[发明专利]一种用于制备氮化铀的流化床装置及其使用方法

说明书

本发明提供了一种用于制备氮化铀的流化床装置，包括气体系统、混料系统、低温流化床、高温流化床、尾气处理装置以及吸收塔；所述气体系统与低温流化床、高温流化床分别连接，所述混料系统与低温流化床连接，所述低温流化床与高温流化床连接，所述低温流化床、高温流化床分别与尾气处置装置连接，尾气处置装置与吸收塔连接。本发明还提供了一种用于制备氮化铀的流化床装置的使用方法。本发明通过将反应步骤分别控制在低温流化床、高温流化床内进行，保证了不同温度要求下反应的顺利进行；在尾气处理装置中将尾气进行净化处理，保证了排放的气体对环境无污染。本发明可保证氮化铀制备反应收率高，尾气处置彻底。

技术领域

本发明涉及核工程技术领域，特别涉及一种用于制备氮化铀的流化床装置及其使用方法。

背景技术

核能是一种清洁、高效、安全的能源，目前在世界能源结构中占据重要地位。近年，随著核工业的发展，各种先进的反应堆被广泛研究。反应堆逐渐小型化、换料周期长、金属冷却等，遂对作为反应堆核心材料的核燃料不断提出新要求：高熔点、高导热性、高重金属原子密度、与包壳材料和冷却剂的相容性高、低膨胀、低裂变气体释放和可造性，即良好的燃料增殖性能、高热传导率、高热稳定性、与包壳材料良好的化学相容性、工业级的后处理能力等。

氮化铀具有传统陶瓷燃料大部分的优良性能和潜在的最佳性能特征。氮化铀燃料的高铀密度、高热导、高温稳定性、与液态金属良好的相容性等优良的性能，使其成为未来空间堆动力、空间核电源以及核动力火箭的首选燃料。美国在SPR-6、SP-100、SAFE、HOMER、Prometheus、SAFE-400、HOMER-15、JIMO、SSTAR、HPM，以及俄罗斯的SVBR-75/100小型反应堆均设计了氮化铀燃料，同时氮化铀也是第四代核能系统的重要候选燃料。国际上在第四代核能系统的规划方面，已将氮化铀燃料作为铅冷块堆(简称LFR)以及钠冷快堆(简称SFR)等两种堆型的重要候选燃料。与碳化物燃料相比，氮化物燃料相对没有那么活泼，可在工业纯度的惰性气体保护下保存；氮化物合成相对简单；氮化物肿胀更小，因为其可容纳更多的裂变气体。

基于氮化铀燃料的诸多优点，世界范围内从上世纪60年代开始就不断有研究单位进行研究，目前已有的氮化铀燃料的合成方法主要有碳热还原合成法，金属氮化法，铀氟胺化合物分解法，电弧熔炼法，溶胶凝胶法等。上述研究主要集中在方法研究，针对氮化铀制备的专用设备研究较少且均为间隙生产设备。

基于此，现急需一种能够提高反应效率、安全的用于制备氮化铀的流化床装置及其使用方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提出一种用于制备氮化铀的流化床装置及其使用方法，基于铀氟胺化合物分解法，通过合理流程设计和尾气处置装置，实现了连续稳定生产，提高了反应效率及整个反应的安全性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于制备氮化铀的流化床装置，包括气体系统、混料系统、低温流化床、高温流化床、尾气处理装置以及吸收塔；所述气体系统与低温流化床、高温流化床分别连接，所述混料系统与低温流化床连接，所述低温流化床与高温流化床连接，所述低温流化床、高温流化床分别与尾气处置装置连接，尾气处置装置与吸收塔连接。

进一步的，所述气体系统包括Ar及Ar、NH₃、N₂、H₂组合气体，所述气体系统用于向低温流化床通入Ar，向高温流化床通入Ar、NH₃、N₂、H₂组合气体。

进一步的，所述混料系统为具有球磨功能的容器，内部包括摩尔比1∶4～1∶8比例的UO₂与NH₄HF₂原料或摩尔比1∶12～1∶24比例的U₃O₈与NH₄HF₂原料。