(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-05-25
(54)【発明の名称】容器内廃棄物処理のためのシステム、装置、および方法
(51)【国際特許分類】
G21F 9/28 20060101AFI20230518BHJP
G21F 9/02 20060101ALI20230518BHJP
G21F 9/16 20060101ALI20230518BHJP
G21F 9/30 20060101ALI20230518BHJP
G21F 9/14 20060101ALI20230518BHJP
G21F 9/32 20060101ALI20230518BHJP
B09B 3/40 20220101ALI20230518BHJP
F23G 5/027 20060101ALI20230518BHJP
【ＦＩ】
G21F9/28 Z
G21F9/02 551A
G21F9/16 521A
G21F9/30 515A
G21F9/14 F
G21F9/32 F
G21F9/30 531E
G21F9/30 531J
B09B3/40
F23G5/027 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022561462
(86)(22)【出願日】2020-12-01
(85)【翻訳文提出日】2022-11-17
(86)【国際出願番号】 US2020062698
(87)【国際公開番号】W WO2021206759
(87)【国際公開日】2021-10-14
(31)【優先権主張番号】63/008,321
(32)【優先日】2020-04-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/938,448
(32)【優先日】2020-07-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】512054919
【氏名又は名称】スタズビック， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001173
【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ロースナー，ダブリュ・スコット
(72)【発明者】
【氏名】マンセイル，ジェームス・ロバート
(72)【発明者】
【氏名】ファン・デル・スライス，マット
【テーマコード（参考）】
3K161
4D004
【Ｆターム（参考）】
3K161AA23
3K161CA03
3K161DB23
3K161EA37
3K161EA38
3K161LA03
3K161LA17
3K161LA42
4D004AB09
4D004CA02
4D004CA22
4D004CA50
4D004CB31
4D004CB50
4D004CC01
4D004DA06
(57)【要約】
本発明は、有害廃棄物、放射性廃棄物および／または混合廃棄物などの容器入り廃棄物を処理するためのシステム、装置、および方法を提供する。装置および方法は、熱分解と専用ランスとの組合せを使用する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
廃棄物を処理するための装置であって、少なくとも１つのヒータを具備するオートクレーブと、
オートクレーブ内に配置された容器であって、容器キャビティを形成する少なくとも１つの容器壁を具備し、廃棄物が容器キャビティ内に配置される容器と、
オートクレーブを横断する少なくとも１つの開口部内に移動可能に配置された、少なくとも１つのランスであって、少なくとも１つのランスが、少なくとも１つの容器壁を穿刺するように構成される、少なくとも１つのランスと、
を備える装置。
【請求項2】
少なくとも１つのランスは先端部を備え、少なくとも１つのランスが少なくとも１つの容器壁を通って挿入されると、少なくとも１つのランスの先端部が容器キャビティ内の廃棄物を貫通する、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
オートクレーブの少なくとも１つのヒータは、少なくとも１つのランスの先端部が廃棄物を貫通している間に廃棄物によって吸収される熱を生成する、請求項２に記載の装置。
【請求項4】
少なくとも１つのランスは、廃棄物が熱を吸収する間に廃棄物の第１の温度を測定する少なくとも１つの第１のセンサ装置を備える、請求項３に記載の装置。
【請求項5】
少なくとも１つのランスは、廃棄物が熱を吸収している間に、オートクレーブ内および容器外の第２の温度を測定する少なくとも１つの第２のセンサ装置をさらに備える、請求項４に記載の装置。
【請求項6】
少なくとも１つのランスは、少なくとも１つのランスの先端部が廃棄物を貫通している間に第１の流体を廃棄物に注入するように構成された少なくとも１つの第１の注入ポートを備える、請求項３に記載の装置。
【請求項7】
第１の流体が反応性ガスを含有する、請求項６に記載の装置。
【請求項8】
少なくとも１つのランスは、少なくとも１つのランスの先端部が廃棄物を貫通している間に第２の流体を廃棄物に注入するように構成された少なくとも１つの第２の注入ポートをさらに備える、請求項６に記載の装置。
【請求項9】
少なくとも１つのランスがオートクレーブに挿入されたときに、オートクレーブから少なくとも１つの開口部を通って漏れが発生しない、請求項１に記載の装置。
【請求項10】
容器をオートクレーブの内側に配置する廃棄物供給システムをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項11】
オフガス処理システムをさらに備え、オフガス処理システムは、
廃棄物がオートクレーブの少なくとも１つのヒータによって生成された熱にさらされた後に、容器からオフガスを受け取り、
オフガスを処理する、
請求項１に記載の装置。
【請求項12】
オートクレーブとオフガス処理システムとの間に配置され、オフガスを濾過するフィルタをさらに備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項13】
オートクレーブの少なくとも１つのヒータによって生成された熱に廃棄物がさらされた後に廃棄物を処理する生成物ハンドリングシステムと、少なくとも１つのランスを通して廃棄物に導入された少なくとも１つの試薬と、をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項14】
ランス装置をさらに備え、ランス装置は、
少なくとも１つのランスをオートクレーブおよび容器に挿入することと、
１つまたは複数の流体を少なくとも１つのランスを通して容器内の廃棄物に注入することと、
少なくとも１つのランスを取り外すことと、
を制御する、請求項１に記載の装置。
【請求項15】
廃棄物の処理方法であって、（ｉ）廃棄物容器を収容するオートクレーブを封止し、廃棄物容器は廃棄物を収容することと、
（ｉｉ）少なくとも１つのランスでオートクレーブ内のシールを横切ることと、
（ｉｉｉ）廃棄物貯蔵容器を少なくとも１つのランスで穿刺することと、
（ｉｖ）廃棄物を熱分解するためにオートクレーブを加熱することと、
を備える方法。
【請求項16】
少なくとも１つのランスの先端部で廃棄物を貫通することをさらに備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
少なくとも１つのランスを通して廃棄物にパージガスを供給すること、をさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
少なくとも１つのランスを通して廃棄物に反応性材料を供給すること、をさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項19】
少なくとも１つのランスと一体化された少なくとも１つの温度センサを使用して、廃棄物の熱分解中に廃棄物の温度を測定すること、をさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項20】
少なくとも１つのランスを通して廃棄物に封入材料を注入すること、をさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０２０年７月２４日に出願された米国特許出願第１６／９３８，４４８号および２０２０年４月１０日に出願された米国仮特許出願第６３／００８，３２１号の優先権を主張し、それぞれの全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、ランスを使用する容器内廃棄物処理のためのシステム、装置、および方法に関する。
【背景技術】
【0003】
熱分解は、有機廃棄物および放射性廃棄物を含む有害廃棄物の処理に使用するために周知である。数十年にわたって、熱分解は、バイオマスおよび自治体の固形廃棄物などの有機材料を、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、および軽質炭化水素が豊富な、シンガスとも呼ばれる合成ガスに変換する際に使用されてきた。その後に、シンガスは、エンジン、タービン、またはボイラーを駆動して電力を発生するために使用することができる。現代の熱分解システムは、自治体の固形廃棄物を１日あたり数百トンの廃棄物に達する割合で処理するために構築されてきた。
【0004】
したがって、熱分解プロセスは十分に開発され、よく理解されている。さらに、容器、典型的にはドラム内の有害廃棄物の処理に使用するために熱分解を使用することが知られており、これにより、これらの廃棄物の大量処理が回避される。しかしながら、これらのプロセスを使用する現在の方法には、いくつかの欠点がある。例えば、熱分解を使用する方法の大部分は、典型的には、廃棄物を加熱するために高温ガスをシステムに導入する。高温の大量の加熱ガスが方法に存在する場合、システム内のガス流およびガス組成を制御することはより困難である。熱分解を使用する他の方法は、内燃式加熱を使用する。これらの方法は一般に焼却プロセスであり、環境の観点から許容できなくなってきている。直火式燃焼を利用する焼却炉および関連するプロセスは、典型的には焼却炉を経済的に実現不可能にする厳格かつ包括的な大気汚染法の下にある。別の欠点は、ガスが容器自体の中にないオートクレーブユニットに導入されることである。したがって、容器内の材料への反応ガスの移動は非常に非効率的である。
【0005】
廃棄物を処理するための安全で効率的な手段が利用できないため、時には何年にもわたって生成され貯蔵される廃棄物の多くの容器が存在する。そのような容器の内容物は、特性評価が不十分であり、カプセル化され（例えば、セメント様結合剤において）、反応性材料と容器内の廃棄物との接触を含む熱分解プロセスのより大きな制御を必要とする酸化剤と有機物の混合物を含むか、または処理後に一定量のチャーを残す樹脂を含むことがあり、さらに、自己絶縁効果（例えば、容器内に未処理の樹脂が残っている）のために完全に処理されないことがある。
【0006】
そのような廃棄物の安全かつ効率的な分解のためのシステム、装置、およびプロセスが依然として必要とされている。特に、より安全でより完全な処理を提供するために、より多くの情報、より良好な制御、および処理中の廃棄物および反応性材料のより良好な接触を提供することができるシステム、装置およびプロセス。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
放射性廃棄物および有害廃棄物の容器は、通常、熱分解を用いた処理が容器壁の圧力上昇および破裂をもたらすように封止される。破裂は、過剰加圧および、最悪の場合にはオートクレーブ境界の故障につながる可能性がある。あまり極端でない場合には、廃棄物容器の破裂は、放射性物質を含む廃棄物を処理するときに運転上の問題を引き起こす、オートクレーブの内部の著しい汚染をもたらす。オートクレーブの環境外で封止された廃棄物容器を穿刺すると、放射性物質および他の有害物質の制御されない拡散につながる可能性がある。封止されたオートクレーブの内部の廃棄物容器を穿刺する方法が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本明細書における公知の方法の特定の利点および欠点の説明は、実施形態の範囲を限定することを意図するものではない。
【0009】
本明細書では、容器を穿刺し、廃棄物を貫通し、監視機能を実行し、パージガスおよび反応性材料の流路を容器内の廃棄物に直接提供するように設計されたランスと組み合わせた熱分解を使用して、容器、例えばドラム内の廃棄物を処理するためのシステム、装置、および方法が開示される。処理後の廃棄物をカプセル化するための材料もまた、装置を使用して注入されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】熱分解により容器内の廃棄物を処理するためのランスを使用する例示的なシステムの機能構成要素を示す機能ブロック図である。
【図2A】例示的な穿刺および／または貫通するランスの概略図である。
【図2B】例示的な穿刺および／または貫通するランスの概略図である。
【図2C】例示的な穿刺および／または貫通するランスの概略図である。ランスは、引き出され、容器を穿刺した後に挿入され、容器内の廃棄物を貫通した後に挿入されて示されている。廃棄物容器は、容器内の廃棄物の熱分解に使用される例示的なオートクレーブの内部に示されている。
【図3】ランスの直径よりも大きい穿刺／貫通先端部を備える例示的な穿刺および／または貫通ランスの概略図である。ランスは、シール、スプールピース、およびノズルを通って挿入されて示されており、隔離装置を通ってオートクレーブ蓋に入るように配置されている。
【図4A】パージガス、および／または反応性材料、および／または封入材料を提供し、および／または容器内の廃棄物のパラメータを直接測定するように設計された、例示的なランスの概略図である。
【図4B】パージガス、および／または反応性材料、および／または封入材料を提供し、および／または容器内の廃棄物のパラメータを直接測定するように設計された例示的なランスの概略図である。ランスは、引き出されて廃棄物に挿入されて示されている。廃棄物容器は、容器内の廃棄物の熱分解に使用される、例示的なオートクレーブの内部に示されている。
【図5A】容器内の廃棄物の温度を直接測定するように設計された例示的なランス、ならびにパージガス、および／または反応性材料、および／または容器内の廃棄物に材料を封入するように設計された、ランスの概略図である。
【図5B】容器内の廃棄物の温度を直接測定するように設計された例示的なランス、ならびにパージガス、および／または反応性材料、および／または容器内の廃棄物に材料を封入するように設計された、ランスの概略図である。
【図6A】複数のパージガス蒸気、および／または反応性材料蒸気、および／または容器内の廃棄物への材料蒸気の封入のための経路を提供するように設計されたランス、ならびに容器内の廃棄物の温度を直接測定して提供する機能と、パージガスおよび／または反応性材料を提供する機能、および／または材料を容器内の廃棄物に封入する機能とを同時に実行するように設計された、例示的な組合せランスの概略図である。
【図6B】複数のパージガス蒸気、および／または反応性材料蒸気、および／または容器内の廃棄物への材料蒸気の封入のための経路を提供するように設計されたランス、ならびに容器内の廃棄物の温度を直接測定して提供する機能と、パージガスおよび／または反応性材料を提供する機能、および／または材料を容器内の廃棄物に封入する機能とを同時に実行するように設計された、例示的な組合せランスの概略図である。
【図7A】本発明の例示的な実施形態に従って構築された、容器入り廃棄物を処理するためのランスを使用する、容器内熱分解のための例示的なシステムの概略図である。
【図7B】本発明の例示的な実施形態に従って構築された、容器入り廃棄物を処理するためのランスを使用する、容器内熱分解のための例示的なシステムの概略図である。
【図7C】本発明の例示的な実施形態に従って構築された、容器入り廃棄物を処理するためのランスを使用する、容器内熱分解のための例示的なシステムの概略図である。
【図7D】本発明の例示的な実施形態に従って構築された、容器入り廃棄物を処理するためのランスを使用する、容器内熱分解のための例示的なシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の技術の特定の態様は、上記の図面を参照してよりよく理解することができる。図面に示されている要素および特徴は、必ずしも縮尺通りではなく、本技術の例示的な実施形態の原理を明確に示すことに重点が置かれている。さらに、特定の寸法は、そのような原理を視覚的に伝えるのを助けるために誇張されている場合がある。
【0012】
本発明は、有害廃棄物、放射性廃棄物および／または混合廃棄物などのドラム型廃棄物または容器型廃棄物を処理するためのシステム、装置および方法を提供する。特に、システム、装置、および方法は、熱分解と特殊なランスとの組合せを使用する。例示的なランスは、容器を穿刺すること、廃棄物に貫通すること、反応の進行を監視すること、およびドラムまたは容器内の廃棄物にパージガスおよび反応性材料を直接送達することを含む、廃棄物処理の異なる態様を実行するように設計されている。いくつかの実施形態では、処理後の廃棄物をカプセル化するための材料はまた、例示的なランスを使用して注入されてもよい。例示的な実施形態の動作は、特に化学的および物理的危険物、有機物、および放射性元素を含む廃棄物を参照して説明される。有機材料を含む非有害廃棄物の容器は、本明細書に記載のシステム、装置、および方法を使用して処理することもできる。
【0013】
一般に、本明細書に記載のシステム、装置、および方法は、放射性廃棄物、有害廃棄物、および／または混合廃棄物の処理に有用である。本明細書で言及される場合、「廃棄物」は、有害および／または放射性化合物を含有する任意の廃棄物または生成物流を意味する。システム、装置、および方法はまた、プラスチックおよび木材などの有機物、廃棄物の処分に関して無数の問題を引き起こす液体の除去、および主廃棄物容器内の封止容器を破ることにも有用である。放射性廃棄物は、放射性物質または放射性核種を含有する廃棄物である。放射性廃棄物の一般的な発生源には、原子力発電の副産物、ならびに研究および医学などの核分裂または核技術の他の用途が含まれる。放射性廃棄物は、ほとんどの形態の生命および環境に有害であり、人間の健康および環境を保護するために政府機関によって規制されている。特定の実施形態では、例示的なシステム、装置、および方法によって処理される廃棄物は、一般に、原子力施設からのものである。
【0014】
一実施形態では、廃棄物は炭素質または有機材料を含有する。別の実施形態では、廃棄物は、例えばセメントなどの結合剤に封入されるか、そうでなければ結合される。一実施形態では、廃棄物は乾燥していても湿潤していてもよい。廃棄物は、液体、液体スラリー、スラッジ、固体および気体を含有してもよい。一実施形態では、廃棄物はスラッジまたは固体の形態である。一実施形態では、廃棄物はアルカリ金属および／または重金属を含有する。別の実施形態では、廃棄物は、イオン交換樹脂、例えば放射性汚染イオン交換樹脂を含有する。一実施形態では、廃棄物は、封止された廃棄物容器を含む。
【0015】
一実施形態では、本発明のシステム、装置、および方法は、廃棄物に含まれる有機材料の一酸化炭素、二酸化炭素、水素、および軽質炭化水素への変換を容易にすることができる。廃棄物処理方法によって生成されたガスは、オフガス処理システムで処理されることができる。処理後に容器内に残っている処理済み廃棄物は、乾燥した不活性な無機物である。容器内の廃棄物の処理は、容器から廃棄物を除去または処理することなく達成される。一実施形態では、廃棄物は、廃棄物が元々包装または貯蔵されていた容器内で処理される。
【0016】
本明細書で言及される場合、「ドラム」または「容器」という用語は、形状、サイズまたは材料が特に限定されない容器を指す。例示的な「容器」は、任意の容量（例えば、５５ガロン）を有することができ、いくつかの材料（例えば、ステンレス鋼、プラスチック、コンクリート）のうちの１つまたは複数で作ることができる。また、「容器」は、任意のいくつかの形状（例えば、立方体、円筒形）を有することができる。例えば、容器は、プラスチック製の５５ガロンの円筒形ドラムとすることができる。
【0017】
符号の各々に起因する構成要素の詳細な説明は、符号が示されている図に見出すことができる。
【0018】
収容された廃棄物の処理装置
本発明の一実施形態では、容器入り廃棄物を処理するための装置は、オートクレーブ６０と、ランス装置３０と、１つまたは複数のランス３１と、ガス／材料供給システム２０と、１つまたは複数のセンサ装置１９９と、計装および制御システム１５０と、を備え、廃棄物を収容する廃棄物貯蔵容器６１がオートクレーブの内側に配置される。
本発明の一実施形態では、容器入り廃棄物を処理するための装置は、オートクレーブ６０と、ランス装置３０と、１つまたは複数のランス３１と、ガス／材料供給システム２０と、１つまたは複数のセンサ装置１９９と、計装および制御システム１５０と、を備え、廃棄物を収容する廃棄物貯蔵容器６１がオートクレーブの内側に配置される。
【0019】
本発明の一実施形態では、容器入り廃棄物を処理するための装置は、廃棄物供給システム１０と、オートクレーブ６０と、ランス装置３０と、１つまたは複数のランス３１と、ガス／材料供給システム２０と、１つまたは複数のセンサ装置１９９と、計装および制御システム１５０と、を備え、廃棄物を収容する廃棄物貯蔵容器６１が、廃棄物供給システム１０によってオートクレーブ６０の内側に配置される。
【0020】
本発明の一実施形態では、容器入り廃棄物を処理するための装置は、廃棄物供給システム１０と、筐体１と、オートクレーブ６０と、ランス装置３０と、１つまたは複数のランス３１と、ガス／材料供給システム２０と、１つまたは複数のセンサ装置１９９と、計装および制御システム１５０と、生成物ハンドリングシステム１２０と、バリアフィルタ８と、オフガス処理システム９０と、を備え、廃棄物を収容する廃棄物貯蔵容器６１は、廃棄物供給システム１０によってオートクレーブ６０の内側に配置される。
【0021】
本発明の一実施形態では、容器入り廃棄物を処理するための装置は、廃棄物供給システム１０と、筐体１と、オートクレーブ６０と、（１つまたは複数のランス３１を含む）ランス装置３０と、ガス／材料供給システム２０と、１つまたは複数のセンサ装置１９９と、計装および制御システム１５０と、生成物ハンドリングシステム１２０と、バリアフィルタ８と、オフガス処理システム９０とを備え、廃棄物を収容する廃棄物貯蔵容器６１が、廃棄物供給システム１０（図１を参照）によってオートクレーブ６０の内側に配置される。
【0022】
一実施形態では、ランス装置３０は、廃棄物貯蔵容器６１を穿刺または穿孔するための１つまたは複数のランス３１を備える。一実施形態では、ランス装置３０のランス３１が廃棄物を貫通するために使用される。一実施形態では、ランス装置３０は、廃棄物にパージガスを供給するためのランス３１を備える。一実施形態では、ランス装置３０は、廃棄物に反応性材料を供給するためのランス３１を備える。一実施形態では、ランス装置３０は、廃棄物の熱分解の温度を測定するためのランス３１を備える。一実施形態では、ランス装置３０は、廃棄物に封入材料を注入するためのランス３１を備える。特定の実施形態では、ランス装置３０は、２つ以上のランス３１を含む。特定の実施形態では、ランス装置３０は、１つまたは複数の多機能ランス３１を含む。ランス装置３０のランス３１は、ランス装置３０の一部、またはランス装置３０と共に使用される別個の構成要素と考えることができる。ランス３１は、ランス装置３０から除去、交換、または追加されることができる。
【0023】
一実施形態では、ランス装置３０は、ランス３１を保持して移動させるための機構を備える。一実施形態では、ランス装置３０は、ランス３１に駆動力を提供して廃棄物貯蔵容器６１を穿刺させ、内部の廃棄物を貫通させるための駆動機構を備える。一実施形態では、ランス装置３０は、ランス３１の使用中にオートクレーブからガスおよび微粒子が漏れるのを防止するためのシールを備える。
【0024】
一実施形態では、オートクレーブ６０は、ランス３１の使用（挿入）中にオートクレーブ６０からガスおよび微粒子が逃げるのを防止するためにシールで開口部を覆う。
【0025】
廃棄物供給システム
一実施形態では、廃棄物供給システム１０は、廃棄物貯蔵容器６１を筐体１内に、および筐体１内のオートクレーブ６０内に分配する。特定の実施形態では、廃棄物供給システム１０は、廃棄物を廃棄物貯蔵容器６１に供給する。廃棄物貯蔵容器６１がオートクレーブ６０内に配置されると、オートクレーブ６０は封止される。
一実施形態では、廃棄物供給システム１０は、廃棄物貯蔵容器６１を筐体１内に、および筐体１内のオートクレーブ６０内に分配する。特定の実施形態では、廃棄物供給システム１０は、廃棄物を廃棄物貯蔵容器６１に供給する。廃棄物貯蔵容器６１がオートクレーブ６０内に配置されると、オートクレーブ６０は封止される。
【0026】
一般に、廃棄物供給システム１０は、廃棄物貯蔵容器６１を筐体１内およびオートクレーブ６０内に移動させることができる天井クレーン１２もしくは他の昇降装置、または別の機構を含む。特定の実施形態では、廃棄物供給システム１０は、エアロック１１を通して廃棄物貯蔵容器６１を筐体１内に分配する。「エアロック」という用語は、容器内の圧力の変化および容器からの空気の損失を最小限に抑えながら、圧力容器とその周囲との間の物体の通過を可能にする装置を指す。エアロック１１は、同時に開かない直列の２つの気密ドアを有するチャンバからなる。
【0027】
廃棄物供給システム１０は、任意選択で、オートクレーブ６０での処理の前に廃棄物を分析するための、放射線撮影チャンバ１３および非破壊検査チャンバ１４を備える。特定の実施形態では、放射線撮影チャンバ１３および非破壊検査チャンバ１４は、廃棄物の放射線学的内容物の分析に使用される。
【0028】
廃棄物供給システム１０はまた、処理後に廃棄物容器６１をオートクレーブ６０から移動させるために使用される。特定の実施形態では、放射線撮影チャンバ１３および非破壊検査チャンバ１４を使用して、廃棄物の処理後に残っている放射線学的内容物が評価されることができる。
【0029】
廃棄物貯蔵容器
廃棄物貯蔵容器６１は、容器キャビティを形成する１つまたは複数の壁を含む。廃棄物貯蔵容器６１の容器キャビティは、完全に密閉することができ、または場合によっては小さなフィルタを取り付けてもよい。
廃棄物貯蔵容器６１は、容器キャビティを形成する１つまたは複数の壁を含む。廃棄物貯蔵容器６１の容器キャビティは、完全に密閉することができ、または場合によっては小さなフィルタを取り付けてもよい。
【0030】
特定の実施形態では、廃棄物貯蔵容器６１内の廃棄物は、アルファ粒子放出放射性核種、高放射性廃棄物および／または他の有害物質を含有する。
【0031】
特定の実施形態では、廃棄物貯蔵容器６１内の廃棄物は、本明細書に記載のシステム、装置および方法によって廃棄するために安定な化合物に変換され得る反応性金属および化合物を含有する。そのような化合物としては、限定されないが、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ウラン、シアン化物、および特定の他の材料に曝露されたとき、または様々な環境条件に曝露されたときに燃焼、発火または爆発し得る他の反応性化合物が挙げられる。特定の実施形態では、廃棄物中に存在する反応性金属は、５００℃を超えて加熱されると強く還元する。生成される安定な化合物の例には、ＮａＣｌ、Ｎａ２ＣＯ３、Ｎａ２ＳＯ３、ＫＣｌ、Ｋ２ＣＯ３、Ｋ２ＳＯ３、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、ＣａＣｌ２、ＣａＳＯ３、Ｕ２Ｏ３、Ｕ３Ｏ８、ＭｇＯ、ＭｇＣｌ２、ＭｇＣＯ３、およびＭｇＳＯ３が含まれる。一実施形態では、金属ウラン燃料片は、不活性で非反応性の酸化ウラン金属に実質的に変換される。シアン化物は、存在する場合、廃棄物から揮発し、水蒸気改質器で水、二酸化炭素、および窒素に酸化する。
【0032】
特定の実施形態では、本明細書に記載のシステム、装置および方法は、窒素含有廃棄物を廃棄用の安定な化合物に変換するのに有用である。例示的な窒素含有廃棄物には、ＮＯｘ化合物、６０℃未満の引火点を有する液体窒素含有混合物、および２未満または１２．５を超えるｐＨを有する水性液体が含まれるが、これらに限定されない。生成される安定な化合物の例としては、ＮａＣｌ、Ｎａ２ＣＯ３、Ｎａ２ＳＯ３、ＫＣｌ、Ｋ２ＣＯ３、Ｋ２ＳＯ３、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、ＣａＣｌ２、ＣａＳＯ３、ＭｇＯ、ＭｇＣｌ２、ＭｇＣＯ３、およびＭｇＳＯ３が挙げられる。筐体１は、オートクレーブを収容または包含する構造体である。筐体１の設計（例えば、形状、サイズ、材料）は、容器内の廃棄物の種類、例えば放射性物質によって異なってもよい。筐体１は、廃棄物供給システム１０によって、例えばクレーンまたは他の昇降装置によってアクセスされ、筐体１内の廃棄物貯蔵容器６１をオートクレーブ６０内に移動させる。
【0033】
筐体
筐体１は、オートクレーブ６０を収容または包含する構造体である。筐体の設計は、容器内の廃棄物の種類、例えば放射性物質によって異なってもよい。筐体１は、廃棄物供給システム１０によってアクセスされ、廃棄物は、クレーンまたは他の昇降装置によって筐体１内でオートクレーブ６０に移送される。
筐体１は、オートクレーブ６０を収容または包含する構造体である。筐体の設計は、容器内の廃棄物の種類、例えば放射性物質によって異なってもよい。筐体１は、廃棄物供給システム１０によってアクセスされ、廃棄物は、クレーンまたは他の昇降装置によって筐体１内でオートクレーブ６０に移送される。
【0034】
特定の実施形態では、筐体１はまた、ランス装置３０（図１および図７を参照）を収容する。特定の実施形態では、１つまたは複数のランス３１を備えるランス装置３０は、筐体１の外部に部分的に配置され、筐体１の１つまたは複数の壁を通過する。
【0035】
任意選択的に、筐体１はまた、他の測定および／または監視機器、例えば非破壊検査および／またはリアルタイム放射線撮影機器を収容してもよい。そのような機器はまた、筐体の外部にあってもよく、または廃棄物を部分的に特徴付けるために事前に使用されてもよい。例示的な非破壊検査には、ガンマ線分光計および中性子計数器が含まれるが、これらに限定されない。
【0036】
任意選択で、筐体１は、生成物ハンドリングシステム９０を収容することもできる。そのような機器は、筐体１の外部にあってもよい。生成物ハンドリングシステム９０の例示的な機器は、圧縮および過充填などの機能を実行することができる。
【0037】
オートクレーブ
オートクレーブ６０は、高圧および／または高温を使用して化学反応および他のプロセスを実行するための強力な加熱容器である。一実施形態では、オートクレーブ６０は、外側シェル６２内の内側ライナー６３を含み、内側ライナー６３は、内側スリーブ６３の外部にある電気ヒータなどの導電性または放射性熱伝達要素６４を使用して間接熱源によって加熱される。オートクレーブ６０は、容器内の廃棄物を熱分解するために使用されることができる。オートクレーブ６０は、所望の温度、例えば約２００℃～約８００℃の範囲の温度、または廃棄物中の液体および有機物が蒸発して揮発する温度に制御された方法で加熱されることができる。
オートクレーブ６０は、高圧および／または高温を使用して化学反応および他のプロセスを実行するための強力な加熱容器である。一実施形態では、オートクレーブ６０は、外側シェル６２内の内側ライナー６３を含み、内側ライナー６３は、内側スリーブ６３の外部にある電気ヒータなどの導電性または放射性熱伝達要素６４を使用して間接熱源によって加熱される。オートクレーブ６０は、容器内の廃棄物を熱分解するために使用されることができる。オートクレーブ６０は、所望の温度、例えば約２００℃～約８００℃の範囲の温度、または廃棄物中の液体および有機物が蒸発して揮発する温度に制御された方法で加熱されることができる。
【0038】
オートクレーブ６０は、オートクレーブの内部と外部との間のガスおよび微粒子の交換を防止または最小化する特定の特徴、例えばノズル、シールおよび隔離装置を含む。これらの特徴の様々な設計は、オートクレーブ６０での使用が想定される。特定の実施形態では、１つまたは複数のノズル、シールまたは隔離装置がオートクレーブ蓋６５に取り付けられる。特定の実施形態では、１つまたは複数のノズル、シールまたは隔離装置がオートクレーブ６０の側面に取り付けられる。
【0039】
特定の実施形態では、オートクレーブ６０は、ランス３１をオートクレーブの内部に通すことを可能にする、１つまたは複数のノズル６６および隔離装置７１を備える。特定の実施形態では、オートクレーブは、ドーム型または平坦なオートクレーブ蓋６５を備える。１つまたは複数の隔離装置７１および１つまたは複数のノズル６６は、ランス３１のオートクレーブ６０の内部へのアクセスを提供するためにオートクレーブ蓋６５に取り付けられる。
【0040】
特定の実施形態では、隔離装置７１は、オートクレーブ６０と接触している（例えば、オートクレーブ蓋６５と接触している）。１つまたは複数のランス３１は、ノズル６６、次いで隔離装置７１を通過することによって、例えばオートクレーブ蓋６５を通ってオートクレーブ６０に挿入される。
【0041】
オートクレーブ蓋６５は、計装および制御システム１５０によって遠隔で開放および封止されることができる。特定の実施形態では、油圧機構を使用してオートクレーブを封止する（例えば、油圧クラムシェルタイプのシール機構）。オートクレーブ蓋６５の設計は様々なものとすることができるが、隔離装置７１およびノズル６６をオートクレーブ６０のオートクレーブ蓋６５の所定の位置にして容易に開閉されるべきである。特定の実施形態では、オートクレーブ蓋６５は、ヒンジ機構によってオートクレーブ６０に取り付けられる。
【0042】
オートクレーブ６０は、任意選択で、支持構造体（図示せず）をオートクレーブ内側ライナー６３内に収容する。支持構造体は、ランス３１に抵抗を供給するように構成される。例えば、支持構造体は、穿刺または穿刺ランス３１が廃棄物容器６１の蓋または廃棄物容器６１の内部の廃棄物を穿刺するために使用されるとき、廃棄物容器６１が感知できるほどの動きをすることなく定位置に保持されるように、オートクレーブ６０の構造を補強する。そのような支持構造体は、業界では一般的であり、いくつかの構成のいずれかを有することができる。実施形態では、支持構造体は、廃棄物容器６１がオートクレーブ内に装填されるときに案内および中心合わせを助けるように構成される。
【0043】
ランス装置
ランス装置３０は、ランス３１のオートクレーブ６０および廃棄物貯蔵容器６１への位置決めおよび挿入を容易にする。ランス装置３０は、様々な設計のランス３１と、ランス駆動機構３２と、ランス貫通機構３４と、を備える。
ランス装置３０は、ランス３１のオートクレーブ６０および廃棄物貯蔵容器６１への位置決めおよび挿入を容易にする。ランス装置３０は、様々な設計のランス３１と、ランス駆動機構３２と、ランス貫通機構３４と、を備える。
【0044】
駆動機構３２は、ランス３１を案内し、ランス３１を上下に移動させる。駆動機構３２は、ほとんどの場合、ランス３１に廃棄物容器６１の蓋を穿刺させるのに十分な力を提供することができる。
【0045】
貫通機構３４は、ランス３１が廃棄物容器６１の蓋を穿刺するのに十分な力を供給する。貫通機構３４はまた、ランス３１が廃棄物容器６１内の廃棄物を貫通するのに必要な追加の力を供給することができる。
【0046】
特定の実施形態では、ランス装置３０はスプールピース３５をさらに含む。スプールピース３５は、ランスシール３６を収容することができる。スプールピース３５は、通常、廃棄物容器６１の蓋の穴を穿刺するために、シャフト４６の直径よりも大きい先端部４４が必要な場合に使用される。
【0047】
典型的には、ランス装置３０は、筐体１内に収容される。特定の実施形態では、ランス装置３０の少なくとも一部は、筐体１、オートクレーブ６０、および廃棄物貯蔵容器６１へのランス３１の挿入を容易にするために、筐体１の外部に部分的に配置されてもよい。例えば、ランス駆動部３２および／または穿刺および貫通機構３４は、筐体１の外側に配置されてもよい。
【0048】
ランス
ランス装置３０には、機能の異なる１つまたは複数のランス３１を用いることができる。一実施形態では、ランス３１は、１つまたは複数のタスクを実行することができる。一般に、ランス３１は、シャフト４６および先端部４４を備える。時には、ランス３１は、監視および流体供給のために先端部４４とは反対側のシャフト４６の端部に接続部を含む。ランス３１の設計は、ランス３１の特定の機能に基づいて変えることができる。
ランス装置３０には、機能の異なる１つまたは複数のランス３１を用いることができる。一実施形態では、ランス３１は、１つまたは複数のタスクを実行することができる。一般に、ランス３１は、シャフト４６および先端部４４を備える。時には、ランス３１は、監視および流体供給のために先端部４４とは反対側のシャフト４６の端部に接続部を含む。ランス３１の設計は、ランス３１の特定の機能に基づいて変えることができる。
【0049】
一実施形態では、ランス３１を、廃棄物貯蔵容器６１を穿刺するために使用することができる。適切な形状の先端部４４を有する特殊ランス３１が、廃棄物容器６１を穿刺するためにノズル６９に挿入される。例えば、廃棄物容器６１を穿刺するために使用される場合、先端部４４は、例えば、スピアヘッド（例えば、返しの有無にかかわらず）、円錐、または点のような形状であってもよく、先端部４４がシャフト４６に接続する点でランス３１のシャフト４６と同じまたはそれより広くてもよい。ランス３１の先端部４４は、任意の適切な形状、サイズ、および／または他の構成に形作られてもよい。追加的または代替的に、ランス３１の先端部４４は、ランス３１の機能を支持する任意の適切な材料から作製されてもよい。
【0050】
一実施形態では、ランス３１を、廃棄物容器６１内の廃棄物が、例えばセメントなどの１つもしくは複数のバインダと混合されるか、もしくはそれによって封入される廃棄物、または他の方法で硬質充填される廃棄物が貫通されるために使用することができる。特定の実施形態では、ランス３１は、廃棄物容器６１を穿刺するか、または廃棄物貯蔵容器内の廃棄物を貫通するのに必要な力または圧力を提供するランス穿刺または貫通機構３４を備える。貫通機構の力をランスシャフト４６および先端部４４に伝達するために、ランス３１の上部が補強されることができる。特定の実施形態では、ランス３１が、廃棄物に穴、ポケットまたはくぼみを形成するか、そうでなければ廃棄物の固体塊を分解するために使用されることができる。廃棄物のこのような穴、ポケット、穴または破損は、廃棄物を処理、例えばパージガスおよび他の反応物による処理によりアクセスしやすくする。
【0051】
一般に、廃棄物容器６１内の廃棄物がランス３１によって貫通されると、廃棄物容器６１からの熱分解ガスの排出が進行または増加する。
【0052】
特定の実施形態では、不活性ガスなどのガスのパージがランス３１を介して提供され、廃棄物容器６１から熱分解ガスを掃引する。ガス／材料供給システム２０からのガスは、先端部４４とは反対側のシャフト４６の端部の接続部を介してランス３１に導入され、シャフト４６の流路４７を通って流れ、シャフト４６の側面の１つまたは複数のポート（例えば、ポート４０１、ポート４０３）から流出する。次いで、ガスは、廃棄物を通過し、シャフト４６とランス３１によって作られた廃棄物容器６１の蓋の穴との間の環状空間から出る。
【0053】
特定の実施形態では、ガス／材料供給システム２０によって供給される１つまたは複数の反応性材料、例えば蒸気は、先端部４４の反対側のシャフト４６の端部の接続部を通ってランス３１に流入し、シャフト４６の流路４７を通って流れ、ランス３１のシャフト４６の側面の１つまたは複数のポートから流出する。複数のポート（例えば、ポート４０１、ポート４０３）をランス３１のシャフト４６の長さに沿って設置して、流れを分配することができる。特定の実施形態では、ポート（例えば、ポート４０１、ポート４０３）は、廃棄物貯蔵容器６１内に配置されたランス３１のシャフト４６の部分に沿って配置される。
【0054】
特定の実施形態では、ガス／材料供給システム２０によって供給される１つまたは複数の安定化材料は、先端部４４の反対側のシャフト４６の端部の接続部を通ってランス３１に流入し、シャフト４６の流路４７を通って流れ、ランス３１のシャフト４６の側面の１つまたは複数のポートから流出する。複数のポート（例えば、ポート４０１、ポート４０３）をランス３１のシャフト４６の長さに沿って設置して、流れを分配することができる。特定の実施形態では、ポート（例えば、ポート４０１、ポート４０３）は、廃棄物貯蔵容器６１内に配置されたランス３１のシャフト４６の部分に沿って配置される。
【0055】
特定の実施形態では、測定ランス、例えば、加熱中に内部温度を監視するための１つまたは複数のセンサ装置１９９（例えば、図５Ａの熱電対２０１）を収容するランス３１が、廃棄物の穴、ポケット、隠れ穴、または切れ目に挿入される。
【0056】
特定の実施形態では、廃棄物は、オートクレーブ６０の外部に組み込まれた隔離装置を有するノズルを介してアクセスされる、１つまたは複数の入口点でランス３１によって貫通されることができる。廃棄物の特別な性質のために複数の穴が必要な場合、複数のノズルを有するオートクレーブ６０が使用される。
【0057】
特定の実施形態では、ランス３１を、廃棄物容器６１のキャビティおよび／または廃棄物容器６１内の廃棄物に１つまたは複数の流体（例えば、安定化流体、パージガス）を注入して、何らかの動作（例えば、廃棄物の安定化、有毒ガスの除去）を実行するために使用することができる。
【0058】
一実施形態では、ランス３１を使用して監視機能が実行されることができる。特定の実施形態では、ランス３１は、処理プロセス中に廃棄物の温度を測定するために使用される、熱電対の形態の１つまたは複数のセンサ装置１９９を備える。一実施形態では、ランス３１は、特殊ランス機能の組合せを含み、温度を同時に監視し、パージガスおよび／または反応性ガスを注入するために使用されることができる。
【0059】
測定機能を実行するために使用されるランス３１は、計装および制御システム１５０を備えるか、またはこれと組み合わせて使用され、計装および制御システム１５０は、スタンドアロン構成要素とすることができ、またはシステム１１０の１つまたは複数の他の構成要素と統合されることができる。
【0060】
ガス／材料供給システム
ガス／材料供給システム２０は、反応ガス２１、窒素供給源２２、水（蒸気）供給源２３、水供給源２４および窒素供給源２５のオートクレーブ６０への導入を容易にする。特定の実施形態では、ガス／材料供給システム２０はまた、オートクレーブ６０内の廃棄物容器６１内の廃棄物に封入剤を送達するために使用されてもよい。反応ガス２１は、封入剤を提供するために使用される。
ガス／材料供給システム２０は、反応ガス２１、窒素供給源２２、水（蒸気）供給源２３、水供給源２４および窒素供給源２５のオートクレーブ６０への導入を容易にする。特定の実施形態では、ガス／材料供給システム２０はまた、オートクレーブ６０内の廃棄物容器６１内の廃棄物に封入剤を送達するために使用されてもよい。反応ガス２１は、封入剤を提供するために使用される。
【0061】
窒素供給源２２は、一般に、廃棄物容器６１の内部にパージガスを供給するために使用される。任意選択的に加熱される窒素供給源２２は、可撓性ホース３３およびランス３１を介して廃棄物容器６１に入る。窒素供給源２２はまた、ノズル６９を介してオートクレーブ６０に導かれてもよい。反応ガス２１はまた、これらの特徴を通じて廃棄物容器６１またはオートクレーブ６０に入ることができる。ヒータ２６は、窒素供給源２２および反応ガス２１を加熱するために使用されることができる。特定の実施形態では、ヒータ２６は電気ヒータである。
【0062】
水供給源２３は、典型的には、廃棄物容器６１の内部に蒸気を供給するために使用される。水供給源２３は、可撓性ホース３３およびランス３１を介して廃棄物容器６１に入る前に加熱されて蒸気を生成する。蒸気２３はまた、ノズル６９を通ってオートクレーブ６０に導かれてもよい。ヒータ２７は、水供給源２３を加熱するために使用される。特定の実施形態では、ヒータ２７は、温水器および／または過熱器である。
【0063】
特定の実施形態では、反応ガス２１、窒素供給源２２および水供給源２３は、ランス３１に接続された可撓性ホース３３を通過することによってのみ廃棄物容器６１に入る。
【0064】
水供給源２４は、一般に、オートクレーブ６０の内部を冷却するための水を供給するために使用される。水供給源２４は、霧化ノズル７０を通ってオートクレーブ６０に入る。
【0065】
窒素供給源２５は、水供給源２４を霧化するために使用される。窒素供給源２５は、霧化ノズル７０を通ってオートクレーブ６０に入る。窒素供給源２５はまた、パージガスとして使用することができ、ノズル６９を通ってオートクレーブ６０に入ることができる。
【0066】
生成物ハンドリングシステム
典型的には、オートクレーブ６０内の廃棄物貯蔵容器６１内の廃棄物の処理は、オフガス、例えば水蒸気、揮発有機物、および／または酸性ガスを生成する。廃棄物の処理（例えば、熱分解）によって生成されたオフガスは、オートクレーブ６０と流体連通するオフガス処理システム９０に供給される。処理された固体は廃棄物貯蔵容器６１内に残り、廃棄物貯蔵容器６１上で圧縮するなどのさらなる生成物ハンドリングを受ける。いくつかの実施形態では、処理された固体は、無機化合物と炭素チャーとの乾燥した不活性な混合物である。いくつかの実施形態では、処理された固体は放射性金属を含有する。
典型的には、オートクレーブ６０内の廃棄物貯蔵容器６１内の廃棄物の処理は、オフガス、例えば水蒸気、揮発有機物、および／または酸性ガスを生成する。廃棄物の処理（例えば、熱分解）によって生成されたオフガスは、オートクレーブ６０と流体連通するオフガス処理システム９０に供給される。処理された固体は廃棄物貯蔵容器６１内に残り、廃棄物貯蔵容器６１上で圧縮するなどのさらなる生成物ハンドリングを受ける。いくつかの実施形態では、処理された固体は、無機化合物と炭素チャーとの乾燥した不活性な混合物である。いくつかの実施形態では、処理された固体は放射性金属を含有する。
【0067】
廃棄物貯蔵容器６１は、生成物ハンドリングシステム１２０における最終処分のために準備される。生成物ハンドリングシステムの詳細は、最終製品の特性および廃棄要件に依存する。例示的な生成物ハンドリングシステムは、以下のプロセス、すなわち、圧縮、より小さい処理された容器をより大きいオーバーパックまたは束に組み合わせること、コンクリートまたは廃棄物貯蔵容器および／または処理された廃棄物による安定化、ならびに最終パッケージの外部除染のうちの１つまたは複数を含む。
【0068】
バリアフィルタ
特定の実施形態では、バリアフィルタ８がオートクレーブ６０とオフガス処理システム９０との間に配置される。バリアフィルタ８は、オフガス処理システム９０に輸送される放射性核種または他の望ましくない材料の量をさらに最小限に抑えるために使用されることができる。バリアフィルタ８は、容器６１から実行され得る微粒子を捕捉するために使用することができ、それによってオフガス処理システム９０での処理の前にオフガスから固体を最小化または排除する。一実施形態では、パージガスを使用して、オートクレーブ６０からオフガス処理システム９０内にオフガスを洗い流す。
特定の実施形態では、バリアフィルタ８がオートクレーブ６０とオフガス処理システム９０との間に配置される。バリアフィルタ８は、オフガス処理システム９０に輸送される放射性核種または他の望ましくない材料の量をさらに最小限に抑えるために使用されることができる。バリアフィルタ８は、容器６１から実行され得る微粒子を捕捉するために使用することができ、それによってオフガス処理システム９０での処理の前にオフガスから固体を最小化または排除する。一実施形態では、パージガスを使用して、オートクレーブ６０からオフガス処理システム９０内にオフガスを洗い流す。
【0069】
オフガス処理システム
オフガス処理システム９０は、オフガスを大気への排出に対して安全にするために使用される。オフガス処理システム９０は、そのような処理のための様々な既知のシステムのいずれかを含んでもよい。一実施形態では、オフガス処理システム９０は、熱酸化装置およびスクラバを備える。熱酸化剤は、例えば、触媒酸化剤、セラミックマトリックス、または標準的な燃焼酸化剤によって、有機成分を水および二酸化炭素に変換する。オフガス中に存在する酸性ガスは、スクラバへの苛性材料の導入によって中和される。使用済みスクラバ溶液を回収し、例えば熱分解によって処理する。スクラバによる処理後に、オフガスは、１つまたは複数の追加のフィルタを通過し、次いで排出のためにスタックに吹き付けられる。一実施形態では、熱酸化剤は水蒸気改質器である。特定の実施形態では、オフガスまたはオフガス中の有機成分は、熱酸化剤による処理の前に凝縮プロセスに供される。特定の実施形態では、スクラバはガス吸収剤である。
オフガス処理システム９０は、オフガスを大気への排出に対して安全にするために使用される。オフガス処理システム９０は、そのような処理のための様々な既知のシステムのいずれかを含んでもよい。一実施形態では、オフガス処理システム９０は、熱酸化装置およびスクラバを備える。熱酸化剤は、例えば、触媒酸化剤、セラミックマトリックス、または標準的な燃焼酸化剤によって、有機成分を水および二酸化炭素に変換する。オフガス中に存在する酸性ガスは、スクラバへの苛性材料の導入によって中和される。使用済みスクラバ溶液を回収し、例えば熱分解によって処理する。スクラバによる処理後に、オフガスは、１つまたは複数の追加のフィルタを通過し、次いで排出のためにスタックに吹き付けられる。一実施形態では、熱酸化剤は水蒸気改質器である。特定の実施形態では、オフガスまたはオフガス中の有機成分は、熱酸化剤による処理の前に凝縮プロセスに供される。特定の実施形態では、スクラバはガス吸収剤である。
【0070】
特定の実施形態では、オフガス成分を分析し、および／またはガス流量を監視するために、バリアフィルタとオフガス処理システムとの間にガス監視システムが使用されてもよい。監視され得る成分の例は、ＮＯｘ、酸性ガス、炭化水素、Ｈ２、ＣＯ、ＣＯ２である。
【0071】
計装および制御システム
システム１１０は、計装および制御システム１５０を含み、これは、システム１１０の１つまたは複数のサブシステム（例えば、廃棄物供給システム１０、ランス装置３０、生成物ハンドリング１２０、オフガス処理システム９０）および／または１つまたは複数の構成要素（例えば、オートクレーブ６０）の１つまたは複数の態様を制御する。
システム１１０は、計装および制御システム１５０を含み、これは、システム１１０の１つまたは複数のサブシステム（例えば、廃棄物供給システム１０、ランス装置３０、生成物ハンドリング１２０、オフガス処理システム９０）および／または１つまたは複数の構成要素（例えば、オートクレーブ６０）の１つまたは複数の態様を制御する。
【0072】
計装および制御システム１５０は、様々なプロセス入力を有するマスタ制御システムである。計装および制御システム１５０は、例えば、廃棄物処理プロセス中に、１つまたは複数のセンサ装置１９９によって測定される温度、流量、圧力、ガス組成、放射線モニタ、および／または大気モニタを監視するために使用される。例えば、装置の様々な部分からの温度は、１つまたは複数のセンサ装置１９９（例えば、熱電対の形態で）によって測定され、計装および制御システム１５０によって監視されてもよく、該温度は、これらに限定されないが、オートクレーブ６０の壁、加熱素子、オートクレーブ６０の内部空間、廃棄物容器６１の表面、廃棄物容器６１の内部空間、オートクレーブ６０からのオフガス、ノズル６６、および周囲温度を含む。装置の様々な部分からの流れは、流量計の形態の１つまたは複数のセンサ装置１９９によって測定され、計装および制御システム１５０によって監視されてもよく、該流れは、これらに限定されないが、オートクレーブ６０へのガスの流れ、オートクレーブ６０からのガスの流れ、ガス処理プロセスの出口、およびオフガス処理システム内の点を含む。装置の様々な部分、からの圧力は、圧力計の形態の１つまたは複数のセンサ装置１９９によって測定され、計装および制御システム１５０によって監視されてもよく、該圧力は、これらに限定されないが、ガス／材料供給システム２０からのガスおよび材料の圧力、オートクレーブ６０内の圧力、オフガス処理システム９０内の点での圧力、周囲圧力、ならびにバリアフィルタ８の前後または両端の圧力を含む。例えば、オートクレーブ６０のオフガスおよびオフガス処理システム９０からの排気ガスを含むガス組成は、１つまたは複数のセンサ装置１９９によって測定され、計装および制御システム１５０によって監視されてもよい。計装および制御システム１５０は、ＮＯｘ、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、総炭化水素、Ｏ２、蒸気（水）含有量、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２、ハロゲン化種、ＳＯｘおよび他の硫黄化合物の存在について、１つまたは複数のセンサ装置１９９によって行われた測定を監視することができる。
【0073】
特定の実施形態では、内側オートクレーブライナー６３、廃棄物容器６１の表面、オートクレーブ６０からのオフガス、および廃棄物の温度は、ランス３１と一体化された熱電対（例えば、熱電対２０１）の形態の１つまたは複数のセンサ装置１９９によって測定され、これらの測定値は、処理プロセス中の廃棄物からの加熱およびエネルギー放出の制御を助け、加熱プロセスのための保持点を決定し、処理が完了したときを判定し、オートクレーブ６０を開いて廃棄物容器６１を取り出す前にクールダウンが十分であるときを決定するために、計装および制御システム１５０によって監視されることができる。いくつかの実施形態では、熱電対素子２０１の形態のセンサ装置１９９のうちの１つまたは複数の温度は、それらを過熱から保護するために計装および制御システム１５０によって監視される。いくつかの実施形態では、オートクレーブ６０内へのガス／材料の流れおよびオートクレーブ６０から出るガスの流れは、１つまたは複数のセンサ装置１９９によって測定され、計装および制御システム１５０によって監視および制御されて、処理の所望の結果をもたらし、エネルギー放出を制御し、加熱プロセスの保持点を決定し、処理がいつ完了するかを決定する。いくつかの実施形態では、オートクレーブ内の圧力は、廃棄物へのエネルギー入力および廃棄物からのエネルギー放出を制御し、ガス／材料入力を減速または確保する時期を決定し、リリーフバルブが作動した時期を判定するために、１つまたは複数のセンサ装置１９９によって測定され、計装および制御システム１５０によって監視される。特定の実施形態では、ガス組成は、センサ装置１９９のうちの１つまたは複数によって測定され、計装および制御システム１５０によって監視されて、オートクレーブ内の廃棄物中の反応の状態／速度を決定し、エネルギーおよびガス／材料の入力を制御するためにオペレータによって使用される。
【0074】
計装および制御システム１５０は、１つまたは複数のローカルコントローラを含むことができる。ローカルコントローラは、システム１１０のサブシステム（例えば、廃棄物供給システム１０、ランス装置３０、生成物ハンドリング１２０、オフガス処理システム９０）および／または構成要素（例えば、オートクレーブ６０）の１つまたは複数の態様を制御する。計装および制御システム１５０に複数のローカルコントローラがある場合、これらのローカルコントローラは互いに通信することができる。
【0075】
計装および制御システム１５０は、記憶リポジトリを含むことができる。そのような場合、記憶リポジトリは、データ（例えば、センサ装置１９９によって行われる測定）を格納することができる。計装および制御システム１５０は、例えば、モデルを開発および実行し、傾向およびしきい値を開発し、現在得られている測定値の評価を支援するために、この記憶されたデータを使用することができる。
【0076】
センサ装置
システム１１０は、その構成要素のいくつか（例えば、オートクレーブ６０）および１つまたは複数のサブシステム（例えば、ランス装置２０、生成物ハンドリング１２０、オフガス処理システム９０）を含み、本明細書に記載の方法（またはその一部）が適切に機能するために、１つまたは複数のパラメータ（例えば、温度、圧力、時間、ガスの存在、ガス流）の測定値に依存する。１つまたは複数のセンサ装置１９９は、これらのパラメータを測定するように構成される。センサ装置１９９は、計装および制御システム１５０に通信可能に結合されることができ、その結果、計装および制御システム１５０は、所与の時点でセンサ装置１９９によって行われたパラメータの測定に基づいて特定の動作を実行することができる。
システム１１０は、その構成要素のいくつか（例えば、オートクレーブ６０）および１つまたは複数のサブシステム（例えば、ランス装置２０、生成物ハンドリング１２０、オフガス処理システム９０）を含み、本明細書に記載の方法（またはその一部）が適切に機能するために、１つまたは複数のパラメータ（例えば、温度、圧力、時間、ガスの存在、ガス流）の測定値に依存する。１つまたは複数のセンサ装置１９９は、これらのパラメータを測定するように構成される。センサ装置１９９は、計装および制御システム１５０に通信可能に結合されることができ、その結果、計装および制御システム１５０は、所与の時点でセンサ装置１９９によって行われたパラメータの測定に基づいて特定の動作を実行することができる。
【0077】
ここで図１を参照すると、例示的な装置は、廃棄物供給システム１０と、筐体１と、オートクレーブ６０と、ランス装置３０と、ガス／材料供給システム２０と、生成物ハンドリングシステム１２０と、バリアフィルタ８と、オフガス処理システム９０と、計装および制御システム１５０と、１つまたは複数のセンサ装置１９９と、廃棄物貯蔵容器６１と、を含む。一実施形態では、廃棄物供給システム１０は、オートクレーブ６０内に配置するために、例えばエアロック１１を介して、廃棄物貯蔵容器６１（本明細書では単に廃棄物容器６１とも呼ばれる）を筐体１に分配することができる。筐体１の設計は、廃棄物容器６１内の予想される濃度および廃棄物の種類、例えば放射性物質、に依存する。クレーン１２または他の昇降装置を使用して、廃棄物容器６１を筐体１内でオートクレーブ６０内に移動させることができる。１つまたは複数のランス３１を備えるランス装置３０はまた、廃棄物容器６１内に廃棄される廃棄物を処理するためにオートクレーブ６０と共に使用するために筐体１内に収容される。
【0078】
筐体１はまた、非破壊検査１４および／またはリアルタイム放射線撮影機器１３（図７Ａ参照）を収容してもよい。そのような機器はまた、筐体１の外部にあってもよく、または廃棄物を部分的に特徴付けるために以前に使用されてもよい。例示的な非破壊検査１４は、ガンマ線分光計および中性子計数器を含むことができるが、これらに限定されない。
【0079】
オートクレーブ６０は、高圧および／または高温を使用して化学反応および他のプロセスを実行するための、強力で耐久性のある加熱容器である。一実施形態では、オートクレーブ６０は、外側シェル６２内の内側スリーブ６３を含み、内側スリーブ６３は、内側スリーブ６３の外部にある電気ヒータ６４などの導電性または放射性熱伝達要素を使用して間接熱源によって加熱される。オートクレーブ６０は、オートクレーブ６０を開放または封止するために遠隔操作されることができるオートクレーブ蓋６５を含む。オートクレーブ６０の例を、図２Ａ～図２Ｃに関して以下に示す。オートクレーブ６０は、以下でより詳細に説明するように、廃棄物容器６１内の廃棄物を熱分解するために使用されることができる。オートクレーブ６０（またはその一部、例えばヒータ）の動作は、計装および制御システム１５０によって制御されることができる。
【0080】
ランス装置３０は、廃棄物を収容する廃棄物容器６１を収容するシールオートクレーブにランス（例えば、ランス３１）を挿入するためのものである。ランス装置３０は、オートクレーブ６０の内部と外部との間のガスおよび微粒子の交換を防止するように設計されたノズルおよびシールを通して、オートクレーブ６０に様々なランスを挿入するために使用される。ランス装置３０（またはその一部）の動作は、計装および制御システム１５０によって制御されることができる。
【0081】
ランス装置３０は、特定の機能のために設計された一端に先端部４４を有するシャフト４６としてそれぞれ典型的に実装される、１つまたは複数のランス３１を含む。場合によっては、シャフト４６は、その中に配置された１つまたは複数の流路４７を有することができ、各流路４７は、各ランス３１に固有の機能を実行するために使用される。流路４７はまた、その機能を果たすためにシャフト４６内に追加の機構（例えば、ポート４０１、ポート４０３）を伴うことができる。一度に１つのランス３１が実装され、各ランス３１は特定の機能または複数の機能を有する。例えば、ランス３１は、他の機能の中でも、穿刺目的のために設計された特殊ランス、または穿刺機能を含む多機能目的であってもよい。例えば、ランス３１を使用して、廃棄物容器６１を穿刺し、廃棄物を貫通し、測定機能を実行し、またはパージガスおよび反応性材料の流路を廃棄物容器６１内の廃棄物に直接提供することができる。一実施形態では、ランス３１は、特殊ランス機能（例えば、センサ装置１９９）の組合せを含み、（計装および制御システム１５０によって監視される）温度を同時に測定し、パージガスおよび／または反応性ガスを注入するために使用されることができる。別の実施形態では、ランス３１は、材料注入機能を含み、処理後の廃棄物を封入または結合するために封入材料を注入するために使用されることができる。
【0082】
例示的なランス３１は、廃棄物容器６１内の廃棄物の完全かつ安全な処理を確実にするために、様々な必要な機能を実行する。例示的なランス３１は、以下のいずれかを含む、タスクのうちの１つまたは組合せを実行するために、必要に応じて設計を変えることができる。
【0083】
廃棄物容器６１の穿刺
廃棄物容器６１を加熱すると、排気されない場合に廃棄物容器６１を加圧するガスが放出される。主廃棄物容器６１内の小型廃棄物容器（例えば、封止されたプラスチック袋、エアゾール缶、塗料缶、５ガロンのバケツ、プラスチックボトル）は、溶融してガスの漏出を可能にする側面もしくはシールを有することが予想されるか、またはプロセス中に変形および破裂することが可能であり得るが、熱分解ガスの漏出を可能にするために、廃棄物を含む大型廃棄物容器６１が穿刺されることが必要である。適切な形状の先端部４４を有する特殊ランス３１が、廃棄物容器６１を穿刺するためにノズル６６に挿入される。廃棄物の特別な性質のために複数の穴が必要とされる場合、オートクレーブ蓋６５に複数のノズル６６を有するオートクレーブ６０が使用される。
廃棄物容器６１を加熱すると、排気されない場合に廃棄物容器６１を加圧するガスが放出される。主廃棄物容器６１内の小型廃棄物容器（例えば、封止されたプラスチック袋、エアゾール缶、塗料缶、５ガロンのバケツ、プラスチックボトル）は、溶融してガスの漏出を可能にする側面もしくはシールを有することが予想されるか、またはプロセス中に変形および破裂することが可能であり得るが、熱分解ガスの漏出を可能にするために、廃棄物を含む大型廃棄物容器６１が穿刺されることが必要である。適切な形状の先端部４４を有する特殊ランス３１が、廃棄物容器６１を穿刺するためにノズル６６に挿入される。廃棄物の特別な性質のために複数の穴が必要とされる場合、オートクレーブ蓋６５に複数のノズル６６を有するオートクレーブ６０が使用される。
【0084】
廃棄物容器６１内の廃棄物の浸透
パージガスを提供し、反応物を提供し、および／または加熱中に内部温度を測定するための１つまたは複数のセンサ装置１９９を含むランス３１の挿入を可能にするために、廃棄物に穴を形成することが望ましい。さらに、セメントと混合された／セメントに封入された廃棄物を収容する廃棄物容器６１がある。特殊ランス３１は、廃棄物を貫通／破砕して熱分解ガスの流出およびパージ／測定ランスの挿入を可能にするために使用される。廃棄物の特別な性質のために複数の入口点が必要とされる場合、オートクレーブ蓋６５に複数のノズル６６を有するオートクレーブ６０が使用される。
パージガスを提供し、反応物を提供し、および／または加熱中に内部温度を測定するための１つまたは複数のセンサ装置１９９を含むランス３１の挿入を可能にするために、廃棄物に穴を形成することが望ましい。さらに、セメントと混合された／セメントに封入された廃棄物を収容する廃棄物容器６１がある。特殊ランス３１は、廃棄物を貫通／破砕して熱分解ガスの流出およびパージ／測定ランスの挿入を可能にするために使用される。廃棄物の特別な性質のために複数の入口点が必要とされる場合、オートクレーブ蓋６５に複数のノズル６６を有するオートクレーブ６０が使用される。
【0085】
廃棄物容器６１からのガスのパージ
不活性ガスのパージは、廃棄物容器６１から熱分解ガスを掃引するために設けられる。流れは、廃棄物容器６１から逃げるガス中の固体の同伴を防止するために低い。複数の出口ポートがランス３１の長さに沿って設置されることができる。
不活性ガスのパージは、廃棄物容器６１から熱分解ガスを掃引するために設けられる。流れは、廃棄物容器６１から逃げるガス中の固体の同伴を防止するために低い。複数の出口ポートがランス３１の長さに沿って設置されることができる。
【0086】
反応性材料の廃棄物への挿入
反応性材料、例えば蒸気は、ランス３１を通して注入される。複数の出口ポートがランス３１の長さに沿って設置されて、流れが分配されることができる。
反応性材料、例えば蒸気は、ランス３１を通して注入される。複数の出口ポートがランス３１の長さに沿って設置されて、流れが分配されることができる。
【0087】
温度測定
適切な温度測定センサ装置１９９（例えば、熱電対）を備えたランス３１は、廃棄物容器６１内の温度分布を決定するのに有用である。そのような情報は、機器および制御システム１５０が廃棄物の加熱のより微細な制御を提供することを可能にし、それは次に熱分解ガスの放出のより微細な制御を提供し、また内部温度が処理のための所望の保持温度に達したときの明確な表示を提供する。
適切な温度測定センサ装置１９９（例えば、熱電対）を備えたランス３１は、廃棄物容器６１内の温度分布を決定するのに有用である。そのような情報は、機器および制御システム１５０が廃棄物の加熱のより微細な制御を提供することを可能にし、それは次に熱分解ガスの放出のより微細な制御を提供し、また内部温度が処理のための所望の保持温度に達したときの明確な表示を提供する。
【0088】
封入材料の注入
処理の終わりに、廃棄物容器６１内に残っている灰を封入することが望ましい場合がある。封入材料は、ランス３１を介して廃棄物容器６１に注入されることができる。ランス３１内の複数のポートは、封入材料の適切な分布の提供に使用することができる。低速ミキサーは、必要に応じてオートクレーブ蓋６５の別個のノズル６６を通して挿入することができ、ミキサーは別の特殊ランス３１である。
処理の終わりに、廃棄物容器６１内に残っている灰を封入することが望ましい場合がある。封入材料は、ランス３１を介して廃棄物容器６１に注入されることができる。ランス３１内の複数のポートは、封入材料の適切な分布の提供に使用することができる。低速ミキサーは、必要に応じてオートクレーブ蓋６５の別個のノズル６６を通して挿入することができ、ミキサーは別の特殊ランス３１である。
【0089】
廃棄物供給システム１０は、上述したように、筐体１内に収容され得るオートクレーブ６０に廃棄物を供給することができる。特定の実施形態では、廃棄物供給システム１０は、例えば廃棄物がアルファ粒子放出放射性核種、高放射性廃棄物および他の有害物質を含む場合に、バルク取り扱い、開放および分別を回避するために廃棄物容器６１内に廃棄物を供給する。廃棄物容器６１がオートクレーブ６０に挿入され、その後オートクレーブ６０が封止される。廃棄物供給システム１０の動作は、計装および制御システム１５０によって制御されることができる。
【0090】
ガス／材料供給システム２０は、反応ガス、パージガス、蒸気、冷却水噴霧および／またはカプセル化剤のオートクレーブ６０および／または廃棄物容器６１への導入を容易にする。ガス／材料供給システム２０の構成要素のいくつかは、オートクレーブ６０の側のノズル（例えば、図７Ｂに示すノズル６９）を通って、またはランス３１（図７Ｂに示す）に接続された可撓性ホース３３を通過することによって、オートクレーブ６０に入る。ガス／材料供給システム２０は、特定のガスおよび材料用のヒータを含む。ガス／材料供給システム２０の動作は、計装および制御システム１５０によって制御されることができる。
【0091】
穿刺機能のために構成された例示的なランス３１は、オートクレーブ６０に挿入され、廃棄物容器６１が穿刺されることができ、適切であれば（廃棄物の性質および収容ならびにランスの種類に応じて）、廃棄物容器６１の内部の廃棄物を貫通することができる。オートクレーブ６０は、制御された様式で所望の温度、例えば約２００℃～約８００℃の範囲の温度、または廃棄物中の液体および有機物が蒸発して揮発する温度まで加熱される。廃棄物の熱分解の進行を測定するために、ランス３１、典型的には、例えば温度センサなどの１つまたは複数のセンサ装置１９９で構成された例示的なランス３１が、廃棄物容器６１に挿入される。これらのセンサ装置１９９によって測定された温度は、計装および制御システム１５０によって監視されることができる。廃棄物容器６１からのガスの輸送を支援し、実質的に不活性な環境を確保するために、ランス３１、典型的には、低流量の不活性パージガス、典型的には窒素を供給するためのガス分配目的のための例示的なランス３１が、廃棄物容器６１に挿入される。流量は、廃棄物および／または熱分解された廃棄物固形物が廃棄物容器６１から輸送されないことを確実にするために、計装および制御システム１５０によって制御されることができる。
【0092】
典型的にはオートクレーブ６０の間接加熱によって達成される、封止されたオートクレーブ６０内の廃棄物容器６１への熱の印加は、水の蒸発、有機物の揮発および熱分解、ならびに腐食物および反応性材料の非有害な酸化物または炭酸塩化合物への変換をもたらす。ランス３１を通して注入される反応性ガスの添加は、変換反応を完了するために適切な条件で行われる。熱分解後の廃棄物容器６１への蒸気の注入は、いくらかの水素の放出と共に、残留炭素チャーの一酸化炭素および二酸化炭素へのさらなる変換をもたらす。他の反応性ガスの注入は、腐食性および反応性材料の変換を確実にするために使用される。廃棄物容器６１内の残留物は、放射性金属を含む不活性な非反応性の不揮発性低炭素灰である。ガラス、金属、および建設廃棄物（典型的には、レンガ、石、およびコンクリートのがれき）など、廃棄物容器６１に含まれる不燃性物品は、廃棄物容器６１内に残る。所望であれば、廃棄物容器６１に封入材料を加えて、残留物が物理的に安定化されることができる。廃棄物処理および処理のこれらの態様のすべては、計装および制御システム１５０によって制御されることができる。
【0093】
廃棄物容器６１内の処理または熱分解された廃棄物は、放射性金属および反応性材料との反応生成物を含有する少量の炭素チャーを含み得る、実質的に乾燥した不活性無機マトリックスである。特定の実施形態では、ガス、液体もしくは固体またはそれらの組合せを含む反応性材料を、ランスを通して導入して、分解に対する反応を促進し、処理された廃棄物の反応性を低減することができる。例えば、反応性材料は、蒸気、二酸化炭素、空気、酸素などを含み得るが、これらに限定されない。反応性材料を不活性ガスで希釈することが考えられる。特定の実施形態では、廃棄物は、処理された廃棄生成物中の炭素チャーの量を減少させるために反応性材料で処理される。
【0094】
容器内（例えば廃棄物容器６１）処理は、熱分解を利用して、容器内熱処理によって容器内の有害廃棄物、放射性廃棄物および／または混合廃棄物を処理し、封止された廃棄物容器６１を破り、廃棄物容器６１から遊離液体、有機材料、および反応性材料を除去する。熱分解温度では、廃棄物容器６１内のすべての液体および有機物が蒸発して揮発する。特定の実施形態では、オートクレーブ６０によって生成されるオフガスは、典型的には、廃棄物容器６１内に存在する様々なプラスチックおよび有機物の熱分解からの水蒸気、揮発有機物、および酸性ガスを含有する。熱分解によって生成されたオフガスは収集され、オートクレーブ６０と流体連通するオフガス処理システム９０に供給される。放射性金属はオートクレーブ温度では揮発せず、オートクレーブ注入流およびオフガス流は放射性核種のキャリーオーバを回避する速度に保たれるため、容器化廃棄物中に存在する放射性核種は元の容器に保持される。
【0095】
特定の実施形態では、バリアフィルタ８は、オートクレーブ６０とオフガス処理システム９０との間に配置される。バリアフィルタ８は、オフガス処理システム９０に輸送される放射性核種の量をさらに最小限に抑えるために使用されることができる。バリアフィルタ８を使用して、廃棄物容器６１から搬出され得る少量の微粒子を捕捉し、オフガス処理システム９０で処理するためのほぼ固体の遊離ガスが生成され得る。バリアフィルタ８（またはその一部）の動作は、計装および制御システム１５０によって制御されることができる。低流量パージガスは、オートクレーブ６０から、およびオートクレーブ６０と流体連通しているオフガス処理システム９０にオフガスを掃引するために使用される。
【0096】
オフガス処理システム９０は、オフガス蒸気流の内容物が、大気に安全に排出されるように、オフガス蒸気流を処理するために使用される。ガス成分を決定するために、バリアフィルタの下流でガス監視システムが使用されてもよい。このようなシステムからの情報は、オートクレーブ６０の制御に用いることができる。監視され得る項目の例は、ＮＯｘ、酸性ガス、総炭化水素、水素、ＣＯ、ＣＯ２である。ガス流量を監視することも望ましい。これらの監視機能は、組合せまたは１つまたは複数のセンサ装置１９９および計装および制御システム１５０によって実行されることができる。
【0097】
オフガス処理システム９０は、そのような処理のための様々な既知のシステムのいずれかを備えることができる。考慮される実施形態では、オフガス処理システム９０は、熱酸化装置および下流のクエンチャスクラバを含む。オートクレーブを出た後に、オフガス流は熱酸化装置に入り、熱酸化装置は、有機蒸気を水および二酸化炭素に変換するための酸化条件下で運転される。熱酸化剤は、触媒酸化剤、セラミックマトリックス、または標準的な燃焼酸化剤を含んでもよい。オフガスストリーム中に存在する酸性ガスは、下流のスクラバに苛性材料を導入することによって中和される。使用済みスクラバ溶液は回収され、熱分解プロセスに戻される。スクラバから出たガスはオフガスフィルタに入り、次いでＨＥＰＡフィルタを通過してブロワに至り、排出のためにスタックに導かれる。他の熱酸化装置、例えば水蒸気改質器の使用が考えられる。有機物のバルクを凝縮するために熱酸化剤の前に凝縮器を使用することが考えられる。次いで、液体は、１つの熱酸化装置内でさらに処理されるように送られ、一方、非凝縮性ガスは、同じまたは別個の熱酸化装置に送られる。他のタイプのスクラバおよびガス吸収体の使用が考えられる。多数の標準的なオフガス処理システムのいずれも、処理される廃棄物に特有のオフガス流に適切に使用されてもよい。オフガス処理システム９０（またはその一部）の動作は、計装および制御システム１５０によって制御されることができる。
【0098】
オフガス処理システム９０における、定期的な調査ならびに使用済みスクラバ液およびフィルタ固形物の分析は、放射性物質の制限されたキャリーオーバを確認するために使用される。放出ラインおよびバリアフィルタは、タールおよびワックスの堆積を低減するために、必要に応じて加熱される。これらの機能は、計装および制御システム１５０によって制御されることができる。
【0099】
廃棄物容器６１内の結果として生じる廃棄物は、放射性金属を含む限られた炭素チャーを有する乾燥した不活性無機マトリックスである。廃棄物容器６１は、生成物ハンドリングシステム１２０における最終処分のために準備される。生成物ハンドリングシステム１２０の詳細は、最終製品の特性および廃棄要件に依存する。典型的な生成物ハンドリングは、圧縮、および／またはより小さい処理済みパッケージをより大きいオーバーパックに組み合わせること、および／またはコンクリートによる安定化を含む。最終パッケージの外部除染は、通常、生成物ハンドリングの一部である。
【0100】
廃棄物の処理は、計装および制御システム１５０によって監視および調整される。計装および制御システム１５０は、例えば、廃棄物処理プロセス中に、１つまたは複数のセンサ装置１９９によって測定される温度、流量、圧力、ガス組成、放射線モニタ、および／または大気モニタを監視するために使用される。
【0101】
特定の実施形態では、本明細書に記載のシステム、装置および方法は、反応性金属および化合物を、廃棄されることができる安定な化合物に変換するのに有用である。そのような化合物としては、限定されないが、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ウラン、シアン化物、および特定の他の材料に曝露されたとき、または様々な環境条件に曝露されたときに燃焼、発火または爆発し得る他の反応性化合物が挙げられる。特定の実施形態では、超ウラン廃棄物または燃料デブリ廃棄物中のものなどの容器入り廃棄物中に存在する反応性金属は、５００℃を超えて加熱されると強く還元する微粉末である。強く還元する金属は、反応性金属の近くの固体無機廃棄物中の酸素、蒸気、酸化炭素、塩素、またはフッ素と、またはランスを介して導入された反応性材料と結合または反応する。そのような反応の制御は、ランスを使用して廃棄物温度を測定する能力によって強化される。生成される安定な化合物の例には、ＮａＣｌ、Ｎａ２ＣＯ３、Ｎａ２ＳＯ３、ＫＣｌ、Ｋ２ＣＯ３、Ｋ２ＳＯ３、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、ＣａＣｌ２、ＣａＳＯ３、Ｕ２Ｏ３、Ｕ３Ｏ８、ＭｇＯ、ＭｇＣｌ２、ＭｇＣＯ３、およびＭｇＳＯ３が含まれる。一実施形態では、金属ウラン燃料片は、不活性で非反応性の酸化ウラン金属に実質的に変換される。シアン化物は、存在する場合、容器された廃棄物から揮発し、水蒸気改質器内で水、二酸化炭素、および窒素に酸化する。
【0102】
特定の実施形態では、本明細書に記載の装置および方法は、窒素含有廃棄物を廃棄され得る安定な化合物に変換するのに有用である。例示的な窒素含有廃棄物には、ＮＯｘ化合物、６０℃未満の引火点を有する液体窒素含有化合物、および２未満または１２．５を超えるｐＨを有する水性液体が含まれるが、これらに限定されない。生成される安定な化合物の例には、ＮａＣｌ、Ｎａ２ＣＯ３、Ｎａ２ＳＯ３、ＫＣｌ、Ｋ２ＣＯ３、Ｋ２ＳＯ３、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、ＣａＣｌ２、ＣａＳＯ３、ＭｇＯ、ＭｇＣｌ２、ＭｇＣＯ３、およびＭｇＳＯ３が含まれる。
【0103】
上述したように、システム１１０は、計装および制御システム１５０を含み、これは、システム１１０の１つまたは複数のサブシステム（例えば、廃棄物供給システム１０、ランス装置３０、生成物ハンドリング１２０、オフガス処理システム９０）および／または１つまたは複数の構成要素（例えば、オートクレーブ６０）の１つまたは複数の態様を制御する。場合によっては、計装および制御システム１５０は、複数のコントローラを含むことができる。そのような場合、ローカルコントローラは互いに通信されることができる。
【0104】
計装および制御システム１５０は、いくつかの構成要素のうちの１つまたは複数を含むことができる。そのような構成要素は、ハードウェアプロセッサ、メモリ、制御エンジン、通信モジュール、セキュリティモジュール、ストレージリポジトリ、トランシーバ、アプリケーションインターフェース、電源モジュール、およびタイマを含むことができるが、これらに限定されない。計装および制御システム１５０によって実施される制御の少なくともいくつかは、センサ装置１９９のうちの１つまたは複数によって行われる１つまたは複数のパラメータの、１つまたは複数の測定値に基づくことができる。
【0105】
１つまたは複数のセンサ装置１９９のそれぞれは、１つまたは複数のパラメータを測定する任意の種類の感知装置を含むことができる。センサ装置１９９の種類の例は、これらに限定するものではないが、パッシブ赤外線センサ、光電池、圧力センサ、エアフローモニタ、ガス検出器、電圧計、電流計、および測温抵抗体を含むことができる。センサ装置１９９によって測定されるパラメータの例は、温度、ガスのレベル、流体の流量、湿度のレベル、電圧、電流、抵抗、ガスの含有量、および圧力を含むことができるが、これらに限定されない。
【0106】
場合によっては、センサ装置１９９によって測定されたパラメータ（単数または複数）は、計装および制御システム１５０に通信される。そのような場合、計装および制御システム１５０は、システム１１０の装置（例えば、オートクレーブ６０のヒータ）のうちの１つもしくは複数および／またはサブシステム（例えば、廃棄物供給システム１０、ガス／材料供給システム２０、ランス装置３０、生成物ハンドリング１２０、オフガス処理システム９０）のうちの１つもしくは複数を動作させることができる。
【0107】
図２を参照すると、特定の穿刺または貫通の実施形態を含む例示的なランス３１が示されている。３つの図が示されており、図２Ａは、ランス３１が完全に引き出された状態であり、図２Ｂは、廃棄物容器６１を穿刺した直後のランス３１であり、図２Ｃは、廃棄物容器６１内の廃棄物を貫通した後のランス３１である。各図は、廃棄物容器６１が内部に配置されたオートクレーブ６０の図である。オートクレーブは、オートクレーブ外装６２と、オートクレーブ容器６３と、オートクレーブヒータ６４と、を備える。ランス３１を挿入するために設置されたノズル６６を有するオートクレーブ蓋６５も示されている。ノズル６６は、一端でオートクレーブ６０に接続され、特定の実施形態では、他端にフランジを含むパイプである。ノズル６６には、ランスシール７１が設置されている。ランスシール７１は、ノズル６６を介してランス３１をオートクレーブ６０内に挿入した状態で、オートクレーブ６０内の雰囲気がオートクレーブ外に漏れることを抑制するためのものである。任意の適切なノズルまたはシールが使用されてもよい。ランスシール７１は、ランス３１の挿入中にオートクレーブの内部からノズルを通って大気が漏れるのを防止する目的に役立つ、１つまたは複数のエアロック、バルブ、および／またはシール機構を備える。特定の実施形態では、ランスシール７１はエアロックおよびガスシールである。例えば、ランスシール７１は、間にラビリンスシールを有する２つのフルポートボールバルブを含むことができる。ラビリンスシールの内径は、１つまたは複数のランスの外径と一致する。ラビリンスシールには、ランス３１が所定の位置にあるときに封止を維持するために適切なガス（例えば、窒素）パージが供給される。
【0108】
特定の実施形態では、ランス３１の穿刺／貫通先端部４４は、廃棄物容器６１の穴がランス３１のシャフト４６よりも大きくなることを可能にするために、ランス３１のシャフト４６よりも直径が大きくてもよい（図３を参照）。このような実施形態では、ランスシール３６およびスプールピース３５は、ランス３１に組み込まれる。他のランスを挿入するために、ランスシール３６を有する別個のスプールピース３５が使用されてもよい。
【0109】
一実施形態では、ランス３１は、廃棄物容器６１を貫通し、および／または廃棄物容器６１内に配置された廃棄物を穿刺する機能のために適切に設計された先端部４４を有する（例えば、流路４７を有さない）固体シャフト４６を備える。一部の廃棄物蒸気は、廃棄物容器６１を穿刺して廃棄物を貫通する機能を果たすために単一のランス３１のみを必要とし得る。特定の実施形態では、いくつかのランス３１を使用して、高密度または硬質の廃棄物、例えばグラウトなどの結合剤で固化した廃棄物の浸透が達成されることができる。
【0110】
ランス３１は、ランス駆動部３２によって上下に移動される。ランス駆動部３２は、オートクレーブ６０に対するランス３１の出入りを制御する機構である。一実施形態では、ランス駆動部３２は、ばね式車輪のセットである。車輪は、ランス３１の中心にあり、穿刺または貫通していないときにランス３１を保持および駆動するのに適した摩擦面およびばね荷重圧力を有する。穿刺および貫通のために、ランス３１が廃棄物容器６１上の所定の位置にあるか、または廃棄物と接触すると、駆動圧力は最小化され、ランス貫通機構３４がランス３１の上端に接触して配置され、廃棄物容器６１の蓋を通ってまたは廃棄物の中にランスを駆動する。ランス穿刺または貫通機構３４は、ランス３１で廃棄物容器６１を穿刺する（および／または廃棄物容器６１の内部の廃棄物を貫通する）のに必要な力を提供する。特定の実施形態では、ランス貫通機構３４は、パイルドライバーの往復動作と同様の往復動作を使用する。特定の一実施形態では、ランス貫通機構３４は油圧ラムを備える。一実施形態では、ランス貫通機構３４に接続されたランス３１の端部は、補強機構４８を使用して補強および／または拡大される。補強機構の例は、これらに限定されないが、シャフト４６の肥厚部、シャフト４６の上にスリーブが付けられて固定される追加の構造、およびシャフト４６に使用される異なる材料を含むことができる。
【0111】
各ランス３１は、ランス駆動部３２を通ってランスノズル６６内に設置される。特定の実施形態では、ランス３１の動きは、ロボットアーム（図示せず）によるものである。特定の実施形態では、ランスシール機構パージは、上部エアロックバルブを開く前に作動することが確認される。特定の実施形態では、ランス３１をラビリンスシール７１に挿入する前に、底部エアロックバルブが封止されているという表示について、オートクレーブ６０内の圧力がチェックされる。次いで、エアロックの下側フルポートバルブが開かれ、封止機構が圧力を保持していることを示すためにオートクレーブ６０内の圧力がチェックされ、次いでランス３１が廃棄物容器６１内に駆動される。ランス穿刺／貫通機構３４が所定の位置に移動され、廃棄物容器６１の穿刺が始まる。特定の実施形態では、オートクレーブ圧力、温度、およびプロセスオフガスは、１つまたは複数のセンサ装置１９９によって測定されることができ、それらの測定値は、廃棄物容器６１の穿刺および／または廃棄物の貫通に対する応答を決定するために、計装および制御システム１５０に送信されることができる。容器６１を穿刺した後に、廃棄物の浸透が起こる。別個のランス３１が廃棄物を貫通するために使用される場合、穿刺ランス３１は、その設置の逆の手順を使用して引き抜かれる。次いで、貫通ランス３１は、穿刺ランス３１を配置するために使用されるものと同様の手順を使用して、ランス穿刺および貫通機構３４が定位置にある状態で容器６１のすぐ内側の位置にもたらされる。ランス穿刺／貫通機構３４は、付勢されて廃棄物を貫通する。廃棄物容器６１を貫通し、温度を測定し、ガス流を注入する機能を組み合わせたランス３１が使用される場合、ランス３１は、廃棄物容器６１の熱処理のために定位置に残される。そうでない場合、貫通ランス３１は、次のランス３１の設置に含んで引き出される。
【0112】
図３を参照すると、例示的な穿刺および／または貫通ランス３１が示され、ランス３１は、そのシャフト４６の直径よりも大きい穿刺先端部４４を備える。ランス３１は、スプールピース３５、ランスシール３６、およびノズル６６を通って挿入されて示されており、隔離装置７１を通ってオートクレーブ蓋６５に入るように配置されている。スプールピース３５は、ランスシール３６のための物理的なマウントを提供する。この実施形態７１では、ノズルスプール３５およびランスシール３６を所定の位置に配置しながら、オートクレーブ６０の雰囲気の伝達または解放を防止する隔離装置を含む。特定の実施形態では、例示的な隔離装置７１は、限定はしないが、フルポートボールバルブなどの１つまたは２つのバルブを備える。特定の実施形態では、隔離装置はラビリンスシールを備える。特定の実施形態では、隔離装置はラビリンスシールを含まない。穿刺ランス先端部４４は、ランス３１のシャフト４６よりも直径が大きく、ドラムの穴をランス３１のシャフト４６よりも大きくすることができる。そのような実施形態では、ランスシール３６は、ランス３１に組み込まれたスプールピース３５の一部であり、ノズル６６は隔離装置７１を有する。ランス３１のシャフト４６の直径と同じサイズまたはそれより小さい先端部４４を有する他のランスを挿入するために、ランスシール３６を有する別個のスプールピース３５が使用される。この場合、スプールピース３５およびランスシール３６はランス３１から分離されている。
【0113】
図４を参照すると、特定の測定またはガス流の実施形態を含む、例示的なランス３１が示されている。２つの図が示されている。図４Ａは、ランス３１が完全に引き出された状態であり、図４Ｂは、廃棄物の内側の所定の位置にあるランス３１である。ランス３１が所定の位置にある状態で、不活性ガスパージは、ランス３１に接続された可撓性ホース３３を介して開始される。オートクレーブ６０を加熱して熱処理を開始する。ランス温度（および／または他のパラメータ）の表示は、オートクレーブ圧力および温度の表示、処理オフガス機器の表示、およびオフガス処理システム９０の表示と共に、１つまたは複数のセンサ装置１９９によって測定され、計装および制御システム１５０によって、昇温速度および保持時間を決定する。特定の実施形態では、廃棄物内の反応を促進するために、計装および制御システム１５０の制御下で、ランス３１を介して反応性材料が添加される。反応（処理）の進行を判定するために、計装および制御システム１５０によって（例えば、１つまたは複数のセンサ装置１９９によって行われたパラメータ測定値を使用して）状態が監視される。処理が完了すると、ランス３１は引き抜かれる。特定の実施形態では、封入材料がランス３１を介して廃棄物に加えられる。
【0114】
図５Ａを参照すると、熱電対２０１（センサ装置１９９の種類）を含む例示的なランス２００が示されている。熱電対２０１は、温度を測定するために使用され、２点で接続された異なる金属の２本のワイヤからなり、温度差に比例して２点の接合部間に電圧が発生する。熱電対２０１用の信号線は、ランス２００のシャフト４６内の１つまたは複数の流路４７に配置され、ランス２００の上部のシール接続部２０２に通されて、それらを監視機器（例えば、計装および制御システム１５０）に接続することを可能にする。図５Ａでは、ランス２００のシャフト４６内にただ１つの流路４７があり、ランス２００の先端部４４は、シャフト４６の直径とほぼ同じ直径を有する。特定の実施形態では、４つの熱電対２０１は、異なるレベル（例えば、ランス２００の長さに沿った上部からの距離）でランス２００に沿って設置される。より多くのまたはより少ない熱電対２０１が企図され、廃棄物の特性を反映するランス２００に沿ったレベルで設置される。複数の熱電対２０１が単一のレベルに設置されることができる。一実施形態では、少なくとも４つの熱電対２０１が廃棄物容器６１の廃棄物領域に設置され、少なくとも１つの熱電対２０１が廃棄物の上方であるが廃棄物容器６１内のガス空間に設置され、少なくとも１つの熱電対２０１が廃棄物容器６１の蓋の上方であるがオートクレーブ６０内の空間に設置される。
【0115】
図５Ｂを参照すると、単一の流れ接続部３０２と、１つまたは複数の流路４７によって供給される複数の注入ポート３０１とを含む例示的なランス３００が示されている。図５Ｂでは、ランス３００のシャフト４６内にただ１つの流路４７があり、ランス２００の先端部４４は、シャフト４６の直径とほぼ同じ直径を有する。不活性パージガス、または反応性材料、または封入材料は、ランス３１０の上部の単一の流れ接続部３０２に接続された可撓性ホース３３を介して供給される。特定の実施形態では、４つの注入点３０１がランス３１０に沿って設置される。より多くのまたはより少ない注入ポート３０１が考えられ、廃棄物の特性を反映するレベルで設置される。例えば、樹脂を含む廃棄物容器６１に注入される反応性ガスのための注入ポート３０１は、廃棄物残留物、主に金属酸化物を含む炭素チャーが熱分解後に廃棄物容器６１の底部に沈降するので、底部近く、おそらく底部から数インチ上でのみ必要とされる。複数の注入ポート３０１が単一のレベルに設置されることができる。特定の実施形態では、ランス３１０の底部に少なくとも２つの注入ポート３０１があり、１８０度離れて配置される。
【0116】
図６Ａを参照すると、二重流れ接続部４０２および４０４ならびに複数の注入ポート４０１および４０３を含む例示的なランス４００の概略図が示されている。流路４７－１は、流れ接続部４０２から注入ポート４０１への流体の流れを提供し、流路４７－２は、流れ接続部４０４から注入ポート４０３への流体の流れを提供する。また、流路４７－２のサイズ（例えば、直径）は、流路４７－１のサイズよりも大きい。不活性パージガス、または反応性材料、または封入材料は、２つの別個の可撓性ホース接続を介して供給される。一例として、ホース３３が図４および図７に示されている。それぞれがそれ自体の材料を担持する複数のホースは、図６Ａに示すランス４００などのランスによって企図される。１つまたは複数の注入ポート４０１は流れ接続部４０２によって供給され、注入ポート４０３は流れ接続部４０４によって供給される。図示するように、注入材料の一方の流れは中心管を流れ落ち、他方は中心管とランス４００の外壁との間の環状空間を流れる。単一のランスで複数のガス流を供給するための他の方法が考えられる。ランス４００のこの実施形態では、２つの異なる材料の流れが同時に供給されることができる。図６Ａにおいて、ランス４００の先端部４４は、シャフト４６の直径とほぼ同じ直径を有する。図５Ｂについてなされた注入ポートの数および位置に関するコメントが適用可能である。
【0117】
図６Ｂを参照すると、熱電対２０１と注入ポート３０１との組合せを含む例示的なランス５００の概略図が示されている。熱電対の信号線は、ランス５００の上部のシール接続部２０２を経て通され、それらを監視機器（例えば、計装および制御システム１５０）に接続することを可能にする。流路４７－１は、熱電対２０１からシール接続部２０２へのワイヤのための導管として機能し、流路４７－２は、流れ接続部４０４から注入ポート４０３への流体の流れを提供する。また、流路４７－２のサイズ（例えば、直径）は、流路４７－１のサイズよりも大きい。不活性パージガス、または反応性材料、または封入材料は、ランス５００の上部の取付具３０２に接続された可撓性ホース３３（図４に示す）を介して供給される。図６Ｂにおいて、ランス５００の先端部４４は、シャフト４６の直径とほぼ同じ直径を有する。熱電対および注入ポートの数および位置について先になされたコメントが適用可能である。他の組合せランスが考えられる。
【0118】
【0119】
この実施形態では、オートクレーブ６０は二重壁の円筒形容器であり、内側オートクレーブライナー６３および外側オートクレーブ容器６２を含む。オートクレーブ６０は、不活性パージガスを内側オートクレーブ容器６３の内部に導入するパージガス供給部２５をさらに含む。オートクレーブ容器６３は、酸性ガス、炭化水素ガス、および廃棄物容器６１の内容物からの蒸発水を含む熱分解ガスとの接触に適した高温耐性合金で構成されてもよい。
【0120】
外側オートクレーブシェル６２は、環境に二次シール障壁を提供する圧力封じ込め容器であってもよい。外側オートクレーブシェル６２は、耐火ジャケットカバー、断熱ジャケットカバー、および金属シェルをさらに含んでもよい。特定の実施形態では、外側オートクレーブシェル６２は、防爆性であり、過圧または非正常事象からのすべてのガス膨張を保持するように設計されている。オートクレーブ内側ライナー６３と外側オートクレーブシェル６２との間の環状部（アニュラス）は、オートクレーブ内側ライナー６３の完全性が損なわれた場合に、封じ込めの喪失を防止する二重の封じ込め障壁として機能する。ガスの過圧が環状部内に維持されることができる。本明細書で使用される場合、「過圧」は、通常の大気圧またはシステム動作圧力を超える圧力を指す。さらに、オートクレーブ６０内に圧力損失アラームを設けることができ、これは、オートクレーブ内側ライナー６３の完全性の障害、例えば、オートクレーブ内側ライナー６３の壁の亀裂、またはオートクレーブ内側ライナーと環状部との間の不十分な封止を示す。
【0121】
オートクレーブ６０は、１つまたは複数のノズルを有する。１つまたは複数のノズルは、ランス３１、２００、３００の挿入、反応物およびパージガス２１、２２、２３、２５の供給、霧化水噴霧２４、２５の供給（例えば、処理後の冷却のために）、オートクレーブガスをオフガス処理システムに導くこと、または過圧解除のために使用されることができる。特定の実施形態では、パージガスは加熱されない。
【0122】
熱分解後に、オートクレーブ６０および廃棄物容器６１は、霧化水噴霧２４および２５で部分的に冷却される。部分的に冷却された廃棄物容器６１は、オートクレーブ６０からステージング領域に取り出され、周囲温度付近まで冷却される。冷却後に、容器を圧縮してオーバーパックに入れてもよいし、圧縮せずに直接オーバーパックに入れてもよい。廃棄物容器６１を再分析すること、および／またはリアルタイム放射線撮影を再実行することが可能である。最終廃棄物調製オプションの選択は、廃棄物および現地の廃棄規制に依存する。
【0123】
オートクレーブ６０の熱源は、オートクレーブ内側ライナー６３の外部にあるが、オートクレーブ内側ライナー６３の内部に熱を供給する１つまたは複数の電気ヒータ６４などの、伝導性または放射性の熱伝達を使用する間接熱源とされることができる。一実施形態では、間接熱源は、セラミック絶縁され、オートクレーブ内側ライナー６３および外側オートクレーブシェル６２によって形成された環状部内に配置された電気ヒータを備える。「間接熱源」という用語は、オートクレーブ内側ライナー６３の外部にあり、オートクレーブ内側ライナー６３の内部に熱を供給する熱源を指す。例えば、「間接熱源」は、オートクレーブ内側ライナー６３の外部にあり、内側ライナーの内部に熱を供給する熱源を備えてもよい。一実施形態では、間接熱源は燃焼熱である。燃焼熱が使用される場合、内側ライナー６３は、外側シェル６２内の燃焼ガスから完全に隔離されなければならない。間接熱源を使用して、容器詰めされた廃棄物が熱分解されることができる。間接加熱の使用により、オートクレーブ６０内のガス流およびガス組成の両方が容易に制御されることができる。例えば、高温ガスによる直接加熱の使用は、オフガスの体積ならびに微粒子の増加を実行する。オートクレーブ６０の内側ライナー６３の外部または外側シェル６２の内部にある間接加熱を使用すると、廃棄物の燃焼を伴わずに放射熱伝達によって加熱が主に行われ、それによってオートクレーブまたはオフガス流中に火炎燃焼がないため、プロセスは非燃焼プロセスになる。上述したように、内側ライナー６３の内部にあるヒータが使用されることができる。内部ヒータは、電気加熱素子と内側ライナーの内容物との間に障壁が存在するように、ヒータ管またはスリーブを含む。
【0124】
内側ライナー６３内に配置された任意選択の内部電気ヒータの使用も、別の例示的な実施形態での使用のために企図される。電気ヒータが内側ライナー６３内に配置される場合、これらのヒータは、ヒータが有機物、ＳＯｘを含む硫黄含有化合物、およびＮＯｘを含む窒素含有化合物などの熱分解ガスと直接接触するのを防止するために、合金管内に収められてもよい。これらのヒータは、電気加熱要素と内側ライナー６３の内容物（例えば、廃棄物容器６１）との間に障壁が存在するように、ヒータチューブまたはスリーブを含むことが好ましい。
【0125】
任意選択的に、オートクレーブ内側ライナー６３の外部かつ環状部内の燃焼熱が使用されることができる。
【0126】
典型的には５５ガロンのドラムである廃棄物容器６１内の廃棄物を処理するために熱分解を使用する現在の方法は、内燃燃焼熱によって、または高温ガスのオートクレーブ６０への導入によって廃棄物を直接加熱する。例示的な実施形態のための間接加熱の使用により、オートクレーブ６０内のガス流およびガス組成の両方が、より容易に制御されることができる。例えば、高温の入力ガスによる直接加熱の使用は、オフガスの体積ならびに微粒子の劇的な増加が実行される。さらに、オートクレーブ６０の内側ライナー６３の外部にある加熱の使用は、オートクレーブ６０内で火炎燃焼がないため、プロセスを非燃焼プロセスにする。間接電気ヒータの使用はまた、ヒータが内燃型方法とは対照的に高温ガスをシステムに導入しないという点で、他の直接加熱方法よりも有利である。さらに、燃焼による熱に適用される様々な州および連邦の規制は、電気ヒータには適用できない。
【0127】
オートクレーブ６０は、外側シェル６２内の温度を管理するための機構に適合させることもできる。例えば、オートクレーブ６０の温度を制御するために熱電対機器を設けることができる。熱分解中に固定された外側シェル６２と比較して内側ライナー６３の熱膨張をもたらすために、熱膨張要素をオートクレーブ内側ライナー６３と外側オートクレーブ容器６２との間の環状部に含めることができる。任意選択的に、内側ライナー６３からの熱の通過を防止するために、環状部内に絶縁層が設けられる。さらなる安全対策として、特定の実施形態では、熱電対機器および電気ヒータ６４の両方は、オートクレーブ６０に入る必要なしにそれらを取り外して交換されることができるように適合される。
【0128】
本発明の容器内廃棄物処理方法を開始するために、廃棄物を含む無傷の廃棄物容器６１が、エアロック１１を通して筐体１内に導入される。エアロックを通る移動のためにローラテーブルが考えられる。一般に、廃棄物容器６１がオーバーパック内に配置されることを必要とする場合、そのような動作は既に生じており、廃棄物容器６１は汚染に関して清潔な外形で到着する。必要に応じて、オーバーパッキング能力と共に、廃棄物容器６１のウォッシュダウンおよびウォッシュダウン流体収集システムが、エアロック１１の一部または筐体１の一部として考えられる。ウォッシュダウンおよびオーバーパックシステムを筐体１内の他のシステムから分離する追加のエアロックが考えられる。筐体内に入ると、廃棄物容器６１は、天井クレーン１２を使用して移動される。天井クレーン１２と協働するローラテーブルおよび他の適切な移送装置の使用が考えられる。筐体１内に配置する前に特徴付けられていない場合、廃棄物容器６１はその後に、リアルタイム放射線撮影チャンバ１３および非破壊検査チャンバ１４に順次配置される。特性評価後に、廃棄物容器６１は、オートクレーブ６０の内側ライナー６３内に移送され、オートクレーブ蓋６５が閉じられてオートクレーブ６０を封止する。
【0129】
各ランス（３１、２００、３００、４００または５００）は、上述したように、ランス駆動部３２を介してランスノズル６６内に設置される。貫入および監視パラメータ測定値とガス流注入ランス５００（上記の図６Ｂから）との組合せが使用される場合、ランス５００は廃棄物容器６１の熱処理のために所定の位置に残される。そうでない場合、貫通ランス３１は、次のランス（２００、３００、４００または５００）の設置の準備のために引き出される。この説明のために、組合せパラメータ測定およびガス流噴射ランス５００が挿入されていると仮定する。パラメータ測定とガス流注入ランス５００の組合せを所定の位置にして、不活性ガスのパージを開始し、オートクレーブヒータ６４を加熱してオートクレーブ６０の熱処理を開始する。ランス５００の温度表示は、オートクレーブの圧力および温度測定値、オフガス機器表示９および１０、ならびに他のオフガス処理システム９０の測定値と共に、センサ装置１９９と通信する１つまたは複数のコントローラ１０４によって監視され、昇温速度および保持時間を決定する。
【0130】
オートクレーブ６０を約８００℃までの熱分解温度まで加熱すると、様々な反応が生じる。低沸点から中沸点の有機物は、容易に蒸発して有機蒸気を形成する。高分子量ポリマーおよびプラスチックなどの高沸点を有する有機物は、固体であれば融解し、次いで高温液体は熱分解する。一般に、４５０℃を超える温度に曝露は、有機ポリマー構造の破壊を引き起こす。長い炭素－水素鎖分子は、より小さく、より揮発性の有機物に分解し、それによって有機成分をガス化する。長いポリマーの熱分解は、不活性で不揮発性の炭素に富む無機チャーを残す。この炭素残留物は、水素含有量が少ない不活性無機残留物である。したがって、熱分解残渣は、アルファ粒子相互作用に対して実質的に不活性である。廃棄物が封止された廃棄物容器６１を備える特定の実施形態では、封止された廃棄物容器６１は破られる。
【0131】
有機物が気化または熱分解されてガスになると、ランス５００からの低流量ガスパージは、ガスを廃棄物容器６１からオートクレーブ内側ライナー６３に移動させるのに役立つ。ランス５００を通るガスは、廃棄物固形物の妨害を防止するために低流量に保たれ、同時に廃棄物容器６１からガスを効果的にパージする。オートクレーブパージノズル６９を通って入るパージガス２５は、内側ライナー６３内のガスを、オートクレーブ出口ノズル６７を通ってオフガス処理システム９０に掃引する。
【0132】
廃棄物が適切な最終温度に達すると、ランス５００内の熱電対２０１によって示されるように、オートクレーブヒータ６４は温度を保持するように調整される。保持時間の長さは、プロセスのオフガス流および組成を測定することによって決定される。流れが安定しており、不活性パージガスの入力に等しく、プロセスのオフガス中に有機物が示されない場合、熱分解は完了する。
【0133】
オートクレーブ６０を冷却する前に、ランス５００を使用して、ガス２１および蒸気２３などの制御された量の反応性材料を注入する。例えば、蒸気２３の注入は、蒸気と反応してＣＯ、ＣＯ２、およびＨ２を生成することによって炭素チャーを減少させるために使用される。蒸気２３はまた、廃棄物容器６１内の金属を酸化するために使用されてもよい。蒸気２３の注入速度は、廃棄物容器６１内の温度上昇を制限するように制御される。ランス５００内の熱電対２０１は、発熱酸化反応の早期の表示を提供する。蒸気を還元するかまたは完全に停止させて、酸化反応を遅くするかまたは停止させることができる。ガス２１によって運ばれる他のガス、液体または固体が廃棄物容器６１に注入されて廃棄物と反応され、安定した非反応性固体が生成され得る。
【0134】
廃棄物容器６１内の廃棄物の熱処理後に、オートクレーブヒータ６４の通電が解かれ、オートクレーブ６０および廃棄物容器６１の冷却が開始される。非常に高い表面積を有する水滴の、微細に霧化された噴霧の直接冷却が、冷却速度を高めるために使用される。水供給源２４および窒素供給源２５は、オートクレーブ噴射ノズル７０から流入する。水滴の微細なミストは、オートクレーブ６０内のガス、廃棄物容器６１およびオートクレーブ容器６３の内壁から熱を迅速に吸収する。水滴は蒸気に蒸発し、蒸気はオートクレーブ６０からオートクレーブ出口ノズル６７を通ってオフガス処理システム９０に導かれる。噴霧は、オートクレーブ６０内の任意の温度測定値が１００℃に近づく前に固定される。この直接冷却方法は、オートクレーブ６０内の表面を乾燥状態に維持し、間接的な冷却よりも一桁速い冷却を提供し、および／またはいかなる形態の強制冷却もせずに廃棄物容器６１もしくは容器を冷却することを可能にする。
【0135】
廃棄物容器６１を取り外す準備ができたら、複合パラメータ測定および反応性材料流量ランス５００を取り外す。必要に応じて、ランス５００は所定の位置に残されることができ、あるいはマクロカプセル化材料を廃棄物容器６１に注入して、廃棄生成物を物理的に安定させるように設計された代替的なランス３１０が挿入されることができ、これは微粒子を含むことができ、あるいはほとんど微粒子であってもよい。
【0136】
すべてのランスが取り外されると、オートクレーブ蓋６５が開かれ、処理済み廃棄物容器６１が取り外される。一実施形態では、処理済み廃棄物容器６１が圧縮１２１されることができ、パックがオーバーパック容器１２２に配置されることができ、または処理済み廃棄物容器６１がオーバーパック容器１２２に直接配置されることができる。廃棄に含んで容器をさらに処理するための多くの選択肢がある。これらの選択肢は当業者に周知であり、それらのいずれか１つまたは組合せが企図される。
【0137】
オートクレーブ６０内の廃棄物容器６１の処理中、オートクレーブ出口ノズル６７を通って出るオフガスは、オフガス処理システム９０によってさらに処理される。ガスは、バリアフィルタ８を通してオフガス処理システム９０に導かれる。バリアフィルタは、高温で動作可能なセラミックフィルタである。放射性核種の大部分は廃棄物容器６１内に留まるが、オートクレーブ６０から出る任意の不揮発性放射性核種は、バリアフィルタ８を通過しなければならない。バリアフィルタ８は、オートクレーブ６０からのオフガス中の放射性核種の＞９９．９％を捕捉すると予想される。バリアフィルタ８を含むオートクレーブ６０とオフガス処理システム９０との間の移送配管は、オフガス中の高沸点有機物、すなわちタールおよびワックスが配管内で凝縮しないように加熱される。
【0138】
図７に示すように、オフガス処理システム９０は、熱酸化装置９１を含む。標準的な燃焼酸化剤が示されているが、触媒コンバータまたはセラミックマトリックスなどの他の熱酸化剤の使用、または酸化剤として動作する水蒸気改質器の使用が考えられる。熱酸化装置９１は、入ってくるオフガス流中に存在する有機物を二酸化炭素および水蒸気に完全に変換し、オートクレーブ６０から放出されたガスからの酸性ガスは、熱酸化装置９１を通過し、下流のクエンチャ／スクラバ９２によって中和される。酸性ガスの量および構成は、廃棄物容器６１内のプラスチックおよび他の有機物の種類および量に依存する。例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）は、オートクレーブ６０内で揮発するようになるかなりの量の塩素を含有する。クエンチャ／スクラバ９２は、高温熱酸化装置９１のオフガスを瞬時に冷却し、酸性ガスはスクラバ水溶液に吸収される。一実施形態では、スクラバ溶液は、必要に応じて水１０８を添加して、計量された量の苛性材料１０７の注入によって中和され、ＮａＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４、およびＮａＦなどの安定な塩を形成する。塩溶液は、好ましくはポンプ９３を介して、クエンチャ／スクラバ９２に連続的に再循環される。生成される塩は、主に、容器入り廃棄物中の塩素化有機物、プラスチック、およびゴムの熱分解からのＮａＣｌおよびＮａ２ＳＯ４であり、入ってくる容器入り廃棄物の全放射性核種の０．０１％未満を含有する。
【0139】
クエンチャ／スクラバ９２を出るガス流は、主に水蒸気、二酸化炭素、窒素および酸素で構成されている。ガス流は、液滴を除去するためにデミスタ９６を通って送られる。液滴は、クエンチャ／スクラバ（図示せず）に戻される。次いで、ガス蒸気は、オフガスフィルタ９７、ＨＥＰＡフィルタ９９、オフガスブロワ１００を通過し、スタック１０１に導かれる。スタック１０１のガスは、任意の微量放射性核種粒子１０４および他の成分、例えばＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ、および粒子状材料１０５について、１つまたは複数のセンサ装置１９９によって連続的に測定される。オフガスフィルタ９７に入るガスを加熱してフィルタ内の水の凝縮を回避するために、リサイクルループが設けられている。リサイクルラインは、送風機１０２と、電気ヒータ１０３と、混合室１０６と、を含む。
【0140】
記載された方法は、ほとんどの二次廃棄物の流れ自体を収集し、熱分解および体積減少のためにオートクレーブに供給することができるので、二次廃棄物をほとんど生成しない。例えば、メンテナンスおよび除染活動に使用され得る化学物質、油、および溶液が熱分解されて、包装および処分され得る不活性残渣が生成されることができる。さらに、個人用保護機器を熱分解して包装することもできる。前述のように、スクラバ９２の塩は、オートクレーブ６０内で乾燥され、廃棄用に包装される。
【0141】
容器入り廃棄物の処理方法
本発明の一実施形態では、容器入り廃棄物の処理方法は、（ｉ）廃棄物を収容する廃棄物容器６１をオートクレーブ６０内に配置することと、（ｉｉ）オートクレーブを封止することと、（ｉｉｉ）廃棄物容器６１にランス３１を穿刺することと、（ｉｖ）廃棄物を熱分解するためにオートクレーブ６０を加熱することと、を備える。
本発明の一実施形態では、容器入り廃棄物の処理方法は、（ｉ）廃棄物を収容する廃棄物容器６１をオートクレーブ６０内に配置することと、（ｉｉ）オートクレーブを封止することと、（ｉｉｉ）廃棄物容器６１にランス３１を穿刺することと、（ｉｖ）廃棄物を熱分解するためにオートクレーブ６０を加熱することと、を備える。
【0142】
一実施形態では、本方法は、ランス３１で廃棄物を貫通することをさらに備える。一実施形態では、本方法は、ランス３１を通して廃棄物にパージガスを供給することをさらに備える。一実施形態では、本方法は、ランス３１を介して廃棄物に反応性材料を供給することをさらに備える。一実施形態では、本方法は、ランスを用いて廃棄物の熱分解の温度を測定することをさらに備える。一実施形態では、本方法は、ランス３１を通して廃棄物に封入材料を注入することをさらに備える。特定の実施形態では、本方法は、２つ以上のランス３１を使用することを備える。特定の実施形態では、本方法は、１つまたは複数の多機能ランス３１を使用することを備える。
【0143】
一実施形態では、廃棄物容器６１は、オートクレーブ６０の間接加熱によって加熱される。一実施形態では、反応性材料（例えば、反応性ガス）は、１つまたは複数のランス３１を通して廃棄物容器６１内の廃棄物に添加される。特定の実施形態では、ガス、液体もしくは固体またはそれらの組合せを含む反応性材料は、１つまたは複数のランス３１を通して廃棄物容器６１内の廃棄物に添加される。反応性材料は、蒸気、二酸化炭素、空気、酸素などを含んでもよいが、これらに限定されない。一実施形態では、封入材料は、１つまたは複数のランス３１を介して廃棄物貯蔵容器６１内の廃棄物に添加される。
【0144】
特定の実施形態では、本方法は、容器された廃棄物を熱分解し、容器から反応性材料を除去または安定化する。特定の実施形態では、本方法は、生成物ハンドリングシステムによる処理済み廃棄物および廃棄物容器６１の処理をさらに備える。特定の実施形態では、本方法は、廃棄物の加熱によって生成されたガス（オフガス）をバリアフィルタ８およびオフガス処理システム９０に曝露することをさらに備える。
【0145】
本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、上記の実施形態に対して多くの修正および置換を行うことができることは、容器入り廃棄物を処理する当業者には明らかであろう。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【国際調査報告】