DE102004040297B4

DE102004040297B4 - Behandlungseinrichtung und Behandlungsverfahren für organischen Abfall

Info

Publication number: DE102004040297B4
Application number: DE102004040297A
Authority: DE
Inventors: Yoshie Akai; Masahiko Oosaki; Kazuya Yamada; Takao Takada
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2024-08-20
Also published as: US7329395B2; JP2005058962A; US20050054891A1; JP4334298B2; FR2858943B1; FR2858943A1; CN1597078A; DE102004040297A1; CN1302841C

Abstract

Behandlungseinrichtung für organischen Abfall, bei welcher vorgesehen sind:
ein Reaktionsbehälter (34) zum Zuführen und Zersetzen organischen Abfalls und zum Abziehen zersetzten organischen Abfalls als ein behandeltes Fluid;
wobei der Reaktionsbehälter (34) aufweist:
einen inneren Behälter (7), der aus korrosionsbeständigem Material besteht;
einen äußeren Behälter (6), der aus druckfestem Material besteht, und so angeordnet ist, dass er den inneren Behälter (7) mit einem Spalt dazwischen umgibt; und
ein Verbindungsrohr (8) zum Verbinden des Spalts und des inneren Behälters (7) miteinander außerhalb des äußeren Behälters (6), um hierdurch das Innere des Spalts und das Innere des inneren Behälters (7) auf im wesentlichen gleichen Druck einzustellen;
wobei der innere Behälter (7) eine Heizzone (3) zum Erwärmen des zugeführten organischen Abfalls auf eine Temperatur aufweist, die höher ist als der kritische Punkt von Wasser, eine Reaktionszone (4) zum Halten und Zersetzen des organischen Abfalls auf einer Temperatur, die...

Description

Die vorliegende Erfindung beruht auf der früheren japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-295480 und beansprucht deren Priorität, die am 19. August 2003 eingereicht wurde, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Behandlungseinrichtung und ein Behandlungsverfahren für organischen Abfall, zum sicheren und kontinuierlichen Zersetzen von organischem Abfall, der Polybiphenylchlorid (PCB) enthält, Polyvinylchlorid, oder radioaktive Substanzen, und dergleichen.
Seit einigen Jahren stellt in Bezug auf Umweltprobleme die Behandlung organischen Abfalls ein großes Problem dar, der schädliche Substanzen enthält, beispielsweise Polybiphenylchlorid (PCB), der Zersetzung widerstehende Substanzen wie beispielsweise Freongas, Harze wie beispielsweise Polyvinylchlorid, oder radioaktive Substanzen. Üblicherweise wird organischer Abfall durch Verbrennung behandelt. Bei diesem Verbrennungsbehandlungsverfahren treten jedoch zahlreiche Probleme auf, nämlich dass giftige Substanzen wie beispielsweise Dioxin und Stickoxid erzeugt werden, und eine umfängliche Einrichtung dazu benötigt wird, diese giftigen Substanzen zu sammeln.
Seit einigen Jahren ist als Verfahren zum Zersetzen organischer Substanzen ein Verfahren bekannt, welches Wasser (überkritisches Wasser) auf hoher Temperatur und hohem Druck einsetzt, welche den kritischen Punkt von Wasser überschreiten (Temperatur: 374°C, Druck: 22,1 MPa). Mit überkritischer Zustand ist ein Zustand einer Substanz bei einer Temperatur und einem Druck gemeint, welche die kritische Temperatur und den kritischen Druck überschreiten, die physikalische Werte darstellen, die bei jeder Verbindung verschieden sind. Eine Substanz in diesem Zustand wird als überkritisches Fluid bezeichnet.
So ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, eine organische Substanz, Wasser und ein Sauerstoff enthaltendes Fluid zu mischen, und durch Oxidation die organische Substanz im überkritischen Zustand zu zerstören, der den kritischen Punkt von Wasser übersteigt (vergleiche das nachstehend angegebene Patentdokument 1). Überkritisches Wasser weist Eigenschaften zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas auf, und kann wahlweise mit einer organischen Substanz und Sauerstoff gemischt werden, wodurch es ermöglicht wird, oxidativ eine organische Substanz wirksam in kurzer Zeit zu zersetzen.
Als Aufbau eines Reaktionsbehälters zur Durchführung dieser Reaktionen ist ein Reaktionsbehälter (vergleiche Patentdokument 2) des Behältertyps verfügbar. Der Reaktionsbehälter des Behältertyps weist einen solchen Aufbau auf, dass der obere Teil des Reaktionsbehälters im überkritischen Zustand eingesetzt wird und dessen unterer Teil im flüssigen Zustand. Organischer Abfall und Sauerstoff werden von dem oberen Teil des Reaktionsbehälters zugeführt, und Kohlendioxid, das durch Zersetzung einer organischen Substanz entsteht, wird aus dem oberen Teil des Reaktionsbehälters ausgestoßen, und eine anorganische Substanz wird aus dem unteren Teil ausgestoßen. Dieser Reaktionsbehälter weist den Vorteil auf, dass eine anorganische Substanz, die ein geringes Lösungsvermögen in überkritischem Wasser aufweist, in einer Flüssigkeit im unteren Teil gesammelt werden kann.
Bei dem oberen Teil des Reaktionsbehälters des Behältertyps ist es, um den überkritischen Wasserzustand aufrechtzuerhalten, erforderlich, Abfall und ein Oxidationsmittel vorzuwärmen. Daher ist ein Zuführungsloch zum Zuführen von Abfall und eines Oxidationsmittels auf hoher Temperatur und unter hohem Druck in einen Reaktionsbehälter auf hoher Temperatur und hohem Druck erforderlich. Das Zuführungsloch ist so ausgebildet, dass es in den Reaktionsbehälter eingeschweißt oder eingeschraubt ist. Wenn daher der Effekt auftritt, dass die Temperatur des Abfalls plötzlich absinkt, wird ein Temperaturunterschied zwischen dem Reaktionsbehälter und dem Abfallzufuhrloch hervorgerufen. Hierdurch kann zwischen diesen Teilen eine unterschiedliche Ausdehnung auftreten, wodurch zwischen ihnen ein Spalt hervorgerufen wird, der zu einem Leck führt. Der Reaktionsbehälter sollte daher einen solchen Aufbau aufweisen, dass so wenig wie möglich ein Temperaturunterschied hervorgerufen wird.
Weiterhin wurden als Einrichtung zur Behandlung korrosiver Substanzen verschiedene Reaktionsbehälter vorgeschlagen, die einen korrosionsbeständigen inneren Behälter aufweisen, der in einem Druckbehälter installiert ist. So ist beispielsweise, wie dies im nachstehend angegebenen Patentdokument 3 beschrieben ist, innerhalb des voranstehend geschilderten Reaktionsbehälters des Behältertyps ein korrosionsbeständiger Behälter angeordnet, und werden das Innere und das Äußere des korrosionsfesten Behälters unter praktisch denselben Druck gesetzt, unter Verwendung von Hochdruckluft. Wenn Hochdruckluft verwendet wird und ein feines Loch in dem Druckbehälter im Betrieb auftritt, wird Luft, die zum Aufrechterhalten desselben Drucks zugeführt wird, nach außerhalb des Systems ausgestoßen. Wenn Luft unter hohem Druck einem niedrigen Druck ausgesetzt wird, wird eine Expansion mit einem sehr großen Volumen hervorgerufen, so dass eine erhebliche latente Gefahr vorhanden ist, verglichen mit einem Fall, bei welchem eine Flüssigkeit eingesetzt wird.
Aus den voranstehend geschilderten Gründen ist die Entwicklung einer sichereren Behandlungseinrichtung zum Zersetzen und perfekten Reagieren organischen Abfalls zu einer Substanz als Ziel erwünscht.

[Patentdokument 1]: Japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 1-38532
[Patentdokument 2]: Japanisches Patent Nr. 2726293
[Patentdokument 3]: Japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 9-85075 .

Die JP 09085075 A betrifft ein Hochdruck-Reaktionsverfahren und einen hierfür geeigneten Behälter. Aus der DE 44 43 078 A1 geht ein Verfahren zum Schutz von Behälter-Wandungen bei einer überkritischen Wasseroxidation hervor, die beispielsweise für die Stoffumsetzung von schadstoffbelasteten Abfällen mit schwer abbaubaren Stoffen verwendet werden kann. Ein ähnliches Verfahren wird in der US 6 090 291 A beschrieben.
Schließlich betrifft die JP 2002-326 029 A einen Reaktionsbehälter für organischen Abfall mit einem inneren Behälter aus korrosionsbeständigem Material, einem äußeren Behälter aus druckfestem Material und einem Verbindungsrohr zum Verbinden eines Spalts zwischen dem inneren und dem äußeren Behälter mit dem inneren Behälter. Der innere Behälter weist ferner eine Heizzone, eine Reaktionszone und eine Kühlzone auf, und Hochdruckwasser oder Wasserstoffperoxidwasser wird in den Spalt und den inneren Behälter eingeführt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Behandlungseinrichtung und eines verbesserten Behandlungsverfahrens für organischen Abfall, welche sicher und kontinuierlich organischen Abfall zersetzen können, der Polybiphenylchlorid enthält, Polyvinylchlorid, oder radioaktive Substanzen, und dergleichen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß dem Anspruch 1 zur Verfügung gestellt, die insbesondere einen Reaktionsbehälter zum Zuführen und Zersetzen organischen Abfalls und zum Abziehen zersetzten organischen Abfalls als behandeltes Fluid aufweist. Der Reaktionsbehälter weist einen inneren Behälter auf, der aus einem korrosionsbeständigen Material besteht, einen äußeren Behälter, der aus einem druckfesten Material besteht, und so angeordnet ist, dass er den inneren Behälter mit einem Spalt dazwischen umgibt, sowie ein Verbindungsrohr zum Verbinden des Spalts und des inneren Behälters außerhalb des äußeren Behälters, um eine solche Steuerung durchzuführen, dass innerhalb des Spalts und innerhalb des inneren Behälters praktisch gleicher Druck herrscht. Der innere Behälter weist eine Heizzone zum Erhitzen des zugeführten organischen Abfalls auf eine Temperatur auf, die höher ist als der kritische Punkt von Wasser, eine Reaktionszone zum Halten und Zersetzen des organischen Abfalls auf einer Temperatur, die höher ist als der kritische Punkt von Wasser, und eine Kühlzone zum Abkühlen des behandelten Fluids, das ein Zersetzungsprodukt des organischen Abfalls enthält, auf weniger als 100°C. Der Spalt ist dazu ausgebildet, dass er mit Hochdruckwasser oder Wasserstoffperoxidwasser beschickt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt eine Behandlungseinrichtung für organischen Abfall wie voranstehend geschildert zur Verfügung gestellt, die weiterhin einen Tank zum Aufbewahren des organischen Abfalls aufweist, eine Pumpe zum Zuführen des organischen Abfalls in den Reaktionsbehälter, einen Tank zum Aufbewahren des Wasserstoffperoxidwassers, eine Pumpe zum Zuführen des Wasserstoffperoxidwassers in den Reaktionsbehälter, einen Vorvakuumregler zur Verringerung des Drucks des behandelten Fluids, einen Gas-Flüssigkeits-Separator zum Auftrennen des behandelten Fluids auf zersetztes Gas und zersetzte Flüssigkeit, einen Tank zum Sammeln der zersetzten Flüssigkeit, und eine Haube oder einen Kasten, bei welcher bzw. welchem der Innenraum auf einen Unterdruck gesteuert wird. Hierbei sind der Reaktionsbehälter, der Tank zum Aufbewahren des organischen Abfalls, die Pumpe zum Zuführen des organischen Abfalls in den Reaktionsbehälter, der Vorvakuumregler zum Verringern des Drucks des behandelten Fluids, der Gas-Flüssigkeits-Separator zum Auftrennen des behandelten Fluids auf zersetztes Gas und zersetzte Flüssigkeit, und der Tank zum Sammeln der zersetzten Flüssigkeit in der Haube oder dem Kasten angebracht.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Behandlungsverfahren für organischen Abfall gemäß Anspruch 14 zur Verfügung gestellt, welches insbesondere die Schritte umfasst, flüssigen Abfall, der von einem Flüssigkeits-Szintillationszähler erzeugt wird, der zum Untersuchen eines radioaktiven Elements verwendet wird, als den organischen Abfall in die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall wie voranstehend geschildert einzubringen, und den organischen Abfall durch die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall zu behandeln, wie dies voranstehend beschrieben wurde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ermöglicht, eine Behandlungseinrichtung und ein Behandlungsverfahren für organischen Abfall zum sicheren und kontinuierlichen Zersetzen organischen Abfalls zur Verfügung zu stellen, der Polybiphenylchlorid enthält, Polyvinylchlorid, oder radioaktive Substanzen, und so weiter.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1 eine Querschnittsansicht eines Reaktionsbehälters einer Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer ersten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform,
2 eine Querschnittsansicht eines Reaktionsbehälters einer Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Tabelle mit Versuchsdaten zur Bestätigung der Auswirkungen der ersten Ausführungsform;
4 Diagramme mit Versuchsdaten zur Bestätigung der Auswirkungen der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine Querschnittsansicht eines Eingangs eines Reaktionsbehälters einer Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer dritten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform;
6 eine Querschnittsansicht eines Ausgangs eines Reaktionsbehälters einer Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß der dritten Ausführungsform;
7 eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für einen Auslass eines Reaktionsbehälters einer Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine Querschnittsansicht eines Reaktionsbehälters einer Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer fünften, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform;
9 eine Querschnittsansicht eines Reaktionsbehälters einer Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer Abänderung der fünften Ausführungsform;
10 eine Querschnittsansicht eines Reaktionsbehälters einer Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer sechsten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform;
11 eine Tabelle mit Versuchsdaten zur Bestätigung der Auswirkungen der sechsten Ausführungsform;
12 eine Querschnittsansicht eines Reaktionsbehälters einer Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer siebten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform;
13 eine Querschnittsansicht eines Reaktionsbehälters einer Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer Abänderung der siebten Ausführungsform;
14 ein Blockschaltbild einer Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
15 eine Tabelle mit Versuchsdaten zur Bestätigung der Auswirkungen einer zehnten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Wenn in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Figuren bezeichnen, erfolgt nicht notwendigerweise eine wiederholte Beschreibung. Als nächstes werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Ausführungsformen 1 bis 11 beschrieben.
[Ausführungsform 1]
Die erste, nicht erfindungsgemäße Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 erläutert.
1 ist eine Querschnittsansicht eines Reaktionsbehälters 34, der in einer Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß der vorliegenden Ausführungsform angebracht ist. Bei der Behandlungseinrichtung zum kontinuierlichen Zuführen und kontinuierlichen Abziehen eines zu behandelnden Fluids, das Abfall 1 und Wasser oder Wasserstoffperoxidwasser 2 aufweist, in bzw. aus dem Reaktionsbehälter 34, der auf eine Atmosphäre oberhalb des kritischen Punkts von Wasser gehalten wird, ist der Reaktionsbehälter 34 ein Doppelbehälter, der aus einem äußeren Behälter 6 und einem inneren Behälter 7 besteht. Der innere Behälter 7 und der äußere Behälter 6 sind über ein Verbindungsrohr 8 miteinander verbunden, das außerhalb des äußeren Behälters 6 vorgesehen ist, wodurch der Innendruck des inneren Behälters 7 praktisch gleich dem Innendruck des äußeren Behälters 6 ist.
In 1 wird Abfall 1 dem inneren Behälter 7 des Reaktionsbehälters 34 zugeführt, und wird Wasser oder Wasserstoffperoxidwasser 2 in einen Spalt zwischen dem inneren Behälter 7 und dem äußeren Behälter 6 des Reaktionsbehälters 34 zugeführt.
Hierbei ist in 1 der Reaktionsbehälter 34 nur schematisch dargestellt, so dass die Leitung zu dem Spalt in 1 nicht erkennbar ist. Einzelheiten der Leitung zu dem Spalt sind in der später beschriebenen 5 dargestellt. In 5 ist die Leitung zu dem Spalt zwischen dem inneren Behälter 7 und dem äußeren Behälter 6 des Reaktionsbehälters 34 deutlich erkennbar.
Der innere Behälter 7 weist drei Zonen auf, nämlich eine Heizzone 3 zum Erwärmen eines Fluids in dem inneren Behälter 7 auf eine Temperatur, die höher ist als der kritische Punkt von Wasser, eine Reaktionszone 4 zum Halten des Fluids in dem inneren Behälter 7 auf einer Temperatur, die höher ist als der kritische Punkt von Wasser, und eine Kühlzone 5 zum Abkühlen der Temperatur in dem inneren Behälter 7 auf weniger als 100°C. Außerhalb des äußeren Behälters 6 sind eine Heizvorrichtung 9 und ein Kühler 10 vorgesehen. Über das Wasser oder das Wasserstoffperoxidwasser 2, das in den Spalt zwischen dem inneren Behälter 7 und dem äußeren Behälter 6 eingefüllt ist, erwärmt die Heizvorrichtung 9 die Heizzone 3 und die Reaktionszone 4 des inneren Behälters 7, und kühlt der Kühler 10 die Kühlzone 5 des inneren Behälters 7.
Das Fluid, das behandelt werden soll, und dem inneren Behälter 7 zugeführt wurde, wird in der Heizzone des inneren Behälters 7 erwärmt, und dann einer Reaktion in der Reaktionszone 4 des inneren Behälters 7 zugeführt, wird auf eine Temperatur von weniger als 100°C in der Kühlzone 5 des inneren Behälters 7 abgekühlt, und wird dann aus dem Reaktionsbehälter 34 als behandeltes Fluid 11 ausgestoßen. Das Wasser oder das Wasserstoffperoxidwasser 2, das aus dem äußeren Behälter 6 abgezogen wird, wird dem inneren Behälter 7 zugeführt. Der innere Behälter 7 kann ausgetauscht werden, abhängig von den Behandlungsbedingungen des zu behandelnden organischen Abfalls. Da als innerer Behälter 7 ein druckloser Behälter verwendet wird, kann der innere Behälter 7 dünner ausgebildet werden, wodurch eine kostengünstige Behandlungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann.
Das Wasser oder das Wasserstoffperoxidwasser 2 weist eine höhere Temperatur als den kritischen Punkt von Wasser in der Nähe der Reaktionszone 4 in dem inneren Behälter 7 auf.
Weiterhin wird das Wasser oder das Wasserstoffperoxidwasser 2, das dem Reaktionsbehälter 34 zugeführt werden soll, über einen Weg von außerhalb des äußeren Behälters 6 nach innen zugeführt, vom Inneren des äußeren Behälters 6 nach außen und von außerhalb des äußeren Behälters 6 in den inneren Behälter 7, damit innerhalb des äußeren Behälters 6 und innerhalb des inneren Behälters 7 der gleiche Druck herrscht.
2 zeigt ein abgeändertes Beispiel der ersten Ausführungsform und damit eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 2 ist ein Wärmetauscher 12 in dem Verbindungsrohr 8 des Reaktionsbehälters 34 angebracht. Selbst wenn das Wasser oder das Wasserstoffperoxidwasser 2, das aus dem äußeren Behälter 6 abgezogen wird, auf eine hohe Temperatur in dem Reaktionsbehälter 34 erwärmt wird, wird es durch den Wärmetauscher 12 gekühlt. Wenn daher das Wasser oder das Wasserstoffperoxidwasser 2 erneut in den Reaktionsbehälter 34 eingegeben wird, kann dessen Temperatur sicher auf weniger als 100°C eingestellt werden.
Als nächstes wird die Sicherheit in einem Fall überlegt, in welchem ein feines Loch sich in dem äußeren Behälter 6 gebildet hat, und ein inneres Fluid nach außen hinausleckt. Das Volumen des äußeren Behälters 6 wird mit 500 ml angenommen und das Volumen des Spalts zwischen dem inneren Behälter 7 und dem äußeren Behälter 6 mit 50 ml. Von dem Reaktionsbehälter 34 wird angenommen, dass er sich in einer Glove-Box von 1 × 1 Meter befindet.
Zur Überprüfung werden zwei Fälle (1) und (2) angenommen. In dem Spalt zwischen dem äußeren Behälter 6 und dem inneren Behälter 7 besteht der Fall (1) darin, dass Luft auf 450°C und 30 MPa zugeführt wird, und der Fall (2) (gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung) besteht darin, dass Wasser zugeführt wird. In der in 3 dargestellten Tabelle sind die Ergebnisse angegeben, die erhalten werden, wenn die gesamte Menge an Luft auf 450°C (im Fall (1)) oder Wasser (im Fall (2)) instantan in die Glove-Box von dem äußeren Behälter 6 hinausleckt und auf 50°C durch die Luft in der Glove-Box abgekühlt wird. Im Fall der Beschickung mit Luft wie im Fall (1), beträgt das Volumen 6700 ml und der Druck in der Glove-Box 600 Pa (6,1 × 10^–3 Atmosphären). Andererseits beträgt, wenn wie im Fall (2) eine Beschickung mit Wasser erfolgt, das Volumen 7,4 ml und beträgt der Druck in der Glove-Box 0,73 Pa (7,4 × 10^–6 Atmosphären). Wenn wie im Fall (1) Luft verwendet wird, kann der Innendruck der Glove-Box ansteigen, wogegen im Fall (2), also bei der vorliegenden Ausführungsform, bei welcher Wasser verwendet wird, eine Erhöhung des Innendrucks praktisch vernachlässigt werden kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Reaktionsbehälter 34 auf drei Zonen aufgeteilt, nämlich die Heizzone 3, die Reaktionszone 4 und die Kühlzone 5, wird der Abfall 1 in den Reaktionsbehälter 34 zugeführt und das behandelte Fluid 11 aus dem Reaktionsbehälter 34 abgezogen, in einem Temperaturzustand von weniger als 100°C. Auf diese Weise wird kein Temperaturunterschied zwischen dem Reaktionsbehälter 34 und dem Abfallzufuhrloch erzeugt, erfolgt keine unterschiedliche Ausdehnung, so dass der Leckfaktor wesentlich verringert werden kann. Damit derselbe Druck im inneren Behälter 7 und im äußeren Behälter 6 herrscht, ist eine Flüssigkeit ins Innere des Reaktionsbehälters 34 eingefüllt, anstatt von Luft. Selbst wenn ein feines Loch in dem äußeren Behälter 6 entsteht und ein Leck hervorgerufen wird, ist verglichen mit jenem Fall, in welchem Luft verwendet wird, die Volumen-Expansion geringer und ist der Reaktionsbehälter sicherer. Daher kann die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß der vorliegenden Ausführungsform sicher organischen Abfall behandeln.
[Ausführungsform 2]
Als nächstes wird eine Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Wenn bei dem in 1 oder 2 gezeigten Reaktionsbehälter 34 der innere Behälter 7 aus Titan, Tantal oder Titan-Palladium besteht, kann organischer Abfall behandelt werden, der eine korrosive Säure erzeugt, beispielsweise Schwefelsäure, bei der Zersetzung.
4 zeigt Messergebnisse für die Korrosionsrate von Titan (Ti), Tantal (Ta), und Titan-Palladium (Ti-Pd), zusammen mit Edelstahl 316L, Inconel 625, und Hastelloy C-276 zu Vergleichszwecken. Versuchsproben werden in einem Fall (a) in 2% Wasserstoffperoxidwasser und 2% Schwefelsäure eingetaucht, oder in einem Fall (b) in 2% Wasserstoffperoxidwasser und 2% Salzsäure, und zwar 5 Stunden lang, und dann werden Gewichtsänderungsausmaße gemessen. Die Temperatur- und Druckbedingungen betragen 400°C bzw. 28,5 MPa in den beiden Fällen (a) und (b). Die Versuchsergebnisse zeigen, dass Edelstahl 316L, Inconel 625, und Hastelloy C-276 eine deutliche Gewichtsverringerung zeigen, und stark korrodieren. Dagegen wird bei Titan (Ti), Tantal (Ta) und Titan-Palladium (Ti-Pd) eine schützende Oxidschicht auf jeder Oberfläche erzeugt, nimmt das Gewicht zu und tritt kaum Korrosion auf.
Die Temperatur, wenn Titan als der innere Behälter 7 eingesetzt wird, ist vorzugsweise niedriger als 500°C. Wenn bei Titan die Temperatur 500°C überschreitet, fängt Titan an zu kriechen, so dass die Stabilität des inneren Behälters 7 problematisch wird. Wenn ein Titanbehälter eingesetzt werden soll, muss daher die Temperatur des inneren Behälters 7 auf weniger als 500°C verringert werden. Wenn bei dem äußeren Behälter 6 ein Material eingesetzt wird, das bei hoher Temperatur stabil ist, beispielsweise kohlenstoffarmer Stahl, Edelstahl oder eine Nickellegierung, kann der innere Behälter 7 dünner ausgebildet werden, so dass ein Reaktionsbehälter 34 erzielt werden kann, der kostengünstig und Platz sparend ist.
Wie voranstehend erläutert, kann dann, wenn ein äußerst korrosionsbeständiges Material, wie beispielsweise Titan, Tantal oder Titan-Palladium, als Material des inneren Behälters 7, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, verwendet wird, organischer Abfall behandelt werden, der durch Zersetzung eine Säure erzeugt. Weiterhin kann die Korrosion des inneren Behälters 7 verringert werden, so dass der innere Behälter 7 weniger häufig ausgetauscht werden muss. Wenn ein Material, das bei hoher Temperatur stabil ist, wie beispielsweise kohlenstoffarmer Stahl, Edelstahl oder eine Nickellegierung, als Material des äußeren Behälters 6 eingesetzt wird, kann darüber hinaus ein Reaktionsbehälter 34 erzielt werden, der kostengünstig und Raum sparend ist.
Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform der innere Behälter 7 und der äußere Behälter 6 so ausgebildet sind, dass sie einfach aus der Heizzone 3, der Reaktionszone 4 und der Kühlzone 5 entnommen werden können, so ist dann, wenn der innere Behälter 7 und der äußere Behälter 6 teilweise ersetzt wird, nicht erforderlich, diese insgesamt zu ersetzen, wodurch die Kosten für Wartung und Reparatur der Behandlungseinrichtung für organischen Abfall verringert werden können.
[Ausführungsform 3]
Als nächstes wird eine Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer dritten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 5, 6 und 7 beschrieben. 5 ist eine Querschnittsansicht des Eingangs des Reaktionsbehälters 34 gemäß dieser Ausführungsform. Der Eingang des Reaktionsbehälters 34 ist so ausgebildet, dass der innere Behälter 7 an dem äußeren Behälter 6 befestigt wird. Mit einem festen Teil 13 als Ausgangspunkt kann sich der innere Behälter 7 frei nach rechts und links bewegen, entsprechend steigenden und sinkenden Temperaturen. Als Zufuhrrohr 14 für den Abfall 1 wird am Eingang des Reaktionsbehälters 34 ein Rohr 15 (beispielweise aus Edelstahl) eingesetzt, das bei hoher Temperatur stabil ist, und wird in den inneren Behälter 7 ein korrosionsfestes Rohr (beispielsweise aus Titan) eingesetzt.
Der Abfall 1 wird von dem Zufuhrrohr 14 dem inneren Behälter 7 zugeführt, dann in der Heizzone 3 erwärmt und reagiert mit Wasser oder Wasserstoffperoxidwasser in der Reaktionszone 4. Andererseits wird Wasser oder Wasserstoffperoxidwasser 2 in den inneren Behälter 7 über eine unterschiedliche Leitung als die Leitung für den Abfall 1 eingegeben, wird in der Heizzone 3 erwärmt und reagiert mit dem Abfall 1 in der Reaktionszone 4.
Wie voranstehend erwähnt, werden einerseits der Abfall 1 und andererseits das Wasser oder das Wasserstoffperoxidwasser 2 getrennt in den inneren Behälter 7 eingegeben. Der Grund hierfür liegt darin, dass andernfalls der Abfall 1 und das Wasser miteinander reagieren und Wärme erzeugen würden, wodurch der Eingang des Reaktionsbehälters 34 beschädigt würde. Falls jedoch früher festgestellt wurde, dass selbst dann, wenn der Abfall 1 und Wasser oder Wasserstoffperoxidwasser 2 gemischt sind, sie nicht plötzlich Wärme erzeugen, dann können sie auch vom selben Zufuhreingang aus oder in gemischtem Zustand zugegeben werden.
Die 6 und 7 zeigen Querschnittsansichten der Ausgänge des Reaktionsbehälters 34. Der Ausgang des Reaktionsbehälters 34 ist so ausgebildet, dass er eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem äußeren Behälter 6 und dem inneren Behälter 7 ausgleicht. In 6 ist der innere Behälter 7 an dem äußeren Behälter 6 befestigt, jedoch besteht der Ausgang des inneren Behälters 7 aus einem spiralförmigen Rohr 16 und ist so ausgebildet, dass er eine Wärmeausdehnung durch das Ausdehnen und Zusammenziehen des spiralförmigen Rohrs 16 abfängt. Das behandelte Fluid 11 wird aus einem Abziehrohr 17 ausgespritzt, das bei hoher Temperatur stabil ist, nach außerhalb des äußeren Behälters 6 über das spiralförmige Rohr 16.
Bei dem in 7 gezeigten Beispiel ist ein solcher Aufbau vorhanden, dass der innere Behälter 7 nicht an dem äußeren Behälter 6 befestigt ist, und sich der innere Behälter 7 glatt bewegt, um eine Wärmeausdehnung abzufangen. Ein Abziehrohr 18, welches den Ausgang des inneren Behälters 7 bildet, das äußert korrosionsbeständig ist und nicht bei hoher Temperatur stabil ist, geht durch den Flansch des äußeren Behälters 6 hindurch, und ein Abziehrohr 17A, das bei hoher Temperatur stabil ist, ist an dem Flansch des äußeren Behälters 6 befestigt.
Eine Druckdichtung des äußeren Behälters 6 wird durch einen O-Ring 19 aus Gummi erreicht, der zwischen dem Abziehrohr 18, das bei hoher Temperatur nicht stabil ist, und dem Abziehrohr 17, das bei hoher Temperatur stabil ist, angebracht ist. Wasser, das in den Raum zwischen dem äußeren Behälter 6 und dem inneren Behälter 7 eingefüllt wird, wird daher bis zu dieser Seite des O-Rings 19 eingefüllt. Der äußere Behälter 6 und der innere Behälter 7 bestehen aus unterschiedlichen Materialien, so dass sie einen unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, so dass bei einem Temperaturanstieg bei ihnen eine unterschiedliche Ausdehnung hervorgerufen wird. Die unterschiedliche Ausdehnung wird durch die Horizontalbewegung des Abziehrohrs 18 abgefangen, das bei hoher Temperatur nicht stabil ist. Wenn beispielsweise Edelstahl bei dem äußeren Behälter 6 eingesetzt wird und Titan bei dem inneren Behälter 7, betragen die linearen Ausdehnungskoeffizienten 16,5 × 10^–6 cm/cm/°C bzw. 8,4 × 10^–6 cm/cm/°C. Wenn die Temperatur um 100°C ansteigt, dehnen sich die Behälter um 16,5 μm/cm bzw. 8,4 μm/cm aus. Wenn das Rohr beispielsweise eine Länge von 1 Meter aufweist, ergibt sich eine Verlängerung von 1,65 mm bzw. 0,84 mm, so dass sich ein Unterschied zwischen dem äußeren Behälter 6 und dem inneren Behälter 7 von 0,81 mm ergibt. Wenn diese unterschiedliche Ausdehnung bei der in 7 dargestellten Anordnung auftritt, kann sie dadurch abgefangen werden, wenn sich der innere Behälter 7 um 0,81 mm nach links zum äußeren Behälter 6 bewegt. Diese Bewegung wird in einem Zustand erzielt, in welchem die Flüssigkeitsabdichtung durch den O-Ring 19 aufrechterhalten wird.
Wenn andererseits behandeltes Fluid 11 auf hoher Temperatur durch das Abziehrohr 18 hindurchgeht, das nicht bei hoher Temperatur stabil ist, von dem äußeren Behälter 6 in einem Störfall aus, beispielsweise einer Unterbrechung der Kühlwasserzufuhr, werden das Abziehrohr 18, das bei hoher Temperatur nicht stabil ist, und der O-Ring 19 zerstört. Die Druckfestigkeit wird jedoch durch das Abziehrohr 17A garantiert, das bei hoher Temperatur stabil ist, so dass die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall sicher angehalten werden kann.
Wie voranstehend erwähnt, ist die vorliegende Ausführungsform so ausgebildet, dass der innere Behälter 7 an einem Ende des äußeren Behälters 6 befestigt ist, und fängt das andere Ende eine unterschiedliche Ausdehnung infolge von Wärme zwischen dem inneren Behälter 7 und dem äußeren Behälter 6 ab. Wenn daher die Temperatur steigt und sinkt, wird der innere Behälter 7 nicht durch den äußeren Behälter 6 gezogen bzw. zusammengedrückt, infolge eines Unterschieds beim Ausdehnen und Zusammenziehen, so dass die Integrität des inneren Behälters 7 aufrechterhalten werden kann.
[Ausführungsform 4]
Als nächstes wird eine Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Bei der voranstehend geschilderten Anordnung, die in den 1, 2 und 5 gezeigt ist, kann der innere Behälter 7 als zylindrischer Reaktionsbehälter ausgebildet sein und kann der Abschnitt der Reaktionszone 4 des inneren Behälters 7 einen solchen Aufbau aufweisen, dass mehrere Zylinder mit unterschiedlichen Innendurchmessern konzentrisch vorgesehen sind, oder einen Aufbau, bei welchem Rektifiziererplatten abwechselnd in Längsrichtung des zylindrischen Reaktionsbehälters angebracht sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der Fluss des Fluids in der Reaktionszone 4 zu einem Pfropfenfluss geändert werden, und kann Abfall stabil behandelt werden.
Superkritisches Wasser kann leicht eine gegen Zersetzung beständige Substanz zersetzen, obwohl Essigsäure und Alkohol eine niedrige Zersetzungsrate aufweisen. Um Essigsäure und Alkohol perfekt zu zersetzen ist es erforderlich, sie über viele Stunden reagieren zu lassen. Jedoch weist superkritisches Wasser einen hohen Diffusionskoeffizienten auf, und kann einfach in Flussrichtung zugemischt werden. Um ein Reaktionsgebiet auszubilden, das kaum in Flussrichtung gemischt ist, gibt es üblicherweise das Verfahren, einen verfügbaren Reaktionsbehälter des Rohrtyps einzusetzen. Wenn jedoch ein Reaktionsbehälter des Rohrtyps als Doppelbehälter hergestellt wird, weist der Behälter eine sehr große Länge auf, so dass viel Raum benötigt wird. Wenn der Reaktionsbehälter eine große Länge aufweist, wird darüber hinaus die Wärmeausdehnung erhöht, so dass das Problem auftritt, dass es schwierig wird, die unterschiedliche Ausdehnung abzufangen. Wenn daher eine solche Anordnung vorgesehen wird, dass ein Reaktionsbehälter des Behältertyps, der einen großen Innendurchmesser aufweist, verglichen mit dem Reaktionsbehälter des Rohrtyps, vorgesehen wird, und konzentrische Trennwände in dem inneren Behälter angebracht werden, und überkritisches Wasser kaum in Flussrichtung zugemischt wird, so wird Abfall stabil zersetzt.
Wie voranstehend geschildert, erzielt diese Ausführungsform einen kompakten Reaktionsbehälter durch Verwendung einer Anordnung, bei welcher Trennwände in dem inneren Behälter 7 in Längsrichtung vorgesehen sind, wobei die Flussrate des Reaktionsbehälters des Behältertyps mit großem Innendurchmesser gleich der Flussrate eines Reaktionsbehälters des Rohrtyps wird, so dass sich überkritisches Wasser kaum in Flussrichtung mischt.
[Ausführungsform 5]
Als nächstes wird eine Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer fünften, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. 8 zeigt einen Aufbau zur Bestätigung des Vorhandenseins eines Lecks beim inneren Behälter 7. An drei Positionen, beispielsweise bei einer Leitung 20 zum Zuführen des Abfalls 1 in den Reaktionsbehälter 34, dem Verbindungsrohr 8 zum gegenseitigen Verbinden des Inneren des äußeren Behälters 6 und des Inneren des inneren Behälters 7, so dass sie praktisch auf demselben Druck liegen, und einer Leitung 21 zum Abziehen des behandelten Fluids 11 sind nämlich Ventile 22, 23 und 24 vorgesehen.
Beim Einsatz einer derartigen Anordnung wird zuerst das Ventil 23 geöffnet, das bei dem Verbindungsrohr 8 vorgesehen ist, und werden das Innere des äußeren Behälters 6 und das Innere des inneren Behälters 7 auf denselben Druck gesteuert. Dann wird das bei dem Verbindungsrohr 8 vorgesehene Ventil 23 geschlossen, und das Ventil 22 der Leitung 20 zum Zuführen von Abfall 1 geöffnet, und wird Wasser 25 in den inneren Behälter 7 eingelassen. In dem Zustand, in welchem das Ventil 24 geschlossen ist, das bei der Leitung 21 zum Abziehen behandelten Fluids 11 vorgesehen ist, wird das Wasser 25 ständig zugeführt, so dass ein Befehlswert P₂ eines Druckmessgeräts 26 zum Messen des Innendrucks des inneren Behälters 7 höher wird als ein Befehlswert P₁ eines Druckmessgeräts 27 zum Messen des Drucks im Spalt zwischen dem äußeren Behälter 6 und dem inneren Behälter 7. In diesem Zustand wird das Ventil 22 der Leitung 20 geschlossen. Der Innendruck des inneren Behälters 7 nimmt im Verlauf der Zeit ab, und wenn die Befehlswerte P₂ und P₁ der Druckmessgeräte 26 und 27 annähernd den gleichen Druck anzeigen, so wird festgestellt, dass bei dem inneren Behälter 7 ein feines Loch und daher ein Leck vorhanden ist.
Wenn sich andererseits der Innendruck des inneren Behälters 7 im Verlauf der Zeit nicht ändert und der Befehlswert P₂ des Druckmessgeräts 26 ausreichend hoch ist, verglichen mit dem Befehlswert P₁ des Druckmessgeräts 27, so wird festgestellt, dass bei dem inneren Behälter 7 kein Leck infolge eines feinen Lochs auftritt und er gesund ist. Die Differenz zwischen den Befehlswerten P₂ und P₁ des Druckmessgeräts 26 bzw. 27 kann auf einen vorbestimmten Druckwert eingestellt werden, der bei dem inneren Behälter 7 zulässig ist. Normalerweise ist eine Einstellung auf etwa 0,2 MPa ausreichend. Nachdem die interne Intaktheit bestätigt wurde, werden die Ventile 22, 23 und 24 geöffnet und werden das Innere des inneren Behälters 7 und das Innere des äußeren Behälters 6 auf denselben Druck eingestellt, und dann wird die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall erneut in Betrieb genommen.
9 zeigt eine Anordnung zur Messung der Wasserstoffionenkonzentration und der Leitfähigkeit des Wassers, das in den Spalt zwischen dem äußeren Behälter 6 und dem inneren Behälter 7 eingefüllt wird, und zur Messung der Intaktheit des inneren Behälters 7 in Echtzeit. Der Abfall 1 wird in den inneren Behälter 7 eingegeben und zersetzt, so dass Kohlendioxid entsteht. Weiterhin kann, abhängig von der Art des Abfalls 1, eine Säure erzeugt werden. Wasser, das in den Spalt zwischen dem äußeren Behälter 6 und dem inneren Behälter 7 eingefüllt wird, enthält normalerweise wenig Innenbestandteile. Wenn ein feines Loch oder ein Spalt bei dem inneren Behälter 7 entstanden ist und die Substanz in dem inneren Behälter 7 in den Spalt zwischen dem inneren Behälter 7 und dem äußeren Behälter 6 hinausleckt, nehmen die Wasserstoffionenkonzentration und die Leitfähigkeit des in den Spalt eingeführten Wassers plötzlich zu, so dass durch deren Messung das Vorhandensein eines Lecks festgestellt werden kann. Ein Messgerät 28 für die Wasserstoffionenkonzentration und die Leitfähigkeit zur Lecküberwachung wird vorzugsweise am Eingang und Ausgang des äußeren Behälters 6 oder am Verbindungsrohr 8 installiert. In diesem Fall wird es vorzugsweise in einem Temperaturbereich von weniger als 100°C eingesetzt.
Wie voranstehend geschildert, wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Intaktheit des Reaktionsbehälters 34 im Innern in Echtzeit oder periodisch zum Zeitpunkt des Ingangsetzens der Behandlungseinrichtung überprüft, so dass ein Leck des inneren Behälters 7 festgestellt werden kann, und der Reaktionsbehälter 34 zum richtigen Zeitpunkt ersetzt werden kann, und die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall sicher betrieben werden kann.
[Ausführungsform 6]
Als nächstes wird eine Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer sechsten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform erläutert. Diese Ausführungsform ist so ausgebildet, dass, wie in 10 gezeigt, in dem Reaktionsbehälter 34 zusätzlich zur Leitung 20 zum Zuführen des Abfalls 1, zur Leitung 21 zum Abziehen des behandelten Fluids 11 und zum Verbindungsrohr 8, eine Leitung 29a vorgesehen ist, um ein Fluid 29 zuzuführen, das ein Oxidationsmittel enthält, beispielsweise Luft, Sauerstoff oder Ozon.
Die Tabelle in 11 zeigt einen Vergleich der erzeugten Abfallflüssigkeitsmenge, wenn Benzol unter Verwendung von Luft oder 30% Wasserstoffperoxidwasser zersetzt wird. Es wird Luft oder Wasserstoffperoxidwasser mit dem 1,5-fachen des stöchiometrischen Werts hinzugefügt, wenn Benzol zu Kohlendioxid und Wasser zersetzt wird. Wenn Wasserstoffperoxidwasser verwendet wird, ist die Menge an erzeugter Abfallflüssigkeit das 29-fache, wogegen dann wenn Luft verwendet wird, die Menge an erzeugter Abfallflüssigkeit das 0,7-fache ist. Daher wird, wenn Luft eingesetzt wird, die Menge an erzeugter Abfallflüssigkeit wesentlich verringert.
Aus den voranstehenden Ausführungen wird deutlich, dass durch Hinzufügen des Fluids 29, das ein Oxidationsmittel wie beispielsweise Luft enthält, die vorliegende Ausführungsform wesentlich die erzeugte Menge an behandeltem Fluid 11 verringern kann.
[Ausführungsform 7]
Als nächstes wird eine Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer siebten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben.
Wenn angenommen wird, dass der Reaktionsbehälter 34 in Horizontalrichtung installiert ist, so nimmt die Ausdehnung des äußeren Behälters 6 zu, wenn die Temperatur ansteigt. Wenn beide Enden des äußeren Behälters 6 festgehalten sind, kann daher die Ausdehnung des äußeren Behälters 6 nicht aufgefangen werden, was zu einer Beschädigung führt. Daher wird bei dieser Ausführungsform, wie in 12 gezeigt, eine solche Anordnung eingesetzt, dass ein Reaktionsbehälter 34 vorgesehen ist, der einen Rahmen 30 aufweist, an welchem ein Behälterbefestigungsteil 31 und ein Behälterbefestigungsteil 32, an welchem eine Rolle angebracht ist, angebracht sind. Die Ausdehnung des Reaktionsbehälters 34 wird durch die Bewegung des Behälterbefestigungsteils 32 ermöglicht, an welchem eine Rolle angebracht ist, auf einer Rollenschiene 33.
Wenn der Reaktionsbehälter 34 geneigt angeordnet sein soll, damit einfach das innere Gas des Reaktionsbehälters 34 ausgestoßen werden kann, und ein Ausgang 34a des Reaktionsbehälters 34 höher angeordnet wird als ein Eingang 34b des Reaktionsbehälters 34, werden der Rahmen 30 und die Rollenschiene 33, wie in 13 gezeigt, installiert, so dass die Ausdehnung des Reaktionsbehälters 34 ausgeglichen werden kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Rolle auf dem Reaktionsbehälter 34 angebracht und ist der Reaktionsbehälter 34 auf dem Rahmen 30 installiert. Daher wird eine Wärmeausdehnung des Reaktionsbehälters 34 ermöglicht, wird der Reaktionsbehälter 34 nicht beschädigt, und kann eine stabile Abfallbehandlung durchgeführt werden.
[Ausführungsform 8]
Als nächstes wird eine Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Wie in 14 gezeigt, ist die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß dieser Ausführungsform mit dem Reaktionsbehälter 34 versehen, einem Abfalltank 35 zum Aufbewahren des zu behandelnden Abfalls 1, eine Hochdruckpumpe 36 zum Zuführen des Abfalls 1 in den Reaktionsbehälter 34, mit einem Wasserstoffperoxidwassertank 37 zum Aufbewahren von Wasserstoffperoxidwasser, einer Hochdruckpumpe 38 zum Zuführen des Wasserstoffperoxidwassers in den Reaktionsbehälter 34, einem Vorvakuumregler 39 zum Verringern des Drucks des behandelten Fluids 11, einem Gas-Flüssigkeits-Separator 40 zum Trennen des behandelten Fluids 11 in zersetztes Gas 46 und zersetzte Flüssigkeit, und einem Tank 41 für zersetzte Flüssigkeit zum Sammeln der zersetzten Flüssigkeit.
Weiterhin ist in der Stufe vor der Hochdruckpumpe 36 zum Zuführen von Abfall 1 ein Wassertank 42 angeordnet, und ist in der Stufe vor der Hochdruckpumpe 38 zum Zuführen von Wasserstoffperoxidwasser ein Wassertank 43 vorgesehen. Weiterhin ist in dem Flussweg des behandelten Fluids 11 ein Filter 44 zum Schützen des Vorvakuumreglers 39 angebracht.
Wenn ein Leck organischen Abfalls nach außerhalb des Systems ein Problem darstellt, wie dies bei radioaktivem Abfall der Fall ist, ist eine Einheit, die durch radioaktiven Abfall kontaminiert werden kann, vorzugsweise in einem Kasten angeordnet, dessen Druck auf Unterdruck gesteuert wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind daher Einheiten mit Ausnahme des Wasserstoffperoxidwassertanks 37 zum Aufbewahren von Wasserstoffperoxidwasser, des Wassertanks 43, und der Hochdruckpumpe 38 zum Zuführen von Wasserstoffperoxidwasser in den Reaktionsbehälter 34, in einem Kasten 45 angebracht, der unter Unterdruck gehalten wird. Der Kasten 45, der unter Unterdruck gehalten wird, kann eine Haube anstelle einer Glove-Box verwenden.
Wie voranstehend geschildert, sind bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn organischer Abfall behandelt wird, dessen Leck nach außerhalb des Systems ein Problem darstellen würde, Einheiten, bei denen ein Leck auftreten könnte, innerhalb des Kastens 45 angeordnet, dessen Druck auf Unterdruck gehalten wird, so dass eine sichere Abfallbehandlung durchgeführt werden kann.
[Ausführungsform 9]
Als nächstes wird ein Behandlungsverfahren für organischen Abfall gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Abfall 1 eine Abfallflüssigkeit, die von einem Flüssigkeits-Szintillationszähler stammt, der zur Untersuchung eines radioaktiven Elements verwendet wird. Wenn eine kleine Behandlungseinrichtung verwendet wird, bei welcher die Kapazität des Reaktionsbehälters 34 kleiner ist als 1 Liter, so stellt dies eine kompakte Behandlungseinrichtung dar, die in einer vorhandenen Haube des Typs Oak Ridge oder des Typs California installiert werden kann.
Diese Hauben weisen nur einen Raum von 2 m × 1 m × 1 m (Breite × Tiefe × Höhe) auf. Insbesondere wenn der Reaktionsbehälter 34, der den größten Raum einnimmt, etwa eine Länge von 1,5 m aufweisen soll, muss sein Innendurchmesser 4,5 cm betragen. Die Dicke eines Hochtemperatur- und Hochdruckbehälters ist proportional zu seinem Innendurchmesser, so dass der Innendurchmesser vorzugsweise so klein wie möglich gewählt wird. Unter Berücksichtigung des Bereichs, der in der Realität hergestellt werden kann, kann daher, wenn die Kapazität des Reaktionsbehälters 34 kleiner als 1 Liter ist, eine kompakte und kostengünstige Behandlungseinrichtung für organischen Abfall erzielt werden.
[Ausführungsform 10]
Als nächstes wird ein Behandlungsverfahren für organischen Abfall gemäß einer zehnten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform erläutert. Bei dieser Ausführungsform können, wenn dem organischen Abfall vorher Natriumhydroxid zugefügt wird, organische Substanzen mit sehr hoher Geschwindigkeit zersetzt werden. In der Tabelle in 15 sind die Ergebnisse angegeben, wenn Wasserstoffperoxidwasser einem flüssigen Szintillationszähler-Cocktail hinzugefügt wird, und dazwischen eine Reaktion bei 400°C und 30 MPa über 30 Minuten erfolgt. Die hinzugefügte Menge an Natriumhydroxid beträgt 1/20 oder 1/50 des Gewichts des flüssigen Szintillationszähler-Cocktails. Wenn kein Natriumhydroxid hinzugefügt wird, beträgt die Zersetzungsrate des Cocktails 95%, aber wenn Natriumhydroxid zugefügt wird, wird eine Zersetzungsrate von mehr als 99% erreicht. Wenn daher, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, Natriumhydroxid hinzugefügt wird, kann organischer Abfall mit sehr hoher Geschwindigkeit zersetzt werden.
Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform vorher ein Reduziermittel, beispielsweise Ammonium oder Ameisensäure, dem Abfall hinzugefügt wird, können Nitrationen, die in einer organischen Abfallflüssigkeit enthalten sind, die von dem Flüssigkeits-Szintillationszähler erzeugt wird, und Nitrationen, die durch die Zersetzung des Cocktails erzeugt werden, reduziert und in Stickstoffgas umgewandelt werden. Wenn diese Behandlung durchgeführt wird, werden Nitrationen nicht in NOx-Gas umgewandelt, sondern kann die Gesamtmenge im Wasser als Nitrationen gesammelt werden. Nitrationen in der organischen Abfallflüssigkeit können durch eine Nachbehandlungseinrichtung behandelt werden, zur Durchführung eines Ionenaustausches, einer Ausfällung und einer Extraktion. Wenn jedoch bei der vorliegenden Ausführungsform vorher ein Reduziermittel hinzugegeben wird, können Nitrationen in Stickstoffgas umgewandelt werden.
[Ausführungsform 11]
Als nächstes wird ein Behandlungsverfahren für organischen Abfall gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Nachbehandlungsverfahren für das behandelte Fluid 11, das bei dem Reaktionsbehälter 34 der Behandlungseinrichtung für organischen Abfall gemäß den voranstehenden Ausführungsformen erhalten wird, sind nachstehend angegeben.
Wenn der Abfall 1 ein flüchtiges radioaktives Element wie beispielsweise Technetium oder Iod enthält, kann zersetztes Gas, das Technetium oder Ion enthält, dadurch gesammelt werden, dass es in Kontakt mit einer alkalischen Lösung gebracht wird, um so die Emissions-Kriteriumsbedingungen zu erfüllen.
Eine kleine Menge an restlichen organischen Bestandteilen in dem behandelten Fluid 11 kann behandelt werden durch Zersetzung mit Ozon, Wasserstoffperoxid, oder Ultraviolettstrahlen, ohne dass sie erneut in den Reaktionsbehälter 34 eingegeben wird.
Wenn man ein radioaktives Nuklid in dem behandelten Fluid 11 durch Innenaustausch, Ausfällung oder Extraktion abtrennt, kann das Volumen an radioaktiven Elementen verringert werden. Darüber hinaus kann das behandelte Fluid 11 zur Volumenverringerung verdickt werden.
Schließlich kann der endgültig ausgestoßene Abfall zu einem stabilen, verfestigten Körper ausgeformt werden, oder kann ins Meer abgelassen werden.
Offensichtlich sind zahlreiche Abänderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung angesichts der voranstehend geschilderten Lehre möglich. Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen und sollen von den beigefügten Patentansprüchen umfasst sein.

Claims

Behandlungseinrichtung für organischen Abfall, bei welcher vorgesehen sind: ein Reaktionsbehälter (34) zum Zuführen und Zersetzen organischen Abfalls und zum Abziehen zersetzten organischen Abfalls als ein behandeltes Fluid; wobei der Reaktionsbehälter (34) aufweist: einen inneren Behälter (7), der aus korrosionsbeständigem Material besteht; einen äußeren Behälter (6), der aus druckfestem Material besteht, und so angeordnet ist, dass er den inneren Behälter (7) mit einem Spalt dazwischen umgibt; und ein Verbindungsrohr (8) zum Verbinden des Spalts und des inneren Behälters (7) miteinander außerhalb des äußeren Behälters (6), um hierdurch das Innere des Spalts und das Innere des inneren Behälters (7) auf im wesentlichen gleichen Druck einzustellen; wobei der innere Behälter (7) eine Heizzone (3) zum Erwärmen des zugeführten organischen Abfalls auf eine Temperatur aufweist, die höher ist als der kritische Punkt von Wasser, eine Reaktionszone (4) zum Halten und Zersetzen des organischen Abfalls auf einer Temperatur, die höher ist als der kritische Punkt von Wasser, und eine Kühlzone (5) zum Abkühlen des behandelten Fluids, das ein Zersetzungsprodukt des organischen Abfalls enthält, auf unterhalb von 100°C; wobei Hochdruckwasser oder Wasserstoffperoxidwasser in den Spalt zugeführt wird, und in den inneren Behälter (7) eingeführt wird, nachdem es durch das Verbindungsrohr (8) getreten ist; und wobei das Verbindungsrohr (8) mit einem Wärmetauscher (12) versehen ist, der in der Mitte des Verbindungsrohrs angeordnet ist.
Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: der innere Behälter (7) aus Titan, Tantal oder Titan-Palladium besteht; und der äußere Behälter (6) aus kohlenstoffarmem Stahl besteht, Edelstahl, oder einer Nickellegierung.
Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Temperatur des inneren Behälters (7) in der Reaktionszone (4) oberhalb einer Temperatur liegt, die höher ist als der kritische Punkt von Wasser, bis herauf zu 500°C.
Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: der innere Behälter (7) und der äußere Behälter (6) so ausgebildet sind, dass sie einfach an Grenzen der Heizzone (3), der Reaktionszone (4) und der Kühlzone (5) abgenommen werden können.
Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Ende des inneren Behälters (7) an dem äußeren Behälter (6) befestigt ist, und das andere Ende des inneren Behälters (7) mit dem äußeren Behälter (6) über eine Anordnung (16) zum Abfangen einer unterschiedlichen Ausdehnung infolge von Wärme bei dem inneren Behälter (7) und dem äußeren Behälter (6) verbunden ist.
Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: ein Zufuhrrohr (14, 15) zum Einbringen des organischen Abfalls in den inneren Behälter (7); wobei ein Ende (15) des Zufuhrrohrs an dem äußeren Behälter (6) befestigt ist; sich dass andere Ende (14) des Zufuhrrohrs in die Reaktionszone (4) des inneren Behälters (7) erstreckt; wodurch der organische Abfall und das Wasser oder das Wasserstoffperoxidwasser gemischt und miteinander zur Reaktion in der Reaktionszone (4) gebracht werden.
Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: ein Rohr (17A), das aus einem Material besteht, das bei hoher Temperatur beständig ist, und um ein Rohr (18) herum zum Abziehen des behandelten Fluids aus dem inneren Behälter (7) herum angeordnet ist, so dass eine Doppelrohranordnung ausgebildet wird; und eine Dichtungsvorrichtung (19), die zwischen dem Rohr (18) zum Abziehen des behandelten Fluids und dem Rohr (17A) vorgesehen ist, das aus dem Material besteht, das bei hoher Temperatur beständig ist; wobei das Rohr (18) zum Abziehen des behandelten Fluids aus dem inneren Behälter durch den äußeren Behälter (6) hindurchgeht; das Rohr (17A), das aus dem Material besteht, das bei hoher Temperatur beständig ist, an dem äußeren Behälter (6) befestigt ist, wodurch eine Anordnung gebildet wird, bei welcher der Spalt zwischen dem äußeren Behälter (6) und dem inneren Behälter (7) sowie ein Raum zwischen dem Rohr (17A), das aus dem bei hoher Temperatur beständigen Material besteht, und dem Rohr (18) zum Abziehen des behandelten Fluids verbunden sind; und das Hochdruckfluid in dem Spalt zwischen dem äußeren Behälter (6) und dem inneren Behälter (7) durch die Dichtungsvorrichtung (19) abgedichtet wird.
Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Reaktionszone des inneren Behälters ein zylindrischer Behälter ist, der aus Zylindern mit unterschiedlichen Innendurchmessern oder Rektifiziererplatten besteht, die abwechselnd in Längsrichtung des zylindrischen Behälters angeordnet sind.
Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: Trennventile (22, 23, 24), von denen eines in einer Leitung (20) zum Einbringen des organischen Abfalls in den Reaktionsbehälter (34) angeordnet ist, eines in einer Leitung (21) zum Abziehen des behandelten Fluids, das in dem Reaktionsbehälter behandelt wurde, und eines in dem Verbindungsrohr (8) zum Steuern des Inneren des äußeren Behälters (6) und des Inneren des inneren Behälters (7) auf praktisch gleichen Druck, wodurch der Druck im Inneren des inneren Behälters (7) höher wird als der Druck im Inneren des äußeren Behälters (6); und eine Einheit (26, 27) zur Erfassung einer internen Druckdifferenz zwischen dem inneren Behälter (7) und dem äußeren Behälter (6), um hierdurch ein Leck in dem inneren Behälter (6) feststellen zu können.
Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: eine Einheit (28) zur Messung der Wasserstoffionenkonzentration und/oder der Leitfähigkeit des Wassers bzw. des Wasserstoffperoxidwassers, das in den Spalt zwischen dem inneren Behälter (7) und dem äußeren Behälter (6) eingefüllt ist, um hierdurch ein Leck in dem inneren Behälter (7) feststellen zu können.
Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: eine Leitung zum Zuführen eines Oxidationsmittels, das aus Luft, Sauerstoff oder Ozon besteht, in den Reaktionsbehälter, zusätzlich zu einer Leitung zum Zuführen des organischen Abfalls und Wasser.
Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: einen Rahmen (30) mit einer daran angebrachten Rolle, der sich in Horizontalrichtung bewegen kann; wobei der Reaktionsbehälter (34) auf dem Rahmen (30) so angebracht ist, dass dann, wenn die Temperatur ansteigt, eine Wärmeausdehnung des Reaktionsbehälters ermöglicht wird.
Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: einen Tank (35) zur Aufbewahrung des organischen Abfalls; eine Pumpe (36) zum Zuführen des organischen Abfalls in den Reaktionsbehälter (34); einen Tank (37) zum Aufbewahren des Wasserstoffperoxidwassers; eine Pumpe (38) zum Zuführen des Wasserstoffperoxidwassers in den Reaktionsbehälter (34); einen Vorvakuumregler (39) zur Verringerung des Drucks des behandelten Fluids; einen Gas-Flüssigkeits-Separator (40) zum Auftrennen des behandelten Fluids in zersetztes Gas und zersetzte Flüssigkeit, einen Tank (41) zum Sammeln der zersetzten Flüssigkeit; und eine Haube oder einen Kasten (45), deren bzw. dessen Inneres auf Unterdruck gehalten wird; wobei der Reaktionsbehälter (34), der Tank (35) zum Aufbewahren des organischen Abfalls, die Pumpe (36) zum Zuführen des organischen Abfalls in den Reaktionsbehälter, der Vorvakuumregler (39) zur Verringerung des Drucks des behandelten Fluids, der Gas-Flüssigkeits-Separator (40) zum Auftrennen des behandelten Fluids auf zersetztes Gas und zersetzte Flüssigkeit, und der Tank (41) zum Sammeln der zersetzten Flüssigkeit in der Haube oder dem Kasten (45) angebracht sind.
Behandlungsverfahren für organischen Abfall mit folgenden Schritten: Zuführen einer Abfallflüssigkeit, die von einem Flüssigkeits-Szintillationszähler stammt, der zum Analysieren eines radioaktiven Elements verwendet wurde, als den organischen Abfall in die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1; und Behandeln des organischen Abfalls durch die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1.
Behandlungsverfahren für organischen Abfall mit folgenden Schritten: Hinzufügen von Natriumhydroxid zu dem organischen Abfall vorher, der in die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1 eingegeben wird; und Behandeln des organischen Abfalls durch die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1.
Behandlungsverfahren für organischen Abfall mit folgenden Schritten: Hinzufügen eines Reduziermittels wie beispielsweise Ammonium oder Ameisensäure zu dem organischen Abfall vorher, um so Nitrationen in dem organischen Abfall in Stickstoff umzuwandeln, der in die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1 eingegeben wird; und Behandeln des organischen Abfalls durch die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1.
Behandlungsverfahren für organischen Abfall mit folgenden Schritten: Behandeln des organischen Abfalls durch die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1; Trennen des behandelten Fluids von der Behandlungseinrichtung in zersetztes Gas und zersetzte Flüssigkeit; und Bringen des zersetzten Gases in Kontakt mit einer alkalischen Lösung, um hierdurch Technetium oder Iod aus dem zersetzten Gas zu sammeln.
Behandlungsverfahren für organischen Abfall mit folgenden Schritten: Behandeln des organischen Abfalls durch die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1; und Zersetzen organischer Bestandteile, die in der durch die Behandlungseinrichtung behandelten Flüssigkeit enthalten sind, durch Ozon, oder Wasserstoffperoxid, oder Ultraviolettstrahlung.
Behandlungsverfahren für organischen Abfall mit folgenden Schritten: Behandeln des organischen Abfalls durch die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1; Trennen des von der Behandlungseinrichtung behandelten Fluids in zersetztes Gas und zersetzte Flüssigkeit; und Abtrennen eines radioaktiven Nuklids, das in der zersetzten Flüssigkeit enthalten ist, durch ein Ionenaustauschverfahren, oder ein Ausfällungsverfahren, oder ein Extraktionsverfahren.
Behandlungsverfahren für organischen Abfall mit folgenden Schritten: Behandeln des organischen Abfalls durch die Behandlungseinrichtung für organischen Abfall nach Anspruch 1; Eindicken der zersetzten Flüssigkeit zu einem endgültigen Abfall und zersetzter Flüssigkeit; Ausbildung eines endgültigen Abfalls zu einem stabilen, verfestigten Körper; und Ausbringen der zersetzten Flüssigkeit ins Meer.