JP7282661B2 - purifier - Google Patents
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Description
本発明は、浄化装置に関する。 The present invention relates to a purification device.
原子力発電プラント、火力発電プラントなどの発電プラントでは、蒸気タービンを駆動する水蒸気を発生させるために使用される水に、たとえば、硫酸イオンなどの陰イオンが不純物として混在する場合がある。不純物の除去のために、イオン交換樹脂を使用した浄化装置が用いられている。 In power plants such as nuclear power plants and thermal power plants, water used to generate steam for driving steam turbines may contain anions such as sulfate ions as impurities. Purifiers using ion exchange resins are used to remove impurities.
しかし、被処理水の温度が高い場合、イオン交換樹脂の交換基が外れて、イオン交換性能が低下する場合がある。このため、浄化装置に被処理液を導入する前に被処理水を冷却すること等が行われている。この場合、被処理水を冷却するために多量のエネルギーが必要になる。また、再加熱を実行するために多量のエネルギーが必要になる。 However, when the temperature of the water to be treated is high, the exchange groups of the ion exchange resin may come off, resulting in a decrease in ion exchange performance. For this reason, the water to be treated is cooled before introducing the liquid to be treated into the purifier. In this case, a large amount of energy is required to cool the water to be treated. Also, a large amount of energy is required to perform the reheating.
被処理水の冷却等を行うことなく、高温の被処理水について浄化を行うために、さまざまな技術が提案されている(たとえば、特許文献1から3参照)。
Various techniques have been proposed to purify high-temperature water to be treated without cooling the water to be treated (see
しかしながら、従来においては、高温の被処理水について効率的に浄化処理を行うことが困難であった。 Conventionally, however, it has been difficult to efficiently purify high-temperature water to be treated.
したがって、本発明が解決しようとする課題は、高温の被処理水について効率的に浄化処理を行うことを容易に実現可能な浄化装置を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a purifier that can easily perform purification treatment efficiently on high-temperature water to be treated.
実施形態の浄化装置は、陰イオン吸着剤充填部と加熱部とを備え、被処理水を浄化する。陰イオン吸着剤充填部は、被処理水に不純物として含有する陰イオンを陰イオン吸着剤で吸着することによって、被処理水について浄化処理を行う。加熱部は、陰イオン吸着剤充填部に充填された陰イオン吸着剤を加熱する。陰イオン吸着剤は、BiO(OH)で表されるビスマス化合物である。陰イオン吸着剤充填部において浄化処理が実行される際には、陰イオン吸着剤は、加熱部によって200℃以上350℃以下の温度範囲になるように加熱される。
A purifier of an embodiment includes an anion adsorbent filling section and a heating section , and purifies water to be treated. The anion adsorbent filling section purifies the water to be treated by adsorbing anions contained as impurities in the water to be treated with the anion adsorbent. The heating section heats the anion adsorbent filled in the anion adsorbent filling section. The anionic adsorbent is a bismuth compound represented by BiO(OH). When the purification process is performed in the anion adsorbent filling section, the anion adsorbent is heated by the heating section to a temperature range of 200° C. or higher and 350° C. or lower.
本発明によれば、高温の被処理水について効率的に浄化を行うことを容易に実現可能な浄化装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the purification apparatus which can implement|achieve easily purifying efficiently about high temperature to-be-processed water can be provided.
<第1実施形態>
[1]発電プラント
図1は、第1実施形態に係る発電プラントの概要を示す図である。図1では、発電プラント1として、原子力発電プラントの一部を模式的に示している。
<First embodiment>
[1] Power Plant FIG. 1 is a diagram showing an outline of a power plant according to the first embodiment. FIG. 1 schematically shows part of a nuclear power plant as a
図1に示すように、発電プラント1は、圧力容器2の炉水を浄化するために浄化装置10が設けられている。
As shown in FIG. 1 , the
[2]浄化装置10
図2は、第1実施形態に係る浄化装置10を模式的に示す図である。
[2]
FIG. 2 is a diagram schematically showing the
図2に示すように、本実施形態の浄化装置10は、陰イオン吸着剤充填部20と加熱部40とを備える。浄化装置10は、圧力容器2(図1参照)の炉水が被処理水として配管L11を介して供給され、その供給された被処理水について浄化処理が施された処理済水が配管L12を介して圧力容器2(図1参照)に戻るように構成されている。浄化装置10を構成する各部について順次説明する。
As shown in FIG. 2 , the
[2-1]陰イオン吸着剤充填部20
浄化装置10において、陰イオン吸着剤充填部20は、容器21を含み、容器21の入口に配管L11が連結されていると共に、容器21の出口に配管L12が連結されている。
[2-1] Anion
In the
そして、陰イオン吸着剤充填部20においては、被処理水に不純物として含有する陰イオン(硫酸イオンなど)を吸着する陰イオン吸着剤23として、下記式(A)で表されるビスマス化合物が容器21の内部に充填されている。
In the anion
BiO(OH) ・・・式(A) BiO(OH) Formula (A)
陰イオン吸着剤23は、粉末体、成形体などの種々の形態で容器21に充填可能であるが、成型体であることが好ましい。成型体である陰イオン吸着剤23の形状は、任意であるが、たとえば、球状体であることが好ましい。陰イオン吸着剤23の成型体は、たとえば、式(A)で表されるビスマス化合物の粉末を型に充填し圧縮することによって形成される。この他に、陰イオン吸着剤23の成型体は、式(A)で表されるビスマス化合物の粉末と水との混練物から転動造粒によって形成してもよく、押出成型によって形成してもよい。また、成型体の強度を向上するために、コロイダルシリカや、チタニア、ジルコニアなどの微粒子をバインダーとして用いてもよい。 The anion adsorbent 23 can be filled in the container 21 in various forms such as a powder and a compact, but is preferably a compact. The shape of the molded anion adsorbent 23 is arbitrary, but preferably spherical, for example. The molded body of the anion adsorbent 23 is formed, for example, by filling a mold with powder of the bismuth compound represented by the formula (A) and compressing it. In addition, the molded body of the anion adsorbent 23 may be formed by rolling granulation from a kneaded mixture of the powder of the bismuth compound represented by the formula (A) and water, or by extrusion molding. good too. Also, fine particles of colloidal silica, titania, zirconia, or the like may be used as a binder in order to improve the strength of the molded body.
陰イオン吸着剤23として球状の成型体を用いる場合には、直径が0.25mm以上であって5mm以下であることが好ましく、0.3mm以上であって2mm以下であることが更に好ましい。 When a spherical molded body is used as the anion adsorbent 23, the diameter is preferably 0.25 mm or more and 5 mm or less, more preferably 0.3 mm or more and 2 mm or less.
この他に、陰イオン吸着剤23としては、セルロース繊維などの繊維に担持させた状態のものを使用してもよい。 In addition, as the anion adsorbent 23, one in a state of being supported on fibers such as cellulose fibers may be used.
[2-2]加熱部40
加熱部40は、ヒータを含み、陰イオン吸着剤充填部20の外部に設置されている。加熱部40は、陰イオン吸着剤充填部20に充填された陰イオン吸着剤23を加熱するために設置されている。
[2-2]
The
[3]動作
上記の浄化装置10を用いて浄化処理を行う際の動作に関して説明する。
[3] Operation The operation of performing the purification process using the
浄化処理を行う際には、被処理水が配管L11を介して容器21の内部に供給される。ここでは、被処理水は、たとえば、100℃以上の温度で容器21に流入する。 When performing the purification treatment, the water to be treated is supplied to the inside of the container 21 through the pipe L11. Here, the water to be treated flows into container 21 at a temperature of 100° C. or higher, for example.
被処理水は、液体の状態で浄化装置10を通水する。つまり、通水時の非処理水は、飽和蒸気圧以上に加圧された液体である。ここでは、容器21の内部においては、その流入した被処理水に不純物として含有する陰イオン(硫酸イオンなど)を、陰イオン吸着剤23が吸着することによって、被処理水の浄化処理が行われる。被処理水に不純物として含有する陰イオンは、陰イオン吸着剤充填部20を構成する容器21の内部に滞留している間に、陰イオン吸着剤23と反応する。これにより、陰イオン(硫酸イオンなど)が陰イオン吸着剤23に吸着し、被処理水から除去される。ここでは、陰イオン吸着剤23を用いた浄化処理が容器21の内部において、たとえば、100℃以上の温度条件で行われる。
The water to be treated passes through the
また、浄化処理の際には、加熱部40を用いて、陰イオン吸着剤充填部20の内部に充填された陰イオン吸着剤23を加熱することが好ましい。陰イオン吸着剤23は、350℃以下であって、好ましくは、200℃以上350℃以下の温度範囲、さらに好ましくは、250℃以上350℃以下の温度範囲になるように加熱される。式(A)で表されるビスマス化合物の陰イオン吸着剤23による陰イオン吸着反応は、上記温度範囲において、最も効果を発揮する。
Moreover, it is preferable to heat the anion adsorbent 23 filled inside the anion adsorbent filling
上記のように、浄化処理が実行された被処理水は、処理済水として、容器21の出口に連結された配管L12を介して容器21から流出する。処理済水は、温度が高い状態で容器21から排出される。 As described above, the water to be treated that has undergone purification treatment flows out of the container 21 as treated water through the pipe L12 connected to the outlet of the container 21 . The treated water is discharged from the container 21 while the temperature is high.
[4]まとめ
以上のように、本実施形態では、陰イオン吸着剤23は、BiO(OH)(式(A)参照)で表されるビスマス化合物であり、100℃以上の温度条件で陰イオン吸着剤充填部20において浄化処理が行われる。このため、本実施形態では、被処理水の温度を低下させずに、被処理水に不純物として含有する陰イオンを効率的に被処理水から除去することができる。
[4] Summary As described above, in the present embodiment, the anion adsorbent 23 is a bismuth compound represented by BiO(OH) (see formula (A)), and anions A purification process is performed in the
陰イオンの吸着容量について表1を用いて説明する。 The anion adsorption capacity will be explained using Table 1.
例1は、表1に示すように、上記実施形態の場合と異なり、市販されているイオン交換樹脂(PAO(Powdex社製))を陰イオン吸着剤23として用いた場合を示している。例1では、被処理水の温度が60℃の条件で浄化処理の試験を行った。 As shown in Table 1, Example 1 shows a case where a commercially available ion exchange resin (PAO (manufactured by Powdex)) is used as the anion adsorbent 23, unlike the case of the above embodiment. In Example 1, the purification treatment was tested under the condition that the temperature of the water to be treated was 60°C.
例2は、上記実施形態の場合と異なり、BiO(OH)(式(A)参照)で表されるビスマス化合物を陰イオン吸着剤23として用いた場合を示している。例2では、例1よりも被処理水の温度が高い、280℃の条件で浄化処理の試験を行った。
Example 2 shows a case where a bismuth compound represented by BiO(OH) (see formula (A)) is used as the
上記ビスマス化合物の吸着容量は、以下の手順によって求めた。0.48gの上記ビスマス化合物の陰イオン吸着剤23を3mLの硫酸ナトリウム溶液(濃度0.1mol/L)に添加した後に、その溶液を密閉加圧容器に封入した。そして、その密閉加圧容器を280℃、18時間の条件下で保持した。その後、その密閉加圧容器を急冷し、溶液を吸引ろ過によって、陰イオン吸着剤23と濾液とに分離した。 濾液中の硫酸イオン濃度をイオンクロマトグラフ(ThermoFisher Scientific ICS1100)により分析した。そして、下記式(B)に基づいて、陰イオン吸着剤23の量X、濾液中の硫酸イオン濃度C1、および、吸着前の溶液中の硫酸イオン濃度C0から、吸着容量A[meq/mL]を求めた。上記ビスマス化合物の陰イオン吸着剤23に関する「みかけ密度」は、2.50g/mlとした。
The adsorption capacity of the above bismuth compound was obtained by the following procedure. After adding 0.48 g of the bismuth
A=2(C0-C1)/X ・・・(B) A=2(C0-C1)/X (B)
表1に示すように、BiO(OH)(式(A)参照)で表されるビスマス化合物を陰イオン吸着剤23として用いた例2は、例1よりも温度が高い高温条件(280℃)で浄化処理の試験を行っているが、例2の吸着容量は、例1の吸着容量と同等以上であった。このように、例2では、被処理水の温度を低下させずに、被処理水に不純物として含有する陰イオンを例1と同等以上の効率で被処理水から除去することができた。
As shown in Table 1, Example 2, in which a bismuth compound represented by BiO(OH) (see formula (A)) was used as the
[5]変形例
上記の実施形態では、図1に示したように、圧力容器2から炉水が被処理水として浄化装置10に流入する場合について説明したが、これに限らない。
[5] Modification In the above embodiment, as shown in FIG. 1, the case where reactor water flows from the
図3および図4は、第1実施形態の変形例に係る発電プラントの概要を示す図である。 3 and 4 are diagrams showing an outline of a power plant according to a modification of the first embodiment.
図3に示すように、発電プラント1は、浄化装置10で浄化処理される前の被処理水について濾過処理を行う濾過器3を備えていてもよい。
As shown in FIG. 3 , the
また、図4に示すように、発電プラント1は、浄化装置10の他に、蒸気発生器4と高圧タービン5(蒸気タービン)と低圧タービン6(蒸気タービン)と復水器7と濾過器8とを備えていてもよい。この場合、蒸気発生器4で発生した蒸気が作動媒体として高圧タービン5と低圧タービン6とにおいて順次供給される。そして、低圧タービン6から排出された蒸気が復水器7において凝縮され、復水器7から復水が濾過器8で濾過処理される。濾過器8で濾過処理された復水は、被処理水として浄化装置10において浄化処理が施される。このように、浄化装置10については、炉水浄化系の他に、復水浄化系に用いてもよい。
Further, as shown in FIG. 4 , the
<第2実施形態>
[1]浄化装置10
図5は、第2実施形態に係る浄化装置10を模式的に示す図である。
<Second embodiment>
[1]
FIG. 5 is a diagram schematically showing the
図5に示すように、本実施形態の浄化装置10は、陰イオン吸着剤充填部20と加熱部40との他に、第1実施形態の場合と異なり、陽イオン吸着剤充填部30と加熱部50とを備える。この点、および、これに関連する事項を除き、本実施形態は、第1実施形態の場合と同様である、このため、重複する内容に関しては、適宜、説明を省略する。
As shown in FIG. 5, the
[1-1]陽イオン吸着剤充填部30
浄化装置10において、陽イオン吸着剤充填部30は、容器31を含み、容器31の入口に配管L10が連結されていると共に、容器31の出口に配管L11が連結されている。
[1-1] Cationic
In the
そして、陽イオン吸着剤充填部30においては、被処理水に不純物として含有する陽イオンを吸着する陽イオン吸着剤33が容器31の内部に充填されている。陽イオン吸着剤33は、たとえば、ニオブ酸であって、高温な被処理水に対して浄化処理が可能な無機イオン交換体を用いることができる。
In the cation
[1-2]加熱部50
加熱部50は、ヒータを含み、陽イオン吸着剤充填部30の外部に設置されている。加熱部50は、陽イオン吸着剤充填部30に充填された陽イオン吸着剤33を加熱するために設置されている。
[1-2]
The
[2]動作
上記の浄化装置10を用いて浄化処理を行う際の動作に関して説明する。
[2] Operation The operation of performing the purification process using the
浄化処理を行う際には、被処理水が配管L10を介して陽イオン吸着剤充填部30の容器31の内部に供給される。ここでは、被処理水は、たとえば、80℃以上の温度で容器31に流入する。
When performing the purification treatment, the water to be treated is supplied to the inside of the
そして、容器31の内部においては、その流入した被処理水に不純物として含有する陽イオンを陽イオン吸着剤33が吸着することによって、被処理水の浄化処理が行われる。被処理水に不純物として含有する陽イオンは、陽イオン吸着剤充填部30を構成する容器31の内部に滞留している間に、陽イオン吸着剤33に吸着し、被処理水から除去される。
Inside the
陽イオン吸着剤充填部30での浄化処理の際には、適宜、加熱部50を用いて、陽イオン吸着剤充填部30の内部に充填された陽イオン吸着剤33を加熱する。
During the purification process in the cationic
そして、陽イオン吸着剤充填部30において浄化処理が実行された被処理水は、処理済水として、第1実施形態の場合と同様に、陰イオン吸着剤充填部20において浄化処理が行われる。
Then, the water to be treated that has been purified in the cationic
[3]まとめ
以上のように、本実施形態では、第1実施形態の場合と同様に、被処理水の温度を低下させずに、被処理水に不純物として含有する陽イオンおよび陰イオンを効率的に被処理水から除去することができる。
[3] Summary As described above, in the present embodiment, similarly to the first embodiment, cations and anions contained as impurities in the water to be treated can be efficiently removed without lowering the temperature of the water to be treated. can be removed from the water to be treated.
<第3実施形態>
[1]浄化装置10
図6は、第3実施形態に係る浄化装置10を模式的に示す図である。
<Third Embodiment>
[1]
FIG. 6 is a diagram schematically showing the
図6に示すように、本実施形態の浄化装置10は、第2実施形態の場合と異なり、フィルタ部60を更に備える。この点、および、これに関連する事項を除き、本実施形態は、第1実施形態の場合と同様である、このため、重複する内容に関しては、適宜、説明を省略する。
As shown in FIG. 6, the
フィルタ部60は、入口に配管L12が連結され、出口に配管L13が連結されている。フィルタ部60は、陽イオン吸着剤充填部30および陰イオン吸着剤充填部20において浄化処理が施された処理済水について濾過処理を行うように構成されている。具体的には、フィルタ部60は、平板状、プリーツ状、中空糸状、不織布状、焼結体などの形態を有する膜で構成される。フィルタ部60を構成する膜は、セラミック、高耐熱性樹脂、金属などで形成された多孔質物質で形成されており、使用上限線量が、10kGy以上であるもの、特に1~10Gyあるものが望ましい。
The
[2]まとめ
以上のように、本実施形態では、被処理水は、陽イオン吸着剤充填部30と陰イオン吸着剤充填部20とにおいて、順次、浄化処理が施された後に、フィルタ部60において濾過処理が施される。陽イオン吸着剤充填部30の陽イオン吸着剤33および陰イオン吸着剤充填部20の陰イオン吸着剤23が、時間の経過に伴って摩耗し、欠損部が生じた場合には、欠損部の欠片が流れる場合がある。しかしながら、本実施形態では、フィルタ部60の濾過処理によって、その欠片などの固形分を捕捉することができる。したがって、処理済水から欠片などの固形分が除去することができる。
[2] Summary As described above, in the present embodiment, the water to be treated is sequentially purified in the cation
<その他>
なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することができる。本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
<Others>
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and in the implementation stage, it can be implemented in various forms other than the above-described embodiment. Various omissions, additions, replacements, and modifications can be made to the present invention without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
1…発電プラント、2…圧力容器、3…濾過器、4…蒸気発生器、5…高圧タービン(蒸気タービン)、6…低圧タービン(蒸気タービン)、7…復水器、8…濾過器、10…浄化装置、20…陰イオン吸着剤充填部、21…容器、23…陰イオン吸着剤、30…陽イオン吸着剤充填部、31…容器、33…陽イオン吸着剤、40…加熱部、50…加熱部、60…フィルタ部、L10…配管、L11…配管、L12…配管、L13…配管
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記被処理水に不純物として含有する陰イオンを陰イオン吸着剤で吸着することによって、前記被処理水について浄化処理を行う陰イオン吸着剤充填部と、
前記陰イオン吸着剤充填部に充填された前記陰イオン吸着剤を加熱する加熱部と
を備え、
前記陰イオン吸着剤は、BiO(OH)で表されるビスマス化合物であり、
前記陰イオン吸着剤充填部において前記浄化処理が実行される際には、前記陰イオン吸着剤は、前記加熱部によって200℃以上350℃以下の温度範囲になるように加熱される、
浄化装置。 A purification device for purifying water to be treated,
an anion adsorbent filling unit that purifies the water to be treated by adsorbing anions contained as impurities in the water to be treated with an anion adsorbent ;
a heating unit for heating the anion adsorbent filled in the anion adsorbent filling unit;
with
The anion adsorbent is a bismuth compound represented by BiO (OH) ,
When the purification process is performed in the anion adsorbent filling unit, the anion adsorbent is heated by the heating unit to a temperature range of 200 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.
purifier.
請求項1に記載の浄化装置。 The water to be treated is water used to generate steam for driving a steam turbine,
2. Purifier according to claim 1.
を更に備える、
請求項1または2に記載の浄化装置。 a cation adsorbent filling unit that purifies the water to be treated by adsorbing cations contained as impurities in the water to be treated with a cation adsorbent;
The purification device according to claim 1 or 2.
を更に備える、
請求項1から3のいずれかに記載の浄化装置。 Further comprising a filter unit for filtering the water to be treated,
The purification device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から4のいずれかに記載の浄化装置。 The water to be treated is liquid,
A purification device according to any one of claims 1 to 4.
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