一种放射性废物超临界水氧化核素脱除反应器

本发明属于放射性废物处理，特别涉及一种放射性废物超临界水氧化核素脱除反应器。

背景技术：

1、核能作为低碳清洁能源是我国能源转型的重要选择。随着核电建设积极安全有序推进，产生了各类亟待处理处置的放射性有机废物，如放射性废树脂、废防护服、废真空泵油、废tbp溶剂及废可降解防护材料等。然而，与之对应的废物管理工作严重滞后，放射性废物长期暂存和未来管理的不确定性造成潜在安全风险与日俱增。

2、目前，常规处理工艺主要为水泥固化、热态超级压缩、焚烧法等。但水泥固化存在增容、有机物超级压缩储存过程会受辐照分解而导致压缩饼破裂、焚烧法尾气处理系统庞杂等各种问题，而玻璃固化技术因操作温度高且废气处理系统庞杂等问题实质性工程进展较慢。

3、超临界水氧化技术作为一种前沿的有机废物处理技术已被证明可高效降解放射性废树脂、废磷酸三丁酯(tbp)溶剂、废闪烁液、废真空泵油以及核工业用废塑料等放射性废物。该技术是利用超临界水所具有的特殊性质，使放射性有机废物和氧化剂在超临界水中发生快速、彻底的均相氧化反应，同时，超临界水对核素无机盐的溶解度极低，可实现在超临界水环境中对核素盐的分离进而脱除。

4、然而针对反应过程具有放射性的核素盐，通常采用机械搅拌、刮刷等机械装置进行脱除。一方面机械搅拌装置在高温高压的超临界水条件下运行不稳定，另一方面，核素盐会在反应器内进行大面积、大范围的沾染，从而导致装置后续退役后的放射性废物增多。

5、中国专利cn108665993b公开了一种核电厂超临界水氧化反应器，用于处理核电厂放射性废树脂，所述氧化反应器包括内部具有容置空间的主体部，以及若干个与容置空间分别连通的进料通道和出料通道，还包括：过滤容器，设置在所述容置空间内，所述进料通道延伸至所述过滤容器内；搅拌装置，可转动地设置在过滤容器内，用于对废树脂进行粉碎搅浑；氧气通道，设置在过滤容器外，用于喷射氧气；经搅拌氧化后的料液穿过过滤容器的滤网、并经出料通道排出。该发明提供的超临界水氧化反应器增加了废树脂和超临界水的接触面积和反应时间，但额外配置搅拌装置等，一方面增加了产品退役后产生放射性废物的几率，造成二次污染的机会增加，另一方面增加了成本；且仅通过滤网一次过滤，核素脱除不够彻底。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种放射性废物超临界水氧化核素脱除反应器，在超临界水氧化环境中实现放射性废物高效降解的同时，利用超临界水对核素盐溶解度极低的特点，以及无机盐热壁附着效应，采用多级过滤方法将核素分离，使放射性核素盐的迁移局限在反应器内的核心区，避免反应器承压壁、端盖大体量关键部位的核素沾染，同时，反应器内不额外设置搅拌、刮刷等机械装置，以确保装置在退役后产生放射性废物的最小化；该反应器同时兼具物料低温入射、醇类共氧化、冷壁保护、余热回收的功能；为放射性废物的处理提供了一种切实可行的方案。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种放射性废物超临界水氧化核素脱除反应器，包括冷却水套15，所述冷却水套15内设有承压式反应腔10，承压式反应腔10内部设有导流腔11，导流腔11正中设有核素盐脱除核心区，核素盐脱除核心区顶部设有端盖物料进口区，导流腔11与承压式反应腔10内分别设有余热回收装置。

4、所述核素盐脱除核心区由内向外依次设有核素盐诱导生成区19、核素盐生成缓冲区18、核素盐初级过滤区17及核素盐多级过滤区16；其中，核素盐诱导生成区19顶部分别连通端盖物料进口区正中的高温超临界水注入口n1、低温物料入口n2、第一氧化剂入口n3；核素盐诱导生成区19与其外部的核素盐生成缓冲区18之间设有带核素盐诱导结晶粗糙突起的过滤网2，核素盐生成缓冲区18与其外部的核素盐初级过滤区17之间设有带粗糙突起的导流缓冲过滤网4；核素盐初级过滤区17内设置有细密滤网块5；核素盐初级过滤区17与其外部的核素盐多级过滤区16之间设有导流净化滤网7；核素盐多级过滤区16外壁为核心区导流壁8；核素盐多级过滤区16与端盖物料进口区的第二氧化剂入口n4连通；余热回收装置12采用取热器。

5、所述带核素盐诱导结晶粗糙突起的过滤网2、带粗糙突起的导流缓冲过滤网4及导流净化滤网7底部均设有无孔核素盐收集仓6；粗糙突起形状包括尖角形、方形、不规则形状。

6、所述导流腔11侧壁底部设有多孔介质通道13，多孔介质通道13连通导流腔11与承压式反应腔10。

7、所述端盖物料进口区包括盖板1，盖板1正中设有加药筒1-1，高温超临界水注入口n1、低温物料入口n2、第一氧化剂入口n3分别开口于加药筒1-1上，盖板1底部设有牺牲式内衬21，盖板1内填充有绝热填充材料20，第二氧化剂入口n4穿入盖板1连通核素盐多级过滤区16。

8、所述核素盐多级过滤区16内且核素盐初级过滤区17底部设有若干竖直方向隔板3，隔板3一端连接过滤网9，相邻隔板3上的过滤网9错开布置，在核素盐多级过滤区16内形成导流通道。

9、所述核素盐多级过滤区16正中设有多级过滤出口14，多级过滤出口14底部伸至导流腔11近底部多孔介质通道13的高度；所述多级过滤出口14采用过滤材料。

10、所述承压式反应腔10外设置有冷却水套15，冷却水套15上部一侧设有冷却水入口n5，冷却水套15下部对侧设有冷却水出口n6，承压式反应腔10上部侧壁设置有反应出水口n7。

11、所述带粗糙突起的导流缓冲过滤网4上密下疏，且上部过滤颗粒粒径不大于细密滤网块5过滤粒径，下部过滤颗粒粒径不大于带核素盐诱导结晶粗糙突起的过滤网2过滤粒径。

12、所述带核素盐诱导结晶粗糙突起的过滤网2、导流缓冲过滤网4、细密滤网块5及多级过滤出口14采用柔性、轻量、可压缩过滤网组成，材质包括合金、石棉、粉末烧结金属。

13、所述细密滤网块厚度可调。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、1、反应器内核心区有效分离核素。利用核素在超临界水中的溶解度极低以及热壁附着效应，在反应器高温区即开始核素盐的脱除，并设置粗糙突起诱导核素盐在核心区生成附着，同时随着反应区扩大核素盐颗粒尺寸增大设置具有诱导核素盐结晶附着的缓冲区，以将绝大部分核素盐局限在反应器的核心区，避免核素盐大范围沾染。

16、2、反应器无需额外搅拌器、刮刷等机械脱核素装置，避免了高温、高压条件下搅拌器、刮刷等机械装置的运行故障，使反应器运行更稳定。核素盐在核心区内通过滤网的疏密进行导流、过滤耦合重力沉降作用等实现多级、多次过滤脱除，不设置机械搅拌装置，高温高压条件下运行更可靠安全。

17、3、具有采用高温纯超临界水预热、放射性物料无需预热的冷物料入射功能，避免放射性物料在进入反应器前的预热结焦堵塞问题；醇类物质可在物料中掺混实现超临界水氧化与醇类共氧化的功能，使反应温度更高、有机物降解的更彻底；冷壁水用于对高温高压承压壁进行降温保护，防止反应器承压壁超温；、设置多级余热回收区，实现能量梯级回收利用，可以保证反应器安全、节能、平稳、可靠运行。

18、综上，本发明基于超临界水氧化技术处理放射性废物具有的反应迅速、彻底、减容性优、二次污染少、节约能源等优点。