イオン交換樹脂の処理装置及び方法
【課題】使用済イオン交換樹脂を反応容器内で分解処理する際に、反応容器や配管の固形物による閉塞または腐食を防止できること。
【解決手段】イオン交換樹脂を高温高圧水で油化し、このイオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液Ｃと残存する固形物Ｄとを分離する油化・分離装置１１と、前処理液を高温高圧水下で分解する反応容器１２と、イオン交換樹脂を含むスラリーＡを油化・分離装置へ輸送するスラリー輸送ライン１３と、油化・分離装置からの前処理液を反応容器へ供給する前処理液供給ライン１４と、イオン交換樹脂を油化するため使用する酸化剤を油化・分離装置へ供給する第１酸化剤供給ライン１５と、前処理液を分解するために使用する酸化剤を反応容器へ供給する第２酸化剤供給ライン１６と、反応容器にて生成された分解ガス及び分解液を冷却し減圧する分解済流体移動ライン１７とを有するものである。
【解決手段】イオン交換樹脂を高温高圧水で油化し、このイオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液Ｃと残存する固形物Ｄとを分離する油化・分離装置１１と、前処理液を高温高圧水下で分解する反応容器１２と、イオン交換樹脂を含むスラリーＡを油化・分離装置へ輸送するスラリー輸送ライン１３と、油化・分離装置からの前処理液を反応容器へ供給する前処理液供給ライン１４と、イオン交換樹脂を油化するため使用する酸化剤を油化・分離装置へ供給する第１酸化剤供給ライン１５と、前処理液を分解するために使用する酸化剤を反応容器へ供給する第２酸化剤供給ライン１６と、反応容器にて生成された分解ガス及び分解液を冷却し減圧する分解済流体移動ライン１７とを有するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済イオン交換樹脂を分解処理するイオン交換樹脂の処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機物を含む廃棄物を処理する方法として、水の臨界点（温度３７４．２℃、圧力２２．１ＭＰａ）を超える高温高圧状態の水（例えば超臨界状態の水）を用いる方法が注目されている。本方法は、超臨界状態の水（超臨界水）が高エネルギーを有するために、高速で有機物の結合を切断できるという特徴を生かしたものである。
【０００３】
一方、超臨界水では、無機塩の溶解度が低下するという特徴がある。従って、超臨界水を満たした反応容器内で、原子力発電所の復水浄化系等から発生した使用済イオン交換樹脂を分解処理する場合、イオン交換樹脂は硫黄分や窒素分を含み、かつ酸化鉄が付着しているため、分解処理後、硫黄分や窒素分から生成する無機塩などの無機物や酸化鉄が反応容器の容器壁などに堆積し、反応容器内が閉塞したり、腐食が促進する問題が生じる。
【０００４】
無機物等が堆積する問題を解決する方法として、例えば、「湿式酸化型プロセスにおける固形体分離方法及び装置」（特許文献１）では、臨界温度を超えるスーパーゾーンと臨界温度よりも低いサブゾーンで構成される縦型反応容器内に、水、有機物、無機物、酸素を含む物質を供給し、スーパーゾーンで反応させる。反応時に析出した無機物及び固形体等の固形物以外の分解ガス及び分解液は、スーパーゾーンで流れを反転させてから反応容器上側出口配管を通って反応容器外へ排出される。無機物及び固形体等の固形物はサブゾーンに移動し溶解されて、反応容器下側出口配管を通って反応容器外へ排出される。
【特許文献１】国際公開ＷＯ８９／０２８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献記載の手法では、無機物を多量に含む廃棄物、もしくは分解後に多量の無機物が析出される廃棄物を処理した場合、無機物及び固形体等の固形物の大きさが小さかったり、重量が軽いものであったりすると、無機物及び固形体等の固形物がサブゾーンに移動せず、分解ガス及び分解液の流れに同伴してしまう。その結果、反応容器上側出口配管内を無機物及び固形体が固体のまま移動し、同配管等を閉塞する恐れがある。
【０００６】
このように、超臨界水を含む高温高圧状態の水（高温高圧水）中で、使用済イオン交換樹脂を反応容器内で処理する場合、無機塩の溶解度が低下するため、反応容器の壁などに無機塩（無機物）や、イオン交換樹脂に含まれる酸化鉄（固形体）等の固形物が析出し、その結果として、反応容器や配管が閉塞したり、腐食が促進する恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、使用済イオン交換樹脂を反応容器内で分解処理する際に、反応容器や配管の固形物による閉塞または腐食を防止できるイオン交換樹脂の処理装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置は、イオン交換樹脂を高温高圧水で油化し、このイオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液と残存する固形物とを分離する油化・分離装置と、前記前処理液を高温高圧水下で分解する反応容器と、イオン交換樹脂を前記油化・分離装置へ輸送するイオン交換樹脂輸送ラインと、前記油化・分離装置からの前処理液を前記反応容器へ供給する前処理液供給ラインと、イオン交換樹脂を油化するために使用する酸化剤を油化・分離装置へ供給する第１酸化剤供給ラインと、前処理液を分解するために使用する酸化剤を反応容器へ供給する第２酸化剤供給ラインと、前記反応容器にて生成された分解ガス及び分解液を冷却し減圧する分解済流体移動ラインと、を有することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置方法は、イオン交換樹脂を油化・分離装置にて高温高圧水で油化し、このイオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液と残存する固形物とを分離した後、この前処理液を反応容器により高温高圧水下で分解処理することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置及び方法によれば、使用済イオン交換樹脂を反応容器内で分解処理する際に、油化・分離装置によって、イオン交換樹脂に付着または含有等された固形物が予め除去されるので、反応容器や、この反応容器に接続された配管が固形物により閉塞または腐食することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、各々の実施例を組み合せて実施することによって各々の発明の効果を得ることができる。
【００１２】
［Ａ］第１の実施の形態（図１）
図１は、本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第１の実施の形態を示す系統図である。この図１に示すイオン交換樹脂の処理装置１０は、高温高圧水（高温高圧状態の水）を用いて使用済イオン交換樹脂を分解処理するものであり、油化・分離装置１１、反応容器１２、イオン交換樹脂輸送ラインとしてのスラリー輸送ライン１３、前処理液供給ライン１４、第１酸化剤供給ライン１５、第２酸化剤供給ライン１６及び分解済流体移動ライン１７を有して構成される。
【００１３】
スラリー輸送ライン１３は、使用済イオン交換樹脂に水を混合させたスラリーＡを油化・分離装置１１へ輸送するものである。このスラリー輸送ライン１３には、上流側から下流側へ向かって、ポンプなどのスラリー輸送機１９、弁２０が順次配設されて構成される。弁２０の開操作時に、スラリー輸送機１９の駆動によってスラリーＡが油化・分離装置１１へ供給される。
【００１４】
油化・分離装置１１は、使用済イオン交換樹脂を含むスラリーＡを、高温高圧水と後述の酸化剤Ｂとを使用して油化し、使用済イオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液Ｃと固形物Ｄとを分離するものである。固形物Ｄとしては、使用済イオン交換樹脂に付着または含有した酸化鉄などである。この固形物Ｄを確実に分離するために、油化・分離装置１１は、焼結フィルタまたは中空糸フィルタを備えることが好ましい。これらのフィルタにより、固形物Ｄは油化・分離装置１１内に残留する。
【００１５】
また、油化・分離装置１１は、水の臨界圧力２２．１Ｍｐａ以上の圧力で運転されることが好ましい。油化・分離装置１１内が水の臨界圧力以上であれば、使用済イオン交換樹脂の油化速度が速くなり、且つ使用済イオン交換樹脂のほとんど全てが油化（液化）されるからである。更に、油化・分離装置１１には、加温用のヒータ２１が設置されている。
【００１６】
第１酸化剤供給ライン１５は、使用済イオン交換樹脂を油化するために使用する酸化剤Ｂを、油化・分離装置１１へ供給するものである。酸化剤Ｂとしては、酸素、空気、過酸化水素、またはオゾンなどであるが、本実施の形態では過酸化水素が用いられる。
【００１７】
この第１酸化剤供給ライン１５には、上流側から下流側へ向かって、ポンプなどの酸化剤供給機２２、弁２３が順次配設されて構成される。弁２３の開操作時に、酸化剤供給機２２の駆動によって酸化剤Ｂが油化・分離装置１１へ供給される。
【００１８】
第１酸化剤供給ライン１５から油化・分離装置１１へ供給される酸化剤Ｂは、使用済イオン交換樹脂の油化に必要な量の１倍以上に設定される。例えば、乾燥重量１：１の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂と、これらイオン交換樹脂の１／１０重量の酸化鉄（III）と、酸化剤として、イオン交換樹脂に対してそれぞれ０〜１倍の過酸化水素とを約６ｃｍ３の反応容器に入れて密封し、温度２００℃で、そのまま２時間保持する油化試験を実施した。その結果、試験後に反応容器内から回収した処理液の分析結果は、過酸化水素の添加量に応じて表１に示す通りとなった。即ち、過酸化水素をイオン交換樹脂に対して当量添加することで、イオン交換樹脂を全て油化することが可能となる。
【表１】
【００１９】
前処理液供給ライン１４は、油化・分離装置１１にて分離された、油化された使用済イオン交換樹脂を含む前処理液Ｃを反応容器１２へ供給するものである。この前処理液供給ライン１４には、上流側から下流側へ向かって、弁２４、ポンプなどの前処理液輸送機２５が順次配設されて構成される。
【００２０】
第２酸化剤供給ライン１６は、前処理液Ｃを分解するために使用する酸化剤を反応容器１２へ供給するためのものである。この第２酸化剤供給ライン１６は、第１酸化剤供給ライン１５における酸化剤供給機２２と弁２３との間から分岐されており、弁２６を有する。この弁２６の開操作時に、酸化剤供給機２２の駆動によって酸化剤Ｂが反応容器１２へ供給される。反応容器１２へ導かれた酸化剤も、酸素、空気、過酸化水素、またはオゾンなどである。
【００２１】
反応容器１２は、前処理液Ｃを、第２酸化剤供給ライン１６から供給される酸化剤（例えば過酸化水素）の作用で、高温高圧水の条件下で分解して、分解ガス及び分解液（分解済流体Ｅ）とするものである。この反応容器１２はヒータ２７により加温される。
【００２２】
分解済流体移動ライン１７は、反応容器１２にて生成された分解済流体（分解ガス、分解液）Ｅを冷却し、常圧まで減圧するものであり、上流側から下流側へ向かって冷却器２７、減圧弁２９を順次備えて構成される。
【００２３】
次に、上述のように構成されたイオン交換樹脂の処理装置１０の作用を説明する。
【００２４】
このイオン交換樹脂の処理装置１０では、油化・分離装置１１において、スラリーＡ中の使用済イオン交換樹脂を、高温高圧水及び酸化剤Ｂの作用によって油化し、この使用済イオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液Ｃと、残存する酸化鉄などの固形物Ｄとを分離する。その後、前処理液Ｃを反応容器１２へ導き、高温高圧水及び酸化剤Ｂの作用で分解する。以下に、本処理装置１０の作用を具体的に説明する。
【００２５】
弁２０及び２３を開操作し、弁２４及び２６を閉操作した状態で、スラリー輸送機１９及び酸化剤供給機２２を駆動して、スラリーＡ及び酸化剤Ｂを油化・分離装置１１へ供給する。次に、スラリー輸送機１９及び酸化剤供給機２２を停止し、弁２０及び２３を閉操作して、油化・分離装置１１を２００℃で２時間保持する。２時間経過後、使用済イオン交換樹脂は、表１に示すように全て油化され、このイオン交換樹脂に付着または含有した酸化鉄は、固形物Ｄとして分離される。
【００２６】
その後、弁２４及び２６を開操作し、酸化剤供給機２２及び前処理液輸送機２５を駆動して、油化・分離装置１１内の前処理液Ｃを反応容器１２へ供給すると共に、酸化剤Ｂを反応容器１２へ供給する。このとき、固形物Ｄは油化・分離装置１１内に残留する。反応容器１２では、使用済イオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液Ｃが、高温高圧水と酸化剤Ｂの作用で分解されて、分解ガスとしての二酸化炭素と、分解液としての水に分解される。
【００２７】
従って、上記実施の形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
【００２８】
（１）使用済イオン交換樹脂に含有または付着した酸化鉄などの固形物Ｄが、油化・分離装置１１にて分離されて除去されるので、この油化・分離装置１１にて油化された使用済イオン交換樹脂を含む前処理液Ｃを分解する反応容器１２や、前処理液供給ライン１４、分解済流体移動ライン１７等の配管は、固形物Ｄにより閉塞または腐食することを防止できる。
【００２９】
（２）油化・分離装置１１では、使用済イオン交換樹脂に付着等した酸化鉄と共に、放射性物質が分離され除去されることから、使用済イオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液Ｃを分解する反応容器１２内の放射能レベルが低下し、この反応容器１２に施す放射能に対する対策を緩和することができる。
【００３０】
（３）油化・分離装置１１において使用済イオン交換樹脂を固体から液体（油）へ変換してから、この油を含む前処理液Ｃを前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２へ供給することから、この前処理液供給ライン１４における前処理液輸送機２５に目詰まりが発生することがなく、前処理液Ｃを反応容器１２へ安定して供給することができる。
【００３１】
［Ｂ］第２の実施の形態（図１）
この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分には、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００３２】
本実施の形態におけるイオン交換樹脂の処理装置３０が前記第１の実施の形態のイオン交換樹脂の処理装置１０と異なる点は、反応容器１２が水の臨界圧力２２．１ＭＰａ以上の圧力で運転されるよう構成された点である。このとき、反応容器１２内は、水の臨界温度（３７４．２℃）以上であっても以下であってもよく、３７４．２℃以上の場合には、反応容器１２内の水は超臨界水となる。
【００３３】
従って、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。
【００３４】
（４）反応容器１２が水の臨界圧力以上の圧力で運転されたことから、反応容器１２内において使用済イオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液Ｃの分解速度を高めることができる。特に、反応容器１２内が水の臨界圧力、温度以上となっているときには、超臨界水によって前処理液Ｃの分解速度をより一層高めることができる。
【００３５】
［Ｃ］第３の実施の形態（図２）
図２は、本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第３の実施の形態を示す系統図である。この第３の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分には、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００３６】
本実施の形態におけるイオン交換樹脂の処理装置４０が前記第１及び第２の実施の形態のイオン交換樹脂の処理装置１０、３０と異なる点は、反応容器１２が、外側に外容器４２が設置されることで二重容器構造で構成され、この外容器４２と反応容器１２との隙間部４３に、反応容器１２内と同一圧力に加圧された均圧維持水Ｆが供給可能に構成された点である。
【００３７】
均圧維持水Ｆは、均圧維持水供給ポンプ４４を備えた均圧維持水供給ライン４５によって隙間部４３へ供給される。これにより、反応容器１２内と隙間部４３内とが同一圧力に維持される。また、隙間部４３内の均圧維持水Ｆは、均圧維持水排出ライン４６を経て、分解済流体移動ライン１７における冷却器２８の上流側へ排出され、分解済流体移動ライン１７を流れる分解済流体Ｅと合流する。
【００３８】
このイオン交換樹脂の処理装置４０では、油化・分離装置１１からの前処理液Ｃが前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２内へ供給されると共に、この反応容器１２と外容器４２との間の隙間部４３に、均圧維持水供給ライン４５から均圧維持水Ｆが供給される。この状態で、反応容器１２内で前処理液Ｃが分解されて二酸化炭素（分解ガス）及び水（分解液）が生成される。反応容器１２において前処理液Ｃが分解されることで生成された分解済流体Ｅ（分解ガス及び分解液）は、分解済流体移動ライン１７を流れる間に、隙間部４３から均圧維持水排出ライン４６を経て排出された均圧維持水Ｆと合流し、冷却され希釈される。
【００３９】
従って、本実施の形態によれば、前記第１及び第２の実施の形態の効果（１）〜（４）と同様な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。
【００４０】
（５）反応容器１２の外側の外容器４２と反応容器１２との間の隙間部４３に、均圧維持水供給ライン４５から均圧維持水Ｆが供給されて、隙間部４３と反応容器１２とが同一圧力に維持されることから、外容器４２を耐圧材料で製作するものの、圧力容器１２を耐圧材料で製作する必要がなく、耐腐食機能を備えた材料で製作すれば足りる。このように、反応容器１２が耐圧性及び耐腐食性を兼ね備える必要がないので、コストを低減できる。
【００４１】
［Ｄ］第４の実施の形態（図３）
図３は、本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第４の実施の形態を示す系統図である。この第４の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００４２】
本実施の形態におけるイオン交換樹脂の処理装置５０が前記第１及び第２の実施の形態のイオン交換樹脂の処理装置１０、３０と異なる点は、前処理液供給ライン１４に前処理液輸送機２５が設置されず、油化・分離装置１１に水Ｇを供給する水供給ライン５１が接続され、油化・分離装置１１内の前処理液Ｃを、水供給ライン５１から供給される水Ｇにより、前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２へ圧送可能に構成された点である。
【００４３】
水Ｇを油化・分離装置１１へ供給する水供給ライン５１には、ポンプなどの水供給機５２と、この水供給機５２の下流側に弁５３を備える。弁５３の開操作時に、水供給機５２の駆動によって水Ｇが油化・分離装置１１へ供給され、これにより油化・分離装置１１内の前処理液Ｃが前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２へ圧送される。
【００４４】
このイオン交換樹脂の処理装置５０では、まず、弁２０及び２３を開操作し、弁２４、２６及び５３を閉操作した状態で、スラリー輸送機１９及び酸化剤供給機２２を駆動して、スラリーＡと酸化剤Ｂを油化・分離装置１１へ供給する。次に、弁２０及び２３を閉操作して、油化・分離装置１１を２００℃で２時間保持する。２時間経過後、油化・分離装置１１内で、スラリーＡ中の使用済イオン交換樹脂は、表１に示すように全て油化される。
【００４５】
その後、弁２４、２６及び５３を開操作し、水供給機５２の駆動により水Ｇを油化・分離装置１１へ供給して、この油化・分離装置１１内の前処理液Ｃを、前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２へ圧送する。と同時に、酸化剤供給機２２の駆動により、酸化剤Ｂ（例えば過酸化水素）を第２酸化剤供給ライン１６を経て反応容器１２へ供給する。これにより、油化・分離装置１１において、使用済イオン交換樹脂に付着などした酸化鉄等の固形物Ｄが油化・分離装置１１に残存して除去され、この油化・分離装置１１にて油化された使用済イオン交換樹脂が、反応容器１２において分解されて、二酸化炭素（分解ガス）及び水（分解液）となる。
【００４６】
従って、本実施の形態によれば、前記第１及び第２の実施の形態の効果（１）〜（４）と同様な効果を奏するほか、次の効果（６）を奏する。
【００４７】
（６）油化・分離装置１１内で油化された使用済イオン交換樹脂を含む前処理液Ｃが、水供給ライン１１から供給される水Ｇにより、前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２へ圧送され、前処理液供給ライン１４に前処理液輸送機２５が設置されないことから、この前処理液輸送機２５に油が付着して腐食したり、前処理液輸送機２５がガスの流入により作動不良となる事態を未然に回避することができる。
【００４８】
［Ｅ］第５の実施の形態（図３）
この第５の実施の形態において、前記第１及び第４の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００４９】
本実施の形態におけるイオン交換樹脂の処理装置６０が前記第４の実施の形態のイオン交換樹脂の処理装置５０と異なる点は、油化・分離装置１１が、まず使用済イオン交換樹脂中の硫黄分を除去し、その後にイオン交換樹脂を油化するよう構成された点である。
【００５０】
上述のように使用済イオン交換樹脂の脱硫と油化を別々に実施する本イオン交換樹脂の処理装置６０について、実験結果と作用を以下に説明する。
【００５１】
乾燥重量１：１の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂と、これらイオン交換樹脂の１／１０重量の酸化鉄（III）と、酸化剤として、イオン交換樹脂に対してそれぞれ０〜１倍の過酸化水素とを約６ｃｍ３の反応容器に入れて密封し、温度２００〜３００℃で、そのまま２時間保持する油化試験を実施した。その結果、試験後に反応容器内から回収したサンプルの分析結果は、過酸化水素の添加量及び温度に応じて表２に示す通りとなった。即ち、３００℃で過酸化水素なしの条件では、イオン交換樹脂中の炭素分、硫黄分がそれぞれ処理液へ１１％、７７％移行し、イオン交換樹脂は固形物として残存した。また、２００℃で過酸化水素１倍の条件では、イオン交換樹脂中の炭素分、硫黄分がそれぞれ処理液へ４３％、１００％移行し、更にイオン交換樹脂は固形物として残存せず、全て油化されるという結果であった。
【表２】
【００５２】
このイオン交換樹脂の処理装置６０では、まず弁２０のみを開操作し、弁２３、２４、２６及び５３を閉操作した状態で、スラリー輸送機１９を駆動し、スラリーＡを油化・分離装置１１へ供給する。次に、弁２０を閉操作して、油化・分離装置１１を３００℃で２時間保持する。２時間経過後、油化・分離装置１１内の使用済イオン交換樹脂は油化されず、固形物として油化・分離装置１１に残存し、使用済イオン交換樹脂中の硫黄分が、表２に示すように約８０％脱硫される。
【００５３】
上記２時間経過後に、弁２４、２６、５３を開操作し、水供給機５２を駆動して、水供給ライン５１から供給される水Ｇにより、油化・分離装置１１内の硫黄分を多量に含む前処理液Ｃを反応容器１２へ圧送する。この圧送と同時に、酸化剤供給機２２を駆動して、酸化剤Ｂを、第２酸化剤供給ライン１６を経て反応容器１２へ供給する。これにより、反応容器１２内で使用済イオン交換樹脂から脱硫された硫黄分が分解される。
【００５４】
硫黄分を多量に含む前処理液Ｃを反応容器１２へ圧送した後、弁２３を開操作し、弁２４、２６、５３を閉操作し、酸化剤Ｂを油化・分離装置１１へ供給する。その後弁２３を閉操作し、油化・分離装置１１を２００℃または３００℃で２時間保持する。２時間経過後には、油化・分離装置１１内で、使用済イオン交換樹脂（脱硫済み）は表２に示すように全て油化される。このとき、硫黄分も反応容器１２内で分解される。
【００５５】
その後、弁２４、２６、５３を開操作し、水供給機５２の駆動により水Ｇを油化・分離装置１１へ供給して、この油化・分離装置１１内の前処理液Ｃを、前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２へ圧送する。この圧送と同時に、酸化剤供給機２２の駆動により、酸化剤Ｂ（例えば過酸化水素）を第２酸化剤供給ライン１６を経て反応容器１２へ供給する。これにより、油化・分離装置１１において、使用済イオン交換樹脂に付着した酸化鉄等の固形物Ｄが油化・分離装置１１に残存して除去され、この油化・分離装置１１にて油化された使用済イオン交換樹脂（脱硫済み）が、反応容器１２において分解されて、二酸化炭素（分解ガス）及び水（分解液）となる。
【００５６】
従って、本実施の形態によれば、前記第１、第２及び第４の実施の形態の効果（１）〜（４）及び（６）と同様な効果を奏するほか、次の効果（７）を奏する。
【００５７】
（７）油化・分離装置１１において、まず、使用済イオン交換樹脂中の硫黄分が除去され、その後に使用済イオン交換樹脂が油化されることから、この油化された使用済イオン交換樹脂（脱硫済み）を反応容器１２において分解処理する際に、この反応容器１２内が超臨界状態となっている場合にも、当該反応容器１２内で硫黄分により生ずる無機塩（例えば硫酸アンモニウム）が析出することを防止できる。この結果、反応容器１２、及び分解済流体移動ライン１７が上記無機塩や酸化鉄などの固形物により閉塞し、腐食することを確実に防止できる。
【００５８】
［Ｆ］第６の実施の形態（図４）
図４は、本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第６の実施の形態を示す系統図である。この第６の実施の形態において、前記第１及び第２の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００５９】
本実施の形態におけるイオン交換樹脂の処理装置７０が、前記第１及び第２の実施の形態のイオン交換樹脂の処理装置１０、３０と異なる点は、油化・分離装置１１が複数台並列に設置され、それぞれの油化・分離装置１１（油化・分離装置１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…）が時間差を設けて、油化及び分離処理を実施するよう構成された点である。
【００６０】
つまり、ある１台の油化・分離装置１１（例えば油化・分離装置１１Ａ）で使用済イオン交換樹脂の油化及び分離処理を終了し、生成された前処理液Ｃを反応容器１２で分解処理している間に、他の油化・分離装置１１（例えば油化・分離装置１１Ｂ）で使用済イオン交換樹脂の油化及び分離処理を実施するものである。
【００６１】
従って、本実施の形態によれば、前記第１及び第２の実施の形態の効果（１）〜（４）と同様な効果を奏するほか、次の効果（８）を奏する。
【００６２】
（８）油化・分離装置１１（油化・分離装置１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…）での油化及び分離処理と、反応容器１２での分解処理とを並行して実施できるので、使用済イオン交換樹脂の処理を効率的かつ迅速に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第１の実施の形態を示す系統図。
【図２】本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第３の実施の形態を示す系統図
【図３】本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第４の実施の形態を示す系統図。
【図４】本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第６の実施の形態を示す系統図。
【符号の説明】
【００６４】
１０ イオン交換樹脂の処理装置
１１ 油化・分離装置
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 油化・分離装置
１２ 反応容器
１３ スラリー輸送ライン（イオン交換樹脂輸送ライン）
１４ 前処理液供給ライン
１５ 第１酸化剤供給ライン
１６ 第２酸化剤供給ライン
１７ 分解済流体移動ライン
３０ イオン交換樹脂の処理装置
４０ イオン交換樹脂の処理装置
４２ 外容器
４３ 隙間部
４５ 均圧維持水供給ライン
５０ イオン交換樹脂の処理装置
５１ 水供給ライン
６０ イオン交換樹脂の処理装置
７０ イオン交換樹脂の処理装置
Ａ スラリー
Ｂ 酸化剤
Ｃ 前処理液
Ｄ 固形物
Ｅ 分解済流体
Ｆ 均圧維持水
Ｇ 水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済イオン交換樹脂を分解処理するイオン交換樹脂の処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機物を含む廃棄物を処理する方法として、水の臨界点（温度３７４．２℃、圧力２２．１ＭＰａ）を超える高温高圧状態の水（例えば超臨界状態の水）を用いる方法が注目されている。本方法は、超臨界状態の水（超臨界水）が高エネルギーを有するために、高速で有機物の結合を切断できるという特徴を生かしたものである。
【０００３】
一方、超臨界水では、無機塩の溶解度が低下するという特徴がある。従って、超臨界水を満たした反応容器内で、原子力発電所の復水浄化系等から発生した使用済イオン交換樹脂を分解処理する場合、イオン交換樹脂は硫黄分や窒素分を含み、かつ酸化鉄が付着しているため、分解処理後、硫黄分や窒素分から生成する無機塩などの無機物や酸化鉄が反応容器の容器壁などに堆積し、反応容器内が閉塞したり、腐食が促進する問題が生じる。
【０００４】
無機物等が堆積する問題を解決する方法として、例えば、「湿式酸化型プロセスにおける固形体分離方法及び装置」（特許文献１）では、臨界温度を超えるスーパーゾーンと臨界温度よりも低いサブゾーンで構成される縦型反応容器内に、水、有機物、無機物、酸素を含む物質を供給し、スーパーゾーンで反応させる。反応時に析出した無機物及び固形体等の固形物以外の分解ガス及び分解液は、スーパーゾーンで流れを反転させてから反応容器上側出口配管を通って反応容器外へ排出される。無機物及び固形体等の固形物はサブゾーンに移動し溶解されて、反応容器下側出口配管を通って反応容器外へ排出される。
【特許文献１】国際公開ＷＯ８９／０２８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献記載の手法では、無機物を多量に含む廃棄物、もしくは分解後に多量の無機物が析出される廃棄物を処理した場合、無機物及び固形体等の固形物の大きさが小さかったり、重量が軽いものであったりすると、無機物及び固形体等の固形物がサブゾーンに移動せず、分解ガス及び分解液の流れに同伴してしまう。その結果、反応容器上側出口配管内を無機物及び固形体が固体のまま移動し、同配管等を閉塞する恐れがある。
【０００６】
このように、超臨界水を含む高温高圧状態の水（高温高圧水）中で、使用済イオン交換樹脂を反応容器内で処理する場合、無機塩の溶解度が低下するため、反応容器の壁などに無機塩（無機物）や、イオン交換樹脂に含まれる酸化鉄（固形体）等の固形物が析出し、その結果として、反応容器や配管が閉塞したり、腐食が促進する恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、使用済イオン交換樹脂を反応容器内で分解処理する際に、反応容器や配管の固形物による閉塞または腐食を防止できるイオン交換樹脂の処理装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置は、イオン交換樹脂を高温高圧水で油化し、このイオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液と残存する固形物とを分離する油化・分離装置と、前記前処理液を高温高圧水下で分解する反応容器と、イオン交換樹脂を前記油化・分離装置へ輸送するイオン交換樹脂輸送ラインと、前記油化・分離装置からの前処理液を前記反応容器へ供給する前処理液供給ラインと、イオン交換樹脂を油化するために使用する酸化剤を油化・分離装置へ供給する第１酸化剤供給ラインと、前処理液を分解するために使用する酸化剤を反応容器へ供給する第２酸化剤供給ラインと、前記反応容器にて生成された分解ガス及び分解液を冷却し減圧する分解済流体移動ラインと、を有することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置方法は、イオン交換樹脂を油化・分離装置にて高温高圧水で油化し、このイオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液と残存する固形物とを分離した後、この前処理液を反応容器により高温高圧水下で分解処理することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置及び方法によれば、使用済イオン交換樹脂を反応容器内で分解処理する際に、油化・分離装置によって、イオン交換樹脂に付着または含有等された固形物が予め除去されるので、反応容器や、この反応容器に接続された配管が固形物により閉塞または腐食することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、各々の実施例を組み合せて実施することによって各々の発明の効果を得ることができる。
【００１２】
［Ａ］第１の実施の形態（図１）
図１は、本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第１の実施の形態を示す系統図である。この図１に示すイオン交換樹脂の処理装置１０は、高温高圧水（高温高圧状態の水）を用いて使用済イオン交換樹脂を分解処理するものであり、油化・分離装置１１、反応容器１２、イオン交換樹脂輸送ラインとしてのスラリー輸送ライン１３、前処理液供給ライン１４、第１酸化剤供給ライン１５、第２酸化剤供給ライン１６及び分解済流体移動ライン１７を有して構成される。
【００１３】
スラリー輸送ライン１３は、使用済イオン交換樹脂に水を混合させたスラリーＡを油化・分離装置１１へ輸送するものである。このスラリー輸送ライン１３には、上流側から下流側へ向かって、ポンプなどのスラリー輸送機１９、弁２０が順次配設されて構成される。弁２０の開操作時に、スラリー輸送機１９の駆動によってスラリーＡが油化・分離装置１１へ供給される。
【００１４】
油化・分離装置１１は、使用済イオン交換樹脂を含むスラリーＡを、高温高圧水と後述の酸化剤Ｂとを使用して油化し、使用済イオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液Ｃと固形物Ｄとを分離するものである。固形物Ｄとしては、使用済イオン交換樹脂に付着または含有した酸化鉄などである。この固形物Ｄを確実に分離するために、油化・分離装置１１は、焼結フィルタまたは中空糸フィルタを備えることが好ましい。これらのフィルタにより、固形物Ｄは油化・分離装置１１内に残留する。
【００１５】
また、油化・分離装置１１は、水の臨界圧力２２．１Ｍｐａ以上の圧力で運転されることが好ましい。油化・分離装置１１内が水の臨界圧力以上であれば、使用済イオン交換樹脂の油化速度が速くなり、且つ使用済イオン交換樹脂のほとんど全てが油化（液化）されるからである。更に、油化・分離装置１１には、加温用のヒータ２１が設置されている。
【００１６】
第１酸化剤供給ライン１５は、使用済イオン交換樹脂を油化するために使用する酸化剤Ｂを、油化・分離装置１１へ供給するものである。酸化剤Ｂとしては、酸素、空気、過酸化水素、またはオゾンなどであるが、本実施の形態では過酸化水素が用いられる。
【００１７】
この第１酸化剤供給ライン１５には、上流側から下流側へ向かって、ポンプなどの酸化剤供給機２２、弁２３が順次配設されて構成される。弁２３の開操作時に、酸化剤供給機２２の駆動によって酸化剤Ｂが油化・分離装置１１へ供給される。
【００１８】
第１酸化剤供給ライン１５から油化・分離装置１１へ供給される酸化剤Ｂは、使用済イオン交換樹脂の油化に必要な量の１倍以上に設定される。例えば、乾燥重量１：１の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂と、これらイオン交換樹脂の１／１０重量の酸化鉄（III）と、酸化剤として、イオン交換樹脂に対してそれぞれ０〜１倍の過酸化水素とを約６ｃｍ３の反応容器に入れて密封し、温度２００℃で、そのまま２時間保持する油化試験を実施した。その結果、試験後に反応容器内から回収した処理液の分析結果は、過酸化水素の添加量に応じて表１に示す通りとなった。即ち、過酸化水素をイオン交換樹脂に対して当量添加することで、イオン交換樹脂を全て油化することが可能となる。
【表１】
【００１９】
前処理液供給ライン１４は、油化・分離装置１１にて分離された、油化された使用済イオン交換樹脂を含む前処理液Ｃを反応容器１２へ供給するものである。この前処理液供給ライン１４には、上流側から下流側へ向かって、弁２４、ポンプなどの前処理液輸送機２５が順次配設されて構成される。
【００２０】
第２酸化剤供給ライン１６は、前処理液Ｃを分解するために使用する酸化剤を反応容器１２へ供給するためのものである。この第２酸化剤供給ライン１６は、第１酸化剤供給ライン１５における酸化剤供給機２２と弁２３との間から分岐されており、弁２６を有する。この弁２６の開操作時に、酸化剤供給機２２の駆動によって酸化剤Ｂが反応容器１２へ供給される。反応容器１２へ導かれた酸化剤も、酸素、空気、過酸化水素、またはオゾンなどである。
【００２１】
反応容器１２は、前処理液Ｃを、第２酸化剤供給ライン１６から供給される酸化剤（例えば過酸化水素）の作用で、高温高圧水の条件下で分解して、分解ガス及び分解液（分解済流体Ｅ）とするものである。この反応容器１２はヒータ２７により加温される。
【００２２】
分解済流体移動ライン１７は、反応容器１２にて生成された分解済流体（分解ガス、分解液）Ｅを冷却し、常圧まで減圧するものであり、上流側から下流側へ向かって冷却器２７、減圧弁２９を順次備えて構成される。
【００２３】
次に、上述のように構成されたイオン交換樹脂の処理装置１０の作用を説明する。
【００２４】
このイオン交換樹脂の処理装置１０では、油化・分離装置１１において、スラリーＡ中の使用済イオン交換樹脂を、高温高圧水及び酸化剤Ｂの作用によって油化し、この使用済イオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液Ｃと、残存する酸化鉄などの固形物Ｄとを分離する。その後、前処理液Ｃを反応容器１２へ導き、高温高圧水及び酸化剤Ｂの作用で分解する。以下に、本処理装置１０の作用を具体的に説明する。
【００２５】
弁２０及び２３を開操作し、弁２４及び２６を閉操作した状態で、スラリー輸送機１９及び酸化剤供給機２２を駆動して、スラリーＡ及び酸化剤Ｂを油化・分離装置１１へ供給する。次に、スラリー輸送機１９及び酸化剤供給機２２を停止し、弁２０及び２３を閉操作して、油化・分離装置１１を２００℃で２時間保持する。２時間経過後、使用済イオン交換樹脂は、表１に示すように全て油化され、このイオン交換樹脂に付着または含有した酸化鉄は、固形物Ｄとして分離される。
【００２６】
その後、弁２４及び２６を開操作し、酸化剤供給機２２及び前処理液輸送機２５を駆動して、油化・分離装置１１内の前処理液Ｃを反応容器１２へ供給すると共に、酸化剤Ｂを反応容器１２へ供給する。このとき、固形物Ｄは油化・分離装置１１内に残留する。反応容器１２では、使用済イオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液Ｃが、高温高圧水と酸化剤Ｂの作用で分解されて、分解ガスとしての二酸化炭素と、分解液としての水に分解される。
【００２７】
従って、上記実施の形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
【００２８】
（１）使用済イオン交換樹脂に含有または付着した酸化鉄などの固形物Ｄが、油化・分離装置１１にて分離されて除去されるので、この油化・分離装置１１にて油化された使用済イオン交換樹脂を含む前処理液Ｃを分解する反応容器１２や、前処理液供給ライン１４、分解済流体移動ライン１７等の配管は、固形物Ｄにより閉塞または腐食することを防止できる。
【００２９】
（２）油化・分離装置１１では、使用済イオン交換樹脂に付着等した酸化鉄と共に、放射性物質が分離され除去されることから、使用済イオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液Ｃを分解する反応容器１２内の放射能レベルが低下し、この反応容器１２に施す放射能に対する対策を緩和することができる。
【００３０】
（３）油化・分離装置１１において使用済イオン交換樹脂を固体から液体（油）へ変換してから、この油を含む前処理液Ｃを前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２へ供給することから、この前処理液供給ライン１４における前処理液輸送機２５に目詰まりが発生することがなく、前処理液Ｃを反応容器１２へ安定して供給することができる。
【００３１】
［Ｂ］第２の実施の形態（図１）
この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分には、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００３２】
本実施の形態におけるイオン交換樹脂の処理装置３０が前記第１の実施の形態のイオン交換樹脂の処理装置１０と異なる点は、反応容器１２が水の臨界圧力２２．１ＭＰａ以上の圧力で運転されるよう構成された点である。このとき、反応容器１２内は、水の臨界温度（３７４．２℃）以上であっても以下であってもよく、３７４．２℃以上の場合には、反応容器１２内の水は超臨界水となる。
【００３３】
従って、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。
【００３４】
（４）反応容器１２が水の臨界圧力以上の圧力で運転されたことから、反応容器１２内において使用済イオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液Ｃの分解速度を高めることができる。特に、反応容器１２内が水の臨界圧力、温度以上となっているときには、超臨界水によって前処理液Ｃの分解速度をより一層高めることができる。
【００３５】
［Ｃ］第３の実施の形態（図２）
図２は、本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第３の実施の形態を示す系統図である。この第３の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分には、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００３６】
本実施の形態におけるイオン交換樹脂の処理装置４０が前記第１及び第２の実施の形態のイオン交換樹脂の処理装置１０、３０と異なる点は、反応容器１２が、外側に外容器４２が設置されることで二重容器構造で構成され、この外容器４２と反応容器１２との隙間部４３に、反応容器１２内と同一圧力に加圧された均圧維持水Ｆが供給可能に構成された点である。
【００３７】
均圧維持水Ｆは、均圧維持水供給ポンプ４４を備えた均圧維持水供給ライン４５によって隙間部４３へ供給される。これにより、反応容器１２内と隙間部４３内とが同一圧力に維持される。また、隙間部４３内の均圧維持水Ｆは、均圧維持水排出ライン４６を経て、分解済流体移動ライン１７における冷却器２８の上流側へ排出され、分解済流体移動ライン１７を流れる分解済流体Ｅと合流する。
【００３８】
このイオン交換樹脂の処理装置４０では、油化・分離装置１１からの前処理液Ｃが前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２内へ供給されると共に、この反応容器１２と外容器４２との間の隙間部４３に、均圧維持水供給ライン４５から均圧維持水Ｆが供給される。この状態で、反応容器１２内で前処理液Ｃが分解されて二酸化炭素（分解ガス）及び水（分解液）が生成される。反応容器１２において前処理液Ｃが分解されることで生成された分解済流体Ｅ（分解ガス及び分解液）は、分解済流体移動ライン１７を流れる間に、隙間部４３から均圧維持水排出ライン４６を経て排出された均圧維持水Ｆと合流し、冷却され希釈される。
【００３９】
従って、本実施の形態によれば、前記第１及び第２の実施の形態の効果（１）〜（４）と同様な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。
【００４０】
（５）反応容器１２の外側の外容器４２と反応容器１２との間の隙間部４３に、均圧維持水供給ライン４５から均圧維持水Ｆが供給されて、隙間部４３と反応容器１２とが同一圧力に維持されることから、外容器４２を耐圧材料で製作するものの、圧力容器１２を耐圧材料で製作する必要がなく、耐腐食機能を備えた材料で製作すれば足りる。このように、反応容器１２が耐圧性及び耐腐食性を兼ね備える必要がないので、コストを低減できる。
【００４１】
［Ｄ］第４の実施の形態（図３）
図３は、本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第４の実施の形態を示す系統図である。この第４の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００４２】
本実施の形態におけるイオン交換樹脂の処理装置５０が前記第１及び第２の実施の形態のイオン交換樹脂の処理装置１０、３０と異なる点は、前処理液供給ライン１４に前処理液輸送機２５が設置されず、油化・分離装置１１に水Ｇを供給する水供給ライン５１が接続され、油化・分離装置１１内の前処理液Ｃを、水供給ライン５１から供給される水Ｇにより、前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２へ圧送可能に構成された点である。
【００４３】
水Ｇを油化・分離装置１１へ供給する水供給ライン５１には、ポンプなどの水供給機５２と、この水供給機５２の下流側に弁５３を備える。弁５３の開操作時に、水供給機５２の駆動によって水Ｇが油化・分離装置１１へ供給され、これにより油化・分離装置１１内の前処理液Ｃが前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２へ圧送される。
【００４４】
このイオン交換樹脂の処理装置５０では、まず、弁２０及び２３を開操作し、弁２４、２６及び５３を閉操作した状態で、スラリー輸送機１９及び酸化剤供給機２２を駆動して、スラリーＡと酸化剤Ｂを油化・分離装置１１へ供給する。次に、弁２０及び２３を閉操作して、油化・分離装置１１を２００℃で２時間保持する。２時間経過後、油化・分離装置１１内で、スラリーＡ中の使用済イオン交換樹脂は、表１に示すように全て油化される。
【００４５】
その後、弁２４、２６及び５３を開操作し、水供給機５２の駆動により水Ｇを油化・分離装置１１へ供給して、この油化・分離装置１１内の前処理液Ｃを、前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２へ圧送する。と同時に、酸化剤供給機２２の駆動により、酸化剤Ｂ（例えば過酸化水素）を第２酸化剤供給ライン１６を経て反応容器１２へ供給する。これにより、油化・分離装置１１において、使用済イオン交換樹脂に付着などした酸化鉄等の固形物Ｄが油化・分離装置１１に残存して除去され、この油化・分離装置１１にて油化された使用済イオン交換樹脂が、反応容器１２において分解されて、二酸化炭素（分解ガス）及び水（分解液）となる。
【００４６】
従って、本実施の形態によれば、前記第１及び第２の実施の形態の効果（１）〜（４）と同様な効果を奏するほか、次の効果（６）を奏する。
【００４７】
（６）油化・分離装置１１内で油化された使用済イオン交換樹脂を含む前処理液Ｃが、水供給ライン１１から供給される水Ｇにより、前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２へ圧送され、前処理液供給ライン１４に前処理液輸送機２５が設置されないことから、この前処理液輸送機２５に油が付着して腐食したり、前処理液輸送機２５がガスの流入により作動不良となる事態を未然に回避することができる。
【００４８】
［Ｅ］第５の実施の形態（図３）
この第５の実施の形態において、前記第１及び第４の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００４９】
本実施の形態におけるイオン交換樹脂の処理装置６０が前記第４の実施の形態のイオン交換樹脂の処理装置５０と異なる点は、油化・分離装置１１が、まず使用済イオン交換樹脂中の硫黄分を除去し、その後にイオン交換樹脂を油化するよう構成された点である。
【００５０】
上述のように使用済イオン交換樹脂の脱硫と油化を別々に実施する本イオン交換樹脂の処理装置６０について、実験結果と作用を以下に説明する。
【００５１】
乾燥重量１：１の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂と、これらイオン交換樹脂の１／１０重量の酸化鉄（III）と、酸化剤として、イオン交換樹脂に対してそれぞれ０〜１倍の過酸化水素とを約６ｃｍ３の反応容器に入れて密封し、温度２００〜３００℃で、そのまま２時間保持する油化試験を実施した。その結果、試験後に反応容器内から回収したサンプルの分析結果は、過酸化水素の添加量及び温度に応じて表２に示す通りとなった。即ち、３００℃で過酸化水素なしの条件では、イオン交換樹脂中の炭素分、硫黄分がそれぞれ処理液へ１１％、７７％移行し、イオン交換樹脂は固形物として残存した。また、２００℃で過酸化水素１倍の条件では、イオン交換樹脂中の炭素分、硫黄分がそれぞれ処理液へ４３％、１００％移行し、更にイオン交換樹脂は固形物として残存せず、全て油化されるという結果であった。
【表２】
【００５２】
このイオン交換樹脂の処理装置６０では、まず弁２０のみを開操作し、弁２３、２４、２６及び５３を閉操作した状態で、スラリー輸送機１９を駆動し、スラリーＡを油化・分離装置１１へ供給する。次に、弁２０を閉操作して、油化・分離装置１１を３００℃で２時間保持する。２時間経過後、油化・分離装置１１内の使用済イオン交換樹脂は油化されず、固形物として油化・分離装置１１に残存し、使用済イオン交換樹脂中の硫黄分が、表２に示すように約８０％脱硫される。
【００５３】
上記２時間経過後に、弁２４、２６、５３を開操作し、水供給機５２を駆動して、水供給ライン５１から供給される水Ｇにより、油化・分離装置１１内の硫黄分を多量に含む前処理液Ｃを反応容器１２へ圧送する。この圧送と同時に、酸化剤供給機２２を駆動して、酸化剤Ｂを、第２酸化剤供給ライン１６を経て反応容器１２へ供給する。これにより、反応容器１２内で使用済イオン交換樹脂から脱硫された硫黄分が分解される。
【００５４】
硫黄分を多量に含む前処理液Ｃを反応容器１２へ圧送した後、弁２３を開操作し、弁２４、２６、５３を閉操作し、酸化剤Ｂを油化・分離装置１１へ供給する。その後弁２３を閉操作し、油化・分離装置１１を２００℃または３００℃で２時間保持する。２時間経過後には、油化・分離装置１１内で、使用済イオン交換樹脂（脱硫済み）は表２に示すように全て油化される。このとき、硫黄分も反応容器１２内で分解される。
【００５５】
その後、弁２４、２６、５３を開操作し、水供給機５２の駆動により水Ｇを油化・分離装置１１へ供給して、この油化・分離装置１１内の前処理液Ｃを、前処理液供給ライン１４を経て反応容器１２へ圧送する。この圧送と同時に、酸化剤供給機２２の駆動により、酸化剤Ｂ（例えば過酸化水素）を第２酸化剤供給ライン１６を経て反応容器１２へ供給する。これにより、油化・分離装置１１において、使用済イオン交換樹脂に付着した酸化鉄等の固形物Ｄが油化・分離装置１１に残存して除去され、この油化・分離装置１１にて油化された使用済イオン交換樹脂（脱硫済み）が、反応容器１２において分解されて、二酸化炭素（分解ガス）及び水（分解液）となる。
【００５６】
従って、本実施の形態によれば、前記第１、第２及び第４の実施の形態の効果（１）〜（４）及び（６）と同様な効果を奏するほか、次の効果（７）を奏する。
【００５７】
（７）油化・分離装置１１において、まず、使用済イオン交換樹脂中の硫黄分が除去され、その後に使用済イオン交換樹脂が油化されることから、この油化された使用済イオン交換樹脂（脱硫済み）を反応容器１２において分解処理する際に、この反応容器１２内が超臨界状態となっている場合にも、当該反応容器１２内で硫黄分により生ずる無機塩（例えば硫酸アンモニウム）が析出することを防止できる。この結果、反応容器１２、及び分解済流体移動ライン１７が上記無機塩や酸化鉄などの固形物により閉塞し、腐食することを確実に防止できる。
【００５８】
［Ｆ］第６の実施の形態（図４）
図４は、本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第６の実施の形態を示す系統図である。この第６の実施の形態において、前記第１及び第２の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００５９】
本実施の形態におけるイオン交換樹脂の処理装置７０が、前記第１及び第２の実施の形態のイオン交換樹脂の処理装置１０、３０と異なる点は、油化・分離装置１１が複数台並列に設置され、それぞれの油化・分離装置１１（油化・分離装置１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…）が時間差を設けて、油化及び分離処理を実施するよう構成された点である。
【００６０】
つまり、ある１台の油化・分離装置１１（例えば油化・分離装置１１Ａ）で使用済イオン交換樹脂の油化及び分離処理を終了し、生成された前処理液Ｃを反応容器１２で分解処理している間に、他の油化・分離装置１１（例えば油化・分離装置１１Ｂ）で使用済イオン交換樹脂の油化及び分離処理を実施するものである。
【００６１】
従って、本実施の形態によれば、前記第１及び第２の実施の形態の効果（１）〜（４）と同様な効果を奏するほか、次の効果（８）を奏する。
【００６２】
（８）油化・分離装置１１（油化・分離装置１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…）での油化及び分離処理と、反応容器１２での分解処理とを並行して実施できるので、使用済イオン交換樹脂の処理を効率的かつ迅速に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第１の実施の形態を示す系統図。
【図２】本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第３の実施の形態を示す系統図
【図３】本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第４の実施の形態を示す系統図。
【図４】本発明に係るイオン交換樹脂の処理装置における第６の実施の形態を示す系統図。
【符号の説明】
【００６４】
１０ イオン交換樹脂の処理装置
１１ 油化・分離装置
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 油化・分離装置
１２ 反応容器
１３ スラリー輸送ライン（イオン交換樹脂輸送ライン）
１４ 前処理液供給ライン
１５ 第１酸化剤供給ライン
１６ 第２酸化剤供給ライン
１７ 分解済流体移動ライン
３０ イオン交換樹脂の処理装置
４０ イオン交換樹脂の処理装置
４２ 外容器
４３ 隙間部
４５ 均圧維持水供給ライン
５０ イオン交換樹脂の処理装置
５１ 水供給ライン
６０ イオン交換樹脂の処理装置
７０ イオン交換樹脂の処理装置
Ａ スラリー
Ｂ 酸化剤
Ｃ 前処理液
Ｄ 固形物
Ｅ 分解済流体
Ｆ 均圧維持水
Ｇ 水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換樹脂を高温高圧水で油化し、このイオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液と残存する固形物とを分離する油化・分離装置と、
前記前処理液を高温高圧水下で分解する反応容器と、
イオン交換樹脂を前記油化・分離装置へ輸送するイオン交換樹脂輸送ラインと、
前記油化・分離装置からの前処理液を前記反応容器へ供給する前処理液供給ラインと、
イオン交換樹脂を油化するために使用する酸化剤を油化・分離装置へ供給する第１酸化剤供給ラインと、
前処理液を分解するために使用する酸化剤を反応容器へ供給する第２酸化剤供給ラインと、
前記反応容器にて生成された分解ガス及び分解液を冷却し減圧する分解済流体移動ラインと、を有することを特徴とするイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項２】
前記第１酸化剤供給ラインから油化・分離装置へ供給される酸化剤は、イオン交換樹脂の油化に必要な量の１倍以上に設定されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項３】
前記油化・分離装置は、水の臨界圧力以上の圧力で運転されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項４】
前記反応容器は、水の臨界圧力以上の圧力で運転されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項５】
前記反応容器は、水の臨界圧力、温度以上の圧力及び温度で運転されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項６】
前記反応容器は、外側に外容器が設置された二重容器に構成され、前記外容器と前記反応容器との隙間部に均圧維持水が供給可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項７】
前記油化・分離装置には、水を供給する水供給ラインが接続され、前記油化・分離装置内の前処理液を前記水供給ラインから供給される水により、前処理液供給ラインを経て反応容器へ圧送可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項８】
前記油化・分離装置は、まず、イオン交換樹脂中の硫黄分を除去し、その後に、イオン交換樹脂を油化するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項９】
前記油化・分離装置が複数台並列に設置され、それぞれの油化・分離装置が時間差を設けて油化及び分離を実施するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項１０】
前記油化・分離装置は、固形物分離のために焼結フィルタまたは中空糸膜フィルタを備えたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２酸化剤供給ラインが供給する酸化剤は、酸素、空気、過酸化水素、またはオゾンの少なくとも一部材であることを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項１２】
イオン交換樹脂を油化・分離装置にて高温高圧水で油化し、このイオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液と残存する固形物とを分離した後、
この前処理液を反応容器により高温高圧水下で分解処理することを特徴とするイオン交換樹脂の処理装置方法。
【請求項１３】
前記油化・分離装置内の前処理液を、水供給ラインから当該油化・分離装置へ供給される水により、反応容器へ圧送することを特徴とする請求項１２に記載のイオン交換樹脂の処理方法。
【請求項１４】
油化・分離装置にて、まず、イオン交換樹脂中の硫黄分を除去し、その後に、当該油化・分離装置にてイオン交換樹脂を油化することを特徴とする請求項１２に記載のイオン交換樹脂の処理方法。
【請求項１５】
前記分解処理における前記高温高圧水は、超臨界水であることを特徴とする請求項１２に記載のイオン交換樹脂の処理方法。
【請求項１】
イオン交換樹脂を高温高圧水で油化し、このイオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液と残存する固形物とを分離する油化・分離装置と、
前記前処理液を高温高圧水下で分解する反応容器と、
イオン交換樹脂を前記油化・分離装置へ輸送するイオン交換樹脂輸送ラインと、
前記油化・分離装置からの前処理液を前記反応容器へ供給する前処理液供給ラインと、
イオン交換樹脂を油化するために使用する酸化剤を油化・分離装置へ供給する第１酸化剤供給ラインと、
前処理液を分解するために使用する酸化剤を反応容器へ供給する第２酸化剤供給ラインと、
前記反応容器にて生成された分解ガス及び分解液を冷却し減圧する分解済流体移動ラインと、を有することを特徴とするイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項２】
前記第１酸化剤供給ラインから油化・分離装置へ供給される酸化剤は、イオン交換樹脂の油化に必要な量の１倍以上に設定されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項３】
前記油化・分離装置は、水の臨界圧力以上の圧力で運転されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項４】
前記反応容器は、水の臨界圧力以上の圧力で運転されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項５】
前記反応容器は、水の臨界圧力、温度以上の圧力及び温度で運転されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項６】
前記反応容器は、外側に外容器が設置された二重容器に構成され、前記外容器と前記反応容器との隙間部に均圧維持水が供給可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項７】
前記油化・分離装置には、水を供給する水供給ラインが接続され、前記油化・分離装置内の前処理液を前記水供給ラインから供給される水により、前処理液供給ラインを経て反応容器へ圧送可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項８】
前記油化・分離装置は、まず、イオン交換樹脂中の硫黄分を除去し、その後に、イオン交換樹脂を油化するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項９】
前記油化・分離装置が複数台並列に設置され、それぞれの油化・分離装置が時間差を設けて油化及び分離を実施するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項１０】
前記油化・分離装置は、固形物分離のために焼結フィルタまたは中空糸膜フィルタを備えたことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２酸化剤供給ラインが供給する酸化剤は、酸素、空気、過酸化水素、またはオゾンの少なくとも一部材であることを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理装置。
【請求項１２】
イオン交換樹脂を油化・分離装置にて高温高圧水で油化し、このイオン交換樹脂から生成された油を含む前処理液と残存する固形物とを分離した後、
この前処理液を反応容器により高温高圧水下で分解処理することを特徴とするイオン交換樹脂の処理装置方法。
【請求項１３】
前記油化・分離装置内の前処理液を、水供給ラインから当該油化・分離装置へ供給される水により、反応容器へ圧送することを特徴とする請求項１２に記載のイオン交換樹脂の処理方法。
【請求項１４】
油化・分離装置にて、まず、イオン交換樹脂中の硫黄分を除去し、その後に、当該油化・分離装置にてイオン交換樹脂を油化することを特徴とする請求項１２に記載のイオン交換樹脂の処理方法。
【請求項１５】
前記分解処理における前記高温高圧水は、超臨界水であることを特徴とする請求項１２に記載のイオン交換樹脂の処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１６７２３９（Ｐ２００９−１６７２３９Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４０２５（Ｐ２００８−４０２５）
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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