一种超临界水氧化处理放射性有机废液的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超临界水氧化处理放射性有机废液的装置及方法，该装置集成高压液体泵、高压气体泵、超临界水氧化釜、加热系统(管式炉)、单向阀、背压阀和放射性操作手套箱建成超临界水氧化装置，采用连续操作的方式实现对有机废液的氧化，快速高效地将放射性有机废液转化为放射性废水和二氧化碳。现如今许多有待及时处理的放射性有机废液一般来自涉及核相关单位，典型的有核电厂房产生的废机油、乏燃料后处理过程中的“磷酸三丁酯(TBP)+稀释剂”和核医学过程中产生的液体闪烁液等。本发明专利技术使用超临界水氧化技术，将含有放射性核素的有机废液进行彻底氧化，使之彻底转化为二氧化碳、水和无机盐。成为普通放射性废水，方便处理处置。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界水氧化处理放射性有机废液的装置及方法
本专利技术涉及放射性有机废液处理的
，具体涉及一种超临界水氧化处理放射性有机废液的装置及方法。
技术介绍
所谓超临界，是指物质的一种特殊流体状态。当把处于气液平衡的物质升温升压时，热膨胀引起液体密度减小，而压力升高又使气相密度加大，当温度和压力达到某一点时，气液两相的界面消失，成为均相体系，这一点就是临界点。水的临界点温度是647.3K(374.1℃)，压力为22.1MPa。超过临界点的水成为超临界水。在超临界状态下，水的物理化学性质发生了巨大的变化，既不同于液态的水，又有别于气态的水。通过调节温度和压力可以非常方便、有效地控制化学反应。有机物可溶于超临界水中，在常温水中溶解度很低的氧气、氮气、氢气、二氧化碳等也可与其混溶。无机盐在超临界水中的溶解度和解离常数很低。此外，超临界水的介电常数、离子积、热容、传热系数等与气、液两相均有明显的区别。超临界水氧化是利用超临界水作为反应介质来氧化分解有机物，其过程类似于湿式氧化。在超临界水中，有机物和氧化剂可以形成均一相，克服了相间物质传递阻力，高温高压又提高了有机物的氧化速率，通过控制条件，在几秒到几分钟的时间内就能实现有机物的彻底分解。产物为二氧化碳、水、氮气以及无机盐类等小分子物质。当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。SCWO技术的特点：1、均相反应。SCWO使本来发生在液相或固相有机废料与气相之间的多项反应转化为超临界水中的均相反应。因此反应速率快，而且反应器结构简单，设备体积小。2、处理效率高。在SCWO环境中，由于可以形成氧气、碳氢化合物、水体系的均一相，没有传质阻力，因此氧化效率很高，大部分有机物的去除率可达99％以上。3、将无法处理的有机相变为水相。由于反应是在封闭环境下进行，有机组分在适当的温度、压力和一定的停留时间条件下能被完全氧化为二氧化碳、水、氮气和磷酸根等无机组分。目前常用的SCWO设备及其流程如图1所示。乏燃料后处理过程中需用到TBP+萃取剂，其辐解产物会随使用次数积累，从而降低萃取性能。辐解产物必须经过洗涤去除，TBP才能复用。TBP+稀释剂经过多次复用后，最终成为中放有机废液。这种废液主要被铀、钚和裂片元素污染。乏燃料后处理过程产生的TBP+稀释剂是放射性活度较高的有机废液。铀的水冶过程也会产生放射性的废TBP+稀释剂，但放射性弱了许多。除此之外，放射性有机废液还包括了核电站一回路系统中的润滑油、真空泵油等，在核科学研究中会产生液体闪烁液和其它混杂废液。放射性有机废液的易燃性使之很适于采用焚烧法进行处理，并获得很高的减容比。有机废液完全燃烧的产物理论上为各种元素的氧化物，二氧化碳和水。焚烧处理是广泛用于有机废物处理的成熟技术，在许多国家获得应用。产物二氧化碳、水及灰分(磷、硫及金属氧化物)都很容易掺入固定化基体(如水泥等)而制成适合于长期储存或处置的废物形态。焚烧法的缺点是设备设计加工困难，维护费用高，安全性和公众接受度低。除焚烧外，还有酸消化法、湿法氧化法、电化学氧化法，光化学氧化法，碱性水解法和生物降解等方法来处理放射性有机废液。从严格意义上来说，SCWO也是湿法氧化的一种，由于超临界水特殊的物化性质，为有机物和氧化物提供了均相、快速反应的环境，从而能够迅速，彻底的氧化放射性有机废液，效率很高。
技术实现思路
本专利技术主要是注重使用超临界水氧化的方法来处理带有放射性的废机油等有机废物，针对现有技术中处理中低放射性有机废物存在的各种缺陷，本专利技术的目的在于采用新式的方法来处理这些废物，提高处理效率(现阶段处理有机废物模板有机物处理效率可以达到99％以上)，为其大规模处理带有放射性的有机废物做准备。本专利技术采用的技术方案为：一种超临界水氧化处理放射性有机废液的装置，包括氧气瓶、高压气泵、手套箱、第一高压泵、管式炉、换热器、背压阀、储水容器、第二高压泵、废液罐和有机废液容器，其中，氧气瓶为整个超临界水氧化还原过程提供足够的氧化源，氧气由高压气泵注入整个系统；高压气泵用于往整个氧化釜体内注入氧气或空气；手套箱提供密闭环境，保证操作人员处理放射性废液时不泄露到环境中；第一高压泵用于往氧化釜体中注入有机废液；管式炉提供氧化釜的加热和控温系统，保证氧化釜在设定温度范围内运行；换热器冷却氧化釜反应完之后处理液体，以便达到规定温度排出整个反应系统；背压阀控制这个反应系统压力；储水容器提供给第二高压泵充足水源以便换热器部分换热和注入反应系统的水源；第二高压泵用于往氧化釜体内注入所需水相；废液罐收集处理完毕液体待分析；有机废液容器采用专用材料盛放放射性有机废液。其中，整个处理过程完全是处于相对隔绝的手套箱中完成，不会有任何放射性物质在反应过程中泄漏。其中，第二高压泵在注入水相过程中充分利用了氧化釜氧化处理出来物质的余热。其中，背压阀可以控制整个反应系统搞到25MPa的高压，维持超临界氧化釜的超临界反应的正常运行。其中，管式炉供热可以高达600摄氏度，为超临界反应的温度提供可靠保障。本专利技术还提供一种超临界水氧化处理放射性有机废液的方法，利用上述的装置，该方法步骤如下：步骤1.水相由第二高压泵泵送进入热交换器，经过预热之后进入氧化釜中，第一高压泵将待处理有机废液泵送进入氧化釜中，高压气泵将氧气泵送进入氧化釜中；步骤2.设定所需实验相关氧化釜的反应初始条件(高于超临界点)；步骤3.有机废液在氧化釜内进行SCWO反应；步骤4.废气(产生的CO2)排入手套箱，过滤，合格后排入工厂主烟囱；步骤5.整个流程生成的废水为低放射性废液，处置或回收。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)、本专利技术相比传统处理设备相比，装置结构简单，占地面小，结构紧凑，方便应用于相关涉核处理厂；(2)、本专利技术处理的有机废物生产的最终产物为水和二氧化碳，不产生二次污染废物；(3)、本专利技术处理处理有机废物效率极高，很多有机物分解效率可以高达99％以上。附图说明图1为现有技术中SCWO设备及其流程示意图；图2为本专利技术一种超临界水氧化处理放射性有机废液的装置示意图，其中，1为氧气瓶，2为高压气泵，3为手套箱，4为第一高压泵，5为管式炉，6为换热器，7为背压阀，8为储水容器，9为第二高压泵，10为废液罐，11为有机废液容器；图3为换热器外形示意图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。采用超临界水氧化方法来处理放射性有机废物主要步骤如下：步骤(1)、配置所需氧源(过氧化氢、高纯氧或者O3等)，符合对应氧化有机物过程中的所需氧气质量分数比例；步骤(2)、对有机废物进行相关处理(满足高压泵正常注入情况)，此步骤具体根据处理物的不同处理方式会有所区别，但其最终的目的都是为了让有机物正常注入；步骤(3)、根据每次反应所需的滞留时间t，以及相关反应器体积以及氧气质量分数比例，计算相应条件下泵速v；步骤(4)、开始调整高压泵速度，分别注入氧气和有机物，经预热器预热到指定温度进入反应反应器(温度T在400-600摄氏度)，反应器核心压力在24-30Mpa之间；步骤(5)、每种反应物都有最优化处理条件，在处理完毕之后，先降温，然后通过背压阀(背压阀)降压，最后达到常压；步骤(6)、分别收集液相和气相产物分析成分和去除效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超临界水氧化处理放射性有机废液的装置，其特征在于：包括氧气瓶(1)、高压气泵(2)、手套箱(3)、第一高压泵(4)、管式炉(5)、换热器(6)、背压阀(7)、储水容器(8)、第二高压泵(9)、废液罐(10)和有机废液容器(11)，其中，氧气瓶(1)为整个超临界水氧化还原过程提供足够的氧化源，氧气由高压气泵(2)注入整个系统；高压气泵(2)用于往整个氧化釜体内注入氧气或空气；手套箱(3)提供密闭环境，保证操作人员处理放射性废液时不泄露到环境中；第一高压泵(4)用于往氧化釜体中注入有机废液；管式炉(5)提供氧化釜的加热和控温系统，保证氧化釜在设定温度范围内运行；换热器(6)冷却氧化釜反应完之后处理液体，以便达到规定温度排出整个反应系统；背压阀(7)控制这个反应系统压力；储水容器(8)提供给第二高压泵(9)充足水源以便换热器部分换热和注入反应系统的水源；第二高压泵(9)用于往氧化釜体内注入所需水相；废液罐(10)收集处理完毕液体待分析；有机废液容器(11)采用专用材料盛放放射性有机废液。

【技术特征摘要】
1.一种超临界水氧化处理放射性有机废液的装置，其特征在于：包括氧气瓶(1)、高压气泵(2)、手套箱(3)、第一高压泵(4)、管式炉(5)、换热器(6)、背压阀(7)、储水容器(8)、第二高压泵(9)、废液罐(10)和有机废液容器(11)，其中，氧气瓶(1)为整个超临界水氧化还原过程提供足够的氧化源，氧气由高压气泵(2)注入整个系统；高压气泵(2)用于往整个氧化釜体内注入氧气或空气；手套箱(3)提供密闭环境，保证操作人员处理放射性废液时不泄露到环境中；第一高压泵(4)用于往氧化釜体中注入有机废液；管式炉(5)提供氧化釜的加热和控温系统，保证氧化釜在设定温度范围内运行；换热器(6)冷却氧化釜反应完之后处理液体，以便达到规定温度排出整个反应系统；背压阀(7)控制这个反应系统压力；储水容器(8)提供给第二高压泵(9)充足水源以便换热器部分换热和注入反应系统的水源；第二高压泵(9)用于往氧化釜体内注入所需水相；废液罐(10)收集处理完毕液体待分析；有机废液容器(11)采用专用材料盛放放射性有机废液。2.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化处理放射性有机废液的装置，其特征在于：整个处理过程完全是...

【专利技术属性】
技术研发人员：林铭章，何辉，肖家鑫，王亮，翁汉钦，刘金平，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34