[发明专利]一种超临界水氧化处理放射性有机废液的装置及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及放射性有机废液处理的技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容