[发明专利]利用三相流化床处理放射性有机废物的方法及系统

说明书

本发明公开了利用三相流化床处理放射性有机废物的方法及系统，包括以下步骤：(a)在三相流化床中填入流化基材、催化剂；(b)将放射性有机废物通入至三相流化床中，同时通入金属离子矿化剂、过热蒸汽、木炭、空气；(c)放射性有机废物中的放射性金属离子在流化床反应段中进行矿化包容反应，生成矿化产物，将核素包容在内；(d)放射性有机废物中的有机成分在流化床反应段中进行蒸汽重整反应，生产可燃小分子气体；(e)分离矿化产物。本发明用以解决现有技术中对于有机放射性废物处理方式的缺陷，实现对各类放射性有机废物的处理，实现较大程度的减容并将其内部包含的不稳定污染核素进行矿化包容的目的。

技术领域

本发明涉及核化工领域，具体涉及利用三相流化床处理放射性有机废物的方法及系统。

背景技术

核反应堆在运维过程中会不可避免地产生大量放射性固体废物，其中包括：离子交换树脂、活性炭、过滤器芯子、淤泥、废油、废有机溶剂以及日常检修产生的劳保用品、塑料布、擦拭去污用品等。这些废物大多为有机废物，采用常规物理方法处理只能在短期内实现废物整备，但无法保证长期处置安全。虽然新建核电站在废物处理技术引进上有了一定的改善，如对树脂处理尝试了一些新技术，但仍然没有从根本上解决废物安全处理处置以及大体积减容的目标。

离子交换树脂是压水堆核电站中最难处理的放射性废物之一，其放射性水平较高，往往可以达到中放水平，主要成分是以苯乙烯及二乙烯苯交联聚合物为骨架，经磺化或胺化的立体网状结构苯乙烯树脂，结构稳定、物理化学形态较难改变，世界上大部分压水堆电站多采用物理方法处理废树脂，但对这些方法的长期安全评价均存在不确定性。

国内压水堆电站最常用的树脂处理手段是水泥固化，水泥固化的原理是基于水泥的水化和水硬胶凝作用对废物进行固化处理的一种方法，水泥作为一种无机胶结材料，经过水化反应后形成坚硬的水泥固化体，从而将放射性核素固结在水泥固化体内，防止核素浸出。该手段可以实现短期内对树脂及其所含放射性核素的固定，但随着时间推移，树脂受辐照降解以及水泥结构可能发生改变导致固化体失稳，再加上外包装容器失效，此时就有核素迁移的风险，不利于长期安全处置；另一方面，水泥固化技术增容比较大，不利于废物最小化。

另一类树脂处理技术是高整体性容器(HIC)直接装填以及热压技术。高整体容器(HIC)可以实现对内容物长期安全包容，寿命达300年或更长。废树脂直接装填在HIC内，进行多次脱水操作后保证废物体中游离水小于1％后，可直接处置。该技术的核心是依靠包装容器实现对树脂及其所含放射性核素的包容，由于容器具有良好的防止核素迁移性能，因此相较水泥固化技术更能确保长期处置安全。但由于该技术没有对树脂作任何处理，一旦容器发生破损，则可能导致放射性树脂外泄，因此在运输、暂存以及处置阶段需要增加额外措施保证容器安全，且该技术的减容效果一般。

树脂热压技术是将湿树脂先经脱水预处理，随后送入干燥器。干燥器将废树脂加热至160℃，废树脂内的残余水分通过真空泵携载，在烘干机内逐步蒸干。干燥器使树脂形成高致密度的烘干产物。在烘干末期，添加专用的添加剂以增强树脂之间粘结和紧密性，在树脂呈热状态时装桶加盖，送往超级压缩机进行超压处理。该技术主要目的是实现树脂减容，然而在实践中发现超压虽然对树脂有一定的减容效果，但由于放射性比活度提高，且该技术没有改变树脂性状，处理后的产物经辐照降解长期稳定性需要重点考虑；另一方面，该技术选用普通金属桶作为包装容器，容器安全存在较大风险。

综上，现有的离子交换树脂处理技术采用物理处理方法，这类技术存在如下缺点：(1)无法解决树脂自身辐照降解从而导致整备后废物体长期安全处置过程中稳定性差的潜在风险；(2)无法实现树脂大体积减容从而不满足废物最小化原则。因此为了满足安全处置以及废物最小化原则，先进的树脂处理技术应考虑改变树脂大分子结构，将树脂的有机物形态转化为无机物形态，从根本上实现安全减容。