JP7230885B2 - CO2 Utilization Method and CO2 Utilization System in Exhaust Gas from Cement Manufacturing - Google Patents
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Description
本発明は、セメント製造排ガス中のCO2からのメタン製造方法及びメタン化装置に関する。 The present invention relates to a method for producing methane from CO 2 in cement production exhaust gas and a methanation device.
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。
このメタン化方法では、水素が添加された二酸化炭素を、脱硫剤を充填した脱硫器を通すことにより、ガス中の硫黄化合物を除去している。
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.
In this methanation method, sulfur compounds in the gas are removed by passing hydrogen-added carbon dioxide through a desulfurizer filled with a desulfurizing agent.
しかしながら、セメント設備の排ガス(セメント製造排ガス)には硫黄化合物以外の酸化物が多く含まれているため、例えば、特許文献1記載のような脱硫器を用いたとしても、セメント製造排ガスを適切に処理することができず、メタンを適切に製造できない。 However, since exhaust gas from cement equipment (cement production exhaust gas) contains many oxides other than sulfur compounds, for example, even if a desulfurizer as described in Patent Document 1 is used, cement production exhaust gas can be properly treated. It cannot be processed and methane cannot be produced adequately.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、セメント製造排ガスを適切に処理してメタンを適切に製造できるセメント製造排ガス中のCO2 活用方法及びCO 2 活用システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and aims to provide a method and a system for utilizing CO 2 in exhaust gas from cement production , which can appropriately treat exhaust gas from cement production to produce methane appropriately. aim.
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を活用する方法であって、前記セメント製造設備の仮焼炉でセメント原料を仮焼し、さらに仮焼されたセメント原料を前記セメント製造設備のセメント焼成キルンで焼成した後に、前記セメント製造設備のクーラでセメントクリンカを冷却して製造するセメントクリンカ製造工程と、前記排ガス処理設備で、前記セメント製造設備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、生成したメタンを前記セメント焼成キルン及び前記仮焼炉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排ガス処理工程と、を備えている。前記排ガス処理工程は、前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルン及び前記仮焼炉で発生したからの排ガスを、粉体状のセメント原料を予熱するプレヒータを経由して、ドライヤで前記セメント原料の乾燥に用いた後に、集塵機を介して煙突から排出する前に、前記集塵機と前記煙突との間に接続された排ガス収集ラインで、前記化石燃料及び代替熱源の燃焼排ガスと石灰石由来排ガスとを含む前記排ガスの一部を収集する工程と、収集した前記排ガスから酸性成分として少なくともハロゲン,窒素酸化物(NOx)及び硫黄酸化物(SOx)を除去し有害成分として少なくともH2O及びセメント原料の粉末を除去する工程と、前記酸性成分及び前記有害成分が除去された前記排ガスをCO2吸収材に接触させてCO2を分離回収する工程と、前記水分を除去する工程の後にCO2に水素を添加してメタンを生成する工程と、生成したメタンを前記セメント焼成キルンのバーナに前記化石燃料を供給する燃料供給ライン及び前記仮焼炉のバーナに前記化石燃料を供給する燃料供給ラインのそれぞれに接続されたメタン供給ラインによって供給する工程と、を備えている。 The method of utilizing CO2 in exhaust gas from cement production of the present invention is a method of utilizing CO2 in exhaust gas from cement production in a CO2 utilization system comprising a cement production facility and an exhaust gas treatment facility connected to the cement production facility. The cement raw material is calcined in the calcining furnace of the cement manufacturing facility, and the calcined cement raw material is calcined in the cement calcining kiln of the cement manufacturing facility, and then cement clinker is produced in the cooler of the cement manufacturing facility. In the cement clinker manufacturing process that is manufactured by cooling, and in the exhaust gas treatment facility, hydrogen is added to the exhaust gas from the cement manufacturing facility or the CO2 separated and recovered from the exhaust gas to generate methane, and the generated methane is used as the cement. and an exhaust gas treatment step of supplying the fossil fuel to the calcining kiln and the calciner as a substitute fuel for part or all of the fossil fuel. In the exhaust gas treatment step, the exhaust gas generated in the cement firing kiln and the calcining furnace of the cement manufacturing facility is passed through a preheater for preheating the powdered cement raw material, and the cement raw material is dried by a dryer. in an exhaust gas collection line connected between the dust collector and the chimney after use in a step of collecting a part of exhaust gas; removing at least halogen , nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) as acidic components from the collected exhaust gas, and removing at least H 2 O and cement raw material powder as harmful components. removing, contacting the exhaust gas from which the acidic component and the harmful component have been removed with a CO2 absorbent to separate and recover CO2 , and adding hydrogen to the CO2 after the step of removing the moisture. and connecting the generated methane to a fuel supply line for supplying the fossil fuel to the burners of the cement firing kiln and a fuel supply line for supplying the fossil fuel to the burners of the calciner, respectively. and supplying by a methane supply line connected to the methane supply line .
ここで、セメント製造排ガスに含まれるSOx、NOx、ハロゲン等の酸性成分及びH2O、ダスト等の有害成分は、CO2吸収材に影響を与えCO2吸収能力を劣化させるおそれがある。さらにセメント製造排ガスに含まれるダスト(主としてセメント原料の粉末)は、装置配管内に付着してスケールを形成するなどにより配管の圧力損失を増大させ、CO2分離回収装置にて処理可能なガス量を低下させる、等のおそれがある。
これに対し、本発明では、セメント製造設備からの排ガスを分離回収する前に上記酸性成分及び上記有害成分を除去することで、CO2吸収材の吸収能力の劣化を抑制できる。このため、セメント製造排ガスからCO2を効率的に回収できる。したがって、メタン化の効率も向上する。
Here, acidic components such as SOx, NOx, and halogens and harmful components such as H 2 O and dust contained in the exhaust gas from cement production may affect the CO 2 absorbent and deteriorate its CO 2 absorption capacity. Furthermore, the dust (mainly cement raw material powder) contained in the exhaust gas from cement manufacturing adheres to the inside of the equipment piping and forms scale, which increases the pressure loss in the piping and increases the amount of gas that can be processed by the CO2 separation and recovery equipment. There is a risk that the
In contrast, in the present invention, the deterioration of the absorption capacity of the CO 2 absorbent can be suppressed by removing the acidic component and the harmful component before separating and recovering the exhaust gas from the cement manufacturing facility. Therefore, CO 2 can be efficiently recovered from the cement production exhaust gas. Therefore, the efficiency of methanation is also improved.
このセメント製造排ガス中のCO
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活用方法において、分離回収されたCO2から水分を除去した後、メタンを製造するとよい。
メタンの反応は、CO2+4H2→CH4+2H2O であるため、分離回収されたCO2に水分が多く含まれていると、反応式右辺のH2Oが多くなるため、メタンが生成しにくくなる。上記態様では、分離回収されたCO2から水分を除去し、これに水素を添加してメタンを製造するので、メタンの生成反応が進みやすくなるためメタン化の効率が向上する。
In this method of utilizing CO 2 in exhaust gas from cement production, it is preferable to produce methane after removing moisture from the separated and recovered CO 2 .
Since the reaction of methane is CO 2 + 4H 2 →CH 4 + 2H 2 O, if the separated and recovered CO 2 contains a lot of water, the amount of H 2 O on the right side of the reaction formula will increase, and methane will be produced. difficult to do. In the above embodiment, water is removed from the separated and recovered CO 2 and hydrogen is added to produce methane. Therefore, the methane production reaction proceeds more easily, thereby improving the efficiency of methanation.
本発明のセメント製造排ガス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ていて前記セメント製造設備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、生成したメタンを前記セメント製造設備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排ガス処理設備と、を備え、
前記セメント製造設備は、セメント焼成キルン及び仮焼炉で発生した前記排ガスを、粉体状のセメント原料を予熱するプレヒータを経由してドライヤで前記セメント原料の乾燥に用いて、集塵機を介して煙突から排出し、前記排ガス処理設備は、前記集塵機と前記煙突との間に接続された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前記化石燃料及び代替熱源の燃焼排ガスと石灰石由来排ガスとを含む前記排ガスのCO2からメタンを生成するメタン化装置と、生成したメタンを前記セメント製造設備へ供給するメタン供給装置と、を備え、前記メタン化装置は、排ガスからCO2を分離回収するCO2分離回収装置と、CO2分離回収装置で分離回収された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と、を備え、前記メタン供給装置は、前記メタン化装置により製造されたメタンを貯留するタンクと、該タンクに接続されメタンを前記セメント焼成キルンのバーナ及び前記仮焼炉のバーナのそれぞれに送るメタン供給ライン及びポンプと、を備え、前記CO2分離回収装置は、前記排ガス収集ラインで収集した前記排ガスから酸性成分及び有害成分を除去する有害成分除去部と、前記酸性成分及び前記有害成分が除去された前記排ガスをCO2吸収材に接触させてCO2を分離回収するCO2分離回収部と、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製造部と、回収されたCO2を圧縮する圧縮部と、圧縮されたCO2から水分を除去する除湿部と、を備え、前記酸性成分は少なくともハロゲンと窒素酸化物(NOx)と硫黄酸化物(SOx)とであり、前記有害成分は少なくともH2Oとセメント原料の粉末とであり、前記メタン供給ラインは、前記セメント焼成キルンの前記バーナに前記化石燃料を供給する燃料供給ライン及び前記仮焼炉の前記バーナに前記化石燃料を供給する燃料供給ラインのそれぞれに接続されている。
The cement manufacturing exhaust gas CO 2 utilization system of the present invention includes a cement manufacturing facility, and hydrogen is added to the exhaust gas from the cement manufacturing facility or CO 2 separated and recovered from the exhaust gas, which is connected to the cement manufacturing facility, to produce methane. an exhaust gas treatment facility that produces and supplies the produced methane as a substitute fuel for some or all of fossil fuels to the cement production facility;
The cement manufacturing equipment uses the exhaust gas generated in the cement firing kiln and the calcination furnace to dry the cement raw material through a preheater that preheats the powdered cement raw material with a dryer. The exhaust gas treatment equipment includes an exhaust gas collection line connected between the dust collector and the chimney, and the fossil fuel and alternative heat source combustion exhaust gas and limestone-derived exhaust gas sent from the exhaust gas collection line. and a methane supply device for supplying the produced methane to the cement manufacturing facility, wherein the methanation device separates and recovers CO2 from the exhaust gas . a CO 2 separation and recovery device, a hydrogen mixing unit for supplying and mixing hydrogen gas with the CO 2 separated and recovered by the CO 2 separation and recovery device, a methane production unit for producing methane from the CO 2 mixed with hydrogen, wherein the methane supply device comprises a tank that stores methane produced by the methanation device, and a methane supply that is connected to the tank and sends methane to the burners of the cement calcining kiln and the burners of the calciner. a line and a pump, and the CO 2 separation and capture device includes: a harmful component removal unit for removing acidic components and harmful components from the exhaust gas collected by the exhaust gas collection line; A CO2 separation and recovery unit that separates and recovers CO2 by bringing the exhaust gas into contact with a CO2 absorbent, a methane production unit that adds hydrogen to the separated and recovered CO2 to produce methane, and the recovered CO2. and a dehumidification section for removing moisture from the compressed CO2 , wherein the acidic components are at least halogens , nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx), and the harmful The components are at least H 2 O and cement raw material powder, and the methane supply line is a fuel supply line that supplies the fossil fuel to the burner of the cement firing kiln and the fossil fuel to the burner of the calciner. It is connected to each of the fuel supply lines that supply fuel .
本発明によれば、セメント製造設備の排ガス中のCO2から有害成分を適切に除去することで、CO2吸収材の吸収能力の劣化を抑制し、セメント製造排ガスを適切に処理してメタンを適切に生成でき、これによりエネルギー起源のCO2を削減できる。 According to the present invention, by appropriately removing harmful components from CO 2 in the exhaust gas of cement manufacturing equipment, the deterioration of the absorption capacity of the CO 2 absorbent is suppressed, and the cement manufacturing exhaust gas is appropriately treated to remove methane. It can be generated properly, which can reduce energy-derived CO2 .
以下、本発明のセメント製造排ガス中のCO2からのメタン製造方法及びメタン化装置の、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から酸性成分及び有害成分を適切に除去した後、メタンを生成して、そのメタンをセメント製造設備への化石燃料の一部及び全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 producing methane from CO 2 in exhaust gas from cement production and a methanation apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
This embodiment produces methane after adequate removal of acidic and harmful components from CO2 in cement production flue gas, and uses the methane as a partial or complete replacement fuel for fossil fuels to cement production facilities. This is an example of using it.
[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 CO2 utilization system]
The CO 2 utilization system 100 includes, as shown in FIG. 2, a
[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
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系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
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)
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
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
[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
The flue
(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
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
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以外のガスや酸性成分及び有害成分が含まれている。このため、有害成分除去部312は、排ガスから酸性成分(例えば、窒素酸化物(NOx)や硫黄酸化物(SOx)等の酸性ガス)及び有害成分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、除湿機、電気集塵機等を備える。これら酸性成分及び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(CO2吸収材)の劣化を防止するとともに、吸収能力の低下を抑制する。
Since the exhaust gas sent from the exhaust
脱硫方法(SOx除去方法)としては、湿式の石灰石石膏法、水酸化マグネシウム法、ソーダ吸収法が知られている。これらはアルカリ溶液にてSOxを吸収させる方法で、乾式法として石炭灰利用法がある。また、脱硫(SOx除去)・脱硝(NOx除去)を同時に処理する方法として乾式法の活性炭法、電子ビーム法がある。脱硝方法としては、乾式法として接触還元法(SCR法等)、無触媒還元法があり、湿式法として酸化吸収法、酸化還元法、等モル吸収法がある。 As desulfurization methods (SOx removal methods), a wet limestone gypsum method, a magnesium hydroxide method, and a soda absorption method are known. These are methods of absorbing SOx with an alkaline solution, and there is a method using coal ash as a dry method. In addition, as a method for simultaneously performing desulfurization (SOx removal) and denitrification (NOx removal), there are a dry activated carbon method and an electron beam method. As the denitrification method, dry methods include a catalytic reduction method (SCR method, etc.) and a non-catalytic reduction method, and wet methods include an oxidation-absorption method, an oxidation-reduction method, and an equimolar absorption method.
一方、セメント製造設備からの排ガスはサスペンションプレヒータ部が脱硫装置として機能するためSOxは一般的に数十ppm以下となる場合が多い。
ここで、CO2分離回収用吸収材への不純物の影響は、化学吸収法及び物理吸着法のいずれもアミン化合物と不純物成分との親和性に大きな差はないと考えられる。CO2分離回収部313によるCO2の回収では、排ガス中のSOxは吸収材中のアミン化合物と結合し、アミン化合物のCO2吸収能力を阻害し時間の経過とともに吸収率が大きく低下する。このようにアミン化合物は塩基性が強く、SOx以外のNOx、Cl及びF等のハロゲンはCO2吸収材に吸着される傾向にある。
On the other hand, since the suspension preheater functions as a desulfurization device, SOx in the exhaust gas from the cement manufacturing facility is generally several tens of ppm or less in many cases.
Here, as for the effect of impurities on the absorbent for CO 2 separation and recovery, it is considered that there is no great difference in the affinity between the amine compound and the impurity component in either the chemical absorption method or the physical adsorption method. In the recovery of CO 2 by the CO 2
また、メタン化の触媒として広く用いられるNi触媒は、H2に混在する硫黄化合物下では、Ni触媒の表面で硫黄化合物が反応し表面を覆いメタン化の収率を悪化させるため、有害成分除去部312で除去しておく必要がある。同様にNOx、Cl及びF等のハロゲンについてもNi触媒表面に付着しメタン化の収率を悪化させる可能性があるため、有害成分除去部312で除去しておく必要がある。
In addition, the Ni catalyst, which is widely used as a catalyst for methanation, has a sulfur compound that reacts on the surface of the Ni catalyst and covers the surface under the presence of sulfur compounds mixed in H2 . It must be removed in
本実施形態では、有害成分除去部312による脱硫(SOx除去)及び脱硝(NOx除去)方法は、上記いずれの除去方法を用いてもよい。例えば、本実施形態では、上記脱硫方法のいずれか、及び上記脱硝方法のいずれかを用いて窒素酸化物(NOx)や硫黄酸化物(SOx)等の酸化性ガスを除去している。
In the present embodiment, the desulfurization (SOx removal) and denitrification (NOx removal) methods by the harmful
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
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。一般的なメタン化の反応(CO2+4H2→CH4+2H2O)の際の条件は温度が200℃~700℃、好ましくは200℃~350℃、圧力は0.1~3MPaであり、メタンの反応収率を向上させるため多段で反応させる。
The
The
(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5b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
[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
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
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、排ガスから酸性成分及び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、及びH2O、ダストなどが除去される。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
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
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
本実施形態では、セメント製造設備50からの排ガスを分離回収する前に、セメント製造排ガスのCO2に含まれるSOx、NOx、ハロゲン等の酸性成分及びH2O、ダスト等の有害成分を除去することで、CO2吸収材の吸収能力の劣化を抑制できる。このため、セメント製造排ガスからCO2を効率的に回収できる。また、CO2吸収材も長期に安定した性能を維持することができる。そして、適切に処理された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、分離回収されたCO2から水分を除去し、これに水素を添加してメタンを製造するので、メタン化装置31内のNi系触媒の酸化を抑制できる。
In the present embodiment, before separating and recovering the exhaust gas from the
In addition, since moisture is removed from the separated and recovered CO 2 and hydrogen is added thereto to produce methane, oxidation of the Ni-based catalyst in the
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、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ととしたが、これに限らず、分離回収されたCO2から水分を除去できれば、その方法は問わない。
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, the
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。
Moreover, although the produced methane is supplied to both the
Furthermore, methane was generated using the exhaust gas from both the
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
322,323 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
Claims (2)
前記セメント製造設備の仮焼炉でセメント原料を仮焼し、さらに仮焼されたセメント原料を前記セメント製造設備のセメント焼成キルンで焼成した後に、前記セメント製造設備のクーラでセメントクリンカを冷却して製造するセメントクリンカ製造工程と、
前記排ガス処理設備で、前記セメント製造設備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、生成したメタンを前記セメント焼成キルン及び前記仮焼炉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排ガス処理工程と、を備え、
前記排ガス処理工程は、
前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルン及び前記仮焼炉で発生した前記排ガスを、粉体状のセメント原料を予熱するプレヒータを経由して、ドライヤで前記セメント原料の乾燥に用いた後に、集塵機を介して煙突から排出する前に、前記集塵機と前記煙突との間に接続された排ガス収集ラインで、前記化石燃料及び代替熱源の燃焼排ガスと石灰石由来排ガスとを含む前記排ガスの一部を収集する工程と、
収集した前記排ガスから酸性成分として少なくともハロゲン,窒素酸化物(NOx)及び硫黄酸化物(SOx)を除去し有害成分として少なくともH2O及びセメント原料の粉末を除去する工程と、
前記酸性成分及び前記有害成分が除去された前記排ガスをCO2吸収材に接触させてCO2を分離回収する工程と、
分離回収されたCO2を圧縮して水分を除去する工程と、
前記水分を除去する工程の後にCO2に水素を添加してメタンを生成する工程と、
生成したメタンを前記セメント焼成キルンのバーナに前記化石燃料を供給する燃料供給ライン及び前記仮焼炉のバーナに前記化石燃料を供給する燃料供給ラインのそれぞれに接続されたメタン供給ラインによって供給する工程と、を備えた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 method of 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,
The cement raw material is calcined in the calcining furnace of the cement manufacturing facility, and the calcined cement raw material is calcined in the cement calcining kiln of the cement manufacturing facility, and then the cement clinker is cooled in the cooler of the cement manufacturing facility. a cement clinker manufacturing process to be manufactured;
In the exhaust gas treatment facility, hydrogen is added to the exhaust gas from the cement manufacturing facility or CO2 separated and recovered from the exhaust gas to generate methane, and the generated methane is fed to the cement firing kiln and the calciner as a fossil fuel. and an exhaust gas treatment process for supplying as an alternative fuel for some or all of
The exhaust gas treatment step includes:
The exhaust gas generated in the cement calcining kiln and the calcining furnace of the cement manufacturing facility is passed through a preheater for preheating the powdered cement raw material, and after being used to dry the cement raw material with a dryer, a dust collector is used. collecting a portion of the flue gas , including the fossil fuel and alternative heat source flue gas and limestone-derived flue gas, in an flue gas collection line connected between the dust collector and the chimney before discharging from the chimney through process and
a step of removing at least halogen , nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) as acidic components and removing at least H 2 O and cement raw material powder as harmful components from the collected exhaust gas;
a step of contacting the exhaust gas from which the acidic component and the harmful component have been removed with a CO 2 absorbent to separate and recover CO 2 ;
compressing the separated and recovered CO 2 to remove moisture;
adding hydrogen to the CO2 to produce methane after said removing water;
A step of supplying the generated methane through a methane supply line connected to a fuel supply line for supplying the fossil fuel to the burners of the cement calcining kiln and a fuel supply line for supplying the fossil fuel to the burners of the calciner. and a method for utilizing CO 2 in cement manufacturing exhaust gas.
前記セメント製造設備は、セメント焼成キルン及び仮焼炉で発生した前記排ガスを、粉体状のセメント原料を予熱するプレヒータを経由してドライヤで前記セメント原料の乾燥に用いて、集塵機を介して煙突から排出し、
前記排ガス処理設備は、前記集塵機と前記煙突との間に接続された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前記化石燃料及び代替熱源の燃焼排ガスと石灰石由来排ガスとを含む前記排ガスのCO2からメタンを生成するメタン化装置と、生成したメタンを前記セメント製造設備へ供給するメタン供給装置と、を備え、
前記メタン化装置は、排ガスからCO2を分離回収するCO2分離回収装置と、CO2分離回収装置で分離回収された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と、を備え、
前記メタン供給装置は、前記メタン化装置により製造されたメタンを貯留するタンクと、該タンクに接続されメタンを前記セメント焼成キルンのバーナ及び前記仮焼炉のバーナのそれぞれに送るメタン供給ライン及びポンプと、を備え、
前記CO2分離回収装置は、前記収集ラインで収集した前記排ガスから酸性成分及び有害成分を除去する有害成分除去部と、前記酸性成分及び前記有害成分が除去された前記排ガスをCO2吸収材に接触させてCO2を分離回収するCO2分離回収部と、回収されたCO2を圧縮する圧縮部と、圧縮されたCO2から水分を除去する除湿部と、を備え、
前記酸性成分は少なくともハロゲンと窒素酸化物(NOx)と硫黄酸化物(SOx)とであり、
前記有害成分は少なくともH2Oとセメント原料の粉末とであり、
前記メタン供給ラインは、前記セメント焼成キルンの前記バーナに前記化石燃料を供給する燃料供給ライン及び前記仮焼炉の前記バーナに前記化石燃料を供給する燃料供給ラインのそれぞれに接続されていることを特徴とするCO2セメント製造排ガス中のCO2活用システム。 a cement manufacturing facility connected to the cement manufacturing facility, hydrogen is added to exhaust gas from the cement manufacturing facility or CO2 separated and recovered from the exhaust gas to generate methane, and the generated methane is delivered to the cement manufacturing facility. and an exhaust gas treatment facility that supplies as an alternative fuel for some or all of the fossil fuels of
The cement manufacturing equipment uses the exhaust gas generated in the cement firing kiln and the calcination furnace to dry the cement raw material through a preheater that preheats the powdered cement raw material with a dryer. Eject from
The exhaust gas treatment equipment includes an exhaust gas collection line connected between the dust collector and the chimney, and the exhaust gas containing the combustion exhaust gas of the fossil fuel and the alternative heat source and the limestone-derived exhaust gas sent from the exhaust gas collection line. and a methanation device for producing methane from CO 2 and a methane supply device for supplying the produced methane to the cement manufacturing facility,
The methanation device includes a CO 2 separation and recovery device that separates and recovers CO 2 from exhaust gas, a hydrogen mixing unit that supplies and mixes hydrogen gas with the CO 2 separated and recovered by the CO 2 separation and recovery device, and a hydrogen mixing unit. a methane production unit that produces methane from the converted CO 2 ,
The methane supply device includes a tank for storing methane produced by the methanation device, a methane supply line and a pump connected to the tank for sending methane to the burners of the cement calcining kiln and the burner of the calciner, respectively. and
The CO 2 separation and capture device includes a harmful component removal unit that removes acidic components and harmful components from the exhaust gas collected in the collection line, and a CO 2 absorbent that converts the exhaust gas from which the acidic components and the harmful components have been removed into a CO 2 absorbent. A CO 2 separation and recovery unit that separates and recovers CO 2 by contact, a compression unit that compresses the recovered CO 2 , and a dehumidification unit that removes moisture from the compressed CO 2 ,
the acidic components are at least halogen , nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx);
The harmful components are at least H 2 O and cement raw material powder ,
The methane supply line is connected to a fuel supply line that supplies the fossil fuel to the burners of the cement calcining kiln and a fuel supply line that supplies the fossil fuel to the burners of the calciner. Characterized CO 2 utilization system in cement production exhaust gas.
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