JP2005516756A - 危険な材料または高エネルギの材料を廃棄処理する装置 - Google Patents

Abstract

危険な、あるいは高エネルギの材料を廃棄処理する装置は、それ自体知られているように、耐圧チャンバ（２）を有しており、その中で材料を管理された条件の元で反応させることができ、その最終生成物は危険ではない。チャンバ（２）内で上から下へ移動床（１６）が移動し、その移動床は、ばら材料および廃棄処理すべき材料の供給と、ばら材料および反応に基づく残留物質の混合物の排出との間で動的に均衡するように形成されている。移動床（１６）の内部に、中空体（４０）が配置されており、その中空体は移動床（１６；１１６）内に収容されて、かつ外部の燃料ガス源と接続されている。

Description

本発明は、危険な材料または高エネルギの材料を廃棄処理する装置に関するものであって、次のものを有している：
ａ）その中で、制御された条件下で材料を反応させて無害な最終生成物とする耐圧チャンバ、
ｂ）上記チャンバ内を上から下へ移動する移動床であって、ばら材料および廃棄処理すべき材料の供給と、該ばら材料と反応による残留物質との混合物の排出とが、動的に均衡するように形成されている移動床、および
ｃ）上記移動床内へ燃料ガスを導入する少なくとも１つの装置。

この種の装置は、ＤＥ１９９１１１７５Ａ１に記載されている。反応の際に、特に廃棄処理物質が爆轟する際に生じる、装置にとっての負担をできるだけ小さく抑えるために、廃棄処理物質が好ましくは移動床の中央へ案内されて、そこでまた反応するようにもされる。この既知の装置においては、燃料ガスは蓋状のチャンバ頂部に形成された開口部を通して移動床内へ導入される。従って移動床の加熱は直接、チャンバ頂部に隣接した、その上側で開始される。このことは、好ましからぬ状況の下では、反応に必要な温度が移動床の上面に近づき過ぎており、従って反応の時点ではまだ、廃棄処理物質をばら材で十分に覆うには至らない。さらに、この既知の装置においては、ばら材全体がほぼ同じように加熱され、それが比較的高いエネルギ需要をもたらす。

本発明の課題は、冒頭で挙げた種類の装置を、その稼動がもっと少ないエネルギ消費で行われるように、形成することである。

この課題は、本発明によれば、燃料ガスを導入する装置が、少なくとも１つの中空体を有しており、その中空体が移動床の内部に収容されており、かつその中空体が外部の熱ガス源に接続されていることによって、解決される。

従って本発明によれば、反応ゾーン内で十分に高い温度をもたらすべき燃料ガスは、移動床の外側面にではなく、移動床の内部に、それが直接反応ゾーンへ供給されるように、導入される。従って、ばら材料の質量の一部だけがある、移動床の中央領域のみを加熱すれば済む。これは、著しいエネルギ節約と結びついている。移動床内の反応ゾーンの「深さ」は、問題なく調節することができる。とういのは、熱供給は外部からは行われないからである。

好ましくは、中空体は、廃棄処理すべき材料の移動路を同軸に包囲するリングである。このようにして、廃棄処理材料を反応させるゾーンを、所望かつ均質に温度調節することができる。一般に、廃棄処理すべき材料の移動路は、チャンバの軸線内にあるので、リング状の中空体はチャンバ軸線に対して同軸に配置される。

中空体を形成するリングは、円形リングである必要はない。リングは、多角形であってもよく、そうすると容易に形成することができる。

本発明の代替的な形態においては、つながったリング状の中空体の代わりに、複数のリングセグメント状の中空体が設けられており、それらの中空体が廃棄処理すべき材料の移動路を同軸に包囲する。これは、容易に形成できる他に、リングセグメント状の中空体によって包囲される、反応ゾーンに隣接する内部空間を、移動床の外側領域と良好に連通させて、特に、中空体を損傷することなしに、機械的エネルギを外側領域へ導くことができる、という利点も有している。

代替的に、中空体を廃棄処理すべき材料の移動路内に直接配置することもできる。その場合には中空体は、その周面全体にわたって半径方向に燃料ガス流を効果的に放出する。

本発明の好ましい実施形態においては、ガスを導入するための他の装置が設けられており、その装置はガス流を発生させ、そのガス流が中空体により発生される燃料ガス流を包囲して、この燃料ガス流を移動床の反応ゾーンとその周囲へ集中させる。この付加的なガス流は、燃料ガス流をある程度「包囲」して、そのガス流の大きな部分が移動床の外側領域へ逃げることを阻止し、そこではガス流はエネルギ的に有効ではなく、かつ装置のエネルギ収支を悪化させてしまう。

そして、特に大きい寸法を有する装置においては、移動床内で燃料ガスを導入する少なくとも１つの中空体の下方に装置が設けられており、その装置によって冷却ガス流を移動床内へ導入することができるようにすることが、推奨される。このようにして、上から下へ移動する熱いばら材料が、装置から排出される前に必要な冷却を得ることが、保証される。

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

まず、図１を参照する。図は、特にヒ素を含む化学兵器物質を有する榴弾を廃棄処理することのできる、竪炉１を示している。竪炉１は、ほぼ円筒状の上方のセクション３と下方へ向かって円錐状に細くなる下方の排出セクション４とを備えたチャンバ２を有している。排出セクション４は、出口開口部５を有しており、その出口開口部を介して排出セクション４が排出収集室６と連通している。排出収集室６の底の近傍に、排出開口部７が設けられている。排出収集室６の底から比較的大きい距離で、ガス流出開口部８が設けられている。

チャンバ２の円筒状のセクション３の上に、蓋状のチャンバ頂部１０が取り付けられており、そのチャンバ頂部には種々の流入口１１、１３、１４、１５が形成されている。中央の流入口１５を除いて、流入口１１、１３、１４はそれぞれペアで配置されており、それらは同一の機能を有し、流れに沿って平行に配置され、かつ中央の流入口１５に対して対称に配置されている。

半径方向最も外側にある流入口１１を介して、かつ中央の流入口１５に隣接する２つの流入口１４を介して、チャンバ２の内部空間へ後述する方法でばら積み（粒状材料）が供給され、そのばら積みは装置が新しい状態においてはスチール球のみからなり、稼動が経過するにつれてスチール球と榴弾が爆轟した際に発生するくず鉄との混合物からなる。このばら積みは、竪炉１の稼動準備ができた状態において、図１に示すように、チャンバの排出収集室６の一部、円錐状の排出セクション４全体および円筒状のセクション３全体を満たす。その場合にスチール球は、チャンバ１の内部に移動床の形の「流動性の」ばら積み１６を形成するような寸法に設計されている。

移動床１６の、チャンバ頂部１０に隣接する表面の下に所定距離をおいて、点火装置１８が、たとえば電場を発生させる２つの電極の形式で、設けられている。

チャンバ頂部１０の中央の流入口１５を介して、廃棄処理すべき榴弾が供給される。その場合にこの榴弾は、流入口１１、１４を介して導入された、くず鉄とスチール球の混合物と混合されて、その混合物と共に、移動床１６に一体化されて、竪炉１の内部で、後述するように、下方へ移動する。

流入口１１と１４との間に位置する流入口１３を介して、所定の温度を有する第１の燃料ガスが導入される。チャンバ頂部１０に、図示されていない他の流入口を設けることができ、それを介して補助物質、たとえば水、燃料、空気、冷却ガスおよび化学薬品が、それぞれ竪炉１内で廃棄処理すべき材料の種類に応じて、導入される。必要とされない流入口１１、１３、１４は、もちろん、竪炉１の稼動中は閉鎖される。

排出収集室６の排出開口部７は、導管１９によって解毒設備２０と接続されている。他の導管２１がガス流出開口部８を、同様に解毒設備２０と接続している。

榴弾内に含まれている、化学的な兵器物質を解毒（無害化）する、解毒設備２０の正確な構造は、この関連においては重要ではない。ここで展開される化学／物理的プロセスは、ＤＥ４４３８４１２Ｃ２に記載されているものと一致する。解毒設備２０から４本の導管を介して種々の生成物を取り出すことができることを示唆するだけで十分である。導管２２を介しては、表面に反応生成物が堆積している可能性のあるばら材料が、解毒設備２０を出て行く。導管２３を介しては、固体の形状の種々の残留物質が取り出される。導管２４を介しては、榴弾のジャケットに基づくくず鉄が、そして導管２５を介しては浄化されたガスが流出し、流出したガスは暖炉へ供給することができる。

ばら材料を案内する導管２２は、点２６において第１の導管２７および第２の導管２８へ分岐している。第１の導管２７は直接、チャンバ頂部１０の半径方向最も外側の流入口１１へ通じている。それに対して第２の導管２８の途中には、クーラー３０が設けられており、クーラー３０内でばら材料をより低い温度へ冷却することができる。導管２８は、クーラー３０からさらに、中央の流入口１５に隣接する２つの流入口１４へ通じている。導管２８内には、さらに導管３１が開口しており、導管３１を介して必要に応じて新しいスチール球を取り込むことができる。

移動床の表面から下方へ所定距離にあって、しかし点火装置１８よりは上方の、移動床１６の内部に、リング状の中空体４０がチャンバ２に対して同軸に配置されている。中空体４０は、その半径方向内側に位置するジャケット面に孔（パーフォレーション）４１を有しているので、中空体４０の内部とチャンバ２の内部との間にガスの流通が可能であるが、移動床１６から中空体４０内へ粒子が侵入することはない。

中空体４０は、さらに、半径方向に延びる供給管４２を介して供給導管４３と接続されており、その供給導管を介して第２の温度を有する第２の燃料ガスが供給され、その第２の温度は好ましくは、流入口１４へ供給される第１の燃料ガスの温度より上である。

上述した装置は、次のように作動する。チャンバ頂部１０の流入口１１、１４を介してばら材料を連続的に供給し、同じ程度に排出収集室６内の排出開口部７を介してばら材料の取出しが行われることにより、かつ導管２２、２７および２８を介してばら材料を戻すことによって、ばら材料の連続した循環が維持される。導管３１を介して外部から随時必要なだけの新しいスチール球の補充が行われる。竪炉１の内部には、図１に示す移動床１６が形成され、移動床１６は流入と排出が動的に均衡する（時間経過に対して常に均衡する）ことによってほぼ図示の形状を維持する。

廃棄処理すべき榴弾は、適当に定められた量でチャンバ頂部１０の流入口１５を介して供給されて、その際にばら材料に混ざり込む。チャンバ頂部１０において、移動床１６は少なくとも流入口１５の近傍においては、たとえば１２０℃の、榴弾の点火温度よりもずっと下の温度を有している。それは特に、チャンバ頂部１０の流入口１３を介して導入される第１の燃料ガスの温度を適当に選択することによっても、もたらされる。もちろんこの温度は、上述した１２０℃よりも幾分高い温度にすることも可能である。というのは、この燃料ガスの導入場所は、榴弾が下方へ移動する、移動床の中央ゾーンの半径方向外部に位置しているからである。経験によれば、半径方向の熱交換は制限された形でしか行われないので、流入口１５の近傍の中央の領域においてより低い温度を有する所定の温度プロフィールを半径方向に沿って形成することができる。

移動床１６内で榴弾がばら材料と共に下方へ下降すると、それらは移動床１６の、中空体４０から流出する第２の燃料ガスによってより高い温度にされる領域へ達する。移動床１６が下方へ移動する際にさらに温度上昇するのは、榴弾の制御された爆発からもたらされる熱エネルギによる。従って榴弾が下方へ移動する途中で、点火装置４０の近傍へ来ると、榴弾はすでに、もはや点火温度から余り遠くない温度を有している。制御された爆発を作動させるためには、他のエネルギ供給および／または点火装置１８により、さらに比較的小さく温度上昇させるだけで十分である。その場合に遊離される熱的および機械的エネルギは、榴弾を包囲するばら材料によって吸収され、一部はチャンバ２の壁へ伝えられ、その壁はそのために適切な方法で形成されている。

爆轟と結びついた反応と場合によっては後続の反応は、移動床１６を形成する材料がチャンバ２の下方の排出セクション内へ進入した時に、終了する。従ってここでは移動床１６は、大体においてスチール球、爆発の際に金属の榴弾ジャケットから生じた金属屑、反応生成物としての化学薬品およびガスを有している。固体のばら材料は、排出開口部７と導管１９を介して解毒設備２０へ供給される。竪炉１をばら材料と同一の方向へ通過したガスは、流出開口部８を介して同様に解毒設備２０へ導入される。

解毒設備２０から導管２２を介してまだ高い温度で出て行くばら材料は、こんどは竪炉１の熱管理に応じて分岐点２６で２つの部分流へ分割される。ばら材料の第１の部分流２７は、冷却されずに、従って高い温度で、導管２７と流入口１１を介して竪炉１の内部へ達する。従って、全ばら材料の２０％から７０％を案内することのできる、ばら材料のこの部分流は、新たに外部の熱供給によって温度を上げる必要はなく、その分のエネルギが節約される。クーラー３０内で冷却されて、導管２８と流入口１４を介して竪炉１の内部へ導入される、ばら材料の第２の部分流２８は、できるだけ少なく抑えられる。この部分流と、流入口１３および中空体４０を介した第１および第２の燃料ガスの供給とによって、竪炉１の内部で垂直方向に存在している温度プロフィールが所望の推移をとるように、すなわちばら材料１６の上方の中央領域内ではまだ榴弾の着火温度に達せず、榴弾が移動床１６の上方の表面から十分な距離をおいて初めて爆轟するようにできる。

移動床１６の内部の中空体４０を介して、従って、高い温度が必要とされる場所で、第２の燃料ガスを導入することによって、著しいエネルギ節約が得られる。チャンバ頂部１０に形成された流入口１３を介して供給される第１の燃料ガスの機能は、大体において、中空体４０から流出する第２の燃料ガスが移動床１６の外側領域へ広がるのを阻止することにある。

図２に示す装置は、爆裂榴弾、従って化学的な兵器物質を含まず、その代わりに大量の爆裂物質を含む榴弾を廃棄処理するように定められている。この装置の一般的な構造は、図１の装置に似ている。従って同様な部分は、図１と同じ参照符号に１００を加えて示されている。

すでに説明したように、図２では、化学的な毒を含む材料は処理されないので、竪炉１０１から流出する生成物を別の解毒設備へ供給することは不要である。むしろ、排出開口部１０７を介して竪炉１０１を出たばら材料は、導管１２２を介して冷却／分離装置３０へ供給される。この冷却／分離装置１３０内では、まず冷却が行われ、次に処理された材料の爆轟の際に粉々になった榴弾ジャケットから生じたくず鉄とスチール球との分離が行われる。比較的大きいくず鉄は、導管１８１を介して他の廃棄処理へ放出され、冷却されたスチール球と場合によっては細かいくず鉄粒子が導管１２８を介してチャンバ頂部１１０に設けられた流入口１１４へ戻される。

図２に示す竪炉１０１においては、移動床１１６を必要な温度に加熱する燃料ガスを、移動床１６の移動と同じ方向ではなく逆方向に流すことが可能である。これは、エネルギ的な利点を有している。すなわち、下から上へ逆流して導かれる燃料ガスが反応ゾーンから来るばら材料のエネルギを吸収して上方へ導き、それによって移動床１１６の中央で十分な温度水準をもたらす。燃料ガスがさらに下から上へ向かう推移において、燃料ガスはそのエネルギを上方から供給されるまだ冷たいばら材料へ放出し、そのばら材料を加熱し、燃料ガス自体は冷却される。

詳細には、燃料ガスの循環は、以下のようにもたらされる：

移動床１１６の内部に、ただしこの形態場合は点火装置１１８の下方において、互いに対してかつ竪炉１０１のチャンバ１０２に対して同軸に、２つのリング状の中空体１４０と１５０が配置されている。中空体１４０と１５０は、その構造においては図１の実施例における中空体４０の構造に完全に相当する。上方の中空体１４０は、本来の反応ゾーンの近傍において比較的高い温度にある熱い燃料ガスを供給するために用いられ、かつそこで温度が十分に高いことを保証する。それに対して少し下方に配置されている、第２の中空体１５０は、より低い温度のガスを供給される。その機能は、第１に、上方から下方へ反応室から移動するばら材料を冷却し、低温になった状態のばら材料が竪炉１０１の排出開口部１０７から流出できるようにすることである。比較的小さい寸法の竪炉１０１においては、この第２の中空体１５０は省くこともできる。

図２の竪炉１０１のチャンバ１０２は、円筒状の領域１０３と円錐状の排出セクション１０４の間に、直径が幾分増大した、同じく円筒状の領域１５１を有している。円筒状の篩あるいは格子１５２によって、第２の円筒状のチャンバセクション１５１が位置する軸方向領域においても移動床１１６の直径が維持されるので、篩または格子１５２と円筒状のチャンバセクション１５１との間に、環状空間１５３が残される。

上方のリング状の中空体１４０はこの場合も半径方向の供給管１４２を介して、下方の中空体１５０は円錐状の排出セクション１０４を貫通する、半径方向かつ下方へ延びる供給管１５２を介して、そして環状空間１５３は円筒状のチャンバセクション１５１に形成された流入口１５５を介して、それぞれ所定の温度のガスを供給可能である。

図２の実施例の開口部１１４は、図１に示す実施例では第１の燃料ガスの流入口として用いられるが、ここでは燃料ガスのための流出開口部の機能を有している。この開口部は導管１５６を介して流入口１５５ないしは供給管１５４と接続されている。図面には図示されていない適切な送風機が、ここを循環する空気の循環をもたらす。導管１５６から分岐管１５７が分岐しており、その中にそれぞれ加熱アグリゲート１５８が配置されている。導管１５７は、加熱アグリゲート１５８からさらに供給管１４２へ通じており、その供給管を介して上方の環状の中空体１４０へ供給がなされる。

図２を用いて上述した装置の機能は、図１の装置の機能とほぼ一致する。主要な差は、燃料ガスの異なる流れ方向、その循環および冷却されずに移動床へ戻されるばら材料流がないことに見られる。従って加熱アグリゲート１５８から来る熱い燃料ガスを供給される、上方のリング状の中空体１４０は、ここでも反応ゾーンの近傍で十分な温度をもたらし、冷却されない循環するガスを供給される下方の中空体１５０は、反応ゾーンを出るばら材料の冷却をもたらし、流入口１５５を介して環状空間１５３内へ導入されて、そこから移動床１１６の、半径方向外側に位置する領域へ導入される、同様により冷たい燃料ガスは、ここでも、第１の環状の中空体１４０を介して導入される熱い燃料ガスが移動床１１６の外側領域へ広がることを、阻止する。

ヒ素有機化学兵器物質を含む榴弾を廃棄処理する装置の軸断面を示す。 爆裂榴弾を廃棄処理する装置の軸断面を示す。

Claims (7)

1. 危険な又は高エネルギーの材料を廃棄処理する装置であって、
   ａ）その中で、制御された条件下で材料を反応させて無害な最終生成物とする耐圧チャンバ、
   ｂ）上記チャンバ内を上から下へ移動する移動床であって、ばら材料および廃棄処理すべき材料の供給と、該ばら材料と反応による残留物質との混合物の排出とが、動的に均衡するように形成されている移動床、および
   ｃ）上記移動床内へ燃料ガスを導入する少なくとも１つの装置
   を有する廃棄処理装置において、
   ｄ）上記燃料ガスを導入する装置が、少なくとも１つの中空体（４０；１４０）を有しており、該中空体が上記移動床（１６；１１６）内に収容され且つ外部の燃料ガス源と接続されていることを特徴とする廃棄処理装置。
2. 上記中空体（４０；１４０）が、上記廃棄処理すべき材料の移動路を同軸に包囲するリングであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 上記中空体（４０；１４０）を形成する上記リングが多角形であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 複数のリングセグメント状の上記中空体（４０；１４０）が設けられており、該中空体が上記廃棄処理すべき材料の移動路を同軸に包囲していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 上記中空体が、廃棄処理すべき材料の移動路内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. ガスを導入するための他の装置（１３；１５３）が設けられており、前記装置は、中空体（４０；１４０）によって発生される燃料ガス流を包囲して、燃料ガス流を移動床（１６）の反応ゾーンとその周囲に集中させる、ガス流を発生させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 移動床内で、移動床（１１６）の内部の燃料ガスを導入する少なくとも１つの中空体（１４０）の下方に、装置（１５０）が設けられており、前記装置によって冷却ガス流を移動床（１１６）内へ導入することができることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。

Images