KR20110021752A

KR20110021752A - 시멘트 제조 설비에 있어서의 ｃｏ₂ 가스의 회수 방법 및 회수 설비

Info

Publication number: KR20110021752A
Application number: KR1020107024943A
Authority: KR
Inventors: 히로까즈 시마; 에이이찌 모또하시; 준주 왕; 요시노리 다까야마
Original assignee: 미츠비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2011-03-04
Also published as: AU2009245238B2; US9446984B2; WO2009136485A1; CA2723126A1; EP2289858A1; TWI436962B; CN102015568B; KR101586107B1; EP2289858B1; US20110044880A1; CA2723126C; CN102015568A; TW201008895A; AU2009245238A8; EP2289858A4; US8617506B2; US20140130717A1; AU2009245238A1

Abstract

본 발명의 과제는, 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 높은 농도로 분리하여 회수하는 것이 가능해지는 CO₂ 가스의 회수 방법 및 회수 설비를 제공하는 것이다. 이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 있어서는, [1] 하소 전의 시멘트 원료를, 과열로에 있어서 하소 온도 이상으로 과열한 후에, 혼합 하소로에 있어서 새로운 하소 전의 시멘트 원료와 혼합하는 것, [2] 하소 전의 시멘트 원료와, 시멘트 킬른으로부터 배출된 고온의 시멘트 클링커의 일부를 혼합 하소로에 있어서 혼합하는 것 및 [3] 외열식 하소로를 사용하는 것 중 어느 하나의 방법에 의해 시멘트 원료의 하소를 행하여, 하소로 내에 있어서 발생된 CO₂ 가스를 회수한다.

Description

시멘트 제조 설비에 있어서의 ＣＯ₂ 가스의 회수 방법 및 회수 설비{METHOD AND APPARATUS FOR RECOVERING CO2 GAS IN CEMENT PRODUCTION EQUIPMENT}

본 발명은, 시멘트 제조 설비에 있어서, 주로 시멘트 원료의 하소(calcine)시에 발생되는 CO₂ 가스를 고농도로 회수하기 위한 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법 및 회수 설비에 관한 것이다.

최근, 세계적 또한 전 산업에 걸쳐, 지구 온난화의 주된 요인인 이산화탄소(CO₂) 가스를 삭감하는 시도가 추진되고 있다.

덧붙여 말하면, 시멘트 산업은, 전력이나 철강 등과 함께 CO₂가스의 배출량이 많은 산업 중 하나이며, 일본에 있어서의 CO₂ 가스의 전체 배출량의 약 4％에 달한다. 이로 인해, 당해 시멘트 산업에 있어서의 CO₂ 가스의 배출 삭감은, 일본 전체에 있어서의 CO₂ 가스의 배출 삭감에 큰 공헌을 하게 된다.

도 12는, 상기 시멘트 산업에 있어서의 일반적인 시멘트의 제조 설비를 도시하는 것으로, 도면 중 부호 1이 시멘트 원료를 소성하기 위한 로터리 킬른(시멘트 킬른)이다.

그리고 이 로터리 킬른(1)의 도면 중 좌측의 가마 후미 부분(2)에는, 시멘트 원료를 예열하기 위한 2세트의 프리 히터(preheater)(3)가 병렬적으로 설치되는 동시에, 도면 중 우측의 가마 전방에, 내부를 가열하기 위한 주 버너(5)가 설치되어 있다. 또한, 도면 중 부호 6은, 소성 후의 시멘트 클링커(clinker)를 냉각시키기 위한 클링커 쿨러이다.

여기서, 각각의 프리 히터(3)는, 상하 방향으로 직렬적으로 배치된 복수단의 사이클론에 의해 구성되어 있고, 공급 라인(4)으로부터 최상단의 사이클론에 공급된 시멘트 원료는, 순차 하방의 사이클론으로 낙하함에 따라서, 하방으로부터 상승하는 로터리 킬른(1)으로부터의 고온의 배기 가스에 의해 예열되고, 다시 하방으로부터 2단째의 사이클론으로부터 뽑아내어져 하소로(7)로 보내지고, 당해 하소로(7)에 있어서 버너(7a)에 의해 가열되어 하소된 후에, 최하단의 사이클론으로부터 이송관(3a)을 통해 로터리 킬른(1)의 가마 후미 부분(2)으로 도입되도록 되어 있다.

한편, 가마 후미 부분(2)에는, 로터리 킬른(1)으로부터 배출된 연소 배기 가스를 최하단의 사이클론으로 공급하는 배기 가스관(3b)이 설치되어 있고, 상기 사이클론으로 보내진 배기 가스는, 순차 상방의 사이클론으로 보내져, 상기 시멘트 원료를 예열하는 동시에, 최종적으로 최상단의 사이클론의 상부로부터, 배기 팬(9)에 의해 배기 라인(8)을 통해 배기되어 가도록 되어 있다.

이러한 구성으로 이루어지는 시멘트 제조 설비에 있어서는, 우선 시멘트 원료의 주 원료로서 포함되는 석회석(CaCO₃)을 프리 히터(3)에 의해 예열하고, 계속해서 하소로(7) 및 프리 히터(3)의 최하단의 사이클론에 있어서 하소한 후에, 로터리 킬른(1) 내에 있어서 약 1450℃의 고온 분위기하에서 소성함으로써 시멘트 클링커를 제조하고 있다.

그리고 이 하소에 있어서, CaCO₃→CaO＋CO₂↑로 나타내어지는 화학 반응이 발생하여, CO₂ 가스가 발생된다(원료 기원에 의한 CO₂ 가스의 발생). 이 원료 기원에 의한 CO₂ 가스의 농도는, 원리적으로는 100％이다. 또한, 상기 로터리 킬른(1)을 상기 고온 분위기하로 유지하기 위해, 주 버너(5)에 있어서 화석 연료가 연소되는 결과, 당해 화석 연료의 연소에 의해서도 CO₂ 가스가 발생된다(연료 기원에 의한 CO₂ 가스의 발생). 여기서, 주 버너(5)로부터의 배기 가스 중에는, 연소용 공기 중의 N₂ 가스가 많이 포함되어 있으므로, 당해 배기 가스 중에 포함되는 연료 기원에 의한 CO₂ 가스의 농도는, 약 15％로 낮다.

이 결과, 상기 시멘트 킬른으로부터 배출되는 배기 가스 중에는, 상술한 농도가 높은 원료 기원에 의한 CO₂ 가스와, 농도가 낮은 연료 기원에 의한 CO₂가 혼재하므로, 당해 CO₂의 배출량이 많음에도 불구하고, 그 CO₂ 농도는 30 내지 35％ 정도로, 회수가 어렵다고 하는 문제점이 있었다.

이에 대해, 현재 개발되고 있는 CO₂ 가스의 회수 방법으로서는, 액체 회수 방식, 막 분리 방식, 고체 흡착 방식 등이 있지만, 아직 회수 비용이 극히 높다고 하는 과제가 있었다.

또한, 상기 시멘트 제조 설비로부터 배출된 CO₂에 의한 지구 온난화를 방지하는 방법으로서, 당해 배출원으로부터 저농도로 배출된 CO₂를 분리·회수하여 대략 100％까지 농도를 높이고, 액화한 후에 땅속에 저류하는 방법 등도 제안되어 있지만, 분리·회수를 위한 비용이 높아, 마찬가지로 실현에는 이르고 있지 않다.

한편, 하기 특허 문헌 1에는, 내화물제의 전열관에 충전된 석회석을 이동시키면서, 연소로로부터 유도된 1000℃ 내지 1300℃의 고온 가스에 의해 간접적으로 석회석(CaCO₃)을 생석회(CaO)와 탄산 가스(CO₂ 가스)로 소성 분해하는 소성대와, 생성된 탄산 가스를 순환 사용하여 고온 생석회를 냉각하는 냉각대와, 소성대에서 생성된 고온 탄산 가스와 생석회의 냉각에 의해 고온으로 된 순환 탄산 가스에 의해 석회석을 예열하는 예열대를 구비한 간접 가열식 석회석 소성로가 제안되어 있다.

그리고 상기 가열식 석회석 소성로에 따르면, 석회석을 고온 연소 가스에 직접 접촉시키는 일 없이 간접적으로 소성함으로써, 연료의 여하에 관계없이 순도가 높은 생석회를 얻는 동시에, 석회석이 충전된 전열관 내에 있어서의 상기 CO₂ 가스의 농도가 100％ 가까이 되므로, 상기 석회석의 소성시에 발생하는 탄산 가스를 고농도로 회수할 수 있다고 되어 있다.

그러나 도 13에 도시하는 바와 같이, 석회석의 하소 반응이 일어나는 온도는, 분위기 중의 CO₂ 가스 농도가 높아짐에 따라서 급격하게 상승하여, 100％[대기압(1atm)하에서의 분압 1atm에 상당]에 가까워지면, 860℃를 초과하는 온도로 된다.

이로 인해, 상기 간접 가열식 석회석 소성로에 의한 종래 기술에 의해 석회석을 하소한 후에, 점토 등의 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ 등의 다른 시멘트 원료를 첨가하여 시멘트 클링커를 제조하려고 하면, 상기 전열관을 상술한 바와 같이 1000℃ 내지 1300℃의 고온 가스에 의해 간접적으로 가열할 필요가 있고, 이 결과 비용이 높아진다고 하는 문제점이 있다. 또한, 상기 전열관을 간접적으로 가열하기 위해, 화석 연료를 연소시켜 상기 고온 가스를 얻으려고 하면, 반대로 당해 연소에 의해 다량의 CO₂ 가스가 발생되어 버린다고 하는 문제점도 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2004-231424호 공보

본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 시멘트 제조 설비에 있어서의 열원을 유효 활용함으로써, 당해 시멘트 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 높은 농도로 분리하여 회수하는 것이 가능해지는 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법 및 회수 설비를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

(1) 본 발명의 제1 내지 제4 형태

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 형태는, 시멘트 원료를, 제1 프리 히터에 의해 예열한 후에, 내부가 고온 분위기로 유지된 시멘트 킬른에 공급하여 소성하는 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 방법이며, 상기 제1 프리 히터로부터 뽑아내어진 하소 전의 상기 시멘트 원료를, 과열로에 있어서 하소 온도 이상으로 과열한 후에, 혼합 하소로에 공급하여 상기 제1 프리 히터로부터 뽑아내어져 당해 혼합 하소로에 공급되는 새로운 하소 전의 상기 시멘트 원료와 혼합함으로써, 당해 혼합 하소로 내를 하소 온도 이상으로 유지하여 상기 하소 전의 상기 시멘트 원료를 하소한 후에, 하소된 상기 시멘트 원료를 다시 상기 과열로로 복귀시켜 상기 혼합 하소로로 순환시키는 공정을 반복함으로써, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 발생된 CO₂ 가스를 회수하는 동시에, 하소된 상기 시멘트 원료의 일부를, 상기 시멘트 킬른에 공급하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 하소 온도라 함은, 석회석, 즉 CaCO₃(탄산칼슘)이 CaO(산화칼슘)와 CO₂로 분해되는 반응이 일어나는 온도를 말한다.

또한, 하소된 상기 시멘트 원료의 일부를 상기 시멘트 킬른에 공급할 때에는, 상기 혼합 하소로로부터 공급하도록 해도 좋고, 혹은 상기 과열로로부터 공급하도록 해도 좋다.

또한, 본 발명의 제2 형태는, 상기 제1 형태에 관한 회수 방법에 있어서, 상기 제1 프리 히터로부터 뽑아내어진 하소 전의 상기 시멘트 원료와, 상기 제1 프리 히터로부터 독립된 제2 프리 히터에 의해 예열된 하소 전의 다른 시멘트 원료를, 상기 혼합 하소로에 공급하는 동시에, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 발생된 CO₂ 가스를 상기 제2 프리 히터의 열원으로서 이용한 후에 회수하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제3 형태는, 시멘트 원료를 예열하는 제1 프리 히터와, 이 제1 프리 히터에 의해 예열된 상기 시멘트 원료를 소성하는 시멘트 킬른을 구비한 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 설비이며, 상기 제1 프리 히터로부터 하소 전의 상기 시멘트 원료를 뽑아내는 발출 라인과, 이 발출 라인으로부터 뽑아내어진 상기 시멘트 원료가 도입되는 혼합 하소로와, 이 혼합 하소로로부터 공급되는 상기 시멘트 원료를 하소 온도 이상으로 과열하는 과열로와, 이 과열로에서 과열된 상기 시멘트 원료를 상기 혼합 하소로로 복귀시키는 동시에 상기 혼합 하소로 내의 상기 시멘트 원료를 상기 과열로로 보내는 순환 라인과, 하소된 상기 시멘트 원료의 일부를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 복귀 라인과, 상기 혼합 하소로 내에서 발생된 CO₂ 가스를 회수하는 CO₂ 가스 배기관을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 하소된 상기 시멘트 원료의 일부를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시킬 때에는, 상기 혼합 하소로로부터 공급하도록 해도 좋고, 혹은 상기 과열로로부터 공급하도록 해도 좋다.

또한, 본 발명의 제4 형태는, 상기 제3 형태에 관한 회수 설비에 있어서, 상기 제1 프리 히터로부터 독립되어 설치되어 다른 시멘트 원료를 예열하는 제2 프리 히터와, 이 제2 프리 히터에 의해 예열된 하소 전의 상기 다른 시멘트 원료를 상기 혼합 하소로에 공급하는 이송관을 구비하고, 또한 상기 혼합 하소로로부터의 상기 CO₂ 가스 배기관이, 상기 제2 프리 히터의 열원으로서 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제1 형태 또는 제2 형태에 관한 회수 방법 및 본 발명의 제3 형태 또는 제4 형태에 관한 회수 설비에 있어서는, 제1 프리 히터로부터 뽑아낸 하소 전의 시멘트 원료를, 과열로에 있어서 하소 온도 이상으로 과열한 후에 혼합 하소로에 공급하여, 당해 혼합 하소로 내에 있어서 새롭게 공급되는 상기 하소 전의 시멘트 원료와 혼합하면서 하소 온도 이상으로 유지함으로써, 하소 전의 시멘트 원료가 하소된다.

이 결과, 상기 혼합 하소로 내는, 시멘트 원료의 하소에 의해 발생된 CO₂ 가스로 채워지고, 당해 CO₂ 가스 농도가 대략 100％로 된다. 이와 같이, 상기 회수 방법 또는 회수 설비에 따르면, 상기 혼합 하소로로부터 대략 100％의 농도의 CO₂ 가스를 CO₂ 가스 배기관으로부터 회수할 수 있다.

또한, 특히 본 발명의 제2 형태 또는 제4 형태에 있어서는, 상기 혼합 하소로 내에서 발생된 고온의 CO₂ 가스를, 제1 프리 히터로부터 독립된 제2 프리 히터로 보내 시멘트 원료의 예열에 이용한 후에, 그대로 배기 가스관으로부터 회수할 수 있다.

이때, 상기 혼합 하소로 내는, 100％에 가까운 고농도의 CO₂ 가스 분위기하로 되므로, 시멘트 원료의 하소 온도는 높아지지만, 시멘트 원료 중에는, 석회석(CaCO₃)과 함께 점토, 규석 및 산화철 원료, 즉 SiO₂, Al₂O₃ 및 Fe₂O₃이 포함되어 있다.

그리고 상기 시멘트 원료는, 800 내지 900℃ 정도의 온도 분위기하에 있어서,

으로 나타내어지는 반응이 발생하여, 최종적으로 시멘트 클링커를 구성하는 규산 칼슘 화합물인 에라이트(3CaO·SiO₂) 및 베라이트(2CaO·SiO₂) 및 간극상인 알루미네이트상(3CaO·Al₂O₃) 및 페라이트상(4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃)이 생성되게 된다.

이때, 도 3에 나타내는 상기 (1)식의 반응 온도의 그래프, 도 4에 나타내는 상기 (2)식의 반응 온도의 그래프 및 도 5에 나타내는 상기 (3)식의 반응 온도의 그래프에 보여지는 바와 같이, 종축에 나타낸 CO₂ 가스의 분압이 높아진 경우에 있어서도, 보다 낮은 온도에서 상기 반응을 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 시멘트 원료에 있어서는, 상기 (1) 내지 (3)식으로 나타내는 반응이 발생하는 것에 더하여, 규석, 점토 등의 석회석 이외의 원료로부터 반입되는 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃이나 그 밖의 미량 성분이 광화제가 되어, 탄산칼슘의 열분해가 촉진되므로, 도 6에 보여지는 바와 같이, 탄산칼슘 단독인 경우와 비교하여, 열분해의 개시 온도 및 종료 온도 모두 저하된다. 또한, 도 6은 상기 시멘트 원료(feed)의 샘플 및 석회석(CaCO₃) 단독의 샘플을, 각각 일반적인 시멘트 제조 설비에 있어서의 가열 속도에 가까운 10K/sec의 속도로 가열하였을 때의 중량의 변화로부터, 상기 열분해의 추이를 확인한 것이다.

이상의 점에서, 본 발명에 따르면, 과열로에 있어서의 운전 온도(과열 온도)를 저하시켜도, 원하는 CO₂ 가스의 회수량을 확보할 수 있고, 따라서 설비의 열부하나 코팅 트러블 등을 저감시키는 것이 가능해진다.

또한, 혼합 하소로에 도입되는 하소 전의 시멘트 원료는, 통상의 시멘트 제조 프로세스와 마찬가지로 하여 시멘트 제조 설비에 있어서의 제1 프리 히터에 의해 예열되어 있는 동시에, 본 발명의 제2 형태 또는 제4 형태에 있어서의 다른 시멘트 원료는, 제2 프리 히터에 있어서 혼합 하소로로부터 배출되는 고온의 CO₂ 가스에 의해 예열되어 있다.

또한, 하소된 고온의 시멘트 원료의 일부를 혼합 하소로 및 과열로 사이에 있어서 순환 사용하고 있으므로, 혼합 하소로에 있어서 큰 열량을 확보할 수 있는 동시에, 기존의 시멘트 제조 설비에 대해 새로운 열에너지를 가하는 일 없이, 하소시에 발생되는 원료 기원의 CO₂를, 선택적으로 고농도로 회수할 수 있다.

또한, 특히 본 발명의 제2 형태 또는 제4 형태에 있어서는, CO₂ 가스가 발생할 때에 발생하는 열량을, 상기 다른 시멘트 원료의 예열에 이용함으로써, 혼합 하소로에 있어서의 열분해에 유효 활용할 수도 있다.

(2) 본 발명의 제5 내지 제13 형태

본 발명의 제5 형태는, 시멘트 원료를, 제1 프리 히터에 의해 예열한 후에, 내부가 고온 분위기로 유지된 시멘트 킬른에 공급하여 소성하여 시멘트 클링커를 제조하는 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 방법이며, 상기 제1 프리 히터로부터 뽑아낸 하소 전의 상기 시멘트 원료를 혼합 하소로에 공급하는 동시에, 상기 시멘트 킬른으로부터 배출된 고온의 상기 시멘트 클링커의 일부를 상기 혼합 하소로에 도입함으로써, 상기 혼합 하소로 내를 하소 온도 이상으로 유지하여 상기 하소 전의 상기 시멘트 원료를 하소한 후에, 적어도 상기 시멘트 원료를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 동시에, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 발생된 CO₂ 가스를 회수하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제6 형태는, 상기 제5 형태에 관한 회수 방법에 있어서, 상기 제1 프리 히터로부터 뽑아낸 하소 전의 상기 시멘트 원료와, 상기 제1 프리 히터로부터 독립되어 설치된 제2 프리 히터에 있어서 하소 전의 온도까지 예열된 다른 시멘트 원료를 상기 혼합 하소로에 공급하는 동시에, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 발생된 CO₂ 가스를 상기 제2 프리 히터의 열원으로서 이용한 후에 회수하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제7 형태는, 상기 제5 형태에 관한 회수 방법에 있어서, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 하소된 상기 시멘트 원료 및 상기 시멘트 클링커를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제8 형태는, 상기 제6 형태에 관한 회수 방법에 있어서, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 하소된 상기 시멘트 원료 및 상기 시멘트 클링커를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

이에 대해, 본 발명의 제9 형태는, 상기 제5 형태에 관한 회수 방법에 있어서, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 하소된 상기 시멘트 원료와 상기 시멘트 클링커를 분리하여, 상기 시멘트 원료를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제10 형태는, 상기 제6 형태에 관한 회수 방법에 있어서, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 하소된 상기 시멘트 원료와 상기 시멘트 클링커를 분리하여, 상기 시멘트 원료를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

계속해서, 본 발명의 제11 형태는, 시멘트 원료를 예열하는 제1 프리 히터와, 이 제1 프리 히터에 의해 예열된 상기 시멘트 원료를 소성하여 시멘트 클링커를 제조하는 시멘트 킬른을 구비한 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 설비이며, 상기 제1 프리 히터로부터 하소 전의 상기 시멘트 원료를 뽑아내는 발출 라인과, 이 발출 라인으로부터 뽑아내어진 상기 시멘트 원료 및 상기 시멘트 킬른으로부터 뽑아낸 고온의 상기 시멘트 클링커의 일부가 도입되어 당해 시멘트 원료를 하소하는 혼합 하소로와, 이 혼합 하소로에 있어서 하소된 상기 시멘트 원료 및 상기 시멘트 클링커를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 복귀 라인과, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 발생된 CO₂ 가스를 회수하는 CO₂ 배기 가스 라인을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제12 형태는, 시멘트 원료를 예열하는 제1 프리 히터와, 이 제1 프리 히터에 의해 예열된 상기 시멘트 원료를 소성하여 시멘트 클링커를 제조하는 시멘트 킬른을 구비한 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 설비이며, 상기 제1 프리 히터로부터 하소 전의 상기 시멘트 원료를 뽑아내는 발출 라인과, 이 발출 라인으로부터 뽑아내어진 상기 시멘트 원료 및 상기 시멘트 킬른으로부터 뽑아낸 고온의 상기 시멘트 클링커의 일부가 도입되어 당해 시멘트 원료를 하소하는 혼합 하소로와, 이 혼합 하소로에 있어서 하소된 상기 시멘트 원료 및 상기 시멘트 클링커를 분리하는 분리 수단과, 이 분리 수단에 있어서 분리된 상기 시멘트 원료를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 복귀 라인과, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 발생된 CO₂ 가스를 회수하는 CO₂ 배기 가스 라인을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고 본 발명의 제13 형태는, 상기 제11 형태 또는 상기 제12 형태에 관한 회수 설비에 있어서, 상기 제1 프리 히터로부터 독립되어 설치되어 다른 시멘트 원료를 예열하는 제2 프리 히터와, 이 제2 프리 히터에 의해 예열된 하소 전의 상기 다른 시멘트 원료를 상기 혼합 하소로에 공급하는 이송관을 구비하고, 또한 상기 혼합 하소로로부터의 상기 CO₂ 배기 가스 라인이, 상기 제2 프리 히터의 열원으로서 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제5 내지 제10 형태에 관한 회수 방법 및 본 발명의 제11 내지 제13 형태에 관한 회수 설비에 있어서는, 제1 프리 히터로부터 뽑아낸 하소 전의 시멘트 원료를 혼합 하소로에 공급하는 동시에, 시멘트 킬른으로부터 배출된 고온의 시멘트 클링커의 일부를 상기 혼합 하소로에 도입함으로써, 당해 혼합 하소로 내부가 하소 온도 이상으로 유지되고, 이 결과 하소 전의 상기 시멘트 원료가 하소된다. 또한, 본 발명의 제6, 제13 형태에 있어서는, 상기 시멘트 원료, 시멘트 클링커 및 제2 프리 히터에 있어서 하소 전의 온도까지 예열된 다른 시멘트 원료를 혼합 하소로에 있어서 혼합함으로써, 하소 전의 상기 시멘트 원료가 하소된다.

이 결과, 상기 혼합 하소로 내는, 시멘트 원료의 하소에 의해 발생된 CO₂ 가스로 채워져, 당해 CO₂ 가스 농도가 대략 100％로 된다. 이와 같이, 상기 회수 방법 또는 회수 설비에 따르면, 상기 혼합 하소로로부터 대략 100％의 농도의 CO₂ 가스를 회수할 수 있다.

또한, 특히 본 발명의 제6 형태 또는 제13 형태에 있어서는, 상기 혼합 하소로 내의 CO₂ 가스를, 제1 프리 히터로부터 독립된 제2 프리 히터로 보내 상기 다른 시멘트 원료의 예열에 이용한 후에, 그대로 배기 가스관으로부터 회수할 수 있으므로, 혼합 하소로로부터 배출된 상기 CO₂ 가스의 유효 이용을 도모할 수 있다.

이때, 상기 혼합 하소로 내부는, 100％에 가까운 고농도의 CO₂ 가스 분위기하로 되므로, 시멘트 원료의 하소 온도는 높아지지만, 시멘트 원료 중에는, 석회석(CaCO₃)과 함께 점토, 규석 및 산화철 원료, 즉 SiO₂, Al₂O₃ 및 Fe₂O₃이 포함되어 있다.

으로 나타내어지는 반응이 발생하고, 최종적으로 시멘트 클링커를 구성하는 규산 칼슘 화합물인 에라이트(3CaO·SiO₂) 및 베라이트(2CaO·SiO₂) 및 간극상인 알루미네이트상(3CaO·Al₂O₃) 및 페라이트상(4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃)이 생성되게 된다.

또한, 상기 시멘트 원료에 있어서는, 상기 (1) 내지 (3)식으로 나타내는 반응이 발생하는 것에 더하여, 규석, 점토 등의 석회석 이외의 원료로부터 반입되는 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃이나 그 밖의 미량 성분이 광화제가 되어, 탄산칼슘의 열분해가 촉진되므로, 도 6에 보여지는 바와 같이, 탄산칼슘 단독의 경우와 비교하여, 열분해의 개시 온도 및 종료 온도 모두 저하된다. 또한, 도 6은 상기 시멘트 원료(feed)의 샘플 및 석회석(CaCO₃) 단독의 샘플을, 각각 일반적인 시멘트 제조 설비에 있어서의 가열 속도에 가까운 10K/sec의 속도로 가열하였을 때의 중량의 변화로부터, 상기 열분해의 추이를 확인한 것이다.

또한, 혼합 하소로에 도입되는 하소 전의 시멘트 원료는, 통상의 시멘트 제조 프로세스와 마찬가지로 하여 시멘트 제조 설비에 있어서의 제1 프리 히터에 의해 예열되고, 또한 본 발명의 제6 형태에 있어서의 다른 시멘트 원료는, 혼합 하소로로부터 배출되는 CO₂ 가스를 가열 매체로 하는 제2 프리 히터에 의해 예열되어 있는 동시에, 상기 하소 전의 시멘트 원료를 하소시키기 위한 열원으로서, 시멘트 킬른으로부터 배출된 고온의 시멘트 클링커를 사용하고 있으므로, 당해 시멘트 원료를 하소하기 위한 부가적인 에너지를 필요로 하지 않게 된다.

또한, 본 발명의 제7 형태, 제8 형태 또는 제11 형태에 있어서는, 고온의 상기 시멘트 클링커의 일부를, 시멘트 킬른과 혼합 하소로 사이에서 순환시키고 있으므로, 혼합 하소로에 있어서 큰 열량을 확보할 수 있는 동시에, 기존의 시멘트 제조 설비에 대해 새로운 열에너지를 추가하는 일 없이, 하소시에 발생하는 원료 기원의 CO₂를, 선택적으로 고농도로 회수할 수 있다.

이에 대해, 본 발명의 제9 형태, 제10 형태 또는 제12 형태에 있어서는, 혼합 하소로로부터 배출된 하소 후의 시멘트 원료와 시멘트 클링커를 분리하여, 상기 시멘트 원료만을 제1 프리 히터 또는 시멘트 킬른으로 복귀시키고 있으므로, 상기 시멘트 클링커가 다시 소성 공정으로 보내져, 여분의 시멘트 킬른의 구동 전력 등을 소비하는 일이 없다.

(3) 본 발명의 제14 내지 제17 형태

본 발명의 제14 형태는, 시멘트 원료를, 프리 히터에 의해 예열한 후에, 내부가 고온 분위기로 유지된 시멘트 킬른에 공급하여 소성하는 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 방법이며, 상기 프리 히터로부터 뽑아낸 하소 전의 상기 시멘트 원료를, 외열식 하소로에 있어서 간접적으로 하소 온도 이상의 온도로 가열하여 상기 하소 전의 시멘트 원료를 하소한 후에, 하소된 상기 시멘트 원료와 상기 하소시에 발생된 CO₂ 가스를 분리하여, 상기 시멘트 원료를 상기 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 동시에, 상기 CO₂ 가스를 회수하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제15 형태는, 상기 제14 형태에 관한 회수 방법에 있어서, 상기 프리 히터로부터 뽑아낸 하소 전의 상기 시멘트 원료와, 상기 프리 히터로부터 독립되어 설치된 복수단의 사이클론을 갖는 제2 프리 히터에 있어서 하소 전의 온도까지 예열된 다른 시멘트 원료를, 상기 외열식 하소로에 있어서 간접적으로 하소 온도 이상의 온도로 가열하여 하소 전의 상기 시멘트 원료를 하소한 후에, 하소된 상기 시멘트 원료와 상기 하소시에 발생된 CO₂ 가스를 상기 사이클론에 의해 분리하여, 상기 CO₂ 가스를 상기 제2 프리 히터의 열원으로서 이용한 후에 회수하는 것을 특징으로 하는 것이다.

계속해서, 본 발명의 제16 형태는, 시멘트 원료를 예열하는 프리 히터와, 이 프리 히터에 의해 예열된 상기 시멘트 원료를 소성하는 시멘트 킬른을 구비한 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 설비이며, 상기 프리 히터로부터 하소 전의 상기 시멘트 원료를 뽑아내는 제1 발출 라인과, 이 제1 발출 라인이 내부에 도입되어 상기 시멘트 원료를 간접적으로 하소 온도 이상의 온도로 가열하여 하소하는 외열식 하소로와, 이 외열식 하소로의 출구측에 설치되어 상기 제1 발출 라인으로부터 보내져 오는 하소된 상기 시멘트 원료와 CO₂ 가스를 분리하는 고체-기체 분리 수단과, 이 고체-기체 분리 수단에 의해 분리된 상기 시멘트 원료를 상기 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 복귀 라인과, 상기 고체-기체 분리 수단에 의해 분리된 CO₂ 가스를 회수하는 CO₂ 가스의 회수 라인을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제17 형태는, 상기 제16 형태에 관한 회수 설비에 있어서, 상기 프리 히터로부터 독립되어 설치되어 다른 시멘트 원료를 예열하는 복수단의 사이클론을 구비한 제2 프리 히터와, 이 제2 프리 히터에 의해 예열된 상기 다른 시멘트 원료를 뽑아내는 제2 발출 라인과, 상기 외열식 하소로의 배출측과 상기 제2 프리 히터의 하단의 상기 사이클론 사이에 접속되는 동시에, 상단의 상기 사이클론의 배기 라인으로부터 분기되어 상기 외열식 하소로의 입구측에 접속된 순환 라인을 갖고, 또한 상기 고체-기체 분리 수단은, 상기 제2 프리 히터의 상기 하단의 사이클론인 동시에, 상기 제1 발출 라인 및 제2 발출 라인은, 상기 순환 라인의 상기 외열식 하소로의 상류측에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제14, 제15 형태에 관한 회수 방법 및 본 발명의 제16, 제17 형태에 관한 회수 설비에 있어서는, 제1 프리 히터로부터 뽑아낸 하소 전의 시멘트 원료를, 외열식 하소로로 보내, 간접적으로 하소 온도 이상의 온도로 가열함으로써, 하소 전의 상기 시멘트 원료가 하소된다.

또한, 본 발명의 제15, 제17 형태에 있어서는, 프리 히터에 의해 하소 전의 온도까지 예열된 시멘트 원료와 제2 프리 히터에 있어서 하소 전의 온도까지 예열된 다른 시멘트 원료를 순환 라인으로부터 외열 하소로로 보내, 마찬가지로 간접적으로 하소 온도 이상의 온도로 가열함으로써, 하소 전의 상기 시멘트 원료가 하소된다.

이 결과, 본 발명의 제14, 제16 형태에 있어서의 제1 발출 라인 또는 본 발명의 제15, 제17 형태에 있어서의 순환 라인은, 하소된 시멘트 원료 및 당해 시멘트 원료의 하소에 의해 발생된 CO₂ 가스로 채워져, 당해 CO₂ 가스 농도가 대략 100％로 된다. 그리고 고체-기체 분리 수단에 의해 하소된 시멘트 원료와 CO₂ 가스를 분리함으로써, 대략 100％의 농도의 CO₂ 가스를 회수할 수 있다.

또한, 특히 본 발명의 제15 형태에 있어서는, 상기 혼합 하소로 내의 CO₂ 가스를, 제1 프리 히터로부터 독립된 제2 프리 히터로 보내 시멘트 원료의 예열에 이용한 후에, 그대로 회수 라인으로부터 회수할 수 있다.

이때, 본 발명의 제14, 제16 형태에 있어서의 제1 발출 라인 또는 본 발명의 제15, 제17 형태에 있어서의 순환 라인 내부는, 100％에 가까운 고농도의 CO₂ 가스 분위기하로 되므로, 시멘트 원료의 하소 온도는 높아지지만, 시멘트 원료 중에는, 석회석(CaCO₃)과 함께 점토, 규석 및 산화철 원료, 즉 SiO₂, Al₂O₃ 및 Fe₂O₃이 포함되어 있다.

또한, 상기 시멘트 원료에 있어서는, 상기 (1) 내지 (3)식으로 나타내는 반응이 발생하는 것에 더하여, 규석, 점토 등의 석회석 이외의 원료로부터 반입되는 SiO₂, Al₂O₃ 및 Fe₂O₃이나 그 밖의 미량 성분이 광화제가 되어, 탄산칼슘의 열분해가 촉진되므로, 도 6에 보여지는 바와 같이, 탄산칼슘 단독의 경우와 비교하여, 열분해의 개시 온도 및 종료 온도 모두 저하된다. 또한, 도 6은 상기 시멘트 원료(feed)의 샘플 및 석회석(CaCO₃) 단독의 샘플을, 각각 일반적인 시멘트 제조 설비에 있어서의 가열 속도에 가까운 10K/sec의 속도로 가열하였을 때의 중량의 변화로부터, 상기 열분해의 추이를 확인한 것이다.

또한, 외열 하소로에 있어서 간접 가열되는 하소 전의 시멘트 원료는, 통상의 시멘트 제조 프로세스와 마찬가지로 하여 시멘트 제조 설비에 있어서의 제1 프리 히터에 의해 예열되고, 또한 본 발명의 제15 형태에 있어서의 다른 시멘트 원료는, 하소시에 발생되는 CO₂ 가스를 가열 매체로 하는 제2 프리 히터에 의해 예열되어 있으므로, 당해 시멘트 원료를 하소하기 위한 부가적인 에너지를 필요로 하지 않게 된다.

또한, 외열 하소로에 있어서의 간접 가열을 위한 열량은, 본래 시멘트 제조 설비의 하소로에 있어서 하소하기 위해 필요로 하는 열량과 동등하므로, 기존의 시멘트 제조 설비에 대해 새로운 열에너지를 가하는 일 없이, 하소시에 발생하는 원료 기원의 CO₂를, 선택적으로 대략 100％의 고농도로 회수할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 CO₂ 가스의 회수 설비의 제1 실시 형태를 도시하는 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명에 관한 CO₂ 가스의 회수 설비의 제2 실시 형태를 도시하는 개략 구성도이다.
도 3은 분위기 중 CO₂ 농도와 (1)식으로 나타낸 반응 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 분위기 중 CO₂ 농도와 (2)식으로 나타낸 반응 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 분위기 중 CO₂ 농도와 (3)식으로 나타낸 반응 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 CO₂ 분위기하에 있어서의 시멘트 원료와 석회석 단독의 소성 개시 온도 및 종료 온도의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 1에 도시한 CO₂의 회수 설비에 대해 행한 프로세스 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 관한 CO₂ 가스의 회수 설비의 제3 실시 형태를 도시하는 개략 구성도이다.
도 9는 도 8에 도시한 CO₂의 회수 설비에 대해 행한 프로세스 시뮬레이션의 결과를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명에 관한 CO₂ 가스의 회수 설비의 제4 실시 형태를 도시하는 개략 구성도이다.
도 11은 본 발명에 관한 CO₂ 가스의 회수 설비의 제5 실시 형태를 도시하는 개략 구성도이다.
도 12는 일반적인 시멘트 제조 설비를 도시하는 개략 구성도이다.
도 13은 분위기 중의 CO₂ 농도와 석회석의 하소 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.

(제1 실시 형태)

도 1은 본 발명에 관한 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비의 제1 실시 형태를 도시하는 것으로, 시멘트 제조 설비의 구성에 대해서는, 도 12에 도시한 것과 동일하므로, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 간략화한다.

도 1에 있어서, 부호 10은 시멘트 제조 설비의 프리 히터(제1 프리 히터)(3)와는 독립되어 설치된 제2 프리 히터이다.

이 제2 프리 히터(10)는, 상기 프리 히터(3)와 마찬가지로, 상하 방향으로 직렬적으로 배치된 복수단의 사이클론에 의해 구성되어 있고, 최상단의 사이클론에 공급 라인(11)으로부터 시멘트 원료가 공급되도록 되어 있다. 그리고 제2 프리 히터(10)의 최하단의 사이클론의 저부에는, 이송관(10a)의 상단부가 접속되는 동시에, 이 이송관(10a)의 하단부가 혼합 하소로(12)에 도입되어 있다.

한편, 상기 시멘트 제조 설비의 프리 히터(3)에 있어서는, 최하단의 사이클론으로부터 하소 전의 시멘트 원료를 뽑아내는 발출 라인(13)이 설치되고, 이 발출 라인(13)의 선단부가 제2 프리 히터(10)로부터의 이송관(10a)에 접속되어 있다. 이에 의해, 제2 프리 히터(10)로부터의 하소 전의 시멘트 원료와, 프리 히터(3)로부터의 하소 전의 시멘트 원료가, 혼합 하소로(12) 내에 도입되도록 되어 있다. 또한, 발출 라인(13)의 중간부에는, 도시되지 않는 하소율 조정용 분배 밸브를 통해 상기 시멘트 원료의 일부를 종래와 마찬가지로 로터리 킬른(1)의 가마 후미 부분(2)으로 공급하는 이송관(3a)이 접속되어 있다.

혼합 하소로(12)는, 예를 들어 유동상식(流動床式), 로터리 킬른식, 충전층식 등의 분체 혼합로이며, 그 저부에는, 혼합된 시멘트 원료를 뽑아내는 배출관(12a)이 접속되어 있다. 그리고 이 배출관(12a)은 분기되어, 한쪽이 과열 라인(14)으로 되어 과열로(15)에 접속되는 동시에, 다른 쪽이 복귀 라인(16)으로 되어 로터리 킬른(1)의 가마 후미 부분(2)에 접속되어 있다. 여기서, 배출관(12a)과 과열 라인(14) 및 복귀 라인(16)의 분기부에는, 도시되지 않는 분배 밸브가 개재 장착되어 있고, 본 실시 형태에 있어서는, 과열 라인(14)에의 유량이 복귀 라인(16)에의 유량보다 많아지도록(예를 들어, 유량비가 4:1) 설정되어 있다.

상기 과열로(15)는 내부로 보내져 오는 상기 시멘트 원료를, 클링커 쿨러(6)로부터의 추기(抽氣)를 연소용 공기로 하는 버너(17)의 연소에 의해 당해 시멘트 원료를 하소 온도 이상으로 과열하기 위한 것이다. 이 과열로(15)는, 기존의 하소로를 개조하여 사용하는 것도 가능하다. 그리고 이 과열로(15)의 배출측에는, 버너(17)에 있어서의 연소에 의해 발생된 배기 가스와 상기 시멘트 원료를 배기하는 배기관(18)과, 이 배기관(18)이 접속되어 배기 가스 중으로부터 시멘트 원료를 분리하는 사이클론(19)과, 이 사이클론(19)에서 분리된 상기 시멘트 원료를 다시 혼합 하소로(12)로 복귀시키는 복귀관(20)으로 이루어지는 순환 라인이 설치되어 있다.

한편, 사이클론(19)에 있어서 분리된 배기 가스를 배출하는 배기 가스관(21)은, 로터리 킬른(1)으로부터의 배기 가스관(3b)에 접속되어 있다. 또한, 상기 과열로(15) 내는, 1100℃ 정도의 고온으로 유지할 필요가 있는 것에 대해, 로터리 킬른(1)으로부터의 배기 가스는, 1100 내지 1200℃의 온도이므로, 당해 로터리 킬른(1)으로부터의 배기 가스의 전량 또는 일정량을, 과열로(15) 내에 도입하여, 다시 배기 가스관(21)으로부터 프리 히터(3)로 보내도록 하면, 상기 배기 가스를 유효 이용할 수 있다.

또한, 혼합 하소로(12)에는, 내부에서 생성된 CO₂ 가스를 배출하기 위한 CO₂ 배기관(22)이 접속되는 동시에, 이 CO₂ 배기관(22)이, 제2 프리 히터(10)에 있어서의 가열 매체로서 도입되어 있다. 또한, 도면 중 부호 23은 CO₂ 가스의 배기 팬이고, 부호 24는 CO₂ 가스의 배기 라인이다.

덧붙여 말하면, 혼합 하소로(12)로서, 유동상식인 것을 사용한 경우에는, 당해 혼합 하소로(12)로부터 배출된 CO₂ 가스를, CO₂ 배기관(22)이나 배기 라인(24)으로부터 뽑아내어, 다시 혼합 하소로(12)에 순환 공급하여 사용할 수도 있다.

(제2 실시 형태)

도 2는, 본 발명에 관한 CO₂ 가스의 회수 설비의 제2 실시 형태를 도시하는 것으로, 도 1에 도시한 것과 동일 구성 부분에 대해서는, 마찬가지로 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 간략화한다.

이 회수 설비는, 도 12에 도시한 기존의 시멘트 설비를 그대로 활용하는 동시에, 당해 시멘트 제조 설비에 상기 회수 설비를 증설한 것이다.

즉, 이 회수 설비에 있어서는, 프리 히터(3)의 하방으로부터 2단째의 사이클론으로부터 하소로(7)로 시멘트 원료를 보내는 이송관(3c)에, 상술한 시멘트 제조 설비의 프리 히터(3)로부터 혼합 하소로(12)로 시멘트 원료를 보내는 발출 라인(13)이 분기되어 있다. 이에 의해, 프리 히터(3)에 있어서 예열된 하소 전의 시멘트 원료가, 혼합 하소로(12)로 도입되도록 되어 있다.

다음에, 상기 제1 및 제2 실시 형태에 나타낸 CO₂ 가스의 회수 설비를 사용한 본 발명에 관한 CO₂ 가스의 회수 방법의 일 실시 형태에 대해 설명한다.

우선 시멘트 원료를, 공급관(4, 11)으로부터 각각 프리 히터(3), 제2 프리 히터(10)의 최상단의 사이클론에 공급한다.

그러면, 프리 히터(3)에 있어서는, 순차 하방의 사이클론으로 보내지는 과정에서, 종래와 마찬가지로 로터리 킬른(1)으로부터 배기 가스관(3b)을 통해 공급되는 배기 가스에 의해 예열된다. 그리고 하소 온도에 도달하기 전(예를 들어, 약 750℃)까지 예열된 상기 시멘트 원료가, 발출 라인(13)으로부터 혼합 하소로(12)로 공급되어 간다.

한편, 제2 프리 히터(10)에 공급된 시멘트 원료는, 후술하는 혼합 하소로(12)로부터 배출된 고농도이며 또한 고온의 CO₂ 가스에 의해 예열되고, 최종적으로 하소 온도에 도달하기 전(예를 들어, 약 750℃)까지 예열되어 혼합 하소로(12)로 공급되어 간다.

그리고 이 혼합 하소로(12)에 공급된 시멘트 원료는, 과열 라인(14)으로부터 과열로(15)로 보내지고, 여기서 버너(17)에 의해 하소 온도 이상(예를 들어, 약 1100℃)으로 과열된 후에, 배기관(18)으로부터 배출되어 사이클론(19)에 있어서 고체-기체 분리되고, 시멘트 원료에 대해서는 복귀관(20)으로부터 혼합 하소로(12)로 복귀된다.

이 결과, 혼합 하소로(12) 내에 있어서는, 과열된 시멘트 원료와, 이송관(10a) 및 발출 라인(13)으로부터 공급된 하소 전의 시멘트 원료가 혼합되어, 내부 분위기가 하소 온도 이상(예를 들어, 900℃)으로 유지되고, 이에 의해 하소 전의 시멘트 원료가 하소된다. 그리고 이 혼합 하소로(12)에 있어서 하소된 시멘트 원료의 대부분이, 다시 과열로(15)로 순환 공급된다. 한편, 혼합 하소로(12)에 있어서 하소된 시멘트 원료의 일부는, 복귀 라인(16)으로부터 로터리 킬른(1)의 가마 후미 부분(2)으로 복귀되어, 최종적으로 로터리 킬른(1) 내에서 소성된다.

한편, 과열로(15) 내에서 발생된 CO₂ 가스를 포함하는 배기 가스는, 배기 가스관(21)으로부터 로터리 킬른(1)의 배기 가스관(3b)으로 보내져, 로터리 킬른(1)으로부터의 배기 가스와 함께 프리 히터(3)의 열매체로서 이용된다.

이에 대해, 혼합 하소로(12) 내부는, 상기 시멘트 원료의 하소에 의해 발생된 CO₂에 의해 채워지므로, CO₂ 배기관(22)으로부터는 대략 100％의 농도의 고온의 CO₂ 가스가, 제2 프리 히터(10)에 있어서의 과열 매체로서 도입된다. 이 결과, CO₂ 가스의 배기 라인(24)으로부터, 원료 기원에 의한 대략 100％의 농도의 CO₂ 가스를 회수할 수 있다.

이와 같이, 상기 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법 및 회수 설비에 따르면, 과열로(15)에 있어서의 버너(17)의 열량은, 종래 하소로에 있어서 소비되고 있었던 열량에 상당하므로, 새로운 부가 에너지를 필요로 하는 일 없이, 상기 시멘트 설비에 있어서의 열원을 유효 활용하여, 당해 시멘트 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스 중 절반 이상을 차지하는 원료 기원에 의한 CO₂ 가스를, 100％에 가까운 높은 농도로 회수할 수 있다.

(실시예)

도 1에 도시한 시멘트 제조 설비 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비에 대해, 프로세스 시뮬레이션을 행하였다. 도 7은 그 결과를 나타내는 것이다.

여기서, 프로세스 시뮬레이션이라 함은, 주로 화학 공학 플랜트에 있어서의 복수의 단위 조작을 수학 모델화하여 플랜트 전체를 표현하고, 반복 계산에 의해 각소의 물질 유량, 온도, 압력 등을 산출하는 것이다.

본 실시예에 있어서는, 평형 계산 모델 외에, 유로를 소정의 비율로 분할하는 유량 분할 모델, 열류를 유로의 입출력의 온도차로 변환하는 히터 모델, 복수의 분할된 유로에 각 화학종을 설정한 비율로 할당하는 세퍼레이터 모델 등을 사용하여, 로터리 킬른(1), 프리 히터(3), 클링커 쿨러(6), 혼합 하소로(12), 과열로(15) 등을 모델화하였다.

이 모델화에 있어서, 제1 프리 히터(3)와 제2 프리 히터(10)의 각 사이클론에서의 열교환에서는 원료 온도와 배기 가스 온도가 동등해지는 것으로 한 것 외에, 집진 효율을 고려하였다. 또한, 최하단의 사이클론이나 혼합 하소로(12)에 있어서의 석회석의 열분해량은, 평형 계산을 기초로 결정되는 것으로 하였다. 또한, 과열로(15)의 연료량과 로터리 킬른(1)의 주 버너(5)의 연료량은, 각각 과열로(15)의 출구 온도와 로터리 킬른(1)의 출구의 클링커 온도가 소정의 온도로 되도록 조정하는 동시에, 과열로(15)나 주 버너(5)의 필요 공기량은, 각각 과열로(15)나 로터리 킬른(1)의 출구의 산소 농도가 소정의 값으로 되도록 결정하였다. 또한, 클링커 쿨러(6)의 열회수율을 일정하게 하였다.

이러한 해석 조건하에서, 혼합 하소로(12)에서 하소된 시멘트 원료를, 로터리 킬른에 1, 과열로(15)에 4의 비율로 할당한 바, 과열로(15)와 주 버너(5)에 공급된 연료의 열량원 단위는, 클링커 1㎏당 712kcal로, 일반적인 시멘트 제조 프로세스와 동등한 값으로 되었다.

또한, 제2 프리 히터(10)로부터는, CO₂가 100％의 농도로 회수되고, 그 양은 소성되는 클링커 1㎏당 0.234kg이며, 프리 히터(3)로부터 배출되는 CO₂를 포함한 전체 CO₂ 배출량의 29.2％에 상당한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 회수된 농도 100％의 CO₂를, 열원으로서 제2 프리 히터(10)에 있어서 유효 이용한 후에 회수할 수 있고, 따라서 시멘트 제조 설비로부터 배출되는 CO₂의 총 배출량을, 29.2％ 삭감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, CO₂ 농도가 낮으므로 유효 이용이 곤란한 프리 히터(3) 등으로부터 배출되는 연료 기원의 CO₂는, 클링커 1㎏당 0.566kg(농도 27.9％)으로, 통상의 시멘트 제조 프로세스로부터 배출되는 값과 비교하여 적어, 실질적인 CO₂의 배출량도 삭감되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

(제3 실시 형태)

도 8은 본 발명에 관한 시멘트 제조 설비 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비의 제3 실시 형태를 도시하는 개략 구성도이다.

도 8에 있어서, 부호 110은 시멘트 제조 설비의 프리 히터(제1 프리 히터)(103)와는 독립되어 설치된 제2 프리 히터이다.

이 제2 프리 히터(110)는, 상기 프리 히터(103)와 마찬가지로, 상하 방향으로 직렬적으로 배치된 복수단의 사이클론에 의해 구성되어 있고, 최상단의 사이클론에 공급 라인(111)으로부터 시멘트 원료가 공급되도록 되어 있다. 그리고 제2 프리 히터(110)의 최하단의 사이클론의 저부에는, 이송관(110a)의 상단부가 접속되는 동시에, 이 이송관(110a)의 하단부가 혼합 하소로(112)에 도입되어 있다.

한편, 상기 시멘트 제조 설비의 프리 히터(103)에 있어서는, 하방으로부터 2단째의 사이클론으로부터 하소로(107)로 시멘트 원료를 보내는 이송관(103c)에, 하소 전의 시멘트 원료를 뽑아내는 발출 라인(113)이 설치되고, 이 발출 라인(113)의 선단부가 혼합 하소로(112)에 도입되어 있다. 이에 의해, 제2 프리 히터(110)로부터의 하소 전의 시멘트 원료와, 프리 히터(103)로부터의 하소 전의 시멘트 원료가, 혼합 하소로(112) 내에 도입되도록 되어 있다. 또한, 이 혼합 하소로(112)에는, 로터리 킬른(101)으로부터 배출되어 시멘트 클링커 쿨러(106)로 보내지기 전의 고온(약 1400℃)의 시멘트 클링커의 일부를 뽑아내어 공급하기 위한 시멘트 클링커 공급 라인(114)이 접속되어 있다.

이 혼합 하소로(112)는, 상기 하소 전의 시멘트 원료와 고온의 시멘트 클링커를 혼합하는, 예를 들어 유동상식, 로터리 킬른식, 충전층식 등의 분체 혼합로이며, 시멘트 클링커 공급 라인(114)으로부터 보내져 오는 고온의 시멘트 클링커에 의해 내부가 시멘트 원료의 하소 온도 이상의 온도 분위기하로 유지되도록 되어 있다.

한편, 혼합 하소로(112)의 저부에는, 당해 혼합 하소로 내에 있어서 하소된 시멘트 원료와 시멘트 클링커의 혼합 분체를 뽑아내어, 상기 최하단의 사이클론으로부터 로터리 킬른(101)으로의 이송관(103a)으로 복귀시키는 순환 라인(115)이 접속되어 있다.

또한, 혼합 하소로(112)의 상부에는, 내부에서 생성된 CO₂ 가스를 배출하기 위한 CO₂ 배기 가스 라인(116)이 접속되는 동시에, 이 CO₂ 배기 가스 라인(116)이, 제2 프리 히터(110)에 있어서의 가열 매체로서 도입되어 있다. 또한, 도면 중 부호 117은 CO₂ 가스의 배기 팬이고, 부호 118은 CO₂ 가스의 배기 라인이다.

덧붙여 말하면, 혼합 하소로(112)로서, 유동상식인 것을 사용한 경우에는, 당해 혼합 하소로(112)로부터 배출된 CO₂ 가스를, CO₂ 배기 가스 라인(116)이나 배기 라인(118)으로부터 뽑아내어, 다시 혼합 하소로(112)로 순환 공급하여 사용할 수도 있다.

다음에, 상기 구성으로 이루어지는 CO₂ 가스의 회수 설비를 사용한 본 발명에 관한 CO₂ 가스의 회수 방법의 일 실시 형태에 대해 설명한다.

우선 시멘트 원료를, 공급관(104, 111)으로부터 각각 프리 히터(103), 제2 프리 히터(110)의 최상단의 사이클론에 공급한다.

그러면, 프리 히터(103)에 있어서는, 순차 하방의 사이클론으로 보내지는 과정에서, 종래와 마찬가지로 로터리 킬른(101)으로부터 배기 가스관(103b)을 통해 공급되는 배기 가스에 의해 예열된다. 그리고 하방으로부터 2단째의 사이클론으로부터 하소로(107)로 보내지기 전의 시멘트 원료, 즉 하소 온도에 도달하기 전(예를 들어, 약 750℃)까지 예열된 상기 시멘트 원료가, 발출 라인(113)으로부터 혼합 하소로(112)로 공급되어 간다.

한편, 제2 프리 히터(110)에 공급된 시멘트 원료는, 후술하는 혼합 하소로(112)로부터 CO₂ 배기 가스 라인(116)을 통해 배출된 고농도이며 또한 고온의 CO₂ 가스에 의해 예열되고, 최종적으로 하소 온도에 도달하기 전(예를 들어, 약 750℃)까지 예열되어 혼합 하소로(112)로 공급되어 간다.

또한, 이 혼합 하소로(112)에는, 시멘트 클링커 공급 라인(114)으로부터 고온(약 1400℃)의 시멘트 클링커의 일부가 보내져 온다. 이에 의해, 당해 혼합 하소로(112) 내에 있어서, 상기 시멘트 원료와 시멘트 클링커가 혼합되어 하소 온도 이상(예를 들어, 900℃)으로 유지되어, 하소 전의 시멘트 원료가 하소된다.

그리고 혼합 하소로(112)에 있어서 하소된 시멘트 원료 및 시멘트 클링커는, 순환 라인(115)을 통해 프리 히터(103)의 이송관(103a)으로부터 로터리 킬른(101)의 가마 후미 부분(102)으로 공급되어 간다.

한편, 혼합 하소로(112) 내는, 상기 시멘트 원료의 하소에 의해 발생된 CO₂에 의해 채워지므로, CO₂ 배기 가스 라인(116)으로부터는, 대략 100％의 농도의 고온의 CO₂ 가스가, 제2 프리 히터(110)에 있어서의 가열 매체로서 도입된다. 이 결과, CO₂ 가스의 배기 라인(118)으로부터, 원료 기원에 의한 대략 100％의 농도의 CO₂ 가스를 회수할 수 있다.

이와 같이, 상기 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법 및 회수 설비에 따르면, 새로운 부가 에너지를 필요로 하는 일 없이, 상기 시멘트 설비에 있어서의 열원을 유효 활용하여, 당해 시멘트 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스 중 절반 이상을 차지하는 원료 기원에 의한 CO₂ 가스를, 100％에 가까운 높은 농도로 회수할 수 있다.

(실시예)

도 8에 도시한 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비에 대해, 프로세스 시뮬레이션을 행하였다. 도 9는 그 결과를 나타내는 것이다.

본 실시예에 있어서는, 평형 계산 모델 외에, 유로를 소정의 비율로 분할하는 유량 분할 모델, 열류를 유로의 입출력의 온도차로 변환하는 히터 모델, 복수의 분할된 유로에 각 화학종을 설정한 비율로 할당하는 세퍼레이터 모델 등을 사용하여, 로터리 킬른(101), 프리 히터(103), 클링커 쿨러(106), 하소로(107), 혼합 하소로(112) 등을 모델화하였다.

이 모델화에 있어서, 제1 프리 히터(103) 및 제2 프리 히터(110) 등의 각 사이클론에서의 열교환에서는 원료 온도와 배기 가스 온도가 동등해지는 것으로 하는 것 외에, 집진 효율을 고려하였다. 또한, 최하단의 사이클론이나 하소로(107), 혼합 하소로(112)에 있어서의 석회석의 열분해량은, 평형 계산을 기초로 결정되는 것으로 하였다. 또한, 하소로(107)의 연료량과 로터리 킬른(101)의 주 버너(105)의 연료량은, 각각 하소로(107)의 출구 온도와 로터리 킬른(101)의 출구의 클링커 온도가 소정의 온도로 되도록 조정하는 동시에, 하소로(107)나 주 버너(105)의 필요 공기량은, 각각 하소로(107)나 로터리 킬른(101)의 출구의 산소 농도가 소정의 값으로 되도록 결정하였다. 또한, 클링커 쿨러(106)의 열회수율을 일정하게 하였다.

이러한 해석 조건하에서, 로터리 킬른(101)에 있어서 시멘트 원료가 소성됨으로써 얻어진 시멘트 클링커를, 클링커 쿨러(106)에 4할, 혼합 하소로(112)에 106할로 할당하여 상기 시멘트 제조 설비에 있어서의 시멘트의 제조를 행한 바, 하소로(107)와 주 버너(105)에 공급된 연료의 열량원 단위는, 클링커 1㎏당 682kcal로, 일반적인 시멘트 제조 프로세스와 동등한 값으로 되었다.

또한, 제2 프리 히터(110)로부터는, CO₂가 100％의 농도로 회수되고, 그 양은 소성되는 클링커 1㎏당 0.188kg이며, 프리 히터(103)로부터 배출되는 CO₂를 포함한 전체 CO₂ 배출량의 24.0％에 상당한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 회수된 농도 100％의 CO₂를, 제2 프리 히터(110)에 있어서 유효 이용한 후에 회수할 수 있고, 따라서 시멘트 제조 설비로부터 배출되는 CO₂의 총 배출량을, 24.0％ 삭감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, CO₂ 농도가 낮으므로 유효 이용이 곤란한 프리 히터(103) 등으로부터 배출되는 연료 기원의 CO₂는, 클링커 1㎏당 0.593kg(농도 31.4％)으로, 통상의 시멘트 제조 프로세스로부터 배출되는 값과 비교하여 적어, 실질적인 CO₂의 배출량도 삭감되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

(제4 실시 형태)

도 10은 본 발명에 관한 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비의 제4 실시 형태를 도시하는 것으로, 도 8에 도시한 것과 동일 구성 부분에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 간략화한다.

이 회수 설비가, 도 8에 도시한 것과 다른 점은, 혼합 하소로(112)의 저부에 접속된 배출관(112a)의 하방에, 배출된 시멘트 원료와 시멘트 클링커를, 서로의 입도의 차이에 따라 분리하는 스크린 등의 분급(分級) 장치(분리 수단)(120)가 설치되어 있는 것에 있다.

그리고 이 분급 장치(120)에 의해 분리된 시멘트 클링커는, 복귀 라인(121)으로부터 시멘트 클링커 쿨러(106) 내로 공급되는 동시에, 하소 후의 시멘트 원료는, 복귀 라인(122)을 통해 프리 히터(103)에 있어서의 최하단의 사이클론으로부터 로터리 킬른(101)의 가마 후미 부분(102)으로의 이송관(103a)으로 복귀되도록 되어 있다.

상기 구성으로 이루어지는 회수 설비에 있어서는, 혼합 하소로(112)에 있어서 하소되어 배출관(112a)으로부터 뽑아내어진 하소 후의 시멘트 원료와 시멘트 클링커의 혼합 분체가, 분급 장치(120)에 있어서 개략 분리되어, 시멘트 클링커에 대해서는 복귀 라인(121)으로부터 시멘트 클링커 쿨러(106) 내로 공급되는 동시에, 하소된 시멘트 원료에 대해서는, 복귀 라인(122)에 의해 프리 히터(103)에 있어서의 최하단의 사이클론으로부터 로터리 킬른(101)의 가마 후미 부분(102)으로의 이송관(103a)으로 복귀되어, 최종적으로 로터리 킬른(101) 내에서 소성된다.

이로 인해, 단순히 시멘트 킬른(101)으로부터 뽑아낸 시멘트 클링커의 일부만으로, 혼합 하소로(112)에 있어서의 시멘트 원료의 하소에 충분한 열량을 얻을 수 있는 경우에는, 상기 시멘트 클링커가 다시 소성 공정으로 보내져, 여분의 로터리 킬른(101)의 구동 전력 등을 소비하는 일이 없다고 하는 이점이 있다.

(제5 실시 형태)

도 11은 본 발명에 관한 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비의 제5 실시 형태를 도시하는 개략 구성도이다.

도 11에 있어서, 부호 210은 시멘트 제조 설비의 프리 히터(제1 프리 히터)(203)와는 독립되어 설치된 제2 프리 히터이다.

이 제2 프리 히터(210)는, 상기 프리 히터(203)와 마찬가지로, 상하 방향으로 직렬적으로 배치된 복수단(도면에서는 4단)의 사이클론(210a 내지 210d)에 의해 구성되어 있고, 최상단의 사이클론(210a)에 공급 라인(211)으로부터 시멘트 원료가 공급되도록 되어 있다.

또한, 이 제2 프리 히터(210)에 인접하여, 외열 하소로(212)가 설치되어 있다.

이 외열 하소로(212)는, 석탄 등의 화석 연료를 연소시키는 버너(213)가 설치되는 동시에, 클링커 쿨러(206)로부터의 추기가 급기관(214)으로부터 연소용 공기로서 도입됨으로써, 내부를 대략 1100℃로 가열하는 것으로, 이 외열 하소로(212) 내에는 열교환 튜브(212a)가 배치되어 있다. 그리고 이 외열 하소로(212)와 제2 프리 히터(210) 사이에는, 순환 라인(215)이 배관되어 있다.

이 순환 라인(215)은, 열교환 튜브(212a)의 배출측과 제2 프리 히터(210)의 최하단의 사이클론(고체-기체 분리 수단)(210d)의 유체 도입구 사이에 배관되는 동시에, 제2 프리 히터(210)의 최상단의 사이클론(210a)의 배기 라인(회수 라인)(216)으로부터 분기되어, 외열 하소로(212)의 열교환 튜브(212a)의 입구측에 접속되어 있다. 여기서, 상기 순환 라인(215)은, 열교환 튜브(212a)의 배출측과 제2 프리 히터(210)에 있어서의 다른 사이클론(210c, 210b 또는 210a)의 유체 도입구 사이에 배관하는 것도 가능하다. 또한, 도면 중 부호 217은, 배기 라인(216)에 설치된 CO₂ 가스의 배기 팬이다.

그리고 상기 시멘트 제조 설비의 프리 히터(203)에 있어서는, 최하단의 사이클론으로부터 하소 전의 시멘트 원료를 뽑아내는 제1 발출 라인(218)이 설치되고, 이 제1 발출 라인(218)의 선단부가 순환 라인(215)의 외열 하소로(212)로의 입구측에 접속되어 있다. 또한, 제2 프리 히터(210)에 있어서는, 하방으로부터 2단째의 사이클론(210c)으로부터 하소 전의 다른 시멘트 원료를 뽑아내는 제2 발출 라인(219)이 설치되고, 그 선단부도 마찬가지로 순환 라인(215)의 외열 하소로(212)로의 입구측에 접속되어 있다.

또한, 순환 라인(215)에 있어서의 제1 및 제2 발출 라인(218, 219)의 접속부의 상류측에는, CO₂ 순환 팬(220)이 설치되어 있다.

한편, 제2 프리 히터(210)의 최하단의 사이클론(210d)의 저부에는, 당해 사이클론(210d)에 있어서 고체-기체 분리되어 배출된 하소 후의 시멘트 원료를 로터리 킬른(201)의 가마 후미 부분(202)으로 보내는 이송관(복귀 라인)(221)이 설치되어 있다.

또한, 외열 하소로(212)의 상부에는, 버너(213)에 있어서의 연소에 의해 발생된 배기 가스를 배기하기 위한 배기 가스관(222)이 설치되는 동시에, 이 배기 가스관(222)이 로터리 킬른(201)으로부터의 배기 가스관(203b)에 접속되어, 배기된 고온의 배기 가스가 프리 히터(203)의 열원의 일부로서 이용되도록 되어 있다.

또한, 상기 외열 하소로(212) 내는, 1100℃ 정도의 고온으로 유지할 필요가 있는 것에 대해, 로터리 킬른(201)으로부터의 배기 가스는, 1100 내지 1200℃의 온도이므로, 당해 로터리 킬른(201)으로부터의 배기 가스의 전량 또는 일정량을, 배기 가스관(203b)으로 흘리지 않고, 직접 외열 하소로(212) 내에 도입하여, 다시 배기 가스관(222)으로부터 프리 히터(203)로 보내도록 하면, 상기 배기 가스를 유효 이용할 수 있다.

우선 시멘트 원료를, 공급관(204, 211)으로부터 각각 프리 히터(203)의 최상단의 사이클론 및 제2 프리 히터(210)의 최상단의 사이클론(210a)에 공급한다.

그러면, 프리 히터(203)에 있어서는, 순차 하방의 사이클론으로 보내지는 과정에서, 종래와 마찬가지로 로터리 킬른(201)으로부터 배기 가스관(203b)을 통해 공급되는 배기 가스에 의해 예열된다. 그리고 최하단의 사이클론에 있어서 하소 온도에 도달하기 전(예를 들어, 약 750℃)까지 예열된 상기 시멘트 원료가, 제1 발출 라인(218)으로부터 순환 라인(215)으로 공급되어 간다.

한편, 제2 프리 히터(210)에 공급된 시멘트 원료는, 후술하는 순환 라인(215)으로부터 배출된 고농도이며 또한 고온의 CO₂ 가스에 의해 예열되고, 하방으로부터 2단째의 사이클론(210c)에 있어서, 하소 온도에 도달하기 전(예를 들어, 약 750℃)까지 예열되어, 제2 발출 라인(219)으로부터 마찬가지로 순환 라인(215)으로 공급되어 간다.

그리고 이들 제1 및 제2 발출 라인(218, 219)으로부터 순환 라인(215)으로 공급된 하소 전의 시멘트 원료는, 외열 하소로(212) 내의 열교환 튜브(212a)로 보내지고, 이 외열 하소로(212) 내에 있어서 버너(213)의 연소에 의해 약 900℃로 가열된다. 이 결과, 하소 전의 상기 시멘트 원료가 하소되는 동시에, 이것에 수반하여 CO₂ 가스가 발생함으로써, 열교환 튜브(212a) 내는 하소된 시멘트 원료와 고농도의 CO₂ 가스에 의해 채워진다.

계속해서, 외열 하소로(212) 내의 열교환 튜브(212a)로부터 순환 라인(215)을 통해 배출된 하소 후의 시멘트 원료 및 고농도의 CO₂ 가스는, 제2 프리 히터(210)의 최하단의 사이클론(210d)으로 보내져 고체-기체 분리된다. 그리고 이 사이클론(210d)에 있어서 분리된 하소 후의 시멘트 원료는, 이송관(221)으로부터 로터리 킬른(201)의 가마 후미 부분(202)으로 공급되고, 최종적으로 로터리 킬른(201) 내에 있어서 소성된다.

이에 대해, 사이클론(210d)에 있어서 분리된 고농도의 CO₂ 가스는, 제2 프리 히터(210)에 있어서의 배기 라인(216)을 상승하여, 제2 프리 히터(210)에 있어서의 열매체로서 이용된 후에, 그 일부가 CO₂ 순환 팬(220)의 흡인에 의해, 다시 순환 라인(215)으로부터 외열 하소로(212) 내의 열교환 튜브(212a)로 순환된다. 이에 의해, 순환 라인(215) 중의 하소된 시멘트 원료를 용이하게 반송할 수 있는 동시에, 당해 시멘트 원료를 분산시켜, 한층 하소되기 쉽게 할 수도 있다. 그리고 대략 100％의 농도의 CO₂ 가스는, CO₂ 가스의 배기 팬(217)에 의해 배기 라인(216)으로부터 회수된다.

1 : 로터리 킬른(시멘트 킬른)
3 : 프리 히터(제1 프리 히터)
10 : 제2 프리 히터
10a : 이송관
12 : 혼합 하소로
13 : 발출 라인
14 : 과열 라인
15 : 과열로
16 : 복귀 라인
18 : 배기관
19 : 사이클론
20 : 복귀관
22 : CO₂ 가스 배기관
101 : 로터리 킬른(시멘트 킬른)
103 : 프리 히터(제1 프리 히터)
110 : 제2 프리 히터
110a : 이송관
112 : 혼합 하소로
112a : 배출관
113 : 발출 라인
114 : 시멘트 클링커 공급 라인
115 : 순환 라인
116 : CO₂ 배기 가스 라인
120 : 분급 장치(분리 수단)
121 : 시멘트 클링커의 복귀 라인
122 : 시멘트 원료의 복귀 라인
201 : 로터리 킬른(시멘트 킬른)
203 : 프리 히터(제1 프리 히터)
210 : 제2 프리 히터
210d : 최하단의 사이클론(고체-기체 분리 수단)
212 : 외열 하소로
212a : 열교환 튜브
215 : 순환 라인
216 : CO₂의 배기 라인(회수 라인)
218 : 제1 발출 라인
219 : 제2 발출 라인
221 : 이송관(복귀 라인)

Claims

시멘트 원료를, 제1 프리 히터에 의해 예열한 후에, 내부가 고온 분위기로 유지된 시멘트 킬른에 공급하여 소성하는 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 방법이며,
상기 제1 프리 히터로부터 뽑아내어진 하소 전의 상기 시멘트 원료를, 과열로에 있어서 하소 온도 이상으로 과열한 후에, 혼합 하소로에 공급하여 상기 제1 프리 히터로부터 뽑아내어져 당해 혼합 하소로에 공급되는 새로운 하소 전의 상기 시멘트 원료와 혼합함으로써, 당해 혼합 하소로 내를 하소 온도 이상으로 유지하여 상기 하소 전의 상기 시멘트 원료를 하소한 후에, 하소된 상기 시멘트 원료를 다시 상기 과열로로 복귀시켜 상기 혼합 하소로로 순환시키는 공정을 반복함으로써, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 발생된 CO₂ 가스를 회수하는 동시에, 하소된 상기 시멘트 원료의 일부를, 상기 시멘트 킬른에 공급하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 프리 히터로부터 뽑아내어진 하소 전의 상기 시멘트 원료와, 상기 제1 프리 히터로부터 독립된 제2 프리 히터에 의해 예열된 하소 전의 다른 시멘트 원료를, 상기 혼합 하소로에 공급하는 동시에, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 발생된 CO₂ 가스를 상기 제2 프리 히터의 열원으로서 이용한 후에 회수하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법.
시멘트 원료를 예열하는 제1 프리 히터와, 이 제1 프리 히터에 의해 예열된 상기 시멘트 원료를 소성하는 시멘트 킬른을 구비한 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 설비이며,
상기 제1 프리 히터로부터 하소 전의 상기 시멘트 원료를 뽑아내는 발출 라인과, 이 발출 라인으로부터 뽑아내어진 상기 시멘트 원료가 도입되는 혼합 하소로와, 이 혼합 하소로로부터 공급되는 상기 시멘트 원료를 하소 온도 이상으로 과열하는 과열로와, 이 과열로에서 과열된 상기 시멘트 원료를 상기 혼합 하소로로 복귀시키는 동시에 상기 혼합 하소로 내의 상기 시멘트 원료를 상기 과열로로 보내는 순환 라인과, 하소된 상기 시멘트 원료의 일부를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 복귀 라인과, 상기 혼합 하소로 내에서 발생된 CO₂ 가스를 회수하는 CO₂ 가스 배기관을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비.
제3항에 있어서, 상기 제1 프리 히터로부터 독립되어 설치되어 다른 시멘트 원료를 예열하는 제2 프리 히터와, 이 제2 프리 히터에 의해 예열된 하소 전의 상기 다른 시멘트 원료를 상기 혼합 하소로에 공급하는 이송관을 구비하고, 또한 상기 혼합 하소로로부터의 상기 CO₂ 가스 배기관이, 상기 제2 프리 히터의 열원으로서 도입되어 있는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비.
시멘트 원료를, 제1 프리 히터에 의해 예열한 후에, 내부가 고온 분위기로 유지된 시멘트 킬른에 공급하여 소성하여 시멘트 클링커를 제조하는 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 방법이며,
상기 제1 프리 히터로부터 뽑아낸 하소 전의 상기 시멘트 원료를 혼합 하소로에 공급하는 동시에, 상기 시멘트 킬른으로부터 배출된 고온의 상기 시멘트 클링커의 일부를 상기 혼합 하소로에 도입함으로써, 상기 혼합 하소로 내를 하소 온도 이상으로 유지하여 상기 하소 전의 상기 시멘트 원료를 하소한 후에, 적어도 상기 시멘트 원료를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 동시에, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 발생된 CO₂ 가스를 회수하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법.
제5항에 있어서, 상기 제1 프리 히터로부터 뽑아낸 하소 전의 상기 시멘트 원료와, 상기 제1 프리 히터로부터 독립되어 설치된 제2 프리 히터에 있어서 하소 전의 온도까지 예열된 다른 시멘트 원료를 상기 혼합 하소로에 공급하는 동시에, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 발생된 CO₂ 가스를 상기 제2 프리 히터의 열원으로서 이용한 후에 회수하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법.
제5항에 있어서, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 하소된 상기 시멘트 원료 및 상기 시멘트 클링커를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법.
제6항에 있어서, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 하소된 상기 시멘트 원료 및 상기 시멘트 클링커를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법.
제5항에 있어서, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 하소된 상기 시멘트 원료와 상기 시멘트 클링커를 분리하여, 상기 시멘트 원료를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법.
제6항에 있어서, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 하소된 상기 시멘트 원료와 상기 시멘트 클링커를 분리하여, 상기 시멘트 원료를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법.
시멘트 원료를 예열하는 제1 프리 히터와, 이 제1 프리 히터에 의해 예열된 상기 시멘트 원료를 소성하여 시멘트 클링커를 제조하는 시멘트 킬른을 구비한 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 설비이며,
상기 제1 프리 히터로부터 하소 전의 상기 시멘트 원료를 뽑아내는 발출 라인과, 이 발출 라인으로부터 뽑아내어진 상기 시멘트 원료 및 상기 시멘트 킬른으로부터 뽑아낸 고온의 상기 시멘트 클링커의 일부가 도입되어 당해 시멘트 원료를 하소하는 혼합 하소로와, 이 혼합 하소로에 있어서 하소된 상기 시멘트 원료 및 상기 시멘트 클링커를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 복귀 라인과, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 발생된 CO₂ 가스를 회수하는 CO₂ 배기 가스 라인을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비.
시멘트 원료를 예열하는 제1 프리 히터와, 이 제1 프리 히터에 의해 예열된 상기 시멘트 원료를 소성하여 시멘트 클링커를 제조하는 시멘트 킬른을 구비한 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 설비이며,
상기 제1 프리 히터로부터 하소 전의 상기 시멘트 원료를 뽑아내는 발출 라인과, 이 발출 라인으로부터 뽑아내어진 상기 시멘트 원료 및 상기 시멘트 킬른으로부터 뽑아낸 고온의 상기 시멘트 클링커의 일부가 도입되어 당해 시멘트 원료를 하소하는 혼합 하소로와, 이 혼합 하소로에 있어서 하소된 상기 시멘트 원료 및 상기 시멘트 클링커를 분리하는 분리 수단과, 이 분리 수단에 있어서 분리된 상기 시멘트 원료를 상기 제1 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 복귀 라인과, 상기 혼합 하소로 내에 있어서 발생된 CO₂ 가스를 회수하는 CO₂ 배기 가스 라인을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 제1 프리 히터로부터 독립되어 설치되어 다른 시멘트 원료를 예열하는 제2 프리 히터와, 이 제2 프리 히터에 의해 예열된 하소 전의 상기 다른 시멘트 원료를 상기 혼합 하소로에 공급하는 이송관을 구비하고, 또한 상기 혼합 하소로로부터의 상기 CO₂ 배기 가스 라인이, 상기 제2 프리 히터의 열원으로서 도입되어 있는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비.
시멘트 원료를, 프리 히터에 의해 예열한 후에, 내부가 고온 분위기로 유지된 시멘트 킬른에 공급하여 소성하는 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 방법이며,
상기 프리 히터로부터 뽑아낸 하소 전의 상기 시멘트 원료를, 외열식 하소로에 있어서 간접적으로 하소 온도 이상의 온도로 가열하여 상기 하소 전의 시멘트 원료를 하소한 후에, 하소된 상기 시멘트 원료와 상기 하소시에 발생된 CO₂ 가스를 분리하여, 상기 시멘트 원료를 상기 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 동시에, 상기 CO₂ 가스를 회수하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법.
제14항에 있어서, 상기 프리 히터로부터 뽑아낸 하소 전의 상기 시멘트 원료와, 상기 프리 히터로부터 독립되어 설치된 복수단의 사이클론을 갖는 제2 프리 히터에 있어서 하소 전의 온도까지 예열된 다른 시멘트 원료를, 상기 외열식 하소로에 있어서 간접적으로 하소 온도 이상의 온도로 가열하여 하소 전의 상기 시멘트 원료를 하소한 후에, 하소된 상기 시멘트 원료와 상기 하소시에 발생된 CO₂ 가스를 상기 사이클론에 의해 분리하여, 상기 CO₂ 가스를 상기 제2 프리 히터의 열원으로서 이용한 후에 회수하는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 방법.
시멘트 원료를 예열하는 프리 히터와, 이 프리 히터에 의해 예열된 상기 시멘트 원료를 소성하는 시멘트 킬른을 구비한 시멘트 제조 설비에 있어서 발생되는 CO₂ 가스를 회수하기 위한 설비이며,
상기 프리 히터로부터 하소 전의 상기 시멘트 원료를 뽑아내는 제1 발출 라인과, 이 제1 발출 라인이 내부로 도입되어 상기 시멘트 원료를 간접적으로 하소 온도 이상의 온도로 가열하여 하소하는 외열식 하소로와, 이 외열식 하소로의 출구측에 설치되어 상기 제1 발출 라인으로부터 보내져 오는 하소된 상기 시멘트 원료와 CO₂ 가스를 분리하는 고체-기체 분리 수단과, 이 고체-기체 분리 수단에 의해 분리된 상기 시멘트 원료를 상기 프리 히터 또는 상기 시멘트 킬른으로 복귀시키는 복귀 라인과, 상기 고체-기체 분리 수단에 의해 분리된 CO₂ 가스를 회수하는 CO₂ 가스의 회수 라인을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비.
제16항에 있어서, 상기 프리 히터로부터 독립되어 설치되어 다른 시멘트 원료를 예열하는 복수단의 사이클론을 구비한 제2 프리 히터와, 이 제2 프리 히터에 의해 예열된 상기 다른 시멘트 원료를 뽑아내는 제2 발출 라인과, 상기 외열식 하소로의 배출측과 상기 제2 프리 히터의 하단의 상기 사이클론 사이에 접속되는 동시에, 상단의 상기 사이클론의 배기 라인으로부터 분기되어 상기 외열식 하소로의 입구측에 접속된 순환 라인을 갖고,
또한 상기 고체-기체 분리 수단은, 상기 제2 프리 히터의 상기 하단의 사이클론인 동시에, 상기 제1 발출 라인 및 제2 발출 라인은, 상기 순환 라인의 상기 외열식 하소로의 상류측에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비.