CN217280055U - 一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置。采用本实用新型所述的处理废树脂的电协同湿法氧化装置，解决了现有技术中废树脂批次处理时间过长、双氧水消耗量大、后续废液处理量大的问题。本实用新型所提供的装置通过反应釜、搅拌装置、外加剂滴加装置、支撑台架、冷凝装置、加热装置、电源装置和同轴电极套筒的设置，可以有效加快废树脂的催化氧化速度，显著提高废树脂的处理效率；同时，双氧水消耗量及后续废液处理量也相应减少。此外，本实用新型所提供的处理废树脂的电协同湿法氧化装置中大部分部件采用高硼硅玻璃材质，电极部分采用耐腐蚀材质，搅拌桨采用聚四氟乙烯材质，既可以保证长期稳定性，也便于去污处理。

Description

一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置

技术领域

本实用新型属于放射性固废处理装置技术领域，具体涉及一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置。

背景技术

核生产与科研过程中不可避免地产生各种类型的放射性废物。其中，放射性废离子交换有机树脂(以下简称废树脂)作为一种特殊的废物，其处理和处置一直是放射性废物安全管理的难点和热点之一。截止目前国内多采用传统的水泥固化处理技术，该技术具有技术成熟，处理成本低的优点；同时废树脂水泥固化后的增容和固化体长期稳定性差已成为水泥固化技术的瓶颈。为此需要预先将废树脂降解稳定。

已有研究表明，湿法氧化技术能够高效将此类有机树脂氧化降解，是一种具有良好前景的放射性废树脂处理技术，但此类技术存在处理时间较长的不足。因此，进一步加快批次废树脂处理时间具有重要意义。发明人发现，电协同湿法氧化技术采用电化学的方法，并以外加双氧水辅助，可以使得树脂高效氧化；与传统湿法氧化相比，附加电化学方法可以使得体系中的高化学需氧量(COD)向低COD转化。同时，由于电化学技术自身具有阳极氧化和阴极还原的特性，系统内可以实现双氧水催化分解生成高活性的羟基自由基，可减低该系统双氧水的用量，从而最终使得系统残液量降低。

目前采用传统湿法氧化技术处理废树脂技术存在大量不足，主要表现在：废树脂批次处理时间较长；同时伴随着大量的双氧水消耗，后续产生了大量的废液。因此，发明人认为有必要开发一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置，来进一步加快废树脂的处理速度，同时减少双氧水的使用量，最终在较短时间内达到更低的COD值，同时产生更少的废液。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置，以提高废树脂的处理效率，可以在单位时间内处理更多的废树脂。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置，包括反应釜、搅拌装置、外加剂滴加装置、支撑台架、加热装置、冷凝装置、电源装置和电极套筒；

所述反应釜为双层反应釜体，反应釜内层处理废树脂，反应釜夹层通入加热介质提供反应所需要的反应温度；

所述搅拌装置包括搅拌电机、搅拌桨，搅拌桨通过反应釜釜盖上的预留孔伸至所述反应釜内；所述反应釜、搅拌电机固定于所述支撑台架上；

所述外加剂滴加装置包括蠕动泵、滴加导管，所述滴加导管一端插入外加剂容器内，中部夹在所述蠕动泵泵头中，另一端连接所述反应釜釜盖上预留的外加剂加料孔；

所述加热装置为循环加热装置，为所述反应釜夹层提供加热介质；

所述冷凝装置包括回流冷凝器、回流头，所述回流冷凝器通过回流头与所述反应釜连通，所述回流冷凝器固定于所述支撑台架上；

所述电极套筒置于所述反应釜内，通过导线与所述电源装置呈电性连接。

进一步，所述电源装置为直流电源。

进一步，所述反应釜采用高硼硅玻璃材质；所述反应釜的加料口位于反应釜釜盖上，所述反应釜的出料口位于反应釜的底部；所述反应釜釜盖上设置有温度计，用于监测所述反应釜内物料的实时温度。

进一步，所述搅拌桨末端的搅拌桨与所述反应釜釜底之间留有间隔距离，以防止影响搅拌；所述搅拌桨桨叶采用聚四氟乙烯材质，所述搅拌桨桨轴由包裹聚四氟乙烯的不锈钢制成。

进一步，所述循环加热装置采用循环电加热器为所述反应釜夹层提供所述加热介质的加热方式，或者采用循环油浴锅为所述反应釜夹层提供下进上出导热油的加热方式；

所述反应釜夹层中的加热介质为低压蒸汽、热水、导热油或电阻丝。

进一步，所述电极套筒为同轴电极套筒，所述同轴电极套筒的内外两层分别为阳极筒和阴极筒，所述阳极筒、阴极筒分别通过阳极导线、阴极导线与所述直流电源的正、负极呈电性连接。

进一步，所述同轴电极套筒为网孔直径0.5～2cm的筛网状结构；

所述阴极筒、阳极筒均采用惰性材料制备而成，所述惰性材料包括不锈钢、钛合金、钛基涂层和氧化铅。

进一步，所述直流电源的电流范围为0.1～30A，电压不超过5V，通电时间为0～3h。

进一步，所述反应釜固定放置于支撑台架的托盘上；所述电源装置、蠕动泵放置于支撑台架的电源支架上；所述支撑台架为不锈钢材质，所述支撑台架的底部设置有4个带刹车的万向轮。

进一步，所述循环油浴锅的加热温度预先设置，加热后的导热油从油浴锅出口经入口管路通过反应釜夹层底部的导热油进口进入所述反应釜夹层，循环换热后的导热油从所述反应釜夹层上部的导热油出口经出口管路通过油浴锅进口返回所述循环油浴锅中，以控制所述反应釜内的反应温度在预定范围内。

本实用新型的有益效果在于：采用本实用新型所述的处理废树脂的电协同湿法氧化装置，解决了现有技术中废树脂批次处理时间过长、双氧水消耗量大、后续废液处理量大的问题。本实用新型所提供的装置通过反应釜、搅拌装置、外加剂滴加装置、冷凝装置、加热装置、直流电源和同轴电极套筒的设置，可以有效加快废树脂的催化氧化速度；传统废树脂湿法氧化批次处理时间需要3小时，采用本实用新型所提供的处理废树脂的电协同湿法氧化装置可以将废树脂的批次处理时间缩短至2小时，显著提高了废树脂的处理效率；同时，双氧水消耗量及后续废液处理量也相应减少。此外，本实用新型所提供的处理废树脂的电协同湿法氧化装置中大部分部件采用高硼硅玻璃材质，电极部分采用耐腐蚀材质，搅拌桨采用聚四氟乙烯材质，既可以保证长期稳定性，也便于去污处理。

附图说明

图1是本实用新型实施方式所述处理废树脂的电协同湿法氧化装置结构示意图。

图2是本实用新型实施方式所述同轴电极套筒结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1和图2所示，本实用新型提供的一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置，包括反应釜1、搅拌装置、外加剂滴加装置、支撑台架4、加热装置、冷凝装置、电源装置和电极套筒；

在本实施方式中，所述处理废树脂的电协同湿法氧化装置的大部分部件采用高硼硅玻璃材质，所述反应釜1采用高硼硅玻璃材质；所述反应釜1为双层反应釜体，反应釜内层进行预处理废树脂和快速降解废树脂过程，反应釜夹层12通入加热介质提供反应所需要的反应温度；反应釜夹层12中的加热介质可以为低压蒸汽、热水、导热油或电阻丝；反应釜1的加料口位于反应釜釜盖11上，反应釜1的出料口15位于反应釜1的底部。所述支撑台架4为不锈钢材质，所述支撑台架4的底部设置有4个带刹车的万向轮。

搅拌装置包括搅拌电机21、搅拌桨22，电极套件与搅拌装置中的搅拌桨均采用耐腐蚀材质，其中，搅拌桨末端的搅拌桨叶采用聚四氟乙烯材质，搅拌桨桨轴由包裹聚四氟乙烯的不锈钢制成；既可以保证长期稳定性，也便于去污处理。

所述外加剂滴加装置包括蠕动泵31和滴加导管32，利用蠕动泵31控制外加剂双氧水加入到反应釜内的滴加速度。通过控制外加剂滴加装置和搅拌装置，在反应釜内实现树脂的预处理和快速降解。

所述加热装置为循环加热装置，循环加热装置可以采用循环电加热器为所述反应釜夹层12提供加热介质的方式，也可以采用循环油浴锅为所述反应釜夹层12提供下进上出导热油的加热方式，本实施方式中采用循环油浴锅5作为循环加热装置。

所述电源装置为直流电源6，为所述电极套筒提供电流，所述直流电源6的电流范围为0.1～30A，电压不超过5V，通电时间为0～3h。所述电极套筒为同轴电极套筒，同轴电极套筒的内外两层分别由两种不同材质构成阳极筒和阴极筒。其中，阴极筒、阳极筒均采用惰性材料制备而成，所述惰性材料包括不锈钢、钛合金、钛基涂层和氧化铅等等；本实施方式中，所述同轴电极套筒以钛电极为阴极筒、钛-氧化铅电极为阳极筒，同轴电极套筒由网孔直径0.5～2cm的筛网状结构构成。

所述冷凝装置包括回流冷凝器81、回流头82的，并利用回流冷凝器81对蒸发溶液进行回流。

在本实施方式中，30L反应釜1固定放置于支撑台架的托盘41上；外加剂滴加装置3中的蠕动泵31放置于支撑台架一侧的电源支架42上；滴加导管32一端插入外加剂容器内，中部夹在所述蠕动泵31泵头中，滴加导管32另一端连接所述反应釜釜盖11上预留的外加剂加料孔；搅拌装置2上部的搅拌电机21固定于支撑台架的上部，搅拌桨22与搅拌电机21输出轴延伸管通过螺纹相配合连接，搅拌桨22通过反应釜釜盖11上预留孔伸至反应釜内，搅拌桨22末端的搅拌桨桨叶要与反应釜釜底有一定距离，防止影响搅拌；回流冷凝器81固定于支撑台架4上部，用卡箍抱紧，回流冷凝器81通过回流头82与反应釜连通，回流冷凝器81中的冷却介质为采用下进上出方式的循环冷却水；在支撑台架4旁边放置循环油浴锅5，预先设置循环油浴锅5的加热温度，加热后的导热油从油浴锅出口51经入口管路通过反应釜夹层12底部的导热油进口13进入反应釜的夹层12，循环换热后的导热油从反应釜夹层12上部的导热油出口14经出口管路通过油浴锅进口52返回循环油浴锅7中，以控制所述反应釜内的反应温度在预定的范围内。所述反应釜釜盖11上还设置有温度计9，用于监测反应釜内物料的实时温度；所述反应釜釜盖11上还设置有消泡剂加料孔，用于滴加消泡剂。

0～30V直流电源6放置于支撑台架一侧的电源支架42上。同轴电极套筒置于反应釜内，其中的阳极筒、阴极筒分别通过阳极导线71、阴极导线72与直流电源6的正、负极呈电性连接，组成阴阳极。

采用本实用新型实施方式提供的处理废树脂的电协同湿法氧化装置，可以有效加快废树脂的催化氧化速度，传统废树脂湿法氧化批次处理时间需要3小时，采用本实用新型实施方式提供的处理废树脂的电协同湿法氧化装置可以将废树脂的批次处理时间缩短至2小时。

在本实施方式中，还提供一种电协同湿法氧化快速降解核级废树脂的方法，采用所述处理废树脂的电协同湿法氧化装置来实现：所述方法分为预处理废树脂和降解废树脂两个阶段，并通过电流和湿法氧化试剂的协同作用实现废树脂的溶解和溶解后的有机物的降解。

本实施方式中，所述电协同湿法氧化快速降解核级废树脂的方法包括如下步骤：

S1、预处理废树脂：本实施方式中，使用FeSO₄·7H₂O作为催化剂；将一定量的浓硫酸(质量分数98.3％)和去离子水混合，调节好比例后与废树脂混合得到废树脂混合物，调节pH值在1～3之间，然后将调节好pH值的废树脂混合物加入反应釜1；向反应釜1中加入一定量的催化剂FeSO₄·7H₂O，所述FeSO₄·7H₂O与废树脂的质量比为1:15～30；同时，所加入的浓硫酸、FeSO₄·7H₂O、去离子水的质量比控制在1:0.5:20～1:2:50。

打开反应釜装配的搅拌装置和循环加热装置，调节搅拌速度和反应釜内废树脂反应体系的温度在一定范围内(70～120℃)，使加入反应釜中的物质充分混合，加热搅拌一定时间后预处理废树脂阶段完成；预处理废树脂的量每批次不大于10kg，预处理废树脂阶段的时间不超过50min，一般控制在30min以内。

在预处理废树脂的过程中，加入反应釜的废树脂在离子交换的作用下，阳树脂将部分Fe²⁺交换到树脂骨架内，阴树脂将全部OH^-交换出来，使废树脂的pH值维持在有利于湿法氧化反应的条件下。同时，循环加热装置为反应釜夹层12提供循环加热介质来加热反应釜1，将循环加热装置提供的加热介质温度设置在一定范围内，从而将反应釜1内的废树脂反应体系加热到有利于湿法氧化反应的温度条件下。

S2、降解废树脂：在预处理废树脂阶段完成后，打开外加剂滴加装置滴加双氧水，所述外加剂滴加装置的滴加导管32经过反应釜釜盖11上的外加剂加料孔向反应釜中滴加双氧水；接通反应釜中预置的阴极、阳极(本实施方式中采用阴极筒、阳极筒构成的同轴电极套筒)所连接的直流电源6，调节好电流大小和双氧水的滴加速率，保持温度和搅拌转速不变；打开冷凝装置中回流冷凝器81的冷却水循环，废树脂的降解反应开始，在双氧水与Fe²⁺组成的湿法氧化试剂和电流的作用下，废树脂先焦化变黑，然后溶解为黑色有机溶液，最后降解为透明淡黄色的残液，残液COD降到500mg/L以下。

本实施方式中，降解废树脂阶段包括如下步骤：

S21、溶解废树脂：打开外加剂滴加装置，双氧水通过蠕动泵31经由滴加导管32滴加入到反应釜1中，反应温度控制在一定范围内(80～100℃)，此时，双氧水在电流和Fe²⁺的催化作用下发生如下反应：

H₂O₂+Fe²⁺+H⁺→Fe³⁺+H₂O+·OH。

·OH+H₂O₂→H₂O+HO₂·

·OH+Fe²⁺→Fe³⁺+HO^-

Fe³⁺+HO₂·→Fe²⁺+O₂H⁺

在阴极上：Fe³⁺+e^-→Fe²⁺

在阳极上：H₂O→·OH

本实施方式中采用质量分数为30％或50％的双氧水，并通过蠕动泵31控制双氧水的滴加速度在20～100ml/min；双氧水在催化作用下产生羟基自由基，羟基自由基分解废树脂骨架，将废树脂降解成为可溶解(阳树脂先溶解，阴树脂后溶解)的长链有机物，Fe³⁺在电流的作用下还原为Fe²⁺，使催化剂的循环效率提高，进而促进羟基自由基的产生效率。

置于反应釜内的阳极、阴极(本实施方式中采用阳极筒、阴极筒构成的同轴电极套筒)分别通过阳极导线71、阴极导线72与直流电源6的正、负极与呈电性连接。所述阴极、阳极均采用惰性材料制备而成的电极，所述惰性材料包括不锈钢、钛合金、钛基涂层和氧化铅等；本实施方式中，以钛电极为阳极筒、钛-氧化铅电极为阳极筒。在电流和湿法氧化试剂的作用下，废树脂颗粒在90min内完全溶解为液体。

S22、溶解后继续降解废树脂：在废树脂溶解完成后，溶液中粘度变大；同时，双氧水在反应过程中分解产生O₂，有机物在降解过程中产生CO₂，这些气体的存在导致溶液中产生大量泡沫，此时需要通过反应釜釜盖上的消泡剂加料孔向反应釜中滴加一定量的消泡剂；当反应进行一定时间后，起泡现象消失，则停止滴加消泡剂，溶液逐渐由黑褐色变为淡黄色透明溶液。

可使用的消泡剂种类很多，一般采用有机消泡剂，包括有机硅消泡剂、聚醚类消泡剂、聚醚硅类消泡剂等。本实施方式中采用聚醚类消泡剂，每处理1kg废树脂需要滴加10～30ml聚醚类消泡剂。

S23、处理尾气：反应釜1通过回流冷凝器81对蒸发溶液进行回流，使冷凝液通过回流头82回流入反应釜1内；同时，利用尾气吸收装置中的氢氧化钠洗气装置吸收回流冷凝器81排出的不凝尾气，最后产生的废气符合放射性废气排放要求，可以直接排放。

本实施方式中，直流电源6采用恒流控制的方式提供电流，且直流电源6提供的电流一般不超过30A，电压不超过5V，通电时间不超过3h；其中，电流范围调节优选0.5～10A。在整个降解废树脂阶段，2h内反应釜残液中COD浓度降到500mg/L以下，废树脂的降解率超过99％，实现了废树脂快速无机化。采用本发明实施方式所提供的方法对废树脂进行电协同湿法氧化降解后，放射性核素几乎全部都截留在了残液和冷凝液中，有效防止了废树脂中核素的迁移扩散。

本实用新型所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，上述实施例只是对本实用新型的举例说明，本实用新型也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本实用新型的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本实用新型的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本实用新型的范围内。

Claims (9)

1.一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置，其特征在于：包括反应釜(1)、搅拌装置、外加剂滴加装置、支撑台架(4)、加热装置、冷凝装置、电源装置和电极套筒；

所述反应釜(1)为双层反应釜体，反应釜内层处理废树脂，反应釜夹层(12)通入加热介质提供反应所需要的反应温度；

所述搅拌装置包括搅拌电机(21)、搅拌桨(22)，搅拌桨(22)通过反应釜釜盖(11)上的预留孔伸至所述反应釜内；所述反应釜(1)、搅拌电机(21)固定于所述支撑台架(4)上；

所述外加剂滴加装置包括蠕动泵(31)、滴加导管，所述滴加导管(32)一端插入外加剂容器内，中部夹在所述蠕动泵(31)泵头中，另一端连接所述反应釜釜盖(11)上预留的外加剂加料孔；

所述加热装置为循环加热装置，为所述反应釜夹层(12)提供加热介质；

所述冷凝装置包括回流冷凝器(81)、回流头(82)，所述回流冷凝器(81)通过回流头(82)与所述反应釜连通，所述回流冷凝器(81)固定于所述支撑台架(4)上；

所述电极套筒置于所述反应釜内，通过导线与所述电源装置呈电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置，其特征在于：所述电源装置为直流电源(6)。

3.根据权利要求1所述的一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置，其特征在于：所述反应釜(1)采用高硼硅玻璃材质；所述反应釜(1)的加料口位于反应釜釜盖(11)上，所述反应釜的出料口(15)位于反应釜的底部；所述反应釜釜盖(11)上设置有温度计(9)，用于监测所述反应釜内物料的实时温度。

4.根据权利要求1所述的一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置，其特征在于：所述搅拌桨(22)末端的搅拌桨与反应釜釜底之间留有间隔距离，以防止影响搅拌；所述搅拌桨(22)桨叶采用聚四氟乙烯材质，所述搅拌桨(22)桨轴由包裹聚四氟乙烯的不锈钢制成。

5.根据权利要求1所述的一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置，其特征在于：所述循环加热装置采用循环电加热器为所述反应釜夹层(12)提供所述加热介质的加热方式，或者采用循环油浴锅(5)为所述反应釜夹层(12)提供下进上出导热油的加热方式；

所述反应釜夹层(12)中的加热介质为低压蒸汽、热水、导热油或电阻丝。

6.根据权利要求2所述的一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置，其特征在于：所述电极套筒为同轴电极套筒，所述同轴电极套筒的内外两层分别为阳极筒和阴极筒，所述阳极筒、阴极筒分别通过阳极导线(71)、阴极导线(72)与所述直流电源的正、负极呈电性连接。

7.根据权利要求6所述的一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置，其特征在于：所述同轴电极套筒为网孔直径0.5～2cm的筛网状结构；

所述阴极筒、阳极筒均采用惰性材料制备而成。

8.根据权利要求2所述的一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置，其特征在于：所述直流电源(6)的电流范围为0.1～30A，电压不超过5V，通电时间为0～3h。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种处理废树脂的电协同湿法氧化装置，其特征在于：所述反应釜(1)固定放置于支撑台架的托盘(41)上；所述电源装置、蠕动泵放置于支撑台架的电源支架(42)上；所述支撑台架(4)为不锈钢材质，所述支撑台架的底部设置有4个带刹车的万向轮。

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