JP2023032546A - Nozzle for atomizing pyrolysis plant or atomizing dryer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、噴霧熱分解装置用又は噴霧乾燥装置用のノズルに関する。 The present invention relates to nozzles for spray pyrolysis or spray drying.
微粒子の製造装置として、例えば,噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置が使用されている(特許文献1、2)。これら装置においては、例えば、加熱炉内に、原料溶液のミスト(液滴)を噴霧するためのノズルと、燃焼ガスを発生させるための燃焼バーナーが設置されており、加熱炉の下方に設置されたノズルから上方に向けてミストを噴霧し、燃焼ガスを熱源としてミストを熱分解又は乾燥することで微粒子が製造されている。
For example, a spray pyrolysis apparatus or a spray drying apparatus is used as an apparatus for producing fine particles (
ノズルは高温の加熱炉内に設置されているため、ノズルを耐熱温度以下に保つ目的で、ノズルを断熱材で被覆するか、又はノズルに冷却機構を付与する等の対策が採られている。ノズルに冷却機構を付与する場合、ノズルの外周に水を循環させるか、又は冷却用エアを流通させることが多い。しかし、本発明者らの検討によれば、冷却用エアを流通させる場合、次の課題があることが判明した。すなわち、冷却用エアを用いる場合、ノズル本体と保護管との空隙に冷却用エアを流通させてノズルを冷却しつつ、冷却用エアをミストの周囲に排出させて加熱炉内へ流入させているが、加熱炉内に流入する冷却用エアの温度が位置によってばらつき、これに伴いミストが受ける熱量もばらつきを生ずるため、ミストに焼成ムラ又は乾燥ムラが発生する。その結果、焼成ムラ又は乾燥ムラを生じたミストから生成した微粒子は粒子強度が低下し、粒子物性のばらつきの要因となる。ここで、本明細書において「焼成ムラ又は乾燥ムラ」とは、ミストの一部が十分な熱を受けられず、生焼けの様な状態となることをいう。
本発明の課題は、ミストの焼成ムラ又は乾燥ムラを抑制可能な噴霧熱分解装置用又は噴霧乾燥装置用のノズル、及びそれを用いた噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置を提供することにある。
Since the nozzle is installed in a high-temperature heating furnace, measures such as covering the nozzle with a heat insulating material or adding a cooling mechanism to the nozzle are taken in order to keep the nozzle below the heat-resistant temperature. When providing the nozzle with a cooling mechanism, it is often the case that water is circulated around the outer periphery of the nozzle, or cooling air is circulated. However, according to the studies of the present inventors, it has been found that the following problems arise when the cooling air is circulated. That is, when cooling air is used, the cooling air is circulated in the gap between the nozzle body and the protective tube to cool the nozzle, while the cooling air is discharged around the mist and flowed into the heating furnace. However, the temperature of the cooling air flowing into the heating furnace varies depending on the position, and accordingly the amount of heat received by the mist also varies, resulting in uneven firing or uneven drying of the mist. As a result, fine particles generated from mist that causes uneven firing or uneven drying have a reduced particle strength, which causes variations in physical properties of the particles. Here, in this specification, the term "uneven baking or uneven drying" means that part of the mist is not sufficiently heated and becomes half-baked.
An object of the present invention is to provide a nozzle for a spray pyrolysis apparatus or a spray drying apparatus capable of suppressing uneven baking or drying of mist, and a spray pyrolysis apparatus or spray drying apparatus using the same.
本発明者らは、上記課題に鑑み検討した結果、ノズル本体の外周に保護管を設け、ノズル本体と保護管との空隙に、冷却用ガスをノズル本体の周囲を旋回するように流通させることで、ミストが受ける熱量のばらつきが抑えられるとともに、ミストの分散性も良好になるため、ミストの焼成ムラ又は乾燥ムラが抑制され、粒子強度の低下が抑えられた粒子物性のばらつきの少ない微粒子を製造できることを見出した。 As a result of studies in view of the above problems, the inventors of the present invention have found that a protective tube is provided on the outer periphery of the nozzle body, and cooling gas is circulated around the nozzle body in a gap between the nozzle body and the protective tube. This suppresses the variation in the amount of heat received by the mist and improves the dispersibility of the mist, so uneven firing or drying of the mist is suppressed, and the decrease in particle strength is suppressed. I found that it can be manufactured.
すなわち、本発明は、次の〔1〕~〔9〕を提供するものである。
〔1〕液体を噴霧する吐出口を有するノズル本体と、
該ノズル本体の外周を覆う保護管
を備え、
前記ノズル本体と前記保護管との間には、冷却用ガスを流通可能な空隙が設けられ、
該空隙には、前記ノズル本体の周囲を旋回しながら前記吐出口に向かって前記冷却用ガスを排出可能な機構が設けられている、
噴霧熱分解装置用又は噴霧乾燥装置用のノズル。
〔2〕前記機構が、前記空隙に設置されたプレートユニットから構成されるものである、前記〔1〕記載のノズル。
〔3〕前記機構が、前記冷却用ガスより回転力を受けて回転する羽根車である、前記〔1〕記載のノズル。
〔4〕前記機構が、前記保護管内径の接線方向に前記冷却用ガスを導入するための冷却用ガス導入管を前記保護管に設置したものである、前記〔1〕記載のノズル。
〔5〕前記機構が、前記空隙に2以上設けられている、前記〔1〕~〔4〕のいずれか一に記載のノズル。
〔6〕前記冷却用ガスが、空気である、前記〔1〕~〔5〕のいずれか一に記載のノズル。
〔7〕前記ノズル本体が、1流体ノズル、2流体ノズル、3流体ノズル又は4流体ノズルである、前記〔1〕~〔6〕のいずれか一に記載のノズル。
〔8〕原料溶液を噴霧するノズルと、
該ノズルから噴霧された前記原料溶液のミストを、燃焼バーナーの燃焼ガスにより熱分解又は乾燥する加熱炉
を備え、
前記ノズルが、前記〔1〕~〔7〕のいずれか一に記載のノズルである、
噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置。
〔9〕前記加熱炉内に前記燃焼ガスの旋回流を発生させる機構を備え、
前記加熱炉内の前記燃焼ガスの旋回方向と、前記空隙の冷却用ガスの旋回方向が同一である、前記〔8〕記載の噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置。
That is, the present invention provides the following [1] to [9].
[1] a nozzle body having a discharge port for spraying a liquid;
A protective tube covering the outer periphery of the nozzle body is provided,
Between the nozzle body and the protective tube, a gap is provided through which cooling gas can flow,
The gap is provided with a mechanism capable of discharging the cooling gas toward the discharge port while rotating around the nozzle body.
Nozzles for spray pyrolyzers or spray dryers.
[2] The nozzle according to [1], wherein the mechanism is composed of a plate unit installed in the gap.
[3] The nozzle according to [1], wherein the mechanism is an impeller that rotates by receiving rotational force from the cooling gas.
[4] The nozzle according to [1], wherein the mechanism is provided with a cooling gas introduction pipe for introducing the cooling gas in a tangential direction to the inner diameter of the protection pipe.
[5] The nozzle according to any one of [1] to [4], wherein two or more of the mechanisms are provided in the gap.
[6] The nozzle according to any one of [1] to [5], wherein the cooling gas is air.
[7] The nozzle according to any one of [1] to [6], wherein the nozzle body is a one-fluid nozzle, two-fluid nozzle, three-fluid nozzle, or four-fluid nozzle.
[8] a nozzle for spraying the raw material solution;
Equipped with a heating furnace that thermally decomposes or dries the mist of the raw material solution sprayed from the nozzle with the combustion gas of the combustion burner,
The nozzle is the nozzle according to any one of [1] to [7] above,
Spray pyrolysis or spray drying equipment.
[9] A mechanism for generating a swirling flow of the combustion gas is provided in the heating furnace,
The spray pyrolysis apparatus or spray drying apparatus according to the above [8], wherein the swirling direction of the combustion gas in the heating furnace is the same as the swirling direction of the cooling gas in the gap.
本発明のノズルを用いれば、ノズルから噴霧されたミストが受ける熱量のばらつきが抑えられるとともに、ミストの分散性も良好になるため、ミストの焼成ムラ又は乾燥ムラが抑制され、粒子強度の低下が抑えられた粒子物性のばらつきの少ない微粒子を製造することができる。 When the nozzle of the present invention is used, variations in the amount of heat received by the mist sprayed from the nozzle are suppressed, and the dispersibility of the mist is improved, so that uneven baking or drying of the mist is suppressed, and a decrease in particle strength is prevented. It is possible to produce microparticles with reduced variations in physical properties of the particles.
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。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 present invention will now be described in detail with reference to the accompanying 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.
〔噴霧熱分解装置用又は噴霧乾燥装置用のノズル〕
本発明のノズルは、噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置に専ら使用されるものである。
図1は、本発明のノズルの一例を示す模式図である。
ノズル100は、図1に示されるように、ノズル本体1と、ノズル本体1の外周を覆う保護管3を備え、ノズル本体1の端部には、液体を噴霧するための吐出口2が設けられている。そして、ノズル100は、ノズル本体1と保護管3との間に冷却用ガスを流通可能な空隙4が設けられ、空隙4は、保護管3の端部の冷却用ガス導入口7から導入された冷却用ガスを、ノズル本体1の周囲を旋回させながら吐出口2に向かって排出可能な機構5を有していることを特徴とする。
[Nozzle for spray pyrolysis device or spray drying device]
The nozzle of the present invention is exclusively for use in spray pyrolysis or spray drying equipment.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the nozzle of the present invention.
As shown in FIG. 1, the
ノズル本体としては、例えば、流体ノズルを挙げることができる。より具体的には、1流体ノズル、2流体ノズル、3流体ノズル又は4流体ノズルが挙げられる。中でも、2流体ノズル、3流体ノズル又は4流体ノズルが好ましく、3流体ノズル又は4流体ノズルが更に好ましい。 The nozzle body may be, for example, a fluid nozzle. More specifically, a one-fluid nozzle, a two-fluid nozzle, a three-fluid nozzle, or a four-fluid nozzle can be used. Among them, a two-fluid nozzle, a three-fluid nozzle, or a four-fluid nozzle is preferable, and a three-fluid nozzle or a four-fluid nozzle is more preferable.
ノズル本体は、加熱炉の容積や仕様等を考慮し、これにあった市販のノズルを選択すればよい。また、加熱炉の仕様に応じたものを作製しても構わない。
ノズル本体の長さは、加熱炉の容積や仕様等に応じて適宜選択可能であるが、例えば、400~1500mmである。
また、ノズル本体の外径は、加熱炉の容積や仕様等に応じて適宜選択可能であるが、例えば、ノズルが円筒型の場合、φ40~80mmである。
For the nozzle main body, a commercially available nozzle suitable for the volume and specifications of the heating furnace may be selected. Also, it may be manufactured according to the specifications of the heating furnace.
The length of the nozzle body can be appropriately selected according to the volume and specifications of the heating furnace, and is, for example, 400 to 1500 mm.
Further, the outer diameter of the nozzle body can be appropriately selected according to the volume and specifications of the heating furnace.
流体ノズルの方式には、ノズル内部でガスと原料溶液とを混合する内部混合方式と、ノズル外部でガス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。ノズルに供給するガスとして、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 to be 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.
保護管は、ノズル本体と一定距離を保ちながら、ノズル本体の外周を覆うように設置される。
保護管の材質は、耐熱性であれば特に限定されないが、例えば、鉄、ステンレス、インコネル、ハステロイ、チタン等の耐熱性のある金属、セラミックス、レンガ、不定形耐火物を挙げることができる。
The protection tube is installed so as to cover the outer periphery of the nozzle body while maintaining a certain distance from the nozzle body.
The material of the protective tube is not particularly limited as long as it is heat-resistant, but examples include heat-resistant metals such as iron, stainless steel, Inconel, Hastelloy, and titanium, ceramics, bricks, and monolithic refractories.
保護管の長さは、ノズル本体の長さよりも短ければよく、ノズル本体の長さに応じて適宜設定可能である。例えば、保護管の長さは、ノズル本体の長さに対して、0.70~0.95倍である。また、保護管の内径は、例えば、ノズル本体の外径に対して1.5~2.0倍である。これにより、冷却用ガスの排出速度を調整することができる。
なお、保護管をノズル本体に設置する場合、保護管端部がノズル本体の吐出口よりも外側に突出させて設置することが好ましい。これにより、旋回状態の冷却用ガスでノズル本体を冷却しつつ、ノズル本体の吐出口周囲に排出できるため、ミストが受ける熱量のばらつきが抑えられるとともに、ミストの分散性が高められ、ミストの焼成ムラ又は乾燥ムラを抑制することができる。
The length of the protective tube may be shorter than the length of the nozzle body, and can be appropriately set according to the length of the nozzle body. For example, the length of the protective tube is 0.70 to 0.95 times the length of the nozzle body. Also, the inner diameter of the protective tube is, for example, 1.5 to 2.0 times the outer diameter of the nozzle body. Thereby, the discharging speed of the cooling gas can be adjusted.
When the protective tube is installed in the nozzle main body, it is preferable that the end of the protective tube protrudes outward from the discharge port of the nozzle main body. As a result, the nozzle body can be cooled by the cooling gas in a swirling state and discharged around the discharge port of the nozzle body, so the variation in the amount of heat received by the mist can be suppressed, the dispersibility of the mist can be improved, and the mist can be fired. It is possible to suppress unevenness or dryness unevenness.
ノズル本体と保護管との間の空隙には、ノズル本体を冷却するための冷却用ガスが導入される。
冷却用ガスとしては、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。
A cooling gas for cooling the nozzle body is introduced into the gap between the nozzle body and the protective tube.
As the cooling gas, for example, air or an inert gas such as nitrogen or argon can be used. Among them, air is preferable from the viewpoint of economy.
空隙内に導入した冷却用ガスは、ノズル本体吐出口に向かって排出されるが、空隙内には、冷却用ガスがノズル本体周囲で旋回しながら、ノズル本体の吐出口周囲に排出させるための機構が設けられている。
かかる機構としては、空隙内に導入した冷却用ガスがノズル本体周囲で旋回流を発生できれば特に限定されないが、例えば、プレートユニットを挙げることができる。ここで、本明細書において「プレートユニット」とは、1又は2以上の板状体から構成されるものをいい、例えば、複数枚の板状体を集積したもの、1枚の板状体を加工したものを挙げることができる。
板状体の形状は、例えば、矩形、円形、楕円形、先細り形状、弓形等が挙げられ、適宜選択することができる。
板状体の材質は、金属でもセラミックでもよく、特に限定されない。
板状体の長さは、概ね10~100mmであり、厚みは、概ね1~10mmであり、幅は空隙の幅と略同等である。
なお、プレートユニットは、空隙内に1又は2以上設置することが可能である。プレートユニットの設置位置は適宜設定可能であるが、例えば、2基設置する場合、ノズル本体の吐出口側端部と、ノズル本体の略中間部とすることができるが、これに限定されない。
The cooling gas introduced into the gap is discharged toward the discharge port of the nozzle body. A mechanism is provided.
Such a mechanism is not particularly limited as long as the cooling gas introduced into the gap can generate a swirling flow around the nozzle body, and for example, a plate unit can be used. Here, the term "plate unit" as used herein refers to a unit composed of one or more plate-like bodies. processed ones can be mentioned.
The shape of the plate-like body may be, for example, rectangular, circular, elliptical, tapered, arcuate, etc., and can be selected as appropriate.
The material of the plate-like body may be metal or ceramic, and is not particularly limited.
The plate-like body has a length of approximately 10 to 100 mm, a thickness of approximately 1 to 10 mm, and a width approximately equal to the width of the gap.
One or more plate units can be installed in the gap. The installation position of the plate unit can be set as appropriate. For example, when two units are installed, it is possible to install them at the ejection port side end of the nozzle main body and the substantially middle part of the nozzle main body, but the present invention is not limited to this.
プレートユニットの具体例としては、例えば、図1に示されるように、鉛直方向に対して所定の角度で傾斜した板状体6を、水平方向に沿って並列に複数枚配列したプレートユニット5を挙げることができる。
プレートユニットを構成する板状体の数は、ノズル本体周囲で冷却用ガスの旋回流を発生できれば適宜選択可能であるが、板状体の数が増すほど、板状体間の寸法が狭くなり、冷却用ガスの吐出流速が増し、ミストの分散性が高くなることから、4枚以上が好ましく、4~10枚が更に好ましい。
また、板状体の設置角度は、ノズル本体周囲で冷却用ガスの旋回流を発生できれば適宜選択可能であるが、ミストの分散性向上の観点から、鉛直方向に対して10~60°が好ましく、15~45°が更に好ましい。
プレートユニットは、空隙内に1又は2以上設置することができる。
なお、図1に示されるプレートユニットは、鉛直方向に対して30°傾斜させた矩形板状体10枚により構成されており、その一つがプレートユニット端部をノズル本体の吐出口よりも外側に突出させた状態でノズル本体吐出口側端部に設置され、もう一つがノズル本体の略中間部に設置したものである。
As a specific example of the plate unit, for example, as shown in FIG. 1, a
The number of plate-shaped bodies constituting the plate unit can be selected as appropriate as long as a swirling flow of the cooling gas can be generated around the nozzle body. 4 or more are preferable, and 4 to 10 are more preferable, because the ejection flow rate of the cooling gas is increased and the dispersibility of the mist is improved.
In addition, the installation angle of the plate-shaped body can be appropriately selected as long as a swirl flow of the cooling gas can be generated around the nozzle body, but from the viewpoint of improving the dispersibility of the mist, it is preferably 10 to 60° with respect to the vertical direction. , 15 to 45° is more preferred.
One or more plate units can be installed in the cavity.
The plate unit shown in FIG. 1 is composed of 10 rectangular plates inclined at 30° with respect to the vertical direction. One is installed at the end of the nozzle body on the ejection port side in a protruding state, and the other is installed at an approximately intermediate portion of the nozzle body.
また、プレートユニットの他の態様として、例えば、図2に示されるプレートユニットを挙げることができる。
図2(a)に示されるプレートユニットは、鉛直方向に対して所定の角度で傾斜させた先細り状の板状体を、鉛直方向に沿って縦列に複数枚配列したものである。
プレートユニットを構成する板状体の数は、ノズル本体周囲で旋回流を発生できれば適宜選択可能であるが、冷却用ガスの吐出流速増強によるミストの分散性向上の観点から、2~5枚が好ましく、2~4枚が更に好ましい。
また、板状体の設置角度は、ノズル本体周囲で旋回流を発生できれば適宜選択可能であるが、ミストの分散性向上の観点から、鉛直方向に対して10~60°が好ましく、15~45°が更に好ましい。
なお、図2(a)に示されるプレートユニットは、鉛直方向に対して30°傾斜させた先細り形状の弓型板状体3枚により構成され、これらをノズル本体吐出口端部から下方(冷却用ガス導入口)に向かって高さを変えて段違いとし、かつノズル本体外周に沿って対向設置したものである。
Another aspect of the plate unit is, for example, the plate unit shown in FIG.
The plate unit shown in FIG. 2(a) is formed by arranging a plurality of tapered plate-like bodies inclined at a predetermined angle with respect to the vertical direction in a column along the vertical direction.
The number of plate-shaped bodies constituting the plate unit can be appropriately selected as long as a swirling flow can be generated around the nozzle body. Preferably, 2 to 4 sheets are more preferable.
The installation angle of the plate-shaped body can be appropriately selected as long as a swirling flow can be generated around the nozzle body. ° is more preferred.
The plate unit shown in FIG. 2(a) is composed of three bow-shaped plate-like bodies tapered at an angle of 30° with respect to the vertical direction. The height is different toward the gas introduction port), and it is installed oppositely along the outer periphery of the nozzle body.
また、図2(b)に示されるプレートユニットは、冷却用ガスの流通路を遮蔽するように設置される複数枚の板状体により構成されるものである。
プレートユニットを構成する板状体の数は、冷却用ガスの流通路を遮蔽し、ノズル本体周囲で旋回流を発生できれば適宜選択可能であるが、冷却用ガスの吐出流速増強によるミストの分散性向上の観点から、2~4枚が好ましく、2~3枚が更に好ましい。
また、板状体の設置角度は、冷却用ガスの流通路を遮蔽し、ノズル本体周囲で旋回流を発生できれば適宜選択可能であるが、ミストの分散性向上の観点から、鉛直方向に対して10~70°が好ましく、30~70°が更に好ましい。
なお、図2(b)に示されるプレートユニットは、鉛直方向に対して60°傾斜させた矩形板状体2枚により構成され、これらがノズル本体を介して交差するようにノズル本体吐出口側端部に設置したものである。
Also, the plate unit shown in FIG. 2(b) is composed of a plurality of plate-like bodies installed so as to shield the cooling gas flow path.
The number of plate-shaped bodies constituting the plate unit can be selected as appropriate as long as it is possible to shield the flow passage of the cooling gas and generate a swirling flow around the nozzle body. From the viewpoint of improvement, 2 to 4 sheets are preferable, and 2 to 3 sheets are more preferable.
In addition, the installation angle of the plate-shaped body can be appropriately selected as long as it can shield the flow passage of the cooling gas and generate a swirling flow around the nozzle body. 10 to 70° is preferred, and 30 to 70° is more preferred.
The plate unit shown in FIG. 2(b) is composed of two rectangular plate-shaped bodies inclined at 60° with respect to the vertical direction, and the nozzle body discharge port side is arranged so that they intersect via the nozzle body. It is installed at the end.
更に、図2(c)に示されるプレートユニットは、1枚の板状体にスリット又は穴を複数個設けたものである。
スリット又は穴の形状は、例えば、矩形、円形、楕円形、弓形等が挙げられ、適宜選択することができる。
スリット又は穴の大きさは、ノズル本体周囲で旋回流が発生するように板状体の大きさに応じて適宜選択可能である。
スリット又は穴の設置位置は、ノズル本体周囲に十分な旋回流を発生させるために、スリット又は穴を対称に設けることが好ましい。
スリット又は穴は、冷却用ガスを旋回させるため、鉛直方向に対して角度を設けて穿孔することが好ましい。スリット又は穴の角度は、鉛直方向に対して、10~60°が好ましく、15~50°が更に好ましい。
スリット又は穴の数は、対称的に穿孔し、かつ冷却用ガスが十分な旋回力を得る観点から、4個以上が好ましい。なお、スリット又は穴の数は、スリット又は穴を対称的に穿孔できれば特に限定されず、スリット又は穴の大きさや板状体の大きさに応じて適宜選択することができる。
板状体の設置角度は、通常水平方向であるが、ノズル本体周囲で冷却用ガスの旋回流を発生できれば傾斜させても構わない。
なお、図2(c)に示されるプレートユニットは、鉛直方向に対して30°傾斜して穿孔した丸穴12個を有する1枚の円形板状体により構成され、これをノズル本体吐出口側端部に設置したものである。
Further, the plate unit shown in FIG. 2(c) is formed by providing a plurality of slits or holes in one plate-like body.
The shape of the slit or hole may be rectangular, circular, elliptical, arcuate, etc., and can be selected as appropriate.
The size of the slit or hole can be appropriately selected according to the size of the plate-like body so as to generate a swirling flow around the nozzle body.
The slits or holes are preferably installed symmetrically in order to generate a sufficient swirling flow around the nozzle body.
The slits or holes are preferably drilled at an angle to the vertical direction in order to circulate the cooling gas. The angle of the slits or holes is preferably 10 to 60°, more preferably 15 to 50°, with respect to the vertical direction.
The number of slits or holes is preferably four or more from the viewpoint of symmetrical perforation and sufficient swirl force of the cooling gas. The number of slits or holes is not particularly limited as long as the slits or holes can be formed symmetrically, and can be appropriately selected according to the size of the slits or holes and the size of the plate-like body.
The installation angle of the plate-like body is usually horizontal, but it may be inclined as long as a swirling flow of the cooling gas can be generated around the nozzle body.
The plate unit shown in FIG. 2(c) is composed of a single circular plate-like body having 12 round holes drilled at an angle of 30° with respect to the vertical direction. It is installed at the end.
また、機構の他の実施形態として、例えば、冷却用ガスより回転力を受けて回転する羽根車を挙げることができる。図3に羽根車の一例を示す。ここで、本明細書において「羽根車」とは、ハブに取り付けられた複数枚の羽根からなる回転体をいう。
図3に示される羽根車は、冷却用ガスより回転力を受けて回転駆動されるハブ9と、ハブ9の周囲から放射状に延び出した複数枚の羽根10から構成されるものであり、ハブ9には4つの羽根10を等間隔で、かつ一対の羽根が対向するように配置したものである。なお、羽根の設置数や羽根車の大きさは、ノズル本体と保護管の空隙の大きさに応じて適宜選択することができる。
Further, as another embodiment of the mechanism, for example, an impeller that rotates by receiving rotational force from the cooling gas can be cited. An example of an impeller is shown in FIG. As used herein, the term "impeller" refers to a rotating body composed of a plurality of blades attached to a hub.
The impeller shown in FIG. 3 is composed of a
更に、機構の他の実施形態として、例えば、保護管内径の接線方向に対して冷却用ガスを導入するための冷却用ガス導入管を保護管に設置することが挙げられる。図4にその一例を示す。
図4に示される冷却用ガス導入管は、保護管3の側部に冷却用ガス導入管7を設けたものである。そして、冷却用ガス導入管7から冷却用ガスを保護管3の内径の接線方向に導入し、空隙内に冷却用ガスの旋回流を発生させる。
冷却用ガス導入管は、ノズル本体の吐出口からなるべく離れた位置に設置することが好ましい。これにより、ノズル本体の広範囲を冷却しつつ、ノズル本体周囲に十分な旋回流を発生させることができる。また、冷却用ガス導入管は複数あってもよい。例えば、1つ目の冷却用ガス導入管の対角の位置に2つ目の冷却用ガス導入管を配置することで、冷却用ガスの旋回流を更に強める効果がある。
Furthermore, as another embodiment of the mechanism, for example, a cooling gas introduction pipe for introducing cooling gas in the tangential direction of the inner diameter of the protection pipe is installed in the protection pipe. An example is shown in FIG.
The cooling gas introduction pipe shown in FIG. 4 is provided with a cooling
It is preferable to install the cooling gas introduction pipe at a position as far away as possible from the discharge port of the nozzle body. As a result, it is possible to generate a sufficient swirling flow around the nozzle body while cooling a wide area of the nozzle body. Also, there may be a plurality of cooling gas introduction pipes. For example, by arranging the second cooling gas introduction pipe at a position diagonal to the first cooling gas introduction pipe, there is an effect of further strengthening the swirling flow of the cooling gas.
本発明においては、上記した機構を組み合わせてもよい。例えば、図4に示されるように、図1に示されるプレートユニットと、保護管内径の接線方向に対して冷却用ガスを導入する機構を組み合わせることができる。 In the present invention, the above mechanisms may be combined. For example, as shown in FIG. 4, the plate unit shown in FIG. 1 can be combined with a mechanism for introducing cooling gas in the tangential direction of the inner diameter of the protective tube.
上記した機構おいて、空隙内に導入される冷却用ガス量は、ノズル本体を耐熱温度以下に冷却可能な量を要するが、ノズル本体に導入されるガス量よりも少ないことが好ましい。しかし、ミストは直進性を有するため、ノズルに供給するガス量よりも少なすぎると、ミストを分散させる効果が低下する。かかる観点から、空隙内に導入する冷却用ガス量は、ノズル本体に導入されるガス量に対して、50~95体積%が好ましく、60~90体積%がより好ましく、70~85体積%が更に好ましい。 In the mechanism described above, the amount of cooling gas introduced into the gap must be an amount that can cool the nozzle main body to a heat resistant temperature or lower, but it is preferably smaller than the amount of gas introduced into the nozzle main body. However, since the mist has a straight traveling property, if the amount of gas supplied to the nozzle is too small, the effect of dispersing the mist is reduced. From this point of view, the amount of cooling gas introduced into the gap is preferably 50 to 95% by volume, more preferably 60 to 90% by volume, and more preferably 70 to 85% by volume with respect to the amount of gas introduced into the nozzle body. More preferred.
以上説明したとおり、本発明のノズルを用いることで、ノズル本体と保護管との空隙に導入された旋回状態の冷却用ガスが、ノズル本体を冷却しつつ、ミストの周囲に排出され、後述する噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置の加熱炉内へ流入するため、冷却用ガスの温度が位置によってばらつきを生じ難く、これに伴いミストが受ける熱量のばらつきが抑えられるとともに、ミストの分散性が高められる。その結果、ミストの焼成ムラ又は乾燥ムラが抑制され、粒子強度の低下が抑えられた粒子物性のばらつきの少ない微粒子を製造することができる。また、保護管に対してノズル本体を中心に設置しやすくなるため、例えば、ノズル本体の左側は温度が低いのに右側は温度が高いといったような温度のばらつきが抑制され、ノズルの熱交換が均等に行われる結果、ノズル本体やパッキン等の部材の片焼けによる劣化が抑制され、短期での交換を要することなく長期に亘って使用することができる。 As described above, by using the nozzle of the present invention, the swirling cooling gas introduced into the gap between the nozzle body and the protective tube cools the nozzle body and is discharged around the mist, which will be described later. Since it flows into the heating furnace of the spray pyrolysis device or spray drying device, the temperature of the cooling gas is less likely to vary depending on the position. be done. As a result, uneven firing or drying of the mist is suppressed, and it is possible to produce fine particles with less variation in particle physical properties with suppressed decrease in particle strength. In addition, since it is easier to install the nozzle body in the center of the protective tube, for example, temperature variations such as the temperature on the left side of the nozzle body being low and the temperature on the right side being high are suppressed, and the heat exchange of the nozzle is improved. As a result of uniform heating, deterioration due to uneven burning of members such as the nozzle main body and packing is suppressed, so that they can be used for a long period of time without requiring replacement in a short period of time.
〔噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置〕
本発明の噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置は、本発明のノズルを装着したものである。以下、図5を参照しながら好適な実施形態について説明する。
[Spray Pyrolyzer or Spray Dryer]
The spray pyrolysis apparatus or spray drying apparatus of the present invention is equipped with the nozzle of the present invention. A preferred embodiment will now be described with reference to FIG.
図5は、本発明の噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置の一例を示す模式図である。
噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置300は、内燃式であり、図5に示されるように、原料溶液のミストを噴霧するためのノズル100と、ミストを燃焼バーナー102の燃焼ガスにより熱分解又は乾燥するための加熱炉101を備えている。燃焼バーナー102は、燃焼管103に収容され、燃焼管103は、垂直方向の加熱炉101に対して略水平方向であって、加熱炉101の中心軸に対してずらして連結されている。このように、加熱炉101と燃焼管103とが互いの中心軸をずらして連結することにより、燃焼管103で発生した燃焼ガス(熱風)が加熱炉101を通過する際に、真上に上昇するのではなく、旋回流を生じて上昇することになる。その結果、噴霧されたミストは、この旋回流に乗って加熱炉101内を上昇し、十分な加熱時間を確保できる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the spray pyrolysis apparatus or spray drying apparatus of the present invention.
The spray pyrolysis apparatus or
ノズルは、本発明のノズルであれば特に限定されない。なお、ノズルの具体的態様は、上記において説明したとおりである。
ノズルは、1基又は2基以上設置することが可能である。
The nozzle is not particularly limited as long as it is the nozzle of the present invention. In addition, the specific aspect of the nozzle is as described above.
One or more nozzles can be installed.
加熱炉及び燃焼管の材質は、炉材として使用されているものであれば特に限定されないが、例えば、鉄、ステンレス、インコネル、ハステロイ、チタン等の耐熱性のある金属、セラミックス、レンガ、不定形耐火物を挙げることができる。
加熱炉及び燃焼管の形状としては、フランジによる締結が行える点、加熱炉内の温度ムラ、加熱炉及び燃焼管からの断面方向における放散熱ムラの抑制の観点か、略円筒形であることが好ましい。
The materials of the heating furnace and the combustion tube are not particularly limited as long as they are used as furnace materials. Refractories can be mentioned.
The shape of the heating furnace and the combustion tube should be substantially cylindrical from the viewpoint of the fact that it can be fastened with a flange, the temperature unevenness in the heating furnace, and the suppression of uneven heat dissipation in the cross-sectional direction from the heating furnace and the combustion tube. preferable.
加熱炉の大きさは、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、内径は600~1600mmが好ましく、高さは3000~10000mmが好ましい。
燃焼管の大きさは、燃焼バーナーを収容できれば特に限定されないが、燃焼管の長さは、燃焼バーナーから生じた火炎が直接噴霧ミストに接触しない長さとすることが好ましい。但し、燃焼バーナーから生じた火炎と噴霧ミストとの距離が長すぎると、熱効率が十分でなくなる。
なお、燃焼管における加熱炉に連結される部分の内径は、加熱炉の内径よりも小さい方が、熱風の強い旋回流が発生しやすくなる点で好ましい。例えば、燃焼管の連結部の内径は、垂直管の内径の半分以下とするのがよい。
The size of the heating furnace can be appropriately selected according to the production scale. For example, in the case of a rigid cylindrical shape, the inner diameter is preferably 600 to 1600 mm, and the height is preferably 3000 to 10000 mm.
The size of the combustion tube is not particularly limited as long as it can accommodate the combustion burner, but the length of the combustion tube is preferably such that the flame generated from the combustion burner does not come into direct contact with the spray mist. However, if the distance between the flame generated from the combustion burner and the spray mist is too long, the thermal efficiency will be insufficient.
It is preferable that the inner diameter of the portion of the combustion tube connected to the heating furnace be smaller than the inner diameter of the heating furnace, since a strong swirling flow of hot air is likely to occur. For example, the internal diameter of the connecting portion of the combustion tube should be less than half the internal diameter of the vertical tube.
加熱炉と燃焼管との中心軸のずれは、旋回流の発生度、熱効率及び、燃焼管の耐熱性への影響等から、加熱炉内径を100%として、10%以上90%以下が好ましく、20%以上80%以下がより好ましい。 The deviation of the central axis between the heating furnace and the combustion tube is preferably 10% or more and 90% or less, taking the inside diameter of the heating furnace as 100%, in consideration of the degree of swirl flow generation, thermal efficiency, and influence on the heat resistance of the combustion tube. 20% or more and 80% or less is more preferable.
燃焼バーナーは、加熱炉の容積や仕様等を考慮し、これにあった市販のものを選択すればよく、加熱炉の仕様に応じたものを製作しても構わない。 As for the combustion burner, considering the volume and specifications of the heating furnace, it is sufficient to select a commercially available burner suitable for this, or to manufacture a burner according to the specifications of the heating 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 for the combustion burner is not particularly limited, but 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.
次に、噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置を用いた、無機酸化物粒子の製造方法について説明する。 Next, a method for producing inorganic oxide particles using a spray pyrolysis apparatus or a spray drying apparatus will be described.
先ず、原料溶液を調製する。原料溶液は、酸化物を構成する元素を含む化合物の溶液である。
酸化物を構成する元素を含む化合物としては、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、金属アルコキシド等を挙げることができる。より具体的には、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、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン等のケイ酸アルコキシド等を挙げることができる。アルミニウム塩としては、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、アルミニウムセカンダリーブチレート等の有機金属化合物、アルミニウムイソプロピレート等のアルミニウム化合物を分散したものが挙げられる。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。中でも、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種又は2種以上が好ましい。
First, a raw material solution is prepared. A raw material solution is a solution of a compound containing an element that constitutes an oxide.
The compound containing an element that constitutes an oxide 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, metal alkoxides, and the like. can. More specific examples include aluminum salts, titanium salts, magnesium salts, aluminosilicates, aluminum alkoxides, silicate alkoxides such as tetraethoxysilane and tetramethoxysilane. Examples of aluminum salts include inorganic salts such as aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum chloride, aluminum phosphate, aluminum hydroxide, aluminum acetate and aluminum oxalate, organic metal compounds such as aluminum secondary butyrate, and aluminum compounds such as aluminum isopropylate. Dispersed ones are mentioned. 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. Among them, one or more selected from aluminum salts, titanium salts, magnesium salts, aluminosilicates, aluminum alkoxides and silicate alkoxides are preferred.
これらの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等が挙げられる。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。 Examples of inorganic oxides obtained from these raw material compounds include metal oxides, alumina, silica, oxides composed of aluminum and silicon, and the like. 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.
酸化物を構成する元素を含む化合物を溶解又は分散する溶媒としては、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。 Solvents for dissolving or dispersing the compound containing the element constituting the oxide include water and organic solvents. Among them, water is preferable from the viewpoint of environmental impact and production cost.
原料溶液中の酸化物を構成する元素を含む化合物の濃度は、得られる無機酸化物粒子の密度、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 compound containing the element constituting the oxide in the raw material solution is preferably 0.01 mol/L to saturated concentration, and 0.1 to 1.0 mol, in consideration of the density, strength, etc. of the inorganic oxide particles to be obtained. /L is more preferred.
次に、燃焼管に収容された燃焼バーナーから加熱炉へ燃焼ガス(熱風)を供給しながら、加熱炉に装着されたノズルから原料溶液のミストを噴霧する。なお、原料溶液のノズルへの送液は、ポンプを使用することが可能であり、所望のミストの吐出速度となるように圧力や流量を調整すればよい。 Next, while supplying combustion gas (hot air) from a combustion burner housed in the combustion tube to the heating furnace, mist of the raw material solution is sprayed from a nozzle attached to the heating furnace. A pump may be used to feed the raw material solution to the nozzle, and the pressure and flow rate may be adjusted so as to achieve a desired mist ejection speed.
ノズル本体に供給するガス流量は、ノズル本体への原料溶液の送液量に対して体積比で1000倍以上が好ましく、上限値は、ノズル先端部での固結防止、ミスト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 body is preferably at least 1000 times the volume of the raw material solution sent to the nozzle body. From the viewpoint of promoting salt precipitation, it is preferably 3000 times or less, more preferably 2500 times or less.
ノズル本体と保護管との空隙に供給する冷却用ガス流量は、ノズル本体に供給するガス量よりも少ないことが好ましい。例えば、空隙に供給する冷却用ガス量は、ノズル本体に供給するガス量に対して、50~95体積%が好ましく、60~90体積%がより好ましく、70~85体積%が更に好ましい。 The flow rate of the cooling gas supplied to the gap between the nozzle body and the protective tube is preferably smaller than the amount of gas supplied to the nozzle body. For example, the amount of cooling gas supplied to the gap is preferably 50 to 95% by volume, more preferably 60 to 90% by volume, and even more preferably 70 to 85% by volume, relative to the amount of gas supplied to the nozzle body.
ノズル本体及び空隙に供給するガスの温度は、噴出直後のミストの温度以下が好ましく、常温(20±15℃ )以下が更に好ましい。なお、供給ガスの温度の下限値は、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 main body and the gap is preferably below the temperature of the mist immediately after ejection, and more preferably below normal temperature (20±15° C.). The lower limit of the temperature of the supplied gas is preferably 1° C. or higher, more preferably 5° C. or higher, and even more preferably 10° C. or higher, for ease of temperature control.
噴霧出直後のミスト温度は、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℃、より好ましくは5~40℃、更に好ましくは10~40℃である。なお、噴出直後のミストの温度管理は、ノズルから噴出されたミストに接触するように、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 temperature of the mist 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, still more preferably 10 to 40°C. The temperature of the mist immediately after ejection can be controlled by installing a thermocouple at the tip of the nozzle so as to come into contact with the mist 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.
ミストの噴出速度は、通常1~50m/sであり、熱分解又は乾燥の促進、加熱炉壁面の固着物発生防止の観点から、5~35m/sが好ましく、10~20m/sが更に好ましい。 The ejection speed of the mist is usually 1 to 50 m/s, preferably 5 to 35 m/s, more preferably 10 to 20 m/s, from the viewpoint of promoting thermal decomposition or drying and preventing the generation of adherents on the wall surface of the heating furnace. .
ミストの平均粒子径は、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、ミストの平均粒子径は、ノズル吐出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 mist is preferably 0.5-60 μm, more preferably 1.0-20 μm, even more preferably 1.0-15 μm. It should be noted that the average particle size of the mist can be adjusted by adjusting the shape of the nozzle outlet and the pressure of the air.
ノズルから噴霧されたミストは、加熱炉内で加熱されて熱分解又は乾燥し、無機化合物を含む膜が形成され、それを起点に無機酸化物粒子が析出する。
本実施形態に係る噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置は、上記において説明したとおり、加熱炉の中心軸と燃焼管の中心軸とをずらして連結しているため、燃焼管で発生した燃焼ガスが加熱炉を通過する際に、真上に上昇するのではなく、旋回流を生じて上昇する。一方、ノズル本体と保護管との空隙に導入された冷却用ガスは、ノズル本体周囲を旋回しながら冷却しつつ、ミストの周囲に排出されるとともに、燃焼管から加熱炉へ排出された燃焼ガスの流れに巻き込まれ加熱炉内を上昇する。その結果、噴霧されたミストは、この旋回流に乗って加熱炉内を上昇し、十分な加熱時間を確保できるため、ミストの焼成ムラ又は乾燥ムラを抑制することができる。
なお、加熱炉内の燃焼ガスの旋回方向は、上記において説明したノズル本体と保護管の空隙に流通させた冷却用ガスの旋回方向と同一であることが好ましい。このように燃焼ガスの旋回方向と、冷却用ガスの旋回方向を同一とすることにより、十分な旋回力が得られ、ミストが受ける熱量のばらつきが抑えられるとともに、ミストの分散性が高められるため、ミストの焼成ムラ又は乾燥ムラを抑制することができる。
The mist sprayed from the nozzle is heated in a heating furnace and thermally decomposed or dried to form a film containing an inorganic compound, from which inorganic oxide particles precipitate.
In the spray pyrolysis apparatus or the spray drying apparatus according to the present embodiment, as described above, the central axis of the heating furnace and the central axis of the combustion tube are connected with each other, so that the combustion gas generated in the combustion tube is When passing through the heating furnace, it does not rise straight up, but rises with a swirling flow. On the other hand, the cooling gas introduced into the gap between the nozzle body and the protective tube cools while swirling around the nozzle body and is discharged around the mist, and the combustion gas discharged from the combustion tube to the heating furnace. It is caught in the flow and rises in the heating furnace. As a result, the sprayed mist rides on this swirling flow and rises in the heating furnace, and a sufficient heating time can be secured, so that uneven baking or drying of the mist can be suppressed.
The swirl direction of the combustion gas in the heating furnace is preferably the same as the swirl direction of the cooling gas circulated in the gap between the nozzle body and the protective tube described above. By making the swirl direction of the combustion gas and the swirl direction of the cooling gas the same, a sufficient swirl force can be obtained, and variations in the amount of heat received by the mist can be suppressed, and the dispersibility of the mist can be improved. , uneven baking or uneven drying of mist can be suppressed.
燃焼管内の温度は、原料溶液のミストから溶媒が蒸発する温度であれば特に限定されないが、例えば、100~500℃が好ましく、150~450℃がより好ましく、200~400℃が更に好ましい。 The temperature in the combustion tube is not particularly limited as long as it is a temperature at which the solvent evaporates from the mist of the raw material solution.
加熱炉内の温度は、ミストから溶媒が蒸発し、無機塩が析出する温度であれば特に限定されないが、100~1800℃が好ましく、150~1500℃がより好ましく、150~1200℃が更に好ましい。 The temperature in the heating furnace is not particularly limited as long as it is a temperature at which the solvent evaporates from the mist and the inorganic salt precipitates. .
次に、熱分解又は乾燥によって生じた微粒子を、例えば、加熱炉下流から誘引ファンによって回収装置に移動させ回収する。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。また、微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、粒子径を調整してもよい。さらに、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。 Next, fine particles generated by thermal decomposition or drying are collected by being moved to a collection device by an induction fan from the downstream of the heating furnace, for example. Examples of recovery devices include a cyclone powder recovery machine and a bag filter. Moreover, in recovering microparticles|fine-particles, you may adjust a particle diameter by making it pass through a filter. Furthermore, dust removal and purification equipment such as a scrubber may be arranged downstream of the recovery device, if necessary.
本発明の噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置により製造される微粒子は、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、および、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 fine particles produced by the spray pyrolysis apparatus or spray drying apparatus 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.
また、無機酸化物中空粒子を製造する場合、熱分解後の無機酸化物粒子の表面を溶融してもよい。これにより、無機酸化物粒子の表面に存在する孔が閉塞され、粒子外殻に孔がなく、粒子強度の高い無機酸化物中空粒子が得られる。無機酸化物粒子の表面を溶融させるには、例えば、加熱炉の温度を無機酸化物粒子の溶融温度以上に制御すればよい。 Moreover, when producing inorganic oxide hollow particles, the surfaces of the inorganic oxide particles after thermal decomposition may be melted. As a result, the pores existing on the surfaces of the inorganic oxide particles are blocked, and inorganic oxide hollow particles having high particle strength without pores in the outer shell of the particles are obtained. In order to melt the surfaces of the inorganic oxide particles, for example, the temperature of the heating furnace may be controlled to the melting temperature of the inorganic oxide particles or higher.
以上説明したとおり、本発明の噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置を用いることで、ノズル本体と保護管との空隙に導入された旋回状態の冷却用ガスがミストの周囲に排出された際に、冷却用ガスの温度が位置によってばらつきを生じ難く、これに伴いミストが受ける熱量のばらつきが抑えられ、ミストの分散性が高められる。そして、ミストは冷却用ガスとともに、燃焼管から加熱炉へ排出された燃焼ガスの旋回流に巻き込まれ加熱炉内を上昇し、十分な加熱時間を確保できる。その結果、ミストの焼成ムラ又は乾燥ムラが抑制され、粒子強度の低下が抑えられた粒子物性のばらつきの少ない微粒子を製造することができる。
なお、製造された無機酸化物粒子は、以下の特性を具備することができる。
As described above, by using the spray pyrolysis apparatus or the spray drying apparatus of the present invention, when the swirling cooling gas introduced into the gap between the nozzle body and the protective tube is discharged around the mist, The temperature of the cooling gas is less likely to fluctuate depending on the position, thereby suppressing fluctuations in the amount of heat received by the mist and enhancing the dispersibility of the mist. Together with the cooling gas, the mist is caught in the swirling flow of the combustion gas discharged from the combustion tube into the heating furnace and rises in the heating furnace, ensuring a sufficient heating time. As a result, uneven firing or drying of the mist is suppressed, and it is possible to produce fine particles with less variation in particle physical properties with suppressed decrease in particle strength.
In addition, the produced inorganic oxide particles can have the following characteristics.
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1~20μmであり、更に好ましくは2~10μmである。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。 The average particle size of the inorganic oxide hollow particles is usually 0.5 to 50 μm, preferably 1 to 20 μm, more preferably 2 to 10 μm. Here, the "average particle size" as used herein means the 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0.2~1.5 g/cm3であり、更に好ましくは0.3~1.0 g/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 0.2-1.5 g/cm 3 , more preferably 0.3-1.0 g. / cm 3 . In addition, the particle density can be measured by a gas replacement method in accordance with JIS R 1620. As a particle density measuring device, for example, a dry automatic density meter “Accupic (manufactured by Shimadzu Corporation)” can be used.
無機酸化物粒子の粒子強度は、十分な強度を確保する観点から、14MPa以上が好ましく、15MPa以上がより好ましく、16MPa以上が更に好ましい。ここで、本明細書において「粒子強度」とは、加圧成型プレス機で中空粒子に印加した際の中空粒子残存率が50%時の粒子強度である。具体的には、後掲の実施例に記載の方法により測定することができる From the viewpoint of ensuring sufficient strength, the particle strength of the inorganic oxide particles is preferably 14 MPa or higher, more preferably 15 MPa or higher, and even more preferably 16 MPa or higher. Here, the term "particle strength" as used herein refers to the particle strength when the hollow particle residual ratio is 50% when the pressure is applied to the hollow particles by a pressure molding press. Specifically, it can be measured by the method described in Examples below.
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置300は、図5に示されるように、燃焼バーナー102が燃焼管103に収容され、加熱炉101の中心軸とずらして連結されているが、本発明はこれに限定されず、例えば、特開2020-32318号公報、特開2021-69970号公報に記載の中心軸をずらす態様とすることも可能である。また、燃焼バーナー102を燃焼管103に収容せず、加熱炉の側壁に装着してもよい。更に、噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置300は、ノズル100及び加熱炉101が縦型に並んでいるが、縦型に限らず、横型や斜め型であってもよい。
The present invention has been described in detail based on its embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications are possible for the present invention without departing from the gist thereof. For example, a spray pyrolysis apparatus or
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
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. Particle Density Measured by a 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
無機酸化物粒子の平均粒子径は、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。
ここで、マイクロトラックは、1粒の粒子において、その粒子の最大径を、その粒子の粒子径として捉える特徴があるため、ミストの干渉によって、楕円状や雪だるま状になった粒子が多い場合には、平均粒子径は大きくなる傾向を示す。
2. Average particle size The average particle size of the inorganic oxide particles is determined by using Microtrac (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) as a particle size distribution measuring device, creating a volume-based particle size distribution in accordance with JIS R 1629, and calculating the cumulative distribution curve. A particle diameter (d 50 ) corresponding to 50% of the
Here, Microtrac has the characteristic of capturing the maximum diameter of a single particle as the particle diameter of that particle. indicates a tendency for the average particle size to increase.
3.粒子強度
粒子強度は、次の粉体加圧法により測定した。
(1)中空粒子とエタノールとを質量比4:1で混合し、試料を調製した。
(2)試料を圧力成形器に入れ、油圧プレス機で所定の圧力(10MPa、20MPa、30MPa)を印加した。
(3)所定の圧力を印加した状態で1分間静置した。
(4)圧力成形器から試料を取り出し、80℃で2時間乾燥した。
(5)乾式自動密度計「アキュピック(島津製作所製)」を用い、加圧後の中空粒子の密度を測定した。
3. Particle Strength Particle strength was measured by the following powder pressing method.
(1) Hollow particles and ethanol were mixed at a mass ratio of 4:1 to prepare a sample.
(2) The sample was placed in a pressure former, and a predetermined pressure (10 MPa, 20 MPa, 30 MPa) was applied with a hydraulic press.
(3) Leave for 1 minute while a predetermined pressure is applied.
(4) The sample was removed from the pressure former and dried at 80°C for 2 hours.
(5) The density of the hollow particles after pressurization was measured using a dry automatic densitometer "Accupic" (manufactured by Shimadzu Corporation).
そして、加圧前後の中空粒子の密度から、下記式により、所定圧力ごとの残存率を算出し、残存率と印加圧力のグラフより、50%残存時の圧力を読み取った。なお、密度の測定には、上記した密度測定機を使用し、中空殻の真密度は、空隙部分を取り除くために、箱型電気炉にて融点以上で6時間加熱、冷却した後に測定した。 Then, from the density of the hollow particles before and after pressurization, the residual rate for each predetermined pressure was calculated by the following formula, and the pressure at 50% residual was read from the graph of the residual rate and the applied pressure. The density was measured using the above-described density measuring instrument, and the true density of the hollow shell was measured after heating at the melting point or higher for 6 hours in a box-shaped electric furnace and cooling in order to remove voids.
残存率P[%]=(1-ρ/y)/ρ×(1/x-1/y)×100 Survival rate P [%] = (1-ρ/y)/ρ x (1/x-1/y) x 100
〔式中、ρは、加圧後の密度を示し、yは、中空殻の真密度を示し、xは、加圧前の密度を示す。〕 [In the formula, ρ represents the density after pressing, y represents the true density of the hollow shell, and x represents the density before pressing. ]
実施例1
図5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。すなわち、イオン交換水100リットルに酢酸マグネシウム1985gを溶解し、酢酸マグネシウム水溶液を調製した。次いで、温度が1150℃となるように加熱した加熱炉内に、この水溶液を図1に示す構造を有する3流体ノズルから噴霧し、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。なお、ノズル本体と保護管との空隙には、図1に示すような、傾斜角度が30°であるプレートを計10枚有するプレートユニットを2箇所に設置した。そして、この空隙に冷却用エアを流通させ、ノズル本体の周囲を旋回させながらノズル本体の吐出口に向かって冷却用エアを排出させた。また、噴霧熱分解条件は、以下のとおりである。
Example 1
Using the spray pyrolysis apparatus shown in FIG. 5, magnesium oxide hollow particles were produced by the following method. Specifically, 1985 g of magnesium acetate was dissolved in 100 liters of ion-exchanged water to prepare an aqueous magnesium acetate solution. Next, this aqueous solution was sprayed from a three-fluid nozzle having the structure shown in FIG. 1 into a heating furnace heated to a temperature of 1150° C., and magnesium oxide hollow particles were recovered using a bag filter. In addition, in the gap between the nozzle main body and the protective tube, as shown in FIG. 1, plate units each having a total of ten plates with an inclination angle of 30° were installed at two locations. Then, cooling air was circulated in this gap, and the cooling air was discharged toward the outlet of the nozzle body while swirling around the nozzle body. Further, spray pyrolysis conditions are as follows.
(噴霧熱分解条件)
・原料溶液噴霧量 :14L/h
・ノズルエア量 :240L/min
・冷却用エア量 :200L/min(ノズルエアに対する比率は83%)
・焼成温度 :1150℃(バーナー制御温度。ノズル先端から5cmの位置)
(Spray pyrolysis conditions)
・Amount of raw material solution sprayed: 14 L/h
・Nozzle air volume: 240L/min
・Amount of cooling air: 200L/min (ratio to nozzle air is 83%)
・ Baking temperature: 1150 ° C (burner control temperature.
そして、製造開始から1時間経過ごとに回収した粒子の粒子密度、平均粒子径及び粒子強度をそれぞれ測定した。その結果を表1に示す。 Then, the particle density, average particle diameter and particle strength of the particles collected every hour after the start of production were measured. Table 1 shows the results.
比較例1
ノズル本体と保護管との空隙にプレートユニットを設置し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、製造開始から1時間経過ごとに回収した粒子の粒子密度、平均粒子径及び粒子強度をそれぞれ測定した。その結果を表1に示す。
Comparative example 1
Magnesium oxide hollow particles were produced in the same manner as in Example 1, except that the plate unit was not installed in the gap between the nozzle body and the protective tube. Then, the particle density, average particle diameter and particle strength of the particles collected every hour after the start of production were measured. Table 1 shows the results.
比較例1は、ノズル本体と保護管との空隙にプレートユニットを設置しなかった例であるが、ミストが受ける熱量がばらつき、しかもミストの分散性が悪く、ミストの焼成ムラを生じたため、得られた中空粒子は粒子強度の低下がみられ、粒子物性のばらつきが確認された。
これに対し、実施例1は、ノズル本体と保護管との空隙にプレートユニットを設置し、そこに冷却用ガスをノズル本体の周囲を旋回するように流通させた例であるが、ミストが受ける熱量のばらつきが抑えられるとともにミストの分散性が良好になり、ミストの焼成ムラが抑制されたため、得られた中空粒子は粒子強度の低下が抑えられており、粒子物性のばらつきが抑制されていることが確認された。
Comparative Example 1 is an example in which no plate unit was installed in the gap between the nozzle body and the protective tube. A decrease in particle strength was observed in the hollow particles obtained, and variations in particle physical properties were confirmed.
On the other hand, Example 1 is an example in which a plate unit is installed in the gap between the nozzle body and the protective tube, and the cooling gas is circulated there so as to swirl around the nozzle body. Variation in the amount of heat is suppressed, the dispersibility of the mist is improved, and uneven firing of the mist is suppressed, so that the obtained hollow particles have a suppressed decrease in particle strength, and variation in the physical properties of the particles is suppressed. was confirmed.
1 ノズル本体
2 吐出口
3 保護管
4 空隙
5 機構(プレートユニット)
6 板状体
7 冷却用ガス導入口
8 スリット又は穴
9 ハブ
10 羽根
20 羽根車
100 ノズル
101 加熱炉
102 燃焼バーナー
103 燃焼管
200 ノズル
300 噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置
REFERENCE SIGNS
6
Claims (9)
該ノズル本体の外周を覆う保護管
を備え、
前記ノズル本体と前記保護管との間には、冷却用ガスを流通可能な空隙が設けられ、
該空隙には、前記ノズル本体の周囲を旋回しながら前記吐出口に向かって前記冷却用ガスを排出可能な機構が設けられている、
噴霧熱分解用又は噴霧乾燥用のノズル。 a nozzle body having an ejection port for spraying a liquid;
A protective tube covering the outer periphery of the nozzle body is provided,
Between the nozzle body and the protective tube, a gap is provided through which cooling gas can flow,
The gap is provided with a mechanism capable of discharging the cooling gas toward the discharge port while rotating around the nozzle body.
Nozzles for spray pyrolysis or spray drying.
該ノズルから噴霧された前記原料溶液のミストを、燃焼バーナーの燃焼ガスにより熱分解又は乾燥する加熱炉
を備え、
前記ノズルが、請求項1~7のいずれか1項に記載のノズルである、
噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置。 a nozzle for spraying the raw material solution;
Equipped with a heating furnace that thermally decomposes or dries the mist of the raw material solution sprayed from the nozzle with the combustion gas of the combustion burner,
The nozzle is the nozzle according to any one of claims 1 to 7,
Spray pyrolysis or spray drying equipment.
前記加熱炉内の前記燃焼ガスの旋回方向と、前記空隙の冷却用ガスの旋回方向が同一である、請求項8記載の噴霧熱分解装置又は噴霧乾燥装置。 A mechanism for generating a swirling flow of the combustion gas is provided in the heating furnace,
9. The spray pyrolysis apparatus or spray drying apparatus according to claim 8, wherein the swirling direction of the combustion gas in the heating furnace is the same as the swirling direction of the cooling gas in the gap.
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