一种放射性废树脂的热裂解处理装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。在本发明专利技术中，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。

【技术实现步骤摘要】
一种放射性废树脂的热裂解处理装置和方法
本专利技术涉及核工业
，特别涉及一种放射性废树脂的热裂解处理装置和方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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。本专利技术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。为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。在本专利技术中，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。本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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本专利技术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。具体实施方式本专利技术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外部且与废树脂容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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)；/n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；/n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)；/n与所述废树脂容器(1-2)入气口连通的氮气输入系统(4)；/n与所述微波谐振腔(1-1)底部出口连通的残碳收集腔(5)。/n

【技术特征摘要】
1.一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)。


2.根据权利要求1所述的热裂解处理装置，其特征在于，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)。


3.根据权利要求1所述的热裂解处理装置，其特征在于，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。


4.根据权利要求1所述的热裂解处理装置，其特征在于，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)。


5.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，牟涛，张灏，习成成，桑培伦，王志军，胥静，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51