KR20010076746A - 탈탄공정에 의한 중·저준위 방사성 폐기물의 처리 장치 - Google Patents

Abstract

가연성 방사성 폐기물을 저온 열분해 및 탈탄공정에 의해 처리하여 유리화시키며, 또한 본 발명의 장치에서 열분해 방식을 보완하기 위해 탈탄공정을 도입하여 유리화의 전처리 공정에서 핵심 공정으로 열분해 공정을 통하여 얻어지는 잔존물의 양을 획기적으로 극소화시켜 최종 유리 고화체의 부피를 최소화시키는데 그 특징으로 한다. 또한, 가연성 폐용융과정에서 발생되는 오프가스(off gas)를 최소화시키고, 유기성 가스를 유분 형태로 회수하여 사용할 수 있게 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물의 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 분쇄기를 통해 분쇄된 가연성 폐기물을 저온 용융시키는 용융조와 상기 용융조에서 용융된 폐기물을 저온에서 환원반응에 의해 유분 형태의 액화성 물질을 증발 및 응축과정을 통해 분리시키는 열분해로와 상기 열분해로의 잔재물을 탈탄시켜 유리화 가능한 전처리 공정을 완료하는 탈탄기와 상기 용융조 및 열분해를 촉매에 의해 액체 유기물인 경질 유분으로 만드는 촉매탑과 상기 촉매탑에서 액화되지 않은 가스 성분을 온도에 따라 응축시키는 응축기로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

탈탄공정에 의한 중·저준위 방사성 폐기물의 처리 장치{A treatment machine of intermediate and low-level radioactive waste for the decarbonization process}

본 발명은 원자력발전소에서 중ㆍ저준위 방사성 폐기물로 분류되고 있는 가연성 폐기물의 처리에 관한 것으로, 특히 가연성 폐기물을 저온 열분해 및 탈탄공정으로 처리하여 얻은 잔존물을 유리화시키고, 유리화의 전처리 공정에서 핵심 공정이 되게 하는 탈탄공정을 도입시키고, 이러한 열분해 공정을 통하여 얻어지는 잔존물의 양을 극소화시켜 유리 고화체의 부피를 최소화 한다.

또한 가연성 폐기물의 분해과정에서 발생되는 배기가스(off gas)를 산화 촉매법을 이용하여 산화시키는 한편 이를 정화시켜 방사성 물질이 대기로 방출되는 것을 방지할 수 있게 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물의 처리장치에 관한 것이다.

중ㆍ저준위 방사성 폐기물이란 원자로의 운전, 보수 등에 사용된 기구, 장갑, 덧신, 휴지, 걸레, 방호복, PVC시트, 제염지, 슬러지(sludge) 등 기타 가연성 폐기물(이하에서 가연성 폐기물이라 칭함)들로서 이들 방사성 폐기물은 방사능이 누출되지 않도록 처리한 후 핵폐기물 저장시설에 보관된다.

방사성 폐기물의 경우에는 부피감소와 함께 적체 해소를 위하여 소각처리방식, 또는 플라즈마 처리에 의한 초고온 열분해 방식을 이용하여 연소된 재(ash)를 만들어 유리화하여 처리하고 있다.

그런데 상기와 같이 소각처리시 발생되는 다량의 배기가스와 플라즈마 처리시 고온에 의한 방사성 핵종의 과다 휘발 등의 문제점을 갖게 된다.

즉, 중ㆍ저준위 방사성 폐기물로 분류되는 가연성 폐기물은 다양한 화학조성으로 구성되어 있어 이들을 소각하여 재로 만드는 과정에서 다량의 연소가스와 그에 따른 배기가스가 발생되고, 이 배기가스는 휘발성 방사성 물질과 미립자 형태의 핵종이 함유되어 있어 대기중으로 방출되는 것을 방지하는데 많은 애로점이 있다.

다시 말해서, 방사성물질이 주로 미립자상으로 존재하여 주위와 기류에 따른 확산 정도가 크게 발생할 수 있어 대기 중에 방출될 경우 인체에 치명적인 영향을 미치기 때문에 2차 폐기물 방출을 극소화시키기 위해서는 아주 엄격하고 복잡한 여과장치를 필요로 하고 있다.

이에 따라 가연성 폐기물을 소각로에서 처리시 분진과 다량의 배기가스 처리를 위해 초고온(약1300℃) 세라믹 필터 및 기타 여과 장치를 사용해야 하기 때문에 폐기물 처리에 필요한 공정 설비의 복잡화와 함께 유지비가 많이 소요된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 그 목적은 기존에 제안된 열분해 방식을 획기적으로 보완 및 개선하기 위하여 탈탄공정을 도입시켜 유리화의 전처리 공정에서 핵심 공정이 되게 하였으며 열분해 공정을 통해 얻어지는 잔존물의 양을 획기적으로 극소화시켜 최종 유리 고화체의 부피를 최소화시키는데 그 목적이 있다.

방사성 폐기물을 저온 열분해에 의해 배기가스의 발생량을 크게 줄여 여과공정을 최소화시킴으로써 방사성 폐기물의 처리에 필요한 공정 설비를 간단히 하고, 또한 배기가스의 주성분으로 구성되어 있는 유기성 가스를 산화 촉매탑에서 저온 산화시켜(예, CO₂) 인체에 무해한 가스로 변화ㆍ방출시키는 한편 열분해된 잔존물은 저온 탈탄공정으로 탄소를 완전히 제거시켜 유리화시 핵종의 침출을 방지하여 방사성 폐기물을 안전하게 보관할 수 있도록 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물의 처리장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 구현하기 위한 본 발명은 분쇄기를 통해 분쇄된 가연성 폐기물을 저온 용융시키는 용융조와;

상기 용융조에서 용융된 폐기물을 저온에서 환원반응에 의해 열분해시켜 폐기물의 부피를 감소시키는 열분해로와;

상기 열분해로의 잔존물을 탈탄시켜 유리화 가능한 전처리 공정을 완료하는 탈탄기와;

상기 용융조 및 열분해로에서 발생된 산성 유독가스를 중화시키는 중화탑과;

상기 열분해로에서 발생되는 다양한 형태의 배기가스를 산화 촉매에 의해 저온에서 촉매 반응에 필요한 공기를 일정한 양으로 주입하여 완전 산화시키는 저온 산화 촉매탑과;

상기 촉매탑에서 산화되지 않은 가스 성분을 온도에 따라 응축시키는 응축기로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 장치에 전체 구성도

10 : 호퍼 12 : 분쇄기 14 : 컨베이어

16, 30 : 스크루 공급기 18 : 용융조 19 : 산성 유독가스

20 : 중화탑 21 : 순환수조 22 : 열분해로

24 : 탈탄기 26 : 유리저장탱크 28 : 혼합장치

32 : 유리화로 34 : 보관창고 35 : 분해가스

36 : 촉매탑 37 : 연소배기가스 38 : 응축기

40 : 회수용조 42 : 비응축가스 44 : 배기가스

46 : 배기가스 처리장치 48 : 온수조 100 : 가연성 폐기물

P : 펌핑장치

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

첨부된 도면은 본 발명의 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 처리장치의 전체 구성도를 도시한 것으로 도면 부호10은 가연성 폐기물(100)이 있는 호퍼를 도시한 것이다.

상기 호퍼(10)에 있는 가연성 폐기물(100)들은 앞서 설명한 바와 같이 원자로의 운전·보수 등에 사용된 기구, 장갑, 덧신, 휴지, 걸레, 방호복, PVC시트, 제염지, 슬러지 등이 그 예이다.

상기와 같이 호퍼(10)에 있는 가연성 폐기물(100)들은 먼저 분쇄기(12)에 의해 용융에 유리하게 잘게 분쇄된다. 이후 분쇄된 가연성 폐기물(100)은 컨베이어(14)와 스크루 공급기(16)를 통해 저온 용융조(18)에 투입되어 전기적 간접열로 용융이 된다. 이때 용융조(18)에서 가연성 폐기물(100)이 용융되면서 발생되는 산성 유독가스(예로 염화수소가스(HCl)(19)는 중화탑(20)으로 보내지게 되며, 순환수조(21)에 있는 가성소다(NaOH) 용액이 상기 중화탑(20)으로 스프레이되어 유독가스를 중화시켜 배수 처리된다.

상기에서 가연성 폐기물(100)을 전기적 간접열로 용융시키는 용융조(18)의 내부온도가 필요 이상으로 높으면 가연성 폐기물(100)의 용융시 발생되는 유독가스의 발생량이 크게 증가되므로 그 온도조건을 가연성 폐기물(100)이 용융가능한 온도로 하되, 150∼300℃의 낮은 온도조건으로 하여 유독가스의 발생량을 크게 줄이도록 하는 것이 바람직하다.

상기 용융조(18)에서 저온 용융된 폐기물은 저온 열분해로(22)로 이송되어 폐기물은 열분해로(22)의 내부온도 300∼450℃의 저온 조건에서 환원 반응으로 용융과 열분해가 동시에 이루어져 유분형태의 액화성 물질을 증발 및 응축과정을 통해 분리되고, 여기서 발생되는 산성 유독가스(예로 염화수소가스 등)는 중화탑(20)을 통해 중화되어 배수 처리된다.

상기에서 가연성 폐기물(100)을 전기적 간접열로 용융시키는 용융조(18)의 내부온도가, 필요 이상으로 높으면 가연성 폐기물(100)의 용융시 발생되는 유독가스의 발생량이 크게 증가되므로 그 온도조건으로 하여 유독가스의 발생량을 크게 줄이도록 하는 것이 바람직하다.

상기 용융조(18)에서 저온 용융된 폐기물은 저온 열분해로(22)로 이송되어 폐기물은 열분해로(22)의 내부온도 300∼450℃의 저온 조건에서 환원 반응으로 용융과 열분해가 동시에 이루어져 유분형태의 액화성 물질을 증발 및 응축과정을 통해 분리되고 여기서 발생되는 산성 유독가스(예로 염화수소가스 등)는 중화탑(20)을 통해 중화되어 배수 처리된다.

상기에서 가연성 폐기물(100) 내에 함유되어 있는 핵종 들중 400℃ 이상에서 승화되기 쉬운 물질들이 400℃ 미만의 저온 열분해 및 용융조건에 의해 휘발을 최소화 할 수 있고, 또한 가연성 폐기물(100)을 단순 소각 처리하여 다량의 배기가스를 배출시키는 것이 아니라 유분 형태로 회수하는 것이다.

그리고 상기 열분해로(22)에서 분리된 잔재물은 탈탄기(24)로 이송되어 탈탄기(24)를 통해 안정되고 양질의 유리화 가능한 전처리 공정이 완료된다.

상기 탈탄기(24)는 열분해로(22)에서 분리된 흑색 잔재물을 백색 회분으로 전환시키는 탈탄 공정이 이루어지는 것으로 이와 같은 탈탄공정을 해야 하는 목적은 유리는 탄소성분이 함입될 경우 탄소는 상용성이 전혀 없기 때문에 완전히 분리된 상으로 존재하여 방사성 핵종이 침출되는 위험성을 갖게 된다. 이에 따라 유리화에 있어서 탄소를 완전히 제거하여야만 안정된 유리고화체를 얻을 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 탈탄기(24)를 통해 백색 회분으로 정재된 재(ash)는 통상적으로유리저장탱크(26)에 있는 유리가루와 혼합장치(28)에서 혼합되어 스크루 공급기(30)를 통해 유리화로(Vitrification Melter)(32)로 보내져 유리화로(32)에서 용융 처리 후 용기에 담아 고화시켜 용기를 밀봉하고 방사능의 오염을 제거하는 제염단계 및 검사단계 등을 거쳐 최종적으로 보관창고(34)에 저장하게 되는 것이다. 이와 같이 잘 정재된 재를 모든 핵종이 농축된 상태로 되어 유리가루와 혼합하여 용융 고화시킴으로서 자연조건에서 침출되지 않아 영구보관의 안정성과 함께 부피의 감소가 약 1/100로 대폭 줄어 들게되어 저장능력을 크게 확대시킬수 있게 된다.

한편 상기 열분해로(22)에서 발생되는 분해가스(35)와 배기가스(37)는 촉매탑(36)으로 보내져 배기가스가 촉매와 반응하여 저온에서 완전 산화되어 응축기(38)로 보내지게 되며 이와 함께 상기 응축기(38)에서는 상기 촉매탑(36)에서 산화되지 않은 가스 성분을 온도에 따라 응축시켜 유분을 회수용조(40)로 함께 보낸다.그리고 상기 응축기(38) 및 중화탑(20)에서 발생되는 비응축가스(42)는 회수되어 열분해로(22)의 공급가스로 사용되고 상기 회수용조(40)에 저장되어 있는 경질유분도 열분해로(22) 및 용융조(18)의 공급가스로 사용된다.

도면에서 부호 44는 배기가스로서 배기가스 처리장치(46)를 통해 처리하여 대기로 방출시킨다. 상기의 배기가스 처리장치(46)는 배기가스의 발생량이 극히 적기 때문에 헤파 필터(Hepa filter)(도시안됨)만을 사용하여도 충분히 정화되어 배기장치의 간단화를 실현하는 효과를 갖는다.

도면중 미 설명부호 48은 온수조로서 용수를 응축기(38)에 공급 회수하는 역할을 한다. 그리고 미 설명부호 P는 각 라인을 펌핑(pumping)하는 장치를 예시한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 가연성 방사성 폐기물을 유리화의 전처리 공정에서 탈탄공정을 도입하여 열분해 공정을 통해 얻어진 잔존물의 양을 획기적으로 극소화 시켜 최종 유리 고화체의 부피를 최소화시키는 그 특징을 가지고 있으며 저온 열분해에 의해 배기가스의 발생량을 크게 줄여 여과공정을 최소화시킴으로서 방사성 폐기물의 처리에 필요한 공정 설비를 간단히 하는 효과와 함께 배기가스의 주성분으로 구성되어 있는 유기성가스를 산화 촉매탑에서 저온 산화시켜 인체에 무해한 가스로 변화ㆍ방출시키는 한편 열분해된 잔존물은 저온 탈탄 공정으로 탄소를 완전히 제거시켜 유리화시 핵종의 침출을 방지하여 방사성페기물을 안전하게 보관할 수 효과를 갖게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 분쇄기(12)를 이용하여 분쇄된 가연성 폐기물(100)을 저온 용융시키는 용융조(18)와;

   상기 용융조(18)에서 용융된 폐기물을 저온에서 환원반응에 의해 열분해시켜 폐기물의 부피를 감소시키는 열분해로(22)와;

   상기 열분해로(22)의 잔재물을 탈탄시켜 유리화 가능한 전처리 공정을 완료하는 탈탄기와;

   상기 용융조(18) 및 열분해로(22)에서 발생된 산성 유독가스를 중화시키는 중화탑(20)과;

   상기 열분해로(22)에서 발생되는 다양한 형태의 배기가스를 산화 촉매에 의해 저온에서 산화시키는 저온 산화 촉매탑(36)과;

   상기 촉매탑(36)에서 산화되지 않은 가스 성분을 온도에 따라 응축시키는 응축기(38)로 구성된 것을 특징으로 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물의 처리장치
2. 제 1항에 있어서, 상기 용융로(18)의 내부 온도는 150∼300℃의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물의 처리장치
3. 제 1항에 있어서, 상기 열분해로(22)의 내부 온도는 300∼450℃의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물의 처리장치