Установка для получения порошка диоксида урана методом пирогидролиза из гексафторида урана

Предложенная группа полезных моделей относится к области металлургии, а именно к устройствам для получения порошка диоксида урана методом пирогидролиза. Техническим результатом полезной модели является исключение конденсации водяного пара в разгрузочной камере печи и ее забивания влажным порошком при одновременном повышении эффективности реакции довосстановления уранилфторида. В установке для получения порошка диоксида урана из гексафторида урана, содержащей, по меньшей мере, одну обогреваемую реакционную камеру с соплом для подачи в нее компонентов реакции пирогидролиза гексафторида урана, средства выгрузки и транспортировки полученного порошка диоксида урана и печь для довосстановления непрореагировавшего уранилфторида, имеющую разгрузочную камеру 28 с патрубками 29 и 30 для подачи водорода и водяного пара в печь, согласно предложению конечная часть патрубка 30 для подачи водяного пара расположена в реторте 27 печи и выполнена с закрытым торцом и с отверстиями в боковой стенке. Кроме того, другой патрубок разгрузочной камеры предназначен для подачи водорода в смеси с азотом. Дополнительно для снижения зарастания сопла твердыми продуктами реакции сопло для подачи компонентов реакции пирогидролиза гексафторида урана выполнено трехканальным, центральный канал которого предназначен для подачи гексафторида урана, промежуточный коаксиальный канал - для подачи азота и внешний коаксиальный канал - для подачи водяного пара и водорода.

Предложенная полезная модель относится к области металлургии, а именно к устройствам для получения порошка оксида урана методом пирогидролиза.

Известна установка для получения порошка диоксида урана методом пирогидролиза, содержащая реакционную камеру для формирования уранилфторида из гексафторида урана, и соединенную с ней вращающуюся трубчатую пирогидролитическую печь для последующего получения оксида урана, снабженную средствами нагревания и подвода в противотоке водяного пара и водорода (RU 2162058 C1, C01G 43/25, 20.01.2001).

Недостатком установки и реакционной камеры является разделение химической реакции получения диоксида урана на несколько этапов, осуществляемых в разных узлах, невысокая производительность процесса.

Наиболее близкой к предложенной является установка для получения порошка диоксида урана методом пирогидролиза, раскрытая в ЕР 0230087 (опуб. 29.07.1987). Известная установка для получения порошка диоксида 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, на разгрузочной камере которой установлены патрубки для подачи водорода и водяного пара во вращающуюся реторту, по которой движется порошок.

В известной установке возможна конденсация водяного пара в необогреваемой разгрузочной камере печи, что может привести к забиванию разгрузочной камеры влажным порошком.

Кроме того, в известной установке гексафторид урана и водяной пар соприкасаются сразу после выхода их в реакционную зону, происходит образование твердых продуктов реакции на концах сопел, что приводит к зарастанию сопел и необходимости останавливать процесс и чистить сопла.

Техническим результатом полезной модели является исключение конденсации водяного пара в разгрузочной камере печи и ее забивания влажным порошком при одновременном повышении эффективности реакции довосстановления уранилфторида.

Технический результат, достигается за счет того, что в установке для получения порошка диоксида урана из гексафторида урана, содержащей, по меньшей мере, одну обогреваемую реакционную камеру с соплом для подачи в нее компонентов реакции пирогидролиза гексафторида урана, средства выгрузки и транспортировки полученного порошка диоксида урана и печь для довосстановления непрореагировавшего уранилфторида, имеющую разгрузочную камеру с патрубками для подачи водорода и водяного пара в печь, согласно предложению конечная часть патрубка для подачи водяного пара расположена в реторте печи и выполнена с закрытым торцом и с отверстиями в боковой стенке.

Кроме того, другой патрубок разгрузочной камеры предназначен для подачи водорода в смеси с азотом.

Дополнительно для снижения зарастания сопла твердыми продуктами реакции сопло для подачи компонентов реакции пирогидролиза гексафторида урана выполнено трехканальным, центральный канал которого предназначен для подачи гексафторида урана, промежуточный коаксиальный канал - для подачи азота и внешний коаксиальный канал - для подачи водяного пара и водорода.

На фиг.1 показана схема предложенной установки.

На фиг.2 показана разгрузочная камера печи для довосстановления непрореагировавшего уранилфторида.

На фиг.3 показано трехканальное сопло для подачи компонентов реакции пирогидролиза гексафторида урана

Установка для получения порошка диоксида урана из гексафторида урана имеет вертикальную компоновку. В верхней части установки размещены две реакционные камеры 1, в которых происходит процесс пирогидролиза. Камеры 1 помещены в обогревающие кожухи 2, снабженные нагревательными элементами для создания внутри реакционных камер 1 заданного теплового режима. Рядом с реакционными камерами 1 установлены контрольные фильтры 3 с обогревающими кожухами.

Под реакционными камерами 1 через ротационные клапаны 4 установлены шнековые транспортеры 5, выгрузочные патрубки которых соединены с бункером 6, установленным на загрузочном патрубке печи 7 для довосстановления порошка диоксида урана.

К выгрузочному патрубку печи 7 через ротационный клапан подсоединен реверсивный шнековый транспортер 8 для разделения потока порошка на два потока. Выгрузочные патрубки реверсивного шнекового транспортера 8 соединены со стабилизаторами - охладителями 9 через шиберные задвижки 10.

Каждый стабилизатор - охладитель 9 состоит из наклонного шнекового транспортера 11 с водоохлаждаемой рубашкой и вертикальной колонны 12, в верхней части которой размещены фильтрующие элементы, в средней части - датчики верхнего и нижнего уровня загрузки порошка, а в нижней части - патрубок для подачи воздуха и азота (на схеме не показаны).

К выгрузочным патрубкам стабилизаторов - охладителей 9 через ротационные клапаны 13 присоединен реверсивный шнековый транспортер 14 для сбора двух потоков порошка в один и передачи порошка через центральный патрубок в помольное устройство 15.

Под помольным устройством 15 установлен магнитный сепаратор 16, размещенный на загрузочном патрубке бункера - влагомера 17, снабженного двумя датчиками: верхнего и нижнего уровня, а также источником и детектором нейтронов.

Под бункером - влагомером 17 располагается реверсивный шнековый транспортер 18 для разбраковки порошка: при влажности порошка <1% - в контейнер 19 объемом 330 л; при влажности порошка >1% - в банку 20 объемом 20 л.

Установка снабжена основным 21 и контрольным 22 фильтрами, соединенными с печью 7 для фильтрации отходящих из нее газов. Основной фильтр 21 соединен со шнековым транспортером 23 для возврата порошка из основного фильтра 21 в бункер 6.

Установка снабжена боксом 24, соединенным через ротационный клапан 25 со шнековым транспортером 23 для подгрузки некондиционного продукта в печь 7.

Кроме того, установка содержит узел 26 для приготовления и подачи легирующих элементов для обеспечения необходимых свойств получаемого на установке порошка диоксида урана.

Печь 7 для довосстановления непрореагировавшего уранилфторида содержит реторту 27 и разгрузочную камеру 28 (фиг.2), на которой установлен патрубок 29 для подачи водорода и азота и патрубок 30 для подачи водяного пара. Патрубок 30 для подачи водяного пара выполнен с закрытым торцом и перфорированными стенками вблизи закрытого торца. Конечная часть патрубка 30 с закрытым торцом и перфорацией расположена в реторте 27 печи. Водяной пар направляется к периферии реторты 27 и взаимодействует с непрореагировавшим уранилфторидом по всему сечению реторты 27 сразу после выхода из трубы, не охлаждаясь в разгрузочной камере 28. Водород и азот подаются через патрубок 29 непосредственно в разгрузочную камеру 28, препятствуя поступлению в эту холодную зону водяного пара и конденсации его. Это предотвращает создание условий для забивания влажным порошком разгрузочной камеры 28 печи 7.

Реакционная камера 1 снабжена трехканальным соплом 31 для подачи компонентов реакции пирогидролиза гексафторида урана с коаксиальными каналами. Центральный канал 32 предназначен для подачи гексафторида урана, промежуточный коаксиальный канал 33 - для подачи азота и наружный коаксиальный канал 34 - для подачи водяного пара и водорода.

Установка для получения диоксида урана работает следующим образом.

В реакционную камеру 1, предварительно разогретую до температуры фильтровальной и переходной зоны 450-500°С, и зоны псевдоожиженного слоя 580-635°С, в переходную зону через трехканальное сопло 31 подается гексафторид урана, водород и водяной пар. Вначале в промежуточный канал 33 подают азот, затем в наружный канал 34 подают водяной пар и водород и затем в центральный канал 32 - гексафторид урана. Азот препятствует соприкосновению гексафторида урана с водяным паром и водородом вблизи сопла и предотвращает осаждение твердых продуктов реакции на конце сопла.

Компоненты вступают друг с другом в реакцию. При этом образуется порошок уранилфторида, который опускается в зону 35 псевдоожиженного слоя.

Под газораспределительную решетку реакционной камеры 1 подается смесь водяного пара, водорода и азота, создающая над газораспределительной решеткой так называемый «кипящий слой» (псевдоожиженный слой), в котором происходит восстановление уранилфторида урана до диоксида (двуокиси) урана. Под действием силы тяжести порошок диоксида урана в смеси с невосстановившимся порошком уранилфторида выгружается из реакционной камеры 1. Процесс восстановления идет непрерывно.

Выгруженный из реакционной камеры 1 порошок через ротационный клапан 4 с помощью шнекового транспортера 5 подается в бункер 6 и далее в электрическую печь 7.

Две реакционные камеры 1 могут работать и одновременно, и каждая по отдельности.

Попадая в электрическую печь 7, порошок движется по ее вращающейся реторте 27 (фиг.2) и вступает в реакцию с подаваемой в реторту смесью водяного пара, водорода и азота. При этом происходит довосстановление непрореагировавшего уранилфторида до диоксида урана.

Восстановленный порошок через ротационный клапан подается из печи 7 на реверсивный шнековый транспортер 8, который подает его через шиберную задвижку 10 в один из наклонных шнеков 11 стабилизатора - охладителя 9, где происходит охлаждение порошка. Далее порошок поступает в вертикальную колонну 12 стабилизатора - охладителя 9. Загрузка вертикальной колонны 12 происходит до датчика верхнего уровня, при срабатывании которого происходит реверсивное переключение привода транспортера, и порошок подается во второй стабилизатор-охладитель.

В вертикальную колонну 12 первого стабилизатора-охладителя 9 подается снизу смесь воздуха и азота, и происходит процесс стабилизации порошка.

По окончании процесса стабилизации порошок через ротационный клапан 13 подается на реверсивный шнековый транспортер 14. Опорожнение вертикальной колонны 12 стабилизатора-охладителя 9 производится до достижения порошком датчика нижнего уровня вертикальной колонны 12. При этом ротационный клапан 13 прекращает работать, и стабилизатор-охладитель 9 готов к приему новой порции порошка.

Оба стабилизатора-охладителя 9 работают попеременно.

Далее с помощью реверсивного шнекового транспортера 14 порошок подается в помольное устройство 15 и через магнитный сепаратор 16 загружается в бункер-влагомер 17. При срабатывании датчика верхнего уровня подающий шнек отключается. Производится замер влажности продукта по количеству проскоков нейтронов от излучателя к приемнику. Чем больше влажность, тем меньше количество нейтронов. Замер влажности порошка происходит как во время заполнения бункера-влагомера 17, так и при достижении порошком верхнего уровня заполнения бункера-влагомера 17, что фиксируется датчиком верхнего уровня. Таким образом, проверяется влажность всего столба порошка в бункере-влагомере. Процесс определения влажности длится около 100 секунд, что не влияет на работу механизмов установки.

По окончании процесса определения влажности порошка включается привод реверсивного шнекового транспортера 18, и порошок, в зависимости от его влажности, загружается либо в контейнер 19 объемом 330 л (годный продукт - влажность менее 1%), либо в банку 20 объемом 20 л (некондиционный продукт - влажность более 1%). Реверсивный шнековый транспортер 18 отключается при срабатывании датчика нижнего уровня.

Отходящие газы, образовавшиеся в реакционной камере 1 в процессе происходящих реакций, поднимаются в фильтровальную зону 33 реакционной камеры 1. В процессе работы производится регенерация фильтров 30 за счет импульсной подачи азота внутрь фильтров через систему сопел 31. Далее газы попадают в контрольный фильтр и удаляются на конденсацию.

Отходящие газы, образовавшиеся в результате реакции в печи 7, проходят через основной и контрольный фильтры и удаляются на конденсацию через патрубок 32. Конструкция фильтров 30 идентична.

Установка снабжена боксом 24 подгрузки продукта, предназначенным для подгрузки некондиционного продукта в печь 7 с целью его

довосстановления. Продукт из бокса 24 через ротационный клапан 25 с помощью шнекового транспортера 23 загружается в бункер и далее в печь.

Для управления физико-химическими свойствами порошка предусмотрен узел 26 приготовления и подачи легирующих элементов, с помощью которого в зону реакции подается определенное количество легирующих элементов, обеспечивающих заданные физико-химические свойства получаемого порошка.

1. Установка для получения порошка диоксида урана из гексафторида урана, содержащая, по меньшей мере, одну обогреваемую реакционную камеру с соплом для подачи в нее компонентов реакции пирогидролиза гексафторида урана, средства выгрузки и транспортировки полученного порошка диоксида урана и печь для довосстановления непрореагировавшего уранилфторида, имеющую разгрузочную камеру с патрубками для подачи водорода и водяного пара в печь, отличающаяся тем, что конечная часть патрубка для подачи водяного пара расположена в реторте печи и выполнена с закрытым торцом и с отверстиями в боковой стенке.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что другой патрубок разгрузочной камеры предназначен для подачи водорода в смеси с азотом.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сопло для подачи компонентов реакции пирогидролиза гексафторида урана выполнено трехканальным, центральный канал которого предназначен для подачи гексафторида урана, промежуточный коаксиальный канал - для подачи азота и внешний коаксиальный канал - для подачи водяного пара и водорода.