JPS6182822A

JPS6182822A - ガス精製装置

Info

Publication number: JPS6182822A
Application number: JP59200645A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Obara; 敦小原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-09-27
Filing date: 1984-09-27
Publication date: 1986-04-26

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】〔発明の技術分野〕本発明は、不純物を含んだ流体を精製するためのガス精
製装置に関する。

〔発明の技術的背声とその間４点〕融合炉においては、水素同位体を核融合反応させ、その
際放出されるエネルギーを利用して発′成が行なわれる
が、目下この燃料として、重水素およびトリチウムの組
み合わせが有望視されている。

しかしながら、燃料中に不純物が含まれると融合反応は
すみやかには進ｔなくなるため、不純物を除去して水素
同位体の純度をコントロールする必要がある。また燃焼
後のガス中に存在するトリチウムと重水素は再使用する
ために分離する必要があり、ｃｆに深冷Ｊ音法によって
同位体分離を行なう場合、不純物−社のトータルがＩＰ
Ｐｍ以下としなければならない。ここにおいても不純物
の除去が必要となる。この不純物の除去法としては、低
温吸着法、多段深冷法等が考案されているが、現在稼動
中の重水素プラントでは、装置の簡便さから低温吸着法
による不純物除去が多く用いられている０上記低温吸着法による装置の主要な部分である吸着塔は
一定量以上の不純物を吸着しないため、一般には、多塔
で構成されて原時切り替えて、吸着済みゃ吸着剤を再生
し、再使用する様になっている。この切替えのタイミン
グは一定時間毎に行なう方法と、出口ガス濃度をモニタ
ーして、基準値に不純物濃度が達した時点で行なう方法
とがある。第１の方法の場合、定時間内に吸着塔の破過
が生じないよう、かなりの安全率を見込んだ設計を行な
わな′ければならず、これは、融合炉で求められるコン
パクトさからはずれたものとなる０よりて、第２の方法
によって切り替えのタイミングを制御することになる。

一般的には、吸着塔のガス出口にサンプリングラインを
設け、微量のガスをサンプリングして分析計でその成分
比を測定することになるが、この場合、吸着塔の破過時
点から、それを分析するまでの時間にタイムラグを生じ
、精製したガスの純度が劣化している時間帯が発生して
しまう。これをさけるため、吸着塔出口にバッファタン
クを設・け、一定時間出口ガスを保持し、その時間を利
用してバッファタンク出口で吸着塔を切り替える等の工
夫が必要となる。しかしながら、バッファタンク等の設
置にともない、予１分なスペースの確保、バッファタン
ク内に残留する製品ガスの無駄等が生じ、融合炉で使用
する機器に必要とされる低トＩＪ　ｆラムインペントリ
ー、コンパクトな設計といった思想からはずれてしまう
０〔発明の目的〕本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、前述の問題吸着塔の切り替えの
タイミングにタイムラグの無いガス精製装置を提供する
ことにある。

本発明は、各吸着塔内の吸着層終端部に熱電対を設け、
吸着過程にある吸着塔を、少なくとも吸着層を、恒温槽
中に設置しているガス精製装置である。さらに多塔で構
成された吸着塔を、ガス流路を順次切り替えて使用する
ガス精製装置である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、不純物を含んだガスが吸着塔を通過す
ると、不純物は吸着塔内の吸着剤に吸着されてしまい、
精製されたガスが吸着塔出口から得られるが、不純物ガ
スは吸着剤に吸着されるとき、いわゆる吸着熱というも
のを発生することから、吸着層温度は恒温槽温度よりも
、上昇し、吸着剤が吸着質（不純物）で飽和して熱の発
生が納まると、再び恒温槽温度まで下がり、固定層式の
吸着塔では、吸着過程は吸着層内を移動する吸着゛帯止
において行なわれるが、吸着が好ましい平衡である場合
には吸着帯の長さは一定値を保っているが、この時吸着
層終端部において温度を測定すると、吸着の開始ととも
に温度が上昇し、しだいに上昇の度合かにぶってきた後
、再び温度が下がるという現象がみられ、一定の領域を
もった熱源がしだいに温度の観測点に近づき、最終的に
は、熱源が消失するために起こるので、吸着熱は吸着剤
上での吸着質の被覆度によりて異なるため定量的な成分
比の判断はできないが、定性的にこの時の温度の上昇割
合が増加する時が吸着帯先端が、吸着層終端に達した時
間となるため、吸着塔の切り替えのタイミングを、この
時にとれば、前述の問題を解消することが可能となり、
また恒温槽中に納められているため、外部温度の影響を
受ける′　　ことなく、吸着１＃温度を測定でき・る。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明の一実施例に係るガス精製装置の概略
の構成図である。この水素同位体ガス中から不純物を除
去する精製塔において、１は吸着剤を充てんした吸着塔
で内部に吸□着剤による層２を有し、図の上端に熱電対
３が接し、熱電対線１４のｉ、ｂは導管４ｍ、　４ｂを
通して温度計１０に接続される。吸着塔は恒温槽５１お
よび５ｂ内に納められており、被精製ガスの流れＧは配
管８→バルブ配管９のどトく、パルプ６および７によって切り替えられる。

この切９替えの動作は、温度計１０の信号１７を受けた
制御器１１からの信号１５および１７によって始動する
。また図には示されていないが、制御器１１によって制
御される吸着塔を冷却する糸線と、吸着剤を再生する糸
線およびガスを運ぶ糸線とで本精製装置は構成されてい
る。

ところで吸着塔に水素同位体ガスを流通させると、水素
同位体ガス中の不純物は低温に冷却された（一般的には
液体チッ素を恒温槽内に満たしてある。）吸着剤で吸着
される。この時の吸着現象はいわゆる吸着帯においてな
され、第２図に示す様な過程をたどる。図中横方向が吸
着剤の層長り縦方向は、吸着剤中の不純物ａ度（相対濃
度）で、Ｑは胞和帯、几は吸着帯、Ｓは未吸着帯を示す
。

まず（１）に示すように吸着帯がしだいに形成される。

次に（ｂ）に示すように十分に形成された吸着帯が長さ
方向に移動し、その通過後の層は入口不純物濃度に対し
て飽和した帯域が形成される。さらに（ｃ）に示すよう
に、吸着帯の先端は吸着層の終端に達し、いわゆる吸着
塔の破過をむかえる。この際、吸着現象が起っている吸
着帯において、気相の不゛純物が吸着剤表面に吸着する
時、吸着熱を放出するため、吸着帯の移動過程は、発熱
体の移動過程とみなすことができる。よって吸着層の終
端部（匂において温度を測定していると、温度の上昇と
、下降が観察される。第３図に濃度１％のメタンガスを
含んだ水素ガスを用いてモレキー為ラーシープ５人で行
なった実験の結果を示す。図の横軸は、実験開始後のタ
イムラグの補正をほどこした時間、縦軸は左については
吸着層終端部での温度、右については、入口濃度を１と
した時のメタンガスの吸着塔出口の濃度である。曲線■
は破過曲線を表わし、曲線■は温度変化を表わしている
。曲線■の領域人は、第２図の（、）に相幽し、領域Ｂ
は（ｂ）に、領域ＣとＤは（ｃ）に和尚する。

よって本実施例に示す構成であると、吸着塔ｌが吸着動
作中、熱電対３で常に温度を測定して時間に対する微係
数をとり、領域Ｂから領域Ｃになる際の微係数の変化か
ら切り替えのタイミングをほとんどタイムラグなく得る
ことができる。さらに他の分析手段に必要となるガスラ
インや、パックアタンク等も不要となり、スペース的に
も、またトリチウムを扱うためには、インベントリ−的
にもかつ漏洩可能カ所の減少化にも有利となる。

なお、上述の実施例では、吸着塔を２個並列に設けてい
るが、３塔以上の場合についても同様である。また、温
度の測定手段についても、熱電対のみに限定されるもの
ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係わるガス精製装置の構
成図、第２図は、吸着帯移動の模式図、第３図は、モレ
キエラー７−ブ５人・メタン系での破過曲線および吸着
層出口温度の曲線図である。１・・・吸着塔、　　　　２・・・吸着剤層。３・・・熱電対、　　　　　４ｍ、４ｂ・・・導管。５ｍ、　５ｂ・・・恒温槽、　　６・・・切り替えパル
プ。７・・・切り替えバルブ、　８・・・配管。９・・・配管、　　　　　　１０・・・温度計。１１・・・制御器、　　　　１２ａ、　１２ｂ・・・配
管、。１３ｍ、　１３ｂ　・・・配管、　　　１４ｍ、　１４
ｂ　・”熱電対線。１５・・・信号線、　　　　　１６・・・信号線。１７・・・信号線。代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほか１名）第１図第２図尺　　　　　　Ｓ θ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｌ
ｂｔ θ乙ｅｃ）第８図

Claims

【特許請求の範囲】

不純物を含んだ流体の流路に、前記不純物を除去するた
めに設け、かつ前記不純物と好ましい平衡を有する吸着
剤を充てんした吸着剤層を有する精製塔において、前記
吸着剤層の流体出口側に温度測定用のセンサーを設け、
かつ前記精製塔を恒温槽中に設置してなることを特徴と
するガス精製装置。