CN108346478A - 废物处理的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种处理废物(2)的方法(1)，其中废物(2)是放射性废物，并且方法(1)包括：第一步骤(1a)，其中将预处理废物(2a)置于热解反应器(3)的内部；第二步骤(1b)，其中预处理废物(2a)通过热解被热分解成经处理的废物(4)；经处理的废物(4)包含固相(40)和气相(41)；并且方法(1)还包括：第三步骤(1c)，其中根据已知的放射性废物储存规程储存固相(40)；以及第四步骤(1d)，其中气相(41)被排出进入到外部环境中。

Description

废物处理的方法和设备
技术领域
本发明涉及如独立权利要求前序部分所述的废物处理的方法和设备。
具体而言，本发明涉及适于热分解待处理的废物分子的方法和设备。
背景技术
众所周知，放射性及其性质在许多部门中的使用导致放射性物质的产生，这些放射性物质在不再能使用时成为放射性废物。
由于这些放射性物质发出放射性，必须对其进行妥善处理，以避免对人体或对环境产生任何风险。
根据放射性核素的浓度及其放射性衰变时间，对几类放射性废物进行不同的管理规程。
根据IAEA(国际原子能机构(International Atomic Energy Agency))，放射性废物有五种类型：非常短暂的、极低水平、低水平、中等水平和高水平。
第一类包括例如来自医疗部门、研究部门以及消耗材料和设备的废物，而较高水平类包括核能生产工厂中使用的服装类物品和设备部件。
放射性废物一般储存在临时或永久性储存设施中，在此可对其进行安全性管理，并使其与环境和人类保持隔离。
因此，在现有技术中，处理主要在于将废物储存在设计用于容纳所述废物的专用场所，直至其发生相关的放射性衰变。
上述现有技术具有几处明显的缺点。
特别是，放射性物质储存在隔离容器中，然后将隔离容器放在特定的地方，在该地方它们占用了大量空间。
放射性废物实际上并没有被处理，而是暂时储存在衰变设施中，占用空间，并且有时导致储存饱和。
而且，此类废物并没有被处理的事实具有环境污染风险持续存在的不便之处，例如，如果储存设施不足或发生故障。
发明内容
在这种情况下，本发明的技术目的是开发一种能够基本上克服至少一些上述不便之处的废物处理方法和设备。
在所述技术目的的范围内，本发明的一个重要目标是获得适于有效处理大部分放射性物质的废物处理方法和设备。
本发明的另一个重要目的是提供一种废物处理的方法和设备，使得可以限制放射性废物占用的空间和时间量。
因此，本发明的进一步的目的是降低与此类废物的正确储存相关的风险以及与维护储存此类废物的设施相关的成本。
通过如所附独立权利要求所述的废物处理的方法和设备来实现技术目的和指定的目标。在从属权利要求中描述了优选实施方案的实施例。
一方面，本发明提供了一种处理废物2的方法1，所述废物2是放射性废物，并且方法1的特征在于所述方法包括：
-第一步骤1a，其中将预处理废物2a置于热解反应器3内部；
-第二步骤1b，其中所述预处理废物2a通过热解被热分解成经处理的废物4；所述经处理的废物4包含固相40和气相41；
-第三步骤1c，其中根据已知的放射性废物储存规程储存所述固相40；
-第四步骤1d，其中所述气相41被排出进入到外部环境中。
在方法1的一些实施方案中，在所述第二步骤1b中，所述热解反应器3在旋风室30内部分离所述固相40和所述气相41，所述固相40包含量为所引入的预处理废物2a的重量的10％至15％的碳质固体，并且所述气相41包括选自分子氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷气体、丙烷气体、乙烯气体和丁烷的气体。
在方法1的一些实施方案中，在所述第三步骤1c中，所述固相40通过重力从所述旋风室30被排出并被引入到提取室31中，所述提取室31适于在提取之前冷却和压缩所述固相40。
在方法1的一些实施方案中，在所述第四步骤1d中，所述气相41从所述旋风室30的顶部出来并被引入至排出器7中；所述排出器7是文丘里型并且适于通过水射流来冷却所述气相41。
在方法1的一些实施方案中，在所述第四步骤1d中，所述气相41从所述排出器7出来并在洗涤器室8内部流动，所述洗涤器室8适于以逆流方式洗涤所述气相41，以便完全去除悬浮在所述固相40中的残余物。
在方法1的一些实施方案中，在所述第四步骤1d中，所述气相41从所述洗涤器室8出来并在热交换器9内部流动，所述热交换室9适于将所述气相41冷却至低于0℃的温度，以便分离所述气相41与任何冷凝的水分。
在方法1的一些实施方案中，在所述第四步骤1d中，所述气相41从所述热交换器9出来并且在选自储存设备90和中和设备91的设备内部流动，所述储存设备90适于压缩和储存所述气相41，并且所述中和设备91适于氧化所述气相41。
在方法1的一些实施方案中，在所述第一步骤1a中，将所述预处理废物2置于料斗5中，所述料斗5包括适于检测所述预处理废物2a的重量的称重装置50。
在方法1的一些实施方案中，在所述第一步骤1a中，所述预处理废物2a通过适于功能性连接所述料斗5与所述热解反应器3的进料设备6从所述料斗5进料到所述热解反应器3中，所述进料设备6包括液压活塞60和过滤装置61，所述液压活塞60适于以可变的频率向所述热解反应器3进料所述预处理废物2a，所述过滤装置61适于减少输入到所述热解反应器3的氧气量。
在另一方面，本发明提供了一种适于实施本发明所述的方法1的工艺设备10，所述工艺设备10包括：料斗5、热解反应器3、进料设备6、旋风室30、提取室31和排出器7。
附图说明
参照所附附图，根据以下本发明优选实施方案的详细描述，本发明的特征和优点是显而易见的，其中：
图1示出了根据本发明的设备的图。
具体实施方式
在本文中，当与术语如“大约”或其他类似术语如“更多或更少”或“基本上”一起使用时，测量结果、值、形式和几何数据(如垂直度和平行度)被认为是没有由于生产和/或制造误差而导致的任何测量误差或不准确，尤其是与它们所关联的值、测量结果、形式或几何数据没有任何微小差异。例如，当与一个值相关联时，此类术语优选表示不大于所述值的10％的差异。
而且，诸如“第一”、“第二”、“上”、“下”、“主要”和“二级”的术语不必然指示顺序、优先级或各自的位置，而是可以简单地用来明确区分不同的组件。
除非另有说明，否则本文中提供的测量结果和数据应被认为是使用国际标准大气压ICAO(ISO 2533)。
参照附图，标号1在全局上表示根据本发明的废物处理方法。
特别地，废物处理方法1优选应用于放射性废物2。而且，此类废物例如是有机废物，并且可以包括例如来自医学部门、研究部门以及消耗材料和设备的废物，或者来自在核能生产工厂使用的服装类物品和设备部件的废物。
因此，方法1包括第一步骤1a、第二步骤1b、第三步骤1c和第四步骤1d。
在第一步骤1a中，废物2优选放置在工艺设备(plant)10的内部。
具体而言，在这个步骤中，废物2是预处理废物2a。
预处理废物2a是尚未进行方法1的废物2，因此基本上是处于其收集时的状态的废物2。
工艺设备10优选由适于实施方法1的一系列装置组成。
例如，工艺设备10包括料斗5。
料斗5优选为已知类型的，并因此基本上是具有倾斜壁的容器，该容器设置有具有可变横截面的孔口，其可经调节以排出材料，在该具体实施例中所述材料为预处理废物2a。
由所述料斗5描述的体积也优选地与可在工艺设备10中同时予以处理的废物2的量成比例。
此外，料斗5包括称重装置50。所述称重装置50优选适于测量引入到料斗5中并因此进入到工艺设备10中的预处理废物2a的重量。所述称重装置50因此与进料设备6的至少一部分相通。
进料设备6包括从料斗5的孔口延伸并通向热解反应器3的管道。
因此，料斗5和热解反应器3优选通过进料设备6功能性连接。进料设备6进一步优选包括液压活塞60和分离装置61。
液压活塞60优选适于以可变的频率将预处理废物2a进料至热解反应器3。它们还适用于例如操作设置在料斗5和进料设备6中的进料装置。
因此，液压活塞60是致动器，例如适于操作滑动器或者打开和关闭孔口。
优选地，存在三个液压活塞60，并且特别地，一个活塞连接到称重装置50并且适于打开或关闭料斗5的孔口；第二活塞连接到线性滑动器，适于将预处理废物2a推入到朝向热解反应器3的管道中；第三活塞连接到靠近热解反应器3的孔口，适于以受控的方式并且根据热解反应器3内部所要求的材料的量来打开或关闭该孔口。
分离装置61则适于减少输入到热解反应器3的氧气量，并且因此优选包括氮气屏障。
重要的是，尽可能地减少氧气的存在，以便维持设备10的内部、尤其是热解反应器3附近和内部的环境中的化学还原条件。
因此，优选地，在第一步骤1a中，将预处理废物2a基本上引入到热解反应器3中。
在第二步骤1b中，通过解热将预处理废物2a热分解成经处理的废物4。
该第二步骤1b优选发生在热解反应器3内部，该热解反应器3因此基本上是设备10的心脏。
热解反应器3优选为水平旋转反应器，例如包括内部设置有电加热元件的不锈钢室，所述电加热元件在加热时允许达到合适的操作温度。
热解反应器3还包括该室的内表面，其优选为螺旋形，以改善进入的废物2的混合，并允许在一个方向上或在相反的方向上旋转。
在两个方向上转向的可能性并结合螺旋形状使得热解反应器3能够调节废物2前进通过其的速度，并因此调节废物2在其内部保留的时间量。
特别地，第二步骤1b优选包括破坏组成预处理废物2a的物质中的分子键和形成新键以形成新分子的过程。
破坏键的过程通过向热解反应器3的室内部传递热量来进行，因此，优选地，热解反应器3的操作温度范围为600℃至700℃。
因此，废物2保持在热解反应器3内部的时间根据废物2的类型优选为90-120分钟。
此外，该室内部发生的化学反应不需要使用例如添加剂或催化剂，并且如已经提到的那样，保持氧气水平处于控制中以便维持还原反应环境是重要的。
如已经提到的，所述化学反应导致形成经处理的废物4。
经处理的废物4因此被分离成固相40和气相41。
由于热解反应器3的室内部的操作条件，液相基本上不存在，并且可能仅由存在于预处理废物2a中的冷凝水分构成。
固相40优选包含仍然具有预处理废物2a的放射性的粉末或惰性物质形式的碳质残余物，而气相41基本上由具有平衡电荷且不具有放射性的合成气体组成。
特别地，固相40优选为进料到热解反应器3中的预处理废物2a的重量的不大于20％，并且更适当地，固相40为预处理废物2a的重量的10％至15％。
就体积而言，固相40优选为预处理废物2a的体积的5％至10％。
气相41所包括的其余重量或体积可以由一种或多种气体组成，举例来说，如分子氢气(H2)、一氧化碳(CO)、甲烷气体(CH4)、乙烷气体(C2H6)、丙烷气体(C3H8)、乙烯气体(C2H4)和丁烷(C4H10)。
气相41的发热量也优选可在7800至8500Kcal/Kg之间变化。
在第二步骤1b中，热解反应器3也在旋风室30内部分离固相40与气相41。
因此，旋风室优选被包括在热解反应器中并且邻近分子分解室。
旋风室30具有通过离心力从气体中分离灰尘的离心式灰尘分离器或旋风分离器的典型常规结构。
特别地，在旋风室30内部分离的固相40通过重力被喷出，而低密度气相41从旋风室30的顶部出来。
二级控制或安全装置也可以安装在热解反应器3的内部。
例如，其可以包括闭路空气冷却装置以阻止分子分解反应，特别是在该工艺设备被停止或处于紧急的情况下。
所述系统优选适于在小于30分钟内使反应器室3冷却到低于100℃的温度。
也可以有其他控制装置，举例来说，如用于测量气相41的质量的系统，其允许工艺设备10通过与称重装置50检测的进料到热解反应器3中的预处理废物2a的重量比较而称重物质。
通过控制该室中气相41的量以及输入的预处理废物2a的量，可以例如调节工艺设备10的操作参数，如热解反应器3的旋转、热解反应器3的温度和引入到热解反应器3中的废物2a的量，以确保工艺设备10的良好效率水平，即确保仍然具有放射性的固相40的百分比低。
一旦固相40和气相41分离，方法1优选包括第三步骤1c，其中根据常规的放射性废物储存规程储存固相40。
具体而言，在第三步骤1c中，固相40通过重力从旋风室30中喷出并被引入到提取室31中。
提取室31因此也优选被包括在热解反应器3中，并且例如邻近旋风室30。
而且，在旋风室30和提取室31之间优选具有阀装置以仅允许固相40通过提取室31。
因此提取室31优选适于在提取之前冷却并压缩固相40。
其包括例如具有用于冷却惰性物质的闭合水回路的室和用于进一步减小固相41的体积的压缩系统，例如压力系统。
提取室31因此可以包括螺旋装置，以将经处理的固相41传送到出料口，通向常规的放射性物质储存系统。
在第四步骤1d中，气相41优选被排出进入到外部环境中。
在到达外部之前，气相41经历例如多个步骤，所述步骤适于洗涤气体并通过冷凝消除气相41中任何残余的水分。
具体而言，在第四步骤1d中，气相41优选从旋风室30的顶部出来并被引入到排出器7中。
排出器7例如是缩扩(converging-diverging)型或文丘里(Venturi)型，并且适于通过水射流来冷却气相41。
优选地，排出器7因此是立即冷却系统或急冷系统，其中气相41被快速冷却到约30-40℃的温度，同时被洗涤。
此外，在第四步骤1d中，气相41从排出器7出来并流入到洗涤器室8中。
洗涤器室8优选适于以逆流方式洗涤气相41，从而完全去除悬浮在固相40中的残余物。因此，洗涤器室8优选为用于逆流洗涤的常规洗涤器室。
除了上述功能之外，洗涤器室8还优选适于中和酸性或碱性固体残余物。
因此，工艺设备10可以包括连接到洗涤器室8的储罐的提取系统，其适于将冷凝物和固体残余物转移到蒸发浓缩器，该蒸发浓缩器能够减少由此除去的残余物的体积。
在离开洗涤器室8之后，仍然在第四步骤1d中，气相41优选流入到热交换器9中。
热交换器9适于将气相41冷却至低于0℃的温度，以便将气相41与任何冷凝水分相分离。
特别地，例如通过旋风系统，消除仍然存在并且作为冷凝物的任何水分。
最后，在第四步骤1d中，气相41从热交换器9出来并流入到选自储存设备90和中和设备91的设备中。
优选地，气相41通过鼓风机流向外部，即流向储存设备90或中和设备91。
具体而言，储存设备90优选适于压缩和储存气相41，而中和设备91适于氧化气相41。
优选地，气相41如果通过中和设备91，则随后被送到储存设备90。
在所述过程结束时，气相41优选安全地排放到外部，即进入大气中。
根据本发明的废物处理方法和设备获得了一些重要的优点。
该方法和设备使得一大部分放射性物质能够被有效地处理。实际上，放射性物质被减少成固相，该固相只有初始物质重量的10％至15％和初始物质体积的5-10％。
在这种减少之后，另一个优点在于，待储存在特定设施中的放射性物质占用较少的空间，并且发生放射性衰变所需的时间较少。
最后，由于放射性废物储存系统的使用减少了，有利地进一步降低了维护此类系统的成本以及与维护此类设施相关的任何风险。
在不脱离如权利要求所限定的本发明构思的范围的情况下，可以对本文所述的发明进行修改和变化。
例如，可以在洗涤器室8的收集罐和排出器7之间连接热交换器，以允许洗涤器室8提供操作排出器7进行急冷所需的水。
此外，液压工艺设备可以包括与冰箱的连接，以允许液体以适当的温度流动通过热交换器。
所有的细节可以用等同元件代替，并且本发明的范围包括所有其他物质、形状和尺寸。

Claims (10)

1.一种处理废物(2)的方法(1)，所述废物(2)是放射性废物，并且方法(1)的特征在于所述方法包括：
-第一步骤(1a)，其中将预处理废物(2a)置于热解反应器(3)内部；
-第二步骤(1b)，其中所述预处理废物(2a)通过热解被热分解成经处理的废物(4)；
-所述经处理的废物(4)包含固相(40)和气相(41)；
-第三步骤(1c)，其中根据已知的放射性废物储存规程储存所述固相(40)；
-第四步骤(1d)，其中所述气相(41)被排出进入到外部环境中。
2.根据权利要求1所述的方法(1)，其中在所述第二步骤(1b)中，所述热解反应器(3)在旋风室(30)内部分离所述固相(40)和所述气相(41)，所述固相(40)包含量为所引入的预处理废物(2a)的重量的10％至15％的碳质固体，并且所述气相(41)包括选自分子氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷气体、丙烷气体、乙烯气体和丁烷的气体。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其中在所述第三步骤(1c)中，所述固相(40)通过重力从所述旋风室(30)被排出并被引入到提取室(31)中，所述提取室(31)适于在提取之前冷却和压缩所述固相(40)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其中在所述第四步骤(1d)中，所述气相(41)从所述旋风室(30)的顶部出来并被引入至排出器(7)中；所述排出器(7)是文丘里型并且适于通过水射流来冷却所述气相(41)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其中在所述第四步骤(1d)中，所述气相(41)从所述排出器(7)出来并在洗涤器室(8)内部流动，所述洗涤器室(8)适于以逆流方式洗涤所述气相(41)，以便完全去除悬浮在所述固相(40)中的残余物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其中在所述第四步骤(1d)中，所述气相(41)从所述洗涤器室(8)出来并在热交换器(9)内部流动，所述热交换室(9)适于将所述气相(41)冷却至低于0℃的温度，以便分离所述气相(41)与任何冷凝的水分。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其中在所述第四步骤(1d)中，所述气相(41)从所述热交换器(9)出来并且在选自储存设备(90)和中和设备(91)的设备内部流动，所述储存设备(90)适于压缩和储存所述气相(41)，并且所述中和设备(91)适于氧化所述气相(41)。
8.根据权利要求1所述的方法(1)，其中在所述第一步骤(1a)中，将所述预处理废物(2)置于料斗(5)中，所述料斗(5)包括适于检测所述预处理废物(2a)的重量的称重装置(50)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其中在所述第一步骤(1a)中，所述预处理废物(2a)通过适于功能性连接所述料斗(5)与所述热解反应器(3)的进料设备(6)从所述料斗(5)进料到所述热解反应器(3)中，所述进料设备(6)包括液压活塞(60)和过滤装置(61)，所述液压活塞(60)适于以可变的频率向所述热解反应器(3)进料所述预处理废物(2a)，所述过滤装置(61)适于减少输入到所述热解反应器(3)的氧气量。
10.适于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)的工艺设备(10)，所述工艺设备(10)包括：料斗(5)、热解反应器(3)、进料设备(6)、旋风室(30)、提取室(31)和排出器(7)。
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