JPS60394B2 - 金属の溶断および加熱用燃料ガス組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属の溶接用、溶断用および加熱用に適する燃
料ガス組成物に関する。

従来「金属の溶接、溶断および加熱用ガスとしてはアセ
チレンが広く用いられて釆た。

しかし、アセチレンはその安全性よりアセトンなどの溶
剤に溶解させた溶解アセチレンの形でなければ運搬が出
来ず、アセチレンと共に多量の溶剤を運搬せねばならず
輸送効率が悪く輸送費が高くつく。またアセチレンの原
料カーバイトの供鎌倉も、近年産業構造の変革により、
その大量かつ安定した供給が困難となって来ており、価
格の上昇も著しい。このため石油化学工業などより大量
かつ安定に供給が得られ、しかも溶剤に溶解した形をと
らなくても安全な液化石油ガスの形で輸送出来、価格も
安いエチレン、プロパン、プロピレンが用いられたが所
期の目的には性能が劣る。このため特公昭３９−１３４
７４号および特公昭５０一２２５６３号記載の炭素数が
３および／あるいは４のアセチレン誘導体（メチルアセ
チレン、エチルアセチレンおよびビニルアセチレンなど
）、ジオレフイソ（プロバジエンおよびブタジヱン）、
モノオレフイン（プロピレン、およびブチレン）および
パラフィン（プロパンおよびブタン）を含有する液化石
油ガスが性能的にすぐれ、安価で輸送も効率的でありア
セチレンに代替されて来た。しかし、これらの液化石油
ガスのガス比重は空気よりも重く、漏洩した場合空気中
への拡散性が悪いため、造船所における構造物内の作業
あるいは各種工場におけるビット内作業などの換気の不
十分な場所での使用は漏洩ガスが充分拡散されず滞溜し
て引火爆発を起す危険性が欠点とされて来た。

これまでプロパン、ブタンなどの液化石油燃料ガスの漏
洩時の滞溜を防止するため、水素を混合することが欧米
で試みられて釆たが（昭和３ｇ王９月プロパン、ブタン
ハンドブック５４８頁）、特開昭５０−４３１０４号で
は水素ガス３５〜８０容量％およびＬＰガス６５〜２咳
容量％からなる混合燃料ガスを、また特開昭５０−４９
３０１号では炭素数３を有する脂肪族炭化水素の少くと
も１種を含む燃料ガス２０〜７０モル％および水素ガス
３０〜８０モル％から成る金属の漆断および加熱用ガス
組成物が述べられている。

これらの従来技術ではＬＰガスに水素を混入することに
より空気と同等もしくはそれより軽い燃料ガスを作るこ
とは出来るが、水素は燃焼時の火焔温度は高いが、単位
容積当りの熱量が低く、火炎の集中度が低下し、切断速
度が遅くなり熱効率が低下する。このため水素との混合
ガス全体の使用量を増大せねば、所要の熱量を確保出釆
ず、不経済となる。また水素の混合割合を増せば、火焔
温度が必要以上に高くなり、このためバーナーなど器具
の損耗が著しくなる。

その上、混合ガス中の水素の混入量を増せば、爆発範囲
が急激に拡大するため、漏洩時空気中への拡散は速いが
かえって危険性が増大することになる。また水素ガスは
通常、圧縮ガスとして輸送されるが、高圧容器の使用が
必要なため容器重量も大きく輸送効率がわろく、運搬費
も高いので、輸送効率のわるし、溶解アセチレンを代替
するためには適当ではない。

このため液化水素としての輸送も考えられるが、低温、
高圧の取扱いが必要であり安全性の上から、また低温液
化のためには比較的多大の冷凍を必要とし、このため水
素のコストも高くなるなどの点より、実用化普及するに
到っていない。そこで本発明者らは上記従釆の欠点を改
良したガスについて鋭意研究を進めた結果、上記のよう
な従来技術の欠点を克服し金属の熔接、溶断および加熱
用の燃料ガスとしてのアセチレンを代替するため大量か
つ安価に安定した供給が可能であり、空気と同等または
これより軽いガス比重を有し、未燃ガスの満溜による爆
発の危険性の少ない特に金属の溶接用、溶断用及び加熱
用に極めて効果的なガス組成物を見出し、本発明に到達
した。

即ち本発明は、Ａメチルアセチレン、エチルアセチレン
およびビニルアセチレンなどの炭素数３または４のアセ
チレン誘導体から選ばれた少くとも１種を８〜６５モル
％、プロパジエン、ブタジエン−１，３およびブタジェ
ン−１，２などの炭素数３または４のジオレフィンから
選ばれた少くとも１種を１８〜７５モル％、およびプロ
ピレン、イソプチレンおよびｎーブチレンなどの炭素数
３または４のモノオレフィンから選ばれた少くとも１種
を６７モル％以下含有する炭化水素ガス、Ｂ水素をＳＯ
〜９５モル％「一酸化炭素を１〜５０モル％、炭酸ガス
２５モル％以下およびメタン２５モル％以下を含むガス
からなり、ＡとＢをＡを２０〜７０モル％、Ｂを３０〜
８０モル％の割合で混合した金属の溶断、溶接および加
熱用燃料ガス組成物である。

上記Ａ，Ｂ２種類のガスのうち、Ａ成分は比較的比重の
大きな重いガスであり、Ｂ成分は比較的比重の小さい軽
いガスである。

本発明における上記の軽いガスＢとしては水素と一酸化
炭素のみからなる純粋なものに制限されるものではなく
コークス炉ガス、水性ガス、都市ガスあるいはメタン、
ェタン、プロパンおよびブタンなどの竪質炭化水素、ナ
フサ、灯油などの石油溜分をスチーム改質して製造され
る改質ガスも使用できる。

またメタノールをスチーム改質して得られる水素および
一酸化炭素ガスをそのままあるいはこのガス中の炭酸ガ
スをアルキロールアミン、炭酸カリウムまたはカ性ソー
ダなどで除去したり、あるいはモレキュラーシーブなど
で除去精製したガスも用いることができる。この軽いガ
スＢ中の水素と一酸化炭素の混合割合は水素５０〜９５
モル％、一酸化炭素１〜５０モル％である。

水素が５０モル％より少なく、一酸化炭素が５０モル％
より多い場合には」Ａ成分の炭化水素と混合したガス組
成物の比重を空気と同等あるいはそれより軽くすること
が困難となる。水素が９５モル％より多く、一酸化炭素
が１モル％より少ない場合には、混合ガスの単位容積当
りの熱量が低く、また火焔温度が必要以上に高温すぎ、
バーナーなどの器具の損耗が大きく実用的でない。また
一酸化炭素が５０モル％より多い場合は火焔温度が低す
ぎ溶断速度が遅いため実用的でない。上記の工業的に得
られる水素−一酸化炭素混合ガス中にはメタンおよび炭
酸ガスが含まれていてもよい。

しかしメタンが２５モル％より多くなると火焔温度が下
がり溶断速度が低下する。炭酸ガスは燃焼中不活性であ
るが２５モル％より多量に含まれるときは燃料ガスとし
ての熱量が低下し、燃焼速度が遅くなり、火焔温度の低
下を招くため好ましくない。一般に、製鉄所などにおい
てはコークス炉ガスあるいは／および高炉ガスとしてこ
の軽いガス組成に相当する水素と一酸化炭素を含むガス
が副生している。

しかしこのままでは金属の溶断用や加熱用には単位容量
当りの熱量が低く、火焔温度が低いため、効率的でなく
、付加価値の低い一般燃料ガスとして消費されているに
すぎない。ところが、本発明によりＡ成分の不飽和度の
高い炭化水素ガスを混合使用することにより付加価値の
高い金属港断用や加熱用ガスとして使用出来ることにな
り、その経済効果および製鉄所内創生ガスの有効利用の
効果は極めて大きい。造船所や機械工場などの水素−一
酸化炭素などのガス源かない工場の場合には都市ガスを
Ｂの軽いガス成分として用いることが出来る。

またメタン、エタン、プロパンおよびブタンなどの隆質
炭化水素やナフサ、灯油などの石油溜分をスチームで改
質して水素と一酸化炭素とすることはアンモニャ合成工
業やメタノール合成工業において、大規模に工業的に行
われているが、このような改質ガスもＢ成分として使用
できる。

しかし造船所などの本発明の適用を必要とする工場のガ
ス所要量は水素と一酸化炭素の合計量が２００立方米ノ
時間以下の少量な場合が大部分であり、このためには簡
単な低コストの改質装置が必要となる。またメタン、エ
タン、プロパン、ブタン、ナフサ、灯油などの炭化水素
を水蒸気と共に加熱し酸化ニッケルを主成分とする触媒
上に通じることによって本発明のＢ成分の軽いガスを得
ることが出来る。

この方法によれば、反応ガスの精製、転化等を必要とせ
ず、改質反応ガスをそのままＡの重いガスと混合して使
用することが出来るので、極めて低コストで水素と一酸
化炭素を含むガスを得ることが出来る。また改質反応の
原料としてプロパン、ブタンなどを用いる場合には、原
料をＬＰガスとして容易に入手することが出来、圧縮水
素ガスのような輸送上の問題や液化水素ガスなどの安全
性の問題や取扱い上の危険性の問題も少し、。

次にこの改質反応を行なうための改質装置を組み入れた
本発明ガス組成物製造装置の１例を第１図に示し「概要
を説明する。

プロパン、ブタンなどの竪質炭化水素ガスは、貯槽（あ
るいはボンベ）１に貯蔵され、導管２より気化器３に供
給され、反応生成ガスとの熱交換により加熱され気化さ
れる。

水又は水蒸気は導管２０より供給混合される。その量は
炭化水素の炭素１グラム原子当り２．５モル〜３．５モ
ルの量が望ましい。次に気化ガスと水蒸気の混合ガスは
熱交換器４において加熱され、更に予熱器５において７
００午０〜８５０℃、望ましくは７５０）０〜８０００
０に加熱され、導管６を通って、酸化ニッケルを主成分
とする固体触媒を充填した改良反応器７に導通される。
子熱器５および改質反応器７の加熱は比較的大規模の場
合には、改質原料のプロパン、ブタンなどを燃料とする
加熱炉の形式をとってもよい。また小規模の場合には電
熱による加熱が簡便である。改費反応ガスは導管８より
熱交換器４、気化．器３にに通じ原料ガスと熱交換して
減温され導管９を通った後、冷却器１０｝こおいて１０
０００以下の温度に冷却され、含有水分が凝縮させられ
る。この水分は導管１１より排出される。冷却器１０と
しては水冷式ｔ空冷式の何れも有用である。冷却後の軽
いガスＢは水素と一酸化炭素を含み、そのまま導管１２
を通って、蒸発器１４の液化ガス１３中に吹き込まれる
。また直接に気化後の重いガスＢに導管２１を通して混
合される。一方不飽和炭化水素Ａの液化ガスは貯槽１５
に貯蔵され導管１６を経て蒸発器１４に供給され加熱器
１８により必要ならば加温されて気化し、水素及び一酸
化炭素を含むガスＢと混合される。

この混合ガスは導管１９より抜き出され、本発明のガス
組成物として供給される。不飽和炭化水素ガス中の安定
剤や車質分は導管１７より排出される。改費ガス中の炭
酸ガスが多い場合には冷却器１０より得られるガスをエ
タノールアミンなどのアミン類、アルカリなどで吸収除
去することも出来る。また軽いガスＢとしてメタノール
を改質したものも使用できる。メタノールはＬＰガスと
同様、安価で容易に取扱うことが出来る。メタノ−ルは
銅を主成分とする。触媒上で３００〜４００ｏｏにおい
てスチームと共に改質され水素、炭酸ガス、一酸化炭素
の混合物にすることができる。この方法は前記ＬＰガス
の改質の場合に比し反応温度が低く、小規模の場合に有
利なことが多い。生成ガスは炭酸ガスが２０〜２５モル
％と比較的多く一酸化炭素は２モル％位にとどまる場合
が多い。このためこの改質ガスは必要により炭酸ガスを
エタノールアミンなどのアミン類で吸収して除去するこ
とが望ましい。このメタノール改質によるガス組成物の
製造方法も第１図のような反応装置を用いて前記ＬＰガ
スの場合と同機にして行なうことができる。本発明の重
いガスＡは、メチルアセチレン、エチルアセチレンおよ
びビニルアセチレンなどの炭素数３または４のアセチレ
ン誘導体から選ばれた少なくとも１種を８〜６５モル％
、プロパジェン、ブタジヱンー１，３およびブタジエン
ー１，２などの炭素数３または４のジオレフィン類から
選ばれた少なくとも１種を１８〜７５モル％、プ。

ピレン、ィソブチレンおよびｎーブチレンなどの炭素数
３または４のモノオレフィン類から選ばれた少なくとも
１種を６７モル％以下含有する不飽和炭化水素ガスであ
る。アセチレンはアセトンなどの溶剤に熔解して用いる
が、その時危険防止のためマスが必要である。

本発明の重いガスは液化して溶器に充填可能である。ア
セチレンは３ｋ９／めで自己分解をおこすが本発明の重
いガスは自己分解の恐れはなく安全であり輸送、貯蔵な
どの取扱いは一般のＬＰガスと同様に取扱うことが出来
る。また水素および一酸化炭素を含むガスＢを混和する
ことにより更に自己分解が抑制され、安全性を更に増大
することが出来る。またプロパン、プロピレンなどと水
素および一酸化炭素の混合ガスは本発明のガスと比較し
た場合火焔温度が低く、酸素消費量が多く溶断速度が遅
く実用的でない。これに対し本発明のガス組成物は８モ
ル％以上のアセチレン誘導体、１８モル％以上のジオレ
フィン類、６７モル％以下のモノオレフィン類を含む炭
素数３および／あるいは４の炭化水素と水素および一酸
化炭素との混合ガスにすることによってこれらの難点を
解消出来、しかも空気中に未燃焼ガスが滞溜しないガス
組成物にすることができる。また本発明のガス組成物は
水素とプロパン、プロピレンなどのＬＰガス、水素と本
発明の重いガス成分Ａとの混合ガスに比して一酸化炭素
を含み、このため酸素消費量が少なく、単位容積当りの
熱量が大きく、加熱速度、溶断速度が遠くなる。

また本発明の重いガスＡにおいては取扱いの安全上アセ
チレン譲導体は６５モル％以下「ジオレフイン類は７５
モル％以下とする。

重いガスと軽いガスの混合割合は、重いガスＡ２０〜７
０モル％Ｌ軽いガスＢ８０〜３０モル％であり重いガス
Ａが２０モル％より少なく、軽いガスが８０モル％より
多い場合は熱量が不足し、重いガスが７０モル％より多
く、整いスが２０モル％より少ないとガス比重が重くな
るので不適当である。

本発明のガスは特に金属の溶接、瀞断及び加熱用に極め
て有用なものであり、造船関係に有用なものである。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、実
施例に使用したガスは純水素（９９．９モル％）、一酸
化炭素（９９．１モル％）、炭酸ガス（９９モル％以上
）以外は重いガスＡ並びに軽いガスＢの組成は以下に示
す通りである。

表１ 重し、ガス凶 表２ 整いガス佃 ※ｌ ｎ−ブタン９８．５％、イソプタン１．５％のブ
タンガスをＮｉ○を主成分 とし、Ｃｒ０８，Ｃｕ○を加え、シ′リカーアルミナ担
体上に担持させた触媒 上に常圧下、スチームノカーボンモ ル比３、温度７９０℃、空間速度６．０００Ｈｒ−１の
条件で改質したガス※２．メタノールを常圧下、３６０
℃にてＣｕを主成分とする触媒上に通じて 改質したガス ※３ 製鉄所ガスの一夜山 〔実施例〕 次表のガス組成物の加熱及び溶断性能を穴あげテストに
より比較した。

使用器具： 田中Ａ号切断機＃１２５２火口。

ガス圧力：０．１ｋ９／地。酸素圧力：２ｋ９／地。

鋼板テスト片：板厚１１柵、面積３００×３０仇舷。

テスト片の第２図に示したような位置に■〜■の順に５
カ所の穴あげを行い、ガス流量を一定に保ち穴あげに要
する時間（単位秒）を測定し、５カ所の各所要時間の合
計時間を比較した。なお軽いガスのみ、および軽いガス
の多い場合は火口を変えて流量が同一となる様にして性
能を比較した。

表 ３

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ガス組成物を製造する装置の１例を示す
フローシートである。 第２図は実施例で使用した鋼板テスト片の穴あげ位置を
示す平面図である。１・・・貯槽（あるいはボンベ）、
２・・・導管、３…気化器、４・・・熱交換器、５…子
熱器、６…導管、７・・・改質反応器、８・・・導管、
９…導管、１０…冷却器、１１・・・導管「 １２…導
管、１３・・・液化ガス、１４・・・蒸発器、１５・・
・貯槽、１６…導管、１７…導管、１８・・・加熱器、
１９・・・導管、２０・・・導管、２１…導管、＠〜■
・・・穴あげ位置。 弟イ図鷺Ｚ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ａ炭素数３または４のアセチレン誘導体の少なくと
   も１種８〜６５モル％、炭素数３または４のジオレフイ
   ンの少なくとも１種１８〜７５モル％および炭素数３ま
   たは４のモノオレフインの少なくとも１種６７モル％以
   下からなる炭化水素ガスを２０〜７０モル％。 Ｂ水素５０〜９５モル％、一酸化炭素１〜５０モル％
   、炭酸ガス２５モル％以下およびメタン２５モル％以下
   からなるガスを８０〜３０モル％混合してなる金属の溶
   断および加熱用燃料ガス組成物。 ２ Ｂ成分のガスが、炭化水素を水蒸気と共に酸化ニツ
   ケルを主成分とする触媒に接触して製造したガスである
   特許請求の範囲第１項記載の金属の溶断および加熱用燃
   料ガス組成物。 ３ 炭化水素がメタン、エタン、プロパン、ブタン、ナ
   フサおよび／または灯油である特許請求の範囲第２項記
   載の金属の溶断および加熱用燃料ガス組成物。 ４ Ｂ成分のガスがメタノールを銅を主成分とする触媒
   に接触して製造したガスである特許請求の範囲第１項記
   載の金属の溶断および加熱用燃料ガス組成物。