In Bearbeitung

Bitte warten ...

Einstellungen

Einstellungen

Gehe zu Anmeldung

1. WO2010063603 - VERFAHREN UND ANORDNUNG ZUR HERSTELLUNG VON BRENNSTOFFKERNEN

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Patentansprüche

Verfahren und Anordnung zur Herstellung von Brennstoffkernen

1. Verfahren zur Herstellung kugelförmiger Brenn- und/oder Brutstoffkerne einer Größe vorzugsweise im Bereich zwischen 300 μm und 800 μm, insbesondere zur Herstellung von Kernen aus Uranoxid und/oder Urancarbid und/oder einem uranhaltigen Mischoxid und/oder Mischcarbid, durch Vertropfen einer Uranylnitrat sowie einen oder mehrere Hilfsstoffe wie Harnstoff, Tetrahydrofurylalkohol (THFA) und/oder Polyvinylalkohol (PVA) enthaltenden Lösung in ein ammonia- kalisches Fällbad (102) zur Bildung von Mikrokugeln, Altern und Waschen so hergestellter Mikrokugeln in einer Ammoniaklösung, Trocknen sowie thermisches Behandeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokugeln (74) aus dem Fällbad über einen ersten Separator (10) abgetrennt und zum Altern dem ammoniakalischen Alterungswasser zugeführt werden, dass Kontaktzeitdauer der Mikrokugeln mit Flüssigkeit des Fällbads (102) vor Einbringung in das Alterungswasser gleich oder im Wesentlichen gleich eingestellt wird, dass die Mikrokugeln über eine Übergabeeinrichtung von dem Alterungswasser an einen mehrstufigen Kaskadenwäscher (28) übergeben werden, in dem die Mikrokugeln frei oder im Wesentlichen frei von Ammoniumnitrat und zumindest einem in den Mikrokugeln enthaltenen Hilfsstoff gewaschen werden, und dass nach dem Trocknen der Mikrokugeln diese während einer thermischen Behandlung in Monolage verteilt kalziniert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gleiche oder im Wesentlichen gleiche Zeitdauer zwischen der Entstehung der Mikrokugeln (74) im Fällbad (102) und Zuführung zu dem Alterung s was ser mittels des ersten Separators (10) eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ammoniakalische Alterungswasser auf Gleichgewichtsbedingungen derart eingestellt wird, dass jede oder im Wesentlichen jede Mikrokugel (74) in Bezug auf Komponenten jeweils für sich eine gleiche oder im Wesentlichen gleiche Konzentration aufweist.

4. Verfahren nach zumindest Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ammoniakalischen Alterungswasser zumindest in Bezug auf in den Mikrokugeln (74) enthaltenen Ammoniumnitrat und/oder Harnstoff Gleichgewichtsbedingungen eingestellt werden.

5. Verfahren nach zumindest Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ammoniakalischen Alterungswasser zumindest in Bezug auf in den Mikrokugeln (74) vorhandenen THFA Gleichgewichtsbedingungen eingestellt werden.

6. Verfahren nach zumindest Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Entnahme der Mikrokugeln aus dem Alterungswasser die Konzentration von zumindest THFA in den Mikrokugeln der oder in etwa der im Alterungswasser entspricht.

7. Verfahren nach zumindest Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Entnahme der Mikrokugeln aus dem Alterungswasser die Konzentration von NH4NO3, NH4OH und - sofern Harnstoff enthalten - von Harnstoff in den Mikrokugeln der oder in etwa der im Alterungswasser entspricht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ammoniakalischen Alterungswasser Bedingungen eingestellt werden, die einen Austausch von maximal 15 Gew.-%, insbesondere von 10 bis 15 Gew.- % von THFA mit H2O ermöglichen.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokugeln (74) in das auf Raumtemperatur eingestellte ammonikali- sche Alterungswasser übergeben werden, das sodann auf eine Temperatur Tl mit 600C < Tl < 800C aufgeheizt wird, dass die Mikrokugeln über eine Zeit t mit 50 min < t < 70 min bei der Temperatur Tl in dem Alterungswasser verbleiben und dass nach der Zeit t das Alterungswasser auf Raumtemperatur abgekühlt und sodann die Mikrokugeln entnommen werden.

10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen und Abkühlen des Alterungswassers mittels zumindest eines Wärmetauschers durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokugeln (74) in dem Kaskadenwäscher (28) durch mehrere Waschstufen geleitet werden.

12. Verfahren nach zumindest Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinkgeschwindigkeit der Mikrokugeln in jeder Waschstufe durch in dieser im Kreislauf strömendes Waschwasser eingestellt wird.

13. Verfahren nach zumindest Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Waschwasser der Waschstufe (30, 32, 34, 36, 38, 40, 42) über einen im Boden eines Trichters (44, 46) vorhandenen abstandsveränderbaren Ringspalt zugeführt wird.

14. Verfahren nach zumindest Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass neben den im Kreislauf in jeder Waschstufe (30, 32, 34, 36, 38, 40, 42) geführten Waschwasser durch sämtliche Kaskaden von der untersten beginnend Waschwasser geführt wird.

15. Verfahren nach zumindest Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als der untersten Kaskade (30) zugeführtes Waschwasser schwach ammonia- kalisches Reinstwasser verwendet wird.

16. Verfahren nach zumindest Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als der untersten Kaskade (30) zugeführtes Waschwasser zweimolares am- moniakalisches Reinstwasser verwendet wird.

17. Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gewaschenen Mikrokugeln (74) in einem Banddurchlaufofen vorzugsweise bei einer Temperatur T2 mit T2 < 1200C, insbesondere 1000C < T2 < 120 0C getrocknet werden.

18. Verfahren nach zumindest Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die gewaschenen Mikrokugeln (74) mit Waschwasser über eine Aufgabeeinrichtung wie Aufgaberüssel (72) gleichmäßig verteilt auf ein durch den Banddurchlaufofen gefördertes Förderelement (66) aufgegeben werden.

19. Verfahren nach zumindest Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokugeln (74) auf ein Siebband (66) oder das Förderelement aufgegeben werden.

20. Verfahren nach zumindest Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass dem Waschwasser vor Aufgabe auf das Förderelement (74) ein Detergens zugesetzt wird.

21. Verfahren nach zumindest Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Detergens wasserlöslicher Fettalkohol verwendet wird.

22. Verfahren nach zumindest Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die getrockneten Mikrokugeln (Kerne) (76) nach dem Durchlaufen des Banddurchlaufofens (64, 80) mittels einer Absaugeinrichtung wie Absaugrüssel (78, 104) von einer die Mikrokugeln fördernden Fördereinrichtung (66) entfernt, in einem Zyklon abgeschieden und in einem Vorratsbehälter gesammelt werden.

23. Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokugeln (74) in der Monolage in durch einen Durchlaufofen (64, 80) geförderte bodenseitig Öffnungen aufweisenden Metallschalen (82, 106) gefördert und bei einer Temperatur T3 mit T3 < 4500C, insbesondere 1600C < T3 < 430 0C, vorzugsweise in zwei Stufen kalziniert werden.

24. Verfahren nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokugeln (74) in dem Banddurchlaufofen (64, 80) mehrere Heizzonen (92, 94, 96) mit zumindest einer Trockenzone und zumindest einer Kalzinierzone durchlaufen.

25. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen und/oder Kalzinieren im Umluftbetrieb durchgeführt wird.

26. Verfahren nach zumindest Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die kalzinierten Kerne (76) von der Metallschale (82, 106) abgesaugt werden.

27. Verfahren nach zumindest Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die abgesaugten Kerne (76) in einem Zyklon (83) abgeschieden und in einem Vorratsbehälter gesammelt werden.

28. Anordnung zur Herstellung von kugelförmigen Brenn- und/oder Brutstoff elemen- ten, umfassend ein Fällbad (102), eine Alterung s strecke (18), eine Wascheinrichtung (28) und eine Wärmebehandlungseinrichtung (64, 80, 90) sowie Übergabeeinrichtungen (10) für während der Herstellung hergestellte Mikrokugeln (74) und aus diesen gebildete Kerne (76), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fällbad und der Alterungsstrecke (18) eine erste Übergabeeinrichtung in Form eines Separators (10) angeordnet ist, der einen in Sektoren unterteilten über ein einen Ausschnitt aufweisendes Lochsieb (12) als Boden drehbaren Zylinder (14) aufweist, wobei nacheinander jeder Sektor in einer bodenseitig von dem Lochsieb abgedeckten ersten Position auf die Austrittsöffnung des Fällbades (102) ausgerichtet und nach Drehen des Zylinders um einen Winkel α in einer zweiten Position auf den Ausschnitt des Lochsiebs ausgerichtet ist, der mit der Alterungsstrecke (18) in Verbindung steht, dass jeder Sektor eine gleiche Fläche aufweist und dass der Winkel α beträgt α / n mit n = Anzahl der Sektoren.

29. Anordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Lochsiebs (12) eine Flüssigkeitsaufnahmeeinrichtung vorgesehen ist, die mittelbar oder unmittelbar mit dem Zulauf des Fällbades (102) verbunden ist.

30. Anordnung Anspruch 28 und 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Lochsieb (12) aus Edelstahl besteht und eine Maschenweite d mit 300 μm < d < 500 μm aufweist.

31. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (14) aus Metall besteht.

32. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (14) dicht auf dem Lochsieb (12) aufsitzt.

33. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (14) in n-Sektoren mit n > 3, insbesondere n = 6 unterteilt ist.

34. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Alterungs strecke (18) einen von einem Siebgewebe oder einem Lochblech (22) umgebenen die Mikrokugeln aufnehmenden Hohlzylinder umfasst, der zum Alterungswassertransport beabstandet von einem Gehäuse (20) umgeben ist.

35. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Alterungsflüssigkeit in einem zumindest einen Wärmetauscher enthaltenden Kreislauf strömt, in dem das Gehäuse (20) integriert ist.

36. Anordnung nach zumindest Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Alterungsstrecke (18) mit einer als zweiter Separator ausgebildeten die Alterungs strecke transportmäßig mit der Wascheinrichtung (28) verbindenden zweiten Übergabeeinrichtung verbunden ist.

37. Anordnung nach zumindest Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Separator einen dem ersten Separator (10) entsprechenden Aufbau aufweist.

38. Anordnung nach zumindest Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Wascheinrichtung (28) ein Kaskadenwäscher mit m-Waschstufen ist, wobei m > 2, insbesondere 2 < m < 8, bevorzugterweise m = 7 ist.

39. Anordnung nach zumindest Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass jede Waschstufe bodenseitig einen Trichter (44, 46) mit einer Öffnung aufweist, die über eine Absperreinrichtung (48, 50) mit Düsenteller im gewünschten Umfang verschließbar ist.

40. Anordnung nach zumindest Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass ein Waschwasser führender Kreislauf mit einem Abschnitt wie Leitung (52) unterhalb der Absperreinrichtung (48, 50) endet.

41. Anordnung nach zumindest Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Abschnitts bzw. der Leitung (52) ein Stellelement wie biegsame Welle (60) verläuft, die mit der Absperreinrichtung (48, 50) verbunden ist.

42. Anordnung nach zumindest Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Trichters (44, 46) ein Anschluss für die Waschwasserflüssigkeit vorgesehen ist.

43. Anordnung nach zumindest Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschstufen übereinander angeordnet sind.

44. Anordnung nach zumindest Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die unterste Waschstufe des Kaskadenwäschers (28) einen Anschluss für Waschwasser aufweist, das von der obersten Waschstufe abgeführt ist.

45. Anordnung nach zumindest Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Wascheinrichtung (28) zumindest ein Durchlaufofen (64, 80, 90) nachgeordnet ist.

46. Anordnung nach zumindest Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die gewaschenen Mikrokugeln (74) mittels einer Transporteinrichtung wie einem endlosen Transportband (66) durch den Durchlaufofen (64, 80) förderbar sind, wobei das Transportband zumindest abschnittsweise ein Siebgewebe aufweist.

47. Anordnung nach zumindest Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokugeln (74) über eine aus aneinander gereihten Metallschalen (82) bestehende Transporteinrichtung durch den Durchlaufofen (80, 90) förderbar sind, wobei jede Metallschale einen gelochten Boden mit einer Maschenweite im Bereich zwischen 300 μm und 500 μm aufweist.

48. Anordnung nach zumindest Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokugeln (74) über eine Aufgabeeinrichtung wie Aufgaberüssel (72, 102) auf die Transporteinrichtung wie das Transportband (66) oder die Metallschalen (82) aufgebbar sind.

49. Anordnung nach zumindest Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass getrocknete bzw. kalzinierte Mikrokugeln (76) von der Transporteinrichtung mittels Unterdruck wie mit einem Absaugrüssel (78, 104) absaugbar sind.

50. Anordnung nach zumindest Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die getrockneten bzw. kalzinierten Mikrokugeln (76) vorzugsweise über einen Zyklon (83) abscheidbar und in einem Vorratsbehälter sammelbar sind.

51. Anordnung nach zumindest Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlaufofen (90) mehrere Wärmezonen (92, 94, 96) aufweist.

52. Anordnung nach zumindest Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Wärmezone (92) eine Trocknerzone und zumindest eine weitere Wärmezone (96) eine Kalzinierzone ist.

53. Anordnung nach zumindest Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlaufofen (64, 80, 90) mit Frischluft und/oder im Umluftbetrieb betreibbar ist.