JP2013007697A - Uranium refining equipment and method for refining uranium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウラン精製装置およびウランの精製方法に係り、特に、使用済核燃料の再処理設備およびウランの転換設備などの六フッ化ウランを取り扱う設備に適用するのに好適なウラン精製装置およびウランの精製方法に関する。 The present invention relates to a uranium refining apparatus and a uranium refining method, and more particularly to a uranium refining apparatus and a uranium suitable for application to facilities that handle uranium hexafluoride such as spent nuclear fuel reprocessing equipment and uranium conversion equipment. The present invention relates to a purification method.
核燃料物質であるウランをフッ素ガスあるいはフッ化物ガスと反応させて気体状の六フッ化ウラン(UF6)に転換する技術がある。ウランをUF6に転換することによって、UF6と共存する不純物を取り除くウラン精製、およびウランの特定の同位体の比率を高めるウラン濃縮が行えるようになるメリットが生まれる。 There is a technology for converting uranium, which is a nuclear fuel material, into gaseous uranium hexafluoride (UF 6 ) by reacting it with fluorine gas or fluoride gas. By converting uranium to UF 6, there is an advantage that uranium purification that removes impurities coexisting with UF 6 and uranium enrichment that increases the specific isotope ratio of uranium can be performed.
ウランのフッ化を使用済核燃料の再処理に利用した技術が開発されている(例えば、特開2002−257980号公報)。原子力発電プラントから発生する使用済核燃料には、核燃料として再利用可能なウランおよびプルトニウムが多く残っている。特開2002−257980号公報に記載された技術は、再利用可能なウランおよびプルトニウムを使用済核燃料から回収するために、使用済核燃料をフッ素ガスと反応させて使用済核燃料に含まれるウランの大半を気体状のUF6として回収し、その回収ウランを再び濃縮して核燃料とする方法である。 A technique using uranium fluoride for reprocessing spent nuclear fuel has been developed (for example, JP 2002-257980 A). In the spent nuclear fuel generated from the nuclear power plant, much uranium and plutonium that can be reused as nuclear fuel remain. The technology described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-257980 is based on the fact that most of uranium contained in spent nuclear fuel is obtained by reacting spent nuclear fuel with fluorine gas in order to recover reusable uranium and plutonium from spent nuclear fuel. Is recovered as gaseous UF 6 and the recovered uranium is concentrated again to form nuclear fuel.
一方、使用済核燃料には、ウランの核反応によって生成された、プルトニウムといったマイナーアクチノイド(MA)、および核分裂生成物(FP)が含まれている。使用済核燃料をフッ素ガスと反応させた場合には、ウランがフッ化されて気体状のUF6が生成すると同時に、MAおよびFPもフッ化され、それらのフッ素化合物が生成される。一部のFPのフッ素化合物は蒸気圧が高いため気体となり、UF6ガスに不純物として共存する。 On the other hand, spent nuclear fuel includes minor actinides (MA) such as plutonium and fission products (FP) produced by the nuclear reaction of uranium. When spent nuclear fuel is reacted with fluorine gas, uranium is fluorinated to produce gaseous UF 6 and at the same time MA and FP are also fluorinated to produce their fluorine compounds. Some FP fluorine compounds become gas because of their high vapor pressure, and coexist as impurities in the UF 6 gas.
回収したUF6を原子炉で再利用するためには、UF6と共存する不純物濃度を低減する必要があり、特開2002−257980号公報に記載された使用済核燃料の再処理ではウランの精製が行われる。 In order to reuse the recovered UF 6 in a nuclear reactor, it is necessary to reduce the concentration of impurities coexisting with the UF 6, and in the reprocessing of spent nuclear fuel described in JP-A No. 2002-257980, uranium refining is performed. Is done.
ウランの精製方法として、吸着材を利用した精製方法がある(例えば、特開2006−46967号公報参照)。特開2006−46967号公報は、段落0021〜0023および図2に、吸着材であるLiFおよびUO2F2を充填したLiF−UO2F2トラップ、吸着材であるMgF2を充填したMgF2トラップ、および吸着材であるNaFを充填したNaFトラップを直列に接続したウラン精製システムを記載している。使用済核燃料のフッ化処理で発生したUF6ガスが、LiF−UO2F2トラップ、MgF2トラップおよびNaFトラップに順番に供給され、UF6ガスに含まれる不純物がそれぞれのトラップ内で吸着材に吸着されて除去される。LiF−UO2F2トラップにおいて、LiFはPuF6およびCsFを吸着し、UO2F2はPuF6を吸着する。MgF2トラップにおいて、MgF2はNbF6,MoF6,TcF6,RuF5,SbF5,NpF6を吸着する。NaFトラップにおいて、NaFはRuF5およびNbF6を除去する。 As a uranium purification method, there is a purification method using an adsorbent (see, for example, JP-A-2006-46967). JP 2006-46967 discloses the paragraphs 0021-0023 and FIG. 2, MgF 2 filled LiF-UO 2 F 2 trap filled with LiF and UO 2 F 2 is adsorbent, the MgF 2 is adsorbent It describes a uranium purification system in which a trap and a NaF trap filled with NaF as an adsorbent are connected in series. The UF 6 gas generated by the fluorination treatment of the spent nuclear fuel is sequentially supplied to the LiF-UO 2 F 2 trap, the MgF 2 trap and the NaF trap, and impurities contained in the UF 6 gas are adsorbed in each trap. To be removed by adsorption. In the LiF-UO 2 F 2 trap, LiF adsorbs PuF 6 and CsF, and UO 2 F 2 adsorbs PuF 6 . In the MgF 2 trap, MgF 2 adsorbs NbF 6 , MoF 6 , TcF 6 , RuF 5 , SbF 5 , and NpF 6 . In the NaF trap, NaF removes RuF 5 and NbF 6 .
吸着材を充填した吸着層を内部に形成した、被処理ガスに含まれる不純物を除去する吸着塔では、吸着層の上流端から被処理ガスを吸着層に供給した場合には、吸着平衡に達してそれ以上不純物を吸着できない飽和状態に達した領域が、吸着層の上流端部に形成される。被処理ガスを吸着層に供給し続けると、飽和状態に達した領域が、吸着層の上流端から吸着層の下流端に向かって移動する。やがて、吸着層で吸着されなかった不純物を含む被処理ガスが、吸着層の下流端から排出されるようになる。不純物を含む被処理ガスが吸着層から排出されたとき、この吸着層は寿命を迎え、この吸着層内の吸着材が新品の吸着材と交換される。吸着塔内の吸着層に存在する吸着材は、吸着層内の吸着材を100%使い切ることが望ましく、廃棄される吸着材の量を低減することが望まれる。実際には、不純物を含む被処理ガスが吸着層から排出されたときには、この吸着層の下流側端部に、まだ、不純物を吸着できる吸着材が残っており、吸着層の吸着材を交換するときには、寿命になった吸着材と共にその不純物を吸着できる吸着材も廃棄物となり、新品の吸着材と交換される。 In an adsorption tower that forms an adsorption layer filled with an adsorbent and removes impurities contained in the gas to be treated, the adsorption equilibrium is reached when the gas to be treated is supplied to the adsorption layer from the upstream end of the adsorption layer. Thus, a saturated region where no further impurities can be adsorbed is formed at the upstream end of the adsorption layer. When the gas to be treated is continuously supplied to the adsorption layer, the saturated region moves from the upstream end of the adsorption layer toward the downstream end of the adsorption layer. Eventually, the gas to be treated containing impurities that have not been adsorbed by the adsorption layer is discharged from the downstream end of the adsorption layer. When the gas to be treated containing impurities is exhausted from the adsorption layer, the adsorption layer reaches its end of life, and the adsorbent in the adsorption layer is replaced with a new adsorbent. As for the adsorbent present in the adsorption layer in the adsorption tower, it is desirable to use up 100% of the adsorbent in the adsorption layer, and it is desirable to reduce the amount of adsorbent to be discarded. Actually, when the gas to be treated containing impurities is exhausted from the adsorption layer, the adsorbent capable of adsorbing impurities still remains at the downstream end of the adsorption layer, and the adsorbent in the adsorption layer is replaced. Sometimes, the adsorbent that can adsorb the impurities along with the adsorbent that has reached the end of its life becomes waste and is replaced with a new adsorbent.
廃棄物となる吸着材の量を低減して吸着材の交換頻度を低減できるガス処理方法が、特開2010−214285号公報に記載されている。このガス処理方法では、被処理ガスの流れ方向において、吸着材が充填された吸着層が直列に複数段配置された吸着装置が用いられる。そして、ガス性状と吸着操作条件に基づいて被処理ガスに含まれる不純物濃度を所定値まで低減することができる吸着帯長さを求め、吸着層の、被処理ガスの流れ方向における厚みを、その吸着帯長さに設定している。そのような吸着装置に除去すべき不純物を含んでいる被処理ガスを供給し、最下流段の吸着層から排出されるガスの不純物濃度が所定値以上になったときに、最下流段の吸着層を最上流段に移設し、移設後の最上流段の吸着層以外の吸着層の吸着材を新品の吸着材と交換する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-214285 discloses a gas treatment method that can reduce the amount of adsorbent that becomes waste and reduce the frequency of replacement of the adsorbent. In this gas treatment method, an adsorption device in which a plurality of adsorption layers filled with an adsorbent are arranged in series in the flow direction of the gas to be treated is used. Then, an adsorption band length that can reduce the impurity concentration contained in the gas to be treated to a predetermined value based on the gas properties and the adsorption operation conditions is obtained, and the thickness of the adsorption layer in the flow direction of the gas to be treated is determined by The adsorption band length is set. When the gas to be treated containing impurities to be removed is supplied to such an adsorption device, and the impurity concentration of the gas discharged from the adsorption layer at the most downstream stage exceeds a predetermined value, the adsorption at the most downstream stage is performed. The layer is transferred to the most upstream stage, and the adsorbent of the adsorption layer other than the adsorption layer of the most upstream stage after the transfer is replaced with a new adsorbent.
使用済核燃料のフッ化処理により発生したUF6に含まれる不純物(例えば、FPフッ化物ガス)を、吸着層に充填した吸着材で選択的に吸着させて除去するウラン精製には、大きく2つの課題がある。 For uranium purification, which selectively removes impurities (for example, FP fluoride gas) contained in UF 6 generated by the fluorination treatment of spent nuclear fuel by selectively adsorbing them with an adsorbent packed in the adsorption layer, there are two main types. There are challenges.
第1の課題は、放射性廃棄物となる吸着材の量を低減することである。不純物を含むUF6が吸着層から排気されたとき、この吸着層に充填された全ての吸着材は、新品の吸着材と交換された後、放射性廃棄物として処理される。不純物を含むUF6が排気された吸着層内には、大部分の、不純物を吸着した吸着材と共に、吸着層の下流端部に不純物を吸着できる吸着材も存在する。吸着層内の吸着材を新品の吸着材と交換するとき、この吸着層内に存在する、不純物を吸着した吸着材と不純物を吸着していない吸着材を分離することができず、両方の吸着材が放射性廃棄物として取り扱われる。このため、不純物を含むUF6が排気された吸着層において、不純物を吸着した吸着材の増加を図って不純物を吸着していない吸着材の量を低減することが望まれる。これにより、放射性廃棄物となる吸着材の量を低減することができる。 The first problem is to reduce the amount of adsorbent that becomes radioactive waste. When the UF 6 containing impurities is exhausted from the adsorption layer, all adsorbents filled in the adsorption layer are replaced with new adsorbents and then treated as radioactive waste. In the adsorption layer from which the UF 6 containing impurities is exhausted, there is also an adsorbent that can adsorb impurities at the downstream end of the adsorption layer, together with the adsorbent that has adsorbed most of the impurities. When replacing the adsorbent in the adsorption layer with a new adsorbent, it is impossible to separate the adsorbent that has adsorbed impurities and the adsorbent that has not adsorbed impurities in the adsorption layer. The material is treated as radioactive waste. For this reason, in the adsorption layer from which the UF 6 containing impurities is exhausted, it is desired to increase the number of adsorbents that have adsorbed impurities and reduce the amount of adsorbents that have not adsorbed impurities. Thereby, the quantity of the adsorbent used as radioactive waste can be reduced.
第2の課題は、吸着塔を含むウラン精製設備の容量の低減、すなわち、ウラン精製設備の小型化である。ウラン精製では、放射性物質であるUF6を取り扱う関係上、ウランの精製がホットセル内で行われる必要がある。このため、ウラン精製設備の容量を小さくすることが求められる。 A second problem is to reduce the capacity of the uranium purification facility including the adsorption tower, that is, to reduce the size of the uranium purification facility. In uranium purification, uranium purification needs to be performed in a hot cell because of handling UF 6 which is a radioactive substance. For this reason, it is required to reduce the capacity of the uranium refining equipment.
特開2010−214285号公報に記載されたガス処理方法は、吸着層の、被処理ガスの流れ方向における厚みを、その吸着帯長さに設定して、最下流段の吸着層から排出されるガスの不純物濃度が所定値以上になったときに、最下流段の吸着層を最上流段に移設し、移設後の最上流段の吸着層以外の吸着層の吸着材を新品の吸着材と交換している。このため、移設後の最上流段の吸着層以外の、吸着材が交換される吸着層から廃棄される吸着材は、不純物を吸着できる吸着材を含んでいない。特開2010−214285号公報に記載されたガス処理方法で、UF6の精製を行った場合に発生する、放射性廃棄物となる吸着材の量を低減することができる。 In the gas processing method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-214285, the thickness of the adsorption layer in the flow direction of the gas to be treated is set to the length of the adsorption band, and the gas is discharged from the adsorption layer at the most downstream stage. When the gas impurity concentration exceeds a predetermined value, the adsorption layer in the most downstream stage is moved to the most upstream stage, and the adsorbent of the adsorption layer other than the adsorption layer in the most upstream stage after the transfer is replaced with a new adsorption material. We are exchanging. For this reason, the adsorbent discarded from the adsorbent layer in which the adsorbent is replaced other than the adsorbed layer at the uppermost stream after the transfer does not include an adsorbent that can adsorb impurities. With the gas treatment method described in JP 2010-214285 A, it is possible to reduce the amount of adsorbent that is generated as a radioactive waste when UF 6 is purified.
しかしながら、発明者らは、発明者らの検討によって、ウランの精製では吸着層の吸着帯長さを長くする必要があるという新たな知見を見出した。このため、特開2010−214285号公報に記載されたガス処理方法をウランの精製に適用した場合には、吸着塔内の吸着層の、UF6の流れ方向における吸着帯長さが長くなり、ウラン精製設備が大きくなる。すなわち、ウラン精製設備の容量を低減することができない。 However, the inventors have found a new finding that the adsorption band length of the adsorption layer needs to be increased in the purification of uranium by the investigation of the inventors. For this reason, when the gas treatment method described in JP 2010-214285 A is applied to the purification of uranium, the adsorption zone length in the flow direction of UF 6 of the adsorption layer in the adsorption tower becomes long, Uranium refining facilities will be larger. That is, the capacity of the uranium purification facility cannot be reduced.
本発明の目的は、放射性廃棄物となる吸着材の量を低減することができ、設備容量を小さくすることができるウラン精製装置およびウランの精製方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a uranium refining apparatus and a uranium refining method that can reduce the amount of adsorbent that becomes radioactive waste and can reduce the equipment capacity.
上記した目的を達成する本発明の特徴は、同じ種類の吸着材が充填された吸着層を有し、直列に接続された複数の吸着塔を備え、それぞれの吸着塔の吸着層の、供給されるウランガスの流れ方向における長さが、吸着帯の長さよりも短くなっており、複数の吸着塔のうちどの2つの吸着塔においてもこの2つの吸着塔のそれぞれの吸着層のその長さの和が、その吸着帯の長さよりも長くなっていることにある。 A feature of the present invention that achieves the above-described object is that it has an adsorption layer filled with the same kind of adsorbent, and includes a plurality of adsorption towers connected in series, and the adsorption layers of each adsorption tower are supplied. The length in the flow direction of the uranium gas is shorter than the length of the adsorption zone, and the sum of the lengths of the respective adsorption layers of the two adsorption towers in any two adsorption towers of the plurality of adsorption towers. However, the length is longer than the length of the adsorption band.
直列に接続された複数の吸着塔のそれぞれの吸着層の、供給されるウランガスの流れ方向における長さが、吸着帯の長さよりも短くなっており、複数の吸着塔のうちどの2つの吸着塔においてもこの2つの吸着塔のそれぞれの吸着層のその長さの和が、その吸着帯の長さよりも長くなっているので、供給されるウランガスに含まれる不純物が最上流に位置する吸着塔の吸着層における吸着材に吸着することができ、吸着層のその長さが吸着帯の長さよりも短くてこの吸着層の下流に別の吸着塔の吸着層が存在している関係上、この最上流に位置する吸着塔の吸着層における大部分の吸着材が吸着した不純物で飽和する状態になるまで、最上流に位置する吸着塔内の吸着材で不純物を吸着することができる。このため、吸着塔内の吸着材を有効利用することができ、放射性廃棄物となる吸着材の量を低減することができる。 The length of each adsorption layer of the plurality of adsorption towers connected in series in the flow direction of the supplied uranium gas is shorter than the length of the adsorption zone, and any two adsorption towers among the plurality of adsorption towers In this case, the sum of the lengths of the adsorption layers of the two adsorption towers is longer than the length of the adsorption zone, so that the impurities contained in the supplied uranium gas are in the most upstream of the adsorption tower. Because the adsorption layer can adsorb to the adsorbent, and the length of the adsorption layer is shorter than the length of the adsorption band, and the adsorption layer of another adsorption tower exists downstream of this adsorption layer, this Impurities can be adsorbed by the adsorbent in the adsorption tower located in the uppermost stream until most of the adsorbent in the adsorption layer of the adsorption tower located upstream is saturated with the adsorbed impurities. For this reason, the adsorbent in an adsorption tower can be used effectively, and the quantity of the adsorbent used as a radioactive waste can be reduced.
また、上記の目的は、各吸着塔の吸着層の、供給されるウランガスの流れ方向における長さが、吸着帯の長さよりも短くなっているので、ウラン精製装置の設備容量を小さくすることができる。 Further, the above object is that the length of the adsorption layer of each adsorption tower in the flow direction of the supplied uranium gas is shorter than the length of the adsorption zone, so that the equipment capacity of the uranium refining device can be reduced. it can.
上記した目的は、同じ種類の吸着材が充填された吸着層を有し、直列に接続された複数の吸着塔を備え、それぞれの吸着塔の吸着層の、供給されるウランガスの流れ方向における長さが、吸着帯の長さよりも短くなっており、これらの吸着塔のうちどの2つの吸着塔においてもその2つの吸着塔のそれぞれの吸着層のその長さの和が、その吸着帯の長さよりも長くなっているウラン精製装置を用いてウランガスの精製を行うウランの精製方法であって、
最上流に位置する吸着塔から順次ウランガスを供給し、最上流に位置する吸着塔の吸着層における吸着材の飽和率を検出し、検出された飽和率が設定飽和率以上になったとき、最上流に位置する吸着塔へのウランガスの供給を停止してウランガスの供給が停止された吸着塔の下流に位置する他の吸着塔に前記ウランガスを供給することによっても達成できる。
The above-mentioned purpose has an adsorption layer filled with the same kind of adsorbent, and includes a plurality of adsorption towers connected in series, and the adsorption layer of each adsorption tower is long in the flow direction of the supplied uranium gas. Is shorter than the length of the adsorption zone, and in any two of these adsorption towers, the sum of the lengths of the respective adsorption layers of the two adsorption towers is the length of the adsorption zone. A uranium purification method for purifying uranium gas using a uranium purification apparatus that is longer than the above,
Sequentially supply uranium gas from the adsorption tower located at the uppermost stream, detect the saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the adsorption tower located at the uppermost stream, and when the detected saturation ratio exceeds the set saturation ratio, This can also be achieved by stopping the supply of uranium gas to the adsorption tower located upstream and supplying the uranium gas to another adsorption tower located downstream of the adsorption tower where the supply of uranium gas is stopped.
さらに、上記の目的は、同じ種類の吸着材が充填された吸着層を有し、直列に接続された複数の吸着塔を備え、それぞれの吸着塔の吸着層の、供給されるウランガスの流れ方向における長さが、吸着帯の長さよりも短くなっており、これらの吸着塔のうちどの2つの吸着塔においてもその2つの吸着塔のそれぞれの吸着層のその長さの和が、その吸着帯の長さよりも長くなっているウラン精製装置を用いてウランガスの精製を行うウランの精製方法であって、
最上流に位置する吸着塔から順次ウランガスを供給し、最上流に位置する前記吸着塔の吸着層における吸着材の飽和率を検出し、検出された飽和率が第1設定飽和率以上になったとき、最上流に位置する吸着塔の吸着層内で、ウランガスを逆方向に流し、ウランガスの精製を行うことによっても、達成することができる。
Further, the above object is to provide an adsorption layer filled with the same kind of adsorbent material, comprising a plurality of adsorption towers connected in series, and the flow direction of the supplied uranium gas in each adsorption tower The length in the adsorption zone is shorter than the length of the adsorption zone, and in any two adsorption towers of these adsorption towers, the sum of the lengths of the respective adsorption layers of the two adsorption towers is the adsorption zone. A uranium purification method that purifies uranium gas using a uranium purification device that is longer than the length of
The uranium gas was sequentially supplied from the adsorption tower located in the uppermost stream, and the saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the adsorption tower located in the uppermost stream was detected, and the detected saturation ratio became more than the first set saturation ratio. Sometimes, it can also be achieved by purifying uranium gas by flowing uranium gas in the reverse direction in the adsorption layer of the adsorption tower located at the uppermost stream.
本発明によれば、ウランの精製において、放射性廃棄物となる吸着材の発生量を低減することができ、設備容量を小さくすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the refinement | purification of uranium, the generation amount of the adsorbent used as a radioactive waste can be reduced and an installation capacity can be made small.
発明者らは、吸着材を用いたウランの精製について種々の検討を行った。以下にその検討結果を説明する。 The inventors conducted various studies on the purification of uranium using an adsorbent. The examination results are described below.
吸着塔内に設けられた、吸着材(例えばフッ化ナトリウム(NaF)、フッ化マグネシウム(MgF2)、フッ化バリウム(BaF2))が充填された吸着層にUF6ガスを流通させることによって、そのUF6ガスに含まれる不純物であるFPフッ化物ガス(例えばフッ化ルテニウム(RuF5)、フッ化ニオブ(NbF5)、およびフッ化モリブデン(MoF6))をその吸着層に選択的に吸着させ、高純度のUF6を回収することができる。1つの吸着塔内には、1種類の吸着材のみを充填した吸着層を設ける。それぞれ異なる吸着材が別々に充填されたそれぞれの吸着層をここに設けた各吸着塔を直列に接続し、UF6ガスをそれらの吸着塔に順次流通させる。 By circulating UF 6 gas through an adsorption layer provided in the adsorption tower and filled with adsorbents (for example, sodium fluoride (NaF), magnesium fluoride (MgF 2 ), barium fluoride (BaF 2 )) FP fluoride gas (for example, ruthenium fluoride (RuF 5 ), niobium fluoride (NbF 5 ), and molybdenum fluoride (MoF 6 )), which is an impurity contained in the UF 6 gas, is selectively applied to the adsorption layer. It can be adsorbed and high purity UF 6 can be recovered. In one adsorption tower, an adsorption layer filled with only one kind of adsorbent is provided. The respective adsorption towers provided with the respective adsorption layers filled with different adsorbents are connected in series, and UF 6 gas is circulated through the adsorption towers sequentially.
例えば、UF6ガスに含まれる不純物であるMoF6は、ウラン精製における初期分圧が約10−1KPaのオーダーであり、ウランの精製仕様である約10−4KPaのオーダーまで約3桁程度低減する必要があると考えられる。 For example, MoF 6 which is an impurity contained in UF 6 gas has an initial partial pressure in the uranium refining of the order of about 10 −1 KPa, and is about 3 digits to the order of about 10 −4 KPa which is the uranium refining specification. It is thought that there is a need to reduce it.
MgF2へのMoF6の吸着における吸着等温線を図2に示す。MoF6分圧が10−4kPaから1kPaの間では、MgF2へのMoF6の飽和吸着量はほぼ一定の値である。MoF6分圧が10−4kPaのオーダーで、MoF6が吸着材であるMgF2に吸着するため、MgF2によるMoF6の吸着によりウランの精製仕様が満たせることが分かる。 An adsorption isotherm in the adsorption of MoF 6 onto MgF 2 is shown in FIG. When the MoF 6 partial pressure is between 10 −4 kPa and 1 kPa, the saturated adsorption amount of MoF 6 on MgF 2 is a substantially constant value. It can be seen that MoF 6 is adsorbed on MgF 2 as an adsorbent with an MoF 6 partial pressure of the order of 10 −4 kPa, so that the uranium purification specifications can be satisfied by the adsorption of MoF 6 by MgF 2 .
また、飽和吸着量の値より吸着メカニズムはMgF2表面への単分子層吸着と考えられる。吸着メカニズムが単分子層吸着の場合、吸着等温線を説明する式としてLangmuirの理論があり、吸着材への吸着量は(1)式で表される。 Further, the adsorption mechanism is considered to be monomolecular layer adsorption on the MgF 2 surface from the value of the saturated adsorption amount. When the adsorption mechanism is monolayer adsorption, there is Langmuir's theory as an equation for explaining the adsorption isotherm, and the adsorption amount to the adsorbent is expressed by the equation (1).
ここで、pは吸着ガスの分圧、qは分圧pの時の吸着量、q0は飽和吸着量、kaは吸着速度定数、kdは脱離速度定数、Kは吸着平衡定数である。吸着平衡定数Kが1に比べて非常に大きな値となる場合、つまり吸着速度定数kaが脱離速度定数kdに比べて非常に大きな値となる場合、(1)式から吸着量qは分圧によらず飽和吸着量q0で一定となる。これは、図2に示す吸着等温線において、10−4kPaから1kPaのMoF6分圧の範囲で飽和吸着量が一定となる結果と一致する。従って、MgF2へのMoF6の吸着の吸着速度は非常に大きいが、脱離速度は非常に小さい、もしくは吸着したMoF6はほとんど脱離しないと考えられる。 Here, p is the partial pressure of adsorbed gas, the adsorption amount when the q partial pressure p, q 0 is the saturation adsorption amount, k a is the adsorption rate constant, k d is elimination rate constant, K is the adsorption equilibrium constant is there. If the adsorption equilibrium constant K becomes a very large value as compared to 1, that is, when the adsorption rate constant k a becomes a very large value as compared with the desorption rate constant k d, the adsorption amount q from equation (1) Regardless of the partial pressure, the saturated adsorption amount q 0 is constant. This agrees with the result that the saturated adsorption amount becomes constant in the range of the MoF 6 partial pressure from 10 −4 kPa to 1 kPa in the adsorption isotherm shown in FIG. Therefore, it is considered that the adsorption rate of MoF 6 adsorption to MgF 2 is very high, but the desorption rate is very low, or the adsorbed MoF 6 hardly desorbs.
一方、UF6ガスに含まれる不純物であるRuF5およびNbF5は、吸着材であるNaFと(2)式および(3)式に示す各反応によりRuNaF6およびNbNaF6を形成する。 On the other hand, RuF 5 and NbF 5 which are impurities contained in the UF 6 gas form RuNaF 6 and NbNaF 6 by NaF which is an adsorbent and the reactions shown in the formulas (2) and (3).
RuF5+NaF → RuNaF6 ……(2)
NbF5+NaF → NbNaF6 ……(3)
吸着温度が673KではUF6がNaFに吸着しないため、RuF5およびNbF5を、NaFに選択的に吸着させることによって、UF6と分離することができる。
RuF 5 + NaF → RuNaF 6 (2)
NbF 5 + NaF → NbNaF 6 (3)
Since UF 6 does not adsorb to NaF at an adsorption temperature of 673 K, RuF 5 and NbF 5 can be separated from UF 6 by selectively adsorbing NaF.
しかしながら、以下に述べるように、ウランの精製において発生する放射性廃棄物の量(廃棄される吸着材の量)は多くなる傾向にある。 However, as will be described below, the amount of radioactive waste generated in the purification of uranium (the amount of adsorbent discarded) tends to increase.
発明者らは、吸着材であるMgF2を充填した、吸着塔内の吸着層でMoF6を吸着分離した際の、吸着層内における吸着材の飽和率の位置依存性を計算した。この計算結果の一例を図3に示す。吸着材位置Xが0である位置は吸着層の上流端(UF6ガスの流入端)である。UF6ガスに含まれる不純物であるMoF6が吸着層内に流入すると、MoF6は吸着層の上流側に存在するMgF2に吸着されるが、MgF2によるMoF6の吸着速度が遅いため、吸着層内を流通して吸着層の下流側で吸着される。このため、吸着材の飽和率は、吸着材の位置が吸着層の下流に向かうに従ってなだらかに減少するプロファイルになる。 The inventors calculated the position dependency of the saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer when MoF 6 was adsorbed and separated by the adsorption layer in the adsorption tower filled with MgF 2 as the adsorbent. An example of the calculation result is shown in FIG. The position where the adsorbent position X is 0 is the upstream end of the adsorption layer (UF 6 gas inflow end). When MoF 6 that is an impurity contained in the UF 6 gas flows into the adsorption layer, MoF 6 is adsorbed by MgF 2 existing on the upstream side of the adsorption layer, but because the adsorption rate of MoF 6 by MgF 2 is slow, It circulates in the adsorption layer and is adsorbed on the downstream side of the adsorption layer. For this reason, the saturation rate of the adsorbent becomes a profile that gradually decreases as the position of the adsorbent moves downstream of the adsorbent layer.
図3において、MoF6の濃度が吸着前の濃度の1/10、1/100および1/1000になる吸着層内でのそれぞれの位置を示している。前述のように、ウランの精製により、UF6ガスに含まれるMoF6の濃度を3桁程度低減する必要がある。すなわち、MoF6の濃度が初期濃度の1/1000になる位置Xに相当する吸着層の、UF6ガス(被処理ガス)の流れ方向における長さがあれば、MoF6に対するウラン精製の仕様を満たすことができる。このように、吸着分離したいガスの初期濃度を目標濃度まで低減するために最低限必要な、吸着材を充填した吸着層のその長さを吸着帯長さという。 In FIG. 3, each position in the adsorption layer where the concentration of MoF 6 is 1/10, 1/100, and 1/1000 of the concentration before adsorption is shown. As described above, it is necessary to reduce the concentration of MoF 6 contained in the UF 6 gas by about three orders of magnitude by purifying uranium. That is, if the adsorption layer corresponding to the position X at which the concentration of MoF 6 is 1/1000 of the initial concentration has a length in the flow direction of the UF 6 gas (gas to be treated), the specification of uranium purification for MoF 6 is Can be satisfied. As described above, the length of the adsorption layer filled with the adsorbent, which is the minimum necessary for reducing the initial concentration of the gas to be adsorbed and separated to the target concentration, is referred to as the adsorption band length.
一方、吸着層の下流側においては、吸着材の飽和率はほとんどゼロに近い値になっている(図3参照)。これはウラン精製に特有の現象であり、このような現象が生じるのは、MgF2へのMoF6の吸着速度が遅いこと、すなわち、ウラン精製で取り扱われる10−4KPaという低分圧のガスは吸着速度が遅いことが影響している。1つの吸着塔でウラン精製を行う場合、この吸着塔内の吸着層が破過する(吸着層出口のMoF6濃度が吸着前のMoF6濃度の1/1000を超える)前に、吸着塔へのUF6ガスの供給を停止し、吸着層内の全ての吸着材を使用済みの吸着材として処理することになる。しかしながら、その使用済みの吸着材には、図3に示すように、FPフッ化物の吸着が未飽和である吸着材(まだ、MoF6を吸着できる吸着材))が多く含まれ、放射性廃棄物として処理される吸着材の量が増大する。 On the other hand, on the downstream side of the adsorption layer, the saturation rate of the adsorbent is almost zero (see FIG. 3). This is a phenomenon peculiar to uranium purification, and this phenomenon occurs because the adsorption rate of MoF 6 on MgF 2 is slow, that is, a gas having a low partial pressure of 10 −4 KPa handled in uranium purification. Is affected by the slow adsorption rate. When purifying uranium in one adsorption tower, before the adsorption layer in this adsorption tower breaks through (the MoF 6 concentration at the exit of the adsorption layer exceeds 1/1000 of the MoF 6 concentration before adsorption), the adsorption tower is The supply of the UF 6 gas is stopped, and all the adsorbents in the adsorption layer are processed as used adsorbents. However, as shown in FIG. 3, the used adsorbent contains a large amount of adsorbent that is not saturated with FP fluoride (still adsorbent that can adsorb MoF 6 ), and radioactive waste. As a result, the amount of adsorbent to be processed increases.
特開2010−214285号公報に記載されたガス処理方法をウランの精製に適用した場合には、吸着層内の吸着材を交換する際に、FPフッ化物の吸着が未飽和である吸着材の量を低減し、放射性廃棄物として処理される吸着材の量を低減することができる。しかしながら、ウラン精製に用いる吸着層の、UF6の流れ方向における吸着帯長さは、図3に示すように、長くする必要がある。このため、特開2010−214285号公報に記載されたガス処理方法をウランの精製に適用した場合には、吸着塔内の吸着層の、UF6の流れ方向における吸着帯長さが長くなり、ウラン精製設備の容量を低減することができないという、新たな課題が生じることを発明者らが見出した。 When the gas treatment method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-214285 is applied to uranium purification, when the adsorbent in the adsorption layer is replaced, the adsorption of the FP fluoride is unsaturated. The amount can be reduced and the amount of adsorbent treated as radioactive waste can be reduced. However, the adsorption zone length in the flow direction of UF 6 of the adsorption layer used for uranium purification needs to be long as shown in FIG. For this reason, when the gas treatment method described in JP 2010-214285 A is applied to the purification of uranium, the adsorption zone length in the flow direction of UF 6 of the adsorption layer in the adsorption tower becomes long, The inventors have found that a new problem arises that the capacity of the uranium refining facility cannot be reduced.
発明者らは、この新たな課題を解消するための対策を種々検討し、本発明をなすに至ったのである。すなわち、発明者らは、この検討により、放射性廃棄物となる吸着材の量の低減、および精製設備の容量の低減を両立させるため、同じ種類の吸着材が充填された吸着層を有する複数の吸着塔を、直列に接続し、それぞれの吸着塔の吸着層の、供給されるウランガスの流れ方向における長さを、吸着帯の長さよりも短くし、複数の吸着塔のうちどの2つの吸着塔においてもこの2つの吸着塔のそれぞれの吸着層のその長さの和を、その吸着帯の長さよりも長くすれば良いとの結論に至った。 The inventors have studied various measures for solving this new problem and have come to make the present invention. That is, the inventors have made a plurality of adsorption layers filled with the same kind of adsorbent in order to achieve both reduction in the amount of adsorbent that becomes radioactive waste and reduction in the capacity of the purification equipment. Adsorption towers are connected in series, and the length of the adsorption layer of each adsorption tower in the flow direction of the supplied uranium gas is made shorter than the length of the adsorption zone, and any two adsorption towers among the plurality of adsorption towers In this case, it was concluded that the sum of the lengths of the adsorption layers of the two adsorption towers should be longer than the length of the adsorption zone.
例えば、同じ種類の吸着材を充填した吸着層を有する3つの吸着塔を直列に接続した場合では、最上流に位置する吸着塔の吸着層が不純物で十分に飽和されたとき、残りの2つの吸着塔でウラン精製の目標濃度を達成できれば良い。このため、3つの吸着塔の吸着層のウランガスの流れ方向における長さの総計は、およそ吸着帯長さの1.5倍ほどあれば良い。この結果、ウラン精製装置の設備容量を最小限に抑えることができる。かつ、後段の2つの吸着塔における吸着層のその長さその2つの吸着塔だけで十分にウラン精製が可能な長さにしておくことで、最上流に配置された吸着塔を通過したウランガスの不純物濃度を検知すれば良いことになる。 For example, when three adsorption towers having adsorption layers filled with the same kind of adsorption material are connected in series, when the adsorption layer of the adsorption tower located in the uppermost stream is sufficiently saturated with impurities, the remaining two What is necessary is just to achieve the target concentration of uranium purification in the adsorption tower. For this reason, the total length of the adsorption layers of the three adsorption towers in the uranium gas flow direction may be about 1.5 times the adsorption band length. As a result, the equipment capacity of the uranium refining device can be minimized. In addition, the length of the adsorption layer in the latter two adsorption towers is set to such a length that only the two adsorption towers can sufficiently purify uranium, so that the uranium gas that has passed through the adsorption tower arranged in the uppermost stream is It is sufficient to detect the impurity concentration.
直列に接続された各吸着塔にウランガスを流し、かつ上流に位置する吸着塔の吸着層の吸着塔出口における吸着材の飽和率が設定飽和率(例えば、10%以上)になったとき、この吸着塔内の吸着層における各吸着材での吸着は、十分に飽和したと考える。そこで、この吸着塔をウランガスの流れから隔離し、この吸着塔内の吸着材を新しい吸着剤と交換する。 When uranium gas is allowed to flow through the adsorption towers connected in series and the adsorbent saturation rate at the adsorption tower outlet of the adsorption layer of the adsorption tower located upstream reaches a set saturation ratio (for example, 10% or more), this It is considered that the adsorption by each adsorbent in the adsorption layer in the adsorption tower is sufficiently saturated. Therefore, this adsorption tower is isolated from the flow of uranium gas, and the adsorbent in this adsorption tower is replaced with a new adsorbent.
発明者らは、上記の検討時において、上記の新たな課題を解消するための対策として、最上流に位置する吸着塔の吸着層における吸着材が、不純物の吸着が飽和するある程度の状態に到達したとき、最上流に位置する吸着塔の吸着層内で、ウランガスを逆方向に流し、ウランガスの精製を行う方法を発明した。一般的に、吸着塔内では吸着材への不純物の吸着と脱離が起こっており、吸着塔の吸着層内におけるウランガスの流れ方向を逆にすると、下流側では吸着した不純物の脱離が支配的になり、吸着させたい不純物が下流の吸着塔へ流入することになり、上流に位置する吸着塔での不純物の除去効率が悪くなる。しかしながら、吸着材であるMgF2にMoF6を吸着させる場合は、MoF6の吸着速度に比べてMoF6の脱離速度が非常に小さい、もしくは吸着したMoF6はほとんど脱離しないため、最上流に位置する吸着塔の吸着層内でウランガスを逆方向に流しても、脱離した不純物が下流の吸着塔に流入することはほとんど無い。 At the time of the above examination, the inventors have reached a state where the adsorbent in the adsorption layer of the adsorption tower located at the uppermost stream is saturated with the adsorption of impurities as a measure for solving the above new problem. Then, the inventors invented a method for purifying uranium gas by flowing uranium gas in the reverse direction in the adsorption layer of the adsorption tower located at the uppermost stream. In general, the adsorption and desorption of impurities to the adsorbent occurs in the adsorption tower, and if the flow direction of uranium gas in the adsorption layer of the adsorption tower is reversed, the desorption of the adsorbed impurities dominates on the downstream side. As a result, the impurities to be adsorbed flow into the downstream adsorption tower, and the efficiency of removing impurities in the adsorption tower located upstream is deteriorated. However, if the adsorbing MoF 6 to MgF 2 is adsorbent, since in comparison with the adsorption rate of MoF 6 MoF desorption rate of 6 is very small, MoF 6 to or adsorbed are not released little de, most upstream Even if uranium gas is allowed to flow in the reverse direction in the adsorption layer of the adsorption tower located at, the desorbed impurities hardly flow into the downstream adsorption tower.
また、発明者らは、他の対策案として、まず、吸着材を充填した流動床式吸着塔にウランガスを供給してこのウランガスに含まれる不純物を流動床式吸着塔内の吸着材に吸着させ、流動床式吸着塔から排出したウランガスをその吸着材を充填した固定床式吸着塔に供給することを考え付いた。流動床式吸着塔では吸着材が内部で攪拌されるため、流動床式吸着塔内における吸着材の飽和率を均一にできる。流動床式吸着塔内の吸着材の飽和率が十分に高くなった時点で流動床式吸着塔内の吸着材を廃棄することで、廃棄される未飽和の吸着材の量を少なくすることができる。 Further, as another countermeasure, the inventors first supplied uranium gas to a fluidized bed type adsorption tower packed with an adsorbent, and adsorbed impurities contained in the uranium gas to the adsorbent in the fluidized bed type adsorption tower. The idea was to supply the uranium gas discharged from the fluidized bed adsorption tower to the fixed bed adsorption tower filled with the adsorbent. In the fluidized bed type adsorption tower, the adsorbent is stirred inside, so that the saturation rate of the adsorbent in the fluidized bed type adsorption tower can be made uniform. By disposing the adsorbent in the fluidized bed adsorption tower when the saturation rate of the adsorbent in the fluidized bed adsorption tower becomes sufficiently high, the amount of unsaturated adsorbent to be discarded can be reduced. it can.
以上の検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。 Examples of the present invention reflecting the above examination results will be described below.
本発明の好適な一実施例である実施例1のウランの精製方法を、図1を用いて説明する。まず、本実施例のウランの精製方法に用いられるウラン精製装置を、図1を用いて説明する。本実施例のウラン精製装置22は、吸着塔1,3,5、および検知部2,4,6を備えている。バルブ7、吸着塔1、検知部2、バルブ8、吸着塔3、検知部4、バルブ9、吸着塔5、検知部6およびバルブ10が、この順番で、上流より下流に向かって配管16に設置されている。バルブ7より上流で配管16に接続された、バルブ11を設けた配管17は、バルブ8と吸着塔3の間で配管16に接続される。バルブ7より上流で配管16に接続された、バルブ12を設けた配管18は、バルブ9と吸着塔5の間で配管16に接続される。バルブ13を設けた配管19は、検知部2とバルブ8の間で配管16に接続され、さらにバルブ10より下流で配管16に接続される。バルブ14を設けた配管20は、検知部4とバルブ9の間で配管16に接続され、さらにバルブ10より下流で配管16に接続される。バルブ15を設けた配管21は、検知部6とバルブ10の間で配管16に接続され、さらにバルブ7と吸着塔1の間で配管16に接続される。
A method for purifying uranium according to Example 1, which is a preferred embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG. First, the uranium purification apparatus used in the uranium purification method of this example will be described with reference to FIG. The
吸着塔1,3,5は、それぞれ内部に同じ種類の吸着材(例えば、UF6ガスに含まれるFPフッ化物ガスであるMoF6を吸着するMgF2)を充填した吸着層を有する。吸着塔1,3,5のそれぞれの吸着層の、被処理ガス(UF6ガス)の流れ方向における長さは、吸着帯の長さよりも短くなっており、吸着塔1,3,5のうちのどの2つの吸着塔をとってもそれぞれの吸着層のその長さの和は吸着帯の長さよりも長くなっている。 The adsorption towers 1, 3, and 5 each have an adsorption layer filled with the same type of adsorbent (for example, MgF 2 that adsorbs MoF 6 which is an FP fluoride gas contained in the UF 6 gas). The length of each adsorption layer of the adsorption towers 1, 3 and 5 in the flow direction of the gas to be treated (UF 6 gas) is shorter than the length of the adsorption zone. In any two adsorption towers, the sum of the lengths of the respective adsorption layers is longer than the length of the adsorption zone.
検知部2は、吸着塔1と対になって配置され、吸着塔1の吸着層から排気されるUF6ガスに含まれるFPフッ化物ガス(例えば、MoF6)を検出する。検知部4は、吸着塔3と対になって配置され、吸着塔3の吸着層から排気されるUF6ガスに含まれるFPフッ化物ガス(例えば、MoF6)を検出する。検知部6は、吸着塔5と対になって配置され、吸着塔5の吸着層から排気されるUF6ガスに含まれるFPフッ化物ガス(例えば、MoF6)を検出する。検知部2,4,6には、少量の吸着材(例えば、MgF2)が封入されており、これらの検知部には、検知部の重量を測定する荷重計(図示せず)もしくは検知部の放射線量を測定する放射線検出器(図示せず)もしくはその両方が設けられている。
The
使用済核燃料のフッ化処理により生成されたUF6ガスが、ウラン精製装置22に供給される。このとき、バルブ7,8,9,10が開いており、バルブ12,13,14,15が閉じている。FPフッ化物ガス(例えば、MoF6)を含むUF6ガスは、配管16を通り、バルブ7、吸着塔1、検知部2、バルブ8、吸着塔3、検知部4、バルブ9、吸着塔5、検知部6およびバルブ10をこの順に流れる。この結果、UF6ガスが精製される。FPフッ化物ガスであるMoF6は、吸着塔1,3,5のうち最も上流に位置している吸着塔1内の吸着層を形成する吸着材の上流端部から吸着される。FPフッ化物ガスの吸着領域は、時間の経過とともに、その吸着層の下流端側に広がって行く。
The UF 6 gas generated by the fluorination treatment of the spent nuclear fuel is supplied to the
吸着塔1の吸着層を通過したFPフッ化物ガスの一部は、検知部2において、検知部2の吸着材に吸着される。この結果、FPフッ化物ガスを吸着した検知部2では、重量(または放射線量)が増加する。検知部2の重量が荷重計で測定され(または検知部2の放射線量が放射線検出器で測定され)、この測定値が、例えば、制御装置(図示せず)に入力される。制御装置は、重量の測定値を用いて検知部2の重量の増加量を算出し(または放射線量の測定値の増加量を算出し)、この重量(または放射線量)の増加量を用いて検知部2に封入された吸着材の飽和率を求める。制御装置は、さらに、検知部2の吸着材の飽和率に基づいて吸着塔1の吸着層における吸着材の飽和率を計算する。検知部2,4,6のそれぞれの吸着材の飽和率を第1飽和率と称し、吸着塔1,3,5のそれぞれの吸着層における吸着材の飽和率を第2飽和率と称する。
Part of the FP fluoride gas that has passed through the adsorption layer of the adsorption tower 1 is adsorbed by the adsorbent of the
算出された吸着塔1の第2飽和率が設定飽和率に到達したとき、制御装置は、バルブ11を開いて、バルブ7および8を閉じる。設定飽和率は、吸着塔1の吸着層内の全ての吸着材がFPフッ化物ガス(例えば、MoF6)を吸着してこのFPフッ化物ガスを吸着できない状態になったときの飽和率の値である。吸着塔1の第2飽和率が設定飽和率になる前に、吸着塔1の吸着層から排出されたUF6ガスに含まれるFPフッ化物ガス(例えば、MoF6)は、吸着塔3の吸着層で吸着される。
When the calculated second saturation rate of the adsorption tower 1 reaches the set saturation rate, the control device opens the valve 11 and closes the
そのようなバルブ制御により、吸着塔1および検知部2がUF6ガスの流れから隔離される。ウラン精製装置22に供給される、MoF6を含むUF6ガスは、配管17を通って吸着塔3、検知部4、吸着塔5および検知部6の順に流れ、精製される。吸着塔1および検知部2へのUF6ガスの供給が停止さているときに、吸着塔1の吸着層内の吸着材は新しい吸着材と交換され、検知部2内の吸着材も新しい吸着材と交換される。吸着塔1および検知部2のそれぞれから取り出された吸着材は、放射性廃棄物として処理される。
By such valve control, the adsorption tower 1 and the
吸着塔1および検知部2のそれぞれの吸着材の交換が終了した後、オペレータはそれらの吸着材の交換が終了した旨の情報を制御装置に入力する。制御装置は、入力したこの情報に基づいて、バルブ15,13を開いてバルブ10を閉じる。配管17を通って吸着塔3に供給されたUF6ガスは、配管16によって検知部4、吸着塔5および検知部6に順番に供給され、さらに、配管21を通って吸着塔1および検知部2に導かれる。検知部2から排出されたUF6ガスは、配管19を通って、バルブ10より下流で配管16に達する。UF6ガスは、このように流れて精製される。
After the replacement of the adsorbents in the adsorption tower 1 and the
FPフッ化物ガスを含むUF6ガスは、このような状態で最も上流に位置する吸着塔3に供給され、FPフッ化物ガス(例えば、MoF6)が吸着塔3の吸着層内の吸着材に吸着される。FPフッ化物ガスが吸着塔3の吸着層を通過する状態になったとき、この吸着層を通過したFPフッ化物ガスの一部は、検知部4において、検知部4の吸着材に吸着される。検知部2の場合と同様に、制御装置は、荷重計で測定された検知部4の重量(または放射線検出器で測定された検知部4の放射線量)を用いてその重量(または放射線量)の増加量を算出し、この算出された重量(または放射線量)の増加量を用いて吸着塔3の吸着層における吸着材の第2飽和率を算出する。この第2飽和率が設定飽和率に到達したとき、制御装置は、バルブ12および13を開いて、バルブ9および11を閉じる。吸着塔3の第2飽和率が設定飽和率になる前に、吸着塔3の吸着層から排出されたUF6ガスに含まれるFPフッ化物ガス(例えば、MoF6)は、吸着塔5の吸着層で吸着される。
The UF 6 gas containing the FP fluoride gas is supplied to the adsorption tower 3 located at the most upstream in such a state, and the FP fluoride gas (for example, MoF 6 ) is supplied to the adsorbent in the adsorption layer of the adsorption tower 3. Adsorbed. When the FP fluoride gas passes through the adsorption layer of the adsorption tower 3, a part of the FP fluoride gas that has passed through the adsorption layer is adsorbed by the adsorbent of the
そのようなバルブ制御により、吸着塔3および検知部4がUF6ガスの流れから隔離される。ウラン精製装置22に供給される、MoF6を含むUF6ガスは、配管18を通って吸着塔5および検知部6に供給され、さらに配管21を通って吸着塔1および検知部2に供給されて精製される。検知部2から排出されたUF6ガスは、配管19を通ってバルブ10より下流で配管16に達する。
By such valve control, the adsorption tower 3 and the
吸着塔3および検知部4へのUF6ガスの供給が停止されているときに、吸着塔3内および検知部4内のそれぞれの吸着材が新しい吸着材と交換される。吸着塔3および検知部4のそれぞれから取り出された吸着材は、放射性廃棄物として処理される。
When the supply of the UF 6 gas to the adsorption tower 3 and the
吸着塔3および検知部4のそれぞれの吸着材の交換が終了した後、制御装置は、オペレータが入力したそれらの吸着材の交換が終了した旨の情報に基づいて、バルブ8,14を開いてバルブ13を閉じる。検知部2から排出されたUF6ガスは、吸着塔3および検知部4に供給され、さらに、配管20を通って、バルブ10より下流で配管16に達する。UF6ガスは、このように流れて精製される。
After the replacement of the adsorbents in the adsorption tower 3 and the
FPフッ化物ガスを含むUF6ガスは、このような状態で最も上流に位置する吸着塔5に供給され、FPフッ化物ガス(例えば、MoF6)が吸着塔5の吸着層内の吸着材に吸着される。FPフッ化物ガスが吸着塔5の吸着層を通過する状態になったとき、この吸着層を通過したFPフッ化物ガスの一部は、検知部6において、検知部6の吸着材に吸着される。検知部2の場合と同様に、制御装置は、荷重計で測定された検知部6の重量(または放射線検出器で測定された検知部6の放射線量)を用いてその重量(または放射線量)の増加量を算出し、算出された重量(または放射線量)の増加量を用いて吸着塔5の吸着層における吸着材の第2飽和率を算出する。この第2飽和率が設定飽和率に到達したとき、制御装置は、バルブ7,14を開いて、バルブ9および15を閉じる。吸着塔5の第2飽和率が設定飽和率になる前に、吸着塔5の吸着層から排出されたUF6ガスに含まれるFPフッ化物ガス(例えば、MoF6)は、吸着塔1の吸着層で吸着される。
The UF 6 gas containing the FP fluoride gas is supplied to the
そのようなバルブ制御により、吸着塔5および検知部6がUF6ガスの流れから隔離される。ウラン精製装置22に供給される、MoF6を含むUF6ガスは配管16によって、吸着塔1、検知部2、吸着塔3および検知部4に順次供給されて、精製される。検知部4から排出されたUF6ガスは、配管14を通ってバルブ10より下流で配管16に達する。
By such valve control, the
吸着塔5および検知部6へのUF6ガスの供給が停止されているときに、吸着塔5内および検知部6内のそれぞれの吸着材が新しい吸着材と交換される。吸着塔5および検知部6のそれぞれから取り出された吸着材は、放射性廃棄物として処理される。
When the supply of the UF 6 gas to the
吸着塔5および検知部6のそれぞれの吸着材の交換が終了した後、制御装置は、オペレータが入力したそれらの吸着材の交換が終了した旨の情報に基づいて、バルブ9,10を開いてバルブ14を閉じる。検知部4から排出されたUF6ガスは、吸着塔5および検知部6に供給され、精製される。検知部6から排出されたUF6ガスは、バルブ10を通って配管16内を流れる。この状態は、最初に説明した状態である。
After the replacement of the adsorbents in the
本実施例では、吸着塔1,3,5のそれぞれの吸着層の、被処理ガス(UF6ガス)の流れ方向における長さが吸着帯の長さよりも短くなっており、吸着塔1,3,5のうちのどの2つの吸着塔をとってもそれぞれの吸着層のその長さの和は吸着帯の長さよりも長くなっているため、最上流に位置する1つの吸着塔(例えば、吸着塔1)の吸着層からFPフッ化物ガスが流出しても、このFPフッ化物ガスを、下流側でこの吸着塔の次に配置された吸着塔(例えば、吸着塔3)の吸着層で吸着することができる。このため、上流に位置する前者の吸着塔の吸着層内の全ての吸着材が、FPフッ化物ガス(例えば、MoF6)を吸着できなくなるまで、FPフッ化物ガスを吸着することができるので、新しい吸着材と交換される際に、この吸着塔から取り出された吸着材は、FPフッ化物ガスの吸着が未飽和である吸着材をほとんど含んでいない。したがって、ウラン精製装置22から廃棄される放射性廃棄物となる吸着材の量を低減することができる。
In this embodiment, the length of each adsorption layer of the adsorption towers 1, 3 and 5 in the flow direction of the gas to be treated (UF 6 gas) is shorter than the length of the adsorption zone. , 5, the sum of the lengths of the respective adsorption layers is longer than the length of the adsorption zone, so that one adsorption tower (for example, adsorption tower 1) located in the uppermost stream is taken. ) Even if the FP fluoride gas flows out of the adsorption layer, the FP fluoride gas is adsorbed on the adsorption layer of the adsorption tower (for example, the adsorption tower 3) disposed downstream of the adsorption tower on the downstream side. Can do. For this reason, FP fluoride gas can be adsorbed until all adsorbents in the adsorption layer of the former adsorption tower located upstream cannot adsorb FP fluoride gas (for example, MoF 6 ). When the adsorbent is replaced with a new adsorbent, the adsorbent taken out from the adsorption tower contains almost no adsorbent in which FP fluoride gas adsorption is unsaturated. Accordingly, it is possible to reduce the amount of the adsorbent that becomes the radioactive waste discarded from the
さらに、本実施例では、吸着塔1,3,5のそれぞれの吸着層の、被処理ガス(UF6ガス)の流れ方向における長さが吸着帯の長さよりも短くなっているため、特開2010−214285号公報に記載されたガス処理方法に用いられる吸着塔の吸着層の被処理ガスの流れ方向における長さよりも短くすることができる。したがって、本実施例で用いられるウラン精製装置22の容積は、特開2010−214285号公報に記載されたガス処理方法をウラン精製に適用した場合における設備容量よりも小さくすることができる。
Furthermore, in this embodiment, the length of each adsorption layer of the adsorption towers 1, 3, and 5 in the flow direction of the gas to be treated (UF 6 gas) is shorter than the length of the adsorption zone. It can be made shorter than the length in the flow direction of the gas to be treated of the adsorption layer of the adsorption tower used in the gas treatment method described in 2010-214285. Therefore, the volume of the
本実施例では、バルブ11を設けた配管17、バルブ12を設けた配管18、バルブ13を設けた配管19、バルブ14を設けた配管20、およびバルブ15を設けた配管21を、図1に示すように配管16にそれぞれ接続しているので、吸着塔1および検知部2、吸着塔3および検知部4、および吸着塔5および検知部6のどの対を、吸着材の交換のために配管16から切り離しても、残りの2対でウランの精製を行うことができるので、吸着材を交換している場合でもウラン精製装置22はウランの精製を連続して行うことができる。
In this embodiment, a
本実施例では、UF6ガスの流れ方向における最上流に位置している吸着塔の吸着材の飽和率を検出するだけでよく、この吸着塔よりも下流に位置している吸着塔(特に、最下流に位置している吸着塔)の出口で吸着層の破過を検出するよりも検出すべきガス分圧が高くなるため、吸着層の破過の検出が容易になる。 In this embodiment, it is only necessary to detect the saturation rate of the adsorbent of the adsorption tower located at the uppermost stream in the flow direction of the UF 6 gas, and the adsorption tower (in particular, Since the gas partial pressure to be detected is higher than when the breakthrough of the adsorption layer is detected at the outlet of the adsorption tower located on the most downstream side, the breakthrough of the adsorption layer is easily detected.
本実施例では、ウラン精製装置22は吸着塔および検知部をそれぞれ3基設けて構成されているが、1対の吸着塔および検知部における吸着材の交換が、すぐ後段の吸着塔からFPフッ化物ガスが流出する前に終えることができるのであれば、吸着塔および検知部をそれぞれ3基ではなく、吸着塔および検知部を2基ずつ設けてウラン精製装置22を構成してもよい。
In this embodiment, the
本実施例における上記の説明では、吸着塔1,3,5および検知部2,4,6のそれぞれに同じ種類の吸着材であるMgF2を用いて、FPフッ化物ガスであるMoF6を吸着除去することについて述べた。MgF2は、特開2006−46967号項に記載されているように、MoF6以外に、UF6ガスに含まれるNbF6,TcF6,RuF5,SbF5,NpF6を吸着することができる。
In the above description of the present embodiment, MoF 6 that is an FP fluoride gas is adsorbed using MgF 2 that is the same type of adsorbent for each of the adsorption towers 1, 3, 5 and the
このような構成では、前段の吸着塔1,3,5において前述したようにUF6ガスに含まれるNbF6,MoF6,TcF6,RuF5,SbF5,NpF6が吸着され、後段の吸着塔1,3,5においても同様にUF6ガスに含まれるPuF6およびCsFが吸着される。このようなウラン精製では、UF6ガスに含まれる大部分のFPフッ化物ガスを除去することができる。
In such a configuration, NbF 6 , MoF 6 , TcF 6 , RuF 5 , SbF 5 , and NpF 6 contained in the UF 6 gas are adsorbed in the
本発明の他の実施例である実施例2のウランの精製方法を説明する。本実施例のウランの精製方法においても、実施例1で用いられた図1に示すウラン精製装置22が用いられる。
The uranium purification method of Example 2 which is another example of the present invention will be described. In the uranium purification method of the present embodiment, the
図3に示されるように、吸着塔の吸着層内の吸着材の飽和率は、吸着層の上流端部よりも吸着層の下流端部で低くなる。このため、吸着塔の吸着層における下流端部に存在する吸着材の飽和率がある値(第2設定飽和率という)になったとき、吸着塔、UF6ガスを導く配管から取り外して吸着塔のUF6ガスの入口と出口を逆にして、すなわち、取り外す前における吸着塔のUF6ガスの入口が出口になり、取り外す前における吸着塔のUF6ガスの出口が入口になるように、その配管に接続する。これにより、飽和率が低かった吸着層の下流端部が吸着層の上流端部になるため、この上流端部でFPフッ化物ガスをさらに吸着することができる。上記の第2設定飽和率は、実施例1で述べた設定飽和率(第1設定飽和率という)よりも小さい値である。 As shown in FIG. 3, the saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the adsorption tower is lower at the downstream end of the adsorption layer than at the upstream end of the adsorption layer. For this reason, when the saturation rate of the adsorbent existing at the downstream end of the adsorption layer of the adsorption tower reaches a certain value (referred to as the second preset saturation ratio), the adsorption tower is removed from the pipe for introducing the UF 6 gas. The UF 6 gas inlet and outlet of the adsorption tower are reversed, that is, the UF 6 gas inlet of the adsorption tower before removal becomes the outlet, and the UF 6 gas outlet of the adsorption tower before removal becomes the inlet. Connect to piping. Thereby, since the downstream end part of the adsorption layer having a low saturation rate becomes the upstream end part of the adsorption layer, the FP fluoride gas can be further adsorbed at the upstream end part. The second set saturation rate is a value smaller than the set saturation rate described in the first embodiment (referred to as the first set saturation rate).
上記したように、吸着塔の出入り口を逆にして配管に接続することによって、吸着層の、FPフッ化物の吸着が未飽和であった部分を、吸着層の上流端部に配置することができ、吸着層からFPフッ化物ガスが排出されない状態で、その未飽和であった部分を利用してFPフッ化物ガスを吸着することができる。このため、吸着塔の飽和率を高くすることができる。特に、吸着塔に充填したMgF2にMoF6を吸着させる場合には、MgF2に一度吸着したMoF6はMgF2から脱離が起こりにくいため、MgF2を充填した吸着層を有する吸着塔では、出入り口を逆にしたとしても、元々、吸着層の上流端部で吸着されていたMoF6が、吸着層から脱離する量は少ない。 As described above, by connecting the adsorption tower with the inlet / outlet connected to the pipe, the portion of the adsorption layer where the adsorption of the FP fluoride is not saturated can be arranged at the upstream end of the adsorption layer. In the state where the FP fluoride gas is not discharged from the adsorption layer, the FP fluoride gas can be adsorbed by utilizing the unsaturated portion. For this reason, the saturation rate of the adsorption tower can be increased. In particular, when the adsorbing MoF 6 to MgF 2 filled in the adsorption tower, since the MoF 6 was once adsorbed to the MgF 2 is difficult desorption occur from MgF 2, the adsorption column having an adsorption layer filled with MgF 2 Even if the entrance / exit is reversed, the amount of MoF 6 that was originally adsorbed at the upstream end of the adsorption layer is desorbed from the adsorption layer is small.
本実施例のウランの精製方法を詳細に説明する。吸着塔1,3,5のそれぞれの吸着層には、同じ種類の吸着材であるMgF2が充填されている。検知部2,4,6にもMgF2が封入されている。
The method for purifying uranium in this example will be described in detail. Each adsorption layer of the adsorption towers 1, 3 and 5 is filled with MgF 2 which is the same kind of adsorbent. MgF 2 is also enclosed in the
使用済核燃料のフッ化処理により生成されたUF6ガスが、ウラン精製装置22に供給される。このとき、バルブ7,8,9,10が開いており、バルブ12,13,14,15が閉じている。FPフッ化物ガス(例えば、MoF6)を含むUF6ガスは、配管16を通り、バルブ7、吸着塔1、検知部2、バルブ8、吸着塔3、検知部4、バルブ9、吸着塔5、検知部6およびバルブ10をこの順に流れている。MoF6が吸着塔1内の吸着材であるMgF2に吸着される。この状態で、制御装置は、荷重計で測定された検知部2の重量(または放射線検出器で測定された検知部2の放射線量)を用いてその重量(または放射線量)の増加量を算出し、算出された重量(または放射線量)の増加量を用いて吸着塔1の吸着層における吸着材の第2飽和率を算出する。この第2飽和率が第2設定飽和率(例えば、10%)に到達したとき、制御装置は、バルブ11を開いて、バルブ7および8を閉じる。UF6ガスの吸着塔1への供給が停止され、UF6ガスが配管17を通って吸着塔3に供給される。
The UF 6 gas generated by the fluorination treatment of the spent nuclear fuel is supplied to the
吸着塔1および検知部2は、バルブ7,8が閉じられて配管16内のUF6ガスの流れから隔離される。この状態で、吸着塔1が、いったん、配管16から取り外され、前述したように、吸着塔1のUF6ガスの入口とUF6ガスの出口が逆になるようにして、再び、配管16に接続される。この接続により、取り外す前まで吸着塔1のUF6ガスの入口であった部分が、再接続後にUF6ガスの出口になり、取り外す前まで吸着塔1のUF6ガスの出口であった部分が、再接続後にUF6ガスの入口になる。このとき、検知部2に封入されていた吸着材も新品の吸着材に交換される。
The adsorption tower 1 and the
吸着塔1の再接続および検知部2内の吸着材の交換が終了した後、制御装置は、オペレータが入力したその再接続および吸着材の交換が終了した旨の情報に基づいて、バルブ7,8を開いてバルブ11を閉じる。UF6ガスは、再び、吸着塔1に供給される。吸着塔1の再接続後において、吸着塔1の吸着層は、上流端部に、FPフッ化物の吸着が未飽和である吸着材を有している。このため、UF6ガスに含まれるFPフッ化物ガスであるMoF6を、吸着塔1の吸着層の上流端部側に存在する、FPフッ化物の吸着が未飽和である吸着材(MgF2)で吸着することができる。UF6ガスは、吸着塔1、検知部2、吸着塔3、検知部4、吸着塔5および検知部6の順に流れ、精製される。
After the reconnection of the adsorption tower 1 and the replacement of the adsorbent in the
荷重計で測定された検知部2の重量(または放射線検出器で測定された検知部2の放射線量)に基づいて算出した吸着塔1の吸着層における吸着材の第2飽和率が第1設定飽和率になったとき、制御装置は、実施例1と同様に、バルブ11を開いてバルブ7,8を閉じる。UF6ガスは配管17を通して吸着塔3に供給される。吸着塔1および検知部2がUF6ガスの流れから隔離され、吸着塔1の吸着層および検知部2内の吸着材が新しい吸着材(MgF2)と交換される。これらの吸着材が交換された後、制御装置がバルブ13,15を開いてバルブ10を閉じる。UF6ガスが、吸着塔3、検知部4、吸着塔5、検知部6、吸着塔1および検知部2の順に流れ、精製される。
The second saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the adsorption tower 1 calculated based on the weight of the
制御装置は、荷重計で測定された検知部4の重量(または放射線検出器で測定された検知部4の放射線量)に基づいて吸着塔3の吸着層における吸着材の第2飽和率を算出する。この第2飽和率が第2設定飽和率に到達したとき、制御装置は、バルブ12,13を開いて、バルブ9,11を閉じる。UF6ガスの吸着塔3への供給が停止され、UF6ガスが配管18を通って吸着塔5に供給される。
The control device calculates the second saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the adsorption tower 3 based on the weight of the
UF6ガスの供給が停止された吸着塔3が配管16から取り外され、前述の吸着塔1と同様に、吸着塔3のUF6ガスの入口とUF6ガスの出口が逆になるようにして、再び、配管16に接続される。この接続により、取り外す前まで吸着塔3のUF6ガスの入口であった部分が、再接続後にUF6ガスの出口になり、取り外す前まで吸着塔3のUF6ガスの出口であった部分が、再接続後にUF6ガスの入口になる。このとき、検知部4に封入されていた吸着材も新品の吸着材に交換される。
The adsorption tower 3 in which the supply of UF 6 gas is stopped is removed from the
吸着塔3の再接続および検知部4内の吸着材の交換が終了した後、制御装置がバルブ9,11を開いてバルブ12,13を閉じる。UF6ガスは、再び、吸着塔3に供給される。吸着塔3の再接続後において、UF6ガスに含まれるFPフッ化物ガスであるMoF6を、吸着塔3の吸着層の上流端部側に存在する、FPフッ化物の吸着が未飽和である吸着材(MgF2)で吸着することができる。UF6ガスは、吸着塔3、検知部4、吸着塔5、検知部6、吸着塔1および検知部2の順に流れ、精製される。
After the reconnection of the adsorption tower 3 and the replacement of the adsorbent in the
吸着塔3の吸着層における吸着材の第2飽和率が第1設定飽和率になったとき、制御装置は、実施例1と同様に、バルブ12,13を開いてバルブ9,11を閉じる。UF6ガスは配管18を通して吸着塔5に供給される。吸着塔3および検知部4がUF6ガスの流れから隔離され、吸着塔3の吸着層および検知部4内の吸着材が新しい吸着材(MgF2)と交換される。これらの吸着材が交換された後、制御装置がバルブ8,14を開いてバルブ13を閉じる。UF6ガスが、吸着塔5、検知部6、吸着塔1、検知部2、吸着塔3および検知部4の順に流れ、精製される。
When the second saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the adsorption tower 3 reaches the first set saturation rate, the control device opens the valves 12 and 13 and closes the valves 9 and 11 as in the first embodiment. The UF 6 gas is supplied to the
その後、制御装置は、吸着塔5の吸着層における吸着材の第2飽和率が第2設定飽和率に到達したとき、バルブ7を開いて、バルブ12,15を閉じる。UF6ガスの吸着塔5への供給が停止され、UF6ガスが配管16を通って吸着塔1に供給される。UF6ガスの供給が停止された吸着塔5が配管16から取り外され、前述の吸着塔1と同様に、吸着塔5のUF6ガスの入口とUF6ガスの出口が逆になるようにして、再び、配管16に接続される。この接続により、取り外す前まで吸着塔5のUF6ガスの入口であった部分が、再接続後にUF6ガスの出口になり、取り外す前まで吸着塔3のUF6ガスの出口であった部分が、再接続後にUF6ガスの入口になる。このとき、検知部6に封入されていた吸着材も新品の吸着材に交換される。
Thereafter, when the second saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the
吸着塔5の再接続および検知部6内の吸着材の交換が終了した後、制御装置がバルブ12,15を開いてバルブ7を閉じる。UF6ガスは、再び、吸着塔5に供給される。吸着塔5の再接続後において、UF6ガスに含まれるFPフッ化物ガスであるMoF6を、吸着塔5の吸着層の上流端部側に存在する、FPフッ化物の吸着が未飽和である吸着材(MgF2)で吸着することができる。UF6ガスは、吸着塔5、検知部6、吸着塔1、検知部2、吸着塔3および検知部4の順に流れ、精製される。
After the reconnection of the
吸着塔5の吸着層における吸着材の第2飽和率が第1設定飽和率になったとき、制御装置は、実施例1と同様に、バルブ7,14を開いてバルブ9,15を閉じる。UF6ガスは配管16を通して吸着塔1に供給される。吸着塔5および検知部6がUF6ガスの流れから隔離され、吸着塔5の吸着層および検知部6内の吸着材が新しい吸着材(MgF2)と交換される。これらの吸着材が交換された後、制御装置がバルブ9,10を開いてバルブ14を閉じる。UF6ガスが、吸着塔1、検知部2、吸着塔3、検知部4、吸着塔5および検知部6の順に流れ、精製される。
When the second saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the
本実施例は、実施例1で生じる各効果を得ることができる。 In the present embodiment, each effect produced in the first embodiment can be obtained.
本発明の他の実施例である実施例3のウランの精製方法を、図4を用いて説明する。本実施例のウランの精製方法では、図4に示すウラン精製装置22Aが用いられる。
A method for purifying uranium according to Example 3, which is another example of the present invention, will be described with reference to FIG. In the uranium purification method of this embodiment, a
ウラン精製装置22Aの構成を、図4を用いて説明する。ウラン精製装置22Aは、吸着塔23,24,25,26、検知部72,73,74,75、及び環状配管27を有する。バルブ30、吸着塔23、バルブ31、検知部72、バルブ40、吸着塔24、バルブ41、検知部73、バルブ46、吸着塔25、バルブ47、検知部74、バルブ52、吸着塔26、バルブ71および検知部75が、UF6ガスの流れ方向(図4では反時計回りの方向)において、この順序で環状配管27に設けられる。
The configuration of the
吸着塔23,24,25,26のそれぞれの吸着層に充填された吸着材は、同じ種類であり、MgF2を用いている。検知部72,73,74,75にもMgF2が封入されている。各検知部に封入されるMgF2の量は、各吸着塔の吸着層に充填されるMgF2の量よりも少ない。
The adsorbents filled in the adsorption layers of the adsorption towers 23, 24, 25, and 26 are of the same type and use MgF 2 . The
吸着塔23,24,25,26のそれぞれの吸着層の、被処理ガス(UF6ガス)の流れ方向における長さは、吸着帯の長さよりも短くなっており、吸着塔23,24,25,26のうちのどの2つの吸着塔をとってもそれぞれの吸着層のその長さの和は吸着帯の長さよりも長くなっている。各検知部には、検知部の重量を測定する荷重計(図示せず)(または検知部の放射線量を測定する放射線検出器)が設けられている。 The length of each adsorption layer of the adsorption towers 23, 24, 25, 26 in the flow direction of the gas to be treated (UF 6 gas) is shorter than the length of the adsorption zone, and the adsorption towers 23, 24, 25 , 26, the sum of the lengths of the respective adsorption layers is longer than the length of the adsorption zone. Each detector is provided with a load meter (not shown) that measures the weight of the detector (or a radiation detector that measures the radiation dose of the detector).
バルブ28を設けた配管29が、バルブ30及び吸着塔23をバイパスして環状配管27に接続される。バルブ38を設けた配管39が、吸着塔23およびバルブ31をバイパスして環状配管27に接続される。バルブ42を設けた配管43が、バルブ40及び吸着塔24をバイパスして環状配管27に接続される。バルブ44を設けた配管45が、吸着塔24およびバルブ41をバイパスして環状配管27に接続される。バルブ48を設けた配管49が、バルブ46及び吸着塔25をバイパスして環状配管27に接続される。バルブ50を設けた配管51が、吸着塔25およびバルブ47をバイパスして環状配管27に接続される。バルブ53を設けた配管54が、バルブ52及び吸着塔26をバイパスして環状配管27に接続される。バルブ55を設けた配管56が、吸着塔26およびバルブ71をバイパスして環状配管27に接続される。
A
バルブ76を設けたUF6ガス供給管57およびバルブ80を設けたUF6ガス排出管61が、バルブ30より上流側での環状配管27と配管29の接続点と検知部75との間で、環状配管27に接続される。バルブ77を設けたUF6ガス供給管58およびバルブ81を設けたUF6ガス排出管62が、バルブ40より上流側での環状配管27と配管43の接続点と検知部72との間で、環状配管27に接続される。バルブ78を設けたUF6ガス供給管59およびバルブ82を設けたUF6ガス排出管63が、バルブ46より上流側での環状配管27と配管49の接続点と検知部73との間で、環状配管27に接続される。バルブ79を設けたUF6ガス供給管60およびバルブ83を設けたUF6ガス排出管64が、バルブ52より上流側での環状配管27と配管54の接続点と検知部74との間で、環状配管27に接続される。
The UF 6 gas supply pipe 57 provided with the
UF6ガス供給管57,58,59,60は、バルブ76,77,78,79よりも上流で1本のUF6ガス供給管(図示せず)に接続されている。UF6ガス排出管61,62,63,64は、バルブ80,81,82,83よりも下流で1本のUF6ガス排出管(図示せず)に接続されている。
The UF 6
ウラン精製装置22Aを用いた本実施例のウランの精製方法を、具体的に説明する。
The uranium purification method of the present embodiment using the
例えば、バルブ76を開いて、UF6ガスをUF6ガス供給管57より環状配管27に供給する。このとき、バルブ30,31,40,41,46,47,83が開いており、図4に示された残りのバルブは全て閉じている。環状配管27に供給されたUF6ガスは、環状配管27によって、吸着塔23、検知部72、吸着塔24、検知部73、吸着塔25および検知部74へと順次導かれる。検知部74から排出されたUF6ガスは、環状配管27からUF6ガス排出管64に排出される。各バルブの開閉は、制御装置(図示せず)によって行われる。
For example, by opening the
この状態で最上流に位置している吸着塔23の吸着層内の吸着材が、UF6ガスに含まれるFPフッ化物ガス(例えば、MoF6)を吸着し、UF6ガスからFPフッ化物ガスを除去する。制御装置は、荷重計で測定された検知部72の重量(または放射線検出器で測定された検知部72の放射線量)を用いてその重量(または放射線量)の増加量を算出し、算出された重量(または放射線量)の増加量を用いて吸着塔23の吸着層における吸着材の第2飽和率を算出する。この第2飽和率が第2設定飽和率に到達したとき、制御装置は、バルブ28,38を開いて、バルブ30,31を閉じる。
Adsorbent of the adsorption layer of the
このようなバルブの開閉操作により、バルブ30を通しての吸着塔23へのUF6ガスの供給が停止され、UF6ガスは配管29を通って吸着塔23に供給される。吸着塔23から排気されたUF6ガスは配管39を通って検知部72へと導かれる。結果的に、吸着塔23の吸着層内では、バルブ30からバルブ31に向かって流れていたUF6ガスの流れが、バルブ28からバルブ38に向かう逆方向のUF6ガスの流れになる。バルブ28,38を開いて、バルブ30,31を閉じるバルブの開閉操作は、実質的に、実施例2において配管16から取り外された吸着塔のUF6ガスの入口とUF6ガスの出口が逆になるようにして、再び、配管16に接続していることと同じことを吸着塔23に対して行っていることになる。
By such valve opening / closing operation, the supply of the UF 6 gas to the
バルブ30を通しての吸着塔23へのUF6ガスの供給を停止するとき、吸着塔23の吸着層内では、バルブ30側の端部に存在する吸着材はFPフッ化物の吸着が飽和状態であり、バルブ31側の端部に存在する吸着材はFPフッ化物の吸着が未飽和の状態にある。上記したようにバルブ28,38を開いてバルブ30,31を閉じることによって、UF6ガスは、FPフッ化物の吸着が未飽和の状態にある吸着材が存在する端部から、吸着塔23の吸着層内に供給される。このため、配管39にFPフッ化物ガスが流出しない状態で、UF6ガスに含まれるFPフッ化物ガスが、その吸着層内の、FPフッ化物の吸着が未飽和の状態にある吸着材によって吸着される。すなわち、吸着塔23の吸着層内の吸着材を、FPフッ化物ガスの吸着に有効に利用することができる。
When the supply of UF 6 gas to the
荷重計で測定された検知部72の重量(または放射線検出器で測定された検知部72の放射線量)に基づいて算出した、吸着塔23の吸着層内における吸着材の第2飽和率が、第1設定飽和率に到達したとき、制御装置は、バルブ28,38,76,79を閉じて、バルブ77,52,71,80を開く。
The second saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the
吸着塔23及び検知部72へのUF6ガスの供給が停止され、UF6ガスがUF6ガス供給管58より環状配管27に供給される。このUF6ガスは、環状配管27によって、吸着塔24、検知部73、吸着塔25、検知部74、吸着塔26および検知部75へと順次導かれ、さらにUF6ガス排出管61に排出される。このようなUF6ガスの流れによって、最上流に位置している吸着塔24の吸着層内の吸着材が、UF6ガスに含まれるFPフッ化物ガス(例えば、MoF6)を最も吸着し、ウランが精製される。吸着塔24の吸着層内では、UF6ガスがバルブ40からバルブ41に向かって流れている。
The supply of the UF 6 gas to the
UF6ガスの供給が停止された吸着塔23では、吸着層内の吸着材が新しい吸着材と交換される。検知部72においても吸着材が新しい吸着材と交換される。吸着材の交換時において吸着塔23及び検知部72のそれぞれから取り出された吸着材は、放射性廃棄物として処理される。
In the
荷重計で測定された検知部73の重量(または放射線検出器で測定された検知部73の放射線量)に基づいて算出した、吸着塔24の吸着層内における吸着材の第2飽和率が第2設定飽和率に到達したとき、制御装置はバルブ42,44を開いて、バルブ40,41を閉じる。このようなバルブの開閉操作により、前述の吸着塔23と同様に、FPフッ化物ガスを含むUF6ガスが配管43から吸着塔24に供給され、吸着塔24から排出されたUF6ガスは配管45を通って検知部73へと導かれる。
The second saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the
検知部73の測定された重量(または放射線量)に基づいて算出した、吸着塔24の吸着層内における吸着材の第2飽和率が第1設定飽和率に到達したとき、制御装置は、バルブ42,44,77,80を閉じて、バルブ78,30,31,81を開く。
When the second saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the
吸着塔24及び検知部73へのUF6ガスの供給が停止され、UF6ガスがUF6ガス供給管59より環状配管27に供給される。このUF6ガスは、環状配管27によって、吸着塔25、検知部74、吸着塔26、検知部75、吸着塔23および検知部72へと順次導かれ、さらにUF6ガス排出管62に排出される。このようなUF6ガスの流れによって、最上流に位置している吸着塔25の吸着層内の吸着材が、UF6ガスに含まれるFPフッ化物ガス(例えば、MoF6)を最も吸着し、ウランが精製される。吸着塔25の吸着層内では、UF6ガスがバルブ46からバルブ47に向かって流れている。
The supply of the UF 6 gas to the
UF6ガスの供給が停止された吸着塔24及び検知部73では、内部の吸着材が新しい吸着材と交換される。この吸着材の交換時において吸着塔24及び検知部73のそれぞれから取り出された吸着材は、放射性廃棄物として処理される。
In the
検知部74の測定された重量(または放射線量)に基づいて算出した、吸着塔25の吸着層内における吸着材の第2飽和率が第2設定飽和率に到達したとき、制御装置はバルブ48,50を開いて、バルブ46,47を閉じる。このようなバルブの開閉操作により、FPフッ化物ガスを含むUF6ガスが配管49から吸着塔25に供給され、吸着塔25から排出されたUF6ガスは配管50を通って検知部74へと導かれる。
When the second saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the
検知部74の測定された重量(または放射線量)に基づいて算出した、吸着塔25の吸着層内における吸着材の第2飽和率が第1設定飽和率に到達したとき、制御装置は、バルブ48,50,78,81を閉じて、バルブ79,40,41,82を開く。
When the second saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the
吸着塔25及び検知部74へのUF6ガスの供給が停止され、UF6ガスがUF6ガス供給管60より環状配管27に供給される。このUF6ガスは、環状配管27によって、吸着塔26、検知部75、吸着塔23、検知部72、吸着塔24および検知部73へと順次導かれ、さらにUF6ガス排出管63に排出される。このようなUF6ガスの流れによって、最上流に位置している吸着塔26の吸着層内の吸着材が、UF6ガスに含まれるFPフッ化物ガス(例えば、MoF6)を最も吸着し、ウランが精製される。吸着塔26の吸着層内では、UF6ガスがバルブ52からバルブ71に向かって流れている。吸着塔24及び検知部73では、内部の吸着材が新しい吸着材と交換される。
The supply of the UF 6 gas to the
検知部75の測定された重量(または放射線量)に基づいて算出した、吸着塔26の吸着層内における吸着材の第2飽和率が第2設定飽和率に到達したとき、制御装置はバルブ53,55を開いて、バルブ52,71を閉じる。その後、検知部75の測定された重量(または放射線量)に基づいて算出した、吸着塔26の吸着層内における吸着材の第2飽和率が第1設定飽和率に到達したとき、制御装置は、バルブ53,55,79,82を閉じて、バルブ76,46,47,83を開く。
When the second saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the
本実施例は、実施例2で生じる各効果を得ることができる。 In the present embodiment, each effect produced in the second embodiment can be obtained.
本発明の他の実施例である実施例4のウランの精製方法を、図5を用いて説明する。本実施例のウランの精製方法では、図5に示すウラン精製装置22Bが用いられる。 The uranium purification method of Example 4 which is another example of the present invention will be described with reference to FIG. In the uranium purification method of this embodiment, a uranium purification apparatus 22B shown in FIG. 5 is used.
ウラン精製装置22Bは、吸着塔(固定床式吸着塔)65及び流動床式吸着塔66を有する。吸着塔65は内部にFPフッ化物ガス(例えば、MoF6)を吸着する吸着材(例えば、MgF2)を充填した吸着層を有している。流動床式吸着塔66内にも、FPフッ化物ガス(例えば、MoF6)を吸着する吸着材(例えば、MgF2)を充填した吸着層67が形成されている。UF6ガス供給管68が流動床式吸着塔66の底部に接続される。配管69が流動床式吸着塔66と吸着塔65を接続する。UF6ガス排出管70が吸着塔65に接続される。吸着塔65及び流動床式吸着塔66は同じ種類の吸着材(例えば、MgF2)を充填する。吸着材の充填量は、吸着塔65よりも流動床式吸着塔66で多くなっている。
The uranium refining device 22B includes an adsorption tower (fixed bed type adsorption tower) 65 and a fluidized bed type adsorption tower 66. The
ウラン精製装置22Bを用いた本実施例のウランの精製方法を説明する。 The uranium purification method of the present embodiment using the uranium purification apparatus 22B will be described.
FPフッ化物ガスを含むUF6ガスがUF6ガス供給管68を通して流動床式吸着塔66に供給される。このUF6ガスに含まれたFPフッ化物ガスが吸着層67内の吸着材に吸着される。流動床式吸着塔66内では、吸着層67内の吸着材が常に攪拌されている。このため、流動床式吸着塔66内では、図3に示されるような吸着塔内における吸着材の飽和率の分布はできず、吸着材の飽和率が常に均一になる。従って、本実施例では、実施例1および2のように、吸着塔のUF6ガスの入口とUF6ガスの出口を逆にするための操作が不要になる。流動床式吸着塔66を通過したUF6ガスは、吸着塔65に供給される。本実施例では、このようにして、ウランが精製される。
UF 6 gas containing FP fluoride gas is supplied to the fluidized bed type adsorption tower 66 through the UF 6 gas supply pipe 68. The FP fluoride gas contained in the UF 6 gas is adsorbed by the adsorbent in the adsorption layer 67. In the fluidized bed type adsorption tower 66, the adsorbent in the adsorption layer 67 is always stirred. Therefore, in the fluidized bed type adsorption tower 66, the distribution of the saturation rate of the adsorbent in the adsorption tower as shown in FIG. 3 cannot be achieved, and the saturation rate of the adsorbent is always uniform. Therefore, in this embodiment, as in the first and second embodiments, an operation for reversing the inlet of the UF 6 gas and the outlet of the UF 6 gas in the adsorption tower becomes unnecessary. The UF 6 gas that has passed through the fluidized bed type adsorption tower 66 is supplied to the
本実施例において、流動床式吸着塔66内の吸着材の飽和率が第1飽和率に到達したとき、流動床式吸着塔66の吸着層67内の吸着材が交換される。この吸着材の交換時において、流動床式吸着塔66内の吸着材が外部に取り出され、吸着塔65内に存在する全ての吸着材が流動床式吸着塔66内に投入される。吸着塔65内に存在する吸着材を流動床式吸着塔66内に投入する理由は、UF6ガス供給管68内を流れるUF6ガスに含まれたFPフッ化物ガスの大部分が流動床式吸着塔66内の吸着材に吸着され、FPフッ化物ガスが吸着塔65内の吸着材にあまり吸着されないため、吸着塔65内には、FPフッ化物の吸着が未飽和状態である吸着材が多量に存在するからである。
In the present embodiment, when the saturation rate of the adsorbent in the fluidized bed type adsorption tower 66 reaches the first saturation rate, the adsorbent in the adsorption layer 67 of the fluidized bed type adsorption tower 66 is replaced. During the replacement of the adsorbent, the adsorbent in the fluidized bed type adsorption tower 66 is taken out to the outside, and all the adsorbent present in the
吸着塔65からの吸着材の投入だけでは流動床式吸着塔66内の吸着材の必要量を賄えないので、流動床式吸着塔66内に充填すべき吸着材の量と吸着塔65から投入される吸着材の量の差分の量だけ、新しい吸着材を流動床式吸着塔66内に投入する。
The amount of adsorbent to be filled in the fluidized bed type adsorption tower 66 and the amount of the adsorbent to be filled in the fluidized bed type adsorption tower 66 cannot be covered simply by charging the adsorbent from the
本実施例によれば、吸着材を充填した流動床式吸着塔66でウランの精製を行うので、流動床式吸着塔66における吸着材の飽和率を均一にできる。このため、実施例1および2のように吸着塔の吸着層内でのガスの流れ方向を変更する必要がなく、飽和率が高い状態の吸着材を廃棄することができる。したがって、ウラン精製工程から発生する放射性廃棄物となる吸着材の量を低減することができる。さらに、本実施例は、吸着材を充填した流動床式吸着塔66を用いているので、設備容量を小さくすることができる。 According to the present embodiment, since uranium is purified in the fluidized bed type adsorption tower 66 filled with the adsorbent, the saturation rate of the adsorbent in the fluidized bed type adsorption tower 66 can be made uniform. For this reason, it is not necessary to change the gas flow direction in the adsorption layer of the adsorption tower as in the first and second embodiments, and the adsorbent having a high saturation rate can be discarded. Therefore, it is possible to reduce the amount of adsorbent that becomes radioactive waste generated from the uranium refining process. Furthermore, since the present embodiment uses the fluidized bed type adsorption tower 66 filled with the adsorbent, the equipment capacity can be reduced.
流動床式吸着塔66内の吸着材の飽和率が第1飽和率に到達したときに、流動床式吸着塔66内での吸着材によるFPフッ化物ガスの吸着を継続させるために、上記したような流動床式吸着塔66内の吸着材の交換ではなく、以下の方法を採用することも可能である。すなわち、流動床式吸着塔66内の吸着材の飽和率が第1飽和率に到達したときに、流動床式吸着塔66内の吸着層67に存在する吸着材のうち、吸着塔65内に存在する吸着材の量と等しい量の吸着材を、流動床式吸着塔66から取り出す。その後、吸着塔65内に存在する全ての吸着材を流動床式吸着塔66に供給する。吸着塔65から流動床式吸着塔66に供給された吸着材と取り出されずに流動床式吸着塔66内に残っていた吸着材が、流動床式吸着塔66内で撹拌されて混合される。吸着塔66の吸着層に新しい吸着材が必要量充填される。
In order to continue the adsorption of the FP fluoride gas by the adsorbent in the fluidized bed type adsorption tower 66 when the saturation rate of the adsorbent in the fluidized bed type adsorption tower 66 reaches the first saturation rate, the above-mentioned is performed. Instead of exchanging the adsorbent in the fluidized bed type adsorption tower 66 as described above, the following method may be employed. That is, when the saturation rate of the adsorbent in the fluidized bed type adsorption tower 66 reaches the first saturation rate, among the adsorbents present in the adsorption layer 67 in the fluidized bed type adsorption tower 66, An amount of adsorbent equal to the amount of adsorbent present is removed from the fluid bed adsorber tower 66. Thereafter, all the adsorbent present in the
吸着塔65から流動床式吸着塔66への吸着材の供給によって、流動床式吸着塔26内に存在する吸着材の平均飽和率を低下させることができる。このため、UF6ガス供給管68により流動床式吸着塔66に供給されたUF6ガスに含まれるFPフッ化物ガスを、流動床式吸着塔26内に存在する吸着材に吸着させることができる。
By supplying the adsorbent from the
1,3,5,23,24,25,26,65…吸着塔、2,4,6,72,73,74,75…検知部、7〜15,28,30,31,38,40〜42,44,46〜48,50,52,53,55,71,76〜83…バルブ、22,22A,22B…ウラン精製装置、66…流動床式吸着塔。 1, 3, 5, 23, 24, 25, 26, 65 ... adsorption tower, 2, 4, 6, 72, 73, 74, 75 ... detection unit, 7 to 15, 28, 30, 31, 38, 40 to 42, 44, 46 to 48, 50, 52, 53, 55, 71, 76 to 83 ... valves, 22, 22A, 22B ... uranium purifier, 66 ... fluidized bed type adsorption tower.
Claims (14)
それぞれの前記吸着塔の前記吸着層の、供給されるウランガスの流れ方向における長さが、吸着帯の長さよりも短くなっており、前記複数の吸着塔のうちどの2つの吸着塔においても前記2つの吸着塔のそれぞれの前記吸着層のその長さの和が、前記吸着帯の長さよりも長くなっていることを特徴とするウラン精製装置。 It has an adsorption layer filled with the same kind of adsorbent, and has a plurality of adsorption towers connected in series,
The length of the adsorption layer of each of the adsorption towers in the flow direction of the supplied uranium gas is shorter than the length of the adsorption zone. In any two adsorption towers of the plurality of adsorption towers, the 2 The uranium refining apparatus, wherein the sum of the lengths of the adsorption layers of each of the adsorption towers is longer than the length of the adsorption zone.
最上流に位置する前記吸着塔から順次前記ウランガスを供給し、前記最上流に位置する前記吸着塔の前記吸着層における前記吸着材の飽和率を検出し、検出された飽和率が設定飽和率以上になったとき、前記最上流に位置する前記吸着塔への前記ウランガスの供給を停止して前記ウランガスの供給が停止された前記吸着塔の下流に位置する他の前記吸着塔に前記ウランガスを供給することを特徴とするウランの精製方法。 It has an adsorption layer filled with the same kind of adsorbent, and comprises a plurality of adsorption towers connected in series, and the length of the adsorption layer of each of the adsorption towers in the flow direction of the supplied uranium gas, It is shorter than the length of the adsorption band, and in any two adsorption towers among the plurality of adsorption towers, the sum of the lengths of the respective adsorption layers of the two adsorption towers is greater than the length of the adsorption band. A uranium purification method for purifying the uranium gas using a uranium purification apparatus that is also long,
The uranium gas is sequentially supplied from the adsorption tower located at the uppermost stream, the saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the adsorption tower located at the uppermost stream is detected, and the detected saturation rate is equal to or higher than a set saturation rate The uranium gas supply to the adsorption tower located at the uppermost stream is stopped, and the uranium gas is supplied to the other adsorption tower located downstream of the adsorption tower where the supply of the uranium gas is stopped. And a method for purifying uranium.
最上流に位置する前記吸着塔から順次前記ウランガスを供給し、前記最上流に位置する前記吸着塔の前記吸着層における前記吸着材の飽和率を検出し、検出された飽和率が第1設定飽和率以上になったとき、前記最上流に位置する前記吸着塔の前記吸着層内で、前記ウランガスを逆方向に流し、前記ウランガスの精製を行うことを特徴とするウランの精製方法。 It has an adsorption layer filled with the same kind of adsorbent, and comprises a plurality of adsorption towers connected in series, and the length of the adsorption layer of each of the adsorption towers in the flow direction of the supplied uranium gas, It is shorter than the length of the adsorption band, and in any two adsorption towers among the plurality of adsorption towers, the sum of the lengths of the respective adsorption layers of the two adsorption towers is greater than the length of the adsorption band. A uranium purification method for purifying the uranium gas using a uranium purification apparatus that is also long,
The uranium gas is sequentially supplied from the adsorption tower located at the uppermost stream, the saturation rate of the adsorbent in the adsorption layer of the adsorption tower located at the uppermost stream is detected, and the detected saturation rate is the first set saturation A uranium purification method comprising purifying the uranium gas by flowing the uranium gas in the reverse direction in the adsorption layer of the adsorption tower located at the uppermost stream when the ratio becomes equal to or greater than the rate.
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