JP2000501372A - ポルトランドセメントクリンカーを製造するための残留物の利用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、一次原料および燃料を、鉱物および６５％までの水分含量を有する可燃性成分を含有する残留物の使用により代替する、ロータリーキルン中でのセメントクリンカーの製造方法に関する。方法は、残留物の物質的および／または熱的再利用を容易にし、粘土および燃料の資源を保存し、同時に放出物、殊にセメントロータリーキルンからのＮＯｘを減少する。

Description

【発明の詳細な説明】 ポルトランドセメントクリンカーを 製造するための残留物の利用方法 本発明は、ポルトランドセメントクリンカーを製造するため、殊に製紙工業か らの水、鉱物および可燃性成分を含有する残留物をセメント炉中で物質的および 熱的に利用する新規方法に関する。 一連の工業的方法において、大量の水（３０〜７０％）、可燃性有機物（１０ 〜３０％）および鉱物性充填物、殊に粘土、ケイ酸塩または石灰（１０〜５０％ ）を含有するスラッジが廃物として大量に生産される。その典型的例は、古紙ま たは着色塗料の再利用の際に生じる廃スラッジである。かかる生成物をさらに処 理することは大抵の場合問題にならないので、これを堆積するかまたは焼却する ことが必要であり、焼却の際再び高割合の灰分が生じ、堆積しなければならない 。高割合の水は、双方の方法にとり極めて邪魔であるので、これらの残留物は過 去においては屡々高い投資費をかけて予備乾燥された。しかし、堆積可能性の一 般的不足および高騰およびスラッジ廃物中に含有されている残留物および有機成 分中に含有されている熱エネルギーの浪費は、かかる物質を他の方法で利用する 方法を探求せざるをえない。 例示的には紙製造が指摘される。紙製造において填料としておよび表面改善の ために使用される粘土含有材料は、古紙処理の際に、微細繊維類似のパルプと一 緒に、残留物として残留する。このものは、次の平均組成に合致する： 乾燥分 約３５〜６５％ 水 約６５〜３５％ 鉱物成分 約１０〜３０％ 可燃性成分 約１０〜３５％ 発熱量 約３０００〜４０００ｋｊ／ｋｇ 著量のかかる未乾燥および未処理の製紙残留物の物質的および熱的利用は、こ れまで経済的および環境許容的利用を可能にする適当な方法および装置で失敗し た。従って、残留物は高い投資費をかけて１０〜３０％の残存水分に予備乾燥し なければならない。 従って、どのようにして水、鉱物成分および可燃性成分を含有する残留物を先 行する乾燥なしにおよび堆積すべき廃物なしに使用可能な最終生成物に再処理す ることのできる方法を見出す課題が提起された。 この課題は、請求項１の特徴により解決され、従属請求項の特徴により開示さ れる。 ＡＴ３９４７１１Ｂ号ないしはＥＰ０４８８９８９号から、セメントクリンカ ーの製造のためにいわゆる二次燃焼の際に炉の入口で、ゴム廃物、石炭含有屑、 油スラッジ等のような最低値の燃料を添加し、これに より原料粉末予熱器中でのか焼のために必要な燃焼エネルギーの一部をカバーす ることは既に公知である。この文献に記述されるように、使用すべき蒸発熱が材 料の乾燥のために十分でないかまたは重要なエネルギー利得をもたらさない程度 に湿っている燃料は、これに関しては不適当である。従って、かかる最低値の燃 料を差し当たり炉廃ガスの熱で乾燥し、乾燥した、従って高エネルギーの残留物 を二次燃焼に添加することが提案された。 この方法においては、乾燥すべき生成物が可燃性および／または臭いガス状成 分を放出することができ、該成分はサイクロン分離にも拘わらず廃ガス中に留ま り費用のかかる後浄化において燃焼するかまたは他の方法で除去しなければなら ないことが問題であることが判明する。この場合、残留物中に含有されている、 クリンカー製造のための原料粉末の成分に十分に合致する鉱物成分は完全に回収 され、他方において有機成分はエネルギー利得に使用されることが判明する。不 利に、炉入口で二次燃焼のために使用されるロータリーキルンの排気は比較的酸 素に乏しいので、二次燃焼の際にかかる廃物は場合により完全に燃焼せず、ＣＯ および炭化水素を増加して廃ガス中に入りうることも判明する。 従って、セメント製造の際の残留物の処理を、プラントの廃ガスができるだけ ＮＯｘおよびＣＯに乏しい ように行うという付加的課題が提起された。 この課題は驚異的に、水、鉱物成分および可燃性成分を含有する残留物を先行 する乾燥なしに、二次燃焼ないしは原料粉末装入物中でなく、直接一次燃焼に供 給するかまたはこれと平行にロータリーキルンの副廃熱設備中に導入する場合に 解決される。これらの個所における燃料ガスの高温（１４００〜２０００℃）な いしは排出されるポルトランドセメントクリンカーの高温（８００〜１２００℃ ）により、導入されるスラッジ中に含有されている水分が爆発様に蒸発し、含有 されている固体成分は微細な形に分散するので、可燃性成分は迅速かつ完全に酸 素過剰で燃焼する。鉱物成分は、二次空気により冷却器からキルンのクリンカー 帯域中へ搬入される。ここで、鉱物成分は石炭からの灰のように作用し、クリン カー鉱物生成に関与する。こうして、たとえば製紙工業からの残留物は、乾燥分 として計算して、５重量％までの大量に炉の粉末装入物に、生成物セメントクリ ンカーの品質を損なうことなく供給することができ、同時に貴重な堆積場所が保 存される。 本発明は、クリンカー製造のために必要な熱エネルギー量および鉱物量の一部 を製紙工業からの未乾燥、未処理の残留物によりカバーし、残余の部分は慣例の 方法で一次原料石灰および粘土および石炭のような化石燃料と共に導入すること を可能にする。 残留物灰分は、高石灰の石炭灰または高石灰の粘土に合致する。 ＤＥ４０２２１８１Ａ１号から、予備破砕したプラスチック屑を同様にセメン ト焼成プラントの主−または副廃熱設備に導入することができ、この個所でエネ ルギー利得下におよびそれと共に一次燃料の節約下に利用できることは既に公知 である。このために重要なのは、供給されるプラスチック屑ができるだけ乾燥し ていて、それと共に高い燃焼値を有することである。この文献からは、この個所 で比較的湿った、粘土含有残留物、要するに、低い発熱量を含有する残留物を供 給するのが有利でありうることは推定できない。 ポルトランドセメントクリンカーを製造するための 炉設備は、主熱設備および副熱設備からなる。主熱設備とは本来のロータリーキ ルンを意味し、副熱設備とは一方で副廃熱設備の燃料予熱器、他方では燃料冷却 器を意味する。予熱器および冷却器は、燃料と可燃性ガスの間の熱交換に使用さ れる。 セメントクリンカー製造のためには、石灰中の天然の鉱物（約７５％）、粘土 （約２０％）ならびに少量の石英砂および鉄鉱石が必要とされる。これらの物質 は、乾燥され、微細に粉砕され、均質化され、炉中で約１４５０℃に加熱され、 焼成される。その際、炉の最高温帯域におけるガス温度は約２０００℃に達する 。 一次原料粘土は、種々の結晶学的変態の含水ケイ酸アルミニウム（カオリナイ ト、イライト、モンモリロナイト）である。一次粘土は、第一に高価値のセラミ ック製品（磁器、石器、耐火材料、堆積用の填隙材料等）の製造のために使用さ れる。さらに著量が、水硬性因子調節のためにセメント工業に導入される。 紙製造の際に填料としておよび表面改質のために使用される粘土含有材料は、 古紙処理の際に微細繊維類似のパルプと一緒に濾過ケークとして残留する。この ものは、一次原料粘土の代替物として適当である。 セメント原料中の天然資源粘土（Ｔｏｎ ｇｅｏｇｅｎｅｎ Ｕｒｓｐｒｕｎ ｇｓ）に代わる粘土含有の未乾燥残留物は、その有機製紙残留繊維に基づき、予 熱器入口または予熱器の上方の段中で原料に添加することができない。材料の水 分およびこれにより生じる困難な取扱い性に基づきならびにガス状放出物（ＣＯ 、ＣＨ化合物）を避けるために、その都度の炉設備の主熱設備および／または副 熱設備の高温部中への装入のみが問題になる。 残留物は、水含量に依存して、種々の形で炉設備に装入することができる。装 入はバーナーノズルを通して炉中、つまり主熱設備中へならびに炉および冷却器 の間の冷却シャフト、つまり副廃熱設備中へも可能である。３５〜５０％の水含 量を有する既に吹込可能な残留物の場合、装入は炉頂部に存在するバーナーノズ ルを通して行うことができ、炉頂部に平行に挿入された２ランスも可能である。 その際、残留物は空気圧で炉中へ供給され、水は蒸発し、パルプは主炎中で燃焼 し、灰分は一次燃料、大抵石炭の灰分含量を高める。燃料中の灰分は、クリンカ ー鉱物形成のための有利な成分である、それというのも十分に高石灰のケイ酸ア ルミニウムからなる灰分は、炉の高温帯域中で低い溶融範囲のためより良好な焼 結および溶融相形成に寄与するからである。それで、これはＣ₃Ｓ形成を、就中 遊離石灰による吸収により促進する。それで、残留物の細分された高反応性のケ イ酸アルミニウムは、クリンカー鉱物形成の改善に寄与する。 残留物中に含有されている水分が主炎の範囲内で蒸 発することにより、炎温度は傾向的に低下し、不活性灰分量の増加により主炎中 での緩慢に経過する燃料酸化が達成される。双方は、主炎中で熱により形成した ＮＯｘの特記すべき減少を惹起する。 副廃熱設備の冷却器入口での残留物の添加は、すべての水分含量において可能 である。水は冷却シャフトの範囲内で蒸発し、パルプは燃焼し、微細に分散され た灰分は高温の二次空気で炉中へ搬入される。クリンカー鉱物形成に対する灰分 の影響の物理化学的経過はバーナーノズルを通して添加する経過に合致する。 添付した図１には、ロータリーキルンプラントの最後の区間が概略図示されて いる。プラントはロータリーキルン１を示し、この中で図示されていない入口で 挿入される、主として酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素および酸 化鉄からなる原料粉末がバーナー２により形成される高い炎温度に基づきセメン トクリンカー３に焼成され、これはその重力およびロータリーキルンの回転運動 に基づき副廃熱設備の降下シャフト４を経て冷却器６の冷却格子５上に落下し、 ここで原料粉末は冷却器給気管７により送入される空気により約８００〜９００ ℃のその出発温度から約１００〜１２０℃の最終温度に冷却される。クリンカー 輸送管８により、クリンカーは次いで図示されていないクリンカーホールないし は再処理に導入される。冷却器排気は部分的に排気管９および図示されていない 熱交換器を経て再び屋外に送出され、高温のクリンカーで約８００〜１０００℃ に加熱された残余の排気は降下シャフト４を経てロータリーキルンおよびそれと 共にバーナー２に供給され、ここで含有酸素は燃料供給管１０により供給される 一次燃料で燃焼される。一次燃料としては、とくに微粉炭または油が使用される 。本発明により供給される残留物は、導管１１によりバーナー２中またはその近 くに微粒子の形で吹込まれるかまたは降下シャフト４上方の導管１２により副廃 熱設備中へ導入される。 残留物が吹込可能であるためには湿りすぎている（＞５０％）限り、残留物は 固体供給管１３、たとえばスクリューコンベヤーまたはコンベヤーベルトにより 、同様に降下シャフト４中へ搬入される。 既に上記に述べたように、添加された残留物中に含有されていた水分は、ロー タリーキルン中の高温のクリンカーまたは高温の二次空気と一緒になる際実際に 瞬間的に爆発様に蒸発するので、固体分は非常に微細に分散されている。その際 、可燃性成分は副廃熱設備ならびにロータリーキルン自体中で一次空気の高い酸 素分量および点火に十分な８００℃以上の高い温度に基づき迅速かつ完全に燃焼 する。蒸発および燃焼の際に残留する微細に分散された残留物の鉱物成分は、二 次空気でロータリーキルン中に搬入され、そこで原料粉末と混合され、同様にク リンカーとして排出される 。灰分は、比例してクリンカーの生産を顕著に高める。 次の例示的方法経過により本発明を詳説する。 製紙工業の鉱物、殊に粘土含有残留物は、製造業者から直接に運ばれてくる。 地表貯蔵所に卸した後、残留物は機械的または空気圧装入装置に装入される。 機械的装入装置から、残留物はコンベヤー装置で連続的にロータリーキルンに 供給される。これは、たとえば回転数を段階的に制御できる駆動装置を有するチ ェーンコンベヤー、スクリューコンベヤーまたはベルトコンベヤーであり、これ により装入量を相応に変えることができる。コンベヤーは、運搬物を逆止弁を備 えたシュート中へ投下し、シュートは再び残留物を直接に主−および副廃熱設備 （冷却器）間のガス気流中へ搬入する。 空気装入装置から、残留物は連続的に主−および副廃熱設備（冷却器）間のガ ス気流中へまたは直接に主熱設備中へ石炭バーナー上方に供給される。 長時間実験において、連続的に働く運転放出物監視装置を用いて、残留物の使 用により残留物なしの運転と比べて付加的なまたは他の放出物または他の方法で 公衆または近隣に対する危険、不利益または厄介は生じないことが立証された。 それに反して、ＮＯｘ放出物は明らかに減少する。一次燃料需要は、残留物の含 水量、その発熱量および装入量に依存して減少する。 炉中で未乾燥および未処理の残留物を物質的および熱的に利用する場合、付加 的ダストも副産物としてのスラグも生じない。 殊に非常に水を含有するスラッジの場合、可燃性成分の含量は主に蒸発熱の補 償に寄与するにすぎないので、一次燃料は全くまたは少量しか節約されない。し かし、この方法実施の大きい利点は、蒸発する水によりロータリーキルン中の炎 の燃焼温度が低下し、この温度はより長くおよびより均一になることにある。こ れは、ＮＯｘの生成が顕著に、つまり平均で１２００ｍｇ／Ｎｍ³から約７００ ｍｇ／Ｎｍ³に低下し、５００ｍｇ／Ｎｍ³のＣＯ値は残留物添加により実際に変 化しないという利点を有する。 図２は、一日中のその都度の曲線の経過を示し、その際３〜５時間および２０ 時間後に残留物の供給を中断した。 符号の説明 １ ロータリーキルン ２ バーナー ３ クリンカー ４ 降下シャフト 副廃熱設備 ５ 冷却格子 副廃熱設備 ６ 冷却器 副廃熱設備 ７ 冷却器給気管 副廃熱設備 ８ クリンカー輸送管 ９ 排気管 １０ 燃料供給管 １１ 導管 １２ 導管 １３ 固体供給管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パウル コルフ ドイツ連邦共和国 マインツ ヴォルムザ ー シュトラーセ 173

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ポルトランドセメントクリンカー製造のため水、鉱物および可燃性成分を含 有する残留物をセメント炉中で物質的および熱的に利用する方法において、残留 物が、全残留物に対して水６５〜３５重量％、ならびに 鉱物成分１０〜３０重量％および 可燃性成分１０〜３５重量％からなる乾燥分３５〜６ ５重量％ の含量を有し、先行の乾燥なしにセメント焼成プラント中へ、残留物を装入装置 により直接主熱設備中へ主バーナーを通してまたは平行なバーナーランスを通し て主バーナーの近くに導入するか、または残留物をクリンカー冷却器および炉頂 の間のシャフト中へ導入し、そこで残留物を約８００〜１０００℃の高温空気、 いわゆる二次空気により捕捉し、炉中へ搬入することを特徴とするポルトランド セメントクリンカーの製造のための残留物の利用方法。 ２．残留物として製紙工業からの廃スラッジを搬入することを特徴とする請求項 １記載の方法。 ３．搬入されるスラッジが古紙の再利用からの廃物であることを特徴とする請求 項２記載の方法。