JP3210812B2 - 水素同位体とヘリウムの分離方法及び装置 - Google Patents
水素同位体とヘリウムの分離方法及び装置Info
- Publication number
- JP3210812B2 JP3210812B2 JP24422994A JP24422994A JP3210812B2 JP 3210812 B2 JP3210812 B2 JP 3210812B2 JP 24422994 A JP24422994 A JP 24422994A JP 24422994 A JP24422994 A JP 24422994A JP 3210812 B2 JP3210812 B2 JP 3210812B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- section
- helium
- adsorption tower
- hydrogen
- gas
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Description
(D)と三重水素(T)の原子核同士が衝突して、より
重いヘリウム(He)原子核と中性子(n)を生成する
核融合反応(DT核融合反応、D+T=He+n+1
7.6 MeV)において、燃料である重水素(D)と三
重水素(T)の濃度を効率良く高濃度に維持し続けるた
めに、核融合反応の灰物質であるヘリウムをクロマト分
離技術を用いて反応系外に排出するための、水素同位体
とヘリウムの分離方法およびその装置に関するものであ
る。
について列記する: ・コンパウンドクライオポンプ法 10-7〜10-8Torrの超真空下で液体ヘリウム温度
(−269℃)に冷却した板を2枚用意し、一方の板の
表面には吸着剤を貼付しておく。水素同位体とヘリウム
の混合ガスを最初に吸着剤を貼付していない板と接触さ
せると水素同位体はヘリウムより沸点が高いため、この
板の上で凝縮する。ヘリウムはこの板を通過して吸着剤
を貼付した板に到達し、吸着剤に吸着される。
気圧付近でのガス処理に比較して処理ガスの体積が相対
的に膨大となり、其れに伴いガスを吸着させる冷却板の
表面積も格段に大きくしなければならず、吸着装置全体
が極めて大げさな形状になるという欠点がある。
て、ガスクロマトグラフィ−による方法が広く行われて
いる。この方法は、例えばモレキュラ−シ−ブ5Aを吸
着剤としてカラムに充填しておき、水素同位体とヘリウ
ムが混合している原料ガスを少量カラムに供給した後に
キャリヤーガスとしてアルゴンガス等を用いて展開する
方法で、水素同位体とヘリウムはカラム内を移動しなが
ら吸着剤への親和力の差により分離する。
ヤーガスを用いるため、分離した水素同位体およびヘリ
ウムがキャリヤーガスにより希釈・汚染されるという欠
点を有する。
に大きいガスであるため、酸素や窒素あるいは炭化水素
等とは透過性の差により分離することができる。
度の透過性を有しているので、この両者を分離すること
は極めて難しい。
来の方法は何れも欠点を有し、核融合反応で生じるヘリ
ウムの除去には適していない。核融合反応で生じるヘリ
ウムの除去に適した装置、方法とは、装置規模が実現不
可能なほどに膨大でなく、キャリヤーガスのような処理
対象ガスを希釈・汚染するような物質を使用せず、しか
も連続処理が可能な装置・方法が望ましい。
めの本発明の新規な特徴は、吸着剤を充填した3個以上
の吸着塔を遮断弁を有する配管で直列に連続するととも
に、最後部の吸着塔と最前部の吸着塔をも遮断弁を有す
る配管で連続することにより無端に連結した吸着塔群
を、原料ガスを供給してヘリウムを抜き出す第1区画
と、水素や重水素、三重水素の水素同位体を脱着して抜
き出す第2区画、水素同位体よりもヘリウムが脱着され
やすいことを利用してヘリウムに富むガスを抜き出して
これを第1区画に送る第3区画、の3つの区画に分割す
るとともに、水素同位体とヘリウムの吸着帯の移動にあ
わせて原料ガスの供給口、ヘリウムや水素同位体の抜き
出し口を流れの下流側に吸着塔1塔分ずつ移動させる擬
似移動層操作をも適宜行うことによって水素同位体とヘ
リウムを分離するところにある。
せる区画であり、高圧と低温の組み合わせ、あるいはま
た低温のみの吸着に適した条件で運転されることが望ま
しい。水素同位体は吸着剤に対する親和力が強く、ヘリ
ウムは弱い。そのため水素同位体とヘリウムの吸着剤層
中を移動する速度に差ができ、ヘリウムが先にこの区画
末端のカラム出口に到達する。
と、原料ガスが第1区画の最前列に位置する吸着工程
(吸着2)に供給された後、第1区画の最後列にある吸
着工程(吸着1)に供給されて、これらの吸着工程にお
いて原料ガス中の水素同位体を吸着剤に吸着させ、ヘリ
ウムガスが吸着工程(吸着1)から抜き出される。
あり、低圧と高温の組み合わせ、あるいは高温のみの着
脱に適した条件で運転されることが望ましく、水素同位
体がこの区画の最後端のカラム出口より抜き出される。
と、第2区画にある脱着工程(H2脱着)から吸着剤に
吸着された水素同位体を低圧と高温の組み合わせ、ある
いは高温のみの着脱に適した条件で脱着し、この工程か
ら水素や重水素、三重水素の水素同位体で富化されたガ
スが抜き出される。
ヘリウムの吸着剤に対する親和力の差で分離する区画で
あるが、第1区画においてはヘリウムが水素同位体に対
し先行し、ヘリウムのみの部分が生じるのに対し、第3
区画では水素同位体がヘリウムに対し遅れ、水素同位体
のみの部分が生じる点で第1区画と異なる。
と、第3区画にある脱着工程(He脱着)から吸着され
たヘリウムガスを脱着し、この工程からヘリウム富化ガ
スが抜き出されて第1区画に供給される。
本とするが、請求項5〜8に記すようにヘリウム画分と
して抜き出したガスの一部を水素同位体の脱着を行った
区画のパージ用ガスとして使用しても良い。これにより
水素同位体の脱着後の残留量を低減し、ヘリウム画分の
ヘリウム純度を高くすることができる。
と、第1区画の最前列に位置する吸着塔(吸着2)の入
口から水素や重水素、三重水素の水素同位体とヘリウム
とを含む原料ガスを供給し、この区画最後列に位置する
吸着塔(吸着1)の出口よりヘリウムが富化されたヘリ
ウム画分を抜き出す。このヘリウム画分の一部をパージ
用ガスとして第2区画に位置する吸着塔入口に供給し、
吸着剤に吸着した水素同位体を脱着パージし、その出口
より水素同位体を含有するヘリウムガスを抜き出して第
2工程の吸着塔(吸着1)として備える。これと並行し
て第3区画の吸着塔を低圧、高温に維持するか、或いは
高温に維持して吸着塔出口から水素や重水素、三重水素
の水素同位体が富化された水素画分を脱着(H2脱着)
して回収する。更にこれと並行して、第4区画の吸着塔
出口より、水素同位体を吸着させた状態で原料ガスより
もヘリウムに富むガスを抜き出し(He脱着)、これを
第1区画の最前列に位置する吸着塔入り口に供給する。
以上4つの区画の各操作とともに、水素同位体とヘリウ
ムの吸着帯の移動にあわせて原料ガスの供給口、ヘリウ
ムや水素同位体の抜き出し口を流れの下流側に吸着塔1
塔分ずつ移動させる吸着剤の擬似移動操作を適宜行うこ
とにより、擬似移動層による水素同位体とヘリウムの分
離が行われる。
するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り以下の実施
例に限定されるものではないことは当然である。
似移動層式分離装置の構成概要の1例を示したものであ
る。
剤が充填された吸着塔であり、各吸着塔1〜4の間は、
それぞれ遮断弁5〜7を有する配管9〜11により流体
が流通も遮断も可能に連結されていると共に、最後段の
吸着塔4の後端は最前段の吸着塔1の前端に遮断弁8を
有する配管12を介して連結されている。また吸着塔間
の連結配管に設けられた遮断弁5〜8は図示しない制御
装置によって開閉制御される。
2と、9〜11には、水素同位体とヘリウムの混合ガス
である原料ガスの供給弁1f〜4fのそれぞれを介して
原料ガスの供給配管13fが連結されている。また吸着
塔1〜4の出口側に連結されている配管9〜12には、
ヘリウム画分の抜き出し弁1a〜4aのそれぞれを介し
てヘリウムガスの抜き出し配管13Aが、また水素画分
の抜き出し弁1c〜4cを介して水素画分の抜き出し配
管13C、さらに原料ガスよりもヘリウム濃度が高くな
ったガスの抜き出し弁1b〜4bを介してこのガスの循
環配管13Bが接続されている。そして13A〜13C
のそれぞれの配管中に、ガスを抜き出すための真空ポン
プ14A〜14Cが配置されており、この真空ポンプの
それぞれは、図示しない制御装置により流量が制御され
ている。また原料ガスの供給弁1f〜4fおよび各ガス
の抜き出し弁1a〜4a、1b〜4b、1c〜4cは、
不図示の制御装置によってその開閉が適宜に切換えられ
るようになっている。
施するために設けられた分離装置の構成概要の1例であ
って、本図に記載の装置に代えて、吸着塔の数やこれに
応じて供給弁、抜き出し弁の数を分離の目的となる純度
や回収率によって変化させることができることはいうま
でもない。
第1区画として使用し、吸着塔3を第2区画として使用
し、そして吸着塔4を第3区画として使用した場合の装
置(第2図の工程3の配置に相当)について、その操作
順序を説明すると、原料ガスは、配管13fから供給弁
1fを経て吸着塔1に供給され、更に遮断弁5及び配管
9を経て吸着塔2に供給されて水素や水素同位体が吸着
され、得られたヘリウムガスが抜き出し弁2a及び抜き
出し配管13Aを経て取り出される。抜き出し弁4bの
みが開けられた吸着塔4が減圧加熱されて吸着剤からヘ
リウム富化ガスを脱着させ、このヘリウム富化ガスが抜
き出し弁4b、配管13B、真空ポンプ14B、配管1
3Bを経て原料ガスと合流されて供給弁1fより第1区
画に循環される。抜き出し弁3cのみが開けられた吸着
塔3が減圧加熱されて、吸着された水素や水素同位体を
脱着し、この水素同位体富化ガスが抜き出し弁3c及び
抜き出し配管13Cを経て取り出される。
第2図のフローチャートに記載の工程を繰り返し行うこ
とによって分離し、表2に記載の処理ガスを得た。
キュラーシーブ5Aを使用し、4本の吸着塔はそれぞれ
内径10mm、充填層高1000mmで、吸着剤を合計
314ml充填し、分離操作を繰り返し行った。
離を従来の方法より極めて簡易で、しかも高度に達成す
ることができた。
第3図のフローチャートに記載の工程を繰り返し行うこ
とによって分離し、表4に記載の処理ガスを得た。
キュラーシーブ5Aを使用し、4本の吸着塔はそれぞれ
内径10mm、充填層高1000mmで、吸着剤を合計
314ml充填し、分離操作を繰り返し行った。
分離を従来の方法より極めて簡易で、しかも高度に達成
することができた。
の分離を吸着剤の利用効率の良い擬似移動層式分離装置
で行うことができるため、分離装置を小型化でき、その
ため核融合装置の設備費の低減化を達成することができ
る。本発明の別なる効果は、連続的に原料ガスを処理で
きるため、核融合反応を効果的に持続させることができ
る点にある。本発明の他の効果は、キャリヤーガスを用
いないために分離対象成分が展開剤によって希釈・汚染
されず、各分離ガスの純度が極めて高いことである。
る。
e)の分離過程を模式的に示したフローチャートであ
る。
e)の分離過程を模式的に示したフローチャートであ
る。
ムの分離過程を模式的に示したフローチャートである。
Claims (9)
- 【請求項1】 吸着剤を充填した3個以上の吸着塔を遮
断弁を有する配管で直列に連結するとともに、最後部の
吸着塔と最前部の吸着塔をも遮断弁を有する配管で連結
することにより無端に連結した吸着塔群を形成し、当該
吸着塔群を原料ガスの流れ方向に第1区画、第2区画、
第3区画と3つの区画に分割命名するとき、 (1) 第1区画の最前列に位置する吸着塔の入口から
水素や重水素、三重水素の水素同位体と、ヘリウムとを
含む原料ガスを供給するとともに、この区画最後列に位
置する吸着塔の出口よりヘリウムが富化されたヘリウム
画分を抜き出し、 (2) これと並行して第2区画の最後列に位置する吸
着塔出口から水素や重水素、三重水素の水素同位体が富
化された水素画分を抜き出し、 (3) さらに並行して第3区画の最後列に位置する吸
着塔出口より原料ガスよりもヘリウムに富むガスを抜き
出してこれを原料ガスに合流する、以上3つの区画の各操作を行うとともに、3つの区画の
各境界を流れの下流側に吸着塔1塔分ずつ順次移動させ
る吸着剤の擬似移動操作をも適宜行うこと を特徴とする
擬似移動層による水素同位体とヘリウムの分離方法。 - 【請求項2】 請求項1において、各区画の系内平均圧
力の高さが、第1区画≧第3区画≧第2区画、であるこ
とを特徴とする水素同位体とヘリウムの分離方法。 - 【請求項3】 請求項1および2において、各区画の系
内平均温度の高さが、第1区画≦第3区画≦第2区画、
であることを特徴とする水素同位体とヘリウムの分離方
法。 - 【請求項4】 請求項1〜3において、第1〜第3の各
区画からのガスの抜き出しが真空ポンプによって行われ
ることを特徴とする水素同位体とヘリウムの分離方法。 - 【請求項5】 吸着剤を充填した4個以上の吸着塔を遮
断弁を有する配管で直列に連結するとともに、最後部の
吸着塔と最前部の吸着塔をも遮断弁を有する配管で連結
することにより無端に連結した吸着塔群を形成し、当該
吸着塔群を原料ガスの流れ方向に第1区画、第2区画、
第3区画、第4区画と4つの区画に分割命名するとき、 (1) 第1区画の最前列に位置する吸着塔の入口から
水素や重水素、三重水素の水素同位体と、ヘリウムを含
む原料ガスを供給するとともに、この区画最後列に位置
する吸着塔の出口よりヘリウムが富化されたヘリウム画
分の内の一部を抜き出し、 (2) 抜き出されなかったヘリウム画分の残部を第2
区画最前列に位置する吸着塔入口に供給し 、第2区画最
後列に位置する吸着塔出口より水素同位体を含有するヘ
リウムガスを抜き出し (3) これと並行して第3区画の最後列に位置する吸
着塔出口から水素や重水素、三重水素の水素同位体が富
化された水素画分を抜き出し、 (4) さらに並行して第4区画の最後列に位置する吸
着塔出口より原料ガスよりもヘリウムに富むガスを抜き
出してこれを原料ガスに合流する、以上4つの区画の各操作を行うとともに、4つの区画の
各境界を流れの下流側に吸着塔1塔分ずつ順次移動させ
る吸着剤の擬似移動操作をも適宜行うこと を特徴とする
擬似移動層による水素同位体とヘリウムの分離方法。 - 【請求項6】 請求項5において、各区画の系内平均圧
力の高さが、第1区画≧第4区画≧第3区画、であるこ
とを特徴とする水素同位体とヘリウムの分離方法。 - 【請求項7】 請求項5および6において、各区画の系
内平均温度の高さが、第1区画≦第4区画≦第3区画、
であることを特徴とする水素同位体とヘリウムの分離方
法。 - 【請求項8】 請求項5〜7において、第1〜第4の各
区画からのガスの抜き出しが真空ポンプによって行われ
ることを特徴とする水素同位体とヘリウムの分離方法。 - 【請求項9】 吸着剤を充填した3個以上の吸着塔を遮
断弁を有する配管で直列に連結するとともに、最後部の
吸着塔と最前部の吸着塔をも遮断弁を有する配管で連結
することにより無端に連結した吸着塔群を形成し、各吸
着塔の入口には原料ガス入口弁を、各吸着塔の出口には
ヘリウム画分の抜き出し弁と水素画分の抜き出し弁、お
よび原料ガスよりもヘリウムの富化されたガスの抜き出
し弁の少なくとも3つの抜き出し弁を有し、さらに、ガ
スの抜き出しを行う真空ポンプを3台以上有することを
特徴とする請求項1記載の方法を行う水素同位体とヘリ
ウムの分離装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24422994A JP3210812B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | 水素同位体とヘリウムの分離方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24422994A JP3210812B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | 水素同位体とヘリウムの分離方法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08108046A JPH08108046A (ja) | 1996-04-30 |
JP3210812B2 true JP3210812B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=17115667
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24422994A Expired - Fee Related JP3210812B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | 水素同位体とヘリウムの分離方法及び装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3210812B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4355834B2 (ja) | 1999-08-20 | 2009-11-04 | 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 | ガス成分の分離除去または回収する方法および装置 |
JP4212106B2 (ja) | 2005-04-19 | 2009-01-21 | オルガノ株式会社 | ガス分離装置及びガス分離方法 |
CN107930400A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-04-20 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 一种氢氦分离与氢同位素浓缩耦合系统及方法 |
CN111086974A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-01 | 苏州睿分电子科技有限公司 | 一种自bog中分离纯化氢与氦的系统与方法 |
-
1994
- 1994-10-07 JP JP24422994A patent/JP3210812B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08108046A (ja) | 1996-04-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5176722A (en) | Pressure swing adsorption method for separating gaseous mixtures | |
KR101107196B1 (ko) | 가스 분리 장치 및 가스 분리 방법 | |
US5089048A (en) | Process for helium enrichment | |
TW201233428A (en) | Method for recovering high-value components from waste gas streams | |
US6461410B1 (en) | Method and apparatus for separating, removing, and recovering gas components | |
US5268022A (en) | Gas separation method and apparatus | |
Back et al. | First large scale production of low radioactivity argon from underground sources | |
CN112629985A (zh) | 同位素样品纯化和收集制备系统及其方法和应用 | |
JP4998879B2 (ja) | 水素同位体の分離・濃縮方法 | |
US3619984A (en) | Gas separation by adsorption | |
US3279153A (en) | Process for the separation of gases by adsorption | |
JP3210812B2 (ja) | 水素同位体とヘリウムの分離方法及び装置 | |
GB2154465A (en) | Gas separation method and apparatus | |
TW202103771A (zh) | 氣體分離裝置及氣體分離方法 | |
JP3339776B2 (ja) | ガス成分分離方法 | |
JP2005046747A (ja) | ガス分離装置 | |
Sugiyama et al. | Measurement of breakthrough curves on pressure swing adsorption for hydrogen isotope separation | |
JP2003210945A (ja) | 同位体ガス分離方法および同位体ガス分離装置 | |
JPS62153390A (ja) | メタンの濃縮分離方法 | |
Kotoh et al. | Successive hydrogen isotope separation/enrichment by pressure swing adsorption using SZ-13X column | |
JP3031797B2 (ja) | 圧力変動吸着分離方法 | |
JP2006159163A (ja) | 高圧原料ガスからのメタン同位体の分離方法並びに分離装置 | |
CN117000004A (zh) | 一种非低温氧气富集装置及其使用方法 | |
JP2002220206A (ja) | 水素同位体の濃縮分離方法およびその装置 | |
Parbuzin et al. | Cryoadsorption as universal route to dihydrogens of high and ultrahigh individual purity |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090713 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090713 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110713 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120713 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130713 Year of fee payment: 12 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |