JP2009095685A

JP2009095685A - Powder production apparatus and method

Info

Publication number: JP2009095685A
Application number: JP2007266451A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Watanabe; 政廣渡辺; Hisao Yamashita; 壽生山下; Toshiaki Hongo; 俊明本郷; Nobuaki Takahashi; 伸明高橋; Takashi Mitsuishi; 尚三石; Toshihiko Takazoe; 敏彦高添
Original assignee: Sanyo Machine Works Ltd; Tokyo Electron Ltd; University of Yamanashi NUC
Current assignee: Sanyo Machine Works Ltd; Tokyo Electron Ltd; University of Yamanashi NUC
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2009-05-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible in producing a powder by utilizing a plasma generated by microwave energy to facilitate the ignition of a plasma-generating gas and to avoid reaction tube break due to intense heat. <P>SOLUTION: The powder production apparatus 1 produces a powder by utilizing a plasma generated by microwave energy, and has a plasma-generating gas feed mechanism 12 that feeds a plasma-generating gas b into a reaction tube 10, a raw material feed mechanism 11 that feeds a powdery raw material a into the reaction tube 10, and a microwave propagation mechanism 50 that propagates the microwave energy into the reaction tube 10. The plasma-generating gas feed mechanism 12 discharges the plasma-generating gas b along the inner side surface of the reaction tube 10, and the raw material feed mechanism 11 feeds the powder raw material a into the reaction tube 10 at a position distant from the inner side surface of the reaction tube 10. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する技術に関する。本発明で製造される粉体とは、所望の組成を有する種々の無機系粒子である。代表的には、本発明は、アルコール、メタン、灯油等の炭化水素燃料を水蒸気改質することにより水素を製造する際に用いられる粉体状の改質触媒、一酸化炭素と水蒸気とを反応させて一酸化炭素を転化する際に使用される粉体状の一酸化炭素転化触媒に例示される無機系触媒および担体、吸着剤、更にＦｅ、Ｎｉなどを主成分とする磁性粉体では、磁気ヘッド、磁気テープ、フロッピーディスク（登録商標）等に使用される磁性体材料、あるいは、ガスクロマトグラフィ用カラム充填剤、電子材料、医療用などに使用される粉体を製造する技術に関する。 The present invention relates to a technique for producing a powder using plasma generated by microwave energy. The powder produced by the present invention is various inorganic particles having a desired composition. Typically, the present invention reacts carbon monoxide with steam in a powdery reforming catalyst used when producing hydrogen by steam reforming hydrocarbon fuels such as alcohol, methane, and kerosene. In the case of the magnetic powder mainly composed of inorganic catalyst and carrier, adsorbent, and Fe, Ni, etc. exemplified by the powdery carbon monoxide conversion catalyst used when converting carbon monoxide, The present invention relates to a technique for producing a magnetic material used for a magnetic head, a magnetic tape, a floppy disk (registered trademark), etc., or a powder used for a column filler for gas chromatography, an electronic material, medical use, and the like.

改質触媒や磁性粉体などといった粉体を製造する技術として、所望の成分元素を含む水溶液のｐＨや温度を調整して沈殿物を得る沈殿法が一般に知られている。しかしながら、沈殿法は目的とする組成の沈殿物を得るのが困難で操作も煩雑であり、また、大量の水を使用するという欠点もある。 As a technique for producing a powder such as a reforming catalyst or a magnetic powder, a precipitation method for obtaining a precipitate by adjusting the pH or temperature of an aqueous solution containing a desired component element is generally known. However, the precipitation method has a drawback that it is difficult to obtain a precipitate having a desired composition and the operation is complicated, and a large amount of water is used.

そこで、従来の湿式法に代えて、アーク放電を利用した乾式法により粉体の製造することが行われている。また最近では、所望の成分を含む水溶液を微細化させて、Ａｒガスなどのプラズマ生成ガスと一緒に反応管内に噴霧し、マイクロ波のエネルギーにより反応管内に発生させたプラズマを利用して溶液中の成分を熱分解させることにより、粉体触媒を製造する方法が試みられている（特許文献１参照）。
特開２００６−８７９６５号公報 Therefore, powder is manufactured by a dry method using arc discharge instead of the conventional wet method. Recently, an aqueous solution containing a desired component is refined and sprayed in a reaction tube together with a plasma generating gas such as Ar gas, and the plasma generated in the reaction tube by microwave energy is used in the solution. An attempt has been made to produce a powder catalyst by thermally decomposing these components (see Patent Document 1).
JP 2006-87965 A

しかしながら、上記特許文献１に記載された方法の場合、水溶液が含まれたことにより、プラズマ生成ガスの着火性能が悪くなり、十分なプラズマが発生しなくなる恐れがあった。また、噴霧された水溶液中にマイクロ波のエネルギーが吸収されて生じた高熱により、石英等の誘電体で構成された反応管の内側面が融解され、破損が発生するという問題もあった。また、このような高熱による反応管の破損を回避するために、マイクロ波発生装置の電力を低く抑えることが必要となり、生産能力を高くできないという問題もあった。また、本発明者らは、プラズマ発生時に高熱に晒される反応管を冷却することも試みたが、冷却のみで反応管の破損を回避することは困難であった。 However, in the case of the method described in Patent Document 1, since the aqueous solution is contained, the ignition performance of the plasma generation gas is deteriorated, and there is a possibility that sufficient plasma is not generated. There is also a problem that the inner surface of the reaction tube made of a dielectric material such as quartz is melted due to the high heat generated by absorbing the microwave energy in the sprayed aqueous solution, causing damage. In addition, in order to avoid the breakage of the reaction tube due to such high heat, it is necessary to keep the power of the microwave generator low, and there is a problem that the production capacity cannot be increased. The inventors have also tried to cool the reaction tube exposed to high heat when plasma is generated, but it was difficult to avoid breakage of the reaction tube only by cooling.

したがって本発明の目的は、マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造するに際し、プラズマを容易に着火でき、また、高熱による反応管の破損も回避できるようにすることにある。 Therefore, an object of the present invention is to easily ignite plasma when manufacturing powder using plasma generated by microwave energy, and to prevent damage to the reaction tube due to high heat. is there.

上記課題を解決するために、本発明によれば、マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する粉体製造装置であって、反応管内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給機構と、前記反応管内に粉体原料を供給する原料供給機構と、前記反応管内にマイクロ波のエネルギーを伝播させるマイクロ波伝播機構を有することを特徴とする、粉体製造装置が提供される。 In order to solve the above-described problems, according to the present invention, a powder manufacturing apparatus that manufactures powder using plasma generated by microwave energy, the plasma supplying a plasma generation gas into a reaction tube Provided is a powder production apparatus, comprising: a product gas supply mechanism; a raw material supply mechanism for supplying powder raw material into the reaction tube; and a microwave propagation mechanism for propagating microwave energy into the reaction tube. Is done.

また、本発明によれば、マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する粉体製造装置であって、反応管内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給機構と、前記反応管内に粉体原料を供給する原料供給機構と、前記反応管内にマイクロ波のエネルギーを伝播させるマイクロ波伝播機構と、粉体を捕集する粉体捕集機構を有することを特徴とする、粉体製造装置が提供される。 Further, according to the present invention, there is provided a powder manufacturing apparatus for manufacturing powder using plasma generated by microwave energy, a plasma generating gas supply mechanism for supplying a plasma generating gas into a reaction tube, It has a raw material supply mechanism for supplying a powder raw material into the reaction tube, a microwave propagation mechanism for propagating microwave energy in the reaction tube, and a powder collection mechanism for collecting powder. A powder manufacturing apparatus is provided.

本発明にあっては、プラズマ生成ガス供給機構とマイクロ波伝播機構が別に設けられており、反応管内にプラズマ生成ガスと粉体原料が互いに別に供給される。このため、従来のように粉体原料をプラズマ生成ガスと一緒に反応管内に噴霧していた場合に比べて、プラズマ生成ガス中への粉体原料の混合を少なくできる。その結果、反応管内においてプラズマ生成ガスが高純度に存在する領域を形成させることができ、かかる領域において、プラズマを安定して着火させることができるようになる。これにより、反応管内においてプラズマを確実に発生させ、プラズマによる粉体製造を円滑に行うことが可能となる。 In the present invention, the plasma generation gas supply mechanism and the microwave propagation mechanism are provided separately, and the plasma generation gas and the powder raw material are separately supplied into the reaction tube. For this reason, compared with the case where the powder raw material is sprayed into the reaction tube together with the plasma generating gas as in the prior art, the mixing of the powder raw material into the plasma generating gas can be reduced. As a result, it is possible to form a region where the plasma generation gas exists in the reaction tube with high purity, and it is possible to stably ignite the plasma in this region. As a result, it is possible to reliably generate plasma in the reaction tube and smoothly perform powder production using the plasma.

ここで、前記粉体捕集機構は、粉体捕集液が散水されるスプレー室を備え、前記反応管の下方は、前記スプレー室の内部に挿入されていても良い。また、前記スプレー室の下方には、液溜め容器が配置され、前記スプレー室の内部と前記液溜め容器の内部を仕切るように、捕集フィルタが設けられていても良い。また、前記液溜め容器内の粉体捕集液を吸引し、前記スプレー室に粉体捕集液を散水させるポンプを有していても良い。更に、前記スプレー室内の雰囲気は、トラップ容器に導入されても良い。 Here, the powder collecting mechanism may include a spray chamber in which the powder collecting liquid is sprinkled, and the lower part of the reaction tube may be inserted into the spray chamber. In addition, a liquid storage container may be disposed below the spray chamber, and a collection filter may be provided so as to partition the interior of the spray chamber and the interior of the liquid storage container. Moreover, you may have a pump which attracts | sucks the powder collection liquid in the said liquid reservoir container, and sprays the powder collection liquid in the said spray chamber. Furthermore, the atmosphere in the spray chamber may be introduced into a trap container.

また、前記反応管は、例えば誘電体である石英で構成されている。また、前記反応管は、内壁と外壁で構成された二重構造であり、前記内壁と前記外壁の間に冷媒の流路が形成されていても良い。 The reaction tube is made of, for example, quartz which is a dielectric. The reaction tube may have a double structure including an inner wall and an outer wall, and a refrigerant flow path may be formed between the inner wall and the outer wall.

また、前記プラズマ生成ガス供給機構は、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスを吐出することが望ましい。このように、反応管の内側面に沿ったプラズマ生成ガスの流れを形成することにより、粉体原料が反応管の内側面に接触することを回避できる。その結果、マイクロ波のエネルギーを吸収して高熱となった粉体原料が反応管の内側面に接触しなくなるので、反応管の内側面の融解、破損が防止される。この場合、前記反応管が例えば円管状であり、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスが螺旋状に流れるようにしても良い。 The plasma generation gas supply mechanism preferably discharges the plasma generation gas along the inner surface of the reaction tube. Thus, by forming the flow of the plasma generation gas along the inner surface of the reaction tube, it is possible to avoid the powder raw material from contacting the inner surface of the reaction tube. As a result, the powder raw material that has absorbed the microwave energy and becomes high in temperature does not come into contact with the inner surface of the reaction tube, so that melting and breakage of the inner surface of the reaction tube are prevented. In this case, the reaction tube may be, for example, a circular tube, and the plasma generation gas may flow spirally along the inner surface of the reaction tube.

また、粉体原料が反応管の内側面に接触することを回避するために、前記原料供給機構は、前記反応管の内側面から離れた位置で前記反応管内に粉体原料を供給することが好ましい。また、前記原料供給機構は、前記反応管の内側面に指向しない方向に粉体原料を吐出することが好ましい。 In order to avoid the powder raw material from contacting the inner surface of the reaction tube, the raw material supply mechanism may supply the powder raw material into the reaction tube at a position away from the inner surface of the reaction tube. preferable. Moreover, it is preferable that the raw material supply mechanism discharges the powder raw material in a direction not directed to the inner surface of the reaction tube.

また、前記原料供給機構は、粉体原料水溶液を微粒子状にして、粉体原料を生成する噴霧器を備えていても良い。また、前記噴霧器では、水中を介して伝達される超音波振動の作用によって粉体原料が発生させられても良い。また、前記噴霧器で生成された粉体原料が、キャリアガスと一緒に前記反応管に供給されても良い。 In addition, the raw material supply mechanism may include a sprayer that generates a powder raw material by forming a powder raw material aqueous solution into fine particles. In the sprayer, the powder raw material may be generated by the action of ultrasonic vibration transmitted through the water. Moreover, the powder raw material produced | generated with the said sprayer may be supplied to the said reaction tube with carrier gas.

前記マイクロ波伝播機構は、例えば導波管である。なお、本発明の粉体製造装置は、例えば粉体触媒の製造に利用できる。 The microwave propagation mechanism is, for example, a waveguide. In addition, the powder manufacturing apparatus of this invention can be utilized for manufacture of a powder catalyst, for example.

また、本発明によれば、マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する粉体製造方法であって、反応管内にプラズマ生成ガスと粉体原料を互いに別に供給し、前記反応管内にマイクロ波のエネルギーを伝播させてプラズマ生成ガスをプラズマ化させ、粉体原料から粉体を製造することを特徴とする、粉体製造方法が提供される。 Further, according to the present invention, there is provided a powder manufacturing method for manufacturing powder using plasma generated by microwave energy, wherein a plasma generating gas and a powder raw material are separately supplied into a reaction tube, There is provided a powder manufacturing method characterized in that microwave energy is propagated in the reaction tube to convert a plasma generation gas into a plasma to manufacture powder from a powder raw material.

この粉体製造方法において、前記反応管内にプラズマ生成ガスを供給するに際し、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスを吐出しても良い。この場合、前記反応管が例えば円管状であり、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスが螺旋状に流れるようにしても良い。 In this powder manufacturing method, when supplying the plasma generating gas into the reaction tube, the plasma generating gas may be discharged along the inner surface of the reaction tube. In this case, the reaction tube may be, for example, a circular tube, and the plasma generation gas may flow spirally along the inner surface of the reaction tube.

また、前記反応管内に粉体原料を供給するに際し、前記反応管の内側面から離れた位置で前記反応管内に粉体原料を供給しても良い。また、前記反応管内に粉体原料を供給するに際し、前記反応管の内側面に指向しない方向に粉体原料を吐出しても良い。 In addition, when supplying the powder raw material into the reaction tube, the powder raw material may be supplied into the reaction tube at a position away from the inner surface of the reaction tube. Further, when supplying the powder raw material into the reaction tube, the powder raw material may be discharged in a direction not directed to the inner surface of the reaction tube.

また、前記反応管を冷却しても良い。また、本発明の粉体製造方法は、例えば粉体触媒の製造に利用できる。 Further, the reaction tube may be cooled. Moreover, the powder manufacturing method of this invention can be utilized for manufacture of a powder catalyst, for example.

本発明によれば、反応管内にプラズマ生成ガスと粉体原料を互いに別に供給することにより、反応管内においてプラズマ生成ガスと粉体原料との混合をなるべく少なくできる。その結果、反応管内においてプラズマ生成ガスが高純度に存在する領域が形成され、かかる領域において、プラズマを安定して着火させることができ、プラズマによる粉体製造を円滑に行うことが可能となる。 According to the present invention, the plasma generation gas and the powder raw material are separately supplied into the reaction tube, whereby the mixing of the plasma generation gas and the powder raw material in the reaction tube can be reduced as much as possible. As a result, a region in which the plasma generation gas exists in the reaction tube with high purity is formed, and in this region, the plasma can be stably ignited, and powder production by plasma can be performed smoothly.

また、反応管の内側面に沿ったプラズマ生成ガスの流れを形成することにより、粉体原料が反応管の内側面に接触することを回避できる。その結果、マイクロ波のエネルギーを吸収して高熱となった粉体原料が反応管の内側面に接触しなくなるので、反応管の内側面の融解、破損が防止される。また、反応管の破損が防止されるので、マイクロ波発生装置の電力を高くすることができ、生産能力を向上できる。 Further, by forming the flow of the plasma generation gas along the inner surface of the reaction tube, it is possible to avoid the powder raw material from contacting the inner surface of the reaction tube. As a result, the powder raw material that has absorbed the microwave energy and becomes high in temperature does not come into contact with the inner surface of the reaction tube, so that melting and breakage of the inner surface of the reaction tube are prevented. Moreover, since the breakage of the reaction tube is prevented, the power of the microwave generator can be increased, and the production capacity can be improved.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照にして説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる粉体製造装置１の説明図である。図２は、この粉体製造装置１が備える反応管１０の縦断面図であり、図３は、反応管１０の平面図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram of a powder production apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the reaction tube 10 provided in the powder production apparatus 1, and FIG. 3 is a plan view of the reaction tube 10. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

反応管１０の周囲には、微粒子状にした粉体原料ａを反応管１０内に供給する原料供給機構１１と、プラズマ生成ガスｂを反応管１０内に供給するプラズマ生成ガス供給機構１２が設けられている。 Around the reaction tube 10, there are provided a raw material supply mechanism 11 that supplies fine powder raw material a into the reaction tube 10 and a plasma generation gas supply mechanism 12 that supplies plasma generation gas b into the reaction tube 10. It has been.

原料供給機構１１は、粉体原料水溶液ａ’を微粒子状にして、粉体原料ａを生成する噴霧器１６を備えている。例えばＡｒガス、Ａｒガスと酸素ガスとの混合ガス等のキャリアガスが、流路２１を経て噴霧器１６に供給される。 The raw material supply mechanism 11 includes a sprayer 16 that generates a powder raw material a by making the powder raw material aqueous solution a 'into fine particles. For example, a carrier gas such as Ar gas or a mixed gas of Ar gas and oxygen gas is supplied to the sprayer 16 through the flow path 21.

噴霧器１６は、水槽２５に入れられた水２４中に噴霧容器２６の下部を挿入した構成であり、噴霧容器２６は、水槽２５の壁面には直接は接触していない。水槽２５の底部には超音波発振器２７が配置されており、水槽２５内の水２４を介して噴霧容器２６に超音波振動が伝達されている。噴霧容器２６の下面と水槽２５の底面との隙間（噴霧容器２６の下面と水槽２５の底面の間に存在する水２４の距離（高さ））は、２０ｍｍ程度である。噴霧容器２６内には、粉体原料水溶液ａ’が入れられており、前述の超音波発振器２７から水２４中を介して伝達される超音波振動の作用によって、噴霧容器２６内において、粉体原料水溶液ａ’の液面上に微粒子状にされた粉体原料ａが発生させられている。噴霧容器２６の底面は、超音波振動を効率良く粉体原料水溶液ａ’に伝達できるように、例えば０．５ｍｍ以下の厚さである。こうして、噴霧容器２６内で微粒子状にされた粉体原料ａが、流路２１から供給されたキャリアガスと一緒に、流路２８を経て次の反応管１０に安定して供給される。 The sprayer 16 has a configuration in which the lower part of the spray container 26 is inserted into the water 24 put in the water tank 25, and the spray container 26 is not in direct contact with the wall surface of the water tank 25. An ultrasonic oscillator 27 is disposed at the bottom of the water tank 25, and ultrasonic vibrations are transmitted to the spray container 26 through the water 24 in the water tank 25. The gap between the lower surface of the spray container 26 and the bottom surface of the water tank 25 (the distance (height) of the water 24 existing between the lower surface of the spray container 26 and the bottom surface of the water tank 25) is about 20 mm. A powder raw material aqueous solution a ′ is placed in the spray container 26, and the powder is generated in the spray container 26 by the action of ultrasonic vibration transmitted from the ultrasonic oscillator 27 through the water 24. A powder raw material a in the form of fine particles is generated on the liquid surface of the raw material aqueous solution a ′. The bottom surface of the spray container 26 has a thickness of, for example, 0.5 mm or less so that ultrasonic vibration can be efficiently transmitted to the powder raw material aqueous solution a ′. Thus, the powder raw material a made fine in the spray container 26 is stably supplied to the next reaction tube 10 through the flow path 28 together with the carrier gas supplied from the flow path 21.

プラズマ生成ガス供給機構１２は、プラズマ生成ガス供給源３０と流路３１を備えている。プラズマ生成ガス供給源３０には、マイクロ波のエネルギーによってプラズマ化させることが可能な、例えばＡｒガスなどのプラズマ生成ガスが溜められている。このプラズマ生成ガス供給源３０から、流路３１を経て反応管１０にプラズマ生成ガスｂが供給される。 The plasma generation gas supply mechanism 12 includes a plasma generation gas supply source 30 and a flow path 31. The plasma generation gas supply source 30 stores a plasma generation gas such as Ar gas that can be made into plasma by microwave energy. The plasma generation gas b is supplied from the plasma generation gas supply source 30 to the reaction tube 10 through the flow path 31.

図２に示すように、反応管１０は、天井面３５が閉塞され、下面が開口された、円筒形状の石英管で構成されている。反応管１０は、いずれも石英で構成された内壁３６と外壁３７で構成された二重構造であり、内壁３６と外壁３７の間には、冷媒の流路３８が形成されている。反応管１０（外壁３７）の上部には、流路３８に連通する冷却空気の導入管３９が接続され、反応管１０（外壁３７）の下部には、流路３８に連通する冷却空気の排出管４０が接続されている。これら導入管３９および排出管４０を通じて、流路３８に冷却空気が流されることにより、反応管１０全体が冷却されるようになっている。 As shown in FIG. 2, the reaction tube 10 is composed of a cylindrical quartz tube having a ceiling surface 35 closed and a lower surface opened. The reaction tube 10 has a double structure composed of an inner wall 36 and an outer wall 37 both made of quartz, and a refrigerant flow path 38 is formed between the inner wall 36 and the outer wall 37. A cooling air introduction pipe 39 communicating with the flow path 38 is connected to the upper part of the reaction tube 10 (outer wall 37), and the cooling air communicating with the flow path 38 is discharged to the lower part of the reaction pipe 10 (outer wall 37). A tube 40 is connected. Through the introduction pipe 39 and the discharge pipe 40, the entire reaction tube 10 is cooled by flowing cooling air to the flow path 38.

反応管１０の上端を塞いでいる天井面３５の中央を貫通して、粉体原料ａの吐出ノズル４５が取付けられている。この吐出ノズル４５は円筒形状に構成されている反応管１０の中心軸に沿って配置されている。吐出ノズル４５上端には、前述の流路２８が接続されており、噴霧容器２６内で微粒子状にされた粉体原料ａが、キャリアガスと一緒に吐出ノズル４５から反応管１０内に吐出される。 A discharge nozzle 45 for the powder raw material a is attached through the center of the ceiling surface 35 covering the upper end of the reaction tube 10. The discharge nozzle 45 is arranged along the central axis of the reaction tube 10 configured in a cylindrical shape. The above-described flow path 28 is connected to the upper end of the discharge nozzle 45, and the powder raw material a that has been made fine particles in the spray container 26 is discharged into the reaction tube 10 from the discharge nozzle 45 together with the carrier gas. The

この場合、吐出ノズル４５が反応管１０の中心軸に沿って配置されていることにより、反応管１０の内側面（内壁３６）から離れた反応管１０の中心位置において、反応管１０の内部に粉体原料ａを供給することができる。また、吐出ノズル４５から反応管１０内に吐出された粉体原料ａを、反応管１０の中心軸に沿って、反応管１０の内側面（内壁３６）に指向しない方向に粉体原料ａを吐出することができる。 In this case, since the discharge nozzle 45 is arranged along the central axis of the reaction tube 10, the discharge nozzle 45 is placed inside the reaction tube 10 at the center position of the reaction tube 10 away from the inner surface (inner wall 36) of the reaction tube 10. Powder raw material a can be supplied. Further, the powder raw material a discharged from the discharge nozzle 45 into the reaction tube 10 is moved along the central axis of the reaction tube 10 in a direction not directed to the inner surface (inner wall 36) of the reaction tube 10. It can be discharged.

反応管１０の上部には、プラズマ生成ガスｂの吐出ノズル４６が取付けられている。この吐出ノズル４６は、図２に示すように、側面視では、水平よりも斜め下向きに指向し、かつ、図３に示すように、平面視では、円筒形状に構成された反応管１０の内側面（内壁３６）に沿った方向（接線方向）に指向して設けられている。吐出ノズル４６には、前述の流路３１が接続されており、プラズマ生成ガス供給源３０から供給されたプラズマ生成ガスｂが、吐出ノズル４６から反応管１０内に吐出される。 A discharge nozzle 46 for the plasma generation gas b is attached to the upper part of the reaction tube 10. As shown in FIG. 2, the discharge nozzle 46 is directed obliquely downward from the horizontal in a side view, and as shown in FIG. 3, the discharge nozzle 46 is formed in the reaction tube 10 configured in a cylindrical shape in a plan view. It is provided in a direction (tangential direction) along the side surface (inner wall 36). The aforementioned flow path 31 is connected to the discharge nozzle 46, and the plasma generation gas b supplied from the plasma generation gas supply source 30 is discharged into the reaction tube 10 from the discharge nozzle 46.

この場合、吐出ノズル４６が水平よりも斜め下向きに指向し、かつ、反応管１０の内側面（内壁３６）に沿った方向に指向して設けられていることにより、反応管１０の内側面（内壁３６）に沿って、螺旋状にプラズマ生成ガスｂを流すことができる。 In this case, since the discharge nozzle 46 is oriented obliquely downward from the horizontal and directed in a direction along the inner side surface (inner wall 36) of the reaction tube 10, the inner side surface ( The plasma generation gas b can flow spirally along the inner wall 36).

図４に示すように、粉体原料ａの吐出ノズル４５の吐出口４５’は、プラズマ生成ガスｂの吐出ノズル４６の吐出口４６’よりも下方に位置している。このため、反応管１０の内側面（内壁３６）に沿った螺旋状のプラズマ生成ガスｂの流れを予め形成させた位置において、螺旋状のプラズマ生成ガスｂの流れの内部に向けて、粉体原料ａを吐出させることができる。これにより、反応管１０の内部において、反応管１０の中心軸に沿って粉体原料ａが流れ、粉体原料ａの外側を包みながら反応管１０の内側面（内壁３６）に沿って螺旋状にプラズマ生成ガスｂが流れる状態を作り出すことができる。 As shown in FIG. 4, the discharge port 45 ′ of the discharge nozzle 45 for the powder raw material a is located below the discharge port 46 ′ of the discharge nozzle 46 for the plasma generation gas b. For this reason, at the position where the flow of the spiral plasma generation gas b along the inner surface (inner wall 36) of the reaction tube 10 is formed in advance, the powder is directed toward the inside of the flow of the spiral plasma generation gas b. The raw material a can be discharged. Thereby, inside the reaction tube 10, the powder raw material a flows along the central axis of the reaction tube 10, and spirals along the inner surface (inner wall 36) of the reaction tube 10 while wrapping the outside of the powder raw material a. It is possible to create a state in which the plasma generation gas b flows.

図２に示すように、反応管１０の途中には、マイクロ波伝播機構としての導波管５０が取付けてある。導波管５０の基端部には、マイクロ波発生装置（マグネトロン）５１が設けられており、このマイクロ波発生装置５１で発生させられた例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波が、導波管５０を介して、反応管１０の内部に伝播させられる。 As shown in FIG. 2, a waveguide 50 as a microwave propagation mechanism is attached in the middle of the reaction tube 10. A microwave generation device (magnetron) 51 is provided at the proximal end portion of the waveguide 50, and, for example, a microwave of 2.45 GHz generated by the microwave generation device 51 passes through the waveguide 50. To be propagated to the inside of the reaction tube 10.

導波管５０の先端部には、調整板５２が設けられている。この調整板５２を導波管５０の長手方向に沿って移動させて、導波管５０内に発生する定在波ｓのピークトゥーピークｓ’の位置を、反応管１０の位置に合わせることにより、反応管１０の内部にマイクロ波のエネルギーを効率よく伝播させることができる。 An adjustment plate 52 is provided at the tip of the waveguide 50. By moving the adjusting plate 52 along the longitudinal direction of the waveguide 50, the position of the peak-to-peak s ′ of the standing wave s generated in the waveguide 50 is adjusted to the position of the reaction tube 10. The microwave energy can be efficiently propagated inside the reaction tube 10.

反応管１０の内部においては、上述のように粉体原料ａとプラズマ生成ガスｂを流しながら、導波管５０からマイクロ波が伝播されることにより、プラズマ生成ガスｂがプラズマ化される。そして、反応管１０内に生成されたプラズマＰの作用によって、粉体原料ａが熱分解され、所望の粉体ｃが製造される。 Inside the reaction tube 10, as the powder raw material a and the plasma generation gas b flow as described above, the microwave is propagated from the waveguide 50, whereby the plasma generation gas b is turned into plasma. Then, the powder raw material a is thermally decomposed by the action of the plasma P generated in the reaction tube 10 to produce a desired powder c.

図１に示すように、反応管１０の下方は、粉体捕集機構としてのスプレー室５３の内部に挿入されている。スプレー室５３の下方には、液溜め容器５５が配置されている。これらスプレー室５３の内部と液溜め容器５５の内部を仕切るように、捕集フィルタ５４が設けられている。液溜め容器５５の内部には、粉体捕集液５６が溜められている。液溜め容器５５内の粉体捕集液５６は、ポンプ５７の動力によって、流路５８を経て、液溜め容器５５の最下部からスプレー室５３の上部に汲み上げられ、スプレー室５３内に配置された複数のスプレーノズル５９から散水されて、再び、液溜め容器５５内に流下される。スプレー室５３内においては、スプレーノズル５９からスプレー室５３の内部全体に向けて粉体捕集液５６が常時散水されている。これにより、反応管１０の下端から放出される粉体ｃが、粉体捕集液５６で捕集され、粉体捕集液５６と一緒に流下して行く途中で、捕集フィルタ５４上に捕集されるようになっている。このように捕集フィルタ５４上に粉体ｃが捕集される場合、ポンプ５７の動力によって液溜め容器５５内は負圧となる。これにより、スプレー室５３内を流下した粉体捕集液５６が強制的に捕集フィルタ５４に通されることとなり、粉体ｃの捕集が効率よく行われる。なお、流路５８には、粉体捕集液５６を各スプレーノズル５９へ分岐して送水させる分岐マニホールド５２が設けられている。 As shown in FIG. 1, the lower part of the reaction tube 10 is inserted into a spray chamber 53 as a powder collecting mechanism. A liquid reservoir container 55 is disposed below the spray chamber 53. A collection filter 54 is provided so as to partition the inside of the spray chamber 53 and the inside of the liquid storage container 55. A powder collection liquid 56 is stored inside the liquid storage container 55. The powder collection liquid 56 in the liquid storage container 55 is pumped up from the lowermost part of the liquid storage container 55 to the upper part of the spray chamber 53 by the power of the pump 57 and disposed in the spray chamber 53. Water is sprayed from the plurality of spray nozzles 59 and flows down into the liquid storage container 55 again. In the spray chamber 53, the powder collection liquid 56 is constantly sprayed from the spray nozzle 59 toward the entire interior of the spray chamber 53. As a result, the powder c released from the lower end of the reaction tube 10 is collected by the powder collection liquid 56, and flows along with the powder collection liquid 56 on the collection filter 54. It is supposed to be collected. Thus, when the powder c is collected on the collection filter 54, the inside of the liquid storage container 55 becomes a negative pressure by the power of the pump 57. As a result, the powder collection liquid 56 flowing down in the spray chamber 53 is forcibly passed through the collection filter 54, and the powder c is collected efficiently. The flow path 58 is provided with a branch manifold 52 that branches the powder collection liquid 56 to each spray nozzle 59 and feeds water.

スプレー室５３内の雰囲気は、スプレー室５３の上部から流路６０を経て、トラップ容器６１に導入されている。流路６０の出口端６０’は、トラップ容器６１内に溜められたトラップ液６２の液面下に配置されており、スプレー室５３内から漏れ出た粉体ｃが、トラップ容器６１においてトラップ液６２中に捕捉されるようになっている。トラップ容器６１内の雰囲気は、流路６３から外部に放出されている。 The atmosphere in the spray chamber 53 is introduced into the trap container 61 from the upper portion of the spray chamber 53 through the flow path 60. The outlet end 60 ′ of the flow path 60 is disposed below the liquid level of the trap liquid 62 stored in the trap container 61, and the powder c leaking from the spray chamber 53 is trapped in the trap container 61. 62 is captured. The atmosphere in the trap container 61 is discharged from the flow path 63 to the outside.

さて、以上のように構成された粉体製造装置１において、プラズマ生成ガス供給機構１２により、吐出ノズル４６を通じて反応管１０内にプラズマ生成ガスｂを吐出し、反応管１０の内側面（内壁３６）に沿って、螺旋状にプラズマ生成ガスｂを流す。また一方で、原料供給機構１１により、吐出ノズル４５を通じて反応管１０内に粉体原料ａをキャリアガスと一緒に吐出し、反応管１０の中心軸に沿って粉体原料ａを流す。これにより、反応管１０の内部において、反応管１０の中心軸に沿って粉体原料ａが流れ、粉体原料ａの外側を包みながら反応管１０の内側面（内壁３６）に沿って螺旋状にプラズマ生成ガスｂが流れる状態を作り出すことができる。 In the powder manufacturing apparatus 1 configured as described above, the plasma generation gas supply mechanism 12 discharges the plasma generation gas b into the reaction tube 10 through the discharge nozzle 46, and the inner surface (inner wall 36) of the reaction tube 10. ) To flow the plasma generation gas b in a spiral. On the other hand, the raw material supply mechanism 11 discharges the powder raw material a together with the carrier gas into the reaction tube 10 through the discharge nozzle 45 and flows the powder raw material a along the central axis of the reaction tube 10. Thereby, inside the reaction tube 10, the powder raw material a flows along the central axis of the reaction tube 10, and spirals along the inner surface (inner wall 36) of the reaction tube 10 while wrapping the outside of the powder raw material a. It is possible to create a state in which the plasma generation gas b flows.

そして、導波管５０からマイクロ波が伝播されることにより、反応管１０内を流れるプラズマ生成ガスｂがプラズマ化される。そして、反応管１０内に生成されたプラズマＰの作用によって、粉体原料ａが熱分解され、所望の粉体ｃが製造される。こうして製造された粉体ｃが、スプレー室５３内において粉体捕集液５６で捕集され、粉体捕集液５６と一緒に流下して行く途中で、捕集フィルタ５４上に捕集される。 Then, when the microwave is propagated from the waveguide 50, the plasma generation gas b flowing in the reaction tube 10 is turned into plasma. The powder raw material a is pyrolyzed by the action of the plasma P generated in the reaction tube 10 to produce a desired powder c. The powder c thus produced is collected by the powder collection liquid 56 in the spray chamber 53 and collected on the collection filter 54 while flowing together with the powder collection liquid 56. The

この粉体製造装置１にあっては、反応管１０内にプラズマＰが生成される場合、反応管１０の内側面（内壁３６）近傍にはプラズマ生成ガスｂが高純度に存在している。このため、反応管１０の内側面（内壁３６）近傍においては、粉体原料ａの混合率が低いプラズマ生成ガスｂが、安定してプラズマ化される。その結果、反応管１０内にプラズマＰを確実に生成させることができる。 In this powder manufacturing apparatus 1, when plasma P is generated in the reaction tube 10, the plasma generation gas b exists in high purity near the inner side surface (inner wall 36) of the reaction tube 10. For this reason, in the vicinity of the inner side surface (inner wall 36) of the reaction tube 10, the plasma generation gas b having a low mixing ratio of the powder raw material a is stably converted to plasma. As a result, the plasma P can be reliably generated in the reaction tube 10.

また、粉体原料ａはプラズマ生成ガスｂで包まれながら反応管１０の中心軸に沿って流れるので、粉体原料ａが反応管１０の内側面（内壁３６）に接触することを回避できる。その結果、マイクロ波のエネルギーを吸収して高熱となった粉体原料ａが反応管１０の内側面（内壁３６）に接触しなくなり、反応管１０の内側面（内壁３６）の融解、破損が防止される。また、反応管１０の破損が防止されるので、マイクロ波発生装置５１の電力を高くすることができ、生産能力を向上させることも可能となる。また、反応管１０を内壁３６と外壁３７で構成された二重構造として、両者の間（流路３８）に冷却空気を流すことにより、反応管１０の発熱を防止でき、反応管１０の融解、破損をより確実に防止できるようになる。 Further, since the powder raw material a flows along the central axis of the reaction tube 10 while being surrounded by the plasma generation gas b, it is possible to avoid the powder raw material a from contacting the inner side surface (inner wall 36) of the reaction tube 10. As a result, the powder raw material a that has absorbed the microwave energy and becomes hot is no longer in contact with the inner surface (inner wall 36) of the reaction tube 10, and the inner surface (inner wall 36) of the reaction tube 10 is melted or damaged. Is prevented. Moreover, since the breakage of the reaction tube 10 is prevented, the power of the microwave generator 51 can be increased, and the production capacity can be improved. Further, the reaction tube 10 has a double structure composed of an inner wall 36 and an outer wall 37, and cooling air is allowed to flow between the two (the flow path 38), thereby preventing the reaction tube 10 from generating heat and melting the reaction tube 10. It will be possible to prevent damage more reliably.

なお、反応管１０内に粉体原料ａを供給する場合、プラズマ生成ガスｂの供給が開始されていない状態で、先に粉体原料ａの供給を開始してしまうと、反応管１０の内側面（内壁３６）に粉体原料ａが接触しやすくなる。反応管１０の内側面（内壁３６）に粉体原料ａが接触すると、マイクロ波のエネルギーを吸収して高熱となった粉体原料ａにより、反応管１０の内側面（内壁３６）の融解、破損が発生する心配がある。かかる不具合を回避するために、予めプラズマ生成ガスｂの供給を開始した後に、粉体原料ａの供給を開始するか、あるいは、遅くとも、粉体原料ａの供給を開始すると同時に、プラズマ生成ガスｂの供給を開始することが望ましい。 In addition, when supplying the powder raw material a into the reaction tube 10, if the supply of the powder raw material a is started first in a state where the supply of the plasma generation gas b is not started, The powder raw material a easily comes into contact with the side surface (inner wall 36). When the powder raw material a contacts the inner surface (inner wall 36) of the reaction tube 10, the inner surface (inner wall 36) of the reaction tube 10 is melted by the powder raw material a that has absorbed microwave energy and has become hot. There is a risk of damage. In order to avoid such a problem, the supply of the powder raw material a is started after the supply of the plasma generation gas b is started in advance, or the supply of the powder raw material a is started at the same time as the plasma generation gas b. It is desirable to start supplying.

以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although an example of preferable embodiment of this invention was demonstrated, this invention is not limited to the form of illustration. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the ideas described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs.

例えば、上記実施の形態では、反応管１０の内側面（内壁３６）に沿って螺旋状にプラズマ生成ガスｂを流す例を説明した。これに限らず、図５に示すように、反応管１０の内側面（内壁３６）に沿って、反応管１０の長手方向に向けてプラズマ生成ガスｂを流すことにより、反応管１０の中心軸に沿って流れる粉体原料ａの周りに、プラズマ生成ガスｂを供給しても良い。 For example, in the above-described embodiment, the example in which the plasma generation gas b is flowed spirally along the inner surface (inner wall 36) of the reaction tube 10 has been described. Not limited to this, as shown in FIG. 5, by flowing the plasma generation gas b along the inner side surface (inner wall 36) of the reaction tube 10 in the longitudinal direction of the reaction tube 10, The plasma generation gas b may be supplied around the powder raw material a that flows along.

また、反応管１０内にマイクロ波のエネルギーを伝播させるために、図６に示すように、導波管５０によって反応管１０を円周方向に囲み、導波管５０の内面に形成したスリット７０からマイクロ波を反応管１０内に伝播させる構成としても良い。また、マイクロ波伝播機構は、導波管に限らず、同軸管、その他の機構を利用できる。 Further, in order to propagate the microwave energy into the reaction tube 10, as shown in FIG. 6, the reaction tube 10 is surrounded by the waveguide 50 in the circumferential direction, and a slit 70 formed on the inner surface of the waveguide 50. The microwave may be propagated into the reaction tube 10. Further, the microwave propagation mechanism is not limited to the waveguide, and a coaxial tube and other mechanisms can be used.

プラズマ生成ガス供給機構１２によって反応管１０内に供給するプラズマ生成ガスｂとしては、大気圧でプラズマを発生することができるＡｒガスが好適である。また、コスト面からは窒素ガスが好適である。なお、必要に応じて酸素などの酸化性ガスあるいは水素などの還元性ガスをプラズマ生成ガスｂに混合させても良い。 The plasma generation gas b supplied into the reaction tube 10 by the plasma generation gas supply mechanism 12 is preferably Ar gas that can generate plasma at atmospheric pressure. Further, nitrogen gas is preferable from the viewpoint of cost. If necessary, an oxidizing gas such as oxygen or a reducing gas such as hydrogen may be mixed with the plasma generation gas b.

粉体原料ａとしては、貴金属、遷移金属、希土類、アルカリ金属、アルカリ土類など触媒活性成分として作用する金属があげられる。これらの金属の金属塩である硝酸塩、塩化物、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩、臭化物、リン酸塩、シュウ酸塩、有機金属錯体などを用いて粉体原料水溶液ａ’を作成することができる。例えばニッケルの場合、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、臭化ニッケル、ヘキサアンミンニッケル塩化物などを用いることができる。 Examples of the powder raw material a include metals that act as catalytic active components such as noble metals, transition metals, rare earths, alkali metals, and alkaline earths. A powder raw material aqueous solution a ′ can be prepared using nitrates, chlorides, sulfates, carbonates, acetates, bromides, phosphates, oxalates, organometallic complexes, and the like, which are metal salts of these metals. it can. For example, in the case of nickel, nickel nitrate, nickel chloride, nickel sulfate, nickel bromide, hexaammine nickel chloride, etc. can be used.

粉体原料ａを反応管１０内に供給する際に用いるキャリアガスは、不活性ガスが望ましい。例えば、Ａｒガス、窒素ガス、Ｈｅガス等である。また、熱分解する際に触媒成分を酸化したいときは、キャリアガスに酸化性ガスを混合しても良い。例えば、酸化性ガスとしては空気、酸素、Ｎ_２Ｏ等である。水蒸気だけでは十分酸化状態になりにくい触媒活性成分の場合に、これらの酸化性ガスをキャリアガスに混合することは有効である。 The carrier gas used when supplying the powder raw material a into the reaction tube 10 is preferably an inert gas. For example, Ar gas, nitrogen gas, He gas, etc. Further, when it is desired to oxidize the catalyst component during the thermal decomposition, an oxidizing gas may be mixed with the carrier gas. For example, the oxidizing gas is air, oxygen, N ₂ O, or the like. In the case of a catalytically active component that is not easily oxidized by water vapor alone, it is effective to mix these oxidizing gases with the carrier gas.

また、触媒成分を還元したい場合は、還元性ガスとして、例えば水素ガス、Ｈ_２Ｓ、ＮＨ_３、ＣＨ_４などをキャリアガスに添加すれば良い。この場合、水蒸気により酸化されるのを防止するか、または、プラズマによって一旦酸化もされても、還元性ガスにより再び還元させることができる。但し、酸化、還元が不要で、熱分解のみを行う場合は、上記キャリアガスのみでも良い。 Further, when it is desired to reduce the catalyst component, for example, hydrogen gas, H ₂ S, NH ₃ , CH ₄ or the like may be added to the carrier gas as the reducing gas. In this case, it can be prevented from being oxidized by water vapor, or even once oxidized by plasma, it can be reduced again by the reducing gas. However, when the oxidation and reduction are not required and only thermal decomposition is performed, only the carrier gas may be used.

また、酸化性ガスや還元性ガスの代わりに、粉体原料水溶液ａ’に水溶性の酸化剤、還元剤を添加し、粉体原料ａと同時に微細液滴として、反応管１０内に導入しても良い。酸化剤としては、例えば過酸化水素、オキソ酸（硝酸、塩素酸）等、また、還元剤としてはアルコール、ギ酸、アンモニア水等である。 Further, instead of the oxidizing gas or reducing gas, a water-soluble oxidizing agent or reducing agent is added to the powder raw material aqueous solution a ′ and introduced into the reaction tube 10 as fine droplets simultaneously with the powder raw material a. May be. Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide and oxo acid (nitric acid, chloric acid), and examples of the reducing agent include alcohol, formic acid, aqueous ammonia, and the like.

熱分解により製造した粉体ｃが、粉体捕集液５６で捕集されて、捕集フィルタ５４上に捕集される例を示したが、この方式に代えて、電気集塵機あるいはろ過機等よる捕集方法を用いても良い。 The example in which the powder c produced by pyrolysis is collected by the powder collection liquid 56 and collected on the collection filter 54 has been shown, but instead of this method, an electric dust collector or a filter, etc. A collecting method may be used.

本発明は、近年の燃料電池で使用される水素を製造するための粉体触媒を製造する技術として特に有効である。即ち、灯油やメタノール等の液体燃料やメタン、天然ガスなどの気体燃料を改質して水素を得ているが、例えばメタンの場合、次式に示す３工程の触媒反応で水素を製造している。 The present invention is particularly effective as a technique for producing a powder catalyst for producing hydrogen used in recent fuel cells. That is, hydrogen is obtained by reforming liquid fuels such as kerosene and methanol, and gaseous fuels such as methane and natural gas. For example, in the case of methane, hydrogen is produced by a catalytic reaction of the three steps shown in the following formula. Yes.

1)水蒸気改質反応
CH₄+2H₂O=4H₂+CO₂
CH₄+H₂O=3H₂+CO
2)CO転化反応
CO+H₂O=CO₂+H₂
3)CO除去反応
CO+1/2O₂=CO₂ 1) Steam reforming reaction
CH ₄ + 2H ₂ O = 4H ₂ + CO ₂
CH ₄ + H ₂ O = 3H ₂ + CO
2) CO conversion reaction
CO + H ₂ O = CO ₂ + H ₂
3) CO removal reaction
CO + 1 / 2O ₂ = CO ₂

上記３工程からなる反応に対して、本願発明は有効である。この場合、1)の水蒸気改質反応に使用する粉体触媒としては、触媒活性化成分として、Ni、Co、Feおよび／またはPt、Ru、Rh、Pd等の貴金属元素の１種以上と、触媒担体としてAl、Ti、Zr、Siからなる担体を選択することが好適である。 The present invention is effective for the reaction consisting of the above three steps. In this case, as the powder catalyst used in the steam reforming reaction of 1), as a catalyst activating component, one or more kinds of noble metal elements such as Ni, Co, Fe and / or Pt, Ru, Rh, Pd, and the like, It is preferable to select a support made of Al, Ti, Zr, or Si as the catalyst support.

2)CO転化反応に使用する粉体触媒としては、Fe、Cr、Cu、Zn、Ce、Mnおよび／またはPt、Ru、Rh、Pdなどの貴金属元素の１種以上を含む触媒が望ましい。また、必要であれば触媒担体としてAl、Ti、Zr、Si、Ba、Mg、Laの１種以上含む触媒担体を使用しても良い。 2) As the powder catalyst used for the CO conversion reaction, a catalyst containing Fe, Cr, Cu, Zn, Ce, Mn and / or one or more kinds of noble metal elements such as Pt, Ru, Rh, Pd is desirable. If necessary, a catalyst carrier containing at least one of Al, Ti, Zr, Si, Ba, Mg, and La may be used as a catalyst carrier.

3)CO選択酸化反応に使用する粉体触媒としては、Pt、Ru、Rh、Pd、Fe、
Cu、Mn、Ag、Co、Zn、Niなどの１種以上を含む触媒が望ましい。 3) Pt, Ru, Rh, Pd, Fe, etc. as powder catalyst used for CO selective oxidation reaction
A catalyst containing one or more of Cu, Mn, Ag, Co, Zn, Ni and the like is desirable.

本発明の粉体触媒を用いる他の例として次式で示すような酸化反応あるいは燃焼反応に使用することができる。 As another example of using the powder catalyst of the present invention, it can be used for an oxidation reaction or a combustion reaction represented by the following formula.

COの酸化反応;CO+1/2O₂=CO₂
水素の燃焼反応：H₂+1/2O₂=H₂O
アルコールの燃焼反応：CH₃OH+3/2O₂=CO₂+2H₂O
炭化水素の燃焼反応：CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O CO oxidation reaction; CO + 1 / 2O ₂ = CO ₂
Hydrogen combustion reaction: H ₂ + 1 / 2O ₂ = H ₂ O
Alcohol combustion reaction: CH ₃ OH + 3 / 2O ₂ = CO ₂ + 2H ₂ O
Hydrocarbon combustion reaction: CH ₄ + 2O ₂ = CO ₂ + 2H ₂ O

これらの反応に対して本発明の粉体触媒として、Pt、Pdなどの貴金属またはFe、Ni、Co、Mn等の遷移元素の１種以上の活性成分と、アルミナ又はチタニア、シリカなどを担体として用いることが望ましい。 As a powder catalyst of the present invention for these reactions, a noble metal such as Pt and Pd or one or more active components of transition elements such as Fe, Ni, Co and Mn, and alumina or titania, silica or the like as a support. It is desirable to use it.

本発明によって得られる粉体触媒を還元反応に適用することもできる。例えば次式で示すNOのN₂への還元反応にも有効である。
2NO+2NH₃+1/2O₂＝N₂+3H₂O The powder catalyst obtained by the present invention can also be applied to the reduction reaction. For example, it is effective for the reduction reaction of NO to N ₂ represented by the following formula.
2NO + 2NH ₃ + 1 / 2O ₂ ＝ N ₂ + 3H ₂ O

還元反応に対する粉体触媒の成分としては、各種の貴金属、Mo、V、Wなどの多価金属をアルミナ、チタニア、ジルコニアなどの担体に担持した触媒が望ましい。 As a component of the powder catalyst for the reduction reaction, a catalyst in which various precious metals, polyvalent metals such as Mo, V and W are supported on a support such as alumina, titania and zirconia is desirable.

以上の反応以外に分解反応、例えばフロンやダイオキシン等の塩素化合物を含む環境汚染物質の分解反応、更に水素化反応、脱水素反応、メタン化反応等にも適用できる。 In addition to the above reactions, the present invention can also be applied to decomposition reactions, for example, decomposition reactions of environmental pollutants including chlorine compounds such as chlorofluorocarbon and dioxin, hydrogenation reaction, dehydrogenation reaction, methanation reaction and the like.

また、本発明は、磁気ヘッド、磁気テープ、フロッピーディスク（登録商標）等に使用される磁性粉体の製造にも適用できる。 The present invention can also be applied to the manufacture of magnetic powders used for magnetic heads, magnetic tapes, floppy disks (registered trademark) and the like.

（実施例１）
プラズマ生成ガスにマイクロ波を伝播させて、プラズマ着火の容易さを調べた。プラズマ生成ガスは、Ａｒガスのみからなるプラズマ生成ガスと、Ａｒガスに蒸気を添加したプラズマ生成ガスの２種で比較を行った。その結果を表１に示す。Ａｒガスのみからなるプラズマ生成ガスを用いた場合、投入電力が４００〜１０００Ｗの範囲において、プラズマを着火させることができた。これに対して、Ａｒガスに蒸気を添加したプラズマ生成ガスを用いた場合は、投入電力が４００〜６００Ｗの範囲では、プラズマを着火させることができず、投入電力を８００〜１０００Ｗの範囲に上げないと、プラズマを着火させることができなかった。 Example 1
The ease of plasma ignition was investigated by propagating microwaves in the plasma generation gas. As the plasma generation gas, a comparison was made between a plasma generation gas composed of only Ar gas and a plasma generation gas obtained by adding vapor to Ar gas. The results are shown in Table 1. In the case of using a plasma generation gas composed only of Ar gas, the plasma could be ignited in the range of input power of 400 to 1000 W. On the other hand, when a plasma generation gas obtained by adding vapor to Ar gas is used, the plasma cannot be ignited when the input power is in the range of 400 to 600 W, and the input power is increased to the range of 800 to 1000 W. Otherwise, the plasma could not be ignited.

（実施例２）
石英管で構成した反応管内にプラズマ生成ガスを流し、マイクロ波を伝播させてプラズマを生成させた場合の、反応管の損傷を調べた。プラズマ生成ガスは、Ａｒガスのみからなるプラズマ生成ガスと、Ａｒガスに蒸気を添加したプラズマ生成ガスの２種で比較を行った。その結果を表２に示す。Ａｒガスのみからなるプラズマ生成ガスを反応管内に流した場合は、投入電力が４００〜１０００Ｗの範囲において、反応管の損傷は発生しなかった。これに対して、Ａｒガスに蒸気を添加したプラズマ生成ガスを反応管内に流した場合は、投入電力が４００Ｗのときは、反応管の損傷は発生しなかったが、投入電力を６００〜１０００Ｗの範囲に上げると、反応管の損傷が発生した。 (Example 2)
We investigated the damage to the reaction tube when plasma was generated by flowing a plasma generation gas through a reaction tube composed of a quartz tube and propagating microwaves. As the plasma generation gas, a comparison was made between a plasma generation gas composed of only Ar gas and a plasma generation gas obtained by adding vapor to Ar gas. The results are shown in Table 2. When a plasma generation gas consisting only of Ar gas was flowed into the reaction tube, the reaction tube was not damaged when the input power ranged from 400 to 1000 W. On the other hand, when a plasma generation gas obtained by adding vapor to Ar gas was flowed into the reaction tube, when the input power was 400 W, the reaction tube was not damaged, but the input power was 600 to 1000 W. Raising the range resulted in damage to the reaction tube.

本発明は、アルコール、メタン、灯油等の炭化水素燃料を水蒸気改質することにより水素を製造する際に用いられる粉体状の改質触媒、一酸化炭素と水蒸気とを反応させて一酸化炭素を転化する際に使用される粉体状の一酸化炭素転化触媒、あるいは、磁気ヘッド、磁気テープ、フロッピーディスク（登録商標）等に使用される磁性粉体などといった粉体の製造に適用できる。 The present invention relates to a powdery reforming catalyst used for producing hydrogen by steam reforming a hydrocarbon fuel such as alcohol, methane, kerosene, etc., and reacting carbon monoxide and steam to react with carbon monoxide. Can be applied to the production of powders such as powdery carbon monoxide conversion catalyst used when converting, or magnetic powder used in magnetic heads, magnetic tapes, floppy disks (registered trademark), and the like.

本発明の実施の形態にかかる粉体製造装置の説明図である。It is explanatory drawing of the powder manufacturing apparatus concerning embodiment of this invention. 反応管の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a reaction tube. 反応管の平面図である。It is a top view of a reaction tube. 反応管内におけるプラズマ生成ガスと粉体原料の流れの状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the flow of the plasma production gas and the powder raw material in the reaction tube. 反応管の長手方向に向けてプラズマ生成ガスを流す実施の形態の説明図である。It is explanatory drawing of embodiment which flows plasma generated gas toward the longitudinal direction of a reaction tube. 反応管を円周方向に囲んで配置した導波管の説明図である。It is explanatory drawing of the waveguide arrange | positioned surrounding the reaction tube in the circumferential direction.

符号の説明Explanation of symbols

ａ粉体原料
ａ’ 粉体原料水溶液
ｂプラズマ生成ガス
１粉体製造装置
１０反応管
１１原料供給機構
１２プラズマ生成ガス供給機構
１６噴霧器
３０プラズマ生成ガス供給源
３６内壁
３７外壁
４５、４６吐出ノズル
５０導波管
５１マイクロ波発生装置
５３スプレー室
５４捕集フィルタ
５５液溜め容器
６１トラップ容器 a powder raw material a 'powder raw material aqueous solution b plasma generation gas 1 powder production apparatus 10 reaction tube 11 raw material supply mechanism 12 plasma generation gas supply mechanism 16 sprayer 30 plasma generation gas supply source 36 inner wall 37 outer wall 45, 46 discharge nozzle 50 Waveguide 51 Microwave generator 53 Spray chamber 54 Collection filter 55 Liquid reservoir 61 Trap container

Claims

マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する粉体製造装置であって、
反応管内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給機構と、
前記反応管内に粉体原料を供給する原料供給機構と、
前記反応管内にマイクロ波のエネルギーを伝播させるマイクロ波伝播機構を有することを特徴とする、粉体製造装置。 A powder manufacturing apparatus for manufacturing powder using plasma generated by microwave energy,
A plasma generation gas supply mechanism for supplying a plasma generation gas into the reaction tube;
A raw material supply mechanism for supplying a powder raw material into the reaction tube;
An apparatus for producing powder, comprising a microwave propagation mechanism for propagating microwave energy in the reaction tube.

マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する粉体製造装置であって、
反応管内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給機構と、
前記反応管内に粉体原料を供給する原料供給機構と、
前記反応管内にマイクロ波のエネルギーを伝播させるマイクロ波伝播機構と、
粉体を捕集する粉体捕集機構を有することを特徴とする、粉体製造装置。 A powder manufacturing apparatus for manufacturing powder using plasma generated by microwave energy,
A plasma generation gas supply mechanism for supplying a plasma generation gas into the reaction tube;
A raw material supply mechanism for supplying a powder raw material into the reaction tube;
A microwave propagation mechanism for propagating microwave energy into the reaction tube;
A powder production apparatus comprising a powder collection mechanism for collecting powder.

前記粉体捕集機構は、粉体捕集液が散水されるスプレー室を備え、前記反応管の下方は、前記スプレー室の内部に挿入されていることを特徴とする、請求項２に記載の粉体製造装置。 The powder collecting mechanism includes a spray chamber in which a powder collecting liquid is sprinkled, and a lower part of the reaction tube is inserted into the spray chamber. Powder production equipment.

前記スプレー室の下方には、液溜め容器が配置され、前記スプレー室の内部と前記液溜め容器の内部を仕切るように、捕集フィルタが設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の粉体製造装置。 The liquid reservoir is disposed below the spray chamber, and a collection filter is provided so as to partition the interior of the spray chamber and the interior of the liquid reservoir. The powder manufacturing apparatus as described.

前記液溜め容器内の粉体捕集液を吸引し、前記スプレー室に粉体捕集液を散水させるポンプを有することを特徴とする、請求項４に記載の粉体製造装置。 5. The powder production apparatus according to claim 4, further comprising a pump that sucks the powder collection liquid in the liquid reservoir and sprays the powder collection liquid into the spray chamber.

前記スプレー室内の雰囲気は、トラップ容器に導入されていることを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載の粉体製造装置。 The powder manufacturing apparatus according to any one of claims 3 to 5, wherein the atmosphere in the spray chamber is introduced into a trap container.

前記反応管は、石英で構成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の粉体製造装置。 The said reaction tube is comprised with quartz, The powder manufacturing apparatus in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.

前記反応管は、内壁と外壁で構成された二重構造であり、前記内壁と前記外壁の間に冷媒の流路が形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の粉体製造装置。 8. The reaction tube according to claim 1, wherein the reaction tube has a double structure including an inner wall and an outer wall, and a refrigerant flow path is formed between the inner wall and the outer wall. The powder manufacturing apparatus as described.

前記プラズマ生成ガス供給機構は、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスを吐出することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の粉体製造装置。 The powder production apparatus according to claim 1, wherein the plasma generation gas supply mechanism discharges a plasma generation gas along an inner surface of the reaction tube.

前記反応管が円管状であり、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスが螺旋状に流れることを特徴とする、請求項９に記載の粉体製造装置。 The powder production apparatus according to claim 9, wherein the reaction tube has a circular tube shape, and a plasma generation gas flows spirally along an inner surface of the reaction tube.

前記原料供給機構は、前記反応管の内側面から離れた位置で前記反応管内に粉体原料を供給することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の粉体製造装置。 11. The powder production apparatus according to claim 1, wherein the raw material supply mechanism supplies a powder raw material into the reaction tube at a position away from an inner surface of the reaction tube.

前記原料供給機構は、前記反応管の内側面に指向しない方向に粉体原料を吐出することを特徴とする、請求項１１に記載の粉体製造装置。 12. The powder manufacturing apparatus according to claim 11, wherein the raw material supply mechanism discharges the powder raw material in a direction not directed to the inner surface of the reaction tube.

前記原料供給機構は、粉体原料水溶液を微粒子状にして、粉体原料を生成する噴霧器を備えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の粉体製造装置。 The powder manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the raw material supply mechanism includes a sprayer that generates a powder raw material by forming a powder raw material aqueous solution into fine particles.

前記噴霧器では、水中を介して伝達される超音波振動の作用によって粉体原料が発生させられることを特徴とする、請求項１３に記載の粉体製造装置。 14. The powder production apparatus according to claim 13, wherein in the sprayer, the powder raw material is generated by the action of ultrasonic vibration transmitted through the water.

前記噴霧器で生成された粉体原料が、キャリアガスと一緒に前記反応管に供給されることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の粉体製造装置。 The powder production apparatus according to claim 13 or 14, wherein the powder raw material generated by the sprayer is supplied to the reaction tube together with a carrier gas.

前記マイクロ波伝播機構は、導波管であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の粉体製造装置。 The powder manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the microwave propagation mechanism is a waveguide.

粉体触媒を製造することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれかに記載の粉体製造装置。 The powder production apparatus according to any one of claims 1 to 16, wherein a powder catalyst is produced.

マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する粉体製造方法であって、
反応管内にプラズマ生成ガスと粉体原料を互いに別に供給し、
前記反応管内にマイクロ波のエネルギーを伝播させてプラズマ生成ガスをプラズマ化させ、粉体原料から粉体を製造することを特徴とする、粉体製造方法。 A powder manufacturing method for manufacturing powder using plasma generated by microwave energy,
Supply plasma generation gas and powder raw material separately to the reaction tube,
A method for producing a powder, characterized in that a microwave energy is propagated in the reaction tube to make a plasma generation gas into a plasma to produce a powder from a powder raw material.

前記反応管内にプラズマ生成ガスを供給するに際し、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスを吐出することを特徴とする、請求項１８に記載の粉体製造方法。 19. The method for producing a powder according to claim 18, wherein when the plasma generating gas is supplied into the reaction tube, the plasma generating gas is discharged along the inner surface of the reaction tube.

前記反応管が円管状であり、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスが螺旋状に流れることを特徴とする、請求項１９に記載の粉体製造方法。 The powder manufacturing method according to claim 19, wherein the reaction tube has a circular tube shape, and a plasma generation gas flows spirally along an inner surface of the reaction tube.

前記反応管内に粉体原料を供給するに際し、前記反応管の内側面から離れた位置で前記反応管内に粉体原料を供給することを特徴とする、請求項１８〜２０のいずれかに記載の粉体製造方法。 The powder raw material is supplied into the reaction tube at a position away from the inner surface of the reaction tube when supplying the powder raw material into the reaction tube. Powder manufacturing method.

前記反応管内に粉体原料を供給するに際し、前記反応管の内側面に指向しない方向に粉体原料を吐出することを特徴とする、請求項２１に記載の粉体製造方法。 The method for producing a powder according to claim 21, wherein when the powder raw material is supplied into the reaction tube, the powder raw material is discharged in a direction not directed to the inner surface of the reaction tube.

前記反応管を冷却することを特徴とする、請求項１８〜２２のいずれかに記載の粉体製造方法。 The method for producing a powder according to any one of claims 18 to 22, wherein the reaction tube is cooled.

粉体触媒を製造することを特徴とする、請求項１８〜２３のいずれかに記載の粉体製造方法。 The powder production method according to any one of claims 18 to 23, wherein a powder catalyst is produced.