CN113825724A - 通过减少六氟化铀的热解生产二氧化铀粉末的反应室 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于生产金属化合物的方法，即，通过减少热解将六氟化铀(UF6)转化为陶瓷二氧化铀(UO2)粉末(U235富集率高达5％)的装置。本发明的实质：反应室是带有上盖和下盖的壳体。有一个上部过滤区，其中设有金属陶瓷过滤器，用氮气再生。有第一反应区用于将六氟化硫转化为氟化铀。有第二个反应区设有气体分配网，用于创建流化床，用于通过蒸汽、氢气和氮气混合物的进料管将氟化铀还原为二氧化铀。在反应室主体的第一反应区的侧壁上，用于供应六氟化铀、氢气和水蒸气的两个喷嘴对称布置。反应室配备了用于卸载粉末的装置。供应六氟化铀、氢气和水蒸气的喷嘴可在垂直平面内移动。另外，这些喷嘴可以单独使用：一个喷嘴可以是供应六氟化铀的入口，第二个喷嘴可以是供应氢气和水蒸气的入口。所提出的反应室可以解决以下问题：增加维修之间的反应室的使用寿命，增加滤芯的使用寿命，通过消除中间体的积累提高其生产率。
Description
技术领域
本发明涉及生产金属化合物的方法，即，通过减少热解将六氟化铀(UF6)转化为陶瓷二氧化铀(UO2)粉末(U235富集率高达5％)的装置。
该过程由以下化学反应描述:
UF6(g)+2H2O(g)→UO2F2(g)+4HF(g) (1)；
UO2F2(g)+H2(g)→UO2(g)+2HF(g) (2).
背景技术
在技术领域，已知有一个用六氟化铀生产二氧化铀粉末的工厂。它包含一个反应室，用于在水蒸汽存在下通过六氟化铀水解形成氟化铀。它也有一个旋转的管式炉连接到它的后续生产的二氧化铀通过减少铀氟化物与氢。它具有逆流加热和供应水蒸汽和氢气的装置(见俄罗斯专利No.2162058)。
这种安装的缺点是分离的化学反应用于生产铀氧化物分成几个阶段。它们在不同的节点中实现。这导致安装尺寸的增加和运营成本的增加。本发明的技术实质和取得的成果最接近于采用热解法从六氟化铀生产二氧化铀粉末的装置。它有一个加热的反应室。反应室具有带过滤器再生系统的过滤区。它还具有一个用于将六氟化铀转化为氟化铀的第一反应区，和一个带有气体分配网的第二反应区，用于创建用于将氟化铀还原为二氧化铀的流化床。还有一种卸载所得到的二氧化铀粉末的装置(见俄罗斯专利No.2381993)这是一个原型)。
该装置的缺点是，在反应室和过滤元件的壁上形成了从六氟化铀转化为二氧化物的中间体沉积物。这些沉积物主要由氟化铀和一氧化二氮组成。固体沉积物位于过滤区的上角。它位于喷嘴的相反位置，用于供给六氟化铀，氢气和水蒸气的混合物。定位位置是由六氟化铀、氢气和水蒸汽的混合物(它们通过喷嘴输送到反应区)以及水蒸汽、氢气和氮气的混合物(它们进入气体分布网格下的下部反应区)的相互作用引起的。
在这种相互作用过程中，在反应室内观察到六氟化铀热解的固体产物颗粒(UO2F2、U3O8和其他)的细微部分的过滤元件负载不均匀。因此，通过氮气反冲洗的过滤器再生系统并不总是应付其确保过滤器完全再生的任务。特别是过滤器，位于上角的过滤区的区域积累的固体沉积物。
由于过滤器的不完全再生，它们逐渐被六氟化铀热解产物堵塞。结果，反应室整体的水力阻力增大。这导致需要长时间停止该过程以冷却反应室并更换金属陶瓷过滤器。
六氟化铀热解反应的中间体主要是由于缺乏反应时间(即形成氟化铀颗粒所必需的反应)而形成的。颗粒可以独立地从第一反应区移动到第二反应区，其中氟化铀颗粒在流化床中还原为二氧化铀)。
缺乏反应时间导致形成小部分的氟化铀和一氧化二氮-氧化铀，以及它们在过滤区的密集积累。这不可避免地导致过滤元件堵塞。
发明内容
本发明的技术目标是增加反应室的操作时间(修理之间)，以及通过最小化中间体的形成来增加过滤元件的使用寿命和提高室的生产率。
该问题是通过以下事实来解决的，即在通过减少六氟化铀的高温水解获得二氧化铀粉末的反应室中，有一个装有上部和下部盖子并具有以下的区域:
上部过滤区(它具有由氮气再生的金属陶瓷过滤器)。第一反应区用于将六氟化硫转化为氟化铀。与此同时，在主体的侧壁上的第一反应区中有一个用于供应六氟化铀，氢气和水蒸气的喷嘴。第二反应区，具有气体分布网格，用于创建流化床，用于将氟化铀还原为二氧化铀。有一个管道，用于提供蒸汽，氢气和氮气的混合物。有一个用于卸载粉末的装置。根据本发明，腔体的第一反应区另外具有用于供应六氟化铀、氢气和水蒸汽的第二喷嘴。位于壳体的侧壁上的第一喷嘴对称。
该任务也解决如下：用于供应六氟化铀，氢气和水蒸气的两个喷嘴可在垂直平面上移动。当第一反应区的一个喷嘴供给六氟化铀，而另一个喷嘴供给等量的氢气和水蒸气时，也可以实现这些目标。
反应室主体的第一反应区具有用于供应六氟化铀、氢气和水蒸气的附加喷嘴。它对称地位于喷嘴位于反应室的主体上。这使得它可以均衡的气流在上部过滤区，平行于其壁，并确保过滤器的均匀负载上的六氟化铀的热解过程中形成的所提供的小颗粒。换句话说，这确保了反向吹扫过程中所有过滤器的均匀再生，并消除了由六氟化铀的高温水解产物产生的过滤器的快速过度生长。
如果用于供应六氟化铀，氢气和水蒸气的喷嘴在垂直平面上移动，这将允许您调整喷嘴的角度。这将允许调节生成的氟尿烷颗粒位于第一反应区的时间。这也将影响形成所需尺寸的固体颗粒。此外，通过反应(3)形成一氧化二氮-氧化铀的条件将被最小化，因此，整个过滤元件的负载将被减少:
3UO2F2(g)+ЗН2O(g)→U3O8(g)+1,5O2(g)+6НF(g) (3)
通过一个额外的喷嘴向第一反应区供应氢气将增加氢气的浓度，并提高反应(2)和(4)中氟化铀和一氧化二氮-氧化铀微粒的预回收反应的速率:
U3O8(g)+2H2(g)→3UO2(g)+2Н2O(g) (4)
在第二反应区的"沸腾"层中用氢气还原氟尿烷的过程的流体力学条件不受影响。
向一个喷嘴供应六氟化铀，向另一个喷嘴供应氢气和水蒸气，可以更精确地控制向反应室供应混合物的每个组分。这会影响整个过程的质量和数量。
附图说明
本发明的实质在附图中解释。
该图显示了通过六氟化铀的热解还原生产二氧化铀粉末的反应室。
反应室具有壳体(1)、上盖(2)和下盖(3)，所述上盖(2)带有气体分布栅(未示出)。这三个单元通过法兰连接相互密封连接。可更换的金属陶瓷过滤器(4)密封地固定在上盖(2)的凸缘上。每个金属陶瓷过滤器(4)都配备有输入系统(5)(它安装在上盖(2)中)。这对于过滤器再生所需的氮气脉冲供给是必要的。在补偿容积上盖(2)的侧壁上有一个用于排气出口的支管(6)。反应室的主体(1)包括上部过滤区、用于将六氟化硫转化为氟化铀的第一反应区(8)和用于创建用于将氟化铀还原为二氧化铀的流化床的第二反应区(9)。金属陶瓷过滤器(4)安装在上部过滤区(7)中。上部过滤区位于壳体(1)的上部。反应室主体的第一反应区(8)连接上过滤区(7)和第二反应区(9)。第二反应区是流化床区。在第一反应区(8)中，两个喷嘴(10)和(11)对称放置以供应六氟化铀、氢气和水蒸气。下盖(3)设有用于供给蒸汽、氢气和氮气混合物的支管(12)和用于卸粉装置的支管(13)，该支管与气体分配网气密连接。
具体实施方式
反应室的工作原理如下。
在上部过滤区(7)和第一反应区(8)中将反应室预热至450℃-500℃的温度，在第二反应区(9)中将反应室预热至580℃-635℃的温度。六氟化铀、氢气和水蒸气通过喷嘴(10)和(11)提供给第一反应区(8)。这两个喷嘴对称地位于壳体(1)的第一反应区(8)的相对壁上。引入的试剂相互反应，形成氟尿烷粉末。大颗粒被降低进入第二反应区(9)(流化床区)。然后在下盖板(3)上的气体分布网格捕获这些大颗粒。细颗粒上升，被金属陶瓷过滤器(4)捕获，并通过氮气反冲洗定期再生。氮气吹入的氟尿烷颗粒进入流化床第二反应区(9)。水蒸汽、氢气和氮气的混合物通过下盖(3)的管道(12)送入配气格栅下。这种混合物在气体分布网格上方创建了一个流化床，其中氟化铀被还原为二氧化铀。随着二氧化铀粉末积聚，它通过喷嘴(13)从反应室中抽空，用于从反应室中卸载粉末的装置。
喷嘴(10)和(11)的对称布置确保上部过滤区(7)中的气流与其壁平行对齐，并确保过滤器(4)的负载均匀。结果，反应室的修理之间的操作时间增加。消除中间体的积累导致反应室生产率的增加。
工业适用性
因此，如果在用于通过减少六氟化铀的高温水解生产二氧化铀粉末的反应室中配备了附加的喷嘴，这能够解决现有的问题。即：增加反应室维修之间的操作时间，增加过滤元件的使用寿命，通过最小化中间体的形成来增加腔室的生产率。
Claims (3)
1.通过还原六氟化铀的高温水解生产二氧化铀粉末的反应室，具有上盖和下盖，有一个上部过滤区配备了用氮气再生的金属陶瓷过滤器，有一个用于将六氟化铀转化为氟化铀的第一反应区和一个带有气体分配网的第二反应区，用于创建用于将氟化铀还原为二氧化铀的流化床，还有一个管道，用于提供蒸汽，氢气和氮气的混合物，还有一个喷嘴，用于供应六氟化铀，氢气和水蒸气，位于壳体的第一反应区的侧壁上，还有一个装置，用于从反应室卸载粉末，一个重要的区别是，反应室的主体另外配备有第二喷嘴，用于供应六氟化铀、氢气和水蒸汽，位于主体的第一反应区的壁上，对称于第一。
2.根据权利要求1所述的反应室，其特征在于，用于供给六氟化铀、氢气和水蒸气的喷嘴可在垂直平面内移动。
3.根据权利要求1所述的的反应室，其特征在于，一个喷嘴用作供应六氟化铀的入口，而第二喷嘴用作供应氢气和水蒸气的入口。
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