第35回 水化学部会定例研究会

高pH運用PWR発電所向け
モノリス型電気再生式カチオン除去装置の開発

2019年3月8日
オルガノ株式会社
笹島康宏
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発表内容
• 背景
• 電気再生式モノリス樹脂カチオン交換セルのコンセプト• モノリス樹脂について• モノリス樹脂の特徴• カチオン除去性能• まとめ背景(1/4)
 酸電気伝導率：カチオン交換樹脂を充填したカラムの出口で電気伝導率を測定し、系統水中のアニオン種を検出している(From sampling point)○ 不純物
R-H+ + NaCl → R-Na+ + H+ + Cl（電気伝導率
電気伝導率 増加）
増加

Chiller
Reducing device

酸電気伝導率CI

DO Tu pH

Fig. サンプリング装置の例
3(Grab sampling line)○ AVT処理薬品
R-H+ + NH4OH → R-NH4 + H2O（電気伝導率
電気伝導率 低下）低下

背景(2/4)


PWRプラントの二次系系統水処理は高プラントの二次系系統水処理は高pH処理（＜）が主流
プラントの二次系系統水処理は高 処理（＜pH9.8）が主流
処理（＜最新のJIS（火力発電所の水質管理）でも、ボイラ給水最新の （火力発電所の水質管理）でも、ボイラ給水pHは高（火力発電所の水質管理）でも、ボイラ給水 は高pH側にシフト
は高 側にシフト
最新のJIS*(in 2015)

IAPWS
TGD

Feed water

8.5-10.0

9.2-9.8

Feed water

8.5-10.3

9.2-9.8

8.5-10.0

9.0-9.6

Feed water

8.5-10.3

9.2-9.8

Boiler water

8.5-10.0

9.0-9.8

pH Standard at AVT(O) condition
Once-Through Unit

JIS* Previous(in 2006)

Drum Unit
Boiler water

Heat Recovery SteamGenerator Drum Unit

8.5-9.7* JIS B8223: Water Conditioning For Boiler Feed Water And Boiler Water** Not include Cu alloy in the condenser

Fig. 火力発電所の給水pHの変遷
二次系配管の酸化鉄被膜の溶解を抑制し、ボイラおよび蒸気発生器への4
鉄の持ち込みを低減する目的で、高pH処理が主流となっている
鉄の持ち込みを低減する目的で、高 処理が主流となっている背景(3/4)
 酸電気伝導率測定に使用するカチオン交換樹脂は、交換容量を使い切る前に再生または交換が必要.
量を使い切る前に再生または交換が必要
Standard for drum unit feedwater in Japan(JIS B8223)

Previous(2006)

Latest(2015)

Low limit

8.5

8.5

High limit

9.7

10.3

NH3濃度

1.0 mg/L
at pH9.4

11.2 mg/L
at pH 10.0

カチオン交換樹脂カラムの交換頻度

30 Days

pH

x10
x1/10

2.8 Days

高pH運用を行う場合、従来よりも高い頻度でカチオン交
換樹脂カラムを交換する必要有り5

背景(4/4)
 交換頻度増加の対策として電気再生式イオン交換装置がある “モノリス樹脂” は電気再生式イオン交換装置に好適
カチオン樹脂カラム

電気再生式

メンテナンス
頻度

頻繁

ほぼ不要!
ほぼ不要

再生薬品

必要

使用せず

モノリス樹脂をイオン交換セルに充填
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モノリス樹脂カチオン除去セル
電気再生の概念図

Front side

Fig. Monolith cation exchanger cell
135L×80W×95H
Cation MonolithFig. Function of monolith cation exchanger cellFig. Monolith cation7

モノリス樹脂とは?
 均一な径の連続細孔を有するスポンジ状のイオン交換体
 任意の形状に加工が可能（円筒状、ブロック状…）
任意の形状に加工が可能（円筒状、ブロック状 ）○: Cumulative Intrusion●: Log Differential Intrusion

100µm(Inside Structure)

50mm

Fig. Example about pore size distributionof monolith resin
8モノリス樹脂のメリット

高いイオン捕捉性
比表面積が大きい
ためイオン捕捉性
に優れる

50mm

電気再生に好適
連続構造のためイオンの移動が容易

100µm

9

モノリス樹脂のメリット

Na+ conc. (mg CaCO3/L)

 高速かつ均一なイオン交換が可能であり、粒状イオン交
換樹脂に比べて交換帯が短い (粒状樹脂の
粒状樹脂の1/4～
粒状樹脂の ～1/2).
小型化が可能.
小型化が可能H (m)10モノリス樹脂のメリット
 連続構造を有するため、電気再生装置に使用した場合にイオンの移動（再生）が容易
安定的に酸電気伝導率を測定可能

1.0A

1.0A

0.8A
0.4A

0.2A

0.8A
0.1A

0.4A
0.2A

Gradually Decreasing

0.1A

Sharply Dropping

Fig. Electric deionization speed of Na+ ionic form cation exchanger11

モノリス型電気再生式カチオン除去装置
 電気再生式カチオン除去装置は直流電源、前置フィルタ、モ
ノリス型カチオン除去セル、電気伝導率計等で構成.
ノリス型カチオン除去セル、電気伝導率計等で構成
Inlet conductivity

Monolith Cation
Exchanger Cell

Cation conductivity

Fig. Schematic drawing of the cation
conductivity measuring unit

Fig. Prototype of the cation
conductivity measuring unit 12模擬水による試験結果(1) 蒸気発生器ブローダウン模擬水 による試験結果
 カチオン除去性能および電気伝導度の感度を確認

Fig. NaCl Load test (Simulated PWR plant water)
13模擬水による試験結果(2) 火力発電所復水の模擬水
火力発電所復水の模擬水(GTCC power plant) pH10.3
 カチオン除去性能および電気伝導度の感度を確認

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Fig. NaCl Load test (Simulated GTCC water)
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まとめ 当社が開発した当社が開発した“モノリス樹脂
が開発した モノリス樹脂”
モノリス樹脂 は均一な細孔を有するスポンジ状のイオン交換体で、以下の特徴を有する(1) 高速かつ均一にイオンを捕捉(2) 電気再生装置に適用した際のイオンの移動が容易 モノリス樹脂を適用した電気再生式カチオン除去装置は、高pH (<10.3)条件に条件においても条件においても- カチオン除去性能- 不純物イオン濃度変動に対する応答性について十分な性能を有する
 モノリス型電気再生式カチオン除去装置の適用により、高モノリス型電気再生式カチオン除去装置の適用により、高pH
電気再生式カチオン除去装置の適用により、高運用においても作業負担を軽減することが可能
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御清聴ありがとうございました。

https://www.organo.co.jp/

16モノリス樹脂のメリット
Monolith Resin

Beads Resin

Size

Pore size is arbitrary
changeable

φ0.2～0.8mm particle

Packed Bed

Entirely continuous porous
body with- Large surface area
- Homogeneous pore size

Not continuous porous body-

Have voids filled withwater between particles

Ion exchange
capacity[meq/dry-g]

4.7

4.4

Ion exchange zone
length [mm]

49

350

 Monolith Resin is suitable for electric regeneration type cationexchanger due to its structural features.

要旨• 高pH運用PWRプラントでは、カチオン負荷上昇に伴い酸導電率計
前段のイオン交換樹脂の再生頻度が増加することが想定される• オルガノでは従来のカチオン樹脂塔の代替装置として、再生操作・
再生薬品が不要であるモノリス型電気再生式カチオン除去装置を開発した• 本装置はpH10.3の高pH運用下であっても、カチオン除去性と海水リーク応答性を有している

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