KR102254271B1 - Recycling process of a used impregnated adsorbents - Google Patents

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이광현
이민우
강태욱
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Abstract

The present invention relates to a method for recycling a waste impregnated adsorbent which simultaneously removes radioactive material and an impregnated material from the waste impregnated adsorbent used for adsorption of the radioactive material generated in an air purification system such as a nuclear power plant, and also by removing only the radioactive material and the impregnated material without adding a change in the physical properties of the waste impregnated adsorbent, it is possible to reuse by recycling the adsorbent.

Description

폐첨착 흡착제의 재생 방법{ Recycling process of a used impregnated adsorbents }Recycling process of a used impregnated adsorbents

본 발명은 원자력 시설에서 사용된 폐첨착 흡착제를 재활용할 수 있도록 흡착된 방사성물질과 첨착물질을 동시에 제거함으로써, 상기 폐첨착 흡착제를 재생하는 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a method of regenerating the waste impregnated adsorbent by simultaneously removing the adsorbed radioactive material and the impregnated material so that the waste impregnated adsorbent used in a nuclear power facility can be recycled.

본 발명은 원자력시설에서 방사성 요오드 등을 흡착제거하기 위해서 사용된 TEDA(Triethylenediamine) 등의 첨착물질이 참착된 흡착제 즉, 폐첨착 흡착제를 방사성 고체폐기물로 분류하여 처분하는 대신에 상기 폐첨착 흡착제로부터 첨착물질과 상기 첨착물질에 흡착된 방사성 물질을 동시에 제거함으로써, 재사용이 가능하도록 상기 폐첨착 흡착제를 재생하는 방법에 관한 것이다.The present invention is an adsorbent in which an impregnated material such as TEDA (Triethylenediamine) used to adsorb and remove radioactive iodine in a nuclear facility, that is, a waste impregnated adsorbent is impregnated from the waste impregnated adsorbent instead of classified and disposed of as radioactive solid waste. The present invention relates to a method of regenerating the waste impregnation adsorbent so that it can be reused by simultaneously removing the material and the radioactive material adsorbed on the impregnated material.

원자력 시설에서 사용되는 첨착 흡착제는 일반 흡착제로 제거하기 어려운 특정유해물질의 흡착효율을 향상시키거나 또는 흡착탑의 사용기간을 연장하기 위해 흡착제의 기공 벽면에 첨착물질을 흡착시켜 화학적 활성을 높인 흡착제를 가리킨다. Impregnated adsorbents used in nuclear facilities refer to adsorbents that have increased chemical activity by adsorbing impregnated substances on the pore walls of the adsorbent in order to improve the adsorption efficiency of certain harmful substances that are difficult to remove with general adsorbents or to extend the use period of the adsorption tower. .

즉, 일반 흡착제에 의한 물리적 흡착에 의해서는 방사성 요오드 등에 대해서는 흡착용량이 크나 고습도 분위기 또는 온도가 높아지면 쉽게 탈착되므로 이러한 문제점을 극복하기 위해 원자력시설의 배기체 처리계통에서는 triethylenediamine(이하, TEDA) 또는 potassium iodide(이하, KI) 등의 첨착물질이 흡착된 첨착 흡착제가 이용된다. In other words, by physical adsorption by a general adsorbent, the adsorption capacity of radioactive iodine is large, but it is easily desorbed when the high humidity atmosphere or temperature rises. To overcome this problem, triethylenediamine (hereinafter, TEDA) or An impregnated adsorbent to which an impregnated material such as potassium iodide (hereinafter, referred to as KI) is adsorbed is used.

이러한 첨착 흡착제는 일정시간 사용 후 그 흡착성능이 낮아지면 새로운 흡착제로 교환하게 되고, 이때 발생되는 폐첨착 흡착제는 방사성 요오드, 방사성 제논, 크립톤, 삼중수소 및 방사성탄소를 포함한 방사성폐기물로 분류하여 원자력발전소 내에 임시 저장되고 있다. 일정시간 보관 후에는 반감기가 짧은 방사성 요오드나 방사성 제논 등은 그 방사능량이 거의 소멸되지만 비교적 반감기가 긴 삼중수소(반감기 12.3년)나 반감기가 매우 긴 방사성탄소(반감기, 5,730년)는 상당량 포함되어 있다.These impregnated adsorbents are replaced with new adsorbents when their adsorption performance decreases after a certain period of use, and the waste impregnated adsorbents generated at this time are classified into radioactive wastes including radioactive iodine, radioactive xenon, krypton, tritium, and radiocarbons. It is temporarily stored within. After storage for a certain period of time, radioactive iodine or radioactive xenon with a short half-life almost disappears, but contains a significant amount of tritium with a relatively long half-life (half-life of 12.3 years) or radiocarbon with a very long half-life (half-life, 5,730 years). .

이러한 폐흡착제에 흡착된 삼중수소와 방사성탄소를 제거하기 위한 종래기술을 살펴보면, 대한민국 등록특허 10-2001232호에는 방사성탄소를 포함하는 탄소화합물이 흡착된 폐활성탄을 반응로 내에서 감압하여 상기 탄소화합물을 탈착시키는 단계(단계 1); 상기 반응로 내의 폐활성탄에 산소를 흡착시키는 단계(단계 2); 상기 반응로 내의 폐활성탄에 대하여 1 차 탈가스를 수행하는 단계(단계 3); 상기 반응로 내의 온도를 상승시키는 단계(단계 4); 및 상기 반응로 내의 폐활성탄에 대하여 2 차 탈가스를 수행하는 단계(단계 5);를 포함하는 폐활성탄 내 방사성물질의 제거 방법이 개시되어 있고, .대한민국 등록특허공보 제10-0376080호(2003. 03. 15.)에는 사용된 첨착활성탄을 방사성 고체 폐기물로 분류하여 처분하는 대신에 추출용매를 이용하여 사용된 첨착활성탄으로부터 첨착물질과 흡착된 방사성 유기요오드를 추출하여 제거한 후, TEDA/KI를 재첨착하여 원자력시설의 방사성 유기요오드를 흡착하는 배기체 처리공정에 재사용하는 첨착활성탄의 재생 장치 및 방법이 개시되어 있다.Looking at the prior art for removing tritium and radiocarbon adsorbed on such a waste adsorbent, Korean Patent Registration No. 10-2001232 discloses the carbon compound by decompressing the waste activated carbon adsorbed with a carbon compound containing radiocarbon in a reactor. Detaching (step 1); Adsorbing oxygen to the waste activated carbon in the reactor (step 2); Performing primary degassing on the waste activated carbon in the reactor (step 3); Raising the temperature in the reactor (step 4); And performing secondary degassing on the waste activated carbon in the reactor (step 5). A method for removing radioactive materials in the waste activated carbon is disclosed. Korean Patent Publication No. 10-0376080 (2003) In 03. 15.), instead of disposing of the used impregnated activated carbon as radioactive solid waste, use an extraction solvent to extract and remove the impregnated material and adsorbed radioactive organic iodine from the used impregnated activated carbon, and then remove TEDA/KI. Disclosed is an apparatus and method for regenerating impregnated activated carbon which is re-imposed and reused in an exhaust treatment process for adsorbing radioactive organic iodine in a nuclear facility.

즉, 현재 가장 많이 사용되는 폐첨착 흡착제의 재생 방법으로는 가열로 내에서 상당한 열처리 시간을 주어, 1,000℃ 정도의 높은 온도에서 가열소성하고 강력한 바람 또는 수증기를 불어넣어 활성탄의 미세기공의 오염 물질을 제거하는 방법 또는 강한 염산 속에 오염된 폐활성탄을 첨착시켜 대량의 증류수로 수십 차례 세척하는 방법 등이 있다.In other words, the most commonly used method of regeneration of waste impregnated adsorbents currently is to give considerable heat treatment time in a heating furnace, heat and sinter at a high temperature of about 1,000°C, and blow strong wind or steam to remove contaminants in the micropores of activated carbon. There is a method of removing or impregnating contaminated waste activated carbon in strong hydrochloric acid and washing dozens of times with a large amount of distilled water.

그러나, 상기와 같은 방법은 강력한 바람 및 수증기를 투입해야 하므로 복잡한 특수가열로 제작해야하고 고온에서 활성화가 이루어짐에 따라 연료의 사용량이 많아 재생비용이 높을 뿐 만 아니라, 흡착제에 흡착된 물질이 비가역적 흡착일 경우 물질의 분해나 탈착이 어려운 단점이 있어 실용성이 낮은 것으로 보고되고 있다. However, since the above method requires strong wind and water vapor to be injected, it has to be manufactured by complex special heating, and as it is activated at high temperatures, the amount of fuel used is high, so the regeneration cost is high, and the material adsorbed on the adsorbent is irreversible. In the case of adsorption, it is reported that the practicality is low because it is difficult to decompose or desorb the material.

또한, 강한 염산을 이용한 폐첨착 흡착제의 재생방법은 재생 효율이 낮고, 다량의 산을 이용함에 따라 재생비용뿐 만 아니라 환경오염의 문제가 있다. 그리고 종래기술에 따른 폐첨착 흡착제의 처리방법에 따르면, 처리시 폐흡착제의 기공이 파괴되어 흡착제로서의 재사용이 불가하게 되는 문제점을 갖는다. In addition, the regeneration method of the waste impregnated adsorbent using strong hydrochloric acid has low regeneration efficiency, and there is a problem of environmental pollution as well as regeneration cost as a large amount of acid is used. In addition, according to the treatment method of the waste impregnated adsorbent according to the prior art, pores of the waste adsorbent are destroyed during treatment, so that reuse as an adsorbent becomes impossible.

본 발명은 원자력 발전소 등에서 공기 정화 계통에서 발생하는 방사성물질의 흡착에 사용된 폐첨착 흡착제로부터 방사성물질과 첨착물질을 동시에 제거하는 방법을 제공하는 데 있다. 또한 상기 폐첨착 흡착제의 물리적인 특성변화를 가하지 않고 방사성물질과 첨착물질 만을 제거함으로 흡착제의 재사용 가능한 재생 방법을 제공함에 있다. 그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The present invention is to provide a method of simultaneously removing radioactive materials and impregnated materials from a waste impregnated adsorbent used for adsorption of radioactive materials generated in an air purification system in a nuclear power plant or the like. In addition, it is to provide a reusable regeneration method of the adsorbent by removing only the radioactive material and the impregnated material without changing the physical properties of the waste impregnated adsorbent. However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H)가 흡착된 폐첨착 흡착제의 재생 방법은, ⅰ) 분체반응기(10)에 사용된 폐첨착 흡착제를 충진하는 제 1 단계; ⅱ) 상기 분체반응기(10)를 150 ~ 300 ℃로 승온하여 방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H)가 흡착된 첨착물질을 상기 폐첨착 흡착제로부터 기화시키는 제 2 단계; ⅲ) 상기 분체반응기(10)에 진공을 걸어 상기 제 2 단계에서 기화된 첨착물질을 배출하는 제 3 단계; ⅳ) 상기 분체반응기(10)를 300 ~ 600 ℃로 승온하고, 산소 3 ~ 10 부피%를 포함하는 불활성 가스를 투입함으로써 상기 분체반응기(10)의 내부 압력을 3 bar로 유지하여 폐첨착 흡착제에 잔존하는 방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H)가 흡착된 첨착물질을 기화시키는 제 4 단계; ⅴ) 상기 분체반응기(10)에 진공을 걸어 상기 제 4 단계에서 기화된 첨착물질을 배출하는 제 5 단계; 및 ⅵ) 상기 첨착물질이 기화되어 제거된 흡착제를 회수하는 제 6 단계;를 포함하는 것이 바람직하고, In order to solve the above problem, the method of regenerating the waste impregnation adsorbent in which carbon compounds containing radiocarbon (14 C) and tritium ( 3 H) are adsorbed according to the present invention is: i) waste impregnation used in the powder reactor (10). A first step of filling an adsorbent; Ⅱ) a second step for vaporizing the carbon compound, and tritium (3 H) is adsorbed impregnated material comprising the powder reactor 10. The radiocarbon (14 C the temperature was raised to 150 ~ 300 ℃) from the pyecheom complex adsorbent ; Iii) a third step of discharging the impregnated material vaporized in the second step by applying a vacuum to the powder reactor 10; Iv) The powder reactor 10 is heated to 300 ~ 600 °C, and an inert gas containing 3 ~ 10% by volume of oxygen is added to maintain the internal pressure of the powder reactor 10 at 3 bar. containing radioactive carbon (14 C) the residual carbon compounds and tritium fourth step of (3 H) vaporizing the impregnated adsorbent material; V) a fifth step of discharging the impregnated material vaporized in the fourth step by applying a vacuum to the powder reactor 10; And vi) a sixth step of recovering the adsorbent removed by vaporization of the impregnated material;

상기 제 2 단계는 150 ~ 250 ℃로 승온하고, 제 4 단계는 300 ~ 600 ℃로 승온하며, 상기 제 4 단계는 불활성 가스를 충진한 상태로 수행되는 것이 바람직하다.The second step is heated to 150 ~ 250 ℃, the fourth step is raised to 300 ~ 600 ℃, the fourth step is preferably carried out in a state filled with an inert gas.

또한, 상기 제 4 단계는 불활성 가스가 충진되어 분체반응기(10) 내부의 압력이 3 bar 이상을 유지하면서 수행되고, 이때 상기 불활성 가스는 질소 또는 아르곤 가스이고, 상기 불활성 가스는 산소를 3 ~ 10 부피%로 포함하며, 상기 첨착물질은 Triethylenediamine (TEDA), 4,4-Diaminodicyclohexylmethane, Hexamethylenediamine, 1,4-Diazacycloheptane, Diphenylethylenediamine(DPEN), o-Phenylenediamin, m-Phenylenediamin, p-Phenylenediamin, Dimethyl-4-phenylenediamine(DMPD), Tetramethyl-1,4-phenylendiamine(TMPD), 2,5-Diaminotoluene, 4-methoxyaniline, 3-Nitroaniline, 4-Nitroaniline 으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이며, 상기 흡착제는 규조토, 실리카겔, 활성탄, 제올라이트, 활성 알루미나 그리고 분자체(Molecular sieve) 중 어느 하나 인 것이 바람직하다.In addition, the fourth step is performed while the pressure inside the powder reactor 10 is maintained at 3 bar or more by being filled with an inert gas, wherein the inert gas is nitrogen or argon gas, and the inert gas contains 3 to 10 oxygen. Included in volume %, and the impregnating material is Triethylenediamine (TEDA), 4,4-Diaminodicyclohexylmethane, H examethylenediamine, 1,4-Diazacycloheptane, Diphenylethylenediamine (DPEN), o-Phenylenediamin, m-Phenylenediamin, p-Phenylenediamin, Dimethyl-4 -phenylenediamine (DMPD), Tetramethyl-1,4-phenylendiamine (TMPD), 2,5-Diaminotoluene, 4-methoxyaniline, 3-Nitroaniline, and at least one selected from the group consisting of 4-Nitroaniline, the adsorbent is diatomaceous earth, silica gel , Activated carbon, zeolite, activated alumina and molecular sieve (Molecular sieve) is preferably any one of.

본 발명에 따른 폐첨착 흡착제의 재생 방법에 따르면, 기존 폐첨착 흡착제의 처리기술에 비하여 공정이 간단하고 경제적이며, 또한, 처리된 폐첨착 흡착제의 삼중수소 및 방사성탄소의 잔류량이 자체처분 허용기준치보다 훨씬 낮은 농도를 나타내는 효과를 갖는다. 따라서 상기 폐첨착 흡착제로부터 방사능 물질과 첨착물질을 제거한 후에 다시 첨착물질을 재첨착함으로써 첨착 흡착제로 제조하여 이를 원자력시설의 배기체처리계통에 재활용이 가능하다. According to the method of regeneration of the waste impregnated adsorbent according to the present invention, the process is simple and economical compared to the existing waste impregnating adsorbent treatment technology, and the residual amount of tritium and radiocarbon in the treated waste impregnated adsorbent is less than the self-disposal limit. It has the effect of showing a much lower concentration. Therefore, after removing the radioactive material and the impregnated material from the waste impregnated adsorbent, the impregnated material is re-adhered to produce an impregnated adsorbent, which can be recycled in the exhaust system of a nuclear facility.

이에 따라 폐첨착 흡착제를 소각처리 또는 고화처리하는 문제를 해결할 수 있고, 폐첨착 흡착제의 폐기양이 감소하므로 폐기물 처분 비용이 크게 감소하는 효과를 갖는다. Accordingly, it is possible to solve the problem of incineration or solidification of the waste impregnated adsorbent, and since the amount of waste of the waste impregnated adsorbent is reduced, the waste disposal cost is greatly reduced.

또한, 폐첨착 흡착제를 재생하여 고품질의 첨착 흡착제로 재활용이 가능하므로 친환경적인 효과를 극대화할 수 있다.In addition, since the waste impregnated adsorbent can be regenerated and recycled as a high-quality impregnated adsorbent, the eco-friendly effect can be maximized.

도 1은 본 발명에 따른 폐첨착 흡착제의 재생 방법에 대한 공정 흐름도이며,
도 2는 본 발명에 따른 방사성물질 및 첨착물질 제거 장치의 모식도이다.
1 is a process flow diagram of a method for regenerating a waste impregnated adsorbent according to the present invention,
2 is a schematic diagram of an apparatus for removing radioactive materials and impregnated materials according to the present invention.

본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as "include", "have" or "have" are intended to designate the existence of features, numbers, steps, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It is to be understood that it does not preclude the presence or addition of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. In addition, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.

아래에서는 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, in order to facilitate an overall understanding, the same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and duplicate descriptions for the same elements are omitted.

이하, 본 발명에 따른 폐첨착 흡착제의 재생 방법에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 첨부된 도 1은 본 발명에 따른 폐첨착 흡착제의 재생 방법에 대한 공정 흐름도이며, 도 2는 본 발명에 따른 방사성물질 및 첨착물질 제거 장치(200)의 모식도이다. Hereinafter, a method for regenerating a waste impregnated adsorbent according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a process flow diagram of a method for regenerating a waste impregnated adsorbent according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus 200 for removing radioactive materials and impregnated substances according to the present invention.

본 발명에 따른 폐첨착 흡착제의 재생 방법은, 원자력시설의 배기체 처리계통에서 사용된 폐첨착 흡착제로부터 방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H) 등을 포함하는 방사성물질과 첨착물질을 동시에 탈착함으로써, 상기 폐첨착 흡착제를 흡착제로 재생하기 위한 것이다.Radioactive materials, including reproducing method of pyecheom complex adsorbent according to the present invention, a nuclear installation of the exhaust gas treatment system of pyecheom complex carbon compounds containing radioactive carbon (14 C) from the adsorbent and tritium in the (3 H), etc. By simultaneously desorbing and desorbing the impregnated material, the waste impregnated adsorbent is regenerated as an adsorbent.

원자력발전소에서 공기 정화용으로 사용된 흡착제는 방사능에 오염되어 있어서 재활용되지도 못할 뿐만 아니라 원자력발전소에서 자체적으로 처분하지도 못하고 방사성 고체폐기물로 분류하여 원자력발전소 내에 저장하게 된다. 특히, 원자력시설의 공기정화계통(HVAC)에 사용되는 흡착제는 방출되는 방사성 기체 중 요오드(I) 및 제논(Xe)을 제거할 목적으로 사용되며, 흡착효율을 좋게 하기 위하여 이러한 흡착제의 기공 표면에는 TEDA와 KI 등의 첨착물질이 첨착되어 있다. 또한, 국내 원자력발전소나 원자력시설에서 발생되고 있는 폐첨착 흡착제에는 상당량의 방사성탄소(14C)와 삼중수소(3H) 등이 잔류해 있는 것으로 확인되고 있다. Adsorbents used for air purification in nuclear power plants are contaminated by radioactivity and cannot be recycled, and they cannot be disposed of on their own at nuclear power plants, and are classified as radioactive solid waste and stored in nuclear power plants. In particular, the adsorbent used in the air purification system (HVAC) of nuclear facilities is used for the purpose of removing iodine (I) and xenon (Xe) from the emitted radioactive gases. Attached substances such as TEDA and KI are attached. In addition, the domestic nuclear power plants and complex pyecheom adsorbent that is generated from nuclear facilities has a significant amount of radioactive carbon (14 C) and tritium (3 H) has been confirmed that it remains.

본 발명에 따른 폐첨착 흡착제의 재생 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, ⅰ) 분체반응기(10)에 사용된 폐참착 흡착제를 충진하는 제 1 단계; ⅱ) 상기 분체반응기(10)를 승온하여 방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H)가 흡착된 첨착물질을 상기 폐첨착 흡착제로부터 기화시키는 제 2 단계; ⅲ) 상기 분체반응기(10)에 진공을 걸어 상기 제 2 단계에서 기화된 첨착물질을 배출하는 제 3 단계; ⅳ) 상기 분체반응기(10)를 승온하여 폐첨착 흡착제에 잔존하는 방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H)가 흡착된 첨착물질을 기화시키는 제 4 단계; ⅴ) 상기 분체반응기(10)에 진공을 걸어 상기 제 4 단계에서 기화된 첨착물질을 배출하는 제 5 단계; 및 ⅵ) 상기 첨착물질이 기화되어 제거된 흡착제를 회수하는 제 6 단계;를 포함하는 것이 바람직하다. The method for regenerating the waste impregnation adsorbent according to the present invention includes: i) a first step of filling the waste adsorbent used in the powder reactor 10; Ⅱ) a second step for vaporizing the carbon compound, and tritium (3 H) is adsorbed impregnated material containing radioactive carbon (14 C). The temperature was raised to the powder reactor 10 from the mounting pyecheom adsorbent; Iii) a third step of discharging the impregnated material vaporized in the second step by applying a vacuum to the powder reactor 10; Ⅳ) a fourth step of gasifying carbon compounds and tritium (impregnated with 3 H) The absorbent material comprises a radioactive carbon (14 C) remaining in the adsorbent by raising the temperature of the mounting pyecheom the powder reactor 10; V) a fifth step of discharging the impregnated material vaporized in the fourth step by applying a vacuum to the powder reactor 10; And vi) a sixth step of recovering the adsorbent removed by vaporization of the impregnated material.

본 발명에 따르면, 상기 폐첨착 흡착제를 재생처리하기 위한 방사성물질 및 첨착물질 제거 장치(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 폐첨착 흡착제의 혼합을 용이하게 하는 임펠러가 구비된 분체반응기(10)와, 상기 분체반응기(10)의 내부로 산소 가스를 공급하기 위한 산소가스 공급장치(20)와, 상기 분체반응기(10)의 내부로 불활성 가스를 공급하기 위한 불활성가스 공급장치(25) 및 상기 불활성가스와 산소가스를 혼합하는 공급가스 혼합장치(30), 방사성물질 및 첨착물질의 제거 효율 증대를 위해 분체반응기(10)의 내부로 공급되는 혼합가스의 온도를 예열하는 혼합가스 예열기(40)와, 상기 분체반응기(10) 내부의 압력 조절을 위한 감압 탱크(50), 흡착제에서 제거된 수분 및 첨착물질을 응축시키기 위한 응축기(60) 및 응축수 저장 탱크(70), 분체반응기(10) 및 이송 배관의 압력을 조절하기 위한 진공 펌프(80), 제거된 방사성물질 및 첨착물질을 배출하기 전에 가스 성분으로 전환하는 산화 촉매 반응기(90) 및 반응 결과로서 발생되는 가스 성분 중에서 방사성물질의 주성분을 이루는 방사성 이산화탄소(CO2) 흡수를 위한 건식 스크러버(100), 그리고 방사성물질을 흡수하고 남은 불활성가스를 포함하는 미반응 가스를 배출하기 위한 배출 팬(12)으로 구성된 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the radioactive material and impregnated material removing device 200 for regenerating the waste impregnated adsorbent is a powder reactor equipped with an impeller that facilitates mixing of the waste impregnated adsorbent therein, as shown in FIG. (10), an oxygen gas supply device 20 for supplying oxygen gas into the powder reactor 10, and an inert gas supply device 25 for supplying an inert gas into the powder reactor 10 ) And a supply gas mixing device 30 for mixing the inert gas and oxygen gas, a mixed gas preheater for preheating the temperature of the mixed gas supplied to the inside of the powder reactor 10 to increase the removal efficiency of radioactive substances and impregnated substances (40), a decompression tank 50 for controlling the pressure inside the powder reactor 10, a condenser 60 and a condensate storage tank 70 for condensing moisture and impregnated substances removed from the adsorbent, and a powder reactor ( 10) And a vacuum pump 80 for controlling the pressure of the transfer pipe, an oxidation catalytic reactor 90 for converting the removed radioactive material and impregnated material into a gas component before discharging, and a radioactive material among gas components generated as a result of the reaction It is characterized by consisting of a dry scrubber 100 for absorbing radioactive carbon dioxide (CO 2 ), which constitutes the main component of, and a discharge fan 12 for discharging unreacted gas including the remaining inert gas after absorbing the radioactive material.

상기와 같이 폐첨착 흡착제를 재생처리하기 위한 방사성물질 및 첨착물질 제거장치(200)에 대하여 설명하였으나, 상기 방사성물질 및 첨착물질 제거장치(200)의 구성을 제한하는 것은 아니다.As described above, the radioactive material and impregnated material removing device 200 for regenerating the waste impregnated adsorbent has been described, but the configuration of the radioactive material and impregnated material removing device 200 is not limited.

본 발명에 따른 폐첨착 흡착제의 재생 방법은 우선 상기와 같은 방사성물질 및 첨착물질 제거장치(200)에 구비되는 분체반응기(10)의 내부에 원자력 시설에서 사용된 폐첨착 흡착제를 충진하는 제 1 단계를 거치게 된다. The method for regenerating the waste impregnated adsorbent according to the present invention is a first step of filling the waste impregnated adsorbent used in a nuclear power facility into the powder reactor 10 provided in the radioactive material and impregnated material removing device 200 as described above. Will go through.

상기 폐첨착 흡착제는 원자력발전소 등의 원자력시설의 공기정화계통에 사용된 것으로써, 주로 공기 중 방사성기체인 방사성 요오드나 방사성 제논 등을 제거하기 위한 목적으로 사용된다. 또한 상기 폐첨착 흡착제는 이들에 대한 흡착제거 효율을 높이기 위해 첨착물질을 첨착할 수 있다. The waste impregnated adsorbent is used in the air purification system of nuclear facilities such as nuclear power plants, and is mainly used for the purpose of removing radioactive iodine or radioactive xenon, which are radioactive gases in the air. In addition, the waste impregnated adsorbent may be impregnated with an impregnating material in order to increase the adsorption and removal efficiency thereof.

본 발명에 따르면, 상기 폐첨착 흡착제는 활성탄을 비롯하여 규조토, 실리카 겔, 제올라이트, 활성 알루미나 그리고 분자체(Molecular sieve) 등과 같이 넓은 비표면적을 가질 뿐만 아니라 불활성 기체를 잘 흡착할 수 있는 것이 바람직하다. According to the present invention, the waste impregnation adsorbent preferably has a large specific surface area such as activated carbon, diatomaceous earth, silica gel, zeolite, activated alumina, and molecular sieve, as well as capable of adsorbing an inert gas well.

상기 흡착제 중 활성탄(activated carbon)은 표면의 산화물기들과 무기불순물에 기인한 비극성 또는 양극성의 표면을 갖고, 큰 비표면적 때문에 다른 흡착제보다 더 많은 비극성 및 양극성 분자를 흡착할 수 있어, 원자력시설 분야에서 다양하게 사용되고 있는 흡착제이다.Among the adsorbents, activated carbon has a non-polar or bipolar surface due to oxide groups and inorganic impurities on the surface, and can adsorb more non-polar and bipolar molecules than other adsorbents because of its large specific surface area. It is an adsorbent that is used in various ways.

제올라이트는 Na, K, Ca과 같은 알칼리 또는 알칼리토류 원소들의 삼차원 구조를 가진 결정형 알루미노규산염(crystalline aluminosilicate)이며, 입체망상구조로 탈착이 자유로운 수분을 다량 함유하며 높은 양이온교환능(CEC : cation exchange capacity)과 가스에 대한 선택적 흡착력이 뛰어나며, 균일한 세공경을 갖고 있어 분자체, 흡착제, 건조제, 이온교환체 등으로 널리 응용되고 있다.Zeolite is a crystalline aluminosilicate that has a three-dimensional structure of alkali or alkaline earth elements such as Na, K, and Ca. It contains a large amount of desorption-free moisture with a three-dimensional network structure, and has high cation exchange capacity (CEC: cation exchange capacity). ) And gas, and has a uniform pore diameter, so it is widely applied as a molecular sieve, an adsorbent, a desiccant, and an ion exchanger.

규조토는 아주 미세한 단세포생물인 규조류의 유해가 해저 또는 호소 밑에 쌓여 생성된 다공질의 토양으로써, 백색의 점토 모양이며, 가볍고 흡수율이 매우 크다.Diatomaceous earth is a porous soil that is formed by accumulating the remains of diatoms, which are very fine single-celled organisms, on the sea floor or under the lake. It has a white clay shape, is light, and has a very high absorption rate.

또한, 실리카 겔은 규산나트륨의 수용액을 산으로 처리하여 만들어지는 투명한 낱알 모양의 다공성 물질이다. 상기 실리카 겔은 표면적이 크고, 충격과 마찰에 대한 기계적 강도가 높을 뿐만 아니라, 수분 접촉에도 강하기 때문에 제습제로서는 가장 많이 사용되고 있는 흡착제이다. In addition, silica gel is a transparent grain-shaped porous material made by treating an aqueous solution of sodium silicate with an acid. Since the silica gel has a large surface area, high mechanical strength against impact and friction, and strong in contact with moisture, it is the most widely used adsorbent as a dehumidifying agent.

그리고, 분자체(molecular sieve)는 상대습도에 관계없이 비교적 높은 흡착특성을 유지하며, 온도에 따라 흡착율이 급격하게 감소하는 실리카 겔과 알루미나 겔과는 달리, 흡착율이 서서히 감소하기 때문에, 온도가 높거나 상대 습도가 낮은 경우에 주로 사용된다. In addition, the molecular sieve maintains relatively high adsorption properties regardless of relative humidity, and unlike silica gel and alumina gel, whose adsorption rate rapidly decreases with temperature, the adsorption rate gradually decreases, so the temperature is high. Or when the relative humidity is low.

본 발명에 따르면, 상기와 같은 흡착제는 공기 중 방사성 기체인 방사성 요오드나 방사성 제논 등의 흡착 효율을 높이기 위해 기공 표면에 첨착물질을 첨착(impregnation)되어 있는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the adsorbent as described above is characterized in that an impregnation material is impregnated on the pore surface in order to increase the adsorption efficiency of radioactive gas such as radioactive iodine or radioactive xenon in air.

본 발명에서 첨착(impregnation)은 함침이라고도 하며, 흡착제의 기공 표면에 상기 첨착물질을 침투시켜 완전히 밀착시키는 것을 의미한다.In the present invention, impregnation is also referred to as impregnation, and means that the impregnating material penetrates into the pore surface of the adsorbent to completely adhere to it.

본 발명에 따르면, 상기 첨착물질은 Triethylenediamine(TEDA), 4,4-Diaminodicyclohexylmethane, hexamethylenediamine, 1,4-Diazacycloheptane, Diphenylethylenediamine(DPEN), o-Phenylenediamine, m-Phenylenediamine, p-Phenylenediamine, Dimethyl-4-phenylenediamine(DMPD), Tetramethyl-1,4-phenylendiamine(TMPD), 2,5-Diaminotoluene, Dimethyl-4-phenylenediamine, 4-methoxyaniline, 3-Nitroaniline, 4-Nitroaniline 으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.According to the present invention, the impregnating material is Triethylenediamine (TEDA), 4,4-Diaminodicyclohexylmethane, hexamethylenediamine, 1,4-Diazacycloheptane, Diphenylethylenediamine (DPEN ), o -Phenylenediamin e , m -Phenylenediamin e , p -Phenylenediamin e , Dimethyl- At least one selected from the group consisting of 4-phenylenediamine (DMPD), Tetramethyl-1,4-phenylendiamine (TMPD), 2,5-Diaminotoluene, Dimethyl-4-phenylenediamine, 4-methoxyaniline, 3-Nitroaniline, and 4-Nitroaniline desirable.

본 발명에 따른 상기 첨착물질은 상온에서 고체 상태이며, 150 ~ 300 ℃ 에서 기화되는 특징을 갖는 것이 바람직하다. The impregnated material according to the present invention is preferably in a solid state at room temperature and vaporized at 150 to 300°C.

상기와 같이 제 1 단계로서 상기 방사성물질 및 첨착물질 제거 장치(200)에 구비되는 분체반응기(10)의 내부로 충진된 폐첨착 흡착제는 도 1에 도시된 바와 같이 이후에 상기 분체반응기(10)를 승온하여 방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H) 등의 방사성물질과 상기 방사성물질이 흡착된 첨착물질을 폐첨착 흡착제로부터 1차로 기화시키는 제 2 단계를 거치게 된다.As the first step as described above, the waste impregnated adsorbent filled into the inside of the powder reactor 10 provided in the radioactive material and impregnated material removal device 200 is then the powder reactor 10 as shown in FIG. the temperature was raised to pyecheom radioactive material and the radioactive material is adsorbed impregnated materials, such as carbon-carbon compounds and tritium (3 H) containing (14 C) is subjected to the second step to one vaporized away from the complex adsorbent.

상기 제 2 단계는 오염된 폐첨착 흡착제에 첨착된 첨착물질에 흡착된 방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H) 등의 방사성물질을 상기 폐첨착 흡착제로부터 기화시키는 단계로서, 상기 분체반응기(10)의 온도를 150 ~ 300 ℃로 승온함으로써 상기 방사성물질과 첨착물질을 동시에 기화시키게 된다. 즉, 상기 분체반응기(10) 내부의 온도를 150 ~ 300 ℃로 승온하게 되면 상기 첨착물질은 기체상태로 전환되어 상기 폐첨착 흡착제로부터 대부분 기화하게 된다. The second step is a step of vaporizing the radioactive material such as radioactive carbon adsorption in the impregnated material impregnated in complex adsorbent contaminated pyecheom carbon compounds and tritium containing (14 C) (3 H) from the pyecheom complex adsorbent , By raising the temperature of the powder reactor 10 to 150 ~ 300 °C, the radioactive material and the impregnated material are vaporized at the same time. That is, when the temperature inside the powder reactor 10 is raised to 150 to 300° C., the impregnated material is converted to a gaseous state and is mostly vaporized from the waste impregnated adsorbent.

이때 상기 참착물질이 기화되면서 상기 첨착물질에 흡착된 방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H) 등의 방사성물질도 함께 기화된다.At this time, as the material is vaporized chamchak is vaporized with even radioactive substance, such as carbon compounds, and tritium (3 H) including a radioactive carbon (14 C) adsorbed on the impregnated material.

상기와 같이 폐첨착 흡착제로부터 기화된 첨착물질은 이후에 제 3 단계로서 상기 분체반응기(10)에 진공을 걸어 상기 기화된 첨착물질을 분체반응기(10)의 외부로 1차로 배출하게 된다.The impregnated material vaporized from the waste impregnated adsorbent as described above is vacuumed to the powder reactor 10 as a third step to discharge the vaporized impregnated material to the outside of the powder reactor 10 first.

상기 제 2 단계에서 폐첨착 흡착제에 첨작된 첨착물질은 대부분이 기화되어 제거되나, 상기 폐첨착 흡착제의 미세기공 속에 잔존하는 첨착물질을 완전히 제거하고, 또한 폐첨착 흡착제의 표면 및 구조를 기능화하여 진공 열처리 시 폐첨착 활성탄을 활성화하기 위하여 제 4 단계로서 상기 분체반응기(10)를 재승온하여 폐첨착 흡착제에 잔존하는 방사성물질이 흡착된 첨착물질을 기화시켜 완전히 제거하게 된다. In the second step, most of the impregnated material impregnated into the waste impregnated adsorbent is vaporized and removed, but the impregnated material remaining in the micropores of the waste impregnated adsorbent is completely removed, and the surface and structure of the waste impregnated adsorbent are functionalized to achieve vacuum. In order to activate the waste impregnated activated carbon during heat treatment, as a fourth step, the powder reactor 10 is reheated to vaporize and completely remove the radioactive material remaining in the waste impregnation adsorbent by vaporizing the adsorbed impregnated material.

본 발명에 따르면, 상기 제 4 단계는 상기 분체반응기(10)의 내부를 300 ~ 600 ℃로 승온하는 것을 특징으로 한다. 즉, 분체반응기(10)의 온도를 600 ℃를 초과하는 온도로 승온하게 되면 흡착제가 탄화되어 연소될 가능성이 있으므로, 300 ~ 600 ℃로 승온하는 것이 바람직하다. According to the present invention, the fourth step is characterized in that the inside of the powder reactor 10 is heated to 300 ~ 600 °C. That is, when the temperature of the powder reactor 10 is raised to a temperature exceeding 600° C., the adsorbent may be carbonized and burned, so it is preferable to increase the temperature to 300 to 600° C.

즉, 상기와 같이 첨착물질을 제거하기 위하여 분체반응기(10)의 온도는 높을수록 제거속도는 증가되나, 600 ℃를 초과하는 온도로 승온하게 되면 흡착제가 연소가 되어 재생이 불가능하게 된다.That is, in order to remove the impregnated material as described above, the removal rate increases as the temperature of the powder reactor 10 increases, but when the temperature is raised to a temperature exceeding 600° C., the adsorbent is burned and regeneration becomes impossible.

따라서 상기 제 4 단계에서 분체반응기(10)의 온도는 300 ~ 600 ℃로 승온하는 것이 첨착물질의 기화속도를 높이면서 상기 폐첨착 흡착제의 미세기공구조를 붕괴시키지 않으면서 흡착제의 재생이 원활하게 수행될 수 있다. Therefore, raising the temperature of the powder reactor 10 to 300 ~ 600 ℃ in the fourth step increases the vaporization rate of the impregnated material and smoothly regenerates the adsorbent without disrupting the microporous structure of the waste impregnated adsorbent. Can be.

본 발명에 따르면, 상기 제 4 단계는 상기 분체반응기(10)의 내부공간에 불활성 가스를 충진한 후에 수행되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 불활성 가스가 충진되는 분체반응기(10) 내부의 압력은 3 bar 이상으로 유지되는 것이 바람직하다. According to the present invention, the fourth step is characterized in that it is performed after filling the inner space of the powder reactor 10 with an inert gas. It is preferable that the pressure inside the powder reactor 10 filled with an inert gas as described above is maintained at 3 bar or more.

즉, 본 발명에 따르면, 상기 분체반응기(10)의 내부로 불활성 가스의 유입속도를 크게 함으로써 분체반응기(10) 내부의 압력을 3 bar 이상으로 유지할 수 있게 된다. That is, according to the present invention, the pressure inside the powder reactor 10 can be maintained at 3 bar or more by increasing the flow rate of the inert gas into the powder reactor 10.

또한, 본 발명에 따르면, 제 4 단계에서 반응기의 내부로 유입되는 불활성 가스는 질소 가스 또는 아르곤 가스 중 어느 하나이며, 상기 불활성 가스는 산소를 3 ~ 10 부피%로 포함하는 것이 바람직하다.In addition, according to the present invention, the inert gas flowing into the reactor in the fourth step is either nitrogen gas or argon gas, and the inert gas preferably contains 3 to 10% by volume of oxygen.

상기와 같이 제 4 단계에서 분체반응기(10)의 내부로 산소를 3 ~ 10 부피%로 포함하는 불활성 가스를 투입함으로써, 상기 분체반응기(10)의 내부온도를 300 ~ 600 ℃로 승온하는 경우에 폐첨착 흡착제는 연소되지 않고, 상기 폐첨착 흡착제에 첨착된 첨착물질 만을 연소할 수 있게 된다. In the case of raising the internal temperature of the powder reactor 10 to 300 to 600°C by introducing an inert gas containing 3 to 10% by volume of oxygen into the powder reactor 10 in the fourth step as described above, The waste impregnated adsorbent is not combusted, and only the impregnated material attached to the waste impregnated adsorbent can be burned.

상기와 같이 제 4 단계를 통해 폐첨착 흡착제의 연소없이 상기 폐첨착 흡착제에 첨착된 첨착물질만을 연소함으로써, 기공구조의 변화없이 흡착제의 재생이 가능하게 된다.As described above, by burning only the impregnated material attached to the waste impregnated adsorbent without combustion of the impregnated adsorbent through the fourth step, regeneration of the adsorbent is possible without changing the pore structure.

제 4 단계에서 폐첨착 흡착제로부터 기화된 첨착물질은 다시 분체반응기(10)에 진공을 걸어 2차로 배출하는 제 5 단계를 거치게 된다. In the fourth step, the impregnated material vaporized from the waste impregnated adsorbent goes through a fifth step in which a vacuum is applied to the powder reactor 10 and discharged to the second step.

본 발명에 따르면, 상기 제 2 단계 및 제 4 단계에서 배출되는 첨착물질에 포함된 방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H) 등의 방사성물질은 공지된 공정을 거쳐 처리하게 된다. According to the invention, a radioactive substance, such as carbon compounds, and tritium (3 H) containing a carbon-(14 C) contained in the impregnated material discharged in the first step and the second step 42 it is processed through a process known It is done .

즉, 상기 폐첨착 흡착제에 포집된 방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H) 등의 방사성물질은 시멘트 고화 또는 아스팔트 고화 등을 통해 고형화하여 폐기하게 된다.That is, a radioactive substance, such as carbon compounds, and tritium (3 H) including a radioactive carbon (14 C) collecting said complex pyecheom sorbent is disposed of in solidified by cement solidification or the like asphalt solidification.

본 발명에 따르면, 폐첨착 활성탄으로부터 첨착물질을 기화시키는 제 2 단계 및 제 4 단계는 상기 분체반응기(10)의 내부에 구비되는 임펠러를 이용하여 교반상태에서 이루어지는 것이 바람직하다. According to the present invention, the second and fourth steps of vaporizing the impregnated material from the waste impregnated activated carbon are preferably performed in a stirring state using an impeller provided in the powder reactor 10.

상기와 같이 분체반응기(10)에 충진되는 폐첨착 흡착제를 임펠러를 이용하여 교반을 하면서 상기 제 2 단계 및 제 4 단계를 수행하는 경우에 폐첨착 흡착제가 균일하게 가열됨으로써 첨착물질의 기화가 균일하게 수행되고 이에 따라 폐첨착 흡착제의 재생효율이 증대될 수 있다.In the case of performing the second and fourth steps while stirring the waste impregnated adsorbent filled in the powder reactor 10 as described above using an impeller, the waste impregnated adsorbent is uniformly heated so that the vaporization of the impregnated material is uniform. And accordingly, the regeneration efficiency of the waste impregnated adsorbent can be increased.

상기와 같이 제 5 단계로서 폐첨착 흡착제로부터 기화된 첨착물질을 배출하게 되면, 제 6 단계로서 재생된 흡착제를 회수함으로써 본 발명에 따른 폐첨착 흡착제의 재생이 완료된다. When the vaporized impregnated material is discharged from the waste impregnated adsorbent in the fifth step as described above, the regeneration of the waste impregnated adsorbent according to the present invention is completed by recovering the regenerated adsorbent in the sixth step.

이하에서는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.Hereinafter, examples will be described in detail in order to describe the present invention in detail. However, embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art. In addition, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below.

<비교예 1><Comparative Example 1>

원자력발전소 공기 정화 계통에서 사용하는 흡착제인 활성탄을 사용하여 첨착물질로서 TEDA를 첨착하여 제조된 첨착 활성탄을 사용하였다. 방사선 물질로는 원자력발전소 공기 정화 계통에서 발생하는 방사성물질인 방사성 이산화탄소(CO2)를 이용하여 상기 첨착 활성탄을 임의의 방사능 농도로 오염시킨 후 재생 공정을 실시하지 않고 <비교예 1>의 시험편으로 사용하였다. Impregnated activated carbon prepared by impregnating TEDA as an impregnating material using activated carbon, which is an adsorbent used in the air purification system of nuclear power plants, was used. As the radioactive material, the impregnated activated carbon was contaminated with a certain radioactive concentration using radioactive carbon dioxide (CO 2 ), which is a radioactive material generated in the air purification system of a nuclear power plant, and then used as a test piece of <Comparative Example 1> without performing a regeneration process Was used.

<비교예 2><Comparative Example 2>

<비교예 1>에서 임의의 방사능 농도로 오염시킨 첨착 활성탄을 분체반응기(10)에 충진하고, 상기 분체반응기(10)의 온도를 250 ℃로 승온하여 불활성 가스의 공급없이 90 분 동안 운전하여 방사성물질과 참착물질을 1차로 기화하고, 상기 기화된 방사성물질과 참착물질을 배출한 후 <비교예 2>의 시험편으로 사용하였다. In <Comparative Example 1>, impregnated activated carbon contaminated with an arbitrary radioactivity concentration was filled in the powder reactor 10, and the temperature of the powder reactor 10 was raised to 250°C, and then operated for 90 minutes without supply of an inert gas to be radioactive. The substance and the sesame seed were first vaporized, and the vaporized radioactive material and the sessile material were discharged, and then used as a test piece of <Comparative Example 2>.

<비교예 3><Comparative Example 3>

<비교예 2>와 같이 방사성물질과 참착물질을 1차로 제거한 첨착 활성탄을 분체반응기(10)의 온도를 250 ℃로 승온하고, 산소를 포함하지 않은 질소 가스를 상기 분체반응기(10)의 내부로 공급하여 상기 분체반응기(10) 내부의 압력이 3 bar 인 조건에서 90 분 동안 운전하여 방사성물질과 참착물질을 2차로 기화 및 배출하여 <비교예 3>의 시험편으로 사용하였다. As in <Comparative Example 2>, the impregnated activated carbon from which the radioactive material and the sessile material were first removed was heated to 250° C., and nitrogen gas containing no oxygen was introduced into the powder reactor 10. It was supplied and operated for 90 minutes under the condition that the pressure inside the powder reactor 10 was 3 bar, and the radioactive material and the sesame material were vaporized and discharged secondarily, and used as a test piece of <Comparative Example 3>.

<실시예 1><Example 1>

<비교예 2>와 같이 방사성물질과 참착물질을 1차로 제거한 첨착 활성탄을 분체반응기(10)에 충진한 후, 상기 분체반응기(10)의 온도를 300 ℃로 승온하고, 3 부피%의 산소를 포함하는 질소 가스를 상기 분체반응기(10)의 내부로 공급하면서 2 bar의 압력을 유지하는 조건에서 90 분 동안 운전하여 방사성물질과 참착물질을 2차로 기화 및 배출하여 <실시예 1>의 시험편으로 사용하였다. After filling the powder reactor 10 with impregnated activated carbon from which radioactive materials and sessile materials were first removed as in Comparative Example 2, the temperature of the powder reactor 10 was raised to 300°C, and 3% by volume of oxygen was added. While supplying containing nitrogen gas to the inside of the powder reactor 10, it was operated for 90 minutes under a condition of maintaining a pressure of 2 bar to secondly evaporate and discharge radioactive materials and sesame substances to the test piece of <Example 1>. Was used.

<실시예 2><Example 2>

<비교예 2>와 같이 방사성물질과 참착물질을 1차로 제거한 첨착 활성탄을 분체반응기(10)에 충진한 후, 상기 분체반응기(10)의 온도를 450 ℃로 승온하고, 5 부피%의 산소를 포함하는 질소 가스를 상기 분체반응기(10)의 내부로 공급하면서 3 bar의 압력을 유지하는 조건에서 90 분 동안 운전하여 방사성물질과 첨착물질을 2차로 기화 및 배출하여 <실시예 2>의 시험편으로 사용하였다.After filling the powder reactor 10 with impregnated activated carbon from which radioactive materials and sessile materials were first removed as in Comparative Example 2, the temperature of the powder reactor 10 was raised to 450°C, and 5% by volume of oxygen was added. While supplying containing nitrogen gas to the inside of the powder reactor 10 and maintaining a pressure of 3 bar for 90 minutes, the radioactive material and the impregnated material were secondarily vaporized and discharged to obtain a test piece of <Example 2>. Was used.

<실시예 3><Example 3>

<비교예 2>와 같이 방사성물질과 참착물질을 1차로 제거한 첨착 활성탄을 분체반응기(10)에 충진한 후, 상기 분체반응기(10)의 온도를 600 ℃로 승온하고, 10 부피%의 산소를 포함하는 질소 가스를 상기 분체반응기(10)의 내부로 공급하면서 3 bar의 압력을 유지하는 조건에서 90 분 동안 운전하여 방사성물질과 첨착물질을 2차로 기화 및 배출하여 <실시예 3>의 시험편으로 사용하였다.After filling the powder reactor 10 with impregnated activated carbon from which radioactive materials and sessile materials were first removed as in Comparative Example 2, the temperature of the powder reactor 10 was raised to 600°C, and 10% by volume of oxygen was added. While supplying containing nitrogen gas to the inside of the powder reactor 10 and maintaining a pressure of 3 bar for 90 minutes, the radioactive material and the impregnated material were secondarily vaporized and discharged to the test piece of <Example 3>. Was used.

그리고 상기 <비교예 1 ~ 3> 및 <실시예 1 ~ 3>에 대한 방사능 농도와 첨착물질에 대하여 아래와 같은 방법으로 평가하였다. And the radioactivity concentration and the impregnated material for the <Comparative Examples 1 to 3> and <Examples 1 to 3> were evaluated in the following manner.

1) 방사성 농도의 측정1) Measurement of radioactive concentration

방사성 탄소는 고온연소로를 사용하여 시험편을 900 ℃ 까지 가열하여 방사성 탄소를 포집용액인 3-메톡시프로필아민(3-methoxypropylamine)을 이용하여 포집하였다. 방사성 탄소가 포집된 포집 용액을 일정량 취하여 섬광용액과 혼합한 후 방사성 탄소의 표준용액을 이용하여 효율교정을 완료한 액체섬광계수기를 이용하여 방사성 탄소의 농도를 측정하였다. Radioactive carbon was collected using 3-methoxypropylamine, a collection solution, by heating the test piece to 900°C using a high-temperature combustion furnace. The concentration of radioactive carbon was measured using a liquid scintillation counter, which had been calibrated for efficiency using a standard solution of radioactive carbon, after taking a certain amount of the collection solution in which radioactive carbon was collected and mixing it with the scintillation solution.

2) 참착물질의 측정2) Measurement of sesame substance

활성탄에 도포되어 잔존하는 TEDA는 GC-FID(Gas Chromatography-Flame Ionization Detection) 분석법으로 측정하였다.TEDA remaining after being applied to activated carbon was measured by GC-FID (Gas Chromatography-Flame Ionization Detection) analysis.

3) 페첨착 활성탄의 무게감량율의 측정3) Measurement of weight loss rate of impregnated activated carbon

본 발명에 따른 폐첨착 활성탄의 재생 공정에 따른 무게감량율(%)은 아래의 식에 의거하여 측정하였다.The weight loss rate (%) according to the regeneration process of the waste impregnated activated carbon according to the present invention was measured according to the following equation.

Figure 112020132587271-pat00001
Figure 112020132587271-pat00001

상기 <비교예 1 ~ 3>과 <실시예 1 ~ 3>의 시험편에 대한 TEDA의 잔류농도 측정결과를 <표 1>에 나타내었다.Table 1 shows the results of measuring the residual concentration of TEDA for the test pieces of <Comparative Examples 1 to 3> and <Examples 1 to 3>.

시료명Sample name 시험항목Test Items 시험방법Test Methods 시험결과Test result 비교예 1Comparative Example 1 Triethylenediamine
(TEDA)
Triethylenediamine
(TEDA)
GC-FIDGC-FID 5.51 중량%5.51% by weight
비교예 2Comparative Example 2 3.52 중량%3.52% by weight 비교예 3Comparative Example 3 2.23 중량%2.23% by weight 실시예 1Example 1 불검출Not detected 실시예 2Example 2 불검출Not detected 실시예 3Example 3 불검출Not detected

<표 1>에 나타난 바와 같이, <비교예 1 ~ 3>의 시험편에 대하여 TEDA의 농도를 측정한 결과, <비교예 1>의 시험편 즉, 본 발명에 따른 방사성물질과 참착물질의 제거공정이 실시되지 않은 시험편에서는 5.51 중량%의 TEDA가 첨착되어 있는 것으로 측정되었다.As shown in <Table 1>, as a result of measuring the concentration of TEDA with respect to the test pieces of <Comparative Examples 1 to 3>, the test piece of <Comparative Example 1>, that is, the removal process of the radioactive material and the sesame substance according to the present invention It was determined that 5.51% by weight of TEDA was attached to the test piece that was not carried out.

또한 <비교예 1>에서 임의의 방사능 농도로 오염시킨 첨착 활성탄을 분체반응기(10)에 충진하 후, 상기 분체반응기(10)의 온도를 250 ℃로 승온하여 온도를 250 ℃로 승온하여 불활성 가스의 공급없이 90 분 동안 운전하여 방사성물질과 참착물질을 1차로 기화하고, 상기 기화된 방사성물질과 참착물질을 배출하여 제조된 <비교예 2>의 시험편의 경우에는 3.52 중량% 의 TEDA가 첨착되어 있는 것으로 측정되었다.In addition, after filling the powder reactor 10 with impregnated activated carbon contaminated with an arbitrary radioactivity concentration in <Comparative Example 1>, the temperature of the powder reactor 10 was raised to 250 °C, and the temperature was raised to 250 °C to obtain an inert gas. In the case of the test piece of <Comparative Example 2> prepared by first evaporating radioactive materials and sesame substances by operating for 90 minutes without supply of, and discharging the evaporated radioactive substances and sesame substances, 3.52% by weight of TEDA was impregnated. It was measured to be.

그리고 <비교예 3>과 같이 방사성물질과 참착물질을 1차로 제거한 첨착 활성탄을 분체반응기(10)에 충진한 후, 상기 분체반응기(10)의 온도를 250 ℃로 승온하고, 산소를 포함하지 않은 질소 가스를 상기 분체반응기(10)의 내부로 공급하여 상기 분체반응기(10) 내부의 압력이 3 bar 인 조건에서 90 분 동안 운전하여 방사성물질과 참착물질을 2차로 기화 및 배출한 <비교예 3>의 시험편의 경우에는 2.23 중량% 의 TEDA가 첨착되어 있는 것으로 측정되었다.And after filling the powder reactor 10 with impregnated activated carbon from which the radioactive material and the trapping material were first removed as in Comparative Example 3, the temperature of the powder reactor 10 was raised to 250°C, and the temperature of the powder reactor 10 was raised to 250°C. <Comparative Example 3, wherein nitrogen gas was supplied to the inside of the powder reactor 10 and operated for 90 minutes under the condition that the pressure inside the powder reactor 10 was 3 bar, and then radioactive materials and sesame substances were secondarily vaporized and discharged. In the case of the test piece of >, it was determined that 2.23% by weight of TEDA was attached.

즉, <비교예 2> 및 <비교예 3>과 같이 방사성물질과 참착물질의 제거시 상기 분체반응기(10)의 온도 만을 250 ℃로 승온하거나 또는 상기 분체반응기(10)의 내부로 산소가 포함되지 않은 질소 가스만을 공급한 경우에는 분체반응기(10)의 내부에 첨착물질을 연소할 수 있는 산소가 없어 첨착물질의 연소가 이루어지지 아니하여 상기 첨착물질의 상당량이 잔존하는 것으로 나타난다. That is, as in <Comparative Example 2> and <Comparative Example 3>, when removing radioactive materials and sessile substances, only the temperature of the powder reactor 10 is raised to 250°C, or oxygen is included in the powder reactor 10. In the case of supplying only nitrogen gas that has not been performed, there is no oxygen capable of combusting the impregnated material inside the powder reactor 10, so that the impregnated material is not burned, and a significant amount of the impregnated material remains.

그러나, 본 발명에 따른 방사성물질과 참착물질을 1차 및 2차로 기화하여 배출시 분체반응기(10)의 온도를 300 ℃ 이상으로 승온하고, 동시에 3 ~ 10 부피%의 산소를 포함하는 질소 가스를 상기 분체반응기(10)의 내부로 공급하면서 3 bar의 압력을 유지하는 조건에서는 활성탄의 기공 표면에 첨착된 TEDA가 산소에 의해 모두 연소되어 <실시예 1 ~ 3>의 시험편으로부터는 TEDA가 검출되지 아니하였다. However, when the radioactive material and the sesame material according to the present invention are first and secondly vaporized and discharged, the temperature of the powder reactor 10 is raised to 300° C. or higher, and at the same time, nitrogen gas containing 3 to 10% by volume of oxygen is Under the condition of maintaining a pressure of 3 bar while supplying the powder to the inside of the powder reactor 10, all of the TEDA impregnated on the pore surface of the activated carbon was burned by oxygen, so that TEDA was not detected from the test pieces of <Examples 1 to 3>. I didn't.

즉, 본 발명에 따른 폐첨착 흡착제의 재생방법에 의해 재생된 시험편에서는 TEDA가 모두 기화되어 검출되지 않는 것으로 측정되었다.That is, in the test piece regenerated by the method for regenerating the waste impregnated adsorbent according to the present invention, it was determined that all TEDA was vaporized and not detected.

또한, 상기 <비교예 1 ~ 3>과 <실시예 1 ~ 3>의 시험편에 대한 방사성 탄소의 농도를 측정한 결과를 <표 2>에 나타내었다.In addition, the results of measuring the concentration of radioactive carbon in the test pieces of <Comparative Examples 1 to 3> and <Examples 1 to 3> are shown in <Table 2>.

시료명Sample name 시험항목Test Items 시험방법Test Methods 시험결과(Bq/g)Test result (Bq/g) 비교예 1Comparative Example 1 방사성 탄소Radioactive carbon 액체섬광계수법Liquid scintillation counting method 4.684.68 비교예 2Comparative Example 2 3.213.21 비교예 3Comparative Example 3 3.103.10 실시예 1Example 1 0.4590.459 실시예 2Example 2 0.4520.452 실시예 3Example 3 0.3380.338

<표 2>에 나타난 바와 같이, <실시예 1 ~ 3>의 시험편으로부터는 방사성 탄소의 농도가 0.338 ~ 0.459 Bq/g 범위로 측정되었고, <비교예 1 ~ 3>의 시험편에서는 3.10 ~ 4.68 Bq/g 범위의 방사능 농도가 측정되었다. As shown in <Table 2>, the concentration of radioactive carbon was measured in the range of 0.338 to 0.459 Bq/g from the test pieces of <Examples 1 to 3>, and 3.10 to 4.68 Bq of the test pieces of <Comparative Examples 1 to 3> Radioactivity concentration in the range of /g was measured.

즉, 본 발명에 따른 <실시예 1 ~ 3>의 시험편의 경우에는 대부분의 방사성 탄소가 첨착물질과 함께 연소되어 기화됨으로써, 방사성 탄소의 농도가 0.459 Bq/g 이하로서, 상기 활성탄이 적절하게 재생된 것을 확인할 수 있다. That is, in the case of the test pieces of <Examples 1 to 3> according to the present invention, most of the radioactive carbon was burned and vaporized together with the impregnated material, so that the concentration of radioactive carbon was 0.459 Bq/g or less, so that the activated carbon was appropriately regenerated. It can be confirmed that it was done.

그리고, 상기 <실시예 1 ~ 3>의 시험편에 대한 무게 감량을 <표 3>에 나타내었다.And, the weight loss for the test pieces of <Examples 1 to 3> is shown in <Table 3>.

시료명Sample name 투입된 활성탄의 무게(g)Weight of input activated carbon (g) 처리후 활성탄의 무게(g)Weight of activated carbon after treatment (g) 무게감량율(%)Weight loss rate (%) 실시예 1Example 1 250250 236236 5.65.6 실시예 2Example 2 250250 234234 6.46.4 실시예 3Example 3 250250 233233 6.86.8

<실시예 1 ~ 3>의 시험편의 경우에는 처리 후에 무게감량이 5.6 % 내지 6.8 %가 발생하였다. 이로부터 활성탄의 형상 및 기공 특성의 현저한 변형없이 재사용할 수 있을 정도로 충분하게 재생된 것을 확인할 수 있다.In the case of the test pieces of <Examples 1 to 3>, weight loss occurred in 5.6% to 6.8% after treatment. From this, it can be confirmed that the activated carbon has been sufficiently regenerated so that it can be reused without significant deformation of the shape and pore characteristics of the activated carbon.

상기와 같이 활성탄의 형상과 기공 특성의 변형없이 방사성물질과 참착물질만을 제거함으로 처리된 흡착제에 첨착물질을 재첨착하여 흡착제를 재사용 할 수 있다. As described above, the adsorbent can be reused by re-adhering the impregnated material to the treated adsorbent by removing only the radioactive material and the adsorbent material without changing the shape and pore characteristics of the activated carbon.

위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 폐첨착 흡착제의 재생방법에 따르면, 기공 구조의 변형없이 폐흡착제의 삼중수소 및 방사성탄소의 잔류량을 자체처분 허용기준치보다 훨씬 낮은 농도로 재생할 수 있어 첨척물질을 재첨착하여 원자력시설의 배기체처리계통에 재활용이 가능하다. 이에 따라 폐기물 처리 비용이 크게 감소하고, 친환경적인 효과를 극대화할 수 있게 된다.As described above, according to the regeneration method of the waste impregnation adsorbent according to the present invention, the residual amounts of tritium and radiocarbon in the waste adsorbent can be regenerated at a concentration much lower than the self-disposal limit without changing the pore structure. By attaching it, it can be recycled in the exhaust system of nuclear facilities. Accordingly, waste treatment costs can be greatly reduced, and eco-friendly effects can be maximized.

본 발명은 도면에 도시된 실험예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실험예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the experimental examples shown in the drawings, but these are only exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other experimental examples are possible therefrom. In addition, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that it is possible to easily transform into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-limiting in all respects, and the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

10 : 분체반응기
12 : 배출 팬
20 : 산소가스 공급장치
25 : 불활성가스 공급장치
60 : 응축기
70 : 응축수 저장 탱크
100 : 건식 스크러버
200 : 방사성물질 및 첨착물질 제거 장치
10: powder reactor
12: exhaust fan
20: oxygen gas supply device
25: inert gas supply device
60: condenser
70: condensate storage tank
100: dry scrubber
200: radioactive material and impregnated material removal device

Claims (6)

방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H)가 흡착된 폐첨착 흡착제의 재생 방법으로서,
ⅰ) 분체반응기(10)에 사용된 폐첨착 흡착제를 충진하는 제 1 단계;
ⅱ) 상기 분체반응기(10)를 150 ~ 300 ℃로 승온하여 방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H)가 흡착된 첨착물질을 상기 폐첨착 흡착제로부터 기화시키는 제 2 단계;
ⅲ) 상기 분체반응기(10)에 진공을 걸어 상기 제 2 단계에서 기화된 첨착물질을 배출하는 제 3 단계;
ⅳ) 상기 분체반응기(10)를 300 ~ 600 ℃로 승온하고, 산소를 3 ~ 10 부피%를 포함하는 불활성 가스를 투입함으로써 상기 분체반응기(10)의 내부 압력을 3 bar로 유지하여 폐첨착 흡착제에 잔존하는 방사성탄소(14C)를 포함하는 탄소화합물 및 삼중수소(3H)가 흡착된 첨착물질을 기화시키는 제 4 단계;
ⅴ) 상기 분체반응기(10)에 진공을 걸어 상기 제 4 단계에서 기화된 첨착물질을 배출하는 제 5 단계; 및
ⅵ) 상기 첨착물질이 기화되어 제거된 흡착제를 회수하는 제 6 단계;를 포함하는 폐첨착 흡착제의 재생 방법.
A radioactive carbon (14 C) carbon compounds and tritium play pyecheom method of mounting the adsorbent (3 H) is adsorbed containing,
I) a first step of filling the waste impregnated adsorbent used in the powder reactor 10;
Ⅱ) a second step for vaporizing the carbon compound, and tritium (3 H) is adsorbed impregnated material comprising the powder reactor 10. The radiocarbon (14 C the temperature was raised to 150 ~ 300 ℃) from the pyecheom complex adsorbent ;
Iii) a third step of discharging the impregnated material vaporized in the second step by applying a vacuum to the powder reactor 10;
Iv) By raising the temperature of the powder reactor 10 to 300 ~ 600 ℃ and introducing an inert gas containing 3 ~ 10% by volume of oxygen, the internal pressure of the powder reactor 10 is maintained at 3 bar, carbon-carbon compounds and tritium containing (14 C) remaining in the fourth step of (3 H) vaporizing the impregnated adsorbent material;
V) a fifth step of discharging the impregnated material vaporized in the fourth step by applying a vacuum to the powder reactor 10; And
Vi) a sixth step of recovering the adsorbent removed by vaporization of the impregnated material.
청구항 1에 있어서,
상기 제 4 단계는 불활성 가스를 공급하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 폐첨착 흡착제의 재생 방법.
The method according to claim 1,
The fourth step is a method for regenerating a waste impregnated adsorbent, characterized in that it is performed while supplying an inert gas.
청구항 2에 있어서,
상기 제 4 단계는 불활성 가스가 충진되어 분체반응기(10) 내부의 압력이 3 bar 이상으로 유지하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 폐첨착 흡착제의 재생 방법.
The method according to claim 2,
The fourth step is a method of regenerating a waste impregnated adsorbent, characterized in that the fourth step is carried out while the pressure inside the powder reactor 10 is maintained at 3 bar or more by being filled with an inert gas.
청구항 2에 있어서,
상기 불활성 가스는 질소 또는 아르곤 가스인 것을 특징으로 하는 폐첨착 흡착제의 재생 방법.
The method according to claim 2,
The inert gas is nitrogen or argon gas, characterized in that the waste impregnated adsorbent regeneration method.
청구항 1에 있어서,
상기 첨착물질은 Triethylenediamine (TEDA), 4,4-Diaminodicyclohexylmethane, hexamethylenediamine, 1,4-Diazacycloheptane, Diphenylethylenediamine(DPEN), o-Phenylenediamine, m-Phenylenediamine, p-Phenylenediamine, Dimethyl-4-phenylenediamine(DMPD), Tetramethyl-1,4-phenylendiamine(TMPD), 2,5-Diaminotoluene, 4-methoxyaniline, 3-Nitroaniline, 4-Nitroaniline 으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폐첨착 흡착제의 재생 방법.
The method according to claim 1,
The impregnating material is Triethylenediamine (TEDA), 4,4-Diaminodicyclohexylmethane, hexamethylenediamine, 1,4-Diazacycloheptane, Diphenylethylenediamine ( DPEN), o -Phenylenediamine, m -Phenylenediamine, p -Phenylenediamine, Dimethyl-4-phenylenediamine (DMPD), Tetramethyl -1,4-phenylendiamine (TMPD), 2,5-Diaminotoluene, 4-methoxyaniline, 3-Nitroaniline, 4-Nitroaniline regeneration method of the impregnated adsorbent, characterized in that at least one selected from the group consisting of.
청구항 1에 있어서,
상기 흡착제는 규조토, 실리카겔, 활성탄, 제올라이트, 활성 알루미나 그리고 분자체(Molecular sieve) 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 폐첨착 흡착제의 재생방법.

The method according to claim 1,
The adsorbent is a method for regenerating a waste impregnated adsorbent, characterized in that any one of diatomaceous earth, silica gel, activated carbon, zeolite, activated alumina, and molecular sieve.

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