Способ физико-химической очистки внутренних стенок химического реактора Советский патент 1983 года по МПК F28G13/00 B08B9/00 

00

со со со

Изобрехйгше «госится к: способ. очистки реакторов, позволяющему поддерживагь их в . состоянии, когда их осковные характеристики близки к первоначальным.

Известен способ физико-химической очистки внутренних стеиок химического реактора, например теплообменных аппаратов, включающий введение в реактор реактивного вещества, вступающего в контакт с осадком, и удаление образующихся продуктов {1 .

Однако этот способ не позволяет очистить реактор от продуктов фторирования.

Цель изобретения - очистка реактора от продуктов фторирования

Указанная цель достигается тем, что согласно способу физико-химической очистки внутренних стенок химического- реактора, включающему введение в реактор реактивного вещества, вступающего в контакт с осадком, и удаление образу({пцихсл продуктов, в качестве реактивкого вещества используют газообразный или жидкий UF. или жидкий HF, причем реактивное вещество вводят в реактор перед его работой или в процессе ее, а при использовании в качестве реактивного вещества газообразного UFg стенки реактора перед удалением образующихся продуктов нагревают до 56-56,5 С. . Согласно изобретению, реактивное вещество действует различным образом в зависимости от того, является ли оно испаримым или жидким в условиях, необходимых для реакции.

Когда реактивное вещество является испаримым, предлагаемый способ состоит во введении названного вещества в паразитную фазу, , образованную менее летучими веществами, которую хотят устранить посредством либо: осуществления предварительного нанесения на стенки реактора до запуска последнего; нанесения .отложения реактивного вещества одновременно с отложением паразитной фазы; нанесения отложенияреактивного вещества после того, как произощло отложение на стенки паразитной фазы, причем названный реагент занимает свободные пространства, связанные с пористостью

паразитной фазы.:

В случае, когда реактивное вещество наносят предварительно перед запуском реактора, реактор работает прерывистым образом. Действительно, когда реактор запущен, на его стейках происходит отложение паразитной фазы в течение .в высщей степени различных промежутков времени. Когда основные характеристики реактора )гхудщаются, основная работа реактора прекращается и начинается физико-химическая ошстка его стенок. При изменении условий работы реактора предварительно нанесенное на стенки реактивное вещество возгоняется и вызывает сначала растрескивание, а затем и

отделение паразитной фазы, которая в виде осколков собирается на дне реактора.

В случае, когда нанесение реактивного вещества осуществляют в то время, когда реактор 5 работает, паразитная фаза образуется на стенках одновременно с отклонением реактивного вещества. За счет незначительного изменения условий работы реактора, при котором нет необходимости прекращать протекающую основ0 ную реакцию, реактивное вещество испаряется и при улетучивании вызывает разрыв паразитной фазы на внутренних стенках реактора.

Наконец, в случае, когда реактивное вещество наносится после того, как образовалась па5 разитная фаза, изменение условий эксплуатации реактора может быть осуществлено как в слу. чае, .когда последний находится в работающем состоянии, так и при его остановке.

Реактивное вещество согласно изобрете1шю Q может являться одним из веществ, возникающих в результате основной реакции или посредством реакции постороннего вещества с, по крайней мере, одним из введенных реактивов, или с, по крайней мере, одним из образовавщих-; 5 ся продуктов. Но оно может являться также и одним из введенных реактивов. В этом случае оно ВЕодатся в избыточном количестве по отношенкю к стехиометрии реакции. Наконец, оно может являться посторонним инертньгм веществом по отнощению к различным реактивам, при1щмающим участие в реак1щи.

Когда реактивное вещество находится в жидком состоянии в соответствии с условиями

экспщатацяи реактора, оно может играть свою роль различными способами, поскольку оно не откладывается на стенках реактора, а непрерывным образом стекает вдоль них во время про;-, текания реакщ5И. S этом с. реактивное вещество может являться, по меньшей мере, одFfflM из ra3OBbj.x продуктов реакции., который при конденсации на стенках вызывает явление стекаиия и тем самым обеспечивает возобновляемую промывку названных стенок. Но рейктивное вещество может быть инертным по отношению к реактивам и продуктам реакции. В этом случае (если первоначально оно газообразное) оно может вводиться в реактор непрерывным образом одновременно с реактивагяи и за счет условий эксплуатавди реактора конденсироваться на стенках, играя свою защитную роль. Но реактивное вещество может перед введением находиться также и в жидкой форме: в этом случае оно выбирается так, чтобы оно нахощшось в жидком состоянии, когда оно подвержено действию внутренних 5 условий реактора. Наконец, реактивное вещество молсет первоначально находиться в твердом состоянии и переходить в жидкое состояние при введении в реактор; оно играет ту же роль, что и названные газообразные или жидкие вещества. Предлагаемый способ касается очистки реакторов, в которых осуществляются реакции между газами, между газом и жидкостью, меж ду газом и твердым телом, в необходимости в присутствии по крайней мере одного стороннего по отнощению к реакции газа. Пример 1.В вертикальный охлаждаемый реактор, образованный трубой из монельметалла с диаметром 80 мм и высотой 1000 мм с помощью подходящего устройства через верх ний конец непрерывно вводят реактивы, состоящие из смеси U02 и продуктов деления и из Р„ , причем во время реакции стенки реактора поддерживаются при -12°С. Под продуктами деления подразумевается смесь имитированных продуктов деления. Твердый наполнитель, состоящий из смеси UO2 и продуктов деления, содергкащей 94% иО и 6% продуктов деления, ввЪдится в реактор по 1 кг/ч. Одновременно в реактор вводится фтор из расчета по 375 л/ч. Приведение смеси UOz и продуктов де. ления в контакт с фтором приводит к спонтанному воспламенению. Поскольку стенки реактора поддерживаются при -12° С, небольщая часть газов UF/ , возникших в результате реакции, конденсируется на стенке названного реактора одновременно с фтористыми соединениями продуктов деления, которые являются паразитной фазой, тогда как большая часть газа UF выводится на нижнем конце реактора перед ее последующей фильтрацией и обработкой. Через 3 ч реакцию фторирования прекращают, а стенки реактора нагревают до 56-56,5° С при атмосферном давлении. UF , отложенный вместе с фтористыми соединениями продуктов деления, испаряется и вызывает разрыв конденсированной паразитной фазы, которую собирают в нижней части реактора в сосуд для отходов . Количество этого твердого отхода, состоящего из фтористых соединений продуктов деления, равно 5,83 веса % обработанного горючего, тогда как на стенках реактора остается только 0,37 мае. % горючего. Для сравнения, в тот же реактор, но без какого бы то ни было охлаждения его стенки вводят те же реактивы, что и ранее, в тех же количествах. Газ UF, извлекается у основания реактора перед последующей фильтрацией и обработкой. Через 3 ч реакцию останавливают, а затем определяют полное количество происходящих от продуктов деления твердых отходов. Оно достигает 6,9% от наполнителя, причем 3,7% остаются на стенке peaKiof) Таким образом, при применении предлагаемого способа количество твердых отходов, отложенных на стенке реактора, равно 1/10 от количества, определенного при сравнительном опыте. П р и м е р 2. Аналогично примеру 1 перед запуском реактора осуществляют в нем предварительное нанесение защитного слоя. Для этого стенки реактора охлаждают до -12 С и вводят в него чистый F соответственно в количествах, указанных в примере 1, позволяя таким образом с помощью конденсации создать на названных стенках покрытие из кристаллического UF/ . Затем осуществляют фторирование наполнителя из UO/, и продуктов деления. После той же длительности функционирования, что и примере 1, реакцию фторирования останавливают, а затем стенки реактора нагревают до 56-56,5 С При атмосферном давлении. Предварительно нанесенный UF, возгоняют, разрывая при этом отложнвщуюся на стенках napasHTHjTo фазу. Количество происходящего от продуктов деления твердого отхода достигает 6,7% наполнителя, 0,1% которого остается на стенке реактора. ПримерЗ.При использовании реактора по примеру I в него вводят чистый газообразный UF , протем наружные стенки реактора поддерживаются при комнатной температуре. Таким образом на внутренней стенке реак-тора получают предварительное покрытие из твердого UF, . После этого приступают к обычному фторированию наполнителя из DO2 и продуктов деления согласно количествам и условиям примера 1. Через 3 ч реакцию фторирования останавливают, а стенки реактора нагревают до 5656,5° С при атмосферном давлении. Отложенный предварительно UF возгоняют, вызывая растрескивание конденсированной паразитной фазы из фтористых соединений про дуктов деления. Полученную паразитную фазу собирают в сосуд для отходов, по1 ещенный у основания реактора. Количество твердых отходов, происходящих от продуктов деления, достигает 6,4 веса % наполнителя, 0,08% которого остается на внутренней стенке реактора. П р и м е р 4. При использовании реактора по примеру 1 осуществляют фторирование наполнителя из UO, и продуктов деления при давлении 12 бар, причем температура поддерживается равной 70 С. Наполнитель из UO и продуктов деления , вводится по кг/ч, а фтор - по 375 л/ч, причем в качестве реактивного вещества вводится жидкий ff. по 10 л/ч.

При давлении 12 бар добавленный гексахлорид урана содействует очистке стенок посредством отекания во время реакции, практически препятствуя образованию параэитнойфа зы UFg , испаряется в сосуде дги отходов и непрерывно откачивается, причем t сосуда составляет 150° С при абсолгатном давлении 12 бар.

Количество собранного твердого отхода, образова1{ного продуктами деления, составляет 6,7 вес. % от наполнителя из U0,j и продуктов деления, тогда как на стенках реактора лишь 0,1%.

П р и м е р 5. Изготавливают гексафторурлшт иит розила NOUFe посредством прюведешш реакции между UFg в газообразном состоянии (по 60 л/ч) в реакторе.

.Находят, что при реакции большая часть NOUFg откладывается в форме мелкого по- I рошка, очень плото прилегающего к стенке реактора. -.

Действуя 8 соответствии с предлагаемьш оюсобом вводя в реактор дополнительно по

10 л/ч газообразного UFj в качестве реактив- наго вещества, вызьшают кристаллизацию дополнительного UF, на стенках реактора, одновременно с которой продолжают отложение.

После возгонки при t 56-56,5 С. и атмосферном давлении отложенного на стенках UF

в сосуде для отходов собирают 97, NOU F в,; f а со стенок - только 2,8%.

П р и м е р 6. При атмосферном давлении осуществляют получение по 2 кг/ч NHi F посредством введения в реактор известного гапа HF в газообразной форме.

Устанавливают, что реактор имеет тенденцию к быстрому засорению продуктом реакции, 86% которого собирается непосредственно, а остаток Прилипает к стенкам реактора.

Аналогично предыдущим примерам вводят в реактор дополнительно по 10 л/ч жидкого HF, что вызывает стекание жидкого Н по стенкам, причем избыточный Н испаряется в нижней части реактора при 20° С с целью его повторного использования. Таким образом, в нижней части реактора собирают 99,9% изготовленного продукта.

11. СПОСОБ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ бЧИСТКИ ВНУТРЕННИХ СТЕНОК ХИМИЧЕСКОГО РЕАКТОРА, включающий введение в реактор реактивного вещества, вступающего в контакт с осадком, и удаление образуюищхся продуктов, отличающийся тем, что, с целью очистки реактора от продуктов фторирования, в качестве реактивного вещества используют газообрашый или жидкий UF , или жидкий HF. 2.Способ по. п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что реактивное вещество вводят в реактор перед его работой или в процессе ее. 3.Способ по п. Ьотличающнйс я тем, что при использовании в качестве реактивного вещества газообразного UF стенки реактора перед удалением образующихся продуктов нагревают до 56-56,5 С. (Л d