一种适用于放射性废物处理的超临界水氧化反应器及方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于放射性废物处理的超临界水氧化反应器及方法，包括端盖区、反应区和存盐区，反应区核心区设置有刮刷、搅拌器等机械装置。底部为核素存盐区，设有机械搅拌装置及三次氧化剂入口。本发明专利技术可实现对于放射性废物的超临界水氧化处理，利用核素在超临界水中溶解度小的特点将其脱除同时伴以刮刷将其机械脱除，同时由于冷却膜式壁的存在，不仅可以吸收反应区的热量防止壁面超温，也可将其进行余热利用。同时反应器关键部位设置了牺牲式薄衬，以确保装置在退役后产生放射性废物的最小化。此反应器在放射性废物的超临界水氧化处理领域具有重要应用价值。化处理领域具有重要应用价值。化处理领域具有重要应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于放射性废物处理的超临界水氧化反应器及方法


[0001]本专利技术属于放射性废物处理领域，特别涉及一种适用于放射性废物处理的超临界水氧化反应器及方法。

技术介绍

[0002]核电作为一种清洁能源，已经成为我国能源结构中的重要组成部分。随着核电站的大量出现，放射性废物的数量也逐年上升，主要包括放射性废离子交换树脂、放射性废油、放射性废溶剂、放射性废防护服及手套等。目前处理这些放射性废物的主要方法有焚烧法、等离子体焚烧法、芬顿氧化法、直接固化法等。但这些方法都存在各种各样的问题，焚烧法虽然可明显减少废物的容积，但是会造成放射性飞灰等二次污染；等离子体焚烧法需要进行固化材料的添加且尾气处理系统庞杂；芬顿氧化法虽然反应条件温和，但反应时间较长且二次废液量大；直接固化法工艺简单，但是增容较大。
[0003]超临界水氧化技术是在超过水的临界点的温度和压力条件下，利用超临界水具有的特殊性质，使放射性有机物和氧化剂在其中发生均相氧化反应，从而将放射性有机物分解为CO2、H2O、N2等，放射性核素转化为无机的核素盐，且利用核素盐在超临界水溶解度极低的特点，很容易将核素盐分离。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种适用于放射性废物处理的超临界水氧化反应器及方法，本专利技术可实现放射性废物的高效降解，同时利用核素在超临界水中溶解度极低的特点采用简单机械脱除的方法将核素分离，使放射性废物最小化。该反应器同时兼具物料低温入射、醇类共氧化、催化氧化、冷壁保护、余热回收等功能，在放射性有机物高效去除的同时保证了核素的固化分离，为放射性废物的处理提供了一种切实可行的方案。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种适用于放射性废物处理的超临界水氧化反应器，包括：
[0007]端盖部分，所述端盖部分包括端部加药筒和环形盖板，端部加药筒连接在环形盖板的内环上，环形盖板底部与导流绝热筒密封连接；端部加药筒的内腔为端盖区；
[0008]中心筒，所述中心筒内设置导流绝热筒，所述导流绝热筒的内腔为反应区，所述反应区与端盖区相连通；
[0009]冷却壁，所述冷却壁顶部开口的筒状结构，套设在导流绝热筒的底部，导流绝热筒的底部与冷却壁内侧围成的内腔为存盐区，所述存盐区与反应区相连通。
[0010]本专利技术进一步的改进在于：
[0011]所述端部加药筒的顶部开设高温超临界水注入口，侧壁上开设一次氧化剂入口和一次低温物料入口，所述一次氧化剂入口位于一次低温物料入口的上方；所述高温超临界水注入口、一次氧化剂入口和一次低温物料入口与端盖区相连通。
[0012]所述环形盖板的侧面开设端盖冷却水入口和端盖冷却水出口；所述环形盖板的端面上开设二次低温物料入口和二次氧化剂入口；所述二次低温物料入口和二次氧化剂入口与反应区相连通。
[0013]所述反应区内自上而下依次设置搅拌器和刮刷。
[0014]所述导流绝热筒的内壁上设置牺牲式薄衬，导流绝热筒的筒壁上开设通孔，与中心筒的筒壁内侧相连通，所述通孔中设置有过滤壁。
[0015]所述中心筒的筒壁内设置有物料预热器和取热水器；所述物料预热器和取热水器布置于导流绝热筒的外侧；中心筒的侧面上开设有反应出水口，所述反应出水口与反应区相连通。
[0016]所述冷却壁的侧面开设有冷壁水入口、冷壁水出口、三次氧化剂入口和排盐口；所述三次氧化剂入口和排盐口与存盐区相连通；三次氧化剂入口设置于冷却壁的侧壁上，排盐口开设于冷却壁的底部。
[0017]所述过滤壁采用过滤网或烧结金属过滤器。
[0018]所述中心筒的筒壁为膜式壁、盘管或具有导流作用的冷却腔。
[0019]一种适用于放射性废物处理的超临界水氧化方法，包括以下步骤：
[0020]将超临界水、一次氧化剂以及一次低温物料注入端盖区，将二次氧化剂与二次低温物料输入反应区，使一次氧化剂、一次低温物料、二次氧化剂以及二次低温物料在反应区混合并发生氧化反应；
[0021]反应后，超临界水通过过滤壁后降温降压成蒸汽通过反应出水出口排出，核素则沉积至存盐区之内，通过排盐口排出。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]1、有效分离核素。由于核素在超临界水中的溶解度极低，辅以刮刷、多孔粉末烧结壁等机械手段对核素与超临界水进行分离，可有效脱除放射性废物中的核素，防止其扩散至环境中。同时存盐区脱核素过程可间歇可连续，使得反应器适用于不同的系统。
[0024]2、反应区中心高温，高效氧化。一次氧化剂与低温物料在出口汇合反应后释放出大量热量，同时二次氧化剂与二次物料也在该处发生剧烈氧化反应。该处温度较高，有利于放射性废物的充分降解。
[0025]3、余热利用，冷壁保护。冷壁水的存在不仅可以吸收反应所产生的热量，同时防止壁面超温损坏，被加热之后的水还可作其他用途。
附图说明
[0026]为了更清楚的说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0027]图1为本专利技术结构示意图。
[0028]其中：1
‑
端盖区；2
‑
搅拌器；3
‑
导流绝热筒；4
‑
刮刷；5
‑
取热水器；6
‑
物料预热器；7
‑
反应区；8
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过滤壁；9
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牺牲式薄衬；10
‑
存盐区；11
‑
冷却壁；N1
‑
高温超临界水注入口；N2
‑
一次氧化剂入口；N3
‑
一次低温物料入口；N4
‑
端盖冷却水入口；N5
‑
二次低温物料入口；N6
‑
二
次氧化剂入口；N7
‑
端盖冷却水出口；N8
‑
冷壁水入口；N9
‑
反应出水出口；N10
‑
冷壁水出口；N11
‑
三次氧化剂入口；N12
‑
排盐口。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0030]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于放射性废物处理的超临界水氧化反应器，其特征在于，包括：端盖部分，所述端盖部分包括端部加药筒和环形盖板，端部加药筒连接在环形盖板的内环上，环形盖板底部与导流绝热筒(3)密封连接；端部加药筒的内腔为端盖区(1)；中心筒，所述中心筒内设置导流绝热筒(3)，所述导流绝热筒(3)的内腔为反应区(7)，所述反应区(7)与端盖区(1)相连通；冷却壁(11)，所述冷却壁(11)顶部开口的筒状结构，套设在导流绝热筒(3)的底部，导流绝热筒(3)的底部与冷却壁(11)内侧围成的内腔为存盐区(10)，所述存盐区(10)与反应区(7)相连通。2.根据权利要求1所述的适用于放射性废物处理的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述端部加药筒的顶部开设高温超临界水注入口(N1)，侧壁上开设一次氧化剂入口(N2)和一次低温物料入口(N3)，所述一次氧化剂入口(N2)位于一次低温物料入口(N3)的上方；所述高温超临界水注入口(N1)、一次氧化剂入口(N2)和一次低温物料入口(N3)与端盖区(1)相连通。3.根据权利要求1或2所述的适用于放射性废物处理的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述环形盖板的侧面开设端盖冷却水入口(N4)和端盖冷却水出口(N7)；所述环形盖板的端面上开设二次低温物料入口(N5)和二次氧化剂入口(N6)；所述二次低温物料入口(N5)和二次氧化剂入口(N6)与反应区(7)相连通。4.根据权利要求1所述的适用于放射性废物处理的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述反应区(7)内自上而下依次设置搅拌器(2)和刮刷(4)。5.根据权利要求1所述的适用于放射性废物处理的超临界水氧化反应器，其特征在于，所述导流绝热筒(3)的内壁上设置牺牲式薄衬(9)，导流绝热筒(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树众，徐甜甜，孙圣瀚，刘璐，李建娜，杨健乔，李艳辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：