一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型屬于核燃料后處理【技術(shù)領(lǐng)域】，公開(kāi)了一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備。該設(shè)備主要包括氧化塔、料液接收罐及NOX儲(chǔ)罐，其中氧化塔的上端設(shè)置有料液出口，下端設(shè)置有Pu(III)料液進(jìn)口和NOX進(jìn)料口，料液接收罐和氧化塔的上部的料液出口通過(guò)管道相連；氧化塔的主體、塔內(nèi)的填料均為耐輻照、耐硝酸腐蝕材料；氧化塔的外塔壁上設(shè)置有加熱裝置；Pu(III)料液從氧化塔下部的Pu(III)料液進(jìn)口進(jìn)入氧化塔內(nèi)；NOX儲(chǔ)罐提供的NOX氣體單獨(dú)或與載氣一同由氧化塔下部的NOX進(jìn)料口進(jìn)入氧化塔內(nèi)；調(diào)價(jià)后的料液經(jīng)由氧化塔上部的料液出口進(jìn)入料液接收罐。該設(shè)備具有處理規(guī)模大、NOx利用率高、調(diào)價(jià)工藝安全穩(wěn)定且氮氧化物尾氣處置負(fù)擔(dān)小的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種將Pud丨丨)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于核燃料后處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及核燃料后處理Purex流程中1BP到2AF及钚沉淀轉(zhuǎn)化前2BP料液中钚的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]后處理工藝流程通常采用U (IV)-肼、羥胺-肼或N，N- 二甲基羥胺-甲基肼等還原劑來(lái)還原反萃Pu( III )，鈾钚分離后得到的1BP料液中钚為三價(jià)，在下一步通過(guò)萃取一反萃取進(jìn)行钚的凈化濃縮之前，需將Pu( III)調(diào)整為Pu( IV );同時(shí)钚純化循環(huán)得到的硝酸Pu(III)溶液在沉淀轉(zhuǎn)化步驟時(shí)需要轉(zhuǎn)化為Pu( IV )。傳統(tǒng)的后處理工藝流程采用亞硝酸鈉(NaN02)來(lái)調(diào)整1BP、2BP料液中钚的價(jià)態(tài)(采用調(diào)料罐，批式操作)，即將NaN02加至裝有1BP、2BP料液的調(diào)料罐中，氧化破壞其中的還原劑和支持還原劑，從而氧化Pu( III)為Pu( IV )。但是該法相當(dāng)于向體系中引入了鹽，不利于后處理流程后續(xù)的處理。
[0003]目前有研究表明NOx(氮氧化物)可用于氧化調(diào)節(jié)钚價(jià)態(tài)，但是若直接將NOx通入Pu(III)料液中，反應(yīng)將逸出大量的氮氧化物氣體，既造成NOx的利用率降低，又會(huì)加重尾氣處置負(fù)擔(dān)。為此，需要建立合適的調(diào)價(jià)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模調(diào)價(jià)工藝的連續(xù)操作，提高NOx的利用率，減少氮氧化物尾氣的處置負(fù)擔(dān)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004](一)實(shí)用新型目的
[0005]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型建立了一種處理規(guī)模大、NOx利用率高、調(diào)價(jià)工藝安全穩(wěn)定且氮氧化物尾氣處置負(fù)擔(dān)小的將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備，關(guān)鍵在于，該設(shè)備主要包括氧化塔、料液接收罐及N0X儲(chǔ)罐，其中氧化塔的上端設(shè)置有料液出口，下端設(shè)置有Pu (III)料液進(jìn)口和N0X進(jìn)料口，料液接收罐和氧化塔的上部的料液出口通過(guò)管道相連；氧化塔的主體、塔內(nèi)的填料均為耐輻照、耐硝酸腐蝕材料；氧化塔的外塔壁上設(shè)置有加熱裝置；Pu(III)料液從氧化塔下部的Pu(III)料液進(jìn)口進(jìn)入氧化塔內(nèi)；N0X儲(chǔ)罐提供的N0X氣體單獨(dú)或與載氣一同由氧化塔下部的N0X進(jìn)料口進(jìn)入氧化塔內(nèi)，N0X氣體與Pu (III)料液在上升過(guò)程中充分接觸并與料液反應(yīng)；調(diào)價(jià)后的料液經(jīng)由氧化塔上部的料液出口進(jìn)入料液接收罐，調(diào)價(jià)過(guò)程中生成的尾氣由塔頂進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)。
[0009]優(yōu)選地，氧化塔內(nèi)部還設(shè)置有一個(gè)或一個(gè)以上的篩板將填料隔開(kāi)。
[0010]優(yōu)選地，N0X氣體進(jìn)入氧化塔塔體的管路為倒U型管，以防止料液倒灌進(jìn)入N0X儲(chǔ)罐且倒U型管管路最高點(diǎn)高于料液出口 200?400mm。
[0011 ] 優(yōu)選地，N0X為NO、N02或N204，當(dāng)N0X為N204時(shí)，先將位于N204儲(chǔ)罐內(nèi)的N204液體經(jīng)管道和NOx注射泵進(jìn)入氣化罐并在氣化罐中加熱至70?90°C得到的N204氣體后再由N0X進(jìn)料口進(jìn)入氧化塔內(nèi)。
[0012]優(yōu)選地，N0X與載氣共同由叫進(jìn)料口進(jìn)入塔內(nèi)，其中載氣為空氣或氧氣，當(dāng)N0X為N0時(shí)，載氣中氧氣含量為1?3倍；當(dāng)顯)(為隊(duì)04或勵(lì)2時(shí)，載氣中氧氣含量為勵(lì))(的0?3倍。
[0013]優(yōu)選地，氣化罐的加熱方式為電加熱或水浴加熱；氧化塔的外塔壁上設(shè)置的加熱裝置為纏繞有電加熱帶或加熱水套，或在外塔壁上設(shè)置電加熱板，使塔內(nèi)料液溫度為30?50。。
[0014]優(yōu)選地，在氧化塔的中部或塔壁設(shè)置有可吸收中子的材料，其中吸收中子的材料為含、或6Li的材料。
[0015]優(yōu)選地，氧化塔的塔頂安裝有除沫器，以分離氧化塔中氣體夾帶的料液液滴。
[0016]優(yōu)選地，在除沫器后端置有旋風(fēng)分離器，進(jìn)一步將尾氣中的液滴分離后進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)。
[0017]優(yōu)選地，Pu(III)料液由料液輸送泵進(jìn)入氧化塔的管路為倒U型管路。
[0018]優(yōu)選地，耐輻照、耐硝酸腐蝕材料為不銹鋼。
[0019]優(yōu)選地，氧化塔內(nèi)填料為不銹鋼西塔環(huán)。
[0020](三)有益效果
[0021]本實(shí)用新型提供的將Pu (III)氧化至Pu(IV)的設(shè)備，其采用塔式氧化設(shè)備并且配有N0X儲(chǔ)罐、除沫器、旋風(fēng)分離器，溫度及壓力測(cè)量?jī)x等，提高了處理規(guī)模，使NOx的利用率提高了約30%，減少了氮氧化物尾氣的處置負(fù)擔(dān)，確保了調(diào)價(jià)工藝的安全穩(wěn)定運(yùn)行，具體解釋為:
[0022]1)Ν0χ和載氣一同進(jìn)入氧化塔內(nèi)，提高了 NOx的利用率。這主要是由于NOx和1BP料液中的水反應(yīng)生成亞硝酸，亞硝酸和1BP料液中的還原劑羥胺、肼、U(IV)等反應(yīng)，生成N0和其他產(chǎn)物，生成的N0又和載氣中的氧氣反應(yīng)生成N02，N02又可以與料液中的水反應(yīng)生成亞硝酸，如此反復(fù)，使NOx的利用率提高了約30%，減少了氮氧化物尾氣的處置負(fù)擔(dān)。
[0023]2)大規(guī)模調(diào)價(jià)處理時(shí)，塔內(nèi)的填料過(guò)多會(huì)導(dǎo)致塔底負(fù)擔(dān)重且塔內(nèi)填料因重力作用而下沉的問(wèn)題，通過(guò)在氧化塔內(nèi)部的填料中設(shè)置篩板，減輕了塔底的負(fù)重負(fù)擔(dān)，同時(shí)也使得氧化塔內(nèi)的填料在塔內(nèi)的分布更加穩(wěn)定。
[0024]3)在氧化塔外塔壁上設(shè)置加熱裝置，為氧化塔中的料液升溫，使反應(yīng)更加快速，且使氧化調(diào)價(jià)后料液中亞硝酸濃度降低，減輕了后續(xù)亞硝酸趕除的負(fù)擔(dān)。
[0025]4)氮氧化物氣體進(jìn)入氧化塔采用倒U管方式進(jìn)入，且管路的最高點(diǎn)高出料液出口高度200?400mm，并在管路上安裝單向閥，防止料液在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)氮氧化物輸送管道倒回入氣化罐中。
[0026]5)大規(guī)模調(diào)價(jià)處理時(shí)，钚料液存在臨界安全問(wèn)題，本申請(qǐng)通過(guò)在氧化塔中間或塔壁上設(shè)置可吸收中子的材料可解決此問(wèn)題。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本申請(qǐng)?zhí)峁┑难趸{(diào)價(jià)設(shè)備示意圖，
[0028]其中1.NOx注射泵；2.NOx儲(chǔ)罐；3.氣化罐；4.鼓風(fēng)機(jī)；5.氧化塔；6.N0X進(jìn)料口 ；7.底部溫度測(cè)量?jī)x；8.底部壓力測(cè)量?jī)x；9.填料；10.電加熱板；11.單向閥；12.頂部溫度測(cè)量?jī)x；13.頂部壓力測(cè)量?jī)x；14.除沫器；15.旋風(fēng)分離器；16.尾氣；17.料液出口 ；18.單向閥；19.流量計(jì)；20.料液接收罐；21.料液輸送泵；22.Pu(III)料液進(jìn)口。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步闡述。
[0030]實(shí)施例1
[0031]一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備，如圖1所示，該設(shè)備主要包括氧化塔5、料液接收罐20及N0X儲(chǔ)罐2，其中氧化塔5的上端設(shè)置有料液出口 17，下端設(shè)置有Pu(III)料液進(jìn)口 22和N0X進(jìn)料口 6，料液接收罐20和氧化塔5的上部的料液出口 17通過(guò)管道相連；其中氧化塔5的主體、塔內(nèi)的填料均為耐輻照、耐硝酸腐蝕不銹鋼西塔環(huán)；氧化塔5的外塔壁上設(shè)置有電加熱板10，使塔內(nèi)料液溫度為40°C ;在氧化塔5的中部設(shè)置有可吸收中子的材料氧化塔5的塔頂安裝有除沫器14，以分離氧化塔5中氣體夾帶的料液，在除沫器14后端置有旋風(fēng)分離器15，進(jìn)一步分離將料液液滴和尾氣。氧化塔5的頂部和底部均安裝有溫度和壓力測(cè)量?jī)x，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)過(guò)程中的溫度壓力情況，以指導(dǎo)整個(gè)調(diào)料工藝的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0032]Pu(III)料液從氧化塔5下部的Pu(III)料液進(jìn)口 22進(jìn)入氧化塔5的塔內(nèi)，其由料液輸送泵21進(jìn)入氧化塔5的管路為倒U型管路。
[0033]N0x儲(chǔ)罐2提供的氣體由氧化塔5下部的N0X進(jìn)料口 6進(jìn)入氧化塔5塔體，與Pu(III)料液在上升過(guò)程中充分接觸并與料液反應(yīng)；調(diào)價(jià)后的料液經(jīng)由氧化塔5上部的料液出口 17進(jìn)入料液接收罐20。其中，所述N0X為N204，位于N0X儲(chǔ)罐2內(nèi)的N204液體經(jīng)管道和N0X注射泵進(jìn)入氣化罐3并在氣化罐3中用電加熱方式加熱至70°C得到的N204氣體，N204氣體再與鼓風(fēng)機(jī)提供的空氣經(jīng)倒U型管路共同進(jìn)入氧化塔5內(nèi)且倒U型管管路最高點(diǎn)高于料液出口 200_，防止料液倒灌進(jìn)入N0X儲(chǔ)罐2。
[0034]利用該調(diào)價(jià)設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，按照以下步驟進(jìn)行:
[0035](1)開(kāi)啟氣化罐電加熱控制器，設(shè)置加熱溫度為70°C ；
[0036](2)開(kāi)啟氧化塔電加熱板加熱使塔內(nèi)料液溫度為40°C ；
[0037](3)開(kāi)啟N0X注射泵，設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)的流量使載氣中氧氣含量與N204含量相同，待氣速平穩(wěn)后開(kāi)啟料液輸送泵；N204氣體與Pu(III)料液在上升過(guò)程中充分接觸并與料液反應(yīng)；調(diào)價(jià)后的料液經(jīng)由氧化塔上部的料液出口進(jìn)入料液接收罐；尾氣經(jīng)旋風(fēng)分離器進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)。
[0038](4)氧化調(diào)價(jià)過(guò)程中觀察氧化塔的壓力和溫度變化情況；運(yùn)行結(jié)束時(shí)，氧化塔應(yīng)依次關(guān)停料液輸送泵、N0x注射泵、N0X儲(chǔ)罐、氧化塔加熱、氣化罐加熱，放空氧化塔，將塔中殘留料液從塔底部出液口放出。
[0039]采用該設(shè)備進(jìn)行Pu(III)料液調(diào)價(jià)，使勵(lì))(利用率提高了約30%，處理規(guī)模為100L/h，可確保Pu(III)的氧化率大于99.9%。
[0040]實(shí)施例2
[0041]與實(shí)施例1不同的是，氧化塔5內(nèi)部還設(shè)置有一個(gè)或一個(gè)以上的篩板將填料隔開(kāi)；氣化罐3的加熱方式為水浴加熱，加熱溫度為90°C;氧化塔5的加熱方式為在外塔壁上纏繞一層加熱水套，使塔內(nèi)料液溫度為50°C ;氧化塔5塔壁上放置的可吸收中子的材料為6LiF ；N0X氣體進(jìn)入氧化塔塔體經(jīng)由的倒U型管的最高點(diǎn)高于料液出口 300mm。
[0042]實(shí)施例3
[0043]與實(shí)施例1不同的是，氧化塔5的加熱方式為外塔壁上纏繞一層電加熱帶，使塔內(nèi)料液溫度為40°C;N0X為Ν0，Ν0與氧氣共同由N0X進(jìn)料口進(jìn)入塔內(nèi)，其中氧氣含量為N0的2倍；N0X氣體進(jìn)入氧化塔塔體經(jīng)由的倒U型管的最高點(diǎn)高于料液出口 400mm。
[0044]實(shí)施例4
[0045]與實(shí)施例1不同的是，氧化塔5內(nèi)通入的N0xSN0，N0與空氣共同由勵(lì))(進(jìn)料口進(jìn)入塔內(nèi)，其中空氣中氧氣含量為N0的3倍。
[0046]實(shí)施例5
[0047]與實(shí)施例1不同的是，N0xSN02，N02與氧氣共同由N0x進(jìn)料口進(jìn)入塔內(nèi)，其中氧氣含量為no2的1倍。
[0048]實(shí)施例6
[0049]與實(shí)施例1不同的是，N0X為N02，且不通入載氣。
【權(quán)利要求】
1.一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備主要包括氧化塔、料液接收罐及N0X儲(chǔ)罐，其中氧化塔的上端設(shè)置有料液出口，下端設(shè)置有Pu (III)料液進(jìn)口和N0X進(jìn)料口，料液接收罐和氧化塔的上部的料液出口通過(guò)管道相連；其中氧化塔的主體、氧化塔內(nèi)的填料均為耐輻照、耐硝酸腐蝕材料；氧化塔的外塔壁上設(shè)置有加熱裝置；Pu(III)料液從氧化塔下部的Pu(III)料液進(jìn)口進(jìn)入氧化塔內(nèi)；N0X儲(chǔ)罐提供的N0X氣體單獨(dú)或與載氣一同由氧化塔下部的勵(lì))(進(jìn)料口進(jìn)入氧化塔內(nèi)，N0X氣體與Pu(III)料液在上升過(guò)程中充分接觸并與料液反應(yīng)；調(diào)價(jià)后的料液經(jīng)由氧化塔上部的料液出口進(jìn)入料液接收罐，調(diào)價(jià)過(guò)程中生成的尾氣由塔頂進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備，其特征在于，所述氧化塔內(nèi)部還設(shè)置有一個(gè)或一個(gè)以上的篩板將填料隔開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備，其特征在于，所述N0X氣體進(jìn)入氧化塔塔體的管路為倒U型管且倒U型管管路最高點(diǎn)高于料液出口200 ?400mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備，其特征在于，所述NOx為NO、N02或N204，當(dāng)N0X為N204時(shí)，先將位于N204儲(chǔ)罐內(nèi)的N204液體經(jīng)管道和NOx注射泵進(jìn)入氣化罐并在氣化罐中加熱至70?90°C得到的N204氣體后再由N0X進(jìn)料口進(jìn)入氧化塔內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備，其特征在于，所述N0X與載氣一同由N0X進(jìn)料口進(jìn)入塔內(nèi)，其中載氣為空氣或氧氣，當(dāng)N0X為NO時(shí)，載氣中氧氣含量為N0X的1?3倍；當(dāng)N0X為N204或N02時(shí)，載氣中氧氣含量為N0X的0?3倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備，其特征在于，所述氣化罐的加熱方式為電加熱或水浴加熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備，其特征在于，所述氧化塔的外塔壁上設(shè)置的加熱裝置為纏繞有電加熱帶或加熱水套，或在外塔壁上設(shè)置電加熱板，使塔內(nèi)料液溫度為30?50°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備，其特征在于，在所述氧化塔的中部或塔壁設(shè)置有可吸收中子的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備，其特征在于，所述氧化塔的塔頂安裝有除沫器，在除沫器后端置有旋風(fēng)分離器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將Pu(III)氧化至Pu(IV)的氧化調(diào)價(jià)設(shè)備，其特征在于，所述Pu (III)料液由料液輸送泵進(jìn)入氧化塔的管路為倒U型管路。
【文檔編號(hào)】C22B60/04GK204198827SQ201420606626
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】常尚文, 周賢明, 何輝, 李高亮, 蘭天, 劉金平, 唐洪彬, 鄭衛(wèi)芳, 孟照凱, 陳志旭 申請(qǐng)人:中國(guó)原子能科學(xué)研究院