水泥制造設備中的二氧化碳氣體的回收方法和回收設備以及水泥的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的課題在于對水泥制造設備中產生的CO2氣體以高濃度進行分離回收。本發(fā)明將煅燒前的水泥原料和粒徑比介質加熱爐(14)中加熱至煅燒溫度以上的水泥原料大的熱介質供給至混合煅燒爐(12)，并對由水泥原料的煅燒所產生的CO2氣體進行回收。熱介質在介質加熱爐和混合煅燒爐之間循環(huán)。本發(fā)明的其它實施方式使將煅燒前的水泥原料供給至加熱至煅燒溫度以上進行了蓄熱的蓄熱煅燒爐(112)，并對由水泥原料的煅燒所產生的CO2氣體進行回收。
【專利說明】水泥制造設備中的二氧化碳氣體的回收方法和回收設備以及水泥的制造方法
[0001]本申請是基于申請日為2010年10月12日、申請?zhí)枮?01080047321.7、發(fā)明名稱為“水泥制造設備中的二氧化碳氣體的回收方法和回收設備以及水泥的制造方法”的申請所提交的分案申請。
[0002]
【技術領域】
[0003]本發(fā)明涉及用于高濃度地回收水泥制造設備中主要在水泥原料煅燒時產生的CO2氣體的、水泥制造設備中產生的CO2氣體的回收方法和回收設備以及水泥的制造方法。
【背景技術】
[0004]近年來，世界范圍內遍及整個工業(yè)領域都在開展著削減成為地球溫暖化主要原因的二氧化碳(CO2)氣體的嘗試。
[0005]即，水泥產業(yè)與電力以及鋼鐵等同樣是CO2氣體排出量較多的工業(yè)之一，上升至日本的CO2氣體總排出量的大約4%。因此，該水泥工業(yè)中CO2氣體的排出削減將對日本總體的CO2氣體的排出削減產生很大的貢獻。
[0006]圖16表示上述水泥產業(yè)中的通常的水泥制造設備，圖中符號I為用于燒成水泥原料的回轉窯(水泥窯)。
[0007]并且，在該回轉 窯I的圖中左方的窯尾部分2上，并列設置有用于預熱水泥原料的2組預熱器3，同時在圖中右方的窯前設置有用于加熱內部的主燃燒器5。應予說明，圖中符號6為用于冷卻燒成后的水泥熟料的熟料冷卻器。
[0008]此處，各預熱器3由在上下方向上直列配置的多段旋風分離器構成，由供給管4供給至最上段的旋風分離器的水泥原料，隨著逐漸下落至下方的旋風分離器，而被從下方上升的來自回轉窯I的高溫排氣所預熱，進而被從下方第2段的旋風分離器取出而送至煅燒爐7，在該煅燒爐7中通過燃燒器7a而被加熱煅燒后，從最下段的旋風分離器通過移送管3a而被導入至回轉窯I的窯尾部分2。
[0009]另一方面，在窯尾部分2中設置有將從回轉窯I排出的燃燒排氣供給至最下段的旋風分離器的排氣管3b，被送至上述旋風分離器的排氣被逐漸送至上方的旋風分離器，從而對上述水泥原料進行預熱，同時最終從最上段的旋風分離器的上部由排氣扇9通過排氣管8而進行排氣。
[0010]在包含上述構成的水泥制造設備中，首先通過預熱器3對被含有作為水泥原料的主要原料的石灰石(CaCO3)進行預熱，接著在煅燒爐7以及預熱器3的最下段的旋風分離器中煅燒后，在回轉窯I內在大約1450°C的高溫氣氛下進行燒成，從而制造水泥熟料。
[0011]并且，在該煅燒中，發(fā)生由CaCO3 — CaCHCO2丨所表示的化學反應，產生CO2氣體(源于原料的CO2氣體的產生)。該源于原料的CO2氣體的濃度，理論上為100%。另外，為了將上述回轉窯I保持在上述高溫氣氛下而在主燃燒器5中燃燒化石燃料，結果由于該化石燃料的燃燒也產生CO2氣體(源于燃料的CO2氣體的產生)。此處，來自主燃燒器5的排氣中，由于大量含有燃燒用空氣中的N2氣體，故該排氣中所含有的源于燃料的CO2氣體的濃度低，為約15%。
[0012]其結果，從上述水泥窯所排出的排氣中，混合存在上述高濃度的源于原料的CO2氣體與低濃度的源于燃料的CO2,因此盡管CO2的排出量大，但其CO2濃度為30~35%左右，存在難以回收的問題。
[0013]與此相對，作為現在正在開發(fā)的CO2氣體的回收方法，有液體回收方式、膜分離方式、固體吸附方式等，但仍然存在回收成本極高的問題。
[0014]另外，作為防止由上述水泥制造設備排出的CO2所致的地球溫暖化的方法，提出了對以低濃度從該排出源排出的CO2進行分離回收而將濃度提高至約100%，在液化后儲存在土地中的方法等，然而用于分離回收的成本高，同樣也不能夠實現。
[0015]另一方面，下述專利文獻I中，作為將石灰石的燒成過程中產生的CO2氣體以高利用價值的高純度CO2氣體形式進行回收的裝置，提出了一種CO2氣體的生成回收裝置，其具備:被供給石灰石的分解反應塔、被供給作為熱介質的生石灰(CaO)的同時利用燃燒氣體將該生石灰加熱至石灰石的煅燒溫度以上的再熱塔、以及連結上述分解反應塔和再熱塔的連結管。
[0016]并且，在上述以往的回收裝置中，將經再熱塔加熱的生石灰通過連結管而供給至分解反應塔，形成流化床而對石灰石進行燒成，從而在該分解反應塔內生成CO2氣體，同時將由此產生的生石灰的一部分排出，并將其余部分通過再連結管輸送至再熱塔進行再加熱。
[0017]如此，根據上述CO2氣體的生成回收裝置，通過分離為作為進行石灰石分解反應的場所的分解反應塔、和作為產生分解反應所需熱量的場所的再熱塔，從而可以防止由石灰石的分解反應所產生的CO2氣體與因熱介質的加熱而產生的燃燒排氣進行混合，因而可以從分解反應塔回收高濃度的CO2氣體。
[0018]現有技術文獻 專利文獻 專利文獻1:日本特開昭57-67013號公報。

【發(fā)明內容】

[0019]使用由上述專利文獻I中公開的CO2氣體的生成回收裝置所生成的CaO制造水泥時，利用上述生成回收裝置對石灰石進行燒成后，還需要加入粘土等Si02、A1203、Fe2O3等其它水泥原料在水泥窯進行燒成。因此，需要在兩個系統(tǒng)中獨立地進行原料的制粉，產生設備變得規(guī)模巨大的問題。
[0020]另外，如圖17所示，通常石灰石發(fā)生煅燒反應的溫度隨著氣氛中的CO2氣體濃度增加而顯著上升，當接近100%(相當于在大氣壓(Iatm)下的分壓Iatm)時，為超過860°C的溫度。因此，為了提高CO2氣體的回收率，需要將石灰石加熱至過度的高溫，還產生導致燃料成本急劇上升的問題。
[0021]此外，在上述CO2氣體的生成回收裝置中，使用生石灰作為熱介質，利用該生石灰對石灰石進行加熱、煅燒，因而再熱塔中需要預先將上述生石灰加熱至石灰石的煅燒溫度以上、具體為1000°c以上。其結果，在分解反應塔或再熱塔內流動的生石灰等的粉體變得容易固化，還有在連結管等中發(fā)生附著、閉塞，導致不能運轉的問題。
[0022]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的發(fā)明，其課題在于提供水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法和回收設備以及水泥的制造方法，其中，通過有效地利用水泥制造設備中的熱源從而能夠以高濃度對該水泥設備中產生的CO2氣體進行分離回收。
[0023](I)本發(fā)明的第I~第10方式
為了解決上述問題，本發(fā)明的第I方式是用于對將水泥原料以第I預熱器預熱后供給至內部保持在高溫氣氛的水泥窯進行燒成的水泥制造設備中產生的CO2氣體進行回收的方法，其特征在于，將從上述第I預熱器取出的煅燒前的上述水泥原料供給至混合煅燒爐，同時將粒徑大于上述水泥原料的熱介質在介質加熱爐中加熱至煅燒溫度以上后供給至上述混合煅燒爐，在上述混合煅燒爐中，將上述煅燒前的上述水泥原料利用上述熱介質煅燒，然后將經煅燒的上述水泥原料與上述熱介質分離，將經煅燒的上述水泥原料供給至上述水泥窯，且使上述熱介質再度返回至上述介質加熱爐而在與上述混合煅燒爐之間循環(huán)，同時對上述混合煅燒爐內由上述水泥原料的煅燒而產生的CO2氣體進行回收。
[0024]需要說明的是，上述煅燒溫度是指引起石灰石、即CaC03(碳酸鈣)分解為CaO(氧化鈣)與CO2的反應的溫度。
[0025]另外，本發(fā)明的第 2方式為上述第I方式所述的方法，其特征在于，上述熱介質是在上述水泥窯中通過進行燒成而得的水泥熟料。
[0026]本發(fā)明的第3方式為上述第I或第2方式所述的方法，其特征在于，將從上述第I預熱器取出的煅燒前的上述水泥原料、以及經與上述第I預熱器相獨立的第2預熱器預熱的煅燒前的其它水泥原料供給至上述混合煅燒爐，同時將上述混合煅燒爐內產生的CO2氣體用作上述第2預熱器的熱源后進行回收。
[0027]本發(fā)明的第4方式為上述第I~第3方式中任一者所述的方法，其特征在于，將上述熱介質從上述混合煅燒爐的底部取出，返回至該混合煅燒爐的上部，從而使上述熱介質與從上述混合煅燒爐排出的CO2氣體接觸，使附著于該熱介質的上述水泥原料分離后，返回至上述介質加熱爐。
[0028]進一步，本發(fā)明的第5方式為上述第I~第4方式中任一者所述的方法，其特征在于，將在上述混合煅燒爐內經煅燒的上述水泥原料的一部分返回至上述第I預熱器。
[0029]另外，本發(fā)明的第6方式為上述第5方式所述的方法，其特征在于，使上述水泥原料的一部分與空氣進行熱交換，將降溫的該水泥原料返回至上述第I預熱器，同時將經加熱的上述空氣供給作為上述介質加熱爐中的燃燒用空氣。
[0030]進一步，本發(fā)明的第7方式為將水泥原料以第I預熱器預熱后供給至內部保持在高溫氣氛的水泥窯進行燒成的水泥的制造方法，其特征在于，通過上述第I~6方式中任一者所述的水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法對由上述水泥原料的煅燒所產生的CO2氣體進行回收。
[0031]接著，本發(fā)明的第8方式是用于對具備預熱水泥原料的第I預熱器、和對被該第I預熱器預熱的上述水泥原料進行燒成的水泥窯的水泥制造設備中產生的CO2氣體進行回收的設備，其特征在于，具備:從上述第I預熱器取出煅燒前的上述水泥原料的取出管、被導入從該取出管取出的上述水泥原料的混合煅燒爐、將粒徑大于上述水泥原料的熱介質加熱至上述水泥原料的煅燒溫度以上的介質加熱爐、將在該介質加熱爐中經加熱的上述熱介質供給至上述混合煅燒爐的同時從上述混合煅燒爐返回至上述介質加熱爐的熱介質的循環(huán)管、將在上述混合煅燒爐中被上述熱介質加熱而煅燒的上述水泥原料返回至上述第I預熱器或上述水泥窯的返回管、以及對上述混合煅燒爐內產生的0)2氣體進行回收的CO2氣體排
氣管。
[0032]另外，本發(fā)明的第9方式為上述第8方式所述的回收設備，其特征在于，具備:與上述第I預熱器相獨立地設置以預熱其它水泥原料的第2預熱器、和將經該第2預熱器預熱的煅燒前的上述其它水泥原料供給至上述混合煅燒爐的移送管；且來自上述混合煅燒爐的上述CO2氣體排氣管被作為上述第2預熱器的熱源而導入。
[0033]進一步，本發(fā)明的第10方式為上述第8或第9方式所述的回收設備，其特征在于，上述介質加熱爐是下方具有加熱源的移動床。
[0034]本發(fā)明的第I~6方式中的回收方法和第7方式的水泥的制造方法、以及第8~第10方式的回收設備中，將從第I預熱器取出的煅燒前的水泥原料供給至混合煅燒爐內，同時將在介質加熱爐中加熱至水泥原料的煅燒溫度以上的熱介質供給至上述混合煅燒爐。由此，在上述混合煅燒爐中，上述煅燒前的上述水泥原料被上述熱介質所煅燒。
[0035]其結果，上述混合煅燒爐內被由水泥原料的煅燒而產生的CO2氣體所充滿，該CO2氣體濃度成為約100%。由此，根據上述回收方法或回收設備，能夠由CO2氣體排氣管從上述混合煅燒爐回收約100%濃度的CO2氣體。
[0036]另外，特別在上述第3方式或第9方式中，將在上述混合煅燒爐內產生的高溫CO2氣體輸送至與第I預熱器相獨立的第2預熱器用于水泥原料的預熱后，可以直接從排氣管進行回收。
[0037]需要說明的是，由于上述混合煅燒爐內成為接近100%的高濃度CO2氣體氣氛，故水泥原料的煅燒溫度變高，但水泥原料中與石灰石(CaCO3) —起還含有粘土、二氧化硅以及氧化鐵原料，即Si02、Al2O3以及Fe203。
[0038]并且，上述水泥原料在800~900°C左右的溫度氣氛下發(fā)生以下所示的反應， 2CaC03+Si02 — 2Ca0 Si02+2C02 丨(I)
2CaC03+Fe203 — 2Ca0 Fe203+2C02 丨(2)
CaC03+Al203 — CaO A1203+C02 丨(3)
最終生成構成水泥熟料的硅酸鈣化合物，即硅酸三鈣石(3Ca0 SiO2)和貝利特(2Ca0SiO2),以及間隙相即鋁酸鹽相(3Ca0 Al2O3)和鐵素體相(4CaO Al2O3 Fe2O3)。
[0039]此時，從示于圖3的上述(I)式的反應溫度的圖、示于圖4的上述⑵式的反應溫度的圖以及示于圖5的上述(3)式的反應溫度的圖可見，即使在縱軸所示的CO2氣體分壓變高的情況下，也能夠以較低的溫度使上述反應發(fā)生。
[0040]進一步，在上述水泥原料中，除了發(fā)生上述(I)~(3)式所示的反應之外，由二氧化硅、粘土等石灰石以外的原料所帶入的Si02、Al203、Fe203以及其它微量成分成為礦化劑，從而促進碳酸鈣的熱分解，因此如圖6中可見，相比于碳酸鈣單獨的情況，熱分解的開始溫度以及結束溫度均降低。需要說明的是，圖6從對上述水泥原料(原材料)的試樣以及石灰石(CaCO3)單獨的試樣分別以接近于通常的水泥制造設備中的加熱速度的lOK/sec的速度進行加熱時的重量變化確認了上述熱分解的推移。[0041]這里，由于上述礦化劑的存在，與碳酸鈣單獨的情形相比，熱分解的開始溫度和結束溫度均降低的原因之一可認為是如下。
[0042]g卩、以a為活度、K為反應式CaCO3 = CaO + CO2的平衡常數時，
?002 — (aCaC03/aCa0) K
中，通常固體的活度a只要是純物質則不論種類均為1，但對于氧化鈣(CaO)，由于碳酸鈣(CaCO3)熱分解后，其它原料物質(即上述礦化劑)會發(fā)生固溶，因而的值變得小于
I。該結果認為是由于上式的Pre2變高，Pc02 = Iatm的溫度降低，煅燒受到進一步促進的緣故。需要說明的是，aeaaB是因石灰石的品種、產地而固有的值，并不受其它原料成分的影響。
[0043]綜上所述，根據本發(fā)明，即便使混合煅燒爐中的運行溫度降低，也可確保期望的CO2氣體回收量。并且，混合煅燒爐中是利用與水泥原料不同的粒徑大、故比表面積極小的熱介質對水泥原料進行加熱煅燒，因而介質加熱爐中即使將上述熱介質加熱至煅燒溫度以上的1000°c以上，也可以抑制上述熱介質彼此或者熱介質與爐壁、滑槽內壁的粘著或熔接，抑制結皮問題(- 一f 7卜9 O)等的發(fā)生。
[0044]另外，導入至混合煅燒爐的煅燒前的水泥原料，與通常的水泥制造工藝同樣地在水泥制造設備中被第I預熱器預熱，同時，在上述第3或第9方式中的其它水泥原料在第2預熱器中被從混合煅燒爐排出的高溫CO2氣體所預熱。
[0045]進一步，由于在混合煅燒爐和介質加熱爐之間循環(huán)使用熱介質，故可以在混合煅燒爐中確保大量的熱量，同時相對于現有的水泥制造設備而言無需加入新的熱能即可選擇性地以高濃度對煅燒時產生的源于原料的CO2進行回收。
[0046]除此之外，由于將在混合煅燒爐中經充分煅燒的高溫水泥原料返回至水泥窯，因而可以削減水泥窯中燒成所需的燃料。結果，作為水泥窯可以使用較以往長度尺寸更短的回轉窯、流化床、噴射床，還可以實現進一步的節(jié)省空間、節(jié)省設備成本或節(jié)省能源。
[0047]進一步，根據本發(fā)明的第3或第9方式，通過將產生CO2氣體時所產生的熱量用于上述其它水泥原料的預熱，可以進一步提高系統(tǒng)整體的熱效率。
[0048]這里，上述熱介質可以使用具有相對于介質加熱爐中加熱溫度的耐熱性、和與水泥原料混合時的耐磨損性的生灰石(CaO)、二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)等陶瓷類材料、耐熱合金等金屬材料、以及水泥熟料。另外，生灰石還具有溶點聞，為250CTC左右，難以發(fā)生熔接的優(yōu)點。另外，在作為熱介質進行循環(huán)的過程中，即使緩緩磨損而產生的微粉與原料混合，由于是水泥原料成分之一，故不會產生弊病。進一步，即使代替生石灰而將石灰石投入混合煅燒爐、熱介質供給管或斗式升運機時，因為之后會脫二氧化碳而形成生石灰，因而可獲得與上述生石灰的情形相同的作用效果。此時，將上述石灰石投入混合煅燒爐或熱介質供給管則可以回收煅燒時產生的CO2，故優(yōu)選。
[0049]另外，二氧化硅也具有熔點高、為1700°C左右，難以發(fā)生熔接，同時硬度非常高故難以磨損，作為熱介質的補充量少即可的優(yōu)點。進一步，即使循環(huán)過程中緩緩磨損而產生的微粉與原料混合，同樣也由于是水泥原料成分之一而不會發(fā)生不良情況。
[0050]另外，如本發(fā)明第2方式所述，若使用在上述水泥窯中進行燒成而得的硬質且粒徑遠大于水泥原料的水泥熟料，則在經濟性的同時，即使與水泥原料接觸而發(fā)生磨損時、由于該磨損粉末已經經成分調整，故成為與水泥原料同性質的磨損粉末被再次送至水泥窯的情況，所以不會對運轉或作為產品的水泥的品質帶來不良影響。[0051]另外，混合煅燒爐中使熱介質與水泥原料混合進行熱交換時，水泥原料會附著于粒徑較其更大的熱介質的表面。因此，如本發(fā)明的第4方式所述，優(yōu)選的是暫先將上述熱介質從混合煅燒爐的底部取出，通過返回至該混合煅燒爐的上部，使上述熱介質與從混合煅燒爐排出的CO2氣體接觸而使附著的上述水泥原料分離后，返回至上述介質加熱爐。
[0052]然而，從水泥窯輸送至第I預熱器而對水泥原料進行預熱的燃燒排氣中含有N2氣，同時還含有化石燃料燃燒所產生的CO2氣體(源于燃料的CO2氣體的產生)。
[0053]因此，如本發(fā)明第5方式所述，通過在上述混合煅燒爐內進行煅燒，使大量含有CaO的水泥原料的一部分返回至第I預熱器，則上述CaO與燃燒排氣接觸，發(fā)生CaO +CO2 — CaCO3所示的化學反應，可以吸收上述排氣中的源于燃料的CO2氣體。
[0054]并且，生成的CaCO3與水泥原料一起被再次送至混合煅燒爐進行煅燒。
[0055]因此，除了水泥原料煅燒時所產生的源于原料的CO2氣體之外，還可以回收源于燃料的CO2氣體。
[0056]這里，從混合煅燒爐排出的煅燒后的水泥原料為高溫，且上述CaO + CO2 — CaCO3的反應為發(fā)熱反應。因此，如本發(fā)明的第6方式所述，若將從混合煅燒爐排出的上述水泥原料的一部分暫先與空氣進行熱交換而降溫，然后返回至上述第I預熱器，并供給另外經加熱的上述空氣作為介質加熱爐中的燃燒用空氣，則可以實現系統(tǒng)內熱能的進一步有效利用，因而優(yōu)選。
[0057]進一步，本發(fā)明的第10方式中，作為上述介質加熱爐，使用下方具有加熱源的移動床。因此，通過燃燒氣體等加熱氣體從該移動床的底部向上方流動，使得上述底部的熱介質成為最高溫。因此，通過將熱介質從上述移動床的底部逐漸供給至混合煅燒爐，與將介質加熱爐內的熱介質的整體加熱至所需溫度的情形相比，可以降低加熱所需的熱能。此外，加熱氣體與從混合煅燒爐排出的900°C左右的熱介質在爐上部接觸而進行熱交換，因而排出的氣體溫度可以降低至1000°C左右。
`[0058](2)本發(fā)明的第11~第22方式
進一步，為了解決上述課題，本發(fā)明的第11方式為用于對將水泥原料以第I預熱器預熱后供給至內部保持在高溫氣氛的水泥窯進行燒成的水泥制造設備中產生的CO2氣體進行回收的方法，其特征在于，將從上述第I預熱器取出的煅燒前的上述水泥原料供給至加熱至煅燒溫度以上進行了蓄熱的蓄熱煅燒爐、進行煅燒，將經煅燒的上述水泥原料供給至上述水泥窯，同時對上述蓄熱煅燒爐內由上述水泥原料的煅燒而產生的CO2氣體進行回收。
[0059]需要說明的是，上述煅燒溫度是指引起石灰石、即CaC03(碳酸鈣)分解為CaO(氧化鈣)和CO2的反應的溫度。
[0060]另外，本發(fā)明的第12方式是第11方式所述的方法，其特征在于，設置多個上述蓄熱煅燒爐，在其中至少I個蓄熱煅燒爐進行上述水泥原料的煅燒時，將其它蓄熱煅燒爐的至少I個加熱至煅燒溫度以上進行蓄熱，通過多個上述蓄熱煅燒爐交替地重復進行該操作，從而對上述水泥原料的煅燒所產生的CO2氣體進行回收。
[0061]并且，本發(fā)明的第13方式為上述第11或12方式所述的方法，其特征在于，在上述蓄熱煅燒爐中填充粒徑大于上述水泥原料的熱介質。
[0062]進一步，本發(fā)明的第14方式為上述第13方式所述的方法，其特征在于，上述熱介質是通過在上述水泥窯中進行燒成而得的水泥熟料、二氧化硅、生石灰中的任一者。[0063]另外，本發(fā)明的第15方式為上述第11~第14方式中任一者所述的方法，其特征在于，將從上述第I預熱器取出的煅燒前的上述水泥原料、以及經與上述第I預熱器相獨立的第2預熱器預熱的煅燒前的其它水泥原料供給至上述蓄熱煅燒爐，同時將上述蓄熱煅燒爐內產生的CO2氣體作為上述第2預熱器的熱源進行利用后進行回收。
[0064]并且，本發(fā)明的第16方式為上述第11~15中任一方式所述的方法，其特征在于，利用將上述水泥原料供給至上述蓄熱煅燒爐進行煅燒時產生的CO2氣體而使上述水泥原料流動化，由此使經煅燒的上述水泥原料從上述蓄熱煅燒爐溢流而供給至上述水泥窯。
[0065]進一步，本發(fā)明的第17方式為上述第11~15方式中任一者所述的方法，其特征在于，使上述水泥原料伴隨在將上述水泥原料供給至上述蓄熱煅燒爐進行煅燒時產生的CO2氣體中，通過粒子分離裝置將上述水泥原料和CO2氣體分離，將經煅燒的上述水泥原料供給至上述水泥窯。
[0066]另外，本發(fā)明的第18方式為上述第11~17方式中任一者所述的方法,其特征在于，將在上述蓄熱煅燒爐內經煅燒的上述水泥原料的一部分返回至上述第I預熱器。
[0067]并且，本發(fā)明的第19方式為上述第18方式所述的方法，其特征在于，使上述水泥原料的一部分與空氣進行熱交換，將降溫的該水泥原料返回至上述第I預熱器，同時將經加熱的上述空氣供給作為上述蓄熱煅燒爐中的燃燒用空氣。
[0068]進一步，本發(fā)明的第20方式是用于對具備預熱水泥原料的第I預熱器、和對被該第I預熱器預熱的上述水泥原料進行燒成的水泥窯的制造設備中產生的CO2氣體進行回收的設備，其特征在于，具備:從上述第I預熱器取出煅燒前的上述水泥原料的取出管、被導入由該取出管取出的上述水泥原料的同時加熱至上述水泥原料的煅燒溫度以上進行蓄熱的蓄熱煅燒爐、將在上述蓄熱煅燒爐中經煅燒的上述水泥原料的一部分返回至上述第I預熱器或上述水泥窯的返回管、以及對上述蓄熱煅燒爐內產生的CO2氣體進行回收的CO2氣體排氣管。
[0069]另外，本發(fā)明的第21方式為上述第20方式所述的回收設備，其特征在于，具備--與上述第I預熱器相獨立地設置以預熱其它水泥原料的第2預熱器、和將經該第2預熱器預熱的煅燒前的上述其它水泥原料供給至上述蓄熱煅燒爐的移送管，且來自上述蓄熱煅燒爐的上述CO2氣體被作為上述第2預熱器的熱源導入。
[0070]并且，本發(fā)明的第22方式為上述第20或21方式所述的回收設備，其特征在于，具備多個上述蓄熱煅燒爐。
[0071]上述本發(fā)明的第11~19方式的回收方法和上述第20~22方式的回收設備中，將從第I預熱器取出的煅燒前的水泥原料供給至將充填的熱介質加熱至煅燒溫度以上進行了蓄熱的蓄熱煅燒爐中。由此，上述蓄熱煅燒爐中煅燒前的上述水泥原料被上述熱介質所煅燒。
[0072]其結果，上述蓄熱煅燒爐內被水泥原料的煅燒所產生的CO2氣體充滿，該CO2氣體濃度成為大致100%。如此，根據上述回收方法或回收設備，可以從上述蓄熱煅燒爐由0)2氣體排氣管回收大致100%濃度的CO2氣體。
[0073]進一步，本發(fā)明的第12方式中，由于使用多個上述蓄熱煅燒爐，對從第I預熱器取出的煅燒前的水泥原料進行煅燒，因而可以使煅燒爐和介質加熱爐為一個。因此，變得不需要將高溫的熱介質從介質加熱爐取出。其結果，不需要設置斗式升運機等設備、可以抑制設備所花費的成本，同時由于沒有熱介質的移動故可以大大抑制高溫物的搬運問題和熱損耗。進一步，由于使用多個上述蓄熱煅燒爐，因而可以縮短介質加熱時間和煅燒時間，可以效率良好地回收CO2氣體。
[0074]另外，特別是在本發(fā)明的第15或第21方式中，將上述蓄熱煅燒爐內產生的高溫的CO2氣體運送至與第I預熱器相獨立的第2預熱器用于水泥原料的預熱后，可以直接從排氣管進行回收。
[0075]需要說明的是，由于上述蓄熱煅燒爐內變成接近100%的高濃度CO2氣體氣氛，故水泥原料的煅燒溫度變高，但水泥原料中與石灰石(CaCO3) —起還含有粘土、二氧化硅以及氧化鐵原料，即Si02、Al2O3以及Fe203。
[0076]并且，上述水泥原料在800~900°C左右的氣氛下發(fā)生以下所示的反應，
2CaC03 + SiO2 — 2Ca0 SiO2 + 2C02 丨(1)
2CaC03 + Fe2O3 — 2Ca0 Fe2O3 + 2C02 丨(2)
CaCO3 + Al2O3 — CaO Al2O3 + CO2 t(3)
最終生成構成水泥熟料的硅酸鈣化合物即硅酸三鈣石(3Ca0 SiO2)和貝利特(2Ca0SiO2)以及間隙相即鋁酸鹽相(3Ca0 Al2O3)和鐵素體相(4CaO Al2O3 Fe2O3)。
[0077]此時，從示于圖12的上述⑴式的反應溫度的圖、示于圖13的上述⑵式的反應溫度的圖以及示于圖14的上述(3)式的反應溫度的圖可見，即使在縱軸所示的CO2氣體分壓變高的情況下，也能夠以較低的溫度使上述反應發(fā)生。
[0078]進一步，在上述水泥原料中，除了發(fā)生上述(I)~(3)式所示的反應之外，由二氧化硅、粘土等石灰石以外的原料所帶入的Si02、Al203、Fe203以及其它微量成分成為礦化劑，從而促進碳酸鈣的熱分解，因此如圖15中可見，相比于碳酸鈣單獨的情況，熱分解的開始溫度以及結束溫度均降低。需要說明的是，圖15從對上述水泥原料(原材料)的試樣以及石灰石(CaCO3)單獨的試樣分別以接近于通常的水泥制造設備中的加熱速度的lOK/sec的速度進行加熱時的重量變化確認了上述熱分解的推移。
[0079]這里，由于上述礦化劑的存在，與碳酸鈣單獨的情形相比，熱分解的開始溫度和結束溫度均降低的原因之一可認為是如下。
[0080]即、以a為活度、K為反應式CaCO3 — CaO + CO2的平衡常數時，
?002 — (aCaC03/aCa0) K
中，通常固體的活度a只要是純物質則不論種類均為1，但對于氧化鈣(CaO)，由于碳酸鈣(CaCO3)的熱分解后，其它原料物質(即上述礦化劑)會發(fā)生固溶，因而的值變得小于I。該結果認為是由于上式的Pro2變高，Pro2 = Iatm的溫度降低，煅燒受到進一步促進的緣故。需要說明的是，aearo3是因石灰石的品種、產地而固有的值，并不受其它原料成分的影響。
[0081]綜上所述，根據本發(fā)明，即便使蓄熱煅燒爐中的運行溫度降低，也可確保期望的CO2氣體回收量。并且，蓄熱煅燒爐中是利用與水泥原料不同的粒徑大、故比表面積極小的熱介質對水泥原料進行加熱煅燒，因而該蓄熱煅燒爐中即使將上述熱介質加熱至煅燒溫度以上的1000°c以上，也可以抑制上述熱介質彼此或者熱介質與爐壁的粘著或熔接，抑制結皮問題等的發(fā)生。
[0082]另外，導入至上述蓄熱煅燒爐的煅燒前的水泥原料、與通常的水泥制造工藝同樣地由水泥制造設備中的第I預熱器進行預熱，同時本發(fā)明的第15或第21實施方式中的其它水泥原料在第2預熱器中被從上述蓄熱煅燒爐排出的高溫CO2氣體所預熱。
[0083]并且，如本發(fā)明的第13實施方式所述，上述蓄熱煅燒爐中，由于填充有粒徑大于上述水泥原料的熱介質，因而可以可以在上述蓄熱煅燒爐中確保大量的熱量，同時相對于現有的水泥制造設備不用加入新的熱能即可選擇性地以高濃度對煅燒時產生的源于原料的CO2進行回收。
[0084]此外，由于將蓄熱煅燒爐中經充分煅燒的高溫水泥原料返回至水泥窯，因而可以削減水泥窯中燒成所需的燃料。其結果，作為水泥窯還可以實現長度尺度比以往更短的回轉窯、或流動化。
[0085]另外，根據本發(fā)明的第15或21的實施方式，通過將產生的CO2氣體所具有的熱量用于上述其它水泥原料的預熱，可以進一步提高系統(tǒng)整體的熱效率。
[0086]這里，作為上述熱介質，如第14實施方式所述，可以使用具有相對于上述蓄熱煅燒爐中加熱溫度的耐熱性、和與水泥原料混合時的耐磨損性的生石灰(CaO)、二氧化硅(SiO2)或、氧化鋁(Al2O3)等陶瓷類材料、耐熱合金等金屬材料、以及水泥熟料。另外，生石灰還具有熔點高、為2500°C左右，難以發(fā)生熔接的優(yōu)點。另外，作為熱介質，在上述蓄熱煅燒爐內重復進行上述水泥原料的煅燒過程中，即使緩緩磨損而產生的微粉與原料混合，由于是水泥原料成分之一，故不會產生弊病。進一步，即使代替生石灰而將石灰石填充于上述蓄熱煅燒爐時，因為之后的脫二氧化碳而形成生石灰，因而可獲得與上述生石灰的情況相同的作用效果。
[0087]另外，二氧化硅也具有熔點高、為1700°C左右，難以發(fā)生熔接，同時硬度非常高故難以磨損，作為熱介質的補充量少即可的優(yōu)點。進一步，即使煅燒過程中緩緩磨損而產生的微粉與原料混合，由于是水泥原料成分之一，因而不會發(fā)生不良狀況。
`[0088]并且，如本發(fā)明第14實施方式所述，若使用在上述水泥窯中進行燒成而得的硬質且粒徑遠大于水泥原料的水泥熟料，則在經濟性的同時，即使與水泥原料接觸而發(fā)生磨損時、由于該磨損粉末已經經成分調整，故成為與水泥原料同性質的磨損粉末被再次送至水泥窯的情況，所以不會對運轉或作為產品的水泥窯的品質帶來不良影響。
[0089]進一步，蓄熱煅燒爐中使熱介質與水泥原料進行混合而熱交換時，水泥原料會附著于粒徑較其更大的熱介質的表面。因此，可以如第16實施方式所述，利用將上述水泥原料供給至上述蓄熱煅燒爐進行煅燒時產生的CO2氣體，而使上述水泥原料流動化，由此使經煅燒的上述水泥原料從上述蓄熱煅燒爐溢流而供給至上述水泥窯。其結果，可以簡便地將經煅燒的上述水泥原料從蓄熱煅燒爐取出。
[0090]另外，可以如本發(fā)明的第17實施方式所述，使上述水泥原料伴隨在將上述水泥原料供給至上述蓄熱煅燒爐進行煅燒時產生的CO2氣體中，通過粒子分離裝置將上述水泥原料與CO2氣體分離，將經煅燒的上述水泥原料供給至上述水泥窯。由此，可以簡便地將經煅燒的上述水泥原料從蓄熱煅燒爐取出。
[0091]然而，從水泥窯輸送至第I預熱器而對水泥原料進行預熱的燃燒氣體中含有N2氣，同時還含有化石燃料燃燒所產生的CO2氣體(源于燃料的CO2氣體的產生)。
[0092]因此，如本發(fā)明第18實施方式所述，通過在上述蓄熱煅燒爐內進行煅燒，使大量含有CaO的水泥原料的一部分返回至第I預熱器，則上述CaO與燃料排氣接觸，發(fā)生CaO +CO2 — CaCO3所示的化學反應，可以吸收上述排氣中的源于燃料的CO2氣體。
[0093]并且，生成的CaCO3與水泥原料一起被再次送至蓄熱煅燒爐進行煅燒。
[0094]因此，除了水泥原料煅燒時所產生的源于原料的CO2氣體之外，還可以回收源于燃料的CO2氣體。
[0095]這里，從上述蓄熱煅燒爐排出的煅燒后的水泥原料為高溫，且上述CaO +CO2 — CaCO3的反應為發(fā)熱反應。因此，如本發(fā)明的第19實施方式所述，若將從蓄熱煅燒爐排出的上述水泥原料的一部分暫先與空氣進行熱交換而降溫，然后返回至上述第I預熱器，并供給另外經加熱的上述空氣作為介質加熱爐中的燃燒用空氣，則可以實現系統(tǒng)內熱能的進一步有效利用，因而優(yōu)選。
[0096]進一步，如第22實施方式所述，由于具備多個上述蓄熱煅燒爐，因而在至少一個蓄熱煅燒爐中對煅燒前的上述水泥原料進行煅燒時，可在其它蓄熱煅燒爐的至少一個中將上述熱介質加熱至煅燒溫度以上進行蓄熱，通過交替地或決定輪流重復進行該操作，可以對煅燒前的上述水泥原料連續(xù)地進行煅燒。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0097]圖1為表示本發(fā)明所述的CO2氣體回收設備的第I實施方式的構成簡圖。
[0098]圖2為表示本發(fā)明所述的CO2氣體回收設備的第2實施方式的構成簡圖。
[0099]圖3為表示氣氛中CO2濃度與(I)式所示反應溫度之間關系的圖。
[0100]圖4為表示氣氛中CO2濃度與(2)式所示反應溫度之間關系的圖。
[0101]圖5為表示氣氛中CO2濃度與(3)式所示反應溫度之間關系的圖。
[0102]圖6為表示在CO2氣氛下水泥原料與石灰石單獨的煅燒開始溫度以及結束溫度的差異的圖。
[0103]圖7為表示本發(fā)明所述的CO2氣體回收設備的第3實施方式的構成簡圖。
[0104]圖8為說明本發(fā)明所述的CO2氣體回收設備的第3實施方式的蓄熱煅燒爐的說明圖。
[0105]圖9為說明本發(fā)明所述的CO2氣體回收設備的第3實施方式的圖8的蓄熱煅燒爐的變形例的說明圖。
[0106]圖10為說明本發(fā)明所述的CO2氣體回收設備的第3實施方式的蓄熱煅燒爐的其它變形例的說明圖。
[0107]圖11為表示本發(fā)明所述的CO2氣體回收設備的第4實施方式的構成簡圖。
[0108]圖12為表示氣氛中CO2濃度與(I)式所示反應溫度之間關系的圖。
[0109]圖13為表示氣氛中CO2濃度與(2)式所示反應溫度之間關系的圖。
[0110]圖14為表示氣氛中CO2濃度與(3)式所示反應溫度之間關系的圖。
[0111]圖15為表示在CO2氣氛下水泥原料與石灰石單獨的煅燒開始溫度以及結束溫度的差異的圖。
[0112]圖16為表示通常的水泥制造設備的構成簡圖。
[0113]圖17為表示氣氛中的CO2濃度與石灰石的煅燒溫度之間的關系的圖。
【具體實施方式】[0114](第I實施方式)
圖1表示本發(fā)明所述水泥制造設備中的CO2氣體的回收設備的第I實施方式，對于水泥制造設備的構成，由于與圖16所示的相同，故標以同樣的符號而簡略其說明。
[0115]圖1中，符號10為與水泥制造設備的預熱器(第I預熱器)3相獨立地設置的第2預熱器。
[0116]該第2預熱器10與上述預熱器3相同，由上下方向直列配置的多段旋風分離器構成，使水泥原料從供給管11被供給至最上段的旋風分離器。并且，在第2預熱器10的最下段的旋風分離器的底部連接有移送管IOa的上端，同時該移送管IOa的下端部被導入至混合煅燒爐12。該混合煅燒爐12為例如流化床式、回轉窯式、移動床式等粉體混合爐。
[0117]另一方面，在上述水泥制造設備的預熱器3中設置有從最下段旋風分離器取出煅燒前水泥原料的取出管13，該取出管13的前端部連接于來自第2預熱器10的移送管10a。由此，使得來自第2預熱器10的煅燒前水泥原料與來自預熱器3的煅燒前水泥原料被導入混合煅燒爐12內。
[0118]進一步，該CO2氣體的回收設備中，與混合煅燒爐12并列地設置有介質加熱爐14。該介質加熱爐14是內部填充有從熟料冷卻器6排出的粒徑比水泥原料大的水泥熟料的移動床，下部側面設置有對內部進行加熱的燃燒器14a。另外，底部設置有用于將來自熟料冷卻器6的抽氣氣體導入作為燃燒用空氣的導入管14b。進一步，該介質加熱爐14的頂棚部設置有用于排出內部燃燒排氣的排氣管14c，該排氣管14c與來自回轉窯I的排氣管3b連接。該介質過熱爐14并 不限定于移動床式，還可以使用例如流化床式、回轉窯式等的粉體加熱爐。
[0119]并且，該介質加熱爐14的下部連接有將在內部經加熱的水泥熟料輸送至混合煅燒爐12的熱介質供給管15，該混合煅燒爐12的上部連接有構成來自該混合煅燒爐12的排氣導管的一部分的介質沉降裝置16。另外，混合煅燒爐12的底部連接有取出水泥熟料的排出管17，并使由該排出管17取出的水泥熟料通過斗式升運機18而返回至上述介質沉降裝置16內。
[0120]進一步，介質沉降裝置16的底部連接有將上述水泥熟料返回至介質加熱爐14的熱介質返回管19。并且，通過熱介質供給管15、排出管17、斗式升運機18和熱介質返回管19構成了將在介質加熱爐14中經加熱的水泥熟料供給至混合煅燒爐12的同時還從該混合煅燒爐12返回至介質加熱爐14的熱介質的循環(huán)管。需要說明的是，圖中符號20是用于補充該循環(huán)管中循環(huán)的水泥熟料的消失部分、用于補充新的水泥熟料的熟料槽。
[0121]另一方面，介質沉降裝置16的排出側連接有旋風分離器21，用于分離從混合煅燒爐12排出的CO2氣體、伴隨于該CO2氣體的煅燒后的水泥原料以及用介質沉降裝置16從熱介質中分離出的煅燒后的水泥原料，該旋風分離器21的底部連接有將經分離的煅燒后的水泥原料返回至回轉窯I的窯尾部分2的返回管22。另外，旋風分離器21的上部連接有用于排出經分離的CO2氣體的CO2排氣管23，同時該CO2排氣管23被作為第2預熱器10中的加熱介質而導入。需要說明的是，圖中符號24為CO2氣體的排氣扇,符號25為CO2氣體的排氣管。
[0122]接著，對于使用上述第I實施方式所示的CO2氣體的回收設備的本發(fā)明所述CO2氣體的回收方法和水泥的制造方法的一個實施方式進行說明。[0123]首先，將水泥原料由供給管4、11分別供給至預熱器3、第2預熱器10的最上段的旋風分離器。
[0124]由此，在預熱器3中，在被逐漸送至下方的旋風分離器的過程中，所述水泥原料與以往同樣地被通過排氣管3b而從回轉窯I供給的排氣所預熱。并且，被預熱至達到煅燒溫度之前(例如，約810°C )的上述水泥原料被從取出管13通過移送管IOa而供給至混合煅燒爐12。
[0125]另外，被供給至第2預熱器10的水泥原料被從混合煅燒爐12排出的高濃度且高溫的CO2氣體所預熱，最終被預熱至達到煅燒溫度之前(例如，約760°C )而從移送管IOa供給至混合煅燒爐12。
[0126]另一方面，介質加熱爐14中，內部的水泥熟料(熱介質)通過燃燒器14a的燃燒而被加熱至水泥原料的煅燒溫度以上(例如1200°C左右)。并且，經加熱的水泥熟料被從熱介質供給管15供給至混合煅燒爐12。 [0127]由此，在混合煅燒爐12內，供給的水泥原料與水泥熟料混合而被加熱至煅燒溫度以上(例如，900°C )進行煅燒，同時此時會產生CO2氣體。并且，該CO2氣體與煅燒后的水泥原料從混合煅燒爐12的上部通過介質沉降裝置16而被送至旋風分離器21，在該旋風分離器21中被固氣分離。并且，經分離的煅燒后的水泥原料從返回管22返回至回轉窯I的窯尾部分2，最終在回轉窯I內進行燒成。
[0128]另一方面，經旋風分離器21分離的大致100%濃度的高溫CO2氣體被從CO2排氣管23導入作為第2預熱器10中的加熱介質。其結果，可以從CO2氣體的排氣管25回收源于原料的約100%濃度的CO2氣體。
[0129]另外，與之并行地，將通過在混合煅燒爐12內對水泥原料進行煅燒而降溫的水泥熟料逐漸從混合煅燒爐12的底部通過排出管17取出，進而利用斗式升運機18運送至混合煅燒爐12的上方，投入介質沉降裝置16內。并且，該介質沉降裝置16中，水泥熟料在附著的水泥原料被從混合煅燒爐12送來的CO2氣體所分離后，通過熱介質返回管19而被再次返回至介質加熱爐14。
[0130]如此，根據上述水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法和回收設備，可以有效利用水泥設備中的熱源，將占據該水泥設備中產生的CO2氣體之中一半以上的源于原料的CO2氣體以接近100%的高濃度進行回收。
[0131]此時，混合煅燒爐12中以與水泥原料不同的粒徑大、故比表面積極小的水泥熟料為熱介質而對水泥原料進行加熱、煅燒，因而介質加熱爐14中即使將上述水泥熟料加熱至煅燒溫度以上的1000°C以上，也可以抑制上述水泥熟料彼此或者水泥熟料與爐壁、滑槽內壁的粘著或熔接，抑制結皮問題等的發(fā)生。
[0132]此外，由于混合煅燒爐12中經充分煅燒的高溫的水泥原料從返回管22返回至回轉窯1，因而回轉窯I中可削減燒成所需的燃料，故可使用與以往相比長度尺寸更短的回轉窯I。
[0133](第2實施方式)
圖2表示本發(fā)明所述的CO2氣體的回收設備的第2實施方式，對于與圖1所示的相同構成部分，標以同樣的符號而簡略其說明。
[0134]該回收設備中，從旋風分離器21返回至回轉窯I的窯尾部分2的煅燒后的水泥原料的返回管22上設置有將上述水泥原料的一部分分流的分流管30。并且，該分流管30被導入至熱交換器31。
[0135]該熱交換器31用于將由空氣的供給管32送來的空氣利用由分流管30送來的高溫(例如，約900°C )的上述水泥原料進行加熱，分流管30的出口側連接有將降溫(例如，300°C左右)的水泥原料返回至第I預熱器3的移送管33。另一方面，經熱交換器31加熱的空氣的出口側連接有將該空氣供給作為介質加熱爐14的燃燒用空氣的供給管34。
[0136]包括以上構成的第2實施方式所述的CO2氣體的回收設備中，通過在混合煅燒爐12內進行煅燒而將大量含有CaO的水泥原料的一部分通過分流管30、熱交換器31和移送管33返回至第1預熱器3，因而上述水泥原料與第I預熱器3中的水泥原料的加熱用燃燒排氣接觸，如CaO + CO2 — CaCO3所示，對該燃燒排氣中的源于燃料的CO2氣體進行吸收。
[0137]并且，生成的CaCO3與水泥原料一起被再次送至混合煅燒爐進行煅燒。
[0138]其結果，除了混合煅燒爐12中水泥原料煅燒時產生的源于原料的CO2氣體之外，還可以對回轉窯I的主燃燒器5、介質加熱爐14的燃燒器14a中的燃燒所產生的源于燃料的CO2氣體進行回收。
[0139]此外，使從混合煅燒爐12排出的約900°C的高溫水泥原料的一部分在熱交換器31中與空氣進行熱交換而降溫至約300°C左右后，從移送管33返回至第I預熱器3，同時將在上述熱交換器31中經加熱的上述空氣由供給管34供給至介質加熱爐14作為燃燒用空氣，因而可以實現系統(tǒng)內熱能的進一步有效利用。
[0140]此時，在第I預熱器3的下段形成約800°C的溫度氣氛，與之相對，供給的是較其低溫的約300°C的水泥原料，但由于上述CaO + CO2 — CaCO3所示的反應為發(fā)熱反應，因而不會使第I預熱器3中的熱平衡破壞。
[0141](第3實施方式)
圖7表示本發(fā)明所述水泥制造設備中的CO2氣體n的回收設備的第3實施方式，對于水泥制造設備的構成，由于與圖16所示的相同，故標以同樣的符號而簡略其說明。
[0142]圖7中，符號10為與水泥制造裝置的預熱器(第1預熱器)3相獨立地設置的第2預熱器10。
[0143]該第2預熱器10與上述第1預熱器3相同，由上下方向直列配置的多段旋風分離器構成，使煅燒前的水泥原料(煅燒前水泥原料)k從供給管111被供給至最上段的旋風分離器。并且，第2預熱器10的最下段的旋風分離器的底部連接有移送管1Oa的上端，同時該移送管1Oa的下端部被導入至蓄熱煅燒爐112。該蓄熱煅燒爐112由第1蓄熱煅燒爐112a與第2蓄熱煅燒爐112b構成，各自導入有移送管IOa的下端部。
[0144]另一方面，在上述水泥制造設備的上述第I預熱器3上設置有從最下段旋風分離器取出煅燒前水泥原料k的取出管113，該取出管113的前端部連接于來自第2預熱器10的移送管10a。由此，使得來自第2預熱器10的煅燒前水泥原料k與來自上述第I預熱器3的煅燒前水泥原料k被導入至蓄熱煅燒爐112內。
[0145]進一步，該CO2氣體η的回收裝置中，第1蓄熱煅燒爐112a與第2蓄熱煅燒爐112b并列地設置。該第1蓄熱煅燒爐112a與第2蓄熱煅燒爐112b如圖8所示，臥式蓄熱煅燒爐112的內部填充有粒徑比煅燒前水泥原料k大的熱介質t。該熱介質t填充有從熟料冷卻器6排出的水泥熟料、或二氧化硅、生石灰中的任一者，底部分別設置有對內部進行加熱的燃燒器114，同時設置有用于將來自熟料冷卻器6的抽氣導入作為燃燒用空氣的導入管115。進一步，側面的一側設置有用于導入煅燒前水泥原料k的移送管10a，同時另一側設置有將分離了 CO2氣體η的經煅燒的水泥原料(已煅燒水泥原料)k’返回至回轉窯I的窯尾部分2的返回管118。并且，該第I蓄熱煅燒爐112a與第2蓄熱煅燒爐112b的頂棚部設置有用于排出內部燃燒排氣或CO2氣體η的排氣管116。
[0146]并且，各排氣管116與來自回轉窯I的排氣管3b以及第I預熱器3、第2預熱器10連接，分別設置有用于切換導入從蓄熱煅燒爐112排出的燃燒排氣和CO2氣體η的切換閥117。對該切換閥117進行設置以使排氣管116的通路按照下述方式切換，例如，對蓄熱煅燒爐112進行蓄熱時，將排出的燃燒排氣送至第I預熱器3，在蓄熱煅燒爐112中進行煅燒時，將排出的CO2氣體η送至第2預熱器10。
[0147]進一步，圖8所示的臥式蓄熱煅燒爐112的變形例即圖9的蓄熱煅燒爐112中，第I蓄熱煅燒爐112a與第2蓄熱煅燒爐112b的下部側面的一側各自設置有對內部進行加熱的燃燒器114，同時設置有用于將來自熟料冷卻器6的抽氣導入作為燃燒用空氣的導入管115。另外，下部側面的另一側設置有用于將加熱蓄熱煅燒爐112而進行蓄熱時產生的燃燒排氣排出的排出管116a。該排出管116a在蓄熱煅燒爐112蓄熱時排出燃燒排氣。
[0148]并且，圖10所示的蓄熱煅燒爐112的變形例中，立式蓄熱煅燒爐112的內部填充有粒徑比煅燒前水泥原料k大的熱介質t。并且，下部側面分別設置有對內部進行加熱的燃燒器114，同時底部設置有將來自熟料冷卻器6的抽氣導入作為燃燒用空氣的導入管115。進一步，側面的一側設置有用于導入煅燒前水泥原料k的移送管10a。另外，該第I蓄熱煅燒爐112a與第2蓄熱煅燒爐112b的頂棚部設置有用于將內部的燃燒排氣或CO2氣體η排出的排出管116b,該排出管116b的出口側設置有旋風分尚器126。并且,該旋風分尚器126的頂棚部設置有用于排出燃燒排氣或CO2氣體η的排氣管116，底部設置有將分離了煅燒時產生的CO2氣體η的已煅燒水泥原料k’返回至回轉窯I的窯尾部分2的返回管118。
[0149]另外，各排氣管116與來自回轉窯I的排氣管3b以及第I預熱器3、第2預熱器10連接，分別設置有用于切換導入從蓄熱煅燒爐112排出的燃燒排氣與CO2氣體η的切換閥117。對該切換閥117進行設置以使排氣管116的通路按照下述方式切換，例如，對蓄熱煅燒爐112進行蓄熱時，將排出的燃燒排氣送至第I預熱器3，在蓄熱煅燒爐112中進行煅燒時，將排出的CO2氣體η送至第2預熱器10。
[0150]需要說明的是，圖中符號119為CO2氣體η的排氣管，符號120為CO2氣體η的排氣扇。
[0151]接著，對于使用上述第3實施方式所示的CO2氣體η的回收設備的本發(fā)明所述CO2氣體η的回收方法的一實施方式進行說明。
[0152]首先，將煅燒前水泥原料k通過供給管4、111分別供給至上述第I預熱器3、第2預熱器10的最上段的旋風分離器。
[0153]由此， 上述第I預熱器3中，在被逐漸送至下方的旋風分離器的過程中，煅燒前水泥原料k與以往相同地被通過排氣管3b而從回轉窯I供給的排氣、和來自第I蓄熱煅燒爐112a的燃燒排氣所預熱。并且，被預熱至達到煅燒溫度之前(例如，810°C)的煅燒前水泥原料k被從取出管113通過移送管IOa而供給至第2蓄熱煅燒爐112b。
[0154]另外，被供給至第2預熱器10的煅燒前水泥原料k被蓄熱煅燒爐112b內的煅燒所產生的CO2氣體n所預熱，最終被預熱至到達煅燒溫度之前(例如，760°C )，被從移送管IOa供給至第2蓄熱煅燒爐112b。[0155]另一方面，第2蓄熱煅燒爐112b中，如圖8和圖9所示，由移送管IOa供給的煅燒前水泥原料k與填充于內部預先加熱而進行了蓄熱的水泥熟料(熱介質)t進行混合，而被加熱至煅燒溫度以上(例如，900°C )進行煅燒，同時此時產生CO2氣體n。
[0156]并且，第2蓄熱煅燒爐112b內產生的CO2氣體n被從排氣管116導入作為第2預熱器10中的加熱介質。此時，設置于排氣管116的切換閥117打開通向第2預熱器10的通路，并關閉通向第I預熱器3的通路，而將CO2氣體n導至第2預熱器10。另外，已煅燒水泥原料k’由于煅燒時產生的CO2氣體n而流動化，因溢流而從返回管118返回至水泥窯I的窯尾部分2，最終在回轉窯I內進行燒成。
[0157]另外，圖10所示的變形例中，第2蓄熱煅燒爐112b中，煅燒前水泥原料k通過移送管IOa而與填充于內部預先進行了加熱蓄熱的水泥熟料(熱介質)t混合，而被加熱至煅燒溫度以上(例如，900°C )進行煅燒，同時此時產生CO2氣體n。
[0158]并且，第2蓄熱煅燒爐112b內產生的CO2氣體n伴隨已煅燒水泥原料k’、從排出管116b被導入至旋風分離器126。并且，在旋風分離器126內被分離為CO2氣體n和已煅燒水泥原料k’。經分離的已煅燒水泥原料k’被從設置于底部的返回管118導入至水泥窯I的窯尾部分2。另外，經分離的CO2氣體n被從頂棚部的排氣管116導入作為第2預熱器10中的加熱介質。此時，設置于排氣管116的切換閥117打開通向第2預熱器10的通路，并關閉通向第I預熱器3的通路，而將CO2氣體n導至第2預熱器10。
[0159]另一方面，第I蓄熱煅燒爐112a中，與第2蓄熱煅燒爐112b進行煅燒平行地，填充于第I蓄熱煅燒爐112a內部的水泥熟料(熱介質)t通過燃燒器114和被導入管115所導入的來自熟料冷卻器6的抽氣，而被加熱至煅燒前水泥原料k的煅燒溫度以上(例如，1200°C )進行蓄熱。此時排出的燃燒排氣被從排氣管116導入作為上述第I預熱器3中的加熱介質。此時，設置于排氣管116的切換閥117打開通向第I預熱器3的通路，關閉通向第2預熱器10的通路，而將燃燒排氣導入至第I預熱器3。此時，圖8所示的蓄熱煅燒爐112的變形例即圖9所示的蓄熱煅燒爐112中，燃燒排氣通過排出管116a排出。由此，可以通過燃燒排氣效率良好地加熱水泥熟料(熱介質)t。另外，該情形中，設置于頂棚部的排氣管116關閉。
[0160]需要說明的是，與需要將水泥熟料(熱介質)t加熱至1200°C左右的高溫進行蓄熱相對，來自回轉窯I的排氣由于是1100~1200°C的溫度，因此如果將該來自回轉窯I的排氣的總量或一定量導入至蓄熱煅燒爐112a，再次從排氣管116送至上述第I預熱器3，則可以有效利用上述排氣。
[0161]進一步，如圖10所示，在其它變形例的蓄熱煅燒爐112中，燃燒排氣從設置于頂棚部的排出管116b導入至旋風分離器126，而從排氣管116被導入作為上述第I預熱器3中的加熱介質。
[0162]另外，第2蓄熱煅燒爐112b內，水泥原料k經煅燒后，再次通過燃燒器114和被導入管115導入的來自熟料冷卻器6的抽氣而對填充于內部的水泥熟料(熱介質)t進行加熱蓄熱。此時，設置于排氣管116的切換閥117打開通向第I預熱器3的通路，關閉通向第2預熱器10的通路，而將燃燒排氣導入至第I預熱器3。[0163]另一方面，蓄熱的第I蓄熱煅燒爐112a中，停止燃燒器114后，由移送管IOa供給的煅燒前水泥原料k與水泥熟料(熱介質)t混合而被加熱至煅燒溫度以上(例如，900°C)進行煅燒，同時此時產生CO2氣體η。
[0164]并且，第I蓄熱煅燒爐112a內產生的CO2氣體η從排氣管116被導入作為第2預熱器10中的加熱介質。此時，設置于排氣管116的切換閥117打開通向第2預熱器10的通路，并關閉通向第I預熱器3的通路，而將CO2氣體η導至第2預熱器10。另外，已煅燒水泥原料k’由于煅燒時產生的CO2氣體η而流動化，因溢流而從返回管118返回至水泥窯I的窯尾部分2，最終在回轉窯I內進行燒成。
[0165]如此，根據上述水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法和回收設備，通過使用第I蓄熱煅燒爐112a與第2蓄熱煅燒爐112b，重復進行煅燒、加熱和蓄熱，可以連續(xù)地進行CO2氣體的回收，同時可實現設備的簡易化。另外，有效利用水泥設備中的熱源，可以以接近100%的高濃度對占該水泥設備中產生的CO2氣體η中一半以上的源于原料的CO2氣體η進行回收。[0166]此時，蓄熱煅燒爐112中，以與煅燒前水泥原料k不同的粒徑大、故比表面積極小的水泥熟料為熱介質t，加熱煅燒前水泥原料k進行煅燒，因而蓄熱煅燒爐112中即使將水泥熟料t加熱至煅燒溫度以上的1000°C以上，也可以抑制熱介質彼此或者熱介質與爐壁的粘著或熔接，可以抑制結皮問題等的發(fā)生。
[0167]此外，由于將蓄熱煅燒爐112中經充分煅燒的高溫的已煅燒水泥原料k’從返回管118返回至回轉窯1，因而可削減回轉窯I中燒成所需的燃料，故可使用與以往相比長度尺寸更短的回轉窯I。
[0168](第4實施方式)
圖11表示本發(fā)明所述CO2氣體η的回收設備的第4實施方式，對于與圖16所示的相同構成部分，進行相同的標記而簡略其說明。
[0169]該回收設備中，從蓄熱煅燒爐112返回至回轉窯I的窯尾部分2的已煅燒水泥原料k’的返回管118連接有分流已煅燒水泥原料k’的一部分的分流管121。并且，該分流管121被導入至熱交換器122。
[0170]該熱交換器122用于將由空氣供給管124送來的空氣通過由分流管121送來的高溫(例如，900°C )的已煅燒水泥原料k’進行加熱，分流管121的出口側連接有將降溫(例如，300°C )的已煅燒水泥原料k’返回至第I預熱器3的移送管123。另一方面，經熱交換器122加熱的空氣的出口側連接有將該空氣供給作為蓄熱煅燒爐112的燃燒用空氣的供給管 125。
[0171]包括以上構成的第4實施方式所述的CO2氣體η的回收設備中，通過在蓄熱煅燒爐112內進行煅燒而將大量含有CaO的水泥原料的一部分通過分流管121、熱交換器122和移送管123返回至第I預熱器3，因而已煅燒水泥原料k’與第I預熱器3中的煅燒前水泥原料k的加熱用燃燒排氣接觸，如CaO + CO2 — CaCO3所示，將該燃燒排氣中的源于燃料的CO2氣體η吸收。
[0172]并且，生成的CaCO3與煅燒前水泥原料k 一起被再次送至蓄熱煅燒爐進行煅燒。
[0173]其結果，蓄熱煅燒爐內112中，煅燒前水泥原料k除了煅燒時所產生的源于原料的CO2氣體η之外，還可以吸收由回轉窯I的主燃燒器5、蓄熱煅燒爐112的燃燒器114中的燃燒所產生的源于燃料的CO2氣體η。
[0174]此外，使從蓄熱煅燒爐112排出的約900°C的高溫的已煅燒水泥原料k’的一部分在熱交換器122中與空氣進行熱交換而降溫至約300°C左右后，從移送管123返回至第I預熱器3，同時將在熱交換器122中經加熱的上述空氣由供給管125供給至蓄熱煅燒爐112作為燃燒用空氣，因而可以實現系統(tǒng)內熱能的進一步有效利用。
[0175]此時，在第I預熱器3的下段形成約800°C的溫度氣氛，與之相對，供給的是較其低溫的約300°C的煅燒前水泥原料k，但由于上述CaO + CO2 — CaCO3所示的反應為發(fā)熱反應，因而不會使第I預熱器3中的熱平衡破壞。
[0176]產業(yè)實用性
根據本發(fā)明，可以提供水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法和回收設備以及水泥的制造方法，其中，通過有效利用水泥制造設備中的熱源，可以以高濃度對該水泥設備中產生的CO2氣體進行分離回收。
[0177]符號說明
I回轉窯(水泥窯)
3預熱器(第I預熱器)
10第2預熱器 IOa移送管
12混合煅燒爐
13取出管
14介質加熱爐
15熱介質供給管
19熱介質返回管
21旋風分離器
22返回管
25 CO2氣體的排氣管
31熱交換器
33水泥原料的移送管
34燃燒用空氣的供給管
112蓄熱煅燒爐
113取出管
116排氣管
118返回管
122熱交換器
125燃燒用空氣的供給管
k煅燒前水泥原料(煅燒前的水泥原料)
k’已煅燒水泥原料(經煅燒的水泥原料)
【權利要求】
1.水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法，其為用于對將水泥原料以第I預熱器預熱后供給至內部保持在高溫氣氛的水泥窯進行燒成的水泥制造設備中產生的CO2氣體進行回收的方法，其特征在于，將從上述第I預熱器取出的煅燒前的上述水泥原料供給至加熱至煅燒溫度以上進行了蓄熱的蓄熱煅燒爐進行煅燒，將經煅燒的上述水泥原料供給至上述水泥窯，同時對上述蓄熱煅燒爐內由上述水泥原料的煅燒而產生的CO2氣體進行回收。
2.權利要求1所述的水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法，其特征在于，設置多個上述蓄熱煅燒爐，在其中至少I個蓄熱煅燒爐進行上述水泥原料的煅燒時，將其它蓄熱煅燒爐的至少I個加熱至煅燒溫度以上進行蓄熱，通過多個上述蓄熱煅燒爐交替地重復進行該操作，對由上述水泥原料的煅燒而產生的CO2氣體進行回收。
3.權利要求1或2所述的水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法，其特征在于，使粒徑大于上述水泥原料的熱介質填充于上述蓄熱煅燒爐。
4.權利要求3所述的水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法，其特征在于，上述熱介質是通過上述水泥窯中進行燒成而得的水泥熟料、二氧化硅、生石灰中的任一者。
5.權利要求1~4中任一項所述的水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法，其特征在于，將從上述第I預熱器取出的煅燒前的上述水泥原料、和經與上述第I預熱器相獨立的第2預熱器預熱的煅燒前的其它水泥原料供給至上述蓄熱煅燒爐，同時將上述蓄熱煅燒爐內產生的CO2氣體用作上述第2預熱器的熱源后進行回收。
6.權利要求1~5中任一項所述的水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法，其特征在于，利用將上述水泥原料供給至上述蓄熱煅燒爐進行煅燒時產生的CO2氣體而使上述水泥原料流動化，由 此使經煅燒的上述水泥原料從上述蓄熱煅燒爐溢流而供給至上述水泥窯。
7.權利要求1~5中任一項所述的水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法，其特征在于，使上述水泥原料伴隨在將上述水泥原料供給至上述蓄熱煅燒爐進行煅燒時產生的CO2氣體中，利用粒子分離裝置使上述水泥原料與CO2氣體分離，將經煅燒的上述水泥原料供給至上述水泥窯。
8.權利要求1~7中任一項所述的水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法，其特征在于，將上述蓄熱煅燒爐內經煅燒的上述水泥原料的一部分返回至上述第I預熱器。
9.權利要求8所述的水泥制造設備中的CO2氣體的回收方法，其特征在于，使上述水泥原料的一部分與空氣進行熱交換，將降溫的該水泥原料返回至上述第I預熱器，同時將經加熱的上述空氣供給作為上述蓄熱煅燒爐中的燃燒用空氣。
10.水泥制造設備中的CO2氣體回收設備，其是用于對具備預熱水泥原料的第I預熱器、和對被該第I預熱器預熱的上述水泥原料進行燒成的水泥窯的制造設備中產生的CO2氣體進行回收的設備，其特征在于，具備:從上述第I預熱器取出煅燒前的上述水泥原料的取出管、在被導入由該取出管取出的上述水泥原料的同時加熱至上述水泥原料的煅燒溫度以上進行蓄熱的蓄熱煅燒爐、將在上述蓄熱煅燒爐中煅燒的上述水泥原料的一部分返回至上述第I預熱器或上述水泥窯的返回管、以及對上述蓄熱煅燒爐內產生的CO2氣體進行回收的CO2氣體排氣管。
11.權利要求10所述的水泥制造設備中的CO2氣體的回收設備，其特征在于，具備 與上述第I預熱器相獨立地設置以預熱其它水泥原料的第2預熱器、和將經該第2預熱器預熱的煅燒前的上述其它水泥原料供給至上述蓄熱煅燒爐的移送管，且來自上述蓄熱煅燒爐的上述CO2氣體被導入作為上述第2預熱器的熱源。
12.權利要求10或11所述的水泥制造設備中的CO2氣體的回收設備，其特征在于，具備多個上述蓄 熱煅燒爐。
【文檔編號】C01B31/20GK103693644SQ201310634608
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2010年10月12日 優(yōu)先權日:2009年10月20日
【發(fā)明者】島裕和, 樋口直寬, 高山佳典, 小松卓哉, 王俊柱 申請人:三菱綜合材料株式會社