过热近临界水氧化处理放射性废有机物的方法和装置制造方法及图纸

技术编号:13781368 阅读:73 留言:0更新日期:2016-10-04 17:58
本发明专利技术公开了一种过热近临界水氧化处理放射性废有机物的方法和装置。该方法包括利用过热近临界水作为反应介质,使放射性废有机物和氧化剂的混合流体在过热近临界水中发生氧化反应;所述过热近临界条件:温度400℃~600℃,压力19MPa~22Mpa。该装置包括供料系统、预热系统、氧化剂供给系统、反应系统、富集排盐系统、冷却系统、分离系统。本发明专利技术可以迅速降解放射性废机油,使其无害化和无机化,放射性金属离子富集于多级除盐装置中,定期回收进行深埋处理,实现放射性废弃物的减量化,减小了放射性物质长期储存的危险性,同时减量化的放射性物质地质深埋占地少,可以大量节省处置费用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于放射性废有机物处理及其减量化领域,具体涉及一种过热近临界水氧化处理放射性废有机物的方法和多级除盐装置。
技术介绍
放射性废机油、废有机溶剂等有机物是我国核武器研制和试验过程及核电站运行过程中产生的废弃物,这些废弃物因含有放射性金属离子,不能用常规废弃物处理方法进行处置。目前在我国核武器研制和试验过程及核电站运行过程中,将该类废弃物收集后集中储存,积累到一定量时进行水泥固化和地质深埋,水泥固化时,需要加入多倍于废弃物体积的水泥成分,使其成为一定的固体形状,然后选择经过勘探确定适宜的固定地点进行地质深埋,使放射性物质在地质深层经过上万年的自然衰变逐渐减少其危害,该处置方法耗资巨大,且深埋地区需要有稳定的地质条件。为了节约有限的用地面积,在放射性物质处理中世界各国公认的原则之一是尽可能使废弃物减量化,从而节省深埋用地。近临界水氧化反应属于水热氧化(hydrothermal oxidation,HTO)研究领域。该领域目前主要包括湿式空气氧化(WAO)和超临界水氧化(SCWO)两类技术。湿式空气氧化习惯称为湿式氧化法,其运行条件为温度150~350℃,压力2~20MPa,反应时间15~20min。超临界水氧化运行条件一般为温度400~600℃,压力25~30MPa,反应时间数秒至几分钟,有机物氧化率可达99%。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用近临界水技术实现放射性废有机物的高效降解,使其中的有机物无害化,使其中的放射性物质减量化,该过程不产生二次污染,并可以实现反应过程热量的回收利用。本专利技术所指的过热近临界水氧化处理方法运行条件为温度高于水的临界温度374.15℃、压力小于水的临界压力22.13Mpa。可在数秒内可使废机油、废有机溶剂降解率达99.5%以上。在反应运行过程后期无需继续加热,反应产物的余热
回收后回用于系统,维持系统的稳定运行。处理过程中放射性金属离子则因为过热水的温度变化使其富集于装置的多级除盐装置中,定期回收减量化的浓盐水,进行地质深埋,可以节省大量的处置经费和用地面积。本专利技术的上述目的将通过下列详细说明和描述来进一步阐述。一种过热近临界水氧化处理放射性废有机物的方法,包括利用过热近临界水作为反应介质,使放射性废有机物和氧化剂的混合流体在过热近临界水中发生氧化反应;所述过热近临界条件:温度高于水的临界温度374.15℃、压力小于水的临界压力22.13Mpa;优选地,过热近临界条件:温度400℃~600℃,压力19MPa~22Mpa。所述氧化剂优选为氧气,进一步优选过氧系数为0.8~1.3。所述混合流体在反应器内反应时间通常是10秒~60秒。为了加快物料(放射性废有机物与水的混合物)在反应器中的升温的速度,可以在物料进入反应器前先进行预热,预热温度范围可以在150℃~400℃。预热器和反应器为联通系统,其内系统压力相同。进一步地,可以在物料进入反应器前先进行两次预热,第一次预热温度在150℃~250℃,第二次预热温度在250℃~400℃。进一步地,分别将经预热处理和过热近临界水氧化处理后的物料进行排盐处理,优选排盐处理温度小于150℃。具体地,分别将经第一次预热处理、第二次预处理和反应器中过热近临界水氧化处理后的物料进行排盐处理。可通过将所述第一次预热器、第二次预热器和反应器分别连有排盐釜,控制排盐釜温度小于150℃实现上述排盐目的。更进一步地,本专利技术研究发现,控制第一次预热处理后的物料排盐处理(第一排盐釜)温度80℃~120℃、控制第二次预热处理后的物料排盐处理(第二排盐釜)温度90℃~120℃和控制过热近临界水氧化处理后的物料排盐处理(第三排盐釜)温度90℃~150℃能够实现对放射性金属离子更好的富集效果。由于温度的变化放射性盐类离子在高温下不溶于超临界水介质,而在低温下又重新溶于水介质中,实现了盐类的富集。由于核电站和核试验过程中产生的放射性离子有许多种,每一种放射性金属离子的物性不同,会在不同的温度
条件下实现富集。优选地,所述放射性废有机物中有机物的质量浓度范围为4%~10%,COD(Chemical Oxygen Demand,化学需氧量)小于150000mg/L。所述放射性废有机物包括放射性废机油、放射性废有机溶剂等。本专利技术方法可使废有机物的降解率达99.5%以上。经本专利技术方法处理后的放射性废有机物的COD小于100mg/L;放射性金属离子的富集比例为高达99.5%;放射性物质减量至原料量的20%以下。本专利技术还提供一种过热近临界水氧化处理放射性废有机物的装置,包括:第一预热器8,分别与所述第一预热器8管道连接的清水箱1和废有机物箱3,与所述第一预热器8管道连接的第二预热器9,与所述第二预热器9管道连接的反应器10,分别与所述反应器10管道连接的氧化剂贮罐13和冷却器18,与所述冷却器18管道连接的气液分离器19,分别与所述第一预热器8、第二预热器9、反应器10管道连接的第一排盐釜15、第二排盐釜16、第三排盐釜17;在所述清水箱1与第一预热器8之间依次设有液体截止阀4和液体泵6;在所述废有机物箱3与第一预热器8之间依次设有有机物截止阀5和机油泵7;在所述氧化剂贮罐13与反应器10之间依次设有氧化剂截止阀14、氧化剂输送泵12和氧化剂质量流量计11;在所述冷却器18与气液分离器19之间设有背压阀20。进一步地,上述装置还包括与所述冷却器18管道连接的回用水箱21,用于回收冷却用水。进一步地,在所述废有机物箱3和有机物截止阀5之间设有第一止回阀25。进一步地,在所述清水箱1和液体截止阀4之间设有第二止回阀24;更进一步地,在所述清水箱1和第二止回阀24之间还设有第二截止阀26。进一步地,上述装置还包括废液箱2,所述废液箱2连接在所述第二止回阀
24和第二截止阀26之间的管道上;更进一步地,所述废液箱2出口处(即废液箱2与所述第二止回阀24之间)还设有第三截止阀27。进一步地,所述气液分离器19设有气体排放口22和液体排放口23。进一步地,所述第一预热器、第二预热器分别设有电加热器。进一步地,上述装置还包括热交换系统,用于将连接反应器10、冷却器18之间的管道与第二预热器、第一预热器进行热交换。实现了反应过程的热能回收利用,节约了资源。本专利技术所述第一预热器8、第二预热器9、反应器10分别设置第一排盐釜15、第二排盐釜16、第三排盐釜17,可以通过控制第一预热器8的加热设施使待处理介质的温度在150℃~250℃,控制第二预热器9的加热设施使待处理介质的温度在250℃~400℃,控制反应器10的加热设施使待处理介质的温度在400℃~600℃,控制第一排盐釜15、第二排盐釜16、第三排盐釜17的温度小于150℃,由于温度的变化放射性盐类离子在高温下不溶于超临界水介质,而在低温下又重新溶于水介质中,实现了盐类的富集。由于核电站和核试验过程中产生的放射性离子有许多种,每一种放射性金属离子的物性不同,会在不同的温度条件下实现富集。本专利技术装置系统运行方式优选采用连续式。即关闭一切排口,系统注入清水,反应器升温升压到设定工作压力和温度,进水由清水切换为放射性废有机物,同时打开氧化剂输送泵,按比例送入氧化剂,然后开启背压阀,稳定系统压力在设定的工本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种过热近临界水氧化处理放射性废有机物的方法,其特征在于,包括利用过热近临界水作为反应介质,使放射性废有机物和氧化剂的混合流体在过热近临界水中发生氧化反应;所述过热近临界条件:温度400℃~600℃,压力19MPa~22Mpa。

【技术特征摘要】
1.一种过热近临界水氧化处理放射性废有机物的方法,其特征在于,包括利用过热近临界水作为反应介质,使放射性废有机物和氧化剂的混合流体在过热近临界水中发生氧化反应;所述过热近临界条件:温度400℃~600℃,压力19MPa~22Mpa。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在物料进入反应器前先进行预热,预热温度为150℃~400℃;优选地,在物料进入反应器前先进行两次预热,第一次预热温度在150℃~250℃,第二次预热温度在250℃~400℃。3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述氧化剂为氧气;优选过氧系数为0.8~1.3。4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述混合流体在反应器内反应时间为10秒~60秒。5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述放射性废有机物中有机物的质量浓度为4%~10%,COD小于150000mg/L。6.根据权利要求1-5一项所述的方法,其特征在于,将过热近临界水氧化处理后的物料或者还将经预热处理后的物料进行排盐处理,优选排盐处理温度小于150℃;进一步优选地,控制第一次预热处理后的物料排盐处理温度80℃~120℃、控制第二次预热处理后的物料排盐处理温度90℃~120℃和控制过热近临界水氧化处理后的物料排盐处理温度90℃~150℃。7.一种过热...

【专利技术属性】
技术研发人员:侯瑞琴欧阳晓平
申请(专利权)人:总装备部工程设计研究总院
类型:发明
国别省市:北京;11

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