JPS5981896A - 熱ガスを製造する方法およびその装置 - Google Patents

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】 本発明は、化学工業および金属１渠用のｊ、　６００°
Ｋ　以上の温度を有する熱ガスを発生せしめる方法およ
びその装置に関する。

本発明は、ガス混合物を含む任意の組成のガスの加熱お
よび／または製造をアーク炉内において経済的に行なう
ことを目的とする。

加熱すべきガスは、種々の組成を有しうる。

空気ならびに一酸化炭素（ＣＯ）および水素（Ｈ３）か
らなるガス混合物が提案されうる。このガス混合物は、
ＣＯおよびＨ２のほかに、任意の温度および圧力におい
て、適当な鼠で添加された例えば００２、Ｕ、Ｏのよう
な酸化媒質と反応する炭素含有成分からなることができ
るが、その除虫としてＣＯおよびＨ２’に含有するガス
混合物が生成する。この場合には、アークに供給された
エネルギーの一部は、化学反応に費される。

そのようなガス混合物は、化学工業において各種の有機
物質を製造するだめの合成ガスとして使用される。それ
らは、鉱石から金属を製造する場合には還元ガスとして
使用される。

古典的な高炉法においては、加熱のための熱は、高炉自
体の中で発生され、そして熱風炉において廃ガスから予
熱すべき空気に供給される。

その際、温度は、１．２００ないし１．５００°Ｋに達
し、約１．６００°Ｋ　付近に技術的限界がある。それ
に対して、近年実施されている直接還元法においては、
加熱のための熱は、実質的に還元工程の外で発生せしめ
られ、そし−Ｃ還元ガスにもたらされる。この方法によ
ｊ！、ば、比較的小さな冶金工場もまた経済的に運転さ
れる。その際、還元ガスの製造および／または加熱のた
めにアーク炉を使用することは、経済的理由から合目的
的である。その際、１０バールまでの圧力においてへ５
００°Ｋ　までのガス温度が達成される。

アーク炉内における化学反応の存在下または不存在での
ガスの加熱は、公知となってい公。

例えば、アセチレンは、炭化水素からアーク炉で大規模
ＶＣ製造される（　Ｈｙｄｒｏｃａｒｂ、　Ｐｒｏｃｅ
ｓｓ　。

１９６２　（６）１５９　ｆｆ、参照）。全域精錬工業
においては、ＣＯおよびＨ２からなるガス混合物は、ア
ーク炉で製造および／または加熱され、空気もまたアー
ク炉で加熱されうる（ドイツ特許第２．４１３．５８０
号＝英国特許第１．４７３．９　″４２号参叩）。その
ために例えば、ガス渦流安定化型アーク、磁界安定化型
アークおよび高電流アークならびにこれらの配置の組合
せのような種々のアークの配置が使用はれる。ガス渦流
安定化型アークにおいては、陰極および／または陽極は
、棒状ま′Ｐｃ１ｄ板状でよい（米国特許第４、００２
．４６６号参照）。この方法の欠点は、アークの接触点
（Ｌｉｃｈｔｂｏｇｅｎａｒｓａｔｚ　）　　があまシ
にも強く固定されており、このことが電極の有効寿命を
余りにも短かく（５０ないし１００時間）する−殊に電
力が高い場合に−２いう点に存する。その上、この方法
は、ガス状の炭化水素を用いて１．５バール（絶対圧）
以下の圧力においてのみ安定して運転されうる。

磁界安定化型アークの場合には、電極は、少くとも軸方
向の磁界の範囲において磁化できない金属、例えば銅ま
たは合金鋼からなる（ドイツ特許出願公開第２．１０７
．８２４号＝英国特￥ＦＭ　１．５５１．６２６号参照
）。コノ電極の著しい灼熱減量（Ａｂｂｒａｎａ　）は
、電極のための多大の費用および灼熱生成物の除去を必
要とすることがある。それ故、６Ｍ！以上の出力を有す
るアーク炉としては、灼熱減量が少くかつ低廉な電極が
主に用いられた。このアーク炉を還元および合成ガスの
加熱および／または製造ならびに比較的高い圧力におけ
る空気の加熱に使用しようという要望がある。

アセチレンの製造に大規模に使用されるような公知のガ
ス渦流安定化型高電圧アーク炉においては、アークの接
触点（Ａｎｓａｔｚｐｕｎｋｔ　）は、表面積の大きな
電極上にあシ、それによって比較的少い灼熱減量しか生
ぜず、このことは、１、　ＯＯ０時間またはそれ以上と
いう電極寿命をもたらす。しかしながら、この公知のア
ークの配置は、ガス状の炭化水素を用い１．５パール（
絶対圧）以下の圧力においてのみ安定に運転される。ガ
ス混合物の組成の変動は、長手方向における電場の強さ
の著しい変動をもたらし、このことはアークの長さに、
従ってまた渦流の安定のために必要なガス量に影響を及
を了す。１．５パール（絶対圧）以上の圧力の場合には
、アークの安定化のために必要なガスの回転流は、著し
く変化する。この影響の程度は、４ボルト／アンペアに
等しいかあるいはそれ以上の電圧対電流の比を有するガ
ス渦流安定化型高電圧アークにおいては臨界的である。

従って、直流によって運転されるガス渦流安定化型高電
圧アーク炉を適当に設けそして空気、酸素富有空気また
はＣ０１Ｈ３またはガス状炭化水素からなるガス混合物
ならびにｃｏ２および／または水蒸気を用いて１．５パ
ール（絶対圧）以上の圧力において安定に運転されうる
ような操作条件を見出すというｉ果題があった。

上記の課Ｍは、下記の特徴、すなわちニー加熱されるべ
きガスのインパルス流が少くとも１ｏｋｇｍ／θ２、好
ましくは１０ないし３０ゆｍ／　Ｂ　”　　であること
； −渦流室のガス入口におけるガス速度が少くとも１ｏｍ
／ｌｘ！ｌ−Ｔましくは１ｏないし５０ｆＰＩ／ｓであ
ること； 一ガス圧力が１，５ないし１０バール（絶対圧）、好ま
しくは２ないし５パール（絶対圧）であること、 という特徴を有する本発明による方法によって解決され
る。

加熱されるべきガスまたはガス混合物は、アーク炉内に
電極の軸に対して接線方向に、好ましくけ、ｗ、ｌ＠、
の間に存在する空間に吹込まれる。

反応したそして／または加熱されたガスは、−それらの
使用範囲に応じてｍ一つの中空電極１に貫いて−好まし
くは中空の陽極を貫いて−あるいは両方の中空電極を同
時に貫いてアーク炉から取出される。

本発明による方法は、下記の特徴、すなわちニー中空電
極において陰極対陽極の内径の比が１．６ないし２，５
であることニ ー両可、極の間の間隔が陰極の内径のｏ、　７ないし０
．９倍であること、 という特徴を有する装置を用いて実施される。

インパルス流（工ｍｐｕｌｓｅｔｒｏｍ　）は、渦流室
の入口における渦流リングの流入スリット中の質ｍ流と
ガス速度との積である。

アークを取巻く渦流のインパルス流が１ｏＪｍ’／ｇ２
以上であシ、そして同時に接線方向にスリットを貫いて
渦流室内に流入するガス混合物の速度が１０ｎＩＺθよ
り大であるならば、アークは、規定でれた圧力において
より確実に安定化される。

高められた圧力においては、アークの安定化のために必
要なガス量は、アークの長手方向における電界の強さを
同時に高めることによって減少する。両方の効果によっ
て、アークの辱さは短かくなり、中空陰極内における逆
渦流（Ｒｕｃｋｗｉｒｂｅｌ　）　　は弱まり、それに
よって陰極上のアークの接触点は、もはや中空陰極内に
もはや引込まれずに、アークは、中空陰極の下辺上の固
定された部位において灼熱する。これは、極めて大なる
灼熱減量に導き、そして陰極の寿命は、５ないし１０秒
へと棒端に旬縮される、。

陰極の内径対陽極の内径に対する比が規定された範囲内
にあるならば、中空陰極内の逆渦流は、高められた圧力
においても強まり、アーク接触点は、中空陰極内に引込
オれる。

アークコラムの軸方向の振れの結果、中空陰極の内壁上
でのアーク接触点全安定に位置せしめるためのこれらの
手段のみでは、電極間の距離、すなわち間隔が大きすぎ
る場合には、不十分である１、それに対して中空陰極の
外径に依存する間隔かつ規定された範囲内にあるならば
、アークの接触点は、中空陰極の内壁上に安定に存在す
る。

両方の電極の寿命を大きくするためには、中空陰極内へ
のアークの進入の深さと共に、両方の電極上でのアーク
接触点の回転速度もまた決定的なことである。高められ
た圧力においては、比較的少ないガス訃のゆえに、アー
ク接触点の回転を起させるガス流の回転速度は低下する
。

アーク接触点の回転が遅すぎると、電極の灼熱減ｌが増
大する。しかしながら、イン・くガス流および同時にガ
スの進入速度が規定された極小値以上であるならば、電
極上でのアーク接触点の十分に大きな回転速度が得られ
る。この回転速度ハ、インパルス流が１０ないし５ｏｋ
ｙ、／１ｇ２　　であシそしてガスの進入速度が１０な
いしｓ　Ｏ、Ｉ　／　８である場合に最適なものとなる
。

上記の手段を十分に効果的ならしめるためには、渦流リ
ングを有する渦流室およびガス流入口を両電極の間の平
面内に置くことが推奨される。ガス渦流を起させる装置
が例えば一つまたは両方の中空電極内に存在するならば
、渦流が妨げられ、アークは、より安定性が減する。

規定された装置を用いて実施される本発明による方法の
利点は、下記のとおりであるニーアークは、中空電極内
に位置するアーク接触点によって安定して灼熱するニ ーアーク接触点け、最適の回転速度を有する；−電極の
灼熱減量は、小さくそして雷１極の寿・命は長い； 一ガス圧力は、従来通例であった圧力よりも高くてもよ
い； 一ガスの組成は、極めて任窟であり、これらのガスは炭
化水素を含有しないかあるいけ少量のみを含有すればよ
い。

規定された装置を用いて実施される本発明による方法は
、極めて任意な組成を有するガスの製造および／または
加熱するのに有利な性質を有するガス渦流安定化型高電
圧アーク炉を高められた圧力において使用するととを可
能にする。

本発明による方法を以下の例において更に詳細に説明す
る： ガス状の炭化水素からアセチレンを製造するために使用
されるもののような、その本質的な部分において公知と
なっているガス渦流安定化型の、直流で運転される高電
圧アーク炉に下記の組成を有するガス混合物を供給した
：ＯＨ４２２容量係 ｃｏ　　　　　１８容曙チ Ｈ！　　　　　　５７１■ Ｈ，０２３容陣チ アーク炉の下記の両方の運転条件が選択された： 本発明による条件下で運転されるアーク炉においてＶよ
、ここで使用されたガス混合物の場合、電極の寿命は、
慣例の条件下で運転される炉の場合の約１０倍も長い。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明によるアーク炉の一具体化例分示す概略貌
明図である。図中、主要部分を参照数字をもって示せば
下のとおりである：１・・・・電気エネルギー ２・・・・陰極 ３・・・・陽極 ４・・・・電極間の間隔 ５・・・・アーク ６・・・・ガス入口 ア・・・・渦流リング ８・・・・ガス出口 １．１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　中空電極および渦流室を有し直流で運転されるガ
   ス渦流安定化型高電圧アーク炉を使用して、高められた
   圧力下にある熱ガスを製造する方法において、この方法
   を、 （イ）少くとも１０ｋｇｍ／８！　　の加熱すべきガス
   のインパルス流、 （ロ）渦流室へのガスの入口において少くとも１０ｍ／
   日のガス速度、および （−）ｉ、ｓないし１０パール（絶対圧）の圧力で実施
   し、その際中空電極を用いて陰極対陽極の内径の比を１
   ，６ないし２．５となしそして電オタ間の間隔ｆｔ陰極
   の内径の０９ないし０．７倍となし、そして加熱すべき
   ガスをＭ、極軸に対して接線方向にアーク内に吹込むこ
   とを特徴とする、前記熱ガスの製造方法。 ２　加熱すべきガスのインパルス流が１０ないし３０−
   ｍ／　ｇ２　である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、　ガス速度が１０ないし５０１Ｈ／　ｅである特許
   請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 ４．２ないし５バール（絶対圧）の圧力において実施す
   る特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の方
   法。 ５　加熱すべきガスをアーク炉中に電極間に存在する空
   間に電極軸に対して接線方向に吹込む、特許請求の範囲
   第１項〜第４項のいずれかに記載の方法。 ６、　加熱されたガスを中空［＠を貫いてアーク炉から
   取出す、特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記
   載の方法。 Ｚ　加熱されたガスを中空の陽極を貫いてアーク炉から
   取出す、特許請求の範囲第６項に記載の方法。 ＆　加熱されたガスを両方の中空電極をｎいてアーク炉
   から取出す、特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれか
   に記載の方法。 ９．　中空電極および渦流室を有し直流で運転されるガ
   ス渦流安定化型高電圧アーク炉を使用して、高められた
   圧力下にある熱ガスを製造するための装置において、 （イ）陰極対陽極の内径の比が１．６ないし２．５であ
   る中空電極を有し、そして （ロ）電極間の間隔を陰極の内径の０．９ないし０．７
   倍とする、 ことを特徴とする前記熱ガスを製造する装置。