[发明专利]一种放射性废树脂的热裂解处理装置和方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及核工业技术领域，特别涉及一种放射性废树脂的热裂解处理装置和方法。

背景技术

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。

发明内容

有鉴于此，本发明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。本发明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。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明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。