CN111849529B - 一种放射性废树脂的热裂解处理装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种放射性废树脂的热裂解处理装置和方法，属于核工业技术领域。本发明提供的装置包括微波谐振及加热系统1、微波发生及控制系统2、热裂解气体处理系统3、氮气输入系统4和残碳收集腔5。本发明利用微波对放射性废树脂进行加热，具有安全、清洁、高效的特点，能够在较短的时间内实现放射性废树脂的脱水及热裂解，一方面使树脂中的有机物裂解为气体，大大降低废树脂的体积，并将放射性核素富集在残碳中；另一方面，树脂热解后的残碳还是一种微波吸收材料，可有效提高微波热解过程中的加热效率。在本发明中，热裂解气体处理系统3能够对热裂解产生的气体进行处理，避免含有放射性核素的固体颗粒以及有害气体的排放。

Description

一种放射性废树脂的热裂解处理装置和方法
技术领域
本发明涉及核工业技术领域，特别涉及一种放射性废树脂的热裂解处理装置和方法。
背景技术
在核工业领域，离子交换树脂被广泛应用于放射性废液处理，该类树脂由于使用年限已满、退役等各种原因不再使用后，需进行有效的处理处置。放射性废树脂中的放射性核素含量较高，且放射性废树脂为有机物，具有可燃性，久置会辐照降解，产生H2、CH4、C2H4、NH3等燃爆性气体，存在较高的安全风险。
由于放射性废树脂中的放射性核素含量较高，在对其进行处理时，需要考虑操作的安全性。目前，针对放射性废树脂的处理，常见的方法主要有水泥固化法、装入高整体性容器法、焚烧法等。然而，未经处理的放射性废树脂直接水泥固化后，其耐辐照能力差，长期稳定性差，且由于树脂具有较强的溶胀性能，所得固化体会存在明显的增容现象，导致固化体容易开裂。装入高整体性容器法是将放射性废树脂密封于混凝土、聚乙烯或高密度复合材料中的方法，其操作简单，但是密封后的废树脂体积会大大增加，从而增加运输及贮存成本。焚烧法能够最大程度地减小放射性废树脂的质量和体积，但是焚烧法能耗高，焚烧过程中会产生SO2等有害气体，且焚烧后的残渣仍会对环境造成危害。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种放射性废树脂的热裂解处理装置和方法。本发明提供的装置和方法具有能极大程度地降低废树脂的体积，且操作安全，能耗低，对环境无污染。
为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种放射性废树脂的热裂解处理装置，包括微波谐振及加热系统1，所述微波谐振及加热系统1包括微波谐振腔1-1、位于所述微波谐振腔1-1内部的废树脂容器1-2、位于所述微波谐振腔1-1外部且与废树脂容器1-2连接的测温元件1-3、位于所述微波谐振腔1-1外部且与微波谐振腔1-1连通的环形器1-4；
与所述微波谐振及加热系统1连通的微波发生及控制系统2，所述微波发生及控制系统2包括与所述环形器1-4连通的微波发生系统2-1，以及控制所述微波发生系统的微波控制系统2-2，所述微波控制系统2-2还与测温元件1-3电连接，用于调控测温元件的工作状态；
与所述废树脂容器1-2出气口连通的热裂解气体处理系统3；所述热裂解气体处理系统3包括顺次连接的过滤器3-1、气体洗涤装置3-2、冷凝器3-3、干燥器3-4和气体收集罐3-5；
与所述废树脂容器1-2入气口连通的氮气输入系统4；
与所述微波谐振腔1-1底部出口连通的残碳收集腔5。
优选的，所述氮气输入系统4包括氮气罐4-1和气体流量控制器4-2。
优选的，所述过滤器3-1为核级高效过滤器；所述气体洗涤装置3-2中盛放有洗气液，所述洗气液为碱液；所述干燥器3-4中设置有干燥剂，所述干燥剂为氧化钙、氢氧化铝和无水硫酸铜中的一种或几种。
优选的，所述热裂解气体处理系统3还包括位于干燥器3-4出口和气体收集罐3-5入口前的气体分析仪3-6。
本发明提供了一种放射性废树脂的热裂解处理方法，包括以下步骤：
(1)对放射性废树脂进行热失重分析，得到放射性废树脂的热失重温度T1、…，Tn，其中n＞1的正整数，且T1＜…＜Tn；
(2)将放射性废树脂放置于上述任意一项所述的放射性废树脂的热裂解处理装置的废树脂容器1-2中，开启氮气输入系统4和微波发生及控制系统2，在氮气和微波加热的条件下，对放射性废树脂进行梯度程序升温热裂解处理，得到热裂解气体和残碳；
所述梯度程序升温包括：
将温度从常温第一升温至T1，进行第一保温；
……
将温度从Tn-1第n升温至Tn，进行第n保温；
(3)热裂解气体由废树脂容器1-2的出气口进入热裂解气体处理系统3，经过过滤器3-1过滤、气体洗涤装置3-2洗涤、冷凝器3-3冷凝和干燥器3-4干燥后进入气体收集罐3-5贮存；所述残碳由微波谐振腔1-1底部出口进入残碳收集腔5进行收集；
(4)取出收集到的残碳，将残碳依次进行超压缩和水泥固定。
优选的，所述步骤(1)中热失重分析的温度范围为20～800℃，所述热失重分析的升温速率为10～20℃/min。
优选的，所述步骤(2)中放射性废树脂的单次热裂解处理量为0.5～1kg；所述氮气的流速为20～300mL/min；所述微波加热的功率为5～10kW，微波的波长为1～5GHZ。
优选的，所述第一升温、第二升温、…和第n升温的升温速率独立为10～20℃/min，所述第一保温、第二保温、…和第n保温的保温时间独立为0.5～3h。
优选的，热裂解气体进入气体收集罐3-5贮存前，还包括使用气体分析仪3-6对气体成分进行分析。
优选的，所述超压缩的压力为200～2000吨，时间为10～20min；所述水泥固定时水泥层的厚度为10～20cm。
本发明提供了一种放射性废树脂的热裂解处理装置，包括微波谐振及加热系统1、微波发生及控制系统2、热裂解气体处理系统3、氮气输入系统4和残碳收集腔5。本发明利用微波对放射性废树脂进行加热，具有安全、清洁、低能耗、高效的特点，能够在较短的时间内实现放射性废树脂的脱水及热裂解，一方面使树脂中的有机物裂解为气体，大大降低废树脂的体积，并将大部分的放射性核素富集在残碳中；另一方面，树脂热解后的残碳还是一种微波吸收材料，可有效提高微波热解过程中的加热效率。在本发明中，热裂解气体处理系统3能够对热裂解产生的气体进行处理，避免含有放射性核素的固体颗粒以及有害气体的排放。
本发明提供了一种放射性废树脂的热裂解处理方法，此法先对放射性废树脂进行热失重分析，得到放射性废树脂的热失重温度，再对放射性废树脂进行梯度程序升温热裂解处理，并对产生的热解裂解气体进行气体处理，产生的残碳进行超压缩和水泥固定。本发明提供的方法能够使放射性废树脂中的有机物有效裂解，树脂中放射性核素富集在残碳中，具有较好的减容效果，且残碳经水泥固化、热裂解气体经尾气处理后不会污染环境；同时，本发明提供的方法操作安全性高，且能够满足工业化、大规模应用的需要。
附图说明
图1本发明放射性废树脂的热裂解处理装置的结构示意图，其中1为微波谐振及加热系统，1-1为微波谐振腔，1-2为废树脂容器，1-3为测温元件，1-4为环形器，2为微波发生及控制系统，2-1为微波发生系统，2-2为微波控制系统，3为热裂解气体处理系统，3-1为过滤器，3-2为气体洗涤装置，3-3为冷凝器，3-4为干燥器，3-5为气体收集罐，4为氮气输入系统，4-1为氮气罐，4-2为气体流量控制器，5为残碳收集腔；
图2为实施例1中放射性废弃717型阴离子交换树脂热裂解处理后残碳的实物图；
图3为实施例3中放射性废弃732型阳离子交换树脂热裂解处理后残碳的实物图。
具体实施方式
本发明提供了一种放射性废树脂的热裂解处理装置，包括微波谐振及加热系统1，所述微波谐振及加热系统1包括微波谐振腔1-1、位于所述微波谐振腔1-1内部的废树脂容器1-2、位于所述微波谐振腔1-1外部且与废树脂容器1-2连接的测温元件1-3、位于所述微波谐振腔1-1外部且与微波谐振腔1-1连通的环形器1-4；
与所述微波谐振及加热系统1连通的微波发生及控制系统2，所述微波发生及控制系统2包括与所述环形器1-4连通的微波发生系统2-1，以及控制所述微波发生系统的微波控制系统2-2，所述微波控制系统2-2还与测温元件1-3电连接，用于调控测温元件的工作状态；
与所述废树脂容器1-2出气口连通的热裂解气体处理系统3；所述热裂解气体处理系统3包括顺次连接的过滤器3-1、气体洗涤装置3-2、冷凝器3-3、干燥器3-4和气体收集罐3-5；
与所述废树脂容器1-2入气口连通的氮气输入系统4；
与所述微波谐振腔1-1底部出口连通的残碳收集腔5。
在本发明中，所述热裂解处理装置的结构示意图如图1所示。
本发明提供的放射性废树脂的热裂解处理装置包括微波谐振及加热系统1，所述微波谐振及加热系统1包括微波谐振腔1-1，在本发明中，所述微波谐振腔1-1的材质优选为钢材，壁厚优选为2mm；本发明对所述微波谐振腔1-1的尺寸规格没有特殊的要求，根据实际操作条件和放射性废树脂的单次处理量进行相应设计即可。
本发明提供的热裂解处理装置包括位于微波谐振腔1-1内部的废树脂容器1-2。在本发明中，所述废树脂容器优选位于微波谐振腔1-1内部的中间位置且不与微波谐振腔1-1的内壁接触。在本发明的一个实施例中，所述废树脂容器1-2的形状为管状，材质为石英。本发明对所述废树脂容器1-2的尺寸大小没有特殊的要求，根据放射性废树脂的单次处理量进行相应设计即可。
本发明提供的热裂解处理装置包括位于微波谐振腔1-1外部并与废树脂容器1-2连接的测温元件1-3，所述测温元件1-3的温度探测端进入到废树脂容器内部。在本发明中，所述测温元件1-3优选为热电偶。在本发明中，所述测温元件1-3能够将热信号转换为电信号，并传递给微波发生及控制系统2。
本发明提供的热裂解处理装置包括位于微波谐振腔1-1外部与微波谐振腔1-1连接的环形器1-4。本发明对所述环形器1-4的型号没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的环形器1-4即可。在本发明中，所述环形器1-4优选通过钢导管与微波谐振腔1-1连接。在本发明中，所述环形器1-4能够使微波单向环形传输，使树脂受热均匀，提高树脂的热解效果。
本发明提供的放射性废树脂的热裂解处理装置包括与所述微波谐振及加热系统1连接的微波发生及控制系统2，所述微波发生及控制系统2包括微波发生系统2-1，所述微波发生系统2-1与环形器1-4通过钢导管连接，所述微波发生系统2-1产生的微波经过环形器1-4传送至微波谐振腔1-1表面，进而实现对放射性废树脂的加热。
在本发明中，所述微波发生及控制系统2还包括与所述微波发生系统2-1通过信号线电连接的微波控制系统2-2，所述微波控制系统2-2还与测温元件1-3电连接。本发明对所述微波控制系统2-2没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的微波控制系统2-2并实现对微波的功率和频率的控制即可。在本发明中，所述测温元件1-3通过信号线与微波控制系统2-2连接，将废树脂容器1-2的温度反馈给微波控制系统2-2。微波控制系统2-2收到反馈信号后，根据热裂解温度需要调整微波发生系统2-1中微波的功率和波长，从而实现对热裂解温度的控制。
本发明提供的放射性废树脂的热裂解处理装置包括与所述废树脂容器1-2出气口连通的热裂解气体处理系统3；所述热裂解气体处理系统3包括顺次连接的过滤器3-1、气体洗涤装置3-2、冷凝器3-3、干燥器3-4和气体收集罐3-5。在本发明中，所述过滤器3-1的入口与废树脂容器1-2出口连通。在本发明中，所述过滤器3-1设置于废树脂容器1-2与气体洗涤装置3-2连通的管路上。在本发明的实施例中，所述过滤器3-1为核级高效过滤器，所述过滤器3-1的材质优选为无机玻璃纤维。本发明通过所述过滤器3-1，能够除去尾气中的部分放射性颗粒以及其余微小颗粒。在本发明中，所述气体洗涤装置3-2中设置有洗气液，所述洗气液为碱液，更具体为氢氧化钠溶液或碳酸氢钠溶液；在本发明中，所述碱液的浓度优选为0.1～0.3mol/L。本发明通过所述气体洗涤装置3-2，能够除去热裂解气体中的SO2有害气体。在本发明的具体实施例中，所述气体洗涤装置3-2优选包括两个串联的洗气装置，每个洗气装置中独立设置有洗气液，避免第一个洗气装置饱和导致洗涤效果下降。本发明对所述冷凝器3-3的种类和型号没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的冷凝器即可。在本发明中，所述干燥器3-4中设置有干燥剂，所述干燥剂优选为氧化钙、氢氧化铝和无水硫酸铜中的一种或几种。本发明通过所述干燥器3-4，能够除去热裂解气体中的水分。
本发明对所述气体收集罐3-5的种类没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的气体收集罐3-5对气体进行收集即可。
作为本发明的一个实施例，所述热裂解气体处理系统3还包括气体分析仪3-6，所述气体分析仪3-6优选位于干燥器3-4出口之后、气体收集罐3-5入口之前；本发明对所述气体分析仪3-6的型号、种类没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的气体分析仪3-6能够对气体成分进行分析即可。气体进行成分分析后，进入气体贮存装置进行贮存，本发明对所述气体贮存装置没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的气体贮存装置即可。
本发明提供的放射性废树脂的热裂解处理装置包括与所述废树脂容器1-2入气口连通的氮气输入系统4。在本发明中，所述氮气输入系统4与废树脂容器1-2入气口通过管路穿过微波谐振腔1-1进行连通。在本发明中，所述氮气输入系统4优选包括氮气罐4-1和气体流量控制器4-2。在本发明中，所述氮气罐4-1通过气体管路与废树脂容器1-2的入口连通，所述氮气罐4-1的出口管路处设有气体流量控制器4-2。本发明对所述氮气罐4-1没有特殊的要求，能够提供纯度≥99.99％的氮气即可。本发明对所述气体流量控制器4-2没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的气体流量控制器4-2能够控制氮气的流量即可。
本发明提供的放射性废树脂的热裂解处理装置包括与所述微波谐振腔1-1底部出口连通的残碳收集腔5。在本发明中，所述残碳收集腔5的内部优选设有收集桶。在本发明中，所述残碳收集腔5的材质优选为钢材，所述残碳收集腔5的顶部设有隔板，所述隔板的材质为钢材；本发明通过隔板使残碳收集腔5与微波谐振腔1-1进行分隔，在放射性废树脂进行热裂解前和热裂解时，所述隔板关闭，残碳收集腔5保持密封；当放射性废树脂热裂解完成后，所述隔板打开，热裂解后的残渣倾倒于残碳收集腔5中贮存。
本发明提供了一种放射性废树脂的热裂解处理方法，包括以下步骤：
(1)对放射性废树脂进行热失重分析，得到放射性废树脂的热失重温度T1、…，Tn，其中n＞1的正整数，且T1＜…＜Tn；
(2)将放射性废树脂放置于上述的放射性废树脂的热裂解处理装置的废树脂容器1-2中，开启氮气输入系统4和微波发生及控制系统2，在氮气和微波加热的条件下，对放射性废树脂进行梯度程序升温热裂解处理，得到热裂解气体和残碳；
所述梯度程序升温包括：
将温度从常温第一升温至T1，进行第一保温；
……
将温度从Tn-1第n升温至Tn，进行第n保温；
(3)热裂解气体由废树脂容器1-2的出气口进入热裂解气体处理系统3，经过过滤器3-1过滤、气体洗涤装置3-3洗涤、冷凝器3-3冷凝和干燥器3-4干燥后进入气体收集罐3-5贮存；所述残碳由微波谐振腔1-1底部出口进入残碳收集腔5进行收集；
(4)取出收集到的残碳，将残碳依次进行超压缩和水泥固定。
本发明对放射性废树脂进行热失重分析，得到放射性废树脂的热失重温度T1、…，Tn，其中n＞1的正整数，且T1＜…＜Tn。本发明对所述放射性废树脂的来源、种类和成分没有特殊的要求，任何来源、种类和成分的放射性废树脂均适用于本发明提供的热裂解处理方法。作为本发明的一个具体实施例，所述放射性废树脂优选为放射性废弃717型阴离子交换树脂、放射性废弃201×7型强碱性阴离子交换树脂和放射性废弃732型阳离子交换树脂中的一种。本发明优选使用热重分析仪TG进行所述热失重分析，在本发明中，所述热失重分析的温度范围优选为20～800℃，所述热失重分析的升温速率优选为10～20℃/min，更优选为15℃/min。本发明优选在氮气氛围下进行所述热失重分析。在本发明中，当所述放射性废树脂为放射性废弃717型阴离子交换树脂时，其热失重温度为T1＝78.9℃、T2＝299.6℃、T3＝403.8℃；当所述放射性废树脂为放射性废弃201×7型强碱性阴离子交换树脂时，其热失重温度为T1＝107.8℃、T2＝203.6℃、T3＝411.2℃；当所述放射性废树脂为放射性废弃732型阳离子交换树脂时，其热失重温度为T1＝110.4℃、T2＝426.2℃。
得到射性废树脂的热失重温度后，本发明将放射性废树脂放置于上述放射性废树脂的热裂解处理装置的废树脂容器1-2中，开启氮气输入系统4和微波发生及控制系统2，在氮气和微波加热的条件下，对放射性废树脂进行梯度升温热裂解处理，得到热裂解气体和残碳。在本发明中，所述放射性废树脂的单次热裂解处理量优选为0.5～1kg，更优选为0.6～0.8kg；所述放射性废树脂占废树脂容器体积的30～50％。在本发明中，所述氮气的流速优选为20～300mL/min，更优选为50～200mL/min；所述微波加热的功率优选为5～10kW，更优选为6～8kW；所述微波的波长优选为1～5GHZ，更优选为2.45GHZ。
在本发明中，所述第一升温、第二升温、…和第n升温的升温速率独立优选为10～20℃/min，更优选为15℃/min；所述第一保温、第二保温、…和第n保温的保温时间独立优选为0.5～3h，更优选为1～2h。本发明通过所述梯度程序升温热裂解处理，能够使放射性废树脂中的有机物有效裂解为较纯的气体，便于气体的回收利用；同时树脂中的放射性核素绝大部分富集在残碳中，废树脂体积大大降低。在本发明中，所述热裂解处理后气体中含有SO2、三甲胺等有害气体。
在本发明中，热裂解气体由废树脂容器1-2的出气口进入热裂解气体处理系统3，经过过滤器3-1过滤、气体洗涤装置3-2洗涤、冷凝器3-3冷凝、和干燥器3-4干燥后进入气体收集罐3-5贮存；所述残碳由微波谐振腔1-1底部出口进入残碳收集腔5进行收集；在进入气体收集罐3-5前，本发明还包括使用气体分析仪3-6对气体的成分进行分析。在本发明中，所述过滤器3-2能够过滤掉尾气中的固体颗粒包括放射性颗粒；所述冷凝器将热裂解气体的温度冷凝至常温。在本发明中，所述单次树脂处理质量与气体洗涤装置3-3中碱液的体积比优选为1:1；所述单次树脂处理质量与干燥器3-4中干燥剂的质量比优选为1:2。所述热裂解气体经过过滤器3-1过滤、冷凝器3-3冷凝、气体洗涤装置3-2洗涤和干燥器3-4干燥后，气体中的H2O、SO2等已除去。
本发明根据气体成分分析结果来确定梯度程序升温的进程，具体的，当气体成分中只包括氮气时，此温度下的热裂解完成，升温至下一温度进行热裂解。
收集残碳后，本发明取出收集到的残碳，将残碳依次进行超压缩和水泥固定。本发明优选使用压机进行所述超压缩，所述超压缩的压力优选为200～2000吨，更优选为500～1500吨，时间优选为10～20min，更优选为15min；本发明优选将残碳超压缩成圆饼状；在本发明中，所述水泥固定时水泥层的厚度优选为10～20cm，更优选为12～18cm；本发明对所述水泥的成分没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知成分的水泥即可。本发明对所述水泥固定的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的水泥固定的方式即可。
所述水泥固定后，本发明优选将水泥固定后的残碳运输至放射性废物处置库贮存。
下面结合实施例对本发明提供的放射性废树脂的热裂解处理装置和方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)在氮气气氛下，使用热重分析仪TG对放射性废弃717型阴离子交换树脂进行热失重分析，其热失重温度分别为T1＝78.9℃、T2＝299.6℃、T3＝403.8℃。
(2)将0.5kg的放射性废弃717型阴离子交换树脂放置于放射性废树脂的热裂解处理装置的废树脂容器1-2中，开启氮气输入系统4和微波发生及控制系统2，在氮气流速为30mL/min的氮气气氛中，10℃/min速率下升温至78.9℃，微波功率5kW，频率2.45GHZ，维持温度0.5h，热裂解气体进入热裂解气体处理系统3，通过过滤器3-1(核级高效过滤器，过滤材质为无机玻璃纤维)、气体洗涤装置3-2(洗气液为0.1mol/L的氢氧化钠溶液)、冷凝器3-3冷凝至室温、干燥器3-4后进入气体收集罐3-5贮存，使用气体分析仪3-6对气体的成分进行分析，分析显示，该温度下气体成分以氮气为主；
20℃/min速率下继续升温至299.6℃，维持温度1小时，热裂解气体经热裂解气体处理系统3处理后，分析显示，该温度下剩余气体以氮气及三甲胺为主；
20℃/min速率下继续升温至403.8℃，维持温度1小时，热裂解气体经热裂解气体处理系统3处理后，分析显示，该温度下剩余气体以氮气及苯乙烯为主。
(3)树脂经热解后残碳的实物图如图2所示，其质量为原树脂质量的15.3％，使用200吨压机对残碳进行超压缩，超压缩后的残碳体积为原树脂体积的0.4％；超压缩后，对残碳进行水泥固定，水泥层的厚度为10cm。
实施例2
(1)在氮气气氛下，使用热重分析仪TG对放射性废弃201×7型强碱性阴离子交换树脂进行热失重分析，其热失重温度分别为T1＝107.8℃、T2＝203.6℃、T3＝411.2℃。
(2)将0.5kg的放射性废弃717型阴离子交换树脂放置于放射性废树脂的热裂解处理装置的废树脂容器1-2中，开启氮气输入系统4和微波发生及控制系统2，在氮气流速为20mL/min的氮气气氛中，10℃/min速率下升温至107.8℃，微波功率5kW，频率2.45GHZ，维持温度0.5h，树脂质量降低至55％，热裂解气体进入热裂解气体处理系统3，通过过滤器3-1(核级高效过滤器，过滤材质为无机玻璃纤维)、气体洗涤装置3-2(洗气液为0.1mol/L的氢氧化钠溶液)、冷凝器3-3冷凝至室温、干燥器3-4后进入气体收集罐3-5贮存，使用气体分析仪3-6对气体的成分进行分析，分析显示，该温度下气体成分以氮气为主；
15℃/min速率下继续升温至203.6℃，维持温度1小时，树脂质量降低至36％，热裂解气体经热裂解气体处理系统3处理后，分析显示，该温度下剩余气体以氮气及三甲胺为主；
20℃/min速率下继续升温至411.2℃，维持温度1小时，树脂质量降低至8％，热裂解气体经热裂解气体处理系统3处理后，分析显示，该温度下剩余气体以氮气及苯乙烯为主。
(3)使用200吨压机对残碳进行超压缩，超压缩后的残碳体积为原树脂体积的0.3％；超压缩后，对残碳进行水泥固定，水泥层的厚度为15cm。
对气体洗涤装置3-3中的洗气液进行放射性核素分析，结果显示放射性核素未检出。
实施例3
(1)在氮气气氛下，使用热重分析仪TG对放射性废弃732型阳离子交换树脂进行热失重分析，其热失重温度分别为T1＝110.4℃、T2＝426.2℃。
(2)将1kg的放射性废弃732型阳离子交换树脂放置于放射性废树脂的热裂解处理装置的废树脂容器1-2中，开启氮气输入系统4和微波发生及控制系统2，在氮气流速为30mL/min的氮气气氛中，15℃/min速率下升温至110.4℃，微波功率10kW，频率2.45GHZ，维持温度0.5h，热裂解气体进入热裂解气体处理系统3，通过过滤器3-1(核级高效过滤器，过滤材质为无机玻璃纤维)、气体洗涤装置3-2(洗气液为0.1mol/L的氢氧化钠溶液)、冷凝器3-3冷凝至室温、干燥器3-4后进入气体收集罐3-5贮存，使用气体分析仪3-6对气体的成分进行分析，分析显示，该温度下气体成分以氮气为主；
15℃/min速率下继续升温至426.2℃，维持温度1小时，热裂解气体经热裂解气体处理系统3处理后，分析显示，该温度下剩余气体以氮气和苯环类气体为主。
(3)树脂经热解后残碳的实物图如图3所示，其质量为原树脂质量的13.2％，使用200吨压机对残碳进行超压缩，超压缩后的残碳体积为原树脂体积的0.4％；超压缩后，对残碳进行水泥固定，水泥层的厚度为20cm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种放射性废树脂的热裂解处理方法，包括以下步骤：
（1）对放射性废树脂进行热失重分析，得到放射性废树脂的热失重温度T1、…，Tn，其中n＞1的正整数，且T1＜…＜Tn；
所述放射性废树脂为放射性废弃717型阴离子交换树脂、放射性废弃201×7型强碱性阴离子交换树脂和放射性废弃732型阳离子交换树脂中的一种；
当所述放射性废树脂为放射性废弃717型阴离子交换树脂时，其热失重温度为T1=78.9℃、T2=299.6℃、T3=403.8℃；当所述放射性废树脂为放射性废弃201×7型强碱性阴离子交换树脂时，其热失重温度为T1=107.8℃、T2=203.6℃、T3=411.2℃；当所述放射性废树脂为放射性废弃732型阳离子交换树脂时，其热失重温度为T1=110.4℃、T2=426.2℃；
（2）将放射性废树脂放置于放射性废树脂的热裂解处理装置的废树脂容器（1-2）中，开启氮气输入系统（4）和微波发生及控制系统（2），在氮气和微波加热的条件下，对放射性废树脂进行梯度程序升温热裂解处理，得到热裂解气体和残碳；
所述梯度程序升温包括：
将温度从常温第一升温至T1，进行第一保温；
……
将温度从Tn-1第n升温至Tn，进行第n保温；
（3）热裂解气体由废树脂容器（1-2）的出气口进入热裂解气体处理系统（3），经过过滤器（3-1）过滤、气体洗涤装置（3-2）洗涤、冷凝器（3-3）冷凝和干燥器（3-4）干燥后进入气体收集罐（3-5）贮存；所述残碳由微波谐振腔（1-1）底部出口进入残碳收集腔（5）进行收集；
（4）取出收集到的残碳，将残碳依次进行超压缩和水泥固定；
所述放射性废树脂的热裂解处理装置包括微波谐振及加热系统（1），所述微波谐振及加热系统（1）包括微波谐振腔（1-1）、位于所述微波谐振腔（1-1）内部的废树脂容器（1-2）、位于所述微波谐振腔（1-1）外部且与废树脂容器（1-2）连接的测温元件（1-3）、位于所述微波谐振腔（1-1）外部且与微波谐振腔（1-1）连通的环形器（1-4）；
与所述微波谐振及加热系统（1）连通的微波发生及控制系统（2），所述微波发生及控制系统（2）包括与所述环形器（1-4）连通的微波发生系统（2-1），以及控制所述微波发生系统的微波控制系统（2-2），所述微波控制系统（2-2）还与测温元件（1-3）电连接，用于调控测温元件的工作状态；
与所述废树脂容器（1-2）出气口连通的热裂解气体处理系统（3）；所述热裂解气体处理系统（3）包括顺次连接的过滤器（3-1）、气体洗涤装置（3-2）、冷凝器（3-3）、干燥器（3-4）和气体收集罐（3-5）；
与所述废树脂容器（1-2）入气口连通的氮气输入系统（4）；
与所述微波谐振腔（1-1）底部出口连通的残碳收集腔（5）。
2.根据权利要求1所述的热裂解处理方法，其特征在于，所述步骤（1）中热失重分析的升温速率为10~20℃/min。
3.根据权利要求1所述的热裂解处理方法，其特征在于，所述步骤（2）中放射性废树脂的单次热裂解处理量为0.5~1kg；所述氮气的流速为20~300mL/min；所述微波加热的功率为5~10kW，微波的波长为1~5GHZ。
4.根据权利要求1所述的热裂解处理方法，其特征在于，所述第一升温、第二升温、…和第n升温的升温速率独立为10~20℃/min，所述第一保温、第二保温、…和第n保温的保温时间独立为0.5~3h。
5.根据权利要求1所述的热裂解处理方法，其特征在于，热裂解气体进入气体收集罐（3-5）贮存前，还包括使用气体分析仪（3-6）对气体成分进行分析。
6.根据权利要求1所述的热裂解处理方法，其特征在于，所述超压缩的压力为200~2000吨，时间为10~20min；所述水泥固定时水泥层的厚度为10~20cm。
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