(57)【要約】      （修正有）【課題】炭酸カルシウムを主成分とする原料粉末の熱分解により酸化カルシウムを製造するにあたって、熱分解した後の酸化カルシウムの再炭酸化を抑える方法を提供する。【解決手段】炭酸カルシウムＣａＣＯ３粉末を流動させて焼結させる焼成炉１の後段側に、酸化カルシウムＣａＯ、未反応のＣａＣＯ３、炭酸ガスＣＯ２及びキャリアガスからなる流体に対して旋回流を生成させるサイクロン２を設ける。そして、このサイクロン２内がＣａＣＯ３の熱分解温度となるように、サイクロン２に導入される流体を加熱して、サイクロン２の内部においてＣａＣＯ３の再生成を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸カルシウムを主成分とする原料粉末が供給された焼成炉内にキャリアガスを導入して、前記原料粉末を流動させると共に、酸化カルシウム及び炭酸ガスを含む生成物を生成させる工程と、
前記キャリアガスを介して前記生成物及び未反応の原料粉末を前記焼成炉から排出して、サイクロン内に導入する工程と、
前記焼成炉から排出される流体及び前記サイクロン内の少なくとも一方の温度を検出し、検出された温度と炭酸カルシウムが熱分解する温度である設定温度とに基づいて、前記サイクロン内の温度を制御する工程と、
前記サイクロン内にて、未反応の炭酸カルシウムを酸化カルシウムと炭酸ガスとに分解させると共に、酸化カルシウムを炭酸ガスから分離する工程と、
前記サイクロンの上部から炭酸ガス及びキャリアガスを排出すると共に、前記サイクロンの下部から酸化カルシウムを取り出す工程と、を含むことを特徴とする酸化カルシウムの製造方法。
【請求項２】
前記取り出す工程にて排出された炭酸ガス及びキャリアガスと、熱交換用ガスとの間において熱交換を行う工程を含み、
前記生成物を生成させる工程にて前記焼成炉に導入されるキャリアガスは、前記熱交換を行う工程にて得られた熱交換済みの前記熱交換用ガスであることを特徴とする請求項１に記載の酸化カルシウムの製造方法。
【請求項３】
前記サイクロン内の温度を制御する工程は、前記焼成炉における焼成温度を調整することによって当該サイクロン内の温度を制御する工程であることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化カルシウムの製造方法。
【請求項４】
前記原料粉末の粒径は、２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の酸化カルシウムの製造方法。
【請求項５】
前記設定温度は、８５０℃〜１２００℃であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の酸化カルシウムの製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の酸化カルシウムの製造方法により得られた酸化カルシウムに、水酸基を有する化合物を混合することにより、水酸化カルシウムを得ることを特徴とする水酸化カルシウムの製造方法。
【請求項７】
炭酸カルシウムを主成分とする原料粉末の供給口と、キャリアガスの導入口と、前記キャリアガスにより前記原料粉末を流動させて酸化カルシウム及び炭酸ガスを含む生成物を生成させるための焼成領域と、この焼成領域における前記生成物、未反応の原料粉末及び前記キャリアガスからなる流体を排出するための排出口と、を有する焼成炉と、
この焼成炉から排出される流体を取り込むための取り込み口と、前記流体を鉛直軸周りに旋回させて酸化カルシウムを炭酸ガス及びキャリアガスから分離するためのサイクロン本体と、このサイクロン本体の上部及び下部に夫々形成されたガス排出口及び酸化カルシウムの取り出し口と、を有するサイクロンと、
前記焼成炉から排出される流体及び前記サイクロン内の少なくとも一方の温度を検出し、検出された温度と炭酸カルシウムが熱分解する温度である設定温度とに基づいて、前記サイクロン内の温度を制御するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする酸化カルシウムの製造装置。
【請求項８】
前記サイクロンにおける加熱済みのガスが前記ガス排出口を介して供給される熱交換器と、
前記加熱済みのガスと熱交換するための熱交換用ガスを前記熱交換器に供給するガス供給路と、
前記熱交換器にて熱交換された前記熱交換用ガスを前記キャリアガスとして前記焼成炉に導入するために、前記熱交換器から前記キャリアガスの導入口に向かって伸びるキャリアガス供給路と、を備えたことを特徴とする請求項７に記載の酸化カルシウムの製造装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記焼成炉における焼成温度を調整することによって前記サイクロン内の温度を制御するように構成されていることを特徴とする請求項７または８に記載の酸化カルシウムの製造装置。
【請求項１０】
前記原料粉末の粒径は、２００μｍ以下であることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１つに記載の酸化カルシウムの製造装置。
【請求項１１】
前記設定温度は、８５０℃〜１２００℃であることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１つに記載の酸化カルシウムの製造装置。
【請求項１２】
請求項７ないし１１のいずれか１つに記載の酸化カルシウムの製造装置と、
前記サイクロンにおける前記取り出し口を介して前記酸化カルシウムが供給される供給口と、この酸化カルシウムに水酸基を有する化合物を混合して水酸化カルシウムを得るための反応槽と、を有する消化機を備えたことを特徴とする水酸化カルシウムの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸カルシウムを主成分とする原料粉末の熱分解により酸化カルシウムを製造する技術、及びこの酸化カルシウムの処理により水酸化カルシウムを製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば排水の中和沈降分離処理、あるいはゴミの焼却後に生成する塩化水素（ＨＣｌ）ガスや二酸化硫黄（ＳＯ2）ガスなどの吸着除去処理を行うための薬剤の１つとして、水酸化カルシウム（消石灰、Ｃａ（ＯＨ）2）粉末が用いられている。また、金属の精錬を行う場合には、スラグの流動性を高めるために、例えば酸化カルシウム（生石灰、ＣａＯ）粒または粉末が用いられている。
【０００３】
このようなカルシウム化合物は、一般的には炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）を主成分とする原料粉末である石灰石の熱分解（ＣａＣＯ3→ＣａＯ＋ＣＯ2）を行うことによって製造されている。酸化カルシウム粉末を経由して水酸化カルシウム粉末を製造する手法について具体的に説明すると、粒径が例えば１００ｍｍ程度の石灰石を粉砕した後、篩い分けを行って１０〜６０ｍｍ程度に粒径を揃えて、竪形炉あるいはロータリーキルンなどの焼成炉にて１０００℃以上もの高温で焼成（熱分解）を行う。この熱分解により得られた酸化カルシウム粒または粉末を粉砕した後、水やアルコールなどを加えて水酸化カルシウム粉末を得ると、いわゆる通常使用される消石灰が製造される。
【０００４】
しかしながら、既述の熱分解によって副生成する炭酸（ＣＯ2）ガスは、焼結後の比較的低温雰囲気において生成した酸化カルシウム粉末と再反応することにより、炭酸カルシウム粉末を生成してしまう場合がある。このような再反応が起こると、焼結後の配管・装置内に炭酸カルシウム粉末が付着して、当該配管・装置の詰まりなどの不具合が発生するおそれがある。また、以上の一連のプロセスでは、エネルギー消費が大きいため、熱エネルギーの有効利用を図る技術が求められている。
【０００５】
また、既述の２段の粉砕処理のうち前段の粉砕処理では、篩い分けによって３０〜５０％もの小粒径の石灰石が廃棄されており、コストアップあるいは資源の無駄使いに繋がっている。更に、炭酸カルシウムの熱分解では１０００℃以上もの高温で原料粉末が加熱されているため、この熱分解により生成した酸化カルシウム粒または粉末は焼結によって硬質化して、微粉砕しにくくなってしまう。更にまた、このような硬質の酸化カルシウムに所定量の水を加えて製造する水酸化カルシウムの粉末は、反応性がそれ程高くないので、消石灰の製造に適しているとは言えない。
【０００６】
特許文献１には、か焼炉４１の後段側にサイクロン４６を接続して、燃焼排ガスと生石灰Ｃ’とをこのサイクロン４６にて分離すると共に、燃焼排ガスを消石灰の乾燥時における加熱源として利用する技術について記載されている。また、特許文献１には、か焼炉４１の後段に、か焼後の酸化カルシウムを排出口１４からバッファタンク１７に貯留すると記載されており、か焼後の酸化カルシウムは主にこのルートで消化工程に送られている。このように、特許文献１では、サイクロン４６の内部における炭酸ガスと酸化カルシウムとの再反応については検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２０１５７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、炭酸カルシウムを主成分とする原料粉末の熱分解により酸化カルシウム粉末を製造するにあたって、熱分解した後の酸化カルシウム粉末の再炭酸化を抑えることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の酸化カルシウムの製造方法は、
炭酸カルシウムを主成分とする原料粉末が供給された焼成炉内にキャリアガスを導入して、前記原料粉末を流動させると共に、酸化カルシウム及び炭酸ガスを含む生成物を生成させる工程と、
前記キャリアガスを介して前記生成物及び未反応の原料粉末を前記焼成炉から排出して、サイクロン内に導入する工程と、
前記焼成炉から排出される流体及び前記サイクロン内の少なくとも一方の温度を検出し、検出された温度と炭酸カルシウムが熱分解する温度である設定温度とに基づいて、前記サイクロン内の温度を制御する工程と、
前記サイクロン内にて、未反応の炭酸カルシウムを酸化カルシウムと炭酸ガスとに分解させると共に、酸化カルシウムを炭酸ガスから分離する工程と、
前記サイクロンの上部から炭酸ガス及びキャリアガスを排出すると共に、前記サイクロンの下部から酸化カルシウムを取り出す工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
前記取り出す工程にて排出された炭酸ガス及びキャリアガスと、熱交換用ガスとの間において熱交換を行う工程を含み、
前記生成物を生成させる工程にて前記焼成炉に導入されるキャリアガスは、前記熱交換を行う工程にて得られた熱交換済みの前記熱交換用ガスであることが好ましい。
前記サイクロン内の温度を制御する工程は、前記焼成炉における焼成温度を調整することによって当該サイクロン内の温度を制御する工程であっても良い。
前記原料粉末の粒径は、２００μｍ以下であることが好ましく、前記設定温度は、８５０℃〜１２００℃であることが好ましい。
【００１１】
本発明の水酸化カルシウムの製造方法は、
既述の酸化カルシウムの製造方法により得られた酸化カルシウムに、水酸基を有する化合物を混合することにより、水酸化カルシウムを得ることを特徴とする。
【００１２】
本発明の酸化カルシウムの製造装置は、
炭酸カルシウムを主成分とする原料粉末の供給口と、キャリアガスの導入口と、前記キャリアガスにより前記原料粉末を流動させて酸化カルシウム及び炭酸ガスを含む生成物を生成させるための焼成領域と、この焼成領域における前記生成物、未反応の原料粉末及び前記キャリアガスからなる流体を排出するための排出口と、を有する焼成炉と、
この焼成炉から排出される流体を取り込むための取り込み口と、前記流体を鉛直軸周りに旋回させて酸化カルシウムを炭酸ガス及びキャリアガスから分離するためのサイクロン本体と、このサイクロン本体の上部及び下部に夫々形成されたガス排出口及び酸化カルシウムの取り出し口と、を有するサイクロンと、
前記焼成炉から排出される流体及び前記サイクロン内の少なくとも一方の温度を検出し、検出された温度と炭酸カルシウムが熱分解する温度である設定温度とに基づいて、前記サイクロン内の温度を制御するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
前記サイクロンにおける加熱済みのガスが前記ガス排出口を介して供給される熱交換器と、
前記加熱済みのガスと熱交換するための熱交換用ガスを前記熱交換器に供給するガス供給路と、
前記熱交換器にて熱交換された前記熱交換用ガスを前記キャリアガスとして前記焼成炉に導入するために、前記熱交換器から前記キャリアガスの導入口に向かって伸びるキャリアガス供給路と、を備えていることが好ましい。
前記制御部は、前記焼成炉における焼成温度を調整することによって前記サイクロン内の温度を制御するように構成されていても良い。
前記原料粉末の粒径は、２００μｍ以下であっても良く、前記設定温度は、８５０℃〜１２００℃であっても良い。
【００１４】
本発明の水酸化カルシウムの製造装置は、
既述の酸化カルシウムの製造装置と、
前記サイクロンにおける前記取り出し口を介して前記酸化カルシウムが供給される供給口と、この酸化カルシウムに水酸基を有する化合物を混合して水酸化カルシウムを得るための反応槽と、を有する消化機を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、焼成炉の後段側にサイクロンを配置して、原料粉末の熱分解により生成した酸化カルシウム粉末と炭酸ガスとをこのサイクロンにて分離すると共に、当該サイクロン内が炭酸カルシウムの熱分解温度となるように設定している。そのため、サイクロンに導入される未反応の原料粉末の熱分解を当該サイクロン内にて進行させることができる。また、炭酸カルシウム粉末が熱分解した後、酸化カルシウム粉末を炭酸ガスから分離するまでの間に亘って、酸化カルシウム粉末を炭酸カルシウムの熱分解温度に保持できるので、サイクロン内における酸化カルシウム粉末の再炭酸化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の酸化カルシウムの製造装置の主要部を示す模式図である。
【図２】前記装置における焼成炉及びサイクロンを示す縦断面である。
【図３】前記サイクロンの一例を示す斜視図である。
【図４】前記装置の全体構成を示す概略図である。
【図５】前記サイクロンにおける作用を示す模式図である。
【図６】従来のサイクロンにおける作用を示す模式図である。
【図７】本発明の他の例を示す模式図である。
【図８】本発明の更に他の例を示す模式図である。
【図９】本発明の別の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施の形態に係る酸化カルシウムの製造装置を備えた水酸化カルシウムの製造装置について、図１〜図４を参照して説明する。図１は、水酸化カルシウムの製造装置の主要部を表しており、図１中１は炭酸カルシウムを主成分とする原料粉末を流動させて酸化カルシウム粉末と炭酸ガスとに熱分解（焼成）させるための焼成炉であり、図１中２はこの焼成炉１の後段側に設けられたサイクロンである。焼成炉１とサイクロン２との間における排出路１９には、サイクロン２に導入される流体の温度を検出するための温度検出部３が設けられている。そして、この実施の形態では、温度検出部３における検出結果に基づいて、当該サイクロン２内部の温度が炭酸カルシウムの熱分解温度となるように加熱して、熱分解後の酸化カルシウム粉末の再炭酸化を抑制している。続いて、前記焼成炉１及びサイクロン２を含む製造装置について詳述する。
【００１８】
焼成炉１は、図２に示すように、内部が中空となるように形成された概略縦長の本体部分１０と、この本体部分１０の上下両端に夫々配置された第１の加熱部１１及び第２の加熱部１２と、を備えている。本体部分１０の内部を「焼成領域１０ａ」と呼ぶと、これら加熱部１１、１２は、各々焼成領域１０ａに向かって水平に火炎を放射するバーナーとして構成されている。この例では、本体部分１０の上部側に配置された第１の加熱部１１は、サイクロン２内を加熱するための加熱源をなしている。本体部分１０の下部側に配置された第２の加熱部１２は、焼成炉１内を加熱するための加熱源をなしている。図２中１３は、加熱部１１、１２に例えば石炭などの燃料を供給するための燃料供給路であり、１４は各加熱部１１、１２に燃焼用の空気を供給するための気体供給路である。尚、図１では焼成炉１やサイクロン２の構成を一部簡略化している。
【００１９】
本体部分１０の床面には、焼成領域１０ａにキャリアガスを導入するための導入口１５が開口しており、この導入口１５から伸びるキャリアガス供給路１６は、後述の熱交換装置４に接続されている。本体部分１０の高さ方向における途中部位には、原料粉末を供給するための原料供給路１７が接続されており、この原料供給路１７における本体部分１０側の端部は、供給口１７ａとして開口している。図１中１８は、焼成領域１０ａ内に亘ってキャリアガスを拡散させるための多孔質状の拡散板である。
【００２０】
本体部分１０の上端側において第１の加熱部１１に対向する側壁面には、焼成領域１０ａにおける生成物（酸化カルシウム粉末及び炭酸ガス）、未反応の原料粉末及びキャリアガスからなる流体を排出するための排出口１９ａが形成されている。この排出口１９ａから伸びる排出路１９は、既述のサイクロン２に向かって水平に伸び出すと共に、平面で見た時に後述のサイクロン本体２１の外周縁における接線方向に沿うように形成されている。排出路１９には、当該排出路１９内を通流する流体の温度を検出するために、熱電対などの温度検出部３が設けられており、この温度検出部３の検出端３ａは、例えば排出路１９の内部領域に位置している。
【００２１】
サイクロン２は、図３にも示すように、排出路１９から流入する流体に対して鉛直軸周りに旋回する旋回流を発生させて焼成炉排ガスから固体（ＣａＯおよびＣａＣＯ3）を機壁に沿って分離させるサイクロン本体２１と、このサイクロン本体２１の下方側に接続されたダストトラップ２２とを備えている。サイクロン本体２１は、上下方向に伸びる円筒形状となるように形成されており、高さ方向における途中部位から下方側に向かうにつれて縮径している。サイクロン本体２１の上端部において既述の排出路１９に対向する部位は、当該排出路１９に向かってフランジ状に伸び出して、焼成炉１内の流体を取り込むための取り込み口２３をなすと共に、この排出路１９の開口端に気密に接続されている。旋回流による遠心力にてサイクロン本体２１の内壁に固体の酸化カルシウム粉末及び炭酸カルシウム粉末が寄せ集められ、分離・捕集される。炭酸ガス及びキャリアガスは旋回して内筒２４を通過して気体通流路２４ａへと流出していく。また、ダストトラップ２２は、再飛散を防止するため分離・捕集された酸化カルシウム粉末を貯留し、ロータリーバルブからなる排出部２６通って排出される。尚、図３ではサイクロン２を一部切り欠いて描画している。
【００２２】
サイクロン本体２１の天井面には、当該サイクロン本体２１内の気体（炭酸ガス及びキャリアガス）を排気するために上下方向に伸びる内筒２４が気密に挿入されており、この内筒２４の下端部は、サイクロン本体２１の内部領域にてガス排出口２５として開口している。内筒２４の上端側は、サイクロン本体２１に対して上方側に離間した位置において水平に屈曲して、気体通流路２４ａを介して後述の熱交換装置４に向かって伸び出している。この気体通流路２４ａを介してサイクロン本体２１から排出される気体（炭酸ガス及びキャリアガス）について、以降の説明において「燃焼排ガス」と呼ぶ。
【００２３】
ダストトラップ２２は、上側から下側に向かうにつれて縮径する円筒状に形成されており、サイクロン本体２１で機壁に沿って分離された固体を比重差で回収するように構成されている。即ち、前記旋回流に含まれる気体についてはサイクロン本体２１内の中心軸に沿って内筒２４に向かって上方側に押し戻し、一方固体についてはダストトラップ２２の下端部に配置されたロータリーバルブからなる排出部２６を介してダストトラップ２２から取り出すように構成されている。
【００２４】
排出部２６は、図３に示すように、水平軸周りに伸びる回転軸２７と、この回転軸２７から当該回転軸２７の外周側に向かって互いに離間するように放射状に伸びる羽根部２８とにより構成されている。この例では、複数箇所例えば４箇所に羽根部２８が設けられており、互いに隣接する羽根部２８、２８間の領域は、酸化カルシウム粉末が堆積する堆積領域をなしている。従って、回転軸２７を回転させることにより、前記堆積領域が水平軸周りに旋回するので、ダストトラップ２２内を気密に保ちながら（ダストトラップ２２内の圧力変動を抑制しながら）、当該ダストトラップ２２から酸化カルシウム粉末を排出できるように構成されている。この排出部２６から排出された酸化カルシウム粉末は、粉体搬送路２６ａを介して、外気（室温の空気）によって再炭酸化温度以下まで冷却され、後述のフィルタ部５５に搬送される。排出部２６は、酸化カルシウム粉末の取り出し口をなしている。
【００２５】
以上説明したサイクロン本体２１、内筒２４及びダストトラップ２２の露出面には、サイクロン２の内部にて炭酸カルシウムの熱分解温度が得られるように（サイクロン２が当該熱分解温度に耐えられるように）、例えばセラミックスなどからなる耐火材２ａが貼設されている。
【００２６】
続いて、焼成炉１及びサイクロン２を備えた装置全体の構成について、図４を参照して説明する。初めに焼成炉１の前段側について説明すると、加熱部１１、１２から伸びる燃料供給路１３の上流側には、各々バルブなどの流量調整部３１を介して燃料供給部３２が配置されている。各々の燃料供給部３２内の燃料粉末は、搬送用気体供給路３３から供給される気体（空気）によって各加熱部１１、１２に供給されるように構成されている。これら燃料供給部３２の上流側には、バルブ３４及び一時貯留タンク３５を介して燃料粉砕器３６が設けられており、例えばホッパー３７に供給された燃料の粗粉末（粒子）が当該燃料粉砕器３６にて粉砕されて、一時貯留タンク３５にて貯留される。図４中６１はロータリーバルブであり、６２は送風機である。
【００２７】
焼成炉１に原料粉末を供給するための原料供給路１７の上流側には、バルブなどの流量調整部４１を介して原料供給部４２が配置されており、この原料供給部４２における原料粉末は、搬送用気体供給路３３から供給される気体によって焼成炉１内に供給されるように構成されている。原料供給部４２と焼成炉１との間における原料供給路１７には、燃料供給部３８が接続されており、この燃料供給部３８の上流側には既述のバルブ３４が配置されている。従って、原料粉末は、燃料供給部３８における燃料粉末と共に焼成炉１に供給される。
【００２８】
原料供給部４２の上流側には、原料粉砕器４３が設けられており、原料貯留タンク４４に貯留された原料の粗粉末（石灰石、粒径：１００ｍｍ程度）を粉砕するように構成されている。原料供給部４２における原料粉末の粒径は、２μｍ〜２００μｍ、好ましくは１０μｍ〜１００μｍ、更に好ましくは２０μｍ〜６０μｍとなっている。尚、以上説明した供給部３２、３８、４２は、粉末を貯留する貯留部及び粉末の計量を行う計量部などを備えているが、ここでは簡略化して説明している。
【００２９】
続いて、サイクロン２の後段側の構成について説明する。サイクロン２の上端部から伸びる気体通流路２４ａには、図２に示すように、熱交換装置４が接続されている。この熱交換装置４は、図４に示すように、第１の熱交換器５１及び第２の熱交換器５２をサイクロン２側から下流側に向かって互いに直列に接続して構成されている。これら熱交換器５１、５２のうち上流側における第１の熱交換器５１には、熱交換を行うための流路として、下流側の第２の熱交換器５２から伸びるガス供給路５１ａと、キャリアガス供給路１６とが接続されている。こうして第１の熱交換器５１では、気体通流路２４ａから供給される高温の燃焼排ガスと、第２の熱交換器５２から戻される低温の気体（空気）との間において熱交換が行われて、熱交換済みの空気がキャリアガスとしてキャリアガス供給路１６を介して焼成炉１に供給される。従って、焼成炉１内に供給されるキャリアガスは、加熱部１１、１２によって加熱される前に既にある程度昇温している。前記ガス供給路５１ａの途中部位には、既述の気体供給路１４及び搬送用気体供給路３３の各々の上流端が接続されており、ガス供給路５１ａを通流する気体のうち一部が第１の熱交換器５１に戻され、残りが粉末搬送用の気体あるいは燃焼用のガスとして使用される。
【００３０】
第２の熱交換器５２には、第１の熱交換器５１から排出される熱交換済みの燃焼排ガスを外気（空気）と混合して取り込む第１の取り込み路５３ａと、当該外気を前記燃焼排ガスとは独立して取り込む第２の取り込み路５３ｂとが接続されている。そして、これら取り込み路５３ａ、５３ｂから取り込まれる気体同士の間で熱交換が行われて、熱交換によって降温した燃焼排ガスが排気路５４を介して後段側のバグフィルタなどからなるフィルタ部５５に排出されると共に、熱交換によって昇温した空気が既述のガス供給路５１ａを介して第１の熱交換器５１や気体供給路１４及び搬送用気体供給路３３に戻される。従って、加熱部１１、１２では、加熱済みの空気によって燃料の燃焼時に昇温しやすくなり、また原料粉末や燃料粉末の空気輸送時にはこれら粉末の乾燥や昇温が進行して同様に焼成炉１内にて昇温しやすくなる。第２の熱交換器５２に取り込まれる外気は、熱交換用ガスをなしている。
【００３１】
第２の熱交換器５２と既述のフィルタ部５５との間における排気路５４には、サイクロン２から排出される酸化カルシウム粉末を搬送する粉体搬送路２６ａの出口側（下流側）の端部が接続されている。また、この排気路５４には、酸化カルシウム粉末を冷却（バグフィルタの耐熱温度まで冷却）するために、外気を取り込む通流路５５ａが接続されている。
【００３２】
このフィルタ部５５にて酸化カルシウム粉末から分離された気体については、一部が排気され、残りが乾燥用流路５６を介して燃料粉砕器３６及び原料粉砕器４３に供給されるように構成されている。従って、これら粉砕器３６、４３では、フィルタ部５５から戻される気体によって、粉砕済みあるいは粉砕中の粉末の乾燥や昇温が進行する。一方、フィルタ部５５にて気体から分離された粉末（酸化カルシウム）の後段側には、消化機５７が接続されている。
【００３３】
この消化機５７は、酸化カルシウムの投入口５７ａと、酸化カルシウムに水酸基を有する化合物（例えば水、アルコール、グリコールなど）を混合して水酸化カルシウムを得るための反応槽５７ｂと、水酸化カルシウムを排出するための排出口５７ｃとを備えている。この消化機５７と、既述の焼成炉１及びサイクロン２を備えた酸化カルシウムの製造装置とによって、水酸化カルシウムの製造装置が構成される。
【００３４】
以上説明した酸化カルシウムの製造装置（水酸化カルシウムの製造装置）には、既述の図１に示したように、制御部７０が設けられている。この制御部７０は、温度検出部３における検出結果と、炭酸カルシウムの熱分解温度である設定温度（８５０℃〜１２００℃）との偏差を算出するＰＩＤ演算部７１を備えている。即ち、制御部７０は、第２の加熱部１２に供給する燃料の供給量や焼成炉１への原料粉末の供給量を調整することに加えて、ＰＩＤ演算部７１における演算結果に基づいて、流量調整部３１を介して、サイクロン２を加熱するための第１の加熱部１１に供給する燃料の供給量を制御するように構成されている。具体的には、温度検出部３における温度検出値が前記設定温度を下回りそうになると第１の加熱部１１への燃料の供給量を増加させ、一方温度検出値が設定温度を越えそうになると当該第１の加熱部１１への燃料の供給量を減少させる。
【００３５】
続いて、酸化カルシウムの製造方法及び水酸化カルシウムの製造方法について説明する。焼成炉１では、熱交換器５１、５２から戻されるキャリアガスによって加熱部１１、１２にて燃料が燃焼して、当該焼成炉１内が既述の設定温度に加熱される。従って、焼成炉１内に供給される原料粉末は、キャリアガスによって流動しながら熱分解（焼成）して、酸化カルシウム粉末と炭酸ガスとからなる生成物となる。この生成物は、未反応の原料粉末及びキャリアガスと共に焼成炉１の上端部から排出される時に、第１の加熱部１１における燃焼熱により直接的に加熱される。
【００３６】
また、サイクロン２では、当該サイクロン２に導入される生成物の温度を温度検出部３において検出して、この検出結果に基づいて焼成炉１における既述の第１の加熱部１１への燃料の供給量を調整しているので、炭酸カルシウムの熱分解温度（設定温度）に保たれている。従って、図５に示すように、サイクロン２では、生成物、未反応の原料粉末及びキャリアガスからなる流体によって鉛直軸周りに旋回する旋回流が形成されている間に、未反応の原料粉末が熱分解して酸化カルシウム粉末と炭酸ガスとが生成する。そして、旋回流によって、サイクロン２内では、炭酸ガス及びキャリアガスの滞留時間は短いが、固体（ＣａＯ及び未反応ＣａＣＯ3）の滞留時間は気体の１０倍以上と長いので、未反応の原料粉末は、全量あるいはほぼ全量が熱分解する。
【００３７】
ここで、サイクロン２内では酸化カルシウム粉末と炭酸ガスとが混在しているので、当該サイクロン２内の温度が炭酸カルシウムの熱分解温度以下となっている場合には、酸化カルシウム粉末は炭酸ガスによって再炭酸化するおそれがある。しかしながら、既述のようにサイクロン２内を炭酸カルシウムの熱分解温度に加熱しているので、サイクロン２内では、既述のように未反応の原料粉末の熱分解が進行することに加えて、酸化カルシウム粉末の再炭酸化が抑制される。
【００３８】
そして、炭酸ガス及びキャリアガスからなる気体はサイクロン２の天井面から排出され、一方酸化カルシウムからなる粉末はサイクロン２の底面から取り出される。この時、サイクロン２から酸化カルシウム粉末を取り出す機構（排出部２６）として、既述のようにロータリーバルブを用いているので、サイクロン２内における圧力変動を抑えながら、酸化カルシウム粉末が連続的に取り出される。
【００３９】
ここで、サイクロン２の下面側から酸化カルシウム粉末が取り出される時、炭酸ガスについても酸化カルシウム粉末に僅かに付随して排出される。しかしながら、酸化カルシウム粉末と共に排出される炭酸ガスは極僅かであり、また酸化カルシウム粉末の輸送に用いられる気体は既述のように常温の外気となっている。そのため、サイクロン２から取り出された後の酸化カルシウム粉末は、速やかに降温して、再炭酸化が抑制される。その結果、酸化カルシウム粉末が接触する部位（例えば粉体搬送路２６ａの内壁など）あるいは気体通流路２４ａでは、炭酸カルシウム粉末の付着が抑えられ、従って当該粉体搬送路２６ａ及び気体通流路２４ａの閉塞が抑制される。
【００４０】
熱交換器５１、５２では、既述のように、燃焼排ガスと外気との間において熱交換が行われて、熱交換済みの外気を前段側に戻している。また、フィルタ部５５では、酸化カルシウム粉末から分離した燃焼排ガス及びキャリアガスについては粉砕器３６、４３において粉末を乾燥するためのガスとして利用している。こうしてサイクロン２から排気される燃焼排ガスの熱エネルギーの再利用が図られている。
【００４１】
一方、フィルタ部５５にて燃焼排ガスから分離された酸化カルシウム粉末は、消化機５７において水と混合される。この時、焼成炉１やサイクロン２における加熱温度は、例えばロータリーキルンなどにおける加熱温度と比べて低温に設定されている。また、サイクロン２から取り出される酸化カルシウム粉末は、前記ロータリーキルンなどを用いた場合と比べて微粉末状態になっている。そのため、反応性が良好な酸化カルシウム粉末が得られるため、消化機５７では酸化カルシウム粉末が速やかに反応して水酸化カルシウム粉末となる。
【００４２】
上述の実施の形態によれば、焼成炉１の後段側にサイクロン２を配置して、このサイクロン２にて原料粉末の熱分解により生成した酸化カルシウム粉末と炭酸ガスとを分離すると共に、当該サイクロン２内が炭酸カルシウムの熱分解温度となるように設定している。即ち、本発明では、焼成炉１の後段側のサイクロン２について、酸化カルシウム粉末と炭酸ガスやキャリアガスとを分離する機能に加えて、当該焼成炉１とは別の焼成炉としての役割を持たせており、いわば２段の焼成炉にて焼成を行っている。そのため、サイクロン２に導入される未反応の原料粉末の熱分解を当該サイクロン２にて進行させることができる。また、炭酸カルシウム粉末の熱分解によって酸化カルシウム粉末が生成した後、酸化カルシウム粉末を炭酸ガスから分離し終えるまでの間に亘って、酸化カルシウム粉末は、炭酸カルシウムの熱分解温度に保たれるので、酸化カルシウム粉末の再炭酸化が抑制される。従って、焼成炉１の後段側では管壁への炭酸カルシウム粉末の付着を抑えることができ、高純度・高比表面積・高細孔容積である高品質の酸化カルシウムが得られる。
【００４３】
また、旋回流によって長い流路が形成されるサイクロン２内において、未反応の原料粉末の滞留時間を確保して熱分解を進行させることができるので、例えば焼成炉１だけで焼成を行った場合と比べて、焼成炉１に供給したエネルギーに対する、得られた酸化カルシウムの量の比率が高く、熱効率が良好となる。
【００４４】
更に、サイクロン２から排出される燃焼排ガスについて、焼成炉１におけるキャリアガスや加熱部１１、１２の燃焼用ガスなどとして熱エネルギーを再利用している。そして、サイクロン２の前段側の焼成炉１は、既に詳述したように、キャリアガスを用いて原料粉末を流動させながら焼成を行う方式を採っており、例えば原料粉末を炉内に留めて焼成を行う方式と比べてキャリアガスの消費量が多い。従って、本発明における気流炉である焼成炉１と、燃焼排ガスの熱エネルギーを再利用する技術とは、極めて親和性が高く、粒径が小さく且つ反応性に富む酸化カルシウム粉末を製造しながら、装置全体の消費エネルギーを抑制できる。
【００４５】
また、原料粉砕器４３にて粉砕した原料粉末の全量を焼成炉１に導入しており、微細な原料粉末を廃棄する必要がないことから、従って焼成後の酸化カルシウム粉末の再粉砕が不要であることからも、酸化カルシウム粉末について、容易に且つ低コストにて得ることができる。
【００４６】
更に、サイクロン２の下端部にロータリーバルブを配置して、当該ロータリーバルブによってサイクロン２から酸化カルシウム粉末を連続的に取り出すように構成しているので、サイクロン２内における圧力変動の発生を抑制できる。そのため、集塵効率及び圧力損失の安定化を図ることができる。
【００４７】
そして、消化機５７では、アルコールなどの有機化合物を用いなくても、水だけで反応性の良好な水酸化カルシウムを安価に得ることができる。即ち、通常、１２００℃程度もの高温で焼成した酸化カルシウムでは、水との反応によって水酸化カルシウムが生成するが、この水酸化カルシウムは、比表面積ＳＡ及び細孔容積ＰＶが夫々１０ｍ２／ｇ及び０．０５ｃｃ／ｇ程度（ＪＩＳ特号消石灰）となり、それ程良好な反応性が得られない。従って、反応性の高い水酸化カルシウムを得るためには、一般的には酸化カルシウムに水及び有機化合物（アルコール等）を加えて消化する手法か、あるいは酸化カルシウムに過剰の水を加えてスラリー化した後、乾燥する手法が採られる。しかしながら、このような手法では、既述のＪＩＳ特号と比べて、製造コストが例えば１．３〜１．８倍程度に増加してしまう。また、有機化合物を用いると、廃棄物等に当該有機化合物が残留してしまう。
【００４８】
これに対して本発明では、焼成温度が８５０℃〜１２００℃、好ましくは９００℃〜９５０℃の低温であっても酸化カルシウム粉末を得ることができるため、適量の水を加えただけで、高比表面積の水酸化カルシウムが得られる。従って、本発明の手法では、水酸化カルシウムの製造コストはＪＩＳ特号と同程度であり、そして廃棄物等には有機化合物が含まれないため、コスト的に極めて有利である。また、本発明の手法は、有機化合物を使わなくて済む分、プロセスの簡略化を図ることができる。そして、本発明の水酸化カルシウムを排ガス処理や排水処理に適用すると、ＪＩＳ特号よりも反応性が高いため、水酸化カルシウムの添加量を抑えることができ、従って廃棄物量を低減できる。
【００４９】
ここで、既述の特許文献１における図４の構成を用いた場合に得られる酸化カルシウム粉末について、図６を参照して説明する。即ち、特許文献１では、焼炉４１の後段側にサイクロン４６を接続しているが、このサイクロン４６の温度は炭酸カルシウムの熱分解温度に設定されていない。そのため、焼成後の酸化カルシウム粉末が炭酸ガスと共にサイクロン４６に導入されると、酸化カルシウム粉末の再炭酸化が起こりやすい。従って、サイクロン４６の後段側あるいは当該サイクロン４６の内部では、炭酸カルシウム粉末が管壁に付着して、管路が閉塞するおそれがある。また、未反応の原料粉末がサイクロン４６に導入された場合には、当該未反応の原料粉末は、サイクロン４６からそのまま酸化カルシウム粉末と共に排出されるおそれもある。従って、特許文献１と本発明とでは、サイクロン２、４６を熱分解温度に設定する技術において大きく異なることが分かる。
【００５０】
続いて、本発明の他の実施の形態について説明する。図７は、第１の加熱部１１を設けずに、第２の熱交換器５２だけで焼成炉１内及びサイクロン２内を加熱するように構成した例を示している。即ち、サイクロン２内を加熱する加熱源として、焼成炉１にて加熱された流体を用いているので、第１の加熱部１１に代えて、第２の加熱部１２によって加熱された流体によりサイクロン２内を加熱しても良い。しかしながら、装置の立ち上げ時など、サイクロン２内を速やかに昇温させる場合には、第２の加熱部１２に加えて第１の加熱部１１を配置しておくことが好ましい。尚、図７では、焼成炉１やサイクロン２について簡略化して描画している。後述の図８及び図９についても同様である。
【００５１】
また、図８は、サイクロン２側（詳しくはダストトラップ２２の外側）に、当該サイクロン２内を加熱するための加熱機構８０をなすヒーターを設けた例を示している。即ち、サイクロン２内を加熱するにあたって、当該サイクロン２内に導入される流体とは別の加熱源を設けても良い。また、図９は、加熱機構８０を焼成炉１とサイクロン２との間における排出路１９に設けた例を示している。そして、図９では、サイクロン２内の温度を測定するにあたって、温度検出部３を排出路１９に取り付けることに代えて、当該サイクロン２に設けた例を示している。従って、サイクロン２内の温度を測定するにあたって、焼成炉１から排出される流体及びサイクロン２内のいずれかに温度検出部３を設ければ良く、あるいはこれら流体及びサイクロン２内の双方に温度検出部３を設けて、各々の温度検出部３の検出結果の平均を用いてサイクロン２の温度を制御しても良い。
【００５２】
以上の説明では、サイクロン２内の温度を制御するにあたって、第１の加熱部１１に供給する燃料の量を調整したが、この第１の加熱部１１に加えて、第２の加熱部１２に供給する燃料の量についても調整しても良い。具体的には、第１の加熱部１１に供給する燃料の量と、第２の加熱部１２に供給する燃料の量と、の比率を設定する設定部を設けておき、この設定部を介してＰＩＤ演算部７１から各流量調整部３２、３２に制御信号が出力される。
【００５３】
また、サイクロン２内の温度を制御するにあたって、第１の加熱部１１（第２の加熱部１２）に供給する燃料の量に代えて、焼成炉１に供給するキャリアガスの流量を介してサイクロン２内の温度を調整しても良い。具体的には、サイクロン２内の温度が低下した時には、キャリアガスの流量を増やし、一方前記温度が上昇した時には、キャリアガスの流量を減らすようにしても良い。また、キャリアガスの温度を介してサイクロン２内の温度を制御しても良い。即ち、サイクロン２内の温度を上げる時には、第１の熱交換器５１に供給する外気の流量を増やし、一方サイクロン２内の温度を下げる時には第１の熱交換器５１に供給する外気の流量を減らす。
【００５４】
ここで、本発明に用いられる原料粉末としては、炭酸カルシウムに加えてシリコン酸化物（Ｓｉ−Ｏ）やマグネシウム酸化物（Ｍｇ−Ｏ）を含むドロマイト（Ｄｏｌｏｍｉｔｅ）や、石灰石を含む貝殻などであっても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１  焼成炉
２  サイクロン
３  温度検出部
４  熱交換装置
１１  第１の加熱部
１２  第２の加熱部
１６  キャリアガス供給路
１７  原料供給路
１９  排出路
３１  流量調整部
７０  制御部
【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】
2015067520.tif 000008
【図７】
2015067520.tif 000009
【図８】
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【図９】
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