NO783643L - Fremgangsmaate til behandling av avfall - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en'fremgangsmåte til behandling og deponering av avfallsmateriale. Oppfinnelsen er spesielt fordelaktig ved behandling av radioaktive avfall, f.eks. slike som inneholder radioaktive halogener så som<131>I. Den foreliggende oppfinnelse angår spesielt en fremgangsmåte som vesentlig reduserer volumet av både flytende og faste radioaktive avfallsmaterialer, herunder konsentrerte kjemiske avfall, filterslam, forbrukte korn fra ionevekslerharpikser, filler og andre lignende materialer. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen reduserer all væske og brennbart fast avfall til vannfrie, faste partikler i granulær form.

I løpet av de senere år har der funnet sted en betydelig

økning av energiforbruket, herunder kjerneenergi for kraftstasjoner. Denne økte etterspørsel har medført større problemer med behandling og deponering av avfallsmaterialene. Et betydelig problem er at der som følge av det økende antall anlegg i drift foreligger et stort behov for utnyttbart volum på tillatte avfallsdeponerings-steder. Videre menes det at valget av nye kommersielle avfallsde-poneringssteder i fremtiden vil omfatte en inngående overvåkning og streng regulering fra myndighetenes side.

Spesielt er det sannsynlig at myndighetene nå vil granske og stille krav til destruksjonsanlegg for radioaktivt avfall med liten aktivitet. Kravene for oppnåelse av en lisens vil sannsynligvis bli strengere.

Et stort problem ved deponering er sikkerheten ved transport

av det behandlede avfall til det endelige deponeringssted. Herunder er det ønskelig å redusere avfallets volum så meget som mulig, samtidig som materialets stabilitet økes.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er derfor å skaffe en behandlingsprosess som gjør det mulig vesentlig å redusere av-fallsmaterialets volum.

Et stort problem ved behandlingen av avfall som oppstår i kjernekraftanlegg, er at avfallstypene kan avvike betydelig i kjemisk og fysisk henseende, og at mange avfallsbehandlinger må spesi^ltilpasses bare ett eneste anlegg. Den foreliggende oppfinnelse skaffer en fremgangsmåte som er så uavhengig som mulig av avfalls-materialets kjemiske sammensetning og derfor er anvendelig for behandling av utallige avfallsmaterialer.

Fluidiserte skikt er blitt anvendt ved væskekalsinering eller forbrenning av brennbart avfall i industrianlegg i en rekke år, se f.éks. Richard C. Corey, Principals and Practices of Incineration, Wiley-Interscience, New York, 1969, side 239. Dessuten er kalsinering av radioaktivt avfall i fluidisert skikt blitt utviklet i tidsrommet fra 1952 til 1959 ved Idaho National Engineering Laboratory. Anvendelse av kalsinering til reduksjon av flytende radioaktivt avfall ble i 1963 anvendt i et anlegg i stor skala, the Waste Calcining Facility (WCF) ved Idaho Chemical Processing Plant.

En fluidiseringsskikt-kalsineringsovn for satsvis drift ble konstruert og bygd som en del av the Midwest Fuel Recovery Plant (MFRP) ved Morris, Illinois, for General Electric Company. En satsvis kalsineringsprosess ble anvendt på fullt radioaktiv basis i WSEP-programmet fra ca. 1966 til ca. 1970. Denne prosess ble utviklet ved Oak Ridge National Laboratory for det spesielle formål å overføre flytende høyradioaktivt avfall til fast form, men om-fattet ikke noen behandling i fluidisert skikt.

Forbrenning av brennbare radioaktive avfallsstoffer har vært anvendt for destruering siden 1948, da et forsøksanlegg med for-brenningsovn og avgassrenseanlegg ble bygd ved Mound Laboratory.

De tidligere systemer var tilpasninger til vanlige destruksjons-ovner og viste at en betydelig volumreduksjon var mulig ved avfalls-behandling. Data som tidlig på 1960-tallet ble oppnådd ved General Electric Atomic Power Equipment Department i San Jose, Kalifornia, viste at ca. 99% av radioaktiviteten i det forbrente avfall ble tilbake i asken. Lignende data ble rapportert fra en forbrennings-ovn ved Pratt and Witney Aircraft, hvor ca. 99,1-99,98% av radioaktiviteten ble tilbake i asken.

For en diskusjon av forskjellige forbrenningsovner til be handling av radioaktivt avfall skal det henvises til B. L. Perkins, "Incineration Facilities for Treatment of Radioactive Wastes: A Review", LA-6252, Los Alamos Scientific Laboratory, Los Alamos,

New Mexico 1976.

Fluidiserte skikt som tidligere er blitt anvendt ved omdannelse av flytende avfall, herunder radioaktivt avfall, til faste partikler, er sammensatt av de resulterende faste produkter av tidligere tørking eller kalsinering av flytende avfall i likhet med det som behandles.

Den vanskelighet som foreligger ved slike prosesser, er at de fluidiserte partikler samtidig utsettes for en størrelsesøkning som følge av avleiring av nytt flytende avfall på overflaten, hvorfra vann fordampes og levner et skikt av resulterende fast materiale, og for en størrelsesreduksjon som skyldes den "selvslipende" virk-ning som fås når partiklene kolliderer med hverandre eller med en fast overflate.

Den samtidige økning og reduksjon av størrelsen er meget kritisk for riktig drift, idet partiklene i det fluidiserte skikt, hvis de blir for store, ikke kan fluidiseres ordentlig, hvorved prosessen ikke vil arbeide riktig. Hvis skiktpartiklene på den annen side blir altfor små, vil de blåses ut ved den øvre ende av det fluidiserte skikt, idet partiklenes slutthastighet vil nærme seg overflatehastigheten av fluidiseringsluften i beholderen. Med-rivning av faste partikler i den utstrømmende gass kalles vanligvis slemming. Som følge av den delikate balanse mellom økning og reduksjon av partikkelstørrelsen er det således i et slikt system nød-vendig kontinuerlig å overvåke fordelingen av partikkelstørrelsen i det fluidiserte skiktmateriale og utføre justeringer i drifts-betingelsene for å styre partikkelstørrelsen og partikkelveksten for å sikre den riktige partikkelstørrelse.

Denne partikkelvekst og -reduksjon påvirkes sterkt av de kjemiske karakteristika og sammensetningen av den flytende avfalls-strøm som skal omdannes til fast form. Hvis f.eks. det samlede innhold av fast stoff i oppløst og uoppløst form i avfallet ligger under en viss verdi som følge av det flytende avfalls kjemiske natur, er det ikke mulig å øke størrelsen på fluidiseringsskikt-partiklene. Dette skyldes at hastigheten på størrelsesreduksjonen er større enn hastigheten på størrelsesveksten, som følge av den lille mengde faststoffdannende materiale som foreligger i den

flytende avfallsstrøm.

Det at slike kalsinerings- eller fordampningsprosesser i fluidisert skikt således er avhengige av den kjemiske sammensetning av det flytende avfall, er en stor ulempe som krever en ekstremt nøye prosessovervåkning for å sikre riktig drift. I henhold til

den foreliggende oppfinnelse skaffes en fremgangsmåte hvor kalsineringen og forbrenningen ikke er så kritisk avhengig av den kjemiske sammensetning av det flytende avfall.

I betraktning av dette problem med regulering av partikkel-størrelsen kan dessuten den ovennevnte kalsineringsprosess ikke be-nyttes for meget fortynnede, flytende avfallsstrømmer. Fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse er imidlertid med hell i stand til å behandle meget fortynnede, flytende avfalls-strømmer foruten helt fast avfallsmateriale. Den foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å anvende det samme fluidiserte skikt, men ved forskjellige driftsbetingelser, f.eks. forskjellige temperaturer, for både kalsinering og forbrenning.

I en av søkernes brosjyrer med tittelen "RWR-1 Radioactive Waste Reduction", som var tilgjengelig omtrent i oktober 1975 under en handelskonferanse i Sveits, ble der foreslått et system hvor en etterbrenner var nødvendig etter forbrennings- og kalsineringsovnen. I lys av den spesielle styring av visse prosessparametre er det i henhold til den foreliggende oppfinnelse ikke lenger nødvendig å anvende en separat etterbrenner. Enhver etterbrenning som er nød-vendig, foregår direkte i forbrennings- og kalsineringsovnen, og ikke etter at strømmen har forlatt forbrennings- og kalsineringsovnen og er underkastet en etterfølgende syklonbehandling. Den ovennevnte brosjyre beskrev ikke de nødvendige detaljer med hensyn til det fluidiserte skikt som er avgjørende for den foreliggende oppfinnelse.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til behandling og volumreduksjon av avfallsmateriale, omfattende anvendelse av en forbrennings- og kalsineringsovn med fluidisert skikt av et materiale som er motstandsdyktig mot oksydasjon, agglomeréring og kjemisk angrep opptil minst ca. 1000°C.Forbrenningsforhold opprettholdes i det fluidiserte skikt ved tilførsel av brensel og en oksygenholdig gass. Skiktpartikléne holdes i fluidisert tilstand ved innføring av en gass i forbrennings- og kalsineringsovnens fluidiseringsskikt-parti, idet gassen tilføres med en hastighet som er tilstrekkelig til å holde partiklene i fluidisert tilstand.

Det avfall som skal behandles, mates inn i ovnens fluidiseringsskikt-parti . Avfallet forbrennes eller kalsineres i ovnen, og en gasstrøm tas ut fra ovnen og føres til en tørrsyklon. Her blir faste partikler skilt fra gasstrømmen. De faste partikler tas ut av tørrsyklonen og føres til en lagringsbeholder for eventuell etter-følgende behandling og/eller eventuell forpakning.

Den utstrømmende gass fjernes fra syklonen og føres til en kjøletank som får tilført væske for kjøling av den utstrømmende gass og fukting av de partikler som fortsatt foreligger i gasstrømmen. Væske og fuktige partikler som ikke blir tilbake i gasstrømmen, fjernes deretter fra kjøletanken og føres til en vaskeoppløsnings-tank.

En gasstrøm tas ut av kjøletanke^ og ytterligere væske tilføres i en venturivasker for fukting av partikler som fortsatt foreligger i gasstrømmen, og kondensasjon av vanndamp. En gasstrøm inneholdende fuktede partikler tas ut av venturivaskeren og føres til en våtsyklon. Væskepartikler fjernes fra våtsyklonen og føres til en vaskeoppløsningstank. En gasstrøm tas ut av våtsyklonen og føres til en kondensator.

En gasstrøm og kondenserte væskepartikler tas ut av kondensatoren og føres til en duggfjerne^hvor væskepartikler fjernes. Væskepartiklene føres deretter til en vaskeoppløsningstank. Gass-strømmen fjernes fra duggfjerneren og oppvarmes. Den oppvarmede gasstrøm føres deretter gjennom et filter til fjerning av gjenværende faste partikler og gjennom en absorpsjonsenhet til fjerning av halogengasser fra gasstrømmen.

Vaskeoppløsningstanken eller -tankene anvendes i første rekke som oppsamlingsorganer for å sikre en reserve av vaskepppløsning. Vaskeoppløsningen tappes av etter behov fra vaskeoppløsningstanken eller -tankene for tilførsel av væske til kjøletanken og venturivaskeren og/eller resirkulering til anleggets væskeavfallssystem. Radioaktive halogener som kan innføres i vaskeoppløsningstanken, blir således holdt tilbake i behandlingssystemet tilstrekkelig lenge til at de nedbrytes til en ikke radioaktiv datternuklide. I de foretrukne utførelsesformer føres et halogenbehandlende eller

-opptagende middel inn i vasketanken.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart gjennom den etter-følgende, detaljerte beskrivelse i forbindelse med tegningen, som skjematisk viser en foretrukken fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen. For enkelhets skyld beskrives fremgangsmåten i forbindelse med behandling av radioaktivt avfallsmateriale med lav aktivitet, men det skal bemerkes at også andre avfallsmaterialer kan behandles i henhold til oppfinnelsen.

På tegningen er der vist et matningssystem som omfatter be-holdere 1, 3, 4 og 6, et forbrennings- og kalsineringssystem som omfatter beholderen 9, og et avgassrensesystem som omfatter be-holderne 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 og 21.

Om ønskelig kan avfallet forbehandles før det føres inn i matningssystemet. F.eks. kan relativt store, ikke brennbare, faste materialer som f.eks. verktøy, rørledninger og lignende fraskilles i sorteringsenheter. Eksplosive materialer kan fjernes på vanlig måte om nødvendig.

Matningssystemet til den på figuren viste forbrennings- og kalsineringsbeholder 9 er innrettet for tilførsél av .tre separate avfallstyper. Disse tre avfallstyper omfatter brennbart avfall med lav radioaktivitet, forbrukte harpikser og slam og flytende avfall. Dette matningssystem er naturligvis bare et eksempel på det store antall systemer som kan anvendes i avhengighet av det spesielle avfall som behandles, og/eller forekomsten av et allerede foreliggende matningssystem i et anlegg.

Ved håndtering av brennbart avfall kan det undertiden være ønskelig å redusere størrelsen av de individuelle avfallspartikler, f.eks. ved opprivning, slik at partiklene effektivt kan transporteres til forbrenningsovnen. Den maksimale partikkelstørrelse må være mindre enn innerdiameteren (ID) av transportledningen til prosess-beholderen og begrenses ved pneumatisk mating av matningsgassens strømningshastighet. Dessuten må partikkelstørrelsen være tilstrekkelig liten til hovedsakelig å utelukke migrering til bunnen av beholderen 9 før forbrenningen er fullført.

For et potensielt kommersielt system som nå forsøkes realisert, er den begrensende faktor for partikkelstørrelsen innerdiameteren av transportledningen. Spesielt er den foretrukne, maksimale partikkeldimensjon for det ovennevnte- kommersielle system mindre enn ca. 51 mm. En eventuell ønsket reduksjon av partikkelstørrelsen kan utføres ved hjelp av en river som er anordnet inne i et magasin 6. Ved anbringelse av en river i magasinet 6 kan rivingen og på-fyllingen av magasinet gjennomføres samtidig med minimal arbeids-innsats og eksponering for radioaktivitet. Det er ønskelig at magasinet er tilstrekkelig stort til å inneholde minst én måneds tilførsel av revet avfall. Magasinet er fortrinnsvis stengt mot atmosfæren for å beskytte mot eventuell radioaktiv forurensing av omkringliggende områder. Noen typiske eksempler på radioaktive, brennbare avfallsmaterialer med lav radioaktivitet er beskyttelses-klær, hansker, filler, plastmateriale, pustefiltre av papir, tre og lignende.

Det brennbare avfall kan føres til forbrennings- og kalsineringsovnen 9 via f.eks. en skruetransportør 31 og en ledning 32. Andre transportorganer kan naturligvis også anvendes. For å sikre seg mot risikoen for lekkasje av radioaktive forurensninger fra det radioaktive materiale i systemet, vil man holde beholderen 9 på et trykk som er lavere enn omgivelsestrykket, og la matningen finne sted til et parti av beholderen hvor trykket er lavere enn omgivelsestrykket. Et egnet trykk som prosessbéholderen"9.kan holdes på, er et undertrykk på 10-35 mm Hg og fortrinnsvis ca. 28 mm Hg. Hvis det er ønskelig, kan skruemateren dessuten omfatte en sirkulasjons-ventil (ikke vist), som anvendes for å skaffe en sikkert lufttett tetning når matningssystemet for brennbart materiale ikke anvendes. Riveren og magasinet 6 samt tilhørende matningsledninger er fortrinnsvis utført av karbonstål.

Strømningshastighetene for matningsstrømmene av avfall av-henger i første rekke av størrelsen, eller kapasiteten av beholderen 9. En for mange anvendelser egnet størrelse av beholderen 9 er en som tillater behandling av ca. 90-140 kg/h av brennbart, fast avfall.

Harpiks og slam føres inn og samles opp i beholderen 3 via en ledning 33. Typiske harpiks- og slamholdige matningsmaterialer omfatter kation- og anionvekslerharpikskorn, filterforbelegnings-materialer av pulverformet harpiks (f.eks. "Powdex") og filterfor-belegningsmaterialer som ikke inneholder harpiks (f.eks. "Solkafloe", diatoméjord og lignende), sammen med varierende mengder vann. Harpiksen og slammet føres gjennom en ledning 34 til en blande- og av-vanningstank 4. Fra tanken 4 føres materialet deretter til en ut-målingsinnretning og en pumpe 5, hvoretter det føres inn i beholderen 9 via en ledning 35.

For mange anvendelser er det hensiktsmessig å dimensjonere beholderen 9 slik at den kan ta imot ca. 45-80 kg harpiks- og slam-avfall. I avvannings- og blandetanken 4 omrøres avfallet mekanisk, noe som bidrar til å hindre brodannelse, komprimering eller ved-heftning til tankens vegger. Etter avvanningen skal oppslemningen helst bare inneholde så meget vann som nødvendig for å opprettholde en pumpbar oppslemning. Typisk inneholder en innmatet bppslemning minst ca. 70 vektprosent og opptil ca. 80 vektprosent faststoffer.

Vann som fås fra avvanningen, kan føres tilbake til oppslemning spumpesysternet som kompletteringsvann, eller det kan pumpes til lagringstanken 1 for flytende avfall via en ledning 36 ved hjelp av pumpen 5. Pumpen 5 kan være en mekanisk matningsinnretning méd direkte fortrengning som måler opp avfallet når dette føres inn i forbrenningsovnen. Om ønskelig kan systemet arbeide kontinuerlig, idet avvånning, måling og innføring er operasjoner som utføres samtidig . Videre kan matningshastigheten reguleres automatisk hvis det er ønskelig.

Harpiksen og slammet føres inn i beholderen 9, hvor trykket er lavere enn atmosfæretrykket og vanligvis ligger ca. 0,07-0,14 atm under omgivelsestrykket. Utstyret til blanding og avvånning av harpiksen og slammet er fortrinnsvis utført av rustfritt stål.

Flytende avfall føres inn i tanken 1 for flytende avfall via en ledning 37. For mange anvendelser kan det være hensiktsmessig å dimensjonere beholderen 9 slik at den kan ta imot ca. 135-230 l/h av det flytende avfall. Flytende avfall pumpes av en pumpe 2 fra tanken 1 gjennom en ledning 38 til beholderen 9. Det flytende avfall føres fortrinnsvis inn i beholderen 9 gjennom forstøvnings-dyser. Det flytende avfall har fortrinnsvis en temperatur som er tilstrekkelig til å holde faststoffene i oppløsning, nærmere bestemt bør temperaturen ligge over metningstemperaturen for det faste avfall ved den foreliggende konsentrasjon. Temperaturen ligger vanligvis på mellom 10°C og 93°C, avhengig av mengden og typen av faststoffer. Dette bevirker i det minste forsinket utfelling av opp-løste faststoffer fra avfallsstrømmen på dysene og ledningsutstyret og forebygger i sin tur etterfølgende tilstopping av prosessled-ninger, ventiler, munnstykker og lignende.

Typiske flytende avfall kan inneholde ca. 50-90% vann sammen med slike oppløselige materialer som natriumsulfat, ammoniumsulfat, natriumklorid, borsyre og lignende. Noen typiske flytende avfalls stoffer er kokendevannreaktor-avfall fra en fordamper med tvungen sirkulasjon som inneholder ca. 75% vann, ca. 22,9% natriumsulfat,

ca. 2% natriumklorid og 0,1% forskjellige bestanddeler, trykkvanns-reaktor-avfall fra en fordamper med tvungen sirkulasjon som inneholder ca. 73,4% vann, ca. 14,9%natriumsulfat, ca. 9,6% ammoniumsulfat, ca. 2% natriumklorid og ca. 0,1% forskjellige bestanddeler, og borsyreavfall fra en fordamper med tvungen sirkulasjon som inneholder ca. 87,9% vann, ca. 12%borsyre og resten forskjellige bestanddeler. De angitte prosenttall gjelder vekt<p>rosent.

Da forskjellige avfallstyper krever forskjellige behandlings-temperaturer avhengig av om der kreves kalsinering eller forbrenning, føres naturligvis bare én strøm om gangen inn i beholderen 9 for behandling i denne. Når en av strømmene således føres inn i karet 9, stenges de andre to strømmer.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det mulig å anvende samme beholder både for kalsinering og forbrenning avhengig av temperaturforholdene i beholderen. Dette oppnås ved som materiale i det fluidiserte skikt å anvende et materiale som er motstandsdyktig mot oksydasjon, agglomerering og angrep fra kjemikalier som syrer og baser ved temperaturer på opptil minst ca. 1000°C. Anvend-elsen av et slikt inert materiale eliminerer problemer som foreligger i tidligere kjente fluidiseringsskikt-forbrenningsovner, som krever en nøye styring av systemet for å sikre riktig drift. Dette skyldtes det faktum at de ovennevnte omtalte forhold med hensyn til økning av partikkelstørrelsen måtte beherskes. Skiktmaterialer som ikke har de ovennevnte egenskaper, f.eks. kvarts, har ikke med hell kunnet anvendes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

De foretrukne inerte skiktmaterialer har følgende egenskaper:

Eksempler på skiktmaterialer som kan oppvise alle de ovennevnte egenskaper, er krysolitt, olivin, kyanit, korund og aluminiumoksyd.

De mest foretrukne inerte skiktmaterialer er de magnesium/jern-silikater som er kjent som olivin eller krysolitt. Et typisk olivinmateriale som egner seg som fluidiseringsskiktmateriale ifølge den foreliggende oppfinnelse, har følgende kjemiske og fysiske egenskaper:

Kjemisk sammensetning Mineralogisk analyse

Andre egenskaper

Konstant utvidelseskoeffisient

Høy varmeabsorpsjon

Høy varmeledningsevne ved lave temperaturer Seige, varige korn

Silikosefri

Isolator ved høye temperaturer

Den maksimale temperatur som anvendes i kalsineringsprosessen, er i første rekke begrenset av smeltepunktet av det innmatede, faste materiale. Maksimumstemperaturen for forbrenning bestemmes i første rekke av økonomiske og praktiske overveielser med hensyn til styrken av konstruksjonsmaterialet i beholderen 9. Skiktmaterialet holdes vanligvis på en temperatur mellom ca. 350°C og 550°C og fortrinnsvis på ca. 400°C for kalsinering, mellom ca. 800 og ca. 1000°C og fortrinnsvis på ca. 800°C for forbrenningsbehandling av harpiks og slam og mellom ca. 900 og ca. 1200°C og fortrinnsvis på ca. 1000°C for behandling av komprimerbart fast materiale.

Ved hjelp av en vifte 7 blåses en gass, f.eks. luft, inn i bunnen av beholderen 9 gjennom en ledning 38 for å holde skiktet i fluidisert tilstand og i riktig høyde. Når der anvendes luft, til-fører gassen også det oksygen som er nødvendig for forbrenningen. Hvis det er ønskelig, kan dessuten ytterligere luft blåses inn over skiktet gjennom en ledning 32 for å sikre fullstendig forbrenning.

I lys av forholdet mellom høyden av beholderen 9 og strømnings-hastigheten av det behandlede materiale forblir materialet over skiktet tilstrekkelig lenge til at en eventuell etterbrenning som måtte være nødvendig for forbrenningen, finner sted før det med-førte partikkelformede materiale føres ut i tørrsyklonen. Dette eliminerer behovet for en etterbrenner. En samlet høyde av beholderen på ca. 4,5 m er egnet for behandling av de ovenfor angitte materialmengder. Den statiske skikthøyde for behandling av de materialmengder som er angitt ovenfor, kan være på mellom ca. 0,46 og ca. 0,91 m. Naturligvis kan skikthøyden og/eller høyden av beholderenøkes forholdsvis avhengig av den virkelige materialmengde som skal behandles.

Varmen for kalsineringen eller forbrenningen og for forvarming av skiktet skaffes ved forbrenning i skiktet av et flytende hydro-karbonbrensel i en brenner (ikke vist). Forbrenning i skiktet skaf- .: fer den nødvendige varmeoverføring. En pumpe 8 pumper brenselet inn i brenneren gjennom en ledning 40. Forbrennings- og kalsineringsovnen er fortrinnsvis utført av "Inconel" eller alternativt titan;

"Hastelloy" eller stål med en ildfast eller keramisk foVing. En gasstrøm forlater beholderen 9 gjennom en ledning 41 og føres til

en tørrsyklon 10.

Den nedenstående tabell angir noen tilnærmede typiske driftsbetingelser for de forskjellige arbeidsmåter av en tørrsyklon 10 med de angitte dimensjoner.

Kalsinering av flytende avfall Forbrenning av harpiks/ filter- slam

Forbrenning av komprimerbart avfall

De bestemmende dimensjoner på tørrsyklonen er dimensjonene av innløpsledningen som fastlegger innløpshastigheten, og innløpsdia-meteren; som fastlegger de strømningshastigheter og dermed sentri-fugalkrefter som utvikles i tørrsyklonen. Tørrsyklonen er innrettet til å fjerne eventuelt fast materiale i gasstrømmen og fjerner fortrinnsvis minst ca. 82% av de faste stoffer i gassen. Gassen kommer inn i syklonen på siden nær den øvre ende av syklonen for å skaffe en sirkulær hvirvelbevegelse. De faste partikler som avskilles fra gasstrømmen, vandrer ned mot bunnen av tørrsyklonen og fjernes fra denne gjennom en ledning 42 som fører til en beholder 11 som man kan kvitte seg med. De faste partikler agglomereres deretter på vanlig måte for etterfølgende deponering, f.eks. ved ned-graving. Minst ca. 82% av radioaktiviteten fra det faste partikkelformede materiale fjernes fra tørrsyklonen sammen med minst ca.

17% av radioaktive halogener.

I tørrsyklonen forårsaker luftens hvirvlende bevegelse en sen-trifugalkraft som virker på de faste partikler, slik at de vandrer mot veggen. Lufthastigheten er mindre nær veggen som følge av grenseskiktet, slik at partiklene glir nedover langs veggen til de når partikkelutløpet 42. Gasstrømmen forlater syklonen 10 fra dennes øvre sentrale parti via en ledning 43 og føres til en kjøle-tank 12. Tørrsyklonen kan være utført av det samme materiale som forbrennings- og kalsineringsovnen.

I kjøletanken 12 kjøles gasstrømmen til en temperatur på ca. 70°C ved hjelp av en væskedusj som føres inn i kjøletanken gjennom en ledning 44 og forstøvningsdyser (ikke vist). I kjøletanken 12 skapes der en turbulent gassbevegelse som forårsaker intim berøring mellom gassen og væskestrømmene. Dette medfører både kjøling av gasstrømmen og fukting av mesteparten av de gjenværende faste partikler i gasstrømmen. De største væskedråper faller til bunnen av kjøletanken 12 og føres tilbake til en vaskeoppløsningstank 21 via en ledning 45 og tar herunder med seg fuktede, faste partikler. Mindre væskedråper føres ut av kjøletanken 12 sammen med gass-strømmen via en ledning 47. Kjøletanken og vaskeoppløsningstanken er fortrinnsvis fremstilt av rustfritt stål av 300-serien eller av "Inconel", "Hastelloy" eller stål fSret med glass eller teflon.

De væskeformede partikler blandes med vann i vaskeoppløsnings-tanken 21 og fortrinnsvis med et halogen-"getter" (dvs. et materiale til oppfanging av halogener). Noen eksempler på gettermaterialer for jod er resorcinol, natriumtiosulfat, natriumsulfat, syklo-heksylamin, kaliumferrocyanid, kaliumkarbonat og kaliumhydroksyd.. Halogengettere og eventuelle pH-regulerende materialer kan til-føres vaskeoppløsningstanken gjennom en ledning 46, vanligvis som en vannoppløsning. Mengden av halogengetter som anvendes, er vanligvis fra ca. 10 til ca. 100 ppm i vaskeoppløsningen.

Gasstrømmen forlater kjøletanken gjennom ledningen 47 og føres til en venturivasker 13. Vaskeoppløsningen sprøytes inn i gass-strømmen gjennom en ledning 48 ved venturivaskerens hals. I venturivaskeren 13 er detønskelig å oppnå metning og medriving av vann for å lette fuktingen av de partikler som ikke er fuktet i kjøletanken 12. Den gasstrøm som forlater beholderen 9, inneholder en god del vanndamp i størrelsesorden 9-17%. Når gasstrømmen passerer gjennom kjøletanken 12, oppnås dessuten vanndamp i tillegg til medrevet vann. Ved venturivaskeren 13 er gasstrømmen hovedsakelig mettet med vanndamp. Metning sikres ved innsprøyting av ytterligere vaskeoppløsning gjennom ledningen 48 inn i gasstrømmen når denne passerer gjennom halsen i venturivaskeren 13. Når gass-strømmen passerer gjennom venturihalsen, faller trykket, noe som i sin tur medfører en økning i mengden av fuktighet i dampform som gassen kan inneholde. Der finner således sted fordampning. Når gasstrømmen kommer inn i det divergerende parti av venturivaskeren, avtar hastigheten og øker trykket, noe som fører til kondensasjon av vanndamp. Denne kondensasjon medfører i sin tur at de foreliggende dråper blir større, samtidig som der dannes nye dråper på de ikke fuktede partikler som tjener som kondensasjonskjerner.

Som det vil ses, er hovedformålet med kjøletanken og venturivaskeren å kjøle avgassen for å fukte så mange av de faste partikler som mulig for å lette fjerning av disse. Det er lettere å fjerne en væskedråpe enn å fjerne en betydelig mindre fast partikkel. Enten væskepartiklene er sammensatt av oppløselig materiale som er gått i oppløsning i dråpen, eller de består av uoppløselig materiale som foreligger i form av vætet fast materiale inne i dråpen, blir de deretter fjernet. I begge tilfeller forflyttes den faste partikkel med væskedråpen. Venturivaskeren kan være utført av samme materiale som kjøletanken. Den følgende tabell viser noen typiske prosessparametre for en kjøletank og en venturivasker med de eksempelvise dimensjoner som er angitt nedenfor.

En gasstrøm inneholdende væskepartikler fjernes fra venturivaskeren via en ledning 49 og føres inn i en våtsyklon 14 nær dennes øvre ende. I våtsyklonen 14 renner væske nedover langs syklonens side til et avløp i bunnen. Væsken fjernes deretter fra syklonen gjennom en ledning 15 og føres til væskeoppløsningstanken 21.

Typiske driftsparametre for syklonen 14 omfatter et tempera-turområde på ca. 45-65°C, et innløpstrykk på ca. 0,82 atm, et Ap på ca. 0,034 atm og en gasstrømning på ca. 0,189-0,354 m 3/s.

En gasstrøm tas deretter ut fra toppen av våtsyklonen 14 via

en ledning 51 og føres til en kondensator 15 for avkjøling av gass-strømmen. Kondensatoren kan om ønskelig være en varmeveksler av mantel- og rørtypen. I kondensatoren øker størrelsen av væskepartiklene til et punkt hvor en betydelig del av vannet i gasstrømmen føres bort ved innvirkning av tyngde eller bevegelsesmengde. I en mekanisme for fjerning av dråpene ved tyngdekraft er disse så store at de faller til bunnen av beholderen. I en mekanisme for fjerning av dråpene som følge av bevegelsesmengde er dråpene derimot ikke tilstrekkelig store til å falle ut av avgasstrømmen, men de er store nok til at de/når gassen plutselig endrer retning, vil slå an mot en vegg eller annet fast materiale som har bevirket retningsendringen.

Typiske driftsparametre for kondensatoren 15 omfatter en gass-strømningsmengde på ca. 0,189-0,378 m /s, en kjølevæskemengde på ca. 18,9-75,7 l/min, en innløpstemperatur på ca. 45-65°C, en AT på ca. 10-30°C, et innløpstrykk på ca. 0,783 atm og et Ap på ca. 0,136 atm.

Gasstrømmen og væskedråpene forlater kondensatoren ved hjelp

av en ledning 52 og føres til en duggfjerner 16. Duggfjerneren bevirker fjerning av væskepartiklene ved utnyttelse av bevegelses-mengden. Gass føres gjennom et filter av vevde fibre som får gassen

til å utføre raske og hyppige retningsendringer. Da væskedråpene er altfor store til å vende like hurtig som gasspartiklene, vil de imidlertid kollidere med filterfibrene. Væskedråpene renner deretter ned langs fibrene til veggen av duggfjerneren 16 og derfra til avløpet og en ledning 53 som fører væskedråpene tilbake til vasketanken 21.

Gasstrømmen forlater duggfjerneren 16 ved dennes topp via en ledning 54 og førestil en oppvarmingsinnretning 55 som varmer opp gasstrømmen t^ l en temperatur på ca. 40-55°C. Oppvarmingsinnretningen anvendes for å styre den relative fuktighet av gasstrømmen for å beskytte et HEPA-filter 17 mot tilstopning som følge av over-belastningav) fuktighet. Gasstrømmen føres fra oppvarmingsinnretningen gjennom en ledning 56 til HEPA-f ilteret, hvor de faste partikler fanges opp som ikke er fuktet eller som er dannet når de dråper som ikke er fjernet i duggfjerneren, fordampes i oppvarmingsinnretning en . Filteret består av et medium med meget små porer og partrklené^f jernes ved kollisjon.

Gasstrømmen forlater HEPA-filteret gjennom en ledning 57 og kommer inn i en halogenabsorpsjonsenhet 18 som fjerner halogen ved absorpsjon. Halogenatomene fastholdes på materialets overflate ved kjemisk binding til absorpsjonsmiddelet og brytes ned til et stabilt atom. F.eks. brytes radioaktivt jod ned til stabilt xenon. Eksempler på absorpsjonsmidler omfatter aktivert trekull og sølvimpregnerte faste stoffer så som sølvsilikater og sølvzeolitter.

Temperaturen og mengden av gasstrømmen gjennom HEPA-filteret og jodabsorpsjonsenheten er på mellom ca. 40 og 55°C, resp. ca. 0,165-0,260 m 3 /s. Etter jodabsorpsjonsenheten føres gasstrømmen gj.ennom en ledning 58 til et annet HEPA-filter 19. Kombinasjoner av de to HEPA-filtre 17 og 19 og jodabsorpsjonsenheten 18 er tilgjengelige i handelen og behøver ikke å beskrives nærmere i den foreliggende beskrivelse.

Den gasstrøm som forlater HEPA-filteret gjennom en ledning 59, er tilstrekkelig renset til at eventuelle mengder av radioaktivt materiale som kan foreligge i gassen, ligger betydelig under de tillatte nivåer som er angitt i tillatelsen til drift av anlegget, og de kan derfor slippes ut til atmosfæren via en pumpe 20 og en ledning 60.

Som drøftet ovenfor, kan et halogengetter føres inn i vaske-oppløsningstanken 21 via ledningen 46 for å holde halogenene i ione-form i oppløsning for nedbrytning til en stabil, ikke radioaktiv datternuklide. Vaskeoppløsningen fjernes fra vasketanken via en ledning 61 og en pumpe 23. Dessuten kan en sil 22 til fjerning av faste partikler innlemmes i ledningen 41 mellom vasketanken 21 og pumpen 23. Vaskevæske blir deretter matet til en varmeveksler 24 hvor den avkjøles tilstrekkelig til at en del av vaskevæsken kan resirkuleres som sprøytevæske til kjøletanken 12 og venturivaskeren 13 via en ledning 62. Den gjenstående vasketankvæske kan deretter føres tilbake til tanken 1 for flytende avfall via en ledning 63. Temperaturen nedenfor vaskekjøleren ligger typisk på ca. 30°C. En typisk strømningsmengde av vaskeoppløsningen til kjøletanken og venturivaskeren er ca. 56,8 l/min, og strømningsmengden av vaske-oppløsning som resirkuleres til vaskeoppløsningstanken, er ca. 37,9 l/min.

Den foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å redusere volumet av tørre, komprimerte faste stoffer med en faktor på minst 80, brukte harpikser med en faktor på minst 18, konsentrert væske med en faktor på minst 8 og filterslam med en faktor på minst 5.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til behandling av avfall,karakterisert vedA) at der anordnes en forbrennings- og kalsineringsovn med et fluidisert skikt av et materiale som er motstandsdyktig mot oksydasjon, agglomerering og kjemisk angrep opptil minst ca. 1000°C, B) at der sørges for forhold som skaffer forbrenning i forbrennings- og kalsineringsovnen, C) at avfallet mates inn i fluidiseringsskiktpartiet av forbrennings- og kalsineringsovnen, D) at brensel og oksygenholdig gass tilføres forbrennings- og kalsineringsovnen for å opprettholde forbrenningsforhold i denne, E) at gass føres inn i ovnens fluidiseringsskiktparti med en tilstrekkelig hastighet til å holde skiktpartiklene i fluidisert tilstand, F) at avfallet forbrennes eller kalsineres, G) at en gasstrøm føres ut av forbrennings- og kalsineringsovnen til en tørrsyklon hvor partikler fraskilles fra gasstrømmen, H) at faste partikler fjernes fra tørrsyklonen og føres til en lagringsbeholder, I) at en gasstrøm føres ut av syklonen og tilføres en kjøletank, J) at en væske føres inn i kjøletanken for kjøling og fukting av partikler i gasstrømmen, K) at væskepartikler fjernes fra kjøletanken og tilføres en væskeoppløsningstank, L) at en gasstrøm fjernes fra kjøletanken og føres til en venturivasker, M) at væske føres inn i venturivaskeren for å fukte de i gassen gjenværende partikler og bevirke kondensasjon av vanndamp, N) at en gasstrøm og fuktede partikler tas ut av venturivaskeren og føres til en våtsyklon,

0) at væskepartikler tas ut av våtsyklonen og føres til en vaske-oppløsningstank , P) at en gasstrøm tas ut av våtsyklonen og føres til en kondensator til kondensasjon av væskedamp, Q) at en gasstrøm og kondenserte væskepartiklér tas ut av kondensatoren og føres til en duggfjerner, R) at væskepartikler fjernes fra duggfjerneren og føres til en vaskeoppløsningstank, S) at en gasstrøm tas ut av duggfjerneren og mates til en oppvarmingsinnretning for økning av temperaturen av gasstrømmen for fordampning av gjenværende væskedråper, og T) at gasstrømmen fra oppvarmingsinnretningen føres gjennom et filter til fjerning av gjenværende faste partikler og gjennom en absorpsjonsenhet til fjerning av halogengasser fra gasstrømmen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisertved at avfallet er radioaktivt.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat skiktmaterialet er olivin.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3,karakterisertved'at olivinets partikkelstørrelse er ca. 0,5-1,5 mm.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisertved at kalsineringen utføres ved ca. 400°C.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisertved at forbrenningen utføres ved ca. 1000°C.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisertved at den væske som tilføres kjøletanken, kommer fra vaske-oppløsningstanken .

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisertved at den væske som tilføres venturivaskeren, kommer fra vaskeoppløsningstanken.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisertved at skiktmaterialet har følgende egenskaper:

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9,karakterisertved at skiktmaterialet velges blant krysolitt, olivin, korund, aluminiumoksyd og blandinger herav.