一种氟气双入口立式氟化反应器及使用方法与流程

1.本发明属于氟化反应器领域，具体涉及一种氟气双入口立式氟化反应器及使用方法。


背景技术：

2.核燃料循环的前端工艺中，铀转化是联系铀提取与燃料元件加工的重要环节，具有承前启后的重要作用。在六氟化铀制备过程中，受原料四氟化铀颗粒特性、杂质组分和工艺控制等诸多因素的影响，必然会产生一定数量的氟化反应残渣。根据氟化反应器结构的不同，氟化反应残渣产生量也会有不同。
3.提高立式氟化反应器的氟化效率，不仅能提高铀转化生产中铀资源的利用率，而且可以有效减小含铀固体废物的储存量，具有显著的经济效益和环保效益。相关资料显示，以火焰炉氟化反应器为关键设备的美国哥尔转化厂，在六氟化铀生产工艺中考虑了灰渣处理工艺，对未完全反应的灰渣及中间氟化物集中收集后作为火焰炉氟化反应器加料的一部分，继续参与氟化反应。到目前，国内现有的氟化反应器对产生的氟化灰渣采用的是渣罐封装的方法进行暂时存储，缺少氟化灰渣处理工艺，导致氟化灰渣储存量逐年累增，大量的氟化灰渣存储已变得十分困难，具有很大的安全风险。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：提供一种氟气双入口立式氟化反应器及使用方法，能实现六氟化铀生产过程中氟化灰渣的处理回收，从而提高立式氟化反应器的生产效率，提高铀转化生产中铀资源的利用率，有效减小含铀固体废物的储存量，具有显著的经济效益和环保效益。
5.本发明的技术方案如下：一种氟气双入口立式氟化反应器，包括氟化反应器体，氟化反应器体上方连接氟化反应器扩大段和氟化反应器进料装置，其中氟化反应器进料装置包括水平安装的进料螺旋输送器与垂直安装的中心下料管,其中中心下料管位于氟化反应器扩大段内部，在氟化反应器扩大段上部连接过滤器，过滤器内设置过滤管和氮气反吹装置，氮气反吹装置上带有氮气入口，氮气入口与过滤管连通，氮气反吹装置上方还设置有六氟化铀气体出口，六氟化铀气体出口与过滤管连通；
6.氟化反应器体下方连接氟化反应器气室，氟化反应器气室上有氟气入口a管(10)；氟化反应器气室(8)下方为渣罐(9)。
7.所述氟化反应器体的侧壁上设有测温套管。
8.所述氟化反应器体外侧有对开式电加热器。
9.所述渣罐上部为圆锥段，下部为圆筒段。
10.所述渣罐内部下侧设金属丝网分布板，在分布板的下方有氟气入口b管和氟气分布环管，氟气入口b管与氟气分布环管联通；
11.所述分布板由分布板下方的筋板支撑固定，筋板焊接在渣罐的内壁上。
12.所述渣罐圆筒段侧壁上设有渣罐测温套管。
13.所述渣罐的圆筒段外侧有对开式电加热器。
14.所述渣罐的圆锥段外侧有保温屏蔽层。
15.所述保温屏蔽层的内部设有铅层。
16.一种氟气双入口立式氟化反应器的使用方法，包括以下步骤
17.s1：:对开式电加热器对氟化反应器体进行加热，升温至200～400℃；
18.s2：氟气预热后分别由氟气入口a管和氟气入口b管进入氟化反应器气室和渣罐，氟气进入氟气双入口立式氟化反应器后向上流动；
19.s3：固体四氟化铀物料经过氟化反应器进料装置进入氟化反应器体，固体四氟化铀物料在下落过程中与s2中流入的氟气发生反应生成六氟化铀气体；
20.s4：s3中产生的六氟化铀气体在氟气双入口立式氟化反应器中向上流动至氟化反应器扩大段，经过氟化反应器扩大段后，六氟化铀气体进入过滤器，再经过过滤器中过滤管将六氟化铀气体中夹带的固体颗粒拦截，经过滤后的六氟化铀气体从六氟化铀气体出口流出氟气双入口立式氟化反应器。
21.所述s1中，通过测温套管接入测温元件测量氟化反应器体的温度。
22.所述s2中，从氟气入口a管流过的氟气流量与从氟气入口b管流过的氟气流量的比值为1:1～10:1。
23.运行时，每隔10～30min通过氮气反吹装置上的反吹氮气入口通入氮气，将粘附在过滤管上的固体物料吹落。
24.运行1～3个月后，将渣罐(9)整体更换。
25.本发明的显著效果在于：
26.(1)所述氟气双入口立式氟化反应器具有两处氟气进口，改变了现有氟化反应器的操作方式，氟气双入口立式氟化反应器渣罐上氟气进口的设计，使得在氟化反应器体中未完全反应的，落入渣罐中的固体物料能再次接触氟气，从而转化成六氟化铀产品，减少了灰渣的产生量；
27.(2)经济效益可观。该专利所述氟气双入口氟化反应器使用后，可实现立式氟化反应器灰渣中金属铀的直接回收利用，提高了铀转化过程中铀的利用率，经济效益可观。
28.(3)环境效益显著。由于氟化反应灰渣在渣罐中即可处理回收再利用，从源头上减少了放射性固体废物的产生量，从而减少了放射性废物的储存压力，降低了对对周围环境的安全风险。
附图说明
29.图1为本发明所述的氟气双入口立式氟化反应器整体示意图；
30.图2为本发明所述的氟气双入口立式氟化反应器渣罐示意图；
31.图中：1六氟化铀气体出口；2反吹氮气入口；3过滤管；4氟化反应器扩大段；5氟化反应器体；6对开式电加热器；7测温套管；8氟化反应器气室；9渣罐；10氟气入口管；11氟化反应器进料装置；12氮气反吹装置；13过滤器；91保温屏蔽层；92渣罐测温套管；93氟气入口；94对开式电加热；95金属丝网分布板；96筋板；97氟气分布环管
具体实施方式
32.一种氟气双入口立式氟化反应器，包括氟化反应器体5，氟化反应器体5上方连接氟化反应器扩大段4和氟化反应器进料装置11，其中氟化反应器进料装置11包括水平安装的进料螺旋输送器与垂直安装的中心下料管,其中中心下料管位于氟化反应器扩大段4内部，在氟化反应器扩大段4上部连接过滤器13，过滤器13内设置过滤管3和氮气反吹装置12，氮气反吹装置12上带有氮气入口2，氮气入口2与过滤管3连通，用于通入氮气对过滤管进行反吹，以去除粘附在过滤管3上的固体物料，氮气反吹装置12上方还设置有六氟化铀气体出口1，六氟化铀气体出口1与过滤管3连通。
33.在氟化反应器体5的侧壁上设有测温套管7，用于安装测温元件测量氟化反应器体5的侧壁温度；在氟化反应器体5外侧有对开式电加热器6，用于给氟化反应器体5提供热量；氟化反应器体5下方连接氟化反应器气室8，氟化反应器气室8上有氟气入口a管10；氟化反应器气室8下方为渣罐9，用于未反应的固体废物再次反应和反应后固体废物储存；
34.渣罐9上部为圆锥段，下部为圆筒段；渣罐9内部下侧设金属丝网分布板95，用于支撑固体废物并能使氟气通过，分布板95由分布板95下方的筋板96支撑固定，筋板96焊接在渣罐9的内壁上；在分布板95的下方有氟气入口b管93和氟气分布环管97，氟气入口b管93与氟气分布环管97联通，氟气分布环管97能使从氟气入口b管93通入的氟气分布均匀；在渣罐9圆筒段侧壁上设有渣罐测温套管92，用于安装测温元件，测量渣罐9侧壁温度；渣罐9的圆筒段外侧有对开式电加热器94，可为渣罐9提供热量并屏蔽放射性辐射；渣罐9的圆锥段外侧有保温屏蔽层91，保温屏蔽层91的内部设有铅层，既能用于减缓渣罐圆锥段热量散失也能屏蔽放射性辐射。
35.一种氟气双入口立式氟化反应器的使用方法，包括以下步骤
36.s1：:对开式电加热器6对氟化反应器体5进行加热，升温至200～400℃，并通过测温套管7接入测温元件测量氟化反应器体5的温度；
37.s2：氟气预热后分别由氟气入口a管10和氟气入口b管93进入氟化反应器气室8和渣罐9，其中从氟气入口a管10流过的氟气流量与从氟气入口b管93流过的氟气流量的比值为1:1～10:1，氟气进入氟气双入口立式氟化反应器后向上流动
38.s3：固体四氟化铀物料经过氟化反应器进料装置11进入氟化反应器体5，固体四氟化铀物料在下落过程中与s2中流入的氟气发生反应生成六氟化铀气体
39.s4：s3中产生的六氟化铀气体在氟气双入口立式氟化反应器中向上流动至氟化反应器扩大段4，经过氟化反应器扩大段4后，六氟化铀气体进入过滤器13，再经过过滤器13中过滤管3可将六氟化铀气体中夹带的固体颗粒拦截，经过滤后的六氟化铀气体从六氟化铀气体出口1流出氟气双入口立式氟化反应器。
40.氟气双入口立式氟化反应器运行时，每隔10～30min可通过氮气反吹装置12上的反吹氮气入口2通入氮气，将粘附在过滤管3上的固体物料吹落，从而保证过滤管3的畅通性；在氟化反应器体5中未能反应的固体物料将落入渣罐9中的金属丝网分布板95上，再次与从氟气入口b管93通入并经氟气分布环管97均匀分布的氟气发生反应，产生的六氟化铀经氟化反应器体5、氟化反应器扩大段4、过滤器13由六氟化铀气体出口1排出；在1～3个月的生产运行后因渣罐9中固体废物的积累，可将渣罐9整体更换。