[发明专利]多层流化床蒸汽重整设备以及处理废树脂的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种多层流化床蒸汽重整设备以及处理废树脂的方法。

背景技术

随着我国核技术的发展，在核电厂运行、核燃料循环、放射性废液处理、核设施去污与退役、同位素生产与应用和核化学、放射化学实验等过程中，会产生含有放射性的核废物，如离子交换树脂、活性炭、过滤器滤芯、废有机溶剂、劳保用品等。其中，废树脂放射性活度约占核电废物总放射性的80％。目前，我国对放射性废树脂的处置主要采用水泥固化法，即用水泥、矿粉等配制固化剂直接固化未经特殊处理的废树脂，再封装、掩埋。这种方法成本低、操作简单，但是具有废弃物体积增容大、核素抗浸出性能低、树脂包容量小等缺点，无法满足我国日益增长的放射性废树脂处理需求和环保要求。

流化床蒸汽重整技术是在高温条件下，废树脂发生裂解、矿化等复杂反应产生矿物残渣如金属氧化物或碳化物，再对残渣进行后处置的方法。蒸汽重整技术能将有机树脂完全转化为无机物，放射性元素富集在矿化物中，生成的矿化物结构耐久性、稳定性好，核素抗浸出性能高，可以达到安全减容的目的。该方法具有显著的减容效果，废物体积能减至处理前的1/10～1/5。而且处理过程中不会产生二次污染，裂解后产生的合成气经处理后可转化为N₂、CO₂和水，基本无废液生成，安全无污染。流化床蒸汽重整技术具有反应温度较焚烧低、尾气处理更简单、废渣较玻璃固化体更为稳定、不产生液体废物等优势，在国外核电厂中低水平放射性废物的处理领域的应用已有多年历史。

流化床蒸汽重整技术可以在一个流化床反应器中实施，也可以在多个串联的流化床反应器中实施，如美国专利US6084147、US7011800所述。在流化床蒸汽重整反应器中，当废树脂发生裂解和矿化反应时，还会发生含碳物质燃烧反应、还原反应等多种不同类型的反应。这些反应过程相互耦合，一旦流化床反应器操控不好，极易形成局部热点或生产粘性物质，导致流化颗粒团聚结块，轻则影响流化质量和反应效果，重则会导致失流化停车。因此，急需开发新型的流化床反应器及放射性废树脂处理方法，提高流化床反应器的运行稳定性和废树脂的处理效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用多层流化床蒸汽重整设备处理废树脂的方法及其设备，通过对流化床蒸汽重整反应过程的解耦和反应温度及其分布的优化控制，提高流化床反应器的运行稳定性和反应效率，获得核素抗浸出性能高、减容比大的固体产物。

本发明提供了一种使用多层流化床蒸汽重整设备处理废树脂的方法，包括，以废树脂、含碳物质、矿化剂、添加剂、催化剂为原料，以水蒸气和/或空气和/或氧气和/或氮气作为流化气体，在含有惰性床层的流化床反应器中以及高温条件下，废树脂发生裂解反应变成小分子有机物以及矿化反应生成包容金属元素的矿化颗粒。其中，蒸汽重整反应设备为多层流化床反应器，通过在流化床反应器中设置分布板和溢流管，将流化床反应器分为至少两个独立的床层；将废树脂、催化剂、添加剂和矿化剂加入上方床层，发生裂解反应和/或矿化反应和/或还原反应，生成矿化颗粒和裂解气；在下方床层中加入含碳物质反应供热；反应生成的矿化颗粒在重力的作用下经溢流管向下流动，最后从流化床反应器底部排出；反应生成的气体从流化床反应器顶部排出，经过滤器除去粉尘后，送入焚烧炉焚烧，再经碱洗、干燥后排放气或排火炬。但需要指出的是，后续的气体处理可按照实际工况进行选择，不作为限定。

所述的含碳物质进入多层流化床反应器最下方的第一床层，在第一床层中与氧气和/或水蒸汽发生反应。所述的含碳物质还可以进入除第一床层以外的其他床层，在其他床层中作为还原剂。

C+O₂→CO₂

C+H₂O→H₂+CO

CO+H₂O→CO₂+H₂

CO+O₂→CO₂

H₂+O₂→H₂O