KR20120081740A - Treatment method of radwaste - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산성가스 발생 방사성 폐기물의 처리방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for treating an acid gas generating radioactive waste.
원자력 시설에서는 트리부틸포스페이트(TBP, tributyl phosphate)와 같은 인산 및 기타 산성물질을 포함하는 폐유기용제와 염화비닐 시트(PVC sheet), 고무장갑 등이 사용된다. 이들은 주성분이 유기물이기 때문에 가연성 및 부패성이 있어 방사성폐기물 처분장에서의 수용이 불가능하다. 이에 따라 종래에는 열분해 또는 소각 등의 전통적인 유기성폐기물 분해처리방법 등이 이용하여 처리하였으나 상기 방법들에 의해 처리될 시에는 하기 화학식 1, 2 및 3에서 트리부틸포스페이트의 예를 나타낸 것과 같이, 순간적인 유기물분해 반응에 의해 과량의 산성가스가 발생하는 문제가 있다. 최근에는 기존의 열분해 또는 소각의 단점을 보완하여 다이옥신의 발생 가능성이 적은 수증기 개질 (steam reforming)과 같은 개선된 유기성분의 분해처리공정이 개발되어 실용화되고 있지만, 수증기 개질 또한 과량의 산성가스의 발생 및 이로 인한 공정의 부식, 과량의 2차 폐기물의 발생 등의 많은 문제점을 가지고 있다.
In nuclear facilities, waste organic solvents containing phosphoric acid and other acidic substances such as tributyl phosphate (TBP), vinyl chloride sheets and rubber gloves are used. They are flammable and decaying because their main components are organic, which makes them unacceptable at radioactive waste disposal sites. Accordingly, the conventional organic waste decomposition treatment method such as pyrolysis or incineration has been conventionally used. However, when treated by the above methods, as shown in the following formulas (1), (2) and (3), tributyl phosphate is instantaneous. There is a problem that excess acid gas is generated by the organic decomposition reaction. Recently, an improved decomposition process of organic components, such as steam reforming, which is less likely to generate dioxin by supplementing the disadvantages of existing pyrolysis or incineration, has been developed and put into practical use, but steam reforming also generates excessive acid gas. And this has a number of problems such as corrosion of the process, generation of excess secondary waste.
<화학식 1>≪ Formula 1 >
(C4H9O)3PO → Products(g) + P2O5(g) + H2O (g)
(C 4 H 9 O) 3 PO → Products (g) + P 2 O 5 (g) + H 2 O (g)
<화학식 2><
PVC → Products (g) + HCl (g)
PVC → Products (g) + HCl (g)
<화학식 3><Formula 3>
Rubber → Products (g) + SO2 (g)
Rubber → Products (g) + SO 2 (g)
미국, 독일 및 일본에서는 유기성분의 열분해 또는 소각에서 발생되는 P2O5(g) 및 H2O로 인한 부식성 H3PO4의 공정내 응축 문제 등을 해결하기 위하여 개선된 형태의 열분해 처리공정들이 개발되어 사용되고 있다. In the United States, Germany, and Japan, an improved pyrolysis treatment process is used to solve in-process condensation problems of corrosive H 3 PO 4 from P 2 O 5 (g) and H 2 O from pyrolysis or incineration of organic components. Have been developed and used.
미국에서 개발된 THOR Treatment 공정은 트리부틸포스페이트(TBP)와 같은 무기염(inorganic salt)을 포함하는 유기화합물을 수증기개질 방법에 의해 분해 처리하는 공정으로 700 ~ 750 ℃의 온도에서 유기액체폐기물을 과열된 수증기 및 알루미늄규산나트륨(Sodium aluminum silicate) 분말과 혼합하여 분해 처리한다. 폐기물의 열분해시에 분리되는 무기성분은 알루미늄규산나트륨(Sodium aluminum silicate)과 반응하여 안정된 화합물을 형성하며, 유기성분은 수증기개질 반응에 의해 수소, 일산화탄소 및 메탄으로 전환되고 열적산화기(thermal oxidizer)에서 이산화탄소와 수증기로 전환된다. THOR treatment process developed in the United States is a process to decompose organic compounds including inorganic salts such as tributyl phosphate (TBP) by steam reforming method and overheat organic liquid waste at a temperature of 700 ~ 750 ℃. It is then decomposed by mixing with steam and sodium aluminum silicate powder. Inorganic components separated during thermal decomposition of waste react with sodium aluminum silicate to form stable compounds, and organic components are converted to hydrogen, carbon monoxide and methane by steam reforming reaction, and thermal oxidizer Is converted to carbon dioxide and water vapor.
독일 NUKEM사의 열분해공정은 트리부틸포스페이트(TBP)폐기물을 수산화칼슘(calcium hydroxide)과 함께 약 600 ℃의 온도에서 열분해하여 인산칼슘(calcium phosphate)과 열분해 탄화수소가스로 전환하며, 열분해 탄화수소가스는 약 1000 ℃의 온도에서 연소 처리된다. The pyrolysis process of NUKEM of Germany converts tributyl phosphate (TBP) waste into calcium phosphate and pyrolysis hydrocarbon gas by pyrolysis with calcium hydroxide at a temperature of about 600 ℃, and pyrolysis hydrocarbon gas is about 1000 ℃ Combustion treatment at the temperature of
THOR 수증기개질공정과 독일의 NUKEM사의 열분해공정은 폐기물과 무기물안정화를 위한 첨가제인 알루미늄규산나트륨(Sodium aluminum silicate)과 칼륨 및 인산칼슘(calcium phosphate)을 폐기물과 혼합하여 처리하므로 방사성 핵종 등의 무기물이 고온에서 안정화되어 열분해 또는 수증기개질 반응기에 잔류하며, 이에 따라 공정장치의 부식이나 관막힘과 같은 문제점은 나타나지 않는다. 그러나 과량의 안정화첨가제가 사용되어야 하고, 첨가제와 방사성 핵종이 혼합된 폐기물로 발생되므로 감용(volume reduction) 효과가 낮은 문제가 있으며, 우라늄과 같은 재활용이 가능한 원소들도 안정화첨가제 등과 화학적으로 결합하여 분리하기 어려운 복합체를 형성하므로 분리 재활용이 어려운 문제가 있다. THOR steam reforming process and pyrolysis process of NUKEM of Germany treats inorganic aluminum such as radionuclides by mixing sodium aluminum silicate, potassium and calcium phosphate, which are additives for waste and inorganic stabilization, with waste It is stabilized at high temperature and remains in a pyrolysis or steam reforming reactor, so there are no problems such as corrosion or clogging of the process equipment. However, excessive stabilizing additives have to be used, and since they are generated as waste mixed with additives and radionuclides, there is a problem of low volume reduction effect. Also, recyclable elements such as uranium are chemically combined with stabilizing additives and separated. It is difficult to separate and recycle because it forms a complex that is difficult to do.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 최근 일본의 JAEA에서는 첨가제가 없는 상태에서 트리부틸포스페이트(TBP)폐액을 열분해하고 열분해된 가스를 산화시키는 트리부틸포스페이트(TBP) 유기폐액의 처리공정에 대한 연구가 진행되고 있으며, 최종적으로 발생되는 방사성폐기물의 발생량 저감에 주안점을 맞추고 있다. 상기 공정은 열분해반응기에 약간의 수증기(steam)를 주입하여 트리부틸포스페이트(TBP)의 열분해시 발생될 수 있는 그을음(soot) 생성을 억제한다는 것을 제외하고는 종래의 폐기물 열분해-소각 공정 개념과 동일하다. 또한, 고온에서 산성가스의 발생을 억제하지 못하므로 이를 세정하기 위하여 2단계의 세정식 집진기(wet scrubber)를 사용한다. 따라서 배기가스 처리공정이 비교적 복잡하고 2차 액체폐기물의 발생이 많을 뿐만 아니라, 공정 여러 부위에 인화합물과 같은 다양한 부식성 화합물이 축적되는 문제가 있다.
In order to improve this problem, JAEA of Japan has recently been researching the treatment process of tributyl phosphate (TBP) organic waste liquid which pyrolyzes tributyl phosphate (TBP) waste liquid without additives and oxidizes the pyrolyzed gas. The main focus is on reducing the amount of radioactive waste generated. The process is the same as the conventional waste pyrolysis-incineration process concept except that it injects some steam into the pyrolysis reactor to inhibit soot generation that may occur during the pyrolysis of tributylphosphate (TBP). Do. In addition, since it does not suppress the generation of acidic gas at high temperature, a two-stage wet scrubber is used to clean it. Therefore, the exhaust gas treatment process is relatively complicated and secondary liquid wastes are generated a lot, and various corrosive compounds such as phosphorus compounds are accumulated in various parts of the process.
이에 본 발명자들은 방사성 유기폐기물의 처리 시 발생되는 폐기물의 양의 최소화하되, 유해가스의 처리를 통해 환경오염 문제를 해결하는 공정을 연구하던 중, 2 단계의 열처리를 거쳐 유해가스 및 고체 폐기물을 처리하고 잔류가스를 흡착 및 산화시키는 폐기물 처리방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다.The present inventors minimize the amount of waste generated during the treatment of radioactive organic waste, and while studying a process for solving environmental pollution problems by treating harmful gases, the hazardous gases and solid wastes are treated through a two-step heat treatment. And developed a waste treatment method for adsorbing and oxidizing residual gas and completed the present invention.
본 발명의 목적은 산성가스 발생 방사성 폐기물의 처리방법을 제공하는 데 있다.
An object of the present invention is to provide a method for treating an acid gas-generating radioactive waste.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 방사성 폐기물을 1차 가열하여 휘발성 유기성분과 산성가스를 배출시키되, 배출된 산성가스는 수산화칼슘을 이용하여 흡착하고, 잔류 휘발성 유기성분은 산화시키는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 1차 가열 후 잔류하는 유기성분을 2차 가열하여 산화 및 가스화시키고, 생성된 가스를 고령토 입자를 이용하여 흡착한 후 잔류가스는 산화시키는 단계(단계 2)를 포함하는 방사성 폐기물의 분해처리 방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention is the first heating the radioactive waste to discharge the volatile organic components and acid gas, the discharged acid gas is adsorbed using calcium hydroxide, the remaining volatile organic components are oxidized (step 1) ; And oxidizing and gasifying the organic components remaining after the first heating in
본 발명에 따른 산성가스 발생 방사성 폐기물의 처리방법은 방사성 유기폐기물의 처리시 산성폐수를 발생시키지 않으며, 재활용이 가능한 염화칼슘(CaCl2) 등의 무기염으로 회수하여 처리할 수 있다. 또한, 종래의 약 700 ℃ 이상 고온에서 방사성 유기폐기물을 직접 열분해하는 경우 휘발성 유기성분의 폭발적인 가스화에 의한 과다한 미연소 기상 탄화수소의 발생 및 그을음(Soot)이 발생하였던 문제를 해소할 수 있다.
The acid gas generating radioactive waste treatment method according to the present invention does not generate acidic waste water during the treatment of radioactive organic waste, and can be recovered and treated with inorganic salts such as calcium chloride (CaCl 2 ) which can be recycled. In addition, when directly pyrolyzing radioactive organic waste at a high temperature of about 700 ° C. or more, the problem of generation of excessive unburned gaseous hydrocarbons and soot caused by explosive gasification of volatile organic components may be solved.
도 1은 산성가스와 수산화칼슘의 반응흡착에 대한 자유에너지 변화 그래프이고;
도 2는 본 발명에 따른 분해처리 방법에서 이용되는 분해장치의 모식도이다.1 is a graph of the change in free energy for the reaction adsorption of acid gas and calcium hydroxide;
2 is a schematic view of a decomposition apparatus used in the decomposition treatment method according to the present invention.
본 발명은 방사성 폐기물을 1차 가열하여 휘발성 유기성분과 산성가스를 배출시키되, 배출된 산성가스는 수산화칼슘을 이용하여 흡착하고, 잔류 휘발성 유기성분은 산화시키는 단계(단계 1); 및 The present invention comprises the step of first heating the radioactive waste to discharge volatile organic components and acidic gas, the discharged acidic gas is adsorbed using calcium hydroxide, the remaining volatile organic components are oxidized (step 1); And
상기 단계 1에서 1차 가열 후 잔류하는 유기성분을 2차 가열하여 산화 및 가스화시키고, 생성된 가스를 고령토 입자를 이용하여 흡착한 후 잔류가스는 산화시키는 단계(단계 2)를 포함하는 방사성 폐기물의 분해처리 방법을 제공한다.
The organic component remaining after the first heating in
이하, 본 발명에 따른 방사성 폐기물의 분해처리 방법을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the decomposition treatment method of the radioactive waste according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 방사성 폐기물의 분해처리 방법은 산성가스 발생이 많은 트리부틸 포스페이트(TBP), 폴리염화비닐(PVC), 고무 등의 유기 방사성 폐기물을 열분해 또는 소각하여 처리함으로써 과다한 2차 폐기물 발생 및 부식성 성분의 공정 내 침적 등의 문제가 발생하였던 점을 해결하고 방사성 폐기물을 고온 건식 분해할 수 있으며, 본 발명에 따른 방사성 폐기물의 분해처리 방법에 있어서, 단계 1은 방사성 폐기물을 1차 가열하여 휘발성 유기성분과 산성가스를 배출시키고, 배출된 산성가스는 수산화칼슘을 이용하여 흡착하며, 잔류 휘발성 유기성분은 산화시키는 단계 단계이다. 상기 방사성 폐기물은 휘발성 탄화수소성분 및 P2O5, HCl, SO2 등의 산성가스 발생원소들을 포함하고 있어, 종래의 단순 소각하는 방법의 경우 산성가스 발생에 따른 문제점이 있었다. 상기 단계 1의 1차 가열은 상기 휘발성 탄화수소성분 및 P2O5, HCl, SO2 등의 산성가스 발생원소들을 기체화시키는 단계로써, 방사성 폐기물에 포함된 휘발성 탄화수소가스 및 산성가스가 1차적으로 발생된다. 이때, 상기 방사성 폐기물은 유기성 방사성 폐기물로써 원자력 발전소에 사용되는 용매의 용기 또는 고무장갑 등일 수 있다.In the decomposition treatment method of radioactive waste according to the present invention, excessive secondary waste generation and corrosiveness are obtained by pyrolysis or incineration of organic radioactive waste such as tributyl phosphate (TBP), polyvinyl chloride (PVC), and rubber, which are highly acidic. It is possible to solve the problem of the deposition of the components in the process, such as high-temperature dry decomposition of the radioactive waste, and in the decomposition treatment method of the radioactive waste according to the present invention,
상기 단계 1의 1차 가열은 200 내지 500 ℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 1차 가열이 상기 범위의 온도에서 수행됨으로써, 휘발성 유기성분 및 산성가스생성 원소들만 방사성 폐기물에서 분리되어 가스화되며, 더욱 고온에서 분해되는 고정 유기성분과 준휘발성 핵종인 세슘(Cs), 준휘발성 유해중금속인 카드뮴(Cd) 및 납(Pb) 등은 잔류하게 된다. 만약, 상기 1차 가열이 200 ℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우에는 휘발성 탄화수소 가스 및 산성가스를 충분히 발생시키지 못하여, 휘발성 탄화수소 성분 및 산성가스 발생원소를 원활히 분해하지 못하는 문제가 있고, 상기 1차 가열이 500 ℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우에는 휘발성 탄화수소 가스 및 산성가스뿐만 아니라 중금속, 방사성 핵종 등이 동시에 휘발되어 이를 처리하는 것이 어려운 문제가 있다.The primary heating of
상기 단계 1의 1차 가열은 산소가 존재하지 않는 조건에서 수행된다. 1차 가열시 산소가 존재하는 경우, 고정탄소가 산소와 반응하여 과량의 탄화수소 가스가 발생하여 1차 가열에 따른 혼합가스의 처리가 어려운 문제가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 분해처리 방법에서는 1차 가열시 산소가 없는 조건에서 불활성 기체인 질소를 주입하여 가열을 수행하며, 이에 따라 고정탄소를 잔류시키며 휘발성 탄화수소 가스 및 산성가스를 발생시킬 수 있다.The primary heating of
상기 단계 1에서는 발생되는 산성가스를 포집하기 위하여 수산화칼슘을 이용하여 산성가스를 흡착하고, 잔류 휘발성 유기성분을 산화시켜 이산화탄소 및 수증기로 전환한다. 상기 산성가스는 수산화칼슘 층을 포함하는 흡착탑을 통과시켜 산성가스를 화학적으로 반응 흡착하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.In
상기 단계 1의 산성가스 흡착은 700 내지 900 ℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 하기 도 1은 산성가스와 수산화칼슘의 반응흡착에 대한 자유에너지 변화를 나타낸 것으로, P2O5 및 Cl2 가스의 제거반응은 온도의 증가에 따라 제거반응의 효율이 높아진다. 그러나 SO2와 HCl의 제거반응은 그 반응성이 온도의 증가에 따라 감소한다. 따라서 900 ℃ 미만의 온도에서는 흡착반응이 이루어지는 반면, 900 ℃를 초과하는 온도에서는 반응효율이 떨어지거나, HCl이 분리되는 탈착반응이 일어나는 문제가 있어 상기 산성가스 흡착은 700 내지 900 ℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. The acid gas adsorption of
또한, 상기 단계 1의 흡착이 수행된 후 잔류하는 휘발성 유기성분의 산화는 산업적으로 널리 활용되고 있는 휘발성 유기화합물 (VOC)의 촉매산화장치인 백금, 팔라듐 또는 로듐의 금속산화물 촉매층을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 금속산화물 촉매층을 통과하면서 잔류 휘발성 유기성분은 이산화탄소 및 수증기와 같은 배출가능한 가스로 전환된다.
In addition, oxidation of the volatile organic components remaining after the adsorption of
본 발명에 따른 방사성 유기폐기물의 분해처리 방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1의 1차 가열 후 잔류하는 유기성분을 2차 가열하여 산화 및 가스화시키는 단계이다. 상기 단계 1의 1차 가열이 수행되는 온도에서는 더 이상 분해가 되지 않는 고정탄소성분과 유해중금속, 방사성 핵종 등이 무해한 회분과 함께 잔류하게 된다. 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 잔류한 유기성분을 2차 가열하여 산화 및 가스화시키는 단계로써, 상기 2차 가열은 800 내지 1000 ℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 2차 가열이 800 ℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우, 고정탄소성분의 산화가 충분히 이루어지지 않는 문제가 있고, 2차 가열이 1000 ℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우, 고온의 산화분위기에서 장치의 부식과 에너지효율의 관점에서 과량의 에너지가 소모되는 문제가 있다.In the decomposition treatment method of radioactive organic waste according to the present invention,
이때, 상기 단계 2의 2차 가열은 산소, 수증기 또는 공기가 공급되는 조건에서 수행된다. 산소, 수증기 또는 공기가 공급됨으로써, 고정탄소성분이 산소와 반응하여 산화된다.At this time, the secondary heating of the
본 발명에 따른 방사성 유기폐기물의 분해처리 방법에 있어서, 상기 단계 2의 2차 가열을 통해 발생되는 가스 내에 포함되는 방사성핵종과 유해중금속 기체는 고령토 입자를 이용하여 흡착하고, 잔류가스는 산화시킨다. 상기 단계 2의 2차 가열이 수행됨으로써, 탄화수소가스 및 휘발성이 큰 세슘(Cs) 등의 방사성 핵종과 납(Pb), 카드뮴(Cd) 등의 중금속 가스가 발생된다. 발생된 상기 세슘(Cs) 등의 방사성 핵종과 납(Pb), 카드뮴(Cd) 등의 중금속은 고온의 고령토 입자층을 통과시켜 제거한다. 상기 고령토 입자는 상기 방사성 핵종 및 중금속과 고온흡착 반응성이 큰 카올린(kaolin; Al2O3?2SiO2?xH2O) 성분을 다량 포함하여 우수한 흡착효율을 나타낼 수 있다. 상기 방사성 핵종 및 중금속은 고온에서 카올린 성분이 탈수되어 생성되는 불안정한 성분인 메타카올리나이트(Al2O3?2SiO2) 입자와 반응하여 Cs2O?Al2O3?2SiO2, PbO?Al2O3?2SiO2 및 CdO?Al2O3?2SiO2의 안정된 반응물의 형태로 제거된다. 이때, 상기 고령토 입자를 이용한 흡착제거는 700 내지 900 ℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 이는 상기 방사성 핵종 및 중금속의 흡착은 온도가 높을 수록 잘 일어나는 고온흡착반응이기 때문으로 상기 온도범위에서 흡착이 수행됨으로써 방사성 핵종 및 중금속의 고온반응흡착이 원활히 수행된다. In the decomposition treatment method of radioactive organic waste according to the present invention, the radionuclide and the harmful heavy metal gas contained in the gas generated through the secondary heating in
상기 고령토 입자에 의한 흡착이 수행된 후 미연소 탄화수소가스가 잔류하며, 상기 미연소 탄화수소가스는 백금, 팔라듐 또는 로듐의 금속산화물 촉매에 의해 산화되어 이산화탄소 및 수증기와 같은 배출 가능한 가스로 전환된다.After the adsorption by kaolin particles is carried out, unburned hydrocarbon gas remains, and the unburned hydrocarbon gas is oxidized by a metal oxide catalyst of platinum, palladium or rhodium to be converted into an exhaustable gas such as carbon dioxide and water vapor.
본 발명에 따른 방사성 유기폐기물의 분해처리 방법에 있어서, 상기 단계 1 또는 단계 2에서 처리된 가스는 공기여과기에 의해 여과된 후 대기 중으로 방출될 수 있다. 상기 공기여과기에 의해 잔류가스내 존재할 수 있는 미세한 입자들을 여과하여 무해한 기체를 대기로 배출할 수 있다.
In the decomposition treatment method of radioactive organic waste according to the present invention, the gas treated in
본 발명에 따른 방사성 유기폐기물의 분해처리 방법은 도 2에 도시한 분해처리장치에 의해 수행될 수 있으며, 상기 분해처리장치는 도 2에 나타낸 바와 같이 열분해/산화반응기(1), 수산화칼슘 입자 (Ca(OH)2) 흡착층(7), Al2O3?2SiO2?xH2O가 주성분인 방사성 핵종 및 중금속 흡착탑(8) 및 촉매산화장치(10)를 주 공정 반응장치로 포함한다. 상기 분해처리장치를 이용한 분해처리방법은 폐기물을 300 내지 500 ℃의 중온 및 불활성 분위기에서 1차 가열하여 휘발성분 및 산성가스를 발생시키되 고정탄소 성분을 잔류시키며, 상기 고정탄소 성분을 산화분위기에서 2차 가열하여 산화 및 가스화하는 두 공정을 순차적으로 진행하는 단계적 처리방법이다. The decomposition treatment method of radioactive organic waste according to the present invention can be performed by the decomposition treatment apparatus shown in Figure 2, the decomposition treatment apparatus as shown in Figure 2 pyrolysis / oxidation reactor (1), calcium hydroxide particles (Ca (OH) 2) comprises a suction layer (7), Al 2 O 3 ?
더욱 상세하게는 트리부틸포스페이트(TBP, tributyl phosphate), 염화비닐 시트(PVC sheet), 고무 등과 같이 열분해 또는 소각처리시 산성가스를 과량 발생하는 방사성 폐기물을 중온인 약 200 내지 500 ℃의 온도에서 산소가 존재하지 않는 환원 조건에서 질소 등의 불활성 가스를 주입하며 열분해 하면 휘발성 탄화수소 가스성분 및 P2O5, HCl, SO2 등의 산성가스 발생원소가 가스화되고, 고정탄소 및 휘발성 유해중금속과 납, 카드뮴 등의 유해중금속과 코발트, 세슘 등의 방사성 핵종 들을 포함하는 회분성분은 열분해/산화반응기에 잔류한다. 이 과정에서 발생되는 탄화수소 가스와 산성가스의 혼합가스는 약 700 내지 900 ℃의 수산화칼슘(Ca(OH)2) 흡착층(7)을 통과하면서 산성가스가 포집되고, 휘발성 유기성분은 촉매산화장치(10)에서 산화처리되어 이산화탄소와 수증기로 전환된다. 이때, 상기 열분해 처리를 계속하면 알칼리 무기 흡착층 내의 알칼리 금속 또는 토금속과 열분해 산가스 성분인 인, 황, 염소 등이 반응하여 Ca(PO3)2, CaCl2, CaSO4 등의 무기염 성분이 축적되며, 이로 인하여 수산화칼슘(Ca(OH)2) 흡착층의 산성가스 제거효율이 점차 감소된다. 따라서 적정한 운전시간에 흡착제의 교체가 필요하며, 흡착제의 교체 시 폐기물의 투입에 의한 열분해를 중단하고 산소, 스팀 또는 공기를 공급하는 800 내지 1000 ℃의 고온 산화분위기에서 고정탄소를 산화시킨다. 이때 발생되는 가스는 700 내지 900 ℃의 고온 고령토 입자층(9)을 통과한 후 촉매산화장치(10)를 거쳐 처리된다. 방사성 폐기물 내에 존재하는 핵종과 유해중금속들 중 고온에서 휘발성이 큰 핵종인 세슘과 유해중금속인 납, 카드뮴은 휘발하여 가스로 배출되며, 이의 제거를 위해 고온흡착 반응성이 큰 카올린(kaolin) 성분을 다량 함유하는 상기 고령토 입자층(9)을 이용하여 Cs2O?Al2O3?2SiO2, PbO?Al2O3?2SiO2 및 CdO?Al2O3?2SiO2의 형태로 반응흡착한다. 상기 반응흡착 후 잔류하는 미연소 탄화수소가스는 촉매산화장치(10)을 통해 완전 산화되고, 공기여과기(12)를 통해 기타 미세 입자를 제거한 후 대기로 배출한다.
More specifically, radioactive wastes that generate excessive amounts of acid gases during pyrolysis or incineration, such as tributyl phosphate (TBP), vinyl chloride sheet, rubber, and the like, are oxygen at a temperature of about 200 to 500 ° C. When pyrolysis is carried out while inert gas such as nitrogen is injected under reducing conditions, volatile hydrocarbon gas components and acid gas generating elements such as P 2 O 5 , HCl and SO 2 are gasified, and fixed carbon and volatile harmful heavy metals and lead, Ash components containing harmful heavy metals such as cadmium and radionuclides such as cobalt and cesium remain in the pyrolysis / oxidation reactor. The mixed gas of hydrocarbon gas and acid gas generated in this process passes through the calcium hydroxide (Ca (OH) 2 )
이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the following examples.
<실시예 1> 트리부틸포스페이트(TBP, tributyl phosphate) 폐기물의 분해처리 1Example 1 Decomposition of Tributyl Phosphate (TBP)
단계 1: 우라늄을 함유하는 TBP 유기폐액을 350 ℃의 온도 및 무산소 조건에서 질소를 주입하며 1차 가열하여 가스화시켰다.
Step 1: The TBP organic waste solution containing uranium was gasified by primary heating with nitrogen injection at a temperature of 350 ° C. and anoxic conditions.
단계 2: 상기 단계 1의 가스화에 의해 생성된 생성가스를 수산화칼슘을 포함하는 흡착탑(800 ℃)에 주입하여 생성가스에 포함되어 있는 산성가스를 흡착하였고, 상기 산성가스의 흡착 후 잔류 탄화수소가스를 백금을 포함하는 촉매산화장치를 통해 산화시켜 이산화탄소 및 수증기로 전환하였다.
Step 2: The generated gas produced by the gasification of the
단계 3: 상기 단계 1의 1차 가열 후 남은 고정탄소 등의 잔류물을 900 ℃의 온도에서 공기를 주입하며 2차 가열하여 산화 및 가스화시켰다.
Step 3: The residue such as fixed carbon remaining after the first heating in
단계 4: 상기 단계 3에서 산화 및 가스화된 생성가스를 고령토 입자를 포함하는 흡착탑(800 ℃)에 주입하여 생성가스에 포함되어 있는 방사성 핵종 및 유해중금속을 고온반응흡착하였고, 상기 고온반응흡착 후 잔류하는 미연소탄화수소가스를 백금을 포함하는 촉매산화장치를 통해 산화시켜 이산화탄소 및 수증기로 전환하였다. 이때, 트리부틸포스페이트(TBP, tributyl phosphate) 폐기물의 70%에 해당하는 휘발성 유기성분이 휘발되어 촉매산화장치를 통해 산화되었고, 함께 발생된 인산가스는 99% 이상 고온반응흡착되어 포집되었다.
Step 4: Injecting the oxidized and gasified product gas in the step 3 into the adsorption tower (800 ℃) containing the kaolin particles, the radionuclide and harmful heavy metals contained in the product gas at high temperature adsorption, remaining after the high temperature reaction adsorption The unburned hydrocarbon gas was oxidized through a catalytic oxidation device containing platinum and converted to carbon dioxide and water vapor. At this time, volatile organic components corresponding to 70% of the tributyl phosphate (TBP) waste were volatilized and oxidized through the catalytic oxidation apparatus, and the generated phosphate gas was collected by adsorption at high temperature over 99%.
<실시예 2> 트리부틸포스페이트(TBP, tributyl phosphate) 폐기물의 분해처리 2Example 2 Decomposition of Tributyl Phosphate (TBP)
상기 단계 2 및 단계 4의 촉매산화장치를 통한 산화가 수행된 가스를 공기여과기로 더욱 여과하여 대기 중으로 배출한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 트리부틸포스페이트(TBP, tributyl phosphate)폐기물을 분해처리하였다.
Tributyl phosphate (TBP) was carried out in the same manner as in Example 1 except that the gas subjected to oxidation through the catalytic oxidation apparatus of
1: 열분해/산화반응기
2: 폐유기용제 분사장치
3: 고상폐기물 공급 호퍼
4: 질소가스 주입부
5: 산소주입부
6. 산성가스 흡착탑
7. Ca(OH)2 흡착층
8. 방사성 핵종 및 중금속 흡착탑
9. 고령토 입자층
10. 촉매산화장치
11. 촉매입자층
12. 공기여과기1: pyrolysis / oxidation reactor
2: Waste organic solvent injector
3: solid waste supply hopper
4: nitrogen gas injection unit
5: oxygen injection unit
6. Acid gas adsorption tower
7. Ca (OH) 2 adsorption layer
8. Radionuclide and heavy metal adsorption tower
9. Kaolin Grain Layer
10. Catalytic Oxidizer
11. Catalyst particle layer
12. Air filter
Claims (8)
상기 단계 1에서 1차 가열 후 잔류하는 유기성분을 2차 가열하여 산화 및 가스화시키고, 생성된 가스를 고령토 입자를 이용하여 흡착한 후 잔류가스는 산화시키는 단계(단계 2)를 포함하는 방사성 폐기물의 분해처리 방법.
First heating the radioactive waste to discharge volatile organic components and acidic gas, wherein the discharged acidic gas is adsorbed using calcium hydroxide and oxidizing residual volatile organic components (step 1); And
The organic component remaining after the first heating in step 1 is oxidized and gasified by secondary heating, and the resulting gas is adsorbed using kaolin particles and then the residual gas is oxidized (step 2). Decomposition Method.
The method of claim 1, wherein the radioactive waste of step 1 is an organic radioactive waste from which acidic gas is generated.
The method of claim 1, wherein the primary heating of step 1 is carried out in the decomposition of the radioactive waste, characterized in that carried out in the temperature range of 200 to 500 ℃ and the absence of oxygen.
The method of claim 1, wherein the adsorption using calcium hydroxide of step 1 is carried out at a temperature range of 700 to 900 ℃.
The method of claim 1, wherein the secondary heating of the step 2 is a decomposition treatment method of radioactive waste, characterized in that carried out under the conditions of supplying oxygen, water vapor or air in the temperature range of 800 to 1000 ℃.
The method of claim 1, wherein the adsorption using kaolin particles of step 2 is carried out at a temperature range of 700 to 900 ℃.
The method of claim 1, wherein the oxidation of steps 1 and 2 is carried out by a metal oxide catalyst of platinum, palladium or rhodium.
Priority Applications (1)
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