CN103443046B - 生石灰的制造设备以及消石灰的制造设备及制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供通过简易的制造设备就可以制造活性度高的生石灰，并且可以以高的浓度分离、回收生石灰的制造时所产生的CO2气体的生石灰的制造设备。本发明具备蓄热煅烧炉11和热介质16，所述蓄热煅烧炉11中，设置有用于向内部供给粒状的石灰石C的供给口11a，且设置有能够将内部保持在石灰石的煅烧温度以上的温度气氛下的加热机构，上部与排出加热机构的燃烧排出气体和通过石灰石的煅烧而产生的CO2气体的排气管15连接，并且设置有取出通过所述煅烧而生成的生石灰的排出口14；所述热介质16具有大于上述石灰石的粒径并填充在蓄热煅烧炉11的内部。

Description

生石灰的制造设备以及消石灰的制造设备及制造方法
技术领域
本发明涉及可以制造具有高的反应性的消石灰、并且可以以高浓度回收成为其原料的生石灰的烧成时所产生的CO2气体的生石灰的制造设备以及消石灰的制造设备及制造方法。
背景技术
近年，世界性地并且在全部产业尝试推进降低成为全球变暖的主要原因的二氧化碳(CO2)气体。
另外，石灰产业，与水泥产业、电力、钢铁等都是CO2气体的排出量多的产业之一，降低该石灰产业中的CO2气体的排出会对降低全日本的CO2气体的排出作出大的贡献。
图5表示上述石灰产业中通常的生石灰的制造设备，图中标记1为用于烧成生石灰的回转窑(生石灰窑)。需要说明的是，回转窑1为卧式烧成炉，作为用于烧成生石灰的以往的立式烧成炉，已知有麦尔兹窑、套筒窑(Beckenbachkiln)等。
而且，在该回转窑1的图中左边的窑尾部分2设置有用于预热石灰石块的预热器3，并且在图中右边的窑头设置用于加热内部的主燃烧器5。
此处，作为预热器3，例如使用篦式预热器等，该篦式预热器为多个篦（グレート）以环状连接而成。从而由供给管路4供给到篦式预热器3内的上游侧的石灰石块，载置于上述篦而依次向该预热器3的下游侧移动，由此被由回转窑1排出的高温的排出气体预热，并导入到回转窑1的窑尾部分2。
另一方面，由回转窑1排出的燃烧排出气体，被导入到上述预热器3，送到其上游侧对上述石灰石块进行预热，并且最终从预热器3的出口，利用排气扇6通过排气管路7排出。
在包含这种构成的生石灰的制造设备中，首先通过预热器3对石灰石(CaCO3)块进行预热，接着在回转窑1内在约1400℃的高温气氛下进行烧成，由此制造块状生石灰。
而且，在该煅烧时，发生CaCO3→CaO+CO2↑所示的化学反应，产生CO2气体(产生源自原料的CO2气体)。这种源自原料的CO2气体的浓度在原理上为100%。另外，为了将上述回转窑1保持在上述高温气氛下，在主燃烧器5中燃烧化石燃料，结果由于该化石燃料的燃烧，也产生CO2气体(产生源自燃料的CO2气体)。此处，源自主燃烧器5的排出气体中含有大量燃烧用空气中的N2气体，因此该排出气体中含有的源自燃料的CO2气体的浓度低，约15%。
结果，由上述回转窑1排出的排出气体中混合存在上述浓度高的源自原料的CO2气体和浓度低的源自燃料的CO2，因此尽管该CO2的排出量多，其CO2浓度也为30～35%左右，存在难以回收的问题。
对此，作为现在正在开发的CO2气体的回收方法，存在液体回收方式、膜分离方式、固体吸附方式等，但是仍然存在回收成本极高的问题。
另外，作为防止由于从上述生石灰制造设备排出的CO2而导致的全球变暖的方法，还提出了将从该排出源以低浓度排出的CO2分离-回收，将浓度提高至约100%，液化后存储于地下的方法等，但是用于分离-回收的成本高，同样还未能实现。
另一方面，下述专利文献1中，作为将石灰石的烧成过程中产生的CO2气体以利用价值高的高纯度的CO2气体的形式进行回收的装置，提出了CO2气体的生成回收装置，所述生成回收装置具备：供给石灰石的分解反应塔，供给生石灰(CaO)作为热介质、并且通过燃烧气体将该生石灰加热到石灰石的煅烧温度以上的再热塔，和连接这些分解反应塔与再热塔的连接管。
从而，在上述以往的回收装置中，将通过再热塔加热了的生石灰通过连接管供给到分解反应塔，形成流化床而烧成石灰石，从而在该分解反应塔内生成CO2气体，并且将由此产生的生石灰的一部分排出，将其它部分再次通过连接管送到再热塔而再加热。
如此，根据上述CO2气体的生成回收装置，通过将作为进行石灰石的分解反应的场所的分解反应塔、与作为产生分解反应所需要的热量的再热塔分离，可以防止石灰石的分解反应所产生的CO2气体与为了热介质的加热而产生的燃烧排出气体的混合，因此可以由分解反应塔回收高浓度的CO2气体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭57-67013号公报。
发明内容
但是，根据上述专利文献1中公开的CO2气体的生成回收装置，由于将作为进行石灰石的分解反应的分解反应塔、与作为产生分解反应所需要的热量的再热塔分离，因而产生设备大型化的问题。
并且，在上述CO2气体的生成回收装置中，使用生石灰作为热介质，通过该生石灰加热石灰石并煅烧，因此在再热塔中需要将上述生石灰预先加热到石灰石的煅烧温度以上、具体而言1000℃以上。其结果，还存在在分解反应塔或者再热塔内流动的生石灰等粉体易固化，在连接管等中发生附着、闭塞而不能运转的问题。
本发明是鉴于这种问题而进行的，其目的在于，提供通过简易的制造设备就可以制造活性度高的生石灰，由此可以制造反应性高的消石灰，同时可以以高的浓度分离、回收上述生石灰制造时所产生的CO2气体，并且可以有效利用该CO2气体的热能，经济性优异的生石灰的制造设备以及消石灰的制造设备及制造方法。
为了解决上述问题，本发明的第一方式的生石灰的制造设备，其特征在于，具备蓄热煅烧炉和热介质，所述蓄热煅烧炉中，设置有用于向内部供给粒状的石灰石的供给口，且设置有能够将上述内部保持在该石灰石的煅烧温度以上的温度气氛下的加热机构，上部与排出上述加热机构的燃烧排出气体和通过上述石灰石的煅烧而产生的CO2气体的排气管连接，并且设置有取出通过上述煅烧而生成的生石灰的排出口，所述热介质具有大于上述石灰石的粒径并填充在上述蓄热煅烧炉的内部。
另外，本发明的第二方式的特征在于，在上述第一方式的发明中，上述热介质为生石灰。
接着，本发明的第三方式的消石灰的制造设备，其特征在于，具备：上述第一方式或第二方式的生石灰的制造设备、向通过该生石灰的制造设备制造的生石灰供给消化反应用水（消化水）而生成消石灰的消化器、将由该消化器排出的上述消石灰熟化的熟化器、将利用该熟化器熟化的含有水分的消石灰干燥的干燥器、将通过从上述生石灰的制造设备的排气管排出的燃烧排出气体或CO2气体与水进行热交换而产生的蒸气作为上述干燥器的热源进行供给的热交换机构。
另外，本发明的第四方式的发明的特征在于，在上述第三方式中，在上述生石灰的制造设备与上述消化器之间设置有暂时存储从上述排出口取出的生石灰的缓冲罐。
进而，本发明的第五方式的消石灰的制造方法的特征在于，使用上述第三方式或第四方式的消石灰的制造设备制造消石灰，并且回收经过上述热交换机构的上述CO2气体。
根据上述第一方式或第二方式，通过加热机构将填充在蓄热煅烧炉内的热介质加热到石灰石的煅烧温度以上，将内部保持在上述煅烧温度以上的温度气氛下，并且由供给口供给石灰石。于是，该石灰石进入到粒径大于其的热介质之间，有效地被加热而进行煅烧，如CaCO3→CaO+CO2↑所示，生成生石灰，并且产生CO2气体。其结果，上述蓄热煅烧炉内被通过石灰石的煅烧而产生的CO2气体充满，该CO2气体浓度约为100%。由此，可以通过排气管，从上述蓄热煅烧炉回收约100%浓度的CO2气体。并且，通过将煅烧温度设定为较低，可以得到活性度高的粉末状的生石灰。
此时，在上述蓄热煅烧炉中，通过粒径大于石灰石、因而比表面积极小的热介质对石灰石进行加热而进行煅烧，因此可以在蓄热煅烧炉内确保大的热量，并且在该蓄热煅烧炉中，即使将上述热介质加热到煅烧温度以上的1000℃以上，也可以抑制热介质之间或热介质与炉壁的粘合、熔接，抑制涂覆问题（コーチングトラブル）等的产生。
进而，作为热介质，由于使用粒径大于石灰石的热介质，因而所生成的粉末状的生石灰通过上述煅烧时产生的CO2气体而流动化，由上述蓄热煅烧炉溢出，或伴随上述煅烧时产生的CO2气体，通过由该CO2气体固气分离，可以简便地由上述蓄热煅烧炉取出。
此处，作为热介质，若为具有对蓄热煅烧炉的加热温度的耐热性和与石灰石混合时的耐磨耗性的热介质，则可以使用硅石(SiO2)、氧化铝(Al2O3)等陶瓷材料、耐热合金等金属材料等。
特别是若如上述第二方式那样使用生石灰，则熔点高、为2500℃左右，具有难以熔接的优点，并且在作为热介质于蓄热煅烧炉内重复进行上述石灰石的煅烧期间，即使缓慢磨耗而产生微粉的情况下，也不会产生任何问题，所以优选。
另外，根据上述第三方式～第五方式中的任意一项，可以使用通过上述第一或第二方式得到的活性度高的粉末状的生石灰作为原料，因而可以制造反应性高的消石灰。
并且，在热交换机构中，通过从生石灰的制造设备排出的高温且高浓度的CO2气体，得到成为干燥器的热源的蒸气，因此热效率高，经济性优异，并且可以从上述热交换机构回收降低了温度的约100%浓度的CO2气体。
需要说明的是，本发明中，若设置多个蓄热煅烧炉，则在至少一个蓄热煅烧炉中对石灰石进行煅烧时，可以在其它蓄热煅烧炉的至少一个中，将上述热介质加热到煅烧温度以上进行蓄热，将其交替或确定替换顺序来重复进行，由此可以连续地煅烧石灰石来制造生石灰。
对此，根据本发明的上述第五方式，由于在上述生石灰的制造设备与消化器之间设置暂时存储从蓄热煅烧炉的排出口取出的生石灰的缓冲罐，因此即使通过利用一台蓄热煅烧炉进行的间歇处理，也可以在后段的消化器等中连续地制造消石灰，具有可以实现设备成本和维护成本的降低的优点。
附图说明
[图1]为表示本发明的消石灰的制造设备的一实施方式的构成简图。
[图2]为示意性地表示本发明的生石灰的制造设备的一实施方式的纵截面图。
[图3]为示意性地表示图2的变形例的纵截面图。
[图4]为示意性地表示本发明的生石灰的制造设备的其它实施方式的纵截面图。
[图5]为表示以往的生石灰的制造设备的构成简图。
具体实施方式
图1和图2表示本发明的生石灰的制造设备以及使用其的消石灰的制造设备的一实施方式，图中标记10为生石灰的制造设备，标记11为作为该生石灰的制造设备的主体的蓄热煅烧炉。
该蓄热煅烧炉11为在上侧部设置有用于向内部供给粉碎成粒径10μm～1mm的石灰石C的供给口11a、并且在下部设置有可以将内部保持在石灰石的煅烧温度以上的温度气氛下(例如约900℃)的燃烧器(加热机构：图示省略)的卧式炉。
而该蓄热煅烧炉11的底部与向一个或多个燃烧器供给燃料或燃烧用空气的燃料管12和空气管13连接。
另一方面，在蓄热煅烧炉11的侧壁的距离底部规定高度的位置处设置用于取出通过煅烧而生成的粉末状的生石灰的排出口14，炉顶部与用于排出燃烧器的燃烧排出气体、或通过石灰石的煅烧而产生的CO2气体的排气管15连接。
进而，向该蓄热煅烧炉11的内部填充热介质16。作为该热介质16，使用粒径大于供给到内部的石灰石C的生石灰。
并且，在包含以上构成的生石灰的制造设备10的后段依次配置暂时存储通过溢出管14a从排出口14取出的生石灰的缓冲罐17、消化器18、将由该消化器18排出的消石灰进行熟化的熟化器19、将对由该熟化器19熟化了的含水消石灰进行干燥的干燥器20。
此处，消化器18、熟化器19和干燥器20为通常的消石灰的制造设备中使用的公知的机构。即，消化器18，用于向从缓冲罐17的排出管17a通过料斗18a定量地投入到内部的生石灰中，由未图示的消化水的供给管路，供给含有乙二醇、二甘醇、甘油等添加剂的冷的消化水，并进行搅拌，由此生成消石灰。
另外，熟化器19，用于将通过消化器18中的消化反应生成的含有水的消石灰搅拌并且熟化，干燥器20，用于将熟化了的消石灰搅拌并且干燥而除去水分。接着，将经过该干燥器20的消石灰另外粉碎并分级，由此得到成为产品的规定粒度的消石灰。
进而，在该消石灰的制造设备中，设置有用于将从生石灰的制造设备10的蓄热煅烧炉11排出的排出气体或CO2气体作为加热源进行利用，向干燥器20供给干燥用的蒸气的排热锅炉(热交换机构)21。即，蓄热煅烧炉11的排气管15与三通切换阀22连接，并且该三通切换阀22的两个排出侧接口分别与燃烧排出气体的输送管23和CO2气体的输送管24连接。
并且，这些燃烧排出气体的输送管23和CO2气体的输送管24分别与排热锅炉21的热源供给侧连接。另外，该排热锅炉21的热源排出管25与三通切换阀26连接，该三通切换阀26的两个排出侧接口分别与燃烧排出气体的排出管27和CO2气体的排出管28连接。需要说明的是，也可以将蓄热煅烧炉11的排气管15直接与排热锅炉11连接，仅通过上述三通切换阀26来切换燃烧排出气体和CO2气体，而不使用上述三通切换阀22、燃烧排出气体的输送管23和CO2气体的输送管24。
另一方面，在排热锅炉21与加热器20之间连接蒸气供给管30，该蒸气供给管30向干燥器20供给蒸气作为热源，该蒸气为在排热锅炉21中，由水的供给管29供给的水通过由输送管24或25供给的燃烧排出气体或CO2而气化产生的。
接着对使用包含以上构成的消石灰的制造设备的本发明的消石灰的制造方法的一实施方式进行说明。
首先，在生石灰的制造设备的蓄热煅烧炉11中，从燃料管12和空气管13向设置在底部的燃烧器供给燃料和燃烧用空气，将内部的热介质16加热到石灰石C的煅烧炉温度以上(例如1200℃)而进行蓄热。然后，将此时排出的燃烧排出气体由排气管15利用三通切换阀22通过燃烧排出气体的输送管23作为排热锅炉21的热源进行供给。需要说明的是，在排热锅炉21中进行热交换而降温了的燃烧排出气体，由热源排出管25经过三通切换阀26从燃烧排出气体的排出管27排出。
接着，若蓄热煅烧炉11内保持在石灰石C的煅烧温度以上的温度气氛下，则切换三通切换阀22以与CO2输送管24连通，并且由供给口11a向内部供给粒状的石灰石C，通过内部的热介质16加热到煅烧温度以上(例如900℃)，如CaCO3→CaO+CO2↑所示，生成生石灰并且产生CO2气体。
然后，将产生于蓄热煅烧炉11内的CO2气体，由排气管15利用三通切换阀22通过CO2气体的输送管24作为排热锅炉21的热源进行供给。接着，通过在排热锅炉21中与水进行热交换而降温了的CO2气体，由切换了的三通切换阀26经过CO2气体的排出管28作为高浓度的CO2气体回收。
如此，在排热锅炉21中，通过供给燃烧排出气体或CO2气体作为热源，连续地从供给管29供给的水生成蒸气，由蒸气供给管30供给到干燥器20。
另一方面，在蓄热煅烧炉11内生成的生石灰，通过在煅烧时产生的CO2气体而流动化，通过溢出由溢出管14a送到缓冲罐17，暂时存储。
接着，将存储在该缓冲罐17的生石灰，从排出管17a通过料斗18a定量地投入到消化器18内，加入由未图示的消化水的供给管路供给的消化水，并进行搅拌，由此如CaO+H2O→Ca(OH)2所示生成消石灰。
接着，将通过消化器18中的消化反应而生成的消石灰，送到熟化器19进行熟化后，在干燥器20中，通过由排热锅炉21供给的蒸气进行干燥而排出。
如此，根据包含上述构成的生石灰的制造设备10和具备其的消石灰的制造设备以及使用其的消石灰的制造方法，可以通过燃烧器将填充到蓄热煅烧炉11内的热介质16加热到石灰石的煅烧温度以上，将内部保持在上述煅烧温度以上的温度气氛下，并且由供给口11a供给石灰石C，将通过煅烧该石灰石C而产生的约100%浓度的CO2气体通过输送管24和排热锅炉21，由其排出管28回收。
此时，蓄热煅烧炉11中，由于通过粒径大于石灰石C、因而比表面积极小的热介质16对石灰石C进行加热、煅烧，因此可以在蓄热煅烧炉11内确保大的热量，并且在该蓄热煅烧炉11中即使将热介质16加热到煅烧温度以上的1000℃以上，也可以抑制热介质16之间或热介质16与炉壁的粘合、熔接，抑制涂覆问题等的产生。
进而，由于作为热介质16，使用粒径大于石灰石C的热介质，因而所生成的粉末状的生石灰通过上述煅烧时产生的CO2气体而流动化，由上述蓄热煅烧炉11溢出，从而可以简便地从蓄热煅烧炉11取出。
并且，作为热介质16，使用生石灰，因此熔点高、为2500℃左右，难以熔接，并且在蓄热煅烧炉11内重复进行石灰石C的煅烧期间，即使缓慢磨耗而产生微粉的情况下，也不会产生任何问题，
并且，将由生石灰的制造设备排出的高温的燃烧排出气体和高温且高浓度的CO2送到排热锅炉11，得到成为干燥器20的热源的蒸气，因此热效率高，经济性优异。
另外，图3表示包含上述构成的生石灰的制造设备的变形例，该制造设备中，在蓄热煅烧炉31的下部侧面的一侧设置加热内部的燃烧器，该燃烧器分别与用于供给燃料和燃烧用空气的的燃料管32和空气管33连接。
另外，在该蓄热煅烧炉31的下部侧面的另一侧设置用于排出在加热热介质16而蓄热时所产生的燃烧排出气体的输送管34，该输送管34直接与排热锅炉21的热源供给侧连接。另一方面，在蓄热煅烧炉31的炉顶部设置用于排出内部所产生的CO2的输送管35，该输送管35直接与排热锅炉21的热源供给侧连接。需要说明的是，图中标记36为粒状的石灰石C的供给口，标记37为内部生成的生石灰的排出口。
因此，在包含上述构成的生石灰的制造设备中，蓄热时产生的燃烧排出气体由输送管34直接送到排热锅炉21，并且石灰石C煅烧时生成的CO2气体直接作为排热锅炉21的热介质由输送管35输送。另外，在蓄热煅烧炉31内生成的生石灰通过煅烧时产生的CO2气体而流动化，由排出口37溢出，送到上述缓冲罐17而暂时存储。
进而，图4表示本发明的生石灰的制造设备的其它实施方式，在该制造设备中，设置有内部填充有同样的热介质16的立式蓄热煅烧炉41。
并且，在该蓄热煅烧炉41的下部侧面设置与供给燃料的供给管42连接的燃烧器，并且在底部设置燃烧用空气的供给管43。进而，在侧面的一侧设置用于导入粒状的石灰石C的供给口44。
另外，在该蓄热煅烧炉41的炉顶部设置用于排出内部的燃烧排出气体或CO2气体的排出管45，在该排出管45的出口侧设置旋风分离器46。并且，在该旋风分离器46的顶部设置用于排出燃烧排出气体或CO2气体的排气管47，该排气管47与上述三通切换阀22连接。
另一方面，在旋风分离器46的底部设置用于取出分离了煅烧时产生的CO2气体的生石灰C’的排出口48，由该排出口48排出的生石灰C’被投入到上述缓冲罐17。
根据包含以上构成的生石灰的制造设备，通过热介质16对由供给口44供给的石灰石C进行煅烧而产生的CO2气体，伴随所生成的生石灰C’，由排出管45导入到旋风分离器46。接着在旋风分离器46内，分离为CO2气体和生石灰C’。接着，将所分离的生石灰C’由设置在底部的排出口48排出，投入到缓冲罐17。另一方面，利用旋风分离器46分离的CO2气体由顶部的排气管47经过三通切换阀22，同样地作为排热锅炉21的热介质进行供给。
因此，通过使用了这些蓄热煅烧炉31、41的生石灰的制造设备以及使用其的消石灰的制造设备及制造方法，可以得到同样的作用效果。
工业实用性
在生石灰及消石灰的制造以及以高浓度回收生石灰的制造时产生的CO2气体时可以利用。
附图标记说明
11、31、41蓄热煅烧炉
11a、36、44石灰石的供给口
14、37、48生石灰的排出口
15、45排气管
16热介质
17缓冲罐
18消化器
19熟化器
20干燥器
21排热锅炉(热交换机构)
C石灰石
C’生石灰

Claims (5)

1.生石灰的制造设备，其特征在于，具备蓄热煅烧炉和热介质，所述蓄热煅烧炉中，设置有用于向内部供给粒状的石灰石的供给口，且设置有能够将所述内部保持在该石灰石的煅烧温度以上的温度气氛下的加热机构，上部与排出所述加热机构的燃烧排出气体和通过所述石灰石的煅烧而产生的CO2气体的排气管连接，并且设置有取出通过所述煅烧而生成的生石灰的排出口；所述热介质具有大于所述石灰石的粒径并填充在所述蓄热煅烧炉的内部，
蓄热煅烧炉的排气管与三通切换阀连接，并且该三通切换阀的两个排出侧接口分别与燃烧排出气体的输送管和CO2气体的输送管连接。
2.如权利要求1所述的生石灰的制造设备，其特征在于，所述热介质为生石灰。
3.消石灰的制造设备，其特征在于，具备：权利要求1或2所述的生石灰的制造设备、向通过该生石灰的制造设备制造的生石灰供给消化水而生成消石灰的消化器、将由该消化器排出的所述消石灰熟化的熟化器、将利用该熟化器熟化的含有水分的消石灰干燥的干燥器、将通过从所述生石灰的制造设备的排气管排出的燃烧排出气体或CO2气体与水进行热交换而产生的蒸气作为所述干燥器的热源进行供给的热交换机构。
4.如权利要求3所述的消石灰的制造设备，其特征在于，在所述生石灰的制造设备与所述消化器之间设置有暂时存储从所述排出口取出的生石灰的缓冲罐。
5.消石灰的制造方法，其特征在于，使用权利要求3或4所述的消石灰的制造设备制造消石灰时，首先通过上述加热机构加热所述蓄热煅烧炉内的所述热介质进行蓄热，并且将排出的燃烧排出气体作为所述热交换机构的热源供给后，由所述热交换机构的热源排出管通过所述三通切换阀由所述燃烧排出气体的排出管排出，接着所述蓄热煅烧炉内在保持在所述石灰石的煅烧温度以上的温度气氛后，由所述供给口向内部供给粒状石灰石，将该石灰石加热至所述煅烧温度以上，并且将由此生成的CO2气体作为所述热交换机构的热源供给后，由所述热交换机构的热源排出管通过切换了的所述三通切换阀经过所述CO2气体的排出管进行回收。
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