KR20010071035A - 유기 폐기물의 열분해 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 유기 폐기물 분해 시스템 및 방법은 두 개의 일련의 반응 용기를 갖으며, 상기 각각의 반응 용기는 다양한 유기 화합물을 분해하여 질량 및 부피를 감소시키기 위하여 산소가 보충된 초가열된 스팀을 이용한다. 스팀/산소 혼합물이 세라믹 비드의 유동층에 주입될 때 분해가 신속하게 발생한다. 유동 기체 혼합물의 속도는 상기 비드를 교반하여 고체 폐기물을 파괴시키는 것을 도우며, 산소는 산화를 유발하여 건조, 열분해 및 스팀 개질의 열 요구를 상쇄한다. 대부분의 열분해는 제 1 단에서 발생하고, 제 2 단은 완전한 열분해 그리고 무기물의 산화 상태를 변화시키기 위하여 공동-반응물을 이용하고 금속성 폐기물을 분배하기 위한 온도를 이용하여 폐기물 형태의 조절 또는 기화를 위하여 세팅된다.
Description
지난 수십년 동안, 스팀은 유기 화합물을 분해하는 데 이용되었고, 이는 메탄을 생성하거나 또는 수소 및 일산화탄소 및 이산화탄소를 생성하였고, 이와 같은 기체는 다른 화학 반응의 공급물로서 이용되었다. 유기 화합물의 스팀 개질의 기본적 반응은 흡열반응이기 때문에, 이 분야에 있어서의 많은 발전은 에너지 요구를 최상으로 만족시키는 데 초점이 맞추어졌다. 전형적으로, 외부의 열이 공급되지 않는 경우에는, 산소가 피드스톳에 첨가되고 이에 발열의 산화반응으로부터 열이 공급되었다. 또한, 폐기물을 분해하는 장치는 전열 피드스톳으로의 열 교환을 통하여 배출물에 내재하는 열을 이용하도록 개발되었다.
스팀 개질 반응에 있어서의 다른 발전은 특히 연료로서의 합성 기체의 제조의 보다 향상된 효율을 달성하기 위한 유동층 반응기 및 촉매에 초점이 맞추어졌다.
핵 산업은 연간 상당한 양의 폐기물을 생성하고 있으며, 이는 방사능 오염 이온 교환 미디아, 슬러지 및 용매로 분류된다. 상기 폐기물은 석층 챔버내로 또는 ??은 지표 매설로 폐기되기 전에 다양한 방법으로 처리된다. 방사능 폐기물의 처리는 기술적으로 복잡하고, 대체적으로 부피를 증가시키며 이는 저장 비용을 증가시킨다. 따라서 폐기되는 폐기물의 부피를 감소시키고 화학적 반응성을 감소시킬 수 있는 공정이 크게 요구된다.
이온 교환 미디아는 유기 물질이다. 상기 미디아 베이스는 일반적으로 술폰산 및 아민기가 그라프트된 스틸렌 폴리머이다. 따라서 상기 물질은 가연성이지만, 공기가 연소 동안에 공급될 때, 황 및 질소 산화물이 형성되며, 이는 특정 방법으로 제거되어야 하는 것이다. 더욱이, 연소 동안의 온도는 방사능 세슘이부분적으로 증기화될 정도로 높다. 연소 레진의 방사능은 또한 플라이 애쉬를 초래한다. 이와 같은 효과는 초고속 여과 시스템을 요구한다. 따라서, 이온 교환 미디아의 연소에는 전형적으로 기술적 문제 및 경제적 문제가 발생된다.
다른 선택적인 기술은 열분해이다. 그러나, 당업계에 공지된 열분해는 여러 측면에서 불충분하고, 특히 황 및 질소-함유 방사능 폐기물의 문제에 대한 광범위한 해결책을 제시하고, 이와 같은 해결책을 수용할 수 있는 경제적 조건하에서 제시할 수 있는 열분해 공정을 개발한 자는 아무도 없다. 예컨대, 미합중국 특허 제 5,424,042호, 제 5,470,738호, 제 5,427,738호, 제 4,628,837호, 제 4,636,335호 및 제 4,654,172호 그리고 스웨덴국 특허 SE-B 8405113-5가 있다.
이온 교환 미디아는 핵 산업에 의해 발생되는 유일한 유기 폐기물이 아니고, 또한 다른 산업에 의해 발생되는 유일한 방사능 폐기물도 아니다. 어떤 산업은 방사능 폐기물 및 화학적 폐기물을 포함하는 혼합 폐기물을 발생시킨다. 화학적 폐기물은, 예컨대 트리클로로에틸렌 또는 PCBs와 같은 유기 용매를 포함한다. 혼합 폐기물은 특히 처리하기가 어렵고, 이는 서로 다른 성질의 오염물에 적용되는 조건이 서로 다르고 가끔 충돌되기도 하기 때문이다.
방사능 오염물을 함유하는 폐기물을 효과적으로 분해할 수 있고, 분해 후 잔존하는 폐기물 잔여물의 부피 및 화학적 반응성을 감소시킬 수 있는 공정에 대한 요구가 있다.
본 발명은 유기 폐기물의 분해에 관한 것이다. "처리 (Processing)"는 폐기물의 조작 및 저장에 대한 노력을 줄이기 위하여 폐기물 부피의 감소를 위한 기회를 부여하는 데 주요한 목적이 있는 열 처리 방법을 통한 폐기물의 분해를 의미한다. 보다 상세하게는, 본 발명은 유기 폐기물의 열분해 방법에 관한 것이다.
본 발명은 동일한 제목으로 1998년 7월 28일자에 출원된 미합중국 특허출원 제 09/123,774호의 대응 출원이고, 상기 출원은 "핵 폐기물의 부피 감소 및 처리를 위한 방법 및 장치"의 명칭으로 Rolf Hesbol 및 Bradley Mason에 의해 1996년 7월 15일자에 출원된 미합중국 특허출원 제 08/680,380호의 일부계속출원이며, 상기 출원은 "폐기물 처리"의 제목으로 Rolf Hesbol 및 Lars E. Holst에 의해 1995년 3월 17일자에 미합중국 특허출원 제 08/403,758호로 출원되고, 특허 제 5,536,896호를 부여받은 특허출원의 일부계속출원이며, 상기한 출원들은 모두 본 발명의 양수인에게 양도되었다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 유기 폐기물 분해 시스템의 개략도.
본 발명의 주요한 양태는 2-단 스팀-개질기를 이용하는 유기 폐기물의 분해 방법 및 장치이다. 폐기물은 스팀 및 산소를 함유하는 유동화 기체와 함께 상기 2 단의 첫 번째에 투입된다. 두 단은 직경 3000 마이크론까지의 알루미나 비드와 같은 고밀도 비드로 이루어진 불활성 미디아를 포함한다. 상기 유동화 기체는 비교적 고속으로 투입되며, 이는 400 피트/초까지이다. 첫 번째 단에서, 고속의 기체는 450℃ 내지 800℃의 온도 및 제곱인치 당 45 파운드까지의 압력에서 많은 폐기물을 열분해한다. 탄소 및 비열분해 폐기물은 여과 시스템을 통하여 첫 번째 단에서 두 번째 단으로 운반된다.
두 번째 단에서, 열분해는 필수적으로 동일한 조건하에서 계속되지만, 다양한 공동-반응물의 이용 및 적절한 온도의 선택은, 두 번째 단으로 투입되는 초기 폐기물에 따른 최종 폐기물의 정확한 특성을 결정할 수 있도록 실시될 수 있다. 폐기 기체는 포획되어 통상적인 방법에 따라 처리되고, 무기의 고금속량 그리트 (grit)가 잔존하게 된다.
두 개의 백-투-백 스팀 개질기를 이용하는 것이 본 발명의 주요한 특징이다. 열분해 및 스팀 개질의 대부분은 두 단 중 첫 번째에서 발생하고, 두 번째 단은 완전한 개질 뿐만 아니라 최종 폐기물 형태를 정밀하게 조절하는 데 이용된다.
본 발명의 다른 특징은, 유동층 반응기내에서 큰 크기의 비드를 갖는 고밀도 불활성 미디아와 함께 비교적 고유동 속도를 이용하는 데 있다. 유동화 기체의 속도는 400 FPS까지 될 수 있고, 비드는 직경 3000 마이크론까지의 알루미나로 이루어진다. 상기 고속은 미디아를 교반하여 보다 유연하고 부서지기 쉬운 피드스톳으로 연마하고, 이는 스팀으로의 노출 및 개질을 촉진시킨다. 상기 층의 유동화 미디엄은 열분해를 가속화하고 액상 소듐 또는 유기 폭발성 물질과 같은 피드스톳의 원하지 않는 반응을 억제하는 작용을 한다.
본 발명의 또 다른 특징은 최종 폐기물 형태를 조절하기 위하여 상기 두 번째 단에서 공동-반응물을 이용하는 데 있다. 예를 들어, 크롬과 같은 금속의 산화 상태는 유해한 Cr+6으로부터 무해한 Cr+3 상태로 변화시킬 수 있다. 유해한 소듐, 칼슘, 마그네슘 및 다른 금속 염을 해당 양이온 산화물 및/또는 카보네이트로 환원하는 것 또한 바람직하다. 클로라이드 또는 다른 공동-반응물을 첨가하는 것은 아연 또는 세슘과 같은 금속을 배기 기체로 효과적으로 분배하기 위하여 이용될 수 있다. 상기 공정은 대량의 방사능 폐기물로부터 대량의 세슘을 제거하여 취급하기 용이한 저활성 방사능 폐기물 그리고 상업적 가치가 있는 농축된 세슘 생성물을 제조하는 데 이용될 수 있다. 폐기물을 포함하는 소듐과 함께, 탄소를 첨가하는 경우에는 고융점의 소듐 카보네이트의 형성이 촉진되고, 이는 층 미디아를 용해하고 응집시키는 소듐 공융 염의 형성을 제거한다. 폐기물을 포함하는 포스페이트와 함께, 석회 (칼슘 카보네이트)를 첨가하는 경우에는 안정된 칼슘 카보네이트의 형성이 촉진되며, 이는 시스템내의 부식성 포스페이트 이온을 제거한다. 특별한 취급이 요구되는 어떤 폐기물 형태를 제거하거나 또는 그 양을 감소시키는 것은 폐기물 처리 비용을 크게 감소시킨다.
본 발명이 방사능 이온 교환 수지에 적용되는 경우, 본 발명의 특징은 열분해 반응이 저온에서 발생한다는 것이다. 보다 낮은 온도에서, 방사능 세슘은 휘발화되어 배기 기체 시스템으로 들어가지 않고, 잔여물에 잔존하게 된다. 배기 기체 시스템으로 공칭의 세슘이 이동하는 것을 피함으로써, 특별한 세슘 포획에 대한 필요성이 제거되었고, 종래의 세정기가 배기 기체로 들어가지 않은 소량의 세슘을 제거하는 데 이용된다. 또한, 세슘 및 클로라이드가 존재하는 경우에는, 아연이 첨가될 수 있고, 이는 선호적으로 클로라이드와 결합하며, 결과의 염화 아연은 배기 기체로 분배되며, 방사능 세슘은 폐기 잔여물에 잔존하게 된다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 유기 폐기물 처리 분야의 당업자라면 도면이 첨부되는 하기의 상세한 설명으로부터 명확하게 인식할 있다.
본 발명은 유기 폐기물의 분해를 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 이에 의해 처분되는 폐기물의 부피 및 질량이 초기 부피 및 질량과 비교하여 크게 감소된다. 또한, 환경으로 방출되는 처리된 폐기물의 성분들, 기체 및 수증기는 방출전에 무해하게 된다.
본 발명의 방법은 방사능 폐기물에 적용되어 보다 특정적으로 설명되며, 보다 상세하게는 방사능 이온 교환 수지에 적용되어 설명될 수 있으나, 모든 유기 폐기물은 본 발명의 하기의 방법 및 시스템에 따라 처리될 수 있다.
본 발명의 처리는 2-단, 유동층 반응기내의 산소가 보충된 스팀을 이용한 열분해에 기초하며, 기체성 배출물을 처리하는 습식 세정기를 포함하는 전통적인 배기-기체 처리를 이용한다. 폐기물 처리로부터 생성된 고체 잔여물, 무기성분의 고함량의 금속 산화물 그리트는 처분 또는 추가의 처리를 위하여 포장된다. 본 발명에 따라 처리될 수 있는 폐기물은 이온 교환 수지 뿐만 아니라, 스팀 발생기 세척액, 용매, 오일, 오염 제거액, 부동액, 종이, 플라스틱, 천, 나무, 토양, 슬러지, 니트레이트, 포스페이트 및 오염된 물도 포함한다.
이온 교환 수지는 아미노기가 그라프트 되어 음이온 수지가 되거나 또는 술폰산이 그라프트 되어 양이온 수지를 형성하는 스틸렌과 같은 유기물로 이루어진다. 상기 수지가 핵 반응기에 이용되는 경우에는, 상기 수지는 철, 칼슘, 실리카 및 소량의 다른 금속 및 양이온을 약 7%까지 축적하게 된다.
열분해는 화학양론적인 양의 산소의 부재하에서 열을 이용하여 유기 물질을 파괴하는 것이다. 산소의 존재는 산화를 유발하고 이는 열분해 반응 또는 유기 화합물의 열 요구를 상쇄시키는 열을 제공한다.
본 발명의 방법에 있어서, 수지의 유기 성분은 무기 성분으로부터의 스팀에 의해 파괴적으로 증류된다. 열을 가할 때에는, 수지 폴리머의 약한 화학 결합이 파괴되어 더욱 작은 탄소수의 화합물, 예컨대 탄소, 금속 산화물, 금속 황화물 및 열분해 기체로 되고, 상기 열분해 기체는 이산화탄소, 일산화탄소, 물, 질소 및 탄화수소 기체, 전형적으로 합성기체로 불리는 기체 (일산화탄소, 수소, 메탄 등)를포함한다. 개질 후 잔존하는 소량의 고체 잔여물은 대부분의 방사성 핵종을 포함한다. 열분해는 광범위의 온도에서 발생될 수 있지만, 본 발명의 방법은 낮은 온도의 열분해이고, 온도 범위는 일반적으로 550-700℃이며 이는 이온 교환 수지가 휘발화 되는 것을 억제한다. 상기 금속들은 반응 용기 잔여물내에 잔존하게 된다. 결과적으로, 세슘과 같은 휘발성 방사능 금속에 대한 고려 없이, 맑은 저활성의 합성 기체가 보다 높은 온도에서 이산화탄소 및 물로 전환될 수 있게 된다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 시스템은 일반적으로 참조 번호10으로 표시된다. 시스템10은 두 단의 스팀 개질 반응 용기12및14를 포함한다. 폐기물은 처음 용기12를 거쳐 통과하여 용기14로 들어가고 용기12로부터의 휘발성 기체는 통상적인 기체 처리 시스템 (나타내지 않음)으로 들어가게 된다. 이온 교환 수지20은 수지 탱크22로부터 슬러리로 되어 건조 및 열분해를 위하여 제 1 단 반응 용기12로 들어간다. 다른 폐기물 형태는 다른 방식으로 개질기로 운반된다. 예를 들어, 파편화, 연마 또는 절단에 의해 크기를 감소시킨 고체 폐기물40은 고체 폐기물 용기42로부터 나사 송곳44에 의해 용기12로 운반된다. 액체 및 기체30는 예컨대 공기 펌프34를 이용하여 저장소32로부터 펌핑 또는 주입된다.
제 1 단 용기12에서, 불활성 미디아50는 유동층내에서 이용된다. 미디아50은 바람직하게는 실리카 또는 알루미나이고, 가장 바람직하게는 최소 직경 200 마이크론의 무정형의 알루미나이며, 직경은 바람직하게는 3000 마이크론까지이고, 보다 바람직하게는 약 800 내지 1300 마이크론이다. 만일 산 기체가 제 1 단에공급되는 경우에는, 상기 기체를 중화하는 반응성 미디아가 바람직하고, 예컨대 Na2CO3, CaO 또는 CaCO3비드가 있다. 상기 미디아는 바람직하게는 고밀도 물질로 이루어져 있고, 이는 유동성 미디엄의 높은 속도를 유지한다. 미디아의 선택은 스팀 개질을 위한 효율적인 저가의 촉매, 예컨대 알루미나 비드와 같은 역할을 한다.
피드스톳이 니트레이트를 포함하는 경우에는, 석탄, 목탄 및/또는 슈가를 첨가하여 산화 가열을 촉진시킬 수 있으며, 니트레이트의 질소로의 직접 환원을 위한 고 환원 환경을 생성시킬 수 있다. 탄소의 이용은 니트레이트로부터 산소를 스트리핑하는 고환원 수소 및 일산화탄소 대기를 생성시킨다.
유동성 미디엄은 불활성 기체일 수 있고, 바람직하게는 개질 기체와 산화 기체의 조합이다. 가장 바람직하게는, 상기 미디엄은 산소가 있는 초가열 스팀이다. 피드스톳이 수용액인 경우에는, 스팀 함량은 감소될 수 있고 산소 함량은 증가될 수 있으며, 이는 폐기물의 수용성 성분을 증발시키는 데 필요한 열에 대한 요구가 증가되기 때문이다. 유동 속도는 층 미디아에 따라서 1.0 피트/초 또는 그 이상으로부터 400 FPS까지일 수 있고, 바람직하게는 약 1.25 내지 5 FPS이다.
높은 유동 미디엄 속도는 다수의 이점을 갖는다. 수직 방향의 층에서의 높은 유동 미디엄 속도는 층 미디엄을 교반하여 보다 유연하고 부서지기 쉬운 공급물을 파괴하는 데 도움을 준다. 이는 파괴를 촉진시키며; 용기12로부터 미세의 입자를 운반하는 데 도움을 준다.
유동 미디엄은 기능적으로 적합한 디자인에 의해 분배될 수 있고, 방사능 폐기물의 처리를 포함하는 적용의 경우에는, 바람직하게는 분배 파이핑56이 제 1 단 반응 용기12의 벽을 통하여 제거될 수 있도록 형성되며 이는 반응 용기의 저부를 제거할 필요 없이 대체될 수 있고 제공될 수 있다.
용기12내에서 제 1 단 개질이 이루어진 다음, 배출물은 여과 분리기60에서 여과되어 탄소, 금속 산화물 및 다른 무기 화합물들이 휘발성 유기물 및 과량의 스팀으로부터 제거된다.
반응 용기14내의 제 2 단 개질기로 이동한 잔여물은 초가열된 스팀에 재차 노출되어 고정된 탄소가 일산화탄소로 전환되고 이는 배기 기체 시스템으로 소모된다.
수지 출발물질 4910 파운드로 실시되어 본 발명의 시스템으로 수득한 질량 및 부피 감소의 예로서는, 제 2 단 개질기로부터의 잔여물은 73 파운드이고, 67.3의 중량 감소 인자 및 61.4의 부피 감소 인자를 나타낸다. 또한, 열분해 온도를 700℃ 이하로 유지함으로써 배기 기체 시스템으로 운반되는 세슘이 1% 이하로 유지되고, 이 세슘은 정교하고 고가의 세슘 포획 장치를 이용하지 않고 세정기 수시스템의 작은 크기의 "연마용" 이온 교환기를 이용함으로써 회수할 수 있다.
제 1 단 반응 용기12및 제 2 단 반응 용기14모두에서 열분해를 개시하는 경우에는, 전기 히터62가 필요하다. 히터62는 상기 용기에 대해 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 온도에 또는 온도 근처에 도달하게 되면, 유동 미디엄으로의 산소 첨가는 산화를 유발시켜 과량의 외부 열에 대한 필요성을 없애고 전체 반응 속도를 증가시킨다. 바람직하게는 용기 벽을 통한 열 교환이 열 요구를 감소시킨다.
산소의 주입 및 전기적 히터62의 사용 및 열 교환 뿐만 아니라, 공동-반응물도 열을 생성하는 데 이용될 수 있다. 상기 공동-반응물은 석탄, 목탄, 메탄, 연료 오일, 고에너지 함유 폐기물 등을 포함한다.
대부분의 유기물 분해에 있어서, 작동 온도는 바람직하게는 425℃ 내지 800℃이다. 방사능 피드스톳의 경우에는, 상기 온도 범위의 상한이 바람직하게는 700℃이고 이는 부식, 염의 공융 및 세슘, 안티몬, 테크네튬 및 루테늄의 휘발을 최소화하기 위한 것이다. 바람직한 압력 범위는 10-45 psia이고, 가장 바람직하게는 14-15 psia이다.
작동에서, 고속의 유동 미디엄은 금속 산화물, 애쉬 및 염을 포함하는 미세한 경 폐기 잔여물을 운반하여 합성 기체 및 탄소와 함께 반응 용기12의 상부에 이를 운반한다. 자갈, 금속 및 조각과 같은 열분해되지 않은 보다 무거운 폐기물은 용기12의 저부64로부터 제거된다. 상기한 분리를 촉진시키기 위하여, 크기가 보다 크고 밀도가 큰 층 미디아와 함께 고유동 속도가 이용된다. 유동 기체는 최소 1.0 FPS 및 최대 400 FPS, 바람직하게는 최대 약 300 FPS의 속도로 주입된다. 층 미디아는 바람직하게는 직경이 200-3000 마이크론이고 알루미나, 또는 실리카와 같은 금속 산화물로 이루어져 있다. 마찰에 의한 손실을 제외하고는, 용기12의 상기 층 미디아50은 용기12내에 유지된다. 보다 큰 층 미디아는 보다 유연하고 부서지기 쉬운 폐기물의 입자을 파괴하는 데 도움을 준다.
폐기물이 제 1단 반응 용기12의 저부64로부터 제거될 때, 층 미디아50은 종종 폐기 잔여물로부터 분리되어 재사용될 수 있다. 이온 교환 수지의 처리로부터 발생된 폐기 잔여물은 금속 산화물의 자기 형태로 주로 이루어져 있기 때문에 일반적으로 자기적으로 분리시킬 수 있다.
제 1 단에 투입되는 폐기물 형태에 따라서, 결과물은 경유기 화합물, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 기체, 탄의 형태로 고정된 탄소, 금속, 산화물 및 다른 무기물, 그리고 물 (스팀)을 포함한다.
제 1 단 반응 용기12를 나온 다음, 세정된 고체는 필터/분리기60에 의해 합성 기체로부터 분리된다. 필터/분리기60은 하소된 금속 또는 세라믹 원소로 이루어져 있고, 원소를 세정하는 블로우백 능력을 갖고 있으며 히터는 필터/분리기60의 온도를 합성 기체 스트림의 이슬점 보다 높게 유지시킨다. 필터/분리기60에 의해 수집된 고체는 냉각된 나사, 로크 밸브 또는 배출기를 이용하여 저부 64를 통하여 제거되어, 제 2 단 반응 용기14로 보내어 질 수 있다.
이어, 탄소, 비열분해 유기물 및 다른 고체들은 초가열 스팀 및 선택적인 산소와 함께 제 2 단 반응 용기14에 주입된다. 탄소는 용기14내의 스팀 및 산소와 접촉하면 기화되고, 비열분해 유기물은 열분해되며, 불활성 고체는 용기14로부터 운반된다. 제 1 단12와 함께, 제 2차 필터/분리기76내에서의 여과에 의해 거의 모든 고체 잔여물이 분리되며, 이는 처분 저장소78내의 제 1차 필터/분리기74로 첨가된다. 제 2 단 반응 용기14에 대한 온도 및 압력의 작동 조건은 제 1 단 반응 용기의 조건과 동일하게 할 수 있다. 층 미디아72및 유동 기체도 동일하다. 그러나, 대부분의 열분해가 제 1 단에서 이미 이루어지기 때문에, 제 2 단은 잔여물을 분배하는 데에 또는 잔여물을 변형된 화학적 최종 형태로 만드는 데에 이용될 수 있다.
예를 들어, 제 2 단에 투입된 폐기물내에 니트레이트가 포함되어 있는 경우에는, 반응 용기14내의 탄소의 존재가 니트레이트를 덜 유해한 질소 기체로 환원시키며, 기체 배기물에는 니트레이트가 100 ppm 이하로 감소된다. 유동 기체와 함께 투입된 공동-반응물은 폐기물을 산화 또는 환원하는 데 이용될 수 있고, 이는 산화 상태를 변화시켜 유해한 Cr+6으로부터 무해한 Cr+3으로 변화시키는 것과 같이 처분물을 보다 편이한 형태로 변화시킨다. 상기한 반응 종류는 제 1 반응 용기12에서는 실시하기가 어렵고, 이는 공동-반응물이 과량의 스팀 또는 다른 열분해 기체와 반응할 수 있기 때문이다. 한편, 반응 용기14에서는 처리가 보다 정교하게 될 수 있다.
어떤 금속은 다른 금속보다 보다 낮은 온도에서 휘발되어 제 2 단의 작동 온도에 의해 분리될 수 있다. 예를 들어 카드뮴을 휘발시키는 온도보다 고온 그리고 다른 금속을 휘발시키는 온도보다 저온의 작동 온도를 선택함으로써 아연을 세슘, 안티몬 및 루테늄으로부터 간단하게 분리될 수 있다.
또한, 제 2 단은 CaCO3를 CaO, NaNO3를 Na2O 등과 같이 전환시키는 배기 시스템의 세정기내에서 이용되는 하소기로서 작동시킬 수 있다.
제 1 단 및 제 2 단으로부터의 합성 기체는 기체 조작 시스템으로 보내어지고, 이 곳에서 기체는 통상적인 기술을 이용하는 다양한 방식 중 하나에 의해 조건화된다: 휘발성 유기 기체는 산화되고, 고온의 기체는 냉각되며, 산성의 기체는 세정되고 안정된 염으로 전환되며, 과량의 수증기는 농축되어 제거되며, 그리고 냉각 세정된 기체는 방출 전에 여과된다. 기체는 방출 전에 모니터링되며 이에 의해 적용될 수 있는 환경적 방출 요건이 충족될 수 있다.
첨부한 청구의 범위에 의해 명확하게 되는 상술한 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 다수의 변형예 및 치환예가 본 발명의 요지 및 범위를 이탈하지 않으면서 만들어질 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
Claims (30)
- 다음과 같은 단계를 포함하는 금속 이온으로 오염된 폐기물의 분해방법:이용된 이온 교환 수지내의 금속 이온의 휘발화 온도보다 이하이고 최소 425℃의 작동 온도까지 불활성 비드층을 포함하는 반응 용기를 가열하는 단계; 및실질적으로 모든 상기 폐기물을 상기 작동 온도에서 열분해되도록 하고 상기한 금속 이온을 포함하는 금속 산화물-풍부 무기 잔여물이 잔존하도록 상기 반응 용기내로 스팀 및 폐기물을 주입하는 단계.
- 제 1 항에 있어서, 상기 불활성 비드는 무정형 알루미나 비드인 것을 특징으로 하는 폐기물의 분해방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 열분해 반응을 가속화하기 위하여 상기 반응 용기내의 상기 폐기물을 교반하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물의 분해방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스팀은 상기 폐기물을 교반하는 속도로 주입됨을 특징으로 하는 폐기물의 분해방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스팀은 최소 1.0 피트/초의 속도로 상기 반응 용기내에 주입됨을 특징으로 하는 폐기물의 분해방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 상기 금속 이온의 원자가 상태를 변화시키기 위하여 상기 스팀과 함께 공동-반응물을 주입하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물의 분해방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 반응 용기는 최소 약 200 마이크론의 직경을 갖는 알루미나 비드층을 포함하고 상기 스팀은 상기 층을 유동화하는 데 충분한 속도로 주입됨을 특징으로 하는 폐기물의 분해방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 반응 용기는 최소 약 200 마이크론의 직경을 갖는 알루미나 비드층을 포함하고 상기 스팀은 상기 층내의 상기 비드를 교반하는 데 충분한 속도로 주입됨을 특징으로 하는 폐기물의 분해방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 반응 용기는 반응 용기내로 들어오지 않으면서 분리될 수 있는 유동 기체 분배기가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 폐기물의 분해방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 상기 반응 용기내로 산소를 공동-주입하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물의 분해방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 폐기물은 고형, 액형, 기체형 또는 이의 혼합물인 것을 특징으로 하는 폐기물의 분해방법.
- 다음과 같은 단계를 포함하는 금속 이온으로 오염된 이용된 이온 교환 수지의 분해방법:불활성 비드층을 포함하는 제 1차 반응 용기를 제 1차 작동 온도까지 가열하는 단계;불활성 비드층을 포함하는 제 2차 반응 용기를 제 2차 작동 온도까지 가열하는 단계;배출 폐기물을 포함하는 상기 제 1차 반응 용기내로 스팀 및 이온 교환 수지를 주입하는 단계; 및상기 이온 교환 수지를 실질적으로 모두 열분해 및 기화시키고 상기 금속 이온을 포함하는 금속 산화물 잔여물을 잔존하도록 하기 위하여 상기 제 1차 반응 용기내의 폐기물 및 스팀을 상기 제 2차 반응 용기내로 주입하는 단계.
- 제 12 항에 있어서, 상기 불활성 비드는 무정형 알루미나 비드인 것을 특징으로 하는 폐기물의 분해방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 1차 반응 용기 및 제 2차 반응 용기는 최소 약 200 마이크론의 직경을 갖는 알루미나 비드층을 포함하고 그리고 상기 스팀은 최소 약 1.0 피트/초의 속도로 상기 반응 용기내에 주입됨을 특징으로 하는 이용된 이온 교환 수지의 분해방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 1차 작동 온도 및 제 2차 작동 온도는 800℃ 이하인 것을 특징으로 하는 이용된 이온 교환 수지의 분해방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 방법은 제 1차 반응 용기내의 배출 폐기물의 원자가 상태를 변화시키기 위하여 상기 제 2차 반응 용기내로 공동-반응물을 주입하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 이용된 이온 교환 수지의 분해방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 배출 폐기물은 상기 제 2차 반응 용기내에서 하소됨을 특징으로 하는 이용된 이온 교환 수지의 분해방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 1차 반응 용기 및 제 2차 반응 용기는 반응 용기내로 들어오지 않으면서 분리될 수 있는 유동 기체 분배기가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 이용된 이온 교환 수지의 분해방법.
- 다음과 같은 단계를 포함하는 방사능 폐기물의 처리방법:미디아를 포함하는 제 1차 반응 용기 및 제 2차 반응 용기를 약 425℃ 이상 및 약 800℃ 이하로 가열시키는 단계;상기 미디아층을 유동화하는 데 충분한 속도로 상기 제 1차 반응 용기내로스팀 및 산소를 주입하고 상기 제 2차 반응 용기내로 스팀을 주입하는 단계;상기 제 1차 반응 용기내로 상기 폐기물을 주입하여 상기 폐기물을 적어도 부분적으로 열분해하고 세정물을 생성시키는 단계;상기 제 1차 반응 용기내의 상기 세정물내에 포함된 고체로부터 기체를 여과하는 단계; 및상기 방사능 폐기물을 완전하게 열분해시키고 기화시키기 위하여 상기 제 2차 반응 용기내로 상기 고체를 주입하는 단계.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제 2차 반응 용기내로 산소가 추가적으로 주입됨을 특징으로 하는 방사능 폐기물의 처리방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 방법은 상기 고체의 산화 상태를 변화시키기 위하여 상기 제 2차 반응 용기내로 공동-반응물을 주입하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방사능 폐기물의 처리방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 방법은 상기 제 2차 반응 용기내에서 상기 고체를 하소하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방사능 폐기물의 처리방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제 1차 반응 용기 및 제 2차 반응 용기의 온도는 상기 고체내의 방사능 세슘이 휘발화 되는 것을 억제하기 위하여 650℃ 이하로 유지됨을 특징으로 하는 방사능 폐기물의 처리방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 스팀 및 산소는 최소 1.0 피트/초의 속도로 주입됨을 특징으로 하는 방사능 폐기물의 처리방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제 1차 반응 용기의 온도는 550℃ 이하로 유지되고 상기 제 2차 반응 용기의 온도는 상기 고체내의 금속을 분배하기 위하여 변화됨을 특징으로 하는 방사능 폐기물의 처리방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제 1차 반응 용기 및 제 2차 반응 용기는 압력이 약 10 내지 45 psia로 유지됨을 특징으로 하는 방사능 폐기물의 처리방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 미디아는 직경 200 내지 4000 마이크론의 알루미나 비드를 포함함을 특징으로 하는 방사능 폐기물의 처리방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 폐기물은 포스페이트를 포함하고, 상기 방법은 상기 포스페이트와 반응하여 안정된 염을 생성하는 공동-반응물을 첨가하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방사능 폐기물의 처리방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 미디아는 무정형 알루미나 비드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사능 폐기물의 처리방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제 1차 반응 용기 및 제 2차 반응 용기는 반응 용기내로 들어오지 않으면서 분리될 수 있는 유동 기체 분배기가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 방사능 폐기물의 처리방법.
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