Установка для получения порошка диоксида урана методом пирогидролиза из гексафторида урана

Предложенная полезная модель относится к области металлургии, а именно к устройствам для получения порошка диоксида урана методом пирогидролиза. В аварийной ситуации в сконденсированные пары фтористого водорода могут попасть частицы диоксида урана. Техническим результатом полезной модели является повышение надежности очистки отходящих газов от фтористого водорода при одновременном обеспечении ядерной безопасности. 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 фильтрации и конденсации отходящих из каждой реакционной камеры газов, средства выгрузки и транспортировки полученного порошка диоксида урана печь для довосстановления непрореагировавшего уранилфторида и средства фильтрации и конденсации выходящих из печи газов, согласно предложению средства конденсации выходящих из каждого реактора и из печи газов соединены с по меньшей мере одним сборником плавиковой кислоты и со скруббером, при этом скруббер выполнен в виде емкости в ядерно безопасном исполнении.

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, 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 непррреагировавшего уранилфторида, на разгрузочной камере которой установлены патрубки для подачи водорода и водяного пара во вращающуюся реторту, по которой движется порошок. Реакционная камера соединена с конденсатором паров фтористого водорода. В известной установке не описаны средства фильтрации улавливания отходящих из печи газов.

Наиболее близкой к предложенной является установка для получения порошка диоксида урана из гексафторида урана, содержащая, по меньшей мере, одну обогреваемую реакционную камеру, имеющую фильтровальную зону, соединенную с контрольным фильтром, который в свою очередь соединен со средствами конденсации отходящих газов, средства выгрузки и транспортировки полученного порошка диоксида урана и печь для довосстановления непрореагировавшего уранилфторида, согласно изобретению 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. Установка снабжена основным и контрольным фильтрами, соединенными с печью для довосстановления порошка для фильтрации отходящих из нее газов, которые также соединены со средствами конденсации отходящих газов (RU 2381993 С1, опубликовано 20.02.2010).

В аварийной ситуации в сконденсированные пары фтористого водорода могут попасть частицы диоксида урана. Техническим результатом полезной модели является повышение надежности очистки отходящих газов от фтористого водорода при одновременном обеспечении ядерной безопасности.

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 фильтрации и конденсации отходящих из каждой реакционной камеры газов, средства выгрузки и транспортировки полученного порошка диоксида урана печь для довосстановления непрореагировавшего уранилфторида и средства фильтрации и конденсации выходящих из печи газов, согласно предложению средства конденсации выходящих из каждого реактора и из печи газов соединены с по меньшей мере одним сборником плавиковой кислоты и со скруббером, при этом скруббер выполнен в виде емкости в ядерно безопасном исполнении.

В данном случае ядерно безопасное исполнение емкости обеспечено тем, что она имеет две противоположные плоские стенки, которые расположены на расстоянии друг от друга не более 130 мм.

Кроме того, каждый сборник плавиковой кислоты выполнен в виде полиэтиленового цилиндра.

На фиг.1 показана схема предложенной установки.

На фиг.2 показана схема очистки отходящих газов.

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, выполненные из сплава ХН85МЮ-ВИ (ЭП797-ВИ) 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.

Система конденсации включает конденсаторы 25 фтористого водорода HF, соединенным со сборниками 27 HF, и скруббером 26 для окончательной очистки газов от паров HF.

В отличие от обычно применяемых цилиндрических скрубберов диаметром около 1 м для обеспечения ядерной безопасности на случай попадания в отходящие газы диоксида урана в предложенной установке использован плоский скруббер 26, отвечающий требованиям ядерной безопасности. Ядерная безопасность обеспечивается расстоянием между внутренними поверхностями противоположных плоских стенок не более 130 мм. При этом по обе стороны от этих стенок на расстоянии от них 140 мм расположены плоские металлические экраны.

Конденсаторы 25 имеют трубную решетку, выполненную из никеля НП 2, в качестве хладагента используется оборотная вода. Сборники 27 HF выполнены из полиэтилена, что обеспечивает их высокую коррозионную стойкость и большой срок службы.

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 подается гексафторид урана, водород и водяной пар. Компоненты вступают друг с другом в реакцию. При этом образуется порошок уранилфторида, который опускается в зону 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.

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.

Отходящие газы, образовавшиеся в реакционной камере 1 в процессе происходящих реакций, поднимаются в фильтровальную зону реакционной камеры 1. Далее газы попадают в контрольный фильтр 3 и удаляются на конденсаторы 25.

Отходящие газы, образовавшиеся в результате реакции в печи 7, проходят через основной и контрольный фильтры 19 и 20 и также удаляются на конденсаторы 25.

Сконденсированная HF попадает в сборники 27 HF, а несконденсированные пары HF поступают на нейтрализацию в скруббер 26.

Скруббер 26 состоит из плоской емкости с экранами по бокам в ядерно безопасном исполнении, на которой сверху установлены труба 28 Вентури и цилиндрическая насадочная колонна 29, заполненная полиэтиленовыми кольцами. Емкость заполняется 5% щелочным раствором. Пары фтористоводородной кислоты подаются в трубу 28 Вентури, где нейтрализуются орошающим щелочным раствором из емкости. Образовавшийся при этом конденсат стекает в емкость скруббера 26. Остатки паров фтористоводородной кислоты нейтрализуются в насадочной колонне 29, в которую также подается орошающий щелочной раствор из емкости. Конденсат из насадочной колонны 29 также стекает в емкость скруббера 26.

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 фильтрации и конденсации отходящих из каждой реакционной камеры газов, средства выгрузки и транспортировки полученного порошка диоксида урана, печь для довосстановления непрореагировавшего уранилфторида и средства фильтрации и конденсации выходящих из печи газов, отличающаяся тем, что средства конденсации выходящих из каждого реактора и из печи газов соединены с по меньшей мере одним сборником плавиковой кислоты и со скруббером, при этом скруббер выполнен в виде емкости, выполненной в ядерно безопасном исполнении.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что ядерно безопасное исполнение емкости обеспечено тем, что она имеет две противоположные плоские стенки, которые расположены на расстоянии друг от друга не более 130 мм.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каждый сборник плавиковой кислоты выполнен в виде полиэтиленового цилиндра