JP2009095722A - 不活性ガスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】不活性ガスの製造方法は、触媒の存在下において炭化水素を所定の温度で加熱して分解することにより、炭化水素から水素(H2)を分離して析出炭素を生成する析出炭素生成工程と、触媒の存在下において析出炭素と空気とを接触させて所定の温度で加熱することにより、析出炭素と空気とを反応させ、酸素(O2)及び一酸化炭素(CO)を含有しない、窒素(N2)及び二酸化炭素(CO2)からなる不活性ガスを生成する不活性ガス生成工程とを有する。
【選択図】図6
Description
上記触媒の存在下において上記析出炭素と空気とを接触させて所定の温度で加熱することにより、上記析出炭素と上記空気とを反応させ、酸素(O2)及び一酸化炭素(CO)を含有しない、窒素(N2)及び二酸化炭素(CO2)からなる不活性ガスを生成する不活性ガス生成工程とを有することを特徴とする不活性ガスの製造方法にある(請求項1)。
CmHn(炭化水素)→mC(析出炭素)+n/2H2(水素)
これにより、上記炭化水素から水素を分離して析出炭素を生成することができる。
C(析出炭素)+空気(N2(窒素)+O2(酸素))→CO2(二酸化炭素)+N2(窒素)
これにより、窒素及び二酸化炭素からなる不活性ガスを生成することができる。
この場合には、従来のようにPt等の高価な触媒を用いることなく、鉄又はコバルトを含有する安価な触媒を用いて、不活性ガスを生成することができる。そのため、製造コストをさらに低減することができる。
なお、上記触媒としては、具体的には、鉄(Fe)の酸化物、コバルト(Co)の酸化物等を用いることができる。
また、上記触媒は、助触媒を加えて用いることができる。例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)等を加えて用いることができる。この場合には、触媒の活性を向上させることができる。
また、上記触媒として最も多く含有される金属成分がコバルト(Co)であり、上記炭化水素としてメタン(CH4)を用いた場合には、最適な加熱分解温度は700〜900℃である。
例えば、上記触媒として最も多く含有される金属成分が鉄(Fe)である場合には、最適な反応温度は450〜550℃である。
また、上記触媒として最も多く含有される金属成分がコバルト(Co)である場合には、最適な反応温度は380〜480℃である。
この場合には、上記不活性ガスの温度及び圧力の一方又は両方を調整することにより、二酸化炭素を液化させる、又は固化させてドライアイスにすることができる。これにより、窒素と二酸化炭素とを容易に分離することができる。
本例では、本発明にかかる実施例(試料E1〜E4)及び比較例(試料C1〜C3)として、各種炭素と空気とを反応させた場合の生成ガスについて評価を行った。
以下、表1を参照して、評価の内容について説明する。
次いで、石英製の反応管に各種触媒1gを入れた後、反応管を800℃に加熱した。そして、20ml/minの条件でメタンを反応管に流し、メタン分解反応を行った。これにより、メタンから水素を分離して析出炭素を生成した。なお、メタン分解反応は、約30時間行い、析出炭素を蓄えた。
ここで、図1は、鉄系の触媒(試料E1)を用いた場合の反応温度(℃)とメタン転化率(%)との関係について示したものである。800℃では、メタン分解反応におけるメタンの転化率が80%を超えていることがわかる。
図2(a)〜(d)は、本発明の実施例である試料E1〜E4について、反応温度(℃)と生成ガスの各成分(O2、CO、CO2)の濃度(%)との関係を示したものである。同図からわかるように、酸素(O2)及び一酸化炭素(CO)の濃度が共に0%となる温度領域が見られる。すなわち、本発明の実施例では、生成ガスに酸素及び一酸化炭素が存在しないようにすることができる。
なお、最適な反応温度をさらに詳細に調べたい場合は、簡単な実験によって確かめることができる。
本例では、本発明の不活性ガスの製造方法に用いる不活性ガス製造装置の一例、及びそれを用いた不活性ガスの製造方法について説明する。
これにより、反応器11において、炭化水素の加熱分解反応が生じ、炭化水素から水素が分離して析出炭素が生成する。分離した水素(H2)は、バルブV5を経て回収される。
なお、生成した不活性ガスについて、酸素検知器15にて酸素が検知されたら、バルブV10、V12を開、バルブV9、V11を閉とし、バルブV12より窒素でパージする。酸素検知器15において酸素が検知されなくなったら、パージを終了する。
以上のような手順を繰り返し、不活性ガスの製造を連続的に効率よく行う。
本例は、本発明の不活性ガスの製造方法によって得られた不活性ガスをさらに窒素と二酸化炭素とに分離する方法について説明する。
以上により、不活性ガスから窒素と二酸化炭素とを分離する。
例えば、液化天然ガス(LNG)等を原料となる炭化水素として用いた場合には、生成した不活性ガスをこの液化天然ガス等の冷熱と熱交換し、さらに−58℃程度に温度を調整し、4MPa程度に圧縮することによって、不活性ガス中の二酸化炭素を液化させることができる。これにより、不活性ガスから窒素と二酸化炭素とを分離することができる。
2 分離装置
G1 不活性ガス
Claims (3)
- 触媒の存在下において炭化水素を所定の温度で加熱して分解させることにより、上記炭化水素から水素(H2)を分離して析出炭素を生成する析出炭素生成工程と、
上記触媒の存在下において上記析出炭素と空気とを接触させて所定の温度で加熱することにより、上記析出炭素と上記空気とを反応させ、酸素(O2)及び一酸化炭素(CO)を含有しない、窒素(N2)及び二酸化炭素(CO2)からなる不活性ガスを生成する不活性ガス生成工程とを有することを特徴とする不活性ガスの製造方法。 - 請求項1において、上記触媒として最も多く含有される金属成分は、鉄(Fe)又はコバルト(Co)であることを特徴とする不活性ガスの製造方法。
- 請求項1又は2において、上記不活性ガス生成工程の後に、上記不活性ガスの温度及び圧力の一方又は両方を調整することにより、上記不活性ガスから窒素(N2)と二酸化炭素(CO2)とを分離する分離工程を行うことを特徴とする不活性ガスの製造方法。
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