TWI460128B - Apparatus and method for producing carbon monoxide gas and apparatus and method for producing atmosphere for carburizing atmosphere - Google Patents

Apparatus and method for producing carbon monoxide gas and apparatus and method for producing atmosphere for carburizing atmosphere Download PDF

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Description

產生一氧化碳氣體之裝置與方法以及產生滲碳用氛圍氣體之裝置與方法
本發明有關一種以天然氣、丙烷氣體、汽油、石油腦、燈油、甲醇、生質氣體等之碳化氫系化合物氣體與水以及氧系氣體作為原料，而產生一氧化碳氣體之產生一氧化碳氣體之裝置及方法以及產生滲碳處理用氛圍氣體之產生滲碳用氛圍氣體之裝置與方法。
以往，滲碳處理等之金屬表面處理之氛圍氣體或作為聚胺基甲酸酯．聚碳酸酯等之製造原料中，一氧化碳氣體為必要。
此種一氧化碳氣體，以往係使用碳化氫氣體與氧氣體作為原料，利用觸媒並經改質反應而以富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的混合氣體產生一氧化碳氣體，由此混合氣體，藉PSA(Pressure Swing Adsorption：壓力擺動吸附)法等之方法，藉由分離一氧化碳氣體而獲得(例如下述專利文獻1及2)。
又，一般，於氣體滲碳處理中，於滲碳爐內裝入被處理材料，導入以CO氣體作為主之氛圍氣體，藉由加熱至930~970℃左右而進行。此種滲碳用氛圍氣體，以往是使碳化氫氣體(丁烷氣體或丙烷氣體)與空氣混合並導入轉化爐內，利用鎳觸媒進行轉化反應所得之轉化氣體而使用。如此之一般轉化氣體組成為CO約20%、H2 約40%、N2 約40%，由於使用空氣作為原料，故碳電位(carbon potential)並非如此高，因此有必要一邊進行丙烷氣體等富含氣體之供給並控制氛圍氣一邊進行滲碳。
作為提高碳勢之滲碳用氣體之製造方法，提案有使用碳化氫氣體、氧氣體、二氧化碳氣體作為原料氣體使用鎳觸媒引起轉化反應之方法(例如下述專利文獻3)。又，提案有使用碳化氫氣體及氧氣體作為原料氣體使用鉑觸媒引起轉化反應之方法(例如下列專利文獻4)。
專利文獻1：特開平11-137942號公報
專利文獻2：特開2001-335305號公報
專利文獻3：特開2001-152313號公報
專利文獻4：特開2006-022357號公報
然而，使用碳化氫氣體及氧氣體作為原料氣體，利用觸媒加以改質而以富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的混合氣體產生一氧化碳氣體之方法，若使系統全體之碳勢提高並提高一氧化碳氣體之收率，於反應器的下游析出碳，而包含用以回收在反應器所發生之熱所設之熱交換器，而有裝置內部因碳析出而受污染之問題。為此，有必要以犧牲一氧化碳收率而不析出碳之條件下運轉或定期地進行除去碳之維護而運轉。
又，上述專利文獻3之轉化氣體發生裝置，由於設有 氧氣導入部及氧氣噴出部而自2系統導入管路導入氧氣，而有轉化爐本身之構造複雜化之問題。又，由於氧氣自2系統導入管路導入，故易發生爐內氧濃度凌亂，亦有容易發生煤或引起觸媒劣化等問題。再者，由於使用二氧化碳作為原料，亦有原料成本變高的問題。而且，由於轉化反應為吸熱反應，故通常有必要自外部加熱，而有能量成本亦高的問題。
又，上述專利文獻4之轉化氣體發生裝置，雖然使用碳化氫氣體及氧氣體作為原料氣體意圖減低原料成本，但由於原料氣體之著火(回火)可能性高，為能夠防止此而進行設置複數個反應管並因應必要而開關通路，使流速保持在特定範圍之辦法。然而，裝置本身大幅複雜化，而且碳化氫與純氧之轉化依然有著火(回火)的可能性。而且，反應塔內變成非常高溫亦會引起觸媒或裝置本身過早劣化。再者，亦有因煤的發生而使裝置閉塞之問題。
本發明係為解決上述問題而進行者，目的在於提供一種可使一氧化碳氣體吸收率高且可在減低維護下運轉之產生一氧化碳氣體之裝置及方法，以及提供一種可以低成本安全地產生碳勢高之滲碳氣體之產生滲碳用氛圍氣體之裝置及方法。
為達上述目的，本發明第一發明之產生一氧化碳氣體之裝置係具備產生一氧化碳氣體之反應器，該反應器係導 入碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣作為原料氣體，藉由使上述原料氣體與觸媒進行催化反應而發生碳化氫系氣體之燃燒反應以及轉化反應，而使作為富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的混合氣體產生一氧化碳氣體，其中以於上述反應器下游導入含有以H2 O為主之流體為要旨。
又，為達上述目的，本發明第一發明之產生一氧化碳氣體之方法係進行導入碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣作為原料氣體，藉由使上述原料氣體與觸媒進行催化反應而發生碳化氫系氣體之燃燒反應以及轉化反應，而使作為富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的混合氣體產生一氧化碳氣體之反應步驟，其中以於上述反應步驟下游導入含有以H2 O為主之流體為要旨。
為達上述目的，本發明第二發明之產生一氧化碳氣體之裝置係具備產生一氧化碳氣體之反應器，該反應器係導入碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣作為原料氣體，藉由使上述原料氣體與觸媒進行催化反應而發生碳化氫系氣體之燃燒反應以及轉化反應，而使作為富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的混合氣體產生一氧化碳氣體，其中以於上述反應器下游導入含有以氫為主之流體為要旨。
又，為達上述目的，本發明第二發明之產生一氧化碳氣體之方法係進行導入碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣作為原料氣體，藉由使上述原料氣體與觸媒進行催化反應而發生碳化氫氣體之燃燒反應以及轉化反應，而使作為富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的混合氣體產生一氧化碳氣 體之反應步驟，其中以於上述反應步驟下游導入含有以氫為主之流體為要旨。
為達上述目的，本發明之產生滲碳氛圍氣體之裝置係以具備一反應器為要旨，該反應器係導入碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣作為原料氣體，藉由使上述原料氣體與觸媒進行催化反應而發生碳化氫系氣體之燃燒反應以及轉化反應，而產生富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的滲碳用氛圍氣體。
為達上述目的，本發明之產生滲碳氛圍氣體之方法之要旨係導入碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣作為原料氣體，藉由與觸媒進行催化反應而發生碳化氫系氣體之燃燒反應以及轉化反應，而產生富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的滲碳用氛圍氣體。
本發明第一發明之產生一氧化碳之裝置及方法，藉由在上述反應器或在反應步驟下游處導入含有以H2 O為主之流體，可有效地防止碳在反應器下游之配管內部等之金屬表面上析出。為此，除了可在一氧化碳氣體之產生勢高的條件下運轉之外，可大幅減低除去污染物質等之維護。如此，由於在反應器或反應步驟下游處導入含有以H2 O為主之流體可抑制碳之析出，故抑制導入反應器或反應步驟中之水蒸氣量成為可能，可大幅提高藉由反應器或反應步驟所得之改質氣體之一氧化碳濃度，可大幅提高一氧化 碳收率。
本發明第一發明之產生一氧化碳之裝置及方法中，設置回收在上述反應器之下游之反應器所發生之熱的熱交換器，在上述反應器之出口與熱交換器入口之間導入含有以H2 O為主之流體時，為回收反應器之熱而設於反應器下游之熱交換器可有效地防止碳析出引起的污染，除了可能以一氧化碳氣體之發生勢高的條件下運轉以外，亦可大幅減低除去污染物質等之維護。
本發明第一發明之產生一氧化碳之裝置及方法中，導入上述反應器之原料氣體之構成係以水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C的莫耳比H2 O/C成為0.5以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比時，所產生之混合氣體中一氧化碳氣體濃度變高。又，由於反應器中產生高溫，故自反應器排出之混合氣體所得之熱可利用於原料之加熱或對導入反應器下游之含有以H2 O為主之流體之加熱。
本發明第一發明之產生一氧化碳之裝置及方法中，導入上述反應器之原料氣體構成為以氧系氣體中之O2 與碳化氫系氣體中之C的莫耳比O2 /C成為0.3以上0.5以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比時，除了可防止因內部燃燒反應引起之過度放熱、可防止觸媒損傷以外，亦可適當維持所得混合氣體之組成。
本發明第一發明之產生一氧化碳之裝置及方法中，上述反應器藉由使用經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒，使 碳化氫系氣體之燃燒反應與轉化反應在相同反應區域內同時進行時，藉由使放熱反應之燃燒反應與吸熱反應之轉化反應在相同反應區域內同時進行，由於可利用燃燒反應所產生之熱能作為轉化反應之熱源，故極具有能源效率。再者，於該反應區域同時發生放熱反應及吸熱反應，故可引起熱中和而可以熱平衡狀態進行運轉。因此，與例如於反應器內設置單獨進行觸媒燃燒反應之區域的情況相比，頗能抑制反應區域之溫度上升，反應器所用之耐熱材料之選定或反應器本身之耐熱構造即使並非如此程度之高溫規格亦足以使用，故亦可節省設備成本。又，朝觸媒層入口供給之原料氣體溫度可降低，可抑制因碳化氫熱分解而產生煤，亦可避免著火危險。
上述含有以H2 O為主之流體可使用水或水蒸氣。
本發明第二發明之產生一氧化碳之裝置及方法，藉由在上述反應器或在反應步驟下游處導入含有以氫為主之氣體，可有效地防止碳在反應器下游之配管內部等之金屬表面上析出。為此，除了可在一氧化碳氣體之產生勢高的條件下運轉之外，可大幅減低除去污染物質等之維護。如此，由於在反應器或反應步驟下游處導入含有以氫為主之氣體可抑制碳之析出，故抑制導入反應器或反應步驟中之水蒸氣量成為可能，可大幅提高藉由反應器或反應步驟所得之改質氣體之一氧化碳濃度，可大幅提高一氧化碳收率。
本發明第二發明之產生一氧化碳之裝置及方法中，設置回收在上述反應器之下游之反應器所發生之熱的熱交換 器，在上述反應器之出口與熱交換器入口之間導入含有以氫為主之氣體時，為回收反應器之熱而設於反應器下游之熱交換器可有效地防止碳析出引起的污染，除了可能以一氧化碳氣體之發生勢高的條件下運轉以外，亦可大幅減低除去污染物質等之維護。
本發明第二發明之產生一氧化碳之裝置及方法中，導入上述反應器之原料氣體之構成係以水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C的莫耳比H2 O/C成為0.5以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比時，所產生之混合氣體中一氧化碳氣體濃度變高。又，由於反應器中產生高溫，故自反應器排出之混合氣體所得之熱可利用於原料之加熱。
本發明第二發明之產生一氧化碳之裝置及方法中，導入上述反應器之原料氣體構成為以氧系氣體中之O2 與碳化氫系氣體中之C的莫耳比O2 /C成為0.3以上0.5以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比時，除了可防止因內部燃燒反應引起之過度放熱、可防止觸媒損傷以外，亦可適當維持所得混合氣體之組成。
本發明第二發明之產生一氧化碳之裝置及方法中，上述反應器藉由使用經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒，使碳化氫系氣體之燃燒反應與轉化反應在相同反應區域內同時進行時，藉由使放熱反應之燃燒反應與吸熱反應之轉化反應在相同反應區域內同時進行，由於可利用燃燒反應所產生之熱能作為轉化反應之熱源，故極具有能源效率。再 者，於該反應區域同時發生放熱反應及吸熱反應，故可引起熱中和而可以熱平衡狀態進行運轉。因此，與例如於反應器內設置單獨進行觸媒燃燒反應之區域的情況相比，頗能抑制反應區域之溫度上升，反應器所用之耐熱材料之選定或反應器本身之耐熱構造即使並非如此程度之高溫規格亦足以使用，故亦可節省設備成本。又，朝觸媒層入口供給之原料氣體溫度可降低，可抑制因碳化氫熱分解而產生煤，亦可避免著火危險。
本發明之產生滲碳用氛圍氣體之裝置及方法，係使碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣與觸媒進行催化反應而發生碳化氫氣體之燃燒反應以及轉化反應，藉此產生富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的滲碳用氛圍氣體。如此，由於使用非空氣之氧系氣體作為原料，故可獲得碳勢高的滲碳用氛圍氣體。又，由於使用水蒸氣作為原料，故與僅以碳化氫氣體及氧作為原料之裝置相比，可降低爆炸界限而可大幅提高安全性。而且，與氧自2系統之導入管路導入之裝置相比，反應器構造本身亦得以簡化，起因於氧濃度凌亂之煤發生或觸媒劣化亦得以大幅降低。再者，原料氣體之成本亦便宜且經濟，可以低成本安全地產生碳勢高之滲碳氣體。又，可獲得富含H2 之氛圍氣體，可抑制滲碳處理步驟中之未反應碳微粒。
本發明之產生滲碳用氛圍氣體之裝置及方法中，上述原料氣體係以每次預先使碳化氫氣體與水蒸氣混合，於其中與氧系氣體合流並導入反應器中之構成時，可縮短使可 燃性氣體之碳化氫系氣體與氧系氣體之混合氣體通過之流路，於安全方面為有利。
本發明之產生滲碳用氛圍氣體之裝置及方法中，上述原料氣體係以每次預先使氧系氣體與水蒸氣混合，於其中與碳化氫系氣體合流並導入反應器中之構成時，由於混合有可燃性氣體之碳化氫氣體之混合氣體之氧濃度變低，故爆炸界限更降低，於安全方面為有利。
本發明之產生滲碳用氛圍氣體之裝置及方法中，上述原料氣體構成為以氧系氣體中之O2 與碳化氫系氣體中之C的莫耳比O2 /C成為0.3以上0.5以下之方式且水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C之莫耳比H2 O/c成為0.3以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比時，所生成之滲碳性氣體中之CO濃度變高，可獲得碳勢高之氛圍氣體。
本發明之產生滲碳用氛圍氣體之裝置及方法中，上述原料氣體之供給量以對應於碳化氫系氣體之供給量變動而自動變動氧系氣體及水的供給量之方式控制時，經常獲得大致一定CO濃度之滲碳性氣體，使得滲碳性氣體之生成量得以變動。
本發明之產生滲碳用氛圍氣體之裝置及方法中，上述反應器藉由使用經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒，使碳化氫系氣體之燃燒反應與轉化反應在相同反應區域內同時進行時，藉由使放熱反應之燃燒反應與吸熱反應之轉化反應在相同反應區域內同時進行，由於可利用燃燒反應所產 生之熱能作為轉化反應之熱源，故極具有能源效率。再者，於該反應區域同時發生放熱反應及吸熱反應，故可引起熱中和而可以熱平衡狀態進行運轉。因此，與例如於反應器內設置單獨進行觸媒燃燒反應之區域的情況相比，頗能抑制反應區域之溫度上升，反應器所用之耐熱材料之選定或反應器本身之耐熱構造即使並非如此程度之高溫規格亦足以使用，故亦可節省設備成本。又，可降低朝觸媒層入口供給之原料氣體溫度，可抑制因碳化氫熱分解而產生煤，亦可避免著火危險。
本發明之產生滲碳用氛圍氣體之裝置及方法中，具備使導入反應器之原料氣體預熱之預熱加熱器，上述預熱加熱器將上述原料氣體向反應器供給的溫度控制為300~450℃時，經常可以效率良好地熱平衡狀態進行運轉。
接著，說明用以實施本發明之最佳形態。
圖1係顯示適用本發明第一發明之產生一氧化碳之裝置及方法之產生一氧化碳氣體裝置100之一例之構成圖。
該產生一氧化碳裝置100具備產生一氧化碳氣體之反應器51，該反應器係以碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣作為原料氣體，導入該原料氣體，藉由使上述原料氣體與觸媒進行催化反應而發生碳化氫系氣體之燃燒反應以及轉化反應，而以富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的混合氣 體產生一氧化碳氣體。
於上述反應器51，自碳化氫供給管路56供給之碳化氫氣體與自水蒸氣供給管路63供給之水蒸氣加以混合，並於該混合之氣體供給之混合氣體流路64中與氧供給管路59合流，進而作為混合有氧氣體之原料氣體自原料氣體供給管路65導入反應器51中。
於上述反應器51反應所生成之富含氫氣且一氧化碳濃度高之混合氣體的改質氣體，自改質氣體管路72導出，經過氣液分離機71，經過第一PSA裝置73、第二PSA裝置74，以一氧化碳氣體及氫氣體排出作為產物氣體。
於上述改質氣體管路72，設有第一熱交換器76、第二熱交換器77、第三熱交換器78，使得改質氣體之熱被回收並利用於原料之預熱，並使改質氣體冷卻。
上述碳化氫系氣體自未圖示之高壓筒或導管供給，以壓縮機52壓縮成特定壓力，以流量調節閥54調整為特定流量，以第一熱交換器76與改質氣體進行熱交換並預熱，以碳化氫預熱加熱器55預熱至特定溫度為止，於脫硫器53進行脫硫後以碳化氫供給管路56供給。上述脫硫器53亦可採用進行氫化脫硫者，亦可採用充填有活性碳或沸石等之吸附劑進行常溫吸附脫硫者。
上述碳化氫系氣體一般以丙烷或作為都市天然氣等之社會基礎建設而供給之碳化氫系氣體為首，可使用例如天然氣、丁烷氣體、甲烷氣體等之碳化氫系氣體。此例係以使用天然氣為例加以說明。
上述氧系氣體自未圖示之氧冷蒸發器等供給，以流量調節閥58調整至特定流量並由氧供給管路59供給。
至於上述氧系氣體，可適當使用工業用純氧，但若氧氣濃度係高如21%以上者，則亦可使用多少混入不純物或其他氣體者作為氧系氣體。
上述水蒸氣，係以泵60供給純水，以第二熱交換器77與改質氣體進行熱交換加以預熱，進而以純水加熱器57及蒸氣加熱器62加熱成為水蒸氣者，以流量調節閥61調整為特定流量並以水蒸氣供給管路63供給。
上述水蒸氣供給管路63、碳化氫供給管路56及氧供給管路59，首先設有使上述水蒸氣供給管路63與碳化氫供給管路56合流之混合氣體流路64，並設有使該混合氣體流路64與氧供給管路59合流之原料氣體供給管路65。藉此，構成為上述原料氣體每次首先使碳化氫氣體與水蒸氣混合，於其中合流氧系氣體並導入反應器51中。
於混合氣體流路64，設置使碳化氫氣系氣體與水蒸氣之混合氣體預熱至特定溫度為止之預熱加熱器66。因此，將對於以上述預熱加熱器66預熱至特定溫度為止之混合氣體添加氧系氣體而成之原料氣體導入反應器51中。
又，構成為使上述原料氣體每次預先使氧系氣體與水蒸氣混合，於其中合流碳化氫系氣體並導入反應器51中。又，亦可構成為氧系氣體及水蒸氣及碳化氫系氣體同時合流並導入反應器51中。
關於上述原料氣體之碳化氫系氣體、氧系氣體、水蒸氣之混合比，係以流量調節閥54、58、61，藉由分別調整碳化氫系氣體、氧系氣體、水之流量而設定。
亦即，上述原料氣體構成為以氧系氣體中之O2 與碳化氫系氣體中之C的莫耳比O2 /C成為0.3以上0.5以下之方式且水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C之莫耳比H2 O/C成為0.5以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比。亦即，為提高CO收率有必要使H2 O充分低而為與溫度關係之程度，故H2 O/C較好為0.5以下。又，O2 /C若超過0.5，則進入氫燃燒區域之溫度變高，故O2 /C較好為0.3以上0.5以下。又，水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C之莫耳比H2 O/C較好設定為0.05以上0.3以下。
例如碳化氫氣體為甲烷(CH4 )時，甲烷中之C為1，故藉下述式(1)(2)決定混合比。O2 /C為0.3~0.5即為相對於甲烷1莫耳O2 為0.3~0.5莫耳之比混合，H2 O/C=0.5以下即為相對於甲烷1莫耳H2 O成為0.5莫耳以下而混合。
O2 /C=[O2 ]/(1×[CH4 ])=0.3~0.5………(1)
H2 O/C=[H2 O]/(1×[CH4 ])≦0.5………(2)
[O2 ]:O2 之莫耳數
[CH4 ]:CH4 之莫耳數
[H2 O]:H2 O之莫耳數
同樣地，例如，碳化氫氣體為丙烷(C3 H8 )時，丙烷 中之C為3，故藉下述式(3)(4)決定混合比。O2 /C為0.3~0.5即為相對於丙烷1莫耳O2 為0.9~1.5莫耳之比混合，H2 O/C=0.5以下即為相對於丙烷1莫耳H2 O成為1.5莫耳以下而混合。
O2 /C=[O2 ]/(3×[C3 H8 ])=0.3~0.5………(3)
H2 O/C=[H2 O]/(3×[C3 H8 ])≦0.5………(4)
[O2 ]:O2 之莫耳數
[C3 H8 ]:C3 H8 之莫耳數
[H2 O]:H2 O之莫耳數
又，此裝置具備流量控制機(未圖示)，該流量控制機係檢測上述流量調節閥54中之碳化氫系氣體之流量變動，並對應於碳化氫系氣體之供給量變動而保持上述混合比率之方式，調節氧氣流量調節閥58及水流量調節閥61，且使氧系氣體及水之供給量自動變動之方式控制原料氣體之供給量。
於上述反應器51中填充經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒。因此藉由使用上述經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒，使碳化氫系氣體之燃燒反應與轉化反應在相同反應區域內同時進行。
接著，上述反應器51具備有溫度控制器68，該溫度控制器68係檢測上述原料氣體朝反應器51供給時之溫度亦即入口側溫度，且使上述預熱加熱器66將原料氣體供應溫度控制為250~450℃。
又，上述反應器51中設有啟動加熱器69，其係在裝 置啟動時，使自未圖示之氮氣高壓筒所供給之氮氣流動同時使填充有觸媒之反應區域預熱。藉由上述啟動加熱器69，裝置啟動時內部溫度加熱至原料氣體反應開始所必要的200~300℃左右為止，同樣地以上述溫度控制器68加以控制。
於上述反應器51，利用經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒，使碳化氫之燃燒反應與轉化反應可在一個反應區域內同時進行碳化氫之燃燒反應及轉化反應。
亦即，碳化氫之一部份完全燃燒使碳化氫轉變成CO及H2 O之燃燒反應、與藉由此燃燒反應所生成之CO2 及H2 O分別進而與剩餘之碳化氫反應而轉化成H2 及CO之轉化反應，係在上述觸媒上進行，可使碳化氫轉變成H2 O及CO而進行改質。
例如，若以碳化氫為甲烷之情況加以說明，其反應全體以如下式(5)般表示，但實際上如式(6)~(8)，係以燃燒反應所生成之CO2 及H2 O進而與CH4 引起轉化反應，而轉變為CO與H2 之逐步反應。
CH4 + 202 → 4 CO + 8H2 ----- (5)
CH4 + 202 → CO2 + 2H2 O ----- (6)
CH4 + CO2 → 2 CO + 2H2 ----- (7)
2CH4 + 2 H2 O→ 2 CO + 6H2 ----- (8)
上述CH4 與O2 進行催化反應之際，可進而於系統中供給CO2 或2H2 O。此情況下，與CO2 或2H2 O之供給量相抵之O2 供給量可減少。
反應溫度可為350~900℃，尤其是宜為400~800℃左右。CH4 與O2 之燃燒反應為放熱反應，CH4 與H2 O之轉化反應為吸熱反應。如上述，裝置啟動時藉由使反應器51內之反應區域預熱至200~300℃，且原料氣體之供給溫度控制成為250~450℃，藉此使燃燒反應與轉化反應成為熱平衡狀態隨後同時進行。又，反應溫度之不足部份亦可施加外部加熱。又，反應壓力通常採用加壓條件(例如0.3~0.4MPa)，但常壓條件亦可。
藉由上述燃燒反應與轉化反應之改質所得之改質氣體組成，以使用天然氣作為原料氣體之情況下，以乾重為基準大約為64%H2 +26%CO+6%CO2 +4%CH4 ，其餘為不純物。上物反應器51之出口部份的改質氣體溫度約為700~800℃左右。
上述經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒係例如藉由使具有適當空隙率之氧化鋁載體表面上擔持Rh，隨後擔持Pt，進而同時擔持Ni及CeO2 而獲得。其中，載體材質或形狀之選擇、有無形成被覆物或其材質之選擇，可能有種種變化。
Rh之擔持係藉由含浸Rh之水溶性鹽之水溶液後，使乾燥、燒成、氫還原而進行。又，Pt之擔持係藉由含浸Pt之水溶性鹽之水溶液後，使乾燥、燒成、氫還原而進行。Ni及CeO2 之同時擔持係藉由含浸Ni之水溶性鹽以及Ce之水溶性鹽之混合水溶液後，使乾燥、燒成、氫還原而進行。
藉由上述列示之順序，獲得成為目的之經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒。各成份之組成以重量比計，宜設定為Rh:Ni:CeO2 :Pt=(0.05-0.5):(3.0-10.0):(2.0-8.0):(0.3-5.0)，更好為Rh:Ni:CeO2 :Pt=(0.1-0.4):(4.0-9.0):(2.0-5.0):(0.3-3.0)。
又，上述中各階段之氫還原處理可省略，而在實際使用時使觸媒在高溫氫還原後使用。在各階段進行氫還原處理時，亦可進而在使用之際使觸媒在高溫氫還原後使用。
所以，本實施形態之產生一氧化碳裝置及方法，係在水蒸氣供給管路63之蒸氣加熱器62更下游側形成份歧管路，於上述反應器51或反應步驟下游設有導入含有以H2 O為主之流體作為水蒸氣的水蒸氣導入管路67。藉此，成為於自反應器51排出之高溫改質氣體中，導入以蒸氣加熱器62所加熱之水蒸氣。於上述反應器51或反應步驟下游所導入之水蒸氣流量，係藉由設於水蒸氣導入管路67之流量調節閥70加以調節。
水蒸氣導入管路67合流於上述改質氣體管路72之合流位置，配置於設在改質氣體管路72上之複數個熱交互器76、77、78中最上游側之第一熱交換器76之入口與反應器51之出口之間。
如上述所得之改質氣體亦即富含氫氣且一氧化碳濃度高之混合氣體，以冷卻用之第三熱交換器78冷卻，以氣液分離器71去除水分後，導入第一PSA裝置73中。
上述富含氫氣體且一氧化碳濃度高之混合氣體以第一 PSA裝置73去除H2 O、CO2 、CH4 等之後，以第二PSA裝置74分離為製品一氧化碳及氫氣。
上述第一PSA裝置73為並列配置有複數根(例如此例中為4根)吸附塔79之構成。於上述各吸附塔79內部，充填活性碳、分子篩、沸石等之吸附劑，以上述反應器51生成之富含氫氣且一氧化碳濃度高之混合氣體藉由通過吸附劑層，而將H2 O、CO2 、CH4 等吸附於吸附劑上並去除。使上述H2 O、CO2 、CH4 等吸附於吸附劑之吸附塔79藉由以真空泵80吸引吸附塔79內，使H2 O、CO2 、CH4 等自吸附劑脫附並以廢氣排出。
上述混合氣體藉由第一PSA裝置73將H2 O、CO2 、CH4 等吸附去除成以一氧化碳氣體及氫氣作主之混合氣體，並導入第二PSA裝置74。
上述第二PSA裝置74為並列配置有複數根(例如此例中為4根)吸附塔81之構成。於上述各吸附塔81內部，充填活性碳、分子篩、沸石等之吸附劑，自上述第一PSA裝置73排出之一氧化碳氣體與氫氣之混合氣體藉由通過吸附劑層，而將一氧化碳氣體吸附於吸附劑上並分離。一氧化碳氣體之吸附分離係將自吸附塔81排出之氣體以循環壓縮機86再度導入吸附塔81並重複複數次操作循環而進行，且將一氧化碳濃度充分低之氫氣作為製品氫氣而回收。
於上述各吸附塔81所吸附分離之一氧化碳氣體藉由以真空泵82吸引吸附塔81內，使一氧化碳自吸附劑脫附 ，經過緩衝槽83、壓縮機84，而作為製品一氧化碳儲存於製品槽85中。
如上述，本實施形態之產生一氧化碳氣體之裝置及方法，藉由在上述反應器51或反應步驟下游導入水蒸氣，可有效防止在反應器51下游的配管內部等之金屬表面上析出碳。因此，除了可在一氧化碳發生勢高的條件下運轉以外，可大幅降低去除污染物質等之維護。如此，由於可抑制於反應器51或反應步驟下游導入水蒸氣引起之碳析出，故抑制於反應器51或反應步驟中導入之水蒸氣量成為可能，藉由反應器51或反應步驟所得之改質氣體之一氧化碳濃度可大幅提高且大幅提高一氧化碳之收率。
於上述反應器51下游設置可回收由反應器51所產生之熱的熱交換器76、77、78，且在上述反應器51之出口與最上游側之第一熱交換器76入口之間導入水蒸氣時，可有效防止用以回收反應器51之熱而設在反應器51下游之熱交換器76、77、78被碳析出所污染，除了可在一氧化碳氣體之產生勢高的條件下運轉以外，可大幅降低去除污染物質等之維護。
導入上述反應器51之原料氣體構成為以水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C的莫耳比H2 O/C成為0.5以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比時，所產生之混合氣體中一氧化碳氣體濃度變高。又，由於反應器51中產生高溫，故自反應器51排出之混合氣體所得之熱可利用於使原料加熱或利用於使導入反應器下游 之水蒸氣加熱。
導入上述反應器51之原料氣體構成為以氧系氣體中之O2 與碳化氫系氣體中之C的莫耳比O2 /C成為0.3以上0.5以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比時，除了可防止因內部燃燒反應引起之過度放熱、可防止觸媒損傷以外，亦可適當維持所得混合氣體之組成。
上述反應器51藉由使用經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒，使碳化氫系氣體之燃燒反應與轉化反應在相同反應區域內同時進行時，藉由使放熱反應之燃燒反應與吸熱反應之轉化反應在相同反應區域內同時進行，由於可利用反應燃燒所產生之熱能作為轉化反應之熱源，故極具有能源效率。再者，於該反應區域同時發生放熱反應及吸熱反應，故可引起熱中和而可以熱平衡狀態進行運轉。因此，與例如於反應器51內設置單獨進行觸媒燃燒反應之區域的情況相比，頗能抑制反應區域之溫度上升，反應器51所用之耐熱材料之選定或反應器51本身之耐熱構造即使並非如此程度之高溫規格亦足以使用，故亦可節省設備成本。又，可降低朝觸媒層入口供給之原料氣體溫度，可抑制因碳化氫熱分解而產生煤，亦可避免著火危險。
上述原料氣體係以每次預先使碳化氫氣體與水蒸氣混合，於其中與氧系氣體合流並導入反應器51中之構成時，可縮短使可燃性氣體之碳化氫氣體與氧系氣體之混合氣體通過之流路，於安全方面為有利。
上述原料氣體係以每次預先使氧系氣體與水蒸氣混合，於其中與碳化氫系氣體合流並導入反應器51中之構成時，由於混合有可燃性氣體之碳化氫系氣體之混合氣體之氧濃度變低，故爆炸界限更降低，於安全方面為有利。
上述原料氣體之供給量以對應於碳化氫系氣體之供給量變動而自動變動氧系氣體及水的供給量之方式控制時，經常獲得大致一定CO濃度氣體，而可變動生成量。
具備使導入反應器51之原料氣體預熱之預熱加熱器66，以上述預熱加熱器66使上述原料氣體向反應器51供給之溫度控制為250~450℃時，成為可經常以效率良好地熱平衡狀態運轉。
又，由於可抑制於反應器51或反應步驟下游導入之水蒸氣引起之碳析出，故可抑制導入反應器51或反應步驟之水蒸氣量，隨運轉條件而定，成為亦可省略配置在第一PSA裝置73上游處之氣液分離器71。
圖2為說明本發明第二實施形態之產生一氧化碳裝置及方法之圖。
此例中，於上述反應器51或反應步驟下游設有導入純水作為以含有H2 O為主之流體之純水導入管路88及純水吹入器87。藉此，成為於自反應器51排出之高溫改質氣體中導入純水。其以外，與上述實施例同樣，同樣的部份附以同樣符號。此例亦發揮與上述實施形態同樣的作用效果。
圖3為說明本發明第三實施形態之產生一氧化碳裝置 及方法之圖。
於是，以本實施形態之產生一氧化碳之裝置及方法，於上述反應器51或反應步驟下游設有導入氫氣作為以含有氫氣為主之氣體之氫氣導入管路90。藉此，成為於自反應器51排出之高溫改質氣體中導入主要為氫氣之氣體。於上述反應器51或反應步驟下游所導入之氫氣流量藉由設於氫氣導入管路90上之流量調節閥91加以調節。
於上述反應器51或反應步驟下游導入之以氫氣為主之氣體亦可使用例如自氫高壓筒之氫源供給之氫氣，亦可導入以上述一氧化碳與氫之分離裝置的第二PSA裝置74所分離並回收之氫氣。此等氫氣亦可就此導入反應器51或反應步驟下游，亦可與氮氣或水蒸氣等其他氣體混合並導入。
氫氣導入管路90合流於上述改質氣體管路72之合流位置，係配置於設在改質氣體管路72上之複數個熱交互器76、77、78中最上游側之第一熱交換器76之入口與反應器51之出口之間。
除此之外，與上述各實施形態同樣，於同樣部份附以相同符號。
本實施形態之產生一氧化碳氣體之裝置及方法，藉由在上述反應器51或反應步驟下游導入含有以氫氣為主之氣體，可有效防止在反應器51下游的配管內部等之金屬表面上析出碳。因此，除了可在一氧化碳氣體發生勢高的條件下運轉以外，可大幅降低去除污染物質等之維護。如 此，由於可抑制於反應器51或反應步驟下游導入含有以氫氣為主之氣體引起之碳析出，故抑制於反應器51或反應步驟中導入之水蒸氣量成為可能，藉由反應器51或反應步驟所得之改質氣體之一氧化碳濃度可大幅提高且大幅提高一氧化碳之收率。
於上述反應器51下游設置可回收由反應器51所產生之熱的熱交換器76、77、78，且在上述反應器51之出口與最上游側之第一熱交換器76入口之間導入含有以氫氣為主之氣體時，可有效防止用以回收反應器51之熱而設在反應器51下游之熱交換器76、77、78被碳析出所污染，除了可在一氧化碳氣體之產生勢高的條件下運轉以外，可大幅降低去除污染物質等之維護。
導入上述反應器51之原料氣體構成為以水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C的莫耳比H2 O/C成為0.5以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比時，所產生之混合氣體中一氧化碳氣體濃度變高。又，由於反應器51中產生高溫，故自反應器51排出之混合氣體所得之熱可利用於使原料加熱。
導入上述反應器51之原料氣體構成為以氧系氣體中之O2 與碳化氫系氣體中之C的莫耳比O2 /C成為0.3以上0.5以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比時，除了可防止因內部燃燒反應引起之過度放熱、可防止觸媒損傷以外，亦可適當維持所得混合氣體之組成。
上述反應器51藉由使用經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒，使碳化氫系氣體之燃燒反應與轉化反應在相同反應區域內同時進行時，藉由使放熱反應之燃燒反應與吸熱反應之轉化反應在相同反應區域內同時進行，由於可利用反應燃燒所產生之熱能作為轉化反應之熱源，故極具有能源效率。再者，於該反應區域同時發生放熱反應及吸熱反應，故可引起熱中和而可以熱平衡狀態進行運轉。因此，與例如於反應器51內設置單獨進行觸媒燃燒反應之區域的情況相比，頗能抑制反應區域之溫度上升，反應器51所用之耐熱材料之選定或反應器51本身之耐熱構造即使並非如此程度之高溫規格亦足以使用，故亦可節省設備成本。又，可降低朝觸媒層入口供給之原料氣體溫度，可抑制因碳化氫熱分解而產生煤，亦可避免著火危險。
上述原料氣體係以每次預先使碳化氫氣體與水蒸氣混合，於其中與氧系氣體合流並導入反應器51中之構成時，可縮短使可燃性氣體之碳化氫氣體與氧系氣體之混合氣體通過之流路，於安全方面為有利。
上述原料氣體係以每次預先使氧系氣體與水蒸氣混合，於其中與碳化氫系氣體合流並導入反應器51中之構成時，由於混合有可燃性氣體之碳化氫系氣體之混合氣體之氧濃度變低，故爆炸界限更降低，於安全方面為有利。
上述原料氣體之供給量以對應於碳化氫系氣體之供給量變動而自動變動氧系氣體及水的供給量之方式控制時，經常獲得大致一定CO濃度之氣體，而可變動生成量。
具備使導入反應器51之原料氣體預熱之預熱加熱器66，以上述預熱加熱器使上述原料氣體向反應器51供給之溫度控制為250~450℃時，成為可經常以效率良好地熱平衡狀態運轉。
實施例1
圖4係顯示上述產生一氧化碳裝置100中，以丙烷氣體作為原料，使水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C之莫耳比H2 O/C變化而產生一氧化碳之結果。又，此時之O2 /C設定為0.04，原料氣體之供給溫度設定為400℃，改質壓力設定為0.3MPa。
由圖中可了解，於H2 O/C設為0.5以下時，所產生之改質氣體中之CO濃度變高，可提高CO收率。
圖5係顯示上述產生一氧化碳裝置100中，以丙烷氣體作為原料，使上述原料氣體中氧系氣體之O2 與碳化氫系氣體中之C之莫耳比O2 /C變化而產生一氧化碳之結果。又，此時之H2 O/C設定為0.5，原料氣體之供給溫度設定為400℃，改質壓力設定為0.3MPa。
由圖中可了解，於O2 /C設為0.3以上0.5以下時，所產生之改質氣體中之CO濃度變高，可提高CO收率。
圖6係顯示上述產生一氧化碳裝置100中，以天然氣作為原料，使水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C之莫耳比H2 O/C變化而產生一氧化碳之結果。又，此時之O2 /C設定為0.04，原料氣體之供給溫度設定為400℃，改 質壓力設定為0.3MPa。
由圖中可了解，於H2 O/C設為0.5以下時，所產生之改質氣體中之CO濃度變高，可提高CO收率。
圖7係顯示上述產生一氧化碳裝置100中，以天然氣作為原料，使上述原料氣體中氧系氣體之O2 與碳化氫系氣體中之C之莫耳比O2 /C變化而產生一氧化碳之結果。又，此時之H2 O/C設定為0.5，原料氣體之供給溫度設定為400℃，改質壓力設定為0.3MPa。
由圖中可了解，於O2 /C設為0.3以上0.5以下時，所產生之改質氣體中之CO濃度變高，可提高CO收率。
圖8係顯示本發明適用之產生滲碳氛圍氣體裝置30之一構成圖。
該產生滲碳氛圍氣體裝置30具備一反應器1，該反應器1係導入碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣作為原料氣體，導入上述原料氣體，使上述原料氣體與觸媒進行催化反應而發生碳化氫氣體之燃燒反應以及轉化反應，藉此產生富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的滲碳用氛圍氣體。
上述碳化氫系氣體，在此例中，係自氣體高壓筒2供給，在脫硫器3進行脫硫，以流量調節器4調節於特定流量，以碳化氫預熱加熱器5預熱至特定溫度後以碳化氫供給管路6供給。上述脫硫器3可採用進行氫化脫硫者，亦可採用充填有活性碳或沸石等之吸附劑進行常溫吸附脫硫者。
上述碳化氫系氣體一般以丙烷或作為都市天然氣等之 社會基礎建設而供給之碳化氫系氣體為首，可使用例如天然氣、丁烷氣體、甲烷氣體等之碳化氫系氣體。
上述氧系氣體自未氧高壓筒7供給，以流量調節器8調整至特定流量並由氧供給管路9供給。
至於上述氧系氣體，可適當使用工業用純氧，但若氧氣濃度係高如21%以上者，則亦可使用多少混入不純物或其他氣體者作為氧系氣體。
上述水蒸氣，係以泵10供給純水，以流量調節器11調整為特定流量並以蒸氣加熱器12加熱成水蒸氣以水蒸氣供給管路13供給。
上述水蒸氣供給管路13、碳化氫供給管路6及氧供給管路9，首先設有使上述水蒸氣供給管路13與碳化氫供給管路6合流之混合氣體流路14，並設有使該混合氣體流路14與氧供給管路9合流之原料氣體供給管路15。藉此，構成為上述原料氣體每次首先使碳化氫氣體與水蒸氣混合，於其中合流氧系氣體並導入反應器1中。
上述原料氣體亦可構成為每次預先使氧系氣體與水蒸氣混合，於其中合流碳化氫系氣體並導入反應器1中。又，亦可構成為氧系氣體及水蒸氣及碳化氫系氣體同時合流並導入反應器1中。
關於上述原料氣體之碳化氫系氣體、氧系氣體、水蒸氣之混合比，係以流量調節器4、8、11，藉由分別調整碳化氫系氣體、氧系氣體、水之流量而設定。
亦即，上述原料氣體構成為以氧系氣體中之O2 與碳 化氫系氣體中之C的莫耳比O2 /C成為0.3以上0.5以下之方式且水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C之莫耳比H2 O/C成為0.3以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比。又，水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C之莫耳比H2 O/C較好設定為0.05以上0.3以下。
例如碳化氫氣體為甲烷(CH4 )時，甲烷中之C為1，故O2 /1=0.3~0.5，即為相對於甲烷1莫耳O2 為0.3~0.5莫耳之比混合，H2 O/1=0.3以下，即相對於甲烷1莫耳H2 O成為0.3莫耳以下而混合。
同樣地，例如，碳化氫氣體為丙烷(C3 H8 )時，丙烷中之C為3，故O2 /3為0.3~0.5，即相對於丙烷1莫耳O2 為0.9~1.5莫耳之比混合，H2 O/3=0.3以下，即相對於丙烷1莫耳H2 O成為0.9莫耳以下而混合。
又，此裝置具備流量控制機17，該流量控制機17係檢測上述流量調節器4中之碳化氫系氣體之流量變動，並對應於碳化氫系氣體之供給量變動而保持上述混合比率之方式，調節氧氣流量調節器8及水流量調節器11，且使氧系氣體及水之供給量自動變動之方式控制原料氣體之供給量。
於原料氣體流路14與氧供給管路9之合流點附近，氧供給管路9、混合氣體流路14以及原料氣體供給路線15上設有將碳化氫系氣體與水蒸氣之混合氣體、氧系氣體、上述混合氣體與氧系氣體混合之原料氣體預熱至特定 預熱溫度為止之預熱加熱器16。因此，以上述預熱加熱器16預熱至特定溫度之經預熱原料氣體被導入反應器1中。
上述反應器1中填充經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒。因此藉由使用上述經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒，使碳化氫系氣體之燃燒反應與轉化反應在相同反應區域內同時進行。
接著，上述反應器1具備有溫度控制器18，該溫度控制器18係檢測上述原料氣體朝反應器1供給時之溫度亦即入口側溫度，且使上述預熱加熱器16將原料氣體供應溫度控制為300~450℃。
又，上述反應器1中設有啟動加熱器19，其係在裝置啟動時，使自未圖示之氮氣高壓筒所供給之氮氣流動同時使填充有觸媒之反應區域預熱。藉由上述啟動加熱器19，裝置啟動時內部溫度加熱至原料氣體反應開始所必要的200~300℃左右為止，同樣地以上述溫度控制器18加以控制。
於上述反應器1，利用經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒，使碳化氫之燃燒反應與轉化反應可在一個反應區域內同時進行碳化氫之燃燒反應及轉化反應。
亦即，碳化氫之一部份完全燃燒使碳化氫轉變成CO及H2 O之燃燒反應、與藉由此燃燒反應所生成之CO2 及H2 O分別進而與剩餘之碳化氫反應而轉化成H2 及CO之轉化反應，係在上述觸媒上進行，可使碳化氫轉變成H2 及CO。
例如，若以碳化氫為甲烷之情況加以說明，其反應全體以如下式(9)般表示，但實際上如式(10)~(12)，係以燃燒反應所生成之CO2 及H2 O進而與CH4 引起轉化反應，而轉變為CO與H2 之逐步反應。
CH4 + 202 → 4 CO + 8H2 ----- (9)
CH4 + 202 → CO2 + 2H2 O ----- (10)
CH4 + CO2 → 2 CO + 2H2 ----- (11)
2CH4 + 2 H2 O→ 2 CO + 6H2 ----- (12)
上述CH4 與O2 進行催化反應之際，可進而於系統中供給CO2 或2H2 O。此情況下，與CO2 或2H2 O之供給量相抵之O2 供給量可減少。
反應溫度可為350~900℃，尤其是宜為400~800℃左右。CH4 與O2 之燃燒反應為放熱反應，CH4 與H2 O之轉化反應為吸熱反應。如上述，裝置啟動時藉由使反應器1內之反應區域預熱至200~300℃，且原料氣體之供給溫度控制成為300~450℃，藉此使燃燒反應與轉化反應成為熱平衡狀態隨後同時進行。又，反應溫度之不足部份亦可施加外部加熱。又，反應壓力通常採用加壓條件，但常壓條件亦可。
藉由上述轉化反應所得之轉化氣體組成，以乾重計大約為58%H2 +39%CO+1%CO2 +2%CH4 ，其餘為不純物。上物反應器1之出口部份的轉化氣體溫度約為700~800℃左右。
上述經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒係例如藉由使具有適當空隙率之氧化鋁載體表面上擔持Rh，隨後擔持Pt，進而同時擔持Ni及CeO2 而獲得。其中，載體材質或形狀之選擇、有無形成被覆物或其材質之選擇，可能有種種變化。
Rh之擔持係藉由含浸Rh之水溶性鹽之水溶液後，使乾燥、燒成、氫還原而進行。又，Pt之擔持係藉由含浸Pt之水溶性鹽之水溶液後，使乾燥、燒成、氫還原而進行。Ni及CeO2 之同時擔持係藉由含浸Ni之水溶性鹽以及Ce之水溶性鹽之混合水溶液後，使乾燥、燒成、氫還原而進行。
藉由上述列示之順序，獲得成為目的之經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒。各成份之組成以重量比計，宜設定為Rh:Ni:CeO2 :Pt=(0.05-0.5):(3.0-10.0):(2.0-8.0):(0.3-5.0)，更好為Rh:Ni:CeO2 :Pt=(0.1-0.4):(4.0-9.0):(2.0-5.0):(0.3-3.0)。
又，上述中各階段之氫還原處理可省略，而在實際使用時使觸媒在高溫氫還原後使用。在各階段進行氫還原處理時，亦可進而在使用之際使觸媒在高溫氫還原後使用。
如上述所得之滲碳用氛圍氣體以冷卻器20冷卻，以氣液分離器21去除水分後，導入滲碳爐中。
圖9係顯示上述產生滲碳用氛圍氣體之裝置30之氣體滲碳裝置50一例之圖。
此氣體滲碳裝置50具備使碳化氫系氣體與氧系氣體 及水蒸氣與觸媒進行催化反應而發生碳化氫系氣體之燃燒反應以及轉化反應，藉此產生富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的滲碳用氛圍氣體之反應器1，以及導入有上述反應器1所得之滲碳用氛圍氣體之氛圍氣體爐31。
於是，構成為於上述氛圍氣體爐31具備導入氟系氣體之氟系氣體導入機構，被處理物在氟系氣體氛圍下加熱進行形成氟化物皮膜之氟化處理後，導入在上述反應器1所得之滲碳用氛圍氣體並加熱進行滲碳處理。
於此氣體滲碳裝置50中，被處理物40在氟系氣體氛圍下加熱進行形成氟化物皮膜之氟化處理後，導入藉由使碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣與觸媒進行催化反應而發生碳化氫氣體之燃燒反應以及轉化反應所得之富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的滲碳用氛圍氣體並加熱而進行滲碳處理。
若更詳細加以說明，於圖中，31為氛圍器爐，具備有外殼32、內部形成為處理室之內容器34、設於上述內容器34與外殼32之間之加熱器33。於上述內容器34內，連通氣體導入管35及排氣管36。上述氣體導入管35連通上述產生滲碳用氛圍氣體之裝置30以及充填有氟化處理氣體之N2 +NF3 之高壓筒46。47為流量計，48為閥。此例中，上述高壓筒46與流量計47此等藉由連接於氣體導入管35之流路等，構成上述氟氣體導入機構。
又，上述排氣管36上連接有排氣處理裝置44以及真空泵43。藉此，於內容器34內之處理室內導入處理氣體 並排出。上述處理室內，設有附加可攪拌處理氣體之馬達37的風扇38。41為裝入運轉的被處理物40之籠41。
於此氛圍氣爐31內，例如裝入被處理物40，導入與高壓筒46以流路連接之NF3 等之氟系氣體導入氛圍氣爐31內並加熱同時進行氟化處理，隨後自排氣管36以真空泵43之作用引出其氣體，在排氣處理裝置44內無毒化並排放至外部。隨後，導入以上述產生滲碳用氛圍氣體裝置30所產生之滲碳用氣體進行滲碳處理，隨後，經由排氣管36、排氣處理裝置44將氣體排放至外部。藉此一連串作業，於該氣體滲碳裝置50進行氟化處理及滲碳處理。構成上述被處理物40之材質，可使用各種金屬材料，但尤其較好使用鐵系金屬材料。尤其好的是，使用以奧氏體系不鏽鋼為代表之奧氏體系金屬。
上述奧氏體系不鏽鋼舉例有例如含有鐵成份50重量%以上、鉻成份含有12重量%以上含有鎳之奧氏體系不鏽鋼。具體而言，舉例有SUS304、SUS316、SUS303S等之18-8系不鏽鋼鋼材或含有鉻25重量%、鎳20重量%之奧氏體系不鏽鋼之US310S或309，進而舉例有鉻含量23重量%、鉬含有2重量%之奧氏體-純粒鐵2相系不鏽鋼鋼材等。
又，含有鎳為19~22重量%、鉻為20~27重量%、碳為0.25~0.45重量%之SCH21或SCH22等之耐熱鋼鑄鋼亦可適合用於作為本發明之奧氏體系不鏽鋼。再者，含有鉻為20~22重量%、鎳為3.25~4.5重量%、錳為8~10重量% 、碳為0.48~0.58重量%之SUH35、或含有鉻13.5~16重量%、鎳為24~27重量%、鉬為1~1.5重量%之SUH660等之耐熱鋼亦可適合用於作為本發明之奧氏體系不鏽鋼。
如此，藉由使用含鎳及鉻之低碳亦可適合用於作為本發明之奧氏體系不鏽鋼，可製得耐蝕性優異且不析出鉻化合物、在保有非磁性之奧氏體系不鏽鋼的表層部形成碳固熔硬化層、耐磨耗性或耐蝕性優異之非磁性金屬製品。
如此，作為被處理物40使用母材為由奧氏體系不鏽鋼所構成者，藉由對其進行上述氟化處理及滲碳處理，可至少在表層部形成於母材之奧氏體固熔有碳之比母材硬度更高之碳固熔硬化層。
此處，對上述氟化處理詳細加以說明。
上述氟化處理中所用之氟系氣體舉例為由NF3 、BF3 、CF4 、HF、SF6 、C2 F6 、WF6 、CHF3 、SiF4 、ClF3 等所構成之氟系化合物氣體。該等可單獨使用或以兩種以上合併使用。
又，該等氣體以外，於分子內含有氟之氟系氣體亦可使用作為本發明之氟系氣體。又，此等氟系氣化合物氣體以熱分解裝置熱分解所生成之F2 氣體或預先作成之F2 氣體亦可使用作為上述氟系氣體。此等氟化合物氣體與F2 氣體隨情況可混合使用。
其中尤其作為本發明中使用之氟系氣體中最具備實用性者為NF3 。系由於上述NF3 於常溫成氣體狀、化學安定性高且操作性容易之故。此等NF3 氣體通常如後述，係與 N2 氣體組合在特定濃度範圍內稀釋使用。
上述中所例示之各種氟系氣體，可僅其單獨使用，但通常以N2 氣體等之惰性氣體稀釋後使用。此等經稀釋之氣體中，氟氣體本身濃度為例如以體積為基準，為10000~100000ppm，較好為20000~70000ppm，更好為30000~50000ppm。
使用上述氟系氣體作為氛圍氣體之氟化處理，係使用馬弗爐般之氛圍氣爐31，於爐內裝入未處理之被處理物40，在上述濃度之氟系氣體氛圍氣之下，保持加熱狀態藉此而進行。
此時之保持加熱係藉由使由奧氏體系不鏽鋼所構成之被處理物40本身例如保持在180~600℃，較好保持在200~450℃而進行。上述氟系氣體氛圍中之被處理物40之保持時間通常設定為10數分鐘～數小時。藉由使被處理物40在此種氟系氣體氛圍下加熱處理，在奧氏體系不鏽鋼表面形成之含有Cr2 O4 之不作用態皮膜變化成氟化膜。上述不作用態皮膜在以往不可能滲碳，但藉由進行氟化處理，上述不作用態皮膜變化成氟化膜。認為係此氟化膜比不作用態皮膜更容易被滲碳中使用之碳原子所滲透，奧氏體系不鏽鋼表面藉由上述氟化處理成為碳原子容易滲透之表面狀態之故。
其次，與上述氟化處理同時期及/或在其後，對上述奧氏體系不鏽鋼表面進行滲碳處理。
滲碳處理係使上述奧氏體系不鏽鋼本身在680℃以下 之滲碳處理溫度下加熱，使用上述滲碳用氣體，於爐內於滲碳用氣體氛圍氣體中進行。於此滲碳用氣體氛圍氣體中，因應必要亦可富含有丙烷氣體等之碳源氣體。
因此，與以往已知之滲碳處理相比，本發明之滲碳處理可在極低溫度領域進行。
上述滲碳處理時之溫度亦即滲碳處理溫度為680℃以下，亦即較好在400~680℃之溫度。滲碳處理溫度若超過680℃，由於奧氏體系不鏽鋼的母材本身產生軟化，經滲碳之碳原子於母材上與固熔之鉻結合產生鉻碳化物，母材本身所含之鉻量減少使表層部耐蝕性大幅降低，以侵入固熔於滲碳層之狀態存在的碳量減少，母材強度或耐蝕性降低，且成為帶有磁性。
依據同樣理由，作為上述滲碳處理溫度更好為400~600℃之溫度範圍，進而較好為400~550℃，最好為450~500℃之溫度範圍。於本發明中，藉由進行上述氟化處理，在如此極為低溫中之滲碳處理成為可能，於滲碳處理中幾乎不生成鉻碳化物粒子，碳侵入固熔於母材中，使晶格尺寸增大而在表面層形成碳固熔硬化層。
藉由如此處理，碳於奧氏體系不鏽鋼表層部擴散滲透並深且均一地形成碳固熔硬化層。此碳擴散層於基相的奧氏體相中，成為多量C原子侵入固熔引起晶格擴張之狀態，可實現與母材相比硬度顯著提高。且，上述碳原子幾乎不與母材中之鉻形成Cr7 C3 或Cr23 C6 等碳化物且由於侵入固熔於結晶晶格中，故上述碳固熔硬化層中實質上不存在 鉻碳化物粒子，且母材中固熔之鉻量不會減少，故可維持與母材相同程度之耐蝕性。
又，如上述般進行滲碳處理之奧氏體系不鏽鋼表面粗度亦幾乎不惡化，不會因膨脹產生尺寸變化且亦不產生磁性。因此，表面粗度降低或尺寸變化亦少，可以更良好精度進行表面改質。又，奧氏體系不鏽鋼中，尤其是含多量鎳之安定型奧氏體系不鏽鋼或含鉬之安定型奧氏體系不鏽鋼，碳擴散層之耐蝕性更為良好。
上述滲碳處理可自氟化處理結束後開始，亦可與氟化處理開始同時開始進行滲碳處理，亦可在氟化處理開始後不等滲碳處理結束而開始滲碳處理。
藉由氟化處理結束後進行滲碳處理，相對於藉由氟化處理使表面活性化之被處理物，可比純粹滲碳氛圍氣體擴散滲透更多碳原子，於表面強度變高且硬化深度變大時有利，係由於有效提高表面硬度之故。
藉由上述滲碳處理不等氟化處理結束即開始，可一邊進行藉由氟化之表面活性化一般進行碳之擴散滲透，於表面強度變高且硬化深度變大時有利。
如上述，本實施形態之產生滲碳用氛圍氣體之裝置及方法，藉由使碳化氫系氣體及氧系氣體及水蒸氣與觸媒進行催化反應，藉由同時發生碳化氫系氣體之燃燒反應及轉化反應，而發生富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高之滲碳用氛圍氣體。如此，由於作為原料不使用空氣而使用氧系氣體，故可獲得碳勢高的滲碳用氛圍氣體。又，使用水蒸氣 作為原料，故與僅以碳化氫氣體與氧氣作為原料之裝置相較，爆炸界限可降低而可大幅提高安全性。因此，與氧由2系統之導入管路而導入之裝置相比，反應器構造本身亦可簡化，起因於氧濃度凌亂之媒發生或觸媒的劣化亦可大幅減少。再者，原料氣體成本亦較便宜，可以低成本且安全地發生碳勢高之滲碳氣體。又，可獲得富含H2 之氛圍氣體，可抑制滲碳處理步驟之未反應碳微粒。
上述原料氣體係以每次預先使碳化氫氣體與水蒸氣混合，於其中與氧系氣體合流並導入反應器1中之構成時，可縮短使可燃性氣體之碳化氫氣體與氧系氣體之混合氣體通過之流路，於安全方面為有利。
上述原料氣體係以每次預先使氧系氣體與水蒸氣混合，於其中與碳化氫系氣體合流並導入反應器1中之構成時，由於合流有可燃性氣體之碳化氫系氣體之混合氣體之氧濃度變低，故爆炸界限更降低，於安全方面為有利。
上述原料氣體構成為以氧系氣體中之O2 與碳化氫系氣體中之C的莫耳比O2 /C成為0.3以上0.5以下之方式且水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C之莫耳比H2 O/C成為0.3以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比時，所生成之滲碳性氣體中之CO濃度變高，可獲得碳勢高之氛圍氣體。
上述原料氣體之供給量以對應於碳化氫系氣體之供給量變動而自動變動氧系氣體及水的供給量之方式控制時，經常獲得大致一定CO濃度之滲碳性氣體，使得滲碳性氣 體之生成量得以變動。
上述反應器1藉由使用經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒，使碳化氫系氣體之燃燒反應與轉化反應在相同反應區域內同時進行時，藉由使放熱反應之燃燒反應與吸熱反應之轉化反應在相同反應區域內同時進行，由於可利用燃燒反應所產生之熱能作為轉化反應之熱源，故極具有能源效率。再者，於該反應區域同時發生放熱反應及吸熱反應，故可引起熱中和而可以熱平衡狀態進行運轉。因此，與例如於反應器1內設置單獨進行觸媒燃燒反應之區域的情況相比，頗能抑制反應區域之溫度上升，反應器1所用之耐熱材料之選定或反應器1本身之耐熱構造即使並非如此程度之高溫規格亦足以使用，故亦可節省設備成本。又，可降低朝觸媒層入口供給之原料氣體溫度，可抑制因碳化氫熱分解而產生煤，亦可避免著火危險。
具備使導入反應器1之原料氣體預熱之預熱加熱器16，上述預熱加熱器16將上述原料氣體向反應器1供給的溫度控制為300~450℃時，經常可以效率良好地熱平衡狀態進行運轉。
實施例2
圖10係顯示上述產生滲碳用氛圍氣體之裝置30中，上述原料中之氧系氣體之O2 與碳化氫系氣體中之C之莫耳比O2 /C變化而產生滲碳用氣體之結果。又，此時之H2 O/C設定為0.20，原料氣體之供給溫度設定為450℃。
由圖中可了解，於O2 /C設為0.3以上0.5以下時，所產生之轉化氣體中之CO濃度變高，可獲得碳勢高之滲碳氣體。
圖11係顯示上述產生滲碳用氛圍氣體之裝置30中，上述原料中之水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C之莫耳比H2 O/C變化而產生滲碳用氣體之結果。又，此時之O2 /C設定為0.40，原料氣體之供給溫度設定為450℃。
由圖中可了解，於H2 O/C設為0.3以下時，所產生之轉化氣體中之CO濃度變高，可獲得碳勢高之滲碳氣體。
1‧‧‧反應器
2‧‧‧高壓筒
3‧‧‧脫硫器
4‧‧‧流量調節器
5‧‧‧碳化氫預熱加熱器
6‧‧‧碳化氫供給管路
7‧‧‧氧高壓筒
8‧‧‧流量調節器
9‧‧‧氧供給管路
10‧‧‧泵
11‧‧‧流量調節器
12‧‧‧蒸氣加熱器
13‧‧‧水蒸氣供給管路
14‧‧‧混合氣體流路
15‧‧‧原料氣體供應管路
16‧‧‧預熱加熱器
17‧‧‧流量控制機
18‧‧‧溫度控制機
19‧‧‧啟動加熱器
20‧‧‧冷卻器
21‧‧‧氣液分離器
30‧‧‧產生滲碳用氛圍氣體之裝置
31‧‧‧氛圍氣爐
32‧‧‧外殼
33‧‧‧加熱器
34‧‧‧內容器
35‧‧‧氣體導入管
36‧‧‧排氣管
37‧‧‧馬達
38‧‧‧風扇
40‧‧‧被處理物
41‧‧‧籠
43‧‧‧真空泵
44‧‧‧排氣處理裝置
46‧‧‧高壓筒
47‧‧‧流量計
48‧‧‧閥
50‧‧‧氣體滲碳裝置
51‧‧‧反應器
52‧‧‧壓縮機
53‧‧‧脫硫器
54‧‧‧流量調節閥
55‧‧‧碳化氫預熱加熱器
56‧‧‧碳化氫供給管路
57‧‧‧純水加熱器
58‧‧‧流量調節閥
59‧‧‧氧供給管路
60‧‧‧泵
61‧‧‧流量調節閥
62‧‧‧蒸氣加熱器
63‧‧‧水蒸氣供給管路
64‧‧‧混合氣體流路
65‧‧‧原料氣體供給管路
66‧‧‧預熱加熱器
67‧‧‧水蒸氣導入管路
68‧‧‧溫度控制器
69‧‧‧啟動馬達
70‧‧‧流量調節閥
71‧‧‧氣液分離器
72‧‧‧改質氣體管路
73‧‧‧第一PSA裝置
74‧‧‧第二PSA裝置
76‧‧‧第一熱交換器
77‧‧‧第二熱交換器
78‧‧‧第三熱交換器
79‧‧‧吸附塔
80‧‧‧真空泵
81‧‧‧吸附塔
82‧‧‧真空泵
83‧‧‧緩衝槽
84‧‧‧壓縮機
85‧‧‧製品槽
86‧‧‧循環壓縮機
87‧‧‧純水吹入器
88‧‧‧純水導入管路
90‧‧‧氫導入管路
91‧‧‧流量調節閥
100‧‧‧產生一氧化碳氣體之裝置
圖1係顯示本發明之產生一氧化碳氣體裝置之一實施形態圖。
圖2係顯示本發明之產生一氧化碳氣體裝置之第二實施形態圖。
圖3係顯示本發明之產生一氧化碳氣體裝置之一實施形態圖。
圖4係顯示以丙烷作為原料，使H2 O/C變化而產生一氧化碳氣體之結果圖。
圖5係顯示以丙烷作為原料，使O2 /C變化而產生一氧化碳氣體之結果圖。
圖6係顯示以天然氣作為原料，使H2 O/C變化而產生一氧化碳氣體之結果圖。
圖7係顯示以天然氣作為原料，使O2 /C變化而產生一氧化碳氣體之結果圖。
圖8係顯示本發明之產生滲碳氛圍氣體裝置之一實施形態圖。
圖9係顯示本發明之滲碳裝置之一實施形態圖。
圖10係顯示O2 /C經變化而產生滲碳用氣體之結果圖。
圖11係顯示H2 O/C經變化而產生滲碳用氣體之結果圖。
51‧‧‧反應器
52‧‧‧壓縮機
53‧‧‧脫硫器
54‧‧‧流量調節閥
55‧‧‧碳化氫預熱加熱器
56‧‧‧碳化氫供給管路
57‧‧‧純水加熱器
58‧‧‧流量調節閥
59‧‧‧氧供給管路
60‧‧‧泵
61‧‧‧流量調節閥
62‧‧‧蒸氣加熱器
63‧‧‧水蒸氣供給管路
64‧‧‧混合氣體流路
65‧‧‧原料氣體供給管路
66‧‧‧預熱加熱器
67‧‧‧水蒸氣導入管路
68‧‧‧溫度控制器
69‧‧‧啟動馬達
70‧‧‧流量調節閥
71‧‧‧氣液分離器
72‧‧‧改質氣體管路
73‧‧‧第一PSA裝置
74‧‧‧第二PSA裝置
76‧‧‧第一熱交換器
77‧‧‧第二熱交換器
78‧‧‧第三熱交換器
79‧‧‧吸附塔
80‧‧‧真空泵
81‧‧‧吸附塔
82‧‧‧真空泵
83‧‧‧緩衝槽
84‧‧‧壓縮機
85‧‧‧製品槽
86‧‧‧循環壓縮機
100‧‧‧產生一氧化碳氣體之裝置

Claims (18)

  1. 一種產生一氧化碳氣體之裝置，其特徵為具備反應器與分離裝置，其中，該反應器係導入碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣作為原料氣體，藉由使上述原料氣體與經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒進行催化反應而產生碳化氫系氣體之燃燒反應以及轉化反應，而使作為富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的混合氣體產生一氧化碳氣體，該分離裝置係由在上述反應器所產生之混合氣體分離作為製品氣體之一氧化碳氣體，並於上述反應器下游，作為用以抑制碳在配管內部等之金屬表面上析出之流體，係導入含有以H2 O為主之流體。
  2. 如申請專利範圍第1項之產生一氧化碳氣體之裝置，其中於上述反應器下游設有回收反應器所發生之熱的熱交換器，且於上述反應器出口與熱交換器入口之間導入含有以H2 O為主之流體。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之產生一氧化碳氣體之裝置，其中導入上述反應器之原料氣體係構成為以水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C的莫耳比H2 O/C成為0.05以上且0.5以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比。
  4. 如申請專利範圍第1項之產生一氧化碳氣體之裝置，其中導入上述反應器之原料氣體係構成為以氧系氣體中之O2 與碳化氫系氣體中之C的莫耳比O2 /C成為0.3以上0.5以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸 氣之混合比。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之產生一氧化碳氣體之裝置，其中上述反應器係藉由使用經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒，使碳化氫系氣體之燃燒反應與轉化反應在相同反應區域內同時進行。
  6. 一種產生一氧化碳氣體之方法，其特徵為進行導入碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣作為原料氣體，藉由使上述原料氣體與經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒進行催化反應而產生碳化氫氣體之燃燒反應以及轉化反應，而使作為富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的混合氣體產生一氧化碳氣體之反應步驟、與由在上述反應器所產生之混合氣體分離作為製品氣體之一氧化碳氣體之分離步驟，其中於上述反應步驟下游，作為用以抑制碳在配管內部等之金屬表面上析出之流體，係導入含有以H2 O為主之流體。
  7. 一種產生一氧化碳氣體之裝置，其特徵為具備反應器與分離裝置，其中，該反應器係導入碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣作為原料氣體，藉由使上述原料氣體與經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒進行催化反應而產生碳化氫系氣體之燃燒反應以及轉化反應，而使作為富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的混合氣體產生一氧化碳氣體，該分離裝置係由在上述反應器所產生之混合氣體分離作為製品氣體之一氧化碳氣體，並於上述反應器下游，作為用以抑制碳在配管內部等之金屬表面上析出之流體，係導入含有 以氫為主之氣體。
  8. 如申請專利範圍第7項之產生一氧化碳氣體之裝置，其中於上述反應器下游設有回收反應器所發生之熱的熱交換器，且於上述反應器出口與熱交換器入口之間導入含有以氫為主之氣體。
  9. 如申請專利範圍第7或8項之產生一氧化碳氣體之裝置，其中導入上述反應器之原料氣體係構成為以水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C的莫耳比H2 O/C成為0.05以上且0.5以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比。
  10. 如申請專利範圍第7或8項之產生一氧化碳氣體之裝置，其中導入上述反應器之原料氣體係構成為以氧系氣體中之O2 與碳化氫系氣體中之C的莫耳比O2 /C成為0.3以上0.5以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比。
  11. 如申請專利範圍第7或8項之產生一氧化碳氣體之裝置，其中上述反應器係藉由使用上述經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒，使碳化氫系氣體之燃燒反應與轉化反應在相同反應區域內同時進行。
  12. 一種產生一氧化碳氣體之方法，其特徵為進行導入碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣作為原料氣體，藉由使上述原料氣體與經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒進行催化反應而產生碳化氫系氣體之燃燒反應以及轉化反應，而使作為富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的混合氣體產生 一氧化碳氣體之反應步驟、與由在上述反應器所產生之混合氣體分離作為製品氣體之一氧化碳氣體之分離步驟，其中於上述反應步驟下游，作為用以抑制碳在配管內部等之金屬表面上析出之流體，係導入含有以氫為主之氣體。
  13. 一種產生滲碳用氛圍氣體之裝置，其特徵為具備一反應器與導入路徑，其中，該反應器係導入碳化氫系氣體與氧系氣體及水蒸氣作為原料氣體，藉由使上述原料氣體與經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒進行催化反應而產生碳化氫系氣體之燃燒反應以及轉化反應，而產生富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的滲碳用氛圍氣體，該導入路徑係上述原料氣體係構成為每次預先使碳化氫氣體與水蒸氣混合後，於其中使氧系氣體合流而導入反應器中之第1導入路徑、或上述原料氣體係構成為每次預先使氧系氣體與水蒸氣混合後，於其中使碳化氫系氣體合流而導入反應器中之第2導入路徑之任一者。
  14. 如申請專利範圍第13項之產生滲碳用氛圍氣體之裝置，其中上述原料氣體係構成為以氧系氣體中之O2 與碳化氫系氣體中之C的莫耳比O2 /C成為0.3以上0.5以下，且水蒸氣中之H2 O與碳化氫系氣體中之C之莫耳比H2 O/C為0.05以上且0.3以下之方式，設定碳化氫系氣體與氧系氣體與水蒸氣之混合比。
  15. 如申請專利範圍第14項之產生滲碳用氛圍氣體之裝置，其中上述原料氣體之供給量係對應於碳化氫系氣體 之供給量變動而自動變動氧系氣體及水的供給量之方式加以控制。
  16. 如申請專利範圍第13至15項中任一項之產生滲碳用氛圍氣體之裝置，其中上述反應器係藉由使用經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒，使碳化氫系氣體之燃燒反應與轉化反應在相同反應區域內同時進行。
  17. 如申請專利範圍第13至15項中任一項之產生滲碳用氛圍氣體之裝置，其中具備使導入反應器之原料氣體預熱之預熱加熱器，上述預熱加熱器係控制上述原料氣體向反應器供給的溫度成為300~450℃。
  18. 一種產生滲碳用氛圍氣體之方法，其特徵為具備以碳化氫系氣體及氧系氣體及水蒸氣作為原料，藉由與經Rh改質之(Ni-CeO2 )-Pt觸媒進行催化反應而產生碳化氫系氣體之燃燒反應及轉化反應之反應步驟、與該導入路徑係上述原料氣體係構成為每次預先使碳化氫氣體與水蒸氣混合後，於其中使氧系氣體合流而導入反應步驟中之第1導入步驟、或上述原料氣體係構成為每次預先使氧系氣體與水蒸氣混合後，於其中使碳化氫系氣體合流而導入反應步驟中之第2導入步驟之任一者，而產生富含氫氣且一氧化碳氣體濃度高的滲碳用氛圍氣體。
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