特表 2023-510239 バイオマスタイプの燃料を用いたガラス化可能な材料の溶融

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-13

(54)【発明の名称】バイオマスタイプの燃料を用いたガラス化可能な材料の溶融

(51)【国際特許分類】

   C03B 1/00 20060101AFI20230306BHJP

   F23G 5/44 20060101ALI20230306BHJP

   F23G 5/00 20060101ALI20230306BHJP

【ＦＩ】

C03B1/00

F23G5/44 B

F23G5/00 115Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022541293

(86)(22)【出願日】2021-01-14

(85)【翻訳文提出日】2022-08-02

(86)【国際出願番号】 FR2021050061

(87)【国際公開番号】W WO2021144536

(87)【国際公開日】2021-07-22

(31)【優先権主張番号】2000360

(32)【優先日】2020-01-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】502425053

【氏名又は名称】サン－ゴバン イゾベール

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100123593

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 宣夫

(74)【代理人】

【識別番号】100208225

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 修二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100217179

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 智史

(74)【代理人】

【識別番号】100210697

【弁理士】

【氏名又は名称】日浅 里美

(72)【発明者】

【氏名】アントワーヌ ギレ

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンドル ブラド

【テーマコード（参考）】

3K065

3K161

4G014

【Ｆターム（参考）】

3K065EA06

3K065EA16

3K065EA23

3K065EA28

3K161AA03

3K161CA05

3K161DB24

3K161EA41

3K161GA03

3K161GA15

3K161HA03

3K161HA07

3K161HA12

3K161HA14

4G014AA00

4G014AC01

(57)【要約】

【課題】バイオマスとガラス化可能な原材料との混合物の提供。
【解決手段】ガラス又は岩石又はシリケートなどのガラス化可能な無機材料を溶融するための燃料燃焼炉へ導入するためのバイオマスとガラス化可能な原材料との混合物。バイオマスは、特に、油性のバイオマスであり、その使用は、ガラス化可能な原材料を計量し、運ぶための装置の損傷を低減する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガラス化可能な無機材料を溶融するための炉へ導入するためのバイオマスとガラス化可能な原材料との混合物であって、前記バイオマスが、油性のバイオマスと呼ばれる、油性の種子及び／又は油性の種子の種子殻を含むことを特徴とする、混合物。

【請求項2】

前記バイオマスが、前記混合物の質量の１質量％～５０質量％、好ましくは１０質量％～４０質量％を占めることを特徴とする、請求項１に記載の混合物。

【請求項3】

前記油性のバイオマスが、前記バイオマスの質量の、５０％より多く、好ましくは８０％より多く、好ましくは９０％より多く、さらには１００％を占めることを特徴とする、請求項１又は２に記載の混合物。

【請求項4】

前記油性のバイオマスが、少なくとも１種の以下の植物種：
ヒマワリ、菜種、大豆、パーム、ピーナッツ、オリーブ又はカボチャ
の種子又は種子殻であり、特に、ヒマワリの殻であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の混合物。

【請求項5】

前記ガラス化可能な原材料が、シリカと、以下の化合物：
アルカリ金属の、酸化物又は水酸化物又は炭酸塩、アルカリ土類金属の、酸化物又は水酸化物又は炭酸塩
の少なくとも１種とを含むことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の混合物。

【請求項6】

ガラス化可能な無機材料を溶融する方法であって、この方法が、請求項１～５のいずれか一項に記載のあらかじめ構成された混合物の燃料燃焼炉への導入、次いで、前記ガラス化可能な無機材料、特に、ガラス又は岩石又はシリケートの溶融をもたらす前記混合物の加熱を含む、方法。

【請求項7】

前記炉が、浸漬燃焼炉であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記あらかじめ構成された混合物が、溶融した前記材料の表面の下で前記炉へ導入されることを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。

【請求項9】

前記あらかじめ構成された混合物が、流れ又は押し出しによって、前記炉へ導入されることを特徴とする、請求項６～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記あらかじめ構成された混合物の前記導入が、エンドレススクリューによる押し出しによって実施されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記バイオマスが、前記燃料の真発熱量の５％～８０％を提供することを特徴とする、請求項６～１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記炉内の前記溶融材料が、１２００℃～１７００℃の温度を有することを特徴とする、請求項６～１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記ガラス化可能な無機材料が、前記炉から抜き出され、繊維化デバイスにおいて繊維へ変換されることを特徴とする、請求項６～１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記炉が、水の流れによって冷却される壁を含むことを特徴とする、請求項６～１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

ガラス化可能な原材料を計量し、運ぶための装置の損傷を低減する目的の、前記ガラス化可能な原材料に加えた、油性のバイオマスの使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特に、ミネラルウールの製造の文脈における、ガラス又は岩石又はシリケートなどのガラス化可能な材料の溶融の分野に関する。

【図面の簡単な説明】

【0002】

（原文記載なし）

【発明を実施するための形態】

【0003】

ガラス化可能な材料の溶融は、ガラス化可能な原材料の炉への導入、及び炉内でこの原材料を溶融するまで加熱することを含む。用いられる高温（一般的に、１３００℃を超える）は、炉、及びその付属品を過酷な試験にさらし、その耐用期間は、できる限り延長することが望ましい。この目的は、溶融した材料の温度が炉内で完全に均質である場合に、達成するのがより容易である。具体的には、溶融塊の均質な温度は、炉及びその付属品の損耗を発生させる、過度に高温の領域を作り出すことなく、固体粒子の主要部分の溶融に必要な温度を最小限にすることを可能にする。

【0004】

本発明の文脈において、炉内での加熱は、燃料（燃料の役割を果たすバイオマス）の燃焼によって実施される。バイオマスは、その灰分が一般的に０ではないため、製造されるガラス化可能な材料の組成に影響を及ぼす原材料の役割も果たすことは排除されない。バイオマスは、エネルギー源として用いることができる、植物、動物、細菌又は真菌を起源とする有機材料である。

【0005】

燃料の燃焼は、空気又は酸素が豊富な空気又は純酸素（すなわち、９０％より多い、さらには９９％より多い酸素を含む）などの、酸素を含む酸化剤の存在によって得られる。バイオマスは、通常、使用される唯一の燃料ではなく、ガス状又は液状の炭化水素タイプの燃料、いわゆる炭化水素燃料も用いられる。炭化水素燃料及び酸化剤は、炉へ別々に導入するか、炉への導入の前にバーナー混合室において混合することができる。酸化剤及び燃料は、溶融した材料の表面の上方に、又は溶融した材料の表面の下方に、導入することができる。炉は、水の流れによって冷却される壁を含むことができる。炉は、特に、浸漬燃焼炉であってよい。ＷＯ２０１３１８６４８０に記載されるように、この炉は、特に、水の循環によって冷却される金属壁を含むことができ（当業者によって「水ジャケット」と呼ばれる炉）、１つ又は２つの連続するタンクを含むことができる。ＷＯ２０１３１１７８５１に記載されるように、炭化水素燃料の燃焼のために、炉は、浸漬バーナー、特に、各々が複数のインラインインジェクターを含むバーナーを備えることができる。

【0006】

本発明は、ガラス又は岩石又はシリケートなどのガラス化可能な無機材料を溶融する方法であって、この方法が、ガラス化可能な原材料とバイオマスとのあらかじめ構成された混合物の燃料燃焼炉への導入、次いで、ガラス化可能な材料の溶融をもたらす前記混合物の加熱を含む、方法に関する。原材料とバイオマスとの混合物は、あらかじめ構成されており、それは、この混合物が、炉への導入に先立って調製されており、別々の導入によって、炉内においてインサイチューで（その場で）形成されるわけではないことを意味する。もちろん、原材料及び／又はバイオマスを別々に導入することも除外されない。

【0007】

バイオマスの導入に由来する複数の有益な効果が認められた：
－ 炉内の温度は、はるかに均質である；これは、確かに、原材料と同じように、バイオマスが炉内で均一に分布しているという事実のためであり、したがってそれは、炉のどの領域においても燃料の役割を果たす；したがって、燃焼は、バーナーのみに制限されず、バーナーは、通常、非常に高温の領域を形成する傾向がある；したがって、バーナーの力を、バイオマスの燃焼に由来する力に部分的に置換するために低減することができ、この力は、炉の全体にわたって拡散される；これによって、バイオマスの使用は、温度及びアウトプットの大きい安定性を提供する；
－ 混合物が炉への導入点に接近する際、あらかじめ構成された混合物中のバイオマスの存在は、熱の影響下での凝集体の早期形成を防止する；具体的には、このタイプの凝集体は、原材料の導入のためのチャネルを妨げる真の栓を形成する可能性があり、次いで、それは、製造の中断を引き起こす；このタイプの凝集体は、溶融材料と非溶融材料との混合物であるように見え、少し焼結のように形成する；バイオマスの存在は、恐らくガスの形成を伴うバイオマスの分解の影響の下で、凝集体の形成を妨害するため、原材料は、迅速かつ非常に均質に、炉へ導入されるとすぐに、分散されることができる。

【0008】

有利には、あらかじめ構成された混合物は、溶融した材料の表面の下で炉へ導入される。したがって、ほとんどの揮発性材料（原材料又はバイオマス）は、溶融塊の中にトラップされ、燃焼煙道ガスを介して漏れることはできない。浸漬燃焼炉は、炉に含有されるすべての材料の非常に効率的な混合を提供する。溶融材料の表面の下で導入された、あらかじめ構成された混合物は、炉が含有しているものすべてと直ちに混合されて、炉の全体にわたって拡散される。

【0009】

あらかじめ構成された混合物は、たとえばエンドレススクリュー又はピストンの使用による、流れ又は押し出しによって、炉へ導入される。溶融材料の表面の下での導入の場合には、炉への導入点に近づくと、栓が形成される。この栓は、入ってくる原材料と混合された、炉から生じた凝固した無機材料（ガラス又は岩石又はシリケート）の塊の混合物である。この栓は、炉の高温の内部と炉の低温の外部との間の温度が大きく変わる場所に形成する。この温度勾配は、「水ジャケット」タイプの炉の場合には、さらに大きい。この栓の形成は、炉内の溶融塊が炉から漏れて、エンドレススクリューを収容するスリーブに入ることを防止するため、有益である。しかし、この栓の粘性が高すぎる場合、栓は、強くブレーキをかけるか、スクリューをブロックする危険を冒し、それにもかかわらず、スクリューを回転させるためにスクリューへ高すぎる駆動トルクを適用すると、スクリューが破壊される可能性がある。原材料と混合されたバイオマスの存在は、栓の粘度を低減する。本発明は、水の流れによって冷却される壁を含む浸漬燃焼炉における無機材料の溶融に特に適しており、バイオマスと混合された、ガラス化可能な原材料は、溶融した材料の表面の下で炉へ導入される。

【0010】

本発明はさらに、ガラス化可能な無機材料、特に、ガラス又は岩石又はシリケートを溶融するための炉へ導入するためのバイオマスとガラス化可能な原材料との混合物に関する。この混合物は、炉へのその導入の前に形成される。この混合物において、バイオマスは、通常、混合物の質量の１質量％～５０質量％、好ましくは１０質量％～４０質量％を占める。

【0011】

バイオマスは、ススキ又は藻などの植物であってよい。特に効果的なバイオマスは、油性のバイオマスと呼ばれる、油性の種子及び／又は油性の種子の種子殻を含む。油糧種子は、脂肪質物質が豊富なそれらの種子又はそれらの果実のために栽培される植物であり、その油は、食品、エネルギー又は産業用に抽出される。油性のバイオマスは、特に、少なくとも１種の以下の植物種（ヒマワリ、菜種、大豆、パーム、ピーナッツ、オリーブ又はカボチャ）の種子又は種子殻であり、特に、ヒマワリの殻である。用語「種子殻」は、種子自体を囲み、保護するものを指し、植物種に応じて、鞘、殻、皮などであってよい。油性のバイオマスの優れた挙動は、それが脂肪質であるという事実に起因する。それは、エンドレススクリューに対してだけでなく、炉に混合物を運ぶ機械システム全体に対しても、真の潤滑剤として働く。したがって、バイオマスの存在は、ガラス化可能な原材料を計量し、運ぶための装置の損傷の防止として働く。本発明はさらに、前記ガラス化可能な原材料を計量し、運ぶための装置の損傷を低減する目的の、ガラス化可能な原材料に加えた、油性のバイオマスの使用に関する。特に効果的な油性のバイオマスは、ヒマワリの殻であり、これは、加えて食品加工業からの安価な廃棄物である。したがって、この副産物の使用は、それが、それを用いて何をするべきかわからない非化石の燃料であるため、それが、食用に適さず（人間の食物としても又は動物飼料としても）、人間の消費のための別のものに代わる特定の作物を必要としないため、特に有利で、エコロジカルですらある。油性のバイオマスは、バイオマスの質量の、５０％より多く、好ましくは８０％より多く、好ましくは９０％より多く、さらには１００％を占めることができる。

【0012】

原料投入機の耐用期間に対する油性のバイオマスの導入の有益な効果を実証するために、２つのシリーズの試験が、浸漬バーナーを有するパイロット炉で実施される。「バイオマスなし」と呼ばれる第一のシリーズによれば、バイオマスを含有していないガラス化可能な材料の組成が、炉へ導入される。「バイオマスあり」と呼ばれる第二のシリーズによれば、ヒマワリ種子殻からなる油性タイプのバイオマスが、１３００ｋｇのガラス化可能な材料当たり１００ｋｇのバイオマスの割合（すなわち約７．７質量％）で、ガラス化可能な材料の組成へ導入される。他のプロセスパラメータ（ガラス浴の温度、質量による投入流量など）は、２つのシリーズ間で変わらない。各試験について、チャージスクリュー及びスリーブのそれぞれの耐用期間が注目される。これらの耐用期間の平均値は、以下の表１に示される。

【0013】

【表1】

【0014】

表１の結果は、ヒマワリ種子殻の油性のバイオマスの導入が、７．７質量％の比較的小さい割合においてさえ、原料投入機の耐用期間を著しく増加させることを可能にし、平均５７５％のチャージスクリューの耐用期間の増加、及び平均１２３％のスリーブの耐用期間の増加をもたらすことを示す。

【0015】

バイオマスは、バーナーに供給される炭化水素燃料と同様に、燃料である。炉へ、通常はバーナーによって、導入される酸化剤の量は、炉へ導入されるすべての燃料を焼却するのに適切である。したがって、バーナーに供給される炭化水素燃料を焼却するのに必要な量より多くの酸化剤が、バーナーに供給され、過剰な酸化剤は、バーナーの外部に供給されるバイオマスを焼却するのに役立つ。

【0016】

バイオマスは、炉を加熱するのに用いられる全燃料の真発熱量の５％～８０％を提供することができる。

【0017】

炉内の溶融材料は、通常１２００℃～１７００℃の温度を有する。

【0018】

本発明による方法によって製造されるガラス化可能な材料は、通常、ガラス又は岩石又はシリケートなどの、通常は少なくとも３０質量％のシリカを含む酸化物タイプの無機材料、例えば、アルカリ金属シリケート及び／又はアルカリ土類金属シリケートである。

【0019】

ガラス又は岩石は、通常、次のものを含む：
ＳｉＯ_２：３０質量％～７５質量％、
ＣａＯ＋ＭｇＯ：５質量％～４０質量％、
Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ：０質量％～２０質量％、
Ａｌ_２Ｏ_３：０質量％～３０質量％、
酸化鉄：０質量％～１５質量％。

【0020】

ガラスが目的とされる場合、製造されるガラス化可能な材料の組成は、通常、次のものを含む：
ＳｉＯ_２：５０質量％～７５質量％、
ＣａＯ＋ＭｇＯ：５質量％～２０質量％、
Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ：１２質量％～２０質量％、
Ａｌ_２Ｏ_３：０質量％～８質量％、
酸化鉄：０質量％～３質量％、
Ｂ_２Ｏ_３：２質量％～１０質量％。

【0021】

岩石（当業者によって「黒ガラス」とも呼ばれる）が目的とされる場合、したがって製造されるガラス化可能な材料の組成は、通常、次のものを含む：
ＳｉＯ_２：３０質量％～５０質量％、
ＣａＯ＋ＭｇＯ：２０質量％～４０質量％、
Ａｌ_２Ｏ_３：１０質量％～２６質量％、
酸化鉄：３質量％～１５質量％。

【0022】

バイオマスとガラス化可能な原材料とのあらかじめ構成された混合物は、炉へ導入される。炉へ導入されたガラス化可能な原材料は、目的の無機組成物（ガラス又は岩石又はシリケート）を得ることを可能にする化合物を含有し、これらの化合物は、たとえば砂（シリカ源）、アルカリ金属の、酸化物又は水酸化物又は炭酸塩、アルカリ土類金属の、酸化物又は水酸化物又は炭酸塩、長石（アルミナ源）などの当業者によって通常用いられているものであってよい。ガラス化可能な原材料は、通常、シリカと、以下の化合物（アルカリ金属の、酸化物又は水酸化物又は炭酸塩、アルカリ土類金属の、酸化物又は水酸化物又は炭酸塩）の少なくとも１種とを含む。原材料は、さらにカレットを含むことができる。原材料は、通常、粉末の混合物、又は粉末とカレットの断片との混合物である。したがって、「原材料」という表現は、様々な粉末状の化合物を含む混合物を一般的に示す総称表現である。この「原材料」は、ガラス化可能であり、その溶融は、ガラス又は岩石又はシリケートタイプの無機材料をもたらす。

【0023】

本発明によって製造される溶融したガラス化可能な無機材料は、適切な形態で冷却することによって固化させるために、炉から抜き出される。特に、それを、溶融状態で炉から抜き出し、強化用ストランド又はミネラルウールを形成するために、繊維化デバイスにおいて直接用いることができる。したがって、ガラス化可能な無機材料は、炉から抜き出して、繊維化デバイスにおいて繊維へ変換することができる。繊維化用途において、ガラス化可能な材料は、通常、ガラス又は岩石である。

【0024】

図１は、側面からの断面において見た、本発明の文脈において用いることができる浸漬バーナーを有する炉を図で表す。溶融中にガラス化可能な材料３中にあるバーナー２を含む炉１が示される。エンドレススクリュー１３は、原材料とバイオマスとの混合物５を、炉内の溶融材料の表面６の下に押し出す。混合物のディスペンサー１７は、供給ホッパー７に供給し、次に、供給ホッパー７は、スリーブ４内で回転するエンドレススクリュー１３に供給する。多かれ少なかれ粘性のある栓１２は、凝固した材料と原材料との混合物であり、溶融塊の温度に近づくにつれて、スリーブ４の端部で形成される傾向がある。炉の内部は、ＷＯ２０１３１８６４８０において教示された原理に基づいて動作する２つのタンク８及び９を含む。エンドレススクリューは、最初に、相対的に低温のタンク８に供給し、次いで、形成された、溶融したガラス化可能な材料が、仕切り１０の上にあふれ出て、タンク９に入り、その温度は、タンク８の温度より高い。形成されたガラス化可能な材料は、溶融材料のレベルより下の出口１１を通って出る。燃焼ガスは、排気筒１６を通って出る。

【図1】

【国際調査報告】