(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉の少なくとも一部をサイクロンプリヒーター（１）より抽出されること、この原料粉は別ユニット（２１）へ導き入れられ、この中でガス流によりＳＯ２の生成および有機炭素の追い出しのために設けられた酸化条件下で３５０℃〜５２５℃の間の温度で保持時間が与えられること、生成されたＳＯ２と追い出された有機炭素は続いて次の過程での更なる処理のためガス流に乗せて別ユニット（２１）より排出されること、原料粉はサイクロンプリヒーター（１）へ再度導き入れられることを特徴とする、サイクロンプリヒーター（１）およびロータリーキルン（５）より構成される生産設備においてセメント原料粉が予備加熱され、そして焼成されることによりセメントクリンカーを製造する方法。
【請求項２】
全ての原料粉は別ユニット（２１）での酸化のためサイクロンプリヒーター（１）より抽出されることを特徴とする請求項１による方法。
【請求項３】
原料粉は３５０℃〜５２５℃の間の温度で、サイクロンプリヒーター（１）より抽出されることを特徴とする請求項１または２による方法。
【請求項４】
原料粉は４００℃〜５００℃の間の温度で、サイクロンプリヒーター（１）より抽出されることを特徴とする請求項１または２による方法。
【請求項５】
別ユニット（２１）の温度は酸化過程中ほぼ一定に保たれることを特徴とする請求項１または２による方法。
【請求項６】
原料粉は１０〜２００秒の範囲内、１０〜１００秒の範囲内で別ユニット（２１）で保持時間を与えられることを特徴とする請求項１または２による方法。
【請求項７】
生成されたＳＯ２と追い出された有機炭素は別ユニット（２１）より排出され、サイクロンプリヒーターの焙焼炉（３）へ導き入れられることを特徴とする請求項１または２による方法。
【請求項８】
抽出され別に酸化された原料粉は、原料粉の流れの方向から考えて、抽出された場所の直後でサイクロンプリヒーター（１）へ導き入れられることを特徴とする請求項１または２による方法。
【請求項９】
原料粉の少なくとも一部をサイクロンプリヒーター（１）より抽出するための手段（１３，１５）と、この原料粉に酸化条件下で保持時間を与え、そしてこれによりＳＯ２の生成および有機炭素の追い出しのため、この原料粉に含まれる硫化物のガス流による酸化を３５０℃〜５２５℃の間の温度で確実にする別ユニット（２１）と、次の過程での更なる処理のため、生成されたＳＯ２および追い出された有機炭素をガス流に乗せて別ユニット（２１）より排出する手段と、原料粉をサイクロンプリヒーターへ再度導き入れる手段（２６）からなることを特徴とするサイクロンプリヒーター（１）およびロータリーキルン（５）より構成される請求項１による方法を実施するための生産設備。
【請求項１０】
ガス流に乗せて別ユニット（２１）より排出される生成されたＳＯ２の処理のため、湿式ガス洗浄器（３１）を含むことを特徴とする請求項９による生産設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はセメント原料粉がサイクロンプリヒーターとキルンにより構成される生産設備において予備過熱され、そして焼成される方法によりセメントレンガを製造する方法に関するものである。本発明は特にこのような生産設備からのSO2，COや揮発性有機化合物（以下ＶＯＣと称す）の放散を減少させる方法に関するものである。また本発明はこの方法を実施するための生産設備に関するものでもある。
【背景技術】
【０００２】
前述の種類のセメントレンガ製造のための生産設備は文献でよく知られている。
【０００３】
セメントレンガ製造のためのこのようなキルン生産設備からのSO2，COやＶＯＣの放散は、以下の本文で更に詳細に述べられるように、主として使われる原 料から出る。サイクロンプリヒーターでの原料粉の加熱は逆流の原理に従い高温の排気ガスとの直接の接触により行われ、ここで生成されたSO2，COそして排出されたＶＯＣは直ちに排気ガス流により捕らえられ、そしてこのようにして放散という形で排気ガス流と共にサイクロンプリヒーターを出て行く。さまざまな理由で大気中への三タイプの放散は望ましくない。
【０００４】
セメント原料はしばしばパイライトやマルカサイトのような鉱物を含む。パイライト（FeS2）中の硫化物は５２５℃近辺の温度でサイクロンプリヒーターの中で変換され、SO2を生成させる。稼動中のセメント生産設備で行われた 測定で示されたことは、供給原料粉中に含まれる殆ど全ての硫化物は３７０℃近辺の温度で第一段のサイクロンを出て行くときはまだ原料粉中に存在するが、一方５５０℃近辺の温度で第二段のサイクロンを出ていく原料紛の硫化物含有量はその約半分になる。従って問題の生産設備では原料中に含まれる硫化物の半分近くが、第二段のサイクロンで起こる酸化過程の結果としてSO２の形でプリヒ−タ−から逃げる。SO２レベルを下げるための有名な方法は、排気ガスの流れの方向から考えて、SO２が硫化物の形で原料中に化学結合されており、次の過程で硫酸塩に変換されるためにSO２が生成された後の場所でサイクロンプリヒ−タ−にCaO、Ca(OH)２、または他のアルカリ化合物の形の吸収剤を使用することが含まれる。この有名な方法の一つの重大な欠点は過度な量の吸収剤の使用が通常必要であり、これがこの方法を比較的費用のかかる方法としていることである。
【０００５】
また、セメント原料はサイクロンプリヒ−タ−での予備加熱過程中にCOやＶＯＣの形で原料紛から殆ど追い出され、排気ガス流と共に未燃焼の形で放散される 有機炭素をしばしば含んでいる。あるタイプのＶＯＣは比較的狭い温度範囲で殆ど追い出されることが研究により確認されている。ＶＯＣの一つのタイプは ３００℃から５００℃の温度範囲で殆ど追い出される一方、別のタイプは４５０℃から６５０℃の温度範囲で殆ど追い出される。他の付帯的なタイプのＶＯＣは より広い温度範囲で追い出される。伝統的なサイクロンプリヒ−タ−で前述の温度範囲はサイクロンプリヒ−タ−が四段か五段かにより、そしてまた多少はキルンシステムの他の要素の効率により、一般に夫々サイクロンの第一段と第二段か第二段と第三段で発生する。排気ガスよりＶＯＣを除去するための排気ガスの後 処理方法はいくつか知られている。一つの有名な方法は次のステップより構成される。即ち、まずプリヒーターよりの排気ガスは熱交換ユニットで加熱される。次にＶＯＣは燃料が同時に付加される間、燃焼する。そして次に排気ガスは続いて熱交換ユニットの中で冷却される。エネルギー消費の観点より、これは最適な解決方法ではなく、またこの方法を実施するための道具には相当な投資コストが必要である。
【０００６】
加えてデンマークの特許出願番号PA 200100009で知られている方法によると、原料粉はプリヒーターから抽出され、ＳＯ２の生成とＶＯＣの追い出しのための別の加熱ユニットで加熱され る。この有名な方法によると、生成されたＳＯ２は続いて吸収剤と接触し、追い出されたＶＯＣは燃焼し、そして原料粉はサイクロンプリヒーターへ再度導き入れられる。この有名な方法の欠点は主としてエネルギー消費量が比較的高いことである。
【発明の開示】
【０００７】
この発明の目的は、これによりサイクロンプリヒーターの効率レベルに重大な影響を与えずに、ＳＯ２、COやＶＯＣの放散の安価で効果的な削減を達成できるセメントレンガ製造のための生産設備は勿論のこと、その方法を提供することである。
【０００８】
これは序論で述べた種類の方法により達成され、そして以下のことを特徴とする。
（1）原料粉の少なくとも一部はサイクロンプリヒーターより抽出される。
（2）原料粉は、ＳＯ２の生成および有機炭素の追い出しのため、ガス流により提供される酸化
条件下で保持時間を与えるための別ユニットへ導き入れられる。
（3）生成されたＳＯ２と追い出された有機炭素は、続いて次の過程にて更なる処理のため、
ガス流に乗せられ、別ユニットより排出される。
（4）原料粉はサイクロンプリヒーターに再度導き入れられる。
【０００９】
これにより加熱のための付加的なエネルギーを使用する必要なくＳＯ２の放散は勿論のこと、ＶＯＣ、COの効果的な削減が得られる。抽出され一部予備加熱された原料粉にサイクロンプリヒーターより分離された酸化条件下で保持時間を与えることにより次のことが得られる。即ち硫化物は酸化されＳＯ２となり、有機 炭素は原料粉より追い出され、そのためこのようにして生成されたＳＯ２や、このようにして追い出された有機炭素は別の比較的小さなガス流に乗せて運ばれ、最適な方法で次の処理を受けることができる。以下の本文で更に詳細に述べるように、申請人により行われた研究では以下のような驚くべきことが指摘されている。即ち硫化物のＳＯ２への著しい酸化や、有機炭素のある程度の追い出しは、温度が一定に保たれ、そしてＳＯ２の大部分の放散が違ったように起こるような サイクロンプリヒ−タ−の場所の温度以下であっても起こるということである。またこの研究は次のことを示している。即ちこれらの過程が実際に行われた速度は温度に依存し、そしてその速度は温度上昇に歩調を合わせて増加することである。
【００１０】
本発明による方法を実施するための生産設備は以下のことを特徴とする。即ちそれはサイクロンプリヒーターよりの原料粉の少なくとも一部を抽出する手段、原料粉に酸化条件下での保持時間を与え、これによりＳＯ２の生成および有機炭素の追い出しのため原料粉中に含まれる硫化物の酸化を、ガス流により確実にするための別の手段、生成されたＳＯ２と追い出された有機炭素を次の過程にて更なる処理を行うため、ガス流に乗せて別ユニットから排出するための手段、そして 原料粉をサイクロンプリヒーターへ再度導き入れるための手段を含む。
【００１１】
この生産設備の更なる特徴は以下の本文で用意される詳細な記述より明らかとなる。
【００１２】
全原料粉は別ユニットでの酸化のためサイクロンプリヒーターより抽出されることが望ましい。
【００１３】
この時点まで、伝統的な知識では原料が硫黄成分を含む場合はＳＯ２は５２５℃近辺の比較的狭い温度範囲で生成されると考えられてきた。しかし上で言及し、以下の本文で更に詳細に述べる研究では以下のような全く驚くべきことが指摘されている。即ち硫化物のＳＯ２への著しい酸化は,過程に必要な時間さえ割り当 てられていれば、低い温度でも起こるということである。研究は、ＳＯ２の生成は３５０℃の温度でも起こり、本発明によると原料粉は３５０℃から５２５℃の温度範囲でサイクロンプリヒーターから抽出してもよいことを示している。抽出された原料紛の別ユニットでの必要な保持時間および容量を制限するため、原料紛は４００℃から５００℃の範囲の温度でサイクロンプリヒーターより抽出されることが望ましい。実施された研究では５２５℃より高い温度ではＳＯ２は急速 に生成されるため、原料粉がプリヒーターより抽出される前に殆ど全ての硫化物がＳＯ２に変換されている。
【００１４】
原則として原料粉は問題の温度で望ましいＳＯ２の生成を達成するに必要ないかなる保持時間でも別ユニットにて与えることができる。実施段階では、抽出された原料粉の温度は必要な保持時間の期間の主な決定要因となる。本発明によると、別ユニットにおける保持時間は任意に選択してもよいが、しかししばしば１０から２００秒の範囲内にあることが有利である。しかし最大限度は１００秒が適用されることが望ましい。
【００１５】
別ユニットの温度は酸化過程中は殆ど一定に保つことができるが、しかしまた例えば別ユニットへ導き入れられるガス流の温度調節により変化するかもしれない。酸化速度を増加させることが望ましければ、別ユニットの温度はより高温のガス流を導くことにより上昇させてもよい。
【００１６】
原則として有機炭素はサイクロンプリヒーターの全温度範囲にわたり原料粉から追い出され、原料粉の場合それはサイクロンプリヒーター上部の１００℃以下の温度からサイクロンプリヒーター下部の８３０℃に近い温度範囲である。従って本発明による方法は全有機炭素の一部を追い出す能力を持つだけである。従って原料粉が抽出される予定の温度は主としてＳＯ２レベルの最大の減少が達成される温度により決定される。以前に本文の中において言及した研究は、色々なタイ プの有機炭素を追い出すためのパターンの変化を指摘している。従って特定のセメント生産設備において本発明による方法を実施するに先立ち、色々なタイプの 有機炭素の内容を正確に決定し、更にこれらが温度の関数としてどのように追い出されるかを決定するために、使用される原料の特別な調査を行うことが有利であろう。従ってＳＯ２の減少と一致するような場合は原料粉を４５０℃以下の温度でサイクロンプリヒーターより抽出することが望ましい。
【００１７】
原則として抽出された原料粉の別ユニットにおける酸化はいかなる適当な方法でも実施できるが、しかしより小さな酸素を含むガス流を硫化物および有機炭素の酸化のため、そしてＳＯ２の除去および有機炭素の追い出しのための仕切りを通して導かなければならない。研究はＳＯ２除去のための最適な酸素含有率は約５％であることを指摘している。
【００１８】
別ユニットはいかなる適当な方法で設計してもよい。別ユニットは原料粉のための充分な保持時間が提供でき、原料粉と酸素を含むガス流の充分な混合が確実にできる、かさばる原料のためのいかなるタイプの容器または搬送装置にて構成してもよい。例えば別ユニットは抽出された原料粉と酸素を含むガス流が回転ドラ ムのどちらかの端にある入り口を経由して導き入れられ、回転ドラムを逆流して通過し、また反対の端より排出されるような回転ドラムとして設計してもよい。更にユニットまたは生産設備はユニットより抽出後の原料粉がサイクロンプリヒーターの指定の場所に再度導き入れられるのに必要な高さに物理的に位置するか、または搬送できることを確実にするための手段を含むことが望ましい。
【００１９】
ガス流に乗せて別ユニットから排出される生成されたＳＯ２は例えば有名な動作原理の湿式ガス洗浄器で別個に処理され、そこではCaCＯ３とH２Oとの反応 でＳＯ２はCaＳＯ4・H２Oの形の石膏に変換され、ここから綺麗なガスを周囲へ放散することができる。必要なCaCO3は別の酸化ユニットから運ばれて くるほこりの中に含まれるかもしれないし、または新鮮な原料粉の形で供給してもよい。別の酸化ユニットを通るガス流はサイクロンプリヒーターを通るガス流に比べ小さいという事実のため、この目的のための湿式ガス洗浄器もまた比較的小さくてもよい。また水の消費量も比較的少ない。湿式ガス洗浄器で発生する石膏は、普通の石膏の一部の代用品としてセメント粉生産設備で都合よく使われる。このようにして夥しい量の硫黄はセメント生産設備のキルンシステムをバイパスし、これによりキルンシステムにおける詰まりや障害に関して頻繁に起こる問題を減らすことになる。
【００２０】
ガス流に乗せて別ユニットから排出される生成されたＳＯ２は代わってCaOの形の充分な量の吸収剤と、そしてまたは他のアルカリ性の成分が存在する場所、通常はプリヒーターの下端部にてサイクロンプリヒーターに導き入れられる。サイクロンプリヒーターが焙焼炉を含む生産設備では生成されるＳＯ２は前述の焙 焼炉へ導き入れることが望ましい。
【００２１】
追い出された有機炭素は別に燃焼させることができ、または代わってサイクロンプリヒーターの温度が少なくとも７００℃、これは一般にプリヒーターの下端部の場所、で再度導き入れられる。サイクロンプリヒーターが焙焼炉を含む生産設備では追い出された有機炭素は前述の焙焼炉へ導き入れることが望ましい。
【００２２】
原則として抽出され、別に酸化された原料粉はサイクロンプリヒーターのいかなる場所からでも再度導き入れることができる。しかし原料粉の流れの方向から考えて、できれば原料粉を抽出した場所のすぐ後で導き入れるべきである。言い換えると、別に酸化された原料粉はそれが抽出されたサイクロン段の次の段でサイ クロンプリヒーターへ導き入れることが望ましい。
【００２３】
さて本発明を図表形式の図面に関連して更に詳細に述べる。
【００２４】
図１に 見られるａ〜ｄのグラフは温度が３５０℃，３７５℃，４００℃と５００℃における時間の関数としてのＳＯ２の生成状況である。図に示したグラフは申請人により行われてきた一連のテストの直接の結果である。これらのテストは以下に述べる方法により固定床の反応装置で行われてきた。原料サンプルは純窒素よりなる高温の不活性ガス中で希望温度まで予備加熱された。不活性ガス中での加熱過程よりの高温の排気ガスは、蒸発した硫黄を全てＳＯ２に酸化させるためにO２ と混合された。２４０秒間の不活性ガス中での加熱に続いて、静止床の前でO２がN２の流れに加えられた。反応速度を所定の温度で、かつ加熱過程と無関係に研究できるように以下のことを確かめるためにこの手順に従った。それは比較的穏やかな加熱過程の間は原料サンプルのいかなる著しい酸化も起こらないだろうと云うことと、そしてO２の供給は化学反応に比べ迅速に行われるだろうと云うことである。時間の関数としてのＳＯ２含有量は全テスト手順を通して測定された。図1において、ｔ＜０の部分のグラフは不活性ガス中での原料の加熱に関連して発生するＳＯ２の生成を示す。一方ｔ＞０の部分のグラフは温度が一定に保たれ、酸素が供給される場合のＳＯ２の生成を示す。Ｔ＝０の点までの加熱過程の間はＳＯ２の生成は大変遅く、続いてｔ＝０の酸素が供給された場合は生成速 度は大幅に速くなる。特にグラフｂｃｄは硫化物のＳＯ２への変換は主として最初の１００秒以内の期間に行われるが、その後グラフは切れているが、テスト中に使われた原料に関しては夫々の温度３７５℃、４００℃と５００℃に対し、夫々約３０％，５０％と７０％の恐らくは最大の変換率へ向かって進むであろう。従ってこの三つの温度から以下のような即座の結論が得られる。即ち最適な方法は、最高の変換率は５００℃で達成されるため、５００℃近辺での原料の抽出が含まれるであろう。しかし不活性ガス中で５００℃まで加熱することに関して、実施段階において別ユニットへ転送されない極めて大量のＳＯ２が生成されることは注意すべきである。従って、問題の原料抽出の最適温度は４００℃〜５００℃の範囲にあるようである。
【００２５】
図２および図３に 本発明による二つの生産設備の例を示す。示された両生産設備は、サイクロンプリヒーター１、ロータリーキルン５、レンガ冷却装置７より構成される。サイクロンプリヒーター１は４段のサイクロンa〜dと焙焼炉３と別サイクロン４より構成される。サイクロンプリヒーター１は図示される４段サイクロンより多いのは 勿論よいが、これより少ない構成でもよい。示されていない原料粉の生産設備よりの原料粉は一個または数個の入り口９を経由してサイクロンプリヒーター−へ導き入れられ、排気ガスの逆流配置にて予備加熱され、その後サイクロンｄでサイクロンプリヒーターより分離され、焙焼のため焙焼炉３へ向かう。別サイクロン４の下部出口より焙焼された原料粉はダクト８を経由してロータリーキルン５へ向かい、そこで焼成されてセメントレンガとなり、続いてレンガ冷却器７で冷却 される。ロータリーキルン５と焙焼炉３の排気ガスはサイクロン４を通過しそれからファン６によりサイクロンプリヒーターを上昇して通過する。レンガ冷却器７よりの第３の空気は、ダクト１１を経由して焙焼炉３へ導き入れられる。
【００２６】
本発明によると原料粉の少なくともいくらかは原料粉がダクト１５を経由して導かれる別ユニット２１で酸化させる目的でサイクロンプリヒーター１より抽出される。原料粉の別の酸化がＳＯ２の生成および有機炭素の追い出しに著しい影響を与えるため、硫化物成分の大部分がＳＯ２に変換される前に、そしてまたは 有機炭素成分が原料より追い出される前に、原料粉は勿論、プリヒーターより抽出しなければならない。原料粉の一部を別に酸化させることだけを望む場合は、例えば分割ゲート１３を経由して特定のサイクロン段の下部出口より原料粉を抽出することができる。
【００２７】
図２および図３に 示す別ユニット２１はロータリーキルン２１より構成される。ガス流は回転ドラムの一方の端の入り口２7を経由して導かれ、そして抽出された原料粉はもう一方の端の入り口２９を経由して導かれ、原料粉とガス流の混合が逆流配置にて影響されるようになる。原料粉は回転ドラム２１の他の端から出口２２を経由して 抽出され、ダクト２６および、もしあれば搬送手段を経由してサイクロンプリヒーター１へ戻り、原料粉の流れの方向から考えて、抽出点直後の入り口２８を経由して再度導き入れられる。
【００２８】
図２に示す具体例において、ＳＯ２と追い出された有機炭素を含むガス流は回転ドラム２１の出口２９よりダクト１７を経由して焙焼炉３へ導かれ、この中で全ての有機炭素は燃焼し、そしてＳＯ２は主としてCaOとの反応により最適な温度条件下で吸収される。
【００２９】
図３に 示す具体例において、ＳＯ２と追い出された有機炭素を含むガス流は回転ドラム２１の出口２９よりダクト１７を経由して湿式ガス洗浄器３１へ導かれ、この中でCaCＯ３とH２Oとの反応によりＳＯ２はCaＳＯ4・2H２Oの形を主成分とする石膏に変換される有名な原理に従い洗浄され、ここからきれいなガスが COとＶＯＣの燃焼のためのユニット３３を多分経由して周囲へ放散することができる。
【００３０】
現存するセメント生産設備での本発明の実施に関しては、原料粉が望ましい温度で抽出されるレベルにプリヒーターの温度を設定することがしばしば必要となる。これは色々な方法で実施可能である。もし原料粉が別の酸化のため抽出されるプリヒーターの特定の場所の温度を下げることが望ましいならば、例えば適当 な場所で外気を取り入れることが可能である。しかし特定抽出場所の温度を上げることを望むならば、例えば原料粉の供給を分割して、原料粉のバイパス量をより少なくしてもよい。また別の酸化のため抽出される原料粉の量を制御することにより、温度を調節することができる。調節のための他の手段はプリヒーターサイクロンの分離効率の修正又は調整にある。
【００３１】
実施段階では、別ユニット２１の容量の調整が必要かもしれない。そして回転ドラムの場合はその回転速度を変更することによってこれを行ってもよい。回転ドラムの回転速度の増加はドラム中での保持時間の短縮につながり、生成されたＳＯ２と追い出された有機炭素の量がそれに応じて減少する結果となる。このような減少を補正するため、場合によってはレンガ冷却器７よりの熱風の流れの一部を入り口２７を経由してユニット２１へ導き入れることにより別ユニット２１へ熱を供給してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】：色々な温度に於ける時間の関数としてのＳＯ2の生成のグラフ表示。
【図２】：本発明による生産設備の第一の例。
【図３】：本発明による生産設備の第二の例。
【符号の説明】
【００３３】
図１
ａ：３５０℃
ｂ：３７５℃
ｃ：４００℃
ｄ：５００℃
図２、図３
１：サイクロンプリヒーター
１ａ：サイクロンａ
１ｂ：サイクロンｂ
１ｃ：サイクロンｃ
１ｄ：サイクロンｄ
３：焙焼炉
４：別サイクロン
５：ロータリーキルン
６：ファン
７：レンガ冷却器
８：ダクト
９：入り口
１１：ダクト
１３：分割ゲート
１５：ダクト
１７：ダクト
２１：別ユニット（回転ドラム）
２２：出口
２６：ダクト
２７：入り口
２８：入り口
２９：出口
３１：湿式ガス洗浄器
【図１】
0004671691.tif 000002
【図２】
0004671691.tif 000003
【図３】
0004671691.tif 000004