KR100650505B1 - 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법 - Google Patents

트리튬을 함유한 배기체의 처리방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100650505B1
KR100650505B1 KR1020050115461A KR20050115461A KR100650505B1 KR 100650505 B1 KR100650505 B1 KR 100650505B1 KR 1020050115461 A KR1020050115461 A KR 1020050115461A KR 20050115461 A KR20050115461 A KR 20050115461A KR 100650505 B1 KR100650505 B1 KR 100650505B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tritium
exhaust
water
exhaust gas
moisture
Prior art date
Application number
KR1020050115461A
Other languages
English (en)
Inventor
임성팔
김광락
이민수
백승우
안도희
정흥석
Original Assignee
한국원자력연구소
한국수력원자력 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구소, 한국수력원자력 주식회사 filed Critical 한국원자력연구소
Priority to KR1020050115461A priority Critical patent/KR100650505B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100650505B1 publication Critical patent/KR100650505B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/265—Drying gases or vapours by refrigeration (condensation)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/11—Details
    • G21B1/115—Tritium recovery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B01D2253/108—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1021—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1023—Palladium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명은 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트리튬 분석기와 습도 측정기에 의해 습 트리튬 배기체 중 물 형태의 트리튬 함량 및 배기체 전체의 수분 함량을 각각 측정하고, 그 물 형태의 트리튬의 농도에 따라 그 처리 경로를 달리하여 각종 흡착탑 및 촉매탑을 경유하게 함으로써 일반 수분과 물 형태의 트리튬 및 수소 형태의 트리튬을 흡착, 제거한 다음, 트리튬이 제거된 최종 배기체만을 외부로 배기하기 위한 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법에 대한 것으로서, 본 발명의 처리방법에 의하면, 원자력 발전소, 연구용 원자로, 원자력 연구 시설, 동위원소 사용시설 등에서 발생하는 배기체 중에 존재하는 트리튬을 더욱 안전하고 효과적으로 처리할 수 있는 유용한 효과를 제공할 수 있다.
트리튬, 흡착탑, 촉매탑, 열교환기

Description

트리튬을 함유한 배기체의 처리방법{A process for treatment of tritium-containing exhaust}
도 1은 종래의 트리튬 제거 처리방법의 블록도를 나타내고,
도 2는 종래의 트리튬 제거 처리방법의 다른 블록도를 나타내고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 트리튬을 함유한 배기체 처리방법의 블록도를 나타내고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 트리튬을 함유한 배기체 처리 장치 중 냉각식 수분 제거기를 나타낸 개략도를 나타내고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배기체 처리 장치 중 막분리 수분 제거기를 나타낸 개략도를 나타낸다.
본 발명은 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자력 발전소, 연구용 원자로, 원자력 연구 시설, 동위원소 사용 시설 등에 서 발생하는 배기체를 트리튬 분석기와 습도 측정기에 의해 물 형태의 트리튬 함량 및 배기체 전체의 수분 함량을 각각 측정하고, 그 물 형태의 트리튬의 농도에 따라 그 처리 경로를 달리하여 각종 흡착탑 및 촉매탑을 경유하게 하여 일반 수분과 물 형태의 트리튬 및 수소 형태의 트리튬을 흡착, 제거한 다음, 트리튬이 제거된 최종 배기체만을 외부로 배기함으로써 배기체 중에 함유된 트리튬을 더욱 안전하고 효과적으로 제거하여 대기 중으로 배기하기 위한 트리튬 함유 배기체의 처리방법에 대한 것이다.
원자량 1인 수소(H)의 동위 원소로는 원자량 2인 중수소(듀테륨, Deuterium; D), 원자량 3인 삼중 수소(트리튬, Tritium; T)가 있다. 이 중 삼중 수소, 즉 트리튬은 베타 방사선을 방출하는 반감기 12.5 년인 방사성 물질로서 수소 분자 형태의 화합물로는 HT, DT, HDT, T2 등이 존재하며, 물 분자 형태의 화합물로는 HTO, DTO, T2O 등으로 존재한다. 이들 트리튬 화합물은 방사능을 띠기 때문에 그 취급과 안전에 각별한 주의를 기울여야 한다.
원자력 발전소, 연구용 원자로, 원자력 연구 시설, 동위원소 사용 시설 중에서도 특히 중수를 냉각재나 반사체로 사용하는 가압 중수로형 원자력 발전소와 연구용 원자로, 트리튬 이용 시설 등에서 발생하는 배기체 중에는 트리튬이 포함될 가능성이 매우 높으며, 실제 이들 시설에서는 트리튬을 함유하는 배기체가 발생하 여 가끔씩 문제가 되기도 한다.
이들 시설에서 발생하는 배기체 중의 트리튬은 농도가 법적 배기 기준값(3 × 103 Bq/m3)보다 낮을 경우에는 별 다른 처리 없이 외부로 배기가 가능하지만, 배기체 중의 트리튬의 농도가 상기 기준값 이상으로 높을 경우에는 반드시 그 이하로 낮추어 배기하여야만 한다. 따라서, 적합한 방법에 의하여 트리튬을 배기체로부터 제거하여야할 필요가 있다. 특히, 트리튬 이용 시설은 원자력 산업이 발전함에 따라 고농도 트리튬을 취급하는 경우가 증가하고 있다. 그렇기 때문에, 트리튬 이용 시설에서 발생하는 배기체 중의 트리튬의 제거는 매우 중요한 과제가 되었다. 아울러, 앞으로 안전과 관련한 원자력 관련법이 점차 강화되는 추세이기 때문에 현재 적용되고 있는 규제값이 더욱 낮아질 때를 대비하여 트리튬을 함유한 배기체(트리튬 배기체)에 대한 적절한 처리 방법이 강구되어야만 한다.
트리튬 배기체 중에 함유된 트리튬은 수소 형태의 트리튬과 물 형태의 트리튬이 함께 존재하는 경우가 대부분이다. 트리튬의 제거 방법으로 가장 잘 알려진 방법은 도 1에 도시한 바와 같이, 배기체 중 수소 형태의 트리튬을 적절한 촉매를 사용하여 산화시키고, 이를 물 형태의 트리튬(HTO, DTO, HDT, T2O)으로 전환시킨 다음, 흡착제를 사용하여 물 형태의 트리튬을 흡착하여 제거하는 방법이다. 촉매로는 활성탄, 알루미나 또는 SDBC(Styrene Divinyl Benzene Copolymer)와 같은 담체 에 담지된 백금이나 팔라듐 촉매가 주로 사용되고 있다. 또한, 흡착제로는 합성 제올라이트가 가장 많이 사용되고 있다.
그런데, 이들 촉매는 통과하는 기체, 즉 배기체 중에 수분이 존재하면 촉매의 활성이 급격히 떨어지는 단점이 있다. 따라서, 촉매에 작용하는 수분의 영향을 줄이기 위하여 반응 온도를 150~200 ℃ 로 높게 유지하여야 한다. 또한, 반응이 끝나 촉매탑에서 배출된 배기체의 온도가 높기 때문에, 다음 단계의 흡착탑에서 효과적으로 수분을 제거하기 위하여는 배기체를 다시 실온에 가까운 온도로 냉각하여야 한다.
따라서, 도 2와 같이 촉매탑 전단에 흡착탑을 설치하여 배기체 중의 수분을 제거하고 수분이 제거된 배기체를 촉매탑에 통과시킨 후, 이를 다시 촉매탑 후단의 흡착탑에 통과시켜 배기체 중의 트리튬을 제거하는 방법이 제안된 바 있다 (JAERI-M86-189). 이 방법은 촉매탑의 온도를 높일 필요 없이 실온에서 운전할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 이 방법에서 촉매탑 전단에 위치한 흡착탑에서는 배기체 중에 포함된 일반 수분과 함께 물 형태의 트리튬도 함께 제거된다. 따라서, 배기체 중에 일반 수분이 많을 경우, 흡착제는 빠르게 수분으로 포화되기 때문에 그 소모가 많다. 이는 도 1에 나타낸 방법도 마찬가지이다.
또한, 물 형태의 트리튬이 함유되어 있지 않고 일반 수분만으로 포화된 흡착 제는 고온의 공기나 건조 공기를 이용하여 쉽게 재생하여 다시 사용할 수 있지만, 배기체 중에 물 형태의 트리튬이 포함되어 있으면 흡착제의 재생은 매우 신중하게 이루어져야 한다. 왜냐하면, 재생 시에는 흡착제로부터 탈착되는 수분에 물 형태의 트리튬이 포함되기 때문에 다시 재생 공기 중에 일반 수분과 함께 트리튬이 증발하여 포함될 가능성이 높기 때문이다.
이에, 본 발명자들은 흡착제와 촉매를 사용하여 수소 형태의 트리튬과 물 형태의 트리튬을 모두 제거 처리하되 그 전체적인 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 방법의 필요성을 절감하던 중, 냉각식 수분 제거기 및 막분리 수분제거기를 설치하여 이용하면 더욱 안전하고 효과적으로 배기체 중의 트리튬을 처리할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 원자력 발전소, 연구용 원자로, 원자력 연구 시설, 동위원소 사용 시설 등에서 발생하는 배기체 중의 트리튬을 더욱 안전하고 효과적으로 제거하여 트리튬이 제거된 배기체를 대기 중으로 안전하게 배기하기 위한 트리튬을 함유한 배기체의 처리 방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 트리튬 분석기와 습도 측 정기에 의해 습 트리튬 배기체 중 물 형태의 트리튬 함량 및 배기체 전체의 수분 함량을 각각 측정하여 배기체 중 물 형태의 트리튬의 농도가 소정의 농도 이상일 경우 냉각식 수분 제거기로 보내지고, 상기 물 형태의 트리튬의 농도가 소정의 농도 미만일 경우에는 막분리 수분 제거기로 보내지는 단계와; 상기 냉각식 수분 제거기로 보내진 배기체 중 트리튬을 이슬점 이하의 온도로 냉각ㆍ응축시켜 배기체 중의 수분을 제거하는 단계와; 상기 수분이 제거된 배기체를 제 1의 트리튬 흡착탑으로 보내어 배기체 중 물 형태의 트리튬 및 잔류 수분을 제거한 후 수소 형태의 트리튬을 함유한 배기체를 촉매탑으로 보내는 단계와; 촉매탑으로 보내진 배기체 중 수소 형태의 트리튬을 백금 또는 팔라듐 촉매와 반응시켜 물 형태의 트리튬으로 전환시킨 후 제 2의 트리튬 흡착탑으로 보내는 단계와; 제 2의 트리튬 흡착탑으로 보내진 배기체 중 물 형태의 트리튬만이 흡착제에 의해 흡착ㆍ제거되어지고, 트리튬이 제거된 최종 배기체만이 외부로 배기되는 단계와; 상기 막분리 수분 제거기로 보내진 습 트리튬 배기체는 다층의 수지막으로 이루어진 튜브 다발을 통과하면서 수분이 제거되며 수분이 제거된 배기체를 수분 흡착탑으로 보내는 단계와; 상기 수분 흡착탑으로 보내진 배기체 중의 잔류 수분은 흡착제에 의해 모두 흡착ㆍ제거된 후 상기 촉매탑과 상기 제 2의 트리튬 흡착탑을 거치면서 트리튬이 제거된 건조 배기체만이 상기 막분리 수분 제거기로 피드백되어지거나 배기되는 단계를 포함하는 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 연계하여 상세히 설명한 다.
도 3은 본 발명을 도시한 개략도로써, 본 발명의 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법은, 트리튬 분석기와 습도 측정기에 의해 습 트리튬 배기체 중 물 형태의 트리튬 함량 및 배기체 전체의 수분 함량을 각각 측정하여 배기체 중 물 형태의 트리튬의 농도가 소정의 농도 이상일 경우 냉각식 수분 제거기로 보내지고, 상기 물 형태의 트리튬의 농도가 소정의 농도 미만일 경우에는 막분리 수분 제거기로 보내지는 단계와; 상기 냉각식 수분 제거기로 보내진 배기체 중 트리튬을 이슬점 이하의 온도로 냉각ㆍ응축시켜 배기체 중의 수분을 제거하는 단계와; 상기 수분이 제거된 배기체를 제 1의 트리튬 흡착탑으로 보내어 배기체 중 물 형태의 트리튬 및 잔류 수분을 제거한 후 수소 형태의 트리튬을 함유한 배기체를 촉매탑으로 보내는 단계와; 촉매탑으로 보내진 배기체 중 수소 형태의 트리튬을 백금 또는 팔라듐 촉매와 반응시켜 물 형태의 트리튬으로 전환시킨 후 제 2의 트리튬 흡착탑으로 보내는 단계와; 제 2의 트리튬 흡착탑으로 보내진 배기체 중 물 형태의 트리튬만이 흡착제에 의해 흡착ㆍ제거되어지고, 트리튬이 제거된 최종 배기체만이 외부로 배기되는 단계와; 상기 막분리 수분 제거기로 보내진 습 트리튬 배기체는 다층의 수지막으로 이루어진 튜브 다발을 통과하면서 수분이 제거되며 수분이 제거된 배기체를 수분 흡착탑으로 보내는 단계 와; 상기 수분 흡착탑으로 보내진 배기체 중의 잔류 수분은 흡착제에 의해 모두 흡착ㆍ제거된 후 상기 촉매탑과 상기 제 2의 트리튬 흡착탑을 거치면서 트리튬이 제거된 건조 배기체만이 상기 막분리 수분 제거기로 피드백되어지거나 배기되는 단계로 구성한 것이다.
상기와 같은 방법을 수행하기 위한 본 발명의 장치는 다음과 같다.
본 발명의 배기체 중 트리튬을 제거하기 위한 처리 장치는 트리튬 분석 장치, 습도 측정 장치, 냉각식 수분 제거기, 막분리 수분 제거기, 촉매탑 전단의 제 1의 트리튬 흡착탑, 촉매탑 전단의 수분 흡착탑, 촉매탑, 및 촉매탑 후단의 제 2의 트리튬 흡착탑 등의 장치를 포함하여 구성된 것이다.
상세히 설명하면, 트리튬 분석기와 습도 측정기에 의해 습 트리튬 배기체 중 물 형태의 트리튬 함량 및 배기체 전체의 수분 함량을 각각 측정하여 배기체 중 물 형태의 트리튬의 농도가 소정의 농도 이상일 경우 냉각식 수분 제거기로 보내고, 상기 물 형태의 트리튬의 농도가 소정의 농도 미만일 경우에는 막분리 수분 제거기로 보내도록 하며, 냉각식 수분 제거기로 보내진 배기체는 그 수분이 제거된 상태로 제 1의 트리튬 흡착탑으로 이송되도록 하고, 상기에서 이송된 배기체는 제 1의 트리튬 흡착탑에서 물 형태의 트리튬 및 잔류 수분이 제거되어 수소 형태의 트리튬을 함유한 상태로 촉매탑으로 이송되도록 하고, 촉매탑으로 이송된 배기체는 그 중 수소 형태의 트리튬이 백금 또는 팔라듐과의 촉매 반응을 통해 물 형태의 트리튬으로 전환시켜 제 2의 트리튬 흡착탑으로 이송되도록 하여 물 형태의 트리튬을 흡착, 제거한 후 외부로 배기하도록 구성한 것이다.
또한, 상기 막분리 수분 제거기로 보내진 습 트리튬 배기체는 다층의 수지막으로 이루어진 튜브 다발을 통과하면서 수분이 제거되도록 하여 수분 흡착탑으로 이송되도록 하고, 수분 흡착탑으로 보내진 배기체 중의 잔류 수분을 흡착제로 모두 흡착·제거한 후 상술한 바와 동일한 기능을 갖는 촉매탑 및 제 2의 트리튬 흡착탑으로 이송되도록 하고, 이와 같이 트리튬이 제거된 건조 배기체만이 상기 막분리 수분 제거기로 피드백되어지거나 배기되도록 구성한 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 트리튬을 함유한 배기체는 먼저 트리튬 분석 장치 및 습도 측정 장치에 의하여 배기체 중 물 형태의 트리튬 함량과 전체 수분 함량이 각각 측정된다.
트리튬 배기체 중에 함유된 트리튬은 수소 형태의 트리튬과 물 형태의 트리튬이 함께 존재하는 경우가 대부분이지만, 물 형태의 트리튬의 농도는 동일 시설에서도 시간, 운전 조건 및 취급되는 트리튬의 종류에 따라 다양하게 변화한다.
배기체 중 물 형태의 트리튬의 농도가 소정의 농도 이상일 경우 습 트리튬 배기체는 냉각식 수분 제거기로 보내지고, 물 형태의 트리튬의 농도가 소정의 농도 미만일 경우에 습 트리튬 배기체는 막분리 수분 제거기로 보내진다.
상기 배기체 중 물 형태의 트리튬의 소정의 농도는, 습 트리튬 배기체를 냉각식 수분 제거기 또는 막분리 수분 제거기로 보내는 기준 농도로서, 법적 배기 기준값을 의미하는 것으로, 더욱 구체적으로는 3×103 Bq/m3을 의미한다.
상기 냉각식 수분 제거기로 보내진 배기체 중 수분을 이슬점 이하의 온도로 냉각·응축시켜 배기체 중의 수분을 제거한다. 즉, 냉각식 수분 제거기는 배기체의 온도를 냉각하여 원하는 이슬점까지 낮춤으로써 배기체 중에 함유되어 있는 수분을 응축시켜 제거한다. 이때, 배기체 중의 일반 수분뿐만 아니라, 물 형태의 트리튬도 함께 제거된다. 따라서, 상기 냉각식 수분 제거기를 통과한 배기체는 그 일반 수분의 함량과 물 형태의 트리튬 함량이 크게 낮아진다.
도 4는 상기 냉각식 수분 제거기 내부의 예시도로서, 기-기 열교환기, 냉동 냉각기, 기-액 분리기, 압축기, 냉매 응축기 등을 포함하여 구성된다.
도 4를 참조하면, 상기 냉각식 수분 제거기에 유입된 습 트리튬 배기체는 기-기 열교환기를 통과하면서 차가운 출구쪽 건조 트리튬 배기체와의 열교환에 의해 부분적으로 냉각되어 냉동 냉각기로 보내지고, 부분적으로 냉각된 배기체는 냉동 냉각기를 거치면서 원하는 온도로 더욱 차갑게 냉각되면서 배기체 중에 포함된 수분(물 형태의 트리튬 포함)이 다량 응축되어 기-액 분리기로 보내지고, 응축된 수분은 기-액 분리기에 의해 배기체로부터 분리 및 배출된다. 수분이 제거된 건조 배기체는 기-기 열교환기로 피드백되고, 피드백된 건조 배기체는 기-기 열교환기를 통과하면서 기-기 열교환기로 유입되는 습 트리튬 배기체와의 열교환에 의해 부분적으로 재가열된다.
상기 냉각식 수분 제거기를 사용할 경우, 배기체 중의 수분 함량을 이슬점 0.2 ℃인 상태까지 낮출 수 있다. 그러나, 보통은 배기체 중의 수분 함량을 이슬점 4 ℃ 정도의 상태가 되는 조건으로 운전한다. 만약, 트리튬 배기체의 온도가 25 ℃이고 상대 습도가 70 % 라면, 배기체 중의, 물 형태의 트리튬을 포함한 전체 수분 함량은 16.1 g/㎥ 이다. 이때, 냉각식 수분 제거기를 이용하여 배기체의 수분 함량을 이슬점 4 ℃인 상태로 낮추면 약 10 g의 수분, 즉 초기 수분 함량의 약 60 %가 응축되어 제거된다. 제거율은 초기 배기체의 온도가 높고 상대습도가 높을수록 커지지만, 평균적으로 40 ~ 80 %의 수분이 제거된다. 따라서, 상기 냉각식 수분 제거기를 통과한 배기체는 그 일반 수분의 함량과 물 형태의 트리튬 함량이 크게 낮아진다.
기-액 분리기에서 수거되는 응축수에는 트리튬이 함유되어 있기 때문에, 별도의 규정된 트리튬 폐수 처리방법에 따라 처리할 수 있다. 냉각식 수분 제거기를 거친 배기체의 트리튬 농도는 응축되어 제거된 트리튬의 양에 반비례하여 감소한다.
상기 냉각식 수분 제거기를 통과한 배기체는 필요 시 실온으로 가열된 후 합성 제올라이트 또는 무수 석고 (CaSO4) 등의 흡착제로 채워진, 촉매탑 전단에 설치된 제 1의 트리튬 흡착탑으로 유입된다. 제 1의 트리튬 흡착탑에서는, 상기 냉각식 제거기에서 응축되지 않은 일반의 잔류 수분과 물 형태의 트리튬이 모두 제거되며, 수소 형태의 트리튬만 남게 된다.
상기 제 1의 트리튬 흡착탑을 거치게 되면, 배기체 중의 수분 함량은 0.005 g/㎥ 이하 (이슬점 -70 ℃)가 된다. 제 1의 트리튬 흡착탑이 흡착제가 배기체 중의 수분으로 포화되면 수분 제거 효과가 급격히 저하되므로 새로운 흡착제를 충전하여 사용하든 지 또는 고온의 공기 또는 상온의 건조 공기를 사용하여 흡착된 수분을 제거한 후 재사용한다. 제 1의 흡착탑의 흡착제 수명 또는 재생 주기는 냉각식 수분 제거기를 설치할 경우 그렇지 않은 경우에 비하여 2 배 이상 증가한다.
상기 제 1의 흡착탑을 거친 배기체는 촉매탑으로 이송되는데, 여기서 배기체 중에 포함된 수소 형태의 트리튬은 그 99 % 이상이 물 형태의 트리튬으로 전환되어 제 2의 트리튬 흡착탑으로 이송된다.
상기 촉매탑에서 사용되는 촉매로는 활성탄, 알루미나 또는 SDBC (Styrere Divinyl Benzene Copolymer)와 같은 담체에 담지된 백금이나 팔라듐 촉매가 사용될 수 있다. 반응은 실온, 약 15 ~ 40 ℃에서 이루어진다. 촉매 반응에 의하여, 물 형태의 트리튬을 함유하게 된 배기체는 촉매탑 후단에 설치된 제 2의 트리튬 흡착탑으로 배출된다.
상기 촉매탑에서 배출된 배기체는 제 2의 트리튬 흡착탑에 유입되어 최종적으로 배기체 중에 포함된 물 형태의 트리튬이 모두 제거됨으로써, 트리튬이 제거된 최종 배기체가 외부로 배기 가능하게 된다. 후단부의 제 2의 트리튬 흡착탑의 기능은 전단부의 제 1의 트리튬 흡착탑의 그것과 같지만, 후단부의 제 2의 트리튬 흡착탑에서는 일반 수분의 흡착은 없고, 물 형태의 트리튬만 흡착된다.
한편, 배기체 중 물 형태의 트리튬의 농도가 3×103 Bq/m3 미만이어서 막분리 수분 제거기로 보내진 습 트리튬 배기체는 다층의 수지막으로 이루어진 튜브 다발을 갖는 원통형의 상기 막분리 수분 제거기를 통과하면서 습 트리튬 배기체 내 수분이 제거된다.
도 5는 막분리 수분 제거기를 개략적으로 도시한 것으로서, 상기 막분리 수분 제거기는 원통 형상으로서, 그 내부에는 DuPont 사의 퍼플루오로-3,6-다이옥사-4-메틸-7-옥텐-설폰산과 테트라플루오로에틸렌 (Tefron®)의 공중합체인 Nafion® 수지로 만들어진 막(membrane)으로 제조된 튜브 다발이 채워져 있다. 막분리 수분 제거기에 있어서, 그 튜브 안쪽으로는 수분을 함유한 배기체를 통과시키고, 그 튜브 밖으로는 건조 공기를 통과시키면 배기체 중의 수분은 Nafion® 수지 막을 통과하여 건조 공기 중으로 이동한다. 이때, 배기체 중에 포함되어 있는 수소 형태의 이동은 없다. 건조 공기는 촉매탑 전단의 수분 흡착탑, 촉매탑, 및 촉매탑 후단의 제 2의 트리튬 흡착탑을 거쳐 트리튬과 수분이 모두 제거되어 배기 가능한 최종 건조 배기체가 이용될 수 있으며, 배기체 중의 수분 함량을 상기 냉각식 수분 제거기와 비슷한 수준으로 낮출 수 있다.
상기 막분리 수분 제거기를 사용하면, 냉각식 수분 제거기에 비하여 동력이 크게 절약되는 이점이 있다. 또한, 만약 트리튬 배기체 발생 시설 주변에 이용 가능한 건조 공기가 있다면, 더욱 효과적으로 막분리 수분 제거기를 이용할 수 있다.
상기 막분리 수분 제거기를 통과한 배기체는 도 3에 도시된 바와 같이, 촉매 탑 전단에 설치된 수분 흡착탑으로 유입된다. 촉매탑 전단부의 수분 흡착탑은 막분리 수분 제거기에서 완전히 제거하지 못한 수분을 모두 흡착 제거하게 된다. 촉매탑 전단부의 수분 흡착탑의 구성 및 기능은 상기한 제 1의 트리튬 흡착탑과 같으나, 흡착제가 수분으로 포화되어 재생할 경우, 흡착제 중의 트리튬의 농도가 매우 낮기 때문에 상기 제 1의 트리튬 흡착탑에 비하여 재생 작업이 매우 용이하다.
상기 수분 흡착탑을 통과한 배기체는 이후 상술한 물 형태의 트리튬 배기체 처리 시와 마찬가지로 촉매탑에서 수소 형태의 트리튬이 물 형태의 트리튬으로 전환된 다음, 촉매탑 후단부의 제 2의 트리튬 흡착탑을 거쳐 트리튬이 완전히 제거된 상태로 막분리 수분 제거기로 피드백되어 상술한 바와 같이 건조 배기체로 이용되거나 외부로 배기된다.
본 발명은 상술한 실시예로 제한되지 않고 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 범위내에서 여러 실시예로 수정변경 가능하다.
본 발명의 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법에 의하면, 원자력 발전소, 연구용 원자로, 원자력 연구 시설, 동위원소 사용시설 등에서 발생하는 트리튬을 함유한 배기체 중의 수분을 효율적으로 제거함과 아울러 물 형태의 트리튬 및 수소 형태의 트리튬 모두를 효과적으로 제거할 수 있다. 특히, 배기체를 물 형태의 트 리튬 농도에 따라 분리 처리함으로써 트리튬 흡착탑의 수명과 재생 주기가 연장되는 장점이 있으며, 최종적으로 흡착탑 재생 시에 발생하는 트리튬 폐수의 발생량을 크게 감소시킬 수 있는 유용한 효과를 제공한다.

Claims (7)

  1. 트리튬 분석기와 습도 측정기에 의해 습 트리튬 배기체 중 물 형태의 트리튬 함량 및 배기체 전체의 수분 함량을 각각 측정하여 배기체 중 물 형태의 트리튬의 농도가 소정의 농도 이상일 경우 냉각식 수분 제거기로 보내지고, 상기 물 형태의 트리튬의 농도가 소정의 농도 미만일 경우에는 막분리 수분 제거기로 보내지는 단계와; 상기 냉각식 수분 제거기로 보내진 배기체 중 트리튬을 이슬점 이하의 온도로 냉각ㆍ응축시켜 배기체 중의 수분을 제거하는 단계와; 상기 수분이 제거된 배기체를 제 1의 트리튬 흡착탑으로 보내어 배기체 중 물 형태의 트리튬 및 잔류 수분을 제거한 후 수소 형태의 트리튬을 함유한 배기체를 촉매탑으로 보내는 단계와; 촉매탑으로 보내진 배기체 중 수소 형태의 트리튬을 백금 또는 팔라듐 촉매와 반응시켜 물 형태의 트리튬으로 전환시킨 후 제 2의 트리튬 흡착탑으로 보내는 단계와; 제 2의 트리튬 흡착탑으로 보내진 배기체 중 물 형태의 트리튬만이 흡착제에 의해 흡착ㆍ제거되어지고, 트리튬이 제거된 최종 배기체만이 외부로 배기되는 단계와; 상기 막분리 수분 제거기로 보내진 습 트리튬 배기체는 다층의 수지막으로 이루어진 튜브 다발을 통과하면서 수분이 제거되며 수분이 제거된 배기체를 수분 흡착탑으로 보내는 단계와; 상기 수분 흡착탑으로 보내진 배기체 중의 잔류 수분은 흡착제에 의해 모두 흡착ㆍ제거된 후 상기 촉매탑과 상기 제 2의 트리튬 흡착탑을 거치면서 트리튬이 제거된 건조 배기체만이 상기 막분리 수분 제거기로 피드백되어지거나 배기되는 단계를 포함하는 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 냉각식 수분 제거 단계에서 상기 습 트리튬 배기체는 기-기 열교환기를 통과하면서 차가운 출구쪽 건조 트리튬 배기체와의 열교환에 의해 부분적으로 냉각되어 냉동 냉각기로 보내지는 단계와; 냉동 냉각기에서 물 형태의 트리튬이 포함된 수분이 응축되어 기-액 분리기로 보내지는 단계와; 기-액 분리기에서 상기 응축된 수분이 배기체로부터 분리 및 배출되고, 수분이 제거된 건조 배기체는 기-기 열교환기로 피드백되어 유입되는 습 트리튬 배기체와 열교환에 의해 부분적으로 재가열됨을 특징으로 하는 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 막분리 수분 제거 단계에서 상기 습 트리튬 배기체는 상기 튜브 안쪽으로 통과시키고 튜브 밖으로는 건조 공기 또는 상기 제 2의 트리튬 흡착탑을 통과한 건조 배기체를 통과시켜 배기체 중의 수분은 상기 수지 막을 통과하여 상기 건조 공기 또는 건조 배기체 중으로 이동되며 배기됨을 특징으로 하는 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 배기체 중 물 형태의 트리튬의 농도 소정 농도는 3× 103 Bq/m3 인 것을 특징으로 하는 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 촉매는 활성탄, 알루미나 및 SDBC로부터 선택되는 담체에 담지된 것임을 특징으로 하는 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 흡착제는 합성 제올라이트 또는 무수 석고로 구성됨을 특징으로 하는 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 수지막은 퍼플루오로-3,6-다이옥사-4-메틸-7-옥텐-설폰산 및 테트라플루오로에틸렌의 공중합체로 이루어진 것임을 특징으로 하는 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법.
KR1020050115461A 2005-11-30 2005-11-30 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법 KR100650505B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050115461A KR100650505B1 (ko) 2005-11-30 2005-11-30 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050115461A KR100650505B1 (ko) 2005-11-30 2005-11-30 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100650505B1 true KR100650505B1 (ko) 2006-11-30

Family

ID=37713780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050115461A KR100650505B1 (ko) 2005-11-30 2005-11-30 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100650505B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109269844A (zh) * 2018-11-16 2019-01-25 江油联合氚碳仪器有限责任公司 氡氚分离及测量氚的系统及方法
CN109887632A (zh) * 2019-04-19 2019-06-14 江油联合氚碳仪器有限责任公司 用于高湿空气除氚的系统
WO2021199564A1 (ja) * 2020-03-30 2021-10-07 株式会社クレハ環境 トリチウム含有水溶液の処理方法および処理装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0511098A (ja) * 1991-07-08 1993-01-19 Nippon Sanso Kk トリチウム除去方法及び装置
JPH11248882A (ja) 1998-03-03 1999-09-17 Nikkiso Co Ltd トリチウム捕集装置
JP2002090496A (ja) 2000-09-14 2002-03-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd トリチウムの除去処理システム
KR20050006382A (ko) * 2003-07-08 2005-01-17 한국전력공사 삼중수소 처리 시스템
JP2005090988A (ja) 2003-09-12 2005-04-07 Showa Engineering Co Ltd トリチウム含有重水取扱設備の乾燥方法および乾燥設備システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0511098A (ja) * 1991-07-08 1993-01-19 Nippon Sanso Kk トリチウム除去方法及び装置
JPH11248882A (ja) 1998-03-03 1999-09-17 Nikkiso Co Ltd トリチウム捕集装置
JP2002090496A (ja) 2000-09-14 2002-03-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd トリチウムの除去処理システム
KR20050006382A (ko) * 2003-07-08 2005-01-17 한국전력공사 삼중수소 처리 시스템
JP2005090988A (ja) 2003-09-12 2005-04-07 Showa Engineering Co Ltd トリチウム含有重水取扱設備の乾燥方法および乾燥設備システム

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109269844A (zh) * 2018-11-16 2019-01-25 江油联合氚碳仪器有限责任公司 氡氚分离及测量氚的系统及方法
CN109887632A (zh) * 2019-04-19 2019-06-14 江油联合氚碳仪器有限责任公司 用于高湿空气除氚的系统
WO2021199564A1 (ja) * 2020-03-30 2021-10-07 株式会社クレハ環境 トリチウム含有水溶液の処理方法および処理装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lee et al. Removal and recovery of compressed CO2 from flue gas by a novel thermal swing chemisorption process
JP5392745B2 (ja) キセノンの濃縮方法、キセノン濃縮装置、及び空気液化分離装置
JP2010184229A (ja) 二酸化炭素吸着材及びこれを用いた二酸化炭素回収装置
RU2314255C2 (ru) Извлечение аммиака из продувочного газа
KR100650505B1 (ko) 트리튬을 함유한 배기체의 처리방법
TW200306881A (en) Gas purification method and apparatus thereof
US4867762A (en) Method and a device for purifying a gas containing hydrogen isotopes
US11058994B2 (en) Tritium cleanup system and method
JPS62255894A (ja) 核融合炉の燃料サイクルの廃ガスを汚染除去する方法および装置
CA1172828A (en) Iodine removal from a gas phase
Shin et al. Vapor adsorption testing of ambient molecular sieve bed in coolant purification system
JP2005090988A (ja) トリチウム含有重水取扱設備の乾燥方法および乾燥設備システム
RU2525423C1 (ru) Способ очистки газов от паров тритированной воды
JP2004161503A (ja) ガス精製方法
CN114229810B (zh) 高温气冷堆内构件热老化试验用氦气纯化系统及方法
US3179487A (en) Process for removing radioactive impurities from gases
JPH08141357A (ja) 二酸化炭素の高温分離法
JP5219032B2 (ja) 水素同位体含有ガス除去装置およびそれに用いる吸着装置
JPS596243B2 (ja) 水素同位体混合物の回収方法
US11918952B2 (en) Cyclical CO2 capture with integrated heat pump
Sazonov et al. Interaction of tritium with oils and tritiated waste oil decontamination
Nakamura et al. Adsorption characteristics of water vapor on gear-pellet and honeycomb-pellet types of adsorbents containing A-type zeolite
WO2023145721A1 (ja) Ｃｏ２回収方法およびｃｏ２回収装置
JPH0631830B2 (ja) 高濃度トリチウム共存重水の回収方法およびその装置
CN205925342U (zh) 一种活性碳纤维有机废气回收装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20111010

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121011

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee