RU2217822C1

RU2217822C1 - Аппарат для непрерывного "сухого" хлорирования диоксида плутония

Info

Publication number: RU2217822C1
Application number: RU2002108805A
Authority: RU
Inventors: Л.Г. Бабиков; О.В. Скиба; А.В. Бычков
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-11-27

Abstract

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к производству металлического плутония и смешанного уран-плутониевого оксидного топлива. Сущность изобретения: аппарат для непрерывного “сухого” хлорирования диоксида плутония выполнен в виде горизонтальной трубы, разделенной на три зоны: отсек загрузки 1, обогреваемый реакционный объем 2 и отсек разгрузки 3. Зоны могут сообщаться между собой и разделяться с помощью герметичных задвижек 4, 5. Загрузочный и разгрузочный отсеки отделяются от атмосферы герметичными крышками 6, 7. Для перемещения продуктов внутри аппарата предусмотрены лодочки 8. Аппарат снабжен испарителем 9 для подачи в реакционный объем паров четыреххлористого углерода. Преимущество изобретения заключается в том, что его использование позволит значительно повысить производительность. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к производству металлического плутония и смешанного уран-плутониевого оксидного (МОКС) топлива.

Из опубликованных в литературе устройств для "сухого" хлорирования, которые можно принять за аналоги, известен, например, лабораторный хлоратор для получения трихлорида плутония из диоксида плутония с использованием четыреххлористого углерода (Н.В. Будаев, А.Н. Вольский "Изучение процессов хлорирования двуокисей урана и плутония четыреххлористым углеродом". Труды II международной конференции по мирному использованию атомной энергии, Женева, 1958. Доклады советских ученых "Ядерное горючее и реакторные материалы", Атомиздат, стр. 285). Данный хлоратор представляет собой замкнутый, горизонтально расположенный сосуд, в который помещают диоксид плутония. Сосуд снабжен трубкой для подвода реагента в жидком виде, входящей внутрь сосуда примерно на половину его длины и расположенной над обрабатываемым продуктом. Эта подающая трубка соединена с емкостью для жидкого четыреххлористого углерода и снабжена краном для регулировки расхода реагента. Для отвода газообразных продуктов предусмотрена другая трубка. Для нагрева сосуда до нужной температуры предусмотрена горизонтальная трубчатая печь. Недостатком данного хлоратора является периодический характер работы и низкая производительность.

Известен также хлоратор непрерывного действия для хлорирования диоксида плутония фосгеном (А.Н. Вольский, Я.М. Стерлин "Металлургия плутония", М., Наука, 1967 г., с.145), представляющий собой обогреваемую трубу с наклоном 4°, в верхний конец которой подают диоксид плутония (250-500 г/час), а снизу подают поток фосгена. Продукт внутри трубы продвигают действием вибрации ее, периодически воздействуя на трубу вибратором. Реакция с фосгеном происходит при температуре 450-500°С, что позволяет использовать металлическую трубу (например, из сплава хастеллой). Недостатками данного хлоратора являются:

использование фосгена, чрезвычайно ядовитого и опасного реагента;

возможность забивки полного сечения трубы продуктами хлорирования и прекращения продвижения.

Целью изобретения является разработка хлоратора высокой производительности для непрерывного "сухого" хлорирования диоксида плутония.

Поставленная цель достигается тем, что хлоратор выполнен в виде горизонтальной трубы (см. фиг. 1), разделенной на три зоны: отсек загрузки 1, обогреваемый реакционный объем 2 и отсек разгрузки 3. Зоны могут сообщаться между собой и разделяться с помощью герметичных задвижек 4 и 5, например вакуумных затворов.

Загрузочный и разгрузочный отсеки отделяются от атмосферы герметичными открываемыми крышками 6 и 7.

Для перемещения продуктов внутри хлоратора предусмотрены лодочки 8. Устройство лодочки, загруженной продуктом, показано на фиг. 2. Лодочка представляет собой емкость 1, открытую сверху и снабженную двойным дном, при этом верхнее дно 2 выполнено из пористого газопроницаемого материала, а нижнее дно 3, как и остальная часть лодочки сплошного материала, но для свободного входа и выхода газов имеет отверстия 4, не перекрываемые при перемещении лодочки внутри трубы реакционного объема. Такое устройство лодочки позволяет уменьшить время, необходимое для хлорирования диоксида плутония. Это связано с характером движения газообразных веществ, участвующих в реакции хлорирования РuО₂+ССl_4→РuСl₃+СО₂+1/2Сl₂. Диффузия газообразного реагента ССl₄ и газообразных продуктов реакции СО₂ и Сl₂ через слой порошка является фактором, определяющим скорость протекания реакции, поэтому возможность газообмена с двух сторон слоя порошка позволяет сократить длительность операции. Форма лодочки и соотношение ее размеров с диаметром вмещающей трубы не позволяют лодочке опрокидываться. Длина реакционного объема позволяет разместить в ней несколько лодочек (например, 6 штук), их число зависит от продолжительности хлорирования и производительности хлоратора.

Испаритель четыреххлористого углерода 9 имеет сообщение с реакционным объемом вблизи отсека разгрузки 3 (фиг.1), а восходящая часть линии для отходящих газов (ОГ) начинается от реакционного объема близи от отсека загрузки 1. Такое размещение входного и выходного патрубков соответствует принципу противотока реагирующих веществ. Восходящая часть линии отходящих газов 1 (фиг.3), снабженная теплоизоляцией 2, переходит в нисходящую часть 3 линии ОГ, которая включает в себя конденсатор 4 и сепаратор 5. После сепаратора несконденсировавшиеся ОГ проходят дальше на очистку, а линия 6 для слива конденсата проходит внутрь испарителя 7 и заканчивается вблизи его дна (под уровнем жидкого реагента), сюда же по линии 8 подает расходуемый реагент (четыреххлористый углерод). Температуру кипения четыреххлористого углерода в испарителе 7 поддерживает нагреватель 9.

Перечень чертежей графического изображения

Фиг.1 - схематическое изображение аппарата для непрерывного "сухого" хлорирования диоксида плутония (печь, устройство открывания, закрывания задвижек и крышек, устройство для переведения лодочек, патрубки для смены атмосферы в отсеках 1 и 3 не показаны).

Фиг.2. - поперечное сечение реакционного объема и лодочек с продуктом.

Фиг.3 - схема рециркуляции четыреххлористого углерода.

Хлоратор работает следующим образом. Аппарат готовят к работе, устанавливают в загрузочный отсек лодочку, в которую загружен диоксид плутония (≈ 1 кг). Закрыв крышку 6, сменив атмосферу в отсеке 1 на инертную и открыв заслонку 4, продвигают лодочку в реакционный объем 2, разогретый до рабочей температуры, снова закрывают заслонку 4 и начинают подачу паров четыреххлористого углерода. Через 1 ч в загрузочный отсек устанавливают очередную лодочку с диокисдом плутония, продувают его инертным газом, затем соединяют реакционный объем с загрузочным отсеком и продвигают загруженную лодочку в реакционный объем.

Через ряд циклов по установке и продвижению лодочек к разгрузочному отсеку подойдет первая лодочка с готовым трихлоридом плутония, лодочку с продуктом продвигают в разгрузочный отсек, пользуясь приемом шлюзования, аналогичным шлюзованию при загрузке, извлекают лодочку из хлоратора, разгружают в контейнер, а затем загружают ее диоксидом плутония и снова подают в загрузочный отсек.

Далее процесс идет с регулярной заменой лодочек с производительностью ≈ 1 кг/ч. В испаритель четыреххлористого углерода добавляют необходимое количество жидкости, а ОГ пропускают через поглотитель хлора и диоксида углерода (твердый ХП-И).

Для перемещения лодочек могут применяться простейшие приспособления (толкатели, крючки) или другие известные устройства, а для наблюдения за их правильными действиями (при необходимости) стенки крайних отсеков выполнены из прозрачного материала.

Claims

1. Аппарат для непрерывного "сухого" хлорирования диоксида плутония, отличающийся тем, что реакционный объем представляет собой горизонтальную нагреваемую трубу, в которой помещены лодочки с диоксидом плутония и продуктами хлорирования, на концах реакционного объема предусмотрены герметичные заслонки, отделяющие загрузочный и разгрузочный отсеки, на концах которых установлены герметичные крышки, а внутри отсеков расположены приспособления для перемещения лодочек вдоль трубы, для подачи в реакционный объем паров четыреххлористого углерода предусмотрен обогреваемый испаритель, а для возврата избыточного четыреххлористого углерода предусмотрен конденсатор его паров.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что лодочка для размещения продуктов представляет собой емкость, открытую сверху и снабженную двойным дном, верхнее дно выполнено из пористого газопроницаемого материала, а нижнее дно, как и остальная часть лодочки, - из сплошного материала, но для прохода газов имеет отверстия, не перекрываемые при перемещении лодочек внутри трубы реакционного объема.