JP2016161338A - 廃油固化体の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期貯蔵が可能で、低コストで効率的、且つ安定的な焼却処理を可能にする廃油集合固化体の製造方法、製造装置及び廃油集合固化体を提供する。
【解決手段】原子力発電プラントから排出される廃油に可燃性結合材を添加し混合する可燃性結合材添加工程（５）６０と、場合によっては混合物にカルシウムを含む無機化合物を添加するカルシウム塩添加工程（４）５０と、これらの混合物を成形装置７０に供給して所望の形状の成形体に成形する混練成形工程（６）と、該成形体を冷却し固体化する冷却固化工程（７）とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電プラントから排出される放射性廃棄物のうち、タービン油や潤滑油、ＥＨＣ油などの廃油を焼却処理する処理技術に関し、廃油を固化体に成形するものである。

原子力発電プラントでは、様々な油を使用している。一例としては、タービン油やポンプなど回転機器の潤滑油、ＥＨＣ油、などがある。これらの油類は、使用後は液体状の放射性廃棄物となり、処分前にはドラム缶に充填されてプラント内で保管されている。
廃油を処理する方法として、現状は焼却処分直前に紙類に吸収させて可燃性廃棄物と共に焼却炉に投入し焼却処分している。油類は一般的には焼却可能ではあるが、液体であるため焼却炉への投入時に漏洩などの危険性があり、原子力発電プラントから排出される廃油は放射性廃棄物として取り扱われるため、漏洩すると放射能汚染域が拡大するという問題がある。また、紙類に吸収させているため、不完全燃焼を起して煤が発生し、焼却炉の後段にあるフィルタの差圧を上昇させてしまう可能性があること、またＥＨＣ油の場合にはリン化合物が飛散して焼却炉の後段にあるフィルタの差圧を上昇させてしまう可能性があることなどの理由から、処分が進まずにプラント内で保管されている現状にあり、その貯蔵量は増加の一途を辿っている。また、超臨界技術を利用することで有機物は容易に分解可能であることは言を持たないが、装置が高価であること、放射性物質を取り扱うには維持管理が容易でないことの理由から、実用化された事例はない。

また、ＥＨＣ油を処理する方法としては、水酸化ナトリウム水溶液と混合して加水分解し、リン酸化合物を形成し、その後に焼却処分する方法が提唱されているが（非特許文献１）、水酸化ナトリウム水溶液は危険物であるため取り扱いが容易でないことに加え、そのような水溶液からリン酸化合物を取り出すにはフィルタープレスなどの操作が必要となる。しかし、危険物及び放射性物質を取り扱うことは困難であり実用化はされていない。

一方、本出願人は、廃イオン交換樹脂を簡易に処理する方法として、可燃性結合材と廃イオン交換樹脂を混合、若しくは更にカルシウム塩を加えてブレンドして集合固化体を製造する方法を提唱した（特許文献１、２）。この製造方法は、廃イオン交換樹脂の水分を粗切りし、これに石油系ワックスなどの可燃性結合材を混合して、混練成形機にて加熱成形するものである。しかし、これらの特許で取り扱う対象は廃イオン交換樹脂であり、難燃性の固形物をワックスと共に固形化して焼却処分する方法に関するものであり、液体を対象としたものではない。

特開2005-31060号公報 特開2007-136274号公報

「制御油（EHC油）廃油の燃焼処理法の開発」中部電力株式会社 技術開発ニュースNo.148／2013-7

本発明の目的は、低コストで効率的、且つ安定的な焼却処理を可能にする放射性廃油集
合固化体の製造方法、及び製造装置を提供することにある。より具体的には、廃油と可燃性結合材とを撹拌し、安定して集合固化体を製造できる方法及び装置を提供することになる。なお、「集合固化体」とは、可燃性結合材をバインダとして、廃油を結合させてなる集合体を固形化したもの全般を意味する。

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究した結果、廃油と可燃性結合材を加熱混合することで溶融混合し、その後冷却することで廃油と可燃性結合材が分離することなく固化できることを見出した。具体的には、廃油と、石油ワックスや植物性ワックスなどの比較的低融点で且つ常温で固体である可燃性結合材を混合し、加熱しながら撹拌し、球状、円柱状、角柱状など所望の形状に成形し、冷却することによって、既設の焼却炉に容易に装荷して、不完全燃焼による煤などを発生させることなく焼却処理できる廃油の固化体を安定的に製造できることを知見し、本発明を完成させた。

また、廃油にイオンやリンなどの元素を含む場合、カルシウムを含む無機化合物を混合することで、ＳＯＸ（硫黄酸化物）の発生やリン化合物によるフィルタ差圧上昇事象などを発生させることなく、廃油固化体を焼却できることを知見し、本発明を完成させた。

本発明において処理することができる廃油としては、原子力発電施設などで発生する廃油を挙げることができる。

本発明において処理することができる廃油は、原子力発電プラントから排出される廃油であれば特に限定されるものではないが、メタノールなどの低沸点物質を除き、タービン油や潤滑油、EHC油、重油、軽油、ガソリンなどを好ましく挙げることができる。

本発明で用いることができる可燃性結合材は、軟化点が水の沸点以下で且つ常温で固体である物質であることが好ましく、石油ワックス、植物性ワックス、木蝋、白蝋などを好ましく挙げることができる。石油ワックスとしては、軟化温度範囲が45〜55℃のパラフィンワックス、例えばＪＩＳＫ２２３５に規定されている１２５Ｐ、１３０Ｐ、１３５Ｐ、１４０Ｐ、１４５Ｐ、１５０Ｐ、１５５Ｐなどを好ましく用いることができる。本発明において可燃性結合材を加熱成形する場合には、可燃性結合材を融点に至らない温度での軟化した状態で用いることが好ましい。融点を超えると可燃性結合材の液状化現象が起こり、収量が極端に低下するので好ましくない。可燃性結合材を粉末又は粒状で用いる場合には、１５５Ｐ（粒状、顆粒状、紛状）や１４０Ｐ（顆粒状）が好ましい。なお、パラフィンワックスについて「融点」とは、溶融した試料を既定の条件で放冷したとき、試料の温度降下速度が規定の速度以下となったときの温度である（ＪＩＳＫ２２３５）。

可燃性結合材の含有量は、廃油１００質量部に対して３３質量部〜２００質量部の範囲であることが好ましく、５０質量部〜１５０質量部の範囲であることがより好ましい。この範囲であれば、廃油と可燃性結合材の混合体は、安定した形状を保つことが可能であり、その上、可燃性結合材の使用量を減少させることができるので経済的観点からも有利である。

本発明において用いることができるカルシウムを含む無機化合物としては、硝酸カルシウム、水酸化カルシウム、酢酸カルシウム、酸化カルシウムなどの炭酸塩を除くカルシウム塩を好ましく挙げることができる。カルシウム塩は、廃ＥＨＣ油中の燐酸イオンと反応して、リン酸カルシウムとして析出するため、液中へのリンの排出を抑止する。

本発明において用いることができるカルシウム塩の量は、廃油１００質量部に対して３３質量部以上１００質量部以下であることが好ましく、より好ましくは５０質量部以上７
５質量部以下である。カルシウム塩を多量に用いることは、燃焼効率の向上及び燃焼残渣の低減には資するが、廃油の焼却処理の運転コストが高くなってしまうので好ましくない。

したがって、本発明によれば、廃油と、可燃性結合材と、場合によってはカルシウム塩とを含む廃油の集合固化体が提供される。本発明による廃油の集合固化体の形状、寸法は、特に限定されるものではないが、原子力発電プラントなどが保有する通常の焼却設備で焼却処理可能な形状及び寸法であることが好ましい。焼却炉の投入口を通過する大きさであれば、焼却処理は可能であるが、人による運搬を考慮し２０ｋｇ以下が好ましい。さらに、本発明の廃油の集合固化体は、一般的な原子力発電所が保有する焼却設備で焼却することができるような強度を有することが好ましい。集合固化体は、焼却設備に投入する際に大部分が粉砕しない程度の強度、積載時の荷重や、運搬時の重機を使った衝撃に耐える程度の強度を持つことが好ましい。

また、本発明によれば、本発明の廃油の集合固化体の製造方法を実施する製造装置が提供される。本発明の廃油集合固化体の製造装置は、廃油の貯槽と、軟化点が水の沸点以下で且つ常温で固体である石油ワックス、植物性ワックス、木蝋、白蝋から選択される可燃性結合材の貯槽と、カルシウムを含む無機化合物の貯槽と、該廃油の貯槽からの廃油、該可燃性結合材の貯槽からの可燃性結合材、及び無機化合物の貯槽からの無機化合物をそれぞれ計量する計量機構と、該計量機構によりそれぞれ計量された廃油、可燃性結合材、吸水材及び無機化合物を受け入れ、混合する混合槽と、加熱手段を具備し、混合物を加熱混練しながら所望形状の成形体に成形する撹拌混合槽と、成形体を冷却する冷却手段とを具備する。

本方法により得られた集合固化体は、目視確認により、廃油と可燃性結合材とが均一に混合しており、大きな割れ、引け巣がなく、既存の焼却設備に投入しても粉砕せずに必要な寸法を維持できるので、充分に焼却処理可能である。

また、可燃性結合材とブレンドした後の集合固化体の成形も、単に放冷するだけで行うことができるので、非常に簡便である。

図１は、本発明の廃油集合固化体の製造装置による製造方法の工程を示す概略フロー図である。 図２は、廃油固化体の外観写真である。

好ましい実施形態

本方法の一実施形態として、原子力発電施設から排出される廃油を例にして、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の油固化体の製造装置による製造方法の工程を示す概略フロー図である。

原子力発電プラントから排出される廃油に、軟化点が水の沸点以下で且つ常温で固体である石油ワックス、植物性ワックス、木蝋、白蝋から選択される粉末又は粒状の可燃性結合材を、前記廃油１００質量部に対して３３質量部〜２００質量部の範囲の比率で添加し混合する可燃性結合材添加工程（５）と、これらの混合物を撹拌混合槽に供給して、廃油と該可燃性結合材とを可燃性結合材の軟化点以上で溶融点に至らない温度に維持しながら混練して、所望の形状の成形体に成形する混練成形工程（６）と、該成形体を冷却し固体
化する冷却固化工程（７）と、を含む。

また、前記廃油がリン元素を含む場合、当該廃油と可燃性結合材との混合物に、カルシウムを含む無機化合物を前記廃油１００質量部に対して３３質量部以上１００質量部以下の範囲で添加するカルシウム塩添加工程（５）をさらに含むことが好ましい。

また本発明の製造装置は、図１に示すように、廃油貯槽１０と、可燃性結合材貯槽２０と、廃油貯槽１０からの廃油を供給する定量供給機構４０と、可燃性結合材貯槽２０からの可燃性結合材を計量する計量機構５０と、加熱手段を具備し、定量供給機構４０により供給された廃油、計量機構５０により計量された可燃性結合材を受け入れ、混合する撹拌混合槽６０と、混合物を成形する成形装置７０と、成形体を冷却する冷却手段と、を具備する。図１に示すように、さらに、無機化合物貯槽３０及び無機化合物貯槽３０からの無機化合物を計量して撹拌混合槽６０に供給する計量機構５０を具備することが好ましい。本発明の製造装置は、さらに成形装置７０により成形された集合固化体を貯蔵する固化体貯槽８０を具備し、該固化体貯槽８０は冷却手段としても作用する構成であることが好ましい。また、固化体貯槽８０は、焼却炉（図示せず）に集合固化体を投入する投入手段を具備するものでもよい。尚、廃油貯槽１０から攪拌混合槽６０への廃油の定量供給は、撹拌混合槽６０の液位や移送流量等で供給量を監視しながらポンプ等で移送することもできる。

以下、実施例を参照しながら本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１に示す製造装置を用いて、廃油を定量供給機構４０にて計量して混合撹拌槽６０に供給し、次に可燃性結合材（石油ワックス：日本製蝋（株）社製顆粒状ワックス：PF-155；適性軟化温度範囲４５〜５５℃）を計量機構５０にて計量して撹拌混合槽６０に添加して、両者を混合し、撹拌機で加熱しながら混練・成形して成形体を形成し、撹拌混合槽６０の底部より排出して成形機７０にて受け入れ、成形した後冷却することで、本発明の廃油集合固化体を製造した。本実施例において、廃油１重量部に対して、ワックス１重量部を混合した。固化体外観を図２に示す。堅牢な固化体を製造することが出来た。また、７００℃の電気炉を用いて焼却したところ、完全に焼却できることを確認した。

図１に示す製造装置を用いて、廃ＥＨＣ油を定量供給機構４０にて計量して撹拌混合槽６０に供給し、次に可燃性結合材（石油ワックス：日本製蝋（株）社製顆粒状ワックス：PF-155；適性軟化温度範囲４５〜５５℃）及び消石灰をそれぞれ計量機構５０にて計量して撹拌混合槽６０に添加し、撹拌混合槽６０で加熱しながら廃油とワックスの混合流体を形成し、撹拌混合槽６０底部より排出して成形機７０にて受け入れ、成形した後冷却することで、本発明の廃油集合固化体を製造した。本実施例において、廃油１重量部に対して、ワックス１重量部、消石灰０．５重量部を混合したものである。実施例１と同様、堅牢な固化体を製造することが出来た。また、７００℃の電気炉を用いて焼却したところ、完全に焼却でき、残渣はリン酸カルシウムであることを確認した。

本発明によれば、廃油を既設の焼却設備で焼却処理可能な形態とした集合固化体が製造される。

本発明により製造される集合固化体は、従来提案されている廃油の処理方法の問題点を
解決し、低コストで効率的、且つ安定的な焼却処理を可能にする。

特に、廃ＥＨＣ油などのリンを含む廃油の場合には、カルシウム塩を添加することにより、安定的に集合固化体を製造すると共に、焼却時に発生するリン酸化合物の飛散を抑制することができ、焼却炉フィルタの差圧上昇問題を解決することができる。非特許文献１に記載の方法では、水酸化ナトリウムを添加することが必要であるが、本方法では焼却炉にて高温加熱するため水酸化ナトリウムの添加は不要となり、取り扱いが容易となり、薬剤コストも削減できる。

また、本発明によれば、原子力発電施設などにおいて、これまで適切な処理方法がないため液体のまま大量に保管され、今後も増加することが予測されている放射性廃棄物としての廃油を可燃性結合材と一緒に集合固化体に成形することにより、焼却処分前の長期貯蔵が可能となり、各原子力発電施設などが保有している既設の焼却設備を用いて容易に焼却処理可能にする。よって、新規な処理設備又は既設の処理設備を改良するなどの設備投資を伴わずに、大量に保管されている廃油を従来の雑固体を焼却する態様で容易に且つ効率的に、低コストで焼却処理可能とする。

Claims (4)

1. 原子力発電プラントから排出される廃油に、軟化点が水の沸点以下で且つ常温で固体である石油ワックス、植物性ワックス、木蝋、白蝋から選択される粉末又は粒状の可燃性結合材を、前記廃油１００質量部に対して３３質量部〜２００質量部の範囲の比率で添加し混合する可燃性結合材添加工程と、
   これらの混合物を撹拌混合槽に供給して、廃油と該可燃性結合材とを可燃性結合材の軟化点以上で溶融点に至らない温度に維持しながら混練して、所望の形状の成形体に成形する混練成形工程と、
   該成形体を冷却し固体化する冷却固化工程と、
   を含むことを特徴とする、廃油の集合固化体の製造方法。
2. 前記廃油は、リン元素を含み、当該廃油と可燃性結合材との混合物に、カルシウムを含む無機化合物を前記廃油１００質量部に対して３３質量部以上１００質量部以下の範囲で添加するカルシウム塩添加工程をさらに含む、請求項１に記載の廃油の集合固化体の製造方法。
3. 原子力発電プラントから排出される廃油の貯槽と、
   軟化点が水の沸点以下で且つ常温で固体である石油ワックス、植物性ワックス、木蝋、白蝋から選択される可燃性結合材の貯槽と、
   当該廃油の貯槽からの廃油を計量して供給する廃油定量供給機構、及び当該可燃性結合材の貯槽からの可燃性結合材を計量する可燃性結合材計量機構と、
   当該廃油定量供給機構及び可燃性結合材計量機構にてそれぞれ計量された廃油及び可燃性結合材を受け入れ、混合する混合槽と、
   加熱手段を具備し、当該混合槽からの混合物を受け入れ、加熱混練しながら所望形状の成形体に成形する成形装置と、
   当該成形体を冷却する冷却手段と、
   を具備する、廃油の集合固化体の製造装置。
4. 前記廃油はリン元素を含み、
   カルシウムを含む無機化合物の貯槽と、
   当該無機化合物の貯槽からの無機化合物を計量する無機化合物計量機構と、をさらに具備し、
   前記混合槽は、前記廃油及び可燃性結合材に加えて当該無機化合物計量機構にて計量された無機化合物を受け入れる、請求項３に記載の廃油の集合固化体の製造装置。