JP2010509166A - 制御されたｃｏ２放出をもってクリンカーを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は原材料混合物からクリンカーを製造するための方法に関し、原材料混合物を燃焼煙によって予熱すること;原材料混合物を予備か焼すること;予備か焼された原材料混合物をロータリーキルン中でか焼することを実施し、予備か焼およびロータリーキルン中でのか焼はCO₂を含有する燃焼煙を生成し、予備か焼によって生成した燃焼煙は、この煙がロータリーキルン中でのか焼によって生成した燃焼煙と混ざることなくCO₂除去処理を受ける。

Description

本発明は、大気へのCO₂放出を制御することを可能にする、クリンカーを製造するための方法に関する。

クリンカーを製造するための方法は、鉄鋼業におけるものと同じ割合で最も多くのCO₂を放出する工業プロセスのひとつである。それらの各々は、人工起源のCO₂放出の5%のオーダーを示す。セメント産業に関するこの大量のCO₂排出は、クリンカーを作るための方法における激しいエネルギー消費に由来するだけでなく、極めて大量のCO₂(製造されるクリンカー1トンあたりの作用によって0.5トンのCO₂が生成する)を放出する、石灰石をか焼するための反応にも由来する。京都議定書の枠組み内での新たな規制の導入は、この議定書を批准した種々の国々に、定められた期間あたりの目標に従ってこれらCO₂放出を削減することを要求する。短期間の目標は、CO₂を削減するための一次の手段によって達成することが比較的容易であろうが、今もなお制定されるべき中期および長期目標は、特にセメント産業のような産業については、遥かに限定的となり得る。それ故に、これらの将来目標を合理的なコストで達成することを可能にし、現在の産業部門の実行可能性を危うくしない技術的な解決策が現在求められている。

CO₂放出を削減するためのセメント産業設備のわく内で想定される現在の解決策は2つのタイプである。まず第一に、合理的なコストのために、CO₂放出を最大15ないし20%のオーダーで削減することを可能にする一次の手段であって:
- 炭素質燃料の消費を削減すること(エネルギー収量の向上、天然ガスによる石油コークスの置換)、
- CO₂生成サイクルに関して中立と考えられる代替燃料(バイオマス、種々のタイプの廃棄物)の使用を増加させること、
- 火力発電所からの飛灰および溶鉱炉からのスラグのような、セメントの調製におけるクリンカーの代替物を使用すること
からなる。

不幸にも、これらの技術は15ないし20%を超えるCO₂の削減を生む潜在力を持っておらず、これらの解決策を完全に持続的にすることができないような輸送上の問題にしばしば直面する。

遥かに膨大な50％超のCO₂放出の削減を可能にする技術を導入するための二次の手段が現在研究されている。想定される技術は一般に2つのタイプである:
- アミンで洗浄することによって、または吸着もしくは液化プロセスによって、またはメンブランによって、プロセスからの燃焼煙からCO₂を除去するための方法(「ポストコンバスチョン(post-combustion)」と呼ばれる)、
- 燃焼プロセスの間に窒素を除去することによってガス流のCO₂を濃縮することを可能にする酸素燃焼法(oxycombustion methods)。このようにして、この流はその後、燃焼空気が完全に酸素で置き換えられる場合は実質的に専らCO₂で構成され得るか(蒸気の凝縮の後)、またはCO₂を分離するためのより経済的な技術を用いることを可能にするために、その後、CO₂を十分に富化され得る(この燃焼空気の部分的な置換の場合)。

これらの二次の方法は、殆どが、しばしば他の応用分野内において、かつより限定された規模において、技術的実績のあるものであるが、いまだ法外に高いコストを要する。

本発明の目的は、クリンカーを製造するための方法であって、この方法によって生成する燃焼煙を回収し、そこからのCO₂を採算が取れるコストで除去することを可能にする方法を提供することである。

このために、本発明は原材料からクリンカーを製造するための方法であって、
- 原材料を燃焼煙によって予熱すること、
- 原材料を予備か焼すること、
- 予備か焼された原材料をロータリーキルン中でか焼すること
を含み、予備か焼およびロータリーキルン中でのか焼はCO₂を含有する燃焼煙を生成し、
予備か焼によって生成した燃焼煙は、該煙がロータリーキルン中でのか焼によって生成した燃焼煙と混合されることなくCO₂除去処理を受ける方法に関する。

本発明による方法の、予熱、予備か焼およびロータリーキルン中でのか焼の3つの工程は、クリンカーを製造するための通常の方法に相当する。主原料または原材料は主に石灰石およびシリカからなる。第一の工程の間、この原材料は燃焼煙によって、例えば原材料が高温の燃焼煙と接触するサイクロンの頂部に原材料を導入することによって予熱される。第二の工程の間、この原材料が予備か焼される:燃焼による熱の生成によって、予熱された原材料の部分的なか焼が以下の反応に従って得られる: CaCO₃ --> CaO + CO₂。予備か焼の間に生成した煙は、一般的に、第一の予熱工程の間、原材料を予熱することに役立つ。これらの燃焼煙は、一般に少なくとも30体積%のCO₂濃度を持つ。次に、第三の工程において、これら予備か焼された材料は、ロータリーキルンを通るそれらの経路を進み続け、ロータリーキルン中でそれらは石灰とシリカの非常に高い温度(>1450℃)での反応によってクリンカーに変換される。この第三の工程に必要な熱は、ロータリーキルンの底部端(bottom end)の領域中での燃焼によって提供される。この第三の工程は、一般に最大で15%の濃度のCO₂を含有する燃焼煙も生成する。

本発明によれば、第二の予備か焼工程によって生成した燃焼煙は、この煙をロータリーキルン中でのか焼によって生成した燃焼煙と混合することなく、CO₂を除去するための処理を受ける。この特徴は、ロータリーキルン中でのか焼によって生成した煙が、その後、予備か焼デバイスおよび原材料を予熱するための空間を通って上方に循環し、予備か焼からもたらされる燃焼煙と混ざるという、先行技術において使用されていたものとは異なる。本発明において、ロータリーキルン中でのか焼煙は予備か焼デバイスに移送されない。それどころか、それらはエネルギー利用の対象となる。初めの2つの工程は、したがって第三の工程から完全に分離される。ロータリーキルン中でのか焼によって生成した燃焼煙は、第一および第二の工程の生成物と接触することなく、プロセスから直接に除去される。

しかしながら、ロータリーキルン中で実行されたか焼からの燃焼煙中に存在する熱は、種々の選択肢に従って利用され得る。第一の選択肢によれば、ロータリーキルン中でのか焼によって生成した燃焼煙の少なくとも一部は、原材料を間接的な方法で予熱し得る。第二の選択肢によれば、ロータリーキルン中でのか焼によって生成した燃焼煙の少なくとも一部は、ロータリーキルンに導入された反応物質を間接的な方法で予熱し得る。これらの2つの選択肢によれば、「間接的な方法」とは、ロータリーキルン中でのか焼によって生成した燃焼煙が、加熱される材料と混合されず、かつ予熱が、加熱される材料から煙を隔てる壁を介して為されるということを意味すると理解される。これら2つの選択肢による間接的な加熱は、本発明による予備か焼からの燃焼煙とロータリーキルンからの燃焼煙の混合を防ぐことを可能にする。間接的な交換は、原材料または予備か焼された原材料とロータリーキルンからもたらされる燃焼煙との間で、いずれかのタイプの既知の熱交換器によって為される。第三の選択肢によれば、ロータリーキルン中でのか焼によって生成した燃焼煙の少なくとも一部が、ボイラーまたは熱回収ユニットにおいて使用され得る。

本発明による方法の有利な変形例によれば、原材料の予備か焼は酸素燃焼を用いる。酸素燃焼は、燃料と、21%超の酸素濃度、好ましくは25%超の酸素濃度を持つ酸化剤との手段を用いた燃焼を意味すると理解される。このような酸化剤は、適切な比率の空気と酸素との混合物であり得る。酸素燃焼は、第一および第二の工程において、燃焼煙のCO₂を富化することを可能にする。この酸素燃焼から生じた煙中のCO₂濃度は、一般に50体積%を超える。

この変形例の好ましい態様によれば、酸素燃焼の間に使用される酸化剤は純酸素である。純酸素は、少なくとも90%酸素を含有する酸素化ガスを意味すると理解される。使用されるこれらの好ましい手段は、凝縮後に90%超のCO₂濃度を持つ燃焼煙を得ることを可能にする。したがって、このような凝縮された煙は、より強力なCO₂除去プロセスによる処理を必要としない。それらは、初めの2つの工程内のガス流を増大させ、良好な対流熱交換条件を維持するために、予備か焼工程に部分的にリサイクルされる。本発明は、酸素燃焼からもたらされる煙が凝縮され、かつ凝縮された煙が少なくとも部分的に原材料の予備か焼にリサイクルされる場合もカバーする。原材料が自然にCO₂リッチなガス状流出物を生成する限りは、燃焼のための酸化物の酸素の部分的な富化は、予備か焼煙中のCO₂の非常に高い濃度を迅速に獲得することを可能にする。

本発明の実施は、予熱および予備か焼からもたらされる燃焼煙のCO₂を濃縮することを可能にする。したがって、流量が先行技術によるセメント工場の半分未満である燃焼煙の流内で、セメント工場によって生成するCO₂の総体積の50ないし90%が、予備か焼デバイスおよび予熱器のアセンブリ中に纏められ得る。除去方法が、このように一般に少なくとも40体積%超のより高いCO₂濃度にてより低い流量を扱うので、この違いは、燃焼煙からCO₂を除去するための方法の使用を、現況の技術においてさえも遥かにより有益にする。

予備か焼の間に酸素燃焼を使用する方法の変形例によれば、減じられた気体の流量および一般的に少なくとも50体積%超であるそれらのより高いCO₂濃度故に、燃焼煙からCO₂を除去するための方法のコストは遥かにより低くなる。

Claims (7)

1. 原材料からクリンカーを製造するための方法であって、
   - 前記原材料を燃焼煙によって予熱すること、
   - 前記原材料を予備か焼すること、
   - 前記予備か焼された原材料をロータリーキルン中でか焼すること
   を含み、予備か焼および前記ロータリーキルン中でのか焼はCO₂を含有する燃焼煙を生成し、
   予備か焼によって生成した前記燃焼煙は、該煙が前記ロータリーキルン中でのか焼によって生成した燃焼煙と混ざることなく、CO₂除去処理を受けることを特徴とする方法。
2. 前記ロータリーキルン中でのか焼によって生成した前記燃焼煙の少なくとも一部が、前記原材料を間接的な方法で予熱することを特徴とする請求項１による方法。
3. 前記ロータリーキルン中でのか焼によって生成した前記燃焼煙の少なくとも一部が、前記ロータリーキルンに導入された反応物質を間接的な方法で予熱することを特徴とする請求項１または２による方法。
4. 前記ロータリーキルン中でのか焼によって生成した前記燃焼煙の少なくとも一部が、ボイラーまたは熱回収ユニットにおいて使用されることを特徴とする先行する請求項のいずれか1項による方法。
5. 前記原材料の予備か焼が、酸素燃焼を使用することを特徴とする先行する請求項のいずれか1項による方法。
6. 酸素燃焼の間に使用される酸化剤が純酸素であることを特徴とする請求項５による方法。
7. 酸素燃焼からもたらされる前記煙を濃縮し、前記濃縮された煙が少なくとも部分的に前記原材料の予備か焼にリサイクルされることを特徴とする請求項５または６による方法。