一種三氧化鈾流化床氫還原工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種三氧化鈾流化床氫還原工藝，包括試驗(yàn)平臺(tái)搭建、氣體混合、進(jìn)料、反應(yīng)、出料與尾氣排放等步驟。本發(fā)明在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)UO3氫還原制備UO2工藝技術(shù)路線，路線中還原反應(yīng)器選擇流化床，其具有優(yōu)良的傳熱性能和易于實(shí)現(xiàn)床層溫度的均一控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便且產(chǎn)能大。此外，流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)氣固相的充分接觸，強(qiáng)化傳質(zhì)和傳熱效果，易于實(shí)現(xiàn)物料的高反應(yīng)產(chǎn)率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種三氧化鈾流化床氫還原工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鈾轉(zhuǎn)化領(lǐng)域中三氧化鈾流化床氫還原工藝技術(shù)，具體涉及鈾轉(zhuǎn)化領(lǐng)域 中利用氟化氫電解制備的氫氣與三氧化鈾在流化床為主反應(yīng)器中反應(yīng)生成二氧化鈾的工 藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為主要的鈾轉(zhuǎn)化工序之一，目前，U03還原制備U02的工藝路線很多。但在天 然鈾的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，可規(guī)模化生產(chǎn)、具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的工藝路線主要有AUC熱解還原法、 ADU煅燒-還原法、UNH脫硝-還原法三種。然而，前兩種方法的工藝過(guò)程中，必須采用 (NH4) 2C03、NH3、C02等沉淀劑，并會(huì)產(chǎn)生一定量的廢液。但UNH脫硝-還原法不需消耗其 他試劑，基本上不產(chǎn)生廢液和固體廢物且工藝流程短，已逐漸成為符合產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展方向 的代表性工藝路線。例如，目前法國(guó)AREVA公司的Comurhex II就采用該方法來(lái)替代其在 Comurhex I中的ADU煅燒制備U03，U03在L ·(：爐還原制備U02的工藝，具體工藝路線為先 將UNH溶液閃蒸脫硝，然后在L · C爐還原制備U02的工藝，生產(chǎn)能力約達(dá)到4500tU/a。而 加拿大Cameco公司采用的UNH脫硝-還原工藝路線是先將UNH溶液在多級(jí)攪拌罐內(nèi)脫硝， 然后采用流化床還原脫硝U03來(lái)制備U02。英國(guó)采用的是將UNH溶液脫硝制備U03,再水合 活化，氫還原來(lái)制備U02 ;但是，上述相關(guān)工藝流程資料均為公開(kāi)。為適應(yīng)未來(lái)核電對(duì)燃料 的需求，我國(guó)擬建的9000tU/a鈾純化及6000tU/a鈾轉(zhuǎn)化工程項(xiàng)目中，其制備U02過(guò)程也確 定采用UNH脫硝-還原路線，亟需進(jìn)行相關(guān)研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白，掌握三氧化鈾流 化床氫還原制備二氧化鈾工藝，制備合格的U0 2產(chǎn)品，并將此產(chǎn)品用于后續(xù)的氫氟化及氟化 工序，制備出合格的UF4與UF6產(chǎn)品。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種三氧化鈾流化床氫還原工藝，包括 以下步驟：
[0005] 步驟1，試驗(yàn)平臺(tái)搭建；試驗(yàn)系統(tǒng)包括第一級(jí)氫氣緩沖罐、氫氣除塵器、氫氣膜壓 機(jī)、第二級(jí)氫氣緩沖罐、混合氣緩沖罐、混合氣體預(yù)熱器、混合氣體加熱器、流化床反應(yīng)器、 氮?dú)鈨?chǔ)罐、氮?dú)饧訜崞鳌⒓恿狭隙?、伸縮料斗、儲(chǔ)料料倉(cāng)和卸料小室；
[0006] 步驟2,氣體混合
[0007] 步驟2. 1，從中溫電解制氟崗位出來(lái)的氫氣，先經(jīng)架空輸送管道進(jìn)入第一級(jí)氫氣緩 沖罐，然后依次經(jīng)氫氣除塵器除塵和氫氣膜壓機(jī)增壓后，經(jīng)第二級(jí)氫氣緩沖罐緩沖和流量 計(jì)計(jì)量后，進(jìn)入混合氣緩沖罐；
[0008] 步驟2. 2,從氮?dú)饪偣軄?lái)的氮?dú)夥譃閮陕罚宦方?jīng)分減壓后經(jīng)流量計(jì)計(jì)量，然后進(jìn) 入混合氣緩沖罐，與步驟2. 1的氫氣按照1:2?1:4的氣體比混合；
[0009] 步驟3,進(jìn)料
[0010] 步驟3. 1，混合氣體從混合氣緩沖罐進(jìn)入混合氣體預(yù)熱器預(yù)熱至150±1(TC，再經(jīng) 混合氣體加熱器加熱到300±10°C后，從流化床反應(yīng)器的底部經(jīng)氣體分布板均勻進(jìn)入流化 床反應(yīng)器；
[0011] 步驟3. 2，加料料斗中的U03物料經(jīng)加料螺旋輸送器從流化床反應(yīng)器的中上部進(jìn)入 流化床反應(yīng)器；
[0012] 上述步驟3. 1、3. 2同時(shí)進(jìn)行；
[0013] 步驟4,反應(yīng)
[0014] 步驟4. 1，產(chǎn)生的高溫混合氣體從底部進(jìn)入流化床反應(yīng)器，經(jīng)經(jīng)氣體分布板均勻分 布后，在流化床內(nèi)使uo3物料流化，處在懸浮翻滾狀態(tài)，uo 3物料完全浸在氮?dú)浠旌蠚庵?，與 混合氣充分接觸并反應(yīng)生成υ〇2，控制流化床反應(yīng)器的溫度為580?620°C，氫氣與三氧化 鈾的每小時(shí)摩爾比為1. 6?2. 0 :1，物料在流化床反應(yīng)器的停留時(shí)間為6?8h ;由于，流化 床內(nèi)物料處于流化狀態(tài)，尾氣中粉塵的夾帶量一般較大，為此，在流化床反應(yīng)器的內(nèi)頂部設(shè) 置用于截留氣體夾帶的細(xì)小顆粒過(guò)濾器；
[0015] 步驟4. 2,隨著步驟4. 1的進(jìn)行，尾氣夾帶的固體物料在過(guò)濾器中的積累量逐步增 力口，過(guò)濾器表面的料層將越來(lái)越厚，系統(tǒng)壓力隨之增加，為確保系統(tǒng)暢通性，采用氮?dú)膺M(jìn)行 周期性的反吹，以除去粘附在過(guò)濾器上的粉塵；氮?dú)庥傻獨(dú)饪偣芤来谓?jīng)氮?dú)鈨?chǔ)罐和氮?dú)饧?熱器后進(jìn)入流化床反應(yīng)器頂部周期性反吹，反吹氮?dú)鈮毫椹? 3MPa，溫度為?300±1(TC， 每30min反吹一次，反吹時(shí)間為2?3s ;
[0016] 步驟5,出料與尾氣排放
[0017] 步驟5. 1，步驟4反應(yīng)生成的U02產(chǎn)品從流化床反應(yīng)器底部的卸料口進(jìn)入伸縮料 斗，然后經(jīng)出料螺旋輸送器進(jìn)入儲(chǔ)料料倉(cāng)，再由卸料螺旋輸送器送入密封的卸料小室進(jìn)行 卸料；
[0018] 步驟5. 2,步驟4反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過(guò)流化床頂部的過(guò)濾器過(guò)濾后，經(jīng)尾氣總管進(jìn) 入淋洗塔淋洗后，再經(jīng)阻火器排入大氣。
[0019] 所述步驟2. 2中，氮?dú)馀c氫氣的最優(yōu)體積比為1 :3。
[0020] 所述步驟4. 1中，控制流化床反應(yīng)器的最優(yōu)溫度為600°C，氫氣與三氧化鈾的最優(yōu) 摩爾比為1. 8 :1，物料在反應(yīng)器的最優(yōu)停留時(shí)間為7h。
[0021] 所述步驟4. 1中，為避免流化床因振動(dòng)而導(dǎo)致的應(yīng)力破壞，過(guò)濾器放置在流化床 床體之外。
[0022] 本發(fā)明的進(jìn)步之處在于：國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)U03氫還原制備U02工藝技術(shù)路線，路線中 還原反應(yīng)器選擇流化床，其具有優(yōu)良的傳熱性能和易于實(shí)現(xiàn)床層溫度的均一控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、維護(hù)方便且產(chǎn)能大。此外，流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)氣固相的充分接觸，強(qiáng)化傳質(zhì)和傳 熱效果，易于實(shí)現(xiàn)物料的高反應(yīng)產(chǎn)率。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0025] 按上述工藝流程，建立lOOkgU/h工藝系統(tǒng)，開(kāi)展工程化試驗(yàn)系統(tǒng)。
[0026] 在溫度分別為 550± 10°C、580± 10°C、600± 10°C、620± 10°C、640± 10°C，氫氣過(guò) 量約100% (以每小時(shí)反應(yīng)lOOkgU計(jì))，氮?dú)夂蜌錃獾哪柋葹?:3,反應(yīng)時(shí)間均為8h的條 件下，進(jìn)行還原反應(yīng)。產(chǎn)品U02的分析結(jié)果見(jiàn)表1。從表1中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，還 原的轉(zhuǎn)化率也增高，達(dá)到600±10°C時(shí)，U03的還原轉(zhuǎn)化率基本不再增高，故最優(yōu)的反應(yīng)溫 度 600±10°C。
[0027] 表1U03還原轉(zhuǎn)化率和溫度的關(guān)系
[0028]

【權(quán)利要求】
1. 一種三氧化鈾流化床氫還原工藝，其特征在于包括以下步驟： 步驟1，試驗(yàn)平臺(tái)搭建；試驗(yàn)系統(tǒng)包括第一級(jí)氫氣緩沖罐、氫氣除塵器、氫氣膜壓機(jī)、第 二級(jí)氫氣緩沖罐、混合氣緩沖罐、混合氣體預(yù)熱器、混合氣體加熱器、流化床反應(yīng)器、氮?dú)鈨?chǔ) 罐、氮?dú)饧訜崞?、加料料斗、伸縮料斗、儲(chǔ)料料倉(cāng)和卸料小室； 步驟2,氣體混合 步驟2. 1，從中溫電解制氟崗位出來(lái)的氫氣，先經(jīng)第一級(jí)氫氣緩沖罐，然后依次經(jīng)氫氣 除塵器除塵和氫氣膜壓機(jī)增壓后，經(jīng)第二級(jí)氫氣緩沖罐緩沖和流量計(jì)計(jì)量后，進(jìn)入混合氣 緩沖罐； 步驟2. 2,從氮?dú)饪偣軄?lái)的氮?dú)夥譃閮陕?，一路?jīng)分減壓后經(jīng)流量計(jì)計(jì)量，然后進(jìn)入混 合氣緩沖罐，與步驟2. 1的氫氣按照1:2?1:4的氣體比混合； 步驟3,進(jìn)料 步驟3. 1，混合氣體從混合氣緩沖罐進(jìn)入混合氣體預(yù)熱器預(yù)熱至150±10°C，再經(jīng)混合 氣體加熱器加熱到300±10°C后，從流化床反應(yīng)器的底部經(jīng)氣體分布板均勻進(jìn)入流化床反 應(yīng)器； 步驟3. 2,加料料斗中的U03物料從流化床反應(yīng)器的中上部進(jìn)入流化床反應(yīng)器； 上述步驟3. 1、3. 2同時(shí)進(jìn)行； 步驟4,反應(yīng) 步驟4. 1，產(chǎn)生的高溫混合氣體從底部進(jìn)入流化床反應(yīng)器，經(jīng)經(jīng)氣體分布板均勻分布 后，在流化床內(nèi)使U03物料流化，處在懸浮翻滾狀態(tài)，U03物料完全浸在氮?dú)浠旌蠚庵校c混 合氣充分接觸并反應(yīng)生成U0 2，控制流化床反應(yīng)器的溫度為580?620°C，氫氣與三氧化鈾 的每小時(shí)摩爾比為1. 6?2. 0 : 1，物料在流化床反應(yīng)器的停留時(shí)間為6?8h ;流化床反應(yīng)器 的內(nèi)頂部設(shè)置用于截留氣體夾帶的細(xì)小顆粒過(guò)濾器； 步驟4. 2,隨著步驟4. 1的進(jìn)行，尾氣夾帶的固體物料在過(guò)濾器中的積累量逐步增加， 過(guò)濾器表面的料層將越來(lái)越厚，系統(tǒng)壓力隨之增加，為確保系統(tǒng)暢通性，采用氮?dú)膺M(jìn)行周期 性的反吹，以除去粘附在過(guò)濾器上的粉塵；氮?dú)庥傻獨(dú)饪偣芤来谓?jīng)氮?dú)鈨?chǔ)罐和氮?dú)饧訜崞?后進(jìn)入流化床反應(yīng)器頂部周期性反吹，反吹氮?dú)鈮毫?. 3MPa，溫度為?300±1(TC，每 30min反吹一次，反吹時(shí)間為2?3s ; 步驟5,出料與尾氣排放 步驟5. 1，步驟4反應(yīng)生成的U02產(chǎn)品從流化床反應(yīng)器底部的卸料口進(jìn)入伸縮料斗，然 后進(jìn)入儲(chǔ)料料倉(cāng)，再送入卸料小室進(jìn)行卸料； 步驟5. 2,步驟4反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣經(jīng)過(guò)流化床頂部的過(guò)濾器過(guò)濾后，經(jīng)尾氣總管進(jìn)入淋 洗塔淋洗后，再經(jīng)阻火器排入大氣。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種三氧化鈾流化床氫還原工藝，其特征在于步驟2. 2中，氮?dú)?與氫氣的最優(yōu)體積比為1 :3。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種三氧化鈾流化床氫還原工藝，其特征在于步驟4. 1中，控制 流化床反應(yīng)器的最優(yōu)溫度為600°C，氫氣與三氧化鈾的最優(yōu)摩爾比為1. 8 :1，物料在反應(yīng)器 的最優(yōu)停留時(shí)間為7h。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種三氧化鈾流化床氫還原工藝，其特征在于步驟4. 1中，過(guò)濾 器放置在流化床床體之外。
【文檔編號(hào)】C01G43/025GK104045112SQ201310082366
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】王俊, 王偉, 劉賓, 魏剛, 張慧忠, 嚴(yán)輝, 許云生, 鄒琛華 申請(qǐng)人:中核四0四有限公司