特開 2023-144943 セメントクリンカの製造方法及び製造設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023144943

(43)【公開日】2023-10-11

(54)【発明の名称】セメントクリンカの製造方法及び製造設備

(51)【国際特許分類】

   C04B 7/40 20060101AFI20231003BHJP

   C04B 7/44 20060101ALI20231003BHJP

   C04B 7/52 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

C04B7/40

C04B7/44 ZAB

C04B7/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022052165

(22)【出願日】2022-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】000003182

【氏名又は名称】株式会社トクヤマ

(74)【代理人】

【識別番号】100120086

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼津 一也

(74)【代理人】

【識別番号】100191204

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 春彦

(72)【発明者】

【氏名】辻尾 賢一

(72)【発明者】

【氏名】柿本 竜太

(72)【発明者】

【氏名】関 卓哉

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 幸二郎

【テーマコード（参考）】

4G112

【Ｆターム（参考）】

4G112KA02

(57)【要約】

【課題】ＣＯ_２の発生量の低減を図ると共に、燃焼ガスの有効利用を図ることが可能な、セメントクリンカの製造方法を提供すること。
【解決手段】
セメントクリンカ原料を乾燥及び粉砕して、粉体原料を調製する原料調製工程（ステップ１）と、原料調製工程で調製した粉体原料を、ガス燃料を含む熱エネルギー源を用いて焼成する焼成工程（ステップ２）とを有し、原料調製工程におけるセメントクリンカ原料の乾燥が、焼成工程において発生する燃焼ガスの熱エネルギーを利用した間接的加熱処理によって行われるセメントクリンカの製造方法である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セメントクリンカ原料を乾燥及び粉砕して、粉体原料を調製する原料調製工程と、前記原料調製工程で調製した粉体原料を、ガス燃料を含む熱エネルギー源を用いて焼成する焼成工程とを有するセメントクリンカの製造方法であって、
前記原料調製工程におけるセメントクリンカ原料の乾燥が、前記焼成工程において発生する燃焼ガスの熱エネルギーを利用した間接的加熱処理によって行われることを特徴とするセメントクリンカの製造方法。

【請求項2】

前記燃焼ガスにより加熱した外気を、セメントクリンカ原料を乾燥する乾燥装置内に導入して、セメントクリンカ原料の乾燥を行うことを特徴とする請求項１記載のセメントクリンカの製造方法。

【請求項3】

前記燃焼ガスを、セメントクリンカ原料を乾燥する間接加熱式乾燥装置の間接加熱媒体として用いて、セメントクリンカ原料の乾燥を行うことを特徴とする請求項１記載のセメントクリンカの製造方法。

【請求項4】

前記ガス燃料が、水素であることを特徴とする請求項１～３のいずれか記載のセメントクリンカの製造方法。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか記載の製造方法により製造されたセメントクリンカに、石膏を配合して粉砕する仕上げ工程を有することを特徴とするセメントの製造方法。

【請求項6】

セメントクリンカ原料を乾燥する乾燥装置と、前記乾燥装置で乾燥したセメントクリンカ原料を粉砕する粉砕装置と、前記粉砕装置で粉砕した粉体原料を焼成する焼成装置とを備えたセメントクリンカの製造設備であって、
前記乾燥装置が、前記焼成装置で発生する燃焼ガスの熱エネルギーを間接に利用して乾燥を行うことを特徴とするセメントクリンカの製造設備。

【請求項7】

前記焼成装置及び前記乾燥装置に接続された熱交換器を備え、該熱交換器は、前記焼成装置で発生した燃焼ガスにより外気を加熱し、該加熱した外気を前記乾燥装置内に導入することを特徴とする請求項６記載のセメントクリンカの製造設備。

【請求項8】

前記乾燥装置が、セメントクリンカ原料収容部を外部から加熱する間接加熱式乾燥装置であって、前記焼成装置で発生する燃焼ガスを間接加熱媒体として用いることを特徴とする請求項６記載のセメントクリンカの製造設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セメントクリンカの製造方法及び製造設備に関する。

【背景技術】

【0002】

セメントを製造する際の工程としては、主として、石灰石、粘土等のセメントクリンカ原料を乾燥し、粉砕する原料調製工程、調製したセメントクリンカ原料をロータリーキルン等の焼成装置で焼成してセメントクリンカを製造する焼成工程、及び製造したセメントクリンカに石膏等を加えてセメントとする仕上げ工程がある。

【0003】

上記焼成工程においては、通常、熱源として、石油や石炭などの炭素含有熱エネルギー源が使用されており、燃焼時に多くのＣＯ_２が発生するという問題があった。
そこで、ＣＯ_２発生量を削減するために、ＣＯ_２発生量の少ないガス燃料を主な熱エネルギー源として使用することが提案されている。

【0004】

例えば、ガス燃料として、水素、メタン、エタン、プロパンを使用する方法（特許文献１参照）やアンモニアを使用する方法（特許文献２参照）が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－０５２７４６号公報

【特許文献2】特開２０１９－１３７５７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

石油、石炭などの炭素含有熱エネルギー源を用いる場合に比べて、水素やメタンなどのガス燃料を用いることにより、ＣＯ_２の発生量は減少するものの、その一方で水の発生量は増加する。焼成工程で発生した燃焼ガスは、通常、原料調製工程におけるセメントクリンカ原料の乾燥処理の熱源として利用されることから、燃焼ガス中の水分量が多すぎるとセメントクリンカ原料の乾燥に支障をきたす。

【0007】

本発明の課題は、ＣＯ_２の発生量の低減を図ると共に、燃焼ガスの有効利用を図ることが可能な、セメントクリンカの製造方法及び製造設備を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者は、上記のように、ＣＯ_２の発生量を低減させるために焼成工程においてガス燃料を使用すると、水の発生量が増加し、燃焼ガスをセメントクリンカ原料の乾燥に利用する際、支障をきたすケースが生じることを知見した。したがって、燃焼ガスをセメントクリンカ原料の乾燥に利用するには、燃焼ガスでセメントクリンカ原料を直接加熱するのではなく、燃焼ガスを間接加熱媒体として利用することが有効であることを見いだし、本発明を完成するに至った。

【0009】

すなわち、本発明は、以下の通りのものである。
［１］ セメントクリンカ原料を乾燥及び粉砕して、粉体原料を調製する原料調製工程と、前記原料調製工程で調製した粉体原料を、ガス燃料を含む熱エネルギー源を用いて焼成する焼成工程とを有するセメントクリンカの製造方法であって、
前記原料調製工程におけるセメントクリンカ原料の乾燥が、前記焼成工程において発生する燃焼ガスの熱エネルギーを利用した間接的加熱処理によって行われることを特徴とするセメントクリンカの製造方法。
［２］ 前記燃焼ガスにより加熱した外気を、セメントクリンカ原料を乾燥する乾燥装置内に導入して、セメントクリンカ原料の乾燥を行うことを特徴とする［１］記載のセメントクリンカの製造方法。
［３］ 前記燃焼ガスを、セメントクリンカ原料を乾燥する間接加熱式乾燥装置の間接加熱媒体として用いて、セメントクリンカ原料の乾燥を行うことを特徴とする［１］記載のセメントクリンカの製造方法。
［４］ 前記ガス燃料が、水素であることを特徴とする［１］～［３］のいずれか記載のセメントクリンカの製造方法。
［５］ ［１］～［４］のいずれか記載の製造方法により製造されたセメントクリンカに、石膏を配合して粉砕する仕上げ工程を有することを特徴とするセメントの製造方法。

【0010】

［６］ セメントクリンカ原料を乾燥する乾燥装置と、前記乾燥装置で乾燥したセメントクリンカ原料を粉砕する粉砕装置と、前記粉砕装置で粉砕した粉体原料を焼成する焼成装置と、を備えたセメントクリンカの製造設備であって、
前記乾燥装置が、前記焼成装置で発生する燃焼ガスの熱エネルギーを間接に利用して乾燥を行うことを特徴とするセメントクリンカの製造設備。
［７］ 前記焼成装置及び前記乾燥装置に接続された熱交換器を備え、該熱交換器は、前記焼成装置で発生した燃焼ガスにより外気を加熱し、該加熱した外気を前記乾燥装置内に導入することを特徴とする［６］記載のセメントクリンカの製造設備。
［８］ 前記乾燥装置が、セメントクリンカ原料収容部を外部から加熱する間接加熱式乾燥装置であって、前記焼成装置で発生する燃焼ガスを間接加熱媒体として用いることを特徴とする［６］記載のセメントクリンカの製造設備。

【発明の効果】

【0011】

本発明のセメントクリンカの製造方法及び製造設備によれば、ＣＯ_２の発生量の低減を図ると共に、燃焼ガスの有効利用を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明のセメントクリンカの製造方法の工程を示す図である。

【図2】本発明のセメントの製造方法の工程を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るセメントクリンカの製造設備（構成Ａ）を示す図である。

【図4】本発明の他の実施形態に係るセメントクリンカの製造設備（構成Ｂ）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明のセメントクリンカの製造方法は、セメントクリンカ原料を乾燥及び粉砕して、粉体原料を調製する原料調製工程と、原料調製工程で調製した粉体原料を、ガス燃料を含む熱エネルギー源を用いて焼成する焼成工程とを有し、原料調製工程におけるセメントクリンカ原料の乾燥が、焼成工程において発生する燃焼ガスの熱エネルギーを利用した間接的加熱処理によって行われることを特徴とする。

【0014】

ここで、間接的加熱処理とは、燃焼ガスを、乾燥対象であるセメントクリンカ原料に直接接触させずに、加熱処理を行うことをいう。例えば、燃焼ガスで他の物質を加熱し、その加熱された物質で直接又は間接的にセメントクリンカ原料の乾燥を行うことや、セメントクリンカ原料が収容された容器を外部から燃焼ガスで加熱して、間接的にセメントクリンカ原料の乾燥を行うことをいう。

【0015】

本発明のセメントクリンカの製造方法は、焼成工程で用いる熱エネルギー源としてガス燃料を用いることから、石油、石炭などの炭素含有熱エネルギー源のみを用いる場合に比べて、ＣＯ_２の発生量の低減を図ることができる。その一方で、焼成工程で生じる燃焼ガスの水分量は増加するものの、焼成工程で発生した燃焼ガスを、原料調製工程におけるセメント材料の乾燥に直接的に利用するのではなく、燃焼ガスの熱エネルギーを間接的に利用することから、セメント材料の乾燥に支障はなく、従来の石油、石炭などの炭素含有熱エネルギー源のみを用いた場合と同様に、十分な乾燥を行うことができる。

【0016】

以下、各工程について具体的に説明する。ここで、図１は、本発明のセメントクリンカの製造方法の工程を示す図である。

【0017】

（原料調製工程）
本発明の原料調製工程は、セメントクリンカ原料を乾燥及び粉砕して、粉体原料を調製する工程である（ステップ１）。ここで、セメントクリンカ原料としては、石灰石、粘土、珪石等の従来公知の一般的なセメントクリンカ原料を用いることができる。

【0018】

原料調製工程においては、主として、調合処理、乾燥処理、粉砕処理を施す。調合処理は、各種セメントクリンカ原料を、目的に応じて所定割合で配合する処理である。乾燥処理は、セメントクリンカ原料を、各原料毎、又は調合（混合）した状態で、加熱乾燥する処理である。粉砕処理は、乾燥したセメントクリンカ原料を粉砕する処理であり、乾燥処理と同時に行ってもよい。乾燥処理は、粉砕処理の前及び／又は粉砕処理と同時に行うことができる。

【0019】

本発明の原料調製工程の乾燥処理では、焼成工程で発生した燃焼ガスの熱エネルギーを間接的に利用する。すなわち、燃焼ガスを、乾燥対象であるセメントクリンカ原料に直接接触させずに、加熱処理を行う。本発明によれば、焼成工程において、ガス燃料を用いるため、燃焼ガスに水分を多く含むが、この燃焼ガスを乾燥対象であるセメントクリンカ原料に直接接触させないため、水分による悪影響を防止して、従来同様、セメントクリンカ原料を十分に乾燥することができる。

【0020】

具体的には、燃焼ガスにより加熱した外気を、セメントクリンカ原料を乾燥する乾燥装置内に導入して、セメントクリンカ原料の乾燥を行う態様（以下、方法Ａということがある）を挙げることができる。また、燃焼ガスを、セメントクリンカ原料を乾燥する間接加熱式乾燥装置の加熱媒体として用いて、セメントクリンカ原料の乾燥を行う態様（以下、方法Ｂということがある）を挙げることができる。

【0021】

（焼成工程）
本発明の焼成工程は、原料調製工程で調製した粉体原料を、ガス燃料を含む熱エネルギー源を用いて焼成する工程である（ステップ２）。例えば、ガスバーナーを備えたロータリーキルン等の焼成装置を用いて、粉体原料を焼成し、セメントクリンカを製造する。

【0022】

燃焼工程の熱エネルギー源として、一般的に石油や石炭等の炭素含有熱エネルギー源が用いられるが、本発明においては、その一部又は全部にガス燃料を用いる。ガス燃料としては、水素、メタン、エタン、プロパン、アンモニア等が挙げられるが、燃焼性、ＣＯ_２を全く発生させない点から、水素が好ましい。熱エネルギー源としてガス燃料を用いることにより、焼成によるＣＯ_２発生量の低減を図ることができる。

【0023】

ガス燃料の使用量としては、熱量換算で、熱エネルギー源全体の１～１００％であることが好ましく、５～９０％であることがより好ましく、１０～８０％であることがさらに好ましい。ガス燃料の割合は、発生する燃焼ガスに含まれるＣＯ_２の低減の観点と、水の発生の観点の両者を勘案して、適宜決定することできる。

【0024】

なお、燃焼ガスの水分量の測定は、例えば、焼成装置のガス出口で測定することができる。このガス出口での常時測定結果に基づき、ガス燃料の使用量を常時調整してもよいし、予め調査した測定結果に基づき、一定のガス燃料の使用量としてもよい。

【0025】

以上のとおり、本発明のセメントクリンカの製造方法によれば、ＣＯ_２の発生量の低減と、燃焼ガスの有効利用の両立を図ることができる。

【0026】

また、本発明のセメントの製造方法は、上記製造方法により製造されたセメントクリンカに、石膏を配合して粉砕する仕上げ工程を有することを特徴とする。ここで、図２は、本発明のセメントの製造方法の工程を示す図である。

【0027】

（仕上げ工程）
仕上げ工程では、ステップ１及び２で調製したセメントクリンカに少なくとも石膏を配合して粉砕し、セメントを製造する（ステップ３）。本工程では、セメントクリンカ又は石膏を配合したセメントに対して、必要に応じて、高炉スラグや、フライアッシュ等の他の材料を配合してもよい。

【0028】

続いて、本発明のセメントクリンカの製造設備について説明する。
本発明のセメントクリンカの製造設備は、セメントクリンカ原料を乾燥する乾燥装置と、乾燥装置で乾燥したセメントクリンカ原料を粉砕する粉砕装置と、粉砕装置で粉砕した粉体原料を焼成する焼成装置とを備え、乾燥装置が、焼成装置で発生する燃焼ガスの熱エネルギーを間接に利用して乾燥を行うことを特徴とする。本発明における乾燥装置及び粉砕装置は、一体として構成されたもの（乾燥及び粉砕を同時に行うもの）であってもよい。
本発明の製造設備を用いて、上記本発明のセメントクリンカの製造方法を実施することができる。

【0029】

具体的に、本発明のセメントクリンカの製造設備は、例えば、焼成装置及び乾燥装置に接続された熱交換器を備え、かかる熱交換器は、焼成装置で発生した燃焼ガスを用いて外気を加熱し、加熱した外気を乾燥装置に導入する構成（以下、構成Ａということがある）とすることができる。熱交換器は、熱交換できるものであれば、プレート型、チューブ型等いかなる形式のものであってもよい。この構成の装置により、上記本発明の製造方法の方法Ａを実施することができる。

【0030】

また、本発明のセメントクリンカの製造設備は、乾燥装置が、セメントクリンカ原料収容部を外部から加熱する間接加熱式乾燥装置であって、焼成装置で発生する燃焼ガスを間接加熱媒体として用いる構成（以下、構成Ｂということがある）とすることもできる。この構成の装置により、上記本発明の製造方法の方法Ｂを実施することができる。

【0031】

以下、図面を参照しつつ、本発明のセメントクリンカの製造設備について説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係るセメントクリンカの製造設備（構成Ａ）を示す図である。

【0032】

図３に示すように、本発明の一実施形態に係るセメントクリンカの製造設備１０は、セメントクリンカ原料を乾燥する乾燥装置１１と、乾燥したセメントクリンカ原料を粉砕した粉体原料を焼成する焼成装置１２とを備えている。なお、図３では、説明の便宜上、乾燥したセメントクリンカ原料を粉砕する粉砕装置を省略している。

【0033】

乾燥装置１１は、セメントクリンカ原料を収容する原料収容部を備えており、原料収容部に加熱気体（後述する加熱された外気）を導入して、セメントクリンカ原料を乾燥する。

【0034】

焼成装置１２は、投入されたセメントクリンカ原料を予備加熱するプレヒータ部１３と、セメントクリンカ原料を焼成するロータリーキルン１４を備えており、ロータリーキルン１４の出口側には、バーナー１５が設けられている。焼成装置１２に投入されたセメントクリンカ原料（粉体原料）は、プレヒータ部１３及びロータリーキルン１４を移動する間に焼成される。

【0035】

また、製造設備１０は、熱交換器１６を備えている。熱交換器１６は、焼成装置１２及び乾燥装置１１に接続されている。熱交換器１６は、焼成装置１２で発生した燃焼ガスを加熱媒体として導入すると共に外気を導入して、燃焼ガスにより外気を加熱し、かかる加熱された外気を、乾燥装置１１内に直接導入する。加熱された外気には、乾燥に支障が生じるような水分は含まれていないので、この加熱された外気により、乾燥装置１２内のセメントクリンカ原料の乾燥が効率的に行われる。

【0036】

なお、乾燥装置１１に導入された加熱された外気は、集塵機１７を通って排出される。また、熱交換器１６に導入された燃焼ガスも同様に、集塵機１８を通って排出される。

【0037】

続いて、図４を用いて、本発明の他の実施形態に係るセメントクリンカの製造設備（構成Ｂ）を説明する。

【0038】

図４に示すように、本発明の他の実施形態に係るセメントクリンカの製造設備２０は、セメントクリンカ原料を乾燥する乾燥装置２１と、乾燥したセメントクリンカ原料を粉砕した粉体原料を焼成する焼成装置２２とを備えている。なお、図４では、説明の便宜上、乾燥したセメントクリンカ原料を粉砕する粉砕装置を省略している。

【0039】

焼成装置２２は、投入されたセメントクリンカ原料を予備加熱するプレヒータ部２３と、セメントクリンカ原料を焼成するロータリーキルン２４を備えており、ロータリーキルン２４の出口側には、バーナー２５が設けられている。焼成装置２２に投入されたセメントクリンカ原料（粉体原料）は、プレヒータ部２３及びロータリーキルン２４を移動する間に焼成される。

【0040】

本実施形態においては、乾燥装置２１が、直接加熱方式（加熱媒体を直接セメントクリンカ原料に接触させる方式）ではなく、間接加熱方式であることに特徴を有する。すなわち、乾燥装置２１は、原料収容部の外部加熱空間に燃焼ガスを供給し、外部加熱空間の熱エネルギーを、原料収容部の周壁を介して原料収容部内に伝えて、原料収容部内を加熱する間接加熱方式の装置である。なお、乾燥装置２１の原料収容部には、外気が送り込まれる。これにより、水分を多く含む燃焼ガスは、乾燥対象のセメントクリンカ原料に直接接触しないので、乾燥に支障をきたすことがなく、乾燥装置１２内のセメントクリンカ原料の乾燥が効率的に行われる。

【0041】

なお、乾燥装置２１に導入された加熱された外気及び燃焼ガスは、集塵機２６及び集塵機２７を通って排出される。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本発明のセメントクリンカの製造方法及び製造設備は、セメントクリンカを製造する方法及び設備として有用であることから、産業上有用である。

【符号の説明】

【0043】

１０ セメントクリンカの製造設備
１１ 乾燥装置
１２ 焼成装置
１３ プレヒータ部
１４ ロータリーキルン
１５ バーナー
１６ 熱交換器
１７ 集塵機
１８ 集塵機
２０ セメントクリンカの製造設備
２１ 乾燥装置
２２ 焼成装置
２３ プレヒータ部
２４ ロータリーキルン
２５ バーナー
２６ 集塵機
２７ 集塵機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】