处理废离子交换树脂的方法和装置制造方法及图纸

在处理放射性废离子交换树脂的方法中，在树脂热解前，通过离子交换法使树脂吸收过渡金属元素作为热解催化剂；然后树脂分两步热解，分别分解出有害气体和无害气体．两步热解都在２４０℃～４２０℃的范围内完成．这样减少了废物处理量，防止了放射性物质的扩散；而且热解温度较低．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术与废离子交换树脂特别是核电厂或类似工厂的放射性废离子交换树脂的处理方法及装置有关。 缩减废离子交换树脂(废树脂)的体积，并使其转变为无机物质的方法大体分为以酸解法为代表的湿法处理，和以沸腾床法为代表的干法处理。 湿法处理有这样一个问题，即在废树脂经分解处理后，含有分解残质的放射性废液必须用适当的方法再处理，比如靠蒸发使之浓缩。 沸腾床法是干法处理的典型实例，在此方法中废树脂用沸腾床烧掉，例如像1982年第12400号日本专利公布(Japanese Patent Laid-open)中所阐述的那样。 虽然干法处理可以避免湿法处理中的那种问题，但沸腾床法作为干法处理的典型实例在应用时会遇到下例问题 (1)残质和放射性物质的扩散量是很大的。也就是说，由于废树脂是在流动气体中燃烧及粉碎的，因此残质和放射性物质被分解气体(废气)带出并扩散。所以使处理废气用的过滤器的负荷变得非常大。 (2)废树脂燃烧时产生了像(SOx)，(NOx)或类似这样的有害气体。为此，必须使用碱性涤气器或类似设备来处理废气，但需要处理的废气量是相当大的。换句话说，为了与沸腾床法匹配，必须提供三至五倍化学当量的含氧空气，从而使废气量增加了很多。 (3)不仅残质含有放射性物质，而且因处理废气而产生的再生废料如Na No3和Na2 So4也同样含有放射性物质。并且这些物质与放射性废料相加，从而减小了体积减小系数。 换句话说，当1公斤废树脂在沸腾床中燃烧时，分解残质达百分之几(约30克)，与此同时生成约0.7公斤的放射性废料。假如这些废料经过减小体积，并由现有的处理放射性废料的设备制成球的话，则体积减少系数只不过是1/4。 作为放射性废物还分别产生了0.4公斤的水和2.3公斤的CO2。如果残质的生成量为0.03公斤，则由废树脂热解而产生的再生性放射性废料中氮化物和硫化物含量为18％(重量) 当1公斤阳离子交换树脂作为废树脂单独热解时，上述含量为24％(重量)，而阴离子交换树脂单独热解时，上述含量为9％(重量)。也就是说，当阳离子交换树脂单独热解时上述含量变得很不理想，高达24％(重量)。减少再生性放射性废料可望从减少放射性废料的生成量这方面近一步实现。 (4)由于燃烧是在单一的氧化性气体中，在600至900℃的热解温度范围内完成，所以炉体材料在一持续使用期内将损坏。 (5)采用一般技术减小废树脂体积并使其变成无机物质的共同问题是上述的转变系统和用於固化成形分解残质系统是彼此分开的，所以系统变得很复杂，而且操作人员或工人在处理废树脂时很可能受到辐射。 本专利技术的目的之一是提供一套处理废离子交换树脂的方法和装置，它能使废树脂热解期间生成的分解气体可以有选择地分离及处理。 本专利技术的另一目的是提供一套处理废离子交换树脂的方法与装置，它能使废树脂的处理体积显著地减少。 本专利技术的另一目的是提供一套处理废离子交换树脂的方法与装置，它能使残质和放射性物质的扩散得以避免。 本专利技术的另一目的是提供一套处理废离子交换树脂的方法与装置，它使得废离子交换树脂能够在低温下热解。 本专利技术属于处理废离子交换树脂的方法，它包括第一热解分离阶段，在这个阶段中废树脂是在惰性气体中热解，并分离热解时所生成的分解气体；第二热解分离阶段在氧化性气体中热解第一阶段热解过的废树脂，并分离热解时所生成的分解气体。 为了实际上应用上述方法，最好在第一第二分离阶段实行前，使废离子交换树脂吸收催化剂；当废树脂为阳离子交换树脂时用离子交换法予先吸收做为催化剂的过渡金属，而当废树脂是阴离子交换树脂时则用离子交换法予先吸收含有过渡金属的负离子基团作为催化剂。 适于被废阳离子交换树脂所吸收的过渡金属是以铂、钯，铁为代表的位于元素周期表第VIII族中的过渡金属，或是以铜为代表的位于周期表中第I族中的那些过渡金属。 适于被阴离子交换树脂所吸收的含过渡金属的原子团含有位于周期表第VIII族中过渡金属元素，以氯铂酸，氯钯酸和六氰络铁(III)酸为代表，或是含有位于周期表中第VII族过渡金属的物质以高锰酸为代表。 第一第二分离阶段中的热解最好都在240至420℃的温度范围内实行。 本专利技术有一套实现上述方法的装置，它包括一个废离子交换树脂储槽；一个过渡金属离子水溶液槽；一个含过渡金属的负离子基团水溶液槽；一个接受上述容器内物料的调整槽，并能在此槽中经离子交换使废树脂中阳离子交换树脂吸收过渡金属，而阴离子交换树脂吸收负离子基团，一个接受经过调正槽的废树脂的反应器，在此反应器内废树脂在惰性气体中进行第一步热解并且在氧化性气体中进行第二步热解；处理第一步热解所产生的硫的氧化物及氮的氧化物气体、装有碱性溶液的废气处理器，处理第二步热解时所产生的二氧化碳及水蒸汽的废气处理器。 在处理装置中，反应器可以是一单独固定床式反应器，它装有一根置换气体用的气体置换管和有选择地与每种废气处理器相联的气体排放管。在另一种方法中，反应器可以分别由活动床的一级反应器和二级反应器组成，它们当■■■，每个都装有惰性气体供给管和氧化性气体供给管以及可选择地与每种废气处理器相联的气体排放管。 本专利技术的原理阐述如下 离子交换树脂■■■■■有机聚合物为■合物主链的，其结构一般是由以苯乙烯与二乙烯■■■■■内丙聚合为主链。 就阳离子交换树脂而言其主链上链联着磺酸基团；而就阴离子交换树脂而言其主链上链联着季铵基团。这些离子交换树脂的热解机理表现为离子交换基团的热解是不需要氧的消元反应，而聚合物主链的热解则是一种需要氧的氧化反应。 本专利技术正是基于这一发现，其要点是在惰性气体中进行第一步热解反应以便有选择地只分解离子交换基团，然后再在氧化性气体中进行第二步热解以便完全分解聚合物主链。 以此方法而生成的分解气体可分为前后两部分。这样的过程就有可能实现仅在前一步热解时产生需认真处理的硫的氧化物(SOx)和氮的氧化氧(NOx)，而在后一反应中只产生几呼不需要处理的二氧化碳(C02)和水蒸汽。这样一来，需要处理的气体量显著地减少了，并且残质能被转变成稳定的无机化合物。 如果作为催化剂的过渡金属以离子型式被某种离子交换树脂所吸收，则树脂的离子交换基团能在130至300℃时热解，而聚合物主链则可在240至300℃时被分解。因此，使用催化剂不仅能降低热解温度，而且还便于炉体材料的选择并能防止炉体材料的老化。 如果废树脂是在一静止的气体中或在一封闭系统中热解，残质与放射性物质的扩散是能够避免的。并且于放射性元素不会被废气带出，所以处理废气用的过滤器的负荷可以明显地减小。尤其是热解在420℃以下进行时，像137Cs这样的易挥发放射性元素的扩散可以完全避免。而处理后留下的放射性废料仅是分解残质，所以热解后放射性废料的处理量可明显地降到约1/20。 由于废树脂的热解和分解残质的固化能够在同一容器中进行，所以从热解装置到固化装置容器间的传送则是不必要的，而且传送期间对放射性的计量也同样不需要了。 由于受放射性污染的物质能如此减少，以致能使操作变得简便，最终能减少对工人的辐射。 本专利技术的研究成果再次阐述如下 (1)离子交换树脂及其本文档来自技高网...

【技术保护点】
废离子交换树脂的处理方法，其特征在于包括：第一分离阶段是使废树脂在惰性气体中热解，并分离在热解期间生成的分解气体；第二分离阶段使已经由上述第一阶段热解过的废树脂在氧化性气体中热解并分离热解期间生成的分解气体。

【技术特征摘要】
1.废离子交换树脂的处理方法，其特征在于包括第一分离阶段是使废树脂在惰性气体中热解，并分离在热解期间生成的分解气体；第二分离阶段使已经由上述第一阶段热解过的废树脂在氧化性气体中热解并分离热解期间生成的分解气体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在上述第一分离阶段中离子交换基团被分解并且把硫的氧化物和氮的氧化物的气体分离出去；在上述第二分离阶段中聚合物主链被分解并且分离出二氧化碳和水蒸气。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，当所述废树脂是阳离子交换树脂时，使其在前述笫一、二分离阶段前预先经离子交换吸收作为催化剂的过渡金属；若所述废树脂是阴离子交换树脂时，则使其预先经离子交换吸收做为催化剂的含有过渡金属的阴离子原子团。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中，上述被废阳离子交换树脂吸收的过渡金属是以铂、钯和铁为代表的周期表第VIII族中的过渡金属元素。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中，上述含有过渡金属元素的阴离子基团是含有周期表第VIII族中的过渡金属元素，以氯铂酸、氯钯酸和六氰氯铁(H)以为代表；或者是含有周期表中第VII族过渡金属元素以高锰酸为代表。6.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，其中，上述第一二分离阶段中的热解都是在240℃至420℃温度范围内进行的。7.处理废离子交换树脂的方法，其特征在于包括添加催化剂步骤，在此步骤中若上述废树脂为阳离子交换树脂时预先经离子交换吸收作为催化剂的过...

【专利技术属性】
技术研发人员：森和秀，玉田慎，菊池恂，松田将省，青山芳元，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]