一种含氚废水的处理装置及处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种含氚废水的处理装置，包括与气源连接的气体进样单元，与含氚废水源连接的蒸汽进样单元，与气体进样单元和蒸汽进样单元均连接的加热保温混气单元，与加热保温混气单元连接的催化反应单元，以及与催化反应单元连接的气体冷凝干燥单元。本发明还提供了含氚废水的处理方法。本发明巧妙利用了CO/H2O变换反应来处理含氚废水，更方便可靠地实现了含氚水中氚的去除，同时通过TiO2制备新型的催化剂，使CO转化率大大提高，使催化反应的过程更加可靠稳定。
【专利说明】
一种含氚废水的处理装置及处理方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及放射性废水处理技术领域，具体地讲，是涉及一种含氚废水的处理装置及处理方法，通过CO变换反应实现废水中氚的去除，可实现低浓度含氚废水(HTO)的处理，尤其适合大量含氚废水的处理。
【背景技术】
[0002]针对含氚废水的排放问题一直是放射性废水处理领域的研究热点。由于传统的同位素分离法在含氚废水方面的应用受到限制，各国科学家相继提出了膜技术和树脂交换、富集等方法，并进行了初步可行性研究。研究者从重水中提氚的角度开展了广泛的研究，并在后处理厂关于含氚废水处理和CANDU-HWR重水回收氚中得到实际应用，目前常用的含氚水处理方法都是根据重水除氚的技术发展起来的，大多采用蒸汽催化交换技术(VPCE)、液相催化交换技术(LPCE)和组合电解催化交换技术(CECE)等技术。
[0003]但是这些方法用于处理目前大量低浓度含氚废水存在较多的问题。首先，从反应过程来说，VPCE及LPCE是将含氚重水的氚从液相交换到气相，由于交换气D2用量非常大，(VPCE中D2/DTO摩尔比为2，LPCE中D2/DTO摩尔为3)，因此VPCE及LPCE均为氚的稀释过程，交换出来的稀释气体(D2/DT)加重了同位素分离单元负担，原料成本和工艺成本非常高。在CECE过程中，含氚重水在电解池内得到浓集，减少同位素分离单元负担，但是电解过程需要消耗大量能源。此外，这几种方法在处理能力上远远不能满足大量低浓度氚水处理的需求。
[0004]变换反应(CO+H2O4CO2+H2)是一个重要的工业反应，在合成氨、合成甲醇、制氢和城市煤气工业等领域有广泛的应用，根据变换反应原理，可用于C0/HT0的反应。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术中的上述问题，本发明提供一种工艺简单、成本低廉、处理效果好的用于含氚废水的处理装置。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0007]—种含氚废水的处理装置，包括与气源连接的气体进样单元，与含氚废水源连接的蒸汽进样单元，与气体进样单元和蒸汽进样单元均连接的加热保温混气单元，与加热保温混气单元连接的催化反应单元，以及与催化反应单元连接的气体冷凝干燥单元。
[0008]具体地，所述气源包括惰性气体气源和CO气源;所述气体进样单元包括与惰性气体气源连接的惰性气体进气支路，以及与CO气源连接的并与惰性气体进气支路并联的CO进气支路，所述惰性气体进气支路和CO进气支路均由依次串接的减压阀和质量流量计构成，其中，所述CO进气支路还包括串接于该CO进气支路上的过滤器。
[0009]具体地，所述蒸汽进样单元包括依次串接的液体计量栗、蒸发器和蒸汽流量计，其中，所述液体计量栗与含氣废水源连接，所述蒸汽流量计与加热保温混气单元连接。
[0010]具体地，所述加热保温混气单元包括混气容器，至少两根并排设置设于混气容器内的等比加热棒，以及与所有等比加热棒连接的智能控制器，其中，所述混气容器的进气口设置于其上端，其出气口设置于其下端，该混气容器内的气流方向与所述等比加热棒的设置方向垂直。
[0011]具体地，所述催化反应单元包括由无缝304不锈钢材料制成的带有进口和出口的反应器，设置于反应器进口和出口上的反应过滤器，设置于反应器外壁的保温层，以及与保温层连接的加热器。
[0012]基于上述含氚废水的处理装置，本发明还提供一种含氚废水的处理方法，包括如下步骤:
[0013](SI)在所述催化反应单元中填装0.5%Pt/Ti02催化剂，填装量为500g;
[0014](S2)开启所述气体进样单元内惰性气体进气支路向所述处理装置内通入惰性气体进行吹扫，当所述催化反应单元的出口处的惰性气体浓度大于99.5%时停止吹扫；
[0015](S3)关闭所述气体进样单元内惰性气体进气支路并开启CO进气支路，向所述处理装置内通入CO，同时加热所述加热保温混气单元和所述催化反应单元均至270°C;
[0016](S4)开启所述蒸汽进样单元，将含氚废水转化为含氚水蒸汽，并按1000g/h的流量向所述加热保温混气单元内送入含氚水蒸汽，同时使所述加热保温混气单元内含氚水蒸汽与CO的混合温度为270°C ；
[0017](S5)含氚水蒸汽和CO混合后进入所述催化反应单元中发生变换反应，产生CO2、H2、HT和T2进入所述气体冷凝干燥单元；
[0018](S6)所述气体冷凝干燥单元将进入的气体冷却至30°C，采用分子筛吸附使气体中的含水量降至Ippm以下。
[0019]进一步地，将所述气体冷凝干燥单元排出的气体进行分离，其中，C0回用至所述气体进样单元，C02排放处理，氢气及其同位素气体回收。
[0020]为了降低处理成本，优选地，该处理方法在常压下进行。
[0021 ] 更进一步地，所述0.5 % Pt/Ti02催化剂由如下步骤制得:
[0022](a)取前驱物T12粉末或颗粒在120°C烘干12h待用，并取1g H2PtCl6.6H20溶于500ml乙醇中制得氯铂酸溶液待用；
[0023](b)称取步骤(a)烘干的前驱物T12粉末或颗粒30g作为载体放入旋转烧瓶中，并向旋转烧瓶中加入去离子水100ml，搅拌旋转30min;
[0024](c)量取步骤(a)中配制好的氯铂酸溶液20ml，缓慢加入旋转烧瓶中，在常温下浸渍2h;
[0025](d)将旋转烧瓶加热至40°C，并边旋转边浸渍，直至旋转烧瓶中的混合溶液蒸发至容器壁内没有明显液体；
[0026](e)将旋转烧瓶中蒸发剩余的固态物放入烘箱中干燥12h后，再将其放入马弗炉中以550°C焙烧4h;
[0027](f)用管式炉将焙烧后的物质进行出还原，然后自然冷却制得所述催化剂。
[0028]其中，使用所述0.5%Pt/Ti02催化剂进行变换反应的CO转化率为80%以上。
[0029]更进一步地，所述步骤(f)中，进行H2还原前，先向管式炉中通入氮气使所述焙烧后的物质处于氮气保护环境中。并且，H2还原后，停止通入H2，并在其自然冷却时持续通入氮气保持管式炉内的氮气保护环境。
[0030]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:[0031 ]本发明巧妙利用了 C0/H20变换反应来处理含氚废水，更方便可靠地实现了含氚水中氚的去除，同时通过T12制备新型的催化剂，使CO转化率大大提高，使催化反应的过程更加可靠稳定，具有广泛的应用前景，适合推广应用。
【附图说明】
[0032]图1为本发明中处理装置的整体结构框图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
[0034]实施例
[0035]如图1所示，该含氚废水的处理装置，包括与气源连接的气体进样单元I，与含氚废水源连接的蒸汽进样单元2，与气体进样单元和蒸汽进样单元均连接的加热保温混气单元3，与加热保温混气单元连接的催化反应单元4，以及与催化反应单元连接的气体冷凝干燥单元5 ο
[0036]具体地，所述气源包括惰性气体气源和CO气源;所述气体进样单元包括与惰性气体气源连接的惰性气体进气支路，以及与CO气源连接的并与惰性气体进气支路并联的CO进气支路，所述惰性气体进气支路和CO进气支路均由依次串接的减压阀11和质量流量计12构成，其中，所述CO进气支路还包括串接于该CO进气支路上的过滤器13。
[0037]具体地，所述蒸汽进样单元包括依次串接的液体计量栗21、蒸发器22和蒸汽流量计23，其中，所述液体计量栗与含氣废水源连接，所述蒸汽流量计与加热保温混气单元连接。
[0038]具体地，所述加热保温混气单元包括混气容器，至少两根并排设置设于混气容器内的等比加热棒，以及与所有等比加热棒连接的智能控制器，其中，所述混气容器的进气口设置于其上端，其出气口设置于其下端，该混气容器内的气流方向与所述等比加热棒的设置方向垂直。
[0039]具体地，所述催化反应单元包括由无缝304不锈钢材料制成的带有进口和出口的反应器，设置于反应器进口和出口上的反应过滤器，设置于反应器外壁的保温层，以及与保温层连接的加热器。
[0040]基于上述含氚废水的处理装置，本发明还提供一种含氚废水的处理方法，包括如下步骤:
[0041 ] (SI)在所述催化反应单元中填装0.5%Pt/Ti02催化剂，填装量为500g;
[0042](S2)开启所述气体进样单元内惰性气体进气支路向所述处理装置内通入惰性气体进行吹扫，当所述催化反应单元的出口处的惰性气体浓度大于99.5%时停止吹扫；
[0043](S3)关闭所述气体进样单元内惰性气体进气支路并开启CO进气支路，向所述处理装置内通入CO，同时加热所述加热保温混气单元和所述催化反应单元均至270°C;
[0044](S4)开启所述蒸汽进样单元，将含氚废水转化为含氚水蒸汽，并按1000g/h的流量向所述加热保温混气单元内送入含氚水蒸汽，同时使所述加热保温混气单元内含氚水蒸汽与CO的混合温度为270°C ；
[0045](S5)含氚水蒸汽和CO混合后进入所述催化反应单元中发生变换反应，产生CO2、H2、HT和T2进入所述气体冷凝干燥单元；
[0046](S6)所述气体冷凝干燥单元将进入的气体冷却至30°C，采用分子筛吸附使气体中的含水量降至Ippm以下。
[0047]进一步地，将所述气体冷凝干燥单元排出的气体进行分离，其中，C0回用至所述气体进样单元，C02排放处理，氢气及其同位素气体回收。
[0048]为了降低处理成本，优选地，该处理方法在常压下进行。
[0049]更进一步地，所述0.5 % Pt/Ti02催化剂由如下步骤制得:
[0050](a)取前驱物T12粉末或颗粒在120°C烘干12h待用，并取1g H2PtCl6.6H20溶于500ml乙醇中制得氯铂酸溶液待用；
[0051 ] (b)称取步骤(a)烘干的前驱物T12粉末或颗粒30g作为载体放入旋转烧瓶中，并向旋转烧瓶中加入去离子水100ml，搅拌旋转30min;
[0052](c)量取步骤(a)中配制好的氯铂酸溶液20ml，缓慢加入旋转烧瓶中，在常温下浸渍2h;
[0053](d)将旋转烧瓶加热至40°C，并边旋转边浸渍，直至旋转烧瓶中的混合溶液蒸发至容器壁内没有明显液体；
[0054](e)将旋转烧瓶中蒸发剩余的固态物放入烘箱中干燥12h后，再将其放入马弗炉中以550°C焙烧4h;
[0055](f)用管式炉将焙烧后的物质进行出还原，然后自然冷却制得所述催化剂。
[0056]其中，使用所述0.5%Pt/Ti02催化剂进行变换反应的CO转化率为80%以上。
[0057]更进一步地，所述步骤(f)中，进行H2还原前，先向管式炉中通入氮气使所述焙烧后的物质处于氮气保护环境中。并且，H2还原后，停止通入H2，并在其自然冷却时持续通入氮气保持管式炉内的氮气保护环境。
[0058]上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种含氚废水的处理装置，其特征在于，包括与气源连接的气体进样单元，与含氚废水源连接的蒸汽进样单元，与气体进样单元和蒸汽进样单元均连接的加热保温混气单元，与加热保温混气单元连接的催化反应单元，以及与催化反应单元连接的气体冷凝干燥单J L ο2.根据权利要求1所述的一种含氚废水的处理装置，其特征在于，所述气源包括惰性气体气源和CO气源;所述气体进样单元包括与惰性气体气源连接的惰性气体进气支路，以及与CO气源连接的并与惰性气体进气支路并联的CO进气支路，所述惰性气体进气支路和CO进气支路均由依次串接的减压阀和质量流量计构成，其中，所述CO进气支路还包括串接于该CO进气支路上的过滤器。3.根据权利要求1所述的一种含氚废水的处理装置，其特征在于，所述蒸汽进样单元包括依次串接的液体计量栗、蒸发器和蒸汽流量计，其中，所述液体计量栗与含氣废水源连接，所述蒸汽流量计与加热保温混气单元连接。4.根据权利要求1所述的一种含氚废水的处理装置，其特征在于，所述加热保温混气单元包括混气容器，至少两根并排设置设于混气容器内的等比加热棒，以及与所有等比加热棒连接的智能控制器，其中，所述混气容器的进气口设置于其上端，其出气口设置于其下端，该混气容器内的气流方向与所述等比加热棒的设置方向垂直。5.根据权利要求1所述的一种含氚废水的处理装置，其特征在于，所述催化反应单元包括由无缝304不锈钢材料制成的带有进口和出口的反应器，设置于反应器进口和出口上的反应过滤器，设置于反应器外壁的保温层，以及与保温层连接的加热器。6.—种含氚废水的处理方法，其特征在于，采用如权利要求1?5任一项所述的含氚废水的处理装置，包括如下步骤: (51)在所述催化反应单元中填装0.5%Pt/Ti02催化剂，填装量为500g; (52)开启所述气体进样单元内惰性气体进气支路向所述处理装置内通入惰性气体进行吹扫，当所述催化反应单元的出口处的惰性气体浓度大于99.5%时停止吹扫； (53)关闭所述气体进样单元内惰性气体进气支路并开启CO进气支路，向所述处理装置内通入CO，同时加热所述加热保温混气单元和所述催化反应单元均至270°C; (54)开启所述蒸汽进样单元，将含氚废水转化为含氚水蒸汽，并按1000g/h的流量向所述加热保温混气单元内送入含氚水蒸汽，同时使所述加热保温混气单元内含氚水蒸汽与CO的混合温度为270°C ; (55)含氚水蒸汽和CO混合后进入所述催化反应单元中发生变换反应，产生C02、H2、HT和T2进入所述气体冷凝干燥单元； (56)所述气体冷凝干燥单元将进入的气体冷却至30°C，采用分子筛吸附使气体中的含水量降至Ippm以下。7.根据权利要求6所述的一种含氚废水的处理方法，其特征在于，将所述气体冷凝干燥单元排出的气体进行分离，其中，CO回用至所述气体进样单元，C02排放处理，氢气及其同位素气体回收。8.根据权利要求6所述的一种含氚废水的处理方法，其特征在于，该处理方法在常压下进行。9.根据权利要求6所述的一种含氚废水的处理方法，其特征在于，所述0.5%Pt/Ti02催化剂由如下步骤制得: (a)取前驱物T12粉末或颗粒在120°C烘干12h待用，并取1gH2PtCl6.6H20溶于500ml乙醇中制得氯铂酸溶液待用； (b)称取步骤(a)烘干的前驱物T12粉末或颗粒30g作为载体放入旋转烧瓶中，并向旋转烧瓶中加入去离子水100ml，搅拌旋转30min; (c)量取步骤(a)中配制好的氯铂酸溶液20ml，缓慢加入旋转烧瓶中，在常温下浸渍2h; (d)将旋转烧瓶加热至40°C，并边旋转边浸渍，直至旋转烧瓶中的混合溶液蒸发至容器壁内没有明显液体； (e)将旋转烧瓶中蒸发剩余的固态物放入烘箱中干燥12h后，再将其放入马弗炉中以550°C 焙烧 4h; (f)用管式炉将焙烧后的物质进行出还原，然后自然冷却制得所述催化剂。10.根据权利要求9所述的一种含氚废水的处理方法，其特征在于，使用所述0.5%Pt/T12催化剂进行变换反应的CO转化率为80%以上。
【文档编号】B01J23/42GK105976884SQ201610498805
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】李嵘, 张志 , 陈闽, 苏永军, 殷雪峰, 姜飞, 喻彬, 宋江锋, 胡俊
【申请人】中国工程物理研究院材料研究所