JPH04235713A - ガス軟窒化装置におけるアンモニア回収装置 - Google Patents

ガス軟窒化装置におけるアンモニア回収装置

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JPH04235713A
JPH04235713A JP3002041A JP204191A JPH04235713A JP H04235713 A JPH04235713 A JP H04235713A JP 3002041 A JP3002041 A JP 3002041A JP 204191 A JP204191 A JP 204191A JP H04235713 A JPH04235713 A JP H04235713A
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gas
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ammonia gas
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Toshiro Kameda
亀田 敏郎
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  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアンモニアを含む高温下
の雰囲気ガス中で鉄鋼部品等の表面処理を行うガス軟窒
化装置に関し、特に、ガス軟窒化炉から排出される未分
解アンモニアガスを回収して再利用するようにしたガス
軟窒化装置におけるアンモニア回収装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ガス軟窒化処理は、鉄鋼部品等のワーク
の耐摩耗性および疲労強度の向上を目的として、前記鉄
鋼部品等をCO、H2 、N2 を主成分とする吸熱型
変成ガス(ENDガス)とアンモニアガスから成る雰囲
気ガス中で570〜600°Cの温度で熱処理するもの
である。
【0003】吸熱型変成ガスのCO成分とアンモニアガ
スは、ガス軟窒化炉中におけるワークとの接触により以
下のように反応する。 (i)    吸熱型変成ガス  2CO→C(浸炭)
+CO2  (ii)  アンモニアガス  2NH3 →3H2 
+2N(窒化) このように、ガス軟窒化炉内で吸熱型変成ガスのCO成
分とアンモニアガスNH3 が分解してそれぞれ炭素原
子Cと窒素原子Nを生成し、その炭素原子Cと窒素原子
Nがワークの表面より内部に侵入拡散して表面に耐摩耗
性を有する化合物層を形成すると同時に、その内部に疲
労強度を向上させて窒素の拡散層を形成する。
【0004】前記雰囲気ガスは、エアーとブタンC4 
H10を変成炉内で変成して一定混合率のCO、H2 
、N2 (例えば、CO24%、H2 40%、N2 
46%)から成る吸熱型変成ガスを作成し、この吸熱型
変成ガスに液体アンモニアを蒸発させたアンモニアガス
を一定の比率(例えば、吸熱型変成ガス46%、アンモ
ニアガス54%)で混合することにより得ることができ
る。
【0005】前記ガス軟窒化処理を経た雰囲気ガスは、
前述のようにCOとNH3 が分解するために不要なC
O2 、H2 、N2 が増加して適正な組成でなくな
るだけでなく、臭気が強い未分解のアンモニアガスを大
量に含んでいる。このために、絶えず新しい雰囲気ガス
を供給することにより古い雰囲気ガスをガス軟窒化炉か
ら押出し、排出された古い雰囲気ガスを他の燃料と混合
して焼却している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ガス軟窒化
炉内において前記(i)式、および(ii)式に基づい
て反応する雰囲気ガスはワークの表面に接触している一
部のみであって、他の大部分の雰囲気ガスは未反応のま
ま残留する。また一部の雰囲気ガスは熱分解により消費
されるが、全体として消費される雰囲気ガスの比率は極
一部に限られ、その多くは前述のように廃棄されている
。例えば、ガス軟窒化炉に供給する雰囲気ガスの吸熱型
変成ガスとアンモニアガスの混合比率を46:54とす
れば、表1の右欄に示すように、ガス軟窒化炉から排出
される混合ガスの吸熱型変成ガス(N2 、H2 、C
O)とアンモニアガス(NH3 )の混合比率は52.
1:47.5となる。これからガス軟窒化炉において分
解されるアンモニアの比率を計算すると僅かに4.4%
となり、他の大部分のアンモニアは未分解のまま排出さ
れることになる。また、過去におけるガス軟窒化処理で
は、混合ガスにおける未分解のアンモニアガスの混合比
率は35%程度と低いものであったが(表1の左欄参照
)、前述のように現在ではアンモニアガスの混合比率が
47.5%と高まっていることもあり、省資源およびコ
スト低減の観点から未分解のアンモニアガスを回収して
再利用することが要請されている。
【0007】
【表1】
【0008】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、ガス軟窒化炉から未分解のまま排出されたアンモニ
アガスを回収して再利用することが可能なガス軟窒化装
置におけるアンモニア回収装置を提供することを目的と
する。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明のガス軟窒化装置におけるアンモニア回収装置
は、ガス軟窒化炉から排出される未分解アンモニアガス
を含む混合ガスのうち、前記未分解アンモニアガスを水
に吸収させて分離するアンモニア吸収手段と、このアン
モニア吸収手段で作られるアンモニア水を加熱してアン
モニアガスを精留するアンモニア精留手段と、精留した
アンモニアガスを液化するアンモニア液化手段とを備え
、回収した液体アンモニアを蒸発させて前記ガス軟窒化
炉に戻すことを第1の特徴とする。
【0010】また本発明は、前述の第1の特徴に加えて
、アンモニア液化手段においてアンモニアガスから回収
した熱を液体アンモニアを蒸発させるエネルギー源とし
て用いることを第2の特徴とする。
【0011】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
【0012】図1は本発明の一実施例によるアンモニア
回収装置の全体構成図である。1はガス軟窒化炉であっ
て、570〜600°Cに保持された炉内において鉄鋼
部品等のワークに雰囲気ガスを反応させてガス軟窒化処
理を行うものである。ガス軟窒化炉1と液体アンモニア
タンク2とはアンモニアガス供給路3により接続され、
そのアンモニアガス供給路3には蒸発器4および流量調
節計5が介装される。また、ガス軟窒化炉1とブタンタ
ンク6とは吸熱型変成ガス供給路7により接続され、そ
の吸熱型変成ガス供給路7には蒸発器8、変成炉9、お
よび流量調節計10が介装される。而して、液体アンモ
ニアタンク2内に貯留された液体アンモニアは蒸発器4
で気化してアンモニアガスとなり、アンモニアガス供給
路3を介してガス軟窒化炉1に供給されるとともに、ブ
タンタンク6内に貯留されたブタンは蒸発器8において
蒸発した後に変成炉9においてエアーと共に変成されて
、例えば、CO24%、H2 40%、N2 46%の
組成を有する吸熱型変形ガスとなり、吸熱型変成ガス供
給路7を介してガス軟窒化炉1に供給される。このとき
、前記流量調節計5,10で吸熱型変成ガスとアンモニ
アガスを例えば46:54の比率で混合することにより
、所望の成分を含む雰囲気ガスをガス軟窒化炉1に供給
することができる。
【0013】さて、ガス軟窒化炉1において、雰囲気ガ
スに含まれるアンモニアガスの一部(4〜5%)がH2
 とNに分解してガス軟窒化処理に供されるが、残りの
大部分の未分解のアンモニアガスと他のN2 、H2 
、CO、O2 、Ar等の混合ガスは、連続的に流入す
る新しい雰囲気ガスにより流路11に押し出されて吸収
塔12に供給される。吸収塔12の下端と上端は灌水ポ
ンプ13を介装した流路14で接続されており、灌水ポ
ンプ13で汲み上げた水は吸収塔12の上部からシャワ
ー状に落下する。その際に前記混合ガスに含まれるアン
モニアガスが水に吸収されてアンモニア水が生成し、そ
のアンモニア水は前記流路14を繰り返し循環すること
より次第に濃度が高められる。
【0014】このようにして生成したアンモニア水の濃
度の所定値に達すると、電磁弁15を開くことにより前
記流路14から分岐する流路16を介してアンモニア水
がアンモニア水タンク17に取り出され、更にこのアン
モニア水は供給ポンプ18により電磁弁19を設けた流
路20を介して精留塔21の中央部に供給される。精留
塔21は上下に配設された多数の小室121 ,122
 …を備え、各小室121 ,122 …は重い液体が
上方の小室から下方の小室へ、また軽い気体が下方の小
室から上方の小室に移動できるように相互に連通孔で連
結されている。そして、この精留塔21を落下するアン
モニア水は、アンモニアガスが水に溶けることができな
い温度である40〜50°Cになるようにヒータ22で
加熱され、水に溶けきれなくなったアンモニアガスが分
離して該精留塔21内を上昇すると同時に、アンモニア
ガスが除去された水が精留塔21の下部に滞留する。
【0015】精留塔21で分離されたアンモニアガスは
、流路23に介装したクーラ24により冷却されて液体
アンモニアとなり、液体アンモニア受槽25に貯留され
る。このとき、液体アンモニア受槽25内の液体アンモ
ニアに含まれる水分等の不純物を除去すべく、還流ポン
プ26および電磁弁27に設けた流路28を介して液体
アンモニアが前記精留塔21に戻され、これにより液体
アンモニアは再度蒸留されて純度が増加する。而して、
液体アンモニア受槽25内の液体アンモニアの純度が充
分に高まると、電磁弁29が開かれて留出液ポンプ30
を介装した流路31を介して前記液体アンモニアが液体
アンモニアタンク2あるいは蒸発器4に還流し、再びガ
ス軟窒化処理に利用される。このようにガス軟窒化炉1
から排出される混合ガスに含まれる未分解のアンモニア
ガスを回収して再利用しているので、ガス軟窒化処理に
より実際に消費された僅かな量のアンモニアを補充する
だけで適正な雰囲気ガスを得ることが可能となる。
【0016】一方、精留塔21の下部に滞留した水の水
位が所定レベルに達すると、電磁弁32により流路33
が開かれて前記精留塔21内の水は灌液ポンプ34で前
記吸収塔12に戻されて再利用される。このとき、精留
塔21内の水は流路33に設けたクーラ35により冷却
される。
【0017】図2は本発明の第2実施例を示すもので、
この実施例は前記精留塔21の上部とクーラ24とを接
続する流路23にコンプレッサ36を備えており、この
コンプレッサ36でアンモニアガスを圧縮するとともに
、圧縮により温度上昇したアンモニアガスをインターク
ーラ37により冷却している。このように、アンモニア
ガスをクーラ24で冷却する前にコンプレッサ36で圧
縮することにより、その液化処理を一層効率的に行うこ
とができる。
【0018】アンモニアガスを冷却する前記クーラ24
、および精留塔21内の水を冷却するクーラ35には、
液体アンモニア受槽25から延びる流路31が接続され
、この流路31の末端はアンモニアガス供給路3の流量
調節計5の上流位置に接続される。その結果、液体アン
モニア受槽25から流路31を介してガス軟窒化炉1に
還流する5〜10°Cの低温の液体アンモニアはクーラ
24,35において冷媒として利用され、それ自身は高
温のアンモニアガスあるいは精留塔21内の水から熱を
受け取ってアンモニアガスへと蒸発し、直接前記ガス軟
窒化炉1に戻される。このように、アンモニアガスを冷
却して液化させるクーラ24および精留塔21内の水を
冷却するクーラ35に液体アンモニアの蒸発器としての
役割を兼ねさせることにより、冷却および加熱のための
エネルギーを節減することができる。
【0019】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲に記載された本発明を逸脱することなく、種々の小
設計変更を行うことが可能である。
【0020】
【発明の効果】以上のように本発明の第1の特徴によれ
ば、ガス軟窒化炉から排出される未分解アンモニアガス
を含む混合ガスのうち、前記未分解アンモニアガスをア
ンモニア吸収手段において水に吸収させて分離した後、
このアンモニア水をアンモニア精留手段において加熱し
てアンモニアガスを精留し、更にこのアンモニアガスを
アンモニアガス液化手段において液体アンモニアとして
回収している。そして、この液体アンモニアを蒸発させ
て前記ガス軟窒化炉に戻して再利用しているので、ガス
軟窒化処理により実際に消費された僅かな量のアンモニ
アを補充するだけで雰囲気ガスの組成を適正に保持する
ことができ、その結果コスト低減と資源の節約が可能と
なる。
【0021】また本発明の第2の特徴によれば、アンモ
ニア液化手段において回収した熱を液体アンモニアを蒸
発させるエネルギー源として利用しているので、特別の
エネルギー源を用いることなくアンモニアガスの液化と
液体アンモニアの蒸発を行うことが可能となり、一層の
エネルギー節減が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例によるアンモニア回収装置
の全体構成図
【図2】本発明の第2実施例によるアンモニア回収装置
の全体構成図
【符号の説明】
1      ガス軟窒化炉

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  アンモニアを含む高温下の雰囲気ガス
    中で鉄鋼部品等の表面処理を行うガス軟窒化装置におい
    て、ガス軟窒化炉(1)から排出される未分解アンモニ
    アガスを含む混合ガスのうち、前記未分解アンモニアガ
    スを水に吸収させて分離するアンモニア吸収手段(12
    )と、このアンモニア吸収手段(12)で作られるアン
    モニア水を加熱してアンモニアガスを精留するアンモニ
    ア精留手段(21)と、精留したアンモニアガスを液化
    するアンモニア液化手段(24,36)とを備え、回収
    した液体アンモニアを蒸発させて前記ガス軟窒化炉(1
    )に戻すことを特徴とする、ガス軟窒化装置におけるア
    ンモニア回収装置。
  2. 【請求項2】  前記アンモニア液化手段(24)にお
    いてアンモニアガスから回収した熱を液体アンモニアを
    蒸発させるエネルギー源として用いることを特徴とする
    、請求項1記載のガス軟窒化装置におけるアンモニア回
    収装置。
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