KR20240045785A - 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 방사성 폐활성탄을 규제해제 수준 이하로 처리할 수 있으며 2차 폐기물의 발생량을 감소시키고 다량의 활성탄을 신속하게 처리할 수 있는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템은 원전에서 발생하는 방사성 폐활성탄을 미리 설정된 폐활성탄 이송라인에 투입 및 배출하는 폐활성탄 이송장치, 폐활성탄 이송라인에 투입된 방사성 폐활성탄을 가열하여 열처리하는 열처리장치, 그리고 폐활성탄 열처리 과정에서 발생된 배가스를 미리 설정된 순환 처리공정을 통해 순환시키는 배가스 순환 처리장치를 포함하며, 방사성 폐활성탄 내에 포함된 방사성 핵종(H-3, C-14)을 제거하여 방사성 폐활성탄을 자체처분 수준으로 연속적으로 처리한다.
Description
본 발명은 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
원전에서 발생되는 방사성 폐활성탄의 경우 C-14, H-3 등의 핵종이 존재하며, 전체적으로 준위가 낮지만 많은 양이 발생하는 특징을 가지고 있다. 또한 일반적인 활성탄에 비하여 흡착효율을 좋게 하기 위하여 TEDA(Triethylene Diamine) 또는 KI(Potassium Iodide)가 침착되어 있다. 현재 원전에서는 이러한 다량의 폐활성탄내에 포함된 C-14 및 H-3 등의 핵종으로 인해 자체 처분하지 못하고 보관중이며, 이는 큰 관리비용을 초래한다. 이를 해결하기 위하여 다양한 방법이 개발되었으나 규제해제 수준까지 처리가 어렵고 많은 부분 활성탄이 산화될 경우 다량의 배가스가 방출되며 이로 인하여 2차 폐기물이 다량 발생하게 된다. 또한 핵종(C-14)의 탄화로 인하여 핵종이 활성탄으로 탈착되지 않는 현상을 방지하기 위하여 높은 유속의 산소와 높은 온도(800도 이상)에서 공정을 수행할 경우 방사성 폐기물 처리에 있어 공정 안전성이 문제가 될 수 있다. 산을 이용하는 화학제염의 경우 산처리로 인한 방사성 액체 폐기물이 발생하게 된다. 이를 해결하기 위하여 폐활성탄을 규제해제 수준 이하로 처리할 수 있으면서도, 2차 폐기물의 발생량을 최소화하고 다량의 활성탄을 빠르게 처리할 수 있는 기술개발이 요구된다.
관련 선행문헌으로 한국등록특허 1,533,977는 "방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템"을 개시한다.
본 발명의 일 실시예는 방사성 폐활성탄을 규제해제 수준 이하로 처리할 수 있으며 2차 폐기물의 발생량을 감소시키고 다량의 활성탄을 신속하게 처리할 수 있는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템은 원전에서 발생하는 방사성 폐활성탄을 미리 설정된 폐활성탄 이송라인에 투입 및 배출하는 폐활성탄 이송장치, 폐활성탄 이송라인에 투입된 방사성 폐활성탄을 가열하여 열처리하는 열처리장치, 그리고 폐활성탄 열처리 과정에서 발생된 배가스를 미리 설정된 순환 처리공정을 통해 순환시키는 배가스 순환 처리장치를 포함하며, 방사성 폐활성탄 내에 포함된 방사성 핵종(H-3, C-14)을 제거하여 방사성 폐활성탄을 자체처분 수준으로 연속적으로 처리한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리방법은 원전에서 발생하는 방사성 폐활성탄을 미리 설정된 폐활성탄 이송라인에 투입 및 배출하는 폐활성탄 이송단계, 폐활성탄 이송라인에 투입된 방사성 폐활성탄을 미리 설정된 열처리장치로 가열하는 폐활성탄 열처리 단계, 그리고 폐활성탄 열처리 단계에서 발생된 배가스를 미리 설정된 순환 처리공정을 통해 순환시키는 배가스 순환 처리단계를 포함하며, 방사성 폐활성탄 내에 포함된 방사성 핵종(H-3, C-14)을 제거하여 방사성 폐활성탄을 자체처분 수준으로 연속적으로 처리한다.
본 발명의 일 실시예는 원전에서 발생하는 방사성 폐활성탄 내에 포함된 방사성 핵종(H-3, C-14)을 제거하여 방사성 폐활성탄을 자체처분 수준으로 처리할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐활성탄 투입 및 배출공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐활성탄 마이크로웨이브 처리공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 순환형 배가스 처리공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐활성탄 마이크로웨이브 처리공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 순환형 배가스 처리공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도면들을 참조하여 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템 및 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐활성탄 투입 및 배출공정을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐활성탄 마이크로웨이브 처리공정을 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 순환형 배가스 처리공정을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템은 폐활성탄 이송부, 열처리부, 배가스 순환 처리부를 포함하며, 방사성 폐활성탄 내에 포함된 방사성 핵종(H-3, C-14)을 제거하여 방사성 폐활성탄을 자체처분 수준으로 연속적으로 처리할 수 있다.
폐활성탄 이송부는 원전에서 발생하는 방사성 폐활성탄을 미리 설정된 폐활성탄 이송라인에 투입 및 배출하는 공정을 처리하는 장치들을 포함한다. 여기서, 폐활성탄 이송부는 폐활성탄 이송라인에 구비되어 폐활성탄(102)을 일시 저장하며 폐활성탄 이송라인을 따라 이송되는 디쉬형상의 내열 도가니(100)를 더 포함한다.
폐활성탄 이송부는 컨베이어 벨트 순환부(110), 폐활성탄 투입부(120), 폐활성탄 평탄화부(130), 폐활성탄 회수부(140), 폐활성탄 배출부(150)를 포함한다.
컨베이어 벨트 순환부(110)는 폐활성탄 이송라인을 폐루프로 형성하여 폐활성탄의 순환 이송을 유지하는 기능을 한다.
폐활성탄 투입부(120)는 폐활성탄 이송라인에서 일측에 구비되어 폐활성탄을 폐활성탄 이송라인에 투입하는 기능을 한다.
폐활성탄 평탄화부(130)는 폐활성탄 이송라인에 구비되어 폐활성탄 이송라인을 따라 이송되는 폐활성탄의 높이를 미리 설정된 높이로 균질하게 평탄화하는 기능을 한다.
폐활성탄 회수부(140)는 폐활성탄 이송라인에 구비되어 폐활성탄 이송라인 주변에 구비된 열처리부로부터 열처리가 완료된 폐활성탄을 폐활성탄 이송라인으로 회수하는 기능을 한다.
폐활성탄 배출부(150)는 폐활성탄 이송라인에 구비되어 폐활성탄을 외부로 배출하는 기능을 한다.
폐활성탄 이송부는 컨베이어 벨트 순환부(110)의 내측에 구비되어 폐활성탄의 이송을 보조하는 로봇 이송부(160)를 더 포함할 수 있다. 필요에 따라 로봇 이송부(160)는 폐활성탄 회수부(140)와 폐활성탄 배출부(150) 기능을 병행할 수 있다.
열처리부는 폐활성탄 이송라인에 투입된 방사성 폐활성탄을 가열하여 열처리하는 공정을 처리하는 장치들을 포함한다.
열처리부는 마이크로웨이브 반응부(170), 공정가스 투입부, 유기물 산화부(220), 응축기(230), 배가스 저장탱크(250)를 포함한다.
마이크로웨이브 반응부(170)는 미리 설정된 마이크로웨이브 처리시간으로 폐활성탄을 열처리하는 기능을 한다. 여기서, 마이크로웨이브 처리 시간은 30초 내지 10분 이내로 설정될 수 있다.
공정가스 투입부는 폐활성탄이 투입된 마이크로웨이브 반응부(170)를 밀폐 후 마이크로웨이브 반응부(170) 내부로 공정가스를 투입하는 기능을 한다. 여기서, 공정가스는 에어(air) 또는 불활성 가스(N2, Ar) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
유기물 산화부(220)는 방사성 핵종 배출단계에서 배출되는 방사성 탄화수소 및 유기물 형태의 화합물은 H2O와 CO2로 완전산화 형태로 변환시키는 기능을 한다. 마이크로웨이브 반응부(170)와 유기물 산화부(220) 사이의 배출경로에는 블로워(210)가 구비될 수 있다.
응축기(230)는 배가스 내 수분을 제거하는 기능을 한다.
배가스 저장탱크(250)는 수분이 제거된 배가스를 압축하여 저장하는 기능을 한다. 응축기(230)와 배가스 저장탱크(250) 사이의 배출경로에는 가압펌프(240)가 구비될 수 있다.
배가스 순환 처리부는 폐활성탄 열처리 과정에서 발생된 배가스를 미리 설정된 순환 처리공정을 통해 순환시키는 공정을 처리하는 장치들을 포함한다.
배가스 순환 처리부는 안전탱크(320)(safety tank), 흡착탑(330), 저장탱크(340)(reserve tank)를 포함한다.
안전탱크(320)는 배가스 저장탱크(250)에 저장된 배가스를 공급받아 저장하며, 배가스의 습도를 미리 설정된 습도로 조절하는 기능을 한다.
흡착탑(330)은 안전탱크(320)에서 공급된 배가스를 저장하며 C-14가 함유된 CO2가 탄산염 형태로 포집되도록 흡착제로 흡착 포집하는 기능을 한다.
저장탱크(340)는 흡착탑(330)에서 CO2가 제거된 배가스가 공급되어 저장되는 기능을 한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템은 원전에서 발생하는 방사성 폐활성탄 내에 포함된 방사성 핵종(H-3, C-14)을 제거하여 방사성 폐활성탄을 규제해제 수준 이하로 처리하면서도 다량의 활성탄을 짧은 시간내에 연속적으로 처리하여 자체처분 수준으로 처리할 수 있다.
일반적인 간접가온이 아닌 직접가온 방식을 적용하여 순간적으로 전체 폐활성탄이 마이크로웨이브와 반응하여 표면에 묻어있는 C-14 및 H-3이 CO2와 H2O의 형태로 제거될 수 있다. 열원으로부터의 간접가온의 경우 마이크로 포어 내의 C-14가 탄화되어 폐활성탄에 고정화될 수 있다. 이와는 달리, 마이크로웨이브를 통한 직접가온의 경우 탄화되는 시간을 주지 않고 흡착되는 C-14 및 H-3이 규제해제 이하로 제거될 수 있다. 마이크로웨이브의 경우 마이크로웨이브가 투과하기 위한 최대 깊이가 존재하며, 폐활성탄의 경우 미리 설정된 깊이 이상의 깊이에서는 마이크로웨이브와의 직접적인 반응은 어렵다. 여기서, 마이크로웨이브가 폐활성탄을 투과하기 위한 깊이는 100 mm로 설정될 수 있다. 또한 방사성 폐기물을 취급하는 공정이므로 작업자의 피폭을 최소화하기 위하여 공정 중 작업자의 직접적인 공정 수행은 최소화되어야 한다. 또한, 2차 폐기물을 최소화하기 위하여 공정에 필요한 가스의 유입은 제한적이어야 한다. 배가스의 경우 핵종은 최대한 포집하여 안정한 형태로 처리되어야 한다.
상기한 바와 같이 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 목적을 달성하기 위하여 폐활성탄의 투입시 컨베이어 벨트 순환부(110)를 이용한 투입 및 배출의 자동화 공정 및 두께 균질화를 구현할 수 있다.
또한, 폐활성탄 마이크로웨이브 처리시 마이크로웨이브 반응부(170)와 유기물 산화부(220), 수분제거용 응축기(230), 배가스 저장탱크(250)를 포함하여 폐활성탄 이송라인에 투입된 방사성 폐활성탄을 가열하여 열처리할 수 있다. 그리고 여러 배치 운전으로 인하여 배가스 저장탱크(250)가 포화되면 배가스 순환 처리부를 통해 순환형 배가스 처리공정을 수행할 수 있다. 배가스 순환 처리부는 배가스 저장탱크(250), 습도 제어부, 안전탱크(320), 흡착탑(330), 저장탱크(340) 그리고 가압 펌프를 포함하여 배가스의 핵종이 충분히 흡착제에 포집될 때 까지 밀폐형 구조로 배가스가 순환하는 기능을 구현할 수 있다. CO2 농도가 일정 이하로 떨어지면 배가스 순환 처리공정을 멈출 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리방법은 폐활성탄 투입 및 배출 공정을 포함하는 폐활성탄 이송단계, 폐활성탄 마이크로웨이브 처리 공정을 포함하는 폐활성탄 열처리 단계, 순환형 배가스 처리 공정을 포함하는 배가스 순환 처리단계를 포함하며, 방사성 폐활성탄 내에 포함된 방사성 핵종(H-3, C-14)을 제거하여 방사성 폐활성탄을 자체처분 수준으로 연속적으로 처리할 수 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리방법에서 각 단계별로 해당되는 장치의 기능과 공정을 설명한다.
첫 번째 단계는 폐활성탄 투입 및 배출 공정을 포함하는 폐활성탄 이송단계로 도 1에 개념도를 도시한다. 폐활성탄 이송단계는 원전에서 발생하는 방사성 폐활성탄을 미리 설정된 폐활성탄 이송라인에 투입 및 배출하는 단계이다. 폐활성탄 이송단계는 폐활성탄 이송라인을 폐루프로 형성하는 컨베이어 벨트 순환부(110)를 이용하여 폐활성탄의 순환 이송을 유지하는 단계, 폐활성탄 이송라인에서 일측에 구비되는 폐활성탄 투입부(120)를 이용하여 폐활성탄을 폐활성탄 이송라인에 투입하는 폐활성탄 투입단계, 폐활성탄 이송라인에 구비되는 폐활성탄 평탄화부(130)를 이용하여 폐활성탄 이송라인을 따라 이송되는 폐활성탄의 높이를 미리 설정된 높이로 균질하게 평탄화하는 폐활성탄 평탄화단계, 폐활성탄 회수부(140)를 이용하여 열처리부로부터 열처리가 완료된 폐활성탄을 회수하는 폐활성탄 회수단계, 그리고 폐활성탄 이송라인에 구비되는 폐활성탄 배출부(150)를 이용하여 폐활성탄을 배출하는 폐활성탄 배출단계를 포함한다.
폐활성탄의 단계별 이송은 연속식 컨베이어 벨트 순환부(110)를 활용하여 작업자의 직접적인 공정 수행을 제한할 수 있으며, 사용된 내열 도가니(100)는 배출 후 다시 투입공정으로 재활용할 수 있다. 폐활성탄 투입공정에서는 상부에서 일정량의 활성탄이 투입되게 되며 투입 시 폐기물의 비산을 막기 위하여 투입 가이드를 설치하여 활용할 수 있다. 폐활성탄의 투입되는 양은 내열 도가니(100)의 크기에 따라 상이하며, 추후 평탄화 단계에서 10 cm 이내의 두께가 되도록 폐활성탄(102)의 투입량을 제한할 수 있다. 내열 도가니(100) 내에서 폐활성탄(102)의 이상적인 두께는 2 ~ 5 cm 수준이며, 1 kg 폐활성탄을 투입 시 지름 50 cm 디쉬형 내열 도가니(100)에 5 cm 정도 깊이를 형성할 수 있다.
폐활성탄의 평탄화 단계에서는 다양한 형태로 적층된 폐활성탄을 상부의 바가 회전하며 균일한 두께로 평탄화 작업을 수행할 수 있다.
마이크로웨이브에 균일하게 반응하기 위하여 평탄화 작업이 완료된 폐활성탄은 폐활성탄 투입 단계에서 마이크로웨이브 반응부(170)로 투입되며, 마이크로 웨이브 처리 공정을 수행한다.
마이크로 웨이브 처리 공정이 완료된 폐활성탄은 다시 회수단계를 거쳐서 컨베이어 벨트 순환부(110)로 다시 회수된다. 이때 투입 및 회수 단계에서는 작업자의 피폭을 최소화 하기 위하여 로봇 이송부(160)를 활용할 수 있다.
회수된 폐활성탄은 컨베이어 벨트 순환부(110)를 따라 배출 단계로 이송되며, 배출 단계에서는 로봇 이송부(160)를 활용하여 내열 도가니(100)에서 폐활성탄을 분리하여 폐활성탄 저장탱크로 배출할 수 있다. 그 후 비워진 내열 도가니(100)는 폐활성탄 투입 단계로 컨베이어 벨트 순환부(110)를 따라 이동하여 재활용한다. 각 단계는 유기적으로 연결되어 있으나, 마이크로웨이브 처리 공정 시 대기시간 동안 폐활성탄 투입, 평탄화, 배출 공정을 독립적으로 수행 가능하다.
두 번째 단계는 폐활성탄 마이크로웨이브 처리 공정을 포함하는 폐활성탄 열처리 단계로 도 2에 개념도를 도시한다. 폐활성탄 열처리 단계는 폐활성탄 이송라인에 투입된 방사성 폐활성탄을 미리 설정된 열처리부로 가열하는 단계이다. 폐활성탄 열처리 단계는 폐활성탄이 투입된 마이크로웨이브 반응부(170)를 밀폐 후 마이크로웨이브 반응부(170) 내부로 공정가스를 투입하는 공정가스 투입단계, 마이크로웨이브 반응부(170)를 이용하여 미리 설정된 마이크로웨이브 처리시간으로 폐활성탄을 열처리하는 마이크로웨이브 처리단계, 마이크로웨이브 반응부(170) 내부에서 열처리된 후 폐활성탄 내 방사성 핵종을 H2O, CO2, 방사성 탄화수소(CnHm), 또는 유기물 형태로 공정가스를 따라 배출하는 방사성 핵종 배출단계, 유기물 산화부(220)를 이용하여 방사성 핵종 배출단계에서 배출되는 방사성 탄화수소 및 유기물 형태의 화합물은 H2O와 CO2로 완전산화 형태로 변환시키는 유기물 산화처리단계, 응축기(230)를 이용하여 배가스 내 수분을 제거하는 배가스 수분 제거단계, 그리고 수분이 제거된 배가스를 배가스 저장탱크(250)에 압축하여 저장하는 배가스 저장단계를 포함한다.
폐활성탄이 투입된 후 마이크로웨이브 반응부(170)에서는 밀폐 후 공정가스를 투입한다. 공정가스는 에어(air) 또는 불활성 가스(N2, Ar)가 사용될 수 있으며, 이상적으로는 에어를 사용할 수 있다. 마이크로웨이브 반응부(170) 내에는 적외선(IR) 또는 접촉식 온도계를 활용하여 폐활성탄의 온도를 측정하며 폐활성탄의 온도는 100 ~ 900 ℃ 이내로 제어될 수 있다. 이상적으로는 150 ~ 450 ℃로 제어될 수 있다. 순간적으로 폐활성탄이 450 ℃ 이상으로 온도가 급격히 상승할 수 있으나 마이크로웨이브 특성상 마이크로웨이브 반응부(170) 내 분위기 온도는 크게 상승하지 않으며, 폐활성탄의 경우에도 마이크로웨이브를 조사하지 않으면 급격히 온도가 감소하여 조절이 용이하다. 마이크로웨이브 처리 시간은 30초에서 10분 이내로 마이크로웨이브를 조사할 수 있다. 마이크로웨이브 처리 후에는 폐활성탄 내 H-3, C-14 핵종의 경우 H2O, CO2, 방사성 탄화수소(CnHm), 또는 유기물 형태로 공정가스를 따라 배출되며, 유기물 산화부(220)에서 방사성 탄화수소 및 유기물 형태의 화합물은 H2O 와 CO2로 완전산화로 형태가 변환된다. 유기물 산화부(220)는 백금(pt)촉매를 사용하는 일반적인 열처리 장치를 포함한다. 다음 단계는 응축기(230)로 배가스 내 수분을 제거한다. 이 때 H-3 또한 응축수 형태로 포집된다. 그 후 수분이 제거된 배가스에는 CO2와 공정가스 성분이 존재하게 되며 이를 배가스 저장탱크(250)에 압축하여 저장한다. 폐활성탄 마이크로웨이브 처리 공정은 배가스 저장탱크(250)가 포화될 때 까지 여러 번 반복 수행될 수 있다.
세 번째 단계는 순환형 배가스 처리 공정을 포함하는 배가스 순환 처리단계로 도 3에 개념도를 도시한다. 배가스 순환 처리단계는 폐활성탄 열처리 단계에서 발생된 배가스를 미리 설정된 순환 처리공정을 통해 순환시키는 단계이다. 배가스 순환 처리단계는 배가스 저장탱크(250)에 저장된 배가스를 안전탱크(320)로 이송하여 안전탱크(320)내 배가스의 습도를 미리 설정된 습도로 조절하는 습도조절단계, 안전탱크(320)에서 흡착탑(330)으로 배가스를 이동하며 C-14가 함유된 CO2가 탄산염 형태로 포집되도록 흡착제로 흡착 포집하는 흡착 포집단계, 흡착탑(330)에서 저장탱크(340)로 CO2가 제거된 배가스가 이송되며, 저장탱크(340)내에 설치된 CO2 농도 측정기를 통하여 흡착제의 교체 시기를 특정하는 CO2 농도 측정단계를 포함한다.
순환형 배가스 처리공정은 복수의 순환형 배가스 처리부를 포함할 수 있다. 이전 단계에서 배가스 저장탱크(250)가 고압으로 포화 상태가 되면 본 단계를 수행하며 밀폐형 순환을 위하여 배가스 저장탱크(250) 후단에는 압력조절 밸브(310)가 전단에는 가압펌프(350)를 활용하여 압력을 조절할 수 있다. 배가스는 배가스 저장탱크(250)로부터 안전탱크(320)로 이송된다. 안전탱크(320)내 배가스의 습도를 측정하여 상대습도 80% 이상으로 조절되도록 수분을 분사한다. 여기서, 안전탱크(320) 내부에 수분을 분사하여 배가스의 습도를 제어하는 이유는 후단의 흡착탑(330)에서 흡착제의 성능을 향상시킬 수 있기 때문이다. 배가스는 안전탱크(320)에서 흡착탑(330)으로 이동하며 C-14가 함유된 CO2가 탄산염 형태로 포집된다. 흡착제로는 알칼리토 산화물(CaO, CaOH, BaO, BaOH)을 사용할 수 있으며, 이상적으로는 CaO 흡착제를 활용한다. 흡착제의 반응식은 다음과 같다.
CaO + H2O = Ca(OH)2
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
흡착탑(330)에서 저장탱크(340)로 CO2가 제거된 배가스가 이송된다. 저장탱크(340)내에 설치된 CO2 농도 측정기를 통하여 흡착제의 교체시기를 특정할 수 있다. 흡착제 후단의 CO2 농도가 전단(안전탱크(320) 내 설치된 CO2 농도 측정기)의 CO2 농도와 차이를 보이지 않으면 흡착제를 교체하여야 한다. 저장탱크(340)의 배가스는 가압펌프(350)를 통하여 다시 배가스 저장탱크(250)로 이송되어 순환을 하게 된다. 공정라인 내 CO2 농도가 일정 이하가 될 때까지 순환하며 CO2를 제거할 수 있다. CO2 농도 기준은 안전탱크(320)내에 CO2 농도 측정기를 활용하여 기준을 설정할 수 있다. 이상적으로는 400 ppm 이하의 CO2 농도에서 공정을 중단하고 공정 내 가스를 상압이 될 때까지 배가스 저장탱크(250)에 설치된 벤트(vent)를 통하여 배출한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템 및 방법을 활용하여 방사성 폐활성탄 폐기물을 처리함에 있어, 2차 폐기물 발생량을 최소화 하면서 규제해제 이하로 처리할 수 있으며, 발생된 2차 폐기물 내의 핵종이 외부로 배출되지 않고 안정한 형태로 포집되어 처리되며, 공정 중 작업자의 피폭을 최소화 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 ; 내열 도가니
110 ; 컨베이어 벨트 순환부
120 ; 폐활성탄 투입부 130 ; 폐활성탄 평탄화부
140 ; 폐활성탄 회수부 150 ; 폐활성탄 배출부
160 ; 로봇 이송부 170 ; 마이크로웨이브 반응부
210 ; 블로워 220 ; 유기물 산화부
230 ; 응축기 240 ; 가압펌프
250 ; 배가스 저장탱크 320 ; 안전탱크
330 ; 흡착탑 340 ; 저장탱크
350 ; 가압펌프
120 ; 폐활성탄 투입부 130 ; 폐활성탄 평탄화부
140 ; 폐활성탄 회수부 150 ; 폐활성탄 배출부
160 ; 로봇 이송부 170 ; 마이크로웨이브 반응부
210 ; 블로워 220 ; 유기물 산화부
230 ; 응축기 240 ; 가압펌프
250 ; 배가스 저장탱크 320 ; 안전탱크
330 ; 흡착탑 340 ; 저장탱크
350 ; 가압펌프
Claims (15)
- 원전에서 발생하는 방사성 폐활성탄을 미리 설정된 폐활성탄 이송라인에 투입 및 배출하는 폐활성탄 이송부,
상기 폐활성탄 이송라인에 투입된 방사성 폐활성탄을 가열하여 열처리하는 열처리부, 그리고
폐활성탄 열처리 과정에서 발생된 배가스를 미리 설정된 순환 처리공정을 통해 순환시키는 배가스 순환 처리부
를 포함하며,
방사성 폐활성탄 내에 포함된 방사성 핵종(H-3, C-14)을 제거하여 방사성 폐활성탄을 자체처분 수준으로 연속적으로 처리하는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템. - 제1항에서,
상기 폐활성탄 이송라인에 구비되어 폐활성탄을 일시 저장하며 상기 폐활성탄 이송라인을 따라 이송되는 디쉬형상의 내열 도가니를 더 포함하는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템. - 제2항에서,
상기 폐활성탄 이송부는
상기 폐활성탄 이송라인을 폐루프로 형성하여 폐활성탄의 순환 이송을 유지하는 컨베이어 벨트 순환부,
상기 폐활성탄 이송라인에서 일측에 구비되어 폐활성탄을 상기 폐활성탄 이송라인에 투입하는 폐활성탄 투입부,
상기 폐활성탄 이송라인에 구비되어 상기 폐활성탄 이송라인을 따라 이송되는 폐활성탄의 높이를 미리 설정된 높이로 균질하게 평탄화하는 폐활성탄 평탄화부,
상기 폐활성탄 이송라인에 구비되어 상기 폐활성탄 이송라인 주변에 구비된 열처리부로부터 열처리가 완료된 폐활성탄을 상기 폐활성탄 이송라인으로 회수하는 폐활성탄 회수부, 그리고
상기 폐활성탄 이송라인에 구비되어 폐활성탄을 외부로 배출하는 폐활성탄 배출부
를 포함하는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템. - 제3항에서,
상기 컨베이어 벨트 순환부의 내측에 구비되어 폐활성탄의 이송을 보조하는 로봇 이송부를 더 포함하는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템. - 제1항에서,
상기 열처리부는
미리 설정된 마이크로웨이브 처리시간으로 폐활성탄을 열처리하는 마이크로웨이브 반응부,
폐활성탄이 투입된 상기 마이크로웨이브 반응부를 밀폐 후 상기 마이크로웨이브 반응부 내부로 공정가스를 투입하는 공정가스 투입부,
상기 마이크로웨이브 반응부 내부에서 열처리된 후 방사성 핵종 배출시 배출되는 방사성 탄화수소 및 유기물 형태의 화합물은 H2O와 CO2로 완전산화 형태로 변환시키는 유기물 산화부,
상기 유기물 산화부로부터 배출되는 배가스 내 수분을 제거하는 응축기, 그리고
상기 응축기로부터 수분이 제거된 배가스를 압축하여 저장하는 배가스 저장탱크
를 포함하는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템. - 제5항에서,
상기 공정가스는 에어(air) 또는 불활성 가스(N2, Ar) 중 1종 이상을 포함하는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템. - 제5항에서,
상기 마이크로웨이브 처리 시간은 30초 내지 10분 이내로 설정되는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템. - 제5항에서,
상기 배가스 순환 처리부는
상기 배가스 저장탱크에 저장된 배가스를 공급받아 저장하며, 배가스의 습도를 미리 설정된 습도로 조절하는 안전탱크,
상기 안전탱크에서 공급된 배가스를 저장하며 C-14가 함유된 CO2가 탄산염 형태로 포집되도록 흡착제로 흡착 포집하는 흡착탑, 그리고
상기 흡착탑에서 CO2가 제거된 배가스가 공급되어 저장되는 저장탱크
를 포함하는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템. - 원전에서 발생하는 방사성 폐활성탄을 미리 설정된 폐활성탄 이송라인에 투입 및 배출하는 폐활성탄 이송단계,
상기 폐활성탄 이송라인에 투입된 방사성 폐활성탄을 미리 설정된 열처리부로 가열하는 폐활성탄 열처리 단계, 그리고
상기 폐활성탄 열처리 단계에서 발생된 배가스를 미리 설정된 순환 처리공정을 통해 순환시키는 배가스 순환 처리단계
를 포함하며,
상기 방사성 폐활성탄 내에 포함된 방사성 핵종(H-3, C-14)을 제거하여 방사성 폐활성탄을 자체처분 수준으로 연속적으로 처리하는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리방법. - 제9항에서,
상기 폐활성탄 이송단계는
폐활성탄 이송라인을 폐루프로 형성하는 컨베이어 벨트 순환부를 이용하여 폐활성탄의 순환 이송을 유지하는 단계,
상기 폐활성탄 이송라인에서 일측에 구비되는 폐활성탄 투입부를 이용하여 폐활성탄을 상기 폐활성탄 이송라인에 투입하는 폐활성탄 투입단계,
상기 폐활성탄 이송라인에 구비되는 폐활성탄 평탄화부를 이용하여 상기 폐활성탄 이송라인을 따라 이송되는 폐활성탄의 높이를 미리 설정된 높이로 균질하게 평탄화하는 폐활성탄 평탄화단계,
폐활성탄 회수부를 이용하여 열처리부로부터 열처리가 완료된 폐활성탄을 회수하는 폐활성탄 회수단계, 그리고
상기 폐활성탄 이송라인에 구비되는 폐활성탄 배출부를 이용하여 폐활성탄을 배출하는 폐활성탄 배출단계
를 포함하는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리방법. - 제10항에서,
상기 폐활성탄 열처리 단계는
폐활성탄이 투입된 마이크로웨이브 반응부를 밀폐 후 상기 마이크로웨이브 반응부 내부로 공정가스를 투입하는 공정가스 투입단계,
상기 마이크로웨이브 반응부를 이용하여 미리 설정된 마이크로웨이브 처리시간으로 폐활성탄을 열처리하는 마이크로웨이브 처리단계,
상기 마이크로웨이브 반응부 내부에서 열처리된 후 폐활성탄 내 방사성 핵종을 H2O, CO2, 방사성 탄화수소(CnHm), 또는 유기물 형태로 공정가스를 따라 배출하는 방사성 핵종 배출단계,
유기물 산화부를 이용하여 상기 방사성 핵종 배출단계에서 배출되는 방사성 탄화수소 및 유기물 형태의 화합물은 H2O와 CO2로 완전산화 형태로 변환시키는 유기물 산화처리단계,
응축기를 이용하여 배가스 내 수분을 제거하는 배가스 수분 제거단계, 그리고
수분이 제거된 배가스를 배가스 저장탱크에 압축하여 저장하는 배가스 저장단계
를 포함하는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리방법. - 제11항에서,
상기 공정가스는 에어(air) 또는 불활성 가스(N2, Ar) 중 1종 이상을 포함하는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리방법. - 제11항에서,
상기 마이크로웨이브 처리 시간은 30초 내지 10분 이내로 설정되는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리방법. - 제11항에서,
상기 배가스 저장단계는 상기 배가스 저장탱크가 포화될 때 까지 반복 수행되는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리방법. - 제11항에서,
상기 배가스 순환 처리단계는
상기 배가스 저장탱크에 저장된 배가스를 안전탱크로 이송하여 상기 안전탱크내 배가스의 습도를 미리 설정된 습도로 조절하는 습도조절단계,
상기 안전탱크에서 흡착탑으로 배가스를 이동하며 C-14가 함유된 CO2가 탄산염 형태로 포집되도록 흡착제로 흡착 포집하는 흡착 포집단계, 그리고
상기 흡착탑에서 저장탱크로 CO2가 제거된 배가스가 이송되며, 상기 저장탱크내에 설치된 CO2 농도 측정기를 통하여 흡착제의 교체 시기를 특정하는 CO2 농도 측정단계
를 포함하는 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리방법.
Priority Applications (1)
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| KR1020220125521A KR20240045785A (ko) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020220125521A KR20240045785A (ko) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | 방사성 폐활성탄 내 핵종 처리 시스템 및 방법 |
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR101533977B1 (ko) | 2013-12-12 | 2015-07-07 | 한국수력원자력 주식회사 | 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템 |
-
2022
- 2022-09-30 KR KR1020220125521A patent/KR20240045785A/ko unknown
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| KR101533977B1 (ko) | 2013-12-12 | 2015-07-07 | 한국수력원자력 주식회사 | 방사성 폐건조제의 삼중수소와 방사성탄소 제거시스템 |
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