(57)【要約】【課題】被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼する際に発生するＣＯ2ガスを、流動層型または噴流層型により高い濃度で分離して回収することが可能となる混合か焼炉を提供する。【解決手段】被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼反応を起こす混合か焼炉１２において、流動層型または噴流層型であるとともに、上記被か焼物を供給する複数の供給ライン２５を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼反応を起こす混合か焼炉において、
流動層型または噴流層型であるとともに、上記被か焼物を供給する複数の供給ラインを備えていることを特徴とする混合か焼炉。
【請求項２】
上記混合か焼炉は、運転初期に空気により流動化または噴流化させ、ＣＯ2ガスの発生により自発的に流動化または噴流化した後に、上記空気の供給を止める流動化または噴流化手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の混合か焼炉。
【請求項３】
上記過熱か焼物は、上記被か焼物と同じ粒子径を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の混合か焼炉  
【請求項４】
上記被か焼物は、か焼前のセメント原料であることを特徴とする請求項１または２に記載の混合か焼炉。
【請求項５】
上記被か焼物は、か焼前の石灰石であることを特徴とする請求項１または２に記載の混合か焼炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼する時に発生するＣＯ２ガスを高濃度で回収するための混合か焼炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的かつ全産業にわたって、地球温暖化の主因たる二酸化炭素（ＣＯ2）ガスを削減する試みが推進されている。
ちなみに、セメント産業は、電力や鉄鋼等と共にＣＯ2ガスの排出量が多い産業の一つであり、当該セメント産業におけるＣＯ2ガスの排出削減は、日本全体におけるＣＯ2ガスの排出削減に大きな貢献を果たすことになる。
【０００３】
図９は、上記セメント産業における一般的なセメントの製造設備を示すもので、図中符号１がセメント原料を焼成するためのロータリーキルン（セメントキルン）である。
そして、このロータリーキルン１の図中左方の窯尻部分２には、セメント原料を予熱するための２組のプレヒータ３が並列的に設けられるとともに、図中右方の窯前に、内部を加熱するための主バーナ５が設けられている。なお、図中符号６は、焼成後のセメントクリンカを冷却するためのクリンカクーラである。
【０００４】
ここで、各々のプレヒータ３は、上下方向に直列的に配置された複数段のサイクロンによって構成されており、供給ライン４から最上段のサイクロンに供給されたセメント原料は、順次下方のサイクロンへと落下するにしたがって、下方から上昇するロータリーキルン１からの高温の排ガスによって予熱され、さらに下から２段目のサイクロンから抜き出されて仮焼炉７に送られ、当該仮焼炉７においてバーナ７ａにより加熱されてか焼された後に、最下段のサイクロンから移送管３ａを介してロータリーキルン１の窯尻部分２に導入されるようになっている。
【０００５】
他方、窯尻部分２には、ロータリーキルン１から排出された燃焼排ガスを最下段のサイクロンへと供給する排ガス管３ｂが設けられており、上記サイクロンに送られた排ガスは、順次上方のサイクロンへと送られて、上記セメント原料を予熱するとともに、最終的に最上段のサイクロンの上部から、排気ファン９によって排気ライン８を介して排気されて行くようになっている。
【０００６】
このような構成からなるセメント製造設備においては、先ずセメント原料の主原料として含まれる石灰石（ＣａＣＯ3）をプレヒータ３で予熱し、次いで仮焼炉７およびプレヒータ３の最下段のサイクロンにおいてか焼した後に、ロータリーキルン１内において約１４５０℃の高温雰囲気下で焼成することでセメントクリンカを製造している。
【０００７】
そして、このか焼において、ＣａＣＯ3→ＣａＯ＋ＣＯ2↑で示される化学反応が生じて、ＣＯ2ガスが発生する（原料起源によるＣＯ2ガスの発生）。この原料起源によるＣＯ2ガスの濃度は、原理的には１００％である。また、上記ロータリーキルン１を上記高温雰囲気下に保持するために、主バーナ５において化石燃料が燃焼される結果、当該化石燃料の燃焼によってもＣＯ2ガスが発生する（燃料起源によるＣＯ2ガスの発生）。ここで、主バーナ５からの排ガス中には、燃焼用空気中のＮ2ガスが多く含まれているために、当該排ガス中に含まれる燃料起源によるＣＯ2ガスの濃度は、約１５％と低い。
【０００８】
この結果、上記セメントキルンから排出される排ガス中には、上述した濃度の高い原料起源によるＣＯ2ガスと、濃度の低い燃料起源によるＣＯ2が混在するために、当該ＣＯ2の排出量が多いにもかかわらず、そのＣＯ2濃度は３０〜３５％程度であり、回収が難しいという問題点があった。
【０００９】
これに対して、現在開発されつつあるＣＯ2ガスの回収方法としては、液体回収方式、膜分離方式、固体吸着方式等があるものの、未だ回収コストが極めて高いという課題があった。
また、上記セメント製造設備から排出されたＣＯ2による地球温暖化を防止する方法として、当該排出源から低濃度で排出されたＣＯ2を分離・回収して略１００％にまで濃度を高め、液化した後に地中に貯留する方法等も提案されているものの、分離・回収のためのコストが高く、同様に実現には至っていない。
【００１０】
一方、下記特許文献１には、石灰石の焼成過程において発生するＣＯ2ガスを、利用価値の高い高純度のＣＯ2ガスとして回収する装置として、石灰石が供給される分解反応塔と、熱媒体として生石灰(ＣａＯ)が供給されるとともに当該生石灰を燃焼ガスによって石灰石のか焼温度以上に加熱する再熱塔と、これら分解反応塔と再熱塔とを連結する連結管とを備えたＣＯ2ガスの生成回収装置が提案されている。
【００１１】
そして、上記従来の回収装置においては、再熱塔で加熱された生石灰を連結管を通じて分解反応塔に供給し、流動層を形成させて石灰石を焼成することにより当該分解反応塔内にＣＯ2ガスを生成させるとともに、これによって生じた生石灰の一部を排出し、他部を再び連結管を通じて再熱塔に送って再加熱するようになっている。
【００１２】
このように、上記ＣＯ2ガスの生成回収装置によれば、石灰石の分解反応を行う場所である分解反応塔と、分解反応に必要な熱量の発生を行う場所である再熱塔とを分離することによって、石灰石の分解反応によって発生するＣＯ2ガスと熱媒体の加熱のために発生する燃焼排ガスとが混合することを防止することができるために、分解反応塔から高い濃度のＣＯ2ガスを回収することができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭５７−６７０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記特許文献１において開示されているＣＯ2ガスの生成回収装置によって生成したＣａＯを用いてセメント製造しようとすると、上記生成回収装置によって石灰石を焼成した後に、さらに粘土等のＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3等の他のセメント原料を加えてセメントキルンにおいて焼成する必要がある。このため、原料の製粉を２系統に独立して行う必要があり、設備が大掛かりになるという問題が生じる。
【００１５】
また、一般に石灰石のか焼反応が起こる温度は、図１０に示すように、雰囲気中のＣＯ2ガス濃度が高くなるにしたがって急激に上昇し、１００％（大気圧（１ａｔｍ）の下での分圧１ａｔｍに相当）近くになると、８６０℃を超える温度となる。このため、ＣＯ2ガスの回収率を高めるためには、石灰石を過度の高温に加熱する必要があり、燃料コストの高騰化を招くという問題も生じる。
【００１６】
さらに、上記ＣＯ2ガスの生成回収装置においては、過熱か焼物として生石灰を用い、この生石灰によって被か焼物である石灰石を加熱してか焼しているために、両者が混合した際に発生したＣＯ2ガスにより流動化または噴流化を行うと、通常十分なＣＯ2ガス回収量を得るために、過熱か焼物である上記生石灰の量が、被か焼物である上記石灰石の量よりも多くなる。この結果、被か焼物である上記石灰石を投入した際に、過熱か焼物である上記生石灰と接触し、一気にＣＯ2ガスが発生してしまい、均一な流動層または噴流層を形成することができないという問題もある。
また、運転初期においても、流動層または噴流層の形成が困難であるという問題も生じる。
【００１７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼する際に発生するＣＯ2ガスを、流動層型または噴流層型により高い濃度で分離して回収することが可能となる混合か焼炉を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼反応を起こす混合か焼炉において、流動層型または噴流層型であるとともに、上記被か焼物を供給する複数の供給ラインを備えていることを特徴とするものである。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記混合か焼炉は、運転初期に空気により流動化または噴流化させ、ＣＯ2ガスの発生により自発的に流動化または噴流化した後に、上記空気の供給を止める流動化または噴流化手段を備えていることを特徴とするものである。
【００２０】
そして、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記過熱か焼物は、上記被か焼物と同じ粒子径を有していることを特徴とするものである。
ここで、同じ粒子径とは、平均粒子径が同等であることを言う。例えば、上記被か焼物がセメント原料であれば、上記過熱か焼物にセメント原料を使用することで平均粒子径は同等になる。
【００２１】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記被か焼物は、か焼前のセメント原料であることを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記被か焼物は、か焼前の石灰石であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１〜５に記載の混合か焼炉においては、被か焼物を複数の供給ラインにより供給して過熱か焼物と混合させる。これにより、流動層型または噴流層型の上記混合か焼炉において、上記被か焼物が上記過熱か焼物によってか焼される場所が分散し、発生したＣＯ2ガスによって、より均一な流動化または噴流化が起こる。
【００２４】
この結果、上記混合か焼炉内は、被か焼物のか焼によって発生したＣＯ2ガスで満たされ、当該ＣＯ2ガス濃度が略１００％になる。このように、上記混合か焼炉によれば、上記混合か焼炉から略１００％の濃度のＣＯ2ガスをＣＯ2ガス排気管から回収することができる。
【００２５】
そして、請求項２に記載の発明においては、運転初期時に上記流動層型または噴流層型の上記混合か焼炉内に空気を供給することにより、流動化または噴流化させＣＯ2ガスを発生させる。そして、発生したＣＯ2ガスにより自発的に流動化または噴流化した後に、上記空気の供給を止める流動化または噴流化手段を備えているために、運転初期から安定したＣＯ2ガスを発生させることができる。この結果、か焼ロスを極力抑えることができ、高濃度のＣＯ2ガスを効率良く回収することができる。
【００２６】
さらに、請求項３に記載の発明のように、上記過熱か焼物と被か焼物とが同じ粒子径を有しているために、上記流動層型または噴流層型の上記混合か焼炉内において、流動化または噴流化の作用がスムーズに行われる。この結果、か焼時に発生する原料起源のＣＯ2を、選択的に高濃度で回収することができる。
【００２７】
また、特に請求項４に記載の発明においては、上記被か焼物をか焼前のセメント原料を用いているために、上記混合か焼炉内が１００％近い高濃度のＣＯ2ガス雰囲気下になることにより、被か焼物のか焼温度は高くなるが、セメント原料中には、石灰石（ＣａＣＯ3）とともに粘土、珪石および酸化鉄原料、すなわちＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＦｅ2Ｏ3が含まれている。
【００２８】
そして、上記セメント原料は、８００〜９００℃適度の雰囲気下において、
２ＣａＣＯ3＋ＳｉＯ2→２ＣａＯ・ＳｉＯ2＋２ＣＯ2↑          （１）
２ＣａＣＯ3＋Ｆｅ2Ｏ3→２ＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3＋２ＣＯ2↑        （２）
ＣａＣＯ3＋Ａｌ2Ｏ3→ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3＋ＣＯ2↑              （３）
で示される反応が生じ、最終的にセメントクリンカを構成する珪酸カルシウム化合物であるエーライト（３ＣａＯ・ＳｉＯ2）およびビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ2）並びに間隙相であるアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3）およびフェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3）が生成されることになる。
【００２９】
この際に、図５に示す上記（１）式の反応温度のグラフ、図６に示す上記（２）式の反応温度のグラフおよび図７に示す上記（３）式の反応温度のグラフに見られるように、縦軸に示したＣＯ2ガスの分圧が高くなった場合においても、より低い温度で上記反応を生じさせることができる。
【００３０】
さらに、上記セメント原料においては、上記（１）〜（３）式で示す反応が生じることに加えて、珪石、粘土等の石灰石以外の原料から持ち込まれるＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3やその他の微量成分が鉱化剤となり、炭酸カルシウムの熱分解が促進されるために、図８に見られるように、炭酸カルシウム単独の場合と比較して、熱分解の開始温度および終了温度共に低下する。なお、図８は、上記セメント原料（ｆｅｅｄ）のサンプルおよび石灰石（ＣａＣＯ3）単独のサンプルを、それぞれ一般的なセメント製造設備における加熱速度に近い１０Ｋ／ｓｅｃの速度で加熱した際の重量の変化から、上記熱分解の推移を確認したものである。
【００３１】
ここで、上記鉱化剤の存在によって、炭酸カルシウム単独の場合と比較して、熱分解の開始温度および終了温度共に低下する理由の一つとして、以下のことが考えられる。
すなわち、ａをアクティビティ、Ｋを反応式ＣａＣＯ3→ＣａＯ＋ＣＯ2の平衡定数としたときに、
ＰCO2＝（ａCaCO3／ａCaO）・Ｋ
において、一般に固体のアクティビティａは、純物質であれば種類によらず１であるものの、酸化カルシウム（ＣａＯ）については、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）の熱分解後、他の原料物質（すなわち上記鉱化剤）が固溶することにより、ａCaOの値が１より小さくなる。この結果、上式のＰCO2が高くなり、ＰCO2＝１ａｔｍとなる温度が低下して、よりか焼が促進されるためであると考えられる。したがって、混合か焼炉における運転温度を低下させても、所望のＣＯ2ガスの回収量を確保することができる。なお、ａCaCO3は、石灰石の品種、産地に固有な値であり、他の原料成分の影響を受けることがない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る混合か焼炉をセメント製造設備に用いた一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る混合か焼炉を説明する説明図である。
【図３】本発明に係る混合か焼炉の流動化または噴流化手段を説明する説明図である。
【図４】本発明に係る混合か焼炉をセメント製造設備に用いた一実施形態の変形例を示す概略構成図である。
【図５】雰囲気中ＣＯ2濃度と（１）式で示した反応温度との関係を示すグラフである。
【図６】雰囲気中ＣＯ2濃度と（２）式で示した反応温度との関係を示すグラフである。
【図７】雰囲気中ＣＯ2濃度と（３）式で示した反応温度との関係を示すグラフである。
【図８】ＣＯ2雰囲気下におけるセメント原料と石灰石単独とのか焼開始温度および終了温度の相違を示すグラフである。
【図９】一般的なセメント製造設備を示す概略構成図である。
【図１０】雰囲気中のＣＯ2濃度と石灰石のか焼温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明に係る混合か焼炉をセメント製造設備におけるＣＯ2ガスの回収設備に用いた一実施形態を示すもので、セメント製造設備の構成については、図９に示したものと同一であるために、同一符号を付したその説明を簡略化する。
図１において、符号１０は、セメント製造装置のプレヒータ（第１のプレヒータ）３とは独立して設けられた第２のプレヒータ１０である。
【００３４】
この第２のプレヒータ１０は、上記プレヒータ３と同様に、上下方向に直列的に配置された複数段のサイクロンによって構成されており、最上段のサイクロンに供給ライン１１から被か焼物（か焼前セメント原料）が供給されるようになっている。そして、第２のプレヒータ１０の最下段のサイクロンの底部には、移送管１０ａの上端が接続されるとともに、この移送管１０ａの下端部が混合か焼炉１２に導入されている。
【００３５】
他方、上記セメント製造設備のプレヒータ３においては、最下段のサイクロンからか上記か焼前セメント原料を抜き出す抜出ライン１３が設けられ、この抜出ライン１３の先端部が第２のプレヒータ１０からの移送管１０ａに接続されている。これにより、第２のプレヒータ１０からの上記か焼前セメント原料と、プレヒータ３からの上記か焼前セメント原料とが、混合か焼炉１２内に導入されるようになっている。また、抜出ライン１３の中間部には、図示されない仮焼率調整用の分配弁を介して上記か焼前セメント原料の一部を従来と同様にロータリーキルン１の窯尻部分２へと供給する移送管３ａが接続されている。
【００３６】
混合か焼炉１２は、図２に示すように、流動層型または噴流層型の粉体混合炉であり、上記か焼前セメント原料を移送管１０ａから供給するための供給ライン２５が、複数箇所に接続されている。この供給ライン２５は、混合か焼炉１２の高さ方向の異なる位置に接続されている。また、図３に示すように、底部には、炉内に空気を供給する流動化または噴流化手段１２ｂが設けられている。この流動化または噴流化手段１２ｂは、ノズルまたは散気板などが用いられている。
【００３７】
さらに、混合か焼炉１２の側面部の中央近傍には、混合されたセメント原料を抜き出す排出管１２ａが接続されている。この排出管１２ａは枝配管され、一方が過熱ライン１４とされて過熱炉１５へ接続されると共に、他方が戻りライン１６とされてロータリーキルン１の窯尻部分２に接続されている。ここで、排出管１２ａと過熱ライン１４および戻りライン１６との分岐部には、図示されない分配弁が介装されており、本実施形態においては、過熱ライン１４への流量が戻りライン１６への流量より多く（例えば流量比が４：１に）なるように設定されている。
【００３８】
また、図４に示す上記一実施形態の変形例においては、上記戻りライン１６が設けられておらず、過熱炉１５から排出されてサイクロン１９により分離された、か焼済のセメント原料の一部をロータリーキルン１に戻す戻りライン２６のみが設けられている。
【００３９】
上記過熱炉１５は、内部に送られてくるか焼物（か焼セメント原料）を、クリンカクーラ６からの抽気を燃焼用空気とするバーナ１７の燃焼によって当該か焼セメント原料をか焼温度以上に過熱するためのものである。この過熱炉１５は、既存の仮焼炉を改造して用いることも可能である。そして、この過熱炉１５の排出側には、バーナ１７における燃焼によって発生した排ガスとか焼された上記セメント原料とを排出する排気管１８と、この排気管１８が接続されて排ガス中からか焼された上記セメント原料を分離するサイクロン１９と、このサイクロン１９で分離されたか焼された上記セメント原料を再び混合か焼炉１２へと戻す戻り管２０とからなる循環ラインが設けられている。
【００４０】
他方、サイクロン１９において分離された排ガスを排出する排ガス管２１は、ロータリーキルン１からの排ガス管３ｂに接続されている。なお、上記過熱炉１５内は、１１００℃程度の高温に保持する必要があるのに対して、ロータリーキルン１からの排ガスは、１１００〜１２００℃の温度であるために、当該ロータリーキルン１からの排ガスの全量または一定量を、過熱炉１５内に導入して、再び排ガス管２１からプレヒータ３へと送るようにすれば、上記排ガスを有効利用することができる。
【００４１】
さらに、混合か焼炉１２には、内部で生成したＣＯ2ガスを排出するためのＣＯ2排気管２２が接続されるとともに、このＣＯ2排気管２２が、第２のプレヒータ１０における加熱媒体として導入されている。なお、図中符号２３は、ＣＯ2ガスの排気ファンであり、符号２４は、ＣＯ2ガスの排気ラインである。
ちなみに、流動化、噴流化を促すため、当該混合か焼炉１２から排出されたＣＯ2ガスを、ＣＯ2排気管２２や排気ライン２４から抜き出して、再び混合か焼炉１２に循環供給して使用することもできる。
【００４２】
次に、上記の一実施形態に示したセメント製造設備のＣＯ2ガスの回収設備において、本発明に係る混合か焼炉１２を用いたＣＯ2ガスの回収方法について説明する。
先ずか上記焼前セメント原料を、供給ライン４、１１から各々プレヒータ３、第２のプレヒータ１０の最上段のサイクロンに供給する。
【００４３】
すると、プレヒータ３においては、順次下方のサイクロンへと送られる過程で、従来と同様にロータリーキルン１から排ガス管３ｂを介して供給される排ガスおよび、過熱炉１５からの燃焼排ガスによって、上記か焼前セメント原料が予熱される。そして、か焼温度に達する前（例えば、８１０℃）まで予熱された上記か焼前セメント原料が、抜出ライン１３から移送管１０ａを介して混合か焼炉１２へと供給されてゆく。                  
【００４４】
また、第２のプレヒータ１０に供給された上記か焼前セメント原料は、混合か焼炉１２において、か焼前セメント原料をか焼した際に排出された高温のＣＯ2ガスによって予熱され、最終的にか焼温度に達する前（例えば、７６０℃）まで予熱されて移送管１０ａから混合か焼炉１２へと供給されてゆく。
【００４５】
一方、過熱炉１５においては、内部の上記か焼セメント原料が、バーナ１７の燃焼によってセメント原料のか焼温度以上（例えば１２００℃程度）まで加熱される。そして、加熱された過熱か焼セメント原料が、バーナ１７における燃焼によって発生した排ガスに同伴されて、過熱炉１５の排出側に接続されたる排気管１８へ送られる。そして、この排気管１８に接続されているサイクロン１９により、排ガス中から過熱か焼セメント原料を分離して、再び戻り管２０とからなる循環ラインから、混合か焼炉１２へと供給されていく。
【００４６】
これにより、混合か焼炉１２内においては、図２および図３に示すように、複数の供給ライン２５から供給される上記か焼前のセメント原料を、過熱か焼セメント原料と混合されてか焼温度以上（例えば、９００℃以上）に加熱してか焼するとともに、この際にＣＯ2ガスが発生する。また、運転初期時においては、混合か焼炉の底部に設けられた流動化または噴流化手段１２ｂを作動させて、外部より空気を供給し炉内の流動化または噴流化を図る。そして、発生したＣＯ2ガスにより自発的に流動化または噴流化した後に、流動化または噴流化手段１２ｂを停止する。
なお、自発的な流動化または噴流化のために、必要に応じて高温空気の他、セメントキルン１や過熱炉１５などの燃焼排ガスを用いてもよい。
【００４７】
そして、上記過熱か焼セメント原料と上記か焼前セメント原料を混合してか焼させると、発生するＣＯ2ガスにより雰囲気がＣＯ2約１００％になる。このため、か焼が全て終了しない限り、か焼温度は９００℃程度で略一定になる。
【００４８】
また、混合か焼炉１２において、粉体の流動化速度Ｕmf＜混合か焼炉の空筒速度＜粉体の終末速度Ｕtであれば、混合か焼炉で粉体は流動化し、流動層からオーバーフローにより、か焼されたセメント原料が排出管１２ａに送られる。
一方、混合か焼炉１２において、粉体の終末速度Ｕt＜混合か焼炉の空筒速度であれば、流動層は激しく流動または噴流化し、か焼されたセメント原料は、発生したＣＯ2ガスに同伴される。このため、サイクロンなどの粉体の分離手段を別途設けて、か焼された上記セメント原料を回収する。
【００４９】
ここで、上記空筒速度は、上記過熱か焼セメント原料が上記か焼前セメント原料と混合されることにより、か焼温度まで低下する際に放出する熱量から、上記か焼前セメント原料のか焼温度までの昇温に必要な熱量を差し引いたものが、上記か焼前セメント原料のか焼に供するとして、そのか焼反応で発生するＣＯ2ガス流量を計算することができ、このＣＯ2ガス流量を混合か焼炉１２の断面積で除すことにより求めることができる。
【００５０】
また、粉体が流動化を開始する流動化速度であるＵmf及び粉体が発生するＣＯ2ガスに同伴される速度である終末速度Ｕtは、下記の式より求められる。
【００５１】
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μ：流体の粘度（Ｐａ・ｓ）
ｄp：粉体の平均粒径（ｍ）
ρf：流体の密度（ｋｇ／ｍ3）
Ｒｅｍｆ：流動層での粉体レイノルズ数
Ａｒ：アルキメデス数
ρp：粉体の密度（ｋｇ／ｍ3）
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ2）
φs：形状係数（真球の場合１）
εmf：流動層での空隙率
【００５２】
このように、上記セメント製造設備における混合か焼炉１２によれば、セメント製造設備における熱源を有効活用して、混合か焼炉１２において発生するＣＯ2ガスを、１００％に近い高濃度で回収することができる。
【００５３】
この際に、混合か焼炉１２において、上記か焼前セメント原料を複数箇所より投入することおよび、か焼前セメント原料と粒径が等しい過熱か焼セメント原料を熱媒体として投入することにより、流動層または噴流層を安定して形成することができるため、安定したＣＯ2ガスが発生し、高濃度のＣＯ2ガスの回収を回収することができる。さらに、流動化または噴流化手段により、運転初期時からＣＯ2ガスを安定的に発生させることができる。
【００５４】
加えて、混合か焼炉１２において十分にか焼された高温のセメント原料を、戻りライン１６および、図４の変形例に示すように、過熱炉１５から排出されてサイクロン１９により分離された、か焼済セメント原料の一部を戻りライン２６により、ロータリーキルン１に戻すことによって、焼成に要する燃料を削減することができ、よって従来よりも長さ寸法の短いロータリーキルン１を用いることができる。
【００５５】
なお、上記一実施形態において、混合か焼炉１２をセメント製造設備に用いる場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、それ以外にも用いることも可能である。
また、セメント原料を移送管１０ａから供給するための供給ライン２５を、混合か焼炉１２の高さ方向の異なる位置に接続されている場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではく、例えば、混合か焼炉１２の同一高さの複数の異なる位置に接続することも可能であり、さらには、混合か焼炉１２の高さ方向の複数の異なる位置と、同一高さの複数の異なる位置とに接続することも可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１  ロータリーキルン（セメントキルン）
３  プレヒータ（第１のプレヒータ）
１０  第２のプレヒータ
１０ａ  移送管
１２  混合か焼炉
１２ｂ  流動化または噴流化手段
１３  抜出ライン
１５  過熱炉
１６  戻りライン
２５  供給ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011106719.tif 000011
【図９】
2011106719.tif 000012
【図１０】
2011106719.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月2日(2011.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼反応を起こす混合か焼炉において、
流動層型または噴流層型であるとともに、上記被か焼物を供給する複数の供給ラインを備え、かつ運転初期に空気により流動化または噴流化させ、ＣＯ2ガスの発生により自発的に流動化または噴流化した後に、上記空気の供給を止める流動化または噴流化手段を備えていることを特徴とする混合か焼炉。
【請求項２】
上記過熱か焼物は、上記被か焼物と同じ粒子径を有していることを特徴とする請求項１に記載の混合か焼炉  
【請求項３】
上記被か焼物は、か焼前のセメント原料であることを特徴とする請求項１に記載の混合か焼炉。
【請求項４】
上記被か焼物は、か焼前の石灰石であることを特徴とする請求項１に記載の混合か焼炉。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被か焼物に過熱か焼物を混合してか焼反応を起こす混合か焼炉において、流動層型または噴流層型であるとともに、上記被か焼物を供給する複数の供給ラインを備え、かつ運転初期に空気により流動化または噴流化させ、ＣＯ2ガスの発生により自発的に流動化または噴流化した後に、上記空気の供給を止める流動化または噴流化手段を備えていることを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記過熱か焼物は、上記被か焼物と同じ粒子径を有していることを特徴とするものである。
ここで、同じ粒子径とは、平均粒子径が同等であることを言う。例えば、上記被か焼物がセメント原料であれば、上記過熱か焼物にセメント原料を使用することで平均粒子径は同等になる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
そして、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記被か焼物は、か焼前のセメント原料であることを特徴とするものである
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記被か焼物は、か焼前の石灰石であることを特徴とするものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
請求項１〜４に記載の混合か焼炉においては、被か焼物を複数の供給ラインにより供給して過熱か焼物と混合させる。これにより、流動層型または噴流層型の上記混合か焼炉において、上記被か焼物が上記過熱か焼物によってか焼される場所が分散し、発生したＣＯ2ガスによって、より均一な流動化または噴流化が起こる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
また、運転初期時に上記流動層型または噴流層型の上記混合か焼炉内に空気を供給することにより、流動化または噴流化させＣＯ2ガスを発生させる。そして、発生したＣＯ2ガスにより自発的に流動化または噴流化した後に、上記空気の供給を止める流動化または噴流化手段を備えているために、運転初期から安定したＣＯ2ガスを発生させることができる。この結果、か焼ロスを極力抑えることができ、高濃度のＣＯ2ガスを効率良く回収することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
そして、請求項２に記載の発明のように、上記過熱か焼物と被か焼物とが同じ粒子径を有しているために、上記流動層型または噴流層型の上記混合か焼炉内において、流動化または噴流化の作用がスムーズに行われる。この結果、か焼時に発生する原料起源のＣＯ2を、選択的に高濃度で回収することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
また、特に請求項３に記載の発明においては、上記被か焼物をか焼前のセメント原料を用いているために、上記混合か焼炉内が１００％近い高濃度のＣＯ2ガス雰囲気下になることにより、被か焼物のか焼温度は高くなるが、セメント原料中には、石灰石（ＣａＣＯ3）とともに粘土、珪石および酸化鉄原料、すなわちＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＦｅ2Ｏ3が含まれている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
そして、上記セメント原料は、８００〜９００℃程度の雰囲気下において、
２ＣａＣＯ3＋ＳｉＯ2→２ＣａＯ・ＳｉＯ2＋２ＣＯ2↑          （１）
２ＣａＣＯ3＋Ｆｅ2Ｏ3→２ＣａＯ・Ｆｅ2Ｏ3＋２ＣＯ2↑        （２）
ＣａＣＯ3＋Ａｌ2Ｏ3→ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3＋ＣＯ2↑              （３）
で示される反応が生じ、最終的にセメントクリンカを構成する珪酸カルシウム化合物であるエーライト（３ＣａＯ・ＳｉＯ2）およびビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ2）並びに間隙相であるアルミネート相（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3）およびフェライト相（４ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・Ｆｅ2Ｏ3）が生成されることになる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
さらに、上記セメント原料においては、上記（１）〜（３）式で示す反応が生じることに加えて、珪石、粘土等の石灰石以外の原料から持ち込まれるＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3やその他の微量成分が鉱化剤となり、炭酸カルシウムの熱分解が促進されるために、図８に見られるように、炭酸カルシウム単独の場合と比較して、熱分解の開始温度および終了温度共に低下する。なお、図８は、上記セメント原料（ｒａｗ  ｍａｔｅｒｉａｌ）のサンプルおよび石灰石（ＣａＣＯ3）単独のサンプルを、それぞれ一般的なセメント製造設備における加熱速度に近い１０Ｋ／ｓｅｃの速度で加熱した際の重量の変化から、上記熱分解の推移を確認したものである。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
他方、上記セメント製造設備のプレヒータ３においては、最下段のサイクロンから上記か焼前セメント原料を抜き出す抜出ライン１３が設けられ、この抜出ライン１３の先端部が第２のプレヒータ１０からの移送管１０ａに接続されている。これにより、第２のプレヒータ１０からの上記か焼前セメント原料と、プレヒータ３からの上記か焼前セメント原料とが、混合か焼炉１２内に導入されるようになっている。また、抜出ライン１３の中間部には、図示されない仮焼率調整用の分配弁を介して上記か焼前セメント原料の一部を従来と同様にロータリーキルン１の窯尻部分２へと供給する移送管３ａが接続されている。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
次に、上記の一実施形態に示したセメント製造設備のＣＯ2ガスの回収設備において、本発明に係る混合か焼炉１２を用いたＣＯ2ガスの回収方法について説明する。
先ず上記焼前セメント原料を、供給ライン４、１１から各々プレヒータ３、第２のプレヒータ１０の最上段のサイクロンに供給する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
これにより、混合か焼炉１２内においては、図２および図３に示すように、複数の供給ライン２５から供給される上記か焼前のセメント原料を、過熱か焼セメント原料と混合させてか焼温度以上（例えば、９００℃以上）に加熱してか焼するとともに、この際にＣＯ2ガスが発生する。また、運転初期時においては、混合か焼炉の底部に設けられた流動化または噴流化手段１２ｂを作動させて、外部より空気を供給し炉内の流動化または噴流化を図る。そして、発生したＣＯ2ガスにより自発的に流動化または噴流化した後に、流動化または噴流化手段１２ｂを停止する。
なお、自発的な流動化または噴流化のために、必要に応じて高温空気の他、セメントキルン１や過熱炉１５などの燃焼排ガスを用いてもよい。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2011106719.tif 000014