一種含氚廢水的處理裝置及處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含氚廢水的處理裝置，包括與氣源連接的氣體進樣單元，與含氚廢水源連接的蒸汽進樣單元，與氣體進樣單元和蒸汽進樣單元均連接的加熱保溫混氣單元，與加熱保溫混氣單元連接的催化反應單元，以及與催化反應單元連接的氣體冷凝干燥單元。本發(fā)明還提供了含氚廢水的處理方法。本發(fā)明巧妙利用了CO/H2O變換反應來處理含氚廢水，更方便可靠地實現了含氚水中氚的去除，同時通過TiO2制備新型的催化劑，使CO轉化率大大提高，使催化反應的過程更加可靠穩(wěn)定。
【專利說明】
一種含氚廢水的處理裝置及處理方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及放射性廢水處理技術領域，具體地講，是涉及一種含氚廢水的處理裝置及處理方法，通過CO變換反應實現廢水中氚的去除，可實現低濃度含氚廢水(HTO)的處理，尤其適合大量含氚廢水的處理。
【背景技術】
[0002]針對含氚廢水的排放問題一直是放射性廢水處理領域的研究熱點。由于傳統(tǒng)的同位素分離法在含氚廢水方面的應用受到限制，各國科學家相繼提出了膜技術和樹脂交換、富集等方法，并進行了初步可行性研究。研究者從重水中提氚的角度開展了廣泛的研究，并在后處理廠關于含氚廢水處理和CANDU-HWR重水回收氚中得到實際應用，目前常用的含氚水處理方法都是根據重水除氚的技術發(fā)展起來的，大多采用蒸汽催化交換技術(VPCE)、液相催化交換技術(LPCE)和組合電解催化交換技術(CECE)等技術。
[0003]但是這些方法用于處理目前大量低濃度含氚廢水存在較多的問題。首先，從反應過程來說，VPCE及LPCE是將含氚重水的氚從液相交換到氣相，由于交換氣D2用量非常大，(VPCE中D2/DTO摩爾比為2，LPCE中D2/DTO摩爾為3)，因此VPCE及LPCE均為氚的稀釋過程，交換出來的稀釋氣體(D2/DT)加重了同位素分離單元負擔，原料成本和工藝成本非常高。在CECE過程中，含氚重水在電解池內得到濃集，減少同位素分離單元負擔，但是電解過程需要消耗大量能源。此外，這幾種方法在處理能力上遠遠不能滿足大量低濃度氚水處理的需求。
[0004]變換反應(CO+H2O4CO2+H2)是一個重要的工業(yè)反應，在合成氨、合成甲醇、制氫和城市煤氣工業(yè)等領域有廣泛的應用，根據變換反應原理，可用于C0/HT0的反應。
【發(fā)明內容】
[0005]為克服現有技術中的上述問題，本發(fā)明提供一種工藝簡單、成本低廉、處理效果好的用于含氚廢水的處理裝置。
[0006]為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0007]—種含氚廢水的處理裝置，包括與氣源連接的氣體進樣單元，與含氚廢水源連接的蒸汽進樣單元，與氣體進樣單元和蒸汽進樣單元均連接的加熱保溫混氣單元，與加熱保溫混氣單元連接的催化反應單元，以及與催化反應單元連接的氣體冷凝干燥單元。
[0008]具體地，所述氣源包括惰性氣體氣源和CO氣源;所述氣體進樣單元包括與惰性氣體氣源連接的惰性氣體進氣支路，以及與CO氣源連接的并與惰性氣體進氣支路并聯的CO進氣支路，所述惰性氣體進氣支路和CO進氣支路均由依次串接的減壓閥和質量流量計構成，其中，所述CO進氣支路還包括串接于該CO進氣支路上的過濾器。
[0009]具體地，所述蒸汽進樣單元包括依次串接的液體計量栗、蒸發(fā)器和蒸汽流量計，其中，所述液體計量栗與含氣廢水源連接，所述蒸汽流量計與加熱保溫混氣單元連接。
[0010]具體地，所述加熱保溫混氣單元包括混氣容器，至少兩根并排設置設于混氣容器內的等比加熱棒，以及與所有等比加熱棒連接的智能控制器，其中，所述混氣容器的進氣口設置于其上端，其出氣口設置于其下端，該混氣容器內的氣流方向與所述等比加熱棒的設置方向垂直。
[0011]具體地，所述催化反應單元包括由無縫304不銹鋼材料制成的帶有進口和出口的反應器，設置于反應器進口和出口上的反應過濾器，設置于反應器外壁的保溫層，以及與保溫層連接的加熱器。
[0012]基于上述含氚廢水的處理裝置，本發(fā)明還提供一種含氚廢水的處理方法，包括如下步驟:
[0013](SI)在所述催化反應單元中填裝0.5%Pt/Ti02催化劑，填裝量為500g;
[0014](S2)開啟所述氣體進樣單元內惰性氣體進氣支路向所述處理裝置內通入惰性氣體進行吹掃，當所述催化反應單元的出口處的惰性氣體濃度大于99.5%時停止吹掃；
[0015](S3)關閉所述氣體進樣單元內惰性氣體進氣支路并開啟CO進氣支路，向所述處理裝置內通入CO，同時加熱所述加熱保溫混氣單元和所述催化反應單元均至270°C;
[0016](S4)開啟所述蒸汽進樣單元，將含氚廢水轉化為含氚水蒸汽，并按1000g/h的流量向所述加熱保溫混氣單元內送入含氚水蒸汽，同時使所述加熱保溫混氣單元內含氚水蒸汽與CO的混合溫度為270°C ；
[0017](S5)含氚水蒸汽和CO混合后進入所述催化反應單元中發(fā)生變換反應，產生CO2、H2、HT和T2進入所述氣體冷凝干燥單元；
[0018](S6)所述氣體冷凝干燥單元將進入的氣體冷卻至30°C，采用分子篩吸附使氣體中的含水量降至Ippm以下。
[0019]進一步地，將所述氣體冷凝干燥單元排出的氣體進行分離，其中，C0回用至所述氣體進樣單元，C02排放處理，氫氣及其同位素氣體回收。
[0020]為了降低處理成本，優(yōu)選地，該處理方法在常壓下進行。
[0021 ] 更進一步地，所述0.5 % Pt/Ti02催化劑由如下步驟制得:
[0022](a)取前驅物T12粉末或顆粒在120°C烘干12h待用，并取1g H2PtCl6.6H20溶于500ml乙醇中制得氯鉑酸溶液待用；
[0023](b)稱取步驟(a)烘干的前驅物T12粉末或顆粒30g作為載體放入旋轉燒瓶中，并向旋轉燒瓶中加入去離子水100ml，攪拌旋轉30min;
[0024](c)量取步驟(a)中配制好的氯鉑酸溶液20ml，緩慢加入旋轉燒瓶中，在常溫下浸漬2h;
[0025](d)將旋轉燒瓶加熱至40°C，并邊旋轉邊浸漬，直至旋轉燒瓶中的混合溶液蒸發(fā)至容器壁內沒有明顯液體；
[0026](e)將旋轉燒瓶中蒸發(fā)剩余的固態(tài)物放入烘箱中干燥12h后，再將其放入馬弗爐中以550°C焙燒4h;
[0027](f)用管式爐將焙燒后的物質進行出還原，然后自然冷卻制得所述催化劑。
[0028]其中，使用所述0.5%Pt/Ti02催化劑進行變換反應的CO轉化率為80%以上。
[0029]更進一步地，所述步驟(f)中，進行H2還原前，先向管式爐中通入氮氣使所述焙燒后的物質處于氮氣保護環(huán)境中。并且，H2還原后，停止通入H2，并在其自然冷卻時持續(xù)通入氮氣保持管式爐內的氮氣保護環(huán)境。
[0030]與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:[0031 ]本發(fā)明巧妙利用了 C0/H20變換反應來處理含氚廢水，更方便可靠地實現了含氚水中氚的去除，同時通過T12制備新型的催化劑，使CO轉化率大大提高，使催化反應的過程更加可靠穩(wěn)定，具有廣泛的應用前景，適合推廣應用。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明中處理裝置的整體結構框圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。
[0034]實施例
[0035]如圖1所示，該含氚廢水的處理裝置，包括與氣源連接的氣體進樣單元I，與含氚廢水源連接的蒸汽進樣單元2，與氣體進樣單元和蒸汽進樣單元均連接的加熱保溫混氣單元3，與加熱保溫混氣單元連接的催化反應單元4，以及與催化反應單元連接的氣體冷凝干燥單元5 ο
[0036]具體地，所述氣源包括惰性氣體氣源和CO氣源;所述氣體進樣單元包括與惰性氣體氣源連接的惰性氣體進氣支路，以及與CO氣源連接的并與惰性氣體進氣支路并聯的CO進氣支路，所述惰性氣體進氣支路和CO進氣支路均由依次串接的減壓閥11和質量流量計12構成，其中，所述CO進氣支路還包括串接于該CO進氣支路上的過濾器13。
[0037]具體地，所述蒸汽進樣單元包括依次串接的液體計量栗21、蒸發(fā)器22和蒸汽流量計23，其中，所述液體計量栗與含氣廢水源連接，所述蒸汽流量計與加熱保溫混氣單元連接。
[0038]具體地，所述加熱保溫混氣單元包括混氣容器，至少兩根并排設置設于混氣容器內的等比加熱棒，以及與所有等比加熱棒連接的智能控制器，其中，所述混氣容器的進氣口設置于其上端，其出氣口設置于其下端，該混氣容器內的氣流方向與所述等比加熱棒的設置方向垂直。
[0039]具體地，所述催化反應單元包括由無縫304不銹鋼材料制成的帶有進口和出口的反應器，設置于反應器進口和出口上的反應過濾器，設置于反應器外壁的保溫層，以及與保溫層連接的加熱器。
[0040]基于上述含氚廢水的處理裝置，本發(fā)明還提供一種含氚廢水的處理方法，包括如下步驟:
[0041 ] (SI)在所述催化反應單元中填裝0.5%Pt/Ti02催化劑，填裝量為500g;
[0042](S2)開啟所述氣體進樣單元內惰性氣體進氣支路向所述處理裝置內通入惰性氣體進行吹掃，當所述催化反應單元的出口處的惰性氣體濃度大于99.5%時停止吹掃；
[0043](S3)關閉所述氣體進樣單元內惰性氣體進氣支路并開啟CO進氣支路，向所述處理裝置內通入CO，同時加熱所述加熱保溫混氣單元和所述催化反應單元均至270°C;
[0044](S4)開啟所述蒸汽進樣單元，將含氚廢水轉化為含氚水蒸汽，并按1000g/h的流量向所述加熱保溫混氣單元內送入含氚水蒸汽，同時使所述加熱保溫混氣單元內含氚水蒸汽與CO的混合溫度為270°C ；
[0045](S5)含氚水蒸汽和CO混合后進入所述催化反應單元中發(fā)生變換反應，產生CO2、H2、HT和T2進入所述氣體冷凝干燥單元；
[0046](S6)所述氣體冷凝干燥單元將進入的氣體冷卻至30°C，采用分子篩吸附使氣體中的含水量降至Ippm以下。
[0047]進一步地，將所述氣體冷凝干燥單元排出的氣體進行分離，其中，C0回用至所述氣體進樣單元，C02排放處理，氫氣及其同位素氣體回收。
[0048]為了降低處理成本，優(yōu)選地，該處理方法在常壓下進行。
[0049]更進一步地，所述0.5 % Pt/Ti02催化劑由如下步驟制得:
[0050](a)取前驅物T12粉末或顆粒在120°C烘干12h待用，并取1g H2PtCl6.6H20溶于500ml乙醇中制得氯鉑酸溶液待用；
[0051 ] (b)稱取步驟(a)烘干的前驅物T12粉末或顆粒30g作為載體放入旋轉燒瓶中，并向旋轉燒瓶中加入去離子水100ml，攪拌旋轉30min;
[0052](c)量取步驟(a)中配制好的氯鉑酸溶液20ml，緩慢加入旋轉燒瓶中，在常溫下浸漬2h;
[0053](d)將旋轉燒瓶加熱至40°C，并邊旋轉邊浸漬，直至旋轉燒瓶中的混合溶液蒸發(fā)至容器壁內沒有明顯液體；
[0054](e)將旋轉燒瓶中蒸發(fā)剩余的固態(tài)物放入烘箱中干燥12h后，再將其放入馬弗爐中以550°C焙燒4h;
[0055](f)用管式爐將焙燒后的物質進行出還原，然后自然冷卻制得所述催化劑。
[0056]其中，使用所述0.5%Pt/Ti02催化劑進行變換反應的CO轉化率為80%以上。
[0057]更進一步地，所述步驟(f)中，進行H2還原前，先向管式爐中通入氮氣使所述焙燒后的物質處于氮氣保護環(huán)境中。并且，H2還原后，停止通入H2，并在其自然冷卻時持續(xù)通入氮氣保持管式爐內的氮氣保護環(huán)境。
[0058]上述實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非對本發(fā)明保護范圍的限制，但凡采用本發(fā)明的設計原理，以及在此基礎上進行非創(chuàng)造性勞動而作出的變化，均應屬于本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種含氚廢水的處理裝置，其特征在于，包括與氣源連接的氣體進樣單元，與含氚廢水源連接的蒸汽進樣單元，與氣體進樣單元和蒸汽進樣單元均連接的加熱保溫混氣單元，與加熱保溫混氣單元連接的催化反應單元，以及與催化反應單元連接的氣體冷凝干燥單J L ο2.根據權利要求1所述的一種含氚廢水的處理裝置，其特征在于，所述氣源包括惰性氣體氣源和CO氣源;所述氣體進樣單元包括與惰性氣體氣源連接的惰性氣體進氣支路，以及與CO氣源連接的并與惰性氣體進氣支路并聯的CO進氣支路，所述惰性氣體進氣支路和CO進氣支路均由依次串接的減壓閥和質量流量計構成，其中，所述CO進氣支路還包括串接于該CO進氣支路上的過濾器。3.根據權利要求1所述的一種含氚廢水的處理裝置，其特征在于，所述蒸汽進樣單元包括依次串接的液體計量栗、蒸發(fā)器和蒸汽流量計，其中，所述液體計量栗與含氣廢水源連接，所述蒸汽流量計與加熱保溫混氣單元連接。4.根據權利要求1所述的一種含氚廢水的處理裝置，其特征在于，所述加熱保溫混氣單元包括混氣容器，至少兩根并排設置設于混氣容器內的等比加熱棒，以及與所有等比加熱棒連接的智能控制器，其中，所述混氣容器的進氣口設置于其上端，其出氣口設置于其下端，該混氣容器內的氣流方向與所述等比加熱棒的設置方向垂直。5.根據權利要求1所述的一種含氚廢水的處理裝置，其特征在于，所述催化反應單元包括由無縫304不銹鋼材料制成的帶有進口和出口的反應器，設置于反應器進口和出口上的反應過濾器，設置于反應器外壁的保溫層，以及與保溫層連接的加熱器。6.—種含氚廢水的處理方法，其特征在于，采用如權利要求1?5任一項所述的含氚廢水的處理裝置，包括如下步驟: (51)在所述催化反應單元中填裝0.5%Pt/Ti02催化劑，填裝量為500g; (52)開啟所述氣體進樣單元內惰性氣體進氣支路向所述處理裝置內通入惰性氣體進行吹掃，當所述催化反應單元的出口處的惰性氣體濃度大于99.5%時停止吹掃； (53)關閉所述氣體進樣單元內惰性氣體進氣支路并開啟CO進氣支路，向所述處理裝置內通入CO，同時加熱所述加熱保溫混氣單元和所述催化反應單元均至270°C; (54)開啟所述蒸汽進樣單元，將含氚廢水轉化為含氚水蒸汽，并按1000g/h的流量向所述加熱保溫混氣單元內送入含氚水蒸汽，同時使所述加熱保溫混氣單元內含氚水蒸汽與CO的混合溫度為270°C ; (55)含氚水蒸汽和CO混合后進入所述催化反應單元中發(fā)生變換反應，產生C02、H2、HT和T2進入所述氣體冷凝干燥單元； (56)所述氣體冷凝干燥單元將進入的氣體冷卻至30°C，采用分子篩吸附使氣體中的含水量降至Ippm以下。7.根據權利要求6所述的一種含氚廢水的處理方法，其特征在于，將所述氣體冷凝干燥單元排出的氣體進行分離，其中，CO回用至所述氣體進樣單元，C02排放處理，氫氣及其同位素氣體回收。8.根據權利要求6所述的一種含氚廢水的處理方法，其特征在于，該處理方法在常壓下進行。9.根據權利要求6所述的一種含氚廢水的處理方法，其特征在于，所述0.5%Pt/Ti02催化劑由如下步驟制得: (a)取前驅物T12粉末或顆粒在120°C烘干12h待用，并取1gH2PtCl6.6H20溶于500ml乙醇中制得氯鉑酸溶液待用； (b)稱取步驟(a)烘干的前驅物T12粉末或顆粒30g作為載體放入旋轉燒瓶中，并向旋轉燒瓶中加入去離子水100ml，攪拌旋轉30min; (c)量取步驟(a)中配制好的氯鉑酸溶液20ml，緩慢加入旋轉燒瓶中，在常溫下浸漬2h; (d)將旋轉燒瓶加熱至40°C，并邊旋轉邊浸漬，直至旋轉燒瓶中的混合溶液蒸發(fā)至容器壁內沒有明顯液體； (e)將旋轉燒瓶中蒸發(fā)剩余的固態(tài)物放入烘箱中干燥12h后，再將其放入馬弗爐中以550°C 焙燒 4h; (f)用管式爐將焙燒后的物質進行出還原，然后自然冷卻制得所述催化劑。10.根據權利要求9所述的一種含氚廢水的處理方法，其特征在于，使用所述0.5%Pt/T12催化劑進行變換反應的CO轉化率為80%以上。
【文檔編號】B01J23/42GK105976884SQ201610498805
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】李嶸, 張志 , 陳閩, 蘇永軍, 殷雪峰, 姜飛, 喻彬, 宋江鋒, 胡俊
【申請人】中國工程物理研究院材料研究所