RU2567633C1 - Method of production of uranium dioxide powder from uranium hexafluoride, and installation for its implementation - Google Patents
Method of production of uranium dioxide powder from uranium hexafluoride, and installation for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2567633C1 RU2567633C1 RU2014138412/05A RU2014138412A RU2567633C1 RU 2567633 C1 RU2567633 C1 RU 2567633C1 RU 2014138412/05 A RU2014138412/05 A RU 2014138412/05A RU 2014138412 A RU2014138412 A RU 2014138412A RU 2567633 C1 RU2567633 C1 RU 2567633C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reaction zone
- uranium dioxide
- uranium
- hydrogen
- uranyl fluoride
- Prior art date
Links
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 70
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 70
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H uranium hexafluoride Chemical compound F[U](F)(F)(F)(F)F SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H 0.000 title claims abstract description 21
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 93
- KCKICANVXIVOLK-UHFFFAOYSA-L dioxouranium(2+);difluoride Chemical compound [F-].[F-].O=[U+2]=O KCKICANVXIVOLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 61
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 33
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 12
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 6
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 9
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- ZIMRZUAJVYACHE-UHFFFAOYSA-N uranium;hydrate Chemical compound O.[U] ZIMRZUAJVYACHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 2
- 238000006115 defluorination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- GPESMPPJGWJWNL-UHFFFAOYSA-N azane;lead Chemical compound N.[Pb] GPESMPPJGWJWNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000002051 biphasic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000006148 magnetic separator Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Предложенная группа изобретений относится к области металлургии, а именно к получению порошка диоксида урана методом пирогидролиза.The proposed group of inventions relates to the field of metallurgy, and in particular to the production of uranium dioxide powder by pyrohydrolysis.
Процессы пирогидролиза гексафторида урана перегретым водяным паром до уранилфторида и обесфторивания и восстановления пароводородной смесью уранилфторида до диоксида урана хорошо изучены и широко применяются в промышленности. Для осуществления данных реакций предложено большое количество реакторов, реакторов с псевдоожиженным слоем, реакторов с трубчатыми вращающимися печами (US 3547598, МПК C01G 43/02, опубликован 15.12.1970, FR 2060242, МПК C01G 43/00/G21, опубликован 18.06.1971, US 3765844, МПК C01G 43/02, опубликован 16.10.1973, GB 1548300, МПК C01G 43/02, F27B 7/06, опубликован 11.07.1979, ЕР 0148707, МПК C01G 43/025, опубликован 17.07.85, ЕР 0230087, МПК C01G/025, опубликован 29.07.1987, US 5757087, МПК C01G 43/00, опубликован 26.05.1998, RU 2162058, МПК C01G 43/025, опубликован 10.06.1999).The processes of pyrohydrolysis of uranium hexafluoride with superheated water vapor to uranyl fluoride and defluorination and reduction with a steam-hydrogen mixture of uranyl fluoride to uranium dioxide are well studied and widely used in industry. To carry out these reactions, a large number of reactors, fluidized-bed reactors, rotary-tube reactors (US 3547598, IPC C01G 43/02, published 12/15/1970, FR 2060242, IPC C01G 43/00 / G21, published 06/18/1971, US 3765844, IPC C01G 43/02, published 10/16/1973, GB 1548300, IPC C01G 43/02, F27B 7/06, published 11.07.1979, EP 0148707, IPC C01G 43/025, published 17.07.85, EP 0230087, IPC C01G / 025, published July 29, 1987, US 5757087, IPC C01G 43/00, published May 26, 1998, RU 2162058, IPC C01G 43/025, published June 10, 1999).
Общим недостатком данных решений является разделение химической реакции получения диоксида урана на несколько этапов, осуществляемых в разных узлах. Также в отдельных случаях могут возникать сложности с тем, что получаемый порошок диоксида урана является очень мелким, плохо текучим, имеет неудовлетворительные керамические свойства. Кроме того, в некоторых случаях использование сложных комплексов реакторов и трубчатых вращающихся печей приводит к затруднениям в контроле параметров процессов пирогидролиза и обесфторивания и обуславливает повышенные эксплуатационные затраты.A common drawback of these solutions is the separation of the chemical reaction of obtaining uranium dioxide into several stages, carried out at different sites. Also, in some cases, difficulties may arise with the fact that the obtained uranium dioxide powder is very small, poorly flowing, and has unsatisfactory ceramic properties. In addition, in some cases, the use of complex complexes of reactors and tubular rotary kilns leads to difficulties in monitoring the parameters of the processes of pyrohydrolysis and defluorination and leads to increased operating costs.
Наиболее близким по технической сущности является способ и установка для получения порошка диоксида урана из гексафторида урана, предложенные в патенте (RU 2381993, МПК С43/025, C01G 43/06, опубликован 20.02.2010). Данный способ включает подачу в предварительно разогретую первую реакционную зону реакционной камеры гексафторида урана и водяного пара, подачу во вторую реакционную зону реакционной камеры смеси водяного пара и водорода с созданием в этой зоне псевдоожиженного слоя для восстановления в ней полученного в первой реакционной зоне уранил-фторида до диоксида урана, выгрузку порошка из реакционной камеры и подачу его в печь, в которую вводят смесь водяного пара и водорода для обеспечения довосстановления непрореагировавшего уранилфторида, при этом полученный порошок охлаждают и стабилизируют смесью воздуха и азота, после чего измельчают порошок в помольном устройстве и через магнитный сепаратор загружают в бункер-влагомер, в котором измеряют влажность порошка по количеству проскоков нейтронов от излучателя к приемнику с последующей отбраковкой готового порошка с влажностью более 1%. Известная установка для получения порошка диоксида урана из гексафторида урана содержит по меньшей мере одну обогреваемую реакционную камеру, имеющую фильтровальную зону, первую реакционную зону для превращения гексафторида в уранилфторид и вторую реакционную зону с газораспределительной решеткой для создания псевдоожиженного слоя для восстановления уранилфторида до диоксида урана, средства выгрузки и транспортировки полученного порошка диоксида урана и печь для довосстановления непрореагировавшего уранилфторида, и снабжена, по меньшей мере, одним соединенным с выходом печи стабилизатором-охладителем, с которым соединен бункер-влагомер с источником и детектором нейтронов, соединенный со средством подачи порошка в контейнер для кондиционного порошка и в контейнер для некондиционного порошка.The closest in technical essence is the method and installation for producing a powder of uranium dioxide from uranium hexafluoride, proposed in the patent (RU 2381993, IPC C43 / 025, C01G 43/06, published 02.20.2010). This method includes feeding uranium hexafluoride and water vapor into a preheated first reaction zone of a reaction chamber, supplying a mixture of water vapor and hydrogen to a second reaction zone of a reaction chamber to create a fluidized bed in this zone to recover uranyl fluoride obtained in the first reaction zone to uranium dioxide, unloading the powder from the reaction chamber and feeding it into the furnace, into which a mixture of water vapor and hydrogen is introduced to ensure additional reduction of unreacted uranyl fluoride wherein the obtained powder is cooled and stabilized with a mixture of air and nitrogen, after which the powder is ground in a grinding device and loaded into a moisture meter through a magnetic separator, in which the moisture of the powder is measured by the number of neutron breaks from the emitter to the receiver, followed by rejection of the finished powder with humidity more than 1%. A known installation for producing uranium dioxide powder from uranium hexafluoride contains at least one heated reaction chamber having a filter zone, a first reaction zone for converting hexafluoride into uranyl fluoride and a second reaction zone with a gas distribution grid to create a fluidized bed for reducing uranyl fluoride to uranium dioxide, means unloading and transporting the obtained uranium dioxide powder and a furnace for additional reduction of unreacted uranyl fluoride, and is equipped with at least one stabilizer-cooler connected to the furnace outlet, to which a moisture hopper is connected to a source and a neutron detector, connected to a powder supply means in a container for conditioned powder and in a container for substandard powder.
К недостаткам данного способа относится то, что реализуемый в данном способе и устройстве метод псевдооожижения эффективно используется лишь для относительно крупных порошков, имеющих средний медианный размер не менее 30-40 мкм. В случае же конверсии гексафторида урана в диоксид урана по вышеприведенному способу, средний медианный размер смеси порошков диоксида урана и уранилфторида не превышает 10-15 мкм. Данное обстоятельство приводит к тому, что используемые в первой реакционной зоне фильтрующие устройства, периодически регенерируемые импульсной продувкой сжатым азотом, требуют частой регенерации и не позволяют непосредственно возвращать уловленную тонкодисперсную часть порошка в нижнюю часть второй реакционной зоны, где происходит процесс восстановления уранилфторида до диоксида урана пароводородной смесью, агрегация и консолидация мелких частиц в более крупные частицы. Кроме того, накопление мелкодисперсных частиц на поверхностях фильтрующих устройств в течение периода между регенерациями и импульсная подача регенерирующего сжатого азота приводят к нестабильности гидравлического сопротивления фильтра, и, как следствие, к нестабильности гидродинамических параметров в рабочем объеме устройства. Интенсивная и многократная регенерация фильтров сжатым азотом приводит к частой замене применяемых в данной технологии дорогостоящих металлокерамических фильтров, что обуславливает повышенные эксплуатационные затраты. Кроме того, малые критические концентрации частиц, присущие методу псевдоожижения, определяют малое значение времени пребывания частиц уранилфторида в зоне реакции и, как следствие, малую степень превращения уранилфторида в диоксид урана в корпусе устройства, и ограниченную единичную производительность устройства.The disadvantages of this method include the fact that the fluidization method implemented in this method and device is effectively used only for relatively large powders having an average median size of at least 30-40 microns. In the case of conversion of uranium hexafluoride to uranium dioxide according to the above method, the average median size of the mixture of powders of uranium dioxide and uranyl fluoride does not exceed 10-15 microns. This circumstance leads to the fact that the filtering devices used in the first reaction zone, periodically regenerated by pulsed blowing with compressed nitrogen, require frequent regeneration and do not allow direct return of the captured finely divided part of the powder to the lower part of the second reaction zone, where the process of reduction of uranyl fluoride to uranium dioxide with hydrogen mixture, aggregation and consolidation of small particles into larger particles. In addition, the accumulation of fine particles on the surfaces of the filtering devices during the period between regenerations and the pulsed supply of regenerated compressed nitrogen lead to instability of the hydraulic resistance of the filter, and, as a result, to instability of the hydrodynamic parameters in the working volume of the device. Intensive and repeated regeneration of filters with compressed nitrogen leads to the frequent replacement of expensive ceramic-metal filters used in this technology, which leads to increased operating costs. In addition, the low critical particle concentrations inherent in the fluidization method determine the small residence time of uranyl fluoride particles in the reaction zone and, as a result, the small degree of conversion of uranyl fluoride to uranium dioxide in the device body and the limited unit productivity of the device.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка технологического способа получения порошка диоксида урана с улучшенным качеством за счет более полной степени превращения уранилфторида в диоксид урана и повышение производительности установки за счет реализации процессов восстановления и довосстановления практически в подвижном плотном слое циркулирующей в рабочем объеме установки смеси порошков уранилфторида и диоксида урана.The objective of the invention is to develop a technological method for producing powder of uranium dioxide with improved quality due to a more complete degree of conversion of uranyl fluoride to uranium dioxide and to increase the productivity of the installation due to the implementation of recovery processes and re-restoration in a practically moving, dense layer of a mixture of uranyl fluoride and dioxide powders circulating in the working volume of the installation. uranium.
Техническим результатом является повышение производительности установки и получение порошка диоксида урана с улучшенным качеством.The technical result is to increase the productivity of the installation and obtaining a powder of uranium dioxide with improved quality.
Технический результат достигается в способе получения порошка диоксида урана из гексафторида урана, включающем подачу в предварительно разогретую первую реакционную зону реакционной камеры гексафторида урана и водяного пара, подачу во вторую реакционную зону реакционной камеры смеси водяного пара и водорода для восстановления в ней полученного в первой реакционной зоне уранилфторида до диоксида урана, довосстановление непрореагировавшего уранилфторида и выгрузку полученного порошка диоксида урана, при этом смесь водяного пара и водорода подают через по меньшей мере три сопла, расположенных в конической части второй реакционной зоны, в вертикальные трубы, расположенные соосно соплам, для создания восходящих прямоточных двухфазных потоков, представляющих собой смесь газообразной фазы из водяного пара, водорода, образовавшегося фтороводорода, с твердой из порошков диоксида урана и непрореагировавшего уранилфторида, поступающих в расположенные в сепарационной зоне дефлекторы, преобразующие восходящие прямолинейные двухфазные потоки в криволинейные для предварительного разделения твердой и газообразной фаз и непрерывной циркуляции смеси порошков диоксида урана и уранилфторида во второй реакционной зоне, с непрерывным отводом очищаемой газообразной фазы в систему разделения для окончательного отделения газообразной фазы от твердой с последующим возвратом твердой фазы в коническую часть реакционной камеры, а довосстановление непрореагировавшего уранилфторида проводят после получения определенного объема порошков диоксида урана и уранилфторида, не превышающего верхний уровень вертикальных труб, путем прекращения подачи гексафторида урана и водяного пара в первую реакционную зону и замены смеси водяного пара и водорода, подаваемых во вторую реакционную зону, на водород.The technical result is achieved in a method for producing a powder of uranium dioxide from uranium hexafluoride, including supplying to the preheated first reaction zone of the reaction chamber of uranium hexafluoride and water vapor, feeding a mixture of water vapor and hydrogen into the second reaction zone of the reaction chamber to recover it obtained in the first reaction zone uranyl fluoride to uranium dioxide, additional reduction of unreacted uranyl fluoride and unloading of the obtained uranium dioxide powder, while the mixture of water vapor and the rod is fed through at least three nozzles located in the conical part of the second reaction zone into vertical pipes arranged coaxially with the nozzles to create ascending direct-flow two-phase flows, which are a mixture of the gaseous phase from water vapor, hydrogen formed from hydrogen fluoride, and solid from powders uranium dioxide and unreacted uranyl fluoride entering the deflectors located in the separation zone, converting the ascending rectilinear two-phase flows into curved for the preliminary complete separation of the solid and gaseous phases and continuous circulation of a mixture of powders of uranium dioxide and uranyl fluoride in the second reaction zone, with a continuous removal of the gaseous phase to be cleaned into a separation system for the final separation of the gaseous phase from the solid phase with the subsequent return of the solid phase to the conical part of the reaction chamber, and re-restoration of unreacted uranyl fluoride is carried out after obtaining a certain volume of powders of uranium dioxide and uranyl fluoride, not exceeding the upper level of the vertical s pipes, by stopping the supply of uranium hexafluoride and steam into a first reaction zone and replacing the mixture of steam and hydrogen, fed into the second reaction zone with hydrogen.
Технический результат также достигается за счет того, что установка для получения порошка диоксида урана из гексафторида урана, содержащая по меньшей мере одну обогреваемую реакционную камеру, имеющую первую реакционную зону с коаксиальными соплами подачи в нее компонентов реакции для превращения гексафторида урана в уранилфторид и вторую реакционную зону для восстановления уранилфторида до диоксида урана, средство выгрузки, причем в коническая часть второй реакционной зоны снабжена по меньшей мере тремя соплами подачи смеси водяного пара и водорода в соответствующие вертикальные трубы, расположенные соосно соплам, при этом установка снабжена дефлекторами, расположенными в сепарационной зоне реакционной камеры и установленными соосно с каждой вертикальной трубой на выходе двухфазных потоков, представляющих собой смесь газообразной фазы из водяного пара, водорода, образовавшегося фтороводорода, с твердой из порошков диоксида урана и непрореагировавшего уранилфторида, и системой разделения для окончательного отделения газообразной фазы от твердой, состоящей из по меньшей мере одного пылеотделяющего устройства, расположенного в верхней части реакционной камеры, соединенного с входным патрубком выносного пылеотделяющего устройства.The technical result is also achieved due to the fact that the installation for producing powder of uranium dioxide from uranium hexafluoride containing at least one heated reaction chamber having a first reaction zone with coaxial nozzles for supplying reaction components to it to convert uranium hexafluoride to uranyl fluoride and a second reaction zone for the reduction of uranyl fluoride to uranium dioxide, a discharge means, wherein at least three nozzles for supplying the mixture to the water are supplied to the conical part of the second reaction zone about steam and hydrogen into the corresponding vertical pipes located coaxially with the nozzles, while the installation is equipped with deflectors located in the separation zone of the reaction chamber and installed coaxially with each vertical pipe at the outlet of two-phase flows, which are a mixture of the gaseous phase from water vapor, hydrogen, hydrogen fluoride formed , with solid powder of uranium dioxide and unreacted uranyl fluoride, and a separation system for the final separation of the gaseous phase from the solid, consisting of at least one dust separation device located in the upper part of the reaction chamber connected to the inlet pipe of the external dust separation device.
Кроме того, технический результат достигается за счет того, что установка снабжена пылеотделяющим устройством, включающим циклон с пылеприемным бункером, коническая часть которого соединена со стояком, внутри которого с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения установлен шток, к нижней части которого прикреплен насадок конического типа, а к верхней, в месте перехода конической части пылеприемного бункера в стояк, - насадок биконического типа и очистные элементы в виде прутков, причем один из прутков расположен внутри рабочего объема циклона параллельно образующей конической части циклона, а второй закреплен и расположен параллельно образующей конической части пылеприемного бункера.In addition, the technical result is achieved due to the fact that the installation is equipped with a dust separator, including a cyclone with a dust hopper, the conical part of which is connected to the riser, inside which a rod is installed with the possibility of reciprocating and rotational movement, to the lower part of which there are attached conical type nozzles and to the top, at the transition point of the conical part of the dust hopper to the riser, there are biconical nozzles and cleaning elements in the form of rods, one of the rods being located in utri working volume cyclone parallel generatrix of the conical portion of the cyclone, and the second fixed and disposed parallel to the generatrix of the conical portion pylepriemnogo hopper.
Выносное пылеотделяющее устройство расположено на уровне конической части второй реакционной зоны реакционной камеры и включает циклон с патрубком вывода отработавшего газа, пылеприемный бункер, соединенный со струйным эжектором, имеющим осевой патрубок подачи эжектирующего водорода, смешивающегося с частицами порошка диоксида урана и уранилфторида, поступающими из пылеприемного бункера, и их последующей подачи через выходной осевой патрубок эжектора в коническую часть второй реакционной зоны в пространство над верхним срезом сопла подачи водяного пара и водорода, соосного центральной вертикальной трубе.The remote dust separator is located at the level of the conical part of the second reaction zone of the reaction chamber and includes a cyclone with an exhaust gas outlet pipe, a dust hopper connected to a jet ejector having an axial nozzle for the supply of hydrogen ejection, mixed with uranium dioxide powder particles and uranyl fluoride when receiving , and their subsequent supply through the outlet axial nozzle of the ejector to the conical part of the second reaction zone into the space above the upper cut of the nozzle and the feed of steam and hydrogen, a coaxial vertical central pipe.
На фиг. 1 показана схема установки для получения порошка диоксида урана из гексафторида урана.In FIG. 1 shows a diagram of an apparatus for producing uranium dioxide powder from uranium hexafluoride.
На фиг. 2 показано пылеотделяющее устройство, расположенное в верхней части реакционной камеры.In FIG. 2 shows a dust separation device located in the upper part of the reaction chamber.
Установка для получения порошка диоксида урана из ГФУ состоит из обогреваемой реакционной камеры 1 с первой реакционной зоной 2 для превращения ГФУ в уранилфторид, со второй реакционной зоной 3 для восстановления уранилфторида до диоксида урана и с сепарационной зоной 4 для предварительного разделения твердой фазы, представляющей собой смесь порошков диоксида урана и уранилфторида, от газообразных водорода, водяного пара и образовавшегося фтороводорода, а также из системы разделения для окончательного отделения газообразной фазы от твердой фазы.The apparatus for producing uranium dioxide powder from HFCs consists of a heated reaction chamber 1 with a first reaction zone 2 for converting HFCs to uranyl fluoride, with a second reaction zone 3 for reducing uranyl fluoride to uranium dioxide and with a separation zone 4 for preliminary separation of the solid phase, which is a mixture powders of uranium dioxide and uranyl fluoride from gaseous hydrogen, water vapor and hydrogen fluoride formed, as well as from a separation system for the final separation of the gaseous phase from TV rdoy phase.
В первой реакционной зоне 2 в сопле подачи 5 водяного пара коаксиально расположено сопло подачи 6 ГФУ.In the first reaction zone 2, a HFC feed nozzle 6 is coaxially located in the water vapor supply nozzle 5.
Вторая реакционная зона 3 имеет коническую часть 7, соединенную со средством выгрузки 8 полученного порошка диоксида урана из реакционной камеры 1. В конической части 7 второй реакционной зоны 3 расположены, по крайней мере три сопла подачи 9 смеси водяного пара и водорода для восстановленя уранилфторида, полученного в первой реакционной зоне 2 до диоксида урана, либо подачи водорода для довосстановления непрореагировавшего уранилфторида, полученного после накопления определенного объема смеси порошков диоксида урана и уранилфторида, не превышающего верхний уровень вертикальных труб 10, расположенных соосно соплам подачи 9.The second reaction zone 3 has a conical part 7 connected to a means for discharging 8 of the obtained uranium dioxide powder from the reaction chamber 1. In the conical part 7 of the second reaction zone 3, there are at least three nozzles for supplying 9 a mixture of water vapor and hydrogen to recover the uranyl fluoride obtained in the first reaction zone 2 to uranium dioxide, or to supply hydrogen to re-establish unreacted uranyl fluoride obtained after the accumulation of a certain volume of a mixture of powders of uranium dioxide and uranyl fluoride, not high above the vertical level of the pipe 10, located coaxially with the nozzle feed 9.
В сепарационной зоне 4 расположены дефлекторы 11, установленные соосно с каждой вертикальной трубой 10 на выходе двухфазных потоков из них.In the separation zone 4, deflectors 11 are located, mounted coaxially with each vertical pipe 10 at the output of two-phase flows from them.
Система разделения для окончательного отделения газообразной фазы от твердой фазы состоит из пылеотделяющего устройства 12, расположенного в верхней части реакционной камеры 1, соединенного посредством обогреваемого трубопровода 13 с выносным пылеотделяющим устройством 14, расположенным на уровне конической части 7 второй реакционной зоны 3.The separation system for the final separation of the gaseous phase from the solid phase consists of a
Пылеотделяющее устройство 12 включает входной патрубок 15, выхлопной патрубок 16, циклон 17, пылеприемный бункер 18, коническая часть которого соединена со стояком 19, внутри которого находится подвижный шток 20, с укрепленными на нем насадком 21 конического типа, расположенным во второй реакционной зоне 3, и насадком 22 биконического типа. Также к верхней части штока 20 прикреплены очистные элементы 23 и 24 (см. фиг. 2) в виде прутков, причем очистной элемент 23 расположен внутри рабочего объема циклона 17 параллельно образующей конической части циклона 17, а очистной элемент 24 расположен параллельно образующей конической части пылеприемного бункера 18. Шток 20 приводят во вращение и перемещают в вертикальном направлении при помощи реверсивного электродвигателя 25, управляемого микропроцессором (на фиг. 1 и фиг. 2 не показан) через штревельный механизм 26.The
Выносное пылеотделяющее устройство 14 включает входной патрубок 27, патрубок вывода отработавшего газа 28, циклон 29, пылеприемный бункер 30, соединенный со струйным эжектором 31 с входным осевым патрубком 32 подачи эжектирующего водорода, смешивающегося с частицами порошка диоксида урана и уранилфторида, поступающих из пылеприемного бункера 30, и их последующей подачи через выходной осевой патрубок 33 в коническую часть 7 второй реакционной зоны 3 в пространство над верхним срезом сопла подачи 9, которое расположено соосно центральной вертикальной трубе 10.The portable dust separator 14 includes an inlet pipe 27, an exhaust gas outlet pipe 28, a cyclone 29, a dust hopper 30 connected to a jet ejector 31 with an axial inlet pipe 32 for supplying ejected hydrogen mixed with particles of uranium dioxide and uranyl fluoride powder received from and their subsequent supply through the axial outlet pipe 33 to the conical part 7 of the second reaction zone 3 into the space above the upper cut of the supply nozzle 9, which is located coaxially with the central vertical pipe 10.
Способ получения порошка диоксида урана осуществляют следующим образом.A method of obtaining a powder of uranium dioxide is as follows.
В предварительно разогретую первую реакционную зону 2 через сопло подачи 6 ГФУ и через сопло подачи 5 водяного пара подают гексафторид урана и водяной пар соответственно. Одновременно осуществляют струйную подачу смеси водяного пара и водорода через по меньшей мере три сопла подачи 9, расположенных в конической части 7 второй реакционной зоны 3 обогреваемой реакционной камеры 1. Полученные в процессе реакции ГФУ и водяного пара частицы уранилфторида оседают под действием силы тяжести во вторую реакционную зону 3, где начинает протекать процесс восстановления уранилфторида до диоксида урана смесью водяного пара и водорода, агрегация и консолидация мелких частиц в более крупные частицы. Попадая в область струйной подачи смеси водяного пара и водорода через сопла подачи 9, частицы порошков уранилфторида и полученного порошка диоксида урана, смешиваясь с газообразной фазой, состоящей из водяного пара, водорода и образовавшегося фтороводорода, образуют восходящий двухфазный поток, который поднимается через вертикальные трубы 10 в сепарационную зону 4. При выходе из каждой из вертикальных труб 10 двухфазный поток взаимодействует с криволинейной поверхностью дефлекторов 11, расположенных в сепарационной зоне 4, что приводит к преобразованию восходящих прямолинейных двухфазных потоков в криволинейные, в которых возникают центробежные силы, способствующие отделению большей части твердой фазы от газообразной фазы.Uranium hexafluoride and water vapor, respectively, are fed into the preheated first reaction zone 2 through a HFC feed nozzle 6 and through a feed nozzle 5 of steam. At the same time, a mixture of water vapor and hydrogen is jetted through at least three feed nozzles 9 located in the conical part 7 of the second reaction zone 3 of the heated reaction chamber 1. The particles of uranyl fluoride obtained during the reaction of HFCs and water vapor are deposited by gravity into the second reaction zone 3, where the process of reduction of uranyl fluoride to uranium dioxide with a mixture of water vapor and hydrogen begins, aggregation and consolidation of small particles into larger particles. Getting into the region of the jet supply of a mixture of water vapor and hydrogen through the supply nozzle 9, particles of uranyl fluoride powders and the obtained uranium dioxide powder, mixing with the gaseous phase consisting of water vapor, hydrogen and the resulting hydrogen fluoride, form an upward two-phase flow that rises through vertical pipes 10 into the separation zone 4. When exiting from each of the vertical pipes 10, the two-phase flow interacts with the curved surface of the deflectors 11 located in the separation zone 4, which leads to the transformation of ascending rectilinear biphasic flows into curvilinear ones, in which centrifugal forces arise, which contribute to the separation of most of the solid phase from the gaseous phase.
Отделенные в сепарационной зоне 4 частицы оседают во вторую реакционную зону 3 реакционной камеры 1, образуя подвижный плотный слой медленно циркулирующего порошка, состоящего из частиц уранилфторида и диоксида урана. Достигая в процессе нисходящего движения области струйной подачи водяного пара и водорода через сопла подачи 9, частицы порошка снова контактируют со смесью водяного пара и водорода. Осуществляется дополнительное реагирование частиц непрореагировавшего уранилфторида и вынос их вместе с частицами диоксида урана в сепарационную зону 4 реакционной камеры 1.Particles separated in the separation zone 4 are deposited in the second reaction zone 3 of the reaction chamber 1, forming a movable dense layer of slowly circulating powder consisting of particles of uranyl fluoride and uranium dioxide. Reaching the jet stream of water vapor and hydrogen through the nozzle supply 9 during the downward movement, the powder particles again come into contact with a mixture of water vapor and hydrogen. An additional reaction of particles of unreacted uranyl fluoride is carried out and their removal together with particles of uranium dioxide in the separation zone 4 of the reaction chamber 1.
Таким образом, осуществляют непрерывную циркуляцию и постепенное накопление определенного объема смеси порошков диоксида урана и уранилфторида, во второй реакционной зоне 3 реакционной камеры 1. Процесс накопления продолжают до тех пор, пока верхняя свободная поверхность смеси порошков диоксида урана и уранилфторида не приблизится к верхнему срезу вертикальных труб 10. После этого процесс подачи водяного пара и гексафторида урана через коаксиальные сопла подачи 5 и 6 прекращают, а через сопла подачи 9 вместо смеси водяного пара и водорода начинают подавать водород.Thus, continuous circulation and gradual accumulation of a certain volume of a mixture of powders of uranium dioxide and uranyl fluoride is carried out in the second reaction zone 3 of the reaction chamber 1. The accumulation process is continued until the upper free surface of the mixture of powders of uranium dioxide and uranyl fluoride approaches the upper cut of the vertical pipes 10. After that, the process of supplying water vapor and uranium hexafluoride through coaxial feed nozzles 5 and 6 is stopped, and through the supply nozzle 9 instead of a mixture of water vapor and hydrogen start to supply hydrogen.
Далее происходит многократная циркуляция смеси порошков уранилфторида и диоксида урана в среде водорода и происходит процесс довосстановления с высокой степенью превращения уранилфторида в диоксид урана.Then there is repeated circulation of a mixture of powders of uranyl fluoride and uranium dioxide in a hydrogen medium and a process of re-reduction with a high degree of conversion of uranyl fluoride to uranium dioxide occurs.
После достижения заданной степени превращения уранилфторида в диоксид урана включается средство выгрузки 8 и происходит выгрузка товарного порошка диоксида урана. Для реализации непрерывного процесса получения диоксида урана необходимо предусмотреть установку двух или нескольких параллельно включенных в технологическую линию установок.After reaching the specified degree of conversion of uranyl fluoride to uranium dioxide, the discharge means 8 is turned on and the commodity powder of uranium dioxide is unloaded. To implement a continuous process for the production of uranium dioxide, it is necessary to provide for the installation of two or more installations connected in parallel to the production line.
Во время накопления определенного объема смеси порошков диоксида урана и уранилфторида и последующего довосстановления данной смеси до диоксида урана непрерывно работает система разделения для окончательного отделения газообразной фазы от твердой фазы, которая состоит из пылеотделяющего устройства 12, соединенного с выносным пылеотделяющим устройством 14.During the accumulation of a certain volume of a mixture of powders of uranium dioxide and uranyl fluoride and the subsequent re-reduction of this mixture to uranium dioxide, a separation system continuously operates for the final separation of the gaseous phase from the solid phase, which consists of a
Функционирует пылеотделяющее устройство следующим образом. Отработавший газовый поток с остатками частиц порошка диоксида урана и уранилфторида поступает через входной патрубок 15 в циклон 17, где взвешенные частицы под действием аэродинамических и центробежных сил, реализуемых в закрученном газовом потоке, отделяются от газа и поступают в пылеприемный бункер 18, коническая часть которого соединена со стояком 19. Очищенный газ поступает через выхлопной патрубок 16 и трубопровод 13 в выносное пылеотделяющее устройство 14. В начальный период времени подвижный шток 20 находится в верхнем положении и стояк 19 перекрыт насадком конического типа 21, а пылеприемный бункер 18 соединен кольцевой щелью со стояком 19, образующейся при поднятом насадке биконического типа 22. Происходит процесс накопления порошка в рабочем объеме пылеприемного бункера 18 и стояка 19. В определенный момент времени на реверсивный электродвигатель 25 поступает сигнал от микропроцессора на опускание подвижного штока 20, идет процесс выгрузки уловленного порошка во вторую реакционную зону 3 реакционной камеры 1. В этот момент место сопряжения стояка 19 с конической частью пылеприемного бункера 18 перекрыто насадком биконического типа 22, а нижняя часть стояка 19 открыта для выгрузки порошка за счет кольцевого зазора между насадком конического типа 21 и нижним срезом стояка 19. Через наперед заданный промежуток времени, формируемый микропроцессором (не показан), включается реверсивный электродвигатель 25 и за счет штревельного механизма 26 происходит подъем подвижного штока 20 в верхнее положение с одновременным вращением подвижного штока 20 вокруг оси. При вращении штока вокруг своей оси происходит вращение закрепленных на нем очистных элементов 23 и 24, см. фиг.2, что препятствует образованию отложений смеси порошков уранилфторида и диоксида урана на стенках циклона 17 и конической части пылеприемного бункера 18.The dust separation device operates as follows. The exhaust gas stream with the remainder of the particles of powder of uranium dioxide and uranyl fluoride enters through the
Выносное пылеотделяющее устройство функционирует следующим образом. Очищенный газовый поток с остатками мелких частиц порошка диоксида урана и уранилфторида поступает по обогреваемому трубопроводу 13 через входной патрубок 27 в циклон 29, где взвешенные мелкие частицы под действием аэродинамических и центробежных сил, реализуемых в закрученном газовом потоке, отделяются от газа в пылеприемный бункер 30, соединенный со струйным эжектором 31, работающем на сжатом водороде. Создаваемое эжектором 31 разрежение позволяет организовать отсос части газа вместе с уловленными в пылеприемном бункере 30 частицами порошка и их подачу в коническую часть 7 второй реакционной зоны 3 в пространство над верхним срезом сопла подачи 9, которое расположено соосно центральной вертикальной трубе 10.Remote dust separation device operates as follows. The cleaned gas stream with the remains of small particles of powder of uranium dioxide and uranyl fluoride enters through a heated pipe 13 through the inlet pipe 27 to the cyclone 29, where the suspended small particles under the action of aerodynamic and centrifugal forces realized in a swirling gas stream are separated from the gas in a dust collection hopper 30, connected to a jet ejector 31 operating on compressed hydrogen. The vacuum created by the ejector 31 allows you to organize the suction of a part of the gas together with the powder particles trapped in the dust collecting hopper 30 and their supply to the conical part 7 of the second reaction zone 3 into the space above the upper cut of the feed nozzle 9, which is located coaxially with the central vertical pipe 10.
Таким образом, разработан технологический способ получения порошка диоксида урана с улучшенным качеством за счет более полной степени превращения уранилфторида в диоксид урана с повышенной производительностью установки за счет реализации процессов восстановления и довосстановления практически в подвижном плотном слое циркулирующей в рабочем объеме установки смеси порошков уранилфторида и диоксида урана.Thus, a technological method has been developed for the production of uranium dioxide powder with improved quality due to a more complete degree of conversion of uranyl fluoride to uranium dioxide with increased plant productivity due to the implementation of reduction processes and additional recovery in a practically moving dense layer of a mixture of uranyl fluoride and uranium dioxide powders circulating in the working volume of the installation. .
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014138412/05A RU2567633C1 (en) | 2014-09-24 | 2014-09-24 | Method of production of uranium dioxide powder from uranium hexafluoride, and installation for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014138412/05A RU2567633C1 (en) | 2014-09-24 | 2014-09-24 | Method of production of uranium dioxide powder from uranium hexafluoride, and installation for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2567633C1 true RU2567633C1 (en) | 2015-11-10 |
Family
ID=54537111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014138412/05A RU2567633C1 (en) | 2014-09-24 | 2014-09-24 | Method of production of uranium dioxide powder from uranium hexafluoride, and installation for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2567633C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112823397A (en) * | 2018-10-09 | 2021-05-18 | 法玛通公司 | Production equipment of nuclear fuel powder |
| CN113825724A (en) * | 2019-09-05 | 2021-12-21 | 新西伯利亚化学精矿厂 | Reaction chamber for the production of uranium dioxide powder by reducing the pyrolysis of uranium hexafluoride |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0230087A2 (en) * | 1986-01-17 | 1987-07-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Preparation of a uranium dioxide material |
| US5757087A (en) * | 1994-05-28 | 1998-05-26 | British Nuclear Fuels Plc | Oxidation of uranium hexafluoride |
| RU2162058C1 (en) * | 1997-11-28 | 2001-01-20 | Франко-Бельж Де Фабрикасьон Де Комбустибль | Method and plant for direct conversion of uranium hexafluoride into uranium oxide |
| RU2381993C2 (en) * | 2008-01-16 | 2010-02-20 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | Method of receiving of uranium dioxide powder receiving by method of pyro-hydrolysis and installation for its implementation |
-
2014
- 2014-09-24 RU RU2014138412/05A patent/RU2567633C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0230087A2 (en) * | 1986-01-17 | 1987-07-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Preparation of a uranium dioxide material |
| US5757087A (en) * | 1994-05-28 | 1998-05-26 | British Nuclear Fuels Plc | Oxidation of uranium hexafluoride |
| RU2162058C1 (en) * | 1997-11-28 | 2001-01-20 | Франко-Бельж Де Фабрикасьон Де Комбустибль | Method and plant for direct conversion of uranium hexafluoride into uranium oxide |
| RU2381993C2 (en) * | 2008-01-16 | 2010-02-20 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | Method of receiving of uranium dioxide powder receiving by method of pyro-hydrolysis and installation for its implementation |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112823397A (en) * | 2018-10-09 | 2021-05-18 | 法玛通公司 | Production equipment of nuclear fuel powder |
| CN112823397B (en) * | 2018-10-09 | 2024-06-04 | 法玛通公司 | Production equipment of nuclear fuel powder |
| CN113825724A (en) * | 2019-09-05 | 2021-12-21 | 新西伯利亚化学精矿厂 | Reaction chamber for the production of uranium dioxide powder by reducing the pyrolysis of uranium hexafluoride |
| CN113825724B (en) * | 2019-09-05 | 2024-05-28 | 新西伯利亚化学精矿厂 | Reaction chamber for producing uranium dioxide powder by pyrolysis of uranium hexafluoride |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1066257C (en) | Process and apparatus for drying liquid-borne solid material | |
| EP3400104B1 (en) | Powder drying system and method for recovering particles in such a system | |
| EP2277831B1 (en) | Two step dry UO2 production process utilizing a positive sealing valve means between steps | |
| RU2567633C1 (en) | Method of production of uranium dioxide powder from uranium hexafluoride, and installation for its implementation | |
| CN112752621A (en) | Device and method for removing dust from bulk material | |
| US7824640B1 (en) | Two step dry UO2 production process utilizing a positive sealing valve means between steps | |
| US6530534B1 (en) | Pneumatic comminution and drying system | |
| US5278384A (en) | Apparatus and process for the treatment of powder particles for modifying the surface properties of the individual particles | |
| CN104971569A (en) | Particle matter moving bed dust removal device and dust removal method used by dust removal device | |
| EP3606637B1 (en) | Apparatus and method for isolation and/or preparation of particles | |
| CN105642067B (en) | A kind of apparatus and method that dust removal process is carried out to slag processing rolling area dust-laden steam | |
| US3042202A (en) | Cyclone classifier | |
| JP2012135749A (en) | Ultrafine grinding device and ultrafine grinding method | |
| CN107771163A (en) | The product that thermal denitration apparatus and method, the application of the equipment and this method obtain | |
| CN107189824B (en) | A kind of efficient ash handling equipment of polynary gasification furnace exit gas and technique | |
| JP2003038948A (en) | Particle processing equipment | |
| CN206751747U (en) | A kind of polynary efficient ash handling equipment of gasification furnace exit gas | |
| CN116474642A (en) | Instant coffee powder granulation device with repolymerization granulation function | |
| RU2005564C1 (en) | Powder grinding and classification apparatus | |
| JPH07132246A (en) | Method for washing ore with water | |
| CN203724897U (en) | Novel third-stagejet-type gas-solid separation device for catalytic cracking | |
| JP2002306944A (en) | Granulation/drying process and fluidized bed granulation/drying equipment | |
| CN203899775U (en) | Cyclone separator in pulverization equipment | |
| CN202015564U (en) | Vortex type filtering dedusting device | |
| CN203695241U (en) | Intermediate flow type cyclone separator |