(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性固体廃棄物をプラズマ加熱によって溶融させる放射性固体廃棄物のプラズマ溶融処理方法において、前記放射性固体廃棄物を２５０℃以上でかつセシウムの沸点未満の温度で予熱して前記放射性固体廃棄物中の塩素を気体成分として抜き取った後に前記プラズマ加熱溶融処理を行うことを特徴とする放射性固体廃棄物のプラズマ溶融処理方法。
【請求項２】
前記予熱は放射性固体廃棄物が３００℃〜４００℃になる温度であることを特徴とする請求項１記載の放射性固体廃棄物のプラズマ溶融処理方法。
【請求項３】
プラズマ溶融炉からの排ガスの熱で前記予熱を行うことを特徴とする請求項１または２記載の放射性固体廃棄物のプラズマ溶融処理方法。
【請求項４】
放射性固体廃棄物をプラズマ加熱によって溶融させる放射性固体廃棄物のプラズマ溶融処理設備において、プラズマ溶融炉に投入される前の前記放射性固体廃棄物を２５０℃以上でかつセシウムの沸点未満の温度に予熱すると共に前記放射性固体廃棄物中から発生した塩素ガスを抜き取る排気手段を備える予熱部を有することを特徴とする放射性固体廃棄物のプラズマ溶融処理設備。
【請求項５】
前記プラズマ溶融炉の排ガスを前記予熱部を通して前記予熱部で前記放射性固体廃棄物中から発生した前記塩素ガスと共に排気することにより、前記プラズマ溶融炉からの排ガスを前記予熱部の熱源として利用することを特徴とする請求項４記載の放射性固体廃棄物のプラズマ溶融処理設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所等で発生する放射性固体廃棄物例えば低レベル放射性固体廃棄物のプラズマ溶融処理方法およびそれに使用するプラズマ溶融処理設備に関する。さらに詳述すると、本発明は放射性固体廃棄物に含まれるセシウム化合物のプラズマ溶融処理時の揮発による環境放出を防止する放射性固体廃棄物のプラズマ溶融処理方法およびそれに使用するプラズマ溶融処理設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所等から排出される放射性固体廃棄物例えば低レベル放射性固体廃棄物の処理方法として、プラズマ加熱によって溶融処理を行う技術が研究されている。この方法では、低レベル放射性固体廃棄物を分別することなく一括して溶融処理することが可能であり廃棄物処理に要するコストの削減を図ることができると共に、放射性核種であるセシウムのスラグ層内への封じ込めを図ることができて放射線防護の観点からも有利である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、原子力発電所等で発生する低レベル放射性廃棄物には様々な種類のものが混じっており、放射能汚染された塩化ビニルが廃棄物として廃棄されることがある。塩化ビニルを含む低レベル放射性廃棄物を一括して溶融処理した場合、塩化ビニルに含まれる塩素によってスラグ層に捕捉されていた酸化セシウムが揮発してしまうという問題がある。即ち、プラズマ溶融処理中に酸化物としてスラグ層に捕捉されていたセシウムが塩素と反応して塩化物になる。塩化セシウムはイオン結合性であるためにイオン融体であるスラグ層中で容易に解離し、揮発するためと考えられている。このことがプラズマ溶融処理方法の実用化の障害となっている。
【０００４】
図２に、低レベル放射性固体廃棄物の処理を想定して実施した溶融試験の結果を示す。これは、フランスＣＡＥ（フランス原子力公社）が燃料再処理工程等から発生する放射性廃棄物を模擬した試料を模擬核種とともにプラズマ加熱によって溶融した際に得られた結果である（引用文献：H.Massit,G.Naud,R.Atabek and W.Hoffelner,"Evaluation of the plasma centrifugal process for radioactive waste treatment",International Incinaeration Conference,May 1995,U.S.A ）。試料として、塩化ビニル、ポリエチレン、セルローズ等の混合比を変えたＡ，Ｂ，Ｃの３種類の模擬廃棄物、廃棄物処理施設等から発生する灰（アッシュ）及びイオン交換樹脂を使用している。折れ線グラフは溶融試料に含有される塩素の重量割合（ｗｔ％）を、棒グラフは溶融後のスラグ層へ移行したセシウムの重量割合（ｗｔ％）をそれぞれ示している。図からも明らかなように、溶融試料に含まれる塩素の重量割合が６％から１９％に増加すると、スラグ層へ捕捉されるＣｓ（セシウム）の割合が２２％から４％と大幅に低下していることが分かる。即ち、溶融試料中の塩素濃度が高いと、セシウムのスラグ層への移行率が低下することが明らかである。
【０００５】
このように、セシウムが塩素を含む廃棄物によって揮発し易くなることが指摘されているものの、効果的な対策は従来から採られておらず、プラズマ溶融処理方法の実用化の為には有効な対策技術の開発が要望されている。
【０００６】
本発明は、揮発性のセシウムを溶融固体化中に捕捉させるために、塩素とスラグ層との接触を防止できる放射性固体廃棄物のプラズマ溶融処理方法およびそれに使用するプラズマ溶融処理設備を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、放射性固体廃棄物をプラズマ加熱によって溶融させる放射性固体廃棄物のプラズマ溶融処理方法において、放射性固体廃棄物を２５０℃以上でかつセシウムの沸点未満の温度で予熱して放射性固体廃棄物中の塩素を気体成分として抜き取った後にプラズマ加熱溶融処理を行うようにしている。
【０００８】
即ち、塩化ビニルなどに含まれる塩素は２５０℃で気体成分として抜け始め、３００℃以上になると塩化ビニルなどから塩素が抜け出す速度が十分な速度となり、４００℃を越える温度では塩化ビニルなどの中には塩素がほとんど残らないと考えられる。この温度はセシウムの沸点（例えば、セシウムの沸点は７６０℃）に比べて十分に低温である。反面、セシウムの沸点に達すると、セシウムの蒸発が起こる上に脱塩素への影響は４００℃のときと大差ない。そこで、プラズマ溶融処理前に、放射性固体廃棄物を２５０℃以上でかつセシウムの沸点未満の温度、好ましくは請求項２に記載するように３００〜４００℃で予熱すると、放射性固体廃棄物中の塩化ビニル等に含まれる塩素が気体成分として抜き取られる。ここで、予熱時間は特に重要ではなく、固体廃棄物が３００℃〜４００℃に加熱されれば十分である。
【０００９】
したがって、放射性固体廃棄物を分別せずに塩化ビニルなどを含んだ状態でプラズマ溶融処理を行っても、プラズマ溶融処理中に塩素が発生することがなく、あるいは塩素量が極めて少なくなり、スラグ層に捕捉されている酸化セシウムが塩化物となって解離し揮発することが少なくなる。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、プラズマ溶融炉からの排ガスの熱で廃棄物予熱を行うようにしている。この場合、プラズマ溶融処理で発生した熱を有効利用できる。
【００１１】
また、請求項４記載のプラズマ溶融処理設備は、プラズマ溶融炉に投入される前の放射性固体廃棄物を２５０℃以上でかつセシウムの沸点未満の温度に予熱すると共に放射性固体廃棄物中から発生した塩素ガスを抜き取る排気手段を備えた予熱部を設けている。この場合、廃棄物の予熱による塩素の抜き取りとプラズマ溶融処理とが連続的に実施可能である。
【００１２】
更に、請求項５記載の発明は、プラズマ溶融炉の排ガスを予熱部を通して予熱部で放射性固体廃棄物中から発生した塩素ガスと共に排気することにより、プラズマ溶融炉からの排ガスを予熱部の熱源として利用するようにしている。この場合、予熱部で発生した塩素ガスがプラズマ溶融炉側へ逆流することがなく、スラグ層に捕捉されている酸化セシウムと塩素との反応を確実に防止してセシウムの捕捉率を上げる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１に、本発明を低レベル放射性固体廃棄物のプラズマ溶融処理方法に適用した実施形態をプラズマ溶融処理設備の概念を示す。プラズマ溶融炉１の投入口の前には排気手段たる排ガス処理装置６を備えた予熱部２が設けられている。予熱部２は、例えばプラズマ溶融炉１よりも高い位置に設けられており、予熱部２で発生したガスがプラズマ溶融炉１側へより流入し難くなるように設けられている。また、排ガス処理装置６は、例えば予熱部２のプラズマ溶融炉１から離れた方の端部に接続され、プラズマ溶融炉１内で発生した高温の排ガスが予熱部２内に導かれてから予熱部２で発生したガスと共に排出されるように設けられている。したがって、プラズマ溶融炉１からの排ガスによって、予熱部２内では低レベル放射性固体廃棄物（以下、単に固体廃棄物という）３が予熱され、排ガス熱回収が行われる。固体廃棄物３は、プラズマ溶融炉１からの排ガスによって、あるいは外部予熱装置８によって、若しくは双方の熱によって、２５０℃以上でかつセシウムの沸点未満の温度例えば７６０℃未満、好ましくは３００〜４００℃の範囲に予熱される。また、プラズマ溶融炉１への固体廃棄物３の投入は、投入装置７によって予熱部２へまず投入されてから所定の予熱処理が施された後に重力落下あるいは公知の送り手段ないし供給手段によってプラズマ炉１へ適量ずつ連続的に送られる。
【００１５】
なお、図中符号４はプラズマアークを発生させるプラズマトーチ、５は溶湯を固化させる固化装置、９は固体廃棄物３が溶融した溶湯である。
【００１６】
以上のように構成されたプラズマ溶融処理設備を使用して本発明のプラズマ溶融処理方法は次のように実施される。勿論、本発明のプラズマ溶融処理方法は、図１のプラズマ溶融処理設備以外の設備でも実施可能である。
【００１７】
まず、原子力発電所等から排出された低レベル放射性固体廃棄物３は、投入装置７によって予熱部２内に送り込まれる。そして、固体廃棄物３は、予熱部２を通過する間に２５０℃以上でかつセシウムの沸点未満の温度、即ち廃棄物３中に含まれているセシウムを蒸発させることがない程度の温度に予熱される。ここで、固体廃棄物３の予熱温度を２５０℃以上にするのは、固体廃棄物３に含まれる塩化ビニルから塩素を気体成分として抜き取るためで、この温度よりも低い場合には塩素が気体成分として抜けないからである。一方、廃棄物３の予熱温度をセシウムの沸点未満の温度にするのは、予熱部２においてセシウムの蒸発を防ぐためである。予熱温度が２５０℃でも脱塩素は開始されるが、３００℃以上で十分に早い処理速度で塩素の抜けが起こる。また、４００℃を越えると塩化ビニルなどの中には塩素がほとんど残らないと考えられるし、セシウムの沸点近くではセシウムの蒸発の虞が生ずるにも拘わらず脱塩素効果は４００℃のときと大差ない。そこで、本実施形態では、固体廃棄物３は、３００℃〜４００℃の範囲で予熱される。勿論、それ以上の高温度に予熱することは可能であるしその場合には予熱時間が短くできることから４００℃を越える高温に予熱することを妨げるものではないが、セシウムの沸点近くまで予熱温度を上げることはセシウムの蒸発を防ぐという観点からは好ましくはない。また、予熱には塩化ビニルに含まれる塩素が十分に抜き取られるに必要な時間をかけることが好ましく、固体廃棄物３に含まれている塩化ビニルの大きさや取付位置、形状などによって異なるが、要は固体廃棄物３が３００℃〜４００℃に加熱される条件であれば足りる。
【００１８】
ここで、固体廃棄物３の予熱がプラズマ溶融炉１からの排ガスの熱によってのみ達成されない場合には、予熱装置８によって予熱を補助しても良い。このようにして、予熱部２内で固体廃棄物３が上述の温度に予熱されることで、固体廃棄物３中の塩化ビニル等に含有される塩素が気体成分となって当該固体廃棄物３から抜ける。
【００１９】
固体廃棄物３に含まれる塩化ビニルから塩素が十分に抜けると、当該固体廃棄物３はプラズマ溶融炉１に投入される。そして、固体廃棄物３が塩化ビニルを含んだ状態のまま一括してアーク加熱されて溶融処理され、固体廃棄物中のセシウムがスラグ層に捕捉される。このとき、固体廃棄物３に含まれる塩化ビニルからは既に塩素が気体成分として抜かれているので、スラグ層に捕捉されている酸化セシウムが塩化物となって解離し揮発することがない。したがって、塩化ビニルなどの塩素を含む物質を含んだまま固体廃棄物３をプラズマ加熱によって溶融処理しても、セシウムの捕捉率が低下することはない。
【００２０】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の説明では、プラズマ溶融炉１からの排ガスの熱を利用して予熱部２での予熱を行っているが、プラズマ溶融炉１からの排ガスは別の排ガス処理装置によって直接プラズマ溶融炉１から排気し、予熱部２は加熱装置だけで加熱するようにしても良い。また、プラズマ溶融炉１からの排ガスを予熱部２内に設置した熱交換器を通して熱源として利用することも可能である。
【００２１】
また、一連のプラズマ溶融処理は、必ずしもプラズマ溶融炉１とは別個に予熱部２を設けた設備で連続的に実施する必要はなく、既存のプラズマ溶融炉１内でまず上記の予熱温度まで予熱して塩素をガス成分として抜き取り排気した後に、次いでプラズマ加熱により溶融処理を行うバッチ処理でも可能である。
【００２２】
さらに、固体廃棄物３の予熱温度としては、必ずしも上述の３００℃〜４００℃の範囲に限るものではなく、固体廃棄物３に含まれるセシウムの気化を防止し且つ塩素を気化させることが可能な温度であれば良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の放射性固体廃棄物のプラズマ溶融処理方法は、放射性固体廃棄物を２５０℃以上でかつセシウムの沸点未満の温度で予熱して放射性固体廃棄物中の塩素を気体成分として抜き取った後にプラズマ溶融処理を行うので、固体廃棄物に塩化ビニルなどの塩素を含む物質が含まれているまま溶融処理を行っても、プラズマ溶融処理中に塩素がスラグ層に捕捉されている酸化セシウムと反応して塩化物として揮発させることがない。したがって、原子力発電所から発生する放射性固体廃棄物例えば低レベル放射性固体廃棄物を塩化ビニルなどの塩素を含む物質を除かずにそのまま溶融処理しても、揮発性の放射性核種を安定的にスラグ層に捕捉させることができ、放射性物質の環境放出を防いで放射線の防護に一層寄与できる。即ち、プラズマ加熱による放射性固体廃棄物の溶融処理の実用化を可能とする。
【００２４】
また、塩化ビニルなどの塩素を含む物質を分別するための前処理を省くことが可能になるので、放射性固体廃棄物を一括して溶融処理できるというプラズマ溶融処理方法の利点を最大限に生かすことができる。
【００２５】
更に、セシウムは廃棄物最終処分の前に適用されるスケーリングファクター法のキー核種でもあるので、廃棄体の放射能量の確認に役立つ。特に、請求項２に記載のように、３００℃〜４００℃で予熱するとき、最も安定した脱塩素が良好な処理時間で実施できる。
【００２６】
また、請求項３記載のプラズマ溶融処理方法は、プラズマ炉からの排ガスの熱で予熱を行うようにしているので、排熱回収によりプラズマ溶融処理設備の熱効率を向上させ得る。
【００２７】
また、請求項４記載のプラズマ溶融処理設備は、プラズマ溶融炉に投入される前の放射性固体廃棄物を２５０℃以上でかつセシウムの沸点未満の温度に予熱すると共に放射性固体廃棄物中から発生した塩素ガスを抜き取る排気手段を備えた予熱部を設けているので、固体廃棄物の予熱による塩素の抜き取りとプラズマ溶融処理とが連続的に実施可能である。
【００２８】
更に、請求項５記載の発明は、プラズマ溶融炉の排ガスを予熱部を通して予熱部で放射性固体廃棄物中から発生した塩素ガスと共に排気することにより、プラズマ溶融炉からの排ガスを予熱部の熱源として利用するようにしているので、予熱部で発生した塩素ガスがプラズマ溶融炉側へ逆流することがなく、スラグ層に捕捉されている酸化セシウムと塩素との反応を確実に防止してセシウムの捕捉率を上げる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したプラズマ溶融処理方法を実施する施設の一例を示す概念図である。
【図２】放射性廃棄物の塩素含有率とセシウムのスラグ層への移行率との関係を示す図てある。
【符号の説明】
１  プラズマ溶融炉
２  予熱部
３  放射性固体廃棄物
６  予熱部の排気手段たる排ガス処理装置
８  予熱部の予熱装置
【図１】
0003764528.tif 000002
【図２】
0003764528.tif 000003