JP3002281B2 - 炭酸ガスレーザー用のガスを再生する装置 - Google Patents
炭酸ガスレーザー用のガスを再生する装置Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/584—Recycling of catalysts
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- Catalysts (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭酸ガスレーザー装置
で使用した混合ガスを再使用できるように触媒を用いて
再生する方法と、その再生方法を実施する装置に関す
る。本発明はさらに、この触媒のＮＯxによる被毒を解
消して再活性化する方法と、被毒を低減する前処理の方
法をも包含する。
で使用した混合ガスを再使用できるように触媒を用いて
再生する方法と、その再生方法を実施する装置に関す
る。本発明はさらに、この触媒のＮＯxによる被毒を解
消して再活性化する方法と、被毒を低減する前処理の方
法をも包含する。
【０００２】
【従来の技術】高出力、高パルスの炭酸ガスレーザー装
置のレーザーガスとして、通常、Ｈｅ，Ｎ2およびＣＯ2
を約８：１：１の体積比で混合したガスを使用してい
る。放電によりＣＯ2の一部はＣＯとＯ2に分解し、それ
らがガス中に存在したままであると、レーザーの出力が
低下し、アーク放電の原因となる。
置のレーザーガスとして、通常、Ｈｅ，Ｎ2およびＣＯ2
を約８：１：１の体積比で混合したガスを使用してい
る。放電によりＣＯ2の一部はＣＯとＯ2に分解し、それ
らがガス中に存在したままであると、レーザーの出力が
低下し、アーク放電の原因となる。
【０００３】フレッシュガスを供給すれば常に高出力が
保てるが、レーザー用混合ガスの大部分を占めるＨｅは
高価なガスであり、必要な混合ガスの全量をフレッシュ
ガスでレーザー装置に供給するのでは、ランニングコス
トが膨大なものとなる。このため、炭酸ガスレーザー装
置で混合ガス中に生成したＣＯとＯ2とを再結合させて
ＣＯ2に戻し、そのガスを再使用することが試みられて
いる。この反応を積極的に実施するためには、貴金属触
媒が有効であることが知られている。
保てるが、レーザー用混合ガスの大部分を占めるＨｅは
高価なガスであり、必要な混合ガスの全量をフレッシュ
ガスでレーザー装置に供給するのでは、ランニングコス
トが膨大なものとなる。このため、炭酸ガスレーザー装
置で混合ガス中に生成したＣＯとＯ2とを再結合させて
ＣＯ2に戻し、そのガスを再使用することが試みられて
いる。この反応を積極的に実施するためには、貴金属触
媒が有効であることが知られている。
【０００４】発明者らは、炭酸ガスレーザー装置で使用
した混合ガスを繰り返し使用できるように再生する工業
的な手段を提供することを意図して研究し、ＣＯおよび
Ｏ2を含有する混合ガスを、できるだけ低い温度領域の
再結合反応で再生させ、わずかなエネルギー消費をもっ
て再使用可能にする方法を見出して、すでに提案した
（特願平１−２２２４９３）。
した混合ガスを繰り返し使用できるように再生する工業
的な手段を提供することを意図して研究し、ＣＯおよび
Ｏ2を含有する混合ガスを、できるだけ低い温度領域の
再結合反応で再生させ、わずかなエネルギー消費をもっ
て再使用可能にする方法を見出して、すでに提案した
（特願平１−２２２４９３）。
【０００５】その方法は、炭酸ガスレーザー装置で使用
した混合ガスを予熱したのち触媒と接触させて混合ガス
中のＣＯとＯ2とを反応させ、その際に反応熱を未反応
の混合ガスの予熱に利用し、ついで反応後の混合ガスを
レーザー発振に使用できる温度まで冷却し、除塵してレ
ーザー装置に循環させることからなる。この再生方法を
実施する好適な反応条件は、反応温度８０〜２００℃、
接触反応器における混合ガスの空塔速度４，０００〜１
４，０００／Ｈｒである。加圧下の実施は、反応温度を
一層低くすることを可能にし、また装置の小型化をも可
能にするので、推奬される態様である。とくに、５kg／
cm・Ｇ以上の圧力下で実施すると、常温に近い予熱温度
（約４０℃）でも効率よく反応させることができ、予熱
器や冷却器の負担が著しく軽くなる。
した混合ガスを予熱したのち触媒と接触させて混合ガス
中のＣＯとＯ2とを反応させ、その際に反応熱を未反応
の混合ガスの予熱に利用し、ついで反応後の混合ガスを
レーザー発振に使用できる温度まで冷却し、除塵してレ
ーザー装置に循環させることからなる。この再生方法を
実施する好適な反応条件は、反応温度８０〜２００℃、
接触反応器における混合ガスの空塔速度４，０００〜１
４，０００／Ｈｒである。加圧下の実施は、反応温度を
一層低くすることを可能にし、また装置の小型化をも可
能にするので、推奬される態様である。とくに、５kg／
cm・Ｇ以上の圧力下で実施すると、常温に近い予熱温度
（約４０℃）でも効率よく反応させることができ、予熱
器や冷却器の負担が著しく軽くなる。
【０００６】この方法は一応の成功をおさめたが、長時
間にわたって運転した場合、とくにレーザー出力を高く
得る条件で実施したときには、触媒活性が低下してガス
の再生が不十分になることが観測された。
間にわたって運転した場合、とくにレーザー出力を高く
得る条件で実施したときには、触媒活性が低下してガス
の再生が不十分になることが観測された。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、炭酸ガスレーザー装置で使用した混合ガスを繰り返
し使用できるように再生する工業的装置であって、触媒
活性が長時間持続するような再生装置を提供することに
ある。本発明の付加的な目的は、活性が低下した触媒を
再活性化する方法、および活性の低下を低減する触媒の
前処理方法を提供することにある。
は、炭酸ガスレーザー装置で使用した混合ガスを繰り返
し使用できるように再生する工業的装置であって、触媒
活性が長時間持続するような再生装置を提供することに
ある。本発明の付加的な目的は、活性が低下した触媒を
再活性化する方法、および活性の低下を低減する触媒の
前処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の炭酸ガスレーザ
ー用ガスを再生する装置は、図１に示すように、炭酸ガ
スレーザー装置（７）で使用した混合ガスを予熱するガ
ス／ガス熱交換器（２）、ガス加熱器（３）、混合ガス
中のＣＯとＯ2およびＮＯxを反応させるための触媒を充
填した、加熱手段を有する反応器（４）、反応後の混合
ガスを冷却するガス冷却器（５）、および冷却後の混合
ガスから除塵をするフィルター（６）を順に接続し、再
生したガスをレーザー装置に循環させる手段たとえばブ
ロア（１）を設け、さらに触媒を充填した反応器（４）
に対してＨｅ−ＣＯ−Ｏ2の触媒再活性化用混合ガスを
供給する手段（９）を加えてなる。図１において、符号
（１０）はガス分析装置である。
ー用ガスを再生する装置は、図１に示すように、炭酸ガ
スレーザー装置（７）で使用した混合ガスを予熱するガ
ス／ガス熱交換器（２）、ガス加熱器（３）、混合ガス
中のＣＯとＯ2およびＮＯxを反応させるための触媒を充
填した、加熱手段を有する反応器（４）、反応後の混合
ガスを冷却するガス冷却器（５）、および冷却後の混合
ガスから除塵をするフィルター（６）を順に接続し、再
生したガスをレーザー装置に循環させる手段たとえばブ
ロア（１）を設け、さらに触媒を充填した反応器（４）
に対してＨｅ−ＣＯ−Ｏ2の触媒再活性化用混合ガスを
供給する手段（９）を加えてなる。図１において、符号
（１０）はガス分析装置である。
【０００９】
【発明の実施形態】本発明の炭酸ガスレーザー用ガスの
再生装置において実施するガスの再生方法は、炭酸ガス
レーザー用のＨｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガスを再生する方法
であって、レーザー装置で使用した混合ガス中のＣＯと
Ｏ2およびＮＯxを、２００℃を超え３５０℃までの温度
で貴金属触媒と接触反応させ、発生した反応熱を未反応
の混合ガスの予熱に利用し、ついで反応後の混合ガスを
レーザー発振に使用できる温度まで冷却し、除塵してレ
ーザー装置に循環させることからなる。混合ガスが触媒
層を通過する空塔速度は、４，０００〜１５，０００／
Ｈｒが適当である。
再生装置において実施するガスの再生方法は、炭酸ガス
レーザー用のＨｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガスを再生する方法
であって、レーザー装置で使用した混合ガス中のＣＯと
Ｏ2およびＮＯxを、２００℃を超え３５０℃までの温度
で貴金属触媒と接触反応させ、発生した反応熱を未反応
の混合ガスの予熱に利用し、ついで反応後の混合ガスを
レーザー発振に使用できる温度まで冷却し、除塵してレ
ーザー装置に循環させることからなる。混合ガスが触媒
層を通過する空塔速度は、４，０００〜１５，０００／
Ｈｒが適当である。
【００１０】上記の装置を使用して行なう本発明の触媒
の再活性化方法は、上記の混合ガス再生方法を実施し、
レーザー放電後の混合ガスに含まれていたＮＯxに被毒
して活性が低下した触媒を再活性化するため、温度４０
０〜５００℃において、０．２〜０．８％のＣＯおよび
０．１〜０．４％のＯ2を含有し残部がＨｅからなる再
活性化用ガスを触媒層に通過させることからなる。
の再活性化方法は、上記の混合ガス再生方法を実施し、
レーザー放電後の混合ガスに含まれていたＮＯxに被毒
して活性が低下した触媒を再活性化するため、温度４０
０〜５００℃において、０．２〜０．８％のＣＯおよび
０．１〜０．４％のＯ2を含有し残部がＨｅからなる再
活性化用ガスを触媒層に通過させることからなる。
【００１１】本発明の触媒の前処理方法は、上記の混合
ガス再生方法の実施に先立って、温度６０〜１５０℃に
おいて、１０００〜３０００ppm のＣＯを含有するＨｅ
−Ｎ2−ＣＯ2混合ガスまたはＨｅガスを触媒層に通過さ
せることからなる。空塔速度は１００〜５００／Ｈｒが
適当である。
ガス再生方法の実施に先立って、温度６０〜１５０℃に
おいて、１０００〜３０００ppm のＣＯを含有するＨｅ
−Ｎ2−ＣＯ2混合ガスまたはＨｅガスを触媒層に通過さ
せることからなる。空塔速度は１００〜５００／Ｈｒが
適当である。
【００１２】本発明で使用する反応器は、自己熱交換
型、すなわち反応後のガスがもつ熱で反応前のガスを加
熱する操作が反応器自体の中で行なわれるタイプのもの
が適当である。触媒の再活性化は４００〜５００℃で行
なわれるため、この程度の高温に耐えなければならな
い。
型、すなわち反応後のガスがもつ熱で反応前のガスを加
熱する操作が反応器自体の中で行なわれるタイプのもの
が適当である。触媒の再活性化は４００〜５００℃で行
なわれるため、この程度の高温に耐えなければならな
い。
【００１３】本発明で使用する触媒は、ＣＯの酸化触媒
として知られている、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄなどの貴金属
を、アルミナやシリカなどの担体に担持させたものが適
当である。中でも、Ｐｔ−Ａｌ2Ｏ3触媒が最適である。
貴金属の含有量は、通常、０．３〜５％である。
として知られている、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄなどの貴金属
を、アルミナやシリカなどの担体に担持させたものが適
当である。中でも、Ｐｔ−Ａｌ2Ｏ3触媒が最適である。
貴金属の含有量は、通常、０．３〜５％である。
【００１４】ガス冷却器およびフィルターは、既知のも
のの中から反応条件やガス量により適宜選択する。フィ
ルターは、粒径０．１μｍ以上のダストを除去率９９．
９９％以上で除去できるものが望ましい。
のの中から反応条件やガス量により適宜選択する。フィ
ルターは、粒径０．１μｍ以上のダストを除去率９９．
９９％以上で除去できるものが望ましい。
【００１５】本発明のガス再生装置を炭酸ガスレーザー
装置に取り付けて使用するとき、混合ガスの全量を循環
させることも可能であるが、再生装置の負荷を軽減して
再生ガス中のＣＯおよびＯ2の蓄積を回避したい場合に
は、図１に示すように使用後のガスの一部を放出し、そ
れに代る量の新しい混合ガスをボンベ（８）などから補
給する態様をえらぶこともできる。触媒の再生や前処理
に用いるガスは、レーザー装置を通して供給するように
すれば簡便である。
装置に取り付けて使用するとき、混合ガスの全量を循環
させることも可能であるが、再生装置の負荷を軽減して
再生ガス中のＣＯおよびＯ2の蓄積を回避したい場合に
は、図１に示すように使用後のガスの一部を放出し、そ
れに代る量の新しい混合ガスをボンベ（８）などから補
給する態様をえらぶこともできる。触媒の再生や前処理
に用いるガスは、レーザー装置を通して供給するように
すれば簡便である。
【００１６】炭酸ガスレーザー用のＨｅ−Ｎ2−ＣＯ2混
合ガス中では、放電により下式に従ってＣＯとＯ2とが
発生する。 ＣＯ2＋ｅ ＝ＣＯ＋Ｏ＋ｅ （１） Ｏ＋Ｏ＝Ｏ2 （２） そこで、触媒を用いてこのＣＯとＯ2との間に下式の反
応をさせ、ＣＯ2を再生する。 ＣＯ＋０．５Ｏ2＝ＣＯ2 （３）
合ガス中では、放電により下式に従ってＣＯとＯ2とが
発生する。 ＣＯ2＋ｅ ＝ＣＯ＋Ｏ＋ｅ （１） Ｏ＋Ｏ＝Ｏ2 （２） そこで、触媒を用いてこのＣＯとＯ2との間に下式の反
応をさせ、ＣＯ2を再生する。 ＣＯ＋０．５Ｏ2＝ＣＯ2 （３）
【００１７】この反応を接触する触媒の活性が比較的速
やかに低下するので、その理由を追求したところ、放電
により、下式に従ってＮＯおよびＮＯ2（以下ＮＯxであ
らわす）が発生し、 Ｎ2＋ｅ ＝Ｎ＋Ｎ＋ｅ （４） Ｎ＋Ｏ＝ＮＯ （５） ＮＯ＋Ｏ＝ＮＯ2 （６） このＮＯxが触媒の活性点に強固に吸着する被毒現象で
あることが判明した。ＮＯxの発生は、レーザー出力が
低い条件下のガスの使用ではごく微量であって、これま
で問題にされなかったが、レーザー出力を高めると無視
できない量に達する。ＮＯxによる被毒は、さきの発明
で採用した低い反応温度（８０〜２００℃）において著
しい。
やかに低下するので、その理由を追求したところ、放電
により、下式に従ってＮＯおよびＮＯ2（以下ＮＯxであ
らわす）が発生し、 Ｎ2＋ｅ ＝Ｎ＋Ｎ＋ｅ （４） Ｎ＋Ｏ＝ＮＯ （５） ＮＯ＋Ｏ＝ＮＯ2 （６） このＮＯxが触媒の活性点に強固に吸着する被毒現象で
あることが判明した。ＮＯxの発生は、レーザー出力が
低い条件下のガスの使用ではごく微量であって、これま
で問題にされなかったが、レーザー出力を高めると無視
できない量に達する。ＮＯxによる被毒は、さきの発明
で採用した低い反応温度（８０〜２００℃）において著
しい。
【００１８】本発明では、ＮＯxの吸着の度合が低い、
もっと高い反応温度（２００〜３５０℃）をえらぶこと
により、長時間にわたって触媒の再生作用を持続させ
る。
もっと高い反応温度（２００〜３５０℃）をえらぶこと
により、長時間にわたって触媒の再生作用を持続させ
る。
【００１９】活性の低下が著しくなった場合は、触媒に
吸着したＮＯxをＨｅ−ＣＯ−Ｏ2混合ガスにより、つぎ
の式に従って分解することにより、 ＮＯ＋ＣＯ＝０．５Ｎ2＋ＣＯ2 （７） ＮＯ2＝０．５Ｎ2＋Ｏ2 （８） 被毒を解消して触媒を再活性化し、炭酸ガスレーザー用
混合ガスを再生する操作をさらに繰り返すことを可能に
する。
吸着したＮＯxをＨｅ−ＣＯ−Ｏ2混合ガスにより、つぎ
の式に従って分解することにより、 ＮＯ＋ＣＯ＝０．５Ｎ2＋ＣＯ2 （７） ＮＯ2＝０．５Ｎ2＋Ｏ2 （８） 被毒を解消して触媒を再活性化し、炭酸ガスレーザー用
混合ガスを再生する操作をさらに繰り返すことを可能に
する。
【００２０】
【実験例】図２に示す構成の実験装置を組み立て、触媒
の活性、被毒および再生の状況をしらべた。図におい
て、符号（１１）はガス混合器、（１２）はガス加熱
器、（１３）は反応器、（１４）は保圧弁、（１５）は
ガス分析装置、そして（１６）はガスメータである。触
媒は、下記の仕様のものを使用した。 Ｐｔ−Ａｌ2Ｏ3（Ｐｔ担持量４．３ｇ／ｌ） 粒状 （粒度 ３±０．３ｍｍ） カサ密度 ０．３６ｋｇ／ｌ 細孔容積（ＢＥＴ） １．４ｃｍ3／ｇ
の活性、被毒および再生の状況をしらべた。図におい
て、符号（１１）はガス混合器、（１２）はガス加熱
器、（１３）は反応器、（１４）は保圧弁、（１５）は
ガス分析装置、そして（１６）はガスメータである。触
媒は、下記の仕様のものを使用した。 Ｐｔ−Ａｌ2Ｏ3（Ｐｔ担持量４．３ｇ／ｌ） 粒状 （粒度 ３±０．３ｍｍ） カサ密度 ０．３６ｋｇ／ｌ 細孔容積（ＢＥＴ） １．４ｃｍ3／ｇ
【００２１】Ｎ2ガスおよび２種の混合ガス（Ｎ2＋ＮＯ
／ＮＯ2およびＨｅ＋ＣＯ＋Ｏ2）をボンベから供給し、
所定の流量で混合器（１１）に送り、混合ガスを加熱器
（１２）で所定の温度に加熱して反応器（１３）へ送
る。反応器を出たガスは保圧弁（１４）を通り、ガスメ
ータ（１６）で総流量を測定してから排気系へ送って処
理する。ガス分析は、保圧弁を出たところに設けた装置
(１５)で行なった。
／ＮＯ2およびＨｅ＋ＣＯ＋Ｏ2）をボンベから供給し、
所定の流量で混合器（１１）に送り、混合ガスを加熱器
（１２）で所定の温度に加熱して反応器（１３）へ送
る。反応器を出たガスは保圧弁（１４）を通り、ガスメ
ータ（１６）で総流量を測定してから排気系へ送って処
理する。ガス分析は、保圧弁を出たところに設けた装置
(１５)で行なった。
【００２２】まず、Ｎ2中ＮＯ濃度１００ppm のガスを
Ｓｖ＝５０００／Ｈｒの流速で送り、温度を２０℃，５
０℃，１５０℃と変えて、吸着経時変化をみた。２０℃
および５０℃では５分間程度で反応器出口にＮＯが検出
される破過が認められたが、１５０℃においては破過ま
で約１０分間かかることが観測され、温度が高くなるほ
ど破過時間は長くなることがわかった。
Ｓｖ＝５０００／Ｈｒの流速で送り、温度を２０℃，５
０℃，１５０℃と変えて、吸着経時変化をみた。２０℃
および５０℃では５分間程度で反応器出口にＮＯが検出
される破過が認められたが、１５０℃においては破過ま
で約１０分間かかることが観測され、温度が高くなるほ
ど破過時間は長くなることがわかった。
【００２３】次に、活性点をＮＯで被毒させたのち、Ｈ
ｅ−ＣＯ−Ｏ2（ＣＯ／Ｏ2＝２／１）混合ガスを流し
て、活性が回復するか否かをしらべた。Ｎ2中ＮＯを５
８．１ppm含むガスを８８℃で１４０分間流通させたと
ころ、ＣＯ＋Ｏ2の反応に対する触媒活性は極端に低下
した。Ｎ2ガス単独を１００℃で７分間流通させたとこ
ろ、一時的な活性の回復がみられたが、短時間で悪化
し、結局、活性は５０％程度しか回復しなかった。
ｅ−ＣＯ−Ｏ2（ＣＯ／Ｏ2＝２／１）混合ガスを流し
て、活性が回復するか否かをしらべた。Ｎ2中ＮＯを５
８．１ppm含むガスを８８℃で１４０分間流通させたと
ころ、ＣＯ＋Ｏ2の反応に対する触媒活性は極端に低下
した。Ｎ2ガス単独を１００℃で７分間流通させたとこ
ろ、一時的な活性の回復がみられたが、短時間で悪化
し、結局、活性は５０％程度しか回復しなかった。
【００２４】反応温度の影響を調べるため、図３の条件
で実験した。はじめにＨｅ−ＣＯガスで前処理した触媒
にＮＯ被毒（上記のＮ2中ＮＯを５８．１ppm 含有する
ガスで）を飽和まで行ない、Ｈｅ−ＣＯ−Ｏ2混合ガス
（ＣＯ／Ｏ2＝２／１）を８０℃で流したところ、初期
の２時間ほどは活性が認められたが、その後は急激に悪
化した。６時間後にＮ2ガスを３３０℃で６時間流して
みたが、活性は回復しなかった。
で実験した。はじめにＨｅ−ＣＯガスで前処理した触媒
にＮＯ被毒（上記のＮ2中ＮＯを５８．１ppm 含有する
ガスで）を飽和まで行ない、Ｈｅ−ＣＯ−Ｏ2混合ガス
（ＣＯ／Ｏ2＝２／１）を８０℃で流したところ、初期
の２時間ほどは活性が認められたが、その後は急激に悪
化した。６時間後にＮ2ガスを３３０℃で６時間流して
みたが、活性は回復しなかった。
【００２５】反応温度を２００℃に高め、Ｈｅ−ＣＯ−
Ｏ2混合ガス（ＣＯ：０．６０％，Ｏ2：０．３０％，残
りＨｅ）をＳｖ＝５０００／Ｈｒの流速で流したとこ
ろ、活性は初期の値に戻った。図３のグラフにおいて、
１９時間後に一時的に活性が低下したのは、ガスを流さ
ず一昼夜放置したのち試験を再開したからであって、吸
着されたＣＯやＯ2が触媒上を移動して活性点をつぶし
たためと考えられる。
Ｏ2混合ガス（ＣＯ：０．６０％，Ｏ2：０．３０％，残
りＨｅ）をＳｖ＝５０００／Ｈｒの流速で流したとこ
ろ、活性は初期の値に戻った。図３のグラフにおいて、
１９時間後に一時的に活性が低下したのは、ガスを流さ
ず一昼夜放置したのち試験を再開したからであって、吸
着されたＣＯやＯ2が触媒上を移動して活性点をつぶし
たためと考えられる。
【００２６】続いて、上記と同じ条件でＮＯ被毒をさせ
たのち、やはり上記と同じ混合ガス組成と温度、流速の
条件で、触媒の再生をはかった。その結果を図４に示
す。このグラフから、３０時間以上経過後も、触媒は十
分な活性を保ってＣＯ＋Ｏ2の反応を進めていることが
わかる。
たのち、やはり上記と同じ混合ガス組成と温度、流速の
条件で、触媒の再生をはかった。その結果を図４に示
す。このグラフから、３０時間以上経過後も、触媒は十
分な活性を保ってＣＯ＋Ｏ2の反応を進めていることが
わかる。
【００２７】炭酸ガスレーザー用ガスの使用後の組成に
近いガスを３種供給し、反応器出口のＣＯおよびＮＯを
分析して、図５の結果を得た。触媒活性はあまり変化せ
ず、高く保たれた。ＣＯが比較的多いのは、 ＮＯ＋ＣＯ＝０．５Ｎ2＋ＣＯ2 ＣＯ＋０．５Ｏ2＝ＣＯ2 の反応にくらべて、 ＮＯ＋０．５Ｏ2＝ＮＯ2 ＮＯ2＝０．５Ｎ2＋Ｏ2 の反応が優先的に起るためと考えられる。ＮＯ濃度が低
く抑えられることは、使用後のレーザーガス中にＮＯx
が発生していても、触媒の劣化は起らず長時間使用でき
ることを期待させる。
近いガスを３種供給し、反応器出口のＣＯおよびＮＯを
分析して、図５の結果を得た。触媒活性はあまり変化せ
ず、高く保たれた。ＣＯが比較的多いのは、 ＮＯ＋ＣＯ＝０．５Ｎ2＋ＣＯ2 ＣＯ＋０．５Ｏ2＝ＣＯ2 の反応にくらべて、 ＮＯ＋０．５Ｏ2＝ＮＯ2 ＮＯ2＝０．５Ｎ2＋Ｏ2 の反応が優先的に起るためと考えられる。ＮＯ濃度が低
く抑えられることは、使用後のレーザーガス中にＮＯx
が発生していても、触媒の劣化は起らず長時間使用でき
ることを期待させる。
【００２８】
【実施例１】図１に示した構成の装置において、円筒形
の反応器を使用しその底にメッシュを置き、０．５％Ｐ
ｔ−Ａｌ2Ｏ3触媒１２リットルを充填して、その上にラ
シヒリングを充填した。触媒層中に温度センサーを置
き、層の上部（ガス入口側）、中部、下部（ガス出口
側）における温度の経時変化をみることによって、各部
分の反応に対する活性がどう変化するかを知ることがで
きるようにした。この反応器を炭酸ガスレーザー装置と
組み合わせ、Ｈｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガスをマスフローコ
ントロールバルブによりレーザー装置へ供給した。その
ガスの一部をとり出し、上記の再生装置にブロアで送っ
た。送られたガスは熱交換器で熱回収した上で加熱器に
より加熱され、２５０〜３００℃で反応器に入り、触媒
層で副生成物の再結合反応を行なったのち、熱交換器を
へて冷却器へ移り、レーザーチャンバー温度以下に冷却
される。冷却されたガスはフィルターで粉塵を除去した
のち、レーザー装置へ戻される。
の反応器を使用しその底にメッシュを置き、０．５％Ｐ
ｔ−Ａｌ2Ｏ3触媒１２リットルを充填して、その上にラ
シヒリングを充填した。触媒層中に温度センサーを置
き、層の上部（ガス入口側）、中部、下部（ガス出口
側）における温度の経時変化をみることによって、各部
分の反応に対する活性がどう変化するかを知ることがで
きるようにした。この反応器を炭酸ガスレーザー装置と
組み合わせ、Ｈｅ−Ｎ2−ＣＯ2混合ガスをマスフローコ
ントロールバルブによりレーザー装置へ供給した。その
ガスの一部をとり出し、上記の再生装置にブロアで送っ
た。送られたガスは熱交換器で熱回収した上で加熱器に
より加熱され、２５０〜３００℃で反応器に入り、触媒
層で副生成物の再結合反応を行なったのち、熱交換器を
へて冷却器へ移り、レーザーチャンバー温度以下に冷却
される。冷却されたガスはフィルターで粉塵を除去した
のち、レーザー装置へ戻される。
【００２９】反応器の触媒層の温度を３００℃に保ち、
循環させるガスの量を変化させて、反応器の入口および
出口におけるＮＯxを分析し、ガス変換率およびＯ2反応
率を算出した。その結果を、表１にまとめて示す。
循環させるガスの量を変化させて、反応器の入口および
出口におけるＮＯxを分析し、ガス変換率およびＯ2反応
率を算出した。その結果を、表１にまとめて示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】次に、０．６％のＣＯ2、０．３％のＯ2と
ともにＮＯを２６ppm または１６２ppm 含有するＨｅ−
Ｎ2−ＣＯ2ガスを、種々の温度で反応器に供給した。空
塔速度は５００／Ｈｒである。ＣＯの反応率およびＮＯ
の反応率は、図６に示すような温度変化をみせた。この
データから、２００℃を超える温度では急激に反応率が
高まることが明らかである。この効果は２４０〜２５０
℃で飽和するので、それ以上の高温の採用はメリットが
ない。反応温度の上限値３５０℃は、コントロールの容
易さなどを考慮して実用的見地から定めた。
ともにＮＯを２６ppm または１６２ppm 含有するＨｅ−
Ｎ2−ＣＯ2ガスを、種々の温度で反応器に供給した。空
塔速度は５００／Ｈｒである。ＣＯの反応率およびＮＯ
の反応率は、図６に示すような温度変化をみせた。この
データから、２００℃を超える温度では急激に反応率が
高まることが明らかである。この効果は２４０〜２５０
℃で飽和するので、それ以上の高温の採用はメリットが
ない。反応温度の上限値３５０℃は、コントロールの容
易さなどを考慮して実用的見地から定めた。
【００３２】
【実施例２】前記の実施例で述べたように、Ｎ2中ＮＯ
を５８．１ppm含むガスを８８℃で１４０分間流通させ
ることにより触媒を被毒させた後、この触媒に対して、
０．６５％のＣＯと０．３０％のＯ2とを含有するＨｅ
−ＣＯ−Ｏ2ガスを、温度４００℃、空塔速度２，００
０／Ｈｒの条件で３時間流通させて触媒の再活性化を行
なった。
を５８．１ppm含むガスを８８℃で１４０分間流通させ
ることにより触媒を被毒させた後、この触媒に対して、
０．６５％のＣＯと０．３０％のＯ2とを含有するＨｅ
−ＣＯ−Ｏ2ガスを、温度４００℃、空塔速度２，００
０／Ｈｒの条件で３時間流通させて触媒の再活性化を行
なった。
【００３３】続いて、０．６％のＣＯ、０．３％のＯ2
に加えて６６．４ppmのＮＯを含有するＨｅ−ＣＯ−Ｏ2
混合ガス（レーザーガスの使用後の状態に相当）を、温
度２７０℃、空塔速度５，０００／Ｈｒの条件で流通さ
せて、ガスの再生処理を行なった。ＣＯの反応率および
ＮＯの反応率は図７に示すとおりであって、長時間にわ
たって１００％またはそれに近いレベルに保たれている
ことから、上記の触媒再活性化の有効なことが確認され
た。
に加えて６６．４ppmのＮＯを含有するＨｅ−ＣＯ−Ｏ2
混合ガス（レーザーガスの使用後の状態に相当）を、温
度２７０℃、空塔速度５，０００／Ｈｒの条件で流通さ
せて、ガスの再生処理を行なった。ＣＯの反応率および
ＮＯの反応率は図７に示すとおりであって、長時間にわ
たって１００％またはそれに近いレベルに保たれている
ことから、上記の触媒再活性化の有効なことが確認され
た。
【００３４】
【実施例３】反応器に新しい触媒を充填して、そこへ１
０００ppmのＣＯを含有するＨｅガスを、温度１５０
℃、空塔速度３００／Ｈｒの条件で１時間流通させる、
触媒の前処理を行なった。その後、０．６％のＣＯ、
０．３％のＯ2に加えて６３．６ppmのＮＯを含有するＨ
ｅ−ＣＯ−Ｏ2混合ガス（同じくレーザーガスの使用後
のもの）を、温度２４０〜２５０℃、空塔速度５，００
０／Ｈｒの条件で流通させ、再生処理を行なった。ＣＯ
の反応率は、図８にみるように長時間１００％に維持さ
れていた。この処理を行なわなかった触媒の活性は、図
８にあわせて示したとおりであり、３〜４時間の運転で
活性の低下が認められた。
０００ppmのＣＯを含有するＨｅガスを、温度１５０
℃、空塔速度３００／Ｈｒの条件で１時間流通させる、
触媒の前処理を行なった。その後、０．６％のＣＯ、
０．３％のＯ2に加えて６３．６ppmのＮＯを含有するＨ
ｅ−ＣＯ−Ｏ2混合ガス（同じくレーザーガスの使用後
のもの）を、温度２４０〜２５０℃、空塔速度５，００
０／Ｈｒの条件で流通させ、再生処理を行なった。ＣＯ
の反応率は、図８にみるように長時間１００％に維持さ
れていた。この処理を行なわなかった触媒の活性は、図
８にあわせて示したとおりであり、３〜４時間の運転で
活性の低下が認められた。
【００３５】
【発明の効果】本発明の混合ガス再生技術によれば、炭
酸ガスレーザー装置において使用後のレーザー用ガスを
繰り返して使用でき、レーザー操作のランニングコスト
の低下がはかれるという、さきの発明の効果を長期にわ
たって確保することができる。触媒の前処理法がこれを
助け、ＮＯxによる被毒を低減する。触媒再活性化の方
法は、被毒により活性の低下した触媒を再活性化して、
繰り返し使用することを可能にする。レーザーガス再生
のための設備費は低廉であり、装置の設置スペースも小
さい。
酸ガスレーザー装置において使用後のレーザー用ガスを
繰り返して使用でき、レーザー操作のランニングコスト
の低下がはかれるという、さきの発明の効果を長期にわ
たって確保することができる。触媒の前処理法がこれを
助け、ＮＯxによる被毒を低減する。触媒再活性化の方
法は、被毒により活性の低下した触媒を再活性化して、
繰り返し使用することを可能にする。レーザーガス再生
のための設備費は低廉であり、装置の設置スペースも小
さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のレーザー用ガス再生装置の構成を説
明するためのフローチャート。
明するためのフローチャート。
【図２】 本発明の完成に至る実験に使用した装置のフ
ローチャート。
ローチャート。
【図３】 本発明を完成させるために行なった実験のデ
ータであって、レーザー用ガス再生装置のＰｔ−Ａｌ2
Ｏ3触媒がＮＯ被毒後に、高い反応温度において活性を
回復することを示すグラフ。
ータであって、レーザー用ガス再生装置のＰｔ−Ａｌ2
Ｏ3触媒がＮＯ被毒後に、高い反応温度において活性を
回復することを示すグラフ。
【図４】 同じく本発明のために行なった実験のデータ
であって、図３の実験に続いて行なったガス再生が、長
時間持続することを示すグラフ。
であって、図３の実験に続いて行なったガス再生が、長
時間持続することを示すグラフ。
【図５】 やはり本発明のために行なった実験のデータ
であって、使用後のレーザーガスに近い組成のガスを、
本発明に従って再生処理した結果を示すグラフ。
であって、使用後のレーザーガスに近い組成のガスを、
本発明に従って再生処理した結果を示すグラフ。
【図６】 本発明の混合ガス再生に関する実施例のデー
タであって、ＮＯを含有するレーザーガスを再生処理し
たときの、ＣＯの反応率およびＮＯの反応率の、温度変
化を示すグラフ。
タであって、ＮＯを含有するレーザーガスを再生処理し
たときの、ＣＯの反応率およびＮＯの反応率の、温度変
化を示すグラフ。
【図７】 本発明の触媒再活性化に関する実施例のデー
タであって、再活性化した触媒を用いてＮＯを含有する
レーザーガスの再生を行なったときの、ＣＯの反応率お
よびＮＯの反応率の、経時変化を示すグラフ。
タであって、再活性化した触媒を用いてＮＯを含有する
レーザーガスの再生を行なったときの、ＣＯの反応率お
よびＮＯの反応率の、経時変化を示すグラフ。
【図８】 本発明の触媒前処理に関する実施例のデータ
であって、前処理を施した触媒と施さない触媒とを用い
てＮＯを含有するレーザーガスの再生を行なったとき
の、ＣＯの反応率の経時変化を示すグラフ。
であって、前処理を施した触媒と施さない触媒とを用い
てＮＯを含有するレーザーガスの再生を行なったとき
の、ＣＯの反応率の経時変化を示すグラフ。
１ ブロア ２ 熱交換器 ３ ガス交換機 ４ 反応器 ５ 冷却器 ６ フィルター ７ レーザー装置 ８ レーザー用混合ガスボンベ ９ 触媒再活性化ガスボンベ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−111388（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−53484（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】 炭酸ガスレーザー用のＨｅ−Ｎ2−ＣＯ2
混合ガスを再生する装置であって、レーザー装置で使用
した混合ガスを予熱するガス加熱器、予熱された混合ガ
ス中のＣＯとＯ2およびＮＯx を反応させるための、貴
金属触媒を充填した、加熱手段を有する反応器、反応後
の混合ガスを冷却するガス冷却器、および冷却後の混合
ガスから除塵をするフィルターを順に接続し、再生した
ガスをレーザー装置に循環させる手段を設け、さらに、
触媒を充填した反応器に対してＨｅ−ＣＯ−Ｏ2の触媒
再活性化用混合ガスを供給する手段を加えてなる再生装
置。 - 【請求項２】 触媒として、アルミナ担持白金触媒を使
用した請求項１の再生装置。 - 【請求項３】 炭酸ガスレーザー用のＨｅ−Ｎ2−ＣＯ2
混合ガスを再生する貴金属触媒を再活性化する方法であ
って、レーザー装置で使用した混合ガスを触媒と接触さ
せて使用後の混合ガス中のＣＯとＯ2およびＮＯxを反応
させるガス再生方法を実施した結果、ＮＯxに被毒して
活性が低下した触媒の層に対し、温度４００〜５００℃
において、０．２〜０．８％のＣＯおよび０．１〜０．
４％のＯ2を含有し残部がＨｅからなる再活性化用ガス
を通過させることからなる触媒の再活性化方法。 - 【請求項４】 炭酸ガスレーザー用のＨｅ−Ｎ2−ＣＯ2
混合ガスを再生する貴金属触媒を前処理する方法であっ
て、触媒の使用に先立って、温度６０〜１５０℃におい
て、１０００〜３０００ppm のＣＯを含有するＨｅ−Ｎ
2−ＣＯ2混合ガスまたはＨｅガスを触媒層に通過させる
ことからなる触媒前処理方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3049657A JP3002281B2 (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 炭酸ガスレーザー用のガスを再生する装置 |
| CA002062708A CA2062708C (en) | 1991-03-14 | 1992-03-11 | Method and apparatus for regenerating gas used in carbon dioxide laser generator |
| US08/364,197 US5841804A (en) | 1991-03-14 | 1994-12-27 | Method and apparatus for regenerating gas used in carbon dioxide laser generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3049657A JP3002281B2 (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 炭酸ガスレーザー用のガスを再生する装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04286171A JPH04286171A (ja) | 1992-10-12 |
| JP3002281B2 true JP3002281B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=12837258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3049657A Expired - Lifetime JP3002281B2 (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 炭酸ガスレーザー用のガスを再生する装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3002281B2 (ja) |
| CA (1) | CA2062708C (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5841804A (en) * | 1991-03-14 | 1998-11-24 | Jgc Corporation | Method and apparatus for regenerating gas used in carbon dioxide laser generator |
| JP2536711B2 (ja) * | 1992-11-10 | 1996-09-18 | 日揮株式会社 | 炭酸ガスレ―ザ―用ガスの再生方法 |
| JPH0766475A (ja) * | 1993-08-31 | 1995-03-10 | Jgc Corp | 炭酸ガスレーザ装置及びその運転方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6453484A (en) * | 1987-08-25 | 1989-03-01 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Oscillation of carbon dioxide gas laser |
| JPH01111388A (ja) * | 1987-10-26 | 1989-04-28 | Toshiba Corp | ガスレーザ装置におけるガス再生循環装置 |
-
1991
- 1991-03-14 JP JP3049657A patent/JP3002281B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-03-11 CA CA002062708A patent/CA2062708C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2062708A1 (en) | 1992-09-15 |
| JPH04286171A (ja) | 1992-10-12 |
| CA2062708C (en) | 1999-05-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19970107 |