專利名稱：在六氟化鈾到二氧化鈾的轉化中容量和濃縮度方面改變的分段反應器的制作方法
在六氟化鈾到ニ氧化鈾的轉化中容量和濃縮度方面改變的
分段反應器本發明要求了 2009年11月12日提交的美國在先專利申請系列No. 61Λ81，172 的優先權，其全部的公開內容通過參考并入本發明。本發明涉及六氟化鈾到ニ氧化鈾的干式轉化方法。
背景技術：
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六氟化鈾(UF6)干法轉化獲得的可流動的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級無水氟化氫 (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的干式轉化反應器。這種轉化目前以單段反應器實現，其具有安裝用于運行商業輕水反應器中所要求的濃縮水平的氣相反應區段和脫氟/聚集區段以產生受控的核反應，即達到5%的U-235的最大濃縮度。反應器的上部使用燒結的金屬過濾器將固體從氣相中分離出來。將UO2F2脫氟且UO2使用流化床在反應器的下部聚集。安裝的流化床和氣相反應部分的幾何結構都不允許適時的或成本有效地改變容量或U-235的濃縮度，或不易于維護。目前的干式轉化反應器通常由典型地用于高溫應用的材料制成，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材料上焊接就不能進行反應器的改進和維護。在流化床區段中反應器不能被快速升級，除非通過焊接新的金屬以改進其幾何結構。在舊材料上，例如
Iacone 1 625或腿one 1·上進行焊接會導致在老化的和熱循環的反應器金屬以及新區
段之間的焊縫處開裂的問題。除非整個反應器進行了熱處理，否則在焊接接縫處會發生開裂，這是因為老化的熱循環金屬與更無定形的新金屬不同。開裂會在短時間內發生，典型地在裝置重新開始運轉之后很快就發生。現有反應器設計的氣相反應器或流化床區段的任何改變直至整個反應器的替換，并包括整個反應器的替換都是非常昂貴的。此外，雖然整個反應器本身可以進行熱處理，但是這也是非常昂貴且耗時的。此外，現有的反應器受限于關于氣相反應區段和流化床區段的固定容量和濃縮度能力。若不進行替換則它們不能容忍超過5%濃縮度的進料。這些反應器不能被升級，除非流化床區段或氣相反應區段停エ，并在其上焊接新幾何結構的區段，且這些還會由于焊接接縫處的開裂而失敗。發明概述現有的干式轉化反應器是以單件進行焊接的并且因此不能簡單地改進以改變相關的容量、濃縮度、改裝或其他期望的變化。本發明的目的就在于提供ー種方法和設備，以簡單的且成本有效的方式改進干式轉化反應器，例如流化床或其他反應器區段。本發明提供了一種用于將六氟化鈾轉化為ニ氧化鈾的干式轉化反應器，該干式轉化反應器包括氣相反應區段以及流化床區段，其中氣相反應區段和流化床區段中的至少ー 個是可替換的區段。本發明還提供了一種用于操作利用六氟化鈾到ニ氧化鈾的轉化法的干式轉化反應器的方法，該方法包括替換至少ー個可替換的轉化反應器區段。本發明中安裝預先設計的區段可應用于廣泛范圍的構造，包括其他反應器區段， 例如與粉末出ロ相連的流化床風室或與廢氣出ロ相連的廢氣風室區段。附圖
概述本發明的一個實施方案根據附圖進行說明，其中圖Ia顯示了在較低容量反應器正視圖中在干式轉化反應器上使用可替換區段對于矩形橫截面幾何結構的示例性容量改變。圖Ib顯示了圖Ia所示的在較低容量反應器側視圖中在干式轉化反應器上使用可替換區段對于矩形橫截面幾何結構的示例性容量改變。圖Ic顯示了在較大容量反應器正視圖中在干式轉化反應器上使用可替換區段對于矩形橫截面幾何結構的示例性容量改變。圖Id顯示了圖Ic顯示的較大容量反應器側視圖中在干式轉化反應器上使用可替換區段對于矩形橫截面幾何結構的示例性容量改變。圖加顯示了設計用于較低濃縮度的反應器正視圖中在干式轉化反應器上使用可替換區段對于矩形橫截面幾何結構的示例性濃縮度改變。圖2b顯示了設計用于圖加顯示的較低濃縮度的反應器側視圖中在干式轉化反應器上使用可替換區段對于矩形橫截面幾何結構的示例性濃縮度改變。圖2c顯示了設計用于較高濃縮度的反應器正視圖中在干式轉化反應器上使用可替換區段對于矩形橫截面幾何結構的示例性濃縮度改變。圖2d顯示了設計用于圖2c顯示的較高濃縮度的反應器側視圖中在干式轉化反應器上使用可替換區段對于矩形橫截面幾何結構的示例性濃縮度改變。圖3a顯示了設計用于較低濃縮度的反應器的正視圖中在干式轉化反應器上使用可替換區段對于圓柱形橫截面幾何結構的示例性濃縮度改變。圖北顯示了設計用于較高濃縮度的反應器的正視圖中在干式轉化反應器上使用可替換區段對于圓柱形橫截面幾何結構的示例性濃縮度改變。發明詳述對通過參考并入本發明的U. S.專利No. 4，830，841進行改進以允許更高的容量、 更高的％U-235濃縮度、易于改裝、易于維護以及其他這些改迸，但是卻保留了高的總運轉效率和最少的過程停機時間。本發明提供了一種用于提高反應器流化床的容量并且將現有的轉化反應器的鈾濃縮度改進為5% U-235或更高濃縮度的方法和設備。對于核臨界安全來說這可以使用例如厚板材或圓柱形幾何結構來實現。出于本發明的目的，術語厚板材用于限定具有矩形橫截面的幾何結構，出于臨界安全考慮確定矩形橫截面的最大寬度。本發明通過如下改善了 U. S.專利No. 4，830，341的反應器操作，即詳細設計了容量和可允許的向氣相反應區段和流化床區段進料的％ U-235濃縮度可以如何使用可替換的區段來進行改迸。這種可替換的區段可以包括法蘭連接的多種構造的可替換的區段。圖Ia到Id、圖加到2d和圖3a和;3b顯示了使用可替換區段對干式轉化反應器改進的不同實施方式。反應器1包括在一端與廢氣風室5相連而在另一端與過渡區段7相連的氣相反應區段3和在一端與過渡區段7相連而在另一端與流化床風室11相連的流化床區段9。UF6、蒸汽和吐分別通過噴嘴或管線13、15注射到過渡區段7和流化床風室11 中。反應器1的不同組成部分通過無焊接連接(例如法蘭連接17)相連。正如U. S.專利 No. 4，830，841所討論的，反應器1的上部使用設置在氣相反應區段3中的燒結的金屬過濾器將固體從氣相中分離出來，將UO2F2脫氟且UO2聚集在流化床區段9中。通常氣相反應區段3的設計與エ藝相關且并不由安全分析來確定。流化床區段9的設計由エ藝需要限定， 且其寬度受臨界安全考慮的約束。如圖Ia到Id所示，可替換區段9使得流化床體積能夠擴展并且因此増加容量、 UO2F2的停留時間并且改進反應器的生產能力。在極端的情況下，可以取消過渡區段7以達到整個反應器1自始至終連續的尺寸。可替換的區段，例如氣相反應區段3、過渡區段7和流化床區段9排除了在在使用中的老化的氣相反應區段3或流化床區段9上焊接的需要。 可替換區段還可以用于快速替換老化的區段。流化床區段9可以簡單地用由例如其他金屬
制成的區段替換，例如不需要焊接從 οιιβ Φ轉換為Inconel 625或其他的區段。任
何區段，例如氣相反應區段3、過渡區段7和流化床區段9以及廢氣風室5和流化床風室11 可以被移出、維修并且根據需要快速替換以保持較高的運轉效率。當使用的區段從使用中移出吋，它們可以更簡單地進行熱處理以還原最初的性質并且之后放回使用中。對區段的改進可以在熱處理之后實現且改進的區段之后可以重新插入其原位置中。如圖加到2d所示，可替換的區段，例如氣相反應區段3、過渡區段7和流化床區段9可以用于通過調整以下參數使較高濃縮度快速貫穿反應器以便保證臨界安全。例如， 對于不同的期望濃縮度而言，流化床寬度、最小臨界質量、最小臨界體積和最小臨界濃度的以下關系全部歸為流化床區段體積的影響因子。
權利要求
1.一種用于將六氟化鈾轉化為ニ氧化鈾的干式轉化反應器，該干式轉化反應器包括 至少ー個可替換的轉化反應器區段。
2.如權利要求1所述的干式轉化反應器，其中可替換的轉化反應器區段使得能夠進行容量、濃縮度、物料的改變或能夠進行維護。
3.如權利要求1所述的干式轉化反應器，其中可替換的轉化反應器區段在維修或改進后重新插入。
4.如權利要求1所述的干式轉化反應器，其中用備用的轉化反應器區段替換可替換的轉化反應器區段。
5.如權利要求1所述的干式轉化反應器，其中可替換的轉化反應器區段是流化床區段、氣相反應區段、廢氣風室、過渡區段或流化床風室。
6.如權利要求5所述的干式轉化反應器，其中可替換的轉化反應器區段具有矩形或圓柱形橫截面。
7.如權利要求1所述的干式轉化反應器，其中可替換的轉化反應器區段用法蘭聯接和管狀墊圈來連接。
8.一種用于操作利用六氟化鈾到ニ氧化鈾的轉化工藝的干式轉化反應器的方法，該方法包括替換至少ー個可替換的轉化反應器區段。
9.如權利要求8所述的方法，其中替換至少ー個可替換的轉化反應器區段是用于改變容量、濃縮度、物料或用于維護。
10.如權利要求8所述的方法，其中在可替換的轉化反應器區段維修或改進后，將可替換的轉化反應器區段重新插入。
11.如權利要求8所述的方法，其中用備用的轉化反應器區段替換可替換的轉化反應器區段。
12.如權利要求8所述的方法，其中可替換的轉化反應器區段是流化床區段、氣相反應區段、廢氣風室、過渡區段或流化床風室。
13.如權利要求12所述的方法，其中可替換的轉化反應器區段具有矩形或圓柱形橫截
14.如權利要求8所述的方法，其進ー步包括將可替換的轉化反應器區段用法蘭聯接和管狀墊圈連接。
15.一種用于將六氟化鈾轉化為ニ氧化鈾的干式轉化反應器，該干式轉化反應器包括氣相反應區段和流化床區段，其中氣相反應區段和流化床區段中的至少ー個是可替換的區段。
全文摘要
一種用于將六氟化鈾轉化為二氧化鈾的干式轉化反應器，該干式轉化反應器包括氣相反應區段和流化床區段，其中氣相反應區段和流化床區段中的至少一個是可替換區段。一種用于操作利用六氟化鈾到二氧化鈾轉化工藝的干式轉化反應器的方法，該方法包括替換至少一個轉化反應器區段。
文檔編號C01G43/025GK102596816SQ201080051029
公開日2012年7月18日 申請日期2010年11月10日 優先權日2009年11月12日
發明者A·蘭登, C·耶格爾, R·T·基穆拉 申請人:阿利發Np有限公司