JP2022134979A - Method for producing inorganic oxide particles - Google Patents
Method for producing inorganic oxide particles Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022134979A JP2022134979A JP2021034522A JP2021034522A JP2022134979A JP 2022134979 A JP2022134979 A JP 2022134979A JP 2021034522 A JP2021034522 A JP 2021034522A JP 2021034522 A JP2021034522 A JP 2021034522A JP 2022134979 A JP2022134979 A JP 2022134979A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- pyrolysis furnace
- furnace
- inorganic oxide
- oxide particles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 119
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 130
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 92
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 49
- 238000005118 spray pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 29
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 21
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 10
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 9
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 6
- -1 aluminum alkoxides Chemical class 0.000 description 5
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 5
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L magnesium acetate Chemical compound [Mg+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 235000011285 magnesium acetate Nutrition 0.000 description 2
- 239000011654 magnesium acetate Substances 0.000 description 2
- 229940069446 magnesium acetate Drugs 0.000 description 2
- 159000000003 magnesium salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 2
- 150000003608 titanium Chemical class 0.000 description 2
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N Propionic acid Chemical class CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- HDYRYUINDGQKMC-UHFFFAOYSA-M acetyloxyaluminum;dihydrate Chemical compound O.O.CC(=O)O[Al] HDYRYUINDGQKMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N aluminium isopropoxide Chemical compound [Al+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K aluminium phosphate Chemical compound O1[Al]2OP1(=O)O2 ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate (anhydrous) Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229940009827 aluminum acetate Drugs 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000009 barium salts Chemical class 0.000 description 1
- CSSYLTMKCUORDA-UHFFFAOYSA-N barium(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Ba+2] CSSYLTMKCUORDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- ZCLVNIZJEKLGFA-UHFFFAOYSA-H bis(4,5-dioxo-1,3,2-dioxalumolan-2-yl) oxalate Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O ZCLVNIZJEKLGFA-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- DRVWBEJJZZTIGJ-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Ce+3].[Ce+3] DRVWBEJJZZTIGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 159000000006 cesium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 150000001860 citric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 150000004675 formic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 150000003891 oxalate salts Chemical class 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 150000003746 yttrium Chemical class 0.000 description 1
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 1
- 235000014692 zinc oxide Nutrition 0.000 description 1
- RNWHGQJWIACOKP-UHFFFAOYSA-N zinc;oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Zn+2] RNWHGQJWIACOKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003754 zirconium Chemical class 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
Description
本発明は、無機酸化物粒子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing inorganic oxide particles.
無機酸化物粒子の製造方法として、噴霧熱分解装置を用いた噴霧熱分解法が知られている。噴霧熱分解装置を用いた噴霧熱分解法では、例えば、原料溶液の液滴を噴霧するための噴霧装置と、燃焼ガスを発生させるための燃焼バーナーを備える噴霧熱分解装置の熱分解炉内に、噴霧装置から原料溶液の液滴を噴霧し、燃焼バーナーの燃焼ガスを熱源として液滴を熱分解することで無機酸化物粒子が製造されている(特許文献1、2)。
A spray pyrolysis method using a spray pyrolysis apparatus is known as a method for producing inorganic oxide particles. In the spray pyrolysis method using a spray pyrolysis apparatus, for example, in the pyrolysis furnace of the spray pyrolysis apparatus equipped with a spray device for spraying droplets of the raw material solution and a combustion burner for generating combustion gas Inorganic oxide particles are produced by spraying droplets of a raw material solution from an atomizing device and thermally decomposing the droplets using combustion gas from a combustion burner as a heat source (
しかしながら、本発明者らの検討により、噴霧熱分解装置を用いて噴霧熱分解法により無機酸化物粒子を連続的に製造すると、噴霧開始から時間が経過するにつれ、製造される無機酸化物粒子の粒子密度及び平均粒子径のばらつきが大きくなるという課題が存在することが判明した。
本発明の課題は、粒子密度及び平均粒子径の経時的変動を抑制し、一定の品質を維持可能な無機酸化物粒子の製造方法を提供することにある。
However, according to studies by the present inventors, when inorganic oxide particles are continuously produced by a spray pyrolysis method using a spray pyrolysis apparatus, the number of produced inorganic oxide particles decreases as time passes from the start of spraying. It has been found that there is a problem of increased variability in particle density and average particle size.
An object of the present invention is to provide a method for producing inorganic oxide particles capable of suppressing temporal fluctuations in particle density and average particle size and maintaining constant quality.
本発明者らは、かかる粒子密度及び平均粒子径の経時的変動の要因を究明すべく種々検討したところ、次の知見を得た。即ち、噴霧熱分解装置を用いて噴霧熱分解法により無機酸化物粒子を連続的に製造すると、時間の経過とともに熱分解炉が蓄熱して炉内温度が上昇するため、炉内温度を一定に維持すべく燃焼バーナーが制御され、焼バーナーの焚き量が減少する。その結果、燃焼バーナーの燃焼ガス量が減少して炉内のガス流速が低下するため、炉内での液滴の滞留時間が長くなり、また炉内に温度ムラを生ずるため、時間の経過とともに製造される無機酸化物粒子の粒子密度及び平均粒子径のばらつきが大きくなる。かかる知見に基づき、本発明者らは噴霧熱分解法における製造条件を詳細に検討したところ、熱分解炉内のガス流速について管理値を設定し、かかる管理値と実測値とに齟齬が生じた場合に、管理値の許容範囲内となるように熱分解炉内にガスを供給してガス流速を略一定に制御することで、粒子密度及び平均粒子径の経時的変動が抑えられ、一定の品質が保持された無機酸化物粒子を安定して製造できることを見出した。 The inventors of the present invention conducted various studies to clarify the factors behind the temporal variations in particle density and average particle size, and obtained the following findings. That is, when inorganic oxide particles are continuously produced by a spray pyrolysis method using a spray pyrolysis apparatus, heat is accumulated in the pyrolysis furnace over time and the temperature inside the furnace rises, so the temperature inside the furnace is kept constant. Combustion burners are controlled to maintain and the amount of firing of the stoking burners is reduced. As a result, the amount of combustion gas from the combustion burner decreases and the gas flow rate in the furnace decreases, which increases the retention time of droplets in the furnace and causes temperature variations in the furnace. Variation in particle density and average particle size of the produced inorganic oxide particles increases. Based on these findings, the inventors of the present invention examined the production conditions in the spray pyrolysis method in detail, and found that a control value was set for the gas flow rate in the pyrolysis furnace, and there was a discrepancy between the control value and the measured value. In the case, by supplying gas into the pyrolysis furnace so that it is within the allowable range of the control value and controlling the gas flow rate to be substantially constant, changes in the particle density and average particle size over time are suppressed, and a constant It was found that inorganic oxide particles with maintained quality can be stably produced.
すなわち、本発明は、次の〔1〕~〔4〕を提供するものである。
〔1〕1以上の燃焼バーナーを備える噴霧熱分解装置の熱分解炉内に噴霧された原料溶液の液滴を、燃焼バーナーの燃焼ガスにより熱分解する工程を含む無機酸化物粒子の製造方法であって、
熱分解炉内のガス流速を測定し、取得されたガス流速の実測値が管理値の許容範囲を超えた場合に、管理値の許容範囲内となるように熱分解炉内にガスを供給してガス流速を調整する、
無機酸化物粒子の製造方法。
〔2〕管理値が、噴霧開始1時間経過後の熱分解炉内のガス流速である、前記〔1〕記載の無機酸化物粒子の製造方法。
〔3〕供給ガスが、空気、不活性ガス及び熱分解炉外に排出されたガスから選択される1又は2以上である、前記〔1〕又は〔2〕記載の無機酸化物粒子の製造方法。
〔4〕供給ガスの温度を、熱分解炉内のガスとの温度差が900℃以内となるように調整する、前記〔1〕~〔3〕のいずれか一に記載の無機酸化物粒子の製造方法。
That is, the present invention provides the following [1] to [4].
[1] A method for producing inorganic oxide particles, which includes a step of thermally decomposing droplets of a raw material solution sprayed into a pyrolysis furnace of a spray pyrolysis apparatus equipped with one or more combustion burners with combustion gas of a combustion burner. There is
Measure the gas flow rate in the pyrolysis furnace, and if the actual measured value of the acquired gas flow rate exceeds the allowable range of the control value, supply gas to the pyrolysis furnace so that it is within the allowable range of the control value. to adjust the gas flow rate,
A method for producing inorganic oxide particles.
[2] The method for producing inorganic oxide particles according to [1] above, wherein the control value is the gas flow rate in the
[3] The method for producing inorganic oxide particles according to [1] or [2] above, wherein the supplied gas is one or more selected from air, an inert gas, and a gas discharged outside the pyrolysis furnace. .
[4] The inorganic oxide particles according to any one of [1] to [3], wherein the temperature of the supplied gas is adjusted so that the temperature difference from the gas in the pyrolysis furnace is within 900 ° C. Production method.
本発明によれば、粒子密度及び平均粒子径の経時的変動が抑えられ、一定の品質が保持された無機酸化物粒子を安定して製造することができる。 EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, it is possible to stably produce inorganic oxide particles in which the particle density and average particle size are suppressed from fluctuating over time and a constant quality is maintained.
以下、本発明の無機酸化物粒子の製造方法について説明する。
本発明の無機酸化物粒子の製造方法は、1以上の燃焼バーナーを備える噴霧熱分解装置の熱分解炉内に噴霧された原料溶液の液滴(ミスト)を、燃焼バーナーの燃焼ガスにより熱分解する工程を含むものである。そして、本発明においては、熱分解炉内のガス流速を測定し、取得されたガス流速の実測値が管理値の許容範囲を超えた場合に、管理値の許容範囲内となるように熱分解炉内にガスを供給してガス流速を調整することを特徴とする。ここで、本明細書において「管理値の許容範囲内」とは、管理値に対する変動幅が±15%の範囲内であることを意味し、変動幅は、好ましくは±10%の範囲内である。
The method for producing inorganic oxide particles of the present invention will be described below.
In the method for producing inorganic oxide particles of the present invention, droplets (mist) of a raw material solution sprayed into a pyrolysis furnace of a spray pyrolysis apparatus equipped with one or more combustion burners are thermally decomposed by combustion gas of the combustion burner. It includes the step of Then, in the present invention, the gas flow rate in the pyrolysis furnace is measured, and when the obtained measured value of the gas flow rate exceeds the allowable range of the control value, the pyrolysis is performed so that it is within the allowable range of the control value. It is characterized by supplying gas into the furnace and adjusting the gas flow rate. Here, in this specification, "within the allowable range of the control value" means that the fluctuation range with respect to the control value is within a range of ± 15%, and the fluctuation range is preferably within a range of ± 10% be.
噴霧熱分解装置を用いて噴霧熱分解法により無機酸化物粒子を連続的に製造するうえで、一定の品質を確保することが必要である。そのためには、熱分解反応を一定条件に維持して行うことが必須不可欠である。しかしながら、無機酸化物粒子を連続して製造すると、時間の経過とともに熱分解炉が蓄熱して炉内温度が上昇するため、燃焼バーナーが制御されて燃焼バーナーの焚き量が減少し、これに伴い燃焼バーナーの燃焼ガス量が減少して炉内のガス流速が低下する。その結果、製造初期に比べて炉内での液滴の滞留時間が長くなり、また炉内に温度ムラを生ずるため、粒子密度及び平均粒子径のばらつきが大きくなる。
そこで、本発明においては、熱分解炉内のガス流速が常に略一定となるように管理する。即ち、熱分解炉内のガス流速について予め管理値を設定し、ガス流速の実測値が管理値の許容範囲を超えた場合に、管理値の許容範囲内となるように炉内にガスを供給してガス流速を略一定に維持する。これにより、炉内での液滴の滞留時間が略一定に保たれ、また炉内での温度ムラも抑制できるため、粒子密度及び平均粒子径の経時的変動が抑えられ、一定の品質が維持された無機酸化物粒子を安定して製造することができる。
When continuously producing inorganic oxide particles by a spray pyrolysis method using a spray pyrolysis apparatus, it is necessary to ensure a certain level of quality. For this purpose, it is essential to maintain the thermal decomposition reaction under constant conditions. However, when inorganic oxide particles are continuously produced, heat is accumulated in the pyrolysis furnace over time and the temperature inside the furnace rises, so the combustion burner is controlled and the burning amount of the combustion burner decreases. The amount of combustion gas in the combustion burner is reduced, and the gas flow velocity in the furnace is lowered. As a result, the residence time of the droplets in the furnace becomes longer than in the initial stage of production, and temperature variations occur in the furnace, resulting in large variations in particle density and average particle diameter.
Therefore, in the present invention, the gas flow rate in the pyrolysis furnace is controlled so that it is always substantially constant. That is, a control value is set in advance for the gas flow rate in the pyrolysis furnace, and when the measured value of the gas flow rate exceeds the allowable range of the control value, the gas is supplied into the furnace so that it is within the allowable range of the control value. to keep the gas flow velocity substantially constant. As a result, the residence time of the droplets in the furnace is kept almost constant, and the temperature unevenness in the furnace can be suppressed. It is possible to stably produce the inorganic oxide particles that have been processed.
管理値は、製造される無機酸化物粒子の粒子密度及び平均粒子径の品質を保持することができれば特に限定されないが、例えば、原料溶液の噴霧開始1時間経過後の炉内のガス流速に基づいて設定することができる。 The control value is not particularly limited as long as the quality of the particle density and average particle size of the inorganic oxide particles to be produced can be maintained. can be set.
以下、本発明の無機酸化物粒子の製造方法の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。 Preferred embodiments of the method for producing inorganic oxide particles of the present invention are described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted. Also, for convenience of illustration, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those in the description.
図1~4は、本発明の無機酸化物粒子の製造方法に適用可能な噴霧熱分解装置の一例である。
噴霧熱分解装置10、20は、熱分解炉1の下方に、熱分解炉1内に原料溶液の液滴2を噴霧するための噴霧装置3と、液滴2を燃焼ガスにより熱分解するための燃焼バーナー4が設置されている。
また、噴霧熱分解装置30、40は、垂直管からなる熱分解炉1と、水平管からなる燃焼炉とを連結して構成されており、垂直管には熱分解炉1内に原料溶液の液滴2を噴霧するための噴霧装置3が設置され、また水平管には液滴2を燃焼ガスにより熱分解するための燃焼バーナー4が設置されている。そして、水平管と垂直管とが、燃焼バーナー4から熱分解炉1に流れる熱風が連結部で旋回流を生じるように基軸をずらして連結されている。
1 to 4 show an example of a spray pyrolysis apparatus applicable to the method for producing inorganic oxide particles of the present invention.
The
The
熱分解炉は、炉材として使用されている材質であればいずれも用いることができ、加熱温度等を考慮して選定すればよい。また、金属製のシェルの内壁に、耐火レンガ、断熱レンガ、キャスタブル等を単体、層状、又はこれらを組み合わせて用いるのが一般的である。
熱分解炉の形状は、熱分解炉内に旋回流を発生させることができる点で、堅型円筒状が好ましい。
熱分解炉の大きさは、製造スケールに応じて適宜選択することが可能であるが、例えば、堅型円筒状である場合、内径が好ましくは600~1600mmであり、高さが好ましくは3000~10000mmである。
Any material can be used for the pyrolysis furnace as long as it is made of a material that is used as a furnace material. Moreover, it is common to use refractory bricks, heat-insulating bricks, castables, etc. singly, in layers, or in combination for the inner wall of the metal shell.
The shape of the pyrolysis furnace is preferably a rigid cylindrical shape in that a swirling flow can be generated in the pyrolysis furnace.
The size of the pyrolysis furnace can be appropriately selected according to the production scale. 10000 mm.
噴霧装置としては、例えば、流体ノズルを挙げることができる。流体ノズルとしては、例えば、1流体ノズル、2流体ノズル、3流体ノズル、4流体ノズルが挙げられる。中でも、2流体ノズル、3流体ノズル、4流体ノズルが好ましい。 The spraying device may include, for example, a fluid nozzle. Fluid nozzles include, for example, one-fluid nozzles, two-fluid nozzles, three-fluid nozzles, and four-fluid nozzles. Among them, a two-fluid nozzle, a three-fluid nozzle, and a four-fluid nozzle are preferable.
流体ノズルの方式には、気体と原料溶液とをノズル内部で混合する内部混合方式と、ノズル外部で気体と原料溶液を混合する外部混合方式があるが、いずれも採用することができる。ノズルに供給する気体としては、例えば、空気や、窒素、アルゴン等の不活性ガス等を使用することができる。中でも、経済性の観点から、空気が好ましい。 Fluid nozzle systems include an internal mixing system in which the gas and the raw material solution are mixed inside the nozzle and an external mixing system in which the gas and the raw material solution are mixed outside the nozzle, and both can be employed. As the gas supplied to the nozzle, for example, air, inert gas such as nitrogen or argon, or the like can be used. Among them, air is preferable from the viewpoint of economy.
ノズルに供給する気体流量は、ノズルへの原料溶液の送液量に対して体積比で1000倍以上が好ましい。なお、気体流量の上限値は、ノズル先端部での固結防止、液滴の溶媒蒸発及び無機塩析出の促進の観点から、3000倍以下が好ましく、2500倍以下が更に好ましい。 The flow rate of the gas supplied to the nozzle is preferably 1000 times or more by volume the amount of the raw material solution sent to the nozzle. The upper limit of the gas flow rate is preferably 3,000 times or less, more preferably 2,500 times or less, from the viewpoints of preventing solidification at the tip of the nozzle, evaporating the solvent of droplets, and promoting inorganic salt precipitation.
ノズルに供給する気体の温度は、噴出直後の液滴温度以下が好ましく、常温(20±15℃)以下が更に好ましい。なお、気体の温度の下限値は、温度制御の容易さから、1℃以上が好ましく、5℃以上がより好ましく、10℃以上が更に好ましい。 The temperature of the gas supplied to the nozzle is preferably equal to or lower than the droplet temperature immediately after ejection, and more preferably normal temperature (20±15° C.) or lower. The lower limit of the gas temperature is preferably 1° C. or higher, more preferably 5° C. or higher, and even more preferably 10° C. or higher, in terms of ease of temperature control.
噴霧装置の設置位置は、熱分解炉の中央部でも、端部でもよく、また熱分解炉の上方及び下方のいずれでも構わないが、熱分解炉壁面への固着物の発生を防止しつつ、熱分解反応を十分に進行させる観点から、図1~4に示されるように、熱分解炉下方の略中央部に設置することが好ましい。なお、噴霧装置は、1基又は2基以上設置することができる。なお、噴霧装置を2基以上設置する場合、略同一間隔でも、異なった間隔でも構わない。 The installation position of the spray device may be in the center or at the end of the pyrolysis furnace, and may be either above or below the pyrolysis furnace. From the viewpoint of allowing the thermal decomposition reaction to proceed sufficiently, it is preferable to install the thermal decomposition furnace approximately in the center below the thermal decomposition furnace, as shown in FIGS. One or two or more spray devices can be installed. When two or more spray devices are installed, the intervals may be substantially the same or different.
燃焼バーナーは、一般的に販売されているものであれば、いずれも使用することができる。熱分解炉の容積、仕様等を考慮し、これにあった型式の燃焼バーナーを選択すればよい。また、熱分解炉の仕様に応じたものを製作しても構わない。 Any commercially available combustion burner can be used. Considering the volume, specifications, etc. of the pyrolysis furnace, a combustion burner of the appropriate type should be selected. Also, it may be manufactured according to the specifications of the pyrolysis furnace.
燃焼バーナーに用いる燃料は特に限定されないが、例えば、気体燃料、液体燃料、固体燃料を挙げられ、これら燃料の2種以上を混焼してもよい。気体燃料としては、例えば、LPG、都市ガス、気化した有機物が挙げられる。また、液体燃料としては、例えば、灯油、軽油、重油や再生油など液化した有機物を挙げることができる。固体燃料としては、例えば、石炭、木炭、木材などを粉末状にしたものを挙げられる。 The fuel used in the combustion burner is not particularly limited, and examples thereof include gaseous fuel, liquid fuel, and solid fuel, and two or more of these fuels may be co-fired. Gaseous fuels include, for example, LPG, city gas, and vaporized organic matter. Examples of liquid fuels include liquefied organic substances such as kerosene, light oil, heavy oil, and recycled oil. Examples of solid fuels include powdered coal, charcoal, wood, and the like.
燃焼バーナーは、図1、2に示されるように、液滴が燃焼ガスの流れに乗って熱分解炉の出口方向に進行するように設置しても、また図3に示されるように、熱分解炉の中心軸よりずらして設置してもよい。燃焼バーナーを熱分解炉の中心軸よりずらして設置すると、旋回流が熱分解炉の下方から上方に進行するため、液滴を旋回流により旋回させながら上昇させることができる。 1 and 2, the combustion burner can be set so that droplets ride on the flow of combustion gas and advance in the direction of the outlet of the pyrolysis furnace. It may be installed offset from the central axis of the cracking furnace. When the combustion burner is installed offset from the central axis of the pyrolysis furnace, the swirl flow advances upward from the bottom of the pyrolysis furnace, so the droplets can be swirled and lifted by the swirl flow.
また、燃焼バーナーは、燃焼バーナーの火炎が液滴に直接接触しないように設置することが好ましい。このようにするには、燃焼バーナーの火炎が熱分解炉内に入らないように設置すればよく、例えば、前後方向に燃焼バーナーを可動できる機構を設け、必要に応じて調整すればよい。 Also, the combustion burner is preferably installed so that the flame of the combustion burner does not come into direct contact with the droplets. In order to do this, it is sufficient to install the combustion burner so that the flame of the combustion burner does not enter the pyrolysis furnace.
本実施形態においては、先ず、噴霧装置から熱分解炉内に原料溶液を噴霧する。
原料溶液は、酸化物を構成する元素を含む化合物(以下、「原料化合物」とも称する)の溶液である。
原料化合物としては、酸化物を構成する元素を含有し、水等の溶媒に溶解する化合物であれば特に限定されないが、例えば、無機塩、有機塩、アルコキシドが挙げられ、1又は2以上を含有することができる。無機塩としては、例えば、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物を挙げられる。有機塩としては、例えば、ギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩を挙げることができる。
In this embodiment, first, the raw material solution is sprayed from the spray device into the pyrolysis furnace.
The raw material solution is a solution of a compound (hereinafter also referred to as "raw material compound") containing an element that constitutes an oxide.
The raw material compound is not particularly limited as long as it contains an element that constitutes an oxide and is soluble in a solvent such as water. Examples include inorganic salts, organic salts, and alkoxides. can do. Inorganic salts include, for example, nitrates, sulfates, carbonates, hydroxides, and halides. Organic salts include, for example, formates, acetates, propionates, oxalates, and citrates.
原料化合物の具体例としては、例えば、アルミニウム塩、チタン塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、ホウ酸塩、亜鉛塩、ジルコニウム塩、バリウム塩、セシウム塩、イットリウム塩、アルミノケイ酸塩、アルミニウムアルコキシド、ケイ酸アルコキシド等が挙げられる。アルミニウム塩としては、例えば、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、燐酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、酢酸アルミニウム、シュウ酸アルミニウム等の無機塩が挙げられ、またアルミニウムアルコキシドとしては、例えば、アルミニウムsec-ブチレート、アルミニウムイソプロピレートが挙げられる。ケイ酸アルコキシドとしては、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン等が挙げられる。また、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物を溶媒に分散した溶液、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物のゾル溶液も原料溶液として用いることができる。更に、溶融温度、耐熱性、粒子強度を調整するために、他の元素の原料を添加することもできる。なお、原料化合物は、1又は2以上を使用することができる。中でも、原料化合物としては、アルミニウム塩、チタン塩、マグネシウム塩、アルミノケイ酸塩、アルミニウムアルコキシド及びケイ酸アルコキシドから選ばれる1又は2以上が好ましい。 Specific examples of raw material compounds include aluminum salts, titanium salts, magnesium salts, calcium salts, borate salts, zinc salts, zirconium salts, barium salts, cesium salts, yttrium salts, aluminosilicates, aluminum alkoxides, and silicic acid. Alkoxide etc. are mentioned. Examples of aluminum salts include inorganic salts such as aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum chloride, aluminum phosphate, aluminum hydroxide, aluminum acetate and aluminum oxalate. Examples of aluminum alkoxides include aluminum sec-butyrate, aluminum isopropylate. Silicic acid alkoxides include tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, and the like. A solution of aluminum oxide or silicon oxide dispersed in a solvent, or a sol solution of aluminum oxide or silicon oxide can also be used as the raw material solution. Furthermore, raw materials of other elements can be added in order to adjust the melting temperature, heat resistance and particle strength. One or two or more raw material compounds can be used. Among them, one or two or more selected from aluminum salts, titanium salts, magnesium salts, aluminosilicates, aluminum alkoxides and silicate alkoxides are preferable as the raw material compound.
原料化合物から得られる無機酸化物としては、例えば、金属酸化物、アルミナ、シリカ、アルミニウム及びケイ素からなる酸化物が挙げられる。より具体的には、アルミナ、シリカ、アルミニウム及びケイ素からなる酸化物、チタン酸化物、マグネシウム酸化物、亜鉛酸化物、ジルコニウム酸化物、バリウム酸化物、セリウム酸化物、イットリウム酸化物等が挙げられ、これら酸化物を組みあわせた複合酸化物も挙げられる。 Inorganic oxides obtained from raw material compounds include, for example, oxides composed of metal oxides, alumina, silica, aluminum and silicon. More specifically, alumina, silica, oxides composed of aluminum and silicon, titanium oxides, magnesium oxides, zinc oxides, zirconium oxides, barium oxides, cerium oxides, yttrium oxides, etc. Composite oxides obtained by combining these oxides are also included.
原料溶液は、原料化合物と溶媒とを混合して調製すればよい。溶媒としては、水及び有機溶媒が挙げられる。中でも、環境への影響、製造コストの点から、水が好ましい。
原料化合物と溶媒との混合方法は、両者を同時に添加して混合しても、他方を一方に添加して混合してもよく、混合方法は特に限定されない。
A raw material solution may be prepared by mixing a raw material compound and a solvent. Solvents include water and organic solvents. Among them, water is preferable from the viewpoint of environmental impact and production cost.
The method of mixing the raw material compound and the solvent is not particularly limited, and the two may be added at the same time and mixed, or the other may be added to the other and mixed.
原料溶液中の原料化合物の濃度は、得られる無機酸化物粒子の粒度分布、密度、強度等を考慮し、0.01mol/L~飽和濃度が好ましく、0.1~1.0mol/Lが更に好ましい。 The concentration of the raw material compound in the raw material solution is preferably 0.01 mol/L to saturated concentration, and more preferably 0.1 to 1.0 mol/L, in consideration of the particle size distribution, density, strength, etc. of the resulting inorganic oxide particles. preferable.
噴霧出直後の液滴温度は、原料溶液中の溶媒の沸点の1/2以下の温度であり、原料溶液中の溶媒の種類により適宜設定可能である。例えば、原料溶液が水溶液である場合、好ましくは1~50℃であり、より好ましくは5~40℃であり、更に好ましくは10~40℃である。なお、噴出直後の液滴の温度管理は、ノズルから噴出された液滴に接触するように、ノズルの先端部に熱電対を設置すればよい。熱電対の設置位置は、ノズルの先端から5cm以内とすることが好ましい。また、ノズル内の原料溶液の温度を調整するために、ノズルの外周に断熱材を被覆してもよい。断熱材としては、例えば、セラミック繊維、ガラス繊維、キャスタブル等を挙げることができる。 The droplet temperature immediately after spraying is a temperature not higher than 1/2 of the boiling point of the solvent in the raw material solution, and can be appropriately set according to the type of solvent in the raw material solution. For example, when the raw material solution is an aqueous solution, the temperature is preferably 1 to 50°C, more preferably 5 to 40°C, and still more preferably 10 to 40°C. Note that the temperature control of the droplets immediately after being ejected can be performed by installing a thermocouple at the tip of the nozzle so as to come into contact with the droplets ejected from the nozzle. It is preferable that the thermocouple is installed within 5 cm from the tip of the nozzle. Moreover, in order to adjust the temperature of the raw material solution in the nozzle, the outer circumference of the nozzle may be covered with a heat insulating material. Examples of heat insulating materials include ceramic fibers, glass fibers, castables, and the like.
液滴の平均粒子径は、0.5~60μmが好ましく、1.0~20μmがより好ましく、1.0~15μmが更に好ましい。なお、液滴の平均粒子径は、ノズル噴霧口の形状や空気の圧力によって調整することが可能である。 The average particle size of the droplets is preferably 0.5 to 60 μm, more preferably 1.0 to 20 μm, even more preferably 1.0 to 15 μm. It should be noted that the average particle size of the droplets can be adjusted by adjusting the shape of the nozzle spray port and the air pressure.
熱分解炉内の温度は、400~1800℃が好ましく、600~1500℃がより好ましく、700~1400℃が更に好ましく、900~1200℃がより更に好ましい。400℃未満であると、熱分解反応が不十分となりやすく、1800℃を超えると、粒子が熱分解炉外に排出されたときに十分冷却され難く、粒子同士が凝集しやすくなる。 The temperature in the pyrolysis furnace is preferably 400-1800°C, more preferably 600-1500°C, even more preferably 700-1400°C, and even more preferably 900-1200°C. When it is less than 400°C, the thermal decomposition reaction tends to be insufficient, and when it exceeds 1800°C, it is difficult to sufficiently cool the particles when discharged from the thermal decomposition furnace, and the particles tend to agglomerate.
噴霧装置から噴霧された原料溶液の液滴は、燃焼バーナーから発生した燃焼ガスの流れに巻き込まれ、液滴から溶媒が蒸発して速やかに乾燥して無機塩が析出し、そして無機塩が熱分解されて無機酸化物粒子が生成する。しかし、無機酸化物粒子を連続して製造すると、時間の経過とともに熱分解炉が蓄熱して炉内温度が上昇して燃焼バーナーの焚き量が制御され、燃焼ガス量が減少する結果、炉内のガス流速が低下して炉内での液滴の滞留時間が長くなり、また炉内に温度ムラを生ずる。そのため、長時間に亘って無機酸化物粒子の品質を一定に維持することが難しい。
そこで、本実施形態においては、炉内のガス流速の低下を抑制し、炉内での液滴の滞留時間を一定に保ち、かつ炉内の温度ムラを抑制するために、熱分解炉内のガス流速を測定し、取得されたガス流速の実測値が管理値の許容範囲を超えた場合に、管理値の許容範囲内となるように熱分解炉内にガスを供給してガス流速の調整を行う。
The droplets of the raw material solution sprayed from the spraying device are caught in the flow of the combustion gas generated by the combustion burner, the solvent evaporates from the droplets, the droplets quickly dry, the inorganic salt precipitates, and the inorganic salt is heated. It decomposes to produce inorganic oxide particles. However, when inorganic oxide particles are continuously produced, heat is accumulated in the pyrolysis furnace over time and the temperature inside the furnace rises. As a result, the liquid droplets remain in the furnace for a longer time, and the temperature becomes uneven in the furnace. Therefore, it is difficult to keep the quality of the inorganic oxide particles constant over a long period of time.
Therefore, in the present embodiment, in order to suppress the decrease in the gas flow rate in the furnace, to keep the residence time of droplets in the furnace constant, and to suppress the temperature unevenness in the furnace, Measure the gas flow velocity, and if the actual measured value of the acquired gas flow velocity exceeds the allowable range of the control value, adjust the gas flow velocity by supplying gas into the pyrolysis furnace so that it is within the allowable range of the control value. I do.
噴霧熱分解装置10、20、30、40は、熱分解炉1の上方に、熱分解炉1のガス流速を測定するためのガス流速計プローブ挿入口6と、熱分解炉1内の温度を測定するための温度計7が設置されている。なお、ガス流速計に代えてガス分析計を設置し、排出ガスの酸素量からガス流量を計算し、ガス流速を求めてもよい。
The
熱分解炉内のガス流速は、熱分解炉の大きさにより一様ではないが、通常4~20m/sであり、好ましくは6~18m/sであり、更に好ましくは6~15m/sである。ガス流速が4m/sより小さいと、炉内旋回流が十分発生し難く、また20m/sを超えると、熱分解炉内の液滴の滞留時間が短くなるため熱分解反応が不十分となるだけでなく、液滴が煽られ熱分解炉壁面に付着しやすくなる。 The gas flow velocity in the pyrolysis furnace varies depending on the size of the pyrolysis furnace, but is usually 4 to 20 m/s, preferably 6 to 18 m/s, more preferably 6 to 15 m/s. be. If the gas flow rate is less than 4 m/s, it is difficult to generate a sufficient swirl flow in the furnace, and if it exceeds 20 m/s, the residence time of droplets in the pyrolysis furnace becomes short, resulting in insufficient pyrolysis reaction. In addition, droplets are fanned and easily adhere to the wall surface of the pyrolysis furnace.
供給するガスは、熱分解反応を阻害するものでなければ特に限定されないが、例えば、空気、不活性ガス又は熱分解炉外に排出されたガスが挙げられ、1又は2以上を使用することができる。なお、熱分解炉外に排出されたガスは、酸素割合が5体積%以上であることが好ましい。 The gas to be supplied is not particularly limited as long as it does not inhibit the thermal decomposition reaction. can. It is preferable that the gas discharged out of the pyrolysis furnace has an oxygen content of 5% by volume or more.
噴霧熱分解装置10は、熱分解炉1内にガスを供給するためのガス供給管5aが設けられており、その先端のガス吐出口5bから燃焼バーナー4の火炎の先端に向かってガスが供給される。これにより、ガス供給管の先端から吐出されたガスは、燃焼バーナーの火炎で加熱されながら、燃焼バーナーの燃焼ガスととともに炉内を上昇するため、ガス流速を略一定に制御することができる。なお、供給するガス量に応じて、ブロアやコンプレッサー等を適宜選定してもよい。
The
また、噴霧熱分解装置20、30、40は、ガス供給管5aが燃焼バーナー4に対して同心円状に巻回された状態で熱分解炉1の耐火材内部に埋め込まれており、ガス供給管5aの先端にはガス吐出口5bが4つ設けられている。このようにガス供給管5aを燃焼バーナー4に対して同心円状に巻回することで、ガス流速を略一定に制御できるだけでなく、燃焼バーナー4により蓄熱された熱分解炉1の熱によってガス供給管内のガスが加温され、熱分解炉内のガスとの温度差を小さくすることができるため、熱分解炉への熱衝撃が抑えられる。その結果、熱分解炉の耐火材の割れ等を抑制することができる。かかる観点から、熱分解炉内のガスと供給するガスとの温度差は、燃焼管への熱衝撃抑制の観点から、900℃以内が好ましく、500~900℃が更に好ましい。なお、噴霧熱分解装置40は、熱分解炉1の上方に、熱分解炉1から排出された排気ガスを熱分解炉1内に循環させるための排ガス循環ライン9が設けられ、循環ライン9がブロア10を介してガス供給管5aに連結されているため、高温の排出ガスをガス吐出口5bから熱分解炉1内に供給することができる。これにより、熱分解炉内のガスとの温度差をより一層抑制できるだけでなく、燃焼バーナーの焚き量も抑えられるため、ランニングコストを低減することができる。
The
ガス供給管5aの先端のガス吐出口5bは、2以上設けることが好ましい。これにより、物分解炉内にガスを分散して導入できるため、熱分解炉への熱衝撃が抑えられるとともに、熱分解炉内の温度分布を均一にすることができる。
また、ガス供給管5aの先端のガス吐出口5bは、燃焼バーナーの火炎に対して垂直に向けることが好ましい。これにより、吐出されたガスが燃焼バーナーの火炎と衝突して十分に拡散されるため、熱分解炉への熱衝撃を抑制することができる。
It is preferable to provide two or more
Moreover, it is preferable that the
本実施形態においては、噴霧開始1時間経過後の炉内のガス流速を管理値とする。また、管理値の許容範囲内は、管理値に対する変動幅が±15%の範囲内であり、変動幅は好ましくは±10%の範囲内である。
噴霧開始1時間経過後は、熱分解炉が過度に蓄熱しておらず、製造される無機酸化物粒子の品質が一定に保たれているため、噴霧開始1時間経過後の炉内のガス流速を管理値に設定し、これを指標とすることで、その後に製造される無機酸化物粒子の品質のばらつきを抑制することができる。
In this embodiment, the control value is the gas flow rate in the furnace one hour after the start of spraying. The allowable range of the control value is within ±15% of the control value, and preferably within ±10% of the control value.
After 1 hour from the start of spraying, the pyrolysis furnace does not accumulate excessive heat, and the quality of the inorganic oxide particles produced is kept constant. is set as a control value and used as an index, it is possible to suppress variations in the quality of the inorganic oxide particles that are subsequently produced.
管理値を設定した後、一定時間ごとに炉内のガス流速を測定する。
時間の経過とともに炉内温度に連動して燃焼バーナーの焚き量が変化し、炉内のガス流速が低下するため、例えば、噴霧開始から1時間ごとに炉内のガス流速を測定し、ガス流速の実測値が管理値の許容範囲を超えた場合に、炉内に設けたガス供給管からガスを供給して管理値の許容範囲内となるように調整すればよい。なお、ガスの供給は、手動で制御しても、自動で制御してもよい。
After setting the control value, the gas flow rate in the furnace is measured at regular intervals.
With the passage of time, the firing rate of the combustion burner changes in conjunction with the furnace temperature, and the gas flow rate in the furnace decreases. When the actual measured value of exceeds the allowable range of the control value, gas may be supplied from a gas supply pipe provided in the furnace to adjust the value so that it falls within the allowable range of the control value. The gas supply may be controlled manually or automatically.
噴霧開始1時間経過後の炉内のガス流速は、下記式(1)により算出することができる。 The gas flow rate in the furnace one hour after the start of spraying can be calculated by the following formula (1).
ガス流速(m/s)=X/Y (1) Gas flow velocity (m/s) = X/Y (1)
〔式(1)中、Xは炉内のガス量(m3/s)を示し、Yは炉の断面積(m2)を示す。〕 [In formula (1), X indicates the gas volume (m 3 /s) in the furnace, and Y indicates the cross-sectional area (m 2 ) of the furnace. ]
なお、炉内のガス量Xは、下記式(2)により算出することができる。 Incidentally, the gas amount X in the furnace can be calculated by the following formula (2).
炉内のガス量=P×Q×R×S (2) Amount of gas in furnace = P x Q x R x S (2)
〔式(2)中、Pは焚き量(m3/s)を示し、Qは空気比を示し、Rは理論燃焼ガス量(m3/s)を示し、Sは体積膨張率を示す。〕 [In the formula (2), P indicates a burning amount (m 3 /s), Q indicates an air ratio, R indicates a theoretical combustion gas amount (m 3 /s), and S indicates a volumetric expansion rate. ]
ここで、「焚き量(m3/s)」とは気体燃料の量であり、「空気比」とは理論空気量と実際に供給する空気量の比率であり、通常1.4である。また、「理論燃焼ガス量(m3/s)」とは、燃料に理論空気量を与えて完全燃焼させた場合に生じるガス量であり、燃料組成より算出することができる。更に、「体積膨張率」とは、対象のガス温度と標準状態のガス温度との比率であり、炉内に設置された熱電対によって計測された炉内温度(K)より求めることができる。 Here, the "heating amount (m 3 /s)" is the amount of gaseous fuel, and the "air ratio" is the ratio of the theoretical air amount to the actually supplied air amount, which is normally 1.4. The "theoretical combustion gas amount (m 3 /s)" is the amount of gas produced when the fuel is completely combusted with the theoretical amount of air, and can be calculated from the fuel composition. Furthermore, the “volumetric expansion coefficient” is the ratio between the target gas temperature and the gas temperature in the standard state, and can be obtained from the furnace temperature (K) measured by a thermocouple installed in the furnace.
また、熱分解炉内のガス流速は、燃焼バーナーの焚き量に依存するため、かかる焚き量の減少量に応じて熱分解炉内に供給するガス量を調整してもよい。
熱分解炉内へのガスの供給は、燃焼バーナーの燃焼ガス量をA、ガスの供給量をBとしたときに、両者の比率(B/A)が0.5以下となるように行うことが好ましく、より好ましくは0.4以下であり、更に好ましくは0.3以下である。
Further, since the gas flow rate in the pyrolysis furnace depends on the firing rate of the combustion burner, the amount of gas supplied to the pyrolysis furnace may be adjusted in accordance with the decrease in the firing rate.
Gas is supplied into the pyrolysis furnace so that the ratio (B/A) of the two is 0.5 or less, where A is the combustion gas amount of the combustion burner and B is the gas supply amount. is preferred, more preferably 0.4 or less, and still more preferably 0.3 or less.
本実施形態においては、このようにして熱分解炉内のガス流速が略一定に保持されるため、炉内での液滴の滞留時間が略一定に維持し、炉内の温度ムラを抑制することができる。その結果、粒子密度及び平均粒子径の経時的な変動が抑えられ、一定の品質が維持された安定した品質の無機酸化物粒子を得ることができる。 In this embodiment, since the gas flow rate in the pyrolysis furnace is kept substantially constant in this way, the residence time of droplets in the furnace is maintained substantially constant, and the temperature unevenness in the furnace is suppressed. be able to. As a result, temporal fluctuations in particle density and average particle size are suppressed, and inorganic oxide particles with constant quality and stable quality can be obtained.
熱分解反応により生成した無機酸化物粒子は、噴霧熱分解装置の後段に設置された粉体回収装置により回収される。なお、熱分解反応により生成した無機酸化物粒子は、必要により更に加熱して粒子表面を溶融する溶融工程を行った後、粉体回収装置により回収してもよい。
粉体回収装置としては、例えば、サイクロン粉体回収機、バグフィルターを挙げることができる。酸化物中空粒子の回収にあたっては、フィルターを通過させることにより粒子径の調整をすることもできる。また、粉体回収装置の下流側に、必要に応じて、スクラバー等の除塵、浄化設備を配置してもよい。
The inorganic oxide particles produced by the pyrolysis reaction are recovered by a powder recovery device installed after the spray pyrolysis device. The inorganic oxide particles produced by the thermal decomposition reaction may be recovered by a powder recovery device after performing a melting step of further heating to melt the particle surfaces, if necessary.
Examples of the powder recovery device include a cyclone powder recovery machine and a bag filter. In recovering the oxide hollow particles, the particle size can be adjusted by passing through a filter. Further, dust removal and purification equipment such as a scrubber may be arranged downstream of the powder recovery device, if necessary.
本発明の方法により製造される無機酸化物粒子は、中実粒子、多孔質粒子、中空粒子のいずれでも、これら2以上の混合物でも構わない。ここで、本明細書において「中実粒子」とは、内部に空洞を有さない構造の粒子をいい、例えば、単一の層からなる粒子、及び、コア(内核とも言われる)とシェル層(外殻とも言われる)を有する粒子を挙げることができる。また、「中空粒子」とは、内部に空洞(中空部)を有する構造のものであり、外殻に包囲された空洞を有する粒子をいう。空洞の数は、単数でも複数でもよい。更に、「多孔質粒子」とは、粒子表面から内部まで連結した貫通孔を多数有する粒子をいう。貫通孔の大きさや形状は、特に限定されない。また、粒子内部に閉気孔を有していてもよい。 The inorganic oxide particles produced by the method of the present invention may be solid particles, porous particles, hollow particles, or a mixture of two or more of these. Here, the term "solid particle" as used herein refers to a particle having a structure that does not have a cavity inside, for example, a particle consisting of a single layer, and a core (also referred to as an inner core) and a shell layer. Particles having a (also called shell) can be mentioned. A "hollow particle" is a particle having a structure having a cavity (hollow portion) inside and having a cavity surrounded by an outer shell. The number of cavities may be singular or plural. Furthermore, the term “porous particles” refers to particles having a large number of through holes connected from the particle surface to the inside. The size and shape of the through-hole are not particularly limited. Also, the particles may have closed pores inside.
このようにして無機酸化物粒子を製造することができるが、本発明の方法により製造された無機酸化物粒子は、例えば、以下の特性を具備することができる。
無機酸化物中空粒子の平均粒子径は、通常0.5~50μmであり、好ましくは0.5~20μmであり、更に好ましくは0.5~10μmである。なお、平均粒子径の調整は、噴霧に使用する流体ノズルの吐出口形状及び圧縮空気の圧力の調節によって行うことができる。ここで、本明細書において「平均粒子径」とは、JIS R 1629に準拠して試料の粒度分布を体積基準で作成したときに積算分布曲線の50%に相当する粒子径(d50)を意味する。なお、粒子径分布測定装置として、例えば、マイクロトラック(日機装株式会社製)を使用することができる。
Inorganic oxide particles can be produced in this way, and the inorganic oxide particles produced by the method of the present invention can have, for example, the following properties.
The average particle size of the inorganic oxide hollow particles is usually 0.5 to 50 μm, preferably 0.5 to 20 μm, more preferably 0.5 to 10 μm. The average particle diameter can be adjusted by adjusting the outlet shape of the fluid nozzle used for spraying and the pressure of the compressed air. Here, the "average particle size" as used herein means a particle size (d50) corresponding to 50% of the cumulative distribution curve when the particle size distribution of the sample is created on a volume basis in accordance with JIS R 1629. do. As a particle size distribution measuring device, for example, Microtrac (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) can be used.
無機酸化物粒子の粒子密度は、通常0.1~2.5g/cm3であり、好ましくは0.2~1.0g/cm3であり、更に好ましくは0.3~0.6g/cm3である。なお、粒子密度は、JIS R 1620に準拠して気体置換法により測定することができる。粒子密度測定装置として、例えば、乾式自動密度計「アキュピック(島津製作所製)」を使用することができる。
The particle density of the inorganic oxide particles is usually 0.1-2.5 g/cm 3 , preferably 0.2-1.0 g/cm 3 , more preferably 0.3-0.6 g/
以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。但し、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The embodiments of the present invention will now be described more specifically with reference to Examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
1.粒子密度の測定
乾式自動密度計(アキュピック1340、島津製作所製)を用いて、定容積膨張法により測定した。即ち、セル内にサンプルを投入した後、これに不活性ガスを充填してサンプルの体積を測定し、この体積と予め測定しておいたサンプル質量より粒子密度を求めた。
1. Measurement of Particle Density Measured by the constant volume expansion method using a dry automatic densitometer (Accupic 1340, manufactured by Shimadzu Corporation). That is, after putting a sample into the cell, the cell was filled with an inert gas, the volume of the sample was measured, and the particle density was obtained from this volume and the sample mass previously measured.
2.平均粒子径の測定
粒子径分布測定装置としてマイクロトラック(日機装株式会社製)を使用し、JIS R 1629に準拠して体積基準の粒度分布を作成し、積算分布曲線の50%に相当する粒子径(d50)を求めた。
2. Measurement of average particle size Microtrac (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) is used as a particle size distribution measuring device to create a volume-based particle size distribution in accordance with JIS R 1629, and the particle size corresponding to 50% of the cumulative distribution curve. ( d50 ) was determined.
実施例1
図3に示す噴霧熱分解装置を用いて、次の方法により酸化マグネシウム中空粒子を製造した。
イオン交換水300リットルに酢酸マグネシウム5955gを溶解し、酢酸マグネシウム水溶液を調製した。この水溶液を燃焼バーナーの燃焼ガスにより内部温度を1150℃に制御した熱分解炉内に3流体ノズルを用いて噴霧し、液滴を燃焼ガスの旋回流により旋回させながら上昇させ、熱分解炉内を通過させて熱分解し、バグフィルターを用いて酸化マグネシウム中空粒子を回収した。噴霧開始から1時間経過後、燃焼バーナーの燃焼ガス量及び熱分解炉出口のガス流速を測定し、このときのガス流速を管理値に設定した。
噴霧開始から2時間経過後に燃焼バーナーの燃焼ガス量及び熱分解炉出口のガス流速を測定し、熱分解炉出口のガス流速が管理値の±10%の範囲内となるように、ガス供給管のガス吐出口から熱分解炉内へ170℃の空気を20m3N/hで供給した。
噴霧開始から6時間経過時まで1時間毎に、燃焼バーナーの燃焼ガス量及び熱分解炉出口のガス流速を測定し、熱分解炉出口のガス流速が管理値の±10%の範囲内となるように熱分解炉内に表1に示す量の空気を供給した。なお、噴霧開始から6時間経過時まで1時間毎に、熱分解温度を1150℃に一定に維持するために、燃焼バーナーを表2に示す焚き量に制御した。
噴霧開始から6時間経過時まで1時間毎に、回収した中空粒子の粒子密度及び平均粒子径を分析した。その結果を表1に示す。また、噴霧開始から6時間経過時までに測定された熱分解炉出口のガス流速の最大変動値と、噴霧開始から6時間経過時までの粒子物性の最大変動値を表3に示す。
Example 1
Using the spray pyrolysis apparatus shown in FIG. 3, magnesium oxide hollow particles were produced by the following method.
A magnesium acetate aqueous solution was prepared by dissolving 5955 g of magnesium acetate in 300 liters of ion-exchanged water. This aqueous solution is sprayed using a three-fluid nozzle into a pyrolysis furnace whose internal temperature is controlled at 1150 ° C. by the combustion gas of the combustion burner, and the droplets are swirled and raised by the swirling flow of the combustion gas. and thermally decomposed, and magnesium oxide hollow particles were recovered using a bag filter. One hour after the start of spraying, the amount of combustion gas in the combustion burner and the gas flow rate at the outlet of the pyrolysis furnace were measured, and the gas flow rate at this time was set as a control value.
After 2 hours from the start of spraying, measure the combustion gas amount of the combustion burner and the gas flow rate at the outlet of the pyrolysis furnace, and adjust the gas supply pipe so that the gas flow rate at the outlet of the pyrolysis furnace is within ± 10% of the control value. 170° C. air was supplied at 20 m 3 N/h into the pyrolysis furnace from the gas outlet of .
The amount of combustion gas from the combustion burner and the gas flow rate at the outlet of the pyrolysis furnace are measured every hour until 6 hours have elapsed since the start of spraying, and the gas flow rate at the outlet of the pyrolysis furnace is within ±10% of the control value. The amount of air shown in Table 1 was supplied into the pyrolysis furnace as described above. In order to keep the thermal decomposition temperature constant at 1150° C. every hour from the start of spraying until 6 hours have passed, the combustion burner was controlled at the heating rate shown in Table 2.
The particle density and average particle diameter of the collected hollow particles were analyzed every hour from the start of spraying until 6 hours had passed. Table 1 shows the results. Table 3 shows the maximum variation in the gas flow velocity at the outlet of the pyrolysis furnace measured up to 6 hours after the start of spraying and the maximum variation in the physical properties of the particles up to 6 hours after the start of spraying.
実施例2
図4に示す噴霧熱分解装置を用いて、ガス供給管のガス吐出口から熱分解炉内へ500℃の空気を供給したこと以外は、実施例1と同様の操作により酸化マグネシウム中空粒子を製造した。なお、噴霧開始から6時間経過時まで1時間毎に、熱分解温度を1150℃に一定に維持するために、燃焼バーナーを表2に示す焚き量に制御した。そして、噴霧開始から6時間経過時までに測定された熱分解炉出口のガス流速の最大変動値と、噴霧開始から6時間経過時までの粒子物性の最大変動値を実施例1と同様に分析した。その結果を表3に示す。
Example 2
Using the spray pyrolysis apparatus shown in FIG. 4, magnesium oxide hollow particles were produced by the same operation as in Example 1, except that air at 500 ° C. was supplied into the pyrolysis furnace from the gas outlet of the gas supply pipe. did. In order to keep the thermal decomposition temperature constant at 1150° C. every hour from the start of spraying until 6 hours have passed, the combustion burner was controlled at the heating rate shown in Table 2. Then, the maximum fluctuation value of the gas flow velocity at the outlet of the pyrolysis furnace measured up to 6 hours after the start of spraying and the maximum fluctuation value of the particle physical properties up to 6 hours after the start of spraying were analyzed in the same manner as in Example 1. did. Table 3 shows the results.
比較例1
熱分解炉内への空気の供給を行わなかったこと以外は、実施例1と同様の操作により酸化マグネシウム中空粒子を製造した。そして、噴霧開始から6時間経過時までに測定された熱分解炉出口のガス流速の最大変動値と、噴霧開始から6時間経過時までの粒子物性の最大変動値を実施例1と同様に分析した。その結果を表3に示す。
Comparative example 1
Magnesium oxide hollow particles were produced in the same manner as in Example 1, except that air was not supplied into the pyrolysis furnace. Then, the maximum fluctuation value of the gas flow velocity at the outlet of the pyrolysis furnace measured up to 6 hours after the start of spraying and the maximum fluctuation value of the particle physical properties up to 6 hours after the start of spraying were analyzed in the same manner as in Example 1. did. Table 3 shows the results.
比較例1は、熱分解炉内のガス流速の調整を行わなかったため、噴霧開始から時間の経過とともにガス流速が大きく変動し、粒子密度及び平均粒子径のばらつきが大きい無機酸化物中空粒子が製造された。
これに対し、実施例1、2は、熱分解炉内のガス流速を、噴霧開始から管理値の許容範囲内となるように制御したため、粒子密度及び平均粒子径のばらつきが小さく、一定の品質の無機酸化物粒子が製造された。
In Comparative Example 1, since the gas flow rate in the pyrolysis furnace was not adjusted, the gas flow rate fluctuated greatly over time from the start of spraying, and inorganic oxide hollow particles with large variations in particle density and average particle size were produced. was done.
On the other hand, in Examples 1 and 2, the gas flow rate in the pyrolysis furnace was controlled to be within the allowable range of the control value from the start of spraying, so the particle density and average particle size were small, and the quality was uniform. of inorganic oxide particles were produced.
1 熱分解炉
2 液滴(ミスト)
3 噴霧装置
4 燃焼バーナー
5a ガス供給管
5b ガス吐出口
6 ガス流速計プローブ挿入口
7 温度計
8 排気ガス循環ライン
9 ブロア
10 噴霧熱分解装置
20 噴霧熱分解装置
30 噴霧熱分解装置
40 噴霧熱分解装置
1
3
Claims (4)
熱分解炉内のガス流速を測定し、取得されたガス流速の実測値が管理値の許容範囲を超えた場合に、管理値の許容範囲内となるように熱分解炉内にガスを供給してガス流速を調整する、
無機酸化物粒子の製造方法。 A method for producing inorganic oxide particles, comprising the step of thermally decomposing droplets of a raw material solution sprayed into a pyrolysis furnace of a spray pyrolysis apparatus equipped with one or more combustion burners with combustion gas of a combustion burner,
Measure the gas flow rate in the pyrolysis furnace, and if the actual measured value of the acquired gas flow rate exceeds the allowable range of the control value, supply gas to the pyrolysis furnace so that it is within the allowable range of the control value. to adjust the gas flow rate,
A method for producing inorganic oxide particles.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021034522A JP2022134979A (en) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Method for producing inorganic oxide particles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021034522A JP2022134979A (en) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Method for producing inorganic oxide particles |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022134979A true JP2022134979A (en) | 2022-09-15 |
Family
ID=83232092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021034522A Pending JP2022134979A (en) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Method for producing inorganic oxide particles |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022134979A (en) |
-
2021
- 2021-03-04 JP JP2021034522A patent/JP2022134979A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rosebrock et al. | The role of microexplosions in flame spray synthesis for homogeneous nanopowders from low‐cost metal precursors | |
JP7261043B2 (en) | Method for producing inorganic oxide particles | |
JP5778702B2 (en) | Manufacture of synthetic silica glass | |
US5753026A (en) | Process for the preparation of inclusion pigments | |
US6054073A (en) | Method for producing inorganic spherical particles | |
GB2028997A (en) | Method of burning liquid fuels in an apparatus with an atomizer and burner device for practising the method | |
CN104312634B (en) | A kind of combined type Hot oxygen nozzle and its application | |
AU2004291732A1 (en) | Burner for pulverized fuel | |
JP7007826B2 (en) | Spray pyrolyzer | |
CN109489038A (en) | A kind of burner of adjustable pluralities of fuel charge proportion | |
JP2022134979A (en) | Method for producing inorganic oxide particles | |
JP2003502264A (en) | Spray pyrolysis or spray drying process and plant for performing it | |
CN109855098A (en) | Multi-hole medium combustion system and combustion method | |
JP7379089B2 (en) | Spray pyrolysis equipment | |
JP7365223B2 (en) | Spray pyrolysis equipment | |
JP7341812B2 (en) | Method for producing inorganic oxide particles | |
JP7352423B2 (en) | Method for producing inorganic oxide particles | |
JP2024064769A (en) | Spray dryer or spray pyrolysis device | |
JP7266361B2 (en) | Manufacturing method of hollow particles | |
JP2023094802A (en) | Spray thermal decomposition device | |
EP0476050A1 (en) | Alumina foams and method of producing the same. | |
CN104987889A (en) | Second-segment entrained flow bed gasification method | |
JP7467295B2 (en) | Method for producing inorganic oxide particles | |
JP2022127997A (en) | Atomization pyrolysis plant | |
Cunningham et al. | The Esso Energy Award Lecture, 1988-Improvements in the combustion of heavy fuel oils |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240105 |