JP2022145245A - 無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法、並びに無機質球状化粒子 - Google Patents

Abstract

【課題】環境に及ぼす影響を抑制しながら品質に優れた無機質球状化粒子を歩留まりよく製造することが可能な無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法、並びに、無機質球状化粒子を提供する。
【解決手段】燃料ガスと支燃性ガスとの燃焼による火炎中に無機質原料粉体を供給し、該無機質原料粉体を熔融・球状化する無機質球状化粒子製造用バーナ１であって、燃料ガスＧ２が、アンモニア及び助燃用燃料を含んだ混合ガスである。
【選択図】図１

Description

本発明は、無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法、並びに無機質球状化粒子に関するものである。

従来、無機質球状化粒子を製造する方法として、例えば、無機質原料粉体を火炎中に通過させて表面を熔融して球状化する、所謂火炎熔融法と呼ばれる方法、並びに、その方法を用いた装置が採用されている（例えば、特許文献１～３を参照）。
このような装置・方法で無機質球状化粒子を製造した場合、製品粒子となる無機質球状化粒子の粒径は原料粉体の粒径にほぼ依存し、概ね原料粉体に近い粒径の製品粒子が得られることが知られている。

上記の火炎熔融法で原料粉体を火炎中で球状化するためには、高温の火炎が必要になる。このため、火炎熔融法においては、通常、酸素・ガス燃焼バーナが用いられている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、拡散型の酸素・ガス燃焼バーナを竪型炉に設置し、珪素質原料をバーナの中心管から自然流化させ、小管からの可燃ガスと外管からの酸素ガスとで形成した火炎中に原料を投入し、溶融シリカ球状体を製造することが記載されている。
また、バーナに供給する燃料ガスとしては、主として、例えば、都市ガス（ＣＨ_４が主体）や液化プロパンガス（ＬＰＧ）等が用いられている。

また、特許文献２，３には、特許文献１と同様の拡散型の酸素・ガス燃焼バーナを用いて無機質球状化粒子を製造する装置が記載されている。特許文献２，３に記載の装置においては、燃料及び支燃性ガスを燃焼室で混合・燃焼させることで、高温の酸素燃焼火炎を形成させることが可能な構造とされたバーナの構成が記載されている。

ここで、特許文献３の図４には、従来から一般に用いられている、無機質球状化粒子製造用バーナを備えた無機質球状化粒子製造装置の系統図の一例が示されている。特許文献３の段落０００３で説明されているように、図視略の原料粉体は、通常のフィーダＡから切り出され、経路Ａ’から供給されるキャリアガスに同伴されて、酸素・ガス燃焼バーナＢへと搬送される。この酸素・ガス燃焼バーナＢには、酸素供給設備Ｃから供給される酸素と、ＬＰＧ供給設備Ｄから供給される燃料ガスが導入されており、炉Ｅ内における火炎中で原料粉体が球状化され、無機質球状化粒子が生成される。その後、無機質球状化粒子は、経路Ｆから炉Ｅ内に導入された空気によって搬送・温度希釈され、後段のサイクロンＧ及びバグフィルターＨによって回収される（特許文献２の図１等も参照）。

特開昭５８－１４５６１３号公報 特許第３３３１４９１号公報 特許第３３１２２２８号公報

上記のように、無機質球状化粒子を製造するためのバーナには、一般的に、都市ガスやＬＰＧ等の気体燃料が用いられている。これは、気体燃料は燃焼性が良好であり、支燃性ガスに酸素ガスを用いると、高温の火炎を容易に形成できるためである。
しかしながら、都市ガスやＬＰＧ等の気体燃料は炭素源を含むため、このような気体燃料を用いると、温暖化ガスである二酸化炭素（ＣＯ_２）を発生するという問題がある。
また、上記のような炭素源を含む気体燃料を用いると、特に不完全燃焼が生じた場合に、固体炭素である煤が発生し、不純物として無機質球状化粒子中に混入してしまうことから、製品品質が低下するという問題があった。

上記のような、ＣＯ_２が発生する問題や、固体炭素が無機質球状化粒子中に混入する問題を解決するため、バーナの燃焼に用いる燃料ガスとして、炭素源を含まないアンモニアを用いることが検討されている。しかしながら、アンモニアを燃焼させた火炎は、炭化水素を燃焼した場合に比べて燃焼速度及び燃焼温度が低いという問題がある。一方、無機質球状化粒子用バーナにおいては、球状化度がより高められた球状化粒子を得ることを目的として、火炎の燃焼速度及び燃焼温度をさら高めることが要求されていた。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ＣＯ_２の排出量を抑制できるとともに、無機質球状化粒子中に固体炭素が混入するのを抑制でき、さらに、無機質球状化粒子の球状化度がより高められ、環境に及ぼす影響を抑制しながら品質に優れた無機質球状化粒子を歩留まりよく製造することが可能な無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法、並びに、それらによって得られる無機質球状化粒子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の態様を包含する。
即ち、請求項１に係る発明は、燃料ガスと支燃性ガスとの燃焼による火炎中に無機質原料粉体を供給し、該無機質原料粉体を熔融・球状化する無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記燃料ガスが、アンモニア及び助燃用燃料を含んだ混合ガスであることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記助燃用燃料が水素であることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。

また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記水素が、前記燃料ガスに含まれる前記アンモニアの少なくとも一部を熱分解した熱分解ガスに由来するものであることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。

また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記熱分解ガスは、ガス分離手段によって窒素が除去されていることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。

また、請求項５に係る発明は、請求項２～請求項４の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記混合ガス中における前記水素の濃度が４０％以上であることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。

また、請求項６に係る発明は、請求項１～請求項５の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記支燃性ガス中における酸素濃度が３０％以上であることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。

また、請求項７に係る発明は、請求項１～請求項６の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、火炎形成方向における先端側が拡径するように開口した有底円錐形状の燃焼室と、前記燃焼室内に向けて、支燃性ガスをキャリアガスとして原料粉体を供給する原料流体供給路と、前記原料流体供給路を外周側から取り囲むように配置され、前記燃焼室内に向けて燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、前記燃料ガス供給路を外周側から取り囲むように配置され、前記燃焼室内に向けて前記支燃性ガスを供給する第１支燃性ガス供給路と、前記第１支燃性ガス供給路を外周側から取り囲むように配置され、前記燃焼室内に向けて前記支燃性ガスを供給する第２支燃性ガス供給路と、を備え、前記原料粉体供給路は、前記燃焼室の底部に設けられる複数の原料粉体供給口によって前記燃焼室内に開口しており、且つ、前記複数の原料粉体供給口は、前記無機質球状化粒子製造用バーナの中心軸を囲むように配置されており、前記燃料ガス供給路は、前記燃焼室に開口するとともに、平面視で前記原料粉体供給口を取り囲むように複数で設けられ、前記中心軸に沿った方向で平行に前記燃料ガスを噴出する燃料ガス噴出口を有しており、前記第１支燃性ガス供給路は、前記燃焼室の側壁に開口するとともに、平面視で前記燃料ガス噴出口を取り囲むように複数で設けられ、前記中心軸に対する直交方向の面内で旋回流を形成させながら前記支燃性ガスを噴出する第１支燃性ガス噴出口を有しており、前記第２支燃性ガス供給路は、前記燃焼室の側壁における前記第１支燃性ガス噴出口よりも下流側の位置に開口するとともに、平面視で前記第１支燃性ガス噴出口を取り囲むように複数で設けられ、前記中心軸に向けて前記支燃性ガスを噴出する第２支燃性ガス噴出口を有していることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。

また、請求項８に係る発明は、請求項７に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、前記第１支燃性ガス供給路及び前記第２支燃性ガス供給路に供給する前記支燃ガスの流量を、それぞれ独立して制御する制御手段を備えていることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。

また、請求項９に係る発明は、請求項７又は請求項８に記載の無機質球状化粒子製造用バーナであって、さらに、前記燃焼室の外側に、冷却水を流通させるための冷却水用管路を有することを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナである。

また、請求項１０に係る発明は、請求項１～請求項９の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナを用いることを特徴とする無機質球状化粒子の製造方法である。

また、請求項１１に係る発明は、請求項１～請求項９の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ、又は、請求項１０に記載の無機質球状化粒子の製造方法によって得られることを特徴とする無機質球状化粒子である。

本発明に係る無機質球状化粒子製造用バーナによれば、上記のように、燃料ガスとして、アンモニア及び助燃用燃料を含んだ混合ガスを用いた構成を採用している。
このように、燃料ガスとして、炭素源を含まないアンモニア、及び、助燃用燃料を含んだガスを用いることで、バーナの燃焼によって発生するＣＯ_２の量を大幅に削減できる。
また、燃料ガスの少なくとも一部が、炭素源を含まないアンモニアからなることで、燃料中の炭素源に起因する煤の発生を抑制できるので、無機質球状化粒子中に不純物である固体炭素が混入するのを抑制できる。
さらに、燃料ガスが助燃用燃料を含むことで、例えば、燃料ガスとしてアンモニア単体のガス等を用いた場合に比べ、燃焼速度が速められるとともに、燃焼温度も高められるので、無機質原料粉体が熔融されやすくなるため、得られる無機質球状化粒子の球状化度も高められる。
従って、製造設備や工程を複雑化させることなく、環境に及ぼす影響を抑制しながら品質に優れた無機質球状化粒子を歩留まりよく製造することが可能になる。

また、本発明に係る無機質球状化粒子の製造方法によれば、上記構成を有した本発明に係る無機質球状化粒子製造用バーナを用いて無機質球状化粒子を製造する方法なので、上記同様、燃焼時に発生するＣＯ_２を大幅に削減できるとともに、燃料中の炭素源に起因する煤の発生を抑制でき、さらに、火炎の燃焼速度及び燃焼温度が高められる。
これにより、温暖化ガスの排出量を抑制しながら、製品となる無機質球状化粒子中への固体炭素の混入を抑制できるとともに、無機質球状化粒子の球状化度も高められるので、上記同様、製造設備や工程を複雑化させることなく、環境に及ぼす影響を抑制しながら品質に優れた無機質球状化粒子を歩留まりよく製造することが可能になる。

また、本発明に係る無機質球状化粒子によれば、上記構成を有した本発明に係る無機質球状化粒子製造用バーナ、又は、無機質球状化粒子の製造方法を用いて得られる無機質球状化粒子なので、固体炭素の混入が抑制されるとともに、球状化度が高められ、歩留まりが良く品質に優れたものとなる。

本発明の一実施形態である無機質球状化粒子製造用バーナを模式的に説明する断面図である。 本発明の一実施形態である無機質球状化粒子製造用バーナを備えた無機質球状化粒子製造装置の一例について模式的に説明する図であり、無機質球状化粒子製造装置の概略構成を示す系統図である。 本発明の一実施形態である無機質球状化粒子製造用バーナを備えた無機質球状化粒子製造装置の他の例について模式的に説明する図であり、無機質球状化粒子製造装置の概略構成を示す系統図である。 本発明の一実施形態である無機質球状化粒子製造用バーナを備えた無機質球状化粒子製造装置の一例について模式的に説明する図であり、図３中に示した加熱手段を拡大して詳細に示す系統図である。 本発明の無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法の実施例について説明する図であり、燃料ガス中における水素濃度と、形成される火炎の燃焼速度との関係のシミュレーション結果について示すグラフである。 本発明の無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法の実施例について説明する図であり、燃料ガス中における水素濃度と、形成される火炎の燃焼温度との関係のシミュレーション結果について示すグラフである。

以下、本発明を適用した一実施形態である無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法、並びに、それによって得られる無機質球状化粒子について、図面を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態である無機質球状化粒子製造用バーナ、及び、無機質球状化粒子の製造方法、並びに無機質球状化粒子について、図１～図３を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の無機質球状化粒子製造用バーナ１を模式的に説明する断面図であり、図２は、図１に示す無機質球状化粒子製造用バーナ１を備えた本実施形態の無機質球状化粒子製造装置１００の概略構成を示す系統図である。

［無機質球状化粒子］
本実施形態の無機質球状化粒子は、詳細を後述する本実施形態の無機質球状化粒子製造用バーナ又は無機質球状化粒子の製造方法によって製造されるものである。
本実施形態の無機質球状化粒子は、例えば、シリカ、アルミナ、マグネタイト、又はガラス原料粉体等からなる無機質原料粉体（原料粉体）を、本実施形態の無機質球状化粒子製造用バーナ及び無機質球状化粒子の製造方法を用いた火炎熔融法によって球状化して得られるものである。原料粉体の粒子形態は、特に限定されるものではなく、角を有する非球形の粒子であってもよいし、角を有さない球形の粒子であってもよい。
本発明においては、例えば、無機質原料粉体としてシリカを用いることで、無機質球状化粒子として溶融シリカ球状体を得ることができる。

また、原料粉体の粒子径としては、特に限定されないが、例えば、１～５００μｍの範囲であることが好ましく、１～１００μｍの範囲であることが好ましい。原料粉体の粒子径が１μｍ未満であると、粒子同士が静電気で凝集するおそれがある。また、原料粉体の粒子径が５００μｍを超えると、火炎中で十分に加熱することが困難になるため、好ましくない。
一方、無機質原料粉体の粒子径が上記範囲内であると、火炎中で適切に分散されつつ、十分に加熱・球状化することができる。

本実施形態の無機質球状化粒子は、本発明に係る無機質球状化粒子製造用バーナ又は無機質球状化粒子の製造方法によって得られるものなので、固体炭素の混入が低減され、歩留まりが良く粒子品質に優れたものである。

なお、本発明の無機質球状化粒子は、表面がどのように溶融して球状化しているのか、詳細に特定することは困難である。即ち、本発明の無機質球状化粒子には、その構造又は特性によって直接特定することが不可能であるか、又はおよそ実際的ではないという事情（不可能・非実際的事情）が存在する。

［無機質球状化粒子製造用バーナ］
以下、本発明の一実施形態である無機質球状化粒子製造用バーナ１（以下、単にバーナ１と略称する場合がある）について、主に図１を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のバーナ１の内部構造を、中心軸Ｊに沿った断面で示す模式図である。なお、図１においては、所定の方向に延在するバーナ１全体を図示することは困難なので、バーナ１の先端部分のみを図示している。

本実施形態のバーナ１は、例えば、図２に示すような、詳細を後述する無機質球状化粒子製造装置１００において、原料粉体を熔融・球状化して無機質球状化粒子を製造することを目的として備えられるものである。

図１に示すように、本実施形態のバーナ１は、火炎形成方向における先端１Ａ側が拡径するように開口した有底円錐形状の燃焼室２を有するものである。本実施形態のバーナ１は、燃焼室２内において、原料流体Ｇ１に含まれる原料粉体が火炎による高温雰囲気中に曝され、原料流体Ｇ１中の水滴を蒸発させることで、球状度が高められた微粒子からなる無機質球状化粒子を製造するものである。
なお、本実施形態で説明する原料流体Ｇ１とは、酸素又は酸素富化空気等の支燃性ガスをキャリアガスとした原料粉体を含む流体全体のことを指す。

また、図１の断面図に示すように、バーナ１は、中心軸Ｊ上に、原料粉体を含む原料流体Ｇ１を供給するための原料流体供給路３が配置され、その外周側に、原料流体供給路３を取り囲むように、燃焼室２内に向けて燃料ガスＧ２を供給する燃料ガス供給路４が配置されている。また、燃料ガス供給路４の外周側には、燃料ガス供給路４を取り囲むように配置され、燃焼室２内に向けて第１支燃性ガス（支燃性ガス）Ｇ３を供給する第１支燃性ガス供給路５Ａが配置されている。さらに、第１支燃性ガス供給路５Ａの外周側には、この第１支燃性ガス供給路５Ａを取り囲むように配置され、燃焼室２内に向けて第２支燃性ガス（支燃性ガス）Ｇ４を供給する第２支燃性ガス供給路５Ｂが配置されている。即ち、図示例においては、中心軸Ｊに沿って配置された原料流体供給路３の周囲に、燃料ガス供給路４、第１支燃性ガス供給路５Ａ及び第２支燃性ガス供給路５Ｂが、順次、同心軸で配置されている。

原料流体供給路３は、燃焼室２の底部２１に配置された複数の原料粉体供給口３１によって燃焼室２内に開口しており、詳細な図示を省略するが、複数の原料粉体供給口３１は、無機質球状化粒子製造用バーナ１の中心軸Ｊを囲むように配置されている。
燃料ガス供給路４も、燃焼室２の底部２１に開口するとともに、詳細な図示を省略するが、平面視で原料粉体供給口３１を取り囲むように複数で設けられ、中心軸Ｊに沿った方向で燃料ガスＧ２を噴出する燃料ガス噴出口４１を有している。

第１支燃性ガス供給路５Ａは、燃焼室２の側壁２２に開口するとともに、詳細な図示を省略するが、平面視で燃料ガス噴出口４１を取り囲むように複数で設けられ、中心軸Ｊに対する直交方向の面内で旋回流を形成させながら第１支燃性ガスＧ３を噴出する第１支燃性ガス噴出口５１を有している。
第２支燃性ガス供給路５Ｂは、燃焼室２の側壁２２における第１支燃性ガス噴出口５１よりも下流側の位置に開口し、詳細な図示を省略するが、平面視で第１支燃性ガス噴出口５１を取り囲むように複数で設けられ、中心軸Ｊに向けて第２支燃性ガスＧ４を噴出する第２支燃性ガス噴出口５２を有している。

そして、本実施形態のバーナ１においては、上記の燃料ガスＧ２として、アンモニア及び助燃用燃料を含んだ混合ガスを用いる。

燃焼室２は、図１に示すように、先端１Ａ側が拡径するように開口し、有底円錐形状に形成された凹部であり、図１中においては縦断面で略台形状（コーン形状）とされる。
燃焼室２には、有底円錐形状に形成された凹部の基端側に、上述した複数の原料粉体供給口３１、及び、複数の燃料ガス噴出口４１が設けられた底部２１が配置されている。また、燃焼室２には、有底円錐形状に形成され、上述した複数の第１支燃性ガス噴出口５１、及び、複数の第２支燃性ガス噴出口５２が設けられた側壁２２が備えられている。
本実施形態のバーナ１は、上述したように、この燃焼室２内において、原料流体Ｇ１中の水滴を火炎による高温雰囲気中で蒸発させることで、原料粉体から微粒子を合成させる。

なお、燃焼室２は、図１中に示す例のように、基端側の底部２１からバーナ１の先端１Ａ側までの側壁２２の勾配角度を一定として構成することができるが、例えば、安定した保炎確保の観点から、バーナ１の先端１Ａ側の一部が円筒形状とされていても構わない。

原料流体供給路３は、バーナ１の中心軸Ｊ上に配置される。
そして、原料流体供給路３の開口部である原料粉体供給口３１は、上述したように、燃焼室２の底部２１に開口しており、例えば、中心軸Ｊを取り囲むように複数箇所で、それぞれ円周上に均等間隔で配置するように設けられている。
また、原料粉体供給口３１は、原料流体供給路３から供給される原料粉体及び燃料を含む原料流体Ｇ１を、燃焼室２内に向けて噴出するように開口して複数設けられ、図１に示す例では、中心軸Ｊに対して噴出角αで拡開するように設けられている。

なお、本実施形態においては、図示例のように、原料流体供給路３に対して複数の原料粉体供給口３１が連通され、複数の原料粉体供給口３１から原料流体Ｇ１が噴出される構成を説明しているが、これには限定されず、例えば、原料粉体供給口３１を単孔の構成とすることも可能である。

また、複数の原料粉体供給口３１、及び、複数の燃料ガス噴出口４１が設けられる底部２１の材質としては、特に限定されないが、摩耗が生じるのを抑制するため、耐摩耗性の材料で被覆した金属材料、あるいはアルミナや炭化ケイ素等のセラミック材料を採用することが好ましい。

また、複数の原料粉体供給口３１は、該原料粉体供給口３１から噴出する原料粉体を含む原料流体Ｇ１が、燃焼室２の下流側に向かうに従って放射状に広がる角度で噴出されることがより好ましい。より具体的には、原料粉体供給口３１から噴出する原料流体Ｇ１の中心軸Ｊに対する噴出角αは任意に設定可能であるが、例えば、０～１５°であることが、原料粉体が燃焼室２内に均一に拡散され、加熱熔融効率が向上し、球状化度が高められた無機質球状化粒子が得られる観点からさらに好ましい。

燃料ガス供給路４は、中心軸Ｊ上に配置された原料流体供給路３の外側に、この原料流体供給路３を取り囲むように複数で平行に配置される。
そして、燃料ガス供給路４の開口部である燃料ガス噴出口４１は、燃料ガス供給路４の配置位置に対応して、燃焼室２の底部２１に開口し、例えば、平面視で原料粉体供給口３１を取り囲むように複数箇所で、それぞれ円周上に均等間隔で配置するように設けられている。

第１支燃性ガス供給路５Ａは、燃料ガス供給路４を外周側から取り囲むように、複数で平行に配置されている。
そして、第１支燃性ガス供給路５Ａの開口部である第１支燃性ガス噴出口５１は、第１支燃性ガス供給路５Ａの配置位置に対応して、燃焼室２の側壁２２に、例えば、平面視で燃料ガス噴出口４１を取り囲むように複数で設けられ、それぞれ円周上に均等間隔で配置するように設けられている。また、第１支燃性ガス噴出口５１は、燃焼室２の側壁２２において、中心軸Ｊに対する直交方向の面内で旋回流を形成させながら、一次酸素となる第１支燃性ガスＧ３を噴出するように開口している。即ち、第１支燃性ガス噴出口５１は、図１中に示すように、燃焼室２の側壁２２において、中心軸Ｊに対して直交する方向で開口するように設けられている。

なお、第１支燃性ガス噴出口５１は、燃焼室２の側壁２２において、中心軸Ｊに対して第１支燃性ガスＧ３の旋回流を形成させるような位置に開口していれば、原料粉体供給口３１及び燃料ガス噴出口４１からの距離や孔数、形状等は特に限定されず、所望する火炎の性状に応じて任意に設定可能である。

第２支燃性ガス供給路５Ｂは、上記のように、複数の第１支燃性ガス供給路５Ａの外周側に、これら第１支燃性ガス供給路５Ａを取り囲むように複数で平行に配置される。
そして、第２支燃性ガス供給路５Ｂの開口部である第２支燃性ガス噴出口５２は、第２支燃性ガス供給路５Ｂの配置位置に対応して、燃焼室２の側壁２２における第１支燃性ガス噴出口５１よりも先端１Ａ側の位置で、例えば、平面視で原料粉体供給口３１、燃料ガス噴出口４１及び第１支燃性ガス噴出口５１を取り囲むように複数で、それぞれ円周上に均等間隔で配置するように設けられている。また、第２支燃性ガス噴出口５２は、燃焼室２の側壁２２において、中心軸Ｊに向けて、二次酸素となる第２支燃性ガスＧ４を噴出するように開口している。

第２支燃性ガス噴出口５２についても、上述した第１支燃性ガス噴出口５１の場合と同様、燃焼室２の側壁２２において、第１支燃性ガス噴出口５１よりも先端１Ａ側であって、中心軸Ｊに向けて第２支燃性ガスＧ４を噴出するような位置で開口していれば、原料粉体供給口３１、燃料ガス噴出口４１及び複数の第１支燃性ガス噴出口５１からの距離や孔数、形状等は特に限定されず、所望する火炎の性状に応じて任意に設定可能である。

なお、本実施形態においては、第１支燃性ガス供給路５Ａ及び第２支燃性ガス供給路５Ｂの計２系統の支燃性ガス供給路を設け、各々に第１支燃性ガス噴出口５１又は第２支燃性ガス噴出口５２を設けた構成について説明しているが、これには限定されない。例えば、支燃性ガスの供給元となる支燃性ガス供給路を１系統のみとし、この支燃性ガス供給路に分岐路を設けることで、１系統の支燃性ガス供給路から、第１支燃性ガス噴出口５１及び第２支燃性ガス噴出口５２の両方に酸素ガスを供給する構成を採用してもかまわない。

上述したように、本実施形態のバーナ１においては、燃焼室２に開口した原料粉体供給口３１、燃料ガス噴出口４１、第１支燃性ガス噴出口５１及び第２支燃性ガス噴出口５２を、最適な配置関係で構成している。これにより、原料粉体供給口３１の周囲に配置された燃料ガス噴出口４１から噴出される燃料ガスＧ２は、燃料ガス噴出口４１の周囲に配置された第１支燃性ガス噴出口５１及び第２支燃性ガス噴出口５２から噴出する第１支燃性ガスＧ３及び第２支燃性ガスＧ４と混合され、原料流体Ｇ１の噴流の近傍で高温の火炎を形成させるので、原料粉体に対して効率よく熱を伝えることが可能となる。

また、第１支燃性ガス噴出口５１及び第２支燃性ガス噴出口５２から噴出する第１支燃性ガスＧ３及び第２支燃性ガスＧ４は、例えば、図視略の制御手段を備えることで、それぞれ独立して流量を制御できるので、無機質球状化粒子を製造する球状化粒子を製造する工程において、燃焼状態を最適に調整することが可能になる。例えば、原料粉体を十分に分散させる必要があるような原料流体Ｇ１を用いる場合には、第１支燃性ガス噴出口５１から噴出する第１支燃性ガスＧ３の比率を高めることで原料粉体の分散を促進し、且つ、原料流体Ｇ１の噴流近傍における燃料ガスＧ２の火炎温度を高めることで、原料粉体同士の造粒を抑制しつつ、効率よく溶融することが可能となる。

また、図視略の制御装置により、第１支燃性ガス噴出口５１及び第２支燃性ガス噴出口５２から噴出する第１支燃性ガスＧ３及び第２支燃性ガスＧ４の比率を変更することで、火炎中における原料流体Ｇ１の対流に対して最適な燃焼状態となるように調整することが可能である。

例えば、第１支燃性ガス噴出口５１から噴出する第１支燃性ガスＧ３の割合を、第２支燃性ガス噴出口５２から噴出する第２支燃性ガスＧ４の割合よりも小さくした場合には、第１支燃性ガス噴出口５１から噴出する第１支燃性ガスＧ３の火炎中における混合が緩慢になり、火炎の直線性が増す。これにより、比較的長めの火炎を形成させることができ、火炎中における原料粉体の滞留時間を長く確保することができるので、原料粉体の加熱時間も長く確保することが可能になる。

一方、第１支燃性ガス噴出口５１から噴出する第１支燃性ガスＧ３の割合を、第２支燃性ガス噴出口５２から噴出する第２支燃性ガスＧ４の割合よりも大きくした場合には、第１支燃性ガス噴出口５１から噴出する第１支燃性ガスＧ３の火炎中における混合が促進され、第２支燃性ガス噴出口５２から噴出する第２支燃性ガスＧ４の流れが緩慢になる。これにより、旋回成分の多い比較的短い火炎を形成することができるので、火炎中における原料粉体の滞留時間を短くすることができるので、原料粉体同士の造粒を抑制することが可能になる。

また、図１に示す例のバーナ１には、燃焼室２の外側に、冷却水Ｗを流通させるための冷却水用管路６が備えられている。この冷却水用管路６は、先端６１が燃焼室２と隣接するように配置されている。また、図示例の冷却水用管路６は、２本の流路６ａ，６ｂが、先端６１で折り返すように連通された構成とされており、バーナ１の後端側から２本の流路６ａ，６ｂの何れか一方に供給された冷却水Ｗが、先端６１で折り返して他方の流路から後端側に還流されるように構成されている。

冷却水用管路６の配置数及び位置としては、特に限定されず、第１支燃性ガス供給路５Ａや第２支燃性ガス供給路５Ｂと同様、複数で配置されていても構わないが、例えば、バーナ１の平面視における全周に渡って円環状に形成されていても構わない。

本実施形態においては、燃焼室２の外側に冷却水用管路６が備えられることで、火炎による高温雰囲気や輻射熱からバーナ１の各構成部品を保護するとともに、燃焼室２内における過渡な加熱が抑制され、燃焼場をより均一に制御しながら無機質球状化粒子を合成させることが可能になる。

上述したように、本実施形態のバーナ１は、燃料ガス供給路４を介して燃料ガス噴出口４１から燃焼室２内に噴出させる燃料ガスＧ２として、アンモニアに加え、火炎の燃焼速度を速めるとともに、火炎の燃焼温度を高めるための助燃用燃料を含んだ混合ガスを用いる。また、燃料ガスＧ２に用いるアンモニアとしては、例えば、必要に応じて、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスによって希釈されたアンモニアを用いることができる。

本実施形態においては、上記のように、アンモニア及び助燃用燃料を含んだ混合ガスを燃料ガスＧ２に用いることで、燃料中の炭素源に起因する煤の発生を抑制できるので、燃焼時に発生するＣＯ_２を大幅に削減できる。このように、温暖化ガスであるＣＯ_２の排出量を大幅に削減することで、環境に及ぼす影響を最小限に抑制することが可能になる。
また、本実施形態では、炭素源を含まないアンモニアを主成分とする燃料ガスＧ２を用い、燃料中の炭素源に起因する煤の発生を抑制できることから、製品となる無機質球状化粒子中への固体炭素の混入を最小限に抑制することが可能となる。
さらに、燃料ガスＧ２が助燃用燃料を含むことで、例えば、燃料ガスＧ２としてアンモニア単体のガス等を用いた場合に比べて、燃焼速度が速められるとともに、燃焼温度も高められる。これにより、無機質原料粉体が熔融されやすくなるので、無機質球状化粒子の球状化度がさらに向上する効果が得られる。
従って、製造設備や工程を複雑化させることなく、環境に及ぼす影響を抑制しながら品質に優れた無機質球状化粒子を歩留まりよく製造することが可能になる。

また、本実施形態においては、バーナ１によって形成される火炎の燃焼温度をより高めるため、助燃用燃料として水素又は炭化水素を含んだものを用いることができるが、炭素を含まない水素を用いることが好ましい。
助燃用燃料として、炭素を含まない水素を用いることで、燃料ガスＧ２中の固体炭素量をさらに低減できるので、ＣＯ_２の排出量を大幅に削減することが可能になるとともに、無機質球状化粒子に煤等の炭素が混入するのをより効果的に抑制できる。
上記のように、燃料ガスＧ２に助燃用燃料を含むものを用いる場合には、例えば、アンモニアと助燃用燃料を、それぞれ別の供給ラインで供給し、燃焼室２における燃焼に供することがより好ましい。

また、燃料ガスＧ２は、上記の混合ガス中における水素の濃度が４０％以上であることがより好ましい。
このように、燃料ガスＧ２をなす混合ガスの水素濃度が４０％以上であることで、火炎の燃焼速度を速めることが可能となる。

なお、本実施形態においては、燃料ガスＧ２として、アンモニア及び助燃用燃料を含んだ混合ガスを用いることで上記効果が得られるものであるが、例えば、上記効果が失われない範囲で、アンモニア及び助燃用燃料以外のものを少量で含んでいても構わない。

さらに、本実施形態のバーナ１においては、図１中に示したように、燃料ガス噴出口４１から噴出する燃料ガスＧ２の運動量をｍ_ｆとし、第２支燃性ガス噴出口５２から噴出する第２支燃性ガスＧ４の運動量ｍ_０の、中心軸Ｊに対する接線方向の運動量をｍ_０,θとしたとき、これらの関係が下記（１）式で表される関係を満たすことがより好ましい。
ｍ_ｆ／ｍ_０，θ ≦ １．０ ・・・・・（１）

以下に、上記（１）式で表される各運動量の比率の定義について、詳しく説明する。
図１中には、燃料ガスＧ２の運動量ｍ_ｆ、及び、二次酸素である第２支燃性ガスＧ４の運動量ｍ_０を要素分解したときの、中心軸Ｊに対する接線方向の運動量ｍ_０,θを示している。
上記の各運動量（ｋｇ・ｍ／ｓ）は、次式［ノズル噴出流速（ｍ／ｓ）×ガス噴出体積から導出されるガスの質量（ｋｇ）］で算出される。
また、上記の二次酸素の中心軸Ｊに対する接線方向の運動量ｍ_０,θは、次式［ｍ_０×ｓｉｎθ］で算出される。ここで、上記式中におけるθは、中心軸Ｊとｍ_０ベクトルとがなす角度である。

本発明者等が鋭意実験検討を繰り返した結果、上記の［ｍ_ｆ／ｍ_０，θ］の値が１．０以下になると、ガラス化度が急激に高くなる傾向が明らかとなっている。さらに、［ｍ_ｆ／ｍ_０，θ］の値が０．４８以下になると、ガラス化度は約９０％程度となり、［ｍ_ｆ／ｍ_０，θ］の値が０．２９～０４８の範囲でさらに良好となることが明らかとなっている。
このことから、上記（１）式中における［ｍ_ｆ／ｍ_０，θ］の値は、１．０以下が好ましく、０．５０以下がより好ましく、０．２９～０４８の範囲であることがさらに好ましい。

上記（１）式中における［ｍ_ｆ／ｍ_０，θ］の値は、燃料ガスＧ２と二次酸素である第２支燃性ガスＧ４との混合性を示す指標であり、この値が小さいほど各ガスの間の混合性が良好となる一方、この値が大きくなるのに伴って混合性が低下してゆく。即ち、燃料ガスＧ２と第２支燃性ガスＧ４とを適切に混合することにより、燃焼室２内で形成される火炎の最高温度が上昇し、原料粉体を含む原料流体Ｇ１に対する伝熱性が有利になるので、得られる無機質球状化粒子のガラス化度が向上し、球状化度に優れた無機質球状化粒子が得られる。

さらに、本実施形態のバーナ１では、上記（１）式で表される各運動量の比率を満たすことで、カーボンを含まず輝度の低いアンモニアを含む燃料ガスＧ２を用いているのにも関わらず、原料流体Ｇ１中に含まれる原料粉体を効率的に熔融・球状化できる。これにより、製品使用時のトラブルを招くおそれのあるカーボンの含有量が抑制されるとともに、球状化度に優れた無機質球状化粒子を製造することが可能となる。このような効果は、無機質材料からなる原料粉体としてシリカ以外のものを用いた場合、例えば、アルミナ、マグネタイト、ガラス等を用いた場合であっても、効率的な熔融・球状化が可能であることを示唆するものである。

上述したように、球状化製品の市場においては、より一層の品質向上の要求が年を追う毎に高まっており、例えば、半導体用の封止剤として用いられる球状シリカに対しては、球状化度の向上に加えて、半導体基板上で生じる電気的ショートによって動作の不具合が発生する場合の原因不純物である、カーボンの含有率を低減することが強く求められている。

球状シリカを火炎熔融法によって製造する際、例えば、燃料ガスとして液化プロパンガス（ＬＰＧ）や天然ガス等のカーボン系燃料を用いると、燃料ガスの組成に由来するカーボンが製品中に微量で混入してしまうという問題がある。そのため、カーボン不純物をゼロにすることを目的として、アンモニアや水素等のカーボンを含有しない燃料ガスを用いて原料粉体を球状化することが検討されている。

他方、アンモニアや水素等のカーボンを含まない燃料ガスは、従来から用いられているカーボン系燃料と比較して、火炎輝度が極端に小さいという特徴がある。この火炎輝度は、火炎熔融法を用いた球状化において、原料粉体に対する球状化度に大きく影響する。そのため、従来の製造装置においてアンモニアや水素を燃料ガスに用いる場合、従来のカーボン系燃料と同様の設計の拡散型バーナでは、原料粉体に対する球状化度が低下し、十分な品質の製品が得られ難いという側面もある。

しかしながら、本実施形態において、上記（１）式で表される各運動量の比率を満たす構成を採用した場合には、例え、火炎輝度が小さめであるカーボンを含まない燃料ガスを用いた場合であっても、原料粉体を効率的に加熱熔融しで球状化することが可能になる。

燃料ガス噴出口４１から噴出する燃料ガスＧ２の噴出速度は、特に限定されないが、例えば、５０ｍ／ｓ以下であることが好ましい。燃料ガスＧ２の噴出速度が５０ｍ／ｓ以下であることで、原料粉体が火炎中に滞在する時間が長くなり、原料粉体に対して十分に熱が伝わるので、熔融化度がさらに向上する。燃料ガスＧ２の噴出速度の下限も特に限定されないが、ノズル（噴出口）を製造する観点から、燃料ガス噴出口４１の口径を適切な大きさで設計できるため、１０ｍ／ｓ以上であることが好ましい。

第２支燃性ガス噴出口５２から噴出する二次酸素である第２支燃性ガスＧ４の噴出速度も、特に限定されないが、例えば、６０～１２０ｍ／ｓの範囲であることが好ましい。
第２支燃性ガスＧ４の噴出速度が６０ｍ／ｓ以上であることで、原料流体Ｇ１に含まれる原料粉体と燃料ガスＧ２とが十分に混合されるので、熔融化度がさらに向上する。
また、第２支燃性ガスＧ４の噴出速度が１２０ｍ／ｓ以下であることで、形成される火炎のサイズが太くなるので、原料粉体が火炎中に滞在する時間が長くなり、原料粉体に対して十分に熱が伝わることから、熔融化度がさらに向上する。

第１支燃性ガス噴出口５１から噴出する一次酸素である第１支燃性ガスＧ３の噴出速度も、特に限定されないが、熔融化度を向上させる観点から、例えば、５０～１００ｍ／ｓの範囲であることが好ましい。
第１支燃性ガス噴出口５１から噴出する第１支燃性ガスＧ３の噴出速度が５０ｍ／ｓ以上であることで、燃料と酸素の混合が十分に行われ、未燃分が発生するのを抑制する効果が得られる。
また、第１支燃性ガス噴出口５１から噴出する第１支燃性ガスＧ３の噴出速度が１００ｍ／ｓ以下であることで、形成される火炎のサイズが太くなるので、原料粉体が火炎中に滞在する時間が長くなり、原料粉体に対して十分に熱が伝わることから、熔融化度がさらに向上する。

原料粉体のキャリアガスとして用いられる支燃性ガスの原料粉体供給口３１からの噴出速度、即ち、原料流体Ｇ１の噴出速度も、特に限定されないが、原料粉体の熔融化度を向上させる観点から、例えば、２０～６０ｍ／ｓの範囲であることが好ましい。
原料粉体供給口３１から噴出される原料流体Ｇ１の噴出速度が２０ｍ／ｓ以上であることで、ノズル近傍での原料の固着を防止する効果が得られる。
また、原料粉体供給口３１から噴出される原料流体Ｇ１の噴出速度が６０ｍ／ｓ以下であることで、原料粉体が火炎中に滞在する時間が長くなり、原料粉体に対して十分に熱が伝わることから、熔融化度がさらに向上する。

本実施形態においては、一次酸素である第１支燃性ガスＧ３、及び、二次酸素である第２支燃性ガスＧ４として、同じ酸素ガスを用いてもよいし、それぞれ異なる種類の支燃性ガスを用いることも可能である。この場合には、酸素以外の支燃性ガスとして、例えば、酸素富化空気等を適宜採用できる。

また、本実施形態においては、第１支燃性ガスＧ３及び第２支燃性ガスＧ４における、酸素の濃度が３０体積％以上であることがより好ましい。
このように、第１支燃性ガスＧ３及び第２支燃性ガスＧ４が、酸素濃度が３０体積％以上の支燃性ガスからなることで、火炎の燃焼速度がより速められるとともに、燃焼温度もより高められる。
また、上記効果の観点からは、第１支燃性ガスＧ３及び第２支燃性ガスＧ４における酸素濃度は、５０体積％以上がより好ましく、７５体積％以上がさらに好ましく、１００体積％が最も好ましい。ここで、本明細書で説明する、支燃性ガス中における酸素濃度が１００％と体積は、製造上避けることができない不純物も含んでいる場合を意味する。

［無機質球状化粒子製造装置の構成］
以下、本実施形態の無機質球状化粒子製造用バーナ１を備えた無機質球状化粒子製造装置１００（以下、単に製造装置１００と略称する場合がある）について、主に図２及び図３を参照しながら説明する（バーナ１の構成については図１も参照）。
図２は、本実施形態のバーナ１を備えた製造装置１００の構成の一例を模式的に説明する系統図である。
図２に示すように、製造装置１００は、バーナ１、アンモニア供給源１２、酸素供給源１３、原料粉体供給源１４、球状化炉１５、サイクロン１６、バグフィルター１７、助燃用燃料供給源１８、アンモニア供給ラインＬ１、酸素供給ラインＬ２、冷却水循環ラインＬ３、空気導入ラインＬ４、燃焼ガス排出ラインＬ５及び助燃用燃料供給ラインＬ６を備え、概略構成される。
また、製造装置１００は、さらに、図視略の制御装置等を備えて構成される。

図２に示すように、本実施形態の製造装置１００は、火炎中に無機質原料粉体が吹き込まれることで、この無機質原料粉体を溶融・球状化して無機質球状化粒子とするための球状化炉１５を有してなる。そして、この球状化炉１５の上端側に、上述した本実施形態のバーナ１が取り付けられており、バーナ１の先端２１Ａ側が、球状化炉１５の内部空間に露出するように配置されている。また、バーナ１の中心軸Ｊと球状化炉１５の中心軸とは、同軸となるように配置されている。

アンモニア供給源１２は、燃料ガスＧ２に用いる混合ガスに含まれるアンモニアを貯蔵する設備である。アンモニアは、通常、液化ガスとして貯蔵される。

アンモニア供給ラインＬ１は、アンモニア供給源１２とバーナ１との間に配置される。
より具体的には、アンモニア供給ラインＬ１は、バーナ１の燃料ガス供給路４の基端側と連通している。換言すると、アンモニア供給源１２と燃料ガス供給路４とは、アンモニア供給ラインＬ１を介して接続されている。これにより、アンモニア供給源１２からアンモニアガスを燃料ガスＧ２に用いる混合ガスの一部としてバーナ１に供給できる。
また、アンモニア供給ラインＬ１の経路中には、詳細を後述する熱交換器Ｈ２、及び、流量調節バルブＶ１が設けられている。また、アンモニア供給ラインＬ１には、液体のアンモニアを気化するための図視略の気化器が設けられていてもよい。

酸素供給源１３は、支燃性ガス（第１支燃性ガスＧ３、第２支燃性ガスＧ４）、あるいはキャリアガス（支燃性ガス）として用いる酸素を貯蔵する設備である。酸素の貯蔵方法は、特に限定されないが、大容量の酸素が貯蔵可能となる観点から、液化酸素として貯蔵することが好ましい。

酸素供給ラインＬ２は、酸素供給源１３とバーナ１との間に配置される。
また、酸素供給ラインＬ２は、図２中に示したＱ１地点でＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ及びＬ３Ｂに分岐する。
また、酸素供給ラインＬ２の経路中には、詳細を後述する熱交換器Ｈ１が設けられている。また、酸素供給ラインＬ２には、液体の酸素を気化するための図視略の気化器が設けられていてもよい。
分岐した酸素供給ラインＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ及びＬ２Ｃには、流量調節バルブＶ２，Ｖ３，Ｖ５がそれぞれ設けられている。

分岐した酸素供給ラインＬ２Ａは、バーナ１における第１支燃性ガス供給路５Ａの基端側と連通している。換言すると、酸素供給源１３と第１支燃性ガス供給路５Ａとは、酸素供給ラインＬ２及び酸素供給ラインＬ２Ａを介して接続されている。これにより、酸素供給源１３から酸素ガスを第１支燃性ガスＧ３としてバーナ１に供給できる。

一方、分岐した酸素供給ラインＬ２Ｂは、バーナ１の原料流体供給路３の基端側と連通している。換言すると、酸素供給源１３と原料流体供給路３とは、酸素供給ラインＬ２及び酸素供給ラインＬ２Ｂを介して接続されている。これにより、支燃性ガスである酸素ガスを、キャリアガスとしてバーナ１に供給できる。

また、分岐した酸素供給ラインＬ２Ｃは、バーナ１の第２支燃性ガス供給路５Ｂの基端側と連通している。換言すると、酸素供給源１３と第２支燃性ガス供給路５Ｂとは、酸素供給ラインＬ２及び酸素供給ラインＬ２Ｃを介して接続されている。これにより、酸素供給源１３から酸素ガスを第２支燃性ガスＧ４としてバーナ１に供給できる。

原料粉体供給源１４は、原料粉体を貯蔵する設備であり、酸素供給ラインＬ２から分岐した酸素供給ラインＬ２Ｂの経路中に設けられている。原料粉体供給源１４と原料流体供給路３とは、酸素供給ラインＬ２Ｂを介して接続されている。これにより、原料粉体である無機質粉体をキャリアガス（酸素ガス；支燃性ガス）とともにバーナ１に供給できる。
原料粉体供給源１４の形態は、特に限定されず、図２中に示す例のように、原料タンク１４Ａ及び原料切り出し機構１４Ｂ等を有した構成を採用できる。

球状化炉１５は、上記のように、内部空間２Ａにおいて、バーナ１の火炎によって無機質原料粉体を溶融・球状化して無機質球状化粒子を生成する、概略円筒形状の竪型炉である。
上述したように、球状化炉１５の天井部（炉頂部）には、本実施形態のバーナ１が、その先端１Ａ側が炉内に露出するように、垂直下向きに取り付けられている。
球状化炉１５の底部付近には、送風ブロワＰ２が設けられた空気導入ラインＬ４が接続されており、ここから冷却用空気を内部に導入し、排出される燃焼ガスの温度を下げることができるように構成されている。

球状化炉１５の底部付近には、排気ブロワＰ３が設けられた燃焼ガス排出ラインＬ５が接続されている。これにより、生成された無機質球状化粒子は、燃焼ガスによって搬送され、サイクロン１６の入口に送り込まれるように構成されている。
また、サイクロン１６の出口にはダクトが設けられており、このダクトはバグフィルター１７の入口に接続されている。

ここで、上述した本実施形態のバーナ１には、冷却水Ｗを流通させる冷却水用管路６が備えられているので、以下に詳述するように、例えば、２本の流路６ａ，６ｂのうち、冷却水Ｗの戻りラインとなる側の流路を、酸素、ＣＨ_４、アンモニアの熱交換に供することで、図視略の冷却塔で消費される電力量を低減することが可能となる。

冷却水循環ラインＬ３は、図２中では詳細な図示を省略しているが、バーナ１における冷却水用管路６の冷却水Ｗの２本の流路６ａ，６ｂ（図１を参照）の間で、冷却水Ｗが循環するように配置される。冷却水循環ラインＬ３には、冷却水を貯留する冷却塔ＣＴ、ポンプＰ１、熱交換器Ｈ１、熱交換器Ｈ３及び熱交換器Ｈ２が設けられている。

冷却水循環ラインＬ３においては、冷却塔ＣＴの冷却水Ｗが、ポンプＰ１により、流路６ａ側から冷却水用管路６内へ供給され、バーナ１の冷却を終えた後に流路６ｂ側から排出される。
次いで、冷却水用管路６から排出された高温の冷却水Ｗは、冷却水循環ラインＬ３と酸素供給ラインＬ２とにわたって設けられた熱交換器Ｈ１において、低温の液化酸素あるいは酸素ガスとの熱交換によって冷却される。
次いで、冷却水Ｗは、冷却水循環ラインＬ３と助燃用燃料供給ラインＬ６とにわたって設けられた熱交換器Ｈ３において、低温の助燃用燃料との熱交換によって冷却される。
さらに、冷却水Ｗは、冷却水循環ラインＬ３とアンモニア供給ラインＬ１とにわたって設けられた熱交換器Ｈ２において、低温の液化アンモニアあるいはアンモニアガスとの熱交換によって冷却された後、冷却塔ＣＴへ供給される。

助燃用燃料供給源１８は、燃料ガスの一部として用いる助燃用燃料を貯蔵する設備である。本実施形態の製造装置１００において、燃料ガスＧ２として用いる混合ガスに含まれるアンモニアガスは、従来の炭素源を含む気体燃料や水素と比較して燃焼性が低い。このため、バーナ１の燃料ガス供給路４に、さらに助燃用燃料を供給することで、燃焼時に発生するＣＯ_２を削減しつつ、バーナ１の火炎温度を高く維持できるので、無機質原料粉体を効率よく溶融できる。

助燃用燃料としては、水素の他、例えば、メタン（ＣＨ_４）やプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）等の気体燃料を用いることができる。また、液体霧化機構を用いることで、例えば、灯油、アルコール等の液体燃料を用いることも可能である。
ここで、本実施形態では、ＣＨ_４やプロパンＣ_３Ｈ_８等の気体燃料を助燃用燃料として用いた場合でも、少なくとも、燃料ガスＧ２における主体的な燃料は炭素源を含まないアンモニアなので、上述したような、無機質球状化粒子中に固体炭素が混入するのを抑制できる効果や、ＣＯ_２の排出を抑制できる効果が一定以上で得られる。

助燃用燃料供給ラインＬ６は、助燃用燃料供給源１８とバーナ１との間に設けられる。
より具体的には、助燃用燃料供給ラインＬ６は、バーナ１における燃料ガス供給路４の基端側と連通している。助燃用燃料供給源１８と燃料ガス供給路４とは、助燃用燃料供給ラインＬ６を介して接続されている。これにより、助燃用燃料供給源１８から助燃用燃料をバーナ１に供給できる。

助燃用燃料供給ラインＬ６には、熱交換器Ｈ３及び流量調節バルブＶ４が設けられている。
助燃用燃料供給ラインＬ６の経路中に熱交換器Ｈ３及び流量調節バルブＶ４が設けられていることで、バーナ１へ供給する助燃用燃料の温度や供給量を適宜調整できる。

［無機質球状化粒子の製造方法］
本実施形態で説明する無機質球状化粒子の製造方法は、上記構成とされた本実施形態の無機質球状化粒子製造装置を用いて無機質球状化粒子を製造する方法である。
即ち、図１に示すような、本実施形態のバーナ１が備えられた製造装置１００を用い、炭素源を含まないアンモニアからなる燃料ガスＧ２を用いたバーナ１の火炎によって無機質原料粉体を溶融・球状化することで、球状化炉１５で無機質球状化粒子を生成させる。

図１及び図２に示すように、先ず、原料粉体供給源１４から供給される原料粉体を、酸素供給源１３から酸素供給ラインＬ２，Ｌ２Ｂを介して供給されるキャリアガス（支燃性ガス・酸素）により、原料流体Ｇ１としてバーナ１の原料流体供給路３に供給する。これにより、複数の原料粉体供給口３１から、原料粉体を含む原料流体Ｇ１を、燃焼室２及びその先の球状化炉１５内に向けて噴出する。

これと同時に、アンモニア供給源１２からアンモニア供給ラインＬ１を介して、所定量のアンモニアガスをバーナ１の燃料ガス供給路４に供給するとともに、助燃用燃料供給源１８から助燃用燃料供給ラインＬ６を介して、所定量の水素をバーナ１の燃料ガス供給路４に供給することにより、バーナ１に混合ガスからなる燃料ガスＧ２を供給する。
これとともに、酸素供給源１３から酸素供給ラインＬ２，Ｌ２Ａを介して、所定量の酸素ガス（第１支燃性ガスＧ３）をバーナ１の第１支燃性ガス供給路５Ａに供給するとともに、酸素供給源１３から酸素供給ラインＬ２，Ｌ２Ｃを介して、所定量の酸素ガス（第２支燃性ガスＧ４）をバーナ１の第２支燃性ガス供給路５Ｂに供給する。

そして、バーナ１における複数の燃料ガス噴出口４１から、アンモニア及び水素の混合ガスからなる燃料ガスＧ２を燃焼室２及び球状化炉１５内に向けて噴出するとともに、複数の第１支燃性ガス噴出口５１から酸素ガス（第１支燃性ガスＧ３）を燃焼室２及び球状化炉１５内に向けて噴出する。これとともに、バーナ１における複数の第２支燃性ガス噴出口５２から酸素ガス（第２支燃性ガスＧ４）を燃焼室２及び球状化炉１５内に向けて噴出する。

この際、燃焼室２において形成される火炎により、原料流体Ｇ１に含まれる原料粉体が包囲されることで、この原料粉体が熔融・球状化する。

球状化した粒子は、バーナ１にける燃焼で生成した燃焼ガスと、空気導入ラインＬ４から導入される空気とが混合されたガス中で浮遊し、球状化炉１５の燃焼ガス排出ラインＬ５からサイクロン１６に送出される。このように、燃焼ガスに空気を混合させることで、サイクロン１６に導入されるガスの温度が低下し、サイクロン１６における粒子捕集に適した温度となる。

サイクロン１６では、ガス中に浮遊している球状化粒子のうち、粗粒の球状化粒子が捕集される。サイクロン１６から導出されたガスはバグフィルター１７に送出され、このバグフィルター１７において、球状化粒子のうち、細粒の球状化粒子が捕集される。

本実施形態の無機質球状化粒子の製造方法においては、燃料ガスＧ２として、炭素源を含まないアンモニア、及び、助燃用燃料からなる混合ガスを用いている。本実施形態では、炭素源を含まないアンモニアを含む燃料ガスＧ２を効率よく燃焼させるために、燃料ガスＧ２を、アンモニアに加えて、水素等の助燃用燃料を含む混合ガスとし、このような燃料ガスＧ２を供することで形成された火炎中に原料粉体（原料流体Ｇ１）を投入する。このように、燃料ガスＧ２が助燃用燃料を含む混合ガスであることで、燃料ガスＧ２に炭素源を含まないアンモニアを用いた場合であっても燃焼効率が高められ、燃焼時に発生するＣＯ_２を削減しつつ、火炎温度を高い温度に維持できるので、原料粉体を効率よく溶融・球状化できる。また、バーナ１が燃焼する際に逆火が生じるのを抑制できる効果も得られる。

なお、燃料ガスＧ２への助燃用燃料の混合タイミングは、例えば着火時のみとし、バーナ１の燃焼状態が安定した後に、助燃用燃料の供給を停止しても構わないし、あるいは、流量調節バルブＶ４で流量を調整しながら供給を継続してもよい。

＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態の無機質球状化粒子製造装置２００（以下、単に製造装置１００と略称する場合がある）及び無機質球状化粒子の製造方法について、主に図３及び図４を参照しながら説明する。
なお、本実施形態の製造装置２００も、上述した第１の実施形態の製造装置１００と同様、本実施形態に係るバーナ１（図１を参照）を備えたものなので、このバーナ１については、その詳細な説明を省略する。
また、本実施形態の製造装置２００において、上述した第１の実施形態の製造装置１００と同様の構成については、同じ符号を付して説明するとともに、その詳細な説明を省略することがある。

図３は、本実施形態のバーナ１を備えた製造装置２００の構成の一例を模式的に説明する系統図である。
また、図４は、図３中に示した加熱手段１１の構成をより詳細に拡大して示す系統図である。

図３に示すように、製造装置２００は、バーナ１、加熱手段１１、アンモニア供給源１２、酸素供給源１３、原料粉体供給源１４、球状化炉１５、サイクロン１６、バグフィルター１７、助燃用燃料供給源１８、アンモニア供給ラインＬ１、酸素供給ラインＬ２、冷却水循環ラインＬ３、空気導入ラインＬ４、燃焼ガス排出ラインＬ５及び助燃用燃料供給ラインＬ６を備え、概略構成される。
また、製造装置２００も、さらに、図視略の制御装置等を備えて構成される。

本実施形態の製造装置２００は、アンモニア供給ラインＬ１の経路中に加熱手段１１が設けられ、さらに、助燃用燃料供給ラインＬ６の経路中に燃料切替バルブＶ６が設けられるとともに、アンモニア供給ラインＬ１と助燃用燃料供給ラインＬ６とを短絡するように燃料切替バルブＶ７が設けられている点で、上述した第１の実施形態の製造装置１００とは異なる。
また、本実施形態の製造装置２００は、助燃用燃料供給源１８に貯蔵する助燃用燃料として、水素に代えてＣＨ４を主体とするＬＮＧを用いている点で、第１の実施形態の製造装置１００とは異なる。
本実施形態の製造装置２００は、上記の点を除き、第１の実施形態と同様のバーナ１を備えるとともに、第１の実施形態で説明した製造装置１００と同様の構成を有する。

本実施形態の製造装置２００は、上記の加熱手段１１を備えていることにより、アンモニア供給源１２から供給されるアンモニアを、必要に応じて加熱することで、水素と窒素とに熱分解する。これにより、本実施形態では、助燃用燃料に用いる水素として、燃料ガスＧ２に含まれるアンモニアの少なくとも一部を熱分解した熱分解ガスに由来するものを用いることができる。このように、助燃用燃料として用いる水素を、アンモニアの熱分解によって得ることにより、水素を貯蔵するタンク等が不要となるので、装置全体の構造がシンプルになる。

加熱手段１１は、アンモニアガスを水素と窒素とに熱分解するものであり、図３中に示す例では、アンモニア供給ラインＬ１の経路中において、アンモニア供給ラインＬ１における流量調節バルブＶ１の下流側に配置されている。
加熱手段１１は、例えば、発熱体、又は、熱交換器、あるいは、これらの組み合わせからなる。
また、加熱手段１１は、図４の詳細な系統図に示した例では、アンモニア供給ラインＬ１の上流側から、熱交換器１１Ａ、第１温度計１１Ｂ、発熱体１１Ｃ、及び第２温度計１１Ｄの各々が順次直列に接続されている。

熱交換器１１Ａは、排熱を利用してアンモニアを加熱するものであり、図４中に示すように、熱源となる廃熱が流通する廃熱ラインＬ７が接続され、廃熱とアンモニアとで熱交換することが可能な構成とされている。
熱交換器１１Ａとしては、例えば、レキュペレータを使用することができる。
また、熱交換器１１Ａにおいて、廃熱ラインＬ７によって供給される廃熱としては、例えば、製造装置１００の何れかで発生する廃熱に加え、他の施設や工場の廃熱を利用することが可能である。

発熱体１１Ｃは、例えば、電気、蒸気又はガス等による発熱を利用してアンモニアを加熱するものであり、温度制御が容易なものを用いることができる。また、本実施形態の発熱体１１Ｃには、上述した熱交換器１１Ａとは異なり、廃熱を利用するものは含まれない。

さらに、加熱手段１１には、熱交換器１１Ａを通過したアンモニアガスの温度を測る第１温度計１１Ｂ、及び、発熱体１１Ｃを通過したアンモニアガスの温度を測る第２温度計１１Ｄが備えられる。
第１温度計１１Ｂ、並びに、第２温度計１１Ｄとしては、従来公知の温度計を使用することができる。

図視略の制御装置は、第１温度計１１Ｂ及び第２温度計１１Ｄにおける温度測定値に応じて、加熱手段１１全体における加熱温度を制御する。
例えば、第１温度計１１Ｂにおける温度測定値が所定の温度よりも低い場合、図視略の制御装置は、発熱体１１Ｃを稼働させることで、アンモニアを分解するための熱を補う。また、第２温度計１１Ｄにおける温度測定値が所定の温度よりも高い場合には、制御装置は、発熱体１１Ｃの出力を下げることでアンモニアの分解温度を調整する。
一方、第１温度計１１Ｂの温度測定値が所定の温度よりも高い場合、図視略の制御装置は、従来公知の手段により、熱交換器１１Ａにおける熱交換温度を下げてアンモニアの分解温度を調整する。

なお、本実施形態においては、加熱手段１１として、熱交換器１１Ａと発熱体１１Ｃとを併用した形態について説明しているが、これには限定されず、例えば、熱交換器１１Ａ、又は、発熱第１１Ｃのうちの何れかを単独で使用しても構わない。

また、バーナ１に供給する燃料（燃料ガスＧ２）の切り替えは、図３中に示した燃料切替バルブＶ６及び燃料切替バルブＶ７の開閉操作によって行うことが可能である。本実施形態では、燃料切替バルブＶ６及び燃料切替バルブＶ７の開閉操作により、燃料ガスＧ２に含まれる助燃用燃料を、アンモニアを熱分解することで得られた水素と、助燃用燃料供給源１８に貯蔵したＣＨ_４とで、簡単な操作で切り替えることができる。

本実施形態においては、上記構成を備える製造装置２００を用いて、バーナ１に供給する燃料ガスＧ２に含まれる助燃用燃料として、加熱手段１１で熱分解して得られる水素を用い、また、上述した燃料切替バルブＶ６及び燃料切替バルブＶ７によって燃料ガスＧ２のガス種を切り替えることが可能である点を除き、第１の実施形態で説明した方法と同様の手順及び条件により、無機質球状化粒子を製造することができる。

本実施形態においては、詳細な図示を省略するが、燃料ガスＧ２に含まれる助燃用燃料として用いられる熱分解ガスが、ガス分離膜や圧力変動吸着装置等の従来公知の窒素除去手段（ガス分離手段）によって窒素が除去されているものであることがより好ましい。このように、助燃用燃料として用いる熱分解ガスから、燃焼に寄与しない窒素を除去することで、バーナ１の燃焼効率を向上させることが可能となる。
また、燃焼効率を向上させる観点からは、熱分解ガス中に残留する窒素濃度は２５体積％以下であることがより好ましい。

また、上記の熱分解ガスには、例えば、未分解のアンモニア、水素、窒素が含まれてもよいし、全てのアンモニアが水素と窒素に分解されることで、未分解のアンモニアが含まれない成分であってもよい。一方、火炎の燃焼速度が速められ、燃焼温度が高められる観点からは、熱分解ガスには未分解のアンモニアが含まれていないことが好ましい。ここで、本明細書で説明する、未分解のアンモニアを含まない状態とは、熱分解ガス中のアンモニア濃度が５ｐｐｍ以下であることを意味する。

また、本実施形態においては、火炎の燃焼速度が速められ、また、燃焼温度が高められる観点から、燃料ガスＧ２に含まれるアンモニアを熱分解した熱分解ガスの温度が１５０℃以上であることが好ましく、３００℃以上であることがより好ましい。
燃料ガスＧ２に含まれる熱分解ガスの温度を１５０℃以上とすることで、アンモニアの水素と窒素への熱分解が効率的に進行し、形成される火炎の燃焼速度が速められるとともに、燃焼温度も高められる。これにより、アンモニアを燃料としたバーナ１であっても、球状化度に優れた無機質球状化粒子を製造することが可能となる。
また、燃料ガスＧ２に含まれる熱分解ガスの温度を３００℃以上とすることで、アンモニアの大部分が水素と窒素とに熱分解され、形成される火炎の燃焼速度がさらに速められるとともに、燃焼温度もさらに高められる。これにより、アンモニアを燃料としたバーナ１であっても、球状化度により優れた無機質球状化粒子を製造することが可能となる。

一方、上記の熱分解ガスは、温度が高ければ高いほど、アンモニアが水素と窒素に効果的に分解され、火炎の燃焼速度が速められ、また、燃焼温度が高められるので、上限の温度は特に限定されるものではない。しかしながら、アンモニアの熱分解に要する消費エネルギーと、火炎の燃焼速度及び燃焼温度とのバランスを考慮した場合、熱分解ガスの温度は、２００℃以上４００℃以下であることがより好ましく、２５０℃以上３５０℃以下であることがさらに好ましい。

なお、本発明において説明する熱分解ガスの温度とは、加熱手段（図３及び図４における符号１１を参照）を通過した直後の温度である。また、加熱手段として発熱体（図４における符号１１Ｃを参照）と熱交換器（同符号１１Ａを参照）とを併用する場合には、下流側に配置された加熱手段を通過した直後の温度である。

以下に、本実施形態の無機質球状化粒子の製造方法（及び製造装置）を採用した工程における運転方法の一例について説明する。
本実施形態においては、上記の製造方法（及び製造装置）によって無機質球状化粒子を製造するにあたり、例えば、昇温工程、燃料変更工程、及び製造工程（本実施形態の製造方法）からなる運転方法で実施することができる。

まず、昇温工程においては、例えば、炭化水素を含む燃料をバーナ１の燃料ガス供給路４に供給することで火炎を形成し、球状化炉１５内の温度を上昇させる。炭化水素燃料の火炎は燃焼温度が高いため、球状化炉１５内の温度を素早く上昇させることができる。このような炭化水素燃料としては、助燃用燃料供給源１８に貯蔵したＣＨ_４を用いることが可能である。

なお、昇温工程において、燃焼によるＣＯ_２の発生量を抑制したい場合には、炭素を含まない燃料を使用することも可能である。例えば、上述したような熱分解ガスを利用する場合には、燃料切替バルブＶ６及び燃料切替バルブＶ７の開閉操作により、加熱手段１１においてアンモニアが熱分解して得られた水素を用いる。また、アンモニアの熱分解の熱源にバーナ１の排熱を利用する場合には、アンモニアは、上述したように、まず、加熱手段１１における発熱体１１Ｃによって熱分解される。そして、バーナ１の排熱の温度が所定の温度まで上昇した後は、アンモニアを熱交換器１１Ａによって熱分解する。この際、発熱体１１Ｃは停止していてもよいし、加熱出力を下げてブースターとして使用してもよい。

次に、燃料変更工程においては、球状化炉１５内の温度が上昇した後、昇温工程で燃料ガスＧ２に用いる助燃用燃料として助燃用燃料供給源１８に貯蔵したＣＨ_４を用いた場合には、バーナ１の燃料ガス供給路４に供給する助燃用燃料を、加熱手段１１でアンモニアが熱分解して得られた水素に切り替えて火炎を形成する。この際、バーナ１に供給する助燃用燃料（燃料ガスＧ２）の切り替えは、上記同様、燃料切替バルブＶ６及び燃料切替バルブＶ７の開閉操作によって行うことができる。

なお、加熱手段１１において、アンモニアの熱分解の熱源にバーナ１の排熱、即ち、図１に示したバーナ１に備えられる冷却水用管路６戻りラインとなる側から排出された冷却水Ｗを熱源として利用する場合には、アンモニアは、加熱手段１１に備えられる熱交換器１１Ａによって分解される。この際、発熱体１１Ｃは停止してもよいし、上記同様、加熱出力を下げてブースターとして使用してもよい。

次に、製造工程においては、無機質原料粉体（原料流体Ｇ１）を火炎中に供給し、無機質球状化粒子を製造する。
上記のような運転方法を採用した場合には、球状化炉１５内の温度を素早く上げられるため、製造装置１００の起動時間を短縮できる効果が得られる。
また、製造工程においては、前工程の燃料変更工程において燃料（燃料ガスＧ２）がアンモニアに切り替えられているので、燃焼に伴うＣＯ_２の発生量を抑制できるとともに、得られる無機質球状化粒子に煤等の固体炭素が混入するのを抑制することが可能となる。

＜作用効果＞
以上説明したように、本実施形態の無機質球状化粒子製造用バーナ１によれば、上記のように、燃料ガスＧ２として、アンモニア及び助燃用燃料を含んだ混合ガスを用いた構成を採用している。
このように、燃料ガスＧ２として、炭素源を含まないアンモニア、及び、助燃用燃料を含んだガスを用いることで、バーナ１の燃焼によって発生するＣＯ_２の量を大幅に削減できる。また、燃料ガスＧ２の少なくとも一部が、炭素源を含まないアンモニアからなることで、燃料中の炭素源に起因する煤の発生を抑制できるので、無機質球状化粒子中に不純物である固体炭素が混入するのを抑制できる。さらに、燃料ガスＧ２が助燃用燃料を含むことで、例えば、燃料ガスＧ２としてアンモニア単体のガス等を用いた場合に比べ、燃焼速度が速められるとともに、燃焼温度も高められるので、無機質原料粉体が熔融されやすくなるため、得られる無機質球状化粒子の球状化度も高められる。
従って、製造設備や工程を複雑化させることなく、環境に及ぼす影響を抑制しながら品質に優れた無機質球状化粒子を歩留まりよく製造することが可能になる。

また、本実施形態の無機質球状化粒子の製造方法によれば、上記構成を有した本実施形態の無機質球状化粒子製造用バーナ１を用いて無機質球状化粒子を製造する方法なので、上記同様、バーナ１の燃焼時に発生するＣＯ_２を大幅に削減できるとともに、燃料中の炭素源に起因する煤の発生を抑制でき、さらに、火炎の燃焼速度及び燃焼温度が高められる。
これにより、温暖化ガスの排出量を抑制しながら、製品となる無機質球状化粒子中への固体炭素の混入を抑制できるとともに、無機質球状化粒子の球状化度も高められるので、上記同様、製造設備や工程を複雑化させることなく、環境に及ぼす影響を抑制しながら品質に優れた無機質球状化粒子を歩留まりよく製造することが可能になる。

また、本発明に係る無機質球状化粒子によれば、上記構成を有した本発明に係る無機質球状化粒子製造用バーナ１、又は、無機質球状化粒子の製造方法を用いて得られる無機質球状化粒子なので、固体炭素の混入が抑制されるとともに、球状化度が高められ、歩留まりが良く品質に優れたものとなる。

＜その他の形態＞
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は上記のような特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

以下、実施例により、本発明に係る無機質球状化粒子製造用バーナ、無機質球状化粒子製造装置、及び無機質球状化粒子の製造方法についてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜無機質球状化粒子製造用バーナ＞
本実施例においては、図１に示すような、燃焼室２、原料流体供給路３、燃料ガス供給路４、第１支燃性ガス供給路５Ａ、第２支燃性ガス供給路５Ｂ、及び冷却水用管路６を備え、燃焼室２内に、原料粉体供給口３１、燃料ガス噴出口４１、第１支燃性ガス噴出口５１及び第２支燃性ガス噴出口５２が開口した構成のバーナ、即ち、上述した本発明に係る一実施形態として説明したバーナ１を用いて無機質球状化粒子を製造した場合のシミュレーションを行った。

また、本実施例においては、アンモニアの一部又は全部を加熱し、熱分解したガスを燃料ガスＧ２に用いたときの、火炎の燃焼速度及び燃焼温度を、以下の条件によって計算し、そのシミュレーション結果を図５Ａ及び図５Ｂのグラフに示した。

＜シミュレーション条件＞
（１）シミュレーションソフト（計算ソフト）：Ｃｈｅｍｉｋｉｎ Ｐｒｏ：Ａｎｓｙｓ社製）
（２）燃料ガスＧ２：アンモニア（ＮＨ４）及び助燃用燃料としてアンモニアを熱分解した水素を含む。
（３）第１支燃性ガスＧ３及び第２支燃性ガスＧ４：酸素ガス

＜評価結果＞
図５Ａのグラフに、本実施例における、燃料ガスＧ２中に含まれる水素濃度と、形成される火炎の燃焼速度との関係のシミュレーション結果について示すとともに、図５Ｂのグラフに、燃料ガスＧ２中に含まれる水素濃度と、形成される火炎の燃焼温度との関係のシミュレーション結果について示す。また、図５Ａ及び図５Ｂのグラフにおいては、それぞれ、支燃性ガスの酸素濃度を３０体積％、５０体積％、７５体積％、及び１００体積％とした場合、並びに、支燃性ガスを空気とした場合のシミュレーション結果について示している。

図５Ａのグラフに示すように、上記条件によるシミュレーションの結果、アンモニア及び水素の混合ガスからなる燃料ガスＧ２中における水素濃度が４０体積％以上である場合に、火炎の燃焼速度が顕著に上昇することがわかる。
また、図５Ｂのグラフに示すように、支燃性ガス（第１支燃性ガスＧ３及び第２支燃性ガスＧ４）中における酸素濃度が５０体積％以上である場合に、火炎の燃焼速度及び燃焼温度が顕著に上昇することがわかる。
特に、支燃性ガス中の酸素濃度が１００体積％であって、混合ガスからなる燃料ガスＧ２中の水素濃度が３０体積％以上である場合には、燃料ガスＧ２がアンモニアのみからなる場合に対して、火炎の燃焼速度が約２倍となり、また、火炎の燃焼温度が約７０℃上昇することがわかる。

上記のような、本実施例におけるシミュレーション結果は、無機質球状化粒子製造用バーナにおいて、炭化水素の火炎で燃焼補助することなく、アンモニアを燃料ガスＧ２に用いた火炎の燃焼速度及び燃焼温度を上昇させることができ、球状化度に優れた無機質球状化粒子を製造できることを示唆していることが明らかである。
また、アンモニアを燃料ガスＧ２に用いることで、燃焼に伴うＣＯ_２の発生量を抑制できるとともに、無機質球状化粒子中に固体炭素が混入するのを抑制できることが明らかである。

本発明の無機質球状化粒子製造用バーナ、無機質球状化粒子の製造方法、及び無機質球状化粒子は、環境に及ぼす影響を抑制しながら品質に優れた無機質球状化粒子を歩留まりよく製造することが可能なものなので、火炎中において無機質原料粉体を熔融・球状化させ、無機質球状化粒子を製造する用途において非常に好適である。

１…無機質球状化粒子製造用バーナ（バーナ）
１Ａ…先端
２…燃焼室
２１…底部
２２…側壁
３…原料流体供給路
３１…原料粉体供給口
４…燃料ガス供給路
４１…燃料ガス噴出口
５Ａ…第１支燃性ガス供給路
５１…第１支燃性ガス噴出口
５Ｂ…第２支燃性ガス供給路
５２…第２支燃性ガス噴出口
６…冷却水用管路
６ａ，６ｂ…流路
６１…先端（冷却水用管路）
Ｊ…中心軸
１００，２００…無機質球状化粒子製造装置
１１…加熱手段
１１Ａ…熱交換器
１１Ｂ…第１温度計
１１Ｃ…発熱体
１１Ｄ…第２温度計
１２…アンモニア供給源
１３…酸素供給源
１４…原料粉体供給源
１５…球状化炉
１６…サイクロン
１７…バグフィルター
１８…助燃用燃料供給源
Ｌ１…アンモニア供給ライン
Ｌ２，Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂ，Ｌ２Ｃ…酸素供給ライン
Ｌ３…冷却水循環ライン
Ｌ４…空気導入ライン
Ｌ５…燃焼ガス排出ライン
Ｌ６…助燃用燃料供給ライン
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５…流量調節バルブ
Ｖ６，Ｖ７…燃料切替バルブ
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３…熱交換器
Ｇ１…原料流体
Ｇ２…燃料ガス
Ｇ３…第１支燃性ガス
Ｇ４…第２支燃性ガス
Ｗ…冷却水

Claims (11)

1. 燃料ガスと支燃性ガスとの燃焼による火炎中に無機質原料粉体を供給し、該無機質原料粉体を熔融・球状化する無機質球状化粒子製造用バーナであって、
   前記燃料ガスが、アンモニア及び助燃用燃料を含んだ混合ガスであることを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナ。
2. 前記助燃用燃料が水素であることを特徴とする請求項１に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
3. 前記水素が、前記燃料ガスに含まれる前記アンモニアの少なくとも一部を熱分解した熱分解ガスに由来するものであることを特徴とする請求項２に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
4. 前記熱分解ガスは、ガス分離手段によって窒素が除去されていることを特徴とする請求項３に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
5. 前記混合ガス中における前記水素の濃度が４０％以上であることを特徴とする請求項２～請求項４の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
6. 前記支燃性ガス中における酸素濃度が３０％以上であることを特徴とする請求項１～請求項５の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
7. 火炎形成方向における先端側が拡径するように開口した有底円錐形状の燃焼室と、
   前記燃焼室内に向けて、支燃性ガスをキャリアガスとして原料粉体を供給する原料流体供給路と、
   前記原料流体供給路を外周側から取り囲むように配置され、前記燃焼室内に向けて燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、
   前記燃料ガス供給路を外周側から取り囲むように配置され、前記燃焼室内に向けて前記支燃性ガスを供給する第１支燃性ガス供給路と、
   前記第１支燃性ガス供給路を外周側から取り囲むように配置され、前記燃焼室内に向けて前記支燃性ガスを供給する第２支燃性ガス供給路と、を備え、
   前記原料粉体供給路は、前記燃焼室の底部に設けられる複数の原料粉体供給口によって前記燃焼室内に開口しており、且つ、前記複数の原料粉体供給口は、前記無機質球状化粒子製造用バーナの中心軸を囲むように配置されており、
   前記燃料ガス供給路は、前記燃焼室に開口するとともに、平面視で前記原料粉体供給口を取り囲むように複数で設けられ、前記中心軸に沿った方向で平行に前記燃料ガスを噴出する燃料ガス噴出口を有しており、
   前記第１支燃性ガス供給路は、前記燃焼室の側壁に開口するとともに、平面視で前記燃料ガス噴出口を取り囲むように複数で設けられ、前記中心軸に対する直交方向の面内で旋回流を形成させながら前記支燃性ガスを噴出する第１支燃性ガス噴出口を有しており、
   前記第２支燃性ガス供給路は、前記燃焼室の側壁における前記第１支燃性ガス噴出口よりも下流側の位置に開口するとともに、平面視で前記第１支燃性ガス噴出口を取り囲むように複数で設けられ、前記中心軸に向けて前記支燃性ガスを噴出する第２支燃性ガス噴出口を有していることを特徴とする請求項１～請求項６の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
8. 前記第１支燃性ガス供給路及び前記第２支燃性ガス供給路に供給する前記支燃ガスの流量を、それぞれ独立して制御する制御手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
9. 前記燃焼室の外側に、冷却水を流通させるための冷却水用管路を有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
10. 請求項１～請求項９の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナを用いることを特徴とする無機質球状化粒子の製造方法。
11. 請求項１～請求項９の何れか一項に記載の無機質球状化粒子製造用バーナ、又は、請求項１０に記載の無機質球状化粒子の製造方法によって得られることを特徴とする無機質球状化粒子。

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