特開 2024-140741 二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備

(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】P2024140741

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備

(51)【国際特許分類】

   C04B 7/36 20060101AFI20241003BHJP

   C04B 7/38 20060101ALI20241003BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20241003BHJP

   B01D 53/81 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

C04B7/36

C04B7/38

B01D53/62 ZAB

B01D53/81

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023052051

(22)【出願日】2023-03-28

(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】月舘 秀典

(72)【発明者】

【氏名】川之上 太志

(72)【発明者】

【氏名】一坪 幸輝

【テーマコード（参考）】

4D002

【Ｆターム（参考）】

4D002AA09

4D002AC05

4D002BA03

4D002DA66

4D002FA02

4D002HA08

(57)【要約】

【課題】セメント水和物含有物の乾燥に追加の熱源を必要としない二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備を提供する。
【解決手段】セメント原料粉末Ｐを焼成するセメント焼成設備３０と、焼成により生じた排ガスＧが供給され、セメント原料Ｍからセメント原料粉末Ｐを生成するセメント原料粉末生成設備４０と、セメント原料粉末生成設備４０から抽気した排ガスＧ２が導入されて、セメント水和物含有物Ｄを乾燥させる乾燥装置２１と、セメント焼成設備３０から抽気した排ガスＧ１を接触させて、乾燥されたセメント水和物含有物Ｄに二酸化炭素を固定させる二酸化炭素固定装置２０とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セメント原料粉末を焼成するセメント焼成設備と、
前記焼成により生じた排ガスが供給され、セメント原料から前記セメント原料粉末を生成するセメント原料粉末生成設備と、
前記セメント原料粉末生成設備から抽気した排ガスが導入されて、セメント水和物含有物を乾燥させる乾燥装置と、
前記セメント焼成設備から抽気した排ガスを接触させて、前記乾燥されたセメント水和物含有物に二酸化炭素を固定させる二酸化炭素固定装置とを備えることを特徴とする二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備。

【請求項2】

前記セメント焼成設備は、前記セメント原料粉末を焼成するセメントキルンと、前記セメントキルンでの焼成により生じた排ガスにより、前記セメント原料粉末を予備加熱する予備加熱機とを備え、
前記二酸化炭素固定装置には、前記予備加熱機から抽気した排ガスが前記排ガスとして導入されることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備。

【請求項3】

前記セメント原料粉末生成設備は、前記セメント原料を粉砕する原料粉砕機と、前記原料粉砕機から外部に排ガスを排出する前に、前記排ガスから固形分を分離する集塵機とを備え、
前記乾燥装置には、前記原料粉砕機と前記集塵機との間にて抽気した排ガスが前記排ガスとして導入されることを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備。

【請求項4】

セメント原料粉末を焼成するセメント焼成設備と、
前記焼成により生じた排ガスが供給され、セメント原料から前記セメント原料粉末を生成するセメント原料粉末生成設備と、
ガスが導入されて、セメント水和物含有物を乾燥させる乾燥装置と、
前記セメント焼成設備から抽気した排ガスを接触させて、前記乾燥されたセメント水和物含有物に二酸化炭素を固定させる二酸化炭素固定装置とを備え、
前記乾燥装置には、前記二酸化炭素が固定されたセメント水和物含有物との熱交換により加熱された大気が前記ガスとして導入されることを特徴とする二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備。

【請求項5】

セメント原料粉末を焼成するセメント焼成設備と、
前記焼成により生じた排ガスが供給され、セメント原料から前記セメント原料粉末を生成するセメント原料粉末生成設備と、
排ガスが導入されて、セメント水和物含有物を乾燥させる乾燥装置と、
前記セメント焼成設備から抽気した排ガスを接触させて、前記乾燥されたセメント水和物含有物に二酸化炭素を固定させる二酸化炭素固定装置とを備え、
前記セメント原料粉末生成設備は、前記セメント原料を粉砕する原料粉砕機と、前記原料粉砕機から外部に排ガスを排出する前に、前記排ガスから固形分を分離する集塵機とを備え、
前記乾燥装置には、前記二酸化炭素が固定されたセメント水和物含有物との熱交換により加熱された、前記集塵機を介して外部に排出される前の排ガスが前記排ガスとして導入されることを特徴とする二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備。

【請求項6】

前記セメント水和物含有物は、コンクリートスラッジ又はコンクリートスラリーを含むことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備に関する。

【背景技術】

【0002】

温室効果ガスの１つである二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスの削減はセメント業界にとっても喫緊の課題である。

【0003】

そこで、例えば、特許文献１には、生コンクリート製造時又はコンクリート二次製品製造時に排出するスラッジを脱水乾燥したものを、セメント工場等から排出される排ガスと接触させて、排ガス中の二酸化炭素を消費することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７－８７９６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、上記特許文献１に開示された技術においては、スラッジ（セメント水和物含有物）を脱水乾燥するために熱源を別個に追加して設ける必要がある。

【0006】

本発明は、セメント水和物含有物の乾燥に追加の熱源を必要としない二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備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】

本発明の第１の二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備は、セメント原料粉末を焼成するセメント焼成設備と、前記焼成により生じた排ガスが供給され、セメント原料から前記セメント原料粉末を生成するセメント原料粉末生成設備と、前記セメント原料粉末生成設備から抽気した排ガスが導入されて、セメント水和物含有物を乾燥させる乾燥装置と、前記セメント焼成設備から抽気した排ガスを接触させて、前記乾燥されたセメント水和物含有物に二酸化炭素を固定させる二酸化炭素固定装置とを備えることを特徴とする。

【0008】

本発明の第１の二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備によれば、乾燥装置は、セメント原料粉末生成設備から抽気した排ガスによってセメント水和物含有物を乾燥する。そのため、セメント水和物含有物を乾燥するために別個の熱源を追加して設ける必要がない。

【0009】

本発明の第１の二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備において、前記セメント焼成設備は、前記セメント原料粉末を焼成するセメントキルンと、前記セメントキルンでの焼成により生じた排ガスにより、前記セメント原料粉末を予備加熱する予備加熱機とを備え、前記二酸化炭素固定装置には、前記予備加熱機から抽気した排ガスが前記排ガスとして導入されることが好ましい。

【0010】

この場合、二酸化炭素の固定に適した高温の排ガスを二酸化炭素固定装置に導入することが可能となる。

【0011】

また、本発明の第１の二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備において、前記セメント原料粉末生成設備は、前記セメント原料を粉砕する原料粉砕機と、前記原料粉砕機から外部に排ガスを排出する前に、前記排ガスから固形分を分離する集塵機とを備え、前記乾燥装置には、前記原料粉砕機と前記集塵機との間にて抽気した排ガスが前記排ガスとして導入されることが好ましい。

【0012】

この場合、セメント水和物含有物を乾燥させるに適した高温の排ガスを乾燥装置に導入することが可能となる。

【0013】

本発明の第２の二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備は、セメント原料粉末を焼成するセメント焼成設備と、前記焼成により生じた排ガスが供給され、セメント原料から前記セメント原料粉末を生成するセメント原料粉末生成設備と、ガスが導入されて、セメント水和物含有物を乾燥させる乾燥装置と、前記セメント焼成設備から抽気した排ガスを接触させて、前記乾燥されたセメント水和物含有物に二酸化炭素を固定させる二酸化炭素固定装置とを備え、前記乾燥装置には、前記二酸化炭素が固定されたセメント水和物含有物との熱交換により加熱された大気が前記ガスとして導入されることを特徴とする。

【0014】

本発明の第３の二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備は、セメント原料粉末を焼成するセメント焼成設備と、前記焼成により生じた排ガスが供給され、セメント原料から前記セメント原料粉末を生成するセメント原料粉末生成設備と、排ガスが導入されて、セメント水和物含有物を乾燥させる乾燥装置と、前記セメント焼成設備から抽気した排ガスを接触させて、前記乾燥されたセメント水和物含有物に二酸化炭素を固定させる二酸化炭素固定装置とを備え、前記セメント原料粉末生成設備は、前記セメント原料を粉砕する原料粉砕機と、前記原料粉砕機から外部に排ガスを排出する前に、前記排ガスから固形分を分離する集塵機とを備え、前記乾燥装置には、前記二酸化炭素が固定されたセメント水和物含有物との熱交換により加熱された、前記集塵機を介して外部に排出される前の排ガスが前記排ガスとして導入されることを特徴とする。

【0015】

本発明の第２及び第３の二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備によれば、乾燥装置は、二酸化炭素が固定されたセメント水和物含有物との熱交換により加熱された大気又は排ガスによってセメント水和物含有物を乾燥する。そのため、セメント水和物含有物を乾燥するために別個の熱源を追加して設ける必要がない。

【0016】

本発明の第１から第３の二酸化炭素固定装置を備えたセメント製造設備において、例えば、前記セメント水和物含有物は、コンクリートスラッジ又はコンクリートスラリーを含む。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るセメント製造設備１００の模式図。

【図2】本発明の第２及び第３の実施形態に係るセメント製造設備２００の模式図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の第１の実施形態に係るセメント製造設備１００を、図１を参照して説明する。セメント製造設備１００は、セメント製造装置１０に二酸化炭素固定装置２０が付設されてなるものである。

【0019】

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、セメント原料粉末Ｐを焼成するセメント焼成設備３０、セメント原料Ｍからセメント原料粉末Ｐを生成してセメント焼成設備３０に供給するセメント原料粉末生成設備４０、及び、セメント焼成設備３０やセメント原料粉末生成設備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。

【0020】

セメント焼成設備３０は、予備加熱機３１、仮焼炉３２、及びセメントキルン３３などから構成されている。

【0021】

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。セメント原料粉末Ｐは、セメント原料粉末生成設備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から仮焼炉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、セメント原料粉末Ｐを予備加熱する。

【0022】

仮焼炉３２は、予備加熱機３１の下部に備わり、バーナなどを備えている。仮焼炉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。なお、仮焼炉３２を省略して、予備加熱機３１からセメントキルン３３にセメント原料粉末Ｐを直接的に供給してもよい。

【0023】

セメントキルン３３は、バーナ３３ａを備えており、仮焼炉３２にて仮焼されたセメント原料粉末Ｐを１３５０℃～１４５０℃で焼成してセメントクリンカＣを生成する。セメントキルン３３は、その型式は限定されないが、例えば、ロータリー式である。

【0024】

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。

【0025】

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、仮焼炉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は電気集塵機などの集塵機５１を介して、煙突５２から大気に放出される。

【0026】

セメント原料粉末生成設備４０は、原料乾燥機４１、原料粉砕機４２、原料サイロ４３などから構成されている。

【0027】

原料乾燥機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。

【0028】

原料粉砕機４２は、原料乾燥機４１から供給されたセメント原料Ｍを粉砕混合し、セメント原料粉末Ｐを生成する。このセメント原料粉末Ｐ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、原料サイロ４３を介して予備加熱機３１に供給される。

【0029】

原料乾燥機４１や原料粉砕機４２から排出された排ガスＧは、電気集塵機などの集塵機５３を介して、煙突５４から大気に放出される。なお、集塵機５１，５３及び煙突５２，５４などが前述した排気設備５０を構成している。

【0030】

二酸化炭素固定装置２０には、乾燥装置２１で乾燥されたセメント水和物含有物Ｄと、セメント焼成設備３０から二酸化炭素（ＣＯ_２）を含有する排ガスＧ１が導入される。

【0031】

セメント水和物含有物Ｄは、コンクリート工場から発生するコンクリートスラッジ、コンクリートミキサー車の洗浄により発生するコンクリートスラリーなどのセメントを含むスラリー状（汚泥状）のものであり、二酸化炭素を回収するための原料となる。

【0032】

セメント水和物含有物Ｄは、セメント原料粉末生成設備４０から排ガスＧ２が導入される乾燥装置２１にて乾燥される。なお、セメント水和物含有物Ｄは、乾燥装置２１に導入される前又は後に、コンクリートに含まれる砂利などの粗骨材を、篩などを用いて除去することが好ましい。

【0033】

乾燥装置２１は、導入された排ガスＧ２によって加熱される筐体内などにおいて、スラリー状のセメント水和物含有物Ｄを噴霧、静置、流動することなどにより、セメント水和物含有物Ｄを乾燥させる。セメント水和物含有物Ｄは、表面の水が蒸発する程度まで乾燥させることが好ましい。乾燥装置２１に導入される排ガスＧ２の温度は、１００℃以上であり、例えば、２００℃程度であることが好ましい。このような高温の排ガスＧ２は、例えば、原料粉砕機４２と集塵機５３との間の煙道から抽気すればよい。

【0034】

二酸化炭素固定装置２０において、乾燥装置２１で乾燥されたセメント水和物含有物Ｄに、二酸化炭素を含有する排ガスＧ１が接触することにより、二酸化炭素がセメント水和物含有物Ｄに固定される。

【0035】

排ガスＧ１は、例えば、予備加熱機３１から、具体的には、予備加熱機３１を構成するサイクロン３１ａ～３１ｄの間の何れかから、又は、予備加熱機３１の直後の下流側から、二酸化炭素固定装置２０に導入される。これにより、４００℃～８００℃程度と高温であって、３０vol％～４０vol％程度と二酸化炭素濃度が高濃度の排ガスＧ１が二酸化炭素固定装置２０に導入されるので、高効率で二酸化炭素を固定することが可能となる。

【0036】

二酸化炭素固定装置２０において二酸化炭素が固定されたセメント水和物含有物Ｄは、二酸化炭素固定物Ｅとして、二酸化炭素固定装置２０から排出され、セメント原料などとして再利用される。

【0037】

次に、本発明の第２及び第３の実施形態に係るセメント製造設備２００を、図２を参照して説明する。セメント製造設備２００は、上述したセメント製造設備１００と類似するので、相違点のみ説明する。

【0038】

乾燥装置２１には、熱交換機２２により加熱されたガスＧ３が導入され、これによってセメント水和物含有物Ｄを乾燥させる。第２の実施形態では、熱交換機２２において、誘引ファン２３で吸引された外気Ｇ３が、二酸化炭素固定装置２０から排出される二酸化炭素固定物Ｅとの熱交換されることにより、１００℃以上、好ましくは、例えば、２００℃程度に加熱される。

【0039】

熱交換機２２は、例えば、二酸化炭素固定物Ｅが静止又は流動している筐体の中に、外気を導入又は通過することにより、もしくは、二酸化炭素固定物Ｅを格子状の床の上に載置し、下から上へ又は上から下へ大気を通過させることにより、大気Ｇ３を加熱する。乾燥装置２１から排出される大気Ｇ３は、外気に放出すればよい。

【0040】

第３の実施形態では、熱交換機２２において、図示しないが、集塵機５３と煙突５４との間の煙道から誘引ファンで吸引された排ガスＧ３を、二酸化炭素固定装置２０から排出される二酸化炭素固定物Ｅとの熱交換により加熱する。この場合、乾燥装置２１から排出される排ガスＧ３は、集塵機５３と煙突５４との間の煙道に戻せばよい。

【0041】

上述したセメント製造設備１００，２００によれば、二酸化炭素固定装置２０には、乾燥装置２１で乾燥されたセメント水和物含有物Ｄが導入される。そのため、二酸化炭素固定装置２０において、ガス温度の急激な低下やガス水分の急激な増加などが発生することが抑制されるので、二酸化炭素の固定効率の向上を図ることが可能となる。また、これに伴い、二酸化炭素固定装置２０から排出されてセメント粉末生成設備４０に供給される排ガスＧ１の温度の急激な低下が発生することが抑制されるので、原料乾燥機４１などにおいてセメント原料Ｍの乾燥の良好化を図ることが可能となる。

【0042】

また、乾燥装置２１から二酸化炭素固定装置２０に至るまでの配管などにおいて、セメント水和物含有物Ｄが付着することによって閉塞などが発生することを抑制することが可能となる。

【0043】

さらに、上述したセメント製造設備１００によれば、乾燥装置２１において、セメント原料粉末生成設備４０から抽気された排ガスＧ２によってセメント水和物含有物Ｄを乾燥している。そのため、セメント水和物含有物Ｄを乾燥するために別個の熱源を追加して設ける必要がない。

【0044】

また、セメント製造設備２００によれば、乾燥装置２１において、二酸化炭素固定装置２０から排出された二酸化炭素固定物Ｅと熱交換機２２によって熱交換することにより加熱されたガスＧ３によってセメント水和物含有物Ｄを乾燥している。そのため、セメント水和物含有物Ｄを乾燥するために別個の熱源を追加して設ける必要がない。

【0045】

なお、本発明は、上述した実施形態に具体的に記載したセメント製造設備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。

【符号の説明】

【0046】

１０…セメント製造装置、 ２０…二酸化炭素固定装置、 ２１…乾燥装置、 ２２…熱交換機、 ２３…誘引ファン、 ３０…セメント焼成設備、 ３１…予備加熱機、 ３２…仮焼炉、 ３３…セメントキルン、 ３５…クリンカクーラ、 ４０…セメント原料粉末生成設備、 ４１…原料乾燥機、 ４２…原料粉砕機、 ４３…原料サイロ、 ４４…誘引ファン、 ５０…排気設備、 ５１，５３…集塵機、 ５２，５４…煙突、 １００，２００…セメント製造設備、 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…排ガス、 Ｇ３…大気（ガス）、排ガス、 Ｄ…セメント水和物含有物、 Ｅ…二酸化炭素固定物、 Ｍ…セメント原料、 Ｐ…セメント原料粉末。

【図1】

【図2】