DE60111075T2

DE60111075T2 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung eines filters

Info

Publication number: DE60111075T2
Application number: DE60111075T
Authority: DE
Inventors: Andre Feugier
Original assignee: FRANCO-BELGE DE FABRICATION DE COMBUSTIBLES - FBFC COURBEVOIE Ste; Franco Belge de Fabrication de Combustible FBFC
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: FR2818159B1; JP4161029B2; ES2239097T3; KR20030086987A; US7422626B2; ATE296152T1; EP1341593A1; US20040060578A1; DE60111075D1; CN1239227C; KR100827561B1; FR2818159A1; RU2003121407A; EP1341593B1; JP2004525052A; RU2286829C2; CN1481270A; WO2002047794A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung eines Filters einer Anlage zur Produktion von Uranoxid aus Uranhexafluorid.
Man kennt Uranoxid-Produktionsanlagen, die ein Trockenverfahren zur Herstellung von Uranoxid aus gasförmigem Uranhexafluorid UF₆ anwenden, das aus einer Anreicherungsanlage des als Nuklearbrennstoff benutzten Urans mit radioaktiven Isotopen stammt.
Solche Anlagen, die das Verfahren zur Produktion von Uranoxid aus Uranhexafluorid anwenden, Trockenkonversionsverfahren genannt, umfassen in einer industriellen Realisierungsform, welche die aktuell zufriedenstellendste und verbreiteteste Form ist, einen generell senkrecht angeordneten Reaktor, in den Uranhexfluorid UF₆, Wasserdampf und Verdünnungsstickstoff eingespeist wird, mit einer Temperatur von 200 bis 300°C, und die Konversion von Uranhexafluorid UF₆ in Uranoxyfluorid UO₂F₂ erfolgt, entsprechend der Hydrolysereaktion: UF₆ + 2 H₂O → UO₂F₂ + 4HF.
Die Konversion von Uranhexfluorid in Uranoxyfluorid durch Hydrolyse erzeugt gasförmige Flusssäure HF und Uranoxyfluorid UO₂F₂ im feinpulvrigen Zustand.
Das Uranoxyfluorid UO₂F₂ fällt auf den Boden des Reaktors, wo es von einer Förderschnecke dem Eingang eines Drehofens zugeführt wird, indem die Konversion des Uranoxyfluorids UO₂F₂ in Uranoxide UO_2+x erfolgt, das heißt in Uranoxid UO₂ mit einer überstöchiometrischen Zusammensetzung, deren O/U-Verhältnis zwischen 2,03 und 2,66 variiert, entsprechend den Realisierungsbedingungen der Konversion in dem Drehofen.
Durch den oberen Teil des Uranhexafluorid-Konversionsreaktor entweicht Flusssäure HF, durch Filtereinheiten hindurch, die das Uranoxyfluorid-Pulver UO₂F₂ zurückhalten, das von der gasförmigen Flusssäure mitgeführt wird, gemischt mit Gasen wie N₂ und H₂O, angesaugt am oberen Teil des Konversionsreaktors.
Im Allgemeinen werden wenigstens zwei Filtereinheiten oder -blöcke benutzt, angeordnet im oberen Teil des Reaktors, durch welche die Flusssäure-enthaltenden Gase evakuiert werden.
Jede der Filtereinheiten umfasst einen Gas-Sammler, der über eine Leitung auf der Außenseite des Konversionsreaktors mit einer Verzweigungseinrichtung kommuniziert, die ermöglicht, die Gase in Richtung eines Sicherheitsfilters zu leiten, der sich auf der Außenseite des Reaktors befindet, hinter der Verzweigungseinrichtung, angeordnet in einem warmen Gehäuse, und in Richtung einer Flusssäure-Sammeleinheit.
Die Filtrationseinheiten umfassen – im Innern des Konversionsreaktors – eine Gruppe von Filtern oder Filterpatronen, von denen jeder bzw. jede eine filtrierende Wand von global zylindrischer Form aufweist, angeordnet in dem oberen Teil des Konversionsreaktors mit seiner vertikalen Achse.
Die Filter oder Filterpatronen jeder Filtrationseinheit ruhen und sind befestigt – mittels eine oberen Flansches – auf einer Platte der horizontal angeordneten Filtrationseinheit und sichern die Trennung zwischen dem Sammler – oder der Kammer – der Filtrationseinheit und dem Innenvolumen des Reaktors, in dem die chemische Reaktion zur Bildung von Uranoxyfluorid stattfindet.
Die mehr oder weniger mit feinpulverigem Uranoxyfluorid belasteten Gase kommen mit der Außenoberfläche der Filterpatronen in Kontakt und durchqueren nach der Abscheidung des feinpulverigen Uranoxyfluorids die Wand der Filterpatrone, um in die Kammer der Filtrationseinheit zu gelangen. Das durch die Außenwand der Filtrationseinheit aufgehaltene feinpulverige Uranoxyfluorid kann durch Schwerkraft auf den Reaktorboden zurückfallen, wo es von der Pulverförderschnecke wieder aufgenommen wird.
Die rohrförmigen Filtrationswände der Filterpatronen, die normalerweise durch komprimierte und gesinterte Teilchen oder Fasern gebildet werden, haben Durchgangsporen für die Flusssäure-enthaltenden Gase, deren Größe kleiner ist als die Größe der Uranoxyfluorid-Teilchen, so dass alle festen Teilchen aufgehalten werden, die von dem Gas transportiert werden.
Ein Teil der Uranoxyfluorid-Teilchen im feinpulverigen Zustand setzt sich auf der Außenoberfläche der rohrförmigen Wand der Filterpatrone ab, so dass die Filter sich während des Betriebs der Anlage progressiv verstopfen. Der Durchgang von Flusssäure und Gasgemischen durch die Filterwand erfolgt mit einem hohen Druckverlust, der unvereinbar ist mit einem kontinuierlichen Betrieb der Anlage.
Man muss die Filterpatronen also periodisch reinigen, und dies mit einer ausreichenden Häufigkeit.
Diese Reinigung wird realisiert, indem man in das Innere der Filterpatronen ein neutrales Reinigungsgas hineinbläst, in Gegenstromrichtung in Bezug auf die Fließrichtung der Flusssäure-enthaltenden Gase.
Der Reinigungs-Stickstoff muss mit einem Überdruck von ungefähr 2,5 Bar und einer Temperatur von ungefähr 130°C in die Filterpatronen hineingepresst werden, wobei die Temperatur in dem Konversionsreaktor ungefähr 300°C beträgt und die Temperatur der Gase am Ausgang des Reaktors ungefähr 200 bis 300°C.
Der Reinigungs-Stickstoff, der in einem Speicherbehälter enthalten ist, wird den Filtrationseinheiten zugeleitet durch die Gas-Verzweigungseinrichtung, die sich über dem Konversionsreaktor befindet. Diese Gas-Verzweigungseinrichtung ist im Innern eines heizbaren Gehäuses angeordnet, deren Innentemperatur ungefähr 150°C beträgt.
Im Innern des heizbaren Gehäuses sind Ventile angeordnet, insbesondere Dreiwegeventile, die ermöglichen, einerseits die Flusssäure-enthaltenden Gase während des Normalbetriebs der Filtrationseinheit dem Sicherheitsfilter und der Sammeleinrichtung zuzuleiten und andererseits den Reinigungsstickstoff während der Reinigungsphasen in der zu der Fließrichtung der Gase entgegengesetzten Richtung strömen zu lassen.
Die Ventile sind hohen Temperaturen ausgesetzt, und da sie an der oberen Temperaturgrenze arbeiten, sind ihre Benutzung und Wartung komplex und teuer.
Um einen kontinuierlichen Betrieb der Anlage sicherzustellen, führt man die Reinigung immer nur bei einer Filtrationseinheit durch, während die jeweils andere, zweite Filtrationseinheit alleine die durch den Reaktor erzeugten Flusssäure-enthaltenden Gase evakuieren muss. Daher muss während der Reinigungsphasen eine der Filtrationseinheiten im Wesentlichen das Doppelte der normalen Leistung erbringen. Zudem muss die der Reinigungsstickstoff, der in die zu reinigende Filtrationseinheit in Richtung Reaktorinneres eingespeist wird, auch evakuiert werden, was die Gasmenge, welche durch die im Betrieb befindliche Filtrationseinheit evakuiert werden muss, noch erhöht.
Bei einer bekannten Realisierungsform der Filtrationseinheiten eines Uranhexafluorid-Konversionsreaktors umfasst jede der Filtrationseinheiten acht Filterpatronen, die in der Ebene der horizontalen Trägerplatte der Filter verteilt sind, welche die Flusssäuresammelkammer von dem Innenvolumen des Reaktors trennt.
Das Einpressen des Reinigungsstickstoffs in die Kammer erfolgt durch die Evakuierungsleitung der Flusssäure-enthaltenden Gase in eine Zone, die sich im zentralen Teil der Kammer befindet, das heißt senkrecht über dem zentralen Teil der Filterträgerplatte. Daraus resultiert, dass der Reinigungsstickstoffstrahl, der auf den zentralen Teil der Platte und in Richtung der durch diesen zentralen Teil getragenen Filter gerichtet ist, bevorzugt die in dem zentralen Teil befindlichen Filter reinigt. Diese Filter werden perfekt gereinigt, während die am Rand der Trägerplatte der Filtrationseinheit befindlichen Filter nicht ausreichend gereinigt werden. Diese Filter verstopfen, so dass der Druck ansteigt und der Betrieb der Konversionsanlage gestört wird, wobei die Gase vorzugsweise in die Filter strömen, die sich in dem zentralen Teil befinden und die effizient gereinigt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, ein Verfahren zur Reinigung wenigstens eines Filters einer Anlage zur Produktion von Uranoxid aus Uranhexafluorid vorzuschlagen, die einen Reaktor umfasst, in den man gasförmiges Hexafluorid UF₆ und Wasserdampf einbläst, man Uranoxyfluorid UO₂F₂ im feinpulverigen Zustand und gasförmige Flusssäure HF bildet, man das Uranoxyfluorid UO₂F₂, mitgeführt von gasförmige Flusssäure HF enthaltenden Gasen, am Ausgang des Reaktors abscheidet in wenigstens einer Filtrationseinheit mit mindestens einem Filter, eine rohrförmige Filtrationswand mit vertikaler Achse umfassend, und man ein Flusssäure enthaltendes Gas aus dem Reaktor evakuiert, wobei die Reinigung des Filters darin besteht, von der Wand des Filters Uranoxyfluorids-Partikel, die sich auf der Wand niedergeschlagen haben, loszulösen, indem man in den Filter einen Strom eines neutralen Gases wie Stickstoff einbläst, in Gegenrichtung zu der Fließrichtung der Flusssäure, wobei dieses Verfahren ermöglicht, den Filter effizient zu reinigen ohne den Betrieb der Filtrationseinheit, in der dieser Filter angeordnet ist, zu unterbrechen, und dies mit Hilfe einfacher Verzweigungseinrichtungen der Gase und einer reduzierten Menge eines neutralen Reinigungsgases.
Zu diesem Zweck bläst man das neutrale Gas in der Filterwandachse in Form eines Strahls mit einer Geschwindigkeit von mehr als 300 m/s während einer Dauer von weniger als einer Sekunde ein.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun beispielartig eine Anlage zur Produktion von Uranoxid durch das Trockenkonversionsverfahren beschrieben sowie eine Reinigungsvorrichtung, die ermöglicht, das Verfahren der Erfindung anzuwenden und die dabei mit einer Vorrichtung verglichen wird, die das Reinigungsverfahren nach dem Stand der Technik anwendet.
Die 1 ist eine Gesamtansicht als Aufriss und im Vertikalschnitt einer Anlage zur Produktion von Uranoxid durch das Trockenkonversionsverfahren.
Die 2 ist eine partielle Vertikalschnittansicht einer Filtrationseinheit des Reaktors zur Konversion von Uranhexafluorid in Uranoxyfluorid.
Die 3 ist eine Draufsicht gemäß 3-3 der 2 der Trägerplatte der Filterpatronen der Filtrationseinheit.
Die 4 ist ein Prinzipschema, das die Gasverzweigungs- und -zirkulationseinrichtungen zeigt, die den Eintritt und Austritt des Gases im oberen Teil des Konversionsreaktors im Falle eines Reaktors zeigen, der eine Reinigungsvorrichtung nach dem Stand der Technik umfasst.
Die 5 ist eine Vertikalschnittansicht einer Filtrationseinheit eines Reaktors zur Konversion von Uranhexafluorid mit einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung.
Die 6 ist eine Detailansicht eines Teils der 5, welche die Reinigungsvorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vergrößert darstellt.
Die 7, 8 und 9 sind Aufrisse von drei verschiedenen Realisierungsarten der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung.
In der 1 sieht man eine Anlage zur Produktion von Uranhexafluorid, allgemein mit 1 bezeichnet, mit einem Reaktor 2 zur Konversion von Uranhexafluorid in Uranoxyfluorid und einem Drehofen 3 zur Konversion von Uranoxyfluorid in Uranoxid.
Der Reaktor 2 wird durch einen Behälter gebildet, der generell vertikal angeordnet ist und in dem eine Leitung 5 mündet, zur Injektion der reaktiven Gase UF₆ und H₂O und eines Verdünnungsgases, das ein neutrales Gas wie Stickstoff sein kann, in den Behälter des Reaktors 2.
In dem Reaktor 2 erfolgt die Hydrolyse von Uranhexafluorid UF₆ durch Wasserdampf, um feinpulveriges Uranoxyfluorid zu bilden, das auf den Boden des Reaktors 2 fällt und dort durch eine Förderschnecke 4 dem Eingang eines Drehofens 3 zugeführt wird, in dem das Uranoxyfluorid in Uranoxid (hauptsächlich UO₂) umgewandelt wird.
Die Hydrolysereaktion des Uranhexafluorids erzeugt im Innern des Reaktors 2 gasförmige Flusssäure HF, die aus dem Reaktor 2 evakuiert wird durch zwei vertikale Sammelleitungen, jede mit einer Filtrationseinheit 8 des Reaktors 2 verbunden. Bei der beschriebenen speziellen Realisierungsart umfasst jede der Filtrationseinheiten 8 acht Filterpatronen 10 mit einer rohrförmigen Filtrationswand, die mit vertikaler Achse im Innern des Reaktors 2 angeordnet sind, im dem Ausgangsteil des Reaktors.
Wie insbesondere in den 2 und 3 zu sehen, sind die Filterpatronen 10 jeder Filtrationseinheit 8 an einer horizontalen Platte 9 der Filtrationseinheit befestigt, die von Öffnungen für den Durchgang der Filterpatronen 10 durchquert wird und die einen Sammler – oder eine Kammer – 11 der Filtrationseinheit, in dem die Sammelleitung 7 mündet, von dem Innenvolumen der Reaktors 2 trennt. Jede der Filterpatronen – oder Filter – 10 der Filtrationseinheit ist an ihrem in dem Reaktar 2 angeordneten Ende verschlossen und an ihrem entgegengesetzten, in der Kammer 11 der Filtrationseinheit mündenden Ende offen.
Auf diese Weise muss der Gasstrom die Filtrationswand der Filterpatronen 10 durchqueren, um von dem Behälter des Reaktors 2 in die Kammer 11 zu gelangen, die mit der Gassammelleitung 7 kommuniziert.
Wie man in der 2 sieht, wird der Gasstrom 13, der die Filtrationswand 12 der Filterpatrone durchquert, von dem Uranoxyfluoridpulver getrennt, das die Poren der Wand 12 nicht durchqueren kann. Ein Teil des Uranoxyfluoridpulvers setzt sich aber auf der Wand 12 der Filterpatrone 10 ab, so dass die Filterpatrone während des Betriebs des Reaktors nach und nach verstopft wird.
In der 4 sind schematisch im Falle einer Anlage nach dem Stand der Technik einerseits die Einrichtungen dargestellt, die den Reaktor 2 mit reaktivem Gas und Verdünnungsgas versorgen sowie die Evakuierungseinrichtungen der gebildeten oder in dem Reaktor 2 vorhandenen Gase, und anderseits jede Einrichtungen, die ermöglichen, die Filterpatronen 10 der Filtrationseinheiten 8 des Reaktors 2 zu reinigen.
Der Reaktor 2 umfasst zwei Filtrationseinheiten 8, von denen jede acht Filterpatronen umfasst, die über den Querschnitt der Filtrationseinheit verteilt sind wie dargestellt in der 3, welche die Befestigungsplatte 9 der Filterpatronen einer Filtrationseinheit 8 zeigt. Die im Wesentlichen quadratische Platte 9 umfasst acht Durchgangsöffnungen für Filterpatronen, die auf einem Flansch 14 ruhen, der an ihrem oberen Ende befestigt ist. Die acht Durchgangsöffnungen der acht Filterpatronen sind auf der Platte 9 verteilt entsprechend einer mittleren Reihe mit zwei Filterpatronen, deren Achsen sich in einer Mittelebene der Platte 9 befinden, und zwei äußeren Reihen, beiderseits der mittleren Reihe, die jeweils drei Filterpatronen umfassen, deren Achsen sich in zwei Ebenen befinden, die parallel sind zu der Mittelebene, in der sich die Achsen der mittleren Reihe befinden. Die Platte 9 verschließt die Kammer 11 der Filtrationseinheit an ihrer Unterseite, und die Gassammelleitung ist entsprechend der vertikalen Achse der Filtrationseinheit angeordnet und mündet folglich senkrecht über dem zentralen Teil der Platte 9, zwischen den Mündungsteilen der beiden in der mittleren Reihe angeordneten Filterpatronen.
In der 4 ist der obere Teil des Reaktors 9 zur Konversion von Uranhexafluorid in Uranoxyfluorid dargestellt sowie Gasevakuierungseinrichtungen und Filterreinigungseinrichtungen nach dem Stand der Technik.
In dem oberen Teil des Reaktors 2 sind zwei Filtrationseinheiten 8 parallel angeordnet, von denen jede eine Evakuierungsleitung 7 von Flusssäure-enthaltenden Gas aus dem Reaktor 2 umfasst. Über dem Reaktor 2 ist ein heizbares Gehäuse 15 angeordnet, das eine Isolationswand und einen Heizwiderstand 16 umfasst, der ermöglicht, die Temperatur im Innern des Gehäuses auf ungefähr 150°C zu halten.
Im Innern des Gehäuses 15 sind zwei Dreiwegeventile 17 angeordnet, die über einen ersten Weg 17a und eine Leitung 17' mit der Evakuierungsleitung 7 einer Filtrationseinheit 8 verbunden sind, die in der Kammer 11 der Filtrationseinheit münden, und über einen zweiten Weg 17b und eine Leitung 17'' mit einer Evakuierungsleitung 19 der Gase in Richtung eines zusätzlichen Filters 18 verbunden sind.
Der dritte Weg 17c der Dreiwegeventile 17 ist über eine Leitung 21, in die ein Sperrventil 21' eingebaut ist, mit einem Behälter 20 verbunden, der Stickstoff unter Druck enthält, der zur Reinigung der Filter 10 der Filtrationseinheiten 8 durch das Verfahren nach dem Stand der Technik dient, das in der Folge kurz beschrieben wird.
Der Behälter 20 enthält Stickstoff mit einem Druck von 2,5 Bar, erwärmt auf 130°C durch einen Heizwiderstand 22.
Während des Normalbetriebs des Konversionsreaktors 2 speist man durch die Leitung 5 in Innere des Reaktors 2 Uranhexafluorid UF₆, Wasserdampf und Verdünnungsstickstoff ein.
Es bilden sich im Innern des Reaktors 2 Uranoxyfluorid UO₂F₂ und Flusssäure HF, die evakuiert wird durch die Leitungen 7 am Ausgang der beiden Filtrationseinheiten 8, die mit den Dreiwegeventilen 17 verbunden sind, die durch die Steuerschaltung 23 gesteuert wird. Die Ventile 17 werden dann so gesteuert, dass das saure Gas durch den ersten und den zweiten Weg des Dreiwegeventils fließt, um dem zusätzlichen Filter 18 zugeführt und dann gesammelt zu werden.
Das Reinigungsverfahren nach dem Stand der Technik, das angewendet werden kann, indem man die in der 4 dargestellte Anlage benutzt, ist ein sogenanntes "Offline"-Verfahren, das heißt ein Verfahren, bei dem man den Filterbetrieb der Filtrationseinheit, die gereinigt werden soll, während der Reinigungsphase unterbricht. Dazu steuert man das Dreiwegeventil 17 der entsprechenden Filtrationseinheit so, dass der dritte und der erste Weg des Dreiwegeventils 17 kommunizieren. Somit können die durch den Reaktor 2 erzeugten Gase nicht mehr durch die entsprechenden Filterpatronen 8 und die entsprechende Evakuierungsleitung 7 evakuiert werden.
Die Reinigung erfolgt, indem das Sperrventil 21' der Stickstoffversorgungsleitung geöffnet wird, so dass Stickstoff unter Druck und mit einer Temperatur von 130°C durch die Verbindungsleitung 17' und die Evakuierungsleitung 7 der Filtrationseinheit 8 gepresst wird, die der Reinigung unterzogen werden soll.
Der Reinigungsstickstoff wird dann in die Kammer 11 der Filtrationseinheit hineingepresst, senkrecht über den Filterpatronen 10, die sich im zentralen Teil der Platte 9 der Filtrationseinheit befinden. Dies ermöglicht, die beiden zentralen Filterpatronen der Filtrationseinheit gründlich zu reinigen, während die sechs weiter entfernten Filterpatronen nur teilweise gereinigt werden.
Außerdem ist es zur Reinigung einer Filtrationseinheit notwenig, in diese Filtrationseinheit ein relativ großes Stickstoffvolumen einzuspeisen, ungefähr 50 Liter (bei Umgebungsdruck), was einer Öffnung des Stickstoffbehälters während ungefähr 0,5 Sekunden entspricht.
Die zweite, während der Reinigung im Betrieb verbliebene Filtrationseinheit muss also nicht nur die Gesamtheit der in dem Reaktor 2 erzeugten Gase evakuieren, sondern zusätzlich auch noch den in die erste Einheit hineingepressten Reinigungsstickstoff, was in dem Reaktor einen allgemeinen Überdruck verursacht.
Das Verfahren nach dem Stand der Technik ist also bezüglich der Reinigung der von dem zentralen Teil der Filtrationseinheit entfernten Filter von beschränkter Wirksamkeit.
Außerdem verursacht die "Offline"-Reinigung der einen Filtrationseinheit einen anormalen Betrieb der anderen Filtrationseinheit und des Leitungssystems zur Evakuierung der Flusssäure-enthaltenden Gase.
Die Erfindung schlägt ein neues Reinigungsverfahren vor, das ermöglicht, auch den Betrieb der Filtrationseinheit, die gerade der Reinigung unterzogen wird, während der Reinigung aufrechtzuerhalten.
Ein solches Verfahren nennt man "Online"-Verfahren.
In den 5 und 6 ist eine Filtrationseinheit eines Reaktors zu Konversion von Uranhexafluorid in Uranoxyfluorid dargestellt, die mit einer Reinigungsvorrichtung ausgerüstet ist, die eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht.
Die sich entsprechenden Elemente der in den Figuren einerseits 5 und 6 und andererseits 1 bis 4 dargestellten Anlagen tragen dieselben Bezugszeichen.
Die Filtrationseinheiten 8 der 5 und 6 entsprechen vollkommen den Filtrationseinheiten der 2 und 3. Diese Filtrationseinheiten umfassen jede acht Filter oder Filterpatronen 10, getragen durch eine Platte 9, durchquert von Öffnungen für den Durchgang der Filterpatronen, wobei die Platte 9 die Kammer – oder den Sammler – 11 von der Filtrationseinheit trennt, in der die Sammelleitung der Gase aus dem Innenraum des Reaktors 2 mündet, in dem die Filterpatronen 10 angeordnet sind.
Während des Normalbetrieb des Konversionsreaktors 2 durchqueren gasförmige Flusssäure und andere Gase (Wasserdampf, Wasserstoff, ...) die poröse Wand 12 der Filterpatronen 10 im Innenraum des Reaktors, wie angedeutet durch den Pfeil 13, und feinpulverige Uranoxyfluorid-Partikel 13' fallen auf den Boden des Reaktors 2. Dabei verstopft sich jedoch nach und nach die Wand 12 der Filterpatronen, was ihre periodische Reinigung erforderlich macht.
Nach der Erfindung realisiert man diese Reinigung durch einen oder mehrere aufeinanderfolgende, sehr kurze Stickstoffstrahlen entsprechend der Achse jeder der Filterpatronen 10 mit Schallgeschwindigkeit. Das Einpressen des Reinigungsstickstoffs erfolgt bei Aufrechterhaltung des Betriebs der der Reinigung unterzogenen Filtrationseinheit, das heißt bei Aufrechterhaltung der Filtration der Flusssäure und des Gasgemischs durch die Filtrationseinheit und ihrer Evakuierung durch die mit der Kammer 11 der Filtrationseinheit verbundenen Leitung 7.
Die Kammer 11 einer Filtrationseinheit 8 umfasst eine Kammerwand 25 die in einer parallelen Anordnung mittels eines auf der Platte 9 ruhenden Flansches 25' an dieser Platte 9 befestigt ist, die die Kammer 11 von dem Innenvolumen des Reaktors 2 trennt. Schraubenmuttern und Schrauben 26 ermöglichen, den Flansch 25' der Wand 25 der Kammer, einen peripheren Teil der Platte 9 des Trägers der Filter 10 und einen Flansch 2', fest verbunden bzw. aus einem Stück mit der Wand des Reaktors 2, zu verbinden und zusammenzuspannen. Zwischen den zusammengespannten Flanschen sind beiderseits der Platte 9 Dichtungen eingefügt. Die Wand 25 der Platte 11 umfasst eine Gruppe von acht Düsen 28 zum Einpressen von Reinigungsstickstoff, jede entsprechend der Achse 10' einer Filterpatrone 10. Jede der Düsen 28 ist durch eine Leitung 27 mit einem Elektroventil einer Gruppe von Stickstoffverteilungs-Elektroventilen 24 verbunden, die über Filtrationseinrichtungen 8 an einem Träger befestigt sind.
Jede der Reinigungsstickstoff-Einpressdüsen 28 ist einer Filterpatrone 10 zugeordnet und so angebracht, dass die Achse der Düse 28 entsprechend der Achse 10' der Filterpatrone ausgerichtet ist, wobei sich das Strahlaustrittsende der Düse 28 etwas über der oberen Oberfläche eines Träger- und Befestigungsflansches 29 der Filterpatrone 10 befindet, über der oberen Oberfläche der Platte 9 der Kammer 11.
Die Leitung der Düse 28 kann zylindrisch oder von konvergent-divergenter Form sein; die Düse kann in der Sammelkammer 11 angeordnet sein, unmittelbar über einer Durchgangsöffnung 30 des Trägerflansches 29 der Filterpatrone 10 und koaxial zu dieser, und sie kann dabei ein Venturirohr bilden, das heißt eine konvergent-divergente Leitung, die eine zusätzliche Beschleunigung eines Reinigungsstickstoffstrahls bewirkt, der während einer sehr kurzen Dauer unter Druck in die Düse 28 hineingeschickt wird. Die Reinigung erfolgt mit einem gepulsten Strahl mit Schallgeschwindigkeit, das heißt einer Geschwindigkeit, im Wesentlichen gleich der Schallgeschwindigkeit oder etwas höher.
Bei einer Realisierungsvariante kann die Düse ins Innere der Filterpatrone eingeführt und in einer Mittelzone auf halber Höhe der Filterpatrone angeordnet werden. Derart ist das Eindringen des Reinigungsgasstrahls in die Filterpatrone gewährleistet.
Mit Bezug auf die 7, 8 und 9 werden nun verschiedene Versorgungsarten der Reinigungsdüsen 28 der Filtrationseinheiten beschrieben.
Die verschiedenen Varianten des Versorgungssystems der Reinigungsdüsen ermöglichen, die Reinigungsdüsen zusammen oder einzeln zu reinigen. Die Reinigungsdüsen, die für jede der Filterpatronen Einzeldüsen sind, können also simultan oder sukzessiv gereinigt werden, in Abhängigkeit von dem gewählten Versorgungssystem.
In der Folge werden typische Realisierungs- und Betriebsbedingungen einer Reinigungseinrichtung einer Filterpatrone angegeben, gebildet durch eine Düse 28 und Venturirohr 30.
Im Falle einer Düse mit einer Leitung von konvergent-divergenter Form kann der Durchmesser des Halses der Düse 10 mm betragen. Der Öffnungswinkel der Divergenz kann zwischen 5° und 15° enthalten sein und zum Beispiel 10° betragen.
Die Reinigungsfrequenz wird entsprechend dem Druckverlust des Reaktors angepasst und die Öffnungsdauer des durch die Leitung 27 mit der Reinigungsdüse 28 verbundenen Ventils 24 kann 0,1 bis 0,5 Sekunden betragen, zum Beispiel 0,14 Sekunden oder auch 0,2 Sekunden.
Der Überdruck des Reinigungsstickstoffs in dem Speicherbehälter beträgt 2 bis 10 Bar und vorzugsweise 6 Bar.
Bei einem Stickstoffdruck von 6 Bar und eine Düse mit einer Öffnung von ungefähr 10 mm beträgt das Volumen des bei jeder Reinigung eingespeisten Stickstoffs bei einer Öffnungsdauer von 0,14 Sekunden 10 Liter und bei einer Öffnungsdauer von 0,2 Sekunden 15 Liter. Festzustellen ist, dass die Volumen des bei jeder Reinigungsoperation in Form eines gepulsten Strahls eingespeisten Reinigungsstickstoffs wesentlich kleiner sind als bei einer Reinigungsoperation nach dem Stand der Technik.
Die Düse ist so realisiert, dass die Geschwindigkeit des eingepressten Strahls am Ende des Venturirohrs 30 höher als 330 m/s ist, so dass die Stahlgeschwindigkeit sich im Bereich der Schallgeschwindigkeit befindet.
Je nach Typ des verwendeten Filters und Betriebsart der Konversionsanlage können sich die charakteristischen Parameter des gepulsten Strahls, nämlich seine Geschwindigkeit und seine Dauer, von den oben angegebenen Werten unterscheiden.
Auf jeden Fall ist die Geschwindigkeit des Reinigungsstrahls beim Eintritt in die Filterpatrone höher als 300 m/s und die Einpressdauer des Strahls mit Schallgeschwindigkeit ist kürzer als 1 Sekunde.
Wie weiter oben schon angegeben, kann die Versorgung der Düsen und folglich die Reinigungsleitung anders realisiert werden als in den 7, 8 und 9 dargestellt bzw. mit Bezug auf die 7, 8 und 9 beschrieben.
In den 7, 8 und 9 tragen die gleichen Elemente dieselben Bezugszeichen und die sich entsprechenden Elemente von einerseits den 7, 8 und 9 und andererseits der 4 tragen ebenfalls dieselben Bezugszeichen.
Auf allen Fälle benutzt man im Rahmen der Erfindung eine Anlage, die Einrichtungen zur Evakuierung von Flusssäure, gemischt mit Wasserdampf, Wasserstoff und Verdünnungsstickstoff, und Einrichtungen zur Reinigungsstickstoffverteilung umfasst, die einfacher als diejenigen des Stands der Technik sind, die mit Bezug auf die 4 beschrieben worden sind.
In der 7 ist ein System zur Stickstoffversorgung der Düsen 28 einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung wie weiter oben mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben dargestellt.
Die in der 7 dargestellten Stickstoffverteilungseinrichtungen sind so konzipiert, dass der Stickstoff sukzessive in jede der 28 Düsen geleitet werden kann, um sukzessiv jeder der Filterpatronen 10 jeder Filtrationseinheit der Anlage zu reinigen.
Zwei Varianten der Stickstoffverteilungseinrichtungen, welche die gleichzeitige Versorgung des Systems der Filterreinigungsdüsen 28 einer Filtrationseinheit oder nur eines Teils dieser Düsen (zum Beispiel der Hälfte) ermöglichen, werden nun mit Bezug auf die 8 bzw. 9 beschrieben.
Wie in der 7 zu sehen, umfassen die Stickstoffverteilungseinrichtungen der Düsen 28 einen Stickstoffvorrat 31, gebildet durch eine wärmegedämmte Leitung mit großem Durchmesser.
Der Stickstoffvorrat 31 mit einer Kapazität von 20 bis 30 Litern enthält Stickstoff unter einem Druck, der zwischen 2 und 10 Bar enthalten sein kann und zum Beispiel 6 Bar beträgt, bei einer Temperatur von ungefähr 130°C. Auf einer Seite der den Vorrat 31 bildenden Leitung sind Elektroventile 24 angeordnet, welche die Verteilung des Stickstoffs in jeder der Versorgungsleitung 27 einer Düse 28 gewährleisten, mittels eines Schlauchs 32.
Im Falle der in der 7 dargestellten Realisierungsart werden sechzehn Elektroventile 24 benutzt, jedes verbunden mit einer der sechzehn Düsen zur Reinigung der Filter der beiden Filtrationseinheiten. Jedes der Elektroventile 24 ist durch eine Leitung 33 mit dem Stickstoffvorrat 31, in die ein manuelles Sperrventil 34 eingebaut ist, das ermöglicht, ein oder mehrere Ventile von dem Stickstoffvorrat zu trennen.
Die Elektroventile 24 können automatisch nacheinander angesteuert werden, um sukzessive jede der Düsen 28 während einer bestimmten Dauer – zum Beispiel zwischen 0,1 und 0,5 Sekunden – mit Stickstoff zu versorgen.
Im Falle der in der 8 dargestellten Realisierungsart der Verteilungseinrichtungen gewährleistet ein einziges Elektroventil 36 (oder 36') – verbunden mit dem Stickstoffvorrat 31 durch eine Leitung 37, in die ein manuelles Sperrventil 37a eingebaut ist –, die Stickstoffversorgung eines Sammlers 35 (oder 35'), mit dem die Versorgungsleitungen 27 der acht Düsen 28 zur Reinigung einer Filtrationseinheit durch Schläuche 38 verbunden sind. Die Reinigungsdüsen 28 der Filter der beiden Filtrationseinheiten werden aus zwei Elektronventile 36 und 36' mit Stickstoff versorgt, von denen jedes einer Filtrationseinheit zugeordnet ist und die nacheinander angesteuert werden können, um sukzessive zu öffnen und Stickstoff an jeden der Sammler 35 und 35' zu liefern.
In der 9 sind Stickstoffverteilungseinrichtungen nach einer zweiten Realisierungsvariante dargestellt, die für jede der beiden Filtrationseinheiten zwei Elektroventile 36a und 36b (oder 36'a und 36'b) umfasst, jede verbunden mit einem Sammler 35a und 35b (oder 35'a und 35'b), mit dem durch Schläuche die Leitungen 27 der vier Düsen 28 von vier Filtern einer Filtrationseinheiten verbunden sind. Die Verteilungseinheit umfasst also vier Elektroventile, die automatisch nacheinander angesteuert werden können, um die sukzessive die Reinigung der Filter 10 einer Filtrationseinheit in Vierergruppen zu gewährleisten.
Es ist generell möglich, Stickstoffverteilungsvorrichtungen zu konzipieren, die ermöglichen, nacheinander Gruppen von n Filtern der N Filter einer Filtrationseinheit eines Reaktors zur Produktion von Uranoxyfluorid zu reinigen.
Festzustellen ist, dass selbst dann, wenn man acht Filterpatronen 10 oder vier Filterpatronen oder – allgemeiner – n Filterpatronen einer Filtrationseinheit gleichzeitig reinigt, die Reinigung jeder Filterpatrone individuelle erfolgt, im Gegensatz zu der Reinigung nach dem Stand der Technik.
Außerdem erfolgt die individuelle Reinigung jeder Filterpatrone ohne Unterbrechung der Evakuierung der Flusssäure jeder Filtrationseinheit. Insbesondere ist es nicht notwendig, eine Verzweigungseinrichtung der evakuierten Gase wie etwa ein Dreiwegeventil zu verwenden. Während des sehr kurzen Einpressens von Reinigungsstickstoff kommt es in den Filterpatronen zu einer sehr kurzen Unterbrechung der Evakuierung der Gase, indem der eingepresste Reinigungsstickstoff eine Schockwelle erzeugt.
Die Evakuierung der Gase setzt sich sofort nach dem Einpressen des Reinigungsgases fort, durch die Venturirohre 30, welche die Gasausgänge der Filterpatronen 10 bilden.
Auf alle Fälle ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine effiziente und homogene Reinigung jedes Filters der Filtrationseinheit durch ein "Online"-Verfahren, das heißt ohne Unterbrechung der Evakuierung der Flusssäure, gemischt mit Wasserdampf, Verdünnungsstickstoff und Wasserstoff, aus dem Reaktor.
Im Falle einer sukzessiven Reinigung einzelner Filter oder von Achtergruppen, Vierergruppen oder Gruppen von n Filtern einer Filtrationseinheit mit N Filtern, mit n < N, erfolgt die Evakuierung der Gase völlig kontinuierlich durch die Filterpatronen, in denen man die Reinigung nicht realisiert, während der sehr kurzen Dauer der Impulsreinigung.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Realisierungsarten beschränkt.
Man kann andere Einrichtungen zum Einpressen von neutralem Reinigungsgas als die oben beschriebenen verwenden, um einen Neutralgas-Reinigungsstrahl mit Schallgeschwindigkeit oder leichter Überschallgeschwindigkeit zu erhalten, der im Innern des Filters eine Schockwelle erzeugt, die eine sehr gute Reinigungswirkung hat, indem sie die durch die Wand 12 des Filters zurückgehaltenen Partikel löst.
Anstelle von Stickstoff kann man jedes andere neutrale Gas – zum Beispiel Argon – nehmen, um die Reinigung mittels eines gepulsten Strahls mit Schallgeschwindigkeit durchzuführen.
Man kann auch andere Verteilungs- und Verzweigungseinrichtungen des Reinigungsgases als die oben beschriebenen verwenden.
Die Erfindung betrifft jede Anlage zur Produktion von Uranoxid, die einen Reaktor zur Konversion von Uranhexafluorid in Uranaxyfluorid umfasst, der einen Ausgangsteil mit Filtrationseinheiten hat, von denen jede einen oder mehrere parallel angeordnete Filter umfasst.
Der Konversionsreaktor kann eine beliebige Anzahl Filtrationseinheiten umfassen, die ihrerseits eine beliebige Anzahl Filter enthalten können.
Im Falle einer Anlage mit wenigstens einer Filtrationseinheit, die eine Vielzahl parallel angeordneter Filter umfasst, enthalten die Einrichtungen zum Einpressen von neutralem Reinigungsgas für jeden Filter einer Vielzahl von Filtern eine Einpressdüse, die sich in axialer Ausrichtung mit dem Filter befindet.
Anstelle der Elektroventile kann man jeden anderen Typ von Ventilen mit automatischer Steuerung verwenden, um das Reinigungsgas auf die Reinigungsdüsen zu verteilen, einzeln oder zu Gruppen zusammengefasst.
Im Falle vorhandener industrielle Anlagen konnte man durch Anwendung eines erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens den stündlichen Durchsatz der Uranhexafluorid-Konversionsanlage deutlich steigern.
Im Falle von Anlagen nach dem Stand der Technik musste der Hexafluorid-Durchsatz auf einen Hexafluorid-Durchsatz unter 100 kg/h und generell auf ungefähr 75 kg/h begrenzt werden. Im Falle von Anlagen mit einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung konnte man einen doppelten Durchsatz verarbeiten, das heißt 150 kg/h.

Claims

Verfahren zur Reinigung wenigstens eines Filters einer Anlage zur Produktion von Uranoxid aus Uranhexafluorid, die einen Reaktor (2) umfasst, in den man gasförmiges Hexafluorid UF₆ und Wasserdampf einbläst, man Uranoxyfluorid UO₂F₂ im feinpulverigen Zustand und gasförmige Flusssäure HF bildet, man das Uranoxyfluorid UO₂F₂, mitgeführt von gasförmige Flusssäure HF enthaltenden Gasen, in einem Ausgangsteil des Reaktors (2) abscheidet in wenigstens einer Filtrationseinheit (8) mit mindestens einem Filter (10), eine rohrförmige Filtrationswand (12) mit vertikaler Achse (10') umfassend, und man ein Flusssäure enthaltendes Gas aus dem Reaktor (2) evakuiert, wobei die Reinigung des Filters darin besteht, von der Wand (12) des Filters Partikel des Uranoxyfluorids UO₂F₂, die sich auf der Wand (12) niedergeschlagen haben, loszulösen, indem man in den Filter (10) einen Strom eines neutralen Gases wie Stickstoff einbläst, als Gegenstrom zu dem die Flusssäure HF enthaltenden evakuierten Gas, dadurch gekennzeichnet, dass man das neutrale Gas entsprechend der Achse (10') der Wand des Filters (10) in Form eines Strahls mit einer Geschwindigkeit von mehr als 300 m/s einbläst, während einer Dauer von weniger als 1 Sekunde.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsstrahl aus neutralem Gas eine Geschwindigkeit von mehr als 330 m/s hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einblasdauer des neutralen Reinigungsgases in wenigstens einen Filter (10) zwischen 0,1 und 0,5 Sekunden enthalten ist, wobei die Temperatur des neutralen Gases ungefähr 130°C beträgt und der Anfangsdruck zwischen 2 und 10 Bar enthalten ist und zum Beispiel ungefähr 6 Bar beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man das neutrale Reinigungsgases individuell ins Innern jedes einzelnen einer Vielzahl von Filtern (10) einer Filtrationseinheit (8) entsprechend ihrer Achse (10') einbläst.
Verfahren nach Anspruch 4 im Falle einer Filtrationsanlage mit wenigstens einer Filtrationseinheit (8) mit N parallel angeordneten Filtern (10), dadurch gekennzeichnet, dass man aufeinanderfolgende Gruppen von n Filtern (mit n < N) von jeder der Filtrationseinheiten (8) reinigt.
Reinigungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reinigung realisiert, indem man sukzessive in jeden der Filter von jeder der – mindestens einen -Filtrationseinheiten (8) des Reaktors (2) neutrales Gas einbläst.
Vorrichtung zur Reinigung wenigstens eines Filters (10) einer Anlage (1) zur Produktion von Uranoxid aus Uranhexafluorid, umfassend einen Reaktor (2) mit einer im Wesentlichen vertikal angeordneten Hülle, eine in die Hülle des Reaktors (2) eindringende Leitung (5) zum Einblasen von Uranhexafluorid, Wasserdampf und eines Verdünnungsgas, sowie wenigstens eine Filtrationseinheit (8) des aus dem Reaktor (2) evakuierten Gases mit einem Sammler (11), der verbunden ist mit einer Leitung (7) zur Evakuation des Gases aus dem Reaktor (2) und in den das Ausgangsende von wenigstens einem Filter (10) mündet, eine rohrförmige Wand (12) mit vertikaler Achse (10') umfassend, getragen von einer Platte (9), die den Gassammler (11) von dem Innenraum der Hülle des Reaktors (2) trennt, in dem der Filter (10) angeordnet ist, wobei die Reinigungsvorrichtung einen Behälter (20) zur Speicherung des neutralen Reinigungsgases unter Druck und Verteilungs- und Verzweigungseinrichtungen des neutralen Reinigungsgases in Richtung wenigstens eines Filters (10) von mindestens einer Filtrationseinheit (8) des Reaktors (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass sie in der Flucht der vertikalen Achse (10') der Wand (12) des Filters (10) eine Blasdüse (28) des neutralen Gases umfasst, die durch eine Versorgungsleitung (27) mit wenigstens einem Verteilungselement (24, 36, 36', 36a, 36b, 36'a, 36'b) des neutralen Reinigungsgases verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einblasdüse (28) des Reinigungsgases in dem Sammler (11) der Filtrationseinheit (8) einem Ausgangsende des Filters (10) gegenüber angeordnet ist und dass ein Trag- und Befestigungsflansch (29) des Filters (10), der auf der Platte (9) des Sammlers (11) ruht, von einer Öffnung (30) durchquert wird, die koaxial zu der Düse (28) ist und ein Venturirohr zur Beschleunigung des Reinigungsgases bildet, das in axialer Richtung (10') durch die Düse (28) eingeblasen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (28) im Innern des rohrförmigen Teils (12) des Filters (10) und in der Nähe seiner Mitte angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (28) die Form einer konvergierenden-divergierenden Leitung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 10 im Falle einer Anlage mit wenigstens einer eine Vielzahl parallel angeordneter Filter (10) umfassenden Filtrationseinheit (8), dadurch gekennzeichnet, dass Reinigungsgas-Einblaseinrichtungen, eine in der Flucht der Achse (10') der Hülle (12) eines Filters (10) angeordnete Einblasdüse (28) umfassend, jedem der Filter (10) von wenigstens einer Filtrationseinheit (8) zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Düsen (28) einer Reinigungseinrichtung eines Filters (10) durch eine Versorgungsleitung (27, 32) mit einer individuellen Versorgungseinrichtung für neutrales Reinigungsgas verbunden ist, gebildet durch ein individuelles Ventil (24) mit automatischer Steuerung.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Düsen (28) von jeder der Einrichtungen zum Einblasen von Reinigungsgas in einen Filter (10) mit einer Versorgungsleitung (27) mit Verteilungseinrichtungen (36, 36', 36a, 36b, 36'a, 36'b) verbunden ist, welche die simultane Versorgung von n Düsen (28) unter N Düsen einer Filtrationseinheit (8) sicherstellen.