JP2002521701A - 有機廃棄物の熱分解 - Google Patents

有機廃棄物の熱分解

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Abstract

(57)【要約】 有機廃棄物分解システム及び方法では、一列に並んだ２つの反応器を備えていることを説明しており、各反応器では、幅広い種類の有機化合物を分解して、質量及び体積ともに低減するために、酸素により増加した過熱水蒸気を用いる。分解は、水蒸気／酸素の混合物がセラミックビーズの流動化層に注入されると、急速に起こる。流動化ガス混合物の速度により、固体廃棄物を分解する役割のビーズが攪拌され、また酸素により、ある程度の酸化が起こり、これにより、乾燥、熱分解、及び水蒸気改質の熱条件を補うことができる。殆どの熱分解は第１のステージで起こるが、第２のステージを装備して、相互反応物を用いて無機物の酸化状態を変化させ、また温度を利用して金属廃棄物を分離して、熱分解及び廃棄物形状の調節または気化を完了する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の属する技術分野） 本発明は、概ね、有機廃棄物の熱分解に関するものである。「処理」とは、熱
による手段により廃棄物を分解することであり、主な目的は、処理及び保管の負
担を低減するように量を減少させる機会を提供することである。特に、本発明は
有機廃棄物の熱分解に関する。
【０００２】 （発明の背景） 本発明は、１９９８年７月２８日出願の同じ発明の名称の米国特許出願第０９
／１２３，７７４号の対応出願であり、また該出願は、１９９６年７月１５日出
願のRolf Hesbol及びBradley Masonによる米国特許出願第０８／６８０，３８０
号（発明の名称「Method and Apparatus for the volume Reduction and Proces
sing of Nuclear Waste」）の一部継続出願である。該一部継続出願自体は、Rol
f HesbolとLars E. Holstによる１９９５年３月１７日出願の米国特許出願第０
８／４０３，７５８号であり米国特許第５，５３６，８９６号（発明の名称「Wa
ste Processing」）の一部継続出願である。さらに、これらの全出願は本発明の
被譲渡人へ譲渡されている。
【０００３】 何十年の間、水蒸気を用いて、他の化学的処理への原料として、有機化学物質
を分解する、すなわち、メタンを生成するか、または、水素と、一酸化炭素及び
二酸化炭素とを生成してきた。有機物の基本的な水蒸気改質処理は吸熱であるの
で、本技術分野における開発の多くが、エネルギー条件を満たすためにどのよう
にすれば最適であるかに焦点を当ててきた。外部加熱が供給されない場合、酸素
が供給原料に追加され、これにより、発熱を伴う酸化に起因する熱が供給される
のが、典型的である。
【０００４】 水蒸気改質における他の開発では、特に燃料としての合成ガスの生成において
、より大きな効率を上げるために、流動化層反応器と触媒に焦点を当てた。
【０００５】 核産業は、年間、放射能に汚染された、イオン交換媒質、スラッジ、及び溶剤
に分類されるかなりの量の廃棄物を生み出す。この廃棄物は、処理される前に、
種々の方法で、層ロックチャンバですなわち浅土埋設法により処理される。放射
性廃棄物の処理は技術的に複雑で、概して、量が増加することにつながり、その
結果として保管コストが増加する。従って、処理された廃棄物の量とその化学反
応性を低減する処理が非常に望まれる。
【０００６】 イオン交換媒質は有機材料である。媒質の基体は、通常、スルホン酸とアミン
基をグラフト重合したスチレンポリマーである。従って、この材料は、可燃性が
あるが、燃焼中に空気が供給されると、硫黄酸化物及び窒素酸化物が生成され、
それらは何らかの方法で分離しなければならない。さらに、燃焼中に、温度がか
なり高くなり、放射性のあるセシウムが部分的に気化する。燃焼樹脂が放射性を
帯びると、結果としてフライアッシュを同時に生じる可能性がある。この結果、
非常に高いパフォーマンスのフィルターシステムが必要である。従って、技術的
及び経済的な問題はイオン交換媒質の燃焼に関連している。
【０００７】 代替技術は熱交換である。ただし、この分野において公知の熱交換方法では、
いくつかの点で不十分である。特に、これまでに誰も、硫黄及び窒素含有放射性
廃棄物の問題を包括的に解決する熱交換処理を案出することができなかったし、
また、受容可能な経済的条件下で問題が解決されることもなかった。例えば、米
国特許第５，４２４，０４２号、５，４７０，７３８号、５，４２７，７３８号
、４，６２８，８３７号、４，６３６，３３５号、及び４，６５４，１７２号と
、スウェーデン特許第ＳＥ−Ｂ８４０５１１３−５号を参照されたい。
【０００８】 イオン交換媒質は、核産業が生み出す種類の有機廃棄物だけではなく、他の産
業が生み出す種類の放射性廃棄物だけでもない。いくつかの産業が、放射性廃棄
物と化学廃棄物の両方を含む混合廃棄物を生み出している。例えば、化学廃棄物
には、トリクロロエチレンまたはポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）などの有機溶剤
が含有されている場合がある。特に、併存する２つの危険性について、相異し時
に相反する法令が適用されるので、混合廃棄物は取り扱いが難しい。
【０００９】 放射能汚染物質を含有する廃棄物を効率的に分解することができ、また分解後
の廃棄物の残さの量と化学反応性を低減するように、分解が実行される処理が求
められる。
【００１０】 （発明の概要） 主な態様及び簡単な説明によると、本発明は、２つのステージの水蒸気改質器
を利用して有機廃棄物を分解するための方法及び装置に関する。廃棄物は、水蒸
気及び酸素から構成される流動化ガスとともに、２つのステージのうち第１のス
テージへ給送される。両ステージは、直径が３０００ミクロンまでのアルミナビ
ーズのような高密度の大きなビーズから形成された不活性媒質層を含む。流動化
ガスは、毎秒４００フィートまでの範囲の比較的速い速度で注入される。第１の
ステージで、高速のガスが、４５０から８００℃の範囲の温度で、１平方インチ
あたり４５ポンドまでの範囲の圧力で、熱分解される。炭素及び熱分解されなか
った廃棄物は、フィルターシステムにより、第１のステージから第２のステージ
へ運ばれる。
【００１１】 第２のステージで、熱分解は、必ず同じ状態で継続して行われるが、第２ステ
ージへ入ってくる初期の廃棄物の形状により異なるものの、正確な本来の廃棄物
の最終的な形状に作用するように、種々の相互反応物の使用及び適宜の温度選択
を行うことができる。廃棄物ガスは、従来の方法で捕捉され処理されて、高金属
含有無機粗粒が残り、廃棄される。
【００１２】 ２つの背中合わせの水蒸気改質器を用いることは、本発明の重要な特徴である
。２つのうち第１で、大量の熱分解と水蒸気による改質が生じることにより、第
２を用いて、改質を完了するだけでなく、最終廃棄物の形状を適宜調整すること
もできる。
【００１３】 流動化層反応器の大きなビーズサイズの不活性高密度媒質に関連して比較的高
い流体速度を用いることは、本発明の別の重要な特徴である。流動化ガスの速度
は、４００ＦＰＳ（フィート／秒）程度とすることができ、ビーズは、直径が３
０００ミクロンまでの範囲のアルミナ製とすることができる。高速であることに
より、媒質がより柔らかな砕けやすい供給原料を粉砕して、その結果、水蒸気へ
の露出と改質を促進するように、媒質が攪拌される。層材料の流動化媒質の動き
により、熱分解が促進され、場合によっては、液体ナトリウムまたは有機爆発物
などの供給原料の不必要な反応を防止するのに役立つ。
【００１４】 最終廃棄物の形状を調節するために第２ステージで、相互反応物を用いること
は、本発明の別の重要な特徴である。例えば、クロムなどの金属の酸化状態は、
有害な６価Ｃｒから非有害な３価Ｃｒまで変化させることができる。有害なナト
リウム、カルシウム、マグネシウム、及び他の金属塩を、対応の陽イオン及び／
または炭酸塩へ還元することも、利点である。さらに塩化物または他の相互反応
物は、亜鉛またはセシウムなどの金属を効果的にオフガスに対して分離するのに
用いることができる。このように、本処理を用いて、高レベルの放射性廃棄物か
ら高レベルのセシウムを取り出して、簡単に取り扱いのできる低放射性廃棄物と
同様に、商業的価値のある濃縮されたセシウム製品を生産することができる。ナ
トリウムを有する廃棄物とともに、炭素を加えることにより、高融解点の炭酸ナ
トリウムを容易に生成することができる。該炭酸ナトリウムにより、層媒質を融
解して凝集させることができる共晶ナトリウム塩の生成を除去することができる
。リン酸塩を有する廃棄物とともに、石灰（炭酸カルシウム）を加えることによ
り、システムにおいて、腐食性のあるリン酸塩イオンを脱離することができる安
定したリン酸カルシウムを容易に生成することができる。ある量の廃棄物を脱離
または還元することにより、もしそれを行わなければ特別な処理が必要となるこ
とから、廃棄物処理コストをかなり削減することができる。
【００１５】 放射性イオン交換樹脂に適用される場合の本発明の他の特徴は、低温で熱分解
が生じることである。低温で、放射性セシウムは、揮発してオフガスシステムに
入らずに、残さとともに残存する。オフガスシステムへセシウムがほんのわずか
でも流出するのを防止することにより、特別なセシウムトラップが不要となり、
従来のスクラバーが、オフガスシステムへ実際に入ろうとする少量を除去すれば
よい。さらに、セシウム及び塩化物が存在する場合、亜鉛を加えて、選択的に塩
化イオンと結合させ、また結果として生じた塩化亜鉛をオフガスに対して分離す
ることができ、これにより、放射性セシウムが廃棄物の残さとなる。
【００１６】 他の特徴及び利点は、以下の図面に添付された好ましい実施形態の詳細な説明
を注意深く読むことにより、有機廃棄物処理の技術分野の当業者には明らかだろ
う。
【００１７】 （好ましい実施形態） 本発明は、処分される有機廃棄物の体積及び質量が最初の体積及び質量より大
幅に減少するように、廃棄物を分解するための分解処理及びシステムである。さ
らに、環境に放出される処理された廃棄物の成分、すなわち、気体や水蒸気が、
放出前に無害にされる。
【００１８】 本処理では、特に放射性廃棄物について、さらに放射性イオン交換樹脂につい
て、記述していくが、種々の本システムの構成要素を用いて、有機廃棄物を以下
の処理により処理することができる。
【００１９】 本処理は、２つのステージの流動化層反応器で酸素を追加した水蒸気を用いる
熱分解に基づいているが、本処理では、ウェットスクラバーを含むの従来のオフ
ガス処理を用いて、気体状排出物を処理する。廃棄物処理による固体残さ、すな
わち、高金属酸化物含有無機粗粒が、処分またはさらなる処理のために充填され
る。本発明により処理することができる廃棄物には、イオン交換樹脂だけでなく
、水蒸気発生器洗浄溶液、溶剤、オイル、汚染除去溶液、不凍液、紙、プラスチ
ック、布、木材、土壌、スラッジ、硝酸塩、リン酸塩、及び汚染水もある。
【００２０】 イオン交換樹脂は、有機材料、一般にはスチレンから生成され、これは、アミ
ノ基を結合して陽イオン樹脂を生成するか、またはスルホン基を結合して陰イオ
ン樹脂を生成する。このような樹脂が核リアクタで使用されると、鉄、カルシウ
ム、二酸化珪素、及びごく微量の他の金属及び陽イオンが、約７％まで蓄積する
。
【００２１】 熱分解とは、化学量論上の酸素量がない状態で、熱を利用して有機材料を分解
することである。酸素が存在することにより、熱分解化合物または有機化合物の
熱条件を補う熱が提供されて、ある程度の酸化が可能となる。もしそうでなけれ
ばこれは吸熱反応となる。
【００２２】 本処理において、樹脂の有機成分は、水蒸気により、無機成分から分解蒸留さ
れる。樹脂ポリマーの弱い化学結合が、加熱されると結合が解けて、炭素、金属
酸化物、及び金属硫化物などの炭素数の少ない化合物となり、また、熱分解気体
は、二酸化炭素、一酸化炭素、水、窒素、炭化水素ガスを含み、典型的には合成
ガス（一酸化炭素、水素、メタンなど）と呼ばれる。改質後に残る少量の固体残
さには、圧倒的多量の放射性核種が含有されている。熱分解は、広い範囲の温度
で発生させることができるが、本処理は、低温度、一般に５５０から７００℃程
度の熱分解であり、これにより、揮発によるイオン交換樹脂における放射性金属
の発生が防止される。これらの金属は反応容器の残さに保持される。この結果、
セシウムのような放射性のある金属が揮発することに注意を払うことなく、清浄
で反応性の低い合成ガスを、高温で、二酸化炭素や水へ転化させることができる
。
【００２３】 ここで、図１を参照すると、全体を参照番号１０で示す本発明によるシステム
が図示されている。システム１０は、２ステージの水蒸気改質反応器１２及び１
４を備えている。廃棄物は、最初に反応器１２を、次に、反応器１２から、揮発
性ガスを取り除いた反応器１４を通過し、従来のガス処理システム（図示せず）
へ送られる。イオン交換樹脂２０は、乾燥及び熱分解のために、樹脂タンク２２
から第１ステージ反応器１２までに、スラリーにされる。他の形態の廃棄物は、
他の経路の改質器へ送られる。例えば、シュレディング、グラインディング、チ
ョッピングにより大きさが小さくなった固体廃棄物４０は、スクリューオーガー
４４により、固体廃棄物容器４２から反応器１２へ送られる。液体及び気体３０
は、例えば空気ポンプ３４を用いて、その容器から単純にポンプで吸入または注
入される。
【００２４】 第１ステージ反応器１２において、不活性媒質５０が流動層で用いられる。媒
質５０は、二酸化珪素またはアルミナが好ましく、非晶質のアルミナビーズであ
るのが最も好ましい。また該アルミナビーズの直径は、少なくとも２００ミクロ
ン、好ましくは３０００ミクロンまでであり、約８００ミクロンと１３００ミク
ロンとの間であるのが好ましい。酸性ガスが、第１ステージへ給送される場合、
これらのガスを中和する、Ｎａ2ＣＯ3、ＣａＯ、またはＣａＣＯ3などの、反応
媒質が好ましい。これらの媒質は、流動する媒質がより高い速度を持続するよう
に、高密度材料から生成されるのが好ましい。媒質を種々に選択することにより
、アルミナビーズのように、効果的で低コストの水蒸気改質用触媒として機能す
るだろう。
【００２５】 供給原料に硝酸塩が含まれる場合、石炭、木炭及び／または糖を加えて、容易
に、酸化熱を発生させ、また還元が発生しやすい環境を作り出し、硝酸塩を還元
して窒素にすることができる。炭素を使用することにより、還元度が非常に高い
、水素及び一酸化炭素雰囲気を生じて、硝酸塩から酸素が分離される。
【００２６】 流動化媒質は、不活性ガスとすることができるが、改質ガス及び酸化ガスの組
み合わせであるのが好ましい。媒質は酸素を有する過熱された水蒸気であるのが
最も好ましい。供給原料が液体である場合、廃棄物の液体成分を蒸発させるのに
必要な熱条件が高くなるために、水蒸気の量を減少させ、酸素量を増加させるこ
とができる。流動化速度は、層媒質により異なるが、一秒あたり１．０フィート
以上またはそれより高い速度の範囲であり、４００ＦＰＳ程度とすることもでき
るが、約１．２５ＦＰＳと５ＦＰＳとの間であるのが好ましい。
【００２７】 流動化速度が高いことには利点がいくつかある。垂直に配置された層における
流動化速度が高いことにより、層媒質が攪拌されて、柔らかで砕けやすい原料を
分解するのに役立つ。これにより分解が加速される。すなわち、反応器１２から
細かい粒子を運ぶのに役立つ。
【００２８】 流動化媒質は、放射性廃棄物を処理することを含む実施形態のための種々の適
宜の機能的設計により、分配することができる。分配パイプ５６が、反応器の底
を取り外さずに交換可能または供給可能なように、第１ステージ反応器１２の壁
に取り外し可能に形成されている。
【００２９】 反応器１２における第１ステージ改質後、排出物がフィルタ分離器６０で濾過
されて、揮発性有機材料及び過剰水蒸気から、炭素、酸化金属、及び他の無機合
成物が取り除かれる。
【００３０】 反応器１４の第２ステージ改質器へ移動する残さは、再度過熱水蒸気に露出さ
れ、安定炭素を一酸化炭素へ転化し、次に一酸化炭素はオフガスシステムへ排気
することができる。
【００３１】 本システムを用いて得られる還元質量及び体積の一例として、４９１０ポンド
の樹脂から始めて、第２ステージの改質器からの残さは、７３ポンドであり、こ
れは、重量減少率が６７．３で、体積減少率が６１．４である。さらに、熱分解
温度を７００℃未満に維持することにより、セシウムのオフガスシステムへの流
出分量は、１％未満に維持されるが、これは、より複雑で高価なセシウムトラッ
プを組み込むのではなく、スクラバーウォーターシステムに小規模な「ポリッシ
ング」イオン交換器を用いて、回復させることができる。
【００３２】 第１ステージ反応器１２と第２ステージ反応器１４の両方で熱分解を開始する
ために、電気ヒーター６２が必要である。ヒーター６２は、反応器に対して内側
または外側とすることができる。所定温度近くまたはその温度になると同時に、
流動媒質に酸素を追加することにより、酸化を発生させることができ、これによ
り、外側の超過加熱が未然に防止されて、処理量の割合が上昇する。さらに、熱
条件を低減するような反応器の壁を通じた熱交換が好ましい。
【００３３】 酸素注入と、電気ヒーター６２の使用及び熱交換に加えて、相互反応物を熱生
成に用いることができる。これらの相互反応物には、石炭、木炭、メタン、燃料
オイル、高エネルギー保有廃棄物などがある。
【００３４】 殆どの有機物を熱分解するための作用温度は、４２５℃から８００℃であるの
が好ましい。放射性のある供給原料については、温度範囲の上限は、腐食性、塩
の共融解、及びセシウム、アンチモン、テクネチウム、及びルテニウムの揮発性
を最小限にするように、７００℃であるのが好ましい。好ましい圧力範囲は１０
から４５ｐｓｉａ、最も好ましい圧力範囲は、１４から１５ｐｓｉａである。
【００３５】 操作において、高揮発性の流動媒質は、金属酸化物、灰、塩などを含む廃棄物
の細かく軽い残さを同伴し、合成ガス及び炭素とともに、反応器１２の上部から
運び出す。砂利、金属、有機堆積物などの、熱分解されないより重い廃棄物は、
反応器１２の底部６４から取り出される。この分離を簡単に行うために、高い流
動速度が、より大きくより高密度の層媒質と組み合わせて用いられる。流動化ガ
スは、少なくとも１．０ＦＰＳ（フィート／秒）から４００ＦＰＳ、好ましくは
約３００ＦＰＳの速度で注入される。層媒質は、直径が２００から３０００ミク
ロンで、アルミナまたは二酸化珪素などの金属酸化物から生成されているのが、
好ましい。摩擦による減損を除けば、反応器１２の層媒質５０は、反応器１２内
に残存する。さらに、より多くの層媒質は、より柔らかなより砕けやすい廃棄物
の粒子を分解するのに役立つ。
【００３６】 廃棄物が、第１ステージの反応器１２の底部６４から取り出されると、層媒質
５０は、廃棄物の残さから分離され再利用することができる場合が多い。イオン
交換樹脂の処理による廃棄物の残さは、最初に、磁性体の金属酸化物から生成さ
れており、従って、磁気を利用して分離することができるのが一般的である。
【００３７】 第１ステージへ給送された廃棄物の形状により異なるが、産出物には、軽い有
機化合物、すなわち、二酸化炭素、一酸化炭素、水素ガス、炭化した安定炭素、
金属、酸化物及び他の無機物と、水（水蒸気）とが含まれる可能性がある。
【００３８】 第１ステージ反応器１２を出た後、水簸された固体が、フィルター／分離器６
０により合成ガスから取り除かれる。フィルター／分離器６０は、焼結金属また
はセラミックエレメントから形成されており、確実に、フィルター／分離器６０
の温度を合成ガス流の露点より上に維持するように、エレメント及びヒーターを
清浄にするための逆流を起こすことができる。フィルター／分離器６０により集
められた固体は、冷却ネジロックバルブまたはエゼクターを用いて底部６４から
取り出して、第２ステージ反応器１４へ送ることができる。
【００３９】 次に、炭素、非熱分解有機物、及び他の固体が、過熱された水蒸気と任意の酸
素とともに、第２ステージ反応器１４へ注入される。炭素は、反応器１４で、水
蒸気及び酸素と接触して気化し、また、熱分解されなかった有機物が熱分解され
、不活性固体は反応器１４から運び出される。殆ど全ての固体残さは、第１ステ
ージ１２を用いたのと同様に、第２フィルター／分離器７６で濾過することによ
り分離され、第１フィルター／分離器７４に追加され、使い捨て容器７８へ入る
。第２ステージ反応器１４の温度及び圧力の操作環境は、第１ステージ反応器の
場合と同じにすることができる。層媒質７２及び流動化ガスは、同じものである
。ただし、所定量の熱分解が、第１ステージですでに生じているので、第２ステ
ージは、残さを分離するか、または他の方法で残さを化学的に変化した最終形状
にするために用いることができる。
【００４０】 例えば、硝酸塩が、第２ステージで収容された廃棄物中にある場合、反応器１
４に炭素が存在することにより、硝酸塩がそれほど有害でない窒素ガスになり、
硝酸塩はガス出口で１００ｐｐｍまで減少する。流動化ガスとともに導入された
相互反応物は、廃棄物を酸化または還元するのに用いることができ、有害な６価
Ｃｒを非有害な３価Ｃｒへと変化させるような、処理がより簡便となるようなる
酸化状態へ変える。相互反応物が過剰な水蒸気または他の熱分解ガスと反応する
可能性があるので、この種の反応は第１の反応器１２で行うのは難しい。また、
反応器１４において、処理はさらに困難な場合がある。
【００４１】 ある金属は、他の金属に較べて低い温度で揮発するので、第２ステージで温度
を操作することにより分離することができる。例えば、亜鉛は、単に、カドミウ
ムが揮発する温度より高い操作温度、かつ他の金属が揮発する温度より低い操作
温度を選択することだけで、セシウム、アンチモン、ルテニウムから分離するこ
とができる。
【００４２】 第２ステージは、ＣａＣＯ3をＣａＯへ、ＮａＮＯ3をＮａ2Ｏへなどの転化す
るようなカルサイナーとして作動され、オフガスシステムのスクラバーで使用す
る際にも作動することができる。
【００４３】 第１及び第２ステージ起源の合成ガスが、ガス処理システムへ流れ、該ガス処
理システムで、ガスがいくつかの方法のうち１つの方法で、条件設定され、いく
つかの方法の全ては従来の技術を利用したものである：揮発性有機ガスが酸化さ
れ、加熱されたガスが冷却され、酸性ガスが洗浄されて安定塩に転化し、超過水
蒸気が凝縮されて取り出される。また、冷却され洗浄されたガスは放出前に濾過
される。ガスは、放出前に、確実に、受容可能な環境放出要件を満たすように、
濾過される。
【００４４】 添付の特許請求項により限定された本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り、
上述の本好ましい実施形態に対して変形及び代替を多く行うことができることは
、廃棄物を分解する当業者には明らかだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図において、図１は、本発明の好ましい実施形態により有機廃棄物を熱分解す
るためのシステムの概略図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年７月３１日（２０００．７．３１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，Ｚ Ｗ

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属イオンで汚染された廃棄物材料を分解する方法であって
    、該方法は、 少なくとも４２５℃以上で且つ使用済みイオン交換樹脂の金属イオンの揮発温
    度より低い温度の処理温度まで不活性ビーズの層を含む反応器を加熱するステッ
    プと、 実質的に全ての前記廃棄物材料が、前記処理温度で熱分解されて、前記金属イ
    オンを含む金属酸化物高含有無機残さが残るように、水蒸気及び廃棄物材料を前
    記反応器へ注入するステップとを含む方法。
  2. 【請求項２】 前記不活性ビーズは非晶質アルミナビーズである請求項１に
    記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記反応器の前記廃棄物材料を攪拌して熱分解を加速する前
    記ステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記水蒸気が前記廃棄物材料を攪拌する速度で注入される請
    求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記水蒸気は少なくとも毎秒１．０フィートの速度で前記反
    応器に注入される請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記水蒸気とともに相互反応物を注入して、前記金属イオン
    の原子価状態を変える前記ステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記反応器は、直径が少なくとも約２００ミクロンのアルミ
    ナビーズの層を備え、前記水蒸気は、前記層を流動化する程度の速度で注入され
    る請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記反応器は、直径が少なくとも約２００ミクロンのアルミ
    ナビーズの層を備え、前記水蒸気は、前記層のビーズを攪拌する程度の速度で注
    入される請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記反応器は、前記反応器に入らなくても取り除くことがで
    きる流体ガスディストリビュータを備える請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記反応器に酸素を同時に注入する前記ステップをさらに
    含む請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記廃棄物材料は、固体状、液体状、気体状、または混合
    物である請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 金属イオンで汚染された使用済みイオン交換樹脂を分解す
    る方法であって、前記方法は、 不活性ビーズの層を含む第１の反応器を、第１の処理温度まで加熱するステッ
    プと、 不活性ビーズの層を含む第２の反応器を、第２の処理温度まで加熱するステッ
    プと、 水蒸気とイオン交換樹脂を、産出廃棄物を有する前記第１の反応器へ注入する
    ステップと、 実質的に全ての前記イオン交換樹脂が、熱分解及び気化されて、前記金属イオ
    ンを含む金属酸化物残さが残るように、前記第１の反応器の産出廃棄物、及び水
    蒸気を、前記第２の反応器へ注入するステップとを含む使用済みイオン交換樹脂
    を分解する方法。
  13. 【請求項１３】 前記不活性ビーズは非晶質アルミナビーズである請求項１
    ２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記第１及び第２の反応器は、直径が少なくとも約２００
    ミクロンのアルミナビーズを含み、また前記水蒸気は、少なくとも毎秒約１．０
    フィートの速度で注入される請求項１２に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記第１及び第２の処理温度は８００℃未満である請求項
    １２に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 相互反応物を前記第２の反応器に注入して、前記第１の反
    応器の前記産出廃棄物の原子価状態を変える前記ステップをさらに含む請求項１
    ２に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記産出廃棄物は前記第２の反応器でか焼される請求項１
    ２に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記第１及び第２の反応器は、前記反応器に入らなくても
    取り除くことができる流体ガスディストリビュータを備える請求項１２に記載の
    方法。
  19. 【請求項１９】 放射性廃棄物を処理する方法であって、前記方法は、 媒質を含む第１及び第２反応器を約４２５℃より上でかつ約８００℃未満に加
    熱するステップと、 水蒸気と酸素を前記第１の反応器へ注入し、水蒸気を前記媒質層を流動化する
    程度の速度で前記第２の反応器へ注入するステップと、 前記廃棄物を前記第１の反応器へ注入するステップと、これにより、前記廃棄
    物が少なくとも部分的に熱分解されて水簸物が生成され、 前記第１の反応器の前記水簸物に含まれる固体から気体を濾過するステップと
    、 前記固体を前記第２の反応器へ注入して、前記放射性廃棄物を完全に熱分解し
    気化するステップとを含む放射性廃棄物を処理する方法。
  20. 【請求項２０】 酸素が前記第２の反応器にさらに注入される請求項１９に
    記載の方法。
  21. 【請求項２１】 相互反応物を前記第２の反応器に注入して、前記固体の酸
    化ステップを変化させる前記ステップをさらに含む請求項１９に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記第２の反応器の前記固体をか焼する前記ステップをさ
    らに含む請求項１９に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記第１及び第２の反応器の前記温度は、前記固体の放射
    性のあるセシウムが揮発しないように、６５０℃未満に維持される請求項１９に
    記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記水蒸気と酸素は少なくとも毎秒１．０フィートの速度
    で注入される請求項１９に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記第１の反応器の温度は、５５０℃未満に維持され、前
    記第２の反応器の温度は、前記固体の金属を分離するように種々変更される請求
    項１９に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記第１及び第２の反応器は約１０ｐｓｉａと４５ｐｓｉ
    ａとの間の圧力に維持される請求項１９に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記媒質は、直径が２００と４０００ミクロンとの間のア
    ルミナビーズである請求項１９に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記廃棄物はリン酸塩を含み、前記リン酸塩と反応して安
    定塩を生成する相互反応物を加える前記ステップをさらに含む請求項１９に記載
    の方法。
  29. 【請求項２９】 前記媒質は非晶質アルミナビーズである請求項１９に記載
    の方法。
  30. 【請求項３０】 前記第１及び第２の反応器は、前記反応器に入らなくても
    取り除くことができる流体ガスディストリビュータを備える請求項１９に記載の
    方法。
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