JP2024139977A - CEMENT CLINKER PRODUCTION SYSTEM AND CEMENT CLINKER PRODUCTION METHOD - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セメントクリンカ製造システム及びセメントクリンカ製造方法に関する。 The present invention relates to a cement clinker production system and a cement clinker production method.
近年、地球温暖化の抑制のため、二酸化炭素の排出量の低減が重要な課題になっている。一方、セメント産業は、二酸化炭素の排出量の大きい産業の一つである。
セメントを製造する際に排出される炭酸ガス（気体の二酸化炭素）の全量のうち、セメントの原料として用いられる石灰石の脱炭酸によって排出される炭酸ガスの割合は約６０％、製造の際に用いられる燃料の燃焼によって排出される炭酸ガスの割合は約４０％である。
燃料の燃焼によって発生する炭酸ガスの低減方法としては、エネルギー効率を改善する方法や、燃料としてバイオマス燃料を使用する方法等が挙げられる。例えば、燃料の燃焼によって発生する炭酸ガス量を低減することができるセメント焼成装置として、特許文献１には、主燃料としての可燃性ガスと、補助燃料としての可燃性廃棄物とをセメントキルン内に吹き込む主バーナーを備えることを特徴とするセメント焼成装置が記載されている。
In recent years, reducing carbon dioxide emissions has become an important issue in order to curb global warming. Meanwhile, the cement industry is one of the industries that emits a large amount of carbon dioxide.
Of the total amount of carbon dioxide (gaseous carbon dioxide) emitted during the production of cement, approximately 60% is emitted by decarbonation of limestone, which is used as a raw material for cement, and approximately 40% is emitted by the combustion of fuel used in production.
Methods for reducing the amount of carbon dioxide gas generated by fuel combustion include a method for improving energy efficiency, a method for using biomass fuel as fuel, etc. For example, as a cement firing apparatus capable of reducing the amount of carbon dioxide gas generated by fuel combustion, Patent Document 1 describes a cement firing apparatus that is characterized by having a main burner that injects combustible gas as a main fuel and combustible waste as an auxiliary fuel into a cement kiln.
一方、セメントの原料として、炭酸ガスの発生量が多い石灰石に代わる、炭酸ガス発生量の少ないカルシウム含有原料を用いることは難しいため、石灰石の使用量を少なくすることで、石灰石の脱炭酸によって発生する炭酸ガス量を低減することは困難である。
二酸化炭素の排出量を低減する方法として、発生した炭酸ガスを分離して、回収した後、貯留、隔離、又は有効利用する方法が知られている。
発生した炭酸ガスを分離、回収する方法として、例えば、特許文献２には、製鉄所で発生する副生ガスから化学吸収法にて二酸化炭素を分離回収する方法であって、当該ガスから化学吸収液で二酸化炭素を吸収後、化学吸収液を加熱し二酸化炭素を分離させるプロセスに、製鉄所で発生する５００℃以下の低品位排熱を利用または活用することを特徴とする二酸化炭素の分離回収方法が記載されている。
On the other hand, it is difficult to use a calcium-containing raw material that generates less carbon dioxide gas as a substitute for limestone, which generates a large amount of carbon dioxide gas, as a raw material for cement. Therefore, it is difficult to reduce the amount of carbon dioxide gas generated by the decarbonation of limestone by reducing the amount of limestone used.
Known methods for reducing carbon dioxide emissions include separating and recovering the generated carbon dioxide gas, and then storing, isolating, or effectively utilizing the gas.
As a method for separating and recovering the generated carbon dioxide gas, for example,
セメントクリンカを製造する際に発生する排ガスには、炭酸ガスの他に窒素、酸素等が多く含まれているため、上記排ガスから炭酸ガスを分離、回収するには、アミン化合物による化学吸収法等を用いる必要がある。
上記排ガスに含まれている炭酸ガスの濃度を高くすることができれば、炭酸ガスの分離、回収、及び貯蔵が容易となる。また、上記排ガスに含まれている窒素等の量を少なくすることにより、相対的に発生する排ガスの体積を小さくすることができ、炭酸ガスを分離、回収、及び貯蔵するための設備を小さくすることができる。
本発明の目的は、セメントクリンカを製造する際に、排ガスの一部について、排ガスから二酸化炭素の貯蔵等に利用しやすい二酸化炭素を高濃度で含む二酸化炭素含有物を効率的に得ることができ、かつ、排ガスの排出量を小さくすることができるセメントクリンカ製造システムを提供することである。
Exhaust gas generated during the production of cement clinker contains large amounts of nitrogen, oxygen, etc. in addition to carbon dioxide gas. Therefore, in order to separate and recover carbon dioxide gas from the exhaust gas, it is necessary to use a chemical absorption method using an amine compound, etc.
If the concentration of carbon dioxide gas contained in the exhaust gas can be increased, it becomes easier to separate, capture, and store the carbon dioxide gas. In addition, by reducing the amount of nitrogen and the like contained in the exhaust gas, the volume of the exhaust gas generated can be relatively reduced, and the equipment for separating, capturing, and storing the carbon dioxide gas can be made smaller.
An object of the present invention is to provide a cement clinker production system which, when producing cement clinker, can efficiently obtain from a portion of exhaust gas a carbon dioxide-containing material containing a high concentration of carbon dioxide that is easily usable for storing carbon dioxide, and can reduce the amount of exhaust gas emitted.
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、サイクロン式予熱装置と、予熱されたセメントクリンカ原料を焼成してセメントクリンカを得るためのロータリーキルンと、セメントクリンカ原料の脱炭酸を促進するためのか焼炉と、セメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラーと、ロータリーキルンで生じた排ガスを排出するためのキルン排ガス排出路とを含み、酸素濃度を高めた支燃性ガスを供給するための支燃性ガス供給装置と、支燃性ガスをか焼炉に導くための支燃性ガス供給路と、か焼炉で生じた炭酸ガス含有排ガスを圧縮するための排ガス圧縮装置と、圧縮排ガスを精製し高濃度二酸化炭素含有物を得るための二酸化炭素精製装置と、か焼炉から排ガスを排ガス圧縮装置に導くための第一のか焼炉排ガス供給路と、脱炭酸されたセメントクリンカ原料をサイクロン式予熱装置に返送するためのセメントクリンカ原料回収装置と、炭酸ガス含有排ガスからばいじんを除去するための集塵装置と、炭酸ガス含有排ガスから酸性ガス（ただし、炭酸ガスを除く。）を除去するための酸性ガス除去装置と、排ガス圧縮装置から圧縮排ガスを二酸化炭素精製装置に導くための圧縮排ガス供給路とを含むセメントクリンカ製造システムによれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］～［８］を提供するものである。
As a result of intensive research into solving the above problems, the present inventors have discovered a method for producing a cement clinker using a combustion-supporting gas supply device including a cyclone-type preheating device, a rotary kiln for burning preheated cement clinker raw materials to obtain cement clinker, a calciner for promoting decarbonation of the cement clinker raw materials, a clinker cooler for cooling the cement clinker, and a kiln exhaust gas exhaust passage for discharging exhaust gas produced in the rotary kiln, the method including a combustion-supporting gas supply device for supplying a combustion-supporting gas having an increased oxygen concentration, a combustion-supporting gas supply passage for guiding the combustion-supporting gas to the calciner, an exhaust gas compression device for compressing the carbon dioxide-containing exhaust gas produced in the calciner, and a combustion-supporting gas supply device for purifying the compressed exhaust gas to produce a high-oxygen combustion-supporting gas. The inventors have found that the above-mentioned objects can be achieved by a cement clinker production system including a carbon dioxide purification device for obtaining a carbon dioxide-containing material, a first calciner exhaust gas supply passage for guiding exhaust gas from the calciner to an exhaust gas compression device, a cement clinker raw material recovery device for returning decarbonated cement clinker raw material to the cyclone preheating device, a dust collector for removing soot and dust from the carbon dioxide-containing exhaust gas, an acid gas removal device for removing acid gases (excluding carbon dioxide) from the carbon dioxide-containing exhaust gas, and a compressed exhaust gas supply passage for guiding the compressed exhaust gas from the exhaust gas compression device to the carbon dioxide purification device, and have completed the present invention.
That is, the present invention provides the following [1] to [8].
［１］ セメントクリンカ原料を予熱するための、２個以上のサイクロン式熱交換器を含むサイクロン式予熱装置と、上記サイクロン式予熱装置で予熱された上記セメントクリンカ原料を焼成して、セメントクリンカを得るためのロータリーキルンと、上記サイクロン式予熱装置と共に上記ロータリーキルンの前流側に配設された、加熱手段を含み、該加熱手段を用いて上記セメントクリンカ原料の脱炭酸を促進するためのか焼炉と、上記ロータリーキルンの後流側に配設された、上記セメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラーと、上記ロータリーキルンで生じた排ガスを、上記サイクロン式予熱装置を経由した後に排出するためのキルン排ガス排出路とを含むセメントクリンカ製造システムであって、空気に比べて酸素濃度を高めた支燃性ガスを供給するための支燃性ガス供給装置と、上記支燃性ガス供給装置から上記支燃性ガスを上記か焼炉に導くための支燃性ガス供給路と、上記か焼炉で生じた炭酸ガス含有排ガスを圧縮して、圧縮排ガスを得るための排ガス圧縮装置と、上記圧縮排ガスを精製し、二酸化炭素濃度を高めた高濃度二酸化炭素含有物を得るための二酸化炭素精製装置と、上記か焼炉から上記炭酸ガス含有排ガスを上記排ガス圧縮装置に導くための第一のか焼炉排ガス供給路（ただし、上記キルン排ガス排出路と異なるものに限る。）と、上記第一のか焼炉排ガス供給路の途中に配設された、脱炭酸されたセメントクリンカ原料を回収し、上記サイクロン式予熱装置に返送するための、セメントクリンカ原料回収装置と、上記第一のか焼炉排ガス供給路の上記セメントクリンカ原料回収装置と上記排ガス圧縮装置の間に配設された、上記炭酸ガス含有排ガスからばいじんを除去するための集塵装置と、上記第一のか焼炉排ガス供給路の上記セメントクリンカ原料回収装置と上記排ガス圧縮装置の間に配設された、上記炭酸ガス含有排ガスから酸性ガス（ただし、炭酸ガスを除く。）を除去するための酸性ガス除去装置と、上記排ガス圧縮装置から上記圧縮排ガスを上記二酸化炭素精製装置に導くための圧縮排ガス供給路と、を含むことを特徴とするセメントクリンカ製造システム。 [1] A cyclone-type preheating device including two or more cyclone-type heat exchangers for preheating cement clinker raw materials, a rotary kiln for burning the cement clinker raw materials preheated by the cyclone-type preheating device to obtain cement clinker, a calcination furnace including a heating means arranged on the upstream side of the rotary kiln together with the cyclone-type preheating device and for promoting the decarbonation of the cement clinker raw materials using the heating means, and a calcination furnace arranged on the downstream side of the rotary kiln for cooling the cement clinker a kiln exhaust gas discharge passage for discharging the exhaust gas generated in the rotary kiln after passing through the cyclone type preheating device, the system further comprising a combustion supporting gas supply device for supplying a combustion supporting gas having an oxygen concentration higher than that of air, a combustion supporting gas supply passage for guiding the combustion supporting gas from the combustion supporting gas supply device to the calciner, an exhaust gas compression device for compressing the carbon dioxide-containing exhaust gas generated in the calciner to obtain compressed exhaust gas, and a combustion supporting gas supply passage for purifying the compressed exhaust gas. a carbon dioxide refining device for increasing the carbon dioxide concentration to obtain a high-concentration carbon dioxide-containing material; a first calciner exhaust gas supply line (limited to being different from the kiln exhaust gas discharge line) for guiding the carbon dioxide-containing exhaust gas from the calciner to the exhaust gas compression device; a cement clinker raw material recovery device disposed midway through the first calciner exhaust gas supply line for recovering the decarbonated cement clinker raw material and returning it to the cyclone-type preheating device; A cement clinker production system comprising: a dust collector disposed between the recovery device and the exhaust gas compression device for removing soot and dust from the carbon dioxide-containing exhaust gas; an acid gas removal device disposed in the first calciner exhaust gas supply line between the cement clinker raw material recovery device and the exhaust gas compression device for removing acid gas (excluding carbon dioxide) from the carbon dioxide-containing exhaust gas; and a compressed exhaust gas supply line for leading the compressed exhaust gas from the exhaust gas compression device to the carbon dioxide purification device.
［２］ 上記支燃性ガス供給路が、上記第一のか焼炉排ガス供給路の途中であって、上記集塵装置及び上記酸性ガス除去装置よりも前流側の位置で、上記第一のか焼炉排ガス供給路の中を流通する上記炭酸ガス含有排ガスと上記支燃性ガスを熱交換するように配設され、上記第一のか焼炉排ガス供給路の途中であって、上記集塵装置及び上記酸性ガス除去装置よりも後流側の位置で、上記第一のか焼炉排ガス供給路と連結し、かつ、上記第一のか焼炉排ガス供給路の中を流通する上記炭酸ガス含有排ガスの一部を、上記支燃性ガス供給路の中を流通する支燃性ガスに合流させるための第二のか焼炉排ガス供給路と、を含む前記［１］に記載のセメントクリンカ製造システム。
［３］ 上記二酸化炭素精製装置が、深冷分離法、膜分離法、及び物理吸着法の中から選ばれる１種以上の方法を用いて上記圧縮排ガスを精製するためのものである前記［１］又は［２］に記載のセメントクリンカ製造システム。
［４］ 上記ロータリーキルンで生じた排ガスの一部を、上記サイクロン式予熱装置を経由せずに抽気して冷却し、固体分を除いた後に、上記固体分が除かれた上記排ガスを排出すると共に、上記固体分を粗粉と微粉に分級して、上記粗粉を上記セメントクリンカ原料の一部として用い、上記微粉を回収するための塩素バイパス装置を含む前記［１］～［３］のいずれかに記載のセメントクリンカ製造システム。
[2] The cement clinker production system according to [1], further comprising: a second calciner exhaust gas supply passage, the second calciner exhaust gas supply passage being connected to the first calciner exhaust gas supply passage at a position downstream of the dust collector and the acid gas removal apparatus, and configured to merge a portion of the carbon dioxide-containing exhaust gas flowing through the first calciner exhaust gas supply passage with the combustion-supporting gas flowing through the first calciner exhaust gas supply passage. [2] The cement clinker production system according to [1], further comprising: a second calciner exhaust gas supply passage being connected to the first calciner exhaust gas supply passage at a position downstream of the dust collector and the acid gas removal apparatus, the second calciner exhaust gas supply passage being connected to the first calciner exhaust gas supply passage at a position downstream of the dust collector and the acid gas removal apparatus, and configured to merge a portion of the carbon dioxide-containing exhaust gas flowing through the first calciner exhaust gas supply passage with the combustion-supporting gas flowing through the combustion-supporting gas supply passage.
[3] The cement clinker production system according to [1] or [2], wherein the carbon dioxide purification device is for purifying the compressed exhaust gas using one or more methods selected from a cryogenic separation method, a membrane separation method, and a physical adsorption method.
[4] The cement clinker production system according to any one of [1] to [3], further comprising a chlorine bypass device for extracting and cooling a portion of the exhaust gas generated in the rotary kiln without passing through the cyclone preheating device, removing solids therefrom, discharging the exhaust gas from which the solids have been removed, and classifying the solids into coarse powder and fine powder, using the coarse powder as a part of the cement clinker raw material, and recovering the fine powder.
［５］ 前記［１］～［４］のいずれかに記載のセメントクリンカ製造システムを用いたセメントクリンカ製造方法であって、上記か焼炉で生じた上記炭酸ガス含有排ガスの炭酸ガス濃度が、水蒸気を除外した体積１００体積％に対して、８０体積％以上になるように、上記支燃性ガスの酸素濃度を調整することを特徴とするセメントクリンカ製造方法。
［６］ 前記［１］～［５］のいずれかに記載のセメントクリンカ製造システムを用いたセメントクリンカ製造方法であって、上記二酸化炭素精製装置において、上記圧縮排ガスに含まれる酸素の沸点及び上記圧縮排ガスに含まれる窒素の沸点以上であり、かつ、上記圧縮排ガスに含まれる二酸化炭素の沸点未満の温度で、深冷分離法を用いて上記圧縮排ガスの精製を行うセメントクリンカ製造方法。
［７］ 前記［１］～［６］のいずれかに記載のセメントクリンカ製造システムを用いたセメントクリンカ製造方法であって、上記高濃度二酸化炭素含有物を回収して、該含有物中の二酸化炭素を貯蔵するセメントクリンカ製造方法。
［８］ 前記［１］～［６］のいずれかに記載のセメントクリンカ製造システムを用いたセメントクリンカ製造方法であって、上記高濃度二酸化炭素含有物を回収して、該含有物中の二酸化炭素を利用するセメントクリンカ製造方法。
[5] A method for producing cement clinker using the cement clinker production system according to any one of [1] to [4] above, characterized in that the oxygen concentration of the combustion supporting gas is adjusted so that the carbon dioxide concentration of the carbon dioxide-containing exhaust gas generated in the calciner is 80 volume % or more relative to 100 volume % excluding water vapor.
[6] A method for producing cement clinker using the cement clinker production system according to any one of [1] to [5] above, wherein in the carbon dioxide purification device, the compressed exhaust gas is purified using a cryogenic separation method at a temperature that is equal to or higher than the boiling point of oxygen contained in the compressed exhaust gas and the boiling point of nitrogen contained in the compressed exhaust gas, and lower than the boiling point of carbon dioxide contained in the compressed exhaust gas.
[7] A method for producing cement clinker using the cement clinker production system according to any one of [1] to [6] above, comprising recovering the high-concentration carbon dioxide-containing material and storing the carbon dioxide in the material.
[8] A method for producing cement clinker using the cement clinker production system according to any one of [1] to [6] above, comprising recovering the high-concentration carbon dioxide-containing material and utilizing the carbon dioxide in the material.
本発明のセメントクリンカ製造システムによれば、セメントクリンカを製造する際に、排ガスの一部について、排ガスから二酸化炭素の貯蔵等に利用しやすい二酸化炭素を高濃度で含む二酸化炭素含有物を効率的に得ることができ、かつ、排ガスの排出量を小さくすることができる。 The cement clinker production system of the present invention can efficiently obtain carbon dioxide-containing material that contains a high concentration of carbon dioxide that is easily usable for storing carbon dioxide, etc., from a portion of the exhaust gas when producing cement clinker, and can reduce the amount of exhaust gas emissions.
図１～２は、各々、本発明のセメントクリンカ製造システムの実施形態の一例を模式的に表したものである。
以下、図１を参照にしながら、本発明のセメントクリンカ製造システムの一例について詳しく説明する。
図１のセメントクリンカ製造システム１は、セメントクリンカ原料を予熱するための、２個以上のサイクロン式熱交換器２ａ～２ｄを含むサイクロン式予熱装置２と、サイクロン式予熱装置２で予熱されたセメントクリンカ原料を焼成して、セメントクリンカを得るためのロータリーキルン３と、サイクロン式予熱装置２と共にロータリーキルン３の前流側に配設された、加熱手段２０を含み、加熱手段２０を用いてセメントクリンカ原料の脱炭酸を促進するためのか焼炉４と、ロータリーキルン３の後流側に配設された、セメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラー５と、ロータリーキルン３で生じた排ガスを、サイクロン式予熱装置２を経由した後に排出するためのキルン排ガス排出路６を含む。セメントクリンカ製造システム１は、さらに、空気に比べて酸素濃度を高めた支燃性ガスを供給するための支燃性ガス供給装置７と、支燃性ガス供給装置７から支燃性ガスをか焼炉４に導くための支燃性ガス供給路８と、か焼炉４で生じた炭酸ガス含有排ガスを圧縮して、圧縮排ガスを得るための排ガス圧縮装置１２と、圧縮排ガスを精製し、二酸化炭素濃度を高めた高濃度二酸化炭素含有物を得るための二酸化炭素精製装置１３と、か焼炉４から炭酸ガス含有排ガスを排ガス圧縮装置１２に導くための第一のか焼炉排ガス供給路９（ただし、キルン排ガス排出路６と異なるものに限る。）と、第一のか焼炉排ガス供給路９の途中に配設された、脱炭酸されたセメントクリンカ原料を回収し、サイクロン式予熱装置２に返送するための、セメントクリンカ原料回収装置１８と、第一のか焼炉排ガス供給路９のセメントクリンカ原料回収装置１８と排ガス圧縮装置１２の間に配設された、炭酸ガス含有排ガスからばいじんを除去するための集塵装置１４と、第一のか焼炉排ガス供給路９のセメントクリンカ原料回収装置１８と排ガス圧縮装置１２の間に配設された、炭酸ガス含有排ガスから酸性ガス（ただし、炭酸ガスを除く。）を除去するための酸性ガス除去装置１５と、排ガス圧縮装置１２から圧縮排ガスを二酸化炭素精製装置１３に導くための圧縮排ガス供給路１６を含む。
1 and 2 each show a schematic diagram of an embodiment of a cement clinker production system according to the present invention.
Hereinafter, an example of a cement clinker production system of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
The cement clinker production system 1 in FIG. 1 includes a cyclone-
サイクロン式予熱装置２は、２個以上のサイクロン式熱交換器２ａ～２ｄからなるものである。複数のサイクロン式熱交換器２ａ～２ｄは、セメントクリンカ原料を移動するための流路、及び、ロータリーキルン３で生じた排ガスを、複数のサイクロン式熱交換器２ａ～２ｄを経由した後に排出するためのキルン排ガス排出路６ａ～６ｅによって連結されている。なお、キルン排ガス排出路６ａ～６ｅは、セメントクリンカ原料を移動するための流路を兼ねていてもよい。サイクロン式熱交換器の数は、２個以上、通常、４～５個である。また、複数のサイクロン式熱交換器は、通常、鉛直方向に配設されている。
セメントクリンカ原料は、サイクロン式予熱装置２の最前流に配設されたサイクロン式熱交換器２ａに投入され、サイクロン式熱交換器２ａ内において、キルン排ガスと熱交換しつつ遠心分離されて、サイクロン式熱交換器２ａの下部から、後流側に配設されたサイクロン式熱交換器２ｂに投入された後、再び、上記排ガスと熱交換しつつ遠心分離されて、さらに後流側に配設されたサイクロン式熱交換器２ｃに投入される。このように、セメントクリンカ原料は、上記排ガスで予熱（加熱）されながら、順次後流側に配設されたサイクロン式熱交換器２ｂ～２ｃに移動する。
The
The cement clinker raw materials are charged into the cyclone heat exchanger 2a disposed at the front end of the
サイクロン式予熱装置２内において、セメントクリンカ原料を予熱することで、か焼炉４で脱炭酸を促進するために用いられる燃料の投入量を低減することができる。
サイクロン式予熱装置２内において、セメントクリンカ原料は、好ましくは４００～７５０℃、より好ましくは５００～７２５℃、特に好ましくは６００～７００℃に予熱される。上記温度が４００℃以上であれば、か焼炉４で脱炭酸を促進するために用いられる燃料の投入量を低減することができる。上記温度が７５０℃以下であれば、サイクロン式予熱装置２内において、セメントクリンカ原料の脱炭酸が促進されにくくなるため、キルン排ガス中の炭酸ガス濃度が大きくなることを防ぐことができる。
Preheating the cement clinker raw material in the
In the
セメントクリンカ原料としては、特に限定されず、セメントクリンカの原料として一般的なものを用いることができる。具体的には、石灰石、土壌、粘土、珪石、鉄原料等の天然原料や、石炭灰、鉄鋼スラグ、都市ゴミ焼却灰、下水汚泥焼却灰、生コンスラッジ、廃コンクリート微粉等の廃棄物又は副産物等が挙げられる。また、セメントクリンカ原料として、炭酸ガスを吸収したカルシウム含有廃棄物（後述）を用いてもよい。
セメントクリンカ原料は、原料ミルを用いて、各種原料を適切な割合で粉砕、混合した後、サイクロン式予熱装置２に投入される。セメントクリンカ原料の粒度は、セメントクリンカの製造をより容易にする観点から、好ましくは１００μｍ以下である。
また、セメントクリンカ原料の一部（例えば、有機物を多く含む汚染土壌）を、サイクロン式予熱装置２に投入せずに、直接、ロータリーキルン３に投入してもよい。
The cement clinker raw material is not particularly limited, and may be any of those commonly used as raw materials for cement clinker. Specific examples include natural raw materials such as limestone, soil, clay, silica stone, and iron raw materials, and waste materials or by-products such as coal ash, steel slag, municipal waste incineration ash, sewage sludge incineration ash, raw concrete sludge, and waste concrete powder. Calcium-containing waste materials (described later) that have absorbed carbon dioxide may also be used as the cement clinker raw material.
The cement clinker raw materials are prepared by pulverizing and mixing various raw materials in an appropriate ratio using a raw material mill, and then the raw materials are fed into the cyclone-
In addition, a portion of the cement clinker raw material (for example, contaminated soil containing a large amount of organic matter) may be directly charged into the rotary kiln 3 without being charged into the
予熱されたセメントクリンカ原料は、サイクロン式予熱装置２を構成する２個以上のサイクロン式熱交換器２ａ～２ｄのいずれか一つと連結された予熱原料供給路１９からか焼炉４に供給される。
図１において、予熱原料供給路１９は、サイクロン式予熱装置２の最後流側から２番目以上に配設されたサイクロン式熱交換器２ｃと連結しており、サイクロン式熱交換器２ａ～２ｃを経由することで予熱されたセメントクリンカ原料は、サイクロン式熱交換器２ｃから予熱原料供給路１９を通ってか焼炉４に投入される。予熱原料供給路１９を、最後流側から２番目に位置するサイクロン式熱交換器２ｃと連結することで、十分に予熱されたセメントクリンカ原料をか焼炉４に投入することができる。また、か焼炉４で脱炭酸されたセメントクリンカ原料を、直接ロータリーキルン３に投入せずに最後流側に位置するサイクロン式熱交換器２ｄに返送することで、高温のセメントクリンカ原料によってキルン排ガスの温度を上昇させることができる。
The preheated cement clinker raw material is supplied to the
In Fig. 1, the preheated raw
か焼炉４は、加熱手段２０を用いて燃料を燃焼することによって、セメントクリンカ原料の脱炭酸を促進する目的で、サイクロン式予熱装置２と共にロータリーキルン３の前流側に配設される。
ここで、セメントクリンカ原料の脱炭酸とは、セメントクリンカ原料に含まれている石灰石の主成分である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を、加熱によって生石灰（ＣａＯ）と炭酸ガス（ＣＯ２）に分解することである。
か焼炉４内で、空気に比べて酸素濃度を高めた支燃性ガスを用いてセメントクリンカ原料を加熱する場合、二酸化炭素分圧が高くなる。このため、脱炭酸を促進するために必要な温度が高くなるため、空気を支燃性ガスとして用いる場合よりも、温度を高くする必要がある。か焼炉４内の加熱は、加熱されたセメントクリンカ原料の温度が、好ましくは８５０～１，１００℃、より好ましくは８８０～１，０８０℃、さらに好ましくは９００～１，０５０℃、さらに好ましくは９５０～１，０２５℃、特に好ましくは９７５～１，０００℃となるように行われる。上記温度が８５０℃以上であれば、二酸化炭素分圧が高い雰囲気下においてもセメントクリンカ原料の脱炭酸をより促進することができ、かつ、脱炭酸化されたセメントクリンカ原料が、直接ロータリーキルン３内に投入されても、ロータリーキルン３内の温度が過度に低下することを防ぐことができる。上記温度が１，１００℃以下であれば、原料の焼結などにより、配管等が閉塞することを防ぐことができる。
The
Here, decarbonation of the cement clinker raw material means decomposing calcium carbonate (CaCO 3 ), which is the main component of limestone contained in the cement clinker raw material, into quicklime (CaO) and carbon dioxide gas (CO 2 ) by heating.
When the cement clinker raw material is heated in the
セメントクリンカ原料の脱炭酸は、か焼炉４内において、燃料を、加熱手段２０及び支燃性ガスを用いて燃焼して、セメントクリンカ原料を直接的に加熱することによって促進される。
加熱手段２０の例としては、バーナー等が挙げられる。
か焼炉において用いられる燃料としては、特に限定されるものではなく、例えば、石炭、重油、天然ガス等の化石燃料；やしがら等のバイオマス；バイオマスをガス化してなるバイオガス；炭酸ガスを原料とするメタネーションによって生成されたメタン等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、バイオマス等のカーボンフリーの燃料を使用すれば、セメントクリンカ製造における二酸化炭素の排出量を、実質的により低減することができる。
Decarbonation of the cement clinker raw material is facilitated in the
An example of the heating means 20 is a burner.
The fuel used in the calciner is not particularly limited, and examples thereof include fossil fuels such as coal, heavy oil, and natural gas; biomass such as coconut shells; biogas obtained by gasifying biomass; methane produced by methanation using carbon dioxide as a raw material; etc. These may be used alone or in combination of two or more.
In particular, if carbon-free fuel such as biomass is used, the amount of carbon dioxide emissions in the production of cement clinker can be substantially reduced.
か焼炉４内で用いられる支燃性ガスは、空気に比べて酸素濃度を高めたものである。このような支燃性ガスを用いることで、か焼炉排ガスの炭酸ガス濃度をより高くすることができる。また、上記支燃性ガスを用いることで、燃料の燃焼性がより向上するため、細かく粉砕することが困難であるため従来は使用することが難しかった燃料であっても、使用することができる。
上記支燃性ガスの酸素濃度は、か焼炉排ガスの炭酸ガス濃度をより高くする観点からは、水蒸気を含む体積１００体積％に対して、好ましくは２１体積％以上、より好ましくは２５体積％以上、特に好ましくは３０体積％以上である。また、上記酸素濃度は、燃焼を制御しやすくする観点からは、好ましくは９０体積％以下、より好ましくは８０体積％以下、特に好ましくは７０体積％以下である。
The combustion supporting gas used in the
From the viewpoint of increasing the carbon dioxide gas concentration in the calciner exhaust gas, the oxygen concentration of the combustion supporting gas is preferably 21% by volume or more, more preferably 25% by volume or more, and particularly preferably 30% by volume or more, based on 100% by volume including steam. From the viewpoint of facilitating control of combustion, the oxygen concentration is preferably 90% by volume or less, more preferably 80% by volume or less, and particularly preferably 70% by volume or less.
か焼炉４内で用いられる支燃性ガスは、支燃性ガス供給装置７から供給され、支燃性ガス供給路８を通って、か焼炉４に導かれる。
図１において、支燃性ガス供給路８は、クリンカクーラー５内のセメントクリンカとの熱交換によって昇温された空気を流通させるための空気流通路２３内を流通する空気によって、支燃性ガス供給路８内を通る支燃性ガスが、間接的に加熱されて昇温するように、配設されている。なお、空気流通路２３は任意に配設されるものである。
また、セメントクーラーの後流側（クリンカクーラーの出口側）の一部分に、支燃性ガス供給路８を通過させることによって、セメントクリンカの熱によって、支燃性ガスを昇温させてもよい（図示せず）。
支燃性ガスを昇温させることによって、か焼炉４で用いられる燃料の投入量を低減することができる。
The combustion-supporting gas used in the
In Fig. 1, the combustion supporting
In addition, the temperature of the combustion supporting gas may be increased by the heat of the cement clinker by passing the combustion supporting gas through a combustion supporting
By increasing the temperature of the combustion supporting gas, the input amount of fuel used in the
支燃性ガス供給装置７としては、例えば、酸素タンク、空気から酸素を分離する空気分離装置（Ａｉｒ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ：ＡＳＵ）、水の電気分解により酸素を生成させる水電気分解装置等が挙げられる。
空気から酸素を分離する方法としては、深冷分離法、吸着分離法、及び膜分離法等が挙げられる。中でも、多量の酸素を得ることができる観点から、深冷分離法が好ましい。
Examples of the combustion supporting
Methods for separating oxygen from air include cryogenic separation, adsorption separation, membrane separation, etc. Among these, cryogenic separation is preferred from the viewpoint of obtaining a large amount of oxygen.
支燃性ガス供給装置７から供給される支燃性ガスは、空気に比べて酸素濃度を高めたものである。上記支燃性ガスは、そのままか焼炉４内で用いてもよいが、か焼炉４内で用いられる前に、その組成を適宜調整してもよい。
例えば、か焼炉４内で用いられる支燃性ガスの酸素濃度が過度に大きくなって、燃焼の制御が困難となることを防ぎ、か焼炉で生じる炭酸ガス含有排ガス（以下、「か焼炉排ガス」
ともいう。）の炭酸ガス濃度をより大きくし、かつ、か焼炉排ガスに残存する酸素の量を小さくする観点から、支燃性ガス供給装置７から供給された支燃性ガスと、炭酸ガスを混合して、得られた混合ガスを、か焼炉４内で用いられる支燃性ガスとしてもよい。
さらに、二酸化炭素分圧を下げることにより、脱炭酸を促進するために必要な温度を下げる目的で、支燃性ガス供給装置７から供給された支燃性ガスと、水蒸気を混合して、得られた混合ガスを、か焼炉４内で用いられる支燃性ガスとしてもよい。
上記混合ガス（支燃性ガス供給装置７から供給された支燃性ガスと、炭酸ガス及び水蒸気の少なくともいずれか一方を混合したもの）の炭酸ガス濃度は、水蒸気を含む体積１００体積％に対して、好ましくは１０～７９体積％、より好ましくは２０～７５体積％、さらに好ましくは３０～７０体積％である。
The combustion supporting gas supplied from the combustion supporting
For example, the oxygen concentration of the combustion-supporting gas used in the
From the viewpoint of increasing the carbon dioxide concentration in the calciner exhaust gas (also referred to as "calciner exhaust gas") and reducing the amount of oxygen remaining in the calciner exhaust gas, the calciner exhaust gas supplied from the calciner exhaust
Furthermore, in order to lower the temperature required to promote decarbonation by lowering the partial pressure of carbon dioxide, the combustion-supporting gas supplied from the combustion-supporting
The carbon dioxide gas concentration of the mixed gas (a mixture of the combustion-supporting gas supplied from the combustion-supporting
さらに、か焼炉排ガスの体積をより小さくし、かつ、か焼炉排ガスの炭酸ガス濃度をより大きくする観点から、か焼炉４内で用いられる支燃性ガスは、酸素、炭酸ガス、及び水蒸気以外の気体（例えば、窒素）を含まないことが好ましい。上記支燃性ガスの、酸素、炭酸ガス、及び水蒸気以外の気体の濃度は、水蒸気を含む体積１００体積％に対して、好ましくは１０体積％以下、より好ましくは５体積％以下、特に好ましくは２体積％以下である。
Furthermore, from the viewpoint of reducing the volume of the calciner exhaust gas and increasing the carbon dioxide concentration of the calciner exhaust gas, it is preferable that the combustion supporting gas used in the
支燃性ガス供給装置７から供給された支燃性ガスと炭酸ガスを混合する方法の例としては、支燃性ガス供給装置７から供給された支燃性ガスと、か焼炉排ガスを混合する方法が挙げられる。か焼炉４から排出されたか焼炉排ガスの温度は８００℃程度の高温であるため、か焼炉排ガスを用いることで、支燃性ガスを昇温させることができる。
か焼炉排ガスを混合する場合、例えば、か焼炉４で生じたか焼炉排ガスを排ガス圧縮装置１２に導くための第一のか焼炉排ガス供給路９の中を流通するか焼炉排ガスの一部を、支燃性ガス供給路８の中を流通する支燃性ガス（支燃性ガス供給装置７から供給された支燃性ガス）に合流させるための合流用流通路１１を配設することで、支燃性ガス供給路８の中を流通する支燃性ガスとか焼炉排ガスを混合することができる。
合流用流通路１１は、より高温のか焼炉排ガスを支燃性ガスと混合することができる等の観点から、第一のか焼炉排ガス供給路９の集塵装置１４及び酸性ガス除去装置１５の前流側の位置で、第一のか焼炉排ガス供給路９と連結するように配設することが好ましい。
また、支燃性ガス供給路８が、クリンカクーラー５内のセメントクリンカとの熱交換によって昇温された空気によって、支燃性ガス供給路８内を通る支燃性ガスが間接的に加熱されて昇温するように、配設されている場合、合流用流通路１１は、上記空気を用いて上記支燃性ガスが、間接的に加熱された位置よりも後流側（支燃性ガス供給装置７よりもより遠い位置）で、上記支燃性ガスとか焼炉排ガスの一部が合流するように配設することが好ましい。
An example of a method for mixing the combustion-supporting gas supplied from the combustion-supporting
When mixing the calciner exhaust gas, for example, a
From the viewpoint of enabling the higher temperature calciner exhaust gas to be mixed with the combustion-supporting gas, etc., it is preferable to arrange the
In addition, when the combustion-supporting
か焼炉４内で脱炭酸されたセメントクリンカ原料及びか焼炉で生じた炭酸ガス含有排ガス（か焼炉排ガス）は、第一のか焼炉排ガス供給路９に排出され、第一のか焼炉排ガス供給路９を通って排ガス圧縮装置１２（後述）に導かれる。
なお、第一のか焼炉排ガス供給路９は、ロータリーキルン３で生じた排ガスを排出するためのキルン排ガス排出路６ａ～６ｅとは異なるものである。第一のか焼炉排ガス供給路９とキルン排ガス排出路６ａ～６ｅを完全に分けることによって、炭酸ガス濃度の大きいか焼炉排ガスのみを回収することができる。
The cement clinker raw material decarbonated in the
The first calciner exhaust
か焼炉４において脱炭酸されたセメントクリンカ原料は、第一のか焼炉排ガス供給路９の途中に配設された、セメントクリンカ原料回収装置１８において回収されて、加熱後の高温を維持したまま脱炭酸原料供給路２２を通って、サイクロン式予熱装置２に返送（供給）される。
セメントクリンカ原料回収装置１８の例としては、サイクロン、バグフィルター、及び電気集塵機等が挙げられる。
脱炭酸原料供給路２２は、通常、予熱原料供給路１９と連結しているサイクロン式熱交換器２ｃよりも後流側に位置するサイクロン式熱交換器２ｄ内に、脱炭酸されたセメントクリンカ原料を投入（供給）するように配設される。また、脱炭酸化されたセメントクリンカ原料の少なくとも一部を、脱炭酸原料供給路２２から直接ロータリーキルン３内に投入してもよい。
The cement clinker raw material decarbonated in the
Examples of the cement clinker raw
The decarbonated raw
か焼炉排ガスは、炭酸ガス濃度が高いものであるため、か焼炉排ガスから炭酸ガスを分離、回収することが容易である。か焼炉排ガスの炭酸ガス濃度は、水蒸気を除外した体積１００体積％に対して、好ましくは８０体積％以上、より好ましくは８５体積％以上、特に好ましくは９０体積％以上である。
上記炭酸ガス濃度は、支燃性ガスの酸素濃度の調整によって、調整することができる。具体的には、支燃性ガスの酸素濃度をより高くすることや、支燃性ガスの酸素、炭酸ガス、及び水蒸気以外の気体（例えば、窒素）の濃度をより低くすることによって、上記炭酸ガス濃度をより高くすることができる。
また、か焼炉排ガスは高温であるため、該排ガスを用いて水を加熱することで水蒸気を発生させ、該水蒸気と水蒸気タービンを用いて発電を行ってもよい。
Since the calciner exhaust gas has a high carbon dioxide concentration, it is easy to separate and recover the carbon dioxide from the calciner exhaust gas. The carbon dioxide concentration of the calciner exhaust gas is preferably 80 vol. % or more, more preferably 85 vol. % or more, and particularly preferably 90 vol. % or more, based on 100 vol. % of the volume excluding water vapor.
The carbon dioxide gas concentration can be adjusted by adjusting the oxygen concentration of the combustion-supporting gas. Specifically, the carbon dioxide gas concentration can be increased by increasing the oxygen concentration of the combustion-supporting gas or decreasing the concentration of gases other than oxygen, carbon dioxide gas, and water vapor (e.g., nitrogen) in the combustion-supporting gas.
In addition, since the calciner exhaust gas has a high temperature, the exhaust gas may be used to heat water to generate steam, which may then be used to generate electricity using a steam turbine.
排ガス圧縮装置１２において、か焼炉４で生じた炭酸ガス含有排ガスが圧縮され、圧縮排ガス装置１２に供給される前よりも加圧（昇圧）された圧縮排ガス（上記炭酸ガス含有排ガスを加圧してなるもの）を得ることができる。炭酸ガス含有排ガスを圧縮することで、二酸化炭素精製装置１３（後述）において、効率的に炭酸ガス含有排ガスを精製することができる。
排ガス圧縮装置１２の例としては、遠心式圧縮機等のターボ圧縮機、レシプロ式圧縮機等の容積圧縮機等が挙げられる。
得られた圧縮排ガスは、排ガス圧縮装置１２から圧縮排ガス供給路１６を通って、二酸化炭素精製装置１３に導かれる。
また、か焼炉排ガスを圧縮する際に、か焼炉排ガスに含まれている水（水蒸気）を回収してもよい。か焼炉排ガスに含まれている水を回収することで、圧縮排ガスに含まれる二酸化炭素濃度をより高くして、二酸化炭素精製装置１３で精製される高濃度二酸化炭素含有物の二酸化炭素濃度をより高くすることができる。
In the exhaust
Examples of the exhaust
The obtained compressed exhaust gas is guided from the exhaust
In addition, when compressing the calciner exhaust gas, water (water vapor) contained in the calciner exhaust gas may be recovered. By recovering the water contained in the calciner exhaust gas, the carbon dioxide concentration in the compressed exhaust gas can be increased, and the carbon dioxide concentration of the high-concentration carbon dioxide-containing material purified in the carbon
二酸化炭素精製装置１３において、圧縮排ガスが精製されて、か焼炉排ガスと比較して、二酸化炭素濃度の高い（大きい）二酸化炭素含有物を得ることができる。
二酸化炭素精製装置１３において、圧縮排ガスを精製する（圧縮排ガスに含まれる酸素、窒素等を除去することで二酸化炭素濃度をより高める）方法の例としては、深冷分離法、膜分離法、及び物理吸着法等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、二酸化炭素濃度のより高い二酸化炭素含有物を得る観点から、深冷分離法が好ましい。
深冷分離法を用いた精製の例としては、二酸化炭素精製装置１２において、圧縮排ガスを、圧縮排ガスに含まれる酸素の沸点及び圧縮排ガスに含まれる窒素の沸点以上であり、かつ、圧縮排ガスに含まれる二酸化炭素の沸点未満の温度にすることで、圧縮排ガスに含まれている酸素及び窒素を除去して、か焼炉排ガスと比較して、二酸化炭素濃度の高い二酸化炭素含有物を得る方法が挙げられる。なお、得られた二酸化炭素含有物は、通常、液体状のものである。
In the carbon
Examples of methods for purifying the compressed exhaust gas in the carbon dioxide purification device 13 (removing oxygen, nitrogen, and the like contained in the compressed exhaust gas to further increase the carbon dioxide concentration) include cryogenic separation, membrane separation, and physical adsorption. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, cryogenic separation is preferred from the viewpoint of obtaining a carbon dioxide-containing material with a higher carbon dioxide concentration.
An example of purification using cryogenic separation is a method in which the compressed exhaust gas is heated in a carbon
膜分離法を用いた精製の例としては、アミン含有高分子膜等の膜に、圧縮排ガスを通過させることによって、二酸化炭素を高い濃度で含む気体と、二酸化炭素を含まないまたは低い濃度で含む気体に分離する方法が挙げられる。
物理吸着法は、二酸化炭素の圧力差及び温度差の少なくともいずれか一方を用いて、二酸化炭素を他の気体と分離させる方法である。例えば、高圧下で二酸化炭素をゼオライトや活性炭等の吸着材に吸着させた後、低圧にすることで二酸化炭素を脱着させて回収する圧力スイング法（ＰＳＡ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）、低温で二酸化炭素を上記吸着材に吸着させた後、高温にすることで二酸化炭素を脱着させて回収する温度スイング法（ＴＳＡ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）、圧力スイング法と温度スイング法を組み合わせたＰＴＳＡ等が挙げられる。
An example of purification using membrane separation is a method in which compressed exhaust gas is passed through a membrane such as an amine-containing polymer membrane to separate it into a gas containing a high concentration of carbon dioxide and a gas containing no or a low concentration of carbon dioxide.
The physical adsorption method is a method of separating carbon dioxide from other gases by using at least one of a pressure difference and a temperature difference of carbon dioxide. For example, there is a pressure swing adsorption method (PSA) in which carbon dioxide is adsorbed by an adsorbent such as zeolite or activated carbon under high pressure, and then the carbon dioxide is desorbed and recovered by lowering the pressure, a temperature swing adsorption method (TSA) in which carbon dioxide is adsorbed by the adsorbent at a low temperature, and then the carbon dioxide is desorbed and recovered by raising the temperature, and a PTSA method that combines the pressure swing method and the temperature swing method.
第一のか焼炉排ガス供給路９において、セメントクリンカ原料回収装置１８と排ガス圧縮装置１２の間には、か焼炉排ガスからばいじんを除去するための集塵装置１４が配設されている。集塵装置１４において、ばいじんを除去する方法としては、湿式処理を用いて除去する方法、電気集塵機を用いて除去する方法、バグフィルターを用いて除去する方法等が挙げられる。中でも、集塵効率の観点からバグフィルターを用いて除去する方法が好ましい。
集塵装置１４で除去、回収されたばいじんは、ばいじん排出路２１を通って排出される。
集塵装置１４で除去、回収されるばいじんは、通常、生石灰を含む微粉である。該微粉を、生石灰含有原料として、セメントクリンカの原料の一部として用いてもよい。集塵装置１４で回収された生石灰含有原料（生石灰を含む微粉）は、ロータリーキルン３に直接供給してもよく、サイクロン式予熱装置２に供給してもよい。
In the first calciner exhaust
The dust removed and collected by the
The soot and dust removed and collected by the
第一のか焼炉排ガス供給路９において、セメントクリンカ原料回収装置１８と排ガス圧縮装置１２の間には、か焼炉排ガス（炭酸ガス含有排ガス）から酸性ガス（ただし、炭酸ガスを除く。）を除去するための酸性ガス除去装置１５が配設されている。
酸性ガス除去装置１５において、か焼炉排ガスから酸性ガスを除去する方法の例としては、湿式スクラバーを使用し、苛性ソーダや水酸化マグネシウム溶液等の溶液に酸性ガスを溶解させて除去する方法や、活性炭等の吸着材を充填した塔にか焼炉排ガスを通過させて酸性ガスを除去する方法等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、酸性ガス（ただし、炭酸ガスを除く）の例としては、二酸化硫黄（ＳＯ２）、三酸化硫黄（ＳＯ３）等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）等の窒素酸化物（ＮＯｘ）、塩化水素（ＨＣｌ）等が挙げられる。
In the first calciner exhaust
Examples of the method for removing acid gas from the calciner exhaust gas in the acid
Examples of acidic gases (excluding carbon dioxide) include sulfur oxides (SOx) such as sulfur dioxide ( SO2 ) and sulfur trioxide ( SO3 ), nitrogen oxides (NOx) such as nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide ( NO2 ), and hydrogen chloride (HCl).
集塵装置１４と酸性ガス除去装置１５の順序は特に限定されず、集塵装置の前流側（よりか焼炉４に近い位置）に酸性ガス除去装置を配設してもよく、集塵装置の後流側（よりか焼炉４から遠い位置）に酸性ガス除去装置を配設してもよい。中でも、より効率的に集塵、及び酸性ガスの除去を行う観点から、集塵装置の後流側に酸性ガス除去装置を配設することが好ましい。
また、集塵装置が酸性ガス除去装置を兼ねていてもよい。例えば、バグフィルターを用いた集塵装置において、集塵装置の前で、か焼炉排ガスに消石灰や重曹等の酸性ガス処理剤を添加することで、か焼炉排ガスに含まれている酸性ガスを酸性ガス処理剤で補足した後、バグフィルターでばいじんと酸性ガスを同時に除去してもよい。
The order of the
The dust collector may also function as an acid gas removal device. For example, in a dust collector using a bag filter, an acid gas treatment agent such as hydrated lime or sodium bicarbonate may be added to the calciner exhaust gas before the dust collector, so that the acid gas contained in the calciner exhaust gas is captured by the acid gas treatment agent, and then the soot and acid gas are simultaneously removed by the bag filter.
また、第一のか焼炉排ガス供給路９の途中であり、かつ、集塵装置１４及び酸性ガス除去装置１５が配設されている位置よりも前流側に、か焼炉排ガス供給路９の中を流通するか焼炉排ガスの温度を低下するためのか焼炉排ガス温度低下装置（図示せず。）を配設してもよい。か焼炉排ガス温度低下装置としては、か焼炉排ガスの温度を低下することができるものであれば特に限定されない。例えば、空気とか焼炉排ガスを熱交換するための装置や、液体とか焼炉排ガスを熱交換するための装置等が挙げられる。
か焼炉排ガスの温度を、例えば、１００～４００℃にまで低下させることで、集塵装置１４及び酸性ガス除去装置１５において、より効率的に集塵及び酸性ガスの除去を行うことができる。また、か焼炉排ガスが高温であることによる、各種装置に対する悪影響を低減することができる。
In addition, a calciner flue gas temperature reducing device (not shown) for reducing the temperature of the calciner flue gas flowing through the calciner flue
By lowering the temperature of the calciner exhaust gas to, for example, 100 to 400° C., dust collection and removal of acid gases can be performed more efficiently in the
二酸化炭素精製装置１３において精製された高濃度二酸化炭素含有物は、高濃度二酸化炭素含有物排出路１７を通って排出される。
得られた高濃度二酸化炭素含有物は、精製方法や精製条件によっても異なるが、液体又は気体である。中でも、貯蔵等の取り扱いが容易になる観点から液体が好ましい。
気体の状態である上記高濃度二酸化炭素含有物中、二酸化炭素（ＣＯ２）の割合は、好ましくは９５ｍｏｌ％を超え、より好ましくは９８ｍｏｌ％以上である。
気体の状態である上記高濃度二酸化炭素含有物中、窒素（Ｎ２）の割合は、好ましくは２ｍｏｌ％未満、水素（Ｈ２）の割合は、好ましくは０．７５ｍｏｌ％未満、一酸化炭素（ＣＯ）の割合は、好ましくは０．２ｍｏｌ％未満である。
気体の状態である上記高濃度二酸化炭素含有物中、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び酸素（Ｏ２）の割合の合計は、好ましくは４ｍｏｌ％未満である。
The high-concentration carbon dioxide-containing material refined in the carbon
The obtained high-concentration carbon dioxide-containing material is in a liquid or gaseous state, depending on the purification method and purification conditions. Among them, the liquid state is preferable from the viewpoint of easy handling such as storage.
In the high-concentration carbon dioxide-containing material in a gaseous state, the proportion of carbon dioxide (CO 2 ) is preferably more than 95 mol %, and more preferably 98 mol % or more.
In the high-concentration carbon dioxide-containing material in a gaseous state, the proportion of nitrogen (N 2 ) is preferably less than 2 mol %, the proportion of hydrogen (H 2 ) is preferably less than 0.75 mol %, and the proportion of carbon monoxide (CO) is preferably less than 0.2 mol %.
In the high-concentration carbon dioxide-containing material in a gaseous state, the total ratio of nitrogen (N 2 ), hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), and oxygen (O 2 ) is preferably less than 4 mol %.
気体の状態である上記高濃度二酸化炭素含有物中、酸素（Ｏ２）の割合（体積基準）は、好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
気体の状態である上記高濃度二酸化炭素含有物中、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の割合（体積基準）は、好ましくは２００ｐｐｍ未満である。
気体の状態である上記高濃度二酸化炭素含有物中、二酸化硫黄（ＳＯ２）の割合（体積基準）は、安全衛生上の観点から、好ましくは１００ｐｐｍ未満、装置の腐食防止の観点から、より好ましくは５０ｐｐｍ未満である。
気体の状態である上記高濃度二酸化炭素含有物中、二酸化窒素（ＮＯ２）の割合（体積基準）は、安全衛生上の観点から、好ましくは１００ｐｐｍ未満、装置の腐食防止の観点から、より好ましくは５０ｐｐｍ未満である。
気体の状態である上記高濃度二酸化炭素含有物中、二酸化炭素（ＣＯ２）等の割合が、上述した数値範囲を満たす高濃度二酸化炭素含有物は、貯蔵や、メタン等の原料として用いるのに好適である。
In the high-concentration carbon dioxide-containing material in a gaseous state, the proportion of oxygen (O 2 ) (by volume) is preferably less than 10 ppm.
In the high-concentration carbon dioxide-containing material in a gaseous state, the proportion of hydrogen sulfide (H 2 S) (by volume) is preferably less than 200 ppm.
The proportion of sulfur dioxide (SO 2 ) (by volume) in the high-concentration carbon dioxide-containing material in a gaseous state is preferably less than 100 ppm from the viewpoint of safety and hygiene, and more preferably less than 50 ppm from the viewpoint of preventing corrosion of the equipment.
The proportion of nitrogen dioxide (NO 2 ) (by volume) in the high-concentration carbon dioxide-containing material in a gaseous state is preferably less than 100 ppm from the viewpoint of safety and hygiene, and more preferably less than 50 ppm from the viewpoint of preventing corrosion of the equipment.
In the high-concentration carbon dioxide-containing material in a gaseous state, a high-concentration carbon dioxide-containing material in which the ratio of carbon dioxide (CO 2 ) or the like satisfies the above-mentioned numerical range is suitable for storage or use as a raw material for methane or the like.
得られた高濃度二酸化炭素含有物は、液状の状態のまま貯蔵槽（図示せず。）に搬送して、貯蔵してもよい。
また、得られた高濃度二酸化炭素含有物に含まれる二酸化炭素を利用してもよい。
二酸化炭素の利用の一例としては、水素ガスと、上記排ガスに含まれる炭酸ガスから、触媒を用いてメタンやメタノールを生成する方法が挙げられる。
水素ガスは、水を電気分解すること等によって得ることができる。水を電気分解する際の電気エネルギーとして、水力、風力、地熱、又は太陽光等の再生可能なエネルギー由来のものを用いれば、二酸化炭素の排出量をさらに削減することができる。この際、酸素も生成されるが、該酸素は、上述した支燃性ガスに含まれる酸素として使用してもよい。
The resulting high-concentration carbon dioxide-containing material may be transported in a liquid state to a storage tank (not shown) and stored therein.
In addition, the carbon dioxide contained in the obtained high-concentration carbon dioxide-containing material may be utilized.
One example of the use of carbon dioxide is a method of producing methane or methanol from hydrogen gas and carbon dioxide gas contained in the exhaust gas using a catalyst.
Hydrogen gas can be obtained by electrolyzing water. If the electric energy used for electrolyzing water is derived from renewable energy sources such as hydraulic power, wind power, geothermal power, or solar power, the amount of carbon dioxide emissions can be further reduced. In this process, oxygen is also produced, and this oxygen may be used as the oxygen contained in the combustion-supporting gas described above.
メタンに変換する触媒の例としては、Ｒｈ／Ｍｎ系、Ｒｈ系、Ｎｉ系、Ｐｄ系及びＰｔ系等の触媒が挙げられる。また、上記触媒を担持するための担体を用いてもよい。該担体の例としては、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＴｉＯ２等が挙げられる。これらは適宜選択して用いればよい。
生成されたメタンは、二酸化炭素の排出量をより小さくする観点から、ロータリーキルン３及びか焼炉４の少なくともいずれか一方の燃料として利用することができる。また、生成されたメタンは、別途、発電用の燃料として用いてもよい。
メタノールに変換する触媒の例としては、Ｒｅ系やＰｔ系、Ｉｒ系、Ｃｕ系及びＺｎ系等が挙げられる。生成されたメタノールは、さらに固体酸触媒等を用いてオレフィンや芳香族など有価燃料や化学物質に変換することができる。
また、高濃度二酸化炭素含有物と水素等を反応させることで、船舶用燃料、航空燃料（ＳＡＦ：Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ａｖｉａｔｉｏｎ Ｆｕｅｌ）を生成してもよい。
Examples of the catalyst for converting methane include Rh/Mn-based, Rh-based, Ni-based, Pd -based , and Pt-based catalysts. A carrier for supporting the catalyst may be used. Examples of the carrier include CeO2 , ZrO2 , Y2O3 , Al2O3 , MgO, and TiO2 . These may be appropriately selected and used.
From the viewpoint of reducing carbon dioxide emissions, the generated methane can be used as fuel for at least one of the rotary kiln 3 and the
Examples of catalysts for conversion to methanol include Re-based, Pt-based, Ir-based, Cu-based, and Zn-based catalysts. The produced methanol can be further converted into valuable fuels or chemicals such as olefins or aromatics using a solid acid catalyst or the like.
Furthermore, marine fuel and aviation fuel (SAF: Sustainable aviation Fuel) may be produced by reacting the high-concentration carbon dioxide-containing material with hydrogen or the like.
また、二酸化炭素の利用の他の例としては、カルシウム含有廃棄物の炭酸化が挙げられる。
具体的には、高濃度二酸化炭素含有物とカルシウム含有廃棄物を接触させて、高濃度二酸化炭素含有物に含まれる二酸化炭素（通常、気体状の二酸化炭素：炭酸ガス）をカルシウム含有廃棄物に吸収させる方法である。炭酸ガスを、カルシウム含有廃棄物に吸収させて、固定化することで、大気中への二酸化炭素の排出量を低減することができる。カルシウム含有廃棄物の例としては、廃コンクリート等が挙げられる。
炭酸ガスを吸収したカルシウム含有廃棄物は、上述したセメントクリンカ製造システムにおいて、セメントクリンカ原料として使用してもよい。
また、炭酸ガスを吸収したカルシウム含有廃棄物を、破砕、分級等して、路盤材やコンクリート用骨材等として利用してもよい。さらに、カルシウム含有廃棄物が廃コンクリートである場合、炭酸ガスを吸収した廃コンクリート中のペースト成分のみを分離回収して、セメント原料として利用してもよい。
Another example of the use of carbon dioxide is the carbonation of calcium-containing waste materials.
Specifically, this method involves contacting a material containing high concentration of carbon dioxide with calcium-containing waste, and allowing the calcium-containing waste to absorb the carbon dioxide (usually gaseous carbon dioxide: carbon dioxide gas) contained in the material containing high concentration of carbon dioxide. By allowing the calcium-containing waste to absorb and immobilize the carbon dioxide gas, it is possible to reduce the amount of carbon dioxide emitted into the atmosphere. An example of calcium-containing waste is waste concrete.
The calcium-containing waste that has absorbed carbon dioxide may be used as a cement clinker raw material in the above-mentioned cement clinker production system.
In addition, the calcium-containing waste that has absorbed carbon dioxide may be crushed, classified, etc., and used as roadbed material, concrete aggregate, etc. Furthermore, when the calcium-containing waste is waste concrete, only the paste component in the waste concrete that has absorbed carbon dioxide may be separated and recovered and used as a cement raw material.
ロータリーキルン３において、セメントクリンカ原料を焼成することで、セメントクリンカを得ることができる。セメントクリンカ原料の焼成温度は、セメントクリンカ製造における一般的な温度でよく、通常、１，４００℃以上である。
ロータリーキルン３において、セメントクリンカの原料の焼成に用いられる燃料としては、か焼炉４において用いられる燃料と同様のものを使用することができる。また、有機成分を多く含む汚染土壌や廃タイヤ等の破砕しにくい燃料は、ロータリーキルン３の原料投入口から直接投入してもよい。
また、ロータリーキルン３で生じた排ガスは、該排ガスを、サイクロン式予熱装置２を経由した後に排出するためのキルン排ガス排出路６ａ～６ｅの中を流通した後、サイクロン式予熱装置２の上部から排出され、サイクロン、バグフィルター、又は電気集塵機等を用いて除塵された後、煙突から外部へ排出される。
Cement clinker can be obtained by burning the cement clinker raw materials in the rotary kiln 3. The burning temperature of the cement clinker raw materials may be a general temperature in the production of cement clinker, and is usually 1,400° C. or higher.
In the rotary kiln 3, the fuel used for burning the raw materials for cement clinker can be the same as the fuel used in the
The exhaust gas generated in the rotary kiln 3 flows through kiln exhaust
二酸化炭素の排出量をより低減する観点から、キルン排ガスから炭酸ガスを分離、回収してもよい。
キルン排ガスから炭酸ガスを分離、回収する方法の例としては、モノエタノールアミン等を二酸化炭素吸収剤として用いた化学吸収法、生石灰を二酸化炭素吸収剤として用いたカルシウムルーピング、固体吸着法、膜分離法等が挙げられる。
カルシウムルーピングで用いられる生石灰は、石灰石の脱炭酸により得られたものであってもよい。繰り返し使用した石灰石は、最終的にセメントクリンカ原料として用いることができる。
In order to further reduce the amount of carbon dioxide emissions, carbon dioxide may be separated and recovered from the kiln exhaust gas.
Examples of methods for separating and recovering carbon dioxide from kiln exhaust gas include a chemical absorption method using monoethanolamine or the like as a carbon dioxide absorbent, calcium looping using quicklime as a carbon dioxide absorbent, a solid adsorption method, and a membrane separation method.
The quicklime used in calcium looping may be obtained by decarbonation of limestone. The repeatedly used limestone can ultimately be used as a cement clinker raw material.
また、キルン排ガスの一部を、サイクロン式予熱装置２を経由せずに抽気して冷却し、固体分を除いた後に、固体分が除かれた排ガスを排出すると共に、固体分を粗粉と微粉に分級して、粗粉をセメントクリンカ原料の一部として用い、微粉を回収するための塩素バイパス装置１０を配設してもよい。
なお、「粗粉」は、セメントクリンカ原料成分が多く、かつ、塩素が少ない傾向があり、「微粉」は、塩素が多くなる傾向がある。
塩基バイパス装置１０は、通常、サイクロン式予熱装置２とロータリーキルン３の接続部分に配設される。塩素バイパス装置１０を配設することによって、都市ゴミ焼却灰等の塩素を含有する廃棄物を、セメントクリンカ原料やロータリーキルンの燃料としてより大量に使用することができる。
塩素バイパス装置１０から排出されるキルン排ガスは、通常、キルン排ガス排出路６ａに戻される。
In addition, a portion of the kiln exhaust gas may be extracted and cooled without passing through the
Incidentally, "coarse powder" tends to have a high content of cement clinker raw material components and low chlorine, while "fine powder" tends to have a high content of chlorine.
The
The kiln exhaust gas discharged from the
ロータリーキルン３で得られたセメントクリンカは、ロータリーキルンの後流側に配設された、セメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラー５に投入されて、冷却される。
か焼炉４及びロータリーキルン３における加熱をより効率的に行う観点から、セメントクリンカの冷却に用いられる空気を、クリンカクーラー５の前流側と後流側に分け、セメントクリンカを冷却した後の後流側の空気を、支燃性ガス供給路８内を通る支燃性ガスの間接加熱に用いてもよい。
また、前流側と後流側の冷却に用いられるガスを異なるものにしてもよい。具体的には、クリンカクーラー５の前流側を冷却するガスとして空気を使用し、後流側を冷却するガスとして、支燃性ガス供給路８内を通る支燃性ガスを使用してもよい。
前流側を冷却するガスは、高温のセメントクリンカと熱交換された後、ロータリーキルン３内において燃料を燃焼するための支燃性のガスとして使用される。なお、前流側を冷却するガスは、クリンカクーラー５の入口側で熱交換されるため、後流側を冷却するガスと比較して、熱交換後により高温となる。
The cement clinker obtained in the rotary kiln 3 is fed into a
In order to perform heating in the
Also, the gases used for cooling the upstream side and the downstream side may be different. Specifically, air may be used as the gas for cooling the upstream side of the
The gas cooling the front stream side is heat exchanged with the high-temperature cement clinker, and then used as a combustion supporting gas for burning fuel in the rotary kiln 3. Since the gas cooling the front stream side is heat exchanged at the inlet side of the
また、ロータリーキルン内において燃料を燃焼する際に用いられる空気及び支燃性ガスの加熱、並びに、ロータリーキルン及びか焼炉の加熱の補助として、電気エネルギーを用いて加熱してもよい。電気エネルギーを用いた加熱方法としては、プラズマ加熱、抵抗加熱、マイクロ波加熱等が挙げられる。電気エネルギーとして、再生可能なエネルギーを用いれば、二酸化炭素の排出量をさらに低減することができる。 Electrical energy may also be used to heat the air and combustion-supporting gas used when burning fuel in the rotary kiln, and to assist in heating the rotary kiln and the calciner. Examples of heating methods using electrical energy include plasma heating, resistance heating, and microwave heating. If renewable energy is used as the electrical energy, carbon dioxide emissions can be further reduced.
以下、図２を参照にしながら、本発明のセメントクリンカ製造システムの他の一例について詳しく説明する。
図２のセメントクリンカ製造システム３１は、２個以上のサイクロン式熱交換器３２ａ～３２ｄを含むサイクロン式予熱装置３２と、ロータリーキルン３３と、加熱手段５０を含むか焼炉３４と、クリンカクーラー３５と、キルン排ガス排出路３６、３６ａ～３６ｅ、支燃性ガス供給装置３７と、第一のか焼炉排ガス供給路３９の途中であって、集塵装置４４及び酸性ガス除去装置４５よりも前流側の位置で、第一のか焼炉排ガス供給路３９の中を流通する炭酸ガス含有排ガスと、支燃性ガス供給路３８の中を流通する支燃性ガスを熱交換するように配設された支燃性ガス供給路３８と、排ガス圧縮装置４２と、二酸化炭素精製装置４３と、第一のか焼炉排ガス供給路３９と、セメントクリンカ原料回収装置４８と、集塵装置４４と、酸性ガス除去装置４５と、圧縮排ガス供給路４６と、第一のか焼炉排ガス供給路３９の途中であって、集塵装置４４及び酸性ガス除去装置４５よりも後流側の位置で、第一のか焼炉排ガス供給路３９と連結し、かつ、第一のか焼炉排ガス供給路３９の中を流通する炭酸ガス含有排ガスの一部を、支燃性ガス供給路３８の中を流通する支燃性ガスに合流させるための第二のか焼炉排ガス供給路５３を含む。
Hereinafter, another example of the cement clinker production system of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
The cement
サイクロン式熱交換器３２ａ～３２ｄ、サイクロン式予熱装置３２、ロータリーキルン３３、か焼炉３４、クリンカクーラー３５、キルン排ガス排出路３６、３６ａ～３６ｅ、支燃性ガス供給装置３７、塩素バイパス装置４０、排ガス圧縮装置４２、二酸化炭素精製装置４３、集塵装置４４、酸性ガス除去装置４５、圧縮排ガス供給路４６、高濃度二酸化炭素排出路４７、セメントクリンカ原料回収装置４８、予熱原料供給路４９、加熱手段５０、ばいじん排出路５１、及び脱炭酸供給路５２は、各々、上述した、サイクロン式熱交換器２ａ～２ｄ、サイクロン式予熱装置２、ロータリーキルン３、か焼炉４、クリンカクーラー５、キルン排ガス排出路６、６ａ～６ｅ、支燃性ガス供給装置７、塩素バイパス装置１０、排ガス圧縮装置１２、二酸化炭素精製装置１３、集塵装置１４、酸性ガス除去装置１５、圧縮排ガス供給路１６、高濃度二酸化炭素排出路１７、セメントクリンカ原料回収装置１８、予熱原料供給路１９、加熱手段２０、ばいじん排出路２１、及び脱炭酸供給路２２と同様である。 Cyclone heat exchangers 32a to 32d, cyclone preheating device 32, rotary kiln 33, calciner 34, clinker cooler 35, kiln exhaust gas exhaust passages 36, 36a to 36e, combustion supporting gas supply device 37, chlorine bypass device 40, exhaust gas compression device 42, carbon dioxide purification device 43, dust collector 44, acid gas removal device 45, compressed exhaust gas supply passage 46, high concentration carbon dioxide exhaust passage 47, cement clinker raw material recovery device 48, preheating raw material supply passage 49, heating means 50, soot and dust exhaust passage 51, and decarbonation supply passage 52 are respectively , the cyclone heat exchangers 2a-2d, the cyclone preheating device 2, the rotary kiln 3, the calciner 4, the clinker cooler 5, the kiln exhaust gas exhaust passages 6, 6a-6e, the combustion supporting gas supply device 7, the chlorine bypass device 10, the exhaust gas compression device 12, the carbon dioxide purification device 13, the dust collector 14, the acid gas removal device 15, the compressed exhaust gas supply passage 16, the high concentration carbon dioxide exhaust passage 17, the cement clinker raw material recovery device 18, the preheating raw material supply passage 19, the heating means 20, the soot and dust exhaust passage 21, and the decarbonation supply passage 22 are the same as those described above.
サイクロン式予熱装置３２を構成する２個以上のサイクロン式熱交換器３２ａ～３２ｄのうち、予熱原料供給路４９が連結しているサイクロン式熱交換器３２ｃ内において、セメントクリンカ原料は、好ましくは６００～９００℃、より好ましくは７００～９００℃で予熱される。このような温度範囲で予熱することで、キルン排ガスがサイクロン式予熱装置３２（特に、予熱原料供給路４９が連結しているサイクロン式熱交換器３２ｃ）を経由する際に、キルン排ガスに含まれている炭酸ガスを、生石灰含有原料供給路５４からサイクロン式予熱装置３２に投入された生石灰含有原料（詳しくは後述する）に固定化（炭酸化）させることがより容易となり、キルン排ガス中の炭酸ガスの量を減らすことができ、かつ、か焼炉排ガス中の炭酸ガスの濃度をより高くすることができる。
Of the two or more
支燃性ガス供給路３８は、か焼炉排ガス供給路３９の途中であって、集塵装置４４が配設されている位置、及び、酸性ガス除去装置４５が配設されている位置よりも前流側の位置で、第一のか焼炉排ガス供給路３９の中を流通するか焼炉排ガスと支燃性ガスを熱交換するように配設されている。
このように配設されることによって、支燃性ガス供給路３８の中を流通する支燃性ガスが、間接的に加熱されて昇温されて、か焼炉３４で用いられる燃料の投入量を低減することができる。また、第一のか焼炉排ガス供給路３９の中を流通するか焼炉排ガスの温度を低下させて、集塵装置４４において、か焼炉排ガスからばいじんを除去する効率、及び、酸性ガス除去装置４５において、か焼炉排ガスから酸性ガス除去する効率を向上することができる。
また、支燃性ガス供給路３８は、クリンカクーラー３５内のセメントクリンカとの熱交換によって昇温された空気によって、支燃性ガス供給路３８内を通る支燃性ガスが、間接的に加熱されて昇温するように、配設されていてもよい（図示せず。）。また、セメントクーラー３５の後流側（クリンカクーラーの出口側）の一部分に、支燃性ガス供給路３８を通過させることによって、セメントクリンカの熱によって、支燃性ガスを昇温させてもよい（図示せず。）。
The combustion-supporting
By arranging in this manner, the combustion-supporting gas flowing through the combustion-supporting
The combustion supporting
第一のか焼炉排ガス供給路３９の途中であって、集塵装置４４及び酸性ガス除去装置４５よりも後流側の位置で、第一のか焼炉排ガス供給路３９と連結し、かつ、第一のか焼炉排ガス供給路３９の中を流通するか焼炉排ガスの一部を、支燃性ガス供給路３８の中を流通する支燃性ガスに合流させるための第二のか焼炉排ガス供給路５３が配設されている。
このように配設されることによって、支燃性ガス供給路３８の中を流通する支燃性ガスとか焼炉排ガス（特に炭酸ガス）を混合して、支燃性ガスの酸素濃度等を調整することができる。また、か焼炉３４から排出されたか焼炉排ガスの温度は８００℃程度と高温であるため、か焼炉排ガスと混合することによって、支燃性ガスを昇温することができる。
また、か焼炉排ガスの一部を、支燃性ガスの一部として使用して循環させることで、第一のか焼炉排ガス供給路３９から排出される排ガスの量を低減することができる。支燃性ガスの一部として使用される、第一のか焼炉排ガス供給路３９の中を流通するか焼炉排ガスの循環量は、好ましくは５０～７０体積％である。
さらに、第一のか焼炉排ガス供給路３９から、支燃性ガス供給路３８の中を流通する支燃性ガスに合流させられるか焼炉排ガスは、集塵装置４４及び酸性ガス除去装置４５においてばいじん及び酸性ガスを回収した後のものであるため、か焼炉３４内における、ダストの滞留や付着、燃料の燃焼への悪影響、第一のか焼炉排ガス供給路３９内における、ダストの滞留や付着による、か焼炉排ガスと支燃性ガスとの熱交換への悪影響等を低減することができる。
A second calciner exhaust
By arranging in this manner, it is possible to adjust the oxygen concentration of the combustion-supporting gas, etc., by mixing the combustion-supporting gas and the calciner exhaust gas (particularly carbon dioxide gas) flowing through the combustion-supporting
In addition, by using a part of the calciner exhaust gas as a part of the combustion supporting gas and circulating it, it is possible to reduce the amount of exhaust gas discharged from the first calciner exhaust
Furthermore, the calciner exhaust gas that is merged from the first calciner exhaust
キルン排ガス排出路３６の、ロータリーキルン３３と連結している部分から、最後流側に位置するサイクロン式熱交換器３２ｄの前流側の部分までの間（図２中、一点鎖線で囲って示す。）の、キルン排ガス排出路３６の中を流通する排ガスに、脱硝剤を供給するための脱硝剤供給装置（図示せず。）を配設してもよい。上記排ガスに、尿素等の脱硝剤を噴霧することで、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。
A denitrification agent supplying device (not shown) for supplying a denitrification agent to the exhaust gas flowing through the kiln exhaust
通常、９００℃程度の温度で、排ガスに脱硝剤を噴霧することで、排ガス中のＮＯｘを低減する効果を得ることができる。一般的なセメントクリンカ製造システムでは、ロータリーキルンの窯尻からボトムサイクロン（最後流側に位置するサイクロン式熱交換器）の領域において、排ガスの温度が９００℃程度となるが、該領域では、セメントクリンカ原料由来の微粉が大量に存在している。このため、噴霧された脱硝剤が、微粉に吸着されて、上記効果が小さくなるという問題がある。
一方、本発明のセメントクリンカ製造システム３１によれば、上記領域（キルン排ガス排出路３６の、ロータリーキルン３３と連結している部分から、最後流側に位置するサイクロン式熱交換器３２ｄを経過する部分）の排ガス中のセメントクリンカ原料由来の微粉の量を低減することができるため、排ガス中のＮＯｘの量を効率的に低減することができる。
Usually, the effect of reducing NOx in the exhaust gas can be obtained by spraying a denitrification agent into the exhaust gas at a temperature of about 900° C. In a typical cement clinker production system, the temperature of the exhaust gas is about 900° C. in the region from the bottom of the rotary kiln to the bottom cyclone (a cyclone-type heat exchanger located at the rearmost stream side), and a large amount of fine powder derived from the cement clinker raw material is present in this region. Therefore, there is a problem that the sprayed denitrification agent is adsorbed by the fine powder, reducing the above-mentioned effect.
On the other hand, according to the cement
また、支燃性ガス供給路３８のか焼炉排ガスと支燃性ガスを熱交換させる部分よりも支燃性ガス供給装置３７に近い位置、及び、第二のか焼炉排ガス供給路５３の途中の位置（第二のか焼炉排ガス供給路５３と第一のか焼炉排ガス供給路３９の連結部分から、第二のか焼炉排ガス供給路５３と支燃性ガス供給路３８の連結部分の間）の少なくともいずれか一方の位置において、支燃性ガス供給路３８又は第二のか焼炉排ガス供給路５３と連結し、かつ、支燃性ガス供給路３８の中を流通する支燃性ガスの一部、及び、第二のか焼炉排ガス供給路５３の中を流通するか焼炉排ガスの一部の少なくともいずれか一方を、か焼炉３４の加熱手段５０に供給するための加熱手段用ガス供給路５８を配設してもよい。
なお、図２では、加熱手段用ガス供給路５８は、支燃性ガス供給路３８のか焼炉排ガスと支燃性ガスを熱交換させる部分よりも支燃性ガス供給装置３７に近い位置において、支燃性ガス供給路３８と連結している。
加熱手段用ガス供給路５８を用いて、か焼炉３４の加熱手段５０にガスを供給することによって、か焼炉３４から排出されるか焼炉排ガスの体積をより小さくすることができ、かつ、か焼炉排ガス中の炭酸ガス濃度をより高くすることができる。
In addition, a
In FIG. 2, the
By using the heating means
脱炭酸原料供給路５２の途中に、脱炭酸原料供給路５２の中を流通する脱炭酸されたセメントクリンカ原料の一部を、生石灰含有原料として回収するための生石灰含有原料回収装置４１を配設してもよい。
生石灰含有原料回収装置４１で回収された生石灰含有原料は、キルン排ガス中の炭酸ガスを該生石灰含有原料に固定化（炭酸化）させる目的で、生石灰含有原料回収装置４１から、生石灰含有原料排出路５７を通って、生石灰含有原料供給路５４から、サイクロン式予熱装置３２に供給される。
なお、生石灰含有原料排出路５７は、ばいじん排出路５１と連結していてもよい。また、図２中、生石灰含有原料排出路５７は、生石灰含有原料供給路５４とつながっている。
A quicklime-containing raw
The quicklime-containing raw materials recovered by the quicklime-containing raw
The calcined lime-containing raw
生石灰含有原料回収装置４１及び集塵装置４４において回収された生石灰含有原料（生石灰を含む微粉、または、生石灰を含む脱炭酸化されたセメントクリンカ原料）は、生石灰含有原料供給路５４を通って、サイクロン式予熱装置３２を構成する２個以上のサイクロン式熱交換器３２ａ～３２ｄのうち、予熱原料供給路４９が連結しているサイクロン式熱交換器３２ｃまたは、該サイクロン式熱交換器の前流側に位置するサイクロン式熱交換器３２ａ～３２ｂのいずれかに供給される。
The quicklime-containing raw materials (fine powder containing quicklime, or decarbonated cement clinker raw materials containing quicklime) recovered in the quicklime-containing raw
予熱原料供給路４９が連結しているサイクロン式熱交換器３２ｃまたは、該サイクロン式熱交換器の前流側に位置するサイクロン式熱交換器３２ａ～３２ｂのいずれかの中に、生石灰含有原料が供給されることによって、キルン排ガス排出路３６の中を流通するキルン排ガスが、サイクロン式予熱装置３２を経由する際に、キルン排ガスに含まれている炭酸ガスが、生石灰含有原料に固定化（炭酸化）される。これにより、キルン排ガス排出路３６から排出されるキルン排ガス中に含まれる炭酸ガス（二酸化炭素）の量を減らすことができる。
生石灰含有原料に固定化された二酸化炭素は、他のセメントクリンカ原料とともにか焼炉３４に投入された後、か焼炉３４内で脱炭酸され、か焼炉排ガスとして回収することができる。
By supplying the quicklime-containing raw materials to the
The carbon dioxide fixed in the quicklime-containing raw material is fed into a
第二の脱炭酸原料供給路５９は、脱炭酸原料供給路５２と連結され、脱炭酸原料供給路５２から、脱炭酸されたセメントクリンカ原料の一部を、サイクロン式予熱装置３２を構成する２個以上のサイクロン式熱交換器のうち、最後流側に位置するサイクロン式熱交換器３２ｄに供給するためのものである。
第二の脱炭酸原料供給路５９の中を流通する脱炭酸されたセメントクリンカ原料は高温（例えば、９５０～１，０００℃）であり、該原料を、最後流側に位置するサイクロン式熱交換器３２ｄに供給することによって、サイクロン式予熱装置３２内の温度をより高温にし、セメントクリンカ原料の予熱や、キルン排ガスに含まれている炭酸ガスの固定化（炭酸化）をより効率的に行うことができる。
サイクロン式熱交換器３２ｄに供給されたセメントクリンカ原料は、サイクロン式熱交換器３２ｄを経由するキルン排ガスと熱交換しつつ遠心分離された後、ロータリーキルン３３に投入される。
なお、第二の脱炭酸原料供給路５９の一部分が、キルン排ガス排出路３６を兼ねていてもよい。
The second decarbonated raw
The decarbonated cement clinker raw material flowing through the second decarbonated raw
The cement clinker raw material supplied to the
In addition, a portion of the second decarbonated raw
脱炭酸原料供給量制御装置５５は、第二の脱炭酸原料供給路５９から、最後流側に位置するサイクロン式熱交換器３２ｄに供給される脱炭酸されたセメントクリンカ原料の量を調整し、該原料の量の調整によって、サイクロン式熱交換器３２ｄ内の温度及びサイクロン式熱交換器３２ｄ内を経由するキルン排ガスの温度を調整することによって、予熱原料供給路４９と連結しているサイクロン式熱交換器３２ｃ内の温度を調整するためのものである。
上記原料の量の調整は、キルン排ガス排出路３６中のキルン排ガスが、予熱原料供給路４９と連結しているサイクロン式熱交換器３２ｃを経由するときの温度に基づいて行われる。
上記温度は、予熱原料供給路４９と連結しているサイクロン式熱交換器３２ｃを経由するキルン排ガス排出路３６の入口（キルン排ガスがサイクロン式熱交換器３２ｃに入ってくる位置）付近の温度でもよく、キルン排ガス排出路３６の出口（キルン排ガスがサイクロン式熱交換器３２ｃから出ていく位置）付近の温度でもよい。
上記温度は、温度測定装置３４によって測定される。温度測定装置３４は、予熱原料供給路４９と連結しているサイクロン式熱交換器３２ｃに、適宜配設すればよい。
The decarbonation raw material supply
The amount of the raw material is adjusted based on the temperature of the kiln exhaust gas in the kiln exhaust
The above temperature may be the temperature near the inlet of the kiln exhaust gas discharge passage 36 (the position where the kiln exhaust gas enters the
The above temperature is measured by the
予熱原料供給路４９と連結しているサイクロン式熱交換器３２ｃ内の温度を調整する目的で、キルン排ガス排出路３６ａの、ロータリーキルン３３と連結している部分から、最後流側に位置するサイクロン式熱交換器３２ｄの前流側の部分までの間（図２中、一点鎖線で囲って示す。）の、キルン排ガス排出路３６の中を流通する排ガスに、水又は含水廃棄物を供給するための水分供給装置（図示せず。）を配設してもよい。上記排ガスに、水又は含水廃棄物を供給することで、上記温度が調整される。該調整は、温度測定装置３４によって測定された温度に基づいて行えばよく、また、脱炭酸原料供給量制御装置５５と連動していてもよい。
For the purpose of adjusting the temperature in the
また、クリンカクーラー３５からクリンカクーラー３５内の空気をキルン排ガス排出路３６ａ内に導くための空気供給路５６を配設してもよい。上記空気は、クリンカクーラー３５内のセメントクリンカとの熱交換によって昇温されたものである。空気供給路５６からキルン排ガス排出路３６ａに供給される上記空気の量を調整することによって、キルン排ガス排出路３６内のキルン排ガスの温度やその量を調整することができ、窯尻部に投入された廃棄物の不完全燃焼を解消することもできる。
上記空気の量は、温度測定装置３４によって測定された温度に基づいて調整すればよく、また、脱炭酸原料供給量制御装置５５と連動して調整してもよい。
An
The amount of air may be adjusted based on the temperature measured by the
１，３１ セメントクリンカ製造システム
２，３２ サイクロン式予熱装置
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ サイクロン式熱交換器
３,３３ ロータリーキルン
４,３４ か焼炉
５,３５ クリンカクーラー
６，６ａ，６b，６c，６d，６e,３６ａ，３６，３６b，３６c，３６d，３６e キルン排ガス排出路
７,３７ 支燃性ガス供給装置
８，３８ 支燃性ガス供給路
９，３９ 第一のか焼炉排ガス供給路
１０，４０ 塩素バイパス装置
１１ 合流用流通路
１２，４２ 排ガス圧縮装置
１３，４３ 二酸化炭素精製装置
１４、４４ 集塵装置
１５，４５ 酸性ガス除去装置
１６，４６ 圧縮排ガス供給路
１７，４７ 高濃度二酸化炭素含有物排出路
１８，４８ セメントクリンカ原料回収装置
１９，４９ 予熱原料供給路
２０，５０ 加熱手段
２１，５１ ばいじん排出路
２２，５２ 脱炭酸原料供給路
２３ 空気流通路
３４ 温度測定装置
４１ 生石灰含有原料回収装置
５３ 第二のか焼炉排ガス供給路
５４ 生石灰含有原料供給路
５５ 脱炭酸原料供給量制御装置
５６ 空気供給路
５７ 生石灰含有原料排出路
５８ 加熱手段用ガス供給路
５９ 第二の脱炭酸原料供給路
1, 31 Cement clinker production system 2, 32 Cyclone preheating device 2a, 2b, 2c, 2d, 32a, 32b, 32c, 32d Cyclone heat exchanger 3, 33 Rotary kiln 4, 34 Calciner 5, 35 Clinker cooler 6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 36a, 36, 36b, 36c, 36d, 36e Kiln exhaust gas discharge passage 7, 37 Combustion supporting gas supply device 8, 38 Combustion supporting gas supply passage 9, 39 First calciner exhaust gas supply passage 10, 40 Chlorine bypass device 11 Joint flow passage 12, 42 Exhaust gas compression device 13, 43 Carbon dioxide purification device 14, 44 Dust collector 15, 45 Acid gas removal device 16, 46 Compressed exhaust gas supply passage 17, 47 High concentration carbon dioxide containing material discharge passage 18, 48 Cement clinker raw material recovery device 19, 49 Preheated raw material supply passage 20, 50 Heating means 21, 51 Soot and dust discharge passage 22, 52 Decarbonation raw material supply passage 23 Air flow passage 34 Temperature measuring device 41 Quicklime-containing raw material recovery device 53 Second calciner exhaust gas supply passage 54 Quicklime-containing raw material supply passage 55 Decarbonation raw material supply amount control device 56 Air supply passage 57 Quicklime-containing raw material discharge passage 58 Heating means gas supply passage 59 Second decarbonation raw material supply passage
Claims (8)
上記サイクロン式予熱装置で予熱された上記セメントクリンカ原料を焼成して、セメントクリンカを得るためのロータリーキルンと、
上記サイクロン式予熱装置と共に上記ロータリーキルンの前流側に配設された、加熱手段を含み、該加熱手段を用いて上記セメントクリンカ原料の脱炭酸を促進するためのか焼炉と、
上記ロータリーキルンの後流側に配設された、上記セメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラーと、
上記ロータリーキルンで生じた排ガスを、上記サイクロン式予熱装置を経由した後に排出するためのキルン排ガス排出路と
を含むセメントクリンカ製造システムであって、
空気に比べて酸素濃度を高めた支燃性ガスを供給するための支燃性ガス供給装置と、
上記支燃性ガス供給装置から上記支燃性ガスを上記か焼炉に導くための支燃性ガス供給路と、
上記か焼炉で生じた炭酸ガス含有排ガスを圧縮して、圧縮排ガスを得るための排ガス圧縮装置と、
上記圧縮排ガスを精製し、二酸化炭素濃度を高めた高濃度二酸化炭素含有物を得るための二酸化炭素精製装置と、
上記か焼炉から上記炭酸ガス含有排ガスを上記排ガス圧縮装置に導くための第一のか焼炉排ガス供給路（ただし、上記キルン排ガス排出路と異なるものに限る。）と、
上記第一のか焼炉排ガス供給路の途中に配設された、脱炭酸されたセメントクリンカ原料を回収し、上記サイクロン式予熱装置に返送するための、セメントクリンカ原料回収装置と、
上記第一のか焼炉排ガス供給路の上記セメントクリンカ原料回収装置と上記排ガス圧縮装置の間に配設された、上記炭酸ガス含有排ガスからばいじんを除去するための集塵装置と、
上記第一のか焼炉排ガス供給路の上記セメントクリンカ原料回収装置と上記排ガス圧縮装置の間に配設された、上記炭酸ガス含有排ガスから酸性ガス（ただし、炭酸ガスを除く。）を除去するための酸性ガス除去装置と、
上記排ガス圧縮装置から上記圧縮排ガスを上記二酸化炭素精製装置に導くための圧縮排ガス供給路と、
を含むことを特徴とするセメントクリンカ製造システム。 a cyclone preheating device for preheating the cement clinker raw material, the cyclone preheating device including two or more cyclone heat exchangers;
a rotary kiln for burning the cement clinker raw material preheated by the cyclone preheating device to obtain cement clinker;
a calciner including a heating means disposed upstream of the rotary kiln together with the cyclone preheating device, for promoting decarbonation of the cement clinker raw material by using the heating means;
a clinker cooler disposed downstream of the rotary kiln for cooling the cement clinker;
A kiln exhaust gas exhaust passage for discharging exhaust gas generated in the rotary kiln after passing through the cyclone type preheating device,
a combustion supporting gas supply device for supplying a combustion supporting gas having an oxygen concentration higher than that of air;
a combustion-supporting gas supply line for introducing the combustion-supporting gas from the combustion-supporting gas supply device to the calciner;
an exhaust gas compression device for compressing the carbon dioxide-containing exhaust gas generated in the calciner to obtain a compressed exhaust gas;
a carbon dioxide purification device for purifying the compressed exhaust gas to obtain a high-concentration carbon dioxide-containing material having an increased carbon dioxide concentration;
a first calciner exhaust gas supply line (which must be different from the kiln exhaust gas discharge line) for guiding the carbon dioxide-containing exhaust gas from the calciner to the exhaust gas compression device;
a cement clinker raw material recovery device disposed in the first calciner exhaust gas supply passage for recovering the decarbonated cement clinker raw material and returning it to the cyclone preheating device;
a dust collector disposed in the first calciner exhaust gas supply line between the cement clinker raw material recovery device and the exhaust gas compression device for removing soot and dust from the carbon dioxide-containing exhaust gas;
an acid gas removal device disposed in the first calciner exhaust gas supply line between the cement clinker raw material recovery device and the exhaust gas compression device for removing an acid gas (excluding carbon dioxide) from the carbon dioxide-containing exhaust gas;
a compressed exhaust gas supply passage for guiding the compressed exhaust gas from the exhaust gas compression device to the carbon dioxide purification device;
A cement clinker production system comprising:
上記第一のか焼炉排ガス供給路の途中であって、上記集塵装置及び上記酸性ガス除去装置よりも後流側の位置で、上記第一のか焼炉排ガス供給路と連結し、かつ、上記第一のか焼炉排ガス供給路の中を流通する上記炭酸ガス含有排ガスの一部を、上記支燃性ガス供給路の中を流通する支燃性ガスに合流させるための第二のか焼炉排ガス供給路と、
を含む請求項１に記載のセメントクリンカ製造システム。 the combustion supporting gas supply passage is disposed in the middle of the first calciner exhaust gas supply passage, at a position upstream of the dust collector and the acid gas removal apparatus, so as to exchange heat between the carbon dioxide-containing exhaust gas flowing through the first calciner exhaust gas supply passage and the combustion supporting gas;
a second calciner exhaust gas supply passage that is connected to the first calciner exhaust gas supply passage at a position downstream of the dust collector and the acid gas removal device, and that causes a portion of the carbon dioxide-containing exhaust gas flowing through the first calciner exhaust gas supply passage to merge with the combustion-supporting gas flowing through the combustion-supporting gas supply passage;
2. The cement clinker production system of claim 1 , comprising:
上記か焼炉で生じた上記炭酸ガス含有排ガスの炭酸ガス濃度が、水蒸気を除外した体積１００体積％に対して、８０体積％以上になるように、上記支燃性ガスの酸素濃度を調整することを特徴とするセメントクリンカ製造方法。 A method for producing cement clinker using the cement clinker production system according to claim 1 or 2,
A method for producing cement clinker, characterized in that the oxygen concentration of the combustion supporting gas is adjusted so that the carbon dioxide concentration of the carbon dioxide-containing exhaust gas generated in the calciner is 80 volume % or more per 100 volume % excluding water vapor.
上記二酸化炭素精製装置において、上記圧縮排ガスに含まれる酸素の沸点及び上記圧縮排ガスに含まれる窒素の沸点以上であり、かつ、上記圧縮排ガスに含まれる二酸化炭素の沸点未満の温度で、深冷分離法を用いて上記圧縮排ガスの精製を行うセメントクリンカ製造方法。 A method for producing cement clinker using the cement clinker production system according to claim 1 or 2,
A method for producing cement clinker, comprising: purifying the compressed exhaust gas using a cryogenic separation method in the carbon dioxide purification device at a temperature that is equal to or higher than the boiling point of oxygen contained in the compressed exhaust gas and the boiling point of nitrogen contained in the compressed exhaust gas, and lower than the boiling point of carbon dioxide contained in the compressed exhaust gas.
上記高濃度二酸化炭素含有物を回収して、該含有物中の二酸化炭素を貯蔵するセメントクリンカ製造方法。 A method for producing cement clinker using the cement clinker production system according to claim 1 or 2,
A method for producing cement clinker, comprising recovering the material containing high concentration of carbon dioxide and storing the carbon dioxide in the material.
上記高濃度二酸化炭素含有物を回収して、該含有物中の二酸化炭素を利用するセメントクリンカ製造方法。 A method for producing cement clinker using the cement clinker production system according to claim 1 or 2,
A method for producing cement clinker by recovering the material containing high concentration of carbon dioxide and utilizing the carbon dioxide contained in the material.
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