JPS63111497A

JPS63111497A - 放射性気体廃棄物処理装置

Info

Publication number: JPS63111497A
Application number: JP25797486A
Authority: JP
Inventors: 塩見　博己; 和合谷　與志雄
Original assignee: Toshiba Corp; Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Priority date: 1986-10-29
Filing date: 1986-10-29
Publication date: 1988-05-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、例えば軽水冷却型原子力発電所における気体
廃棄物処理、特に応力腐食割れ抑制のために注入する水
素ガスの消費Ｍを低減させた放割性気体廃棄物処理装置
に関する。

（従来の技術）軽水冷却型原子力発電プラントでは、−次系における各
装置、配管等の応力腐食割れを防ぐ目的で、系内に水素
ガスを注入することが行なわれている。これは、炉心に
おいて水が放ｒ）Ｊ線分前により水素（Ｈ２）および酸
素（０２）になり、ここで発生した酸素が装置・配管な
どの応力腐食割れを促進する一因となるため、外部より
水素を注入して炉心の水素濃度を高めることにより、水
の放射線分解を抑制するためである。

注入された水素は、炉心において水素濃度を上昇させる
役目を果たした後、放射性希ガスを含んだ排ガスととも
に主蒸気管を通って最終的に放Ｑ＝１性気体廃棄物処理
装置に移送される。

放射性気体廃棄物処理装置には、放射線分解により発生
した水素および酸素を再結合させるための触媒層が設け
られており、ここで水素と酸素とを再結合させることに
よって、装置下流側に水素が流出して爆発する危険を防
止している。

（発明が解決しようとする問題点）ところが、放０４性気体廃東物処理装置に流入する排ガ
ス中の水素は、注入弁と分解分とからなり、一方酸素は
分解分のみであるので、水素が化学囲論的に過剰となっ
ている。このため、従来は再結合装置の前に酸素注入管
を設置して酸素を注入し、水素が系内で未反応のまま残
菌しないような配慮がなされていた。

第３図は、このような従来の軽水冷却型原子力発電所に
おける放射性廃棄物処理装置のうち、特に沸騰水型原子
力発電所の放射性気体廃棄物処理装置の系統図を示した
ものである。

同図において、原子炉圧力容器１で発生した放射性希ガ
ス、水素、酸素からなる排ガスは主蒸気とともに主蒸気
管２を通り、タービン３、主復水器４を経て主蒸気は復
水となって給水ポンプ５により給水ライン６を経て原子
炉圧力容器１に供給される。この時復水中には水素ボン
ベ７から所定の岳の水素が注入される。一方、排ガスは
抽気エゼクタ８により抽気され再結合装置９に送られる
が、この時、排ガスには主復水器４からのリークイン空
気による窒素が混入する。抽気工ぜフタ８と再結合装置
９とを接続する配管には、酸素注入管１０が接続されて
おり、この酸素注入管８を介して酸素ボンベ１１から酸
素が排ガス中に注入される。そして酸素注入後の排ガス
は、再結合装置９に送られ、ここで排ガス中の水素と酸
素が結合される。

再結合装置９の前で注入される酸素源として空気のみを
酸素源とすると、再結合反応後に窒素が多量に残り、再
結合装置以降の装置・配管の設計流量を超過することが
あるので、酸素源としては酸素ガスのみかあるいはＭＸ
ｉガスと空気が併用される。ここで注入される酸素量を
、注入された水素徂と見合う伍とするために水素ボンベ
７からの水素流ｍを測定する水素流伍モニタ１２、変換
器１３、および調整器１４が設置され、水素の注入母に
応じて酸素注入量が調整される。

再結合装置９において水素と酸素とが再結合された後、
ここで発生した水やその他の湿分【よ、除湿器１５およ
び脱湿塔１６とで構成される除湿・脱湿装置において除
去される。このようにして乾燥された排ガスは、活性炭
式希ガスホールドアツプ塔１７に送られ、排ガス抽出器
１８、スタック１９を経て環境中に排出される。

ところで、上述したような従来の方法においては、注入
する気体として、炉内における放ａ４Ｉ２分解抑制のた
めに注入する水素ガスと、再結合のために補給される酸
素ガスとがあるため、両者の消費囚はかなりの門になっ
ている。したがってこれが運転コストに与える影響は多
大であり、たとえば８０万ｋＷ級ＢＷＲプラントでは、
酸素源として酸素ガスのみを供給した場合の水素および
酸素の消費ｊは、次表に示すように多洛なものとなって
いる。

（以下余白）本発明はかかる事情に対処してなされたもので、応力腐
良割れ抑制のため炉心に水素を注入された装置の放射性
気体廃棄物の処理装置において、気体廃棄物中の水素と
酸素とを再結合させて水素を除去する際に、化学ｍ論的
不均衡調整用の酸素の注入を不要とし、かつ水素を回収
して再使用できるようにした放射性気体廃棄物処理装置
を提供することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）この目的を達成するため本発明は、排ガス中に含まれる
酸素と水素とを反応させる再結合装置と、排ガス中の水
分を除去する除湿・脱湿装置と、排ガスの放射能を減衰
させる活性炭式希ガスホールドアツプ塔とを順に接続し
てなる放射性気体廃棄物処理装置において、前記除湿・脱湿装置より下流でかつ活性炭ホールドアツ
プ塔より上流に排ガス中の水素を分離回収する水素回収
装置を設置してなることを特徴としている。

上記の水素回収装置は、通常、加圧により水素以外のガ
スを吸着する吸着剤を充填した反応器と、この反応器の
上流に設置されたコンプレッサと、この反応器の吸着剤
に吸着されずに分離回収された水素を回収する水素回収
ラインと、反応器により水素が除去された排ガスを活性
炭式希ガスホールドアツプ塔に移送する排ガス回収ライ
ンとを備えている。

反応器に充填する吸着剤としては、ゼオライ１−系吸着
剤、活性炭、アルミナ、シリカゲル等があげられるが、
ガス成分、ガス囚、吸着サイクル時間、水素純度、運転
圧力および温度等の要因を考慮すると本発明にはゼオラ
イト系吸着剤が適している。

また反応器は複数並列配置して、切換え操作により連続
処理可能に構成することが望ましい。

なお、本発明において、水素回収装置を除湿・脱湿装置
より下流側で、かつ活性炭式希ガスホールドアツプ塔よ
り上流に配置したのは次の理由による。

すなわち、水素回収装置を除湿・ＩＢ２湿装置より下流
側に配置する理由は、ゼオライト系吸着剤を使用して排
ガスから水素を選択的に分離回収する場合に排ガス中に
酸素や水分が混入していると吸着性能が充分発揮されな
いためである。したがって水素回収器は、再結合装置お
よび除湿・脱湿装置より下流側に位置することが望まし
い。

また水素回収装置を活性炭式希ガスホールドアツプ塔よ
り上流に配置する理由は、排ガスの放射能を活性炭式希
ガスホールドアツプ塔において減衰させる際の希ガスの
ホールドアツプ時間は排ガス流但に反比例するので、排
ガス流門を減少させておくためである。また排ガスは主
復水器リークイン空気量に比べて水素伊の方がこれを上
回る程多いため、活性炭活性炭式希ガスホールドアツプ
塔に入る前に水素ガスを分離除去して火災事故を防止す
るためである。

く作用）このように構成された本発明の装置においては、再結合
装置中で排ガス中に含まれる酸素と水素とを反応させ、
ここで発生した水分Ｊ３よび排ガス中に存在していた湿
分が除湿・脱湿装置により除去される。

そして除湿・脱湿装置より下流でかつ活性炭ホールドア
ツプ塔より上流に設置されたコンプレッサにより排ガス
が加圧され、この加圧された排ガス中の放射性希ガスや
窒素は吸着剤に吸着され、吸着剤に吸着されずに反応器
内に残った水素が分離回収される。そして反応器の圧力
を下げることにより吸着剤に吸着されていた水素以外の
排ガスは脱着されて活性炭式希ガスホールドアツプ塔に
送られ放射能が減衰させられた上で環境中に放出される
。

この吸着・脱着の現象は、第２図に示す２つの吸着等混
線により説明される。すなわち、第２図において符号へ
で示される吸着等温線は、大気温における吸着質（不純
物）の分圧と単位吸着剤当りの吸Ｍ　１’Ｊの開との関
係を模式的に示したものである。また、符号Ｂで示され
る吸着等温線は、高温（たとえば３２０℃）におけるも
のである。吸着等温線ＡＳＢに示されるように、吸着質
はその分圧の上界（Ｐ＋→Ｐ２）に伴って単位吸着剤当
りに吸着される胆が増加（Ｖ＋→Ｖ２）し、分圧の低下
（Ｐ２→Ｐ＋）に伴って温度変化を伴うことなく脱着（
ｖ２→Ｖ＋）する。

なおこのようにＷＵ変化を伴わず圧力変化により吸着・
脱着を行う圧力サイクルの他に吸着・脱着の方法として
、圧力変化を伴わず温度変化により吸着・脱着を行なう
熱サイクルを用いる方法があるが、本発明には次の理由
により圧力サイクルが適している。

（イ）短時間での切替が可能であり、大口の不純物を小
型装置で処理できる。

（ロ）流体のもつ圧力がプロセス上の動力となるので、
コントロール用の若干の電力と計装用空気わ除いて用役
がほぼ不要となる。

（ハ）操作が単純で信頼性が高い。

この方法によれば、高圧で排ガス中の不純物である窒素
、希ガス等を吸着剤に吸着させて除去し水素のみを分離
回収し、しかる後に圧力を下げて窒素を吸着剤からＩｎ
２着させて、オフガスとして抽気することが容易となる
。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例である。放射性気体廃棄物処
理装置の系統図であり、第３図と対応する部分には同一
符号が付しである。

この実施例の放射性気体廃棄物処理装置は、再結合装置
９、除湿器１５、脱湿塔１６、コンプレッサ２０、水素
回収装置２１とが順に接続され、水素回収装置２１には
排ガス回収ライン２２と水素回収ライン２３とが配管接
続されている。排ガス回収ライン２２は、活性炭式希ガ
スホールドアツプ塔１７および排ガス抽出器１８、スタ
ック１９に順に接続されている。一方、水素回収ライン
２３は、コンプレッサ２４を介して水素タンク２５に接
続されている。

水素回収装置２１は内部にゼオライト系吸着剤が充填さ
れた容器であり、２基の水素回収器２１ａ、２１ｂが並
列に設置されている。コンプレツナ２０と水素回収器２
１ａ、２１ｂとを接続する配管ｉ　ｏｏａ、１００ｂに
は、排ガス用人口弁１０１ａ、１０１ｂが設けられてい
る。また水素回収器２１ａ、２１ｂを水素回収ライン２
３へと接続する配管２００ａ、２００ｂおよび３００ａ
、３００ｂには、それぞれ水素出口弁２０１ａ、２０１
ｂおよび３０１　ａ、３０１　ｂが設けられている。ざ
らに、水素回収器２１ａ、２１ｂを排ガス回収ラインへ
と接続する配管４００ａ、４００ｂには、それぞれ排ガ
ス用出口弁４０１ａ、４０１ｂとが設けられている。ま
た水素回収器２１ａ、２１ｂの容器内の圧力を設定値に
保つために、圧力調整弁１０２および２０２が設けられ
、回収水素の純度を分析する分析器２６が、水素回収ラ
イン２３から分岐され設けられている。

次にこの実施例の作用について説明する。

応力腐食割れ防止のため水素タンク２５から原子炉圧力
容器１内へ所定は注入された水素ガスは、原子炉圧力容
器１内で分解生成した水素および酸素と共に主蒸気管２
内の水蒸気に混じって流出し、タービン３および主復水
器４に送られる。主復水器４に送られた水素、酸素等を
含む気体は、主復水器リークイン空気と共に抽気エゼク
タ８により抽出される。

抽出された排ガスは、再結合装置９に送られここで化学
伍論的に当分の水素と酸素とが反応して水となる。そし
て排ガス中の水素は過剰となっているため、反応の結果
、排ガスからは酸素が完全に除去され、未反応の水素と
リークイン空気に由来する窒素と処理対象とされる放射
性希ガスとが装置の下流側に送り出される。再結合装置
９から送り出されたこれらの気体は、除湿器１５に送ら
れ、ここで水分が除かれ、さらに脱湿塔１６にＪ３いて
乾燥される。

このようにして乾燥された排ガスは、コンプレッサ２０
により加圧されて水素回収器２１へ送られる。図では、
水素回収器２１ａが運転状態にあり、排ガス入口弁１０
１ａ、水素出口弁２０１ａ、３０１ａが同状態、排ガス
出口弁４０１ａ、１０１ｂが閉状態にあるときを示して
いる。水素回収器２１ａに圧入された排ガス中の水素以
外の気体を吸着剤が吸着し、吸着されない水素は配管２
００ａを経て水素回収ライン２３へ送り出される。

水素回収ライン２３において水素は、コンプレッサ２４
により圧縮されて水素タンク２５へと送られる。

このとき、もう一方の水素回収器２１ｂにおいては、排
ガス人口弁１０１ｂ、水素出口弁２０１ｂ、３０１ｂが
閉状態とされている。このような状態で、排ガス山口弁
４０１ｂを開き、排ガス抽出器１８を動作させて水素回
収器２１ｂ内の圧力を下げる。その結果、水素回収３２
１ｂ内の吸着剤は脱着されて待機状態となる。

一定時間水素回収器２１ａが運転された後、すなわち水
素回収器２１ａのゼオライト系吸着剤が水素以外の排ガ
スを最大吸着３近く（飽和状態）になるまで吸着し、一
方水素回収器２１ｂのゼオライト系吸着剤が排ガスをほ
ぼ脱着させて待機状態となっている時点で、合弁の開閉
状態をそれまでとは逆にして、水素回収器２１ｂの運転
状態へと切替える。そして水素回収！２１ａは、排ガス
脱着運転の後、待機状態におかれることになる。

このようにして本実施例の放射性気体廃棄物処理装置に
おいては、排ガス中の水素回収を連続的に行うことが可
能である。２８はパージラインである。

回収された水素は、水素回収ライン２３により送られて
水素タンク２５に貯蔵されるが、主復水器リークイン空
気による酸素との再結合に消費される分があるため１０
０％の回収は不可能である。

このため、不足分の水素は水素回収ライン２３から分岐
して設置される水素ボンベ７から追加供給される。そし
てこの水素は、流ｆｆｉ調整弁２７を介して給水ライン
６へ注入される。

水素回収器２１ａ１あるいは２１ｂから脱着され排ガス
抽出器により排出される排ガスは、サージタンク３０を
経て活性炭式希ガスホールドアツプ塔１７に送られここ
で放射性希ガスを活性炭に吸着させてその放射能を減衰
さけ、スタック１９から大気中に放散されて処理が完了
する。

この実施例において、運転時の水素および酸素の消費分
を測定し従来例と比較したところ、次のような結果が（
りられた。

すなわら従来の放射性気体廃棄物処理装置においては、
先に述べたように給水中の水素濃度を２ｐｐｍとした場
合、水素消費量は１０２Ｎｌｌ’　／ｈｒ　、酸素消費
ｍは４６８ｍ’　／ｈｒであったが、この実施例におい
ては、それぞれ２４ＮＩＩｌ’　／ｈｒ、０と大巾に低
減された。そして回収された水素は純度９９．９９９％
、水素回収率８５％であった。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の放射性気体廃棄物処理装
置によれば、単純な操作により水素がほとんど回収され
て循環使用できるため、水素消費量を大巾に減少させる
ことができる。また、化学ｍ論的不均衡解消のために酸
素を注入する必要がなくなり、さらには活性炭式希ガス
ホールドアツプ塔の活性次組増加の必要もなくなるとい
う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は本発明に
おｔプる水素分離の原理を説明するための吸着等混線図
、第３図は従来の放射性気体廃棄物処理装置の系統図で
ある。１・・・・・・・・・原子炉圧力容器２・・・・・・・・・主蒸気管３・・・・・・・・・タービン４・・・・・・・・・主復水器５・・・・・・・・・給水ポンプ６・・・・・・・・・給水ライン７・・・・・・・・・酸素ボンベ８・・・・・・・・・抽気エゼクタ９・・・・・・・・・再結合装置１５・・・・・・・・・除湿器１６・・・・・・・・・脱湿塔

Claims

【特許請求の範囲】

（１）排ガス中に含まれる酸素と水素とを反応させる再
結合装置と、排ガス中の水分を除去する除湿・脱湿装置
と、排ガスの放射能を減衰させる活性炭式希ガスホール
ドアップ塔とを順に接続してなる放射性気体廃棄物処理
装置において、前記除湿・脱湿装置より下流でかつ活性炭ホールドアッ
プ塔より上流に排ガス中の水素を分離回収する水素回収
装置を設置してなることを特徴とする放射性気体廃棄物
処理装置。
（２）水素回収装置は、加圧により水素以外のガスを吸
着する吸着剤を充填した反応器と、この反応器の上流に
設置されたコンプレッサとを有することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の放射性気体廃棄物処理装置。
（３）水素回収装置は、加圧により水素以外のガスを吸
着する吸着剤を充填した反応器と、この反応器の吸着剤
に吸着されずに分離された水素を回収する水素回収ライ
ンと、前記反応器において減圧により吸着剤から脱着さ
れた水素を含まない排ガスを抽気する排ガス回収ライン
とを有することを特徴とする特許請求の範囲第１項また
は第２項記載の放射性気体廃棄物処理装置。
（４）吸着剤は、ゼオライト系吸着剤である特許請求の
範囲第２項または第３項記載の放射性気体廃棄物処理装
置。
（５）水素回収装置は、並列配置された複数の反応器を
有し、切換え操作により排ガスを連続処理可能に構成さ
れている特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか
１項記載の放射性気体廃棄物処理装置。