[科普中国]-湿式燃烧

提出和发展

湿式燃烧最初由美国的Zimmermann于1958年研究提出，用于处理造纸黑液，其工作条件是控制反应温度为150-350 ℃ ，压力为5-20MPa，处理后废水COD去除率可达90%以上。

在20世纪70年代以前，湿式燃烧主要用于城市污泥的处置、造纸黑液中碱液的回收、活性炭的再生等。

进入70年代以后，湿式燃烧得到迅速发展，应用范围从回收有用化学品和能量进一步扩展到有毒有害废弃物的处理，尤其是在处理含酚、磷、氰等有毒有害物质方面已有大量文献报道，研究内容也从初始的适用性和摸索最佳工艺条件深入到反应机理及动力学，而且装置数目和规模也有所增大。

国内从80年代才开始进行湿式燃烧工艺的研究。1

分类已经开发的湿式燃烧有酸煮解和过氧化氢催化氧化两种类型。1

酸煮解酸煮解(acid digestion)又称酸消化，是用热浓硫酸和硝酸(250℃)浸煮可燃固体废物，将有机物分解成简单的气体组分，把大部分无机物转变为硫酸盐和氧化物。有机物的化学分解包括有机物碳化和碳化物进一步氧化两个步骤，其化学化应是很复杂的。

1、硫酸的作用

硫酸的主要作用有两个：

一是把有机物碳化；二是为硝酸的氧化提供高温介质。

硫酸虽然也能把碳氧化，但反应速度较慢，因此需要加入硝酸。碳化物的氧化主要是靠硝酸来完成的。硝酸还把硫酸分解有机物形成的SO2氧化成SO3。破坏分解聚氯乙烯、聚乙烯、有机玻璃、橡胶等物质，需要较高的温度，但温度超过270℃会产生大量的SO2气溶胶，使尾气处理变得困难，并使聚四氟乙烯密封填圈发生软化，导致漏气，因此反应温度控制在250℃为宜。

2、工艺过程

酸煮解工艺由四部分组成：

（1）预处理(包括废物的监测、分类和切割)，这是类同干法氧化焚烧的进料准备。

（2）酸浸煮：浸煮器的作用类似于焚烧炉的燃烧室。要求废物同酸密切接触，迅速而完全氧化。

（3）尾气处理：尾气主要组成是CO2、SO2、SO3、NOx、N2、HCI、Cl2、NOCI、CO和水蒸气。尾气净化主要设备为：

雾沫分离器——回收硫酸；

碱洗涤塔——氧化和吸收SO2、NOx和HCl；

HEPA过滤器。

（4）残渣处理：用蒸馏法去除H2SO4，残渣可回收Pu。回收方法是用稀硝酸浸渍出Pu，然后用TBP/正十二烷或用三乙基甲基胺萃取。分离出来的残渣需要固化处理后才能处置。

3、优点

酸浸煮法有以下优点：

（1）减容比大，对含氯量30%(质量分数)废物约80，对废离子交换树脂约70。

一个每天生产100kg混合氧化物燃料工厂，一年产生大约1200桶(( 200 L/桶)固体可燃性α废物，用本法处理后只有24桶残渣；

（2）能处理聚氯乙烯、聚乙烯、橡胶、纤维、树脂、木材等多种废物，尤其可处理高氯废物；

（3）大于95%钚能被回收，适于处理含钚量高的废物；

（4）大于95%H2SO4，70%~80%HNO3能回收再用，二次废液少；

（5）操作温度和压力低，容易控制和调节，易启动和停车。不产生焦油、烟良和尘埃。

4、缺点

（1）对α废物必须重视临界安全，浸煮器中需加中子毒物，受临界限制，处理量小。但处理β/γ废物，不存在临界问题，浸煮器体积和形状可自由选择，处理量可大大提高；

（2）腐蚀性大，对设备材料要求高。

酸煮解处理α固体废物是美国、西德、日本、英国在20世纪70年代和80年代初开发研究的技术，在比利时已用它处理过前欧化公司积存的α废物。1

过氧化氢催化氧化过氧化氢催化氧化(H2O2-catalyst oxidation)是20世纪80年代开发研究的技术，主要为了处理废离子交换树脂。离子交换树脂的过氧化氢催化氧化反应的特点是自由基链式反应。

日本原研、东电、日挥联合开发的H2O2（Fe2+）湿式燃烧工艺，采用35%H2O2，催化剂为500 ppm的Fe2+。反应介质为水，反应时间2~5h，总有机物分解率95%，反应温度100℃，常压下进行，放射性物质进入尾气系统少，反应器材料为钛，冷凝器材料为不锈钢。废树脂分解成二氧化碳、水和少量无机残液。无机残液经浓缩后可水泥固化。1

比较几种湿式燃烧中，酸煮解主要用来处理α废物(超铀废物)，己用它完成比利时欧化公司的处理任务。日本日挥公司(JGC)和中国清华大学开发的过氧化氢催化氧化法，主要为处理放射性废树脂。JGC开发的湿法氧化技术早已完成了工程验证。几种湿法氧化处理废树脂方法比较如下表所示。由表可以看出，过氧化氢催化氧化具有更多的优点。1

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废树脂几种湿法氧化法比较