KR101533977B1 - 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자력발전소, 연구소 및 학교의 실험실에서 발생하는 방사성 폐건조제로부터 삼중수소(3H)와 방사성탄소(14C)를 용이하게 제거할 수 있도록 한 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템은 폐건조제가 저장되는 폐건조제호퍼와; 상기 폐건조제에 오염된 삼중수소 및 방사성탄소를 제거시키도록 소정의 형상으로 이루어진 열분해시스템과; 상기 열분해시스템을 가열시키는 마이크로웨이브 마그네틱과; 상기 열분해시스템 내부에서 폐건조제에 마이크로파를 흡수시키고, 이동시키는 싱글 스크류와; 상기 싱글 스크류의 측면에 연결되어, 싱글 스크류를 가동시키는 구동장치와; 상기 처리된 폐건조제가 배출되게 열분해시스템의 하부에 설치되는 배출관과; 상기 열분해시스템의 상부 일측에 배치되며, 가스가 주입되는 가스주입관과; 상기 열분해시스템의 상부 타측에 배치되며, 열분해시스템에서 발생되는 가스가 배출되는 가스배출관과; 상기 가스배출관에서 배출되는 배기가스중의 유기형태의 방사성탄소를 무기형태의 방사성탄소로 변환시키는 촉매산화로와; 상기 가스배출관에서 배출되는 배기가스중의 수분 및 삼중수소를 응축시키는 열교환기와; 상기 열교환기에 냉각수를 공급하는 냉각장치와; 상기 열교환기를 통과한 응축수가 저장되는 응축수탱크와; 상기 촉매산화로를 통과한 방사성탄소를 포집하는 방사성탄소 스크러버와; 상기 열분해시스템의 내부를 음압으로 유지시키는 배기블로워로 구성됨을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템은 폐건조제가 저장되는 폐건조제호퍼와; 상기 폐건조제에 오염된 삼중수소 및 방사성탄소를 제거시키도록 소정의 형상으로 이루어진 열분해시스템과; 상기 열분해시스템을 가열시키는 마이크로웨이브 마그네틱과; 상기 열분해시스템 내부에서 폐건조제에 마이크로파를 흡수시키고, 이동시키는 싱글 스크류와; 상기 싱글 스크류의 측면에 연결되어, 싱글 스크류를 가동시키는 구동장치와; 상기 처리된 폐건조제가 배출되게 열분해시스템의 하부에 설치되는 배출관과; 상기 열분해시스템의 상부 일측에 배치되며, 가스가 주입되는 가스주입관과; 상기 열분해시스템의 상부 타측에 배치되며, 열분해시스템에서 발생되는 가스가 배출되는 가스배출관과; 상기 가스배출관에서 배출되는 배기가스중의 유기형태의 방사성탄소를 무기형태의 방사성탄소로 변환시키는 촉매산화로와; 상기 가스배출관에서 배출되는 배기가스중의 수분 및 삼중수소를 응축시키는 열교환기와; 상기 열교환기에 냉각수를 공급하는 냉각장치와; 상기 열교환기를 통과한 응축수가 저장되는 응축수탱크와; 상기 촉매산화로를 통과한 방사성탄소를 포집하는 방사성탄소 스크러버와; 상기 열분해시스템의 내부를 음압으로 유지시키는 배기블로워로 구성됨을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템에 관한 것으로, 특히 원자력발전소, 연구소 및 학교의 실험실에서 발생하는 방사성 폐건조제로부터 삼중수소와 방사성탄소를 제거하는 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템에 관한 것이다.
일반적으로 가압중수로형(Pressurized Heavy Water Reactor, PHWR) 원자력발전소에서 중수증기의 회수를 위하여 건조제(Molecular Sieve 13X)를 사용한다.
상기 건조제에 중수가 흡수되는 과정에서 삼중수소와 미량의 방사성탄소가 함께 흡착되며, 건조제의 성능이 저하되면 교체하므로 주기적으로 방사성 폐건조제가 발생된다.
또한, 원자력발전소 주변의 환경오염 감지를 위하여 건조제가 시료포집제로도 사용되기 때문에 방사성 폐건조제의 발생량이 점점 증가하고 있다.
2012년까지 발생된 폐건조제가 420드럼(200리터/드럼) 정도이나, 처리ㆍ처분방안이 수립되어 있지 아니하여 원자력발전소 내에 임시로 저장ㆍ관리되고 있는 실정이다.
특히, 방사성 폐기물은 원자력안전법에서 규정한 자체처분이 가능한 방사성 준위까지 방사성 준위를 낮추지 않으면 일반폐기물로 분류하여 처리할 수 없다.
삼중수소와 방사성탄소는 중수를 감속재로 사용하는 중수로의 중수증기에서 중수를 흡착하여 회수하는 과정에서 건조제의 표면 또는 기공에 흡착된다.
이렇게 오염된 폐건조제로부터 자체처분이 가능할 정도로 삼중수소와 방사성탄소를 분리하거나 추출하여 제거할 수 있다면 오염된 방사성 폐건조제의 장기저장 관리에 따른 오염의 확산 가능성을 해소하고, 폐기물 저장공간을 효율적으로 사용할 수 있을 것이나, 아직까지 이러한 오염된 방사성 폐건조제로부터 삼중수소와 방사성탄소를 분리하거나 추출하여 제거하는 방안이 제시되지 않고 있는 실정이다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 원자력발전소, 연구소 및 학교의 실험실에서 발생하는 방사성 폐건조제로부터 삼중수소(3H)와 방사성탄소(14C)를 용이하게 제거할 수 있도록 한 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템은 폐건조제가 저장되는 폐건조제호퍼와; 상기 폐건조제에 오염된 삼중수소 및 방사성탄소를 제거시키도록 소정의 형상으로 이루어진 열분해시스템과; 상기 열분해시스템을 가열시키는 마이크로웨이브 마그네틱과; 상기 열분해시스템 내부에서 폐건조제에 마이크로파를 흡수시키고, 이동시키는 싱글 스크류와; 상기 싱글 스크류의 측면에 연결되어, 싱글 스크류를 가동시키는 구동장치와; 상기 처리된 폐건조제가 배출되게 열분해시스템의 하부에 설치되는 배출관과; 상기 열분해시스템의 상부 일측에 배치되며, 가스가 주입되는 가스주입관과; 상기 열분해시스템의 상부 타측에 배치되며, 열분해시스템에서 발생되는 가스가 배출되는 가스배출관과; 상기 가스배출관에서 배출되는 배기가스중의 유기형태의 방사성탄소를 무기형태의 방사성탄소로 변환시키는 촉매산화로와; 상기 가스배출관에서 배출되는 배기가스중의 수분 및 삼중수소를 응축시키는 열교환기와; 상기 열교환기에 냉각수를 공급하는 냉각장치와; 상기 열교환기를 통과한 응축수가 저장되는 응축수탱크와; 상기 촉매산화로를 통과한 방사성탄소를 포집하는 방사성탄소 스크러버와; 상기 열분해시스템의 내부를 음압으로 유지시키는 배기블로워로 구성됨을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 원자력발전소 등에서 발생하는 방사성 폐건조제로부터 삼중수소와 방사성탄소를 제거할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 마이크로웨이브 마그네틱을 이용하여 열분해시스템 내부를 가열시키고, 실리콘 카바이드 재질의 코일형상으로의 싱글 스크류가 설치된 열분해시스템을 사용하여 연속적으로 폐건조제를 처리할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 열분해시스템에 마이크로웨이브 마그네틱을 사용하여, 예열시간이 거의 발생하지 않으며, 대상 폐건조제에 열이 골고루 전달되기 때문에 보다 신속하게 많은 양의 폐건조제를 처리할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 본 발명은 폐건조제의 처리시에 발생하는 배기가스 중의 삼중수소 및 방사성탄소도 응축기술과 흡착제거기술을 사용하여 포집할 수 있어, 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템을 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거과정을 도시한 공정도.
도 2는 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거과정을 도시한 공정도.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템을 도시한 구성도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템은 폐건조제가 저장되는 폐건조제호퍼(1)와; 상기 폐건조제에 오염된 삼중수소 및 방사성탄소를 제거시키도록 소정의 형상으로 이루어진 열분해시스템(2)과; 상기 열분해시스템(2)을 가열시키는 마이크로웨이브 마그네틱(3)과; 상기 열분해시스템(2) 내부에서 폐건조제에 마이크로파를 흡수시키고, 이동시키는 싱글 스크류(4)와; 상기 싱글 스크류(4)의 측면에 연결되어, 싱글 스크류(4)를 가동시키는 구동장치(5)와; 상기 처리된 폐건조제가 배출되게 열분해시스템(2)의 하부에 설치되는 배출관(6)과; 상기 열분해시스템(2)의 상부 일측에 배치되며, 가스가 주입되는 가스주입관(7)과; 상기 열분해시스템(2)의 상부 타측에 배치되며, 열분해시스템(2)에서 발생되는 가스가 배출되는 가스배출관(8)과; 상기 가스배출관(8)에서 배출되는 배기가스중의 유기형태의 방사성탄소를 무기형태의 방사성탄소로 변환시키는 촉매산화로(9)와; 상기 가스배출관(8)에서 배출되는 배기가스중의 수분 및 삼중수소를 응축시키는 열교환기(10)와; 상기 열교환기(10)에 냉각수를 공급하는 냉각장치(11)와; 상기 열교환기(10)를 통과한 응축수가 저장되는 응축수탱크(12)와; 상기 촉매산화로(9)를 통과한 방사성탄소를 포집하는 방사성탄소 스크러버(13)와; 상기 열분해시스템(2)의 내부를 음압으로 유지시키는 배기블로워(14)로 구성된다.
또한, 상기 열분해시스템(2)의 내부에 마이크로파를 발생시키는 마이크로웨이브 마그네틱(3)이 설치되어, 상기 열분해시스템(2)의 예열시간이 거의 없이 폐건조제를 처리하는 시간이 단축된다.
그리고 상기 싱글 스크류(4)는 실리콘 카바이드 재질의 코일형상으로 구성되어, 폐건조제의 마이크로파의 흡수를 원활하게 하고, 연속처리가 가능하며, 폐건조제의 파괴 및 파쇄 없이 처리할 수 있도록 구성된다.
이하, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거방법에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거과정을 도시한 공정도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거방법은 방사성 폐건조제를 가열하여 폐건조제에 오염된 삼중수소와 방사성탄소를 제거하는 폐건조제 처리공정(S1); 상기 폐건조제 처리공정(S1)에서 발생된 유기형태의 방사성탄소를 무기형태의 방사성탄소로 변환시키는 촉매산화공정(S2); 상기 촉매산화공정(S2)에서 변환된 무기형태의 방사성탄소를 제거하는 방사성탄소 포집공정(S3); 상기 폐건조제 처리공정(S1)에서 발생된 삼중수소를 물로 응축시켜 포집하는 삼중수소 포집공정(S4)으로 이루어진다.
즉, 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거방법은 폐건조제 처리공정(S1), 촉매산화공정(S2), 방사성탄소 포집공정(S3), 삼중수소 포집공정(S4) 순으로 이루어진다.
여기서, 상기 폐건조제 처리공정(S1)에서는 열분해시스템(2)에서 폐건조제를 마이크로웨이브로 가열하여 폐건조제 내에 함유된 삼중수소와 방사성탄소를 탈리시킨다.
먼저, 배기블로워(14)를 가동시켜 열분해시스템(2) 내부를 약한 음압상태로 유지하고, 마이크로웨이브 마그네틱(3)를 가동시켜 열분해시스템(2)의 내부를 가열한다.
여기서, 상기 열분해시스템(2)의 내부온도가 설정온도(600℃∼1,200℃)에 도달하면 폐건조제호퍼(1)에 저장된 폐건조제를 열분해시스템(2)으로 이송시킨다.
상기 폐건조제의 열분해시스템(2)으로의 이송이 완료되면, 구동장치(5)를 가동시켜 열분해시스템(2) 내부에 설치된 실리콘 카바이드 재질의 코일형상으로 이루어진 싱글 스크류(4)를 2∼10rpm으로 가동시킨다.
이때, 실리콘 카바이드 재질의 싱글 스크류(4)는 마이크로파를 매우 잘 흡수하여 폐건조제에 열에너지를 원활히 공급할 수 있도록 도와준다.
또한, 상기 싱글 스크류(4)는 코일형상의 무축 스크류이며, 압축기에서 쓰이는 싱글 스크류 또는 트윈 스크류와는 달리 처리대상물을 파괴 및 파쇄시키지 않고 원형을 보존할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기 열분해시스템(2) 내부에는 마이크로파 제어가 가능한 여러 개의 마이크로웨이브 마그네틱(3)을 설치하여 모든 방향에서 마이크로파가 조사되도록 하고, 실리콘 카바이드 싱글 스크류(4)는 마이크로웨이브를 흡수시켜서 대상 폐건조제에 집중적으로 조사되도록 구성한다.
여기서, 폐건조제는 실리콘 카바이드 재질의 코일형상의 싱글 스크류(4)의 가동에 따라 열분해시스템(2)의 내부에서 배출관(6) 쪽으로 서서히 이송되면서 마이크로웨이브에 의해 가열되며, 이때 상기 폐건조제에 함유된 삼중수소와 방사성탄소가 탈리된다.
또한, 상기 싱글 스크류(4)를 따라 열분해시스템(2)을 통과한 폐건조제는 배출관(6)으로 이송되며, 상기 열분해시스템(2)의 내부에서의 폐건조제의 이송속도는 구동장치(5)의 회전속도를 조절하여 조절한다.
이때, 삼중수소와 방사성탄소의 탈리를 촉진시키기 위해 열분해시스템(2)의 상부에 위치된 가스주입관(7)을 통하여 열분해시스템(2)의 내부에 산소를 주입할 수 있다.
여기서, 상기 열분해시스템(2)은 마이크로웨이브 출력의 조절로 온도를 제어할 수 있어 내부 온도의 제어가 용이하다.
특히, 상기 마이크로웨이브 마그네틱(8)은 4개 이상이 설치되어야 바람직하다.
또한, 상기 열분해시스템(2)의 내부의 실리콘 카바이드 재질의 코일형상의 싱글 스크류(4)를 사용하여 폐건조제의 연속처리가 가능하다.
이어서, 상기 촉매산화공정(S2)에서는 폐건조제 처리공정(S1)에서 발생된 배기가스 중 유기형태의 방사성탄소를 무기형태의 방사성탄소로 전환시킨다.
즉, 폐건조제 처리공정(S1)에서 발생되는 방사성탄소는 유기형태 또는 무기형태로 탈기되는데, 이때 발생되는 방사성탄소 중 유기형태의 방사성탄소를 무기형태인 방사성 이산화탄소(14CO2)로 전환시켜서 방사성탄소 스크러버(13)에서 LiOH, CaO/CaO(OH)2와 같은 흡착물질과 화학적 반응에 의해 흡착되도록 한다.
여기서, 상기 촉매로는 허니콤 타입의 촉매(Pd/Pt)를 사용하며, 촉매산화로(9) 내의 온도는 촉매의 활성화를 위하여 350℃ 정도를 유지토록 한다.
이어서, 상기 방사성탄소 포집공정(S3)에서는 폐건조제 처리공정(S1)에서 발생되는 방사성탄소를 방사성탄소 스크러버(13)로 흡착하여 제거한다.
상기 폐건조제 처리공정(S1)에서 무기형태로 발생된 방사성탄소는 물론 폐건조제 처리공정(S1)에서 유기형태로 발생되어 촉매산화로(9)에서 무기형태로 전환된 방사성 이산화탄소도 방사성탄소 스크러버(13)를 통과하면서 흡착물질과의 화학적 반응으로 흡착되어 99% 이상 제거된다.
이어서, 상기 삼중수소 포집공정(S4)에서는 폐건조제 처리공정(S1)에서 발생된 배기가스 중의 삼중수소를 냉각장치(11) 및 열교환기(10)를 이용하여 응축시켜서 응축수로 응축수저장탱크(14)로 포집한다.
여기서, 상기 응축수에 방사성 이산화탄소가 용해되어 유입되는 것을 방지하기 위하여 응축수의 pH를 3∼5로 유지하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템은 원자력발전소 등에서 발생하는 방사성 폐건조제로부터 삼중수소와 방사성탄소를 제거할 수 있고, 특히, 내부에 싱글 스크류(4)가 설치된 열분해시스템(2)을 사용하여 배치(Batch) 타입의 처리가 아닌 연속적으로 폐건조제를 처리할 수 있다.
또한, 본 발명은 폐건조제의 처리시에 발생하는 배기가스 중의 삼중수소 및 방사성탄소도 응축기술과 흡착제거기술을 사용하여 포집할 수 있어, 환경오염을 방지할 수 있다.
1: 폐건조제호퍼 2: 열분해시스템
3: 마이크로웨이브 마그네틱 4: 싱글 스크류
5: 구동장치 6: 배출관
7: 가스주입관 8: 가스배출관
9: 촉매산화로 10: 열교환기
11: 냉각장치 12: 응축수탱크
13: 방사성탄소 스크러버 14: 배기블로워
3: 마이크로웨이브 마그네틱 4: 싱글 스크류
5: 구동장치 6: 배출관
7: 가스주입관 8: 가스배출관
9: 촉매산화로 10: 열교환기
11: 냉각장치 12: 응축수탱크
13: 방사성탄소 스크러버 14: 배기블로워
Claims (4)
- 폐건조제가 저장되는 폐건조제호퍼(1)와; 상기 폐건조제에 오염된 삼중수소 및 방사성탄소를 제거시키도록 소정의 형상으로 이루어진 열분해시스템(2)과; 상기 열분해시스템(2)을 가열시키는 마이크로웨이브 마그네틱(3)과; 상기 열분해시스템(2) 내부에서 폐건조제에 마이크로파를 흡수시키고, 이동시키는 싱글 스크류(4)와; 상기 싱글 스크류(4)의 측면에 연결되어, 싱글 스크류(4)를 가동시키는 구동장치(5)와; 상기 처리된 폐건조제가 배출되게 열분해시스템(2)의 하부에 설치되는 배출관(6)과; 상기 열분해시스템(2)의 상부 일측에 배치되며, 가스가 주입되는 가스주입관(7)과; 상기 열분해시스템(2)의 상부 타측에 배치되며, 열분해시스템(2)에서 발생되는 가스가 배출되는 가스배출관(8)과; 상기 가스배출관(8)에서 배출되는 배기가스중의 유기형태의 방사성탄소를 무기형태의 방사성탄소로 변환시키는 촉매산화로(9)와; 상기 가스배출관(8)에서 배출되는 배기가스중의 수분 및 삼중수소를 응축시키는 열교환기(10)와; 상기 열교환기(10)에 냉각수를 공급하는 냉각장치(11)와; 상기 열교환기(10)를 통과한 응축수가 저장되는 응축수탱크(12)와; 상기 촉매산화로(9)를 통과한 방사성탄소를 포집하는 방사성탄소 스크러버(13)와; 상기 열분해시스템(2)의 내부를 음압으로 유지시키는 배기블로워(14)로 구성되고, 상기 열분해시스템(2)의 내부에 마이크로파를 발생시키는 마이크로웨이브 마그네틱(3)이 설치되며, 상기 싱글 스크류(4)는 실리콘 카바이드 재질의 코일형상으로 구성됨을 특징으로 하는 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템.
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