用于处理放射性有机废物的装置和方法

本申请是申请号为201680003310.6母案的分案申请。该母案的申请日为2016年1月12日；发明名称为“用于处理放射性有机废物的装置和方法”。

技术领域

本文所述实施方案涉及用于处理放射性废物的装置和方法。

背景技术

由于可能污染环境的可能性，有很多难以处理的有害废物。这些有害物质包括放射性元素、重金属、硫和卤素之类的化合物。这些物质可经常在很多废物、产品和化合物中发现。

一般这些有害废物被掩埋或燃烧，两种方法都可能是费用高的方法。因此，希望将这些废物处理成更容易以较低费用处理掉的物质。处理这些物质的很多方法已知。

在过去，包含硫和卤素的废物一般通过诸如灌浆、热解和焚烧的方法处理。焚烧方法焚烧炉和利用明火燃烧的相关方法受严格全面的空气污染法约束，一般使焚烧炉在经济上不可行。

热解方法一般更灵活，并且可用于处理大多数废物。然而，从这些方法产生的次级废物流，如颗粒废物、难以固化的大量洗涤器溶液或经干燥的盐和废气，仍带来必须解决的处理和处置问题。例如，在玻璃固化熔炉中存在含硫化合物可导致熔融硫盐池积累在熔融无机残渣(玻璃)顶上。该池引起熔炉设备高腐蚀速率。该池也可具有高导电性，导致在熔炉中加热电极短路。另外，如果大量水接触熔融硫盐池，则可产生潜在爆炸性条件。

因此，需要没有上述方法限制和缺点的用于处理包含含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的方法。

已知方法的某些优点和缺点的本文说明不是要限制实施方案的范围。

发明内容

本文公开用于处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的装置，所述装置包括：用于进行废物热处理的包含滤器的反应容器；和热氧化器。装置可任选进一步包括过程反应容器；和/或包含吸附剂介质的吸附容器，用于在由反应容器处理废物后吸附含硫化合物和/或含卤素化合物。在本文中也公开用于处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的方法，所述方法在连续、半连续或分批过程中利用所述装置。

附图说明

图1为显示本发明的一个示例性实施方案的流程图。

图2为显示本发明的另一个示例性实施方案的流程图。

参考以上附图，可更好地了解发明技术的很多方面。附图中所示的元件和特征不一定按比例，其重点在于清楚地说明发明技术的示例性实施方案的原理。另外，某些尺寸可能放大，以帮助在视觉上表达这些原理。

具体实施方式

本发明主要涉及用于处理或分解也包含含硫化合物和/或含卤素化合物的有害放射性有机废物的装置和方法。通常，这些装置和方法促进废物分解，以便从初始体积和质量大大减少要处置的废物的体积和质量。另外，使释放到环境的过程废物的那些组分(气体和水蒸气)在释放前无害化。与现有技术方法比较，可有利用这些装置和方法降低过程和装置复杂性，减少资本成本，减小最终废物残余体积，提高最终废物稳定性，减小最终废物的水溶解性，和/或使次级过程废物最大限度地减少。在极大减少或最大限度地减少这些化合物挥发下，示例性装置和方法有效减少或除去废物进料中的含硫化合物和含卤素化合物。由于含硫化合物和含卤素化合物基本不挥发，在某些实施方案中，不需要湿洗涤器，或者极大减少或完全避免湿洗涤器溶液次级废物的产生。示例性装置和方法的另一个优点是最大限度地减少或基本减少盐废物的量，例如硫酸盐或卤盐废物。另外，通过使含硫化合物和含卤素化合物转化成最低质量和最高密度最终处理废物残余物，示例性装置和方法有利于减小废物体积。

装置和方法总体描述

图1和2为显示供选示例性实施方案的过程和组件的流程图。在示例性实施方案中，装置包括包含滤器的反应容器和热氧化器容器。在示例性实施方案中，装置还包括在反应容器下游和热氧化器容器上游的吸附容器或包含吸附介质的容器。在示例性实施方案中，装置还包括在滤器反应容器上游的过程反应容器。在某些实施方案中，装置包括过程容器、包含滤器的反应容器、吸附容器和热氧化器容器。

现在参考图1，图1显示示例性装置，该装置包括在容器底部具有反应床的包含滤器的反应容器、任选的吸附容器和热氧化器(或热氧化容器)。在用示例性装置处理废物的方法中，废物进料11和共反应剂23同时或依次通入包含滤器的反应容器，并在包含滤器的反应容器的下部形成床。如果需要，共反应剂流23也可包含惰性床介质。包含滤器的反应容器包括在容器上部的滤器，和在容器底部的反应床。反应床包含废物、共反应剂和任选的惰性床介质。在某些实施方案中，将包含滤器的反应容器的下部加热到例如至少约250℃温度。流化或喷射气体20通入包含滤器的反应容器的床或下部，以搅拌废物、共反应剂和惰性床介质(如果存在)。滤器脉冲清洁气体24通入容器的上部。矿物产物在反应器下部生成时或生成后，从反应器下部去除固体和液体废物残余物21。挥发的废物或废物气体至少部分通过在包含滤器的反应容器上部的滤器处理。废物气体和过程气体22/32任选通过吸附容器送到热氧化器。如果包括，吸附容器包含吸附介质或吸附剂，用于吸附至少部分废物气体，例如挥发的含硫化合物和/或含卤素化合物。吸附剂30通入吸附容器，包含被吸附废物的经消耗吸附剂31从吸附容器通出。剩余废物气体和过程气体32从吸附容器通出，并通入热氧化器供进一步处理。燃烧空气和燃料40通入热氧化器，在废物气体(例如一氧化碳、氢和挥发性有机化合物)燃烧后，排出废气41离开热氧化器。排出废气基本包含二氧化碳和水蒸气。

现在参考图2，图2显示供选示例性装置，该装置包括过程反应容器、包含滤器的反应容器、任选的吸附容器和热氧化器(或热氧化容器)。在用示例性装置处理废物的方法中，废物进料11和共反应剂13同时或依次通入过程反应容器，并在过程反应容器的下部形成床。如果需要，共反应剂流13也可包含惰性床介质。在某些实施方案中，将过程反应容器的下部加热到例如至少约150℃温度。任选使流化或喷射气体10通入过程反应容器的床或下部，以搅拌废物、共反应剂和惰性床介质(如果存在)。在过程反应容器中初始处理后，使废物、共反应剂和过程气体12转移进入包含滤器的反应容器。包含滤器的反应容器包括在容器上部的滤器，和任选在容器下部的惰性床介质。可将另外的共反应剂23加到包含滤器的反应容器。如果需要，共反应剂流23也可包含惰性床介质。废物、共反应剂和惰性床介质(如果存在)在包含滤器的反应容器的下部形成床。将包含滤器的反应容器的下部加热到至少约250℃温度。使流化或喷射气体20通入包含滤器的反应容器的床或下部，以搅拌废物、共反应剂和惰性床介质(如果存在)。滤器脉冲清洁气体24通入容器的上部。矿物产物在反应容器下部生成时或生成后，从反应器下部去除固体废物残余物21。挥发的废物残余物或废物气体至少部分通过在包含滤器的反应容器上部的滤器处理。废物气体和过程气体22/32任选通过吸附容器送到热氧化器。如果包括，吸附容器包含吸附剂，用于吸附至少部分废物气体，例如挥发的含硫化合物和/或含卤素化合物。吸附剂30通入吸附容器，包含被吸附废物的经消耗吸附剂31从吸附容器通出。剩余废物气体和过程气体32从吸附容器通出，并通入热氧化器供进一步处理。燃烧空气和燃料40通入热氧化器，在废物气体(例如一氧化碳、氢和挥发性有机化合物)燃烧后，排出废气41离开热氧化器。排出废气基本包含二氧化碳和水蒸气。

在示例性实施方案中，本发明提供一种用于处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的装置，所述装置包括：(a)用于进行废物热处理的包含滤器的反应容器；和(b)热氧化器。在示例性实施方案中，装置进一步包括：(c)包含一个或多个类型吸附剂介质的吸附容器，用于在由包含滤器的反应容器处理废物后吸附含硫化合物和/或含卤素化合物。在示例性实施方案中，装置还包括在包含滤器的反应容器上游的过程反应容器。

在示例性实施方案中，本发明提供一种用于处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的装置，所述装置包括：(a)用于处理废物的包含共反应剂的过程反应容器；(b)用于在过程反应容器中处理废物后进行废物热处理的包含滤器的反应容器；和(c)热氧化器。在示例性实施方案中，装置进一步包括：(d)包含一个或多个类型吸附剂介质的吸附容器，用于在由反应容器处理废物后吸附含硫化合物和/或含卤素化合物。

在示例性实施方案中，包含滤器的反应容器包括在包含滤器的反应容器下部的床。在示例性实施方案中，过程反应容器包括在过程反应容器下部的床。在示例性实施方案中，该床包含废物、一种或多种共反应剂和任选的惰性床介质。在示例性实施方案中，使该床部分流化或喷射。

在示例性实施方案中，包含滤器的反应容器的温度低于含硫化合物和/或含卤素化合物挥发的温度。在示例性实施方案中，过程反应容器的温度低于含硫化合物和/或含卤素化合物挥发的温度。

单反应容器方法

在一个示例性实施方案中，本发明提供一种用于处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的方法，所述方法包括：

(a)将包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物和一种或多种共反应剂加到包含滤器的反应容器，以在包含滤器的反应容器的下部形成床；

(b)将包含滤器的反应容器加热到约250℃至约1050℃温度，以生成经热解放射性废物残余物和废物气体；

(c)搅拌、部分流化或喷射包含滤器的反应容器床；

(d)任选将反应性气体加到反应容器，以气化经热解废物残余物中的碳；

(e)从包含滤器的反应容器去除经热解放射性废物残余物以供处置；并且

(f)将废物气体从包含滤器的反应容器转移到热氧化器以供燃烧；

其中在步骤(a)之前，可任选将包含滤器的反应容器加热到约250℃至约1050℃温度。

在一个示例性实施方案中，可在步骤(a)之前进行步骤(b)。

在一个示例性实施方案中，本发明提供一种用于处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的方法，所述方法包括：

(a)将包含滤器的反应容器加热到约250℃至约1050℃温度；

(b)将包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物和一种或多种共反应剂加到包含滤器的反应容器，以形成在包含滤器的反应容器下部的床；

(c)搅拌、部分流化或喷射该床，同时使包含滤器的反应容器的温度保持在约250℃至约1050℃，以生成经热解放射性废物残余物和废物气体；

(d)从包含滤器的反应容器去除经热解放射性废物残余物以供处置；并且

(e)将废物气体从包含滤器的反应容器转移到热氧化器以供燃烧。

在示例性实施方案中，所述方法还包括在步骤(c)中将反应性气体加到包含滤器的反应容器，以气化经热解废物残余物中的碳。在示例性实施方案中，反应性气体可以为氧化性或还原性气体。在示例性实施方案中，可用引入反应性气体减少经热解废物残余物中的碳含量。在示例性实施方案中，加入反应性气体以使经热解废物残余物中的碳气化的步骤在一定温度进行，含硫化合物和/或含卤素化合物在低于该温度挥发。

在一个示例性实施方案中，本发明提供一种用于处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的方法，所述方法包括：

(a)将包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物和一种或多种共反应剂加到包含滤器的反应容器，以形成在包含滤器的反应容器下部的床；

(b)将包含滤器的反应容器加热到约250℃至约1050℃温度，以生成经热解放射性废物残余物和废物气体；

(c)将包含滤器的反应容器的床搅拌、部分流化或喷射；

(d)将反应性气体加到反应容器，以气化经热解废物残余物中的碳；

(e)从包含滤器的反应容器去除经热解放射性废物残余物以供处置；并且

(f)将废物气体从包含滤器的反应容器转移到热氧化器以供燃烧。

在一个示例性实施方案中，可在步骤(a)之前进行步骤(b)。

在示例性实施方案中，方法进一步包括将废物气体转移到包含吸附剂的吸附容器，用于在废物气体转移到热氧化器燃烧之前吸附含硫化合物和/或含卤素化合物。

在示例性实施方案中，搅拌反应容器中的床，例如，通过机械搅拌方法。在示例性实施方案中，使反应容器中的床部分流化，例如，通过喷射。在示例性实施方案中，不使反应容器中的床流化。

在示例性实施方案中，在加到反应容器之前，预混包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物和一种或多种共反应剂。在示例性实施方案中，将包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物随同一种或多种共反应剂加到反应容器。在示例性实施方案中，在一种或多种共反应剂之前将包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物加到反应容器。在示例性实施方案中，在一种或多种共反应剂之后将包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物加到反应容器。

在本文所述任何方法的示例性实施方案中，所述方法包括将反应性气体加到包含滤器的反应容器，以气化经热解废物残余物中的碳。在示例性实施方案中，反应性气体可以为氧化性或还原性气体。在示例性实施方案中，可用引入反应性气体减少经热解废物残余物、例如部分热解废物残余物中的碳含量。在示例性实施方案中，加入反应性气体以使经热解废物残余物中的碳气化的步骤在一定温度进行，含硫化合物和/或含卤素化合物在低于该温度挥发。

在示例性实施方案中，反应性气体为氧化气体，例如，具有微量氧的氮、具有微量氧的蒸汽或另一种轻微氧化性气体或气体混合物。在示例性实施方案中，反应性气体包含小于约10%重量、9%重量、约8%重量、约7%重量、约6%重量或约5%重量氧。在示例性实施方案中，反应性气体包含约1%重量至约10%重量、约1%重量至约8%重量或约2%重量至约5%重量氧。在示例性实施方案中，反应性气体中氧的量为任何适合量，以使氧与废物残余物(例如，含碳废物残余物)的反应不产生不希望或有害量的热。反应性气体中过量的氧可产生燃烧、爆燃混合物和热点，这些可使床熔融或附聚。在示例性实施方案中，反应性气体可使反应容器中的床流化或部分流化。

在示例性实施方案中，床包括包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物、一种或多种共反应剂、经热解放射性废物残余物或它们的混合物。在示例性实施方案中，床还包含惰性介质。在示例性实施方案中，床不包含惰性介质。

在示例性实施方案中，方法还包括注入脉冲清洁气体，以清洁滤器。在示例性实施方案中，脉冲清洁气体为惰性气体，例如氮气。在示例性实施方案中，用脉冲气体将滤饼清洁出滤器。

在示例性实施方案中，方法为连续过程。在示例性实施方案中，方法为分批或半连续过程。

二反应容器方法

在一个示例性实施方案中，本发明提供一种用于处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的方法，所述方法包括：

(a)将包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物和一种或多种共反应剂加到过程反应容器，以形成在过程反应容器下部的床；

(b)将过程反应容器加热到约35℃至约1050℃温度；

(c)搅拌、部分流化或喷射该床，同时使过程反应容器的温度保持在约35℃至约1050℃，以生成完全或部分热解的放射性废物残余物和废物气体；

(d)将完全或部分热解的放射性废物残余物和废物气体从过程反应容器转移到包含滤器的反应容器，以形成在包含滤器的反应容器下部的床；

(e)将包含滤器的反应容器加热到约250℃至约1050℃温度；

(f)将包含滤器的反应容器的床搅拌、部分流化或喷射，同时使包含滤器的反应容器的温度保持在约250℃至约1050℃，以生成完全或部分热解的放射性废物残余物和废物气体；

(g)任选将反应性气体加到包含滤器的反应容器，以气化部分热解废物残余物中的碳；

(h)从包含滤器的反应容器去除完全热解放射性废物残余物以供处置；并且

(i)将废物气体从包含滤器的反应容器转移到热氧化器以供燃烧；

其中在步骤(a)之前，可任选将过程反应容器加热到约35℃至约1050℃温度，且其中在步骤(d)之前，可任选将包含滤器的反应容器加热到约250℃至约1050℃温度。

在一个示例性实施方案中，可在步骤(a)之前进行步骤(b)。

在一个示例性实施方案中，可在步骤(d)之前进行步骤(e)。

在一个示例性实施方案中，本发明提供一种用于处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的方法，所述方法包括：

(a)将过程反应容器加热到约35℃至约1050℃温度；

(b)将包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物和一种或多种共反应剂加到过程反应容器，以形成在过程反应容器下部的床；

(c)搅拌、部分流化或喷射该床，同时使过程反应容器的温度保持在约35℃至约1050℃，以生成完全或部分热解放射性废物残余物和废物气体；

(d)将完全或部分热解放射性废物残余物和废物气体从过程反应容器转移到在约250℃至约1050℃温度的包含滤器的反应容器，以形成在包含滤器的反应容器下部的床；

(e)搅拌、部分流化或喷射该床，同时使包含滤器的反应容器的温度保持在约250℃至约1050℃，以生成完全热解放射性废物残余物和废物气体；

(f)从包含滤器的反应容器去除经热解放射性废物残余物以供处置；并且

(g)将废物气体从包含滤器的反应容器转移到热氧化器以供燃烧。

在一个示例性实施方案中，本发明提供一种用于处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的方法，所述方法包括：

(a)将包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物和一种或多种共反应剂加到过程反应容器，以形成在过程反应容器下部的床；

(b)将过程反应容器加热到约35℃至约1050℃温度；

(c)搅拌、部分流化或喷射该床，同时使过程反应容器的温度保持在约35℃至约1050℃，以生成完全或部分热解放射性废物残余物和废物气体；

(d)将完全或部分热解放射性废物残余物和废物气体从过程反应容器转移到包含滤器的反应容器，以形成在包含滤器的反应容器下部的床；

(e)将包含滤器的反应容器加热到约250℃至约1050℃温度；

(f)搅拌、部分流化或喷射包含滤器的反应容器床，同时使包含滤器的反应容器的温度保持在约250℃至约1050℃，以生成完全或部分热解放射性废物残余物和废物气体；

(g)任选将反应性气体加到包含滤器的反应容器，以气化部分热解废物残余物中的碳；

(h)从包含滤器的反应容器去除完全热解放射性废物残余物以供处置；并且

(i)将废物气体从包含滤器的反应容器转移到热氧化器燃烧。

在一个示例性实施方案中，可在步骤(a)之前进行步骤(b)。在一个示例性实施方案中，可在步骤(d)之前进行步骤(e)。

在示例性实施方案中，方法进一步包括将废物气体转移到包含吸附剂的吸附容器，用于在废物气体转移到热氧化器燃烧之前吸附含硫化合物和/或含卤素化合物。

在示例性实施方案中，搅拌过程反应容器中的床，例如，通过机械搅拌方法。在示例性实施方案中，使过程反应容器中的床部分流化。在示例性实施方案中，喷射过程反应容器中的床。在示例性实施方案中，不使过程反应容器中的床流化。

在示例性实施方案中，搅拌包含滤器的反应容器中的床，例如，通过机械搅拌方法。在示例性实施方案中，使包含滤器的反应容器中的床部分流化。在示例性实施方案中，使包含滤器的反应容器中的床喷射。在示例性实施方案中，不使包含滤器的反应容器中的床流化。

在示例性实施方案中，在加到过程反应容器之前，预混包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物和一种或多种共反应剂。在示例性实施方案中，将包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物随同一种或多种共反应剂加到过程反应容器。在示例性实施方案中，在一种或多种共反应剂之前将包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物加到过程反应容器。在示例性实施方案中，在一种或多种共反应剂之后将包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物加到过程反应容器。

本文所用完全热解放射性废物残余物基本不含碳，即，小于1%重量。本文所用部分热解放射性废物残余物包含碳或有机化合物。在任何前述方法的示例性实施方案中，可使部分热解放射性废物残余物气化，以使残余物中的碳转化成二氧化碳、一氧化碳或挥发性有机化合物。在示例性实施方案中，可使部分热解放射性废物残余物气化，例如，通过将反应性气体加到包含部分热解放射性废物残余物的反应容器，并使反应性气体与部分热解放射性废物残余物反应，以生成完全热解放射性废物残余物。

在示例性实施方案中，将完全或部分热解放射性废物残余物和废物气体转移到包含滤器的反应容器，而不加一种或多种共反应剂。在示例性实施方案中，在加到包含滤器的反应容器之前，预混完全或部分热解放射性废物残余物和废物气体及一种或多种共反应剂。在示例性实施方案中，将完全或部分热解放射性废物残余物和废物气体随同一种或多种共反应剂加到包含滤器的反应容器。在示例性实施方案中，在一种或多种共反应剂之前将完全或部分热解放射性废物残余物和废物气体加到包含滤器的反应容器。在示例性实施方案中，在一种或多种共反应剂之后将完全或部分热解放射性废物残余物和废物气体加到包含滤器的反应容器。

在示例性实施方案中，反应性气体为氧化性气体，包括例如具有微量氧的氮、蒸汽和具有微量氧的蒸汽。或者，反应性气体可包含还原性气体，包括例如具有氢的氮、具有氨的氮、具有氢的蒸汽、和具有氢、氨和/或挥发性有机化合物蒸气的蒸汽。在示例性实施方案中，反应性气体或反应性气体的混合物可使反应容器中的床流化或部分流化。在示例性实施方案中，可将反应性气体或反应性气体的混合物加到过程反应容器和/或包含滤器的反应容器。加到过程反应容器的反应性气体或反应性气体的混合物可与可加到包含滤器的反应容器的反应性气体或反应性气体的混合物相同或不同。

在示例性实施方案中，过程反应容器中的床包括包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物、一种或多种共反应剂、经热解放射性废物残余物或其混合物。在示例性实施方案中，过程反应容器中的床还包含惰性介质。在示例性实施方案中，过程反应容器中的床不含惰性介质。

在示例性实施方案中，方法还包括注入脉冲清洁气体，以清洁包含滤器的反应容器中的滤器。在示例性实施方案中，脉冲清洁气体为惰性气体，例如氮气。在示例性实施方案中，用脉冲气体将滤饼清洁出包含滤器的反应容器中的滤器。

在示例性实施方案中，过程反应器的温度处在不同于包含滤器的反应容器温度的温度。在示例性实施方案中，过程反应器的温度高于包含滤器的反应容器的温度。在示例性实施方案中，过程反应器的温度低于包含滤器的反应容器的温度。

在示例性实施方案中，在包含滤器的反应容器中不进行蒸汽重整。在某些实施方案中，包含滤器的反应容器中的热解在氧化条件下或在少量氧存在下进行。在其它实施方案中，包含滤器的反应容器在还原条件下或在一定量还原性气体存在下进行，例如氢、氨和/或挥发性有机蒸气。

在示例性实施方案中，方法为连续过程。在示例性实施方案中，方法为分批或半连续过程。

废物

可通过示例性装置和方法处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的任何废物或产物流。在示例性实施方案中，要由示例性装置和方法处理的废物为放射性废物，例如，包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物。放射性废物为包含放射性物质或放射性核素的废物。放射性废物的一般源包括核能发电和核裂变或核技术的其它应用(例如研究和医药)的副产物。放射性废物对大多数形式生物和环境有害，由政府机构监管，以保护人类健康和环境。

在示例性实施方案中，要由示例性装置和方法处理的废物一般来自核设施。在示例性实施方案中，废物还包含碱金属和/或重金属。在示例性实施方案中，废物包含离子交换树脂，例如污染的离子交换树脂。在示例性实施方案中，废物进料可干可湿。废物进料可包括液体、液体浆料、淤渣、固体和气体。废物进料可具有任何pH值，且在引入示例性方法供处理之前不需预处理。在示例性实施方案中，废物包含约5%重量至约100%重量含碳或有机内容物。在某些实施方案中，废物不含大于10%重量含硝酸盐化合物。

共反应剂

在示例性实施方案中，将一种或多种共反应剂与废物进料同时或依次加到包含滤器的反应容器。在示例性实施方案中，将一种或多种共反应剂与废物进料加到包含滤器的反应容器。在示例性实施方案中，在废物进料之前将一种或多种共反应剂加到包含滤器的反应容器。在某些实施方案中，将共反应剂加到过程反应容器。在某些实施方案中，不将共反应剂加到过程反应容器。

在示例性实施方案中，可加入一种或多种共反应剂，以使废物中的一种或多种化合物矿物化。在示例性实施方案中，可加入一种或多种共反应剂，以与废物中的含硫化合物和/或含卤素化合物反应，生成非挥发性和/或水不溶性化合物。在示例性实施方案中，可加入一种或多种共反应剂，以与废物中的碱金属反应，生成高熔点(high melting)和/或水不溶性化合物。在示例性实施方案中，可加入一种或多种共反应剂，以与废物中的金属反应，生成尖晶石或其它水不溶性化合物。

共反应剂化合物为本领域的技术人员已知，可在必要时或根据需要在示例性装置和方法中使用任何适合共反应剂化合物。可使用示例性共反应剂，例如石灰、粘土、高岭土、镁化合物、钙化合物、铝化合物、磷酸盐化合物、铁化合物、锌化合物、镍化合物、锡化合物、铈化合物和氧化硅化合物。在某些实施方案中，可将共反应剂与废物进料在引入包含滤器的反应容器之前混合。该混合步骤使共反应剂例如结合含硫化合物、含卤素化合物、碱金属、某些放射性元素和重金属，形成稳定矿物形式。或者，共反应剂可单独加入包含滤器的反应容器，而不首先使共反应剂与废物进料混合。在示例性实施方案中，用于在过程反应容器或包含滤器的反应容器中在还原条件下处理包括含硫化合物的废物的一种或多种共反应剂选自：钙、锌、铁、镍、锡、碱金属(例如，钠、钾和锂)、碱土金属(例如，镁和钡)、铝、铋、锰、钼、磷、硅、银、锶、锡的化合物、硅酸钙、市售H

在示例性实施方案中，用于在过程反应容器或包含滤器的反应容器中在氧化条件下处理包括含硫化合物的废物的一种或多种共反应剂选自：钙、镁、钡、钠、钾、锂、铝、铁、镍、锰的化合物、粘土、硅酸钙或可与含硫化合物反应生成具有硫氧化物(SO

在示例性实施方案中，加入一种或多种共反应剂，以使含硫化合物转化成硫化物化合物，例如硫化铁(例如，FeS或FeS

在示例性实施方案中，用于在过程反应容器或包含滤器的反应容器中处理包括含卤素化合物的废物的一种或多种共反应剂选自：钙、锌、铁、镍、钠、钾、锂、铝、镁、钡、铋、铈、钴、锰、钼、银、锡、钛、锆的化合物、粘土、硅酸钙或可与含卤素化合物反应生成盐或稳定非挥发性卤化物化合物的其它化合物，及它们的混合物。在示例性实施方案中，将废物和一种或多种共反应剂加热到一定温度，该温度足以使含卤素化合物转化成盐或卤化物化合物，但低于该盐或卤化物分解或熔融的温度。在某些实施方案中，将废物和一种或多种共反应剂加热到例如约801℃或更低温度，以防止氯化钠分解或熔融。

优选在过程期间在任何特定时间在包含滤器的反应容器中存在小于20%重量未结合共反应剂，以免不必要地增加经热解固体残余物的重量和体积。因此，可控制包含滤器的反应容器床内共反应剂的量，以用最少量共反应剂进行反应。然而，存在少量共反应剂可帮助防止附聚到不利影响处理包含滤器的反应容器中的废物的程度。

在处置来自核设施的一些废物中面对的一个问题是由一般处理方法生成的产物是水溶性的。在这些水溶性产物也包含放射性同位素的情况下，在处置之前需要另外的产物稳定作用，例如灌浆、固化或玻璃固化，以防止掩埋的产物水溶入地下水。因此，由于更容易处置和处理，生成水不溶性无机物是有利的，也是希望的。也希望选择和产生不吸湿产物。术语“不吸湿”指不生成水合物的化合物。生成水合物的固体，例如碳酸钠，可随时间溶胀，并且可使储存它们的容器破裂或破坏。

共反应剂可结合重金属、含硫化合物和含卤素化合物，生成固体金属硫化物、尖晶石或钙产物基质或其它非挥发性稳定产物。产生的废气一般包含<5%进入的S、Cl和F。固体产物中正常酸气体的这种高保留允许洗涤器溶液再循环到反应容器，从而排除次级洗涤器溶液废物。可使用的特定共反应剂为石灰。通过加入石灰(CaO)，含硫化合物和含卤素化合物可直接在洗涤器中结合成CaSO

加入共反应剂的另一个优点是生成在包含滤器的反应容器中产生较少附聚的较高熔点化合物。虽然生成较高熔点化合物帮助防止反应容器中附聚，但优选在本发明中一些附聚增大矿物产物的大小。然而，不希望附聚到导致终止反应器流化的程度。因此，本发明的另一个特征是只加适量共反应剂，以有效使含硫化合物、含卤素化合物、碱金属、磷酸盐和/或硼化合物矿物化，也防止附聚到不利影响处理包含滤器的反应容器中的废物的程度。

在示例性实施方案中，加入结合含硫化合物、含卤素化合物、碱金属、磷酸盐和/或硼化合物的一种或多种共反应剂的百分数大于50%化学计量比，优选范围为100%至125%化学计量比，以产生所需矿物产物。例如，为了产生霞石，共反应剂相对于废物化合物的优选量为：1至1.25摩尔高岭土(Al

在示例性实施方案中，一种或多种共反应剂包括钙化合物、硅酸钙和/或粘土，以产生富硅酸钙组合物。可加入水，用富硅钙组合物作为高强度水泥。

在示例性实施方案中，将共反应剂加到过程反应容器或包含滤器的反应容器，以产生基本水不溶性的矿物化合物。在某些实施方案中，所用一种或多种共反应剂不改变废物中金属离子的价态。

包含滤器的反应容器

在示例性实施方案中，包含滤器的反应容器包括封闭容器或反应器，该封闭容器或反应器具有用于废物进料11、流化或喷射气体20、共反应剂和/或惰性床介质23和滤器脉冲清洁气体24(例如氮)的入口；用于过程气体22/32和废物残余物21的出口；在容器上部的滤器；和适用于容纳包含共反应剂和废物的部分流化或喷射床的容器的下部。在示例性实施方案中，包含滤器的反应容器可具有用于进行废物处理的任何适合大小。在示例性实施方案中，包含滤器的反应容器为使废物经受热解和任选反应性气体的场所。在示例性实施方案中包括滤器，以在通入热氧化器和任选吸附容器之前从过程气体22/32去除固体。在示例性实施方案中，滤器由熔结金属或陶瓷元件制成。在某些实施方案中，可将反应性气体加到包含滤器的反应容器，以气化放射性废物中的碳。在某些实施方案中，包含滤器的反应容器为用于处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的装置中热解所用的唯一容器。在某些实施方案中，包含滤器的反应容器为用于处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的装置中热解所用两个容器中的第二容器。

在示例性实施方案中，用于包含滤器的反应容器的最低操作温度为约150℃或约250℃。在示例性实施方案中，用于包含滤器的反应容器的最低操作温度为废物中有机化合物蒸发或热解的温度，例如在废物包含低沸点有机溶剂时约35℃，或对于具有木材、纤维素、PVC塑料、树脂和其它长链有机聚合物的废物大于350℃。

在示例性实施方案中，用于包含滤器的反应容器的最高操作温度为约1050℃，约884℃，约801℃，约602℃，约600℃，约420℃，或大约从用一种或多种共反应剂和废物反应生成的硫化物、硫酸盐、亚硫酸盐和/或卤化物化合物开始分解或熔融的温度。

在示例性实施方案中，包含滤器的反应容器的温度在约150℃至约1050℃、约150℃至约800℃或约200℃至约550℃范围内。

在示例性实施方案中，用包含滤器的反应容器处理包含离子交换树脂的放射性废物。在示例性实施方案中，在用包含滤器的反应容器处理离子交换树脂时，包含滤器的反应容器的操作温度在约250℃至约800℃或约250℃至约600℃范围内。

在示例性实施方案中，包含滤器的反应容器可在略负压力或在正压力操作，例如约7至约115，约10至约25，或约12至约20psia压力。

在示例性实施方案中，用于包含滤器的反应容器的含有共反应剂和废物的部分流化或喷射床的流化或喷射气体为例如蒸汽、氢、氧、甲烷、氨、二氧化碳、一氧化碳、惰性气体、氧化性气体、还原性气体、挥发性有机蒸气及其混合物。在某些实施方案中，将蒸汽引入包含滤器的反应容器。在某些实施方案中，不将蒸汽引入包含滤器的反应容器。在某些实施方案中，流化或喷射气体不为还原性气体。在示例性实施方案中，将流化或喷射气体喷入包含滤器的反应容器的底部，足以搅拌并混合床中的固体。在示例性实施方案中，流化或喷射气体为例如氮与约3至约8%氧的混合物。在示例性实施方案中，流化或喷射气体为能够氧化废物或废物残余物中的碳，同时使固体床保持在低于550℃以保证任何FeS

在某些实施方案中，使包含滤器的反应容器下部中的床部分流化。在示例性实施方案中，部分流化床为固体床，该床通过机械手段搅拌，或者通过喷射气体局部引入，在此喷射气体流量不足，或者流量不足够均匀，以致于不能充分流化床中的所有固体，例如，保持固体高于其最低流化速度。对于部分流化或喷射的床，气体喷射的动量将引起固体床中混合，而不流化固体本体。在某些实施方案中，喷射在包含滤器的反应容器下部的床。在某些实施方案中，不流化在包含滤器的反应容器下部的床。在某些实施方案中，不将流化或喷射气体加到在包含滤器的反应容器下部的床。在某些实施方案中，机械搅拌在包含滤器的反应容器下部的床。在某些实施方案中，机械搅拌而不流化或喷射在包含滤器的反应容器下部的床。

在示例性实施方案中，在通过过程反应容器处理后用包含滤器的反应容器处理放射性废物时，不均匀流化包含滤器的反应容器。包含滤器的反应容器中的床不流化的主要原因之一是，来自过程反应容器的固体一般很细，且由于小粒径不能均匀流化。

在示例性实施方案中，包含共反应剂和废物的部分流化或喷射床还包含惰性床介质，例如惰性陶瓷介质，例如二氧化硅、富铝红柱石、金刚砂、堇青石(corderite)或氧化铝；和其它类型惰性介质，例如铝土矿、石英或硅砂(silica sand)。在某些实施方案中，惰性床介质包括铝土矿。在某些实施方案中，惰性床介质包括氧化铝珠料。氧化铝珠料的大小为约100至约5000微米直径，或约200至约1000微米直径。这种大小的珠料不容易从容器淘洗出，因此使带出物最大限度地减少。在某些实施方案中，惰性床介质不包括氧化铝。在某些实施方案中，包含共反应剂和废物的部分流化或喷射床不包含惰性床介质。

在某些实施方案中，包含滤器的反应容器的部分流化或喷射床包含氧化区域或部分。在某些实施方案中，包含滤器的反应容器的部分流化或喷射床不包含还原性或缺氧区域或部分。在示例性实施方案中，包含滤器的反应容器可在氧化条件下操作。在示例性实施方案中，包含滤器的反应容器可在还原性条件下操作。在示例性实施方案中，包含滤器的反应容器不在还原条件下操作。

在示例性实施方案中，包含滤器的反应容器中的滤器包括作为过滤烛管或元件布置的一组熔结金属或陶瓷介质或基本由其组成，过滤烛管或元件可例如封入接近容器顶部的管片。过滤元件用惰性气体脉冲清洁，以去除会聚集在过滤元件外表面上的累积滤饼。滤器的大小根据需要改变，以容纳容器中的固体填充物和气流。

热氧化器

热氧化器为在高温分解有害气体并使它们释放进入大气的用于很多化工厂中空气污染控制的过程单元。在示例性实施方案中，热氧化器将废物气体加热到燃烧温度，并使废物气体与空气或氧混合，以促进来自包含滤器的反应容器的氢、氨、一氧化碳和挥发性有机蒸气完全氧化成二氧化碳和水蒸气。在示例性实施方案中，热氧化器的操作温度为约800℃至约1200℃，或约850℃至约950℃。

吸附容器

在示例性实施方案中，装置和方法任选进一步包括吸附容器。

在示例性实施方案中，装置和方法任选包括在包含滤器的反应容器和过程反应容器(如果存在)下游的吸附容器。吸附容器包含一个或多个类型吸附剂介质。在某些实施方案中，吸附容器包含一个或多个类型可用于吸附含硫化合物和/或含卤素化合物的吸附剂介质。

在示例性实施方案中，在过程反应容器和/或包含滤器的反应容器在氧化条件或在少量氧存在下操作时，方法还包括将废物气体转移到包含一个或多个类型吸附剂介质的吸附容器。在示例性实施方案中，吸附剂介质包括吸附含硫化合物并产生硫酸盐化合物(例如，硫酸钙)的一个或多个类型吸附剂介质。

在示例性实施方案中，在过程反应容器和/或包含滤器的反应容器在还原条件或在还原性气体存在下操作时，方法还包括将废物气体转移到包含一个或多个类型吸附剂介质的吸附容器。在示例性实施方案中，一个或多个类型吸附剂介质包括金属或碱土金属吸附剂。在示例性实施方案中，一个或多个类型吸附剂介质包括金属，例如铁、镍或锌。在示例性实施方案中，一个或多个类型吸附剂介质包括金属氧化物，例如Fe

在示例性实施方案中，过程气体不包含氧，吸附剂介质包括吸附含硫化合物并产生金属硫化物(例如，FeS和Fe

过程反应容器

在示例性实施方案中，装置和方法任选进一步包括过程反应容器。在示例性实施方案中，过程反应容器包括封闭容器或反应器，该封闭容器或反应器具有用于废物进料11、流化或喷射气体10、共反应剂和/或惰性床介质13的入口；用于过程气体和废物残余物12的出口；和适用于容纳包含共反应剂和废物的床的容器的下部。在示例性实施方案中，过程反应容器为使废物经受初始热解的场所。在示例性实施方案中，在过程反应容器中处理后，将过程气体和废物残余物(或经热解废物固体和废物气体)转移到包含滤器的反应容器。在某些实施方案中，可将反应性气体加到过程反应容器，以气化放射性废物中的碳。在某些实施方案中，过程反应容器为用于处理包含有机化合物和含硫化合物和/或含卤素化合物的放射性废物的装置或方法中热解所用两个容器中的第一容器。

在示例性实施方案中，用于过程反应容器的最低操作温度为约35℃，约150℃，约250℃，或约350℃。在示例性实施方案中，用于过程反应容器的最低操作温度为在废物中有机化合物发生蒸发或热解的温度，例如在废物包含低沸点有机溶剂时约35℃，或在废物包含木材、树脂、PVC塑料或其它长链有机聚合物时至少约350℃。

在示例性实施方案中，用于过程反应容器的最高操作温度为约1050℃，约884℃，约801℃，约602℃，约600℃，约420℃，或大约从用一种或多种共反应剂和废物反应生成的硫化物、硫酸盐、亚硫酸盐和/或卤化物化合物开始分解或熔融的温度。

在示例性实施方案中，过程反应容器的温度在约150℃至约1050℃或约150℃至约800℃范围内。

在示例性实施方案中，用过程反应容器处理包含离子交换树脂的放射性废物。在示例性实施方案中，在用过程反应容器处理离子交换树脂时，过程反应容器的操作温度在约250℃至约800℃或约350℃至约600℃范围内。

在示例性实施方案中，过程反应容器可在略负压力或在正压力操作，例如约7至约115，约10至约25，或约12至约20psia压力。

在示例性实施方案中，用于包含共反应剂和废物的过程反应容器的部分流化或喷射床的流化或喷射气体为例如蒸汽、氢、氧、甲烷、氨、二氧化碳、一氧化碳、惰性气体、氧化性气体、还原性气体、氮、挥发性有机蒸气及其混合物。在某些实施方案中，将蒸汽引入过程反应容器。在某些实施方案中，不将蒸汽引入过程反应容器。在某些实施方案中，流化或喷射气体不为还原性气体。

在某些实施方案中，使在过程反应容器下部的床部分流化。部分流化床在上面描述。在某些实施方案中，喷射在过程反应容器下部的床。在某些实施方案中，不使在过程反应容器下部的床流化。在某些实施方案中，不将流化或喷射气体加到在过程反应容器下部的床。在某些实施方案中，机械搅拌在过程反应容器下部的床。在某些实施方案中，机械搅拌而不流化或喷射在过程反应容器下部的床。在示例性实施方案中，包含共反应剂和废物的部分流化或喷射床还包含惰性床介质，例如惰性陶瓷介质，例如二氧化硅、富铝红柱石、金刚砂、堇青石(corderite)或氧化铝；和其它类型惰性介质，例如铝土矿、石英或硅砂(silica sand)。在示例性实施方案中，惰性床介质包括铝土矿。在示例性实施方案中，惰性床介质包括氧化铝珠料。惰性床介质珠料的大小为约100至约5000微米直径，或约200至约1000微米直径。这种大小的珠料不容易从容器淘洗出，因此使带出物最大限度地减少。在某些实施方案中，惰性床介质不包括氧化铝。在某些实施方案中，包含共反应剂和废物的部分流化或喷射床不包含惰性床介质。

在某些实施方案中，过程反应容器的部分流化或喷射床包含氧化性区域或部分。在某些实施方案中，过程反应容器的部分流化或喷射床不包含还原性或缺氧区域或部分。在示例性实施方案中，过程反应容器可在氧化条件下操作。在示例性实施方案中，过程反应容器可在还原条件下操作。在示例性实施方案中，过程反应容器不在还原条件下操作。

在示例性实施方案中，可用过程反应容器基本减少放射性废物的碳含量。在某些实施方案中，在过程反应容器中首先处理废物时，可用随后在包含滤器的反应容器中处理废物以去除含硫化合物和/或含卤素化合物，并进一步减少废物的碳含量。

从本详述理解，本发明技术的实施方案克服现有技术限制。本领域技术人员应理解，本发明技术不限于任何明确讨论的应用或实施方案，且本文所述实施方案为说明性，而不为限制性。从示例性实施方案描述，本领域的技术人员将想到其中所示的等同元素，且构成本发明技术其它实施方案的方式对本领域的专业人员显而易见。