一种使用天然气进行硝酸铀酰热解脱硝制备UO3的方法技术

本发明专利技术属于天然铀纯化技术领域，具体涉及一种使用天然气进行硝酸铀酰热解脱硝制备UO3的方法。经过浓缩后的硝酸铀酰溶液，通过计量泵增压和计量后，经由穿过热风分布器中心的进料喷嘴送入干燥脱硝反应器中；同时，天然气和压缩空气在热风炉内燃烧，产生高温高速的气流切向进入热风分布器，在热风分布器的出口形成高速涡流气流；在热风分布器出口处，料液在进料喷嘴处被高温高速湍流雾化，雾化后的物料雾滴，在干燥脱硝反应器内旋转向下运动的过程中实现快速脱水、脱硝反应。本发明专利技术利用天然气供热形成热风，完成干燥脱硝反应，取代了现有的通过电加热供能进行干燥脱硝的反应，有效地降低了铀纯化生产成本。低了铀纯化生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种使用天然气进行硝酸铀酰热解脱硝制备UO3的方法


[0001]本专利技术属于天然铀纯化
，具体涉及一种使用天然气进行硝酸铀酰热解脱硝制备UO3的方法。

技术介绍

[0002]核燃料供应为了满足我国核电发展的需求，同时提升核燃料生产技术，降低铀纯化生产成本。2015年，中核四0四有限公司建成了铀纯化转化生产线，采用流化床热解脱硝高浓度的硝酸铀酰溶液生成UO3。实践证明由脱硝流化床产出的UO3产品比表面积较小，颗粒粒径分布不均匀，堆密度较大，经后续铀转化工艺氢氟化流化床生产验证，脱硝流化床制备的UO3反应活性差，流化效果不佳，无法满足现有工艺控制下氢氟化流化床的连续稳定运行。为此，须将UO3水合活化后，提高物料的比表面积，才能满足后续氢还原和氢氟化生产工艺要求。这样增加了工艺流程，增加了生产成本；同时，采用电加热的供热方式能耗较大。传统的脱硝流化床内构件复杂，电加热棒易损坏，检修更换困难。因此，基于上述问题，根据目前国内铀纯化
中铀氧化物制备工艺中掌握的技术及积累的经验，设计适用于天然铀氧化物制备的雾化干燥工艺技术，开展雾化干燥热解脱硝试验，探索影响脱硝设备稳定性的因素，可以促进我国天然铀纯化的发展，增大产能，缩短工艺流程，改进工艺路线，同时为堆后铀的热解脱硝技术积累经验。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种使用天然气进行硝酸铀酰热解脱硝制备UO3的方法，掌握通过天然气燃烧供热，硝酸铀酰热解脱硝制备高活性三氧化铀工艺技术，提高产品反应活性，节省了水合造粒工艺步骤，从而缩短了铀纯化工艺路线；利用天然气供热形成热风，完成干燥脱硝反应，取代了现有的通过电加热供能进行干燥脱硝的反应，有效地降低了铀纯化生产成本。
[0004]为达到上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0005]一种使用天然气进行硝酸铀酰热解脱硝制备UO3的方法，经过浓缩后的硝酸铀酰溶液，通过计量泵增压和计量后，经由穿过热风分布器中心的进料喷嘴送入干燥脱硝反应器中；同时，天然气和压缩空气在热风炉内燃烧，产生高温高速的气流切向进入热风分布器，在热风分布器的出口形成高速涡流气流；在热风分布器出口处，料液在进料喷嘴处被高温高速湍流雾化，雾化后的物料雾滴，在干燥脱硝反应器内旋转向下运动的过程中实现快速脱水、脱硝反应，硝酸铀酰完成分解反应后产生的UO3产品颗粒一部分沉降于干燥脱硝反应器底部，一部分UO3产品颗粒随气流进入旋风分离器后实现气固分离，UO3颗粒在旋风分离器底部沉降并收集，旋风分离器中未沉降的气体混合物及少量固体粉末进入管式除尘器中进一步进行气固分离，UO3固体粉末基本被收集，尾气通过罗茨风机输送至淋洗塔对氮氧化物进行吸收净化后排入风阱。
[0006]硝酸铀酰完成分解反应后产生的UO3产品颗粒一部分沉降于干燥脱硝反应器底
部，经旋转阀卸至卸料料仓中暂存，卸至产品容器中备用。
[0007]采用天然气储罐储存天然气，通过天然气在热风炉中燃烧为干燥脱硝反应器提供热风；热风炉中，天然气的供应量为120
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130kg/h，通过风机通入压缩空气，压缩空气供应量为2600
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3000kg/h，控制热风炉出口温度300
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400℃。
[0008]经过浓缩后的硝酸铀酰溶液为来自脱硝厂房的800
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1200gU/L的硝酸溶液，暂存于浓料罐中，浓料罐配置有热水夹套，通过热水控制硝酸铀酰溶液的温度为85
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95℃。
[0009]浓料罐中的硝酸铀酰溶液通过计量泵输送至干燥脱硝反应器进料喷嘴中，控制进料流量为600
‑
1000kgU/h。
[0010]采用夹套管的方式输送硝酸铀酰溶液，内管走硝酸铀酰溶液，外管走热水。
[0011]配备有热水循环槽，通过通入蒸汽加热及补充冷却水的方式控制热水温度在85
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95℃之间，热水循环槽出口配备有热水循环泵，给外管的循环热水提供动力，外管中的热水最后汇集于热水循环槽中循环使用。
[0012]进料喷嘴设置有冷却水夹套。
[0013]尾气通过罗茨风机输送至淋洗塔进行氮氧化物的吸收净化，并且将夹带的极少量UO3固体淋洗至淋洗液中，循环泵使淋洗液在淋洗塔中循环利用，当淋洗液中的硝酸浓度达到6
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8mol/L后，输送至溶解工序进行硝酸的复用。
[0014]来自空压站的压缩空气贮存于压空缓冲罐中，进入反吹气加热炉预热后，输送至管式除尘器的过滤管中；设置六组过滤管，每组过滤管设置气动阀、电磁阀、反吹喷嘴；通过热空气定期反吹，保证过滤管的畅通，反吹气进入工艺尾气，最后进入氮氧化物淋洗塔，淋洗后排入大气，反吹周期为48分钟，反吹时间为2秒，阀间隔时间为30秒，每组间隔时间为8分钟；管式除尘器上部设有压力检测点，通过反吹，确保管式除尘器上部压力小于20kPa，保证尾气的通畅性。
[0015]本专利技术所取得的有益效果为：
[0016]本专利技术采用热风炉、干燥脱硝反应器及管式除尘器作为硝酸铀酰溶液热解脱硝的主体设备，采用天然气与过量空气燃烧产生高温气体，切向进入热风分布器，将硝酸铀酰溶液料液雾化后进行干燥脱水和热解脱硝，产生高活性的UO3产品。该工艺路线的优点有：工艺流程短、热源稳定，供热充分，主反应器干燥脱硝反应器设备结构简单、相比传统的流化床，其内部构件少，运行稳定，便于检修维护。制备出的UO3粒度分布均匀、化学反应活性高等优点。其具体特点如下所述：
[0017]1)该专利技术所述技术方案利用天然气的燃烧提供热源，热源稳定，促进铀纯化生产线的节能减排，降本增效，具有显著的经济效益。
[0018]2)采用雾化干燥技术进行硝酸铀酰的脱硝反应，较传统的脱硝流化床，减少了内构件，特别是相较目前国内普遍使用的采用电加热元件作为热源的脱硝流化床，无电加热元件，避免了因工艺控制不当或流化气的突然中断等异常工况导致的电加热元件损坏等情况，脱硝反应器的操作要求及检修维护难度大大降低，增强了脱硝反应器运行的稳定性。
[0019]3)雾化干燥技术制备出高活性的UO3物料，通过氢还原后进入铀转化工艺氢氟化流化床，可进一步降低氢氟化流化床的气固比，降低了氟化氢的过剩量，节省了原材料无水氟化氢，同时降低了尾气冷凝液中氟化氢的含量，降低了工艺废液的产生量。同时，因为UO3物料活性的提高，取消了原有三氧化铀水合活化过程，缩短了工艺流程，降低了生产成本。
[0020]4)工艺控制条件相对宽松，对供料流量、脱硝反应器压力等要求较低，工艺操作简单。相较传统流化床，无需进行物料流化，去除了流化物料的相关设备设施，节省了压空(用于流化物料)用量，降低了能耗，同时降低了工艺尾气产生量，降低了尾气处理工序罗茨风机、吸收塔等的要求，延长了尾气处理工序的设备寿命。主设备脱硝反应器设备结构简单，操作方便，控制点较少，可大大提高单台设备的产能。
[0021]5)在国内首次实现了以天然气作为热源制备高活性三氧化铀的工艺路线，对于提升铀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用天然气进行硝酸铀酰热解脱硝制备UO3的方法，其特征在于：经过浓缩后的硝酸铀酰溶液，通过计量泵增压和计量后，经由穿过热风分布器中心的进料喷嘴送入干燥脱硝反应器中；同时，天然气和压缩空气在热风炉内燃烧，产生高温高速的气流切向进入热风分布器，在热风分布器的出口形成高速涡流气流；在热风分布器出口处，料液在进料喷嘴处被高温高速湍流雾化，雾化后的物料雾滴，在干燥脱硝反应器内旋转向下运动的过程中实现快速脱水、脱硝反应，硝酸铀酰完成分解反应后产生的UO3产品颗粒一部分沉降于干燥脱硝反应器底部，一部分UO3产品颗粒随气流进入旋风分离器后实现气固分离，UO3颗粒在旋风分离器底部沉降并收集，旋风分离器中未沉降的气体混合物及少量固体粉末进入管式除尘器中进一步进行气固分离，UO3固体粉末基本被收集，尾气通过罗茨风机输送至淋洗塔对氮氧化物进行吸收净化后排入风阱。2.根据权利要求1所述的使用天然气进行硝酸铀酰热解脱硝制备UO3的方法，其特征在于：硝酸铀酰完成分解反应后产生的UO3产品颗粒一部分沉降于干燥脱硝反应器底部，经旋转阀卸至卸料料仓中暂存，卸至产品容器中备用。3.根据权利要求1所述的使用天然气进行硝酸铀酰热解脱硝制备UO3的方法，其特征在于：采用天然气储罐储存天然气，通过天然气在热风炉中燃烧为干燥脱硝反应器提供热风；热风炉中，天然气的供应量为120
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130kg/h，通过风机通入压缩空气，压缩空气供应量为2600
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3000kg/h，控制热风炉出口温度300
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400℃。4.根据权利要求1所述的使用天然气进行硝酸铀酰热解脱硝制备UO3的方法，其特征在于：经过浓缩后的硝酸铀酰溶液为来自脱硝厂房的800
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1200gU/L的硝酸溶液，暂存于浓料罐中，浓料罐配置有热水夹套，通过热水控制硝酸铀酰溶液的温度为85
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈登科，任喜彦，魏刚，耿龙，陈红卫，高兴星，彭饶，屠晶，王晓东，包国强，任先锋，
申请(专利权)人：中核四零四有限公司，
类型：发明
国别省市：