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特開2023-144945セメントクリンカの製造方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】P2023144945

(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

(51)【国際特許分類】

C04B 7/44 20060101AFI20231003BHJP

C04B 7/52 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

C04B7/44 102

C04B7/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022052167

(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）】

4G112KC03

4G112KC05

4G112KC08

(57)【要約】

【課題】通常の運転に影響を与えることなく、ＣＯ_２の発生量の低減を可能とするセメントクリンカの製造方法を提供すること。
【解決手段】
セメントクリンカ粉体原料を仮焼成する仮焼炉１５において、仮焼成バーナー１６の燃料として、ガス燃料を含む燃料を用いることを特徴とす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】

セメントクリンカ粉体原料を仮焼成する仮焼炉において、仮焼成バーナーの熱エネルギー源として、ガス燃料を含む熱エネルギー源を用い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】

前記仮焼炉温度が、７００～１０００℃である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】

前記ガス燃料が、水素であることを特徴とする請求項１又は２記載のセメントクリンカの製造方法。

【請求項4】

前記仮焼炉が、２本以上の仮焼成バーナーを具備してい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。

【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粉体原料を焼成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】

焼成工程においては、焼成キルン等による本焼成の前に、仮焼炉において、予備的にセメントクリンカ粉体原料を仮焼成するのが一般的である。

【0004】

上記焼成キルンにおいては、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。

【0005】

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】

【0006】

【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】

【0007】

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。
しかしながら、ガス燃料は石油、石炭などの炭素含有熱エネルギー源に比べて燃焼速度が高いため、キルンバーナーの先端部近傍での温度が上がり、キルンバーナーの温度がその耐熱温度を超えたり、たとえ超えなくとも、キルンバーナーの焼損（損傷）が激しくなり、キルンバーナーの交換寿命が短くなる。通常、焼成キルンは一年周期で補修していることが多いが、その周期が短期になると共に、通常の補修時以外で、キルンバーナー交換のためだけに運転を停止することになると、最低でも数日間は運転がストップすることになり、製造効率が非常に悪くなる。

【0008】

本発明の課題は、通常の運転に影響を与えることなく、ＣＯ_２の発生量の低減を可能とするセメントクリンカの製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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キルンにおいてガス燃料を使用すると、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、キルンバーナーの先端部近傍での温度が上がり、キルンバーナーの焼損に繋がることを知見した。したがって、ガス燃料を焼成キルンに用いるのではなく、焼成キルンよりも処理温度の低い仮焼炉の熱エネルギー源として用いることにより、上記課題を解決できることを見いだし、本発明を完成するに至った。

【0010】

すなわち、本発明は、以下の通りのものである。
［１］セメントクリンカ粉体原料を仮焼成する仮焼炉において、仮焼成バーナーの熱エネルギー源として、ガス燃料を含む熱エネルギー源を用いることを特徴とするセメントクリンカの製造方法。
［２］前記仮焼炉温度が、７００～１０００℃であることを特徴とする［１］記載のセメントクリンカの製造方法。
［３］前記ガス燃料が、水素であることを特徴とする［１］又は［２］記載のセメントクリンカの製造方法。
［４］前記仮焼炉が、２本以上の仮焼成バーナーを具備してい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。

【発明の効果】

【0011】

本発明のセメントクリンカの製造方法によれば、通常の運転に影響を与えることなく、ＣＯ_２の発生量の低減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の一例を示す図である。

【図2】本発明のセメントクリンカの製造設備の一例を示す図である。

【図3】本発明のセメントの製造方法の工程の一例を示す図である。

【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、セメントクリンカ粉体原料を仮焼成する仮焼炉において、仮焼成バーナーの熱エネルギー源としてガス燃料を含む熱エネルギー源を用いることを特徴とする。

【0014】

本発明のセメントクリンカの製造方法は、仮焼成バーナーの熱エネルギー源の一部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、ガス燃料を用いると、ガス燃料は石油、石炭などの炭素含有熱エネルギー源に比べて燃焼速度が高いため、バーナーの先端部近傍での温度が上がり、バーナーが焼損するおそれがあるが、本発明においては、処理温度の低い仮焼炉で使用するため、バーナーの焼損を抑制して、従来通りの運転を行うことができる。

【0015】

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の一例を示す図である。本発明の製造方法は、通常、原料調製工程と焼成工程とを有している。以下、各工程について具体的に説明する。

【0016】

（原料調製工程）
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。

【0017】

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、粉砕処理前及び／又は粉砕処理と同時に行うことができる。

【0018】

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利用することができる。

【0019】

（焼成工程）
焼成工程は、上記原料調製工程において調製したセメントクリンカ粉体原料を仮焼炉において仮焼成する仮焼成工程と、仮焼成工程において仮焼成したセメントクリンカ粉体原料を焼成キルンにおいて本焼成する焼成工程とを有する（ステップ２）。

【0020】

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、仮焼炉における仮焼成バーナーの熱エネルギー源の一部又は全部としてガス燃料を用いる。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。

【0021】

具体的に、仮焼成バーナーの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％とすることができ、５０％以上、７０％以上、９０％以上としても問題ない。

【0022】

仮焼炉の温度は、例えば７００～１０００℃であり、好ましくは８００～９００℃である。したがって、この仮焼炉の熱エネルギー源としてガス燃料を用いても、バーナーへの負荷はほぼ増加することなく、ガス燃料を有効に用いることができる。なお、焼成キルンの炉内温度は１６００～２０００℃といった非常に高温であることから、この焼成キルンにおいてガス燃料を用いると、キルンバーナーの温度が上昇して、キルンバーナーが焼損するおそれがある。

【0023】

また、仮焼炉は、２本以上のバーナーを具備していることが好ましく、３本以上がより好ましく、４本以上がさらに好ましく、５本以上が特に好ましい。２以上のバーナーが設けられることにより、１本当たりのバーナーの熱量が少なくてすむため、ガス燃料を用いた場合にも、各バーナーへの負荷を抑制して、バーナーの焼損を防止することができる。

【0024】

以下、本発明のセメントクリンカの製造方法を実施可能な製造設備について説明する。図２は、本発明のセメントクリンカの製造設備の一例を示す図である。

【0025】

図２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及び粉砕する粉砕装置１１と、粉砕したセメントクリンカ粉体原料を焼成する焼成装置１２とを備えている。

【0026】

粉砕装置１１は、焼成装置１２で発生した燃焼ガスを導入して、セメントクリンカ原料を乾燥しながら、粉砕処理を行う。

【0027】

焼成装置１２は、投入されたセメントクリンカ粉体原料を予備加熱するプレヒータ部１３を備えている。プレヒータ部１３には、複数のサイクロン１４ａ～１４ｃと、仮焼炉１５とが設けられており、仮焼炉１５には、複数の仮焼炉バーナー１６が設けられている。また、この仮焼炉１５に続いて、セメントクリンカ粉体原料の焼成を行うロータリーキルン１７が設けられている。ロータリーキルン１７の出口側には、１本のキルンバーナー１８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粉体原料は、プレヒータ部１３及びロータリーキルン１７を移動する間に焼成され、セメントクリンカが生成される。

【0028】

本発明においては、仮焼炉１５の仮焼炉バーナー１６の熱エネルギー源として、通常用いられる石油、石炭などの炭素含有熱エネルギー源の一部又は全部に代えてガス燃料を用いる。これにより、ＣＯ_２の発生を抑制することができる。また、仮焼炉１５内の温度は、本焼成を行うロータリーキルン１６よりも低く、また、仮焼炉１５内には、複数のバーナー１６が設けられており、１本当たりの熱量が少なくてすむため、ガス燃料を用いた場合にも、バーナー１６が想定以上に加熱されることなく、バーナー１６の焼損が生じない。

【0029】

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３は、本発明のセメントの製造方法の工程の一例を示す図である。

【0030】

（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。

【実施例0031】

以下に、本発明の実施例を示すが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。
仮焼炉において、熱エネルギー源として水素を用い、仮焼炉バーナーの数を３，４，５本とした場合のバーナー先端部近傍のガス温度の流体シミュレーションを行った。また比較としてキルンバーナーで水素を専焼した場合のバーナー先端部近傍のガス温度の流体シミュレーションも行った。

【0032】

これらの流体シミュレーション条件を表１に示し、結果を表２に示す。この流体シミュレーションでは、仮焼炉およびキルン構造を２次元軸対称として定義し、乱流モデル、輻射モデルおよび燃焼モデルを適用して解を得た。なお、本流体シミュレーションは、汎用の流体シミュレーションソフトである、Ansys社のAnsys Fluent 2021を用いて行った。

【0033】

【表1】