CN111841481A - 一种氮氧化物制备装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氮氧化物制备装置，包括筒状容器；筒状容器中设置有倾斜设置的多级反应槽；筒状容器上设置有原料入口、空气吹脱组件、混合气体出口和反应液出口；原料在进入多级反应槽反应以生成氮氧化物，氮氧化物经空气载带从混合气体出口排出，反应残液和反应液体产物则通过反应液出口排出。本发明的有益效果为：本发明采用了倾斜的多级反应器，能够使产生的氮氧化物与液相快速分离，减少了产生的氮氧化物的再次溶解；反应槽每级加设溢流挡板，增加了停留时间，使反应更加充分；采用每级空气吹脱，增加了混合效果和增强了气液分离，使反应更充分，有利于氮氧化物的溢出，提高了试剂的利用率，同时，产生的NO被氧气氧化为NO2，提高了NO2的产率。

Description

一种氮氧化物制备装置
技术领域
本发明涉及核燃料后处理领域，具体涉及一种氮氧化物制备装置。
背景技术
本发明涉及核燃料后处理Purex流程中钚粗产品液(1BP)到钚纯化循环原料液(2AF)，及钚产品液(2BP)到钚沉淀前的料液(OF)等的调料方法及装置。现在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硝酸Pu(Ⅲ)溶液在沉淀转化步骤时需要转化为Pu(Ⅳ)。
在原设计流程中，采用亚硝酸钠(NaNO2)作为氧化剂来氧化调整1BP、2BP料液中钚的价态，即将NaNO2溶液加至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)。其中的Na离子将生成硝酸钠进入中放废液，这将影响后续中放废液的蒸发浓缩(浓缩倍数不达标)。因此，各国开展了各种无盐调价技术，其中采用无盐氧化试剂氮氧化物取代NaNO2是比较普遍的做法。
针对后处理工艺流程中Pu(Ⅲ)的氧化调价过程中氮氧化物的制备方法，在专利“一种用于含钚料液调价的系统及方法”中，其氮氧化物制备方法主要是采用浓硝酸热解产生，此方法优点是采用浓硝酸即可直接分解产生氮氧化物，不需要额外的试剂；缺点是浓硝酸高温分解时对装置及管路腐蚀非常严重，难以长时间稳定运行。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种氮氧化物制备装置，至少能够解决浓硝酸对装置及管路的腐蚀问题。
本发明的技术方案如下：
一种氮氧化物制备装置，包括筒状容器；所述筒状容器中设置有倾斜设置的多级反应槽；所述筒状容器上设置有原料入口、空气吹脱组件、混合气体出口和反应液出口；来自原料入口的原料在进入多级反应槽反应以生成氮氧化物，氮氧化物经来自空气吹脱组件的空气载带从混合气体出口排出，反应残液和反应液体产物则通过反应液出口排出。
进一步地，上述的氮氧化物制备装置，所述多级反应槽中相邻的两个部分直接设置有溢流挡板。
进一步地，上述的氮氧化物制备装置，所述溢流挡板的中部设置有溢流口。
进一步地，上述的氮氧化物制备装置，所述空气吹脱组件伸入所述多级反应槽以对反应生成氮氧化物进行吹脱。
进一步地，上述的氮氧化物制备装置，所述空气吹脱组件对溢流挡板处进行吹扫。
进一步地，上述的氮氧化物制备装置，所述多级反应槽上设置有加热部件。
进一步地，上述的氮氧化物制备装置，所述原料入口为至少两个，每种原料对应一个原料入口。
进一步地，上述的氮氧化物制备装置，所述筒状容器安装在两个标高不同的支架上以保障所述多级反应槽倾斜设置。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用倾斜设置的多级反应槽，保证反应后的氮氧化物能够及时扩散到空气中，避免被残液溶解。
2、采用空气对反应液流进行接触吹脱，吹入的空气可将体系中的一氧化氮氧化至二氧化氮，以提高氮氧化物的氧化效果。
3、溢流挡板能够延长反应原料在反应槽中反应时间，保证反应完全，同时，也能促进反应原料的混合。
4、溢流挡板的中部设置有缺口，溢流时能够促进反应原料混合。
5、加热部件有助于保持较高温度，有利于原料的快速反应和产生的氮氧化物快速扩散到空气中。
附图说明
图1为本发明的氮氧化物制备装置的结构示意图。
图2为本发明的多级反应槽的结构示意图。
上述附图中，1、多级反应槽；2、筒状容器；3、原料入口；4、原料入口；5、支架；6、空气吹脱组件；7、混合气体出口；8、反应液出口；9、溢流挡板。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供了一种氮氧化物制备装置，包括筒状容器2；所述筒状容器2中设置有倾斜设置的多级反应槽1；所述筒状容器2上设置有原料入口(3、4)、空气吹脱组件6、混合气体出口7和反应液出口8；来自原料入口(3、4)的原料在进入多级反应槽1反应以生成氮氧化物，氮氧化物经来自空气吹脱组件6的空气载带从混合气体出口7排出，反应残液和反应液体产物则通过反应液出口8排出。所述原料入口为至少两个，每种原料对应一个原料入口。
为了能够平稳和连续的产生氮氧化物，降低设备腐蚀的速率，本发明的其中一个用途是以硝酸与亚硝酸钠溶液为反应料液，两股料液分别通过不同的原料入口进入多级反应槽1，两股料液在多级反应槽1内反应产生氮氧化物，产生的氮氧化物经空气载带从混合气体出口7排出，反应生成的硝酸钠和残液从反应液出口8排出。
本实施例中，所述筒状容器2安装在两个标高不同的支架5上以保障所述多级反应槽1倾斜设置。多级反应槽1上还可以设置有加热部件，加热有利于反应产生氮氧化物，提高氮氧化物的利用效率。
如图2所示，所述多级反应槽1中相邻的两个部分直接设置有溢流挡板9。溢流挡板9其中一个作用是增加两股料液的反应时间，保证反应完全，同时，也能促进反应原料的混合。所述溢流挡板9的中部设置有溢流口。溢流挡板9的中部即为溢流挡板9上远离反应槽边缘的位置。溢流时，积聚的原料向溢流口处流动，能够促进反应原料混合。
图1中，空气吹脱组件6伸入所述多级反应槽1以对反应生成氮氧化物进行吹脱。具体而言，空气吹脱组件6的空气吹脱管伸入每级反应槽以进行吹脱。
本发明的氮氧化物制备装置的使用过程如下：
预先配制好的一定浓度的硝酸和亚硝酸钠溶液作为反应液，从原料入口(3、4)进入，两股料液进入多级反应槽1后一边反应产生亚硝酸及氮氧化物气体，一边沿着多级反应槽1的斜面向下流动，流至溢流挡板9处料液开始堆积，随着反应料液进入液位升高，料液最终越过溢流档板从溢流挡板9的缺口处流向下一级，依次类推，料液在各级溢流挡板9处均有阻挡，增加了反应料液的混合效果，有利于氮氧化物发生反应。另外，在各级溢流档板处，还可以设置空气吹脱组件6的进气管进行吹扫，增加了混合效果，同时使产生的氮氧化物迅速进入气相，载带产生的氮氧化物从混合气体排出口排出，进入气体收集系统，作为钚调价系统的氧化剂。产生的硝酸钠溶液将从反应液出口8流出。
本发明利用亚硝酸钠与硝酸反应产生氮氧化物，能够长时间连续平稳的制备氮氧化物，减少了设备腐蚀，降低了工厂运行的成本；同时，本发明采用了倾斜的多级反应器，能够使产生的氮氧化物与液相快速分离，减少了产生的氮氧化物的再次溶解；反应槽每级加设溢流挡板9，增加了停留时间，使反应更加充分；同时采用每级空气吹脱，增加了混合效果和增强了气液分离，使亚硝酸钠与硝酸的反应更充分，有利于氮氧化物的溢出，提高了试剂的利用率。
试验例1
建立如图1所示的氮氧化物制备装置：反应装置有5级，反应槽内径200mm，长度1000mm，反应装置外部保温，料液进口和出口用法兰连接，每级均有空气鼓入管。
基于建立的氮氧化物制备装置进行氮氧化物制备实验，产生的氮氧化物用硝酸肼-羟胺溶液吸收处理。
运行工艺条件：
反应料液：硝酸浓度12mol/L，亚硝酸钠浓度5mol/L。
硝酸料液流量2.5L/h，亚硝酸钠溶液流量为7.5L/h，反应装置通入空气流量50L/h，保持反应温度～80℃；产生的氮氧化物采用已知浓度的硝酸肼-羟胺料液吸收。实验结果表明，反应后料液残余亚硝酸根低于0.2g/L，亚硝酸钠的利用率大于99.89％，整个制备过程连续平稳。
试验例2
建立如图1所示的氮氧化物制备装置：反应装置有8级，反应槽直径200mm，长度1500mm，反应装置外部保温，料液进口和出口用法兰连接，每级均有空气鼓入管。
基于建立的氮氧化物制备装置进行氮氧化物制备实验，产生的氮氧化物用硝酸肼-羟胺溶液吸收处理。
运行工艺条件：
反应料液：硝酸浓度10mol/L，亚硝酸钠浓度5mol/L。
硝酸料液流量2.1L/h，亚硝酸钠溶液流量为7.5L/h，反应装置通入空气流量30L/h，保持反应温度～60℃；产生的氮氧化物采用已知浓度的硝酸肼-羟胺料液吸收。实验结果表明，反应后料液残余亚硝酸根低于0.24g/L，亚硝酸钠的利用率大于99.86％，整个制备过程连续平稳。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种氮氧化物制备装置，其特征在于：包括筒状容器；所述筒状容器中设置有倾斜设置的多级反应槽；所述筒状容器上设置有原料入口、空气吹脱组件、混合气体出口和反应液出口；来自原料入口的原料在进入多级反应槽反应以生成氮氧化物，氮氧化物经来自空气吹脱组件的空气载带从混合气体出口排出，反应残液和反应液体产物则通过反应液出口排出。
2.如权利要求1所述氮氧化物制备装置，其特征在于：所述多级反应槽中相邻的两个部分直接设置有溢流挡板。
3.如权利要求2所述的氮氧化物制备装置，其特征在于：所述溢流挡板的中部设置有溢流口。
4.如权利要求2所述的氮氧化物制备装置，其特征在于：所述空气吹脱组件伸入所述多级反应槽以对反应生成氮氧化物进行吹脱。
5.如权利要求4所述的氮氧化物制备装置，其特征在于：所述空气吹脱组件对溢流挡板处进行吹扫。
6.如权利要求1所述的氮氧化物制备装置，其特征在于：所述多级反应槽上设置有加热部件。
7.如权利要求1-6任一所述的氮氧化物制备装置，其特征在于：所述原料入口为至少两个，每种原料对应一个原料入口。
8.如权利要求1-6任一所述的氮氧化物制备装置，其特征在于：所述筒状容器安装在两个标高不同的支架上以保障所述多级反应槽倾斜设置。
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