JP7215462B2 - CO2 Utilization Method and CO2 Utilization System in Exhaust Gas from Cement Manufacturing - Google Patents

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Description

本発明は、セメント製造設備の排ガス中に含まれるエネルギー起源のＣＯ２を削減しつつ活用する方法及びＣＯ２活用システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and a CO 2 utilization system for reducing and utilizing energy-originated CO 2 contained in exhaust gas from a cement manufacturing facility.

火力発電等の各種燃焼設備において、温室効果ガスの削減のため、燃焼で発生、排出されるＣＯ２を削減する努力がなされている。特に、社会活動に必要なエネルギーの大部分は石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料から得ていることから、この化石燃料から発生するＣＯ２の量は膨大であり、このエネルギー起源のＣＯ２を削減することが地球温暖化抑制に有効である。 In various combustion facilities such as thermal power generation, efforts are being made to reduce CO 2 generated and emitted by combustion in order to reduce greenhouse gases. In particular, most of the energy required for social activities is obtained from fossil fuels such as coal, petroleum, and natural gas. is effective in curbing global warming.

燃焼排ガス中のＣＯ２を削減する技術として、従来、例えば、特許文献１に記載の燃焼排ガス中に含まれる二酸化炭素を分離して水素と反応させることによりメタンを得るメタン化方法が知られている。このメタン化方法では、燃焼排ガスを二酸化炭素吸収材に接触させて燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させる工程と、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を主成分とするガスを取り出す工程と、二酸化炭素を主成分とするガスに第一の量の水素を添加したガスを、脱硫剤を充填した脱硫器に通じて、ガス中の硫黄化合物を除去する工程と、硫黄化合物を除去する工程を経たガスに第二の量の水素を添加し、メタン化触媒に通じたメタン化反応によりメタンに変換する工程と、を含んでいる。
このメタン化方法を用いることにより、燃焼排ガスからの二酸化炭素の大気への放出を抑制している。 As a technique for reducing CO 2 in flue gas, for example, a methanation method for obtaining methane by separating carbon dioxide contained in flue gas and reacting it with hydrogen, which is described in Patent Document 1, is known. there is In this methanation method, a step of contacting combustion exhaust gas with a carbon dioxide absorbent to absorb carbon dioxide in the combustion exhaust gas; and a step of removing sulfur compounds in the gas by passing a gas obtained by adding a first amount of hydrogen to a gas containing carbon dioxide as a main component through a desulfurizer filled with a desulfurizing agent, and sulfur compounds adding a second amount of hydrogen to the gas from the step of removing and converting it to methane by a methanation reaction over a methanation catalyst.
Emission of carbon dioxide from flue gas to the atmosphere is suppressed by using this methanation method.

特開２０１９－１７２５９５号公報JP 2019-172595 A

しかしながら、特許文献１記載の方法は排出される燃焼ガスをメタン化することで有効利用する一方で、化石燃料由来の燃焼ガスから製造されたメタンを燃焼させれば再びＣＯ２として放出されるため、化石燃料から放出されるＣＯ２量を削減するとはいいがたい。 However, while the method described in Patent Document 1 effectively utilizes the exhausted combustion gas by methanating it, if the methane produced from the fossil fuel-derived combustion gas is burned, it is released again as CO 2 . , it is difficult to say that it will reduce the amount of CO2 emitted from fossil fuels.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、エネルギー起源のＣＯ２を削減するため、化石燃料由来ではないセメント排ガス中のＣＯ２をメタン化し有効活用することができるセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法及びＣＯ２活用システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in order to reduce energy-derived CO2 , it is possible to methanate CO2 in cement exhaust gas that is not derived from fossil fuels and make effective use of it. It is an object of the present invention to provide a CO 2 utilization method and a CO 2 utilization system.

本発明のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法は、セメント製造設備と該セメント製造設備に接続された排ガス処理設備とを備えたＣＯ２活用システムでセメント製造排ガス中のＣＯ２を活用する活用方法であって、
前記セメント製造設備で、石炭を燃料供給ラインからセメント焼成キルンのバーナへ供給して燃焼させ、前記排ガス処理設備で、前記セメント製造設備に接続された排ガス処理設備で、セメント製造設備の排ガスラインにおける集塵機と煙突との間に接続された排ガス収集ラインによって前記セメント製造設備の仮焼炉と前記セメント焼成キルンからの排ガスを収集し、該排ガス中のＣＯ２又は該排ガスから分離回収したＣＯ２に水素を添加してメタンを生成し、該メタンを前記燃料供給ラインに接続されたメタン供給ラインによって前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルンの前記バーナへの前記石炭の一部又は全部の代替燃料として供給する。 The method of utilizing CO 2 in exhaust gas from cement manufacturing of the present invention utilizes CO 2 in exhaust gas from cement manufacturing in a CO 2 utilization system comprising cement manufacturing equipment and exhaust gas treatment equipment connected to the cement manufacturing equipment. and
In the cement manufacturing facility, coal is supplied from the fuel supply line to the burner of the cement firing kiln and burned, and in the exhaust gas processing facility, the exhaust gas processing facility connected to the cement manufacturing facility is in the exhaust gas line of the cement manufacturing facility. An exhaust gas collection line connected between a dust collector and a chimney collects exhaust gas from the calcination furnace of the cement manufacturing facility and the cement firing kiln, and converts it into CO 2 in the exhaust gas or CO 2 separated and recovered from the exhaust gas. Hydrogen is added to produce methane, and the methane is used as a replacement fuel for part or all of the coal to the burners of the cement calcining kiln of the cement production facility through a methane supply line connected to the fuel supply line . supply.

本発明では、セメント製造設備からの排ガス中のＣＯ２や排ガスから分離回収したＣＯ２をメタンに変換することにより、セメント製造設備から排出されるＣＯ２を削減できるとともに、このメタンを石炭の代替燃料として使用することでメタンを有効活用できる。特に、石炭を石灰石由来のメタンで代替するので、石炭の使用を削減してエネルギー起源のＣＯ２を低減でき、温室効果ガスの削減効果を高めることができる。 In the present invention, by converting the CO2 in the exhaust gas from the cement manufacturing facility or the CO2 separated and recovered from the exhaust gas into methane, the CO2 emitted from the cement manufacturing facility can be reduced, and the methane can be used as a substitute for coal . Methane can be used effectively by using it as fuel. In particular, since limestone-derived methane is substituted for coal , the use of coal can be reduced, energy-derived CO 2 can be reduced, and the effect of reducing greenhouse gases can be enhanced .

このセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法において、前記ＣＯ２は、前記セメント製造設備からの排ガスをＣＯ２吸収材に接触させて分離回収したＣＯ２であるとよい。
排ガスから分離回収したＣＯ２を用いることにより、その濃度を高めて高濃度のメタンが製造でき、より効果的にメタンを利用することができる。ＣＯ２吸収材としてはアミン等を利用したものを用いることができる。 In this method for utilizing CO 2 in exhaust gas from cement production, the CO 2 may be CO 2 separated and recovered by bringing the exhaust gas from the cement production facility into contact with a CO 2 absorbent.
By using CO 2 separated and recovered from exhaust gas, the concentration of CO 2 can be increased to produce high-concentration methane, and methane can be used more effectively. As the CO 2 absorbent, one using amine or the like can be used.

本発明のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システムは、セメント製造設備と、該セメント製造設備に接続された排ガス処理設備と、を備え、前記セメント製造設備は、プレヒータによって予熱されたセメント原料を仮焼する仮焼炉と、仮焼された前記セメント原料を焼成するセメント焼成キルンと、を備え、前記排ガス処理設備は、前記セメント製造設備の排ガスラインにおける集塵機と煙突との間に接続されていて前記セメント製造設備の仮焼炉と前記セメント焼成キルンからの排ガスを収集する排ガス収集ラインと、該排ガス収集ラインから送られてくる排ガス中のＣＯ２又は該排ガスから分離回収したＣＯ２に水素を添加してメタンを生成するメタン化装置と、前記メタンを前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルンへの石炭の一部又は全部の代替燃料として供給するメタン供給装置とを備え、前記セメント焼成キルンのバーナには、前記石炭を供給する燃料供給ラインが接続されており、前記メタン供給装置は、前記燃料供給ラインに接続されて前記バーナにメタンを供給するメタン供給ラインを備えている。 A system for utilizing CO 2 in cement manufacturing exhaust gas of the present invention comprises a cement manufacturing facility and an exhaust gas processing facility connected to the cement manufacturing facility. A calcining furnace for calcining and a cement calcining kiln for calcining the calcined cement raw material, and the exhaust gas treatment equipment is connected between a dust collector and a chimney in an exhaust gas line of the cement manufacturing equipment. An exhaust gas collection line for collecting exhaust gas from the calcining furnace of the cement manufacturing facility and the cement firing kiln, and adding hydrogen to CO 2 in the exhaust gas sent from the exhaust gas collecting line or CO 2 separated and recovered from the exhaust gas. A methanation device that generates methane by addition of A fuel supply line that supplies the coal is connected to the burner, and the methane supply device includes a methane supply line that is connected to the fuel supply line and supplies methane to the burner.

このセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システムにおいて、前記セメント製造設備からの排ガスをＣＯ２吸収材に接触させてＣＯ２を分離回収するＣＯ２分離回収装置を備えるとよい。 This system for utilizing CO 2 in exhaust gas from cement production may preferably include a CO 2 separation and recovery device that separates and recovers CO 2 by bringing the exhaust gas from the cement production facility into contact with a CO 2 absorbent.

本発明によれば、セメント製造設備の排ガスから生成したメタンを石炭の代替燃料として利用しているので、メタンを有効活用して、エネルギー起源のＣＯ２を削減し、温室効果ガスの削減効果を高めることができる。 According to the present invention, methane produced from the exhaust gas of cement manufacturing equipment is used as an alternative fuel to coal , so methane can be effectively used to reduce energy-derived CO2 and reduce greenhouse gases. can be enhanced.

本発明の一実施形態に係るセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法の手順を示すフローチャートである。1 is a flow chart showing the procedure of a method for utilizing CO 2 in exhaust gas from cement production according to one embodiment of the present invention. 上記実施形態のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システムを簡略化して示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a simplified system for utilizing CO 2 in exhaust gas from cement production according to the above embodiment. 上記実施形態のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システムを構成するメタン化装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a methanation device that constitutes the system for utilizing CO 2 in exhaust gas from cement production according to the above embodiment.

以下、本発明のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法及びセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システムの、一実施形態について図面を用いて説明する。
この実施形態は、セメント製造排ガス中のＣＯ２からメタンを生成して、そのメタンをセメント焼成キルン及び仮焼炉への化石燃料の一部の代替燃料として利用するようにした例である。 An embodiment of a method for utilizing CO 2 in exhaust gas from cement production and a system for utilizing CO 2 in exhaust gas from cement production according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
This embodiment is an example in which methane is produced from CO 2 in the exhaust gas from cement manufacturing, and the methane is used as a substitute fuel for a part of fossil fuel for the cement burning kiln and calciner.

［ＣＯ２活用システムの構成］
ＣＯ２活用システム１００は、図２に示すように、セメント製造設備５０と、セメント製造設備５０に接続されて用いられる排ガス処理設備３０と、を備えている。本実施形態では、排ガス処理設備３０がセメント製造設備５０からの排ガス又は該排ガスから分離回収したＣＯ２に水素を添加してメタンを生成し、生成したメタンをセメント製造設備５０への化石燃料の一部又は全部の代替燃料として供給する。 [Configuration of CO 2 utilization system]
The CO 2 utilization system 100 includes, as shown in FIG. 2, a cement production facility 50 and an exhaust gas treatment facility 30 connected to the cement production facility 50 for use. In the present embodiment, the exhaust gas treatment equipment 30 adds hydrogen to the exhaust gas from the cement manufacturing equipment 50 or CO 2 separated and recovered from the exhaust gas to generate methane, and the generated methane is supplied to the cement manufacturing equipment 50 as a fossil fuel. Supplied as a partial or complete alternative fuel.

［セメント製造設備の構成］
セメント製造設備５０は、図２に全体を示したように、セメント原料として石灰石、粘土、珪石、鉄原料等を個別に貯蔵する原料貯蔵庫１と、これらセメント原料を粉砕、乾燥する原料ミル及びドライヤ２と、原料供給管２２を介して供給され、この原料ミルで得られた粉体状のセメント原料を予熱するプレヒータ３と、プレヒータ３によって予熱されたセメント原料を仮焼する仮焼炉４と、仮焼されたセメント原料を焼成するセメント焼成キルン５と、セメント焼成キルン５で焼成された後のセメントクリンカを冷却するためのクーラ６等とを備えている。 [Configuration of cement manufacturing equipment]
As shown in FIG. 2, the cement production facility 50 includes a raw material storage 1 for individually storing limestone, clay, silica stone, iron raw materials, and the like as raw materials for cement, and a raw material mill and a dryer for pulverizing and drying the cement raw materials. 2, a preheater 3 for preheating the powdered cement raw material supplied through the raw material supply pipe 22 and obtained by the raw material mill, and a calcining furnace 4 for calcining the cement raw material preheated by the preheater 3. , a cement calcining kiln 5 for calcining calcined cement raw materials, a cooler 6 for cooling cement clinker after calcining in the cement calcining kiln 5, and the like.

セメント焼成キルン５は、横向きで若干傾斜した円筒状のロータリーキルンであり、軸芯回りに回転することにより、その窯尻部５ａにプレヒータ３から供給されるセメント原料を窯前部５ｂに送りながら、その送る過程で窯前部５ｂのバーナ８によって１４５０℃程度に加熱焼成してセメントクリンカを生成し、このセメントクリンカを窯前部５ｂからクーラ６に送り出すようになっている。バーナ８には、石炭、石油等の化石燃料を供給する燃料供給ライン１５が接続されている。また、燃料供給ライン１５とは別に、熱エネルギーを補うために、廃プラスチックや廃タイヤなどの代替熱源の供給系（図示略）も備えられている。セメントクリンカは、クーラ６で所定温度まで冷却された後、仕上げ工程へ送られることになる。 The cement firing kiln 5 is a cylindrical rotary kiln that is horizontally oriented and slightly inclined. By rotating around its axis, the cement raw material supplied from the preheater 3 to the kiln bottom portion 5a is sent to the kiln front portion 5b. During the sending process, the cement clinker is generated by heating and firing at about 1450° C. by the burner 8 of the kiln front part 5b, and this cement clinker is sent to the cooler 6 from the kiln front part 5b. The burner 8 is connected to a fuel supply line 15 for supplying fossil fuel such as coal and petroleum. In addition to the fuel supply line 15, a supply system (not shown) for alternative heat sources such as waste plastics and waste tires is also provided to supplement thermal energy. After the cement clinker is cooled to a predetermined temperature by the cooler 6, it is sent to the finishing process.

プレヒータ３は、図２に示すように、セメント焼成キルン５で発生した排ガスを流通させる複数（４つ）のサイクロン１３が上下方向に連結状態とされて構築されたものであり、最下段のサイクロン１３とその上のサイクロン１３との間に仮焼炉４が接続されているとともに、仮焼炉４の燃焼ガスによって仮焼されたセメント原料を最下段のサイクロン１３からセメント焼成キルン５の窯尻部５ａに供給するようになっている。 As shown in FIG. 2, the preheater 3 is constructed by vertically connecting a plurality of (four) cyclones 13 for circulating the exhaust gas generated in the cement firing kiln 5. A calcination furnace 4 is connected between 13 and the cyclone 13 above it, and the cement raw material calcined by the combustion gas of the calcination furnace 4 is discharged from the bottom cyclone 13 to the kiln end of the cement firing kiln 5. It is adapted to supply to the section 5a.

仮焼炉４は、内部にバーナ４１を有しており、燃料供給ライン４２から供給される石炭等の燃料を燃焼させることで、上段のサイクロン１３から送られてくるセメント原料を仮焼し、その仮焼により生じた排ガスとともにライジングダクト２５を介して最下段のサイクロン１３に供給する。そのセメント原料は、最下段のサイクロン１３からセメント焼成キルン５の窯尻部５ａに供給される。一方、ライジングダクト２５はセメント焼成キルン５の窯尻部５ａから排ガスを最下段のサイクロン１３に送り出しており、仮焼炉４で生じた排ガスも、このライジングダクト２５を介してサイクロン１３に供給される。このため、セメント焼成キルン５の排ガス及び仮焼炉４からの排ガスが一体となってプレヒータ３を下方から上方に経由した後、排気管９を通って原料ミル及びドライヤ２に導入される。 The calcining furnace 4 has a burner 41 inside, and calcines the cement raw material sent from the upper cyclone 13 by burning fuel such as coal supplied from the fuel supply line 42, It is supplied to the lowermost cyclone 13 through the rising duct 25 together with the exhaust gas generated by the calcination. The raw material for cement is supplied to the kiln bottom 5a of the cement firing kiln 5 from the lowest cyclone 13 . On the other hand, the rising duct 25 sends the exhaust gas from the kiln bottom 5a of the cement firing kiln 5 to the lowermost cyclone 13, and the exhaust gas generated in the calcining furnace 4 is also supplied to the cyclone 13 via this rising duct 25. be. Therefore, the exhaust gas from the cement firing kiln 5 and the exhaust gas from the calcining furnace 4 are integrally passed through the preheater 3 from the bottom to the top, and then introduced into the raw material mill and the dryer 2 through the exhaust pipe 9 .

原料ミル及びドライヤ２は、仮焼炉４及びセメント焼成キルン５からの排ガスが導入されることにより、セメント原料の粉砕と乾燥を同時に行うようになっている。この原料ミル及びドライヤ２には、集塵機１０、煙突１１等を備える排ガスライン１２が接続されている。 The raw material mill and dryer 2 are adapted to pulverize and dry the cement raw material at the same time by introducing the exhaust gas from the calcination furnace 4 and the cement firing kiln 5 . An exhaust gas line 12 including a dust collector 10, a chimney 11 and the like is connected to the raw material mill and the dryer 2 .

［排ガス処理設備の構成］
排ガス処理設備３０は、セメント焼成キルン５及び仮焼炉４で発生し、煙突１１から排出される前の排ガスを収集する排ガス収集ライン３１１と、該排ガス収集ライン３１１から送られてくる排ガスからＣＯ２を分離回収し、分離回収したＣＯ２に水素を添加してメタンを生成するメタン化装置３１と、生成したメタンをセメント製造設備５０へ供給するメタン供給装置３２とを備えている。
排ガス収集ライン３１１は、セメント製造設備５０の排ガスライン１２における集塵機１０と煙突１１との間に接続され、セメント焼成時に生じた排ガスの一部を収集する。セメント焼成により生じた排ガスであるので、石炭等の燃料の燃焼による排ガスも一部含まれるが、石灰石由来の排ガスを多く含んでいる。 [Configuration of exhaust gas treatment equipment]
The exhaust gas treatment equipment 30 includes an exhaust gas collection line 311 that collects the exhaust gas generated in the cement firing kiln 5 and the calcining furnace 4 before being discharged from the chimney 11, and CO from the exhaust gas sent from the exhaust gas collection line 311. 2 is separated and recovered, and hydrogen is added to the separated and recovered CO 2 to produce methane;
The flue gas collection line 311 is connected between the dust collector 10 and the chimney 11 in the flue gas line 12 of the cement production facility 50, and collects part of the flue gas generated during cement firing. Since it is the exhaust gas generated by firing cement, it contains a part of the exhaust gas from combustion of fuel such as coal, but it also contains a large amount of exhaust gas derived from limestone.

（メタン化装置の構成）
メタン化装置３１は、排ガスからＣＯ２を分離回収するＣＯ２分離回収装置３１０と、ＣＯ２分離回収装置３１０で分離回収されたＣＯ２に水素ガスを供給して混合する水素混合部３１６と、水素が混合されたＣＯ２からメタンを生成するメタン製造部３１７と、を備えている。 (Configuration of methanation device)
The methanator 31 includes a CO 2 separation and recovery device 310 that separates and recovers CO 2 from the exhaust gas, a hydrogen mixing unit 316 that supplies and mixes hydrogen gas with the CO 2 separated and recovered by the CO 2 separation and recovery device 310, and a methane production unit 317 that produces methane from CO 2 mixed with hydrogen.

ＣＯ２分離回収装置３１０は、図３に示すように、排ガス収集ライン３１１で収集された排ガスからＳＯｘやＮＯｘ等の有害成分を除去する有害成分除去部３１２と、有害成分が除去された排ガスからＣＯ２を分離して回収するＣＯ２分離回収部３１３と、回収されたＣＯ２を圧縮する圧縮部３１４と、圧縮されたＣＯ２から水分を除去する除湿部３１５と、を備えている。 As shown in FIG. 3, the CO 2 separation and capture device 310 includes a harmful component removal unit 312 that removes harmful components such as SOx and NOx from the exhaust gas collected by the exhaust gas collection line 311, and a A CO 2 separation and recovery unit 313 that separates and recovers CO 2 , a compression unit 314 that compresses the recovered CO 2 , and a dehumidifying unit 315 that removes moisture from the compressed CO 2 are provided.

排ガス収集ライン３１１から送られてくる排ガスは、石炭、石油コークス、重油などの化石燃料や廃プラスチックや廃タイヤなどの燃焼排ガスであるため、ＣＯ２が例えば、２０数％程度含まれるとともに、ＣＯ２以外のガスや有害成分が含まれている。このため、有害成分除去部３１２は、排ガスから有害成分（例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の酸化性ガス）を除去するものであり、ＮａＯＨ水溶液などを充填したスクラバーを備える。この有害成分の除去により、ＮＯｘとともにハロゲンも除去されるので、次のＣＯ２分離回収で用いられるアミン化合物の吸収材の劣化を防止する。 Since the exhaust gas sent from the exhaust gas collection line 311 is combustion exhaust gas from fossil fuels such as coal, petroleum coke, and heavy oil, and waste plastics and waste tires, it contains about 20% of CO 2 , and CO Gases other than 2 and harmful ingredients are included. For this reason, the harmful component removal unit 312 removes harmful components (for example, oxidizing gases such as nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx)) from the exhaust gas, and is a scrubber filled with an aqueous NaOH solution or the like. Prepare. This removal of harmful components removes not only NOx but also halogens, thereby preventing deterioration of the amine compound absorbent used in the subsequent CO 2 separation and recovery.

ＣＯ２分離回収部３１３は、一般的なＣＯ２回収装置からなり、この内部にはＣＯ２を吸収するＣＯ２吸収材（アミン化合物を水に溶解した液体吸収材、アミン化合物を多孔質材に担持させた固体吸収材等）が設けられ、有害物質が除去された後の排ガスがこれに接触することにより、排ガス中のＣＯ２がＣＯ２吸収材に吸収される。そして、ＣＯ２を吸収したＣＯ２吸収材を加熱する等により、ＣＯ２吸収材からＣＯ２を取り出して回収する。なお、ＣＯ２分離回収部３１３は、ＣＯ２が除去された後の排ガスを外部に排出する。圧縮部３１４は、回収されたＣＯ２を０．１ＭＰａ以上好ましくは０．５～１．０ＭＰａの圧力をかけて圧縮する。除湿部３１５は、圧縮されたＣＯ２を冷却することにより、ＣＯ２内に含まれる水分を除去する。この除湿は、水分がメタン化装置内のＮｉ系触媒の酸化に影響するので、これをメタン化の前に除去するものである。 The CO 2 separation and recovery unit 313 consists of a general CO 2 recovery device, and contains a CO 2 absorbent that absorbs CO 2 (a liquid absorbent in which an amine compound is dissolved in water, an amine compound in a porous material). A supported solid absorbent, etc.) is provided, and the exhaust gas from which harmful substances have been removed comes into contact with this, whereby CO 2 in the exhaust gas is absorbed by the CO 2 absorbent. Then, by heating the CO 2 absorbent that has absorbed the CO 2 , the CO 2 is extracted and recovered from the CO 2 absorbent. Note that the CO 2 separation/recovery unit 313 discharges the exhaust gas from which the CO 2 has been removed to the outside. The compression unit 314 compresses the recovered CO 2 by applying a pressure of 0.1 MPa or more, preferably 0.5 to 1.0 MPa. The dehumidifying section 315 removes moisture contained in the CO 2 by cooling the compressed CO 2 . This dehumidification removes moisture prior to methanation because it affects the oxidation of the Ni-based catalyst in the methanator.

水素混合部３１６は、除湿されたＣＯ２に水素ガスを供給して混合し、加圧する。水素ガスは、再生可能エネルギーを利用した人工光合成、水の分解等によって生成したものを利用することができる。この水素混合部３１６による水素の添加は、水素が混合されたＣＯ２からメタンを製造しやすい濃度に適宜設定される。
メタン製造部３１７は、水素が混合されたＣＯ２からメタンを生成する。このメタン製造部３１７は、一般的なメタン製造装置からなり、メタン化に活性を示す触媒（例えば、水素化触媒としてＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕが利用されるが、メタン化においては特に、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２など担持されたＮｉ及びＮｉ合金が触媒として利用される）が充填された反応器（図示省略）を複数備えており、これら反応器に水素が混合されたＣＯ２を供給して反応させることによりメタンを製造する。 The hydrogen mixing unit 316 supplies and mixes hydrogen gas with the dehumidified CO 2 and pressurizes it. Hydrogen gas can be produced by artificial photosynthesis using renewable energy, decomposition of water, or the like. The addition of hydrogen by the hydrogen mixing unit 316 is appropriately set to a concentration that facilitates the production of methane from the hydrogen-mixed CO 2 .
The methane production unit 317 produces methane from CO 2 mixed with hydrogen. This methane production unit 317 consists of a general methane production apparatus, and catalysts showing activity in methanation (for example, Ni, Pt, Pd, and Cu are used as hydrogenation catalysts, but in methanation, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , SiO 2 , MgAl 2 O 4 , TiO 2 , ZrO 2 , etc. supported Ni and Ni alloys are used as catalysts). Methane is produced by supplying CO 2 mixed with hydrogen to these reactors and reacting them.

（メタン供給装置の構成）
メタン供給装置３２は、図２に示すように、メタン化装置３１により製造されたメタンを貯留するタンク（図示省略）と、タンクに接続され、メタンを窯前部７のバーナ８及び仮焼炉４のバーナ４１のそれぞれに送るメタン供給ライン３２１及びポンプ３２２，３２３を備えている。このメタン供給ライン３２１は、セメント焼成キルン５のバーナ８に石炭や石油等の燃料を供給する燃料供給ライン１５及び仮焼炉４のバーナ４１に石炭等の燃料を供給する燃料供給ライン４２のそれぞれに接続されている。これにより、各バーナ８，４１には、燃料とともにメタンが供給される。 (Configuration of methane supply device)
As shown in FIG. 2, the methane supply device 32 is connected to a tank (not shown) that stores the methane produced by the methanation device 31, and is connected to the tank to supply methane to the burner 8 of the kiln front part 7 and the calcining furnace. A methane supply line 321 and pumps 322 and 323 are provided to each of the four burners 41 . The methane supply line 321 is the fuel supply line 15 that supplies fuel such as coal or petroleum to the burner 8 of the cement kiln 5, and the fuel supply line 42 that supplies fuel such as coal to the burner 41 of the calciner 4. It is connected to the. Thereby, each burner 8, 41 is supplied with methane together with fuel.

［ＣＯ２活用方法］
上述したＣＯ２活用システム１００を用いてセメント製造設備５０の排ガス中のＣＯ２を削減して有効活用する方法について、図１に示すフローチャートに沿って説明する。 [How to utilize CO2 ]
A method of reducing and effectively utilizing CO 2 in the exhaust gas of the cement manufacturing facility 50 using the above-described CO 2 utilization system 100 will be described along the flowchart shown in FIG.

セメント製造設備５０では、セメント原料としての石灰石、粘土、珪石、鉄原料等を粉砕、乾燥させることにより得られた粉体状のセメント原料を予熱し、予熱されたセメント原料を仮焼した後焼成し、これを冷却することによりセメントクリンカが製造される。このセメントクリンカの製造に伴いセメント焼成キルン５及び仮焼炉４で発生する排ガスは、プレヒータ３を下方から上方に経由した後、排気管９を通って原料ミル及びドライヤ２に導入され、セメント原料の乾燥に用いられた後、集塵機１０を介して煙突１１から排出される。 In the cement manufacturing facility 50, cement raw materials such as limestone, clay, silica stone, iron raw materials, etc. are pulverized and dried to preheat powdered cement raw materials, and the preheated cement raw materials are calcined and then fired. Cement clinker is produced by cooling this. Exhaust gas generated in the cement kiln 5 and the calcining furnace 4 in the production of this cement clinker passes through the preheater 3 from the bottom to the top, and then passes through the exhaust pipe 9 and is introduced into the raw material mill and the dryer 2, where it is used as the raw material for cement. After being used for drying, it is discharged from the chimney 11 through the dust collector 10 .

このセメント製造プロセスにおいて、メタン化装置３１の排ガス収集部３１１により、セメント焼成時に生じた排ガスの一部を排ガス処理ライン１２の集塵機１０と煙突１１との間から収集する。次に、有害成分除去部３１２は、排ガスから有害成分を除去する。この有害成分除去部３１２において、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ハロゲンなどが除去される。そして、ＣＯ２分離回収部３１３により、排ガスからＣＯ２が取り出されて分離回収される。このとき、ＣＯ２が除去された排ガスを外部に排出する。 In this cement production process, the flue gas collection unit 311 of the methanation device 31 collects part of the flue gas generated during cement firing from between the dust collector 10 and the chimney 11 of the flue gas treatment line 12 . Next, the harmful component removal section 312 removes harmful components from the exhaust gas. In this harmful component removing section 312, nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), halogens and the like are removed. Then, CO 2 is extracted from the exhaust gas and separated and recovered by the CO 2 separation and recovery unit 313 . At this time, exhaust gas from which CO 2 has been removed is discharged to the outside.

次に、圧縮部３１４により、回収されたＣＯ２を０．１ＭＰａ以上好ましくは０．５～１．０ＭＰａの圧力をかけて圧縮し、除湿部３１５によりＣＯ２内に含まれる水分を除去する。そして、水素混合部３１６により、除湿されたＣＯ２に水素ガスを供給して混合し、加圧する。そして、メタン製造部３１７により、水素が混合されたＣＯ２からメタンを生成する。 Next, the compression section 314 applies a pressure of 0.1 MPa or more, preferably 0.5 to 1.0 MPa, to the collected CO 2 to compress it, and the dehumidification section 315 removes water contained in the CO 2 . Then, the hydrogen mixing unit 316 supplies and mixes hydrogen gas with the dehumidified CO 2 and pressurizes it. Then, a methane production unit 317 produces methane from CO 2 mixed with hydrogen.

このようにして生成されたメタンは、メタン供給装置３２のタンクに貯蔵される。そして、このタンクに貯蔵されたメタンを、メタン供給ライン３２１を介してセメント焼成キルン５及び仮焼炉４に供給する。セメント焼成キルン５には、燃料供給ライン１５から石油や石炭等の化石燃料が供給されるが、メタンを供給することにより、その化石燃料の一部をメタンで代替することができ、その分、化石燃料を削減することができる。同様に、仮焼炉４においても石炭等の燃料の一部又は全部をメタンで代替するため、化石燃料を削減することができる。 The methane produced in this way is stored in the tank of the methane supply device 32 . Then, the methane stored in this tank is supplied to the cement burning kiln 5 and the calciner 4 through the methane supply line 321 . A fossil fuel such as petroleum or coal is supplied to the cement firing kiln 5 from a fuel supply line 15. By supplying methane, part of the fossil fuel can be replaced with methane. Fossil fuel can be reduced. Similarly, in the calcining furnace 4, some or all of the fuel such as coal is replaced with methane, so fossil fuel consumption can be reduced.

本実施形態では、セメント製造設備５０からの排ガスから分離回収したＣＯ２をメタンに変換することにより、セメント製造設備５０から排出されるＣＯ２を削減できるとともに、このメタンをセメント焼成用キルン５及び仮焼炉４の代替燃料として使用することでメタンを有効活用できる。特に、地球温暖化の大きな原因となっている石炭や石油の化石燃料を石灰石由来のメタンで代替するので、化石燃料の使用を削減してエネルギー起源のＣＯ２を低減でき、温室効果ガスの削減効果を高めることができる。
また、排ガスから分離回収したＣＯ２を用いることにより、その濃度を高めて高濃度のメタンが製造でき、より効果的にメタンを利用することができる。 In the present embodiment, by converting the CO 2 separated and recovered from the exhaust gas from the cement manufacturing facility 50 into methane, the CO 2 emitted from the cement manufacturing facility 50 can be reduced, and this methane can be converted into the cement firing kiln 5 and Methane can be used effectively by using it as an alternative fuel for the calciner 4 . In particular, since fossil fuels such as coal and petroleum, which are major causes of global warming, are replaced with limestone-derived methane, the use of fossil fuels can be reduced, energy-derived CO2 can be reduced, and greenhouse gases can be reduced. You can increase the effect.
In addition, by using CO 2 separated and recovered from exhaust gas, the concentration of CO 2 can be increased to produce high-concentration methane, and methane can be used more effectively.

なお、本発明は上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態ではセメント製造設備５０の排ガスからＣＯ２を分離回収したが、セメント製造設備５０の排ガスにはＣＯ２が２０数％濃度で含まれているので、その排ガスに直接水素を添加してメタンを生成してもよい。
また、生成したメタンをセメント焼成キルン５及び仮焼炉４の両方に供給するようにしたが、いずれか一方に供給するようにしてもよい。
さらに、セメント焼成キルン５及び仮焼炉４の両方の排ガスを利用してメタンを生成したが、仮焼炉を有しないセメント製造設備への適用も可能であり、その場合は、セメント焼成キルンからの排ガスからメタンを生成する。 It should be noted that the present invention is not limited to the configurations of the above-described embodiments, and various modifications can be made to the detailed configurations without departing from the gist of the present invention.
For example, in the above embodiment, CO 2 is separated and recovered from the exhaust gas of the cement manufacturing facility 50, but since the exhaust gas of the cement manufacturing facility 50 contains CO 2 at a concentration of 20%, hydrogen is directly added to the exhaust gas. to produce methane.
Moreover, although the produced methane is supplied to both the cement firing kiln 5 and the calcining furnace 4, it may be supplied to either one.
Furthermore, methane was generated using the exhaust gas from both the cement firing kiln 5 and the calcining furnace 4, but it is also possible to apply it to a cement manufacturing facility that does not have a calcining furnace. produces methane from exhaust gas.

また、本実施形態では、セメント製造設備５０からの排ガスから生成したメタンをセメント製造設備５０のセメント焼成キルン５及び仮焼炉４に供給することにより、このセメント製造設備５０で用いられている化石燃料の代替燃料として利用することにしたが、本発明は、これに留まらず、他の各種設備や施設等に化石燃料の代替燃料として用いてもよい。例えば、火力発電所、石油精製施設、天然ガス精製施設、ゴミ等の廃棄物焼却施設、燃料電池、各種工業設備等で用いられる石炭、石油、ＬＮＧ等の化石燃料の代替燃料、及び都市ガス代替として一般家庭で用いられる代替燃料として、多種多様な用途で用いられる。 Further, in the present embodiment, by supplying methane generated from the exhaust gas from the cement manufacturing facility 50 to the cement firing kiln 5 and the calciner 4 of the cement manufacturing facility 50, fossils used in the cement manufacturing facility 50 Although it is used as an alternative fuel to fuel, the present invention is not limited to this, and may be used as an alternative fuel to fossil fuels for various other equipment and facilities. For example, alternative fuels for fossil fuels such as coal, petroleum, and LNG used in thermal power plants, oil refining facilities, natural gas refining facilities, waste incineration facilities such as garbage, fuel cells, various industrial facilities, etc., and city gas alternatives As an alternative fuel used in general households, it is used in a wide variety of applications.

１ 原料貯蔵庫
２ 原料ミル及びドライヤ
３ プレヒータ
４ 仮焼炉
５ セメント焼成キルン
５ａ 窯尻部
５ｂ 窯前部
６ クーラ
８ バーナ
９ 排気管
１０ 集塵機
１１ 煙突１２ 排ガス処理ライン
１３ サイクロン
１５ 燃料供給ライン
２２ 原料供給管
２５ ライジングダクト
３０ 排ガス処理設備
３１ メタン化装置
３１０ ＣＯ２分離回収装置
３１１ 排ガス収集ライン
３１２ 有害成分除去部
３１３ ＣＯ２分離回収部
３１４ 圧縮部
３１５ 除湿部
３１６ 水素混合部
３１７ メタン製造部
３２ メタン供給装置
３２１ メタン供給ライン
３２２ ポンプ
３２３ ポンプ
４１ バーナ
４２ 燃料供給ライン
５０ セメント製造設備
１００ ＣＯ２活用システム
1 Raw material storage 2 Raw material mill and dryer 3 Preheater 4 Temporary firing furnace 5 Cement firing kiln 5a Kiln bottom 5b Kiln front 6 Cooler 8 Burner 9 Exhaust pipe 10 Dust collector 11 Chimney 12 Exhaust gas treatment line 13 Cyclone 15 Fuel supply line 22 Raw material supply Pipe 25 Rising duct 30 Exhaust gas treatment facility 31 Methanizer 310 CO 2 separation and recovery device 311 Exhaust gas collection line 312 Harmful component removal unit 313 CO 2 separation and recovery unit 314 Compression unit 315 Dehumidification unit 316 Hydrogen mixing unit 317 Methane production unit 32 Methane supply Apparatus 321 Methane supply line 322 Pump 323 Pump 41 Burner 42 Fuel supply line 50 Cement production facility 100 CO 2 utilization system

Claims (4)

セメント製造設備と該セメント製造設備に接続された排ガス処理設備とを備えたＣＯ２活用システムでセメント製造排ガス中のＣＯ２を活用する活用方法であって、
前記セメント製造設備で、石炭を燃料供給ラインからセメント焼成キルンのバーナへ供給して燃焼させ、
前記排ガス処理設備で、前記セメント製造設備の排ガスラインにおける集塵機と煙突との間に接続された排ガス収集ラインによって前記セメント製造設備の仮焼炉と前記セメント焼成キルンからの排ガスを収集し、該排ガス中のＣＯ２又は該排ガスから分離回収したＣＯ２に水素を添加してメタンを生成し、該メタンを前記燃料供給ラインに接続されたメタン供給ラインによって前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルンの前記バーナへの前記石炭の一部又は全部の代替燃料として供給することを特徴とするセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法。 A utilization method for utilizing CO 2 in cement production exhaust gas in a CO 2 utilization system comprising cement production equipment and exhaust gas treatment equipment connected to the cement production equipment,
In the cement manufacturing facility, coal is supplied from the fuel supply line to the burner of the cement firing kiln and burned,
In the exhaust gas treatment equipment, the exhaust gas from the calcination furnace and the cement firing kiln of the cement manufacturing equipment is collected by an exhaust gas collection line connected between the dust collector and the chimney in the exhaust gas line of the cement manufacturing equipment, and the exhaust gas is collected. Hydrogen is added to the CO 2 in the inside or the CO 2 separated and recovered from the exhaust gas to generate methane, and the methane is supplied to the cement burning kiln of the cement manufacturing facility through a methane supply line connected to the fuel supply line . A method for utilizing CO 2 in cement manufacturing exhaust gas, characterized by supplying a part or all of the coal to a burner as an alternative fuel. 前記ＣＯ２は、前記セメント製造設備からの排ガスをＣＯ２吸収材に接触させて分離回収したＣＯ２であることを特徴とする請求項１に記載のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法。 2. The method for utilizing CO2 in exhaust gas from cement manufacturing according to claim 1, wherein the CO2 is CO2 separated and recovered by bringing exhaust gas from the cement manufacturing facility into contact with a CO2 absorbent. セメント製造設備と、該セメント製造設備に接続された排ガス処理設備と、を備え、
前記セメント製造設備は、プレヒータによって予熱されたセメント原料を仮焼する仮焼炉と、仮焼された前記セメント原料を焼成するセメント焼成キルンと、を備え、
前記排ガス処理設備は、前記セメント製造設備の排ガスラインにおける集塵機と煙突との間に接続されていて前記セメント製造設備の仮焼炉と前記セメント焼成キルンからの排ガスを収集する排ガス収集ラインと、該排ガス収集ラインから送られてくる排ガス中のＣＯ２又は該排ガスから分離回収したＣＯ２に水素を添加してメタンを生成するメタン化装置と、前記メタンを前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルンへの石炭の一部又は全部の代替燃料として供給するメタン供給装置とを備え、
前記セメント焼成キルンのバーナには、前記石炭を供給する燃料供給ラインが接続されており、
前記メタン供給装置は、前記燃料供給ラインに接続されて前記バーナにメタンを供給するメタン供給ラインを備えていることを特徴とするセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システム。 A cement production facility and an exhaust gas treatment facility connected to the cement production facility,
The cement manufacturing equipment includes a calcining furnace for calcining the cement raw material preheated by the preheater, and a cement calcining kiln for calcining the calcined cement raw material,
The exhaust gas treatment equipment includes an exhaust gas collection line connected between a dust collector and a chimney in an exhaust gas line of the cement manufacturing equipment and collecting exhaust gas from the calcination furnace and the cement firing kiln of the cement manufacturing equipment; A methanation device for generating methane by adding hydrogen to CO 2 in exhaust gas sent from an exhaust gas collection line or CO 2 separated and recovered from the exhaust gas, and the methane to the cement burning kiln of the cement manufacturing facility. and a methane supply device that supplies as an alternative fuel for some or all of the coal of
A fuel supply line for supplying the coal is connected to the burner of the cement firing kiln,
The system for utilizing CO 2 in exhaust gas from cement manufacturing, wherein the methane supply device includes a methane supply line connected to the fuel supply line to supply methane to the burner. 前記セメント製造設備からの排ガスをＣＯ２吸収材に接触させてＣＯ２を分離回収するＣＯ２分離回収装置を備えることを特徴とする請求項３に記載のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システム。 4. The system for utilizing CO2 in exhaust gas from cement production according to claim 3, further comprising a CO2 separation and recovery device that separates and recovers CO2 by bringing the exhaust gas from the cement production facility into contact with a CO2 absorbent.
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