CN113539539A - 一种放射性废油催化裂解处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及放射性废油处理领域，用于安全、高效解决放射性废油的无机化处理难题，具体涉及一种放射性废油催化裂解处理工艺，反应过程分为两级，包括一级催化氧化反应和二级催化氧化反应，废油在一级反应器中发生催化氧化反应，有机成分绝大部分转化成为CO2和H2O，另有少部分转化为小分子的烃类产物，放射性核素滞留在一级反应器内并与催化氧化剂形成性质较为稳定的矿化产物；一级反应之后的少量小分子烃类产物进入二级反应器进一步反应，最终全部转化为CO2和H2O；二级反应后的尾气经过必要的除尘等后处理手段即可安全排放；该处理工艺能够将放射性废油进行安全、高效、无机化处理。
Description
技术领域
本发明涉及放射性废油处理技术领域，用于安全、高效解决放射性废油无机化处理难题，具体涉及一种放射性废油催化裂解处理工艺。
背景技术
放射性废油是核电站运行过程产生的一类放射性废物，包括废润滑油、废机油等混合成分。放射性废油一般为低放废物，放射性核素主要是Cs-137、Sr-90、Co-60等。且由于国内现在对放射性废油还没有一种安全有效的处理工艺，因此其一直未能得到妥善处理处置，均暂存在核电站专用贮存库。虽然核电站放射性废油年产生量不大，但随着核电站的运行，放射性废油存量会不断增多，并且其本身还具有易燃易爆及毒性等理化特性，因此对放射性废油的安全管理困扰也在增大。
国际上对放射性废油的处理方法主要有焚烧法(通过燃烧使废油无机化，放射性核素残留在废渣中)、吸附法(利用吸附剂吸收废油后进行处理)、乳化-固化法(将废油乳化处理后进行水泥固化)、湿法氧化法(利用强氧化剂在水溶液状态使废油无机化然后进行处理)。
国际上的上述方法虽然可处理放射性废油，但焚烧法尾气中仍含有大量有害成分，需要进一步处理，目前公众接受程度普遍较差，且焚烧残渣目前也缺乏有效的处理手段；吸附法对吸附剂性能要求高，国内没有可以自主生产的高效吸附剂，需从国外引进，处理成本大；乳化-固化法增容大，且乳化剂开发尚不成熟，固化体的性能有待验证，尚未正式用于对放射性废油的处理；湿法氧化法工艺流程较长，通常还要结合萃取、离子交换等手段，在放射性环境下进行工程化难度极高，且废油无机化效率不高，还需要进行二次处理。
因此，现有的放射性废油的处理工艺均存在一定的缺陷，开发一种处理能力高、无机化转化率也很高且安全可靠的放射性废油处理工艺是亟需解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种放射性废油催化裂解处理工艺，该处理工艺可安全、高效解决放射性废油无机化处理难题，而且该工艺的反应条件温和，即便在催化氧化剂过量的情况下进行反应，也不会发生燃烧、爆炸之类的不可控反应；同时该工艺的工艺流程短，排放的尾气量极少且无害，热解仅有少量的固体废物产生。
为了实现上述目的，本发明提供一种放射性废油催化裂解处理工艺，反应过程分包括以下步骤：
步骤一：向一级反应器和二级反应器中分别添加固体颗粒的催化氧化剂，其中以及反应器中进行液-固反应，二级反应器中进行气-固反应；
步骤二：将废油通过加注泵从进料槽添加到一级反应器中，在200℃～300℃的条件下进行催化氧化反应，废油中的大分子有机成分绝大部分转化成为CO2和H2O，另有少部分转化为小分子的烃类产物，放射性核素滞留在一级反应器内并与催化氧化剂形成性质较为稳定的矿化产物，反应残渣定期排出到废物钢桶后经包装作为放射性固体废物处理；
步骤三：经过一级反应器中反应后产生的少量小分子烃类产物进入二级反应器进一步反应，最终全部转化为CO2和H2O；
步骤四：二级反应器中产生的气体依次通过换热器冷却、除尘过滤器和高效过滤器除去其中的夹带颗粒，经引风机抽出后，与核设施的排风管道连接，安全排放。
进一步的，所述一级反应器中的废油质量不超过催化氧化剂的1/10，待其反应完全后再进行加料，加料方式可以是间歇定量式或者连续计量式，计量方式采用定容、定质量或泵计量的方式进行。
进一步的，所述催化氧化剂包括任意一种或多种金属氧化物形成的混合物能够确保废油中的有机成分在200℃条件下发生裂解氧化反应。
进一步的，反应过程中，向所述一级反应器和二级反应器中通入惰性气体作为保护气。
进一步的，所述一级反应器和二级反应器的进气口处均连接有再生气体罐，当催化氧化剂的反应活性降低到40％以下时，停止进料并通入再生气体，使催化氧化剂的活性在线再生；在一级反应器中的固体残渣放射性比活度不超过相关固体废物处置接收标准时，催化氧化剂的性能可持续在线再生利用；二级反应器的催化氧化剂的性能可无限在线再生利用。
进一步的，所述一级反应器和二级反应器的出气口处均连接有气体在线分析仪，气体在线分析仪的功能根据气体组分监测目的灵活配置。
进一步的，所述高效过滤器后端连接有引风机，引风机的出口连接放射性废物处理设施排风系统，所述引风机与所述排风系统之间连接有β计数仪。
技术原理：
放射性废油进入到一级反应器和二级反应器中的反应机理如下：
CaHbOc+MexOy→MexOy-r+CO2+H2O
综上所述，本发明相较于现有技术的有益效果是：
(1)本发明的处理效率高，采用该工艺，放射性废油的处理能力可达到2kg/h，无机化的转化率超过99％，远超其它技术；
(2)本发明的处理条件相对温和(200℃～300℃)，便于控制，在催化氧化剂过量的情况下进行反应，不会发生燃烧、爆炸之类的不可控反应；
(3)本发明的处理工艺流程短，所需设备较少，全流程只有进料槽、加注泵、一级/二级反应器、传送带、换热器、过滤器、抽风机等设备，可以做成撬装式装备；
(4)本发明的二次废物少，废油经过两级热催化裂解反应后可完全转化为无机物，排放尾气量少且无害，仅有少量固体废物产生(一级反应器的残渣)，产生量不超过反应废油总体积的1/40，远低于其他技术。
附图说明
图1是本发明中一种放射性废油催化裂解处理工艺的工艺流程图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合图1和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图1所示，一种放射性废油催化裂解处理工艺，反应过程分包括以下步骤：
步骤一：向一级反应器和二级反应器中分别添加固体颗粒的催化氧化剂，其中以及反应器中进行液-固反应，二级反应器中进行气-固反应；
步骤二：将废油通过加注泵从进料槽添加到一级反应器中，在200℃～300℃的条件下进行催化氧化反应，废油中的大分子有机成分绝大部分转化成为CO2和H2O，另有少部分转化为小分子的烃类产物，放射性核素滞留在一级反应器内并与催化氧化剂形成性质较为稳定的矿化产物，反应残渣定期排出到废物钢桶后经包装作为放射性固体废物处理；
步骤三：经过一级反应器中反应后产生的少量小分子烃类产物进入二级反应器进一步反应，最终全部转化为CO2和H2O；
步骤四：二级反应器中产生的气体依次通过换热器冷却、除尘过滤器和高效过滤器除去其中的夹带颗粒，经引风机抽出后，与核设施的排风管道连接，安全排放。
放射性废油进入到一级反应器和二级反应器中的反应机理如下：
CaHbOc+MexOy→MexOy-r+CO2+H2O
需要说明的是，一级反应器中的废油质量不超过催化氧化剂的1/10，待其反应完全后再进行加料，加料方式可以是间歇定量式或者连续计量式，计量方式采用定容、定质量或泵计量的方式进行。
需要说明的是，催化氧化剂包括任意一种或多种金属氧化物形成的混合物，能够确保废油中的有机成分在200℃～300℃条件下发生裂解氧化反应。
需要说明的是，反应过程中，向所述一级反应器和二级反应器中通入惰性气体作为保护气。
需要说明的是，一级反应器和二级反应器的进气口处均连接有再生气体罐，当催化氧化剂的反应活性降低到40％以下时，停止进料并通入再生气体，使催化氧化剂的活性在线再生；在一级反应器中的固体残渣放射性比活度不超过相关固体废物处置接收标准时，催化氧化剂的性能可持续在线再生利用；二级反应器的催化氧化剂的性能可无限在线再生利用。
需要说明的是，一级反应器和二级反应器的出气口处均连接有气体在线分析仪，气体在线分析仪的功能根据气体组分监测目的灵活配置。
需要说明的是，高效过滤器后端连接有引风机，引风机的出口连接放射性废物处理设施排风系统，所述引风机与所述排风系统之间连接有β计数仪。
效果检测如下：
(1)处理能力可达到2kg/h；
(2)无机化的转化率超过99％。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种放射性废油催化裂解处理工艺，其特征在于，反应过程分包括以下步骤：
步骤一：向一级反应器和二级反应器中分别添加固体颗粒的催化氧化剂，其中以及反应器中进行液-固反应，二级反应器中进行气-固反应；
步骤二：将废油通过加注泵从进料槽添加到一级反应器中，在200℃～300℃的条件下进行催化氧化反应，废油中的有机成分绝大部分转化成为CO2和H2O，另有少部分转化为小分子的烃类产物，放射性核素滞留在一级反应器内并与催化氧化剂形成性质较为稳定的矿化产物，反应残渣定期排出到废物钢桶后经包装作为放射性固体废物处理；
步骤三：经过一级反应器中反应后产生的少量小分子烃类产物进入二级反应器进一步反应，最终全部转化为CO2和H2O；
步骤四：二级反应器中产生的气体依次通过换热器冷却、除尘过滤器和高效过滤器除去其中的夹带颗粒，经引风机抽出后，与核设施的排风管道连接，安全排放。
2.根据权利要求1所述的一种放射性废油催化裂解处理工艺，其特征在于，所述一级反应器中的废油质量不超过催化氧化剂的1/10，待其反应完全后再进行加料，加料方式包括间歇定量式或者连续计量式，计量方式采用定容、定质量或泵计量的方式进行。
3.根据权利要求1所述的一种放射性废油催化裂解处理工艺，其特征在于，所述催化氧化剂包括任意一种或多种金属氧化物形成的混合物，能够确保废油中的有机成分在200℃～300℃条件下发生裂解氧化反应。
4.根据权利要求1所述的一种放射性废油催化裂解处理工艺，其特征在于，反应过程中，向所述一级反应器和二级反应器中通入惰性气体作为保护气。
5.根据权利要求1所述的一种放射性废油催化裂解处理工艺，其特征在于，所述一级反应器和二级反应器的进气口处均连接有再生气体罐，当催化氧化剂的反应活性降低到40％以下时，停止进料并通入再生气体，使催化氧化剂的活性在线再生；在一级反应器中的固体残渣放射性比活度不超过相关固体废物处置接收标准时，催化氧化剂的性能可持续在线再生利用；二级反应器的催化氧化剂的性能可无限在线再生利用。
6.根据权利要求1所述的一种放射性废油催化裂解处理工艺，其特征在于，所述一级反应器和二级反应器的出气口处均连接有气体在线分析仪，气体在线分析仪的功能根据气体组分监测目的灵活配置。
7.根据权利要求1所述的一种放射性废油催化裂解处理工艺，其特征在于，所述高效过滤器后端连接有引风机，引风机的出口连接放射性废物处理设施排风系统，所述引风机与所述排风系统之间连接有β计数仪。
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