WO2021246316A1 - セメント製造排ガスからの有価物製造方法 - Google Patents

セメント製造排ガスからの有価物製造方法 Download PDF

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始 川崎
琢磨 高馬
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing valuable resources from CO 2 originating from energy contained in the exhaust gas of a cement manufacturing facility.
  • 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 fossil fuel-derived combustion gas is burned, it will be released as CO 2 again, so it cannot be said that the amount of energy-derived CO 2 is reduced. Further, it is desired to effectively utilize such CO 2 in addition to methaneization.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and can effectively utilize CO 2 in exhaust gas from a cement manufacturing facility that is not derived from fossil fuels to reduce CO 2 originating from energy. It is an object of the present invention to provide a method for producing valuable resources from exhaust gas.
  • hydrogen is added to CO 2 in the exhaust gas from the cement manufacturing facility or CO 2 separated and recovered from the exhaust gas to urea, salicylic acid, cyclic carbonate, polypropylene carbonate, and the like. Converts to valuable resources such as polycarbonate ether, formic acid, inorganic carbon dioxide, methanol, organic acid, organic carbonate, alcohols, aldehydes, and dimethyl ether.
  • the CO 2 separated recovered from CO 2 and exhaust gas in exhaust gas from cement production facility by conversion to the various valuables can reduce the CO 2 emissions from the cement manufacturing facility. Since more than half of CO 2 in the exhaust gas from cement manufacturing facilities is derived from limestone, it is possible to reduce the amount of coal, petroleum, liquefied natural gas, etc. used in methanol production, which can enhance the greenhouse gas reduction effect. can.
  • Methanol is a raw material for olefins such as ethylene and propylene, and these olefins are the raw materials for most of the current chemical products. Therefore, many useful substances can be produced by converting CO 2 to methanol.
  • this methanol and olefins derived from it are produced from coal, petroleum, liquefied natural gas, etc., and by converting this from the exhaust gas of cement production equipment, it becomes a major cause of global warming. It is possible to reduce the amount of coal, petroleum and liquefied natural gas used, reduce CO 2 originating from energy, and enhance the effect of reducing greenhouse gases.
  • 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 exhaust gas of the cement manufacturing facility is used as an alternative raw material for fossil fuel which is a raw material for various valuable resources
  • CO 2 in the exhaust gas is effectively utilized to reduce CO 2 originating from energy.
  • the greenhouse gas reduction effect can be enhanced.
  • FIG. 2 schematically shows a CO 2 utilization system 100 capable of producing methanol from CO 2 in the exhaust gas of a cement manufacturing facility.
  • 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 cement manufacturing facility 50 or CO 2 separated and recovered from the exhaust gas to generate methanol.
  • 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 calcination furnace 4 is provided near the lower stage of the preheater 3, and combustion exhaust gas is introduced from the kiln tail portion 5a of the cement firing kiln 5 through the rising duct 25 at the lower end portion, and a burner 41 is provided inside. It is designed to burn fuel such as coal supplied from the fuel supply line 42.
  • 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. 2 is separated and recovered, and the separated and recovered CO 2 is provided with a methanol producing apparatus 31 for adding hydrogen to the separated and recovered CO 2 to generate methanol.
  • 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 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.
  • Methanol production 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
  • a unit 316 and a methanol production unit 317 that produces methanol from CO 2 mixed with hydrogen are provided.
  • 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 4 to 10 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 water, which affects the reaction during the production of methanol, prior to methanolization.
  • 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 methanol can be easily produced from CO 2 mixed with hydrogen.
  • the methanol production unit 317 produces methanol from CO 2 mixed with hydrogen.
  • the methanol production unit 317 is a general methanol production apparatus, and is produced by pressurizing and heating CO 2 mixed with hydrogen.
  • 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 4 to 10 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 methanol production unit 317 produces methanol from CO 2 mixed with hydrogen.
  • the methanol thus produced is stored in the tank 32 and used as a raw material for various valuable resources.
  • the CO 2 separated recovered from exhaust gas from a cement manufacturing facility 50 by conversion to methanol can be reduced CO 2 emissions from the cement manufacturing facility.
  • more than half of CO 2 in the exhaust gas from cement manufacturing equipment is derived from limestone, it is possible to reduce the amount of coal, petroleum, liquefied natural gas, etc. used in methanol production, which has the effect of reducing greenhouse gases.
  • Methanol is a raw material for olefins such as ethylene and propylene, and these olefins are the raw materials for most of the current chemical products. Therefore, many useful substances can be produced by converting CO 2 to methanol.
  • the methanol and olefins derived from it are currently produced from coal, petroleum, liquefied natural gas, etc., and by converting this from the exhaust gas of the cement production facility 50, it becomes a major cause of global warming. It is possible to reduce the amount of coal, petroleum and liquefied natural gas used, reduce CO 2 originating from energy, and enhance the effect of reducing greenhouse gases.
  • 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 methanol.
  • methanol is generated from the exhaust gas produced from cement, but the present invention is not limited to this, and in addition to methanol, urea, salicylic acid, cyclic carbonate, polypropylene carbonate, polycarbonate ether, formic acid, inorganic carbonate, and organic matter are used. Valuables such as acids, organic carbonates, alcohols, aldehydes and dimethyl ether may be produced.
  • an ammonia mixing section is provided in place of the hydrogen mixing section 316, and a urea manufacturing section is provided in place of the methanol manufacturing section 317, and 200 CO 2 mixed with ammonia is provided. It is manufactured by heating to around ° C and pressurizing at around 15 to 20 MPa.
  • urea is a raw material for resins and fertilizers
  • salicylic acid is a raw material for aspirin
  • cyclic carbonate is a raw material for solvents, lithium ion battery electrolytes, and intermediates for polymer synthesis
  • polypropylene carbonate is a raw material for packaging foils / sheets.
  • Polycarbonate ether becomes a raw material for polyurethane foam.
  • Formic acid is a raw material for preservatives, adhesives, precursors and fuels for fuel cells
  • inorganic carbonate is a raw material for mineral fillers, cement / concrete and soil stabilization
  • methanol is acetic acid, ethylene, propylene and polymers.
  • Dimethyl ether is a fuel additive and a raw material as a substitute for LPG.
  • CO 2 in the exhaust gas of cement manufacturing equipment can be effectively utilized as a substitute raw material for fossil fuels, which are raw materials for various valuable resources, 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の排ガス中のＣＯ２又は該排ガスから分離回収したＣＯ２を尿素、サリチル酸、環状カーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリカーボネートエーテル、ギ酸、無機カーボネート、メタノール、有機酸、有機カーボネート、アルコール類、アルデヒド類、ジメチルエーテル等の有価物に変換することにより、化石燃料由来ではないセメント製造設備からの排ガス中のＣＯ２を有効活用して、エネルギー起源のＣＯ２を削減する。

Description

セメント製造排ガスからの有価物製造方法
　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からの有価物製造方法に関する。
　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、及び２０２０年６月５日に日本国に出願された特願２０２０－９８２６５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、エネルギー起源のＣＯ２量を削減するとはいいがたい。また、このようなＣＯ２をメタン化する以外にも有効活用することが望まれている。
　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製造設備からの排ガス中のＣＯ２を有効活用して、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からの有価物製造方法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からの有価物製造方法は、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、尿素、サリチル酸、環状カーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリカーボネートエーテル、ギ酸、無機カーボネート、メタノール、有機酸、有機カーボネート、アルコール類、アルデヒド類、ジメチルエーテル等の有価物に変換する。
　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を上記各種有価物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。セメント製造設備からの排ガス中のＣＯ２の半分以上が石灰石由来であるため、メタノール製造における石炭、石油、液化天然ガスなどの使用量を低減でき、これにより温室効果ガスの削減効果を高めることができる。
　また、メタノールは、エチレン、プロピレン等のオレフィン類の原料になるものであり、このオレフィン類は、現在のほとんどの化学製品の原料となっている。したがって、ＣＯ２をメタノールに転換することにより、多くの有用物質を製造することができる。そして、このメタノール及びこれから派生するオレフィン類は、現在、石炭や石油、液化天然ガス等から製造されており、これをセメント製造設備の排ガスから転換することにより、地球温暖化の大きな原因となっている石炭、石油や液化天然ガスの使用量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。
　このセメント製造排ガスからの有価物製造方法において、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、より効果的に有価物に変換することができる。
　本発明によれば、セメント製造設備の排ガスを各種有価物の原料となる化石燃料の代替原料として利用しているので、排ガス中のＣＯ２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からの有価物製造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ノール製造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からの有価物製造方法の、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から有価物として、各種プラスチック等の原料となるメタノールを生成するようにした例である。図２は、セメント製造設備の排ガス中のＣＯ２からメタノールを製造可能としたＣＯ２活用システム１００を模式的に示している。
　［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ノールを生成する。
　［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。
　仮焼炉４は、プレヒータ３の下段付近に設けられており、下端部にセメント焼成キルン５の窯尻部５ａからライジングダクト２５を通って燃焼排ガスが導入されるとともに、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ようになっている。
　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ノールを生成するメタノール製造装置３１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 。
　（メタノール製造装置の構成）
　メタノール製造装置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からメタノールを生成するメタノール製造部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４～１０ＭＰａ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、水分がメタノール製造時の反応に影響するので、これをメタノール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からメタノールを製造しやすい濃度となるように適宜設定される。
　メタノール製造部３１７は、水素が混合されたＣＯ２からメタノールを生成する。このメタノール製造部３１７は、一般的なメタノール製造装置からなり、水素が混合されたＣＯ２を加圧加熱することにより製造する。
　［セメント製造排ガスからの有価物製造方法］
　上述したＣＯ２活用システム１００を用いたセメント製造設備５０の排ガス中のＣＯ２からの有価物製造方法について、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との間からメタノール製造装置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４～１０ＭＰａ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、メタノール製造部３１７により、水素が混合されたＣＯ２からメタノールを生成する。このようにして生成されたメタノールは、タンク３２に貯蔵され、各種有価物の原料とされる。
　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をメタノール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。また、セメント製造設備からの排ガス中のＣＯ２の半分以上が石灰石由来であるため、メタノール製造における石炭、石油、液化天然ガスなどの使用量を低減でき、これにより、温室効果ガスの削減効果を高めることができる。　また、メタノールは、エチレン、プロピレン等のオレフィン類の原料になるものであり、このオレフィン類は、現在のほとんどの化学製品の原料となっている。したがって、ＣＯ２をメタノールに転換することにより、多くの有用物質を製造することができる。そして、このメタノール及びこれから派生するオレフィン類は、現在、石炭や石油、液化天然ガス等から製造されており、これをセメント製造設備５０の排ガスから転換することにより、地球温暖化の大きな原因となっている石炭、石油や液化天然ガスの使用量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。
　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ノールを生成してもよい。
　上記実施形態では、セメント製造排ガスからメタノールを生成することとしたが、本発明は、これに留まらず、メタノール以外に、尿素、サリチル酸、環状カーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリカーボネートエーテル、ギ酸、無機カーボネート、有機酸、有機カーボネート、アルコール類、アルデヒド類、ジメチルエーテル等の有価物を生成してもよい。
　例えば、セメント製造排ガスから尿素を製造する場合には、水素混合部３１６に代えてアンモニア混合部を備えるとともに、メタノール製造部３１７に代えて尿素製造部を設け、アンモニアが混合されたＣＯ２を２００℃前後に加熱し、１５～２０ＭＰａ前後で加圧することにより製造される。
　これらの有価物からも多くの化学製品を製造することができる。
　例えば、尿素は樹脂、肥料の原料になり、サリチル酸はアスピリンの原料となり、環状カーボネートは溶媒、リチウムイオン電池の電解液、ポリマー合成の中間体の原料となり、ポリプロピレンカーボネートは包装用フォイル/シートの原料となり、ポリカーボネートエーテルはポリウレタンフォームの原料となる。また、ギ酸は保存料、接着剤、プリカーサ（前駆体）、燃料電池用燃料の原料となり、無機カーボネートはミネラルフィラー、セメント/コンクリート、土壌安定化の原料となり、メタノールは酢酸、エチレン、プロピレン、ポリマー前駆体、ジメチルエーテル、燃料の原料となり、有機酸は界面活性剤、食品成分、医薬品の原料となる。さらに、有機カーボネートは農薬、ポリマー前駆体、イソシアート前駆体、農薬、防腐剤、化粧品の原料となり、アルコール類は溶剤、洗剤の原料となり、アルデヒド類はポリマー、溶剤、染料、香水、化粧品の原料となり、ジメチルエーテルは燃料添加剤、ＬＰＧ代替の原料となる。つまり、各種有価物を原料として製造される各種物質の製造においても石炭、石油や液化天然ガス等の使用量が低減されるので、化石燃料由来の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。
　セメント製造設備の排ガス中のＣＯ２を各種有価物の原料となる化石燃料の代替原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　メタノール製造装置
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　メタノール製造部
３２　タンク
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 (2)

  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を尿素、サリチル酸、環状カーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリカーボネートエーテル、ギ酸、無機カーボネート、メタノール、有機酸、有機カーボネート、アルコール類、アルデヒド類、ジメチルエーテル等の有価物に変換することを特徴とするセメント製造排ガスからの有価物製造方法。
  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からの有価物製造方法。
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