CN108447581A - 一种放射性有机废液处理装置及其方法 - Google Patents

一种放射性有机废液处理装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及废液处理技术领域，具体涉及一种放射性有机废液处理装置，包括手套箱，手套箱内部设有废液储罐、双氧水储罐、反应罐、产物收集装置和输送管道，废液储罐的出口设有废液高压泵，双氧水储罐出口设有双氧水高压泵；输送管道包括输送内管和套设在输送内管外部的输送外管，输送内管一端伸入反应罐内部，另一端穿出输送外管，废液储罐和双氧水储罐分别通过输送外管连通反应罐的进口，反应罐通过输送内管连通产物收集装置。本发明还涉及该装置处理废液的方法，利用本发明的装置可以节约能源，而且解决了放射性气体对环境污染的问题。

Description

一种放射性有机废液处理装置及其方法
技术领域
本发明涉及放射性有机废液处理技术领域，具体涉及一种放射性有机废液处理装置及其方法。
背景技术
随着核电的迅速发展，相关核活动中以及核科学研究中会产生大量有机废液，例如铀的水冶过程产生放射性的废TBP+稀释剂、核电站一回路系统中的润滑油、真空泵油等、乏燃料水法后处理会产生放射性活度较高的TBP+稀释剂有机废液。目前放射性有机废液的处理方法较多：焚烧法，酸消化法、湿法氧化法、电化学氧化法等方法；其中焚烧法因其具有很高的减容比而被广泛用于有机废物处理的成熟技术，但是焚烧法存在设备设计加工困难，维护费用高，安全性和环境友好性差等问题。
超临界水氧化法是利用超临界水作为反应介质氧化分解有机物，该方法将无法处理的有机相变为水相，并且通过调节温度和压力可以非常方便、有效地控制化学反应，在几秒到几分钟的时间内将有机物彻底分解为二氧化碳、水、氮气以及无机盐类等小分子物质。现有技术采用超临界水氧化法处理放射性有机废液时存在以下几个问题：(1)现有技术中采用超临界水氧化法在处理废液时需要采用外部加热装置加热，然后再通过冷却装置控制反应温度，由于放射性有机废液中有机物的质量分数超过2％时，氧化过程即可实现自热，但是现有的处理装置并没有将废液处理时产生的热量加以利用，造成能源浪费，同时还增加了对其他能源的消耗；(2)放射性有机废液中含有一些放射性物质，经过氧化分解其产物中含有少量放射性气体，如果直接排出污染环境，带来安全隐患；因此鉴于上述问题开发一种可实现余热利用、且防止污染的超临界水氧化法处理放射性有机废液的装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于是：针对现有技术存在的不足，提供一种放射性有机废液处理装置，该装置可利用废液处理时产生的余热，有效解决了能源浪费问题，同时还降低了对其他能源的消耗。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种放射性有机废液处理装置，包括手套箱，所述手套箱内部设有废液储罐、双氧水储罐、反应罐、产物收集装置和输送管道，所述废液储罐的出口设有废液高压泵，所述双氧水储罐出口设有双氧水高压泵；所述输送管道包括输送内管和套设在输送内管外部的输送外管，所述输送内管一端伸入所述反应罐内部，另一端穿出输送外管，所述废液储罐和双氧水储罐分别通过输送外管连通反应罐的进口，所述反应罐通过输送内管连通产物收集装置。
作为一种改进的技术方案，所述产物收集装置包括气液分离器、液体产物储罐、第一气体过滤器，所述气液分离器通过输送内管连通反应罐，所述气液分离器的排气口连通第一气体过滤器，所述气液分离器的排液口连通液体产物储罐。
作为一种改进的技术方案，所述输送内管和输送外管分别至少设有两段直管段和连接直管段的弯管段。
作为一种改进的技术方案，所述手套箱一侧设有排气口，所述排气口处设有第二气体过滤器。
作为一种改进的技术方案，所述第一气体过滤器和第二气体过滤器均为气溶胶过滤器，所述气溶胶过滤器包括壳体，所述壳体的底部设有气体入口，所述壳体内部设有过滤单元，所述壳体的顶部设有气体出口。
作为一种改进的技术方案，所述气液分离器包括气液分离器本体，所述气液分离器本体的顶部设有伸入气液分离器本体内部的进液管，所述气液分离器本体的底部设有出液管，所述气液分离器本体的一侧设有排气口。
作为一种改进的技术方案，所述反应罐的外部设有加热装置和冷却装置，所述加热装置为盘绕在所述反应罐外部的电加热套，所述冷却装置为盘绕在所述反应罐外部的盘管，且所述电加热套和盘管交替盘绕在所述反应罐的外部。
作为一种改进的技术方案，所述反应罐的另一端设有检测口。
作为一种改进的技术方案，所述手套箱外部设有控制面板，所述控制面板电连接废液高压泵、双氧水高压泵、反应罐的加热装置和冷却装置。
作为一种改进的技术方案，所述输送内管通过连接支架分别固定在输送外管以及反应罐的内部。
本发明的另一个目的在于，提供一种放射性有机废液处理装置处理放射性有机废液的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种放射性有机废液处理装置处理放射性有机废液的方法，包括以下步骤：
(1)将放射性有机废液与双氧水按照体积比1:5-1:30的比例分别通过废液高压泵、双氧水高压泵输送至反应罐内；
(2)通过控制面板启动加热装置和冷却装置将反应罐内温度控制在400-600℃，反应压力控制在22-32Mpa；
(3)通过输送内管将反应产物输送至产物收集装置，同时利用反应产物的热量对输送外管内的有机废液以及双氧水预热；
(4)反应产物经过气液分离器分离后的气体产物经过第一气体过滤器过滤后排入大气中，液体产物进入液体产物储罐。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明中的有机废液处理装置，通过输送外管将废液和双氧水输送至反应罐内，生成的产物通过输送内管进入产物收集装置，经过氧化反应生成的产物，通过输送内管产物携带的热量来预热输送外管内待处理的有机废液和双氧水，保证反应可实现自持，避免了后续持续加热，有效解决了能源浪费以及对其他能源消耗的问题；此外该装置在处理具有一定粘度的废液时，还可以增加废液的流动性，避免管道堵塞；
(2)废液处理时的产物进入产物收集装置，经过气液分离器分离实现了气体产物和液体产物的有效分离，并且气体产物经过气溶胶过滤器过滤，一些放射性有害气体颗粒可附着在气溶胶过滤器的过滤膜上，可有效除去放射性有毒气体；此外手套箱排气口处设有的气溶胶过滤器可起到双重过滤作用，有效解决了环境污染以及存在的安全隐患问题；
(3)利用该装置处理放射性有机废液，其操作简单、安全可靠、高效，并且环境友好，具有较好的应用前景；
(4)利用该装置建立处理有机废液的方法，通过控制有机废液与双氧水的比例，以及反应罐内的温度和压力，收集的液体产物中未检测到有机碳。
附图说明
图1为本发明一种放射性有机废液处理装置的结构示意图；
图2为图1的输送管道的剖面示意图；
图3为图1中气溶胶过滤器的结构示意图；
图4为图1中气液分离器的结构示意图；
图5为有机废液处理装置的立体图；
其中，1-手套箱，2-废液储罐，3-双氧水储罐，4-反应罐，40-电加热套，41-盘管，42-检测口，44-手套孔，5-输送管道，50-输送内管，51-输送外管，6-气液分离器，61-进液管，62-出液管，63-排气口，7-第一气体过滤器，8-液体产物储罐，9-连接支架，10-控制面板，11-排气口,12-废液高压泵，13-双氧水高压泵，14-第二气体过滤器，15-手套孔，16-密封门。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种放射性有机废液处理装置，如图1所示，包括手套箱1，手套箱1内部设有废液储罐2、双氧水储罐3、反应罐4、产物收集装置和输送管道5，废液储罐2的出口设有废液高压泵12，双氧水储罐3出口设有双氧水高压泵13；输送管道5包括输送内管50和套设在输送内管50外部的输送外管51，输送内管50一端伸入反应罐4内部，另一端穿出输送外管51，废液储罐2和双氧水储罐3分别通过输送外管51连通反应罐4的进口，反应罐4通过输送内管50连通产物收集装置；
本发明在实际应用中，首先将双氧水和有机废液装入双氧水储罐和有机废液储罐，接通电源通过控制面板启动双氧水高压泵和有机废液高压泵运行，有机废液和双氧水沿着输送外管进入反应罐，再启动加热装置控制反应温度在400-600℃，经过一段时间的氧化反应，有机废液自热产生大量热量，关闭加热装置，再启动冷却装置冷却至反应温度，打开气阀，反应产物沿着输送内管进入产物收集装置内，利用输送内管的反应产物本身的热量来预热输送外管内的有机废液和双氧水，后续反应无需加热，实现氧化反应自持。
其中产物收集装置包括气液分离器6、第一气体过滤器7、液体产物储罐8，气液分离器6通过输送内管50连通反应罐4，气液分离器6的排气口连通第一气体过滤器7，气液分离器6的排液口连通液体产物储罐8。在处理有机废液时，产物通过输送内管进入气液分离器，经过气液分离器分离后液体产物进入液体产物储罐，气体产物进入第一气体过滤器(气溶胶过滤器)。
如图2所示，其中输送内管50和输送外管51分别设有两段直管段和连接直管段的弯管段。废液和双氧水分别沿着由直管段和弯管段连接而成的输送外管进入反应罐内部，产物分别沿着由直管段和弯管段连接而成的输送内管进入产物收集装置。
其中手套箱1一侧设有排气口11，排气口11处设有第二气体过滤器14。气体产物经过第一气体过滤器过滤后，通过手套箱的排气口排出时再经过第二气体过滤器(气溶胶过滤器)过滤后排到大气中。
如图3所示，其中第一气体过滤器7和第二气体过滤器14均为气溶胶过滤器(购自河南核净洁净技术有限公司)，气溶胶过滤器包括壳体，壳体的底部设有气体入口，壳体内部设有过滤单元(壳体内部设有气体过滤腔室，过滤腔室内设有过滤膜)，壳体的顶部设有气体出口。气体产物从气溶胶过滤器的气体入口进入，经过壳体内部的过滤膜，放射性有毒气体颗粒可附着在过滤膜上，二氧化碳等气体从气体出口排出。
如图4所示，其中气液分离器6包括不锈钢材质的气液分离器本体，气液分离器本体的顶部设有伸入气液分离器本体内部的进液管61，气液分离器本体的底部设有出液管62，气液分离器本体的一侧设有排气口63。氧化反应生成的产物从进液管进入气体分离器内部，经过分离液体产物从液体出口流出进入液体产物储罐，气体产物从排气口进入气溶胶过滤器。
其中反应罐4的外部设有加热装置和冷却装置，加热装置为盘绕在反应罐外部的电加热套40，冷却装置为盘绕在反应罐外部的盘管41，且电加热套40和盘管41交替盘绕在反应罐4的外部。
其中如图5所示，手套箱1手套箱的一侧设有密封门16，手套箱1的正面和背面的一侧分别设有一对手套孔15，反应罐1的另一端设有检测口42。在处理废液时，长时间操作会造成反应罐内部腐蚀，工作人员打开手套箱一侧的密封门(设置在反应罐的同一侧)，通过反应罐一侧设有的检测口可随时检测反应罐。
其中手套箱外部设有控制面板10，控制面板10电连接废液高压泵12、双氧水高压泵13、反应罐4的加热装置(电加热套40)和冷却装置(盘管41)，盘管与外界冷媒介质相连通，控制面板还电连接温度检测器(输送管道的输送外管弯曲部位置安装的多个测温热电偶)。有机废液和双氧水进入反应罐内，启动电加热套加热，随着反应的进行，需要降温时利用盘管内的冷媒介质(水或液氮)进行降温。
其中输送内管50通过连接支架分别固定在输送外管51以及反应罐4内部。输送内管和输送外管均为不锈钢材质，连接内管通过连接支架固定在连接外管和反应罐内部。
实施例2
一种利用放射性有机废液处理装置处理有机废液的方法，包括以下步骤：
(1)将放射性有机废液(核电站回路系统中的真空泵油)与双氧水按照体积比1:15的比例分别通过废液高压泵、双氧水高压泵输送至反应罐内；
(2)通过控制面板启动加热装置和冷却装置将反应罐内温度控制在450℃，反应压力控制在25Mpa；
(3)通过输送内管将反应产物输送至产物收集装置，同时利用反应产物的热量对输送外管内的有机废液以及双氧水预热；
(4)反应产物经过气液分离器分离后的气体产物经过第一气体过滤器过滤后排入大气中，液体产物进入液体产物储罐。
实施例3
一种利用放射性有机废液处理装置处理有机废液的方法，包括以下步骤：
(1)将放射性有机废液(TBP+稀释剂)与双氧水按照体积比1:20的比例分别通过废液高压泵、双氧水高压泵输送至反应罐内；
(2)通过控制面板启动加热装置和冷却装置将反应罐内温度控制在500℃，反应压力控制在25Mpa；
(3)通过输送内管将反应产物输送至产物收集装置，同时利用反应产物的热量对输送外管内的有机废液以及双氧水预热；
(4)反应产物经过气液分离器分离后的气体产物经过第一气体过滤器过滤后排入大气中，液体产物进入液体产物储罐。
实施例4
一种利用放射性有机废液处理装置处理有机废液的方法，包括以下步骤：
(1)将放射性有机废液(核电站一回路系统中的润滑油)与双氧水按照体积比1:28的比例分别通过废液高压泵、双氧水高压泵输送至反应罐内；
(2)通过控制面板启动加热装置和冷却装置将反应罐内温度控制在600℃，反应压力控制在30Mpa；
(3)通过输送内管将反应产物输送至产物收集装置，同时利用反应产物的热量对输送外管内的有机废液以及双氧水预热；
(4)反应产物经过气液分离器分离后的气体产物经过第一气体过滤器过滤后排入大气中，液体产物进入液体产物储罐。
上述实施例3、4和5在处理不同种类废液时的处理效果见表1。
表1
实施例 检测限(mol/l) TOC含量
实施例2 10-6 0
实施例3 10-6 0
实施例4 10-6 0
由表1中的数据分析可以得出，利用本发明的有机废液处理装置处理有机废液的方法通过控制不同工艺参数，可以对核电站工作中排放的废油、TBP+稀释剂以及其他有机废液都可以处理，而且处理效果好。
本专利不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种放射性有机废液处理装置，包括手套箱，所述手套箱内部设有废液储罐、双氧水储罐、反应罐、产物收集装置和输送管道，所述废液储罐的出口设有废液高压泵，所述双氧水储罐出口设有双氧水高压泵；其特征在于：所述输送管道包括输送内管和套设在输送内管外部的输送外管，所述输送内管一端伸入所述反应罐内部，另一端穿出输送外管，所述废液储罐和双氧水储罐分别通过输送外管连通反应罐的进口，所述反应罐通过输送内管连通产物收集装置。
2.根据权利要求1所述的一种放射性有机废液处理装置，其特征在于：所述产物收集装置包括气液分离器、液体产物储罐、第一气体过滤器，所述气液分离器通过输送内管连通反应罐，所述气液分离器的排气口连通第一气体过滤器，所述气液分离器的排液口连通液体产物储罐。
3.根据权利要求1或2所述的一种放射性有机废液处理装置，其特征在于：所述输送内管和输送外管分别至少设有两段直管段和连接直管段的弯管段。
4.根据权利要求1或2所述的一种放射性有机废液处理装置，其特征在于：所述手套箱一侧设有排气口，所述排气口处设有第二气体过滤器。
5.根据权利要求4所述的一种放射性有机废液处理装置，其特征在于：所述第一气体过滤器和第二气体过滤器均为气溶胶过滤器，所述气溶胶过滤器包括壳体，所述壳体的底部设有气体入口，所述壳体内部设有过滤单元，所述壳体的顶部设有气体出口。
6.根据权利要求2所述的一种放射性有机废液处理装置，其特征在于：所述气液分离器包括气液分离器本体，所述气液分离器本体的顶部设有伸入气液分离器本体内部的进液管，所述气液分离器本体的底部设有出液管，所述气液分离器本体的一侧设有排气口。
7.根据权利要求1所述的一种放射性有机废液处理装置，其特征在于：所述反应罐的外部设有加热装置和冷却装置。
8.根据权利要求1所述的一种放射性有机废液处理装置，其特征在于：所述手套箱外部设有控制面板，所述控制面板电连接废液高压泵、双氧水高压泵、反应罐的加热装置和冷却装置。
9.根据权利要求1所述的一种放射性有机废液处理装置，其特征在于：所述反应罐的另一端设有检测口。
10.一种放射性有机废液处理装置处理放射性有机废液的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将放射性有机废液与双氧水按照体积比1:5-1:30的比例分别通过废液高压泵、双氧水高压泵输送至反应罐内；
(2)通过控制面板启动加热装置和冷却装置将反应罐内温度控制在400-600℃，反应压力控制在22-32Mpa；
(3)通过输送内管将反应产物输送至产物收集装置，同时利用反应产物的热量对输送外管内的有机废液以及双氧水预热；
(4)反应产物经过气液分离器分离后的气体产物经过第一气体过滤器过滤后排入大气中，液体产物进入液体产物储罐。
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