JPS6031766B2 - 硝酸ウラニルまたは／および硝酸プルトニウムの脱硝装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は平板型流動層を用いて硝酸ウラニルまたは／お
よび硝酸プルトニウムを熱分解脱硝して三酸化ウランま
たは／および二酸化プルトニウムを製造する処理能力の
増大を可能ならしめる硝酸ウラニルまたは／および硝酸
プルトニウムの流動層法に関する。

六フッ化ウラン転換工場では溶媒抽出法などで精製硝酸
ウラニル溶液が得られ、これを濃縮後、熱分解により硝
酸して三酸化ウランを回収する方法がとられている。

また、原子力発電所の使用済燃料再処理工場においては
核分裂生成物およびプルトニウムと分離されたウランが
硝酸ウラニル溶液として得られ、同じくこれを熱分解脱
硝して三酸化ウランを回収している。更に、使用済燃料
の再処理において、核不拡散上の理由から硝酸ウラニル
と硝酸プルトニウムの混合溶液を同時に熱分解脱硝して
混合酸化物を回収する方法も計画されている。本発明は
硝酸ウラニルまたは／および硝酸プルトニウムの脱硝に
関するをのであるが、以下、記述の簡略化のため硝酸ウ
ラニルのみについて記述する。

上記硝酸ウラニルの熱分解脱硝法としてはポット法、損
梓床法、マイクロ波加熱法、流動層法等が試みられてい
るが、流動層法が連続性および諸効率の点から広く実用
化されるにいたつている。

硝酸ウラニルの脱硝反応に用いる流動層として現在実用
化されているものは円筒型の流動層であるが、核燃料物
質の再処理等、微濃縦ウラン等を取扱う装置の直径が臨
海管理著しく制限されるので、従って単位基数当りの処
理能力が制限されることになる。そのため、硝酸ゥラニ
ルの熱分解脱硝に円筒型流動層を用いる場合には処理能
力の増大をはかろうとすれば、必然的に装置の基数とと
もに付属機器の基数をもそれぞれ増やさざるを得ない。
この問題を解決するために、最近では平板型の流動層が
注目を集めつつある。

この平板型流動層を用いる装置は厚さにおいては従来の
円筒型流動層反応装置と同様に臨海管理上制限をうける
が、幅の長さ方向に対しては原理的には無制限に大きく
できるからである。一般的に、硝酸ウラニルの流動層脱
硝反応装置では脱硝反応が著しし、吸熱反応のため熱量
の供給が必要であるが、この熱量の供給が正常に行われ
ると、処理能力は装置の断面積に比例して増大するもの
と考えてよい。従って、硝酸ゥラニルの脱硝に平板型流
動層を用い、その幅の長さを大きくすることにより、流
動層反応装置の断面積を大きくすれば、単位基数当りの
処理能力は著しく増大できる筈である。しかしながら、
平板型流動層を用いる硝酸ウラニルの脱硝装置において
、単位基数当りの処理能力の増大をはかる場合、次のよ
うなネックが存在する。‘１｝ 流動層の形状を平板型
にした場合、装置の強度が大きい問題となる。すなわち
、平板型流動層の幅の長さを大きくする場合、反応条件
に耐えるように装置を設計するためには装置材の厚さを
厚くし、さらに必要に応じ補強材で補強する必要がある
。しかし、装置材の厚さを厚くすることは、装置の外側
を含む厚さが臨海管理上の制限を受ける以上、流動層本
体の厚さをうすくし、従って流動層の断面積を小さくす
ることになり、好ましくない。このように、平板型流動
層脱硝装置では、幅の長さを大きくとった場合の装置の
強度が最大の問題となる。‘２’ 一般に、流動層は円
筒型でも、また平板型でも同じく下部より流動化気体を
流し、内部の粒子を流動化させることによって形成され
るのであるが、この下部からの流動化気体の最少値は装
置の大きさ、粒子の物性（比重、形状等）、気体の物性
（比重、粘度等）によって決定され、その最小速度（空
塔断面積基準の線速度）は最小流動化速度とよばれ、通
常流動層内で硝酸ウラニルの脱硝により生成される三酸
化ウラン粒子（平均粒径４００山ｍ以下）の場合は約６
〜１０肌／秒である。

また、一般に、良好な流動状態を維持するための流動層
内の流動化気体の線速度は最小流動化速度の３〜５倍程
度が必要であるとされており、硝酸ウラニルを流動層で
熱分解脱硝する場合の流動化気体の線速度としては最低
でも２０肌／秒程度の値が採用されている。さらに、硝
酸ウラニルの脱硝に用いられる頃霧ノズルを有する流動
層においては、上記流動化気体のほかに、蹟霧用気体、
反応生成気体（Ｎ○ｘ，日２０等）およびその他の気体
（溢流管のパージ用気体、固気分離フィルターのフロー
バック用気体等）が一旦流動層内に入り、次いで流動層
を去るのであるが、この流動層を去る気体量、すなわち
、曙霧ノズルのレベルより上方の流動層内の気体の線速
度にも自ずと限度がある。

この部分の流動層内の気体の線速度が大きすぎると、流
動層を形成している三酸化ウラン粒子の流動層からのと
び出した三酸化ウラン粒子の流動層からのとび出しが激
しくなり、一度流動層よりとび出した三酸化ウラン粒子
が再び流動層内に落下しても、流動層上表面で再び分離
されてとび出す現象が起こり、生成する三酸化ウラン粒
子の粒径コントロールができにくくなり、そのため製造
された三酸化ウラン粒子の物性にもバラッキが多くなる
。従って、正状な流動状態を維持し、所要物性を有する
製品三酸化ウランを得るためには、この頃霧ノズルのレ
ベルより上方の流動層内の気体の線速度、つまり全気体
量を適当にコントロール（空塔基準の線速度として１０
０〜１２０弧／秒が限度）とする必要がある。また、こ
の全気体量は通常流動層脱硝反応装置に取り付けられる
固気分離フィルターの炉過面積当りの通気速度の点から
も制限を受ける。すなわち、装置の大きさ（流動層の断
面積）が制限をうける核燃料物質等を取扱う流動層脱硝
装置においては上記固気分離フィルターの大きさ、すな
わち炉過面積も制限をうけ、更に操作の特性上、固気分
離フィルターを通過する気体量（通気速度）が制限を受
ける（現在、実用化されている凝結金属性の固気分離フ
ィルターの通気速度は通常２肌／秒以下に設計される）
。このため流動層脱硝装置を去る全気体量は装置の大き
さによって決まるほぼ一定の値以上をとることはできな
くなる。一方、流動層脱硝装置を去る上記全気体量のう
ち、贋霧用気体量は現在市販の頃霧ノズルを使用する限
り、ある一定量以上の気体量（特豚昭一５３−７８５１
８号明細書によれば、気液の容量比で２５０以上）が必
要であり、更にその他のパージ用、ブローバック用等の
気体量は装置の特性によって決まる一定量以上の量が必
要であり、いずれもほとんど低減させることはできない
。

また、反応生成気体量は処理量にほぼ比例して増大する
ので、ある決った大きさ（断面積）を有する流動層脱硝
装置で処理能力を増大させるためには流動層下部よりの
流動化気体の量を減少させるしか方法がない。糊 ‘１
｝，【２｝の問題点を解決し、処理能力、すなわち、贋
霧ノズルよりの単位時間当りの硝酸ウラニルの供給量を
増大できたとしても、前述したように、硝酸ウラニルの
脱硝反応は極端な吸熱反応であるので、流動層に対し充
分な熱量を供給しなければ正常な流動層脱硝反応を継続
させることはできない。

本発明は上記の３つの問題点を解決し、噴霧ノズルを有
する平板型流動層を使用して硝酸ウラニルまたは／およ
び硝酸プルトニウムを熱分解脱硝して三酸化ウランまた
は／および二酸化プルトニウムを製造する処理能力の増
大を可能ならしめる硝酸ウラニルまたは／および硝酸プ
ルトニウムの脱硝装置を提供するもので、その要旨とす
るところは、鰭霧ノズルを有する平板型流動層を使用し
て硝酸ウラニルまたは／および硝酸プルトニウムを熱分
解脱硝して三酸化ウランまたは／および二酸化プルトニ
ウムを製造する硝酸ウラニルまたは／および硝酸プルト
ニウムの脱硝装置において、該流動層下部に該贋霧ノズ
ルの高さより低い適数個の挿入体を幅方向の相対する装
置内壁面にそれぞれ接合または密接して垂直方向に設け
たことを特徴とする硝酸ウラニルまたは／および硝酸プ
ルトニウムの脱硝装置、にある。

本発明はさらに、上記挿入体に熱源を内蔵させる構成を
とることができる。

挿入体の形状は特定されるものでないが、その長手方向
に直角な断面形状が方形あることが望ましい。次に、本
発明を図面によって説明する。

第１図は本発明の一実施例の正面断面図、第２図は第１
図のローロ矢視図である。

第１図において、流動化気体１は流動化気体供給部（ウ
ィンドボックス）２に入り、整流器３を通って流動層７
に供給される。

流動層７は三酸化ウラン粒子、流動化気体１、蹟霧用気
体１０、反応生成気体（Ｎ○ｘ，比○等）で構成されて
いる。一方、硝酸ウラニル溶液９は噴霧用気体１０とと
もに流動層７の一緒に取付けられた噴霧ノズル４から流
動層７内に吹き込まれ、流動層７内で硝酸ウラニルは熱
分解脱硝されて三酸化ウラン粒子が生成する。生成した
三酸化ウラン粒子は溢流管１４より連続的に流動層７よ
り外部に製品三酸化ウランとして取り出される。また、
流動層７を去る流動化気体、曙霧用気体、反応生成気体
およびその他の気体（溢流管のパージ用気体、固気分離
フィルターのブローバック用気体等）は同伴する三酸化
ウラン粒子を固気分雛フィルター１１に俺集させた後、
オフガス処理系１３に送られる。運転開始時に必要な流
動層形成のための三酸化ウラン粒子は三酸化ウランシー
ドホッパー１２より供給される。第１図および第２図に
おいて、本実施例は流動層７下部に頃霧ノズル４の高さ
より低い断面方形の挿入体５を４個幅方向の相対する装
置内壁面８，８１こそれぞれ接合して垂直方向に設けか
つ挿入体５内に熱源を内蔵させた構成の場合である。

挿入体５の先端と贋霧ノズル４の高さのレベルとの差は
１０肌程度以上であることが好ましい。また、内蔵され
る熱源としては電熱ヒーターまたは熱媒体が好適で、図
において６はプルトニウム保護管または熱媒体流路を示
す。この構成によって、挿入体の（横断面図）×（流動
化気体の線速度）に相当する気体量だけ硝酸ウラニル溶
液の供給量を増やすことができ、それによって処理能力
の増大がはかれる。

と同時に、挿入体のリブ的作用により内、外圧に対して
平板型流動層脱硝装置の補強をすることができ、かつ挿
入体内に熱源を内蔵することにより、硝酸ウラニルの脱
硝反応に必要な熱量の供給を充分に行なうことができる
。挿入体はまた幅方向の相対する装置内壁面にそれぞれ
密接して設けることもできる。

この場合は挿入体は外圧に対しては装置を補強する効果
を発揮するが、内圧に対する補強にはならないので、別
に設けられる内圧に対する補強手段と相俊つて同様の効
果を発揮する。以上において、主として硝酸ウラニルの
みを脱硝対象とする場合の本発明について述べたが、本
発明は硝酸プルトニウムのみまたは硝酸ウラニルと硝酸
プルトニウムの混合物の脱硝対象とする場合にももちろ
ん適用することができる。

以上のように、本発明は上記横成をとることによって、
贋霧ノズルを有する平板型流動層を使用して硝酸ウラニ
ルまたは／および硝酸プルトニウムを熱分解脱硝して三
酸化ウランまたは／および二酸化プルトニウムを製造す
る処理能力の増大を可能ならしめる硝酸ウラニルまたは
／および硝酸プルトニウムの脱硝装置であって、核燃料
処理上きわめて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明はの一実施例の正面断面図、第２図は第
１図のＤ−ロ矢視図である。 図において、１・・・流動化気体、２…流動化気体供給
部（ウィンドボックス）、３・・・整流器、４・・・贋
霧ノズル、５・・・挿入体、６…電熱ヒーター保護管ま
たは熱媒体流路、７・・・流動層、８・・・幅方向の装
置内壁面、９・・・硝酸ゥラニル溶液、１０・・・頃霧
気体、１ １・・・固気分離フィルター、１２・・・三
酸化ウランシードホッパー、１３・・・オフガス処理系
、１４・・・溢流管。 紫？図 雑Ｚ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 噴霧ノズルを有する平板型流動層を使用して硝酸ウ
   ラニルまたは／および硝酸プルトニウムを熱分解により
   脱硝して連続的に三酸化ウランまたは／および二酸化プ
   ルトニウムを製造する硝酸ウラニルまたは／および硝酸
   プルトニウムの脱硝装置において、該流動層部に該噴霧
   ノズルの高さより低い適数個の挿入体を幅方向の相対す
   る装置内壁面にそれぞれ接合または密接して垂直方向に
   設けたことを特徴とする硝酸ウラニルまたは／および硝
   酸プルトニウムの脱硝装置。 ２ 噴霧ノズルを有する平板型流動層を使用して硝酸ウ
   ラニルまたは／および硝酸プルトニウムを熱分解により
   脱硝して三酸化ウランまたは／および二酸化プルトニウ
   ムを製造する硝酸ウラニルまたは／および硝酸プルトニ
   ウムの脱硝装置において、該流動層下部に該噴霧ノズル
   の高さより低い適数個の挿入体を幅方向の相対する装置
   内壁面にそれぞれ接合または密接して垂直方向に設けか
   つ該挿入体にそれぞれ熱源を内蔵せしめたことを特徴と
   する硝酸ウラニルまたは／および硝酸プルトニウムの脱
   硝装置。 ３ 前記挿入体の長手方向に直角な断面形状が方形であ
   る特許請求の範囲第１項または第２項に記載の脱硝装置
   。