セメント製造設備における廃棄物燃料化システムおよび廃棄物燃料化システムを用いたセメントの製造方法
【課題】 ハロゲン含有物を、これに含まれる塩素や臭素等のハロゲンに起因する弊害を生じることなくその発熱量をセメント製造の燃料の一部として有効に活用することができるセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムおよび当該システムを用いたセメントの製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 間接加熱によりハロゲンを含むハロゲン含有物を加熱してハロゲンを含む可燃性ガスと残留物とを生成するハロゲン分離手段８と、ハロゲン分離手段８の熱媒体としてプレヒータ２またはバイパス手段の高温ガスを供給する熱媒体供給ライン１４と、ハロゲン分離手段８から排出された可燃性ガスからハロゲンを回収するハロゲン回収手段１１と、ハロゲン回収手段１１によってハロゲンが回収された後の可燃性ガスをセメント製造設備の燃料として供給するガス供給手段１３と、ハロゲン分離手段８から排気された高温ガスをプレヒータ２またはその上流側の排気管に戻す戻りライン１７とを備えてなる。
【解決手段】 間接加熱によりハロゲンを含むハロゲン含有物を加熱してハロゲンを含む可燃性ガスと残留物とを生成するハロゲン分離手段８と、ハロゲン分離手段８の熱媒体としてプレヒータ２またはバイパス手段の高温ガスを供給する熱媒体供給ライン１４と、ハロゲン分離手段８から排出された可燃性ガスからハロゲンを回収するハロゲン回収手段１１と、ハロゲン回収手段１１によってハロゲンが回収された後の可燃性ガスをセメント製造設備の燃料として供給するガス供給手段１３と、ハロゲン分離手段８から排気された高温ガスをプレヒータ２またはその上流側の排気管に戻す戻りライン１７とを備えてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩素等のハロゲンを含むハロゲン含有物を燃料化して、セメント製造設備における燃料の一部として利用するセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムおよび当該システムを用いたセメントの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、各種飲料容器や記録用テープあるいは自動車のタイヤ等として、様々なプラスチック類が使用されている。これらプラスチック類は、使用後に多量の産業廃棄物として廃棄処分となるが、近年、埋立処理の限界から、当該廃棄物を焼却処理する方法が採用されている。
【０００３】
ところで、上記プラスチック類のような可燃性廃棄物は、焼却によって所定の熱量を発生する。そこで、当該可燃性廃棄物をセメント製造設備におけるロータリーキルン内に投入して焼成するとともに、同時にその際の発熱量をセメント製造に係る燃料の一部として利用する処理方法が実施されている。
【０００４】
この際に、上記可燃性廃棄物を、ロータリーキルンの窯尻部分や、その前段の設けられた立ち上がりダクトに直接投入すると、焼却時の熱量をセメント原料の予熱に利用することはできるものの、ロータリーキルン内におけるセメント原料の焼成には寄与しないことになる。また、上記可燃性廃棄物が水分を多く含む場合には、その気化熱によって投入箇所における排気ガス温度が低下し、却って安定操業に支障を来すおそれもある。
【０００５】
このような問題点を解決するための先行技術として、例えば下記特許文献１に記載のセメント焼成用廃棄物処理装置が提案されている。
この廃棄物処理装置は、プラスチック等の可燃性廃棄物をロータリーキルン内に投入する前に高温ガスで乾留して乾留ガスを発生させる外熱式キルンと、上記ロータリーキルンで発生する高温の塩素バイパスガスと低温のクーラー排ガスとを混合した高温ガスを上記外熱式キルンに供給する高温ガス供給装置と、上記外熱式キルンで発生した乾留ガスをロータリーキルンのバーナーに供給する乾留ガス供給ラインとを備えたものである。
【０００６】
上記構成からなる廃棄物処理装置によれば、外熱式キルンで生成した乾留ガスを、ロータリーキルンのバーナーに供給しているので、その発熱量分のキルンの主燃料を低減化することができるとともに、上記外熱式キルンで処理した乾留灰は、セメント焼成設備に供給しないために、塩素および水分による悪影響を回避することができるという利点がある。
【特許文献１】特開２００２−１９５５２４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の廃棄物処理装置にあっては、可燃性廃棄物がポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の塩素含有量の多いプラスチックである場合に、外熱式キルンにおける乾留により、その塩素分の大部分が乾留ガスに移行するために、これをロータリーキルンの燃料として使用すると、当該ロータリーキルンを含めたセメント焼成設備内において塩素が濃縮され、プレヒータで閉塞するため、操業に悪影響を及ぼすという問題点がある。
【０００８】
また、一般に、セメント製造設備には、上記塩素が設備内を循環することによって濃縮されることを回避すべく、排ガスの一部を抜き出して塩素分を除去する塩素バイパスシステムが設置されているが、上記乾留ガスから別途導入される塩素までを除去する能力は無く、このため上記廃棄物の処理量または廃棄物における塩素含有量が著しく制限されるという問題点も生じる。
【０００９】
さらに、この種のセメント製造設備は、ロータリーキルンが１００ｍ程度の長さを有する巨大なプラントであるのに対して、上記廃棄物処理装置においては、外熱式キルンの熱源として、ロータリーキルンの窯尻上部に設けられた塩素バイパスからの高温ガスと、ロータリーキルンの窯前側に設けられたクーラーからの低温排ガスとを混合したものを用いているために、全体として高温ガスの配管が極端に長いものになって装置が大形化、かつ複雑化するという問題点がある。
【００１０】
加えて、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等の塩素含有量が少ないプラスチック廃棄物は、それ自体で高い発熱量を有するものの、上記廃棄物処理装置においては、乾留灰をセメント焼成設備内に導入しないために、廃棄物からの十分なエネルギーの再利用を図ることができず、かつ依然として処理が必要な乾留灰という２次廃棄物が生成されてしまうという問題点を有する。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、塩素を含む可燃性廃棄物等のハロゲン含有物を、当該ハロゲン含有物に含まれる塩素や臭素等のハロゲンに起因する弊害を生じることなくその発熱量をセメント製造の燃料の一部として有効に活用することができるセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムおよび当該システムを用いたセメントの製造方法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】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、セメント原料を予熱するプレヒータと、このプレヒータから導入された上記セメント原料を焼成するセメントキルンとを有するセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムであって、間接加熱によりハロゲンを含むハロゲン含有物を加熱して当該ハロゲンを含む可燃性ガスと残留物とを生成するハロゲン分離手段と、このハロゲン分離手段の熱媒体として上記プレヒータまたは当該プレヒータから高温ガスの一部を抜き出すバイパス手段の高温ガスの一部を供給する熱媒体供給ラインと、上記ハロゲン分離手段から排出された上記可燃性ガスから上記ハロゲンを回収するハロゲン回収手段と、このハロゲン回収手段によって上記ハロゲンが回収された後の上記可燃性ガスを上記セメント製造設備の燃料として供給するガス供給手段と、上記ハロゲン分離手段から排気された上記高温ガスを上記プレヒータまたはその上流側の排気管に戻す戻りラインとを備えてなることを特徴とするものである。
【００１３】
なお、上記バイパス手段とは、塩素バイパスあるいはアルカリバイパス等のプレヒータから分岐された各種のバイパス設備の全体を指すものである。
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、上記残留物を上記セメント製造設備の燃料として供給する残留物供給手段を有することを特徴とするものである。
【００１４】
ここで、請求項３に記載の発明は、上記ハロゲン含有物が、可燃性廃棄物であり、かつ上記ハロゲン分離手段は、間接加熱により上記可燃性廃棄物を熱分解して、ハロゲンを含む上記可燃性ガスと、油分および／または固形物を含む残留物とを生成させる熱分解手段であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記ハロゲン分離手段に、上記可燃性ガスの一部を燃焼させて当該ハロゲン分離手段の熱源の一部として供給する補助加熱手段が設けられていることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の戻りラインが、上記熱媒体供給ラインの高温ガス抜き出し箇所よりも当該高温ガスの温度が低い箇所に接続されていることを特徴とするものである。
【００１７】
次いで、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のハロゲン含有物燃料化システムを用いたセメントの製造方法であって、上記セメントキルンの窯前に設けられたバーナによって、上記セメント原料を焼成してクリンカを製造するに際して、上記ハロゲン回収手段によって上記ハロゲンが回収された後の上記可燃性ガスを、上記セメント製造設備に燃料として供給することを特徴とするものである。
【００１８】
この際に、請求項７に記載の発明は、上記残留物を、上記セメントキルン内および／または当該セメントキルンの前段に設けられた仮焼炉で燃焼させて燃料の一部として使用することを特徴とするものである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の発明において、上記ハロゲン分離手段において上記ハロゲン含有物から上記ハロゲンを分離させるに際して、上記ハロゲン含有物に伝熱部材を混入することを特徴とするものである。
【００１９】
さらに、請求項９に記載の発明は、請求項６〜８のいずれかに記載の発明において、上記ハロゲン分離手段に、上記ハロゲン含有物が当該ハロゲン分離手段に付着することを防止する付着防止材を供給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１〜５のいずれかに記載のセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムおよびこれを用いた請求項６〜９のいずれかに記載のセメントの製造方法によれば、ハロゲン分離手段によって、間接加熱により塩素や臭素等のハロゲンを含むハロゲン含有物から上記ハロゲンが分離されることにより、当該ハロゲンを含む可燃性ガスと、残留物とが生成する。
【００２１】
そして、上記可燃性ガスについては、ハロゲン回収手段において上記塩素分や臭素分等のハロゲンが除去されて可燃性ガスとされた後に、ガス供給手段によってセメント製造設備の燃料として供給される。
【００２２】
また、請求項２または請求項７に記載の発明においては、上記残留物についても、残留物供給手段によって、セメント製造設備に燃料として供給される。
この結果、各種のハロゲンを含むハロゲン含有物を、これに含まれる塩素や臭素等のハロゲンに起因する弊害を生じることなく、その発熱量をセメント製造の燃料の一部として有効に活用することができる。
【００２３】
請求項２において、上記残留物を供給するセメント製造設備としては、セメントキルン、仮焼炉の他、当該セメント製造設備に設けられている発電機やボイラ等が適用可能であるが、例えば、請求項７に記載の発明のように、セメントキルンまたは仮焼炉が好適である。特に、上記残留物を仮焼炉に供給するようにすれば、熱源としてプレヒータまたはバイパス手段からの高温ガスをプレヒータまたはその上流側に戻していることと相まって、他のハロゲン回収手段を含めた各種機器および配管類をセメントキルンの窯尻側に集中配置することができ、よってシステム全体の小型簡易化を図ることができる。
【００２４】
また、ハロゲン分離手段において間接加熱によりハロゲン含有物からの可燃性ガスの生成等を行っているために、必要最小限の熱媒体を供給することにより、上記作用効果を得ることができる。しかも、上記プレヒータまたはバイパス手段から抜き出してハロゲン分離手段に供給した高温ガスを、再び戻りラインを介して当該プレヒータまたはその上流側に戻しているために、上記プレヒータ内おける空気の流れに大きな変動を与えることがない。
【００２５】
特に、請求項３に記載の発明によれば、ハロゲン含有物が可燃性廃棄物である場合に、当該可燃性廃棄物が熱分解手段によって熱分解され、塩化水素と主として炭化水素を含む可燃性ガスとから構成され熱分解ガスと、大部分のハロゲンが除去された炭化物を主成分とし、熱分解温度に応じた油分を含有する熱分解残渣とが生成する。
【００２６】
そして、上記熱分解ガスについては、ハロゲン回収手段において上記ハロゲン分が除去されて可燃性ガスとされた後に、ガス供給手段によってセメント製造設備の燃料として供給される。他方、上記熱分解残渣についても、残留物供給手段によって上記セメントキルン内に燃料として供給することができる。
【００２７】
この結果、塩素等のハロゲンを含む可燃性廃棄物を、セメント製造設備において円滑に処理することができ、かつ上記廃棄物に含まれる塩素等のハロゲンに起因する弊害を生じることなくその発熱量をセメント製造の燃料の一部として有効に活用することができる。また、熱分解手段において間接加熱により廃棄物の熱分解を行っているために、廃棄物の脱塩に必要な最小限の熱媒体を供給することにより、上記作用効果を得ることができる。
【００２８】
なお、上記プレヒータ等から抜き出した高温ガスは、ハロゲン分離手段においてハロゲン含有物と熱交換することにより、その温度が低下する。そこで、特に請求項５に記載の発明のように、戻りラインを、上記熱媒体供給ラインの高温ガス抜き出し箇所よりも温度が低い箇所に接続すれば、プレヒータ全体としての熱的なバランスを乱すおそれも低減化させることができる。
【００２９】
なお、一般にプレヒータは、上記高温ガスを予熱媒体兼遠心分離媒体とする複数段のサイクロンを有しており、セメント原料は、これらサイクロンを順次経ることにより、最終的に約９００〜１０００℃まで予熱されてセメントキルン内に導入されるようになっている。また、仮焼炉が設けられている場合に、当該仮焼炉における温度は、最下段のサイクロンにおける高温ガスの温度よりも幾分高い。このため、プレヒータ等からハロゲン分離手段に供給する高温ガスは、抜き出すサイクロン等を適宜選択することにより、上記ハロゲンの分離に必要な約２５０℃〜９００℃の範囲の空気を供給することが可能である。
【００３０】
したがって、上記プレヒータ等から供給する空気のみでハロゲン分離手段におけるハロゲン含有物の所望の加熱処理を行うことが可能であるが、請求項４に記載の発明のように、ハロゲン分離手段に、上記可燃性ガスの一部を燃焼させて当該ハロゲン分離手段の熱源の一部として供給する補助加熱手段を設ければ、処理すべきハロゲン含有物の量が多く、よってプレヒータ等から供給する高温ガスのみでは十分な熱量を確保し難い場合においても、所望の熱分解を行うことが可能になる。
【００３１】
また、請求項８に記載の発明によれば、ハロゲン分離手段においてハロゲン含有物にスチールボール等の伝熱部材を混入しているので、間接加熱によっても、熱分解効率を向上させることが可能になる。
【００３２】
さらに、請求項９に記載の発明によれば、上記ハロゲン分離手段として例えばロータリーキルン型外熱式熱分解炉等を用いた場合においても、付着防止材を投入することによって、上記ハロゲン含有物が外熱式熱分解炉等の内壁に付着することを防止して、円滑なハロゲンの分離処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係るセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムを、ハロゲン含有物が塩素を含む可燃性廃棄物である場合に適用したセメント製造設備における廃棄物燃料化システムの第１実施形態を示すもので、図中符号１がセメント原料を焼成するためのセメントキルンである。
このセメントキルン１は、軸芯回りに回転自在に設けられたロータリーキルンであり、その図中左方の窯尻１ａ側に、セメント原料を予熱するためのプレヒータ２が設けられるとともに、図中右方の窯前１ｂには、内部を加熱するための主バーナ（図示を略す。）が設けられている。また、この窯前１ｂには、セメントキルン１によって得られたクリンカを冷却するクリンカクーラ３が設けられている。
【００３４】
ここで、上記プレヒータ２は、上下方向に直列的に配置された複数段（図では４段）のサイクロン２ａ〜２ｄによって構成されており、１段目のサイクロン２ａにセメント原料が供給されている。また、３段目のサイクロン２ｃと４段目のサイクロン２ｄとの間には、下端部にセメントキルン１の窯尻１ａから燃焼排ガスが導入されるとともに、内部に図示されない燃料供給ラインから供給される石炭等の燃料の燃焼装置が設けられた仮焼炉４が設けられている。
【００３５】
そして、これらセメントキルン１、プレヒータ２および仮焼炉４等を有するセメント製造設備には、塩素を含む可燃性プラスチック廃棄物を前処理してセメントキルン１に導入するための廃棄物燃料化システムが設けられている。
【００３６】
図中符号５は、この廃棄物燃料化システムの最上流側に設けられた選別装置（選別手段）である。この選別装置５は、処理すべき可燃性プラスチック廃棄物を、比重選別あるいは赤外線選別等によって、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデン等の塩素含有量の多い廃棄物（以下、塩素含有プラスチックと略す。）と、ポリエチレンやポリプロピレン等の塩素含有量が少ない廃棄物（以下、低塩素濃度プラスチックと略す。）とに分離するものである。
【００３７】
そして、この選別装置５によって分離された低塩素濃度プラスチックは、廃棄物燃料供給ライン６を介して、上記仮焼炉４にその燃料の一部として投入されるようになっている。他方、選別装置５によって分離された塩素含有プラスチックは、熱分解ライン７から後段の熱分解炉（ハロゲン分離手段、熱分解手段）８に導入されるようになっている。
【００３８】
この熱分解炉８は、熱媒体が導入される外筒８ａと、軸線回りに回転自在に設けられて内部に塩素含有プラスチックが供給される内筒８ｂとを有するロータリーキルン型の外熱式熱分解炉であり、内筒８ｂの一端側に上記熱分解ライン７が接続されている。また、この接続部分には、内部に付着防止材を供給するための投入口９が接続されている。
【００３９】
ここで、上記付着防止材としては、粘土等の土質材、紙材、木材、プラスチックフィルム等が適用可能である。この際に、下水汚泥、建築廃木材あるいは廃プラスチックフィルム等の廃棄物を代替使用すれば、これらの廃棄物の処理も同時に行うことが可能になる。また、他の付着防止材として、セメント原料やオイルコークス灰等も使用することができる。この際に、粗粉状であれば、上記廃棄物への担持体として機能させることができ、微細粉であれば、上記廃棄物へのもち粉状の被覆体として機能させることができる。
【００４０】
そして、熱分解炉８の内筒８ｂの他端側には、この熱分解炉８において生成した熱分解残渣を仮焼炉４内に燃料の一部として供給する搬送ライン（残留物供給手段）１０が設けられている。さらに、この内筒８ｂの上部には、この熱分解炉８において生成した熱分解ガスを、後段のガス洗浄装置（ハロゲン回収手段）１１へと送る分解ガス抜き出しライン１２が接続されている。
【００４１】
このガス洗浄装置１１は、熱分解炉８から排出された上記熱分解ガスに、供給管１１ａから添加される水酸化カルシウム等のアルカリ成分を接触させて、当該熱分解ガス中に含まれる塩素分を、塩化カルシウム等の塩として熱分解ガスから除去するためのもので、湿式あるいは乾式の各種ガス洗浄装置が適用可能である。ここで、図中符号１１ｂは、上記塩化カルシウム水溶液等の排出管であり、符号１１ｃは、未反応のアルカリ成分を含む熱分解ガスをガス洗浄装置１１の入口に戻す戻り管である。
【００４２】
そして、このガス洗浄装置１１の排出側には、このガス洗浄装置１１によって洗浄された可燃性ガスを、仮焼炉４内に燃料の一部として供給するためのガス供給ライン（ガス供給手段）１３が接続されている。
【００４３】
他方、熱分解炉８の外筒８ａの一端側には、熱媒体としてプレヒータ２における３段目のサイクロン２ｃから高温ガスを抜き出して熱分解炉８に供給するための熱媒体供給ライン１４が接続されている。また、この熱分解炉８の外筒８ａの他端側には、熱分解炉８から排気される上記高温ガスを、抜き出したサイクロン２ｃの位置よりも温度が低い２段目のサイクロン２ａと１段目のサイクロン２ａとの間の排ガス管１５、またはその上流側の排気管１６に戻す戻りライン１７が設けられている。なお、図中符号１８は、排気ファンである。
【００４４】
なお、上記プレヒータ２においては、セメントキルン１の窯尻１ａから導入される燃焼排ガス（高温ガス）が、順次上方のサイクロン２ｄ〜２ａへと送られる過程で、セメント原料を予熱することにより、漸次冷却される。このため、窯尻１ａにおいて約９００℃〜１０００℃であった上記高温ガスは、１段目のサイクロン２ａにおいて約（３００℃）になるが、いずれのサイクロン２ａ〜２ｄから上記高温ガスを抜き出したとしても、上記熱分解に必要な約２５０℃〜９００℃の範囲の空気を供給することが可能である。
【００４５】
一方、上記熱分解は、最高温度が２５０℃〜６５０℃の範囲において行うことが望ましい。この際に、当該熱分解を上記範囲内の比較的低い温度で行うと、熱分解ガスの発熱量は比較的小さいものの、熱分解残渣に炭素分が多くの残存し、その発熱量は大きくなる。また、逆に比較的高い温度で行うと、熱分解ガスの発熱量は大きくなるが、逆に熱分解残渣における可燃分が少なくなるとともに、油分の発生量が増加する。
【００４６】
したがって、本実施形態においては、一例として３段目のサイクロン３ｃから上記高温ガスを抜き出す場合について示しているが、上記廃棄物の性状や可燃性ガスの仕様用途等を勘案して、抜き出すサイクロン２ａ〜２ｄを適宜選択することにより、上記加熱温度を選択することが可能である。
【００４７】
次に、上記構成からなるセメント製造設備における廃棄物燃料化システムを用いた、本発明に係るセメントの製造方法の一実施形態について説明する。
先ず、プレヒータ２において予熱されるとともに、仮焼炉４において仮焼成されたセメント原料を、図中点線矢印で示すように、窯尻１ａからセメントキルン１内に導入する。すると、このセメントキルン１内において窯尻１ａ側から窯前１ｂ側へと徐々に送られる過程において、主バーナからの燃焼排ガスによって加熱され、焼成されてクリンカとなる。
【００４８】
次いで、窯前１ｂに到達したクリンカは、図中点線矢印で示すように、クリンカークーラ３内に落下して図中右方に送られる。この際に、クリンカクーラ３内に供給された空気によって所定温度まで冷却されて最終的に当該クリンカクーラ３から取り出される。
また、クリンカクーラ３においてクリンカを冷却することによって昇温した空気は、主バーナ等の燃焼用の２次空気としてセメントキルン１内に導入され、さらに排ガスとなってプレヒータ２の加熱源として利用される。
【００４９】
以上のセメントクリンカの製造と並行して、塩素含有プラスチックを含む処理すべき可燃性廃棄物を選別装置５に投入し、塩素含有プラスチックと、他の低塩素濃度プラスチック等の廃棄物とに分離する。そして、低塩素濃度プラスチックについては、廃棄物燃料供給ライン６を介して直接仮焼炉４に投入することにより、仮焼炉４内で燃焼させて、その燃料の一部として利用する。
【００５０】
他方、選別装置５によって分離された塩素含有プラスチックについては、熱分解ライン７から後段の熱分解炉８に導入することにより、熱媒体供給ライン１４から供給されるプレヒータ２の高温ガスによって熱分解される。この結果、熱分解炉８内には、塩化水素と主として炭化水素を含む可燃性ガスとから構成され熱分解ガスと、大部分の塩素が除去された炭化物を主成分とする熱分解残渣とが生成する。この際に、投入口９から供給された付着防止材によって、上記塩素含有プラスチックが熱分解炉８の内壁に付着することが防止される。
【００５１】
そして、上記熱分解残渣については、搬送ライン１０によって仮焼炉４に供給し、同様に燃料の一部として利用する。また、上記熱分解ガスについては、ガス洗浄装置１１において塩素分を除去した可燃性ガスとしたうえで、ガス供給ライン１３を通して仮焼炉４に供給し、燃料の一部として利用する。
【００５２】
このようにして、塩素を含む可燃性廃棄物を、セメント製造設備において円滑に処理することができ、かつ上記廃棄物に含まれる塩素に起因する弊害を生じることなくその発熱量をセメント製造の燃料の一部として有効に活用することができる。
加えて、熱分解装置８の熱源として、プレヒータ２からの高温ガスを使用するとともに、熱分解残渣および可燃性ガスを仮焼炉４に供給しているので、他のガス洗浄装置１１を含めた各種機器および配管類をセメントキルン１の窯尻１ａ側に集中配置することができ、よってシステム全体の小型簡易化を図ることができる。
【００５３】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態を説明するためのもので、図１に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
この廃棄物燃料化システムにおいては、付着防止材とともに１ｍｍφ以上の直径を有するスチールボール（伝熱部材）が投入口９から熱分解炉８内に供給されるようになっている。
【００５４】
そして、この熱分解炉８の後段に、搬送ライン１０から送られてきた熱分解残渣およびスチールボールを１００℃以下まで冷却するとともに、これら熱分解残渣とスチールボールとを軸線回りに回転させることにより、上記熱分解残渣を粉砕するロータリーキルン型の冷却粉砕装置（冷却細分化手段）２０が設置されている。
【００５５】
また、この冷却粉砕装置２０の底部には、１ｍｍφ以下まで粉砕された熱分解残渣を分離する篩２１が設けられ、この篩２１を通過した熱分解残渣が、搬送ライン９からセメントキルン１に供給されるようになっている。さらに、冷却粉砕装置２０の下部には、篩２１によって分離されたスチールボールを排出する排出ライン２２が設けられている。
【００５６】
以上の構成からなる廃棄物燃料化システムおよびこれを用いたセメントの製造方法においては、第１の実施形態に示したものに加えて、さらに熱分解炉８において塩素含有プラスチックを熱分解するに際して、これにスチールボールを混入しているので、加熱されたスチールボールによって直接塩素含有プラスチックを加熱することができる。このため、間接加熱によっても、熱分解効率を向上させることができる。
【００５７】
また、熱分解炉８の後段に設けたロータリーキルン型の冷却粉砕装置２０によって、搬送ライン１０から送られてきた熱分解残渣が１００℃以下まで冷却されるとともに、スチールボールによって粉砕される。そして、この冷却粉砕装置２０の底部に設けた篩２１によって、１ｍｍφ以下まで粉砕された熱分解残渣が分離されて、搬送ライン１０から仮焼炉４に供給される。他方、排出ライン２２から排出されたスチールボールは、再び投入口９から熱分解炉８に供給することにより、循環使用することができる。
【００５８】
したがって、先ず冷却粉砕装置２０によって上記熱分解残渣を冷却することにより、その細分化処理が容易になるとともに、１ｍｍφ以下まで細分化した熱分解残渣をセメントキルン１内に投入しているので、搬送等のハンドリングおよび仮焼炉４における処理が容易になる。ちなみに、このように熱分解残渣を細分化した場合には、下記第３の実施形態において示すように、当該熱分解残渣をセメントキルン１の窯前１ｂから内部に投入して燃焼させてもよい。
【００５９】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態を説明するためのもので、同様に図１および図２に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
本実施形態においては、セメントキルン１の窯尻１ａから４段目のサイクロン２ｄへ排気ガスを送るダクトに塩素バイパス管３０が接続されており、この塩素バイパス管３０によって抜き取られた排ガスの一部が、後段のバッグフィルター３１に送られるようになっている。
【００６０】
そして、熱分解炉８に熱媒体として高温ガスを供給する熱媒体供給ライン３２が、上記塩素バイパス管３０に枝配管されている。なお、この塩素バイパス管３０から抜き取られた高温ガスを熱分解炉８に熱媒体として使用する場合に、当該高温ガス中に含まれる粉塵の量が比較的多いために、上記熱分解炉８がチューブ式等の熱交換器である場合には、チューブ等の目詰まりを防止するために、熱媒体供給ライン３２の中間部に、サイクロン等の粉塵除去手段を介装することが好ましい。
【００６１】
また、本実施形態の廃棄物燃料化システムにおいては、第１および第２の実施形態において示した選別装置５が設けられておらず、この結果、塩素含有プラスチックおよび低塩素濃度プラスチック等が共に熱分解炉８に導入されるようになっている。
【００６２】
さらに、熱分解炉８において生成し、冷却粉砕装置２０によって細分化処理された熱分解残渣は、搬送ライン（残留物供給手段）３３から、セメントキルン１の窯前１ｂから内部に投入されるようになっている。また、ガス洗浄装置１１によって塩素が除去された可燃性ガスも、ガス供給ライン３４から同様にセメントキルン１の窯前１ｂから内部に供給されるようになっている。
【００６３】
他方、この熱分解炉８には、補助加熱器（補助加熱手段）３５が設けられている。この補助加熱器３５には、その燃料としてガス洗浄装置１１からセメントキルン１に可燃性ガスを送るガス供給ライン３３の枝配管３６が接続されている。そして、この補助加熱器３５において上記可燃性ガスの一部が燃焼されることによって生じた高温ガスが、補助加熱ライン３７から、熱分解炉８の外筒８ａ内に供給されるようになっている。
【００６４】
本実施形態の廃棄物燃料化システムおよびこれを用いたセメントの製造方法によれば、塩素含有プラスチックおよび低塩素濃度プラスチックを選別することなく、共に熱分解炉８に導入しているので、特に処理すべき廃棄物が塩素含有プラスチックを多量に含む場合にシステム全体の簡易化を図ることができて好適である。
【００６５】
加えて、熱分解炉８に、可燃性ガスの一部を燃焼させて熱分解炉８の熱源の一部として供給する補助加熱器３５を設けているので、処理すべき廃棄物の量が多く、よって塩素バイパス管３０から供給する高温ガスのみでは十分な熱量を確保し難い場合等に、この補助加熱器３５によって熱量を補充することにより所望の熱分解を行うことができる。
【００６６】
なお、上記第１〜第３の実施形態においては、いずれも熱分解ガスから塩素分が除去された可燃性ガスを、仮焼炉４またはセメントキルン１内に燃料の一部として供給する場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、別途配管により、あるいはボンベ等に充填した上で、上記セメント製造設備の発電機に燃料として供給することも可能である。
【００６７】
また、第２および第３の実施形態において示した熱分解炉８後段の冷却細分化手段についても、スチールボールを用いて上記熱分解残渣を粉砕するロータリーキルン型の冷却粉砕装置２０に限らず、温度条件やプラスチックの性状等によっては、シュレッダー等のせん断式破砕機やクラッシャー等の臼型破砕機等の他の細分化手段を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係るセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムの第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】同、第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図３】同、第３の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ セメントキルン
１ａ 窯尻
１ｂ 窯前
２ プレヒータ
４ 仮焼炉
５ 選別装置（選別手段）
６ 廃棄物燃料供給ライン
７ 熱分解ライン
８ 熱分解炉（ハロゲン分離手段、熱分解手段）
９ 付着防止材の投入口
１０、３３ 搬送ライン（残留物供給手段）
１１ ガス洗浄装置（ハロゲン回収手段）
１３、３４ ガス供給ライン（ガス供給手段）
１４、３２ 熱媒体供給ライン
１７ 戻りライン
２０ 冷却粉砕装置
３０ 塩素バイパス管
３５補助加熱器（補助加熱手段）
３６ ガス供給ラインの枝配管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩素等のハロゲンを含むハロゲン含有物を燃料化して、セメント製造設備における燃料の一部として利用するセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムおよび当該システムを用いたセメントの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、各種飲料容器や記録用テープあるいは自動車のタイヤ等として、様々なプラスチック類が使用されている。これらプラスチック類は、使用後に多量の産業廃棄物として廃棄処分となるが、近年、埋立処理の限界から、当該廃棄物を焼却処理する方法が採用されている。
【０００３】
ところで、上記プラスチック類のような可燃性廃棄物は、焼却によって所定の熱量を発生する。そこで、当該可燃性廃棄物をセメント製造設備におけるロータリーキルン内に投入して焼成するとともに、同時にその際の発熱量をセメント製造に係る燃料の一部として利用する処理方法が実施されている。
【０００４】
この際に、上記可燃性廃棄物を、ロータリーキルンの窯尻部分や、その前段の設けられた立ち上がりダクトに直接投入すると、焼却時の熱量をセメント原料の予熱に利用することはできるものの、ロータリーキルン内におけるセメント原料の焼成には寄与しないことになる。また、上記可燃性廃棄物が水分を多く含む場合には、その気化熱によって投入箇所における排気ガス温度が低下し、却って安定操業に支障を来すおそれもある。
【０００５】
このような問題点を解決するための先行技術として、例えば下記特許文献１に記載のセメント焼成用廃棄物処理装置が提案されている。
この廃棄物処理装置は、プラスチック等の可燃性廃棄物をロータリーキルン内に投入する前に高温ガスで乾留して乾留ガスを発生させる外熱式キルンと、上記ロータリーキルンで発生する高温の塩素バイパスガスと低温のクーラー排ガスとを混合した高温ガスを上記外熱式キルンに供給する高温ガス供給装置と、上記外熱式キルンで発生した乾留ガスをロータリーキルンのバーナーに供給する乾留ガス供給ラインとを備えたものである。
【０００６】
上記構成からなる廃棄物処理装置によれば、外熱式キルンで生成した乾留ガスを、ロータリーキルンのバーナーに供給しているので、その発熱量分のキルンの主燃料を低減化することができるとともに、上記外熱式キルンで処理した乾留灰は、セメント焼成設備に供給しないために、塩素および水分による悪影響を回避することができるという利点がある。
【特許文献１】特開２００２−１９５５２４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の廃棄物処理装置にあっては、可燃性廃棄物がポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の塩素含有量の多いプラスチックである場合に、外熱式キルンにおける乾留により、その塩素分の大部分が乾留ガスに移行するために、これをロータリーキルンの燃料として使用すると、当該ロータリーキルンを含めたセメント焼成設備内において塩素が濃縮され、プレヒータで閉塞するため、操業に悪影響を及ぼすという問題点がある。
【０００８】
また、一般に、セメント製造設備には、上記塩素が設備内を循環することによって濃縮されることを回避すべく、排ガスの一部を抜き出して塩素分を除去する塩素バイパスシステムが設置されているが、上記乾留ガスから別途導入される塩素までを除去する能力は無く、このため上記廃棄物の処理量または廃棄物における塩素含有量が著しく制限されるという問題点も生じる。
【０００９】
さらに、この種のセメント製造設備は、ロータリーキルンが１００ｍ程度の長さを有する巨大なプラントであるのに対して、上記廃棄物処理装置においては、外熱式キルンの熱源として、ロータリーキルンの窯尻上部に設けられた塩素バイパスからの高温ガスと、ロータリーキルンの窯前側に設けられたクーラーからの低温排ガスとを混合したものを用いているために、全体として高温ガスの配管が極端に長いものになって装置が大形化、かつ複雑化するという問題点がある。
【００１０】
加えて、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等の塩素含有量が少ないプラスチック廃棄物は、それ自体で高い発熱量を有するものの、上記廃棄物処理装置においては、乾留灰をセメント焼成設備内に導入しないために、廃棄物からの十分なエネルギーの再利用を図ることができず、かつ依然として処理が必要な乾留灰という２次廃棄物が生成されてしまうという問題点を有する。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、塩素を含む可燃性廃棄物等のハロゲン含有物を、当該ハロゲン含有物に含まれる塩素や臭素等のハロゲンに起因する弊害を生じることなくその発熱量をセメント製造の燃料の一部として有効に活用することができるセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムおよび当該システムを用いたセメントの製造方法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】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、セメント原料を予熱するプレヒータと、このプレヒータから導入された上記セメント原料を焼成するセメントキルンとを有するセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムであって、間接加熱によりハロゲンを含むハロゲン含有物を加熱して当該ハロゲンを含む可燃性ガスと残留物とを生成するハロゲン分離手段と、このハロゲン分離手段の熱媒体として上記プレヒータまたは当該プレヒータから高温ガスの一部を抜き出すバイパス手段の高温ガスの一部を供給する熱媒体供給ラインと、上記ハロゲン分離手段から排出された上記可燃性ガスから上記ハロゲンを回収するハロゲン回収手段と、このハロゲン回収手段によって上記ハロゲンが回収された後の上記可燃性ガスを上記セメント製造設備の燃料として供給するガス供給手段と、上記ハロゲン分離手段から排気された上記高温ガスを上記プレヒータまたはその上流側の排気管に戻す戻りラインとを備えてなることを特徴とするものである。
【００１３】
なお、上記バイパス手段とは、塩素バイパスあるいはアルカリバイパス等のプレヒータから分岐された各種のバイパス設備の全体を指すものである。
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、上記残留物を上記セメント製造設備の燃料として供給する残留物供給手段を有することを特徴とするものである。
【００１４】
ここで、請求項３に記載の発明は、上記ハロゲン含有物が、可燃性廃棄物であり、かつ上記ハロゲン分離手段は、間接加熱により上記可燃性廃棄物を熱分解して、ハロゲンを含む上記可燃性ガスと、油分および／または固形物を含む残留物とを生成させる熱分解手段であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記ハロゲン分離手段に、上記可燃性ガスの一部を燃焼させて当該ハロゲン分離手段の熱源の一部として供給する補助加熱手段が設けられていることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の戻りラインが、上記熱媒体供給ラインの高温ガス抜き出し箇所よりも当該高温ガスの温度が低い箇所に接続されていることを特徴とするものである。
【００１７】
次いで、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のハロゲン含有物燃料化システムを用いたセメントの製造方法であって、上記セメントキルンの窯前に設けられたバーナによって、上記セメント原料を焼成してクリンカを製造するに際して、上記ハロゲン回収手段によって上記ハロゲンが回収された後の上記可燃性ガスを、上記セメント製造設備に燃料として供給することを特徴とするものである。
【００１８】
この際に、請求項７に記載の発明は、上記残留物を、上記セメントキルン内および／または当該セメントキルンの前段に設けられた仮焼炉で燃焼させて燃料の一部として使用することを特徴とするものである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の発明において、上記ハロゲン分離手段において上記ハロゲン含有物から上記ハロゲンを分離させるに際して、上記ハロゲン含有物に伝熱部材を混入することを特徴とするものである。
【００１９】
さらに、請求項９に記載の発明は、請求項６〜８のいずれかに記載の発明において、上記ハロゲン分離手段に、上記ハロゲン含有物が当該ハロゲン分離手段に付着することを防止する付着防止材を供給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１〜５のいずれかに記載のセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムおよびこれを用いた請求項６〜９のいずれかに記載のセメントの製造方法によれば、ハロゲン分離手段によって、間接加熱により塩素や臭素等のハロゲンを含むハロゲン含有物から上記ハロゲンが分離されることにより、当該ハロゲンを含む可燃性ガスと、残留物とが生成する。
【００２１】
そして、上記可燃性ガスについては、ハロゲン回収手段において上記塩素分や臭素分等のハロゲンが除去されて可燃性ガスとされた後に、ガス供給手段によってセメント製造設備の燃料として供給される。
【００２２】
また、請求項２または請求項７に記載の発明においては、上記残留物についても、残留物供給手段によって、セメント製造設備に燃料として供給される。
この結果、各種のハロゲンを含むハロゲン含有物を、これに含まれる塩素や臭素等のハロゲンに起因する弊害を生じることなく、その発熱量をセメント製造の燃料の一部として有効に活用することができる。
【００２３】
請求項２において、上記残留物を供給するセメント製造設備としては、セメントキルン、仮焼炉の他、当該セメント製造設備に設けられている発電機やボイラ等が適用可能であるが、例えば、請求項７に記載の発明のように、セメントキルンまたは仮焼炉が好適である。特に、上記残留物を仮焼炉に供給するようにすれば、熱源としてプレヒータまたはバイパス手段からの高温ガスをプレヒータまたはその上流側に戻していることと相まって、他のハロゲン回収手段を含めた各種機器および配管類をセメントキルンの窯尻側に集中配置することができ、よってシステム全体の小型簡易化を図ることができる。
【００２４】
また、ハロゲン分離手段において間接加熱によりハロゲン含有物からの可燃性ガスの生成等を行っているために、必要最小限の熱媒体を供給することにより、上記作用効果を得ることができる。しかも、上記プレヒータまたはバイパス手段から抜き出してハロゲン分離手段に供給した高温ガスを、再び戻りラインを介して当該プレヒータまたはその上流側に戻しているために、上記プレヒータ内おける空気の流れに大きな変動を与えることがない。
【００２５】
特に、請求項３に記載の発明によれば、ハロゲン含有物が可燃性廃棄物である場合に、当該可燃性廃棄物が熱分解手段によって熱分解され、塩化水素と主として炭化水素を含む可燃性ガスとから構成され熱分解ガスと、大部分のハロゲンが除去された炭化物を主成分とし、熱分解温度に応じた油分を含有する熱分解残渣とが生成する。
【００２６】
そして、上記熱分解ガスについては、ハロゲン回収手段において上記ハロゲン分が除去されて可燃性ガスとされた後に、ガス供給手段によってセメント製造設備の燃料として供給される。他方、上記熱分解残渣についても、残留物供給手段によって上記セメントキルン内に燃料として供給することができる。
【００２７】
この結果、塩素等のハロゲンを含む可燃性廃棄物を、セメント製造設備において円滑に処理することができ、かつ上記廃棄物に含まれる塩素等のハロゲンに起因する弊害を生じることなくその発熱量をセメント製造の燃料の一部として有効に活用することができる。また、熱分解手段において間接加熱により廃棄物の熱分解を行っているために、廃棄物の脱塩に必要な最小限の熱媒体を供給することにより、上記作用効果を得ることができる。
【００２８】
なお、上記プレヒータ等から抜き出した高温ガスは、ハロゲン分離手段においてハロゲン含有物と熱交換することにより、その温度が低下する。そこで、特に請求項５に記載の発明のように、戻りラインを、上記熱媒体供給ラインの高温ガス抜き出し箇所よりも温度が低い箇所に接続すれば、プレヒータ全体としての熱的なバランスを乱すおそれも低減化させることができる。
【００２９】
なお、一般にプレヒータは、上記高温ガスを予熱媒体兼遠心分離媒体とする複数段のサイクロンを有しており、セメント原料は、これらサイクロンを順次経ることにより、最終的に約９００〜１０００℃まで予熱されてセメントキルン内に導入されるようになっている。また、仮焼炉が設けられている場合に、当該仮焼炉における温度は、最下段のサイクロンにおける高温ガスの温度よりも幾分高い。このため、プレヒータ等からハロゲン分離手段に供給する高温ガスは、抜き出すサイクロン等を適宜選択することにより、上記ハロゲンの分離に必要な約２５０℃〜９００℃の範囲の空気を供給することが可能である。
【００３０】
したがって、上記プレヒータ等から供給する空気のみでハロゲン分離手段におけるハロゲン含有物の所望の加熱処理を行うことが可能であるが、請求項４に記載の発明のように、ハロゲン分離手段に、上記可燃性ガスの一部を燃焼させて当該ハロゲン分離手段の熱源の一部として供給する補助加熱手段を設ければ、処理すべきハロゲン含有物の量が多く、よってプレヒータ等から供給する高温ガスのみでは十分な熱量を確保し難い場合においても、所望の熱分解を行うことが可能になる。
【００３１】
また、請求項８に記載の発明によれば、ハロゲン分離手段においてハロゲン含有物にスチールボール等の伝熱部材を混入しているので、間接加熱によっても、熱分解効率を向上させることが可能になる。
【００３２】
さらに、請求項９に記載の発明によれば、上記ハロゲン分離手段として例えばロータリーキルン型外熱式熱分解炉等を用いた場合においても、付着防止材を投入することによって、上記ハロゲン含有物が外熱式熱分解炉等の内壁に付着することを防止して、円滑なハロゲンの分離処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係るセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムを、ハロゲン含有物が塩素を含む可燃性廃棄物である場合に適用したセメント製造設備における廃棄物燃料化システムの第１実施形態を示すもので、図中符号１がセメント原料を焼成するためのセメントキルンである。
このセメントキルン１は、軸芯回りに回転自在に設けられたロータリーキルンであり、その図中左方の窯尻１ａ側に、セメント原料を予熱するためのプレヒータ２が設けられるとともに、図中右方の窯前１ｂには、内部を加熱するための主バーナ（図示を略す。）が設けられている。また、この窯前１ｂには、セメントキルン１によって得られたクリンカを冷却するクリンカクーラ３が設けられている。
【００３４】
ここで、上記プレヒータ２は、上下方向に直列的に配置された複数段（図では４段）のサイクロン２ａ〜２ｄによって構成されており、１段目のサイクロン２ａにセメント原料が供給されている。また、３段目のサイクロン２ｃと４段目のサイクロン２ｄとの間には、下端部にセメントキルン１の窯尻１ａから燃焼排ガスが導入されるとともに、内部に図示されない燃料供給ラインから供給される石炭等の燃料の燃焼装置が設けられた仮焼炉４が設けられている。
【００３５】
そして、これらセメントキルン１、プレヒータ２および仮焼炉４等を有するセメント製造設備には、塩素を含む可燃性プラスチック廃棄物を前処理してセメントキルン１に導入するための廃棄物燃料化システムが設けられている。
【００３６】
図中符号５は、この廃棄物燃料化システムの最上流側に設けられた選別装置（選別手段）である。この選別装置５は、処理すべき可燃性プラスチック廃棄物を、比重選別あるいは赤外線選別等によって、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデン等の塩素含有量の多い廃棄物（以下、塩素含有プラスチックと略す。）と、ポリエチレンやポリプロピレン等の塩素含有量が少ない廃棄物（以下、低塩素濃度プラスチックと略す。）とに分離するものである。
【００３７】
そして、この選別装置５によって分離された低塩素濃度プラスチックは、廃棄物燃料供給ライン６を介して、上記仮焼炉４にその燃料の一部として投入されるようになっている。他方、選別装置５によって分離された塩素含有プラスチックは、熱分解ライン７から後段の熱分解炉（ハロゲン分離手段、熱分解手段）８に導入されるようになっている。
【００３８】
この熱分解炉８は、熱媒体が導入される外筒８ａと、軸線回りに回転自在に設けられて内部に塩素含有プラスチックが供給される内筒８ｂとを有するロータリーキルン型の外熱式熱分解炉であり、内筒８ｂの一端側に上記熱分解ライン７が接続されている。また、この接続部分には、内部に付着防止材を供給するための投入口９が接続されている。
【００３９】
ここで、上記付着防止材としては、粘土等の土質材、紙材、木材、プラスチックフィルム等が適用可能である。この際に、下水汚泥、建築廃木材あるいは廃プラスチックフィルム等の廃棄物を代替使用すれば、これらの廃棄物の処理も同時に行うことが可能になる。また、他の付着防止材として、セメント原料やオイルコークス灰等も使用することができる。この際に、粗粉状であれば、上記廃棄物への担持体として機能させることができ、微細粉であれば、上記廃棄物へのもち粉状の被覆体として機能させることができる。
【００４０】
そして、熱分解炉８の内筒８ｂの他端側には、この熱分解炉８において生成した熱分解残渣を仮焼炉４内に燃料の一部として供給する搬送ライン（残留物供給手段）１０が設けられている。さらに、この内筒８ｂの上部には、この熱分解炉８において生成した熱分解ガスを、後段のガス洗浄装置（ハロゲン回収手段）１１へと送る分解ガス抜き出しライン１２が接続されている。
【００４１】
このガス洗浄装置１１は、熱分解炉８から排出された上記熱分解ガスに、供給管１１ａから添加される水酸化カルシウム等のアルカリ成分を接触させて、当該熱分解ガス中に含まれる塩素分を、塩化カルシウム等の塩として熱分解ガスから除去するためのもので、湿式あるいは乾式の各種ガス洗浄装置が適用可能である。ここで、図中符号１１ｂは、上記塩化カルシウム水溶液等の排出管であり、符号１１ｃは、未反応のアルカリ成分を含む熱分解ガスをガス洗浄装置１１の入口に戻す戻り管である。
【００４２】
そして、このガス洗浄装置１１の排出側には、このガス洗浄装置１１によって洗浄された可燃性ガスを、仮焼炉４内に燃料の一部として供給するためのガス供給ライン（ガス供給手段）１３が接続されている。
【００４３】
他方、熱分解炉８の外筒８ａの一端側には、熱媒体としてプレヒータ２における３段目のサイクロン２ｃから高温ガスを抜き出して熱分解炉８に供給するための熱媒体供給ライン１４が接続されている。また、この熱分解炉８の外筒８ａの他端側には、熱分解炉８から排気される上記高温ガスを、抜き出したサイクロン２ｃの位置よりも温度が低い２段目のサイクロン２ａと１段目のサイクロン２ａとの間の排ガス管１５、またはその上流側の排気管１６に戻す戻りライン１７が設けられている。なお、図中符号１８は、排気ファンである。
【００４４】
なお、上記プレヒータ２においては、セメントキルン１の窯尻１ａから導入される燃焼排ガス（高温ガス）が、順次上方のサイクロン２ｄ〜２ａへと送られる過程で、セメント原料を予熱することにより、漸次冷却される。このため、窯尻１ａにおいて約９００℃〜１０００℃であった上記高温ガスは、１段目のサイクロン２ａにおいて約（３００℃）になるが、いずれのサイクロン２ａ〜２ｄから上記高温ガスを抜き出したとしても、上記熱分解に必要な約２５０℃〜９００℃の範囲の空気を供給することが可能である。
【００４５】
一方、上記熱分解は、最高温度が２５０℃〜６５０℃の範囲において行うことが望ましい。この際に、当該熱分解を上記範囲内の比較的低い温度で行うと、熱分解ガスの発熱量は比較的小さいものの、熱分解残渣に炭素分が多くの残存し、その発熱量は大きくなる。また、逆に比較的高い温度で行うと、熱分解ガスの発熱量は大きくなるが、逆に熱分解残渣における可燃分が少なくなるとともに、油分の発生量が増加する。
【００４６】
したがって、本実施形態においては、一例として３段目のサイクロン３ｃから上記高温ガスを抜き出す場合について示しているが、上記廃棄物の性状や可燃性ガスの仕様用途等を勘案して、抜き出すサイクロン２ａ〜２ｄを適宜選択することにより、上記加熱温度を選択することが可能である。
【００４７】
次に、上記構成からなるセメント製造設備における廃棄物燃料化システムを用いた、本発明に係るセメントの製造方法の一実施形態について説明する。
先ず、プレヒータ２において予熱されるとともに、仮焼炉４において仮焼成されたセメント原料を、図中点線矢印で示すように、窯尻１ａからセメントキルン１内に導入する。すると、このセメントキルン１内において窯尻１ａ側から窯前１ｂ側へと徐々に送られる過程において、主バーナからの燃焼排ガスによって加熱され、焼成されてクリンカとなる。
【００４８】
次いで、窯前１ｂに到達したクリンカは、図中点線矢印で示すように、クリンカークーラ３内に落下して図中右方に送られる。この際に、クリンカクーラ３内に供給された空気によって所定温度まで冷却されて最終的に当該クリンカクーラ３から取り出される。
また、クリンカクーラ３においてクリンカを冷却することによって昇温した空気は、主バーナ等の燃焼用の２次空気としてセメントキルン１内に導入され、さらに排ガスとなってプレヒータ２の加熱源として利用される。
【００４９】
以上のセメントクリンカの製造と並行して、塩素含有プラスチックを含む処理すべき可燃性廃棄物を選別装置５に投入し、塩素含有プラスチックと、他の低塩素濃度プラスチック等の廃棄物とに分離する。そして、低塩素濃度プラスチックについては、廃棄物燃料供給ライン６を介して直接仮焼炉４に投入することにより、仮焼炉４内で燃焼させて、その燃料の一部として利用する。
【００５０】
他方、選別装置５によって分離された塩素含有プラスチックについては、熱分解ライン７から後段の熱分解炉８に導入することにより、熱媒体供給ライン１４から供給されるプレヒータ２の高温ガスによって熱分解される。この結果、熱分解炉８内には、塩化水素と主として炭化水素を含む可燃性ガスとから構成され熱分解ガスと、大部分の塩素が除去された炭化物を主成分とする熱分解残渣とが生成する。この際に、投入口９から供給された付着防止材によって、上記塩素含有プラスチックが熱分解炉８の内壁に付着することが防止される。
【００５１】
そして、上記熱分解残渣については、搬送ライン１０によって仮焼炉４に供給し、同様に燃料の一部として利用する。また、上記熱分解ガスについては、ガス洗浄装置１１において塩素分を除去した可燃性ガスとしたうえで、ガス供給ライン１３を通して仮焼炉４に供給し、燃料の一部として利用する。
【００５２】
このようにして、塩素を含む可燃性廃棄物を、セメント製造設備において円滑に処理することができ、かつ上記廃棄物に含まれる塩素に起因する弊害を生じることなくその発熱量をセメント製造の燃料の一部として有効に活用することができる。
加えて、熱分解装置８の熱源として、プレヒータ２からの高温ガスを使用するとともに、熱分解残渣および可燃性ガスを仮焼炉４に供給しているので、他のガス洗浄装置１１を含めた各種機器および配管類をセメントキルン１の窯尻１ａ側に集中配置することができ、よってシステム全体の小型簡易化を図ることができる。
【００５３】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態を説明するためのもので、図１に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
この廃棄物燃料化システムにおいては、付着防止材とともに１ｍｍφ以上の直径を有するスチールボール（伝熱部材）が投入口９から熱分解炉８内に供給されるようになっている。
【００５４】
そして、この熱分解炉８の後段に、搬送ライン１０から送られてきた熱分解残渣およびスチールボールを１００℃以下まで冷却するとともに、これら熱分解残渣とスチールボールとを軸線回りに回転させることにより、上記熱分解残渣を粉砕するロータリーキルン型の冷却粉砕装置（冷却細分化手段）２０が設置されている。
【００５５】
また、この冷却粉砕装置２０の底部には、１ｍｍφ以下まで粉砕された熱分解残渣を分離する篩２１が設けられ、この篩２１を通過した熱分解残渣が、搬送ライン９からセメントキルン１に供給されるようになっている。さらに、冷却粉砕装置２０の下部には、篩２１によって分離されたスチールボールを排出する排出ライン２２が設けられている。
【００５６】
以上の構成からなる廃棄物燃料化システムおよびこれを用いたセメントの製造方法においては、第１の実施形態に示したものに加えて、さらに熱分解炉８において塩素含有プラスチックを熱分解するに際して、これにスチールボールを混入しているので、加熱されたスチールボールによって直接塩素含有プラスチックを加熱することができる。このため、間接加熱によっても、熱分解効率を向上させることができる。
【００５７】
また、熱分解炉８の後段に設けたロータリーキルン型の冷却粉砕装置２０によって、搬送ライン１０から送られてきた熱分解残渣が１００℃以下まで冷却されるとともに、スチールボールによって粉砕される。そして、この冷却粉砕装置２０の底部に設けた篩２１によって、１ｍｍφ以下まで粉砕された熱分解残渣が分離されて、搬送ライン１０から仮焼炉４に供給される。他方、排出ライン２２から排出されたスチールボールは、再び投入口９から熱分解炉８に供給することにより、循環使用することができる。
【００５８】
したがって、先ず冷却粉砕装置２０によって上記熱分解残渣を冷却することにより、その細分化処理が容易になるとともに、１ｍｍφ以下まで細分化した熱分解残渣をセメントキルン１内に投入しているので、搬送等のハンドリングおよび仮焼炉４における処理が容易になる。ちなみに、このように熱分解残渣を細分化した場合には、下記第３の実施形態において示すように、当該熱分解残渣をセメントキルン１の窯前１ｂから内部に投入して燃焼させてもよい。
【００５９】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態を説明するためのもので、同様に図１および図２に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
本実施形態においては、セメントキルン１の窯尻１ａから４段目のサイクロン２ｄへ排気ガスを送るダクトに塩素バイパス管３０が接続されており、この塩素バイパス管３０によって抜き取られた排ガスの一部が、後段のバッグフィルター３１に送られるようになっている。
【００６０】
そして、熱分解炉８に熱媒体として高温ガスを供給する熱媒体供給ライン３２が、上記塩素バイパス管３０に枝配管されている。なお、この塩素バイパス管３０から抜き取られた高温ガスを熱分解炉８に熱媒体として使用する場合に、当該高温ガス中に含まれる粉塵の量が比較的多いために、上記熱分解炉８がチューブ式等の熱交換器である場合には、チューブ等の目詰まりを防止するために、熱媒体供給ライン３２の中間部に、サイクロン等の粉塵除去手段を介装することが好ましい。
【００６１】
また、本実施形態の廃棄物燃料化システムにおいては、第１および第２の実施形態において示した選別装置５が設けられておらず、この結果、塩素含有プラスチックおよび低塩素濃度プラスチック等が共に熱分解炉８に導入されるようになっている。
【００６２】
さらに、熱分解炉８において生成し、冷却粉砕装置２０によって細分化処理された熱分解残渣は、搬送ライン（残留物供給手段）３３から、セメントキルン１の窯前１ｂから内部に投入されるようになっている。また、ガス洗浄装置１１によって塩素が除去された可燃性ガスも、ガス供給ライン３４から同様にセメントキルン１の窯前１ｂから内部に供給されるようになっている。
【００６３】
他方、この熱分解炉８には、補助加熱器（補助加熱手段）３５が設けられている。この補助加熱器３５には、その燃料としてガス洗浄装置１１からセメントキルン１に可燃性ガスを送るガス供給ライン３３の枝配管３６が接続されている。そして、この補助加熱器３５において上記可燃性ガスの一部が燃焼されることによって生じた高温ガスが、補助加熱ライン３７から、熱分解炉８の外筒８ａ内に供給されるようになっている。
【００６４】
本実施形態の廃棄物燃料化システムおよびこれを用いたセメントの製造方法によれば、塩素含有プラスチックおよび低塩素濃度プラスチックを選別することなく、共に熱分解炉８に導入しているので、特に処理すべき廃棄物が塩素含有プラスチックを多量に含む場合にシステム全体の簡易化を図ることができて好適である。
【００６５】
加えて、熱分解炉８に、可燃性ガスの一部を燃焼させて熱分解炉８の熱源の一部として供給する補助加熱器３５を設けているので、処理すべき廃棄物の量が多く、よって塩素バイパス管３０から供給する高温ガスのみでは十分な熱量を確保し難い場合等に、この補助加熱器３５によって熱量を補充することにより所望の熱分解を行うことができる。
【００６６】
なお、上記第１〜第３の実施形態においては、いずれも熱分解ガスから塩素分が除去された可燃性ガスを、仮焼炉４またはセメントキルン１内に燃料の一部として供給する場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、別途配管により、あるいはボンベ等に充填した上で、上記セメント製造設備の発電機に燃料として供給することも可能である。
【００６７】
また、第２および第３の実施形態において示した熱分解炉８後段の冷却細分化手段についても、スチールボールを用いて上記熱分解残渣を粉砕するロータリーキルン型の冷却粉砕装置２０に限らず、温度条件やプラスチックの性状等によっては、シュレッダー等のせん断式破砕機やクラッシャー等の臼型破砕機等の他の細分化手段を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係るセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムの第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】同、第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図３】同、第３の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ セメントキルン
１ａ 窯尻
１ｂ 窯前
２ プレヒータ
４ 仮焼炉
５ 選別装置（選別手段）
６ 廃棄物燃料供給ライン
７ 熱分解ライン
８ 熱分解炉（ハロゲン分離手段、熱分解手段）
９ 付着防止材の投入口
１０、３３ 搬送ライン（残留物供給手段）
１１ ガス洗浄装置（ハロゲン回収手段）
１３、３４ ガス供給ライン（ガス供給手段）
１４、３２ 熱媒体供給ライン
１７ 戻りライン
２０ 冷却粉砕装置
３０ 塩素バイパス管
３５補助加熱器（補助加熱手段）
３６ ガス供給ラインの枝配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント原料を予熱するプレヒータと、このプレヒータから導入された上記セメント原料を焼成するセメントキルンとを有するセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムであって、
間接加熱によりハロゲンを含むハロゲン含有物を加熱して当該ハロゲンを含む可燃性ガスと残留物とを生成するハロゲン分離手段と、
このハロゲン分離手段の熱媒体として上記プレヒータまたは当該プレヒータから高温ガスの一部を抜き出すバイパス手段の高温ガスの一部を供給する熱媒体供給ラインと、
上記ハロゲン分離手段から排出された上記可燃性ガスから上記ハロゲンを回収するハロゲン回収手段と、
このハロゲン回収手段によって上記ハロゲンが回収された後の上記可燃性ガスを上記セメント製造設備の燃料として供給するガス供給手段と、
上記ハロゲン分離手段から排気された上記高温ガスを上記プレヒータまたはその上流側の排気管に戻す戻りラインと、
を備えてなることを特徴とするセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システム。
【請求項２】
上記残留物を上記セメント製造設備の燃料として供給する残留物供給手段を有することを特徴とする請求項１に記載のセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システム。
【請求項３】
上記ハロゲン含有物は、可燃性廃棄物であり、
かつ上記ハロゲン分離手段は、間接加熱により上記可燃性廃棄物を熱分解して、ハロゲンを含む上記可燃性ガスと、油分および／または固形物を含む残留物とを生成させる熱分解手段であることを特徴とする請求項１または２に記載のセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システム。
【請求項４】
上記ハロゲン分離手段には、上記可燃性ガスの一部を燃焼させて当該ハロゲン分離手段の熱源の一部として供給する補助加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システム。
【請求項５】
上記戻りラインは、上記熱媒体供給ラインの高温ガス抜き出し箇所よりも当該高温ガスの温度が低い箇所に接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のハロゲン含有物燃料化システムを用いたセメントの製造方法であって、
上記セメントキルンの窯前に設けられたバーナによって、上記セメント原料を焼成してクリンカを製造するに際して、上記ハロゲン回収手段によって上記ハロゲンが回収された後の上記可燃性ガスを、上記セメント製造設備に燃料として供給することを特徴とするハロゲン含有物燃料化システムを用いたセメントの製造方法。
【請求項７】
上記残留物を、上記セメントキルン内および／または当該セメントキルンの前段に設けられた仮焼炉で燃焼させて燃料の一部として使用することを特徴とする請求項６に記載のハロゲン含有物燃料システムを用いたセメントの製造方法。
【請求項８】
上記ハロゲン分離手段において上記ハロゲン含有物から上記ハロゲンを分離させるに際して、上記ハロゲン含有物に伝熱部材を混入することを特徴とする請求項６または７に記載のハロゲン含有物燃料化システムを用いたセメントの製造方法。
【請求項９】
上記ハロゲン分離手段に、上記ハロゲン含有物が当該ハロゲン分離手段に付着することを防止する付着防止材を供給することを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載のハロゲン含有物燃料化システムを用いたセメントの製造方法。
【請求項１】
セメント原料を予熱するプレヒータと、このプレヒータから導入された上記セメント原料を焼成するセメントキルンとを有するセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システムであって、
間接加熱によりハロゲンを含むハロゲン含有物を加熱して当該ハロゲンを含む可燃性ガスと残留物とを生成するハロゲン分離手段と、
このハロゲン分離手段の熱媒体として上記プレヒータまたは当該プレヒータから高温ガスの一部を抜き出すバイパス手段の高温ガスの一部を供給する熱媒体供給ラインと、
上記ハロゲン分離手段から排出された上記可燃性ガスから上記ハロゲンを回収するハロゲン回収手段と、
このハロゲン回収手段によって上記ハロゲンが回収された後の上記可燃性ガスを上記セメント製造設備の燃料として供給するガス供給手段と、
上記ハロゲン分離手段から排気された上記高温ガスを上記プレヒータまたはその上流側の排気管に戻す戻りラインと、
を備えてなることを特徴とするセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システム。
【請求項２】
上記残留物を上記セメント製造設備の燃料として供給する残留物供給手段を有することを特徴とする請求項１に記載のセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システム。
【請求項３】
上記ハロゲン含有物は、可燃性廃棄物であり、
かつ上記ハロゲン分離手段は、間接加熱により上記可燃性廃棄物を熱分解して、ハロゲンを含む上記可燃性ガスと、油分および／または固形物を含む残留物とを生成させる熱分解手段であることを特徴とする請求項１または２に記載のセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システム。
【請求項４】
上記ハロゲン分離手段には、上記可燃性ガスの一部を燃焼させて当該ハロゲン分離手段の熱源の一部として供給する補助加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システム。
【請求項５】
上記戻りラインは、上記熱媒体供給ラインの高温ガス抜き出し箇所よりも当該高温ガスの温度が低い箇所に接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のセメント製造設備におけるハロゲン含有物燃料化システム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のハロゲン含有物燃料化システムを用いたセメントの製造方法であって、
上記セメントキルンの窯前に設けられたバーナによって、上記セメント原料を焼成してクリンカを製造するに際して、上記ハロゲン回収手段によって上記ハロゲンが回収された後の上記可燃性ガスを、上記セメント製造設備に燃料として供給することを特徴とするハロゲン含有物燃料化システムを用いたセメントの製造方法。
【請求項７】
上記残留物を、上記セメントキルン内および／または当該セメントキルンの前段に設けられた仮焼炉で燃焼させて燃料の一部として使用することを特徴とする請求項６に記載のハロゲン含有物燃料システムを用いたセメントの製造方法。
【請求項８】
上記ハロゲン分離手段において上記ハロゲン含有物から上記ハロゲンを分離させるに際して、上記ハロゲン含有物に伝熱部材を混入することを特徴とする請求項６または７に記載のハロゲン含有物燃料化システムを用いたセメントの製造方法。
【請求項９】
上記ハロゲン分離手段に、上記ハロゲン含有物が当該ハロゲン分離手段に付着することを防止する付着防止材を供給することを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載のハロゲン含有物燃料化システムを用いたセメントの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２０６３８６（Ｐ２００６−２０６３８６Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１０９９（Ｐ２００５−２１０９９）
【出願日】平成１７年１月２８日（２００５．１．２８）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２８日（２００５．１．２８）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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