JP2006189191A

JP2006189191A - 汚染ガスの処理方法およびセメント製造用のロータリーキルン

Info

Publication number: JP2006189191A
Application number: JP2005000636A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Shimoda; 直之下田; Hisanobu Tanaka; 久順田中
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-01-05
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2006-07-20

Abstract

【課題】汚染ガスの供給量が増加しても、主燃料や主燃料を燃焼させるために必要となる酸素が不足することなく、安定した火炎や焼成帯温度を維持することができ、さらに著しく汚染ガスの供給量が増加しても、汚染ガスの燃焼分解とともに、品質に悪影響を及ぼすことなくセメントを製造することができる汚染ガスの処理方法およびセメント製造用のロータリーキルンの提供を目的とする。
【解決手段】セメント製造用のロータリーキルン（３）内を、主燃料バーナ（１）から供給される主燃料（Ｆ）および酸素（Ｏ₂）により、高温雰囲気下に保持しつつ、セメント原料を焼成してセメントクリンカ（Ｃ）を製造するに際し、該高温雰囲気下において分解可能な汚染ガス（Ｐ）を、当該主燃料バーナ（１）から独立して設けられた注入管（２）を用いて、該主燃料バーナの火炎から離間した位置に噴出させ、ロータリーキルン内へ供給することを特徴とする汚染ガスの処理方法とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリーキルンを用いたフロン（商標名）、ハロン等の汚染ガスの処理方法および処理装置に関するものである。

近年、環境問題が重要視されるようになり、その中でも特にフロンは成層圏のオゾン層を破壊するとして、世界的に規制されるようになっている。
このため平成４年１１月のモントリオール議定書第４回締約国会合ではフロン等の回収、再利用、破壊を促進することが決議され、国連環境計画（ＵＮＥＰ）ではロータリーキルン法、プラズマ分解法等によるフロン等の破壊処理技術が推奨されている。

これを受け、世界的にロータリーキルン法を利用して汚染ガスを燃焼分解させることが検討されている。
例えば図３に示すように、ロータリーキルン内に、汚染ガス注入用パイプ６を挿入し、主燃料バーナ１の火炎１３の側面から汚染ガスＰを供給して、燃焼分解させることが行われている。
しかしながら、この方法では、汚染ガス注入用パイプ６の先端部が火炎１３により高温にさらされるため熱で破損したり、汚染ガスの燃焼分解が注入用パイプ６内で生じて燃焼分解されたフッ素や塩素等の酸性ガスにより、注入用パイプ６が腐食したり、注入用パイプ６と化学反応してパイプが閉塞する等の問題があった。

このため特許文献１では、主燃料バーナの中央部に汚染ガス注入用パイプを挿入し、または主燃料バーナの中央部のパイプを利用し、汚染ガスをロータリーキルン内に供給する方法が提案されている。また特許文献２では、主燃料バーナの一次空気へ汚染ガスを混入する方法が提案されている。
しかしながら、これらの方法では、汚染ガスの供給量が増加すると、汚染ガスの供給の影響をうけ、主燃料バーナから供給される主燃料や主燃料を燃焼させるために必要となる酸素が不足して、火炎や焼成帯温度が安定しなくなるという問題がある。さらに著しく汚染ガスの供給量が増加すると、ロータリーキルン法により製造されるセメントは、品質変動を生じ、品質の低下を招きうる。これらは汚染ガスの供給量が増加するほど顕著に現れる。
また主燃料バーナの中央部に汚染ガス注入用パイプを挿入した場合には、注入用パイプが破損する等して長時間安全運転することが困難である。

特開平９−１５９１３５号公報特開２００４−５３０７３号公報

このため本発明は、上記事情に鑑み、汚染ガスの供給量が増加しても、主燃料や主燃料を燃焼させるために必要となる酸素が不足することなく、安定した火炎や焼成帯温度を維持することができる汚染ガスの処理方法およびセメント製造用のロータリーキルンの提供を目的とする。さらに著しく汚染ガスの供給量が増加しても、汚染ガスの燃焼分解とともに、品質に悪影響を及ぼすことなくセメントを製造することができる汚染ガスの処理方法およびセメント製造用のロータリーキルンの提供を目的とする。

上記請求項１に記載の発明は、セメント製造用のロータリーキルン内を、主燃料バーナから供給される主燃料および酸素により、高温雰囲気下に保持しつつ、セメント原料を焼成してセメントクリンカを製造するに際し、該高温雰囲気下において分解可能な汚染ガスを、当該主燃料バーナから独立して設けられた注入管を用いて、該主燃料バーナの火炎から離間した位置に噴出させ、ロータリーキルン内へ供給することを特徴とする汚染ガスの処理方法である。

請求項１に記載の発明は、請求項２に記載のように、セメント製造用のロータリーキルン内を、窯前に設けられた前記主燃料バーナから供給される前記主燃料および酸素により、高温雰囲気下に保持しつつ、窯尻から該窯前に送られる前記セメント原料を焼成して前記セメントクリンカを製造するに際し、前記汚染ガスを、当該窯前下方から前記ロータリーキルン内に供給される当該セメントクリンカによって暖められた二次空気の流れにより、該ロータリーキルン内へ拡散させることが好ましい。

上記請求項３に記載の発明は、窯前に設けられた主燃料バーナから供給される主燃料および酸素により、内部に焼成帯を形成し、窯尻から上記窯前に送られるセメント原料を焼成してセメントクリンカを製造するセメント製造用のロータリーキルンにおいて、当該焼成帯にて分解可能な汚染ガスを、前記主燃料バーナの火炎から離間した位置に噴出させる注入管を、上記主燃料バーナから独立して設けたことを特徴とするセメント製造用のロータリーキルンである。

請求項３に記載の発明は、請求項４に記載のように、上記ロータリーキルンの上記窯前下部には、上記セメントクリンカを冷却するクリンカークーラーが設けられ、当該クリンカークーラーにおいて上記セメントクリンカにより暖められた二次空気が上記ロータリーキルン内に供給されるとともに、前記注入管は、前記主燃料バーナより下方に設置されていることが好ましい。

上記の請求項１に記載の発明によれば、汚染ガスを、主燃料バーナから独立して設けられた注入管を用いて、主燃料バーナの火炎から離間した位置に噴出させ、ロータリーキルン内へ供給し、高温雰囲気下において分解したため、汚染ガスの供給により、主燃料バーナから供給される主燃料や酸素に影響を与えることがない。このため、汚染ガスの供給量が増加しても、主燃料や主燃料を燃焼させるために必要となる酸素が不足することなく、安定した火炎や高温雰囲気を得ることができる。よって、汚染ガスの供給によりセメントクリンカの品質に悪影響を及ぼすことはない。

また請求項２に記載の発明によれば、汚染ガスを、セメントクリンカにより暖められた二次空気の流れにより、ロータリーキルン内へ供給することで、汚染ガスをより拡散させ、燃焼分解反応を促進させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、主燃料バーナの火炎から離間した位置に汚染ガスを噴出させる注入管を、主燃料バーナと独立して設けるため、汚染ガスの噴出により、主燃料バーナから供給される主燃料や酸素に影響を与えることがない。このため、汚染ガスの供給量が増加しても、主燃料や主燃料を燃焼させるために必要となる酸素が不足することがなく、安定した火炎や焼成帯温度を得ることができる。よって、汚染ガスの供給によりセメントクリンカの品質に悪影響を及ぼすことはない。

また請求項４に記載の発明によれば、注入管は、主燃料バーナより下方に設置されているため、クリンカークーラーにおいてセメントクリンカにより暖められた二次空気がセメントキルンへ供給されることにより、汚染ガスをセメントキルン内へ拡散させることができ、汚染ガスとセメントクリンカとの燃焼分解反応を促進させることができる。

以下、本発明に係るセメント製造用のロータリーキルンの一実施形態を、図１および図２を用いて、説明する。

本実施形態におけるセメント製造用のロータリーキルンは、図１に示すように、窯前３３に、主燃料Ｆや主燃料を燃焼、分解するため必要となる酸素Ｏ₂（以下、「主燃料Ｆおよび酸素Ｏ₂」とする）を供給する主燃料バーナ１と、汚染ガスＰを供給する注入管２とが備えられている。
また、ロータリーキルン３内には、主燃料バーナ１から供給された主燃料Ｆおよび酸素Ｏ₂により形成された焼成帯が、主燃料バーナ直下から窯尻側（図中左側）にかけて形成されている。

この注入管２は、その先端部にある噴出口が主燃料バーナ１の火炎から離間した位置になるようにして、主燃料バーナ１と独立して設けられている。また注入管２の位置は、図２に示すように、好ましくは、前記主燃料バーナ１より下方となるように設置されている。より詳しくは、注入管２の位置は、点線で示された注入管２のいずれの位置でもよく、注入管２の中心部２２が、前記主燃料バーナ１の中心部１１に引かれた水平線より下方に位置すればよい。

この主燃料バーナ１および注入管２のサイズ比としては、例えば、直径約７００ｍｍの主燃料バーナ１に対し、直径約５０ｍｍの注入管２を用いることができる。

さらに、本実施形態におけるロータリーキルン３の窯前３３の下部には、クリンカークーラー４が連続して設けられている。また二次空気Ｓが、クリンカークーラー４を経てロータリーキルン３に供給されてなる。

次に、本発明に係る汚染ガスの処理方法の一実施形態について、上記セメント製造用のロータリーキルンの作用効果とともに説明する。

図１において、まずセメント原料は、図示されないプレートヒータを経て、ロータリーキルン３の上流端である窯尻側（図中左側）から投入され、矢印方向に回転するロータリーキルン３内を窯前３３側に移動しながら焼成されてセメントクリンカＣ（セメントの中間生成物）（約１４００℃）となる。次いで、セメントクリンカＣは、窯前３３の下部に連続して設けられているクリンカークーラー４に落下し、さらに下流側に移動しながら二次空気Ｓにより冷却される。
一方、二次空気Ｓは、セメントクリンカＣの熱を吸収して、高温になるとともに上昇し、窯前３３からロータリーキルン３に供給される。

このロータリーキルン３およびクリンカークーラー４の温度は、クリンカークーラー内の二次空気が７００℃以上、特にロータリーキルンの窯前下の二次空気が１０００℃以上であるのに対し、ロータリーキルン内が約１４００℃、焼成帯が約１５００℃、特に主燃料バーナ付近が約２０００℃である。このロータリーキルン３およびクリンカークーラー４は、いずれも高温であるが、特に焼成帯およびその主燃焼バーナ付近が高温である。

そこで、これと並行し、主燃料Ｆおよび主燃料を燃焼分解する酸素Ｏ₂を供給する主燃料バーナ１から独立して設けられた注入管２を用いて、汚染ガスＰを、主燃料バーナの火炎から離間した位置に噴出させ、ロータリーキルン３へ供給する。
この汚染ガスとしては、クリンカークーラー内の二次空気（１０００℃以上）により、燃焼分解が進行し、ロータリーキルン内の焼成帯における燃焼分解が、二次空気により補助されるガスであればよく、特に、フルオロカーボン、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）およびハロンの他、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）等の代替フロンを含む。

これにより汚染ガスＰは、注入管２が、主燃料バーナ１の下方に設置されることで、二次空気Ｓにより、拡散され、その一部が燃焼分解され、さらにロータリーキルン３内の焼成帯に供給されて、完全に燃焼分解される。そして燃焼分解した汚染ガスＰとセメントクリンカＣが反応することで、汚染ガスＰがセメント内に吸収される。

例えば、汚染ガスＰとして、フロンを燃焼分解反応させた場合には、以下のように、燃焼分解され、セメントクリンカＣと反応してセメント内に吸収される。
フロンの燃焼分解により、下記のように、塩化水素とフッ化水素の酸性ガスが発生する。
ＣＦ₂Ｃｌ₂＋２Ｈ₂Ｏ→２ＨＣｌ＋２ＨＦ＋ＣＯ₂
さらに、これらの酸性ガスは、セメントの中間生成物であるセメントクリンカと接触し、下記のように、セメント焼成プロセスに利用され、セメント内に吸収される。
ＣａＣＯ₃→ＣａＯ＋ＣＯ₂
ＣａＯ（セメントクリンカの成分）＋２ＨＣｌ→ＣａＣｌ₂＋Ｈ₂Ｏ・・・・（１）
ＣａＯ（セメントクリンカの成分）＋２ＨＦ→ＣａＦ₂＋Ｈ₂Ｏ

同様に、ハロンの燃焼分解により、下記のように、臭化水素とフッ化水素の酸性ガスが発生する。
ＣＦ₂Ｂｒ₂＋２Ｈ₂Ｏ→２ＨＢｒ＋２ＨＦ＋ＣＯ₂
さらに、これらの酸性ガスは、セメントクリンカと接触し、セメント焼成プロセスに利用され、セメント内に吸収される。
この際、上記（１）の反応が
ＣａＯ（セメントクリンカの成分）＋２ＨＢｒ→ＣａＢｒ₂＋Ｈ₂Ｏ
に替わるだけで、フロンと同様にして、セメント内に吸収される。

以上のように、本実施形態においては、注入管２が、噴出口が主燃料バーナ１の火炎から離間した位置に、主燃料バーナ１と独立して設けられるため、主燃料バーナ１から供給される主燃料Ｆおよび酸素Ｏ₂の供給は、注入管２からの汚染ガスＰの供給により、影響を受けない。また、主燃料バーナ１から供給される主燃料Ｆおよび酸素Ｏ₂の供給量は、注入管２からの汚染ガスＰの供給により、増減することはない。このため、汚染ガスＰの供給量が増加しても、ロータリーキルン内において、主燃料Ｆや酸素Ｏ₂の供給量が不足することなく、安定した火炎や焼成帯温度を得ることができる。これにより、著しく汚染ガスＰの供給量が増加しても、セメント原料を焼成して得られるセメントクリンカの品質に悪影響を与えることはない。

さらに、汚染ガスＰは、二次空気Ｓの流れにより、ロータリーキルン３内の焼成帯に供給されるため、窯前３３から窯尻方向（図１中左側）により広く拡散される。特に二次空気Ｓが、ロータリーキルン３内の主燃焼バーナ１近傍において、高温雰囲気（約２０００℃）と急速に接するため、高速により周囲へと流動して、汚染ガスＰが、高温雰囲気下である焼成帯へ拡散される。また、ロータリーキルン３の回転（図１中矢印方向）によっても、ロータリーキルン３内に積層されたセメントクリンカＣの積層方向における位置が入れ替わり、セメントクリンカＣが回転方向に拡散される。これにより、汚染ガスＰは、燃焼分解され、セメントクリンカＣが窯尻から窯前３３に移動する間に、セメントクリンカＣと均一に反応し、吸収されるため、著しく汚染ガスの供給量が増加した場合にも、製造されるセメントに悪影響を与えることはない。

さらにまた、注入管２は、主燃料バーナ１より下方に設置されているため、以下の効果が得られる。
注入管２が主燃料バーナ１より上方にある場合に、注入管２から供給される汚染ガスＰは、二次空気Ｓによりロータリーキルン３内に供給される際、注入管２の上方空間で対流する恐れや、注入管２の下方空間に流れるものの、その下方に設置された主燃料バーナ１から供給される主燃料Ｆおよび酸素Ｏ₂により、流れが乱れたり、主燃料Ｆおよび酸素Ｏ₂の圧力により、ロータリーキルン３内にそのまま供給されたり、二次空気Ｓにより供給されない恐れがある。

これに対し、本実施形態では、注入管２が主燃料バーナ１より下方に設置されているため、注入管２から供給される汚染ガスＰが、二次空気Ｓによりロータリーキルン３内に供給される際、上述した現象は生じない。このため汚染ガスＰが、下部に設けられたクリンカークーラー４から供給される二次空気Ｓにより、ロータリーキルン３内の焼成帯に拡散され、セメントクリンカＣと反応してセメント内に吸収されるので、著しく汚染ガスＰの供給量が増加しても、製造されたセメントに悪影響を及ぼすことがない。

本発明の一実施形態として示したセメント製造用のロータリーキルンの一部断面模式図である。図１のII−II線に沿う要部断面図による注入管の設置位置説明図である。従来技術における主燃料バーナの位置と汚染ガスの供給位置との関係を示す断面模式図である。

符号の説明

Ｐ・・・汚染ガス
Ｓ・・・二次空気
１・・・主燃料バーナ
２・・・注入管
３・・・キルン
４・・・クリンカークーラー
６・・・注入用パイプ
１１・・・主燃料バーナの中心部
１３・・・火炎
２２・・・注入管の中心部
３３・・・窯前

Claims

セメント製造用のロータリーキルン内を、主燃料バーナから供給される主燃料および酸素により、高温雰囲気下に保持しつつ、セメント原料を焼成してセメントクリンカを製造するに際し、
該高温雰囲気下において分解可能な汚染ガスを、当該主燃料バーナから独立して設けられた注入管を用いて、該主燃料バーナの火炎から離間した位置に噴出させ、ロータリーキルン内へ供給することを特徴とする汚染ガスの処理方法。
セメント製造用のロータリーキルン内を、窯前に設けられた前記主燃料バーナから供給される前記主燃料および酸素により、高温雰囲気下に保持しつつ、窯尻から該窯前に送られる前記セメント原料を焼成して前記セメントクリンカを製造するに際し、
前記汚染ガスを、当該窯前下方から前記ロータリーキルン内に供給される当該セメントクリンカによって暖められた二次空気の流れにより、該ロータリーキルン内へ拡散させることを特徴とする請求項１に記載の汚染ガスの処理方法。
窯前に設けられた主燃料バーナから供給される主燃料および酸素により、内部に焼成帯を形成し、窯尻から上記窯前に送られるセメント原料を焼成してセメントクリンカを製造するセメント製造用のロータリーキルンにおいて、当該焼成帯にて分解可能な汚染ガスを、前記主燃料バーナの火炎から離間した位置に噴出させる注入管を、上記主燃料バーナから独立して設けたことを特徴とするセメント製造用のロータリーキルン。
上記ロータリーキルンの上記窯前下部には、上記セメントクリンカを冷却するクリンカークーラーが設けられ、当該クリンカークーラーにおいて上記セメントクリンカにより暖められた二次空気が上記ロータリーキルン内に供給されるとともに、前記注入管は、前記主燃料バーナより下方に設置されていることを特徴とする請求項３に記載のセメント製造用のロータリーキルン。