JP7117186B2 - Spray pyrolysis equipment - Google Patents
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Description
本発明は、酸化物中空粒子の製造に適した噴霧熱分解装置に関する。 The present invention relates to a spray pyrolysis apparatus suitable for producing hollow oxide particles.
酸化物中空粒子等の微粒子の製造装置として、熱分解炉の内部に燃焼バーナーを装備した内燃焼式の噴霧熱分解装置が知られている。特許文献1には、円筒状の粉体生成塔内に多数の火炎噴射ノズルが高さをずらして配置した装置が記載されている。特許文献2には、燃焼室の外側の空間に多数のバーナーを配置した装置が記載されている。また、単独又は複数のバーナーによる火炎により噴霧ミストを直接加熱する装置(特許文献3、4)が報告されている。 As an apparatus for producing fine particles such as oxide hollow particles, an internal combustion spray pyrolysis apparatus equipped with a combustion burner inside a pyrolysis furnace is known. Patent Literature 1 describes an apparatus in which a large number of flame injection nozzles are arranged at different heights in a cylindrical powder generation tower. Patent Literature 2 describes an apparatus in which a large number of burners are arranged in the space outside the combustion chamber. In addition, devices have been reported that directly heat spray mist with flames from single or multiple burners (Patent Documents 3 and 4).
しかしながら、特許文献1の装置では、多数のバーナーが配置されているため、炉内の温度コントロールが極めて難しく、温度管理の困難さから、燃焼バーナーの失火を招くことがある。このように炉内の温度管理が難しく、炉内の温度分布が不均一になるため、合成物のばらつきが生じる。さらには、バーナーの失火により局所的なガス量の増減が生じるため、安定した運転自体が非常に困難であり実用的ではない。また、特許文献2の装置では、構造、且つ、制御が極めて複雑なうえ、バーナーより発生した熱の大半が外燃室の内壁に奪われて熱効率が悪いため、同一熱量の焼成炉と比較し、スケールが一回り大きくなるなど、経済性が極めて悪く、実用的ではない。また、炉の構造上、炉の内壁(バーナー部)が高温になり易く、炉の中心部と内壁近傍との温度差が生じ、粒子に不均一性を生じやすい。また、燃焼ガス導入口の無い、炉の内壁は、高温であるため、粒子が溶着しやすいといった問題がある。
特許文献3の装置では、バーナーの火炎で直接噴霧された溶液を加熱するため、密実な粒子となり好ましくない。特許文献4の装置では、バーナーにより溶融した粒子がバーナーの気流に乗って、バーナー側面部に接触し溶着、粒子の変形や割れが発生するため好ましくない。
However, in the apparatus of Patent Literature 1, since a large number of burners are arranged, it is extremely difficult to control the temperature inside the furnace, and the difficulty in temperature control may lead to misfiring of the combustion burner. As described above, it is difficult to control the temperature in the furnace, and the temperature distribution in the furnace becomes non-uniform, resulting in variations in the composition. Furthermore, a misfire of the burner causes a local increase or decrease in the amount of gas, so stable operation itself is extremely difficult and impractical. In addition, in the apparatus of Patent Document 2, the structure and control are extremely complicated, and most of the heat generated from the burner is taken away by the inner wall of the external combustion chamber, resulting in poor thermal efficiency. , the scale becomes one size larger, etc., the economic efficiency is extremely poor and it is not practical. In addition, due to the structure of the furnace, the inner wall (burner portion) of the furnace tends to reach a high temperature, causing a temperature difference between the central portion of the furnace and the vicinity of the inner wall, which tends to cause non-uniformity in the particles. Moreover, since the inner wall of the furnace, which does not have a combustion gas inlet, is at a high temperature, there is a problem that particles tend to adhere to it.
In the device of Patent Document 3, the solution directly sprayed is heated by the flame of the burner, which is undesirable because it forms solid particles. In the device of Patent Document 4, the particles melted by the burner ride on the airflow of the burner, come into contact with the side surface of the burner, and adhere to each other, causing deformation and cracking of the particles, which is not preferable.
このように、内燃式の噴霧熱分解装置は、熱分解炉の内部に燃焼バーナーを配置し、燃料を燃焼させ熱源とするが、この燃料の燃焼に伴い発生する燃焼ガスのため、炉内の風速は速く、特にバーナーの火炎近傍は、一段と速くなるといった特徴がある。このため、噴霧させた溶液を熱分解させ、微粒子を合成するために必要な熱量、すなわち、炉内の滞留時間を一定時間確保する必要があるが、前述の理由により、装置が大型化する。また、バーナーの火炎部近傍は、特に高温であるため、火炎部に入った粒子は密実化し、この結果、合成物が中実粒子と中空粒子の混合物となり、合成物の不均一性を生じるといった課題がある。
また、内燃式の噴霧熱分解装置は、前述に記載の通り、燃料の燃焼により発生する燃焼ガスにより、炉内の流速が著しく速くなるうえ、炉壁からの放散熱により、熱源からの距離が遠くなるほど、炉内の温度は低下するため、中空粒子の合成に必要な処理温度や保持時間を確保することが困難である。
In this way, in the internal combustion spray pyrolysis apparatus, a combustion burner is arranged inside the pyrolysis furnace, and the fuel is burned as a heat source. The wind speed is high, especially near the flame of the burner, which is characterized by being much faster. For this reason, it is necessary to secure the amount of heat required to thermally decompose the sprayed solution and synthesize the fine particles, that is, the residence time in the furnace for a certain period of time, but for the reasons described above, the size of the apparatus is increased. In addition, since the vicinity of the flame part of the burner is particularly hot, the particles entering the flame part become dense, and as a result, the composite becomes a mixture of solid particles and hollow particles, resulting in non-uniformity of the composite. There are issues such as
In addition, as described above, in the internal combustion spray pyrolysis apparatus, the combustion gas generated by the combustion of the fuel significantly increases the flow velocity in the furnace, and the heat radiated from the furnace wall reduces the distance from the heat source. Since the temperature in the furnace decreases as the distance increases, it is difficult to ensure the treatment temperature and holding time necessary for synthesizing hollow particles.
従って、本発明の課題は、複雑な構造にすることなく、燃焼バーナーからの熱を噴霧ミストに略均一に付与し、かつ必要な処理温度及び保持時間を確保することにより、均質な微粒子を高収率で得ることのできる内燃焼式の噴霧熱分解装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to impart heat from a combustion burner to the spray mist in a substantially uniform manner and ensure the required treatment temperature and holding time without making a complicated structure, thereby producing homogeneous fine particles at a high temperature. An object of the present invention is to provide an internal combustion type spray pyrolysis apparatus capable of obtaining a high yield.
そこで本発明者は、噴霧用ノズルを堅型円筒状熱分解炉の底部に設置し、燃焼バーナー2基~4基を炉体内の接線方向に対角させて配備し、かつ燃焼バーナーの上部に補助熱源を設けることにより、燃料の燃焼ガスにより炉内に強力な旋回流を発生させることができ、噴霧ミストを、炉長に対して、炉内の滞留時間を長く取ることが可能となり、炉体の放散熱分の熱量を与えることにより、中空粒子の合成に必要な温度と保持時間を再現性よく、安定して確保でき、装置がコンパクト、且つ、簡便であるうえ、炉内温度の均質化と粉体の付着防止を図ることが可能となることを見出し、本発明を完成した。 Therefore, the present inventor installed a spray nozzle at the bottom of a rigid cylindrical pyrolysis furnace, arranged 2 to 4 combustion burners diagonally in the tangential direction in the furnace body, and placed the combustion burner above the combustion burner By providing an auxiliary heat source, it is possible to generate a strong swirling flow in the furnace by the combustion gas of the fuel, and it is possible to take a long residence time of the spray mist in the furnace with respect to the length of the furnace. By giving the amount of heat dissipated from the body, the temperature and holding time required for synthesis of hollow particles can be stably secured with good reproducibility, the equipment is compact and simple, and the temperature inside the furnace is uniform. The present inventors have completed the present invention by finding that it is possible to achieve reduction and prevention of adhesion of powder.
すなわち、本発明は、次の〔1〕~〔10〕を提供するものである。 That is, the present invention provides the following [1] to [10].
〔1〕堅型円筒熱分解炉の底部に上向き噴霧用ノズルを有し、燃焼バーナー2基~4基を、熱分解炉の底部から略同じ距離に対角させ、熱分解炉体内の接線方向に配置し、かつ熱分解炉体の燃焼バーナーの上部に1基以上の補助熱源を備えることを特徴とする内燃焼式の噴霧熱分解装置。
〔2〕前記燃焼バーナーが、燃焼バーナーの火炎と噴霧ミストが直接接触しないように配置される〔1〕記載の噴霧熱分解装置。
〔3〕前記補助熱源が、燃焼補助バーナー、熱風ヒーター及び電気ヒーターから選ばれる1基以上である〔1〕又は〔2〕記載の噴霧熱分解装置。
〔4〕前記燃焼補助バーナーを熱分解炉体内の接線方向、且つ、燃焼ガスの旋回方向に、1基以上配置することを特徴とする〔3〕記載の噴霧熱分解装置。
〔5〕前記熱風ヒーターを熱分解炉体内の接線方向、且つ、燃焼ガスの旋回方向に、1基以上配置することを特徴とする〔3〕記載の噴霧熱分解装置。
〔6〕補助熱源の燃焼補助バーナーが、燃焼バーナーの火炎と噴霧ミストが直接接触しないように配置される〔4〕記載の噴霧熱分解装置。
〔7〕熱分解炉内の噴霧ミストの滞留時間が0.1秒~600秒である〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の噴霧熱分解装置。
〔8〕燃焼バーナーに用いる燃料が、液体燃料又は気体燃料である〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の噴霧熱分解装置。
〔9〕噴霧用ノズルが、単数又は複数の2~4流体ノズルである〔1〕~〔8〕のいずれかに記載の噴霧熱分解装置。
〔10〕熱分解炉の炉頂部に冷却エアーを導入可能な空間を設けてなる〔1〕~〔9〕のいずれかに記載の噴霧熱分解装置。
[1] An upward spray nozzle is provided at the bottom of a rigid cylindrical pyrolysis furnace, 2 to 4 combustion burners are diagonally positioned at approximately the same distance from the bottom of the pyrolysis furnace, and the tangential direction in the pyrolysis furnace body and one or more auxiliary heat sources are provided above the combustion burner of the pyrolysis furnace body.
[2] The spray pyrolysis apparatus according to [1], wherein the combustion burner is arranged so that the flame of the combustion burner and the spray mist do not come into direct contact with each other.
[3] The spray pyrolysis apparatus according to [1] or [2], wherein the auxiliary heat source is one or more selected from an auxiliary combustion burner, a hot air heater and an electric heater.
[4] The spray pyrolysis apparatus according to [3], wherein one or more of the combustion auxiliary burners are arranged in the tangential direction in the pyrolysis furnace body and in the swirling direction of the combustion gas.
[5] The spray pyrolysis apparatus according to [3], characterized in that one or more of the hot air heaters are arranged in the tangential direction in the pyrolysis furnace body and in the swirling direction of the combustion gas.
[6] The spray pyrolysis apparatus according to [4], wherein the combustion auxiliary burner of the auxiliary heat source is arranged so that the flame of the combustion burner and the spray mist do not come into direct contact.
[7] The spray pyrolysis apparatus according to any one of [1] to [6], wherein the residence time of the spray mist in the pyrolysis furnace is 0.1 to 600 seconds.
[8] The spray pyrolysis apparatus according to any one of [1] to [7], wherein the fuel used in the combustion burner is liquid fuel or gaseous fuel.
[9] The spray pyrolysis apparatus according to any one of [1] to [8], wherein the spray nozzle is a single or a plurality of 2- to 4-fluid nozzles.
[10] The spray pyrolysis apparatus according to any one of [1] to [9], wherein a space capable of introducing cooling air is provided at the top of the pyrolysis furnace.
本発明の製造装置を用いれば、2基~4基の燃焼バーナー及び補助熱源の配置により、燃焼ガスによる強力な旋回流が生じ、底部から発生させた噴霧ミストが旋回流に乗って炉長よりも長時間を要して熱分解されるため、熱分解時間及び温度が均一になり、中空微粒子が選択的かつ高収率で得られる。 By using the manufacturing apparatus of the present invention, by arranging 2 to 4 combustion burners and auxiliary heat sources, a strong swirl flow is generated by the combustion gas, and the spray mist generated from the bottom rides on the swirl flow and extends from the furnace length. Since the thermal decomposition takes a long time, the thermal decomposition time and temperature become uniform, and hollow fine particles can be obtained selectively and in a high yield.
本発明の噴霧熱分解装置は、内燃焼式である。すなわち、熱分解炉内に原料液を噴霧する噴霧ノズルを有し、噴霧されたミスト(液滴)を熱分解するための加熱源である燃焼ガスを発生させる燃焼バーナー及び補助熱源を熱分解炉内に有する噴霧熱分解装置である。 The spray pyrolysis apparatus of the present invention is of internal combustion type. That is, the pyrolysis furnace has a spray nozzle for spraying the raw material liquid in the pyrolysis furnace, and a combustion burner for generating combustion gas as a heat source for pyrolyzing the sprayed mist (droplets) and an auxiliary heat source. It is a spray pyrolysis device inside.
熱分解炉の形状は、堅型円筒状が装置の設置が簡便であり好ましい。堅型円筒状(図1参照)とすることにより、特定の位置に配置された2基~4基の燃焼バーナーから発生した燃焼ガスにより炉内に強力な旋回流が発生する(図1のA-A線断面図参照)。 As for the shape of the pyrolysis furnace, a rigid cylindrical shape is preferable because installation of the apparatus is simple. By adopting a rigid cylindrical shape (see Fig. 1), combustion gas generated from 2 to 4 combustion burners arranged at specific positions generates a strong swirling flow in the furnace (A in Fig. 1). -A line sectional view).
噴霧用ノズルは、熱分解炉の底部に上向きに噴霧するように配置される(図1)。噴霧用ノズルは、1基でも2基以上でもよい。噴霧用ノズルは2~4流体ノズルであるのが好ましく、また、キャリアーエアとして、圧縮空気を用いて、噴霧ミストの周辺に空気のシールドが形成されるように噴霧ノズルを二重にして、溶液を噴霧しても良い。また、噴霧ノズルは、耐熱性を考慮し、必要に応じて断熱材等で保護しても良い。 The spray nozzles are arranged to spray upwards at the bottom of the pyrolysis furnace (Fig. 1). The number of spray nozzles may be one or two or more. The spray nozzle is preferably a 2- to 4-fluid nozzle, and compressed air is used as carrier air, and the spray nozzle is doubled so that an air shield is formed around the spray mist, and the solution is sprayed. can be sprayed. Also, the spray nozzle may be protected by a heat insulating material or the like as necessary in consideration of heat resistance.
噴霧用ノズルは、熱分解炉の底部に上向きに原料液のミストを噴霧するように配置される。上向きに噴霧されたミストは、燃焼バーナーから発生した火炎方向に到達する(図1)。 The spray nozzle is arranged to spray a mist of the raw material liquid upward to the bottom of the pyrolysis furnace. The upwardly sprayed mist reaches the direction of the flame generated by the combustion burner (Fig. 1).
燃焼バーナーは、2基~4基設置されるが、2基が好ましい。その2基~4基の燃焼バーナーは、熱分解炉の底部から略同じ距離に対角させて、熱分解炉内の接線方向に配置するが(図1A-A線断面図参照)、0°~60°の角度をもって上向きに配置しても良く。この場合は、旋回流を効率良く生じさせる点から、2基~4基ともに、同角度にすると良い。
燃焼バーナーの火炎は、噴霧ミストに直接接触しないのがミストの一部のみの過剰反応を防止するうえで好ましい。燃焼バーナーの火炎が噴霧ミストに直接接触しないように燃焼バーナーを配置するには、燃焼バーナーの火炎が炉内に入らないようにするのが好ましい(図1参照)。バーナーの火炎が炉内に入ることを避けたい場合は、前後方向にバーナーを可動できる機構を設け必要に応じ調整するとなお良い。
このように配置することにより、2基~4基の燃焼バーナーから生じた相対する方向からの燃焼ガスにより、炉内に強力な旋回流が生じる。この旋回流は、炉の下から上方向に進行するため、噴霧用ノズルから噴霧された噴霧ミストもこの旋回流により旋回しながら上昇する。従って、噴霧ミストは、燃焼バーナーから生じた火炎に直接接触することなく、炉の長さよりも長い距離、炉内に滞留し、長時間の熱分解反応を受けることができる。
燃焼バーナーは、一般的に販売されているものであれば、何れも使用することができる。炉の容積、および燃焼種類など炉の仕様を考慮し、これにあった型式の燃焼バーナーを選定すると良く、また、炉の仕様に応じたものを製作して用いても良い。
Two to four combustion burners are installed, preferably two. The two to four combustion burners are arranged tangentially in the pyrolysis furnace, diagonally at about the same distance from the bottom of the pyrolysis furnace (see FIG. 1A-A line cross section), but at 0° It may be placed upward at an angle of ~60°. In this case, from the viewpoint of efficiently generating a swirling flow, it is preferable to set the two to four nozzles at the same angle.
The combustion burner flame preferably does not directly contact the atomized mist to prevent overreaction of only a portion of the mist. In order to position the combustion burners so that the combustion burner flames do not come into direct contact with the atomized mist, it is preferable to keep the combustion burner flames out of the furnace (see FIG. 1). If it is desired to prevent the flame of the burner from entering the furnace, it is better to provide a mechanism for moving the burner in the front-rear direction and adjust it as necessary.
By arranging in this manner, combustion gases from opposite directions generated from two to four combustion burners create a strong swirling flow in the furnace. Since this swirling flow advances upward from the bottom of the furnace, the spray mist sprayed from the spray nozzle also rises while swirling due to this swirling flow. Therefore, the atomized mist stays in the furnace for a distance longer than the length of the furnace without directly contacting the flame generated from the combustion burner, and can undergo a long-term pyrolysis reaction.
Any combustion burner that is commercially available can be used. Considering the furnace specifications such as the furnace volume and the type of combustion, it is preferable to select a combustion burner of a type suitable for the specifications.
噴霧ミストの炉内の滞留時間は、0.1秒~600秒に設定することができる。好ましくは、1秒~300秒、さらに好ましくは、1.5秒~60秒に設定するとよい。
このように熱分解反応時間を長く設定することにより、安定して微小中空粒子を効率良く製造することができる。無機酸化物の原料となる原料液を用いて噴霧熱分解する場合、原料液滴が直接火炎に接触しなければまず乾燥反応が進行し、ミストは中空粒子状になる。続いて熱分解反応が進行すれば、無機酸化物中空微粒子が得られる。ここで、無機酸化物としては、例えば金属酸化物、アルミナ、シリカ、カルシア、マグネシア、アルミニウムおよびケイ素からなる酸化物等が挙げられ、より具体的には、アルミナ、シリカ、アルミニウムおよ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、カルシウム酸化物、ナトリウム酸化物、カリウム酸化物、リチウム酸化物、ホウ素酸化物、リン酸化物、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。
これらの酸化物を構成する元素の原料を溶解あるいは分散する溶媒としては、水及び有機溶媒が挙げられるが、環境への影響、製造コストの点から水が好ましく、溶液のpH調整剤として、酸やアルカリを添加しても良い。酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、有機酸などを用いることができ、アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化カリウムなどを用いても良い。
The residence time of the atomized mist in the furnace can be set from 0.1 seconds to 600 seconds. It is preferably set to 1 second to 300 seconds, more preferably 1.5 seconds to 60 seconds.
By setting the pyrolysis reaction time to be long in this manner, hollow microparticles can be produced stably and efficiently. In the case of spray pyrolysis using a raw material liquid as a raw material of an inorganic oxide, if the raw material droplets do not come into direct contact with a flame, the drying reaction proceeds first and the mist becomes hollow particles. Subsequently, if the thermal decomposition reaction proceeds, inorganic oxide hollow fine particles are obtained. Here, examples of inorganic oxides include metal oxides, alumina, silica, calcia, magnesia, oxides composed of aluminum and silicon, and more specifically oxides composed of alumina, silica, aluminum and silicon. oxides, titanium oxides, magnesium oxides, calcium oxides, sodium oxides, potassium oxides, lithium oxides, boron oxides, phosphorous oxides, zirconium oxides, barium oxides, cerium oxides, yttrium oxides, etc. and composite oxides in which these oxides are combined.
Solvents for dissolving or dispersing the raw materials of the elements constituting these oxides include water and organic solvents, but water is preferable from the viewpoint of environmental impact and production costs. or alkali may be added. Examples of acids that can be used include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, and organic acids. Examples of alkalis that can be used include sodium hydroxide, calcium hydroxide, potassium hydroxide, and the like.
燃焼バーナーに用いる燃料としては、液体燃料及び気体燃料のいずれも用いることができる。具体的には、LPG、都市ガス、気化した有機物などの気体燃料や灯油、軽油、重油、再生油などの液体燃料を用いることができる。 Both liquid fuel and gaseous fuel can be used as the fuel for the combustion burner. Specifically, gaseous fuels such as LPG, city gas, and vaporized organic matter, and liquid fuels such as kerosene, light oil, heavy oil, and recycled oil can be used.
補助熱源は、熱分解炉体の燃焼バーナーの上部に1基以上設置される(図1)。補助熱源としては、燃焼補助バーナー(図1、図2、図5)、熱風ヒーター(図3)、電気ヒーター(図4)が挙げられる。補助熱源の設置位置は、図1~図5のように、熱分解炉体の燃焼バーナーの上部であればよい。また補助熱源の数は、1基でも良いが、熱分解炉の長さによっては、例えば図1~図5のように、2基~6基程度が好ましい、電気ヒーターの場合は、炉内側の周囲に設けてもよい(図4)。
補助熱源の設置により、炉体の放散熱分の熱量を付与することができ、中空粒子の合成に必要な温度と保持時間を再現性よく、安定して確保できる。
また、補助熱源として、燃焼補助バーナー、熱風ヒーターを用いる場合は、炉体内の接線方向で、燃焼バーナーと同じ旋回方向に配置することにより(図2、図3)、燃焼バーナーにより発生した燃焼ガスの旋回流を妨げることがなくなり、補助熱源の運転条件によっては、旋回流が維持、強化されるため好ましい。
燃焼補助バーナー、熱風ヒーターは、炉内温度や旋回流を調整するために、設置する面や高さを変えてもよい。設置する面は、図1のように対面や熱分解炉の垂直方向に並べてもよい。設置する高さについては、同じ高さ(同一円周上)、段違いとしてもよい(図5)。
また、補助熱源の燃焼補助バーナーの火炎は、噴霧ミストや生成した中空粒子に直接接触しないようにすることが、ミストの一部のみの過剰反応、中空粒子の溶融や変形などを防止するうえで好ましい。燃焼補助バーナーの火炎が、噴霧ミストや生成した中空粒子に直接接触しないように、燃焼補助バーナーの火炎が炉内に入らないように設置するのが好ましい(図1、図2参照)。燃焼補助バーナーの火炎が炉内に入らないようにするために、燃焼補助バーナーを前後方向に可動できる機構を設けて、火炎の長さなどに応じて調整すればよい。
One or more auxiliary heat sources are installed above the combustion burner of the pyrolysis furnace body (Fig. 1). Auxiliary heat sources include combustion auxiliary burners (FIGS. 1, 2, and 5), hot air heaters (FIG. 3), and electric heaters (FIG. 4). As shown in FIGS. 1 to 5, the auxiliary heat source may be installed above the combustion burner of the pyrolysis furnace body. The number of auxiliary heat sources may be one, but depending on the length of the pyrolysis furnace, it is preferable to have two to six, for example, as shown in FIGS. It may be provided on the periphery (Fig. 4).
By installing an auxiliary heat source, it is possible to provide heat equivalent to the amount of heat dissipated from the furnace body, and to stably secure the temperature and holding time necessary for synthesizing hollow particles with good reproducibility.
When a combustion auxiliary burner or hot air heater is used as the auxiliary heat source, the combustion gas generated by the combustion burner can be reduced by arranging it in the tangential direction in the furnace body in the same turning direction as the combustion burner (Figs. 2 and 3). This is preferable because the swirl flow is maintained and strengthened depending on the operating conditions of the auxiliary heat source.
The combustion auxiliary burner and the hot air heater may be installed on different surfaces and heights in order to adjust the furnace temperature and swirling flow. The surfaces to be installed may be arranged facing each other as shown in FIG. 1 or in the vertical direction of the pyrolysis furnace. The installation heights may be the same height (on the same circumference) or different levels (Fig. 5).
In addition, the flame of the auxiliary combustion burner, which is the auxiliary heat source, should not come into direct contact with the spray mist and the hollow particles that are generated. preferable. It is preferable to install the flame of the auxiliary combustion burner so that it does not enter the furnace so that the flame of the auxiliary combustion burner does not come into direct contact with the atomized mist or the generated hollow particles (see FIGS. 1 and 2). In order to prevent the flame of the auxiliary combustion burner from entering the furnace, a mechanism for moving the auxiliary combustion burner back and forth may be provided and adjusted according to the length of the flame.
炉体は、炉材として使用されている材質であれば何れも用いることができ、使用する温度等を考慮し選定すると良い。
金属製のシェルの内壁に、耐火レンガ、断熱レンガ、および、キャスタブルなどを単体、層状、あるいは、組み合わせて用いるのが一般的である。
Any material that is used as a furnace material can be used for the furnace body, and it is preferable to select the furnace body in consideration of the temperature to be used.
It is common to use refractory bricks, insulating bricks, castables, etc. alone, in layers, or in combination for the inner wall of the metal shell.
熱分解炉内の下部から上部に旋回流に乗って熱分解反応によって生じた微粒子は、熱分解炉上部から回収される。ここで、微粒子を効率的に回収するには、熱分解炉頂部に冷却エアーを導入可能な空間を設け、ここに冷却エアーを導入することにより、冷却回収するのが好ましい。冷却エアーの導入手段としては、冷却エアーの吸入部の設置、ファンやブロアから冷却エアーを送り込む手段等を採用することができ、これらは複数の箇所から行なっても良い。また、冷却エアーの変わりに、水冷しても良く、イオン交換水や上水などを用いることができる。目的微粒子の回収には、バグフィルター等を用いることができる。
このバグフィルターの前段に、バグフィルターの負荷低減、粗粒や異物回収のため、サイクロンを配置しても良く、この他に、熱交換器を配置すると余熱利用や排ガス量の低減ができるため好ましい。
また、バグフィルターの後段に、必要に応じて、スクラバーなどの除塵、浄化設備を配置しても良い。
Particles generated by the pyrolysis reaction riding on the swirling flow from the lower part to the upper part of the pyrolysis furnace are recovered from the upper part of the pyrolysis furnace. Here, in order to collect the fine particles efficiently, it is preferable to provide a space in which cooling air can be introduced at the top of the pyrolysis furnace, and to cool and recover the fine particles by introducing the cooling air into the space. As the means for introducing the cooling air, it is possible to employ means such as installation of a cooling air suction part, means for sending the cooling air from a fan or a blower, etc., and these may be performed from a plurality of positions. Further, water cooling may be used instead of cooling air, and deionized water, tap water, or the like may be used. A bag filter or the like can be used to collect the target fine particles.
A cyclone may be placed before the bag filter in order to reduce the load on the bag filter and collect coarse particles and foreign matter.In addition, it is preferable to place a heat exchanger because residual heat can be used and the amount of exhaust gas can be reduced. .
Further, dust removal and purification equipment such as a scrubber may be arranged after the bag filter, if necessary.
次に実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。 EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
実施例1
イオン交換水100Lに、オルトケイ酸テトラエチル1992g、硝酸アルミニウム九水和物131g、硝酸マグネシウム六水和物455g、硝酸カルシウム四水和物516g、四ホウ酸ナトリウム十水和物1666g、濃硝酸1Lを竪型ガス炉の溶液タンクに投入し攪拌した。投入された水溶液は送液ポンプにより2流体ノズルを介してミスト状として、炉内温度を900℃に設定した竪型ガス炉に噴霧して、合成した中空粒子をバグフィルターにて回収した。
竪型ガス炉は、燃焼補助バーナーがある竪型ガス炉(図1)と燃焼補助バーナーの無い竪型ガス炉(図6)を使用し、竪型ガス炉内に熱電対を設置して、炉内の温度を測定した。炉内の温度変化を図7に示し、得られた中空粒子の走査電子顕微鏡像を図8に示す。図7において、補助バーナーありは燃焼補助バーナーがある竪型ガス炉(図1)の炉内温度、補助バーナーなしは燃焼補助バーナーの無い竪型ガス炉(図6)の炉内温度である。
本装置により、高温域での保持時間が長く取れるため、粒子の強度が向上したことに加えて、極めて厳密な温度管理が可能なため、粒子の品質のバラツキが極めて少ないものとなった。
Example 1
1992 g of tetraethyl orthosilicate, 131 g of aluminum nitrate nonahydrate, 455 g of magnesium nitrate hexahydrate, 516 g of calcium nitrate tetrahydrate, 1666 g of sodium tetraborate decahydrate, and 1 L of concentrated nitric acid were added vertically to 100 L of ion-exchanged water. It was put into the solution tank of the gas furnace and stirred. The supplied aqueous solution was turned into a mist by a liquid feed pump through a two-fluid nozzle, and was sprayed into a vertical gas furnace with the furnace temperature set at 900° C., and the synthesized hollow particles were collected with a bag filter.
The vertical gas furnace uses a vertical gas furnace with a combustion auxiliary burner (Fig. 1) and a vertical gas furnace without a combustion auxiliary burner (Fig. 6). The temperature inside the furnace was measured. FIG. 7 shows the temperature change in the furnace, and FIG. 8 shows a scanning electron microscope image of the obtained hollow particles. In FIG. 7, "with auxiliary burners" indicates the furnace temperature in the vertical gas furnace with combustion auxiliary burners (FIG. 1), and "without auxiliary burners" indicates the furnace temperature in the vertical gas furnace without combustion auxiliary burners (FIG. 6).
With this device, the retention time in the high-temperature range is long, so the strength of the particles is improved. In addition, extremely strict temperature control is possible, so the variation in the quality of the particles is extremely small.
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