JPH03195809A

JPH03195809A - ＳＯｘの発生を防止した廃樹脂の焼却法

Info

Publication number: JPH03195809A
Application number: JP1337184A
Authority: JP
Inventors: Taneaki Yahata; 矢幡　胤昭
Original assignee: Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1991-08-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、原子力発゛成所から発生する使用済イオン交
換樹脂「以下廃樹脂という」の焼却による減容処理に関
するものである。

（従来の技術）原子力発成所の原子炉冷却水ビ浄化するために、イオン
交換樹脂が用いられ、その結果、放射能を帯びた廃樹脂
が毎年大量に発生している。廃樹脂の減容処理には、焼
却が最も効果的であり、その技術開発が世界各国で進め
られている。

廃慎（脂はスルホン酸基乞含むため、焼却すると腐食性
のＳＯｘ乞発生する。ＳＯｘの処理法として、アルカリ
性浴液スクラバで中相固化する方法が一般的と考えられ
るが、現時点で、廃樹脂の焼却による実処理は行われて
いない。

焼却時に酸性のガス乞放出すると、環境が汚染される事
になるので、ボイラー等の焼却装置にはアルカリ性＠液
のスクラハヲ取りつけＳＯｘ、ＮＯｘを捕集する対策が
行われている。

（発明が解決し工５とする課題）イオン交換樹脂は一般にスチレン（＠ＣＨ＝ＧＨ２Ｊと
ジビニルベンゼン（ＣＨ２＝　ＣＭ◎ＣＨ＝Ｇ）（２）
との共重合体で、陽イオン交換四重の場合はスルホン酸
基（−３Ｏ３Ｈ）乞、陰イオン交換ノ、ケ（脂の場合は
トリメチルアンモニウム基［−Ｎ（ＣＨ３）３０Ｈ］ヲ
）何重基体に結合したものである。

原子炉冷却水の浄化にはこれらの樹脂を混合して使用す
る。陰イオン交換樹脂は焼却温度条件で有害物質は発生
しないが、陽イオン交換樹脂を焼却する場合、必ず５Ｏ
ｘＹ発生する。

焼却法は廃樹脂の減容処理に最も効果的であるため、Ｓ
Ｏｘによる装置の腐食はある程度やむを得ぬものとし、
環境汚染ン防止するために、アルカリ性スクラバによる
中和が考えられている。しかし、装置は放射能に汚染し
、いずれは装置自体が放射性廃棄物となるため、出来る
だけ装置の腐食暑防止することが望フしい。

前述したように、樹脂を焼却する際に、スルホン酸基が
分解してＳＯｘが発生するが、スルホン酸基に予め陽イ
オンを結合させて焼却すると、硫酸塩が生成し、ＳＯｘ
の発生量が減少することを見出した。

スルホ／酸基に陽イオンを結合させた＄１脂及び、その
〜（脂を焼却した場合の化学反応式を以下に示す。

各々を焼却（酸化反応）した場合を示す。

イ）　Ｒ−８Ｏ３Ｈ＋Ｎａ＋＝Ｒ−８０３ＮＩＬｏ）　
　２Ｒ−ＳＯｓＨ＋Ｃａ”＝（トＥ３０３）２Ｏｓハ）
　　３Ｒ−８Ｏ３Ｈ＋Ａｌ”＝（Ｒ−８Ｏ３）３Ａｌ（
Ｒ：■ＧＨ＝ＧＨ２、ＧＨｚ　＝ｃｈ＠　ＣＨ＝ｃＨｚ
）＝）　　２Ｒ−８０３Ｎａ＋０２＝Ｎａ２ＳＯ４＋’
３０２＋２Ｒ（Ｃ０２，Ｈ２Ｏ）＊）　　（Ｒ−３０３）ｚｃａ＋０２＝ｃａｓｏ４＋Ｓ
Ｏ２＋２Ｒ（ＧＯｚ　、　Ｈ２Ｏ）へ）　　２（ｆ’ｌ−８Ｏｓ）３Ａｌ＋０ｚ＝ＡＩ！ｚ
（ＳＯ２）＋３ＳＯｚ＋６（ＧＯｚ＋ＨｚＯ）この工５に、焼却時に一部硫酸塩が生成し、　ｓｏｘの
発生量は減少する。５ｏｘｙ元全に固化するためには、
スルホン酸基の化学等量の２〜３倍の陽イオンを供給し
、位（脂に保持させる必要があり、これが、解決しなけ
ればならない課題である。

（１保題乞解決するための手段）不法は廃樹脂に含１れるスルホン酸基に予めカルシウム
又はバリウムイオンｙａ１′結合させ、焼却時に硫酸カ
ルシウム又は硫酸バリウムとしてｓｏｘの発生を防止す
るものである。

廃樹脂の焼却前に、前処理として、酢酸カルシウム又は
酢酸バリウムを溶解して加え、スルホン酸基にカルシウ
ム又はバリウムイオン乞結合させる。この様に、前処理
した廃樹脂は焼却すると、樹脂の有機成分は燃焼し、陽
イオンの結合したスルホン酸基は硫酸塩となりＳＯｘは
発生しない。従って、装置の腐食問題が解決すると共に
、環境汚染対策としてのスクラバが不要となり、操作が
著しく容易となる。

（作用）スルホン酸基に陽イオンを結合させ、更に過剰の陽イオ
ンχ樹脂中に保持させることで、ＳＯｘ発生の防止が可
能となるが、陽イオンを選ぶ場合、次の条件を満たさな
ければならない。

イ）生成した硫酸塩が安定であること、口）陽イオンを
大量に供給できること、ハ）陽イオンを含む化合物が焼
却時に、腐食性ガスを発生しないこと等である。

硫酸カルシウム又は硫酸バリウムは非常に安定な化合物
であるため、これらのイオンケ用いるこトドした。カル
シウム又はノ（リウムイオンを大量に必要とするため、
それらの塩の溶解度が大きくなげればならない。硝酸塩
、）・ロゲン化合物はいずれも溶解度は太きいが、これ
らの塩は焼却時に腐食性ガスを発生する。

そこで、溶解度が大きくしかも腐食性ガス’ａｊＭ生し
ないものとして調査の結果、酢酸カル７ウム及び酢酸バ
リウムが、該当することがわかった。

酢酸カルシウム又は酢酸バリウムは溶解して、それぞれ
のイオンを生成しスルホン酸基と結合する。

樹脂は多孔質（海綿状）であり、常に４０〜４５チの水
を含むので、この特長を利用し、過剰の陽イオン交樹脂
内に保持させることを試みた。

ａ）酢酸塩を使用する技術的な意味カルシウムイオンを作るには可溶性のカルシウム化合物
が必要である。これを満だ丁ものとしては、硝酸カルシ
ウム、カル７ウムノ・ロゲン化合物、酢酸カルシウム等
があげられる。しかし、酢酸カルシウムを除くと、他の
化合物は焼却時にＮＯＸ又はハロゲン化水素等の、腐食
性ガスを発生するので使用できない。硫酸カルシウム、
炭酸カルシウムは不溶性であるため、イオンの供給源と
ならない。酢酸カルシウム又は酢酸バリウムのみが可能
である。

ｂ）酢酸塩乞過剰に使用する技術的な意味イオン交換樹
脂は化学量論的には１価に相当する。従って、金属イオ
ンと陽イオン交換樹脂との反応は以下の通りであり、陽
イオン交換樹脂をＲ−５Ｏ３Ｈと表示する。（Ｒは炭素
及び水素から構成される。） ■２Ｒ−３Ｏ３Ｈ−）−Ｃａ”（Ｂａ　”）　＝（Ｒ，
５Ｏ３）２０ａ　（又はＳａ）ここで比較のため１価及び３価イオンも併せて示す。

■Ｒ−８Ｏ３Ｈ＋Ｎａ＋（Ｋ”）＝Ｒ−８Ｏ３Ｎａ（又
はＫ）■３Ｒ−８Ｏ３Ｈ＋ＡＡ””　　＝（Ｒ，５Ｏ３
）３Ａ７上記化合物ン焼却すると以下の通り。

■（Ｒ−８０３）ｚＣａ＋０２　＝ＧａＳＯ４＋ＳＯ２
＋Ｒ（Ｈ２Ｏ＋　ＧＯ２） ■２Ｒ−ＳＯ３Ｎａ　＋０２　＝　ＮＩＬ２ＳＯ４＋Ｓ
Ｏ２＋２Ｒ（ＨｚＯ＋Ｃ０２） ■２（Ｒ−３（ｈ）３Ａｌ＋Ｏｚ＝　Ａｊｈ（ＳＯ２）
３＋３８０２　＋　６Ｒ（ＨｚＯ＋Ｃ０２）この様に、
スルホン酸基に金属イオンを結合して焼却する場合、過
剰の金属イオンを保持させなければ、全てのＳＯｘは固
化出来な℃１゜化学白量からみて、金属イオンの絶対量
カー不足するので、前述のようにカルシウム又（ま）（
１ノウムイオンを過剰に加えるものである。

（実施例）本発明の廃樹脂の焼却法′？：第１図に概略フロー７−
ト暑示す。混合タンク１で廃樹脂に過１１の酢酸カルシ
ウム又は酢酸ノ＜リウムを結合・保持させ、得られた混
合物を樹脂供給機１０から流動層式焼却装置２に導入す
る。

熱風発生器から供給される流動化空気を、約７５０℃に
加熱する。この温度で樹脂中の可燃成分は燃焼し、硫黄
分は硫酸カルシウム又は硫酸ノゝ１ノウムとして固化し
、流動媒体９中に保持され、定期的に灰ホッパより取り
出すか又は、サイクロン３の底部から取り出す。この樹
脂Ｚ焼却する際に発生したス餐は流動床のフリーボード
部に設けられた酸化銅、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニ
ッケル又はこれらの混合物より構成される触媒６と接層
して酸化されて除去される。

サイクロン３の頂部から排出された廃ガスはバククアノ
プとして設けられた触媒式アフタバーナ４に導入され、
その装置内の触媒８と接触して、完全に酸化除去される
。その後、有害物を含有しない廃ガス焼却金属フィルタ
ー５ビ経てスタックから大気中に放出される。

実施例（１）陽イオン交換樹脂の交換容量に対して、酢酸カルシウム
又は酢酸バリウム２２倍から２．５倍量溶解して樹力旨
に加えて攪拌し、乾燥後それぞれの試料を用いて焼却試
験７行りた。焼却装置は第１図の流動層式焼却装置Ｚ用
いた。流動化空気ヲ２５１／　ｍ　ｊ　ｎ流し、流動層
部を７５０℃に加熱して、試料’！ｋ　０．２　’９／
、の速度で流動層に供給した。熱分解した樹脂はフリー
ボード部に設置した酸化銅触媒と接触し完全燃焼した。

排ガスはＳＯｘ分析計及び質量分析計で調べたが、ＳＯ
ｘは検出されなかった。

焼却灰から硫酸カルシウム又は硫酸バリウムが化学分析
により確認出来た。

このＬ５に各試料の焼却試験からＳＯｘはみられないが
、比較のために、ＳＯｘ固定剤を加えないで焼却した場
合の分析結果を第２図に示す。

（発明の効果）本発明は、ｇ樹脂を焼却減容処理するさいに、この廃樹
脂に化学等量の２〜３倍の酢酸カルシウム又は酢酸バリ
ウムを添加、廃樹脂中のスルホン酸基にカルシウム又は
バリウムイオン乞結合させた後に、これｔ焼却処理する
ことにより、樹脂の焼却処理の際に発生する有害な硫黄
分であるＳＯｘ乞硫酸カルシウム又は硫酸バリウムとし
て固定し、装置の腐食を防止すると共に、大気中に、か
がる有害ガスを放出させることなく、廃樹脂の減容処理
をすることが出来るという効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明の方法の実施に使用される流動層式焼
却装置の全体図である。第２図は、廃樹脂に酢酸カルシウム又は酢酸バリウムを
添加せずに焼却処理した場合の排ガスの分析結果を示す
。（焼却中は連続的に５ＯｘＹ？ｆ：発生していること
を示している。）１・・混合タンク、　　２・・流動層式焼却装置、３・
・サイクロン、　　４・・触媒式アフタバーナ、５・・
焼結金属フィルター　　６，８・・触媒、７２．コンプ
レッサー　　９・・流動媒体、１０・・樹脂供給機。

Claims

【特許請求の範囲】スルホン酸基を有する廃樹脂に過剰量の酢酸カルシウム
又は酢酸バリウムを溶解して加え、カルシウム又はバリ
ウムイオンをスルホン酸基に結合させ、これらのイオン
を結合した廃樹脂を流動層内で焼却せることにより廃樹
脂中の硫黄分を硫酸カルシウム又は硫酸バリウムとして
固定し、腐食性ＳＯ＿ｘの発生を防止する廃樹脂の焼却
法であって、（ｉ）前記廃樹脂に対して化学当量の２〜
３倍の酢酸カルシウム又は酢酸バリウムを溶解添加し、
スルホン酸基と化学結合させ過剰のカルシウム又はバリ
ウムイオンを含有する混合物とし、（ｉｉ）前記混合物
を活性アルミナの流動層焼却炉に導入して６００〜７５
０℃で焼却し、樹脂に含有される硫黄分を硫酸カルシウ
ム又は硫酸バリウムとして、前記焼却炉の流動媒体中に
保持させ定期的に取り出し、又は焼却炉の出口に連結し
たサイクロンで回収し、（ｉｉｉ）前記焼却炉での樹脂の焼却の際に発生した煤
は、この炉の頂部に設けられた酸化銅等の金属酸化物触
媒と接触させて燃焼により除去し、（ｉｖ）未燃焼成分
の焼却廃ガスはサイクロン後方に設置した触媒式アフタ
バーナ装置に導入し、触媒との接触反応により完全燃焼
させ、（ｖ）前記アフタバーナ装置からの廃ガスを金属フィル
ターを通過させることにより有害成分を含有しないＣＯ
＿２、Ｈ＿２Ｏなどの燃焼廃ガスを大気中に排出させる
ことからなるＳＯ＿ｘの発生を防止した廃樹脂の焼却法
。