知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-19
(45)【発行日】2023-07-27
(54)【発明の名称】無機質球状化粒子製造装置
(51)【国際特許分類】
B01J 2/00 20060101AFI20230720BHJP
F23D 14/32 20060101ALI20230720BHJP
F23D 14/58 20060101ALI20230720BHJP
B01J 2/02 20060101ALI20230720BHJP
C01B 13/18 20060101ALI20230720BHJP
C01B 3/04 20060101ALI20230720BHJP
【ＦＩ】
B01J2/00 A
F23D14/32
F23D14/58 Z
B01J2/02 A
C01B13/18
C01B3/04 B
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2021046563
(22)【出願日】2021-03-19
(65)【公開番号】P2022145242
(43)【公開日】2022-10-03
【審査請求日】2022-06-01
(73)【特許権者】
【識別番号】320011650
【氏名又は名称】大陽日酸株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】萩原 義之
(72)【発明者】
【氏名】山本 康之
【審査官】塩谷 領大
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－０２３８５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０９５５１２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｊ ２／００－ ２／３０
Ｆ２３Ｄ １４／３２
Ｆ２３Ｄ １４／５８
Ｃ０１Ｂ １３／１８
Ｃ０１Ｂ ３／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱分解ガスを含む燃料ガスと、酸素を含有する支燃性ガスとを用いる無機質球状化粒子製造用バーナと、前記無機質球状化粒子製造用バーナを、炉頂部に垂直下向きに接続する竪型の球状化炉と、
アンモニア供給源と、
酸素供給源と、
前記アンモニア供給源と前記無機質球状化粒子製造用バーナとの間に位置するアンモニア供給ラインと、
前記アンモニア供給ラインに位置し、アンモニアを熱分解する加熱手段と、
前記酸素供給源と前記無機質球状化粒子製造用バーナとの間に位置する酸素供給ラインと、
前記球状化炉の下流に位置する燃焼ガス排出ラインと、を備え、
前記熱分解ガスが、前記アンモニアが熱分解して生成した水素を含み、
前記加熱手段が、前記燃焼ガス排出ラインからの排ガスとの熱交換によりアンモニアを加熱する熱交換器と、前記アンモニア供給ラインからのアンモニアの流れ方向において前記熱交換器の二次側に位置する温度計と、発熱体と、制御装置とを有する無機質球状化粒子製造装置。
【請求項2】
前記温度計が、前記アンモニア供給ラインからのアンモニアの流れ方向において、前記発熱体の一次側に位置する第１温度計と、前記発熱体の二次側に位置する第２温度計とを有する、請求項１に記載の無機質球状化粒子製造装置。
【請求項3】
助燃用燃料供給源と、前記助燃用燃料供給源と前記無機質球状化粒子製造用バーナとの間に位置する助燃用燃料供給ラインと、をさらに備える、請求項１又は２に記載の無機質球状化粒子製造装置。
【請求項4】
前記熱交換器が、前記アンモニア供給ラインと前記燃焼ガス排出ラインとに位置する、請求項１に記載の無機質球状化粒子製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無機質粒状化粒子製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、無機質の粉体原料を火炎中に通すことにより、無機質球状化粒子（以下、単に「球状化粒子」ということがある）を製造する方法が知られている（特許文献１～３）。
【0003】
例えば、特許文献２に開示されている無機質球状化粒子製造装置においては、図１２に示すように、原料粉体が原料供給機（フィーダ）Ａから供給され、キャリアガス供給装置Ａ’から供給されるキャリアガスに同伴されてバーナＢに搬送される。このバーナＢには、酸素供給設備Ｃからの酸素と、ＬＰＧ供給設備Ｄからの燃料ガス（液化石油ガス：ＬＰＧ）とが供給される。そして、竪型炉Ｅ内の火炎中で球状化された粒子を含む排ガスは、経路Ｆから竪型炉Ｅの底部に導入された空気により冷却（温度希釈）され、後段のサイクロンＧ、バグフィルターＨで球状化粒子が捕集される。
【0004】
ここで、原料粉体をバーナで形成した火炎中で球状化する為には、高温の火炎が必要であることから、図１２中に示すバーナＢとして、通常は、燃料ガスと純酸素とを用いた酸素燃焼バーナ（以下、単に「酸素バーナ」ということがある）が用いられている。
【0005】
このような酸素バーナとして、例えば、特許文献１には、同心円状の二重管であって、その内管と外管との間に多数の小管を設けた構造の拡散型バーナが開示されている。
【0006】
また、特許文献２，３には、同心の四重管構造を有する拡散型の酸素バーナが開示されている。具体的には、特許文献２，３に開示された拡散型バーナは、中心から酸素ガス又は酸素富化ガスをキャリアガスとして原料粉体を燃焼室に供給し、その外周から燃料ガスを、更にその外周から１次酸素と２次酸素を供給するように形成されており、最外周には、バーナを冷却する冷却水通路が設けられている。
【0007】
このように、特許文献１～３に開示された酸素バーナでは、燃料ガスと支燃性ガス（酸素ガス）とを燃焼室で混合、燃焼させるため、高温の酸素燃焼火炎を得る事が出来る。これにより、円形度が高い無機質球状化粒子が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開昭５８－１４５６１３号公報
【文献】特許第３３３１４９１号公報
【文献】特許第３３１２２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、上述した特許文献１～３に開示された、従来の酸素バーナでは、一般的に都市ガスやＬＰＧ等の炭素源を含む燃料ガスを用いるため、燃焼時に温暖化ガスである二酸化炭素が多く発生してしまう。
また、不完全燃焼が生じた際には、固体炭素である煤が発生するため、製品となる無機質球状化粒子中に微量の炭素が混入するおそれがある。
また、不完全燃焼が生じた際には、固体炭素である煤が発生するため、製品となる無機質球状化粒子中に微量の炭素が混入するおそれがある。
【0010】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高い円形度を維持しつつ、温暖化ガスの発生量を大幅に削減し、燃焼中の煤の発生を抑制することが可能な無機質球状化粒子製造装置及び無機質球状化粒子の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記の課題を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
［１］ 熱分解ガスを含む燃料ガスと、酸素を含有する支燃性ガスとを用いる無機質球状化粒子製造用バーナと、
前記無機質球状化粒子製造用バーナを、炉頂部に垂直下向きに接続する竪型の球状化炉と、
アンモニア供給源と、
酸素供給源と、
前記アンモニア供給源と前記無機質球状化粒子製造用バーナとの間に位置するアンモニア供給ラインと、
前記アンモニア供給ラインに位置し、アンモニアを熱分解する加熱手段と、
前記酸素供給源と前記無機質球状化粒子製造用バーナとの間に位置する酸素供給ラインと、を備え、
前記熱分解ガスが、前記アンモニアが熱分解して生成した水素を含む、無機質球状化粒子製造装置。
［２］ 前記加熱手段が、発熱体及び熱交換器のいずれか一方又は両方を含む、［１］に記載の無機質球状化粒子製造装置。
［３］ 助燃用燃料供給源と、
前記助燃用燃料供給源と前記無機質球状化粒子製造用バーナとの間に位置する助燃用燃料供給ラインと、をさらに備える、［１］又は［２］に記載の無機質球状化粒子製造装置。
［４］ 前記球状化炉の下流に位置する燃焼ガス排出ラインをさらに備える［１］乃至［３］のいずれかに記載の無機質球状化粒子製造装置。
［５］ 前記熱交換器が、前記アンモニア供給ラインと前記燃焼ガス排出ラインとに位置する、［４］に記載の無機質球状化粒子製造装置。
［６］ 燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとの燃焼により形成されたバーナ火炎により無機質粉体を溶融し、球状化する無機質球状化粒子の製造方法であって、
前記燃料ガスとして、アンモニアが熱分解して生成した水素を含む熱分解ガスを用いる、無機質球状化粒子の製造方法。
［７］ 前記熱分解ガスの温度が、１５０℃以上である、［６］に記載の無機質球状化粒子の製造方法。
［８］ 前記熱分解ガスの温度が、３００℃以上である、［６］又は［７］に記載の無機質球状化粒子の製造方法。
［１］ 熱分解ガスを含む燃料ガスと、酸素を含有する支燃性ガスとを用いる無機質球状化粒子製造用バーナと、
前記無機質球状化粒子製造用バーナを、炉頂部に垂直下向きに接続する竪型の球状化炉と、
アンモニア供給源と、
酸素供給源と、
前記アンモニア供給源と前記無機質球状化粒子製造用バーナとの間に位置するアンモニア供給ラインと、
前記アンモニア供給ラインに位置し、アンモニアを熱分解する加熱手段と、
前記酸素供給源と前記無機質球状化粒子製造用バーナとの間に位置する酸素供給ラインと、を備え、
前記熱分解ガスが、前記アンモニアが熱分解して生成した水素を含む、無機質球状化粒子製造装置。
［２］ 前記加熱手段が、発熱体及び熱交換器のいずれか一方又は両方を含む、［１］に記載の無機質球状化粒子製造装置。
［３］ 助燃用燃料供給源と、
前記助燃用燃料供給源と前記無機質球状化粒子製造用バーナとの間に位置する助燃用燃料供給ラインと、をさらに備える、［１］又は［２］に記載の無機質球状化粒子製造装置。
［４］ 前記球状化炉の下流に位置する燃焼ガス排出ラインをさらに備える［１］乃至［３］のいずれかに記載の無機質球状化粒子製造装置。
［５］ 前記熱交換器が、前記アンモニア供給ラインと前記燃焼ガス排出ラインとに位置する、［４］に記載の無機質球状化粒子製造装置。
［６］ 燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとの燃焼により形成されたバーナ火炎により無機質粉体を溶融し、球状化する無機質球状化粒子の製造方法であって、
前記燃料ガスとして、アンモニアが熱分解して生成した水素を含む熱分解ガスを用いる、無機質球状化粒子の製造方法。
［７］ 前記熱分解ガスの温度が、１５０℃以上である、［６］に記載の無機質球状化粒子の製造方法。
［８］ 前記熱分解ガスの温度が、３００℃以上である、［６］又は［７］に記載の無機質球状化粒子の製造方法。
【発明の効果】
【0012】
本発明の無機質球状化粒子製造装置は、高い円形度を維持しつつ、温暖化ガスの発生量を大幅に削減し、燃焼中の煤の発生を抑制できる。
本発明の無機質球状化粒子の製造方法は、高い円形度を維持しつつ、温暖化ガスの発生量を大幅に削減し、燃焼中の煤の発生を抑制できる。
本発明の無機質球状化粒子の製造方法は、高い円形度を維持しつつ、温暖化ガスの発生量を大幅に削減し、燃焼中の煤の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明を適用した第１実施形態の無機質球状化粒子の製造装置の構成を示す系統図である。
【図2】第１実施形態に適用可能な無機質球状化粒子製造用バーナを示す平面図である。
【図5】第１実施形態に適用可能な加熱部を模式的に示す系統図である。
【図6】本発明を適用した第２実施形態の無機質球状化粒子の製造装置の構成を示す系統図である。
【図7】第２実施形態に適用可能な無機質球状化粒子製造用バーナを示す平面図である。
【図10】本発明の実施例を説明するためのグラフである。
【図11】本発明の実施例を説明するためのグラフである。
【図12】従来の無機質球状化粒子の製造装置の構成を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明を適用した第１の実施形態である無機質球状化粒子製造装置について、これを用いた無機質球状化粒子の製造方法とともに図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
以下、本発明を適用した第１の実施形態である無機質球状化粒子製造装置について、これを用いた無機質球状化粒子の製造方法とともに図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【0015】
（無機質球状化粒子の製造装置）
先ず、本発明を適用した第１実施形態の無機質球状化粒子製造装置の構成について、説明する。図１は、本発明を適用した第１実施形態の無機質球状化粒子製造装置の構成の一例を示す系統図である。
図１に示すように、本実施形態の無機質球状化粒子製造装置（以下、単に「装置」という場合がある）１０は、無機質球状化粒子製造用バーナ（以下、単に「バーナ」という場合がある）１１、アンモニア供給源１２、酸素供給源１３、原料粉体供給源１４、球状化炉１５、サイクロン１６、バグフィルター１７、助燃用燃料供給源１８、加熱部（加熱手段）１９、アンモニア供給ラインＬ１、酸素供給ラインＬ２、冷却水循環ラインＬ３、燃焼ガス排出ラインＬ５及び助燃用燃料供給ラインＬ６を備える。
先ず、本発明を適用した第１実施形態の無機質球状化粒子製造装置の構成について、説明する。図１は、本発明を適用した第１実施形態の無機質球状化粒子製造装置の構成の一例を示す系統図である。
図１に示すように、本実施形態の無機質球状化粒子製造装置（以下、単に「装置」という場合がある）１０は、無機質球状化粒子製造用バーナ（以下、単に「バーナ」という場合がある）１１、アンモニア供給源１２、酸素供給源１３、原料粉体供給源１４、球状化炉１５、サイクロン１６、バグフィルター１７、助燃用燃料供給源１８、加熱部（加熱手段）１９、アンモニア供給ラインＬ１、酸素供給ラインＬ２、冷却水循環ラインＬ３、燃焼ガス排出ラインＬ５及び助燃用燃料供給ラインＬ６を備える。
【0016】
（無機質球状化粒子製造用バーナ）
図２～図４は、第１実施形態の装置１０に適用可能なバーナ１１を示しており、図２はバーナ１１をその先端側から眺めた平面図であり、図３は図２中に示すバーナ１１の中心軸Ｃを通るＢ－Ｂ’に沿って切断した断面図であり、図４はバーナ１１の先端側の拡大断面図である。
図２～図４は、第１実施形態の装置１０に適用可能なバーナ１１を示しており、図２はバーナ１１をその先端側から眺めた平面図であり、図３は図２中に示すバーナ１１の中心軸Ｃを通るＢ－Ｂ’に沿って切断した断面図であり、図４はバーナ１１の先端側の拡大断面図である。
【0017】
図２～図４に示すように、バーナ１１は、当該バーナ１１の中心軸Ｃから周方向外側に向けて、原料粉体供給管２、第１燃料供給管２３、第１支燃性ガス供給管２４、第２燃料供給管７、第２支燃性ガス供給管８、及び水冷ジャケット５から構成される、同心の多重管構造を有している。また、本実施形態のバーナ１１は、燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとを用いた酸素燃焼バーナである。
【0018】
原料粉体供給管２は、図３に示すように、バーナ１１の同心多重管構造の最内側に、当該バーナ１１の軸方向に沿って延在している。この原料粉体供給管２の内側の空間は、原料粉体供給路２Ａとなっており、原料粉体として無機質粉体をキャリアガス（搬送ガス）との混合物として供給可能となっている。
【0019】
原料粉体供給路２Ａは、バーナ１１の軸方向の先端寄りの部分において、バーナ１１の中心軸から半径方向へ放射状に延びる複数の原料粉体供給支流路２Ｂに分岐する。
また、原料粉体供給支流路２Ｂは、図３及び図４に示すように、バーナ１１の軸方向の先端に開口を有する原料粉体噴出孔２ａとそれぞれ連通する。
これにより、バーナ１１は、原料粉体供給路２Ａ、複数の原料粉体供給支流路２Ｂ、及び複数の原料粉体噴出孔２ａを介して、バーナ中心軸Ｃに対して平行な方向に原料粉体を噴出するようになっている。
また、原料粉体供給支流路２Ｂは、図３及び図４に示すように、バーナ１１の軸方向の先端に開口を有する原料粉体噴出孔２ａとそれぞれ連通する。
これにより、バーナ１１は、原料粉体供給路２Ａ、複数の原料粉体供給支流路２Ｂ、及び複数の原料粉体噴出孔２ａを介して、バーナ中心軸Ｃに対して平行な方向に原料粉体を噴出するようになっている。
【0020】
具体的には、図２に示すように、バーナ１１の先端を平面視した際に、複数の原料粉体噴出孔２ａの開口は、バーナ１１の中心軸を中心とする円環状となるように、等間隔に配設される。これにより、原料粉体供給孔２ａの内側あるいは外側に形成される火炎による熱を、効率よく原料粉体に受熱させることができる。
【0021】
また、原料粉体供給路２Ａは、バーナ１１の軸方向の先端寄りの部分には、図３及び図４に示すように、原料粉体を複数の原料粉体供給支流路２Ｂに均一に分散させるための分散板２ｂが設けられている。
さらに、原料粉体供給路２Ａは、基端側において原料粉体供給源１４と、後述する酸素ガス供給ラインＬ２及びＬ２Ｂを介して接続されている。
さらに、原料粉体供給路２Ａは、基端側において原料粉体供給源１４と、後述する酸素ガス供給ラインＬ２及びＬ２Ｂを介して接続されている。
【0022】
キャリアガス（搬送ガス）は、原料粉体を搬送可能な気体であれば、特に限定されるものではない。キャリアガスとしては、具体的には、例えば、安全性を考慮する場合には、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。一方、キャリアガスとして酸素もしくは酸素富化空気等を用いた場合には、原料粉体の支燃剤として用いることができる。これにより、後述する火炎を形成する際、より高温な火炎を形成できる。
【0023】
第１燃料供給管２３は、図３に示すように、原料粉体供給管２の外側を覆うように設けられている。第１燃料供給管２３の中心軸と原料粉体供給管２中心軸とは一致しており、第１燃料供給管２３は、原料粉体供給管２と同軸に設けられている。
【0024】
第１燃料供給管２３と原料粉体供給管２との間に設けられた環状の空間は、第１燃料ガスを供給するための第１燃料供給路２３Ａである。換言すると、第１燃料供給路２３Ａは、第１粉体供給路２Ａの外周を覆うように設けられている。
第１燃料供給路２３Ａの基端側は、上述した助燃用燃料供給ラインＬ６を介して助燃用燃料供給源１８と接続されている。
第１燃料供給路２３Ａの基端側は、上述した助燃用燃料供給ラインＬ６を介して助燃用燃料供給源１８と接続されている。
【0025】
第１燃料ガスとしては、助燃用燃料を用いることができる。
助燃用燃料としては、例えば、メタン（ＣＨ４）やプロパン（Ｃ３Ｈ８）等の気体燃料を用いることができる。また、液体霧化機構を有する場合であれば、灯油、アルコール等の液体燃料を用いることもできる。
第１燃料ガスは、上述した助燃用燃料に限定されない。第１燃料ガスとしては、炭素源を含まない物質であるアンモニア（ＮＨ３）を用いてもよい。
第１燃料ガスは、必要に応じて、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスによって希釈されたものを用いてもよい。
助燃用燃料としては、例えば、メタン（ＣＨ４）やプロパン（Ｃ３Ｈ８）等の気体燃料を用いることができる。また、液体霧化機構を有する場合であれば、灯油、アルコール等の液体燃料を用いることもできる。
第１燃料ガスは、上述した助燃用燃料に限定されない。第１燃料ガスとしては、炭素源を含まない物質であるアンモニア（ＮＨ３）を用いてもよい。
第１燃料ガスは、必要に応じて、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスによって希釈されたものを用いてもよい。
【0026】
第１燃料供給路２３Ａの先端の位置は、バーナ２１の軸方向において、原料粉体供給路２Ａが複数の原料粉体供給支流路２Ｂに分岐する位置よりも基端側となっている。したがって、第１粉体供給路２Ａの先端寄りの部分の外周には、第１燃料供給路２３Ａは設けられていない。
【0027】
第１燃料供給路２３Ａの先端寄りの環状の空間は、基端部分及び中央部分と比較して外径が同じか僅かに大きくなっている。第１燃料供給路２３Ａの先端寄りの環状の空間の外径の位置は、原料粉体噴出孔２ａの位置よりも内側であることが好ましい。これにより、図２に示すように、バーナ２１の先端を平面視した際に、複数の原料粉体噴出孔２ａよりも内側に、火炎（第１火炎）を形成するための第１燃料ガスを供給することができる。
【0028】
図３及び図４に示すように、第１燃料供給路２３Ａの先端部分には、バーナ１１の軸方向と平行方向に延在する複数の第１燃料ガス噴射ノズル（第１燃料供給支流路）３ａが接続されている。第１燃料供給路２３Ａと複数の第１燃料ガス噴射ノズル３ａの内側の空間とは、それぞれ連通されている。これにより、第１燃料供給路２３Ａから複数の第１燃料ガス噴射ノズル３ａに、燃料ガスをそれぞれ供給できる。換言すると、第１燃料供給路２３Ａは、バーナ２１の先端寄りの部分において複数の第１燃料ガス噴射ノズル３ａに分岐している。
【0029】
第１支燃性ガス供給管２４は、図３に示すように、第１燃料供給管２３の外側を覆うように設けられている。第１支燃性ガス供給管２４の中心軸と第１燃料供給管２３の中心軸とは一致しており、第１支燃性ガス供給管２４は、第１燃料供給管２３及び原料粉体供給管２と同軸に設けられている。
【0030】
第１支燃性ガス供給管２４と第１燃料供給管２３との間に設けられた環状の空間は、第１支燃性ガスを供給するための第１支燃性ガス供給路２４Ａである。換言すると、第１支燃性ガス供給路２４Ａは、第１燃料供給路２３Ａの先端及び外周を覆うように設けられている。
第１支燃性ガス供給路２４Ａの基端側は、酸素供給ラインＬ２及びＬ２Ａを介して酸素供給源１３と接続されている。
第１支燃性ガス供給路２４Ａの基端側は、酸素供給ラインＬ２及びＬ２Ａを介して酸素供給源１３と接続されている。
【0031】
第１支燃性ガスは、第１燃料ガスと反応して火炎雰囲気を形成可能なガスであれば、特に限定されるものではない。第１支燃性ガスとしては、酸素、酸素富化空気等が挙げられる。
【0032】
第１支燃性ガス供給路２４Ａの先端の位置は、バーナ１１の軸方向において、原料粉体供給路２Ａが複数の原料粉体供給支流路２Ｂに分岐する位置よりも先端側となっている。したがって、第１支燃性ガス供給路２４Ａは、第１粉体供給路２Ａの先端寄りの部分の外周を覆うように設けられている。
【0033】
第１支燃性ガス供給路２４Ａの先端寄りの環状の空間は、基端部分及び中央部分と比較して内径が小さくなっている。第１支燃性ガス供給路２４Ａの先端寄りの環状の空間の内径の位置は、原料粉体噴出孔２ａの位置よりも内側であることが好ましい。これにより、図２に示すように、バーナ１１の先端を平面視した際に、複数の原料粉体噴出孔２ａよりも内側の位置に、第１火炎を形成するための第１支燃性ガスを供給することができる。
【0034】
図３及び図４に示すように、バーナ１１の周方向の外側から中心軸Ｃに向かって拡径された第１支燃性ガス供給路２４Ａの先端部分には、バーナ１１の軸方向と平行方向に延在する複数の第１支燃性ガス供給孔（第１支燃性ガス供給支流路）４ａが接続されている。第１支燃性ガス供給路２４Ａと複数の第１支燃性ガス供給孔４ａの内側の空間とは、それぞれ連通されている。これにより、第１支燃性ガス供給路２４Ａから複数の第１支燃性ガス供給孔４ａに、第１支燃性ガスをそれぞれ供給できる。換言すると、第１支燃性ガス供給路２４Ａは、バーナ２１の先端寄りの部分において複数の第１支燃性ガス供給孔４ａに分岐している。
【0035】
本実施形態のバーナ１１は、図４に示すように、第１燃料ガス噴射ノズル３ａが第１支燃性ガス供給孔４ａの内側にそれぞれ位置する。また、第１燃料ガス噴射ノズル３ａの先端３ｂは、第１支燃性ガス供給孔４ａの内側にそれぞれ位置する。すなわち、第１燃料ガス噴射ノズル３ａは、第１支燃性ガス供給孔４ａの内側で開口する。
【0036】
ここで、第１燃料ガス噴射ノズル３ａの先端３ｂから第１支燃性ガス供給孔４ａの内側に第１燃料ガスを噴射すると、第１支燃性ガス供給孔４ａの内側に向けて第１支燃性ガス供給路２４Ａから支燃性ガスが供給される。そして、第１燃料ガス噴射ノズル３ａの先端３ｂよりも前方の、第１支燃性ガス供給孔４ａの内側において、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとが混合される。
【0037】
このように、第１燃料ガス噴射ノズル３ａの先端３ｂから、第１支燃性ガス供給孔４ａの先端４ｂまでの空間は、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとを混合する第１予混合室６となる。また、第１支燃性ガス供給孔４ａの先端４ｂの開口が、第１予混合室６の開口６ａとなる。
【0038】
換言すると、バーナ１１は、複数の第１予混合室６を備える。これらの第１予混合室６は、バーナ１１の軸方向の先端寄りに位置する。第１予混合室６は、第１燃料ガス噴射ノズル３ａの一つ、及び支燃性ガス供給孔４ａの一つとそれぞれ連通する。第１予混合室６は、バーナ１の軸方向の先端にそれぞれ開口する。
【0039】
第１予混合室６の容積ｖ１は、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとを充分混合することができ、且つ逆火の恐れがなければ、特に限定されない。
このような容積ｖ１［ｍ３］としては、例えば、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとの合計流量Ｑ１を２５～５０［Ｎｍ３／ｈ］とする場合には、３．０×１０－５～１．０×１０－３［ｍ３］とすればよく、１．０×１０－４～１．０×１０－３［ｍ３］がより好ましい。容積ｖ１を１．０×１０－４～１．０×１０－３［ｍ３］の範囲とすれば、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとを充分混合できる。
このような容積ｖ１［ｍ３］としては、例えば、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとの合計流量Ｑ１を２５～５０［Ｎｍ３／ｈ］とする場合には、３．０×１０－５～１．０×１０－３［ｍ３］とすればよく、１．０×１０－４～１．０×１０－３［ｍ３］がより好ましい。容積ｖ１を１．０×１０－４～１．０×１０－３［ｍ３］の範囲とすれば、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとを充分混合できる。
【0040】
また、第１燃料ガス噴射ノズル３ａの先端３ｂから、第１支燃性ガス供給孔４ａの先端４ｂまでのオフセット距離Ｌ１としては、１．０×１０－３～１．０×１０－１［ｍ］とすればよく、２×１０－３～５×１０－２［ｍ］がより好ましい。
【0041】
また、第１予混合室６の数量は、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとの混合ガスの供給量や、原料粉体噴出孔２ａの数量やレイアウト（配置）に応じて適宜選択することができる。
【0042】
第１予混合室６では、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとをあらかじめ混合し、混合ガスとして開口６ａからバーナ１の軸方向と平行な方向に向けて噴射する。
【0043】
第２燃料供給管７は、図３に示すように、第１支燃性ガス供給管２４の外側を覆うように設けられている。第１燃料供給管２３の中心軸と第１支燃性ガス供給管２４の中心軸とは一致しており、第２燃料供給管７は、第１支燃性ガス供給管２４と同軸に設けられている。
【0044】
第２燃料供給管７と第１支燃性ガス供給管２４との間に設けられた環状の空間は、第２燃料ガスを供給するための第２燃料供給路７Ａである。換言すると、第２燃料供給路７Ａは、第１支燃性ガス供給路２４Ａの外周を覆うように設けられている。
第２燃料供給路７Ａの基端側は、アンモニア供給ラインＬ１を介してアンモニア供給源１２と接続されている。
第２燃料供給路７Ａの基端側は、アンモニア供給ラインＬ１を介してアンモニア供給源１２と接続されている。
【0045】
第２燃料ガスは、熱分解ガスを含む。
ここで、熱分解ガスは、後述する加熱部１９によってアンモニアが熱分解して生成した水素を含む。熱分解ガスは、未分解のアンモニア、水素、窒素が含まれてもよいし、すべてのアンモニアが水素と窒素に分解されて未分解のアンモニアを含まなくてもよい。火炎の燃焼速度、燃焼温度の観点から、熱分解ガスは、アンモニアを含まないものが好ましい。なお、未分解のアンモニアを含まない熱分解ガスとは、熱分解ガス中のアンモニア濃度が５ｐｐｍ以下であることを意味する。
ここで、熱分解ガスは、後述する加熱部１９によってアンモニアが熱分解して生成した水素を含む。熱分解ガスは、未分解のアンモニア、水素、窒素が含まれてもよいし、すべてのアンモニアが水素と窒素に分解されて未分解のアンモニアを含まなくてもよい。火炎の燃焼速度、燃焼温度の観点から、熱分解ガスは、アンモニアを含まないものが好ましい。なお、未分解のアンモニアを含まない熱分解ガスとは、熱分解ガス中のアンモニア濃度が５ｐｐｍ以下であることを意味する。
【0046】
熱分解ガスは、窒素を含まないものが好ましい。熱分解ガス中の窒素濃度は、５０体積％以下が好ましく、２５体積％以下がより好ましい。
【0047】
熱分解ガスの温度は、火炎の燃焼速度の観点、及び燃焼温度の観点から、１５０℃以上が好ましく、３００℃以上がより好ましい。熱分解ガスは、温度が高いほど、アンモニアが水素と窒素に分解され、火炎の燃焼速度が速く、燃焼温度が高くなるため、上限温度は特に限定するものではない。ただし、熱分解の消費エネルギーと、火炎の燃焼速度と燃焼温度のバランスとから、熱分解ガスの温度は、２００℃以上４００℃以下が好ましく、２５０℃以上３５０℃以下がより好ましい。なお、熱分解ガスの温度は、後述する加熱部１９を通過した直後の温度（後述する第２温度計２８で測定した温度）である。
【0048】
なお、本実施形態では、第２燃料ガスとして熱分解ガスを含む態様を一例として説明するが、本発明はこれに限定されない。第２燃料ガスは、火炎の燃焼温度を高めるために、助燃用燃料を含むものを用いてもよい。
第２燃料ガスは、必要に応じて、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスによって希釈されたものを用いてもよい。
第２燃料ガスは、必要に応じて、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスによって希釈されたものを用いてもよい。
【0049】
第２燃料供給路７Ａの先端の位置は、バーナ１１の軸方向において、第１燃料供給路２３Ａと同程度の位置となっている。したがって、第１粉体供給路２Ａの先端寄りの部分の外周には、第２燃料供給路７Ａは設けられていない。
【0050】
第２燃料供給路７Ａの先端寄りの環状の空間は、基端部分及び中央部分と比較して外径が同じか僅かに大きくなっている。第２燃料供給路７Ａの先端寄りの環状の空間の外径の位置は、原料粉体噴出孔２ａの位置よりも外側であることが好ましい。これにより、図２に示すように、バーナ１１の先端を平面視した際に、複数の原料粉体噴出孔２ａよりも外側に、火炎（第２火炎）を形成するための第２燃料ガスを供給することができる。
【0051】
図３及び図４に示すように、第２燃料供給路７Ａの先端部分には、バーナ１１の軸方向と平行方向に延在する複数の第２燃料ガス噴射ノズル（第２燃料供給支流路）７ａが接続されている。第２燃料供給路７Ａと複数の第２燃料ガス噴射ノズル７ａの内側の空間とは、それぞれ連通されている。これにより、第２燃料供給路７Ａから複数の第２燃料ガス噴射ノズル７ａに、第２燃料ガスをそれぞれ供給できる。換言すると、第２燃料供給路７Ａは、バーナ２１の先端寄りの部分において複数の第２燃料ガス噴射ノズル７ａに分岐している。
【0052】
第２支燃性ガス供給管８は、図３に示すように、第２燃料供給管７の外側を覆うように設けられている。第２支燃性ガス供給管８の中心軸と第２燃料供給管７の中心軸とは一致しており、第２支燃性ガス供給管８は、第２燃料供給管７及び原料粉体供給管２と同軸に設けられている。
【0053】
第２支燃性ガス供給管８と第２燃料供給管７との間に設けられた環状の空間は、第２支燃性ガスを供給するための第２支燃性ガス供給路８Ａである。換言すると、第２支燃性ガス供給路８Ａは、第２燃料供給路７Ａの先端及び外周を覆うように設けられている。
第２支燃性ガス供給路８Ａの基端側は、酸素供給ラインＬ２及びＬ２Ｃを介して酸素供給源１３と接続されている。
第２支燃性ガス供給路８Ａの基端側は、酸素供給ラインＬ２及びＬ２Ｃを介して酸素供給源１３と接続されている。
【0054】
第２支燃性ガスは、第１支燃性ガスと同様に、第２燃料ガスと反応して火炎雰囲気を形成可能なガスであれば、特に限定されるものではない。第２支燃性ガスとしては、酸素、酸素富化空気等が挙げられる。第２支燃性ガスとしては、第１支燃性ガスと同一の成分であってもよいし、異なる成分であってもよい。
【0055】
第２支燃性ガス供給路８Ａの先端の位置は、バーナ１１の軸方向において、原料粉体供給路２Ａが複数の原料粉体供給支流路２Ｂに分岐する位置よりも先端側となっている。したがって、第２支燃性ガス供給路８Ａは、第１支燃性ガス供給路２４の先端寄りの部分の外周を覆うように設けられている。
【0056】
第２支燃性ガス供給路８Ａの先端寄りの環状の空間は、基端部分及び中央部分と比較して内径が小さくなっている。第２支燃性ガス供給路８Ａの先端寄りの環状の空間の内径の位置は、原料粉体噴出孔２ａの位置よりも外側であることが好ましい。これにより、図２に示すように、バーナ１１の先端を平面視した際に、複数の原料粉体噴出孔２ａよりも外側の位置に、火炎（第２火炎）を形成するための第２支燃性ガスを供給することができる。
【0057】
図３及び図４に示すように、バーナ１１の周方向の外側から中心軸Ｃに向かって拡径された第２支燃性ガス供給路８Ａの先端部分には、バーナ１１の軸方向と平行方向に延在する複数の第２支燃性ガス供給孔（第２支燃性ガス供給支流路）８ａが接続されている。第２支燃性ガス供給路８Ａと複数の第２支燃性ガス供給孔８ａの内側の空間とは、それぞれ連通されている。これにより、第２支燃性ガス供給路８Ａから複数の第２支燃性ガス供給孔８ａに、第２支燃性ガスをそれぞれ供給できる。換言すると、第２支燃性ガス供給路８Ａは、バーナ１１の先端寄りの部分において複数の第２支燃性ガス供給孔８ａに分岐している。
【0058】
水冷ジャケット５は、図３に示すように、第２支燃性ガス供給管８の外側を覆うように設けられている。水冷ジャケット５には、冷却水の導入口５Ａと導出口５Ｂとが設けられている。これにより、導入口５Ａから水冷ジャケット５内の流路に供給された冷却水は、バーナ１１の特に先端寄りの部分を冷却した後、導出口５Ｂから排出される。
【0059】
本実施形態のバーナ１１は、図４に示すように、第２燃料ガス噴射ノズル７ａが第２支燃性ガス供給孔８ａの内側にそれぞれ位置する。また、第２燃料ガス噴射ノズル７ａの先端７ｂは、第２支燃性ガス供給孔８ａの内側にそれぞれ位置する。すなわち、第２燃料ガス噴射ノズル７ａは、第２支燃性ガス供給孔８ａの内側で開口する。
【0060】
ここで、第２燃料ガス噴射ノズル７ａの先端７ｂから第２支燃性ガス供給孔８ａの内側に第２燃料ガスを噴射すると、第２支燃性ガス供給孔８ａの内側に向けて第２支燃性ガス供給路８Ａから第２支燃性ガスが供給される。そして、第２燃料ガス噴射ノズル７ａの先端７ｂよりも前方の、第２支燃性ガス供給孔８ａの内側において、第２燃料ガスと第２支燃性ガスとが混合される。
【0061】
このように、第２燃料ガス噴射ノズル７ａの先端７ｂから、第２支燃性ガス供給孔８ａの先端８ｂまでの空間は、第２燃料ガスと第２支燃性ガスとを混合する第２予混合室９となる。また、第２支燃性ガス供給孔８ａの先端８ｂの開口が、第２予混合室９の開口９ａとなる。
【0062】
換言すると、本実施形態のバーナ１１は、複数の第２予混合室９を備える。これらの第２予混合室９は、バーナ１１の軸方向の先端寄りに位置する。第２予混合室９は、第２燃料ガス噴射ノズル７ａの一つ、及び第２支燃性ガス供給孔８ａの一つとそれぞれ連通する。第２予混合室９は、バーナ１１の軸方向の先端にそれぞれ開口する。
【0063】
第２予混合室９の容積ｖ２は、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとを充分混合することができ、逆火の恐れがなければ、特に限定されない。
このような容積ｖ２［ｍ３］としては、上述した第１予混合室６の容積ｖ１と同様とすることができる。すなわち、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとの合計流量Ｑ１を２５～５０［Ｎｍ３／ｈ］とする場合には、３．０×１０－５～１．０×１０－３［ｍ３］とすればよく、１．０×１０－４～１．０×１０－３［ｍ３］がより好ましい。容積ｖ２を１．０×１０－４～１．０×１０－３［ｍ３］の範囲とすれば、第２予混合室９内で第１燃料ガスと第１支燃性ガスとを充分混合できる。
このような容積ｖ２［ｍ３］としては、上述した第１予混合室６の容積ｖ１と同様とすることができる。すなわち、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとの合計流量Ｑ１を２５～５０［Ｎｍ３／ｈ］とする場合には、３．０×１０－５～１．０×１０－３［ｍ３］とすればよく、１．０×１０－４～１．０×１０－３［ｍ３］がより好ましい。容積ｖ２を１．０×１０－４～１．０×１０－３［ｍ３］の範囲とすれば、第２予混合室９内で第１燃料ガスと第１支燃性ガスとを充分混合できる。
【0064】
また、第２燃料ガス噴射ノズル７ａの先端７ｂから、第２支燃性ガス供給孔８ａの先端８ｂまでのオフセット距離Ｌ２としては、上述したオフセット距離Ｌ１と同様に、１．０×１０－３～１．０×１０－４［ｍ］とすればよく、２．０×１０－３～５．０×１０－２［ｍ］がより好ましい。
【0065】
また、第２予混合室９の数量は、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとの混合ガスの供給量や、原料粉体噴出孔２ａの数量やレイアウト（配置）に応じて適宜選択することができる。
【0066】
第２予混合室９では、第２燃料ガスと第２支燃性ガスとをあらかじめ混合し、混合ガスとして開口９ａからバーナ１１の軸方向と平行な方向に向けて噴射する。
【0067】
バーナ１１は、小さな容積の第１予混合室６及び第２予混合室９を複数備え、第１予混合室６において第１燃料ガスと第１支燃性ガスとをあらかじめ混合し、第２予混合室９において第２燃料ガスと第２支燃性ガスとをあらかじめ混合する構成となっている。これにより、燃料ガスと支燃性ガスとを充分に混合して燃焼効率をあげることができ、逆火のおそれもない。
【0068】
本実施形態のバーナ１１によれば、図２に示すように、バーナ１１の先端を平面視した際に、バーナ１１の中心軸Ｃを中心とする円環状に配設された原料粉体噴出孔２ａの内側に、同心円となるように、複数の第１予混合室６の開口６ａが等間隔に配設され、原料粉体噴出孔２ａの外側に、同心円となるように、複数の第２予混合室９の開口９ａが等間隔に配設される。すなわち、原料粉体噴出孔２ａは、第１予混合室６の開口６ａによって内側を、第２予混合室９の開口９ａによって外側をそれぞれ囲まれる。
【0069】
換言すると、本実施形態のバーナ１１は、バーナ１１の中心部（中央部）に、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとの混合ガスからなる火炎（以下、「第１火炎」ともいう）を形成するために、複数の第１予混合室６の開口６ａを円環状に配置し、第１火炎の外周を囲むように複数の原料粉体噴出孔２ａを円環状に配置する。さらに、複数の原料粉体噴出孔２ａの外側に、これらの原料粉体噴出孔２ａの外周を囲むように第２燃料ガスと第２支燃性ガスとの混合ガスからなる火炎（以下、「第２火炎」ともいう）を形成するために、複数の第２予混合室９の開口９ａを円環状に配置する。これにより、原料粉体噴出孔２ａから噴出された原料粉体に対して火炎の熱を効率よく伝達でき、原料粉体を効率よく溶融できる。
【0070】
また、原料粉体噴出孔２ａの外周を囲むように第２火炎を形成することで、バーナ２１の周囲からの巻き込み空気もしくは炉内燃焼排ガスを遮断できるため、無機質粉体の溶融・球状化の効率を高めることができる。
【0071】
また、本実施形態のバーナ１１によれば、第１火炎を形成するための第１燃料ガスの流量と、第２火炎を形成するための第２燃料ガスの流量を各々独立に制御し、第１火炎を形成するための第１支燃性ガス流量と、第２火炎を形成するための第２支燃性ガスの流量を各々独立に制御することができる。これにより、バーナ１１の先端から噴射される原料粉体に対して、適切な燃焼状態を作り出す事が可能となる。
【0072】
（無機質球状化粒子の製造装置）
図１に示すように、アンモニア供給ラインＬ１は、アンモニア供給源１２とバーナ１１との間に位置する。具体的には、アンモニア供給ラインＬ１は、バーナ１１の第２燃料供給路７Ａの基端側と連通している。換言すると、アンモニア供給源１２と第２燃料供給路７Ａとは、アンモニア供給ラインＬ１を介して接続されている。これにより、アンモニア供給源１２からアンモニアガスをアンモニア供給ラインＬ１に供給できる。
図１に示すように、アンモニア供給ラインＬ１は、アンモニア供給源１２とバーナ１１との間に位置する。具体的には、アンモニア供給ラインＬ１は、バーナ１１の第２燃料供給路７Ａの基端側と連通している。換言すると、アンモニア供給源１２と第２燃料供給路７Ａとは、アンモニア供給ラインＬ１を介して接続されている。これにより、アンモニア供給源１２からアンモニアガスをアンモニア供給ラインＬ１に供給できる。
【0073】
アンモニア供給ラインＬ１には、後述する熱交換器Ｈ２と、流量調節バルブＶ１と、加熱部（加熱手段）１９と、が設けられている。
【0074】
加熱部（加熱手段）１９は、アンモニア供給ラインＬ１に位置し、アンモニア供給ラインＬ１に供給されるアンモニアを水素と窒素とに熱分解する。これにより、アンモニア供給源１２から供給されるアンモニアが熱分解して生成した水素を含む熱分解ガスとして、バーナ１１に供給できる。
図５は、加熱部１９の構成を模式的に示す系統図である。
図５に示すように、加熱部１９は、熱交換器２５、第１温度計２６、発熱体２７、第２温度計２８、及び制御装置（図示略）を有する。
図５は、加熱部１９の構成を模式的に示す系統図である。
図５に示すように、加熱部１９は、熱交換器２５、第１温度計２６、発熱体２７、第２温度計２８、及び制御装置（図示略）を有する。
【0075】
熱交換器２５は、アンモニア供給ラインＬ１と燃焼ガス排出ラインＬ５とにわたるように位置し、燃焼ガスの排熱を利用してアンモニアを加熱する。熱交換器２５は、特に限定されるものではなく、例えば、レキュペレータを使用できる。また、利用する排熱は、特に限定されるものではなく、装置の排熱、施設や工場の排熱を使用できる。
【0076】
第１温度計２６は、アンモニア供給ラインＬ１において熱交換器２５の二次側に位置し、熱交換器２５を通過したガスの温度を測定する。第１温度計２６としては、公知の温度計を使用できる。
【0077】
発熱体２７は、アンモニア供給ラインＬ１に位置し、アンモニアを加熱する。発熱体２７は、電気、蒸気又はガス等の熱を利用してアンモニアを加熱できるものであれば、特に限定されるものではない。また、発熱体２７は、排熱を利用してアンモニアを加熱するものは含まない。発熱体２７としては、例えば、ヒータ等が挙げられ、これらの中でも温度制御が容易であることから、電気ヒータを用いることが好ましい。
【0078】
第２温度計２８は、アンモニア供給ラインＬ１において発熱体２７の二次側に位置し、発熱体２７を通過したガスの温度を測定する。第２温度計２８としては、第１温度計２６と同様に、公知の温度計を使用できる。
【0079】
制御装置（図示略）は、第１温度計２６及び第２温度計２８によって測定された温度の測定値に応じて加熱部１９を制御する。
具体的には、制御装置は、例えば、第１温度計２６の測定値が所定の温度より低い場合、アンモニアを分解するための熱を補うように発熱体２７を制御する。また、制御装置は、第２温度計２８の測定値が所定の温度よりも高い場合、発熱体２７の出力を下げてアンモニアの分解温度を調整する制御を行う。
一方、制御装置は、第１温度計２６の測定値が所定の温度よりも高い場合、熱交換器２５の温度を下げてアンモニアの分解温度を調整する制御を行う。
具体的には、制御装置は、例えば、第１温度計２６の測定値が所定の温度より低い場合、アンモニアを分解するための熱を補うように発熱体２７を制御する。また、制御装置は、第２温度計２８の測定値が所定の温度よりも高い場合、発熱体２７の出力を下げてアンモニアの分解温度を調整する制御を行う。
一方、制御装置は、第１温度計２６の測定値が所定の温度よりも高い場合、熱交換器２５の温度を下げてアンモニアの分解温度を調整する制御を行う。
【0080】
本実施形態の装置１０によれば、加熱部１９が制御装置を備える構成であるため、アンモニアを熱分解して水素を含む熱分解ガスとする際、消費エネルギーを削減できる。
なお、本実施形態の装置１０では、加熱部１９が熱交換器２５及び発熱体２７を併用する構成を一例として説明したが、これに限定されるものではない。加熱部１９は、アンモニアを熱分解して水素を含む熱分解ガスとすることが可能であれば、熱交換器２５及び発熱体２７のいずれか一方のみを有する構成であってもよい。
なお、本実施形態の装置１０では、加熱部１９が熱交換器２５及び発熱体２７を併用する構成を一例として説明したが、これに限定されるものではない。加熱部１９は、アンモニアを熱分解して水素を含む熱分解ガスとすることが可能であれば、熱交換器２５及び発熱体２７のいずれか一方のみを有する構成であってもよい。
【0081】
本実施形態の装置１０によれば、加熱部１９又は加熱部１９の二次側のアンモニア供給ラインＬ１に、窒素除去手段が設けられていることが好ましい。窒素除去手段も設けることで、燃焼に寄与しない窒素を除去できるため、燃焼効率を向上できる。窒素除去手段としては、特に限定されるものではなく、公知のガス分離膜や圧力変動吸着装置等を用いることができる。
【0082】
酸素供給ラインＬ２は、酸素供給源１３とバーナ１１との間に位置する。
また、酸素供給ラインＬ２は、Ｑ１地点でＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ及びＬ２Ｃに分岐する。
酸素供給ラインＬ２には、後述する熱交換器Ｈ１が設けられている。また、酸素供給ラインＬ２には、液体の酸素を気化する気化器（図示略）が設けられていてもよい。
分岐した酸素供給ラインＬ２Ａ，Ｌ２Ｂ及びＬ２Ｃには、流量調節バルブＶ２，Ｖ３，Ｖ５がそれぞれ設けられている。
また、酸素供給ラインＬ２は、Ｑ１地点でＬ２Ａ、Ｌ２Ｂ及びＬ２Ｃに分岐する。
酸素供給ラインＬ２には、後述する熱交換器Ｈ１が設けられている。また、酸素供給ラインＬ２には、液体の酸素を気化する気化器（図示略）が設けられていてもよい。
分岐した酸素供給ラインＬ２Ａ，Ｌ２Ｂ及びＬ２Ｃには、流量調節バルブＶ２，Ｖ３，Ｖ５がそれぞれ設けられている。
【0083】
分岐した酸素供給ラインＬ２Ａは、バーナ１１の第１支燃性ガス供給路２４Ａの基端側と連通している。換言すると、酸素供給源１３と第１支燃性ガス供給路２４Ａとは、酸素供給ラインＬ２及びＬ２Ａを介して接続されている。これにより、酸素供給源１３から酸素ガスを第１支燃性ガスとしてバーナ１１に供給できる。
【0084】
また、分岐した酸素供給ラインＬ２Ｂは、バーナ１１の原料粉体供給路２Ａの基端側と連通している。換言すると、酸素供給源１３と原料粉体供給路２Ａとは、酸素供給ラインＬ２及びＬ２Ｂを介して接続されている。これにより、酸素ガスをキャリアガスとしてバーナ１１に供給できる。
【0085】
また、分岐した酸素供給ラインＬ２Ｃは、バーナ１１の第２支燃性ガス供給路８Ａの基端側と連通している。換言すると、酸素供給源１３と第２支燃性ガス供給路８Ａとは、酸素供給ラインＬ２及びＬ２Ｃを介して接続されている。これにより、酸素供給源１３から酸素ガスを第２支燃性ガスとしてバーナ１１に供給できる。
【0086】
助燃用燃料供給源１８は、燃料ガスの一部として用いる助燃用燃料を貯蔵する設備である。本実施形態の装置１０において、バーナ１１の第１燃料ガス噴射ノズル３ａに助燃用燃料を供給する事で、燃焼時に発生する二酸化炭素を削減しつつ、バーナの火炎温度を高く維持できるため、原料粉体を効率よく溶融できる。
【0087】
助燃用燃料としては、例えば、メタン（ＣＨ４）やプロパン（Ｃ３Ｈ８）等の気体燃料を用いることができる。また、液体霧化機構を有する場合であれば、灯油、アルコール等の液体燃料を用いることもできる。
【0088】
助燃用燃料供給ラインＬ６は、助燃用燃料供給源１８とバーナ１１との間に位置する。具体的には、助燃用燃料供給ラインＬ６は、バーナ１１の第１燃料供給路２３Ａの基端側と連通している。換言すると、助燃用燃料供給源１８と第１燃料供給路２３Ａとは、助燃用燃料供給ラインＬ６を介して接続されている。これにより、助燃用燃料供給源１８から助燃用燃料を第１燃料ガスとしてバーナ２１に供給できる。
【0089】
助燃用燃料供給ラインＬ６には、熱交換器Ｈ３と流量調節弁Ｖ４とが設けられている。これにより、バーナ１１へ供給する助燃用燃料の温度や供給量を適宜調整できる。
【0090】
原料粉体供給源１４は、原料粉体を貯蔵する設備であり、分岐した酸素供給ラインＬ２Ｂに設けられている。原料粉体供給源１４と原料粉体供給路２Ａとは、酸素供給ラインＬ２Ｂを介して接続されている。これにより、原料粉体である無機質粉体をキャリアガス（酸素ガス）とともにバーナ１１に供給できる。
原料粉体供給源１４の形態は、特に限定されない。例えば、原料タンク及び原料切り出し機構等を有していてもよい。
原料粉体供給源１４の形態は、特に限定されない。例えば、原料タンク及び原料切り出し機構等を有していてもよい。
【0091】
原料粉体は、球状粒子を得たい化合物（無機質粉体）であれば、特に限定されるものではない。このような化合物としては、具体的には、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ又はＦｅ２Ｏ３等の無機酸化物が挙げられる。
【0092】
また、原料粉体の粒子形態は、特に限定されるものではなく、角を有する非球形の粒子であってもよいし、角を有さない球形の粒子であってもよい。
【0093】
また、原料粉体の粒子径としては、１～５００μｍの範囲であることが好ましく、１～１００μｍの範囲であることが好ましい。ここで、原料粉体の粒子径が１μｍ未満であると、粒子同士が静電気で凝集し、５００μｍを超えると、バーナ火炎中で十分に加熱する事が出来なくなるために好ましくない。これに対して、上記範囲内であると、火炎中で適切に分散されつつ、十分に加熱・球状化する事が可能となる為に好ましい。
【0094】
冷却水循環ラインＬ３は、バーナ１１における水冷ジャケット５の冷却水の導出口５Ｂと導入口５Ａとの間に位置する。冷却水循環ラインＬ３には、冷却水を貯留する冷却塔ＣＴ、ポンプＰ１、熱交換器Ｈ１、熱交換器Ｈ３及び熱交換器Ｈ２が設けられている。
【0095】
冷却水循環ラインＬ３では、冷却塔ＣＴの冷却水がポンプＰ１によって導入口５Ａから水冷ジャケット５内へ供給され、バーナ１１の冷却を終えた後に導出口５Ｂから排出される。次に、ジャケット５から排出された高温の冷却水は、冷却水循環ラインＬ３と酸素供給ラインＬ２とにわたって設けられた熱交換器Ｈ１において、低温の液化酸素あるいは酸素ガスとの熱交換によって冷却される。次いで、冷却水は、冷却水循環ラインＬ３と助燃用燃料供給経路Ｌ６とにわたって設けられた熱交換器Ｈ３において、低温の助燃用燃料との熱交換によって冷却される。さらに、冷却水は、冷却水循環ラインＬ３とアンモニア供給ラインＬ１とにわたって設けられた熱交換器Ｈ２において、低温の液化アンモニアあるいはアンモニアガスとの熱交換によって冷却された後、冷却塔ＣＴへ供給される。
【0096】
本実施形態の装置１０によれば、バーナ１１の水冷ジャケット５に用いた冷却水を、液化酸素や液化アンモニアを気化あるいは加温する際の熱源として利用できる。
【0097】
球状化炉１５は、円筒形の竪型炉であって、その天井部（炉頂部）には上述のバーナ１１が、その先端側を炉内に臨ませるようにして垂直下向きに取り付けられている。
球状化炉１５の底部付近には、送風ブロワＰ２が設けられた空気導入ラインＬ４が接続されており、ここから冷却用空気を内部に導入し、排出される燃焼ガスの温度を下げることができるようになっている。
球状化炉１５の底部付近には、送風ブロワＰ２が設けられた空気導入ラインＬ４が接続されており、ここから冷却用空気を内部に導入し、排出される燃焼ガスの温度を下げることができるようになっている。
【0098】
球状化炉１５の底部付近には、排気ブロワＰ３が設けられた燃焼ガス排出ラインＬ５が接続されている。これにより、生成した球状化粒子は、燃焼ガスによって搬送され、サイクロン１６の入口に送られるようになっている。
また、サイクロン１６の出口にはダクトが設けられており、このダクトはバグフィルター１７の入口に接続されている。
また、サイクロン１６の出口にはダクトが設けられており、このダクトはバグフィルター１７の入口に接続されている。
【0099】
（無機質球状化粒子の製造方法）
次に、上述した装置１０を用いた球状化粒子の製造方法について説明する。
本実施形態の無機質球状化粒子の製造方法は、上述した装置１０の運転方法を含む。
装置１０の運転方法は、昇温過程と、燃料変更過程と、製造過程と、を含む。
次に、上述した装置１０を用いた球状化粒子の製造方法について説明する。
本実施形態の無機質球状化粒子の製造方法は、上述した装置１０の運転方法を含む。
装置１０の運転方法は、昇温過程と、燃料変更過程と、製造過程と、を含む。
【0100】
昇温過程は、第１燃料ガスとして炭化水素を用いて火炎を形成し、球状化炉１５の温度を上昇させる。炭化水素の火炎は、燃焼温度が高いため、炉の温度を素早く上昇させることができる。これにより、装置１０の起動時間を短縮できる。
【0101】
二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量を抑制したい場合、昇温過程では、炭素を含まない燃料を使用することができる。具体的には、第１燃料ガスに代えて、第２燃料ガスとして熱分解ガスを利用する。熱分解ガスは、アンモニアを熱分解することで得られる。なお、アンモニアの熱分解にバーナ１１の排熱を利用する場合、装置１０の運転開始直後では、アンモニアは発熱体２７によって熱分解される。装置１０の運転開始後、排熱の温度が所定の温度まで上昇した後は、アンモニアは熱交換器２５によって熱分解される。その際、発熱体２７は、運転を停止してもよいし、出力を下げて使用を継続してもよい。
【0102】
燃料変更過程は、球状化炉１５の温度が上昇した後、バーナ１１の火炎を形成する燃料ガスとして、熱分解ガスを含む第２燃料ガスを用いる。なお、助燃用燃料の使用は、昇温過程のみとし、バーナ１１の燃焼が安定した後、助燃用燃料の供給を停止してもよい。
【0103】
製造過程は、アンモニアが熱分解して生成した水素を含有する熱分解ガスを含む燃料ガスと、酸素を含有する支燃性ガスとの燃焼により形成されたバーナ火炎により無機質粉体を溶融し、球状化する。これにより、無機質球状化粒子を製造する際、二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量を抑制し、製品への煤等の混入を抑制できる。
【0104】
また、本実施形態の無機質球状化粒子の製造方法では、第１及び第２燃料ガスの少なくとも一方に、炭素源を含まない、アンモニアが熱分解して生成した水素を含有する熱分解ガスを含む燃料ガスを用いる。熱分解ガスを効率よく燃焼させるために、バーナ１１の複数の第１予混合室６及び複数の第２の予混合室９に、それぞれ燃料ガスと支燃性ガスとを供給して予め混合した後に燃焼させて火炎を形成し、この火炎中に無機質粉体を投入する。
【0105】
また、本実施形態の無機質球状化粒子の製造方法では、バーナ１１の第１及び第２燃料ガス噴射ノズルへの燃料ガス及び支燃性ガスの供給が各々独立しているため、第１燃料ガス噴射ノズルに炭素源を含む物質を助燃用燃料として供給し、第２燃料ガス噴射ノズルに熱分解ガスを燃料ガスとして供給できる。
【0106】
特に、アンモニアは、従来の炭素源を含む気体燃料や水素と比較して燃焼性が低いため、円形度が高い無機質球状化粒子が得られにくい。したがって、燃料ガスとしてアンモニアを用いる場合は、第１燃料ガス噴射ノズル３ａに助燃用燃料を供給して、バーナの火炎温度を高く維持する必要があった。
【0107】
本実施形態の無機質球状化粒子の製造方法によれば、燃焼条件に応じてバーナ１１の運転パターンを変更することができる。
具体的には、バーナ１１の高温が必要とされる条件では、熱分解ガスを含む第２燃料ガスと炭化水素等の炭素源を含む第１燃料ガスとを併用することで、高い円形度を維持しつつ、温暖化ガスの発生量を大幅に削減し、燃焼中の煤の発生を抑制できる。
また、バーナ１１の高温が必要とされない条件では、第２燃料ガスとして熱分解ガスとアンモニアとを併用することで、アンモニアの熱分解に用いるエネルギーを抑制できる。
具体的には、バーナ１１の高温が必要とされる条件では、熱分解ガスを含む第２燃料ガスと炭化水素等の炭素源を含む第１燃料ガスとを併用することで、高い円形度を維持しつつ、温暖化ガスの発生量を大幅に削減し、燃焼中の煤の発生を抑制できる。
また、バーナ１１の高温が必要とされない条件では、第２燃料ガスとして熱分解ガスとアンモニアとを併用することで、アンモニアの熱分解に用いるエネルギーを抑制できる。
【0108】
（無機質球状化粒子）
本実施形態の無機質球状化粒子の製造方法によれば、高い円形度を有する無機質球状化粒子が得られる。具体的には、無機質球状化粒子の円形度は、０．９以上であり、０．９３以上であることが好ましく、０．９５以上であることがより好ましい。
ここで、円形度は、無機質球状化粒子１万個をＣＣＤカメラにより撮影して２次元化した画像を用い、その形状の面積をＳ、周囲長をＬとして、（円形度）＝４πＳ／Ｌ２で求めた算術平均値である。なお、形状の測定には、フロー式粒子像分析装置（Ｍａｌｖｅｒｎ Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社のＦＰＩＡ－３０００）を用いる事が出来る。
本実施形態の無機質球状化粒子の製造方法によれば、高い円形度を有する無機質球状化粒子が得られる。具体的には、無機質球状化粒子の円形度は、０．９以上であり、０．９３以上であることが好ましく、０．９５以上であることがより好ましい。
ここで、円形度は、無機質球状化粒子１万個をＣＣＤカメラにより撮影して２次元化した画像を用い、その形状の面積をＳ、周囲長をＬとして、（円形度）＝４πＳ／Ｌ２で求めた算術平均値である。なお、形状の測定には、フロー式粒子像分析装置（Ｍａｌｖｅｒｎ Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社のＦＰＩＡ－３０００）を用いる事が出来る。
【0109】
以上説明したように、本実施形態の装置（無機質球状化粒子製造装置）１０は、バーナ１１に対し、燃料ガスとして炭素源を含まない熱分解ガスを用いるため、二酸化炭素（ＣＯ２）等の温暖化ガスの発生量を大幅に削減できる。また、燃料中の炭素源が原因となる煤の発生を抑制し、製品である無機質球状化粒子中への混入を避ける事ができる。
【0110】
また、本実施形態の無機質球状化粒子の製造方法によれば、上述の製造装置１０を用いるため、温暖化ガスの発生量を大幅に削減し、燃焼中の煤の発生を抑制できる。
【0111】
また、本実施形態の装置１０及び製造方法によれば、バーナ１１の第１燃料ガス噴射ノズル３ａへの燃料ガスの供給と、第２燃料ガス噴射ノズル７ａへの燃料ガスの供給とが各々独立しているため、第１火炎を形成するための第１燃料ガス及び第１支燃性ガスの流量と、第２火炎を形成するための第２燃料ガス及び第２支燃性ガスの流量とを各々独立に制御することができる。これにより、原料ガスとして熱分解ガスを用いる場合であっても、バーナ１１の先端から噴射される原料粉体に対して、適切な燃焼状態を作り出す事が可能となり、高い円形度を有する無機質球状化粒子を提供できる。また、装置１０の起動時間を短縮できる。
【0112】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明を適用した第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２実施形態である装置２０の構成を示す系統図である。
図６に示すように、本実施形態の装置２０は、助燃用燃料供給源１８及び助燃用燃料供給ラインＬ６を有しない点、バーナの構成およびバーナへの各供給ラインの接続位置が異なる点で、第１の実施形態の装置１０とは異なる構成となっている。したがって、本実施形態の装置２０については、第１の実施形態と同一の構成部分については同じ符号を付すると共に説明を省略する。
次に、本発明を適用した第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２実施形態である装置２０の構成を示す系統図である。
図６に示すように、本実施形態の装置２０は、助燃用燃料供給源１８及び助燃用燃料供給ラインＬ６を有しない点、バーナの構成およびバーナへの各供給ラインの接続位置が異なる点で、第１の実施形態の装置１０とは異なる構成となっている。したがって、本実施形態の装置２０については、第１の実施形態と同一の構成部分については同じ符号を付すると共に説明を省略する。
【0113】
（無機質球状化粒子の製造装置）
図６に示すように、本実施形態の装置２０は、無機質球状化粒子製造用バーナ１１、アンモニア供給源１２、酸素供給源１３、原料粉体供給源１４、球状化炉１５、サイクロン１６、バグフィルター１７、加熱部（加熱手段）１９、アンモニア供給ラインＬ１、酸素供給ラインＬ２、冷却水循環ラインＬ３及び燃焼ガス排出ラインＬ５を備える。
図６に示すように、本実施形態の装置２０は、無機質球状化粒子製造用バーナ１１、アンモニア供給源１２、酸素供給源１３、原料粉体供給源１４、球状化炉１５、サイクロン１６、バグフィルター１７、加熱部（加熱手段）１９、アンモニア供給ラインＬ１、酸素供給ラインＬ２、冷却水循環ラインＬ３及び燃焼ガス排出ラインＬ５を備える。
【0114】
（無機質球状化粒子製造用バーナ）
次に、本実施形態の装置２０に適用可能な無機質球状化粒子製造用バーナ２１の構成について説明する。
図７～図９は、本実施形態の装置２０に適用可能なバーナ２１を示しており、図７はバーナをその先端側から眺めた平面図であり、図８は図７中に示すバーナの中心軸Ｃを通るＡ－Ａ’に沿って切断した断面図であり、図９はバーナの先端側の拡大断面図である。
次に、本実施形態の装置２０に適用可能な無機質球状化粒子製造用バーナ２１の構成について説明する。
図７～図９は、本実施形態の装置２０に適用可能なバーナ２１を示しており、図７はバーナをその先端側から眺めた平面図であり、図８は図７中に示すバーナの中心軸Ｃを通るＡ－Ａ’に沿って切断した断面図であり、図９はバーナの先端側の拡大断面図である。
【0115】
図７～図９に示すように、バーナ２１は、当該バーナ２１の中心軸Ｃから周方向外側に向けて、原料粉体供給管２、第１燃料供給管３、第１支燃性ガス供給管４、及び水冷ジャケット５から構成される、同心の多重管構造を有している。また、バーナ２１は、燃料ガスと酸素を含有する支燃性ガスとを用いた酸素燃焼バーナである。
【0116】
第１燃料供給管３は、図８に示すように、原料粉体供給管２の外側を覆うように設けられている。第１燃料供給管３の中心軸と原料粉体供給管２中心軸とは一致しており、第１燃料供給管３は、原料粉体供給管２と同軸に設けられている。
【0117】
第１燃料供給管３と原料粉体供給管２との間に設けられた環状の空間は、第１燃料ガスを供給するための第１燃料供給路３Ａである。換言すると、第１燃料供給路３Ａは、第１粉体供給路２Ａの外周を覆うように設けられている。
第１燃料供給路３Ａの基端側は、第１燃料ガスであるアンモニア供給源１２と、アンモニア供給ラインＬ１を介して接続されている。
第１燃料供給路３Ａの基端側は、第１燃料ガスであるアンモニア供給源１２と、アンモニア供給ラインＬ１を介して接続されている。
【0118】
第１燃料ガスとしては、上述した第１実施形態で説明した第２燃料ガスを用いる。第１燃料ガスは、必要に応じて、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスによって希釈されたものを用いてもよい。
【0119】
第１燃料供給路３Ａの先端の位置は、バーナ２１の軸方向において、原料粉体供給路２Ａが複数の原料粉体供給支流路２Ｂに分岐する位置よりも基端側となっている。したがって、第１粉体供給路２Ａの先端寄りの部分の外周には、第１燃料供給路３Ａは設けられていない。
【0120】
第１燃料供給路３Ａの先端寄りの環状の空間は、基端部分及び中央部分と比較して外径が大きくなっている。第１燃料供給路３Ａの先端寄りの環状の空間の外径の位置は、原料粉体噴出孔２ａの位置よりも外側であることが好ましい。これにより、図７に示すように、バーナ２１の先端を平面視した際に、複数の原料粉体噴出孔２ａよりも外側の位置に、火炎を形成するための第１燃料ガスを供給することができる。
【0121】
図８及び図９に示すように、バーナ２１の中心軸Ｃから半径方向に向かって拡径された第１燃料供給路３Ａの先端部分には、バーナ２１の軸方向と平行方向に延在する複数の第１燃料ガス噴射ノズル（第１燃料供給支流路）３ａが接続されている。第１燃料供給路３Ａと複数の第１燃料ガス噴射ノズル３ａの内側の空間とは、それぞれ連通されている。これにより、第１燃料供給路３Ａから複数の第１燃料ガス噴射ノズル３ａに、燃料ガスをそれぞれ供給できる。換言すると、第１燃料供給路３Ａは、バーナ２１の先端寄りの部分において複数の第１燃料ガス噴射ノズル３ａに分岐している。
【0122】
第１支燃性ガス供給管４は、図８に示すように、第１燃料供給管３の外側を覆うように設けられている。第１支燃性ガス供給管４の中心軸と第１燃料供給管３中心軸とは一致しており、第１支燃性ガス供給管４は、第１燃料供給管３及び原料粉体供給管２と同軸に設けられている。
【0123】
第１支燃性ガス供給管４と第１燃料供給管３との間に設けられた環状の空間は、第１支燃性ガスを供給するための第１支燃性ガス供給路４Ａである。換言すると、第１支燃性ガス供給路４Ａは、第１燃料供給路３Ａの先端及び外周を覆うように設けられている。
第１支燃性ガス供給路４Ａの基端側は、第１支燃性ガスである酸素供給源１３と、酸素供給ラインＬ２及びＬ２Ａを介して接続されている。
第１支燃性ガス供給路４Ａの基端側は、第１支燃性ガスである酸素供給源１３と、酸素供給ラインＬ２及びＬ２Ａを介して接続されている。
【0124】
第１支燃性ガスは、第１燃料ガスと反応して火炎雰囲気を形成可能なガスであれば、特に限定されるものではない。第１支燃性ガスとしては、酸素、酸素富化空気等が挙げられる。
【0125】
第１支燃性ガス供給路４Ａの先端の位置は、バーナ２１の軸方向において、原料粉体供給路２Ａが複数の原料粉体供給支流路２Ｂに分岐する位置よりも先端側となっている。したがって、第１支燃性ガス供給路４Ａは、第１粉体供給路２Ａの先端寄りの部分の外周を覆うように設けられている。
【0126】
第１支燃性ガス供給路４Ａの先端寄りの環状の空間は、基端部分及び中央部分と比較して内径が小さくなっている。第１支燃性ガス供給路４Ａの先端寄りの環状の空間の内径の位置は、原料粉体噴出孔２ａの位置よりも内側であることが好ましい。これにより、図７に示すように、バーナ２１の先端を平面視した際に、複数の原料粉体噴出孔２ａよりも内側の位置に、火炎を形成するための第１支燃性ガスを供給することができる。
【0127】
図８及び図９に示すように、バーナ２１の周方向の外側から中心軸Ｃに向かって拡径された第１支燃性ガス供給路４Ａの先端部分には、バーナ２１の軸方向と平行方向に延在する複数の第１支燃性ガス供給孔（第１支燃性ガス供給支流路）４ａが接続されている。第１支燃性ガス供給路４Ａと複数の第１支燃性ガス供給孔４ａの内側の空間とは、それぞれ連通されている。これにより、第１支燃性ガス供給路４Ａから複数の第１支燃性ガス供給孔４ａに、第１支燃性ガスをそれぞれ供給できる。換言すると、第１支燃性ガス供給路４Ａは、バーナ２１の先端寄りの部分において複数の第１支燃性ガス供給孔４ａに分岐している。
【0128】
水冷ジャケット５は、図８に示すように、第１支燃性ガス供給管４の外側を覆うように設けられている。水冷ジャケット５には、冷却水の導入口５Ａと導出口５Ｂとが設けられている。これにより、導入口５Ａから水冷ジャケット５内の流路に供給された冷却水は、バーナ２１の特に先端寄りの部分を冷却した後、導出口５Ｂから排出される。
【0129】
本実施形態のバーナ２１は、図９に示すように、第１燃料ガス噴射ノズル３ａが第１支燃性ガス供給孔４ａの内側にそれぞれ位置する。また、第１燃料ガス噴射ノズル３ａの先端３ｂは、第１支燃性ガス供給孔４ａの内側にそれぞれ位置する。すなわち、第１燃料ガス噴射ノズル３ａは、第１支燃性ガス供給孔４ａの内側で開口する。
【0130】
ここで、第１燃料ガス噴射ノズル３ａの先端３ｂから第１支燃性ガス供給孔４ａの内側に第１燃料ガスを噴射すると、第１支燃性ガス供給孔４ａの内側に向けて第１支燃性ガス供給路４Ａから支燃性ガスが供給される。そして、第１燃料ガス噴射ノズル３ａの先端３ｂよりも前方の、第１支燃性ガス供給孔４ａの内側において、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとが混合される。
【0131】
このように、第１燃料ガス噴射ノズル３ａの先端３ｂから、第１支燃性ガス供給孔４ａの先端４ｂまでの空間は、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとを混合する第１予混合室６となる。また、第１支燃性ガス供給孔４ａの先端４ｂの開口が、第１予混合室６の開口６ａとなる。
【0132】
換言すると、バーナ２１は、複数の第１予混合室６を備える。これらの第１予混合室６は、バーナ２１の軸方向の先端寄りに位置する。第１予混合室６は、第１燃料ガス噴射ノズル３ａの一つ、及び支燃性ガス供給孔４ａの一つとそれぞれ連通する。第１予混合室６は、バーナ１の軸方向の先端にそれぞれ開口する。
【0133】
第１予混合室６の容積ｖ１は、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとを充分混合することができ、且つ逆火の恐れがなければ、特に限定されない。
このような容積ｖ１［ｍ３］としては、例えば、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとの合計流量Ｑ１を２５～５０［Ｎｍ３／ｈ］とする場合には、３．０×１０－５～１．０×１０－３［ｍ３］とすればよく、１．０×１０－４～１．０×１０－３［ｍ３］がより好ましい。容積ｖ１を１．０×１０－４～１．０×１０－３［ｍ３］の範囲とすれば、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとを充分混合できる。
このような容積ｖ１［ｍ３］としては、例えば、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとの合計流量Ｑ１を２５～５０［Ｎｍ３／ｈ］とする場合には、３．０×１０－５～１．０×１０－３［ｍ３］とすればよく、１．０×１０－４～１．０×１０－３［ｍ３］がより好ましい。容積ｖ１を１．０×１０－４～１．０×１０－３［ｍ３］の範囲とすれば、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとを充分混合できる。
【0134】
また、第１燃料ガス噴射ノズル３ａの先端３ｂから、第１支燃性ガス供給孔４ａの先端４ｂまでのオフセット距離Ｌ１としては、１．０×１０－３～１．０×１０－１［ｍ］とすればよく、２×１０－３～５×１０－２［ｍ］がより好ましい。
【0135】
また、第１予混合室６の数量は、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとの混合ガスの供給量や、原料粉体噴出孔２ａの数量やレイアウト（配置）に応じて適宜選択することができる。
【0136】
第１予混合室６では、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとをあらかじめ混合し、混合ガスとして開口６ａからバーナ１の軸方向と平行な方向に向けて噴射する。
【0137】
バーナ２１は、第１燃料ガスとして炭素源を含まない熱分解ガスを用いるため、小さな容積の第１予混合室６を複数備え、これらの第１予混合室６において第１燃料ガスと第１支燃性ガスとをあらかじめ混合する構成となっている。これにより、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとを充分に混合して燃焼効率をあげることができ、逆火のおそれもない。
【0138】
複数の第１予混合室６の開口６ａは、図７に示すように、バーナ２１の先端を平面視した際に、バーナ２１の中心軸Ｃを中心とする円環状に配設された原料粉体噴出孔２ａの内側及び外側に、同心円となるように等間隔にそれぞれ配設される。すなわち、原料粉体噴出孔２ａは、第１予混合室６の開口６ａによって内側および外側を囲まれる。
【0139】
バーナ２１は、バーナ２１の中心部（中央部）に、第１燃料ガスと第１支燃性ガスとの混合ガスからなる火炎（以下、「第１火炎」ともいう）を形成するために、複数の第１予混合室６の開口６ａを円環状に配置し、第１火炎の外周を囲むように複数の原料粉体噴出孔２ａを円環状に配置する。さらに、複数の原料粉体噴出孔２ａの外側に、これらの原料粉体噴出孔２ａの外周を囲むように第１燃料ガスと第１支燃性ガスとの混合ガスからなる火炎（以下、「第２火炎」ともいう）を形成するために、複数の第１予混合室６の開口６ａを円環状に配置する。これにより、原料粉体噴出孔２ａから噴出された原料粉体に対して火炎の熱を効率よく伝達でき、原料粉体を効率よく溶融できる。
【0140】
また、原料粉体噴出孔２ａの外周を囲むように第２火炎を形成することで、バーナ２１の周囲からの巻き込み空気もしくは炉内燃焼排ガスを遮断できるため、無機質粉体の溶融・球状化の効率を高めることができる。
【0141】
アンモニア供給ラインＬ１は、アンモニア供給源１２とバーナ２１との間に位置する。具体的には、アンモニア供給ラインＬ１は、バーナ２１の第１燃料供給路３Ａの基端側と連通している。換言すると、アンモニア供給源１２と第１燃料供給路３Ａとは、アンモニア供給ラインＬ１を介して接続されている。また、アンモニア供給ラインＬ１には、第１実施形態のバーナ１１と同様に、加熱部１９が設けられている。これにより、アンモニア供給源１２から供給されるアンモニアが熱分解して生成した水素を含む熱分解ガスを第１燃料ガスとしてバーナ２１に供給できる。
【0142】
酸素供給ラインＬ２は、酸素供給源１３とバーナ２１との間に位置する。
また、酸素供給ラインＬ２は、Ｑ１地点でＬ２Ａ及びＬ２Ｂに分岐する。
酸素供給ラインＬ２には、後述する熱交換器Ｈ１が設けられている。また、酸素供給ラインＬ２には、液体の酸素を気化する気化器（図示略）が設けられていてもよい。
分岐した酸素供給ラインＬ２Ａ及びＬ２Ｂには、流量調節バルブＶ２，Ｖ３がそれぞれ設けられている。
また、酸素供給ラインＬ２は、Ｑ１地点でＬ２Ａ及びＬ２Ｂに分岐する。
酸素供給ラインＬ２には、後述する熱交換器Ｈ１が設けられている。また、酸素供給ラインＬ２には、液体の酸素を気化する気化器（図示略）が設けられていてもよい。
分岐した酸素供給ラインＬ２Ａ及びＬ２Ｂには、流量調節バルブＶ２，Ｖ３がそれぞれ設けられている。
【0143】
分岐した酸素供給ラインＬ２Ａは、バーナ２１の第１支燃性ガス供給路４Ａの基端側と連通している。換言すると、酸素供給源１３と第１支燃性ガス供給路４Ａとは、酸素供給ラインＬ２及びＬ２Ａを介して接続されている。これにより、酸素供給源１３から酸素ガスを第１支燃性ガスとしてバーナ２１に供給できる。
【0144】
一方、分岐した酸素供給ラインＬ２Ｂは、バーナ２１の原料粉体供給路２Ａの基端側と連通している。換言すると、酸素供給源１３と原料粉体供給路２Ａとは、酸素供給ラインＬ２及びＬ２Ｂを介して接続されている。これにより、酸素ガスをキャリアガスとしてバーナ２１に供給できる。
【0145】
冷却水循環ラインＬ３は、バーナ２１における水冷ジャケット５の冷却水の導出口５Ｂと導入口５Ａとの間に位置する。冷却水循環ラインＬ３には、冷却水を貯留する冷却塔ＣＴ、ポンプＰ１、熱交換器Ｈ１及び熱交換器Ｈ２が設けられている。
【0146】
冷却水循環ラインＬ３では、冷却塔ＣＴの冷却水がポンプＰ１によって導入口５Ａから水冷ジャケット５内へ供給され、バーナ２１の冷却を終えた後に導出口５Ｂから排出される。次に、ジャケット５から排出された高温の冷却水は、冷却水循環ラインＬ３と酸素供給ラインＬ２とにわたって設けられた熱交換器Ｈ１において、低温の液化酸素あるいは酸素ガスとの熱交換によって冷却される。さらに、冷却水は、冷却水循環ラインＬ３とアンモニア供給ラインＬ１とにわたって設けられた熱交換器Ｈ２において、低温の液化アンモニアあるいはアンモニアガスとの熱交換によって冷却された後、冷却塔ＣＴへ供給される。
【0147】
以上説明したように、本実施形態の装置２０及びその製造方法によれば、第１実施形態と同様の効果が得ることができる。
【0148】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した第１及び第２実施形態の装置１０，２０では、アンモニア供給ラインＬ１と助燃用燃料供給ラインＬ６とが合流しない構成を例示したが、アンモニア供給ラインＬ１と助燃用燃料供給ラインＬ６とが合流する構成としてもよい。これにより、バーナ１１、２１の着火時に助燃用燃料を使用することができる。
【0149】
第２実施形態のバーナ１１及び第３実施形態のバーナ２１に助燃用燃料を供給するための態様は、特に限定されない。
例えば、バーナ１１の第２燃料供給路７Ａ、又はバーナ２１の第１燃料供給路３Ａが、助燃用燃料供給源１８と接続されており、第１燃料ガス噴射ノズル３ａあるいは第２燃料ガス噴射ノズル７ａに対して助燃用燃料を供給可能であればよい。
また、助燃用燃料が供給される第１予混合室６または第２予混合室９において、助燃用燃料１００％燃焼、熱分解ガス１００％燃焼、アンモニア１００％燃焼、助燃用燃料、アンモニア及び熱分解ガスのうち、いずれか２以上の燃料の混合燃焼のあいだで切り替え可能とされていてもよい。
例えば、バーナ１１の第２燃料供給路７Ａ、又はバーナ２１の第１燃料供給路３Ａが、助燃用燃料供給源１８と接続されており、第１燃料ガス噴射ノズル３ａあるいは第２燃料ガス噴射ノズル７ａに対して助燃用燃料を供給可能であればよい。
また、助燃用燃料が供給される第１予混合室６または第２予混合室９において、助燃用燃料１００％燃焼、熱分解ガス１００％燃焼、アンモニア１００％燃焼、助燃用燃料、アンモニア及び熱分解ガスのうち、いずれか２以上の燃料の混合燃焼のあいだで切り替え可能とされていてもよい。
【0150】
また、第１実施形態の装置１０及び無機質球状化粒子の製造方法では、バーナ１１の第１燃料ガス噴射ノズルに炭素源を含む物質を助燃用燃料として供給し、第２燃料ガス噴射ノズルに炭素源を含まないアンモニア（ＮＨ３）由来の熱分解ガスを燃料ガスとして供給する態様を一例として説明したが、これに限定されない。例えば、バーナ１１の第１燃料ガス噴射ノズルにアンモニア（ＮＨ３）由来の熱分解ガスを燃料ガスとして供給し、第２燃料ガス噴射ノズルに炭素源を含む物質を助燃用燃料として供給する態様であってもよい。
【実施例】
【0151】
図１に示す装置１０を用いて、アンモニアの一部又は全部を加熱し、熱分解ガスに分解したときの、火炎の燃焼速度と燃焼温度について、以下の条件を用いて計算した。
・計算ソフト：Ａｎｓｙｓ社製、Ｃｈｅｍｋｉｎ Ｐｒｏ
・第２燃料ガス：アンモニア，水素、窒素（アンモニア分解ガス）
・支燃性ガス：酸素
・計算ソフト：Ａｎｓｙｓ社製、Ｃｈｅｍｋｉｎ Ｐｒｏ
・第２燃料ガス：アンモニア，水素、窒素（アンモニア分解ガス）
・支燃性ガス：酸素
【0152】
【0153】
図１０及び図１１に示すように、アンモニアの分解温度が１５０℃以上では、アンモニアから水素と窒素とへの分解が進み、火炎の燃焼速度及び燃焼温度が顕著に上昇することを確認できた。
また、アンモニアの分解温度が３００℃以上では、ほとんどのアンモニアが分解され、火炎の燃焼速度が約７００ｃｍ／ｓｅｃ、燃焼温度が約２６７０℃に達することを確認できた。
さらに、アンモニアの分解温度が５００℃では、ほぼ全量のアンモニアが分解され、火炎の燃焼速度が約７２０ｃｍ／ｓｅｃ、燃焼温度が約２６８０℃に達することを確認できた。
更にまた、支燃性ガスとして酸素を用いた場合の火炎では、アンモニアを加熱しない場合（約２０℃）に比べ、燃焼速度が約８倍となり、火炎温度が約１００℃上昇することを確認できた。
これらの結果から、無機質球状化粒子製造用バーナにおいて、アンモニア由来の熱分解ガスを燃料として用いることで、炭化水素の火炎で補助せずとも、火炎の燃焼速度及び燃焼温度を上昇でき、円形度が優れた無機質球状化粒子を製造できることが示唆された。
また、アンモニアの分解温度が３００℃以上では、ほとんどのアンモニアが分解され、火炎の燃焼速度が約７００ｃｍ／ｓｅｃ、燃焼温度が約２６７０℃に達することを確認できた。
さらに、アンモニアの分解温度が５００℃では、ほぼ全量のアンモニアが分解され、火炎の燃焼速度が約７２０ｃｍ／ｓｅｃ、燃焼温度が約２６８０℃に達することを確認できた。
更にまた、支燃性ガスとして酸素を用いた場合の火炎では、アンモニアを加熱しない場合（約２０℃）に比べ、燃焼速度が約８倍となり、火炎温度が約１００℃上昇することを確認できた。
これらの結果から、無機質球状化粒子製造用バーナにおいて、アンモニア由来の熱分解ガスを燃料として用いることで、炭化水素の火炎で補助せずとも、火炎の燃焼速度及び燃焼温度を上昇でき、円形度が優れた無機質球状化粒子を製造できることが示唆された。
【符号の説明】
【0154】
１０，２０・・・無機質球状化粒子製造装置（装置）
１１，２１・・・バーナ（無機質球状化粒子製造用バーナ）
２Ａ・・・原料粉体供給路
２Ｂ・・・原料粉体供給支流路
２ａ・・・原料粉体噴出孔
３Ａ，２３Ａ・・・第１燃料供給路
３ａ・・・第１燃料ガス噴射ノズル（第１燃料供給支流路）
３ｂ・・・第１燃料供給支流路の先端
４Ａ，２４Ａ・・・第１支燃性ガス供給路
４ａ・・・第１支燃性ガス供給孔（第１支燃性ガス供給支流路）
４ｂ・・・第１支燃性ガス供給支流路の先端
６・・・第１予混合室
６ａ・・・第１予混合室の開口
７・・・第２燃料供給路
７ａ・・・第２燃料ガス噴射ノズル（第２燃料供給支流路）
７ｂ・・・第２燃料供給支流路の先端
８・・・第２支燃性ガス供給路
８ａ・・・第２支燃性ガス供給孔（第２支燃性ガス供給支流路）
８ｂ・・・第２支燃性ガス供給支流路の先端
９・・・第２予混合室
９ａ・・・第２予混合室の開口
１２・・・アンモニア供給源
１３・・・酸素供給源
１４・・・原料粉体供給源
１５・・・球状化炉
１６・・・サイクロン
１７・・・バグフィルター
１８・・・助燃用燃料供給源
１９・・・加熱部（加熱手段）
２５・・・熱交換器
２６・・・第１温度計
２７・・・発熱体
２８・・・第２温度計
Ｌ１・・・アンモニア供給ライン
Ｌ２・・・酸素供給ライン
Ｌ３・・・冷却水循環ライン
Ｌ６・・・助燃用燃料供給ライン
Ｃ・・・バーナの中心軸
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３・・・熱交換器
１１，２１・・・バーナ（無機質球状化粒子製造用バーナ）
２Ａ・・・原料粉体供給路
２Ｂ・・・原料粉体供給支流路
２ａ・・・原料粉体噴出孔
３Ａ，２３Ａ・・・第１燃料供給路
３ａ・・・第１燃料ガス噴射ノズル（第１燃料供給支流路）
３ｂ・・・第１燃料供給支流路の先端
４Ａ，２４Ａ・・・第１支燃性ガス供給路
４ａ・・・第１支燃性ガス供給孔（第１支燃性ガス供給支流路）
４ｂ・・・第１支燃性ガス供給支流路の先端
６・・・第１予混合室
６ａ・・・第１予混合室の開口
７・・・第２燃料供給路
７ａ・・・第２燃料ガス噴射ノズル（第２燃料供給支流路）
７ｂ・・・第２燃料供給支流路の先端
８・・・第２支燃性ガス供給路
８ａ・・・第２支燃性ガス供給孔（第２支燃性ガス供給支流路）
８ｂ・・・第２支燃性ガス供給支流路の先端
９・・・第２予混合室
９ａ・・・第２予混合室の開口
１２・・・アンモニア供給源
１３・・・酸素供給源
１４・・・原料粉体供給源
１５・・・球状化炉
１６・・・サイクロン
１７・・・バグフィルター
１８・・・助燃用燃料供給源
１９・・・加熱部（加熱手段）
２５・・・熱交換器
２６・・・第１温度計
２７・・・発熱体
２８・・・第２温度計
Ｌ１・・・アンモニア供給ライン
Ｌ２・・・酸素供給ライン
Ｌ３・・・冷却水循環ライン
Ｌ６・・・助燃用燃料供給ライン
Ｃ・・・バーナの中心軸
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３・・・熱交換器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】