JP2022096876A - 生石灰製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】石灰石から生石灰を製造する際に発生する二酸化炭素の排出量を低減することができ、メタン生成装置で用いられる触媒の劣化を防ぐことができる生石灰製造システムを提供する。【解決手段】石灰石を加熱し脱炭酸させて、生石灰を製造するための石灰石焼成炉２と、石灰石を石灰石焼成炉２に供給するための石灰石供給路３と、生石灰を石灰石焼成炉から排出するための生石灰排出路４と、触媒６を用いて、炭酸ガスと水素ガスを反応させて、メタンを生成させるためのメタン生成装置５と、石灰石焼成炉２における脱炭酸で生じた炭酸ガス含有排ガスをメタン生成装置５に導くための排ガス排出路７と、水素ガスをメタン生成装置５に導くための水素ガス供給路８と、メタン生成装置５で生成させたメタンを、石灰石焼成炉２における熱エネルギー源として用いるために、加熱手段１３ａに供給するためのメタン供給路９とを含む生石灰製造システム１ａ。【選択図】図１

Description

本発明は、生石灰製造システムに関する。

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。
セメントの製造において、セメントの原料である石灰石は、加熱によって脱炭酸処理されて生石灰となるが、その際に、多量の二酸化炭素が発生する。
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（気体の二酸化炭素）を、分離、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１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。

また、炭酸ガスを有効利用する方法として、二酸化炭素を原料とするメタン化（メタネーション）が知られている。例えば、特許文献２には、水素と含炭素燃料の燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素とを原料とし、触媒を用いたメタン化反応によりメタンを得るメタン化方法であって、ａ）前記燃焼排ガスを二酸化炭素吸収材に接触させて燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させる工程と、ｂ）二酸化炭素を吸収した前記二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を主成分とする第１ガスを取り出す工程と、ｃ）前記第１ガスに第一の量の水素である第１水素を添加して第２ガスとし、前記第２ガスを脱硫剤を充填した脱硫器に通じて、前記第２ガス中の硫黄化合物を除去する工程と、ｄ）前記硫黄化合物を除去する工程を経た第３ガスに第二の量の水素である第２水素を添加し、メタン化触媒に通じたメタン化反応によりメタンに変換する工程と、を含むメタン化方法が記載されている。

特開２００４－２９２２９８号公報 特開２０１９－１７２５９５号公報

石灰石を加熱、脱炭酸して生石灰を得る際に、二酸化炭素を含む排ガスが発生するが、上記排ガスは、通常、空気で希釈し次いで除塵された後、大気中に排出されている。
また、シャフト（竪型）炉や、ロータリーキルン等を用いて、石灰石を加熱、脱炭酸する際に、通常、石炭、コークス及び重油等の化石由来の熱エネルギー源（化石資源に由来する熱エネルギー源；以下、「化石熱エネルギー源」と略す。）が使用されるが、化石熱エネルギー源には硫黄が含まれているため、脱炭酸処理に伴って発生する排ガスには、硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれている。ガス化した硫黄酸化物は、脱炭酸を終えた生石灰と反応してＣａＳＯ_４として生石灰に固定化されたり、上記排ガスを冷却した後に、ダストとして集塵機で回収されるものの、最終的には上記排ガスに微量の硫黄酸化物が残存してしまう。また、化石熱エネルギー源の燃焼に伴って、窒素酸化物（ＮＯｘ）も発生する。
排ガスに含まれている二酸化炭素を原料として、メタン生成装置を用いてメタンを生成する際に、上記排ガスに硫黄酸化物や窒素酸化物が含まれている場合、二酸化炭素のメタン化に用いられる触媒が劣化しやすくなるという問題がある。
本発明の目的は、石灰石から生石灰を製造する際に発生する二酸化炭素の排出量を低減することができ、かつ、メタン生成装置で用いられる触媒の劣化を防ぐことができる生石灰製造システムを提供することである。

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、加熱手段を用いて熱エネルギー源を燃焼することによって、石灰石を加熱し、脱炭酸させて、生石灰を製造するための石灰石焼成炉と、石灰石を石灰石焼成炉に供給するための石灰石供給路と、生石灰を石灰石焼成炉から排出するための生石灰排出路と、メタンを生成させるためのメタン生成装置と、石灰石焼成炉における脱炭酸で生じた排ガスをメタン生成装置に導くための排ガス排出路と、水素ガスをメタン生成装置に導くための水素ガス供給路と、メタン生成装置で生成させたメタンを、石灰石焼成炉における熱エネルギー源として用いるために、加熱手段に供給するためのメタン供給路とを含む生石灰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］～［６］を提供するものである。
［１］ 加熱手段を含む石灰石焼成炉であって、上記加熱手段を用いて熱エネルギー源を燃焼することによって、石灰石を加熱し、脱炭酸させて、生石灰を製造するための石灰石焼成炉と、上記石灰石を上記石灰石焼成炉に供給するための石灰石供給路と、上記生石灰を上記石灰石焼成炉から排出するための生石灰排出路と、触媒を用いて、炭酸ガスと水素ガスを反応させて、メタンを生成させるためのメタン生成装置とを含む生石灰製造システムであって、上記石灰石焼成炉における脱炭酸で生じた炭酸ガス含有排ガスを上記メタン生成装置に導くための排ガス排出路と、上記水素ガスを上記メタン生成装置に導くための水素ガス供給路と、上記メタン生成装置で生成させたメタンを、上記石灰石焼成炉における上記熱エネルギー源として用いるために、上記加熱手段に供給するためのメタン供給路とを含むことを特徴とする生石灰製造システム。
［２］ 上記排ガス排出路の途中に設けられた、上記炭酸ガス含有排ガスから上記触媒の阻害成分を分離するためのメタン化阻害成分分離装置を含む前記［１］に記載の生石灰製造システム。

［３］ 上記石灰石焼成炉が、上記加熱手段と、上記石灰石を収容するための焼成炉本体と、上記焼成炉本体を収容する形で配設される間接加熱用付属体を含み、上記石灰石焼成炉の上記加熱手段が、上記間接加熱用付属体内で上記熱エネルギー源を燃焼することによって、上記焼成炉本体内の上記石灰石を間接的に加熱し、脱炭酸させるための間接加熱手段を含み、上記排ガス排出路は、第一の排ガス排出路と第二の排ガス排出路からなり、上記第一の排ガス排出路が、上記焼成炉本体で生じた炭酸ガス含有排ガスを上記メタン生成装置に導くためのものであり、上記第二の排ガス排出路が、上記間接加熱用付属体内で生じた炭酸ガス含有排ガスを排出するためのものである前記［１］に記載の生石灰製造システム。
［４］ 上記第一の排ガス排出路の途中に設けられた、上記炭酸ガス含有排ガスから上記触媒の阻害成分を分離するためのメタン化阻害成分分離装置を含む前記［３］に記載の生石灰製造システム。

［５］ 上記第二の排ガス排出路の中を流通する上記排ガスが、上記メタン化阻害成分分離装置又はその前流側の地点において、上記第一の排ガス排出路の中を流通する上記排ガスと合流するように、上記第二の排ガス排出路が配設されている前記［４］に記載の生石灰製造システム。
［６］ 上記メタン生成装置が、上記反応を生じさせるためのメタン生成装置本体と、上記メタン生成装置本体を収容する形で配設される間接加熱用の補助手段からなるものであり、上記間接加熱用の補助手段が、上記第二の排ガス排出路の途中に配設されており、上記第二の排ガス排出路内を流通する上記排ガスを用いて、上記メタン生成装置本体の内部空間を間接的に加熱するためのものである前記［３］～［５］のいずれかに記載の生石灰製造システム。

本発明の生石灰製造システムによれば、生石灰の製造における二酸化炭素の排出量を低減することができ、かつ、メタン生成装置で用いられる触媒の劣化を防ぐことができる。

本発明の生石灰製造システムの一例（第一の実施形態）を模式的に示す図である。 本発明の生石灰製造システムの他の例（第二の実施形態）を模式的に示す図である。

以下、図１～２を参照にしながら、本発明の生石灰製造システムについて詳しく説明する。
図１は、本発明の生石灰製造システム実施形態の一例（第一の実施形態例）を模式的に表したものである。
生石灰製造システム１ａは、加熱手段１３ａを含む石灰石焼成炉２であって、加熱手段１３ａを用いて熱エネルギー源を燃焼することによって、石灰石を加熱し、脱炭酸させて、生石灰を製造するための石灰石焼成炉２と、石灰石を石灰石焼成炉２に供給するための石灰石供給路３と、生石灰を石灰石焼成炉２から排出するための生石灰排出路４と、触媒６を用いて、炭酸ガスと水素ガスを反応させて、メタンを生成させるためのメタン生成装置５とを含む生石灰製造システムであって、石灰石焼成炉２における脱炭酸で生じた炭酸ガス含有排ガスをメタン生成装置５に導くための排ガス排出路７と、水素ガスをメタン生成装置５に導くための水素ガス供給路８と、メタン生成装置５で生成させたメタンを、石灰石焼成炉２における熱エネルギー源として用いるために、加熱手段１３ａに供給するためのメタン供給路９とを含むものである。

生石灰製造システム１ａでは、生石灰の原料となる石灰石が、石灰石供給路３から、石灰石焼成炉２に投入される。石灰石焼成炉２内で、加熱手段１３ａを用いて熱エネルギー源を燃焼することによって、投入された石灰石を直接的に加熱し、脱炭酸させることで、生石灰を製造することができる。
石灰石焼成炉２の例としては、ベッケンバッハ炉、メルツ炉、及びコマ式炉等の竪型の焼成炉や、ロータリーキルン等の回転式の焼成炉等が挙げられる。加熱手段１３ａの例としては、バーナー等が挙げられる。
上記熱エネルギー源としては、二酸化炭素の排出量を低減することができる観点から、石灰石を加熱し、脱炭酸させる際に生じた炭酸ガスを原料としてメタン生成装置５を用いて生成されたメタンが用いられる。また、メタン及び石灰石には硫黄が含まれていないため、メタンを熱エネルギー源として用いて、石灰石を加熱し、脱炭酸させる際に発生する排ガスには、メタンを生成する際に用いられる触媒の阻害成分である硫黄酸化物が含まれない。このため、熱エネルギー源としてメタンを使用した分だけ、上記排ガス中の硫黄酸化物の量を低減することができ、メタン生成装置５で用いられる触媒６の劣化をより防ぐことができる。
なお、上記熱エネルギー源の一部として、石炭、コークス、重油、天然ガス等の化石熱エネルギー源を用いてもよい。

ここで、石灰石の脱炭酸とは、石灰石の主成分である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を、加熱によって生石灰（ＣａＯ）と炭酸ガス（ＣＯ_２）に分解することである。石灰石が脱炭酸されることで、生石灰を得ることができる。
石灰石焼成炉内２において、石灰石を加熱する温度は、好ましくは６００～１，０５０℃、より好ましくは７００～１，０００℃、特に好ましくは８００～９５０℃である。上記温度が６００℃以上であれば、石灰石の脱炭酸をより促進することができる。上記温度が１，０００℃以下であれば、原料の焼結などにより、石灰石焼成炉２内が閉塞することを防ぐことができる。

石灰石を脱炭酸させることで得られた生石灰は、生石灰排出路４から排出される。排出された石灰石は、クーラーで冷却してもよく、加熱後の高温を維持したままセメントクリンカ原料等として用いてもよい。
石灰石焼成炉２における脱炭酸で生じた炭酸ガス含有排ガス（炭酸ガスを含む排ガス）は、排ガス排出路７内を通って、メタン生成装置５に導かれる。また、排ガス排出路７の途中に、炭酸ガス含有排ガスを吸引するための排ガス誘引機１５を設けてもよい。また、炭酸ガス含有排ガスの一部は外部へ排出してもよい。

メタン生成装置５は、その内部空間に充填された触媒６を用いて、炭酸ガスと水素ガスを反応させてメタンを生成するものである。
上記触媒の例としては、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、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＴｉＯ_２等が挙げられる。これらは適宜選択して用いればよい。
触媒を用いて、炭酸ガスと水素ガスからメタンを生成する反応（いわゆる、メタネーション反応）は、発熱反応であるが、ある一定のレベル以上のエネルギーを与えないとメタン化反応が進行しない。このため、上記反応を促進する目的で、外部から熱エネルギーを供給する必要がある。例えば、メタン生成装置５の周囲に、加熱手段１８を配設して、メタン生成装置５の内部空間を間接的に加熱してもよい。

上記炭酸ガスは、石灰石焼成炉２における脱炭酸で生じた炭酸ガス含有排ガスに含まれている。また、上記水素ガスは、水素貯蔵タンク１０から水素ガス供給路８を通って、メタン生成装置５に導かれる。水素ガス供給路８の途中に、水素ガスを吸引するための水素ガス誘引機１６を設けてもよい。
水素貯蔵タンク１０に貯蔵されている水素は、水を電気分解すること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。

また、排ガス排出路７の途中に、炭酸ガス含有排ガスからメタン生成装置５で用いられる触媒の阻害成分（触媒の作用を阻害して、触媒としての性能を低下させる成分）を分離するためのメタン化阻害成分分離装置１１を設けてもよい。
上記阻害成分の例としては、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、塩化水素（ＨＣｌ）等が挙げられる。
メタン化阻害成分分離装置１１は、硫黄酸化物、窒素酸化物、及び塩化水素等の上記阻害成分を除去するための既知の方法や装置を、適宜、組み合わせたものである。
なお、本発明の生石灰製造システム１ａにおいて、加熱手段の熱エネルギー源のすべてがメタンである場合には、炭酸ガス含有排ガスは、上記阻害成分を含まない、または、含んでいてもその量は非常に少ないため、メタン化阻害成分分離装置１１を配設しなくてもよい。

硫黄酸化物を除去する方法の例としては、炭酸ガス含有排ガスを苛性ソーダ等のアルカリ水溶液と接触させて、硫黄酸化物を硫酸イオンにして除去する方法；炭酸ガス含有排ガスに生石灰又は消石灰を噴霧することで、硫黄酸化物を石膏に変換して集塵機で回収、除去する方法等が挙げられる。
窒素酸化物を除去する方法としては、炭酸ガス含有排ガスに、アンモニア又は尿素を噴霧することで、窒素酸化物を窒素（Ｎ_２）に変換して除去する方法；炭酸ガス含有排ガスを活性コークスに接触させることによって、窒素酸化物を活性コークスに吸着させて除去する方法；炭酸ガス含有排ガスに強酸化剤を添加することで、ＮＯをＮＯ_２にした後、水に吸収させる方法等が挙げられる。

また、メタン化阻害成分分離装置１１において、必要に応じて水を除去してもよい。
例えば、硫黄酸化物を除去する方法や窒素酸化物を除去する方法が、乾式手段で行われる場合、炭酸ガス含有排ガスの温度が水の凝結温度以下になるまで冷却することによって、炭酸ガス含有排ガス中の水蒸気を、液体状の水として分離、除去することができる。
また、硫黄酸化物を除去する方法や窒素酸化物を除去する方法が、湿式手段で行われる場合、水は自然と除去される。

また、炭酸ガス含有排ガス中の酸素（Ｏ_２）は、メタンを製造する際に用いられる水素ガスとメタン生成装置５内で反応してしまうため、水素ガスを過剰に消費するという問題がある。また、炭酸ガス含有排ガス中の窒素（Ｎ_２）は、メタン化に関与しない無用なガスである。そのため、効率的にメタン化を行う観点から、炭酸ガス含有排ガスから酸素及び窒素を除去し、炭酸ガスを分離、回収して、メタン生成装置５に導いてもよい。
炭酸ガス含有排ガスから炭酸ガスを分離、回収する方法の例としては、細孔径を調製したゼオライト膜を用いて炭酸ガスを物理的に吸着させて分離、回収する方法や、セレクソール法、レクチゾール法等の物理吸収法が挙げられる。また、再生のために過大なエネルギーを消費するという欠点があるものの、信頼性に優れた方法として、アミン系吸収液等を用いた化学吸収法が挙げられる。該方法によれば、アミン系吸収液に炭酸ガスを選択的に吸収させた後、再生塔において、アミン系吸収液を加熱することによって、高濃度の炭酸ガスを得ることができる。

メタン生成装置５において生成されたメタンは、メタン、水分、並びに、反応せずに残存したＣＯ_２及びＨ_２等を含むメタン含有ガスとして排出される。メタンは、その後、少なくとも水分を除去した後、メタン供給路９を通って、熱エネルギー源として、石灰石焼成炉２の加熱手段１３ａに供給される。
メタン供給路９の途中に、メタンを一時的に貯蔵するためのメタン貯蔵タンク１２や、メタンを吸引し、メタンの供給量を調整するためのメタンガス誘引機１７を設けてもよい。

メタンを、石灰石焼成炉２の加熱手段１３ａの熱エネルギー源として用いることで、石灰石を加熱し、脱炭酸させる際に必要な熱エネルギーを得ることができ、燃焼に伴って発生する二酸化炭素の排出量を低減することができる。
ここで、生石灰製造システム１ａにおける二酸化炭素の排出量を以下に算出する。なお、実際の生石灰製造システムでは、様々な要因によって二酸化炭素の排出量は変化するので、必ずしも算出された数値となるわけではない。
例えば、生石灰１トンを得るために、ＣａＣＯ_３の純度が９５質量％の石灰石を１，８８０ｋｇ使用し、すべての熱エネルギー源として、燃焼熱量が５，４４０ＭＪとなる量の重油を使用したと仮定した場合、計算上、１，９４９ｋｇ（重油の燃焼によるもの：１，１６３ｋｇ、脱炭酸によるもの：７８６ｋｇ）の二酸化炭素が排出される。
燃焼熱量が５，４４０ＭＪとなる量の重油の代わりに、メタン生成装置５で生成されたメタン１５２Ｎｍ^３を使用した場合、熱エネルギー源の燃焼に伴って生じる炭酸ガスの量は約７９ｋｇ削減される。また、石灰石焼成炉２の加熱手段１３ａに供給されたメタンと同モルの二酸化炭素は、排ガス排出路７を通ってメタン生成装置５に導かれて、再びメタン化される。このため、生石灰製造システム１ａにおける二酸化炭素の排出量は１，５７１ｋｇとなり、重油を熱エネルギー源として用いた場合と比較して、二酸化炭素の排出量を約２０％削減することができる。

図２は、石灰石焼成炉を用いた本発明の生石灰製造システムの実施形態の他の例（第二の実施形態例）を模式的に表したものである。なお、図２中、図１中の符号と同じ名称を有する各部には、図１と同じ符号を付けてある。
生石灰製造システム１ｂは、加熱手段１３ｂ、１４を含む石灰石焼成炉であって、加熱手段１３ｂ、１４を用いて熱エネルギー源を燃焼することによって、石灰石を加熱し、脱炭酸させて、生石灰を製造するための石灰石焼成炉２と、石灰石を石灰石焼成炉２に供給するための石灰石供給路３と、生石灰を石灰石焼成炉２から排出するための生石灰排出路４と、触媒６を用いて、炭酸ガスと水素ガスを反応させて、メタンを生成させるためのメタン生成装置５と、石灰石焼成炉における脱炭酸で生じた炭酸ガス含有排ガスをメタン生成装置５に導くための排ガス排出路７ａと、水素ガスをメタン生成装置５に導くための水素ガス供給路８と、メタン生成装置５で生成させたメタンを、石灰石焼成炉２における熱エネルギー源として用いるために、加熱手段に供給するためのメタン供給路９とを含み、石灰石焼成炉２が、加熱手段と、石灰石を収容するための焼成炉本体２ａと、焼成炉本体２ａを収容する形で配設される間接加熱用付属体２ｂを含み、石灰石焼成炉２の加熱手段が、間接加熱用付属体内２ｂで熱エネルギー源を燃焼することによって、焼成炉本体２ａ内の石灰石を間接的に加熱し、脱炭酸させるための間接加熱手段１４を含み、排ガス排出路は、第一の排ガス排出路７ａと第二の排ガス排出路７ｂからなり、第一の排ガス排出路７ａが、焼成炉本体２ａで生じた炭酸ガス含有排ガスをメタン生成装置５に導くためのものであり、第二の排ガス排出路７ｂが、間接加熱用付属体２ｂ内で生じた炭酸ガス含有排ガスを排出するためのものである。

第二の実施形態例では、石灰石焼成炉２として、加熱手段（間接加熱手段１４、加熱手段１３ｂ）と、石灰石を収容するための焼成炉本体２ａと、焼成炉本体２ａを収容する形で配設される間接加熱用付属体２ｂを含むものを用いている。このような構造を有する焼成炉としては、二重円筒型のロータリーキルン等が挙げられる。なお、図２の石灰石焼成炉２は、二重円筒型のロータリーキルンを、軸線に沿って鉛直方向に切断した状態を示している。
間接加熱用付属体２ｂは、焼成炉本体２ａ内の石灰石を加熱することができるものであればよく、焼成炉本体２ａの一部分を収容する（覆う）ように配設されていてもよい。
間接加熱手段１４は、間接加熱用付属体２ｂ内で熱エネルギー源を燃焼することによって、焼成炉本体２ａ内の石灰石を間接的に加熱し、脱炭酸させることができるものである。

焼成炉本体２ａと間接加熱用付属体２ｂは完全に分けられているため、間接加熱手段１４において熱エネルギー源を燃焼した際（特に、石炭、コークス、重油、天然ガス等の化石熱エネルギー源を燃焼した場合）に発生する硫黄酸化物等の触媒の阻害成分が、焼成炉本体２ａ内で生じた炭酸ガス含有排ガスに混入しないため、上記炭酸ガス含有排ガスは、メタン生成装置の触媒を劣化させにくいものとなる。また、上記炭酸ガス含有排ガスには、熱エネルギー源を燃焼する際に用いられる空気等の支燃性ガス由来の窒素や酸素が含まれないため、上記炭酸ガス含有排ガスは、炭酸ガス濃度の高いものとなる。このため、焼成炉本体２ａ内で生じた炭酸ガス含有排ガスは、メタンを生成する際の原料として好ましいものとなる。

間接加熱手段１４の例としては、バーナー等が挙げられる。また、間接加熱手段１４で用いられる熱エネルギー源としては、石炭、コークス、重油、天然ガス等の化石熱エネルギー源が挙げられる。また、上記熱エネルギー源として、石灰石を加熱し、脱炭酸させる際に生じた炭酸ガスを原料としてメタン生成装置を用いて生成されたメタンを用いてもよい。該メタンを熱エネルギー源として用いることで、二酸化炭素の排出量を低減することができる。また、メタンには硫黄が含まれていないため、メタンを燃焼した際に発生する炭酸ガス含有排ガスには、メタン化阻害成分である硫黄酸化物が含まれない。このため、熱エネルギー源としてメタンを使用した分だけ、熱エネルギー源を燃焼した際に発生する炭酸ガス含有排ガス中の硫黄酸化物の量を低減することができ、該排ガスを用いてメタンを生成する場合、メタン生成装置５で用いられる触媒６の劣化を防ぐことができる。

また、石灰石の加熱、脱炭酸を促進する観点から、焼成炉本体２内で、熱エネルギー源を燃焼することによって、焼成炉本体２ａ内の石灰石を直接的に加熱し、脱炭酸させるための加熱手段１３ｂを設けてもよい。
加熱手段１３ｂや、加熱手段１３ｂに用いられる熱エネルギー源としては、間接加熱手段１４と同様のものを用いることができる。

焼成炉本体２ａ内の、石灰石を加熱する温度は、好ましくは６００～１，０５０℃、より好ましくは７００～１，０００℃、特に好ましくは８００～９５０℃である。上記温度が６００℃以上であれば、石灰石の脱炭酸をより促進することができる。上記温度が１，０００℃以下であれば、原料の焼結などにより、石灰石焼成炉２内が閉塞することを防ぐことができる。
また、間接加熱用付属体２ｂ内の温度は、好ましくは９００℃以上、より好ましくは９５０～１，０５０℃、特に好ましくは９８０～１，０２０℃である。上記温度が９００℃以上であれば、焼成炉本体２ａの中の石灰石を十分に加熱することができる。

第二の実施形態例において、排ガス排出路は、第一の排ガス排出路７ａと第二の排ガス排出路７ｂからなる。
第一の排ガス排出路７ａは、焼成炉本体２ａ内で生じた炭酸ガス含有排ガスをメタン生成装置５に導くためのものである。
焼成炉本体２ａ内で生じた上記排ガスには、硫黄酸化物や窒素酸化物がほとんど含まれていないが、必要に応じてメタン化阻害成分分離装置１１を、第一の排ガス排出路７ａの途中に設けてもよい。
また、第一の排ガス排出路７ａの途中に、炭酸ガス含有排ガスを吸引するための排ガス誘引機１５を設けてもよい。また、炭酸ガス含有排ガスの一部は外部へ排出してもよい。

第二の排ガス排出路７ｂは、間接加熱用付属体２ｂ内で生じた炭酸ガス含有排ガスを排出するためのものである。また、第二の排ガス排出路７ｂの途中に、炭酸ガス含有排ガスを吸引するための排ガス誘引機１５を設けてもよい。
間接加熱用付属体２ｂ内で生じた炭酸ガス含有排ガスは、メタン生成装置５において、メタンを生成させるための原料として用いてもよい。
間接加熱用付属体２ｂ内で生じた炭酸ガス含有排ガスに含まれる炭酸ガスを、メタンを生成させるための原料として用いる場合、第二の排ガス排出路は、メタン化阻害成分分離装置１１又はその前流側の地点において、第一の排ガス排出路７ａの中を流通する上記排ガスと合流するように配設してもよい。
特に、間接加熱手段１４の熱エネルギー源として、石炭、コークス、重油、天然ガス等の化石熱エネルギー源を用いた場合には、間接加熱用付属体２ｂ内で生じた炭酸ガス含有排ガスには、硫黄酸化物等の触媒の阻害成分が含まれているため、メタン化阻害成分分離装置１１を用いて、上記阻害成分を分離することが好ましい。
また、メタン化阻害成分分離装置１１の負担を軽減する目的等から、第二の排ガス排出路７ｂ内を流通している上記排ガスを、メタンを生成させるための原料として使用せずに、脱硫、脱硝処理した後、煙突から外部へ排出してもよい。

メタン生成装置５は、上述した生石灰製造システム１ａで用いたものと同様のものが用いられる。
また、炭酸ガスと水素ガスからメタンを生成する反応を促進する目的で、メタン生成装置５を、上記反応を生じさせるためのメタン生成装置本体５ａと、メタン生成装置本体５ａを収容する形で配設される間接加熱用の補助手段５ｂからなるものとし、間接加熱用の補助手段５ｂが、第二の排ガス排出路７ｂの途中に配設されており、第二の排ガス排出路７ｂ内を流通する上記排ガスを用いて、メタン生成装置本体５ａの内部空間を間接的に加熱してもよい。メタン生成装置本体５ａの内部空間を間接的に加熱することに用いられた上記排ガスは、第二の排ガス排出路７ｂを通って、メタン化阻害成分分離装置１１又はその前流側の地点において、第一の排ガス排出路７ａの中を流通する上記排ガスと合流してもよく、外部に排出してもよい。
なお、間接加熱用の補助手段５ｂは、メタン生成装置本体５ａ内を昇温することができるものであればよく、メタン生成装置本体５ａの一部分を収容する（覆う）ように配設されていてもよい。

図２において、メタン生成装置５において生成されたメタンは、メタン、水分、並びに、反応せずに残存したＣＯ_２及びＨ_２等を含むメタン含有ガスとして排出される。その後、少なくとも水分を除去した後、メタン供給路９を通って、焼成炉本体２ａの加熱手段１３ｂ、及び、間接加熱用付属体２ｂの間接加熱手段１４の少なくともいずれか一方に熱エネルギー源として供給される。
また、メタン供給路９の途中に、メタンを一時的に貯蔵するためのメタン貯蔵タンク１２、メタンを吸引し、メタンの供給量を調整するためのメタンガス誘引機１７を設けてもよい。

図２中の、水素ガス供給路８、水素貯蔵タンク１０、メタン化阻害成分分離装置１１、メタン貯蔵タンク１２、水素ガス誘引機１６は、各々、上述した図１中の、水素ガス供給路８、水素貯蔵タンク１０、メタン化阻害成分分離装置１１、メタン貯蔵タンク１２、水素ガス誘引機１６と同様である。

生石灰製造システム１ｂにおける、二酸化炭素の排出量を以下に算出する。なお、実際のセメントクリンカ製造では、様々な要因によって二酸化炭素の排出量は変化するので、必ずしも算出された数値となるわけではない。
例えば、生石灰１トンを得るために、ＣａＣＯ_３の純度が９５質量％の石灰石を１，８８０ｋｇ使用し、間接加熱手段１４と加熱手段１３ｂを用いて、間接加熱手段１４での燃焼熱量が１，０８８ＭＪとなる量の重油と、加熱手段１３ｂでの燃焼熱量が４，３５４ＭＪとなる量のメタンを、各々、燃焼させることで、焼成炉本体２ａ内の石灰石を８５０～１，０００℃で加熱し、脱炭酸させると仮定した場合、焼成炉本体２ａ内で生じた二酸化炭素の量は１，８１１ｋｇと算出される。このうち２４０ｋｇの二酸化炭素はメタン製造の原料として利用される。一方、重油の燃焼によって間接加熱用付属体２ｂ内で生じた二酸化炭素の量は８６２ｋｇと算出される。よって、生石灰製造システム１ｂ全体から排出される二酸化炭素の合計は、２，４３３ｋｇと算出される。
なお、間接加熱用付属体２ｂ内で生じた排ガスには、高濃度（４，４００ｐｐｍ程度）の硫黄酸化物が含まれる。
一方、燃焼熱量が１，０８８ＭＪとなる量の重油の代わりに、メタン生成装置５で生成されたメタン３０Ｎｍ^３を使用した場合、熱エネルギー源の燃焼に伴って生じる炭酸ガスの量は約１７ｋｇ削減される。また、間接加熱手段１４と加熱手段１３ｂに供給されたメタンと同モルの二酸化炭素は、排ガス排出路を通ってメタン生成装置５に導かれて、再びメタン化される。このため、生石灰製造システム１ｂにおける二酸化炭素の排出量は２，３５７ｋｇとなり、重油を熱エネルギー源として用いた場合の２，４３３ｋｇと比較して、二酸化炭素の排出量を約３％削減することができる。
上記の二酸化炭素の排出量の試算は、生石灰製造システム１ｂの熱エネルギー源として利用可能な量のみの二酸化炭素をメタン化することを前提としたが、生石灰製造システム１ｂ以外で、メタンの用途がある場合には、より多くの量の二酸化炭素をメタン化して利用することができるため、二酸化炭素の排出量をより削減することができる。

また、生石灰製造システムにおいて、メタン生成装置において生成されたメタン含有ガスの供給量及び組成に基いて、加熱手段において補助的に用いられる化石熱エネルギー源の供給量を制御してもよい。
メタン生成装置におけるメタン化は平衡反応であるため、メタン濃度が１００体積％であるガスを製造することはできない。また、メタン化の条件が変動すると、得られるメタン含有ガスの組成や熱量が変動するため、上記ガスの流量を一定にして石灰石焼成炉の加熱手段に供給したとしても、加熱手段における燃焼熱量を一定にすることは難しい。メタン含有ガスの供給量及び組成に基いて、加熱手段に補助的に供給される化石熱エネルギー源の量を増減することで、安定的に生石灰を製造することが可能となる。
化石熱エネルギー源の供給量を制御する方法としては、石灰石焼成炉に必要な熱量から、メタン生成装置において生成されたメタン含有ガスの燃焼で補うことが可能な熱量を減じて、不足分の熱量に相当する化石熱エネルギー源を供給する方法が挙げられる。

また、生石灰製造システムにおいて、熱エネルギー源の燃焼に必要な支燃性のガスとして、空気の代わりに、空気に比べて酸素濃度を高めた支燃性ガスを用いてもよい。該支燃性ガスを用いることで、発生する排ガスに含まれる窒素（空気等の支燃性のガス由来のもの）の量を減らすことができ、取り扱う排ガスの絶対量を減少させて、設備をコンパクトにすることができる。
支燃性ガスは、支燃性ガス供給装置（図示せず。）から供給され、支燃性ガス供給路（図示せず。）を通って、石灰石焼成炉の加熱手段に導かれる。
支燃性ガス供給装置としては、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。

例えば、石灰石焼成システム１ａにおいて、使用する熱エネルギー源のすべてを、メタン生成装置５で生成されたメタンにして、生石灰１トンを製造した場合、発生する炭酸ガス含有排ガスの量は、支燃性ガスとして空気を用いた場合、２，６８８Ｎｍ^３であるのに対して、支燃性ガスとして酸素の含有率が１００体積％である気体を用いた場合、１，３１７Ｎｍ^３となる。
また、支燃性ガスとして空気を用いた場合、上記排ガス中の炭酸ガス濃度は約３５体積％となるのに対して、支燃性ガスとして酸素の含有率が１００体積％であるものを用いた場合、上記排ガス中の炭酸ガス濃度は約７２体積％となる。上記排ガス中の炭酸ガス濃度が高い程、上記排ガスは、メタン化の原料として好ましいものとなる。
なお、実際の生石灰製造システムでは、様々な要因によって上記排ガスの排出量や、炭酸ガス濃度は変化するので、必ずしも算出された数値となるわけではない。

１ａ，１ｂ 生石灰製造システム
２ 石灰石焼成炉
２ａ 焼成炉本体
２ｂ 間接加熱用付属体
３ 石灰石供給路
４ 生石灰排出路
５ メタン生成装置
５ａ メタン生成装置本体
５ｂ 間接加熱用の補助手段
６ 触媒
７ 排ガス排出路
７ａ 第一の排ガス排出路
７ｂ 第二の排ガス排出路
８ 水素ガス供給路
９ メタン供給路
１０ 水素貯蔵タンク
１１ メタン化阻害成分分離装置
１２ メタン貯蔵タンク
１３ａ，１３ｂ，１８ 加熱手段
１４ 間接加熱手段
１５ 排ガス誘引機
１６ 水素ガス誘引機
１７ メタンガス誘引機

Claims (6)

1. 加熱手段を含む石灰石焼成炉であって、上記加熱手段を用いて熱エネルギー源を燃焼することによって、石灰石を加熱し、脱炭酸させて、生石灰を製造するための石灰石焼成炉と、
   上記石灰石を上記石灰石焼成炉に供給するための石灰石供給路と、
   上記生石灰を上記石灰石焼成炉から排出するための生石灰排出路と、
   触媒を用いて、炭酸ガスと水素ガスを反応させて、メタンを生成させるためのメタン生成装置と
   を含む生石灰製造システムであって、
   上記石灰石焼成炉における脱炭酸で生じた炭酸ガス含有排ガスを上記メタン生成装置に導くための排ガス排出路と、
   上記水素ガスを上記メタン生成装置に導くための水素ガス供給路と、
   上記メタン生成装置で生成させたメタンを、上記石灰石焼成炉における上記熱エネルギー源として用いるために、上記加熱手段に供給するためのメタン供給路と
   を含むことを特徴とする生石灰製造システム。
2. 上記排ガス排出路の途中に設けられた、上記炭酸ガス含有排ガスから上記触媒の阻害成分を分離するためのメタン化阻害成分分離装置を含む請求項１に記載の生石灰製造システム。
3. 上記石灰石焼成炉が、上記加熱手段と、上記石灰石を収容するための焼成炉本体と、上記焼成炉本体を収容する形で配設される間接加熱用付属体を含み、
   上記石灰石焼成炉の上記加熱手段が、上記間接加熱用付属体内で上記熱エネルギー源を燃焼することによって、上記焼成炉本体内の上記石灰石を間接的に加熱し、脱炭酸させるための間接加熱手段を含み、
   上記排ガス排出路は、第一の排ガス排出路と第二の排ガス排出路からなり、
   上記第一の排ガス排出路が、上記焼成炉本体で生じた炭酸ガス含有排ガスを上記メタン生成装置に導くためのものであり、
   上記第二の排ガス排出路が、上記間接加熱用付属体内で生じた炭酸ガス含有排ガスを排出するためのものである請求項１に記載の生石灰製造システム。
4. 上記第一の排ガス排出路の途中に設けられた、上記炭酸ガス含有排ガスから上記触媒の阻害成分を分離するためのメタン化阻害成分分離装置を含む請求項３に記載の生石灰製造システム。
5. 上記第二の排ガス排出路の中を流通する上記排ガスが、上記メタン化阻害成分分離装置又はその前流側の地点において、上記第一の排ガス排出路の中を流通する上記排ガスと合流するように、上記第二の排ガス排出路が配設されている請求項４に記載の生石灰製造システム。
6. 上記メタン生成装置が、上記反応を生じさせるためのメタン生成装置本体と、上記メタン生成装置本体を収容する形で配設される間接加熱用の補助手段からなるものであり、
   上記間接加熱用の補助手段が、上記第二の排ガス排出路の途中に配設されており、上記第二の排ガス排出路内を流通する上記排ガスを用いて、上記メタン生成装置本体の内部空間を間接的に加熱するためのものである請求項３～５のいずれか１項に記載の生石灰製造システム。

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