JPH0258996B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は混床式復水脱塩塔に係り、特に原子力
発電における復水の脱塩に使用するに好適な混床
式復水脱塩塔に関する。

原子炉、特に沸騰水型原子炉において一次系機
器、配管の腐食により腐食生成物が発生し炉内で
の放射化を経て機器配管内に付着することにより
プラント線量率が上昇することが問題となつてい
る。そのため復水浄化系において腐食生成物を極
力除去し炉内持込量を低減することが重要であ
る。沸騰水型原子炉の系統概要を第１図により説
明する。原子炉圧力容器１から出た蒸気は高圧タ
ービン２及び低圧タービン３を経て復水器４で凝
縮水となる。復水器４又は、タービン３と給水ヒ
ータ６を連結する抽気系７、及び給水ヒータ６と
復水器４等で発生した腐食生成物（以下クラツ
ド）は復水中の不純物となり復水脱塩器５で脱塩
され給水ヒータ６を通り原子炉内に戻り循環され
ている。ここで、復水脱塩器５で除去されなかつ
た不純物（イオン及びクラツド）は原子炉へ持込
まれ放射化されることになる。復水脱塩塔入口の
クラツド濃度は30〜50ppbであるが、脱塩塔のク
ラツド除去率が55〜65％と低いため脱塩塔出口の
クラツド濃度は５〜15ppbである。従つて原子炉
へ持込まれるクラツド（主成分は微粒酸化鉄）は
1100MWe級原子炉で年間250Kg〜690Kgにも達す
る。このため復水脱塩器の脱塩性能の向上が強く
要求されている。既設プラントの復水脱塩塔はＨ
型陽イオン交換樹脂とOH型陰イオン交換樹脂と
を混合充填した混床式脱塩塔が用いられている。
混床式脱塩塔では脱塩性能の低下した樹脂は再生
塔に移送し陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂
を分離した後、逆洗もしくは薬再生を行つた後、
再び脱塩塔に陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹
脂を混合充填し、復水の脱塩に供している。再生
工程では、陽イオン交換樹脂は酸、陰イオン交換
樹脂はアルカリでそれぞれ再生するため、薬品再
生に先立つて脱塩塔内で均一に混合されていた陽
イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を各々完全に
分離する必要がある。陽イオン交換樹脂と陰イオ
ン交換樹脂の分離は両樹脂の比重差から来る沈降
速度の差を利用した逆洗展開方式で行われてい
る。しかしながら、この分離方式では両樹脂の粒
径を均一にする等の工夫をしても陽イオン交換樹
脂と陰イオン交換樹脂の完全な分離は行い難く、
分離陽イオン交換樹脂中に一部陰イオン交換樹脂
が、又、分離陰イオン交換樹脂中に一部陽イオン
交換樹脂がそれぞれ混入するため樹脂の再生率は
非常に悪く脱塩性能の低下や、これに伴う樹脂再
生頻度の増加により再生廃液等の放射性廃棄物量
の増大を招くなど大きな問題となつている。これ
らの欠点を克服するため、陽イオン交換樹脂、陰
イオン交換樹脂を再生するに当つて、陽イオン交
換樹脂及び陰イオン交換樹脂を、これらの中間の
比重を有する非イオン交換性樹脂と共に再生塔に
供給し、逆洗展開により再生塔内に非イオン交換
性樹脂層を介して陽イオン交換樹脂層と陰イオン
交換樹脂層を形成させ、それぞれのイオン交換樹
脂をそれぞれの再生薬品で再生した後、非イオン
交換性樹脂を取除き、陽イオン交換樹脂と陰イオ
ン交換樹脂を脱塩塔に混合充填し復水の脱塩に供
する方法が最近提案されている。この方法によれ
ば、陽、陰イオン交換樹脂の分離はより確実に行
え、再生効率の向上等が期待できる。しかし、非
イオン交換性樹脂が脱イオン性能が無く、脱塩塔
の脱塩性能の低下を防ぐためには非イオン交換性
樹脂は陽、陰イオン交換樹脂の分離、再生工程の
み使用する必要があり、非イオン交換性樹脂の添
加、抜取り等、煩雑な操作が要求される等の欠点
がある。

本発明の目的は、脱塩性能を高め、かつ陽イオ
ン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の完全な分離と再
生を可能にした混床式復水脱塩塔を提供するにあ
る。

混床式脱塩器において、脱塩性能の低下したイ
オン交換樹脂の薬品再生では、再生に先立つて陽
イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の分離が必要
である。これは、再生工停では酸、アルカリによ
り陽イオン交換樹脂はＨ型、陰イオン交換樹脂は
OH型にするため再生に先立つて陽、陰イオン交
換樹脂の分離が不十分（陽イオン交換樹脂中への
一部陰イオン交換樹脂の混入、逆に陰イオン交換
樹脂中への一部陽イオン交換樹脂の混入）である
と、再生工程で次の様な反応が起るため十分な再
生が行えずイオン交換樹脂の脱塩性能が低下す
る。

(1) 陽イオン交換樹脂中に陰イオン交換樹脂が混
入した場合 2R−Na＋H₂SO₄→2R−Ｈ＋Na₂SO₄ 2R−Cl＋H₂SO₄→R₂−SO₄＋2HCl (2) 陰イオン交換樹脂中に陽イオン交換樹脂が混
入した場合 Ｒ−Cl＋NaOH→Ｒ−OH＋NaCl Ｒ−Na＋NaOH→Ｒ−Na＋NaOH ここに、 Ｒ−Na…未再生陽イオン交換樹脂 Ｒ−Ｈ…再生陽イオン交換樹脂 Ｒ−Cl…未再生陰イオン交換樹脂 R₂SO₄… 〃 Ｒ−OH…再生陰イオン交換樹脂 このため陽、陰イオン交換樹脂の逆洗展開によ
る分離性を向上させるため、陽イオン交換樹脂と
陰イオン交換樹脂の中間の比重を有し且つ有効径
を有する非イオン交換性樹脂を加えて逆洗展開す
れば非イオン交換性樹脂を介して陽イオン交換樹
脂と陰イオン交換樹脂を展開でき、陽、陰イオン
交換樹脂の十分な分離が可能である。ここで、
陽、陰イオン交換樹脂中に非イオン交換性樹脂が
混入しても非イオン交換性樹脂は陽、陰イオン交
換樹脂の再生剤とは反応せず各イオン交換樹脂は
十分再生できる。しかし、非イオン交換性樹脂は
イオン交換能が無く、脱塩器の脱塩性能の低下を
防ぐため陽、陰イオン交換樹脂の再生後、混入し
ている非イオン交換性樹脂を分離し、イオン交換
樹脂のみを脱塩器に再び充填する方法が提案され
ている。たしかに、脱塩器が脱イオンのみを目的
とする場合はこの方法が適している。しかし、特
に原子力発電における復水中の不純物は酸化鉄微
粒子、いわゆるクラツドがイオンと同等もしくは
それ以上存在しており、最近、このクラツドがプ
ラントの線量率上昇への寄与度が高いことが明ら
かになり、復水脱塩器では脱イオン能の外にクラ
ツド除去能の向上が強く要求されている。

イオン交換樹脂等のクラツド除去能に関し、我
我は誠意検討を重ねた結果、樹脂によるクラツド
除去機構はイオン交換反応よりは、むしろ吸着現
象であり、樹脂のクラツド除去能は樹脂母体材質
の影響を強く受け、陽、陰イオン交換樹脂の様な
スチレン樹脂に比べメタクリル酸エステル樹脂で
はクラツド吸着容量が２倍以上も優れており、こ
のメタクリル酸エステル樹脂のクラツド吸着能は
PHが中性で高く、酸、アルカリ性で吸着したクラ
ツドを容易に脱離することが明らかになつた。こ
の結果より、混床式脱塩器において、通常の陽、
陰イオン交換樹脂の外に母体がメタクリル酸エス
テルである非イオン交換性の樹脂を充填しておけ
ば、復水中のイオン、及びクラツドの効果的な除
去が行え、更に、陽、陰イオン交換樹脂の再生工
程では、この非イオン交換性樹脂を介して両樹脂
の逆洗展開を行えば両樹脂の分離が完全に行え、
非イオン交換性樹脂を一部含む陽イオン交換樹脂
と陰イオン交換樹脂をそれぞれ酸、アルカリで再
生すれば陽、陰イオン交換樹脂の脱イオン能と非
イオン交換性樹脂の脱クラツド能の回復が行える
ことが分る。

一方、脱塩器でのイオン除去ではイオンの拡散
が速くイオンとイオン交換樹脂の接触は十分起る
ため樹脂粒径が脱イオン性能へ影響を与えること
は少ないが、微粒子であるクラツドでは拡散が遅
く樹脂粒径、特に粒径分布状態がクラツド除去能
に強く影響を与える。すなわち、樹脂粒径の分布
が不均一な程、樹脂層での空げきが減少しクラツ
ドと樹脂の接触頻度が増しクラツド除去能が高ま
り、更に、これに樹脂層でのクラツドろ過作用も
加わり脱塩器でのクラツド除去能が向上すること
が明らかになつた。樹脂の粒径分布状態を表す指
標として均一係数があるが、第２図に示す様に均
一係数1.6以上で鉄クラツド除去能は著しく向上
する。

均一係数＝残留分累計が40％に相
当するフルイ目の径／残留分累計が90％に相当するフル
イ目の径 ところが、混床式脱塩器では薬品再生時に陽、
陰イオン交換樹脂の分離が不可欠であることよ
り、陽、陰イオン交換樹脂の粒径は極力均一と
し、両樹脂の比重（陽イオン交換樹脂＞陰イオン
交換樹脂）差を利用し分離しており、均一係数は
1.5以下としているのが現状である。ここで、陽
イオン交換樹脂の粒径を陰イオン交換樹脂に比べ
著しく大きくすれば陽、陰イオン交換樹脂の分離
は容易に行えるが、このことは、逆に混床式脱塩
器に両樹脂を充填する時にも分離しやすい事であ
り、陽、陰イオン交換樹脂の均一な充てんが行え
ず混床式とは成り難く（複床となる）脱塩性能が
低下し好ましくない。しかし、混床式脱塩器に
陽、陰イオン交換樹脂の外に非イオン交換性のメ
タクリル酸エステル樹脂（比重は陽イオン交換樹
脂と同程度である）を用い、樹脂粒径を陽イオン
交換樹脂＞非イオン交換性メタクリル酸エステル
樹脂＞陰イオン交換樹脂とし、全樹脂の粒径分布
を均一係数1.6以上となる様に充てんすれば、効
果的なイオンとクラツド除去、及び陽、陰イオン
交換樹脂の分離、再生が行える。

以下、本発明の一実施例を第３図により説明す
る。陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、非イ
オン交換性メタクリル酸エステル樹脂を粒径が陽
イオン交換樹脂＞非イオン交換性樹脂＞陰イオン
交換樹脂でかつ全樹脂の粒径分布が均一係数1.6
以上になる様に充てんした混床式復水脱塩器５の
脱塩性能の低下した樹脂は陽イオン交換樹脂再生
塔８に移送され、用水１６、空気１７により樹脂
は比重差により陰イオン交換樹脂９、非イオン交
換性樹脂１０、陽イオン交換樹脂１１に分離され
る。分離された陰イオン交換樹脂９は非イオン交
換性樹脂層の中間点より抜取り陰イオン交換樹脂
再生塔１２に移送される。次に、陽イオン交換樹
脂再生塔８の陽イオン交換樹脂１１は酸１３によ
り再生され、陰イオン交換樹脂再生塔１２の陰イ
オン交換樹脂９はアルカリ１４に再生される。再
生後の陽、陰イオン交換樹脂はいずれも樹脂混合
塔１５に移送され樹脂を用水１６、空気１７によ
り均一に混合した後、再び混床式復水脱塩器５に
充てんし、復水の脱塩に供する。ここで、陽イオ
ン交換樹脂再生塔８での逆洗分離時、陰イオン交
換樹脂９と非イオン交換性樹脂１０、及び非イオ
ン交換性樹脂１０と陽イオン交換樹脂１１の界面
では、樹脂の粒径分布が不均一であるため、それ
ぞれの樹脂が混在する。しかし、陰イオン交換樹
脂９を非イオン交換性樹脂層１０の中間点より非
イオン交換性樹脂の半分と共に抜取るための陽イ
オン交換樹脂が混入することは無い。同様に陽イ
オン交換樹脂層１１には非イオン交換性樹脂の残
り半分が残留するが陰イオン交換樹脂の混入は無
い。これにより陽、陰イオン交換樹脂は酸、アル
カリにより効果的に再生される。この時、それぞ
れに共存するクラツドを吸着した非イオン交換性
樹脂は酸、アルカリによりクラツドが脱離し再生
される。

混床式脱塩器５に充てんする陽、陰イオン交換
樹脂、及び非イオン交換性樹脂の充てん割合は、
復水の不純物であるイオン、クラツドの量により
異なるが、陽、イオン交換樹脂の完全分離を行う
ためには非イオン交換性樹脂量は全樹脂量の少な
くとも10％以上は必要である。

本実施例によれば、復水脱塩器での効果的なイ
オン、及びクラツドの除去が行え、更に脱塩性能
の低下した陽、陰イオン交換樹脂の完全分離、再
生が行え、加えてクラツド吸着能の低下した非イ
オン交換樹脂の再生が可能である。

本発明によれば、クラツド除去能を有する非イ
オン交換性樹脂を混床式復水脱塩器に用いるた
め、クラツドの効果的な除去と、非イオン交換性
樹脂の添加、抜取り等の煩雑な操作を必要とせず
脱塩性能の低下した陽、陰イオン交換樹脂の完全
分離ができるので効果的な再生が行え、再生剤の
低減と脱塩器の脱塩性能の維持が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子力発電プラントの概略、第２図、
第３図は本発明の具体的実施例の一部を示すもの
であり、第２図は樹脂粒径の均一係数と鉄クラツ
ド除去率の関係、第３図は混床式復水脱塩装置の
再生系統を示すものである。 １……原子炉圧力容器、２……高圧タービン、
３……低圧タービン、４……復水器、５……復水
脱塩器、６……給水ヒータ、７……抽気系、８…
…陽イオン交換樹脂再生塔、９……陰イオン交換
樹脂、１０……非イオン交換性樹脂、１１……陽
イオン交換樹脂、１２……陰イオン交換樹脂再生
塔、１３……酸、１４……アルカリ、１５……樹
脂混合塔、１６……用水、１７……空気、１８…
…復水、１９……給水。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂が混合
   充填されている混床式復水脱塩塔において、上記
   陽イオン交換樹脂及び上記陰イオン交換樹脂とと
   もに非イオン交換性樹脂を混合充填した事を特徴
   とする混床式復水脱塩塔。 ２ 特許請求の範囲第１項の混床式復水脱塩塔に
   おいて、非イオン交換性樹脂として母体がメタク
   リル酸エステルである樹脂を用いた事を特徴とす
   る混床式復水脱塩塔。 ３ 特許請求の範囲第１項の混床式復水脱塩塔に
   おいて、各イオン交換樹脂粒径が陽イオン交換樹
   脂＞非イオン交換性樹脂＞陰イオン交換樹脂の関
   係にある事を特徴とする混床式復水脱塩塔。 ４ 特許請求の範囲第１項の混床式復水脱塩塔に
   おいて、樹脂粒径の均一係数が1.6以上の粒径分
   布をもつように樹脂を充填した事を特徴とする混
   床式復水脱塩塔。 ５ 陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂及び非
   イオン交換性樹脂が混合充填された混床式復水脱
   塩塔の運転方法において、脱塩性能の低下した樹
   脂を樹脂再生塔に移送し逆洗再生した後、再び復
   水脱塩塔に混合充填し、復水の脱塩に供する事を
   特徴とする混床式復水脱塩塔の運転方法。 ６ 特許請求の範囲第５項の混床式復水脱塩塔の
   運転方法において、脱塩性能の低下した樹脂を樹
   脂再生塔に移送し、それぞれ非イオン交換性樹脂
   を一部含む陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂
   とに分離した後、酸、アルカリでそれぞれ陽イオ
   ン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を再生した後、再
   び復水脱塩塔に混合充填し、復水の脱塩に供する
   事を特徴とする混床式復水脱塩塔の運転方法。