図面 (/)

技術 炭酸ガスレーザー用ガスの再生方法

出願人 日揮株式会社
発明者 歳国正美佐々木忠志柴田節夫戸井田努
出願日 1992年11月10日 (28年3ヶ月経過) 出願番号 1992-299852
公開日 1994年5月31日 (26年8ヶ月経過) 公開番号 1994-152006
状態 特許登録済
技術分野 レーザ(1)
主要キーワード フレッシュガス ガスレーザー装置 炭酸ガスレーザー装置 レーザーガス 高パルス CO反応 再生反応 空塔速度
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年5月31日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (0)

図面はありません

構成

炭酸ガスレーザー用のHe−N2−CO2混合ガスを再使用のために触媒を用いて再生するに当り、使用後のガス中にNOxが存在するかによって、下記のいずれかをえらぶ。

イ)NOxが存在する場合は、貴金属触媒を使用して、200℃を超え350℃以下の温度で接触させる。

ロ)NOxが存在しない場合は、貴金属触媒または金属酸化物触媒を使用して、常温〜200℃、代表的には150℃の温度で接触させる。

効果

状況に応じた再生手段を選択することにより、触媒コストの節減および(または)エネルギー消費の低減がはかれる。

概要

背景

高出力、高パルスガスレーザー装置として、炭酸ガスレーザー装置が知られている。 炭酸ガスレーザー装置のレーザーガスには、通常、He,N2およびCO2の混合ガスが使用されている。放電によりCO2の一部はCOとO2に分解し、その中でもO2がガス中高濃度に存在したままであると、レーザーの出力が低下するとともにアーク放電起り電極等を損傷する原因となる。

フレッシュガス常時供給すれば常に高出力が保てるが、レーザー用混合ガスの大部分を占めるHeは高価なガスであり、必要な混合ガスの全量をフレッシュガスでレーザー装置に供給するのでは、ランニングコストが膨大なものとなる。このため、炭酸ガスレーザー装置で混合ガス中に生成したCOとO2とを再結合させてCO2に戻し、そのガスを再使用することが試みられている。 この反応を積極的に実施するためには、貴金属触媒が有効であることが知られている。

出願人は、炭酸ガスレーザー装置で使用した混合ガスを繰り返し使用できるように再生する工業的方法であって、触媒活性が長時間持続するような再生方法、および活性が低下した触媒再活性化する方法、ならびにそのような方法を実施する装置を開発して、すでに提案した(特願平3−49657号)。

その方法は、炭酸ガスレーザー装置で使用したHe−N2−CO2混合ガス中のCOとO2およびNOxを、200℃を超え350℃までの温度で貴金属触媒と接触反応させ、発生した反応熱を未反応の混合ガスの予熱に利用し、ついで反応後の混合ガスをレーザー発振に使用できる温度まで冷却し、除塵してレーザー装置に循環させることからなる。 上記の高い温度は、NOxによる触媒反応阻害を抑制するために必要な条件である。

この方法は一応の成功をおさめたが、反応に先立つ混合ガスの予熱、および反応後の混合ガスの冷却に、多大なエネルギーを必要とする。

その後さらに研究を続けた結果、炭酸ガスレーザー装置においても、装置の出力規模操業条件によってはNOxの発生が実質上認められない場合が少なくないことがわかった。 そしてNOxを含有しない混合ガスは、貴金属触媒と高温における接触という条件をみたさなくても、より安価な金属酸化物触媒を使用し、上記した温度領域より遥かに低温で処理しても、十分にレーザー用ガスの再生ができることを見出した。

概要

炭酸ガスレーザー用のHe−N2−CO2混合ガスを再使用のために触媒を用いて再生するに当り、使用後のガス中にNOxが存在するかによって、下記のいずれかをえらぶ。

イ)NOxが存在する場合は、貴金属触媒を使用して、200℃を超え350℃以下の温度で接触させる。

ロ)NOxが存在しない場合は、貴金属触媒または金属酸化物触媒を使用して、常温〜200℃、代表的には150℃の温度で接触させる。

状況に応じた再生手段を選択することにより、触媒コストの節減および(または)エネルギー消費の低減がはかれる。

目的

本発明の目的は、上記の新しい知見を利用して、炭酸ガスレーザー装置で使用した混合ガスを、レーザー出力を低下させることなく繰り返し使用できるように再生する方法であって、エネルギー消費を状況に応じて少なくて済ませることができる、合理化された方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

炭酸ガスレーザー用のHe−N2−CO2混合ガスを再使用のために再生する方法であって、レーザー装置で使用した混合ガス中のNOxの有無を決定し、その結果に従って、イ)NOxが存在する場合は、混合ガスを、200℃を超え350℃までの温度で貴金属触媒と接触させ、ガス中のCOとO2とを反応させてCOをCO2に変えるとともに、COとNOxとを反応させてCO2とN2に変換すること、またはロ)NOxが存在しない場合は、混合ガスを、常温ないし200℃以下の温度で貴金属触媒または金属酸化物触媒と接触させ、ガス中のCOとO2とを反応させてCO2に変えること、のいずれかを行なうことを特徴とする再生方法

請求項2

貴金属触媒として、Au,Pt,Ru,RhまたはPdを、アルミナまたはシリカ担持させたものを使用する請求項1の再生方法。

請求項3

金属酸化物触媒として、CuO−MnO2系もしくはAg・Mn・Co系の複合金属酸化物、またはAg2Oを主成分とするものを使用し、温度120〜200℃において触媒反応を行なう請求項1の再生方法。

技術分野

0001

本発明は、ガスレーザー装置、とくに炭酸ガスレーザー装置で使用した混合ガスを再使用できるように触媒を用いて再生する方法に関する。

背景技術

0002

高出力、高パルスのガスレーザー装置として、炭酸ガスレーザー装置が知られている。 炭酸ガスレーザー装置のレーザーガスには、通常、He,N2およびCO2の混合ガスが使用されている。放電によりCO2の一部はCOとO2に分解し、その中でもO2がガス中高濃度に存在したままであると、レーザーの出力が低下するとともにアーク放電起り電極等を損傷する原因となる。

0003

フレッシュガス常時供給すれば常に高出力が保てるが、レーザー用混合ガスの大部分を占めるHeは高価なガスであり、必要な混合ガスの全量をフレッシュガスでレーザー装置に供給するのでは、ランニングコストが膨大なものとなる。このため、炭酸ガスレーザー装置で混合ガス中に生成したCOとO2とを再結合させてCO2に戻し、そのガスを再使用することが試みられている。 この反応を積極的に実施するためには、貴金属触媒が有効であることが知られている。

0004

出願人は、炭酸ガスレーザー装置で使用した混合ガスを繰り返し使用できるように再生する工業的方法であって、触媒活性が長時間持続するような再生方法、および活性が低下した触媒を再活性化する方法、ならびにそのような方法を実施する装置を開発して、すでに提案した(特願平3−49657号)。

0005

その方法は、炭酸ガスレーザー装置で使用したHe−N2−CO2混合ガス中のCOとO2およびNOxを、200℃を超え350℃までの温度で貴金属触媒と接触反応させ、発生した反応熱を未反応の混合ガスの予熱に利用し、ついで反応後の混合ガスをレーザー発振に使用できる温度まで冷却し、除塵してレーザー装置に循環させることからなる。 上記の高い温度は、NOxによる触媒反応阻害を抑制するために必要な条件である。

0006

この方法は一応の成功をおさめたが、反応に先立つ混合ガスの予熱、および反応後の混合ガスの冷却に、多大なエネルギーを必要とする。

0007

その後さらに研究を続けた結果、炭酸ガスレーザー装置においても、装置の出力規模操業条件によってはNOxの発生が実質上認められない場合が少なくないことがわかった。 そしてNOxを含有しない混合ガスは、貴金属触媒と高温における接触という条件をみたさなくても、より安価な金属酸化物触媒を使用し、上記した温度領域より遥かに低温で処理しても、十分にレーザー用ガスの再生ができることを見出した。

発明が解決しようとする課題

0008

本発明の目的は、上記の新しい知見を利用して、炭酸ガスレーザー装置で使用した混合ガスを、レーザー出力を低下させることなく繰り返し使用できるように再生する方法であって、エネルギー消費を状況に応じて少なくて済ませることができる、合理化された方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

本発明の炭酸ガスレーザー用ガスの再生方法は、炭酸ガスレーザー用のHe−N2−CO2混合ガスを再使用のために再生する方法であって、レーザー装置で使用した混合ガス中のNOxの有無を決定し、その結果に従って、
イ)NOxが存在する場合は、混合ガスを、200℃を超え350℃までの温度で貴金属触媒と接触させ、ガス中のCOとO2とを反応させてCOをCO2に変えるとともに、COとNOxとを反応させてCO2とN2に変換すること、または
ロ)NOxが存在しない場合は、混合ガスを、常温ないし200℃以下の温度で貴金属触媒または金属酸化物触媒と接触させ、ガス中のCOとO2とを反応させてCO2に変えること、のいずれかを行なうことを特徴とする。

0010

ガス中にNOxが存在するか否かは、一般に装置の規模や操業条件によってほぼ決定され、NOxの発生が有るか無いかはわかるので、検知するまでもない場合が多い。しかし、NOx分析計により容易に確かめることができるから、必要に応じて検知を行なえばよい。

0011

貴金属触媒としては、Au,Pt,Ru,RhまたはPdを、アルミナまたはシリカ担持させたものが好適である。

0012

金属酸化物触媒としては、CuO−MnO2 系もしくはAg・Mn・Co系の複合金属酸化物、またはAg2O を主成分とするものが有用である。 これらの触媒は、温度120〜200℃において使用し、触媒反応を行なうことが好ましい。

0013

触媒は、いずれも固定床で使用できる。 使用後の混合ガスを触媒床を通過させるに適した空塔速度は、貴金属触媒の場合は4,000〜30,000/Hrであり、金属酸化物触媒の場合は1,000〜5,000/Hrである。

0014

触媒はまた、常用担体たとえばアルミナ粒子に担持させた形態に限らず、混合ガスを再生反応のために加熱するヒーターの表面に触媒を担持させた形態で使用することもできる。 この触媒使用形態は出願人が最近提案した(特願平4−156505)ものであって、使用後のガスの加熱が、加熱が最も効率的である触媒表面において行なわれるので、エネルギー消費が最小限で済むという利点がある。

0015

このような触媒を使用した場合でも、高温でガス再生反応を行なった場合には、再生されたガスをレーザー装置で使用するに適した温度に冷却してから再使用に供すべきことはもちろんである。

0016

すでによく知られているように、炭酸ガスレーザー用のHe−N2−CO2混合ガス中では、放電により下式のようにCOとO2とが発生する。
CO2→CO+0.5O2
そこで、触媒によりこのCOとO2を反応させて、CO2を再生する。
CO+0.5O2=CO2
NOxの発生する機構は、放電により生じたO2とN2の反応によると考えられている。

0017

このNOxは、触媒の活性点吸着して被毒現象を起すが、貴金属触媒を200℃を超える高温で使用すれば、被毒が抑制され、混合ガス再生反応を続けることができる。 これは、混合ガス中のCOによるNOの還元反応
NO+CO=0.5N2+CO2
NO2+2CO=0.5N2+2CO2
によるものと考えられる。

0018

しかし、長時間の使用により、触媒の被毒が少しずつでも進むと、ガス再生反応の活性低下は免れない。 その場合は、He−CO−O2混合ガスを触媒に送って、上記のNOx還元反応を行ない、触媒の再活性化を行なえばよい。 その技術は、前記の特許出願(特願平3−49657)に開示してある。

0019

使用後の混合ガス中にNOxが存在しない場合、被毒の問題がないから、使用後の混合ガスを再生する触媒は貴金属触媒でも金属酸化物触媒でもよく、温度も常温ないし200℃以下の比較的低い温度で足りる。 ただし、十分な転化率を達成するためには、120℃以上、代表的には150℃程度の温度を与えることが望ましい。

0020

貴金属触媒として、下記の表1のA〜Dに示した4種の触媒を用意した。

0021

表 1 (貴金属触媒)
A B C D
活性種Pt Rh−Ru Ru Pd
担持量 0.4% 各0.4% 0.4% 0.4%
担 体アルミナアルミナ アルミナシリカ
調製法油中球状含浸法含浸法 含浸法
金属酸化物触媒としては、表2のEおよびFを用意した。

0022

ID=000002HE=030 WI=080 LX=0200 LY=2250
炭酸ガスレーザー用ガスの使用後の混合ガスの模疑ガスとして、NOxの存在するものとしないもの、下記表3のガスI,IIの2種を用いた。

0023

表 3 (模疑ガス)
ガスI(NOx共存) ガスII(NOxなし)
CO2 30.0%(容量) 30.0%(容量)
N2 30.0% 30.0%
CO 6.66% 6.66%
O2 3.34% 3.34%
NOx 300ppm −
He 残 残
上記の触媒A〜DならびにEおよびFを反応器充填し、種々の温度において、ガスIおよびIIを、空塔速度5,000/Hrで通過させてガス再生反応を行なった。 10時間後のCO転化率は、各温度において、それぞれ表4および表5に示すとおりであった。

0024

表 4 (ガスI:NOx共存)
A B C D E F
150℃ 200℃ 300℃ 300℃ 250℃ 300℃
100% 100% 25% 18% 100% 15%
143℃ 180℃ 260℃ 280℃ * 260℃
95% 98% 8% 7% 5%
125℃ 150℃
84% 60%
CO反応率は100%であるが、NOxの反応率は実質上ゼロであった。

0025

表 5 (ガスII:NOxなし)
A B C D E F
120℃ 150℃ 150℃ 200℃ 200℃ 180℃
100% 100% 100% 100% 100% 100%
96℃ 130℃ 130℃ 180℃ 150℃
80% 100% 100% 95% 38%
80℃ 120℃ 120℃ 150℃ 130℃
60% 76% 75% 65% 13%
上の結果から、使用後の炭酸ガスレーザー用混合ガスを再生するとき、NOxが存在するならば貴金属触媒を用いて高温で接触させるべきこと、またNOxが存在しなければ、貴金属触媒および金属酸化物触媒のどちらを用いてもよく、しかも比較的低温で接触させればよいことがわかる。

発明の効果

0026

本発明の炭酸ガスレーザー用ガスの再生方法によれば、使用後のガス中にNOxが存在するか否かに応じて触媒および接触温度を選択することにより、あるいはNOxによる被毒を抑制して長時間にわたるガス再生を可能にし、あるいはより少ないエネルギー消費をもって、またはそれに加えてより廉価な触媒を用いてガス再生を行なうことによって再生のコストを低減して、合理的にガス再生を実施することができる。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ