JP6902070B2 - Carbon monoxide stable isotope concentrator and carbon monoxide stable isotope enrichment method - Google Patents
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Description
本発明は、一酸化炭素安定同位体濃縮装置および一酸化炭素安定同位体濃縮方法に関する。 The present invention relates to a carbon monoxide stable isotope concentrator and a carbon monoxide stable isotope enrichment method.
炭素には、12Cと13Cという2種類の安定同位体が存在する。このうち、13Cは、現在、主に自然科学や医療分野でトレーサ等として用いられている。 There are two types of stable isotopes of carbon, 12 C and 13 C. Of these, 13C is currently used mainly as a tracer in the natural sciences and medical fields.
安定同位体を99%以上の高濃度に濃縮する方法として、蒸留カスケードプロセスに同位体スクランブリングを組み合わせた技術が知られている。ここで、蒸留カスケードプロセスとは、複数の蒸留塔をカスケード方式で連結し、個々の蒸留塔で濃縮される特定の成分を隣接する蒸留塔に供給し、さらに濃縮するものである。また、同位体スクランブリングとは、化合物を構成する原子をランダムに組み替える交換反応である。 As a method for concentrating stable isotopes to a high concentration of 99% or more, a technique that combines isotope scrambling with a distillation cascade process is known. Here, the distillation cascade process is a process in which a plurality of distillation columns are connected in a cascade manner, specific components to be concentrated in each distillation column are supplied to adjacent distillation columns, and the distillation columns are further concentrated. In addition, isotope scrambling is an exchange reaction in which atoms constituting a compound are randomly rearranged.
一酸化炭素の蒸留に、上述の蒸留カスケードプロセスに同位体スクランブリングを組み合わせた技術が用いられるようになった。この技術では、蒸留カスケードプロセスで濃縮された12C18O分子の一部を、同位体スクランブリングによって13C18Oに変換し(13C16O+12C18O→12C16O+13C18O)、同位体スクランブリングされた一酸化炭素を蒸留カスケードプロセスでさらに濃縮することで、より効率的に(高い収率で)13CO(13C16Oおよび13C18Oの合計)を濃縮する。この技術により、13C16Oおよび13C18Oが合計で99%以上の高濃度に濃縮された一酸化炭素が得られる。 For the distillation of carbon monoxide, a technique that combines the above-mentioned distillation cascade process with isotope scrambling has come to be used. In this technique, some of the 12 C 18 O molecules concentrated by the distillation cascade process are converted to 13 C 18 O by isotope scrambling (13 C 16 O + 12 C 18 O → 12 C 16 O + 13 C 18). O), isotope scrambled carbon monoxide is further concentrated in a distillation cascade process to more efficiently (in high yields) concentrate 13 CO ( total of 13 C 16 O and 13 C 18 O). To do. By this technique, carbon monoxide obtained in which 13 C 16 O and 13 C 18 O are concentrated to a high concentration of 99% or more in total is obtained.
しかしながら、上述の技術で得られる一酸化炭素は、酸素の安定同位体である18Oとの組み合わせである13C18Oの濃度が高く、医療分野のトレーサとして用いるには課題があった。 However, carbon monoxide obtained by the above-mentioned technique has a high concentration of 13 C 18 O, which is a combination with 18 O, which is a stable isotope of oxygen, and has a problem in being used as a tracer in the medical field.
上記の課題に対して、特許文献1では、18Oを含む同位体分子の存在割合を低くする18O減損という技術を組み合わせて、13C18Oの存在割合を低減した13CO製品を得ている。具体的に、特許文献1には、カスケード接続された複数の蒸留塔のうち、上流側末端に配置された蒸留塔と、下流側末端に配置された蒸留塔との間の蒸留塔に18O減損機器が接続された一酸化炭素安定同位体濃縮装置が開示されている。 For the above problems, Patent Document 1, a combination of techniques that the presence proportion of lower 18 O impairment isotopic molecules containing 18 O, to give a 13 CO product with a reduced abundance ratio of 13 C 18 O There is. Specifically, in Patent Document 1, among a plurality of distillation columns connected in cascade, the distillation column between the distillation column arranged at the upstream end and the distillation column arranged at the downstream end is 18 O. A stable carbon monoxide isotope enricher to which an impaired device is connected is disclosed.
特許文献1に開示された一酸化炭素安定同位体濃縮装置では、18O減損機器が接続された蒸留塔において、13Cを含む一酸化炭素安定同位体が濃縮された一酸化炭素を蒸留塔から18O減損機器へ抜出し、18O減損装置において酸化還元反応をさせ、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子の一部を、16Oを含む一酸化炭素安定同位体分子に変換し、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子を減損する。 In the carbon monoxide stable isotope concentrator disclosed in Patent Document 1, in a distillation tower to which an 18 O attenuating device is connected, carbon monoxide enriched with a stable carbon monoxide isotope containing 13 C is discharged from the distillation tower. 18 withdrawn to O impairment device, 18 O impairment device to an oxidation-reduction reaction in a part of the monoxide carbon isotope molecules containing 18 O, converted to carbon monoxide stable isotope molecules containing 16 O, 18 Attenuates carbon monoxide stable isotope molecules, including O.
ところで、工業プロセスでは、酸化還元反応として一般的な水性ガスシフト反応が利用される。水性ガスシフト反応は、下式(A)に示す正反応と、下式(B)に示す逆反応とを有する。
(正反応) 13C18O + H2 16O → 13C16O18O + H2 ・・・式(A)
(逆反応) 13C16O18O + H2 → 13C16O + H2 18O ・・・式(B)
By the way, in an industrial process, a general water-gas shift reaction is used as a redox reaction. The water-gas shift reaction has a positive reaction represented by the following formula (A) and a reverse reaction represented by the following formula (B).
(Positive reaction) 13 C 18 O + H 2 16 O → 13 C 16 O 18 O + H 2 ... Equation (A)
(Reverse reaction) 13 C 16 O 18 O + H 2 → 13 C 16 O + H 2 18 O ・ ・ ・ Equation (B)
また、水性ガスシフト反応において、正反応は、下式(C)に示すように発熱反応である。例えば、25℃における正反応の平衡定数は、約100,000である。
CO + H2O → CO2 + H2 K298K=1.03×105 ・・・式(C)
Further, in the water gas shift reaction, the positive reaction is an exothermic reaction as shown in the following formula (C). For example, the equilibrium constant of a positive reaction at 25 ° C. is about 100,000.
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 K 298K = 1.03 × 10 5・ ・ ・ Equation (C)
したがって、水性ガスシフト反応の逆反応において、13CO2の全量を13COとするためには、逆反応を高温の条件下にて多段で行う必要がある。また、逆反応を促進するためには、正反応時の未反応物、または逆反応時の生成物を反応系外に出す必要がある。
上述した特許文献1では、逆反応を促進する簡便な方法として、逆反応時に発生する反応ガスを十分に冷却して水を凝縮させ、反応生成物である水を排出する。
Therefore, in the reverse reaction of the water-gas shift reaction, in order to make the total amount of 13 CO 2 13 CO, it is necessary to carry out the reverse reaction in multiple stages under high temperature conditions. Further, in order to promote the reverse reaction, it is necessary to take the unreacted product at the time of the normal reaction or the product at the time of the reverse reaction out of the reaction system.
In Patent Document 1 described above, as a simple method for promoting the reverse reaction, the reaction gas generated during the reverse reaction is sufficiently cooled to condense water, and water as a reaction product is discharged.
しかしながら、二酸化炭素は水に対する溶解度が大きく、凝縮水中に13CO2が微量に溶解するため、18O減損装置から凝縮水を排出すると13Cの損失が発生するという課題がある。なお、凝縮水の排出による損失割合は、18O減損装置への一酸化炭素の導入量に対して極微量であるが、濃縮途中過程での損失は最終的な製品量には大きく影響する。 However, carbon dioxide has a high solubility in water, and 13 CO 2 is dissolved in a small amount in the condensed water. Therefore, there is a problem that a loss of 13 C occurs when the condensed water is discharged from the 18 O impairment device. The loss ratio due to the discharge of condensed water is extremely small with respect to the amount of carbon monoxide introduced into the 18 O impairment device, but the loss during the concentration process greatly affects the final product volume.
一方、逆反応で生成する凝縮水を18O減損装置から排出せずに、正反応で供給する水の一部として再利用する方法も考えられる。しかしながら、逆反応で生成する凝縮水には18Oが多く含まれており、水性ガスシフト反応における正反応の目的である18Oの減損自体ができなくなる。 On the other hand, a method is also conceivable in which the condensed water generated by the reverse reaction is reused as a part of the water supplied by the positive reaction without being discharged from the 18 O impairment device. However, the condensed water generated in the reverse reaction includes many 18 O, can not be impaired itself 18 O is the purpose of a positive reaction in the water gas shift reaction.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、13C16Oを高濃度に濃縮でき、高い収率で得られる、一酸化炭素安定同位体濃縮装置および一酸化炭素安定同位体濃縮方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a carbon monoxide stable isotope concentrator and a carbon monoxide stable isotope enrichment device capable of concentrating 13 C 16 O to a high concentration and obtained in a high yield. The challenge is to provide a method.
上記の課題を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。
[1] 一酸化炭素安定同位体分子である13C16Oを濃縮する一酸化炭素安定同位体濃縮装置であって、
複数の蒸留塔がカスケード接続された、複数種の一酸化炭素安定同位体分子を含む原料一酸化炭素を蒸留し、13Cを含む一酸化炭素安定同位体分子を濃縮する蒸留塔群と、
前記蒸留塔群の下流側末端に配置された蒸留塔以外の蒸留塔の少なくとも1つに接続され、下式(1)に示す正反応と下式(2)に示す逆反応とを含む水性ガスシフト反応によって18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子を減損する18O減損機器と、を備え、
前記18O減損装置は、前記正反応を行う第1ユニットと、
前記第1ユニットの後段に位置し、前記逆反応を行う1以上の第2ユニットと、
前記第1ユニット及び前記第2ユニットで発生した気体を冷却して得られる凝縮水を回収し、前記凝縮水を加熱して蒸気相を分離する第3ユニットと、
前記蒸気相を前記第3ユニットから前記第1ユニットに供給する経路と、を有する、
一酸化炭素安定同位体濃縮装置。
13C18O + H2 16O → 13C16O18O + H2 ・・・式(1)
13C16O18O + H2 → 13C16O + H2 18O ・・・式(2)
[2] 前記18O減損機器が接続された蒸留塔から、13Cを含む一酸化炭素安定同位体分子が濃縮された一酸化炭素の一部または全部が抽出されて前記18O減損機器に導入され、
前記18O減損機器から、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子が減損された一酸化炭素が前記蒸留塔に返送される、前項[1]に記載の一酸化炭素安定同位体濃縮装置。
[3] 一酸化炭素安定同位体分子である13C16Oを濃縮する一酸化炭素安定同位体濃縮方法であって、
複数の蒸留塔がカスケード接続された蒸留塔群にて、複数種の一酸化炭素安定同位体分子を含む原料一酸化炭素を蒸留し、13Cを含む一酸化炭素安定同位体分子を濃縮する蒸留工程と、
前記蒸留塔群の下流側末端に配置された蒸留塔以外の蒸留塔の少なくとも1つから、13Cを含む一酸化炭素安定同位体分子が濃縮された一酸化炭素の一部または全部を抽出し、この一酸化炭素に含まれる、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子を下式(1)に示す正反応と下式(2)に示す逆反応とを含む水性ガスシフト反応によって、前記18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子の一部を、16Oを含む一酸化炭素安定同位体分子に変換し、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子が減損された一酸化炭素を得て、この一酸化炭素を前記蒸留塔に返送する18O減損工程と、を含み、
前記18O減損工程は、前記正反応を行う第1ステップと、
前記第1ステップの後に、前記逆反応を行う1以上の第2ステップと、
前記第1ステップ及び前記第2ステップで発生した気体を冷却して得られる凝縮水を回収し、前記凝縮水を加熱して蒸気相を分離する第3ステップと、を含み、
前記蒸気相を前記第1ステップに供給する、一酸化炭素安定同位体濃縮方法。
13C18O + H2 16O → 13C16O18O + H2 ・・・式(1)
13C16O18O + H2 → 13C16O + H2 18O ・・・式(2)
In order to achieve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
[1] A carbon monoxide stable isotope concentrator that concentrates 13 C 16 O, which is a stable carbon monoxide isotope molecule.
A group of distillation columns in which a plurality of distillation columns are cascaded to distill a raw material carbon monoxide containing a plurality of types of stable carbon monoxide isotope molecules and concentrate a stable carbon monoxide isotope molecule containing 13 C.
An aqueous gas shift that is connected to at least one of the distillation columns other than the distillation column arranged at the downstream end of the distillation column group and includes a positive reaction represented by the following formula (1) and a reverse reaction represented by the following formula (2). A 18 O attenuation device, which attenuates a stable carbon monoxide isotope molecule containing 18 O by a reaction, is provided.
The 18 O impairment device includes the first unit that performs the positive reaction and the first unit.
One or more second units located after the first unit and performing the reverse reaction, and
A third unit that collects the condensed water obtained by cooling the gas generated in the first unit and the second unit and heats the condensed water to separate the vapor phase.
It has a path for supplying the vapor phase from the third unit to the first unit.
Carbon monoxide stable isotope concentrator.
13 C 18 O + H 2 16 O → 13 C 16 O 18 O + H 2 ... Equation (1)
13 C 16 O 18 O + H 2 → 13 C 16 O + H 2 18 O ・ ・ ・ Equation (2)
[2] Part or all of carbon monoxide enriched with stable carbon monoxide isotope molecules including 13 C is extracted from the distillation column to which the 18 O impairment device is connected and introduced into the 18 O impairment device. Being done
The carbon monoxide stable isotope concentrator according to the preceding item [1], wherein carbon monoxide in which carbon monoxide stable isotope molecules containing 18 O are impaired is returned from the 18 O impairment device to the distillation column.
[3] A carbon monoxide stable isotope enrichment method for concentrating 13 C 16 O, which is a carbon monoxide stable isotope molecule.
Distillation that distills raw material carbon monoxide containing a plurality of types of carbon monoxide stable isotope molecules and concentrates carbon monoxide stable isotope molecules including 13 C in a group of distillation columns in which a plurality of distillation columns are cascaded. Process and
Part or all of carbon monoxide enriched with stable carbon monoxide isotope molecules including 13 C was extracted from at least one of the distillation towers other than the distillation towers arranged at the downstream end of the distillation tower group. The carbon monoxide stable isotope molecule containing 18 O contained in this carbon monoxide was subjected to the above 18 by an aqueous gas shift reaction including a positive reaction represented by the following formula (1) and a reverse reaction represented by the following formula (2). A part of the carbon monoxide stable isotope molecule containing O is converted into the carbon monoxide stable isotope molecule containing 16 O, and the carbon monoxide stable isotope molecule containing 18 O is impaired to obtain carbon monoxide. Te, comprising 18 and O impairment step of returning the carbon monoxide to the distillation column, and
The 18 O impairment step includes the first step of performing the positive reaction and
After the first step, one or more second steps that carry out the reverse reaction, and
The first step and the third step of recovering the condensed water obtained by cooling the gas generated in the second step and heating the condensed water to separate the vapor phase are included.
A carbon monoxide stable isotope enrichment method for supplying the vapor phase to the first step.
13 C 18 O + H 2 16 O → 13 C 16 O 18 O + H 2 ... Equation (1)
13 C 16 O 18 O + H 2 → 13 C 16 O + H 2 18 O ・ ・ ・ Equation (2)
本発明の一酸化炭素安定同位体濃縮装置および一酸化炭素安定同位体濃縮方法によれば、13C16Oを高濃度に濃縮でき、高い収率で得られる。 According to the carbon monoxide stable isotope concentrator and the carbon monoxide stable isotope enrichment method of the present invention, 13 C 16 O can be concentrated to a high concentration and obtained in a high yield.
以下、本発明について、添付の図面を参照し、実施形態を示して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, showing embodiments.
In the drawings used in the following description, in order to make the features easier to understand, the featured parts may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios of each component may not be the same as the actual ones. Absent.
(一酸化炭素安定同位体濃縮装置)
図1は、本発明の実施形態に係る一酸化炭素安定同位体濃縮装置の主要部を示す系統図である。
本実施形態の一酸化炭素安定同位体濃縮装置100は、13基の蒸留塔1〜13がカスケード接続された蒸留塔群と、18O減損機器20と、13基のコンデンサ21と、13基のリボイラ22と、原料供給ライン30と、製品導出ライン31と、同位体濃縮ガス抽出ライン32と、同位体濃縮ガス返送ライン33と、を備える。
以下、蒸留塔群の上流側末端からn番目の蒸留塔を第nの蒸留塔という。
なお、図1では、紙面の都合上、第1〜第13の蒸留塔1〜13のうち、第1の蒸留塔1と、原料である高純度一酸化炭素が供給される第4の蒸留塔4と、第9〜第13の蒸留塔9〜13のみを図示する。
(Carbon monoxide stable isotope concentrator)
FIG. 1 is a system diagram showing a main part of a carbon monoxide stable isotope concentrator according to an embodiment of the present invention.
The carbon monoxide
Hereinafter, the nth distillation column from the upstream end of the distillation column group is referred to as the nth distillation column.
In FIG. 1, among the first to thirteenth distillation columns 1 to 13, the first distillation column 1 and the fourth distillation column to which high-purity carbon monoxide as a raw material is supplied are shown in FIG. Only 4 and the 9th to
第1〜第13の蒸留塔1〜13は、第1の蒸留塔1、第2の蒸留塔2、第3の蒸留塔3、原料である高純度一酸化炭素が供給される第4の蒸留塔4、第5の蒸留塔5、第6の蒸留塔6、第7の蒸留塔7、第8の蒸留塔8、第9の蒸留塔9、第10の蒸留塔10、第11の蒸留塔11、第12の蒸留塔12、第13の蒸留塔13(蒸留塔群の下流側末端の蒸留塔)の順で、カスケード接続されている。
The first to thirteenth distillation columns 1 to 13 are a first distillation column 1, a second distillation column 2, a third distillation column 3, and a fourth distillation to which high-purity carbon monoxide as a raw material is supplied. Tower 4, Fifth Distillation Tower 5, Sixth Distillation Tower 6, Seventh Distillation Tower 7, Eighth Distillation Tower 8,
第1〜第13の蒸留塔1〜13は、冷却された一酸化炭素を低温蒸留する(蒸留カスケードプロセスを行う)ことで、塔頂側に沸点の低い一酸化炭素同位体分子を濃縮し、塔底側に沸点の高い一酸化炭素同位体分子を濃縮するようになっている。
第1〜第13の蒸留塔1〜13のうち、原料が供給される第4の蒸留塔4が最も蒸留負荷が大きいため、最も塔径が大きくなっている。また、第4の蒸留塔4から、上流側末端および下流側末端に向かって徐々に蒸留負荷が小さくなっている(塔径が小さくなっている)。
なお、第1〜第13の蒸留塔1〜13内にはそれぞれ、精留段(棚)、規則充填材、または不規則充填材等(いずれも図示せず)が設けられている。
The first to thirteenth distillation columns 1 to 13 concentrate low-boiling carbon monoxide isotope molecules on the top side of the column by low-temperature distillation of cooled carbon monoxide (performing a distillation cascade process). Carbon monoxide isotope molecules with a high boiling point are concentrated on the bottom side of the column.
Of the first to thirteenth distillation columns 1 to 13, the fourth distillation column 4 to which the raw material is supplied has the largest distillation load, and therefore has the largest diameter. Further, the distillation load is gradually reduced from the fourth distillation column 4 toward the upstream end and the downstream end (the diameter of the column is decreasing).
A rectification stage (shelf), a regular filler, an irregular filler, and the like (none of which are shown) are provided in the first to thirteenth distillation columns 1 to 13, respectively.
コンデンサ21は、各蒸留塔(第1〜第13の蒸留塔1〜13)に対してそれぞれ1つ設けられている。
コンデンサ21は、各蒸留塔の塔頂部の異なる位置に両端が接続された循環ライン37に設けられている。コンデンサ21は、蒸留塔内を上昇した気体を熱交換することで液化させ、再び蒸留塔内を下降させる機能を有する。この例では、複数のコンデンサ21を経て熱媒体流体を循環させる熱媒体流体循環ライン39が設けられており、この熱媒体流体循環ライン39を循環する熱媒体流体によって熱交換が行われるようになっている。
One
The
リボイラ22は、各蒸留塔に対してそれぞれ1つ設けられている。
リボイラ22は、各蒸留塔の塔底部の異なる位置に両端が接続された循環ライン38に設けられている。リボイラ22は、蒸留塔内を下降した液体を熱交換することで気化させ、再び蒸留塔内を上昇させる機能を有する。この例では、複数のリボイラ22を経て熱媒体流体を循環させる熱媒体流体循環ライン40が設けられており、この熱媒体流体循環ライン40を循環する熱媒体流体によって熱交換が行われるようになっている。
One
The
原料供給ライン30は、一端が第4の蒸留塔4の中間部に接続されている。原料供給ライン30は、高純度一酸化炭素(原料一酸化炭素)を第4の蒸留塔4の中間部に供給するためのラインである。原料供給ライン30には、バルブが設けられている。
蒸留塔の中間部とは、蒸留塔の塔頂部および塔底部以外の位置を示す。
高純度とは、一酸化炭素の合計の純度が99.999%以上であることを示す。
原料供給ライン30から供給される高純度一酸化炭素は、以下の表1に示す6種類の安定同位体分子を含む。また、各安定同位体分子の存在割合は通常、表1に示す天然存在割合と同様である。
One end of the raw
The middle portion of the distillation column indicates a position other than the top and bottom of the distillation column.
High purity means that the total purity of carbon monoxide is 99.999% or more.
The high-purity carbon monoxide supplied from the raw
同位体濃縮ガス抽出ライン32は、一端が第10の蒸留塔10の中間部に接続され、他端が18O減損機器20に接続されている。同位体濃縮ガス抽出ライン32には、バルブが設けられている。
同位体濃縮ガス抽出ライン32は、バルブが開の状態のとき、第10の蒸留塔10の中間部から一酸化炭素の一部または全部を導出し、18O減損機器20に供給するようになっている。
第10の蒸留塔10の中間部から導出される一酸化炭素は、第1〜第10の蒸留塔1〜10によって濃縮された、13Cを含む一酸化炭素安定同位体分子(13C16O、13C18O等)を含む。また、通常、12Cを含む一酸化炭素安定同位体分子(12C16O、12C18O等)も含まれる。
One end of the isotope concentrated
The isotope concentrated
Carbon monoxide derived from the intermediate portion of the
18O減損機器20は、下式(1)に示す正反応と下式(2)に示す逆反応とを含む水性ガスシフト反応を利用し、例えば、天然存在比よりも大きい割合の18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子(13C18O、12C18O等)の一部を、16Oを含む一酸化炭素安定同位体分子に変換し、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子を減損する。
The 18
・水性ガスシフト反応
(正反応) 13C18O + H2 16O → 13C16O18O + H2 ・・・式(1)
(逆反応) 13C16O18O + H2 → 13C16O + H2 18O ・・・式(2)
・ Water-gas shift reaction (positive reaction) 13 C 18 O + H 2 16 O → 13 C 16 O 18 O + H 2 ... Equation (1)
(Reverse reaction) 13 C 16 O 18 O + H 2 → 13 C 16 O + H 2 18 O ・ ・ ・ Equation (2)
具体的には、正反応で、導入経路34から18O減損機器20に導入された16Oの天然存在割合が高い水と反応させて13C16O18Oを生成し、さらに逆反応で13C16Oを生成することにより、結果として一部の13C18Oを13C16Oに変換することができる。
Specifically, in the forward reaction, 13 C 16 O 18 O is produced by reacting with water having a high natural abundance ratio of 16 O introduced into the 18
18O減損機器20には、水性ガスシフト反応の反応/生成物である水を回収し、回収水のうちの一部を導入経路に再導入するための水リサイクルライン(経路)36が設けられている。
また、18O減損機器20には、生成物である水素と再利用されない水とを一酸化炭素から分離して、装置外へ排出するための排出経路35,41がそれぞれ設けられている。
The 18
Further, the 18
図2は、本実施形態の18O減損機器20の構成、及び反応フローを示す模式図である。
図2に示すように、18O減損機器20は、水気化部60、正反応部61,水凝縮部62、逆反応部63,水素分離部64、回収水加熱部65を備える。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration and reaction flow of the 18 O impairment device 20 of the present embodiment.
As shown in FIG. 2, the 18
水気化部60は、導入経路34から18O減損機器20に導入される16Oの天然存在割合が高い水を気化する。
The
正反応部(第1ユニット)61は、上記式(1)に示す正反応を行う。正反応部61には、水気化部60にて気化された水が導入される。
The positive reaction unit (first unit) 61 performs the positive reaction represented by the above formula (1). The water vaporized by the
逆反応部(第2ユニット)63は、正反応部61の後段(二次側)に位置する。逆反応部63は、直列に3段接続されている。逆反応部63は、上記式(2)に示す逆反応を行う。
The reverse reaction unit (second unit) 63 is located in the subsequent stage (secondary side) of the
水凝縮部62は、正反応部61及び各逆反応部63の二次側にそれぞれ位置する。各水凝縮部62には、正反応部61及び逆反応部63から排出される反応後の混合ガスが供給される。水凝縮部62は、混合ガスを熱交換により冷却して液化し、凝縮水と水以外の物質とに分離をする機能を有する。
The
水素分離部64は、最後段の逆反応部63の二次側に位置する。水素分離部64には、3段目の逆反応部63から反応後の混合ガスが導入され、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子が減損された一酸化炭素と水素とに分離される。水素分離の方法としては、特に限定されないが、吸着、膜分離、蒸留等が挙げられる。分離された水素は、排出経路41から装置外へ排出される。
The
回収水加熱部(第3ユニット)65は、各水凝縮部62と接続される。回収水加熱部65には、各水凝縮部62から凝縮水が供給される。回収水加熱部65では、凝縮水を再度加熱して蒸気相を分離する。分離した蒸気相は、水リサイクルライン(経路)36を介して水気化部60へ再導入され、正反応部61での反応に利用される。一方、分離した液相は、排出経路35から装置外へ排出される。
The recovered water heating unit (third unit) 65 is connected to each
回収水加熱部(第3ユニット)65における加熱温度は、80℃〜95℃が好ましく、85℃〜90℃がより好ましい。加熱温度が、上記範囲であると、凝縮水を蒸気相と液相とに分離でき、凝縮水に溶存する二酸化炭素は蒸気相に移る。二酸化炭素を含む蒸気相を水気化部60へ再導入することで、C成分の損失を防ぐことができる。不要なH2 18Oを含む液相は、排出経路35から装置外へ排出する。
The heating temperature in the recovered water heating unit (third unit) 65 is preferably 80 ° C. to 95 ° C., more preferably 85 ° C. to 90 ° C. When the heating temperature is in the above range, the condensed water can be separated into a vapor phase and a liquid phase, and the carbon dioxide dissolved in the condensed water moves to the vapor phase. By reintroducing the vapor phase containing carbon dioxide into the
同位体濃縮ガス返送ライン33は、一端が18O減損機器20に接続され、他端が第10の蒸留塔10の中間部に接続されている。同位体濃縮ガス返送ライン33には、バルブが設けられている。
同位体濃縮ガス返送ライン33は、バルブが開の状態のとき、18O減損機器20(水素分離部64)から高純度に精製された一酸化炭素を、第10の蒸留塔10(一酸化炭素を導出した蒸留塔)の中間部に返送する。
第10の蒸留塔10に返送される一酸化炭素は、第10の蒸留塔10から導出された時点に比べて、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子(12C18O、13C18O)が減損され、16Oを含む一酸化炭素安定同位体分子(12C16O、13C16O)が濃縮されている。
第10の蒸留塔10に返送された一酸化炭素は、第11〜第13の蒸留塔11〜13で蒸留され、13Cを含む一酸化炭素安定同位体分子がさらに濃縮される。
One end of the isotope concentrated
Isotopically enriched
The carbon monoxide returned to the
The carbon monoxide returned to the
製品導出ライン31は、一端が第13の蒸留塔13の下部に接続されている。製品導出ライン31は、13CO製品を導出するためのラインである。13CO製品は、高濃度(例えば99%以上)に濃縮された13C16Oと、13C18Oとを含む一酸化炭素である。
One end of the product lead-
以上説明した一酸化炭素安定同位体濃縮装置100にあっては、第1の蒸留塔1(上流側末端に配置された蒸留塔)と第13の蒸留塔13(下流側末端に配置された蒸留塔)との間の蒸留塔に18O減損機器が接続されているため、13COを効率よく濃縮できる。
また、18O減損機器において、一酸化炭素安定同位体の損失がないため、高い収率で13CO製品を得ることができる。
また、得られる13CO製品は、13C16Oを高濃度に含み、13C18Oの存在割合が天然存在比に比べて高すぎないため、医療分野等のトレーサとして有用である。
In the carbon monoxide
In addition, since there is no loss of stable carbon monoxide isotope in the 18 O impairment device, a 13 CO product can be obtained in a high yield.
Further, the obtained 13 CO product contains 13 C 16 O in a high concentration, and the abundance ratio of 13 C 18 O is not too high as compared with the natural abundance ratio, so that it is useful as a tracer in the medical field and the like.
(一酸化炭素安定同位体濃縮方法)
次に、図1を参照して、本発明の実施形態に係る一酸化炭素安定同位体濃縮方法について説明する。本実施形態では、図1に示す一酸化炭素安定同位体濃縮装置100を用いて13COを濃縮する。
本実施形態の一酸化炭素安定同位体濃縮方法は、蒸留工程と、18O減損工程とを含む。
(Stable isotope enrichment method for carbon monoxide)
Next, the carbon monoxide stable isotope enrichment method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, 13 CO is concentrated using the carbon monoxide
The carbon monoxide stable isotope enrichment method of the present embodiment includes a distillation step and an 18 O impairment step.
蒸留工程では、第1〜第13の蒸留塔1〜13がカスケード接続された蒸留塔群の第4の蒸留塔4に原料供給ライン30から供給された高純度一酸化炭素(複数種の一酸化炭素安定同位体分子を含む原料一酸化炭素)を、前記蒸留塔群(第1〜第13の蒸留塔1〜13)にて蒸留し、13Cを含む一酸化炭素安定同位体分子を濃縮する。
In the distillation step, high-purity carbon monoxide (a plurality of types of monoxide) supplied from the raw
18O減損工程では、まず、前記蒸留塔群の第10の蒸留塔10(上流側末端に配置された第1の蒸留塔1と下流側末端に配置された第13の蒸留塔13との間の蒸留塔)から、13Cを含む一酸化炭素安定同位体分子が濃縮された一酸化炭素の一部または全部を抽出し、同位体濃縮ガス抽出ライン32を通して18O減損機器20に導入する。次いで、この一酸化炭素に含まれる、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子を、下式(1)に示す正反応と下式(2)に示す逆反応とを含む水性ガスシフト反応させることで、16Oを含む一酸化炭素安定同位体分子に変換し、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子が減損された一酸化炭素を得る。次いで、この一酸化炭素を、同位体濃縮ガス返送ライン33を通して第10の蒸留塔10に返送する。
In the 18 O impairment step, first, between the
図2を用いて、18O減損機器20を用いた18O減損工程を具体的に説明する。
18O減損工程は、先ず、導入経路34から導入される16Oの天然存在割合が高い水を水気化部60で気化し、正反応部61に供給する。正反応部61では、一酸化炭素と水蒸気とを混合して、上記式(1)に示す正反応させる(第1ステップ)。
次に、正反応部61の後段の水凝縮部62では、正反応部61での反応で発生した混合ガス(気体)を熱交換により冷却して液化させ、凝縮水を得る。次いで、水凝縮部62において、凝縮水と水以外の物質で分離をする。
With reference to FIG. 2, it will be described in detail 18 O impairment process using 18
In the 18 O impairment step, first, water having a high natural abundance ratio of 16 O introduced from the
Next, in the
次に、水凝縮部62で回収された凝縮水を、回収水加熱部65へ送って再度加熱する。加熱した凝縮水のうち、蒸気相のみを分離する(第3ステップ)。分離した蒸気相は、水気化部60へ再導入し、正反応部61に供給して正反応に利用する。一方、凝縮水のうち液相は排出経路35から排出する。
Next, the condensed water recovered by the
次に、正反応部61の後段の水凝縮部62において凝縮水と分離した反応ガスは、1段目の逆反応部63に導入する。逆反応部63では、逆反応をさせる(第2ステップ)。逆反応部63での反応で発生した混合ガス(気体)は、後段に位置する水凝縮部62で凝縮水と水以外の物質とに分離し、凝縮水は回収水加熱部65を経由して水気化部60へ再導入する。逆反応については同様の工程を3段階繰り返す。
Next, the reaction gas separated from the condensed water in the
次に、3段目の反応で発生した混合ガス(気体)を水素分離部64に導入して、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子が減損された一酸化炭素と水素とに分離する。分離した18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子が減損された一酸化炭素は、同位体濃縮ガス返送ライン33を通して第10の蒸留塔10に返送する。分離した水素は、排出経路41から排出される。
Next, the mixed gas (gas) generated in the reaction of the third stage is introduced into the
本実施形態の18O減損機器20の反応フローでは、各水凝縮部62によって回収した凝縮水を回収水加熱部65にて加熱することで、凝縮水に溶存する二酸化炭素は蒸気相に移り、この蒸気相を水気化部60へ再導入することでC成分の損失をなくすことができる。
In the reaction flow of the 18
なお、回収した凝縮水は18O濃度が天然存在割合よりも高くなっているが、水気化部60へ再導入される蒸気相中の水は通常の導入水に比べて少量であるため、18O減損の機能を損なうことはない。
Since the recovered condensate is 18 O concentration is higher than the natural abundance ratio, water in the vapor phase to be re-introduced into the
18O減損工程は、蒸留工程の途中で行われる。つまり蒸留工程は、第1〜第10の蒸留塔1〜10で行われる第一の蒸留工程と、第11〜第13の蒸留塔11〜13で行われる第二の蒸留工程とに分かれており、それらの間に18O減損工程を有する。 The 18 O impairment step is carried out in the middle of the distillation step. That is, the distillation step is divided into a first distillation step performed in the first to tenth distillation columns 1 to 10 and a second distillation step performed in the eleventh to thirteenth distillation columns 11 to 13. , With an 18 O attenuation step between them.
原料供給ライン30から供給される高純度一酸化炭素は、前述の表1に示す6種類の安定同位体分子を含む。また、各安定同位体分子の存在割合は通常、表1に示す天然存在割合と同様である。
The high-purity carbon monoxide supplied from the raw
蒸留工程の開始直後(各蒸留塔の起動直後)においては、各安定同位体分子の各濃度は、全ての蒸留塔(第1〜第13の蒸留塔1〜13)内で一様である。その後、時間が経つにつれ、比較的沸点の高い一酸化炭素安定同位体分子、特に13C16O、12C18O、13C18Oが第10の蒸留塔10の中間部付近に濃縮される。
Immediately after the start of the distillation step (immediately after the start of each distillation column), each concentration of each stable isotope molecule is uniform in all the distillation columns (first to thirteenth distillation columns 1 to 13). Then, over time, carbon monoxide stable isotope molecules with relatively high boiling points, especially 13 C 16 O, 12 C 18 O, and 13 C 18 O, are concentrated near the middle of the
したがって、第一の蒸留工程にて第10の蒸留塔10の中間部から18O減損機器20に抽出される一酸化炭素は、原料に比べて、13C16O、12C18O、13C18Oが濃縮されたものとなっている。
Therefore, the carbon monoxide extracted from the intermediate portion of the
18O減損工程では、この第10の蒸留塔10の中間部から抽出された一酸化炭素に含まれる12C18O、13C18Oの一部が12C16Oまたは13C16Oに変換される。したがって、18O減損工程にて第10の蒸留塔10に返送された一酸化炭素は、抽出時に比べて、12C18O、13C18Oの合計濃度が低く、12C16O、13C16Oの合計濃度が高くなっている。
In the 18 O impairment step, a part of 12 C 18 O and 13 C 18 O contained in the carbon monoxide extracted from the middle part of the
第二の蒸留工程では、18O減損工程にて第10の蒸留塔10に返送された一酸化炭素に含まれる、比較的沸点の高い13Cを含む一酸化炭素安定同位体分子(13C16O、13C18O)が第13の蒸留塔13の塔底付近に濃縮される。このとき蒸留される一酸化炭素は、18O減損工程で12C18O、13C18Oの一部が12C16Oまたは13C16Oに変換されているため、第二の蒸留工程で12C18Oや13C18Oが濃縮されてもその量は限られている。したがって、第13の蒸留塔13から製品導出ライン31を通して導出される、13Cが高濃度、例えば13Cの同位体濃度が99%以上に濃縮された13CO製品中の18O濃度は、トレーサとして利用するために十分低く、例えば18O同位体濃度は5%以下になっている。
In the second distillation step, a stable carbon monoxide isotope molecule ( 13 C 16 ) containing 13 C, which has a relatively high boiling point, contained in the carbon monoxide returned to the
以上説明した一酸化炭素安定同位体濃縮方法にあっては、蒸留カスケードプロセス(蒸留工程)の途中で18O減損工程を行うため、13C16Oを効率よく濃縮できる。
また、18O減損工程において、一酸化炭素安定同位体の損失がないため、高い収率で13CO製品を得ることができる。
得られる13C16O製品は、13C16Oを高濃度に含み、13C18Oの存在割合が天然存在比に比べて高すぎないため、医療分野等のトレーサとして有用である。
In the carbon monoxide stable isotope enrichment method described above, since the 18 O impairment step is performed in the middle of the distillation cascade process (distillation step), 13 C 16 O can be efficiently concentrated.
In addition, since there is no loss of stable carbon monoxide isotope in the 18 O impairment step, a 13 CO product can be obtained in a high yield.
The obtained 13 C 16 O product contains 13 C 16 O in a high concentration, and the abundance ratio of 13 C 18 O is not too high as compared with the natural abundance ratio, so that it is useful as a tracer in the medical field and the like.
以上、実施形態を示して本発明の一酸化炭素安定同位体濃縮装置および一酸化炭素安定同位体濃縮方法を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上記実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
例えば、蒸留塔群を構成する蒸留塔(カスケード接続された蒸留塔)の数は、13基に限定されず、任意の基数にすることができる。蒸留塔については、規則充填物が充填された充填塔に限定されず、不規則充填物が充填された充填塔、棚段塔であってもよい。
18O減損機器が接続されるのは、第10の蒸留塔10に限定されず、第10の蒸留塔10以外の蒸留塔であってもよい。ただし、18O減損機器が接続された蒸留塔の少なくとも1つは、蒸留塔群の下流側末端に配置された蒸留塔以外の蒸留塔である。
18O減損機器が複数の蒸留塔と接続されていてもよい。
18O減損機器を構成する逆反応部63及び逆反応工程は3段階であることに限定されず、反応条件によって任意の反応段数とすることができる。
上述したコンデンサ21およびリボイラ22はそれぞれ各蒸留塔に対して必須の構成ではなく、前後の蒸留塔の圧力差、ポンプ、ブロワ等により、気体の上昇が十分な場合には設けなくてもよい。
Although the carbon monoxide stable isotope enrichment apparatus and the carbon monoxide stable isotope enrichment method of the present invention have been described above by showing embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. Each configuration in the above embodiment and a combination thereof are examples, and the configuration can be added, omitted, replaced, and other changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the number of distillation columns (cascade-connected distillation columns) constituting the distillation column group is not limited to 13, and can be any number. The distillation column is not limited to a packed column filled with a regular packed bed, and may be a packed column or a shelf column filled with an irregular packed bed.
The 18 O impairment device is not limited to the
The 18 O impairment device may be connected to a plurality of distillation columns.
The reverse
The above-mentioned
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
(実施例1)
実施例1では、図1に示す一酸化炭素安定同位体濃縮装置100を用いて、13C16Oの濃縮を行った。また、18O減損機器20における減損工程は、図2に示すフローで行った。供給する原料一酸化炭素の組成は、前述の表1に示すとおりである。
原料一酸化炭素の供給量は12.0Nm3/hであり、18O減損機器20への一酸化炭素抜出量は3.00Nm3/hであった。
18O減損機器20において、水凝縮部62での冷却温度は5℃とし、回収水加熱部65での加熱温度は90℃とした。
(Example 1)
In Example 1, 13 C 16 O was concentrated using the carbon monoxide
The supply amount of raw material carbon monoxide was 12.0 Nm 3 / h, and the amount of carbon monoxide extracted to the 18 O impairment device 20 was 3.00 Nm 3 / h.
In the 18 O impaired
装置の安定時における第13の蒸留塔13から送出される13CO製品の安定同位体分子の存在割合は、表2に示す通りであった。表2より、回収した凝縮水の一部を、水気化部60を介して正反応部61に再導入しても製品中の18O濃縮度を抑える機能は損なわれなかった。
また、18O減損機器20からの一酸化炭素返送量、第13の蒸留塔13から送出される13CO製品量は、表3に示す通りであった。表3より、製品中の13C量に対する原料一酸化炭素の13C量の割合(13Cの収率)は約90%であった。
The abundance ratio of stable isotope molecules of the 13 CO product delivered from the
The amount of carbon monoxide returned from the 18 O impairment device 20 and the amount of 13 CO products delivered from the
(比較例1)
比較例1では、図3に示す一酸化炭素安定同位体濃縮装置200を用いて、13COの濃縮を行った。一酸化炭素安定同位体濃縮装置200は、18O減損機器20における反応/生成物である水を回収し、回収水の一部を再導入する水リサイクルライン36、及び回収水加熱部65がないこと以外は一酸化炭素安定同位体濃縮装置100と同様である。また、反応/生成物である水については、全量が排出経路35から排出される。
18O減損機器20における反応は、図4に示すフローで行った。
原料一酸化炭素の供給量は実施例1と同様に12.0Nm3/hであり、18O減損機器20への一酸化炭素抜出量は3.00Nm3/hであった。
18O減損機器20において、水凝縮部62での冷却温度は5℃とした。
装置の安定時における第13の蒸留塔13から送出される13CO製品の安定同位体分子の存在割合は、表4に示す通りであった。
また、18O減損機器20からの一酸化炭素返送量、第13の蒸留塔13から送出される13CO製品量は、表5に示す通りであった。表5より、13Cの収率は約80%であった。18O減損装置での損失率は約0.5%であるが、13CO製品の収率は約10%低下した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, 13 CO was concentrated using the carbon monoxide
The reaction in the 18
The supply amount of the raw material carbon monoxide was 12.0 Nm 3 / h as in Example 1, and the amount of carbon monoxide extracted to the 18
In the 18
The abundance ratio of stable isotope molecules of the 13 CO products delivered from the
The amount of carbon monoxide returned from the 18 O impairment device 20 and the amount of 13 CO products sent from the
本発明は、極低温流体の蒸留を行うための蒸留装置であって、複数の蒸留塔をカスケード接続した蒸留塔群を備える蒸留装置を用いて、自然界には極僅かしか存在しない一酸化炭素安定同位体分子(13C16O)を濃縮する一酸化炭素安定同位体濃縮装置および一酸化炭素安定同位体濃縮方法に適用可能である。 The present invention is a distillation apparatus for distilling an ultra-low temperature fluid, and uses a distillation apparatus provided with a group of distillation columns in which a plurality of distillation columns are cascaded, and is stable in carbon monoxide, which exists in a very small amount in nature. applicable to isotope molecule (13 C 16 O) CO isotope enrichment apparatus and carbon monoxide stable isotope enrichment method for concentrating.
1、4、9、10、11、12、13・・・蒸留塔
20・・・18O減損機器
21・・・コンデンサ
22・・・リボイラ
30・・・原料供給ライン
31・・・製品導出ライン
32・・・同位体濃縮ガス抽出ライン
33・・・同位体濃縮ガス返送ライン
34・・・導入経路
35,41・・・排出経路
36・・・水リサイクルライン(経路)
60・・・水気化部
61・・・正反応部(第1ユニット)
62・・・水凝縮部
63・・・逆反応部(第2ユニット)
64・・・水素分離部
65・・・回収水加熱部(第3ユニット)
1, 4, 9, 10, 11, 12, 13 ...
60 ・ ・ ・ Water vaporization
62 ・ ・ ・
64 ・ ・ ・
Claims (3)
複数の蒸留塔がカスケード接続された、複数種の一酸化炭素安定同位体分子を含む原料一酸化炭素を蒸留し、13Cを含む一酸化炭素安定同位体分子を濃縮する蒸留塔群と、
前記蒸留塔群の下流側末端に配置された蒸留塔以外の蒸留塔の少なくとも1つに接続され、下式(1)に示す正反応と下式(2)に示す逆反応とを含む水性ガスシフト反応によって18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子を減損する18O減損機器と、を備え、
前記18O減損機器は、前記正反応を行う第1ユニットと、
前記第1ユニットの後段に位置し、前記逆反応を行う1以上の第2ユニットと、
前記第1ユニット及び前記第2ユニットで発生した気体を冷却して得られる凝縮水を回収し、前記凝縮水を加熱して蒸気相を分離する第3ユニットと、
前記蒸気相を前記第3ユニットから前記第1ユニットに供給する経路と、を有する、
一酸化炭素安定同位体濃縮装置。
13C18O + H2 16O → 13C16O18O + H2 ・・・式(1)
13C16O18O + H2 → 13C16O + H2 18O ・・・式(2) A carbon monoxide stable isotope concentrator that concentrates 13 C 16 O, which is a stable carbon monoxide isotope molecule.
A group of distillation columns in which a plurality of distillation columns are cascaded to distill a raw material carbon monoxide containing a plurality of types of stable carbon monoxide isotope molecules and concentrate a stable carbon monoxide isotope molecule containing 13 C.
An aqueous gas shift that is connected to at least one of the distillation columns other than the distillation column arranged at the downstream end of the distillation column group and includes a positive reaction represented by the following formula (1) and a reverse reaction represented by the following formula (2). A 18 O attenuation device, which attenuates a stable carbon monoxide isotope molecule containing 18 O by a reaction, is provided.
The 18 O impairment device includes the first unit that performs the positive reaction and the unit.
One or more second units located after the first unit and performing the reverse reaction, and
A third unit that collects the condensed water obtained by cooling the gas generated in the first unit and the second unit and heats the condensed water to separate the vapor phase.
It has a path for supplying the vapor phase from the third unit to the first unit.
Carbon monoxide stable isotope concentrator.
13 C 18 O + H 2 16 O → 13 C 16 O 18 O + H 2 ... Equation (1)
13 C 16 O 18 O + H 2 → 13 C 16 O + H 2 18 O ・ ・ ・ Equation (2)
前記18O減損機器から、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子が減損された一酸化炭素が前記蒸留塔に返送される、請求項1に記載の一酸化炭素安定同位体濃縮装置。 A part or all of carbon monoxide enriched with a stable carbon monoxide isotope molecule containing 13 C was extracted from the distillation column to which the 18 O impairment device was connected and introduced into the 18 O impairment device.
The carbon monoxide stable isotope concentrator according to claim 1, wherein carbon monoxide in which carbon monoxide stable isotope molecules containing 18 O are impaired is returned from the 18 O impairment device to the distillation column.
複数の蒸留塔がカスケード接続された蒸留塔群にて、複数種の一酸化炭素安定同位体分子を含む原料一酸化炭素を蒸留し、13Cを含む一酸化炭素安定同位体分子を濃縮する蒸留工程と、
前記蒸留塔群の下流側末端に配置された蒸留塔以外の蒸留塔の少なくとも1つから、13Cを含む一酸化炭素安定同位体分子が濃縮された一酸化炭素の一部または全部を抽出し、この一酸化炭素に含まれる、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子を下式(1)に示す正反応と下式(2)に示す逆反応とを含む水性ガスシフト反応によって、前記18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子の一部を、16Oを含む一酸化炭素安定同位体分子に変換し、18Oを含む一酸化炭素安定同位体分子が減損された一酸化炭素を得て、この一酸化炭素を前記蒸留塔に返送する18O減損工程と、を含み、
前記18O減損工程は、前記正反応を行う第1ステップと、
前記第1ステップの後に、前記逆反応を行う1以上の第2ステップと、
前記第1ステップ及び前記第2ステップで発生した気体を冷却して得られる凝縮水を回収し、前記凝縮水を加熱して蒸気相を分離する第3ステップと、を含み、
前記蒸気相を前記第1ステップに供給する、一酸化炭素安定同位体濃縮方法。
13C18O + H2 16O → 13C16O18O + H2 ・・・式(1)
13C16O18O + H2 → 13C16O + H2 18O ・・・式(2) A carbon monoxide stable isotope enrichment method for concentrating 13 C 16 O, which is a stable carbon monoxide isotope molecule.
Distillation that distills raw material carbon monoxide containing a plurality of types of carbon monoxide stable isotope molecules and concentrates carbon monoxide stable isotope molecules including 13 C in a group of distillation columns in which a plurality of distillation columns are cascaded. Process and
Part or all of carbon monoxide enriched with stable carbon monoxide isotope molecules including 13 C was extracted from at least one of the distillation towers other than the distillation towers arranged at the downstream end of the distillation tower group. The carbon monoxide stable isotope molecule containing 18 O contained in this carbon monoxide was subjected to the above 18 by an aqueous gas shift reaction including a positive reaction represented by the following formula (1) and a reverse reaction represented by the following formula (2). A part of the carbon monoxide stable isotope molecule containing O is converted into the carbon monoxide stable isotope molecule containing 16 O, and the carbon monoxide stable isotope molecule containing 18 O is impaired to obtain carbon monoxide. Te, comprising 18 and O impairment step of returning the carbon monoxide to the distillation column, and
The 18 O impairment step includes the first step of performing the positive reaction and
After the first step, one or more second steps that carry out the reverse reaction, and
The first step and the third step of recovering the condensed water obtained by cooling the gas generated in the second step and heating the condensed water to separate the vapor phase are included.
A carbon monoxide stable isotope enrichment method for supplying the vapor phase to the first step.
13 C 18 O + H 2 16 O → 13 C 16 O 18 O + H 2 ... Equation (1)
13 C 16 O 18 O + H 2 → 13 C 16 O + H 2 18 O ・ ・ ・ Equation (2)
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