MDS设施TBP精馏残液热解焚烧处理技术工程应用

吉头杰 魏亚妮 高振 杨松涛 李晶

中核四0四有限公司 甘肃兰州 732850

由于水解、辐射降解等原因，从PUREX流程输出的TBP也可能夹带放射性核素，形成界面污物，从而影响萃取设备的运行性能，进而降低PUREX流程的净化能力，因此需定期从PUREX流程的各个循环输出用过的TBP，并进行溶剂再生后才能重复利用。溶剂精馏是TBP再生的有效手段，但精馏残液的处理非常关键，热解焚烧技术是目前采用的最广泛[1]。

1 精馏残液热解焚烧处理工艺介绍

（1）工艺流程概述。阿格厂MDS设施热解焚烧工艺流程分为热解准备、热解、热解气燃烧、尾气处理和焚烧灰水泥固化等五个部分。

（2）热解准备。精馏残在接收槽搅拌均匀后送到备料槽，同时将一定量的水、镁石灰（MgO）、乳化剂添加到备料槽中，搅拌均匀并形成乳浊液，过滤后输送到供料槽搅拌后，经计量，喷射到热解炉热解。

（3）热解。热解炉预热至300℃～500℃，并在氮气保护下，将从供料槽供给的料液在缺氧的状态下进行热解，TBP热解形成P2O5迅速与MgO反应生成焦磷酸镁等灰渣。热解炉中设置有螺旋搅拌器和不锈钢研磨球，螺旋搅拌器的搅拌桨在电机的驱动下在热解炉中旋转，带动热解器中的研磨球转动，一方面通过不锈钢研磨球将热量传递到喷入的乳浊液上，促使有机废液完成热分解，另一方面将形成的灰渣进行研磨，防止出现沉积和结皮。热解产生的气体通过热解炉上设置的烛型过滤器过滤后输送到燃烧炉[2]。

（4）热解气焚烧。热解气输送到燃烧炉之前，通过向燃烧炉内喷入助燃剂（柴油、煤油）和过量空气燃烧，将燃烧炉预热至1000℃左右后，再将过滤烛过滤的热解气输送到燃烧炉燃烧，形成CO2和水蒸气。

（5）尾气处理。热解气燃烧形成的CO2和水蒸气、NOx、SOx，以及伴随部分挥发性气体从热解炉输出后，先通过空气浸取器，使温度冷却到600℃～800℃的范围内，以防止水蒸气凝结形成液体。从浸取器出来的气体再通过文丘里洗涤器，将尾气快速从800℃淋洗到78℃左右，以破坏二噁英气体的形成。洗涤后尾气通过填料塔二次洗涤后，经排风机和烟囱排出。

（6）焚烧灰水泥固化处理。焚烧灰采用桶外搅拌装置，热解产生的焚烧灰通过气阀输送到料斗内，料斗内设置有搅拌装置，通过搅拌将焚烧灰进一步搅碎、搅均匀，搅拌的同时往料斗内输送氮气，以防止随焚烧灰排出的热解气发生爆炸。料斗内搅拌均匀的焚烧灰输送到搅拌机内，同时加入水、添加剂、水泥搅拌，再将搅拌机中的水泥浆浇注到废物桶，进行养护后贮存[3]。

2 MDS设施运行结果

2.1 MDS设施运行处理废TBP量说明

MDS设施能够处理TBP含量在85%～90%的有机残液，第一年处理了约10m3，以后每年的处理量见表1。

表1 阿格后处理厂MDS设施有机残液热解焚烧处理情况

表1可以看出，MDS设施运行平稳。2015年由于热解炉搅拌器电机出现卡滞，螺旋搅拌器出现变形，形成沉积物，更换螺旋搅拌器和电机，致使处理量有所下降。

残液的β/γ放射性浓度约为1．5×105Bq/L，α放射性浓度约为2×105Bq/L，小于允许贮存的标准浓度（βγ放射性浓度约为7．4×106Bq/L，α放射性浓度约为3．2×105Bq/L）。

2.2 设施运行中出现的问题和解决措施说明

MDS设施运行过程中也出现了一些工艺问题，经阿格厂针对性的研究和工艺改进，各种问题得到了解决，具体如下：

（1）关于热解炉的密封性，研究并设计了专门的密封圈，改进了加热和冷却程序；热解炉增加了氩气分析装置，借以分析空气渗入量，并判断热解炉的是否出现泄漏。

（2）对于热解炉反应器改进，进行了热解炉筒体和搅拌器和几何参数优化，并定期对搅拌器进行预防性更换。

（3）关于热解沉积物的消除，通过调整运行程序，根据热解状态，实时调整热解条件，解决了沉积物的问题。

（4）通过技术改进，将烛型过滤烛的滤材材质由金属更换为陶瓷，使过滤器的寿命由3～6个月增加到4年。

（5）改进供料装置，优化了废TBP乳浊液配方，将钙基配方改变为镁基配方；

（6）采用改进水泥固化的组成和运行条件研究，实现了最终产物的封装。

3 结语

通过多年对热解焚烧技术的研究改进，阿格厂MDS设施形成了自身的热解焚烧工艺。采用镁石灰（MgO）作为添加剂形成的乳浊液在热解的过程中与P2O5形成焦磷酸镁的矿化盐，有效的避免了热解气与水蒸汽形成磷酸对热解炉的腐蚀。残液少量夹带的挥发性放射性核素，如Ru和Cs等在热解和焚烧过程中进入尾气，工艺流程中设置浸取器（或湿法除尘器）对于洗涤进入尾气的挥发性核素具有明显效果，能极大程度减轻尾气处理单元的负担，保证向环境排放的量低于国家管控水平。阿格厂热解焚烧处理技术日趋完善，MDS设施年处理能力较稳定，保证了阿格厂后处理生产线对废TBP的处理需求。