WO2011058693A1 - 混合か焼炉 - Google Patents

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WO2011058693A1
WO2011058693A1 PCT/JP2010/006048 JP2010006048W WO2011058693A1 WO 2011058693 A1 WO2011058693 A1 WO 2011058693A1 JP 2010006048 W JP2010006048 W JP 2010006048W WO 2011058693 A1 WO2011058693 A1 WO 2011058693A1
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raw material
mixing
cement raw
calcination
gas
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PCT/JP2010/006048
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島裕和
樋口直寛
高山佳典
小松卓哉
王俊柱
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三菱マテリアル株式会社
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Definitions

  • the present invention is a mixture for recovering CO 2 gas at a high concentration, which is generated when calcined by mixing superheated calcined material with the calcined material, or generated mainly when the cement raw material is calcined in the cement production facility. It relates to a kiln.
  • FIG. 18 shows a general cement manufacturing facility in the cement industry, and reference numeral 1 in the figure denotes a rotary kiln (cement kiln) for firing cement raw materials.
  • the rotary kiln 1 is provided with two sets of pre-heaters 3 for preheating the cement raw material in parallel in the left kiln bottom portion 2 in the drawing, and the inside is heated before the right kiln in the drawing.
  • a main burner 5 is provided.
  • symbol 6 in a figure is a clinker cooler for cooling the cement clinker after baking.
  • each preheater 3 is configured by a plurality of cyclones arranged in series in the vertical direction, and the cement raw material supplied from the supply line 4 to the uppermost cyclone is sequentially transferred to the lower cyclone. As it falls, it is preheated by high-temperature exhaust gas from the rotary kiln 1 that rises from below, and is further extracted from the second-stage cyclone from below and sent to the calcining furnace 7, where it is burned by the burner 7a. After being heated and calcined, the bottom cyclone is introduced into the kiln bottom 2 of the rotary kiln 1 through the transfer pipe 3a.
  • the kiln bottom part 2 is provided with an exhaust gas pipe 3b for supplying the combustion exhaust gas discharged from the rotary kiln 1 to the lowermost cyclone, and the exhaust gas sent to the cyclone is sequentially supplied to the upper cyclone. Then, the cement raw material is preheated, and finally exhausted from the upper part of the uppermost cyclone by the exhaust fan 9 through the exhaust line 8.
  • limestone (CaCO 3 ) contained as a main raw material of the cement raw material is preheated by the preheater 3 and then calcined in the calcining furnace 7 and the lowermost cyclone of the preheater 3.
  • cement clinker is manufactured by firing in a high temperature atmosphere of about 1450 ° C. in the rotary kiln 1.
  • the CO 2 gas originating from the high-concentration raw material and the CO 2 originating from the low-concentration fuel are mixed, so the amount of CO 2 emission is large. Nevertheless, the CO 2 concentration is about 30 to 35%, which makes it difficult to recover.
  • Patent Document 1 the CO 2 gas generated in the firing process of limestone, as a device for recovering the CO 2 gas having a high utility value of high purity, and decomposition reaction tower limestone is supplied, as a heating medium
  • Production and recovery devices have been proposed.
  • quick lime which has been heated by the reheat column was fed to the decomposition reactor through a connection pipe, CO 2 gas in the decomposition reaction column by which to form a fluidized bed calcining limestone
  • a part of the quicklime produced thereby is discharged, and the other part is sent again to the reheat tower through the connecting pipe to be reheated.
  • the decomposition reaction tower that is a place where the decomposition reaction of limestone is performed and the reheat tower that is a place where the amount of heat necessary for the decomposition reaction is generated are separated.
  • the CO 2 gas at concentrations from decomposition reactor It can be recovered.
  • JP 57-67013 A (Problems to be solved by the invention)
  • the temperature at which the calcination reaction of limestone occurs rapidly increases as the CO 2 gas concentration in the atmosphere increases, as shown in FIG. 19, and is 100% (partial pressure under atmospheric pressure (1 atm)).
  • the temperature is close to 1 atm, the temperature exceeds 860 ° C. For this reason, in order to increase the recovery rate of CO 2 gas, it is necessary to heat the limestone to an excessively high temperature, which causes a problem that the fuel cost increases.
  • the generation recovery device of the CO 2 gas is used quicklime as superheated calcine, because they were calcined by heating the limestone which is an object to be calcine by the quick lime, it occurred when both are mixed
  • the amount of the quicklime is superheated calcine becomes larger than the amount of the limestone which is an object to be calcine .
  • the limestone that is a calcined product is introduced, it comes into contact with the quicklime that is a superheated calcined product, and CO 2 gas is generated at a stretch, so that a uniform fluidized bed or spouted bed cannot be formed.
  • there is also a problem there is a problem that it is difficult to form a fluidized bed or a spouted bed even in the initial stage of operation.
  • a heating medium having a particle size larger than that of the cement material is introduced from the upper part of the decomposition reaction tower and extracted from the lower part to form a moving bed, and the cement material is jetted by CO 2 gas generated in the gap between the heat medium.
  • CO 2 gas and the calcined cement raw material are recovered, CO 2 gas is generated when the cement raw material is input from the upper part, and is supplied from the upper part before being supplied to the moving bed. It will be discharged. As a result, there is also a problem that the amount of generated CO 2 gas is not stable.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and separates CO 2 gas generated at the time of calcining by mixing superheated calcined material with the calcined material at a high concentration by a fluidized bed type or a spouted bed type. It is an object of the present invention to provide a mixing or calcining furnace that can be recovered.
  • the present invention facilitates fluidization or jetting even when the particle size of the heat medium is larger than that of the cement raw material, and separates and recovers the CO 2 gas generated in the cement production facility at a high concentration. It is an object of the present invention to provide a mixing calciner that can be used. (Means for solving the problem)
  • a first aspect of the present invention is a mixed calcination furnace in which a calcined reaction is caused by mixing a superheated calcination product with a calcined product. And a fluidized bed type or a spouted bed type, and a plurality of supply lines for supplying the calcined product.
  • a second aspect of the present invention is the first aspect, wherein the mixing calciner is fluidized or jetted with air at an initial stage of operation and spontaneously fluidized or jetted by generation of CO 2 gas. It is characterized by comprising fluidizing or jetting means for stopping the supply of the air after it has been made.
  • a third aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect, the overheated calcined product has the same particle diameter as the calcined product.
  • the same particle diameter means that the average particle diameter is equivalent.
  • the average particle diameter is equalized by using the cement raw material for the superheated calcined material.
  • a fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect, the calcined product is a cement raw material before calcination.
  • the calcined material is limestone before calcination.
  • the calcination product is supplied through a plurality of supply lines and mixed with the superheated calcination product.
  • the inside of the mixing calcination furnace is filled with CO 2 gas generated by calcination of the object to be calcined, and the CO 2 gas concentration becomes approximately 100%.
  • CO 2 gas having a concentration of approximately 100% can be recovered from the CO 2 gas exhaust pipe from the mixing / calcining furnace.
  • the superheated calcined product and the calcined product have the same particle diameter, in the fluidized bed type or spouted bed type mixed calcining furnace.
  • the fluidizing or jetting action is performed smoothly.
  • CO 2 originating from the raw material generated during calcination can be selectively recovered at a high concentration.
  • the inside of the mixing calcination furnace is in a high concentration CO 2 gas atmosphere close to 100%.
  • the calcination temperature of the calcined material is increased, but the cement raw material contains clay, silica and iron oxide raw materials, that is, SiO 2 , Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 together with limestone (CaCO 3 ). It is.
  • the cement raw material is in an atmosphere of about 800 to 900 ° C.
  • alite (3CaO ⁇ SiO 2) is a calcium silicate compound forming the cement clinker and belite (2CaO ⁇ SiO 2) and aluminate phase is interstitial phase (3CaO ⁇ Al 2 O 3 ) and a ferrite phase (4CaO ⁇ Al 2 O 3 ⁇ Fe 2 O 3 ) are produced.
  • reaction temperature graph of the above formula (1) shown in FIG. 5 the reaction temperature graph of the above formula (2) shown in FIG. 6, and the reaction temperature graph of the above formula (3) shown in FIG.
  • the above reaction can be caused at a lower temperature.
  • FIG. 8 shows the change in weight when the sample of the above-mentioned cement raw material (feed) and the sample of limestone (CaCO 3 ) alone are heated at a rate of 10 K / sec, which is close to the heating rate in a general cement production facility. From this, the transition of the thermal decomposition was confirmed.
  • a sixth aspect of the present invention is a cement kiln in which the inside of the cement raw material is maintained in a high-temperature atmosphere after preheating the cement raw material with a preheater.
  • a discharge line for extracting from the lower part, a moving layer for moving the heat medium from above to below is formed.
  • the calcination temperature refers to a temperature at which limestone, that is, CaCO 3 (calcium carbonate) undergoes a reaction to decompose into CaO (calcium oxide) and CO 2 .
  • the mixing calcination furnace is configured such that the mixed calcination furnace generates CO 2 generated by calcining the cement raw material in the gap between the heating media in the moving bed.
  • a fluidized bed for fluidizing the cement raw material as the gas rises is formed, and a recovery line for recovering the calcined cement raw material by overflow is provided.
  • the 8th aspect of the present invention is characterized in that, in the above 7th aspect, the mixing calcination furnace is connected to a plurality of input lines for supplying the cement raw material.
  • a ninth aspect of the present invention relates to the sixth aspect, wherein the mixing calcination furnace is configured such that the mixed calcination furnace generates CO 2 generated by calcination of the cement raw material in the gap between the heating media in the moving bed.
  • a spout layer is formed for jetting the cement raw material, and a recovery line for recovering the calcined cement raw material accompanied by CO 2 gas generated by calcination, and this recovery
  • the line is provided with separation means for separating the CO 2 gas and the cement raw material calcined.
  • the mixing calcination furnace has a charging line for charging the cement raw material connected between the supply line and the discharge line for the heat medium. It is characterized by being.
  • An eleventh aspect of the present invention is the heat medium according to the tenth aspect, wherein the cement raw material input line is 1 between the supply line and the discharge line of the heat medium. It is characterized in that it is connected between 0.5 and 0.9 below the supply line.
  • a twelfth aspect of the present invention is that, in the ninth aspect, the mixing calcination furnace has a charging line between the supply line and the discharge line for the heating medium. It is connected to a plurality of locations.
  • the thirteenth aspect of the present invention is the heat medium according to the twelfth aspect, wherein the cement raw material input line is 1 between the heat medium supply line and the discharge line. Are connected to a plurality of locations between 0.1 and 0.9 below the supply line. (Effects of the sixth to thirteenth aspects of the present invention)
  • the mixing calcination furnace allows the CO 2 gas generated by calcination of the cement raw material to pass through the gaps between the heating media even when the particle size of the heating medium is larger than the particle size of the cement raw material. Fluidized and filled, the CO 2 gas concentration can be brought to approximately 100%. Moreover, it is excellent in the heat receiving from the said heat medium by fluidizing the said cement raw material in the space
  • CO 2 gas having a concentration of approximately 100% can be recovered from the CO 2 gas exhaust pipe from the mixing / calcining furnace.
  • the above-mentioned mixed calcination furnace is in a CO 2 gas atmosphere having a high concentration of nearly 100%, the calcination temperature of the cement raw material becomes high, but in the cement raw material, clay, silica stone, and limestone (CaCO 3 ) are included.
  • iron oxide raw materials that is, SiO 2 , Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 .
  • the cement raw material is in an atmosphere of about 800 to 900 ° C.
  • alite (3CaO ⁇ SiO 2) is a calcium silicate compound forming the cement clinker and belite (2CaO ⁇ SiO 2) and aluminate phase is interstitial phase (3CaO ⁇ Al 2 O 3 ) and a ferrite phase (4CaO ⁇ Al 2 O 3 ⁇ Fe 2 O 3 ) are produced.
  • reaction temperature graph of the above formula (1) shown in FIG. 14 the reaction temperature graph of the above formula (2) shown in FIG. 15, and the reaction temperature graph of the above formula (3) shown in FIG.
  • the above reaction can be caused at a lower temperature.
  • FIG. 17 shows the change in weight when the sample of the above-mentioned cement raw material (feed) and the sample of limestone (CaCO 3 ) alone are heated at a rate of 10 K / sec, which is close to the heating rate in a general cement production facility. From this, the transition of the thermal decomposition was confirmed.
  • the cement raw material is heated and calcined by a heat medium having a large particle size, and thus an extremely small specific surface area, unlike the cement raw material. Even if the calcination temperature is heated to 1000 ° C. or higher, the adhesion between the heat mediums or between the heat medium and the furnace wall or chute inner wall can be suppressed and the occurrence of coaching troubles can be suppressed.
  • the CO 2 gas generated by calcining the cement raw material in the gap between the heating media in the moving bed formed in the mixing calciner is increased.
  • a fluidized bed for fluidizing the cement raw material is formed, and a recovery line is provided for recovering the calcined cement raw material by overflow, so that the calcined cement raw material is recovered by overflow.
  • the cement raw material is fluidized in the gaps between the heating media because the mixing calcining furnace is connected to a plurality of input lines for charging the cement raw material. Therefore, the cement raw material can be dispersed even if the cross-sectional area of the furnace is increased to suppress the hollow cylinder speed in the furnace. As a result, it is possible to transmit width radiation heat, which is a main heat transfer means from the heat medium, to the cement raw material, and the cement raw material can be efficiently calcined.
  • the CO 2 gas generated by calcining the cement raw material in the gap between the heating media is increased.
  • a recovery line is connected to recover the calcined cement raw material accompanied by CO 2 gas generated by calcination.
  • the cross-sectional area of the mixing / calcining furnace is reduced to increase the speed of the CO 2 gas cylinder generated in the gap between the heating media.
  • the high concentration CO 2 gas generated in the gap between the heat medium and the calcined above The cement raw material can be efficiently recovered, and after the recovery, the high-concentration CO 2 gas and the calcined cement raw material can be easily separated and recovered individually.
  • the input line for supplying the cement raw material is connected between the supply line and the discharge line for the heat medium.
  • the cement raw material can be supplied to the moving bed without being discharged without being calcined by the CO 2 gas generated in the gap between the heat medium, and receives heat from the heat medium. Can be fully calcined. As a result, the generation of CO 2 gas can be stabilized.
  • the supply line of the heat medium is lower than the supply line of the heat medium. Since it is connected between 0.5 and 0.9, when the cement raw material is charged, the cement raw material is not sufficiently calcined from the upper part of the mixing or calcining furnace and is accompanied by CO 2 gas. It can be prevented from being discharged, and the cement raw material is discharged together with the heat medium without being sufficiently calcined from the heat medium discharge line connected to the lower part of the mixing or calcination furnace. Can be prevented. As a result, it can be surely supplied to the moving bed and sufficiently subjected to the radiant heat from the heat medium and calcined, and the generation of CO 2 gas can be stabilized.
  • the charging line for charging the cement raw material of the mixing calciner is connected to a plurality of locations between the supply line and the discharge line of the heat medium. Therefore, when the cement raw material is charged, the cement raw material is not entrained by the CO 2 gas generated in the gap between the heat medium, and is not discharged from the bottom together with the moving bed. Receiving heat, it can be fully calcined. As a result, the space of the mixing calciner and utilizing efficiently, it is possible to further stabilize the generation of CO 2 gas, it is possible to improve the recovery rate of the CO 2 gas.
  • the cement raw material input line is 1 between the heating medium supply line and the discharge line, the heating medium lower than the heating medium supply line. because it is connected to a plurality of locations between 0.1-0.9 in, when to inject the cement raw material, CO 2 gas cement material from the top of the mixed calciner is not sufficiently calcined And the cement raw material together with the heat medium without being sufficiently calcined from the discharge line of the heat medium connected to the lower part of the mixing or calcining furnace. It can be prevented from being discharged. As a result, it can be surely supplied to the moving bed and sufficiently subjected to the radiant heat from the heat medium and calcined, and the generation of CO 2 gas can be stabilized. Furthermore, the space mixed calciner and utilizing efficiently, with more stabilized generation of CO 2 gas can be achieved, it is possible to improve the recovery rate of the CO 2 gas.
  • quick lime CaO
  • silica SiO 2
  • alumina Al 2 O
  • quicklime has the advantage that it has a high melting point of about 2500 ° C. and is difficult to fuse. Further, even if fine powder generated by gradually wearing while circulating as a heat medium is mixed with the raw material, it is one of the components of the cement raw material, so that no harmful effects are caused.
  • Silica also has the advantage that it has a high melting point of about 1700 ° C. and is difficult to be fused, and it is very hard to wear out, so that the amount of replenishment as a heat medium is small. Furthermore, even if the fine powder produced by gradually wearing during the circulation process is mixed with the raw material, it is one of the components of the cement raw material, so there is no inconvenience.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment in which a mixing calciner according to the present invention is used in a cement production facility.
  • FIG. 2 is an explanatory view for explaining a mixing calciner according to the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory view for explaining the fluidizing or jetting means of the mixing calciner according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a modification of an embodiment in which the mixing calciner according to the present invention is used in a cement production facility.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the CO 2 concentration in the atmosphere and the reaction temperature represented by the equation (1).
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the CO 2 concentration in the atmosphere and the reaction temperature represented by the equation (2).
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the CO 2 concentration in the atmosphere and the reaction temperature represented by the equation (3).
  • FIG. 8 is a graph showing the difference in calcination start temperature and end temperature between a cement raw material and limestone alone in a CO 2 atmosphere.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a CO 2 gas recovery facility in the cement manufacturing facility according to the present invention.
  • FIG. 10 is an explanatory view illustrating an embodiment of a mixing calciner used in a CO 2 gas recovery facility in a cement manufacturing facility according to the present invention.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a mixing / calcining furnace in which a plurality of input lines for supplying cement raw materials are connected to the mixing / calcining furnace of FIG.
  • FIG. 12 is an explanatory view for explaining another embodiment of the mixing calciner used in the CO 2 gas recovery facility in the cement production facility according to the present invention.
  • FIG. 13 is an explanatory view illustrating a mixing calciner in which a plurality of input lines for supplying cement raw materials are connected to the mixing calciner of FIG.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the CO 2 concentration in the atmosphere and the reaction temperature represented by the formula (1).
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the CO 2 concentration in the atmosphere and the reaction temperature represented by the equation (2).
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between the CO 2 concentration in the atmosphere and the reaction temperature represented by the equation (3).
  • FIG. 17 is a graph showing the difference in calcination start temperature and end temperature between a cement raw material and limestone alone in a CO 2 atmosphere.
  • FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing a general cement manufacturing facility.
  • FIG. 19 is a graph showing the relationship between the CO 2 concentration in the atmosphere and the calcination temperature of limestone.
  • FIG. 1 shows an embodiment in which the mixed calcination furnace according to the present invention is used as a CO 2 gas recovery facility in a cement production facility.
  • the configuration of the cement production facility is the same as that shown in FIG. Therefore, the description with the same reference numerals is simplified.
  • symbol 10 is the 2nd preheater 10 provided independently of the preheater (1st preheater) 3 of a cement manufacturing apparatus.
  • the second preheater 10 is composed of a plurality of cyclones arranged in series in the vertical direction. (Cement raw material before calcination) is supplied. And the upper end of the transfer pipe 10a is connected to the bottom of the lowermost cyclone of the second preheater 10, and the lower end of the transfer pipe 10a is introduced into the mixing or firing furnace 12.
  • the first preheater 3 of the cement production facility is provided with an extraction line 13 for extracting the cement raw material before calcination from the lowest cyclone, and the leading end of the extraction line 13 is a second preheater. 10 to a transfer pipe 10a.
  • the pre-calcination cement raw material from the second preheater 10 and the pre-calcination cement raw material from the first preheater 3 are introduced into the mixing / calcination furnace 12.
  • a part of the cement raw material before calcination is supplied to the kiln bottom part 2 of the rotary kiln 1 through the distribution line for adjusting the calcination rate (not shown) to the intermediate part of the extraction line 13 as in the conventional case.
  • a transfer pipe 3a is connected.
  • the mixing calcination furnace 12 is a fluidized bed type or spouted bed type powder mixing furnace, and a plurality of supply lines 25 for supplying the pre-calcination cement raw material from the transfer pipe 10a are provided. Connected to the place.
  • the supply line 25 is connected to different positions in the height direction of the mixing / calcining furnace 12.
  • fluidization or jetting means 12b for supplying air into the furnace is provided at the bottom.
  • a nozzle or a diffuser plate is used as the fluidizing or jetting means 12b.
  • a discharge pipe 12a for extracting the mixed cement raw material is connected.
  • the discharge pipe 12 a is branched, and one is a superheat line 14 connected to the superheater 15, and the other is a return line 16 connected to the kiln bottom part 2 of the rotary kiln 1.
  • a distribution valve (not shown) is interposed at a branch portion between the discharge pipe 12a, the superheat line 14, and the return line 16, and in this embodiment, the flow rate to the superheat line 14 is reduced to the return line 16.
  • the flow rate is set to be larger than the flow rate (for example, the flow rate ratio is 4: 1).
  • the return line 16 is not provided, and a part of the calcined cement raw material discharged from the superheating furnace 15 and separated by the cyclone 19 is used. Only a return line 26 is provided for returning to the rotary kiln 1.
  • the superheated furnace 15 raises the calcined cement raw material to the calcining temperature or higher by burning the burned material (calcined cement raw material) sent into the burner 17 using the bleed air from the clinker cooler 6 as combustion air. It is for overheating.
  • the superheating furnace 15 can be used by modifying an existing calcining furnace.
  • An exhaust pipe 18 for discharging the exhaust gas generated by combustion in the burner 17 and the calcined cement raw material is connected to the discharge side of the superheated furnace 15, and the exhaust pipe 18 is connected to be calcined from the exhaust gas.
  • a circulation line comprising a cyclone 19 for separating the cement raw material and a return pipe 20 for returning the cement raw material separated and calcined by the cyclone 19 to the calcining furnace 12 again is provided.
  • the exhaust gas pipe 21 for discharging the exhaust gas separated in the cyclone 19 is connected to the exhaust gas pipe 3 b from the rotary kiln 1.
  • the superheated furnace 15 needs to be kept at a high temperature of about 1100 ° C., whereas the exhaust gas from the rotary kiln 1 has a temperature of 1100 to 1200 ° C. If the entire amount or a constant amount is introduced into the superheated furnace 15 and sent again from the exhaust gas pipe 21 to the first preheater 3, the exhaust gas can be used effectively.
  • a CO 2 exhaust pipe 22 for discharging CO 2 gas generated inside is connected to the mixing / calcining furnace 12, and this CO 2 exhaust pipe 22 is used as a heating medium in the second preheater 10.
  • Reference numeral 23 in the figure denotes a CO 2 gas exhaust fan
  • reference numeral 24 denotes a CO 2 gas exhaust line.
  • the CO 2 gas recovery method using the mixing calciner 12 according to the present invention in the CO 2 gas recovery facility of the cement manufacturing facility shown in the above embodiment will be described.
  • the cement raw material before calcination is supplied from the supply lines 4 and 11 to the uppermost cyclone of the first preheater 3 and the second preheater 10, respectively.
  • the pre-calcination cement raw material preheated before reaching the calcination temperature (for example, 810 ° C.) is supplied from the extraction line 13 to the mixing / calcination furnace 12 through the transfer pipe 10a.
  • the pre-calcination cement raw material supplied to the second preheater 10 is preheated by the high-temperature CO 2 gas discharged when the pre-calcination cement raw material is calcined in the mixing calciner 12, and finally Specifically, before the calcination temperature is reached (for example, 760 ° C.), it is preheated and supplied from the transfer pipe 10a to the mixing / calcination furnace 12.
  • the above-mentioned calcined cement raw material is heated to a temperature equal to or higher than the calcining temperature of the cement raw material (for example, about 1200 ° C.) by combustion of the burner 17. Then, the heated superheated calcined cement raw material is accompanied by the exhaust gas generated by the combustion in the burner 17 and sent to the exhaust pipe 18 connected to the discharge side of the superheated furnace 15.
  • the cyclone 19 connected to the exhaust pipe 18 separates the superheated calcined cement raw material from the exhaust gas and supplies it again to the mixing / calcining furnace 12 from the circulation line including the return pipe 20. .
  • the cement raw material before calcination supplied from the plurality of supply lines 25 is mixed with the superheated calcination cement raw material. While calcining by heating above the firing temperature (for example, 900 ° C. or higher), CO 2 gas is generated.
  • the fluidizing or jetting means 12b provided at the bottom of the mixing or calcining furnace is operated to supply air from the outside to fluidize or jet the furnace. Then, after spontaneously fluidizing or jetting with the generated CO 2 gas, the fluidizing or jetting means 12b is stopped.
  • combustion exhaust gas from the cement kiln 1 or the superheated furnace 15 may be used as necessary.
  • the generated CO 2 gas brings the atmosphere to about 100% CO 2 .
  • the calcination temperature is approximately constant at about 900 ° C.
  • the powder fluidization speed U mf ⁇ mixing / calcining furnace hollow speed ⁇ powder end speed U t the powder is fluidized and fluidized in the mixing / calcining furnace. Due to the overflow from the layer, the calcined cement raw material is sent to the discharge pipe 12a.
  • the powder end velocity U t ⁇ the mixing / calcining furnace cylinder speed
  • the fluidized bed is vigorously fluidized or jetted, and the calcined cement raw material is generated CO 2.
  • a powder separation means such as a cyclone is separately provided to recover the calcined cement raw material.
  • the cylinder speed is determined by calcining the pre-calcination cement raw material from the amount of heat released when the superheated calcined cement raw material is mixed with the pre-calcination cement raw material to lower the calcination temperature. Subtracting the amount of heat required to raise the temperature up to the temperature is used for calcination of the cement raw material before calcination, the CO 2 gas flow rate generated by the calcination reaction can be calculated, and this CO 2 gas flow rate Can be determined by dividing by the cross-sectional area of the mixing or firing furnace 12.
  • U mf which is a fluidization speed at which the powder starts to fluidize
  • U t which is a speed accompanying the CO 2 gas generated by the powder
  • the mixing calciner 12 in the cement manufacturing facility by effectively utilizing the heat source in the cement manufacturing facility, the CO 2 gas generated in the mixing calciner 12, recovered at high concentration close to 100% can do.
  • the mixing calcination furnace 12 by introducing the pre-calcination cement raw material from a plurality of locations, and by introducing a superheated calcined cement raw material having the same particle size as the pre-calcination cement raw material as a heating medium, Since the fluidized bed or the spouted bed can be stably formed, stable CO 2 gas is generated, and recovery of high concentration CO 2 gas can be recovered. Furthermore, CO 2 gas can be stably generated from the initial stage of operation by the fluidizing or jetting means.
  • the high-temperature cement raw material sufficiently calcined in the mixing and calcining furnace 12 is discharged from the superheating furnace 15 and separated by the cyclone 19 as shown in the return line 16 and the modified example of FIG.
  • the present invention is not limited to this and can be used in other cases.
  • the supply line 25 for supplying the cement raw material from the transfer pipe 10a has been described only in the case where it is connected to a different position in the height direction of the mixing / calcining furnace 12, it is not limited thereto.
  • FIG. 9 shows an embodiment of a CO 2 gas n recovery facility in a cement manufacturing facility according to the present invention.
  • the configuration of the cement manufacturing facility is the same as that shown in FIG. The description with reference numerals is simplified.
  • symbol 110 is the 2nd preheater 110 provided independently of the preheater (1st preheater) 3 of a cement manufacturing apparatus.
  • the second preheater 110 is constituted by a plurality of cyclones arranged in series in the vertical direction in the same manner as the first preheater 3, and is supplied from the supply line 111 to the uppermost cyclone before calcination.
  • a cement raw material (pre-calcination cement raw material) k is supplied.
  • the upper end of the transfer pipe 110 a is connected to the bottom of the lowermost cyclone of the second preheater 110, and the lower end of the transfer pipe 110 a is introduced into the mixing or firing furnace 112.
  • an extraction line 113 for extracting the pre-calcination cement raw material k from the lowermost cyclone is provided, and the leading end of the extraction line 113 is the second preheater 110. Is connected to the transfer pipe 110a. Thereby, the pre-calcination cement raw material k from the second preheater 110 and the pre-calcination cement raw material k from the first preheater 3 are introduced into the mixing / calcining furnace 112.
  • the mixing / calcining furnace 112 is a fluidized bed type powder mixing furnace, and a supply line 120 for supplying the heat medium t from the upper part and the heat medium t from the lower part are extracted.
  • a discharge line 125 is connected.
  • the discharge line 125 becomes a heat medium circulation line 114 via a bucket elevator 119 and is connected to the medium heating furnace 115.
  • a charging line 129 for supplying the cement raw material k before calcination from the transfer pipe 110a is connected to the upper part of the mixing calcination furnace 112.
  • the charging line 129 is connected to a plurality (two in the figure) at the upper portion of the mixing or firing furnace 112. Further, in order to prevent the pre-calcination cement raw material k from being discharged from the overflow before being calcined, the input portion of the pre-calcination cement raw material k is arranged at the side surface, the heating medium t supply line 120 and the heating medium. It may be provided at one place or a plurality of places between the t discharge lines 125.
  • a recovery line 112 a for extracting the calcined cement raw material (calcined cement raw material) k ′ is connected to the vicinity of the center of the side surface of the mixing calciner 112.
  • the recovery line 112 a is a return line 116 and is connected to the kiln bottom part 2 of the rotary kiln 1.
  • the calcined cement raw material k ′ discharged from the heat medium discharge line 125 at the same time as the heat medium t is separated into the heat medium t using a separation means such as a gravity settling device and connected to the return line 116. May be.
  • the mixing / calcining furnace 112 is connected to a CO 2 gas exhaust pipe 122 for discharging CO 2 gas n generated therein, and this CO 2 gas exhaust pipe 22 is connected to the second preheater 110. It is introduced as a heating medium.
  • the mixing / calcining furnace 112 is a spouted bed type powder mixing furnace, as shown in FIG. 12 or FIG.
  • a discharge line 125 for further extraction is connected.
  • the discharge line 125 becomes a heat medium circulation line 114 via a bucket elevator 119 and is connected to the medium heating furnace 115.
  • a charging line 129 for supplying the cement raw material k before calcination from the transfer pipe 110a is connected between a supply line 120 for supplying the heat medium t and a discharge line 125 for extracting the heat medium t from below.
  • the input line 129 is connected to a position of 0.5 to 0.9 below the supply line 120 when the interval between the supply line 120 and the discharge line 125 is 1.
  • the input line 129 of the cement raw material k before calcination is connected to a plurality of locations between the supply line 120 and the discharge line 125, and the supply line 120 and the discharge line are discharged.
  • the line 125 is set to 1, it is connected to a plurality of locations between 0.1 and 0.9 below the supply line 120.
  • the recovery line 127 to recover the calcined cement material k 'entrained into CO 2 gas n generated inside are connected.
  • the recovery line 127 is provided with a separating means 128 for separating the CO 2 gas n and the calcined cement raw material k ′.
  • a cyclone is used for the separating means 128.
  • a CO 2 gas exhaust pipe 122 for discharging CO 2 gas n is connected to the separation means 128, and this CO 2 gas exhaust pipe 122 is introduced as a heating medium in the second preheater 110. Yes.
  • a return line 116 for returning the calcined cement raw material k ′ to the kiln bottom part 2 of the cement kiln 1 is connected.
  • the medium heating furnace 115 heats the heat medium t by burning the burner 117 using the heat medium t having a particle diameter larger than that of the pre-calcination cement raw material k as the combustion air as the extraction air from the clinker cooler 6. It is for heating the medium above the calcination temperature.
  • the medium heating furnace 115 can be used by modifying an existing calcining furnace.
  • An exhaust pipe 118 for exhausting exhaust gas generated by combustion in the burner 117 is connected to the discharge side of the medium heating furnace 115.
  • the exhaust pipe 118 is connected to the exhaust gas pipe 3 b of the cement kiln 1.
  • a supply line 120 for supplying the heat medium t from the upper part of the mixing / calcining furnace 112 is connected to the lower part of the medium heating furnace 115.
  • the medium heating furnace 115 needs to be maintained at a high temperature of about 1100 ° C., whereas the exhaust gas from the rotary kiln 1 has a temperature of 1100 to 1200 ° C. If the total amount or a certain amount of is introduced into the medium heating furnace 115 and sent again from the exhaust gas pipe 118 to the first preheater 3, the exhaust gas can be used effectively.
  • reference numeral 124 denotes a CO 2 gas exhaust fan
  • reference numeral 123 denotes a CO 2 gas exhaust line
  • Reference numeral 121 in the drawing denotes a heat medium tank for supplementing the heat medium t that disappears when the heat medium t is circulated.
  • the mixing / calcining furnace 112 when a fluidized bed type is used as the mixing / calcining furnace 112, the CO 2 gas n discharged from the mixing / calcining furnace 112 is extracted from the CO 2 gas exhaust pipe 122 and the exhaust line 124. Further, it can be used again by being circulated and fed to the mixing or firing furnace 112.
  • the pre-calcination cement raw material k is supplied from the supply lines 4 and 111 to the uppermost cyclone of the first preheater 3 and the second preheater 110, respectively.
  • the pre-calcination cement raw material k is preheated by the exhaust gas supplied from the rotary kiln 1 through the exhaust gas pipe 3b in the process of being sequentially sent to the lower cyclone. Then, the pre-calcination cement raw material k preheated before reaching the calcination temperature (for example, 810 ° C.) is supplied from the extraction line 113 to the mixing / calcination furnace 112 through the transfer pipe 110a. .
  • the calcination temperature for example, 810 ° C.
  • the cement raw material k supplied to the second preheater 110 is preheated by the high-concentration and high-temperature CO 2 gas n discharged from the mixing / calcining furnace 112 and finally reaches the calcination temperature (for example, 760 ° C.) and is supplied from the transfer pipe 110a to the mixing / calcining furnace 112.
  • the internal heat medium t is heated to a temperature equal to or higher than the calcination temperature of the cement raw material (for example, about 1200 ° C.) by the combustion of the burner 117.
  • the generated exhaust gas is sent to the exhaust pipe 118, and sent to the first preheater 3 together with the exhaust gas from the exhaust pipe 3 b of the cement kiln 1.
  • the heat medium t heated to the calcination temperature or higher of the cement raw material is supplied from the supply line 120 connected to the lower part of the medium heating furnace 115 to the mixing / calcination furnace 112.
  • the heat medium t is supplied from the supply line 120 connected to the upper part, and the heat medium t is supplied from the lower discharge line 125.
  • the moving layer 126 is formed, and the pre-calcination cement raw material k is charged from the upper charging line 129.
  • gap between the thermal media t which forms the moving layer 126 it heats and calcines more than calcination temperature (for example, 900 degreeC or more).
  • the calcined cement raw material k ′ is calcined cement as the CO 2 gas n generated during the calcination rises in the gap between the heat medium t forming the moving layer 126.
  • the raw material k ′ floats to form a fluidized bed, and is recovered from the recovery line 112a due to overflow, and is sent from the return line 116 to the kiln bottom portion 2 of the cement kiln 1.
  • the high-concentration and high-temperature CO 2 gas n is introduced as a heating medium in the second preheater 110 from the CO 2 gas exhaust pipe 122 connected to the upper part of the mixing / calcining furnace 112.
  • the input lines 129 are connected to a plurality of locations to mix the cement raw material k before calcination.
  • the mixing calcination furnace 112 in which the cross-sectional area of the furnace is increased in order to suppress the cylinder speed by being charged into the calcination furnace 112, the cement raw material k before calcination is dispersed, and heat transfer from the heat medium t is performed. By being promoted, a reduction in calcination efficiency can be prevented.
  • FIGS. 12 and 13 which are other embodiments of the mixing / calcining furnace 112
  • the heat medium t is supplied from the supply line 120 connected to the upper side of the mixing / calcining furnace 112, and the lower part is discharged.
  • the moving layer 126 is formed, and the pre-calcination cement raw material k is input from the input line 129 connected between the supply line 120 and the discharge line 125.
  • the calcination temperature for example, 900 ° C. or higher
  • the CO 2 gas n generated at this time is calcined
  • the spent cement raw material k ′ is accompanied and a spouted bed is formed.
  • the calcined cement raw material k ′ is accompanied by the CO 2 gas n, sent from the recovery line 127 to the separation means 128, and separated into the CO 2 gas n and the calcined cement raw material k ′ by the cyclone.
  • the separated CO 2 gas n is introduced from the CO 2 gas exhaust pipe 122 as a heating medium in the second preheater 110.
  • the separated calcined cement raw material k ′ is sent from the recovery line 112 a to the return line 116 and supplied to the kiln bottom part 2 of the cement kiln 1.
  • step S2 by connecting the input line 129 of the mixing / calcining furnace 112 to a plurality of locations between the supply line 120 and the discharge line 125, the space in the furnace can be fully utilized, and the gap between the heating medium t Since calcination is performed in step S2, stable CO 2 gas n is generated.
  • the CO 2 gas n jets the calcined cement raw material k ′.
  • FIG. 13 which is a modification of the mixed calciner 112 in FIG.
  • the supply line Input lines 129 are connected to a plurality of locations at positions 0.1 to 0.9 below, and the pre-calcination cement raw material k is input from the plurality of input lines 129. Thereby, in the space between the heat media t, the width of the heat medium t is received and the calcination is sufficiently performed, and the high-concentration CO 2 gas n is stably generated.
  • the pre-calcination cement raw material k is calcined in the gaps between the heat media t, and high-concentration CO 2 gas n is generated.
  • the calcined cement raw material k ′ is entrained with the CO 2 gas having a sufficient cylinder speed.
  • the calcined cement raw material k ′ accompanied by the CO 2 gas n is sent to the separation means 128 from the upper recovery line 127 by jetting. Further, the cyclone of the separation means 128 separates the high concentration CO 2 gas n and the calcined cement raw material k ′.
  • the calcined cement raw material k ′ separated by the cyclone of the separating means 128 is sent from the return line 116 to the kiln bottom portion 2 of the cement kiln 1.
  • high-concentration and high-temperature CO 2 gas n is introduced as a heating medium in the second preheater 110 from the CO 2 exhaust pipe 122 connected to the upper part of the separation means 128.
  • the generated CO 2 gas n brings the atmosphere to about 100% CO 2 .
  • the calcination temperature is approximately constant at about 900 ° C.
  • the superficial velocity of the fluidization velocity U mf ⁇ mixtures calciner powder ⁇ If terminal velocity U t of the powder, calcined cement material k 'in the mixing calciner Is fluidized, and the calcined cement raw material k ′ is sent to the discharge pipe 112a by overflow from the fluidized bed.
  • the mixing / calcining furnace 112 if the final powder velocity U t ⁇ the mixing / calcining furnace cylinder speed, the cement raw material k ′ calcined in the mixing / calcining furnace is vigorously fluidized or jetted and calcined.
  • the spent cement raw material k ′ is accompanied by the generated CO 2 gas n. For this reason, a powder separation means such as a cyclone is separately provided to recover the calcined cement raw material.
  • the cylinder speed is increased from the amount of heat released when the heat medium t is mixed with the pre-calcination cement raw material k to the calcination temperature of the pre-calcination cement raw material k.
  • mixture minus the amount of heat required for temperature is, as subjected to calcination before the cement material k calcination, it is possible to calculate the CO 2 gas n flow generated in the calcination reaction, the CO 2 gas n flow It can be determined by dividing by the cross-sectional area of the calcination furnace 112 and the porosity of the heat medium.
  • the CO 2 gas n generated in the mixing and calcining furnace 112 is effectively used at a high concentration close to 100% by effectively utilizing the heat source in the cement manufacturing facility. It can be recovered.
  • the pre-calcination cement raw material k is heated and calcined by the heat medium t having a particle size larger than that of the pre-calcination cement raw material k and an extremely small specific surface area. Even if the heating medium t is heated to 1000 ° C. or higher in the medium heating furnace 115, which is equal to or higher than the calcination temperature, adhesion between the heating mediums t or between the heating medium t and the furnace wall is suppressed and the occurrence of coating troubles is suppressed. can do.
  • the present invention it is possible to separate and collect the CO 2 gas generated when the calcined material is calcined by mixing the superheated calcined material with a fluidized bed type or a spouted bed type.
  • a mixing calciner can be provided.

Abstract

　本発明の課題は、被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼する際に発生するＣＯ2ガスを、流動層型または噴流層型により高い濃度で分離して回収することが可能となる混合か焼炉を提供することである。本発明は、被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼反応を起こす混合か焼炉（１２）において、流動層型または噴流層型であるとともに、上記被か焼物を供給する複数の供給ライン（２５）を備えている。また、本発明は、熱媒体の粒子径がセメント原料よりも大きい場合でも、流動化または噴流化を容易に行い、セメント製造設備において発生するＣＯ2ガスを高い濃度で分離して回収することが可能となる混合か焼炉を提供する。

Description

混合か焼炉
　本発明は、被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼する時に発生する、或いは、セメント製造設備において主としてセメント原料のか焼時に発生する、ＣＯ２ガスを高濃度で回収するための混合か焼炉に関するものである。
　　近年、世界的かつ全産業にわたって、地球温暖化の主因たる二酸化炭素（ＣＯ2）ガスを削減する試みが推進されている。
　ちなみに、セメント産業は、電力や鉄鋼等と共にＣＯ2ガスの排出量が多い産業の一つであり、当該セメント産業におけるＣＯ2ガスの排出削減は、日本全体におけるＣＯ2ガスの排出削減に大きな貢献を果たすことになる。
　図１８は、上記セメント産業における一般的なセメントの製造設備を示すもので、図中符号１がセメント原料を焼成するためのロータリーキルン（セメントキルン）である。
　そして、このロータリーキルン１の図中左方の窯尻部分２には、セメント原料を予熱するための２組のプレヒータ３が並列的に設けられるとともに、図中右方の窯前に、内部を加熱するための主バーナ５が設けられている。なお、図中符号６は、焼成後のセメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラである。
　ここで、各々のプレヒータ３は、上下方向に直列的に配置された複数段のサイクロンによって構成されており、供給ライン４から最上段のサイクロンに供給されたセメント原料は、順次下方のサイクロンへと落下するにしたがって、下方から上昇するロータリーキルン１からの高温の排ガスによって予熱され、さらに下から２段目のサイクロンから抜き出されて仮焼炉７に送られ、当該仮焼炉７においてバーナ７ａにより加熱されてか焼された後に、最下段のサイクロンから移送管３ａを介してロータリーキルン１の窯尻部分２に導入されるようになっている。
　他方、窯尻部分２には、ロータリーキルン１から排出された燃焼排ガスを最下段のサイクロンへと供給する排ガス管３ｂが設けられており、上記サイクロンに送られた排ガスは、順次上方のサイクロンへと送られて、上記セメント原料を予熱するとともに、最終的に最上段のサイクロンの上部から、排気ファン９によって排気ライン８を介して排気されて行くようになっている。
　このような構成からなるセメント製造設備においては、先ずセメント原料の主原料として含まれる石灰石（ＣａＣＯ3）をプレヒータ３で予熱し、次いで仮焼炉７およびプレヒータ３の最下段のサイクロンにおいてか焼した後に、ロータリーキルン１内において約１４５０℃の高温雰囲気下で焼成することでセメントクリンカを製造している。
　そして、このか焼において、ＣａＣＯ3→ＣａＯ＋ＣＯ2↑で示される化学反応が生じて、ＣＯ2ガスが発生する（原料起源によるＣＯ2ガスの発生）。この原料起源によるＣＯ2ガスの濃度は、原理的には１００％である。また、上記ロータリーキルン１を上記高温雰囲気下に保持するために、主バーナ５において化石燃料が燃焼される結果、当該化石燃料の燃焼によってもＣＯ2ガスが発生する（燃料起源によるＣＯ2ガスの発生）。ここで、主バーナ５からの排ガス中には、燃焼用空気中のＮ2ガスが多く含まれているために、当該排ガス中に含まれる燃料起源によるＣＯ2ガスの濃度は、約１５％と低い。
　この結果、上記セメントキルンから排出される排ガス中には、上述した濃度の高い原料起源によるＣＯ2ガスと、濃度の低い燃料起源によるＣＯ2が混在するために、当該ＣＯ2の排出量が多いにもかかわらず、そのＣＯ2濃度は３０～３５％程度であり、回収が難しいという問題点があった。
　これに対して、現在開発されつつあるＣＯ2ガスの回収方法としては、液体回収方式、膜分離方式、固体吸着方式等があるものの、未だ回収コストが極めて高いという課題があった。
　また、上記セメント製造設備から排出されたＣＯ2による地球温暖化を防止する方法として、当該排出源から低濃度で排出されたＣＯ2を分離・回収して略１００％にまで濃度を高め、液化した後に地中に貯留する方法等も提案されているものの、分離・回収のためのコストが高く、同様に実現には至っていない。
　一方、下記特許文献１には、石灰石の焼成過程において発生するＣＯ2ガスを、利用価値の高い高純度のＣＯ2ガスとして回収する装置として、石灰石が供給される分解反応塔と、熱媒体として生石灰(ＣａＯ)が供給されるとともに当該生石灰を燃焼ガスによって石灰石のか焼温度以上に加熱する再熱塔と、これら分解反応塔と再熱塔とを連結する連結管とを備えたＣＯ2ガスの生成回収装置が提案されている。
　そして、上記従来の回収装置においては、再熱塔で加熱された生石灰を連結管を通じて分解反応塔に供給し、流動層を形成させて石灰石を焼成することにより当該分解反応塔内にＣＯ2ガスを生成させるとともに、これによって生じた生石灰の一部を排出し、他部を再び連結管を通じて再熱塔に送って再加熱するようになっている。
　このように、上記ＣＯ2ガスの生成回収装置によれば、石灰石の分解反応を行う場所である分解反応塔と、分解反応に必要な熱量の発生を行う場所である再熱塔とを分離することによって、石灰石の分解反応によって発生するＣＯ2ガスと熱媒体の加熱のために発生する燃焼排ガスとが混合することを防止することができるために、分解反応塔から高い濃度のＣＯ2ガスを回収することができる、とされている。
特開昭５７－６７０１３号公報（発明が解決しようとする課題）
　上記特許文献１において開示されているＣＯ2ガスの生成回収装置によって生成したＣａＯを用いてセメント製造しようとすると、上記生成回収装置によって石灰石を焼成した後に、さらに粘土等のＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3等の他のセメント原料を加えてセメントキルンにおいて焼成する必要がある。このため、原料の製粉を２系統に独立して行う必要があり、設備が大掛かりになるという問題が生じる。
　また、一般に石灰石のか焼反応が起こる温度は、図１９に示すように、雰囲気中のＣＯ2ガス濃度が高くなるにしたがって急激に上昇し、１００％（大気圧（１ａｔｍ）の下での分圧１ａｔｍに相当）近くになると、８６０℃を超える温度となる。このため、ＣＯ2ガスの回収率を高めるためには、石灰石を過度の高温に加熱する必要があり、燃料コストの高騰化を招くという問題も生じる。
　さらに、上記ＣＯ2ガスの生成回収装置においては、過熱か焼物として生石灰を用い、この生石灰によって被か焼物である石灰石を加熱してか焼しているために、両者が混合した際に発生したＣＯ2ガスにより流動化または噴流化を行うと、通常十分なＣＯ2ガス回収量を得るために、過熱か焼物である上記生石灰の量が、被か焼物である上記石灰石の量よりも多くなる。この結果、被か焼物である上記石灰石を投入した際に、過熱か焼物である上記生石灰と接触し、一気にＣＯ2ガスが発生してしまい、均一な流動層または噴流層を形成することができないという問題もある。
　また、運転初期においても、流動層または噴流層の形成が困難であるという問題も生じる。
さらに、上記特許文献１のＣＯ2ガスの生成回収装置においては、熱媒体として生石灰を用い、この生石灰によって石灰石を加熱してか焼しているために、流動化させることは容易であるが、再熱塔において上記生石灰を石灰石のか焼温度以上、具体的には１０００℃以上に加熱しておく必要があるため、再熱塔内で流動する生石灰等の粉体が固化しやすくなり、連結管等において付着や閉塞が生じて運転不能になるという問題もある。
　一方、粒子径がセメント原料よりも大きい熱媒体を用いた場合には、連結管等において付着や閉塞等が生じないものの、流動化させることが困難となり、熱媒体から熱の放出に時間を要してしまい、効率的に混合か焼を行うことが難しいという問題もある。さらに、セメント原料を熱媒体間の空隙において流動化させるためには、空筒風速を抑えるために、炉の断面積を大きくする必要がある。しかし、炉の断面積を大きくして空筒風速を抑えたとしても、上記セメント原料を上部１箇所から投入すると、上記セメント原料の分散が悪く、熱媒体と接触して一気にＣＯ2ガスが発生してしまい、均一な流動層が形成できず、か焼効率が低下する恐れがあるという問題もある。
　さらに、セメント原料よりも粒子径の大きい熱媒体を分解反応塔の上部より投入し、下部より抜き出すことにより移動層を形成し、セメント原料を熱媒体間の空隙で発生するＣＯ2ガスにより噴流化させて、当該ＣＯ2ガスとか焼された上記セメント原料とを回収する場合には、上記セメント原料を上部より投入した際にＣＯ2ガスが発生し、上記移動層に供給される前に上部より排出されてしまう。この結果、ＣＯ2ガスの発生量が安定しないという問題もある。
　本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼する際に発生するＣＯ2ガスを、流動層型または噴流層型により高い濃度で分離して回収することが可能となる混合か焼炉を提供することを課題とするものである。
　更に本発明は、熱媒体の粒子径がセメント原料よりも大きい場合であっても、流動化または噴流化を容易に行い、セメント製造設備において発生するＣＯ2ガスを高い濃度で分離して回収することが可能となる混合か焼炉を提供することを課題とするものである。
（課題を解決するための手段）
（１）本発明の第１～第５の態様
　上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼反応を起こす混合か焼炉において、流動層型または噴流層型であるとともに、上記被か焼物を供給する複数の供給ラインを備えていることを特徴とするものである。
　また、本発明の第２の態様は、上記第１の態様において、上記混合か焼炉は、運転初期に空気により流動化または噴流化させ、ＣＯ2ガスの発生により自発的に流動化または噴流化した後に、上記空気の供給を止める流動化または噴流化手段を備えていることを特徴とするものである。
　そして、本発明の第３の態様は、上記第１または第２の態様おいて、上記過熱か焼物は、上記被か焼物と同じ粒子径を有していることを特徴とするものである。
　ここで、同じ粒子径とは、平均粒子径が同等であることを言う。例えば、上記被か焼物がセメント原料であれば、上記過熱か焼物にセメント原料を使用することで平均粒子径は同等になる。
　さらに、本発明の第４の態様は、上記第１または第２の態様において、上記被か焼物は、か焼前のセメント原料であることを特徴とするものである。
　また、本発明の第５の態様は、上記第１または第２の態様において、上記被か焼物は、か焼前の石灰石であることを特徴とするものである。
（本発明の第１～第５の態様の効果）
　本発明の第１～第５の態様の混合か焼炉においては、被か焼物を複数の供給ラインにより供給して過熱か焼物と混合させる。これにより、流動層型または噴流層型の上記混合か焼炉において、上記被か焼物が上記過熱か焼物によってか焼される場所が分散し、発生したＣＯ2ガスによって、より均一な流動化または噴流化が起こる。
　この結果、上記混合か焼炉内は、被か焼物のか焼によって発生したＣＯ2ガスで満たされ、当該ＣＯ2ガス濃度が略１００％になる。このように、上記混合か焼炉によれば、上記混合か焼炉から略１００％の濃度のＣＯ2ガスをＣＯ2ガス排気管から回収することができる。
　そして、本発明の第２の態様においては、運転初期時に上記流動層型または噴流層型の上記混合か焼炉内に空気を供給することにより、流動化または噴流化させＣＯ2ガスを発生させる。そして、発生したＣＯ2ガスにより自発的に流動化または噴流化した後に、上記空気の供給を止める流動化または噴流化手段を備えているために、運転初期から安定したＣＯ2ガスを発生させることができる。この結果、か焼ロスを極力抑えることができ、高濃度のＣＯ2ガスを効率良く回収することができる。
　さらに、本発明の第３の態様のように、上記過熱か焼物と被か焼物とが同じ粒子径を有しているために、上記流動層型または噴流層型の上記混合か焼炉内において、流動化または噴流化の作用がスムーズに行われる。この結果、か焼時に発生する原料起源のＣＯ2を、選択的に高濃度で回収することができる。
　また、特に本発明の第４の態様においては、上記被か焼物をか焼前のセメント原料を用いているために、上記混合か焼炉内が１００％近い高濃度のＣＯ2ガス雰囲気下になることにより、被か焼物のか焼温度は高くなるが、セメント原料中には、石灰石（ＣａＣＯ3）とともに粘土、珪石および酸化鉄原料、すなわちＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＦｅ2Ｏ3が含まれている。
　そして、上記セメント原料は、８００～９００℃程度の雰囲気下において、
　２ＣａＣＯ3＋ＳｉＯ2→２ＣａＯ・ＳｉＯ2＋２ＣＯ2↑　　　　　（１）
　２ＣａＣＯ3＋Ｆｅ2Ｏ3→２ＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3＋２ＣＯ2↑　　　　（２）
　ＣａＣＯ3＋Ａｌ2Ｏ3→ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3＋ＣＯ2↑　　　　　　　（３）
で示される反応が生じ、最終的にセメントクリンカを構成する珪酸カルシウム化合物であるエーライト（３ＣａＯ・ＳｉＯ2）およびビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ2）並びに間隙相であるアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3）およびフェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3）が生成されることになる。
　この際に、図５に示す上記（１）式の反応温度のグラフ、図６に示す上記（２）式の反応温度のグラフおよび図７に示す上記（３）式の反応温度のグラフに見られるように、縦軸に示したＣＯ2ガスの分圧が高くなった場合においても、より低い温度で上記反応を生じさせることができる。
　さらに、上記セメント原料においては、上記（１）～（３）式で示す反応が生じることに加えて、珪石、粘土等の石灰石以外の原料から持ち込まれるＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3やその他の微量成分が鉱化剤となり、炭酸カルシウムの熱分解が促進されるために、図８に見られるように、炭酸カルシウム単独の場合と比較して、熱分解の開始温度および終了温度共に低下する。なお、図８は、上記セメント原料（ｆｅｅｄ）のサンプルおよび石灰石（ＣａＣＯ3）単独のサンプルを、それぞれ一般的なセメント製造設備における加熱速度に近い１０Ｋ／ｓｅｃの速度で加熱した際の重量の変化から、上記熱分解の推移を確認したものである。
　ここで、上記鉱化剤の存在によって、炭酸カルシウム単独の場合と比較して、熱分解の開始温度および終了温度共に低下する理由の一つとして、以下のことが考えられる。
　すなわち、ａをアクティビティ、Ｋを反応式ＣａＣＯ3→ＣａＯ＋ＣＯ2の平衡定数としたときに、
ＰCO2＝（ａCaCO3／ａCaO）・Ｋ
において、一般に固体のアクティビティａは、純物質であれば種類によらず１であるものの、酸化カルシウム（ＣａＯ）については、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）の熱分解後、他の原料物質（すなわち上記鉱化剤）が固溶することにより、ａCaOの値が１より小さくなる。この結果、上式のＰCO2が高くなり、ＰCO2＝１ａｔｍとなる温度が低下して、よりか焼が促進されるためであると考えられる。したがって、混合か焼炉における運転温度を低下させても、所望のＣＯ2ガスの回収量を確保することができる。なお、ａCaCO3は、石灰石の品種、産地に固有な値であり、他の原料成分の影響を受けることがない。
（２）本発明の第６～第１３の態様
　上記課題を解決するために、本発明の第６の態様は、セメント原料を、プレヒータで予熱した後に、内部が高温雰囲気に保持されたセメントキルンに供給して焼成するセメント製造設備において発生するＣＯ2ガスを回収するために用いられ、上記プレヒータから抜き出されたか焼前の上記セメント原料と、媒体加熱炉においてか焼温度以上に加熱した熱媒体とを供給し、混合してか焼を行いＣＯ2ガスを発生させるための混合か焼炉において、上記セメント原料より粒子径の大きい上記熱媒体を上部から供給する供給ラインと、上記熱媒体を下部より抜き出す排出ラインとを備えることにより、上記熱媒体を上から下に移動させる移動層が形成されていることを特徴とするものである。
　なお、上記か焼温度とは、石灰石、即ちＣａＣＯ3（炭酸カルシウム）が、ＣａＯ（酸化カルシウム）とＣＯ2に分解する反応が起こる温度をいう。
　また、本発明の第７の態様は、上記第６の態様において、上記混合か焼炉は、上記移動層において、上記セメント原料を上記熱媒体間の空隙でか焼させることにより発生したＣＯ2ガスの上昇にともない、上記セメント原料を流動化させる流動層が形成されているとともに、か焼された上記セメント原料をオーバーフローにより回収する回収ラインを備えていることを特徴とするものである。
　そして、本発明の第８の態様は、上記第７の態様において、上記混合か焼炉は、上記セメント原料を投入する投入ラインが複数箇所に接続されていることを特徴とするものである。
　さらに、本発明の第９の態様は、上記第６の態様において、上記混合か焼炉は、上記移動層において、上記セメント原料を上記熱媒体間の空隙でか焼させることにより発生したＣＯ2ガスの上昇にともない、上記セメント原料を噴流化させる噴流層が形成されているとともに、か焼された上記セメント原料をか焼により発生したＣＯ2ガスに同伴させて回収する回収ラインと、この回収ラインに上記ＣＯ2ガスとか焼した上記セメント原料とを分離させる分離手段とを備えていることを特徴とするものである。
　また、本発明の第１０の態様は、上記第９の態様において、上記混合か焼炉は、上記セメント原料を投入する投入ラインが上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間に接続されていることを特徴とするものである。
　そして、本発明の第１１の態様は、上記第１０の態様において、上記セメント原料の投入ラインは、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間を１としたときに、上記熱媒体の上記供給ラインより下方に０．５～０．９の間に接続されていることを特徴とするものである。
　さらに、本発明の第１２の態様は、上記第９の態様において、上記混合か焼炉は、上記セメント原料を投入する投入ラインが、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間の複数箇所に接続されていることを特徴とするものである。
　また、本発明の第１３の態様は、上記第１２の態様において、上記セメント原料の投入ラインが、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間を１としたときに、上記熱媒体の上記供給ラインより下方に０．１～０．９の間の複数箇所に接続されていることを特徴とするものである。
（本発明の第６～１３の態様の効果）
　本発明の第６～１３の態様におけるセメント製造設備に用いられるプレヒータから抜き出されたか焼前の上記セメント原料と、媒体加熱炉においてか焼温度以上に加熱した熱媒体とを供給し、混合してか焼を行いＣＯ2ガスを発生させるための混合か焼炉においては、上記セメント原料より粒子径の大きい上記熱媒体を上部から供給する供給ラインと、下部より抜き出す排出ラインとを備えることにより、上記熱媒体を上から下に移動させる移動層が形成されるとともに、上記セメント原料を上記熱媒体により形成された移動層の空隙で流動させ、か焼させる。
　この結果、上記混合か焼炉は、上記熱媒体の粒子径が、上記セメント原料の粒子径よりの大きい場合でも、上記セメント原料のか焼によって発生したＣＯ2ガスを、上記熱媒体間の空隙で流動化させ充満させて、当該ＣＯ2ガス濃度を略１００％にさせることができる。また、上記セメント原料を上記熱媒体間の空隙で流動化させることにより、上記熱媒体からの受熱に優れている。このように、上記混合か焼炉によれば、当該混合か焼炉から略１００％の濃度のＣＯ2ガスをＣＯ2ガス排気管から回収することができる。
　なお、上記混合か焼炉は、１００％近い高濃度のＣＯ2ガス雰囲気下になるために、セメント原料のか焼温度は高くなるが、セメント原料中には、石灰石（ＣａＣＯ3）とともに粘土、珪石および酸化鉄原料、すなわちＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＦｅ2Ｏ3が含まれている。
　そして、上記セメント原料は、８００～９００℃程度の雰囲気下において、
　２ＣａＣＯ3＋ＳｉＯ2→２ＣａＯ・ＳｉＯ2＋２ＣＯ2↑　　　　　（１）
　２ＣａＣＯ3＋Ｆｅ2Ｏ3→２ＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3＋２ＣＯ2↑　　　　（２）
　ＣａＣＯ3＋Ａｌ2Ｏ3→ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3＋ＣＯ2↑　　　　　　　（３）
で示される反応が生じ、最終的にセメントクリンカを構成する珪酸カルシウム化合物であるエーライト（３ＣａＯ・ＳｉＯ2）およびビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ2）並びに間隙相であるアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3）およびフェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3）が生成されることになる。
　この際に、図１４に示す上記（１）式の反応温度のグラフ、図１５に示す上記（２）式の反応温度のグラフおよび図１６に示す上記（３）式の反応温度のグラフに見られるように、縦軸に示したＣＯ2ガスの分圧が高くなった場合においても、より低い温度で上記反応を生じさせることができる。
　さらに、上記セメント原料においては、上記（１）～（３）式で示す反応が生じることに加えて、珪石、粘土等の石灰石以外の原料から持ち込まれるＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3やその他の微量成分が鉱化剤となり、炭酸カルシウムの熱分解が促進されるために、図１７に見られるように、炭酸カルシウム単独の場合と比較して、熱分解の開始温度および終了温度共に低下する。なお、図１７は、上記セメント原料（ｆｅｅｄ）のサンプルおよび石灰石（ＣａＣＯ3）単独のサンプルを、それぞれ一般的なセメント製造設備における加熱速度に近い１０Ｋ／ｓｅｃの速度で加熱した際の重量の変化から、上記熱分解の推移を確認したものである。
　ここで、上記鉱化剤の存在によって、炭酸カルシウム単独の場合と比較して、熱分解の開始温度および終了温度共に低下する理由の一つとして、以下のことが考えられる。
　すなわち、ａをアクティビティ、Ｋを反応式ＣａＣＯ3→ＣａＯ＋ＣＯ2の平衡定数としたときに、
ＰCO2＝（ａCaCO3／ａCaO）・Ｋ
において、一般に固体のアクティビティａは、純物質であれば種類によらず１であるものの、酸化カルシウム（ＣａＯ）については、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）の熱分解後、他の原料物質（すなわち上記鉱化剤）が固溶することにより、ａCaOの値が１より小さくなる。この結果、上式のＰCO2が高くなり、ＰCO2＝１ａｔｍとなる温度が低下して、よりか焼が促進されるためであると考えられる。なお、ａCaCO3は、石灰石の品種、産地に固有な値であり、他の原料成分の影響を受けることがない。
　以上のことから、本発明によれば、混合か焼炉における運転温度を低下させても、所望のＣＯ2ガスの回収量を確保することができる。しかも、上記混合か焼炉において、セメント原料と異なり粒径が大きく、よって極端に比表面積が小さい熱媒体によってセメント原料を加熱してか焼させているために、上記媒体加熱炉において上記熱媒体をか焼温度以上の１０００℃以上に加熱しても、熱媒体同士あるいは熱媒体と炉壁やシュート内壁の固着や融着を抑えて、コーチングトラブル等の発生を抑止することが可能になる。
　また、本発明の第７の態様においては、上記混合か焼炉に形成された移動層において、上記セメント原料を上記熱媒体間の空隙でか焼させることにより発生したＣＯ2ガスの上昇にともない、上記セメント原料を流動化させる流動層が形成されているとともに、か焼された上記セメント原料をオーバーフローにより回収するための回収ラインを備えているため、か焼した上記セメント原料をオーバーフローにより回収することにより、簡便に上記熱媒体から分離させることができる。これにより、別途分離手段を設ける必要がないか、あるいは、分離手段の処理能力を極力抑えることができる。
　さらに、本発明の第８の態様においては、上記混合か焼炉に、上記セメント原料を投入する投入ラインが複数箇所に接続されているため、上記セメント原料を上記熱媒体間の空隙で流動化させるために、炉の断面積を大きくして、炉内の空筒速度を抑えても、上記セメント原料を分散させることができる。この結果、上記熱媒体からの主な伝熱手段である幅射熱を上記セメント原料に伝えることができ、上記セメント原料を効率良くか焼することができる。
　また、本発明の第９の態様においては、上記混合か焼炉に形成された上記移動層において、上記セメント原料を上記熱媒体間の空隙でか焼させることにより発生したＣＯ2ガスの上昇にともない、上記セメント原料を噴流化させる噴流層が形成されているとともに、か焼された上記セメント原料をか焼により発生するＣＯ2ガスに同伴させて回収する回収ラインが接続されているため、上記混合か焼炉の断面積を小さくして、上記熱媒体間の空隙に発生するＣＯ2ガス空筒速度を大きくしている。これにより、設備の大型化を抑えることができるとともに、上記熱媒体からか焼された上記セメント原料を簡便に分離することができ、別途分離手段を設ける必要がないか、あるいは、分離手段の処理能力を極力抑えることができる。
　なお、上記ＣＯ2ガス空筒速度は、熱媒体の流動化速度より小さいために、熱媒体がＣＯ2ガスに同伴されて、か焼炉上部より排出されることはない。
　そして、上記回収ラインに上記ＣＯ2ガスとか焼した上記セメント原料とを分離させる分離手段を備えているため、上記熱媒体間の空隙で発生した高濃度のＣＯ2ガスと、か焼された上記セメント原料とを効率良く回収することができるとともに、回収後に高濃度の上記ＣＯ2ガスと、か焼された上記セメント原料とを簡便に分離して、個別に回収することができる。
　さらに、本発明の第１０の態様においては、上記セメント原料を投入する投入ラインが、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間に接続されているため、上記セメント原料を投入する際に、このセメント原料が上記熱媒体間の空隙で発生したＣＯ2ガスに同伴され、か焼されずに排出されることなく、上記移動層に供給することができ、熱媒体からの熱を受けて十分にか焼することができる。この結果、ＣＯ2ガスの発生を安定させることができる。
　さらに、本発明の第１１の態様においては、上記セメント原料の投入ラインが、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間を１としたときに、上記熱媒体の上記供給ラインより下方に０．５～０．９の間に接続されているため、上記セメント原料を投入する際に、上記混合か焼炉の上部よりセメント原料が十分にか焼されずにＣＯ2ガスに伴って排出されることを防ぐことができ、かつ、上記セメント原料を上記混合か焼炉の下部に接続されている上記熱媒体の排出ラインから、十分にか焼されずに上記熱媒体とともに排出されることを防ぐことができる。この結果、確実に上記移動層に供給して、熱媒体からの幅射熱を十分に受けてか焼するとともに、ＣＯ2ガスの発生を安定させることができる。
　そして、本発明の第１２の態様においては、上記混合か焼炉の上記セメント原料を投入する投入ラインが、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間の複数箇所に接続されているため、上記セメント原料を投入する際に、このセメント原料が上記熱媒体間の空隙で発生したＣＯ2ガスに同伴されることなく、また上記移動層と共に底部より排出されずに上記熱媒体から幅射熱を受けて、十分にか焼することができる。この結果、混合か焼炉の空間を効率的に活用して、ＣＯ2ガスの発生のさらなる安定化を図ることができ、ＣＯ2ガスの回収率を向上させることができる。
　さらに、本発明の第１３の態様においては、上記セメント原料の投入ラインが、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間を１としたときに、上記熱媒体の上記供給ラインより下方に０．１～０．９の間の複数箇所に接続されているため、上記セメント原料を投入する際に、上記混合か焼炉の上部よりセメント原料が十分にか焼されずにＣＯ2ガスに伴って排出されることを防ぐことができ、かつ、上記セメント原料を上記混合か焼炉の下部に接続されている上記熱媒体の排出ラインから、十分にか焼されずに上記熱媒体とともに排出されることを防ぐことができる。この結果、確実に上記移動層に供給して、熱媒体からの幅射熱を十分に受けてか焼するとともに、ＣＯ2ガスの発生を安定させることができる。さらに、混合か焼炉の空間を効率的に活用して、ＣＯ2ガスの発生のより一層の安定化が図れるとともに、ＣＯ2ガスの回収率を向上させることができる。
　加えて、上記混合か焼炉において十分にか焼された高温のセメント原料をセメントキルンに戻しているために、セメントキルンにおいて焼成に要する燃料を削減することができる。この結果、従来よりも長さ寸法の短いロータリーキルンを用いることができる。
　ここで、上記熱媒体としては、媒体加熱炉における加熱温度に対する耐熱性と、セメント原料と混合された場合の耐摩耗性を有する生石灰（ＣａＯ）、珪石（ＳｉＯ2）または、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等のセラミックス材料、耐熱合金等の金属材料の他、セメントクリンカを用いることができる。ちなみに、生石灰は、融点が２５００℃程度と高く、融着し難いという利点がある。また、熱媒体として循環する間に、徐々に摩耗して発生した微粉が原料に混合しても、セメント原料成分の一つであるために、弊害を生じることがない。さらに、生石灰に代えて石灰石を混合か焼炉、熱媒体供給管またはバケットエレベータに投入した場合においても、その後脱炭酸して生石灰になるので、上述した生石灰の場合と同様の作用効果が得られる。この際に、上記石灰石を混合か焼炉または熱媒体供給管に投入すれば、か焼の際に発生するＣＯ2ガスを回収することができるために好ましい。
　また、珪石も、融点が１７００℃程度と高く、融着し難いとともに、非常に硬度が高いために摩耗し難く、熱媒体として補充する量が少なくて済むという利点がある。さらに、循環過程において徐々に摩耗して生じた微粉が原料に混合しても、セメント原料成分の一つであるために、不都合を生じることがない。
　さらに、上記セメントキルンにおいて焼成することによって得られた硬質かつ粒子径が、セメント原料よりも遙かに大きなセメントクリンカを用いれば、経済的であるとともに、仮にセメント原料に接触した場合にも、当該摩耗粉は既に成分調整されているために、セメント原料と同質の摩耗粉が再びセメントキルンに送られることになり、よって運転や製品としてのセメントキルンの品質に悪影響を与えるおそれがない。
図１は、本発明に係る混合か焼炉をセメント製造設備に用いた一実施形態を示す概略構成図である。 図２は、本発明に係る混合か焼炉を説明する説明図である。 図３は、本発明に係る混合か焼炉の流動化または噴流化手段を説明する説明図である。 図４は、本発明に係る混合か焼炉をセメント製造設備に用いた一実施形態の変形例を示す概略構成図である。 図５は、雰囲気中ＣＯ2濃度と（１）式で示した反応温度との関係を示すグラフである。 図６は、雰囲気中ＣＯ2濃度と（２）式で示した反応温度との関係を示すグラフである。 図７は、雰囲気中ＣＯ2濃度と（３）式で示した反応温度との関係を示すグラフである。 図８は、ＣＯ2雰囲気下におけるセメント原料と石灰石単独とのか焼開始温度および終了温度の相違を示すグラフである。 図９は、本発明に係るセメント製造設備のおけるＣＯ2ガスの回収設備の一実施形態を示す概略構成図である。 図１０は、本発明に係るセメント製造設備のおけるＣＯ2ガスの回収設備に用いられる混合か焼炉の一実施形態を説明する説明図である。 図１１は、図１０の混合か焼炉に、セメント原料を投入する投入ラインを複数接続した混合か焼炉を説明する説明図である。 図１２は、本発明に係るセメント製造設備のおけるＣＯ2ガスの回収設備に用いられる混合か焼炉の他の実施形態を説明する説明図である。 図１３は、図１２の混合か焼炉に、セメント原料を投入する投入ラインを複数接続した混合か焼炉を説明する説明図である。 図１４は、雰囲気中ＣＯ2濃度と（１）式で示した反応温度との関係を示すグラフである。 図１５は、雰囲気中ＣＯ2濃度と（２）式で示した反応温度との関係を示すグラフである。 図１６は、雰囲気中ＣＯ2濃度と（３）式で示した反応温度との関係を示すグラフである。 図１７は、ＣＯ2雰囲気下におけるセメント原料と石灰石単独とのか焼開始温度および終了温度の相違を示すグラフである。 図１８は、一般的なセメント製造設備を示す概略構成図である。 図１９は、雰囲気中のＣＯ2濃度と石灰石のか焼温度との関係を示すグラフである。
（第１の実施形態）
　図１は、本発明に係る混合か焼炉をセメント製造設備におけるＣＯ2ガスの回収設備に用いた一実施形態を示すもので、セメント製造設備の構成については、図１８に示したものと同一であるために、同一符号を付したその説明を簡略化する。
　図１において、符号１０は、セメント製造装置のプレヒータ（第１のプレヒータ）３とは独立して設けられた第２のプレヒータ１０である。
　この第２のプレヒータ１０は、上記第１のプレヒータ３と同様に、上下方向に直列的に配置された複数段のサイクロンによって構成されており、最上段のサイクロンに供給ライン１１から被か焼物（か焼前セメント原料）が供給されるようになっている。そして、第２のプレヒータ１０の最下段のサイクロンの底部には、移送管１０ａの上端が接続されるとともに、この移送管１０ａの下端部が混合か焼炉１２に導入されている。
　他方、上記セメント製造設備の第１のプレヒータ３においては、最下段のサイクロンからか上記か焼前セメント原料を抜き出す抜出ライン１３が設けられ、この抜出ライン１３の先端部が第２のプレヒータ１０からの移送管１０ａに接続されている。これにより、第２のプレヒータ１０からの上記か焼前セメント原料と、第１のプレヒータ３からの上記か焼前セメント原料とが、混合か焼炉１２内に導入されるようになっている。また、抜出ライン１３の中間部には、図示されない仮焼率調整用の分配弁を介して上記か焼前セメント原料の一部を従来と同様にロータリーキルン１の窯尻部分２へと供給する移送管３ａが接続されている。
　混合か焼炉１２は、図２に示すように、流動層型または噴流層型の粉体混合炉であり、上記か焼前セメント原料を移送管１０ａから供給するための供給ライン２５が、複数箇所に接続されている。この供給ライン２５は、混合か焼炉１２の高さ方向の異なる位置に接続されている。また、図３に示すように、底部には、炉内に空気を供給する流動化または噴流化手段１２ｂが設けられている。この流動化または噴流化手段１２ｂは、ノズルまたは散気板などが用いられている。
　さらに、混合か焼炉１２の側面部の中央近傍には、混合されたセメント原料を抜き出す排出管１２ａが接続されている。この排出管１２ａは枝配管され、一方が過熱ライン１４とされて過熱炉１５へ接続されると共に、他方が戻りライン１６とされてロータリーキルン１の窯尻部分２に接続されている。ここで、排出管１２ａと過熱ライン１４および戻りライン１６との分岐部には、図示されない分配弁が介装されており、本実施形態においては、過熱ライン１４への流量が戻りライン１６への流量より多く（例えば流量比が４：１に）なるように設定されている。
　また、図４に示す上記一実施形態の変形例においては、上記戻りライン１６が設けられておらず、過熱炉１５から排出されてサイクロン１９により分離された、か焼済のセメント原料の一部をロータリーキルン１に戻す戻りライン２６のみが設けられている。
　上記過熱炉１５は、内部に送られてくるか焼物（か焼セメント原料）を、クリンカクーラ６からの抽気を燃焼用空気とするバーナ１７の燃焼によって当該か焼セメント原料をか焼温度以上に過熱するためのものである。この過熱炉１５は、既存の仮焼炉を改造して用いることも可能である。そして、この過熱炉１５の排出側には、バーナ１７における燃焼によって発生した排ガスとか焼された上記セメント原料とを排出する排気管１８と、この排気管１８が接続されて排ガス中からか焼された上記セメント原料を分離するサイクロン１９と、このサイクロン１９で分離されたか焼された上記セメント原料を再び混合か焼炉１２へと戻す戻り管２０とからなる循環ラインが設けられている。
　他方、サイクロン１９において分離された排ガスを排出する排ガス管２１は、ロータリーキルン１からの排ガス管３ｂに接続されている。なお、上記過熱炉１５内は、１１００℃程度の高温に保持する必要があるのに対して、ロータリーキルン１からの排ガスは、１１００～１２００℃の温度であるために、当該ロータリーキルン１からの排ガスの全量または一定量を、過熱炉１５内に導入して、再び排ガス管２１から第１のプレヒータ３へと送るようにすれば、上記排ガスを有効利用することができる。
　さらに、混合か焼炉１２には、内部で生成したＣＯ2ガスを排出するためのＣＯ2排気管２２が接続されるとともに、このＣＯ2排気管２２が、第２のプレヒータ１０における加熱媒体として導入されている。なお、図中符号２３は、ＣＯ2ガスの排気ファンであり、符号２４は、ＣＯ2ガスの排気ラインである。
　ちなみに、流動化、噴流化を促すため、当該混合か焼炉１２から排出されたＣＯ2ガスを、ＣＯ2排気管２２や排気ライン２４から抜き出して、再び混合か焼炉１２に循環供給して使用することもできる。
　次に、上記の一実施形態に示したセメント製造設備のＣＯ2ガスの回収設備において、本発明に係る混合か焼炉１２を用いたＣＯ2ガスの回収方法について説明する。
　先ずか焼前セメント原料を、供給ライン４、１１から各々第１のプレヒータ３、第２のプレヒータ１０の最上段のサイクロンに供給する。
　すると、第１のプレヒータ３においては、順次下方のサイクロンへと送られる過程で、従来と同様にロータリーキルン１から排ガス管３ｂを介して供給される排ガスおよび、過熱炉１５からの燃焼排ガスによって、上記か焼前セメント原料が予熱される。そして、か焼温度に達する前（例えば、８１０℃）まで予熱された上記か焼前セメント原料が、抜出ライン１３から移送管１０ａを介して混合か焼炉１２へと供給されてゆく。　　　　　　　　　
　また、第２のプレヒータ１０に供給された上記か焼前セメント原料は、混合か焼炉１２において、か焼前セメント原料をか焼した際に排出された高温のＣＯ2ガスによって予熱され、最終的にか焼温度に達する前（例えば、７６０℃）まで予熱されて移送管１０ａから混合か焼炉１２へと供給されてゆく。
　一方、過熱炉１５においては、内部の上記か焼セメント原料が、バーナ１７の燃焼によってセメント原料のか焼温度以上（例えば１２００℃程度）まで加熱される。そして、加熱された過熱か焼セメント原料が、バーナ１７における燃焼によって発生した排ガスに同伴されて、過熱炉１５の排出側に接続されたる排気管１８へ送られる。そして、この排気管１８に接続されているサイクロン１９により、排ガス中から過熱か焼セメント原料を分離して、再び戻り管２０とからなる循環ラインから、混合か焼炉１２へと供給されていく。
　これにより、混合か焼炉１２内においては、図２および図３に示すように、複数の供給ライン２５から供給される上記か焼前のセメント原料を、過熱か焼セメント原料と混合されてか焼温度以上（例えば、９００℃以上）に加熱してか焼するとともに、この際にＣＯ2ガスが発生する。また、運転初期時においては、混合か焼炉の底部に設けられた流動化または噴流化手段１２ｂを作動させて、外部より空気を供給し炉内の流動化または噴流化を図る。そして、発生したＣＯ2ガスにより自発的に流動化または噴流化した後に、流動化または噴流化手段１２ｂを停止する。
　なお、自発的な流動化または噴流化のために、必要に応じて高温空気の他、セメントキルン１や過熱炉１５などの燃焼排ガスを用いてもよい。
　そして、上記過熱か焼セメント原料と上記か焼前セメント原料を混合してか焼させると、発生するＣＯ2ガスにより雰囲気がＣＯ2約１００％になる。このため、か焼が全て終了しない限り、か焼温度は９００℃程度で略一定になる。
　また、混合か焼炉１２において、粉体の流動化速度Ｕmf＜混合か焼炉の空筒速度＜粉体の終末速度Ｕtであれば、混合か焼炉で粉体は流動化し、流動層からオーバーフローにより、か焼されたセメント原料が排出管１２ａに送られる。
　一方、混合か焼炉１２において、粉体の終末速度Ｕt＜混合か焼炉の空筒速度であれば、流動層は激しく流動または噴流化し、か焼されたセメント原料は、発生したＣＯ2ガスに同伴される。このため、サイクロンなどの粉体の分離手段を別途設けて、か焼された上記セメント原料を回収する。
　ここで、上記空筒速度は、上記過熱か焼セメント原料が上記か焼前セメント原料と混合されることにより、か焼温度まで低下する際に放出する熱量から、上記か焼前セメント原料のか焼温度までの昇温に必要な熱量を差し引いたものが、上記か焼前セメント原料のか焼に供するとして、そのか焼反応で発生するＣＯ2ガス流量を計算することができ、このＣＯ2ガス流量を混合か焼炉１２の断面積で除すことにより求めることができる。
　また、粉体が流動化を開始する流動化速度であるＵmf及び粉体が発生するＣＯ2ガスに同伴される速度である終末速度Ｕtは、下記の式より求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　μ：流体の粘度（Ｐａ・ｓ）
　ｄp：粉体の平均粒径（ｍ）
　ρf：流体の密度（ｋｇ／ｍ3）
　Ｒｅｍｆ：流動層での粉体レイノルズ数
　Ａｒ：アルキメデス数
　ρp：粉体の密度（ｋｇ／ｍ3）
　ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ2）
　φs：形状係数（真球の場合１）
　εmf：流動層での空隙率
　このように、上記セメント製造設備における混合か焼炉１２によれば、セメント製造設備における熱源を有効活用して、混合か焼炉１２において発生するＣＯ2ガスを、１００％に近い高濃度で回収することができる。
　この際に、混合か焼炉１２において、上記か焼前セメント原料を複数箇所より投入することおよび、か焼前セメント原料と粒径が等しい過熱か焼セメント原料を熱媒体として投入することにより、流動層または噴流層を安定して形成することができるため、安定したＣＯ2ガスが発生し、高濃度のＣＯ2ガスの回収を回収することができる。さらに、流動化または噴流化手段により、運転初期時からＣＯ2ガスを安定的に発生させることができる。
　加えて、混合か焼炉１２において十分にか焼された高温のセメント原料を、戻りライン１６および、図４の変形例に示すように、過熱炉１５から排出されてサイクロン１９により分離された、か焼済セメント原料の一部を戻りライン２６により、ロータリーキルン１に戻すことによって、焼成に要する燃料を削減することができ、よって従来よりも長さ寸法の短いロータリーキルン１を用いることができる。
　なお、上記一実施形態において、混合か焼炉１２をセメント製造設備に用いる場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、それ以外にも用いることも可能である。
　また、セメント原料を移送管１０ａから供給するための供給ライン２５を、混合か焼炉１２の高さ方向の異なる位置に接続されている場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではく、例えば、混合か焼炉１２の同一高さの複数の異なる位置に接続することも可能であり、さらには、混合か焼炉１２の高さ方向の複数の異なる位置と、同一高さの複数の異なる位置とに接続することも可能である。
（第２の実施形態）
　図９は、本発明に係るセメント製造設備におけるＣＯ2ガスｎの回収設備の一実施形態を示すもので、セメント製造設備の構成については、図１８に示したものと同一であるために、同一符号を付したその説明を簡略化する。
　図９において、符号１１０は、セメント製造装置のプレヒータ（第１のプレヒータ）３とは独立して設けられた第２のプレヒータ１１０である。
　この第２のプレヒータ１１０は、上記第１のプレヒータ３と同様に、上下方向に直列的に配置された複数段のサイクロンによって構成されており、最上段のサイクロンに供給ライン１１１からか焼前のセメント原料（か焼前セメント原料）ｋが供給されるようになっている。そして、第２のプレヒータ１１０の最下段のサイクロンの底部には、移送管１１０ａの上端が接続されるとともに、この移送管１１０ａの下端部が混合か焼炉１１２に導入されている。
　他方、上記セメント製造設備の第１のプレヒータ３においては、最下段のサイクロンからか焼前セメント原料ｋを抜き出す抜出ライン１１３が設けられ、この抜出ライン１１３の先端部が第２のプレヒータ１１０からの移送管１１０ａに接続されている。これにより、第２のプレヒータ１１０からのか焼前セメント原料ｋと、第１のプレヒータ３からのか焼前セメント原料ｋとが、混合か焼炉１１２内に導入されるようになっている。
　さらに、混合か焼炉１１２は、図１０または図１１に示すように、流動層型の粉体混合炉であり、熱媒体ｔを上部より供給する供給ライン１２０と、熱媒体ｔを下部より抜き出す排出ライン１２５が接続されている。この排出ライン１２５は、バケットエレベータ１１９を介して熱媒体の循環ライン１１４となり、媒体加熱炉１１５へ接続される。また、混合か焼炉１１２の上部には、か焼前セメント原料ｋを移送管１１０ａから供給するための投入ライン１２９が接続されている。さらに、図１０の変形例では、図１１に示すように、投入ライン１２９が混合か焼炉１１２の上部に複数（図では、２箇所）箇所に接続されている。また、か焼前セメント原料ｋが、か焼されないうちにオーバーフローから排出されることがないように、か焼前セメント原料ｋの投入箇所を、側面部、熱媒体ｔの供給ライン１２０と熱媒体ｔの排出ライン１２５の間に１個所、もしくは複数個所に設けてもよい。
　また、混合か焼炉１１２の側面部の中央近傍には、か焼されたセメント原料（か焼済みセメント原料）ｋ’を抜き出す回収ライン１１２ａが接続されている。この回収ライン１１２ａは、戻りライン１１６とされてロータリーキルン１の窯尻部分２に接続されている。また、熱媒体ｔの排出ライン１２５から熱媒体ｔと同時に排出されるか焼済みセメント原料ｋ’は、重力沈降装置などの分離手段を用いて、熱媒体ｔを分離し、戻りライン１１６に接続してもよい。そして、混合か焼炉１１２には、内部で生成したＣＯ2ガスｎを排出するためのＣＯ2ガス排気管１２２が接続されるとともに、このＣＯ2ガス排気管２２が、第２のプレヒータ１１０における加熱媒体として導入されている。
　さらに、他の実施形態の混合か焼炉１１２においては、図１２または図１３に示すように、噴流層型の粉体混合炉であり、熱媒体ｔを上部より供給する供給ライン１２０と、下部より抜き出す排出ライン１２５が接続されている。この排出ライン１２５は、バケットエレベータ１１９を介して熱媒体の循環ライン１１４となり、媒体加熱炉１１５へ接続される。また、熱媒体ｔを供給する供給ライン１２０と、熱媒体ｔを下部より抜き出す排出ライン１２５との間に、か焼前セメント原料ｋを移送管１１０ａより供給する投入ライン１２９が接続されている。この投入ライン１２９は、供給ライン１２０と排出ライン１２５との間を１としたときに、供給ライン１２０より下方に０．５～０．９の位置に接続されている。
　さらに、図１２の変形例では、図１３に示すように、か焼前セメント原料ｋの投入ライン１２９を供給ライン１２０と排出ライン１２５との間の複数箇所に接続するとともに、供給ライン１２０と排出ライン１２５との間を１としたときに、供給ライン１２０より下方に０．１～０．９の間の複数箇所に接続されている。
　そして、他の実施形態の混合か焼炉１１２においては、内部で生成したＣＯ2ガスｎに同伴したか焼済みセメント原料ｋ’を回収する回収ライン１２７が接続されている。また、この回収ライン１２７には、ＣＯ2ガスｎとか焼済みセメント原料ｋ’を分離するための分離手段１２８が備えられている。この分離手段１２８には、サイクロンが用いられている。また、分離手段１２８には、ＣＯ2ガスｎを排出するためのＣＯ2ガス排気管１２２が接続されるとともに、このＣＯ2ガス排気管１２２が、第２のプレヒータ１１０における加熱媒体として導入されている。さらに、か焼済みセメント原料ｋ’をセメントキルン１の窯尻部分２に戻す戻りライン１１６が接続されている。
　さらに、媒体加熱炉１１５は、内部に送られてくるか焼前セメント原料ｋよりも粒子径の大きい熱媒体ｔを、クリンカクーラ６からの抽気を燃焼用空気とするバーナ１１７の燃焼によって当該熱媒体をか焼温度以上に加熱するためのものである。この媒体加熱炉１１５は、既存の仮焼炉を改造して用いることも可能である。そして、この媒体加熱炉１１５の排出側には、バーナ１１７における燃焼によって発生した排ガスを排気する排気管１１８が接続されている。この排気管１１８は、セメントキルン１の排ガス管３ｂに接続されている。また、媒体加熱炉１１５の下部には、混合か焼炉１１２の上部から熱媒体ｔを供給する供給ライン１２０が接続されている。
　また、上記媒体加熱炉１１５内は、１１００℃程度の高温に保持する必要があるのに対して、ロータリーキルン１からの排ガスは、１１００～１２００℃の温度であるために、当該ロータリーキルン１からの排ガスの全量または一定量を、媒体加熱炉１１５内に導入して、再び排ガス管１１８から第１のプレヒータ３へと送るようにすれば、上記排ガスを有効利用することができる。
　なお、図中符号１２４は、ＣＯ2ガスの排気ファンであり、符号１２３は、ＣＯ2ガスの排気ラインである。また、図中符号１２１は、熱媒体ｔを循環させる際に消失さる熱媒体ｔを補うための熱媒体タンクである。
　ちなみに、混合か焼炉１１２として、流動層型のものを用いた場合には、当該混合か焼炉１１２から排出されたＣＯ2ガスｎを、ＣＯ2ガス排気管１２２や排気ライン１２４から抜き出して、再び混合か焼炉１１２に循環供給して使用することもできる。
　次に、上記の一実施形態に示したセメント製造設備のＣＯ2ガスｎの回収設備において、本発明に係る混合か焼炉１１２を用いたＣＯ2ガスｎの回収方法について説明する。
　先ずか焼前セメント原料ｋを、供給ライン４、１１１から各々第１のプレヒータ３、第２のプレヒータ１１０の最上段のサイクロンに供給する。
　すると、第１のプレヒータ３においては、順次下方のサイクロンへと送られる過程で、従来と同様にロータリーキルン１から排ガス管３ｂを介して供給される排ガスによってか焼前セメント原料ｋが予熱される。そして、か焼温度に達する前（例えば、８１０℃）まで予熱されたか焼前セメント原料ｋが、抜出ライン１１３から移送管１１０ａを介して混合か焼炉１１２へと供給されてゆく。　　　　　　　
　また、第２のプレヒータ１１０に供給されたセメント原料ｋは、混合か焼炉１１２から排出される高濃度かつ高温のＣＯ2ガスｎによって予熱され、最終的にか焼温度に達する前（例えば、７６０℃）まで予熱されて移送管１１０ａから混合か焼炉１１２へと供給されてゆく。
　一方、媒体加熱炉１１５においては、内部の熱媒体ｔが、バーナ１１７の燃焼によってセメント原料のか焼温度以上（例えば１２００℃程度）まで加熱される。その際、発生した排ガスは、排気管１１８に送られ、セメントキルン１の排気管３ｂから排ガスととともに、第１のプレヒータ３に送られる。また、セメント原料のか焼温度以上に加熱された熱媒体ｔは、媒体加熱炉１１５の下部に接続された供給ライン１２０から、混合か焼炉１１２へと供給されてゆく。
　これにより、混合か焼炉１１２内においては、図１０または図１１に示すように、上部に接続された供給ライン１２０から熱媒体ｔを供給して、この熱媒体ｔを下部の排出ライン１２５より抜き出すことにより移動層１２６が形成されるとともに、か焼前セメント原料ｋを上部の投入ライン１２９より投入する。そして、移動層１２６を形成する熱媒体ｔ間の空隙において、か焼温度以上（例えば、９００℃以上）に加熱してか焼される。
　そして、か焼されたか焼済みセメント原料ｋ’は、移動層１２６を形成する熱媒体ｔ間の空隙内において、か焼の際に発生したＣＯ2ガスｎの上昇にともなって、か焼済みセメント原料ｋ’が浮遊し流動層が形成されるとともに、オーバーフローにより回収ライン１１２ａから回収されて、戻りライン１１６よりセメントキルン１の窯尻部分２に送られてゆく。また、高濃度かつ高温のＣＯ2ガスｎは、混合か焼炉１１２の上部に接続されたＣＯ2ガス排気管１２２から、第２のプレヒータ１１０における加熱媒体として導入される。
　この際に、図１０の混合か焼炉１１２の変形例である図１１に示す混合か焼炉１１２のように、投入ライン１２９を複数箇所に接続して、か焼前セメント原料ｋを混合か焼炉１１２内に投入することにより、空筒速度を抑えるために炉の断面積を大きくした混合か焼炉１１２においても、か焼前セメント原料ｋが分散され、熱媒体ｔからの伝熱が促進されることにより、か焼効率の低下を防ぐことができる。
　さらに、混合か焼炉１１２の他の実施形態である図１２および図１３においては、混合か焼炉１１２の側面側上方に接続された供給ライン１２０から熱媒体ｔを供給して、下部の排出ライン１２５より抜き出することにより移動層１２６が形成されるとともに、か焼前セメント原料ｋを供給ライン１２０と排出ライン１２５との間に接続された投入ライン１２９より投入する。そして、移動層１２６を形成する熱媒体ｔ間の空隙において、か焼温度以上（例えば、９００℃以上）に加熱してか焼されるとともに、この際に発生したＣＯ2ガスｎに、か焼済みセメント原料ｋ’が同伴され、噴流層が形成される。
　そして、か焼済みセメント原料ｋ’は、ＣＯ2ガスｎに同伴され回収ライン１２７から分離手段１２８に送られ、サイクロンによりＣＯ2ガスｎとか焼済みセメント原料ｋ’に分離される。そして、分離されたＣＯ2ガスｎは、ＣＯ2ガス排気管１２２から、第２のプレヒータ１１０における加熱媒体として導入される。また、分離されたか焼済みセメント原料ｋ’は、回収ライン１１２ａから戻りライン１１６に送られ、セメントキルン１の窯尻部分２に供給される。
　この際に、混合か焼炉１１２の投入ライン１２９を、供給ライン１２０と排出ライン１２５との間の複数箇所に接続することにより、炉内の空間を十分に利用し、熱媒体ｔ間の空隙においてか焼が行われるため、安定したＣＯ2ガスｎが発生する。そして、このＣＯ2ガスｎは、か焼済みセメント原料ｋ’を噴流化させる。また、図１２の混合か焼炉１１２の変形例である図１３に示す混合か焼炉１１２においては、熱媒体ｔの供給ライン１２０と排出ライン１２５の間を１としたときに、供給ラインから下方に０．１～０．９の位置の複数箇所に投入ライン１２９が接続され、複数箇所の投入ライン１２９より、か焼前セメント原料ｋが投入される。これにより、熱媒体ｔ間の空隙において、熱媒体ｔの幅射熱を受けて、か焼が十分に行われ、高濃度のＣＯ2ガスｎが安定して発生することになる。
　そして、か焼前セメント原料ｋが、熱媒体ｔ間の空隙においてか焼され、高濃度のＣＯ2ガスｎが発生する。このＣＯ2ガスｎが浮流する移動層１２６において、か焼済みセメント原料ｋ’は、十分な空筒速度を持ったＣＯ2ガスに同伴されて噴流化される。そして、ＣＯ2ガスｎに同伴されたか焼済みセメント原料ｋ’が、噴流化により上部の回収ライン１２７より、分離手段１２８に送られる。さらに、この分離手段１２８のサイクロンにより、高濃度のＣＯ2ガスｎとか焼済みセメント原料ｋ’が分離される。
　さらに、分離手段１２８のサイクロンにより分離されたか焼済みセメント原料ｋ’は、戻りライン１１６よりセメントキルン１の窯尻部分２に送られていく。また、高濃度かつ高温のＣＯ2ガスｎは、分離手段１２８の上部に接続されたＣＯ2排気管１２２から、第２のプレヒータ１１０における加熱媒体として導入される。
　そして、熱媒体ｔとか焼前セメント原料ｋを混合してか焼させると、発生するＣＯ2ガスｎにより雰囲気がＣＯ2約１００％になる。このため、か焼が全て終了しない限り、か焼温度は９００℃程度で略一定になる。
　また、混合か焼炉１１２において、粉体の流動化速度Ｕｍｆ＜混合か焼炉の空筒速度＜粉体の終末速度Ｕｔであれば、混合か焼炉でか焼済みセメント原料ｋ’は流動化し、流動層からオーバーフローにより、か焼済みセメント原料ｋ’が排出管１１２ａに送られる。
　一方、混合か焼炉１１２において、粉体の終末速度Ｕｔ＜混合か焼炉の空筒速度であれば、混合か焼炉でか焼済みセメント原料ｋ’は激しく流動または噴流化し、か焼済みセメント原料ｋ’は、発生したＣＯ2ガスｎに同伴される。このため、サイクロンなどの粉体の分離手段を別途設けて、か焼された上記セメント原料を回収する。
　ここで、上記空筒速度は、熱媒体ｔがか焼前セメント原料ｋと混合することにより、か焼温度まで低下する際に放出する熱量から、か焼前セメント原料ｋのか焼温度までの昇温に必要な熱量を差し引いたものが、か焼前セメント原料ｋのか焼に供するとして、そのか焼反応で発生するＣＯ2ガスｎ流量を計算することができ、このＣＯ2ガスｎ流量を混合か焼炉１１２の断面積かつ熱媒体の空隙率で除すことにより求めることができる。
　また、粉体が流動化を開始する流動化速度であるＵmf及び粉体が発生するＣＯ2ガスｎに同伴される速度である終末速度Ｕtは、下記の式より求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　μ：流体の粘度（Ｐａ・ｓ）
　ｄp：粉体の平均粒径（ｍ）
　ρf：流体の密度（ｋｇ／ｍ3）
　Ｒｅmf：流動層での粉体レイノルズ数
　Ａｒ：アルキメデス数
　ρp：粉体の密度（ｋｇ／ｍ3）
　ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ2）
　φs：形状係数（真球の場合１）
　εmf：流動層での空隙率
　このように、上記セメント製造設備における混合か焼炉１１２によれば、セメント製造設備における熱源を有効活用して、混合か焼炉１１２において発生するＣＯ2ガスｎを、１００％に近い高濃度で回収することができる。
　さらに、混合か焼炉１１２において、か焼前セメント原料ｋより粒子径が大きく、極端に比表面積が小さい熱媒体ｔにより、か焼前セメント原料ｋを加熱してか焼させているために、媒体加熱炉１１５において熱媒体ｔをか焼温度以上の１０００℃以上に加熱しても、熱媒体ｔ同士あるいは熱媒体ｔと炉壁の固着や融着を抑えて、コーチングトラブル等の発生を抑止することができる。
　加えて、混合か焼炉１１２において十分にか焼された高温のか焼済みセメント原料ｋ’を、戻りライン１１６からロータリーキルン１に戻しているために、ロータリーキルン１において焼成に要する燃料を削減することができ、よって従来よりも長さ寸法の短いロータリーキルン１を用いることができる。
　本発明によれば、被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼する際に発生するＣＯ2ガスを、流動層型または噴流層型により高い濃度で分離して回収することが可能となる混合か焼炉が提供できる。また、本発明によれば、熱媒体の粒子径がセメント原料よりも大きい場合であっても、流動化または噴流化を容易に行い、セメント製造設備において発生するＣＯ2ガスを高い濃度で分離して回収することが可能となる混合か焼炉が提供できるものである。
　　１　ロータリーキルン（セメントキルン）
　　３　プレヒータ（第１のプレヒータ）
　１０　第２のプレヒータ
１０ａ　移送管
　１２　混合か焼炉
１２ｂ　流動化または噴流化手段
　１３　抜出ライン
　１５　過熱炉
　１６　戻りライン
　２５　供給ライン
１１０　第２のプレヒータ
１１０ａ　移送管
１１２　混合か焼炉
１１２ａ　回収ライン
１１３　抜出ライン
１１５　媒体加熱炉
１１６　戻りライン
１２０　供給ライン
１２５　排出ライン
１２６　移動層
１２７　回収ライン
１２８　分離手段
１２９　投入ライン
　　ｋ　か焼前セメント原料（か焼前のセメント原料）
　　ｋ’か焼済みセメント原料（か焼されたセメント原料）

Claims (13)

  1. 　被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼反応を起こす混合か焼炉において、
    　流動層型または噴流層型であるとともに、上記被か焼物を供給する複数の供給ラインを備えていることを特徴とする混合か焼炉。
  2. 　上記混合か焼炉は、運転初期に空気により流動化または噴流化させ、ＣＯ2ガスの発生により自発的に流動化または噴流化した後に、上記空気の供給を止める流動化または噴流化手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の混合か焼炉。
  3. 上記過熱か焼物は、上記被か焼物と同じ粒子径を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の混合か焼炉。
  4. 上記被か焼物は、か焼前のセメント原料であることを特徴とする請求項１または２に記載の混合か焼炉。
  5. 　上記被か焼物は、か焼前の石灰石であることを特徴とする請求項１または２に記載の混合か焼炉。
  6. 　セメント原料を、プレヒータで予熱した後に、内部が高温雰囲気に保持されたセメントキルンに供給して焼成するセメント製造設備において発生するＣＯ2ガスを回収するために用いられ、上記プレヒータから抜き出されたか焼前の上記セメント原料と、媒体加熱炉においてか焼温度以上に加熱した熱媒体とを供給し、混合してか焼を行いＣＯ2ガスを発生させるための混合か焼炉において、
    　上記セメント原料より粒子径の大きい上記熱媒体を上部から供給する供給ラインと、上記熱媒体を下部より抜き出す排出ラインとを備えることにより、上記熱媒体を上から下に移動させる移動層が形成されていることを特徴とする混合か焼炉。
  7. 　上記混合か焼炉は、上記移動層において、上記セメント原料を上記熱媒体間の空隙でか焼させることにより発生したＣＯ2ガスの上昇にともない、上記セメント原料を流動化させる流動層が形成されているとともに、か焼された上記セメント原料をオーバーフローにより回収する回収ラインを備えていることを特徴とする請求項６に記載の混合か焼炉。
  8. 　上記混合か焼炉において、上記セメント原料を投入する投入ラインが、複数箇所に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の混合か焼炉。
  9. 　上記混合か焼炉は、上記移動層において、上記セメント原料を上記熱媒体間の空隙でか焼させることにより発生したＣＯ2ガスの上昇にともない、上記セメント原料を噴流化させる噴流層が形成されているとともに、か焼された上記セメント原料をか焼により発生したＣＯ2ガスに同伴させて回収する回収ラインと、この回収ラインに上記ＣＯ2ガスとか焼した上記セメント原料とを分離させる分離手段とを備えていることを特徴とする請求項６に記載の混合か焼炉。
  10. 　上記混合か焼炉において、上記セメント原料を投入する投入ラインが、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の混合か焼炉。
  11. 　上記セメント原料の投入ラインは、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間を１としたときに、上記熱媒体の上記供給ラインより下方に０．５～０．９の間に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の混合か焼炉。
  12. 　上記混合か焼炉は、上記セメント原料を投入する投入ラインが、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間の複数箇所に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の混合か焼炉。
  13. 　上記セメント原料の投入ラインが、上記熱媒体の上記供給ラインと上記排出ラインとの間を１としたときに、上記熱媒体の上記供給ラインより下方に０．１～０．９の間の複数箇所に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の混合か焼炉。
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