[发明专利]包括圆锥形气体分配器的流化床反应器和相关的氟化方法

说明书

提供了流化床氟化反应器的实施例，作为流化床反应器的实施例，以及利用流化床氟化反应器执行的氟化方法的实施例。在一个实施例中，所述流化床氟化反应器包括氟气源、反应容器、流体联接到氟气源的风箱以及流体联接在反应容器和风箱之间的圆锥形气体分配器。所述圆锥形气体分配器具有在氟化处理期间将氟气流从风箱引入到氟化反应容器中的多个气流开口。

技术领域

本发明一般地涉及流化床处理，并且更具体地涉及流化床氟化系统以及利用这种流化床氟化系统执行的氟化方法的实施例，所述系统包括圆锥形气体分配器，所述圆锥形气体分配器改善了反应容器内的固体-气体混合并且消除了死区。

背景技术

用于核电站的燃料通常由铀富集过程产生，这需要六氟化铀(UF₆)作为供给/输入。UF₆又通常由四氟化铀(UF₄)的氟化产生。在一种已知的氟化过程期间，固体UF₄引入流化床反应容器(通常被称为“氟化器”)中，并且与氟气在抬高的温度下发生反应，以产生期望的产品，气态UF₆。流化床通常包含一种惰性的稀释剂材料，诸如氟化钙(CaF₂；通常也被称为“萤石”)、氟化镁或氧化铝，以提高流化质量并且使反应动力学变缓和(例如，驱散氟化处理期间产生的相当大量的热)。气体分配器传统地采取位于反应容器底部附近的平坦的穿孔板或烧结板(或格栅)的形式，用于将氟气和其它的流化气体一起引入反应容器中。平板气体分配器提供高速气流进入反应容器中以增强床材料的流化，并且阻止气态和固体材料通过分配器而回流。通过上歧管从反应容器中取出由氟化反应产生的气态UF₆，并且气态UF₆随后经受进一步的下游处理(例如，过滤、净化、洗涤、凝华、冷凝和蒸馏)。

在上述的氟化处理期间，由于氟的高反应性质、由氟化反应释放的热以及床材料和UF₄内存在的杂质，固体可能聚集在反应容器内并且形成相当大的岩石状颗粒。这些聚集块趋于累积在平板气体分配器上，并且具体地沿着保持相对地不受高速气流扰动的气体分配器的上面累积在死区内(注意，通过简单地增加经过气体分配器的气流开口的密度，而没有不利地影响到流化的综合质量，通常不能消除气体分配器死区)。固体聚集物可以逐渐地生长到如此之大，以引起反应容器内严重的操作问题，诸如气流开口在平板气体分配器中受阻以及热点在反应容器内的发展。虽然一些反应容器采用竖直延伸的侧壁安装的排放管从平板气体分配器上面的区域中移除固体聚集物，但是这样的排放管常规地受限于它们能够移除的固体聚集物的量。因此，即使当反应容器配备有这种侧壁安装的排放管，但固体仍然可以聚集在平板气体分配器上，尤其是在远离侧壁安装的排放管而移除的区段中，并且最终生长到大得足以迫使反应容器停机并且清洗气体分配器，对于氟化处理而言，这增加了不希望的开销以及延时。

因此，将期望的是提供流化床氟化反应器的实施例，其中固体在反应容器内的聚集最小化。理想地，这种流化床氟化反应器的实施例将采用独特的氟气体分配器，其提供反应容器内的改善的气流特性，诸如改善的反应容器内的固体-气体混合，以增加氟化期间在固相和气相之间的质量和热传递。将进一步期望的是提供适合于执行这种氟化处理或者其它流化反应的流化床反应器的实施例，其中固体的积累最小化，并且其中改善了固体-气体混合。将更进一步期望的是提供利用流化床氟化反应器执行且提供了上面指出的优点的氟化处理的实施例。结合附图和前述的背景技术，从随后的具体实施方式和附属的权利要求书，本发明的其它期望的特征和特性将会变得明显。

发明内容

提供了流化床氟化反应器的实施例。在一个实施例中，所述流化床氟化反应器包括氟气源、反应容器、流体联接到所述氟气源的风箱，以及流体联接在所述反应容器和所述风箱之间的圆锥形气体分配器。所述圆锥形气体分配器具有在氟化处理期间将氟气流从所述风箱引入到所述氟化反应容器中的多个气流开口。