JP4858651B2 - Mixing calciner - Google Patents

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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用いられる混合か焼炉に関するものである。 The present invention relates to a mixed calcination furnace used in a cement production facility for recovering CO 2 gas generated mainly at the time of calcination of a cement raw material at a high concentration in the cement production facility.

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、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.
By the way, the cement industry is one of the industries that emit a lot of CO 2 gas together with electric power and steel, etc. The reduction of CO 2 gas emission in the cement industry greatly contributes to the reduction of CO 2 gas emission in Japan as a whole. Will be fulfilled.

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で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, 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、石灰石の焼成過程において発生するＣＯ2ガスを、利用価値の高い高純度のＣＯ2ガスとして回収する装置として、石灰石が供給される分解反応塔と、熱媒体として生石灰(ＣａＯ)が供給されるとともに、当該生石灰を燃焼ガスによって石灰石のか焼温度以上に加熱する再熱塔と、これら分解反応塔と再熱塔とを連結する連結管とを備えたＣＯ2ガスの生成回収装置が提案されている。 On the other hand, the following Patent Document 1, the CO 2 gas generated in the firing process of limestone, as a device for recovering the CO 2 gas having a high utility value of high purity, and decomposition reaction tower limestone is supplied, as a heating medium CO 2 gas provided with quick lime (CaO), a reheat tower that heats the quick lime to a temperature higher than the calcination temperature of limestone with combustion gas, and a connecting pipe that connects the decomposition reaction tower and the reheat tower A production and recovery apparatus has been proposed.

そして、上記従来の回収装置においては、再熱塔で加熱された生石灰を連結管を通じて分解反応塔に供給し、流動層を形成させて石灰石を焼成することにより当該分解反応塔内にＣＯ2ガスを生成させるとともに、これによって生じた生石灰の一部を排出し、他部を再び連結管を通じて再熱塔に送って再加熱するようになっている。 Then, in the above-mentioned conventional collecting device, quick lime which has been heated by the reheat column was fed to the decomposition reactor through a connection pipe, CO 2 gas in the decomposition reaction column by which to form a fluidized bed calcining limestone In addition, a part of the quicklime produced thereby is discharged, and the other part is sent again to the reheat tower through the connecting pipe to be reheated.

このように、上記ＣＯ2ガスの生成回収装置によれば、石灰石の分解反応を行う場所である分解反応塔と、分解反応に必要な熱量の発生を行う場所である再熱塔とを分離することによって、石灰石の分解反応によって発生するＣＯ2ガスと熱媒体の加熱のために発生する燃焼排ガスとが混合することを防止することができるために、分解反応塔から高い濃度のＣＯ2ガスを回収することができる、とされている。 As described above, according to the CO 2 gas production and recovery apparatus, the decomposition reaction tower that is a place where the decomposition reaction of limestone is performed and the reheat tower that is a place where the amount of heat necessary for the decomposition reaction is generated are separated. by, in order to be able to prevent mixing with the combustion exhaust gas generated in order to heat the CO 2 gas and the heat medium generated by the decomposition reaction of limestone, the CO 2 gas at concentrations from decomposition reactor It can be recovered.

特開昭５７−６７０１３号公報JP-A-57-67013

上記特許文献１において開示されているＣＯ2ガスの生成回収装置によって生成したＣａＯを用いてセメント製造しようとすると、上記生成回収装置によって石灰石を焼成した後に、さらに粘土等のＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3等の他のセメント原料を加えてセメントキルンにおいて焼成する必要がある。このため、原料の製粉を２系統に独立して行う必要があり、設備が大掛かりになるという問題が生じる。 If you try to cement manufactured using CaO generated by the generation recovery system CO 2 gas disclosed in Patent Document 1, after firing the limestone by the generating recovery apparatus further SiO 2, Al 2 O such as clay 3. It is necessary to add other cement raw materials such as Fe 2 O 3 and to fire in the cement kiln. For this reason, it is necessary to carry out the milling of the raw material independently in two systems, which causes a problem that the facility becomes large.

また、一般に石灰石のか焼反応が起こる温度は、図１１に示すように、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）近くになると、８６０℃を超える温度となる。このため、ＣＯ2ガスの回収率を高めるためには、石灰石を過度の高温に加熱する必要があり、燃料コストの高騰化を招くという問題も生じる。 In general, the temperature at which the calcination reaction of limestone occurs rapidly increases as the CO 2 gas concentration in the atmosphere increases, as shown in FIG. 11, and is 100% (partial pressure under atmospheric pressure (1 atm)). When the temperature is close to 1 atm, the temperature exceeds 860 ° C. For this reason, in order to increase the recovery rate of CO 2 gas, it is necessary to heat the limestone to an excessively high temperature, which causes a problem that the fuel cost increases.

そして、上記ＣＯ2ガスの生成回収装置においては、熱媒体として生石灰を用い、この生石灰によって石灰石を加熱してか焼しているために、流動化させることは容易であるが、再熱塔において上記生石灰を石灰石のか焼温度以上、具体的には１０００℃以上に加熱しておく必要があるため、再熱塔内で流動する生石灰等の粉体が固化しやすくなり、連結管等において付着や閉塞が生じて運転不能になるという問題もある。 Then, the generated recovery device of the CO 2 gas is used quicklime as a heating medium, because it is calcined by heating limestone with this quick lime, it is easy to fluidize in reheat tower Since it is necessary to heat the quicklime above the calcining temperature of limestone, specifically 1000 ° C or higher, powder such as quicklime flowing in the reheat tower is likely to solidify, There is also a problem that the operation becomes impossible due to the blockage.

一方、粒子径がセメント原料よりも大きい熱媒体を用いた場合には、連結管等において付着や閉塞等が生じないものの、流動化させることが困難となり、熱媒体から熱の放出に時間を要してしまい、効率的に混合か焼を行うことが難しいという問題もある。さらに、セメント原料を熱媒体間の空隙において流動化させるためには、空筒風速を抑えるために、炉の断面積を大きくする必要がある。しかし、炉の断面積を大きくして空筒風速を抑えたとしても、上記セメント原料を上部１箇所から投入すると、上記セメント原料の分散が悪く、熱媒体と接触して一気にＣＯ2ガスが発生してしまい、均一な流動層が形成できず、か焼効率が低下する恐れがあるという問題もある。 On the other hand, when a heat medium having a particle size larger than that of the cement raw material is used, adhesion or clogging does not occur in the connecting pipe, but it becomes difficult to fluidize, and it takes time to release heat from the heat medium. Therefore, there is a problem that it is difficult to carry out mixing or baking efficiently. Furthermore, in order to fluidize the cement raw material in the gaps between the heat media, it is necessary to increase the cross-sectional area of the furnace in order to suppress the hollow wind speed. However, even if the cross-sectional area of the furnace is increased and the cylinder wind speed is suppressed, if the cement raw material is introduced from one upper part, the dispersion of the cement raw material is poor and CO 2 gas is generated at a stroke in contact with the heat medium. Therefore, there is a problem that a uniform fluidized bed cannot be formed and the calcination efficiency may be lowered.

さらに、セメント原料よりも粒子径の大きい熱媒体を分解反応塔の上部より投入し、下部より抜き出すことにより移動層を形成し、セメント原料を熱媒体間の空隙で発生するＣＯ2ガスにより噴流化させて、当該ＣＯ2ガスとか焼された上記セメント原料とを回収する場合には、上記セメント原料を上部より投入した際にＣＯ2ガスが発生し、上記移動層に供給される前に上部より排出されてしまう。この結果、ＣＯ2ガスの発生量が安定しないという問題もある。 Furthermore, a heating medium having a particle size larger than that of the cement material is introduced from the upper part of the decomposition reaction tower and extracted from the lower part to form a moving bed, and the cement material is jetted by CO 2 gas generated in the gap between the heat medium. In the case where the CO 2 gas and the calcined cement raw material are recovered, CO 2 gas is generated when the cement raw material is input from the upper part, and is supplied from the upper part before being supplied to the moving bed. It will be discharged. As a result, there is also a problem that the amount of generated CO 2 gas is not stable.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、熱媒体の粒子径がセメント原料よりも大きい場合であっても、流動化または噴流化を容易に行い、セメント製造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混合か焼炉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 even when the particle size of the heat medium is larger than that of the cement raw material, it is easily fluidized or jetted to generate CO 2 gas generated in a cement manufacturing facility. It is an object of the present invention to provide a mixing or calcining furnace that can separate and recover slag at a high concentration.

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、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、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ものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is directed to CO generated in a cement production facility in which a cement raw material is preheated by a preheater and then supplied to a cement kiln maintained in a high-temperature atmosphere and fired. 2 Used to recover gas, supply the cement raw material before calcination extracted from the preheater and a heating medium heated above the calcination temperature in a medium heating furnace, mix and calcine In a mixing / calcining furnace for generating CO 2 gas, by providing a supply line for supplying the heat medium having a particle diameter larger than that of the cement raw material from the upper part and a discharge line for extracting the heat medium from the lower part, A moving bed that moves the heat medium from the top to the bottom is formed, and the mixing calciner calcines the cement raw material in the gap between the heat medium in the moving bed. A fluidized bed for fluidizing the cement raw material is formed along with the rise of the CO 2 gas generated by the operation, and a recovery line for recovering the calcined cement raw material by overflow is provided. It is what.

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。 The calcination temperature refers to a temperature at which limestone, that is, CaCO 3 (calcium carbonate) undergoes a reaction to decompose into CaO (calcium oxide) and CO 2 .

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、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ものである。   The invention described in claim 2 is characterized in that, in the invention described in claim 1, in the mixing calciner, the input lines for supplying the cement raw material are connected to a plurality of locations. It is.

請求項１〜２に記載のセメント製造設備に用いられる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は、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、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るとともに、上記セメント原料を上記熱媒体により形成された移動層の空隙で流動させ、か焼させる。 Is the cement raw material before calcination extracted from the preheater used in the cement manufacturing facility according to claim 1 and a heating medium heated to a temperature higher than the calcination temperature in a medium heating furnace mixed? In the mixing calciner for firing and generating CO 2 gas, by providing a supply line for supplying the heat medium having a particle diameter larger than that of the cement raw material from the upper part and a discharge line for extracting from the lower part, A moving layer for moving the heat medium from the top to the bottom is formed, and the cement raw material is caused to flow in the gap of the moving layer formed by the heat medium and calcined.

この結果、上記混合か焼炉は、上記熱媒体の粒子径が、上記セメント原料の粒子径より大きい場合でも、上記セメント原料のか焼によって発生したＣＯ2ガスを、上記熱媒体間の空隙で流動化させ充満させて、当該ＣＯ2ガス濃度を略１００％にさせることができる。また、上記セメント原料を上記熱媒体間の空隙で流動化させることにより、上記熱媒体からの受熱に優れている。このように、上記混合か焼炉によれば、当該混合か焼炉から略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 mixing calcination furnace allows the CO 2 gas generated by calcination of the cement raw material to flow in the gaps between the heating media even when the particle size of the heating medium is larger than the particle size of the cement raw material. The CO 2 gas concentration can be reduced to about 100%. Moreover, it is excellent in the heat receiving from the said heat medium by fluidizing the said cement raw material in the space | gap between the said heat media. Thus, according to the mixing / calcining furnace, CO 2 gas having a concentration of approximately 100% can be recovered from the CO 2 gas exhaust pipe from the mixing / calcining furnace.

なお、上記混合か焼炉は、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。 In addition, since the above-mentioned mixed 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 in the cement raw material, clay, silica stone, and limestone (CaCO 3 ) are included. And iron oxide raw materials, that is, 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 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６に示す上記（１）式の反応温度のグラフ、図７に示す上記（２）式の反応温度のグラフおよび図８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. 6, the reaction temperature graph of the above formula (2) shown in FIG. 7, 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９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９は、上記セメント原料（ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ）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. 9, the thermal decomposition start temperature and end temperature are compared with the case of calcium carbonate alone. Both decline. Note that FIG. 9 shows the weight of the above-mentioned cement material (raw material) and limestone (CaCO 3 ) alone when heated at a rate of 10 K / sec, which is close to the heating rate in a general cement production facility. From the change, the transition of the thermal decomposition was confirmed.

ここで、上記鉱化剤の存在によって、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理由の一つとして、以下のことが考えられる。
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。 Here, the following can be considered as one of the reasons why both the start temperature and the end temperature of the thermal decomposition are decreased by the presence of the mineralizer as compared with the case of calcium carbonate alone.
That is, when a is an activity and K is an equilibrium constant of the reaction formula CaCO 3 → CaO + CO 2 ,
P CO2 = (a CaCO3 / a CaO ) · K
In general, the solid activity a is 1 regardless of the type if it is a pure substance. However, for calcium oxide (CaO), after pyrolysis of calcium carbonate (CaCO 3 ), other raw materials (that is, the above minerals) When the agent is dissolved, the value of a CaO is less than 1. As a result, P CO2 in the above equation is increased, the temperature at which P CO2 = 1 atm is lowered, and it is considered that calcination is further promoted. In addition, a CaCO3 is a value peculiar to the limestone varieties and production areas, and is not affected by other raw material components.

以上のことから、本発明によれば、混合か焼炉における運転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る。しかも、上記混合か焼炉において、セメント原料と異なり粒径が大きく、よって極端に比表面積が小さい熱媒体によってセメント原料を加熱してか焼させているために、上記媒体加熱炉において上記熱媒体をか焼温度以上の１０００℃以上に加熱しても、熱媒体同士あるいは熱媒体と炉壁やシュート内壁の固着や融着を抑えて、コーチングトラブル等の発生を抑止することが可能になる。 From the above, according to the present invention, a desired amount of CO 2 gas recovered can be ensured even if the operating temperature in the mixing calciner is lowered. Moreover, in the mixed calcining furnace, the cement raw material is heated and calcined by a heat medium having a large particle size, and thus an extremely small specific surface area, unlike the cement raw material. Even when heated to 1000 ° C. or higher, which is equal to or higher than the calcination temperature, it is possible to suppress the occurrence of coaching trouble or the like by suppressing the adhesion or fusion between the heat media or between the heat medium and the furnace wall or chute inner wall.

また、上記混合か焼炉に形成された移動層において、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ための回収ラインを備えているため、か焼した上記セメント原料をオーバーフローにより回収することにより、簡便に上記熱媒体から分離させることができる。これにより、別途分離手段を設ける必要がないか、あるいは、分離手段の処理能力を極力抑えることができる。 Further, in the moving bed formed in the mixing calcination furnace, the fluidized bed fluidizes the cement raw material as the CO 2 gas generated by calcining the cement raw material in the gap between the heating media rises. And is provided with a recovery line for recovering the calcined cement raw material by overflow. By recovering the calcined cement raw material by overflow, it is easily separated from the heat medium. Can be made. Thereby, it is not necessary to provide a separate separating unit or the processing capability of the separating unit can be suppressed as much as possible.

さらに、請求項２に記載の発明においては、上記混合か焼炉に、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ため、上記セメント原料を上記熱媒体間の空隙で流動化させるために、炉の断面積を大きくして、炉内の空筒速度を抑えても、上記セメント原料を分散させることができる。この結果、上記熱媒体からの主な伝熱手段である幅射熱を上記セメント原料に伝えることができ、上記セメント原料を効率良くか焼することができる。   Furthermore, in the invention according to claim 2, since the input line for supplying the cement raw material is connected to the mixing calciner at a plurality of locations, the cement raw material is fluidized in the gaps between the heating media. Therefore, the cement raw material can be dispersed even if the cross-sectional area of the furnace is increased to suppress the hollow cylinder speed in the furnace. As a result, it is possible to transmit width radiation heat, which is a main heat transfer means from the heat medium, to the cement raw material, and the cement raw material can be efficiently calcined.

加えて、上記混合か焼炉において十分にか焼された高温のセメント原料をセメントキルンに戻しているために、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、従来よりも長さ寸法の短いロータリーキルンを用いることができる。   In addition, since the high-temperature cement raw material sufficiently calcined in the mixing calciner is returned to the cement kiln, the fuel required for firing in the cement kiln can be reduced. As a result, a rotary kiln having a shorter length than the conventional one can be used.

ここで、上記熱媒体としては、媒体加熱炉における加熱温度に対する耐熱性と、セメント原料と混合された場合の耐摩耗性を有する生石灰（ＣａＯ）、珪石（ＳｉＯ2）または、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等のセラミックス材料、耐熱合金等の金属材料の他、セメントクリンカを用いることができる。ちなみに、生石灰は、融点が２５００℃程度と高く、融着し難いという利点がある。また、熱媒体として循環する間に、徐々に摩耗して発生した微粉が原料に混合しても、セメント原料成分の一つであるために、弊害を生じることがない。さらに、生石灰に代えて石灰石を混合か焼炉、熱媒体供給管またはバケットエレベータに投入した場合においても、その後脱炭酸して生石灰になるので、上述した生石灰の場合と同様の作用効果が得られる。この際に、上記石灰石を混合か焼炉または熱媒体供給管に投入すれば、か焼の際に発生するＣＯ2ガスを回収することができるために好ましい。 Here, as the heat medium, quick lime (CaO), silica (SiO 2 ), or alumina (Al 2 O) having heat resistance to a heating temperature in a medium heating furnace and wear resistance when mixed with a cement raw material. 3 ) In addition to ceramic materials such as, and metal materials such as heat-resistant alloys, cement clinker can be used. Incidentally, quicklime has the advantage that it has a high melting point of about 2500 ° C. and is difficult to fuse. Further, even if fine powder generated by gradually wearing while circulating as a heat medium is mixed with the raw material, since it is one of the cement raw material components, no adverse effects are caused. Furthermore, even when limestone is used instead of quick lime in a mixing or calcining furnace, a heat medium supply pipe or a bucket elevator, it is subsequently decarboxylated to become quick lime, so that the same effect as the case of quick lime described above can be obtained. . At this time, it is preferable to put the limestone into a mixing calcination furnace or a heat medium supply pipe because CO 2 gas generated during calcination can be recovered.

また、珪石も、融点が１７００℃程度と高く、融着し難いとともに、非常に硬度が高いために摩耗し難く、熱媒体として補充する量が少なくて済むという利点がある。さらに、循環過程において徐々に摩耗して生じた微粉が原料に混合しても、セメント原料成分の一つであるために、不都合を生じることがない。   Silica also has the advantage that it has a high melting point of about 1700 ° C. and is difficult to fuse, and it is very hard to wear out, so that the amount of replenishment as a heat medium is small. Furthermore, even if the fine powder produced by gradually wearing during the circulation process is mixed with the raw material, it is one of the components of the cement raw material, so there is no inconvenience.

さらに、上記セメントキルンにおいて焼成することによって得られた硬質かつ粒子径が、セメント原料よりも遙かに大きなセメントクリンカを用いれば、経済的であるとともに、仮にセメント原料に接触した場合にも、当該摩耗粉は既に成分調整されているために、セメント原料と同質の摩耗粉が再びセメントキルンに送られることになり、よって運転や製品としてのセメントキルンの品質に悪影響を与えるおそれがない。   Further, it is economical if a cement clinker obtained by firing in the cement kiln and having a particle size far larger than that of the cement raw material is economical, and even if it comes into contact with the cement raw material, Since the components of the wear powder have already been adjusted, the wear powder of the same quality as the cement raw material is sent again to the cement kiln, so there is no possibility of adversely affecting the quality of the operation or product cement kiln.

本発明に係るセメント製造設備のおけるＣＯ2ガスの回収設備の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic structural diagram showing one embodiment of a recovery facility definitive CO 2 gas of a cement manufacturing facility according to the present invention. 本発明に係るセメント製造設備のおけるＣＯ2ガスの回収設備に用いられる混合か焼炉の一実施形態を説明する説明図である。Is an explanatory view illustrating an embodiment of the mixing calciner used in the recovery facility definitive CO 2 gas of a cement manufacturing facility according to the present invention. 図２の混合か焼炉に、セメント原料を投入する投入ラインを複数接続した混合か焼炉を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the mixing calcination furnace which connected the input line which inputs a cement raw material to the mixing calcination furnace of FIG. 2 in multiple numbers. 本発明に係るセメント製造設備のおけるＣＯ2ガスの回収設備に用いられる混合か焼炉の他の実施形態を説明する説明図である。It is an explanatory view illustrating another embodiment of a mixing calciner used in the recovery facility definitive CO 2 gas of a cement manufacturing facility according to the present invention. 図４の混合か焼炉に、セメント原料を投入する投入ラインを複数接続した混合か焼炉を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the mixing calciner which connected the input line which throws in a cement raw material into the mixing calciner of FIG. 4 in multiple numbers. 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か焼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 differences in calcination start temperature and end temperature of the cement material and limestone alone in CO 2 atmosphere. 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.

図１は、本発明に係るセメント製造設備におけるＣＯ2ガスｎの回収設備の一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。 FIG. 1 shows an embodiment of a CO 2 gas n recovery facility in a cement manufacturing facility according to the present invention. The configuration of the cement manufacturing facility is the same as that shown in FIG. The description will be simplified with reference numerals.
In FIG. 1, the code | symbol 10 is the 2nd preheater 10 provided independently of the preheater (1st preheater) 3 of a cement manufacturing apparatus.

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からか焼前のセメント原料（か焼前セメント原料）ｋ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, and the cement raw material before calcination (from the supply line 11 to the uppermost cyclone ( (Calcined cement raw material) k is supplied. 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セメント原料ｋ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からのか焼前セメント原料ｋと、プレヒータ３からのか焼前セメント原料ｋとが、混合か焼炉１２内に導入されるようになっている。   On the other hand, in the preheater 3 of the cement production facility, an extraction line 13 for extracting the pre-calcination cement raw material k from the lowermost cyclone is provided, and the leading end of the extraction line 13 is transferred from the second preheater 10. Connected to the tube 10a. Thereby, the pre-calcination cement raw material k from the second preheater 10 and the pre-calcination cement raw material k from the preheater 3 are introduced into the mixing / calcination furnace 12.

さらに、混合か焼炉１２は、図２または図３に示すように、流動層型の粉体混合炉であり、熱媒体ｔを上部より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が接続されている。この排出ライン２５は、バケットエレベータ１９を介して熱媒体の循環ライン１４となり、媒体加熱炉１５へ接続される。また、混合か焼炉１２の上部には、か焼前セメント原料ｋを移送管１０ａから供給するための投入ライン２９が接続されている。さらに、図２の変形例では、図３に示すように、投入ライン２９が混合か焼炉１２の上部に複数（図では、２箇所）箇所に接続されている。また、か焼前セメント原料ｋが、か焼されないうちにオーバーフローから排出されることがないように、か焼前セメント原料ｋの投入箇所を、側面部、熱媒体ｔの供給ライン２０と熱媒体ｔの排出ライン２５の間に１個所、もしくは複数個所に設けてもよい。   Further, as shown in FIG. 2 or 3, the mixing / calcining furnace 12 is a fluidized bed type powder mixing furnace, and a supply line 20 for supplying the heat medium t from the upper part and the heat medium t from the lower part are extracted. A discharge line 25 is connected. The discharge line 25 becomes a heat medium circulation line 14 via the bucket elevator 19 and is connected to the medium heating furnace 15. Further, a charging line 29 for supplying the cement raw material k before calcination from the transfer pipe 10a is connected to the upper part of the mixing calcination furnace 12. Further, in the modification of FIG. 2, as shown in FIG. 3, the charging line 29 is connected to a plurality (two in the drawing) of the mixing calcination furnace 12. Further, in order to prevent the pre-calcination cement raw material k from being discharged from the overflow before being calcined, the input portion of the pre-calcination cement raw material k is arranged at the side surface, the supply line 20 of the heating medium t, and the heating medium. It may be provided at one place or a plurality of places between the discharge lines 25 of t.

また、混合か焼炉１２の側面部の中央近傍には、か焼されたセメント原料（か焼済みセメント原料）ｋ’を抜き出す回収ライン１２ａが接続されている。この回収ライン１２ａは、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。また、熱媒体ｔの排出ライン２５から熱媒体ｔと同時に排出されるか焼済みセメント原料ｋ’は、重力沈降装置などの分離手段を用いて、熱媒体ｔを分離し、戻りライン１６に接続してもよい。そして、混合か焼炉１２には、内部で生成したＣＯ2ガスｎを排出するためのＣＯ2ガス排気管２２が接続されるとともに、このＣＯ2ガス排気管２２が、第２のプレヒータ１０に接続されている。 A recovery line 12 a for extracting the calcined cement raw material (calcined cement raw material) k ′ is connected to the vicinity of the center of the side surface of the mixing calciner 12. The recovery line 12 a is a return line 16 and is connected to the kiln bottom part 2 of the rotary kiln 1. Further, the calcined cement raw material k ′ discharged from the discharge line 25 of the heat medium t at the same time as the heat medium t is separated into the heat medium t using a separation means such as a gravity settling device and connected to the return line 16. May be. The mixing / calcining furnace 12 is connected to a CO 2 gas exhaust pipe 22 for discharging CO 2 gas n generated therein, and this CO 2 gas exhaust pipe 22 is connected to the second preheater 10. It is connected.

さらに、他の実施形態の混合か焼炉１２においては、図４または図５に示すように、噴流層型の粉体混合炉であり、熱媒体ｔを上部より供給する供給ライン２０と、下部より抜き出す排出ライン２５が接続されている。この排出ライン２５は、バケットエレベータ１９を介して熱媒体ｔの循環ライン１４となり、媒体加熱炉１５へ接続される。また、熱媒体ｔを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との間に、か焼前セメント原料ｋを移送管１０ａより供給する投入ライン２９が接続されている。この投入ライン２９は、供給ライン２０と排出ライン２５との間を１としたときに、供給ライン２０より下方に０．５〜０．９の位置に接続されている。   Furthermore, the mixing / calcining furnace 12 of another embodiment is a spouted bed type powder mixing furnace, as shown in FIG. 4 or 5, and includes a supply line 20 for supplying the heat medium t from above, A discharge line 25 is further connected. The discharge line 25 becomes a circulation line 14 for the heat medium t via the bucket elevator 19 and is connected to the medium heating furnace 15. Further, a charging line 29 for supplying the cement raw material k before calcination from the transfer pipe 10a is connected between a supply line 20 for supplying the heat medium t and a discharge line 25 for extracting the heat medium t from below. The input line 29 is connected to a position 0.5 to 0.9 below the supply line 20 when the distance between the supply line 20 and the discharge line 25 is 1.

さらに、図４の変形例では、図５に示すように、か焼前セメント原料ｋの投入ライン２９を供給ライン２０と排出ライン２５との間の複数箇所に接続するとともに、供給ライン２０と排出ライン２５との間を１としたときに、供給ライン２０より下方に０．１〜０．９の間の複数箇所に接続されている。   Furthermore, in the modification of FIG. 4, as shown in FIG. 5, the input line 29 of the cement raw material k before calcination is connected to a plurality of locations between the supply line 20 and the discharge line 25, and the supply line 20 and the discharge line 25 are discharged. When the distance from the line 25 is 1, it is connected to a plurality of locations between 0.1 and 0.9 below the supply line 20.

そして、他の実施形態の混合か焼炉１２においては、内部で生成したＣＯ2ガスｎに同伴したか焼済みセメント原料ｋ’を回収する回収ライン２７が接続されている。また、この回収ライン２７には、ＣＯ2ガスｎとか焼済みセメント原料ｋ’を分離するための分離手段２８が備えられている。この分離手段２８には、サイクロンが用いられている。また、分離手段２８には、ＣＯ2ガスｎを排出するためのＣＯ2ガス排気管２２が接続されるとともに、このＣＯ2ガス排気管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。さらに、か焼済みセメント原料ｋ’をセメントキルン１の窯尻部分２に戻す戻りライン１６が接続されている。 Then, in the mixing calciner 12 of other embodiments, recovery line 27 for collecting the calcined cement material k 'entrained into CO 2 gas n generated inside are connected. The recovery line 27 is provided with a separation means 28 for separating the CO 2 gas n and the calcined cement raw material k ′. A cyclone is used for the separating means 28. In addition, a CO 2 gas exhaust pipe 22 for discharging CO 2 gas n is connected to the separation means 28, and this CO 2 gas exhaust pipe 22 is introduced as a heating medium in the second preheater 10. Yes. Furthermore, a return line 16 for returning the calcined cement raw material k ′ to the kiln bottom part 2 of the cement kiln 1 is connected.

さらに、媒体加熱炉１５は、内部に送られてくるか焼前セメント原料ｋよりも粒子径の大きい熱媒体ｔ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熱媒体をか焼温度以上に加熱するためのものである。この媒体加熱炉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、この媒体加熱炉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を排気する排気管１８が接続されている。この排気管１８は、セメントキルン１の排ガス管３ｂに接続されている。また、媒体加熱炉１５の下部には、混合か焼炉１２の上部から熱媒体ｔを供給する供給ライン２０が接続されている。   Further, the medium heating furnace 15 heats the heat medium t by burning the burner 17 using the heat medium t having a particle diameter larger than that of the pre-calcination cement raw material k as the combustion air as the extraction air from the clinker cooler 6. It is for heating the medium above the calcination temperature. The medium heating furnace 15 can be used by modifying an existing calcining furnace. An exhaust pipe 18 that exhausts exhaust gas generated by combustion in the burner 17 is connected to the discharge side of the medium heating furnace 15. The exhaust pipe 18 is connected to the exhaust gas pipe 3 b of the cement kiln 1. Further, a supply line 20 for supplying the heat medium t from the upper part of the mixing / calcining furnace 12 is connected to the lower part of the medium heating furnace 15.

また、上記媒体加熱炉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、媒体加熱炉１５内に導入して、再び排ガス管１８から第１のプレヒータ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。   Further, while the inside of the medium heating furnace 15 needs to be maintained at a high temperature of about 1100 ° C., the exhaust gas from the rotary kiln 1 has a temperature of 1100 to 1200 ° C. Therefore, the exhaust gas from the rotary kiln 1 If the total amount or a certain amount of is introduced into the medium heating furnace 15 and sent again from the exhaust gas pipe 18 to the first preheater 3, the exhaust gas can be used effectively.

なお、図中符号２４は、ＣＯ2ガスの排気ファンであり、符号２３は、ＣＯ2ガスの排気ラインである。また、図中符号２１は、熱媒体ｔを循環させる際に消失さる熱媒体ｔを補うための熱媒体タンクである。
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。 In the figure, reference numeral 24 denotes a CO 2 gas exhaust fan, and reference numeral 23 denotes a CO 2 gas exhaust line. Reference numeral 21 in the drawing denotes a heat medium tank for supplementing the heat medium t that disappears when the heat medium t is circulated.
Incidentally, when a fluidized bed type is used as the mixing / calcining furnace 12, the CO 2 gas n discharged from the mixing / calcining furnace 12 is extracted from the CO 2 gas exhaust pipe 22 or the exhaust line 24. Further, it can be used again by mixing or supplying to the furnace 12 by circulation.

次に、上記の一実施形態に示したセメント製造設備のＣＯ2ガスｎの回収設備において、本発明に係る混合か焼炉１２を用いたＣＯ2ガスｎの回収方法について説明する。
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。 Next, the CO 2 gas n recovery method using the mixing calciner 12 according to the present invention in the CO 2 gas n recovery facility of the cement manufacturing facility shown in the above embodiment will be described.
First, the cement raw material k before calcination is supplied from the supply lines 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か焼前セメント原料ｋが予熱される。そして、か焼温度に達する前（例えば、８１０℃）まで予熱されたか焼前セメント原料ｋが、抜出ライン１３から移送管１０ａを介して混合か焼炉１２へと供給されてゆく。   Then, in the preheater 3, the pre-calcination cement raw material k 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 pre-calcination cement raw material k preheated before reaching the calcination temperature (for example, 810 ° C.) is supplied from the extraction line 13 to the mixing / calcination furnace 12 through the transfer pipe 10a.

また、第２のプレヒータ１０に供給されたセメント原料ｋは、混合か焼炉１２から排出される高濃度かつ高温のＣＯ2ガスｎによって予熱され、最終的にか焼温度に達する前（例えば、７６０℃）まで予熱されて移送管１０ａから混合か焼炉１２へと供給されてゆく。 The cement raw material k supplied to the second preheater 10 is preheated by the high-concentration and high-temperature CO 2 gas n discharged from the mixing / calcining furnace 12 and finally reaches the calcination temperature (for example, 760 ° C.) and is supplied from the transfer pipe 10 a to the mixing or calcining furnace 12.

一方、媒体加熱炉１５においては、内部の熱媒体ｔが、バーナ１７の燃焼によってセメント原料のか焼温度以上（例えば１２００℃程度）まで加熱される。その際、発生した排ガスは、排気管１８に送られ、セメントキルン１の排気管３ｂから排ガスととともに、第１のプレヒータ３に送られる。また、セメント原料のか焼温度以上に加熱された熱媒体ｔは、媒体加熱炉１５の下部に接続された供給ライン２０から、混合か焼炉１２へと供給されてゆく。   On the other hand, in the medium heating furnace 15, the internal heat medium t is heated to a temperature equal to or higher than the calcination temperature of the cement raw material (for example, about 1200 ° C.) by the combustion of the burner 17. At that time, the generated exhaust gas is sent to the exhaust pipe 18, and sent to the first preheater 3 together with the exhaust gas from the exhaust pipe 3 b of the cement kiln 1. Further, the heat medium t heated to a temperature equal to or higher than the calcination temperature of the cement raw material is supplied from the supply line 20 connected to the lower part of the medium heating furnace 15 to the mixing / calcining furnace 12.

これにより、混合か焼炉１２内においては、図２または図３に示すように、上部に接続された供給ライン２０から熱媒体ｔを供給して、この熱媒体ｔを下部の排出ライン２５より抜き出すことにより移動層２６が形成されるとともに、か焼前セメント原料ｋを上部の投入ライン２９より投入する。そして、移動層２６を形成する熱媒体ｔ間の空隙において、か焼温度以上（例えば、９００℃以上）に加熱してか焼される。   Thereby, in the mixing / calcining furnace 12, as shown in FIG. 2 or FIG. 3, the heat medium t is supplied from the supply line 20 connected to the upper part, and the heat medium t is supplied from the lower discharge line 25. The moving layer 26 is formed by extracting, and the pre-calcination cement raw material k is supplied from the upper input line 29. And in the space | gap between the thermal media t which forms the moving layer 26, it heats and calcines more than calcination temperature (for example, 900 degreeC or more).

そして、か焼されたか焼済みセメント原料ｋ’は、移動層２６を形成する熱媒体ｔ間の
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、混合か焼炉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。 The calcined cement raw material k ′ is calcined cement as the CO 2 gas n generated during the calcination rises in the gap between the heat medium t forming the moving layer 26. The raw material k ′ floats to form a fluidized bed, and is recovered from the recovery line 12 a due to overflow and sent from the return line 16 to the kiln bottom 2 of the cement kiln 1. Further, high-concentration and high-temperature CO 2 gas n is introduced as a heating medium in the second preheater 10 from the CO 2 gas exhaust pipe 22 connected to the upper part of the mixing / calcining furnace 12.

この際に、図２の混合か焼炉１２の変形例である図３に示す混合か焼炉１２のように、投入ライン２９を複数箇所に接続して、か焼前セメント原料ｋを混合か焼炉１２内に投入することにより、空筒速度を抑えるために炉の断面積を大きくした混合か焼炉１２においても、か焼前セメント原料ｋが分散され、熱媒体ｔからの伝熱が促進されることにより、か焼効率の低下を防ぐことができる。   At this time, as in the mixing calcination furnace 12 shown in FIG. 3 which is a modification of the mixing calcination furnace 12 in FIG. 2, the charging lines 29 are connected to a plurality of locations to mix the cement raw material k before calcination. In the mixing calcination furnace 12 in which the cross-sectional area of the furnace is increased in order to suppress the hollow cylinder speed by introducing it into the calcination furnace 12, the pre-calcination cement raw material k is dispersed, and heat transfer from the heat medium t is performed. By being promoted, a reduction in calcination efficiency can be prevented.

さらに、混合か焼炉１２の他の実施形態である図４および図５においては、混合か焼炉１２の側面側上方に接続された供給ライン２０から熱媒体ｔを供給して、下部の排出ライン２５より抜き出することにより移動層２６が形成されるとともに、か焼前セメント原料ｋを供給ライン２０と排出ライン２５との間に接続された投入ライン２９より投入する。そして、移動層２６を形成する熱媒体ｔ間の空隙において、か焼温度以上（例えば、９００℃以上）に加熱してか焼されるとともに、この際に発生したＣＯ2ガスｎに、か焼済みセメント原料ｋ’が同伴され、噴流層が形成される。 Further, in FIGS. 4 and 5, which are other embodiments of the mixing / calcining furnace 12, the heating medium t is supplied from the supply line 20 connected to the upper side of the mixing / calcining furnace 12, and the lower part is discharged. The moving layer 26 is formed by extracting from the line 25, and the pre-calcination cement raw material k is input from the input line 29 connected between the supply line 20 and the discharge line 25. Then, in the space between the heat medium t for forming a transfer layer 26, or the calcination temperature (e.g., 900 ° C. or higher) with calcined by heating to, the CO 2 gas n generated during this calcination The spent cement raw material k ′ is accompanied and a spouted bed is formed.

そして、か焼済みセメント原料ｋ’は、ＣＯ2ガスｎに同伴され回収ライン２７から分離手段２８に送られ、サイクロンによりＣＯ2ガスｎとか焼済みセメント原料ｋ’に分離される。そして、分離されたＣＯ2ガスｎは、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。また、分離されたか焼済みセメント原料ｋ’は、回収ライン１２ａから戻りライン１６に送られ、セメントキルン１の窯尻部分２に供給される。 Then, the calcined cement raw material k ′ is accompanied by the CO 2 gas n, sent from the recovery line 27 to the separation means 28, and separated into the CO 2 gas n and the calcined cement raw material k ′ by the cyclone. The separated CO 2 gas n is introduced from the CO 2 gas exhaust pipe 22 as a heating medium in the second preheater 10. The separated calcined cement raw material k ′ is sent from the recovery line 12 a to the return line 16 and supplied to the kiln bottom part 2 of the cement kiln 1.

この際に、混合か焼炉１２の投入ライン２９を、供給ライン２０と排出ライン２５との間の複数箇所に接続することにより、炉内の空間を十分に利用し、熱媒体ｔ間の空隙においてか焼が行われるため、安定したＣＯ2ガスｎが発生する。そして、このＣＯ2ガスｎは、か焼済みセメント原料ｋ’を噴流化させる。また、図４の混合か焼炉１２の変形例である図５に示す混合か焼炉１２においては、熱媒体ｔの供給ライン２０と排出ライン２５の間を１としたときに、供給ラインから下方に０．１〜０．９の位置の複数箇所に投入ライン２９が接続され、複数箇所の投入ライン２９より、か焼前セメント原料ｋが投入される。これにより、熱媒体ｔ間の空隙において、熱媒体ｔの幅射熱を受けて、か焼が十分に行われ、高濃度のＣＯ2ガスｎが安定して発生することになる。 At this time, by connecting the input line 29 of the mixing / calcining furnace 12 to a plurality of locations between the supply line 20 and the discharge line 25, the space in the furnace can be fully utilized, and the gap between the heat medium t Since calcination is performed in step S2, stable CO 2 gas n is generated. The CO 2 gas n jets the calcined cement raw material k ′. Further, in the mixing and calcining furnace 12 shown in FIG. 5 which is a modification of the mixing and calcining furnace 12 in FIG. 4, when the distance between the supply line 20 and the discharge line 25 of the heat medium t is 1, the supply line The input lines 29 are connected to a plurality of locations at positions 0.1 to 0.9 below, and the cement raw material k before calcination is input from the plurality of input lines 29. Thereby, in the space between the heat media t, the width of the heat medium t is received and the calcination is sufficiently performed, and the high-concentration CO 2 gas n is stably generated.

そして、か焼前セメント原料ｋが、熱媒体ｔ間の空隙においてか焼され、高濃度のＣＯ2ガスｎが発生する。このＣＯ2ガスｎが浮流する移動層２６において、か焼済みセメント原料ｋ’は、十分な空筒速度を持ったＣＯ2ガスに同伴されて噴流化される。そして、ＣＯ2ガスｎに同伴されたか焼済みセメント原料ｋ’が、噴流化により上部の回収ライン２７より、分離手段２８に送られる。さらに、この分離手段２８のサイクロンにより、高濃度のＣＯ2ガスｎとか焼済みセメント原料ｋ’が分離される。 Then, the pre-calcination cement raw material k is calcined in the gaps between the heat media t, and high-concentration CO 2 gas n is generated. In the moving bed 26 in which the CO 2 gas n floats, the calcined cement raw material k ′ is entrained with the CO 2 gas having a sufficient cylinder speed. Then, the calcined cement raw material k ′ accompanied by the CO 2 gas n is sent from the upper recovery line 27 to the separating means 28 by jetting. Further, the cyclone of the separation means 28 separates the high concentration CO 2 gas n and the calcined cement raw material k ′.

さらに、分離手段２８のサイクロンにより分離されたか焼済みセメント原料ｋ’は、戻りライン１６よりセメントキルン１の窯尻部分２に送られていく。また、高濃度かつ高温のＣＯ2ガスｎは、分離手段２８の上部に接続されたＣＯ2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。 Further, the calcined cement raw material k ′ separated by the cyclone of the separating means 28 is sent from the return line 16 to the kiln bottom portion 2 of the cement kiln 1. Further, the high-concentration and high-temperature CO 2 gas n is introduced as a heating medium in the second preheater 10 from the CO 2 exhaust pipe 22 connected to the upper part of the separation means 28.

そして、熱媒体ｔとか焼前セメント原料ｋを混合してか焼させると、発生するＣＯ2ガスｎにより雰囲気がＣＯ2約１００％になる。このため、か焼が全て終了しない限り、か焼温度は９００℃程度で略一定になる。 When the heat medium t and the cement raw material k before calcination are mixed and calcined, the generated CO 2 gas n brings the atmosphere to about 100% CO 2 . For this reason, unless all calcinations are completed, the calcination temperature is approximately constant at about 900 ° C.

また、混合か焼炉１２において、粉体の流動化速度Ｕmf＜混合か焼炉の空筒速度＜粉体の終末速度Ｕtであれば、混合か焼炉でか焼済みセメント原料ｋ’は流動化し、流動層からオーバーフローにより、か焼済みセメント原料ｋ’が排出管１２ａに送られる。
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。 Further, in the mixing / calcining furnace 12, if the fluidization speed U mf of the powder <cylinder speed of the mixing / calcining furnace <the final speed U t of the powder, the cement raw material k ′ calcined in the mixing / calcining furnace 12 Is fluidized, and the calcined cement raw material k ′ is sent to the discharge pipe 12a by overflow from the fluidized bed.
On the other hand, in the mixing calcination furnace 12, if the powder end velocity U t <the mixing calcination furnace cylinder speed, the cement raw material k ′ calcined in the mixing calcination furnace is vigorously fluidized or jetted and calcined. The spent cement raw material k ′ is accompanied by the generated CO 2 gas n. For this reason, a powder separation means such as a cyclone is separately provided to recover the calcined cement raw material.

ここで、上記空筒速度は、熱媒体ｔがか焼前セメント原料ｋと混合することにより、か焼温度まで低下する際に放出する熱量から、か焼前セメント原料ｋのか焼温度までの昇温に必要な熱量を差し引いたものが、か焼前セメント原料ｋのか焼に供するとして、そのか焼反応で発生するＣＯ2ガスｎ流量を計算することができ、このＣＯ2ガスｎ流量を混合か焼炉１２の断面積かつ熱媒体の空隙率で除すことにより求めることができる。 Here, the cylinder speed is increased from the amount of heat released when the heat medium t is mixed with the pre-calcination cement raw material k to the calcination temperature of the pre-calcination cement raw material k. mixture minus the amount of heat required for temperature is, as subjected to calcination before the cement material k calcination, it is possible to calculate the CO 2 gas n flow generated in the calcination reaction, the CO 2 gas n flow It can be determined by dividing by the cross-sectional area of the calcination furnace 12 and the porosity of the heat medium.

また、粉体が流動化を開始する流動化速度であるＵmf及び粉体が発生するＣＯ2ガスｎに同伴される速度である終末速度Ｕtは、下記の式より求められる。 U mf, which is the fluidization speed at which the powder starts to fluidize, and the final speed U t , which is the speed accompanying the CO 2 gas n generated by the powder, can be obtained from the following equations.

Figure 0004858651
μ：流体の粘度（Ｐａ・ｓ）
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
Figure 0004858651
μ: Fluid viscosity (Pa · s)
d p : average particle diameter of powder (m)
ρ f : fluid density (kg / m 3 )
Re mf : Reynolds number of powder in fluidized bed Ar: Archimedes number ρ p : Density of powder (kg / m 3 )
g: Gravity acceleration (m / s 2 )
φ s : Shape factor (1 for a true sphere)
ε mf : porosity in fluidized bed

このように、上記セメント製造設備における混合か焼炉１２によれば、セメント製造設備における熱源を有効活用して、混合か焼炉１２において発生するＣＯ2ガスｎを、１００％に近い高濃度で回収することができる。 Thus, according to the mixing and calcining furnace 12 in the cement manufacturing facility, the CO 2 gas n generated in the mixing and calcining furnace 12 is effectively used at a high concentration close to 100% by effectively utilizing the heat source in the cement manufacturing facility. It can be recovered.

さらに、混合か焼炉１２において、か焼前セメント原料ｋより粒子径が大きく、極端に比表面積が小さい熱媒体ｔにより、か焼前セメント原料ｋを加熱してか焼させているために、媒体加熱炉１５において熱媒体ｔをか焼温度以上の１０００℃以上に加熱しても、熱媒体ｔ同士あるいは熱媒体ｔと炉壁の固着や融着を抑えて、コーチングトラブル等の発生を抑止することができる。   Furthermore, in the mixing calcination furnace 12, the cement material k before calcination is heated and calcined by the heat medium t having a particle size larger than that of the cement material k before calcination and an extremely small specific surface area. Even if the heat medium t is heated to 1000 ° C. or higher in the medium heating furnace 15, which is equal to or higher than the calcination temperature, adhesion between the heat mediums t or between the heat medium t and the furnace wall is suppressed and the occurrence of coating troubles is suppressed. can do.

加えて、混合か焼炉１２において十分にか焼された高温のか焼済みセメント原料ｋ’を、戻りライン１６からロータリーキルン１に戻しているために、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。   In addition, since the high-temperature calcined cement raw material k ′ sufficiently calcined in the mixing / calcining furnace 12 is returned to the rotary kiln 1 from the return line 16, the fuel required for firing in the rotary kiln 1 can be reduced. Therefore, the rotary kiln 1 having a shorter length than the conventional one can be used.

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
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） 1 Rotary kiln (cement kiln)
3 Preheater (first preheater)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 2nd preheater 10a Transfer pipe 12 Mixing / calcination furnace 12a Recovery line 13 Extraction line 15 Medium heating furnace 16 Return line 20 Supply line 25 Discharge line 26 Moving bed 27 Recovery line 28 Separation means 29 Input line k Pre-calcination cement Raw material (cement raw material before calcination)
k 'calcined cement raw material (calcined cement raw material)

Claims (2)

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、
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混合か焼炉。 Was the cement raw material extracted from the preheater used to recover CO 2 gas generated in a cement manufacturing facility that is preheated with a preheater and then supplied to a cement kiln that is maintained in a high temperature atmosphere and fired? In the mixed calcination furnace for supplying the cement raw material before calcination and the heating medium heated to the calcination temperature or higher in the medium heating furnace, mixing and calcining to generate CO 2 gas,
By providing a supply line for supplying the heat medium having a particle diameter larger than that of the cement raw material from the upper part and a discharge line for extracting the heat medium from the lower part, a moving layer for moving the heat medium from the top to the bottom is formed. ,
In the moving calcination furnace, in the moving bed, a fluidized bed that fluidizes the cement raw material is formed as the CO 2 gas generated by calcining the cement raw material in the gap between the heating media is increased. And a recovery line for recovering the calcined cement raw material by overflow. 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１に記載の混合か焼炉。   The mixing / calcining furnace according to claim 1, wherein in the mixing / calcining furnace, input lines for supplying the cement raw material are connected to a plurality of locations.
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