KR20200104214A - 매몰을 위한 폐 이온교환수지 가공 방법 및 시행 장치 - Google Patents

매몰을 위한 폐 이온교환수지 가공 방법 및 시행 장치 Download PDF

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미하일 알렉산드로비치 솔다토브
미하일 알렉세예비치 네우포코에프
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조인트 스탁 컴퍼니 “로제네르고아톰”
조인트 스톡 컴퍼니 “사이언스 앤드 이노베이션즈” (“사이언스 앤드 이노베이션즈”, 제이에스씨)
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Abstract

본 발명은 원자력 에너지, 특히 폐 이온교환수지의 가공에 관한 것이며, 원자력 발전소 또는 특수 설비에서 사용될 수 있다.
본 발명의 기술적 결과는 이온교환수지의 미세 캡슐화(마이크로 캡슐 내에 방사성 핵종의 고정화)에 의해 방출된 이온교환수지의 양을 감소시키고 수분에 노출 될 때 팽창을 방지하는 것이다.
본 방법과 관련된 발표된 기술 결과는 폐기를 위한 처리된 이온교환수지 가공 방법에 따라 이온교환수지와 수송 수의 혼합이 로딩 탱크로 공급되고 혼합물을 침강시키고 로딩 탱크로부터 수송 수를 배출시킴으로써 수송 수로부터 이온 교환 수지를 분리하고 수송 수로부터 분리된 이온 교환 수지의 후속 투여 량 공급은 건조 챔버로 도입되고 건조 챔버에서 90 ℃ 이하의 온도에서 이온 교환 수지를 동시에 교반하고, 처리된 이온 교환 수지를 운반 용기로 언로딩하여 진공 건조하는 단계를 포함한다. 건조실에서 진공 건조가 완료된 후, 이온 교환 수지는 교반 및 진공 건조와 동시에 250-300 ℃의 온도에서 고온 가열로에서 추가 열처리를 받는 것이 제안되며, 처리된 이온교환수지는 고온 가열로에서 열처리 후 운송 컨테이너로 언로드 되어야 한다.
사용된 이온교환수지와 수송 수의 혼합물을 공급하기 위한 배관에 연결된 로딩 탱크와 운송 수 배출을 위한 배관, 측정 장치에 연결된 계량 장치를 포함하여 폐기용 이온교환수지를 처리하기 위한 장치를 포함하여 장치에 대한 특정 기술 결과가 달성된다. 교반기가 장착된 건조 챔버, 로딩 탱크와 계량 장치 사이에 위치한 경사 이송 나사, 진공 펌프, 연결된 배관 건조 덕트, 건조 챔버와 진공 펌프 사이의 배관에 설치된 가열 가스 필터, 처리된 이온교환수지를 언로딩하기 위한 도킹 유닛, 교반기가 있는 추가 고온 가열로, 건조 챔버와 고온 가열로 사이에 위치한 공급 장치 및 고온 가열로를 장착할 것을 제안한다. 이온교환수지를 언 로딩하기 위한 도킹 유닛을 고온 가열로의 하부와 연결한다.
청구된 발명은 방출된 이온교환수지의 부피를 2배 이상 감소시켜, 팽창이 10 %를 초과하지 않도록 하고 (마이크로 캡슐화 상태로 전환함으로써) 마이크로 캡슐 내부의 방사성 핵종의 고정을 방지한다.

Description

매몰을 위한 폐 이온교환수지 가공 방법 및 시행 장치
본 발명의 그룹은 원자력 에너지, 특히 폐 이온교환수지의 가공에 관한 것이며, 원자력 발전소 또는 특수 설비에서 사용될 수 있다.
이온교환수지는 원자력 발전소에서 널리 사용되며, 제 1 및 제 2 회로의 수화학적 체제, 증발 플랜트 및 기타 보조 수계로부터의 응축수 후 처리 및 원자력 발전소의 해체 동안 보장된다. 사용 시 상당한 양의 주로 중저 액체 폐기물과 관련된 유성 이온교환수지 포함한 가공된 이온교환수지가 쌓이며 그것은 이후 저장을 위해 처리되어야 한다.
방사성 이온 교환 수지의 열 처리를 위한 장치가 있다. 그것은 히터가 있는 로딩 및 온로딩 장치가 있는 열 원자로가 있으며 본 장치가 수증기 응축기를 포함하고 그것은 열원자로와 배관으로 연결되어 있다. 그 외에도 본 장치는 수증기의 응축기에 라인으로 연결된 응축수 리시버와, 입력이 응축수 리시버에 연결되어 있고 공기 배출 라인에 연결된 진공 펌프를 포함하고 있다.
소모 된 이온 교환 수지를 건조시키는 상기 방법의 단점은 공정의 에너지 효율이 낮다는 것이다.
청구된 발명과 가장 비›한 아날로그는 실용신안인 "처리된 이온교환수지 건조를 위한 장치"이다. 러시아 연방 특허 No.161811, IPC G21F 9/28. 본 장치는 가공된 이온교환수지와 수송 수의 혼합물을 공급하기 위한 배관과 수송 수를 배출하기 위한 배관, 계량 장치, 교반기가 장착된 열 원자로, 적재 유닛과 계량 장치 사이에 위치한 경사 나사 및 유닛을 연결하는 로딩 장치가 포함된다. 이온교환수지의 건조 중에 생성된 수증기는 액체 링 진공 펌프를 사용한 가열이 장착된 에어로졸 필터를 통해 제거된다.
가장 가까운 아날로그의 단점은 공정의 효율이 낮고 건조된 이온교환수지의 압축 계수가 낮다는 것이다.
이 발명 그룹에 의해 해결되는 과제는 효율성을 높이고 기능을 확장하는 데 있다.
제안된 발명 그룹에 의해 달성된 기술적 결과는 이온교환수지의 미세 캡슐화 (마이크로 캡슐 내에 방사성 핵종의 고정화)에 의해 방출된 이온교환수지의 양을 감소시키고 수분에 노출 될 때 팽창을 방지하는 것이다.
본 방법과 관련된 발표된 기술 결과는 폐기를 위한 처리된 이온교환수지 가공 방법에 따라 이온교환수지와 수송의 혼합이 로딩 탱크로 공급되고 혼합물을 침강시키고 로딩 탱크로부터 수송 수를 배출시킴으로써 수송 수로부터 이온 교환 수지의 분리하고 이송 수로부터 분리된 이온 교환 수지의 후속 투여 량 공급은 건조 챔버로 도입되고 건조 챔버에서 90 ℃ 이하의 온도에서 이온 교환 수지를 동시에 교반하고, 처리된 이온 교환 수지를 운반 용기로 언로딩하여 진공 건조하는 단계를 포함한다. 건조실에서 진공 건조가 완료된 후, 이온 교환 수지는 교반 및 진공 건조와 동시에 250-300 ℃의 온도에서 고온 퍼니스에서 추가 열처리를 받는 것이 제안되며, 처리된 이온교환수지는 고온 퍼니스에서 열처리 후 운송 컨테이너로 언로드 되어야 한다.
또한, 공급된 탱크에서 사용된 이온교환수지와 수송 수의 혼합물을 10-15 분 동안 침강시키는 것이 제안된다. 또한 이온교환수지는 건조 챔버 부피의 5-10 %의 배치로 건조 챔버에 공급되고, 첫 번째 부분이 공급된 후 이온교환수지를 진공 건조하여 수분 함량이 6-8 %에 도달한 후 새로운 부분을 적용하고 진공 건조 공정을 반복 할 때까지 제안되었다 건조실을 완전히 채운다. 또한 200 ℃이상의 온도를 갖는 열풍을 고온로에 추가로 주입하는 것이 제안되었다. 생성된 가스 및 수증기의 제거 및 후속 세정을 수행하기 위해 고온 가열로 부터의 열처리 과정에서 제안된다.
사용된 이온교환수지와 수송 수의 혼합물을 공급하기 위한 배관에 연결된 로딩 탱크와 운송 수 배출을 위한 배관, 측정 장치에 연결된 계량 장치를 포함하여 폐기 용 이온교환수지를 처리하기 위한 장치를 포함하여 장치에 대한 특정 기술 결과가 달성된다. 교반기가 장착된 건조 챔버, 로딩 탱크와 계량 장치 사이에 위치한 경사 이송 나사, 진공 펌프, 연결된 배관 건조 덕트, 건조 챔버와 진공 펌프 사이의 배관에 설치된 가열 가스 필터, 처리된 이온교환수지를 언로딩하기 위한 도킹 유닛, 교반기가 있는 추가 고온 퍼니스, 건조 챔버와 고온 퍼니스 사이에 위치한 공급 장치 및 고온 퍼니스를 장착할 것을 제안한다. 이온교환수지를 언 로딩하기위한 도킹 유닛을 고온 퍼니스의 하부와 연결한다.
그리고 로딩 탱크는 수송 레벨 센서가 있다. 그것은 탱크 상부에 설치되어 있으며 수송 레벨 센서 및 수송 배수 배관 레벨의 밑에 이온교환수지 레벨 센서가 있다. 계량 장치는 그의 하부 수지 센서가 있어야 한다. 계량 장치는 실린더 탱크의 형태로 만드는 것이 낫다. 매립용 폐 이온교환수지를 처리하기 위한 장치는 계량 장치와 건조 챔버 사이에 위치된 추가 공급 장치를 구비 할 것을 제안하고, 공급 장치 및 추가 공급 장치는 경사 스크류 형태로 제조될 수있다. 또한, 고온 퍼니스에는 에어 히터가 구비되고 고온 퍼니스가있는 배관에 연결된 온도 조절기가 구비되고, 에어 히터는 전기 히터가 구비된 2 개의 동축으로 배열된 실린더형 챔버 형태로 제조되는 것이 제안된다. 진공 건조기 및 고온로 가스 세척기 시스템은 순환 펌프와 애프터 버너가 있는 가스 정화 필터와 추가 진공 펌프, 이들 사이에 위치한 산 및 알칼리 흡수제는 배관 사이에 연결되고 가스 정화 필터와 애프터 버너에는 가열 요소가 제공되는 것이 낫다. 배관에 진공 펌프와 건조 챔버의 사이에 진공 센서 및 습도 센서가 설치될 것이다. 또한 도킹 스테이션에는 고온로 및 용기 뚜껑을 도킹하기위한 커버가 장착되는 것이 제안된다.
진공 건조 후의 이온교환수지를 미세 캡슐화 상태로 열 처리하는 방법을 적용함으로써, 특정 기술적 결과를 달성 할 수 있다.
청구된 발명의 그룹은 그래픽 자료로 도시되며,이 도면은 폐기를 위해 폐 이온교환수지를 처리하기 위한 장치를 도시한다.
매몰을 위한 폐이온교환수지 장치는 로딩 탱크(1), 계량 장치(2) 및 건조 챔버(3)와 연결된 실린더형 탱크로 만들어진 계량 장치(2)를 포함한다. 건조 챔버 교반이 설치되어 있으며 그것은 고온로(4)와 연결되어 있다(그림에 교반이 있음). 로딩 탱크(1)는 소비된 이온교환수지 및 수송 수의 혼합물을 공급하기 위한 배관 및 수송 수를 배출하기 위한 배관에 연결된다.
구배가 있는 공급 스크류(5)는 로딩 탱크(1)와 계량 장치(2) 사이에 위치하고, 공급 장치(6)는 건조 챔버(3)와 고온로(4) 사이에 위치하고 추가 공급 장치(7)는 계량 장치(2)와 건조 챔버(3) 사이에 위치된다.
그리고 로딩 탱크(1)는 수송 레벨 센서가 있다. 그것은 탱크 상부에 설치되어 있으며 수송 레벨 센서 및 수송 배수 배관 레벨의 밑에 이온교환수지 레벨 센서가 있다. 계량 장치(2)는 그의 하부 수지 센서가 있고 그것은 그의 위에 설치되어 있다(그림에 센서가 안 나와 있음). 진공 펌프(8)는 수분 센서(9), 가열된 가스 필터(10) 및 진공 센서(11)가 직렬로 설치된 배관에 의해 건조 챔버(3)에 연결된다.
고온로(4)의 하부는 처리된 이온교환수지를 용기(13)로 언로딩하기 위해 도킹 유닛(12)에 연결된다. 고온로 (4) 및 도킹 유닛 (12)은 배관에 의해 진공 건조 및 가스 정화 시스템에 연결된다. 진공 건조 및 가스 정화 시스템은 가스 정화 필터 (14) 및 애프터 버너(16) 사이에 연결된 추가 진공 펌프(15)를 포함하고, 순환 펌프(17), 알칼리성 흡수기(18) 및 산 흡수기(19)를 구비한다. 알칼리성 흡수기(18)는 배기 가스의 산 성분을 중화 시키도록 설계되고, 산성 흡수기(19)는 알칼리성 흡수기(18) 후에 가스를 추가로 세정하도록 설계된다. 순환 펌프(17)는 흡수기(18, 19)의 카트리지 용액으로 연속적인 관개를 위해 설계된다. 가스 필터 (14) 및 애프터 버너 (16)에는 가열 요소가 제공된다. 고온로 (4)는 또한 공기 가열기(20) 및 온도 조절기(21), 예를 들어 저항 열 변환기에 의해 연결된 배관을 구비한다. 에어 히터(20)는 2 개의 동축으로 배열된 실린더형 챔버의 형태로 만들어지며, 각각의 챔버에는 전기 히터가 장착되어 있다. 공급 장치(6) 및 추가 공급 장치(7)는 경사 스크류 형태로 만들어진다.
도킹 조립체(12)는 고온로(4) 및 용기(13)의 뚜껑을 도킹하기위한 커버(그림에 안 나와 있음)를 포함한다. 우산은 용기(13)의 뚜껑에 있는 구멍의 완전한 중첩을 제공하고, 채워질 때 발생하는 가스 및 에어로졸의 탈출 가능성을 제거한다.
매몰을 위한 폐이온교환수지 가공 방법 및 시행 장치 작동 원리가 다음과 같다.
소비된 이온교환수지와 수송 수의 혼합물은 상부에 설치된 수송 수 수준의 센서가 신호를 전달 할 때 까지 로딩 탱크(1)로 공급된다. 그 후, 로딩 탱크(1)에서, 10-15 분 동안 혼합물을 침강시킴으로써 이온교환수지를 수송 수로부터 분리한 다음, 수송 수를 배출시키고, 사용된 이온교환수지와 수송 수의 혼합물을 로딩 탱크(1)로 재 공급한다. 이온교환수지 레벨 센서가 신호를 전달할 때까지 표시된 작업이 반복된다. 이온교환수지의 레벨 센서를 작동시킨 후, 수송 수를 배출하고 경사 공급 스크류 (5)를 사용하여, 수지 레벨 센서의 레벨이 트리거 될 때까지 이온 교환 수지를 계량 장치 (2)에 공급한다. 계량 장치(2)에서 건조 챔버 (3)까지 추가 공급 장치 (7)를 사용하여 수분 함량이 50-60 % 인 이온교환수지가 공급 챔버(7)의 부피의 5-10 %의 양으로 분배된다. 이온교환수지의 제 1 부분이 공급된 후, 진공 펌프(8)를 사용하여 최대 8kPa의 진공을 수행하고, 이온 교환 수지가 6-8 %의 수분 함량에 도달 할 때까지 교반하면서 동시에 90 ℃이하의 온도에서 진공 건조시킨다. 그 후 진공 펌프(8)는 건조 챔버(3) 내의 대기압과 압력을 균등화 한 후 새로운 부분의 이온교환수지가 공급되고 건조 챔버(3)가 완전히 채워질 때 까지 진공 건조 공정이 반복된다. 건조 챔버(3)에서 이온교환수지를 진공 건조하는 과정에서, 수증기는 가열된 가스 필터(10)에서 세정된다. 건조 챔버(3)는 이온교환수지의 건조 효율을 높이고 표면뿐만 아니라 기공이없는 수분을 제거하여 건조 공정을 강화하기 위해 배기된다. 건조 챔버(3)에서의 습도 레벨 제어는 습도 센서(9)의 판독 값에 따라 수행되고, 진공 레벨은 진공 센서(11)의 판독 값에 따라 모니터링된다. 건조 챔버(3)로부터, 건조된 이온교환수지는 공급 장치 (6)에 의해 고온로(4)로 공급되며, 여기서 이온교환수지는 250 내지 300℃ 의 온도에서 200 내지 350 분 동안 동시에 교반 및 진공 건조하면서 동시에 이온 처리 수지를 가열 처리되고 미세 캡슐화 상태로 들어간다. 동시에 고온로(4)와 공기 사이의 온도차로 인한 고온로(4)에 대한 열적 손상을 방지하기 위해 공기 히터(20)를 사용하여 200 ℃이상의 온도를 갖는 열풍이 고온로에 주입된다. 공급된 열풍의 온도는 온도 조절기(21)에 의해 제어된다. 열처리 후 미세 캡슐화된 이온교환수지는 도킹 유닛(12)을 통해 용기(13) 내로 배출된다. 이온교환수지의 열 처리 및 용기(13)로 방출된 수증기 및 가스는 추가 진공 펌프(15)를 사용하여 제거되는 반면, 가스는 가스 정화 필터(14)에 의해 에어로졸로 부터 세정되고 애프터 버너(16)에서 더 높은 산화물로 산화된 후 흡수기에서 정제된다(18, 19).
청구된 발명의 그룹은 방출된 이온교환수지의 부피를 2 배 이상 감소시켜, 팽창이 10 %를 초과하지 않도록하고 (마이크로 캡슐화 상태로 전환함으로써) 마이크로 캡슐 내부의 방사성 핵종의 고정을 방지한다.

Claims (15)

  1. 폐기를 위한 폐이온교환수지 처리 방법에 있어서, 이온교환수지와 수송 수의 혼합이 로딩 탱크로 공급되고 혼합물을 침강시키며, 로딩 탱크로부터 수송 수를 배출시킴으로써 수송 수로부터 이온 교환 수지를 분리하고 수송 수로부터 분리된 이온 교환 수지의 후속 투여량 공급은 건조 챔버로 도입되고, 건조 챔버에서 90 ℃ 이하의 온도에서 이온 교환 수지를 동시에 교반하고, 처리된 이온 교환 수지를 운반 용기로 언로딩하여 진공 건조하는 단계를 포함하며, 건조실에서 진공 건조가 완료된 후, 이온 교환 수지는 교반 및 진공 건조와 동시에 250-300 ℃의 온도에서 고온 가열로(爐, furnace)에서 추가 열처리를 하며, 처리된 이온교환수지는 고온 가열로에서 열처리 후 운송 컨테이너로 언로드 되는 것을 특징으로 하는 폐기를 위한 폐이온교환수지 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 공급된 탱크에서 사용된 이온교환수지와 수송 수의 혼합물을 10-15 분 동안 침강시키는 것을 특징으로 하는 폐기를 위한 폐이온교환수지 처리 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 이온교환수지는 건조 챔버 부피의 5-10 %의 배치(batches)로 건조 챔버에 공급되고, 첫 번째 부분이 공급된 후 이온교환수지를 진공 건조하여 수분 함량이 6-8 %에 도달한 후 새로운 부분을 공급하고 건조실을 완전히 채울때까지 진공 건조 공정을 반복하는 것을 특징으로 하는 폐기를 위한 폐이온교환수지 처리 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 200 ℃ 이상의 온도를 갖는 열풍을 고온 가열로에 추가로 주입하는 것을 특징으로 하는 폐기를 위한 폐이온교환수지 처리 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 고온 가열로부터의 열처리 과정에서 생성된 가스 및 수증기의 제거 및 후속 세정을 수행하는 것을 특징으로 하는 폐기를 위한 폐이온교환수지 처리 방법.
  6. 사용된 이온교환수지와 수송 수의 혼합물을 공급하기 위한 배관에 연결된 로딩 탱크와, 수송 수 배출을 위한 배관, 측정 장치에 연결된 계량 장치를 포함하여 폐기용 이온교환수지를 처리하기 위한 장치에 있어서, 교반기가 장착된 건조 챔버, 로딩 탱크와 계량 장치 사이에 위치한 경사 이송 나사, 진공 펌프, 연결된 배관 건조 덕트, 건조 챔버와 진공 펌프 사이의 배관에 설치된 가열 가스 필터, 처리된 이온교환수지를 언로딩하기 위한 도킹 유닛, 교반기가 있는 추가 고온 가열로, 건조 챔버와 고온 가열로 사이에 위치한 공급 장치 및 고온 가열로를 포함하며, 이온교환수지를 언 로딩하기 위한 도킹 유닛을 고온 가열로의 하부와 연결하는 것을 특징으로 하는 폐기용 이온교환수지를 처리하기 위한 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 로딩 탱크는 수송 수 레벨 센서가 상부에 설치되어 있으며, 수송 수 레벨 센서 및 수송 수 배수 배관 레벨의 하부에 이온교환수지 레벨 센서가 설치되어 있으며, 계량 장치는 그의 하부 수지 센서가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 폐기용 이온교환수지를 처리하기 위한 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 계량 장치는 실린더(원통형) 탱크의 형태로 제조되는 것을 특징으로 하는 폐기용 이온교환수지를 처리하기 위한 장치.
  9. 제 6항에 있어서, 계량 장치와 건조 챔버 사이에 위치된 추가 공급장치를 구비한 것을 특징으로 하는 폐기용 이온교환수지를 처리하기 위한 장치.
  10. 제 6항에 있어서, 공급 장치(6) 및 추가 공급 장치(7)는 경사 스크류 형태로 만들어진 것을 특징으로 하는 폐기용 이온교환수지를 처리하기 위한 장치.
  11. 제 6항에 있어서, 고온 가열로에는 에어 히터가 구비되고, 고온 가열로가 있는 배관에 연결된 온도 조절기가 구비되며, 에어 히터는 전기 히터가 구비된 2 개의 동축으로 배열된 실린더형 챔버 형태로 제조되는 것을 특징으로 하는 폐기용 이온교환수지를 처리하기 위한 장치.
  12. 제 6항에 있어서, 진공 건조 및 가스 정화 시스템은 가스 정화 필터 (14) 및 애프터 버너(16) 사이에 연결된 추가 진공 펌프(15)를 포함하고, 순환 펌프(17), 알칼리성 흡수기(18) 및 산 흡수기(19)를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐기용 이온교환수지를 처리하기 위한 장치.
  13. 제 6항에 있어서, 가스 정화 필터와 애프터 버너에는 히터가 있는 것을 특징으로 하는 폐기용 이온교환수지를 처리하기 위한 장치.
  14. 제 6항에 있어서, 배관에 진공 펌프와 건조 챔버의 사이에 진공 센서 및 습도 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 폐기용 이온교환수지를 처리하기 위한 장치.
  15. 제 6항에 있어서, 또한 도킹 스테이션에는 고온 가열로 및 용기 뚜껑을 도킹하기 위한 커버가 장착되는 것을 특징으로 하는 폐기용 이온교환수지를 처리하기 위한 장치.
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