JPWO2016104553A1 - Filter vent filler and filter vent device - Google Patents

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Abstract

従来よりも効果的に放射性ヨウ素を吸着し得るシビアアクシデントにも対応可能なフィルタベント用充填剤、及びフィルタベント装置を提供する。X型ゼオライトを造粒してなるフィルタベント用充填剤1であって、X型ゼオライトが有するイオン交換サイトの一部が銀で置換され、残部が鉛、ニッケル、及び銅からなる群から選択される少なくとも一種の金属で置換され、イオン交換サイトのうち、銀で置換されたイオン交換サイト(a)と、銀以外の金属で置換されたイオン交換サイト(b)との構成比率(a/b)が、60/40〜80/20に設定されている。また、銀の含有量が17〜26重量%に設定されている。Provided are a filter vent filler and a filter vent device that can cope with severe accidents capable of adsorbing radioactive iodine more effectively than before. A filter vent filler 1 obtained by granulating X-type zeolite, wherein a part of the ion exchange site of the X-type zeolite is replaced with silver, and the remainder is selected from the group consisting of lead, nickel, and copper Of the ion exchange sites substituted with at least one kind of metal, the composition ratio (a / b) of the ion exchange site (a) substituted with silver and the ion exchange site (b) substituted with a metal other than silver ) Is set to 60/40 to 80/20. The silver content is set to 17 to 26% by weight.

Description

本発明は、X型ゼオライトを造粒してなるフィルタベント用充填剤、及び放射性ヨウ素を処理するフィルタベント装置に関する。   The present invention relates to a filter vent filler formed by granulating X-type zeolite and a filter vent apparatus for treating radioactive iodine.

従来、原子力発電所等の原子力施設には、放射性ヨウ素を除去するためのフィルタが設置されている。原子力施設で発生した放射性ヨウ素を含有する蒸気は、上記フィルタに通流されて放射性ヨウ素を吸着・除去した後、原子力施設外に排出される。この工程は非常に重要であるため、フィルタによる放射性ヨウ素の吸着効果について研究・開発が行われており、そのようなフィルタとして、ゼオライトを利用した放射性ヨウ素吸着剤が幾つか開発されている。その一つとして、アルミナに対するシリカのモル比が15以上であるゼオライトに銀を担持させた放射性ヨウ素吸着剤があった(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1は、銀の担持量を少量としながら、放射性ヨウ素除去効率が向上するとされている。   Conventionally, a filter for removing radioactive iodine has been installed in a nuclear facility such as a nuclear power plant. The vapor containing radioactive iodine generated in the nuclear facility is passed through the filter to adsorb and remove the radioactive iodine, and then discharged outside the nuclear facility. Since this process is very important, research and development have been conducted on the adsorption effect of radioactive iodine by a filter, and several radioactive iodine adsorbents using zeolite have been developed as such a filter. As one of them, there is a radioactive iodine adsorbent in which silver is supported on zeolite having a molar ratio of silica to alumina of 15 or more (see, for example, Patent Document 1). According to Patent Document 1, the radioactive iodine removal efficiency is improved while the amount of silver supported is small.

特開昭60−225638号公報JP-A-60-225638

特許文献1に開示されている吸着剤は、ゼオライトの結晶構造を利用したものであり、孔のサイズによる分子篩効果を利用して放射性ヨウ素を選択的に吸着させている。この吸着剤は、放射性ヨウ素の吸着について一定の効果があると考えられる。しかし、放射性ヨウ素を確実に外部に漏洩させることがないよう、より高性能な放射性ヨウ素吸着剤を開発することが求められている。   The adsorbent disclosed in Patent Document 1 utilizes the crystal structure of zeolite, and selectively adsorbs radioactive iodine using the molecular sieve effect due to the pore size. This adsorbent is considered to have a certain effect on the adsorption of radioactive iodine. However, it is required to develop a higher performance radioactive iodine adsorbent so that radioactive iodine is not leaked to the outside without fail.

また、原子力施設において、原子炉事故等の異常事態(シビアアクシデント)が発生すると、放射性ヨウ素を含む大量の放射性物質が広範囲に飛散するため、原子炉事故は未然に防止しなければならないが、万が一事故が発生した場合は、速やかに対処しなければならない。そこで、原子炉に異常事態が発生した場合、原子炉の内部圧力を減圧するフィルタベントを原子炉建屋に設置する計画が進められている。ところが、上記の特許文献1に記載の放射性ヨウ素吸着剤は、フィルタベント等が必要な異常事態に対応することは想定していない。また、原子炉事故は、原子炉内で発生する水素が原因の一つとされているが、この水素に対処することについても、特許文献1には何ら記載されていない。異常事態が発生した場合にも使用可能な放射性ヨウ素吸着剤について、今後さらなる研究開発が必要である。   In addition, if an abnormal situation (severe accident) such as a nuclear accident occurs at a nuclear facility, a large amount of radioactive material containing radioactive iodine will be scattered over a wide area, so a nuclear accident must be prevented in advance. If an accident occurs, it must be dealt with promptly. Therefore, a plan is underway to install a filter vent in the reactor building that reduces the internal pressure of the reactor when an abnormal situation occurs in the reactor. However, the radioactive iodine adsorbent described in the above-mentioned Patent Document 1 is not supposed to cope with an abnormal situation that requires a filter vent or the like. In addition, the nuclear accident is considered to be caused by hydrogen generated in the nuclear reactor. However, there is no description in Patent Document 1 for dealing with this hydrogen. Further research and development is needed in the future for radioactive iodine adsorbents that can be used in the event of an abnormal situation.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来よりも効果的に放射性ヨウ素を吸着し得るシビアアクシデントにも対応可能なフィルタベント用充填剤、及びフィルタベント装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a filter vent filler and a filter vent device that can cope with severe accidents capable of adsorbing radioactive iodine more effectively than before. Objective.

上記課題を解決するための本発明に係るフィルタベント用充填剤の特徴構成は、
X型ゼオライトを造粒してなるフィルタベント用充填剤であって、
前記X型ゼオライトが有するイオン交換サイトの一部が銀で置換され、残部が鉛、ニッケル、及び銅からなる群から選択される少なくとも一種の金属で置換され、
前記イオン交換サイトのうち、銀で置換されたイオン交換サイト(a)と、銀以外の金属で置換されたイオン交換サイト(b)との構成比率(a/b)が、60/40〜80/20に設定されていることにある。
The characteristic configuration of the filter vent filler according to the present invention for solving the above problems is as follows.
A filter vent filler formed by granulating X-type zeolite,
Part of the ion exchange site of the X-type zeolite is replaced with silver, and the remainder is replaced with at least one metal selected from the group consisting of lead, nickel, and copper,
Among the ion exchange sites, the composition ratio (a / b) between the ion exchange site (a) substituted with silver and the ion exchange site (b) substituted with a metal other than silver is 60 / 40-80. Is set to / 20.

本発明のフィルタベント用充填剤は、基剤としてX型ゼオライトを造粒したものを使用する。ゼオライトには多様な種類のものが存在し、その結晶構造は夫々異なるが、結晶構造ごとに均一な細孔径を有するという特性がある。この特徴的な細孔径により、ゼオライトは分子篩(モレキュラーシーブ)や分子の選択的な吸着等に利用されている。
本発明に係るフィルタベント用充填剤では、ゼオライトの中でも比較的大きな細孔径を有するX型ゼオライトを用いており、X型ゼオライトのイオン交換サイトの一部が銀で置換され、残部が鉛、ニッケル、及び銅からなる群から選択される少なくとも一種の金属で置換されている(このようなゼオライトを本明細書では「AgMXゼオライト」と称する。)。さらに、このAgMXゼオライトが効果的に放射性ヨウ素の吸着能を発揮するための構成としては、X型ゼオライトのイオン交換サイトのうち、銀で置換されたイオン交換サイト(a)と、銀以外の金属で交換されたイオン交換サイト(b)との構成比率(a/b)を、60/40〜80/20に設定する必要があることも判明した。ここで、上記構成比率は、AgMXゼオライトに含まれる銀原子の数と、銀原子以外の金属原子の数との比率(原子比)に相当する。原子炉事故のような異常事態(シビアアクシデント)が起こった場合、放射性ヨウ素が周辺に飛散しないように、事故発生直後から迅速に処理することが重要である。そこで、上記の範囲に構成比率(原子比)を設定したAgMXゼオライトから構成されるフィルタベント用充填剤を使用すれば、確実に放射性ヨウ素を吸着し、原子炉施設外への放射性ヨウ素の飛散を防止することができる。なお、鉛、ニッケル、及び銅は、銀と比較すると安価な物質である。このため、X型ゼオライトが有するイオン交換サイトの一部を鉛、ニッケル、及び銅からなる群から選択される少なくとも一種の金属で置換して得られるAgMXゼオライトは、コスト的に見ても有利である。
The filter vent filler of the present invention uses a granulated X-type zeolite as a base. There are various types of zeolite, and their crystal structures are different, but each crystal structure has a characteristic of having a uniform pore diameter. Due to this characteristic pore size, zeolite is used for molecular sieves and selective adsorption of molecules.
In the filter vent filler according to the present invention, among zeolites, X-type zeolite having a relatively large pore diameter is used, and a part of the ion exchange site of the X-type zeolite is replaced with silver, and the remainder is lead, nickel. And at least one metal selected from the group consisting of copper (such a zeolite is referred to herein as "AgMX zeolite"). Furthermore, as a configuration for this AgMX zeolite to effectively exhibit the ability to adsorb radioactive iodine, among the ion exchange sites of the X-type zeolite, an ion exchange site (a) substituted with silver and a metal other than silver It was also found that the composition ratio (a / b) with the ion exchange site (b) exchanged in step (b) must be set to 60/40 to 80/20. Here, the said structural ratio is corresponded to the ratio (atomic ratio) of the number of the silver atoms contained in AgMX zeolite, and the number of metal atoms other than a silver atom. In the event of an abnormal situation such as a nuclear accident (severe accident), it is important to deal with it immediately after the accident so that radioactive iodine does not scatter around. Therefore, if a filter vent filler composed of AgMX zeolite with the composition ratio (atomic ratio) set in the above range is used, radioactive iodine is surely adsorbed and the radioactive iodine is scattered outside the reactor facility. Can be prevented. Note that lead, nickel, and copper are less expensive materials than silver. For this reason, AgMX zeolite obtained by substituting a part of the ion exchange site of X-type zeolite with at least one metal selected from the group consisting of lead, nickel, and copper is advantageous from the viewpoint of cost. is there.

本発明に係るフィルタベント用充填剤において、
前記X型ゼオライトが有するイオン交換サイトの一部が銀で置換され、残部が鉛で置換されていることが好ましい。
In the filter vent filler according to the present invention,
It is preferable that a part of the ion exchange site of the X-type zeolite is replaced with silver and the rest is replaced with lead.

本構成のフィルタベント用充填剤は、銀で置換されたイオン交換サイトと鉛で置換されたイオン交換サイトとを備えることになるため、低コストでありながら、放射性ヨウ素の吸着効果に優れたフィルタベント用充填剤とすることができる。   Since the filter vent filler of this configuration includes an ion exchange site substituted with silver and an ion exchange site substituted with lead, it is a low cost and excellent filter for adsorbing radioactive iodine. It can be used as a filler for venting.

本発明に係るフィルタベント用充填剤において、
前記銀の含有量が17〜26重量%に設定されていることが好ましい。
In the filter vent filler according to the present invention,
The silver content is preferably set to 17 to 26% by weight.

本構成のフィルタベント用充填剤は、銀の含有量が17〜26重量%に設定されているので、放射性ヨウ素の吸着効果に優れたフィルタベント用充填剤とすることができる。   Since the content of silver is set to 17 to 26% by weight, the filter vent filler of this configuration can be a filter vent filler excellent in the adsorption effect of radioactive iodine.

上記課題を解決するための本発明に係るフィルタベント装置の特徴構成は、
連続的に放射性ヨウ素を処理するフィルタベント装置であって、
上記の何れか一のフィルタベント用充填剤の前段に、X型ゼオライトが有するイオン交換サイトの略全てを銀で置換した銀含有充填剤が配置されていることにある。
The characteristic configuration of the filter vent device according to the present invention for solving the above-described problems is
A filter vent device for continuously processing radioactive iodine,
A silver-containing filler in which almost all of the ion exchange sites of the X-type zeolite are substituted with silver is disposed in front of any one of the above-mentioned fillers for filter vents.

フィルタベント装置は原子炉の外部に設置されるため、フィルタベント装置内のAgMXゼオライトは、通常は常温の状態にある。ここで、シビアアクシデントが発生し、放射性ヨウ素及び水素を含む高温の蒸気がフィルタベント装置に流入すると、蒸気がAgMXゼオライトの表面で冷却され、水分凝縮が生じる。これにより、フィルタベント装置内では相対的に水素濃度や酸素濃度が高くなり、水素爆発の危険性が高まることとなる。
そこで、本発明に係るフィルタベント装置では、AgMXゼオライトで構成されるフィルタベント用充填剤の前段に、X型ゼオライトが有するイオン交換サイトの略全てを銀で置換した(このようなゼオライトを本明細書では「AgXゼオライト」と称する。)銀含有充填剤を配置する構成とした。このようにAgXゼオライトとAgMXゼオライトとの二段構成とすれば、フィルタベント装置に水素を含む高温の蒸気が流入すると、前段のAgXゼオライトにおいて、蒸気の大半が凝縮して水分が取り除かれるため、後段のAgMXゼオライトでは水分凝縮は殆ど起こらず、相対的な水素濃度や酸素濃度の上昇を回避することができる。しかも、前段のAgXゼオライトは、放射性ヨウ素だけでなく水素も良好に吸着できるため、相対的な水素濃度の上昇が抑制される。このため、水素爆発の危険性が低減する。また、後段のAgMXゼオライトを通過するガスは水素濃度が既に低減されたものとなっている。従って、本構成のフィルタベント装置であれば、シビアアクシデントの初期段階から水素及び放射性ヨウ素を効果的に低減することができる。また、所定時間経過後、仮に、前段のAgXゼオライトの処理能力が低下してきても、後段のAgMXゼオライトは水素の存在下でも放射性ヨウ素を吸着できるため、長時間に亘ってシビアアクシデントへの対応が可能となる。このように、フィルタベント装置において、AgXゼオライト、及びAgMXゼオライトを二段階で設置すれば、フィルタベント装置内での水素濃度の上昇を抑制できるとともに、周辺環境に放射性ヨウ素が飛散することを確実に防止し、安全性をより向上させることができる。
Since the filter vent apparatus is installed outside the nuclear reactor, the AgMX zeolite in the filter vent apparatus is usually in a normal temperature state. Here, when a severe accident occurs and high-temperature steam containing radioactive iodine and hydrogen flows into the filter vent device, the steam is cooled on the surface of the AgMX zeolite, and moisture condensation occurs. As a result, the hydrogen concentration and the oxygen concentration are relatively high in the filter vent device, and the risk of hydrogen explosion increases.
Therefore, in the filter vent apparatus according to the present invention, almost all of the ion exchange sites of the X-type zeolite are replaced with silver in the front stage of the filter vent filler composed of AgMX zeolite (such zeolite is described in this specification). In the description, it is referred to as “AgX zeolite”.) A silver-containing filler is arranged. In this way, if a two-stage configuration of AgX zeolite and AgMX zeolite is used, when high-temperature steam containing hydrogen flows into the filter vent device, most of the steam is condensed in the former stage of AgX zeolite and moisture is removed. In the latter stage AgMX zeolite, water condensation hardly occurs, and a relative increase in hydrogen concentration or oxygen concentration can be avoided. In addition, since the AgX zeolite in the previous stage can adsorb not only radioactive iodine but also hydrogen well, an increase in relative hydrogen concentration is suppressed. This reduces the risk of hydrogen explosion. Further, the gas passing through the latter AgMX zeolite has already been reduced in hydrogen concentration. Therefore, if it is a filter vent apparatus of this structure, hydrogen and radioactive iodine can be reduced effectively from the initial stage of severe accident. Moreover, even if the processing capacity of the former stage AgX zeolite declines after a predetermined time has elapsed, the latter stage AgMX zeolite can adsorb radioactive iodine even in the presence of hydrogen, so that it can cope with severe accidents for a long time. It becomes possible. In this way, if AgX zeolite and AgMX zeolite are installed in two stages in the filter vent device, an increase in the hydrogen concentration in the filter vent device can be suppressed, and radioactive iodine can be reliably scattered in the surrounding environment. It can prevent and improve safety more.

図1は、第一実施形態に係るフィルタベント装置を備える沸騰水型炉の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a boiling water reactor including a filter vent device according to the first embodiment. 図2は、第二実施形態に係るフィルタベント装置を備える沸騰水型炉の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a boiling water reactor including a filter vent device according to the second embodiment. 図3は、実施例1のフィルタベント用充填剤に係るAgMXゼオライトに水素を含むガスを通流させたときの温度変化の様子を示したグラフである。FIG. 3 is a graph showing changes in temperature when a gas containing hydrogen is allowed to flow through AgMX zeolite according to the filter vent filler of Example 1. 図4は、実施例2のフィルタベント用充填剤に係るAgMXゼオライトに水素を含むガスを通流させたときの温度変化の様子を示したグラフである。FIG. 4 is a graph showing a state of temperature change when a gas containing hydrogen is passed through AgMX zeolite related to the filter vent filler of Example 2. 図5は、実施例3のフィルタベント用充填剤に係るAgMXゼオライトに水素を含むガスを通流させたときの温度変化の様子を示したグラフである。FIG. 5 is a graph showing changes in temperature when a gas containing hydrogen is allowed to flow through AgMX zeolite according to the filter vent filler of Example 3. 図6は、比較例1のフィルタベント用充填剤に係る銀−鉛ゼオライトに水素を含むガスを通流させたときの温度変化の様子を示したグラフである。FIG. 6 is a graph showing a change in temperature when a gas containing hydrogen is passed through the silver-lead zeolite according to the filter vent filler of Comparative Example 1.

以下、本発明のフィルタベント用充填剤に関する実施形態を図1〜図6を参照して説明する。ただし、本発明は、以下に説明する構成に限定されることを意図しない。   Hereinafter, the embodiment regarding the filler for filter vents of this invention is described with reference to FIGS. However, the present invention is not intended to be limited to the configuration described below.

上記のとおり、原子炉施設においてシビアアクシデントが発生した場合、周辺環境に放射性ヨウ素が飛散するとともに、水素爆発が起きる危険性が高い。そのため、シビアアクシデントに備えて、原子炉の内部圧力を減圧するフィルタベント装置を原子炉建屋に設置する計画が進行中である。本発明者らは、X型ゼオライトのイオン交換サイトを、銀や、銀以外の金属(鉛、ニッケル、銅)で置換したゼオライトをフィルタベント用充填剤としてこのフィルタベント装置に設置すれば、放射性ヨウ素の飛散及び水素爆発を確実に防止できると考えた。   As mentioned above, when a severe accident occurs in a nuclear reactor facility, radioactive iodine is scattered in the surrounding environment and the risk of hydrogen explosion is high. Therefore, in preparation for a severe accident, a plan is underway to install a filter vent device in the reactor building that reduces the internal pressure of the reactor. The inventors of the present invention can install a zeolite obtained by replacing the ion exchange site of the X-type zeolite with silver or a metal other than silver (lead, nickel, copper) as a filter vent filler in this filter vent apparatus. It was thought that iodine scattering and hydrogen explosion could be reliably prevented.

<AgMXゼオライト>
まず、本発明のフィルタベント用充填剤のベースとなるX型ゼオライトについて説明する。ゼオライトはケイ酸塩の一種であり、構造の基本単位は四面体構造の(SiO4−及び(AlO5−であり、この基本単位が次々と三次元的に連結して結晶構造を形成する。基本単位の連結の形式によって種々の結晶構造が形成され、形成される結晶構造ごとに固有の均一な細孔径を有する。この均一な細孔径を有するため、ゼオライトには分子篩や吸着、イオン交換能といった特性が備わることとなる。本発明のフィルタベント用充填剤は、ゼオライトの一種であるX型ゼオライトをベースとするものであり、特に13X型ゼオライトを好適に使用することができる。13X型ゼオライトは工業的に広く用いられているゼオライトであり、その組成は、Na86[(AlO86(SiO106]・276HOである。この13X型ゼオライトのイオン交換サイトであるナトリウムサイトの一部を銀で置換し、残部を鉛、ニッケル、及び銅からなる群から選択される少なくとも一種の金属、好ましくは鉛で置換することにより、本発明のフィルタベント用充填剤が調製される。このようなフィルタベント用充填剤を本明細書では「AgMXゼオライト」と称する。
<AgMX zeolite>
First, the X-type zeolite serving as a base for the filter vent filler of the present invention will be described. Zeolite is a kind of silicate, and the basic unit of the structure is tetrahedral (SiO 4 ) 4- and (AlO 4 ) 5- , and these basic units are connected one after another three-dimensionally to form a crystal structure. Form. Various crystal structures are formed depending on the form of connection of the basic units, and each formed crystal structure has a unique uniform pore diameter. Since it has this uniform pore size, the zeolite has characteristics such as molecular sieve, adsorption, and ion exchange ability. The filter vent filler of the present invention is based on X-type zeolite, which is a kind of zeolite, and in particular, 13X-type zeolite can be suitably used. 13X type zeolite is a zeolite widely used industrially, and its composition is Na 86 [(AlO 2 ) 86 (SiO 2 ) 106 ] · 276H 2 O. By replacing a part of the sodium site, which is an ion exchange site of the 13X type zeolite, with silver and replacing the remaining part with at least one metal selected from the group consisting of lead, nickel, and copper, preferably with lead, The filter vent filler of the present invention is prepared. Such a filter vent filler is referred to herein as "AgMX zeolite".

AgMXゼオライトは、優れた放射性ヨウ素吸着能を有しており、本発明では、この性質を利用して原子炉施設外への放射性ヨウ素の飛散を防止している。上述のように、AgMXゼオライトは、13X型ゼオライトが有するイオン交換サイトの一部が銀で置換され、残部が鉛、ニッケル、及び銅からなる群から選択される少なくとも一種の金属、好ましくは鉛で置換されたものであり、鉛、ニッケル、及び銅は、銀と比較すると安価であるから、AgMXゼオライトをフィルタベント用充填剤に使用することは、コスト的に見ても有利である。   AgMX zeolite has an excellent ability to adsorb radioactive iodine, and in the present invention, this property is used to prevent the radioactive iodine from being scattered outside the reactor facility. As described above, AgMX zeolite is at least one metal selected from the group consisting of lead, nickel, and copper, preferably lead, in which part of the ion exchange site of 13X zeolite is replaced with silver, and the remainder is preferably lead. Since it is substituted and lead, nickel, and copper are cheaper than silver, it is advantageous in terms of cost to use AgMX zeolite as a filter vent filler.

AgMXゼオライトは、13X型ゼオライトのイオン交換サイトのうち、銀で置換されたイオン交換サイト(a)と、銀以外の金属で交換されたイオン交換サイト(b)との構成比率(a/b)が、60/40〜80/20、好ましくは65/35〜75/25の範囲に設定されるように調製される。ここで、上記構成比率は、AgMXゼオライトに含まれる銀原子の数と、銀原子以外の金属原子の数との比率(原子比)に相当する。上記構成比率(a/b)が60/40より小さい場合、銀で置換されたイオン交換サイトが不足するため、放射性ヨウ素の吸着効果が不十分となる。一方、上記構成比率(a/b)が80/20より大きい場合、AgMXゼオライト中に占める銀の割合が多くなるため、水素との反応が顕著となる。その結果、反応熱によってAgMXゼオライトが過熱され易くなり、安全性も低下する虞がある。なお、銀は高価な材料であるため、銀の含有率を高くし過ぎるとコスト面で不利となる。従って、上記の範囲となるように、13X型ゼオライトのイオン交換サイトを、銀及び銀以外の金属(鉛、ニッケル、銅)で置換すれば、AgMXゼオライトの過熱を防止しながら、放射性ヨウ素を安定して吸着可能なフィルタベント用充填剤とすることができる。特に、13X型ゼオライトのイオン交換サイトを、銀及び鉛で置換したものは、低コストでありながら、放射性ヨウ素の吸着効果に優れたフィルタベント用充填剤とすることができる。   AgMX zeolite is a constituent ratio (a / b) of ion exchange sites (a) substituted with silver and ion exchange sites (b) exchanged with a metal other than silver, among the ion exchange sites of 13X type zeolite. Is prepared in the range of 60/40 to 80/20, preferably 65/35 to 75/25. Here, the said structural ratio is corresponded to the ratio (atomic ratio) of the number of the silver atoms contained in AgMX zeolite, and the number of metal atoms other than a silver atom. When the composition ratio (a / b) is smaller than 60/40, the ion exchange sites substituted with silver are insufficient, so that the adsorption effect of radioactive iodine is insufficient. On the other hand, when the composition ratio (a / b) is greater than 80/20, the proportion of silver in the AgMX zeolite increases, and thus the reaction with hydrogen becomes remarkable. As a result, the AgMX zeolite is likely to be overheated by the reaction heat, which may reduce the safety. In addition, since silver is an expensive material, it will become disadvantageous in terms of cost if the silver content is too high. Therefore, if the ion exchange site of 13X zeolite is replaced with silver and metals other than silver (lead, nickel, copper) so as to be in the above range, radioactive iodine is stabilized while preventing overheating of AgMX zeolite. Thus, an adsorbable filter vent filler can be obtained. In particular, a material obtained by substituting the ion exchange site of 13X zeolite with silver and lead can be used as a filter vent filler having an excellent effect of adsorbing radioactive iodine at a low cost.

ちなみに、上記のように調製したフィルタベント用充填剤(AgMXゼオライト)は、銀の含有量が17〜26重量%に設定されている。このような範囲に銀の含有量を設定した場合、フィルタベント用充填剤に含まれる銀によるイオン交換サイトの機能、及び銀以外の金属(鉛、ニッケル、銅)によるイオン交換サイトの機能がバランスよく効果的に発揮され、シビアアクシデントが発生した場合であっても、安全性を維持しながら確実に放射性ヨウ素の飛散を回避することができる。   Incidentally, the filter vent filler (AgMX zeolite) prepared as described above has a silver content of 17 to 26% by weight. When the silver content is set within this range, the function of the ion exchange site by silver contained in the filter vent filler and the function of the ion exchange site by metals other than silver (lead, nickel, copper) are balanced. Even when it is exhibited effectively and severe accidents occur, it is possible to reliably avoid scattering of radioactive iodine while maintaining safety.

フィルタベント用充填剤は、AgMXゼオライトを適切な形状、例えば、粒状タイプやペレットタイプに成形したものが好適に使用される。粒状タイプの場合、粒子サイズは、4×100mesh(JIS K 1474−4−6)、好ましくは10×20mesh(JIS K 1474−4−6)に調整される。ここで、粒子サイズを表す「mesh」について説明すると、例えば「10×20mesh」とは、粒子が10meshの篩を通過するが20meshの篩は通過しないこと、すなわち、粒子サイズが10〜20meshであることを意味する。粒子の硬度は、20%以上(JIS K 1474−4−7)に調整される。さらに、粒子の水分含有量は、150℃下において3時間乾燥減量したときの水分含有量として15重量%以下、好ましくは12重量%以下に調整される。   As the filler for the filter vent, one obtained by molding AgMX zeolite into an appropriate shape, for example, a granular type or a pellet type, is preferably used. In the case of the granular type, the particle size is adjusted to 4 × 100 mesh (JIS K 1474-4-6), preferably 10 × 20 mesh (JIS K 1474-4-6). Here, the “mesh” representing the particle size will be described. For example, “10 × 20 mesh” means that the particles pass through the 10 mesh sieve but do not pass through the 20 mesh sieve, that is, the particle size is 10 to 20 mesh. Means that. The hardness of the particles is adjusted to 20% or more (JIS K 1474-4-7). Further, the water content of the particles is adjusted to 15% by weight or less, preferably 12% by weight or less as the water content when the drying loss is performed at 150 ° C. for 3 hours.

ペレットタイプの場合、ペレット長は、1cm以下、好ましくは0.8cm以下に調整される。ペレット径は、3mm以下、好ましくは2mm以下に調整される。ペレットタイプの硬度、及び水分含有量は、粒状タイプのものと同様の範囲に調整することができる。このように調整されたフィルタベント用充填剤を使用すれば、上記の優れた放射性ヨウ素吸着能をより効果的に発揮させることができる。   In the case of the pellet type, the pellet length is adjusted to 1 cm or less, preferably 0.8 cm or less. The pellet diameter is adjusted to 3 mm or less, preferably 2 mm or less. The pellet type hardness and water content can be adjusted in the same range as the granular type. If the filler for filter vents adjusted in this way is used, the above-mentioned excellent radioactive iodine adsorption ability can be exhibited more effectively.

ところで、フィルタベント用充填剤は過酷な環境(高温、高圧、高湿度)に曝されるため、ある程度の高い強度(形状保持性)が求められる。そこで、本発明に係るフィルタベント用充填剤は、摩耗度が10%以下(ASTM D−4058)、好ましくは5%以下(ASTM D−4058)、より好ましくは3%以下(ASTM D−4058)となるように調整される。これにより、フィルタベント等の過酷な条件下に置かれても、フィルタベント用充填剤はその形状を維持し、高い放射性ヨウ素吸着能を発揮し続けることができる。   By the way, since the filler for filter vents is exposed to harsh environments (high temperature, high pressure, high humidity), a certain level of strength (shape retention) is required. Therefore, the filter vent filler according to the present invention has a wear degree of 10% or less (ASTM D-4058), preferably 5% or less (ASTM D-4058), more preferably 3% or less (ASTM D-4058). It is adjusted to become. Thereby, even if it puts on severe conditions, such as a filter vent, the filler for filter vents can maintain the shape, and can continue exhibiting high radioactive iodine adsorption ability.

<AgXゼオライト>
本発明のフィルタベント装置では、後述の実施形態で説明するように、上記AgMXゼオライトの前段にX型ゼオライト中のナトリウムサイトの略全てを銀でイオン交換したAgXゼオライトを配置する。AgXゼオライトのベースとなるX型ゼオライトは、AgMXゼオライトと同様に、13X型ゼオライトが好適に使用される。銀でイオン交換された13X型ゼオライトは、元の13X型ゼオライトよりも細孔径のサイズが小さくなる。具体的には、銀でイオン交換される前のナトリウムサイトを有する13X型ゼオライトの細孔径(約0.4nm)は、水素分子(分子径:約0.29nm)を捕捉するには大き過ぎるサイズであるが、ナトリウムサイトを銀でイオン交換すると、水素分子がぴったりと収まる最適な細孔径(約0.29nm)となる。その結果、銀でイオン交換された13X型ゼオライトは、放射性ヨウ素だけでなく、水素分子についても高効率で効果的に吸着することが可能となる。
<AgX zeolite>
In the filter vent apparatus of the present invention, AgX zeolite in which almost all of the sodium sites in the X-type zeolite are ion-exchanged with silver is disposed in the preceding stage of the AgMX zeolite, as will be described in the following embodiments. As the X-type zeolite serving as the base of the AgX zeolite, the 13X-type zeolite is preferably used in the same manner as the AgMX zeolite. The 13X zeolite ion-exchanged with silver has a smaller pore size than the original 13X zeolite. Specifically, the pore size (about 0.4 nm) of 13X zeolite having sodium sites before being ion-exchanged with silver is too large to capture hydrogen molecules (molecular size: about 0.29 nm). However, when the sodium site is ion-exchanged with silver, an optimum pore diameter (about 0.29 nm) is obtained in which hydrogen molecules are tightly accommodated. As a result, the 13X zeolite ion-exchanged with silver can adsorb not only radioactive iodine but also hydrogen molecules with high efficiency and efficiency.

<フィルタベント装置>
[第一実施形態]
上記のように調製したAgMXゼオライト、及びAgXゼオライトを用いた本発明のフィルタベント装置に関して説明する。図1は、本発明の第一実施形態に係るフィルタベント装置50を備える沸騰水型炉100の概略構成図である。沸騰水型炉100は、図1に示すように、フィルタベント装置50、原子炉建屋3、原子炉格納容器4、及び原子炉圧力容器5から構成されている。フィルタベント装置50は、フィルタベント用充填剤1、及びフィルタベント部2を備えている。本実施形態のフィルタベント部2は、スクラバー方式によるウェットベントシステムを採用している。フィルタベント装置50は、原子炉に事故が起こり、原子炉格納容器4が損傷した場合に備えて、原子炉建屋3の外側に設置されている。原子炉格納容器4の内部圧力が上昇した場合、図1の実線矢印で示すように、原子炉格納容器4内の蒸気が配管6を通じてフィルタベント装置50へ送られる。フィルタベント装置50においては、蒸気中の放射性ヨウ素がフィルタベント部2によって捕集され、その後、フィルタベント用充填剤1を通って排気筒から外部に排出される。
<Filter vent device>
[First embodiment]
The AgMX zeolite prepared as described above and the filter vent device of the present invention using the AgX zeolite will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a boiling water reactor 100 including a filter vent device 50 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the boiling water reactor 100 includes a filter vent device 50, a reactor building 3, a reactor containment vessel 4, and a reactor pressure vessel 5. The filter vent device 50 includes a filter vent filler 1 and a filter vent portion 2. The filter vent part 2 of the present embodiment employs a scrubber type wet vent system. The filter vent device 50 is installed outside the reactor building 3 in case an accident occurs in the reactor and the reactor containment vessel 4 is damaged. When the internal pressure of the reactor containment vessel 4 increases, the steam in the reactor containment vessel 4 is sent to the filter vent device 50 through the pipe 6 as shown by the solid line arrow in FIG. 1. In the filter vent device 50, radioactive iodine in the vapor is collected by the filter vent portion 2, and then discharged from the exhaust pipe through the filter vent filler 1 to the outside.

フィルタベント用充填剤1は、図1に示すように、ケース7に収納され、フィルタベント部2の後段に接続されている。ケース7は、原子炉格納容器4から発生した水蒸気やガスが通流するため、耐熱性や耐蝕性を有する材料で構成することが好ましい。ケース7の材質として、例えば、ステンレス鋼やチタン合金が挙げられ、その他にアルミニウム合金等を使用することも可能である。ケース7は、蒸気やガスが内部を通流できるよう、微小な孔が複数設けられている。このようなケース7の中にフィルタベント用充填剤1を充填することで、フィルタベント用充填剤1の取り扱いを容易なものとしている。ここで、原子炉施設は安全面に最大限の注意が必要であるため、人による作業はできる限り簡単且つ短時間で行うことが望まれる。この点、本実施形態では、ケース7にフィルタベント用充填剤1を充填した簡単な構成であるから、フィルタベント用充填剤1を交換する場合、ケース7から取り出して新品のものに取り替えるという単純な作業で済ませることができる。そのため、作業員の負担を軽減することができ、安全性を確保することができる。   As shown in FIG. 1, the filter vent filler 1 is housed in a case 7 and connected to the subsequent stage of the filter vent portion 2. The case 7 is preferably made of a material having heat resistance and corrosion resistance because water vapor and gas generated from the reactor containment vessel 4 flow therethrough. Examples of the material of the case 7 include stainless steel and titanium alloy, and aluminum alloy or the like can also be used. The case 7 is provided with a plurality of minute holes so that steam and gas can flow inside. Filling the case 7 with the filter vent filler 1 makes it easy to handle the filter vent filler 1. Here, since the nuclear facility requires the utmost attention to safety, it is desirable that the human work be performed as easily and in a short time as possible. In this respect, in this embodiment, since the case 7 has a simple configuration in which the filter vent filler 1 is filled, when the filter vent filler 1 is replaced, it is simply removed from the case 7 and replaced with a new one. It can be done with simple work. Therefore, the burden on the worker can be reduced, and safety can be ensured.

ところで、シビアアクシデントが発生した場合、原子炉施設からは放射性ヨウ素だけでなく、大量の水素も発生し、これらは原子炉格納容器4から排出される蒸気に含まれることになる。原子炉施設内に水素が残留すると、水素爆発が起きる危険があるため、放射性ヨウ素の処理と併せて水素の処理も確実に行う必要がある。AgMXゼオライトは、水素の存在下であっても放射性ヨウ素を吸着することができるため、AgMXゼオライトからなるフィルタベント用充填剤1をケース7に充填し、これをフィルタベント部2の後段に設置してフィルタベント装置50を構成すると、放射性ヨウ素がAgMXゼオライトによって次々と吸着され、蒸気中の放射性ヨウ素が除去されると考えられる。ところが、フィルタベント部2は原子炉建屋3の外部に設置されているため、フィルタベント部2の下流に配置されているケース7内のAgMXゼオライト(フィルタベント用充填剤1)は、通常は常温の状態にある。この状態において、水素を含む高温の蒸気がフィルタベント装置50に流入すると、蒸気がケース7内に侵入したときにフィルタベント用充填剤1の表面で冷却され、水分凝縮が生じる。これにより、フィルタベント装置50では相対的に水素濃度や酸素濃度が高くなり、水素爆発の危険性が高まることとなる。このため、フィルタベント用充填剤1を単独でフィルタベント装置50に適用した場合、特にシビアアクシデントの初期段階において、状況によっては安全性が低下する場合がある。   By the way, when a severe accident occurs, not only radioactive iodine but also a large amount of hydrogen is generated from the reactor facility, and these are included in the steam discharged from the reactor containment vessel 4. If hydrogen remains in the nuclear reactor facility, there is a risk of hydrogen explosion, so it is necessary to perform hydrogen treatment together with radioactive iodine treatment. Since AgMX zeolite can adsorb radioactive iodine even in the presence of hydrogen, the filter vent filler 1 made of AgMX zeolite is filled in the case 7 and installed in the subsequent stage of the filter vent portion 2. When the filter vent device 50 is configured, it is considered that radioactive iodine is successively adsorbed by the AgMX zeolite and the radioactive iodine in the vapor is removed. However, since the filter vent part 2 is installed outside the reactor building 3, the AgMX zeolite (the filter vent filler 1) in the case 7 arranged downstream of the filter vent part 2 is usually at room temperature. It is in the state of. In this state, when high-temperature steam containing hydrogen flows into the filter vent device 50, when the steam enters the case 7, it is cooled on the surface of the filter vent filler 1 and moisture condensation occurs. Thereby, in the filter vent apparatus 50, hydrogen concentration and oxygen concentration become relatively high, and the danger of hydrogen explosion increases. For this reason, when the filter vent filler 1 is applied alone to the filter vent device 50, the safety may be lowered depending on the situation, particularly in the initial stage of severe accident.

そこで、本発明では、放射性ヨウ素だけでなく、爆発性の高い水素についても確実に除去するための最適なフィルタベント装置の構成を着想するに至った。そのような構成として、本実施形態では、図1に示すように、本発明のAgMXゼオライトからなるフィルタベント用充填剤1の前段に、13X型ゼオライトが有するイオン交換サイトの略全てを銀で置換して調製されたAgXゼオライトからなる銀含有充填剤8を配置する形態とした。このように、ケース7内において、銀含有充填剤8(AgXゼオライト)とフィルタベント用充填剤1(AgMXゼオライト)とを二段で構成すれば、フィルタベント装置50において水素を含む高温の蒸気がケース7に流入しても、蒸気は前段の銀含有充填剤8において大半が凝縮して水分が取り除かれるため、後段のフィルタベント用充填剤1では水分凝縮は殆ど起こらず、相対的な水素濃度や酸素濃度の上昇を回避することができる。しかも、前段の銀含有充填剤8は、放射性ヨウ素だけでなく水素を良好に吸着できるため、相対的な水素濃度の上昇が抑制される。このため、水素爆発の危険性が低減する。また、後段のフィルタベント用充填剤1を通過するガスは水素濃度が既に低減されたものとなっている。従って、本実施形態のフィルタベント装置50であれば、シビアアクシデントの初期段階から水素及び放射性ヨウ素を効果的に低減することができる。また、所定時間経過後、仮に、前段の銀含有充填剤8の処理能力が低下しても、後段のフィルタベント用充填剤1は水素の存在下でも放射性ヨウ素を吸着できるため、長時間に亘ってシビアアクシデントへの対応が可能となる。このように、フィルタベント装置50において、フィルタベント部2、銀含有充填剤8、及びフィルタベント用充填剤1を連続的に配置し、夫々の機能を分担させることにより、水素及び放射性ヨウ素を高効率且つ効果的に吸着することが可能となる。その結果、フィルタベント装置50内での水素濃度の上昇を抑制できるとともに、周辺環境に放射性ヨウ素が飛散することを確実に防止し、安全性をより向上させることができる。   Therefore, the present invention has come up with an optimal filter vent device configuration for reliably removing not only radioactive iodine but also highly explosive hydrogen. As such a configuration, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, substantially all of the ion exchange sites of the 13X zeolite are replaced with silver in the front stage of the filter vent filler 1 made of the AgMX zeolite of the present invention. The silver-containing filler 8 made of AgX zeolite prepared in this manner was arranged. Thus, if the silver-containing filler 8 (AgX zeolite) and the filter vent filler 1 (AgMX zeolite) are configured in two stages in the case 7, high-temperature steam containing hydrogen is generated in the filter vent device 50. Even if it flows into the case 7, most of the vapor is condensed in the front-stage silver-containing filler 8 and the water is removed, so that the water-condensation hardly occurs in the rear-stage filter vent filler 1, and the relative hydrogen concentration And an increase in oxygen concentration can be avoided. And since the silver containing filler 8 of the front | former stage can adsorb | suck not only radioactive iodine but hydrogen well, the raise of a relative hydrogen concentration is suppressed. This reduces the risk of hydrogen explosion. In addition, the gas passing through the latter filter vent filler 1 has already been reduced in hydrogen concentration. Therefore, if it is the filter vent apparatus 50 of this embodiment, hydrogen and radioactive iodine can be reduced effectively from the initial stage of severe accident. Moreover, even if the processing capacity of the former silver-containing filler 8 is lowered after a predetermined time has elapsed, the latter filter vent filler 1 can adsorb radioactive iodine even in the presence of hydrogen. This makes it possible to deal with severe accidents. Thus, in the filter vent apparatus 50, the filter vent part 2, the silver-containing filler 8, and the filter vent filler 1 are continuously arranged to share the respective functions, thereby increasing hydrogen and radioactive iodine. It becomes possible to adsorb efficiently and effectively. As a result, an increase in the hydrogen concentration in the filter vent device 50 can be suppressed, and radioactive iodine can be reliably prevented from being scattered in the surrounding environment, thereby improving safety.

[第二実施形態]
図2は、本発明の第二実施形態に係るフィルタベント装置50を備える沸騰水型炉100の概略構成図である。上記の第一実施形態では、フィルタベント装置50において、フィルタベント用充填剤1及び銀含有充填剤8を収納するケース7が原子炉格納容器4に直接隣接しない位置、すなわち、フィルタベント部2の下流側に配置した。これに対し、第二実施形態では、図2に示すように、フィルタベント装置50において、銀含有充填剤8及びフィルタベント用充填剤1を収納するケース7が原子炉格納容器4と隣接する位置に設置するようにした。このとき、原子炉格納容器4から排出される蒸気には、放射性ヨウ素の他に水素も含まれ、蒸気は図2の実線矢印で示すように、配管6を通じてフィルタベント装置50に送られる。第二実施形態では、フィルタベント部2による処理の前に、蒸気がケース7内の銀含有充填剤8を通流し、その次にフィルタベント用充填剤1を通流する。このようにフィルタベント装置50を構成した場合、フィルタベント部2へ蒸気を送る前に放射性ヨウ素の吸着及び水素の処理が行われるため、銀含有充填剤8及びフィルタベント用充填剤1を収容するケース7から出てきたガスは負荷が低減されたものとなり、フィルタベント部2によってスムーズに処理することが可能となる。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a boiling water reactor 100 including a filter vent device 50 according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment described above, in the filter vent device 50, the case 7 in which the filter vent filler 1 and the silver-containing filler 8 are stored is not directly adjacent to the reactor containment vessel 4, that is, the filter vent portion 2. Arranged downstream. On the other hand, in 2nd embodiment, as shown in FIG. 2, in the filter vent apparatus 50, the case 7 which accommodates the silver containing filler 8 and the filler 1 for filter vents adjoins the reactor containment vessel 4 It was made to install in. At this time, the steam discharged from the reactor containment vessel 4 contains hydrogen in addition to radioactive iodine, and the steam is sent to the filter vent device 50 through the pipe 6 as shown by the solid line arrow in FIG. In the second embodiment, the steam flows through the silver-containing filler 8 in the case 7 before the processing by the filter vent portion 2, and then flows through the filter vent filler 1. When the filter vent device 50 is configured in this manner, the adsorption of radioactive iodine and the treatment of hydrogen are performed before the vapor is sent to the filter vent portion 2, and thus the silver-containing filler 8 and the filter vent filler 1 are accommodated. The gas coming out of the case 7 has a reduced load, and can be processed smoothly by the filter vent portion 2.

[別実施形態]
上記の第一実施形態ないし第二実施形態は、いずれも沸騰水型炉についての実施形態であったが、本発明のフィルタベント用充填剤1は、加圧水型炉においても適用可能である。沸騰水型炉と同様に、シビアアクシデントにより原子炉が損傷した場合の対策として、フィルタベント用充填剤1と銀含有充填剤8とをケース7に収納してフィルタベント部2の後段に接続するように配置したフィルタベント装置50を加圧水型炉に設置することもでき、また、フィルタベント装置50において、銀含有充填剤8及びフィルタベント用充填剤1を収納したケース7を、加圧水型炉の原子炉格納容器4と隣接する位置に設置することもできる(図示せず)。さらに、本発明のフィルタベント用充填剤1は、上記の各実施形態で説明したフィルタベント部2がスクラバー方式となっているウェットベントシステムだけでなく、例えば、メタルファイバーフィルタやサンドフィルタと組み合わせたドライベントシステムにも適用可能である。
[Another embodiment]
The first to second embodiments described above are all embodiments relating to a boiling water reactor, but the filter vent filler 1 of the present invention can also be applied to a pressurized water reactor. As with the boiling water reactor, the filter vent filler 1 and the silver-containing filler 8 are accommodated in the case 7 and connected to the subsequent stage of the filter vent portion 2 as a countermeasure when the nuclear reactor is damaged by a severe accident. The filter vent device 50 arranged as described above can be installed in a pressurized water reactor. In the filter vent device 50, the case 7 containing the silver-containing filler 8 and the filter vent filler 1 is placed in the pressurized water reactor. It can also be installed at a position adjacent to the reactor containment vessel 4 (not shown). Furthermore, the filter vent filler 1 of the present invention is combined with not only a wet vent system in which the filter vent portion 2 described in each of the above embodiments is a scrubber system, but also, for example, a metal fiber filter or a sand filter. It is also applicable to the Dora event system.

本発明のフィルタベント用充填剤について、その性能を確認するため、フィルタベント用充填剤において、X型ゼオライトのイオン交換サイトのうち、銀で置換されたイオン交換サイト(a)と、銀以外の金属で置換されたイオン交換サイト(b)との構成比率(a/b)を適切に設定したもの(実施例1〜3)、並びに銀で置換されたイオン交換サイト(a)を、銀以外の金属で置換されたイオン交換サイト(b)に対して過剰に設定したもの(比較例1)を準備し、夫々に水素を含むガスを通流させたときの温度変化を測定した。   In order to confirm the performance of the filter vent filler of the present invention, in the filter vent filler, among the ion exchange sites of the X-type zeolite, the ion exchange site (a) substituted with silver, and other than silver What set appropriately the composition ratio (a / b) with the ion exchange site (b) substituted with the metal (Examples 1-3), and the ion exchange site (a) substituted with silver other than silver A sample (Comparative Example 1) which was set excessively with respect to the ion exchange site (b) substituted with the above metal was prepared, and the temperature change was measured when a gas containing hydrogen was passed through each.

[実施例1]
銀濃度63.2g/L、及び鉛濃度42.2g/Lの硝酸塩混合水溶液を調製し、この混合水溶液に適量の13X型ゼオライトを投入し、室温に維持して約1日間攪拌することにより、イオン交換処理を行った。イオン交換処理を終えた13X型ゼオライトを濾別し、純水で洗浄後、乾燥させてAgMXゼオライトを得た。このAgMXゼオライトをフッ酸と硝酸との混合液で加熱溶解後、ICP発光分光分析装置(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製のICP発光分光分析装置 iCAP−6200Duo)で銀及び鉛の含有量を分析したところ、銀の含有量(乾燥重量)は23.6重量%、鉛の含有量は15.8重量%であった。13X型ゼオライトのイオン交換サイトを構成する銀及び鉛の比率(原子比)は、74/26であった。
[Example 1]
By preparing a nitrate mixed aqueous solution having a silver concentration of 63.2 g / L and a lead concentration of 42.2 g / L, an appropriate amount of 13X zeolite was added to the mixed aqueous solution, and the mixture was maintained at room temperature and stirred for about 1 day. Ion exchange treatment was performed. The 13X zeolite after the ion exchange treatment was filtered off, washed with pure water, and dried to obtain AgMX zeolite. After this AgMX zeolite is heated and dissolved in a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, the contents of silver and lead are analyzed with an ICP emission spectroscopic analyzer (ICP emission spectroscopic analyzer iCAP-6200Duo manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.). As a result, the silver content (dry weight) was 23.6% by weight, and the lead content was 15.8% by weight. The ratio (atomic ratio) of silver and lead constituting the ion exchange site of 13X zeolite was 74/26.

[実施例2]
銀濃度52.6g/L、及び鉛濃度52.6g/Lの硝酸塩混合水溶液を調製し、この混合水溶液に適量の13X型ゼオライトを投入し、室温に維持して約1日間攪拌することにより、イオン交換処理を行った。イオン交換処理を終えた13X型ゼオライトを濾別し、純水で洗浄後、乾燥させてAgMXゼオライトを得た。このAgMXゼオライトをフッ酸と硝酸との混合液で加熱溶解後、ICP発光分光分析装置で銀及び鉛の含有量を分析したところ、銀の含有量(乾燥重量)は19.7重量%、鉛の含有量は19.3重量%であった。13X型ゼオライトのイオン交換サイトを構成する銀及び鉛の比率は、66/34であった。
[Example 2]
By preparing a nitrate mixed aqueous solution with a silver concentration of 52.6 g / L and a lead concentration of 52.6 g / L, an appropriate amount of 13X zeolite was added to the mixed aqueous solution, and the mixture was maintained at room temperature and stirred for about 1 day. Ion exchange treatment was performed. The 13X zeolite after the ion exchange treatment was filtered off, washed with pure water, and dried to obtain AgMX zeolite. This AgMX zeolite was heated and dissolved in a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and then analyzed for the contents of silver and lead with an ICP emission spectroscopic analyzer. The silver content (dry weight) was 19.7% by weight, lead The content of was 19.3% by weight. The ratio of silver and lead constituting the ion exchange site of 13X type zeolite was 66/34.

[実施例3]
銀濃度63.8g/L、及び銅濃度42.1g/Lの硝酸塩混合水溶液を調製し、この混合水溶液に適量の13X型ゼオライトを投入し、室温に維持して約1日間攪拌することにより、イオン交換処理を行った。イオン交換処理を終えた13X型ゼオライトを濾別し、純水で洗浄後、乾燥させてAgMXゼオライトを得た。このAgMXゼオライトをフッ酸と硝酸との混合液で加熱溶解後、ICP発光分光分析装置で銀及び銅の含有量を分析したところ、銀の含有量(乾燥重量)は25.4重量%、銅の含有量は4.7重量%であった。13X型ゼオライトのイオン交換サイトを構成する銀及び銅の比率は、76/24であった。
[Example 3]
By preparing a nitrate mixed aqueous solution having a silver concentration of 63.8 g / L and a copper concentration of 42.1 g / L, an appropriate amount of 13X zeolite was added to the mixed aqueous solution, and the mixture was maintained at room temperature and stirred for about 1 day. Ion exchange treatment was performed. The 13X zeolite after the ion exchange treatment was filtered off, washed with pure water, and dried to obtain AgMX zeolite. This AgMX zeolite was heated and dissolved in a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and then analyzed for the contents of silver and copper with an ICP emission spectroscopic analyzer. The silver content (dry weight) was 25.4% by weight, copper The content of was 4.7% by weight. The ratio of silver and copper constituting the ion exchange site of 13X type zeolite was 76/24.

[比較例1]
銀濃度78.9g/L、及び鉛濃度26.3g/Lの硝酸塩混合水溶液を調製し、この混合水溶液に適量の13X型ゼオライトを投入し、室温に維持して約1日間攪拌することにより、イオン交換処理を行った。イオン交換処理を終えた13X型ゼオライトを濾別し、純水で洗浄後、乾燥させて銀−鉛ゼオライトを得た。この銀−鉛ゼオライトをフッ酸と硝酸との混合液で加熱溶解後、ICP発光分光分析装置で銀及び鉛の含有量を分析したところ、銀の含有量(乾燥重量)は28.2重量%、鉛の含有量は10.0重量%であった。13X型ゼオライトのイオン交換サイトを構成する銀及び鉛の比率は、84/16であった。
[Comparative Example 1]
By preparing a nitrate mixed aqueous solution having a silver concentration of 78.9 g / L and a lead concentration of 26.3 g / L, and adding an appropriate amount of 13X type zeolite to the mixed aqueous solution, and maintaining it at room temperature, stirring for about 1 day, Ion exchange treatment was performed. The 13X zeolite after the ion exchange treatment was filtered off, washed with pure water, and dried to obtain a silver-lead zeolite. This silver-lead zeolite was heated and dissolved in a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and then the silver and lead contents were analyzed with an ICP emission spectroscopic analyzer. The silver content (dry weight) was 28.2% by weight. The lead content was 10.0% by weight. The ratio of silver and lead constituting the ion exchange site of 13X type zeolite was 84/16.

[温度変化測定試験]
続いて、実施例1〜3で調製したAgMXゼオライト、及び比較例1で調製した銀−鉛ゼオライトに対し、水素を含むガスを通流させたときの温度変化を測定した。試験条件は、次のとおりである。
[Temperature change measurement test]
Subsequently, the temperature change when the gas containing hydrogen was passed through the AgMX zeolite prepared in Examples 1 to 3 and the silver-lead zeolite prepared in Comparative Example 1 was measured. The test conditions are as follows.

[実施例1〜2]
約150℃に加熱した実施例1〜2のAgMXゼオライトに対し、(A)通流開始から10分までの間は、ドライエアーのみを通流させ、(B)通流開始後10分から40分までの間は、ドライエアー、水蒸気、及び水素の混合ガスを通流させ、(C)通流開始後40分から50分までの間は、ドライエアーのみを通流させた。図3は、実施例1のAgMXゼオライトに水素を含むガスを通流させたときの温度変化の様子を示したグラフである。図4は、実施例2のAgMXゼオライトに水素を含むガスを通流させたときの温度変化の様子を示したグラフである。
[Examples 1-2]
With respect to the AgMX zeolite of Examples 1 and 2 heated to about 150 ° C., (A) only dry air is allowed to flow for 10 minutes from the start of flow, and (B) 10 minutes to 40 minutes after the start of flow. The dry gas, water vapor, and hydrogen mixed gas were allowed to flow through until (C), and only dry air was allowed to flow from 40 minutes to 50 minutes after starting the flow. FIG. 3 is a graph showing changes in temperature when a gas containing hydrogen is passed through the AgMX zeolite of Example 1. FIG. 4 is a graph showing changes in temperature when a gas containing hydrogen is passed through the AgMX zeolite of Example 2.

[実施例3]
約150℃に加熱した実施例3のAgMXゼオライトに対し、(A)通流開始から10分までの間は、ドライエアーのみを通流させ、(B)通流開始後10分から58分までの間は、ドライエアー、水蒸気、及び水素の混合ガスを通流させ、(C)通流開始後58分から70分までの間は、ドライエアーのみを通流させた。図5は、実施例3のAgMXゼオライトに水素を含むガスを通流させたときの温度変化の様子を示したグラフである。
[Example 3]
For the AgMX zeolite of Example 3 heated to about 150 ° C., (A) Only the dry air was allowed to flow for 10 minutes from the start of flow, and (B) from 10 minutes to 58 minutes after the start of flow. During the period, a mixed gas of dry air, water vapor, and hydrogen was allowed to flow, and (C) only dry air was allowed to flow from 58 minutes to 70 minutes after the start of the flow. FIG. 5 is a graph showing changes in temperature when a gas containing hydrogen is passed through the AgMX zeolite of Example 3.

[比較例1]
約150℃に加熱した比較例1の銀−鉛ゼオライトに対し、(A)通流開始から10分までの間は、ドライエアーのみを通流させ、(B)通流開始後10分から40分までの間は、ドライエアー、水蒸気、及び水素の混合ガスを通流させ、(C)通流開始後40分から50分までの間は、ドライエアーのみを通流させた。図6は、比較例1の銀−鉛ゼオライトに水素を含むガスを通流させたときの温度変化の様子を示したグラフである。
[Comparative Example 1]
For the silver-lead zeolite of Comparative Example 1 heated to about 150 ° C., only dry air is allowed to flow for 10 minutes after the start of flow (A), and (B) 10 minutes to 40 minutes after the start of flow. The dry gas, water vapor, and hydrogen mixed gas were allowed to flow through until (C), and only dry air was allowed to flow from 40 minutes to 50 minutes after starting the flow. FIG. 6 is a graph showing a change in temperature when a gas containing hydrogen is passed through the silver-lead zeolite of Comparative Example 1.

実施例1のフィルタベント用充填剤に係るAgMXゼオライトは、図3に示すように、ドライエアーのみを通流させた(A)の期間は約150℃を維持した状態にあった。(B)の期間に混合ガス(体積百分率で、ドライエアー(27.0%)、水蒸気(68.0%)、及び水素(5.0%)を含む)を通流させた。このときのAgMXゼオライトに対する混合ガスの接触時間を0.20秒に設定した。すると、試験開始から10分から25分くらいの間でAgMXゼオライトの温度が徐々に上昇した。この温度上昇は、AgMXゼオライトにおける銀ゼオライト部が水素を吸着する際に発生する吸着熱や、水素と酸素との多少の反応による反応熱が原因であると推測できる。しかし、その後は、温度が緩やかに下降し、(C)の期間では、通流開始時の約150℃まで温度が下がった。   As shown in FIG. 3, the AgMX zeolite related to the filter vent filler in Example 1 was maintained at about 150 ° C. during the period (A) in which only dry air was passed. During the period of (B), a mixed gas (by volume percentage, including dry air (27.0%), water vapor (68.0%), and hydrogen (5.0%)) was passed. The contact time of the mixed gas with respect to AgMX zeolite at this time was set to 0.20 seconds. Then, the temperature of the AgMX zeolite gradually increased within about 10 to 25 minutes from the start of the test. It can be presumed that this temperature rise is caused by the heat of adsorption generated when the silver zeolite part of AgMX zeolite adsorbs hydrogen or the heat of reaction due to some reaction between hydrogen and oxygen. However, after that, the temperature gradually decreased, and in the period (C), the temperature decreased to about 150 ° C. at the start of flow.

実施例2のフィルタベント用充填剤に係るAgMXゼオライトは、図4に示すように、ドライエアーのみを通流させた(A)の期間は約150℃を維持した状態にあった。(B)の期間に混合ガス(体積百分率で、ドライエアー(44.0%)、水蒸気(50.0%)、及び水素(6.0%)を含む)を通流させた。このときのAgMXゼオライトに対する混合ガスの接触時間を0.34秒に設定した。すると、試験開始から10分経過後直ぐに温度上昇した。これは、実施例1のAgMXゼオライト(図3)と同様に、実施例2のAgMXゼオライトにおいても、銀ゼオライト部が水素を吸着する際に発生する吸着熱や、水素と酸素との多少の反応による反応熱が生じるためであると推測できる。しかし、その温度上昇の程度は僅かであり、その後は上昇した温度を維持し、(C)の期間でも、温度変化が見られないまま、通流開始時の約150℃付近になった。   As shown in FIG. 4, the AgMX zeolite according to the filter vent filler of Example 2 was maintained at about 150 ° C. during the period (A) in which only dry air was passed. During the period of (B), a mixed gas (containing dry air (44.0%), water vapor (50.0%), and hydrogen (6.0%) in volume percentage) was passed. The contact time of the mixed gas with respect to AgMX zeolite at this time was set to 0.34 seconds. Then, the temperature rose immediately after 10 minutes from the start of the test. Similar to the AgMX zeolite of Example 1 (FIG. 3), the heat of adsorption generated when the silver zeolite part adsorbs hydrogen in the AgMX zeolite of Example 2 and some reaction between hydrogen and oxygen. It can be inferred that this is due to the generation of reaction heat. However, the degree of the temperature increase was slight, and thereafter, the increased temperature was maintained, and even during the period (C), the temperature became around 150 ° C. at the start of flow without any temperature change.

実施例3のフィルタベント用充填剤に係るAgMXゼオライトは、図5に示すように、ドライエアーのみを通流させた(A)の期間は約150℃を維持した状態にあった。(B)の期間に混合ガス(体積百分率で、ドライエアー(89.3%)、水蒸気(8.2%)、及び水素(2.5%)を含む)を通流させた。このときのAgMXゼオライトに対する混合ガスの接触時間を0.29秒に設定した。すると、試験開始から15分経過後から徐々に温度上昇したものの、緩やかに通流開始時の150℃付近まで下降した。その後、通流開始後30分、50分、及び55分が経過したときに温度上昇が見られたが、直ぐに通流開始時の約150℃に戻った。これは、実施例1〜2のAgMXゼオライト(図3〜4)と同様に、実施例3のAgMXゼオライトにおいても、銀ゼオライト部が水素を吸着する際に発生する吸着熱や、水素と酸素との多少の反応による反応熱が生じるためであると推測できる。(C)の期間でも、温度変化が見られないまま、通流開始時の約150℃付近になった。   As shown in FIG. 5, the AgMX zeolite related to the filter vent filler in Example 3 was maintained at about 150 ° C. during the period (A) in which only dry air was passed. A mixed gas (containing dry air (89.3%), water vapor (8.2%), and hydrogen (2.5%) as a percentage by volume) was allowed to flow during the period of (B). The contact time of the mixed gas with respect to AgMX zeolite at this time was set to 0.29 seconds. Then, although the temperature gradually increased after 15 minutes from the start of the test, it gradually decreased to around 150 ° C. at the start of flow. Thereafter, when 30 minutes, 50 minutes, and 55 minutes passed after the start of flow, a temperature increase was observed, but immediately returned to about 150 ° C. at the start of flow. This is similar to the AgMX zeolite of Examples 1 and 2 (FIGS. 3 to 4), and also in the AgMX zeolite of Example 3, the adsorption heat generated when the silver zeolite part adsorbs hydrogen, and hydrogen and oxygen. It can be inferred that this is because heat of reaction due to some reaction occurs. Even during the period (C), the temperature was about 150 ° C. at the start of the flow without any temperature change.

比較例1のフィルタベント用充填剤に係る銀−鉛ゼオライトは、図6に示すように、ドライエアーのみを通流させた(A)の期間は約150℃を維持した状態にあった。(B)の期間に混合ガス(体積百分率で、ドライエアー(40.0%)、水蒸気(55.0%)、及び水素(5.0%)を含む)を通流させた。このときの銀−鉛ゼオライトに対する混合ガスの接触時間を0.31秒に設定した。すると、試験開始から10分経過後、温度が急激に上昇した。そして、(C)の期間では、温度が急激に下降した。このような急激な温度変化は、比較例1の銀−鉛ゼオライトにおいては、銀ゼオライト部が次々と水素を吸着して継続的に吸着熱が発生していること、さらには水素と酸素とが反応することにより反応熱が発生していること等が影響していると推測される。   As shown in FIG. 6, the silver-lead zeolite according to the filter vent filler of Comparative Example 1 was maintained at about 150 ° C. during the period (A) in which only dry air was passed. During the period (B), a mixed gas (by volume percentage, including dry air (40.0%), water vapor (55.0%), and hydrogen (5.0%)) was passed. The contact time of the mixed gas with the silver-lead zeolite at this time was set to 0.31 seconds. Then, the temperature rose rapidly after 10 minutes from the start of the test. And in the period of (C), temperature fell rapidly. Such a rapid temperature change is caused by the fact that, in the silver-lead zeolite of Comparative Example 1, the silver zeolite part adsorbs hydrogen one after another and heat of adsorption is generated continuously. It is presumed that reaction heat is generated by the reaction.

このように、X型ゼオライトのイオン交換サイトのうち、銀で置換されたイオン交換サイト(a)と、銀以外の金属で置換されたイオン交換サイト(b)との構成比率(a/b)を適切に設定した実施例1〜3のAgMXゼオライトに水素を含むガスを通流させた場合、AgMXゼオライトには大きな温度変化は見られなかった。このことから、実施例1〜3のAgMXゼオライトは、水素吸着の際に生じる吸着熱や、水素と酸素との反応による反応熱が小さい、つまり、水素吸着能が小さいと判断できる。これに対し、銀で置換されたイオン交換サイト(a)を、銀以外の金属で置換されたイオン交換サイト(b)に対して過剰に設定した比較例1の銀−鉛ゼオライトは、水素等を通流させた場合、温度が急激に上昇し、水素の通流を止めてからは急激に温度が下降した。このことから、比較例1の銀−鉛ゼオライトは、水素吸着によって生じる熱が大きい、つまり、水素吸着能が大きいと判断できる。   Thus, among the ion exchange sites of the X-type zeolite, the composition ratio (a / b) of the ion exchange site (a) substituted with silver and the ion exchange site (b) substituted with a metal other than silver. When the gas containing hydrogen was allowed to flow through the AgMX zeolites of Examples 1 to 3 in which the gas was appropriately set, no significant temperature change was observed in the AgMX zeolite. From this, it can be judged that the AgMX zeolites of Examples 1 to 3 have low heat of adsorption generated during hydrogen adsorption and low heat of reaction due to the reaction between hydrogen and oxygen, that is, low hydrogen adsorption capacity. On the other hand, the silver-lead zeolite of Comparative Example 1 in which the ion exchange site (a) substituted with silver is excessively set with respect to the ion exchange site (b) substituted with a metal other than silver is hydrogen or the like. When flowing through, the temperature increased rapidly, and after stopping the hydrogen flow, the temperature decreased rapidly. From this, it can be judged that the silver-lead zeolite of Comparative Example 1 has a large heat generated by hydrogen adsorption, that is, has a large hydrogen adsorption capacity.

以上の試験結果から、本発明に係るAgMXゼオライトであれば、水素を含むガスを通流させた際の温度変化が僅かであるため、AgMXゼオライトが過熱して安全性が低下するという懸念は生じないと考えられる。ちなみに、実施例1〜3のAgMXゼオライトに対して、本試験とは別に放射性ヨウ素吸着試験を行ったところ、いずれも97%以上の高い吸着率を示す結果となった。このため、本発明のAgMXゼオライトを含むフィルタベント用充填剤を、AgXゼオライトを含む銀含有充填剤とともにフィルタベント装置に配置すると、前段の銀含有充填剤によって大部分の水素及び放射性ヨウ素を吸着した後、後段のフィルタベント用充填剤によって前段で吸着されなかった微量の放射性ヨウ素を確実に吸着することが可能となる。このように、本発明のフィルタベント装置であれば、周辺環境への放射性ヨウ素の飛散を確実に防止しながら、フィルタベント装置内での水素濃度の上昇を抑制できるため、安全性をより向上させることが可能となる。   From the above test results, in the case of AgMX zeolite according to the present invention, since the temperature change when the gas containing hydrogen is passed is slight, there is a concern that the AgMX zeolite is overheated and the safety is lowered. It is not considered. By the way, when the radioactive iodine adsorption test was performed on the AgMX zeolites of Examples 1 to 3 separately from this test, all of them showed a high adsorption rate of 97% or more. For this reason, when the filler for filter vents containing AgMX zeolite of the present invention is arranged in the filter vent device together with the silver-containing filler containing AgX zeolite, most of the hydrogen and radioactive iodine are adsorbed by the silver-containing filler in the previous stage. Thereafter, a trace amount of radioactive iodine that has not been adsorbed in the former stage can be reliably adsorbed by the latter-stage filter vent filler. Thus, with the filter vent device of the present invention, it is possible to suppress an increase in the hydrogen concentration in the filter vent device while reliably preventing radioactive iodine from being scattered to the surrounding environment, thereby further improving safety. It becomes possible.

本発明のフィルタベント用充填剤、及びフィルタベント装置は、原子力発電所等の原子力施設において利用されるものであるが、当該原子力施設の周辺に存在する施設(住宅、店舗、学校等)の安全を守る用途で利用することも可能である。また、原子炉を具備した船舶、研究施設、工場等において利用することも可能である。   The filter vent filler and filter vent apparatus of the present invention are used in nuclear facilities such as nuclear power plants, but the safety of facilities (housing, stores, schools, etc.) existing around the nuclear facilities. It is also possible to use for the purpose of protecting. It can also be used in ships equipped with nuclear reactors, research facilities, factories, and the like.

1 フィルタベント用充填剤
2 フィルタベント部
3 原子炉建屋
4 原子炉格納容器
5 原子炉圧力容器
6 配管
7 ケース
8 銀含有充填剤
50 フィルタベント装置
100 沸騰水型炉
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Filter vent filler 2 Filter vent part 3 Reactor building 4 Reactor containment vessel 5 Reactor pressure vessel 6 Piping 7 Case 8 Silver containing filler 50 Filter vent apparatus 100 Boiling water reactor

Claims (4)

X型ゼオライトを造粒してなるフィルタベント用充填剤であって、
前記X型ゼオライトが有するイオン交換サイトの一部が銀で置換され、残部が鉛、ニッケル、及び銅からなる群から選択される少なくとも一種の金属で置換され、
前記イオン交換サイトのうち、銀で置換されたイオン交換サイト(a)と、銀以外の金属で置換されたイオン交換サイト(b)との構成比率(a/b)が、60/40〜80/20に設定されているフィルタベント用充填剤。
A filter vent filler formed by granulating X-type zeolite,
Part of the ion exchange site of the X-type zeolite is replaced with silver, and the remainder is replaced with at least one metal selected from the group consisting of lead, nickel, and copper,
Among the ion exchange sites, the composition ratio (a / b) between the ion exchange site (a) substituted with silver and the ion exchange site (b) substituted with a metal other than silver is 60 / 40-80. Filter vent filler set to / 20.
前記X型ゼオライトが有するイオン交換サイトの一部が銀で置換され、残部が鉛で置換されている請求項1に記載のフィルタベント用充填剤。   The filter vent filler according to claim 1, wherein a part of the ion exchange site of the X-type zeolite is substituted with silver and the remainder is substituted with lead. 前記銀の含有量が17〜26重量%に設定されている請求項1又は2に記載のフィルタベント用充填剤。   The filler for filter vents according to claim 1 or 2, wherein the silver content is set to 17 to 26% by weight. 連続的に放射性ヨウ素を処理するフィルタベント装置であって、
請求項1〜3の何れか一項に記載のフィルタベント用充填剤の前段に、X型ゼオライトが有するイオン交換サイトの略全てを銀で置換した銀含有充填剤が配置されているフィルタベント装置。
A filter vent device for continuously processing radioactive iodine,
A filter vent device in which a silver-containing filler in which substantially all of the ion exchange sites of the X-type zeolite are substituted with silver is disposed in the front stage of the filter vent filler according to any one of claims 1 to 3. .
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