JPS63305924A - 水素同位元素を含有するガスの精製方法及び装置 - Google Patents

水素同位元素を含有するガスの精製方法及び装置

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JPS63305924A
JPS63305924A JP63126038A JP12603888A JPS63305924A JP S63305924 A JPS63305924 A JP S63305924A JP 63126038 A JP63126038 A JP 63126038A JP 12603888 A JP12603888 A JP 12603888A JP S63305924 A JPS63305924 A JP S63305924A
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stage
adsorption
gas
hydrogen
isotopes
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JP63126038A
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ジャンカルロ・ピエリーニ
ハインツ・ドヴォルシャク
ブルーノ・スペルタ
エチエーヌ・バンサン
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European Atomic Energy Community Euratom
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    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04—Treating liquids
    • G21F9/06—Processing
    • G21F9/08—Processing by evaporation; by distillation
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
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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】 する方法に係る。この方法は、各種の同位体の回収を可
能とし、特に熱核融合炉からのガスの処理のためになさ
れたものである。
核融合炉は、ジュラチリウム（Ｄ）及びトリチウム（Ｔ
）の核融合により、ヘリウム及びエネルギを発生させる
だけでなく、特に第一壁又は他の炉構成部材とプラズマ
との反応による特定の不純物をも発生させる。従って、
一定期間毎にガスをプラズマから取出し、精製する必要
がある。このガスは多数の不純物によって汚染されうる
。軽水、重水又はトリチル化水に加えて、これら不純物
は、５Ｏ１Ｓｏ　　、（Ｈ，Ｄ、Ｔ）２Ｓの如きイオウ
化合物、Ｃ（Ｈ，Ｄ、Ｔ）　　　　、主としてメタンの
如きトリチｎ　　　　２ｎ＋ｍ ラム化炭化水素と共にＮ０ＣＯ１ＣＯ２で構成２　ゝ　
　２　ゝ される。
これまでに公知の精製法、例えばＪ　、　Ｌ、　Ａｎｄ
ｅｒｓｏｎ及びＲ，Ｈ，Ｓｈｅｒｍａｎによって標題「
トリチウム・システム・テスト・アセンブリー」のレポ
ート　「ロス・アラモス（Ｌｏｓ　Ａｌａｍｏｓ）　１
８５５−Ｐ　Ｊ　（１９７７年。
６月）に記載された精製法は、かなり煩雑かつ高価であ
り、ある種のサブシステムにおいてトリチウム含有ガス
の温度を、トリチウムが装置の金属に移動し、その浸透
能のため通過してしまうような値まで上昇させることを
必要とする。
本発明は、トリチウム化ガスを高温にする必要がなく、
簡単かつ小形の装置で実現される簡単な方法を提供する
ものである。後者の特徴は、安全性及び装置内に存在す
る放射性物質の量が少ないことから特に好適である。さ
らに、これにより、操作に必要な空間が少なくてよいた
め、正常又は異常な精製条件についても、簡単で、小形
でかつ安価な動的閉込め装置が必要とされるだけである
。
従って、設備コストをかなり低減でき、プラズマの抽出
及び処理が経済的なものとなる。
本発明によれば、上記目的は、まずガスを水吸着段階に
おいて乾燥させ、ついで乾燥したガスを、選択的にイオ
ウ化合物を吸着する段階を通過させ、最後に、なお化合
物（ＨｌＤ、Ｔ）２、Ｎ２．０２、ＣＯ１Ｃ（Ｈ，Ｄ、
Ｔ）４のいくつかを含有する前段階からのガスをゼオラ
イトタイプの水素吸着／分離段階で処理することによっ
て達成される。
好ましくは、水吸着段階で吸着された水を酸素０２及び
水素及びその同位体に分解し、ついで水素及びその同位
体をゼオライトタイプの水素吸着／分離段階で処理する
。
各段階を交互サイクル方式、すなわち吸着サイクルに続
いて再生サイクルを行なって、吸着された物質を解着さ
せてゼオライトを再生させる方式で行なうことが有効で
ある。
本発明は、さらに、上記方法に従って水素同位元素を含
有するガスを精製する装置に係る。この装置では、上記
各吸着段階は、吸着サイクル及び再生サイクルにおいて
交互に作動する２つの独立した部材を包含している。こ
のように、この装置は準連続方式で作動する。
次に、本発明の好適な具体例及び添付図面を参照して本
発明を詳述する。
この具体例は、下記特性の核融合炉を基準としたもので
ある。
最大核融合力　　　　　７４７　ＭＹ（時）活性／不活
性比　　　０．８ 燃料インベントリ−３０４１ｇｄ−’（２５，３モル／
時）−４＝ 後述の第１表の第１欄は、上記特性を有する炉の場合に
おける被精製ガスの組成を示す。現在までのところ核融
合炉は運転されていないため、この組成は理論的な考察
の結果であり、本発明の精神に影響を及ぼすことなく変
更される。
第２欄には、各種化合物の量（ρ／時間）が示してあり
、第３欄には各種化合物の放射能（キュリー／時間）が
示しである。
核融合炉から排出されるものの如き水素同位元素、ヘリ
ウム及び不純物を包含するガスを線量測定ポンプ１によ
って水及びＣＯ２吸着段階２に排出し、ここで軽水、重
水及びトリチウム化水の上記の実質的に全量、ＣＯ２の
全量及び微量のＣＯを吸着除去する。吸着の際、温度を
大気温度で一定に維持する。第１表の第４欄は、この段
階２を通過した後のガスの組成を示す。ついで、残った
ガス混合物を、大気温度においてＳＯ，Ｓ０２、Ｈ２Ｓ
の如きイオウ化合物を選択的に吸着除去する段階３に供
給する。この段階は、主としてモノエタノールアミン及
びジェタノールアミンを含浸せしめたゼオライド（たと
えば、ＥＰ−Ａ−８５２００１２８，８参照）を包含す
る。この物質の代わりに、予め調整されたタイプＡ、Ｙ
またはＸのゼオライト（カチオンがＣａ　　。
Ｍｇ２＋、　Ｆｅ３＋で交換されている）を使用するこ
ともできる。かかるゼオライトは、前段階後になお残留
するイオウ化合物及び微量のＣＯ□をさらに吸着する。
第１表の最後の欄は段階３の出口におけるガスの組成を
示す。
７一 段階３の出口におけるガスは、なおヘリウム、水素同位
体、Ｎ、０１ＣＯ１Ｃ（Ｈ，Ｄ、Ｔ）４を含有しており
、このガスを、ゼオライトタイプの水素吸着／分離段階
４に供給して、ヘリウムを除く化合物のすべてを液体窒
素の温度（７７Ｋ）で完全に吸着除去する。吸着剤は、
構造的に変形させた（たとえばＥＰ−Ａ−００４９９３
６参照）水素の６種の同位性物質（Ｈ、ＨＤ、　ＩＴ、
Ｄ　　、　ＤＴ、　Ｔ２）を吸着しうるモルデナイトタ
イプのせオライド　（ヨーロッパ特許出願第８５２００
１２９．６号参照）である。使用にあたり、機械的特性
を高めるため、このゼオライトを５ないし５０重量％の
アルミナ又はクレーでコーティングする。
最も効果的な物質は、Ｃａ　７０％を有する（Ｃａ、　
Ｎａ）−モルデナイトであり、予め４２０ないし４８０
°Ｃの温度で４８時間熱処理し、その間、温度を２°Ｃ
／分の速度で選択する。
第２表は、Ｎａ−モルデナイト又は（Ｃａ、　Ｎａ）−
モルデナイトを使用する段階の最適状態に関する分解能
ファクター（Ｒ）、分離ファクター（Ｓ、）及びＨ２に
ついての保持時間（ＴＨ２）及びＤ２についての保持時
間（ＴＤ、、）を示す。キャリヤーガス流量（ヘリウム
）は約４０ｃ灰３／分である。
吸着を飽和状態（総吸着量の約８０％）まで続ける。
この吸着の間に、その第１工程で同位性物質の吸着を行
う。その後、段階４のゼオライトを、ゼオライトのタイ
プに応じて、温度１５０ないし１７０Ｋまで加熱する。
ついで、水素同位体を、これら温度でゼオライトに吸着
されたままの他の不純物から分離する。
段階４における交換現象によって得られた水素同位体の
分離を、この段階４と同じ構造の段階５で完了させる。
しかし、この段階では、ゼオライトを温度１３０ないし
１９０Ｋ　、好ましくは１６０に以下で一定に維持する
。気相でのクロマトグラフィー法に従って、この段階を
作動させる。段階４での飽和率が最大値の８０％に達す
る場合であっても、６種の同位性物質間の明確な分離を
達成できる。
この値は、同位性水素組成及び要求される飽和率に応じ
て変更される。
ゼオライトの再生は、吸着されたトリチウム化及び非ト
リチウム化成分を回収するため、所定の飽和率が達成さ
れた時点で直ちに行われる。かかる操作は、段階２にお
けるトリチウム化水及びＣＯ２について、段階３におけ
るイオウ化合物、段階４における０２、Ｎ２、ＣＯ及び
”ｎ（Ｈ””２ｎ＋　ｍについて実施される。弁１５及
び１６は生成物を排出口に向って、又はトラップ又は受
器１２に向って選択的に導く。
同位体は、段階５の出口で、質量及び放射能測定装置に
よって同定され、水素トラップ６、ＨＤ）ラップ７、Ｈ
Ｔ）ラップ８、Ｄ２トラップ９、ＤＴ！−ラップ１０及
びＴ２トラップ１１に連続して順次導かれる。
これらのトラップはゲッタータイプの吸着トラップであ
る。
この操作の間、他の不純物は段階４のゼオライトに吸着
したままであるが、ゼオライトを大気温度まで加熱する
ことにより１つづつゼオライトから放出される。この放
出は、ゼオライトをヘリウムでスイープすることによっ
てスピードアップされる。
０　　、Ｎ　　、ＣＯ，ＣＯ２の如きすべての非トリチ
ル化化合物を排出口に導くと共に、トリチル化炭化水素
Ｃ（Ｈ，Ｄ、　Ｔ）　　　　　（主としてメタン）をメ
タｎ　　　　　　　２ｎ十ｍ ントラップ１３に導く。このメタントラップは、温度６
００Ｋ（この温度では炭化水素化合物は分解する）に維
持された金属性吸着床によって構成される。
この床の再生は、１００ＯＫまで加熱し、水素同位体を
回収することによって行なわれる。吸着／解着−分離の
サイクルの時間は約１時間である。この場合、２つの装
置（それぞれ２：　３．４及び２′。
３′及び４′）を並列に配列することができ、弁１４を
介して交互に作動させることができる。
段階２で吸着された水を、再生サイクルの間に、７００
Ｋに加熱しかつヘリウムを排出することによって、この
段階から除去する。このようにして排出された水を、化
学的又は電気化学的手段に基いて作動される分離段階１
２において、酸素及び水素同位体に分解する。ついで、
酸素を取出し、一方、水素同位体を、段階４又は同様の
構造の分離段階で再度分離する。
段階２は実際には直列に配列された２つの水トラツプで
構成されている。１つは、少量（５ｐｐｍ以下）の水の
みを通過させうる予め調整されたゼオライトを収容して
おり、第２のトラップはシラン又はボランで変性された
シリケート　（たとえばヨーロッパ特許出願第８５２０
０６７８．２号に開示されたもの）を収容している。こ
のトラップの出口における水蒸気含量は０　、５ｐｐｍ
以下である。
第３表に、例として、各段階のサイズ、再生前の操作時
間、ガスの再生又はクロマトグラフィーによる分離に必
要な時間を示す。
本発明は上述の具体例に限定されない。本発明による方
法は、ヘリウム又は他のガスの如き不活性ガス流からの
トリチウムの抽出に応用される。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明による精製装置の概略図である。 ２・・水及びＣＯ２吸着段階、３・・イオウ化合物吸着
段階、４・・水素吸着／分離段階。 （ばかｌる）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　水素同位元素を含有するガス、特に熱核融合炉から
    のガスを精製し、各種の同位体を回収する方法において
    、前記ガスを水及びＣＯ＿２吸着段階（２）で乾燥し、
    乾燥したガスを、選択的にイオウ化合物を吸着除去する
    吸着段階（３）を通過せしめ、この段階から得られた（
    Ｈ、Ｄ、Ｔ）＿２、Ｎ＿２、Ｏ＿２、ＣＯ、Ｃ（Ｈ、Ｄ
    、Ｔ）＿４の少なくともいくつかを含有するガスをゼオ
    ライトタイプの水素吸着／分離段階（４）で処理するこ
    とを特徴とする、水素同位元素含有ガスの精製法。 ２　請求項１記載の方法において、前記水吸着段階（２
    ）で吸着した水を酸素Ｏ＿２及び水素及び水素同位体に
    分解し、ついで水素及び水素同位体を前記ゼオライトタ
    イプの水素吸着／分離段階（４）で処理することを特徴
    とする、水素同位元素含有ガスの精製法。 ３　請求項１又は２記載の方法において、各段階の少な
    くともいくつかを、吸着サイクルに続いて再生サイクル
    を行なって吸着された物質を解着させることからなる交
    互サイクル方式に従って操作することを特徴とする、水
    素同位元素含有ガスの精製法。 ４　請求項３記載の方法を行なうための装置において、
    各段階（２、３、４）に、吸着及び再生の段階で交互に
    作動される２つの独立した部材を設けたことを特徴とす
    る、水素同位元素含有ガスの精製装置。
JP63126038A 1987-05-27 1988-05-25 水素同位元素を含有するガスの精製方法及び装置 Pending JPS63305924A (ja)

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GR (1) GR3005825T3 (ja)
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