JP6487438B2 - 有機および金属廃棄物を焼却、溶融、およびガラス化するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、適切なコンテナ中に長期間、混合危険廃棄物を梱包および保管する目的のための、該混合危険廃棄物の処理の分野に関する。

混合廃棄物は、無機物質および／または他の物質を含む可能性もまたある、金属および有機廃棄物の混合物を意味する。

危険廃棄物は、放射汚染性および／または毒性廃棄物である。

従って、本発明は、より正確には、混合危険廃棄物の焼却、溶融、およびガラス化を介する処理、ならびに誘導溶融炉、および（特にプラズマタイプの）燃焼／焼却リアクタに関する。

核装置、または毒性もしくは汚染要素を含む他の装置を、操作および／または取り外す目的において、金属廃棄物（例えば、ステンレススチール、銅、および／またはアルミニウム）、および／または有機廃棄物（例えば、塩化ポリビニル（ＰＶＣ）およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ））、またはさらに無機廃棄物（例えば、ガラス繊維）からなろうとなかろうと、結局それらから生成される廃棄物を処理することが必要不可欠である。全てのこれらの物質は、放射性元素、および特に核分裂性物質によって汚染され得る。一般に、これらの廃棄物は、ＰＶＣバッグ中に置かれる。しかし、この廃棄物は、その容量を最小化するために、ならびにそれらが長期間保管および保存されることを可能にする形態において、それらの放射性に応じて処理および梱包されなくてはならない。

無機廃棄物（例えば、ガラス繊維）および有機廃棄物（ＰＶＣ、ＰＥＴ）の混合物を処理するために適切な方法が既にあり、この廃棄物は、センチメートル粒径の破砕形態において供給される。

特許文献１は、その例である。そこに記載される装置は、冷却壁ガラスを備える誘導溶融炉の上方に配置された、冷却壁を備える酸素プラズマ基板燃焼リアクタからなり、ガラス基質を連続的に投入するための系を含む。しかし、このような装置は、金属廃棄物を処理し得ず、および廃棄物バッグ全体を対処し得ない。さらに、溶融炉部分における臨界管理は、各投入後に炉底において、またはプラズマトーチが配置される燃焼ゾーンにおいて残存するガラスにプルトニウムが蓄積する危険性のために困難である。

別の方法は、プラズマによりガラスおよび金属を溶融するために垂直軸を回転する、炉の上方に配置された、熱性、つまり耐熱性の壁を備えるプラズマ基板燃焼リアクタを使用し、壁は、熱性、すなわち耐熱性である。これは、ガラスおよび金属を連続的に投入するための系を含み、そして有機、無機、および金属混合物のバッグ全体を処理し得る。しかし、その規模の大きさおよび複雑な維持管理は、耐火材料の損耗のために、それを放射性媒体における実施には魅力がないものにし、そしてさらに臨界管理問題を含み得る。

仏国特許出願第２８３８１１７号

本発明の目的は、先行技術のこれらの装置のこれらの異なる欠点を克服すること、ならびに以下の目的を満たす方法を提供することである：
‐有機画分を、水、二酸化炭素に、または塩化水素に酸化し、そしてそれらが中和される前にガスを除去すること；
‐この廃棄物の有機画分の酸化からの灰を、均質ガラスのようなガラス基質、またはガラス‐セラミック中に溶解すること；
‐無機画分をガラス基質中に溶解すること；
‐金属画分を溶融すること；
‐放射性元素を、ほとんどの酸化元素についてそれらのガラス相中に、またはごく一部の酸化元素についてそれらの金属相中に溶解すること；ならびに
‐廃棄物バック全体を、それらを開封することなく、およびそれらを破砕することなく操作して、放射性汚染物の任意の拡散を回避すること。

この廃棄物がプルトニウムにより汚染される場合、処理方法はまた、処理方法が実施される装置およびこの処理に由来する最終産物の両方において、臨界が管理されることを可能にしなければならない。

方法は、放射性媒体において利用可能でなくてはならない。

最後に、処理方法は、最終廃棄物パックを得なくてはならず、これは少なくとも２つの相、ガラス相および金属相を含み得る。

本発明の第１の主要な目的は、危険混合廃棄物、すなわち、放射汚染性および／または毒性金属および有機廃棄物の混合物であり、ならびにまた無機および／または他の物質を含む可能性もある廃棄物を、焼却、溶融、およびガラス化するための方法である。

本発明によれば、方法は以下の連続的な工程：
‐冷却または加温金属壁を備える酸素プラズマ基板焼却リアクタ中に、ガラス繊維のバスケットにより、バッグの中に配置された廃棄物を導入する工程；
‐リアクタ中で廃棄物を焼却する工程；
‐誘導炉において、廃棄物およびバスケットの焼却に由来する残留画分を溶融し、リアクタの下方に配置される、「Ｉｎ Ｃａｎ Ｍｅｌｔｅｒ」と呼ばれる、るつぼ形成コンテナにおいて溶融する、工程；
‐るつぼ中に含まれる溶融された残留画分をガラス基質にガラス化する工程；
‐廃棄物の各バスケットについてこのサイクルを反復する工程；
‐プロセスの終了時に、炉を取り外し、そしてるつぼ形成コンテナを取り外す工程、
を包含する。

冷却または加温壁は、１５０℃よりも低い温度を有する壁を意味することが留意されるべきである。

有利には、この方法はさらに、この方法に由来する、焼却からの残留ガスを処理する工程を包含し、以下の段階：
‐廃棄物の焼却由来のガスを二次燃焼する段階；
‐廃棄物、特に有機廃棄物が塩化物を含む場合、焼却の間に形成される金属塩化物を場合によりリン酸塩処理する段階；
‐塵を濾過する段階；
‐炉中の塵をリサイクルする段階；
‐除去したガスを中和する段階、
を包含する。

一旦、異なる廃棄物処理サイクルが終了すると、方法はさらに以下の段階：
‐リアクタのプラズマトーチおよび炉をシャットダウンする段階；ならびに
‐装置全体を冷却する段階；
‐炉をリアクタに対して取り外す段階；
‐リアクタを検査する段階；
を包含する。

本発明の第２の主要な目的は、上述の方法を使用する、廃棄物を焼却、溶融、およびガラス化するための装置である。

本発明によれば、この装置は、以下：
るつぼ形成コンテナ（Ｉｎ Ｃａｎ Ｍｅｌｔｅｒ）における溶融型誘導炉；ならびに
‐少なくとも１つのプラズマトーチおよび廃棄物バスケットを導入するためのエアロックを含む、冷却または加温金属壁を備えるリアクタを含み、このリアクタは、炉上に取り外し可能に配置される。

本発明によれば、装置は、以下：
‐二次燃焼チャンバー
‐冷却装置；
‐少なくとも１つのフィルタ；および
‐塩化水素中和系、
を備えるガス処理トレインにより有利に完成される。

単一の図は、混合廃棄物を焼却、溶融、およびガラス化する目的について、本発明に従う方法の実施のための、本発明に従う装置を示す。

以後、本発明の記載は、用語、焼却（ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ）および燃焼（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）を、同じ処理を指定するために公平に使用する。

装置の第１の主要素は、冷却または加温金属壁を備える燃焼リアクタ１０である。リアクタの内部は酸素を含み、これは１つ以上のプラズマトーチ１４によって加熱される。後者は、アークまたは誘導プラズマトーチであり得る。

バスケット１８は、リアクタ１０の内部に配置され、および廃棄物バッグ３０を含む。この組立は、リアクタ１０の内部に吊下げられる。そのようにするために、リアクタ１０は、各バスケット１８をリアクタ１０の内部に導入するためのエアロック１２により完成される。好ましくは、バスケット１８は、繊維ガラスであり；このようなバスケットは、廃棄物が、１５分よりも高い持続時間、リアクタまたは焼却炉において焼却されることを可能にし、廃棄物は、特にリアクタ１０中に挿入される場合、事前に溶融されない。本発明に従う方法は、金属元素を処理することを計画するので、このバスケット１８は、軽金属構造を含み得る。このバスケット１８は、リアクタ１０の上方、プラズマトローチ１４により生じるフレームの上方に吊下げられる。最後に、ガス出口１６は、リアクタ１０の上方に提供され；別の代替によれば、このガス出口１６はまた、プラズマによる加熱ゾーン中にガスを通過するために、およびそれらの酸化を促進するために、リアクタ１０のより低い部分に配置され得る。

この装置の別の主要素は、「Ｉｎ Ｃａｎ Ｍｅｌｔｅｒ」型の、誘導炉２０である。このような炉型は、誘導によって操作し、ライナ２１を備え、底面２２により完成される。るつぼ形成コンテナ２３は、組立の内部に配置されおよび取り外し可能である。次に、これは耐熱性内層（従って、溶融浴の攻撃に耐性である）、および絶縁外層を備え得る。最後に、インダクタ２４はライナ２１の周囲に配置される。この図はまた、るつぼ形成コンテナ２３の内部の溶融ガラスマス２６を示し、るつぼ形成コンテナ２３の下方にある溶融金属マス２８の上方に配置される。

この炉２０は、金属相２８およびその上方に配置されるガラス相２６が、直接的な誘導により溶融されることを可能にし；このガラス相２６はまた、溶融金属を接触することにより、下方から、およびにリアクタ１０の内部にある熱い空気と、場合によって上方に配置されるプラズマトーチの照射とを伴って、上方から、加熱される。

装置は、リアクタ１０からのガスを処理するための組立により有利に完成される。そこにおけるそれらのガスの二次燃焼、すなわちそれらの完全な酸化、塩化物を含む有機廃棄物の燃焼の間に形成される金属塩化物のリン酸塩処理、これらのガスに浮遊される塵の濾過、および溶融炉２０におけるそのリサイクル、ならびに除去された気体の中和を提供することが計画される。これらの異なる操作を首尾よく行うために、二次燃焼チャンバー、冷却装置、および電子フィルタ型フィルタ、またはろ材フィルタ、別の非常に高い効力のフィルタ、ならびに塩化水素中和系が使用され得る。

本発明に従う方法の詳細なプロセスは、以下のようである。

プロセスは、廃棄物を焼却するための、密閉して組立てたリアクタ１０、および金属およびガラスを溶融するための、炉２０を用いて開始する。

次いで、ガス処理トレインが場合によって密閉連結され、この連結が永続的でない場合、リアクタ１０のガス出口１６に連結される。次いで、このガス処理トレインは活性化される。溶融炉２０のインダクタ２４がまた、活性化される。

次いで、リアクタ１０のプラズマトーチ１４は、リアクタ１０の内部、すなわち酸素が負荷されたガス空気を余熱するために発火される。

次いで、エアロック１２が開口され、第１のバスケット１８中の廃棄物バック３０を導入する。従って、後者はリアクタ１０内部に配置され、プラズマトーチ１４のフレームの上方に吊下げられる。

次いで、廃棄物を導入するためのエアロック１２は閉口される。

次いで、廃棄物バッグ３０に存在する廃棄物の段階的燃焼が生じ得る。この燃焼に由来するガス、およびガス処理トレインにおける濾過による回収塵は、処理され得る。プラズマトーチ１４の電力は燃焼ガスの出口温度を制御するために調整され得る。

廃棄物バッグ３０に存在する廃棄物の燃焼の終了時に、バスケット１８は炉２０に下げられる。

従って、バスケット１８からの、廃棄物の燃焼に由来する残留画分、すなわち金属および有機物質の残渣、ならびに灰および無機物質（例えば、特にガラス繊維）の溶融が、炉２０内部に存在する。次いで、２相：重金属相２８、および重金属相２８の上方に位置されるより軽いガラス相２６が形成される。

他の廃棄物が処理される場合、エアロック１２の開口および以下の工程を伴って、このサイクルは全ての廃棄物についての金属およびガラス溶融の終了まで、金属およびガラスの最終の所望の組成物が得られるまで、炉２０のるつぼ形成コンテナ２３の内容量を完全に充填するまで、再開される。

最後の廃棄物バッグ３０は、以前のバッグを焼却した際にガス処理トレインから回収された濾過塵をまた含み得ることに留意されるべきである。

処理される廃棄物がもはやない場合、以下の操作が行われる：
‐プラズマ１４をシャットダウンする工程；
‐炉２０のインダクタ２４の操作を停止する工程；
‐るつぼ形成コンテナ２３およびリアクタ１０の内部を冷却する工程
‐金属およびガラスを溶融するための炉２０を、廃棄物を焼却するためのリアクタ１０から分離し、そしてるつぼ形成コンテナ２３を取り外す工程。

次いで、リアクタ１０の検査が場合により行われ得る。

例示的な実施態様において、約２８ｋｇ（それぞれ、有機廃棄物１０ｋｇ、金属廃棄物１５ｋｇ、ならびに金属およびガラス繊維から構成されるバスケット１８からなる３ｋｇ）の約２０個のバッグについて、このような装置の操作循環が意図される。

大きさの観点から、リアクタ１０の燃焼チャンバーは円筒状であり、および約１ｍの直径を備え、高さは約２ｍに等しく、ガスとの交換領域は約７ｍ^２であり、その容量は約１．６０ｍ^３である。

使用されるプラズマトーチ１４は、それぞれ７５ｋＷの電力を有し得る。るつぼ形成コンテナ２３は、廃棄物が、梱包、保管、および保存される最終コンテナを形成し、円筒状であり、約５００ｍｍの直径および約５００ｍｍの有効高を備える。

この場合において、燃焼能力は、１時間当たり約２０ｋｇの有機廃棄物であり、その平均内燃力は、３３ＭＪ／Ｋｇ程度である。これにより、３０分程度の各バッグの燃焼持続時間を生じる。この燃焼期の間に必要とされる酸素流速は、６０ｋｇ／ｈよりも高く、過剰な化学量論にあり得る。このようなチャンバーの容量は、リアクタ１０中のガスについて、約１０秒間を超える平均滞留時間を可能にする。酸素過剰な化学量論は、リアクタ中のガスについての約１０秒間の平均滞留時間と組み合わせて、有機廃棄物が完全に酸化されることを可能にする。

次いで、廃棄物燃焼によって提供される電力は１８３ｋＷであり、およびプラズマトーチ１４によって提供される電力により完成され、これは１５０ｋＷに達し得る。この電力は、リアクタ１０の外部でのガス温度を調整するために調節され得る。廃棄物燃焼およびプラズマトーチ１４によって提供される電力のごく一部は、燃焼ガスの温度を、リアクタ１０の操作温度まで、すなわち８００〜１０００℃まで上昇するために使用される。しかし、この電力のほとんどは、熱交換によりリアクタ１０の冷却壁に移行される。

廃棄物燃焼の終了後、この燃焼から生じた灰を含むバスケット１８は、炉２０の金属およびガラス浴中に下ろされ、それにより金属および無機物質が溶融され得る。金属はそこで、インダクタ２４により直接的な誘導熱を介して溶融状態に保持される。ｎ番のバスケット１８が炉２０中に下ろされるとすぐに、ｎ＋１番の新しいバスケットがエアロック１２によりリアクタ１０に導入され、この操作は、１５分間未満程継続する。

最後に、例として、約２０個の廃棄物バッグの処理後、および廃棄物組成に依存して、炉２０は、質量３７５ｋｇの金属、およびバスケット１８のガラス繊維から形成された質量１８０ｋｇのガラス、燃焼からの灰、塵、ならびにその化学組成を調節するための無機添加物を含み得る。

本発明の利点
冷却金属壁燃焼型のリアクタと、純酸素燃焼との組み合わせは、この燃焼に使用されない８０％の窒素を含む空気燃焼に関して、処理するための燃焼ガス流速が最小にされることを可能にする。このことは、適度な、すなわち１２００℃を下回るガス温度が保持されることを可能にし、例えば、廃棄物を保有するガラス繊維のバスケット１８の不十分な燃焼を回避する。実際、さらなる熱量がリアクタ１０の冷却壁により吸収される。この組み合わせは、ガスを焼却および処理するためのリアクタ１０の全体的な大きさが最小にされることを可能にする。ガラス繊維のバスケット１８中に含まれる廃棄物を導入するためのエアロック１２を備える供給系と、冷却金属壁を備える酸素プラズマ基板燃焼リアクタ１０との組み合わせは、このリアクタ１０の大きさおよびガス処理全体が最小にされることを可能にし、廃棄物バッグ全体を、それらを開封せず、および破砕せずに処理する利点を維持しながら、安定な燃焼流速を伴い、従って放射性汚染の任意の拡散を回避する。

このようなリアクタ１０は、このように冷却され、燃焼ガスにより腐食されず、その寿命を延長する。

本発明によれば、装置の２つの使用循環の間で、リアクタ１０を検査および洗浄することを可能にし、そして容易にする。

Ｉｎ Ｃａｎ Ｍｅｔｅｒ型の金属およびガラス溶融炉２０の使用は、その連続的な操作により、装置の定期的なシャットダウンに導き、溶融炉のるつぼ形成コンテナの交換を伴う。このことは、溶融炉２０のるつぼ形成コンテナ２３中に核分裂性物質が蓄積し得ないので、臨界の管理を容易にする。

Ｉｎ Ｃａｎ Ｍｅｔｅｒ型の炉２０と、冷却または加温金属壁燃焼リアクタ１０との組み合わせは、リアクタ１０が非常に迅速に冷却されるので、特に関連する。このことは、冷却の間、炉２０がリアクタ１０から取り外されることを可能にし、それにより、時間を無駄にすることなく、るつぼ形成コンテナ２３を交換する。

１０ リアクタ
１２ エアロック
１８ バスケット
２０ 炉
２３ るつぼ形成コンテナ
３０ 廃棄物

Claims (6)

1. 金属および有機廃棄物を含み、ならびに一方で無機物質、および他方で放射汚染性および／または毒性廃棄物を含む可能性がある、混合廃棄物（３０）を、焼却、溶融、およびガラス化するための方法であって、
   以下の工程：
   ‐冷却または加温金属壁を備える酸素プラズマ基板焼却リアクタ（１０）中に、ガラス繊維のバスケット（１８）により、リアクタ（１０）に開口するエアロック（１２）を介して、バッグの中に配置された廃棄物（３０）を導入する工程であって、該バッグはバスケット（１８）の中に配置される、工程；
   ‐リアクタ（１０）中で廃棄物（３０）を焼却する工程；
   ‐るつぼ形成コンテナ（２３）中で溶融するタイプの誘導炉（２０）において、廃棄物（３０）およびバスケット（１８）の焼却に由来する残留画分を溶融する工程であって、該炉（２０）はリアクタ（１０）の下方に配置される、工程；
   ‐溶融された残留画分をガラス基質にガラス化する工程；
   ‐各バスケット（１８）についてこのサイクルを反復する工程；
   ‐炉（２０）を取り外し、およびるつぼ形成コンテナ（２３）を取り外す工程、
   を包含することにおいて特徴づけられる、方法。
2. 以下の段階：
   ‐焼却由来のガスを二次燃焼する段階；
   ‐焼却の間に形成される金属塩化物をリン酸塩処理する段階；
   ‐焼却由来のガスに浮遊される塵を少なくとも一つのフィルタで取り除く段階；
   ‐前記フィルタ上の塵を回収することにより、炉（２０）中の塵をリサイクルする段階；
   ‐除去したガスを中和する段階、
   を包含する、焼却由来の残留ガスの処理からなることにおいて特徴づけられる、請求項１に記載の方法。
3. 炉（２０）を取り外す段階の前に、方法がさらに以下の工程：
   ‐リアクタ（１０）のプラズマトーチおよび炉をシャットダウンする工程、ならびに
   ‐装置全体を冷却する工程、
   を包含することにおいて特徴づけられる、請求項１に記載の方法。
4. 炉（２０）の取り外しの段階の後に、方法が：
   ‐リアクタ（１０）を検査する工程
   をさらに包含することにおいて特徴づけられる、請求項１に記載の方法。
5. 以下：
   ‐少なくとも１つのプラズマトーチ（１４）および廃棄物（３０）を含むバスケット（１８）を導入するための導入エアロック（１２）を備える、冷却または加温金属壁を備えるリアクタ（１０）、
   ‐るつぼ形成コンテナ（２３）中で溶融するタイプの誘導溶融炉（２０）であって、溶融炉（２０）はリアクタ（１０）の下方に配置され、炉は取り外し可能である、溶融炉；
   を主に備えることにおいて特徴づけられる、請求項１に記載の廃棄物を焼却、溶融、およびガラス化するための方法を行うための装置。
6. 以下：
   ‐二次燃焼チャンバー；
   ‐冷却装置；
   ‐少なくとも１つのフィルタ；および
   ‐塩化水素中和系、
   からなる、ガス処理トレインを備えることにおいて特徴づけられる、請求項５に記載の装置。

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