CN105810276B - 一种放射性有机废物处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于放射性物质处理设备技术领域，涉及一种放射性有机废物处理装置，主体结构包括废物暂存罐、催化降解釜、固废收集器、分离塔、热氧化器、尾气处理器、空气过滤器和排放管，催化降解釜与分离塔通过管道双向固定连接，废物暂存罐与催化降解釜、分离塔与热氧化器、热氧化器与尾气处理器、尾气处理器与空气过滤器以及空气过滤器与排放管的一端通过管道固定连接，排放管的另一端直通大气环境，催化降解釜、热氧化器、尾气处理器和空气过滤器分别与固废收集器通过管道固定连接，利用催化裂化原理将放射性有机废物中的有机成分转变为无机成分；其装置结构简单，原理科学可靠，成本合理，性能安全，节能环保，使用环境友好。

Description

一种放射性有机废物处理装置

技术领域：

本发明属于放射性物质处理设备技术领域，涉及一种放射性有机废物处理装置，能够安全有效的将放射性有机废物中的有机成分转变为无机成分。

背景技术：

核电厂在运转过程中会产生大量含有137Cs和60Co的有机放射性废物，包括废机油、废润滑油、废树脂和淤泥，这些的有机放射性废物不仅具有放射性，而且处理困难，其中放射性废树脂的处理是最为困难的，一是废树脂富集比活度为106-1013Bq/kg的放射性核素；二是废树脂属于含硫和氮的可燃放射性有机物，焚烧处理会产生具有腐蚀性和污染性的放射性气溶胶与放射性灰渣，而且燃烧不充分时会产生大量的有害物质；三是废树脂辐解、热解和生物降解处理时会产生H₂、CH₄、C₂H₄和NH₃等易燃易爆气体；四是废树脂长期存放时出现板结和粉化，导致回取困难；五是废树脂的弥散性导致其不允许被直接处置，只能脱水后装入高整体性容器；六是废树脂的体积变化大，质量轻，在自然界中难以降解。在现有技术中，处理有机放射性废物时采用的暂存法和水泥固化法均存在增容问题，不符合IAEA提出的核废物处理和处置最小化设计原则；热态超压法、装HIC脱水法、高温焚烧法、等离子熔融法、蒸汽重整法、湿法氧化法和微生物转化法存在适用性小、成本高昂，二次产物中含有二恶英等对环境造成恶劣影响的有害物质。

催化裂化是石油炼制过程中在热和催化剂的作用下使重质油发生裂化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等的过程，主要反应有分解、异构化、氢转移、芳构化、缩合和生焦等，其中使用的分子筛裂化催化剂是将硅溶胶或铝溶胶等粘结剂把分子筛和高岭土粘结在一起，制成高密度和高强度的新一代半合成分子筛催化剂，包括稀土-y型分子筛和超稳氢-y型分子筛等，主要反应在管式反应器中进行的称为提升管催化裂化；烃类裂化是以碳正离子为中间过渡态的反应，碳正离子包括三配位的碳正离子和五配位的碳正离子，生成碳正离子所需的能量包括电离能、氧与烧基的电子亲和力以及离解能，生成碳正离子所需的能量随着被抽取负氢离子的碳原子上氧原子的数目增多而增加，稳定性低的碳正离子倾向于通过异构化反应异构生成高稳定性的碳正离子。目前，尚未有将过热蒸汽催化降解技术应用于处理放射性有机废物的文献和报道。因此，研发一种基于催化裂化原理的放射性有机废物处理装置，在降低处理成本的前提下，安全有效的将放射性有机废物中的有机成分转变为无机成分，有良好的社会和经济价值，应用前景广阔。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种基于催化裂化原理的放射性有机废物处理装置，在降低处理成本的前提下，安全有效的将放射性有机废物中的有机成分转变为无机成分。

为了实现上述目的，本发明涉及的放射性有机废物处理装置的主体结构包括废物暂存罐、催化降解釜、固废收集器、分离塔、热氧化器、尾气处理器、空气过滤器和排放管；废物暂存罐与催化降解釜管道式连接，催化降解釜与分离塔管道式双向连接，分离塔与热氧化器管道式连接，热氧化器与尾气处理器管道式连接，尾气处理器与空气过滤器管道式连接，空气过滤器与排放管的一端管道式连接，排放管的另一端直通大气环境，催化降解釜、热氧化器、尾气处理器和空气过滤器分别与固废收集器管道式连接；废物暂存罐用于存储和预处理放射性有机废物；尾气处理器用以消除进入其中的气体中的氮氧化物、硫化物、酸性气体、二恶英和粉尘，通过回收气体中的热能冷却气体，生成固体废物和温度低于80℃的气体，尾气处理器由骤冷单元、洗涤单元和干燥单元构成，骤冷单元与洗涤单元管道式连接，洗涤单元与干燥单元管道式连接，骤冷单元的出口温度小于270℃，用以消除二恶英，洗涤单元中充有调节气体pH值的氢氧化钠水溶液，用以冷却骤冷单元输出的气体，并洗涤气体中残存的放射性有机物、酸性气体和固体颗粒，洗涤后的废水被泵入干燥单元中进行雾化、干燥和收集后生成固体废物；空气过滤器采用具有去除核元素功能的过滤器；废物暂存罐与催化降解釜之间的管道、催化降解釜与分离塔之间的管道、分离塔与热氧化器之间的管道、热氧化器与尾气处理器之间的管道、尾气处理器与空气过滤器之间的管道、空气过滤器与排放管之间的管道、催化降解釜与固废收集器之间的管道、热氧化器与固废收集器之间的管道、尾气处理器与固废收集器之间的管道、空气过滤器与固废收集器之间的管道、骤冷单元与洗涤单元之间的管道和洗涤单元与干燥单元之间的管道以及排放管的材质和管径分别根据通过其中的介质的组分和温度选取。

本发明涉及的放射性有机废物处理装置使用时，将废物暂存罐中的放射性有机物分批次加入催化降解釜，同时向催化降解釜加入设定数量的温度为150-600℃的高温蒸汽和分子筛类催化剂，将催化降解釜的温度设定为200-600℃，压力设定为0.1-1MPa，放射性有机废物在高温蒸汽和分子筛类催化剂的共同作用下进行催化降解反应，生成温度为200-600℃的气体和液体，每批次放射性有机物反应结束后，催化降解釜的底部聚集的不能分解的残存液和分子筛类催化剂在自然冷却后形成固体残渣，固体残渣被排放到固废收集器中；催化降解釜生成的气体和液体跟随高温蒸汽进入分离塔，分离塔利用旋风分离原理将气体和液体进行分离，气体中的颗粒物和液体冷却形成固体，固体聚集在分离塔的塔底后重新进入催化降解釜进行反应，气体聚集在分离塔的塔顶后进入热氧化器，气体在温度为700-900℃的热氧化器中经过2-4秒的热氧化后生成二氧化碳和水，气体中的杂质被氧化成无机物，气体中的放射性有机物以颗粒形式析出后被排放到固废收集器；从热氧化器中出来的气体进入尾气处理器进行无害化处理，消除其中的氮氧化物、硫化物、酸性气体、二恶英和粉尘，同时回收其中的热能，生成固体废物和温度低于80℃的尾气，固体废物被排放到固废收集器，尾气进入空气过滤器进行核素去除过滤后达到排放标准由排放管排入大气环境，空气过滤器过滤尾气中的放射性尘埃并将其聚集成固体颗粒物后排放到固废收集器。

本发明涉及的分子筛类催化剂包括ZSM5、MCM22、USY、沸石、高岭土和交联蒙脱土。

本发明与现有技术相比，在符合核废物处理和处置最小化设计原则的前提下，利用石油炼制过程中的催化裂化原理处理有机类放射性废弃物，将其降解为低碳数的气体或液体，再通过热氧化过程彻底矿化为无机物和水，并且采用核素去除器消除放射性危害后排放到大气环境中，实现安全有效的将放射性有机废物中的有机成分转变为无机成分；其装置结构简单，原理科学可靠，成本合理，性能安全，节能环保，使用环境友好。

附图说明：

图1为本发明涉及的放射性有机废物处理装置的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。

实施例：

本实施例涉及的放射性有机废物处理装置的主体结构包括废物暂存罐1、催化降解釜2、固废收集器3、分离塔4、热氧化器5、尾气处理器6、空气过滤器7和排放管8；废物暂存罐1与催化降解釜2管道式连接，催化降解釜2与分离塔4管道式双向连接，分离塔4与热氧化器5管道式连接，热氧化器5与尾气处理器6管道式连接，尾气处理器6与空气过滤器7管道式连接，空气过滤器7与排放管8的一端管道式连接，排放管8的另一端直通大气环境，催化降解釜2、热氧化器5、尾气处理器6和空气过滤器7分别与固废收集器3管道式连接。

本实施例涉及的废物暂存罐1用于存储和预处理放射性有机废物；尾气处理器6用以消除进入其中的气体中的氮氧化物、硫化物、酸性气体、二恶英和粉尘，通过回收气体中的热能冷却气体，生成固体废物和温度低于80℃的气体，尾气处理器6由骤冷单元、洗涤单元和干燥单元构成，骤冷单元与洗涤单元管道式连接，洗涤单元与干燥单元管道式连接，骤冷单元的出口温度小于270℃，用以消除二恶英，洗涤单元中充有调节气体pH值的氢氧化钠水溶液，用以冷却骤冷单元输出的气体，并洗涤气体中残存的放射性有机物、酸性气体和固体颗粒，洗涤后的废水被泵入干燥单元中进行雾化、干燥和收集后生成固体废物；空气过滤器7采用具有去除核元素功能的过滤器；废物暂存罐1与催化降解釜2之间的管道、催化降解釜2与分离塔4之间的管道、分离塔4与热氧化器5之间的管道、热氧化器5与尾气处理器6之间的管道、尾气处理器6与空气过滤器7之间的管道、空气过滤器7与排放管8之间的管道、催化降解釜2与固废收集器3之间的管道、热氧化器5与固废收集器3之间的管道、尾气处理器6与固废收集器3之间的管道、空气过滤器7与固废收集器3之间的管道、骤冷单元与洗涤单元之间的管道和洗涤单元与干燥单元之间的管道以及排放管8的材质和管径分别根据通过其中的介质的组分和温度选取。

本实施例涉及的放射性有机废物处理装置使用时，将废物暂存罐1中的放射性有机物分批次加入催化降解釜2，同时向催化降解釜2加入设定数量的温度为150-600℃的高温蒸汽和分子筛类催化剂，将催化降解釜2的温度设定为200-600℃，压力设定为0.1-1MPa，放射性有机废物在高温蒸汽和分子筛类催化剂的共同作用下进行催化降解反应，生成温度为200-600℃的气体和液体，每批次放射性有机物反应结束后，催化降解釜2的底部聚集的不能分解的残存液和分子筛类催化剂在自然冷却后形成固体残渣，固体残渣被排放到固废收集器3中；催化降解釜2生成的气体和液体跟随高温蒸汽进入分离塔4，分离塔4利用旋风分离原理将气体和液体进行分离，气体中的颗粒物和液体冷却形成固体，固体聚集在分离塔4的塔底后重新进入催化降解釜2进行反应，气体聚集在分离塔4的塔顶后进入热氧化器5，气体在温度为700-900℃的热氧化器5中经过2-4秒的热氧化后生成二氧化碳和水，气体中的杂质被氧化成无机物，气体中的放射性有机物以颗粒形式析出后被排放到固废收集器3；从热氧化器5中出来的气体进入尾气处理器6进行无害化处理，消除其中的氮氧化物、硫化物、酸性气体、二恶英和粉尘，同时回收其中的热能，生成固体废物和温度低于80℃的尾气，固体废物被排放到固废收集器3，尾气进入空气过滤器7进行核素去除过滤后达到排放标准由排放管8排入大气环境，空气过滤器7过滤尾气中的放射性尘埃并将其聚集成固体颗粒物后排放到固废收集器3。

本实施例涉及的分子筛类催化剂包括ZSM5、MCM22、USY、沸石、高岭土和交联蒙脱土。

Claims (1)

1.一种放射性有机废物处理装置，其特征在于主体结构包括废物暂存罐、催化降解釜、固废收集器、分离塔、热氧化器、尾气处理器、空气过滤器和排放管；废物暂存罐与催化降解釜管道式连接，催化降解釜与分离塔管道式双向连接，分离塔与热氧化器管道式连接，热氧化器与尾气处理器管道式连接，尾气处理器与空气过滤器管道式连接，空气过滤器与排放管的一端管道式连接，排放管的另一端直通大气环境，催化降解釜、热氧化器、尾气处理器和空气过滤器分别与固废收集器管道式连接；废物暂存罐用于存储和预处理放射性有机废物；尾气处理器用以消除进入其中的气体中的氮氧化物、硫化物、酸性气体、二恶英和粉尘，通过回收气体中的热能冷却气体，生成固体废物和温度低于80℃的气体，尾气处理器由骤冷单元、洗涤单元和干燥单元构成，骤冷单元与洗涤单元管道式连接，洗涤单元与干燥单元管道式连接，骤冷单元的出口温度小于270℃，用以消除二恶英，洗涤单元中充有调节气体pH值的氢氧化钠水溶液，用以冷却骤冷单元输出的气体，并洗涤气体中残存的放射性有机物、酸性气体和固体颗粒，洗涤后的废水被泵入干燥单元中进行雾化、干燥和收集后生成固体废物；空气过滤器采用具有去除核元素功能的过滤器；废物暂存罐与催化降解釜之间的管道、催化降解釜与分离塔之间的管道、分离塔与热氧化器之间的管道、热氧化器与尾气处理器之间的管道、尾气处理器与空气过滤器之间的管道、空气过滤器与排放管之间的管道、催化降解釜与固废收集器之间的管道、热氧化器与固废收集器之间的管道、尾气处理器与固废收集器之间的管道、空气过滤器与固废收集器之间的管道、骤冷单元与洗涤单元之间的管道和洗涤单元与干燥单元之间的管道以及排放管的材质和管径分别根据通过其中的介质的组分和温度选取；使用时，将废物暂存罐中的放射性有机物分批次加入催化降解釜，同时向催化降解釜加入设定数量的温度为150-600℃的高温蒸汽和分子筛类催化剂，将催化降解釜的温度设定为200-600℃，压力设定为0.1-1MPa，放射性有机废物在高温蒸汽和分子筛类催化剂的共同作用下进行催化降解反应，生成温度为200-600℃的气体和液体，每批次放射性有机物反应结束后，催化降解釜的底部聚集的不能分解的残存液和分子筛类催化剂在自然冷却后形成固体残渣，固体残渣被排放到固废收集器中；催化降解釜生成的气体和液体跟随高温蒸汽进入分离塔，分离塔利用旋风分离原理将气体和液体进行分离，气体中的颗粒物和液体冷却形成固体，固体聚集在分离塔的塔底后重新进入催化降解釜进行反应，气体聚集在分离塔的塔顶后进入热氧化器，气体在温度为700-900℃的热氧化器中经过2-4秒的热氧化后生成二氧化碳和水，气体中的杂质被氧化成无机物，气体中的放射性有机物以颗粒形式析出后被排放到固废收集器；从热氧化器中出来的气体进入尾气处理器进行无害化处理，消除其中的氮氧化物、硫化物、酸性气体、二恶英和粉尘，同时回收其中的热能，生成固体废物和温度低于80℃的尾气，固体废物被排放到固废收集器，尾气进入空气过滤器进行核素去除过滤后达到排放标准由排放管排入大气环境，空气过滤器过滤尾气中的放射性尘埃并将其聚集成固体颗粒物后排放到固废收集器；所述分子筛类催化剂包括ZSM5、MCM22、USY、沸石、高岭土和交联蒙脱土。