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JPS6146406B2 - - Google Patents
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JPS6146406B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6146406B2
JPS6146406B2 JP12025381A JP12025381A JPS6146406B2 JP S6146406 B2 JPS6146406 B2 JP S6146406B2 JP 12025381 A JP12025381 A JP 12025381A JP 12025381 A JP12025381 A JP 12025381A JP S6146406 B2 JPS6146406 B2 JP S6146406B2
Authority
JP
Japan
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fluidized bed
gas
nitrate
plutonium
uranyl nitrate
Prior art date
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Expired
Application number
JP12025381A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5826033A (en
Inventor
Hiroshi Tanaka
Toshio Onoshita
Katsuyuki Tanaka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Metal Corp filed Critical Mitsubishi Metal Corp
Priority to JP12025381A priority Critical patent/JPS5826033A/en
Publication of JPS5826033A publication Critical patent/JPS5826033A/en
Publication of JPS6146406B2 publication Critical patent/JPS6146406B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は噴霧ノズルを有する平板型流動層を用
いて硝酸ウラニルまたは/および硝酸プルトニウ
ムを熱分解脱硝して三酸化ウランまたは/および
二酸化プルトニウムを製造する処理能力の増大を
可能ならしめる硝酸ウラニルまたは/および硝酸
プルトニウムの脱硝装置に関する。 六フツ化ウラン転換工場では溶媒抽出法などで
精製硝酸ウラニル溶液が得られ、これを濃縮後、
熱分解により脱硝して三酸化ウランを得る。 また、原子力発電所の使用済燃料再処理工場に
おいては核分裂生成物およびプルトニウムから分
離されたウランが硝酸ウラニル溶液として得ら
れ、これを熱分解により脱硝して三酸化ウランを
得る。 さらに、使用済燃料の再処理において、核不拡
散上の理由から硝酸ウラニルと硝酸プルトニウム
の混合溶液を同時に熱分解して混合酸化物を得る
方法も計画されている。 本発明は硝酸ウラニルまたは/および硝酸プル
トニウムの脱硝に関するものであるが、以下記述
の簡略化のために、まず硝酸ウラニルの場合につ
いて述べる。 使用済燃料の再処理等における上記硝酸ウラニ
ルの脱硝法としてはポツト法、撹拌床法、マイク
ロ波化熱法、流動層法等があるが、流動層法が連
続性および諸効率の点から有利で広く実用化され
つつある。 硝酸ウラニルの脱硝反応に現在用いられている
流動層は円筒型のものであるが、使用済核燃料の
再処理等微濃縮ウラン等を取扱う場合には円筒型
装置では臨界管理上装置の直径が制限されるの
で、単位基数当りの処理能力も制限されることに
なる。従つて、硝酸ウラニルの熱分解脱硝に円筒
型流動層を用いる場合、処理能力の増強をはかろ
うとすれば、必然的に装置の基数とともに付属機
器の基数をも増やさざるを得ない。 このような円筒型流動層のもつ問題点を解決す
るものとして、最近平板型の流動層が注目を集め
つつある。一般的に、硝酸ウラニルの流動層脱硝
装置では脱硝反応が著しい吸熱反応であるので熱
量の供給が必要であり、この熱量の供給が正常に
行なわれる場合には処理能力は装置の断面積に比
例して増大するものと考えてよい。 上記平板型流動層を採用すると、装置の厚さは
臨界管理上制限を受けるが、装置の幅の長さ方向
に対しては原理的には無制限に大きくできる。従
つて、平板型流動層を用い、幅の長さを大きくし
て流動層装置の断面積を大きくした場合、上記熱
の供給が適応できれば、単位基数当りの処理能力
を著しく増大させることができるので、処理能力
の大きなプラント等の場合には平板型流動層の有
利性がクローズアツプされてくる。 しかしながら、平板型流動層を用いる硝酸ウラ
ニルの脱硝装置において、単位基数当りの処理能
力の増大をはかる場合、必要熱量の供給が確保で
きたとしても、なお次の問題点を考慮しなければ
ならない。すなわち、 (1) 一般に硝酸ウラニルの脱硝を流動層を使用し
て行なわせる場合、正常な流動状態を維持し、
所望の三酸化ウラン製品を得るためには、流動
層下部よりの流動化気体の線速度を20〜60cm/
秒に、また流動層をとび出す気体の線速度、す
なわち、流動層上表面付近の気体の線速度を生
成される三酸化ウランの粒径コントロールの点
から、100〜120cm/秒以下にそれぞれコントロ
ールすることが必要である。 流動化気体の線速度を20〜60cm/秒にコント
ロールするのは、流動層において流動化気体の
線速度を大きくとりすぎると、流動層はスラツ
ギング状態に陥り易く、安定した流動状態が維
持できなくなるためである。硝酸ウラニルの脱
硝において所望の三酸化ウラン製品としては、
後続の工程における反応性等を考慮すると平均
粒径で100〜150μm程度のものが好ましい。こ
の程度の製品UO3粒子を安定して流動化させる
ためには流動化気体の線速度を20〜60cm/秒に
コントロールすることが必要である。 また、流動層をとび出す気体の線速度、すな
わち、流動層上表面付近の気体の線速度を100
〜120cm/秒以下にコントロールする必要があ
るのは、流動層上表面付近の気体の線速度が大
きすぎると、流動層よりとび出した気体中に含
まれるUO3粒子のうち、微粒子の部分が流動層
内に戻つてこなくなり、流動層内に微粒子が存
在しないかあるいは微粒子の量が少なすぎる状
態となり流動層の安定性が損なわれるのを防止
するためである。 従つて、装置の大きさ、すなわち断面積に応
じて、気体の線速度コントロールの点から、そ
の装置の処理能力が制限されることになる。 (2) 流動層反応装置を去る気体量、すなわち上記
の流動層を去る気体量と固気分離フイルターの
ブローバツク用気体量と溢流管のパージ用気体
量等の合計量は装置上部に取り付けられた固気
分離フイルターの通気速度(この通気速度は固
気分離フイルターの通気気体量をフイルターの
過面積で割つた値で、フイルターの過面積
は装置の断面積および高さにより決まる。フイ
ルターの大きさは円筒型のフイルターでは装置
の厚さ以下の直径であることが必要であり、長
さは余り長いもの、たとえば2m以上は強度の
点から実用的でなく、装置の高さが高くても長
さには限度がある)によつて制限を受ける。通
常固気分離フイルターの通気速度は2cm/秒以
下に設計する。すなわち、装置の処理能力は固
気分離フイルターの通気速度によつても制限さ
れる。換言すると、処理能力を一方的に上げる
と、生成する気体量が増加し、フイルターの通
気速度が大きくなり、そのため圧損失が大とな
り、装置内の圧力が上昇し、強度の問題も生じ
てくる。また、オフガスを吸引するブロワーの
動力も大きくなり、技術的および経済的にも問
題をひき起こすようになる。 (3) 流動層反応装置において、硝酸ウラニルを脱
硝対象とする場合、その脱硝反応は急激な吸熱
反応であり、反応を安定に継続して行なわせる
ためには、外系よりの充分な熱の供給が必要で
ある。 (4) したがつて、流動層反応装置において硝酸ウ
ラニルを熱分解脱硝する場合で処理能力を大き
くする場合には、処理能力の増大に伴つて増大
する分解ガス量に対する対策とともに、それに
ともなつて増大する必要分解熱量の供給に対す
る配慮が必要である。すなわち、上記(1)および
(2)を満足するように流動層内の気体の線速度を
コントロールするとともに反応に必要な分解熱
量の供給を充分に行うことが必要で、上記(1)お
よび(2)とともに(3)の条件をも同時に満足するよ
うな状態においてはじめて処理能力の増大が可
能となる。 以上においては、硝酸ウラニルを脱硝対象とす
る場合について述べたが、脱硝対象が硝酸プルト
ニウムである場合、または硝酸ウラニルと硝酸プ
ルトニウムとの混合物である場合についても同様
である。 本発明者らは上記の問題点を考慮しつつ、噴霧
ノズルを有する平板型流動層を用いて硝酸ウラニ
ルまたは/および硝酸プルトニウムを熱分解脱硝
して三酸化ウランまたは/および二酸化プルトニ
ウムを製造する処理能力の増大を可能ならしめる
硝酸ウラニルまたは/および硝酸プルトニウムの
脱硝装置を提供すべく検討した結果、噴霧ノズル
より上方の流動層部分において気体量の急激な増
加が生じることに着目し、本発明に到達した。す
なわち、本発明の要旨とするところは、噴霧ノズ
ルを有する平板型流動層を用いて硝酸ウラニルま
たは/および硝酸プルトニウムを熱分解により脱
硝して三酸化ウランまたは/および二酸化プルト
ニウムを製造する硝酸ウラニルまたは/および硝
酸プルトニウムの脱硝装置において、噴霧ノズル
取付部より上部の装置側壁が生成される三酸化ウ
ランまたは/および二酸化プルトニウム粒子の安
息角以上の角度を有する傾斜部と該傾斜部の上端
に直結する垂直部とよりなりかつ該流動層下部に
適数個の該噴霧ノズルの高さより低い挿入体を幅
方向の相対する装置内壁面に接合または密接して
垂直方向に設けるとともに該挿入体に熱源を内蔵
せしめたことを特徴とする硝酸ウラニルまたは/
および硝酸プルトニウムの脱硝装置、にある。 次に、本発明を図面を参照して説明する。 第1図は本発明の基本的な一実施例の正面断面
図、第2図は本発明の第1図のA−A矢視図、第
3図は本発明の基本的な一実施例の挿入体部分の
概念を示す透視図(概念図)である。 図において、装置側壁に取り付けられた噴霧ノ
ズル4より、硝酸ウラニル溶液12を噴霧用気体
13とともに流動層3内に吹き込む。硝酸ウラニ
ル溶液12は流動層3内で流動化気体供給部1よ
り供給される流動化気体11のもとで熱分解脱硝
されて三酸化ウラン粒子15,NOx(気体),
H2O(気体)を生成する。生成しした三酸化ウラ
ン粒子15は溢流管6を経て流動層3の外に排出
されるが、その際溢流管6には加熱空気がパージ
ガとして流動層3に向つて吹き込まれる。一方、
流動層3を去る気体は固気分離フイルター5を経
てオフガス処理系14に送られるが、固気分離フ
イルター5から流動層3方向にブローバツクガス
が噴射される。このように、噴霧ノズル4取付部
より上部の流動層3部分では、硝酸ウラニル12
を噴霧するための噴霧用気体13と硝酸ウラニル
溶液12の熱分解によつて生じる分解ガスにより
気体量が急激に増加する。 本実施例は以上の問題に対処するため、噴霧ノ
ズル4取付部より上部の装置側壁が生成される三
酸化ウラン粒子15の安息角以上の角度を有する
傾斜部9と傾斜部9の上端に直結する垂直部10
とよりなる。 噴霧ノズル4取付部より上部の流動層3の容積
を上記の気体量の急激な増加に見合うように拡大
し、上述の流動層3をとび出す気体の線速度を
100〜120cm/秒以下にコントロールすることに基
づく処理能力への制限を取り除くとともに固気分
離フイルター5の過面積を該フイルター5の本
数を増やすことにより大きくとり、固気分離フイ
ルター5の通気速度からくる処理能力への制限を
も取り除き、それによつて処理能力の増大を可能
ならしめるものである。傾斜部9の角度は生成さ
れる三酸化ウラン粒子15がこの傾斜部9上にと
どまることがないように、三酸化ウラン粒子15
の安息角以上、好ましくは安全をみて45℃以上と
する。 上記の構成によつて、噴霧ノズル取付部より上
部の流動層3部分の容積が拡大された結果、装置
の強度ならびに必要熱量の供給上の問題が発生す
るおそれが、その構造上あるので、噴霧ノズル4
取付部より上部の装置側壁を上記の傾斜部9と垂
直部10とによつて構成させるとともに流動層3
下部に適数個(図では3個)の噴霧ノズル4の高
さより低い挿入体16の幅方向の相対する装置内
壁面に接合または密接(図では接合)して垂直方
向に設けかつ挿入体16に熱源17(電熱ヒータ
ーまたは熱媒体)を内蔵せしめた構成をとるもの
である。 挿入体16の構造は特に限定されるものではな
いが、一般的には適切な厚みを有する平板であつ
てその内部に熱源により挿入体16自体を加熱で
きる機能を有する構成をとる。この構成によつて
挿入体16自体の温度を上昇させることにより、
流動層と接する挿入体16の表面からの熱伝達に
より脱硝反応に必要な熱を流動層側に供給する。
前述した如く、硝酸ウラニルの熱分解(脱硝)反
応は急激な吸熱反応であり、処理能力を増大させ
るには外系からの充分な熱の供給が不可欠であ
る。本発明の例では、挿入体16に熱源を内蔵さ
せることにより、外壁部分から熱供給に加えて挿
入体16からの熱が同時に供給され、流動層上部
を拡大すること(これにより流動層内の気体の線
速度が実用的な範囲にコントロールできる)によ
る処理能力の増大に対応する熱供給量の増大を可
能としている。内蔵される熱源17としては電気
ヒータも使用可能であるが、液状の無機塩熱媒体
(例えば、ある種の硝酸および亜硝酸塩混合物
は、最高500℃程度まで使用可能で、脱硝反応の
最適温度範囲が270〜330℃であるので実用的な加
熱源として充分使用可能である。有機系の熱媒体
はその使用温度範囲からみて使用困難である。)
を循環させることによる間接加熱が好適で、図に
おいて熱源17は保護管または熱媒体の流路を示
す。 熱源として熱媒体による間接加熱法を採用する
場合には、熱源17の構成は熱媒体の通る配管と
高温に加熱された熱媒体となり、熱媒体は配管内
の一方の端から入つて他の一方の端から出る。挿
入体16の数は所望する熱量に応じて適当に決め
れば良いが、各々の挿入体間の距離は製作技術等
を考慮すると10cm程度以上とることが適当である
ため、流動層装置の下部の幅の長さが60cmの流動
層装置であれば5個程度となる。挿入体16の高
さは噴霧ノズル4取付部の下端に直結する流動層
下部(垂直部)の高さによつてほぼ決まるが、噴
霧ノズル4の高さより低いレベルに設定すること
が必要で、噴霧ノズル4の高さのレベルとの差は
10cm程度以上であることが好ましい。また、本発
明の方法は挿入体16を幅方向の相対する装置内
壁面に接合または密接して設けることにより以下
のような効果も生じてくる。すなわち、この構成
によつて、処理能力の増大を可能にするとともに
接合された挿入体16のリブ的作用により装置を
補強しかつ内蔵した熱源17により必要熱量の供
給を確保することを可能とするものである。挿入
体16は装置内壁面に密接して設けた場合には、
外圧に対しては装置の補強効果を発揮するが、内
圧に対しては補強にならないので、別に設けた内
圧に対する補強手段と相俟つて接合した場合と同
様の効力を発揮する。 以上において、主として硝酸ウラニルのみを脱
硝対象とする場合の本発明について述べたが、本
発明は硝酸プルトニウムのみまたは硝酸ウラニル
と硝酸プルトニウムの混合物をそれぞれ脱硝対象
とする場合にも適用できることはもちろんであ
る。 以上のように、本発明は上記構成をとることに
よつて、噴霧ノズルを有する平板型流動層を使用
して硝酸ウラニルまたは/および硝酸プルトニウ
ムを熱分解脱硝して三酸化ウランまたは/および
二酸化プルトニウムを製造する処理能力の増大を
可能ならしめる硝酸ウラニルまたは/および硝酸
プルトニウムの脱硝装置を提供するもので、核燃
料処理上きわめて有用である。 次に、本発明装置による効果を具体的数値によ
つて説明する。 第1図において、;流動層装置の傾斜部9
の下端に直結する流動層下部垂直部18の高さの上端レベルよりオーバフローパイプ
6の上端までの高さ a;流動層装置の傾斜部9の下端に直結する流動
層下部垂直部18の幅の長さ b;流動層装置の傾斜部9の上端に直結する流動
層上部垂直部10の幅の長さ 装置寸法 厚 さ 8cm 傾斜部の角度45゜ 30cm 60cm 流動化気体線速度 40cm/秒 流動層を去る気体の線速度 100cm/秒 固液分離フイルターの通気速度 2cm/秒 固液分離フイルターの通気温度 200℃ 固気分離フイルター仕様 径 6cmφ 長 さ 150cm 固気分離フイルターの本数 取付部の流動層の幅の長さ10cm当り 1本 反応温度 285℃ パージ用気体、ブローバツク用気体等の気体量
0.50m3/分(b=120cmの場合) 0.35m3/分(b=60cmの場合) 噴霧用気体/硝酸ウラニル 500(常温,体積比) 同上気体の供給時の温度 200℃ 硝酸ウラニル溶液濃度 1200g−U/ 以上の条件下で流動層を去る気体の線速度およ
び固気分離フイルターの通気速度より計算される
最大処理能力は次表の通りである。 表中のaおよびbは前述の a:流動層装置の傾斜部9の下端に直結する流動
層下部垂直18の幅の長さ b:流動層装置の傾斜部の上端に直結する流動層
上部垂直部10の幅の長さ を示す。
The present invention makes it possible to increase the processing capacity for producing uranium trioxide and/or plutonium dioxide by pyrolytic denitrification of uranyl nitrate or/and plutonium nitrate using a flat plate fluidized bed having a spray nozzle. and plutonium nitrate denitrification equipment. At the uranium hexafluoride conversion plant, a purified uranyl nitrate solution is obtained using solvent extraction methods, and after concentrating it,
Denitration is performed by thermal decomposition to obtain uranium trioxide. Furthermore, in spent fuel reprocessing plants at nuclear power plants, uranium is separated from fission products and plutonium and is obtained as a uranyl nitrate solution, which is denitrified by thermal decomposition to obtain uranium trioxide. Furthermore, in the reprocessing of spent fuel, a method is being planned in which a mixed solution of uranyl nitrate and plutonium nitrate is simultaneously thermally decomposed to obtain a mixed oxide for reasons of nuclear non-proliferation. The present invention relates to the denitrification of uranyl nitrate and/or plutonium nitrate, but in order to simplify the description below, the case of uranyl nitrate will first be described. Methods for denitrating uranyl nitrate in spent fuel reprocessing include the pot method, stirred bed method, microwave heating method, and fluidized bed method, but the fluidized bed method is advantageous in terms of continuity and efficiency. It is being widely put into practical use. The fluidized bed currently used for the denitrification reaction of uranyl nitrate is cylindrical, but when dealing with slightly enriched uranium such as in the reprocessing of spent nuclear fuel, the diameter of the device is limited due to criticality control. Therefore, the processing capacity per unit radix is also limited. Therefore, when using a cylindrical fluidized bed for pyrolytic denitrification of uranyl nitrate, in order to increase the processing capacity, it is necessary to increase the number of equipment as well as the number of attached equipment. Recently, a flat plate type fluidized bed has been attracting attention as a solution to the problems of the cylindrical type fluidized bed. In general, in fluidized bed denitrification equipment for uranyl nitrate, the denitrification reaction is a remarkable endothermic reaction, so a supply of heat is required, and if this heat is supplied normally, the processing capacity is proportional to the cross-sectional area of the equipment. It can be assumed that the amount increases. When the flat plate type fluidized bed is adopted, the thickness of the device is limited by criticality control, but the width of the device can be increased in principle without limit in the longitudinal direction. Therefore, if a flat plate type fluidized bed is used and the cross-sectional area of the fluidized bed device is increased by increasing the length of the width, the processing capacity per unit number can be significantly increased if the above heat supply can be adapted. Therefore, in the case of plants with large processing capacity, the advantages of the flat plate fluidized bed are being emphasized. However, in a uranyl nitrate denitrification equipment using a flat plate fluidized bed, when increasing the processing capacity per unit base, even if the required amount of heat can be supplied, the following problems must still be taken into consideration. That is, (1) Generally, when denitrifying uranyl nitrate using a fluidized bed, a normal fluidization state is maintained;
In order to obtain the desired uranium trioxide product, the linear velocity of the fluidizing gas from the bottom of the fluidized bed should be set at 20 to 60 cm/cm.
In addition, the linear velocity of the gas that leaves the fluidized bed, that is, the linear velocity of the gas near the upper surface of the fluidized bed, is controlled to 100 to 120 cm/sec from the viewpoint of controlling the particle size of the uranium trioxide produced. It is necessary to. The reason for controlling the linear velocity of the fluidizing gas to 20 to 60 cm/sec is that if the linear velocity of the fluidizing gas in the fluidized bed is too high, the fluidized bed will easily fall into a slugging state, making it impossible to maintain a stable fluidized state. It's for a reason. Desired uranium trioxide products for denitrification of uranyl nitrate include:
In consideration of reactivity in subsequent steps, the average particle size is preferably about 100 to 150 μm. In order to stably fluidize this level of product UO 3 particles, it is necessary to control the linear velocity of the fluidizing gas to 20 to 60 cm/sec. In addition, the linear velocity of the gas that leaves the fluidized bed, that is, the linear velocity of the gas near the upper surface of the fluidized bed, is
The reason why it is necessary to control it to ~120 cm/sec or less is that if the linear velocity of the gas near the upper surface of the fluidized bed is too high, the fine particles of the UO 3 particles contained in the gas that have come out of the fluidized bed will flow. This is to prevent the stability of the fluidized bed from being impaired due to the particles not returning to the bed, resulting in no or too small amounts of fine particles in the fluidized bed. Therefore, depending on the size of the device, that is, the cross-sectional area, the throughput of the device is limited in terms of linear velocity control of the gas. (2) The amount of gas leaving the fluidized bed reactor, that is, the total amount of gas leaving the fluidized bed mentioned above, the blowback gas amount of the solid-gas separation filter, and the purge gas amount of the overflow pipe is determined by The ventilation rate of the solid-gas separation filter (this ventilation rate is the value obtained by dividing the amount of gas vented through the solid-gas separation filter by the excess area of the filter, and the excess area of the filter is determined by the cross-sectional area and height of the device. The size of the filter For cylindrical filters, the diameter must be less than or equal to the thickness of the device, and a length that is too long, for example 2 m or more, is impractical from the viewpoint of strength, and even if the height of the device is high, There is a limit to the length). Normally, the ventilation speed of solid-gas separation filters is designed to be 2 cm/sec or less. That is, the processing capacity of the device is also limited by the ventilation rate of the solid-gas separation filter. In other words, if the processing capacity is increased unilaterally, the amount of gas produced will increase, and the ventilation speed of the filter will increase, resulting in a large pressure loss, increasing the pressure inside the device, and causing strength problems. . Furthermore, the power of the blower that sucks the off-gas increases, causing technical and economical problems. (3) When denitrating uranyl nitrate in a fluidized bed reactor, the denitrification reaction is a rapid endothermic reaction, and in order to continue the reaction stably, sufficient heat must be supplied from the outside system. Supply is needed. (4) Therefore, when increasing the processing capacity when thermally denitrifying uranyl nitrate in a fluidized bed reactor, it is necessary to take measures against the amount of cracked gas that increases with the increase in processing capacity, and to take measures accordingly. Consideration must be given to the increasing supply of required decomposition heat. That is, (1) above and
It is necessary to control the linear velocity of the gas in the fluidized bed so as to satisfy (2), and to supply a sufficient amount of decomposition heat necessary for the reaction. The processing capacity can only be increased in a state where the following conditions are simultaneously satisfied. In the above, the case where uranyl nitrate is the object of denitration has been described, but the same applies to the case where the object of denitration is plutonium nitrate or a mixture of uranyl nitrate and plutonium nitrate. Taking the above problems into consideration, the present inventors have developed a process for producing uranium trioxide and/or plutonium dioxide by thermally denitrifying uranyl nitrate and/or plutonium nitrate using a flat plate fluidized bed having a spray nozzle. As a result of our study to provide a denitrification device for uranyl nitrate and/or plutonium nitrate that can increase the capacity, we focused on the fact that a rapid increase in the amount of gas occurs in the fluidized bed section above the spray nozzle, and developed the present invention. Reached. That is, the gist of the present invention is to produce uranyl nitrate or/and plutonium dioxide by denitrifying uranyl nitrate or/and plutonium nitrate by thermal decomposition using a flat plate fluidized bed having a spray nozzle. / and plutonium nitrate denitrification equipment, in which the side wall of the equipment above the spray nozzle attachment part is directly connected to an inclined part having an angle of repose greater than or equal to the angle of repose of the uranium trioxide and/or plutonium dioxide particles to be produced, and the upper end of the inclined part. An appropriate number of inserts lower than the height of the spray nozzles are vertically connected to the vertical part and are lower than the spray nozzles at the bottom of the fluidized bed, and are vertically connected to or in close contact with the inner walls of the device facing each other in the width direction, and a heat source is provided to the inserts. Uranyl nitrate or/
and plutonium nitrate denitrification equipment. Next, the present invention will be explained with reference to the drawings. FIG. 1 is a front sectional view of a basic embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view taken along the line A-A in FIG. 1 of the present invention, and FIG. 3 is a front sectional view of a basic embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view (conceptual diagram) showing the concept of an insert portion. In the figure, a uranyl nitrate solution 12 is blown into a fluidized bed 3 together with a spraying gas 13 from a spray nozzle 4 attached to the side wall of the apparatus. The uranyl nitrate solution 12 is thermally denitrified in the fluidized bed 3 under the fluidizing gas 11 supplied from the fluidizing gas supply section 1 to produce uranium trioxide particles 15, NOx (gas),
Generates H 2 O (gas). The generated uranium trioxide particles 15 are discharged to the outside of the fluidized bed 3 through an overflow pipe 6. At this time, heated air is blown into the overflow pipe 6 as a purge gas toward the fluidized bed 3. on the other hand,
The gas leaving the fluidized bed 3 is sent to the off-gas treatment system 14 via the solid-gas separation filter 5, and blowback gas is injected from the solid-gas separation filter 5 in the direction of the fluidized bed 3. In this way, in the fluidized bed 3 portion above the spray nozzle 4 attachment part, uranyl nitrate 12
The amount of gas increases rapidly due to the atomizing gas 13 for atomizing and decomposed gas generated by thermal decomposition of the uranyl nitrate solution 12. In order to solve the above problem, this embodiment has a side wall of the device above the attachment part of the spray nozzle 4, which is directly connected to the upper end of the inclined part 9 and the inclined part 9, which has an angle greater than the angle of repose of the uranium trioxide particles 15 to be generated. Vertical section 10
It becomes more. The volume of the fluidized bed 3 above the spray nozzle 4 attachment part is expanded to correspond to the above-mentioned rapid increase in the amount of gas, and the linear velocity of the gas flowing out of the above-mentioned fluidized bed 3 is increased.
In addition to removing the restriction on the processing capacity based on controlling it to 100 to 120 cm/sec or less, the excess area of the solid-gas separation filter 5 can be increased by increasing the number of filters 5, and the air flow rate of the solid-gas separation filter 5 can be increased. This also removes the limitations on processing power that would otherwise occur, thereby making it possible to increase processing power. The angle of the inclined portion 9 is such that the uranium trioxide particles 15 that are generated do not remain on this inclined portion 9.
The angle of repose should be at least 45℃, preferably at least 45℃ for safety reasons. As a result of the above structure, the volume of the fluidized bed 3 above the spray nozzle mounting part is expanded, which may cause problems in the strength of the device and in supplying the required amount of heat. Nozzle 4
The side wall of the device above the mounting part is constituted by the above-mentioned inclined part 9 and vertical part 10, and the fluidized bed 3
An appropriate number of (three in the figure) spray nozzles 4 are installed in the lower part of the insert body 16 in a vertical direction by being joined or closely connected (in the figure) to the inner wall surfaces of the device that are opposite to each other in the width direction of the insert body 16, which is lower than the height of the spray nozzles 4. It has a structure in which a heat source 17 (an electric heater or a heat medium) is built in. Although the structure of the insert 16 is not particularly limited, it is generally a flat plate having an appropriate thickness and has a function inside thereof to heat the insert 16 itself with a heat source. By increasing the temperature of the insert 16 itself with this configuration,
The heat necessary for the denitrification reaction is supplied to the fluidized bed by heat transfer from the surface of the insert 16 in contact with the fluidized bed.
As mentioned above, the thermal decomposition (denitrification) reaction of uranyl nitrate is a rapid endothermic reaction, and in order to increase the processing capacity, it is essential to supply sufficient heat from an external system. In the example of the present invention, by incorporating a heat source in the insert 16, heat is supplied from the insert 16 in addition to the heat supplied from the outer wall portion, and the upper part of the fluidized bed is expanded (thereby, the heat source in the fluidized bed is The linear velocity of the gas can be controlled within a practical range), making it possible to increase the amount of heat supplied corresponding to the increase in processing capacity. Although an electric heater can be used as the built-in heat source 17, liquid inorganic salt heat carriers (for example, certain nitric acid and nitrite mixtures can be used up to a maximum temperature of about 500°C, which is the optimum temperature range for the denitrification reaction). is 270 to 330°C, so it can be used as a practical heating source.Organic heating media are difficult to use due to their operating temperature range.)
Indirect heating by circulating is preferred; in the figure the heat source 17 represents a protective tube or a flow path for the heat medium. When an indirect heating method using a heat medium is used as a heat source, the heat source 17 consists of a pipe through which the heat medium passes and a heat medium heated to a high temperature, and the heat medium enters from one end of the pipe and passes through the other end. come out from the edge. The number of inserts 16 can be determined appropriately depending on the desired amount of heat, but considering manufacturing technology, it is appropriate to set the distance between each insert to be about 10 cm or more. For a fluidized bed device with a width of 60 cm, there will be about 5 pieces. The height of the insert 16 is approximately determined by the height of the lower part (vertical part) of the fluidized bed that is directly connected to the lower end of the spray nozzle 4 attachment part, but it is necessary to set it at a level lower than the height of the spray nozzle 4. The difference between the height of the spray nozzle 4 and the level is
The length is preferably about 10 cm or more. Further, in the method of the present invention, the following effects are also produced by providing the insert body 16 in contact with or in close contact with the inner wall surfaces of the device facing each other in the width direction. That is, this configuration makes it possible to increase the processing capacity, reinforce the device by the rib-like action of the joined insert 16, and ensure the necessary amount of heat is supplied by the built-in heat source 17. It is something. When the insert 16 is provided closely to the inner wall surface of the device,
Although the device exhibits a reinforcing effect against external pressure, it does not provide reinforcement against internal pressure, so it exhibits the same effect as when joined together with a separately provided reinforcing means for internal pressure. In the above, the present invention has been mainly described in the case where only uranyl nitrate is the object of denitrification, but it goes without saying that the present invention can also be applied to the case where only plutonium nitrate or a mixture of uranyl nitrate and plutonium nitrate is the object of denitrification. . As described above, by adopting the above configuration, the present invention uses a flat plate fluidized bed having a spray nozzle to thermally denitrify uranyl nitrate and/or plutonium nitrate, thereby converting uranyl trioxide or/and plutonium dioxide into uranium trioxide or/and plutonium dioxide. The present invention provides a denitrification device for uranyl nitrate and/or plutonium nitrate that enables an increase in processing capacity for producing uranyl nitrate and/or plutonium nitrate, and is extremely useful in nuclear fuel processing. Next, the effects of the device of the present invention will be explained using specific numerical values. In FIG. 1, 1 ; inclined part 9 of the fluidized bed apparatus;
Height 2 of the lower vertical part 18 of the fluidized bed directly connected to the lower end of the fluidized bed; Height a from the upper end level of 1 to the upper end of the overflow pipe 6; Lower vertical part 18 of the fluidized bed directly connected to the lower end of the inclined part 9 of the fluidized bed apparatus Width b: Length of the width of the upper vertical part 10 of the fluidized bed that is directly connected to the upper end of the inclined part 9 of the fluidized bed apparatus Device dimensions Thickness 8 cm Angle of inclined part 45° 1 30 cm 2 60 cm Linear velocity of fluidizing gas 40cm/sec Linear velocity of gas leaving the fluidized bed 100cm/sec Aeration speed of solid-liquid separation filter 2cm/sec Aeration temperature of solid-liquid separation filter 200℃ Solid-gas separation filter specification diameter 6cmφ Length 150cm Number of solid-liquid separation filters Installation 1 tube per 10 cm of fluidized bed width Reaction temperature 285℃ Amount of gas such as purge gas, blowback gas, etc.
0.50m 3 /min (when b = 120cm) 0.35m 3 /min (when b = 60cm) Spraying gas / uranyl nitrate 500 (room temperature, volume ratio) Temperature when supplying the same gas 200℃ Concentration of uranyl nitrate solution The maximum processing capacity calculated from the linear velocity of the gas leaving the fluidized bed and the aeration velocity of the solid-gas separation filter under conditions of 1200 g-U/ or more is shown in the table below. a and b in the table refer to the above-mentioned a: length of the width of the lower vertical part of the fluidized bed 18 directly connected to the lower end of the inclined part 9 of the fluidized bed apparatus b: upper vertical part of the fluidized bed directly connected to the upper end of the inclined part of the fluidized bed apparatus The length of the width of the portion 10 is shown.

【表】 なお、表中の最大処理能力の計算値は次の計算
例にしたがつて計算されたものである。 (計算例1)流動層を去る気体の線速度より計
算される値(本発明ケース) 流動層表面での気体量は 100cm/秒×8cm×120cm =96000cm3/秒……(a) 流動化気体の量は 40cm/秒×8cm×60cm =19200cm3/秒……(b) パージ用気体、ブローバツク用気体等の気体量
(285℃換算)は 0.50cm3/分×1000000÷60×(273 +285)/273+200)=9830cm3/秒……(c) (注) b=60cm/sの場合は0.35cm3/分で計
算する。熱分解反応により発生する気体と噴霧用
の気体の合計量Qは(a)−(b)−(c)と等しくならなけ
ればならないので Q=96000−(19200+9831) =66969cm3/秒……(d) 一方、硝酸ウラニルの熱分解反応は次式にした
がつて生じる。 UO2(NO32・6H2O→UO3+NO2 +NO+O2+6H2O したがつて、1モルのUから9モルの気体が発
生するから、1Kg−U当たりの気体量(285℃換
算)は (1000/238)×22.4×9×(273 +285)/(273)=1731.35……(e) 同様に、1Kg−U当たりの噴霧用気体の量
(285℃換算)は (1000/1200)×500×(273 +285)/(273+20)=793.52……(f) 故に1KgのUを処理すると (e)+(f)=2524.87 =2524870cm3(at285℃)……(g) の気体が発生する。 以上の条件から計算される最大処理能力〔=
Q/(g)〕は66969/2524870=0.02652Kg−U/秒
=95.49Kg−U/時 なお、比較例も同様な手法によつて計算でき
る。 (計算例2)固気分離フイルタの通気速度より
計算される値(本発明のケース) 本発明の場合、固気分離フイルタは11本取付け
ることが可能(比較例のb=60cmの場合は5本)
なので固気分離フイルタを通気可能な気体の量は 11本×6cm×π×150cm×2cm/秒 =62172cm3/秒……(a) 流動化気体の量(200℃換算)は 40cm/秒×8cm×60cm×(273+200)/ (273+285)=16275cm3/秒……(b) パージ用気体、ブローバツク用気体等の気体量
(200℃換算)は 0.50cm3/分×1000000÷60=8333cm3/秒……(c) 熱分解反応により発生する気体と噴霧用の気体
の合計量Qは(a)−(b)−(c)と等しくならなければな
らないので、 Q=62172−(16275+8333) =37564cm3/秒……(d) 一方、1Kg−U当たりの気体量(200℃換算)
は計算例1の場合と同様に (1000/238)×22.4×9×(273 +200)/(273)=1476.61……(e) 同様に、1Kg−U当たりの噴霧用気体の量
(200℃換算)は (1000/1200)×500×(273 +200)/(273+20)=672.64……(f) 故に1KgのUを処理すると (e)+(f)=2149.25 =2149250cm3(at200℃)……(g) の気体が発生する。 以上の条件から計算される最大処理能力〔=
Q/(g)〕は37564/2149250=0.01748Kg−U/秒
=62.92Kg−U/時 なお、比較例も同様な手法によつて計算でき
る。 さらに、本発明の熱源としての挿入体16があ
る場合の効果は以下のように説明できる。一例と
してa=60cm、b=120cm、(=30cm、
60cm)の場合、挿入体16がある場合(挿入体の
数は5本、高さは30cmとする。)とない場合の有
効伝熱面積はそれぞれ1.91m2、1.79m2となる。 硝酸ウラニルの熱分解反応に必要な熱量は約
550kcal/Kg−Uであり、実用的な設計数値とし
て温度差(△t)=150℃、伝熱計数値(U0)=
120kcal/m2・℃・時をとると伝熱量から計算さ
れる最大処理速度は本発明の場合は 150×120×1.97÷550=64.5Kg−U/ 時比較例(a=60cm、b=120cm、挿入体な
し)の場合は 150×120×1.79÷550=58.6Kg−U/時に制限
される。 従つて、本例で示した装置では固気分離フイル
ターの通気速度より最大処理能力が決まることに
なり、本発明装置の場合の方が比較例の場合より
単位基数当り約2倍以上の処理能力が得られる。
[Table] The calculated values of maximum processing capacity in the table were calculated according to the following calculation example. (Calculation example 1) Value calculated from the linear velocity of gas leaving the fluidized bed (case of the present invention) The amount of gas at the surface of the fluidized bed is 100cm/sec x 8cm x 120cm = 96000cm 3 /sec... (a) Fluidization The amount of gas is 40cm/sec x 8cm x 60cm = 19200cm 3 /sec...(b) The amount of gas such as purge gas and blowback gas (converted to 285℃) is 0.50cm 3 /min x 1000000 ÷ 60 x (273 +285)/273+200)=9830cm 3 /sec...(c) (Note) If b=60cm/s, calculate at 0.35cm3 /min. The total amount Q of the gas generated by the thermal decomposition reaction and the gas for spraying must be equal to (a) - (b) - (c), so Q = 96000 - (19200 + 9831) = 66969 cm 3 / second... ( d) On the other hand, the thermal decomposition reaction of uranyl nitrate occurs according to the following equation. UO 2 (NO 3 ) 2・6H 2 O→UO 3 +NO 2 +NO+O 2 +6H 2 O Therefore, since 9 moles of gas are generated from 1 mole of U, the amount of gas per 1 Kg-U (285℃ conversion ) is (1000/238) x 22.4 x 9 x (273 + 285) / (273) = 1731.35...(e) Similarly, the amount of atomizing gas per 1 Kg-U (converted to 285℃) is (1000/1200 ) × 500 × (273 + 285) / (273 + 20) = 793.52…(f) Therefore, when 1 kg of U is processed, (e) + (f) = 2524.87 = 2524870 cm 3 (at 285°C)… (g) of gas Occur. Maximum processing capacity calculated from the above conditions [=
Q/(g)] is 66969/2524870 = 0.02652 Kg - U/sec = 95.49 Kg - U/hr. Comparative examples can also be calculated using the same method. (Calculation example 2) Value calculated from the aeration rate of the solid-gas separation filter (case of the present invention) In the case of the present invention, it is possible to install 11 solid-gas separation filters (in the case of b = 60 cm in the comparative example, 5 Book)
Therefore, the amount of gas that can pass through the solid-gas separation filter is 11 pipes x 6 cm x π x 150 cm x 2 cm/sec = 62172 cm 3 /sec...(a) The amount of fluidizing gas (converted to 200℃) is 40 cm/sec x 8 cm x 60 cm x (273 + 200) / (273 + 285) = 16275 cm 3 / sec... (b) The amount of gas such as purge gas and blowback gas (200℃ conversion) is 0.50 cm 3 / min x 1000000 ÷ 60 = 8333 cm 3 /sec...(c) The total amount Q of the gas generated by the thermal decomposition reaction and the gas for spraying must be equal to (a) - (b) - (c), so Q = 62172 - (16275 + 8333) =37564cm 3 /sec...(d) On the other hand, the amount of gas per 1Kg-U (200℃ conversion)
As in calculation example 1, (1000/238) x 22.4 x 9 x (273 + 200) / (273) = 1476.61...(e) Similarly, the amount of atomizing gas per 1 Kg-U (200℃ (conversion) is (1000/1200) x 500 x (273 + 200) / (273 + 20) = 672.64... (f) Therefore, when 1 kg of U is processed, (e) + (f) = 2149.25 = 2149250 cm 3 (at 200℃)... ...(g) gas is generated. Maximum processing capacity calculated from the above conditions [=
Q/(g)] is 37564/2149250 = 0.01748 Kg - U/sec = 62.92 Kg - U/hr. Comparative examples can also be calculated using the same method. Furthermore, the effect of the insert 16 as a heat source of the present invention can be explained as follows. As an example, a=60cm, b=120cm, ( 1 =30cm, 2 =
60 cm), the effective heat transfer areas are 1.91 m 2 and 1.79 m 2 with and without the inserts 16 (the number of inserts is 5 and the height is 30 cm), respectively. The amount of heat required for the thermal decomposition reaction of uranyl nitrate is approximately
550kcal/Kg-U, and the practical design values are temperature difference (△t) = 150℃, heat transfer coefficient value (U 0 ) =
Taking 120kcal/ m2・℃・time, the maximum processing speed calculated from the amount of heat transfer is 150×120×1.97÷550=64.5Kg-U/hour Comparative example (a=60cm, b=120cm , without insert), the limit is 150 x 120 x 1.79 ÷ 550 = 58.6 Kg-U/hour. Therefore, in the device shown in this example, the maximum processing capacity is determined by the aeration rate of the solid-gas separation filter, and the device of the present invention has a processing capacity of about twice as much per unit number as that of the comparative example. is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の基本的な一実施例の正面断面
図、第2図は第1図のA−A矢視図、第3図は本
発明の基本的な一実施例の挿入体部分の概念を示
す透視図(概念図)である。 図において、1……流動化気体供給部(ウイン
ドボツクス)、2……整流器、3……流動層、4
……噴霧ノズル、5……固気分離フイルター、6
……溢流管、7……抜出管、8……三酸化ウラン
シードホツパー、9……傾斜部、10……上部垂
直部、11……流動化気体、12……硝酸ウラニ
ル溶液、13……噴霧用気体、14……オフガス
処理系、15……三酸化ウラン粒子、16……挿
入体、17……熱源(電熱ヒーターまたは熱媒
体)、18……下部垂直部、……流動層装置
の傾斜部9の下端に直結する流動層下部垂直部1
8の高さ、……の上端レベルよりオーバ
フローパイプ6の上端までの高さ、a……流動層
装置の傾斜部9の下端に直結する流動層下部垂直
部18の幅の長さ、b……流動層装置の傾斜部9
の上端に直結する流動層上部垂直部10の幅の長
さ。
Fig. 1 is a front sectional view of a basic embodiment of the present invention, Fig. 2 is a view taken along the line A-A in Fig. 1, and Fig. 3 is a portion of an insert body of a basic embodiment of the present invention. It is a perspective view (conceptual diagram) showing the concept of. In the figure, 1... Fluidization gas supply section (wind box), 2... Rectifier, 3... Fluidized bed, 4
... Spray nozzle, 5 ... Solid-gas separation filter, 6
... Overflow pipe, 7 ... Extraction pipe, 8 ... Uranium trioxide seed hopper, 9 ... Inclined part, 10 ... Upper vertical part, 11 ... Fluidization gas, 12 ... Uranyl nitrate solution, 13... Gas for spraying, 14... Off-gas treatment system, 15... Uranium trioxide particles, 16... Insert, 17... Heat source (electric heater or heat medium), 18... Lower vertical part, 1 ... Lower vertical part 1 of the fluidized bed directly connected to the lower end of the inclined part 9 of the fluidized bed apparatus
8 height, 2 ... Height from the upper end level of 1 to the upper end of the overflow pipe 6, a... Length of the width of the lower vertical part 18 of the fluidized bed directly connected to the lower end of the inclined part 9 of the fluidized bed apparatus, b... Inclined part 9 of fluidized bed apparatus
The length of the width of the upper vertical section 10 of the fluidized bed that is directly connected to the upper end of the fluidized bed.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 噴霧ノズルを有する平板型流動層を用いて硝
酸ウラニルまたは/および硝酸プルトニウムを熱
分解により脱硝して三酸化ウランまたは/および
二酸化プルトニウムを製造する硝酸ウラニルまた
は/および硝酸プルトニウムの脱硝装置におい
て、噴霧ノズル取付部より上部の装置側壁が生成
される三酸化ウランまたは/および二酸化プルト
ニウムの安息角以上の角度を有する傾斜部と該傾
斜部の上端に直結する垂直部とよりなりかつ該流
動層下部に適数個の該噴霧ノズルの高さより低い
挿入体を幅方向の相対する装置内壁面に接合また
は密接して垂直方向に設けるとともに該挿入体に
熱源を内蔵せしめたことを特徴とする硝酸ウラニ
ルまたは/および硝酸プルトニウムの脱硝装置。
1 In a uranyl nitrate and/or plutonium nitrate denitrification equipment that produces uranium trioxide or/and plutonium dioxide by denitrating uranyl nitrate or/and plutonium nitrate by thermal decomposition using a flat plate fluidized bed having a spray nozzle, The side wall of the device above the nozzle mounting part consists of an inclined part having an angle greater than the angle of repose of the uranium trioxide and/or plutonium dioxide to be produced, and a vertical part directly connected to the upper end of the inclined part, and at the bottom of the fluidized bed. Uranyl nitrate or / and plutonium nitrate denitrification equipment.
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