JPH08108046A - 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
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- JPH08108046A JPH08108046A JP6244229A JP24422994A JPH08108046A JP H08108046 A JPH08108046 A JP H08108046A JP 6244229 A JP6244229 A JP 6244229A JP 24422994 A JP24422994 A JP 24422994A JP H08108046 A JPH08108046 A JP H08108046A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 核融合反応の燃料である重水素（Ｄ）と三重
水素（Ｔ）とを効率良く高濃度に分離するための水素同
位体とヘリウムとの分離方法及び装置。 【構成】 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区画と、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最初の区画に送る区
画と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とを分離する。
水素（Ｔ）とを効率良く高濃度に分離するための水素同
位体とヘリウムとの分離方法及び装置。 【構成】 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区画と、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最初の区画に送る区
画と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とを分離する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軽元素である重水素
（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にの、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。
（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にの、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。
【０００２】
【従来の技術】従来の水素同位体とヘリウムの分離技術
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。
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。
【０００３】この方法は、高真空下で行われるために１
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。
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。
【０００４】・ガスクロマトグラフィ−による方法 水素同位体とヘリウムの混合ガスを分析する手法とし
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。
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。
【０００５】この方法は分析には適しているが、キャリ
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。
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。
【０００６】・気体分離膜による方法 水素同位体やヘリウムは、高分子膜等への透過性が非常
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。
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。
【０００７】しかし水素同位体とヘリウムは、ほぼ同程
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。
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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように従
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。
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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
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。
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。
【００１０】ここで第１区画は水素同位体の吸着を行わ
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。
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。
【００１１】これを第２図の工程１において説明する
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。
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。
【００１２】第２区画は水素同位体の脱着を行う区画で
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。
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。
【００１３】これを第２図の工程１において説明する
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。
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。
【００１４】第３区画は第１区画と同じく水素同位体と
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。
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。
【００１５】これを第２図の工程１において説明する
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。
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。
【００１６】本発明は上記の３つの区画で行うことを基
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。
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。
【００１７】これを第４図の工程１に基づいて説明する
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。
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。
【００１８】
【実施例】次に本発明を実施例により更に具体的に説明
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。
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。
【００１９】第１図は本発明の方法を実施するための擬
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。
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。
【００２０】第１図において、１〜４は各々同一の吸着
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。
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。
【００２１】吸着塔１〜４の入口側に連結された配管１
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。
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。
【００２２】本図は上記したように、本発明の方法を実
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。
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。
【００２３】なお、第１図において、吸着塔１及び２を
第１区画として使用し、吸着塔３を第３区画として使用
し、そして吸着塔４を第２区画として使用した場合の装
置について、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
素や水素同位体を吸着し、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。供給弁３ｆのみが開けられた吸着塔３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
ウム富化ガスが供給弁３ｆを経て原料ガスと合体されて
第１区画に循環される。抜き出し弁４ｃのみが開けられ
た吸着塔４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４
ｃ及び抜き出し配管１３ｃを経て取り出される。
第１区画として使用し、吸着塔３を第３区画として使用
し、そして吸着塔４を第２区画として使用した場合の装
置について、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
素や水素同位体を吸着し、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。供給弁３ｆのみが開けられた吸着塔３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
ウム富化ガスが供給弁３ｆを経て原料ガスと合体されて
第１区画に循環される。抜き出し弁４ｃのみが開けられ
た吸着塔４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４
ｃ及び抜き出し配管１３ｃを経て取り出される。
【００２４】実施例１ 第１図に記載の装置を用いて、表１に記載の原料ガスを
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。
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。
【００２５】第１図に示した装置は、吸着剤としてモレ
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。
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。
【００２６】本発明の方法により、水素とヘリウムの分
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。
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。
【００２７】
【表１】
【表２】 実施例２ 第１図に記載の装置を用いて、表３に記載の原料ガスを
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。
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。
【００２８】第１図に示した装置は、吸着剤としてモレ
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。
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。
【００２９】本発明の方法により、重水素とヘリウムの
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。
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。
【００３０】
【表３】
【表４】
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、水素同位体とヘリウム
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。
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。
【図１】この発明の一実施例を示した構成概要図であ
る。
る。
【図２】この発明による水素（Ｈ2）とヘリウム（Ｈ
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。
【図３】この発明による重水素（Ｄ2）とヘリウム（Ｈ
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。
【図４】この発明によるパージ工程のある水素とヘリウ
ム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。
１ 吸着塔 ２ 吸着塔 ３ 吸着塔 ４ 吸着塔 １ａ 抜き出し弁 ２ａ 抜き出し弁 ３ａ 抜き出し弁 ４ａ 抜き出し弁 １ｂ 抜き出し弁 ２ｂ 抜き出し弁 ３ｂ 抜き出し弁 ４ｂ 抜き出し弁 １ｃ 抜き出し弁 ２ｃ 抜き出し弁 ３ｃ 抜き出し弁 ４ｃ 抜き出し弁 １ｆ 供給弁 ２ｆ 供給弁 ３ｆ 供給弁 ４ｆ 供給弁 ５ 遮断弁 ６ 遮断弁 ７ 遮断弁 ８ 遮断弁 ９ 配管 １０ 配管 １１ 配管 １２ 配管 １３Ａ 抜き出し配管 １３Ｂ 循環配管 １３Ｃ 抜き出し配管 １３ｆ 供給配管 １４Ａ 真空ポンプ １４Ｂ 真空ポンプ １４Ｃ 真空ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 義夫 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 増田 隆之 東京都文京区本郷５丁目５番16号 オルガ ノ株式会社内 (72)発明者 松田 文彦 埼玉県戸田市川岸１丁目４番９号 オルガ ノ株式会社総合研究所内
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り口から水素や重
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第
１区画最前列に位置する吸着塔に供給する、以上３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
区画からのガスの排出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り口か
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
画分を抜き出し、（２） このヘリウム画分の一部を第
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
出してこれを第１区画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
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
区画からのガスの排出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
吸着塔と最善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、真空ポンプを
３台以上有することを特徴とする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 true JPH08108046A (ja) | 1996-04-30 |
| JP3210812B2 JP3210812B2 (ja) | 2001-09-25 |
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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) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6461410B1 (en) | 1999-08-20 | 2002-10-08 | Organo Corporation | Method and apparatus for separating, removing, and recovering gas components |
| US7892322B2 (en) | 2005-04-19 | 2011-02-22 | Japan Atomic Energy Agency | Apparatus and method for separating gas |
| 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 |
| WO2021143093A1 (zh) * | 2020-01-14 | 2021-07-22 | 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
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6461410B1 (en) | 1999-08-20 | 2002-10-08 | Organo Corporation | Method and apparatus for separating, removing, and recovering gas components |
| US7892322B2 (en) | 2005-04-19 | 2011-02-22 | Japan Atomic Energy Agency | Apparatus and method for separating gas |
| 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 |
| WO2021143093A1 (zh) * | 2020-01-14 | 2021-07-22 | 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 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3210812B2 (ja) | 2001-09-25 |
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