JP5084279B2 - イオン交換樹脂の全量取替え方法 - Google Patents

Description

本発明は、混床式イオン交換塔などで使用されるカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂からなるイオン交換樹脂を、全量新品のイオン交換樹脂に取替えるときの取替え方法に関する。

発電プラントでは、タービンを駆動させ温度を低下させた蒸気を復水器で冷却し、これを再度ボイラへ送り給水として再利用している。この過程で復水に不純物が混入するとボイラやタービンの腐食に繋がるため、復水の純度を高度に維持する必要がある。この復水の純度を維持するために、復水器の出口に復水脱塩装置が設けられている。この復水脱塩装置には、混床式イオン交換塔が用いられ、これにより復水が処理される。混床式イオン交換塔で使用されるイオン交換樹脂は、使用するに従って性能が劣化するため、系外に設けられた再生設備により定期的に再生が行われる。また、イオン交換樹脂は、長期間使用していると性能が劣化するため、必要に応じてイオン交換樹脂を新品のイオン交換樹脂と入れ替える必要がある。混床式イオン交換塔は、復水脱塩装置のほかボイラ給水の製造装置に使用される場合もある。

混床式イオン交換塔などでは、イオン交換樹脂は混合状態で使用されているため、イオン交換樹脂の再生に先立ち、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを水で逆洗し、これらを分離する必要があるが、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とは絡み付きやすく完全に分離することは容易ではない。カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが絡みあっていると、再生工程でイオン交換樹脂が逆再生される結果、純水の純度不良のトラブルを発生することがある。カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との絡み付きを防止する方法として、混床を構成するイオン交換樹脂を加熱する工程を設ける方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、混合状態のイオン交換樹脂をアンモニアと接触させて、水逆洗し、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とに分離し、それぞれを再生剤で再生する方法も提案されている（例えば特許文献２参照）。
特開平９−２７６７１３号公報 特開平１０−１２８１２８号公報

新しいイオン交換樹脂は、使用中のイオン交換樹脂に比較して特に絡み付きやすいことはよく知られている。新品のイオン交換樹脂の絡み付きについては、３〜４回程度の通水、再生を繰り返すと自然に解消するとの指摘もあるが（例えば特開平６−１７０２４８号公報）、このような操作を繰り返しても、現実的にはイオン交換樹脂の絡み付きは生じている。上記特許文献１又は２に記載の技術を、新品のイオン交換樹脂の絡み付き防止に利用することも可能と思われるが、新たな設備、薬剤などが必要であり、容易また安価に実施することができない。

本発明の目的は、簡単な方法で容易に新品のイオン交換樹脂の絡み付きを防止することが可能なイオン交換樹脂の全量取替え方法を提供することである。

本発明のイオン交換樹脂の全量取替え方法は、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂からなるイオン交換樹脂の全量取替え方法であって、新品のカチオン交換樹脂を充填する工程と、水を張込み、該カチオン交換樹脂を少なくとも２４時間以上水に浸漬させる工程と、その後アニオン交換樹脂を充填する工程と、を含むことを特徴とする。

また本発明のイオン交換樹脂の全量取替え方法は、前記構成に加え、さらに前記アニオン交換樹脂を充填する工程の後に行う水張り工程を含み、該水張り工程の水張り操作は、充填したカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合しないように、ゆっくりと行うことを特徴とする。

また本発明のイオン交換樹脂の全量取替え方法は、前記構成に加え、さらに前記水張り工程の後に行うイオン交換樹脂の再生工程を含み、該再生工程の再生操作は、イオン交換樹脂の混合、逆洗、分離の各工程を行うことなく、薬注、押出、水洗の各工程を行うことを特徴とする。

本発明のイオン交換樹脂の全量取替え方法は、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂からなるイオン交換樹脂を全量、新品のイオン交換樹脂に取替えるとき、カチオン交換樹脂を少なくとも２４時間以上水に浸漬させた後、アニオン交換樹脂を充填するので、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との絡み付きがほとんど発生しない。このように簡単方法で容易に新品のイオン交換樹脂の絡み付きを防止することができる。また方法が簡単であり、安価に実施することができる。

また本発明のイオン交換樹脂の全量取替え方法は、さらにアニオン交換樹脂を充填する工程の後に行う水張り工程を含み、この水張り工程の水張り操作は、充填したカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合しないようにゆっくりと行うので、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との接触する機会が減少し、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との絡み付きを効果的に防止することができる。

また本発明のイオン交換樹脂の全量取替え方法は、さらに水張り工程の後に行うイオン交換樹脂の再生工程を含み、再生工程の再生操作は、イオン交換樹脂の混合、逆洗、分離の各工程を行うことなく、薬注、押出、水洗の各工程を行うので、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との接触する機会が減少し、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との絡み付きを効果的に防止することができる。

図１は本発明の実施の一形態としてのイオン交換樹脂の全量取替え手順を示すフローチャートである。図２は、脱塩塔に混床式イオン交換装置を使用する発電所の復水脱塩装置１の概略的構成を示すプロセスフロー図であり、図３は、復水脱塩装置１を構成する再生塔２の概略図である。以下、図２及び図３に示す発電所の復水脱塩装置１を例として、本発明のイオン交換樹脂の全量取替え手順を説明する。なお図２及び図３に示す発電所の復水脱塩装置１、及び復水脱塩装置１を構成する再生塔２は、従来から一般的に使用されている復水脱塩装置及び再生塔とほぼ同じ構成である。

復水脱塩装置１は、復水に含まれる不純物を除去する設備であって、復水器（図示を省略）の出口に設けられている。復水脱塩装置１は、復水に含まれる不純物を除去する脱塩塔３、脱塩塔３で使用するイオン交換樹脂を再生する再生塔２、再生した樹脂を保管する樹脂貯槽４を主要機器として構成される。脱塩塔３は、内部にカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を保有し、これらが混合された状態で混床を形成している。管路１１を通じて復水ポンプ（図示を省略）から脱塩塔３に送水された復水は、脱塩塔３の上部から下部に向かって移動する間に、復水中に含まれるナトリウムイオン、塩素イオンなどの不純物がイオン交換樹脂により除去され、不純物が除去された復水は、脱塩塔３の下部に連結する管路１２を介して復水昇圧ポンプ（図示を省略）へ送られる。

脱塩塔３内に充填されたイオン交換樹脂は、復水の通水の伴いイオン交換能が低下するため、通水量が所定の量に到達すると再生工程に入る。イオン交換樹脂の再生は、再生塔２で行われる。性能を低下させたイオン交換樹脂は、管路１３から供給される移送用の水と共に管路１４を介して再生塔２に送られる。一方、イオン交換樹脂を送り出した脱塩塔３には、再生済みのイオン交換樹脂が、管路１５から供給される移送用の水と共に管路１６を介して樹脂貯槽４から送られる。再生塔２に送られたイオン交換樹脂は、イオン交換樹脂に付着している濁質及び金属腐食物質を除去するため、管路１７から空気が供給され混合される混合操作、混合ブロー操作を経た後、混合状態のカチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂を分離するために管路１８を通じて復水を供給する逆洗操作が行われ、その後沈静操作が行われる。カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とに分離されたイオン交換樹脂は、再生塔２に接続する管路２１、２２から供給される薬剤を用いて再生する薬注操作、薬剤の押出し操作、及び水（復水）による水洗操作を経て再生が完了する。

再生が終了したイオン交換樹脂は、再生塔２内でカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合された後、管路１９を介して樹脂貯槽４に送られる。樹脂貯槽４に送られた再生済みのイオン交換樹脂は、脱塩塔３が再生工程に入るまでの間、イオン交換樹脂を貯蔵する。実際の発電プラントでは、脱塩塔は複数設置され、脱塩塔３、再生塔２、及び樹脂貯槽４の間でイオン交換樹脂を移動させながら、復水の連続処理を可能としている。

復水脱塩装置１は、通常、上記のように運転されているけれども、イオン交換樹脂の性能が劣化し、イオン交換樹脂を全量取替える場合には、交換すべきイオン交換樹脂を再生塔２に送った後、このイオン交換樹脂を再生塔２から取り出し、この代わりに新品のイオン交換樹脂を充填する。イオン交換樹脂の取り出しは、再生塔２の上部にあるマンホール２５を開放し、ここから人力、又は本出願人が発明し特許出願中（特願２００６−１１２８１２）の水中ポンプを使用した方法などで行う。本発明は、この新品のイオン交換樹脂の取替え方法に従来にない特徴を有する。

新品のイオン交換樹脂の取替えは、次ぎの手順で行う。古いイオン交換樹脂が排出され内部が空の状態の再生塔２に、マンホール２５から所定量の新品のカチオン交換樹脂を充填する（ステップＳ１）。カチオン交換樹脂を充填した後、再生塔２に水を張込み、カチオン交換樹脂を水に浸漬させる（ステップＳ２）。水の量は特に限定されることなく、カチオン交換樹脂の全量が水に完全に浸漬する状態の量であればよい。また、水の張り込み操作も特に限定されないので、管路１８を介して再生ポンプ２０から復水を供給することができる。

カチオン交換樹脂を水に浸漬させた後は、少なくとも１昼夜、つまり２４時間以上放置させることが必要である（ステップＳ３）。従来の新品のイオン交換樹脂の充填方法においては、カチオン交換樹脂を充填した後、引続き短時間のうちにアニオン交換樹脂が充填されていた。これに対して本発明では、カチオン交換樹脂を少なくとも２４時間以上水に浸漬させた後、アニオン交換樹脂を充填するものであり、全く新たな充填方法と言える。カチオン交換樹脂を少なくとも２４時間以上、水に浸漬させた後、必要に応じて再生塔２内の水抜きを行い（ステップＳ４）、その後、所定量のアニオン交換樹脂を充填する（ステップＳ５）。これにより、後にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを混合して使用しても、絡み付きがほとんど発生せず、再生時には逆洗操作を行うことで、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とをきれいに分離させることができる。またカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との絡み付きがほとんど発生しないので、イオン交換樹脂面のレベル確認が容易となる。本発明の絡み付きの防止メカニズムは不明であるが、カチオン交換樹脂を長時間、水に浸漬させることで、カチオン交換樹脂の表面電荷の状態が変化しているのではないかと推察される。

アニオン交換樹脂充填後は、水の張り込み（ステップＳ６）を行うが、この水の張込みは、２段階に分けて行うことが好ましい。第一の段階として、マンホール２５から仮設の水張り用ホース（図示を省略）を利用して、アニオン樹脂が水に浸漬するまで水張りを行う。このとき、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合しないように、水張りを行うことが好ましい。これにより、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との接触機会が減少し、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との絡み付きをより効果的に防止することができる。その後、マンホール２５を閉め、第二段階として、管路１８を介して水張りを行う。この時も、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合しないように、水張りを行うことが好ましい。

ステップＳ６の水張り操作が終了した後、イオン交換樹脂の再生工程を行う。イオン交換樹脂の一般的な再生工程は、上記のように、イオン交換樹脂に付着している濁質及び金属腐食物質を除去するための空気導入にする混合操作、混合状態のカチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂を分離するための逆洗操作、沈静操作、薬剤を用いて再生する薬注操作、薬剤の押出し操作、及び水（復水）による水洗操作の手順で行われるけれども、本発明では、混合操作、逆洗操作、沈静操作をスキップさせ、薬注操作、薬剤の押出し操作、水洗操作を行う（ステップＳ７）。混合操作、逆洗操作、沈静操作をスキップさせる理由は、新品のイオン交換樹脂を充填した直後は、イオン交換樹脂の汚れが殆どなく、またカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが分離した状態にあるため、混合操作、逆洗操作、沈静操作が特に必要ないことも理由の一つであるが、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との混合を回避させることも理由の一つである。これにより、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との絡み付きを効果的に防止することができる。

また混合操作、逆洗操作、沈静操作をスキップさせ、薬注操作、薬剤の押出し操作、水洗操作を行う再生工程は、２度行うことが好ましい（ステップＳ８）。これは新品のイオン交換樹脂が、使用途中のイオン交換樹脂に比べ、再生工程で性能が回復しにくいことによる。再生が終了したイオン交換樹脂は、使用中のイオン交換樹脂と同様、樹脂貯槽４に搬送され、ここで貯蔵される。

以上のように本発明のイオン交換樹脂の全量取替え方法は、非常に簡単な方法であり、既存の設備、装置にも容易に適用することができる。本方法を弊社発電所の復水脱塩装置に適用し、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との絡み付きが殆ど発生しないことを確認済みである。本実施形態では、発電所の復水脱塩装置１を例に採り、本発明のイオン交換樹脂の全量取替え方法を説明したけれども、本発明は、特定の装置、設備に限定されるものではない。カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを混合状態で使用する混床式イオン交換塔を使用する半導体純水製造設備、ボイラ給水純水製造設備などに適用可能なことは当然である。

さらに、本実施形態では、イオン交換樹脂を交換する場合を例に取り説明したけれども、新たな設備、装置を製造し、初めてイオン交換樹脂を充填する場合にも全く同じ手順でよいことは言うまでもない。また、本発明の実施形態では、一塔の再生塔でカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を再生する復水脱塩装置を例に採り説明したけれども、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂とを別々の再生塔で再生する場合にあっても、本発明を適用することができる。また、イオン交換樹脂も特定のイオン交換樹脂に限定されるものではなく、カチオン交換樹脂は、強酸性、弱酸性のカチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂は、強塩基性、弱塩基性のアニオン交換樹脂など、特定の種類のイオン交換樹脂に限定されることなく使用することができる。

本発明の実施の一形態としてのイオン交換樹脂の全量取替え手順を示すフローチャートである。 脱塩塔３に混床式イオン交換装置を使用する発電所の一般的な復水脱塩装置１の概略的構成を示すプロセスフロー図である。 一般的な復水脱塩装置１を構成する再生塔２の概略図である。

符号の説明

１ 復水脱塩装置
２ 再生塔
３ 脱塩塔
４ 樹脂貯槽

Claims (3)

1. カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂からなるイオン交換樹脂の全量取替え方法であって、
   新品のカチオン交換樹脂を充填する工程と、
   水を張込み、該カチオン交換樹脂を少なくとも２４時間以上水に浸漬させる工程と、
   その後アニオン交換樹脂を充填する工程と、
   を含むことを特徴とするイオン交換樹脂の全量取替え方法。
2. さらに前記アニオン交換樹脂を充填する工程の後に行う水張り工程を含み、
   該水張り工程の水張り操作は、充填したカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合しないように、ゆっくりと行うことを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂の全量取替え方法。
3. さらに前記水張り工程の後に行うイオン交換樹脂の再生工程を含み、
   該再生工程の再生操作は、イオン交換樹脂の混合、逆洗、分離の各工程を行うことなく、薬注、押出、水洗の各工程を行うことを特徴とする請求項２に記載のイオン交換樹脂の全量取替え方法。

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