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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】P2023041724
(43)【公開日】2023-03-24
(54)【発明の名称】セメントクリンカ製造方法
(51)【国際特許分類】
C04B 7/38 20060101AFI20230316BHJP
C04B 7/44 20060101ALI20230316BHJP
C07C 9/04 20060101ALI20230316BHJP
C07C 1/12 20060101ALI20230316BHJP
C10L 3/08 20060101ALI20230316BHJP
C07B 61/00 20060101ALN20230316BHJP
【ＦＩ】
C04B7/38
C04B7/44
C07C9/04
C07C1/12
C10L3/08
C07B61/00 300
【審査請求】有
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023005245
(22)【出願日】2023-01-17
(62)【分割の表示】P 2020097644の分割
【原出願日】2020-06-04
(71)【出願人】
【識別番号】000006264
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101465
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 正和
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼山 佳典
(72)【発明者】
【氏名】川崎 始
(72)【発明者】
【氏名】高馬 琢磨
(72)【発明者】
【氏名】小松 卓哉
(57)【要約】
【課題】エネルギー起源のＣＯ２を削減するため、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。
【解決手段】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により、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。
【選択図】図１
【解決手段】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により、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。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメント製造設備と該セメント製造設備に接続された排ガス処理設備とを備えたＣＯ２活用システムでセメント製造排ガス中のＣＯ２を活用する活用方法であって、
前記セメント製造設備で、石炭を燃料供給ラインからセメント焼成キルンのバーナへ供給して燃焼させ、
前記排ガス処理設備で、前記セメント製造設備の排ガスラインにおける集塵機と煙突との間に接続された排ガス収集ラインによって前記セメント製造設備の仮焼炉と前記セメント焼成キルンからの排ガスを収集し、該排ガス中の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、該メタンを前記燃料供給ラインに接続されたメタン供給ラインによって前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルンの前記バーナへの前記石炭の一部又は全部の代替燃料として供給す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。
前記セメント製造設備で、石炭を燃料供給ラインからセメント焼成キルンのバーナへ供給して燃焼させ、
前記排ガス処理設備で、前記セメント製造設備の排ガスラインにおける集塵機と煙突との間に接続された排ガス収集ラインによって前記セメント製造設備の仮焼炉と前記セメント焼成キルンからの排ガスを収集し、該排ガス中の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、該メタンを前記燃料供給ラインに接続されたメタン供給ラインによって前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルンの前記バーナへの前記石炭の一部又は全部の代替燃料として供給す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。
【請求項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。
【請求項3】
セメント製造設備と、該セメント製造設備に接続された排ガス処理設備と、を備え、
前記セメント製造設備は、プレヒータによって予熱されたセメント原料を仮焼する仮焼炉と、仮焼された前記セメント原料を焼成するセメント焼成キルンと、を備え、
前記排ガス処理設備は、前記セメント製造設備の排ガスラインにおける集塵機と煙突との間に接続されていて前記セメント製造設備の仮焼炉と前記セメント焼成キルンからの排ガスを収集する排ガス収集ラインと、該排ガス収集ラインから送られてくる排ガス中の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するメタン化装置と、前記メタンを前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルンへの石炭の一部又は全部の代替燃料として供給するメタン供給装置とを備え、
前記セメント焼成キルンのバーナには、前記石炭を供給する燃料供給ラインが接続されており、
前記メタン供給装置は、前記燃料供給ラインに接続されて前記バーナにメタンを供給するメタン供給ラインを備えてい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。
前記セメント製造設備は、プレヒータによって予熱されたセメント原料を仮焼する仮焼炉と、仮焼された前記セメント原料を焼成するセメント焼成キルンと、を備え、
前記排ガス処理設備は、前記セメント製造設備の排ガスラインにおける集塵機と煙突との間に接続されていて前記セメント製造設備の仮焼炉と前記セメント焼成キルンからの排ガスを収集する排ガス収集ラインと、該排ガス収集ラインから送られてくる排ガス中の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するメタン化装置と、前記メタンを前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルンへの石炭の一部又は全部の代替燃料として供給するメタン供給装置とを備え、
前記セメント焼成キルンのバーナには、前記石炭を供給する燃料供給ラインが接続されており、
前記メタン供給装置は、前記燃料供給ラインに接続されて前記バーナにメタンを供給するメタン供給ラインを備えてい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。
【請求項4】
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３に記載のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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メタン化方法が知られている。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ガスを、脱硫剤を充填した脱硫器に通じて、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。
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－１７２５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、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一方で、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。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、エネルギー起源のＣＯ２を削減するため、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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用方法は、セメント製造設備と該セメント製造設備に接続された排ガス処理設備とを備えたＣＯ２活用システムでセメント製造排ガス中のＣＯ２を活用する活用方法であって、
前記セメント製造設備で、石炭を燃料供給ラインからセメント焼成キルンのバーナへ供給して燃焼させ、前記排ガス処理設備で、前記セメント製造設備に接続された排ガス処理設備で、セメント製造設備の排ガスラインにおける集塵機と煙突との間に接続された排ガス収集ラインによって前記セメント製造設備の仮焼炉と前記セメント焼成キルンからの排ガスを収集し、該排ガス中の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、該メタンを前記燃料供給ラインに接続されたメタン供給ラインによって前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルンの前記バーナへの前記石炭の一部又は全部の代替燃料として供給する。
前記セメント製造設備で、石炭を燃料供給ラインからセメント焼成キルンのバーナへ供給して燃焼させ、前記排ガス処理設備で、前記セメント製造設備に接続された排ガス処理設備で、セメント製造設備の排ガスラインにおける集塵機と煙突との間に接続された排ガス収集ラインによって前記セメント製造設備の仮焼炉と前記セメント焼成キルンからの排ガスを収集し、該排ガス中の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、該メタンを前記燃料供給ラインに接続されたメタン供給ラインによって前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルンの前記バーナへの前記石炭の一部又は全部の代替燃料として供給する。
【0008】
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、このメタンを石炭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、石炭を石灰石由来のメタンで代替するので、石炭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。
【0009】
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。
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。
【0010】
本発明のセメント製造排ガス中のＣＯ２活用システムは、セメント製造設備と、該セメント製造設備に接続された排ガス処理設備と、を備え、前記セメント製造設備は、プレヒータによって予熱されたセメント原料を仮焼する仮焼炉と、仮焼された前記セメント原料を焼成するセメント焼成キルンと、を備え、前記排ガス処理設備は、前記セメント製造設備の排ガスラインにおける集塵機と煙突との間に接続されていて前記セメント製造設備の仮焼炉と前記セメント焼成キルンからの排ガスを収集する排ガス収集ラインと、該排ガス収集ラインから送られてくる排ガス中の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するメタン化装置と、前記メタンを前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルンへの石炭の一部又は全部の代替燃料として供給するメタン供給装置とを備え、前記セメント焼成キルンのバーナには、前記石炭を供給する燃料供給ラインが接続されており、前記メタン供給装置は、前記燃料供給ラインに接続されて前記バーナにメタンを供給するメタン供給ラインを備えている。
【0011】
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。
【発明の効果】
【0012】
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石炭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。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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、一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。
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。
【0015】
［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。
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。
【0016】
［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。
【0017】
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し、このセメントクリンカを窯前部５ｂからクーラ６に送り出すようになっている。バーナ８には、石炭、石油等の化石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ことになる。
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し、このセメントクリンカを窯前部５ｂからクーラ６に送り出すようになっている。バーナ８には、石炭、石油等の化石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ことになる。
【0018】
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（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たものであり、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が接続されているとともに、仮焼炉４の燃焼ガスによって仮焼されたセメント原料を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に供給するようになっている。
【0019】
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、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。
【0020】
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等を備える排ガスライン１２が接続されている。
【0021】
［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。
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。
【0022】
（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。
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。
【0023】
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。
【0024】
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や廃プラスチックや廃タイヤなどの燃焼排ガスであるため、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。
【0025】
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、有害物質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ものである。
【0026】
水素混合部３１６は、除湿されたＣＯ２に水素ガスを供給して混合し、加圧する。水素ガスは、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による水素の添加は、水素が混合されたＣＯ２からメタンを製造しやすい濃度に適宜設定される。
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（例えば、水素化触媒としてＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕが利用されるが、メタン化においては特に、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２など担持されたＮｉ及びＮｉ合金が触媒として利用される）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。
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（例えば、水素化触媒としてＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕが利用されるが、メタン化においては特に、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２など担持されたＮｉ及びＮｉ合金が触媒として利用される）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。
【0027】
（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貯留するタンク（図示省略）と、タンクに接続され、メタンを窯前部７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３２１及びポンプ３２２，３２３を備えている。このメタン供給ライン３２１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。
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貯留するタンク（図示省略）と、タンクに接続され、メタンを窯前部７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３２１及びポンプ３２２，３２３を備えている。このメタン供給ライン３２１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。
【0028】
［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。
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。
【0029】
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。
【0030】
このセメント製造プロセスにおいて、メタン化装置３１の排ガス収集部３１１により、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。
【0031】
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に水素ガスを供給して混合し、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。
【0032】
このようにして生成されたメタンは、メタン供給装置３２のタンクに貯蔵される。そして、このタンクに貯蔵されたメタンを、メタン供給ライン３２１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。
【0033】
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用キルン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、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。
また、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。
【0034】
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。
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。
【0035】
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。
【符号の説明】
【0036】
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 メタン供給ライン
３２２ ポンプ
３２３ ポンプ
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
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 メタン供給ライン
３２２ ポンプ
３２３ ポンプ
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
【図1】
【図2】
【図3】
【手続補正書】
【提出日】2023-02-13
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメント製造設備と該セメント製造設備に接続された排ガス処理設備とを備え、
前記セメント製造設備で、石炭を燃料供給ラインからセメント焼成キルンのバーナへ供給して燃焼させ、該セメント焼成キルンによりセメントクリンカを製造する方法であって、
前記排ガス処理設備で、前記セメント製造設備の排ガスラインにおける集塵機と煙突との間に接続された排ガス収集ラインによって前記セメント製造設備の仮焼炉と前記セメント焼成キルンからの排ガスを収集し、該排ガス中の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、該メタンを前記燃料供給ラインに接続されたメタン供給ラインによって前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルンの前記バーナ又は前記仮焼炉のバーナへの前記石炭の一部又は全部の代替燃料として供給することを特徴とするセメントクリンカ製造方法。
前記セメント製造設備で、石炭を燃料供給ラインからセメント焼成キルンのバーナへ供給して燃焼させ、該セメント焼成キルンによりセメントクリンカを製造する方法であって、
前記排ガス処理設備で、前記セメント製造設備の排ガスラインにおける集塵機と煙突との間に接続された排ガス収集ラインによって前記セメント製造設備の仮焼炉と前記セメント焼成キルンからの排ガスを収集し、該排ガス中の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、該メタンを前記燃料供給ラインに接続されたメタン供給ラインによって前記セメント製造設備の前記セメント焼成キルンの前記バーナ又は前記仮焼炉のバーナへの前記石炭の一部又は全部の代替燃料として供給することを特徴とするセメントクリンカ製造方法。
【請求項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に記載のセメントクリンカ製造方法。
【請求項3】
前記メタンを前記セメント焼成キルン及び前記仮焼炉の両方のバーナに供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントクリンカ製造方法。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0001】
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を削減しつつセメントクリンカを製造する方法に関する。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、エネルギー起源のＣＯ２を削減するため、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ながらセメントクリンカを製造することを目的とする。