CN115105921B - 一种铀转化氟化反应中尾气回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铀纯化转化技术领域，具体公开了一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，包括以下步骤：步骤1：氟化反应；步骤2：一二级冷凝；步骤3：氟气回收反应；步骤4：中间氟化物深度氟化；步骤5：三四级冷凝；步骤6：淋洗排放。本发明方法以四氟化铀为试验物料进行尾气回收，可有效降低气固比，减少铀浪费；同时通过将中间氟化物进行深度氟化，形成物料循环，能够使反应过程更加完全，降低成渣率，提高铀收率。

Description

一种铀转化氟化反应中尾气回收方法
技术领域
本发明属于铀纯化转化技术领域，具体涉及一种铀转化氟化反应中尾气回收方法。
背景技术
在铀纯化转化生产过程中，氟化工序是六氟化铀制备的核心关键工序。在六氟化铀制备过程中，为尽可能促进四氟化铀(UF4)充分反应，降低氟化成渣率，需保证氟气有一定的过剩量，这导致尾气中的氟气含量较高，若直接排放，不仅会造成氟气不必要的浪费，还会对环境造成一定的污染，因此，必须对氟化工艺尾气进行处理以达到降低生产成本、减少环境污染的目的。
目前国内主要采取木炭燃烧的方式处理过剩的氟气，虽然也研发出了卧式搅拌炉用于氟气回收利用，但该系统与氟化生产系统匹配性较差，系统运行稳定性不佳。因此，有必要建立一套新型氟气回收系统实现氟化工艺尾气中过量氟气的回收利用，以降低生产成本，缓解尾气处理压力，确保生产线安全、连续、稳定运行，同时进一步提高氟化工艺尾气中氟气回收利用技术水平，促进绿色环保生产。
在国外，铀转化工艺氟气回收主要有两种方式。一种是将冷凝器排出的不凝气体分流，分流后的一部分气体作为稀释气，补加氟气至规定的过剩量后，循环至氟气反应器中作为反应气体使用，另一部分气体送入二次反应系统与过量的UF4反应。1950年美国橡树岭气体扩散厂(ORGDP)火焰氟化生产工艺流程中采用该方法，后期哥尔转化厂也采用该技术。另一种是英国的斯普林费尔德厂采用的直接循环的方式进行氟气回收，将尾气增压后，与新鲜氟气混合，直接进入反应器中进行反应。该过程无需设置专用的氟气回收反应器，简化了流程，但对工艺设备的气密性、耐腐蚀性要求极高，设备消耗大，存在检修不便、耽误生产进度等弊端。
现国内铀转化领域氟化工序尾气气体成分主要为F2、N2、HF、微量UF6，其中F2占比约30～60％，尾气处理系统成本高、人员操作安全风险大，不利于氟气的可持续利用。因此，有必要设计一种绿色、安全、可持续、闭合循环的铀转化氟化反应中尾气回收方法，以提高氟气的利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，能够提高氟气的利用率并减少尾气处理工序。
本发明的技术方案如下：
一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，包括以下步骤：
步骤1：氟化反应
四氟化铀与氟气进行氟化反应，生成六氟化铀产品，并产生氟化气体；
步骤2：一二级冷凝
氟化气体经过高精度过滤器除尘后，依次进入一级冷凝器和二级冷凝器，得到液态六氟化铀产品，收率达到99.1～99.5％；
步骤3：氟气回收反应
经过一二级冷凝后的不凝气体与四氟化铀混合，进行氟气回收反应，生成中间氟化物，避免UF6的生成；
步骤4：中间氟化物深度氟化
氟气回收反应生成的中间氟化物作为反应原料，再次回到步骤1的氟化反应中，进行深度氟化，形成物料循环；
步骤5：三四级冷凝
氟气回收反应产生的尾气，经过高精度过滤器除尘后，依次进入三级冷凝器和四级冷凝器，进一步液化六氟化铀产品，收率达到99.5～99.9％；
步骤6：淋洗排放
经过三四级冷凝后的尾气，经监测后，若浓度＜11mg/m3，则合格排放；若浓度＞11mg/m3，则不合格，需进入淋洗塔淋洗至合格后再排放。
步骤1中，反应温度为330～380℃。
步骤1中，所述的氟化气体包括UF6、F2、N2、微量HF。
步骤2和5中，所述的高精度过滤器为高精度镍管过滤器，过滤精度≤10μm。
步骤2中，一级冷凝器和二级冷凝器的冷凝剂均为乙二醇。
步骤2中，一级冷凝器的乙二醇温度为0±3℃，二级冷凝器的乙二醇温度为-25±3℃。
步骤3中，氟气回收反应的反应温度控制在230℃以下。
步骤5中，所述氟气回收反应产生的尾气包括N2、少量F2、微量HF、少量UF6。
步骤5中，三级冷凝器的冷凝剂为氯化钙，四级冷凝器的冷凝剂为乙醇。
步骤5中，三级冷凝器的氯化钙温度为-30±3℃，四级冷凝器的乙醇温度为-80±5℃。
本发明的显著效果在于：
(1)本发明方法以四氟化铀为试验物料进行尾气回收，可有效降低气固比，减少铀浪费，同时通过将中间氟化物进行深度氟化，形成物料循环，能够使反应过程更加完全，降低成渣率，提高铀收率，将氟气的利用率提高至99％以上，尾气中氟气浓度小于11mg/m3，实现合格排放。
(2)本发明方法具有绿色安全、闭合循环、可持续发展的优势，相比于传统尾气处理工艺，缩短了工艺流程，提高了氟气的利用率(＞99％)，同时还可以实现氟气的合格排放(＜11mg/m3)。
(3)本发明方法可以降低生产成本和氟化反应工序的成渣率，提高铀收率，进一步提高国内铀转化工艺氟气回收水平。
(4)本发明方法也可应用于其它领域的氟气回收，实现氟气回收利用和合格排放。
附图说明
图1为方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示的一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，包括以下步骤：
步骤1：氟化反应
四氟化铀与氟气进行氟化反应，反应温度为330～380℃，生成六氟化铀产品，并产生UF6、F2、N2、微量HF等氟化气体；
步骤2：一二级冷凝
氟化反应产生的UF6、F2、N2、微量HF经过高精度镍管过滤器(≤10μm)除尘后，依次进入一级冷凝器(乙二醇0±3℃)和二级冷凝器(乙二醇-25±3℃)，利用六氟化铀的物理特性，得到液态六氟化铀产品，收率达到99.1～99.5％；
经过一二级冷凝后的不凝气体主要含有F2、N2、微量HF，其中F2占比约30～60％；
步骤3：氟气回收反应
经过一二级冷凝后的不凝气体与四氟化铀混合，进行氟气回收反应，过程中将反应温度控制在230℃以下，生成中间氟化物，避免UF6的生成；
步骤4：中间氟化物深度氟化
氟气回收反应生成的中间氟化物作为反应原料，再次回到步骤1的氟化反应中，进行深度氟化，形成物料循环，使反应过程更加完全，降低成渣率，提高铀收率；
步骤5：三四级冷凝
氟气回收反应产生的尾气，包括N2、少量F2、微量HF、少量UF6等，经过高精度镍管过滤器(≤10μm)除尘后，依次进入三级冷凝器(氯化钙-30±3℃)和四级冷凝器(乙醇-80±5℃)，进一步液化六氟化铀产品，收率达到99.5～99.9％，以免UF6外泄，污染环境；
步骤6：淋洗排放
经过三四级冷凝后的N2、少量F2以及微量HF气体，经监测后，若浓度＜11mg/m3，则合格排放；若浓度＞11mg/m3，则不合格，需进入淋洗塔淋洗至合格后再排放；
氟气排放尾气标准符合《大气污染物综合排放标准》(GB3095-1996)要求的排放限值为11mg/m3。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：氟化反应
四氟化铀与氟气进行氟化反应，生成六氟化铀产品，并产生氟化气体；
步骤2：一二级冷凝
氟化气体经过高精度过滤器除尘后，依次进入一级冷凝器和二级冷凝器，得到液态六氟化铀产品，收率达到99.1～99.5％；
步骤3：氟气回收反应
经过一二级冷凝后的不凝气体与四氟化铀混合，进行氟气回收反应，生成中间氟化物，避免UF6的生成；
步骤4：中间氟化物深度氟化
氟气回收反应生成的中间氟化物作为反应原料，再次回到步骤1的氟化反应中，进行深度氟化，形成物料循环；
步骤5：三四级冷凝
氟气回收反应产生的尾气，经过高精度过滤器除尘后，依次进入三级冷凝器和四级冷凝器，进一步液化六氟化铀产品，收率达到99.5～99.9％；
步骤6：淋洗排放
经过三四级冷凝后的尾气，经监测后，若浓度＜11mg/m3，则合格排放；若浓度＞11mg/m3，则不合格，需进入淋洗塔淋洗至合格后再排放。
2.如权利要求1所述的一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，其特征在于：步骤1中，反应温度为330～380℃。
3.如权利要求1所述的一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，其特征在于：步骤1中，所述的氟化气体包括UF6、F2、N2、微量HF。
4.如权利要求1所述的一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，其特征在于：步骤2和5中，所述的高精度过滤器为高精度镍管过滤器，过滤精度≤10μm。
5.如权利要求1所述的一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，其特征在于：步骤2中，一级冷凝器和二级冷凝器的冷凝剂均为乙二醇。
6.如权利要求5所述的一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，其特征在于：步骤2中，一级冷凝器的乙二醇温度为0±3℃，二级冷凝器的乙二醇温度为-25±3℃。
7.如权利要求1所述的一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，其特征在于：步骤3中，氟气回收反应的反应温度控制在230℃以下。
8.如权利要求1所述的一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，其特征在于：步骤5中，所述氟气回收反应产生的尾气包括N2、少量F2、微量HF、少量UF6。
9.如权利要求1所述的一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，其特征在于：步骤5中，三级冷凝器的冷凝剂为氯化钙，四级冷凝器的冷凝剂为乙醇。
10.如权利要求9所述的一种铀转化氟化反应中尾气回收方法，其特征在于：步骤5中，三级冷凝器的氯化钙温度为-30±3℃，四级冷凝器的乙醇温度为-80±5℃。
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