JP2006159013A - イオン交換樹脂の通薬再生方法と装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 樹脂分離混合塔D、カチオン樹脂再生塔C、アニオン樹脂再生塔A及び中間樹脂槽Bを用いて混床式脱塩塔Eからのイオン交換樹脂Fを通薬再生する方法において、EからのFをDに移送し、中間樹脂を加えて逆洗処理し、下からカチオン樹脂、中間樹脂、アニオン樹脂に分離し、分離したアニオン樹脂をAに移送し、残留する樹脂をさらに逆洗、分離処理して、上部の中間樹脂をBに移送した後、残留するカチオン樹脂をCに移送して、逆洗分離処理を繰り返し、混在しているアニオン樹脂をBに移送し、また、Aのアニオン樹脂も逆洗処理を繰り返し、混在するカチオン樹脂をAの塔底に集中させた後、精製したカチオン樹脂とアニオン樹脂をそれぞれCとAで通薬再生する。
【選択図】 図1
Description
PWRプラントの二次系に設置されている復水脱塩装置は、復水中のイオン性不純物(Na、Cl、SO4など)を脱塩処理し、給水系から蒸気発生器に持ち込まれるイオン性不純物を極低レベルに低減し、蒸気発生器の伝熱管部において、イオン性不純物の濃縮により発生する恐れのある応力腐食割れの防止を図っている。また、PWRプラント二次系では、蒸気発生器へのクラッド(鉄酸化物)の持ち込みを抑制するため、復水中にアンモニアやヒドラジンなどを添加し、pHをアルカリ側にコントロールするAVT処理を行っている。
この問題を解決する手段として、カチオン樹脂がアンモニアブレークした後も、通水を継続することによる通薬再生の低減が可能な復水脱塩装置のアンモニア型樹脂による運用が考えられるが、従来のアンモニア型樹脂による運用は、H、OH型樹脂による運用と比べて吸着しているイオンの加水分解リークにより処理水質が悪化するため、そのまま、PWRプラントには適用できない。
(a)前記混床式脱塩塔からの樹脂を樹脂分離混合塔に移送し、中間樹脂を加えて逆洗処理し、下方よりカチオン樹脂、中間樹脂、アニオン樹脂の順に分離する分離処理、
(b)分離されたアニオン樹脂を塔上部からの加圧水、中間スルージング水を注入しながらアニオン樹脂再生塔に移送する第1の移送処理、
(c)残留する樹脂に対して、順次、空気と逆洗水、逆洗水と中間スルージング水を用いて逆洗処理後、中間スルージング水のみを注入し、カチオン樹脂を沈静させ、アニオン樹脂のみを水中に展開させ、中間樹脂と水中に展開しているアニオン樹脂を中間スルージング水と加圧水により中間樹脂槽に移送する処理を、複数回繰り返す第2の移送処理、
(d)残留するカチオン樹脂を、水及び空気によりカチオン樹脂再生塔に移送する第3の移送処理、
(e)前記樹脂分離混合塔より塔径を細くしたカチオン樹脂再生塔に収容したカチオン樹脂に対して、前記(c)の第2の移送処理を順次実施し、混在している殆どのアニオン樹脂を中間樹脂槽に移送する第4の移送処理、
(f)樹脂分離混合塔より塔径を細くしたアニオン樹脂再生塔に収容したアニオン樹脂に対して、空気スクラビング処理及び逆洗処理を複数回繰り返し実施し、混在している可能性のあるカチオン樹脂を樹脂層底部に集中させる分離処理、
(g)それぞれの再生塔でカチオン樹脂及びアニオン樹脂を通薬再生し、該通薬再生に際し、アニオン樹脂再生塔では、カチオン樹脂の逆再生を防止するため、該再生塔の底部よりカウンターフロー水を注入して行う通薬再生処理、
(h)アニオン樹脂を樹脂分離混合塔に移送する際に、アニオン樹脂再生塔底部の樹脂を、アニオン樹脂再生塔に残留させ、次回の樹脂再生時に樹脂分離混合塔に戻す分離処理。
前記再生方法において、イオン交換樹脂は、アニオン樹脂とカチオン樹脂の分離特性に優れた均一粒径樹脂を使用し、カチオン樹脂は架橋度10〜16%のゲル型樹脂とすることができる。
前記装置において、使用するプロセスを構成する弁類、制御機器、ポンプ類などについては、制御盤より自動運転が可能となるよう、プログラマブルコントローラー、シーケンスコントローラー、などにより運転制御することができ、また、前記装置の運転において、樹脂の分離移送状態を確認するため、ITVなどの監視装置を樹脂分離混合塔、カチオン樹脂再生塔などの樹脂分離面近傍の覗き窓部に取り付け、制御盤のモニターにより監視可能とすることができる。
(1)本発明は、混床式復水脱塩装置の最大の課題である逆再生の大幅低減を、再生方法と装置及び樹脂分離プロセスの改善、並びに使用するイオン交換樹脂の最適化などにより、安定的に達成可能とした技術であり、常時、高純度水質を確保することが可能であり、アンモニア運用時においても、従来のH、OH型イオン交換樹脂による運用と同レベルの処理水質を維持することが可能である。本発明により、PWR二次系復水脱塩装置のアンモニア型イオン交換樹脂による運用が実現可能となり、H、OH型イオン交換樹脂による運用の問題点である再生剤、純水、空気等の大量消費、化学廃液の増加、並びに運転員の負荷増大などを解消することができる画期的技術であり、その経済効果は絶大である。
(2)本発明は、混床式復水脱塩装置の最大の課題である逆再生を大幅に低減可能とした技術であると共に、破砕樹脂及び微細樹脂を除去することが可能であるため、BWRプラントの原子炉水の高純度化にも幅広く適用できる技術であり、近年のプラント高経年化対策への適用など、その波及効果は絶大である。
本発明は、混床式脱塩装置のイオン交換樹脂の分離移送における分離精度を向上させて、アニオン樹脂とカチオン樹脂の相互混在割合を従来より低減させ、通薬再生時のNa型カチオン樹脂及びCl型アニオン樹脂の生成量を大幅に低減させる技術である。
本発明に関わるイオン交換樹脂の再生方法は、樹脂分離混合塔、カチオン樹脂再生塔、アニオン樹脂再生塔、中間樹脂槽の4塔から構成されている。
(2)樹脂分離混合塔に残留する中間樹脂は、逆洗工程(塔下部より時折間欠的に空気を同時注入しながら逆洗水を注入し、カチオン樹脂と中間樹脂を展開させる工程)→吹き上げ工程(塔下部より逆洗水を、カチオン層と中間樹脂層の境界部に設けた中間スルージング管よりスルージング水を夫々注入し、樹脂層内部に混入しているアニオン樹脂を水中に展開させる工程)→沈静工程(逆洗水の注入を停止し、スルージング水のみを注入し、カチオン樹脂を沈静させ、アニオン樹脂のみを水中に展開させる工程)→細部移送工程(中間樹脂と水中に展開しているアニオン樹脂を、中間スルージング水と加圧水により中間樹脂槽に移送する工程)の各工程を繰り返し(3回程度)実施することにより、中間樹脂槽に移送する。
(4)カチオン樹脂再生塔は、樹脂分離混合塔より塔径を細くすることを特徴とし、ここに収容したカチオン樹脂に対して、2項と同じ逆洗工程→吹き上げ工程→沈静工程→細部移送工程の各工程を繰り返し(3回程度)実施し、混在している殆どのアニオン樹脂を中間樹脂槽に移送する。
(5)アニオン樹脂再生塔は、樹脂分離混合塔より塔径を細くすることを特徴とし、ここに収容したアニオン樹脂に対して、空気スクラビング工程(樹脂層上面まで水位を下げ、塔下部より空気を注入し樹脂を攪拌する工程)及び逆洗工程(塔下部より時折間欠的に空気を同時注入しながら逆洗水を注入し、アニオン樹脂を展開させる工程)の各工程を繰り返して複数回実施し、混在している可能性のあるカチオン樹脂を樹脂層底部に集中させる。
(7)通薬再生及びリンス後、カチオン樹脂再生塔及びアニオン樹脂再生塔の夫々の樹脂は、純水を注入した各々の塔で長時間放置され、樹脂粒内に残留する薬剤を純水中に拡散させ除去する純水浸漬を行った後、樹脂分離混合塔に移送され、混合、最終洗浄後、脱塩塔に返送される。その際、アニオン樹脂再生塔底部の(カチオン樹脂混在の可能性のある)樹脂は、アニオン樹脂再生塔に残留させ、次回の樹脂再生時に樹脂分離混合塔に戻して、脱塩塔からの樹脂、中間樹脂と一緒にし、樹脂逆洗分離操作を行う。
本発明を混床式復水脱塩装置のイオン交換樹脂の分離移送工程に適用することにより、樹脂再生時の逆再生率が現状より大幅に低減可能となり、アンモニア型樹脂による運用時の処理水質の向上を図ることが可能となる。
実施例1
(1)装置構成
再生装置は、樹脂分離混合塔、カチオン樹脂再生塔、アニオン樹脂再生塔及び
中間樹脂槽の4塔から構成され、図1にその概略構成図を示す。
(2)イオン交換樹脂の通薬再生運転フローは以下の通りとする。
(a)混床式脱塩塔からの樹脂は,分離混合塔に移送され、引き続き中間樹脂及びアニオン再生塔の底部残留樹脂を加えて、カチオン樹脂、中間樹脂、アニオン樹脂に逆洗分離される。逆洗は、塔下部より時折間欠的に空気を同時注入しながら、逆洗水をLV8〜15m/hで注入しオーバーフロー管より排出する。
(b)分離されたアニオン樹脂は、加圧水をLV4〜5m/hで、中間スルージング水をLV2〜4m/hで注入し、アニオン再生塔に移送される。
(e)カチオン再生塔のカチオン樹脂に対し、前記(c)と同じ、逆洗→吹き上げ→沈静→細部移送の各工程を繰り返し(3回程度)実施し、混在している全てのアニオン樹脂を中間樹脂槽に移送する。
(f)アニオン再生塔のアニオン樹脂に対し、複数回のスクラビング工程(樹脂面上100〜300mmに水位を調整し、下部よりLV50〜100m/hで空気を注入)、逆洗工程(塔下部より時折間欠的に空気を同時注入しながら、逆先水をLV8〜12m/hで注入)を実施し、混在している可能性のあるカチオン樹脂を樹脂槽底部に集中させる。
(h)再生終了後、夫々の樹脂は、リンス(SV5〜10)及び純水浸漬(3〜12時間程度)を行ったのち、分離混合塔に移送され、混合、最終洗浄後、脱塩塔に返送される。その際、アニオン再生塔底部の(カチオン混在の可能性のある)樹脂はアニオン再生塔に残留させ、次回通薬再生時に中間樹脂と共に樹脂分離混合塔に移送する。
各再生塔の構造は以下の通りである。
(イ) 樹脂分離混合塔
・設計樹脂量は、カチオン樹脂:11.0m3、アニオン樹脂:5.5m3及び中間樹 脂:1.9m3(樹脂槽高で600mm相当)とする。
・塔径は、分離効果が向上するように線流速を極力大きくするため、可能な限り細く 設定する。(2000mmとする)
・中間樹脂層は分離性能を上げるため、600mm程度を基準とする。
・塔下部は樹脂が溜まり難い目皿方式を採用する。
・アニオン樹脂抜出しノズルの開口部は、中間樹脂の一部抜出しを考慮して中間樹脂 層の上面近傍に設置する。
・中間スルージング管の枝管上面と中間樹脂抜出し管の開口面の距離は、50〜80 mmが望ましい。
・目皿の中心部には、カチオン樹脂を抜出すための抜出しノズルを設置する。
・図2に、樹脂分離混合塔の断面構成図を示す。
・設計樹脂量はカチオン樹脂:11.0m3とする。
・塔径は、分離効果を向上させ、微量残留アニオン樹脂の排出を容易にするため、樹 脂分離混合塔に比べて可能な限り細く設定する。(1500mmとする)
・塔下部は、樹脂が溜まり難い目皿方式を採用する。
・中間スルージング水管の枝管上面と微量残留アニオン樹脂抜出し管の開口面の距離 は、50〜80mmが望ましい。
・目皿の中心部には、カチオン樹脂を抜出すための抜出しノズルを設置する。
・図3に、カチオン樹脂再生塔の断面構成図を示す。
・設計樹脂量は、アニオン樹脂:5.5m3とする。
・塔径は、破砕樹脂の排出効果が向上するように線流速を極力大きくするため、樹脂 分離混合塔に比べて可能な限り細く設定する。(1500mmする)
・塔下部は、樹脂が溜まり難い目皿方式を採用する。
・アニオン樹脂移送管の開口部は、目皿より50〜200mm程度上部に設定し、カ チオン樹脂を含んだアニオン樹脂が残留するような構造とする。
・目皿の中心部には、カチオン樹脂を含んだアニオン樹脂を抜出すための抜出しノズ ルを設置する。
・図4に、アニオン樹脂再生塔の断面構成図を示す。
・設計樹脂量は、中間樹脂:1.9m3とする。(分離混合塔で1m程度の層高を確 保する)
・塔径は、破砕樹脂除去のための高LVでの逆洗(LV=15m/h程度)が容易に できるように、極力細く設定(1200mm)する。
・塔下部は、樹脂が溜まり難い目皿方式を採用する。
・目皿の中心部には、中間樹脂を抜出すための抜出しノズルを設置する。
・フリーボードは、逆洗時の樹脂層の展開、樹脂のアンバランス調整などを考慮して 樹脂層高の100%程度に設定する。
・中間樹脂部は、アニオン/カチオンの相互コンタミが最も発生する部分であり、定 期的に樹脂をサンプリングし、容易に補給することができるような構造とする。
・図5に、中間樹脂槽の断面構成図を示す。
上述の技術を検証するためのモックアップ試験装置を製作し、運転を繰り返し実施し、以下に示すような良好な結果を確認することができた。
(イ)使用樹脂
カチオン樹脂:ダウケミカル社製カチオン樹脂(MS650C)
アニオン樹脂:ダウケミカル社製カチオン樹脂(MS550A)
(ロ)樹脂分析結果の比較
通薬再生後の樹脂をカチオン樹脂再生塔、アニオン樹脂再生塔より夫々サンプリング し、カチオン樹脂中のNa型樹脂の割合、アニオン樹脂樹脂中のCl型樹脂の割合を 測定した。結果を表1に示す。
Claims (3)
- 樹脂分離混合塔、カチオン樹脂再生塔、アニオン樹脂再生塔及び中間樹脂槽を用いて混床式脱塩塔からのイオン交換樹脂を通薬再生する方法において、下記(a)〜(h)のそれぞれの処理を順次行うことを特徴とするイオン交換樹脂の通薬再生方法。
(a)前記混床式脱塩塔からの樹脂を樹脂分離混合塔に移送し、中間樹脂を加えて逆洗処理し、下方よりカチオン樹脂、中間樹脂、アニオン樹脂の順に分離する分離処理、
(b)分離されたアニオン樹脂を塔上部からの加圧水、中間スルージング水を注入しながらアニオン樹脂再生塔に移送する第1の移送処理、
(c)残留する樹脂に対して、順次、空気と逆洗水、逆洗水と中間スルージング水を用いて逆洗処理後、中間スルージング水のみを注入し、カチオン樹脂を沈静させ、アニオン樹脂のみを水中に展開させ、中間樹脂と水中に展開しているアニオン樹脂を中間スルージング水と加圧水により中間樹脂槽に移送する処理を、複数回繰り返す第2の移送処理、
(d)残留するカチオン樹脂を、水及び空気によりカチオン樹脂再生塔に移送する第3の移送処理、
(e)前記樹脂分離混合塔より塔径を細くしたカチオン樹脂再生塔に収容したカチオン樹脂に対して、前記(c)の第2の移送処理を順次実施し、混在している殆どのアニオン樹脂を中間樹脂槽に移送する第4の移送処理、
(f)樹脂分離混合塔より塔径を細くしたアニオン樹脂再生塔に収容したアニオン樹脂に対して、空気スクラビング処理及び逆洗処理を複数回繰り返し実施し、混在している可能性のあるカチオン樹脂を樹脂層底部に集中させる分離処理、
(g)それぞれの再生塔でカチオン樹脂及びアニオン樹脂を通薬再生し、該通薬再生に際し、アニオン樹脂再生塔では、カチオン樹脂の逆再生を防止するため、該再生塔の底部よりカウンターフロー水を注入して行う通薬再生処理、
(h)アニオン樹脂を樹脂分離混合塔に移送する際に、アニオン樹脂再生塔底部の樹脂を、アニオン樹脂再生塔に残留させ、次回の樹脂再生時に樹脂分離混合塔に戻す分離処理。 - 前記イオン交換樹脂は、アニオン樹脂とカチオン樹脂の分離特性に優れた均一粒径樹脂を使用し、カチオン樹脂は架橋度10〜16%のゲル型樹脂とすることを特徴とする請求項1記載の通薬再生方法。
- 請求項1に記載の通薬再生方法に用いる装置において、樹脂分離混合塔は、塔下部に設置される空気及び逆洗水入口部の上に、多孔板にウエッジワイヤスクリーン又は金網を取り付けた目皿を設け、アニオン樹脂、中間樹脂及びカチオン樹脂のそれぞれの界面にそれぞれの樹脂を移送する移送手段を有すると共に、中間樹脂とカチオン樹脂の界面付近にスルージング水を注入するための中間スルージング管を設置し、塔頂部に加圧水を注入する加圧水入口管が設置されており、また、カチオン樹脂再生塔は、塔径を前記樹脂分離混合塔より約5%〜60%程度細くし、塔下部に設置される空気及び逆洗水入口部の上に、多孔板にウエッジワイヤスクリーン又は金網を取り付けた目皿を設け、中間樹脂とカチオン樹脂の界面付近にスルージング水を注入するための中間スルージング管を設置すると共に、該中間スルージング管の上面に残留するアニオン樹脂の抜出し手段を有し、塔頂部に加圧水を注入する加圧水入口管が設置されており、更に、アニオン樹脂再生塔は、塔径を前記樹脂分離混合塔より約5%〜60%程度細くし、塔下部に設置される空気、カウンターフロー水及び逆洗水入口部の上に、多孔板にウエッジワイヤスクリーン又は金網を取り付けた目皿を設け、該目皿の上部にアニオン樹脂の移送手段を有すると共に、目皿の中心部に混合樹脂の抜き出し手段を有し、塔頂部に加圧水を注入する加圧水入口管が設置されていることを特徴とするイオン交換樹脂の通薬再生装置。
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