特開 2024-111494 二酸化炭素の回収システム

(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】P2024111494

(43)【公開日】2024-08-19

(54)【発明の名称】二酸化炭素の回収システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/62 20060101AFI20240809BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20240809BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20240809BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20240809BHJP

   C04B 7/36 20060101ALI20240809BHJP

【ＦＩ】

B01D53/62 ZAB

B01D53/78

B01D53/14 220

C01B32/50

C04B7/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023016034

(22)【出願日】2023-02-06

(71)【出願人】

【識別番号】000000240

【氏名又は名称】太平洋セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】川之上 太志

(72)【発明者】

【氏名】一坪 幸輝

(72)【発明者】

【氏名】中村 充志

【テーマコード（参考）】

4D002

4D020

4G146

【Ｆターム（参考）】

4D002AA09

4D002AC05

4D002BA02

4D002BA14

4D002EA01

4D002EA08

4D002FA01

4D002HA08

4D020AA03

4D020BC01

4D020CC09

4D020CD02

4G146JA02

4G146JB09

4G146JC21

4G146JD02

(57)【要約】

【課題】二酸化炭素を安定的に高効率で回収することが可能であると共に外部から供給する熱エネルギーの低減を図ることが可能な二酸化炭素の回収システムを提供する。
【解決手段】二酸化炭素の回収システム１００は、セメント製造装置１０、二酸化炭素回収装置２０、及び第２の熱交換器６０を備える。第２の熱交換器６０は、セメント製造装置１０の仮焼機３２、予備加熱機３１、又は仮焼機３２と予備加熱機３１との間の管路から抽気されて二酸化炭素回収装置２０の吸収塔２１に二酸化炭素を含有する排ガスとして導入される排ガスＧ１と、二酸化炭素回収装置２０の再生塔２２に貯留されている吸収液Ｌとの間で熱交換を行う。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セメント原料を仮焼する仮焼機と、前記仮焼したセメント原料を焼成する焼成機と、前記仮焼機又は前記焼成機の少なくとも何れかにて発生した排ガスにより、前記セメント原料を予備加熱する予備加熱機とを有するセメント製造装置、
二酸化炭素を含有する排ガスから二酸化炭素を吸収する吸収液が貯留されている吸収塔と、加熱により二酸化炭素が分離される吸収液が貯留されている再生塔と、前記吸収塔から前記再生塔に導入される吸収液と前記再生塔から前記吸収塔に導入される吸収液との間で熱交換を行う第１の熱交換器とを有する二酸化炭素回収装置、及び、
前記仮焼機、前記予備加熱機、又は前記仮焼機と前記予備加熱機との間の管路から抽気されて前記吸収塔に前記二酸化炭素を含有する排ガスとして導入される排ガスと、前記再生塔に貯留されている前記吸収液との間で熱交換を行う第２の熱交換器を備えることを特徴とする二酸化炭素の回収システム。

【請求項2】

前記抽気されて前記第２の熱交換器に導入される前記排ガスと、前記吸収塔にて二酸化炭素が除去され、前記予備加熱機又は前記予備加熱機より排ガスの下流側にて前記セメント製造装置に導入される排ガスとの間で熱交換を行う第３の熱交換器を備えることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の回収システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二酸化炭素の回収システムに関する。

【背景技術】

【0002】

温室効果ガスの１つである二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスを回収する技術として化学吸収法（アミン法）、物理吸収法、深冷分離法、ケミカルルーピング法などがある。化学吸収法は、アミン系吸収液が低温において二酸化炭素を吸収し、高温において二酸化炭素を分離するという特性を利用した二酸化炭素分離回収技術である。化学吸収法は、他方式に比べ大容量・低圧ガスに適合しており、既存のセメント製造装置から排出される排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する際に用いられている。

【0003】

なお、特許文献１には、セメント製造装置から排出される排ガスの一部を取り出して二酸化炭素を分離回収すると共に、残りの排ガスの一部を熱交換により発電装置にて発電を行うために使用し、これにより、クリンカクーラの冷却を行うことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８－２３９３５９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、従来、セメント製造装置の煙突の手前から排ガスを抽気している。この排ガスは各種工程の排ガスが混合されたものであるので、二酸化炭素濃度が約１４％～２０重量％などと変動する。化学吸収法による二酸化炭素の回収効率は二酸化炭素濃度が高いほど高く安定するので、二酸化炭素濃度が低下すると、二酸化炭素の回収効率が低下するおそれがある。

【0006】

また、二酸化炭素を放出させるには、吸収液を高温にする必要があり、吸収液を加熱するための熱源を要する。従来、都市ガスなどの燃料を使用してボイラーで蒸気を発生させて、この蒸気との熱交換により吸収液を加熱するなどしており、外部から熱エネルギーを供給する必要があった。

【0007】

本発明は、二酸化炭素を安定的に高効率で回収することが可能であると共に外部から供給する熱エネルギーの低減を図ることが可能な二酸化炭素の回収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】

【0008】

本発明の二酸化炭素の回収システムは、セメント原料を仮焼する仮焼機と、前記仮焼したセメント原料を焼成する焼成機と、前記仮焼機又は前記焼成機の少なくとも何れかにて発生した排ガスにより、前記セメント原料を予備加熱する予備加熱機とを有するセメント製造装置、二酸化炭素を含有する排ガスから二酸化炭素を吸収する吸収液が貯留されている吸収塔と、加熱により二酸化炭素が分離される吸収液が貯留されている再生塔と、前記吸収塔から前記再生塔に導入される吸収液と前記再生塔から前記吸収塔に導入される吸収液との間で熱交換を行う第１の熱交換器とを有する二酸化炭素回収装置、及び、前記仮焼機、前記予備加熱機、又は前記仮焼機と前記予備加熱機との間の管路から抽気されて前記吸収塔に前記二酸化炭素を含有する排ガスとして導入される排ガスと、前記再生塔に貯留されている前記吸収液との間で熱交換を行う第２の熱交換器を備えることを特徴とする。

【0009】

本発明の二酸化炭素の回収システムによれば、二酸化炭素回収装置の吸収塔に導入される二酸化炭素を含有する排ガスは、セメント製造装置の仮焼機、予備加熱機又は仮焼機と予備加熱機との間の管路から抽気される。そのため、この排ガスは、従来のように煙突の手前から抽気される排ガスと比較して、二酸化炭素が安定的に高濃度である。これにより、二酸化炭素回収装置により、排ガスから二酸化炭素を安定的に高効率で回収することが可能となる。

【0010】

また、上記排ガスは、従来のように煙突の手前から抽気された排ガスと比較して、高温である。そのため、この高温の排ガスを用いて、第２の熱交換器により、再生塔に貯留されている吸収液を加熱することが可能となる。これより、吸収液を加熱するために外部から供給される熱エネルギーの低減を図ることが可能となる。

【0011】

本発明の二酸化炭素の回収システムにおいて、前記抽気されて前記第２の熱交換器に導入される前記排ガスと、前記吸収塔にて二酸化炭素が除去され、前記予備加熱機又は前記予備加熱機より排ガスの下流側にて前記セメント製造装置に導入される排ガスとの間で熱交換を行う第３の熱交換器を備えることが好ましい。

【0012】

この場合、第２の熱交換器に導入される排ガスにより、二酸化炭素が除去されてセメント製造装置に導入される排ガスを加熱することができる。これにより、セメント製造装置に導入される排ガスが有する熱エネルギーを、セメント製造装置におけるセメント原料の予備加熱や乾燥などの工程に利用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る二酸化炭素の回収システム１００に備わるセメント製造装置１０の模式図。

【図2】本発明の実施形態に係る二酸化炭素の回収システム１００に備わる二酸化炭素回収装置２０の模式図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明に実施形態に係る二酸化炭素の回収システム１００を、図面を参照して説明する。二酸化炭素の回収システム１００は、セメント製造装置１０に二酸化炭素回収装置２０などが付設されてなるものである。

【0015】

セメント製造装置１０は、セメント原料Ｍからセメントを製造するものであり、セメント原料Ｍを焼成するセメント焼成設備３０、セメント原料Ｍを処理してセメント焼成設備３０に供給するセメント原料処理設備４０、及び、セメント焼成設備３０やセメント処理設備４０から排出された排ガスＧを排出する排気設備５０などから構成されている。

【0016】

セメント焼成設備３０は、予備加熱機３１、仮焼機３２、及び焼成機３３などから構成されている。

【0017】

予備加熱機３１は、多段、ここでは４段のサイクロン３１ａ～３１ｄが配列されてなるプレヒータである。セメント原料Ｍは、セメント原料処理設備４０から最上段のサイクロン３１ａに供給され、サイクロン３１ａ～３１ｃを下方に順次移動しながら予備加熱され、サイクロン３１ｃから仮焼機３２に供給され、最終的にサイクロン３１ｄに供給される。予備加熱機３１は、誘引ファン４４で吸引されて上昇する高温の排ガスＧとの熱交換により、セメント原料Ｍを予備加熱する。

【0018】

仮焼機３２は、予備加熱機３１の下部に備わり、バーナなどを備えた加熱炉であり、予備加熱機３１で予備加熱されたセメント原料Ｍを例えば８００℃～９００℃で仮焼する。仮焼機３２は、その型式は限定されないが、例えば、流動床式、流動層式、噴流層式などの型式であってもよい。

【0019】

焼成機３３は、バーナ３３ａを備えたセメントキルンであり、仮焼機３２にて仮焼されたセメント原料Ｍを１３５０℃～１４５０℃で焼成してセメントクリンカＣを生成する。焼成機３３は、その型式は限定されないが、例えば、ロータリー式のセメントキルンである。

【0020】

セメントキルン３３にて得られたセメントクリンカＣは、排出口から落下して、クリンカクーラ３５に投入され、１００℃程度に冷却される。冷却されたセメントクリンカＣはクリンカクーラ３５の取出口から外部へ取り出される。

【0021】

クリンカクーラ３５でセメントクリンカＣを冷却して高温となった排ガスＧの一部は、仮焼機３２に流入する。一方、クリンカクーラ３５の低温側の排ガスＧは電気集塵機５１などの集塵手段を介して、排気ファン５２により煙突側に誘引され、煙突５３から大気に放出される。

【0022】

セメント原料処理設備４０は、原料乾燥機４１、スタビライザ４２、原料粉砕機４３などから構成されている。

【0023】

原料乾燥装機４１は、供給されるセメント原料Ｍを乾燥させるドライヤである。原料乾燥装機４１は、予備加熱機３１から排出され、誘引ファン４４に誘引された排ガスＧが供給され、この排ガスＧによりセメント原料Ｍを乾燥させる。セメント原料Ｍは、例えば、石灰石、粘土、珪石、鉄滓、石炭灰、スラッジ、粘土類などである。

【0024】

スタビライザ４２は、予備加熱機３１から排出され、誘引ファン３４に誘引された排ガスＧが供給され、原料乾燥装機４１から供給されたセメント原料Ｍの温度や水分量を調整すると共に、細粒のダストを排ガスＧから分離する。

【0025】

原料粉砕機４３は、スタビライザ４２から供給されたセメント原料Ｍを粉砕混合して粉末化する。この粉末化されたセメント原料Ｍは、コンベアやバケットエレベータなどの図示しない搬送手段を介して、予備加熱機３１に供給される。

【0026】

原料乾燥機４１やスタビライザ４２から排出された排ガスＧは、電気集塵機５４などの集塵手段を介して、排気ファン５５により煙突側に誘引され、煙突５６から大気に放出される。なお、電気集塵機５１，５４、排気ファン５２，５５及び煙突５３，５６などが前述した排気設備５０を構成している。

【0027】

二酸化炭素回収装置２０は、吸収塔２１、再生塔２２、及び第１の熱交換器２３などから構成されている。

【0028】

吸収塔２１内に、二酸化炭素（ＣＯ_２）を含有する排ガスＧ１が導入される。この排ガスＧ１は、吸収塔２１内の吸収液Ｌと気液接触して、二酸化炭素が吸収液Ｌに吸収される。

【0029】

吸収塔２１内で二酸化炭素を吸収した吸収液Ｌは、ポンプ２４により第１の熱交換器２３に送られ、加熱された後、再生塔２２内に供給される。

【0030】

この吸収液Ｌは、再生塔２２の下部に貯留され、後述する第２の熱交換器６０によって加熱される。吸収液Ｌは、その種類に応じて１１５℃～１２１℃以上に昇温されると、吸収液Ｌ中の二酸化炭素を二酸化炭素ガスとして放出する。この二酸化炭素を含むガスは再生塔２２内を上昇して二酸化炭素回収管２５により高純度の二酸化炭素を含むガスＧ２として回収される。

【0031】

一方、二酸化炭素が除去されて再生された吸収液Ｌは、ポンプ２６により第１の熱交換器２３に送られ、冷却された後、吸収塔２１内に上部から供給され、再び、排ガスＧ１から二酸化炭素を吸収する。

【0032】

二酸化炭素が除去された排ガスＧ３は吸収塔２１内を上昇し、排ガス排出管２７を介して、後述する第３の熱交換器７０に導入される。

【0033】

二酸化炭素の回収システム１００は、さらに、第２の熱交換器６０及び第３の熱交換器７０を備えている。

【0034】

第２の熱交換器６０は、抽気口Ａ（図１参照）から抽気されて吸収塔２１に二酸化炭素を含有するガスとして導入される排ガスＧ１と、再生塔２２に貯留されている吸収液Ｌとの間で熱交換を行う。

【0035】

抽気口Ａは、ここでは、予備加熱機３１のサイクロン３１ｃ，３１ｄとの間の管路に設けられている。排ガスＧ１は、排気ファン６１により、抽気口Ａから第３の熱交換器７０を介し、さらに、第２の熱交換器６０に介して、吸収塔２１に導入される。そして、吸収液Ｌは、ポンプ６２により、再生塔２２から導出され、第２の熱交換器６０を介して再生塔２２に戻される。

【0036】

また、抽気口Ａから抽気した排ガスＧ１に原料粉末や酸性ガスが含まれる場合を考慮して、抽気口Ａから第３の熱交換器７０との間の管路に、分級機や酸性ガス除去機などを設けてもよい。

【0037】

抽気口Ａから抽気される排ガスＧ１は、例えば約８００℃～９００℃と高温である。また、この排ガスＧ１は、セメント原料Ｍに含まれる石灰の焼成により脱炭酸した二酸化炭素、石炭などの燃料の燃焼により発生した排ガス中の二酸化炭素を含んでおり、二酸化炭素濃度は例えば約２０重量％以上であって、常時高濃度である。

【0038】

従来は、都市ガスなどの燃料を使用してボイラーで蒸気を発生させ、この蒸気との熱交換により吸収液Ｌを加熱するなど、外部から熱エネルギーを供給して吸収液Ｌを加熱していた。しかし、本実施形態においては、高温の排ガスＧ１を利用して吸収液Ｌを加熱することができるので、外部から供給される熱エネルギーの低減を図ることが可能となる。

【0039】

抽気口Ａから抽気された排ガスＧ１は、第３の熱交換器７０を介することにより、例えば３００℃～４００℃に温度が低下する。しかし、二酸化炭素を放出させるためには、吸収液Ｌを１１５℃～１２１℃以上に加熱すればよく、３００℃～４００℃に温度が低下した排気ガスＧ１であっても、吸収液Ｌを十分に加熱することができる。

【0040】

なお、排ガスＧ１を利用しても吸収液Ｌを十分に加熱できない場合には、補助的にボイラーや他の熱交換器などを用いて吸収液Ｌを加熱してもよい。また、吸収塔２１に導入する排ガスＧ１の温度を調整するために、温度調整装置や他の熱交換器などを用いてもよい。

【0041】

なお、抽気口Ａは、図１に示す位置に設けることに限定されない。抽気口Ａは、例えば、予備加熱機３１の任意のサイクロン３１ａ～３１ｄの間の管路又はサイクロン３１ａ～３１ｄ自体、サイクロン３１ａの排ガスＧの下流側の管路、サイクロン３１ｄと仮焼機３２との間の管路、仮焼機３２自体などに設けてもよい。

【0042】

第３の熱交換器７０は、抽気されて第２の熱交換器６０に導かれる二酸化炭素を含有する排ガスＧ１と、吸収塔２１にて二酸化炭素が除去され、給気口Ｂ（図１参照）にてセメント製造装置１０に導入される二酸化炭素が除去された排ガスＧ３との間で熱交換を行う。

【0043】

排ガスＧ１は、排気ファン７１により、抽気口Ａから第３の熱交換器７０を介して、さらに、排気ファン６１により、第２の熱交換器６０に導入される。そして、排ガスＧ３は、排気ファン７２により、吸収塔２１から第３の熱交換器７０を介して、給気口Ｂからセメント製造装置１０に導入される。

【0044】

二酸化炭素が除去された排ガスＧ３は、例えば約４０℃～５０℃と低温である。このような低温の排ガスＧ３をそのままセメント製造装置１０に戻す場合には、煙突５６の手前に戻すことしかできず、セメント原料Ｍを処理する際の熱エネルギー源とならない。そこで、排ガスＧ３を第３の熱交換器７０により例えば約３００℃～４００℃に加熱することにより、セメント原料Ｍを予備加熱機３１にて予備加熱する際、原料乾燥機３１にて乾燥する際などの熱エネルギー源として用いることが可能となる。

【0045】

給気口Ｂは、ここでは、抽気口Ａと同じ位置に設けられている。ただし、給気口Ｂは、抽気口Ａと同じ位置、又は抽気口Ａより排ガスＧの下流側のセメント製造装置１０の何れかの箇所に設ければよい。ただし、給気口Ｂは、抽気口Ａを設ける箇所として上述した箇所の他に、原料乾燥機４１やスタビライザ４２の排ガスＧの上流側に設けることが好ましい。これにより、例えば約３００℃～４００℃の温度の排ガスＧ３を熱エネルギー源としてセメント原料Ｍの各種処理に用いることが可能となる。

【0046】

なお、本発明は、上述した実施形態に具体的に記載した二酸化炭素の回収システム１００に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内であれば適宜変更することができる。例えば、第３の熱交換器７０を省いたものとして、抽気口Ａから直接的に排ガスＧ１を第２の熱交換器６０に導入してもよい。この場合、吸収塔２１から排出される二酸化炭素が除去された排ガスＧ３は、例えば、煙突５６の手前からセメント製造装置１０に導入すればよく、また、大気に放出してもよい。

【符号の説明】

【0047】

１０…セメント製造装置、 ２０…二酸化炭素回収装置、 ２１…吸収塔、 ２２…再生塔、 ２３…第１の熱交換器、 ２４…ポンプ、 ２５…二酸化炭素回収管、 ２６…ポンプ、 ２７…排ガス排出管、 ３０…セメント焼成設備、 ３１…予備加熱機、 ３２…仮焼機、 ３３…焼成機、 ３５…クリンカクーラ、 ４０…セメント原料処理設備、 ４１…原料乾燥機、 ４２…スタビライザ、 ４３…原料粉砕機、 ４４…誘引ファン、 ５０…排気設備、 ５１，５４…電気集塵機、 ５２，５５…排気ファン、 ５３，５６…煙突、 ６０…第２の熱交換器、 ６１…排気ファン、 ６２…ポンプ、 ７０…第３の熱交換器、 ７１，７２…排気ファン、 １００…二酸化炭素の回収システム、 Ｃ…セメントクリンカ、 Ｇ…排ガス、 Ｇ１…二酸化炭素を含有する排ガス、 Ｇ２…高純度の二酸化炭素を含むガス、 Ｇ３…二酸化炭素が除去された排ガス、 Ｌ…吸収液、 Ｍ…セメント原料。

【図1】

【図2】