JP2001201043A

JP2001201043A - 雰囲気ガス発生装置

Info

Publication number: JP2001201043A
Application number: JP2000014761A
Authority: JP
Inventors: Masao Hattori; 雅夫服部; Toshiharu Shimizu; 敏春清水; Kazuhiro Kurahashi; 和宏倉橋; Norio Inoue; 憲男井上; Miki Nakano; 美樹中野; Takashi Goto; 貴史後藤
Original assignee: Nikki Universal Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Nikki Universal Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2001-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】一酸化炭素，水素，窒素を含む雰囲気ガスを
高いＳＶ値においても効率的に発生させることができる
小型の雰囲気ガス発生装置を提供すること。【解決手段】原料ガス５を反応させて雰囲気ガス５０
を発生させる雰囲気ガス発生装置１。雰囲気ガス発生装
置１は，白金系触媒２１を充填してなる反応筒２と，そ
の外側に対向配置した一対の表面燃焼型パッケージバー
ナ３と，反応筒２と両者の間に設けた加熱室４とからな
る。表面燃焼型パッケージバーナ３は，表面燃焼させる
ための表面燃焼プレート３１と，その背面に隣接配置し
た蓄熱及び燃焼混合ガス６１の予熱を行なう蓄熱・予熱
室３２と，蓄熱・予熱室３２の背面に設けた燃焼混合ガ
ス６１の導入及び燃焼排ガス６３の排気を行なう混合・
排気室３３とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，熱処理炉，ロー付炉等に利用す
る雰囲気ガスを作成するための雰囲気ガス発生装置に関
する。

【０００２】

【従来技術】従来より，熱処理炉，ロー付炉等に利用す
る雰囲気ガスは，図７，図８に示すような雰囲気ガス発
生装置９において作成されている。該雰囲気ガス発生装
置９は，蓄熱式バーナ９９と該蓄熱式バーナ９９を配置
する燃焼室９１を設けた炉体９０とよりなる。そして，
上記燃焼室９１にはニッケル系触媒を充填したＵ字管状
のレトルトチューブ９２を２本配置している。

【０００３】上記雰囲気ガス発生装置９においては，以
下に示すごとく雰囲気ガス８５０を発生させる。まず，
上記燃焼室９１において蓄熱式バーナ９９を燃焼させ，
燃焼排ガス８２を発生させる。該燃焼排ガス８２は，図
７に示すごとく，上記蓄熱式バーナ９９より燃焼室９１
に広がり，再び上記蓄熱式バーナ９９に戻るように流れ
る。この燃焼排ガス８２の流れによって，上記レトルト
チューブ９２が加熱される。

【０００４】また，上記蓄熱式バーナ９９に還流した燃
焼排ガス８２は，上記蓄熱式バーナ９９内の蓄熱体を経
由して大気に放出される。このとき，上記燃焼排ガス８
２によって上記蓄熱体に蓄えられた熱は，新たに供給さ
れる燃焼混合ガスの予熱として利用される。

【０００５】また，上記のごとく加熱されたレトルトチ
ューブ９２の導入口９２１から，炭化水素系ガスと空気
とを混合した原料ガス８５を導入する。これにより，該
原料ガス８５は，レトルトチューブ９２の内部で加熱さ
れ，更に上記触媒の作用により，体積組成が一酸化炭素
ガス２０％，水素ガス４０％，窒素ガス４０％の吸熱型
の雰囲気ガス８５０となる。以上により，上記レトルト
チューブ９２の導出口９２２より雰囲気ガス８５０が発
生する。

【０００６】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来の雰
囲気ガス発生装置９には，以下の問題がある。即ち，上
記蓄熱式バーナ９９は，上記レトルトチューブ９２の表
面全体に燃焼排ガス８２を均一に当てることが困難であ
る。そのため，上記レトルトチューブ９２をＵ字管状に
して，該レトルトチューブ９２に火炎を直接当てないよ
うにするなど，その形状や燃焼室９１内における配置を
複雑にするために，必然的に雰囲気ガス発生装置９が大
きくなる。

【０００７】また，上記レトルトチューブ９２を加熱し
た後の燃焼排ガス８２は，上記炉体９０における上記蓄
熱式バーナ９９と反対側の壁面９０１にまで達し，そこ
から折返して上記蓄熱式バーナ９９に還流する。そのた
め，上記蓄熱式バーナー９９に，上記燃焼排ガス８２の
排熱を充分に回収できず，雰囲気ガス８５０を効率的に
発生させることができないという問題もある。

【０００８】また，燃焼効率を向上させる手段として，
特開平９−２５７２１７号公報に開示された燃焼炉のご
とく表面燃焼バーナを用いる手段がある。上記燃焼炉は
炉体を挟んで一対の表面燃焼バーナをその燃焼面である
表面燃焼プレートを対向させて配置し，これらを交互に
燃焼させることにより，その後方に配置した蓄熱体に燃
焼排ガスの排熱を回収する。

【０００９】上記燃焼炉においては，上記蓄熱体に蓄え
られた熱は燃焼混合ガスに用いられる空気を予熱するた
めに用いられ，この予熱した空気に混合するための燃焼
ガスは予熱しない。燃焼ガスを予熱しないのは，表面燃
焼バーナの内部における燃焼混合ガスまで燃焼してしま
う，いわゆる逆火の発生を防ぐためである。そして，表
面燃焼バーナにおける表面燃焼プレートの直前におい
て，予熱された空気に燃焼ガスを混合させる。そのた
め，上記表面燃焼プレートから噴出する燃料混合ガスを
適切な可燃組成範囲に混合することが困難である。それ
故，安定した火炎を得ることが困難である。

【００１０】また，上記蓄熱体は，上記表面燃焼プレー
トから離れた位置に配置してある。そのため，上記蓄熱
体において予熱された空気は上記表面燃焼プレートに達
するまでの間に温度が低下する。また，予熱した空気に
予熱していない燃焼ガスが供給混合されたとき，空気の
温度は更に低下する。それ故，安定して燃焼させるため
には，予めある程度の熱量を有する空気と燃焼ガスを供
給する必要があり，上記燃焼排ガスの排熱を充分に回収
しているとはいえない。

【００１１】また，上記反応筒におけるニッケル系触媒
は触媒性能が不充分であるため，上記反応筒を通過する
原料ガスの空間速度（ＳＶ）値を大きくすると，水素，
一酸化炭素，窒素を含む雰囲気ガスを効率的に発生させ
ることができない。

【００１２】例えば，特開平８−１３１８３５号公報に
は，ニッケル金属化合物ＭｇＯ又はＭｇＯ−ＣａＯ混合
物の担体上に固溶化させることによって，ニッケル金属
を高度に分散させたニッケル系触媒の製造方法が開示さ
れている。しかし，上記ニッケル系触媒は，固溶体を生
成し，ニッケルが難還元性であるため反応性が依然とし
て低く，実用触媒としての性能は充分に高くない。

【００１３】また，特開平９−１３５３３号公報には，
ニッケル金属含有アルカリ土類金属酸化物固溶体を白金
族元素の少なくとも一種以上から選ばれた金属化合物で
変成してニッケルの還元性を改善した触媒組成物が開示
されている。

【００１４】しかし，メタン改質反応を行う前に，ニッ
ケル系触媒を予め５００〜１０００℃の温度で少なくと
も数分間水素のような還元性気体と接触させて活性処理
を行う必要がある。また，当該公報の実施例１に示すご
とく，還元処理を行ったニッケル系触媒を用いて，６５
０℃の反応温度，１６０００Ｈｒ^-1の空間速度という反
応条件で，メタンと二酸化炭素及び／又は水からなる混
合ガスのメタン改質を行っても，３８％のメタン転化率
しか得られなかった。反応温度を７００℃とするとメタ
ン転化率は向上するものの６３％に留まり，充分なもの
とはならない。

【００１５】従って，大量の雰囲気ガスを発生させるた
めには，上記反応筒の容積を大きくする必要があり，ひ
いては雰囲気ガス発生装置の大型化が余儀なくされる。

【００１６】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，一酸化炭素，水素，窒素を含む雰囲気ガ
スを高いＳＶ値においても効率的に発生させることがで
きる小型の雰囲気ガス発生装置を提供しようとするもの
である。

【００１７】

【課題の解決手段】請求項１に記載の発明は，原料ガス
を反応させて雰囲気ガスを発生させるための雰囲気ガス
発生装置において，該雰囲気ガス発生装置は，上記原料
ガスを反応させるための触媒を充填してなる反応筒と，
該反応筒の外側に対向配置した一対の表面燃焼型パッケ
ージバーナと，上記反応筒と上記表面燃焼型パッケージ
バーナとの間に設けた加熱室とからなり，上記触媒は白
金系触媒であり，また，上記表面燃焼型パッケージバー
ナは，多数の噴出孔を有し表面燃焼させるための表面燃
焼プレートと，その背面に隣接配置してあると共に蓄熱
及び燃焼混合ガスの予熱を行なうための蓄熱体を配置し
た蓄熱・予熱室と，該蓄熱・予熱室の背面に設けた燃焼
混合ガスの生成及び燃焼排ガスの排気を行なう混合・排
気室とを有し，上記噴出孔は，上記燃焼混合ガスの噴出
速度が該燃焼混合ガスの燃焼速度以上となるよう構成し
てあることを特徴とする雰囲気ガス発生装置にある。

【００１８】本発明において最も注目すべきことは，上
記雰囲気ガス発生装置が，反応筒，表面燃焼型パッケー
ジバーナ，表面燃焼プレート，蓄熱・予熱室，混合・排
気室を上記のごとく配設し，かつ反応筒内の触媒が白金
系触媒であることである。

【００１９】上記表面燃焼型パッケージバーナは，上記
表面燃焼プレートが有する多数の噴出孔から燃料混合ガ
スを噴出し，該表面燃焼プレートの略表面全体から火炎
を発生させる。上記表面燃焼プレートは，例えばセラミ
ック，金属等からなり，上記反応筒に対向配置してあ
る。

【００２０】また，上記背面とは，上記反応筒側の面と
反対側の面をいう。即ち，上記蓄熱・予熱室は，上記表
面燃焼プレートにおける上記反応筒側と反対の面に隣接
配置してあり，上記混合・排気室は，上記蓄熱・予熱室
における上記反応筒側と反対の面に設けてある（図１参
照）。

【００２１】また，上記蓄熱体としては，例えばセラミ
ックボール，セラミックチップ，金属ハニカム等があ
る。なお，上記燃焼速度とは，火炎が安定して形成され
るときの燃焼混合ガスの流速をいう。

【００２２】次に，本発明の作用効果につき説明する。
上記雰囲気ガス発生装置により雰囲気ガスを発生させる
に当っては，まず上記混合・排気室に燃焼混合ガスを導
入する。上記燃焼混合ガスは上記蓄熱・予熱室を通過す
る。そして，上記燃焼混合ガスは，上記表面燃焼プレー
トの多数の噴出孔から噴出されると共に点火されて火炎
を発生する。これにより，上記加熱室において上記表面
燃焼プレートの略表面全体から火炎が発生し，上記反応
筒を外側から加熱する。

【００２３】また，上記反応筒の内部には，原料ガスを
導入する。これにより，該原料ガスは上記反応筒の中で
加熱されると共に，該反応筒の中の触媒の作用によって
反応して雰囲気ガスとなる。上記表面燃焼型パッケージ
バーナは，一方を燃焼させ，他方は燃焼させない。そし
て，例えば３０秒ごとに燃焼させる側と燃焼させない側
とを切替える。

【００２４】上記雰囲気ガス発生装置は，上記のごとく
表面燃焼型パッケージバーナを有する。そのため，上記
反応筒はその表面全体から均一に加熱される。それ故，
上記反応筒を複雑な形状や配置とする必要がなく，例え
ば単なる円筒状として上記加熱室の中央に配置するだけ
でよい。これにより，上記加熱室を小さくすることがで
き，上記雰囲気ガス発生装置を小型にすることができ
る。

【００２５】また，上記反応筒における触媒は白金系触
媒であるため，触媒性能が高い。それ故，上記原料ガス
を効率的に水素，一酸化炭素，窒素等に転化することが
できる。これにより，上記反応筒を通過する原料ガスの
ＳＶ値を大きくすることができ，大量の雰囲気ガスを効
率よく発生させることができる。

【００２６】また，上記雰囲気ガス発生装置は，一対の
上記表面燃焼型パッケージバーナを，上記反応筒の外側
に対向配置している。そして，一方の表面燃焼型パッケ
ージバーナのみを燃焼させて，他方は燃焼させない。そ
のため，上記表面燃焼型パッケージバーナの燃焼により
発生する，例えば約８００℃という高温の燃焼排ガス
は，他方の表面燃焼型パッケージバーナへ達する。そし
て，上記燃焼排ガスの排熱は，上記他方の表面燃焼型パ
ッケージバーナにおける蓄熱・予熱室に蓄えられる。

【００２７】そのため，一対の表面燃焼型パッケージバ
ーナにおいて，燃焼させる側と燃焼させない側とを切替
えたとき，上記のごとく蓄熱・予熱室に蓄熱された熱が
燃焼混合ガスの予熱に利用される。このようにして，上
記燃焼排ガスの排熱が効率的に回収される。それ故，上
記雰囲気ガス発生装置は，効率的に雰囲気ガスを発生さ
せることができる。

【００２８】また，上記混合・排気室は，上記表面燃焼
プレートの背面に上記蓄熱・予熱室を挟んで配置してあ
るため，該混合・排気室において混合された空気と燃焼
ガスは，上記蓄熱・予熱室を通過する際に上記蓄熱体の
存在によって撹拌され更に混合される。そのため，空気
と燃焼ガスが充分に混ざり合った燃焼混合ガスを表面燃
焼プレートに供給することができる。

【００２９】また，上記蓄熱・予熱室が上記表面燃焼プ
レートの背面に隣接配置してあるため，上記蓄熱・予熱
室において予熱された燃焼混合ガスは，高温のまま上記
表面燃焼プレートに供給され，熱の損失が殆どない。そ
れ故，効率的に燃焼混合ガスを燃焼させることができ
る。

【００３０】更に，上記噴出孔からの燃焼混合ガスの噴
出速度が燃焼速度以上となるよう構成してある。そのた
め，上記表面燃焼プレートの上記加熱室側の表面におけ
る燃焼が上記蓄熱・予熱室側にまで伝播して燃焼する，
いわゆる逆火の現象が発生するおそれがない。上記のご
とく構成する手段としては，噴出孔の直径，数等を調整
する手段がある。なお，この逆火をより確実に防ぐため
に上記燃焼混合ガスの供給圧力を高くしておくことが好
ましい。

【００３１】以上のごとく，本発明によれば，一酸化炭
素，水素，窒素を含む雰囲気ガスを高いＳＶ値において
も効率的に発生させることができる小型の雰囲気ガス発
生装置を提供することができる。

【００３２】次に，請求項２に記載の発明のように，上
記白金系触媒は，白金族元素，又は白金族元素及び希土
類元素のいずれかよりなることが好ましい。これによ
り，上記白金系触媒の触媒性能が一層高く，上記原料ガ
スを一層効率的に水素，一酸化炭素，窒素等に転化する
ことができる。

【００３３】上記白金族元素としては，白金又はロジウ
ムが好ましく，二種以上を用いてもよい。また，上記希
土類元素としては，ランタン又はセリウムが好ましく，
二種以上を用いてもよい。上記白金系触媒は，例えば，
白金族元素及び希土類元素を無機担体に担持させること
により用いられる。また，上記白金族元素の担持量は，
担体と触媒の総重量に対して０．２〜２．０重量％が好
ましい。また，上記希土類元素の担持量は，担体と触媒
の総重量に対して，金属換算で０．２〜５．０重量％が
好ましい。

【００３４】上記無機担体としては，例えば，アルミ
ナ，チタニア，ジルコニア，シリカが好ましい。また，
上記無機担体の形状は，例えば，粒状，円柱状，ハニカ
ム状に加工したもの，或いは，セラミックボール，発泡
金属，ハニカム等の不活性支持体に無機酸化物を担持さ
せたものを用いることもできる。上記白金系触媒は，例
えば，含浸法，スラリー法等の従来技術によって担持さ
せることができる。

【００３５】次に，請求項３に記載の発明のように，上
記反応筒における触媒の温度は６００〜９００℃である
ことが好ましい。これにより，上記表面燃焼型パッケー
ジバーナによる反応筒の加熱量を小さくすることができ
るため，効率的に雰囲気ガスを発生させることができ
る。上記触媒の温度が６００℃未満の場合には，触媒の
活性が不充分となり，原料ガスを水素，一酸化炭素，窒
素等に効率的に転化することができず，雰囲気ガスを効
率的に発生させることができないおそれがある。一方，
上記触媒の温度が９００℃を超える場合には，上記反応
筒の加熱量を大きくすることとなり，効率が低下するお
それがある。

【００３６】次に，請求項４に記載の発明のように，上
記噴出孔からの燃焼混合ガスの噴出速度は４０ｃｍ／秒
以上であることが好ましい。これにより，上記表面燃焼
プレートにおける逆火を確実に防止することができる。
上記噴出速度が４０ｃｍ／秒未満の場合には，逆火が発
生するおそれがある。なお，上記原料ガスがＬＮＧ（液
化天然ガス）の場合には，上記燃焼混合ガスの噴出速度
は，５０〜６０ｃｍ／秒であることが好ましい。

【００３７】次に，請求項５に記載の発明のように，上
記蓄熱体は，セラミックボール，セラミックチップ，又
は金属ハニカムのいずれかであることが好ましい。これ
により，上記蓄熱・予熱室に導入された燃焼排ガスの排
熱が，一層効率的に蓄熱される。

【００３８】次に，請求項６に記載の発明のように，上
記表面燃焼プレートにおける噴出孔の直径は０．５〜
３．０ｍｍであることが好ましい。これにより，燃焼混
合ガスを安定して燃焼速度以上の速度で噴出することが
できる。上記噴出孔の直径が０．５ｍｍ未満の場合に
は，上記燃焼混合ガスを安定して噴出することが困難と
なるおそれがある。一方，上記噴出孔の直径が３．０ｍ
ｍを超える場合には，上記燃焼混合ガスの噴出速度を燃
焼速度以上とすることが困難となり，逆火を防ぐことが
困難となるおそれがある。

【００３９】次に，請求項７に記載の発明のように，上
記表面燃焼プレートの背面には，多数のガス穴を有する
多穴板を配設してなることが好ましい。これにより，上
記燃焼混合ガスの噴出速度の調製が，一層容易となる。
即ち，上記ガス穴の直径や数等を調整することにより，
上記噴出速度を調整することができる。また，上記多穴
板を配設することにより，表面燃焼プレートを補強する
こともできる。

【００４０】次に，請求項８に記載の発明のように，上
記多穴板におけるガス穴の直径は０．１〜２．０ｍｍで
あることが好ましい。これにより，燃焼混合ガスを安定
して燃焼速度以上の速度で噴出することができる。上記
噴出孔の直径が０．１ｍｍ未満の場合には，上記燃焼混
合ガスを安定して噴出することが困難となるおそれがあ
る。一方，上記噴出孔の直径が２．０ｍｍを超える場合
には，上記燃焼混合ガスの噴出速度を燃焼速度以上とす
ることが困難となり，逆火を防ぐことが困難となるおそ
れがある。

【００４１】次に，請求項９に記載の発明のように，上
記多穴板はパンチングメタル板であることが好ましい。
これにより，製作容易で強度が高く，かつイニシャルコ
ストの低い多穴板を得ることができる。

【００４２】次に，請求項１０に記載の発明のように，
上記原料ガスは，炭化水素ガス，ＬＮＧ（液化天然ガ
ス），ＬＰＧ（液化石油ガス），石炭ガスのいずれかで
あることが好ましい。これにより，一層効率的に雰囲気
ガスを発生させることができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】実施形態例本発明の実施形態例にかかる雰囲気ガス発生装置につ
き，図１〜図３を用いて説明する。本例の雰囲気ガス発
生装置１は，原料ガス５を反応させて雰囲気ガス５０を
発生させるための装置である。

【００４４】該雰囲気ガス発生装置１は，図１，図２に
示すごとく，上記原料ガス５を反応させるための白金系
触媒２１を充填してなる反応筒２と，該反応筒２の外側
に対向配置した一対の表面燃焼型パッケージバーナ３，
３０（以下において，特に示さない限り「表面燃焼型パ
ッケージバーナ３」という。）とを有する。更に，上記
雰囲気ガス発生装置１は，上記反応筒２と上記表面燃焼
型パッケージバーナバーナ３との間に加熱室４を設けて
なる。

【００４５】上記表面燃焼型パッケージバーナ３は，多
数の噴出孔を有し表面燃焼させるための多孔質の表面燃
焼プレート３１と，その背面に配設してあると共に多数
のガス穴３５１を設けた多穴板３５と，該多穴板３５の
背面に隣接配置した蓄熱・予熱室３２と，該蓄熱・予熱
室３２の背面に設けた混合・排気室３３とを有する。

【００４６】上記蓄熱・予熱室３２にはセラミックボー
ルからなる蓄熱体３２１を配設し，蓄熱及び燃焼混合ガ
ス６１の予熱を行なう。また，上記混合・排気室３３
は，燃焼混合ガス６１の生成及び燃焼排ガス６３の排気
を行なう。また，上記噴出孔３１１又は上記ガス穴３５
１のいずれかは，該表面燃焼プレート３１からの燃焼混
合ガス６１の噴出速度が該燃焼混合ガス６１の燃焼速度
以上となるよう，その直径と数とを調整してある。

【００４７】該表面燃焼型パッケージバーナ３は，図３
に示すごとく，上記表面燃焼プレート３１に設けられた
多数の噴出孔３１１から燃焼混合ガス６１を噴出し，該
表面燃焼プレート３１の略表面全体から火炎６２を発生
させる。上記表面燃焼プレート３１は，セラミック板か
らなり，上記反応筒２に対向配置してある。そして，上
記表面燃焼プレート３１には，図４に示すごとく，多数
の噴出孔３１１が設けてあり，噴出孔３１１の直径は約
１ｍｍで，噴出孔３１１は１ｃｍ²当り１７個設けてあ
る。

【００４８】また，上記表面燃焼プレート３１の背面，
即ち上記反応筒２側と反対の面に上記多穴板３５が設け
てある。上記表面燃焼プレート３１と上記多穴板３５と
の間には，５ｍｍ程度の間隙が設けてある。そして，上
記多穴板３５には，図５に示すごとく，多数のガス穴３
５１が設けてあり，該ガス穴３５１の直径は，約０．６
ｍｍで，ガス穴３５１は１ｃｍ²当り３０個設けてあ
る。なお，上記多穴板３５はステンレス鋼製のパンチン
グメタル板である。

【００４９】また，上記多穴板３５の背面には，上記蓄
熱・予熱室３２が隣接配置してある。更に，上記蓄熱・
予熱室３２における上記反応筒２側と反対の面には，上
記混合・排気室３３が設けてある。

【００５０】また，上記混合・排気室３３には，空気６
１１を送入するための吸気ブロア３３１が設けてあり，
該吸気ブロア３３１の吐出口３３２には，上記空気６１
１と混合して燃焼混合ガス６１を生成するための燃焼用
ガス６１２を注入するための燃焼ガス注入管３３３が取
付けてある。

【００５１】更に，上記混合・排気室３３には，上記表
面燃焼型パッケージ３において燃焼した後の燃焼排ガス
６３を排気するための排気管１１が設けられており，開
閉バルブ１２又は１３を介して排気ブロア１４に接続さ
れている。また，上記反応筒２に導入する原料ガス５は
ＬＮＧ（液化天然ガス）であり，発生させる雰囲気ガス
５０は体積組成が一酸化炭素ガス２０％，水素ガス４０
％，窒素ガス４０％の吸熱型雰囲気ガスである。

【００５２】次に，本例の作用効果につき説明する。上
記雰囲気ガス発生装置１により雰囲気ガス５０を発生さ
せるに当っては，まず上記吸気ブロア３３１から空気６
１１を上記混合・排気室３３に送入すると共に燃焼用ガ
ス６１２を上記燃焼ガス注入管３３３から注入する。こ
れにより，上記空気６１１と燃焼用ガス６１２とを上記
混合・排気室３３において混合して燃焼混合ガス６１を
生成する（図３）。このとき，上記混合・排気室３３に
おける上記燃焼混合ガス６１の圧力を高くして，上記表
面燃焼プレート３１における逆火の発生を確実に防いで
いる。

【００５３】上記燃焼混合ガス６１は上記蓄熱・予熱室
３２を通過し，更に上記多穴板３５のガス穴３５１を通
過する。そして，上記燃焼混合ガス６１は，上記表面燃
焼プレート３１の多数の噴出孔３１１から噴出されると
共に点火されて火炎６２を発生させる。これにより，上
記加熱室４において上記表面燃焼プレート３１の略表面
全体から火炎６２が発生し，上記反応筒２を外側から加
熱する。この加熱によって，上記反応筒２における白金
系触媒２１の温度を約８００℃とする。このとき，表面
燃焼プレート３１の噴出孔３１１における，上記燃焼混
合ガス６１の噴出速度は５０〜６０ｃｍ／秒であり，燃
焼混合ガス６１の燃焼速度よりも大きい。

【００５４】また，上記反応筒２の内部には，該反応筒
２の導入口２２から原料ガス５を導入する。これによ
り，該原料ガス５は上記反応筒２の中で加熱されると共
に，該反応筒２の中の白金系触媒２１の作用によって反
応して雰囲気ガス５０となる。そして，該雰囲気ガス５
０は，反応筒２の導出口２３から熱処理炉等へ導出され
る。

【００５５】上記表面燃焼型パッケージバーナ３は，一
方を燃焼させ，他方は燃焼させない。そして，３０秒ご
とに燃焼させる側と燃焼させない側とを切替える。即
ち，図３に示すごとく，まず，一方の表面燃焼型パッケ
ージバーナ３に燃焼混合ガス６１を導入して燃焼させ
る。そして，上記表面燃焼型パッケージバーナ３によっ
て上記反応筒２を加熱する。このとき，他方の表面燃焼
型パッケージバーナ３０は燃焼させない。また，上記表
面燃焼型パッケージバーナ３に接続された排気管１１に
設けたバルブ１２は閉じておき，上記表面燃焼型パッケ
ージバーナ３０に接続された排気管１１に設けたバルブ
１３は開放する。

【００５６】これにより，上記表面燃焼型パッケージバ
ーナ３から排出された燃焼排ガス６３は，他方の表面燃
焼型パッケージバーナ３０を経由して排気管１１から排
気ブロア１４によって排出される（図３）。この上記表
面燃焼型パッケージバーナ３の燃焼を３０秒間続けた
後，該表面燃焼型パッケージバーナ３の燃焼を止め，バ
ルブ１２を開放すると共に他方のバルブ１３を閉止す
る。そして，他方の表面燃焼型パッケージバーナ３０を
燃焼させる。このときの，燃焼混合ガス６１及び燃焼排
ガス６３の流れは，上記と逆である。

【００５７】上記雰囲気ガス発生装置１は，上記のごと
く表面燃焼型パッケージバーナ３を有する。そのため，
上記反応筒２はその表面全体から均一に加熱される。そ
れ故，上記反応筒２を複雑な形状や配置とする必要がな
く，図２に示すごとく，単なる円筒状として上記加熱室
４の中央に配置するだけでよい。これにより，上記加熱
室４を小さくすることができ，上記雰囲気ガス発生装置
１を小型にすることができる。

【００５８】また，上記反応筒２における白金系触媒２
１は白金族元素を成分とするため，触媒性能が高い。そ
れ故，上記原料ガス５を効率的に水素，一酸化炭素，窒
素等に転化することができる。これにより，上記反応筒
２を通過する原料ガス５のＳＶ値を大きくすることがで
き，大量の雰囲気ガス５０を効率よく発生させることが
できる。

【００５９】また，上記雰囲気ガス発生装置１は，一対
の上記表面燃焼型パッケージバーナ３を，上記反応筒２
の外側に対向配置している。そして，図３に示すごと
く，一方の表面燃焼型パッケージバーナ３のみを燃焼さ
せて，他方の表面燃焼型パッケージバーナ３０は燃焼さ
せない。そのため，上記表面燃焼型パッケージバーナ３
の燃焼により発生する約８００℃という高温の燃焼排ガ
ス６３は，他方の表面燃焼型パッケージバーナ３０へ達
する。

【００６０】そして，上記燃焼排ガス６３は表面燃焼型
パッケージバーナ３０の蓄熱・予熱室３２を通過し，混
合・排気室３３から排気管１１を通じて排気ブロア１４
により外部へ排出される。これにより，上記燃焼排ガス
６３の排熱は蓄熱・予熱室３２に蓄えられる。

【００６１】そのため，一対の表面燃焼型パッケージバ
ーナ３において，燃焼させる側と燃焼させない側とを切
替えたとき，上記のごとく蓄熱された熱が燃焼混合ガス
６１の予熱に利用される。即ち，上記蓄熱・予熱室３２
に蓄えられた熱は，それまで燃焼していなかった表面燃
焼型パッケージバーナ３０を燃焼させる際に用いられる
燃焼混合ガス６１を予熱する。このようにして，上記燃
焼排ガス６３の排熱が効率的に回収される。それ故，上
記雰囲気ガス発生装置１は，効率的に雰囲気ガス５０を
発生させることができる。

【００６２】また，上記表面燃焼プレート３１の背面に
上記蓄熱・予熱室３２を介して上記混合・排気室３３が
配置してあるため，該混合・排気室３３において混合さ
れた空気６１１と燃焼ガス６１２は，上記蓄熱・予熱室
３２を通過する際にも更に混合されるため，充分に混ざ
り合った燃焼混合ガス６１を表面燃焼プレート３１に供
給することができる。

【００６３】また，上記蓄熱・予熱室３２が上記表面燃
焼プレート３１の背面における多穴板３５の背面に隣接
配置してあるため，上記蓄熱・予熱室３２において予熱
された燃焼混合ガス６１は，高温のまま上記表面燃焼プ
レート３１に供給される。それ故，効率的に燃焼混合ガ
ス６１を燃焼させることができる。

【００６４】更に，上記噴出孔３１１又は上記ガス穴３
５１は，燃焼混合ガス６１の噴出速度が燃焼速度以上と
なるよう構成してある。そのため，上記表面燃焼プレー
ト３１の上記加熱室４側の表面における燃焼が上記蓄熱
・予熱室３２側にまで伝播して燃焼する，いわゆる逆火
の現象が発生するおそれがない。また，上記反応筒２に
おける白金系触媒２１の温度は約８００℃と比較的低
く，上記表面燃焼型パッケージバーナ３による加熱量を
小さくすることができるため，効率的に雰囲気ガス５０
を発生させることができる。

【００６５】また，上記蓄熱体３２１は，セラミックボ
ールであるため，上記蓄熱・予熱室３２に導入された燃
焼排ガス６３の排熱が，一層効率的に蓄熱される。ま
た，上記原料ガス５はＬＮＧであるため，硫黄分等の不
純物が殆どなく，触媒被毒を抑制することができる。ま
た，上記ＬＮＧは，熱分解速度がＬＰＧ等より遅いた
め，触媒層内においてススが発生することを防止するこ
とができる。

【００６６】また，上記蓄熱体３２１はセラミックボー
ルからなるため，上記蓄熱・予熱室に導入された燃焼排
ガスの排熱が一層効率的に蓄熱される。また，上記噴出
孔３１１及び上記ガス穴３５１は上記のように構成して
あるため，上記燃焼混合ガス６１を安定して燃焼速度以
上の速度で噴出することができる。

【００６７】実験例本例においては，図６に示すごとく，本発明の雰囲気ガ
ス発生装置の性能につき，特に，反応筒における触媒を
白金系触媒としたことによる，原料ガスの雰囲気ガスへ
の転化の効率の向上を評価した。

【００６８】まず，本発明の上記触媒を以下のように調
整した。３５．０７ｇの硝酸ランタン６水塩（和光純薬
工業製試薬）をイオン交換水で溶解し，１Ｌ（リット
ル）の硝酸ランタン水溶液を調製した。この硝酸ランタ
ン水溶液中に１Ｌ（４５０ｇ）の球状の耐熱性活性アル
ミナ担体（日揮ユニバーサル社製商品名：ＮＳＴ−３
Ｈ，直径２．９ｍｍ，見掛け嵩密度０．４５ｇ／ｃｃ，
ＢＥＴ比表面積１７８ｍ²／ｇ）を投入し，時々容器を
揺動しながら室温で３時間保持した。これにより，上記
耐熱性活性アルミナ担体に上記硝酸ランタン水溶液を含
浸させた。

【００６９】次いで，上記耐熱性活性アルミナ担体を金
網で濾別して余分の硝酸ランタン水溶液を除去した後，
乾燥器中で温度１５０℃で５時間乾燥した。更にこれを
温度５００℃に設定した空気流通式のマッフル炉で１時
間焼成し，約２重量％のランタンを担持した耐熱性活性
アルミナ担体を調製した。

【００７０】次に，白金として５ｇを含有する白金Ｐソ
ルト溶液（田中貴金属工業社製約４．５重量％の白金
を含有するジニトロジアミン白金の硝酸酸性溶液）をイ
オン交換水と混合して１Ｌの白金水溶液を調整した。こ
の白金水溶液を３Ｌのロータリーエバポレーターに入
れ，更に上記のランタンを担持した耐熱性活性アルミナ
担体を投入する。次いで，これを５ｒｐｍの回転数で回
転させながら室温で２時間含浸処理した後，５時間かけ
てロータリーエバポレーター内の水分を蒸発乾固させ
た。

【００７１】次いで，取り出した耐熱性活性アルミナ担
体を，乾燥器中で１５０℃の温度で５時間乾燥し，更に
これを空気流中４５０℃の温度で１時間焼成した。次い
で，これを水素気流中で還元処理することにより，直径
２．９ｍｍの球状の耐熱性活性アルミナ担体に，１．４
重量％のランタンと１．１重量％の白金とを担持したメ
タン改質用の白金系触媒を調製した。

【００７２】次に，上記のごとく調製した触媒の評価方
法につき説明する。評価に当っては，図６に示す常圧の
固定床流通式の反応装置７を用いた。該反応装置７は，
内径１４ｍｍの石英管製の反応器７２と該反応器７２の
周囲に環状に配設した電気炉７３とからなり，上記反応
器７２の入口７２１から原料ガス５を導入し，出口７２
２から雰囲気ガス５０を排出するよう構成されている。
そして，上記雰囲気ガス５０の一部をガスクロマトグラ
フ７４に導入するよう構成してある。

【００７３】まず，上記反応装置７の反応器７２に，
１．５４ｍＬの上記白金系触媒２１を充填して触媒層２
１０を形成した。次いで，該触媒層２１０よりも上記入
口７２１側の予熱部７２３に，破砕した石英を充填し
た。そして，上記電気炉７３１によって上記反応器７２
内の白金系触媒２１を加熱すると共に，上記反応器７２
の入口７２１からメタン１０容量％，酸素５容量％，残
部窒素からなるガス組成の原料ガス５を所定の流量（Ｓ
Ｖ＝１０００００Ｈｒ^-1；１５００００Ｈｒ^-1；３００
０００Ｈｒ^-1）で流した。次いで，上記反応器７２の出
口７２２から排出されたガスを採取し，上記ガスクロマ
トグラフ７４によって上記ガスの組成を測定した。

【００７４】上記ガスクロマトグラフ７４においては，
ＰＯＲＡＰＡＫ−Ｑ，ＭＳ−５Ａを充填したカラムを使
用した。そして，上記ガス中における水素濃度，メタン
濃度，酸素濃度，一酸化炭素濃度，炭酸ガス濃度，水分
濃度を，それぞれ，反応器における温度が６５０℃と８
００℃の場合について測定した。この測定値を，以下に
示す計算式に当てはめて，上記白金系触媒２１によるメ
タン分解率，水素選択率，及び一酸化炭素選択率を算出
した。

【００７５】メタン分解率（％）＝｛（メタン供給量−
出口メタン残留量）／メタン供給量｝×１００水素選択率（％）＝｛水素濃度／（水素濃度＋水分濃
度）｝×１００一酸化炭素選択率（％）＝｛一酸化炭素濃度／（一酸化
炭素濃度＋炭酸ガス濃度）｝×１００算出結果は，表１に示す。

【００７６】

【表１】

【００７７】表１より，本発明の白金系触媒２１による
メタン分解率は，触媒の温度が高いほど高く，ＳＶ値が
小さいほど高いことが分かる。また，水素選択率，一酸
化炭素選択率も触媒の温度が高いほど高いが，ＳＶ値を
大きくしても特に減少することはない。即ち，触媒の温
度が６５０℃と低く，ＳＶ値が３０００００Ｈｒ^-1と高
い場合であっても，メタン分解率は６９％と若干低くな
るが，水素選択率は８７％，一酸化炭素選択率は８６％
と充分に高い。この測定結果は，前述した従来のニッケ
ル系触媒の場合に比べて優れた効果を示している。ま
た，本発明の白金系触媒２１は，従来のニッケル系触媒
のごとく予め還元処理を行う必要もない。

【００７８】

【発明の効果】上述のごとく，本発明によれば，一酸化
炭素，水素，窒素を含む雰囲気ガスを高いＳＶ値におい
ても効率的に発生させることができる小型の雰囲気ガス
発生装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例における，雰囲気ガス発生装置の断
面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。

【図３】実施形態例における，雰囲気ガス発生装置の模
式図。

【図４】実施形態例における，表面燃焼プレートの噴出
孔の説明図。

【図５】実施形態例における，多穴板の斜視図。

【図６】実験例における，固定床流通式の反応装置の説
明図。

【図７】従来例における，雰囲気ガス発生装置の断面
図。

【図８】図７のＢ−Ｂ線矢視断面図。

【符号の説明】

１．．．雰囲気ガス発生装置，２．．．反応筒，２１．．．触媒，３．．．表面燃焼型パッケージバーナ，３１．．．表面燃焼プレート，３１１．．．噴出孔，３２．．．蓄熱・予熱室，３３．．．混合・排気室，３５．．．多穴板，３５１．．．ガス穴，４．．．加熱室，５．．．原料ガス，５０．．．雰囲気ガス，６１．．．燃焼混合ガス，６２．．．火炎，６３．．．燃焼排ガス，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水敏春愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号東邦瓦斯株式会社内 (72)発明者倉橋和宏愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号東邦瓦斯株式会社内 (72)発明者井上憲男東京都品川区大崎一丁目６番３号日揮ユニバーサル株式会社内 (72)発明者中野美樹東京都品川区大崎一丁目６番３号日揮ユニバーサル株式会社内 (72)発明者後藤貴史東京都品川区大崎一丁目６番３号日揮ユニバーサル株式会社内Ｆターム(参考） 3K023 QA03 QB01 QC07 QC13 SA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料ガスを反応させて雰囲気ガスを発生
させるための雰囲気ガス発生装置において，該雰囲気ガ
ス発生装置は，上記原料ガスを反応させるための触媒を
充填してなる反応筒と，該反応筒の外側に対向配置した
一対の表面燃焼型パッケージバーナと，上記反応筒と上
記表面燃焼型パッケージバーナとの間に設けた加熱室と
からなり，上記触媒は白金系触媒であり，また，上記表
面燃焼型パッケージバーナは，多数の噴出孔を有し表面
燃焼させるための表面燃焼プレートと，その背面に隣接
配置してあると共に蓄熱及び燃焼混合ガスの予熱を行な
うための蓄熱体を配置した蓄熱・予熱室と，該蓄熱・予
熱室の背面に設けた燃焼混合ガスの生成及び燃焼排ガス
の排気を行なう混合・排気室とを有し，上記噴出孔は，
上記燃焼混合ガスの噴出速度が該燃焼混合ガスの燃焼速
度以上となるよう構成してあることを特徴とする雰囲気
ガス発生装置。
【請求項２】請求項１において，上記白金系触媒は，
白金族元素，又は白金族元素及び希土類元素のいずれか
よりなることを特徴とする雰囲気ガス発生装置。
【請求項３】請求項１又は２において，上記反応筒に
おける触媒の温度は６００〜９００℃であることを特徴
とする雰囲気ガス発生装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか一項において，
上記噴出孔からの燃焼混合ガスの噴出速度は４０ｃｍ／
秒以上であることを特徴とする雰囲気ガス発生装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか一項において，
上記蓄熱体は，セラミックボール，セラミックチップ，
又は金属ハニカムのいずれかであることを特徴とする雰
囲気ガス発生装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか一項において，
上記表面燃焼プレートにおける噴出孔の直径は０．５〜
３．０ｍｍであることを特徴とする雰囲気ガス発生装
置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか一項において，
上記表面燃焼プレートの背面には，多数のガス穴を有す
る多穴板を配設してなることを特徴とする雰囲気ガス発
生装置。
【請求項８】請求項７において，上記多穴板における
ガス穴の直径は０．１〜２．０ｍｍであることを特徴と
する雰囲気ガス発生装置。
【請求項９】請求項７又は８において，上記多穴板は
パンチングメタル板であることを特徴とする雰囲気ガス
発生装置。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれか一項におい
て，上記原料ガスは，炭化水素ガス，ＬＮＧ，ＬＰＧ，
石炭ガスのいずれかであることを特徴とする雰囲気ガス
発生装置。