JP7136577B2 - Carbon dioxide production device, carbon dioxide production method, design method of carbon dioxide production device - Google Patents

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Description

本発明は、例えばセメント製造装置で生じる熱を用いて、セメント原料精粉や石灰石などを加熱して二酸化炭素を製造するための二酸化炭素製造装置、二酸化炭素製造方法、および二酸化炭素製造装置の設計方法に関するものである。 The present invention is a carbon dioxide production device, a carbon dioxide production method, and a design of a carbon dioxide production device for producing carbon dioxide by heating cement raw material refined powder, limestone, etc., using heat generated, for example, in a cement production device. It is about the method.

近年、世界的かつ全産業にわたって、地球温暖化の主因である二酸化炭素(CO)を削減する試みが推進されている。例えばセメント産業は、電力や鉄鋼等と共に二酸化炭素の排出量が多い産業の一つであり、日本における二酸化炭素の全排出量の約4%を占めている。このため、セメント製造プロセスで生じる二酸化炭素を含む排ガスを大気中に放出せずに回収することが考えられている。 In recent years, attempts to reduce carbon dioxide (CO 2 ), which is the main cause of global warming, have been promoted worldwide and across all industries. For example, the cement industry is one of the industries that emit a large amount of carbon dioxide, along with electric power, steel, etc., and accounts for about 4% of the total carbon dioxide emissions in Japan. For this reason, it has been considered to recover the exhaust gas containing carbon dioxide generated in the cement manufacturing process without releasing it into the atmosphere.

回収した二酸化炭素は、地中に貯留したり、植物や藻類の育成、液化炭酸として食品原料、工業原料に用いるなど、幅広く再利用することができる。一方、回収した二酸化炭素を産業的に有効利用するためには、二酸化炭素の濃度を例えば90~100vol%といった高濃度に高める必要がある。また、回収した二酸化炭素を植物や藻類の育成や食品原料に用いる場合、有害成分を含まないことも重要である。 The recovered carbon dioxide can be reused in a wide range of ways, such as storage in the ground, cultivation of plants and algae, and use as liquefied carbon dioxide for food and industrial raw materials. On the other hand, in order to effectively use the recovered carbon dioxide industrially, it is necessary to raise the concentration of carbon dioxide to a high concentration such as 90 to 100 vol %. In addition, when the recovered carbon dioxide is used for growing plants and algae or as a raw material for food, it is important that it does not contain harmful components.

セメント製造装置のセメントキルンや仮焼炉において石炭、石油、天然ガス等の熱エネルギーを純酸素で燃焼させて得られる排ガスは、二酸化炭素を多く含んでいるものの、この排ガス中には燃焼ガス由来の揮発性有機化合物(VOC)、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物等の人体や植物に有害な不純物が含まれている。このため、得られた二酸化炭素を含む排ガスを植物や藻類の育成や食品原料に用いる場合には、これらの不純物を除去する工程が別途必要があり、二酸化炭素の製造方法としてはコストが高く、未だに実用化には至っていない。 Exhaust gas obtained by burning thermal energy such as coal, petroleum, and natural gas with pure oxygen in cement kilns and calciners of cement manufacturing equipment contains a large amount of carbon dioxide. volatile organic compounds (VOC), carbon monoxide, nitrogen oxides, sulfur oxides, and other impurities that are harmful to the human body and plants. For this reason, when the obtained exhaust gas containing carbon dioxide is used for growing plants and algae or as a food material, a separate step for removing these impurities is required, and the cost is high as a method for producing carbon dioxide. It has not yet been put to practical use.

一方、特許文献1には、セメント原料精粉に含まれる石灰石から発生する二酸化炭素を間接的に加熱することによって、二酸化炭素を回収する方法が記載されている。これは、セメント原料精粉を隔壁越しに加熱したり、過熱させた仮焼済のセメント原料などの熱媒体を仮焼時に生じた二酸化炭素を含む排ガスに接触させて、高濃度の二酸化炭素を生成する方法である。 On the other hand, Patent Literature 1 describes a method of recovering carbon dioxide by indirectly heating carbon dioxide generated from limestone contained in cement raw material refined powder. This is done by heating cement raw material refinement through a partition wall, or by contacting a heat medium such as overheated calcined cement raw material with the exhaust gas containing carbon dioxide generated during calcining to remove high concentrations of carbon dioxide. It is a method of generating

特開2009-269785号公報JP 2009-269785 A

特許文献1に示されたセメント製造設備における二酸化炭素の回収方法によれば、セメント製造に伴い生じる排ガスから、濃度100vol%といった高濃度の二酸化炭素を回収することが可能である。しかしながら、回収する二酸化炭素の濃度を高くするほど、反応温度も高くする必要があり、加熱に要するコストが掛かる。このため、より低い反応温度で二酸化炭素を低コストに製造することが可能な二酸化炭素の製造方法が望まれていた。 According to the method for recovering carbon dioxide in a cement production facility disclosed in Patent Document 1, it is possible to recover high-concentration carbon dioxide, such as 100 vol %, from exhaust gas generated during cement production. However, the higher the concentration of carbon dioxide to be recovered, the higher the reaction temperature, which increases the cost required for heating. Therefore, there has been a demand for a method for producing carbon dioxide that can produce carbon dioxide at a lower reaction temperature at low cost.

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、有害成分を殆ど含まない二酸化炭素を低コストに製造することが可能な二酸化炭素製造装置、およびこれを用いた二酸化炭素製造方法、二酸化炭素製造装置の設計方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is a carbon dioxide production apparatus capable of producing carbon dioxide containing almost no harmful components at low cost, and a carbon dioxide production method using the same. An object of the present invention is to provide a method of designing a carbon dioxide production apparatus.

上記の課題を解決するために、本発明の二酸化炭素製造装置は、二酸化炭素と希釈媒体とを含む混合ガスを循環させるガス循環ラインと、前記ガス循環ラインに順に配された熱交換器、反応器、および分離器と、前記ガス循環ラインに接続された原料粉体供給ライン、二酸化炭素回収ライン、および希釈媒体供給ラインと、前記二酸化炭素回収ラインに形成された希釈媒体分離手段と、を備え、前記熱交換器は、前記ガス循環ラインと、該ガス循環ラインの温度よりも高温の高温雰囲気場との間で熱交換を行い、前記原料粉体供給ラインは、前記反応器と前記熱交換器との間、または前記反応器に接続されて、前記ガス循環ラインに二酸化炭素の生成原料粉体を供給し、前記反応器は、前記熱交換器で加熱された前記混合ガスに前記生成原料粉体を接触させて脱炭酸反応によって二酸化炭素を生成し、前記分離器は、前記生成原料粉体と前記混合ガスとを分離し、前記二酸化炭素回収ラインは、前記混合ガスを前記ガス循環ラインの系外に回収し、前記希釈媒体供給ラインは、前記希釈媒体を前記ガス循環ラインに供給して、前記反応器において前記混合ガスに含まれる二酸化炭素の分圧を低下させることにより、脱炭酸反応の反応温度を低下させ、前記希釈媒体分離手段は、前記混合ガスから前記希釈媒体を分離することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the carbon dioxide production apparatus of the present invention includes a gas circulation line for circulating a mixed gas containing carbon dioxide and a diluent medium, a heat exchanger arranged in order in the gas circulation line, a reaction and a separator, a raw material powder supply line, a carbon dioxide recovery line, and a dilution medium supply line connected to the gas circulation line, and a dilution medium separation means formed in the carbon dioxide recovery line. The heat exchanger exchanges heat between the gas circulation line and a high-temperature atmosphere field having a temperature higher than the temperature of the gas circulation line, and the raw material powder supply line exchanges heat with the reactor. or connected to the reactor to supply carbon dioxide production raw material powder to the gas circulation line, and the reactor supplies the production raw material powder to the mixed gas heated by the heat exchanger. Carbon dioxide is generated by a decarboxylation reaction by contacting powder, the separator separates the generated raw material powder and the mixed gas, and the carbon dioxide recovery line transfers the mixed gas to the gas circulation line. system, and the diluent medium supply line supplies the diluent medium to the gas circulation line to reduce the partial pressure of carbon dioxide contained in the mixed gas in the reactor, thereby decarbonating The reaction temperature of the reaction is lowered, and the diluent medium separating means separates the diluent medium from the mixed gas.

本発明の二酸化炭素製造装置によれば、ガス循環ラインに二酸化炭素と希釈媒体とを含む混合ガスを循環させるとともに、希釈媒体供給ラインから希釈媒体を供給し、高温雰囲気場で混合ガスを加熱し、この加熱された混合ガスを熱源として用いて、ガス循環ラインに供給された生成原料粉体を加熱して脱炭酸反応を生じさせることにより、二酸化炭素を連続して効率的に生成することができる。 According to the carbon dioxide production apparatus of the present invention, a mixed gas containing carbon dioxide and a diluent medium is circulated in the gas circulation line, the diluent medium is supplied from the diluent medium supply line, and the mixed gas is heated in a high-temperature atmosphere. Using this heated mixed gas as a heat source, the raw material powder supplied to the gas circulation line is heated to cause a decarboxylation reaction, whereby carbon dioxide can be continuously and efficiently produced. can.

このような脱炭酸反応を行う際に、ガス循環ラインに希釈媒体を供給して混合ガスに含まれる二酸化炭素の分圧を低下させることにより、大気圧環境での脱炭酸反応のような高温にする必要が無く、より低温で二酸化炭素を生成することができる。 When carrying out such a decarboxylation reaction, by supplying a diluent medium to the gas circulation line to lower the partial pressure of carbon dioxide contained in the mixed gas, a high temperature such as that of the decarboxylation reaction in an atmospheric pressure environment can be achieved. CO2 can be produced at a lower temperature without the need to

また、本発明では、前記希釈媒体分離手段は、二酸化炭素と前記希釈媒体との沸点差、または溶解度差を利用して二酸化炭素と前記希釈媒体とを分離することが好ましい。 Further, in the present invention, it is preferable that the diluent medium separating means separates carbon dioxide and the diluent medium by utilizing a boiling point difference or a solubility difference between the carbon dioxide and the diluent medium.

また、本発明では、前記高温雰囲気場は、セメント製造装置におけるセメントキルン、クリンカクーラー、プレヒーター、仮焼炉、および前記クリンカクーラーと前記仮焼炉とを接続する抽気ダクトのうち、少なくともいずれか1つを含むことが好ましい。 Further, in the present invention, the high-temperature atmosphere field is at least one of a cement kiln, a clinker cooler, a preheater, a calciner, and a bleed duct connecting the clinker cooler and the calciner in a cement manufacturing apparatus. It is preferred to include one.

本発明の二酸化炭素製造方法は、前記各項記載の二酸化炭素製造装置を用いた二酸化炭素製造方法であって、前記希釈媒体供給ラインを介して希釈媒体を前記ガス循環ラインに供給する希釈媒体供給工程と、前記熱交換器で前記混合ガスを加熱する加熱工程と、前記加熱工程で加熱された前記混合ガスに前記生成原料粉体を直接接触させて加熱し、脱炭酸反応を生じさせて二酸化炭素を生成する反応工程と、前記生成原料粉体と前記混合ガスとを分離する固気分離工程と、前記反応工程で生じた二酸化炭素生成量に相当する量の前記二酸化炭素を含む前記混合ガスを回収し、残りの前記混合ガスを前記ガス循環ラインに還流させる回収工程と、前記回収工程で回収した前記混合ガスから前記希釈媒体を分離する希釈媒体分離工程と、を備えたことを特徴とする。 A carbon dioxide production method of the present invention is a carbon dioxide production method using the carbon dioxide production apparatus according to each of the above items, wherein the dilution medium is supplied to the gas circulation line through the dilution medium supply line. a heating step of heating the mixed gas with the heat exchanger; and heating the raw material powder by directly contacting the mixed gas heated in the heating step to cause a decarboxylation reaction to cause a carbon dioxide reaction. A reaction step of producing carbon, a solid-gas separation step of separating the raw material powder and the mixed gas, and the mixed gas containing the carbon dioxide in an amount corresponding to the amount of carbon dioxide produced in the reaction step. and a recovery step of returning the remaining mixed gas to the gas circulation line; and a dilution medium separation step of separating the dilution medium from the mixed gas recovered in the recovery step. do.

本発明の二酸化炭素製造方法によれば、ガス循環ラインに二酸化炭素と希釈媒体とを含む混合ガスを循環させるとともに、希釈媒体供給工程でガス循環ラインに希釈媒体を供給し、反応工程で混合ガスを加熱して、加熱された混合ガスを熱源として用いて、ガス循環ラインに供給された生成原料粉体を加熱して脱炭酸反応を生じさせることにより、二酸化炭素を連続して効率的に生成することができる。 According to the carbon dioxide production method of the present invention, a mixed gas containing carbon dioxide and a diluent medium is circulated in the gas circulation line, the diluent medium is supplied to the gas circulation line in the dilution medium supply step, and the mixed gas is supplied in the reaction step. is heated, and using the heated mixed gas as a heat source, the raw material powder supplied to the gas circulation line is heated to cause a decarboxylation reaction, thereby continuously and efficiently producing carbon dioxide can do.

このような脱炭酸反応を行う際に、希釈媒体供給工程で希釈媒体をガス循環ラインに供給して混合ガスに含まれる二酸化炭素の分圧を低下させることにより、大気圧環境での脱炭酸反応のような高温にする必要が無く、より低温で二酸化炭素を生成することができる。 When performing such a decarboxylation reaction, the diluent medium is supplied to the gas circulation line in the diluent medium supply step to reduce the partial pressure of carbon dioxide contained in the mixed gas, so that the decarboxylation reaction can be performed in an atmospheric pressure environment. Carbon dioxide can be produced at a lower temperature without the need for high temperatures such as

また、本発明は、前記反応工程では、前記希釈媒体供給工程における希釈媒体供給量、および前記加熱工程で加熱された後の前記混合ガスの温度に基づいて、二酸化炭素の生成量が最大値±10%の範囲内になるように、前記ガス循環ラインへの前記生成原料粉体の供給量を制御することが好ましい。 Further, in the present invention, in the reaction step, the amount of carbon dioxide produced is the maximum value ± It is preferable to control the supply amount of the raw material powder to the gas circulation line so as to be within the range of 10%.

本発明の二酸化炭素製造装置の設計方法は、前記ガス循環ラインに供給する希釈媒体供給量、前記熱交換器で加熱された後の前記混合ガスの温度に基づいて、二酸化炭素の生成量が最大値±10%の範囲内になるように、前記ガス循環ラインへの前記生成原料粉体の供給量を決定し、この決定に基づいて前記二酸化炭素製造装置の設計を行うことを特徴とする。 The carbon dioxide production apparatus design method of the present invention is based on the amount of diluent medium supplied to the gas circulation line and the temperature of the mixed gas after being heated by the heat exchanger, so that the amount of carbon dioxide produced is maximized. The supply amount of the raw material powder to the gas circulation line is determined so as to be within the range of ±10%, and the carbon dioxide production apparatus is designed based on this determination.

本発明によれば、有害成分を殆ど含まない二酸化炭素を低コストに製造することが可能な二酸化炭素製造装置、およびこれを用いた二酸化炭素製造方法、二酸化炭素製造装置の設計方法を提供することができる。 According to the present invention, a carbon dioxide production apparatus capable of producing carbon dioxide containing almost no harmful components at low cost, a carbon dioxide production method using the same, and a design method of the carbon dioxide production apparatus are provided. can be done.

本発明の二酸化炭素製造装置およびこの二酸化炭素製造装置が設置されるセメント製造装置を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the cement production apparatus in which the carbon dioxide production apparatus of this invention and this carbon dioxide production apparatus are installed. 第1熱交換器(熱交換器)の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a 1st heat exchanger (heat exchanger). 反応器の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a reactor. 石灰石の主成分であるCaCOの脱炭酸反応における二酸化炭素の平衡蒸気圧曲線である。2 is the equilibrium vapor pressure curve of carbon dioxide in the decarboxylation reaction of CaCO3 , the main component of limestone. 本発明の二酸化炭素製造方法を段階的に示したフローチャートである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the flowchart which showed the carbon dioxide production method of this invention step by step. 二酸化炭素生成量と石灰石投入量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the carbon dioxide production amount and the limestone input amount. 石灰石反応率と二酸化炭素生成量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a limestone reaction rate and the amount of carbon dioxide production. 石灰石反応率と石灰石投入量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a limestone reaction rate and the amount of limestone input. 反応後温度と石灰石反応率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between post-reaction temperature and a limestone reaction rate. 二酸化炭素を含む混合ガスの温度ごとに、C/Lと石灰石投入量Lとの関係をプロットした計算例のグラフである。4 is a graph of a calculation example in which the relationship between C/L and limestone input amount L is plotted for each temperature of a mixed gas containing carbon dioxide. 二酸化炭素を含む混合ガスの温度および水蒸気供給量ごとに、最大二酸化炭素生成量とその時の石灰石投入量との関係をプロットした計算例のグラフである。4 is a graph of a calculation example plotting the relationship between the maximum amount of carbon dioxide produced and the amount of limestone input at that time for each temperature of mixed gas containing carbon dioxide and amount of water vapor supplied. 石灰石投入量と最大二酸化炭素生成量(回収量)のグラフである。It is a graph of the limestone input amount and the maximum carbon dioxide production amount (recovery amount). 反応工程での水蒸気供給量と脱炭酸反応温度との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the amount of steam supplied in the reaction step and the decarboxylation reaction temperature. 石灰石投入量と二酸化炭素の生成量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the limestone input amount and the production amount of carbon dioxide. 石灰石投入量と二酸化炭素の生成量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the limestone input amount and the production amount of carbon dioxide.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の二酸化炭素製造装置、およびこれを用いた二酸化炭素製造方法について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良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。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 A carbon dioxide production apparatus and a carbon dioxide production method using the same according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that each embodiment shown below is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the invention unless otherwise specified. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make it easier to understand the features of the present invention, there are cases where the main parts are enlarged for convenience, and the dimensional ratio of each component is the same as the actual one. not necessarily.

(二酸化炭素製造装置)
まず最初に、本発明の二酸化炭素製造装置における生成原料粉体の供給源や高温雰囲気場となるセメント製造装置の構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態の二酸化炭素製造装置およびこの二酸化炭素製造装置が設置されるセメント製造装置を示す模式図である。
なお、以下の説明において、混合ガスといった場合、生成した二酸化炭素と希釈媒体とが混合したガスであり、更に空気が含まれる場合もある。また、図1において、実線矢印は二酸化炭素を含む混合ガスなど気体の流れを示し、点線矢印は、生成原料粉体など固体(粉体)の流れを示す。
(Carbon dioxide production equipment)
First, the configuration of the cement production apparatus that serves as the supply source of the raw material powder and the high-temperature atmosphere field in the carbon dioxide production apparatus of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a carbon dioxide production apparatus according to an embodiment of the present invention and a cement production apparatus in which this carbon dioxide production apparatus is installed.
In the following description, the term "mixed gas" refers to a gas in which generated carbon dioxide and a diluent medium are mixed, and may further contain air. In FIG. 1, solid line arrows indicate the flow of gas such as a mixed gas containing carbon dioxide, and dotted line arrows indicate the flow of solids (powder) such as raw material powder.

図1に示すセメント製造装置30は、プレヒーター31、セメントキルン32、クリンカクーラー33、仮焼炉34を備えている。なお、図1に示すセメント製造装置30は、セメント製造プロセスの要部である焼成工程を行うための構成であり、この焼成工程の前工程である原料工程においては、原料粉砕機や原料混合機(図示略)が備えられ、また、焼成工程の後工程である仕上工程においては、クリンカ粉砕機や分級機(図示略)が備えられている。 A cement manufacturing apparatus 30 shown in FIG. The cement manufacturing apparatus 30 shown in FIG. 1 is configured to perform a calcination process, which is an essential part of the cement manufacturing process. (not shown) is provided, and a clinker crusher and a classifier (not shown) are provided in the finishing process, which is a post-sintering process.

プレヒーター31は、鉛直方向に配置された複数段のサイクロン31A~31Dが連結されたものから構成され、鉛直方向に隣り合う段どうしのサイクロン31A~31Dは、互いに水平方向にずらして配置されている。なお、本実施形態では、2組のプレヒーター31,31が互いに並列して配置された構成となっている。プレヒーター31は、1組だけであっても、3組以上設けられていてもよい。 The preheater 31 is composed of a plurality of stages of cyclones 31A to 31D arranged in the vertical direction and connected to each other. there is In addition, in this embodiment, the two sets of preheaters 31, 31 are arranged in parallel with each other. Only one set of preheaters 31 may be provided, or three or more sets may be provided.

最上段のサイクロン31Aにはセメント原料供給ライン42が接続され、前工程である原料工程から、このセメント原料供給ライン42を介して最上段のサイクロン31Aにセメント原料精粉Mが供給される。セメント原料精粉Mは、主成分が粉体の石灰石(CaCO)であり、その他に粘土成分(SiO,Al,Fe)などを含んでいる。 A cement raw material supply line 42 is connected to the uppermost cyclone 31A, and cement raw material refined powder M is supplied to the uppermost cyclone 31A through this cement raw material supply line 42 from the raw material process, which is the previous process. The refined cement powder M is mainly composed of powdered limestone (CaCO 3 ), and also contains clay components (SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 ) and the like.

一方、最下段のサイクロン31Dには、仮焼炉34から排出される高温の排ガスC1が供給され、最上段のサイクロン31Aに向かって流れる。そして、最上段のサイクロン31Aに達した排ガスC1は、排気ファン35によって排気ライン36を介して排気される。 On the other hand, the high-temperature exhaust gas C1 discharged from the calcining furnace 34 is supplied to the lowermost cyclone 31D and flows toward the uppermost cyclone 31A. Then, the exhaust gas C1 that has reached the uppermost cyclone 31A is exhausted through the exhaust line 36 by the exhaust fan 35 .

最上段のサイクロン31Aに供給されたセメント原料精粉Mは、下段のサイクロン31B,31Cに順次落下するにしたがって、最上段のサイクロン31Aに向かって流れる高温の排ガスC1によって予熱される。下段のサイクロン31Cに達したセメント原料精粉Mは、例えば約750℃程度まで加熱されており、この後、原料配管37を介して仮焼炉34に送られる。セメント原料精粉Mは、この仮焼炉34で石炭バーナー34aによって更に850℃程度まで加熱される。 The refined cement powder M supplied to the uppermost cyclone 31A is preheated by the high-temperature exhaust gas C1 flowing toward the uppermost cyclone 31A as it sequentially falls to the lower cyclones 31B and 31C. The cement raw material refined powder M that has reached the lower cyclone 31C is heated to, for example, about 750° C., and then sent to the calciner 34 via the raw material pipe 37 . The cement raw material refined powder M is further heated to about 850° C. in this calciner 34 by a coal burner 34a.

原料配管37の途中からは、後述する二酸化炭素製造装置10のガス循環ライン11に接続される原料粉体供給ライン21が分岐する。この原料粉体供給ライン21には、下段のサイクロン31Cから排出されたセメント原料精粉Mの一部が入り、二酸化炭素製造装置10のガス循環ライン11に仮焼後のセメント原料精粉Mを供給する。 A raw material powder supply line 21 that is connected to a gas circulation line 11 of a carbon dioxide production apparatus 10, which will be described later, branches off from the middle of the raw material pipe 37 . Part of the raw material refined powder M discharged from the lower cyclone 31C enters the raw material powder supply line 21, and the cement raw material refined powder M after calcination is supplied to the gas circulation line 11 of the carbon dioxide production device 10. supply.

仮焼炉34によって加熱されたセメント原料精粉Mは、仮焼炉排気ダクト38を介して再びプレヒーター31に戻され、最下段のサイクロン31Dから移送管39を介してセメントキルン32の窯尻部32aに送られる。 The cement raw material refined powder M heated by the calcining furnace 34 is returned to the preheater 31 again through the calcining furnace exhaust duct 38, and is discharged from the lowermost cyclone 31D through the transfer pipe 39 to the kiln end of the cement kiln 32. It is sent to the section 32a.

セメントキルン32は、例えば、回転可能な円筒形の炉体32bと、この炉体32bの内部を加熱する主バーナ32cを備える。窯尻部32aから供給された予備加熱後のセメント原料精粉Mは、炉体32bの内部で主バーナ32cによって加熱される。 The cement kiln 32 includes, for example, a rotatable cylindrical furnace body 32b and a main burner 32c that heats the inside of this furnace body 32b. The preheated refined cement raw powder M supplied from the kiln bottom 32a is heated by the main burner 32c inside the furnace body 32b.

セメントキルン32で例えば1450℃程度まで加熱されたセメント原料精粉Mは、以下の式(1)~(5)に示す反応が生じる。
CaCO→CaO+CO ・・・(1)
3CaO+SiO→3CaO・SiO ・・・(2)
2CaO+SiO→2CaO・SiO ・・・(3)
3CaO+Al→3CaO・Al ・・・(4)
4CaO+Al+Fe→4CaO・Al・Fe ・・・(5)
これにより、最終的にセメントクリンカを構成するケイ酸カルシウム化合物であるエーライト(3CaO・SiO)およびビーライト(2CaO・SiO)並びに間隙相であるアルミネート相(3CaO・Al)およびフェライト相(4CaO・Al・Fe)が生成される。
The cement raw material refined powder M heated to, for example, about 1450° C. in the cement kiln 32 undergoes reactions represented by the following formulas (1) to (5).
CaCO 3 →CaO+CO 2 (1)
3CaO+SiO 2 →3CaO·SiO 2 (2)
2CaO+SiO 2 →2CaO·SiO 2 (3)
3CaO+Al 2 O 3 →3CaO.Al 2 O 3 (4)
4CaO + Al2O3 + Fe2O34CaO.Al2O3.Fe2O3 ( 5 )
As a result, alite (3CaO.SiO 2 ) and belite (2CaO.SiO 2 ), which are calcium silicate compounds finally constituting cement clinker, and an aluminate phase (3CaO.Al 2 O 3 ), which is an interstitial phase. and a ferrite phase (4CaO.Al 2 O 3 .Fe 2 O 3 ) is produced.

クリンカクーラー33は、例えば冷却ファンなどから構成され、セメントキルン32で生成された高温のセメントクリンカを冷却する。こうして冷却されたセメントクリンカは、仕上工程において更に粉砕や分級が行われてセメントとなる。 The clinker cooler 33 is composed of, for example, a cooling fan, and cools the high-temperature cement clinker produced in the cement kiln 32 . The cement clinker thus cooled is further pulverized and classified into cement in the finishing process.

一方、このクリンカクーラー33で高温のセメントクリンカを冷却する際に生じた高温の抽気ガスC2は、クリンカクーラー33と仮焼炉34とを接続する抽気ダクト41を介して仮焼炉34に送られる。この抽気ガスC2は、例えば、800℃~1200℃程度に加熱されている。本実施形態では、この抽気ダクト41は、後述する二酸化炭素製造装置10における高温雰囲気場Hを構成する。また、この抽気ダクト41には、後述する二酸化炭素製造装置10における分離器14で固気分離された後の固相である生石灰(CaO)および未反応のセメント原料精粉Mを返送する返送ライン19の排出側が接続されている。 On the other hand, the high-temperature extraction gas C2 generated when the high-temperature cement clinker is cooled in the clinker cooler 33 is sent to the calcination furnace 34 through the extraction duct 41 connecting the clinker cooler 33 and the calcination furnace 34. . This bleed gas C2 is heated to about 800° C. to 1200° C., for example. In this embodiment, the extraction duct 41 constitutes a high-temperature atmosphere field H in the carbon dioxide production apparatus 10, which will be described later. Further, the extraction duct 41 is provided with a return line for returning quicklime (CaO), which is a solid phase after solid-gas separation in the separator 14 in the carbon dioxide production apparatus 10 described later, and unreacted cement raw material refined powder M. 19 discharge side is connected.

次に、本発明の二酸化炭素製造装置の構成、作用を説明する。二酸化炭素製造装置10は、二酸化炭素を含む混合ガスGを循環させるガス循環ライン11と、このガス循環ライン11に順に配された第1熱交換器(熱交換器)12、反応器13、および分離器14と、ガス循環ライン11に接続された原料粉体供給ライン21、二酸化炭素回収ライン22、および希釈媒体供給ライン23とを備えている。ガス循環ライン11には、さらに第2熱交換器15および循環ポンプ16が配されている。 Next, the configuration and action of the carbon dioxide production apparatus of the present invention will be described. The carbon dioxide production apparatus 10 includes a gas circulation line 11 for circulating a mixed gas G containing carbon dioxide, a first heat exchanger (heat exchanger) 12 arranged in this gas circulation line 11 in order, a reactor 13, and It has a separator 14 , a raw material powder supply line 21 connected to the gas circulation line 11 , a carbon dioxide recovery line 22 , and a diluent medium supply line 23 . A second heat exchanger 15 and a circulation pump 16 are further arranged in the gas circulation line 11 .

ガス循環ライン11は、二酸化炭素を含む混合ガスGが流れるガス流路であり、環状に形成され、内部に混合ガスGが循環する。図1においては、反時計回り方向に混合ガスGが循環している。なお、このガス循環ライン11の一部区間には、後述する生成原料粉体であるセメント原料精粉Mも流れる。また、ガス循環ライン11を流れる混合ガスGに含まれる二酸化炭素の濃度は、ガス循環ライン11全体で必ずしも一様とは限らず、区間によって二酸化炭素の濃度が異なることもある。 The gas circulation line 11 is a gas passage through which the mixed gas G containing carbon dioxide flows, is formed in a ring shape, and the mixed gas G is circulated inside. In FIG. 1, the mixed gas G circulates counterclockwise. In addition, through a part of the gas circulation line 11, refined raw cement powder M, which is raw powder to be produced, which will be described later, also flows. Further, the concentration of carbon dioxide contained in the mixed gas G flowing through the gas circulation line 11 is not necessarily uniform throughout the gas circulation line 11, and the concentration of carbon dioxide may differ depending on the section.

ガス循環ライン11は、高温環境、例えば800℃以上の温度に耐えうる材料、例えば炭化ケイ素やアルミナ、ジルコニアなど、またはそれらを含む材料によって形成されている。なお、ガス循環ライン11のうち、第1熱交換器12や反応器13が形成されている部分は、更に高温の850℃程度まで耐えうる材料によって形成されていればよい。 The gas circulation line 11 is made of a material that can withstand a high temperature environment, for example, a temperature of 800° C. or higher, such as silicon carbide, alumina, zirconia, or a material containing them. Note that the portion of the gas circulation line 11 where the first heat exchanger 12 and the reactor 13 are formed may be made of a material that can withstand a higher temperature of about 850.degree.

希釈媒体供給ライン23は、例えば循環ポンプ16と第1熱交換器12との間でガス循環ライン11に接続される。希釈媒体供給ライン23には、希釈媒体の供給量を調節する流量調節バルブ27、および希釈媒体の流量を検出する流量計26が接続されている。このような希釈媒体供給ライン23によって、予め設定された流量の希釈媒体Eがガス循環ライン11内に送り込まれる。なお、希釈媒体の供給は、ポンプ(図示略)などによって行えばよい。更に、希釈媒体供給ライン23には、フィルターなどを形成することも好ましい。 The dilution medium supply line 23 is connected to the gas circulation line 11 between the circulation pump 16 and the first heat exchanger 12, for example. Connected to the dilution medium supply line 23 are a flow control valve 27 for adjusting the supply amount of the dilution medium and a flow meter 26 for detecting the flow rate of the dilution medium. A predetermined flow rate of the diluent medium E is sent into the gas circulation line 11 by the diluent medium supply line 23 . The diluent medium may be supplied by a pump (not shown) or the like. Furthermore, it is also preferable to form a filter or the like in the diluent medium supply line 23 .

希釈媒体供給ライン23からガス循環ライン11に供給される希釈媒体Eは、二酸化炭素よりも沸点が高い物質、特に室温では液体で、100~200℃程度まで加熱することによって容易に気体になる物質、なおかつ液体状態では二酸化炭素を多量に溶解しない物質から選択することが好ましい。このような物質として、水(気化時は水蒸気)、アセトン、エタノール、ベンゼン、モノエタノールアミン、メチルジエタノールアミンなどが挙げられる。本実施形態では、水を気化させた水蒸気を希釈媒体Eとして用いた。この場合、希釈媒体供給ライン23は、例えばボイラーなどの水蒸気供給源に接続されていればよい。 The diluent medium E supplied from the diluent medium supply line 23 to the gas circulation line 11 is a substance having a boiling point higher than that of carbon dioxide, particularly a substance that is liquid at room temperature and easily becomes gas by heating to about 100 to 200°C. Furthermore, it is preferable to select a substance that does not dissolve a large amount of carbon dioxide in a liquid state. Such substances include water (water vapor when vaporized), acetone, ethanol, benzene, monoethanolamine, methyldiethanolamine, and the like. In this embodiment, water vapor obtained by vaporizing water is used as the diluent medium E. FIG. In this case, the dilution medium supply line 23 may be connected to a steam supply source such as a boiler.

第1熱交換器12(熱交換器)は、ガス循環ライン11を流れる混合ガスGと、高温雰囲気場Hである抽気ダクト41を流れる高温の抽気ガスC2との間で熱交換を行う。高温雰囲気場Hは、第1熱交換器12に流入する側のガス循環ライン11の温度よりも高温とする。例えば、第1熱交換器12に入る部分のガス循環ライン11の温度は600℃程度であり、高温雰囲気場Hは900℃程度である。こうした高温雰囲気場Hとの間で熱交換を行うことにより、ガス循環ライン11を流れる混合ガスGは、例えば850℃程度まで加熱される。 The first heat exchanger 12 (heat exchanger) exchanges heat between the mixed gas G flowing through the gas circulation line 11 and the high-temperature extraction gas C2 flowing through the extraction duct 41, which is the high-temperature atmosphere field H. The high-temperature atmosphere field H is set to a temperature higher than the temperature of the gas circulation line 11 on the side flowing into the first heat exchanger 12 . For example, the temperature of the gas circulation line 11 at the portion entering the first heat exchanger 12 is about 600.degree. C., and the high-temperature atmosphere field H is about 900.degree. By exchanging heat with the high-temperature atmosphere field H, the mixed gas G flowing through the gas circulation line 11 is heated to, for example, about 850.degree.

図2は、第1熱交換器の一例を示す模式図である。
第1熱交換器12は、本実施形態においては、高温雰囲気場Hの一例であるセメント製造装置30の抽気ダクト41に形成されている。この抽気ダクト41の内部には、クリンカクーラー33から仮焼炉34に向かう例えば800℃~1000℃程度の高温の抽気ガスC2が流れている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the first heat exchanger.
The first heat exchanger 12 is formed in the extraction duct 41 of the cement manufacturing apparatus 30, which is an example of the high-temperature atmosphere field H, in this embodiment. Inside the extraction duct 41, a high temperature extraction gas C2 of, for example, about 800.degree. C. to 1000.degree.

第1熱交換器12は、内管17aと外管17bとを備えた二重管構造の熱交換チューブ17を有し、この熱交換チューブ17は、ガス循環ライン11の一部を構成する。第1熱交換器12に流入した混合ガスGは内管17aの内側を流れ、内管17aの端部から外管17bの内側に流出して、更に内管17aと外管17bとの間を流れる。ガス循環ライン11は、第1熱交換器12においては、内管17aと外管17bとからなる混合ガスGの流路を構成される。 The first heat exchanger 12 has a heat exchange tube 17 with a double tube structure having an inner tube 17a and an outer tube 17b. The mixed gas G that has flowed into the first heat exchanger 12 flows inside the inner tube 17a, flows out from the end of the inner tube 17a to the inside of the outer tube 17b, and further flows between the inner tube 17a and the outer tube 17b. flow. In the first heat exchanger 12, the gas circulation line 11 constitutes a channel for the mixed gas G, which is composed of the inner tube 17a and the outer tube 17b.

第1熱交換器12の熱交換チューブ17を構成する内管17aや外管17bは、例えば炭化ケイ素(SiC)によって形成されている。炭化ケイ素は、1000℃程度の高温環境であっても、混合ガスGや、セメント製造装置30のプレヒーター31、セメントキルン32、クリンカクーラー33、仮焼炉34など(図1参照)から排出される燃焼ガス由来の揮発性有機化合物(VOC)、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物等の不純物を含むガスなどに対して優れた耐蝕性を有し、かつ、熱伝導性に優れている。このような構成の第1熱交換器12によれば、長期間にわたって構成材料が劣化することがなく、混合ガスGと抽気ガスC2との間で効率的に熱交換を行うことができる。 The inner tube 17a and the outer tube 17b forming the heat exchange tubes 17 of the first heat exchanger 12 are made of silicon carbide (SiC), for example. Silicon carbide is discharged from the mixed gas G, the preheater 31 of the cement production apparatus 30, the cement kiln 32, the clinker cooler 33, the calciner 34, etc. (see FIG. 1) even in a high temperature environment of about 1000°C. It has excellent corrosion resistance against gases containing impurities such as volatile organic compounds (VOC) derived from combustion gases, carbon monoxide, nitrogen oxides, sulfur oxides, etc., and has excellent thermal conductivity. there is According to the first heat exchanger 12 having such a configuration, heat can be efficiently exchanged between the mixed gas G and the extracted gas C2 without deterioration of the constituent materials over a long period of time.

再び図1を参照して、本実施形態では、第1熱交換器12において、ガス循環ライン11と熱交換を行う高温雰囲気場Hは、セメント製造装置30におけるクリンカクーラー33と仮焼炉34とを接続する抽気ダクト41の内部としているが、高温雰囲気場Hは、抽気ダクト41の内部以外にも、セメント製造装置30における高温部分、例えば温度が800~1000℃程度となるセメントキルン32、クリンカクーラー33、プレヒーター31、仮焼炉34のうち、少なくともいずれか1つであればよい。 Referring to FIG. 1 again, in the present embodiment, the high-temperature atmospheric field H that exchanges heat with the gas circulation line 11 in the first heat exchanger 12 includes the clinker cooler 33 and the calciner 34 in the cement manufacturing apparatus 30. However, the high-temperature atmosphere field H is not only inside the bleed duct 41, but also in high-temperature parts of the cement manufacturing apparatus 30, such as the cement kiln 32 and the clinker At least one of the cooler 33, the preheater 31, and the calcining furnace 34 may be used.

ガス循環ライン11における第1熱交換器12の下流側の反応器13には、二酸化炭素の生成原料粉体であるセメント原料精粉Mを供給する原料粉体供給ライン21が接続される。この原料粉体供給ライン21は、セメント製造装置30のプレヒーター31で例えば750℃程度まで加熱されたセメント原料精粉(生成原料粉体)Mを反応器13に供給する。原料粉体供給ライン21から供給されたセメント原料精粉Mは、反応器13内で第1熱交換器12で加熱された混合ガスGに直接接触して、脱炭酸反応を生じる。 To the reactor 13 on the downstream side of the first heat exchanger 12 in the gas circulation line 11 is connected a raw material powder supply line 21 for supplying refined cement raw material powder M, which is raw material powder for producing carbon dioxide. This raw material powder supply line 21 supplies the cement raw material refined powder (produced raw material powder) M heated to, for example, about 750° C. by the preheater 31 of the cement manufacturing apparatus 30 to the reactor 13 . The cement raw material refined powder M supplied from the raw material powder supply line 21 directly contacts the mixed gas G heated by the first heat exchanger 12 in the reactor 13 to cause a decarboxylation reaction.

なお、本実施形態では、原料粉体供給ライン21は反応器13に接続され、セメント原料精粉Mは反応器13に直接供給される構成になっているが、これ以外にも、例えば、第1熱交換器12と反応器13との間(反応器13の上流側)に原料粉体供給ライン21が接続され、反応器13に混合ガスGとセメント原料精粉Mとが流入する構成であってもよい。また、二酸化炭素の生成原料粉体は、セメント原料精粉M以外にも、高純度の石灰石粉末などであってもよい。本実施形態では、セメント原料精粉Mは石灰石である場合を例示している。 In this embodiment, the raw material powder supply line 21 is connected to the reactor 13, and the cement raw material refined powder M is directly supplied to the reactor 13. 1 A raw material powder supply line 21 is connected between the heat exchanger 12 and the reactor 13 (upstream side of the reactor 13), and the mixed gas G and the cement raw material refined powder M flow into the reactor 13. There may be. Further, the carbon dioxide-generating raw material powder may be high-purity limestone powder or the like in addition to the cement raw material refined powder M. In this embodiment, the refined cement powder M is limestone.

図3は、反応器の一例を示す模式図である。
反応器13は、例えば、筒状の反応容器25を備える。この反応容器25は、例えば、ガスGの滞留時間を長くして、反応促進を促すため、ガス循環ライン11を構成する配管よりも直径以上の反応管であればよい。反応容器25はガス循環ライン11の一部を成し、一端25aから他端25bに向けて第1熱交換器12で加熱された混合ガスGが流れる。また、この反応容器25の一端25a寄りには原料粉体供給ライン21が接続され、反応容器25内にセメント原料精粉Mが所定の流量で供給される。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a reactor.
The reactor 13 includes, for example, a tubular reaction container 25 . For example, the reaction vessel 25 may be a reaction tube having a diameter larger than that of the piping constituting the gas circulation line 11 in order to increase the residence time of the gas G and promote the reaction. The reaction vessel 25 constitutes a part of the gas circulation line 11, and the mixed gas G heated by the first heat exchanger 12 flows from one end 25a toward the other end 25b. A raw material powder supply line 21 is connected to one end 25a of the reaction vessel 25, and cement raw material refined powder M is supplied into the reaction vessel 25 at a predetermined flow rate.

反応器13は、反応容器25内において、第1熱交換器12によって850℃程度まで加熱された混合ガスGに対して、プレヒーター31で750℃程度まで加熱されたセメント原料精粉Mを接触させることにより、セメント原料精粉Mが加熱される。これにより、セメント原料精粉Mの主成分である石灰石(CaCO)の脱炭酸反応(熱分解反応:下記の式(6)を参照)を起こさせる。
CaCO→CaO+CO ・・・(6)
In the reactor 13, the mixed gas G heated to about 850°C by the first heat exchanger 12 in the reaction vessel 25 is brought into contact with the refined cement powder M heated to about 750°C by the preheater 31. As a result, the cement raw material refined powder M is heated. As a result, limestone (CaCO 3 ), which is the main component of the refined cement powder M, undergoes a decarboxylation reaction (thermal decomposition reaction: see formula (6) below).
CaCO 3 →CaO+CO 2 (6)

なお、必ずしも投入されたセメント原料精粉Mの全量が反応器13内で脱炭酸反応が完結するとは限らず、例えば、反応器13から下流側の分離器14に至るガス循環ライン11の配管内で脱炭酸反応が生じる場合もあり、脱炭酸反応の発生領域を限定するものでは無い。
また、原料粉体供給ライン21から投入されたセメント原料精粉Mは、必ずしも投入量の全量が脱炭酸反応を起こすとは限らず、未反応のセメント原料精粉Mが残ることもある。
It should be noted that the decarboxylation reaction is not necessarily completed in the reactor 13 for the entire amount of the cement raw material refined powder M that is input. The decarboxylation reaction may occur in some cases, and the region where the decarboxylation reaction occurs is not limited.
In addition, not all of the refined raw cement powder M fed from the raw powder supply line 21 undergoes a decarboxylation reaction, and unreacted refined raw cement powder M may remain.

反応器13(およびこれを含むガス循環ライン11全体)では、希釈媒体供給ライン23から希釈媒体Eをガス循環ライン11に供給することによって、ガス循環ライン11を流れる混合ガスGに含まれる二酸化炭素の分圧が、希釈媒体Eである水蒸気の供給分だけ低下する。 In the reactor 13 (and the entire gas circulation line 11 including this), by supplying the dilution medium E from the dilution medium supply line 23 to the gas circulation line 11, the carbon dioxide contained in the mixed gas G flowing through the gas circulation line 11 is is reduced by the supply of water vapor, which is the diluent medium E.

図4に示すグラフによれば、二酸化炭素の分圧を平衡圧力よりも下げることにより、脱炭酸反応の反応温度が低下する。希釈媒体供給ライン23によってガス循環ライン11に希釈媒体Eである水蒸気を供給して、混合ガスGに含まれる二酸化炭素の分圧を下げれば、水蒸気の供給量に応じてセメント原料精粉Mに含まれる石灰石の脱炭酸反応の反応温度が低下する。
なお、希釈媒体の供給量は、本実施形態の希釈媒体である水蒸気を例にとると、利用できる(工場等で余剰の)水蒸気量を上限とし、所望の二酸化炭素製造量を得られるように決定することが好ましい。
According to the graph shown in FIG. 4, the reaction temperature of the decarboxylation reaction is lowered by lowering the partial pressure of carbon dioxide below the equilibrium pressure. If steam, which is the dilution medium E, is supplied to the gas circulation line 11 through the dilution medium supply line 23 to reduce the partial pressure of carbon dioxide contained in the mixed gas G, the cement raw material refined powder M is reduced in accordance with the amount of steam supplied. The reaction temperature of the decarboxylation reaction of limestone contained is lowered.
Taking water vapor as the diluent medium of the present embodiment as an example, the amount of supply of the diluent medium is limited to the amount of water vapor that can be used (surplus in a factory or the like) as an upper limit so that the desired amount of carbon dioxide can be produced. preferably determined.

本実施形態では、例えば、希釈媒体供給ライン23から水蒸気をガス循環ライン11に供給し反応器13内の二酸化炭素の分圧を0.33atmにすれば、脱炭酸反応の反応温度を823℃まで低下させることができ、大気圧環境での脱炭酸反応と比較して、反応温度を約70℃低下させることができる。 In this embodiment, for example, if water vapor is supplied from the diluent medium supply line 23 to the gas circulation line 11 to set the partial pressure of carbon dioxide in the reactor 13 to 0.33 atm, the reaction temperature of the decarboxylation reaction can be increased to 823°C. can be reduced, and the reaction temperature can be reduced by about 70° C. compared to the decarboxylation reaction in an atmospheric pressure environment.

なお、反応器13に流入する混合ガスGの流量は、二酸化炭素の分圧を0.1atm以上1.0atm未満となるように調整することが好ましい。二酸化炭素の分圧が0.1atmよりも低い場合、反応温度を下げることが出来るものの脱炭酸反応の反応速度が大きく低下する。具体的には、二酸化炭素の分圧が0.05atmの時の反応温度は721℃であり1.0atmの時の反応温度893℃に対して172℃に低下することができるが、後述する式(7)に基づいて求めた反応速度は1.0atmの時の値の100分の2となるため、効率的に二酸化炭素を生成することが困難である。また、二酸化炭素の分圧が1.0atm以上であれば、脱炭酸反応の反応温度を低下させることができない。 The flow rate of the mixed gas G flowing into the reactor 13 is preferably adjusted so that the partial pressure of carbon dioxide is 0.1 atm or more and less than 1.0 atm. When the partial pressure of carbon dioxide is lower than 0.1 atm, the reaction temperature can be lowered, but the decarboxylation reaction rate is greatly reduced. Specifically, the reaction temperature is 721° C. when the partial pressure of carbon dioxide is 0.05 atm, and can be lowered to 172° C. compared to the reaction temperature of 893° C. when the partial pressure is 1.0 atm. Since the reaction rate obtained based on (7) is 2/100 of the value at 1.0 atm, it is difficult to efficiently generate carbon dioxide. Moreover, if the partial pressure of carbon dioxide is 1.0 atm or more, the reaction temperature of the decarboxylation reaction cannot be lowered.

分離器14は、ガス循環ライン11を流れる混合ガスGと、反応器13で生じた生石灰(CaO)および未反応のセメント原料精粉Mとを分離(固気分離)する。ここで分離された生石灰(CaO)および未反応のセメント原料精粉Mは、返送ライン19を介してセメント製造装置30に送られて、セメント原料精粉Mとして利用される。 The separator 14 separates (solid-gas separates) the mixed gas G flowing through the gas circulation line 11 from the quicklime (CaO) generated in the reactor 13 and unreacted cement raw powder M. The separated quicklime (CaO) and unreacted raw cement powder M are sent to the cement manufacturing apparatus 30 via the return line 19 and used as the raw cement powder M.

なお、返送ライン19は、本実施形態のように反応器13と抽気ダクト41とを接続する構成以外にも、例えば、反応器13とセメントキルン32、反応器13とプレヒーター31、反応器13と仮焼炉34をそれぞれ接続するように構成しても良い。 Note that the return line 19 may be configured to connect the reactor 13 and the bleed duct 41 as in the present embodiment. and the calcining furnace 34 may be connected to each other.

第2熱交換器15は、ガス循環ライン11において、二酸化炭素回収ライン22が接続された位置を挟んだ上流側と下流側との間で、ガス循環ライン11を流れる混合ガスGどうしの熱交換を行う。具体的には、反応器13で脱炭酸反応を行った750℃程度の混合ガスGと、下流側で混合ガスGの一部が二酸化炭素回収ライン22に回収された残りの比較的低温、例えば300℃程度の混合ガスGとの間で熱交換が行われる。これによって、反応器13で脱炭酸反応によって生じた二酸化炭素を含む混合ガスGは300℃程度まで温度が低下し、一方で第1熱交換器12に入る直前の混合ガスGは600℃程度まで温度が高められる。 The second heat exchanger 15 exchanges heat between the mixed gas G flowing through the gas circulation line 11 between the upstream side and the downstream side across the position where the carbon dioxide recovery line 22 is connected in the gas circulation line 11. I do. Specifically, the mixed gas G at about 750° C. that has undergone the decarboxylation reaction in the reactor 13 and the remaining relatively low temperature, such as Heat exchange is performed with mixed gas G of about 300°C. As a result, the temperature of the mixed gas G containing carbon dioxide generated by the decarboxylation reaction in the reactor 13 is lowered to about 300°C, while the temperature of the mixed gas G immediately before entering the first heat exchanger 12 is lowered to about 600°C. temperature is raised.

循環ポンプ16は、ガス循環ライン11全体で混合ガスGを循環させる。この循環ポンプ16を前述した第2熱交換器15の下流側に配置することにより、第2熱交換器15による熱交換で温度が300℃程度まで下げられた混合ガスGが循環ポンプ16に流入するので、例えば500℃以上の高温ガスの流入による循環ポンプ16の破損や劣化を防止できる。 The circulation pump 16 circulates the mixed gas G through the entire gas circulation line 11 . By arranging this circulation pump 16 downstream of the second heat exchanger 15 described above, the mixed gas G whose temperature has been lowered to about 300° C. by heat exchange by the second heat exchanger 15 flows into the circulation pump 16. Therefore, it is possible to prevent the circulation pump 16 from being damaged or deteriorated due to the inflow of high-temperature gas of 500° C. or higher, for example.

二酸化炭素回収ライン22は、循環ポンプ16の下流側に接続され、ここから二酸化炭素と希釈媒体Eである水蒸気との混合ガスGが回収される。二酸化炭素回収ライン22には、流量計28が接続されている。この二酸化炭素回収ライン22で回収される混合ガスGの量(単位時間当たりの回収量)は、例えば、反応器13でセメント原料精粉Mの脱炭酸反応により生成させた二酸化炭素の生成量(単位時間当たりの生成量)と、希釈媒体供給ライン23から供給される水蒸気の量(単位時間当たりの供給量)とを加算した量と同一になるように調整される。これにより、ガス循環ライン11を流れる混合ガスGの流量、および全圧は一定に保たれる。 The carbon dioxide recovery line 22 is connected to the downstream side of the circulation pump 16, from which a mixed gas G of carbon dioxide and water vapor as the diluent E is recovered. A flow meter 28 is connected to the carbon dioxide recovery line 22 . The amount of the mixed gas G recovered in the carbon dioxide recovery line 22 (the amount recovered per unit time) is, for example, the amount of carbon dioxide produced by the decarboxylation reaction of the refined cement raw powder M in the reactor 13 ( The amount is adjusted to be the same as the sum of the amount of water vapor supplied from the dilution medium supply line 23 (the amount of water generated per unit time) and the amount of water vapor supplied from the diluent supply line 23 (the amount of water supplied per unit time). As a result, the flow rate and total pressure of the mixed gas G flowing through the gas circulation line 11 are kept constant.

二酸化炭素回収ライン22の流量計28よりも下流側には、二酸化炭素と希釈媒体との沸点差、または溶解度差を利用して二酸化炭素と希釈媒体Eとを分離する希釈媒体分離手段が設けられている。本実施形態では、希釈媒体分離手段として、希釈媒体Eである水蒸気を冷却、凝集させて水にして二酸化炭素と分離させる凝集器(希釈媒体分離手段)29が二酸化炭素回収ライン22に形成されている。 On the downstream side of the flow meter 28 of the carbon dioxide recovery line 22, there is provided a diluent medium separating means that separates the carbon dioxide and the diluent medium E by utilizing the boiling point difference or solubility difference between the carbon dioxide and the diluent medium. ing. In the present embodiment, a condenser (dilution medium separation means) 29 is formed in the carbon dioxide recovery line 22 as a dilution medium separation means for cooling and condensing water vapor, which is the dilution medium E, into water to separate it from carbon dioxide. there is

二酸化炭素回収ライン22で回収された二酸化炭素と水蒸気とを含む混合ガスGは、この凝集器29を通過する間に例えば100℃未満まで冷却され、水蒸気が液化されて水になり二酸化炭素と分離される。これによって、混合ガスGから希釈媒体Eである水蒸気を取り除いた二酸化炭素を二酸化炭素回収ライン22から得ることができる。なお、分離された水は二酸化炭素を若干溶解するが、水蒸気が液化された直後の水は80℃~90℃と高温であり、二酸化炭素の溶解量は僅かである。 The mixed gas G containing carbon dioxide and water vapor recovered in the carbon dioxide recovery line 22 is cooled to, for example, less than 100° C. while passing through the condenser 29, and the water vapor is liquefied into water and separated from carbon dioxide. be done. As a result, carbon dioxide obtained by removing water vapor, which is the diluent medium E, from the mixed gas G can be obtained from the carbon dioxide recovery line 22 . The separated water slightly dissolves carbon dioxide, but the water temperature immediately after liquefying the steam is as high as 80° C. to 90° C., and the amount of dissolved carbon dioxide is small.

二酸化炭素回収ライン22に設けられた凝集器29を介してガス循環ライン11の系外に回収される二酸化炭素は、例えば液化炭酸の原料として利用することを想定し、濃度範囲を90vol%以上100vol%以下、望ましくは95vol%以上100vol%以下、より望ましくは98vol%以上100vol%以下の範囲とする。例えば二酸化炭素の濃度は95vol%である。 The carbon dioxide recovered outside the system of the gas circulation line 11 via the condenser 29 provided in the carbon dioxide recovery line 22 is assumed to be used, for example, as a raw material for liquefied carbonic acid, and the concentration range is 90 vol% to 100 vol. %, preferably 95 vol % or more and 100 vol % or less, more preferably 98 vol % or more and 100 vol % or less. For example, the concentration of carbon dioxide is 95vol%.

なお、希釈媒体分離手段は、希釈媒体の種類に応じて適宜選択すればよい。例えば、沸点差(液化温度差)を利用した凝集器29以外にも、希釈媒体Eが易溶性であり、かつ二酸化炭素を溶解しない希釈媒体吸収液体に混合ガスGを通過(例えばバブリング)させて、二酸化炭素と希釈媒体Eとを分離する溶解器などから希釈媒体分離手段を構成することも好ましい。 Note that the diluent medium separating means may be appropriately selected according to the type of diluent medium. For example, in addition to the condenser 29 using the boiling point difference (liquefaction temperature difference), the mixed gas G is passed through (for example, bubbling) the diluent medium absorption liquid in which the diluent medium E is easily soluble and does not dissolve carbon dioxide. , a dissolver for separating the carbon dioxide and the diluent medium E, or the like.

(二酸化炭素製造方法)
以上のような構成の二酸化炭素製造装置10を用いた、本発明の二酸化炭素製造方法を説明する。
図5は、本発明の二酸化炭素製造方法を段階的に示したフローチャートである。
二酸化炭素製造装置10を用いて所定濃度の二酸化炭素を製造する際には、まず、循環ポンプ16によって、ガス循環ライン11に二酸化炭素と水蒸気とを含む混合ガスGを循環させる。
(Carbon dioxide production method)
The carbon dioxide production method of the present invention using the carbon dioxide production apparatus 10 configured as above will be described.
FIG. 5 is a flow chart showing step by step the carbon dioxide production method of the present invention.
When producing carbon dioxide having a predetermined concentration using the carbon dioxide producing apparatus 10 , first, the mixed gas G containing carbon dioxide and water vapor is circulated through the gas circulation line 11 by the circulation pump 16 .

また、セメント製造装置30のプレヒーター31から、例えば、750℃程度まで加熱されたセメント原料精粉(生成原料粉体)Mを、原料粉体供給ライン21を介してガス循環ライン11に供給する。また、希釈媒体供給ライン23からガス循環ライン11に向けて、本実施形態の希釈媒体である水蒸気を供給する(希釈媒体供給工程S1)。水蒸気を供給することによって、ガス循環ライン11を介して反応器13での二酸化炭素分圧を例えば0.33atm程度にする。 Further, from the preheater 31 of the cement manufacturing apparatus 30, for example, cement raw material refined powder (produced raw material powder) M heated to about 750° C. is supplied to the gas circulation line 11 through the raw material powder supply line 21. . Further, water vapor, which is the dilution medium of the present embodiment, is supplied from the dilution medium supply line 23 toward the gas circulation line 11 (dilution medium supply step S1). By supplying steam, the partial pressure of carbon dioxide in the reactor 13 is set to, for example, about 0.33 atm through the gas circulation line 11 .

そして、セメント製造装置30に設けられた高温雰囲気場Hである抽気ダクト41に形成された第1熱交換器(熱交換器)12において、抽気ダクト41を流れる高温の抽気ガスC2と、ガス循環ライン11を流れる混合ガスGとの間で熱交換を行い、反応器13に入る混合ガスGの温度を例えば850℃程度まで加熱する(加熱工程S2)。 Then, in the first heat exchanger (heat exchanger) 12 formed in the bleed duct 41, which is the high temperature atmosphere field H provided in the cement manufacturing apparatus 30, the high temperature bleed gas C2 flowing through the bleed duct 41 and the gas circulation Heat is exchanged with the mixed gas G flowing through the line 11, and the temperature of the mixed gas G entering the reactor 13 is heated to, for example, about 850° C. (heating step S2).

なお、第1熱交換器12を設ける高温雰囲気場Hは、クリンカクーラー33と仮焼炉34とを接続する抽気ダクト41以外にも、セメント製造装置30における高温部分、例えばセメントキルン32、クリンカクーラー33、プレヒーター31、仮焼炉34のうち、少なくともいずれか1つであればよい。 In addition to the extraction duct 41 connecting the clinker cooler 33 and the calciner 34, the high-temperature atmosphere field H in which the first heat exchanger 12 is provided includes high-temperature parts in the cement manufacturing apparatus 30, such as the cement kiln 32 and the clinker cooler. At least one of 33, preheater 31, and calcining furnace 34 may be used.

次に、反応器13において、加熱工程S2で加熱された二酸化炭素を含む混合ガスGを熱源として用いてセメント原料精粉Mを加熱する。セメント原料精粉Mは、高温の混合ガスGによって、例えば850℃~900℃程度まで加熱される。これにより、セメント原料精粉Mの主成分である石灰石(CaO)は、脱炭酸反応によって二酸化炭素を生成する(反応工程S3)。 Next, in the reactor 13, the cement raw material refined powder M is heated using the mixed gas G containing carbon dioxide heated in the heating step S2 as a heat source. Cement raw material refined powder M is heated to about 850° C. to 900° C. by high-temperature mixed gas G, for example. As a result, limestone (CaO 3 ), which is the main component of the cement raw material refined powder M, produces carbon dioxide through a decarboxylation reaction (reaction step S3).

反応器13における混合ガスGに含まれる二酸化炭素の分圧は、ガス循環ライン11への水蒸気の供給によって、例えば、0.33atm程度にされている。これにより、石灰石の脱炭酸反応が生じる反応温度は、823℃程度まで低下している(図4を参照)。セメント原料精粉Mは、こうした水蒸気の供給による二酸化炭素の分圧低下によって、大気圧での反応温度である893℃よりも低い850℃程度であっても脱炭酸反応が進行し、二酸化炭素と生石灰(CaO)に分解する。 The partial pressure of carbon dioxide contained in the mixed gas G in the reactor 13 is set to, for example, about 0.33 atm by supplying water vapor to the gas circulation line 11 . As a result, the reaction temperature at which limestone decarboxylation occurs is lowered to about 823° C. (see FIG. 4). Due to the reduction in the partial pressure of carbon dioxide due to the supply of water vapor, the refined cement raw powder M undergoes a decarboxylation reaction even at about 850° C., which is lower than the reaction temperature of 893° C. at atmospheric pressure, and carbon dioxide and Decomposes into quicklime (CaO).

混合ガスGに含まれる二酸化炭素の分圧は、0.1atm以上にすることが好ましい。二酸化炭素の分圧が0.1atm以下であると、反応速度が大きく低下し、単位時間当たりの二酸化炭素の生成量が少なすぎて実用的ではない。 The partial pressure of carbon dioxide contained in the mixed gas G is preferably 0.1 atm or more. If the partial pressure of carbon dioxide is 0.1 atm or less, the reaction rate is greatly reduced, and the amount of carbon dioxide produced per unit time is too small to be practical.

反応器13においては、セメント原料精粉Mの主成分である石灰石(CaCO)が、それぞれの粒子の外側から内側に向かって脱炭酸反応が進行する。このため、石灰石(CaCO)のそれぞれの粒子は、反応時間が経過するほど、粒子の外側に反応済みの物質(CaO)が堆積し、中心側の未反応のCaCOから生じた二酸化炭素は、この反応済みの物質(CaO)を通過して粒子の外部に放出される。よって、反応時間が経過するほど、CaCOのそれぞれの粒子は、反応速度が低下する。 In the reactor 13, limestone (CaCO 3 ), which is the main component of the refined cement powder M, undergoes a decarboxylation reaction from the outside to the inside of each particle. For this reason, with each particle of limestone (CaCO 3 ), as the reaction time elapses, the reacted substance (CaO) accumulates on the outside of the particle, and the carbon dioxide generated from the unreacted CaCO 3 on the center side , passes through this reacted substance (CaO) and is released to the outside of the particles. Thus, each particle of CaCO 3 slows down as the reaction time elapses.

このような、CaCO粒子の脱炭酸反応の反応速度は、以下の式(7)で示される。
K=(1-X)2/3×A・exp(-E/RT)×{1-(PAll・PCO2)/PCO2_eq}…(7)
K:反応速度[1/s]
A:2.2×10[1/s]
E:2.0×10[J/mol]
:気体定数 8.314
T:温度[K]
All:全圧[atm]
CO2:CO分圧[atm]
CO2_eq:平衡CO分圧[atm]
X:反応率
The reaction rate of such decarboxylation reaction of CaCO 3 particles is shown by the following equation (7).
K=(1−X) 2/3 ×A・exp(−E/ RGT )×{1−(P All・P CO2 )/P CO2_eq }…(7)
K: reaction rate [1/s]
A: 2.2×10 8 [1/s]
E: 2.0×10 5 [J/mol]
R G : gas constant 8.314
T: Temperature [K]
P All : Total pressure [atm]
P CO2 : CO 2 partial pressure [atm]
P CO2_eq : Equilibrium CO2 partial pressure [atm]
X: reaction rate

この式(7)では、CaCO粒子を球形とした場合の反応速度を示しており、二酸化炭素ガス境膜拡散による影響を考慮し、所定温度での二酸化炭素の平衡分圧を求め、反応器13内の二酸化炭素分圧と混合ガス全圧の積との比で補正している。反応量は反応速度係数と反応器の滞留時間の積により算出した。平衡分圧の温度依存性は熱天秤などによる実測値を用いることができる。 This equation (7) shows the reaction rate when the CaCO 3 particles are spherical, and considering the effect of carbon dioxide gas boundary film diffusion, the equilibrium partial pressure of carbon dioxide at a predetermined temperature is obtained, and the reactor It is corrected by the ratio of the carbon dioxide partial pressure in 13 and the product of the mixed gas total pressure. The amount of reaction was calculated from the product of the reaction rate coefficient and the residence time in the reactor. The temperature dependence of the equilibrium partial pressure can be measured using a thermobalance or the like.

反応器13で生成させる二酸化炭素のモル重量速度よりも、セメント原料精粉Mの主成分である石灰石(CaCO)のモル重量速度が多くなるように供給することで、単位時間あたりに供給したセメント原料精粉Mの石灰石を全量反応させるよりも短い時間で、設定した量の二酸化炭素を生成することができる。 It was supplied per unit time by supplying so that the molar weight velocity of limestone (CaCO 3 ), which is the main component of the refined cement raw powder M, is higher than the molar weight velocity of carbon dioxide generated in the reactor 13. A set amount of carbon dioxide can be produced in a shorter period of time than when the entire amount of limestone in the refined cement powder M is reacted.

こうした反応工程S3では、希釈媒体供給工程S1における水蒸気供給量および加熱工程S2で加熱された後の混合ガスGの温度に基づいて、二酸化炭素の生成量が計算上の最大値±10%の範囲になるように、セメント原料精粉(生成原料粉体)Mのガス循環ライン11への供給量を制御する。 In such a reaction step S3, the amount of carbon dioxide produced is within a calculated maximum value ±10% based on the amount of water vapor supplied in the diluent medium supply step S1 and the temperature of the mixed gas G after being heated in the heating step S2. The amount of cement raw material refined powder (produced raw material powder) M supplied to the gas circulation line 11 is controlled so that

以下、反応工程S3における脱炭酸反応の制御について説明する。
例えば、図1に示すセメント製造装置30など、セメント製造プロセスからセメント原料精粉Mなどの石灰石粉末を一部分取する場合、二酸化炭素製造装置10がセメント製造装置30に近接して配置されていれば、石灰石の温度は大きく変動しないと考えることができる。よって、反応器13における反応時間も流動層などでは一定と見做せるので、考慮すべき項目は石灰石の投入量、二酸化炭素分圧、および反応器13内を流れる二酸化炭素を含む混合ガスGのガス温度である。
The control of the decarboxylation reaction in the reaction step S3 will be described below.
For example, when a portion of limestone powder such as cement raw material refined powder M is taken from a cement manufacturing process such as the cement manufacturing apparatus 30 shown in FIG. , it can be assumed that the temperature of limestone does not fluctuate greatly. Therefore, since the reaction time in the reactor 13 can also be considered constant in a fluidized bed or the like, the items to be considered are the amount of limestone input, the partial pressure of carbon dioxide, and the mixed gas G containing carbon dioxide flowing through the reactor 13. is the gas temperature.

本発明の発明者らは、希釈媒体供給ライン23の希釈媒体供給量によって制御される二酸化炭素の分圧および第1熱交換器(熱交換器)12において加熱された後の混合ガスGの温度を測定し、その温度に応じて、その時々での二酸化炭素生成量(または二酸化炭素濃度)を最大にするための製造条件である脱炭酸反応の反応圧力または二酸化炭素分圧、および石灰石粉末の投入量を化学工学計算にて事前に求めて、この結果に基づいて反応器13における脱炭酸反応を制御する手法を見出した。 The inventors of the present invention found that the partial pressure of carbon dioxide controlled by the amount of diluent supply in the diluent supply line 23 and the temperature of the mixed gas G after being heated in the first heat exchanger (heat exchanger) 12 is measured, and depending on the temperature, the reaction pressure or carbon dioxide partial pressure of the decarboxylation reaction, which is the manufacturing condition for maximizing the amount of carbon dioxide produced (or carbon dioxide concentration) at that time, and the limestone powder The inventors have found a method of controlling the decarboxylation reaction in the reactor 13 based on the results of obtaining the input amount in advance by chemical engineering calculations.

まず、予め実測もしくは計算によって、希釈媒体供給量ごとの石灰石投入量と二酸化炭素生成量の関係から、最小二乗法を用いて近似曲線を作成する。そして、各条件における最大の二酸化炭素生成量とその時の石灰石投入量を求める。なお、石灰石反応率と二酸化炭素生成量との関係、石灰石反応率と石灰石投入量との関係、および脱炭酸反応の反応後温度と、石灰石反応率から求めても良い。 First, by actual measurement or calculation in advance, an approximate curve is created using the method of least squares from the relationship between the amount of limestone input and the amount of carbon dioxide produced for each supply amount of the diluent medium. Then, the maximum amount of carbon dioxide produced under each condition and the amount of limestone input at that time are obtained. In addition, it may be determined from the relationship between the reaction rate of limestone and the amount of carbon dioxide produced, the relationship between the reaction rate of limestone and the amount of limestone input, the temperature after the decarboxylation reaction, and the reaction rate of limestone.

こうした関係を示す計算例として、図6に、二酸化炭素生成量と石灰石投入量との関係のグラフを示す。また、図7に、石灰石反応率と二酸化炭素生成量との関係のグラフを示す。また、図8に、石灰石反応率と石灰石投入量との関係のグラフを示す。また、図9に、反応後温度と石灰石反応率との関係のグラフを示す。 As a calculation example showing such a relationship, FIG. 6 shows a graph of the relationship between the amount of carbon dioxide produced and the amount of limestone input. Also, FIG. 7 shows a graph of the relationship between the limestone reaction rate and the amount of carbon dioxide produced. Further, FIG. 8 shows a graph of the relationship between the limestone reaction rate and the amount of limestone input. Further, FIG. 9 shows a graph of the relationship between post-reaction temperature and limestone reaction rate.

なお、これら計算例は、希釈媒体供給量を75L/min、100L/min、125L/min、150L/min(それぞれ0℃換算)にそれぞれ設定し、二酸化炭素と希釈媒体との混合ガスをガス循環ラインに循環させた場合を条件として設定している。 In these calculation examples, the diluent medium supply rate is set to 75 L/min, 100 L/min, 125 L/min, and 150 L/min (each converted to 0° C.), and the mixed gas of carbon dioxide and the diluent medium is gas circulated. It is set as a condition for circulating in the line.

また、CO回収量は、希釈媒体の流量を検出する流量計26の値と、混合ガスの回収流量を検出する流量計28の値の差分から算出できる。即ち、このCO回収量は、反応器13における脱炭酸反応による二酸化炭素生成量である。この図6~図9に示すグラフから、希釈媒体供給量ごとに、二酸化炭素回収量は特定の反応率もしくは石灰石投入量で最大値をとることが分かる。 Also, the CO 2 recovery amount can be calculated from the difference between the value of the flow meter 26 that detects the flow rate of the dilution medium and the value of the flow meter 28 that detects the recovery flow rate of the mixed gas. That is, this CO 2 recovery amount is the amount of carbon dioxide produced by the decarboxylation reaction in the reactor 13 . From the graphs shown in FIGS. 6 to 9, it can be seen that the amount of carbon dioxide recovered takes a maximum value at a specific reaction rate or limestone input amount for each diluent medium supply amount.

次に、第1熱交換器(熱交換器)12において加熱された後の混合ガスGの温度ごとに最大二酸化炭素生成量とその時の石灰石投入量とを求める。これにより得られた値を石灰石投入量と最大二酸化炭素生成量のグラフに描画する。その際、基準となる石灰石投入量(L)で横軸を無次元化し、縦軸は単位時間当たりモル基準で最大二酸化炭素生成量CをLで除算した値(C/L)、希釈媒体供給量(M)や混合ガスの循環量(R)も同様に(M/L)、(R/L)として表記する。 Next, for each temperature of the mixed gas G after being heated in the first heat exchanger (heat exchanger) 12, the maximum amount of carbon dioxide produced and the amount of limestone input at that time are obtained. The resulting values are plotted on a graph of limestone input versus maximum carbon dioxide production. At that time, the horizontal axis is dimensionless with the limestone input amount (L) as the reference, and the vertical axis is the value obtained by dividing the maximum carbon dioxide generation amount C by L on a molar basis per unit time (C / L), the dilution medium supply The amount (M) and the circulation amount (R) of the mixed gas are similarly expressed as (M/L) and (R/L).

図10に、二酸化炭素を含む混合ガスの温度ごとに、C/Lと石灰石投入量Lとの関係をプロットした計算例のグラフを示す。また、図11に、二酸化炭素を含む混合ガスの温度および水蒸気供給量ごとに、最大二酸化炭素生成量とその時の石灰石投入量との関係をプロットした計算例のグラフを示す。図10、図11のグラフにおいて、水蒸気供給量(または混合ガスの循環量)が同じ条件を結ぶ近似曲線(以下、等供給量線と称する)を作成する。また、混合ガス温度が同じ条件を結ぶ近似曲線(以下、等温線と称する)を作成する。 FIG. 10 shows a graph of a calculation example in which the relationship between C/L and the amount of limestone input L is plotted for each temperature of the mixed gas containing carbon dioxide. Further, FIG. 11 shows a graph of a calculation example in which the relationship between the maximum amount of carbon dioxide produced and the amount of limestone input at that time is plotted for each temperature of the mixed gas containing carbon dioxide and the amount of water vapor supplied. In the graphs of FIGS. 10 and 11, an approximation curve (hereinafter referred to as an "equal supply amount line") connecting conditions with the same steam supply amount (or mixed gas circulation amount) is created. Also, an approximation curve (hereinafter referred to as an isothermal line) connecting conditions with the same mixed gas temperature is created.

また、図10、図11に示すグラフを作成するにあたって、750℃の石灰石を、ガス循環ライン内を流れる熱交換後の混合ガスが900℃、1200L/min(0℃換算)になるように、生成する二酸化炭素量を調整した、脱炭酸反応を生じる反応器13での反応時間を10秒と仮定し、水蒸気供給量が75L/min、100L/min、125L/min、150L/min(それぞれ0℃換算)にそれぞれ固定し、石灰石投入量を変化させた際の二酸化炭素生成量(回収量)、脱炭酸反応の反応率、および反応後の温度を計算した。 Also, in creating the graphs shown in FIGS. 10 and 11, limestone at 750° C. was mixed so that the mixed gas after heat exchange flowing in the gas circulation line was 900° C. and 1200 L/min (converted to 0° C.). Assuming that the reaction time in the reactor 13 where the decarboxylation reaction occurs is 10 seconds, the amount of carbon dioxide produced is adjusted, and the water vapor supply rates are 75 L/min, 100 L/min, 125 L/min, and 150 L/min (each of which is 0 ℃ conversion), and calculated the amount of carbon dioxide produced (recovered amount) when changing the amount of limestone input, the reaction rate of the decarboxylation reaction, and the temperature after the reaction.

そして、図12に示すように、所望する二酸化炭素生成量と、想定される石灰石投入量の値を石灰石投入量と最大二酸化炭素生成量(回収量)のグラフ中に描き、点Xとする。この点Xを囲む2本の等供給量線と2本の等温線のそれぞれの交点を点A,B,C,Dとする。 Then, as shown in FIG. 12, the desired amount of carbon dioxide produced and the value of the assumed amount of limestone input are drawn in the graph of the amount of limestone input and the maximum amount of carbon dioxide produced (recovery amount) and designated as point X. Let points A, B, C, and D be points of intersection of the two iso-supply lines and the two isothermal lines surrounding this point X, respectively.

こうして作成した交点A,B,C,Dをそれぞれ結ぶ線分A-B,B-C,C-D,A-Dで区画される矩形の領域を、図13に示すように、例えば10等分程度に分割する。この分割数を細かくするほど、計算精度を高めることができる。そして、分割点同士を結ぶ格子状の補助線(図13中の破線)を作成する。 Rectangular areas partitioned by line segments AB, BC, CD, and AD connecting the intersections A, B, C, and D thus created, respectively, are shown in FIG. Divide into minutes. The finer the number of divisions, the higher the calculation accuracy. Then, grid-like auxiliary lines (broken lines in FIG. 13) connecting the division points are created.

そして、想定される石灰石投入量を示す点Xと、この点Xを囲む等供給量線、等温線との距離を調べ、距離に応じて案分することによって、点Xを満たす脱炭酸反応の反応圧力と混合ガスの温度とを求めることができる。
なお、線分A-B,B-C,C-D,A-Dが等供給量線、等温線から著しく外れる場合は、等供給量線もしくは等温線の間隔を狭めることで計算精度を高めることができる。
Then, by examining the distance between the point X indicating the assumed amount of limestone input and the iso-supply line and isothermal line surrounding this point X, and proportionally dividing according to the distance, the decarboxylation reaction that satisfies the point X The reaction pressure and the temperature of the mixed gas can be determined.
In addition, if the line segments AB, BC, CD, and AD deviate significantly from the iso-supply lines and isotherms, narrow the interval between the iso-supply lines or isotherms to improve the calculation accuracy. be able to.

図12、13に示した算出例は、混合ガスの循環量を1200L/min、二酸化炭素の生成量を30.1L/min、石灰石投入量を37.9kg/時を満たす、脱炭酸反応の反応圧力と混合ガスの温度とを算出したものである。
図13に示すプロットから、混合ガスの温度:(925×3+900×7)/10=907.5℃、水蒸気供給量:(125×3+150×7)/10=142.5L/minと読み取る。この条件で最大二酸化炭素生成量とその時の石灰石投入量とを求めると、二酸化炭素生成量:30.1L/min、石灰石投入量:37.9kg/時となり、所望する二酸化炭素の生成量を30L/min、想定する石灰石投入量を38kg/時に設定した場合に、それぞれ0.3%、-0.3%の誤差で算出することができる。
The calculation examples shown in FIGS. 12 and 13 are for a decarboxylation reaction that satisfies a mixed gas circulation rate of 1200 L/min, a carbon dioxide production rate of 30.1 L/min, and a limestone input rate of 37.9 kg/h. The pressure and the temperature of the mixed gas are calculated.
From the plot shown in FIG. 13, it is read that the temperature of the mixed gas: (925×3+900×7)/10=907.5° C. and the steam supply rate: (125×3+150×7)/10=142.5 L/min. When the maximum carbon dioxide production amount and the limestone input amount at that time are obtained under these conditions, the carbon dioxide production amount: 30.1 L / min, the limestone input amount: 37.9 kg / hour, and the desired carbon dioxide production amount is 30 L. /min, and when the assumed limestone input amount is set to 38 kg/h, calculations can be made with errors of 0.3% and -0.3%, respectively.

なお、点Xを通るまで分割数を増やすことでさらに予測精度を高めることもできる。このような実施形態において作成した図は、基準となる石灰石投入量(L)を24.46kg/時(244.5mol/時)として無次元化することで、図11と同様のものを得ることができる。 The prediction accuracy can be further improved by increasing the number of divisions until the point X is passed. The figure created in such an embodiment is dimensionless with the limestone input amount (L) as a reference of 24.46 kg / hour (244.5 mol / hour), so that the same one as in FIG. 11 can be obtained. can be done.

反応器13の下流側のガス循環ライン11には、混合ガスGと、脱炭酸反応で生じた生石灰および反応器13で反応せずに残った未反応のセメント原料精粉Mなどが分離器14に向けて流れる。 In the gas circulation line 11 on the downstream side of the reactor 13, the mixed gas G, the quicklime produced by the decarboxylation reaction, the unreacted cement raw powder M remaining without reacting in the reactor 13, etc. flowing towards

なお、こうした制御において、実際の運転における高温場の温度や希釈媒体供給量などの変動に伴う二酸化炭素生成量の変動や、過大な量の石灰石を投入するための設備大型化に伴う二酸化炭素の生成量とのコストパフォーマンスを考慮すると、計算における二酸化炭素の最大生成量から±10%の範囲となるように石灰石の投入量を制御すれば、同等の効果を得ることが出来ることから、二酸化炭素の生成量が計算上の最大値±10%の範囲となるように制御することが好ましい(図14および図15を参照)。 In addition, in such control, fluctuations in the amount of carbon dioxide produced due to fluctuations in the temperature of the high temperature field and the amount of dilution medium supplied in actual operation, Considering the amount of production and cost performance, if the amount of limestone input is controlled to be within ± 10% of the maximum amount of carbon dioxide produced in the calculation, the same effect can be obtained. is preferably controlled so that the amount of generated is within the calculated maximum value ±10% (see FIGS. 14 and 15).

分離器14では、二酸化炭素を含む混合ガス(気体)Gと、脱炭酸反応で生じた生石灰および未反応のセメント原料精粉Mなどの粉体(固体)とが分離される(固気分離工程S4)。この分離器14で分離された生石灰(CaO)および未反応のセメント原料精粉Mは抽気ダクト41に排出され、セメント製造装置30の仮焼炉34に送られて、セメント原料精粉Mとして有効利用される。 In the separator 14, a mixed gas (gas) G containing carbon dioxide is separated from powders (solids) such as quicklime produced by the decarboxylation reaction and unreacted cement raw material refined powder M (solid-gas separation step S4). The quicklime (CaO) separated by the separator 14 and the unreacted cement raw material refined powder M are discharged to the extraction duct 41, sent to the calciner 34 of the cement manufacturing apparatus 30, and effective as the cement raw material refined powder M. used.

分離器14を経て固気分離された混合ガスGは温度が750℃程度であり、このままガス循環ライン11の下流側の循環ポンプ16に入ると循環ポンプ16が熱によって損傷する懸念がある。本実施形態では、循環ポンプ16と分離器14との間に第2熱交換器15を配している。そして、この第2熱交換器15に流入する750℃程度の混合ガスGは、二酸化炭素回収ライン22の接続位置よりも下流側で温度が300℃程度まで低下した、ガス循環ライン11を流れる混合ガスGとの間で熱交換を行う。 The temperature of the mixed gas G separated from solid and gas through the separator 14 is about 750° C., and if it enters the circulation pump 16 on the downstream side of the gas circulation line 11 as it is, there is a concern that the circulation pump 16 will be damaged by heat. In this embodiment, the second heat exchanger 15 is arranged between the circulation pump 16 and the separator 14 . The mixed gas G at about 750° C. flowing into the second heat exchanger 15 has a temperature lowered to about 300° C. on the downstream side of the connection position of the carbon dioxide recovery line 22, and the mixture flowing through the gas circulation line 11 Heat is exchanged with gas G.

これにより、循環ポンプ16に流入する混合ガスGは、温度が例えば300℃程度まで低下し、循環ポンプ16の熱による破損や劣化を防止する。一方、循環によって第1熱交換器12に流入する混合ガスGは、この第2熱交換器15によって例えば600℃程度まで昇温され、第1熱交換器12において混合ガスGを850℃程度まで確実に昇温させるのに役立つ。
なお、こうした第2熱交換器15は、必ず設ける必要は無く、循環ポンプ16の特性や第1熱交換器12に流入する混合ガスGの温度によっては省略することもできる。
As a result, the temperature of the mixed gas G flowing into the circulation pump 16 is lowered to, for example, about 300.degree. On the other hand, the mixed gas G flowing into the first heat exchanger 12 by circulation is heated to, for example, about 600° C. by the second heat exchanger 15, and the mixed gas G is heated to about 850° C. in the first heat exchanger 12. Helps keep the temperature warm.
The second heat exchanger 15 does not always have to be provided, and can be omitted depending on the characteristics of the circulation pump 16 and the temperature of the mixed gas G flowing into the first heat exchanger 12 .

循環ポンプ16を経た二酸化炭素と水蒸気とを含む混合ガスGの一部は、ガス循環ライン11に接続された二酸化炭素回収ライン22から、ガス循環ライン11の系外に回収される(回収工程S5)。 Part of the mixed gas G containing carbon dioxide and water vapor that has passed through the circulation pump 16 is recovered outside the system of the gas circulation line 11 from the carbon dioxide recovery line 22 connected to the gas circulation line 11 (recovery step S5 ).

この回収工程S5においては、二酸化炭素回収ライン22を経て回収される二酸化炭素と水蒸気とを含む混合ガスGの量(単位時間当たりの回収量)は、例えば、反応器13でセメント原料精粉Mの脱炭酸反応により生成させた二酸化炭素の生成量(単位時間当たりの生成量)と希釈媒体供給ライン23の希釈媒体供給量との合計量と同一になるように調整される。これにより、ガス循環ライン11を循環する混合ガスGの流量、圧力を一定に保つことができる。 In the recovery step S5, the amount of the mixed gas G containing carbon dioxide and water vapor recovered through the carbon dioxide recovery line 22 (amount recovered per unit time) is, for example, the cement raw material refined powder M is adjusted to be the same as the total amount of the amount of carbon dioxide produced by the decarboxylation reaction (the amount of production per unit time) and the amount of diluent medium supplied through the diluent medium supply line 23 . Thereby, the flow rate and pressure of the mixed gas G circulating in the gas circulation line 11 can be kept constant.

二酸化炭素回収ライン22で回収された二酸化炭素と水蒸気とを含む混合ガスGは、凝集器(希釈媒体分離手段)29を通過する。この時、混合ガスGは例えば100℃未満まで冷却され、水蒸気が液化、凝集されて水になり二酸化炭素と分離される(希釈媒体分離工程S6)。これによって、混合ガスGから希釈媒体Eである水蒸気を取り除いた二酸化炭素が二酸化炭素回収ライン22から得られる。得られた二酸化炭素の濃度は、90vol%以上100vol%以下、例えば濃度が95vol%である。 The mixed gas G containing carbon dioxide and water vapor recovered in the carbon dioxide recovery line 22 passes through a condenser (dilution medium separating means) 29 . At this time, the mixed gas G is cooled to, for example, less than 100° C., and water vapor is liquefied and condensed into water, which is separated from carbon dioxide (dilution medium separation step S6). As a result, carbon dioxide obtained by removing water vapor, which is the dilution medium E, from the mixed gas G is obtained from the carbon dioxide recovery line 22 . The concentration of the obtained carbon dioxide is 90 vol% or more and 100 vol% or less, for example, the concentration is 95 vol%.

一方、凝集器(希釈媒体分離手段)29で分離された水は、希釈媒体供給ライン23から供給する水蒸気の供給材料として用いたり、凝集器29の冷却などに再利用することができる。 On the other hand, the water separated by the condenser (dilution medium separating means) 29 can be used as a supply material for steam supplied from the dilution medium supply line 23 or can be reused for cooling the condenser 29 or the like.

なお、希釈媒体分離手段は、希釈媒体の種類に応じて適宜選択することができ、本実施形態のように沸点差(液化温度差)を利用した凝集器29以外にも、例えば、希釈媒体だけを溶媒に溶解させて二酸化炭素と分離する溶解器などであってもよい。 The diluent medium separation means can be appropriately selected according to the type of diluent medium. may be dissolved in a solvent and separated from carbon dioxide.

希釈媒体供給ライン23からガス循環ライン11に水蒸気を導入することによって、生成原料粉体としてセメント原料精粉Mを用いた際に、このセメント原料精粉M由来の塩素や水溶性有機物などの不純物を水蒸気によって吸着される。そして凝集器29で水蒸気を凝集させて水にする際に、これら塩素や水溶性有機物を水に溶解させて取り除くことができる。これにより、回収後の二酸化炭素の不純物濃度をより一層低減することができる。 By introducing water vapor from the dilution medium supply line 23 to the gas circulation line 11, impurities such as chlorine and water-soluble organic matter derived from the cement raw material refined powder M are removed when the cement raw material refined powder M is used as the raw material powder to be produced. is adsorbed by water vapor. When water vapor is condensed into water by the condenser 29, these chlorine and water-soluble organic matter can be dissolved in water and removed. As a result, the concentration of impurities in carbon dioxide after recovery can be further reduced.

この後、二酸化炭素回収ライン22で回収されなかった混合ガスGは、第2熱交換器15によって例えば600℃程度まで加熱された後、再び希釈媒体供給工程S1から上述した各工程を繰り返す。 After that, the mixed gas G that has not been recovered in the carbon dioxide recovery line 22 is heated to, for example, about 600° C. by the second heat exchanger 15, and then the above-described steps are repeated from the dilution medium supply step S1.

以上のように、本発明の二酸化炭素製造装置10、およびこれを用いた二酸化炭素製造方法によれば、ガス循環ライン11に二酸化炭素と水蒸気(希釈媒体)とを含む混合ガスGを循環させるとともに、希釈媒体供給ライン23から水蒸気(希釈媒体)を供給し、高温雰囲気場Hで混合ガスGを加熱し、この加熱されたガスを熱源として用いて、ガス循環ライン11に供給されたセメント原料精粉(生成原料粉体)Mを加熱して脱炭酸反応を生じさせることにより、二酸化炭素(混合ガスG)を連続して効率的に生成することができる。 As described above, according to the carbon dioxide production apparatus 10 of the present invention and the carbon dioxide production method using the same, the mixed gas G containing carbon dioxide and water vapor (dilution medium) is circulated in the gas circulation line 11 and , water vapor (dilution medium) is supplied from the dilution medium supply line 23, the mixed gas G is heated in the high-temperature atmosphere field H, and the heated gas is used as a heat source to purify the cement raw material supplied to the gas circulation line 11. Carbon dioxide (mixed gas G) can be continuously and efficiently produced by heating the powder (produced raw material powder) M to cause a decarboxylation reaction.

このような脱炭酸反応を行う際に、ガス循環ライン11に水蒸気(希釈媒体)を供給して混合ガスに含まれる二酸化炭素の分圧を低下させることにより、大気圧環境での脱炭酸反応のような900℃近い高温にする必要が無いので、最高温度が800~850℃程度のセメント製造装置の高温雰囲気場Hを利用して混合ガスGを加熱し、この混合ガスを熱源にしてセメント原料精粉Mから二酸化炭素を低コストに生成することができる。 When performing such a decarboxylation reaction, by supplying water vapor (dilution medium) to the gas circulation line 11 to reduce the partial pressure of carbon dioxide contained in the mixed gas, the decarboxylation reaction can be performed in an atmospheric pressure environment. Since there is no need to raise the temperature to a high temperature close to 900° C., the mixed gas G is heated using the high temperature atmosphere field H of the cement manufacturing apparatus whose maximum temperature is about 800 to 850° C., and this mixed gas is used as a heat source for cement raw materials. Carbon dioxide can be produced from refined powder M at low cost.

また、本発明によれば、石炭、石油、天然ガス等の化石燃料を燃焼させて生じる二酸化炭素を含まないので、これら燃焼排ガスに含まれる揮発性有機化合物(VOC)、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物等の人体や植物に有害な不純物を含む懸念が無く、また希釈媒体から分離後の二酸化炭素は高濃度であるため、例えば液化炭酸として産業的に有効利用することができる。 In addition, according to the present invention, since it does not contain carbon dioxide generated by burning fossil fuels such as coal, petroleum, and natural gas, volatile organic compounds (VOC), carbon monoxide, and nitrogen oxidation contained in these combustion exhaust gases There is no concern about containing impurities harmful to the human body and plants such as sulfur oxides, and since the concentration of carbon dioxide after separation from the diluent medium is high, it can be effectively used industrially as, for example, liquefied carbonic acid.

更に、セメント原料精粉Mに含まれる石灰石に脱炭酸反応を起こさせるための熱源となる混合ガスGを加熱する第1熱交換器(熱交換器)には、石灰石を含むセメント原料精粉などの固体(粉体)は流入しないので、第1熱交換器にこれら固体(粉体)が付着して流路を閉塞することが無く、低メンテナンスコストで安定して二酸化炭素を製造することができる。 Furthermore, the first heat exchanger (heat exchanger) for heating the mixed gas G serving as a heat source for causing a decarboxylation reaction in the limestone contained in the cement raw material refined powder M includes, for example, cement raw material refined powder containing limestone. Since the solid (powder) does not flow into the first heat exchanger, the solid (powder) does not adhere to the first heat exchanger and clog the flow path, and carbon dioxide can be stably produced at low maintenance cost. can.

本発明の二酸化炭素製造方法によれば、反応工程において、ガス循環ラインへ希釈媒体供給量、および加熱工程で加熱された後の混合ガスの温度に基づいて、二酸化炭素の生成量が最大値±10%の範囲内になるように、ガス循環ラインへの生成原料粉体の供給量を制御することによって、最大限効率的に二酸化炭素を生成させることができる。これにより、二酸化炭素を低コストで大量に製造することができる。 According to the carbon dioxide production method of the present invention, in the reaction step, the amount of carbon dioxide produced is the maximum value ± Carbon dioxide can be produced with maximum efficiency by controlling the amount of raw material powder supplied to the gas circulation line so that it falls within the range of 10%. Thereby, carbon dioxide can be produced in large quantities at low cost.

(二酸化炭素製造装置の設計方法)
本発明の二酸化炭素製造装置の設計方法は、ガス循環ラインに供給する希釈媒体供給量と、熱交換器で加熱された後の混合ガスの温度に基づいて、二酸化炭素の生成量が最大値±10%の範囲内になるように、ガス循環ラインへの生成原料粉体の供給量を決定し、この決定に基づいて二酸化炭素製造装置の設計を行うものである。
(Method for designing carbon dioxide production equipment)
The carbon dioxide production apparatus design method of the present invention is based on the amount of diluent medium supplied to the gas circulation line and the temperature of the mixed gas after being heated by the heat exchanger. The supply amount of raw material powder to the gas circulation line is determined so as to be within the range of 10%, and the carbon dioxide production apparatus is designed based on this determination.

具体的には、二酸化炭素製造装置の設計にあたっては、上述したガス循環ラインに供給する希釈媒体供給量、熱交換器で加熱された後の混合ガスの温度、ガス循環ラインへの生成原料粉体の供給量、および二酸化炭素の生成量の関係に基づいて、希釈媒体供給ラインの希釈媒体供給量と、第1熱交換器(熱交換器)において混合ガスの熱交換による加熱温度を設定することで、第1熱交換器を設置するための高温雰囲気場Hを選定するなど、二酸化炭素の生成効率を最大限に高めた二酸化炭素製造装置を設計することができる。 Specifically, in designing the carbon dioxide production apparatus, the amount of diluent medium supplied to the gas circulation line described above, the temperature of the mixed gas after being heated by the heat exchanger, and the raw material powder to the gas circulation line Based on the relationship between the supply amount of and the amount of carbon dioxide produced, the dilution medium supply amount of the dilution medium supply line and the heating temperature by heat exchange of the mixed gas in the first heat exchanger (heat exchanger) are set. Therefore, it is possible to design a carbon dioxide production apparatus that maximizes the production efficiency of carbon dioxide, such as by selecting the high-temperature atmosphere field H for installing the first heat exchanger.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the invention have been described above, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

10…二酸化炭素製造装置
11…ガス循環ライン
12…第1熱交換器(熱交換器)
13…反応器
14…分離器
15…第2熱交換器
16…循環ポンプ
21…原料粉体供給ライン
22…二酸化炭素回収ライン
23…希釈媒体供給ライン
25…反応容器
29…凝集器(希釈媒体分離手段)
31…プレヒーター
32…セメントキルン
33…クリンカクーラー
34…仮焼炉
E…希釈媒体
G…混合ガス
H…高温雰囲気場
M…セメント原料精粉
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Carbon dioxide production apparatus 11... Gas circulation line 12... 1st heat exchanger (heat exchanger)
13... Reactor 14... Separator 15... Second heat exchanger 16... Circulation pump 21... Raw material powder supply line 22... Carbon dioxide recovery line 23... Dilution medium supply line 25... Reaction vessel 29... Aggregator (dilution medium separation means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 31... Preheater 32... Cement kiln 33... Clinker cooler 34... Calcination furnace E... Dilution medium G... Mixed gas H... High temperature atmosphere field M... Cement raw material refined powder

Claims (6)

二酸化炭素と希釈媒体とを含む混合ガスを循環させるガス循環ラインと、前記ガス循環ラインに順に配された熱交換器、反応器、および分離器と、前記ガス循環ラインに接続された原料粉体供給ライン、二酸化炭素回収ライン、および希釈媒体供給ラインと、前記二酸化炭素回収ラインに形成された希釈媒体分離手段と、を備え、
前記熱交換器は、前記ガス循環ラインと、該ガス循環ラインの温度よりも高温の高温雰囲気場との間で熱交換を行い、
前記原料粉体供給ラインは、前記反応器と前記熱交換器との間、または前記反応器に接続されて、前記ガス循環ラインに二酸化炭素の生成原料粉体を供給し、
前記反応器は、前記熱交換器で加熱された前記混合ガスに前記生成原料粉体を接触させて脱炭酸反応によって二酸化炭素を生成し、
前記分離器は、前記生成原料粉体と前記混合ガスとを分離し、
前記二酸化炭素回収ラインは、前記混合ガスを前記ガス循環ラインの系外に回収し、
前記希釈媒体供給ラインは、前記希釈媒体を前記ガス循環ラインに供給して、前記反応器において前記混合ガスに含まれる二酸化炭素の分圧を低下させることにより、脱炭酸反応の反応温度を低下させ、
前記希釈媒体分離手段は、前記混合ガスから前記希釈媒体を分離することを特徴とする二酸化炭素製造装置。
A gas circulation line for circulating a mixed gas containing carbon dioxide and a diluent medium, a heat exchanger, a reactor, and a separator sequentially arranged in the gas circulation line, and raw material powder connected to the gas circulation line. a supply line, a carbon dioxide recovery line, a dilution medium supply line, and a dilution medium separation means formed in the carbon dioxide recovery line;
The heat exchanger exchanges heat between the gas circulation line and a high-temperature atmosphere field having a temperature higher than the temperature of the gas circulation line,
The raw material powder supply line is connected between the reactor and the heat exchanger or connected to the reactor to supply raw material powder for generating carbon dioxide to the gas circulation line,
The reactor brings the raw material powder into contact with the mixed gas heated by the heat exchanger to produce carbon dioxide through a decarboxylation reaction,
The separator separates the raw material powder and the mixed gas,
The carbon dioxide recovery line recovers the mixed gas outside the system of the gas circulation line,
The diluent medium supply line supplies the diluent medium to the gas circulation line to lower the partial pressure of carbon dioxide contained in the mixed gas in the reactor, thereby lowering the reaction temperature of the decarboxylation reaction. ,
The carbon dioxide production apparatus, wherein the diluent medium separating means separates the diluent medium from the mixed gas.
前記希釈媒体分離手段は、二酸化炭素と前記希釈媒体との沸点差、または溶解度差を利用して二酸化炭素と前記希釈媒体とを分離することを特徴とする請求項1記載の二酸化炭素製造装置。 2. The carbon dioxide production apparatus according to claim 1, wherein said diluent medium separating means separates carbon dioxide and said diluent medium by utilizing a boiling point difference or a solubility difference between carbon dioxide and said diluent medium. 前記高温雰囲気場は、セメント製造装置におけるセメントキルン、クリンカクーラー、プレヒーター、仮焼炉、および前記クリンカクーラーと前記仮焼炉とを接続する抽気ダクトのうち、少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする請求項1または2記載の二酸化炭素製造装置。 The high-temperature atmospheric field includes at least one of a cement kiln, a clinker cooler, a preheater, a calciner, and a bleed duct connecting the clinker cooler and the calciner in the cement manufacturing apparatus. 3. The carbon dioxide production apparatus according to claim 1 or 2. 請求項1ないし3いずれか一項記載の二酸化炭素製造装置を用いた二酸化炭素製造方法であって、
前記希釈媒体供給ラインを介して希釈媒体を前記ガス循環ラインに供給する希釈媒体供給工程と、
前記熱交換器で前記混合ガスを加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された前記混合ガスに前記生成原料粉体を直接接触させて加熱し、脱炭酸反応を生じさせて二酸化炭素を生成する反応工程と、
前記生成原料粉体と前記混合ガスとを分離する固気分離工程と、
前記反応工程で生じた二酸化炭素生成量に相当する量の前記二酸化炭素を含む前記混合ガスを回収し、残りの前記混合ガスを前記ガス循環ラインに還流させる回収工程と、
前記回収工程で回収した前記混合ガスから前記希釈媒体を分離する希釈媒体分離工程と、を備えたことを特徴とする二酸化炭素製造方法。
A carbon dioxide production method using the carbon dioxide production apparatus according to any one of claims 1 to 3,
a dilution medium supply step of supplying a dilution medium to the gas circulation line through the dilution medium supply line;
a heating step of heating the mixed gas with the heat exchanger;
a reaction step in which the raw material powder is brought into direct contact with the mixed gas heated in the heating step and heated to cause a decarboxylation reaction to produce carbon dioxide;
a solid-gas separation step of separating the raw material powder and the mixed gas;
a recovery step of recovering the mixed gas containing the carbon dioxide in an amount corresponding to the amount of carbon dioxide generated in the reaction step, and refluxing the remaining mixed gas to the gas circulation line;
and a dilution medium separation step of separating the dilution medium from the mixed gas recovered in the recovery step.
前記反応工程では、前記希釈媒体供給工程における希釈媒体供給量、および前記加熱工程で加熱された後の前記混合ガスの温度に基づいて、二酸化炭素の生成量が最大値±10%の範囲内になるように、前記ガス循環ラインへの前記生成原料粉体の供給量を制御することを特徴とする請求項4記載の二酸化炭素製造方法。 In the reaction step, the production amount of carbon dioxide is within a maximum value of ±10% based on the amount of the diluent medium supplied in the diluent medium supply step and the temperature of the mixed gas after being heated in the heating step. 5. The method for producing carbon dioxide according to claim 4, wherein the supply amount of the raw material powder to the gas circulation line is controlled so that 請求項1ないし3いずれか一項記載の二酸化炭素製造装置の設計方法であって、
前記ガス循環ラインに供給する希釈媒体供給量、および前記熱交換器で加熱された後の前記混合ガスの温度に基づいて、二酸化炭素の生成量が最大値±10%の範囲内になるように、前記ガス循環ラインへの前記生成原料粉体の供給量を決定し、この決定に基づいて前記二酸化炭素製造装置の設計を行うことを特徴とする二酸化炭素製造装置の設計方法。
The method for designing a carbon dioxide production apparatus according to any one of claims 1 to 3,
Based on the amount of diluent medium supplied to the gas circulation line and the temperature of the mixed gas after being heated by the heat exchanger, the amount of carbon dioxide produced is within the maximum value ± 10%. 2. A method of designing a carbon dioxide production apparatus, comprising: determining a supply amount of the raw material powder to be supplied to the gas circulation line; and designing the carbon dioxide production apparatus based on this determination.
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