JP2003221210A - Method and apparatus for producing heavy nitrogen - Google Patents
Method and apparatus for producing heavy nitrogenInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、硝酸HNO3から
窒素酸化物NO2およびNOを生成し、その生成物を用
いて重窒素15Nを生成し更に濃縮する方法に関するも
のである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing nitrogen oxides NO 2 and NO from nitric acid HNO 3 and producing heavy nitrogen 15 N using the product to further concentrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】自然界に存在する窒素は、安定した同位
体である14Nまたは15Nの2種からなり、これら2
種の窒素が自然界に存在する比率を比較すると、14N
が99.635%、15Nが0.365%である。前記
15Nは、一般的に重窒素と称呼されており、この重窒
素を適当な濃度に濃縮したものは、農学、医学、生化学
及び生物学等の研究者にトレーサーとして広く利用され
ている。2. Description of the Prior Art Nitrogen existing in nature consists of two stable isotopes, 14 N and 15 N.
Comparing the ratio of species nitrogen existing in nature, 14 N
Is 99.635% and 15 N is 0.365%. The above
15 N is generally referred to as heavy nitrogen, and the concentrated heavy nitrogen to an appropriate concentration is widely used as a tracer by researchers in agriculture, medicine, biochemistry, biology and the like.
【0003】このような重窒素15Nは、一酸化窒素N
Oから得ることが可能であり、この一酸化窒素NOを生
成する方法としては、硝酸HNO3を二酸化硫黄SO2
による還元反応Such heavy nitrogen 15 N is a nitric oxide N
It can be obtained from O. As a method for producing nitric oxide NO, nitric acid HNO 3 is added to sulfur dioxide SO 2
Reduction reaction
【化1】2H2O+2HNO3+3SO2→3H2SO
4+2NO
を行うことで得ることができる。この場合のSO2は、
Taylorの方法によればガスボンベから供給するも
のである。Embedded image 2H 2 O + 2HNO 3 + 3SO 2 → 3H 2 SO
It can be obtained by performing 4 +2 NO. SO 2 in this case is
According to the Taylor method, gas is supplied from a gas cylinder.
【0004】従来、自然界に存在する重窒素が稀少であ
り、重窒素は高価なものであったため、この重窒素を使
用する分野は、前述した基礎研究等の限られたものであ
ったが、この15Nを安価に製造することができれば、
一般的な産業の分野においても、使用される可能性があ
る。Conventionally, since heavy nitrogen existing in nature is rare and heavy nitrogen is expensive, the field of using heavy nitrogen was limited to the basic research mentioned above. If this 15 N could be manufactured at low cost,
It may also be used in general industrial fields.
【0005】その一例として、原子力発電における窒化
物燃料があげられる。従来、発電用のウラン燃料として
は、酸化物であるUO2が用いられているが、これを窒
化物であるUNにした場合には、酸化物であるUO2に
比べて熱伝導率が高いことから設備の小型化ができるも
のである。One example thereof is a nitride fuel in nuclear power generation. Conventionally, UO 2 which is an oxide has been used as a uranium fuel for power generation, but when it is made into UN which is a nitride, the thermal conductivity is higher than that of UO 2 which is an oxide. Therefore, the equipment can be downsized.
【0006】この際、窒素として14Nを使用した場合
には、原子炉内において放射性の1 4Cを生成するとい
う問題があるが、15Nを使用した場合には14Cを生
成することがない。[0006] At this time, when using 14 N as nitrogen, it is a problem of generating 1 4 C radioactive in the reactor, in the case of the use of 15 N is possible to generate 14 C- Absent.
【0007】そこで、重窒素を濃縮する方法として、特
公昭35−6541号公報に開示された技術が公知にな
っている。Therefore, as a method of concentrating heavy nitrogen, the technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 35-6541 has been known.
【0008】この公知技術においては、二酸化硫黄SO
2をガスボンベから供給せずに、酸性亜硫酸ソーダ水溶
液を使用して2次的に二酸化硫黄SO2を生成させるも
のであり、酸性亜硫酸ソーダ水溶液に硫酸を作用させる
と、In this known technique, sulfur dioxide SO
2 is a method for secondarily producing sulfur dioxide SO 2 by using an acidic sodium sulfite aqueous solution without supplying 2 from a gas cylinder. When sulfuric acid acts on the acidic sodium sulfite aqueous solution,
【化2】NaHSO3+H2SO4→NaHSO4+S
O2+H2O
になり、二酸化硫黄SO2が得られるが、同時に酸性硫
酸ソーダの水溶液も生成するものである。Embedded image NaHSO 3 + H 2 SO 4 → NaHSO 4 + S
It becomes O 2 + H 2 O, and sulfur dioxide SO 2 is obtained, but at the same time, an aqueous solution of acidic sodium sulfate is also produced.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一酸化
窒素NOを生成させるには、還元剤であるSO2やNa
HSO3が大量に必要であるためコストがかかり、生成
により発生するH2SO 4やNaHSO4等の廃液処理
の負担が大きく、副生成物である硫黄Sの結晶が装置内
に詰まり、溜まり液の流通の阻害になるため、定期的に
洗浄して除去しなければならないという問題がある。[Problems to be Solved by the Invention] However, monoxide
In order to generate nitrogen NO, the reducing agent SOTwoAnd Na
HSOThreeIs expensive and expensive to generate
H generated byTwoSO FourAnd NaHSOFourWaste liquid treatment
Is heavy, and crystals of sulfur S, which is a by-product,
Blockages and obstructs the flow of the accumulated liquid, so
There is a problem that it has to be cleaned and removed.
【0010】従って、従来例の重窒素の濃縮方法及び装
置においては、廃液処理の負担を減らし、結晶化する副
生成物を生成させず、且つ安価に重窒素を得るというこ
とに解決課題を有する。Therefore, the conventional heavy nitrogen concentration method and apparatus have a problem to be solved in that the burden of waste liquid treatment is reduced, crystallization by-products are not generated, and heavy nitrogen is obtained at low cost. .
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記した従来例の課題を
解決する具体的手段として本発明に係る第1の発明とし
て、一酸化窒素を用いて重窒素を生成する方法であっ
て、少なくとも、硫酸の存在下において硝酸を熱分解さ
せて二酸化窒素を生成する工程と、過剰な酸素を除去す
る工程と、該二酸化窒素に水を加えることで一酸化窒素
を生成する工程と、該一酸化窒素に硝酸を加えて化学的
な交換を行わせる工程とからなることを特徴とする重窒
素の生成方法を提供するものである。As a first invention according to the present invention as a concrete means for solving the above-mentioned problems of the conventional example, there is provided a method for producing heavy nitrogen using nitric oxide, which comprises at least: A step of thermally decomposing nitric acid in the presence of sulfuric acid to produce nitrogen dioxide, a step of removing excess oxygen, a step of producing nitric oxide by adding water to the nitrogen dioxide, and a step of producing nitric oxide. And a step of chemically exchanging nitric acid with the step of carrying out chemical exchange.
【0012】この第1の発明において、前記硫酸は、く
り返し循環させて使用すること;前記硫酸は、濃硫酸で
あること;および、請求項1の各工程をくり返し行うこ
とによって重窒素を濃縮すること、を付加的な要件とし
て含むものである。In the first aspect of the invention, the sulfuric acid is repeatedly circulated for use; the sulfuric acid is concentrated sulfuric acid; and the heavy nitrogen is concentrated by repeating the steps of claim 1. This is included as an additional requirement.
【0013】第2の発明として、一酸化窒素を用いて重
窒素を生成する装置であって、硝酸に水を加えて蒸留し
硫酸に接触させて硝酸ガスを発生させる手段と、該硝酸
ガスに硫酸を加えて熱分解することで二酸化窒素を生成
する手段と、該二酸化窒素と硫酸を反応させて過剰な酸
素を除去する手段と、前記二酸化窒素と硫酸との混合溶
液を加熱して二酸化窒素と硫酸を分離する手段と、該二
酸化窒素に水を加えることで一酸化窒素を生成する手段
と、該一酸化窒素に硝酸を加えて化学的な交換をするこ
とによって重窒素を得る手段とを備えたことを特徴とす
る重窒素の生成装置を提供するものである。A second invention is an apparatus for producing heavy nitrogen using nitric oxide, which comprises means for adding water to nitric acid and distilling it to bring it into contact with sulfuric acid to generate nitric acid gas, and to generate nitric acid gas. A means for generating nitrogen dioxide by adding sulfuric acid and thermally decomposing it, a means for reacting the nitrogen dioxide and sulfuric acid to remove excess oxygen, and heating the mixed solution of nitrogen dioxide and sulfuric acid to produce nitrogen dioxide. And sulfuric acid, a means for producing nitric oxide by adding water to the nitrogen dioxide, and a means for obtaining heavy nitrogen by chemically exchanging nitric acid with the nitric oxide. The present invention provides a device for producing heavy nitrogen, which is characterized by being provided.
【0014】この第2の発明において、前記各手段で使
用された硫酸を、くり返し循環させて使用するために硫
酸の濃縮手段と、送出手段を有するタンクを備えたこ
と、を付加的な要件として含むものである。In the second aspect of the present invention, an additional requirement is that the sulfuric acid used in each of the above means is repeatedly circulated and used, and a sulfuric acid concentration means and a tank having a delivery means are provided. It includes.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】次に、本発明を具体的な実施の形
態に基づいて詳しく説明する。本発明に係る化学変化の
過程を示すフローチャートを図1に示す。図1におい
て、まず10N硝酸をHNO3−NO化学交換塔1に導
入する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, the present invention will be described in detail based on specific embodiments. A flow chart showing the process of chemical change according to the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, 10N nitric acid is first introduced into the HNO 3 —NO chemical exchange column 1.
【0016】HNO3−NO化学交換塔1に導入された
10N硝酸は、NO発生塔2において水H2Oを加えて
混合溶液とした後にHNO3精留装置3に導入する。H
NO 3精留装置3では、加熱手段により10N硝酸を硝
酸HNO3と水H2Oとに分離する。HNOThree-Introduced into the NO chemical exchange tower 1
10N nitric acid is water H in the NO generation tower 2.TwoAdd O
HNO after mixed solutionThreeIt is introduced into the rectification device 3. H
NO ThreeIn the rectification device 3, 10N nitric acid is converted into glass by heating means.
Acid HNOThreeAnd water HTwoSeparated from O.
【0017】硝酸HNO3と水H2Oとの2成分系の溶
液は、沸点120.5℃で共沸混合物を生じ、この共沸
点120.5℃における硝酸HNO3の濃度は約32m
ol%である。そのため、この混合溶液にHNO3精留
装置3の塔頂から濃硫酸H2SO4を流下させて気液平
衡関係を変化させる手段を採用し、共沸混合物を生じさ
せないようにする。A binary solution of nitric acid HNO 3 and water H 2 O forms an azeotrope with a boiling point of 120.5 ° C., at which the concentration of nitric acid HNO 3 is about 32 m.
ol%. Therefore, a means for flowing concentrated liquid sulfuric acid H 2 SO 4 from the top of the HNO 3 rectification unit 3 into this mixed solution to change the gas-liquid equilibrium relationship is adopted so as not to generate an azeotropic mixture.
【0018】これによって、HNO3精留装置3には濃
硝酸ガスが発生することになり、HNO3精留装置3の
塔頂からは濃硝酸ガスが上昇し、塔底からは硫酸H2S
O4及び水H2Oが排出されH2SO4濃縮装置4に導
入する。このH2SO4濃縮装置4では、硫酸H2SO
4と水H2Oとの混合溶液から水H2Oを蒸発させるこ
とで濃縮した濃硫酸H2SO4を得て硫酸タンク5に導
入させる。[0018] Thus, HNO 3 in the rectification unit 3 will be concentrated nitric acid gas is generated, HNO 3 is from the top of the rectification unit 3 increases and concentrated nitric acid gas, sulfuric acid H 2 S from the bottom of the column
O 4 and water H 2 O are discharged and introduced into the H 2 SO 4 concentrator 4. In this H 2 SO 4 concentrator 4, sulfuric acid H 2 SO
Concentrated concentrated sulfuric acid H 2 SO 4 is obtained by evaporating water H 2 O from a mixed solution of 4 and water H 2 O, and introduced into the sulfuric acid tank 5.
【0019】HNO3精留装置3の塔頂から上昇した濃
硝酸ガスは、HNO3吸収塔6に導入される。HNO3
吸収塔6は水冷式の充填塔であり、塔頂からは硫酸H2
SO 4を流下させる。ここで前記濃硝酸ガスは液化され
つつ、硫酸H2SO4に吸収されて、NO2発生缶7に
流下する。HNOThreeThe concentration rising from the top of the rectification device 3
Nitric acid gas is HNOThreeIt is introduced into the absorption tower 6. HNOThree
The absorption tower 6 is a water-cooled packed tower, and sulfuric acid H is supplied from the top of the tower.Two
SO FourTo flow down. Here, the concentrated nitric acid gas is liquefied
Meanwhile, sulfuric acid HTwoSOFourAbsorbed by NOTwoTo the generating can 7
Run down.
【0020】NO2発生缶7には濃硫酸と濃硝酸との混
合溶液が連続的に流下する。そして、硝酸HNO3は熱
分解により、A mixed solution of concentrated sulfuric acid and concentrated nitric acid continuously flows down into the NO 2 generating can 7. And nitric acid HNO 3 is
【化3】4HNO3→4NO2+2H2O+O2
の反応を起こし、4NO2、2H2O及びO2を生じ
る。この濃硫酸と濃硝酸との混合溶液は、該混合溶液の
温度が略300℃程度になると、硝酸HNO3の熱分解
による反応が起きやすくなるため、混合溶液の温度を略
300℃程度まで加熱することが好ましい。## STR3 ## The reaction of 4HNO 3 → 4NO 2 + 2H 2 O + O 2 occurs to generate 4NO 2 , 2H 2 O and O 2 . In this mixed solution of concentrated sulfuric acid and concentrated nitric acid, when the temperature of the mixed solution reaches approximately 300 ° C., a reaction due to thermal decomposition of nitric acid HNO 3 easily occurs, so that the temperature of the mixed solution is heated to approximately 300 ° C. Preferably.
【0021】硝酸HNO3の熱分解により発生した水H
2Oは系外に排水され、他の二酸化窒素NO2と酸素O
2は、NO2吸収酸素分離塔8に導入される。NO2吸
収酸素分離塔8は水冷の充填塔であり、吹き上げられる
二酸化窒素NO2と酸素O2に対向させて硫酸H2SO
4を流下させと、二酸化窒素NO2の沸点が21.3℃
であり、酸素O2の沸点が−183℃であるために、二
酸化窒素NO2は硫酸H2SO4に吸収されて混合液と
なり、酸素O2は塔頂から排出される。つまり、硝酸H
NO3は硫酸H2SO4の存在下において熱分解して二
酸化窒素NO2を生成するのである。Water H generated by thermal decomposition of nitric acid HNO 3
2 O is discharged to the outside of the system, and other nitrogen dioxide NO 2 and oxygen O
2 is introduced into the NO 2 absorption oxygen separation column 8. The NO 2 absorption oxygen separation column 8 is a water-cooled packed column, and is opposed to nitrogen dioxide NO 2 and oxygen O 2 that are blown up, and sulfuric acid H 2 SO
4 , the boiling point of nitrogen dioxide NO 2 is 21.3 ° C.
Since the boiling point of oxygen O 2 is −183 ° C., nitrogen dioxide NO 2 is absorbed by sulfuric acid H 2 SO 4 and becomes a mixed liquid, and oxygen O 2 is discharged from the top of the column. In other words, nitric acid H
NO 3 is thermally decomposed in the presence of sulfuric acid H 2 SO 4 to produce nitrogen dioxide NO 2 .
【0022】二酸化窒素NO2と硫酸H2SO4との混
合溶液は、NO2放散缶9に流下し、そのNO2放散缶
9では、二酸化窒素NO2と硫酸H2SO4との混合溶
液を加熱することで、硫酸H2SO4に溶け込んだ二酸
化窒素NO2が再度ガス化する。The mixed solution of the mixed solution of nitrogen dioxide NO 2 and sulfuric acid (H 2 SO 4) flows down the NO 2 emission can 9, in the NO 2 emission can 9, the nitrogen dioxide NO 2 and sulfuric acid (H 2 SO 4) Is heated, the nitrogen dioxide NO 2 dissolved in the sulfuric acid H 2 SO 4 is gasified again.
【0023】再度ガス化した二酸化窒素NO2はNO発
生塔2に導入される。このNO発生塔2において、塔頂
から水H2Oが供給される。二酸化窒素NO2に過剰の
水H 2Oを加えると、Regasified nitrogen dioxide NOTwoIs NO
It is introduced into the raw tower 2. In this NO generation tower 2,
From water HTwoO is supplied. Nitrogen dioxide NOTwoExcessive
Water H TwoWhen O is added,
【化4】3NO2+H2O→2HNO3+NO の不均化反応を起こし、一酸化窒素NOを生成できる。Embedded image Disproportionation reaction of 3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 + NO can occur to generate nitric oxide NO.
【0024】この不均化反応によって生じた硝酸HNO
3は、HNO3精留装置3に導入して循環させ、一酸化
窒素NOは、HNO3−NO化学交換塔1に導入する。Nitric acid HNO generated by this disproportionation reaction
3 is introduced into the HNO 3 rectification unit 3 and circulated, and nitric oxide NO is introduced into the HNO 3 —NO chemical exchange column 1.
【0025】HNO3−NO化学交換塔1においては、
Taylor,T.I.,J.Chem.Phys.2
3(1955)981,24(1956)626のNI
TROX法の技術を利用し、HNO3−NO化学交換塔
1の塔底部から吹き上がる一酸化窒素NOに対向させて
硝酸HNO3を塔頂から流下させることによって、塔底
に達した硝酸HNO3は一酸化窒素NOに還元して環流
される。In the HNO 3 -NO chemical exchange tower 1,
Taylor, T .; I. J. Chem. Phys. Two
3 (1955) 981, 24 (1956) 626 NI
Utilizing the technique of TROX method, HNO 3 are opposed to each other by flowing down the nitrate HNO 3 from the top to the -NO chemical exchange column blown-up nitric oxide NO from 1 in the bottom, nitric acid HNO 3 was reached bottom Is reduced to nitric oxide NO and is perfused.
【0026】その結果として、HNO3−NO化学交換
塔1内において一酸化窒素NOと硝酸HNO3とが再接
触することで、As a result, the re-contact of nitric oxide NO and nitric acid HNO 3 in the HNO 3 -NO chemical exchange column 1
【化5】15
NO+H14NO3→14NO+H15NO3
の化学交換が繰り返され、HNO3−NO化学交換塔1
の塔底付近の硝酸HNO 3の中に重窒素15Nが高い濃
度に濃縮含有させることができ、そのHNO3−NOの
化学的な交換が行われることによってH15NO3を生
成でき、重窒素1 5Nを得ることができるのである。[Chemical 5]15
NO + H14NOThree→14NO + H15NOThree
Chemical exchange of HNOThree-NO chemical exchange tower 1
HNO near the bottom of ThreeHeavy nitrogen in15High N
It can be concentrated and contained every time, and its HNOThree-NO
H due to chemical exchange15NOThreeLive
Can be made, heavy nitrogen1 5It is possible to obtain N.
【0027】一方、硫酸タンク5に導入された濃硫酸H
2SO4は、適宜のポンプ10a、10bによって送出
される。一方のポンプ10aによって送り出された濃硫
酸H 2SO4は、HNO3吸収塔6に導入されて使用さ
れた後、NO2発生缶7及びHNO3精留装置3におい
ても使用され、H2SO4濃縮装置4を通ってH2SO
4タンク5に戻る。他方のポンプ10bによって送り出
された濃硫酸H2SO 4は、NO2吸収酸素分離塔8に
導入されて使用された後、NO2放散缶9、NO2発生
缶7及びHNO3精留装置3においても使用され、H2
SO4濃縮装置4を通ってH2SO4タンク5に戻るこ
とによって、濃硫酸H2SO4をくり返し循環させて使
用することができるのである。On the other hand, concentrated sulfuric acid H introduced into the sulfuric acid tank 5
TwoSOFourIs delivered by suitable pumps 10a, 10b
To be done. Sulfur sulfur delivered by one pump 10a
Acid H TwoSOFourIs HNOThreeIntroduced into the absorption tower 6 and used
And then NOTwoGenerator can 7 and HNOThreeFragrance 3
Even used, HTwoSOFourH through the concentrator 4TwoSO
FourReturn to tank 5. Pumped by the other pump 10b
Concentrated sulfuric acid HTwoSO FourIs NOTwoIn the absorption oxygen separation tower 8
NO after being introduced and usedTwoDispersion can 9, NOTwoOccurrence
Can 7 and HNOThreeIt is also used in the rectification device 3,Two
SOFourH through the concentrator 4TwoSOFourReturn to tank 5
By, concentrated sulfuric acid HTwoSOFourRepeatedly circulate and use
It can be used.
【0028】そして、これらの工程をくり返すことによ
って、重窒素15Nを濃縮することができ、濃硫酸H2
SO4をくり返し循環させて使用することによって、廃
液に含まれる硫酸H2SO4の量を著しく軽減させるこ
とができるのである。By repeating these steps, 15 N of heavy nitrogen can be concentrated, and concentrated sulfuric acid H 2
The use by repeatedly circulated SO 4, it is possible to remarkably reduce the amount of sulfuric acid (H 2 SO 4) contained in the waste.
【0029】図1のフローチャートのうち、不均化反応
によって生じた一酸化窒素NOをHNO3−NO化学交
換塔1に環流させず、HNO3−NO化学交換塔1を使
用しない場合は、一酸化窒素NOの生成方法として利用
でき、HNO3−NO化学交換塔1及びNO発生塔2を
使用しない場合には、二酸化窒素NO2の生成方法とし
て利用できる。[0029] in the flowchart of FIG. 1, without refluxed nitric oxide NO produced by the disproportionation reaction in HNO 3 -NO chemical exchange column 1, when not using the HNO 3 -NO chemical exchange column 1, one It can be used as a method for producing nitrogen oxide NO, and can be used as a method for producing nitrogen dioxide NO 2 when the HNO 3 —NO chemical exchange column 1 and the NO generation column 2 are not used.
【0030】(実験例)以下に、本発明の実験例を示
す。まず、図1においてHNO3−NO化学交換塔1と
しては、内径23mmφ×7000mmのステンレス管
を使用し、内部にヘリパックを充填する。Experimental Example An experimental example of the present invention will be shown below. First, in FIG. 1, a stainless steel tube having an inner diameter of 23 mmφ × 7000 mm is used as the HNO 3 —NO chemical exchange column 1, and a helipack is filled inside.
【0031】NO発生塔2としては、内径35mmφ×
400mmの水冷ジャケット付で中肉のパイレックス
(登録商標)管を使用し、内部にガラス製へリックスを
充填する。The NO generation tower 2 has an inner diameter of 35 mmφ ×
A medium-thickness Pyrex (trademark) tube with a 400 mm water-cooled jacket is used and the inside is filled with glass helix.
【0032】HNO3精留装置3は、下部の加熱管と上
部の充填塔とにより構成される。加熱管には、内径10
0mmφ×700mmの中肉のパイレックス(登録商
標)管を使用し、1kWの石英ヒーターを取り付ける。
充填塔には、内径700mmφ×1400mmの中肉の
パイレックス(登録商標)管を使用し、内部にガラス製
へリックスを充填する。The HNO 3 rectification unit 3 is composed of a lower heating tube and an upper packed column. The heating tube has an inner diameter of 10
A Pyrex (registered trademark) tube having a medium thickness of 0 mmφ × 700 mm is used and a quartz heater of 1 kW is attached.
A Pyrex (registered trademark) tube with a medium thickness of 700 mmφ × 1400 mm is used for the packed tower, and glass helix is filled inside.
【0033】H2SO4濃縮装置4は、加熱管、充填塔
及び冷却管により構成される。加熱管には、内径100
mmφ×700mmの中肉のパイレックス(登録商標)
管を使用し、1kWの石英ヒーターを取り付ける。充填
塔には、内径700mmφ×1400mmの中肉のパイ
レックス(登録商標)管を使用し、内部にガラス製へリ
ックスを充填する。冷却管には、内径35mmφ×40
0mmの水冷ジャケット付で中肉のパイレックス(登録
商標)管を使用し、内部にガラス製ラシヒリングを充填
する。なお、この実験例においては、2基のH2SO4
濃縮装置4を使用した。The H 2 SO 4 concentrator 4 comprises a heating tube, a packed tower and a cooling tube. The heating tube has an inner diameter of 100
Pyrex (registered trademark) with medium meat of φφ × 700 mm
Use a tube and attach a 1 kW quartz heater. A Pyrex (registered trademark) tube with a medium thickness of 700 mmφ × 1400 mm is used for the packed tower, and glass helix is filled inside. Cooling tube has an inner diameter of 35 mmφ × 40
A medium Pyrex tube with a 0 mm water cooling jacket is used and filled with glass Raschig rings inside. In addition, in this experimental example, two H 2 SO 4
Concentrator 4 was used.
【0034】硫酸タンク5には、例えばポリエチレン製
の20リットル容器を使用する。For the sulfuric acid tank 5, for example, a 20-liter container made of polyethylene is used.
【0035】HNO3吸収塔6には、内径35mmφ×
700mmの水冷ジャケット付で中肉のパイレックス
(登録商標)管を使用し、内部にはガラス製へリックス
を充填する。The HNO 3 absorption tower 6 has an inner diameter of 35 mmφ ×
A Pyrex (registered trademark) tube having a 700 mm water-cooled jacket and having a medium thickness is used, and a glass helix is filled inside.
【0036】NO2発生缶7としては、内径100mm
φ×700mmの中肉のパイレックス(登録商標)管を
使用し、1kWの石英ヒーターを取り付ける。The NO 2 generating can 7 has an inner diameter of 100 mm.
A Pyrex (registered trademark) tube having a diameter of φ × 700 mm is used and a quartz heater of 1 kW is attached.
【0037】NO2吸収酸素分離塔8には、内径35m
mφ×700mmの水冷ジャケット付で中肉のパイレッ
クス(登録商標)管を使用し、内部にガラス製へリック
スを充填する。The NO 2 absorption oxygen separation tower 8 has an inner diameter of 35 m.
A pyrex (registered trademark) tube having a diameter of mφ × 700 mm and a water-cooled jacket is used, and a glass helix is filled inside.
【0038】NO2放散缶9としては、内径100mm
φ×700mmの中肉のパイレックス(登録商標)管を
使用し、1kWの石英ヒーターを取り付ける。The NO 2 diffusion can 9 has an inner diameter of 100 mm.
A Pyrex (registered trademark) tube having a diameter of φ × 700 mm is used and a quartz heater of 1 kW is attached.
【0039】前記硫酸タンク5に装備されるポンプ10
a、10bとしては、最大吐出量が30ml/minの
テフロン(登録商標)ダイアフラムポンプを使用する。Pump 10 equipped in the sulfuric acid tank 5
A Teflon (registered trademark) diaphragm pump having a maximum discharge rate of 30 ml / min is used as a and 10b.
【0040】本実験例においては、HNO3−NO化学
交換塔1には、10N硝酸水溶液を3ml/minで供
給し、NO発生塔2には、水H2Oを4ml/minで
供給し、NO2吸収酸素分離塔8には、濃硫酸H2SO
4を15ml/minで供給し、HNO3吸収塔6に
は、濃硫酸H2SO4を5ml/minで供給した。In this experimental example, a 10N nitric acid aqueous solution was supplied to the HNO 3 —NO chemical exchange column 1 at 3 ml / min, and water H 2 O was supplied to the NO generation column 2 at 4 ml / min. In the NO 2 absorption oxygen separation tower 8, concentrated sulfuric acid H 2 SO
4 was supplied at 15 ml / min, and concentrated sulfuric acid H 2 SO 4 was supplied to the HNO 3 absorption tower 6 at 5 ml / min.
【0041】また、運転時の各装置の温度は、NO2放
散缶9は略280℃であり、NO2発生缶7は略280
℃であり、HNO3精留装置3は略200℃であり、H
2SO4濃縮装置4は略290℃であった。The temperature of each device during operation is about 280 ° C. for the NO 2 releasing can 9 and about 280 for the NO 2 generating can 7.
C., and the HNO 3 rectification unit 3 has a temperature of about 200 ° C.
The 2 SO 4 concentrator 4 was at approximately 290 ° C.
【0042】自然界に存在する重窒素15Nは略0.3
65%であるが、本実験例においては2日間に渡り実験
を継続して行ったところ、重窒素15Nは略0.595
%まで濃縮することができた。このことより、各装置の
温度及び操作等を最適化することにより、短時間に高濃
縮化した重窒素15Nを効率よく生成させることが可能
であることが分かる。Heavy nitrogen 15 N existing in nature is approximately 0.3.
Although it is 65%, in the present experimental example, when the experiment was continued for 2 days, 15 N of heavy nitrogen was about 0.595.
Could be concentrated to%. From this, it is understood that it is possible to efficiently generate highly concentrated heavy nitrogen 15 N in a short time by optimizing the temperature and operation of each device.
【0043】また、本実験例で発生する廃液(主として
水)はpH2〜3であり酸性を示すものであるが、硫酸
をくり返し循環して使用することによって、従来の方法
によって生ずる廃液よりも濃度が薄いために、その処理
をする負担が大幅に軽減できるのである。The waste liquid (mainly water) generated in this experimental example has a pH of 2 to 3 and shows acidity. However, by repeatedly circulating sulfuric acid, the concentration is higher than that of the waste liquid produced by the conventional method. Since the thickness is thin, the burden of processing it can be greatly reduced.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る第1
の重窒素の生成方法の発明は、一酸化窒素を用いて重窒
素を生成する方法であって、少なくとも、硫酸の存在下
において硝酸を熱分解させて二酸化窒素を生成する工程
と、過剰な酸素を除去する工程と、該二酸化窒素に水を
加えることで一酸化窒素を生成する工程と、該一酸化窒
素に硝酸を加えて化学的な交換を行わせる工程とからな
るものであって、硝酸と硫酸と水とを使用するものであ
るが、硫酸は繰り返し濃縮して使用できるものであり、
廃液処理の負担を減らし、結晶化する副生成物を生成せ
ず、且つ安価に重窒素を生成することができるのであ
る。As described above, the first aspect of the present invention
The invention of the method for producing heavy nitrogen is a method for producing heavy nitrogen using nitric oxide, which comprises at least a step of thermally decomposing nitric acid in the presence of sulfuric acid to produce nitrogen dioxide, and an excess oxygen. The step of removing nitric acid, adding nitric oxide to the nitric oxide to produce nitric oxide, and adding nitric acid to the nitric oxide for chemical exchange. And sulfuric acid and water are used, sulfuric acid can be repeatedly concentrated and used,
It is possible to reduce the burden of waste liquid treatment, generate no by-products that crystallize, and produce heavy nitrogen at low cost.
【0045】また、第2の発明に係る重窒素の生成装置
は、硝酸に水を加えて蒸留し硫酸に接触させて硝酸ガス
を発生させる手段と、該硝酸ガスに硫酸を加えて熱分解
することで二酸化窒素を生成する手段と、該二酸化窒素
と硫酸を反応させて過剰な酸素を除去する手段と、前記
二酸化窒素と硫酸との混合溶液を加熱して二酸化窒素と
硫酸を分離する手段と、該二酸化窒素に水を加えること
で一酸化窒素を生成する手段と、該一酸化窒素に硝酸を
加えて化学的な交換をすることによって重窒素を得る手
段とを備えた構成を有するものであり、前記方法の発明
と同様に、廃液処理の負担を減らし、結晶化する副生成
物を生成せず、且つ安価に重窒素を得ることができるの
である。The apparatus for producing heavy nitrogen according to the second aspect of the invention comprises means for adding water to nitric acid and distilling it to bring it into contact with sulfuric acid to generate nitric acid gas; and adding sulfuric acid to the nitric acid gas for thermal decomposition. Means for producing nitrogen dioxide, means for reacting the nitrogen dioxide with sulfuric acid to remove excess oxygen, and means for heating the mixed solution of nitrogen dioxide and sulfuric acid to separate nitrogen dioxide and sulfuric acid. , A means for generating nitric oxide by adding water to the nitrogen dioxide, and a means for obtaining heavy nitrogen by chemically exchanging nitric oxide to the nitric oxide to obtain heavy nitrogen. Therefore, as in the case of the invention of the above-mentioned method, the burden of waste liquid treatment can be reduced, a by-product for crystallization is not generated, and heavy nitrogen can be obtained at low cost.
【0046】従って、本発明に係る生成方法または生成
装置のいずれにおいても、従来例のような硝酸HNO3
を二酸化硫黄SO2で還元させる手段を採らないので、
結晶化する副生成物を生成せず、更に反応過程で生ずる
硝酸や硫酸を循環して使用することによって、経済性を
向上させて作業者の負担を軽減できると共に、環境に対
する影響も軽減できるという優れた効果を奏する。Therefore, in either the production method or the production apparatus according to the present invention, nitric acid HNO 3 as in the conventional example is used.
Since no means for reducing sulfur dioxide with SO 2 is used,
By using nitric acid and sulfuric acid generated in the reaction process by circulating them without generating by-products that crystallize, it is possible to improve economic efficiency and reduce the burden on workers, as well as the impact on the environment. It has an excellent effect.
【図1】本発明の実施の形態に係る方法及び装置におけ
る化学変化の過程を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing a process of chemical change in a method and an apparatus according to an embodiment of the present invention.
1 HNO3−NO化学交換塔 2 NO発生塔 3 HNO3精留装置 4 H2SO4濃縮装置 5 H2SO4タンク 6 HNO3吸収塔 7 NO2発生缶 8 NO2吸収酸素分離塔 9 NO2放散缶 10a、10b ポンプ1 HNO 3 -NO Chemical Exchange Tower 2 NO Generation Tower 3 HNO 3 Fractionation Device 4 H 2 SO 4 Concentrator 5 H 2 SO 4 Tank 6 HNO 3 Absorption Tower 7 NO 2 Generation Can 8 NO 2 Absorption Oxygen Separation Tower 9 NO 2 diffusion cans 10a, 10b pumps
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 正巳 東京都港区芝公園1丁目7番13号 昭和電 工別館 昭光通商株式会社内 (72)発明者 丸山 渉 東京都港区芝公園1丁目7番13号 昭和電 工別館 昭光通商株式会社内 (72)発明者 村岡 研一 東京都港区芝公園1丁目7番13号 昭和電 工別館 昭光通商株式会社内 Fターム(参考) 4D076 AA16 AA22 BB04 CA19 CC14 CC22 DA22 FA02 FA04 FA12 GA10 HA20 JA03 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Masami Mori Showaden 1-7-13 Shiba Park, Minato-ku, Tokyo Kobetsukan Shoko Tsusho Co., Ltd. (72) Inventor Wataru Maruyama Showaden 1-7-13 Shiba Park, Minato-ku, Tokyo Kobetsukan Shoko Tsusho Co., Ltd. (72) Inventor Kenichi Muraoka Showaden 1-7-13 Shiba Park, Minato-ku, Tokyo Kobetsukan Shoko Tsusho Co., Ltd. F-term (reference) 4D076 AA16 AA22 BB04 CA19 CC14 CC22 DA22 FA02 FA04 FA12 GA10 HA20 JA03
Claims (6)
法であって、 少なくとも、硫酸の存在下において硝酸を熱分解させて
二酸化窒素を生成する工程と、過剰な酸素を除去する工
程と、該二酸化窒素に水を加えることで一酸化窒素を生
成する工程と、該一酸化窒素に硝酸を加えて化学的な交
換を行わせる工程とからなることを特徴とする重窒素の
生成方法。1. A method for producing heavy nitrogen using nitric oxide, which comprises at least a step of thermally decomposing nitric acid in the presence of sulfuric acid to produce nitrogen dioxide, and a step of removing excess oxygen. A method for producing heavy nitrogen, comprising: a step of producing nitric oxide by adding water to the nitrogen dioxide; and a step of adding nitric acid to the nitric oxide to cause chemical exchange.
ることを特徴とする請求項1に記載の重窒素の生成方
法。2. The method for producing heavy nitrogen according to claim 1, wherein the sulfuric acid is repeatedly circulated for use.
する請求項1または2に記載の重窒素の生成方法。3. The method for producing heavy nitrogen according to claim 1, wherein the sulfuric acid is concentrated sulfuric acid.
よって重窒素を濃縮することを特徴とする重窒素の生成
方法。4. A method for producing heavy nitrogen, which comprises concentrating heavy nitrogen by repeating the steps of claim 1.
置であって、 硝酸に水を加えて蒸留し硫酸に接触させて硝酸ガスを発
生させる手段と、 該硝酸ガスに硫酸を加えて熱分解することで二酸化窒素
を生成する手段と、 該二酸化窒素と硫酸を反応させて過剰な酸素を除去する
手段と、 前記二酸化窒素と硫酸との混合溶液を加熱して二酸化窒
素と硫酸を分離する手段と、 該二酸化窒素に水を加えることで一酸化窒素を生成する
手段と、 該一酸化窒素に硝酸を加えて化学的な交換をすることに
よって重窒素を得る手段とを備えたことを特徴とする重
窒素の生成装置。5. An apparatus for producing heavy nitrogen using nitric oxide, which comprises adding nitric acid to water and distilling it to bring it into contact with sulfuric acid to generate nitric acid gas, and adding sulfuric acid to the nitric acid gas. Means for producing nitrogen dioxide by thermal decomposition; means for reacting the nitrogen dioxide with sulfuric acid to remove excess oxygen; and heating the mixed solution of nitrogen dioxide and sulfuric acid to separate nitrogen dioxide and sulfuric acid. Means for producing nitric oxide by adding water to the nitrogen dioxide, and means for obtaining heavy nitrogen by adding nitric acid to the nitric oxide and chemically exchanging the nitric oxide. Characteristic heavy nitrogen generator.
項5に記載の重窒素の生成装置。6. The heavy nitrogen according to claim 5, further comprising: a sulfuric acid concentrating means for repeatedly circulating the sulfuric acid used in each of the means, and a tank having a delivering means. Generator.
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