핵융합 배가스 중 CQ 4 와 Q 2 O 처리공정 제안 및 HAZOP 분석

본 연구는 핵융합 배가스 중 삼중수소가 포함된 화합물인 메탄(CQ 4 ) 및 물(Q 2 O)로부터 수소동위원소를 회수하기 위한 공정에 관한 것이다(Q는 수소, 중수소, 삼중수소). 수증기-메탄 개질반응과 수성가스 전환반응을 이용하여 CQ 4 와 Q 2 O를 Q 2 로 변환시키고, 후속하는 팔라듐 분리막으로 생성된 Q 2 를 회수한다. 본 연구에서는 CQ 4 및 Q 2 O 중 하나의 물질인 CH 4 및 H 2 O로부터 수소 회수를 위해 촉매반응기, 팔라듐 분리막, 순환펌프로 구성된 순환루프를 적용하였다. 촉매반응온도 및 순환유량을 변화시켜가며 CH 4 및 H 2 O의 전환율을 측정하였다. CH 4 중 수소 회수는 촉매반응온도 650 ℃, 순환유량 2.0 L/min 조건에서 99% 이상의 CH 4 전환율을 확인하였고, H 2 O 중 수소 회수는 촉매반응온도 375 ℃, 순환유량 1.8 L/min 조건에서 96% 이상의 H 2 O 전환율을 확인하였다. 이와 더불어, 향후 핵융합 실증로(K-DEMO)에서의 CQ 4 발생량을 예측하고, 이에 대한 처리공정을 제안하였으며, HAZOP (Hazard and Operability) 분석을 실시하여 공정의 위험요소와 운전상의 문제점을 도출하고 해결방안을 제시하였다. This study deals with a process for the recovery of hydrogen isotopes from methane (CQ 4 ) and water (Q 2 O) containing tritium in the nuclear fusion exhaust gas (Q is Hydrogen, Deuterium, Tritium). Steam Methane Reforming and Water Gas Shift reactions are used to convert CQ 4 and Q 2 O to Q 2 and the produced Q 2 is recovered by the subsequent Pd membrane. In this study, one circulation loop consisting of catalytic reactor, Pd membrane, and circulation pump was applied to recover H components from CH 4 and H 2 O, one of CQ 4 and Q 2 O. The conversion of CH 4 and H 2 O was measured by varying the catalytic reaction temperature and the circulating flow rate. CH 4 conversion was 99% or more at the catalytic reaction temperature of 650 ℃ and the circulating flow rate of 2.0 L/min. H 2 O conversion was 96% or more at the catalytic reaction temperature of 375 ℃ and the circulating flow rate of 1.8 L/min. In addition, the amount of CQ 4 generated by Korean Demonstration Fusion Power Plant (K-DEMO) in the future was predicted. Then, the treatment process for the CQ 4 was proposed and HAZOP (hazard and operability) analysis was conducted to identify the risk factors and operation problems of the process.