CN111048223A - 处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，其包括：反应器筒体，包括设有反应腔的反应器内筒、围绕反应器内筒设置的反应器外筒，以及位于反应器内筒和反应器外筒之间的进料腔；氧气入口，向反应腔提供氧气；进料口，设置于反应器筒体的底部，进料介质自下向上经过进料腔进入反应腔；出料口，设置于反应器筒体的底部，在反应腔中经超临界反应的产物自出料口排出反应器筒体；以及排盐口，设置于反应器筒体的底壁上；其中，围绕反应器外筒设有预热盘管，预热盘管连接出料口，并围绕反应器外筒向上螺旋盘绕直至预热盘管出口。
Description
技术领域
本发明放射性有机废物处理技术领域，更具体地说，本发明涉及一种处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器。
背景技术
超临界水氧化技术是一种利用超临界水的物理性质，如特殊的溶解度、易改变的密度、较低的粘度、较低的表面张力和较高的扩散性等，通过添加氧化剂使有机物在超临界水环境中发生氧化反应，有机物转化为CO2和H2O等无机小分子，从而达到减容、减重的目的。超临界水氧化反应器是超临界水氧化技术的核心反应装置，水在反应器中升温升压达到超临界状态(温度≥374℃、压力≥22.05MPa)，为有机物氧化为无机小分子化合物提供反应场所。
核电厂、核设施在运行和维修期间会产生一定数量的放射性有机废物，放射性有机废物容易发生热解和生物降解，不但会给公众带来辐射危害，而且会造成环境污染。
基于超临界水氧化技术，在有机物进入到反应器前，需对进料进行预处理(包括预换热器、电预热器)，同时反应后的物料温度和压力都比较高，还需要在反应器出口设置两级冷却器，用以对反应后的物料进行冷却。因此采用超临界水氧化技术处理放射性有机废物，设备数量多，设备采购成本和维修成本高。此外由于设备数量的增加，需整体考虑各台设备之间的连接以及设备、管道和阀门布置，增大了超临界水氧化装置整体集成的难度，延长了有机物进料和出料的路径，对有机物进料和出料工艺提出了较为严苛的工艺要求。
有鉴于此，确有必要提供一种结构简单、工艺优化的处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器。
发明内容
本发明的发明目的在于：克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、工艺优化的处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，其包括：
反应器筒体，包括设有反应腔的反应器内筒、围绕反应器内筒设置的反应器外筒，以及位于反应器内筒和反应器外筒之间的进料腔；
氧气入口，向反应腔提供氧气；
进料口，设置于反应器筒体的底部，进料介质自下向上经过进料腔进入反应腔；
出料口，设置于反应器筒体的底部，在反应腔中经超临界反应的产物自出料口排出反应器筒体；以及
排盐口，设置于反应器筒体的底壁上；
其中，围绕反应器外筒设有预热盘管，预热盘管连接出料口，并围绕反应器外筒向上螺旋盘绕直至预热盘管出口。
作为本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器的一种改进，所述反应器内筒承担反应和腐蚀，所述反应器外筒承担超临界压力。
作为本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器的一种改进，所述进料腔内设有阻流挡板，进料介质环绕反应器内筒而上进入所述反应腔。
作为本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器的一种改进，所述反应器顶部设有连接孔，所述进料介质在反应器顶部设置的连接孔处进入所述反应腔。
作为本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器的一种改进，所述进料腔由反应器内筒、反应器外筒和环形挡板围设而成。
作为本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器的一种改进，所述反应器底部设有位于环形挡板以下的缓冲区。
作为本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器的一种改进，围绕所述反应器外筒的上端设有电加热器。
作为本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器的一种改进，所述氧气入口位于反应器顶部。
作为本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器的一种改进，所述氧气入口位于反应器底部。
此外，本发明还提供了本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，在处理核电厂、核设施放射性废油、废有机溶剂、废树脂中的应用。
与现有技术相比，本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器具有以下优点：
1.反应器集进料预热、反应、冷却、沉淀、排放于一体，显著优化了工艺系统：反应器将有机物的预热和冷却设置在反应器内部，简化了工艺系统。由于预热盘管对反应后的物料的冷却，提高了无机盐的在近临界水中的溶解度，降低了设备堵塞的可能性。
2.有机废物减容比高，节省固体废物处理处置成本：放射性废油、废有机溶剂、废树脂在超临界水环境下发生氧化反应后，有机物大分子被氧化成无机的CO2、H2O，放射性核素则沉淀为无机盐，如硫酸盐、硝酸盐等，CO2和H2O均可直接排放，无机盐因具有放射性，可进行水泥固化处理。可有效解决腐蚀和盐沉淀问题，可使超临界水氧化技术应用于核电厂、核设施放射性废树脂的处理，放射性固体废物产生体积明显减少，减轻了后续固化处理的难度，节省了固体废物处理处置成本。
3.间壁式反应器结构解决了反应器腐蚀问题，延长了反应器使用寿命：内壁承担反应和腐蚀，外壁承压，可缓解承压部件的耐腐蚀性，有效延长设备使用寿命。
4.在反应器内增加预热功能：在反应器外筒设有预热盘管，可实现反应后的物料对进料介质进行预热，减少一台预热设备。
5.在反应腔内设置挡板，延长进料介质预热路径和时间：可让进料介质按照规定的路径流动，实现电加热和有机物氧化放热两种途径对进料预热。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器及其技术效果进行详细说明，其中：
图1是本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参照图1所示，本发明提供了一种处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，其包括：
反应器筒体10，包括设有反应腔的反应器内筒100、围绕反应器内筒100设置的反应器外筒102，以及位于反应器内筒100和反应器外筒102之间的进料腔106；
氧气入口20，向反应腔提供氧气；
进料口30，设置于反应器筒体10的底部，进料介质自下向上经过进料腔106进入反应腔；
出料口40，设置于反应器筒体10的底部，在反应腔中经超临界反应的产物自出料口40排出反应器筒体10；以及
排盐口50，设置于反应器筒体10的底壁上；
其中，围绕反应器外筒102设有预热盘管60，预热盘管60连接出料口，并围绕反应器外筒102向上螺旋盘绕直至预热盘管出口。
根据本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器的一个实施方式，反应器内筒100应当可以承担反应和腐蚀，反应器外筒102承担超临界压力。
根据本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器的一个实施方式，进料腔106由反应器内筒100、反应器外筒102和环形挡板104围设而成，反应器底部设有位于环形挡板104以下的缓冲区。进料腔106内设有阻流挡板108，进料介质环绕反应器内筒100而上进入反应腔，使得进料介质需环绕内筒壁进行流动，此功能延长了进料介质预热路径，增加了预热时间。此外，围绕反应器外筒102的上端设有电加热器110，可以通过反应器外壁的电加热器110对进料介质进行预热，可以利用有机物氧化释热通过内筒壁对进料介质加热，实现了两种途径对进料介质进行预热，充分利用了有机物氧化释放热量，减少了能耗损失，同时可减少一台电预热器，节省了采购费用。
需要说明的是，在图示实施方式中，氧气入口20位于反应器顶部，反应器顶部设有连接孔112，进料介质在反应器顶部由连接孔112处进入反应腔。根据本发明的其他实施方式，氧气入口20也可以位于反应器底部，如此设置，可以增加与有机物的接触面积，提高有机物氧化效率。此外，根据需要，也可以在内筒壁设置挡板，延长有机物氧化路径，提高有机物氧化效率。
结合以上对本发明实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器具有以下优点：
1.反应器集进料预热、反应、冷却、沉淀、排放于一体，显著优化了工艺系统：反应器将有机物的预热和冷却设置在反应器内部，简化了工艺系统。由于预热盘管对反应后的物料的冷却，提高了无机盐的在近临界水中的溶解度，降低了设备堵塞的可能性。
2.有机废物减容比高，节省固体废物处理处置成本：放射性废油、废有机溶剂、废树脂在超临界水环境下发生氧化反应后，有机物大分子被氧化成无机的CO2、H2O，放射性核素则沉淀为无机盐，如硫酸盐、硝酸盐等，CO2和H2O均可直接排放，无机盐因具有放射性，可进行水泥固化处理。可有效解决腐蚀和盐沉淀问题，可使超临界水氧化技术应用于核电厂、核设施放射性废树脂的处理，放射性固体废物产生体积明显减少，减轻了后续固化处理的难度，节省了固体废物处理处置成本。
3.间壁式反应器结构解决了反应器腐蚀问题，延长了反应器使用寿命：内壁承担反应和腐蚀，外壁承压，可缓解承压部件的耐腐蚀性，有效延长设备使用寿命。
4.在反应器内增加预热功能：在反应器外筒设有预热盘管，可实现反应后的物料对进料介质进行预热，减少一台预热设备。
5.在反应腔内设置挡板，延长进料介质预热路径和时间：可让进料介质按照规定的路径流动，实现电加热和有机物氧化放热两种途径对进料预热。
本发明提供的处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，可广泛应用于核电厂、核设施放射性废树脂处理中。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，其特征在于，包括：
反应器筒体，包括设有反应腔的反应器内筒、围绕反应器内筒设置的反应器外筒，以及位于反应器内筒和反应器外筒之间的进料腔；
氧气入口，向反应腔提供氧气；
进料口，设置于反应器筒体的底部，进料介质自下向上经过进料腔进入反应腔；
出料口，设置于反应器筒体的底部，在反应腔中经超临界反应的产物自出料口排出反应器筒体；以及
排盐口，设置于反应器筒体的底壁上；
其中，围绕反应器外筒设有预热盘管，预热盘管连接出料口，并围绕反应器外筒向上螺旋盘绕直至预热盘管出口。
2.根据权利要求1所述的处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述反应器内筒承担反应和腐蚀，所述反应器外筒承担超临界压力。
3.根据权利要求1所述的处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述进料腔内设有阻流挡板，进料介质环绕反应器内筒而上进入所述反应腔。
4.根据权利要求3所述的处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述反应器顶部设有连接孔，所述进料介质在反应器顶部设置的连接孔处进入所述反应腔。
5.根据权利要求1所述的处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述进料腔由反应器内筒、反应器外筒和环形挡板围设而成。
6.根据权利要求5所述的处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述反应器底部设有位于环形挡板以下的缓冲区。
7.根据权利要求1所述的处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，其特征在于，围绕所述反应器外筒的上端设有电加热器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述氧气入口位于反应器顶部。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述氧气入口位于反应器底部。
10.权利要求1至9中任一项所述的处理放射性有机废物的超临界水氧化反应器，用于核电厂、核设施放射性废油、废有机溶剂、废树脂的处理。
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