水泥制造设备中的CO₂气体的回收方法及回收设备的制作方法

专利名称：水泥制造设备中的CO₂气体的回收方法及回收设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于高浓度地回收水泥制造设备中主要在水泥原料煅烧时产生的 CO2气体的、水泥制造设备中产生的CO2气体的回收方法及回收设备。
背景技术：
近年来，世界范围内遍及整个工业领域都在开展着削减成为地球温暖化主要原 因的二氧化碳(CO2)气体的尝试。S卩，水泥工业与电力以及钢铁等同样是CO2气体排出量较多的工业之一，上升 至日本的CO2气体总排出量的大约4%。因此，该水泥工业中CO2气体的排出削减将对 日本总体的CO2气体的排出削减产生很大的贡献。图12表示上述水泥工业中的通常的水泥制造设备，图中标记1为用于烧成水泥 原料的回转窑(水泥窑)。并且，在该回转窑1的图中左方的窑尾部分2上，并列设置有用于预热水泥原料 的2组预热器3，同时在图中右方的窑前设置有用于加热内部的主燃烧器5。应予说明， 图中标记6为用于冷却烧成后的水泥熟料的熟料冷却器。此处，各预热器3由在上下方向上呈直列配置的多段旋风分离器构成，由供给 管4供给至最上段的旋风分离器的水泥原料，随着依次下落至下方的旋风分离器，而被 从下方升起的来自回转窑1的高温排气所预热，进而被从下方第2段的旋风分离器取出而 输送至煅烧炉7，在该煅烧炉7中通过燃烧器7a而被加热煅烧后，从最下段的旋风分离器 介由移送管3a而导入至回转窑1的窑尾部分2。另一方面，在窑尾部分2中设置有将从回转窑1排出的燃烧排气供给至最下段的 旋风分离器的排气管3b，输送至上述旋风分离器的排气被依次送至上方的旋风分离器， 从而对上述水泥原料进行预热，同时最终从最上段的旋风分离器的上部由排气扇9通过 排气管8而进行排气。在包含上述构成的水泥制造设备中，首先通过预热器3对作为水泥原料的主要 原料而含有的石灰石(CaCO3)进行预热，接着在煅烧炉7以及预热器3的最下段的旋风 分离器中煅烧后，在回转窑1内在大约1450°C的高温气氛下通过烧成而制造水泥熟料。并且，在该煅烧中，发生由CaC03 —Ca0+C02个所表示的化学反应，产生CO2 气体(源于原料的CO2气体的产生)。该源于原料的CO2气体的浓度，理论上为100%。 另外，为了将上述回转窑1保持在上述高温气氛下，在主燃烧器5中燃烧化石燃料的结 果，由于该化石燃料的燃烧也产生CO2气体(源于燃料的CO2气体的产生)。此处，来 自主燃烧器5的排气中，由于大量含有燃烧用空气中的N2气体，故该排气中所含有的源 于燃料的CO2气体的浓度为约15%，较低。其结果，从上述水泥窑所排出的排气中，混合有上述高浓度的源于原料的CO2 气体与低浓度的源于燃料的CO2,因此尽管CO2的排出量大，但其CO2浓度为30 35% 左右，存在难以回收的问题。
与此相对，作为现在正在开发的CO2气体的回收方法，有液体回收方式、膜分 离方式、固体吸附方式等，但仍然存在回收成本极高的问题。另外，作为防止由上述水泥制造设备排出的CO2所致的地球温暖化的方法，提 出了对以低浓度从该排出源排出的CO2进行分离·回收而将浓度提高至约100%，在液 化后储存在土地中的方法等，然而用于分离·回收的成本高，同样也不能够实现。另一方面，在下述专利文献1中提出了间接加热式石灰石烧成炉，该间接加热 式石灰石烧成炉具备烧成区，所述烧成区在使填充于耐火材料制的导热管中的石灰石 移动的同时，通过从燃烧炉导入的1000°C 1300°C高温气体间接地的将石灰石(CaCO3) 烧成分解为生石灰(CaO)与二氧化碳气体(CO2气体)；冷却区，所述冷却区循环使用所 生成的二氧化碳气体以冷却高温生石灰；预热区，所述预热区通过循环二氧化碳气体预 热石灰石，该循环二氧化碳气体由于烧成区所生成的高温二氧化碳气体与生石灰的冷却 而变为高温。并且，根据上述加热式石灰石烧成炉，通过不使石灰石与高温燃烧气体直接接 触而间接地烧成，不管燃料如何均能得到纯度高的生石灰，同时由于填充有石灰石的导 热管内的上述CO2气体浓度接近100%，因而能够以高浓度回收上述石灰石烧成时所产生 的二氧化碳气体。然而，如图13所示，石灰石发生煅烧反应的温度随着气氛中的CO2气体浓度增 加而显著上升，当接近100% (相当于在大气压(Iatm)下的分压latm)时，为超过860°C 的温度。因此，通过上述间接加热式石灰石烧成炉，利用现有技术对石灰石进行煅烧 后，如果试图加入粘土等Si02、Al2O3> Fe2O3等其他水泥原料而制造水泥熟料，则需要对 上述导热管如所述地通过1000°C 1300°C高温气体间接地进行加热，结果存在成本增加 的问题。另外，为了对上述导热管间接地进行加热而燃烧化石燃料以得到上述高温气体 时，则反而存在该燃烧导致产生大量的CO2气体的问题。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2004-231424号公报

发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供水泥制造设备中的CO2气体 的回收方法以及回收设备，其中，通过有效地活用水泥制造设备中的热源从而能够以高 浓度对该水泥设备中产生的CO2气体进行分离回收。 (1)本发明的第1 第4方案 为了解决上述问题，本发明的第1方案是水泥制造设备中的CO2气体的回收方 法，该方法是用于对将水泥原料以第1预热器预热后供给至内部保持在高温气氛的水泥 窑进行烧成的水泥制造设备中产生的CO2气体进行回收的方法，其特征在于，将从所述 第1预热器取出的煅烧前的所述水泥原料在过热炉中过热至煅烧温度以上后供给至混合 煅烧炉并与从所述第1预热器取出且供给至该混合煅烧炉的新的煅烧前的所述水泥原料 进行混合，从而使该混合煅烧炉内保持在煅烧温度以上以对所述煅烧前的水泥原料进行煅烧，然后使经煅烧的所述水泥原料再度返回至所述过热炉并循环至所述混合煅烧炉， 通过重复上述工序，对所述混合煅烧炉内产生的CO2气体进行回收，同时将经煅烧的所 述水泥原料的一部分供给至所述水泥窑。需要说明的是，所述煅烧温度是指引起石灰石、即CaCO3(碳酸钙)分解为 CaO(碳酸钙)与CO2的反应的温度。另外，在将煅烧后的上述水泥原料的一部分供给至上述水泥窑时，可以是从所 述混合煅烧炉供给，或是从所述过热炉供给。另外，本发明的第2方案的特征在于，在上述第1方案所述的回收方法中，在将 从上述第1预热器取出的煅烧前的上述水泥原料以及经与上述第1预热器相独立的第2预 热器预热的煅烧前的其他水泥原料供给至所述混合煅烧炉，同时将所述混合煅烧炉内产 生的CO2气体作为所述第2预热器的热源进行利用后进行回收。进一步，本发明的第3方案是用于对具备预热水泥原料的第1预热器、和对通过 该第1预热器预热的上述水泥原料进行烧成的水泥窑的水泥制造设备中产生的CO2气体 进行回收的设备，其特征在于，具备从上述第1预热器取出煅烧前的上述水泥原料的 取出管；导入有由该取出管取出的上述水泥原料的混合煅烧炉；将由该混合煅烧炉供给 的上述水泥原料过热至煅烧温度以上的过热炉；将经该过热炉过热的上述水泥原料返回 至上述混合煅烧炉，同时将上述混合煅烧炉内的上述水泥原料输送至上述过热炉的循环 管；将经煅烧的上述水泥原料的一部分返回至上述第1预热器或上述水泥窑的返回管； 和对在上述混合煅烧炉内产生的CO2气体进行回收的CO2气体排气管。需要说明的是，在将经煅烧的上述水泥原料的一部分供给至上述第1预热器或 上述水泥窑时，可以是从上述混合煅烧炉供给，或是从上述过热炉供给。另外，本发明的第4方案的特征在于，在上述第3方案的回收设备中，具备与 上述第1预热器相独立地设置以预热其他水泥原料的第2预热器；和将经该第2预热器预 热的煅烧前的上述其他水泥原料供给至上述混合煅烧炉，且上述混合煅烧炉的上述CO2 气体排气管被作为上述第2预热器的热源而导入。在本发明的第1方案或第2方案的回收方法以及本发明的第3方案或第4方案的 回收设备中，将从第1预热器取出的煅烧前的水泥原料在过热炉过热至煅烧温度以上后 供给至混合煅烧炉，在该混合煅烧炉内与新供给的上述煅烧前的水泥原料进行混合的同 时保持在煅烧温度以上，由此煅烧前的水泥原料得以煅烧。其结果，在上述混合煅烧炉内充满了由水泥原料的煅烧产生的CO2气体，该CO2 气体浓度为约100%。由此，根据上述回收方法或回收设备，能够从CO2气体排气管回 收来自上述混合煅烧炉的约100%浓度的CO2气体。另外，尤其在本发明的第2方案或第4方案中，将在上述混合煅烧炉内产生的高 温CO2气体输送至与第1预热器相独立的第2预热器以用于水泥原料的预热后，可以直接 从排气管进行回收。此时，由于上述混合煅烧炉内变成接近100%的高浓度CO2气体气氛，故水泥原 料的煅烧温度变高，但水泥原料中与石灰石(CaCO3) —起还含有粘土、二氧化硅以及氧 化铁原料，即Si02、Al2O3以及Fe203。并且，上述水泥原料在800 900°C左右的温度气氛下产生由下式所示的反应，
2CaC03+Si02 — 2CaO · Si02+2C02 (1)2CaC03+Fe203 — 2CaO · Fe203+2C02 个(2)CaCO3+Al2O3 — CaO · A1203+C02 丨 (3)最终生成构成水泥熟料的硅酸钙化合物，即硅酸三钙石(3CaO · SiO2)以 及贝利特(2CaO · SiO2),以及间隙相即铝酸盐相(3CaO · Al2O3)以及铁素体相 (4CaO · Al2O3 · Fe2O3)。此时，从示于图3的上述(1)式的反应温度的图、示于图4的上述(2)式的反应 温度的图以及示于图5的上述(3)式的反应温度的图可见，即使在纵轴所示的CO2气体分 压变高的情况下，也能够以较低的温度使上述反应发生。进一步，在上述水泥原料中，除了发生上述(1) (3)式所示的反应之外，由硅 石、粘土等石灰石以外的原料所带入的Si02、A1203、Fe2O3以及其他微量成分成为矿化 剂，从而促进碳酸钙的热分解，因此如由图6可见，相比于碳酸钙单独的情况，热分解 的开始温度以及结束温度均降低。需要说明的是，图6从将上述水泥原料(feed、投料) 的试样以及石灰石(CaCO3)单独的试样分别以接近于通常的水泥制造设备中的加热速度 lOK/sec的速度进行加热时的重量变化确认了上述热分解的推移。由上述可知，根据本发明，即使降低过热炉中的工作温度(过热温度)也能够确 保所期望的CO2气体回收量，因此可以降低设备的热负荷和科琴问题(二一f > V卜，7'等。另外，导入至混合煅烧炉的煅烧前的水泥原料，与通常的水泥制造工艺同样地 在水泥制造设备中由第1预热器进行预热，同时，在本发明的第2方案或第4方案中的其 他水泥原料在第2预热器内被从混合煅烧炉排出的高温CO2气体所预热。进一步，由于经煅烧的高温水泥原料的一部分在混合煅烧炉以及过热炉之间被 循环使用，故可以确保混合煅烧炉中较大热量，同时相比于现有的水泥制造设备而言无 需增加新的热能即可选择性地以高浓度对煅烧时产生的源于原料的CO2进行回收。另外，尤其在本发明的第2方案或第4方案中，通过将产生CO2气体时所产生的 热量用于上述其他水泥原料的预热，能够有效活用于混合煅烧炉中的热分解。(2)本发明的第5 第13方案本发明的第5方案是用于对将水泥原料以第1预热器预热后供给至内部保持在高 温气氛的水泥窑进行烧成以制备水泥熟料的水泥制造设备中产生的CO2气体进行回收的 方法，其特征在于，将从所述第1预热器取出的煅烧前的上述水泥原料供给至混合煅烧 炉，同时将从上述水泥窑排出的高温的所述水泥熟料的一部分导入至上述混合煅烧炉， 从而将上述混合煅烧炉内保持在煅烧温度以上以对上述煅烧前的上述水泥原料进行煅 烧，然后至少将上述水泥原料返回至上述第1预热器或上述水泥窑，同时对上述混合煅 烧炉内产生的CO2气体进行回收。另外，本发明的第6方案的特征在于，在上述第5方案所述的回收方法中，将从 所述第1预热器取出的煅烧前的上述水泥原料以及与上述第1预热器相独立地设置的第2 预热器中预热至煅烧前的温度的其他水泥原料供给至上述混合煅烧炉，同时将上述混合 煅烧炉内产生的CO2气体作为上述第2预热器的热源进行利用后进行回收。进一步，本发明的第7方案的特征在于，在上述第5方案所述的回收方法中，将
8在上述混合煅烧炉内煅烧的上述水泥原料以及上述水泥熟料返回至上述第1预热器或所 述水泥窑。另外，本发明的第8方案的特征在于，在上述第6方案所述的回收方法中，将在 上述混合煅烧炉内煅烧的上述水泥原料以及上述水泥熟料返回至上述第1预热器或上述 水泥窑。与此相对，本发明的第9方案的特征在于，在上述第5方案所述的回收方法中， 将在上述混合煅烧炉内煅烧的上述水泥原料与上述水泥熟料分离，并将上述水泥原料返 回至上述第1预热器或上述水泥窑。另外，本发明的第10方案的特征在于，在上述第6方案所述的回收方法中，将 在上述混合煅烧炉内煅烧的上述水泥原料与上述水泥熟料分离，并将上述水泥原料返回 至上述第1预热器或上述水泥窑。接下来，本发明的第11方案是用于对具备预热水泥原料的第1预热器、对经该 第1预热器预热的上述水泥原料进行烧成以制造水泥熟料的水泥窑的水泥制造设备中产 生的CO2气体进行回收的设备，其特征在于，具有从上述第1预热器取出煅烧前的上 述水泥原料的取出管；导入有由该取出管取出的上述水泥原料以及由上述水泥窑取出的 高温的上述水泥熟料的一部分并对该水泥原料进行煅烧的混合煅烧炉；将在该混合煅烧 炉中煅烧的上述水泥原料以及上述水泥熟料的一部分返回至上述第1预热器或上述水泥 窑的返回管；和对在上述混合煅烧炉内产生的CO2气体进行回收的CO2排气管。另外，本发明的第12方案是用于对具备预热水泥原料的第1预热器、对通过该 第1预热器预热的上述水泥原料进行烧成以制造水泥熟料的水泥窑的水泥制造设备中产 生的CO2气体进行回收的设备，其特征在于，具备从从上述第1预热器取出煅烧前的 上述水泥原料的取出管；导入有由该取出管取出的上述水泥原料以及由上述水泥窑取出 的高温的上述水泥熟料的一部分并对该水泥原料进行煅烧的混合煅烧炉；对在该混合煅 烧炉中煅烧的上述水泥原料以及上述水泥熟料进行分离的分离装置；将在该分离装置中 分离的上述水泥原料返回至上述第1预热器或上述水泥窑的返回管；和对在上述混合煅 烧炉内产生的CO2气体进行回收的CO2排气管。并且，本发明的第13方案的特征在于，在上述第11方案或上述第12方案所述 的回收设备中，还具备与上述第1预热器相独立地设置以预热其他水泥原料的第2预热 器；和将经该第2预热器预热的煅烧前的上述其他水泥原料供给至上述混合煅烧炉的移 送管，且来自上述混合煅烧炉的上述CO2排气管被作为上述第2预热器的热源而导入。在本发明的第5 第10的方案所述的回收方法以及本发明的第11 第13方案 所述的回收设备中，通过将从第1预热器取出的煅烧前的水泥原料供给至混合煅烧炉， 同时将从水泥窑排出的高温水泥熟料的一部分导入至上述混合煅烧炉，将该混合煅烧炉 内保持在煅烧温度以上，其结果，煅烧前的上述水泥原料得以煅烧。另外，在本发明的 第6、13方案中，通过将上述水泥原料、水泥熟料以及在第2预热器中被预热至煅烧前温 度的其他水泥原料在混合煅烧炉中进行混合，煅烧前的上述水泥原料得以煅烧。其结果，在上述混合煅烧炉内充满由水泥原料的煅烧产生的CO2气体，该CO2 气体浓度为约100%。由此，根据上述回收方法或回收设备，能够从上述混合煅烧炉回收 约100%浓度的CO2气体。
另外，尤其在本发明的第6方案或第13方案中，将在所述混合煅烧炉内产生的 高温CO2气体输送至与第1预热器相独立的第2预热器以用于水泥原料的预热后，可以直 接从排气管进行回收，由此可以实现从混合煅烧炉排出的上述CO2气体的有效利用。此时，由于上述混合煅烧炉内变为接近于100%的高浓度的CO2气体气氛，故水 泥原料的煅烧温度变高，但水泥原料中与石灰石(CaCO3) —起还含有粘土、二氧化硅以 及氧化铁原料，即Si02、Al2O3以及Fe203。并且，上述水泥原料在800 900°C左右的温度气氛下产生由下式所示的反应，2CaC03+Si02 — 2CaO · Si02+2C02 (1)2CaC03+Fe203 — 2CaO · Fe203+2C02 (2)CaCO3+Al2O3 — CaO · A1203+C02 丨 (3)最终生成构成水泥熟料的硅酸钙化合物，即硅酸三钙石(3CaO · SiO2)以及 贝利特(2CaO · SiO2),以及作为间隙相的铝酸盐相(3CaO · Al2O3)以及铁素体相 (4CaO · Al2O3 · Fe2O3)。此时，从示于图3的上述(1)式的反应温度的图、示于图4的上述(2)式的反应 温度的图以及示于图5的上述(3)式的反应温度的图可见，即使在纵轴所示的CO2气体分 压变高的情况下，也能够以较低的温度使上述反应发生。进一步，在上述水泥原料中，除了发生上述(1) (3)式所示的反应之外，由 硅石、粘土等石灰石以外的原料所带入的Si02、A1203、Fe2O3以及其他微量成分成为矿 化剂，从而促进碳酸钙的热分解，因此如图6所给出的，相比于碳酸钙单独的情况，热 分解的开始温度以及结束温度均降低。需要说明的是，图6从将上述水泥原料(feed、投 料)的试样以及石灰石(CaCO3)单独的试样分别以接近于通常的水泥制造设备中的加热 速度lOK/sec的速度进行加热时的重量变化确认了上述热分解的推移。由上述可知，根据本发明，即使降低过热炉中的工作温度(过热温度)也能够确 保所期望的CO2气体回收量，因此可以降低设备的热负荷和科琴问题等。另外，导入至混合煅烧炉的煅烧前的水泥原料，与通常的水泥制造工艺同样地 被水泥制造设备中的第1预热器预热，在本发明的第6方案中其他水泥原料在以从混合煅 烧炉排出的高温(02气体作为加热介质的第2预热器内被预热，同时，使用从水泥窑排出 的高温水泥熟料作为煅烧上述煅烧前水泥原料的热源，因此无需用于煅烧该水泥原料的 附加能量。进一步，在本发明的第7方案、第8方案或第11方案中，由于高温的上述水 泥原料的一部分被循环于水泥窑与混合煅烧炉之间，因而可以确保混合煅烧炉中较大热 量，同时相比于现有的水泥制造设备而言无需增加新的热能即可选择性地以高浓度对煅 烧时产生的源于原料的CO2进行回收。与此相对，在本发明的第9方案、第10方案或第12方案中，由于将从混合煅烧 炉排出的煅烧后水泥原料与水泥熟料进行分离，而仅将上述水泥原料返回至第1预热器 或水泥窑中，因此上述水泥熟料被再度送至烧成工序，而无需消耗多余的水泥窑的驱动 电力等。(3)本发明的第14 第17方案本发明的第14方案是用于对将水泥原料以预热器预热后供给至内部保持在高温气氛的水泥窑进行烧成的水泥制造设备中产生的CO2气体进行回收的方法，其特征在 于，将从上述预热器取出的煅烧前的上述水泥原料在外热式煅烧炉中间接地加热至煅烧 温度以上的温度以对上述煅烧前的水泥原料进行煅烧，然后对经煅烧的上述水泥原料与 上述煅烧时产生的(02气体进行分离，并将上述水泥原料返回至上述第1预热器或上述水 泥窑，同时对上述CO2气体进行回收。另外本发明的第15方案的特征在于，在上述第14方案所述的回收方法中，将从 上述预热器取出的煅烧前的上述水泥原料以及在与上述预热器相独立地设置的具有多段 旋风分离器的第2预热器中预热至煅烧前的温度的其他水泥原料，在上述外热式煅烧炉 中间接地加热至煅烧温度以上的温度以对煅烧前的上述水泥原料进行煅烧，然后通过上 述旋风分离器对经煅烧的上述水泥原料与上述煅烧时产生的CO2气体进行分离，并将上 述CO2气体作为上述第2预热器的热源进行利用后进行回收。接下来，本发明的第16方案是用于对具备预热水泥原料的预热器、对通过该预 热器预热的上述水泥原料进行烧成的水泥窑的水泥制造设备中产生的CO2气体进行回收 的设备，其特征在于，具备从上述预热器取出煅烧前的上述水泥原料的第1取出管； 内部导入有该第1取出管并将上述水泥原料间接地加热至煅烧温度以上的温度以进行煅 烧的外热式煅烧炉；设置于该外热式煅烧炉的出口侧并对由上述第1取出管送来的经煅 烧的上述水泥原料与CO2气体进行分离的固气分离装置；将通过该固气分离装置分离的 上述水泥原料返回至上述预热器或上述水泥窑的返回管；和对通过上述固气分离装置分 离的CO2气体进行回收的CO2气体的回收管。另外，本发明的第17方案的特征在于，在上述第16方案所述的回收设备中，还 具有与所述预热器相独立地设置以预热其他水泥原料的具备多段旋风分离器的第2预 热器；将经该第2预热器预热的上述其他水泥原料取出的第2取出管；和连接于上述外 热式煅烧炉的排出侧与上述第2预热器的下段的上述旋风分离器之间，同时从上段的上 述旋风分离器的排气管分出支管以连接于上述外热式煅烧炉的入口侧的循环管，并且， 上述固气分离装置为上述第2预热器的上述下段的旋风分离器，同时上述第1取出管以及 第2取出管连接于上述循环管的上述外热式煅烧炉的上流侧。在本发明的第14、第15方案所述的回收方法以及本发明第16、第17方案所述 的回收设备中，将从第1预热器取出的煅烧前的水泥原料输送至外热式煅烧炉以间接地 加热至煅烧温度以上的温度，由此煅烧前的上述水泥原料得以煅烧。另外，在本发明的第15、第17方案中，将通过预热器预热至煅烧前的温度的水 泥原料与在第2预热器中预热至煅烧前的温度的其他水泥原料从循环管输送至外热煅烧 炉，同样间接地加热至煅烧温度以上的温度，由此煅烧前的上述水泥原料得以煅烧。其结果，在本发明的第14、第16方案中的第1取出管、或本发明的第15、第17 方案中的循环管被经煅烧的水泥原料和该水泥原料的煅烧所产生的CO2气体所充满，该 CO2气体浓度达到约100%。并且，通过固气分离装置将经煅烧的水泥原料与CO2气体 进行分离，由此可以对约100%浓度的CO2气体进行回收。另外，尤其在本发明的第15方案中，将上述混合煅烧炉内的CO2气体输送至与 第1预热器相独立的第2预热器而用于水泥原料的预热后，可以直接从回收管回收。此时，由于本发明的第14、第16方案中的第1取出管、或本发明的第15、第17方案中的循环管内变成接近100%的高浓度CO2气体气氛，因而水泥原料的煅烧温度 变高，但水泥原料中与石灰石(CaCO3) —起还含有粘土、二氧化硅以及氧化铁原料，即 SiO2、Al2O3 以及 Fe2O3。并且，上述水泥原料在800 900°C左右的温度气氛下发生由下式所示反应，2CaC03+Si02 — 2CaO · Si02+2C02 (1)2CaC03+Fe203 — 2CaO · Fe203+2C02 个(2)CaCO3+Al2O3 — CaO · A1203+C02 丨 (3)最终生成构成水泥熟料的硅酸钙化合物即硅酸三钙石(3CaO · SiO2)以及 贝利特(2CaO · SiO2),以及作为间隙相的铝酸盐相(3CaO · Al2O3)以及铁素体相 (4CaO · Al2O3 · Fe2O3)。此时，从示于图3的上述(1)式的反应温度的图、示于图4的上述(2)式的反应 温度的图以及示于图5的上述(3)式的反应温度的图可见，即使在纵轴所示的CO2气体分 压变高的情况下，也能够以较低的温度使上述反应发生。进一步，在上述水泥原料中，除了发生上述(1) (3)式所示的反应之外，由 硅石、粘土等石灰石以外的原料所带入的Si02、A1203、Fe2O3以及其他微量成分成为矿 化剂，碳酸钙的热分解受到促进，因此如图6所给出的，相比于碳酸钙单独的情况，热 分解的开始温度以及结束温度均降低。需要说明的是，图6从将上述水泥原料(feed、投 料)的试样以及石灰石(CaCO3)单独的试样分别以接近于通常的水泥制造设备中的加热 速度lOK/sec的速度进行加热时的重量变化确认了上述热分解的推移。由上述可知，根据本发明，即使降低过热炉中的工作温度(过热温度)也能够确 保所期望的CO2气体的回收量，因此可以降低设备的热负荷和科琴问题等。另外，在外热煅烧炉内被间接加热的煅烧前的水泥原料与通常的水泥制造工艺 同样地被水泥制造设备中的第1预热器所预热，另外本发明第15方案中的其他水泥原料 被以煅烧时产生的CO2气体为加热介质的第2预热器所预热，因此无需用于对该水泥原料 进行煅烧的附加能量。进一步，用于外热煅烧炉中的间接加热的热量等于本来水泥制造设备的煅烧炉 中用于煅烧所要的热量，无需对现有的水泥制造设备增加新的热能，即可选择性地以高 浓度对煅烧时产生的源于原料的CO2进行回收。


[图1]图1为表示本发明所述的CO2气体回收设备的第1实施方式的构成简图。[图2]图2为表示表示根据本发明的CO2气体回收设备的第2实施方式的构成简 图。[图3]图3为表示气氛中CO2浓度与由(1)式所示反应温度之间关系的图。[图4]图4为表示气氛中CO2浓度与由(2)式所示反应温度之间关系的图。[图5]图5为表示气氛中CO2浓度与由(3)式所示反应温度之间关系的图。[图6]图6为表示在CO2气氛下水泥原料与石灰石单独的烧成开始温度以及结束 温度的差异的图。[图7]图7为表示针对图1所示的CO2回收设备进行过程模拟的结果的图。
[图8]图8为表示本发明所述的CO2气体回收设备的第3实施方式的构成简图。[图9]图9为表示针对图8所示的CO2回收设备进行过程模拟的结果的图。[图10]图10为表示本发明所述的CO2气体回收设备的第4实施方式的构成简 图。[图11]图11为表示本发明所述的CO2气体回收设备的第5实施方式的构成简 图。[图12]图12为表示通常的水泥制造设备的构成简图。[图13]图13为表示气氛中的CO2浓度与石灰石的煅烧温度之间的关系的图。
具体实施例方式第1实施方式图1表示本发明所述水泥制造设备中的CO2气体的回收设备的第1实施方式，对 于水泥制造设备的构成，由于与图12所示的相同，故标以同样的标记而省略其说明。图1中，标记10为与水泥制造设备的预热器(第1预热器)3相独立地设置的第 2预热器。该第2预热器10与上述预热器3相同，由上下方向直列配置的多段旋风分离器 构成，使水泥原料从供给管11被供给至最上段的旋风分离器。并且，在第2预热器10 的最下段的旋风分离器的底部连接有移送管IOa的上端，同时该移送管IOa的下端部被导 入至混合煅烧炉12内。另一方面，在上述水泥制造设备的预热器3上设置有从最下段旋风分离器取出 煅烧前水泥原料的取出管13，该取出管13的前端部连接于来自第2预热器10的移送管 10a.由此，使得来自第2预热器10的煅烧前水泥原料与来自预热器3的煅烧前水泥原 料被导入混合煅烧炉12内。需要说明的是，在取出管13的中间部连接有移送管3a，该 移送管3a与现有技术同样地介由未图示的用于调整煅烧率的分配阀而将上述水泥原料的 一部分供给至回转窑1的窑尾部分2。混合煅烧炉12例如可以是流化床式、回转窑式、充填层式等粉体混合炉，在其 底部连接有取出经混合的水泥原料的排出管12a。并且，该排出管12a分出支管，一方成 为过热管14而连接于过热炉15，同时另一方成为返回管16而连接于回转窑1的窑尾部 分2。此处，在排出管12a、过热管14与返回管16的分支部，安装有未图示的分配阀， 在本实施方式中，设定为使对过热管14的流量多于对返回管16的流量(例如流量比为 4:1)。上述过热炉15用于将输送至内部的上述水泥原料通过以来自熟料冷却器6的抽 气为燃烧用空气的燃烧器17的燃烧而将该水泥原料过热至煅烧温度以上。该过热炉15也 可以改造现有的煅烧炉来使用。并且，在该过热炉15的排出侧设置有由排气管18、旋风 分离器19以及返回管20形成的循环管，所述排气管18排出燃烧器17中由于燃烧产生的 排气与上述水泥原料，所述旋风分离器19连接于该排气管18而从排气中分离水泥原料， 所述返回管20将经该旋风分离器19分离的上述水泥原料再度返回至混合煅烧炉12。另一方面，排出旋风分离器19中所分离的排气的排气管21连接于来自回转窑1 的排气管3b。需要说明的是，在上述过热炉15内需要保持1100°C左右的高温，与此相对，来自回转窑1的排气的温度为1100 1200°C的温度，因此如果将源于该回转窑1的 排气的总量或一定量导入过热炉15内，再从排气管21输送至预热器3，则能够有效利用 上述排气。 进一步，在混合煅烧炉12上连接有用于排出内部生成的CO2气体的CO2排气管 22，同时该CO2排气管22被作为第2预热器10中的加热介质而导入。需要说明的是， 图中标记23为CO2气体的排气扇，标记24为CO2气体的排气管。即，作为混合煅烧炉12而使用流化床式的装置的情况下，可以从CO2排气管22 或排气管24取出由该混合煅烧炉12排出的CO2气体，再度循环供给至混合煅烧炉12而 使用。(第2实施方式)图2表示本发明所述的CO2气体的回收设备的第2实施方式，对于与图1所示的 相同构成部分，标以同样的标记而省略其说明。该回收设备对图12所示的现有水泥设备直接进行活用的同时，在该水泥制造设 备上增设上述回收设备。S卩，在该回收设备中，在移送管3c上分支设有取出管13，所述移送管3c将水泥 原料从预热器3的下方起的第2段的旋风分离器送至煅烧炉7，所述取出管13从上述水泥 制造设备的预热器3将水泥原料输送至混合煅烧炉12。由此，使得预热器3中被预热的 煅烧前的水泥原料被导入混合煅烧炉12。接着，对于使用上述第1实施方式以及第2实施方式中所示的CO2气体回收设备 的本发明所述CO2气体回收方法的一个实施方式进行说明。首先，将水泥原料通过供给管4、11分别供给至预热器3、第2预热器10的最上 段的旋风分离器。由此，在预热器3中，在被依次送至下游的旋风分离器的过程中，与以往同样 地被介由排气管3b而从回转窑1供给的排气所预热。继而，被预热至达到煅烧温度之前 (例如约750°C )的上述水泥原料被从取出管13供给至混合煅烧炉12。另一方面，供给至第2预热器10的水泥原料，被后述的从混合煅烧炉12排出的 高浓度且高温的CO2气体所预热，最终被预热至达到煅烧温度之前(例如约750°C)并供 给至混合煅烧炉12。继而，供给至该混合煅烧炉12的水泥原料，被从过热管14送至过热炉15，此处 通过燃烧器17而过热至煅烧温度以上(例如约IlO(TC)后，从排气管18排出并在旋风分 离器19中进行固气分离，对于水泥原料，则由返回管20返回至混合煅烧炉12。其结果，在混合煅烧炉12内，经过热的水泥原料与由移送管IOa以及取出管13 所供给的煅烧前的水泥原料被混合，内部气氛被保持在煅烧温度以上(例如900°C)，由 此煅烧前的水泥原料得以煅烧。并且，在该混合煅烧炉12中经煅烧的水泥原料的大部分 被再次循环供给至过热炉15。另一方面，在混合煅烧炉12中经煅烧的水泥原料的一部分 则从返回管16被返回至回转窑1的窑尾部分2，最终在回转窑1内被烧成。另一方面，在过热炉15内产生的含有CO2气体的排气从排气管21被送至回转窑 1的排气管3b，与来自回转窑1的排气一同被利用作为预热器3的加热介质。与此相对，混合煅烧炉12内，由于被上述水泥原料的煅烧所产生的CO2所充满，故约100%浓度的高温CO2气体从CO2排气管22被作为第2预热器10中的过热介质 而导入。其结果，可以从CO2气体的排气管24回收源于原料起源的约100%浓度的CO2 气体。由此，根据上述水泥制造设备中的CO2气体的回收方法以及回收设备，由于过 热炉15中的燃烧器17的热量与现有煅烧炉中所消耗的热量相当，因此无需新的附加能 量，能够有效活用上述水泥设备中的热源，以接近100%的高浓度对占据该水泥设备中产 生的CO2气体之中一半以上的源于原料的CO2气体进行回收。(实施例)对于图1所示水泥制造设备中的CO2气体的回收设备，进行过程模拟。图7示 出了其结果。此处，过程模拟是指主要将化工厂中的多个单位操作进行数学模型化来表现工 厂整体，通过反复计算而算出物质流量、温度、压力等。在本实施例中，除了平衡计算模型之外，还使用将流路以预定的比例进行分配 的流量分割模型、将热流换算为输入输出温度差的加热器模型、对多个分割的流路以设 定的比例分配各化学种类的分离器模型等，对回转窑1、预热器3、熟料冷却器6、混合 煅烧炉12、过热炉15等进行模型化。在该模型化之际，除了通过第1预热器3与第2预热器10的各旋风分离器中的 热交换来使原料温度与排气温度相同之外，还考虑了集尘效率。另外，使最下段的旋风 分离器和混合煅烧炉12中的石灰石的热分解量以平衡计算为基础来决定。另外，分别调 整过热炉15的燃料量与回转窑1的主燃烧器5的燃料量以使过热炉15的出口温度与回转 窑1的出口的熟料温度成为预定温度，同时，分别决定过热炉15和主燃烧器5的所需空 气量以使过热炉15和回转窑1的出口的氧气浓度为预定的值。进一步，使熟料冷却器6 的热回收率恒定。在上述解析条件下，将经混合煅烧炉12煅烧的水泥原料以回转窑中1、过热炉 15中4的比例进行分配，结果供给至过热炉15与主燃烧器5的燃料的热量消耗率(熟量 原单位)为712kcal每Ikg熟料，与通常的水泥制造工艺为相同的值。另外，从第2预热器10，CO2被以100%的浓度回收，其量为0.234kg每Ikg烧 成的熟料，相当于包括从预热器3排出的CO2在内的总CO2排出量的29.2%。因此，根据本发明，能够将回收的浓度100%的(02作为热 源而在第2预热器10 内进行有效利用后进行回收，因此可以确认能够将从水泥制造设备排出的CO2的总排出 量削减29.2%。另外，由于CO2浓度低而难以有效利用的从预热器3等排出的燃料来源 的CO2,为0.566kg每Ikg熟料(浓度27.9%)，相比于从通常的水泥制造工艺排出的值 而言较低，可确认实质上的CO2的排出量也得到削减。(第3实施方式)图8是表示本发明所述的水泥制造设备中的CO2气体的回收设备的第3实施方式 的构成简图。在图8中，标记110为与水泥制造设备的预热器(第1预热器)103相独立地设 置的第2预热器。该第2预热器110与上述预热器103相同，由上下方向直列配置的多段的旋风分离器构成，水泥原料从供给管111被供给至最上段的旋风分离器。并且，第2预热器110的最下段的旋风分离器的底部连接有移送管IlOa的上端，同时该移送管IlOa的下端部被 导入混合煅烧炉112。另一方面，在上述水泥制造设备的预热器103中，在将水泥原料从从下方起第2 段的旋风分离器送至煅烧炉107的移送管103c上设置有取出煅烧前的水泥原料的取出管 113，该取出管113的前端部被导入混合煅烧炉112。由此，来自第2预热器110的煅烧 前的水泥原料与来自预热器103的煅烧前的水泥原料被导入混合煅烧炉112内。进而， 在该混合煅烧炉112上连接有水泥熟料供给管114，用于取出并供给由回转窑101排出且 被送至水泥熟料冷却器106之前的高温(约1400°C )的水泥熟料的一部分。该混合煅烧炉112是，将上述煅烧前的水泥原料与高温的水泥熟料进行混合 的，例如流化床式、回转窑式、充填层式等的粉体混合炉，通过水泥熟料供给管114所 送来的高温水泥熟料而使内部保持在水泥原料的煅烧温度以上的温度气氛下。另一方面，在混合煅烧炉112的底部连接有循环管115，所述循环管115取出在 该混合煅烧炉内经煅烧的水泥原料与水泥熟料的混合粉体，并从上述最下段的旋风分离 器返回至去向回转窑101的移送管103a。进一步，在混合煅烧炉112的上部连接有用于将内部产生的CO2气体排出的CO2 排气管116，同时，该CO2排气管116被作为第2预热器110中的加热介质而导入。需 要说明的是，图中标记117为CO2气体的排气扇、标记118为CO2气体的排气管。S卩，作为混合煅烧炉112而使用流化床式装置的情况下，可以由CO2排气管116 或排气管118取出从该混合煅烧炉112排出的CO2气体，并再度循环供给至混合煅烧炉 112来使用。接着，对于使用由上述构成形成的CO2气体回收设备的本发明所述的CO2气体 回收方法的一个实施方式进行说明。首先，将水泥原料从供给管104、111分别供给至预热器103、第2预热器110的 最上段的旋风分离器。由此，在预热器103中，在被依次送至下方的旋风分离器的过程中，与以往同 样地被来自回转窑101的由排气管103b供给的排气所预热。并且，从下方第2段的旋风 分离器送至煅烧炉107前的水泥原料，即被预热至达到煅烧温度之前(例如约750°C )的 上述水泥原料被从取出管113供给至混合煅烧炉112。另一方面，供给至第2预热器110的水泥原料，被后述的从混合煅烧炉112由 CO2排气管116排出的高浓度且高温的CO2气体所预热，最终被预热至煅烧温度之前(例 如约750°C )并供给至混合煅烧炉112。进一步，在该混合煅烧炉112内，从水泥熟料供给管114输送来高温(约 1400°C )的水泥熟料的一部分。由此，在该混合煅烧炉112内，上述水泥原料与水泥熟 料被混合且被保持在煅烧温度以上(例如900°C)，煅烧前的水泥原料得以煅烧。并且，在混合煅烧炉112内被煅烧的水泥原料以及水泥熟料，从预热器103的移 送管103a介由循环管115而供给至回转窑101的窑尾部分102。另一方面，由于混合煅烧炉112内被上述水泥原料的煅烧产生的(02所充满，故 约100%浓度的高温CO2气体从CO2排气管116被作为第2预热器110中的过热介质而导入。其结果，可以从CO2气体的排气管118回收源于原料的约100%浓度的CO2气体。由此，根据上述水泥制造设备中的CO2气体的回收方法以及回收设备，无需新 的附加能量而能够有效活用上述水泥设备中的热源，而将占据该水泥设备中产生的CO2 气体之中一半以上的源于原料的CO2气体以接近100%的高浓度进行回收。(实施例)对于图8所示的水泥制造设备中的CO2气体的回收设备，进行了过程模拟。图 9示出了其结果。此处，过程模拟是指主要将化工厂中的多个单位操作进行数学模型化而表现工 厂整体，通过反复计算而算出物质流量、温度、压力等。在本实施例中，除了平衡计算模型之外，还使用将流路以预定的比例进行分配 的流量分割模型、将热流换算为输入输出温度差的加热器模型、对多个分割的流路以 设定的比例分配各化学种类的分离器模型等，对回转窑101、预热器103、熟料冷却 器 106、煅烧炉107、混合煅烧炉112等进行模型化。在该模型化之际，除了通过第1预热器103与第2预热器110的各旋风分离器的 热交换来使原料温度与排气温度相同之外，还考虑了集尘效率。另外，使最下段的旋风 分离器或煅烧炉107以及混合煅烧炉112中的石灰石的热分解量以平衡计算为基础而决 定。另外，分别调整煅烧炉107的燃料量与回转窑101的主燃烧器105的燃料量以使煅 烧炉107的出口温度与回转窑101的出口的熟料温度成为预定温度，同时分别决定煅烧炉 107和主燃烧器105的所需空气量以使煅烧炉107和回转窑101的出口的氧气浓度为预定 的值。进一步，使熟料冷却器106的热回收率恒定。在上述解析条件下，将在回转窑101中由水泥原料烧成得到的水泥熟料按照在 熟料冷却器106中4、混合煅烧炉112中106的比例进行分配从而进行上述水泥制造设备 中的水泥制备，结果供给至煅烧炉107与主燃烧器105的燃料的热量消耗率为682kcal每 Ikg熟料，为与通常的水泥制造工艺相同的值。另外，从第2预热器110，CO2被以100%的浓度回收，其量为0.188kg每Ikg烧 成的熟料，相当于包括从预热器103排出的CO2在内的总CO2排出量的24.0%。因此，根据本发明，能够将回收的浓度100%的CO2在第2预热器110中进行 有效利用后进行回收，因此可以确认能够将从水泥制造设备排出的CO2的总排出量削减 24.0%。另外，由于CO2浓度低而难以有效利用的从预热器103等排出的燃料起源的 CO2,为0.593kg每Ikg熟料(浓度31.4%)，相比于从通常的水泥制造工艺排出的值而言 较低，能够确认实质上的CO2的排出量也得到削减。(第4实施方式)图10表示本发明所述的水泥制造设备中的CO2气体的回收设备的第4实施方 式。对于与图8所示的相同构成部分，标以相同的标记而省略其说明。该回收设备与图8所示的不同点在于，在连接于混合煅烧炉112的底部的排出管 112a的下方，设置有筛网等分级装置(分离设备)120，用于通过相互的粒度差异来分离 排出的水泥原料与水泥熟料。进而，由该分级装置120所分离的水泥熟料，从返回管121供给至水泥熟料冷却 器106内，同时煅烧后的水泥原料介由返回管122而从预热器103中最下段的旋风分离器返回至去向回转窑101的窑尾部分的移送管103a。 在由上述构成所形成的回收设备中，在混合煅烧炉112经煅烧并从排出管112a 取出的煅烧后的水泥原料与水泥熟料的混合粉体，在分级装置120中被粗分离，对于水 泥熟料则从返回管121供给至水泥熟料冷却器106内，同时对于经煅烧的水泥原料则通过 返回管122而从预热器103中最下段的旋风分离器返回至去向回转窑101的窑尾部分的移 送管103a，并最终在回转窑101内进行烧成。因此，在仅通过从水泥窑101取出的水泥熟料的一部分即能得到用于在混合煅 烧炉112中煅烧水泥原料的充分热量的情况下，上述水泥熟料被再度送至烧成工序，而 具有无需消耗多余的回转窑101的驱动电力的优点。(第5实施方式)图11是表示本发明所述的水泥制造设备中的CO2气体的回收设备的第5实施方 式的构成简图。在图11中，标记210为与水泥制造设备的预热器(第1预热器)203相独立地设 置的第2预热器。该第2预热器210与上述预热器203相同地，由上下方向直列配置的多段(图中 为4段)的旋风分离器210a 210d构成，水泥原料从供给管211供给至最上段的旋风分 离器210a。另外，与该第2预热器210相邻设置有外热煅烧炉212。该外热煅烧炉212设置有使煤等化石燃料燃烧的燃烧器213，同时来自熟料冷却 器206的抽气被作为燃烧用空气而从给气管214导入，由此将内部加热为约1100°C，该外 热煅烧炉212内配置有热交换管212a。并且在该外热煅烧炉212与第2预热器210之间 配置有循环管215。该循环管215配置于热交换管212a的排出侧与第2预热器210的最下段的旋风分 离器(固气分离设备)210d的流体导入口之间，同时从第2预热器210的最上段的旋风分 离器210a的排气管(回收管)216分出支管，而连接于外热煅烧炉212的热交换管212a的 入口侧。此处，上述循环管215还可以配置于热交换管212a的排出侧与第2预热器210 中其他旋风分离器210c、210b或210a的流体导入口之间。需要说明的是，图中标记217 为设置于排气管216上的CO2气体的排气扇。并且，在上述水泥制造设备的预热器203上设置有从最下段的旋风分离器取出 煅烧前的水泥原料的第1取出管218，该第1取出管218的前端部连接于循环管215的去 向外热煅烧炉212的入口侧。另外，第2预热器210上设置有从下方起第2段的旋风分 离器210c取出煅烧前的其他水泥原料的第2取出管219，其前端部同样地连接于循环管 215的去向外热煅烧炉212的入口侧。另外，在循环管215中的第1以及第2取出管218、219的连接部的上流侧设置 有CO2循环扇220。另一方面，在第2预热器210的最下段的旋风分离器210d的底部设置有移送管 (返回管)221，该移送管(返回管)221将该旋风分离器210d中经固气分离并排出的煅烧 后的水泥原料送至回转窑201的窑尾部分202。进一步，在外热煅烧炉212的上部，设置有用于排放燃烧器213中由燃烧所产生的排气的排气管222，同时，该排气管222连接于来自回转窑201的排气管203b，将被排 气的高温排气作为预热器203的热源的一部分而利用。需要说明的是，在上述外热煅烧炉212内，需要保持1100°C左右的高温，与此 相对，由于来自回转窑201的排气为1100 1200°C的温度，因此若将来自该回转窑201 的排气的总量或一定量不流向排气管203b而直接导入外热煅烧炉212内，并再度从排气 管222输送至预热器203，则能够有效利用上述排气。 接着，对于使用由上述构成形成的CO2气体回收设备的本发明所述的CO2气体 回收方法的一个实施方式进行说明。首先，将水泥原料从供给管204、211分别供给至预热器203的最上段的旋风分 离器以及第2预热器210的最上段的旋风分离器210a。由此，在预热器203中，在被依次送至下方的旋风分离器的过程中，与以往同 样地被来自回转窑201的由排气管203b供给的排气所预热。并且，在最下段的旋风分离 器中被预热至达到煅烧温度之前(例如约750°C )的上述水泥原料被从第1取出管218供 给至循环管215。另一方面，供给至第2预热器210的水泥原料，被后述的从循环管215排出的高 浓度且高温的CO2气体所预热，在下方起第2段的旋风分离器210c中，被预热至达到煅 烧温度之前(例如约750°C )，并同样地被从第2取出管219供给至循环管215。进而，由上述第1以及第2取出管218、219供给至循环管215的煅烧前的水泥 原料，被送至外热煅烧炉212内的热交换管212a，在该外热煅烧炉212内通过燃烧器213 的燃烧而被加热至约900°C。其结果，煅烧前的上述水泥原料受到煅烧，同时，伴随其而 产生CO2气体，由此热交换管212a内被经煅烧的水泥原料与高浓度的CO2气体所充满。接着，从外热煅烧炉212内的热交换管212a经过循环管215而排出的煅烧后的 水泥原料以及高浓度的CO2气体，被送至第2预热器210的最下段的旋风分离器210d进 行固气分离。并且，在该旋风分离器210d中被分离的煅烧后水泥原料，从移送管221而 被供给至回转窑201的窑尾部分202，最终在回转窑201内进行烧成。与此相对，在旋风分离器210d中被分离的高浓度CO2气体，在第2预热器210中 的排气管216中上升并作为第2预热器210中的加热介质而利用后，其一部分通过CO2循 环扇220的吸引而再度从循环管215循环至外热煅烧炉212内的热交换管212a。由此， 可以容易地运送循环管215中的经煅烧的水泥原料，同时可以使该水泥原料分散而更易 于被煅烧。并且，通过CO2气体的排气扇217从排气管可以回收约100%浓度的CO2气 体。如上所述，根据上述水泥制造设备中的CO2气体的回收方法以及回收设备，可 以无需新的附加能量，而有效活用上述水泥设备中的热源，以接近100%的高浓度回收占 据该水泥设备中产生的CO2气体之中一半以上的源于原料的CO2气体。符号说明1回转窑(水泥窑)3预热器(第1预热器)10第2预热器IOa移送管
12混合煅烧炉13取出管14过热管15过热炉16返回管18排气管19旋风分离器20返回管22 CO2气体排气管101回转窑(水泥窑)103预热器(第1预热器)110第2预热器IlOa 移送管112混合煅烧炉112a 排出管113取出管114水泥熟料供给管115循环管116 CO2 排气管120分级装置(分离设备)121水泥熟料返回管122水泥原料返回管201回转窑(水泥窑)203预热器(第1预热器)210第2预热器210d最下段的旋风分离器(固气分离设备)212外热煅烧炉212a热交换管215循环管216 CO2排气管(回收管)218第1取出管219第2取出管221移送管(返回管)
权利要求
1.水泥制造设备中的CO2气体的回收方法，该方法是用于对将水泥原料以第1预热器 预热后供给至内部保持在高温气氛的水泥窑进行烧成的水泥制造设备中产生的CO2气体 进行回收的方法，其特征在于，将由所述第1预热器取出的煅烧前的所述水泥原料在过 热炉中过热至煅烧温度以上后供给至混合煅烧炉并与由所述第1预热器取出且供给至该 混合煅烧炉的新的煅烧前的所述水泥原料进行混合，从而使该混合煅烧炉内保持在煅烧 温度以上以对所述煅烧前的所述水泥原料进行煅烧，然后使经煅烧的所述水泥原料再度 返回至所述过热炉并循环至所述混合煅烧炉，通过重复上述工序，对所述混合煅烧炉内 产生的CO2气体进行回收，同时将经煅烧的所述水泥原料的一部分供给至所述水泥窑。
2.如权利要求1所述的水泥制造设备中的CO2气体的回收方法，其特征在于，将由所 述第1预热器取出的煅烧前的所述水泥原料以及经与所述第1预热器相独立的第2预热器 预热的煅烧前的其他水泥原料供给至所述混合煅烧炉，同时将所述混合煅烧炉内产生的 CO2气体作为所述第2预热器的热源进行利用后进行回收。
3.水泥制造设备中的CO2气体的回收设备，该设备是用于对具备预热水泥原料的第 1预热器、和对通过该第1预热器预热的所述水泥原料进行烧成的水泥窑的水泥制造设备 中产生的CO2气体进行回收的设备，其特征在于，具备由所述第1预热器取出煅烧前的所述水泥原料的取出管； 导入有由该取出管取出的所述水泥原料的混合煅烧炉； 将由该混合煅烧炉供给的所述水泥原料过热至煅烧温度以上的过热炉； 将经该过热炉过热的所述水泥原料返回至所述混合煅烧炉，同时将所述混合煅烧炉 内的所述水泥原料输送至所述过热炉的循环管；将经煅烧的所述水泥原料的一部分返回至所述第1预热器或所述水泥窑的返回管；和对在所述混合煅烧炉内产生的CO2气体进行回收的CO2气体排气管。
4.如权利要求3所述的水泥制造设备中的CO2气体的回收设备，其特征在于，具备与所述第1预热器相独立地设置以预热其他水泥原料的第2预热器；和 将经该第2预热器预热的煅烧前的所述其他水泥原料供给至所述混合煅烧炉的移送管，并且来自所述混合煅烧炉的所述CO2气体排气管被作为所述第2预热器的热源而导入。
5.水泥制造设备中的CO2气体的回收方法，该方法是用于对将水泥原料以第1预热器 预热后供给至内部保持在高温气氛的水泥窑进行烧成以制造水泥熟料的水泥制造设备中 产生的(02气体进行回收的方法，其特征在于，将由所述第1预热器取出的煅烧前的所述 水泥原料供给至混合煅烧炉，同时将由所述水泥窑排出的高温的所述水泥熟料的一部分 导入至所述混合煅烧炉，从而将所述混合煅烧炉内保持在煅烧温度以上以对所述煅烧前 的所述水泥原料进行煅烧，然后至少将所述水泥原料返回至所述第1预热器或所述水泥 窑，同时对所述混合煅烧炉内产生的CO2气体进行回收。
6.如权利要求5所述的水泥制造设备中的CO2气体的回收方法，其特征在于，将由 所述第1预热器取出的煅烧前的所述水泥原料以及在与所述第1预热器相独立地设置的第2预热器中预热至煅烧前的温度的其他水泥原料供给至所述混合煅烧炉，同时将所述混合 煅烧炉内产生的CO2气体作为所述第2预热器的热源进行利用后进行回收。
7.如权利要求5所述的水泥制造设备中的CO2气体的回收方法，其特征在于，将在所 述混合煅烧炉内煅烧的所述水泥原料以及所述水泥熟料返回至所述第1预热器或所述水泥窑。
8.如权利要求6所述的水泥制造设备中的CO2气体的回收方法，其特征在于，将在所 述混合煅烧炉内煅烧的所述水泥原料以及所述水泥熟料返回至所述第1预热器或所述水泥窑。
9.如权利要求5所述的水泥制造设备中的CO2气体的回收方法，其特征在于，将在所 述混合煅烧炉内煅烧的所述水泥原料与所述水泥熟料分离，并将所述水泥原料返回至所 述第1预热器或所述水泥窑。
10.如权利要求6所述的水泥制造设备中的CO2气体的回收方法，其特征在于，将在 所述混合煅烧炉内煅烧的所述水泥原料与所述水泥熟料分离，并将所述水泥原料返回至 所述第1预热器或所述水泥窑。
11.水泥制造设备中的CO2气体的回收设备，该设备是用于对具备预热水泥原料的第 1预热器、和对通过该第1预热器预热的所述水泥原料进行烧成以制造水泥熟料的水泥窑 的水泥制造设备中产生的CO2气体进行回收的设备，其特征在于，具备由所述第1预热器取出煅烧前的所述水泥原料的取出管；导入有由该取出管取出的所述水泥原料以及由所述水泥窑取出的高温的所述水泥熟 料的一部分并对该水泥原料进行煅烧的混合煅烧炉；将在该混合煅烧炉中煅烧的所述水泥原料以及所述水泥熟料返回至所述第1预热器 或所述水泥窑的返回管；和对在所述混合煅烧炉内产生的CO2气体进行回收的CO2排气管。
12.水泥制造设备中的CO2气体的回收设备，该设备是用于对具备预热水泥原料的第 1预热器、和对通过该第1预热器预热的所述水泥原料进行烧成以制造水泥熟料的水泥窑 的水泥制造设备中产生的CO2气体进行回收的设备，其特征在于，具备由所述第1预热器取出煅烧前的所述水泥原料的取出管；导入有由该取出管取出的所述水泥原料以及由所述水泥窑取出的高温的所述水泥熟 料的一部分并对该水泥原料进行煅烧的混合煅烧炉；对在该混合煅烧炉中煅烧的所述水泥原料以及所述水泥熟料进行分离的分离装置； 将在该分离装置中分离的所述水泥原料返回至所述第1预热器或所述水泥窑的返回 管；和对在所述混合煅烧炉内产生的CO2气体进行回收的CO2排气管。
13.如权利要求11或12所述的水泥制造设备中的CO2气体的回收设备，其特征在 于，具备与所述第1预热器相独立地设置以预热其他水泥原料的第2预热器；和 将经该第2预热器预热的煅烧前的所述其他水泥原料供给至所述混合煅烧炉的移送管，并且来自所述混合煅烧炉的所述CO2排气管被作为所述第2预热器的热源而导入。
14.水泥制造设备中的CO2气体的回收方法，该方法是用于对将水泥原料以预热器预 热后供给至内部保持在高温气氛的水泥窑进行烧成的水泥制造设备中产生的CO2气体进 行回收的方法，其特征在于，将由所述预热器取出的煅烧前的所述水泥原料在外热式煅 烧炉中间接地加热至煅烧温度以上的温度以对所述煅烧前的水泥原料进行煅烧，然后对 经煅烧的所述水泥原料与所述煅烧时产生的CO2气体进行分离，并将所述水泥原料返回 至所述预热器或所述水泥窑，同时对所述CO2气体进行回收。
15.如权利要求14所述的水泥制造设备中的CO2气体的回收方法，其特征在于，将由 所述预热器取出的煅烧前的所述水泥原料以及在与所述预热器相独立地设置的具有多段 旋风分离器的第2预热器中预热至煅烧前的温度的其他水泥原料，在所述外热式煅烧炉 中间接地加热至煅烧温度以上的温度以对煅烧前的所述水泥原料进行煅烧，然后通过所 述旋风分离器对经煅烧的所述水泥原料与所述煅烧时产生的CO2气体进行分离，并将所 述CO2气体作为所述第2预热器的热源进行利用后进行回收。
16.水泥制造设备中的CO2气体的回收设备，该设备是用于对具备预热水泥原料的预 热器、对通过该预热器预热的所述水泥原料进行烧成的水泥窑的水泥制造设备中产生的 CO2气体进行回收的设备，其特征在于，具备由所述预热器取出煅烧前的所述水泥原料的第1取出管；内部导入有该第1取出管并将所述水泥原料间接地加热至煅烧温度以上的温度以进 行煅烧的外热式煅烧炉；设置于该外热式煅烧炉的出口侧并对由所述第1取出管送来的经煅烧的所述水泥原 料与CO2气体进行分离的固气分离装置；将通过该固气分离装置分离的所述水泥原料返回至所述预热器或所述水泥窑的返回 管；和对通过所述固气分离装置分离的CO2气体进行回收的CO2气体的回收管。
17.如权利要求16所述的水泥制造设备中的CO2气体的回收设备，其特征在于，具有与所述预热器相独立地设置以预热其他水泥原料的具备多段旋风分离器的第2预热器；将经该第2预热器预热的所述其他水泥原料取出的第2取出管；和 连接于所述外热式煅烧炉的排出侧与所述第2预热器的下段的所述旋风分离器之 间，同时由上段的所述旋风分离器的排气管分出支管以连接于所述外热式煅烧炉的入口 侧的循环管，并且，所述固气分离装置为所述第2预热器的所述下段的旋风分离器，同时所述第1 取出管以及第2取出管连接于所述循环管的所述外热式煅烧炉的上流侧。
全文摘要
本发明的课题在于提供能够高浓度地分离并回收水泥制造设备中产生的CO2气体的CO2气体回收方法以及回收设备。为了解决上述课题，在本发明中通过采用下述任一种方法对水泥原料进行煅烧，并对煅烧炉内产生的CO2气体进行回收[1]将煅烧前的水泥原料在过热炉中过热至煅烧温度以上后，在混合煅烧炉中与新的煅烧前的水泥原料进行混合；[2]将煅烧前的水泥原料与从水泥窑排出的高温的水泥熟料的一部分在混合煅烧炉中进行混合；以及[3]使用外热式煅烧炉。
文档编号C04B7/44GK102015568SQ20098011629
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月30日 优先权日2008年5月7日
发明者岛裕和, 本桥英一, 王俊柱, 高山佳典 申请人:三菱综合材料株式会社