KR102541144B1 - 원전 폐기물인 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치 - Google Patents
원전 폐기물인 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 원자력 발전소에서 발생되는 농축폐액건조분말을 고화처리한 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치는, 파라핀 고화체가 투입되고, 물공급부로부터 물이 공급되어 교반되는 혼합 탱크; 상기 혼합탱크에서 배출되는 파라핀 고화체 수용액을 원심분리하는 원심분리기; 상기 원심분리기와 연결되고 상기 원심분리기에서 배출되는 폐액 및 슬러지를 감압증발하여 건조하는 건조기; 상기 건조기에서 배출되는 증발기체를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 배출되는 응축수를 저장하는 응축수 저장 탱크; 상기 응축기에서 기체를 흡인하여 기체방사성폐기물관리계통으로 송풍하기 위한 진공펌프; 를 포함하고, 상기 혼합 탱크의 외부 표면은 가열되어 파라핀 고화체가 용융될 수 있고, 상기 원심분리에 의해 파라핀 고화체 수용액은 파라핀, 폐액 및 슬러지로 분리되고, 상기 원심분리기에 연결된 밸브에 의해 파라핀, 폐액 및 슬러지는 각각 분리배출될 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 파라핀 안정화 드럼으로부터 분리된 파라핀 고화체를 물과 함께 혼합 탱크에서 용융 및 교반하고, 원심분리기에서 원심분리하여 폐액과 슬러지를 분리배출하고, 분리된 폐액과 슬러지는 건조기에서 건조됨으로써 폐액, 기체 및 건조 분말을 효율적으로 분리할 수 있는 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치를 제공할 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 파라핀 안정화 드럼으로부터 분리된 파라핀 고화체를 물과 함께 혼합 탱크에서 용융 및 교반하고, 원심분리기에서 원심분리하여 폐액과 슬러지를 분리배출하고, 분리된 폐액과 슬러지는 건조기에서 건조됨으로써 폐액, 기체 및 건조 분말을 효율적으로 분리할 수 있는 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 원자력 발전소에서 발생되는 농축폐액건조분말을 고화처리한 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치에 관한 것이다.
원자력발전소의 운전과정에서 다량으로 발생되는 액체 방사성 폐기물은 폐액증발기를 통해 약 1/10로 감용되어 농축된다. 농축된 액체 방사성 폐기물은 농축폐액건조설비(CWDS)로 이송되어 분말화되고, 농축폐액건조분말은 액상의 파라핀과 교반을 통해 200리터 드럼에 주입하여 안정화 처리된다. 이때 발생된 파라핀 고화체 드럼을 '농축폐액 파라핀 안정화 드럼'이라 지칭한다.
최근 정부는 방사성폐기물 영구처리처분을 주요 추진과제로 선정하여 가시화하고 있는데, 원자력 발전소에 저장 중인 방사성 폐기물을 영구처분장에 반입하기 위해서는 중·저준위 방사성폐기물 인도규정에서 규정하고 있는 기준을 충족해야 한다.
기존의 파라핀 안정화 생성물(파라핀 고화체)은 농축폐액건조분말과 파라핀이 물리적으로 결합되기 때문에 제조과정에서 층분리로 인한 불균질한 고형화가 되고, 침출특성 조건의 불만족으로 처분적합성을 확보하기 어렵다는 문제가 있다.
이에 따라, 현재 원자력발전소 내부에 보관 중인 파라핀 안정화 드럼을 영구처분장에 반입하기 위해서는 처분적합성을 충족할 수 있도록 재처리되어야 하고, 이를 위해서는 먼저 파라핀 안정화 드럼에서 파라핀을 분리한 다음, 남은 농축폐액건조분말은 처분적합성을 만족시킨 후 영구처분장에 반입해야 한다.
이러한 이유로 파라핀 안정화 드럼으로부터 파라핀을 별도로 분리하여 처리하기 위한 방법이 제안되고 있는데, 그 하나의 예로서 대한민국 등록특허 제10-1637339호(농축폐액 파라핀 고화체에서의 파라핀 회수 방법 및 그 장치)와, 대한민국 등록특허 제10-1686382호(농축폐액 파라핀 고화체에서의 파라핀 회수 시스템 및 그 제어 방법)를 들 수 있다.
상기 문헌에 제시된 방법은 농축폐액 파라핀 고화체가 수용된 철재드럼으로 부터 농축폐액 파라핀 고화체를 분리한 다음, 농축폐액 파라핀 고화체를 가열하여 용융시키고, 용융된 액상의 농축폐액 파라핀 용액으로부터 파라핀을 회수하기 위하여, 액상의 농축폐액 파라핀 용액을 진공상태의 가열용기 내에서 파라핀을 끊는점 이상으로 가열하여 파라핀을 기화시킨다. 상기 문헌에서는, 기화된 파라핀을 냉각시켜 회수하고, 가열용기에 남은 농축폐액건조분말은 취출하여 분리하는 건식처리 방법을 제안하고 있다.
그러나, 이러한 방법은 먼저 기화를 시키려는 대상물인 파라핀의 끓는점이 잔존시키려는 상대물질의 끓는점보다 낮아야만 분리시킬 수 있는 방법으로, 농축폐액건조분말의 화학적 조성 약 60 wt%가 붕소(B)이며, 이중 붕산의 경우 대기압 조건에서 끓는점이 약 300℃ 로 파라핀의 끓는점 약 370℃ 보다 낮기 때문에 붕산이 파라핀 보다 먼저 기화하게 된다. 특히 상기 문헌에서는 진공 조건을 통해 파라핀의 끓는점을 150℃ 낮추어 파라핀을 기화(휘발)시키기 시작해서, 파라핀이 10 wt% 남는 시점에서 가열온도를 220℃로, 파라핀이 0 wt%가 될 때의 최종 가열온도를 224℃ 로 운전해서 파라핀을 기화시켜 회수하는 방법을 제시하고 있다. 하지만 상기 방식의 진공감압 가열을 하게 되면, 일반적으로 붕산을 지칭하는 오쏘붕산(H3BO3)의 특성상 상압 100℃ 에서 물 1분자를 상실하여 메타붕산(HBO2)으로 변화된다.
이 과정에서 물분자가 액체상에서 기체상으로 기화되면서 약 1603배의 부피팽창이 발생하게 된다.
이러한 붕산의 특성으로 인해 진공감압으로 가열하게 되면, 약 180℃ 온도구간에서 붕산의 급격한 기화가 시작된다. 특히 파라핀 고화체의 질량 혼합비율인 농축폐액건조분말 78 wt%, 파라핀 22 wt%로 인해, 붕산의 기화량이 파라핀의 기화량을 압도하게 된다. 또한 붕산의 상변화에 의한 기화잠열 발생으로 파라핀의 기화 온도에 도달하기가 매우 어려워지는 문제 등으로 인해 기화로 회수하고자 하는 파라핀의 양은 매우 미미하며, 또한 농축폐액건조분말의 주성분은 붕산 이외에도 세탁폐액, 제염폐액, 응축수 등 규명이 불분명한 물질들이 혼합되어 있기 때문에, 불특정 다성분계의 가열 과정에서 파라핀의 끓는점보다 낮은 물질들이 기화 또는 휘발되고, 이들 물질에 포함된 방사성 물질도 같이 휘발 또는 기화되어 회수되기 때문에 순수한 파라핀만을 회수할 수 없다는 문제가 있다.
또한, 먼저 기화된 붕산은 기화과정에서 장치 내부 벽체, 특히 임펠러 등 구동부 등의 표면에 맺혀 있다가 고강도의 결정으로 석출됨으로써 장비 가동과 운전을 저해하는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 이러한 건식처리 방법만으로는 파라핀만을 기화시켜 회수하기는 어렵다는 문제가 있다.
또 다른 예로서 대한민국 등록특허 제10-2475815호(건조 붕산 파라핀 고화체의 재처리방법 및 이에 사용되는 파라핀 분리장치)와 대한민국 등록특허 제10-2481183호(방사성 폐기물 파라핀 고화체의 재처리방법 및 이에 사용되는 파라핀 분리장치)를 들 수 있다.
상기 문헌에 제시된 방법에서는 공통적으로 용기본체 내부에 2중으로 구성된 내측메쉬통체와 외측메쉬통체에 파라핀 안정화 드럼의 개방부를 아래로 향하게 해서 내측메쉬통체에 집어넣고 가열하여 드럼을 분리시켜 제거한다. 분리된 파라핀 고화체는 용기본체의 가열유닛(전기히터 또는 보일러 증기)으로 가열시켜 파라핀을 액상으로 만들고, 내ㆍ외측메쉬통체에 건조붕산(농축폐액건조분말) 또는 방사성폐기물의 입자크기 보다 작은 메쉬를 사용하고, 메쉬통체의 회전을 통해 액상의 파라핀을 분리한다.
그러나, 이러한 방법에 있어서 원전의 액체 폐기물 처리계통(LRS)의 전처리설비는 공급폐액 내 최대입자 크기가 5 micron 이하의 미립자만 여과처리할 수 있도록 설계되어 있으며, 전처리설비를 통과한 5 micron 이하의 미립자를 포함한 액체 폐기물은 폐액증발기(Waste Evaporator)를 거처 농축폐액이 되며, 농축폐액을 다시 농축폐액건조설비(CWDS)를 통해 농축폐액건조분말로 만들어 파라핀과 함께 교반하여 파라핀 고화체를 만든다. 상기와 같이 농축폐액건조분말의 입자크기는 전처리설비를 통과한 5 micron 이하의 미립자성 크기를 가지고 있기 때문에, 상기 문헌에 제시된 내ㆍ외측메쉬통체의 메쉬 크기를 파라핀만 통과할 수 있는 5 micron 미만으로 해서 나노 사이즈 메쉬로 구현하지 못할 경우, 상기 미립자성인 건조붕산(농축폐액건조분말) 또는 방사성폐기물 입자가 여과되지 못하고 파라핀과 함께 인출되는 문제가 있을 수 있으며, 5 micron 미만의 메쉬를 사용할 경우 건조붕산(농축폐액건조분말) 또는 방사성폐기물 입자들이 메쉬를 막는 문제가 발생될 수 있다. 또한 파라핀을 매우 작은 크기의 메쉬를 통과시켜 파라핀을 빼내기 위해 메쉬통체를 고속 또는 저속으로 회전시키는 방법을 사용하고 있다. 하지만 이는 회전력에 의해 농축폐액건조분말이 메쉬를 더욱 강하게 막아서 액상의 파라핀이 메쉬를 통과하지 못하게 되는 여과의 문제점을 지니고 있다.
한편, 상기 문헌에 제시된 드럼에서 인출된 파라핀고화체를 용기본체의 가열유닛(전기히터 또는 보일러 증기)을 이용하여 액상화된 파라핀으로 분리하는 방법을 제시하고 있다. 그러나 200리터 파라핀 안정화 드럼에서 인출된 파라핀 고화체는 농축폐액건조분말(78 wt%)의 공극에 파라핀(22 wt%)이 채워져 물리적 결속으로 된 고화체이기 때문에, 인출된 원통형 형상 통째로 고화체 표면만을 가열하게 될 경우, 파라핀 고화체의 열전도율은 매우 낮기 때문에 고화체 중심부에 있는 파라핀까지 액상화시켜 분리하기에는 처리 공정시간이 매우 길며, 파라핀 고화체를 180℃ 이상으로 가열할 경우, 농축폐액건조분말(붕산)이 급격하게 기화가 되는 문제로 인해 180℃ 온도 미만으로 가열해야 한다. 따라서 상기의 처리 방법은 비효율적인 처리시간과 에너지 소비가 발생한다는 문제가 있다.
한편, 대한민국 등록특허 제10-0930225호(원자력 발전소의 파라핀 농축폐액 고화드럼의 재처리장치 및 재처리방법)를 들 수 있다
상기 문헌에 제시된 방법은 히터가 내장된 파라핀 용해장치에 농축폐액 고화드럼을 넣고 열에 의해 드럼 내부의 파라핀을 용해시킨 다음, 드럼 내에서 파라핀을 1차 분리 및 회수하고, 드럼 내에 잔여 파라핀을 2차로 분리 및 제거한 후 드럼 내에 고화제를 투입하여 드럼 내부에 남아 있던 농축폐액을 다시 고화시키는 공정으로 이루어진다. 이때, 농축폐액 고화드럼으로부터 분리 및 회수된 파라핀은 배출가스 처리장치가 부착된 연소장치에 의해 소각 처리된다.
그러나, 이러한 방법은 히터가 내장된 용해장치에 의해 파라핀을 액상으로 녹여 분리하기 때문에, 드럼 내의 파라핀 고화체가 균일하게 가열되지 않고, 분리작업이 어려울 뿐만 아니라 농축폐액건조분말과 파라핀의 분리가 정확하게 이루어지지 못하여 분리된 파라핀에는 방사성 물질이 포함될 수밖에 없는 문제가 있다.
또한, 분리된 파라핀을 소각 처리하기 위해서는 원자력발전소마다 파라핀을 소각하기 위한 연소장치가 구비되어야 하고, 또한 분리된 파라핀을 소각 처리하는 과정에서 파라핀 내부에 포함된 방사성 물질이 외부로 누출될 우려도 있다.
따라서, 파라핀 고화체를 신속하게 용융시킬 수 있고, 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀의 분리, 분리된 파라핀을 제염하여 처리하는 방법 등에 대해 추가 기술 개발이 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 원자력발전소에서 생성된 파라핀 고화체의 처분적합성을 확보하기 위해, 파라핀 안정화 드럼으로부터 파라핀 고화체를 신속 용융하고, 물을 이용하는 습식분리기술을 사용하여 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파리핀을 효율적으로 분리하고, 분리된 파라핀은 자체처분이 가능하도록 세정공정을 통해 제염처리 하고, 분리된 농축폐액건조분말은 건조기에서 부피증가 없는 건조 과정을 통해 처리함으로써, 분리된 폐기물의 부피증가를 최소화하면서 파라핀 안정화 드럼의 처분적합성을 확보할 수 있도록 하는, 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치를 제공하고자 함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 원자력발전소에서 발생된 파라핀 안정화 드럼을 농축폐액건조분말과 파라핀으로 재분리하기 위한 장치는, 파라핀 안정화 드럼 표면을 가열하여 드럼에서 파라핀 고화체를 분리하기 위한 드럼히팅자켓; 파라핀 고화체가 투입되고, 물공급부로부터 물이 공급되어 교반되는 혼합 탱크; 상기 혼합탱크에서 배출되는 파라핀 고화체 수용액을 원심분리하는 원심분리기; 를 포함하고, 상기 혼합 탱크의 외부 표면은 가열되어 파라핀 고화체가 용융될 수 있고, 상기 원심분리에 의해 파라핀 고화체 수용액은 파라핀, 폐액 및 슬러지로 분리되고, 상기 원심분리기에 연결된 밸브에 의해 파라핀, 폐액 및 슬러지는 각각 분리배출될 수 있다.
또한, 상기 원심분리기와 연결되고 상기 원심분리기에서 배출되는 폐액 및 슬러지를 감압증발하여 건조하는 건조기; 상기 건조기에서 배출되는 증발기체를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 배출되는 응축수를 저장하는 응축수 저장 탱크; 상기 응축기에서 기체를 흡인하여 기체방사성폐기물관리계통으로 송풍하기 위한 진공펌프; 를 더 포함한다.
또한, 파라핀 고화체가 수용된 파라핀 안정화 드럼을 감싸서 가열하는 드럼히팅자켓; 파라핀 안정화 드럼 상부가 아래로 향하도록 상기 파라핀 안정화 드럼을 회전시키는 드럼회전장치; 를 더 포함하고, 상기 드럼히팅자켓이 상기 파라핀 안정화 드럼을 가열한 상태에서, 상기 드럼회전장치가 상기 파라핀 안정화 드럼을 회전시켜 상기 파라핀 안정화 드럼에서 파라핀 고화체가 분리될 수 있다.
또한, 상기 원심분리기에서 배출되는 폐액 및 슬러지를 저장하는 폐액 및 슬러지 저장탱크; 상기 폐액 및 슬러지 저장탱크와 상기 건조기를 연결하는 연결배관에서 분기되어 상기 원심분리기로 연결되는 바이패스 배관; 을 더 포함하고, 상기 연결배관에는 밸브가 설치되어 상기 폐액 및 슬러지 저장탱크 내의 폐액 및 슬러지를 상기 바이패스 배관을 통해 상기 원심분리기로 유입시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 원자력발전소에서 폐기물로 발생되는 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 방법은, 파라핀 고화체가 수용된 파라핀 안정화 드럼을 가열하고 180°회전시켜 상기 파라핀 파라핀 안정화 드럼에서 파라핀 고화체를 분리시키는 단계; 분리된 파라핀 고화체를 파쇄하는 단계; 혼합 탱크에 파쇄된 파라핀 고화체와 물을 넣고 교반시키는 단계; 상기 혼합탱크에서 배출되는 파라핀 고화체 수용액을 원심분리기에서 원심분리하는 단계; 상기 원심분리기에서 배출되는 폐액 및 슬러지를 건조기에서 감압증발하여 건조시키는 단계; 상기 건조기에서 배출되는 증발기체를 응축기에서 응축하여 응축수를 생성하는 단계; 상기 응축기에서 기체를 흡인하여 기체방사성폐기물관리계통으로 송풍하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에 따르면, 파라핀 안정화 드럼으로부터 분리된 파라핀 고화체를 물과 함께 혼합 탱크에서 용융 및 교반하고, 원심분리기에서 원심분리하여 파라핀, 폐액 및 슬러지를 분리배출하고, 분리된 폐액과 슬러지는 건조기에서 부피증가 없이 건조됨으로써 물과 건조 분말을 효율적으로 분리할 수 있는 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파라핀 안정화 드럼에서 파라핀 고화체를 분리하고, 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에서 파라핀 고화체에 물을 혼합하여 원심분리하기 위한 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에서 파라핀 고화체에 물을 혼합하여 원심분리하기 위한 구성을 도시하는 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파라핀 안정화 드럼에서 파라핀 고화체를 분리하고, 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1에서 파라핀 고화체에 물을 혼합하여 원심분리하기 위한 구성을 도시하는 도면이다.
본 발명은 원자력발전소에서 생성된 파라핀 안정화 드럼으로부터 파라핀 고화체를 분리 및 파쇄하고 혼합 탱크에서 물과 함께 용융 및 교반시키고, 원심분리기에서 원심분리하여 파라핀, 폐액과 슬러지를 분리배출할 수 있도록 하고, 폐액과 슬러지는 건조기에서 건조를 통해 재농축 건조분말, 수분 및 기체로 분리하여 처리함으로써, 기존에 원자력발전소에 저장되는 파라핀 고화체의 처분적합성을 확보하기 위한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파리핀을 분리하기 위한 장치는 드럼히팅자켓(101), 드럼회전장치(105), 파쇄기(110), 혼합 탱크(120), 원심분리기(130), 폐액 및 슬러지 저장탱크(135), 건조기(140), 응축기(145), 냉각기(146), 응축수 저장탱크(150), 진공펌프(151) 등을 포함한다.
파라핀 안정화 드럼(10)에는 파라핀 고화체가 저장된다. 이러한 파라핀 고화체는 원자력발전소의 운전과정에서 발생되는 액체 방사성 폐기물을 농축 및 건조하여 분말화하고, 이러한 농축폐액건조분말을 액상의 파라핀과 교반 처리를 통해 생성된다.
드럼히팅자켓(101)은 파라핀 고화체가 수용된 파라핀 안정화 드럼(10)을 감싸서 가열한다. 드럼히팅자켓(101)은 파라핀 안정화 드럼(10)의 전부 또는 일부를 감쌀 수 있다. 드럼히팅자켓(101)이 파라핀 안정화 드럼(10)을 감싸서 가열함으로써, 열은 파라핀 안정화 드럼(10) 내의 파라핀 고화체에 전달되어, 파라핀 고화체가 파라핀 안정화 드럼(10)에서 쉽게 분리될 수 있는 상태가 된다.
드럼회전장치(105)는 파라핀 고화체가 아래로 향하도록 파라핀 안정화 드럼(10)을 180°회전시킨다. 이때, 드럼회전장치(105)는 드럼히팅자켓(101)이 파라핀 안정화 드럼(10)을 감싸고 있는 상태에서 함께 회전시킬 수 있다. 드럼회전장치(105)는 예를 들어, 호이스트 또는 지게차 등에 설치되어 작업자가 호이스트 또는 지게차 등을 운전하면서 파라핀 안정화 드럼(10)의 이송, 가열 및 회전이 함께 이루어지게 할 수 있다.
드럼히팅자켓(101)이 파라핀 안정화 드럼(10)을 가열한 상태에서, 드럼회전장치(105)가 파라핀 안정화 드럼(10)을 회전시키면 파라핀 안정화 드럼(10)에서 파라핀 고화체가 쉽게 분리될 수 있다.
파쇄기(110)는 파라핀 안정화 드럼(10)의 하부에 위치되어 파라핀 안정화 드럼(10)에서 분리된 파라핀 고화체를 파쇄한다. 파쇄기(110)는 2개 또는 다수의 파쇄 롤러를 구비하고, 파라핀 고화체는 파쇄 롤러 사이를 지나면서 파쇄될 수 있다.
파쇄된 파라핀 고화체는 파쇄기(110) 하부로 배출되고, 파쇄된 파라핀 고화체 공급기(115)를 통해 이송되어 혼합 탱크(120)로 투입된다. 혼합 탱크(120)는 물공급부(122)와 연결되어, 혼합 탱크(120) 내로 물이 공급될 수 있다. 혼합 탱크(120)에는 교반날개(121)가 구비되고, 이러한 교반날개(121)에 의해 물공급부(122)로부터 공급된 물과 파라핀 고화체가 함께 교반된다. 혼합 탱크(120)의 외부 표면은 가열부(123)에 의해 가열되어 파라핀 고화체가 용융되면서 교반될 수 있다.
이를 위해, 혼합 탱크(120)는 내부용기와, 이러한 내부용기의 외주면에 공간을 형성하면서 설치되는 외부용기로 이루어진 2중 용기 형태를 가질 수 있다. 가열부(123)에 의해 가열되는 열매체는 내부용기와 외부용기 사이에 형성된 공간에 공급되어, 내부용기 내의 파라핀을 간접 가열 방식으로 가열할 수 있다. 혼합 탱크(120)에는 공기를 배출하기 위한 밸브가 설치될 수 있다.
파라핀 고화체에는 방사성 물질인 농축폐액건조분말이 파라핀과 물리적으로 결합되어 있다. 각 발전소의 운전조건에 따라 상이할 수 있지만, 농축폐액건조분말의 화학적 조성은 붕소(B)가 약 60 wt%, 나트륨(Na)이 약 10 wt%를 차지하고 있다. 붕산의 경우 녹는점은 약 170 ℃로 파라핀의 녹는점 약 74 ℃보다 높지만, 붕산의 끓는점은 약 300 ℃로 파라핀의 끊는점 약 370 ℃ 보다는 낮기 때문에 파라핀만을 기화로 분리할 수 없으며, 또한 170 ℃ 이상의 온도에서는 붕산이 휘발도 하기 때문에, 직접 가온하는 건식분리공정으로는 농축폐액건조분말과 파라핀을 완전히 분리하기는 어렵다.
본 발명에서는 극성물질인 농축폐액건조분말과 비극성물질인 파라핀과의 분리를 위해 극성물질인 물을 이용하는 습식분리기술을 사용한다. 이러한 습식분리기술은 파라핀에 비해 물의 밀도가 높고, 화학적으로 안정한 물을 매질로 사용하여, 90 ~ 100 ℃ 환경에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 모두 액체화하여 분리한다.
원심분리기(130)는 혼합 탱크(120)와 밸브로 연결되어, 혼합 탱크(120)에서 배출되는 파라핀 고화체 수용액을 원심분리한다. 이러한 원심분리에 의해 파라핀 고화체 수용액은 위에서부터 차례로 파라핀, 폐액 및 슬러지로 분리된다. 파라핀 고화체의 농축폐액건조분말은 폐액과 슬러지에 주로 포함된다. 원심분리기는 디스크(Disc) 방식, 디캔터(Decanter) 방식, 튜블러(Tubular) 방식을 사용하고, 3,000RPM 이상의 고속 회전수를 갖는 것을 사용할 수 있다.
파라핀은 밸브(131)를 통해 원심분리기(130)에서 분리배출될 수 있다. 비극성물질인 파리핀 내에는 입자상 또는 이온상으로 존재하는 금속핵종이 녹지 않은 상태로 존재하고, 이러한 금속핵종은 극성물질인 물과 흡착물질을 사용하여 파라핀용액에서 선택적으로 제거함으로써, 원심분리기(130)에서 분리배출된 파라핀을 별도의 원심분리기를 통해 분리배출된 파라핀에 대해 처분적합성을 확보할 수 있다.
원심분리기(130)에는 슬러지를 분리하기 위한 밸브(132)와 폐액을 분리하기 위한 밸브(133)가 설치되고, 원심분리기(130)에서 분리배출되는 폐액 및 슬러지는 폐액 및 슬러지 저장탱크(135)에 저장된다. 폐액 및 슬러지 저장탱크(135)에는 공기를 배출하기 위한 밸브가 설치될 수 있다.
건조기(140)는 폐액 및 슬러지 저장탱크(135)와 연결되어, 폐액 및 슬러지 저장탱크(135)에서 배출되는 폐액 및 슬러지를 감압증발하여 건조시킨다. 상기 건조기(140)는 감압 건조기일 수 있다.
폐액 및 슬러지 저장탱크(135)와 건조기(140)를 연결하는 연결배관(137)에는 바이패스 배관(138)이 분기되어 원심분리기(130)로 연결된다. 연결배관(137)에는 밸브(136)가 설치되어 폐액 및 슬러지 저장탱크(135) 내의 폐액 및 슬러지를 바이패스 배관(138)을 통해 원심분리기(130)로 유입시킬 수 있다. 바이패스 배관(138)은 원심분리기(130)에서 분리되지 못하고, 폐액과 슬러지에 포함되어 배출된 파라핀을 재분리하여 처리하기 위한 것이다. 원심분리기(130)의 전단에는 밸브(139)가 설치되어, 바이패스 배관(138)을 통해 분기하는 폐액 및 슬러지의 유입을 조절할 수 있다.
건조기(140)에서 폐액 및 슬러지가 가열되면서 발생되는 증발기체(수분과 기체)는 상부의 통로를 통해 응축기(145)로 유입된다. 건조기(140)에서 건조되고 남은 분말은 분말 드럼(141)에 저장되어 처리될 수 있다.
응축기(145)는 냉각기(146)와 연결되어 냉각되고, 증발기체에 포함된 수분은 이러한 냉열에 의해 수분으로 응축된다.
응축수 저장탱크(150)는 응축기(145)와 연결되어, 응축기(145)에서 배출되는 응축수를 저장한다. 응축수 저장탱크(150)에 저장된 응축수는 물공급부(122)를 통해 혼합 탱크(120)로 공급되어 재활용될 수 있다.
응축기(145) 내의 증발기체에서 수분이 제거되고 남은 기체는 진공펌프(151)에 의해 흡인되어 원자력발전소 내의 기체방사성폐기물관리계통으로 보내져서 처리될 수 있다.
상술한 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치에 따르면, 파라핀 고화체가 수용된 파라핀 안정화 드럼(10)은 드럼히팅자켓(101)에 의해 감싸진 상태로 가열되고, 드럼회전장치(105)는 파라핀 안정화 드럼(10)을 180°회전시키는 방식으로 파라핀 안정화 드럼(10)에서 파라핀 고화체를 쉽게 분리할 수 있다.
분리 및 파쇄된 파라핀 고화체는 물과 함께 습식공정으로 혼합 탱크(120)에서 용융 및 교반되고, 원심분리기(130)에서 파라핀, 폐액 및 슬러지로 분리됨으로써, 농축폐액건조분말과 파라핀의 분리 효율을 높일 수 있다.
분리된 폐액과 슬러지는 건조기(140)와 응축기(145)를 지나면서 수분은 응축수로 응축되고, 기체는 원자력발전소 내의 기체방사성폐기물관리계통으로 보내져 처리될 수 있고, 농축폐액건조분말은 별도의 분말 드럼(141)에 저장되어 처리될 수 있다. 그에 따라, 파라핀 고화체에 포함된 방사성 물질인 농축폐액건조분말을 안전하게 분리 및 처리하여 처분적합성을 확보할 수 있다.
이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여, 원자력발전소에서 폐기물로 발생되는 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 파라핀 고화체가 수용된 파라핀 안정화 드럼(10)을 가열하고 180°회전시켜 파라핀 안정화 드럼(10)에서 파라핀 고화체를 분리시킨다.
다음에, 분리된 파라핀 고화체를 파쇄기(110)에서 파쇄한다.
다음에, 혼합 탱크(120)에 파쇄된 파라핀 고화체와 물을 넣고 가열, 교반 및 용융시킨다.
다음에, 혼합 탱크(120)에서 배출되는 용융된 파라핀 고화체 수용액을 원심분리기(130)에서 원심분리한다.
다음에, 원심분리기(130)에서 분리배출되는 폐액 및 슬러지를 건조기(140)에서 감압증발하여 건조시킨다. 상기 건조기(140)는 감압 건조기일 수 있다.
다음에, 건조기(140)에서 가열 중에 배출되는 증발기체를 응축기(145)에서 응축하여 응축수를 생성한다.
다음에, 응축기(145)에서 기체를 흡인하여 원자력발전소 내의 기체방사성폐기물관리계통으로 송풍한다.
다음에, 건조기(140)에서 건조된 분말은 분말 드럼(141)에 저장한다.
이러한 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 방법에 따르면, 파라핀 안정화 드럼(10)에서 파라핀 고화체의 분리, 원심분리를 통해 파라핀 고화체 수용액에서 파라핀, 폐액 및 슬러지의 분리, 폐액과 슬러지의 효율적인 처리 방법을 제공하여, 파라핀 안정화 드럼(10)에 저장된 파라핀 고화체의 처분 적합성을 확보할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10 : 파라핀 안정화 드럼
100 : 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치
101 : 드럼히팅자켓
105 : 드럼회전장치
110 : 파쇄기
115 : 파쇄된 파라핀 고화체 공급기
120 : 혼합 탱크
121 : 교반날개
122 : 물공급부
123 : 가열부
130 : 원심분리기
131, 132, 133 : 밸브
135 : 폐액 및 슬러지 저장탱크
136, 139 : 밸브
137 : 연결배관
138 : 바이패스 배관
140 : 건조기
141 : 분말 드럼
145 : 응축기
146 : 냉각기
150 : 응축수 저장탱크
151 : 진공펌프
100 : 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치
101 : 드럼히팅자켓
105 : 드럼회전장치
110 : 파쇄기
115 : 파쇄된 파라핀 고화체 공급기
120 : 혼합 탱크
121 : 교반날개
122 : 물공급부
123 : 가열부
130 : 원심분리기
131, 132, 133 : 밸브
135 : 폐액 및 슬러지 저장탱크
136, 139 : 밸브
137 : 연결배관
138 : 바이패스 배관
140 : 건조기
141 : 분말 드럼
145 : 응축기
146 : 냉각기
150 : 응축수 저장탱크
151 : 진공펌프
Claims (5)
- 원자력발전소에서 방사성폐기물로 발생되는 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치에 있어서,
파라핀 고화체가 투입되고, 물공급부로부터 물이 공급되어 교반되는 혼합 탱크;
상기 혼합탱크에서 배출되는 파라핀 고화체 수용액을 원심분리하는 원심분리기;
을 포함하고,
상기 혼합 탱크의 외부 표면은 가열되어 파라핀 고화체가 용융될 수 있고,
상기 원심분리에 의해 파라핀 고화체 수용액은 파라핀, 폐액 및 슬러지로 분리되고, 상기 원심분리기에 연결된 밸브에 의해 파라핀, 폐액 및 슬러지는 각각 분리배출될 수 있는, 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치. - 제1항에 있어서,
상기 원심분리기와 연결되고 상기 원심분리기에서 배출되는 폐액 및 슬러지를 감압증발하여 건조하는 건조기;
상기 건조기에서 배출되는 증발기체를 응축하는 응축기;
상기 응축기에서 배출되는 응축수를 저장하는 응축수 저장 탱크;
상기 응축기에서 기체를 흡인하여 기체방사성폐기물관리계통으로 송풍하기 위한 진공펌프;
를 더 포함하는 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치. - 제1항에 있어서,
파라핀 고화체가 수용된 파라핀 안정화 드럼을 감싸서 가열하는 드럼히팅자켓;
파라핀 고화체가 아래로 향하도록 상기 파라핀 안정화 드럼을 회전시키는 드럼회전장치;
를 더 포함하고,
상기 드럼히팅자켓이 상기 파라핀 안정화 드럼을 가열한 상태에서, 상기 드럼회전장치가 상기 파라핀 안정화 드럼을 회전시켜 상기 파라핀 안정화 드럼에서 파라핀 고화체가 분리될 수 있는, 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치. - 제2항에 있어서,
상기 원심분리기에서 배출되는 폐액 및 슬러지를 저장하는 폐액 및 슬러지 저장탱크;
상기 폐액 및 슬러지 저장탱크와 상기 건조기를 연결하는 연결배관에서 분기되어 상기 원심분리기로 연결되는 바이패스 배관;
을 더 포함하고,
상기 연결배관에는 밸브가 설치되어 상기 폐액 및 슬러지 저장탱크 내의 폐액 및 슬러지를 상기 바이패스 배관을 통해 상기 원심분리기로 유입시킬 수 있는, 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치. - 원자력발전소에서 폐기물로 발생되는 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 방법에 있어서,
파라핀 고화체가 수용된 파라핀 안정화 드럼을 가열하고 180°회전시켜 상기 파라핀 안정화 드럼에서 파라핀 고화체를 분리시키는 단계;
분리된 파라핀 고화체를 파쇄하는 단계;
혼합 탱크에 파쇄된 파라핀 고화체와 물을 넣고 교반시키는 단계;
상기 혼합탱크에서 배출되는 파라핀 고화체 수용액을 원심분리기에서 원심분리하는 단계;
상기 원심분리기에서 배출되는 폐액 및 슬러지를 건조기에서 감압증발하여 건조시키는 단계;
상기 건조기에서 배출되는 증발기체를 응축기에서 응축하여 응축수를 생성하는 단계;
상기 응축기에서 기체를 흡인하여 기체방사성폐기물관리계통으로 송풍하는 단계;
를 포함하는, 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020230026545A KR102541144B1 (ko) | 2023-02-28 | 2023-02-28 | 원전 폐기물인 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230026545A KR102541144B1 (ko) | 2023-02-28 | 2023-02-28 | 원전 폐기물인 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치 |
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| KR102541144B1 true KR102541144B1 (ko) | 2023-06-13 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230026545A KR102541144B1 (ko) | 2023-02-28 | 2023-02-28 | 원전 폐기물인 파라핀 고화체에서 농축폐액건조분말과 파라핀을 분리하기 위한 장치 |
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| KR (1) | KR102541144B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101173424B1 (ko) | 2012-02-08 | 2012-08-10 | 선광원자력안전(주) | 파라핀고화체 처리방법 및 처리장치 |
| KR101686382B1 (ko) * | 2016-05-24 | 2016-12-28 | 세안기술 주식회사 | 농축폐액 파라핀 고화체에서의 파라핀 회수 시스템 및 그 제어방법 |
| KR20200069957A (ko) * | 2018-12-07 | 2020-06-17 | (주)라드인 | 타원형 전열 벽면을 갖는 방사성 슬러지 건조장치와 그 건조방법 |
| KR102475811B1 (ko) * | 2022-10-06 | 2022-12-08 | (주)한국원자력 엔지니어링 | 슬러지 파라핀 고화체의 재처리방법 및 이에 사용되는 파라핀 분리장치 |
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2023
- 2023-02-28 KR KR1020230026545A patent/KR102541144B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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