KR20120102041A

KR20120102041A - 혼합 하소로

Info

Publication number: KR20120102041A
Application number: KR1020127009704A
Authority: KR
Inventors: 히로까즈 시마; 나오히로 히구찌; 요시노리 다까야마; 다꾸야 고마쯔; 준주 왕
Original assignee: 미츠비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-09-17
Also published as: CA2778275A1; WO2011058693A1; AU2010317363A1; CN102597677B; AU2010317363B2; CA2965298C; AU2014203245B2; KR101747464B1; EP2503273A1; CA2778275C; EP3081889B1; CA2965298A1; CN102597677A; EP3081889A1; AU2014203245A1; EP2503273A4; EP2503273B1; US20120171633A1

Abstract

본 발명의 과제는, 피하소물에 과열 하소물을 혼합하여 하소할 때에 발생하는 CO₂ 가스를, 유동층형 또는 분류층형에 의해 높은 농도로 분리하여 회수하는 것이 가능해지는 혼합 하소로를 제공하는 것이다. 본 발명은 피하소물에 과열 하소물을 혼합하여 하소 반응을 일으키는 혼합 하소로(12)에 있어서, 유동층형 또는 분류층형인 동시에, 상기 피하소물을 공급하는 복수의 공급 라인(25)을 구비하고 있다. 또한, 본 발명은 열매체의 입자 직경이 시멘트 원료보다도 큰 경우라도, 유동화 또는 분류화를 용이하게 행하여, 시멘트 제조 설비에 있어서 발생하는 CO₂ 가스를 높은 농도로 분리하여 회수하는 것이 가능해지는 혼합 하소로를 제공한다.

Description

혼합 하소로{MIXING／CALCINING FURNACE}

본 발명은 피하소물에 과열 하소물을 혼합하여 하소할 때에 발생하는, 혹은 시멘트 제조 설비에 있어서 주로 시멘트 원료의 하소 시에 발생하는, CO₂ 가스를 고농도로 회수하기 위한 혼합 하소로에 관한 것이다.

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

이와 관련하여, 시멘트 산업은, 전력이나 철강 등과 함께 CO₂ 가스의 배출량이 많은 산업 중 하나로, 당해 시멘트 산업에 있어서의 CO₂ 가스의 배출 삭감은, 일본 전체에 있어서의 CO₂ 가스의 배출 삭감에 큰 공헌을 하게 된다.

도 18은 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 킬른 후미 부분(2)에는, 시멘트 원료를 예열하기 위한 2세트의 프리 히터(3)가 병렬적으로 설치되는 동시에, 도면 중 우측의 킬른 전방에, 내부를 가열하기 위한 주 버너(5)가 설치되어 있다. 또한, 도면 중 부호 6은, 소성 후의 시멘트 클링커를 냉각하기 위한 클링커 쿨러이다.

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

한편, 킬른 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.

이와 같은 구성으로 이루어지는 시멘트 제조 설비에 있어서는, 우선 시멘트 원료의 주원료로서 포함되는 석회석(CaCO₃)을 프리 히터(3)로 예열하고, 계속해서 하소로(7) 및 프리 히터(3)의 최하단의 사이클론에 있어서 하소한 후에, 로터리 킬른(1) 내에 있어서 약 1450℃의 고온 분위기 하에서 소성함으로써 시멘트 클링커를 제조하고 있다.

그리고 이 하소에 있어서, CaCO₃→CaO＋CO₂↑로 나타내는 화학 반응이 발생하여, CO₂ 가스가 발생한다(원료 기원에 의한 CO₂ 가스의 발생). 이 원료 기원에 의한 CO₂ 가스의 농도는, 원리적으로는 100％이다. 또한, 상기 로터리 킬른(1)을 상기 고온 분위기 하로 유지하기 위해, 주 버너(5)에 있어서 화석 연료가 연소되는 결과, 당해 화석 연료의 연소에 의해서도 CO₂ 가스가 발생한다(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, 아직도 회수 비용이 극히 높다고 하는 과제가 있었다.

또한, 상기 시멘트 제조 설비로부터 배출된 CO₂에 의한 지구 온난화를 방지하는 방법으로서, 당해 배출원으로부터 저농도로 배출된 CO₂를 분리ㆍ회수하여 대략 100％로까지 농도를 높이고, 액화한 후에 땅 속에 저류시키는 방법 등도 제안되어 있지만, 분리ㆍ회수를 위한 비용이 높아, 마찬가지로 실현에 이르고 있지는 않다.

한편, 하기 특허 문헌 1에는, 석회석의 소성 과정에 있어서 발생하는 CO₂ 가스를, 이용 가치가 높은 고순도의 CO₂ 가스로 하여 회수하는 장치로서, 석회석이 공급되는 분해 반응탑과, 열매체로서 생석회(CaO)가 공급되는 동시에 당해 생석회를 연소 가스에 의해 석회석의 하소 온도 이상으로 가열하는 재열탑과, 이들 분해 반응탑과 재열탑을 연결하는 연결관을 구비한 CO₂ 가스의 생성 회수 장치가 제안되어 있다.

그리고 상기 종래의 회수 장치에 있어서는, 재열탑에서 가열된 생석회를 연결관을 통하여 분해 반응탑에 공급하고, 유동층을 형성시켜 석회석을 소성함으로써 당해 분해 반응탑 내에 CO₂ 가스를 생성시키는 동시에, 이에 의해 발생한 생석회의 일부를 배출하고, 다른 일부를 다시 연결관을 통하여 재열탑으로 보내 재가열하도록 되어 있다.

이와 같이, 상기 CO₂ 가스의 생성 회수 장치에 따르면, 석회석의 분해 반응을 행하는 장소인 분해 반응탑과, 분해 반응에 필요한 열량의 발생을 행하는 장소인 재열탑을 분리함으로써, 석회석의 분해 반응에 의해 발생하는 CO₂ 가스와 열매체의 가열로 인해 발생하는 연소 배기 가스가 혼합되는 것을 방지할 수 있으므로, 분해 반응탑으로부터 높은 농도의 CO₂ 가스를 회수할 수 있다, 라고 되어 있다.

일본 특허 출원 공개 소57-67013호 공보

상기 특허 문헌 1에 있어서 개시되어 있는 CO₂ 가스의 생성 회수 장치에 의해 생성한 CaO를 사용하여 시멘트 제조하려고 하면, 상기 생성 회수 장치에 의해 석회석을 소성한 후에, 점토 등의 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ 등의 다른 시멘트 원료를 더하여 시멘트 킬른에 있어서 소성할 필요가 있다. 이로 인해, 원료의 제분을 2계통으로 독립적으로 행할 필요가 있어, 설비가 대규모로 된다고 하는 문제가 발생한다.

또한, 일반적으로 석회석의 하소 반응이 일어나는 온도는, 도 19에 나타낸 바와 같이, 분위기 중의 CO₂ 가스 농도가 높아지는 것에 따라서 급격하게 상승하고, 100％[대기압(1atm) 하에서의 분압 1atm에 상당]에 가까워지면, 860℃를 초과하는 온도로 된다. 이로 인해, CO₂ 가스의 회수율을 높이기 위해서는, 석회석을 과도한 고온으로 가열할 필요가 있어, 연료 비용의 앙등화를 초래한다고 하는 문제도 발생한다.

또한, 상기 CO₂ 가스의 생성 회수 장치에 있어서는, 과열 하소물로서 생석회를 사용하고, 이 생석회에 의해 피하소물인 석회석을 가열하여 하소하고 있으므로, 양자가 혼합되었을 때에 발생한 CO₂ 가스에 의해 유동화 또는 분류화를 행하면, 통상 충분한 CO₂ 가스 회수량을 얻으므로, 과열 하소물인 상기 생석회의 양이, 피하소물인 상기 석회석의 양보다도 많아진다. 이 결과, 피하소물인 상기 석회석을 투입하였을 때에, 과열 하소물인 상기 생석회와 접촉하여, 단번에 CO₂ 가스가 발생해버려, 균일한 유동층 또는 분류층을 형성할 수 없다고 하는 문제도 있다.

또한, 운전 초기에 있어서도, 유동층 또는 분류층의 형성이 곤란하다고 하는 문제도 발생한다.

또한, 상기 특허 문헌 1의 CO₂ 가스의 생성 회수 장치에 있어서는, 열매체로서 생석회를 사용하고, 이 생석회에 의해 석회석을 가열하여 하소하고 있으므로, 유동화시키는 것은 용이하지만, 재열탑에 있어서 상기 생석회를 석회석의 하소 온도 이상, 구체적으로는 1000℃ 이상으로 가열해 둘 필요가 있으므로, 재열탑 내에서 유동하는 생석회 등의 분체가 고화되기 쉬워져, 연결관 등에 있어서 부착이나 폐색이 발생하여 운전 불능으로 된다고 하는 문제도 있다.

한편, 입자 직경이 시멘트 원료보다도 큰 열매체를 사용한 경우에는, 연결관 등에 있어서 부착이나 폐색 등이 발생하지 않지만, 유동화시키는 것이 곤란해지고, 열매체로부터 열의 방출에 시간을 필요로 해버려, 효율적으로 혼합 하소를 행하는 것이 어렵다고 하는 문제도 있다. 또한, 시멘트 원료를 열매체 사이의 공극에 있어서 유동화시키기 위해서는, 공통(空筒) 풍속을 억제하기 위해, 노의 단면적을 크게 할 필요가 있다. 그러나 노의 단면적을 크게 하여 공통 풍속을 억제하였다고 해도, 상기 시멘트 원료를 상부 1개소로부터 투입하면, 상기 시멘트 원료의 분산이 나빠, 열매체와 접촉하여 단번에 CO₂ 가스가 발생해버려, 균일한 유동층을 형성할 수 없어, 하소 효율이 저하될 우려가 있다고 하는 문제도 있다.

또한, 시멘트 원료보다도 입자 직경이 큰 열매체를 분해 반응탑의 상부로부터 투입하고, 하부로부터 발출함으로써 이동층을 형성하고, 시멘트 원료를 열매체 사이의 공극에서 발생하는 CO₂ 가스에 의해 분류화시켜, 당해 CO₂ 가스와 하소된 상기 시멘트 원료를 회수하는 경우에는, 상기 시멘트 원료를 상부로부터 투입하였을 때에 CO₂ 가스가 발생하여, 상기 이동층에 공급되기 전에 상부로부터 배출되어버린다. 이 결과, CO₂ 가스의 발생량이 안정되지 않는다고 하는 문제도 있다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 피하소물에 과열 하소물을 혼합하여 하소할 때에 발생하는 CO₂ 가스를, 유동층형 또는 분류층형에 의해 높은 농도로 분리하여 회수하는 것이 가능해지는 혼합 하소로를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 열매체의 입자 직경이 시멘트 원료보다도 큰 경우이어도, 유동화 또는 분류화를 용이하게 행하여, 시멘트 제조 설비에 있어서 발생하는 CO₂ 가스를 높은 농도로 분리하여 회수하는 것이 가능해지는 혼합 하소로를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

(1) 본 발명의 제1 내지 제5 형태

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 형태는, 피하소물에 과열 하소물을 혼합하여 하소 반응을 일으키는 혼합 하소로에 있어서, 유동층형 또는 분류층형인 동시에, 상기 피하소물을 공급하는 복수의 공급 라인을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제2 형태는, 상기 제1 형태에 있어서, 상기 혼합 하소로는, 운전 초기에 공기에 의해 유동화 또는 분류화시키고, CO₂ 가스의 발생에 의해 자발적으로 유동화 또는 분류화된 후에, 상기 공기의 공급을 멈추는 유동화 또는 분류화 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고 본 발명의 제3 형태는, 상기 제1 또는 제2 형태에 있어서, 상기 과열 하소물은, 상기 피하소물과 동일한 입자 직경을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

여기서, 동일한 입자 직경이라 함은, 평균 입자 직경이 동등한 것을 말한다. 예를 들어, 상기 피하소물이 시멘트 원료이면, 상기 과열 하소물에 시멘트 원료를 사용함으로써 평균 입자 직경은 동등해진다.

또한, 본 발명의 제4 형태는, 상기 제1 또는 제2 형태에 있어서, 상기 피하소물은, 하소 전의 시멘트 원료인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제5 형태는, 상기 제1 또는 제2 형태에 있어서, 상기 피하소물은, 하소 전의 석회석인 것을 특징으로 하는 것이다.

(본 발명의 제1 내지 제5 형태의 효과)

본 발명의 제1 내지 제5 형태의 혼합 하소로에 있어서는, 피하소물을 복수의 공급 라인에 의해 공급하여 과열 하소물과 혼합시킨다. 이에 의해, 유동층형 또는 분류층형의 상기 혼합 하소로에 있어서, 상기 피하소물이 상기 과열 하소물에 의해 하소되는 장소가 분산되어, 발생한 CO₂ 가스에 의해, 보다 균일한 유동화 또는 분류화가 일어난다.

이 결과, 상기 혼합 하소로 내는, 피하소물의 하소에 의해 발생한 CO₂ 가스로 채워져, 당해 CO₂ 가스 농도가 대략 100％로 된다. 이와 같이, 상기 혼합 하소로에 의하면, 상기 혼합 하소로로부터 대략 100％의 농도의 CO₂ 가스를 CO₂ 가스 배기관으로부터 회수할 수 있다.

그리고 본 발명의 제2 형태에 있어서는, 운전 초기 시에 상기 유동층형 또는 분류층형의 상기 혼합 하소로 내에 공기를 공급함으로써, 유동화 또는 분류화시켜 CO₂ 가스를 발생시킨다. 그리고 발생한 CO₂ 가스에 의해 자발적으로 유동화 또는 분류화된 후에, 상기 공기의 공급을 멈추는 유동화 또는 분류화 수단을 구비하고 있으므로, 운전 초기로부터 안정된 CO₂ 가스를 발생시킬 수 있다. 이 결과, 하소 로스를 최대한 억제할 수 있어, 고농도의 CO₂ 가스를 효율적으로 회수할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 형태와 같이, 상기 과열 하소물과 피하소물이 동일한 입자 직경을 갖고 있으므로, 상기 유동층형 또는 분류층형의 상기 혼합 하소로 내에 있어서, 유동화 또는 분류화의 작용이 원활하게 행해진다. 이 결과, 하소 시에 발생하는 원료 기원의 CO₂를, 선택적으로 고농도로 회수할 수 있다.

또한, 특히 본 발명의 제4 형태에 있어서는, 상기 피하소물을 하소 전의 시멘트 원료를 사용하고 있으므로, 상기 혼합 하소로 내가 100％에 가까운 고농도의 CO₂ 가스 분위기 하로 됨으로써, 피하소물의 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 분위기 하에 있어서,

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

로 나타내는 반응이 발생하고, 최종적으로 시멘트 클링커를 구성하는 규산 칼슘 화합물인 앨라이트(3CaOㆍSiO₂) 및 벨라이트(2CaOㆍSiO₂) 및 간극상인 알루미네이트상(3CaOㆍAl₂O₃) 및 페라이트상(4CaOㆍAl₂O₃ㆍFe₂O₃)이 생성되게 된다.

이때, 도 5에 나타내는 상기 화학식 1의 반응 온도의 그래프, 도 6에 나타내는 상기 화학식 2의 반응 온도의 그래프 및 도 7에 나타내는 상기 화학식 3의 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 화학식 1 내지 화학식 3으로 나타내는 반응이 발생하는 것에 더하여, 규석, 점토 등의 석회석 이외의 원료로부터 반입되는 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃이나 그 외의 미량 성분이 광화제로 되어, 탄산칼슘의 열분해가 촉진되므로, 도 8에 보여지는 바와 같이, 탄산칼슘 단독의 경우와 비교하여, 열분해의 개시 온도 및 종료 온도 모두 저하된다. 또한, 도 8은 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.

여기서, 상기 광화제의 존재에 의해, 탄산칼슘 단독의 경우와 비교하여, 열분해의 개시 온도 및 종료 온도 모두 저하되는 이유의 하나로서, 이하의 것이 생각된다.

즉, a를 액티비티, K를 반응식 CaCO₃→CaO＋CO₂의 평형 상수라고 하였을 때에,

에 있어서, 일반적으로 고체의 액티비티(a)는, 순물질이면 종류에 관계없이 1이지만, 산화칼슘(CaO)에 대해서는, 탄산칼슘(CaCO₃)의 열분해 후, 다른 원료 물질(즉, 상기 광화제)이 고용됨으로써, a_CaO의 값이 1보다 작아진다. 이 결과, 상기 식의 P_CO2가 높아져, P_CO2＝1atm으로 되는 온도가 저하되어, 보다 하소가 촉진되기 때문이라고 생각된다. 따라서 혼합 하소로에 있어서의 운전 온도를 저하시켜도, 원하는 CO₂ 가스의 회수량을 확보할 수 있다. 또한, a_CaCO3은 석회석의 품종, 산지에 고유한 값으로, 다른 원료 성분의 영향을 받는 일이 없다.

(2) 본 발명의 제6 내지 제13 형태

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제6 형태는, 시멘트 원료를, 프리 히터로 예열한 후에, 내부가 고온 분위기로 유지된 시멘트 킬른에 공급하여 소성하는 시멘트 제조 설비에 있어서 발생하는 CO₂ 가스를 회수하기 위해 사용되고, 상기 프리 히터로부터 발출된 하소 전의 상기 시멘트 원료와, 매체 가열로에 있어서 하소 온도 이상으로 가열한 열매체를 공급하고, 혼합하여 하소를 행하여 CO₂ 가스를 발생시키기 위한 혼합 하소로에 있어서, 상기 시멘트 원료보다 입자 직경이 큰 상기 열매체를 상부로부터 공급하는 공급 라인과, 상기 열매체를 하부로부터 발출하는 배출 라인을 구비함으로써, 상기 열매체를 위로부터 아래로 이동시키는 이동층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

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

또한, 본 발명의 제7 형태는, 상기 제6 형태에 있어서, 상기 혼합 하소로는, 상기 이동층에 있어서, 상기 시멘트 원료를 상기 열매체 사이의 공극에서 하소시킴으로써 발생한 CO₂ 가스의 상승에 수반하여, 상기 시멘트 원료를 유동화시키는 유동층이 형성되어 있는 동시에, 하소된 상기 시멘트 원료를 오버 플로우에 의해 회수하는 회수 라인을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고 본 발명의 제8 형태는, 상기 제7 형태에 있어서, 상기 혼합 하소로는, 상기 시멘트 원료를 투입하는 투입 라인이 복수 개소에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제9 형태는, 상기 제6 형태에 있어서, 상기 혼합 하소로는, 상기 이동층에 있어서, 상기 시멘트 원료를 상기 열매체 사이의 공극에서 하소시킴으로써 발생한 CO₂ 가스의 상승에 수반하여, 상기 시멘트 원료를 분류화시키는 분류층이 형성되어 있는 동시에, 하소된 상기 시멘트 원료를 하소에 의해 발생한 CO₂ 가스에 동반시켜 회수하는 회수 라인과, 이 회수 라인에 상기 CO₂ 가스와 하소된 상기 시멘트 원료를 분리시키는 분리 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제10 형태는, 상기 제9 형태에 있어서, 상기 혼합 하소로는, 상기 시멘트 원료를 투입하는 투입 라인이 상기 열매체의 상기 공급 라인과 상기 배출 라인 사이에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고 본 발명의 제11 형태는, 상기 제10 형태에 있어서, 상기 시멘트 원료의 투입 라인은, 상기 열매체의 상기 공급 라인과 상기 배출 라인 사이를 1이라고 하였을 때에, 상기 열매체의 상기 공급 라인보다 하방으로 0.5 내지 0.9의 사이에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제12 형태는, 상기 제9 형태에 있어서, 상기 혼합 하소로는, 상기 시멘트 원료를 투입하는 투입 라인이, 상기 열매체의 상기 공급 라인과 상기 배출 라인 사이의 복수 개소에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 제13 형태는, 상기 제12 형태에 있어서, 상기 시멘트 원료의 투입 라인이, 상기 열매체의 상기 공급 라인과 상기 배출 라인 사이를 1이라고 하였을 때에, 상기 열매체의 상기 공급 라인보다 하방으로 0.1 내지 0.9의 사이의 복수 개소에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

(본 발명의 제6 내지 제13 형태의 효과)

본 발명의 제6 내지 제13 형태에 있어서의 시멘트 제조 설비에 사용되는 프리 히터로부터 발출된 하소 전의 상기 시멘트 원료와, 매체 가열로에 있어서 하소 온도 이상으로 가열한 열매체를 공급하고, 혼합하여 하소를 행하여 CO₂ 가스를 발생시키기 위한 혼합 하소로에 있어서는, 상기 시멘트 원료보다 입자 직경이 큰 상기 열매체를 상부로부터 공급하는 공급 라인과, 하부로부터 발출하는 배출 라인을 구비함으로써, 상기 열매체를 위로부터 아래로 이동시키는 이동층이 형성되는 동시에, 상기 시멘트 원료를 상기 열매체에 의해 형성된 이동층의 공극에서 유동시키고, 하소시킨다.

이 결과, 상기 혼합 하소로는, 상기 열매체의 입자 직경이, 상기 시멘트 원료의 입자 직경보다 큰 경우라도, 상기 시멘트 원료의 하소에 의해 발생한 CO₂ 가스를, 상기 열매체 사이의 공극에서 유동화시켜 충만시켜, 당해 CO₂ 가스 농도를 대략 100％로 할 수 있다. 또한, 상기 시멘트 원료를 상기 열매체 사이의 공극에서 유동화시킴으로써, 상기 열매체로부터의 수열이 우수하다. 이와 같이, 상기 혼합 하소로에 의하면, 당해 혼합 하소로로부터 대략 100％ 농도의 CO₂ 가스를 CO₂ 가스 배기관으로부터 회수할 수 있다.

또한, 상기 혼합 하소로는, 100％에 가까운 고농도의 CO₂ 가스 분위기 하로 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.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

으로 나타내는 반응이 발생하고, 최종적으로 시멘트 클링커를 구성하는 규산 칼슘 화합물인 앨라이트(3CaOㆍSiO₂) 및 벨라이트(2CaOㆍSiO₂) 및 간극상인 알루미네이트상(3CaOㆍAl₂O₃) 및 페라이트상(4CaOㆍAl₂O₃ㆍFe₂O₃)이 생성되게 된다.

이때, 도 14에 나타내는 상기 화학식 1의 반응 온도의 그래프, 도 15에 나타내는 상기 화학식 2의 반응 온도의 그래프 및 도 16에 나타내는 상기 화학식 3의 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 화학식 1 내지 화학식 3에 나타내는 반응이 발생하는 것에 더하여, 규석, 점토 등의 석회석 이외의 원료로부터 반입되는 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃이나 그 외의 미량 성분이 광화제로 되어, 탄산칼슘의 열분해가 촉진되므로, 도 17에 보여지는 바와 같이, 탄산칼슘 단독의 경우와 비교하여, 열분해의 개시 온도 및 종료 온도 모두 저하된다. 또한, 도 17은 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.

여기서, 상기 광화제의 존재에 의해, 탄산칼슘 단독의 경우와 비교하여, 열분해의 개시 온도 및 종료 온도 모두 저하되는 이유 중 하나로서, 이하의 것이 생각된다.

즉, a를 액티비티, K을 반응식 CaCO₃→CaO＋CO₂의 평형 상수라고 하였을 때에,

에 있어서, 일반적으로 고체의 액티비티(a)는, 순물질이면 종류에 관계없이 1이지만, 산화칼슘(CaO)에 대해서는, 탄산칼슘(CaCO₃)의 열분해 후, 다른 원료 물질(즉, 상기 광화제)이 고용됨으로써, a_CaO의 값이 1보다 작아진다. 이 결과, 상기 식의 P_CO2이 높아져, P_CO2＝1atm으로 되는 온도가 저하되어, 보다 하소가 촉진되기 때문이라고 생각된다. 또한, a_CaCO3은, 석회석의 품종, 산지에 고유한 값으로, 다른 원료 성분의 영향을 받는 일이 없다.

이상의 점에서, 본 발명에 따르면, 혼합 하소로에 있어서의 운전 온도를 저하시켜도, 원하는 CO₂ 가스의 회수량을 확보할 수 있다. 또한, 상기 혼합 하소로에 있어서, 시멘트 원료와 달리 입경이 크고, 따라서 극단적으로 비표면적이 작은 열매체에 의해 시멘트 원료를 가열하여 하소시키고 있으므로, 상기 매체 가열로에 있어서 상기 열매체를 하소 온도 이상인 1000℃ 이상으로 가열해도, 열매체끼리 혹은 열매체와 노벽이나 슈트 내벽의 고착이나 융착을 억제하여, 코팅 트러블 등의 발생을 억지하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 제7 형태에 있어서는, 상기 혼합 하소로에 형성된 이동층에 있어서, 상기 시멘트 원료를 상기 열매체 사이의 공극에서 하소시킴으로써 발생한 CO₂ 가스의 상승에 수반하여, 상기 시멘트 원료를 유동화시키는 유동층이 형성되어 있는 동시에, 하소된 상기 시멘트 원료를 오버 플로우에 의해 회수하기 위한 회수 라인을 구비하고 있으므로, 하소된 상기 시멘트 원료를 오버 플로우에 의해 회수 함으로써, 간편하게 상기 열매체로부터 분리시킬 수 있다. 이에 의해, 별도 분리 수단을 설치할 필요가 없거나, 혹은 분리 수단의 처리 능력을 최대한 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 제8 형태에 있어서는, 상기 혼합 하소로에, 상기 시멘트 원료를 투입하는 투입 라인이 복수 개소에 접속되어 있으므로, 상기 시멘트 원료를 상기 열매체 사이의 공극에서 유동화시키기 위해, 노의 단면적을 크게 하고, 노 내의 공통 속도를 억제해도, 상기 시멘트 원료를 분산시킬 수 있다. 이 결과, 상기 열매체로부터의 주요 전열 수단인 복사열을 상기 시멘트 원료로 전할 수 있어, 상기 시멘트 원료를 효율적으로 하소할 수 있다.

또한, 본 발명의 제9 형태에 있어서는, 상기 혼합 하소로에 형성된 상기 이동층에 있어서, 상기 시멘트 원료를 상기 열매체 사이의 공극에서 하소시킴으로써 발생한 CO₂ 가스의 상승에 수반하여, 상기 시멘트 원료를 분류화시키는 분류층이 형성되어 있는 동시에, 하소된 상기 시멘트 원료를 하소에 의해 발생하는 CO₂ 가스에 동반시켜 회수하는 회수 라인이 접속되어 있으므로, 상기 혼합 하소로의 단면적을 작게 하고, 상기 열매체 사이의 공극에 발생하는 CO₂ 가스 공통 속도를 크게 하고 있다. 이에 의해, 설비의 대형화를 억제할 수 있는 동시에, 상기 열매체로부터 하소된 상기 시멘트 원료를 간편하게 분리할 수 있어, 별도 분리 수단을 설치할 필요가 없거나, 혹은 분리 수단의 처리 능력을 최대한 억제할 수 있다.

또한, 상기 CO₂ 가스 공통 속도는, 열매체의 유동화 속도보다 작으므로, 열매체가 CO₂ 가스에 동반되어, 하소로 상부로부터 배출되는 일은 없다.

그리고 상기 회수 라인에 상기 CO₂ 가스와 하소된 상기 시멘트 원료를 분리시키는 분리 수단을 구비하고 있으므로, 상기 열매체 사이의 공극에서 발생한 고농도의 CO₂ 가스와, 하소된 상기 시멘트 원료를 효율적으로 회수할 수 있는 동시에, 회수 후에 고농도의 상기 CO₂ 가스와, 하소된 상기 시멘트 원료를 간편하게 분리하여, 개별로 회수할 수 있다.

또한, 본 발명의 제10 형태에 있어서는, 상기 시멘트 원료를 투입하는 투입 라인이, 상기 열매체의 상기 공급 라인과 상기 배출 라인 사이에 접속되어 있으므로, 상기 시멘트 원료를 투입할 때에, 이 시멘트 원료가 상기 열매체 사이의 공극에서 발생한 CO₂ 가스에 동반되어, 하소되지 않고 배출되는 일 없이, 상기 이동층에 공급할 수 있고, 열매체로부터의 열을 받아 충분히 하소할 수 있다. 이 결과, CO₂ 가스의 발생을 안정시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제11 형태에 있어서는, 상기 시멘트 원료의 투입 라인이, 상기 열매체의 상기 공급 라인과 상기 배출 라인 사이를 1이라고 하였을 때에, 상기 열매체의 상기 공급 라인보다 하방으로 0.5 내지 0.9의 사이에 접속되어 있으므로, 상기 시멘트 원료를 투입할 때에, 상기 혼합 하소로의 상부로부터 시멘트 원료가 충분히 하소되지 않고 CO₂ 가스에 수반하여 배출되는 것을 방지할 수 있고, 또한 상기 시멘트 원료를 상기 혼합 하소로의 하부에 접속되어 있는 상기 열매체의 배출 라인으로부터, 충분히 하소되지 않고 상기 열매체와 함께 배출되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 확실하게 상기 이동층에 공급하여, 열매체로부터의 복사열을 충분히 받아 하소하는 동시에, CO₂ 가스의 발생을 안정시킬 수 있다.

그리고 본 발명의 제12 형태에 있어서는, 상기 혼합 하소로의 상기 시멘트 원료를 투입하는 투입 라인이, 상기 열매체의 상기 공급 라인과 상기 배출 라인 사이의 복수 개소에 접속되어 있으므로, 상기 시멘트 원료를 투입할 때에, 이 시멘트 원료가 상기 열매체 사이의 공극에서 발생한 CO₂ 가스에 동반되는 일 없고, 또한 상기 이동층과 함께 바닥부로부터 배출되지 않고 상기 열매체로부터 복사열을 받아, 충분히 하소될 수 있다. 이 결과, 혼합 하소로의 공간을 효율적으로 활용하여, CO₂ 가스의 발생의 가일층의 안정화를 도모할 수 있고, CO₂ 가스의 회수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제13 형태에 있어서는, 상기 시멘트 원료의 투입 라인이, 상기 열매체의 상기 공급 라인과 상기 배출 라인 사이를 1이라고 하였을 때에, 상기 열매체의 상기 공급 라인보다 하방으로 0.1 내지 0.9의 사이의 복수 개소에 접속되어 있으므로, 상기 시멘트 원료를 투입할 때에, 상기 혼합 하소로의 상부로부터 시멘트 원료가 충분히 하소되지 않고 CO₂ 가스에 수반하여 배출되는 것을 방지할 수 있고, 또한 상기 시멘트 원료를 상기 혼합 하소로의 하부에 접속되어 있는 상기 열매체의 배출 라인으로부터, 충분히 하소되지 않고 상기 열매체와 함께 배출되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 확실하게 상기 이동층에 공급하여, 열매체로부터의 복사열을 충분히 받아 하소하는 동시에, CO₂ 가스의 발생을 안정시킬 수 있다. 또한, 혼합 하소로의 공간을 효율적으로 활용하여, CO₂ 가스의 발생의 가일층의 안정화가 도모되는 동시에, CO₂ 가스의 회수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 혼합 하소로에 있어서 충분히 하소된 고온의 시멘트 원료를 시멘트 킬른으로 복귀시키고 있으므로, 시멘트 킬른에 있어서 소성에 필요로 하는 연료를 삭감할 수 있다. 이 결과, 종래보다도 길이 치수가 짧은 로터리 킬른을 사용할 수 있다.

여기서, 상기 열매체로서는, 매체 가열로에 있어서의 가열 온도에 대한 내열성과, 시멘트 원료와 혼합된 경우의 내마모성을 갖는 생석회(CaO), 규석(SiO₂), 또는 알루미나(Al₂O₃) 등의 세라믹스 재료, 내열 합금 등의 금속 재료의 외에, 시멘트 클링커를 사용할 수 있다. 이와 관련하여, 생석회는, 융점이 2500℃ 정도로 높아, 융착되기 어렵다고 하는 이점이 있다. 또한, 열매체로서 순환하는 동안에, 서서히 마모되어 발생한 미분이 원료에 혼합되어도, 시멘트 원료 성분 중 하나이므로, 폐해를 발생시키는 일이 없다. 또한, 생석회 대신에 석회석을 혼합 하소로, 열매체 공급관, 또는 버킷 엘리베이터에 투입한 경우에 있어서도, 그 후 탈탄산하여 생석회로 되므로, 상술한 생석회의 경우와 동일한 작용 효과가 얻어진다. 이때, 상기 석회석을 혼합 하소로 또는 열매체 공급관에 투입하면, 하소 시에 발생하는 CO₂ 가스를 회수할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 규석도, 융점이 1700℃ 정도로 높아, 융착되기 어려운 동시에, 매우 경도가 높으므로 마모되기 어려워, 열매체로서 보충하는 양이 적어도 된다고 하는 이점이 있다. 또한, 순환 과정에 있어서 서서히 마모되어 발생한 미분이 원료에 혼합되어도, 시멘트 원료 성분 중 하나이므로, 문제를 발생시키는 일이 없다.

또한, 상기 시멘트 킬른에 있어서 소성함으로써 얻어진 경질의, 또한 입자 직경이 시멘트 원료보다도 훨씬 큰 시멘트 클링커를 사용하면, 경제적인 동시에, 가령 시멘트 원료에 접촉한 경우에도, 당해 마모분은 이미 성분 조정되어 있으므로, 시멘트 원료와 동질인 마모분이 다시 시멘트 킬른으로 보내지게 되고, 따라서 운전이나 제품으로서의 시멘트 킬른의 품질에 악영향을 미칠 우려가 없다

도 1은 본 발명에 관한 혼합 하소로를 시멘트 제조 설비에 사용한 일 실시 형태를 도시하는 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명에 관한 혼합 하소로를 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 발명에 관한 혼합 하소로의 유동화 또는 분류화 수단을 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 발명에 관한 혼합 하소로를 시멘트 제조 설비에 사용한 일 실시 형태의 변형예를 도시하는 개략 구성도이다.
도 5는 분위기 중 CO₂ 농도와 화학식 1로 나타낸 반응 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 분위기 중 CO₂ 농도와 화학식 2로 나타낸 반응 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 분위기 중 CO₂ 농도와 화학식 3으로 나타낸 반응 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 CO₂ 분위기 하에 있어서의 시멘트 원료와 석회석 단독의 하소 개시 온도 및 종료 온도의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 관한 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비의 일 실시 형태를 도시하는 개략 구성도이다.
도 10은 본 발명에 관한 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비에 사용되는 혼합 하소로의 일 실시 형태를 설명하는 설명도이다.
도 11은 도 10의 혼합 하소로에, 시멘트 원료를 투입하는 투입 라인을 복수 접속한 혼합 하소로를 설명하는 설명도이다.
도 12는 본 발명에 관한 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비에 사용되는 혼합 하소로의 다른 실시 형태를 설명하는 설명도이다.
도 13은 도 12의 혼합 하소로에, 시멘트 원료를 투입하는 투입 라인을 복수 접속한 혼합 하소로를 설명하는 설명도이다.
도 14는 분위기 중 CO₂ 농도와 화학식 1로 나타낸 반응 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는 분위기 중 CO₂ 농도와 화학식 2로 나타낸 반응 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은 분위기 중 CO₂ 농도와 화학식 3으로 나타낸 반응 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17은 CO₂ 분위기 하에 있어서의 시멘트 원료와 석회석 단독의 하소 개시 온도 및 종료 온도의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 18은 일반적인 시멘트 제조 설비를 도시하는 개략 구성도이다.
도 19는 분위기 중의 CO₂ 농도와 석회석의 하소 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.

(제1 실시 형태)

도 1은 본 발명에 관한 혼합 하소로를 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스의 회수 설비에 사용한 일 실시 형태를 도시하는 것으로, 시멘트 제조 설비의 구성에 대해서는, 도 18에 도시한 것과 동일하므로, 동일한 부호를 부여한 그 설명을 간략화한다.

도 1에 있어서, 부호 10은, 시멘트 제조 장치의 프리 히터(제1 프리 히터)(3)와는 독립적으로 설치된 제2 프리 히터(10)이다.

이 제2 프리 히터(10)는, 상기 제1 프리 히터(3)와 마찬가지로, 상하 방향으로 직렬적으로 배치된 복수단의 사이클론에 의해 구성되어 있고, 최상단의 사이클론에 공급 라인(11)으로부터 피하소물(하소 전 시멘트 원료)이 공급되도록 되어 있다. 그리고 제2 프리 히터(10)의 최하단의 사이클론의 바닥부에는, 이송관(10a)의 상단부가 접속되는 동시에, 이 이송관(10a)의 하단부가 혼합 하소로(12)로 도입되어 있다.

한편, 상기 시멘트 제조 설비의 제1 프리 히터(3)에 있어서는, 최하단의 사이클론으로부터 상기 하소 전 시멘트 원료를 발출하는 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 상기 하소 전 시멘트 원료와, 제1 프리 히터(3)로부터의 상기 하소 전 시멘트 원료가, 혼합 하소로(12) 내로 도입되도록 되어 있다. 또한, 발출 라인(13)의 중간부에는, 도시되지 않은 하소율 조정용의 분배 밸브를 통해 상기 하소 전 시멘트 원료의 일부를 종래와 마찬가지로 로터리 킬른(1)의 킬른 후미 부분(2)으로 공급하는 이송관(3a)이 접속되어 있다.

혼합 하소로(12)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 유동층형 또는 분류층형의 분체 혼합로이고, 상기 하소 전 시멘트 원료를 이송관(10a)으로부터 공급하기 위한 공급 라인(25)이, 복수 개소에 접속되어 있다. 이 공급 라인(25)은, 혼합 하소로(12)의 높이 방향이 다른 위치에 접속되어 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 바닥부에는 노 내에 공기를 공급하는 유동화 또는 분류화 수단(12b)이 설치되어 있다. 이 유동화 또는 분류화 수단(12b)은, 노즐 또는 산기판 등이 사용되어 있다.

또한, 혼합 하소로(12)의 측면부의 중앙 근방에는, 혼합된 시멘트 원료를 발출하는 배출관(12a)이 접속되어 있다. 이 배출관(12a)은 분기 배관되어, 한쪽이 과열 라인(14)으로 되어 과열로(15)에 접속되는 동시에, 다른 쪽이 복귀 라인(16)으로 되어 로터리 킬른(1)의 킬른 후미 부분(2)에 접속되어 있다. 여기서, 배출관(12a)과 과열 라인(14) 및 복귀 라인(16)의 분기부에는, 도시되지 않은 분배 밸브가 개재 장착되어 있고, 본 실시 형태에 있어서는, 과열 라인(14)으로의 유량이 복귀 라인(16)으로의 유량보다 많게(예를 들어, 유량비가 4:1로) 되도록 설정되어 있다.

또한, 도 4에 도시하는 상기 일 실시 형태의 변형예에 있어서는, 상기 복귀 라인(16)이 설치되어 있지 않고, 과열로(15)로부터 배출되어 사이클론(19)에 의해 분리된, 하소 종료된 시멘트 원료의 일부를 로터리 킬른(1)으로 복귀시키는 복귀 라인(26)만이 설치되어 있다.

상기 과열로(15)는, 내부로 보내져 오는 하소물(하소 시멘트 원료)을, 클링커 쿨러(6)로부터의 추기를 연소용 공기로 하는 버너(17)의 연소에 의해 당해 하소 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 발생한 배기 가스와 하소된 상기 시멘트 원료를 배출하는 배기관(18)과, 이 배기관(18)이 접속되어 배기 가스 중으로부터 하소된 상기 시멘트 원료를 분리하는 사이클론(19)과, 이 사이클론(19)에서 분리된 하소된 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) 내로 도입하고, 다시 배기 가스관(21)으로부터 제1 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.

이와 관련하여, 유동화, 분류화를 촉진하기 위해, 당해 혼합 하소로(12)로부터 배출된 CO₂ 가스를, CO₂ 배기관(22)이나 배기 라인(24)으로부터 발출하고, 다시 혼합 하소로(12)로 순환 공급하여 사용할 수도 있다.

다음에, 상기한 일 실시 형태에 나타낸 시멘트 제조 설비의 CO₂ 가스의 회수 설비에 있어서, 본 발명에 관한 혼합 하소로(12)를 사용한 CO₂ 가스의 회수 방법에 대해 설명한다.

우선, 하소 전 시멘트 원료를, 공급 라인(4, 11)으로부터 각각 제1 프리 히터(3), 제2 프리 히터(10)의 최상단의 사이클론에 공급한다.

그러면, 제1 프리 히터(3)에 있어서는, 순차 하방의 사이클론으로 보내지는 과정에서, 종래와 마찬가지로 로터리 킬른(1)으로부터 배기 가스관(3b)을 통해 공급되는 배기 가스 및 과열로(15)로부터의 연소 배기 가스에 의해, 상기 하소 전 시멘트 원료가 예열된다. 그리고 하소 온도에 도달하기 전(예를 들어, 810℃)까지 예열된 상기 하소 전 시멘트 원료가, 발출 라인(13)으로부터 이송관(10a)을 통해 혼합 하소로(12)로 공급되어 간다.

또한, 제2 프리 히터(10)에 공급된 상기 하소 전 시멘트 원료는, 혼합 하소로(12)에 있어서, 하소 전 시멘트 원료를 하소하였을 때에 배출된 고온의 CO₂ 가스에 의해 예열되고, 최종적으로 하소 온도에 도달하기 전(예를 들어, 760℃)까지 예열되어 이송관(10a)으로부터 혼합 하소로(12)로 공급되어 간다.

한편, 과열로(15)에 있어서는, 내부의 상기 하소 시멘트 원료가, 버너(17)의 연소에 의해 시멘트 원료의 하소 온도 이상(예를 들어, 1200℃ 정도)까지 가열된다. 그리고 가열된 과열 하소 시멘트 원료가, 버너(17)에 있어서의 연소에 의해 발생한 배기 가스에 동반되어, 과열로(15)의 배출측에 접속된 배기관(18)으로 보내진다. 그리고, 이 배기관(18)에 접속되어 있는 사이클론(19)에 의해, 배기 가스 중으로부터 과열 하소 시멘트 원료를 분리하고, 다시 복귀관(20)으로 이루어지는 순환 라인으로부터, 혼합 하소로(12)로 공급되어 간다.

이에 의해, 혼합 하소로(12) 내에 있어서는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 공급 라인(25)으로부터 공급되는 상기 하소 전의 시멘트 원료를, 과열 하소 시멘트 원료와 혼합하여 하소 온도 이상(예를 들어, 900℃ 이상)으로 가열하여 하소하는 동시에, 이때 CO₂ 가스가 발생한다. 또한, 운전 초기 시에 있어서는, 혼합 하소로의 바닥부에 설치된 유동화 또는 분류화 수단(12b)을 작동시켜, 외부로부터 공기를 공급하여 노 내의 유동화 또는 분류화를 도모한다. 그리고, 발생한 CO₂ 가스에 의해 자발적으로 유동화 또는 분류화된 후에, 유동화 또는 분류화 수단(12b)을 정지한다.

또한, 자발적인 유동화 또는 분류화를 위해, 필요에 따라 고온 공기의 외에, 시멘트 킬른(1)이나 과열로(15) 등의 연소 배기 가스를 사용해도 된다.

그리고, 상기 과열 하소 시멘트 원료와 상기 하소 전 시멘트 원료를 혼합하여 하소시키면, 발생하는 CO₂ 가스에 의해 분위기가 CO₂ 약 100％로 된다. 이로 인해, 하소가 모두 종료되지 않는 한, 하소 온도는 900℃ 정도로 대략 일정해진다.

또한, 혼합 하소로(12)에 있어서, 분체의 유동화 속도(U_mf)＜혼합 하소로의 공통 속도＜분체의 종말 속도(U_t)이면, 혼합 하소로에서 분체는 유동화되고, 유동층으로부터 오버 플로우에 의해, 하소된 시멘트 원료가 배출관(12a)으로 보내진다.

한편, 혼합 하소로(12)에 있어서, 분체의 종말 속도(U_t)＜혼합 하소로의 공통 속도이면, 유동층은 격렬하게 유동 또는 분류화되고, 하소된 시멘트 원료는, 발생한 CO₂ 가스에 동반된다. 이로 인해, 사이클론 등의 분체의 분리 수단을 별도 설치하여, 하소된 상기 시멘트 원료를 회수한다.

여기서, 상기 공통 속도는, 상기 과열 하소 시멘트 원료가 상기 하소 전 시멘트 원료와 혼합됨으로써, 하소 온도까지 저하될 때에 방출되는 열량으로부터, 상기 하소 전 시멘트 원료의 하소 온도까지의 승온에 필요한 열량을 뺀 것이, 상기 하소 전 시멘트 원료의 하소에 제공되는 것으로 하여, 그 하소 반응으로 발생하는 CO₂ 가스 유량을 계산할 수 있고, 이 CO₂ 가스 유량을 혼합 하소로(12)의 단면적으로 나눔으로써 구할 수 있다.

또한, 분체가 유동화를 개시하는 유동화 속도인 U_mf 및 분체가 발생하는 CO₂ 가스에 동반되는 속도인 종말 속도(U_t)는, 하기의 식으로부터 구해진다.

μ : 유체의 점도(Paㆍs)

d_p : 분체의 평균 입경(m)

ρ_f : 유체의 밀도(㎏／㎥)

Re_mf : 유동층에서의 분체 레이놀즈 수

Ar : 아르키메데스 수

ρ_p : 분체의 밀도(㎏／㎥)

g : 중력 가속도(m／s²)

φ_s : 형상계수(진구의 경우 1)

ε_mf : 유동층에서의 공극률

이와 같이, 상기 시멘트 제조 설비에 있어서의 혼합 하소로(12)에 의하면, 시멘트 제조 설비에 있어서의 열원을 유효 활용하여, 혼합 하소로(12)에 있어서 발생하는 CO₂ 가스를, 100％에 가까운 고농도로 회수할 수 있다.

이때, 혼합 하소로(12)에 있어서, 상기 하소 전 시멘트 원료를 복수 개소로부터 투입하는 것 및 하소 전 시멘트 원료와 입경이 동등한 과열 하소 시멘트 원료를 열매체로서 투입함으로써, 유동층 또는 분류층을 안정적으로 형성할 수 있으므로, 안정된 CO₂ 가스가 발생하여, 고농도의 CO₂ 가스를 회수할 수 있다. 또한, 유동화 또는 분류화 수단에 의해, 운전 초기 시로부터 CO₂ 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있다.

또한, 혼합 하소로(12)에 있어서 충분히 하소된 고온의 시멘트 원료를, 복귀 라인(16) 및 도 4의 변형예에 도시한 바와 같이, 과열로(15)로부터 배출되어 사이클론(19)에 의해 분리된, 하소 종료된 시멘트 원료의 일부를 복귀 라인(26)에 의해, 로터리 킬른(1)으로 복귀시킴으로써, 소성에 필요로 하는 연료를 삭감할 수 있고, 따라서 종래보다도 길이 치수가 짧은 로터리 킬른(1)을 사용할 수 있다.

또한, 상기 일 실시 형태에 있어서, 혼합 하소로(12)를 시멘트 제조 설비에 사용하는 경우에 대해서만 설명하였지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 그 이외에도 사용하는 것도 가능하다.

또한, 시멘트 원료를 이송관(10a)으로부터 공급하기 위한 공급 라인(25)을, 혼합 하소로(12)의 높이 방향이 다른 위치에 접속되어 있는 경우에 대해서만 설명하였지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 혼합 하소로(12)의 동일 높이의 복수의 다른 위치에 접속하는 것도 가능하고, 또한 혼합 하소로(12)의 높이 방향의 복수의 다른 위치와, 동일 높이의 복수의 다른 위치에 접속하는 것도 가능하다.

(제2 실시 형태)

도 9는 본 발명에 관한 시멘트 제조 설비에 있어서의 CO₂ 가스(n)의 회수 설비의 일 실시 형태를 도시하는 것으로, 시멘트 제조 설비의 구성에 대해서는, 도 18에 도시한 것과 동일하므로, 동일한 부호를 부여한 그 설명을 간략화한다.

도 9에 있어서, 부호 110은 시멘트 제조 장치의 프리 히터(제1 프리 히터)(3)와는 독립적으로 설치된 제2 프리 히터(110)이다.

이 제2 프리 히터(110)는, 상기 제1 프리 히터(3)와 마찬가지로, 상하 방향으로 직렬적으로 배치된 복수단의 사이클론에 의해 구성되어 있고, 최상단의 사이클론에 공급 라인(111)으로부터 하소 전의 시멘트 원료(하소 전 시멘트 원료)(k)가 공급되도록 되어 있다. 그리고 제2 프리 히터(110)의 최하단의 사이클론의 바닥부에는, 이송관(110a)의 상단부가 접속되는 동시에, 이 이송관(110a)의 하단부가 혼합 하소로(112)로 도입되어 있다.

한편, 상기 시멘트 제조 설비의 제1 프리 히터(3)에 있어서는, 최하단의 사이클론으로부터 하소 전 시멘트 원료(k)를 발출하는 발출 라인(113)이 설치되고, 이 발출 라인(113)의 선단부가 제2 프리 히터(110)로부터의 이송관(110a)에 접속되어 있다. 이에 의해, 제2 프리 히터(110)로부터의 하소 전 시멘트 원료(k)와, 제1 프리 히터(3)로부터의 하소 전 시멘트 원료(k)가, 혼합 하소로(112) 내로 도입되도록 되어 있다.

또한, 혼합 하소로(112)는, 도 10 또는 도 11에 도시한 바와 같이, 유동층형의 분체 혼합로이고, 열매체(t)를 상부로부터 공급하는 공급 라인(120)과, 열매체(t)를 하부로부터 발출하는 배출 라인(125)이 접속되어 있다. 이 배출 라인(125)은, 버킷 엘리베이터(119)를 통해 열매체의 순환 라인(114)으로 되어, 매체 가열로(115)에 접속된다. 또한, 혼합 하소로(112)의 상부에는, 하소 전 시멘트 원료(k)를 이송관(110a)으로부터 공급하기 위한 투입 라인(129)이 접속되어 있다. 또한, 도 10의 변형예에서는, 도 11에 도시한 바와 같이, 투입 라인(129)이 혼합 하소로(112)의 상부에 복수(도면에서는, 2개소) 개소에 접속되어 있다. 또한, 하소 전 시멘트 원료(k)가, 하소되지 않는 동안에 오버 플로우로부터 배출되는 일이 없도록, 하소 전 시멘트 원료(k)의 투입 개소를, 측면부, 열매체(t)의 공급 라인(120)과 열매체(t)의 배출 라인(125) 사이에 1개소, 혹은 복수 개소에 설치해도 된다.

또한, 혼합 하소로(112)의 측면부의 중앙 근방에는, 하소된 시멘트 원료(하소 종료된 시멘트 원료)(k')를 발출하는 회수 라인(112a)이 접속되어 있다. 이 회수 라인(112a)은, 복귀 라인(116)으로 되어 로터리 킬른(1)의 킬른 후미 부분(2)에 접속되어 있다. 또한, 열매체(t)의 배출 라인(125)으로부터 열매체(t)와 동시에 배출되는 하소 종료된 시멘트 원료(k')는, 중력 침강 장치 등의 분리 수단을 사용하여, 열매체(t)를 분리하고, 복귀 라인(116)에 접속해도 된다. 그리고 혼합 하소로(112)에는, 내부에서 생성된 CO₂ 가스(n)를 배출하기 위한 CO₂ 가스 배기관(122)이 접속되는 동시에, 이 CO₂ 가스 배기관(22)이, 제2 프리 히터(110)에 있어서의 가열 매체로서 도입되어 있다.

또한, 다른 실시 형태의 혼합 하소로(112)에 있어서는, 도 12 또는 도 13에 도시한 바와 같이, 분류층형의 분체 혼합로이고, 열매체(t)를 상부로부터 공급하는 공급 라인(120)과, 하부로부터 발출하는 배출 라인(125)이 접속되어 있다. 이 배출 라인(125)은, 버킷 엘리베이터(119)를 통해 열매체의 순환 라인(114)으로 되어, 매체 가열로(115)에 접속된다. 또한, 열매체(t)를 공급하는 공급 라인(120)과, 열매체(t)를 하부로부터 발출하는 배출 라인(125) 사이에, 하소 전 시멘트 원료(k)를 이송관(110a)으로부터 공급하는 투입 라인(129)이 접속되어 있다. 이 투입 라인(129)은, 공급 라인(120)과 배출 라인(125) 사이를 1이라고 하였을 때에, 공급 라인(120)보다 하방으로 0.5 내지 0.9의 위치에 접속되어 있다.

또한, 도 12의 변형예에서는, 도 13에 도시한 바와 같이, 하소 전 시멘트 원료(k)의 투입 라인(129)을 공급 라인(120)과 배출 라인(125) 사이의 복수 개소에 접속하는 동시에, 공급 라인(120)과 배출 라인(125) 사이를 1이라고 하였을 때에, 공급 라인(120)보다 하방으로 0.1 내지 0.9의 사이의 복수 개소에 접속되어 있다.

그리고 다른 실시 형태의 혼합 하소로(112)에 있어서는, 내부에서 생성된 CO₂ 가스(n)에 동반한 하소 종료된 시멘트 원료(k')를 회수하는 회수 라인(127)이 접속되어 있다. 또한, 이 회수 라인(127)에는, CO₂ 가스(n)와 하소 종료된 시멘트 원료(k')를 분리하기 위한 분리 수단(128)이 구비되어 있다. 이 분리 수단(128)에는, 사이클론이 사용되어 있다. 또한, 분리 수단(128)에는, CO₂ 가스(n)를 배출하기 위한 CO₂ 가스 배기관(122)이 접속되는 동시에, 이 CO₂ 가스 배기관(122)이, 제2 프리 히터(110)에 있어서의 가열 매체로서 도입되어 있다. 또한, 하소 종료된 시멘트 원료(k')를 시멘트 킬른(1)의 킬른 후미 부분(2)으로 복귀시키는 복귀 라인(116)이 접속되어 있다.

또한, 매체 가열로(115)는, 내부로 보내져 오는 하소 전 시멘트 원료(k)보다도 입자 직경이 큰 열매체(t)를, 클링커 쿨러(6)로부터의 추기를 연소용 공기로 하는 버너(117)의 연소에 의해 당해 열매체를 하소 온도 이상으로 가열하기 위한 것이다. 이 매체 가열로(115)는, 기존의 하소로를 개조하여 사용하는 것도 가능하다. 그리고 이 매체 가열로(115)의 배출측에는, 버너(117)에 있어서의 연소에 의해 발생한 배기 가스를 배기하는 배기관(118)이 접속되어 있다. 이 배기관(118)은, 시멘트 킬른(1)의 배기 가스관(3b)에 접속되어 있다. 또한, 매체 가열로(115)의 하부에는, 혼합 하소로(112)의 상부로부터 열매체(t)를 공급하는 공급 라인(120)이 접속되어 있다.

또한, 상기 매체 가열로(115) 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, 매체 가열로(115) 내로 도입하고, 다시 배기 가스관(118)으로부터 제1 프리 히터(3)로 보내도록 하면, 상기 배기 가스를 유효 이용할 수 있다.

또한, 도면 중 부호 124는 CO₂ 가스의 배기 팬이고, 부호 123은 CO₂ 가스의 배기 라인이다. 또한, 도면 중 부호 121은 열매체(t)를 순환시킬 때에 소실되는 열매체(t)를 보충하기 위한 열매체 탱크이다.

이와 관련하여, 혼합 하소로(112)로서, 유동층형의 것을 사용한 경우에는, 당해 혼합 하소로(112)로부터 배출된 CO₂ 가스(n)를, CO₂ 가스 배기관(122)이나 배기 라인(124)으로부터 발출하고, 다시 혼합 하소로(112)로 순환 공급하여 사용할 수도 있다.

다음에, 상기한 일 실시 형태에 나타낸 시멘트 제조 설비의 CO₂ 가스(n)의 회수 설비에 있어서, 본 발명에 관한 혼합 하소로(112)를 사용한 CO₂ 가스(n)의 회수 방법에 대해 설명한다.

우선, 하소 전 시멘트 원료(k)를, 공급 라인(4, 111)으로부터 각각 제1 프리 히터(3), 제2 프리 히터(110)의 최상단의 사이클론으로 공급한다.

그러면, 제1 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 하소 전 시멘트 원료(k)가 예열된다. 그리고 하소 온도에 도달하기 전(예를 들어, 810℃)까지 예열된 하소 전 시멘트 원료(k)가, 발출 라인(113)으로부터 이송관(110a)을 통해 혼합 하소로(112)로 공급되어 간다.

또한, 제2 프리 히터(110)에 공급된 시멘트 원료(k)는, 혼합 하소로(112)로부터 배출되는 고농도의, 또한 고온의 CO₂ 가스(n)에 의해 예열되고, 최종적으로 하소 온도에 도달하기 전(예를 들어, 760℃)까지 예열되어 이송관(110a)으로부터 혼합 하소로(112)로 공급되어 간다.

한편, 매체 가열로(115)에 있어서는, 내부의 열매체(t)가, 버너(117)의 연소에 의해 시멘트 원료의 하소 온도 이상(예를 들어, 1200℃ 정도)까지 가열된다. 그때, 발생한 배기 가스는, 배기관(118)으로 보내져, 시멘트 킬른(1)의 배기관(3b)으로부터 배기 가스와 함께, 제1 프리 히터(3)로 보내진다. 또한, 시멘트 원료의 하소 온도 이상으로 가열된 열매체(t)는, 매체 가열로(115)의 하부에 접속된 공급 라인(120)으로부터, 혼합 하소로(112)로 공급되어 간다.

이에 의해, 혼합 하소로(112) 내에 있어서는, 도 10 또는 도 11에 도시한 바와 같이, 상부에 접속된 공급 라인(120)으로부터 열매체(t)를 공급하고, 이 열매체(t)를 하부의 배출 라인(125)으로부터 발출함으로써 이동층(126)이 형성되는 동시에, 하소 전 시멘트 원료(k)를 상부의 투입 라인(129)으로부터 투입한다. 그리고 이동층(126)을 형성하는 열매체(t) 사이의 공극에 있어서, 하소 온도 이상(예를 들어, 900℃ 이상)으로 가열하여 하소된다.

그리고 하소된 하소 종료된 시멘트 원료(k')는, 이동층(126)을 형성하는 열매체(t) 사이의 공극 내에 있어서, 하소 시에 발생한 CO₂ 가스(n)의 상승에 수반하여, 하소 종료된 시멘트 원료(k')가 부유하여 유동층이 형성되는 동시에, 오버 플로우에 의해 회수 라인(112a)으로부터 회수되어, 복귀 라인(116)으로부터 시멘트 킬른(1)의 킬른 후미 부분(2)으로 보내져 간다. 또한, 고농도의, 또한 고온의 CO₂ 가스(n)는, 혼합 하소로(112)의 상부에 접속된 CO₂ 가스 배기관(122)으로부터, 제2 프리 히터(110)에 있어서의 가열 매체로서 도입된다.

이때, 도 10의 혼합 하소로(112)의 변형예인 도 11에 도시하는 혼합 하소로(112)와 같이, 투입 라인(129)을 복수 개소에 접속하여, 하소 전 시멘트 원료(k)를 혼합 하소로(112) 내에 투입함으로써, 공통 속도를 억제하기 위해 노의 단면적을 크게 한 혼합 하소로(112)에 있어서도, 하소 전 시멘트 원료(k)가 분산되어, 열매체(t)로부터의 전열이 촉진됨으로써, 하소 효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 혼합 하소로(112)의 다른 실시 형태인 도 12 및 도 13에 있어서는, 혼합 하소로(112)의 측면측 상방에 접속된 공급 라인(120)으로부터 열매체(t)를 공급하고, 하부의 배출 라인(125)으로부터 발출함으로써 이동층(126)이 형성되는 동시에, 하소 전 시멘트 원료(k)를 공급 라인(120)과 배출 라인(125) 사이에 접속된 투입 라인(129)으로부터 투입한다. 그리고 이동층(126)을 형성하는 열매체(t) 사이의 공극에 있어서, 하소 온도 이상(예를 들어, 900℃ 이상)으로 가열하여 하소되는 동시에, 이때 발생한 CO₂ 가스(n)에, 하소 종료된 시멘트 원료(k')가 동반되어, 분류층이 형성된다.

그리고 하소 종료된 시멘트 원료(k')는, CO₂ 가스(n)에 동반되어 회수 라인(127)으로부터 분리 수단(128)으로 보내져, 사이클론에 의해 CO₂ 가스(n)와 하소 종료된 시멘트 원료(k')로 분리된다. 그리고 분리된 CO₂ 가스(n)는, CO₂ 가스 배기관(122)으로부터, 제2 프리 히터(110)에 있어서의 가열 매체로서 도입된다. 또한, 분리된 하소 종료된 시멘트 원료(k')는, 회수 라인(112a)으로부터 복귀 라인(116)으로 보내져, 시멘트 킬른(1)의 킬른 후미 부분(2)으로 공급된다.

이때, 혼합 하소로(112)의 투입 라인(129)을, 공급 라인(120)과 배출 라인(125) 사이의 복수 개소에 접속함으로써, 노 내의 공간을 충분히 이용하여, 열매체(t) 사이의 공극에 있어서 하소가 행해지므로, 안정된 CO₂ 가스(n)가 발생한다. 그리고 이 CO₂ 가스(n)는, 하소 종료된 시멘트 원료(k')를 분류화한다. 또한, 도 12의 혼합 하소로(112)의 변형예인 도 13에 도시하는 혼합 하소로(112)에 있어서는, 열매체(t)의 공급 라인(120)과 배출 라인(125) 사이를 1이라고 하였을 때에, 공급 라인으로부터 하방으로 0.1 내지 0.9의 위치의 복수 개소에 투입 라인(129)이 접속되어, 복수 개소의 투입 라인(129)으로부터, 하소 전 시멘트 원료(k)가 투입된다. 이에 의해, 열매체(t) 사이의 공극에 있어서, 열매체(t)의 복사열을 받아, 하소가 충분히 행해져, 고농도의 CO₂ 가스(n)가 안정적으로 발생하게 된다.

그리고 하소 전 시멘트 원료(k)가, 열매체(t) 사이의 공극에 있어서 하소되어, 고농도의 CO₂ 가스(n)가 발생한다. 이 CO₂ 가스(n)가 부류하는 이동층(126)에 있어서, 하소 종료된 시멘트 원료(k')는, 충분한 공통 속도를 갖는 CO₂ 가스에 동반되어 분류화된다. 그리고 CO₂ 가스(n)에 동반된 하소 종료된 시멘트 원료(k')가, 분류화에 의해 상부의 회수 라인(127)으로부터, 분리 수단(128)으로 보내진다. 또한, 이 분리 수단(128)의 사이클론에 의해, 고농도의 CO₂ 가스(n)와 하소 종료된 시멘트 원료(k')가 분리된다.

또한, 분리 수단(128)의 사이클론에 의해 분리된 하소 종료된 시멘트 원료(k')는, 복귀 라인(116)으로부터 시멘트 킬른(1)의 킬른 후미 부분(2)으로 보내져 간다. 또한, 고농도의, 또한 고온의 CO₂ 가스(n)는, 분리 수단(128)의 상부에 접속된 CO₂ 배기관(122)으로부터, 제2 프리 히터(110)에 있어서의 가열 매체로서 도입된다.

그리고 열매체(t)와 하소 전 시멘트 원료(k)를 혼합하여 하소시키면, 발생하는 CO₂ 가스(n)에 의해 CO₂ 분위기가 대략 100％로 된다. 이로 인해, 하소가 모두 종료되지 않는 한, 하소 온도는 900℃ 정도로 대략 일정해진다.

또한, 혼합 하소로(112)에 있어서, 분체의 유동화 속도(U_mf)＜혼합 하소로의 공통 속도＜분체의 종말 속도(U_t)이면, 혼합 하소로에서 하소 종료된 시멘트 원료(k')는 유동화되어, 유동층으로부터 오버 플로우에 의해, 하소 종료된 시멘트 원료(k')가 배출관(112a)으로 보내진다.

한편, 혼합 하소로(112)에 있어서, 분체의 종말 속도(U_t)＜혼합 하소로의 공통 속도이면, 혼합 하소로에서 하소 종료된 시멘트 원료(k')는 격렬하게 유동 또는 분류화되고, 하소 종료된 시멘트 원료(k')는, 발생한 CO₂ 가스(n)에 동반된다. 이로 인해, 사이클론 등의 분체의 분리 수단을 별도 설치하여, 하소된 상기 시멘트 원료를 회수한다.

여기서, 상기 공통 속도는, 열매체(t)가 하소 전 시멘트 원료(k)와 혼합됨으로써, 하소 온도까지 저하될 때에 방출되는 열량으로부터, 하소 전 시멘트 원료(k)의 하소 온도까지의 승온에 필요한 열량을 뺀 것이, 하소 전 시멘트 원료(k)의 하소에 제공되는 것으로 하여, 그 하소 반응으로 발생하는 CO₂ 가스(n) 유량을 계산할 수 있고, 이 CO₂ 가스(n) 유량을 혼합 하소로(112)의 단면적, 또한 열매체의 공극률로 나눔으로써 구할 수 있다.

또한, 분체가 유동화를 개시하는 유동화 속도인 U_mf 및 분체가 발생하는 CO₂ 가스(n)에 동반되는 속도인 종말 속도(U_t)는, 하기의 식으로부터 구해진다.

μ : 유체의 점도(Paㆍs)

d_p : 분체의 평균 입경(m)

ρ_f : 유체의 밀도(㎏／㎥)

Re_mf : 유동층에서의 분체 레이놀즈 수

Ar : 아르키메데스 수

ρ_p : 분체의 밀도(㎏／㎥)

g : 중력 가속도(m／s²)

φ_s : 형상계수(진구의 경우 1)

ε_mf : 유동층에서의 공극률

이와 같이, 상기 시멘트 제조 설비에 있어서의 혼합 하소로(112)에 의하면, 시멘트 제조 설비에 있어서의 열원을 유효 활용하여, 혼합 하소로(112)에 있어서 발생하는 CO₂ 가스(n)를, 100％에 가까운 고농도로 회수할 수 있다.

또한, 혼합 하소로(112)에 있어서, 하소 전 시멘트 원료(k)보다 입자 직경이 커, 극단적으로 비표면적이 작은 열매체(t)에 의해, 하소 전 시멘트 원료(k)를 가열하여 하소시키고 있으므로, 매체 가열로(115)에 있어서 열매체(t)를 하소 온도 이상인 1000℃ 이상으로 가열해도, 열매체(t)끼리 혹은 열매체(t)와 노벽의 고착이나 융착을 억제하여, 코팅 트러블 등의 발생을 억지할 수 있다.

또한, 혼합 하소로(112)에 있어서 충분히 하소된 고온의 하소 종료된 시멘트 원료(k')를, 복귀 라인(116)으로부터 로터리 킬른(1)으로 복귀시키고 있으므로, 로터리 킬른(1)에 있어서 소성에 필요로 하는 연료를 삭감할 수 있고, 따라서 종래보다도 길이 치수가 짧은 로터리 킬른(1)을 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 피하소물에 과열 하소물을 혼합하여 하소할 때에 발생하는 CO₂ 가스를, 유동층형 또는 분류층형에 의해 높은 농도로 분리하여 회수하는 것이 가능해지는 혼합 하소로를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 열매체의 입자 직경이 시멘트 원료보다도 큰 경우이어도, 유동화 또는 분류화를 용이하게 행하여, 시멘트 제조 설비에 있어서 발생하는 CO₂ 가스를 높은 농도로 분리하여 회수하는 것이 가능해지는 혼합 하소로를 제공할 수 있는 것이다.

1 : 로터리 킬른(시멘트 킬른)
3 : 프리 히터(제1 프리 히터)
10 : 제2 프리 히터
10a : 이송관
12 : 혼합 하소로
12b : 유동화 또는 분류화 수단
13 : 발출 라인
15 : 과열로
16 : 복귀 라인
25 : 공급 라인
110 : 제2 프리 히터
110a : 이송관
112 : 혼합 하소로
112a : 회수 라인
113 : 발출 라인
115 : 매체 가열로
116 : 복귀 라인
120 : 공급 라인
125 : 배출 라인
126 : 이동층
127 : 회수 라인
128 : 분리 수단
129 : 투입 라인
k : 하소 전 시멘트 원료(하소 전의 시멘트 원료)
k' : 하소 종료된 시멘트 원료(하소된 시멘트 원료)

Claims

피하소물에 과열 하소물을 혼합하여 하소 반응을 일으키는 혼합 하소로에 있어서,
유동층형 또는 분류층형인 동시에, 상기 피하소물을 공급하는 복수의 공급 라인을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 혼합 하소로.
제1항에 있어서, 상기 혼합 하소로는, 운전 초기에 공기에 의해 유동화 또는 분류화시키고, CO₂ 가스의 발생에 의해 자발적으로 유동화 또는 분류화된 후에, 상기 공기의 공급을 멈추는 유동화 또는 분류화 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 혼합 하소로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 과열 하소물은, 상기 피하소물과 동일한 입자 직경을 갖고 있는 것을 특징으로 하는, 혼합 하소로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피하소물은, 하소 전의 시멘트 원료인 것을 특징으로 하는, 혼합 하소로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피하소물은, 하소 전의 석회석인 것을 특징으로 하는, 혼합 하소로.
시멘트 원료를, 프리 히터로 예열한 후에, 내부가 고온 분위기로 유지된 시멘트 킬른에 공급하여 소성하는 시멘트 제조 설비에 있어서 발생하는 CO₂ 가스를 회수하기 위해 사용되고, 상기 프리 히터로부터 발출된 하소 전의 상기 시멘트 원료와, 매체 가열로에 있어서 하소 온도 이상으로 가열한 열매체를 공급하고, 혼합하여 하소를 행하여 CO₂ 가스를 발생시키기 위한 혼합 하소로에 있어서,
상기 시멘트 원료보다 입자 직경이 큰 상기 열매체를 상부로부터 공급하는 공급 라인과, 상기 열매체를 하부로부터 발출하는 배출 라인을 구비함으로써, 상기 열매체를 위로부터 아래로 이동시키는 이동층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 혼합 하소로.
제6항에 있어서, 상기 혼합 하소로는, 상기 이동층에 있어서, 상기 시멘트 원료를 상기 열매체 사이의 공극에서 하소시킴으로써 발생한 CO₂ 가스의 상승에 수반하여, 상기 시멘트 원료를 유동화시키는 유동층이 형성되어 있는 동시에, 하소된 상기 시멘트 원료를 오버 플로우에 의해 회수하는 회수 라인을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 혼합 하소로.
제7항에 있어서, 상기 혼합 하소로에 있어서, 상기 시멘트 원료를 투입하는 투입 라인이, 복수 개소에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 혼합 하소로.
제6항에 있어서, 상기 혼합 하소로는, 상기 이동층에 있어서, 상기 시멘트 원료를 상기 열매체 사이의 공극에서 하소시킴으로써 발생한 CO₂ 가스의 상승에 수반하여, 상기 시멘트 원료를 분류화시키는 분류층이 형성되어 있는 동시에, 하소된 상기 시멘트 원료를 하소에 의해 발생한 CO₂ 가스에 동반시켜 회수하는 회수 라인과, 이 회수 라인에 상기 CO₂ 가스와 하소된 상기 시멘트 원료를 분리시키는 분리 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 혼합 하소로.
제9항에 있어서, 상기 혼합 하소로에 있어서, 상기 시멘트 원료를 투입하는 투입 라인이, 상기 열매체의 상기 공급 라인과 상기 배출 라인 사이에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 혼합 하소로.
제10항에 있어서, 상기 시멘트 원료의 투입 라인은, 상기 열매체의 상기 공급 라인과 상기 배출 라인 사이를 1이라고 하였을 때에, 상기 열매체의 상기 공급 라인보다 하방으로 0.5 내지 0.9의 사이에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 혼합 하소로.
제9항에 있어서, 상기 혼합 하소로는, 상기 시멘트 원료를 투입하는 투입 라인이, 상기 열매체의 상기 공급 라인과 상기 배출 라인 사이의 복수 개소에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 혼합 하소로.
제12항에 있어서, 상기 시멘트 원료의 투입 라인이, 상기 열매체의 상기 공급 라인과 상기 배출 라인 사이를 1이라고 하였을 때에, 상기 열매체의 상기 공급 라인보다 하방으로 0.1 내지 0.9의 사이의 복수 개소에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 혼합 하소로.