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JP4730455B2 - CO2 gas recovery method and recovery facility in cement manufacturing facility - Google Patents

CO2 gas recovery method and recovery facility in cement manufacturing facility Download PDF

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JP4730455B2
JP4730455B2 JP2009112001A JP2009112001A JP4730455B2 JP 4730455 B2 JP4730455 B2 JP 4730455B2 JP 2009112001 A JP2009112001 A JP 2009112001A JP 2009112001 A JP2009112001 A JP 2009112001A JP 4730455 B2 JP4730455 B2 JP 4730455B2
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Description

本発明は、セメント製造設備において、主としてセメント原料のか焼時に発生するＣＯ2ガスを高濃度で回収するためのセメント製造設備におけるＣＯ2ガスの回収方法および回収設備に関するものである。 The present invention provides a cement production facility, to a recovery method and a recovery facility of CO 2 gas in the cement manufacturing facility for recovering CO 2 gas mainly generated at the time of calcination of cement raw material at a high concentration.

近年、世界的かつ全産業にわたって、地球温暖化の主因たる二酸化炭素（ＣＯ2）ガスを削減する試みが推進されている。
ちなみに、セメント産業は、電力や鉄鋼等と共にＣＯ2ガスの排出量が多い産業の一つであり、日本におけるＣＯ2ガスの全排出量の約４％にのぼる。このため、当該セメント産業におけるＣＯ2ガスの排出削減は、日本全体におけるＣＯ2ガスの排出削減に大きな貢献を果たすことになる。 In recent years, attempts have been made to reduce carbon dioxide (CO 2 ) gas, which is a major cause of global warming, worldwide and across all industries.
Incidentally, the cement industry is one of the industries that emit a lot of CO 2 gas along with electric power and steel, etc., accounting for about 4% of the total CO 2 gas emission in Japan. For this reason, the reduction of CO 2 gas emissions in the cement industry will greatly contribute to the reduction of CO 2 gas emissions throughout Japan.

図１０は、上記セメント産業における一般的なセメントの製造設備を示すもので、図中符号１がセメント原料を焼成するためのロータリーキルン（セメントキルン）である。
そして、このロータリーキルン１の図中左方の窯尻部分２には、セメント原料を予熱するための２組のプレヒータ３が並列的に設けられるとともに、図中右方の窯前に、内部を加熱するための主バーナ５が設けられている。なお、図中符号６は、焼成後のセメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラである。 FIG. 10 shows a general cement production facility in the cement industry. In FIG. 10, reference numeral 1 denotes a rotary kiln (cement kiln) for firing cement raw materials.
The rotary kiln 1 is provided with two sets of pre-heaters 3 for preheating the cement raw material in parallel in the left kiln bottom portion 2 in the drawing, and the inside is heated before the right kiln in the drawing. A main burner 5 is provided. In addition, the code | symbol 6 in a figure is a clinker cooler for cooling the cement clinker after baking.

ここで、各々のプレヒータ３は、上下方向に直列的に配置された複数段のサイクロンによって構成されており、供給ライン４から最上段のサイクロンに供給されたセメント原料は、順次下方のサイクロンへと落下するにしたがって、下方から上昇するロータリーキルン１からの高温の排ガスによって予熱され、さらに下から２段目のサイクロンから抜き出されて仮焼炉７に送られ、当該仮焼炉７においてバーナ７ａにより加熱されてか焼された後に、最下段のサイクロンから移送管３ａを介してロータリーキルン１の窯尻部分２に導入されるようになっている。   Here, each preheater 3 is configured by a plurality of cyclones arranged in series in the vertical direction, and the cement raw material supplied from the supply line 4 to the uppermost cyclone is sequentially transferred to the lower cyclone. As it falls, it is preheated by high-temperature exhaust gas from the rotary kiln 1 that rises from below, and is further extracted from the second-stage cyclone from below and sent to the calcining furnace 7, where it is burned by the burner 7a. After being heated and calcined, the bottom cyclone is introduced into the kiln bottom 2 of the rotary kiln 1 through the transfer pipe 3a.

他方、窯尻部分２には、ロータリーキルン１から排出された燃焼排ガスを最下段のサイクロンへと供給する排ガス管３ｂが設けられており、上記サイクロンに送られた排ガスは、順次上方のサイクロンへと送られて、上記セメント原料を予熱するとともに、最終的に最上段のサイクロンの上部から、排気ファン９によって排気ライン８を介して排気されて行くようになっている。   On the other hand, the kiln bottom part 2 is provided with an exhaust gas pipe 3b for supplying the combustion exhaust gas discharged from the rotary kiln 1 to the lowermost cyclone, and the exhaust gas sent to the cyclone is sequentially supplied to the upper cyclone. Then, the cement raw material is preheated, and finally exhausted from the upper part of the uppermost cyclone by the exhaust fan 9 through the exhaust line 8.

このような構成からなるセメント製造設備においては、先ずセメント原料の主原料として含まれる石灰石（ＣａＣＯ3）をプレヒータ３で予熱し、次いで仮焼炉７およびプレヒータ３の最下段のサイクロンにおいてか焼した後に、ロータリーキルン１内において約１４５０℃の高温雰囲気下で焼成することにセメントクリンカを製造している。 In the cement manufacturing facility having such a structure, first, limestone (CaCO 3 ) contained as a main raw material of the cement raw material is preheated by the preheater 3 and then calcined in the calcining furnace 7 and the lowermost cyclone of the preheater 3. Later, the cement clinker is manufactured by firing in a high temperature atmosphere of about 1450 ° C. in the rotary kiln 1.

そして、このか焼において、ＣａＣＯ3→ＣａＯ＋ＣＯ2↑で示される化学反応が生じて、ＣＯ2ガスが発生する（原料起源によるＣＯ2ガスの発生）。この原料起源によるＣＯ2ガスの濃度は、原理的には１００％である。また、上記ロータリーキルン１を上記高温雰囲気下に保持するために、主バーナ５において化石燃料が燃焼される結果、当該化石燃料の燃焼によってもＣＯ2ガスが発生する（燃料起源によるＣＯ2ガスの発生）。ここで、主バーナ５からの排ガス中には、燃焼用空気中のＮ2ガスが多く含まれているために、当該排ガス中に含まれる燃料起源によるＣＯ2ガスの濃度は、約１５％と低い。 Then, in the calcination, CaCO 3 → CaO + CO 2 ↑ In chemical reaction occurs as indicated, CO 2 gas is generated (generation of CO 2 gas due to raw material origin). In principle, the concentration of the CO 2 gas derived from the raw material is 100%. Further, the rotary kiln 1 to hold under the high temperature atmosphere, the results of fossil fuel in the main burner 5 is burned, the CO 2 gas is generated by combustion of the fossil fuel (the CO 2 gas by the fuel origin generated ). Here, since the exhaust gas from the main burner 5 contains a large amount of N 2 gas in the combustion air, the concentration of CO 2 gas originating from the fuel contained in the exhaust gas is about 15%. Low.

この結果、上記セメントキルンから排出される排ガス中には、上述した濃度の高い原料起源によるＣＯ2ガスと、濃度の低い燃料起源によるＣＯ2が混在するために、当該ＣＯ2の排出量が多いにもかかわらず、そのＣＯ2濃度は３０〜３５％程度であり、回収が難しいという問題点があった。 As a result, in the exhaust gas discharged from the cement kiln, the CO 2 gas originating from the high-concentration raw material and the CO 2 originating from the low-concentration fuel are mixed, so the amount of CO 2 emission is large. Nevertheless, the CO 2 concentration is about 30 to 35%, and there is a problem that recovery is difficult.

これに対して、現在開発されつつあるＣＯ2ガスの回収方法としては、液体回収方式、膜分離方式、固体吸着方式等があるものの、未だ回収コストが極めて高いという課題があった。
また、上記セメント製造設備から排出されたＣＯ2による地球温暖化を防止する方法として、当該排出源から低濃度で排出されたＣＯ2を分離・回収して略１００％にまで濃度を高め、液化した後に地中に貯留する方法等も提案されているものの、分離・回収のためのコストが高く、同様に実現には至っていない。 On the other hand, although there are a liquid recovery method, a membrane separation method, a solid adsorption method, and the like as a CO 2 gas recovery method currently being developed, there is still a problem that the recovery cost is still extremely high.
Further, as a method for preventing global warming by CO 2 discharged from the cement manufacturing facility, increasing concentrations up to approximately 100% of CO 2 from this source is discharged at low concentrations to separate and recover liquefied However, although a method of storing in the ground has been proposed, the cost for separation and recovery is high, and it has not been realized in the same way.

一方、下記特許文献１には、耐火物製の伝熱管に充填された石灰石を移動させながら、燃焼炉から導かれた１０００℃〜１３００℃の高温ガスにより間接的に石灰石（ＣａＣＯ3）を生石灰（ＣａＯ）と炭酸ガス（ＣＯ2ガス）に焼成分解する焼成帯と、生成した炭酸ガスを循環使用して高温生石灰を冷却する冷却帯と、焼成帯で生成した高温炭酸ガスと生石灰の冷却により高温となった循環炭酸ガスとにより石灰石を予熱する予熱帯を備えた間接加熱式石灰石焼成炉が提案されている。 On the other hand, in Patent Document 1 below, limestone (CaCO 3 ) is indirectly converted to quick lime with a high-temperature gas at 1000 ° C. to 1300 ° C. introduced from a combustion furnace while moving limestone filled in a heat transfer tube made of refractory. (CaO) and carbon dioxide gas (CO 2 gas) are calcined and decomposed, a cooling zone that circulates and uses the generated carbon dioxide gas to cool high-temperature quicklime, and cooling of the high-temperature carbon dioxide gas and quicklime produced in the calcined zone. An indirect heating type limestone firing furnace equipped with a pre-tropical zone that preheats limestone with circulating carbon dioxide gas having a high temperature has been proposed.

そして、上記加熱式石灰石焼成炉によれば、石灰石を高温燃焼ガスに直接接触させることなく間接的に焼成することにより、燃料の如何にかかわらず純度の高い生石灰を得ると共に、石灰石が充填された伝熱管内における上記ＣＯ2ガスの濃度が１００％近くになるために、上記石灰石の焼成時に発生する炭酸ガスを高濃度で回収出来るとされている。 And according to the said heating-type limestone calcining furnace, while calcining limestone indirectly, without making it contact directly with a high temperature combustion gas, while obtaining high-quality quick lime regardless of the fuel, it was filled with limestone Since the concentration of the CO 2 gas in the heat transfer tube is close to 100%, it is said that the carbon dioxide gas generated during the burning of the limestone can be recovered at a high concentration.

特開２００４−２３１４２４号公報JP 2004-231424 A

しかしながら、図１１に示すように、石灰石のか焼反応が起こる温度は、雰囲気中のＣＯ2ガス濃度が高くなるにしたがって急激に上昇し、１００％（大気圧（１ａｔｍ）の下での分圧１ａｔｍに相当）に近くになると、８６０℃を超える温度となる。 However, as shown in FIG. 11, the temperature at which the calcination reaction of limestone occurs rapidly increases as the concentration of CO 2 gas in the atmosphere increases and reaches 100% (partial pressure 1 atm under atmospheric pressure (1 atm)). ), The temperature exceeds 860 ° C.

このため、上記間接加熱式石灰石焼成炉による従来技術によって石灰石をか焼した後に、粘土等のＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3等の他のセメント原料を加えてセメントクリンカを製造しようとすると、上記伝熱管を既述の通り１０００℃〜１３００℃の高温ガスにより間接的に加熱する必要があり、この結果コストが嵩むという問題点がある。また、上記伝熱管を間接的に加熱するために、化石燃料を燃焼させて上記高温ガスを得ようとすると、逆に当該燃焼によって多量のＣＯ2ガスが発生してしまうという問題点もある。 Therefore, after calcination of limestone by the prior art by the indirect heating type limestone burning furnace, attempts to produce a cement clinker by adding other cement material such as SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 of clay such as Then, as described above, it is necessary to indirectly heat the heat transfer tube with a high-temperature gas of 1000 ° C. to 1300 ° C. As a result, there is a problem that the cost increases. In addition, when the fossil fuel is burned to obtain the high-temperature gas in order to indirectly heat the heat transfer tube, a large amount of CO 2 gas is generated due to the combustion.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、セメント製造設備における熱源を有効活用することにより、当該セメント設備において発生するＣＯ2ガスを高い濃度で分離して回収することが可能となるセメント製造設備におけるＣＯ2ガスの回収方法および回収設備を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and by effectively utilizing a heat source in a cement manufacturing facility, it is possible to separate and collect CO 2 gas generated in the cement facility at a high concentration. It is an object of the present invention to provide a CO 2 gas recovery method and recovery facility in a manufacturing facility.

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、セメント原料を、第１のプレヒータで予熱した後に、内部が高温雰囲気に保持されたセメントキルンに供給して焼成するセメント製造設備において発生するＣＯ2ガスを回収するための方法であって、上記第１のプレヒータから抜き出されたか焼前の上記セメント原料を、過熱炉においてか焼温度以上に過熱した後に、混合か焼炉に供給して上記第１のプレヒータから抜き出されて当該混合か焼炉に供給される新たなか焼前の上記セメント原料と混合することにより、当該混合か焼炉内をか焼温度以上に保持して上記か焼前の上記セメント原料をか焼した後に、か焼された上記セメント原料を再び上記過熱炉に戻して上記混合か焼炉へ循環させる工程を繰り返すことにより、上記混合か焼炉内において発生したＣＯ2ガスを回収するとともに、上記か焼された上記セメント原料の一部を、上記セメントキルンに供給することを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is a cement production facility in which a cement raw material is preheated by a first preheater and then supplied to a cement kiln whose interior is maintained in a high temperature atmosphere and fired. A method for recovering generated CO 2 gas, wherein the cement raw material before calcination extracted from the first preheater is superheated to a calcination temperature or higher in a superheated furnace, and then mixed into the calciner. The mixture is extracted from the first preheater and mixed with the new cement raw material before calcination supplied to the mixing calcination furnace, thereby maintaining the mixing calcination furnace at a temperature equal to or higher than the calcination temperature. After calcination of the cement raw material before calcination, the mixing is performed by repeating the step of returning the calcinated cement raw material to the superheating furnace and circulating it to the mixing or calcination furnace. With recovering CO 2 gas generated in the furnace, a portion of the cement raw material which is the calcination, is characterized in that the feeding to the cement kiln.

なお、上記か焼温度とは、石灰石、即ちＣａＣＯ3（炭酸カルシウム）がＣａＯ（酸化カルシウム）とＣＯ2に分解する反応が起こる温度をいう。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記混合か焼炉においてか焼された上記セメント原料の一部を、上記セメントキルンに供給することを特徴とするものであり、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記過熱炉においてか焼された上記セメント原料の一部を、上記セメントキルンに供給することを特徴とするものである。 The calcination temperature refers to a temperature at which a reaction occurs in which limestone, that is, CaCO 3 (calcium carbonate) decomposes into CaO (calcium oxide) and CO 2 .
The invention according to claim 2 is characterized in that in the invention according to claim 1, a part of the cement raw material calcined in the mixing calciner is supplied to the cement kiln. The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, characterized in that a part of the cement raw material calcined in the superheated furnace is supplied to the cement kiln. Is.

さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記第１のプレヒータから抜き出されたか焼前の上記セメント原料と、上記第１のプレヒータから独立した第２のプレヒータで予熱されたか焼前の他のセメント原料とを、上記混合か焼炉に供給するとともに、上記混合か焼炉内において発生したＣＯ2ガスを上記第２のプレヒータの熱源として利用した後に回収することを特徴とするものである。 Furthermore, the invention of claim 4 is independent of the cement raw material before calcination extracted from the first preheater and the first preheater in the invention of any one of claims 1 to 3. The other pre-calcination cement raw material preheated by the second preheater is supplied to the mixing / calcining furnace, and CO 2 gas generated in the mixing / calcining furnace is used as a heat source for the second preheater. It is characterized by being collected after use.

次いで、請求項５に記載の発明は、セメント原料を予熱する第１のプレヒータと、この第１のプレヒータによって予熱された上記セメント原料を焼成するセメントキルンとを備えたセメント製造設備において発生するＣＯ2ガスを回収するための設備であって、上記第１のプレヒータからか焼前の上記セメント原料を抜き出す抜出ラインと、この抜出ラインから抜き出された上記セメント原料が導入される混合か焼炉と、この混合か焼炉から供給される上記セメント原料をか焼温度以上に過熱する過熱炉と、この過熱炉で過熱された上記セメント原料を上記混合か焼炉に戻すとともに上記混合か焼炉内の上記セメント原料を上記過熱炉へ送る循環ラインと、上記か焼された上記セメント原料の一部を上記第１のプレヒータまたは上記セメントキルンに戻す戻りラインと、上記混合か焼炉内で発生したＣＯ2ガスを回収するＣＯ2ガス排気管とを備えてなることを特徴とするものである。 Next, the invention according to claim 5 is directed to CO generated in a cement production facility comprising a first preheater for preheating cement raw material and a cement kiln for firing the cement raw material preheated by the first preheater. 2 A facility for recovering gas, the extraction line for extracting the cement raw material before calcination from the first preheater, and the mixing for introducing the cement raw material extracted from the extraction line A heating furnace, a superheating furnace for heating the cement raw material supplied from the mixing / calcining furnace to a temperature equal to or higher than a calcination temperature, and returning the cement raw material superheated in the superheating furnace to the mixing / burning furnace and mixing the A circulation line for sending the cement raw material in the furnace to the superheated furnace, and a part of the calcined cement raw material as the first preheater or the cement A return line for returning the Lun and is characterized by comprising a CO 2 gas exhaust pipe for recovering CO 2 gas generated in the mixing calciner.

ここで、請求項６に記載の発明は、上記戻りラインが、上記混合か焼炉および／または上記過熱炉から排出された上記セメント原料の一部を、上記第１のプレヒータまたは上記セメントキルンに戻すように配管されていることを特徴とするものである。   Here, in the invention described in claim 6, in the return line, a part of the cement raw material discharged from the mixing / calcining furnace and / or the superheating furnace is transferred to the first preheater or the cement kiln. It is characterized by being piped back.

また、請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、上記第１のプレヒータから独立して設けられて他のセメント原料を予熱する第２のプレヒータと、この第２のプレヒータで予熱されたか焼前の上記他のセメント原料を上記混合か焼炉に供給する移送管とを備え、かつ上記混合か焼炉からの上記ＣＯ2ガス排気管が、上記第２のプレヒータの熱源として導入されていることを特徴とするものである。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the second preheater according to the fifth or sixth aspect, wherein the second preheater is provided independently of the first preheater and preheats another cement raw material. A transfer pipe for supplying the other cement raw material preheated by the preheater to the mixing / calcining furnace, and the CO 2 gas exhaust pipe from the mixing / calcining furnace includes the second preheater. It is characterized by being introduced as a heat source.

請求項１〜４に記載の回収方法および請求項５〜７に記載の回収設備においては、第１のプレヒータから抜き出したか焼前のセメント原料を、過熱炉においてか焼温度以上に過熱した後に混合か焼炉に供給して、当該混合か焼炉内において新たに供給される上記か焼前のセメント原料と混合しつつか焼温度以上に保持することにより、か焼前のセメント原料がか焼される。   In the recovery method according to claims 1 to 4 and the recovery equipment according to claims 5 to 7, the cement material before calcination extracted from the first preheater is mixed after being heated to a temperature equal to or higher than the calcination temperature in a superheated furnace. The cement raw material before calcination is calcined by supplying it to the calcination furnace and maintaining it at the calcination temperature or higher while mixing with the cement raw material before calcination newly supplied in the mixing calcination furnace. Is done.

この結果、上記混合か焼炉内は、セメント原料のか焼によって発生したＣＯ2ガスで満たされ、当該ＣＯ2ガス濃度が略１００％になる。このように、上記回収方法または回収設備によれば、上記混合か焼炉から略１００％の濃度のＣＯ2ガスをＣＯ2ガス排気管から回収することができる。 As a result, the inside of the mixing calcination furnace is filled with CO 2 gas generated by calcination of the cement raw material, and the CO 2 gas concentration becomes approximately 100%. Thus, according to the recovery method or recovery facility, CO 2 gas having a concentration of approximately 100% can be recovered from the CO 2 gas exhaust pipe from the mixing / calcining furnace.

また、特に請求項４または請求項７に記載の発明においては、上記混合か焼炉内で発生した高温のＣＯ2ガスを、第１のプレヒータから独立した第２のプレヒータに送ってセメント原料の予熱に利用した後に、そのまま排ガス管から回収することができる。 In particular, in the invention described in claim 4 or claim 7, the high-temperature CO 2 gas generated in the mixing calciner is sent to a second preheater independent of the first preheater, After being used for preheating, it can be recovered from the exhaust gas pipe as it is.

この際に、上記混合か焼炉内は、１００％近い高濃度のＣＯ2ガス雰囲気下になるために、セメント原料のか焼温度は高くなるが、セメント原料中には、石灰石（ＣａＣＯ3）とともに粘土、珪石および酸化鉄原料、すなわちＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＦｅ2Ｏ3が含まれている。 At this time, since the inside of the mixing calcination furnace is in a CO 2 gas atmosphere having a high concentration of nearly 100%, the calcination temperature of the cement raw material becomes high, but the cement raw material contains limestone (CaCO 3 ). Clay, silica and iron oxide raw materials are included, namely SiO 2 , Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 .

そして、上記セメント原料は、８００〜９００℃程度の温度雰囲気下において、
２ＣａＣＯ3＋ＳｉＯ2→２ＣａＯ・ＳｉＯ2＋２ＣＯ2↑ （１）
２ＣａＣＯ3＋Ｆｅ2Ｏ3→２ＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3＋２ＣＯ2↑ （２）
ＣａＣＯ3＋Ａｌ2Ｏ3→ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3＋ＣＯ2↑ （３）
で示される反応が生じ、最終的にセメントクリンカを構成する珪酸カルシウム化合物であるエーライト（３ＣａＯ・ＳｉＯ2）およびビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ2）並びに間隙相であるアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3）およびフェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3）が生成されることになる。 And the said cement raw material is in the temperature atmosphere of about 800-900 degreeC,
2CaCO 3 + SiO 2 → 2CaO · SiO 2 + 2CO 2 ↑ (1)
2CaCO 3 + Fe 2 O 3 → 2CaO · Fe 2 O 3 + 2CO 2 ↑ (2)
CaCO 3 + Al 2 O 3 → CaO · Al 2 O 3 + CO 2 ↑ (3)
In reaction occurs as shown, ultimately alite (3CaO · SiO 2) is a calcium silicate compound forming the cement clinker and belite (2CaO · SiO 2) and aluminate phase is interstitial phase (3CaO · Al 2 O 3 ) and a ferrite phase (4CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 ) are produced.

この際に、図５に示す上記（１）式の反応温度のグラフ、図６に示す上記（２）式の反応温度のグラフおよび図７に示す上記（３）式の反応温度のグラフに見られるように、縦軸に示したＣＯ2ガスの分圧が高くなった場合においても、より低い温度で上記反応を生じさせることができる。 At this time, the reaction temperature graph of the above formula (1) shown in FIG. 5, the reaction temperature graph of the above formula (2) shown in FIG. 6, and the reaction temperature graph of the above formula (3) shown in FIG. As described above, even when the partial pressure of the CO 2 gas shown on the vertical axis increases, the above reaction can be caused at a lower temperature.

さらに、上記セメント原料においては、上記（１）〜（３）式で示す反応が生じることに加えて、珪石、粘土等の石灰石以外の原料から持ち込まれるＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3やその他の微量成分が鉱化剤となり、炭酸カルシウムの熱分解が促進されるために、図８に見られるように、炭酸カルシウム単独の場合と比較して、熱分解の開始温度および終了温度共に低下する。なお、図８は、上記セメント原料（ｆｅｅｄ）のサンプルおよび石灰石（ＣａＣＯ3）単独のサンプルを、それぞれ一般的なセメント製造設備における加熱速度に近い１０Ｋ／ｓｅｃの速度で加熱した際の重量の変化から、上記熱分解の推移を確認したものである。 Furthermore, in the cement raw material, in addition to the reactions shown in the above formulas (1) to (3), SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O brought from raw materials other than limestone such as silica and clay Since 3 and other trace components become mineralizers and the thermal decomposition of calcium carbonate is promoted, as shown in FIG. 8, the thermal decomposition start temperature and end temperature are compared with the case of calcium carbonate alone. Both decline. FIG. 8 shows the change in weight when the sample of the above-mentioned cement raw material (feed) and the sample of limestone (CaCO 3 ) alone are heated at a rate of 10 K / sec, which is close to the heating rate in a general cement production facility. From this, the transition of the thermal decomposition was confirmed.

以上のことから、本発明によれば、過熱炉における運転温度（過熱温度）を低下させても、所望のＣＯ2ガスの回収量を確保することができ、よって設備の熱負荷やコーチングトラブル等を低減させることが可能になる。 From the above, according to the present invention, even if the operating temperature (superheat temperature) in the superheated furnace is lowered, a desired amount of CO 2 gas can be recovered, so that the heat load of the equipment, the coaching trouble, etc. Can be reduced.

また、混合か焼炉に導入されるか焼前のセメント原料は、通常のセメント製造プロセスと同様にしてセメント製造設備における第１のプレヒータにより予熱されているとともに、請求項４または７に記載の発明における他のセメント原料は、第２のプレヒータにおいて混合か焼炉から排出される高温のＣＯ2ガスにより予熱されている。 The cement raw material before calcination introduced into the mixing calcination furnace is preheated by a first preheater in a cement production facility in the same manner as in a normal cement production process, and further according to claim 4 or 7. The other cement raw material in the invention is preheated by the high-temperature CO 2 gas discharged from the mixing calciner in the second preheater.

さらに、か焼された高温のセメント原料の一部を混合か焼炉および過熱炉間において循環使用しているために、混合か焼炉において大きな熱量を確保することができるとともに、既存のセメント製造設備に対して新たな熱エネルギーを加えることなく、か焼時に発生する原料起源のＣＯ2を、選択的に高濃度で回収することができる。 In addition, since a part of the calcined high-temperature cement raw material is recycled between the mixing calciner and the superheated furnace, a large amount of heat can be secured in the mixed calcining furnace and the existing cement production Without adding new thermal energy to the equipment, CO 2 originating from the raw material generated during calcination can be selectively recovered at a high concentration.

加えて、請求項３に記載の発明のように、過熱炉においてか焼されたセメント原料の一部をセメントキルンに戻すようにすれば、当該過熱炉から排出されたか焼後のセメント原料は、混合か焼炉から排出されたセメント原料よりも高温であるために、セメントキルンにおいて焼成に要する燃料を削減することができる。この結果、セメントキルンとして、従来よりも長さ寸法の短いロータリーキルンや、流動層、噴流層を用いることができ、一層の省空間化、省設備コスト化あるいは省エネルギー化を図ることも可能になる。   In addition, if a part of the cement raw material calcined in the superheated furnace is returned to the cement kiln as in the invention described in claim 3, the cement raw material after calcined discharged from the superheated furnace is Since the temperature is higher than the cement raw material discharged from the mixing / calcining furnace, the fuel required for firing in the cement kiln can be reduced. As a result, a rotary kiln, a fluidized bed, and a spouted bed that have a shorter length than conventional ones can be used as the cement kiln, and further space saving, equipment cost saving, and energy saving can be achieved.

また、特に請求項４または７に記載の発明においては、ＣＯ2ガスが発生する際に生じる熱量を、上記他のセメント原料の予熱に利用することにより、混合か焼炉における熱分解に有効活用することもできる。 In particular, in the invention described in claim 4 or 7, the amount of heat generated when CO 2 gas is generated is used for preheating of the other cement raw material, so that it can be effectively utilized for thermal decomposition in a mixing calciner. You can also

本発明に係るＣＯ2ガスの回収設備の第１の実施形態を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating a first embodiment of a CO 2 gas recovery facility according to the present invention. 図１に示した第１の実施形態の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of 1st Embodiment shown in FIG. 図１に示した第１の実施形態の他の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other modification of 1st Embodiment shown in FIG. 本発明に係るＣＯ2ガスの回収設備の第２の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic diagram showing a second embodiment of the recovery facility in the CO 2 gas in accordance with the present invention. 雰囲気中ＣＯ2濃度と（１）式で示した反応温度との関係を示すグラフである。Is a graph showing the relationship between the reaction temperatures shown in the CO 2 concentration in the atmosphere (1). 雰囲気中ＣＯ2濃度と（２）式で示した反応温度との関係を示すグラフである。Is a graph showing the relationship between the reaction temperatures shown in the CO 2 concentration in the atmosphere (2). 雰囲気中ＣＯ2濃度と（３）式で示した反応温度との関係を示すグラフである。Is a graph showing the relationship between the reaction temperatures shown in the CO 2 concentration in the atmosphere (3). ＣＯ2雰囲気下におけるセメント原料と石灰石単独との焼成開始温度および終了温度の相違を示すグラフである。It is a graph showing the difference in sintering start temperature and end temperature of the cement material and limestone alone in CO 2 atmosphere. 図１に示したＣＯ2の回収設備について行ったプロセスシミュレーションの結果を示す図である。Is a diagram showing the results of process simulation performed for the recovery facility CO 2 shown in FIG. 一般的なセメント製造設備を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows a general cement manufacturing equipment. 雰囲気中のＣＯ2濃度と石灰石のか焼温度との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the calcining temperature of the CO 2 concentration and the limestone in the atmosphere.

（実施の形態１）
図１は、本発明に係るセメント製造設備おけるＣＯ2ガスの回収設備の第１の実施形態を示すもので、セメント製造設備の構成については、図１０に示したものと同一であるために、同一符号を付してその説明を簡略化する。
図１において、符号１０は、セメント製造設備のプレヒータ（第１のプレヒータ）３とは独立して設けられた第２のプレヒータである。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows a first embodiment of a CO 2 gas recovery facility in a cement manufacturing facility according to the present invention, and the configuration of the cement manufacturing facility is the same as that shown in FIG. The same reference numerals are assigned to simplify the description.
In FIG. 1, the code | symbol 10 is the 2nd preheater provided independently from the preheater (1st preheater) 3 of a cement manufacturing equipment.

この第２のプレヒータ１０は、上記プレヒータ３と同様に、上下方向に直列的に配置された複数段のサイクロンによって構成されており、最上段のサイクロンに供給ライン１１からセメント原料が供給されるようになっている。そして、第２のプレヒータ１０の最下段のサイクロンの底部には、移送管１０ａの上端が接続されるとともに、この移送管１０ａの下端部が混合か焼炉１２に導入されている。   Like the preheater 3, the second preheater 10 is composed of a plurality of cyclones arranged in series in the vertical direction so that the cement raw material is supplied from the supply line 11 to the uppermost cyclone. It has become. And the upper end of the transfer pipe 10a is connected to the bottom of the lowermost cyclone of the second preheater 10, and the lower end of the transfer pipe 10a is introduced into the mixing or firing furnace 12.

他方、上記セメント製造設備のプレヒータ３においては、最下段のサイクロンからか焼前のセメント原料を抜き出す抜出ライン１３が設けられ、この抜出ライン１３の先端部が第２のプレヒータ１０からの移送管１０ａに接続されている。これにより、第２のプレヒータ１０からのか焼前のセメント原料と、プレヒータ３からのか焼前のセメント原料とが、混合か焼炉１２内に導入されるようになっている。なお、抜出ライン１３の中間部には、図示されない仮焼率調整用の分配弁を介して上記セメント原料の一部を従来と同様にロータリーキルン１の窯尻部分２へと供給する移送管３ａが接続されている。   On the other hand, in the preheater 3 of the cement production facility, an extraction line 13 for extracting the cement raw material before calcination from the lowest cyclone is provided, and the leading end of the extraction line 13 is transferred from the second preheater 10. Connected to the tube 10a. As a result, the cement raw material before calcination from the second preheater 10 and the cement raw material before calcination from the preheater 3 are introduced into the mixing / calcining furnace 12. In addition, a transfer pipe 3a for supplying a part of the cement raw material to the kiln bottom portion 2 of the rotary kiln 1 through a distribution valve for adjusting the calcination rate (not shown) is provided in the middle portion of the extraction line 13. Is connected.

混合か焼炉１２は、例えば流動床式、ロータリーキルン式、充填層式等の粉体混合炉であり、その底部には、混合されたセメント原料を抜き出す排出管１２ａが接続されている。そして、この排出管１２ａは枝配管され、一方が過熱ライン１４とされて過熱炉１５へ接続されると共に、他方が戻りライン１６とされてロータリーキルン１の窯尻部分２に接続されている。ここで、排出管１２ａと過熱ライン１４および戻りライン１６との分岐部には、図示されない分配弁が介装されており、本実施形態においては、過熱ライン１４への流量が戻りライン１６への流量より多く（例えば流量比が４：１に）なるように設定されている。   The mixing / calcining furnace 12 is a powder mixing furnace such as a fluidized bed type, a rotary kiln type, or a packed bed type, for example, and a discharge pipe 12a for extracting the mixed cement raw material is connected to the bottom part thereof. The discharge pipe 12a is branched, and one is a superheat line 14 and is connected to the superheat furnace 15, and the other is a return line 16 and is connected to the kiln bottom part 2 of the rotary kiln 1. Here, a distribution valve (not shown) is interposed at a branch portion between the discharge pipe 12a, the superheat line 14, and the return line 16, and in this embodiment, the flow rate to the superheat line 14 is reduced to the return line 16. The flow rate is set to be larger than the flow rate (for example, the flow rate ratio is 4: 1).

上記過熱炉１５は、内部に送られてくる上記セメント原料を、クリンカクーラ６からの抽気を燃焼用空気とするバーナ１７の燃焼によって当該セメント原料をか焼温度以上に過熱するためのものである。この過熱炉１５は、既存の仮焼炉を改造して用いることも可能である。そして、この過熱炉１５の排出側には、バーナ１７における燃焼によって発生した排ガスと上記セメント原料とを排気する排気管１８と、この排気管１８が接続されて排ガス中からセメント原料を分離するサイクロン１９と、このサイクロン１９で分離された上記セメント原料を再び混合か焼炉１２へと戻す戻り管２０とからなる循環ラインが設けられている。   The superheating furnace 15 is for superheating the cement raw material sent to the interior to a temperature equal to or higher than the calcination temperature by combustion of a burner 17 using the extraction air from the clinker cooler 6 as combustion air. . The superheating furnace 15 can be used by modifying an existing calcining furnace. An exhaust pipe 18 for exhausting the exhaust gas generated by combustion in the burner 17 and the cement raw material is connected to the discharge side of the superheated furnace 15, and a cyclone for connecting the exhaust pipe 18 to separate the cement raw material from the exhaust gas. There is provided a circulation line comprising 19 and a return pipe 20 for returning the cement raw material separated by the cyclone 19 to the mixing or firing furnace 12 again.

他方、サイクロン１９において分離された排ガスを排出する排ガス管２１は、ロータリーキルン１からの排ガス管３ｂに接続されている。なお、上記過熱炉１５内は、１１００℃程度の高温に保持する必要があるのに対して、ロータリーキルン１からの排ガスは、１１００〜１２００℃の温度であるために、当該ロータリーキルン１からの排ガスの全量または一定量を、過熱炉１５内に導入して、再び排ガス管２１からプレヒータ３へと送るようにすれば、上記排ガスを有効利用することができる。   On the other hand, the exhaust gas pipe 21 for discharging the exhaust gas separated in the cyclone 19 is connected to the exhaust gas pipe 3 b from the rotary kiln 1. The superheated furnace 15 needs to be maintained at a high temperature of about 1100 ° C., whereas the exhaust gas from the rotary kiln 1 has a temperature of 1100 to 1200 ° C. If the entire amount or a constant amount is introduced into the superheating furnace 15 and sent again from the exhaust gas pipe 21 to the preheater 3, the exhaust gas can be used effectively.

さらに、混合か焼炉１２には、内部で生成したＣＯ2ガスを排出するためのＣＯ2排気管２２が接続されるとともに、このＣＯ2排気管２２が、第２のプレヒータ１０における加熱媒体として導入されている。なお、図中符号２３は、ＣＯ2ガスの排気ファンであり、符号２４は、ＣＯ2ガスの排気ラインである。 Further, a CO 2 exhaust pipe 22 for discharging CO 2 gas generated inside is connected to the mixing / calcining furnace 12, and this CO 2 exhaust pipe 22 is used as a heating medium in the second preheater 10. Has been introduced. Reference numeral 23 in the figure denotes a CO 2 gas exhaust fan, and reference numeral 24 denotes a CO 2 gas exhaust line.

ちなみに、混合か焼炉１２として、流動床式のものを用いた場合には、当該混合か焼炉１２から排出されたＣＯ2ガスを、ＣＯ2排気管２２や排気ライン２４から抜き出して、再び混合か焼炉１２に循環供給して使用することもできる。 Incidentally, when a fluidized bed type is used as the mixing / calcining furnace 12, the CO 2 gas discharged from the mixing / calcining furnace 12 is extracted from the CO 2 exhaust pipe 22 and the exhaust line 24, and again. It can also be used by being circulated and fed to the mixing / calcining furnace 12.

次いで、図２は、上記第１の実施形態の変形例を示すもので、このセメント製造設備おけるＣＯ2ガスの回収設備においては、混合か焼炉１２から、か焼されたセメント原料の一部をロータリーキルン１に戻す戻りライン１６に加えて、過熱炉１５から排出されてサイクロン１９により分離された、か焼されたセメント原料の一部をロータリーキルン１に戻す戻りライン３０が設けられている。 Next, FIG. 2 shows a modification of the first embodiment. In the CO 2 gas recovery facility in this cement manufacturing facility, a part of the cement raw material calcined from the mixing / calcining furnace 12 is shown. In addition to the return line 16 for returning the raw material to the rotary kiln 1, a return line 30 for returning a part of the calcined cement raw material discharged from the superheating furnace 15 and separated by the cyclone 19 to the rotary kiln 1 is provided.

さらに、図３に示す他の変形例においては、上記戻りライン１６が設けられておらず、過熱炉１５から排出されてサイクロン１９により分離された、か焼されたセメント原料の一部をロータリーキルン１に戻す戻りライン３０のみが設けられている。   Further, in another modification shown in FIG. 3, the return line 16 is not provided, and a part of the calcined cement raw material discharged from the superheating furnace 15 and separated by the cyclone 19 is used in the rotary kiln 1. Only the return line 30 is provided to return.

（第２の実施形態）
図４は、本発明に係るＣＯ2ガスの回収設備の第２の実施形態を示すもので、図１に示したものと同一構成部分については、同様に同一符号を付してその説明を簡略化する。
この回収設備は、図１０に示した既存のセメント設備をそのまま活用するとともに、当該セメント製造設備に上記回収設備を増設したものである。 (Second Embodiment)
FIG. 4 shows a second embodiment of the CO 2 gas recovery facility according to the present invention, and the same components as those shown in FIG. Turn into.
This recovery facility uses the existing cement facility shown in FIG. 10 as it is and adds the recovery facility to the cement manufacturing facility.

すなわち、この回収設備においては、プレヒータ３の下から２段目のサイクロンから仮焼炉７へとセメント原料を送る移送管３ｃに、上述したセメント製造設備のプレヒータ３から混合か焼炉１２へとセメント原料を送る抜出ライン１３が枝配管されている。これにより、プレヒータ３において予熱されたか焼前のセメント原料が、混合か焼炉１２へ導入されるようになっている。   That is, in this recovery facility, from the preheater 3 to the mixing / calcining furnace 12 from the preheater 3 of the cement production facility described above, to the transfer pipe 3c for sending the cement raw material from the second-stage cyclone from the bottom of the preheater 3 to the calcining furnace 7. An extraction line 13 for sending the cement raw material is branched. Thereby, the pre-calcination cement raw material preheated in the preheater 3 is introduced into the mixing / calcining furnace 12.

次に、上記第１および第２の実施形態に示したＣＯ2ガスの回収設備を用いた本発明に係るＣＯ2ガスの回収方法の一実施形態について説明する。
先ずセメント原料を、供給管４、１１から各々プレヒータ３、第２のプレヒータ１０の最上段のサイクロンに供給する。 Next, one embodiment of a method for recovering CO 2 gas in accordance with the present invention using a CO 2 gas recovery facility shown in the first and second embodiments.
First, the cement raw material is supplied from the supply pipes 4 and 11 to the uppermost cyclone of the preheater 3 and the second preheater 10, respectively.

すると、プレヒータ３においては、順次下方のサイクロンへと送られる過程で、従来と同様にロータリーキルン１から排ガス管３ｂを介して供給される排ガスによって予熱される。そして、か焼温度に達する前（例えば、約７５０℃）まで予熱された上記セメント原料が、抜出ライン１３から混合か焼炉１２へと供給されてゆく。   Then, the preheater 3 is preheated by the exhaust gas supplied from the rotary kiln 1 through the exhaust gas pipe 3b in the process of being sequentially sent to the lower cyclone. Then, the cement raw material preheated before reaching the calcination temperature (for example, about 750 ° C.) is supplied from the extraction line 13 to the mixing / calcination furnace 12.

他方、第２のプレヒータ１０に供給されたセメント原料は、後述する混合か焼炉１２から排出された高濃度かつ高温のＣＯ2ガスによって予熱され、最終的にか焼温度に達する前（例えば、約７５０℃）まで予熱されて混合か焼炉１２へと供給されてゆく。 On the other hand, the cement raw material supplied to the second preheater 10 is preheated by high-concentration and high-temperature CO 2 gas discharged from the mixing / calcining furnace 12 described later, and finally reaches the calcination temperature (for example, It is preheated to about 750 ° C. and supplied to the mixing or firing furnace 12.

そして、この混合か焼炉１２に供給されたセメント原料は、過熱ライン１４から過熱炉１５に送られ、ここでバーナ１７によってか焼温度以上（例えば、約１１００℃）に過熱された後に、排気管１８から排出されてサイクロン１９において固気分離され、セメント原料については、戻り管２０から混合か焼炉１２へと戻される。   The cement raw material supplied to the mixing / calcining furnace 12 is sent from the superheating line 14 to the superheating furnace 15, where it is heated by the burner 17 to a temperature equal to or higher than the calcining temperature (for example, about 1100 ° C.), and then exhausted. It is discharged from the pipe 18 and separated into solid and gas in the cyclone 19, and the cement raw material is returned from the return pipe 20 to the mixing or firing furnace 12.

この結果、混合か焼炉１２内においては、過熱されたセメント原料と、移送管１０ａおよび抜出ライン１３から供給されたか焼前のセメント原料が混合されて、内部雰囲気がか焼温度以上（例えば、９００℃）に保持され、これによりか焼前のセメント原料がか焼される。そして、この混合か焼炉１２においてか焼されたセメント原料の多くが、再び過熱炉１５へと循環供給される。   As a result, in the mixing / calcining furnace 12, the superheated cement raw material and the cement raw material before calcination supplied from the transfer pipe 10a and the extraction line 13 are mixed, and the internal atmosphere is equal to or higher than the calcination temperature (for example, , 900 ° C.), whereby the cement raw material before calcination is calcined. Then, most of the cement raw material calcined in the mixing / calcining furnace 12 is circulated and supplied to the superheating furnace 15 again.

他方、図１および図４に示した第１および第２の実施の形態においては、混合か焼炉１２においてか焼されたセメント原料の一部は、戻りライン１６からロータリーキルン１の窯尻部分２へと戻され、最終的にロータリーキルン１内で焼成される。
また、図２に示した第１の実施形態の変形例においては、混合か焼炉１２においてか焼されたセメント原料の全量または一部が、過熱ライン１４から過熱炉１５に送られ、過熱炉１５においてか焼されたセメント原料の一部が、戻りライン３０からロータリーキルン１の窯尻部分２へと戻されて最終的にロータリーキルン１内で焼成される。 On the other hand, in the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 4, a part of the cement raw material calcined in the mixing / calcining furnace 12 is supplied from the return line 16 to the kiln bottom part 2 of the rotary kiln 1. And finally fired in the rotary kiln 1.
In the modification of the first embodiment shown in FIG. 2, the whole or part of the cement raw material calcined in the mixing / calcining furnace 12 is sent from the superheating line 14 to the superheating furnace 15, and the superheating furnace. A part of the cement raw material calcined at 15 is returned from the return line 30 to the kiln bottom part 2 of the rotary kiln 1 and finally fired in the rotary kiln 1.

さらに、図３に示したその他の変形例においては、混合か焼炉１２においてか焼されたセメント原料の全量が、過熱ライン１４から過熱炉１５に送られ、過熱炉１５においてか焼されたセメント原料の一部が、戻りライン３０からロータリーキルン１の窯尻部分２へと戻され、最終的にロータリーキルン１内で焼成される。   Further, in the other modification shown in FIG. 3, the entire amount of the cement raw material calcined in the mixing / calcining furnace 12 is sent from the superheating line 14 to the superheating furnace 15 and calcined in the superheating furnace 15. A part of the raw material is returned from the return line 30 to the kiln bottom part 2 of the rotary kiln 1 and finally baked in the rotary kiln 1.

他方、過熱炉１５内で発生したＣＯ2ガスを含む排ガスは、排ガス管２１からロータリーキルン１の排ガス管３ｂへと送られ、ロータリーキルン１からの排ガスと共にプレヒータ３の熱媒体として利用される。 On the other hand, the exhaust gas containing CO 2 gas generated in the superheated furnace 15 is sent from the exhaust gas pipe 21 to the exhaust gas pipe 3 b of the rotary kiln 1 and used as a heat medium for the preheater 3 together with the exhaust gas from the rotary kiln 1.

これに対して、混合か焼炉１２内は、上記セメント原料のか焼によって発生したＣＯ2によって満たされるために、ＣＯ2排気管２２からは、略１００％の濃度の高温のＣＯ2ガスが、第２のプレヒータ１０における過熱媒体として導入される。この結果、ＣＯ2ガスの排気ライン２４から、原料起源による略１００％の濃度のＣＯ2ガスを回収することができる。 On the other hand, since the inside of the mixing calcination furnace 12 is filled with CO 2 generated by calcination of the cement raw material, high-temperature CO 2 gas having a concentration of about 100% is supplied from the CO 2 exhaust pipe 22. It is introduced as a superheating medium in the second preheater 10. As a result, it is possible to recover approximately 100% concentration of CO 2 gas originating from the raw material from the CO 2 gas exhaust line 24.

このように、上記セメント製造設備におけるＣＯ2ガスの回収方法および回収設備によれば、過熱炉１５におけるバーナ１７の熱量は、従来仮焼炉において消費されていた熱量に相当するために、新たな付加エネルギーを必要とすることなく、上記セメント設備における熱源を有効活用して、当該セメント設備において発生するＣＯ2ガスのうちの半分以上を占める原料起源によるＣＯ2ガスを、１００％に近い高い濃度で回収することができる。 Thus, according to the CO 2 gas recovery method and recovery facility in the cement manufacturing facility, the amount of heat of the burner 17 in the superheating furnace 15 corresponds to the amount of heat consumed in the conventional calcining furnace. without requiring additional energy, by effectively utilizing the heat source in the cement facility, the CO 2 gas by feed origin account for more than half of the CO 2 gas generated in the cement equipment, high close to 100% strength Can be recovered.

加えて、図２または図３に示したセメント製造設備におけるＣＯ2ガスの回収方法および回収設備によれば、過熱炉１５においてか焼されたセメント原料の一部を、戻りライン３０からロータリーキルン１に戻しているために、図１に示したものよりも高温にか焼されたセメント原料をロータリーキルン１に戻すことができる。このため、ロータリーキルン１において焼成に要する燃料を削減することができ、よって従来よりも長さ寸法の短いロータリーキルン１を用いることができるとともに、さらにロータリーキルン１に代えて流動層、噴流層を用いることができ、一層の省空間化、省設備コスト化あるいは省エネルギー化を図ることも可能になる。 In addition, according to the CO 2 gas recovery method and recovery facility in the cement manufacturing facility shown in FIG. 2 or FIG. 3, a part of the cement raw material calcined in the superheated furnace 15 is transferred from the return line 30 to the rotary kiln 1. Therefore, the cement raw material calcined at a higher temperature than that shown in FIG. 1 can be returned to the rotary kiln 1. For this reason, the fuel required for firing in the rotary kiln 1 can be reduced, so that the rotary kiln 1 having a shorter length than the conventional one can be used, and a fluidized bed and a spouted bed can be used instead of the rotary kiln 1. In addition, further space saving, equipment cost saving or energy saving can be achieved.

（実施例）
図１に示したセメント製造設備おけるＣＯ2ガスの回収設備について、プロセスシミュレーションを行った。図９は、その結果を示すものである。
ここで、プロセスシミュレーションとは、主に化学工学プラントにおける複数の単位操作を数学モデル化してプラント全体を表現し、繰り返し計算によって各所の物質流量、温度、圧力等を算出するものである。 (Example)
A process simulation was performed on the CO 2 gas recovery facility in the cement manufacturing facility shown in FIG. FIG. 9 shows the result.
Here, the process simulation mainly expresses the whole plant by mathematically modeling a plurality of unit operations in the chemical engineering plant, and calculates the material flow rate, temperature, pressure, etc. at each place by repeated calculation.

本実施例においては、平衡計算モデルの他、流路を所定の割合で分割する流量分割モデル、熱流を流路の入出力の温度差に変換するヒーターモデル、複数の分割された流路に各化学種を設定した割合で割り振るセパレーターモデル等を使用して、ロータリーキルン１、プレヒータ３、クリンカクーラ６、混合か焼炉１２，過熱炉１５等をモデル化した。   In this embodiment, in addition to the equilibrium calculation model, a flow rate division model that divides the flow path at a predetermined ratio, a heater model that converts the heat flow into a temperature difference between the input and output of the flow path, and a plurality of divided flow paths A rotary kiln 1, a preheater 3, a clinker cooler 6, a mixing calciner 12, a superheated furnace 15, and the like were modeled using a separator model that allocates chemical species at a set ratio.

このモデル化にあたって、第１のプレヒータ３と第２のプレヒータ１０の各サイクロンでの熱交換では原料温度と排ガス温度とが等しくなるとした他、集塵効率を考慮した。また、最下段のサイクロンや混合か焼炉１２における石灰石の熱分解量は、平衡計算をベースに決定されるものとした。また、過熱炉１５の燃料量とロータリーキルン１の主バーナ５の燃料量は、それぞれ過熱炉１５の出口温度とロータリーキルン１の出口のクリンカ温度が所定の温度となるように調整するとともに、過熱炉１５や主バーナ５の必要空気量は、それぞれ過熱炉１５やロータリーキルン１の出口の酸素濃度が所定の値となるように決定した。さらに、クリンカクーラ６の熱回収率を一定とした。   In this modeling, in the heat exchange in each cyclone of the first preheater 3 and the second preheater 10, the raw material temperature and the exhaust gas temperature are made equal, and the dust collection efficiency is considered. Further, the thermal decomposition amount of limestone in the lowermost cyclone and the mixing calciner 12 is determined based on the equilibrium calculation. The amount of fuel in the superheater 15 and the amount of fuel in the main burner 5 of the rotary kiln 1 are adjusted so that the outlet temperature of the superheater 15 and the clinker temperature at the outlet of the rotary kiln 1 become predetermined temperatures, respectively. The required air amount of the main burner 5 was determined so that the oxygen concentration at the outlet of the superheater 15 and the rotary kiln 1 would be a predetermined value. Furthermore, the heat recovery rate of the clinker cooler 6 was made constant.

このような解析条件の下で、混合か焼炉１２でか焼されたセメント原料を、ロータリーキルンに１、過熱炉１５に４の割合で割り振ったところ、過熱炉１５と主バーナ５に供給された燃料の熱量原単位は、クリンカ１ｋｇ当たり７１２ｋｃａｌであり、一般的なセメント製造プロセスと同等の値となった。   Under such analysis conditions, the cement raw material calcined in the mixed calciner 12 was allocated to the rotary kiln at a rate of 1 and to the superheater 15 at a rate of 4 and supplied to the superheater 15 and the main burner 5. The calorific value of the fuel was 712 kcal per kg of clinker, which was a value equivalent to a general cement manufacturing process.

また、第２のプレヒータ１０からは、ＣＯ2が１００％の濃度で回収され、その量は焼成されるクリンカ１ｋｇ当たり０．２３４ｋｇであって、プレヒータ３から排出されるＣＯ2を含めた全ＣＯ2排出量の２９．２％に相当する。 Further, CO 2 is recovered from the second preheater 10 at a concentration of 100%, and the amount is 0.234 kg per 1 kg of the clinker to be fired, and the total CO including CO 2 discharged from the preheater 3 is used. 2 Equivalent to 29.2% of emissions.

したがって、本発明によれば、回収された濃度１００％のＣＯ2を、熱源として第２のプレヒータ１０において有効利用した後に回収することができ、よってセメント製造設備から排出されるＣＯ2の総排出量を、２９．２％削減し得ることが確認できた。また、ＣＯ2濃度が低いために有効利用が困難なプレヒータ３等から排出される燃料起源のＣＯ2は、クリンカ１ｋｇ当たり０．５６６ｋｇ（濃度２７．９％）と、通常のセメント製造プロセスから排出される値と比較して少なく、実質的なＣＯ2の排出量も削減されていることが確認できた。 Therefore, according to the present invention, the collected CO 2 having a concentration of 100% can be recovered after being effectively used as the heat source in the second preheater 10, and thus the total emission of CO 2 discharged from the cement manufacturing facility. It was confirmed that the amount could be reduced by 29.2%. Moreover, CO 2 fuel origin is effectively utilized for the CO 2 concentration is low and is discharged from the difficult preheater 3 mag, and 0.566kg per clinker 1 kg (concentration 27.9%), discharged from a normal cement manufacturing process It was confirmed that the substantial amount of CO 2 emission was also reduced.

１ ロータリーキルン（セメントキルン）
３ プレヒータ（第１のプレヒータ）
１０ 第２のプレヒータ
１０ａ 移送管
１２ 混合か焼炉
１３ 抜出ライン
１４ 過熱ライン
１５ 過熱炉
１６、３０ 戻りライン
１８ 排気管
１９ サイクロン
２０ 戻り管
２２ ＣＯ2ガス排気管 1 Rotary kiln (cement kiln)
3 Preheater (first preheater)
10 second preheater 10a transfer tube 12 mixed calciner 13 discharge line 14 superheated line 15 superheating furnace 16, 30 return line 18 exhaust pipe 19 cyclone 20 return pipe 22 CO 2 gas exhaust pipe

Claims (7)

セメント原料を、第１のプレヒータで予熱した後に、内部が高温雰囲気に保持されたセメントキルンに供給して焼成するセメント製造設備において発生するＣＯ2ガスを回収するための方法であって、
上記第１のプレヒータから抜き出されたか焼前の上記セメント原料を、過熱炉においてか焼温度以上に過熱した後に、混合か焼炉に供給して上記第１のプレヒータから抜き出されて当該混合か焼炉に供給される新たなか焼前の上記セメント原料と混合することにより、当該混合か焼炉内をか焼温度以上に保持して上記か焼前の上記セメント原料をか焼した後に、か焼された上記セメント原料を再び上記過熱炉に戻して上記混合か焼炉へ循環させる工程を繰り返すことにより、上記混合か焼炉内において発生したＣＯ2ガスを回収するとともに、上記か焼された上記セメント原料の一部を、上記セメントキルンに供給することを特徴とするセメント製造設備におけるＣＯ2ガスの回収方法。 A method for recovering CO 2 gas generated in a cement manufacturing facility in which a cement raw material is preheated by a first preheater and then supplied to a cement kiln maintained in a high-temperature atmosphere and fired.
The cement raw material before calcination extracted from the first preheater is heated to a temperature equal to or higher than the calcination temperature in a superheating furnace, and then supplied to the mixing calcination furnace and extracted from the first preheater. After mixing the cement raw material before calcination supplied to the calcination furnace with the above-mentioned cement raw material before calcination while keeping the mixing calcination furnace at the calcination temperature or higher, By repeating the process of returning the calcined cement raw material back to the superheating furnace and circulating it to the mixing / calcining furnace, the CO 2 gas generated in the mixing / calcining furnace is recovered and calcined. A method for recovering CO 2 gas in a cement manufacturing facility, wherein a part of the cement raw material is supplied to the cement kiln. 上記混合か焼炉においてか焼された上記セメント原料の一部を、上記セメントキルンに供給することを特徴とする請求項１に記載のセメント製造設備におけるＣＯ2ガスの回収方法。 The method for recovering CO 2 gas in a cement production facility according to claim 1, wherein a part of the cement raw material calcined in the mixing calciner is supplied to the cement kiln. 上記過熱炉においてか焼された上記セメント原料の一部を、上記セメントキルンに供給することを特徴とする請求項１または２に記載のセメント製造設備におけるＣＯ2ガスの回収方法。 The method for recovering CO 2 gas in a cement production facility according to claim 1 or 2, wherein a part of the cement raw material calcined in the superheated furnace is supplied to the cement kiln. 上記第１のプレヒータから抜き出されたか焼前の上記セメント原料と、上記第１のプレヒータから独立した第２のプレヒータで予熱されたか焼前の他のセメント原料とを、上記混合か焼炉に供給するとともに、上記混合か焼炉内において発生したＣＯ2ガスを上記第２のプレヒータの熱源として利用した後に回収することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のセメント製造設備におけるＣＯ2ガスの回収方法。 The cement raw material before calcination extracted from the first preheater and the other cement raw material before calcination preheated by a second preheater independent of the first preheater are supplied to the mixing calciner. The cement production facility according to any one of claims 1 to 3, wherein the CO 2 gas generated in the mixing / calcining furnace is recovered after being used as a heat source for the second preheater. CO 2 gas recovery method. セメント原料を予熱する第１のプレヒータと、この第１のプレヒータによって予熱された上記セメント原料を焼成するセメントキルンとを備えたセメント製造設備において発生するＣＯ2ガスを回収するための設備であって、
上記第１のプレヒータからか焼前の上記セメント原料を抜き出す抜出ラインと、この抜出ラインから抜き出された上記セメント原料が導入される混合か焼炉と、この混合か焼炉から供給される上記セメント原料をか焼温度以上に過熱する過熱炉と、この過熱炉で過熱された上記セメント原料を上記混合か焼炉に戻すとともに上記混合か焼炉内の上記セメント原料を上記過熱炉へ送る循環ラインと、上記か焼された上記セメント原料の一部を上記第１のプレヒータまたは上記セメントキルンに戻す戻りラインと、上記混合か焼炉内で発生したＣＯ2ガスを回収するＣＯ2ガス排気管とを備えてなることを特徴とするセメント製造設備におけるＣＯ2ガスの回収設備。 A facility for recovering CO 2 gas generated in a cement production facility comprising a first preheater for preheating cement raw material and a cement kiln for firing the cement raw material preheated by the first preheater. ,
An extraction line for extracting the cement raw material before calcination from the first preheater, a mixing calciner into which the cement raw material extracted from the extraction line is introduced, and a supply from the mixing calciner The superheated furnace that heats the cement raw material to a temperature equal to or higher than the calcination temperature, and the cement raw material heated in the superheated furnace is returned to the mixing and calcining furnace and the cement raw material in the mixed calcining furnace is returned to the superheating furnace. circulation line and, CO 2 gas recovery and return line for returning a part of the cement material which is the calcining in the first preheater or the cement kiln, the CO 2 gas generated in the mixing calciner Send A CO 2 gas recovery facility in a cement manufacturing facility, comprising an exhaust pipe. 上記戻りラインは、上記混合か焼炉および／または上記過熱炉から排出された上記セメント原料の一部を、上記第１のプレヒータまたは上記セメントキルンに戻すように配管されていることを特徴とする請求項５に記載のセメント製造設備におけるＣＯ2ガスの回収設備。 The return line is piped so as to return a part of the cement raw material discharged from the mixing / calcining furnace and / or the superheating furnace to the first preheater or the cement kiln. The CO 2 gas recovery facility in the cement manufacturing facility according to claim 5. 上記第１のプレヒータから独立して設けられて他のセメント原料を予熱する第２のプレヒータと、この第２のプレヒータで予熱されたか焼前の上記他のセメント原料を上記混合か焼炉に供給する移送管とを備え、かつ上記混合か焼炉からの上記ＣＯ2ガス排気管が、上記第２のプレヒータの熱源として導入されていること特徴とする請求項５または６に記載のセメント製造設備におけるＣＯ2ガスの回収設備。 A second preheater that is provided independently of the first preheater and preheats another cement raw material, and the other cement raw material that has been preheated by the second preheater before calcination is supplied to the mixing calciner The cement manufacturing facility according to claim 5 or 6, wherein the CO 2 gas exhaust pipe from the mixing calciner is introduced as a heat source for the second preheater. CO 2 gas recovery equipment at
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