JPH02131124A

JPH02131124A - ガス分離装置

Info

Publication number: JPH02131124A
Application number: JP28472088A
Authority: JP
Inventors: Fumio Yamamoto; 文雄山本; Naoto Honda; 直人本多
Original assignee: Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
Current assignee: Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1990-05-18
Also published as: JPH0570490B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、特に設備能力をフルに発揮し、かつ大量に
種々の異なる濃縮度の製品流を得ることができる、ガス
分離カスケードを複数台配列したガス分離システムに関
する。

〈従来の技術〉従来より、ウラン濃縮プラントで濃縮ウラン製品を製造
する場合のように混合ガス系から特定成分のガスを所定
濃縮度含む製品流を得るために、例えば遠心分離機のよ
うな分離要素を複数配列したガス分離カスケードが使用
され、混合ガス系からの特定成分ガスの分離効果及び処
理量の増大化が図られている。

更に、この特定成分のガスを所定濃縮度含む製品流を大
量に得るため、例えば第３図に示すような、Ｎ個の同一
のカスケード１１．１２゜・・・ＩＮが原料供給管２０
にその分岐管２１゜２２・・・２Ｎを介して、廃ガス管
３０にこれに合流する枝管３１，３２・・・３Ｎを介し
て、カスケード１１，１２．　　・・・ＩＮの製品流配
管４１．４２．　　・・・４Ｎが直接１本の捕集配管５
１に接続されたガス分離システムが使用されている。

また、濃縮ウランは使用される軽水炉に応じて最高と最
低の濃縮度比が３倍にも及ぶ幅広い濃縮度範囲のものが
必要とされる。更にカスケードの再編成、複数種のカス
ケードの配置、あるいは設計最適条件から外れた運転等
をすることなく、同一のカスケードで最適条件を維持し
ながら種々の異なる濃縮度の製品流を得る技術として、
非対称分離工程、即ち前記分離要素において供給された
原料が分離して生じる濃縮流と減損流のそれぞれの分離
係数であるヘッド分離係数とテイル分離係数が異なる工
程をもつ多数の分離要素で構成されるガス分離カスケー
ドを使用し、この分離カスケードから濃縮度の異なる複
数の製品流を取出し、任意の複数の製品流を組合せて混
合、捕集し、これによって濃縮度を調整する方法が提案
されている（特開昭６２−６５７２２号）。

〈発明が解決しようとする課題〉第３図に示すガス分離システムを使用して例えばＷ−Ｗ
、（３ＷにＷｊ）の範囲内の種々の異なる濃縮度の製品
流を生産性良く得ようとする場合、このシステムの設定
値は、通常、平均濃縮度（Ｗｉ＋Ｗｊ）／２に設定され
る。

そして流量、圧力等の調整を行って運転されるが、この
場合、第４図に示すように設定した平均濃縮度（Ｗ１＋
Ｗｊ）／２から外れた濃縮度の製品を製造する場合には
、運転効率が低下して設備の役務能力が充分活用できな
いといった問題がある。また、この問題の対策としてカ
スケード１〜Ｎのそれぞれの遠心分離機の処理流量を調
整したりして運転状態を変更し、製品濃縮度変化に対応
することは、条件により遠心分離機の回転性能や安全性
に支障をきたす恐れがある他、全ての製品濃縮度に対応
できないといった問題も生じ、この問題を解決するため
には、通常、濃縮度調整のための新たな設備、及びこの
設備に伴なう新たな運転の追加を必要とするといった問
題がある。

また、第３図のガス分離システムは、例えばカスケード
濃縮域の最上段を運転中に切離したり、再び接続したり
することにより遠心分離機の処理流量を調節することな
しに複数の異なる濃縮度の製品流を得るとかできるが、
この場合、切離したときに最上段の遠心分離機が遊休状
態となる他、段数切換え時にシステムが中断し、稼動率
が低下するといった問題もある。

この様に第３図に示すような従来のガス分離カスケード
を複数配列したガス分離システムは種々の異なる濃縮度
の製品流を設備能力をフルに発揮して製造することはで
きない。

他方、単一のガス分離カスケードでは大量には製品流が
得られない。

そこでこの発明は、種々の異なる濃縮度の製島流を設備
能力をフルに発揮してかつ、大量に得ることのできる、
ガス分離カスケードが複数配列されたガス分離システム
を提供することを課題とする。

〈課題を解決するための手段〉複数種の濃縮度の異なる製品流を流出する複数台のガス
分離カスケードと複数本の製品捕集管とを設け、前記ガ
ス分離カスケードのそれぞれと前記製品捕集管のそれぞ
れが流量調節手段を介して接続することによって、上記
課題が達成されるのである。

このガス分離カスケードには１種類の製品流を流出する
１本の製品流出管を具備するガス分離カスケード、それ
ぞれ濃縮度の異なる製品流を流出する複数本の製品流出
管を具備するガス分離カスケードあるいはこれ等のハイ
ブリッド型ガス分離カスケードが使用される。前者ガス
分離カスケードを使用する場合にはその製品流出管と複
数本の製品捕集管のそれぞれとが流量調節手段を介して
接続される。後者ガス分離力スケートの場合にはその複
数本の製品流出管のそれぞれが流量調節手段を介して互
いに異なる製品捕集管に接続される。

〈作　用〉この発明のガス分離システムのそれぞれのガス分離カス
ケードに原料ガスを供給すると、この原料ガスはそれぞ
れのガス分離ガスケート中で既に説明した遠心分離機等
の分離要素により特定成分が濃縮されたガスと特定成分
が希薄なガスとに分離される。前者ガスはガス分離カス
ケードから流出された後、流量調節手段により各捕集配
管に所定量分配されて流入する。このそれぞれ濃縮度の
異なる製品流の流量調節手段による分配と各捕集配管中
での合流混合により、各捕集配管から濃縮度の異なる所
定量の製品が得られる。

〈実施例〉以下に図面を参照して実施例を示し、この発明を具体的
に説明する。

第１図は、このガス分離システムの１例を示すもので、
このシステムは、それぞれ濃縮度Ｗ、、ＷＢ、　　・・
・・　Ｗｚの製品ガスを流量ＶＡｎ”Ｂ＋　　・・・、
ｖ２で流出する能力を有するガス分離カスケードＬＡ、
ＩＢ、　　・・・・ＩＺを具備している。これらのガス
分離カスケードＩＡ、ＩＢ、−−−，１ｚは、それぞれ
原料を供給すると濃縮流と減損流の分離係数、即ちヘッ
ド分離係数とテイル分離係数の等しい図示しない分離要
素、例えば遠心分離機を複数配列した構成となっている
。

また、ガス分離カスケードＩＡ、ＩＢ、　　・・ＩＺは
、原料ガスを供給のための原料供給管２０にその分岐管
２Ａ、２Ｂ・・・、２Ｚを介して接続され、原料ガスを
原料供給管２０に供給すると分岐管２Ａ、２Ｂ・・・、
２Ｚを通ってそれぞれのガス分離カスケードＩＡ、ＩＢ
。

・・・、ＩＺに原料ガスが供給されるようになっている
。同様にガス分離カスケードＩＡ。

ＩＢ・・・ＩＺには廃ガス管３０がこれに合流する枝管
３Ａ、３．Ｂ・・・３Ｚを介して接続され、ガス分離カ
スケードＬＡ、１’Ｂ・１ｚから排出された廃ガスはそ
れぞれ枝管３Ａ。

３Ｂ・・Φ　３２を通って廃ガス管３０に合流し、この
廃ガス管３０から排出されるようになっている。

更にガス分離カスケードＩＡ、　　ＩＢ・・・１ｚは、
それぞれの製品ガスを流出する製品流配管４Ａ、、４Ｂ
＋、　　・・４　Ｚ　１がそれぞれ３本の捕集配管５１
，５２．５３に分岐管４Ａ２゜４Ｂ２．”、４Ｚ２及び
４Ａ３，４８３゜・・４ｚ３を介して全て接続され、ま
た、それぞれの間には流量調節弁が、例えば製品流配管
４Ａ、と捕集配管５１との間に流量調節弁６Ａ、が、分
岐管４Ａ２と捕集配管５２との間に流量調節弁６Ａ２が
、分岐管４Ａ、と捕集配管５３との間に流量調節弁６Ａ
３が、従って同様に製品流配管４Ｂ０．・・・４Ｚ、並
びに分岐管４Ｂ２　・４Ｚ２及び４Ｂ３．　　・・４２
３と捕集配管５１．５２．５３との間に流量調整弁６Ｂ
＋　、６Ｂ２．６８３　、・・・・・６Ｚ＋　、６Ｚ２
．６Ｚ３　が設ケラレテイル。

上記構成のガス分離システムによれば、原料ガスを供給
してガス分離カスケードＩＡ、ＩＢ・・・　ＩＺの能力
をフルに発揮した場合、ガス分離カスケードＡ、Ｂ、　
　・・・、Ｚから流出したそれぞれ濃縮度ＷＡ　、　Ｗ
Ｂ　、　　　・・ＷＺ及び流量ＶＡ、ＶＢ、　　・・・
、ｖｘの製品流は、流量調節弁６Ａ＋　、６Ａ２．６Ａ
３．６Ｂ＋　。

６Ｂ２．６Ｂ３．’　・・・・６Ｚ３．６Ｚ２゜６　Ｚ
　３により、まず、次式（１）を満足する同濃縮度（７
）流量ＶＡＩＩ　”Ａ２＋　ＶＡ３１　ＶＢｌ＋　ＶＢ
２１ＶＢ３＋　　”　”　’　”　”ＺＩ＋　　”Ｚ２
＋　　ＶＺ３１−分流サレル。

次いで補集配管５１．５２．５３のそれぞれにおいて次
式（２）で与えられる流量ｖ１゜Ｖ２．Ｖ３が合流によ
り生じ、それぞれの製品流の濃縮度Ｗ、、Ｗ２．Ｗ３は
次式（３）の通りとなる。

上記式（２）から明らかなように、それぞれの捕集配管
５１，５２．５３から得られるよう製品ガスの流量ｖ１
〜Ｖ３は、ガス分離カスケードＩＡ、ＩＢ・・・ＩＺか
ら流出される流量の分流量の和で表わされ、ガス分離カ
スケードを複数台配列することによりそれぞれ所定濃縮
度の製品流が大量に得られる。

また、式（３）により、捕集配管５１，５２゜５３から
得られる製品ガスの濃縮度Ｗ１〜Ｗ３は、ガス分離カス
ケードＬＡ、ＩＢ、ＩＣ。

・・・・、１ｚから流出されるガス濃縮度及び流量調節
弁６Ａ＋　、６Ａ２．６Ａｓ　、６Ｂ＋　。

６Ｂ　２．６Ｂ、、　　・・・・、６Ｚ１，６Ｚ２゜６
ｚ３による流量ＶＡ、ＶＢ、−−−−，Ｖ２の調節分配
により、ガス分離カスケードＩＡ。

ＩＢ、ＩＣ，・・・　ＩＺの全て、従ってシステムの能
力をフルに発揮しつつ、ＷＡ〜Ｗ２の最低及び最高濃縮
度の間の濃縮度に自在に設定できることがわかる。

第２図は、このガス分離システムの別の１例を示すもの
で、このシステムは、それぞれ２本の製品流配管４Ｃ，
及び４Ｃ２を有し、Ｗ　ｏ、。

ＷＣ２の濃縮度の製品ガスを流量Ｖ。Ｉ＋”Ｃ２で流出
する能力を有する非対称分離型ガス分離カスケードＩＣ
をｍ台、それぞれ２本の製品流配管４　Ｄ　１及び４Ｄ
２を有し、ＷＤ、、　ＷＤ２の濃縮度の製品ガスを流量
ｖＤｌ＋　ＶＤ２で流出する能力を有する非対称分離ガ
ス分離カスケードＩＤをｎ台具備している。ここで非対
称分離型ガス分離カスケードとは、内部に含まれる複数
の分離要素の既に説明した濃縮流と減損流の分離係数が
等しくないものを言う。

また、ｍ台のガス分離カスケードＩＣ及びｎ台のガス分
離カスケードＩＤはそれぞれ原料ガスを供給するための
原料供給管２０にその分岐管２　Ｃ１・・・２Ｃ７，及
び２Ｄ１．・・・・２Ｄ、を介して接続され、原料ガス
を原料供給管２０に供給すると分岐管２Ｃ１，・・・２
Ｃ１及び２Ｄ１．・・・２Ｄ、、を通ってそれぞれのガ
ス分離カスケードに原料ガスが供給されるようになって
いる。また、このそれぞれのガス分離カスケードには廃
ガス管３０がこれに合流する枝管３Ｃ１・・・３Ｃ，及
び３　Ｄ　ｌ、　　・・・３Ｄ、を介して接続され、そ
れぞれのガス分離カスケードから排出された廃ガスは枝
管３Ｄ１、・・・・・３Ｄｎも及び３Ｄ８．・・・・３
Ｄ、、を通って廃ガス管３０に合流し、この廃ガス管３
０から排出されるようになっている。

更にそれぞれのガス分離カスケードは、その製品流配管
４Ｃ＋、４Ｉ）＋が捕集配管５１とそれぞれ流量調節弁
６Ｃ＋　、６Ｄ、を介して、製品流配管４Ｃ２，４Ｄ２
が捕集配管５２とそれぞれ流量調節弁６Ｃ２，６Ｄ２を
介して接続されている。また、それぞれのガス分離カス
ケードの製品流配管４Ｃ，及び４Ｃ２、並びに４　Ｄ　
＋及び４Ｄ２の間には流量調節弁６Ｃ，□。

６Ｄ１２を介してそれぞれ混合配管７Ｃ，７Ｄが接続さ
れている。

上記構成のガス分離システムによれば、原料ガスを供給
してｍ台のガス分離カスケードＩＣとｎ台のガス分離カ
スケードＩＤの能力をフルに発揮した場合、それぞれの
ガス分離カスケードＩＣ又はＩＤから流出したそれぞれ
濃縮度Ｗ、、、Ｗｏ２又はＷＤ、、ＷＤ２及び流量ｖ　
ＣＩ＋　　ｖ　ｃ２又はｖ　Ｄｌ＋　ｖ　Ｄ２の製品流
は流量調節弁６Ｃ３゜６Ｃ２，６Ｃ１２又は６Ｄ＋　、
６Ｄ２．６ＤＩ２により、次式（４）を満足するそれぞ
れの流量ＶＣ目ｒ　”ＣＩ２及び”Ｃ２１＋　”Ｃ２２
又ハＶｎ＋＋。

ＶＤ１２及びｖＤ２□＋　”Ｃ２２に分流することがで
きる。

次いで捕集配管５１．５２のそれぞれにおいて次式（５
）で与えられる流量Ｖ、、Ｖ２を合流させて得ることが
でき、この場合の製品流の濃縮度Ｗ、、Ｗ２はそれぞれ
次式（６）の通りとなり、前記図１のシステムの場合と
同様の効〈発明の効果〉以上の説明かられかるように、この発明のガス分離シス
テムによれば、システムに含まれる複数のガス分離カス
ケードの能力を損なうことなく、従って設備能力をフル
に発揮し、かつ、大量に種々の異なる濃縮度の製品流が
得られる。

また、種々の異なる濃縮度の製品流を得るためにガス分
離カスケードに含まれる分離要素である例えば遠心分離
機の処理流量等を変える必要がないので、こうした運転
状態の変更に伴ってシステムに支障が生じることはなく
、従って長期間安定してシステムの運転が行える他、運
転状態変更の際の監視や操作設置の追加が不要となる。

更に、この製品流の濃縮度及び流量の調整が、流量調節
手段によるシステムに含まれるガス分離カスケードの製
品流の流量調整によって行うことができるため、例えば
製品ウランの濃縮度の調整が簡単かつ精度よく行え、し
かも連続生産中に濃縮度調整を行うことも出来るので、
稼動率が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のガス分離システムの一例を示す模
式図第２図は第１図とは異なるこの発明のガス分離システム
の一例を示す模式図、第３図は従来のガス分離システム
の一例を示す模式図、第４図は、第３図のシステムを運
転して製品ガスを製造した場合の製品ガスの濃縮度と運
転効率との関係を示すグラフである。ＬＡ、ＩＢ、　　　・・、ＩＺ・・・ガス分離カスケー
ド、ＩＣ，ＩＤ・・・ガス分離カスケード、１１゜１２
、・・・・・ＩＮ・・・ガス分離カスケード、４Ａ、、
ＡＢ、　　・・・・４Ｚ、・・・製品流配管、４Ａ２．
ＡＢ２・・・・４ｚ２・・・製品流配管、４Ａ３．ＡＢ
、・・・・４Ｚ、・・・製品流配管、４ＣＩ、４Ｃ２・
・・製品流配管、４Ｄ＋　、４Ｄ２・・・製品流配管、
４１，４２．　　・・・４Ｎ・・・製品流配管、５１，
５２．５３・・・捕集配管、６Ａ、。６　Ａ　２　、　６　Ａ　３・・・流量調節弁、６Ｂ＋
　、６Ｂ２　。６８３−・・流量調節弁、６Ｚ＋　、６Ｚ２．６Ｚｓ・
・・流量調節弁、６Ｃ＋　、６Ｃ２，６ＣＩ２・・・流
量調節弁、ｉｓｃ＋　、６Ｃ２，６ＣＩ２・・・流量調
節弁。

Claims

【特許請求の範囲】１、複数種の濃縮度の異なる製品ガスを流出する複数台
のガス分離カスケードと複数本の捕集配管とを有し、前
記ガス分離カスケードのそれぞれと前記捕集配管のそれ
ぞれが流量調節手段又は切換手段を介して接続されてい
ることを特徴とするガス分離システム。２、前記ガス分離カスケードの少なくとも１台が１種類
の製品ガスを流出する１本の製品流配管を具備するガス
分離カスケードであって、前記製品流配管と前記複数本
の捕集配管のそれぞれとが流量調節手段又は切換手段を
介して接続されている請求項１記載のシステム。３、前記ガス分離カスケードの少なくとも１台がそれぞ
れ濃縮度の異なる製品ガスを流出する複数本の製品流配
管を具備するガス分離カスケードであって、前記複数本
の製品流配管のそれぞれが流量調節手段を介して互いに
異なる前記捕集配管に接続されている請求項１又は２記
載のシステム。