JP5686798B2

JP5686798B2 - 設備内でのセメントクリンカ製造方法、およびこのようなセメントクリンカ製造設備

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Publication number: JP5686798B2
Application number: JP2012518105A
Authority: JP
Inventors: デヴロエ，セバスティアン
Original assignee: Fives FCB SA
Current assignee: Fives FCB SA
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: WO2011001044A1; MX2011013692A; FR2947542A1; CA2765642C; EP2449328A1; RU2012103452A; DK2449328T3; EP2449328B1; JP2012531378A; US20120132112A1; EP2449328B2; BRPI1014845A2; US9103591B2; CA2765642A1; FR2947542B1; CN102472580A; RU2536578C2; UA104895C2; DK2449328T4; CN102472580B

Description

本発明は、設備内でのセメントクリンカ製造方法、ならびにこのようなセメントクリンカ製造設備に関するものである。

セメント製造は、焼成材料、つまり炭酸カルシウムをその基本的成分とする鉱物から生産されたクリンカを、高い割合で利用する。

クリンカの製錬は、炭酸カルシウムの分解、ならびに作業に必要な燃料の燃焼によって大量の二酸化炭素を発生させる焼成作業を経る。

したがって、ポルトランドセメントと呼ばれるセメントを１トン生産する場合、処理される材料に由来する約５３０ｋｇのＣＯ_２、そして燃料に由来する２５０〜３００ｋｇのＣＯ_２の放出が伴う。
この二酸化炭素は、煙霧中に３０％未満の濃度で放出され、一方、煙霧の主要構成要素は窒素である。
これらの条件下では、二酸化炭素の単離および分離は困難である。

セメントクリンカの製造では、粉末状に予め粉砕した原料をロータリーキルン内でか焼する乾式と呼ばれる焼成方法を使用することが最も多い。
作業のエネルギー需要を削減するため、ロータリーキルンの上流および下流には交換器が追加されており、材料およびキルンから出る煙霧に含まれる熱を直接回収する。

上流では、サイクロン式予熱器内で原材料が浮遊状態で予熱され、また、部分的に脱炭酸化される。
下流では、クリンカ冷却器内で焼成材料が低温空気の送風によって冷却される。

乾式で作動する設備の大部分は、予熱器の下に予備か焼器と呼ばれる燃焼反応装置を含み、その中に設備によって消費される燃料の大半が送り込まれ、材料中に浮遊状態で含まれている炭酸カルシウムのその大部分の脱炭酸反応が、この装置内で行われる。

燃焼煙霧中のＣＯ_２の濃度を増大させるための方法は、予備か焼器への補給のために、酸素富有ガス流を使用して、窒素による燃料ガスの希釈を回避することから成る。
こうして、生成される煙霧の体積は従来の空気補給に比べて減少するが、それでも、予備か焼器内のガス流は、予備か焼器の導気的良好な作動のためには不充分なものとなる。
この制約条件を緩和するため、予熱器ひいては予備か焼器の煙霧の一部分を、予備か焼器に再循環させ、その結果、熱消費量が増大する。
こうして、欧州特許第１９２３３６７号明細書から、一方では酸素富有ガスによって、また他方では予備か焼器によって生成された煙霧の一部分を再循環させることによって、予備か焼器が補給される方法が公知である。

一部の設備は、二基の予熱器、つまり予備か焼器へと材料を導く前にキルンの煙霧と処理すべき材料の一部分とを受けとる予熱器と、予備か焼器の煙霧と処理すべき材料のもう一方の部分とを受けとる予熱器を含んでいる。
予備か焼器が設備の燃料の大部分を受けとり、また、材料の脱炭酸化の大部分は予備か焼器内で行われることから、二酸化炭素の７５％以上が第二の予熱器の煙霧内に含まれている。

本発明の目的は、上述のタイプの設備すなわち二基の予熱器を備えた設備において、予備か焼器に付随する第二の予熱器の煙霧中の二酸化炭素の濃度を大幅に増大させ、ならびに設備内で生成される二酸化炭素の主要部分の分離を容易にすることにある。

より詳細には、本発明の目的は、熱消費量を増大させることなくＣＯ_２を濃縮することを可能にする設備を提案することにある。

本発明の別の目的は、セメントクリンカの生産のために通常使用される方法を著しく変えないことにある。

本発明の別の目的は、設備の熱消費量を著しく変えないこと、ならびに二酸化炭素の分離の追求に、熱消費量の増大の結果生じる二酸化炭素の産出量の増大を伴うことを回避することにある。

本発明は、第一に、
−原材料の第一および第二の部分をそれぞれ予熱するための、第一のサイクロン式予熱器および第二のサイクロン式予熱器と、
−燃料を燃焼させるために燃焼ガスを用いた、予備か焼器から発生する煙霧が前記第二のサイクロン式予熱器へと導かれる予備か焼器と、
−燃料バーナーを備えた、ロータリーキルンから発生する煙霧が第一のサイクロン式予熱器へと導かれるロータリーキルンと、
−前記ロータリーキルンの出口の位置で、クリンカを通して冷却用ガスを送風することによるクリンカ冷却器と、
を含む、設備内でのセメントクリンカの製造方法に関するものであり、該方法において、
−第一のサイクロン式予熱器内で原材料の第一の部分を予熱し、
−第二のサイクロン式予熱器内で原材料の第二の部分を予熱し、
−ロータリーキルン内で予備か焼済の材料を焼成し、クリンカ冷却器内で焼成材料を冷却する前に、予備か焼器内で、予熱済の原材料の第一部分と予熱済の原材料の第二部分を予備か焼する。

本発明にかなった方法によると、
−予備か焼器の燃焼ガスは、体積で９０％〜１００％の酸素を含有し、
−予備か焼器は流動層によるものであり、流動化ガスは前記燃焼ガスであり、
−前記予備か焼器に煙霧を再循環せずに、予備か焼器で材料が予備か焼される。

単独でまたは組合せて取上げた任意の特徴によると、
−予備か焼器内に予熱済の材料が導入される前に、前記予備か焼器向けの燃料と、前記予熱済の材料とを混合する；
−流動化ガスの速度は２ｍ／秒未満である；
−予備か焼器内の材料の滞留時間は、１分超２０分未満である；
−燃料の粒度は、全体にまたは部分的に、１ｍｍ以上である；
−第二のサイクロン式予熱器の出口で煙霧の二酸化炭素を捕捉する；
−第二のサイクロン式予熱器の煙霧の一部分は、固体燃料向けの空気圧式輸送用流体としておよび／または液体燃料向けの噴霧用流体として、さらには前記第二の予熱器内の清掃用流体として使用される。

本発明は同様に、
−原材料の第一および第二の部分をそれぞれ予熱するための、第一のサイクロン式予熱器および第二のサイクロン式予熱器と、
−予備か焼器であり、前記予備か焼器から発生する煙霧が前記第二のサイクロン式予熱器へと導かれ、前記第一のサイクロン式予熱器内で予熱された材料のための入口と、第二のサイクロン式予熱器内で予熱された材料のための入口とを有する予備か焼器と、
−燃料バーナーを備えたロータリーキルンであり、ロータリーキルンから発生する煙霧が第一のサイクロン式予熱器へと導かれ、予備か焼器内の、か焼材料のための入口を有する前記ロータリーキルンと、
−前記ロータリーキルンの出口の位置で、冷却用ガスを送風することによるクリンカ冷却器と、
を含む、セメントクリンカ製造設備にも関するものである。

本発明に係る設備は、体積で９０％〜１００％の酸素を含む燃焼ガスを前記予備か焼器に補給するための手段を含み、これにおいて予備か焼器は流動層によるものであり、前記燃焼ガスは流動化ガスである。

一つの実施形態によると、設備は、前記予備か焼器の上流に、燃料を予熱済の材料と混合する手段を有する。

本発明の一実施形態の概略図である。

本発明は、本発明の一つの実施形態を示した唯一の図を伴う以下の説明を読むことによって、さらに良く理解することができるものである。
本発明は、
−原材料の第一部分４および原材料の第二部分６をそれぞれ予熱するための、第一サイクロン式予熱器５および第二サイクロン式予熱器７と、
−燃料を燃焼させるために燃焼ガス９を用いた、予備か焼器１から発生する煙霧８が前記第二サイクロン式予熱器７へと導かれる予備か焼器１と、
−燃料バーナーを備えた、ロータリーキルンから発生する煙霧１８が第一サイクロン式予熱器５へと導かれるロータリーキルン２と、
−前記ロータリーキルン２の出口の位置で、冷却用ガスを送風することによるクリンカ冷却器３と、
を含む、設備内でのセメントクリンカの製造方法に関するものである。

この方法によると、
−前記第一サイクロン式予熱器５内で原材料の第一部分４が予熱され、
−前記第二サイクロン式予熱器７内で原材料の第二部分６が予熱され、
−ロータリーキルン内で予備か焼済の材料が焼成され、前記クリンカ冷却器内で焼成材料が冷却される前に、予備か焼器１内で、予熱済の原材料の第一部分４１と予熱済の原材料の第二部分６１が予備か焼される。

本発明によると、予備か焼器１の燃焼ガス９は、体積で９０％〜１００％の酸素濃度を示す。

有利には、予備か焼器１は、流動層１３によるものであり、流動化ガスは前記燃焼ガスである。
流動化ガスの速度は、２ｍ／秒未満であってよい。

こうして、流動層内を支配する低いガス速度は、運搬流と呼ばれる現行技術の予備か焼器の場合よりも低く、分離することを目的にＣＯ_２の濃縮が所望される設備内で一般的に見られる再循環（すなわち欧州特許第１９２３３６７号明細書）、つまり予備か焼器に煙霧を再循環することなく、予備か焼を実施することを可能にする。
予備か焼器内の材料の滞留時間は、１分超２０分未満であってよい。
この滞留時間は、現行技術の、前記運搬流の予備か焼器の、材料の滞留時間よりはるかに長い。
これらの長い滞留時間により、特に１ｍｍ以上の粒度の燃料、つまり現行技術の設備の運搬流予備か焼器内で使用されているはるかに小さい粒度の燃料に比べ、コストが安い燃料の使用が可能となる。

予備か焼器１向けの燃料１０は、予熱済の材料と混合させることができる。
より詳細には、図１の実施例によると、予備か焼器１内に前記予熱済の材料の第二部分６１が導入される前に、燃料１０が予熱済の材料の第二部分６１と混合される。
こうして、燃料１０は、流動層内に導入される前に材料に混合される。

こうして、全体に分布した形で燃焼が行なわれ、燃焼により発生した熱は、材料の脱炭酸反応中に、その熱の発生にしたがって消費されるので、温度は、脱炭酸反応によって画定される領域内、すなわち９５０℃未満の値にとどまる。

第二サイクロン式予熱器７内に導入された原材料の第二部分６（粉末）の量は、前記第二サイクロン式予熱器７内に適切な導気的作動が得られるように、煙霧の量に適合させられる。
非限定的な一例として、原材料の第一部分４は、原材料の約６０〜７０％に相当し、原材料の第二部分６は、原材料の約３０〜４０％に相当する。
第一サイクロン式予熱器５内に適切な導気的作動を得るために、前記クリンカ冷却器３内で焼成材料によって温められた空気の一部を、特に導管１２を介して第一サイクロン式予熱器５内に誘導してもよい。

第二サイクロン式予熱器７の出口で、煙霧１１の二酸化炭素が捕捉される。
二酸化炭素の濃度は、体積で７５％を大幅に上回る。

前記第二サイクロン式予熱器７の煙霧１１の一部分を、固体燃料向けの空気圧式輸送用流体としておよび／または液体燃料向けの噴霧用流体として、さらには前記第二サイクロン式予熱器７内の清掃用流体として使用することができる。

本発明は同様に、特にこの方法を実施するのに適したセメントクリンカ製造設備にも関するものである。

この設備は、
−原材料の第一部分４および原材料の第二部分６をそれぞれ予熱するための、第一サイクロン式予熱器５および第二サイクロン式予熱器７と、
−予備か焼器１であり、前記予備か焼器１から発生する煙霧８が、前記第二サイクロン式予熱器７へと導かれ、前記第一サイクロン式予熱器５内で予熱された材料のための入口２０と、前記第二サイクロン式予熱器７内で予熱された材料のための入口３０を有する予備か焼器１と、
−燃料バーナーを備えたロータリーキルン２であり、ロータリーキルン２から発生する煙霧１８が第一サイクロン式予熱器５へと導かれ、前記予備か焼器１内でか焼された材料のための入口４０を有する前記ロータリーキルン２と、
−前記ロータリーキルン２の出口の位置で、冷却用ガスを送風することによるクリンカ冷却器３と、
を含む。

本発明によると、設備は、体積で９０％〜１００％の間の酸素を含む燃焼ガス９を予備か焼器１に補給するための補給手段９０を含む。

予備か焼器１は流動層１３によるものであり、燃焼ガス９が流動化ガスである。
この設備は、予備か焼器１の上流に、燃料を予熱済の材料と混合する混合手段１００を有していてもよい。

図１の実施例によると、導管１２は、前記クリンカ冷却器３内で焼成材料により温められた空気の一部を、第一サイクロン式予熱器５へと導き、前記第一サイクロン式予熱器５に充分な流れを維持できるようにすることができる。

ここで、本発明に係る設備の数値を含めた実施例について詳述する。

考慮対象のクリンカ製造設備は、既存の多数のプラントの能力を代表する平均的サイズのクリンカ生産プラントであり、これは毎時２７０トンの流量の原材料から一日４０００トンのクリンカを生産する。

この実施例の好ましい実施によると、その作動を、次のように記述することができる。

設備は、クリンカ１ｋｇあたり３２００ｋＪを消費し、これは通常の消費値である。
燃料は、石油コークスである。

ロータリーキルンでは、燃料の３５．２％が消費され、これを、前記クリンカ冷却器内で生成された１１８０℃の第二エアと呼ばれる５９，６７０Ｎｍ^３／時の空気と共に燃焼させる。

こうして生成された煙霧を、五段のサイクロン付きの予熱器（第一サイクロン式予熱器５）内に導き、そこに粉末の６３．７％（つまり１７２ｔ／時）を補給する。
同様に第一サイクロン式予熱器５内に、導管１２を介して冷却器に由来する４００℃の７６，８３０Ｎｍ^３／時という流量の高温空気も導く。
第一サイクロン式予熱器５内を循環するガス全体により、材料とガスの間に０．８ｋｇ／ｋｇの単位質量あたりの比率を保障し、適切な導気的作動を得ることが可能となる。
煙霧は、２８０℃で予熱器から逃がされる。

材料の脱炭酸化は、流動層として機能する予備か焼器１内で実施され、燃料の６４．８％を受入れる。
燃焼は、９８％の純粋酸素により保障され、この酸素は同時に流動層のための流動化ガスの機能も保障する。
酸素の流量は、２２０００Ｎｍ^３／時である。

燃料の燃焼および材料の脱炭酸化によって生成される煙霧の流量、つまり６４０００Ｎｍ^３／時の流量は、３６．３％、つまり９８ｔ／時の粉末を受入れるサイクロン式予熱器（第二サイクロン式予熱器７）内に導かれる。
材料と煙霧の間の単位質量あたりの比率は０．８ｋｇ／ｋｇであり、これが適切な導気的作動と最適な熱交換を保障する。
煙霧は３００℃で第二サイクロン式予熱器７を退出する。
第二サイクロン式予熱器７により放出される煙霧の組成は（体積で）以下の通りである：
−ＣＯ_２：８６．５％、
−Ｎ_２：１．０％
−Ｏ_２：２．９％
−Ｈ_２Ｏ：９．６％

これらの煙霧は、クリンカ１ｋｇあたり０．６５１ｇのＣＯ_２、つまり焼成プラント中で生成される総量の７５．１％、すなわち濃縮された形で１０８５００ｋｇ／時のＣＯ_２の流量を含む。
水の凝縮後のＣＯ_２含有量は、９５．７％に達する。

当然のことながら、当業者であれば、以下で記す特許請求の範囲により定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態を想定することができたものと考えられる。

１予備か焼器
２ロータリーキルン
３クリンカ冷却器
４原材料の第一部分
４１予熱済の原材料の第一部分
５第一サイクロン式予熱器
６原材料の第二部分
６１予熱済の原材料の第二部分
７第二サイクロン式予熱器
８煙霧
９燃焼ガス
１０燃料
１１煙霧
１２導管
１３流動層
１８煙霧
２０入口
３０入口
４０入口
９０補給手段
１００混合手段

欧州特許第１９２３３６７号明細書

Claims

−原材料の第一部分（４）および第二部分（６）をそれぞれ予熱するための、第一サイクロン式予熱器（５）および第二サイクロン式予熱器（７）と、
−燃料を燃焼させるために燃焼ガス（９）を用いた、流動層（１３）による予備か焼器（１）から発生する煙霧（８）が前記第二サイクロン式予熱器（７）へと導かれる、予備か焼器（１）と、
−燃料バーナーを備えた、ロータリーキルン（２）から発生する煙霧（１８）が第一サイクロン式予熱器（５）へと導かれるロータリーキルン（２）と、
−前記ロータリーキルン（２）の出口の位置で、クリンカを通して冷却用ガスを送風することによるクリンカ冷却器（３）と、
を含む、設備内でのセメントクリンカの製造方法であり、
−前記第一サイクロン式予熱器（５）内で原材料の第一部分（４）を予熱し、
−前記第二サイクロン式予熱器（７）内で原材料の第二部分（６）を予熱し、
−ロータリーキルン（２）内で予備か焼済の材料を焼成し、前記クリンカ冷却器（３）内で焼成材料を冷却する前に、予備か焼器（１）内で、予熱済の原材料の第一部分（４１）と予熱済の原材料の第二部分（６１）を予備か焼する方法であって、
−予備か焼器（１）の前記燃焼ガス（９）が、体積で９０％〜１００％の酸素を含有し、
−流動層（１３）のための流動化ガスは前記燃焼ガスであり、
−前記予備か焼器（１）に煙霧を再循環せずに、予備か焼器（１）で材料（４、６）を予備か焼することを特徴とする、方法。
前記予備か焼器（１）内に前記予熱済の材料（６１）を導入する前に、予備か焼器（１）向けの燃料（１０）と、予熱済の材料（６１）とを混合する、請求項１に記載の方法。
流動化ガスの速度が、２ｍ／秒未満である、請求項１または２に記載の方法。
予備か焼器（１）内の材料の滞留時間が、１分超で２０分未満である、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
燃料の粒度が、全体にまたは部分的に１ｍｍ以上である、請求項４に記載の方法。
第二サイクロン式予熱器（７）の出口で、煙霧（１１）の二酸化炭素を捕捉する、請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
前記クリンカ冷却器（３）内で焼成材料によって温められた空気の一部が前記第一サイクロン式予熱器（５）内に導かれる、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
前記第二サイクロン式予熱器（７）の煙霧（１１）の一部分が、固体燃料向けの空気圧式輸送用流体としておよび／または液体燃料向けの噴霧用流体として、さらには前記第二サイクロン式予熱器（７）内の清掃用流体として使用される、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
前記燃料（１０）は、予熱済の材料の第二の部分（６１）と混合されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
−原材料の第一部分（４）および第二部分（６）をそれぞれ予熱するための、第一サイクロン式予熱器（５）および第二サイクロン式予熱器（７）と、
−流動層（１３）による予備か焼器（１）であり、前記予備か焼器から発生する煙霧（８）が前記第二サイクロン式予熱器（７）へと導かれ、前記第一サイクロン式予熱器（５）内で予熱された材料のための入口（２０）と第二サイクロン式予熱器（７）内で予熱された材料のための入口（３０）とを有する予備か焼器（１）と、
−燃料バーナーを備えたロータリーキルン（２）であり、ロータリーキルン（２）から発生する煙霧（１８）が第一サイクロン式予熱器（５）へと導かれ、前記予備か焼器（１）内でか焼された材料のための入口（４０）を有するロータリーキルン（２）と、
−前記ロータリーキルン（２）の出口の位置で、冷却用ガスを送風することによるクリンカ冷却器（３）と、
を含むセメントクリンカ製造設備であり、
酸素濃度が９０％〜１００％の間に含まれる燃焼ガスを、前記予備か焼器（１）に補給するための補給手段（９０）を含み、流動層（１３）のための流動化ガスは前記燃焼ガスであることを特徴とする、設備。
前記予備か焼器（１）の上流に、燃料（１０）と予熱された材料の混合手段（１００）を有する、請求項１０に記載の設備。