KR100499644B1 - 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탑외재생형 혼상식 복수탈염설비의 이온교환수지를 분리탑에서 분리하고 재생하여 소듐형(Na⁺)양이온 교환수지의 양을 줄일 수 있는 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은, 음이온재생탑(10)에서 분리된 양이온수지와 음이온수지를 양이온재생탑(20)으로 이송시키는 일련의 공정중에서 중간매체수지와 파쇄수지를 구분하여 세정저장탑(30)으로 이송시킨 후, 세척수단을 통하여 파쇄수지와 수지의 오염물질을 제거한 세정된 수지만를 음이온재생탑(10)으로 재순환 시키고, 파쇄수지와 오염물질을 외부로 배출시키는 공정이 구비되어, 미세 파쇄수지와 중간매체수지를 세정저장탑으로 이송시켜 세척수단을 통하여 세정된 수지와 분리시켜서 제거할 수 있으며, 재생공정에서 재생제에 의한 수지의 교환오염을 최소화할 수 있게 한 것이다.

Description

복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 방법 및 장치 { Method and apparatus for recycling ion-exchange resin of condensate polishing plants }

본 발명은 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 탑외재생형 혼상식 복수탈염설비의 이온교환수지를 분리탑에서 분리하고 재생하여 소듐형(Na⁺)양이온 교환수지의 양을 줄일 수 있는 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 방법 및 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 혼상식 이온교환수지의 수지분리방법은 역세를 함으로써, 비중이 가벼운 음이온 교환수지는 탑 상부로 보내고, 비중이 무거운 양이온 교환수지는 탑 하부로 떨어뜨리는 수력분리에 의한 기술에 의존하였다.

이러한 단순한 수력분리에 의한 수지분리방법은, 양이온 교환수지와 음이온 교환수지로 구성되는 이종수지 상태로 크게 분리시킬 수는 있었으나, 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 경계층 주위에 형성되는 혼합층의 이종수지를 완벽하게 분리시킬 수 없는 한계를 지니고 있었다. 그 이유는 복수탈염설비를 운용하는 동안 파쇄되는 수지에 기인하는데, 상기한 수력분리 기술이 수지의 비중 뿐만 아니라 수지의 입자크기에도 의존하기 때문에, 파쇄된 수지는 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 경계층 주변에 밀집분포하여 혼합층을 형성하는 반면 파쇄 음이온 교환수지는 음이온 교환수지 상부에 밀접하게 분포된다. 따라서, 아무리 세심한 주위를 기울여도 양이온 교환수지로부터 음이온 교환수지를 별도의 독립된 탑으로 이송할 때, 이종수지 경계층 주위에 형성된 혼합층이 양이온 교환수지는 음이온 교환수지와 함께 필연적으로 휩쓸려 들어가게 되며, 이때, 휩쓸려 들어가는 소량의 양이온 교환수지는 소듐 이온(Na⁺)누출의 원인이 되었고, 반대로, 양이온 교환수지층에 잔존하는 음이온 교환수지는 염소이온이나 설페이트이온(SO₄ ^2-)등의 누출원인이 되었다. 이러한 누출원인 중 특히 표면이 산화철로 오염되어 있는 이온교환수지 내부에 들어간 소듐이온(Na⁺)또는 염소이온은 제거되지 않고 이온교환수지의 내부에 잔류하게 되며, 탈염공정 중에 이온교환수지의 표면까지 침출하여 누출되기도 하고, 산도(pH)를 조절하기 위하여 주입하는 암모니아에 의해 암모니아 관류가 일어나게 되며 소듐이온(Na⁺)을 방출하게 된다. 그러나, 화력발전소의 고압관류 보일러나 경수로형 또는 가압수형 원자력발전소는 복수처리수 중의 소듐이온(Na⁺)과 염소이온 농도를 엄격히 규제하고 있기 때문에, 몇 ppb(Part per billion)의 소듐이온이나 염소이온만 누출되더라도 복수계통에는 매우 심각한 문제를 일으키게 된다.

전술한 바와 같이, 복수탈염설비를 운전하는 동안 가장 큰 문제점으로 대두된 이온누출, 특히, 소듐이온(Na⁺)의 누출을 줄이기 위하여, 전통적인 수력분리에 의한 수지분리방법을 이용한 복수 탈염방법 위에 새로운 공정을 추가한 특수한 복수 탈염방법이 출현하였다.

한국특허 0001370에서는 수지분리공정에 수지분리를 위한 중간 매개체로서 일정량의 양/음이온 교환수지를 혼합한 활성수지를 사용함으로써 공정들이 안고 있는 문제점을 개선하였다. 이는 역세공정전에 복수탈염을 목적으로 하는 양/음이온 교환수지로 이루어진 혼상수지외에, 수지분리를 위하여 일정량의 불활성수지나 양/음이온 교환수지로 구성되는 활성수지를 중간 매개체 수지로 사용하여 부가한 후, 역세분리를 하여 이종수지 상태로 만든 다음, 탈염을 목적으로 하는 일정량의 음이온 교환수지는 재생하기 위하여 별도의 독립된 저장탑으로 이송시키는 한편, 역세공정 전에 부가하였던 중간 매개체 수지의 부피에 해당하는 일정량의 수지 즉 남아 있는 불황성 수지나 일부 음/양이온 교환수지를 다시 회수하는 방법이다.

또한 미국특허 4442,229에서는 혼합수지를 분리탱크에서 분리한 후, 양이온 교환수지를 하부의 콘을 통해 양이온 교환수지 재생탱크로 이동시킬 때 양/음이온 교환수지와 함께 이송되는 물의 전도도를 전도도계로 확인하여 양/음이온 교환수지 분리경계층을 인지하고 경계층의 혼합된 부분을 별도의 저장탱크로 보내고, 다음번 수지분리를 할 경우 다시 분리탱크로 보내어 재사용하는 방법을 사용하였다.

그러나, 전술한 선행기술의 분리공정은 현재 복수탈염설비에 적용되고 있지만, 공정중에서 혼합층의 수지들을 별도의 저장탱크로 보내어 재사용 할 때 파쇄수지들이나 산화철분과 같은 오염물질들을 제거하지 않고 다시 반복 사용하기 때문에, 파쇄수지나 산화철분에 의한 혼합을 근본적으로 막을 수 없어서 교환 오염이 발생하는 문제점이 있었다. 또한 복수탈염설비에 사용되는 이온 교환수지의 량이 수천에서 수만 리터가 되기 때문에 미세한 오염이라 하더라도 전체를 세척하여 미세 파쇄수지와 오염물질을 제거하는데 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상술한 선행기술이 지닌 문제점을 개선하기 위한 것으로, 음이온재생탑의 분리경계면에서 중간매체수지를 별도의 탱크로 이송하면서 세척하여 미세 파쇄수지와 오염물질을 제거한 상태로 수지를 재순환시킴으로써 교환오염을 대폭 줄일 수 있고, 파쇄수지와 오염물질을 제거하는 필요한 시간과 비용을 절약할 수 있는 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 음이온재생탑으로 양/음이온수지가 유입되어 역세수로 수지를 분리시키는 분리단계와, 상기 분리단계에서 분리된 양이온수지를 양이온재생탑으로 이송시키는 양이온수지 이송단계, 상기 양이온수지 이송단계에서 중간매체수지를 세정저장탑으로 이송시키는 중간매체수지 이송단계, 상기 음이온재생탑과 양이온재생탑 각각에 재생제를 사용하여 수지를 재생하는 재생단계, 상기 음이온재생탑에서 재생단계를 거친 음이온수지를 상기 양이온 재생탑으로 이송시키는 음이온수지 이송단계, 상기 음이온수지 이송단계에서 파쇄수지를 세정저장탑으로 이송시키는 파쇄수지 이송단계 및, 상기 세정저장탑의 세척수단을 통하여 이송되는 중간매체수지 및 파쇄수지를 반복 세척하여 오염물질과 파쇄수지를 제거하는 정화단계를 포함한 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 양/음이온수지가 유입되어 역세와 압축공기로 사용하여 수지를 분리시키고 음이온수지를 재생시키는 음이온재생탑과, 상기 음이온재생탑으로부터 분리되어 이송된 양이온수지를 재생시키는 양이온재생탑 및, 상기 음이온재생탑에서 분리된 중간매체수지 및 파쇄수지를 저장하는 저장공간부를 포함하는 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 장치에서, 상기 저장공간부에는 수지유입구와 연통되고 양쪽으로 분기된 망사관과, 이 망사관의 내부에 구비된 세척노즐 및, 상기 망사관을 통과한 수지를 상기 수지유입구로 재순환시키는 순환이젝터로 구성된 세척수단을 더 포함한 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 장치를 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 방법 및 장치에 의하면, 미세 파쇄수지를 세정저장탑으로 이송시켜 세척수단을 통하여 수지와 분리시켜서 제거할 수 있고, 특히 산화철분 등의 오염물질이 혼재된 수지에서 오염물질을 제거한 수지를 반영구적으로 재사용할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 예시도면에 따라 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 복수탈염설비의 이온교화수지 분리/재생 장치를 사용한 이온교환수지 재생공정을 순차적으로 단순화한 도면으로, 세척수 및 수지가 이송되는 주요배관만을 도시하고 그 밖의 배관 및 배관에 연결된 밸브는 공지기술을 이용한 것이므로 도면에 도시하지 않았다.

본 발명에 따른 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 방법은 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 음이온재생탑(10)으로 양/음이온수지가 유입되어 역세수로 사용하여 수지를 분리시키는 분리단계와, 상기 분리단계에서 분리된 양이온수지를 양이온재생탑(20)으로 이송시키는 양이온수지 이송단계, 상기 양이온수지 이송단계에서 중간매체수지를 세정저장탑으로 이송시키는 중간매체수지 이송단계, 상기 음이온재생탑(10)과 양이온재생탑(20) 각각에 재생제를 사용하여 수지를 재생하는 재생단계, 상기 음이온재생탑(10)에서 재생단계를 거친 음이온수지를 상기 양이온재생탑(20)으로 이송시키는 음이온수지 이송단계, 상기 음이온수지 이송단계에서 파쇄수지를 세정저장탑(30)으로 이송시키는 파쇄수지 이송단계 및, 상기 세정저장탑(30)의 세척수단을 통하여 이송되는 중간매체수지 및 파쇄수지의 오염물질을 반복 세척하여 정화하는 정화단계를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 분리단계에서는 유입구(12)를 통해 음이온재생탑(10)으로 양/음이온수지가 혼합되어 들어오고, 순수공급관(14)을 통해 역세수를 상기 음이온재생탑(10)의 하부에서 상부로 유입시키면서 수지를 분리한다. 이 때, 음이온재생탑(10)에는 수지들의 비중차이에 의해 최상부에 음이온수지층(10a), 최하부에 양이온수지층(20a), 중간에 중간매체수지층(30a)이 각각 분리되어 형성된다. 상기 음이온수지층(10a)의 상부에는 파쇄된 음이온수지가 분포되어 있는 한편, 상기 중간매체수지층(30a)은 입자가 큰 음이온수지 또는 산화철분에 오염되어 무거운 음이온수지와 파쇄된 양이온수지로 이루어져 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 양이온수지 이송단계에서는 음이온재생탑(10)의 양이온수지가 이송관(16)을 통하여 양이온재생탑(20)으로 이송된다. 상기 이송관(16)에는 전도도계(18)가 설치되어 양이온수지만을 통과하도록 관측하고 이를 컨트롤러(미도시)가 제어하도록 되어 그 밖의 수지는 통과하지 못하도록 구성되어 있다. 그리고, 이송관(16)은 분기되어 한쪽은 양이온재생탑(20)과 연통되고 다른 한쪽은 세정저장탑(30)과 연통되도록 구성되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 중간매체수지 이송단계에서는 음이온재생탑(10)의 중간매체수지를 이송관(16)을 통하여 세정저장탑(30)으로 이송한다. 여기서, 이송관(16)은 양이온재생탑(20)으로 유입되는 부분의 밸브(미도시)를 잠근 상태로 세정저장탑(30)쪽으로 중간매체수지를 유입시키게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 재생단계에서는 상기 음이온재생탑(10)과 양이온재생탑(20) 각각에 재생제를 사용하여 수지를 재생한다. 여기서, 음이온재생탑(10)에는 가성소다(22)를 투입하여 음이온교환수지를 재생하는 한편, 양이온재생탑(20)에는 황산 또는 염산 등의 액시드(24)를 투입하여 양이온교환수지를 재생한다. 양/음이온교환수지를 재생한 후, 세정수공급관(26)으로부터 스트레이너(28)를 통하여 세척수를 투입하여 세척한 다음, 역세를 한다. 역세를 하면 세척된 음이온수지는 분리되어 순수 음이온수지의 아래쪽으로 파쇄된 양이온수지가 분리되게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 음이온수지 이송단계에서는 상기 재생단계를 거친 음이온재생탑(10)의 음이온수지를 이송관(16)을 통하여 상기 양이온재생탑(20)으로 이송한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 파쇄수지 이송단계에서는 상기 재생단계를 거친 음이온재생탑(10)의 파쇄 양이온수지를 세정저장탑(30)으로 이송한다. 이 때, 상기 이송관(16)의 전도도계(18)에 의해서 파쇄 양이온수지가 세정저장탑(30)으로 이송되게 되는 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 정화단계에서는 세정저장탑(30)으로 유입되는 중간매체수지 및 파쇄수지의 오염물들을 세척하여 정화한다. 여기서, 중간매체수지 및 파쇄수지는 세정저장탑(30)의 세척수단을 통하여 반복적으로 세척하여 오염물질과 파쇄수지를 제거하도록 되어 있다.

이하, 본 발명에 따른 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 장치를 설명한다.

본 발명에 따른 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 장치는 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 양/음이온수지가 유입되어 역세수로 수지를 분리시키고 음이온수지를 재생시키는 음이온재생탑(10)과, 상기 음이온재생탑(10)으로부터 분리되어 이송된 양이온수지를 재생시키는 양이온재생탑(20) 및, 상기 음이온재생탑(10)에서 분리된 중간매체수지 및 파쇄수지를 저장하는 저장공간부를 포함하고 있다. 여기서, 저장공간부는 세척수단이 구비되어 중간매체수지 및 파쇄수지를 반복하여 세척하여 저장하는 세정저장탑(30)으로 되어 있다.

도 1 및 도 8을 참조하여 설명하면, 상기 세정저장탑(30)은 중간에 구획벽(31)이 형성되어 상층(32)과 하층(33)으로 분리되어 있다. 상기 세정저장탑(30)의 상층(33)은 위쪽에 이송관(16)과 연결되는 수지유입구(16a)가 형성되어 있고, 바닥부에 배출구(32a)가 형성되어 있다. 그리고, 세정저장탑(30)의 하층(33)에는 수지를 재순환시키도록 수지이송관(34)이 구비되어 있다.

상기 세척수단은 상기 수지유입구(16a)와 연통되고 양쪽으로 분기된 망사관(35)과, 이 망사관(35)의 내부에 구비된 세척노즐(36) 및, 상기 망사관(35)을 통과한 수지를 상기 수지이송관(34)을 통하여 수지유입구(16a)로 재순환시키는 순환이젝터(37)로 구성되어 있다. 상기 망사관(35)은 상/하부가 수지유입구(16a)와 구획벽(31)과 각각 연통되게 형성된 분기형 원통관으로 되어 있다. 여기서, 망사관(35)은 0.2∼0.4㎜ 망사체가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 세척노즐(36)은 상기 망사관(35)의 내부에 구비되어 순수공급관(14)으로부터 세척수를 공급받아 수지를 세척하도록 되어 있다.

따라서, 수지는 세척노즐(36)에 세척되어 망사관(35)을 따라 이송되어 세정저장탑(30)의 하층(33)에 쌓이게 되는 반면, 오염물질과 미세한 파쇄수지는 망사관(35)을 통과하여 세정저장탑(30)의 상층(32)에 모여서 배출구(32a)를 통해서 외부로 배출하도록 되어 있다.

한편, 정화된 수지는 수지이송관(34)과 분기된 수지재순환관(38)을 통해서 음이온재생탑(10)으로 이송하도록 되어 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 방법 및 그 장치에 의하면, 미세 파쇄수지와 중간매체수지를 세정저장탑으로 이송시켜 세척수단을 통하여 세정된 수지와 분리시켜서 제거할 수 있고, 특히 재생공정에서 재생제에 의한 수지의 교환오염을 최소화할 수 있게 된다. 이에 따라 이온교환수지의 분리효율을 증가시켜 복수탈염설비의 신뢰성을 높일 수 있고, 복수탈염설비를 가동할 때 이온교환에 따른 이온누출을 차단하여 운전비용을 대폭 절감하고 나아가 화력/원자력 발전소의 스팀계통에 부식을 방지할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 복수탈염설비의 음이온재생탑에서 역세에 따른 수지를 분리하는 공정도,

도 2는 음이온재생탑에서 분리된 양이온수지를 양이온재생탑으로 이송시키는 공정도,

도 3은 음이온재생탑의 중간매체수지를 세정저장탑으로 이송시키는 공정도,

도 4는 양/음이온재생탑에 각각 재생제를 사용하여 수지를 재생하는 공정도,

도 5는 음이온재생탑에서 재생을 거친 음이온수지를 양이온 재생탑으로 이송시키는 공정도,

도 6은 음이온재생탑에서 파쇄수지를 세정저장탑으로 이송시키는 공정도,

도 7은 세정저장탑으로 이송되는 중간매체수지 및 파쇄수지를 반복 세척하여 정화하는 공정도,

도 8은 복수탈염설비의 세정저장탑을 도시한 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 음이온재생탑 12 : 유입구

14 : 순수공급관 16 : 이송관

18 : 전도도계 20 : 양이온재생탑

22 : 가성소다 24 : 액시드

26 : 세정수공급관 28 : 스트레이너

30 : 세정저장탑 31 : 구획벽

32 : 상층 33 : 하층

34 : 수지이송관 35 : 망사관

36 : 세척노즐 37 : 순환이젝터

38 : 수지재순환관

Claims (3)

1. 음이온재생탑(10)으로 양/음이온수지가 유입되어 역세수로 수지를 분리시키는 분리단계;

   상기 분리단계에서 분리된 양이온수지를 양이온재생탑(20)으로 이송시키는 양이온수지 이송단계;

   상기 분리단계에서 분리되어 양이온수지와 음이온수지의 중간에 형성된 중간매체수지를 세정저장탑(30)으로 이송시키는 중간매체수지 이송단계;

   상기 음이온재생탑(10)과 양이온재생탑(20) 각각에 재생제를 사용하여 수지를 재생하는 재생단계;

   상기 음이온재생탑(10)에서 재생단계를 거친 음이온수지를 상기 양이온재생탑(20)으로 이송시키는 음이온수지 이송단계;

   상기 음이온재생탑(10)에서 재생단계를 거친 파쇄 양이온수지를 세정저장탑(30)으로 이송시키는 파쇄수지 이송단계; 및

   상기 세정저장탑(30)의 세척수단을 통하여 이송되는 중간매체수지 및 파쇄양이온수지를 반복 세척하여 오염물질과 파쇄수지를 제거하는 정화단계; 를 포함한 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 방법.
2. 양/음이온수지가 유입되어 역세수로 수지를 분리시키고 음이온수지를 재생시키는 음이온재생탑(10)과, 상기 음이온재생탑(10)으로부터 분리되어 이송된 양이온수지를 재생시키는 양이온재생탑(20) 및, 상기 음이온재생탑(10)에서 분리된 중간매체수지 및 파쇄수지를 저장하는 저장공간부를 포함하는 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 장치에 있어서,

   상기 저장공간부에는 수지유입구(16a)와 연통되고 양쪽으로 분기된 망사관(35)과, 이 망사관(35)의 내부에 구비된 세척노즐(36) 및, 상기 망사관(35)을 통과한 수지를 상기 수지이송관(34)을 통하여 수지유입구(16a)로 재순환시키는 순환이젝터(37)로 구성된 세척수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 저장공간부의 내부에는 구획벽(31)을 기준으로 상층(32)과 하층(33)으로 분리되고 상기 구획벽(31)에 상기 망사관(35)이 연통형성되어, 상기 세척노즐(36)의 세척수에 의해 상층(32)에 오염물질 또는 파쇄수지가 저장되게 하고, 하층(33)에 세정된 수지를 저장하도록 구성된 것을 특징으로 하는 복수탈염설비의 이온교환수지 분리/재생 장치.