專利名稱：在六氟化鈾到二氧化鈾的轉(zhuǎn)化中容量和濃縮度方面改變的分段反應(yīng)器的制作方法
在六氟化鈾到ニ氧化鈾的轉(zhuǎn)化中容量和濃縮度方面改變的
分段反應(yīng)器本發(fā)明要求了 2009年11月12日提交的美國(guó)在先專利申請(qǐng)系列No. 61Λ81，172 的優(yōu)先權(quán)，其全部的公開內(nèi)容通過(guò)參考并入本發(fā)明。本發(fā)明涉及六氟化鈾到ニ氧化鈾的干式轉(zhuǎn)化方法。
背景技術(shù)：
U. S.專利No. 6，656，391公開了ー種用于制備在MOX燃料的制造中使用的可澆鑄的ニ氧化鈾(UO2)粉末的方法。該方法包括噴霧干燥通過(guò)六氟化鈾(UF6)干法轉(zhuǎn)化獲得的可流動(dòng)的UO2粉末。U. S.專利No. 6，352，677公開了ー種由UF6的脫氟作用制備商業(yè)級(jí)無(wú)水氟化氫 (AHF)和TO2的方法。U. S.專利No. 5，346，684公開了ー種用于由貧化UF6回收無(wú)水氟化氫的方法。U. S.專利No. 4，830，841公開了 UF6到UO2的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器。這種轉(zhuǎn)化目前以單段反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)，其具有安裝用于運(yùn)行商業(yè)輕水反應(yīng)器中所要求的濃縮水平的氣相反應(yīng)區(qū)段和脫氟/聚集區(qū)段以產(chǎn)生受控的核反應(yīng)，即達(dá)到5%的U-235的最大濃縮度。反應(yīng)器的上部使用燒結(jié)的金屬過(guò)濾器將固體從氣相中分離出來(lái)。將UO2F2脫氟且UO2使用流化床在反應(yīng)器的下部聚集。安裝的流化床和氣相反應(yīng)部分的幾何結(jié)構(gòu)都不允許適時(shí)的或成本有效地改變?nèi)萘炕騏-235的濃縮度，或不易于維護(hù)。目前的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器通常由典型地用于高溫應(yīng)用的材料制成，如鎳-鉻基高
溫合金，例如Incone 1 625，或由耐腐蝕的材料制成，如鎳-銅基合金，例如M_el ,
但是不在老化和熱循環(huán)材料上焊接就不能進(jìn)行反應(yīng)器的改進(jìn)和維護(hù)。在流化床區(qū)段中反應(yīng)器不能被快速升級(jí)，除非通過(guò)焊接新的金屬以改進(jìn)其幾何結(jié)構(gòu)。在舊材料上，例如
Iacone 1 625或腿one 1·上進(jìn)行焊接會(huì)導(dǎo)致在老化的和熱循環(huán)的反應(yīng)器金屬以及新區(qū)
段之間的焊縫處開裂的問(wèn)題。除非整個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行了熱處理，否則在焊接接縫處會(huì)發(fā)生開裂，這是因?yàn)槔匣臒嵫h(huán)金屬與更無(wú)定形的新金屬不同。開裂會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生，典型地在裝置重新開始運(yùn)轉(zhuǎn)之后很快就發(fā)生?，F(xiàn)有反應(yīng)器設(shè)計(jì)的氣相反應(yīng)器或流化床區(qū)段的任何改變直至整個(gè)反應(yīng)器的替換，并包括整個(gè)反應(yīng)器的替換都是非常昂貴的。此外，雖然整個(gè)反應(yīng)器本身可以進(jìn)行熱處理，但是這也是非常昂貴且耗時(shí)的。此外，現(xiàn)有的反應(yīng)器受限于關(guān)于氣相反應(yīng)區(qū)段和流化床區(qū)段的固定容量和濃縮度能力。若不進(jìn)行替換則它們不能容忍超過(guò)5%濃縮度的進(jìn)料。這些反應(yīng)器不能被升級(jí)，除非流化床區(qū)段或氣相反應(yīng)區(qū)段停エ，并在其上焊接新幾何結(jié)構(gòu)的區(qū)段，且這些還會(huì)由于焊接接縫處的開裂而失敗。發(fā)明概述現(xiàn)有的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器是以單件進(jìn)行焊接的并且因此不能簡(jiǎn)單地改進(jìn)以改變相關(guān)的容量、濃縮度、改裝或其他期望的變化。本發(fā)明的目的就在于提供ー種方法和設(shè)備，以簡(jiǎn)單的且成本有效的方式改進(jìn)干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，例如流化床或其他反應(yīng)器區(qū)段。本發(fā)明提供了一種用于將六氟化鈾轉(zhuǎn)化為ニ氧化鈾的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，該干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器包括氣相反應(yīng)區(qū)段以及流化床區(qū)段，其中氣相反應(yīng)區(qū)段和流化床區(qū)段中的至少ー 個(gè)是可替換的區(qū)段。本發(fā)明還提供了一種用于操作利用六氟化鈾到ニ氧化鈾的轉(zhuǎn)化法的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的方法，該方法包括替換至少ー個(gè)可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段。本發(fā)明中安裝預(yù)先設(shè)計(jì)的區(qū)段可應(yīng)用于廣泛范圍的構(gòu)造，包括其他反應(yīng)器區(qū)段， 例如與粉末出ロ相連的流化床風(fēng)室或與廢氣出ロ相連的廢氣風(fēng)室區(qū)段。附圖
概述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案根據(jù)附圖進(jìn)行說(shuō)明，其中圖Ia顯示了在較低容量反應(yīng)器正視圖中在干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器上使用可替換區(qū)段對(duì)于矩形橫截面幾何結(jié)構(gòu)的示例性容量改變。圖Ib顯示了圖Ia所示的在較低容量反應(yīng)器側(cè)視圖中在干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器上使用可替換區(qū)段對(duì)于矩形橫截面幾何結(jié)構(gòu)的示例性容量改變。圖Ic顯示了在較大容量反應(yīng)器正視圖中在干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器上使用可替換區(qū)段對(duì)于矩形橫截面幾何結(jié)構(gòu)的示例性容量改變。圖Id顯示了圖Ic顯示的較大容量反應(yīng)器側(cè)視圖中在干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器上使用可替換區(qū)段對(duì)于矩形橫截面幾何結(jié)構(gòu)的示例性容量改變。圖加顯示了設(shè)計(jì)用于較低濃縮度的反應(yīng)器正視圖中在干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器上使用可替換區(qū)段對(duì)于矩形橫截面幾何結(jié)構(gòu)的示例性濃縮度改變。圖2b顯示了設(shè)計(jì)用于圖加顯示的較低濃縮度的反應(yīng)器側(cè)視圖中在干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器上使用可替換區(qū)段對(duì)于矩形橫截面幾何結(jié)構(gòu)的示例性濃縮度改變。圖2c顯示了設(shè)計(jì)用于較高濃縮度的反應(yīng)器正視圖中在干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器上使用可替換區(qū)段對(duì)于矩形橫截面幾何結(jié)構(gòu)的示例性濃縮度改變。圖2d顯示了設(shè)計(jì)用于圖2c顯示的較高濃縮度的反應(yīng)器側(cè)視圖中在干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器上使用可替換區(qū)段對(duì)于矩形橫截面幾何結(jié)構(gòu)的示例性濃縮度改變。圖3a顯示了設(shè)計(jì)用于較低濃縮度的反應(yīng)器的正視圖中在干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器上使用可替換區(qū)段對(duì)于圓柱形橫截面幾何結(jié)構(gòu)的示例性濃縮度改變。圖北顯示了設(shè)計(jì)用于較高濃縮度的反應(yīng)器的正視圖中在干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器上使用可替換區(qū)段對(duì)于圓柱形橫截面幾何結(jié)構(gòu)的示例性濃縮度改變。發(fā)明詳述對(duì)通過(guò)參考并入本發(fā)明的U. S.專利No. 4，830，841進(jìn)行改進(jìn)以允許更高的容量、 更高的％U-235濃縮度、易于改裝、易于維護(hù)以及其他這些改迸，但是卻保留了高的總運(yùn)轉(zhuǎn)效率和最少的過(guò)程停機(jī)時(shí)間。本發(fā)明提供了一種用于提高反應(yīng)器流化床的容量并且將現(xiàn)有的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的鈾濃縮度改進(jìn)為5% U-235或更高濃縮度的方法和設(shè)備。對(duì)于核臨界安全來(lái)說(shuō)這可以使用例如厚板材或圓柱形幾何結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。出于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)厚板材用于限定具有矩形橫截面的幾何結(jié)構(gòu)，出于臨界安全考慮確定矩形橫截面的最大寬度。本發(fā)明通過(guò)如下改善了 U. S.專利No. 4，830，341的反應(yīng)器操作，即詳細(xì)設(shè)計(jì)了容量和可允許的向氣相反應(yīng)區(qū)段和流化床區(qū)段進(jìn)料的％ U-235濃縮度可以如何使用可替換的區(qū)段來(lái)進(jìn)行改迸。這種可替換的區(qū)段可以包括法蘭連接的多種構(gòu)造的可替換的區(qū)段。圖Ia到Id、圖加到2d和圖3a和;3b顯示了使用可替換區(qū)段對(duì)干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器改進(jìn)的不同實(shí)施方式。反應(yīng)器1包括在一端與廢氣風(fēng)室5相連而在另一端與過(guò)渡區(qū)段7相連的氣相反應(yīng)區(qū)段3和在一端與過(guò)渡區(qū)段7相連而在另一端與流化床風(fēng)室11相連的流化床區(qū)段9。UF6、蒸汽和吐分別通過(guò)噴嘴或管線13、15注射到過(guò)渡區(qū)段7和流化床風(fēng)室11 中。反應(yīng)器1的不同組成部分通過(guò)無(wú)焊接連接(例如法蘭連接17)相連。正如U. S.專利 No. 4，830，841所討論的，反應(yīng)器1的上部使用設(shè)置在氣相反應(yīng)區(qū)段3中的燒結(jié)的金屬過(guò)濾器將固體從氣相中分離出來(lái)，將UO2F2脫氟且UO2聚集在流化床區(qū)段9中。通常氣相反應(yīng)區(qū)段3的設(shè)計(jì)與エ藝相關(guān)且并不由安全分析來(lái)確定。流化床區(qū)段9的設(shè)計(jì)由エ藝需要限定， 且其寬度受臨界安全考慮的約束。如圖Ia到Id所示，可替換區(qū)段9使得流化床體積能夠擴(kuò)展并且因此増加容量、 UO2F2的停留時(shí)間并且改進(jìn)反應(yīng)器的生產(chǎn)能力。在極端的情況下，可以取消過(guò)渡區(qū)段7以達(dá)到整個(gè)反應(yīng)器1自始至終連續(xù)的尺寸?？商鎿Q的區(qū)段，例如氣相反應(yīng)區(qū)段3、過(guò)渡區(qū)段7和流化床區(qū)段9排除了在在使用中的老化的氣相反應(yīng)區(qū)段3或流化床區(qū)段9上焊接的需要。 可替換區(qū)段還可以用于快速替換老化的區(qū)段。流化床區(qū)段9可以簡(jiǎn)單地用由例如其他金屬
制成的區(qū)段替換，例如不需要焊接從 οιιβ Φ轉(zhuǎn)換為Inconel 625或其他的區(qū)段。任
何區(qū)段，例如氣相反應(yīng)區(qū)段3、過(guò)渡區(qū)段7和流化床區(qū)段9以及廢氣風(fēng)室5和流化床風(fēng)室11 可以被移出、維修并且根據(jù)需要快速替換以保持較高的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。當(dāng)使用的區(qū)段從使用中移出吋，它們可以更簡(jiǎn)單地進(jìn)行熱處理以還原最初的性質(zhì)并且之后放回使用中。對(duì)區(qū)段的改進(jìn)可以在熱處理之后實(shí)現(xiàn)且改進(jìn)的區(qū)段之后可以重新插入其原位置中。如圖加到2d所示，可替換的區(qū)段，例如氣相反應(yīng)區(qū)段3、過(guò)渡區(qū)段7和流化床區(qū)段9可以用于通過(guò)調(diào)整以下參數(shù)使較高濃縮度快速貫穿反應(yīng)器以便保證臨界安全。例如， 對(duì)于不同的期望濃縮度而言，流化床寬度、最小臨界質(zhì)量、最小臨界體積和最小臨界濃度的以下關(guān)系全部歸為流化床區(qū)段體積的影響因子。
權(quán)利要求
1.一種用于將六氟化鈾轉(zhuǎn)化為ニ氧化鈾的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，該干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器包括 至少ー個(gè)可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段。
2.如權(quán)利要求1所述的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，其中可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段使得能夠進(jìn)行容量、濃縮度、物料的改變或能夠進(jìn)行維護(hù)。
3.如權(quán)利要求1所述的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，其中可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段在維修或改進(jìn)后重新插入。
4.如權(quán)利要求1所述的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，其中用備用的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段替換可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段。
5.如權(quán)利要求1所述的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，其中可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段是流化床區(qū)段、氣相反應(yīng)區(qū)段、廢氣風(fēng)室、過(guò)渡區(qū)段或流化床風(fēng)室。
6.如權(quán)利要求5所述的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，其中可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段具有矩形或圓柱形橫截面。
7.如權(quán)利要求1所述的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，其中可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段用法蘭聯(lián)接和管狀墊圈來(lái)連接。
8.一種用于操作利用六氟化鈾到ニ氧化鈾的轉(zhuǎn)化工藝的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的方法，該方法包括替換至少ー個(gè)可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中替換至少ー個(gè)可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段是用于改變?nèi)萘俊饪s度、物料或用于維護(hù)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段維修或改進(jìn)后，將可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段重新插入。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中用備用的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段替換可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段是流化床區(qū)段、氣相反應(yīng)區(qū)段、廢氣風(fēng)室、過(guò)渡區(qū)段或流化床風(fēng)室。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段具有矩形或圓柱形橫截
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其進(jìn)ー步包括將可替換的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段用法蘭聯(lián)接和管狀墊圈連接。
15.一種用于將六氟化鈾轉(zhuǎn)化為ニ氧化鈾的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，該干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器包括氣相反應(yīng)區(qū)段和流化床區(qū)段，其中氣相反應(yīng)區(qū)段和流化床區(qū)段中的至少ー個(gè)是可替換的區(qū)段。
全文摘要
一種用于將六氟化鈾轉(zhuǎn)化為二氧化鈾的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，該干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器包括氣相反應(yīng)區(qū)段和流化床區(qū)段，其中氣相反應(yīng)區(qū)段和流化床區(qū)段中的至少一個(gè)是可替換區(qū)段。一種用于操作利用六氟化鈾到二氧化鈾轉(zhuǎn)化工藝的干式轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的方法，該方法包括替換至少一個(gè)轉(zhuǎn)化反應(yīng)器區(qū)段。
文檔編號(hào)C01G43/025GK102596816SQ201080051029
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者A·蘭登, C·耶格爾, R·T·基穆拉 申請(qǐng)人:阿利發(fā)Np有限公司