KR20230118839A - 시멘트 클링커 제조 시스템 및 시멘트 클링커 제조 방법 - Google Patents
시멘트 클링커 제조 시스템 및 시멘트 클링커 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
배기 가스의 일부에 대하여 탄산 가스 농도를 짙게 하여, 고농도의 탄산 가스를 포함하는 가스를 얻을 수 있는 시멘트 클링커 제조 시스템을 제공한다. 시멘트 클링커 원료를 예열하기 위한 사이클론식 예열 장치(2)와, 예열된 시멘트 클링커 원료를 소성하여, 시멘트 클링커를 얻기 위한 로터리 킬른(3)과, 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 촉진시키기 위한 하소로(4)와, 시멘트 클링커를 냉각시키기 위한 클링커 쿨러(5)와, 로터리 킬른(3)에서 발생한 배기 가스를 배출하기 위한 킬른 배기 가스 배출로(6a 내지 6e)를 포함하고, 공기에 비해 산소 농도를 높인 지연성 가스를 공급하기 위한 지연성 가스 공급 장치와, 지연성 가스를 하소로로 유도하기 위한 지연성 가스 공급로(8)와, 하소로(4)에서 발생한 배기 가스를 배출하기 위한 하소로 배기 가스 배출로(9)(단, 킬른 배기 가스 배출로(6)와 다른 것으로 한정한다.)를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템(1).
Description
본 발명은, 시멘트 클링커 제조 시스템 및 시멘트 클링커 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 지구 온난화의 억제를 위해서, 이산화탄소의 배출량의 저감이 중요한 과제로 되고 있다. 한편, 시멘트 산업은 이산화탄소의 배출량이 큰 산업 중 하나이다.
시멘트를 제조할 때에 배출되는 탄산 가스(기체의 이산화탄소)의 전량 중, 시멘트의 원료로서 사용할 수 있는 석회석의 탈탄산에 의해 배출되는 탄산 가스의 비율은 약 60％, 제조 시에 사용되는 연료의 연소에 의해 배출되는 탄산 가스의 비율은 약 40％이다.
연료의 연소에 의해 발생하는 탄산 가스의 저감 방법으로서는, 에너지 효율을 개선하는 방법이나, 연료로서 바이오매스 연료를 사용하는 방법 등을 들 수 있다. 예를 들어, 연료의 연소에 의해 발생하는 탄산 가스양을 저감시킬 수 있는 시멘트 소성 장치로서, 특허문헌 1에는, 주 연료로서의 가연성 가스와, 보조 연료로서의 가연성 폐기물을 시멘트 킬른 내에 취입하는 주 버너를 구비하는 것을 특징으로 하는 시멘트 소성 장치가 기재되어 있다.
한편, 시멘트의 원료로서, 탄산 가스의 발생량이 많은 석회석을 대신하는, 탄산 가스 발생량이 적은 칼슘 함유 원료를 사용하는 것은 어렵기 때문에, 석회석의 탈탄산에 의해 발생하는 탄산 가스양을 저감시키는 것은 곤란하다.
이산화탄소의 배출량을 저감시키는 방법으로서, 발생한 탄산 가스를, 분리하고, 회수한 후, 저류, 격리, 또는 유용하게 이용하는 방법이 알려져 있다.
발생한 탄산 가스를 분리, 회수하는 방법으로서, 예를 들어 특허문헌 2에는, 제철소에서 발생하는 부생 가스로부터 화학 흡수법으로 이산화탄소를 분리 회수하는 방법으로서, 당해 가스로부터 화학 흡수액으로 이산화탄소를 흡수 후, 화학 흡수액을 가열하여 이산화탄소를 분리시키는 프로세스에, 제철소에서 발생하는 500℃ 이하의 저품위 배열을 이용 또는 활용하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 분리 회수 방법이 기재되어 있다.
시멘트 클링커를 제조할 때에 발생하는 배기 가스에는, 탄산 가스 이외에도 질소, 산소 등이 많이 포함되어 있기 때문에, 상기 배기 가스로부터 탄산 가스를 분리, 회수하기 위해서는, 아민 화합물에 의한 화학 흡수법 등을 사용할 필요가 있다.
상기 배기 가스에 포함되어 있는 탄산 가스의 농도를 높일 수 있으면, 탄산 가스의 분리, 회수가 용이해진다. 또한, 상기 배기 가스에 포함되어 있는 질소 등의 양을 적게 함으로써, 상대적으로, 발생하는 배기 가스의 체적을 작게 할 수 있어, 탄산 가스를 분리, 회수하기 위한 설비를 작게 할 수 있다.
본 발명의 목적은, 시멘트 클링커를 제조할 때, 배기 가스의 일부에 대하여 탄산 가스 농도를 높게 하여, 이산화탄소의 고정화 및 메탄의 생성 등에 이용하기 쉬운 고농도의 탄산 가스를 포함하는 가스를 얻을 수 있는 시멘트 클링커 제조 시스템, 상기 탄산 가스를 사용하여 효율적으로 메탄을 생성할 수 있는 시멘트 클링커 제조 시스템, 또는 배기 가스의 배출량을 작게 할 수 있는 시멘트 클링커 제조 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 시멘트 클링커 원료를 예열하기 위한 사이클론식 예열 장치와, 예열된 시멘트 클링커 원료를 소성하여 시멘트 클링커를 얻기 위한 로터리 킬른과, 로터리 킬른 전류측(前流側)에 배치된, 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 촉진시키기 위한 하소로와, 로터리 킬른의 후류측(後流側)에 배치된, 시멘트 클링커를 냉각시키기 위한 클링커 쿨러와, 로터리 킬른에서 발생한 배기 가스를, 사이클론식 예열 장치를 경유한 후에 배출하기 위한 킬른 배기 가스 배출로를 포함하고, 공기에 비해 산소 농도를 높인 지연성 가스를 공급하기 위한 지연성 가스 공급 장치와, 지연성 가스를 하소로로 유도하기 위한 지연성 가스 공급로와, 하소로에서 발생한 배기 가스를 배출하기 위한 하소로 배기 가스 배출로(단, 킬른 배기 가스 배출로와 다른 것으로 한정한다.)를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템에 의하면, 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은, 이하의 [1] 내지 [16]을 제공하는 것이다.
[1] 시멘트 클링커 원료를 예열하기 위한 사이클론식 예열 장치와, 상기 사이클론식 예열 장치로 예열된 상기 시멘트 클링커 원료를 소성하여, 시멘트 클링커를 얻기 위한 로터리 킬른과, 상기 사이클론식 예열 장치와 함께 상기 로터리 킬른 전류측에 배치된, 상기 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 촉진시키기 위한 하소로와, 상기 로터리 킬른의 후류측에 배치된, 상기 시멘트 클링커를 냉각시키기 위한 클링커 쿨러와, 상기 로터리 킬른에서 발생한 배기 가스를, 상기 사이클론식 예열 장치를 경유한 후에 배출하기 위한 킬른 배기 가스 배출로를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템이며, 공기에 비해 산소 농도를 높인 지연성 가스를 공급하기 위한 지연성 가스 공급 장치와, 상기 지연성 가스 공급 장치로부터 상기 지연성 가스를 상기 하소로로 유도하기 위한 지연성 가스 공급로와, 상기 하소로에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스를 배출하기 위한 하소로 배기 가스 배출로(단, 상기 킬른 배기 가스 배출로와 다른 것으로 한정한다.)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 제조 시스템.
[2] 상기 로터리 킬른에서 발생한 배기 가스의 일부를, 상기 사이클론식 예열 장치를 경유하지 않고 추기(抽氣)하여 냉각시키고, 고체분을 제거한 후에, 상기 고체분이 제거된 상기 배기 가스를 배출함과 함께, 상기 고체분을 조분(粗粉)과 미분으로 분급하여, 상기 조분을 상기 시멘트 클링커 원료의 일부로서 사용하고, 상기 미분을 회수하기 위한 염소 바이패스 장치를 포함하는, 상기 [1]에 기재된 시멘트 클링커 제조 시스템.
[3] 상기 하소로 배기 가스 배출로 내를 유통하는 상기 탄산 가스 함유 배기 가스의 일부를, 상기 지연성 가스 공급로 내를 유통하는 상기 지연성 가스에 합류시키기 위한 합류용 유통로를 포함하는, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 시멘트 클링커 제조 시스템.
[4] 상기 사이클론식 예열 장치로부터, 예열된 상기 시멘트 클링커 원료를 상기 하소로에 공급하기 위한 예열 원료 공급로와, 상기 하소로 배기 가스 배출로의 도중에 배치된, 상기 탄산 가스 함유 배기 가스로부터 생석회 함유 원료를 회수하기 위한 제1 회수 수단과, 상기 하소로 배기 가스 배출로의 도중이며, 상기 제1 회수 수단보다도 후류측의 위치에서, 상기 하소로 배기 가스 배출로와 연결되고, 또한 상기 하소로 배기 가스 배출로 내를 유통하는 상기 탄산 가스 함유 배기 가스의 일부를, 상기 지연성 가스 공급로 내를 유통하는 지연성 가스에 합류시키기 위한 하소로 배기 가스 공급로를 포함하고, 상기 사이클론식 예열 장치가 2개 이상의 사이클론식 열교환기를 포함하고, 상기 하소로가 가열 수단을 포함하고, 해당 가열 수단을 사용하여 상기 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 촉진시키기 위한 것이고, 상기 지연성 가스 공급로가 상기 하소로 배기 가스 배출로의 도중이며, 상기 제1 회수 수단보다도 전류측의 위치에서, 상기 하소로 배기 가스 배출로 내를 유통하는 상기 탄산 가스 함유 배기 가스와 상기 지연성 가스를 열교환하기 위한 것인, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 시멘트 클링커 제조 시스템.
[5] 상기 지연성 가스 공급로의, 상기 탄산 가스 함유 배기 가스와 상기 지연성 가스를 열교환시키는 부분보다도 상기 지연성 가스 공급 장치에 가까운 위치, 및 상기 하소로 배기 가스 공급로의 도중의 위치 중 적어도 어느 한쪽의 위치에서 분기되고, 상기 하소로의 가열 수단에 연료 반송용 가스를 공급하기 위한 연료 반송용 가스 공급로를 포함하는, 상기 [4]에 기재된 시멘트 클링커 제조 시스템.
[6] 상기 클링커 쿨러로부터 상기 클링커 쿨러 내의 공기를 상기 킬른 배기 가스 배출로 내로 유도하기 위한 공기 공급로를 포함하는, 상기 [4] 또는 [5]에 기재된 시멘트 클링커 제조 시스템.
[7] 상기 예열 원료 공급로가, 상기 사이클론식 예열 장치를 구성하는 2개 이상의 사이클론식 열교환기 중, 최후류측에서 2번째 이상에 위치하는 사이클론식 열교환기와 연결한 것이며, 상기 제1 회수 수단으로부터, 상기 제1 회수 수단으로 회수한 상기 생석회 함유 원료를, 상기 2개 이상의 사이클론식 열교환기 중, 상기 예열 원료 공급로가 연결되어 있는 사이클론식 열교환기, 또는 해당 사이클론식 열교환기의 전류측에 위치하는 사이클론식 열교환기에 공급하기 위한 생석회 함유 원료 공급로와, 상기 하소로로부터, 상기 하소로에서 탈탄산된 상기 시멘트 클링커 원료를, 상기 로터리 킬른에 공급하기 위한 제1 탈탄산 원료 공급로와, 상기 제1 탈탄산 원료 공급로로부터, 탈탄산된 상기 시멘트 클링커 원료의 일부를, 상기 2개 이상의 사이클론식 열교환기 중, 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기에 공급하기 위한 제2 탈탄산 원료 공급로와, 상기 킬른 배기 가스 배출로 중의 배기 가스가, 상기 예열 원료 공급로와 연결되어 있는 상기 사이클론식 열교환기를 경유할 때의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 장치와, 상기 온도 측정 장치로 측정된 온도에 기초하여, 상기 제2 탈탄산 원료 공급로로부터 상기 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기에 공급되는 탈탄산된 상기 시멘트 클링커 원료의 양을 조정하고, 해당 조정에 의해 상기 예열 원료 공급로와 연결되어 있는 상기 사이클론식 열교환기 내의 온도를 조정하기 위한 탈탄산 원료 공급량 제어 장치를 포함하는, 상기 [4] 내지 [6] 중 어느 것에 기재된 시멘트 클링커 제조 시스템.
[8] 상기 킬른 배기 가스 배출로의, 상기 로터리 킬른과 연결되어 있는 부분으로부터, 상기 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기의 전류측의 부분까지의 사이의, 상기 킬른 배기 가스 배출로 내를 유통하는 배기 가스에 물 또는 함수 폐기물을 공급하기 위한 수분 공급 장치를 포함하는, 상기 [7]에 기재된 시멘트 클링커 제조 시스템.
[9] 상기 킬른 배기 가스 배출로의, 상기 로터리 킬른과 연결되어 있는 부분으로부터, 상기 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기의 전류측의 부분까지의 사이의, 상기 킬른 배기 가스 배출로 내를 유통하는 배기 가스에 탈질제를 공급하기 위한 탈질제 공급 장치를 포함하는, 상기 [7] 또는 [8]에 기재된 시멘트 클링커 제조 시스템.
[10] 상기 탄산 가스 함유 배기 가스와 수소 가스를 혼합하여, 상기 탄산 가스 함유 배기 가스와 상기 수소 가스의 혼합 가스를 조제하고, 또한 해당 혼합 가스의 온도를 조정하기 위한 혼합 장치와, 상기 수소 가스를 공급하기 위한 수소 가스 공급 장치와, 상기 수소 가스 공급 장치로부터 상기 수소 가스를 상기 혼합 장치로 유도하기 위한 수소 가스 공급로와, 촉매를 사용하여, 상기 혼합 가스에 포함되는, 탄산 가스와 수소 가스를 반응시켜, 메탄과 수증기를 생성시키기 위한 메탄 생성 장치와, 상기 혼합 장치로부터 상기 혼합 가스를 상기 메탄 생성 장치로 유도하기 위한 혼합 가스 공급로를 포함하고, 상기 하소로 배기 가스 배출로가, 상기 하소로로부터 상기 탄산 가스 함유 배기 가스를 상기 혼합 장치로 유도하기 위한 것인, 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 시멘트 클링커 제조 시스템.
[11] 상기 메탄 생성 장치로 생성시킨 메탄을 포함하는 메탄 함유 가스를, 상기 하소로에 공급하기 위한 메탄 공급로를 포함하는, 상기 [10]에 기재된 시멘트 클링커 제조 시스템.
[12] 상기 지연성 가스 공급 장치 및 상기 수소 가스 공급 장치가, 물을 전기 분해하여 수소 가스와 산소 가스를 얻기 위한 물 전기 분해 장치인, 상기 [10] 또는 [11]에 기재된 시멘트 클링커 제조 시스템.
[13] 상기 [1] 내지 [9] 중 어느 것에 기재된 시멘트 클링커 제조 시스템을 사용하여 시멘트 클링커를 제조하기 위한 방법이며, 상기 탄산 가스 함유 배기 가스를 회수하여, 상기 탄산 가스 함유 배기 가스 중의 탄산 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 제조 방법.
[14] 상기 탄산 가스 함유 배기 가스의 탄산 가스 농도가, 수증기를 제외한 체적 100체적％에 대하여 80체적％ 이상이 되도록, 상기 지연성 가스의 산소 농도를 조정하는, 상기 [13]에 기재된 시멘트 클링커 제조 방법.
[15] 수소 가스와, 회수된 상기 탄산 가스 함유 배기 가스 중의 탄산 가스로부터, 촉매를 사용하여 메탄을 생성하고, 생성된 메탄을, 상기 로터리 킬른 및 상기 하소로 중 적어도 어느 한쪽의 연료로서 이용하는, 상기 [13] 또는 [14]에 기재된 시멘트 클링커 제조 방법.
[16] 회수된 상기 탄산 가스 함유 배기 가스와 칼슘 함유 폐기물을 접촉시켜, 상기 탄산 가스 함유 배기 가스 중에 포함되는 탄산 가스를 상기 칼슘 함유 폐기물에 흡수시킨 후, 상기 탄산 가스를 흡수한 상기 칼슘 함유 폐기물을 시멘트 클링커 원료로서 사용하는, 상기 [13] 내지 [15] 중 어느 것에 기재된 시멘트 클링커 제조 방법.
본 발명의 시멘트 클링커 제조 시스템에 의하면, 시멘트 클링커를 제조할 때, 배기 가스의 일부에 대하여 탄산 가스 농도를 높게 하여, 이산화탄소의 고정화 및 메탄의 생성 등에 이용하기 쉬운 고농도의 탄산 가스를 포함하는 가스를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 시멘트 클링커 제조 시스템에 의하면, 상기 탄산 가스를 사용하여 효율적으로 메탄을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 시멘트 클링커 제조 시스템에 의하면, 배기 가스의 배출량을 작게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 시멘트 클링커 제조 시스템의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 시멘트 클링커 제조 시스템의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 시멘트 클링커 제조 시스템의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 시멘트 클링커 제조 시스템의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 시멘트 클링커 제조 시스템의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 1 내지 3은 각각, 본 발명의 시멘트 클링커 제조 시스템의 실시 형태의 일례를 모식적으로 나타낸 것이다.
이하, 도 1 내지 3을 참조로 하면서, 본 발명의 시멘트 클링커 제조 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1의 시멘트 클링커 제조 시스템(1)은, 시멘트 클링커 원료를 예열하기 위한 사이클론식 예열 장치(2)와, 사이클론식 예열 장치(2)로 예열된 시멘트 클링커 원료를 소성하여, 시멘트 클링커를 얻기 위한 로터리 킬른(3)과, 사이클론식 예열 장치(2)와 함께 로터리 킬른(3)의 전류측에 배치된, 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 촉진시키기 위한 하소로(4)와, 로터리 킬른(3)의 후류측에 배치된, 시멘트 클링커를 냉각시키기 위한 클링커 쿨러(5)와, 로터리 킬른(3)에서 발생한 배기 가스(이하, 「킬른 배기 가스」라고 약칭하는 경우가 있다.)를 사이클론식 예열 장치(2)를 경유한 후에 배출하기 위한 킬른 배기 가스 배출로(6)를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템이며, 공기에 비해 산소 농도를 높인 지연성 가스를 공급하기 위한 지연성 가스 공급 장치(7)와, 지연성 가스 공급 장치로부터 지연성 가스를 하소로(4)로 유도하기 위한 지연성 가스 공급로(8)와, 하소로(4)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스를 배출하기 위한 하소로 배기 가스 배출로(9)(단, 킬른 배기 가스 배출로(6)와 다른 것으로 한정한다.)를 포함하는 것이다.
사이클론식 예열 장치(2)는 복수(2개 이상의)의 사이클론식 열교환기(2a 내지 2d)를 포함하는 것이다. 복수의 사이클론식 열교환기(2a 내지 2d)는, 시멘트 클링커 원료를 이동하기 위한 유로, 및 로터리 킬른(3)에서 발생한 배기 가스를, 복수의 사이클론식 열교환기(2a 내지 2d)를 경유한 후에 배출하기 위한 킬른 배기 가스 배출로(6a 내지 6e)에 의해 연결되어 있다. 또한, 킬른 배기 가스 배출로(6a 내지 6e)는 시멘트 클링커 원료를 이동하기 위한 유로를 겸하고 있어도 된다. 사이클론식 열교환기의 수는 특별히 한정되지 않지만, 2개 이상, 통상 4 내지 5개이다. 또한, 복수의 사이클론식 열교환기는 통상, 연직 방향으로 배치되어 있다.
시멘트 클링커 원료는 사이클론식 예열 장치(2)의 최전류에 배치된 사이클론식 열교환기(2a)에 투입되어, 사이클론식 열교환기(2a) 내에 있어서, 킬른 배기 가스와 열교환하면서 원심 분리되어, 사이클론식 열교환기(2a)의 하부로부터, 후류측에 배치된 사이클론식 열교환기(2b)에 투입된 후, 다시 상기 배기 가스와 열교환하면서 원심 분리되고, 또한 후류측에 배치된 사이클론식 열교환기(2c)에 투입된다. 이와 같이, 시멘트 클링커 원료는, 상기 배기 가스로 예열(가열)되면서, 순차로 후류측에 배치된 사이클론식 열교환기(2b 내지 2c)로 이동한 후, 사이클론식 예열 장치(2)로부터, 예열된 시멘트 클링커 원료를 하소로(4)에 공급하기 위한 예열 원료 공급로(12)를 통하여, 하소로(4)에 투입(공급)된다.
사이클론식 예열 장치(2) 내에 있어서, 시멘트 클링커 원료를 예열함으로써, 하소로(4)에서 탈탄산을 촉진시키기 위해 사용되는 연료의 투입량을 저감시킬 수 있다.
사이클론식 예열 장치(2) 내에 있어서, 시멘트 클링커 원료는 바람직하게는 400 내지 900℃, 보다 바람직하게는 500 내지 850℃, 더욱 바람직하게는 550 내지 800℃, 특히 바람직하게는 600 내지 750℃로 예열된다. 상기 온도가 400℃ 이상이면, 하소로에서 탈탄산을 촉진시키기 위해 사용되는 연료의 투입량을 저감시킬 수 있다. 상기 온도가 900℃ 이하이면, 사이클론식 예열 장치(2) 내에 있어서, 시멘트 클링커 원료의 탈탄산이 촉진되기 어려워지기 때문에, 킬른 배기 가스 중의 탄산 가스 농도가 커지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 사이클론식 예열 장치(2) 내의 온도는, 통상적으로 하소로(4) 내의 온도(후술)보다도 50 내지 100℃ 낮은 온도가 된다.
시멘트 클링커 원료로서는, 특별히 한정되지 않고, 시멘트 클링커의 원료로서 일반적인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 석회석, 토양, 점토, 규석, 철원료 등의 천연 원료나, 석탄회, 철강 슬래그, 도시 쓰레기 소각재, 하수 오니 소각재, 생 콘크리트 슬러지, 폐콘크리트 미분 등의 폐기물 또는 부산물 등을 들 수 있다. 또한, 시멘트 클링커 원료로서, 탄산 가스를 흡수한 칼슘 함유 폐기물(후술)을 사용해도 된다.
시멘트 클링커 원료는, 원료 밀을 사용하여, 각종 원료를 적절한 비율로 분쇄, 혼합한 후, 사이클론식 예열 장치(2)에 투입된다. 시멘트 클링커 원료의 입도는, 시멘트 클링커의 제조를 보다 용이하게 하는 관점에서, 바람직하게는 100㎛ 이하이다.
또한, 시멘트 클링커 원료의 일부(예를 들어, 유기물을 많이 포함하는 오염 토양)를, 사이클론식 예열 장치(2)에 투입하지 않고, 직접 로터리 킬른(3)에 투입해도 된다.
하소로(4)는 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 촉진시킬 목적으로, 사이클론식 예열 장치(2)와 함께 로터리 킬른(3)의 전류측에 배치된다.
도 1에 있어서, 하소로(4)는 사이클론식 예열 장치(2)의 후류측에서 두번째에 배치된 사이클론식 열교환기(2c)와 최후류에 배치된 사이클론식 열교환기(2d) 사이에 배치되고, 사이클론식 열교환기(2a 내지 2c)를 경유함으로써 예열된 시멘트 클링커 원료는, 사이클론식 열교환기(2c)로부터 하소로(4)에 투입된다. 하소로(4)에 투입된 시멘트 클링커 원료는, 하소로(4) 내에 있어서 가열되어, 시멘트 클링커 원료의 탈탄산이 촉진된다.
여기서, 시멘트 클링커 원료의 탈탄산은, 시멘트 클링커 원료에 포함되어 있는 석회석의 주성분인 탄산칼슘(CaCO3)을, 가열에 의해 생석회(CaO)와 탄산 가스(CO2)로 분해하는 것이다.
하소로(4) 내에서, 공기에 비해 산소 농도를 높인 지연성 가스를 사용하여 시멘트 클링커 원료를 가열하는 경우, 이산화탄소 분압이 높아진다. 이 때문에, 탈탄산을 촉진시키기 위해 필요한 온도가 높아지기 때문에, 공기를 지연성 가스로서 사용하는 경우보다도, 온도를 높게 할 필요가 있다. 이 때문에, 시멘트 클링커 원료를 가열하는 온도는, 바람직하게는 850 내지 1,100℃, 보다 바람직하게는 880 내지 1,050℃, 특히 바람직하게는 900 내지 1,000℃이다. 상기 온도가 850℃ 이상이면, 이산화탄소 분압이 높은 분위기 하에서도 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 보다 촉진시킬 수 있다. 상기 온도가 1,100℃ 이하이면, 원료의 소결 등에 의해, 폐색되는 것을 방지할 수 있다.
시멘트 클링커 원료의 탈탄산은, 하소로(4) 내에 있어서 가열 수단(13) 등을 사용하여, 연료를, 지연성 가스를 사용하여 연소시켜, 시멘트 클링커 원료를 직접적으로 가열함으로써 촉진된다.
가열 수단(13)의 예로서는, 버너 등을 들 수 있다.
하소로에 있어서 사용되는 연료로서는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 석탄, 중유, 천연 가스 등의 화석 연료; 야자 껍질 등의 바이오매스; 바이오매스를 가스화하여 이루어지는 바이오가스; 탄산 가스를 원료로 하는 메타네이션에 의해 생성된 메탄 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
그 중에서도, 바이오매스 등의 카본 프리의 연료를 사용하면, 시멘트 클링커 제조에 있어서의 이산화탄소의 배출량을, 실질적으로 보다 저감시킬 수 있다.
석탄, 바이오매스 등의 고체 연료 또는 중유 등의 액체 연료를, 하소로(4) 내의 가열 수단(13)에 반송하기 위해 사용되는 가스(이하, 「연료 반송용 가스」라고도 함)로서는, 탄산 가스 또는 탄산 가스와 지연성 가스(예를 들어, 산소)를 혼합하여 이루어지는 혼합 가스가 바람직하다. 또한, 반송 가스로서, 하소로(4)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스를 냉각시켜 이루어지는 것을 사용해도 된다.
이들 연료 반송용 가스를 사용함으로써, 하소로 배기 가스 배출로(9)로부터 배출되는 탄산 가스 함유 배기 가스 중의 탄산 가스 농도를 보다 높일 수 있으며, 또한 탄산 가스 함유 배기 가스의 체적을 보다 작게 할 수 있다.
하소로(4) 내에서 사용되는 지연성 가스는, 공기에 비해 산소 농도를 높인 것이다. 이러한 지연성 가스를 사용함으로써, 하소로(4)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스(이하, 간단히 「탄산 가스 함유 배기 가스」라고 나타내는 경우가 있다.)의 탄산 가스 농도를 보다 높일 수 있다. 또한, 상기 지연성 가스를 사용함으로써, 연료의 연소성이 보다 향상되기 때문에, 잘게 분쇄하는 것이 곤란하므로 종래에는 사용하기가 어려웠던 연료라도 사용할 수 있다.
상기 지연성 가스의 산소 농도는, 탄산 가스 함유 배기 가스의 탄산 가스 농도를 보다 높이는 관점에서는, 수증기를 포함하는 체적 100체적％에 대하여 바람직하게는 21체적％ 이상, 보다 바람직하게는 25체적％ 이상, 특히 바람직하게는 30체적％ 이상이다. 또한, 상기 산소 농도는, 연소를 제어하기 쉽게 하는 관점에서는, 바람직하게는 90체적％ 이하, 보다 바람직하게는 80체적％ 이하, 더욱 바람직하게는 70체적％ 이하, 더욱 바람직하게는 60체적％ 이하, 특히 바람직하게는 50체적％ 이하이다.
하소로(4) 내에서 사용되는 지연성 가스는, 지연성 가스 공급 장치(7)로부터 공급되고, 지연성 가스 공급로(8)에 의해, 하소로(4)로 유도된다.
지연성 가스 공급로(8)는 클링커 쿨러(5) 내의 시멘트 클링커와의 열교환에 의해 승온된 공기에 의해, 지연성 가스 공급로(8) 내를 통과하는 지연성 가스가, 간접적으로 가열되어 승온되도록, 배치되어 있어도 된다. 또한, 시멘트 쿨러의 후류측(클링커 쿨러의 출구측)의 일부분에, 지연성 가스 공급로(8)를 통과시킴으로써, 시멘트 클링커의 열에 의해 지연성 가스를 승온시켜도 된다.
지연성 가스를 승온시킴으로써, 하소로(4)에서 사용되는 연료의 투입량을 저감시킬 수 있다.
하소로(4)에 지연성 가스를 공급하기 위한 지연성 가스 공급 장치(7)로서는, 예를 들어 산소 탱크, 공기로부터 산소를 분리하는 공기 분리 장치(Air Separation Unit: ASU), 물의 전기 분해에 의해 산소를 생성시키는 물 전기 분해 장치 등을 들 수 있다.
공기로부터 산소를 분리하는 방법으로서는, 심랭 분리, 흡착 분리 및 막 분리 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 다량의 산소를 얻을 수 있는 관점에서, 심랭 분리가 바람직하다.
지연성 가스 공급 장치(7)로부터 공급되는 지연성 가스는, 공기에 비해 산소 농도를 높인 것이다. 상기 지연성 가스는 그대로 하소로(4) 내에서 사용해도 되지만, 하소로(4) 내에서 사용되기 전에, 그 조성을 적절히 조정해도 된다.
예를 들어, 하소로(4) 내에서 사용되는 지연성 가스의 산소 농도가 과도하게 커져, 연소의 제어가 곤란해지는 것을 방지하고, 탄산 가스 함유 배기 가스의 탄산 가스 농도를 보다 짙게 하며, 또한 탄산 가스 함유 배기 가스에 잔존하는 산소의 양을 적게 하는 관점에서, 지연성 가스 공급 장치(7)로부터 공급된 지연성 가스와, 탄산 가스를 혼합하여, 얻어진 혼합 가스를, 하소로(4) 내에서 사용되는 지연성 가스로 해도 된다.
또한, 이산화탄소 분압을 낮춤으로써, 탈탄산을 촉진시키기 위해 필요한 온도를 낮출 목적으로, 지연성 가스 공급 장치(7)로부터 공급된 지연성 가스와, 수증기를 혼합하여, 얻어진 혼합 가스를, 하소로(4) 내에서 사용되는 지연성 가스로 해도 된다.
상기 혼합 가스(지연성 가스 공급 장치(7)로부터 공급된 지연성 가스와, 탄산 가스 및 수증기 중 적어도 어느 한쪽을 혼합한 것)의 탄산 가스 농도는, 수증기를 포함하는 체적 100체적％에 대하여 바람직하게는 10 내지 79체적％, 보다 바람직하게는 20 내지 75체적％, 더욱 바람직하게는 30 내지 70체적％이다.
또한, 하소로(4)에서 발생하는 배기 가스의 체적을 보다 작게 하며, 또한 상기 배기 가스의 탄산 가스 농도를 보다 짙게 하는 관점에서, 하소로(4) 내에서 사용되는 지연성 가스는, 산소, 탄산 가스 및 수증기 이외의 기체(예를 들어, 질소)를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 상기 지연성 가스의, 산소, 탄산 가스 및 수증기 이외의 기체의 농도는, 수증기를 포함하는 체적 100체적％에 대하여 바람직하게는 10체적％ 이하, 보다 바람직하게는 5체적％ 이하, 특히 바람직하게는 2체적％ 이하이다.
지연성 가스 공급 장치(7)로부터 공급된 지연성 가스와 탄산 가스를 혼합하는 방법의 예로서는, 지연성 가스 공급 장치(7)로부터 공급된 지연성 가스와, 탄산 가스 함유 배기 가스를 혼합하는 방법을 들 수 있다. 하소로(4)로부터 배출된 탄산 가스 함유 배기 가스의 온도는 800℃ 정도의 고온이기 때문에, 상기 배기 가스를 사용함으로써, 지연성 가스를 승온시킬 수 있다.
탄산 가스 함유 배기 가스를 혼합하는 경우, 하소로(4)에서 발생한 상기 배기 가스를 배출하기 위한 탄산 가스 함유 배기 가스 배출로(9)(단, 킬른 배기 가스 배출로(6a 내지 6e)와 다른 것으로 한정한다.) 내를 유통하는 상기 배기 가스의 일부를, 지연성 가스 공급로(8) 내를 유통하는 지연성 가스(지연성 가스 공급 장치(7)로부터 공급된 지연성 가스)에 합류시키기 위한 합류용 유통로(11)를 배치하여 지연성 가스 공급로(8) 내를 유통하는 지연성 가스와 상기 배기 가스를 혼합시키면 된다.
또한, 지연성 가스 공급로(8)가 클링커 쿨러(5) 내의 시멘트 클링커와의 열교환에 의해 승온된 공기에 의해, 지연성 가스 공급로(8) 내를 통과하는 지연성 가스가 간접적으로 가열되어 승온되도록, 배치되어 있는 경우, 상기 합류용 유통로(11)는, 상기 공기를 사용하여 상기 지연성 가스가, 간접적으로 가열된 후의 지점에 있어서, 상기 지연성 가스와 상기 배기 가스의 일부가 합류하도록 배치하는 것이 바람직하다.
탄산 가스 함유 배기 가스는 하소로 배기 가스 배출로(9)로부터 배출된다. 탄산 가스 함유 배기 가스는 사이클론, 백 필터 또는 전기 집진기 등을 사용하여 제진된 후, 또한 수분이 제거되고, 이어서 탄산 가스를 분리, 회수된다.
또한, 하소로 배기 가스 배출로(9)는 로터리 킬른(3)에서 발생한 배기 가스를 배출하기 위한 킬른 배기 가스 배출로(6a 내지 6e)와는 다른 것이다. 하소로 배기 가스 배출로(9)와 킬른 배기 가스 배출로(6a 내지 6e)를 완전히 나눔으로써, 탄산 가스 농도가 짙은 탄산 가스 함유 배기 가스만을 회수할 수 있다.
탄산 가스 함유 배기 가스는 탄산 가스 농도가 높은 것이기 때문에, 탄산 가스 함유 배기 가스로부터 탄산 가스를 분리, 회수하는 것이 용이하다. 탄산 가스 함유 배기 가스의 탄산 가스 농도는, 수증기를 제외한 체적 100체적％에 대하여 바람직하게는 80체적％ 이상, 보다 바람직하게는 85체적％ 이상, 특히 바람직하게는 90체적％ 이상이다.
상기 탄산 가스 농도는 지연성 가스의 산소 농도를 조정함으로써 얻을 수 있다. 구체적으로는, 지연성 가스의 산소 농도를 보다 높이거나, 지연성 가스의 산소, 탄산 가스 및 수증기 이외의 기체(예를 들어, 질소)의 농도를 보다 낮게 함으로써, 상기 탄산 가스 농도를 보다 높일 수 있다.
또한, 탄산 가스 함유 배기 가스의 온도는 하소로(4)의 탈탄산 조건에 따라서 다르기는 하지만, 통상 700 내지 900℃이다. 탄산 가스 함유 배기 가스는 고온이기 때문에, 해당 배기 가스를 사용하여 물을 가열함으로써 수증기를 발생시켜, 해당 수증기와 수증기 터빈을 사용하여 발전을 행해도 된다.
탄산 가스 함유 배기 가스로부터 산소, 질소 및 수증기 등을 제거함으로써, 탄산 가스를 정제해도 된다. 탄산 가스 함유 배기 가스 중의 탄산 가스의 농도가 높은 경우, 아민 등의 화학 흡수제를 사용하여 탄산 가스를 분리 회수하지 않고, 직접 압축·냉각시켜 액화함으로써 탄산 가스를 정제할 수 있다.
시멘트 클링커 원료는, 하소로(4)에 있어서 탈탄산이 촉진된 후, 가열 후의 고온을 유지한 채로, 사이클론식 예열 장치(2)의 최후류에 배치된 사이클론식 열교환기(2d)에 투입되고, 이어서 로터리 킬른(3)에 투입된다.
또한, 하소로를, 사이클론식 예열 장치와 로터리 킬른 사이에 배치하고, 시멘트 클링커 원료를, 하소로에 있어서 탈탄산이 촉진된 후에, 직접 로터리 킬른에 투입해도 된다(도시하지 않음.).
로터리 킬른(3)에 있어서, 시멘트 클링커 원료를 소성함으로써, 시멘트 클링커를 얻을 수 있다. 시멘트 클링커 원료의 소성 온도는 시멘트 클링커 제조에 있어서의 일반적인 온도이면 되고, 통상 1,400℃ 이상이다.
로터리 킬른(3)에 있어서, 시멘트 클링커의 원료의 소성에 사용되는 연료로서는, 하소로(4)에 있어서 사용되는 연료와 마찬가지의 것을 사용할 수 있다. 또한, 유기 성분을 많이 포함하는 오염 토양이나 폐타이어 등의 파쇄하기 어려운 연료는, 로터리 킬른(3)의 원료 투입구로부터 직접 투입해도 된다.
또한, 로터리 킬른(3)에서 발생한 배기 가스는, 해당 배기 가스를, 사이클론식 예열 장치(2)를 경유한 후에 배출하기 위한 킬른 배기 가스 배출로(6a 내지 6e) 내를 유통한 후, 사이클론식 예열 장치(2)의 상부로부터 배출되어, 사이클론, 백 필터 또는 전기 집진기 등을 사용하여 제진된 후, 굴뚝으로부터 외부로 배출된다.
이산화탄소의 배출량을 보다 저감시키는 관점에서, 킬른 배기 가스로부터 탄산 가스를 분리, 회수해도 된다.
킬른 배기 가스로부터 탄산 가스를 분리, 회수하는 방법의 예로서는, 모노에탄올아민 등을 이산화탄소 흡수제로서 사용한 화학 흡수법, 생석회를 이산화탄소 흡수제로서 사용한 칼슘 루핑, 고체 흡착법, 막 분리법 등을 들 수 있다.
칼슘 루핑에서 사용되는 생석회는, 석회석의 탈탄산에 의해 얻어진 것이어도 된다. 반복 사용한 석회석은, 최종적으로 시멘트 클링커 원료로서 사용할 수 있다.
또한, 킬른 배기 가스의 일부를, 사이클론식 예열 장치(2)를 경유하지 않고 추기하여 냉각시키고, 고체분을 제거한 후에, 고체분이 제거된 배기 가스를 배출함과 함께, 고체분을 조분과 미분으로 분급하여, 조분을 시멘트 클링커 원료의 일부로서 사용하고, 미분을 회수하기 위한 염소 바이패스 장치(10)를 배치해도 된다.
또한, 「조분」은 시멘트 클링커 원료 성분이 많고, 또한 염소가 적은 경향이 있고, 「미분」은 염소가 많아지는 경향이 있다.
염기 바이패스 장치(10)는 통상적으로 사이클론식 예열 장치(2)와 로터리 킬른(3)의 접속 부분에 배치된다. 염소 바이패스 장치(10)를 배치함으로써, 도시 쓰레기 소각재 등의 염소를 함유하는 폐기물을, 시멘트 클링커 원료나 로터리 킬른의 연료로서 보다 대량으로 사용할 수 있다.
염소 바이패스 장치(10)로부터 배출되는 킬른 배기 가스는, 통상적으로 킬른 배기 가스 배출로(6a)로 복귀된다.
로터리 킬른(3)에서 얻어진 시멘트 클링커는, 로터리 킬른(3)의 후류측에 배치된, 시멘트 클링커를 냉각시키기 위한 클링커 쿨러(5)에 투입되어 냉각된다.
하소로(4) 및 로터리 킬른(3)에 있어서의 가열을 보다 효율적으로 행하는 관점에서, 시멘트 클링커의 냉각에 사용되는 공기를, 클링커 쿨러(5)의 전류측과 후류측으로 나누고, 시멘트 클링커를 냉각시킨 후의 후류측의 공기를, 지연성 가스 공급로(8) 내를 통과하는 지연성 가스의 간접 가열에 사용해도 된다.
또한, 전류측과 후류측의 냉각에 사용되는 가스를 다른 것으로 해도 된다. 구체적으로는, 클링커 쿨러(5)의 전류측을 냉각시키는 가스로서 공기를 사용하고, 후류측을 냉각시키는 가스로서, 지연성 가스 공급로(8) 내를 통과하는 지연성 가스를 사용해도 된다.
전류측을 냉각시키는 가스는, 고온의 시멘트 클링커와 열교환된 후, 로터리 킬른(3) 내에 있어서 연료를 연소시키기 위한 지연성 가스로서 사용된다. 또한, 전류측을 냉각시키는 가스는, 클링커 쿨러(5)의 입구측에서 열교환되기 때문에, 후류측을 냉각시키는 가스와 비교하여, 열교환 후에 보다 고온이 된다.
또한, 로터리 킬른 내에 있어서 연료를 연소시킬 때에 사용되는 공기 및 지연성 가스의 가열, 그리고 로터리 킬른 및 하소로의 가열 보조로서, 전기 에너지를 사용하여 가열해도 된다. 전기 에너지를 사용한 가열 방법으로서는, 플라스마 가열, 저항 가열, 마이크로파 가열 등을 들 수 있다. 전기 에너지로서, 재생 가능한 에너지를 사용하면, 이산화탄소의 배출량을 더 저감시킬 수 있다.
상술한 시멘트 클링커 제조 시스템을 사용한 시멘트 클링커의 제조 방법으로, 하소로(4)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스를 회수하여, 상기 배기 가스 중의 탄산 가스를 이용해도 된다.
탄산 가스의 이용의 일례로서는, 예를 들어 메타네이션을 들 수 있다. 또한, 메타네이션이란, 수소와 이산화탄소를 반응시켜 메탄과 물을 생성하는 것이다.
구체적으로는, 수소 가스와, 상기 배기 가스에 포함되는 탄산 가스로부터, 촉매를 사용하여 메탄을 생성하는 방법을 들 수 있다.
수소 가스는 물을 전기 분해하거나 함으로써 얻을 수 있다. 물을 전기 분해할 때의 전기 에너지로서, 수력, 풍력, 지열 또는 태양광 등의 재생 가능한 에너지 유래의 것을 사용하면, 이산화탄소의 배출량을 더욱 삭감시킬 수 있다. 이 때, 산소도 생성되지만, 해당 산소는 상술한 지연성 가스에 포함되는 산소로서 사용해도 된다.
상기 촉매의 예로서는, Rh/Mn계, Rh계, Ni계, Pd계 및 Pt계 등의 촉매를 들 수 있다. 또한, 상기 촉매를 담지하기 위한 담체를 사용해도 된다. 해당 담체의 예로서는, CeO2, ZrO2, Y2O3, Al2O3, MgO, TiO2, SiO2 등을 들 수 있다. 이들은 적절히 선택하여 사용하면 된다.
생성된 메탄은, 이산화탄소의 배출량을 보다 작게 하는 관점에서, 로터리 킬른(3) 및 하소로(4) 중 적어도 어느 한쪽의 연료로서 이용할 수 있다. 또한, 생성된 메탄은 별도로 발전용의 연료로서 사용해도 된다.
또한, 탄산 가스의 이용의 다른 예로서는, 칼슘 함유 폐기물의 탄산화를 들 수 있다.
구체적으로는, 상기 배기 가스와 칼슘 함유 폐기물을 접촉시켜, 상기 배기 가스 중에 포함되는 탄산 가스를 칼슘 함유 폐기물에 흡수시키는 방법이다. 탄산 가스를, 칼슘 함유 폐기물에 흡수시켜, 고정화함으로써, 대기 중에의 이산화탄소의 배출량을 저감시킬 수 있다. 칼슘 함유 폐기물의 예로서는, 폐콘크리트 등을 들 수 있다.
탄산 가스를 흡수한 칼슘 함유 폐기물은, 상술한 시멘트 클링커 제조 시스템에 있어서, 시멘트 클링커 원료로서 사용해도 된다.
또한, 탄산 가스를 흡수한 칼슘 함유 폐기물을, 파쇄, 분급하거나 하여, 노반재나 콘크리트용 골재 등으로서 이용해도 된다. 또한, 칼슘 함유 폐기물이 폐콘크리트인 경우, 탄산 가스를 흡수한 폐콘크리트 중의 페이스트 성분만을 분리 회수하여, 시멘트 원료로서 이용해도 된다.
상술한 메타네이션이나, 칼슘 함유 폐기물의 탄산화에 있어서, 탄산 가스 함유 배기 가스를 정제하지 않고(탄산 가스를 분리, 제거하지 않고), 고온인 채로 직접, 메타네이션이나 칼슘 함유 폐기물의 탄산화에 사용함으로써, 보다 효율적으로 메타네이션이나 폐콘크리트의 탄산화를 행할 수 있다.
또한, 상술한 시멘트 클링커 제조 시스템을 사용한 시멘트 클링커의 제조에서, 하소로(4)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스를, 그대로 저류, 격리해도 된다.
도 2의 시멘트 클링커 제조 시스템(101)은, 시멘트 클링커 원료를 예열하기 위한 사이클론식 예열 장치(102)와, 사이클론식 예열 장치(102)로 예열된 시멘트 클링커 원료를 소성하여, 시멘트 클링커를 얻기 위한 로터리 킬른(103)과, 사이클론식 예열 장치(102)와 함께 로터리 킬른(103)의 전류측에 배치된, 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 촉진시키기 위한 하소로(104)와, 로터리 킬른(103)의 후류측에 배치된, 시멘트 클링커를 냉각시키기 위한 클링커 쿨러(105)와, 로터리 킬른(103)에서 발생한 배기 가스를, 사이클론식 예열 장치(102)를 경유한 후에 배출하기 위한 킬른 배기 가스 배출로(106)를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템이며, 공기에 비해 산소 농도를 높인 지연성 가스를 공급하기 위한 지연성 가스 공급 장치(후술하는 수소 가스 공급 장치를 겸하는 물 전기 분해 장치(109)여도 된다.)와, 지연성 가스 공급 장치로부터 지연성 가스를 하소로(104)로 유도하기 위한 지연성 가스 공급로(107)와, 탄산 가스 함유 배기 가스와 수소 가스를 혼합하여, 탄산 가스 함유 배기 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 조제하고, 또한 해당 혼합 가스의 온도를 조정하기 위한 혼합 장치(108)와, 수소 가스를 공급하기 위한 수소 가스 공급 장치(109), 수소 가스 공급 장치(109)로부터 수소 가스를 혼합 장치(108)로 유도하기 위한 수소 가스 공급로(110)와, 하소로(104)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스를 배출하기 위한 하소로 배기 가스 배출로(111)(단, 킬른 배기 가스 배출로(106)와 다른 것으로 한정한다.)와, 촉매를 사용하여, 혼합 가스에 포함되는, 탄산 가스와 수소 가스를 반응시켜, 메탄과 수증기를 생성시키기 위한 메탄 생성 장치(112)와, 혼합 장치(108)로부터 혼합 가스를 메탄 생성 장치(112)로 유도하기 위한 혼합 가스 공급로(113)를 포함하는 것이다. 또한, 하소로 배기 가스 배출로(111)는 하소로(104)로부터 탄산 가스 함유 배기 가스를 혼합 장치(108)로 유도하기 위한 것이다.
사이클론식 예열 장치(102), 사이클론식 열교환기(102a, 102b, 102c, 102d), 로터리 킬른(103), 클링커 쿨러(105), 킬른 배기 가스 배출로(106, 106a, 106b, 106c, 106d, 106e), 가열 수단(115a) 및 염소 바이패스 장치(117)는 각각, 상술한 사이클론식 예열 장치(2), 사이클론식 열교환기(2a, 2b, 2c, 2d), 로터리 킬른(3), 클링커 쿨러(5), 킬른 배기 가스 배출로(6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e), 가열 수단(13) 및 염소 바이패스 장치(10)와 마찬가지이다. 또한, 사이클론식 예열 장치(102)에 투입되는 시멘트 클링커 원료는, 상술한 사이클론식 예열 장치(2)에 투입되는 시멘트 클링커 원료와 마찬가지이다.
하소로(104)는 상술한 하소로(4)와 마찬가지이다. 또한, 시멘트 클링커 제조에 있어서의 이산화탄소의 배출량을 저감시키고, 또한 연료에 들어가는 비용을 저감시키는 관점에서, 하소로(104)에 있어서 사용되는 연료로서, 후술하는 메탄 생성 장치(112)에 있어서, 하소로(104)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스에 포함되는 탄산 가스를 원료로 하는 메타네이션에 의해 생성된 메탄이 바람직하다.
하소로(104)에서 사용되는 지연성 가스는, 상술한 하소로(4)에서 사용되는 지연성 가스와 마찬가지이다.
상기 지연성 가스는 지연성 가스 공급 장치(도 2 중, 물 전기 분해 장치(109))로부터 공급되고, 지연성 가스 공급로(107)에 의해 하소로(104)로 유도된다.
지연성 가스 공급 장치는 상술한 지연성 가스 공급 장치(7)와 마찬가지이다. 또한, 지연성 가스 공급 장치로서 물 전기 분해 장치를 사용해도 된다. 이 경우, 지연성 가스 공급 장치, 후술하는 수소 가스 공급 장치를 겸할 수 있다.
지연성 가스 공급로(107)는 상술한 지연성 가스 공급로(7)와 마찬가지이다.
지연성 가스 공급 장치로부터 공급된 지연성 가스와 탄산 가스를 혼합하는 방법의 예로서는, 지연성 가스 공급 장치로부터 공급된 지연성 가스와, 탄산 가스 함유 배기 가스를 혼합하는 방법을 들 수 있다. 하소로(104)로부터 배출된 탄산 가스 함유 배기 가스의 온도는 800℃ 정도의 고온이기 때문에, 상기 배기 가스를 사용함으로써, 지연성 가스를 승온시킬 수 있다.
탄산 가스 함유 배기 가스를 혼합하는 경우, 하소로 배기 가스 배출로(111) 내를 유통하는 탄산 가스 함유 배기 가스의 일부를, 지연성 가스 공급로(107) 내를 유통하는 지연성 가스(지연성 가스 공급 장치로부터 공급된 지연성 가스)에 합류시키기 위한 합류용 유통로(118)를 배치하여, 지연성 가스 공급로(107) 내를 유통하는 지연성 가스와 탄산 가스 함유 배기 가스의 일부를 혼합시키면 된다.
또한, 지연성 가스 공급로(107)가 클링커 쿨러(105) 내의 시멘트 클링커와의 열교환에 의해 승온된 공기에 의해, 지연성 가스 공급로(107) 내를 통과하는 지연성 가스가 간접적으로 가열되어 승온되도록, 배치되어 있는 경우, 상기 합류용 유통로(118)는 상기 공기를 사용하여 상기 지연성 가스가, 간접적으로 가열된 후의 지점에 있어서, 상기 지연성 가스와 상기 배기 가스의 일부가 합류하도록 배치하는 것이 바람직하다.
하소로(104)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스는, 하소로(104)로부터, 하소로 배기 가스 배출로(하소로 배기 가스 공급로)(111) 내를 통하여, 혼합 장치(108)로 유도된다.
또한, 하소로 배기 가스 배출로(111)는 로터리 킬른(103)에서 발생한 배기 가스를 배출하기 위한 킬른 배기 가스 배출로(106a 내지 106e)와는 다른 것이다. 하소로 배기 가스 배출로(111)와 킬른 배기 가스 배출로(106a 내지 106e)를 완전히 나눔으로써, 탄산 가스 농도가 짙은 탄산 가스 함유 배기 가스만을 회수할 수 있다.
탄산 가스 함유 배기 가스는 탄산 가스 농도가 높고, 질소 등이 적은 것인 점에서, 메탄 생성 장치(112) 등의 설비를 작게 할 수 있으며, 또한 메탄 생성의 원료로서 적합하다. 또한, 탄산 가스 함유 배기 가스의 온도가 높은 점에서, 메탄 생성 장치(112) 내의 온도를, 메탄 생성에 적합한 온도 범위(예를 들어, 200℃ 내지 800℃)로 하기 위해 외부로부터 공급되는 열의 양을 적게 할 수 있다.
탄산 가스 함유 배기 가스의 탄산 가스 농도는, 수증기를 제외한 체적 100체적％에 대하여 바람직하게는 80체적％ 이상, 보다 바람직하게는 85체적％ 이상, 특히 바람직하게는 90체적％ 이상이다.
상기 탄산 가스 농도는 지연성 가스의 산소 농도를 조정함으로써 얻을 수 있다. 구체적으로는, 지연성 가스의 산소 농도를 보다 높이거나, 지연성 가스의 산소, 탄산 가스 및 수증기 이외의 기체(예를 들어, 질소)의 농도를 보다 낮게 함으로써, 상기 탄산 가스 농도를 보다 높일 수 있다.
탄산 가스 함유 배기 가스의 온도는 하소로(104)의 탈탄산 조건에 따라서 다르기는 하지만, 통상 700 내지 900℃이다. 탄산 가스 함유 배기 가스는 고온이기 때문에, 해당 배기 가스를 사용하여 물을 가열함으로써 수증기를 발생시키고, 해당 수증기와 수증기 터빈을 사용하여 발전을 행해도 된다.
혼합 장치(108)는 탄산 가스 함유 배기 가스와 수소 가스를 혼합하여, 탄산 가스 함유 배기 가스와 수소 가스를 포함하는 혼합 가스를 조제하고, 또한 해당 혼합 가스의 온도를 조정하기 위한 것이다.
혼합 장치(108)에 있어서, 탄산 가스 함유 배기 가스와 수소 가스의 혼합 비율의 조제나, 혼합 가스의 온도 조정을 적절히 행함으로써, 메탄 생성 장치(112)(상세하게는 후술한다.)에 있어서의 메탄의 생성을 보다 효율적으로 행할 수 있다.
혼합 장치(108)에서 사용되는 수소 가스는, 수소 가스 공급 장치(도 2 중, 물 전기 분해 장치(109))로부터 수소 가스를 혼합 장치(108)로 유도하기 위한 수소 가스 공급로(110)를 통하여, 혼합 장치(108)에 공급된다.
수소 가스 공급 장치로서는, 수소 가스를 공급할 수 있는 것이면 되고, 수소 가스 봄베; 수소 가스 저장 탱크; 알칼리수 전해 장치, 고체 고분자형 수전해 장치, 수증기 전해 장치 등의 물 전기 분해 장치 등을 들 수 있다.
그 중에서도, 효율적인 시멘트 클링커 제조 시스템을 구축하는 관점에서, 물을 전기 분해하여 수소 가스와 산소 가스를 얻을 수 있는 물 전기 분해 장치가 바람직하다.
또한, 수증기 전기 분해 장치를 사용하는 경우, 메탄 생성 장치(112)에 있어서 생성된 수증기나, 시멘트 클링커 제조 시스템에 적절히 마련된 열교환 장치에서 생성된 수증기 등을 원료로서 사용할 수 있다.
수소 가스 공급 장치로서, 물 전기 분해 장치(109)를 사용한 경우, 수소 가스와 함께 산소 가스도 생성되지만, 해당 산소 가스는 지연성 가스에 포함되는 산소 가스로서 사용해도 된다. 이 경우, 물 전기 분해 장치(109)는 지연성 가스 공급 장치를 겸하게 된다. 물 전기 분해 장치(109)에서 생성된 산소 가스는, 지연성 가스 공급로(107)에 공급된다.
또한, 물 전기 분해 장치와는 별도로, 수소 가스 탱크 등의 수소 가스 공급 장치를 준비하여, 해당 수소 가스 공급 장치로부터 수소 가스를, 수소 가스 공급로(110)에 별도로 공급해도 된다.
또한, 물을 전기 분해할 때의 전기 에너지로서, 수력, 풍력, 지열 또는 태양광 등의 재생 가능한 에너지 유래의 것이나, 메탄 생성 장치(112)에서 생성된 메탄을 연료로서 발전한 것을 사용하면, 이산화탄소의 배출량을 더욱 삭감시킬 수 있다.
하소로(104)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스에는, 조금 산소 가스가 포함되어 있지만, 해당 산소 가스는 혼합 장치(108)에 있어서, 탄산 가스 함유 배기 가스와 수소 가스를 혼합했을 때, 수소 가스와 반응하여 수증기가 된다.
혼합 장치(108)에 있어서 혼합 가스의 조제는, 상기 산소 가스와 수소 가스가 반응한 후의 혼합 가스 중의, 수소 가스와 탄산 가스의 체적비(수소 가스/탄산 가스)가 바람직하게는 3.8 내지 4.5, 보다 바람직하게는 3.9 내지 4.2가 되도록 행해진다. 혼합 가스의 조제는, 통상적으로 수소 가스 공급로(110)로부터의 수소 가스의 공급량을 증감시킴으로써 행해진다.
상기 비가 3.8 이상이면, 메탄 함유 가스 중의 탄산 가스(메탄 생성 장치(112)에 있어서 반응하지 않고 잔존한 이산화탄소)의 양을 적게 하여, 보다 많은 메탄을 생성할 수 있다.
상기 비가 4.5 이하이면, 메탄 생성 장치(112)에서 생성되는 메탄을 포함하는 가스(이하, 「메탄 함유 가스」라고도 함) 중의 수소 가스(메탄 생성 장치(112)에 있어서 반응하지 않고 잔존한 수소)의 양을 적게 하여, 메탄 함유 가스를 연료로서 사용한 경우에, 온도 제어가 곤란해지거나, NOx가 생성되는 것을 방지할 수 있다.
혼합 가스의 온도는 바람직하게는 200 내지 600℃, 보다 바람직하게는 220 내지 500℃, 더욱 바람직하게는 240 내지 400℃, 특히 바람직하게는 250 내지 300℃이다. 상기 혼합 가스가 200℃ 이상이면, 메탄 생성 장치(112)에 있어서의 메탄의 생성 효율을 향상시킬 수 있다. 혼합되는 수소 가스의 온도는 통상 상온(20℃)이기 때문에, 상기 온도가 600℃를 초과하는 혼합 가스를 얻는 것은 곤란하다. 또한, 상기 온도가 600℃ 이하이면, 혼합 장치(108)나 혼합 가스 공급로(113) 등의 설비에 들어가는 부담을 저감시킬 수 있다.
혼합 가스의 온도가 상기 수치 범위 내로 되도록, 혼합 장치(108)에 있어서, 상기 혼합 가스를 가열 또는 냉각시켜도 된다.
혼합 장치(108)에서 혼합된 혼합 가스는, 혼합 장치(108)로부터 혼합 가스를 메탄 생성 장치(112)로 유도하기 위한 혼합 가스 공급로(113)에 의해, 메탄 생성 장치(112)에 공급된다.
혼합 가스 중의 매진 농도가 짙은 경우, 보다 효율적으로 메탄의 생성을 행하고, 또한 메탄 생성 장치(112)의 부담을 저감시키는 관점에서, 사이클론, 백 필터 또는 전기 집진기 등을 혼합 가스 공급로(113)의 도중에 마련하여, 매진을 회수해도 된다. 혼합 가스 중의 매진 농도는 바람직하게는 1g/m3N 이하, 보다 바람직하게는 0.5g/m3 이하이다.
또한, 혼합 가스 공급로(113)의 도중에, 메탄 생성 장치(112)에서 사용되는 촉매의 저해 성분(촉매의 작용을 저해하여, 촉매로서의 성능을 저하시키는 성분)을 분리하기 위한 메탄화 저해 성분 분리 장치를 마련해도 된다.
상기 저해 성분의 예로서는, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 염화수소(HCl) 등을 들 수 있다. 메탄화 저해 성분 분리 장치는, 황산화물, 질소산화물 및 염화수소 등의 상기 저해 성분을 제거하기 위한 기지의 방법이나 장치를, 적절히 조합한 것을 사용하면 된다.
또한, 메탄화 저해 성분 분리 장치에 있어서, 필요에 따라서 물(수증기)을 제거해도 된다.
또한, 탄산 가스 함유 배기 가스 중의 질소(N2)는 메탄의 생성에 관여하지 않는 무용한 가스이다. 그 때문에, 효율적으로 메탄의 생성을 행하는 관점에서, 혼합 가스로부터 질소를 제거해도 된다.
메탄 생성 장치(112)는 촉매를 사용하여, 상기 혼합 가스에 포함되는, 탄산 가스와 수소 가스를 반응시켜, 메탄과 수증기를 생성시키기 위한 것이다.
상기 촉매 및 상기 촉매를 담지하기 위해 사용해도 되는 담체는, 상술한 메타네이션에서 사용되는 촉매 및 담체와 마찬가지이다.
메탄 생성 장치(112)의 내부 공간(탄산 가스와 수소 가스가 반응하여, 메탄이 생성되는 공간)의 온도는 바람직하게는 200 내지 800℃, 보다 바람직하게는 250 내지 700℃이다.
촉매를 사용하여, 탄산 가스와 수소 가스로부터 메탄을 생성하는 반응(소위, 메타네이션 반응)은 발열 반응이지만, 어떤 일정한 레벨 이상의 에너지를 부여하지 않으면 메타네이션 반응이 진행되지 않는다. 본 발명에서는, 하소로(104)에서 발생한 고온의 탄산 가스 함유 배기 가스를 사용하여, 혼합 장치(108)에 있어서, 혼합 가스의 온도를 조정하고 있기 때문에, 메탄 생성 장치(112)의 내부 공간의 온도를, 용이하게 상기 온도 범위 내로 할 수 있다.
또한, 상기 반응을 촉진시킬 목적으로, 외부로부터 열에너지를 공급해도 된다. 예를 들어, 메탄 생성 장치(112)의 주위에, 가열 수단을 배치하여, 메탄 생성 장치(112)의 내부 공간을 간접적으로 가열해도 된다.
또한, 발열 반응에 의해, 내부 공간의 온도가 800℃를 초과한 경우에는, 메타네이션 반응이 급격하게 저하되는 경우가 있다. 이 경우, 냉매를 투입하여 냉각시켜도 된다. 냉매를 사용하여 회수한 열은, 발전 등에 사용해도 된다.
메탄 생성 장치(112)로서는, 그 내부 공간에 촉매를 충전하고, 메타네이션 반응을 일으킬 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 고정상형의 반응로 등을 들 수 있다.
메탄 생성 장치(112)에 있어서 생성된 메탄 및 수증기는, 해당 메탄, 해당 수증기, 그리고 반응하지 않고 잔존한 탄산 가스 및 수소 가스 등을 포함하는 메탄 함유 가스로서 배출된다.
시멘트 클링커 제조에 있어서의 이산화탄소의 배출량을 저감시키고, 연료에 들어가는 비용을 저감시키는 관점에서, 메탄 함유 가스는 메탄 공급로(114)를 통하여, 하소로(104)에 공급되어도 된다. 하소로(104)에 공급된 메탄 함유 가스에 포함되는 메탄은, 하소로(104)의 가열 수단(115a)의 연료로서 사용된다.
하소로(104)에 공급되는 메탄 함유 가스는, 메탄 생성 장치(112)에 있어서 생성된 수증기를 포함하고 있어도 된다. 메탄 함유 가스가 수증기를 포함하는 경우, 하소로(104) 내의 이산화탄소 분압이 저하되고, 수증기를 포함하지 않는 메탄 함유 가스를 공급한 경우와 비교하여, 10 내지 50℃ 낮은 온도에서도 탈탄산을 행할 수 있다.
또한, 메탄 함유 가스의 발열량을 크게 하는 관점에서, 메탄 함유 가스로부터 수증기를 제거해도 된다.
또한, 하소로(104)에 공급되는 메탄 함유 가스는, 메탄 생성 장치(112)에 있어서 반응하지 않고 잔존한 수소 가스를 포함하고 있어도 된다. 해당 수소 가스는 하소로(104)의 가열 수단(115a)의 연료로서 이용할 수 있다.
또한, 메탄 함유 가스 중의 수소 가스의 비율이 15질량％를 초과하는 경우에는, 하소로(104)의 온도 제어가 곤란해지고, NOx가 생성되는 등의 문제가 있기 때문에, 수소를 연료로서 사용하기에 적합한 가열 수단이 필요해지는 경우가 있다.
또한, 메탄 함유 가스를, 로터리 킬른(103)의 가열 수단(115b)에 공급하여, 가열 수단(115b)의 연료로서 사용해도 된다.
상기 메탄 함유 가스는 고온(예를 들어, 200 내지 800℃)이며, 고온을 유지한 채로, 하소로(104)나 로터리 킬른(103)에 공급됨으로써, 상온의 메탄 함유 가스를 공급하는 경우와 비교하여, 보다 소량으로, 하소로(104)나 로터리 킬른(103) 내부의 온도를 원하는 것으로 할 수 있다.
또한, 메탄 생성 장치(112)에서 생성된 메탄은, 별도로 발전용의 연료로서 사용해도 된다.
도 3의 시멘트 클링커 제조 시스템(201)은, 시멘트 클링커 원료를 예열하기 위한 사이클론식 예열 장치(202)와, 사이클론식 예열 장치(202)로 예열된 시멘트 클링커 원료를 소성하여, 시멘트 클링커를 얻기 위한 로터리 킬른(203)과, 사이클론식 예열 장치(202)와 함께 로터리 킬른(203)의 전류측에 배치된, 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 촉진시키기 위한 하소로(204)와, 로터리 킬른(203)의 후류측에 배치된, 시멘트 클링커를 냉각시키기 위한 클링커 쿨러(205)와, 로터리 킬른(203)에서 발생한 배기 가스를, 사이클론식 예열 장치(202)를 경유한 후에 배출하기 위한 킬른 배기 가스 배출로(206)와, 공기에 비해 산소 농도를 높인 지연성 가스를 공급하기 위한 지연성 가스 공급 장치(208)와, 지연성 가스 공급 장치(208)로부터 지연성 가스를 하소로(204)로 유도하기 위한 지연성 가스 공급로(209)와, 하소로(204)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스를 배출하기 위한 하소로 배기 가스 배출로(210)(단, 킬른 배기 가스 배출로(206)와 다른 것으로 한정한다.)와, 사이클론식 예열 장치(202)로부터, 예열된 시멘트 클링커 원료를 하소로(204)에 공급하기 위한 예열 원료 공급로(207)와, 하소로 배기 가스 배출로(210)의 도중에 배치된, 탄산 가스 함유 배기 가스로부터 생석회 함유 원료를 회수하기 위한 제1 회수 수단(211a)과, 하소로 배기 가스 배출로(210)의 도중이며, 제1 회수 수단(211a)보다도 후류측의 위치에서, 하소로 배기 가스 배출로(210)와 연결되고, 또한 하소로 배기 가스 배출로(210) 내를 유통하는 탄산 가스 함유 배기 가스의 일부를, 지연성 가스 공급로(209) 내를 유통하는 지연성 가스에 합류시키기 위한 하소로 배기 가스 공급로(219)를 포함하는 것이다.
또한, 사이클론식 예열 장치(202)는 2개 이상의 사이클론식 열교환기를 포함하는 것이다. 하소로(204)는 가열 수단(221)을 포함하고, 가열 수단(221)을 사용하여 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 촉진시키기 위한 것이다. 지연성 가스 공급로(209)는 하소로 배기 가스 배출로(210)의 도중이며, 제1 회수 수단(211a)보다도 전류측의 위치에서, 하소로 배기 가스 배출로(210) 내를 유통하는 탄산 가스 함유 배기 가스와 지연성 가스를 열교환하기 위한 것이다.
사이클론식 예열 장치(202)는 상술한 사이클론식 예열 장치(2)와 마찬가지이다.
또한, 사이클론식 예열 장치(202)를 구성하는 2개 이상의 사이클론식 열교환기(202a 내지 202d) 중, 예열 원료 공급로(207)가 연결되어 있는 사이클론식 열교환기(202c) 내에 있어서, 시멘트 클링커 원료는 바람직하게는 550 내지 850℃, 보다 바람직하게는 600 내지 750℃에서 예열된다. 이러한 온도 범위에서 예열함으로써, 킬른 배기 가스가 사이클론식 예열 장치(202)(특히, 예열 원료 공급로(207)가 연결되어 있는 사이클론식 열교환기(202c))를 경유할 때, 킬른 배기 가스에 포함되어 있는 탄산 가스를, 생석회 함유 원료 공급로(218)로부터 사이클론식 예열 장치(202)에 투입된 생석회 함유 원료(상세하게는 후술함)에 고정화(탄산화)시키는 것이 보다 용이해지고, 킬른 배기 가스 중의 탄산 가스의 양을 저감시킬 수 있으며, 또한 탄산 가스 함유 배기 가스 중의 탄산 가스의 농도를 보다 높일 수 있다.
또한, 사이클론식 예열 장치(202)에 투입되는 시멘트 클링커 원료는, 상술한 사이클론식 예열 장치(2)에 투입되는 시멘트 클링커 원료와 마찬가지이다.
예열된 시멘트 클링커 원료는, 사이클론식 예열 장치(202)를 구성하는 2개 이상의 사이클론식 열교환기(202a 내지 202d) 중 어느 하나와 연결된 예열 원료 공급로(207)로부터 하소로(204)에 공급된다.
도 3에 있어서, 예열 원료 공급로(207)는 사이클론식 예열 장치(202)의 최후류측에서 2번째 이상에 배치된 사이클론식 열교환기(202c)와 연결되어 있으며, 사이클론식 열교환기(202a 내지 202c)를 경유함으로써 예열된 시멘트 클링커 원료는, 사이클론식 열교환기(202c)에서 예열 원료 공급로(207)를 통하여 하소로(204)에 투입된다. 예열 원료 공급로(207)를 최후류측에서 2번째에 위치하는 사이클론식 열교환기(202c)와 연결함으로써, 충분히 예열된 시멘트 클링커 원료를 하소로(204)에 투입할 수 있다.
하소로(204)는 가열 수단(221)을 사용하여 연료를 연소시킴으로써, 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 촉진시킬 목적으로, 사이클론식 예열 장치(202)와 함께 로터리 킬른(203)의 전류측에 배치된다.
하소로(204) 내에 있어서, 시멘트 클링커 원료를 가열하는 온도는 바람직하게는 850 내지 1,100℃, 보다 바람직하게는 880 내지 1,050℃, 특히 바람직하게는 900 내지 1,000℃이다. 상기 온도가 850℃ 이상이면, 이산화탄소 분압이 높은 분위기 하에서도 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 보다 촉진시킬 수 있으며, 또한 탈탄산화된 시멘트 클링커 원료가, 하소로(204)로부터 제1 탈탄산 원료 공급로(212) 내를 통하여, 직접 로터리 킬른(203) 내에 투입되어도, 로터리 킬른(203) 내의 온도를 과도하게 저하시키지 않는다. 상기 온도가 1,100℃ 이하이면, 원료의 소결 등에 의해, 폐색되는 것을 방지할 수 있다.
시멘트 클링커 원료의 탈탄산은, 하소로(204) 내에 있어서 가열 수단(221)을 사용하여, 연료를, 지연성 가스를 사용하여 연소시켜, 시멘트 클링커 원료를 직접적으로 가열함으로써 촉진된다.
가열 수단(221)의 예로서는, 버너 등을 들 수 있다.
하소로(204)에 있어서 사용되는 연료 및 지연성 가스는, 상술한 하소로(4)에 있어서 사용되는 연료 및 지연성 가스와 마찬가지이다.
하소로(204) 내에서 사용되는 지연성 가스는, 지연성 가스 공급 장치(208)로부터 공급되고, 지연성 가스 공급로(209)에 의해 하소로(204)로 유도된다.
지연성 가스 공급로(209)는 하소로 배기 가스 배출로(210)의 도중이며, 후술하는 제1 회수 수단(211a)보다도 전류측의 위치에서, 소성로 배기 가스 배출로(210) 내를 유통하는 탄산 가스 함유 배기 가스와 지연성 가스를 열교환하도록 배치되어 있다.
이렇게 배치됨으로써, 지연성 가스 공급로(209) 내를 유통하는 지연성 가스가, 간접적으로 가열되어 승온되어, 하소로(204)에서 사용되는 연료의 투입량을 저감시킬 수 있다. 또한, 하소로 배기 가스 배출로(210) 내를 유통하는 탄산 가스 함유 배기 가스의 온도를 저하시켜, 제1 회수 수단(211a)에 있어서, 탄산 가스 함유 배기 가스로부터, 생석회 함유 원료(생석회를 포함하는 미분)를 회수하는 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 지연성 가스 공급로(209)는 클링커 쿨러(205) 내의 시멘트 클링커와의 열교환에 의해 승온된 공기에 의해, 지연성 가스 공급로(209) 내를 통과하는 지연성 가스가, 간접적으로 가열되어 승온되도록, 배치되어 있어도 된다. 또한, 시멘트 쿨러의 후류측(클링커 쿨러의 출구측)의 일부분에, 지연성 가스 공급로(209)를 통과시킴으로써, 시멘트 클링커의 열에 의해 지연성 가스를 승온시켜도 된다.
지연성 가스를 승온시킴으로써, 하소로(204)에서 사용되는 연료의 투입량을 저감시킬 수 있다.
지연성 가스 공급 장치(208)는 상술한 지연성 가스 공급 장치(7)와 마찬가지이다.
지연성 가스 공급 장치(208)로부터 공급되는 지연성 가스는, 공기에 비해 산소 농도를 높인 것이다.
또한, 하소로(204)에 공급되는 지연성 가스는, 하소로(204) 내에서 사용되는 지연성 가스의 산소 농도가 과도하게 높아져, 연소의 제어가 곤란해지는 것을 방지하고, 탄산 가스 함유 배기 가스의 탄산 가스 농도를 보다 높게 하며, 또한 탄산 가스 함유 배기 가스에 잔존하는 산소의 양을 적게 하는 관점에서, 지연성 가스 공급 장치(208)로부터 공급된 지연성 가스와, 탄산 가스를 혼합하여 이루어지는 것이다.
상기 탄산 가스는 후술하는 하소로 배기 가스 공급로(219)에 의해 공급된다.
또한, 이산화탄소 분압을 낮춤으로써, 탈탄산을 촉진시키기 위해 필요한 온도를 낮출 목적으로, 지연성 가스 공급 장치(208)로부터 공급된 지연성 가스와, 수증기를 혼합하여, 얻어진 혼합 가스를, 하소로(204) 내에서 사용되는 지연성 가스로 해도 된다.
상기 혼합 가스(지연성 가스 공급 장치(208)로부터 공급된 지연성 가스와, 탄산 가스 및 수증기 중 적어도 어느 한쪽을 혼합한 것)의 탄산 가스 농도는, 수증기를 포함하는 체적 100체적％에 대하여 바람직하게는 10 내지 79체적％, 보다 바람직하게는 20 내지 75체적％, 더욱 바람직하게는 30 내지 70체적％이다.
또한, 하소로(204)에서 발생하는 탄산 가스 함유 배기 가스의 체적을 보다 작게 하며, 또한 탄산 가스 함유 배기 가스의 탄산 가스 농도를 보다 높이는 관점에서, 하소로(204) 내에서 사용되는 지연성 가스는, 산소, 탄산 가스 및 수증기 이외의 기체(예를 들어, 질소)를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 상기 지연성 가스의, 산소, 탄산 가스 및 수증기 이외의 기체의 농도는, 수증기를 포함하는 체적 100체적％에 대하여 바람직하게는 10체적％ 이하, 보다 바람직하게는 5체적％ 이하, 특히 바람직하게는 2체적％ 이하이다.
하소로(204)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스는, 하소로 배기 가스 배출로(210) 내를 통하여 배출된다.
하소로 배기 가스 배출로(210)의 도중에는, 하소로 배기 가스 배출로(210) 내를 유통하는 탄산 가스 함유 배기 가스로부터, 탄산 가스 함유 배기 가스에 포함되어 있는 생석회 함유 원료(생석회를 포함하는 미분)를 회수하기 위한 제1 회수 수단(211a)이 배치되어 있다.
제1 회수 수단(211a)으로서는, 사이클론, 백 필터 및 전기 집진기 등을 들 수 있다.
제1 회수 수단(211a)으로 회수된 생석회 함유 원료는, 킬른 배기 가스 중의 탄산 가스를 해당 생석회 함유 원료에 고정화(탄산화)시킬 목적으로, 제1 회수 수단(211a)으로부터, 생석회 함유 원료 공급로(218a)를 통하여, 사이클론식 예열 장치(202)에 공급되어도 된다.
또한, 도 3 중, 생석회 함유 원료 공급로(218a)는 생석회 함유 원료 공급로(218)와 연결되어 있다.
하소로 배기 가스 배출로(210)의 도중이며, 제1 회수 수단(211a)보다도 후류측의 위치에는, 하소로 배기 가스 배출로(210)와 연결되고, 또한 하소로 배기 가스 배출로(210) 내를 유통하는 탄산 가스 함유 배기 가스의 일부를, 지연성 가스 공급로(209) 내를 유통하는 지연성 가스에 합류시키기 위한 하소로 배기 가스 공급로(219)가 배치되어 있다.
탄산 가스 함유 배기 가스의 일부를, 지연성 가스의 일부로서 사용하여 순환시킴으로써, 하소로 배기 가스 배출로(210)로부터, 최종적으로 외부로 배출되는 배기 가스의 양을 저감시킬 수 있다. 지연성 가스의 일부로서 사용되는, 하소로 배기 가스 배출로(210) 내를 유통하는 탄산 가스 함유 배기 가스의 순환량은, 바람직하게는 50 내지 70체적％이다.
또한, 하소로 배기 가스 공급로(219)로부터, 지연성 가스 공급로(209) 내를 유통하는 지연성 가스에 합류되는 탄산 가스 함유 배기 가스는, 제1 회수 수단(211a)에 있어서 생석회를 포함하는 더스트(생석회 함유 원료)를 회수한 후의 것이기 때문에, 하소로(204) 내에 있어서의, 상기 더스트의 체류나 부착, 연료의 연소에 대한 악영향, 하소로 배기 가스 배출로(210) 내에 있어서의, 상기 더스트의 체류나 부착에 의한, 탄산 가스 함유 배기 가스와 지연성 가스의 열교환에 대한 악영향 등을 저감시킬 수 있다.
제1 회수 수단(211a)에 있어서, 생석회 함유 원료가 회수된 탄산 가스 함유 배기 가스는, 또한 수분이 제거되고, 이어서 탄산 가스를 분리 회수된다.
또한, 하소로 배기 가스 배출로(210)는 로터리 킬른(203)에서 발생한 배기 가스를 배출하기 위한 킬른 배기 가스 배출로(206a 내지 206e)와는 다른 것이다. 하소로 배기 가스 배출로(210)와 킬른 배기 가스 배출로(206a 내지 206e)를 완전히 나눔으로써, 탄산 가스 농도가 높은 탄산 가스 함유 배기 가스만을 회수할 수 있다.
하소로(204)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스는, 탄산 가스 농도가 높은 것이기 때문에, 탄산 가스 함유 배기 가스로부터 탄산 가스를 분리, 회수하는 것이 용이하다. 탄산 가스 함유 배기 가스의 탄산 가스 농도는, 수증기를 제외한 체적 100체적％에 대하여 바람직하게는 80체적％ 이상, 보다 바람직하게는 85체적％ 이상, 특히 바람직하게는 90체적％ 이상이다.
상기 탄산 가스 농도는 지연성 가스의 산소 농도를 조정함으로써 얻을 수 있다. 구체적으로는, 지연성 가스의 산소 농도를 보다 높이거나, 지연성 가스의 산소, 탄산 가스 및 수증기 이외의 기체(예를 들어, 질소)의 농도를 보다 낮게 함으로써, 상기 탄산 가스 농도를 보다 높일 수 있다.
하소로(204)로부터 배출되는 탄산 가스 함유 배기 가스의 온도는, 통상 950 내지 1,100℃이다. 탄산 가스 함유 배기 가스는 고온이기 때문에, 해당 배기 가스를 사용하여 물을 가열함으로써 수증기를 발생시키고, 해당 수증기와 수증기 터빈을 사용하여 발전을 행해도 된다.
탄산 가스 함유 배기 가스로부터 산소, 질소 및 수증기 등을 제거함으로써, 탄산 가스를 정제해도 된다. 탄산 가스 함유 배기 가스 중의 탄산 가스의 농도가 높은 경우, 아민 등의 화학 흡수제를 사용하여 탄산 가스를 분리 회수하지 않고, 직접 압축·냉각시켜 액화함으로써 탄산 가스를 정제할 수 있다.
하소로 배기 가스 배출로(210)의 도중이며, 또한 제1 회수 수단(211a)의 전류측에, 하소로 배기 가스 배출로(210) 내를 유통하는 탄산 가스 함유 배기 가스의 온도를 저하시키기 위한 하소로 배기 가스 온도 저하 장치(도시하지 않음)를 배치해도 된다. 하소로 배기 가스 온도 저하 장치로서는, 탄산 가스 함유 배기 가스의 온도를 저하시킬 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 공기와 탄산 가스 함유 배기 가스를 열교환하기 위한 장치나, 액체와 탄산 가스 함유 배기 가스를 열교환하기 위한 장치 등을 들 수 있다.
탄산 가스 함유 배기 가스의 온도를, 예를 들어 100 내지 400℃까지 저하시킴으로써, 제1 회수 수단(211a)에 있어서, 탄산 가스 함유 배기 가스 중의 생석회를 포함하는 미분을 보다 효율적으로 회수할 수 있다. 또한, 탄산 가스 함유 배기 가스가 고온인 것에 의한, 각종 장치에 대한 악영향을 저감시킬 수 있다.
또한, 지연성 가스 공급로(209)의, 탄산 가스 함유 배기 가스와 지연성 가스를 열교환시키는 부분보다도 지연성 가스 공급 장치(208)에 가까운 위치, 및 하소로 배기 가스 공급로(219)의 도중의 위치 중 적어도 어느 한쪽의 위치(도시하지 않음.)로부터 분기되고, 하소로(204)의 가열 수단(221)에 연료 반송용 가스를 공급하기 위한 연료 반송용 가스 공급로(220)를 배치해도 된다. 연료 반송용 가스 공급로(220)는 가열 수단(221)과 연결되어 있어도 된다.
연료 반송용 가스는, 석탄, 바이오매스 등의 고체 연료 또는 중유 등의 액체 연료를, 하소로(204) 내의 가열 수단(221)에 반송하기 위해 사용되는 가스이다.
지연성 가스 공급로(209) 내를 유통하는 지연성 가스(하소로(204)로부터 배출된 고온의 탄산 가스 함유 배기 가스와 열교환되기 전의 비교적 저온의 지연성 가스), 또는 하소로 배기 가스 공급로(219) 내를 유통하는 탄산 가스 함유 배기 가스는, 그대로 연료 반송용 가스로서 사용해도 되지만, 적절히 탄산 가스나 산소와 혼합해도 된다. 또한, 연료 반송용 가스의 온도를 적절히 조정해도 된다.
연료 반송용 가스를 사용함으로써, 하소로 배기 가스 배출로(210)로부터 배출되는 탄산 가스 함유 배기 가스 중의 탄산 가스 농도를 보다 높일 수 있으며, 또한 탄산 가스 함유 배기 가스의 체적을 보다 작게 할 수 있다.
또한, 연료 반송용 가스 공급로(220)의 도중에, 연료 반송용 가스 공급로(220) 내를 유통하는 연료 반송용 가스에 연료를 공급하기 위한 연료 공급 장치(도시하지 않음.)를 마련해도 된다.
도 3에 있어서, 시멘트 클링커 원료는, 하소로(204)에 있어서 탈탄산이 촉진된 후, 가열 후의 고온을 유지한 채로, 제1 탈탄산 원료 공급로(212)를 통하여, 로터리 킬른(203)에 공급된다.
제1 탈탄산 원료 공급로(212)의 도중에, 제1 탈탄산 원료 공급로(212) 내를 유통하는 탈탄산된 시멘트 클링커 원료의 일부를, 생석회 함유 원료로서 회수하기 위한 제2 회수 수단(211b)을 배치해도 된다.
제2 회수 수단(211b)으로 회수된 생석회 함유 원료는, 킬른 배기 가스 중의 탄산 가스를 해당 생석회 함유 원료에 고정화(탄산화)시킬 목적으로, 제2 회수 수단(211b)으로부터, 제2 생석회 함유 원료 공급로(218b)를 통하여, 생석회 함유 원료 공급로(218a) 내를 유통하는 생석회 함유 원료와 합류하여, 사이클론식 예열 장치(202)에 공급된다.
또한, 제2 생석회 함유 원료 공급로(218b)는 생석회 함유 원료 공급로(218a)와 연결되어 있다(도시하지 않음.). 또한, 도 3 중, 생석회 함유 원료 공급로(218a)는 생석회 함유 원료 공급로(218)와 연결되어 있다.
또한, 하소로(204)에 있어서 탈탄산이 촉진된 후, 가열 후의 고온을 유지한 채로, 상기 생석회 함유 원료를, 최후류의 사이클론식 열교환기에 공급해도 된다(도시하지 않음.).
상술한 제1 회수 수단(211a) 및 제2 회수 수단(211b)에 있어서 회수된 생석회 함유 원료(생석회를 포함하는 미분, 또는 생석회를 포함하는 탈탄산화된 시멘트 클링커 원료)는, 생석회 함유 원료 공급로(218)를 통하여, 사이클론식 예열 장치(202)를 구성하는 2개 이상의 사이클론식 열교환기(202a 내지 202d) 중, 예열 원료 공급로(207)가 연결되어 있는 사이클론식 열교환기(202c), 또는 해당 사이클론식 열교환기의 전류측에 위치하는 사이클론식 열교환기(202a 내지 202b) 중 어느 것에 공급된다.
예열 원료 공급로(207)가 연결되어 있는 사이클론식 열교환기(202c) 또는 해당 사이클론식 열교환기의 전류측에 위치하는 사이클론식 열교환기(202a 내지 202b) 중 어느 것 중에, 생석회 함유 원료가 공급됨으로써, 킬른 배기 가스 배출로(210) 내를 유통하는 킬른 배기 가스가, 사이클론식 예열 장치(202)를 경유할 때에 킬른 배기 가스에 포함되어 있는 탄산 가스가, 생석회 함유 원료에 고정화(탄산화)된다. 이에 의해, 킬른 배기 가스 배출로에서 배출되는 킬른 배기 가스 중에 포함되는 탄산 가스(이산화탄소)의 양을 저감시킬 수 있다.
생석회 함유 원료에 고정화된 이산화탄소는, 다른 시멘트 클링커 원료와 함께 하소로(204)에 투입된 후, 하소로 내에서 탈탄산되어, 탄산 가스 함유 배기 가스로서 회수할 수 있다.
제2 탈탄산 원료 공급로(213)는 제1 탈탄산 원료 공급 장치(212)와 연결되어, 제1 탈탄산 원료 공급로(212)로부터, 탈탄산된 시멘트 클링커 원료의 일부를, 사이클론식 예열 장치(202)를 구성하는 2개 이상의 사이클론식 열교환기 중, 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기(202d)에 공급하기 위한 것이다.
제1 탈탄산 원료 공급로(212) 내를 유통하는 탈탄산된 시멘트 클링커 원료는 고온(예를 들어, 950 내지 1,000℃)이며, 해당 원료를, 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기(202d)에 공급함으로써, 사이클론식 예열 장치(202) 내의 온도를 보다 고온으로 하여, 시멘트 클링커 원료의 예열이나, 킬른 배기 가스에 포함되어 있는 탄산 가스의 고정화(탄산화)를 보다 효율적으로 행할 수 있다.
사이클론식 열교환기(202d)에 공급된 시멘트 클링커 원료는, 사이클론식 열교환기(202d)를 경유하는 킬른 배기 가스와 열교환하면서 원심 분리된 후, 로터리 킬른(203)에 투입된다.
또한, 제2 탈탄산 원료 공급로(213)의 일부분이 킬른 배기 가스 배출로(206)를 겸하고 있어도 된다.
탈탄산 원료 공급량 제어 장치(215)는 제2 탈탄산 원료 공급로(213)로부터, 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기(202d)에 공급되는 탈탄산된 시멘트 클링커 원료의 양을 조정하고, 해당 원료의 양의 조정에 의해, 사이클론식 열교환기(202d) 내의 온도 및 사이클론식 열교환기(202d) 내를 경유하는 킬른 배기 가스의 온도를 조정함으로써, 예열 원료 공급로(207)와 연결되어 있는 사이클론식 열교환기(202c) 내의 온도를 조정하기 위한 것이다.
상기 원료의 양의 조정은, 킬른 배기 가스 배출로(206) 중의 킬른 배기 가스가, 예열 원료 공급로(207)와 연결되어 있는 사이클론식 열교환기(202c)를 경유할 때의 온도에 기초하여 행해진다.
상기 온도는, 예열 원료 공급로(207)와 연결되어 있는 사이클론식 열교환기(202c)를 경유하는 킬른 배기 가스 배출로(206)의 입구(킬른 배기 가스가 사이클론식 열교환기(202c)에 들어오는 위치) 부근의 온도여도 되고, 킬른 배기 가스 배출로(206)의 출구(킬른 배기 가스가 사이클론식 열교환기(202c)로부터 나가는 위치) 부근의 온도여도 된다.
상기 온도는 온도 측정 장치(214)에 의해 측정된다. 온도 측정 장치(214)는 예열 원료 공급로(207)와 연결되어 있는 사이클론식 열교환기(202c)에, 적절히 배치하면 된다.
예열 원료 공급로(207)와 연결되어 있는 사이클론식 열교환기(202c) 내의 온도를 조정할 목적으로, 킬른 배기 가스 배출로(206a)의, 로터리 킬른(203)과 연결되어 있는 부분으로부터, 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기(202d)의 전류측의 부분까지의 사이(도 3 중, 일점 쇄선으로 둘러싸서 나타낸다.)의, 킬른 배기 가스 배출로(206) 내를 유통하는 배기 가스에, 물 또는 함수 폐기물을 공급하기 위한 수분 공급 장치(도시하지 않음.)를 배치해도 된다. 상기 배기 가스에, 물 또는 함수 폐기물을 공급함으로써, 상기 온도가 조정된다. 해당 조정은 온도 측정 장치(214)에 의해 측정된 온도에 기초하여 행하면 되고, 또한 탈탄산 원료 공급량 제어 장치(215)와 연동되어 있어도 된다.
또한, 클링커 쿨러(205)로부터 클링커 쿨러(205) 내의 공기를 킬른 배기 가스 배출로(206a) 내로 유도하기 위한 공기 공급로(217)를 배치해도 된다. 상기 공기는 클링커 쿨러(205) 내의 시멘트 클링커와의 열교환에 의해 승온된 것이다. 공기 공급로(217)로부터 킬른 배기 가스 배출로(206a)에 공급되는 상기 공기의 양을 조정함으로써, 킬른 배기 가스 배출로(206) 내의 킬른 배기 가스의 온도나 그 양을 조정할 수 있고, 가마 후미부에 투입된 폐기물의 불완전 연소를 해소할 수도 있다.
상기 공기의 양은 온도 측정 장치(214)에 의해 측정된 온도에 기초하여 조정하면 되고, 또한 탈탄산 원료 공급량 제어 장치(215)와 연동하여 조정해도 된다.
로터리 킬른(203)에서 사용되는 연료는, 상술한 로터리 킬른(3) 및 로터리 킬른(103)에서 사용되는 연료와 마찬가지이다.
또한, 로터리 킬른(203)에서 발생한 배기 가스는, 해당 배기 가스를, 사이클론식 예열 장치(220)를 경유한 후에 배출하기 위한 킬른 배기 가스 배출로(206a 내지 206e) 내를 유통한 후, 사이클론식 예열 장치(202)의 상부로부터 배출되고, 사이클론, 백 필터 또는 전기 집진기 등을 사용하여 제진된 후, 굴뚝으로부터 외부로 배출된다.
킬른 배기 가스 배출로(206)의, 로터리 킬른(203)과 연결되어 있는 부분으로부터, 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기(202d)의 전류측의 부분까지의 사이(도 3 중, 일점 쇄선으로 둘러싸서 나타낸다.)의, 킬른 배기 가스 배출로(206) 내를 유통하는 배기 가스에, 탈질제를 공급하기 위한 탈질제 공급 장치(도시하지 않음.)를 배치해도 된다. 상기 배기 가스에, 요소 등의 탈질제를 분무함으로써, 배기 가스 중의 NOx를 저감시킬 수 있다.
통상, 900℃ 정도의 온도에서, 배기 가스에 탈질제를 분무함으로써, 배기 가스 중의 NOx를 저감시키는 효과를 얻을 수 있다. 일반적인 시멘트 클링커 제조 시스템에서는, 로터리 킬른의 가마 후미로부터 보텀 사이클론(최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기)의 영역에 있어서, 배기 가스의 온도가 900℃ 정도가 되지만, 해당 영역에서는, 시멘트 클링커 원료 유래의 미분이 대량으로 존재하고 있다. 이 때문에, 분무된 탈질제가 미분에 흡착되어, 상기 효과가 작아진다는 문제가 있다.
한편, 도 3의 시멘트 클링커 제조 시스템(201)에 의하면, 상기 영역(킬른 배기 가스 배출로(206)의, 로터리 킬른(203)과 연결되어 있는 부분으로부터, 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기(202d)를 경과하는 부분)의 배기 가스 중의 시멘트 클링커 원료 유래의 미분의 양을 저감시킬 수 있기 때문에, 배기 가스 중의 NOx의 양을 효율적으로 저감시킬 수 있다.
상술한 생석회 함유 원료의 공급에 의한, 킬른 배기 가스 중에 포함되는 탄산 가스의 저하와는 별도로, 킬른 배기 가스로부터 탄산 가스를 분리, 회수해도 된다. 킬른 배기 가스로부터 탄산 가스를 분리, 회수하는 방법의 예로서는, 모노에탄올아민 등을 이산화탄소 흡수제로서 사용한 화학 흡수법, 고체 흡착법, 막 분리법 등을 들 수 있다.
또한, 염소 바이패스 장치(216)를 배치해도 된다. 염소 바이패스 장치(216)는 상술한 염소 바이패스 장치(10)와 마찬가지이다.
로터리 킬른(203)에서 얻어진 시멘트 클링커는, 로터리 킬른의 후류측에 배치된, 시멘트 클링커를 냉각시키기 위한 클링커 쿨러(205)에 투입되어, 냉각된다. 로터리 킬른(203)은 상술한 로터리 킬른(3)과 마찬가지이다.
상술한 시멘트 클링커 제조 시스템(201)을 사용한 시멘트 클링커의 제조 방법에서, 하소로(204)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스를 회수하여, 상기 배기 가스 중의 탄산 가스를 이용해도 된다.
탄산 가스의 이용으로서는, 예를 들어 상술한 시멘트 클링커 제조 시스템(1)에 있어서의 탄산 가스의 이용과 마찬가지의 것(메타네이션, 칼슘 함유 폐기물의 탄산화 등)을 들 수 있다.
메타네이션에 의한 탄산 가스의 이용 방법의 일례를, 도 3을 참조하면서 이하에 설명한다.
하소로 배기 가스 배출로(210)는, 제1 회수 수단(211a)이 배치되어 있는 위치, 및 하소로 배기 가스 공급로(219)가 연결되어 있는 위치보다도 후류측의 위치(하소로(204)로부터 보다 떨어진 위치)에 있어서, 혼합 장치(228)와 연결되어 있다. 탄산 가스 함유 배기 가스는 하소로 배기 가스 배출로(210) 내를 통하여, 혼합 장치(228)로 유도된다.
혼합 장치(228), 혼합 가스 장치로 유도되는 탄산 가스 함유 배기 가스, 혼합 장치(228)에 있어서의 혼합 가스의 조제는, 각각 상술한 혼합 장치(108), 혼합 가스 장치(108)로 유도되는 탄산 가스 함유 배기 가스, 혼합 장치(108)에 있어서의 혼합 가스의 조제와 마찬가지이다.
혼합 장치(228)에서 사용되는 수소 가스는, 수소 가스 공급 장치(도 3 중, 물 전기 분해 장치(225))로부터 수소 가스를 혼합 장치(228)로 유도하기 위한 수소 가스 공급로(227)를 통하여, 혼합 장치(228)에 공급된다.
수소 가스 공급 장치는 상술한 시멘트 클링커 제조 시스템(101)에서 사용하는 수소 가스 공급 장치와 마찬가지이다.
수소 가스 공급 장치로서, 물 전기 분해 장치(225)를 사용한 경우, 수소 가스와 함께 산소 가스도 생성되지만, 해당 산소 가스는 지연성 가스에 포함되는 산소 가스로서 사용해도 된다.
물 전기 분해 장치(225)에서 생성된 산소 가스는, 산소 가스 공급로(226)를 통하여 지연성 가스 공급 장치(208)에 공급된다.
도 3에서는, 지연성 가스 공급 장치(208)와 물 전기 분해 장치(225)가 다른 장치로서 기재되어 있지만, 물 전기 분해 장치(225)가 지연성 가스 공급 장치를 겸하고 있어도 된다.
또한, 물 전기 분해 장치와는 별도로, 수소 가스 탱크 등의 수소 가스 공급 장치를 준비하고, 해당 수소 가스 공급 장치로부터 수소 가스를, 수소 가스 공급로(227)에 별도로 공급해도 된다.
또한, 물을 전기 분해할 때의 전기 에너지로서, 수력, 풍력, 지열 또는 태양광 등의 재생 가능한 에너지 유래의 것이나, 메탄 생성 장치(223)에서 생성된 메탄을 연료로서 발전한 것을 사용하면, 이산화탄소의 배출량을 더욱 삭감시킬 수 있다.
혼합 장치(228)에서 혼합된 혼합 가스는, 혼합 장치(228)로부터 혼합 가스를 메탄 생성 장치(223)로 유도하기 위한 혼합 가스 공급로(222)에 의해, 메탄 생성 장치(223)에 공급된다.
혼합 가스 공급로(222)는 상술한 혼합 가스 공급로(113)와 마찬가지이다. 혼합 가스 공급로(222)의 도중에, 혼합 가스 공급로(113)와 마찬가지로, 사이클론, 백 필터 또는 전기 집진기 등이나, 메탄화 저해 성분 분리 장치를 마련해도 된다.
메탄 생성 장치(223)는 상술한 메탄 생성 장치(112)와 마찬가지이다.
메탄 생성 장치(223)에 있어서 생성된 메탄 및 수증기는, 해당 메탄, 해당 수증기, 그리고 반응하지 않고 잔존한 탄산 가스 및 수소 가스 등을 포함하는 메탄 함유 가스로서 배출된다.
시멘트 클링커 제조에 있어서의 이산화탄소의 배출량을 저감시키고, 연료에 들어가는 비용을 저감시키는 관점에서, 메탄 함유 가스는 메탄 공급로(224)를 통하여, 하소로(204)에 공급되어도 된다. 하소로(204)에 공급된 메탄 함유 가스에 포함되는 메탄은, 하소로(204)의 가열 수단(221)의 연료로서 사용된다.
하소로(204)에 공급되는 메탄 함유 가스는, 상술한 하소로(104)에 공급되는 메탄 함유 가스와 마찬가지이다.
또한, 메탄 함유 가스를, 로터리 킬른(203)의 가열 수단에 공급하여, 해당 가열 수단의 연료로서 사용해도 된다.
또한, 메탄 생성 장치(223)에서 생성된 메탄은, 별도로 발전용의 연료로서 사용해도 된다.
상술한 메타네이션이나, 칼슘 함유 폐기물의 탄산화에 있어서, 탄산 가스 함유 배기 가스를 정제하지 않고(탄산 가스를 분리, 제거하지 않고), 고온인 채로 직접, 메타네이션이나 칼슘 함유 폐기물의 탄산화에 사용함으로써, 보다 효율적으로 메타네이션이나 폐콘크리트의 탄산화를 행할 수 있다.
또한, 상술한 시멘트 클링커 제조 시스템을 사용한 시멘트 클링커의 제조에서, 하소로(204)에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스를, 그대로 저류, 격리해도 된다.
1, 101, 201: 시멘트 클링커 제조 시스템
2, 102, 202: 사이클론식 예열 장치
2a, 2b, 2c, 2d, 102a, 102b, 102c, 102d, 202a, 202b, 202c, 202d: 사이클론식 열교환기
3, 103, 203: 로터리 킬른
4, 104, 204: 하소로
5, 105, 205: 클링커 쿨러
6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 106, 106a, 106b, 106c, 106d, 106e, 206, 206a, 206b, 206c, 206d, 206e: 킬른 배기 가스 배출로
7, 208: 지연성 가스 공급 장치
8, 107, 209: 지연성 가스 공급로
9, 111, 210: 하소로 배기 가스 배출로
10, 117, 216: 염소 바이패스 장치
11, 118: 합류용 유통로
12, 119, 207: 예열 원료 공급로
108, 228: 혼합 장치
109, 225: 물 전기 분해 장치(지연성 가스 공급 장치, 수소 가스 공급 장치)
110, 227: 수소 가스 공급로
112, 223: 메탄 생성 장치
113, 222: 혼합 가스 공급로
114, 224: 메탄 공급로
13, 115a, 115b, 221: 가열 수단
211a: 제1 회수 수단
211b: 제2 회수 수단
212: 제1 탈탄산 원료 공급로
213: 제2 탈탄산 원료 공급로
214: 온도 측정 장치
215: 탈탄산 원료 공급량 제어 장치
217: 공기 공급로
218, 218a: 생석회 함유 원료 공급로
218b: 제2 생석회 함유 원료 공급로
219: 하소로 배기 가스 공급로
220: 연료 반송용 가스 공급로
226: 산소 공급로
2, 102, 202: 사이클론식 예열 장치
2a, 2b, 2c, 2d, 102a, 102b, 102c, 102d, 202a, 202b, 202c, 202d: 사이클론식 열교환기
3, 103, 203: 로터리 킬른
4, 104, 204: 하소로
5, 105, 205: 클링커 쿨러
6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 106, 106a, 106b, 106c, 106d, 106e, 206, 206a, 206b, 206c, 206d, 206e: 킬른 배기 가스 배출로
7, 208: 지연성 가스 공급 장치
8, 107, 209: 지연성 가스 공급로
9, 111, 210: 하소로 배기 가스 배출로
10, 117, 216: 염소 바이패스 장치
11, 118: 합류용 유통로
12, 119, 207: 예열 원료 공급로
108, 228: 혼합 장치
109, 225: 물 전기 분해 장치(지연성 가스 공급 장치, 수소 가스 공급 장치)
110, 227: 수소 가스 공급로
112, 223: 메탄 생성 장치
113, 222: 혼합 가스 공급로
114, 224: 메탄 공급로
13, 115a, 115b, 221: 가열 수단
211a: 제1 회수 수단
211b: 제2 회수 수단
212: 제1 탈탄산 원료 공급로
213: 제2 탈탄산 원료 공급로
214: 온도 측정 장치
215: 탈탄산 원료 공급량 제어 장치
217: 공기 공급로
218, 218a: 생석회 함유 원료 공급로
218b: 제2 생석회 함유 원료 공급로
219: 하소로 배기 가스 공급로
220: 연료 반송용 가스 공급로
226: 산소 공급로
Claims (16)
- 시멘트 클링커 원료를 예열하기 위한 사이클론식 예열 장치와,
상기 사이클론식 예열 장치로 예열된 상기 시멘트 클링커 원료를 소성하여, 시멘트 클링커를 얻기 위한 로터리 킬른과,
상기 사이클론식 예열 장치와 함께 상기 로터리 킬른 전류측에 배치된, 상기 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 촉진시키기 위한 하소로와,
상기 로터리 킬른의 후류측에 배치된, 상기 시멘트 클링커를 냉각시키기 위한 클링커 쿨러와,
상기 로터리 킬른에서 발생한 배기 가스를, 상기 사이클론식 예열 장치를 경유한 후에 배출하기 위한 킬른 배기 가스 배출로
를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템이며,
공기에 비해 산소 농도를 높인 지연성 가스를 공급하기 위한 지연성 가스 공급 장치와,
상기 지연성 가스 공급 장치로부터 상기 지연성 가스를 상기 하소로로 유도하기 위한 지연성 가스 공급로와,
상기 하소로에서 발생한 탄산 가스 함유 배기 가스를 배출하기 위한 하소로 배기 가스 배출로(단, 상기 킬른 배기 가스 배출로와 다른 것으로 한정한다.)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 제조 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 로터리 킬른에서 발생한 배기 가스의 일부를, 상기 사이클론식 예열 장치를 경유하지 않고 추기하여 냉각시키고, 고체분을 제거한 후에, 상기 고체분이 제거된 상기 배기 가스를 배출함과 함께, 상기 고체분을 조분과 미분으로 분급하여, 상기 조분을 상기 시멘트 클링커 원료의 일부로서 사용하고, 상기 미분을 회수하기 위한 염소 바이패스 장치를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하소로 배기 가스 배출로 내를 유통하는 상기 탄산 가스 함유 배기 가스의 일부를, 상기 지연성 가스 공급로 내를 유통하는 상기 지연성 가스에 합류시키기 위한 합류용 유통로를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 사이클론식 예열 장치로부터, 예열된 상기 시멘트 클링커 원료를 상기 하소로에 공급하기 위한 예열 원료 공급로와,
상기 하소로 배기 가스 배출로의 도중에 배치된, 상기 탄산 가스 함유 배기 가스로부터 생석회 함유 원료를 회수하기 위한 제1 회수 수단과,
상기 하소로 배기 가스 배출로의 도중이며, 상기 제1 회수 수단보다도 후류측의 위치에서, 상기 하소로 배기 가스 배출로와 연결되고, 또한 상기 하소로 배기 가스 배출로 내를 유통하는 상기 탄산 가스 함유 배기 가스의 일부를, 상기 지연성 가스 공급로 내를 유통하는 지연성 가스에 합류시키기 위한 하소로 배기 가스 공급로
를 포함하고,
상기 사이클론식 예열 장치가 2개 이상의 사이클론식 열교환기를 포함하고,
상기 하소로가 가열 수단을 포함하고, 해당 가열 수단을 사용하여 상기 시멘트 클링커 원료의 탈탄산을 촉진시키기 위한 것이고,
상기 지연성 가스 공급로가 상기 하소로 배기 가스 배출로의 도중이며, 상기 제1 회수 수단보다도 전류측의 위치에서, 상기 하소로 배기 가스 배출로 내를 유통하는 상기 탄산 가스 함유 배기 가스와 상기 지연성 가스를 열교환하기 위한 것인 시멘트 클링커 제조 시스템. - 제4항에 있어서, 상기 지연성 가스 공급로의, 상기 탄산 가스 함유 배기 가스와 상기 지연성 가스를 열교환시키는 부분보다도 상기 지연성 가스 공급 장치에 가까운 위치, 및 상기 하소로 배기 가스 공급로의 도중의 위치 중 적어도 어느 한쪽의 위치에서 분기되고, 상기 하소로의 가열 수단에 연료 반송용 가스를 공급하기 위한 연료 반송용 가스 공급로를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템.
- 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 클링커 쿨러로부터 상기 클링커 쿨러 내의 공기를 상기 킬른 배기 가스 배출로 내로 유도하기 위한 공기 공급로를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템.
- 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예열 원료 공급로가, 상기 사이클론식 예열 장치를 구성하는 2개 이상의 사이클론식 열교환기 중, 최후류측에서 2번째 이상에 위치하는 사이클론식 열교환기와 연결한 것이며,
상기 제1 회수 수단으로부터, 상기 제1 회수 수단으로 회수한 상기 생석회 함유 원료를, 상기 2개 이상의 사이클론식 열교환기 중, 상기 예열 원료 공급로가 연결되어 있는 사이클론식 열교환기, 또는 해당 사이클론식 열교환기의 전류측에 위치하는 사이클론식 열교환기에 공급하기 위한 생석회 함유 원료 공급로와,
상기 하소로로부터, 상기 하소로에서 탈탄산된 상기 시멘트 클링커 원료를, 상기 로터리 킬른에 공급하기 위한 제1 탈탄산 원료 공급로와,
상기 제1 탈탄산 원료 공급로로부터, 탈탄산된 상기 시멘트 클링커 원료의 일부를, 상기 2개 이상의 사이클론식 열교환기 중, 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기에 공급하기 위한 제2 탈탄산 원료 공급로와,
상기 킬른 배기 가스 배출로 중의 배기 가스가, 상기 예열 원료 공급로와 연결되어 있는 상기 사이클론식 열교환기를 경유할 때의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 장치와,
상기 온도 측정 장치로 측정된 온도에 기초하여, 상기 제2 탈탄산 원료 공급로로부터 상기 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기에 공급되는 탈탄산된 상기 시멘트 클링커 원료의 양을 조정하고, 해당 조정에 의해 상기 예열 원료 공급로와 연결되어 있는 상기 사이클론식 열교환기 내의 온도를 조정하기 위한 탈탄산 원료 공급량 제어 장치
를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템. - 제7항에 있어서, 상기 킬른 배기 가스 배출로의, 상기 로터리 킬른과 연결되어 있는 부분으로부터, 상기 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기의 전류측의 부분까지의 사이의, 상기 킬른 배기 가스 배출로 내를 유통하는 배기 가스에 물 또는 함수 폐기물을 공급하기 위한 수분 공급 장치를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템.
- 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 킬른 배기 가스 배출로의, 상기 로터리 킬른과 연결되어 있는 부분으로부터, 상기 최후류측에 위치하는 사이클론식 열교환기의 전류측의 부분까지의 사이의, 상기 킬른 배기 가스 배출로 내를 유통하는 배기 가스에 탈질제를 공급하기 위한 탈질제 공급 장치를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄산 가스 함유 배기 가스와 수소 가스를 혼합하여, 상기 탄산 가스 함유 배기 가스와 상기 수소 가스의 혼합 가스를 조제하고, 또한 해당 혼합 가스의 온도를 조정하기 위한 혼합 장치와,
상기 수소 가스를 공급하기 위한 수소 가스 공급 장치와,
상기 수소 가스 공급 장치로부터 상기 수소 가스를 상기 혼합 장치로 유도하기 위한 수소 가스 공급로와,
촉매를 사용하여, 상기 혼합 가스에 포함되는, 탄산 가스와 수소 가스를 반응시켜, 메탄과 수증기를 생성시키기 위한 메탄 생성 장치와,
상기 혼합 장치로부터 상기 혼합 가스를 상기 메탄 생성 장치로 유도하기 위한 혼합 가스 공급로
를 포함하고,
상기 하소로 배기 가스 배출로가, 상기 하소로로부터 상기 탄산 가스 함유 배기 가스를 상기 혼합 장치로 유도하기 위한 것인 시멘트 클링커 제조 시스템. - 제10항에 있어서, 상기 메탄 생성 장치로 생성시킨 메탄을 포함하는 메탄 함유 가스를, 상기 하소로에 공급하기 위한 메탄 공급로를 포함하는 시멘트 클링커 제조 시스템.
- 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 지연성 가스 공급 장치 및 상기 수소 가스 공급 장치가, 물을 전기 분해하여 수소 가스와 산소 가스를 얻기 위한 물 전기 분해 장치인 시멘트 클링커 제조 시스템.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 시멘트 클링커 제조 시스템을 사용하여 시멘트 클링커를 제조하기 위한 방법이며,
상기 탄산 가스 함유 배기 가스를 회수하여, 상기 탄산 가스 함유 배기 가스 중의 탄산 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 제조 방법. - 제13항에 있어서, 상기 탄산 가스 함유 배기 가스의 탄산 가스 농도가, 수증기를 제외한 체적 100체적％에 대하여 80체적％ 이상이 되도록, 상기 지연성 가스의 산소 농도를 조정하는 시멘트 클링커 제조 방법.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 수소 가스와, 회수된 상기 탄산 가스 함유 배기 가스 중의 탄산 가스로부터, 촉매를 사용하여 메탄을 생성하고, 생성된 메탄을, 상기 로터리 킬른 및 상기 하소로 중 적어도 어느 한쪽의 연료로서 이용하는 시멘트 클링커 제조 방법.
- 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 회수된 상기 탄산 가스 함유 배기 가스와 칼슘 함유 폐기물을 접촉시켜, 상기 탄산 가스 함유 배기 가스 중에 포함되는 탄산 가스를 상기 칼슘 함유 폐기물에 흡수시킨 후, 상기 탄산 가스를 흡수한 상기 칼슘 함유 폐기물을 시멘트 클링커 원료로서 사용하는 시멘트 클링커 제조 방법.
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