CN108922645A - 核燃料后处理工艺流程中2af料液的调节制备装置 - Google Patents

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常尚文
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Abstract

本发明属于核燃料后处理领域为解决现有后处理工艺流程中Pu(Ⅲ)氧化调价及亚硝酸脱除设备存在的设备结构较为复杂，使用较为繁琐的问题，本发明提供了一种核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置。该装置包括填料柱；所述填料柱下部为调价段，上部为亚硝酸钠赶除段；所述调价段底部设有氧化剂进口和料液进口；在所述亚硝酸钠赶除段底部或所述调价段顶部设有进气口；所述亚硝酸钠赶除段外部设有保温夹套；所述亚硝酸钠赶除段顶部设有料液出口和尾气排放口。本发明显著简化了后处理工艺流程中Pu(Ⅲ)氧化调价及亚硝酸脱除设备的结构，减少了人工干预环节，简化了使用操作。

Description

核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置
技术领域
本发明属于核燃料后处理领域，特别涉及一种核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置。
背景技术
在核燃料后处理领域中，我国目前研究的后处理工艺流程采用U(IV)-肼、羟胺-肼或N,N-二甲基羟胺-甲基肼等还原剂来还原反萃Pu(Ⅲ)，铀钚分离后得到的1BP料液中钚为三价，在下一步萃取－反萃取进行钚的净化浓缩之前，需将Pu(Ⅲ)调整为Pu(Ⅳ)；同时钚纯化循环得到的Pu(Ⅲ)溶液在沉淀转化步骤时需要转化为Pu(Ⅳ)，并将体系中剩余的亚硝酸脱除至工艺指标要求。在以往的设计流程中，采用亚硝酸钠(NaNO2)在环形调料罐中通过批式操作来调整1BP、2BP料液中钚的价态，即将NaNO2加至1BP、2BP料液中，氧化破坏其中的还原剂和支持还原剂，从而氧化Pu(Ⅲ)为Pu(Ⅳ)；然后采用鼓入空气的方法将体系中的亚硝酸赶除至一定程度。
然而，由于原调价方法及配套设备是直接将NOx通入Pu(Ⅲ)料液中，反应将逸出大量的氮氧化物气体，因此既造成NOx的利用率降低，又会加重尾气处置负担，且批式的调料设备不利于防临界，建造时需要符合严苛的设计标准。为此，需要建立合适的调价设备以实现调价工艺的连续操作，提高NOx的利用率，减少氮氧化物尾气的处置负担。
中国专利“一种液体N2O4用于后处理流程1BP至2AF调料的新装置”公开了一种针对后处理工艺流程中Pu(Ⅲ)的氧化调价及亚硝酸脱除设备，其装置特点为钚料液、NOx均从装置底部进料、并流反应，此方法虽然实现了调价工艺的连续操作，但是Pu(Ⅲ)的氧化设备和亚硝酸的脱除设备属于各自独立的设备，建造和使用较为复杂。
发明内容
为解决现有后处理工艺流程中Pu(Ⅲ)氧化调价及亚硝酸脱除设备存在的设备结构较为复杂，使用较为繁琐的问题，本发明提供了一种核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置。
该装置包括填料柱；所述填料柱下部为调价段，上部为亚硝酸钠赶除段；所述调价段底部设有氧化剂进口和料液进口；在所述亚硝酸钠赶除段底部或所述调价段顶部设有进气口；所述亚硝酸钠赶除段外部设有保温夹套；所述亚硝酸钠赶除段顶部设有料液出口和尾气排放口。
根据一个实施例，所述填料柱所采用的填料可以为拉西环或鲍尔环。
进一步地，所述拉西环或鲍尔环的材质可以为不锈钢材料或陶瓷材料。
根据一个实施例，所述填料柱所采用的填料可以为散堆填料。
进一步地，所述散堆填料的尺寸为填料柱直径的1/4～1/15。
根据一个实施例，所述保温夹套保温方式可以为循环水保温或电加热保温。
根据一个实施例，所述尾气排放口处还可以设有除沫器。
根据一个实施例，所述尾气排放口处还可以设有旋风分离器。
本发明的核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置将钚氧化调价段和亚硝酸钠赶除段集成于一个填料柱，显著简化了后处理工艺流程中Pu(Ⅲ)氧化调价及亚硝酸脱除设备的结构，减少了人工干预环节，简化了使用操作。
附图说明
图1为根据本发明实施例的核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置示意图。
附图标记：1.调价段，2.亚硝酸钠赶除段，3.氧化剂进口，4.料液进口，5.进气口，6.保温夹套，7.料液出口，8.尾气排放口，9.除沫器，10.旋风分离器。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。
在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明的实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。为了清楚地示出各个部件的细节，附图中的各个部件并不是按比例绘制的，所以附图中的各个部件的比例也不应作为一种限制。
如图1所示，本发明的核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置包括填料柱；所述填料柱下部为调价段1，上部为亚硝酸钠赶除段2；所述调价段1底部设有氧化剂进口3和料液进口4；在所述亚硝酸钠赶除段2底部或所述调价段1顶部设有进气口5；所述亚硝酸钠赶除段2外部设有保温夹套6；所述亚硝酸钠赶除段2顶部设有料液出口7和尾气排放口8。
在上述调节制备装置中，所述调价段1用于将Pu(Ⅲ)氧化为Pu(Ⅳ)；所述亚硝酸钠赶除段2用于将体系中剩余的亚硝酸通过鼓入的空气载带脱除；调价段1与亚硝酸钠赶除段2共同构成该填料柱，实现了一次通过即完成2AF料液的调节制备。
根据一个示例，所述填料柱所采用的填料可以为拉西环或鲍尔环，较好的兼顾了钚氧化调价和亚硝酸钠赶除这两项需求。
进一步地，所述拉西环或鲍尔环的材质可以为不锈钢材料或陶瓷材料。
根据一个示例，所述填料柱所采用的填料可以为散堆填料，有利于填料装填的方便。
进一步地，所述散堆填料的尺寸为填料柱直径的1/4～1/15，能够取得较好的钚氧化调价和亚硝酸钠赶除效果。
根据一个示例，所述保温夹套6保温方式可以为循环水保温或电加热保温，有利于提高亚硝酸钠赶除效果。
根据一个示例，所述尾气排放口8处还可以设有除沫器9，便于除去产生的料液泡沫及液滴，有效降低尾气处理难度。
根据一个示例，所述尾气排放口8处还可以设有旋风分离器10，最大程度上防止料液进入尾气处理系统，有效降低尾气处理难度。
采用本发明的调节制备装置对核燃料后处理工艺流程中2AF料液进行处理的主要工作过程如下：
氧化剂(氮氧化物，或者含有部分空气或氧气的氮氧化物)由填料柱底部的氧化剂进口3进入，三价钚料液由填料柱底部的料液进口4进入，经调价段1实现三价钚的氧化。氧化后的料液沿填料柱向上流动，通过进气口5向填料柱内鼓入空气，在亚硝酸钠赶除段2对料液中反应剩余的亚硝酸进行载带脱除。完成调节的料液由料液出口7排出，产生的反应尾气通过除沫器9、旋风分离器10去除载带的料液后，通过尾气排放口8排放至尾气处理系统。由此，实现了一个填料柱完成三价钚的氧化和亚硝酸的赶除两项功能。
实施例1
本发明的核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置采用的尺寸参数如下：填料柱总高度为3500mm，直径为100mm，空气入口高度为1500mm，填料采用不锈钢拉西环，保温夹套6采用循环水保温夹套。
基于上述调节制备装置进行模拟料液调节试验，Pu(III)模拟料液中由Fe(II)代替Pu(III)。模拟料液组成为：Fe(II)浓度3g/L，肼浓度0.1mol/L，羟胺浓度0.1mol/L，硝酸浓度2mol/L，共400L。
运行工艺条件为：模拟料液处理能力为100L/h，N2O4(代替氮氧化物)流量为2.1L/h，填料柱底部空气流量200L/h；填料柱中部空气流量为4m3/h(气液比为40)，保温循环水温度约为55℃。
实验结果表明，氧化后Fe(II)氧化率大于99.9％，硝酸浓度为2.4mol/L，亚硝酸浓度为1.7mmol/L，各项指标均达到工艺要求；整个调料过程较平稳，简化了设备操作，实现了调价工艺的连续操作。
实施例2
本发明的核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置采用的尺寸参数如下：填料柱总高度为4500mm，直径为120mm，空气入口高度为1800mm，填料采用陶瓷鲍尔环，保温夹套6采用电加热保温夹套。
基于上述调节制备装置进行模拟料液调节试验，Pu(III)模拟料液中由Fe(II)代替Pu(III)。模拟料液组成为：Fe(II)浓度2g/L，肼浓度0.1mol/L，羟胺浓度0.1mol/L，硝酸浓度1.5mol/L，共400L。
运行工艺条件为：模拟料液处理能力为150L/h，N2O4流量为3.1L/h，填料柱底部空气流量400L/h；填料柱中部空气流量为6m3/h(气液比为40)，保温温度约为45℃。
实验结果表明，氧化后Fe(II)氧化率大于99.9％，硝酸浓度为1.9mol/L，亚硝酸浓度为3.1mmol/L，各项指标均达到工艺要求；整个调料过程较平稳，简化了设备操作，实现了调价工艺的连续操作。
虽然根据本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，然而，本领域普通技术人员应理解，在不背离本发明的总体构思的原则和精神的情况下，可以对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (8)

1.一种核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置，其特征在于：该装置包括填料柱；所述填料柱下部为调价段，上部为亚硝酸钠赶除段；所述调价段底部设有氧化剂进口和料液进口；在所述亚硝酸钠赶除段底部或所述调价段顶部设有进气口；所述亚硝酸钠赶除段外部设有保温夹套；所述亚硝酸钠赶除段顶部设有料液出口和尾气排放口。
2.根据权利要求1所述的核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置，其特征在于：所述填料柱所采用的填料可以为拉西环或鲍尔环。
3.根据权利要求2所述的核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置，其特征在于：所述拉西环或鲍尔环的材质可以为不锈钢材料或陶瓷材料。
4.根据权利要求1所述的核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置，其特征在于：所述填料柱所采用的填料可以为散堆填料。
5.根据权利要求4所述的核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置，其特征在于：所述散堆填料的尺寸为填料柱直径的1/4～1/15。
6.根据权利要求1-5任一项所述的核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置，其特征在于：所述保温夹套保温方式可以为循环水保温或电加热保温。
7.根据权利要求1-5任一项所述的核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置，其特征在于：所述尾气排放口处还可以设有除沫器。
8.根据权利要求1-5任一项所述的核燃料后处理工艺流程中2AF料液的调节制备装置，其特征在于：所述尾气排放口处还可以设有旋风分离器。
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