【００１０】
そこで、本発明は、窒素を含む熱処理炉用炉内雰囲気ガスを調製するにあたり、窒素中に含まれる酸素を安価且つ効果的に除去できる方法および装置を提供することを課題とする。[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a method and apparatus for inexpensively and effectively removing oxygen contained in nitrogen when preparing a nitrogen-containing atmosphere gas for a heat treatment furnace.
【００１５】
また、本発明の熱処理炉用炉内雰囲気ガスの調製装置は、少なくとも窒素および酸素を含む混合ガスを処理して窒素富化ガスを生成するための圧力スウィング吸着装置と、この圧力スウィング吸着装置から得られた窒素富化ガスを予備加熱するための加熱装置と、この加熱装置にて予備加熱された窒素富化ガスに水素を含む変性雰囲気ガスを添加するための変性雰囲気ガス供給手段と、変性雰囲気ガスが添加された窒素富化ガス中に含まれる酸素を接触還元除去すべく貴金属触媒を充填した反応器と、を含むことを特徴とする。[0015]
The present invention also provides an apparatus for preparing an atmospheric gas in a heat treatment furnace, which comprises a pressure swing adsorption apparatus for treating a mixed gas containing at least nitrogen and oxygen to produce a nitrogen-enriched gas, a heating apparatus for preheating the nitrogen-enriched gas obtained from the pressure swing adsorption apparatus, a modified atmospheric gas supply means for adding a modified atmospheric gas containing hydrogen to the nitrogen-enriched gas preheated by the heating apparatus, and a reactor filled with a noble metal catalyst for catalytically reducing and removing oxygen contained in the nitrogen-enriched gas to which the modified atmospheric gas has been added.
【００２６】
図面において、符号１は、接触還元反応を行うために貴金属触媒（例えば、パラジウム）を充填した反応器であり、所定の反応温度に保持するための電気、スチーム等の加熱手段を備えている。また、符号２は、分子ふるい炭素を充填した複数の吸着槽等からなるＰＳＡ装置であり、原料ガスとして空気を供給すると、そのうちの酸素が選択的に吸着され、不純物として吸着されなかった若干の酸素を含む窒素富化ガスを非吸着ガスとして生成する。なお、ＰＳＡ装置としては種々なものが公知となっており、本発明ではそのいずれも用いることができる。[0026]
In the drawing, reference numeral 1 denotes a reactor filled with a noble metal catalyst (e.g., palladium) for catalytic reduction, and is equipped with a heating means, such as electricity or steam, for maintaining the reaction temperature at a predetermined level. Reference numeral 2 denotes a PSA apparatus consisting of a plurality of adsorption vessels filled with molecular sieving carbon. When air is supplied as a feed gas, oxygen is selectively adsorbed, and a nitrogen-enriched gas containing a small amount of oxygen not adsorbed as an impurity is produced as a non-adsorbed gas. Various PSA apparatuses are known, and any of them can be used in the present invention.
【００２７】
ＰＳＡ装置２からの窒素富化ガスは、電気、スチーム等の加熱手段を有するヒータ３によって、７０〜２５０℃の範囲の所定の温度まで予備加熱される。そして、予備加熱された窒素富化ガスは、昇圧機４によって加圧された変性雰囲気ガス、例えばＲＸガスと混合した後、反応器１に導入される。このとき、変性雰囲気ガスの流量は、窒素富化ガス中の酸素に対する変性雰囲気ガス中の水素のモル比が１：２以上となるように調節される。[0027]
The nitrogen-rich gas from the PSA unit 2 is preheated to a predetermined temperature in the range of 70 to 250° C. by a heater 3 having a heating means such as electricity or steam. The preheated nitrogen-rich gas is then mixed with a modified atmosphere gas, for example, RX gas, pressurized by a pressure booster 4, and then introduced into the reactor 1. At this time, the flow rate of the modified atmosphere gas is adjusted so that the molar ratio of hydrogen in the modified atmosphere gas to oxygen in the nitrogen-rich gas is 1:2 or more.
【００３２】
ＰＳＡ装置２は分子ふるい炭素を充填した複数の吸着槽、コンプレッサ等、からなっている。本実施例において、ＰＳＡ装置２は、０．５％の酸素を含有する窒素富化ガス（酸素以外の残部はほぼ全て窒素）を４．５kg/cm2G の圧力および３０．０Nm3/H の流量でヒータ３に供給する。また、ヒータ３は供給された窒素富化ガスを１９０℃に予備加熱する。なお、本実施例を再現する目的（効果の確認）では、上記組成を有する窒素富化ガスを上記圧力および流量でヒータ３に供給できればよいので、同様の組成の模擬ガスをＰＳＡ法以外の方法で調製して、コンプレッサにより同様の圧力および流量で供給してもよく、その意味でＰＳＡ装置の構成や運転条件を明らかにする必要はないと思われる。[0032]
The PSA apparatus 2 comprises a plurality of adsorption vessels filled with molecular sieving carbon , a compressor, etc. In this example, the PSA apparatus 2 supplies a nitrogen-enriched gas containing 0.5% oxygen (the remainder being almost entirely nitrogen) to the heater 3 at a pressure of 4.5 kg/ cm2G and a flow rate of 30.0 Nm3 /H. The heater 3 preheats the supplied nitrogen-enriched gas to 190°C. Note that, for the purpose of reproducing this example (confirming the effects), it is sufficient to supply a nitrogen-enriched gas having the above-mentioned composition to the heater 3 at the above-mentioned pressure and flow rate. Therefore, a simulated gas having a similar composition may be prepared by a method other than PSA and supplied at the same pressure and flow rate by a compressor. In this sense, it is not necessary to clarify the configuration and operating conditions of the PSA apparatus.
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、圧力スウィング法（ＰＳＡ法）により得られた窒素富化ガスを予備加熱した後に、当該窒素富化ガス中に不純物として含まれる酸素を水素ガスを含む変性雰囲気ガスを添加して貴金属触媒により接触還元除去するようにしており、その際に、予備加熱の温度やその他の条件を選ぶことにより、変性雰囲気ガス中の一酸化炭素が触媒毒として作用することを防止することができる。しかも、変性雰囲気ガスは、もともと熱処理炉の炉内雰囲気ガスとして用いられるものであるので、それを酸素の還元除去に必要な水素の供給源として用いたとしても、コスト的な不利は生じず、むしろ、窒素富化ガス（酸素除去後の）と混合された状態でそのまま炉内雰囲気ガスとして用いることができる点で有利となる。[0039]
[Effects of the Invention]
As described above, according to the present invention, after preheating the nitrogen-rich gas obtained by the pressure swing abatement method (PSA method), oxygen contained as an impurity in the nitrogen-rich gas is catalytically reduced and removed by a precious metal catalyst by adding a modified atmosphere gas containing hydrogen gas. In this case, by selecting the preheating temperature and other conditions, it is possible to prevent carbon monoxide in the modified atmosphere gas from acting as a catalyst poison. Moreover, since the modified atmosphere gas is originally used as the furnace atmosphere gas of a heat treatment furnace, there is no cost disadvantage in using it as a source of hydrogen necessary for the reduction and removal of oxygen. In fact, it is advantageous in that it can be used as the furnace atmosphere gas as it is in a state where it is mixed with the nitrogen-rich gas (after oxygen removal).