JP2002336657A - Gas-liquid reaction column - Google Patents

Gas-liquid reaction column

Info

Publication number
JP2002336657A
JP2002336657A JP2001144464A JP2001144464A JP2002336657A JP 2002336657 A JP2002336657 A JP 2002336657A JP 2001144464 A JP2001144464 A JP 2001144464A JP 2001144464 A JP2001144464 A JP 2001144464A JP 2002336657 A JP2002336657 A JP 2002336657A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid
gas
water
hydrogen isotope
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001144464A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideki Yamai
英樹 山井
Sumi Yoshida
寿美 吉田
Tetsuyuki Konishi
哲之 小西
Masataka Nishi
正孝 西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Engineering Co Ltd
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Hitachi Engineering Co Ltd
Japan Atomic Energy Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Engineering Co Ltd, Japan Atomic Energy Research Institute filed Critical Hitachi Engineering Co Ltd
Priority to JP2001144464A priority Critical patent/JP2002336657A/en
Publication of JP2002336657A publication Critical patent/JP2002336657A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas-liquid reaction column having excellent separation performance of hydrogen isotopes and a stable separation function. SOLUTION: This gas-liquid reaction column is provided with a cylindrical vessel 1 having a hydrogen isotope introducing part, a liquid water introducing part and a discharge part of the hydrogen isotope produced by isotope exchange reaction. A rectangular cell 8 whose inside surface is made to have a vertically corrugated shape 29 and which is filled with a hydrophobic catalyst 2 is prepared so that the hydrogen isotope and liquid water can be introduced oppositely to each other and brought into countercurrent contact with each other. An assembly 11 formed by assembling a plurality of rectangular cells 8 is arranged inside the vessel 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液体状態の水と気
体状態の水素同位体を気液反応塔の内部で向流接触させ
て水素同位体を分離する気液反応塔に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas-liquid reactor for separating hydrogen isotope by bringing water in a liquid state and hydrogen isotope in a gaseous state into countercurrent contact inside the gas-liquid reactor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来水素同位体を分離する気液反応塔と
しては、セパレーション・オブ・ハイドロジェン・アイ
ソトープ、エイ・シー・エス・シンポジウム・シリー
ズ、VOL.68、P171(‘Separation of Hydrogen I
sotope'ACS Symposium Series,vol.68,P171)
には、反応塔の途中に水をいったん集めて、再分散させ
る装置を取り付ける方法が提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, gas-liquid reaction towers for separating hydrogen isotopes include Separation of Hydrogen Isotope, ACS Symposium Series, VOL. 68, P171 ('Separation of Hydrogen I).
sotope'ACS Symposium Series, vol.68, P171)
Has proposed a method of attaching a device for once collecting and redispersing water in the middle of a reaction tower.

【0003】また、疎水性触媒上の水分散を行わず、触
媒を充填した触媒上反応部と、水を含ませるためのパッ
キングを充填した気液境界反応部の二つの領域を有する
気液分離塔も提案されている(気液分離塔:「重水の濃
縮」、理化学研究所報告、第63巻、第1号)。
[0003] Further, a gas-liquid separation having two regions, ie, an on-catalyst reaction portion filled with a catalyst and a gas-liquid boundary reaction portion filled with a packing for containing water, without dispersing water on a hydrophobic catalyst. A tower has also been proposed (gas-liquid separation tower: “Concentration of heavy water”, RIKEN report, Vol. 63, No. 1).

【0004】図5に、従来の気液反応塔(以下、反応塔
という)の一般的な例を示す。
FIG. 5 shows a general example of a conventional gas-liquid reaction tower (hereinafter, referred to as a reaction tower).

【0005】この例は、反応塔100を構成する反応容
器1の上方から軽水(HO)を、下方からトリチウム
ガス(HT)を導入し、水素交換反応によってトリチウ
ム水(HTO)を生成してトリチウムを分離し、また、
低濃度のトリチウム(HT)を含む水素ガスとして、そ
れぞれ回収する気液反応塔を示す。HTは気体入口部4
と気体出口部5の圧力差により下から上に流れ、H
は液体入口部6から反応容器1内に入り、液分散器3
により分散され、重力により反応容器内を滴下する。H
O とHTは逆向きすなわち向流で接触する。この
際、反応容器内に充填した触媒2により水素同位体と水
との間で同位体交換反応が起こり、HTは反応によりH
となり、濃度の高いH ガスとなって気体出口部5
から放出される。また、同位体交換反応により生成され
たHTOおよびHO が液体出口部7から取り出され
る。
In this example, light water (H 2 O) is introduced from above the reaction vessel 1 constituting the reaction tower 100 and tritium gas (HT) is introduced from below, and tritium water (HTO) is generated by a hydrogen exchange reaction. To separate tritium,
The gas-liquid reaction tower for recovering hydrogen gas containing tritium (HT) at a low concentration is shown. HT is gas inlet 4
It flows from bottom to top by the pressure difference between the gas outlet 5 and, H 2 O
Enters the reaction vessel 1 through the liquid inlet 6 and the liquid disperser 3
And dropped in the reaction vessel by gravity. H
2 O and HT contact in opposite directions, ie countercurrent. At this time, an isotope exchange reaction occurs between the hydrogen isotope and water by the catalyst 2 filled in the reaction vessel, and HT is converted into H by the reaction.
2 and a high concentration of H 2 gas to form a gas outlet 5
Released from Further, HTO and H 2 O generated by the isotope exchange reaction are taken out from the liquid outlet 7.

【0006】この同位体交換反応は次式に示す2段階の
連続の同位体交換反応により進行する。
The isotope exchange reaction proceeds by a two-stage continuous isotope exchange reaction represented by the following formula.

【0007】 〔触媒上反応〕 HT(気体)+HO(蒸気)⇔H +HTO(蒸気) …(1) 〔気液境界面上反応〕 HTO(蒸気)+HO(液体)⇔HO(蒸気)+HTO(気体) …(2)[Reaction on catalyst] HT (gas) + H 2 O (steam) ⇔H 2 + HTO (steam) (1) [Reaction on gas-liquid interface] HTO (steam) + H 2 O (liquid) ⇔H 2 O (steam) + HTO (gas) ... (2)

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】液体状態の水と気体状
態の水素同位体の同位体交換反応を利用する水素同位体
の分離方法は、触媒を用いた気体液体向流接触型の反応
塔により、平衡状態での分離係数が大きい状態で高い分
離性能が期待できる。ところで、気液反応塔における同
位体交換反応に用いる触媒は疎水性触媒は、液体の水に
覆われると活性を喪失してしまうので疎水性である必要
がある。
A hydrogen isotope separation method utilizing an isotope exchange reaction between water in liquid state and hydrogen isotope in gaseous state is described by a gas-liquid countercurrent contact type reaction column using a catalyst. In addition, high separation performance can be expected when the separation coefficient in the equilibrium state is large. By the way, the catalyst used for the isotope exchange reaction in the gas-liquid reaction tower needs to be hydrophobic because the hydrophobic catalyst loses its activity when covered with liquid water.

【0009】このように疎水性触媒を充填して反応塔の
容器(反応容器)内で水素同位体交換反応を行う場合、
気液境界面積に依存する気液境界面上の反応は、疎水性
を有する触媒によって反応容器内を流れる供給水が偏流
してしまうため、十分に大きい気液境界面の形成と、そ
の安定した維持が困難になる。このために同位体交換の
反応量の予測を困難にするという問題がある。反応容器
内における供給水の偏流は反応容器内の反応挙動を不安
定にし、分離性能を低下させる原因となる。また、反応
に寄与する気液境界面の面積の推定が困難であるため
に、水素同位体の分離効率の高い反応塔の設計を困難に
する。
When the hydrogen isotope exchange reaction is carried out in the vessel (reaction vessel) of the reaction tower by filling the hydrophobic catalyst as described above,
The reaction on the gas-liquid boundary surface, which depends on the gas-liquid boundary area, causes the supply water flowing in the reaction vessel to drift due to the catalyst having hydrophobicity. Maintenance becomes difficult. For this reason, there is a problem that it is difficult to predict the reaction amount of the isotope exchange. The drift of the supply water in the reaction vessel destabilizes the reaction behavior in the reaction vessel and causes a reduction in separation performance. In addition, it is difficult to estimate the area of the gas-liquid interface contributing to the reaction, which makes it difficult to design a reaction tower having high hydrogen isotope separation efficiency.

【0010】反応塔の処理量を増加するために、反応容
器の径を大きくすることが考えられる。
In order to increase the throughput of the reaction tower, it is conceivable to increase the diameter of the reaction vessel.

【0011】しかし、充填する触媒の量は反応容器の断
面積に比例して増加するが、反応容器へ供給される水は
反応容器の横断面積とは無関係に偏流するため、十分に
大きい気液境界面を形成することが出来ないばかりでな
く、反応塔の高さが大きくなることによるコスト増加、
並びに保守性の煩雑化の問題を生ぜしめるおそれがあ
る。
However, although the amount of the catalyst to be charged increases in proportion to the cross-sectional area of the reaction vessel, the water supplied to the reaction vessel is deflected irrespective of the cross-sectional area of the reaction vessel. Not only is it not possible to form an interface, but also the cost increases due to the height of the reaction tower,
In addition, there is a fear that a problem of complicating maintainability may occur.

【0012】本発明は、反応塔内を流れる供給水の偏流
を少なくすることによって装置を大型化することなく、
水素同位体の高い分離性能を有する気液反応塔を提供す
ることを目的とする。
The present invention reduces the size of the apparatus by reducing the uneven flow of the feedwater flowing in the reaction tower, without increasing the size of the apparatus.
It is an object of the present invention to provide a gas-liquid reaction tower having a high performance of separating hydrogen isotopes.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、疎水性触媒を
充填されて疎水性触媒と対向する面を波形形状が形成し
たセルを集合体にし、この集合体を、筒状容器内に配設
し、各種形状のセル内の供給水の偏流を少なくして水素
同位体の同位体交換反応を行うことを特徴とする。セル
の横断面は、例えば矩形状、円形状或いはハニカム状を
している。以下、矩形状,円形状あるいはハニカム状と
言った場合は、横断面の形状を示すものとする。
According to the present invention, there is provided an aggregate of cells which are filled with a hydrophobic catalyst and whose corrugated shape is formed on a surface facing the hydrophobic catalyst, and the aggregate is arranged in a cylindrical container. The method is characterized in that the isotope exchange reaction of hydrogen isotope is performed by reducing the drift of the supply water in the cells of various shapes. The cross section of the cell has, for example, a rectangular shape, a circular shape, or a honeycomb shape. Hereinafter, when referring to a rectangular shape, a circular shape, or a honeycomb shape, it indicates a cross-sectional shape.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1から図3は第1の実施例を示す。図1
は概略全体構成図、図2は一部詳細図および図3は、矩
形状セルの斜視図を示す。図1において、従来例を示す
図5の反応塔と同一構成については同一の番号を付して
あり、反応塔100は反応容器である。筒状容器1(以
下、筒状容器と言う。)と、この内部に多段に配設され
る矩形状のセルの集合体11,12,13(この例の場
合は3段構成である。)と、筒状容器1の上部に配置さ
れる液分離器3を備える。図1では、集合体11,1
2,13の相互間に間隙があるように表示しているが、
これは集合体11,12,13の配置を分り易くするた
めであって、実際には集合体11,12,13は上下方
向で互いに接触している。
FIGS. 1 to 3 show a first embodiment. FIG.
Is a schematic overall configuration diagram, FIG. 2 is a partially detailed diagram, and FIG. 3 is a perspective view of a rectangular cell. In FIG. 1, the same components as those of the reaction tower of FIG. 5 showing the conventional example are denoted by the same reference numerals, and the reaction tower 100 is a reaction vessel. A cylindrical container 1 (hereinafter, referred to as a cylindrical container) and a set of rectangular cells 11, 12, 13 arranged in multiple stages inside the container (in this case, a three-stage configuration). And a liquid separator 3 disposed above the cylindrical container 1. In FIG. 1, the aggregates 11, 1
It is shown that there is a gap between 2 and 13,
This is to make it easier to understand the arrangement of the aggregates 11, 12, and 13. Actually, the aggregates 11, 12, and 13 are in contact with each other in the vertical direction.

【0016】筒状容器1の上端部には、気体出口部5,
液体入口部6が、そして下端部には気体入口4および液
体出口部7が設けてある。図1に示すように、トリチウ
ムガス(HT)の同位体交換反応を行う場合、気体入口
部4からトリチウムガス(HT)が、液体入口部6から
液体状の水(HO)が導入され、気体出口部5からト
リチウムガス(HT)および水素(H )が、そして
液体出口部7から同位体交換反応による生成物であるト
リチウム水(HTO)および、水(HO)が導出され
る。トリチウム(T)は水素同位体である。
At the upper end of the cylindrical container 1, a gas outlet 5,
A liquid inlet 6 and a gas inlet 4 and a liquid outlet 7 at the lower end are provided. As shown in FIG. 1, when performing an isotope exchange reaction of tritium gas (HT), tritium gas (HT) is introduced from a gas inlet 4, and liquid water (H 2 O) is introduced from a liquid inlet 6. , Tritium gas (HT) and hydrogen (H 2 ) from the gas outlet 5, and tritium water (HTO) and water (H 2 O), which are products of the isotope exchange reaction, from the liquid outlet 7. You. Tritium (T) is a hydrogen isotope.

【0017】集合体11,12,13の一部の詳細を図
2に示す。 集合体は11,12,13の複数多段に
配設され、最上段の集合体11の上方に液体状の水の導
入部を設け、最下段の集合体13の下方に水素同位体の
導入部を設け、各集合体の矩形状セル内で水素同位体と
液状の水との向流接触がなされる。
FIG. 2 shows a part of the assemblies 11, 12, and 13 in detail. The aggregates are arranged in a plurality of stages of 11, 12, and 13. A liquid water inlet is provided above the uppermost aggregate 11, and a hydrogen isotope inlet is provided below the lowermost aggregate 13. And a countercurrent contact between the hydrogen isotope and the liquid water is made in the rectangular cells of each assembly.

【0018】図2において、例えば集合体11(ユニッ
トとも言う。)は、矩形状セル8を矩形形状を利用して
互いに密接に接合し、全体的にほぼ円筒状にして筒状容
器1の内部に配設する。ここで筒状容器1の内面に対向
している矩形状セルは筒状容器1の内面に密接するよう
に変形されているか、或いは筒状容器1と集合体11と
の間に形成されるの空隙部を封止してもよい。
In FIG. 2, for example, an aggregate 11 (also referred to as a unit) is formed by tightly joining rectangular cells 8 to each other by using a rectangular shape to form a substantially cylindrical shape as a whole. To be installed in Here, the rectangular cell facing the inner surface of the cylindrical container 1 is deformed so as to be in close contact with the inner surface of the cylindrical container 1 or formed between the cylindrical container 1 and the aggregate 11. The gap may be sealed.

【0019】本例の場合、前述の従来例(図5)の構造
との相違は集合体としてまとめたユニット構造にしてい
ることであり、この構造にすることにより、装置の製造
上およびメンテナンス上において顕著なメリットが得ら
れる。すなわち、本構造においては、集合体すなわちユ
ニット毎に製造することが可能であり、またメンテナン
スにおいては、ユニット単位で行うことが可能である。
更に、接液面積を変えるなどの設計上の変更に対して
も、ユニット単位で行うことができ構造上の変更に柔軟
性を付与できる効果がある。すなわち、同位体交換の反
応量は集合体単位で矩形状セル8の内表面積を返ること
により調整できる。
In the case of this embodiment, the difference from the structure of the above-mentioned conventional example (FIG. 5) is that a unit structure is formed as a unit. By adopting this structure, the manufacturing and maintenance of the apparatus are improved. The remarkable merit is obtained in. That is, in the present structure, it is possible to manufacture the assembly, that is, for each unit, and it is possible to perform the maintenance for each unit.
In addition, a change in design such as a change in liquid contact area can be made in units of units, and there is an effect that flexibility in structural change can be provided. That is, the reaction amount of the isotope exchange can be adjusted by returning the inner surface area of the rectangular cell 8 in the aggregate unit.

【0020】図3は矩形状セル8の構成を示す。矩形状
セル8は,矩形状筒であるセル本体28の側壁を上下方
向に波形形状29とし、上端面および下端面に開口部1
6,17をそれぞれ有している。波形形状29はセル本
体28の側壁、特に触媒と対向する内面に流体の流れる
方向である上下方向に設けることが重要である。従っ
て、矩形状セルの壁面は、上下方向に波形形状、すなわ
ち壁面の垂直方向に凹凸を繰り返す波形となる。
FIG. 3 shows the configuration of the rectangular cell 8. In the rectangular cell 8, the side wall of the cell body 28, which is a rectangular tube, has a wavy shape 29 in the vertical direction, and the opening 1 is formed on the upper end surface and the lower end surface.
6, 17 respectively. It is important that the corrugated shape 29 is provided on the side wall of the cell body 28, particularly on the inner surface facing the catalyst, in the vertical direction, which is the direction in which the fluid flows. Therefore, the wall surface of the rectangular cell has a waveform shape in the vertical direction, that is, a waveform in which irregularities are repeated in the vertical direction of the wall surface.

【0021】矩形状セル8は横断面が約10mmの矩形と
なっている。この矩形の大きさは充填する疎水性触媒2
の大きさに依存するが、その粒径が2〜3mmであれば約
10mm程度が好ましい。セルは矩形でなくても内面に波
形を有すれば効果があり、円形状あるいはハニカム状に
してもよい。矩形状あるいはハニカム形状であるとスペ
ース効率面で有効である。円形の場合、隣接するセル間
に形成される空隙を充填して使用すればよい。疎水性触
媒は、直径約2mmの疎水性白金触媒(白金担持率0.8
wt%)である。
The rectangular cell 8 has a rectangular cross section of about 10 mm. The size of this rectangle is the hydrophobic catalyst 2 to be filled.
Although it depends on the size, if the particle size is 2 to 3 mm, about 10 mm is preferable. Even if the cell is not rectangular, it is effective as long as it has a waveform on the inner surface, and it may be circular or honeycomb. A rectangular or honeycomb shape is effective in terms of space efficiency. In the case of a circular shape, the space formed between adjacent cells may be filled and used. The hydrophobic catalyst is a hydrophobic platinum catalyst having a diameter of about 2 mm (a platinum loading of 0.8).
wt%).

【0022】矩形状セルは、外面を平面形状にすること
ができる。内面を波形形状にした複数個の矩形状セル8
を、図2に示すように、ユニット化すなわち集合化して
ユニットすなわち集合体11にして筒状容器1内に組み
込む。
The outer surface of the rectangular cell can have a planar shape. A plurality of rectangular cells 8 having a wavy inner surface
Are unitized, that is, assembled into a unit, that is, an aggregate 11, and incorporated into the cylindrical container 1 as shown in FIG.

【0023】このようにすることによって図1に示す構
成の反応塔100を作ることができる。図1において、
前述のように、液体入口部6から導入された液状の水は
筒状容器1内に入り、液分散器3により細かい水滴とな
って分散される。この水滴は重力により矩形セル8内を
流下する。また、気体入口部4から水素同位体のトリチ
ウムを含むトリチウムガス(HT)が導入され、矩形状
セル8内を上方に向けて流れる。この際に、水滴および
トリチウムガスは上下方向に形成された波形形状29に
依存して、すなわちその形状に影響されて波形状になが
れ、両者は向流接触する。
By doing so, the reaction tower 100 having the structure shown in FIG. 1 can be manufactured. In FIG.
As described above, the liquid water introduced from the liquid inlet 6 enters the cylindrical container 1 and is dispersed as fine water droplets by the liquid disperser 3. The water drops flow down in the rectangular cell 8 due to gravity. Further, tritium gas (HT) containing tritium as a hydrogen isotope is introduced from the gas inlet 4 and flows upward in the rectangular cell 8. At this time, the water droplet and the tritium gas flow in a wave shape depending on the wave shape 29 formed in the up and down direction, that is, influenced by the shape, and the two are brought into countercurrent contact.

【0024】この向流接触するときに、矩形状セル8内
に充填した触媒2によりトリチウムガス(HT)と水と
の間で同位体交換反応が起こり、HTは反応によりその
一部は、H となり、濃度の高いH ガスとなって気
体出口部5から導出される。また、同位体交換反応によ
る生成物であるHTOおよびHO が液体出口部7か
ら取り出される。
At the time of this countercurrent contact, the catalyst 2 filled in the rectangular cell 8 causes an isotope exchange reaction between tritium gas (HT) and water. 2 and becomes high-concentration H 2 gas, which is led out from the gas outlet 5. HTO and H 2 O, which are products of the isotope exchange reaction, are taken out of the liquid outlet 7.

【0025】同位体交換反応式は前述した反応式と同じ
である。
The isotope exchange reaction formula is the same as the above-mentioned reaction formula.

【0026】以上のように、疎水性触媒の作用を利用し
て、水素同位体と液体状の水との向流接触によって水素
同位体の交換反応を行う気液反応塔100において、水
素同位体導入部(気体入口部4),液体状の水の導入部
(液体入口部6)および同位体交換反応により生成した
水素同位体の導出部(液体出口部7)を有する筒状容器
1を備え、該筒状容器1の内部には、内面を上下方向に
波形形状29にされ、内部に前記疎水性触媒2を充填
し、水素同位体と液状の水を対向して導入して向流接触
を行う矩形状セル8が形成され、複数の矩形状セル8を
集合した集合体11が配設される気液反応塔が提供され
る。
As described above, in the gas-liquid reaction tower 100 in which the hydrogen isotope exchange reaction is performed by the countercurrent contact between the hydrogen isotope and liquid water by utilizing the action of the hydrophobic catalyst, the hydrogen isotope is used. A cylindrical container 1 having an inlet (gas inlet 4), an inlet for liquid water (liquid inlet 6), and a outlet (liquid outlet 7) for hydrogen isotopes generated by the isotope exchange reaction is provided. The inside of the cylindrical container 1 has a wavy shape 29 in the vertical direction on the inner surface, and the inside is filled with the hydrophobic catalyst 2, and a hydrogen isotope and liquid water are introduced in opposition to each other to make countercurrent contact. Is formed, and a gas-liquid reaction tower provided with an aggregate 11 in which a plurality of rectangular cells 8 are assembled is provided.

【0027】前記集合体が複数段に配設され、最上段の
集合体11の上側から液体状の水が導入され、最下段の
集合体13の下側から水素同位体が導入されて各集合体
の矩形状セル内で水素同位体と液状の水との向流接触が
なされる。
The above-mentioned aggregates are arranged in a plurality of stages, liquid water is introduced from above the uppermost aggregate 11, and hydrogen isotopes are introduced from below the lowermost aggregate 13 to form each aggregate. Countercurrent contact between the hydrogen isotope and the liquid water is made in a rectangular cell of the body.

【0028】また、疎水性触媒の作用を利用して、水素
同位体と液体状の水との向流接触によって水素同位体の
交換反応を行う気液反応方法において、筒状容器1内に
配設された、内面を上下方向に波形形状29にされ、内
部に前記疎水性触媒2の充填されたセル、例えば矩形状
セル8に水素同位体と液状の水を対向導入して前記波形
形状に依存した液体状の水の流れを形成して水素同位体
と向流接触を行うことによって水素同位体の交換反応を
行い、水素および交換反応後の水素同位体を形成する気
液反応方法が提供される。
In a gas-liquid reaction method in which a hydrogen isotope is exchanged by countercurrent contact between the hydrogen isotope and liquid water by utilizing the action of a hydrophobic catalyst, the gas is disposed in the cylindrical container 1. The inner surface is formed into a wavy shape 29 in the up-down direction, and a hydrogen isotope and liquid water are introduced into a cell filled with the hydrophobic catalyst 2, for example, a rectangular cell 8, to face the wavy shape. A gas-liquid reaction method is provided in which a hydrogen-isotope exchange reaction is carried out by forming a dependent liquid flow of water and making a counter-current contact with the hydrogen isotope to form hydrogen and a hydrogen isotope after the exchange reaction Is done.

【0029】矩形状セル8を波形形状にすることによっ
て上昇する水素同位体と流下する水との接触面積の増加
を図るとともに、その壁面を伝わる液体の落下速度を制
御することができ、接液面積の増加と液体状水の落下速
度を抑制することにより、所望の気液反応の効率的な促
進を図ることができる。前記の波形の形状は滑らかな半
円弧状でも良いし、またギザギサの山型状でも良い。こ
れらの加工は、機械加工やプレス加工等により行ってよ
い。
By making the rectangular cell 8 corrugated, the contact area between the rising hydrogen isotope and the flowing water can be increased, and the falling speed of the liquid traveling on the wall surface can be controlled. By increasing the area and suppressing the falling speed of the liquid water, a desired gas-liquid reaction can be efficiently promoted. The shape of the waveform may be a smooth semicircular arc shape or a jagged mountain shape. These processes may be performed by a mechanical process, a press process, or the like.

【0030】尚、矩形状とは幾何学的な矩形である必要
はなく、矩形状を呈していればよい。
The rectangular shape does not need to be a geometric rectangular shape, but may be any rectangular shape.

【0031】水素同位体には前述したトリチウムガス
(HT)以外にHO,HTO,TOなどがある。
The hydrogen isotopes include H 2 O, HTO, T 2 O and the like in addition to the above-mentioned tritium gas (HT).

【0032】上下方向に波形の矩形状セル8を有する気
液反応塔100によれば、内部に矩形状セルを有してい
るために、液状の水の分散は良好である。また矩形状セ
ルの波形形状部により気液反応の促進が図られて反応効
率が顕著に向上する。
According to the gas-liquid reaction tower 100 having the rectangular cells 8 which are vertically corrugated, the liquid cells are well dispersed because of the rectangular cells inside. Further, the gas-liquid reaction is promoted by the corrugated portions of the rectangular cells, and the reaction efficiency is remarkably improved.

【0033】水素同位体として放射性核種であるトリチ
ウムを扱う場合、その放射線から使用者を守るために安
全対策が必要である。本発明の実施例になる反応塔(反
応装置)は、従来型よりも小さくすることができるため
安全対策上必要な格納容器が小型化でき、コストの低減
ができるというメリットもある。反応塔は格納容器内に
設置される。また、ユニット構造を採用しているため
に、装置の製造および保守が容易でありその安全性が向
上する。
When handling tritium, which is a radionuclide, as a hydrogen isotope, safety measures are required to protect the user from the radiation. The reaction tower (reactor) according to the embodiment of the present invention can be made smaller than the conventional type, so that there is also an advantage that the storage container required for safety measures can be reduced in size and cost can be reduced. The reaction tower is installed in the containment. Further, since the unit structure is adopted, manufacture and maintenance of the device are easy, and the safety of the device is improved.

【0034】上下に波形状の矩形状セル構造を採用する
ことによって、気液接触面積の顕著な増加が図られ、広
く安定した気液境界面が形成され、かつ気液接触時間の
増加が図れるために、反応塔の分離性能が向上しかつ安
定する。また気液接触面積の推定が可能となって有効な
制御が可能になるために、設計性が向上する。
The adoption of the rectangular cell structure having a wavy shape up and down can significantly increase the gas-liquid contact area, form a wide and stable gas-liquid boundary surface, and increase the gas-liquid contact time. Therefore, the separation performance of the reaction tower is improved and stabilized. Further, since the gas-liquid contact area can be estimated and effective control can be performed, designability is improved.

【0035】尚、気体出口部5と液体入口部6とは図面
上は分けて図示されているが、一体的に構成してもよ
い。気体入口部4および液体出口部7についても同様で
ある。
Although the gas outlet 5 and the liquid inlet 6 are shown separately in the drawing, they may be integrally formed. The same applies to the gas inlet 4 and the liquid outlet 7.

【0036】図4は第2の実施例を示す。第1の実施例
と同一構成については同一の番号を付し、同一構成につ
いては繰り返して説明しないので第1の実施例が参照さ
れるべきである。
FIG. 4 shows a second embodiment. The same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the same components will not be described repeatedly. Therefore, the first embodiment should be referred to.

【0037】第2の実施例の機能は、基本的には第1の
実施例と同じであるが、HTOとHO との混合水の
処理に関し、4段の集合体、すなわち集合体は21,2
2,23,24が筒状容器1内に配置され、集合体22
と集合体23との間にもう一つの液分散器33が配設さ
れ、上部の気体出口部5,液体入口部6に連絡して酸化
反応器9が設けられ、下部の気体入口部4,液体出口部
7に連絡して電解器20が設けられる。筒状容器1の側
部中央付近において処理水入口部10が設けられ、処理
水入口部10からの処理水は液分散器33に導かれて水
滴とされて集合体23,24に導入される。
The function of the second embodiment is basically the same as that of the first embodiment. However, regarding the treatment of the mixed water of HTO and H 2 O, the four-stage aggregate, that is, the aggregate is 21 and 2
2, 23 and 24 are arranged in the cylindrical container 1 and
Another liquid disperser 33 is disposed between the fuel cell and the assembly 23, and an oxidation reactor 9 is provided in communication with the upper gas outlet 5 and the liquid inlet 6, and the lower gas inlet 4, An electrolyzer 20 is provided in communication with the liquid outlet 7. A treated water inlet 10 is provided near the center of the side of the cylindrical container 1, and treated water from the treated water inlet 10 is guided to the liquid disperser 33 to be formed as water droplets and introduced into the aggregates 23 and 24. .

【0038】この第2の実施例は、HO とHTOと
が混ざった状態の混合液体(混合水)、すなわち処理水
(他の目的で処理された水のことである。)をトリチウ
ム濃度の低い水とトリチウム濃度の高い水に分離する装
置および方法に関する。
In the second embodiment, the mixed liquid (mixed water) in which H 2 O and HTO are mixed, that is, treated water (water treated for other purposes) has a tritium concentration. The present invention relates to an apparatus and a method for separating water having a low tritium concentration and water having a high tritium concentration.

【0039】運転当初、筒状容器1の下部にはHTOが
投入され、電解器20で電気分解され、HTOからHT
が生成される。この状態を維持すると筒状容器1内は下
方にトリチウム濃度が高く、上方に行くに従ってトリチ
ウム濃度が低い分布状態となる。中央付近を境として下
方が濃縮部となり、上方部が減損部となる。次のステッ
プで、この境付近、すなわち中央部にHTOとH
との混合水を導入する。
At the beginning of the operation, HTO is charged into the lower part of the cylindrical container 1 and is electrolyzed in the electrolytic device 20 to convert the HTO into the HT.
Is generated. When this state is maintained, the inside of the cylindrical container 1 has a distribution state in which the tritium concentration is high downward and the tritium concentration is low toward the top. The lower part becomes the enrichment part and the upper part becomes the impairment part around the center. In the next step, HTO and H 2 O
And mixed water.

【0040】HO とHTOとが混ざった状態にある
処理水は処理水入口部10から液分散器33によって滴
下分散される。滴下分散した処理水は、集合体23,2
4を構成する矩形状セル内を流れて、HO の一部は
蒸発し、HTOの一部はHTとなる。ガス化しないで電
解器20に至ったHTOはここで電気分解によってHT
になる。上方に流れるHTは、下方に流れる蒸気あるい
は水と向流接触する。また、HTは、上方にある集合体
21,22を構成する矩形状のセルでも同一の現象を生
じ下方に滴下するHO と向流接触するに至る。
The treated water in which H 2 O and HTO are mixed is dropped and dispersed by the liquid disperser 33 from the treated water inlet 10. The treated water dropped and dispersed is collected into the aggregates 23 and 2
4 flows in the rectangular cell constituting part 4, and a part of H 2 O evaporates, and a part of HTO becomes HT. The HTO that has reached the electrolyzer 20 without gasification is converted into an HT by electrolysis here.
become. The upwardly flowing HT is in countercurrent contact with the downwardly flowing steam or water. Further, the HT causes the same phenomenon even in the rectangular cells constituting the aggregates 21 and 22 located above, and the HT comes into countercurrent contact with H 2 O dripped downward.

【0041】以上のように、底部にある電解器20では
HTOを電気分解してトリチウムガス(HT)を生成す
る。
As described above, in the electrolytic cell 20 at the bottom, HTO is electrolyzed to generate tritium gas (HT).

【0042】 2HTO → 2HT+O …(3) 上部にある酸化反応器9ではH は酸化反応によりHO に変換される。 H +1/2O → HO …(4) 生成したHO は液体入口部6より筒状容器1に導入
されることになり、循環運転に供される。
2HTO → 2HT + O 2 (3) In the upper oxidation reactor 9, H 2 is converted to H 2 O by an oxidation reaction. H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O (4) The generated H 2 O is introduced into the cylindrical container 1 from the liquid inlet 6 and is subjected to a circulation operation.

【0043】このような運転を実施すると、筒状容器1
の上部と下部とで大きなトリチウム濃度差を作ることが
できる。
When such an operation is performed, the cylindrical container 1
A large tritium concentration difference can be created between the upper part and the lower part.

【0044】HO とHTOとが混在する処理水を処
理水入口部10から導入し、液分散器33を用いて、矩
形状セル8内に分散させることにより、筒状容器1の底
部のトリチウム水出口部31からトリチウム濃度の高い
トリチウム水HTOを含む再処理水が、そして塔の上部
の軽水出口部32からはトリチウム濃度の極めて薄いH
O が排出されることになる。
The treated water in which H 2 O and HTO are mixed is introduced from the treated water inlet 10 and dispersed in the rectangular cell 8 using the liquid disperser 33, so that the bottom of the cylindrical container 1 is removed. Retreated water containing tritium-rich tritium water HTO is supplied from the tritium water outlet 31, and H-containing tritium is added to the light water outlet 32 at the top of the tower.
2 O will be exhausted.

【0045】以上のように、疎水性触媒の作用を利用し
て、水素同位体と液体状の水との向流接触によって水素
同位体の交換反応を行う気液反応塔において、水素同位
体導入部(気体入口部4),液体状の水の導入部(液体
入口部6)および同位体交換反応により生成した水素同
位体の導出部(液体出口部7)を有する筒状容器を備
え、該筒状容器の内部には、内面を上下方向に波形形状
29にされ、内部に前記疎水性触媒2を充填し、水素同
位体と液状の水を対向して導入して向流接触を行う矩形
状セル8が形成され、複数の矩形状セルを集合した集合
体21,22,23,24が配設され、水素同位体と、
液体状の水とを混合した混合水を導入する導入部(処理
水入口部10)を設け、複数多段に配列された集合体の
途中段落に液分散器33を設け、前記混合水を該液分散
器33によって滴下分散する気液反応塔が提供される。
As described above, in the gas-liquid reaction column in which the hydrogen isotope is exchanged by the countercurrent contact between the hydrogen isotope and liquid water by utilizing the action of the hydrophobic catalyst, the introduction of the hydrogen isotope is performed. A cylindrical container having a gas inlet section 4, a liquid water inlet section (liquid inlet section 6), and an outlet section (liquid outlet section 7) for hydrogen isotopes generated by the isotope exchange reaction. Inside the cylindrical container, the inner surface is formed into a wavy shape 29 in the up and down direction, the inside is filled with the hydrophobic catalyst 2, and a hydrogen isotope and liquid water are introduced to face each other to make a countercurrent contact. A shape cell 8 is formed, and aggregates 21, 22, 23, and 24 in which a plurality of rectangular cells are gathered are arranged, and a hydrogen isotope is provided.
An introduction section (treated water inlet section 10) for introducing a mixed water obtained by mixing liquid water is provided, and a liquid disperser 33 is provided in the middle of a multi-stage array to disperse the mixed water. The disperser 33 provides a gas-liquid reaction tower that is dropped and dispersed.

【0046】尚、ここで水素同位体導入部,液体状の水
の導入部,同位体交換反応に生成した水素同位体の導出
部は、外部に開放されていることを記述しているわけで
はなく、筒状容器に対するものである。
It is not described that the hydrogen isotope introduction part, the liquid water introduction part, and the hydrogen isotope derivation part generated in the isotope exchange reaction are open to the outside. Instead, it is for a cylindrical container.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上のように、内面に波形形状のあるセ
ル、特に矩形状セルを筒状容器内に設けて水素同位体と
液状の水との向流接触を行うようにすることによって分
散流過する水の偏流が小さくなり、筒状容器を大きく構
成することなく、水素同位体と分散流過する水との向流
接触がよくなり、気液接触面積の顕著な増加により、広
く安定した気液境界面が形成され、かつ気液接触時間の
増加が図れるために、反応塔における水素同位体の接触
面積の推定と制御がし易くなって設計性が向上する。
As described above, the cells having a corrugated shape on the inner surface, in particular, the rectangular cells are provided in the cylindrical container so that the hydrogen isotope and the liquid water are brought into countercurrent contact to disperse the cells. The drift of the flowing water is reduced, and the countercurrent contact between the hydrogen isotope and the dispersed flowing water is improved without increasing the size of the cylindrical container. Since a gas-liquid boundary surface is formed and the gas-liquid contact time can be increased, it is easy to estimate and control the contact area of the hydrogen isotope in the reaction tower, and the design is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例の反応塔の概略断面構成図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a reaction tower according to an embodiment of the present invention.

【図2】気液反応塔から矩形状セル集合体を引き出した
状態を示す一部詳細図。
FIG. 2 is a partially detailed view showing a state where a rectangular cell assembly is drawn from a gas-liquid reaction tower.

【図3】図2に示した矩形状セルの拡大図。FIG. 3 is an enlarged view of the rectangular cell shown in FIG. 2;

【図4】本発明の他の実施例の反応塔の概略断面構成
図。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a reaction tower according to another embodiment of the present invention.

【図5】従来の反応塔の例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an example of a conventional reaction tower.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…筒状容器(または反応容器)、2…疎水性触媒、
3,33…液分散器、4…気体入口部、5…気体出口
部、6…液体入口部、7…液体出口部、8…矩形状セ
ル、9…酸化反応器、10…処理水入口部、11,1
2,13,21,22,23,24…集合体、14,2
0…電解器、28…矩形セル本体、29…波形形状、3
1…トリチウム水出口部、32…軽水出口部、100…
気液反応塔(気液反応装置)。
1 ... cylindrical container (or reaction container), 2 ... hydrophobic catalyst,
3, 33 liquid disperser, 4 gas inlet, 5 gas outlet, 6 liquid inlet, 7 liquid outlet, 8 rectangular cell, 9 oxidation reactor, 10 treated water inlet , 11,1
2,13,21,22,23,24 ... aggregate, 14,2
0: electrolytic cell, 28: rectangular cell body, 29: waveform shape, 3
1 ... tritium water outlet, 32 ... light water outlet, 100 ...
Gas-liquid reaction tower (gas-liquid reaction device).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 寿美 茨城県日立市幸町三丁目2番1号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 小西 哲之 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の1 日本原子力研究所 那珂研究所内 (72)発明者 西 正孝 茨城県那珂郡東海村白方字白根2番地の4 日本原子力研究所 東海研究所内 Fターム(参考) 4G070 AA01 AA03 AB04 BB05 BB08 CA06 CA19 CB15 DA22 4G075 AA03 BA10 BD13 BD23 DA02 EA01 EB09 EE01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Sumi Yoshida 3-2-1, Sachimachi, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Tetsuyuki Konishi 801 Mukaiyama, Nakamachi, Naka-machi, Naka-gun, Ibaraki (1) Inside the Japan Atomic Energy Research Institute Naka Research Laboratory (72) Inventor Masataka Nishi 2-4 Shirane, Shirokata, Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki Pref. CB15 DA22 4G075 AA03 BA10 BD13 BD23 DA02 EA01 EB09 EE01

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】疎水性触媒の作用を利用して、水素同位体
と液体状の水との向流接触によって水素同位体の交換反
応を行う気液反応塔において、水素同位体導入部,液体
状の水の導入部および同位体交換反応により生成した水
素同位体の導出部を有し、内部に疎水性触媒を充填する
筒状容器を備え、該筒状容器の内部には、疎水性触媒と
対向する面を上下方向に波形形状にして、水素同位体と
液状の水を対向して導入して向流接触を行うセルが形成
され、複数のセルを集合した集合体が配設されることを
特徴とする気液反応塔。
1. A gas-liquid reaction column for performing a hydrogen isotope exchange reaction by countercurrent contact between a hydrogen isotope and liquid water by utilizing the action of a hydrophobic catalyst. A tubular container having a water-introduced portion and a hydrogen isotope deriving portion generated by the isotope exchange reaction, and a tubular container filled with a hydrophobic catalyst therein; and a hydrophobic catalyst inside the tubular container. A cell that forms a counter-current contact by introducing a hydrogen isotope and liquid water facing each other is formed in an up-down corrugated shape, and an aggregate of a plurality of cells is disposed. A gas-liquid reaction tower, characterized in that:
【請求項2】請求項1において、前記集合体は上下方向
で複数段に配設され、最上段の集合体の上方に液体状の
水の導入部を設け、最下段の集合体の下方に水素同位体
の導入部を設け、各集合体の矩形状セル内で水素同位体
と液状の水との向流接触がなされることを特徴とする気
液反応塔。
2. The assembly according to claim 1, wherein said assembly is provided in a plurality of stages in a vertical direction, a liquid water introduction portion is provided above the uppermost assembly, and below said lowermost assembly. A gas-liquid reaction tower provided with a hydrogen isotope introduction portion, wherein countercurrent contact between the hydrogen isotope and liquid water is made in a rectangular cell of each assembly.
【請求項3】請求項1において、前記筒状の容器に、液
状の水と同位体交換反応により生成した水素同位体とを
混合した混合水を導入する導入部を設け、前記集合体が
前記容器内に上下方向に複数段配設され、前記集合体間
に液分散器を設け、前記混合水を該液分散器によって滴
下分散することを特徴とする気液反応塔。
3. The cylindrical container according to claim 1, further comprising an introduction portion for introducing a mixed water obtained by mixing liquid water and a hydrogen isotope generated by an isotope exchange reaction, wherein the aggregate is provided in the cylindrical container. A gas-liquid reaction tower comprising a plurality of vertically arranged stages in a container, a liquid disperser provided between the aggregates, and the mixed water dropped and dispersed by the liquid disperser.
【請求項4】請求項1から3のいずれかにおいて、前記
セルの断面形状は、矩形,円形もしくはハニカム状であ
ることを特徴とする気液反応塔。
4. The gas-liquid reaction tower according to claim 1, wherein the cross-sectional shape of the cell is rectangular, circular, or honeycomb.
JP2001144464A 2001-05-15 2001-05-15 Gas-liquid reaction column Pending JP2002336657A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001144464A JP2002336657A (en) 2001-05-15 2001-05-15 Gas-liquid reaction column

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001144464A JP2002336657A (en) 2001-05-15 2001-05-15 Gas-liquid reaction column

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002336657A true JP2002336657A (en) 2002-11-26

Family

ID=18990411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001144464A Pending JP2002336657A (en) 2001-05-15 2001-05-15 Gas-liquid reaction column

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002336657A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009022753A1 (en) 2007-08-16 2009-02-19 Jgc Corporation Contact column
CN108802267A (en) * 2018-06-15 2018-11-13 哈尔滨工程大学 Hydrogen isotope gas phase exchanges hydrophobic catalyst activity rating device and evaluation method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009022753A1 (en) 2007-08-16 2009-02-19 Jgc Corporation Contact column
US8240640B2 (en) 2007-08-16 2012-08-14 Jgc Corporation Contactor
CN108802267A (en) * 2018-06-15 2018-11-13 哈尔滨工程大学 Hydrogen isotope gas phase exchanges hydrophobic catalyst activity rating device and evaluation method
CN108802267B (en) * 2018-06-15 2021-01-05 哈尔滨工程大学 Device and method for evaluating activity of hydrogen isotope gas phase exchange hydrophobic catalyst

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH06182187A (en) Assembly of down-pipe and tray for treating tower utilizing catalytic medium and method for mixing discharged liquid and steam from down-pipe
US9486767B2 (en) Multi-tube radial bed reactor
CN107240425B (en) Integral safety shell filtering emission system
US6730215B2 (en) Apparatus for treating waste water
US4491549A (en) Device for dispersing a second phase in a first phase
KR101818742B1 (en) Column
EP2675548B1 (en) Method of absorbing a gas compound
EP2996785B1 (en) A liquid mixing collector and a method for its use
ES2245089T3 (en) VAPOR-LIQUID CHEMICAL REACTOR FILLED WITH PRE-COMPACTLY LIQUID
US2837408A (en) Process and apparatus for the catalytic decomposition of alkali metal amalgams
RU2461900C1 (en) Passive autocatalytic hydrogen and oxygen recombiner with rate of catalytic reaction increasing stepwise in direction of gas flow
JPH07284656A (en) Liquid phase catalyst assembly for chemical process tower
US4438075A (en) Process and apparatus for the production and maintenance of a fluidized layer in heterogeneous systems
US9283516B2 (en) Column structure for an absorption column
US9346009B2 (en) Structure of an absorption column
JP2002336657A (en) Gas-liquid reaction column
JP4527816B2 (en) Purification device by levitation of filled liquid
US2732284A (en) sakowski
CN207041947U (en) A kind of catalytic distillation module
Spagnolo et al. Enrichment and volume reduction of tritiated water using combined electrolysis catalytic exchange
US4395386A (en) Apparatus for isotope exchange reaction
JP7141468B2 (en) Structured packing for catalytic distillation
CN202638411U (en) Tank-tank type liquid distributor
KR100251066B1 (en) Multi-annulus catalyst column for isotope exchange between hydrogen and liquid water
JP3006894B2 (en) Gas-liquid reactor

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20060228

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060303