一種回收氟氣的氟化工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于鈾轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種回收氟氣的氟化工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]精制四氟化鈾氟化法是目前世界上多數(shù)六氟化鈾生產(chǎn)廠所采用的方法，要最大限度地提高四氟化鈾轉(zhuǎn)化率，氟化反應(yīng)要求使用的氟氣需要超過化學(xué)計(jì)量。氟氣作為六氟化鈾生產(chǎn)過程中最重要的原材料之一，通常是利用大電流電解的方法獲得，制備復(fù)雜、價(jià)格昂貴，在氟化工藝生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本中占有較大比重，因此，其利用率高低是衡量六氟化鈾生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)之一。最大限度地提高氟氣利用率與最大限度地提高四氟化鈾轉(zhuǎn)化率同等重要，是國(guó)內(nèi)外所有六氟化鈾生產(chǎn)工藝都需要面對(duì)和解決的關(guān)鍵問題。
[0003]國(guó)外六氟化鈾生產(chǎn)廠，通常在其工藝流程中設(shè)置有凈化反應(yīng)器，用以提高氟氣利用率。例如，美國(guó)哥爾轉(zhuǎn)化廠氟化工藝流程設(shè)置為:由電解產(chǎn)生的氟氣經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入塔式反應(yīng)器，與四氟化鈾反應(yīng)生成六氟化鈾，經(jīng)過過濾除塵后，冷凝收集六氟化鈾產(chǎn)品，過量氟氣則經(jīng)由兩級(jí)流化床凈化反應(yīng)器，分別用新鮮的四氟化鈾進(jìn)行捕集，生成的六氟化鈾使用冷凝器收集。法國(guó)皮爾拉特化學(xué)廠工藝流程設(shè)置為:在火焰爐內(nèi)，氟氣與四氟化鈾物料反應(yīng)，過量氟氣與六氟化鈾氣體一同經(jīng)過冷凝器，六氟化鈾被捕集在冷凝器中，過量氟氣則在出冷凝器后又進(jìn)入氟氣回收反應(yīng)器，與火焰爐產(chǎn)生的灰渣進(jìn)行反應(yīng)生成六氟化鈾，再次經(jīng)過冷凝器后，少量氟氣使用碳酸鉀溶液洗滌。英國(guó)斯普林菲爾德廠則在氟化工藝流程中采用了氣體再循環(huán)的方式提高氟氣利用率。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)六氟化鈾生產(chǎn)廠，對(duì)氟化工藝中的過量氟氣還沒有進(jìn)行回收再利用的先例，通常采用木炭燃燒和堿液淋洗的方式進(jìn)行去除和凈化。但隨著我國(guó)鈾轉(zhuǎn)化產(chǎn)品需求量的增大，在六氟化鈾生產(chǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)氟化工藝尾氣中過量氟氣的回收再利用，對(duì)減少含氟含鈾廢液、廢氣的產(chǎn)生，降低我國(guó)六氟化鈾生產(chǎn)成本，提高環(huán)境保護(hù)力度，具有越來越重要的意義。
[0005]上世紀(jì)七十年代，四〇四廠曾利用原六氟化鈾生產(chǎn)線，開展過氟化工藝尾氣中過量氟氣回收再利用技術(shù)的探索性研究，但由于當(dāng)時(shí)國(guó)家對(duì)六氟化鈾需求量不大，在氟化生產(chǎn)中對(duì)過量氟氣進(jìn)行回收再利用經(jīng)濟(jì)性不明顯，因此未能進(jìn)行深入的研究。近年來隨著國(guó)家對(duì)天然六氟化鈾產(chǎn)品的需求量的迅速提高，氟化工藝尾氣中過剩氟氣總量越來越可觀，氟氣回收再利用的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性越來越突出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，完善我國(guó)六氟化鈾生產(chǎn)工藝，有效地降低六氟化鈾生產(chǎn)成本，從源頭上減少含氟、含鈾廢液的產(chǎn)生量，使六氟化鈾生產(chǎn)更加安全環(huán)保，提供一種使用四氟化鈾和氟氣生產(chǎn)六氟化鈾，同時(shí)又可最大限度實(shí)現(xiàn)氟氣回收再利用的氟化工藝。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種回收氟氣的氟化工藝，包括以下步驟:
[0008]步驟1，氟化反應(yīng):鈾中間氟化物料倉的起始物料四氟化鈾從立式氟化反應(yīng)器的中上部進(jìn)入，增壓的過量氟氣從立式氟化反應(yīng)器下部進(jìn)入，與落下的起始物料四氟化鈾反應(yīng)，生成六氟化鈾；生成的六氟化鈾和過量氟氣到立式氟化反應(yīng)器上部經(jīng)過濾和除塵后，從立式氟化反應(yīng)器頂端作為爐氣移出，起始物料四氟化鈾中的不揮發(fā)性雜質(zhì)作為灰渣，在重力作用下從立式氟化反應(yīng)器底端進(jìn)入灰渣罐；
[0009]步驟2，氟氣吸收:步驟I移出的爐氣經(jīng)一級(jí)冷凝器和二級(jí)冷凝器冷凝后，爐氣中的六氟化鈾在冷凝器中沉積下來，爐氣中過量的氟氣和少量未冷凝沉積的六氟化鈾從氟氣吸收反應(yīng)器的氣體入口進(jìn)入，其中的氟氣和逆向流動(dòng)的四氟化鈾接觸反應(yīng)生成鈾中間氟化物，反應(yīng)后的氣體從氟氣吸收反應(yīng)器另一端的氣體出口作為尾氣排出；四氟化鈾料倉中的四氟化鈾從氟氣吸收反應(yīng)器側(cè)面進(jìn)入，和逆向流動(dòng)的氟氣反應(yīng)生成鈾中間氟化物，鈾中間氟化物從氟氣吸收反應(yīng)器另一側(cè)底部排出至鈾中間氟化物料倉，并作為步驟I中的起始物料循環(huán)使用；
[0010]步驟3，尾氣處理:步驟2的尾氣經(jīng)三級(jí)冷凝器在-35°c低溫下冷凝，進(jìn)一步捕集其中微量的六氟化鈾后，尾氣再依次進(jìn)入炭反應(yīng)器、淋洗塔進(jìn)行凈化處理后排出。
[0011 ] 所述步驟I中的立式氟化反應(yīng)器的主反應(yīng)區(qū)控制溫度330?350°C，過量氟氣壓力為20kPa?40kPa，爐氣中氟氣濃度保持20%?30%。
[0012]所述步驟2中的氟氣吸收反應(yīng)器為臥式攪拌床，分為兩段溫度控制區(qū)，兩段區(qū)域控制不同溫度，一區(qū)為180?200°C，二區(qū)為140?160°C。
[0013]本發(fā)明進(jìn)步之處如下:1)本方法將氟氣吸收反應(yīng)器與氟化反應(yīng)器對(duì)接，吸收反應(yīng)器固體物料進(jìn)料端直接作為系統(tǒng)物料進(jìn)口端，氟化反應(yīng)器固體物料進(jìn)口端由氟氣吸收反應(yīng)器物料出口端代替，省略了物料轉(zhuǎn)運(yùn)過程。與國(guó)外氟化工藝技術(shù)路線相比較，本方法工藝流程更短，操作控制更加簡(jiǎn)單。2)本方法工藝技術(shù)方案與我國(guó)六氟化鈾生產(chǎn)工藝技術(shù)路線自身特點(diǎn)相適應(yīng)，在原有成熟的工藝流程基礎(chǔ)上，不需要進(jìn)行復(fù)雜的改變即可實(shí)現(xiàn)。3)確定的最佳技術(shù)條件相對(duì)寬松，易于實(shí)現(xiàn)。氟氣吸收反應(yīng)器一區(qū)的最佳控制溫度?200°C，反應(yīng)器二區(qū)的最佳控制溫度?160°C，氟化反應(yīng)器最佳控制溫度?350°C，溫度相對(duì)不高，易于實(shí)現(xiàn)。4)操作控制簡(jiǎn)單。在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，氟氣吸收反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)入的新鮮四氟化鈾物料相對(duì)于工藝氣體中的氟氣和少量六氟化鈾來說，始終處于過量狀態(tài)，只需調(diào)節(jié)進(jìn)料裝置保持進(jìn)入氟氣吸收反應(yīng)器和氟化反應(yīng)器的物料平衡即可。5)確定的工藝技術(shù)方案對(duì)氟氣和六氟化鈾氣體的吸收效率高，均可達(dá)到95%以上，吸收后氟氣和六氟化鈾氣體含量均可降至1%以下。6)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。避免了氟氣原料的浪費(fèi)，最大限度地提高了氟氣利用率，同時(shí)從源頭上減少了含鈾、氟廢液的產(chǎn)生量。7)在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了氟化工藝系統(tǒng)與氟氣回收再利用系統(tǒng)的聯(lián)合應(yīng)用，對(duì)于完善六氟化鈾生產(chǎn)技術(shù)體系，提升六氟化鈾生產(chǎn)技術(shù)水平具有重要意義。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的工藝路線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]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。
[0016]本發(fā)明主要由氟化工藝和氟氣回收再利用工藝兩部分組成，氟化反應(yīng)器為立式氟化反應(yīng)器，氟氣吸收反應(yīng)器為臥式攪拌床反應(yīng)器。氟氣吸收反應(yīng)器與氟化反應(yīng)器對(duì)接，吸收反應(yīng)器固體物料進(jìn)料端直接作為系統(tǒng)物料進(jìn)口端，氟化反應(yīng)器固體物料進(jìn)口端由氟氣吸收反應(yīng)器物料出口端代替，省略了物料轉(zhuǎn)運(yùn)過程，與國(guó)外氟化工藝技術(shù)路線相比較，本方法工藝流程更短。氟氣吸收反應(yīng)器氣體進(jìn)口端是爐氣經(jīng)過冷凝沉積后含有氟氣和少量未冷凝沉積的六氟化鈾氣體，氣體出口端是工藝尾氣，工藝尾氣中氟氣和六氟化鈾氣體含量均可降至1%以下，從源頭上減少了含鈾、含氟廢液和廢氣的產(chǎn)生量，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0017]本發(fā)明工藝流程如附圖1所示，具體實(shí)施時(shí)，氟化工藝起始物料