JPS6034719B2 - 原子炉からの排ガスから希ガスを分離回収する方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉からの排ガスから放射性希ガスを分離回
収する方法及び装置に関する。

最近、世界的に原子力発電所の環境問題に対する規制が
厳しくなっており、このため放射性希ガスの環境への放
出を減すための方法及び装置が種々考案されている。

一発に原子炉から排出されるガス中には、放射性希ガス
（Ｋｒ，Ｘｅ，Ａｒ等）、日２、Ｈｅ、空気（Ｎ２，０
２）成分等から成る多成分ガスである。放射性希ガスの
中で半減期の短いものなどは、希ガスホールドアツプ装
置などによって放射性希ガスを長時間保持することによ
り、それを減衰させてから大気に放出するか又は、回収
貯蔵するなどの方法を用いている。しかし半減期の非常
に長いＫｒ８５などの場合には、これらホールドアップ
装置で減衰させるのに数十年間の貯蔵が必要であり、し
かも多成分ガスを回収貯蔵するため、大容量のタンクを
必要とする。これらＫｒ８５などの半減期の非常に長い
希ガスに対して、濃縮又は回収貯蔵できれば廃ガスの処
理に有効な手段となる。従来原子炉からの排ガスの処理
方法としては、｛ａ）常温で活性炭への吸着（ホールド
アップ装置等）、‘ｂ｝ 低温（一３０〜５０ｏｏ）で
フレオンに吸収、‘ｃ｝ 低温で吸着（液体窒素利用）
、および‘ｄー 低温で分留及び蒸留等があげられる。

しかし｛ｂｌおよび‘ｄーの方法は複雑である。

‘ａ｝の方法は半減期の短いガスの回収にのみ適する。
しかし液体窒素を使用して常圧又は加圧下でそのような
排ガスを処理した場合液体窒素で冷却された吸着器には
Ｋｒ，Ａｒ，Ｘｅの他にその排ガス中のＮ２のほぼ全量
が吸着されてしまう。処理ガス中の成分割合の多い窒素
の含有容量によって吸着剤の容量が決定するために吸着
器の容量が非常に大きくなるなどの欠点と、吸着された
Ｎ２，Ｋｒ，Ａｒ，Ｘｅの分離を行うためにその吸着器
から脱着したＮ２，Ｋｒ，Ａｒ，Ｘｅの再分離する装置
が別途に必要になるなどの欠点と、冷煤としての液体窒
素の貯蔵、供給、回収などの操作が複雑になるなどの欠
点があり、システム全体が繁雑になりがちであった。本
発明ではそのような排ガスを大気圧以下に減圧して、か
つ任意の温度設定ができる冷凍機を利用して、その排ガ
スから放射性希ガスを分離、回収する方法及び装置に関
する。

第１番目の発明は、 クリプトン、アルゴン及び／またはキセノンのような希
ガスを含む原子炉からの排ガスを減圧し、ヘリウム、水
素及び窒素等のガスとの熱交換により該排ガスを冷却し
、冷凍機で冷却されている第１の冷却装置内の吸着器に
前記排ガスを通してアルゴン、クリプトン及びまたはキ
セノン等の希ガス及び窒素の一部を吸着させ、その第１
の冷却装置内の温度はその装置内の圧力との関連におい
て希ガスが吸着する温度であり次いでその吸着床に吸着
された希ガスが被過点に達する前に排ガスの供給を止め
、吸着器を加熱してその吸着床に吸着されている希ガス
および窒素を脱着し、さらに冷凍機で冷却されている凝
縮器が設けられている第２の冷却装置にその希ガス及び
窒素を通して希ガスのみを凝縮し、その凝縮温度は、そ
の圧力との関連における希ガスの凝縮温度であり、次い
で凝縮器を加熱してその中の希ガスを脱着し、Ｂｕの回
収タンクに封入することからなる原子炉からの排ガスか
ら希ガスを分離回収する方法に関する。

第２番目の発明は、原子炉からの排ガスバルフを通して
熱交換器を設け、その熱交換器は希ガスが分離されてい
るヘリウム、水素、窒素等の処理済ガスとその排ガスと
を熱交換するものであり、その熱交換器から吸着器を有
する第１の冷却装置を設け、その冷却装置は冷凍機を有
し、かつその内部に加熱器を有し、さらに第１の冷却装
置に続いて冷凍機付の凝縮器を有する第２の冷却装置を
設け、その凝縮器は加熱器を有し、それから真空ポンプ
を設け、さらに放出用バルブと希ガス回収用バルブを設
けたことを特徴とする原子炉からの排ガスから希ガスを
分離回収する装置に関する。

図面に従って本発明の詳細を説明する。先ず希ガス分離
回収装置の分離工程に沿って説明する。原子炉から排出
された処理ガスを予め止○，０２，１２などの成分は除
去された後大気圧より高い圧力で系内に導入される。そ
のときの処理ガス成分はＨｅ，比，Ｎ２，Ｋｒ，〜，Ｘ
ｅなどの多成分である。その処理ガスは真空ポンプ１２
などによって大気圧以下になっている装置系内に減圧弁
１を介して約１０〜数ｌｏｗ側Ｈｇに減圧し、弁２を経
て希ガスを分離した残ガス日２，Ｈｅ，Ｎ２などと第１
の熱交換器３で冷却され、更に冷凍機９で冷却された磯
ガスと熱交換する第２の熱交換器４で十分冷却される。
次いで処理ガスは吸着器６、吸着器６を冷却するための
冷凍機７および吸着器６を加熱するための加熱器１川こ
よって構成されている第１の冷却装置５に導入される。
このとき冷凍機７によって８０〜１２びＫに冷却された
吸着器６によって該処理ガスは吸着分離される。即ち該
処理ガス中のＫて，〜，Ｘｅ及び一部のＮ２などは吸着
されるが日２，Ｈｅ及び大部分のＮ２は吸着剤の吸着力
（破過時間）の差で吸着後ただちに脱離される。吸着さ
れたＫｒ，Ｘｅ，Ａｒなどの希ガスの濃度が増加して行
く、このとき吸着された希ガス中の一部の放射性希ガス
の崩壊エネルギーなどによって発熱現象が起るが、この
発熱を吸収するために冷凍機７によって冷却される。吸
着器６で分離された残ガスは、凝縮器８、を冷却するた
めの冷凍機９及び加熱器１０′によって構成される第２
の冷却袋贋１１に引続き導入される。このとき残ガスは
冷凍機９で約６０〜８ぴＫに冷却された凝縮器８で冷却
されて第２の熱交換器４、第１の熱交換器３を経て真空
ポンプ１２にて排気されて排気弁１３より系外へ排出さ
れる。次に希ガス回収工程について説明する。

吸着器６に吸着されたＮ２，Ｋｒ，〜，Ｘｅなどのガス
を回収するために弁２を全開するとともに冷凍機７を停
止し、吸着器６を加熱器８により加熱し吸着ガスを脱着
させる。脱着した濃縮希ガスとＮ２ガスは冷凍機９で冷
却された凝縮器８によって希ガスは再凝縮してトラップ
され、Ｎ２ガスは、分圧の違いによって殆どトラップさ
れずに第２の熱交換器４、第１の熱交換器３を経て真空
ポンプ１２によってＮ２ガスのみ弁１３を経て系外へ排
出される。Ｋｒ，〜，Ｘｅおよび一部のＮ２からなるガ
スを凝縮器８に通過させた場合、そのガス中のＫｒ，〜
，Ｘｅの分圧が高いため、それらのガスの全量は凝縮器
８にトラップされる。

吸着器の脱着が完了した時点で冷凍機９を停止させ凝縮
器８を加熱器１０′により加熱し、凝縮器８に凝縮して
いる希ガスを脱着ごせて真空ポンプ１２にて排気されて
回収弁１４を経て回収させる。

希ガス回収工程における圧力は大気圧以下の約１０〜数
１０仇吻Ｈｇであり、凝縮器８の設定温度は約６０〜８
びＫである。原子炉からの排ガス成分は、多成分ガス （日２，Ｈｅ，〜，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｎ２など）でこの成分
からＫｒ，Ｘｅ，〜からなる希ガスを分離するのに低温
で冷却された吸着剤により吸着力の差を有効に利用する
。

この吸着剤の充填してある吸着器の冷却温度は８０〜１
２ぴＫ領域が有効であるが、この領域の冷煤がないため
、本発明ではヘリウムガス冷凍機により有効な温度を任
意に設定できるようにしたことである。低温吸着器の吸
着力の差を有効に利用する手段として分離圧力を大気圧
以下の１０〜数１０仇廠Ｈｇにしたことである。

持くにＮ２とＫｒ，Ｘｅの吸着分離効果を上げる手段と
して上記の圧力で、吸着器の冷却温度を８０〜１２びＫ
領域の任意の温度に設定している。原子炉からの排ガス
中において大部分を占める比，Ｎ２，Ｈｅが大気中に放
出され、わずかな量を占めるＫｒ，Ｘｅ等を保持するの
であるからスペースが少なくて良い。

吸着器内を冷媒ヘリウムで冷却しているために、放射性
希ガスによる崩壊熱などの発生を吸収し、吸着器の壁面
から冷却している従来方式（液体Ｎ２冷却）に比較して
冷却効果が高い。

Ｋｒ，Ｘｅ，ふからなる希ガスの回収効率を上げるため
に、吸着器に吸着分離されたＮ２の１部分，Ｋｒ，Ｘｅ
，Ａｒを加熱脱着させて、濃縮したＫｒ，Ｘｅ，Ａｒの
希ガスをＮ２から分離するために約６０〜８びＫに冷却
された凝縮器を用いて凝縮分離させること、この時の分
離圧力は１０〜数１０比肋Ｈｇである。

本装置の系内は大気圧以下の圧力であるため放射性希ガ
ス系外にもれる確率が低く、信頼性が高い。

袷媒ガスとしてヘリウムガスを利用しているために放射
線などの影響がなく危険性が少ない。

冷凍機を用いているため、冷媒として液体窒素などを利
用した従来の方式に比較して運転コストが安く、運転操
作が容易である。原子炉からの排ガスには水分が含まれ
ているが、その排ガスを本発明の回収装置に通す前に乾
燥器に通してその水分を除去しても良い。その排ガス中
にＸｅを多く含まれる場合には、第２の熱交換器におけ
る冷却においてＸｅの一部は凝縮し、その凝縮されたＸ
ｅは排出管（図示せず）によって系外に除去する。

実施例 １ 下記の組成 Ｈｅ ４３％ 比 ０．１％ Ｎ２ ５３％ ０２ １岬ｐｍ Ｋｒ ｏ．３％ Ｘｅ ｌ．５％ ＡＪ ２．０％ ＱＯ 残 部 を持つ原子炉からの排ガスを予め乾燥器を通して水分を
除去した後、本発明の装置に通した。

処理条件処理ガス量 ＩＯＮｍ３／ｈｒ
圧 力 ４０伍松Ｈｇ熱交換器４
の温度 ９ぴＫ吸着器６の温度
１０ぴＫ凝縮器の温度 ６５Ｋ 流 量 ３００１／ｍｊｎその結果
はその排ガス中に含まれたＫｒおよびＸｅは全量回収さ
れた。

【図面の簡単な説明】

図は本発明装置の概略図である。 １：減圧弁、２：弁、３：第１の熱交換器、４：第２の
熱交換器、５：第１の冷却装置、６：吸着器、７：冷凍
機、８：加熱器、９：冷凍機、１０：加熱器、１０′：
加熱器、１１：第２の冷却装置、１２：真空ポンプ、１
３：排気弁、１４：回収弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クリプトン、アルゴン及びキセノンからなる希ガス
   を含む原子炉からの排ガスを減圧しヘリウム、水素及び
   窒素等のガスとの熱交換により該排ガスを冷却し、冷凍
   機で８０−１２０°Ｋまで冷却されている吸着器内の吸
   窒床に前記排ガスを通してアルゴン、クリプトン及びキ
   セノン及び窒素の一部を吸着させ、次いでその吸着床に
   吸着された希ガスが破過点に達する前に排ガスの供給を
   止め、吸着器を加熱してその吸着床に吸着されている希
   ガスおよび窒素を脱着し、さらに冷凍機で冷却されてい
   る凝縮器にその希ガス及び窒素を通して希ガスのみを凝
   縮し、その凝縮器の温度は、その圧力との関連において
   希ガスが凝縮する温度であり、次いで凝縮器を加熱して
   その中の希ガスを脱着し、真空ポンプで別の回収タンク
   に封入することからなり、上記操作は大気圧下で行なう
   ことからなる原子炉からの排ガスから希ガスを分離回収
   する方法。 ２ クリプトン、アルゴン及びキセノンからなる希ガス
   を含む原子炉からの排ガス源からバルプを通して熱交換
   器を設け、その熱交換器は希ガスが分離されているヘリ
   ウム、水素、窒素等の処理済ガスとその排ガスとを熱交
   換するものであり、その熱交換器から、吸着器を有する
   第１の冷却装置を設け、その冷却装置は冷凍機を有し、
   その冷却装置は８０−１２０°Ｋまで冷却可能であり、
   かつその内部に加熱器を有し、さらに第１の冷却装置に
   続いて、第２の冷却装置は冷凍機付の凝縮器を設け、そ
   の凝縮器は加熱器を有し、それから真空ポンプを設け、
   さらに放出用バルブと希ガス回収用バルブを設けたこと
   を特徴とする原子炉からの排ガスから希ガスを分離回収
   する方法。