JP7120426B1 - 間接加熱式セメント焼成システム - Google Patents
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Abstract
【課題】バイオマス燃料の使用比率を向上し、セメント原料由来の二酸化炭素の回収効率を向上することができるセメント焼成炉及びセメント製造方法を提供する。【解決手段】バイオマスを含む燃料１１を間接加熱で熱分解し、分解ガス２１と加熱残渣３１を生成する間接加熱式の熱分解炉２００と、分解ガス２１を燃料として用い、セメント原料４１を間接加熱で焼成して、二酸化炭素５１と脱炭酸されたセメント原料６１を生成する間接加熱式の仮焼炉３００と、脱炭酸されたセメント原料６１を焼成してクリンカを得るキルン４００とを有するセメント焼成炉。【選択図】図１
Description
本発明は、間接加熱式セメント焼成システムに関し、より具体的には、間接加熱式セメント焼成炉及び間接加熱式セメント製造方法に関する。
近年、カーボンニュートラルの観点から、セメント原料の焼成により生じる二酸化炭素を回収する手法が種々検討されている（例えば、特許文献１参照）。
また、同様の観点から、セメント原料の焼成に用いる石炭等の代替として、バイオマス燃料、廃プラスチック等が用いられている。
また、同様の観点から、セメント原料の焼成に用いる石炭等の代替として、バイオマス燃料、廃プラスチック等が用いられている。
しかしながら、バイオマス燃料は水分を多く含むため、燃焼しにくい。石炭等の代替率を上げることが難しく、また、燃料由来の二酸化炭素の排出を削減しにくかった
本発明は、バイオマス燃料の使用比率を向上し、セメント原料由来の二酸化炭素の回収効率を向上することができるセメント焼成炉及びセメント製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、バイオマス燃料の使用比率を向上し、セメント原料由来の二酸化炭素の回収効率を向上することができるセメント焼成炉及びセメント製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、以下の＜１＞～＜１２＞を提供する。
＜１＞ バイオマスを含む燃料を間接加熱で熱分解し、分解ガスと加熱残渣を生成する間接加熱式の熱分解炉と、
前記分解ガスを燃料として用い、セメント原料の一部又は全部を間接加熱で焼成して、二酸化炭素と脱炭酸されたセメント原料を生成する間接加熱式の仮焼炉と、
前記脱炭酸されたセメント原料を焼成してクリンカを得るキルンと
を有するセメント焼成炉。
＜１＞ バイオマスを含む燃料を間接加熱で熱分解し、分解ガスと加熱残渣を生成する間接加熱式の熱分解炉と、
前記分解ガスを燃料として用い、セメント原料の一部又は全部を間接加熱で焼成して、二酸化炭素と脱炭酸されたセメント原料を生成する間接加熱式の仮焼炉と、
前記脱炭酸されたセメント原料を焼成してクリンカを得るキルンと
を有するセメント焼成炉。
＜２＞ 前記二酸化炭素を、熱交換器で冷却し、回収すると共に、前記熱交換器から発生する水蒸気を含む媒体を、前記熱分解炉の加熱源として利用する＜１＞に記載のセメント焼成炉。
＜３＞ 更に、前記キルンの出口側に前記クリンカを冷却するクリンカクーラーを有し、
前記クリンカクーラーから排出される回収空気を、前記熱分解炉及び前記仮焼炉からなる群より選択される１つ以上の加熱源として利用する＜１＞または＜２＞に記載のセメント焼成炉。
＜３＞ 更に、前記キルンの出口側に前記クリンカを冷却するクリンカクーラーを有し、
前記クリンカクーラーから排出される回収空気を、前記熱分解炉及び前記仮焼炉からなる群より選択される１つ以上の加熱源として利用する＜１＞または＜２＞に記載のセメント焼成炉。
＜４＞ 更に、前記キルンの入口側に接続され、前記脱炭酸されたセメント原料の一部を、前記キルンに送入する前に、更に焼成する補助仮焼炉を有する＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載のセメント焼成炉。
＜５＞ 前記熱分解炉で生じた前記加熱残渣を、前記補助仮焼炉及びキルンの燃料として用いる＜４＞に記載のセメント焼成炉。
＜６＞ 更に、前記分解ガスを、前記仮焼炉に供給する前に洗浄する洗浄装置を有する＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載のセメント焼成炉。
＜５＞ 前記熱分解炉で生じた前記加熱残渣を、前記補助仮焼炉及びキルンの燃料として用いる＜４＞に記載のセメント焼成炉。
＜６＞ 更に、前記分解ガスを、前記仮焼炉に供給する前に洗浄する洗浄装置を有する＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載のセメント焼成炉。
＜７＞ バイオマスを含む燃料を間接加熱で熱分解し、分解ガスと加熱残渣を生成する間接加熱式の熱分解工程と、
前記分解ガスを燃料として用い、セメント原料の一部又は全部を間接加熱で焼成して、二酸化炭素と脱炭酸されたセメント原料を生成する間接加熱式の仮焼工程と、
前記脱炭酸されたセメント原料をキルンで焼成してクリンカを得る焼成工程と
を有するセメント製造方法。
前記分解ガスを燃料として用い、セメント原料の一部又は全部を間接加熱で焼成して、二酸化炭素と脱炭酸されたセメント原料を生成する間接加熱式の仮焼工程と、
前記脱炭酸されたセメント原料をキルンで焼成してクリンカを得る焼成工程と
を有するセメント製造方法。
＜８＞ 前記二酸化炭素を、熱交換器で冷却し、回収すると共に、前記熱交換器から発生する水蒸気を含む媒体を、前記熱分解工程の加熱源として利用する＜７＞に記載のセメント製造方法。
＜９＞ 更に、前記焼成工程の後に前記クリンカを冷却するクリンカ冷却工程を有し、
前記クリンカ冷却工程から排出される回収空気を、前記熱分解工程及び前記仮焼工程からなる群より選択される１つ以上の工程における加熱源として利用する＜７＞又は＜８＞に記載のセメント製造方法。
＜１０＞ 前記脱炭酸されたセメント原料の一部を、前記焼成工程で焼成する前に、更に焼成する補助仮焼工程を有する＜７＞～＜９＞のいずれか１つに記載のセメント製造方法。
＜１１＞ 前記熱分解工程で生じた前記加熱残渣を、前記補助仮焼工程及び前記キルンの燃料として用いる＜１０＞に記載のセメント製造方法。
＜１２＞ 更に、前記分解ガスを、前記仮焼工程に供給する前に洗浄する洗浄工程を有する＜７＞～＜１１＞のいずれか１つに記載のセメント製造方法。
＜９＞ 更に、前記焼成工程の後に前記クリンカを冷却するクリンカ冷却工程を有し、
前記クリンカ冷却工程から排出される回収空気を、前記熱分解工程及び前記仮焼工程からなる群より選択される１つ以上の工程における加熱源として利用する＜７＞又は＜８＞に記載のセメント製造方法。
＜１０＞ 前記脱炭酸されたセメント原料の一部を、前記焼成工程で焼成する前に、更に焼成する補助仮焼工程を有する＜７＞～＜９＞のいずれか１つに記載のセメント製造方法。
＜１１＞ 前記熱分解工程で生じた前記加熱残渣を、前記補助仮焼工程及び前記キルンの燃料として用いる＜１０＞に記載のセメント製造方法。
＜１２＞ 更に、前記分解ガスを、前記仮焼工程に供給する前に洗浄する洗浄工程を有する＜７＞～＜１１＞のいずれか１つに記載のセメント製造方法。
本発明によれば、バイオマス燃料の使用比率を向上し、セメント原料由来の二酸化炭素の回収効率を向上することができるセメント焼成炉及びセメント製造方法を提供することができる。
＜間接加熱式セメント焼成システム＞
本発明の間接加熱式セメント焼成システムにおいては、バイオマス、廃プラスチック、汚泥等を直接加熱せずに、間接加熱によって熱分解し、得られた分解ガスと加熱残渣をセメント原料の加熱源として、セメント原料を間接加熱で焼成する。これにより、バイオマス燃料の改質によって使用比率が向上し、セメント原料由来の二酸化炭素の回収効率も向上する。本発明の間接加熱式セメント焼成システムを用いることで、セメント製造におけるバイオマス燃料の使用比率の向上、及びセメント原料由来の二酸化炭素の回収効率を向上することができる。
以下、本発明の間接加熱式セメント焼成システムの一実施形態であるセメント焼成炉及び他の一実施形態であるセメント製造方法の最良の形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をよりよく理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。本明細書中の「ＡＡ～ＢＢ」との数値範囲の表記は、「ＡＡ以上ＢＢ以下」であることを意味する。
本発明の間接加熱式セメント焼成システムにおいては、バイオマス、廃プラスチック、汚泥等を直接加熱せずに、間接加熱によって熱分解し、得られた分解ガスと加熱残渣をセメント原料の加熱源として、セメント原料を間接加熱で焼成する。これにより、バイオマス燃料の改質によって使用比率が向上し、セメント原料由来の二酸化炭素の回収効率も向上する。本発明の間接加熱式セメント焼成システムを用いることで、セメント製造におけるバイオマス燃料の使用比率の向上、及びセメント原料由来の二酸化炭素の回収効率を向上することができる。
以下、本発明の間接加熱式セメント焼成システムの一実施形態であるセメント焼成炉及び他の一実施形態であるセメント製造方法の最良の形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をよりよく理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。本明細書中の「ＡＡ～ＢＢ」との数値範囲の表記は、「ＡＡ以上ＢＢ以下」であることを意味する。
＜セメント焼成炉＞
本発明のセメント焼成炉は、バイオマスを含む燃料を間接加熱で熱分解し、分解ガスと加熱残渣を生成する間接加熱式の熱分解炉と、
前記分解ガスを燃料として用い、セメント原料の一部又は全部を間接加熱で焼成して、二酸化炭素と脱炭酸されたセメント原料を生成する間接加熱式の仮焼炉と、
前記脱炭酸されたセメント原料を焼成してクリンカを得るキルンと
を有する。
本発明のセメント焼成炉は、上記の熱分解炉、仮焼炉、及びキルンに加え、更に、クリンカクーラー、補助仮焼炉等を含んでいてもよい。
本発明のセメント焼成炉は、バイオマスを含む燃料を間接加熱で熱分解し、分解ガスと加熱残渣を生成する間接加熱式の熱分解炉と、
前記分解ガスを燃料として用い、セメント原料の一部又は全部を間接加熱で焼成して、二酸化炭素と脱炭酸されたセメント原料を生成する間接加熱式の仮焼炉と、
前記脱炭酸されたセメント原料を焼成してクリンカを得るキルンと
を有する。
本発明のセメント焼成炉は、上記の熱分解炉、仮焼炉、及びキルンに加え、更に、クリンカクーラー、補助仮焼炉等を含んでいてもよい。
以下、本発明のセメント焼成炉の一実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態のセメント焼成炉を示す模式図である。
本実施形態に係るセメント焼成炉は、熱分解炉２００と、仮焼炉３００と、キルン４００とを少なくとも有する。
図１は、本発明の一実施形態のセメント焼成炉を示す模式図である。
本実施形態に係るセメント焼成炉は、熱分解炉２００と、仮焼炉３００と、キルン４００とを少なくとも有する。
〔熱分解炉〕
熱分解炉２００は、間接加熱式の熱分解炉であり、バイオマスを含む燃料１１を間接加熱で熱分解し、分解ガス２１と加熱残渣３１を生成する。
燃料１１は、石炭等の代替燃料であり、少なくともバイオマスを含む。燃料１１は、更に、廃プラスチック、汚泥等を含んでいてもよい。廃プラスチックは、例えば、ＡＳＲ（Auto Mobile Shredder Residue）、容器包装プラスチック、容器包装プラスチックの選別残渣、ＲＰＦ（Refuse derived paper and plastics densified Fuel）用原料プラスチック、建築物解体により排出されるプラスチック等が挙げられる。
バイオマス及び廃プラスチックは、加熱分解しやすいように、予め粉砕しておくことが好ましい。
熱分解炉２００は、間接加熱式の熱分解炉であり、バイオマスを含む燃料１１を間接加熱で熱分解し、分解ガス２１と加熱残渣３１を生成する。
燃料１１は、石炭等の代替燃料であり、少なくともバイオマスを含む。燃料１１は、更に、廃プラスチック、汚泥等を含んでいてもよい。廃プラスチックは、例えば、ＡＳＲ（Auto Mobile Shredder Residue）、容器包装プラスチック、容器包装プラスチックの選別残渣、ＲＰＦ（Refuse derived paper and plastics densified Fuel）用原料プラスチック、建築物解体により排出されるプラスチック等が挙げられる。
バイオマス及び廃プラスチックは、加熱分解しやすいように、予め粉砕しておくことが好ましい。
燃料１１を間接加熱で加熱することにより、燃料１１が還元雰囲気下で熱分解される。燃料１１を直接加熱すると、燃料１１自身がそのまま燃焼してしまい、仮焼炉３００及びキルン４００の加熱源として用いる分解ガス２１と加熱残渣３１の熱エネルギーを減少させてしまう。
バイオマスは、通常、水分を含み及び又、繊維質を有するため粉砕が難しく、粒度が粗くなることから、バイオマス燃料を未処理のまま直接燃焼していた従来においては、不完全燃焼を起こしたり、石炭を用いる場合よりも燃焼時間が長くなった。
しかし、空気を遮断して間接加熱することで、含有水分が蒸発し、加えて還元雰囲気下での熱分解が容易になり加熱時間を短縮することができる。また、バイオマスがガス化して分解ガス２１になり、石炭同等の燃焼しやすい燃料となる。また、加熱残渣３１としてチャー、コークが生成することで、バイオマスの繊維質が脆くなり石炭同等に粉砕しやすくなる。加熱残渣３１も石炭同等の燃焼しやすい燃料となる。
よって熱分解炉２００で生じた加熱残渣３１を、後述する補助仮焼炉６０及びキルン４００の燃料として用いることが容易になる。
このように、本発明のセメント焼成炉を用いることで、従来よりも、バイオマスの使用比率を向上することができる。
バイオマスは、通常、水分を含み及び又、繊維質を有するため粉砕が難しく、粒度が粗くなることから、バイオマス燃料を未処理のまま直接燃焼していた従来においては、不完全燃焼を起こしたり、石炭を用いる場合よりも燃焼時間が長くなった。
しかし、空気を遮断して間接加熱することで、含有水分が蒸発し、加えて還元雰囲気下での熱分解が容易になり加熱時間を短縮することができる。また、バイオマスがガス化して分解ガス２１になり、石炭同等の燃焼しやすい燃料となる。また、加熱残渣３１としてチャー、コークが生成することで、バイオマスの繊維質が脆くなり石炭同等に粉砕しやすくなる。加熱残渣３１も石炭同等の燃焼しやすい燃料となる。
よって熱分解炉２００で生じた加熱残渣３１を、後述する補助仮焼炉６０及びキルン４００の燃料として用いることが容易になる。
このように、本発明のセメント焼成炉を用いることで、従来よりも、バイオマスの使用比率を向上することができる。
熱分解炉２００の構造は、燃料１１を間接的に加熱し得る構造であれば特に制限されない。燃料１１と、燃料１１の加熱源とを隔壁（伝熱板）を隔てて配置可能な空間を有する炉を用いることができる。例えば、密閉可能な内炉の外周にジャケットを設け、外周ジャケットを加熱源によって加熱することにより、隔壁を通じて内炉が加熱される。図１には、Ｈｅａｔ Ｆｌｏｗの向きを楔状の三角形で示す。これは、熱分解炉２００の外周ジャケットの熱が内炉に向かうことを示す。燃料１１を還元雰囲気下で加熱しやすいように、内炉は密閉空間であることが好ましい。このような間接加熱式の炉として、例えば、オカドラ社製のガス燃焼式炭化機を用いることができる。
燃料１１の加熱源としては、燃料ガス１２、回収空気７２ａ、水蒸気を含む媒体５３等を用いることができる。燃料ガス１２は、天然ガス、水素ガス等を用いることができる。回収空気７２ａと水蒸気を含む媒体５３の詳細は後述する。
バイオマスを均一に加熱し、また熱ロスを抑制する観点から、燃料１１の加熱源としてガス燃料を用いることが好ましい。
燃料１１の加熱温度は、バイオマスが熱分解可能な温度であれば特に制限されないが、５００～７００℃であることが好ましい。
バイオマスを均一に加熱し、また熱ロスを抑制する観点から、燃料１１の加熱源としてガス燃料を用いることが好ましい。
燃料１１の加熱温度は、バイオマスが熱分解可能な温度であれば特に制限されないが、５００～７００℃であることが好ましい。
（洗浄装置）
燃料１１の熱分解により生成された分解ガス２１は、仮焼炉３００でセメント原料４１を焼成する際の燃料として用いることができる。代替燃料には塩素及び硫黄分が含まれていることが多いため、燃料１１の加熱により塩素及び硫黄分が揮発し、分解ガス２１に含まれてしまうことがある。そのような場合には、ダンパーｄ１を開いて、分解ガス２１を洗浄装置２０に通じて洗浄した後、仮焼炉３００に投じることが好ましい。
すなわち、本実施形態に係るセメント焼成炉は、更に、分解ガス２１を、仮焼炉３００に供給する前に洗浄する洗浄装置２０を有することが好ましい。
燃料１１の熱分解により生成された分解ガス２１は、仮焼炉３００でセメント原料４１を焼成する際の燃料として用いることができる。代替燃料には塩素及び硫黄分が含まれていることが多いため、燃料１１の加熱により塩素及び硫黄分が揮発し、分解ガス２１に含まれてしまうことがある。そのような場合には、ダンパーｄ１を開いて、分解ガス２１を洗浄装置２０に通じて洗浄した後、仮焼炉３００に投じることが好ましい。
すなわち、本実施形態に係るセメント焼成炉は、更に、分解ガス２１を、仮焼炉３００に供給する前に洗浄する洗浄装置２０を有することが好ましい。
燃料１１の熱分解により生成された加熱残渣３１は、必要に応じて石炭３２と共に粉砕ミル３０で粉砕されることで、燃料３３として活用することができ、キルン４００及び補助仮焼炉６０の燃料として好適に用いることができる。
〔仮焼炉〕
仮焼炉３００は、間接加熱式の仮焼炉であり、熱分解炉２００から得られた分解ガス２１を燃料として用い、セメント原料４１を間接加熱で焼成して、二酸化炭素５１と脱炭酸されたセメント原料６１を生成する。
セメント原料４１を間接加熱で焼成することで、セメント原料４１から二酸化炭素５１が脱離すると共に、脱炭酸されたセメント原料６１が得られる。
セメント原料４１を直接加熱により焼成するとセメント原料４１から生成する二酸化炭素と、燃料の燃焼ガスとが混ざりあい、仮焼炉３００から放出される二酸炭化濃度が低下する。また、混合ガスから二酸化炭素を分離するために、別途、分離手段を用意したり、分離のためのエネルギーが生じる。
セメント原料４１を間接加熱で焼成することにより生じる二酸化炭素５１は純度が高く、分離の必要性が無いため、設備負担を軽減することができる。
仮焼炉３００は、間接加熱式の仮焼炉であり、熱分解炉２００から得られた分解ガス２１を燃料として用い、セメント原料４１を間接加熱で焼成して、二酸化炭素５１と脱炭酸されたセメント原料６１を生成する。
セメント原料４１を間接加熱で焼成することで、セメント原料４１から二酸化炭素５１が脱離すると共に、脱炭酸されたセメント原料６１が得られる。
セメント原料４１を直接加熱により焼成するとセメント原料４１から生成する二酸化炭素と、燃料の燃焼ガスとが混ざりあい、仮焼炉３００から放出される二酸炭化濃度が低下する。また、混合ガスから二酸化炭素を分離するために、別途、分離手段を用意したり、分離のためのエネルギーが生じる。
セメント原料４１を間接加熱で焼成することにより生じる二酸化炭素５１は純度が高く、分離の必要性が無いため、設備負担を軽減することができる。
セメント原料４１は、サイクロン４０ａ～４０ｃを通じて、仮焼炉３００に導入される。サイクロン４０ａ～４０ｃは、ＳＰ（Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ｐｒｅｈｅａｔｅｒ）方式の予熱装置が用いられ、仮焼炉３００で生じた高温ガス４２をセメント原料４１の予熱に用いることができる。予熱に用いられた後の排ガス４３はサイクロン４０ａから放出される。
セメント原料４１の焼成燃料は、熱分解炉２００から得られた分解ガス２１、高温ガス４２、熱分解炉２００における加熱源の燃焼ガス２２、燃料ガス２３、回収空気７２ｂ、補助仮焼炉６０から得られる燃焼ガス６４等を用いることができる。燃料ガス２３は、天然ガス、水素ガス等を用いることができる。回収空気７２ｂと燃焼ガス６４の詳細は後述する。
セメント原料４１の焼成燃料は、熱分解炉２００から得られた分解ガス２１、高温ガス４２、熱分解炉２００における加熱源の燃焼ガス２２、燃料ガス２３、回収空気７２ｂ、補助仮焼炉６０から得られる燃焼ガス６４等を用いることができる。燃料ガス２３は、天然ガス、水素ガス等を用いることができる。回収空気７２ｂと燃焼ガス６４の詳細は後述する。
仮焼炉３００の構造は、セメント原料４１を間接的に加熱し得る構造であれば特に制限されない。セメント原料４１と、セメント原料４１の焼成燃料とを隔壁（伝熱板）を隔てて配置可能な空間を有する炉を用いることができる。例えば、密閉可能な内炉の外周にジャケットを設け、外周ジャケットを焼成燃料によって加熱することにより、隔壁を通じて内炉が加熱される。熱分解炉２００と同様に、図１には、Ｈｅａｔ Ｆｌｏｗの向きを楔状の三角形で示す。これは、仮焼炉３００の外周ジャケットの熱が内炉に向かうことを示す。セメント原料４１を空気及び燃焼ガスと遮断された状態で加熱することにより高純度の二酸化炭素５１を得ることができる。従って、内炉は密閉空間であることが好ましい。このような間接加熱式の炉として、例えば、オカドラ社製のガス燃焼式炭化機を用いることができる。
仮焼炉３００におけるセメント原料４１の焼成温度は特に制限されないが、炭酸カルシウムの分解（脱炭酸反応）に必要な温度８００℃～１０００℃を維持するため、外周ジャケットを９００℃～１１００℃程度に維持することが好ましい。熱分解炉２００から得られた分解ガス２１は、９００℃～１１００℃のジャケット内で完全燃焼する。
（熱交換器）
仮焼炉３００から得られた二酸化炭素５１は、通常、９００℃程度の高温であることから、二酸化炭素５１を熱交換器５０に通すことで、二酸化炭素５１を冷却して回収することができる。また、熱交換器５０に水５２を通じて得られる水蒸気を含む媒体５３は、熱分解炉２００の加熱源として利用することができる。これにより、間接加熱式セメント焼成システムの熱利用効率を上げることができる
このように、二酸化炭素５１を、熱交換器５０で冷却し、回収すると共に、熱交換器５０から発生する水蒸気を含む媒体５３を、熱分解炉２００の加熱源として利用することが好ましい。水蒸気を含む媒体５３は、少なくとも水蒸気を含むが、更に、例えば、空気、水、廃液等を含んでいてもよい。
なお、二酸化炭素５１は、ダンパーｄ２を開くことにより熱交換器５０を介さずに、そのまま回収してもよい。ダンパーｄ２の開閉により、熱交換器５０に用いる二酸化炭素５１の量を調整することができる。
仮焼炉３００から得られた二酸化炭素５１は、通常、９００℃程度の高温であることから、二酸化炭素５１を熱交換器５０に通すことで、二酸化炭素５１を冷却して回収することができる。また、熱交換器５０に水５２を通じて得られる水蒸気を含む媒体５３は、熱分解炉２００の加熱源として利用することができる。これにより、間接加熱式セメント焼成システムの熱利用効率を上げることができる
このように、二酸化炭素５１を、熱交換器５０で冷却し、回収すると共に、熱交換器５０から発生する水蒸気を含む媒体５３を、熱分解炉２００の加熱源として利用することが好ましい。水蒸気を含む媒体５３は、少なくとも水蒸気を含むが、更に、例えば、空気、水、廃液等を含んでいてもよい。
なお、二酸化炭素５１は、ダンパーｄ２を開くことにより熱交換器５０を介さずに、そのまま回収してもよい。ダンパーｄ２の開閉により、熱交換器５０に用いる二酸化炭素５１の量を調整することができる。
〔キルン〕
キルン４００は、仮焼炉３００から得られた脱炭酸されたセメント原料６１を焼成してクリンカを得る。
脱炭酸されたセメント原料６１を焼成するための燃料３４として、熱分解炉２００から得られた加熱残渣３１をそのまま用いてもよいし、石炭３２と共に粉砕ミル３０で粉砕されて得られた燃料３３を用いてもよい。
キルン４００は、仮焼炉３００から得られた脱炭酸されたセメント原料６１を焼成してクリンカを得る。
脱炭酸されたセメント原料６１を焼成するための燃料３４として、熱分解炉２００から得られた加熱残渣３１をそのまま用いてもよいし、石炭３２と共に粉砕ミル３０で粉砕されて得られた燃料３３を用いてもよい。
（補助仮焼炉）
脱炭酸されたセメント原料６１の脱炭酸率は、通常、９０％程度であるが、脱炭酸率が低い場合は、更に焼成して脱炭酸率を高めることが好ましい。この場合、脱炭酸されたセメント原料６１の一部を、キルン４００に送入する前に、ダンパーｄ３を開いて補助仮焼炉６０に供給して、更に焼成するとよい。
すなわち、本実施形態に係るセメント焼成炉は、熱分解炉２００、仮焼炉３００、及びキルン４００に加え、更に、キルン４００の入口側に接続され、脱炭酸されたセメント原料６１の一部を、キルン４００に送入する前に、更に焼成する補助仮焼炉６０を有することが好ましい。
補助仮焼炉６０で再焼成されるセメント原料６１は、脱炭酸率が低い一部のセメント原料６１を想定しているが、仮焼炉３００から得られた脱炭酸されたセメント原料６１の全般に渡って脱炭酸率が低い場合は、脱炭酸されたセメント原料６１の全部を補助仮焼炉６０に供給して再焼成してもよい。
脱炭酸されたセメント原料６１の脱炭酸率は、通常、９０％程度であるが、脱炭酸率が低い場合は、更に焼成して脱炭酸率を高めることが好ましい。この場合、脱炭酸されたセメント原料６１の一部を、キルン４００に送入する前に、ダンパーｄ３を開いて補助仮焼炉６０に供給して、更に焼成するとよい。
すなわち、本実施形態に係るセメント焼成炉は、熱分解炉２００、仮焼炉３００、及びキルン４００に加え、更に、キルン４００の入口側に接続され、脱炭酸されたセメント原料６１の一部を、キルン４００に送入する前に、更に焼成する補助仮焼炉６０を有することが好ましい。
補助仮焼炉６０で再焼成されるセメント原料６１は、脱炭酸率が低い一部のセメント原料６１を想定しているが、仮焼炉３００から得られた脱炭酸されたセメント原料６１の全般に渡って脱炭酸率が低い場合は、脱炭酸されたセメント原料６１の全部を補助仮焼炉６０に供給して再焼成してもよい。
また、脱炭酸されたセメント原料６１を補助仮焼炉６０に送入するにあたっては、キルン４００で生じた高温ガス７１をキャリアガスとして、脱炭酸されたセメント原料６１を補助仮焼炉６０に送入してもよい。このとき、高温ガス７１に塩素が含まれる場合は、塩素バイパス８０を介して洗浄装置２０にて高温ガス７１を洗浄することが好ましい。
脱炭酸されたセメント原料６１が塩素バイパス８０に引き込まれないように、高温ガス７１の塩素バイパス８０への導入管は、脱炭酸されたセメント原料６１の導入部よりもキルン４００寄りに離れていることが好ましい。
脱炭酸されたセメント原料６１が塩素バイパス８０に引き込まれないように、高温ガス７１の塩素バイパス８０への導入管は、脱炭酸されたセメント原料６１の導入部よりもキルン４００寄りに離れていることが好ましい。
補助仮焼炉６０から得られる焼成物６２は、サイクロン４５で、脱炭酸されたセメント原料６３（再焼成されたセメント原料）と、燃焼ガス６４とに分けられ、脱炭酸されたセメント原料６３（再焼成されたセメント原料）は、キルン４００に送入される。燃焼ガス６４は、仮焼炉３００の加熱源として用いることができる。
補助仮焼炉６０における脱炭酸されたセメント原料６１を焼成するための燃料３５として、熱分解炉２００から得られた加熱残渣３１をそのまま用いてもよいし、石炭３２と共に粉砕ミル３０で粉砕されて得られた燃料３３を用いてもよい。また、回収空気７２ｃを加熱源として用いることもできる。
（クリンカクーラー）
セメント焼成炉は、通常、キルン４００で得られたクリンカを冷却するクリンカクーラー７０を有する。
クリンカクーラー７０から排出される回収空気７２は、種々の加熱源として利用することができる。ダンパーｄ４及びｄ５を開くことにより、補助仮焼炉６０の加熱源（７２ｃ）として用いたり、ダンパーｄ６を開いて仮焼炉３００の加熱源（７２ｂ）として用いることができる。また、熱分解炉２００の加熱源（７２ａ）として用いることもできる。
すなわち、本実施形態に係るセメント焼成炉は、キルン４００の出口側にクリンカを冷却するクリンカクーラー７０を有し、クリンカクーラー７０から排出される回収空気７２を、熱分解炉２００及び仮焼炉３００からなる群より選択される１つ以上の加熱源（７２ａ、７２ｂ）として利用することが好ましい。
セメント焼成炉は、通常、キルン４００で得られたクリンカを冷却するクリンカクーラー７０を有する。
クリンカクーラー７０から排出される回収空気７２は、種々の加熱源として利用することができる。ダンパーｄ４及びｄ５を開くことにより、補助仮焼炉６０の加熱源（７２ｃ）として用いたり、ダンパーｄ６を開いて仮焼炉３００の加熱源（７２ｂ）として用いることができる。また、熱分解炉２００の加熱源（７２ａ）として用いることもできる。
すなわち、本実施形態に係るセメント焼成炉は、キルン４００の出口側にクリンカを冷却するクリンカクーラー７０を有し、クリンカクーラー７０から排出される回収空気７２を、熱分解炉２００及び仮焼炉３００からなる群より選択される１つ以上の加熱源（７２ａ、７２ｂ）として利用することが好ましい。
＜セメント製造方法＞
本実施形態に係るセメント製造方法は、熱分解工程と、仮焼工程と、焼成工程とを少なくとも有する。
熱分解工程は、間接加熱式の熱分解工程であって、バイオマスを含む燃料を間接加熱で熱分解し、分解ガスと加熱残渣を生成する工程である。
仮焼工程は、間接加熱式の仮焼工程であって、熱分解工程で得られた分解ガスを燃料として用い、セメント原料の一部又は全部を間接加熱で焼成して、二酸化炭素と脱炭酸されたセメント原料を生成する工程である。
焼成工程は、仮焼工程で得られた脱炭酸されたセメント原料をキルンで焼成してクリンカを得る工程である。
本実施形態に係るセメント製造方法が上記構成であることで、バイオマス燃料の使用比率を向上し、セメント原料由来の二酸化炭素の回収効率を向上してセメントを製造することができる。
熱分解工程、仮焼工程、及び焼成工程における具体的な手法及び好ましい態様は、それぞれ、図１を用いて説明した熱分解炉２００、仮焼炉３００及びキルン４００の説明において記載した具体的な手法及び好ましい態様と同じである。
本実施形態に係るセメント製造方法は、熱分解工程と、仮焼工程と、焼成工程とを少なくとも有する。
熱分解工程は、間接加熱式の熱分解工程であって、バイオマスを含む燃料を間接加熱で熱分解し、分解ガスと加熱残渣を生成する工程である。
仮焼工程は、間接加熱式の仮焼工程であって、熱分解工程で得られた分解ガスを燃料として用い、セメント原料の一部又は全部を間接加熱で焼成して、二酸化炭素と脱炭酸されたセメント原料を生成する工程である。
焼成工程は、仮焼工程で得られた脱炭酸されたセメント原料をキルンで焼成してクリンカを得る工程である。
本実施形態に係るセメント製造方法が上記構成であることで、バイオマス燃料の使用比率を向上し、セメント原料由来の二酸化炭素の回収効率を向上してセメントを製造することができる。
熱分解工程、仮焼工程、及び焼成工程における具体的な手法及び好ましい態様は、それぞれ、図１を用いて説明した熱分解炉２００、仮焼炉３００及びキルン４００の説明において記載した具体的な手法及び好ましい態様と同じである。
本実施形態に係るセメント製造方法は、熱分解工程で得られた分解ガスを、仮焼工程に供給する前に洗浄する洗浄工程を有することが好ましく、仮焼工程で得られた脱炭酸されたセメント原料の一部を、焼成工程で焼成する前に、更に焼成する補助仮焼工程を有することが好ましく、また、焼成工程で得られたクリンカを冷却するクリンカ冷却工程を有することが好ましい。
洗浄工程、補助仮焼工程、及びクリンカ冷却工程における具体的な手法及び好ましい態様は、それぞれ、図１を用いて説明した洗浄装置２０、補助仮焼炉６０及びクリンカクーラー７０の説明において記載した具体的な手法及び好ましい態様と同じである。
熱分解工程で生じた加熱残渣は、補助仮焼工程及び焼成工程におけるキルンの燃料として用いることが好ましい。
仮焼工程で生成した二酸化炭素は、熱交換器で冷却し、回収すると共に、熱交換器から発生する水蒸気を含む媒体を、熱分解工程の加熱源として利用することが好ましい。
更に、クリンカ冷却工程から排出される回収空気は、熱分解工程及び仮焼工程からなる群より選択される１つ以上の工程における加熱源として利用することが好ましい。
洗浄工程、補助仮焼工程、及びクリンカ冷却工程における具体的な手法及び好ましい態様は、それぞれ、図１を用いて説明した洗浄装置２０、補助仮焼炉６０及びクリンカクーラー７０の説明において記載した具体的な手法及び好ましい態様と同じである。
熱分解工程で生じた加熱残渣は、補助仮焼工程及び焼成工程におけるキルンの燃料として用いることが好ましい。
仮焼工程で生成した二酸化炭素は、熱交換器で冷却し、回収すると共に、熱交換器から発生する水蒸気を含む媒体を、熱分解工程の加熱源として利用することが好ましい。
更に、クリンカ冷却工程から排出される回収空気は、熱分解工程及び仮焼工程からなる群より選択される１つ以上の工程における加熱源として利用することが好ましい。
１１ バイオマスを含む燃料
２０ 洗浄装置
２１ 分解ガス
３１ 加熱残渣
４１ セメント原料
５０ 熱交換器
５１ 二酸化炭素
５３ 水蒸気を含む媒体
６０ 補助仮焼炉
６１ 脱炭酸されたセメント原料
６３ 脱炭酸されたセメント原料（再焼成された脱炭酸されたセメント原料）
７０ クリンカクーラー
７２ 回収空気
２００ 熱分解炉
３００ 仮焼炉
４００ キルン
２０ 洗浄装置
２１ 分解ガス
３１ 加熱残渣
４１ セメント原料
５０ 熱交換器
５１ 二酸化炭素
５３ 水蒸気を含む媒体
６０ 補助仮焼炉
６１ 脱炭酸されたセメント原料
６３ 脱炭酸されたセメント原料（再焼成された脱炭酸されたセメント原料）
７０ クリンカクーラー
７２ 回収空気
２００ 熱分解炉
３００ 仮焼炉
４００ キルン
Claims (10)
- バイオマスを含む燃料を間接加熱で熱分解し、分解ガスと加熱残渣を生成する間接加熱式の熱分解炉と、
前記分解ガスを燃料として用い、セメント原料の一部又は全部を間接加熱で焼成して、二酸化炭素と脱炭酸されたセメント原料を生成する間接加熱式の仮焼炉と、
前記脱炭酸されたセメント原料を焼成してクリンカを得るキルンと
を有し、
前記二酸化炭素を、直接、熱交換器に供給して、冷却し、回収すると共に、前記熱交換器から発生する水蒸気を含む媒体を、前記熱分解炉の加熱源として利用するセメント焼成炉。 - 更に、前記キルンの出口側に前記クリンカを冷却するクリンカクーラーを有し、
前記クリンカクーラーから排出される回収空気を、前記熱分解炉及び前記仮焼炉からなる群より選択される１つ以上の加熱源として利用する請求項１に記載のセメント焼成炉。 - 更に、前記キルンの入口側に接続され、前記脱炭酸されたセメント原料の一部を、前記キルンに送入する前に、更に焼成する補助仮焼炉を有する請求項１又は２に記載のセメント焼成炉。
- 前記熱分解炉で生じた前記加熱残渣を、前記補助仮焼炉及びキルンの燃料として用いる請求項３に記載のセメント焼成炉。
- 更に、前記分解ガスを、前記仮焼炉に供給する前に洗浄する洗浄装置を有する請求項１～４のいずれか１項に記載のセメント焼成炉。
- バイオマスを含む燃料を間接加熱で熱分解し、分解ガスと加熱残渣を生成する間接加熱式の熱分解工程と、
前記分解ガスを燃料として用い、セメント原料の一部又は全部を間接加熱で焼成して、二酸化炭素と脱炭酸されたセメント原料を生成する間接加熱式の仮焼工程と、
前記脱炭酸されたセメント原料をキルンで焼成してクリンカを得る焼成工程と
を有し、
前記二酸化炭素を、直接、熱交換器に供給して、冷却し、回収すると共に、前記熱交換器から発生する水蒸気を含む媒体を、前記熱分解工程の加熱源として利用するセメント製造方法。 - 更に、前記焼成工程の後に前記クリンカを冷却するクリンカ冷却工程を有し、
前記クリンカ冷却工程から排出される回収空気を、前記熱分解工程及び前記仮焼工程からなる群より選択される１つ以上の工程における加熱源として利用する請求項６に記載のセメント製造方法。 - 前記脱炭酸されたセメント原料の一部を、前記焼成工程で焼成する前に、更に焼成する補助仮焼工程を有する請求項６又は７に記載のセメント製造方法。
- 前記熱分解工程で生じた前記加熱残渣を、前記補助仮焼工程及び前記キルンの燃料として用いる請求項８に記載のセメント製造方法。
- 更に、前記分解ガスを、前記仮焼工程に供給する前に洗浄する洗浄工程を有する請求項６～９のいずれか１項に記載のセメント製造方法。
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| JP2021042380A (ja) | 2019-09-09 | 2021-03-18 | 日立造船株式会社 | ガス化装置 |
-
2021
- 2021-10-28 JP JP2021176733A patent/JP7120426B1/ja active Active
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