JPH09318798A - Underground environment simulation device - Google Patents

Underground environment simulation device

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JPH09318798A
JPH09318798A JP15763496A JP15763496A JPH09318798A JP H09318798 A JPH09318798 A JP H09318798A JP 15763496 A JP15763496 A JP 15763496A JP 15763496 A JP15763496 A JP 15763496A JP H09318798 A JPH09318798 A JP H09318798A
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gas
concentration
carbon dioxide
circulating
underground environment
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隆太郎 和田
Masato Asao
真人 浅尾
Tsutomu Nishimura
務 西村
Toshio Iwata
俊雄 岩田
Kenji Yamaguchi
憲治 山口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simulate exact underground environment with arbitrarily controlled carbon dioxide gas concentration by supplying circulation gas with carbon dioxide gas and adjusting the carbon dioxide concentration to a specific concentration. SOLUTION: A desired CO2 concentration is set and a command 40 is given to a gas circulation device 2 to start concentration control. That is, a gate valve 25 opens, and gas flow controllers 30 and 31 in a CO2 gas supply system 26 and a mixed gas (N2 and H2 ) supply system 27 control the valve opening of control valves 28 and 29. With a gas flow according to the opening, CO2 and N2 /H2 mixed gas are respectively supplied to the circulation gas. After that, the circulation gas is mixed in an oxygen/hydrogen reaction process 22 to react 34 oxygen and hydrogen to remove oxygen as water molecules. This water molecules are cooled and condensed in a steam water separation process 23 and stagnate in a steam/water separator 36. After that the circulation gas in upper layer is supplied from the circulation device 2 via a gas exhaust pipe 39 to an airtight chamber 1. In this manner, exact underground environment controlled of CO2 concentration can be simulated in a chamber 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、放射性廃棄物の処
分環境等となる地下環境を模擬する地下環境シミュレー
ション装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an underground environment simulating device for simulating an underground environment which is a disposal environment of radioactive waste.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年においては、核燃料サイクルにより
発生する高レベル放射性廃棄物の処分に関する研究開発
が進められるにつれ、その処分環境である数百m以上の
大深度の地下環境(低酸素濃度および任意の低炭酸ガス
濃度)を模擬的に実現し、その雰囲気下で実験を行う必
要性が高まっている。
2. Description of the Related Art In recent years, as research and development on the disposal of high-level radioactive waste generated by the nuclear fuel cycle have progressed, the disposal environment for deep underground environments of several hundred meters or more (low oxygen concentration and voluntary It is becoming increasingly necessary to simulate the low carbon dioxide gas concentration in (1) and conduct experiments in that atmosphere.

【0003】そこで、従来は、図2に示すように、気密
チャンバ51内のガスを排気して真空状態にしたり、常
圧の窒素で置換した後、窒素ガス等の不活性ガスを不活
性ガス供給装置52から供給することによって、大部分
の酸素および炭酸ガスを除去する。そして、気密チャン
バ51に封入された不活性ガスを残存する酸素および炭
酸ガスと共に循環させながら、循環経路中に設けられた
脱酸素装置53により残存する酸素を除去すると共に、
並列接続された水吸着装置54・54および炭酸ガス吸
着装置55・55により水分および残存する炭酸ガスを
除去することによって、酸素濃度および炭酸ガス濃度の
極めて低い大深度の地下環境を実現するようになってい
る(特開平1−207748号公報)。
Therefore, conventionally, as shown in FIG. 2, the gas in the airtight chamber 51 is evacuated to a vacuum state or replaced with nitrogen at atmospheric pressure, and then an inert gas such as nitrogen gas is replaced with an inert gas. By supplying from the supply device 52, most of oxygen and carbon dioxide are removed. Then, while circulating the inert gas sealed in the airtight chamber 51 together with the remaining oxygen and carbon dioxide gas, the oxygen removal device 53 provided in the circulation path removes the remaining oxygen, and
By removing water and residual carbon dioxide by the water adsorbing devices 54, 54 and carbon dioxide adsorbing devices 55, 55 connected in parallel, it is possible to realize a deep underground environment with extremely low oxygen concentration and carbon dioxide concentration. (Japanese Patent Laid-Open No. 1-207748).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現実の
地下環境は、その温度に殆ど関係なく酸素濃度が低濃度
であることは共通であるが、深度や地質等により炭酸ガ
ス濃度が異なっており、このような濃度差を有する現実
の地下環境に一層近づけようとすると、上記従来のよう
な酸素および炭酸ガスを循環させながら連続的に除去す
る構成だけでは不十分なものになる。特に、炭酸ガス濃
度は、僅かな違いでも放射性廃棄物の実験結果に大きな
影響を与える要因であり、高精度の実験結果を得ようと
した場合には、炭酸ガス濃度を調整または変化させて実
験できることが望まれている。
However, it is common that the actual underground environment has a low oxygen concentration regardless of its temperature, but the carbon dioxide concentration differs depending on the depth, geology, etc., In order to bring it closer to the actual underground environment having such a concentration difference, the above-mentioned conventional structure of continuously removing oxygen and carbon dioxide while circulating is insufficient. In particular, carbon dioxide concentration is a factor that has a great influence on the experimental results of radioactive waste even with a slight difference. Therefore, when trying to obtain highly accurate experimental results, the carbon dioxide concentration should be adjusted or changed. It is desired to be able to do it.

【0005】従って、本発明は、炭酸ガス濃度を任意の
濃度に調整可能にすることによって、地下環境を正確に
模擬することができる地下環境シミュレーション装置を
提供しようとするものである。
Therefore, the present invention is intended to provide an underground environment simulating apparatus capable of accurately simulating the underground environment by adjusting the carbon dioxide concentration to an arbitrary concentration.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の発明は、内外に雰囲気が遮断された密閉
ボックスと、前記密閉ボックスに所定成分の循環ガスを
供給して回収するガス循環装置とを備えてなり、前記ガ
ス循環装置は、前記循環ガスに対して不活性ガスを供給
する不活性ガス供給部と、前記循環ガス中の各成分のガ
ス濃度を測定する濃度測定手段と、前記循環ガス中の酸
素のガス濃度に応じて供給された水素を、該酸素と反応
させる貴金属触媒を有した酸水素反応器と、前記循環ガ
ス中の炭酸ガスのガス濃度を所定濃度とするように、該
循環ガスに炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給手段とを有
していることを特徴としている。これにより、酸水素反
応器において酸素を循環ガスから除去しながら、この循
環ガス中の炭酸ガスのガス濃度を測定し、このガス濃度
を所定濃度とするように、循環ガスに対して炭酸ガスを
供給するようになっているため、炭酸ガス濃度を低濃度
下において調整することができる。従って、炭酸ガス濃
度を任意の濃度に変化させることによって、様々な条件
の地下環境を正確に模擬することができる。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 supplies and collects a closed box in which the atmosphere is blocked inside and outside, and a circulating gas of a predetermined component is supplied to the closed box. A gas circulation device, wherein the gas circulation device measures the gas concentration of each component in the circulation gas, and an inert gas supply unit that supplies an inert gas to the circulation gas. An oxyhydrogen reactor having a noble metal catalyst for reacting hydrogen supplied according to the oxygen gas concentration in the circulating gas with the oxygen, and a gas concentration of the carbon dioxide gas in the circulating gas to a predetermined concentration. As described above, the carbon dioxide gas supply means for supplying carbon dioxide gas to the circulating gas is provided. With this, while removing oxygen from the circulating gas in the oxyhydrogen reactor, the gas concentration of the carbon dioxide gas in the circulating gas is measured, and the carbon dioxide gas is supplied to the circulating gas so that the gas concentration becomes a predetermined concentration. Since the carbon dioxide gas is supplied, the carbon dioxide concentration can be adjusted at a low concentration. Therefore, by changing the carbon dioxide concentration to an arbitrary concentration, it is possible to accurately simulate the underground environment under various conditions.

【0007】請求項2の発明は、請求項1において、前
記酸水素反応器における貴金属触媒および循環ガスに対
する加熱手段が設けられていることを特徴としている。
これにより、貴金属触媒および循環ガスが加熱手段によ
り加熱されることによって、貴金属触媒への炭酸ガスの
吸着が十分に防止されるため、例えば100ppm以下
のように極めて低濃度の炭酸ガスのガス濃度も正確に制
御することが可能になる。
The invention of claim 2 is characterized in that in claim 1, a heating means for the noble metal catalyst and the circulating gas in the oxyhydrogen reactor is provided.
As a result, the noble metal catalyst and the circulating gas are heated by the heating means, so that the adsorption of the carbon dioxide gas to the noble metal catalyst is sufficiently prevented, so that the gas concentration of the carbon dioxide gas having an extremely low concentration of, for example, 100 ppm or less can be achieved. It becomes possible to control accurately.

【0008】請求項3の発明は、請求項1または2にお
いて、前記酸水素反応器における貴金属触媒は、無機質
の担体であって、その比表面積が250m2 /g以下で
あることを特徴としている。これにより、貴金属触媒が
無機質の担体とされることによって、貴金属触媒への炭
酸ガスの吸着が十分に防止されるため、例えば100p
pm以下のように極めて低濃度の炭酸ガスのガス濃度も
正確に制御することが可能になる。
The invention of claim 3 is characterized in that, in claim 1 or 2, the noble metal catalyst in the oxyhydrogen reactor is an inorganic carrier and has a specific surface area of 250 m 2 / g or less. . As a result, since the noble metal catalyst is used as an inorganic carrier, the adsorption of carbon dioxide gas to the noble metal catalyst is sufficiently prevented.
It becomes possible to accurately control the gas concentration of carbon dioxide gas having an extremely low concentration such as pm or less.

【0009】請求項4の発明は、請求項1において、前
記循環ガスに対して過剰に水素が供給されることによっ
て、前記酸水素反応器における水素と炭酸ガスとの副反
応によりメタンガスを生成し、この濃度を制御可能にさ
れていることを特徴としている。これにより、地下環境
において存在する可能性のあるメタンガスを生成可能に
することによって、地下環境を一層正確に模擬すること
ができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, hydrogen is excessively supplied to the circulating gas to generate methane gas by a side reaction between hydrogen and carbon dioxide in the oxyhydrogen reactor. The feature is that this concentration can be controlled. As a result, the underground environment can be more accurately simulated by making it possible to generate methane gas that may exist in the underground environment.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図1に基づ
いて以下に説明する。本実施形態に係る地下環境シミュ
レーション装置は、図1に示すように、気密状態に内外
の雰囲気が遮断された気密チャンバ1(密閉ボックス)
と、気密チャンバ1に対して炭酸(CO2 )ガスや窒素
(N2 )ガス等の所定ガスを供給して回収するガス循環
装置2とを有している。気密チャンバ1には、吸気口1
aおよび排気口1bが形成されており、これらの吸気口
1aおよび排気口1bは、ガス循環装置2に接続されて
いる。そして、排気口1bとガス循環装置2との配管経
路間には、排気用制御バルブ4と排気用ガス圧調整器5
とが設けられており、排気用ガス圧調整器5は、気密チ
ャンバ1からのガス圧を検出し、検出したガス圧を所定
の圧力とするように排気用制御バルブ4のバルブ開度を
調整するようになっている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the underground environment simulation apparatus according to the present embodiment is an airtight chamber 1 (closed box) in which the atmosphere inside and outside is shut off in an airtight state.
And a gas circulation device 2 for supplying and recovering a predetermined gas such as carbon dioxide (CO 2 ) gas or nitrogen (N 2 ) gas to the airtight chamber 1. The airtight chamber 1 has an intake port 1
a and an exhaust port 1b are formed, and these intake port 1a and exhaust port 1b are connected to the gas circulation device 2. An exhaust control valve 4 and an exhaust gas pressure regulator 5 are provided between the exhaust passage 1b and the gas circulation device 2 through a pipe path.
The exhaust gas pressure regulator 5 detects the gas pressure from the airtight chamber 1 and adjusts the valve opening degree of the exhaust control valve 4 so that the detected gas pressure becomes a predetermined pressure. It is supposed to do.

【0011】上記の排気用制御バルブ4は、ガス循環装
置2のガス循環系6の入口側に接続されている。このガ
ス循環系6の入口側には、ガス圧を検出する循環ガス圧
調整器10と、窒素ガス(不活性ガス)や炭酸ガス等を
成分として有した循環ガスを外部に排気するオフガス排
気系7と、循環ガスの循環を停止可能な循環系開閉バル
ブ11と、ガス循環系6に窒素ガスを供給する窒素(N
2 )ガス供給系12(不活性ガス供給部)とが入口側か
らこの順に設けられている。
The exhaust control valve 4 is connected to the inlet side of the gas circulation system 6 of the gas circulation device 2. At the inlet side of the gas circulation system 6, a circulation gas pressure regulator 10 for detecting the gas pressure and an off-gas exhaust system for exhausting a circulation gas containing nitrogen gas (inert gas), carbon dioxide gas or the like as a component to the outside. 7, a circulation system opening / closing valve 11 capable of stopping the circulation of the circulation gas, and a nitrogen (N
2 ) A gas supply system 12 (inert gas supply section) is provided in this order from the inlet side.

【0012】窒素(N2 )ガス供給系12は、窒素ガス
用制御バルブ14を有しており、窒素ガス用制御バルブ
14は、上述の循環ガス圧調整器10によりオフガス用
制御バルブ9と連動されながらバルブ開度が調整され、
バルブ開度に応じた供給量でもって窒素ガスをガス循環
系6に供給するようになっている。このようにして窒素
(N2 )ガス供給系12から窒素ガスが供給された循環
ガスは、圧送工程20に流動するようになっている。圧
送工程20は、ブロア15aを有している。
The nitrogen (N 2 ) gas supply system 12 has a nitrogen gas control valve 14, and the nitrogen gas control valve 14 is interlocked with the off gas control valve 9 by the circulation gas pressure regulator 10 described above. While the valve opening is being adjusted,
Nitrogen gas is supplied to the gas circulation system 6 with a supply amount according to the valve opening. The circulating gas supplied with the nitrogen gas from the nitrogen (N 2 ) gas supply system 12 in this manner flows into the pressure feeding step 20. The pressure feeding step 20 has a blower 15a.

【0013】上記の圧送工程20の後工程には、循環ガ
ス中の炭酸ガスを吸収する炭酸ガス吸収工程21が設け
られている。炭酸ガス吸収工程21は、オリフィス18
と、オリフィス18に並列接続されたCO2 吸収器19
とを有している。CO2 吸収器19の入口側および出口
側には、開閉バルブ26が設けられている。そして、炭
酸ガス吸収工程21は、CO2 <1ppmに維持したい
場合の系の循環ガスの炭酸ガス濃度等の運転状況に応じ
て開閉バルブ25・25を開栓および閉栓させ、開栓時
においてCO2 吸収器19により循環ガス中の炭酸ガス
を吸収させるようになっている。
A carbon dioxide absorption step 21 for absorbing carbon dioxide in the circulating gas is provided as a step subsequent to the pressure feeding step 20. The carbon dioxide absorption step 21 is performed by the orifice 18
And a CO 2 absorber 19 connected in parallel to the orifice 18.
And An opening / closing valve 26 is provided on the inlet side and the outlet side of the CO 2 absorber 19. Then, in the carbon dioxide absorption step 21, the opening / closing valves 25, 25 are opened and closed according to the operating conditions such as the carbon dioxide concentration of the circulating gas of the system when it is desired to maintain CO 2 <1 ppm. 2 The absorber 19 is designed to absorb the carbon dioxide gas in the circulating gas.

【0014】また、炭酸ガス吸収工程21の後工程に
は、炭酸(CO2 )ガス供給系26(炭酸ガス供給手
段)と混合(N2/H2 )ガス供給系27とが設けられて
いる。これらの炭酸(CO2 )ガス供給系26および混
合(N2/H2 )ガス供給系27には、CO2 用制御バル
ブ28およびN2/H2 用制御バルブ29がそれぞれ設け
られていると共に、CO2 ガス流量調整器30およびN
2/H2 ガス流量調整器31がそれぞれ設けられている。
そして、CO2 ガス流量調整器30は、後述のパーソナ
ルコンピュータ等の情報処理装置40(炭酸ガス供給手
段)からの指令値となるように、CO2 用制御バルブ2
8のバルブ開度を調整し、指令値のガス流量でもって炭
酸ガスを循環ガスに供給させることによって、オペレー
タにより設定された炭酸ガス濃度を循環ガスに存在させ
るようになっている。また、N2/H2ガス流量調整器3
1は、情報処理装置40からの指令値となるように、N
2/H2用制御バルブ29のバルブ開度を調整するように
なっている。そして、メタンガスを生成する際には、混
合(N2/H2 )ガス供給系27が大きなバルブ開度で開
栓され、酸素濃度に対して一層過剰なN2/H2 ガスが供
給されることによって、後述の酸水素反応器34におけ
る炭酸ガスと水素ガスとの副反応によりメタンガスが生
成されるようになっている。
Further, a carbon dioxide (CO 2 ) gas supply system 26 (carbon dioxide gas supply means) and a mixed (N 2 / H 2 ) gas supply system 27 are provided in the subsequent step of the carbon dioxide absorption step 21. . The carbon dioxide (CO 2 ) gas supply system 26 and the mixed (N 2 / H 2 ) gas supply system 27 are provided with a CO 2 control valve 28 and an N 2 / H 2 control valve 29, respectively. , CO 2 gas flow controller 30 and N
2 / H 2 gas flow rate regulators 31 are provided respectively.
Then, the CO 2 gas flow rate regulator 30 controls the CO 2 control valve 2 so that the CO 2 gas flow rate regulator 30 has a command value from an information processing device 40 (carbon dioxide gas supply means) such as a personal computer described later.
The carbon dioxide concentration set by the operator is made to exist in the circulating gas by adjusting the valve opening of No. 8 and supplying the circulating gas with the carbon dioxide at the gas flow rate of the command value. In addition, the N 2 / H 2 gas flow rate regulator 3
1 becomes N as a command value from the information processing device 40.
The valve opening of the 2 / H 2 control valve 29 is adjusted. When the methane gas is generated, the mixed (N 2 / H 2 ) gas supply system 27 is opened with a large valve opening, and the N 2 / H 2 gas in excess of the oxygen concentration is supplied. As a result, methane gas is generated by a side reaction between carbon dioxide gas and hydrogen gas in the oxyhydrogen reactor 34 described later.

【0015】上記の循環ガスは、循環ガス中の酸素と水
素とを反応(2H2+O 2 →2H2O) させて酸素を除去する酸
水素反応工程22に流通するようになっている。酸水素
反応工程22は、ガスミキサ32を前段に有しており、
ガスミキサ32は、循環ガスに供給された炭酸ガスおよ
びN2/H2 ガスを混合するようになっている。ガスミキ
サ32の後段には、循環ガスを加熱するプレヒータ33
a(加熱手段)と、循環ガス中の酸素と水素とを反応さ
せる酸水素反応器34とがこの順に設けられている。酸
水素反応器34は、酸水素反応を生じさせるように無機
質の担体を使用した貴金属触媒を内蔵しており、この担
体は、炭酸ガスが貴金属触媒に吸着されるのを防止する
ように比表面積が250m2 /g以下、さらに好ましく
は100m2 /g以下に設定されている。
The above-mentioned circulating gas is adapted to flow into an oxyhydrogen reaction step 22 where oxygen and hydrogen in the circulating gas are reacted (2H 2 + O 2 → 2H 2 O) to remove oxygen. The oxyhydrogen reaction step 22 has a gas mixer 32 at the front stage,
The gas mixer 32 mixes the carbon dioxide gas and the N 2 / H 2 gas supplied to the circulating gas. A pre-heater 33 that heats the circulating gas is provided downstream of the gas mixer 32.
A (heating means) and an oxyhydrogen reactor 34 for reacting oxygen and hydrogen in the circulating gas are provided in this order. The oxyhydrogen reactor 34 contains a noble metal catalyst using an inorganic carrier so as to cause an oxyhydrogen reaction, and this carrier has a specific surface area so as to prevent carbon dioxide gas from being adsorbed by the noble metal catalyst. Is 250 m 2 / g or less, more preferably 100 m 2 / g or less.

【0016】尚、無機質の担体としては、焼結シリカ、
アルミナ、SiCのうちから選ばれた1種または2種以
上の組み合わせを挙げることができる。また、比表面積
とは、粒子の単位質量当たりの表面積のことであり、例
えば同じ触媒の材質であれば、比表面積が大きいほど活
性が高い状態を示すものである。また、貴金属触媒の担
体の比表面積と酸素濃度(カラム入口)と炭酸ガス濃度
差(カラム出入口の濃度差)との間には、図2に示すよ
うな関係があり、本実施形態のように担体の比表面積が
250m2 /g以下であると、酸素濃度が0.1ppm
以下を維持し、炭酸ガスの吸着に伴って生じる濃度差が
数ppm以下となるため、十分に実用的な反応器とする
ことができる。さらに、担体の比表面積が100m2
g以下であると、極めて安定性に優れた反応器とするこ
とができる。。
As the inorganic carrier, sintered silica,
Examples thereof include one kind or a combination of two or more kinds selected from alumina and SiC. Further, the specific surface area is a surface area per unit mass of particles, and for example, in the case of the same catalyst material, the larger the specific surface area, the higher the activity. Further, there is a relationship as shown in FIG. 2 between the specific surface area of the carrier of the noble metal catalyst, the oxygen concentration (column inlet), and the carbon dioxide concentration difference (concentration difference at column outlet), as in the present embodiment. When the specific surface area of the carrier is 250 m 2 / g or less, the oxygen concentration is 0.1 ppm.
The following difference is maintained, and the concentration difference caused by the adsorption of carbon dioxide becomes several ppm or less, so that the reactor can be made sufficiently practical. Furthermore, the specific surface area of the carrier is 100 m 2 /
When it is not more than g, a reactor having extremely excellent stability can be obtained. .

【0017】具体的には、表1に示すように、比表面積
が0〜10のαアルミナの担体を使用した場合には、酸
素入口濃度(ppm)が0.05、炭酸入口濃度(pp
m)が12.35、炭酸出口濃度(ppm)が8.4
5、炭酸濃度差(ppm)が3.9となる。また、比表
面積が0〜10のSiC球の担体を使用した場合には、
酸素入口濃度(ppm)が0.1、炭酸入口濃度(pp
m)が4.55、炭酸出口濃度(ppm)が4.52、
炭酸濃度差(ppm)が0.03となる。また、比表面
積が100以下のSiC球の担体を使用した場合には、
酸素入口濃度(ppm)が0.06、炭酸入口濃度(p
pm)が4.78、炭酸出口濃度(ppm)が4.7
3、炭酸濃度差(ppm)が0.05となる。これに対
し、比表面積が200〜300のγアルミナの担体を使
用すると、酸素入口濃度(ppm)が0.05、炭酸入
口濃度(ppm)が20、炭酸出口濃度(ppm)が
0、炭酸濃度差(ppm)が20となる。
Specifically, as shown in Table 1, when an α-alumina carrier having a specific surface area of 0 to 10 is used, the oxygen inlet concentration (ppm) is 0.05 and the carbonic acid inlet concentration (pp).
m) is 12.35 and carbonic acid outlet concentration (ppm) is 8.4.
5, the difference in carbonic acid concentration (ppm) is 3.9. Further, when a SiC sphere carrier having a specific surface area of 0 to 10 is used,
Oxygen inlet concentration (ppm) is 0.1, carbonic acid inlet concentration (pp
m) is 4.55, carbonic acid outlet concentration (ppm) is 4.52,
The difference in carbon dioxide concentration (ppm) is 0.03. When a SiC sphere carrier having a specific surface area of 100 or less is used,
Oxygen inlet concentration (ppm) is 0.06, Carbonic acid inlet concentration (p
pm) is 4.78 and carbon dioxide outlet concentration (ppm) is 4.7.
3, the carbonic acid concentration difference (ppm) is 0.05. On the other hand, when a γ-alumina carrier having a specific surface area of 200 to 300 is used, the oxygen inlet concentration (ppm) is 0.05, the carbonic acid inlet concentration (ppm) is 20, the carbonic acid outlet concentration (ppm) is 0, and the carbonic acid concentration is The difference (ppm) becomes 20.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】上記の担体を内蔵した酸水素反応器34の
側方には、貴金属触媒および循環ガスを加熱するメイン
ヒータ33b(加熱手段)が設けられている。そして、
これらのメインヒータ33bおよびプレヒータ33a
は、循環ガスおよび酸水素反応器34内の貴金属触媒を
所望の温度に加熱することによって、炭酸ガスが貴金属
触媒に吸着させるのを十分に防止するようになってい
る。尚、メインヒータ33bおよびプレヒータ33aに
よる貴金属触媒の加熱温度は、100〜800℃の範囲
であることが望ましい。これは、常圧において100℃
が水を蒸気の形態で取り扱える沸点温度であって実用的
に使用できる最低限の温度であり、800℃以上では、
貴金属触媒が金属溶融を起こすからである。
A main heater 33b (heating means) for heating the precious metal catalyst and the circulating gas is provided on the side of the oxyhydrogen reactor 34 containing the above carrier. And
These main heater 33b and preheater 33a
Is designed to sufficiently prevent the carbon dioxide gas from adsorbing to the noble metal catalyst by heating the circulating gas and the noble metal catalyst in the oxyhydrogen reactor 34 to a desired temperature. The heating temperature of the noble metal catalyst by the main heater 33b and the preheater 33a is preferably in the range of 100 to 800 ° C. This is 100 ℃ at normal pressure
Is the boiling point temperature at which water can be handled in the form of steam, which is the minimum temperature that can be practically used.
This is because the noble metal catalyst causes metal melting.

【0020】さらに、酸水素反応器34の後工程には、
酸水素反応工程22で生成された水を循環ガスから分離
して除去する気水分離工程23が設けられている。気水
分離工程23は、冷却器35を前段に有している。この
冷却器35は、酸水素反応工程22において加熱された
循環ガスを冷却することによって、循環ガス中に生成さ
れた水分子を凝集させるようになっている。冷却器35
の後段には、凝集された水と循環ガスとを下層と上層と
に分離する気水分離器36が設けられている。そして、
気水分離器36の底面には、排水用開閉バルブ37を介
して排水タンク38が接続されており、排水用開閉バル
ブ37は、気水分離器36の液面が所定高さになったと
きに開栓され、気水分離器36内の水を排水タンク38
に排出するようになっている。一方、気水分離器36内
の上面には、ガス排出配管39が接続されており、ガス
排出配管39は、気水分離器36の上層に存在する乾燥
した循環ガスをガス循環系6の出口から排出し、この循
環ガスを上述の気密チャンバ1に供給するようになって
いる。
Further, in the subsequent step of the oxyhydrogen reactor 34,
A water vapor separation step 23 is provided for separating and removing the water generated in the oxyhydrogen reaction step 22 from the circulating gas. The steam separation process 23 has a cooler 35 at the front stage. The cooler 35 cools the circulating gas heated in the oxyhydrogen reaction step 22 to aggregate the water molecules generated in the circulating gas. Cooler 35
A steam separator 36 for separating the condensed water and the circulating gas into a lower layer and an upper layer is provided in the subsequent stage. And
A drain tank 38 is connected to the bottom surface of the steam separator 36 via a drain opening / closing valve 37. The drain opening / closing valve 37 is used when the liquid level of the steam separator 36 reaches a predetermined height. The water in the steam separator 36 is drained to the drain tank 38.
It is designed to be discharged to. On the other hand, a gas discharge pipe 39 is connected to the upper surface inside the steam separator 36, and the gas discharge pipe 39 allows the dry circulating gas existing in the upper layer of the steam separator 36 to exit from the gas circulation system 6. And the circulating gas is supplied to the airtight chamber 1 described above.

【0021】また、ガス排出配管39には、酸素濃度、
水素濃度、および炭酸ガス濃度を監視するガス濃度モニ
タ41(濃度測定手段)が接続されている。ガス濃度モ
ニタ41は、情報処理装置40に接続されており、検出
結果である各種のガス濃度を情報処理装置40に出力す
るようになっている。また、情報処理装置40には、上
述の流量検出器17からガス流量の検出結果が入力され
るようになっていると共に、炭酸(CO2 )ガス供給系
26と混合(N2/H2 )ガス供給系27との間に設けら
れたガス圧検出器42および低O2 モニタ43からガス
圧および酸素濃度の検出結果が入力されるようになって
いる。そして、情報処理装置40は、オペレータにより
設定された炭酸ガス濃度となるように、上記のガス濃度
モニタ41等からの検出結果に基づいて指令値をCO2
ガス流量調整器30およびN2/H2 ガス流量調整器31
に出力し、循環ガスに対して炭酸ガスおよびN2/H2
スを供給させたり、プレヒータ33aやメインヒータ3
3bの温度設定等の各種の制御処理および監視処理を行
うようになっている。
The gas exhaust pipe 39 has an oxygen concentration,
A gas concentration monitor 41 (concentration measuring means) for monitoring the hydrogen concentration and the carbon dioxide concentration is connected. The gas concentration monitor 41 is connected to the information processing device 40, and outputs various gas concentrations, which are detection results, to the information processing device 40. Further, the information processing device 40 is adapted to receive the detection result of the gas flow rate from the above-mentioned flow rate detector 17, and mix with the carbon dioxide (CO 2 ) gas supply system 26 (N 2 / H 2 ). The detection results of the gas pressure and the oxygen concentration are input from the gas pressure detector 42 and the low O 2 monitor 43 provided between the gas supply system 27 and the gas supply system 27. Then, the information processing device 40 sets the command value to CO 2 based on the detection result from the gas concentration monitor 41 or the like so that the carbon dioxide concentration is set by the operator.
Gas flow rate regulator 30 and N 2 / H 2 gas flow rate regulator 31
To supply the carbon dioxide gas and the N 2 / H 2 gas to the circulating gas, and to supply the preheater 33a and the main heater 3
Various control processing such as temperature setting of 3b and monitoring processing are performed.

【0022】上記の構成において、地下環境シミュレー
ション装置の動作について説明する。先ず、情報処理装
置40に対してオペレータが所望の炭酸ガス濃度を設定
する。そして、情報処理装置40に対してガス循環装置
2の動作指令が入力されると、気密チャンバ1内および
ガス循環系6内の循環ガスが施設オフガス系に排気され
る。この後、所定の真空度に達すると、炭酸ガス濃度調
整処理が開始されることになる。
The operation of the underground environment simulating apparatus having the above structure will be described. First, the operator sets a desired carbon dioxide concentration in the information processing device 40. When an operation command for the gas circulation device 2 is input to the information processing device 40, the circulation gas in the airtight chamber 1 and the gas circulation system 6 is exhausted to the facility off-gas system. After that, when the predetermined vacuum degree is reached, the carbon dioxide concentration adjusting process is started.

【0023】即ち、窒素(N2 )ガス供給系12から窒
素ガスが循環ガス中に供給されながら、圧送工程20の
ブロア15aが駆動されることによって、循環ガスが気
密チャンバ1からガス循環装置2のガス循環系6に回収
される。そして、情報処理装置40に対する炭酸ガス濃
度の設定値が制御不可能な程度の高い値である場合に
は、炭酸ガス吸収工程21における開閉バルブ25が開
栓され、CO2 吸収器19による炭酸ガスの吸収が行わ
れる。
That is, while the nitrogen gas is being supplied from the nitrogen (N 2 ) gas supply system 12 into the circulating gas, the blower 15a of the pressure feeding step 20 is driven so that the circulating gas is transferred from the hermetic chamber 1 to the gas circulating device 2 Is recovered in the gas circulation system 6. Then, when the set value of the carbon dioxide concentration for the information processing device 40 is a high value that cannot be controlled, the opening / closing valve 25 in the carbon dioxide absorbing step 21 is opened, and the carbon dioxide gas by the CO 2 absorber 19 is opened. Is absorbed.

【0024】一方、炭酸ガス濃度の設定値が制御可能な
程度に設定されていた場合には、開閉バルブ25・25
が閉栓状態とされ、ガス濃度モニタ41において検出さ
れた炭酸ガス濃度等の検出値がオペレータにより設定さ
れた炭酸ガス濃度の設定値となるように、炭酸(C
2 )ガス供給系26および混合(N2/H2 )ガス供給
系27のガス流量調整器30・31に対して指令値がそ
れぞれ出力される。そして、各指令値を受信したガス流
量調整器30・31が制御バルブ28・29のバルブ開
度をそれぞれ制御することによって、バルブ開度に応じ
たガス流量でもって炭酸ガスおよびN2/H2 ガスがそれ
ぞれ循環ガスに供給されることになる。
On the other hand, when the set value of the carbon dioxide concentration is set to a controllable level, the open / close valves 25
Is closed, and the carbon dioxide (C) is adjusted so that the detected value such as the carbon dioxide concentration detected by the gas concentration monitor 41 becomes the set value of the carbon dioxide concentration set by the operator.
Command values are output to the gas flow rate regulators 30 and 31 of the O 2 ) gas supply system 26 and the mixed (N 2 / H 2 ) gas supply system 27, respectively. Then, the gas flow rate regulators 30 and 31 that have received the respective command values control the valve opening degrees of the control valves 28 and 29, respectively, so that carbon dioxide gas and N 2 / H 2 are supplied at a gas flow rate corresponding to the valve opening degree. Each gas will be supplied to the circulating gas.

【0025】この後、上記の循環ガスが酸水素反応工程
22において混合され、酸水素反応器34の貴金属触媒
により酸素と水素とが反応される。この際、貴金属触媒
および循環ガスがプレヒータ33aおよびメインヒータ
33bにより加熱されていると共に、貴金属触媒が担体
にされているため、炭酸ガスの貴金属触媒への吸着が十
分に防止されている。そして、上記の酸水素反応により
酸素が水分子として除去された後、この水分子が気水分
離工程23において冷却および凝縮され、気水分離器3
6に滞留された後に排水タンク38に排出される。一
方、気水分離器36の上層に存在する循環ガスは、ガス
排出配管39を介してガス循環装置2から排出されるこ
とによって、気密チャンバ1に供給されることになる。
Thereafter, the above circulating gases are mixed in the oxyhydrogen reaction step 22, and oxygen and hydrogen are reacted by the noble metal catalyst in the oxyhydrogen reactor 34. At this time, since the noble metal catalyst and the circulating gas are heated by the preheater 33a and the main heater 33b and the noble metal catalyst is used as a carrier, the adsorption of carbon dioxide gas to the noble metal catalyst is sufficiently prevented. Then, after oxygen is removed as water molecules by the oxyhydrogen reaction, the water molecules are cooled and condensed in the water-water separation step 23, and the water-water separator 3
After being accumulated in No. 6, it is discharged to the drainage tank 38. On the other hand, the circulating gas existing in the upper layer of the steam separator 36 is supplied to the airtight chamber 1 by being discharged from the gas circulation device 2 through the gas discharge pipe 39.

【0026】これにより、地下環境シミュレーション装
置は、気密チャンバ1およびガス循環装置2間において
循環ガスを循環させながら、酸素を除去すると共に、炭
酸ガス濃度を監視し、炭酸ガス濃度が所定の設定値とな
るように炭酸ガスを循環ガスに供給することによって、
炭酸ガス濃度を任意の濃度(1ppm〜50%)に調整
した正確な地下環境を気密チャンバ1内に模擬させるこ
とが可能になっている。
As a result, the underground environment simulation device removes oxygen while monitoring the carbon dioxide concentration while circulating the circulating gas between the airtight chamber 1 and the gas circulation device 2, and the carbon dioxide concentration is set to a predetermined set value. By supplying carbon dioxide gas to the circulating gas so that
It is possible to simulate an accurate underground environment in which the carbon dioxide concentration is adjusted to an arbitrary concentration (1 ppm to 50%) in the airtight chamber 1.

【0027】また、この地下環境にメタンガスを存在さ
せる場合には、混合(N2/H2 )ガス供給系27からN
2/H2 ガスが酸素濃度に対して一層過剰に供給され、酸
水素反応器34における炭酸ガスと水素ガスとの副反応
によりメタンガスが生成される。これにより、地下環境
シミュレーション装置は、地下環境において天然に存在
する可能性のあるメタンガスを生成することによって、
地下環境を一層正確に模擬することが可能になってい
る。即ち、天然のガス田等では、メタンガスの圧力が3
00atm以上、炭酸ガス濃度が数〜数十%であること
が多いが、本装置によれば、このようなメタンガスを含
む常圧下においても、炭酸ガス濃度を1ppm〜50%
の範囲で制御できるため、十分正確に地下環境を模擬す
るができる。
When methane gas is allowed to exist in this underground environment, the mixed (N 2 / H 2 ) gas supply system 27 supplies N
The 2 / H 2 gas is supplied in a more excessive amount with respect to the oxygen concentration, and methane gas is generated by the side reaction between the carbon dioxide gas and the hydrogen gas in the oxyhydrogen reactor 34. As a result, the underground environment simulation device generates methane gas that may exist naturally in the underground environment,
It is possible to more accurately simulate the underground environment. That is, in natural gas fields, the pressure of methane gas is 3
The carbon dioxide concentration is often several to several tens of percent at 00 atm or more. According to this device, the carbon dioxide concentration is 1 ppm to 50% even under normal pressure containing such methane gas.
Since it can be controlled in the range of, the underground environment can be simulated with sufficient accuracy.

【0028】尚、本実施形態においては、窒素ガスを不
活性ガスとして用いた場合について説明したが、その他
のヘリウムガス等の不活性ガスを窒素ガスに代えて用い
るようになっていても良い。また、本実施形態の地下環
境シミュレーション装置は、放射性廃棄物の処分環境を
模擬する原子力分野の他、一般廃棄物/産業廃棄物処分
の分野、金属燃料分野、金属Naを取り扱う実験の分野
等に適用することができる。また、本実施形態において
は、気密チャンバ1が密閉ボックスとして用いられてい
るが、これに限定されるものではなく、密閉ボックス
は、金属またはアクリル等の板材やOリングパッキン等
の密封部材により内外に雰囲気が遮蔽されたものであれ
ば良い。
In this embodiment, the case where nitrogen gas is used as the inert gas has been described, but other inert gas such as helium gas may be used instead of nitrogen gas. Further, the underground environment simulation device of the present embodiment is applied to the field of general waste / industrial waste disposal, the field of metal fuel, the field of experiments dealing with metal Na, etc. in addition to the field of nuclear power simulating the disposal environment of radioactive waste. Can be applied. Further, in the present embodiment, the airtight chamber 1 is used as a closed box, but the present invention is not limited to this, and the closed box is formed by a plate member such as metal or acrylic, or a sealing member such as an O-ring packing, inside and outside. What is necessary is that the atmosphere is shielded.

【0029】[0029]

【発明の効果】請求項1の発明は、内外に雰囲気が遮断
された密閉ボックスと、前記密閉ボックスに所定成分の
循環ガスを供給して回収するガス循環装置とを備えてな
り、前記ガス循環装置は、前記循環ガスに対して不活性
ガスを供給する不活性ガス供給部と、前記循環ガス中の
各成分のガス濃度を測定する濃度測定手段と、前記循環
ガス中の酸素のガス濃度に応じて供給された水素を、該
酸素と反応させる貴金属触媒を有した酸水素反応器と、
前記循環ガス中の炭酸ガスのガス濃度を所定濃度とする
ように、該循環ガスに炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給
手段とを有している構成である。これにより、酸水素反
応器において酸素を循環ガスから除去しながら、この循
環ガス中の炭酸ガスのガス濃度を測定し、このガス濃度
を所定濃度とするように、循環ガスに対して炭酸ガスを
供給するようになっているため、炭酸ガス濃度を低濃度
下において調整することができる。従って、炭酸ガス濃
度を任意の濃度に調整して変化させることによって、様
々な条件の地下環境を正確に模擬することができるとい
う効果を奏する。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a closed box in which the atmosphere is cut off inside and outside, and a gas circulation device for supplying and collecting a circulation gas of a predetermined component to the closed box. The apparatus is an inert gas supply unit that supplies an inert gas to the circulating gas, a concentration measuring unit that measures the gas concentration of each component in the circulating gas, and a gas concentration of oxygen in the circulating gas. An oxyhydrogen reactor having a noble metal catalyst that reacts the supplied hydrogen with the oxygen,
A carbon dioxide gas supply means for supplying carbon dioxide gas to the circulating gas so that the gas concentration of the carbon dioxide gas in the circulating gas becomes a predetermined concentration. With this, while removing oxygen from the circulating gas in the oxyhydrogen reactor, the gas concentration of the carbon dioxide gas in the circulating gas is measured, and the carbon dioxide gas is supplied to the circulating gas so that the gas concentration becomes a predetermined concentration. Since the carbon dioxide gas is supplied, the carbon dioxide concentration can be adjusted at a low concentration. Therefore, by adjusting and changing the carbon dioxide concentration to an arbitrary concentration, it is possible to accurately simulate the underground environment under various conditions.

【0030】請求項2の発明は、請求項1において、前
記酸水素反応器における貴金属触媒および循環ガスに対
する加熱手段が設けられている構成である。これによ
り、貴金属触媒および循環ガスが加熱手段により加熱さ
れることによって、貴金属触媒への炭酸ガスの吸着が十
分に防止されるため、例えば100ppm以下のように
極めて低濃度の炭酸ガスのガス濃度も正確に制御するこ
とが可能になるという効果を奏する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a heating means for the noble metal catalyst and the circulating gas in the oxyhydrogen reactor is provided. As a result, the noble metal catalyst and the circulating gas are heated by the heating means, so that the adsorption of the carbon dioxide gas to the noble metal catalyst is sufficiently prevented, so that the gas concentration of the carbon dioxide gas having an extremely low concentration of, for example, 100 ppm or less can be achieved. This has the effect of enabling accurate control.

【0031】請求項3の発明は、請求項1または2にお
いて、前記酸水素反応器における貴金属触媒は、無機質
の担体であって、その比表面積が250m2 /g以下で
ある構成である。これにより、貴金属触媒が無機質の担
体とされることによって、貴金属触媒への炭酸ガスの吸
着が十分に防止されるため、例えば100ppm以下の
ように極めて低濃度の炭酸ガスのガス濃度も正確に制御
することが可能になるという効果を奏する。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the noble metal catalyst in the oxyhydrogen reactor is an inorganic carrier having a specific surface area of 250 m 2 / g or less. As a result, since the noble metal catalyst is used as an inorganic carrier, the adsorption of carbon dioxide gas to the noble metal catalyst is sufficiently prevented. Therefore, the gas concentration of carbon dioxide gas having an extremely low concentration of, for example, 100 ppm or less can be accurately controlled. There is an effect that it becomes possible to do.

【0032】請求項4の発明は、請求項1において、前
記循環ガスに対して一層過剰に水素が供給されることに
よって、前記酸水素反応器における水素と炭酸ガスとの
副反応によりメタンガスを生成し、この濃度を制御可能
にされている構成である。これにより、地下環境におい
て存在する可能性のあるメタンガスを生成可能にするこ
とによって、地下環境を一層正確に模擬することができ
るという効果を奏する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, hydrogen is supplied to the circulating gas in a more excess amount, whereby methane gas is produced by a side reaction between hydrogen and carbon dioxide gas in the oxyhydrogen reactor. However, this concentration is controllable. As a result, by producing methane gas that may exist in the underground environment, the underground environment can be simulated more accurately.

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

【図1】地下環境シミュレーション装置の工程図であ
る。
FIG. 1 is a process diagram of an underground environment simulation device.

【図2】貴金属触媒の担体の比表面積と酸素濃度(カラ
ム入口)と炭酸ガス濃度(カラム出入口差圧)との関係
を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the specific surface area of a carrier of a noble metal catalyst, the oxygen concentration (column inlet), and the carbon dioxide concentration (column inlet / outlet differential pressure).

【図3】従来の地下環境シミュレーション装置の工程図
である。
FIG. 3 is a process diagram of a conventional underground environment simulation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 気密チャンバ 2 ガス循環装置 4 排気用制御バルブ 5 排気用ガス圧調整器 6 ガス循環系 12 窒素(N2 )ガス供給系 26 炭酸(CO2 )ガス供給系 27 混合(N2/H2 )ガス供給系 20 圧送工程 21 炭酸ガス吸収工程 22 酸水素反応工程 23 気水分離工程 33a プレヒータ 33b メインヒータ 40 情報処理装置 41 ガス濃度モニタ1 Airtight Chamber 2 Gas Circulation Device 4 Exhaust Control Valve 5 Exhaust Gas Pressure Regulator 6 Gas Circulation System 12 Nitrogen (N 2 ) Gas Supply System 26 Carbonate (CO 2 ) Gas Supply System 27 Mixing (N 2 / H 2 ) Gas supply system 20 Pressure feeding process 21 Carbon dioxide absorption process 22 Hydrogen oxyhydrogen reaction process 23 Steam separation process 33a Pre-heater 33b Main heater 40 Information processing device 41 Gas concentration monitor

フロントページの続き (72)発明者 岩田 俊雄 東京都千代田区丸の内1丁目8番2号 株 式会社神戸製鋼所東京本社内 (72)発明者 山口 憲治 大阪府大阪市中央区備後町4丁目1番3号 株式会社神戸製鋼所大阪支社内Front page continuation (72) Inventor Toshio Iwata 1-8-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Kobe Steel Co., Ltd. Tokyo Head Office (72) Kenji Yamaguchi 4-1-1 Bingocho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka No. 3 Kobe Steel, Ltd. Osaka branch office

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内外に雰囲気が遮断された密閉ボックス
と、 前記密閉ボックスに所定成分の循環ガスを供給して回収
するガス循環装置とを備えてなり、 前記ガス循環装置は、 前記循環ガスに対して不活性ガスを供給する不活性ガス
供給部と、 前記循環ガス中の各成分のガス濃度を測定する濃度測定
手段と、 前記循環ガス中の酸素のガス濃度に応じて供給された水
素を、該酸素と反応させる貴金属触媒を有した酸水素反
応器と、 前記循環ガス中の炭酸ガスのガス濃度を所定濃度とする
ように、該循環ガスに炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給
手段とを有していることを特徴とする地下環境シミュレ
ーション装置。
1. A sealed box having an atmosphere sealed inside and outside, and a gas circulating device for supplying and collecting a circulating gas of a predetermined component to the sealed box, wherein the gas circulating device is provided with the circulating gas. On the other hand, an inert gas supply unit that supplies an inert gas, a concentration measuring unit that measures the gas concentration of each component in the circulating gas, and hydrogen supplied according to the gas concentration of oxygen in the circulating gas. An oxyhydrogen reactor having a noble metal catalyst for reacting with the oxygen, and a carbon dioxide gas supply means for supplying carbon dioxide gas to the circulating gas so that the gas concentration of the carbon dioxide gas in the circulating gas becomes a predetermined concentration. An underground environment simulation device characterized in that it has.
【請求項2】 請求項1において、 前記酸水素反応器における貴金属触媒および循環ガスに
対する加熱手段が設けられていることを特徴とする地下
環境シミュレーション装置。
2. The underground environment simulation device according to claim 1, further comprising heating means for the precious metal catalyst and the circulating gas in the oxyhydrogen reactor.
【請求項3】 請求項1または2において、 前記酸水素反応器における貴金属触媒は、無機質の担体
であって、その比表面積が250m2 /g以下であるこ
とを特徴とする地下環境シミュレーション装置。
3. The underground environment simulation device according to claim 1, wherein the noble metal catalyst in the oxyhydrogen reactor is an inorganic carrier and has a specific surface area of 250 m 2 / g or less.
【請求項4】 請求項1において、 前記循環ガスに対して過剰に水素が供給されることによ
って、前記酸水素反応器における水素と炭酸ガスとの副
反応によりメタンガスを生成し、この濃度を制御可能に
されていることを特徴とする地下環境シミュレーション
装置。
4. The supply of excessive hydrogen to the circulating gas according to claim 1, whereby methane gas is produced by a side reaction between hydrogen and carbon dioxide gas in the oxyhydrogen reactor, and the concentration thereof is controlled. An underground environment simulation device characterized by being enabled.
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