JP2006507108A

JP2006507108A - ドラム内熱分解システム

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Publication number: JP2006507108A
Application number: JP2004545221A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．ブラッドリーメイソン
Original assignee: スタッズビクインコーポレイテッド
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2006-03-02
Also published as: EP1539302B1; WO2004036117B1; AU2003296889A8; US7763219B2; EP1539302A4; US7491861B2; WO2004036117A2; AU2003296889A1; US20080039674A1; WO2004036117A3; EP1539302A2; US20040024279A1

Abstract

熱分解と水蒸気改質によって、５５ガロンドラムから直接的に有害廃棄物を処理する装置および方法。方法は有害廃棄物の中に存在する有機物を蒸発させるために熱を使用する熱分解器（１０）に基づいている。廃棄物はアルファ放射性核種の塊を取り扱う必要がないようにするために、および、臨界制御を確実にするために元のドラム（２４）の中で加熱される。熱分解温度で、ドラム内の全ての液体と有機物は蒸発および揮発する。その結果、ドラム内の廃棄物は放射性金属を含んでいる炭化物を伴って、乾燥し、不活性で、無機質のものになる。熱分解によって発生した排ガスは主に、廃棄物の入ったドラムの中に存在する様々なプラスチックおよび他の有機物の分解からの水蒸気、揮発した有機物および酸性ガスからなっている。それから、熱分解により発生した排ガスは収集され、そして、熱分解器（１０）と流体連絡している酸化環境下で作動している排ガス処理システム（８０）に供給される。

Description

本発明は、概ね、有害廃棄物の処理に関するものである。特に本発明は、ドラム詰め、または、コンテナ詰め有害廃棄物を熱分解と水蒸気改質を用いて処理する方法とシステムに関する。

ドラム詰め有害混合物処理のための高温反応器の使用は、そのような物質を再利用或いは環境へ放出可能な混合物へ変化させることが知られている。これらの反応器はこの結果に達するために様々な処理を行う。そのような二つの処理は熱分解と水蒸気改質である。

熱分解は有機廃棄物と放射性廃棄物を含む有害廃棄物の処理に使われることがよく知られている。数十年の間、熱分解はバイオマスや都市ごみのような有機材料を都市ガスと呼ばれる一酸化炭素、二酸化炭素、水素、軽炭化水素を豊富に含む合成ガスに変えるために使われてきた。それによって都市ガスは、エンジン、タービン、ボイラーを駆動させるために使うことができる。現在の熱分解システムは一日当たり数百トンに達する都市ごみを処理するために建てられている。

水蒸気改質は有害物質の処理に使用するものとしてよく知られている。水蒸気改質は商業上、一世紀以上の間、動力を産出するための都市ガスの生産に使用されてきた。水蒸気改質は化学合成ガスを使用するための水素の供給源として更に使用されてきた。例えば、油精製所の大多数は燃料を水素の供給源に変える水蒸気改質器を持っている。更に、自動車に含まれる燃料電池の応用ではまた液体炭化水素から水素を豊富に含むガスを産出するために水蒸気改質が使用されている。
それゆえ、熱分解処理と水蒸気改質処理は十分に発達し、理解されている。更に、水蒸気改質と熱分解はドラム内の有害廃棄物の処理に使用されていることが知られており、そしてこれがこれらの廃棄物の塊の取り扱いを不要にする。しかしながら、これらの処理を使用する従来の方法はいくつかの欠点を持っている。例えば、熱分解を使用するその方法の大多数は一般的に高温のガスを廃棄物と直接的に反応させるためにシステムへ導入する。もし、ある方法において大量の高温に熱せられたガスが存在すれば、そのシステムの中でのそのガスの流れとガスの構成は制御するのが難しくなる。熱分解を使用する他の方法は内部の燃焼熱を使用する。これらの方法は一般的に環境の見地から受け入れられなくなっている焼却処理である。裸火燃焼を利用する焼却と関連する処理は一般的に焼却を経済的に実行不可能にする厳しく包括的な大気汚染法に該当する。

また、水蒸気改質を使用する有害廃棄物の処理方法は、一般的に酸素が欠乏或いは減少する環境下で行われるという点で不利である。それゆえ、これらの方法ではその物質を完全に反応させるために補助的なエネルギーが必要であるだろう。更に、これらの方法において、ガスを環境へ放出することができるように有機物、一酸化炭素および水素を二酸化炭素と水へ酸化させる別途の装置が必要となるだろう。

それゆえに、熱分解と水蒸気改質の使用によるドラム内の有害廃棄物の上述の処理方法の限界と欠点がない処理が必要となる。

主な態様及び簡単な説明によると、本発明は、ドラム詰め或いはコンテナ詰め有害廃棄物の熱分解と水蒸気改質の使用による処理方法および装置に関する。これらの処理は廃棄物の中に含まれた有機物を一酸化炭素、二酸化炭素、水素および軽質炭化水素を豊富に含んだ都市ガスへ変換する。

有害廃棄物の塊を取り扱わないようにするために、廃棄物は、一般的に55ガロンドラムであるコンテナの中で直接処理される。まず、廃棄物の入ったドラムはエアロックされた入口に置かれ、そしてそこで、穴が空けられ、フィルターが取り付けられる。それから、ドラム詰め或いはコンテナ詰め有害廃棄物は、外側容器の中にあるインナースリーブを有する熱分解室を含む熱分解器において、インナースリーブの外部にある電気ヒータのような伝導性或いは放射性熱伝導要素を用いた間接的な熱源によって加熱される。随意的に、インナースリーブの外部にある燃焼熱を用いることもできる。間接的な熱源とは、熱分解室のインナースリーブの外部にある、および、インナースリーブの内部へ熱を供給する熱源のことを言う。また、本発明によって、内部式すなわち熱分解室の中に設けられた電気ヒータの使用も考えられる。

熱分解温度において、有害廃棄物の入ったドラムの中の全ての液体と有機物は蒸発および気化する。熱分解によって発生する水蒸気、揮発した有機物および酸性ガスで構成された排ガスは排ガス処理システムの中に供給される。低流動性パージバスは排ガスを熱分解器から熱分解器と流体連絡している排ガス処理システムへ押し流すために使用される。

本発明のまず最初の実施形態は、排ガス処理システムがひとつの水蒸気改質容器と下流工程の洗浄器を備えるものである。排ガス流は熱分解室を出た後、有機蒸気を水および二酸化炭素に変換するための酸化環境化で作動している水蒸気改質容器に入る。排ガス流の中に存在する酸性ガスは下流工程の洗浄器において腐食性物質の導入によって中和される。

本発明の二つ目の実施形態は、排ガス処理システムが有機物の処理を行うための蒸気凝縮器および下流工程のフィルターを備えているものである。排ガス流は熱分解室を出た後、炭化水素のような水と有機物が液体に凝縮される蒸気凝縮器に入る。それから、凝縮器からの液体は有機物をさらに処理するために下流に送られるのに対して、凝縮できないガスは微量の有機物を除去するために凝縮器から下流工程のフィルターへ送られる。

三つ目の実施形態は、排ガス処理システムが蒸気凝縮器、水蒸気改質器および下流工程の洗浄器を備えているものである。まず、排ガス流は熱分解室を出た後、蒸気凝縮器に入る。次に、凝縮された液体は水蒸気改質器の中に導入される。凝縮器からの凝縮できないガスは水蒸気改質器に導入される前に、水蒸気改質容器の流動性ガスをつくるために水蒸気と混合される。水蒸気改質器は酸化環境下において作動し、有機蒸気は水および二酸化炭素に変換される。最後に、排ガス流からの酸性ガスは下流工程の洗浄器の中で腐食性物質を導入することによって中和される。

四つ目の実施形態は、排ガス処理システムが熱酸化装置と下流工程のフィルターを備えているものである。熱酸化装置は触媒による酸化装置、セラミック母体或いは標準酸化装置を含んでもよい。まず、排ガスは二酸化炭素と水に変換するために熱酸化装置に送られる。次に、排ガス流の中に存在する酸性ガスは中和化するために下流工程の洗浄器に送られる。

本発明の特徴はドラム詰め或いはコンテナ詰め廃棄物を熱分解するために間接的な熱源を使用することである。ドラム内の有害廃棄物の処理のために熱分解を使用する従来の方法は、内部燃焼熱によって、或いは、熱分解室の中に高温のガスを導入することによって、直接的に加熱する。間接的な熱源が使用される場合、その方法はコンテナ詰め廃棄物よりむしろ廃棄物の塊の処理を意味する。コンテナ詰め廃棄物を熱分解するための間接的な熱源の使用は非常に多くの利点がある。間接的な加熱を使用することによって、熱分解器内部のガスの流れとガスの組成の両方をより容易に制御することができる。例えば、高温のガスを伴った直接的な加熱の使用は粒子状物質が外へ運ばれるのと同じように排ガスの量を増加させる。さらに、コンテナやドラム内の放射性廃棄物のような廃棄物の処理はアルファ粒子放射性核種の塊の取り扱いを不要とし、臨界制御を確実にする。最後に、熱分解室のインナースリーブの外部にある熱源の使用は焼却をしない処理になる。なぜなら、熱分解器或いは排ガス流において裸火燃焼をしていないからである。

本発明の他の特徴は、熱分解室から排ガス処理システムへ排ガスを押し流すために低流動性パージガスを使用していることである。低流動性パージガスはドラム或いはコンテナから排ガス流への粒子状物質の持ち越しを最小限にする。この特徴は、非常に活発であり、ガス流の中へ簡単に飛んでいくことができる、或いは、適度なガス速度で浮遊することができるある特定の放射性廃棄物の処理に関して特に重要である。さらに、高温で大量の加熱されたガスとは対照的に、ガス構成は低流動性パージガスを使用することでより入念に制御することができる。例えば、低流動性パージガスとして二酸化炭素を使用することは、廃棄物の中に存在する可能性のある腐食性のものを炭酸塩のような安定した化合物に変換することが可能である。

本発明の更に他の特徴はドラムに開けられた穴に粒子状物質フィルターを装着することである。この特徴は密閉されたコンテナからの放射性物質の持ち出しを非常に効果的に減少させる。

本発明のまた他の特徴は、酸化環境下で作動する水蒸気改質器を備える排ガス処理システムの使用である。ドラム詰め廃棄物の熱分解から発生した排ガスの処理のための水蒸気改質を使用する従来の方法は酸素が欠乏した、或いは、減少した環境下で水蒸気改質容器を作動させている。それゆえ、一酸化炭素のようなガスは、環境へ放出する前に、触媒コンバーターのような手段により、下流で更に反応させる必要がある。本発明では、下流での追加処理を必要とせずに、有機物は直接的にひとつの水蒸気改質容器において二酸化炭素および水に変換される
本発明の他の特徴は、制御された割合および流量でコンテナのガス抜き穴の中から外へガスを移動させる圧力周期方法の使用である。この特徴は、パージガスと都市ガスを含むガスのコンテナの内側から熱分解室の内部へのゆっくりで制御された入れ替えを可能にする。

本発明のさらに他の特徴は、半連続的な熱分解処理の使用である。一般的な厳格な回分操作とは対照的に、入口および出口のエアロックの両方の使用によって、ドラムの半連続的処理が可能となる。

本発明の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、その技術分野の当業者には明らかだろう。

本発明は、概ね、一般的に55ガロンのドラムを含むコンテナ内の有害廃棄物を処理するための装置および方法に関する。本装置および方法は特に有機物質と放射性物質の両方を含む超ウラン廃棄物のような有害廃棄物に関して述べられている。しかしながら、あらゆる有機物を含む廃棄物は下記の方法およびシステム構成に従って処理が可能である。

この方法は有害廃棄物の中に存在する有機物を蒸発させるために熱を使用している熱分解器に基づいている。その廃棄物は元のドラムの中で加熱され、アルファ粒子放射性核種の塊を取り扱いを不要とし、臨界制御を確実にすることを可能にする。200度から800度の熱分解温度で、ドラム内のすべての液体と有機物は蒸発し、揮発する。ドラムの中のその新しく生成された廃棄物は乾燥していて、不活性で、無機の母体であり、放射性金属を含む炭化物を備える。熱分解により発生した排ガスは主に廃棄物のドラムに存在する様々なプラスチックおよび有機物が分解により発生した水蒸気、揮発した有機物および酸性ガスから構成される。それから、熱分解により発生した排ガスは収集され、そして、熱分解器と流体連絡している排ガス処理システムに供給される。このシステムは蒸気凝縮器、又は水蒸気改質器と下流工程の洗浄器、或いは、凝縮器と水蒸気改質器との組み合わせを含んでもよい。水蒸気改質器を使用している場合、有機蒸気を水と二酸化炭素に変換するための水蒸気改質および酸化反応は800度から1000度の間の温度で水蒸気改質器の中で行われる。

ドラムの中の廃棄物に存在する放射性核種は、放射性金属が熱分解温度では揮発しないので元のドラムにそのまま残されている。そして、熱分解器の排ガスは放射性核種が残存しないような割合で流されて続けている。放射性核種が確実に空中を浮遊しないようにするために、コンテナの出口の穴にフィルターを置くことが可能であり、そして、またセラミックフィルターのようなバックアップ保護材を熱分解器の下流に備えることも可能である。この方法による結果として、廃棄物中の99.96％以上の放射性核種を残留させることができる。

本発明による方法はまた反応しやすい金属および混合物を処理しやすい安定した混合物に変換することができる。たとえばシアン化物のような金属ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムと化合物の混合物はある一定の他物質と触れさせる或いは、様々な環境状況下にさらしたとき、潜在的に燃えやすく、着火しやすく或いは爆発さえする反応性の物質である。熱分解器はこれらの反応しやすい金属を熱によって処理し、そして、それらを安定した混合物に変換することによって安定させることができる。ドラム詰め或いはコンテナに詰められている超ウラン廃棄物の中に存在する反応性金属は500度以上に加熱された時、優れた強還元性の粉体である。その強還元性金属は固体の無機性廃棄物或いは反応性金属に近いガスの中にある、例えばパージガスに含まれているような酸素、蒸気、酸化炭素、塩素或いはフッ素と結合或いは反応するだろう。製造された一つ或いはそれ以上の安定した化合物はNaCl、Na_２CO_３、Na_２SO_３、KCl、K_２CO_３、K_２SO_３、CaO、CaCO_３、CaCl_２、CaSO_３、MgO、MgCl_２、MgCO_３およびMgSO_３を含んでいる。もし、シアン化物が存在すれば、ドラム詰め廃棄物からシアン化物は揮発し、そして、水蒸気改質器の中で水、二酸化炭素、窒素へと酸化するだろう。

本発明によって処理することができる他の有害廃棄物はNOx、60度以下の引火点を持つ液体で気化したもの、及びＰＨが2以下或いは12.5以上の水溶性の液体を含み、そして、これらはNaCl、Na_２CO_３、Na_２SO_３、KCl、K_２CO_３、K_２SO_３、CaO、CaCO_３、CaCl_２、CaSO_３、MgO、MgCl_２、MgCO_３およびMgSO_３のような安定した化合物に変換される。それゆえ、これらの廃棄物はドラム詰め廃棄物から熱によって安定化および／または揮発させることができる。

図１および図2を参照すると、本発明の好ましい実施形態により、熱分解器10および水蒸気改質器12を備えるコンテナ詰め廃棄物を処理するシステムが示されている。熱分解器10は、入口14、熱分解室16、そして、出口18を備えることが好ましい。これらの特徴の図2に詳細はに示す。

まず熱分解室16に着目すると、図2は、インナースリーブ20および外側容器22を含む二重の壁で覆われた容器のような熱分解室16を示し、そしてこれは円筒形状であるのが好ましい。熱分解室16は更に不活性および／または反応性のパージガスをインナースリーブ20の内部へ送るパージガスの供給源17を備えている。熱分解室16のインナースリーブ20は廃棄物の入った複数のドラム24を受け入れるための大きさがある。一般的にその廃棄物は技術的によく知られている鋼製の55ガロンのドラムの中に詰められているが、廃棄物の入っているあらゆるコンテナは本発明により処理できる。そのシステムを半連続的にしようとして、ドラムを搬送する機構38はインナースリーブ20の内部に備えられている。他の搬送機構が考えられるが、ドラム搬送機構38はできれば、ウォーキングビーム或いは傾斜面スライド機構が好ましい。更に、本発明においてコンベア式の機構も考えられる。インナースリーブ20はドラム24の中から発生した酸性ガス、炭化水素ガスおよび水蒸気を含む熱分解ガスとの接触に適している耐高温合金によって構成されてもよい。

熱分解室16には熱分解処理の間にその完全性と耐久性を高めるための様々な特徴が含まれる。外側容器22は環境に対して二次的に密閉された壁を持つ圧力容器である。外側容器22は更に、耐火性、断熱性のジャケットカバーおよび金属の覆いを備えてもよい。更に、外側容器22は爆発に耐え、そして、圧力オーバー或いはオフノーマル状況による全てのガスの膨張を保持するように設計されている。インナースリーブ20と外側容器22の間に設けられた環形30はインナースリーブ20の完全性が損なわれた場合に格納を失敗しないようにする二重の格納壁としての役割を果たしている。圧力オーバーとなったガスを環形30の中に保持することができる。更に、例えば、インナースリーブ20の壁にクラックが発生する、密閉性が弱くなる等のように、インナースリーブ20の完全性が損なわれたことを示す圧力損失警報機32が熱分解室16に設けられている。インナースリーブ20の完全性は複数の環節輪34によって強化されており、これがインナースリーブ20の負荷を外側容器22に移動させている。環節輪34はインナースリーブ20のたるみと応力を減少させるためにおおよそ18’’の間隔をおくのが好ましい。

熱分解器10の熱源は、インナースリーブ20の外側にある電気ヒータ40のような熱伝導或いは放射熱移動を用いた間接的な熱源が好ましい。しかしながらこの熱源はインナースリーブ20の内部に熱を与える。最も好ましくは、電気ヒータはセラミック絶縁されたもので、環形30の内側に設けられているものである。随意的に、インナースリーブ20の外側および環形30の内側にある燃焼熱を使うことができる。間接的熱源とはインナースリーブ20の外側にあり、そしてインナースリーブ30の内側へ熱を与える熱源のことを言う。また、インナースリーブ20の内側に設けられている間接的な熱源の使用は本発明によって考えられている。電気ヒータがインナースリーブ20の内部に設けられている場合、これらの加熱器は、有機物質、SOxおよびNOxのような熱分解ガスと直接的に接触することを防ぐための合金パイプで覆われているのが好ましい。

前記のように、本発明の最も特徴的なのは伝導性或いは放射性の熱移動による間接的な熱の使用である。ドラムの中の有害廃棄物を処理するための熱分解を用いた従来の方法は内部の燃焼熱或いは高温のガスを熱分解室へ導入することにより廃棄物を直接的に加熱する。間接的な加熱の利用により、熱分解室16の内部のガスの流れとガス構成の両方を容易に制御することができる。高温のガスを入れることによる直接的な加熱の使用は、例えば、粒子状物質が外へ飛んで行くように排ガスの量を増加させる。更に、熱分解室16のインナースリーブ20の外部にある加熱の使用は焼却処理を行わない処理にする。なぜなら、熱分解室16の中で裸火燃焼が起きていないからである。内部にある電気ヒータの使用はまた、内部燃焼型の方法とは対照的に高温のガスをそのシステムの中へ案内しないという点で、他の直接的な加熱方法以上に有利である。

熱分解室16はまた、内部の温度管理をするのに適合した特徴がある。熱電対計器42は熱分解室の温度を制御するために設けられている。熱分解している間、固定された外側容器22と比較してインナースリーブ20の温度を高くするために、熱により膨張する部位26がインナースリーブ20と外側容器22の間に設けられている。随意的に、インナースリーブ20の外側に熱が逃げないようにするために断熱層28は環形30の内部に設けられているのが好ましい。更なる安全の備えとして、熱電対計器42と電気ヒータ40の両方は、熱分解室16に入らずにそれらを取り外し、置き換えることができるように適合されている。

次に図2に、熱分解器10の入口14と出口18の様々な特徴の詳細を示す。入口14と出口18の両方は熱分解器10の外部の気圧とその内部の気圧を分離するためのエアロックを備えている。更に、入口14は、ドラム24をエアロックされた入口14から熱分解室16へ搬送するドラム搬送機構54を備え、そして、出口18はドラム24を熱分解室16からエアロックされた出口18の中に搬送するドラム搬送機構56を備える。入口および出口両方のエアロックとドラム搬送機構の使用は、ドラム24の半連続的な処理を可能にする。この特徴は厳密な回分操作を使用する他の処理より有利である。

図2に示すように、入口14にはドラムに穴を開ける穴開け機46とフィルター取付機48が設けられている。これらの特徴により各々のドラム24に穴を開け、そして、フィルターを取り付けることが可能となる。ドラム24から直接的に廃棄物を処理する場合に、ドラム24は熱分解加熱をしている間、ドラム24から全てのガスが逃げることができるようにする通気口を形成するために穴を開ける必要がある。放射性廃棄物が処理される状況において、排ガスの気流の中に放射性粒子を残さないようにするために穴を覆うフィルターを設けることはまた重要であり、有利である。そのフィルターは焼結金属の平円盤状のもの、セラミックの平円盤状のもの、或いは、セラミックの円筒状のものでもよい。より好ましいフィルターは、ドラム24内のガスがフィルター媒体を必ず通り抜けるようにドラムの蓋の貫通穴又は刺し穴を密閉するためにスエージが挿入された可撓性セラミック織物である。また随意的に、フィルターはドラム24の周りに置かれているフィルターの袋を含んでもよい。そのフィルター装置には同時に、放出されたガスの通気口をドラムの蓋に開けるという装置を備えることができる。

また、入口14の中には、エアロックされた入口14の内部および熱分解室16に入る前のドラム24をきれいにするための、排水管或いは貯水槽52がついた洗い落とし噴霧器50がある。更に、入口14はドラムに対して不活性の環境を供給するための不活性ガスの供給源および酸素の存在を検出する酸素濃度計62を備えている。入口14は例えば閉回路テレビのような遠隔手段によって監視できることが好ましい。

更に、図2に示すように、出口にはドラム24を輸送と保管に便利な大きさに圧縮するための圧縮器が設けられている。入口14と同様に、出口18には、エアロック面の内部をきれいにするために排水管或いは貯水槽68がついた洗い落とし噴霧器66が設けられている。出口18には不活性の環境を供給するために不活性ガスの供給源70が設けられている。熱分解処理の完了を検証するために出口18は更に、例えば揮発性有機炭素（VOC）および全炭化水素（THC）のような物質を分析する排ガス試料分析装置72を備えている。随意的に、出口には、冷却装置73は圧縮されたドラム24を冷却するために備えられる。

本発明によるドラム内の廃棄物処理方法を開始するために、未処理の廃棄物のドラム24は入口14に搬入される。そしてそこで、熱分解加熱の間、ガスが逃げることができるようにドラムに穴が開けられ、放射性核種粒子を保持するためにその穴を覆うフィルターが取り付けられる。それから、そのコンテナは熱分解室16のインナースリーブ20の中に搬送され、そしてそこで、好ましくは環形30の内側に設けられた電気ヒータ40によって、200度から800度の範囲の熱分解温度に加熱される。熱分解器10は、有機物の構成に関わらず、廃棄物の流れから有機物の99％以上を完全に揮発させる、および、除去するように設計されている。有機物の揮発が完了した後、ドラム24は熱分解室16から半連続方式の出口18の中に搬送される。そしてそこでドラムは輸送のための準備がされる。圧縮が行われる出口18に入る前に、ドラム24は冷却コイル25によって熱分解室16の中で冷却される。

中沸点（650度より小さい）に対して低い沸点を持つ有機物は容易に蒸発し、そして、ドラム24からの排ガスの気流の中へ流れる有機性の蒸気が作られる。低沸点を持つ有機物は、たくさんのドラムの中の上部空き空間に見うけられる揮発性有機化合物（VOCs）の供給源である。それゆえ、VOCsは廃棄物から完全に取り除かれ、排ガスの気流に入る。代表的な熱分解器10の排ガスは水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素、揮発性炭化水素（有機性）、水素および塩酸を含んでいる。

また、例えば大きい分子量のポリマーおよびプラスチックのような高沸点をもつ有機物も完全に熱分解される。650度以上の温度にさらすことで有機ポリマー構造が破壊される。炭素と水素の長い鎖状分子が揮発性有機物より小さく壊れ、それにより有機成分が気化する。長いポリマーの熱分解はたくさんの炭素と不活性および不揮発性の無機性の灰を残す。この熱分解による炭素残留物は水素成分を少しだけ含む不活性で不揮発性の残留物である。それゆえ、熱分解された残留物はアルファ粒子の相互作用に対してほとんど不活性である。

有機物が熱分解ガスとして記載してきたものに一度気化すると、パージガスの供給源17から取り除かれた低流動性ガスが熱分解ガスを水蒸気改質器12を含む排ガス処理システム80によって処理できるように、熱分解室16から押し流すために使われる。パージガスは蒸気、二酸化炭素および不活性のあらゆる混合ガスを含むことができる。パージガスの流れる割合は一時間当たり1から100へのガスの体積変化を達成するようにすることができ、そして、好ましくはパージガスの流れる割合は一時間当たり4から100へのガスの体積変化がよい。好ましいパージガスは二酸化炭素を含むものであり、そしてこれは安定で無害の炭酸塩で構成されている廃棄物の中に存在する腐食性および反応性の金属と反応することができる。熱分解室16のインナースリーブ20の中において、パージガスはパージガスの圧力振動によってドラム24の中に押し入れられる。下流工程の排出装置82の排出装置の動力となるガスの流れが増加する又は減少することによって熱分解室16の中でパージガスの圧力は循環することができる。排出装置82は熱分解室16を真空にするため、熱分解室16からガスを出す。排出装置の動力となる流れが速くなることは、熱分解室16の中の真空度が高くなることと同等である。周期的な圧力振動は、低流動性パージガスをドラムの蓋のフィルターを通ってドラム24の中から外および外から中へと制御された割合と速度で通過させる。これらの圧力振動は20インチ水柱から−100インチ水柱の範囲が好ましい。

前記のように、低流動性で周期的に圧力が振動するパージガスの速度の使用は、本発明の特に特徴的なものである。従来の方法で使われているような高温のガスを流入しないことによって、熱分解室16の中のパージガスの量および構成を最小限の流れの割合になるように調整することができる。この量の減少、そしてガスの速度の減少によって、攪拌およびドラム24から排ガスシステム80の中に結果として粒子が残るのを最小にする。この特徴はある一定の放射性廃棄物を処理するときに特に有利である。これは、排ガスシステム80の放射能レベルを増加させるのと同様に、排ガスシステム80の中の放射性粒子の増加は、臨界制御ができなくなるという結果となる可能性があるからである。

熱分解室16を出た後、熱分解ガスを含んだ排ガスの気流は熱分解器10と流体連絡している排ガス処理システム80に向かって進んでいく。放射性核種を浮遊させないようにするための予備の保護形態として熱分解室16の下流にセラミックフィルター84を設けているセラミックフィルター84を通り抜けた後、排ガスの気流は次に排出装置82へ送られ、そしてそこで、蒸気と混合され、そして、水蒸気改質器12へ案内される。熱分解ガスと蒸気が水蒸気改質器12で流動化ガスを作るために混ざる。またこれらの流動化ガスに加えて、熱分解処理からの排ガスの気流の中で、VOCs、一酸化炭素および水素を酸化および改質するために、酸化ガス供給源90から、好ましくは酸素が水蒸気改質器12に導入される。それゆえ、流動化ガスは、蒸気、蒸気と酸素、蒸気とパージガス、蒸気の組み合わせ、パージガス、および酸素、蒸気と二酸化炭素、および蒸気の組み合わせ、二酸化炭素、および酸素を含むことができる。好ましくは、脱イオン水供給源86の脱イオン水が、まず蒸気生成器88へ送られ、そしてそれから加熱器に送られ、その蒸気を沸騰させずに500度から1000度の間の温度に加熱して蒸気を生成する。

水蒸気改質器12は改質と酸化反応を行っている間、自熱式に維持されているのが好ましい。自熱式とは、水蒸気改質器12に必要なエネルギーを外部の電気ヒータ（図には示さない）、流入する加熱された蒸気、および廃棄物の中に存在する有機物の発熱を伴う酸化反応により供給することによって、水蒸気改質器12が800度から1000度で作動している方式のことをいう。

水蒸気改質器12はさらに、水蒸気改質反応中に使用される層媒質100を含む。層媒質100はあらゆる不活性の固体であればよいのだが、好ましい物質は、炭酸カルシウム、石灰、粘土、或いはマグネシアのような酸中和媒体の一つかそれ以上が混合された同じ大きさのビーズを含んでいるものである。これらの媒体は、改質器12の中のガスから直接的にCl、SおよびFのような酸性ガスを吸収することができ、そしてそれらを安定したカルシウム、マグネシウム或いはケイ酸アルミニウム化合物にするために中和することができる。層媒質100および水蒸気改質反応の結果として作られた精製された固体の生成物は、改質器12の内部に設けられたサイクロン102（図に示す）或いはフィルターのような固体分別装置によって、ほとんど水蒸気改質機12の中に残されている。

更に、酸化マンガン、銅、クロム、コバルト、鉄およびニッケルのような卑金属触媒、或いはPtおよびPdのような貴金属触媒といった添加剤を、有機物を二酸化炭素と水へと改良された変換を行うために、水蒸気改質器の中で利用することができる。これらの添加剤は、低い温度および高効率で、有機物をCO_２および水に酸化させるのを助ける。

本発明で特に特徴的なのは、酸化環境下で作動される水蒸気改質器12を含んでいる排ガス処理システム80の使用である。ドラム詰め廃棄物の熱分解により発生する排ガスを処理するための水蒸気改質器を使用した従来の方法は、酸素が欠乏した、或いは、減少した環境下で水蒸気改質器12の容器を作動するものである。それゆえ、一酸化炭素のようなガスは、環境へ放出される前に下流工程の触媒コンバーターのような手段によって、さらに反応させる必要がある。本発明では、熱分解処理による排ガスは、ドラムの中のプラスチックおよび他の有機物の分解により生じる水蒸気（蒸気）、揮発した有機物および酸性ガスからなっている。熱分解ガスは水蒸気改質器12の中で改質および酸化反応を起こしやすく、そして、水蒸気改質器12は全ての有機物を二酸化炭素と水蒸気に完全に変換する。それゆえ、水蒸気改質器12の下流で一酸化炭素のような排ガスの追加処理をする必要がない。

水蒸気改質器12は流入する排ガスの気流の中に存在する有機物を二酸化炭素と水蒸気に完全に変換するのだが、水蒸気改質器12において反応せずに通り抜けた熱分解器10からの酸性ガスは、下流工程の洗浄器104或いは失活剤によって中和される。酸性ガスの量と組成はドラム24の中にあるプラスチックと他の有機物の種類と量に依存する。例えば、ポリ塩化ビニル（PVC）は、熱分解器10において揮発させられる大量の塩素を含む。洗浄器104は高温の水蒸気改質器12の排ガスをすぐに冷却し、そして、酸性ガスは洗浄器の水溶液106によって吸収される。洗浄器の溶液は、NaCl、Na_２SO_４およびNaFのような安定した塩を作るために、腐食性物質の計量された分量を注入することによって中和されるのが好ましい。塩溶液は洗浄器104の中に連続的に、好ましくはポンプ108を通して、再循環される。再循環する塩溶液はイオン交換フィルター110を通して塩乾燥機112に周期的に運ばれる。それから、少量の乾燥塩は後処理のためにひとまとめにされる。コンテナ詰め廃棄物の中の塩素化さえた有機物、プラスチックおよび生ゴムの熱分解から生成された塩は、主としてNaClとNa_２SO_４であり、そして、受け入れられるコンテナ詰め廃棄物の全放射性核種の0.01％より少ない量を含んでいる。

洗浄器104に残っているガスの気流は、主として水蒸気と少量の二酸化炭素で構成されている。このガスの気流は水凝縮器を通して送られる。それから、水凝縮器で集められた水は洗浄器104の中に再循環させる。ガスの気流は、液滴を除去するためのデミスター116を通して送られ、そしてそれから、ガスの気流は工程送風機118を通して送られる。この点で、ガスの流れは、流線に沿って再循環され、送風機105によって流動性ガスとして再使用ができる。一方、微粒子および有機物を除去するためにそれぞれ、高効率粒子空気フィルタ122および粒状活性炭吸収器124を通り抜けた後、ガスの気流は換気送風機119によって送ることができ、そしてガス排気筒120或いは管理設備内の工場の排気筒から排出することができる。連続排気監視システム（CEMS）126がこのガスの流れを監視するのが好ましい。さらに、ガス排気筒120から放出されるガスの気流の中のあらゆる放射性核種の微粒子を排気筒監視装置127が監視する。

二次廃棄物の気流それ自体のほとんどが収集され熱分解と容積縮小のための熱分解器10へ供給されるので、記述されている方法はほんのわずかな二次廃棄物を生成する。例えば、保守および浄化作業に用いる可能性がある薬品、油および溶液は、一つにまとめて除去できる不活性の残留物を生成するために熱分解できる。更にまた、個人用保護具を熱分解し、ひとまとめにすることができる。前記の洗浄器104の塩は、処理するために乾燥されて、ひとまとめにされる。更に、システムに存在する水は蒸発させられ、ガス排気筒120を通して排出される。

ところで、図3を参照すると、本発明の他の実施形態が示されている。前記のものによく似た処理において、複数のドラム24がその中に存在する有機物を揮発させるために熱分解器10の中へ案内される。いったん有機物が熱分解ガスの中で蒸発すると、熱分解器10と流体連絡している排ガス処理システム80によって更に処理できるように、パージガス供給源17から取り除かれた低流動性ガスが熱分解室16から熱分解ガスを除去するために使われる。図示されているように、排ガス処理システム80はもはや水蒸気改質器12を備えていないが、そのかわりに凝縮器130を備えている。凝縮器130において、排ガスの気流の中に存在する水蒸気と有機物は、水蒸気改質器12によってさらに処理するか或いは処分するかのどちらかのために下流で汲み上げる液体へと凝縮される、または、冷却器132の中を通り抜けた後に凝縮器130の中に再循環させる。凝縮器130から凝縮不可能なガスはガス排気筒120から排出される。排出される前に凝縮不可能なガスの気流は液滴を除去するためにデミスター116を通り抜ける。次に、排出送風機119がガスの気流をガス排気筒120を通して放出する前に、工程送風機118が粒状活性炭フィルター124および高効率粒子空気フィルター122へガス流を送り出す。熱分解器10における圧力周期振動は、速度の調節によって与えることができ、これによって工程送風機118により減圧が生じる。

本発明のもうひとつ他の実施形態を図4に示す。前記実施形態と同様に、複数のドラム24はドラム24の中に存在する有機物を揮発させるために熱分解器10の中に案内される。いったん有機物が熱分解ガスの中で蒸発すると、熱分解器10と流体連絡している排ガス処理システム80によって更に処理できるように、パージガス供給源17から取り除かれた低流動性ガスが熱分解室16から熱分解ガスを除去するために使われる。図示されているように、排ガス処理システム80は、凝縮器130と水蒸気改質器12の両方を備えており、それらはまた流体連絡されている。凝縮器130において、排ガスの気流の中に存在する水蒸気と有機物は液体へと凝縮され、そしてそれは更に処理をするための水蒸気改質器12の中へ汲み入れられる。排ガスの気流から凝縮不可能なガスは、排出装置82によって水蒸気改質器12の中へ連続的に排出される。これらのガスと蒸気は水蒸気改質器12の流動化ガスを作るために混合される。この段階で、その方法は、下流工程の洗浄器104の中で酸性ガスを中和することを含む好ましい実施形態を続けて行い、そして、塩廃棄物処理およびプロセスフィルターのような様々な手段によって二次廃棄物の処理が流れる。

更に、他の具体例を図5に示す。前記の実施形態と同様に、複数のドラム24はドラム24の中に存在する有機物を揮発させるために熱分解器10の中に案内される。いったん有機物が熱分解ガスの中で蒸発すると、熱分解器10と流体連絡している排ガス処理システム80によって更に処理できるように、パージガス供給源17から取り除かれた低流動性ガスが熱分解室16から熱分解ガスを除去するために使われる。図示されているように、排ガス処理システム80は、水蒸気改質器の部分に、触媒コンバーター、セラミック母体或いは標準酸化装置のような熱酸化装置140を備えている。熱酸化装置において排ガスが水蒸気と二酸化炭素に変換されるという点で、この排ガス処理システム80は水蒸気改質器12を含んでいるシステムとよく似た働きをする。更に、ガスの気流の中に存在する酸性ガスは下流工程の洗浄器104によって中和される。更に、この他の実施形態は、塩廃棄物処理および加工処理されたフィルターのような様々な手段による二次廃棄物の流れの処理を含んでいる。

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、ドラム詰め廃棄物を処理する当業者には明らかだろう。

図１は本発明の好ましい実施形態により、流体連絡している熱分解器および水蒸気改質器を備えるコンテナ詰め廃棄物を処理するためのシステムの概略図である。図２は本発明の好ましい実施形態により、コンテナ詰め廃棄物の処理に使用する熱分解器の概略図である。図３は本発明の他の実施形態により、流体連絡している熱分解器および蒸気凝縮器を備えているコンテナ詰め廃棄物を処理するシステムの概略図である。図４は本発明の他の実施形態により、流体連絡している熱分解器、水蒸気改質器および蒸気凝縮器を備えているコンテナ詰め廃棄物を処理するシステムの概略図である。図５は本発明の他の実施形態により、流体連絡している熱分解器および熱酸化装置を備えているコンテナ詰め廃棄物を処理するシステムの概略図である。

Claims

ドラム内の廃棄物を処理する方法であって、
加熱手段を用いてドラム詰め廃棄物を熱分解器内で加熱するステップと、
前記加熱されたドラム詰め廃棄物から排ガスを収集するステップと、
前記排ガスを酸化するステップとを備える方法。
前記酸化ステップは、酸化状況下で働く水蒸気改質器において行われる請求項１に記載の方法。
前記酸化ステップの前に、前記排ガスを凝縮するステップをさらに含む請求項２に記載の方法。
前記酸化ステップは、熱酸化装置において行われる請求項１に記載の方法。
前記ドラム詰め廃棄物に穴を開けるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
前記穴を開けるステップは、前記排ガスに対するフィルターを配置するステップをさらに含む請求項５に記載の方法。
前記排ガスが洗浄器において中和されるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
前記排ガスが中和媒体の導入により水蒸気改質器において中和されるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
前記中和媒体は、炭酸カルシウムと、石灰と、粘土と、マグネシアとで構成されるグループから選択される請求項８に記載の方法。
前記加熱ステップの後に前記ドラム詰め廃棄物を圧縮するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
前記熱分解器において前記ドラム詰め廃棄物を圧力周期振動を用いて浄化するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
前記酸化ステップは、貴金属触媒を含んでいる水蒸気改質器において行われる請求項１に記載の方法。
前記貴金属触媒は、PtおよびPdで構成されるグループから選択される請求項１２に記載の方法。
前記酸化ステップは、卑金属触媒を含んでいる水蒸気改質器において行われる請求項１に記載の方法。
前記卑金属触媒は、酸化銅と、酸化コバルトと、酸化クロムと、酸化鉄と、酸化ニッケルと、酸化マンガンとを含むグループから選択される請求項１４に記載の方法。
前記加熱ステップが間接的に行われる請求項１に記載の方法。
前記熱分解器が外部容器の内部にインナースリーブと、環形をなしている前記内部スリーブ及び前記外部容器とを有する、並びに、前記加熱手段が前記環形の内側にある請求項１に記載の方法。
前記加熱手段は、電気ヒータである請求項１７に記載の方法。
前記加熱手段は、燃焼熱である請求項１７に記載の方法。
前記加熱手段は、内部電気ヒータである請求項１に記載の方法。
前記熱分解器は、入口と、外側容器の内側にインナースリーブをもった熱分解室と、出口と、前記熱分解室と作動上連絡している加熱手段とを有する請求項１に記載の方法。
前記インナースリーブは、廃棄物の入った複数のドラムを受け入れるために必要な大きさにされている請求項２１に記載の方法。
前記入口と前記出口がエアロックを備える請求項２１に記載の方法。
前記出口は、圧縮機を備える請求項２１記載の方法。
前記外側容器は、耐火性ジャケットカバーである請求項２１に記載の方法。
前記外側容器は、断熱性ジャケットカバーである請求項２１に記載の方法。
前記外側容器は、外板が金属である請求項２１に記載の方法。
前記外側容器は、圧力容器である請求項２１に記載の方法。
前記入口は、ドラムのフィルター取付装置を有する請求項２１に記載の方法。
前記熱分解室は、ドラム搬送機構を備える請求項２１に記載の方法。
前記ドラム搬送機構は、ウォーキングビーム搬送装置である請求項３０に記載の方法。
前記ドラム搬送機構は、傾斜面搬送装置である請求項３０に記載の方法。
前記熱分解室は、パージガス供給器を備える請求項２１に記載の方法。
前記パージガスの供給は、CO_２を含む請求項３３に記載の方法。
前記熱分解器の中に圧力振動をつくるための手段を与えるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
ドラム内の廃棄物を処理する方法であって、
外側容器の内側にインナースリーブを有している熱分解器の中にドラム詰め廃棄物を案内するステップであって、前記インナースリーブおよび前記外側容器が環形をなしているステップと、
前記ドラム詰め廃棄物を加熱手段の使用によって熱分解するステップであって、前記加熱手段が前記環形の内部にあり、前記熱分解された廃棄物が排ガスを発生するステップと、
前記排ガスを収集するステップと、
前記排ガスを凝縮器において液体を作るために凝縮するステップとを備える方法。
前記ドラムに穴をあけるステップをさらに含む請求項３６に記載の方法。
前記穴を覆うフィルターを取り付けるステップをさらに含む請求項３７に記載の方法。
前記液体を処理するステップをさらに含む請求項３６に記載の方法。
前記排ガスを中和媒体の導入によって水蒸気改質器の中で中和するステップをさらに含む請求項３６に記載の方法。
前記液体を水蒸気改質するステップをさらに含む請求項３６に記載の方法。
前記熱分解器の中のドラム詰め廃棄物を圧力周期振動の使用によって浄化するステップをさらに含む請求項３６に記載の方法。
前記排ガスを貴金属触媒の存在する水蒸気改質器で酸化するステップをさらに含む請求項３６に記載の方法。
前記貴金属触媒は、PtおよびPdから構成されるグループから選択される請求項４３に記載の方法。
前記排ガスを卑金属触媒の存在する水蒸気改質器で酸化するステップをさらに含む請求項３６に記載の方法。
前記卑金属触媒は、酸化銅、酸化コバルト、酸化クロム、酸化鉄、酸化ニッケル、および、酸化マンガンで構成されるグループから選択される請求項４５に記載の方法。
前記の外側容器は、耐火性ジャケットカバーである請求項３６に記載の方法。
前記の外側容器は、断熱性ジャケットカバーである請求項３６に記載の方法。
前記外側容器は、外板が金属である請求項３６に記載の方法。
前記外側容器は、耐熱容器である請求項３６に記載の方法。
前記インナースリーブは、廃棄物の入った複数のドラムを受け入れるための大きさである請求項３６に記載の方法。
前記入口と前記出口は、エアロックを備える請求項３６に記載の方法。
前記出口は、圧縮機を備える請求項３６に記載の方法。
前記入口は、ドラムにフィルターを取り付ける装置を備える請求項３６に記載の方法。
前記熱分解器は、パージガス供給器を備える請求項３６に記載の方法。
前記パージガスの供給は、CO_２を含む請求項５５に記載の方法。
前記熱分解器の中に圧力振動をつくるための手段を備えるステップをさらに含む請求項３６に記載の方法。
前記熱分解器は、ドラム搬送機構を備える請求項３６に記載の方法。
前記ドラム搬送機構は、ウォーキングビーム搬送装置である請求項５８に記載の方法。
前記ドラム搬送機構は、傾斜面搬送装置である請求項５８に記載の方法。
ドラム内の廃棄物を処理する装置であって、
入口を有する熱分解器、外側容器の内部にインナースリーブを有する熱分解室、出口及び前記熱分解室と排ガスを発生する前記熱分解器とが作動上連絡している加熱手段と、
前記熱分解器と流体連絡している前記排ガスを収集および処理する手段とを備える装置。
前記インナースリーブおよび前記外側容器が環形をなし、前記加熱手段が前記環形の内部にある請求項６１に記載の装置。
前記加熱手段は、電気ヒータである請求項６２に記載の装置。
前記加熱手段は、燃焼熱である請求項６２に記載の装置。
前記加熱手段は、前記インナースリーブの内部にある請求項６１に記載の装置。
前記加熱手段は、合金のスリーブを有した電気ヒータである請求項６５に記載の装置。
前記インナースリーブは、廃棄物の入った複数のドラムを受け入れるための大きさである請求項６１に記載の装置。
前記外側容器は、耐火性ジャケットカバーである請求項６１に記載の装置。
前記外側容器は、断熱性ジャケットカバーである請求項６１に記載の装置。
前記外側容器の外板が金属である請求項６１に記載の装置。
前記外側容器は、圧力容器である請求項６１に記載の装置。
前記入口および前記出口は、エアロックを備える請求項６１に記載の装置。
前記出口は、圧縮機を備える請求項６１に記載の装置。
前記入口は、ドラムにフィルターを取り付ける装置を備える請求項６１に記載の装置。
前記熱分解室はパージガス供給器を備える請求項６１に記載の装置。
前記パージガスの供給は、CO_２を含む請求項７５に記載の装置。
前記熱分解器は、ドラム搬送機構を備える請求項６１に記載の装置。
前記ドラム搬送機構は、ウォーキングビーム搬送装置である請求項７７に記載の装置。
前記ドラム搬送装置は、傾斜面搬送装置である請求項７７に記載の装置。
前記熱分解器の中に圧力振動をつくるための手段をさらに含む請求項６１記載の装置。
前記収集および処理手段は、貴金属触媒を含む請求項６１に記載の装置。
前記貴金属触媒は、PtおよびPdで構成されるグループから選択される請求項８１に記載の装置。
前記収集および処理手段は、卑金属触媒を含む請求項６１に記載の装置。
前記卑金属触媒は、酸化銅、酸化コバルト、酸化クロム、酸化鉄、酸化ニッケルおよび酸化マンガンで構成されるグループから選択される請求項８３に記載の装置。
前記排ガスを中和する手段をさらに含む請求項６１に記載の装置。
前記中和手段は、洗浄器である請求項８５に記載の装置。
前記中和手段は、中和媒体を含む水蒸気改質器である請求項８５に記載の装置。