WO2021246313A1 - セメント製造排ガス中のｃｏ２活用方法及びｃｏ２活用システム - Google Patents

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始 川崎
琢磨 高馬
卓哉 小松
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Definitions

  • the present invention relates to a method for utilizing CO 2 originating from energy contained in the exhaust gas of a cement manufacturing facility while reducing it, and a CO 2 utilization system.
  • the methanation method described in Patent Document 1 is conventionally known. That is, it is a method of obtaining methane by separating carbon dioxide contained in combustion exhaust gas and reacting it with hydrogen. In this methanation method, a step of bringing the combustion exhaust gas into contact with a carbon dioxide absorber to absorb carbon dioxide in the combustion exhaust gas, and a gas containing carbon dioxide as a main component by heating the carbon dioxide absorber that has absorbed carbon dioxide.
  • Patent Document 1 The method described in Patent Document 1 can be effectively used by methanizing the discharged combustion gas. However, if methane produced from the combustion gas derived from fossil fuel is burned, it will be released as CO 2 again, so it cannot be said that the amount of CO 2 released from fossil fuel is reduced.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and is used in cement manufacturing exhaust gas, which can reduce CO 2 derived from energy by methaneizing CO 2 in cement exhaust gas that is not derived from fossil fuels and effectively utilizing it.
  • the purpose is to provide a CO 2 utilization method and a CO 2 utilization system.
  • the methane fossil fuels Methane can be effectively used by using it as an alternative fuel.
  • the exhaust gas from the cement manufacturing facility which contains a lot of exhaust gas from limestone, since replace fossil fuels coal and oil methane generated from the exhaust gas, the CO 2 from energy sources to reduce the use of fossil fuels It can be reduced and the greenhouse gas reduction effect can be enhanced.
  • fossil fuels As an alternative to fossil fuels, it may be used as fuel for cement firing kilns in cement manufacturing facilities, and can be used in many industrial facilities such as thermal power plants and waste incinerator facilities such as garbage.
  • the CO 2 is the exhaust gas from the cement manufacturing facility may be brought into contact with the CO 2 absorbing material is separated recovered CO 2.
  • the concentration thereof can be increased to produce high-concentration methane, and methane can be used more effectively.
  • the CO 2 absorber a material using an amine or the like can be used.
  • the CO 2 utilization system in the cement manufacturing exhaust gas of the present invention is a methane that produces methane by adding hydrogen to the CO 2 in the exhaust gas from the cement manufacturing facility or the CO 2 separated and recovered from the exhaust gas to the cement manufacturing facility. It is equipped with a methane supply device and a methane supply device that supplies the methane as an alternative fuel to fossil fuel.
  • the methanization apparatus may directly add the hydrogen to the exhaust gas to generate the methane.
  • methane generated from the exhaust gas of a cement manufacturing facility is used as an alternative fuel for fossil fuels, methane is effectively used to reduce CO 2 originating from energy and reduce greenhouse gases. Can be enhanced.
  • This embodiment is an example in which methane is generated from CO 2 in the cement manufacturing exhaust gas and the methane is used as a partial alternative fuel for fossil fuels for cement firing kilns and calcining furnaces.
  • the CO 2 utilization system 100 includes a cement manufacturing facility 50 and an exhaust gas treatment facility 30 connected to and used in the cement manufacturing facility 50.
  • the exhaust gas treatment facility 30 adds hydrogen to the exhaust gas from the exhaust gas or CO 2 separated and recovered from the exhaust gas to generate methane, and the generated methane is used as fossil fuel for the cement production facility 50. Supplied as an alternative fuel in part or in whole.
  • the cement manufacturing facility 50 includes a raw material storage 1 for individually storing limestone, clay, silica stone, iron raw materials, etc. as cement raw materials, and a raw material mill and dryer for crushing and drying these cement raw materials. 2 and a preheater 3 that preheats the powdered cement raw material supplied through the raw material supply pipe 22 and obtained by this raw material mill, and a calcining furnace 4 that calcins the cement raw material preheated by the preheater 3.
  • a cement calcined kiln 5 for calcining a calcined cement raw material
  • a cooler 6 for cooling a cement clinker after being calcined by the cement calcined kiln 5, and the like.
  • the cement firing kiln 5 is a cylindrical rotary kiln that is slightly inclined sideways, and by rotating around the axis, the cement raw material supplied from the preheater 3 is sent to the kiln front portion 5b to the kiln tail portion 5a while being sent to the kiln front portion 5b.
  • the burner 8 of the front part 5b of the kiln heats and fires at about 1450 ° C. to form a cement clinker.
  • the generated cement clinker is sent from the kiln front portion 5b to the cooler 6.
  • a fuel supply line 15 for supplying fuel including fossil fuels such as coal and petroleum is connected to the burner 8.
  • a supply system (not shown) for an alternative heat source such as waste plastic or waste tire is also provided to supplement the heat energy.
  • the cement clinker is cooled to a predetermined temperature by the cooler 6 and then sent to the finishing process.
  • the preheater 3 is constructed in which a plurality of cyclones 13 (four in the example shown in FIG. 2) that circulate the exhaust gas generated in the cement firing kiln 5 are connected in the vertical direction.
  • a calciner 4 is connected between the cyclone 13 at the bottom and the cyclone 13 above it.
  • the cement raw material calcined by the combustion gas of the calcining furnace 4 is supplied from the lowermost cyclone 13 to the kiln tail portion 5a of the cement calcined kiln 5.
  • the calcining furnace 4 has a burner 41 inside, and by burning fuel such as coal supplied from the fuel supply line 42, the cement raw material sent from the upper cyclone 13 is calcined.
  • the calcined cement raw material is supplied to the lowermost cyclone 13 via the rising duct 25 together with the exhaust gas generated by the calcined.
  • the cement raw material is supplied from the lowermost cyclone 13 to the kiln tail portion 5a of the cement firing kiln 5.
  • the rising duct 25 sends the exhaust gas from the kiln tail portion 5a of the cement firing kiln 5 to the lowermost cyclone 13, and the exhaust gas generated in the calcining furnace 4 is also supplied to the cyclone 13 through the rising duct 25.
  • Ru Therefore, the exhaust gas from the cement firing kiln 5 and the exhaust gas from the calcining furnace 4 are integrated and passed through the preheater 3 from the lower side to the upper side, and then introduced into the raw material mill and the dryer 2 through the exhaust pipe
  • the raw material mill and the dryer 2 are adapted to crush and dry the cement raw material at the same time by introducing the exhaust gas from the calcining furnace 4 and the cement firing kiln 5.
  • An exhaust gas treatment line 12 including a dust collector 10, a chimney 11, and the like is connected to the raw material mill and the dryer 2.
  • the exhaust gas treatment facility 30 includes an exhaust gas collection line 311 that collects exhaust gas generated in the cement firing kiln 5 and the calcination furnace 4 and before being discharged from the chimney 11, and CO from the exhaust gas sent from the exhaust gas collection line 311. It is provided with a methaneization device 31 that separates and recovers 2 and adds hydrogen to the separated and recovered CO 2 to generate methane, and a methane supply device 32 that supplies the generated methane to the cement production facility 50.
  • the exhaust gas collection line 311 is connected between the dust collector 10 and the chimney 11 in the exhaust gas treatment line 12 of the cement manufacturing facility 50, and collects a part of the exhaust gas generated during cement firing. Since it is an exhaust gas generated by cement firing, it includes some exhaust gas from combustion of fuel such as coal, but it also contains a large amount of exhaust gas derived from limestone.
  • Methanation apparatus 31 includes a CO 2 separation and recovery device 310 for separating and recovering CO 2 from flue gas, hydrogen mixed for mixing by supplying hydrogen (e.g. hydrogen gas) in the CO 2 separated recovered by CO 2 separation and recovery device 310 It includes a unit 316 and a methane production unit 317 that produces methane from CO 2 mixed with hydrogen.
  • hydrogen e.g. hydrogen gas
  • the CO 2 separation and recovery device 310 has a harmful component removing unit 312 that removes harmful components such as SOx and NOx from the exhaust gas collected by the exhaust gas collection line 311 and the exhaust gas from which the harmful components have been removed.
  • a CO 2 separation collector 313 for separating and recovering CO 2 includes a compression unit 314 for compressing the recovered CO 2, and dehumidifying unit 315 for removing moisture from the compressed CO 2, the.
  • the exhaust gas sent from the exhaust gas collection line 311 may include not only the combustion exhaust gas of fossil fuels such as coal, petroleum coke, and heavy oil, but also the combustion exhaust gas such as waste plastics and waste tires.
  • CO 2 for example, as would fall about 20 several percent, it is included gas and harmful components other than CO 2. Therefore, the harmful component removing unit 312 removes harmful components (for example, oxidizing gases such as nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx)) from the exhaust gas, and is a scrubber filled with an aqueous NaOH solution. To prepare for. By removing this harmful component, halogen is also removed together with NOx, so that deterioration of the absorbent material of the amine compound used in the next CO 2 separation and recovery is prevented.
  • harmful components for example, oxidizing gases such as nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx)
  • CO 2 separation collector 313 is made common CO 2 recovery apparatus, the inside absorbs CO 2 CO 2 absorbent (amine compound liquid absorbing material dissolved in water, the amine compound to the porous material A supported solid absorbent or the like) is provided, and the exhaust gas after the harmful components are removed comes into contact with the solid absorbent, so that CO 2 in the exhaust gas is absorbed by the CO 2 absorbent. Then, such as by heating the CO 2 absorbing material that has absorbed CO 2, is recovered by extraction of CO 2 from the CO 2 absorber.
  • the CO 2 separation / recovery unit 313 discharges the exhaust gas after CO 2 has been removed to the outside.
  • the compression unit 314 compresses the recovered CO 2 by applying a pressure of 0.1 MPa or more, preferably 0.5 to 1.0 MPa.
  • Dehumidifying unit 315 by cooling the compressed CO 2, removing the moisture contained in the CO 2. This dehumidification is performed to remove the moisture before the methanation because it affects the oxidation of the Ni-based catalyst in the methanation apparatus.
  • the hydrogen mixing unit 316 supplies hydrogen to the dehumidified CO 2 to mix and pressurize it.
  • Hydrogen can be produced by artificial photosynthesis using renewable energy, decomposition of water, or the like.
  • the amount of hydrogen added by the hydrogen mixing unit 316 is appropriately set so as to have a concentration at which methane can be easily produced from CO 2 mixed with hydrogen.
  • the methane production unit 317 produces methane from CO 2 mixed with hydrogen.
  • the methane production unit 317 is composed of a general methane production apparatus, and includes a plurality of reactors (not shown) filled with catalysts that are active in methaneization, and CO 2 in which hydrogen is mixed in these reactors.
  • Methane is produced by supplying and reacting.
  • Ni, Pt, Pd, and Cu are used as hydrogenation catalysts, but Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , SiO 2 , MgAl 2 O 4 , TiO 2 , and TiO 2 are particularly used as hydrogenation catalysts.
  • Supported Ni and Ni alloys such as ZrO 2 are used.
  • the methane supply device 32 is connected to a tank 322 that compresses and stores methane produced by the methaneization device 31 by a pump 321 and a tank 322, and stores methane in a burner 8 of the kiln front portion 5b.
  • a methane supply line 323 for sending to each of the burners 41 of the calcination furnace 4.
  • the methane supply line 323 is a fuel supply line 15 that supplies fuel such as coal and petroleum to the burner 8 of the cement firing kiln 5, and a fuel supply line 42 that supplies fuel such as coal to the burner 41 of the calcination furnace 4. Connected to each. As a result, methane is supplied to each of the burners 8 and 41 together with the fuel.
  • a powdery cement raw material obtained by crushing and drying limestone, clay, silica stone, iron raw material, etc. as a cement raw material is preheated, and the preheated cement raw material is calcined and then fired. Then, by cooling this, a cement clinker is manufactured.
  • Exhaust gas generated in the cement firing kiln 5 and the calcining furnace 4 due to the production of this cement clinker is introduced into the raw material mill and the dryer 2 through the exhaust pipe 9 after passing through the preheater 3 from the lower side to the upper side, and is used as a cement raw material. After being used for drying, it is discharged from the chimney 11 via the dust collector 10.
  • the harmful component removing unit 312 removes the harmful component from the exhaust gas. Nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), halogens and the like are removed in the harmful component removing unit 312. Then, the CO 2 separation and recovery unit 313 extracts CO 2 from the exhaust gas and separates and recovers it. At this time, the exhaust gas from which CO 2 has been removed is discharged to the outside.
  • the recovered CO 2 is compressed by applying a pressure of 0.1 MPa or more, preferably 0.5 to 1.0 MPa by the compression unit 314, and the water contained in the CO 2 is removed by the dehumidifying unit 315.
  • hydrogen is supplied to the dehumidified CO 2 by the hydrogen mixing unit 316, mixed, and pressurized.
  • the methane production unit 317 produces methane from CO 2 mixed with hydrogen.
  • the methane produced in this way is stored in the tank 322 of the methane supply device 32. Then, the methane stored in the tank 322 is supplied to the cement firing kiln 5 and the calcining furnace 4 via the methane supply line 323.
  • Fossil fuels such as oil and coal are supplied to the cement fired kiln 5 from the fuel supply line 15. By supplying methane, a part of the fossil fuel can be replaced with methane. Fossil fuels can be reduced. Similarly, in the calcination furnace 4, fossil fuels can be reduced because part or all of the fuel such as coal is replaced with methane.
  • the methane cement kiln 5 and the temporary Methane can be effectively utilized by using it as an alternative fuel for the incinerator 4.
  • fossil fuels such as coal and petroleum, which are a major cause of global warming, are replaced with methane derived from limestone, the use of fossil fuels can be reduced, CO 2 originating from energy can be reduced, and greenhouse gases can be reduced. The effect can be enhanced. Further, by using CO 2 separated and recovered from the exhaust gas, high-concentration methane can be produced, and methane can be used more effectively.
  • CO 2 is separated and recovered from the exhaust gas of the cement manufacturing equipment 50, but since the exhaust gas of the cement manufacturing equipment 50 contains CO 2 at a concentration of 20% or more, hydrogen is directly added to the exhaust gas. May produce methane.
  • the generated methane is supplied to both the cement firing kiln 5 and the calcining furnace 4, it may be supplied to either one.
  • methane was generated using the exhaust gas from both the cement firing kiln 5 and the calcining furnace 4, it can also be applied to cement manufacturing equipment that does not have a calcining furnace. In that case, the cement firing kiln can be used. Produces methane from the exhaust gas of the kiln.
  • the fossil used in the cement manufacturing facility 50 is supplied by supplying the methane generated from the exhaust gas from the cement manufacturing facility 50 to the cement firing kiln 5 and the calcination furnace 4 of the cement manufacturing facility 50.
  • the present invention is not limited to this, and may be used as an alternative fuel for fossil fuel in various other facilities and facilities.
  • alternative fuels for fossil fuels such as coal, petroleum, and LNG used in thermal power plants, oil refining facilities, natural gas refining facilities, waste incineration facilities such as garbage, fuel cells, and various industrial facilities, and city gas alternatives.
  • As an alternative fuel used in ordinary households it is used in a wide variety of applications.
  • Methane generated from the exhaust gas of cement manufacturing facilities can be effectively used as an alternative fuel to fossil fuels to reduce CO 2 originating from energy and enhance the greenhouse gas reduction effect.

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Abstract

セメント製造設備から排出される排ガス中のＣＯ２又は該排ガスから分離回収したＣＯ２に水素を添加してメタンを生成し、該メタンを石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料の代替燃料として用いており、化石燃料ではなく石灰石由来の排ガスを多く含んでいるセメント製造設備からの排ガス中のＣＯ２をメタン化して有効活用することで、化石燃料の使用を削減してエネルギー起源のＣＯ２を削減し、温室効果ガスの削減効果を高めることができる。

Description

セメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法及びＣＯ２活用システム
　本発明は、セメント製造設備の排ガス中に含まれるエネルギー起源のＣＯ２を削減しつつ活用する方法及びＣＯ２活用システムに関する。
本願は、２０２０年６月４日に日本国に出願された特願２０２０－９７６４４号及び特願２０２０－９７６４５号に基づく優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　火力発電等の各種燃焼設備において、温室効果ガスの削減のため、燃焼で発生、排出されるＣＯ２を削減する努力がなされている。特に、社会活動に必要なエネルギーの大部分は石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料から得ていることから、この化石燃料から発生するＣＯ２の量は膨大であり、このエネルギー起源のＣＯ２を削減することが地球温暖化抑制に有効である。
　燃焼排ガス中のＣＯ２を削減する技術として、従来、例えば、特許文献１に記載のメタン化方法が知られている。すなわち、燃焼排ガス中に含まれる二酸化炭素を分離して水素と反応させることによりメタンを得る方法である。このメタン化方法では、燃焼排ガスを二酸化炭素吸収材に接触させて燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させる工程と、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を主成分とするガスを取り出す工程と、二酸化炭素を主成分とするガスに第一の量の水素を添加した後、脱硫剤を充填した脱硫器に通して、ガス中の硫黄化合物を除去する工程と、硫黄化合物を除去する工程を経たガスに第二の量の水素を添加し、メタン化触媒に通じたメタン化反応によりメタンに変換する工程と、を含んでいる。
　このメタン化方法を用いることにより、燃焼排ガスからの二酸化炭素の大気への放出を抑制している。
特開２０１９－１７２５９５号公報
　特許文献１記載の方法は、排出される燃焼ガスをメタン化することで有効利用することができる。しかしながら、化石燃料由来の燃焼ガスから製造されたメタンを燃焼させれば再びＣＯ２として放出されるため、化石燃料から放出されるＣＯ２量を削減するとはいいがたい。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、化石燃料由来ではないセメント排ガス中のＣＯ２をメタン化し有効活用して、エネルギー起源のＣＯ２を削減することができるセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法及びＣＯ２活用システムを提供することを目的とする。
　本発明のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法は、セメント製造設備からの排ガス中のＣＯ２又は該排ガスから分離回収したＣＯ２に水素を添加してメタンを生成し、該メタンを化石燃料の代替燃料として用いる。
　本発明では、セメント製造設備からの排ガス中のＣＯ２や排ガスから分離回収したＣＯ２をメタンに変換することにより、セメント製造設備から排出されるＣＯ２を削減できるとともに、このメタンを化石燃料の代替燃料として使用することでメタンを有効活用できる。セメント製造設備からの排ガスは、石灰石由来の排ガスを多く含んでおり、その排ガスから生成したメタンで石炭や石油の化石燃料を代替するので、化石燃料の使用を削減してエネルギー起源のＣＯ２を低減でき、温室効果ガスの削減効果を高めることができる。
　化石燃料の代替としては、セメント製造設備のセメント焼成キルンの燃料としてもよいし、火力発電所やゴミ等の廃棄物焼却施設を始めとして、多くの工業設備等で用いることができる。
　このセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法において、前記ＣＯ２は、前記セメント製造設備からの排ガスをＣＯ２吸収材に接触させて分離回収したＣＯ２であるとよい。
　排ガスから分離回収したＣＯ２を用いることにより、その濃度を高めて高濃度のメタンが製造でき、より効果的にメタンを利用することができる。ＣＯ２吸収材としてはアミン等を利用したものを用いることができる。
このセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法において、前記排ガスに前記水素を直接添加して前記メタンを生成することも可能である。
　本発明のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システムは、セメント製造設備に、該セメント製造設備からの排ガス中のＣＯ２又は該排ガスから分離回収したＣＯ２に水素を添加してメタンを生成するメタン化装置と、前記メタンを化石燃料の代替燃料として供給するメタン供給装置とを備える。
　このセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システムにおいて、前記セメント製造設備からの排ガスをＣＯ２吸収材に接触させてＣＯ２を分離回収するＣＯ２分離回収装置を備えるとよい。
このセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システムにおいて、前記メタン化装置は、前記排ガスに前記水素を直接添加して前記メタンを生成することとしてもよい。
　本発明によれば、セメント製造設備の排ガスから生成したメタンを化石燃料の代替燃料として利用しているので、メタンを有効活用して、エネルギー起源のＣＯ２を削減し、温室効果ガスの削減効果を高めることができる。
本発明の一実施形態に係るセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法の手順を示すフローチャートである。 上記実施形態のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システムを簡略化して示す図である。 上記実施形態のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システムを構成するメタン化装置の概略構成を示すブロック図である。
　以下、本発明のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法及びセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システムの、実施形態について図面を用いて説明する。
　この実施形態は、セメント製造排ガス中のＣＯ２からメタンを生成して、そのメタンをセメント焼成キルン及び仮焼炉への化石燃料の一部の代替燃料として利用するようにした例である。
　［ＣＯ２活用システムの構成］
　ＣＯ２活用システム１００は、図２に示すように、セメント製造設備５０と、セメント製造設備５０に接続されて用いられる排ガス処理設備３０と、を備えている。本実施形態では、排ガス処理設備３０がセメント製造設備５０からの排ガス又は該排ガスから分離回収したＣＯ２に水素を添加してメタンを生成し、生成したメタンをセメント製造設備５０への化石燃料の一部又は全部の代替燃料として供給する。
　［セメント製造設備の構成］
　セメント製造設備５０は、図２に全体を示したように、セメント原料として石灰石、粘土、珪石、鉄原料等を個別に貯蔵する原料貯蔵庫１と、これらセメント原料を粉砕、乾燥する原料ミル及びドライヤ２と、原料供給管２２を介して供給され、この原料ミルで得られた粉体状のセメント原料を予熱するプレヒータ３と、プレヒータ３によって予熱されたセメント原料を仮焼する仮焼炉４と、仮焼されたセメント原料を焼成するセメント焼成キルン５と、セメント焼成キルン５で焼成された後のセメントクリンカを冷却するためのクーラ６等とを備えている。
　セメント焼成キルン５は、横向きで若干傾斜した円筒状のロータリーキルンであり、軸芯回りに回転することにより、その窯尻部５ａにプレヒータ３から供給されるセメント原料を窯前部５ｂに送りながら、その送る過程で窯前部５ｂのバーナ８によって１４５０℃程度に加熱焼成してセメントクリンカを生成する。生成されたセメントクリンカは窯前部５ｂからクーラ６に送り出される。バーナ８には、石炭、石油等の化石燃料を含む燃料を供給する燃料供給ライン１５が接続されている。また、燃料供給ライン１５とは別に、熱エネルギーを補うために、廃プラスチックや廃タイヤなどの代替熱源の供給系（図示略）も備えられている。セメントクリンカは、クーラ６で所定温度まで冷却された後、仕上げ工程へ送られる。
　プレヒータ３は、図２に示すように、セメント焼成キルン５で発生した排ガスを流通させる複数（図２に示す例では４つ）のサイクロン１３が上下方向に連結状態とされて構築されている。最下段のサイクロン１３とその上のサイクロン１３との間に仮焼炉４が接続されている。仮焼炉４の燃焼ガスによって仮焼されたセメント原料は最下段のサイクロン１３からセメント焼成キルン５の窯尻部５ａに供給される。
　仮焼炉４は、内部にバーナ４１を有しており、燃料供給ライン４２から供給される石炭等の燃料を燃焼させることで、上段のサイクロン１３から送られてくるセメント原料を仮焼し、仮焼されたセメント原料を、その仮焼により生じた排ガスとともにライジングダクト２５を介して最下段のサイクロン１３に供給する。そのセメント原料は、最下段のサイクロン１３からセメント焼成キルン５の窯尻部５ａに供給される。一方、ライジングダクト２５はセメント焼成キルン５の窯尻部５ａから排ガスを最下段のサイクロン１３に送り出しており、仮焼炉４で生じた排ガスも、このライジングダクト２５を介してサイクロン１３に供給される。このため、セメント焼成キルン５の排ガス及び仮焼炉４からの排ガスが一体となってプレヒータ３を下方から上方に経由した後、排気管９を通って原料ミル及びドライヤ２に導入される。
　原料ミル及びドライヤ２は、仮焼炉４及びセメント焼成キルン５からの排ガスが導入されることにより、セメント原料の粉砕と乾燥を同時に行うようになっている。この原料ミル及びドライヤ２には、集塵機１０、煙突１１等を備える排ガス処理ライン１２が接続されている。
　［排ガス処理設備の構成］
　排ガス処理設備３０は、セメント焼成キルン５及び仮焼炉４で発生し、煙突１１から排出される前の排ガスを収集する排ガス収集ライン３１１と、該排ガス収集ライン３１１から送られてくる排ガスからＣＯ２を分離回収し、分離回収したＣＯ２に水素を添加してメタンを生成するメタン化装置３１と、生成したメタンをセメント製造設備５０へ供給するメタン供給装置３２とを備えている。
　排ガス収集ライン３１１は、セメント製造設備５０の排ガス処理ライン１２における集塵機１０と煙突１１との間に接続され、セメント焼成時に生じた排ガスの一部を収集する。セメント焼成により生じた排ガスであるので、石炭等の燃料の燃焼による排ガスも一部含まれるが、石灰石由来の排ガスを多く含んでいる。
　（メタン化装置の構成）
　メタン化装置３１は、排ガスからＣＯ２を分離回収するＣＯ２分離回収装置３１０と、ＣＯ２分離回収装置３１０で分離回収されたＣＯ２に水素（例えば水素ガス）を供給して混合する水素混合部３１６と、水素が混合されたＣＯ２からメタンを生成するメタン製造部３１７と、を備えている。
　ＣＯ２分離回収装置３１０は、図３に示すように、排ガス収集ライン３１１で収集された排ガスからＳＯｘやＮＯｘ等の有害成分を除去する有害成分除去部３１２と、有害成分が除去された排ガスからＣＯ２を分離して回収するＣＯ２分離回収部３１３と、回収されたＣＯ２を圧縮する圧縮部３１４と、圧縮されたＣＯ２から水分を除去する除湿部３１５と、を備えている。
　排ガス収集ライン３１１から送られてくる排ガスは、石炭、石油コークス、重油などの化石燃料の燃焼排ガスだけでなく、廃プラスチックや廃タイヤなどの燃焼排ガスを含んでいる場合がある。その場合、ＣＯ２が例えば、２０数％程度含まれるとともに、ＣＯ２以外のガスや有害成分が含まれている。このため、有害成分除去部３１２は、排ガスから有害成分（例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の酸化性ガス）を除去するものであり、ＮａＯＨ水溶液などを充填したスクラバーを備える。この有害成分の除去により、ＮＯｘとともにハロゲンも除去されるので、次のＣＯ２分離回収で用いられるアミン化合物の吸収材の劣化を防止する。
　ＣＯ２分離回収部３１３は、一般的なＣＯ２回収装置からなり、この内部にはＣＯ２を吸収するＣＯ２吸収材（アミン化合物を水に溶解した液体吸収材、アミン化合物を多孔質材に担持させた固体吸収材等）が設けられ、有害成分が除去された後の排ガスがこれに接触することにより、排ガス中のＣＯ２がＣＯ２吸収材に吸収される。そして、ＣＯ２を吸収したＣＯ２吸収材を加熱する等により、ＣＯ２吸収材からＣＯ２を取り出して回収する。なお、ＣＯ２分離回収部３１３は、ＣＯ２が除去された後の排ガスを外部に排出する。圧縮部３１４は、回収されたＣＯ２を０．１ＭＰａ以上好ましくは０．５～１．０ＭＰａの圧力をかけて圧縮する。除湿部３１５は、圧縮されたＣＯ２を冷却することにより、ＣＯ２内に含まれる水分を除去する。この除湿は、水分がメタン化装置内のＮｉ系触媒の酸化に影響するので、これをメタン化の前に除去するために行われる。
　水素混合部３１６は、除湿されたＣＯ２に水素を供給して混合し、加圧する。水素は、再生可能エネルギーを利用した人工光合成、水の分解等によって生成したものを利用することができる。この水素混合部３１６による水素の添加量は、水素が混合されたＣＯ２からメタンを製造しやすい濃度となるように適宜設定される。
　メタン製造部３１７は、水素が混合されたＣＯ２からメタンを生成する。このメタン製造部３１７は、一般的なメタン製造装置からなり、メタン化に活性を示す触媒が充填された反応器（図示省略）を複数備えており、これら反応器に水素が混合されたＣＯ２を供給して反応させることによりメタンを製造する。例えば、水素化触媒としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕが利用されるが、メタン化触媒としては、特に、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２など担持されたＮｉ及びＮｉ合金が利用される。
　（メタン供給装置の構成）
　メタン供給装置３２は、図２に示すように、メタン化装置３１により製造されたメタンをポンプ３２１で圧縮して貯留するタンク３２２と、タンク３２２に接続され、メタンを窯前部５ｂのバーナ８及び仮焼炉４のバーナ４１のそれぞれに送るメタン供給ライン３２３を備えている。このメタン供給ライン３２３は、セメント焼成キルン５のバーナ８に石炭や石油等の燃料を供給する燃料供給ライン１５、及び仮焼炉４のバーナ４１に石炭等の燃料を供給する燃料供給ライン４２のそれぞれに接続されている。これにより、各バーナ８，４１には、燃料とともにメタンが供給される。
　［ＣＯ２活用方法］
　上述したＣＯ２活用システム１００を用いてセメント製造設備５０の排ガス中のＣＯ２を削減して有効活用する方法について、図１に示すフローチャートに沿って説明する。
　セメント製造設備５０では、セメント原料としての石灰石、粘土、珪石、鉄原料等を粉砕、乾燥させることにより得られた粉体状のセメント原料を予熱し、予熱されたセメント原料を仮焼した後焼成し、これを冷却することによりセメントクリンカが製造される。このセメントクリンカの製造に伴いセメント焼成キルン５及び仮焼炉４で発生する排ガスは、プレヒータ３を下方から上方に経由した後、排気管９を通って原料ミル及びドライヤ２に導入され、セメント原料の乾燥に用いられた後、集塵機１０を介して煙突１１から排出される。
　このセメント製造プロセスにおいて、セメント焼成時に生じた排ガスの一部を排ガス処理ライン１２の集塵機１０と煙突１１との間からメタン化装置３１の排ガス収集ライン３１１により収集する。次に、有害成分除去部３１２は、排ガスから有害成分を除去する。この有害成分除去部３１２において、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ハロゲンなどが除去される。そして、ＣＯ２分離回収部３１３により、排ガスからＣＯ２が取り出されて分離回収される。このとき、ＣＯ２が除去された排ガスを外部に排出する。
　次に、圧縮部３１４により、回収されたＣＯ２を０．１ＭＰａ以上好ましくは０．５～１．０ＭＰａの圧力をかけて圧縮し、除湿部３１５によりＣＯ２内に含まれる水分を除去する。そして、水素混合部３１６により、除湿されたＣＯ２に水素を供給して混合し、加圧する。そして、メタン製造部３１７により、水素が混合されたＣＯ２からメタンを生成する。
　このようにして生成されたメタンは、メタン供給装置３２のタンク３２２に貯蔵される。そして、このタンク３２２に貯蔵されたメタンを、メタン供給ライン３２３を介してセメント焼成キルン５及び仮焼炉４に供給する。セメント焼成キルン５には、燃料供給ライン１５から石油や石炭等の化石燃料が供給されるが、メタンを供給することにより、その化石燃料の一部をメタンで代替することができ、その分、化石燃料を削減することができる。同様に、仮焼炉４においても石炭等の燃料の一部又は全部をメタンで代替するため、化石燃料を削減することができる。
　本実施形態では、セメント製造設備５０からの排ガスから分離回収したＣＯ２をメタンに変換することにより、セメント製造設備５０から排出されるＣＯ２を削減できるとともに、このメタンをセメント焼成キルン５及び仮焼炉４の代替燃料として使用することでメタンを有効活用できる。特に、地球温暖化の大きな原因となっている石炭や石油の化石燃料を石灰石由来のメタンで代替するので、化石燃料の使用を削減してエネルギー起源のＣＯ２を低減でき、温室効果ガスの削減効果を高めることができる。
　また、排ガスから分離回収したＣＯ２を用いることにより、高濃度のメタンが製造でき、より効果的にメタンを利用することができる。
　なお、本発明は上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　例えば、上記実施形態ではセメント製造設備５０の排ガスからＣＯ２を分離回収したが、セメント製造設備５０の排ガスにはＣＯ２が２０数％濃度で含まれているので、その排ガスに直接水素を添加してメタンを生成してもよい。
　また、生成したメタンをセメント焼成キルン５及び仮焼炉４の両方に供給するようにしたが、いずれか一方に供給するようにしてもよい。
　さらに、セメント焼成キルン５及び仮焼炉４の両方の排ガスを利用してメタンを生成したが、仮焼炉を有しないセメント製造設備への適用も可能であり、その場合は、セメント焼成キルンからの排ガスからメタンを生成する。
　また、本実施形態では、セメント製造設備５０からの排ガスから生成したメタンをセメント製造設備５０のセメント焼成キルン５及び仮焼炉４に供給することにより、このセメント製造設備５０で用いられている化石燃料の代替燃料として利用することにしたが、本発明は、これに留まらず、他の各種設備や施設等に化石燃料の代替燃料として用いてもよい。例えば、火力発電所、石油精製施設、天然ガス精製施設、ゴミ等の廃棄物焼却施設、燃料電池、各種工業設備等で用いられる石炭、石油、ＬＮＧ等の化石燃料の代替燃料、及び都市ガス代替として一般家庭で用いられる代替燃料として、多種多様な用途で用いられる。
　セメント製造設備の排ガスから生成したメタンを化石燃料の代替燃料として有効活用して、エネルギー起源のＣＯ２を削減し、温室効果ガスの削減効果を高めることができる。
１　原料貯蔵庫
２　原料ミル及びドライヤ
３　プレヒータ
４　仮焼炉
５　セメント焼成キルン
５ａ　窯尻部
５ｂ　窯前部
６　クーラ
８　バーナ
９　排気管
１０　集塵機
１１　煙突
１２　排ガス処理ライン
１３　サイクロン
１５　燃料供給ライン
２２　原料供給管
２５　ライジングダクト
３０　排ガス処理設備
３１　メタン化装置
３１０　ＣＯ２分離回収装置
３１１　排ガス収集ライン
３１２　有害成分除去部
３１３　ＣＯ２分離回収部
３１４　圧縮部
３１５　除湿部
３１６　水素混合部
３１７　メタン製造部
３２　メタン供給装置
３２１　ポンプ
３２２　タンク
３２３　メタン供給ライン
４１　バーナ
４２　燃料供給ライン
５０　セメント製造設備
１００　ＣＯ２活用システム

Claims (6)

  1. 　セメント製造設備からの排ガス中のＣＯ２又は該排ガスから分離回収したＣＯ２に水素を添加してメタンを生成し、該メタンを化石燃料の代替燃料として用いることを特徴とするセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法。
  2. 　前記ＣＯ２は、前記セメント製造設備からの排ガスをＣＯ２吸収材に接触させて分離回収したＣＯ２であることを特徴とする請求項１に記載のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法。
  3. 　前記排ガスに前記水素を直接添加して前記メタンを生成することを特徴とする請求項１に記載のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法。
  4. 　セメント製造設備に、該セメント製造設備からの排ガス中のＣＯ２又は該排ガスから分離回収したＣＯ２に水素を添加してメタンを生成するメタン化装置と、前記メタンを化石燃料の代替燃料として供給するメタン供給装置とを備えることを特徴とするセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システム。
  5. 　前記セメント製造設備からの排ガスをＣＯ２吸収材に接触させてＣＯ２を分離回収するＣＯ２分離回収装置を備えることを特徴とする請求項４に記載のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システム。
  6. 　前記メタン化装置は、前記排ガスに前記水素を直接添加して前記メタンを生成することを特徴とする請求項４に記載のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システム。
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