JP5926920B2 - 粒子捕集装置及び噴霧熱分解装置 - Google Patents
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Description
前記粒子含有ガスを導入及び排出が可能に形成された、所定の空間部を有する捕集部と、
前記空間部中の前記粒子含有ガスに液滴を供給する液滴供給部と、
を、を備える、捕集装置。
(2) 前記粒子含有ガスに対して供給された前記液滴と前記粒子とを貯留可能な液体貯留部を備える、(1)に記載の捕集装置。
(3) 前記液体貯留部内の液体を、前記液滴供給部から前記液滴として供給するための液体循環系を備える、(2)に記載の捕集装置。
(4) 前記液体貯留部から前記粒子を含む液体を排出する液体排出部と、前記液体貯留部へ液体を供給する液体供給部と、を備える、(2)又は(3)に記載の捕集装置。
(5) 前記液滴供給部は、多数の液滴を同時に噴出可能な噴出部を備える、(1)〜(4)のいずれかに記載の捕集装置。
(6) 前記液滴供給部は、前記粒子含有ガスの通過経路上の複数箇所において前記液滴を供給可能である、(1)〜(5)のいずれかに記載の捕集装置。
(7)さらに、前記粒子含有ガスと接触した液滴を固液分離する固液分離部を備える、(1)〜(6)のいずれかに記載の捕集装置。
(8) さらに、前記捕集部の冷却手段を備える、(1)〜(7)のいずれかに記載の捕集装置。
(9) 前記捕集部と前記液滴供給部とを含む粒子捕集ユニットを複数個備える、(1)〜(8)のいずれかに記載の捕集装置。
(10) 第1の前記粒子捕集ユニットは、噴霧熱分解装置の反応室から排出されるガス排出路に接続される容器状体を第1の捕集部として備え、
第2の前記粒子捕集ユニットは、前記第1の捕集部のガス排出路を第2の捕集部として備える、(9)に記載の捕集装置。
(11)(1)〜(10)のいずれかに記載の捕集装置を備える、噴霧熱分解装置。
(12)粒子の製造方法であって、
前記粒子の原料ミストを含むガスを所定温度に加熱された反応室に供給して熱分解する工程と、
前記反応室から排出される粒子を含有するガスに液滴を供給して、前記液滴に由来する液体中に前記粒子を捕集する工程と、
を備える、製造方法
本粒子捕集装置2は、噴霧熱分解法で合成された粒子を含む粒子含有ガスからの粒子の捕集に好適である。噴霧熱分解法では、ミスト化された原料液が反応管に供給されて、反応管での熱分解等によって所定の組成を有する粒子として合成され、ガス流とともに反応管から排出される。噴霧熱分解法による合成粒子は、通常、1μm以下程度の平均粒子径を有する粒子であって、高温のガス中に含まれている。このため、粒子の回収及びフィルター等の捕集手段の耐熱性を考慮すると、液滴による捕集は、効率的かつ安定的に粒子を回収できる。また、1μm以下程度の微粒子を大量に含んでいたとしても、圧力損失を効果的に抑えることができる。さらに、粒子の粒度分布等に応じて、液滴の供給形態を変化させることで、粒子に応じた効率的な回収も可能である。
本粒子捕集装置2は、粒子の捕集部6を備えている。捕集部6は、粒子含有ガスの導入及び排出が可能に形成されている。例えば、捕集部6は、粒子含有ガスの導入と排出とが同時に可能なように、ガス導入部8とガス排出部10とを備えていてもよい。例えば、図2に示すような形態や図3に示す形態を採ることができる。なお、捕集部6における粒子含有ガスの通過経路は特に限定しない。捕集部の側方や底部側から上方や側方に向かってガスが通過する形態であってもよいし、捕集部の上方から下方、側方若しくは上方に向かう形態であってもよい。また、捕集部6は、これに限定せず、粒子ガス含有ガスのバッチ式処理が可能なガス導入部とガス排出部とを備えていてもよい。
本粒子捕集装置2は、粒子含有ガスに対して供給された液滴と粒子とを貯留可能な液体貯留部16を備えることができる。こうした液体貯留部16を備えることで、粒子の捕集媒体である液滴を集約するとともに、捕集した粒子も同時に集約回収できる。液体貯留部16は、例えば、図2に示すように、液滴の落下方向に備えられる。すなわち、捕集部6の下方の底部近傍を液体貯留部16とし、液体貯留部16に貯留される液体の液面の上方のヘッドスペース部分において粒子含有ガスを導入及び排出可能とし液滴との接触を可能とする空間部12とすることができる。
液体貯留部16は、粒子を含んだ液体を排出可能な液体排出部を備えていてもよい。液体排出部を備えることで、液体貯留部16内の液体と粒子の量を減少させることができる。また、液体排出部を備えることで、液体貯留部16内への液体の過剰な蓄積を抑制することができるとともに、後述するように、液体を液体貯留部16に別途供給することで、液体貯留部16内の液体における粒子濃度を制御することができる。
本粒子捕集装置2は、液体貯留部16に液体を供給できる液体供給部を備えていてもよい。液体供給部を備えることで、液体貯留部16内の液量を調節できるほか、液体排出部と組み合わせて用いることで、液体貯留部16内の液体における適切な粒子濃度を維持することができる。噴霧熱分解による粒子合成が連続的に行われると、液体貯留部6内の液体の粒子濃度が高濃度になりすぎ、循環利用に適さなくなる場合があるからである。
本粒子捕集装置2は、液体貯留部16内の液体を、後述する液滴供給部26から液滴として供給するための液体循環系18を備えることもできる。液体循環系18は、液体貯留部16内の液体を排出又は吸引するポンプ手段20とポンプ手段20と液体貯留部16と液滴供給部捕集部6の空間部と接続する循環経路22とを備えている。こうした液体循環系18を備えることで、粒子の捕集媒体として用いる液体を循環利用でき、また、少ない水量で効果的に連続運転をすることが可能となる。
本粒子捕集装置2は、空間部12中の粒子含有ガスに液滴を供給する液滴供給部26を備えている。液滴供給部26は、空間部12内の粒子含有ガス中の粒子に液滴を接触可能になっていればよく、その形態は特に限定されない。典型的には、多数の液滴を同時に噴出可能な噴出部28を備えることができる。噴出部28は、より具体的には、複数個の液体噴出口が同心円状、複数個の液体噴出口×複数列の液体噴出口が配列されたアレイ状、あるいは複数の液体噴出口が一列に配列された状態等の各種形態のノズルが挙げられる。また、各噴出口が、それぞれ一つのノズルに対応して複数個のノズルが所定の形態に組み合わされていてもよい。さらに、これらが適宜組み合わされていてもよい。
本粒子捕集装置2は、さらに、粒子含有ガスと接触した液滴(液体)を固液分離する固液分離部30を備えることができる。固液分離部30は、粒子含有ガスと接触して液滴を含んだ液体を、連続式であるいはバッチ式で固液分離する手段とすることができる。固液分離手段として、公知の固液分離手段を適宜採用できる。例えば、図2に示すように、捕集部6の液体貯留部16から排出させた粒子含有液体を、そのままあるいは一定量を貯留してろ過等により固液分離する構成としてもよい。
本粒子捕集装置2は、捕集部6の冷却手段を備えることができる。冷却手段は、例えば、冷媒が導入される容器状のジャケットあるいはパイプ状であってもよい。捕集部6を冷却することで、高温の粒子含有ガスを冷却し又はそれによって加熱される捕集部6の構造材料の温度上昇を抑制して、捕集部6の耐熱性を補い安定使用が可能となる。冷却手段は、粒子含有ガスが導入及び排出され気液接触する部位(例えば、空間部12)だけでもよいが、液体貯留部6にまで及ぶ範囲で付与されていてもよい。こうすることで、液体循環系18を備える場合において、冷却された液滴を粒子含有ガスに供給できる。
本明細書に開示される噴霧熱分解装置(以下、本分解装置という。)80は、本粒子捕集装置2を備えることができる。本分解装置80は、本粒子捕集装置2を備えることができるほか、公知の噴霧熱分解装置におけるミスト化装置、反応室、キャリアガス供給装置等を採用できる。
(1)ミストは、二流体ノズルを2個用いて、それぞれの二流体ノズルへの供給空気圧を0.4MPaとした。なお、当該空気圧で外気をキャリアガスとして噴霧熱分解装置に供給するように構成した。
(2)ミストの通気口での流速が0.6m/sとなるように二流体ノズルへの供給空気圧でキャリアガス流量を調整した。
(3)反応室は、入り口から出口までの4つの加熱装置(電気炉)の設定温度を、いずれも700℃に設定した。
(4)捕集部内部での液滴(水)温度が約50℃となるようにした。
以下の項目は、出願時の特許請求の範囲に記載の要素である。
(項目1)
噴霧熱分解による合成粒子を含む粒子含有ガスからの前記粒子の捕集装置であって、
前記粒子含有ガスを導入及び排出が可能に形成された、所定の空間部を有する捕集部と、
前記空間部中の前記粒子含有ガスに液滴を供給する液滴供給部と、
を備える、捕集装置。
(項目2) 前記粒子含有ガスに対して供給された前記液滴と前記粒子とを貯留可能な液体貯留部を備える、項目1に記載の捕集装置。
(項目3) 前記液体貯留部内の液体を、前記液滴供給部から前記液滴として供給するための液体循環系を備える、項目2に記載の捕集装置。
(項目4) 前記液体貯留部から前記粒子を含む液体を排出する液体排出部と、前記液体貯留部へ液体を供給する液体供給部と、を備える、項目2又は3に記載の捕集装置。
(項目5) 前記液滴供給部は、多数の液滴を同時に噴出可能な噴出部を備える、項目1〜4のいずれかに記載の捕集装置。
(項目6) 前記液滴供給部は、前記粒子含有ガスの通過経路上の複数箇所において前記液滴を供給可能である、項目1〜5のいずれかに記載の捕集装置。
(項目7) さらに、前記粒子含有ガスと接触した液滴を固液分離する固液分離部を備える、項目1〜6のいずれかに記載の捕集装置。
(項目8)
さらに、前記捕集部の冷却手段を備える、項目1〜7のいずれかに記載の捕集装置。
(項目9) 前記捕集部と前記液滴供給部とを含む粒子捕集ユニットを複数個で備える、項目1〜8のいずれかに記載の捕集装置。
(項目10)
第1の前記粒子捕集ユニットは、噴霧熱分解装置の反応室から排出されるガス排出路に接続される容器状体を第1の捕集部として備え、
第2の前記粒子捕集ユニットは、前記第1の捕集部のガス排出路を第2の捕集部として備える、項目9に記載の捕集装置。
(項目11)
項目1〜10のいずれかに記載の捕集装置を備える、噴霧熱分解装置。
(項目12)
粒子の製造方法であって、
前記粒子の原料ミストを含むガスを所定温度に加熱された反応室に供給して熱分解する工程と、
前記反応室から排出される粒子を含有するガスに液滴を供給して、前記液滴に由来する液体中に前記粒子を捕集する工程と、
を備える、製造方法。
Claims (8)
- 噴霧熱分解装置であって、
ミスト生成部と、
加熱炉を備える反応室と、
反応室から排出される合成粒子を含有する粒子含有ガスから合成粒子を捕集する捕集装置と、
を備え、
前記捕集装置は、前記粒子含有ガスを導入及び排出が可能に形成され、合成粒子と液滴とを接触させるとともに合成粒子を含んだ液体を捕集する第1の粒子捕集ユニット及び第2の粒子捕集ユニットを備え、
前記第1の粒子捕集ユニットは、前記反応室に接続され、内部に液滴が供給可能に形成される容器状の第1の捕集部と、前記第1の捕集部の内部に前記合成粒子を含む液体を貯留する第1の液体貯留部と、を備え、
前記第2の粒子捕集ユニットは、前記第1の捕集部に接続されるガス排出路の一部であって内部に液滴が供給可能に形成される第2の捕集部と、前記第2の捕集部の後段に接続され前記合成粒子を含む液体を貯留する第2の液体貯留部と、を備える、装置。 - 前記第1の液体貯留部及び前記第2の液体貯留部は、それぞれ、内部の液体を前記液滴として供給するための液体循環系を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の液体貯留部及び前記第2の液体貯留部は、それぞれ、内部の前記合成粒子を含む液体を排出する液体排出部を備える、請求項1又は2に記載の装置。
- 多数の前記液滴が同時に噴出可能に構成されている、請求項1〜3のいずれかに記載の装置。
- 前記第2の粒子捕集ユニットにおいて、前記液滴は、前記粒子含有ガスの通過経路に沿って複数箇所において供給されるようになっている、請求項1〜4のいずれかに記載の装置。
- 前記第1の粒子捕集ユニット及び前記第2の粒子捕集ユニットは、さらに、それぞれ前記合成粒子を含む液体を固液分離する固液分離部を備える、請求項1〜5のいずれかに記載の装置。
- さらに、前記第1の捕集部及び前記第2の捕集部はそれぞれ冷却手段を備える、請求項1〜6のいずれかに記載の装置。
- 合成粒子の製造方法であって、
請求項1〜7のいずれかに記載の噴霧熱分解装置を用いて、前記合成粒子を合成し捕集する工程、
を備える、製造方法。
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