JP2011105536A - 混合か焼炉 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 セメント原料を、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1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nを回収するために用いられ、上記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、媒体加熱炉においてか焼温度以上に加熱した熱媒体とを供給し、混合してか焼を行いCO2ガスを発生させるための混合か焼炉において、上記セメント原料より粒子径の大きい熱媒体tを上部から供給する供給ライン20と、熱媒体tを下部より抜き出す排出ライン25とを備えることにより、熱媒体tを上から下に移動させる移動層26が形成されている。
【選択図】図1
Description
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、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。
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。
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。
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。
すなわち、aをアクティビティ、Kを反応式CaCO3→CaO+CO2の平衡定数としたときに、
PCO2=(aCaCO3/aCaO)・K
において、一般に固体のアクティビティaは、純物質であれば種類によらず1であるものの、酸化カルシウム(CaO)については、炭酸カルシウム(CaCO3)の熱分解後、他の原料物質(すなわち上記鉱化剤)が固溶することにより、aCaOの値が1より小さくなる。この結果、上式のPCO2が高くなり、PCO2=1atmとなる温度が低下して、よりか焼が促進されるためであると考えられる。なお、aCaCO3は、石灰石の品種、産地に固有な値であり、他の原料成分の影響を受けることがない。
なお、上記CO2ガス空筒速度は、熱媒体の流動化速度より小さいために、熱媒体がCO2ガスに同伴されて、か焼炉上部より排出されることはない。
図1において、符号10は、セメント製造装置のプレヒータ(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10である。
ちなみに、混合か焼炉12として、流動層型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nを、CO2ガス排気管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。
先ずか焼前セメント原料kを、供給ライン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。
空隙内において、か焼の際に発生したCO2ガスnの上昇にともなって、か焼済みセメント原料k’が浮遊し流動層が形成されるとともに、オーバーフローにより回収ライン12aから回収されて、戻りライン16よりセメントキルン1の窯尻部分2に送られてゆく。また、高濃度かつ高温のCO2ガスnは、混合か焼12の上部に接続されたCO2ガス排気管22から、第2のプレヒータ10における加熱媒体として導入される。
一方、混合か焼炉12において、粉体の終末速度Ut<混合か焼炉の空筒速度であれば、混合か焼炉でか焼済みセメント原料k’は激しく流動または噴流化し、か焼済みセメント原料k’は、発生したCO2ガスnに同伴される。このため、サイクロンなどの粉体の分離手段を別途設けて、か焼された上記セメント原料を回収する。
dp:粉体の平均粒径(m)
ρf:流体の密度(kg/m3)
Remf:流動層での粉体レイノルズ数
Ar:アルキメデス数
ρp:粉体の密度(kg/m3)
g:重力加速度(m/s2)
φs:形状係数(真球の場合1)
εmf:流動層での空隙率
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
12a 回収ライン
13 抜出ライン
15 媒体加熱炉
16 戻りライン
20 供給ライン
25 排出ライン
26 移動層
27 回収ライン
28 分離手段
29 投入ライン
k か焼前セメント原料(か焼前のセメント原料)
k’か焼済みセメント原料(か焼されたセメント原料)
Claims (8)
- セメント原料を、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に用いられ、上記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、媒体加熱炉においてか焼温度以上に加熱した熱媒体とを供給し、混合してか焼を行いCO2ガスを発生させるための混合か焼炉において、
上記セメント原料より粒子径の大きい上記熱媒体を上部から供給する供給ラインと、上記熱媒体を下部より抜き出す排出ラインとを備えることにより、上記熱媒体を上から下に移動させる移動層が形成されていることを特徴とする混合か焼炉。 - 上記混合か焼炉は、上記移動層において、上記セメント原料を上記熱媒体間の空隙でか焼させることにより発生したCO2ガスの上昇にともない、上記セメント原料を流動化させる流動層が形成されているとともに、か焼された上記セメント原料をオーバーフローにより回収する回収ラインを備えていることを特徴とする請求項1に記載の混合か焼炉。
- 上記混合か焼炉において、上記セメント原料を投入する投入ラインが、複数箇所に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の混合か焼炉。
- 上記混合か焼炉は、上記移動層において、上記セメント原料を上記熱媒体間の空隙でか焼させることにより発生したCO2ガスの上昇にともない、上記セメント原料を噴流化させる噴流層が形成されているとともに、か焼された上記セメント原料をか焼により発生したCO2ガスに同伴させて回収する回収ラインと、この回収ラインに上記CO2ガスとか焼した上記セメント原料とを分離させる分離手段とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の混合か焼炉。
- 上記混合か焼炉において、上記セメント原料を投入する投入ラインが、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の混合か焼炉。
- 上記セメント原料の投入ラインは、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間を1としたときに、上記熱媒体の上記供給ラインより下方に0.5〜0.9の間に接続されていることを特徴とする請求項5に記載の混合か焼炉。
- 上記混合か焼炉は、上記セメント原料を投入する投入ラインが、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間の複数箇所に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の混合か焼炉。
- 上記セメント原料の投入ラインが、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間を1としたときに、上記熱媒体の上記供給ラインより下方に0.1〜0.9の間の複数箇所に接続されていることを特徴とする請求項7に記載の混合か焼炉。
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