JP7635113B2

JP7635113B2 - Hydrogen treatment device and method

Info

Publication number: JP7635113B2
Application number: JP2021200662A
Authority: JP
Inventors: 昂山田; 寛史岡部; 玲菜角谷; 秀二辻井; 基茂柳生; 和矢山田; 弘毅鴻上; 祐貴桝田
Original assignee: Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2025-02-25
Anticipated expiration: 2041-12-10
Also published as: JP2023086267A

Description

本発明の実施形態は、原子炉格納容器内で発生した水素を処理する水素処理装置及び水素処理方法に関する。 An embodiment of the present invention relates to a hydrogen treatment device and a hydrogen treatment method for treating hydrogen generated in a nuclear reactor containment vessel.

軽水炉において炉心の著しい損傷を伴う原子炉過酷事故が発生した場合、溶融炉心中に含まれるジルコニウムと冷却水との反応（Ｍｅｔａｌ－Ｗａｔｅｒ反応：Ｚｒ＋Ｈ_２Ｏ→ＺｒＯ_２＋Ｈ_２；以下、ＭＷ反応と記す）により大量の水素が発生する。また、ＭＷ反応よりも緩やかではあるが、冷却水の放射性分解（Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋０．５Ｏ_２）により長期的に水素と酸素が発生する。 In the event of a severe nuclear accident involving significant core damage in a light water reactor, a large amount of hydrogen is generated by the reaction between zirconium contained in the molten core and the cooling water (Metal-Water reaction: Zr+H ₂ O→ZrO ₂ +H ₂ ; hereafter referred to as the MW reaction). In addition, hydrogen and oxygen are generated over the long term by radioactive decomposition of the cooling water (H ₂ O→H ₂ +0.5O ₂ ), which is slower than the MW reaction.

これらの反応により原子炉格納容器内の圧力が上昇し、設計圧力以上となれば原子炉格納容器の破損に繋がる。この原子炉格納容器の破損を防止するために、フィルタベントを介した原子炉格納容器ベント（ガス抜き）を行うが、事故以降の規制強化により、原子炉の冷却機能を補う代替循環冷却(ＲＨＲ)の設置が進み、原子炉格納容器ベントを行わずとも済むような運用が検討されている。 These reactions cause the pressure inside the reactor containment vessel to rise, and if it exceeds the design pressure, it could lead to damage to the reactor containment vessel. To prevent this damage to the reactor containment vessel, the reactor containment vessel is vented (gassed) via a filter vent, but due to stricter regulations since the accident, the installation of alternative circulating cooling (RHR) to supplement the reactor's cooling function is progressing, and operations that do not require reactor containment vessel venting are being considered.

一方、原子炉格納容器内の圧力上昇が抑制された環境においても、水素爆発防止の観点から、水素濃度は４ｖｏｌ％以下、酸素濃度は５ｖｏｌ％以下に管理することが必要である。この水素濃度の上昇を抑制するために、原子炉格納容器内の水素を処理する方法が検討されている。 On the other hand, even in an environment where pressure rise inside the reactor containment vessel is suppressed, it is necessary to keep the hydrogen concentration below 4 vol% and the oxygen concentration below 5 vol% in order to prevent hydrogen explosions. In order to suppress this rise in hydrogen concentration, methods for treating hydrogen inside the reactor containment vessel are being considered.

特開２０１０－１９０８６８号公報JP 2010-190868 A 特許第３５９６８４３号公報Patent No. 3596843 特開２０１６－８８３９号公報JP 2016-8839 A 特開２０１８－１４６４６０号公報JP 2018-146460 A 特開２０２１－９０９９号公報JP 2021-9099 A 特開２０１８－１１２４８０号公報JP 2018-112480 A 特開２０１１－１２９７３号公報JP 2011-12973 A

特許文献１では、水素吸蔵合金により水素を吸着する方法が提案されているが、水素吸着を賄うために膨大な量の水素吸蔵合金が必要であり現実的ではない。また、特許文献２では、触媒を用いて水素と酸素を反応させる触媒式水素燃焼が提案されている。ところが、反応温度が高いこと、反応後の処理が高温で原子炉格納容器を昇圧する可能性があること、一酸化炭素による被毒をうけて触媒機能が損なわれるため触媒が多量に必要で高価になること、原子炉格納容器内の水素量に対し酸素量が不十分であるため、外部から酸素の供給が必要であり危険であること等の問題がある。更に、特許文献３では、金属酸化物による水素の酸化除去が提案されており、窒素雰囲気で酸素が少ない環境下での水素処理が可能になる。 Patent Document 1 proposes a method of absorbing hydrogen using a hydrogen storage alloy, but this is not practical because a huge amount of hydrogen storage alloy is required to absorb hydrogen. Patent Document 2 proposes catalytic hydrogen combustion, which uses a catalyst to react hydrogen with oxygen. However, there are problems with this method, such as the high reaction temperature, the possibility of the reactor containment vessel being pressurized due to high temperature treatment after the reaction, the need for a large amount of catalyst due to the loss of catalytic function due to poisoning by carbon monoxide, and the need to supply oxygen from outside due to insufficient oxygen relative to the amount of hydrogen in the reactor containment vessel, which is dangerous. Patent Document 3 proposes the oxidative removal of hydrogen using metal oxides, which makes it possible to treat hydrogen in a nitrogen atmosphere with little oxygen.

特許文献４では、反応流体の組成変動に対応するための反応制御方法が提案されている。また、特許文献５では反応流体の加熱方法が、特許文献６では原子炉格納容器に還流する反応後流体を除熱する方法がそれぞれ提案されている。更に、特許文献７では、酸化銅による水素の酸化除去方法として、使用済みの金属銅や、酸化銅のうちヨウ化セシウムとの反応で水素処理に不活性となったヨウ化銅を、酸素との反応により酸化銅に再生する方法が提案されている。 Patent Document 4 proposes a reaction control method for dealing with fluctuations in the composition of the reaction fluid. Patent Document 5 proposes a method for heating the reaction fluid, and Patent Document 6 proposes a method for removing heat from the post-reaction fluid that is returned to the reactor containment vessel. Furthermore, Patent Document 7 proposes a method for oxidizing and removing hydrogen using copper oxide, in which used metallic copper and copper iodide that has become inactive in hydrogen treatment due to a reaction with cesium iodide are regenerated into copper oxide by reacting with oxygen.

特許文献１～７で対象としている反応器は単一の反応器であるが、原子炉過酷事故に伴い発生する水素を処理するためには相当量の金属酸化物が必要であり、これを充填するための反応器の容積も大きく、このため装置規模も大きくならざるを得ない。また、特許文献７のように金属酸化物を再生することで複数回利用する構成では、反応器の規模を小さくすることが可能である。 The reactors covered in Patent Documents 1 to 7 are single reactors, but a considerable amount of metal oxide is required to process the hydrogen generated in the event of a severe nuclear reactor accident, and the reactor volume required to fill it with this is large, which necessitates a large scale of equipment. Furthermore, in a configuration in which the metal oxide is regenerated and reused multiple times, as in Patent Document 7, it is possible to reduce the scale of the reactor.

一方、反応器を小さくすると、頻繁に金属酸化物の再生を行う必要がある。金属酸化物と水素の反応と、金属酸化物の再生条件は異なることが想定され、各々の条件に適合させるまでの時間も要するため、単一の反応器では水素を連続的に処理することが困難である。また、金属酸化物の反応温度を制御する観点から、装置の起動時、反応時、再生時の温度制御が必要になるが、そのための構成や方法が特許文献１～７には開示されていない。 On the other hand, if the reactor is made small, the metal oxide must be regenerated frequently. The conditions for the reaction of the metal oxide with hydrogen and the regeneration of the metal oxide are expected to be different, and it takes time to adapt to each condition, making it difficult to continuously process hydrogen in a single reactor. In addition, from the perspective of controlling the reaction temperature of the metal oxide, it is necessary to control the temperature when the device is started up, during the reaction, and during regeneration, but the configurations and methods for doing so are not disclosed in Patent Documents 1 to 7.

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、反応器の規模を抑制し且つ水素を連続的に安定して処理することができる水素処理装置及び水素処理方法を提供することを目的とする。 The embodiment of the present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a hydrogen treatment device and a hydrogen treatment method that can reduce the size of the reactor and continuously and stably treat hydrogen.

本発明の実施形態における水素処理装置は、原子炉格納容器内で発生した水素を金属酸化物により処理する水素処理装置において、前記金属酸化物を収容すると共に、互いに並列に配置された複数の反応器と、処理すべき水素を含む反応流体を任意の前記反応器へ切り替えて供給する切替弁と、前記反応流体が供給されていない前記反応器へ、酸素を含む二次ガスを供給可能な二次ガス供給装置と、を有し、前記反応流体が供給された前記反応器での前記金属酸化物による水素処理と、この水素処理を実施した後の前記反応器への前記二次ガスの供給による前記金属酸化物の再生処理とが、並行して実施されるよう構成され、更に、前記反応器内の金属酸化物により水素が処理された反応後流体の一部を分流して、前記反応器へ供給される反応流体に還流する分岐配管を備えた分岐系統を有して構成されたことを特徴とするものである。
また、本発明の実施形態における水素処理装置は、原子炉格納容器内で発生した水素を金属酸化物により処理する水素処理装置において、前記金属酸化物を収容すると共に、互いに並列に配置された複数の反応器と、処理すべき水素を含む反応流体を任意の前記反応器へ切り替えて供給する切替弁と、前記反応流体が供給されていない前記反応器へ、酸素を含む二次ガスを供給可能な二次ガス供給装置と、を有し、前記反応流体が供給された前記反応器での前記金属酸化物による水素処理と、この水素処理を実施した後の前記反応器への前記二次ガスの供給による前記金属酸化物の再生処理とが、並行して実施されるよう構成され、更に、前記二次ガス供給装置は、反応器内の金属酸化物により水素処理を開始する前に、自身に接続された前記反応器へ酸化性ガスと還元性ガスを交互に供給して、前記金属酸化物を反応熱により予熱処理させるよう構成されたことを特徴とするものである。 A hydrogen treatment device in an embodiment of the present invention is a hydrogen treatment device that treats hydrogen generated in a reactor containment vessel using a metal oxide, the hydrogen treatment device comprising: a plurality of reactors that contain the metal oxide and are arranged in parallel with each other; a switching valve that switches and supplies a reaction fluid containing hydrogen to be treated to any of the reactors; and a secondary gas supply device that can supply a secondary gas containing oxygen to the reactor to which the reaction fluid is not supplied, wherein the hydrogen treatment using the metal oxide in the reactor to which the reaction fluid is supplied and the regeneration treatment of the metal oxide by supplying the secondary gas to the reactor after the hydrogen treatment are performed are performed in parallel , and the hydrogen treatment device is further characterized in that the hydrogen treatment device is configured to have a branch system equipped with a branch pipe that branches off a portion of the post-reaction fluid in which hydrogen has been treated with the metal oxide in the reactor and returns it to the reaction fluid supplied to the reactor .
In addition, a hydrogen treatment device in an embodiment of the present invention is a hydrogen treatment device that treats hydrogen generated in a reactor containment vessel using a metal oxide, the hydrogen treatment device having a plurality of reactors that contain the metal oxide and are arranged in parallel with each other, a switching valve that switches and supplies a reaction fluid containing hydrogen to be treated to any of the reactors, and a secondary gas supply device that can supply a secondary gas containing oxygen to the reactor to which the reaction fluid is not supplied, and is configured to perform hydrogen treatment using the metal oxide in the reactor to which the reaction fluid is supplied and regeneration treatment of the metal oxide by supplying the secondary gas to the reactor after the hydrogen treatment is performed in parallel, and further, the secondary gas supply device is configured to alternately supply an oxidizing gas and a reducing gas to the reactor connected to it before starting hydrogen treatment using the metal oxide in the reactor, thereby preheating the metal oxide with reaction heat.

本発明の実施形態における水素処理方法は、原子炉格納容器内で発生した水素を金属酸化物により処理する水素処理方法において、前記金属酸化物を収容すると共に、互いに並列に配置された複数の反応器と、処理すべき水素を含む反応流体が供給されていない前記反応器へ、酸素を含む二次ガスを供給可能な二次ガス供給装置とを用意し、前記反応流体が供給された前記反応器での前記金属酸化物による水素処理と、この水素処理を実施した後の前記反応器への前記二次ガスの供給による前記金属酸化物の再生処理とを交互に並行して実施し、更に、前記反応器内の金属酸化物により水素が処理された反応後流体の一部を、分岐配管を備えた分岐系統により分流して、前記反応器へ供給される反応流体に還流することを特徴とするものである。
また、本発明の実施形態における水素処理方法は、原子炉格納容器内で発生した水素を金属酸化物により処理する水素処理方法において、前記金属酸化物を収容すると共に、互いに並列に配置された複数の反応器と、処理すべき水素を含む反応流体が供給されていない前記反応器へ、酸素を含む二次ガスを供給可能な二次ガス供給装置とを用意し、前記反応流体が供給された前記反応器での前記金属酸化物による水素処理と、この水素処理を実施した後の前記反応器への前記二次ガスの供給による前記金属酸化物の再生処理とを交互に並行して実施し、更に、前記二次ガス供給装置は、反応器内の金属酸化物により水素処理を開始する前に、自身に接続された前記反応器へ酸化性ガスと還元性ガスを交互に供給して、前記金属酸化物を反応熱により予熱処理させることを特徴とするものである。 A hydrogen processing method in an embodiment of the present invention is a hydrogen processing method for processing hydrogen generated in a reactor containment vessel using a metal oxide, the method comprising the steps of: preparing a plurality of reactors each containing the metal oxide and arranged in parallel with one another; and a secondary gas supply device capable of supplying a secondary gas containing oxygen to the reactor to which a reaction fluid containing hydrogen to be processed has not been supplied; alternately and in parallel performing hydrogen processing using the metal oxide in the reactor to which the reaction fluid has been supplied and regeneration processing of the metal oxide by supplying the secondary gas to the reactor after the hydrogen processing has been performed; and further comprising diverting a portion of the post-reaction fluid in which hydrogen has been processed by the metal oxide in the reactor through a branch system equipped with a branch pipe and returning it to the reaction fluid supplied to the reactor .
In addition, a hydrogen processing method in an embodiment of the present invention is a hydrogen processing method in which hydrogen generated in a reactor containment vessel is processed by metal oxide, comprising the steps of: preparing a plurality of reactors that contain the metal oxide and are arranged in parallel with each other; and a secondary gas supply device that is capable of supplying a secondary gas containing oxygen to the reactors to which a reaction fluid containing the hydrogen to be processed has not been supplied; alternately and in parallel performing hydrogen processing by the metal oxide in the reactors to which the reaction fluid has been supplied, and regenerating the metal oxide by supplying the secondary gas to the reactors after the hydrogen processing has been performed; and further, the secondary gas supply device alternately supplies an oxidizing gas and a reducing gas to the reactors connected to it before starting hydrogen processing by the metal oxide in the reactors, thereby preheating the metal oxide with reaction heat.

本発明の実施形態によれば、反応器の規模を抑制し且つ水素を連続的に安定して処理することができる。 According to an embodiment of the present invention, it is possible to reduce the size of the reactor and to process hydrogen continuously and stably.

第１実施形態に係る水素処理装置を示す管路図。FIG. 2 is a pipeline diagram showing the hydrogen treatment device according to the first embodiment. 第２実施形態に係る水素処理装置を示す管路図。FIG. 6 is a pipeline diagram showing a hydrogen treatment device according to a second embodiment. 第３実施形態に係る水素処理装置の一部を示す部分管路図。FIG. 11 is a partial pipeline diagram showing a part of a hydrogen treatment device according to a third embodiment.

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１）
図１は、第１実施形態に係る水素処理装置を示す管路図である。この図１に示す水素処理装置１０は、例えば原子炉過酷事故時に原子炉格納容器１１内に発生する水素を金属酸化物により処理するものであり、複数の反応器（例えばＡ系統反応器１２Ａ、Ｂ系統反応器１２Ｂ）、切替弁（例えば入口切替弁１３、出口切替弁１４）、二次ガス供給装置１５、及び切替弁制御装置１６を主に有して構成される。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[A] First embodiment (FIG. 1)
Fig. 1 is a piping diagram showing a hydrogen treatment device according to the first embodiment. The hydrogen treatment device 10 shown in Fig. 1 treats hydrogen generated in a reactor containment vessel 11 during a severe reactor accident, for example, by using metal oxides, and is mainly configured with a plurality of reactors (e.g., an A-line reactor 12A and a B-line reactor 12B), switching valves (e.g., an inlet switching valve 13 and an outlet switching valve 14), a secondary gas supply device 15, and a switching valve control device 16.

Ａ系統反応器１２Ａは、水素を処理するＡ系統金属酸化物１７Ａを充填して収容し、接続されたＡ系統入口配管１８Ａ及びＡ系統出口配管１９Ａと共に、Ａ系統２０Ａを構成する。また、Ｂ系統反応器１２Ｂは、水素を処理するＢ系統金属酸化物１７Ｂを充填して収容し、接続されたＢ系統入口配管１８Ｂ及びＢ系統出口配管１９Ｂと共に、Ｂ系統２０Ｂを構成する。これらのＡ系統２０ＡとＢ系統２０Ｂは並列に設置されている。 The A-system reactor 12A is filled with and contains the A-system metal oxide 17A that processes hydrogen, and together with the connected A-system inlet pipe 18A and A-system outlet pipe 19A, constitutes the A-system 20A. The B-system reactor 12B is filled with and contains the B-system metal oxide 17B that processes hydrogen, and together with the connected B-system inlet pipe 18B and B-system outlet pipe 19B, constitutes the B-system 20B. These A-system 20A and B-system 20B are installed in parallel.

Ａ系統金属酸化物１７Ａ及びＢ系統金属酸化物１７Ｂは、酸化銅（II）、酸化ニッケル（II）、酸化マンガン（IV）、酸化コバルト（II、III）、酸化鉄(III)のいずれか、またはこれらの組み合せから構成されるのが好ましい。また、Ａ系統金属酸化物１７Ａ及びＢ系統金属酸化物１７Ｂは、Ａ系統反応器１２Ａ、Ｂ系統反応器１２Ｂの前後に生ずる圧力損失を低減するために、粉末を直径数ｍｍに成形した成形体形状に造粒して形成される。この成形体形状のＡ系統金属酸化物１７Ａ、Ｂ系統金属酸化物１７Ｂは、Ａ系統反応器１２Ａ、Ｂ系統反応器１２Ｂ内にそれぞれ充填されたときの充填層の重量、または水素による還元や酸化などによる密度もしくは温度の変化に対して、形状を維持可能な耐性を備える。 The A-system metal oxide 17A and the B-system metal oxide 17B are preferably composed of any one of copper oxide (II), nickel oxide (II), manganese oxide (IV), cobalt oxide (II, III), and iron oxide (III), or a combination of these. In addition, the A-system metal oxide 17A and the B-system metal oxide 17B are formed by granulating the powder into a compact shape with a diameter of several mm in order to reduce the pressure loss that occurs before and after the A-system reactor 12A and the B-system reactor 12B. The A-system metal oxide 17A and the B-system metal oxide 17B in this compact shape have resistance to maintain their shape against the weight of the packed bed when packed into the A-system reactor 12A and the B-system reactor 12B, or against changes in density or temperature due to reduction or oxidation by hydrogen.

入口切替弁１３は、Ａ系統２０Ａ及びＢ系統２０Ｂの上流端に、出口切替弁１４は、Ａ系統２０Ａ及びＢ系統２０Ｂの下流端にそれぞれ接続される。入口切替弁１３は、処理すべき水素を含み且つ入口配管２１内を流れる反応流体Ｘを、任意の反応器であるＡ系統反応器１２ＡとＢ系統反応器１２Ｂのいずれかに切り替えて流入させるものである。また、出口切替弁１４は、Ａ系統反応器１２Ａ内のＡ系統金属酸化物１７ＡまたはＢ系統反応器１０Ｂ内のＢ系統金属酸化物１７Ｂのいずれかにより水素が処理された反応後流体Ｙを、出口配管２２に切り替えて流出させるものである。 The inlet switching valve 13 is connected to the upstream end of the A system 20A and the B system 20B, and the outlet switching valve 14 is connected to the downstream end of the A system 20A and the B system 20B. The inlet switching valve 13 switches the reaction fluid X, which contains hydrogen to be treated and flows through the inlet pipe 21, to flow into either the A system reactor 12A or the B system reactor 12B, which are optional reactors. The outlet switching valve 14 switches the reaction fluid Y, in which hydrogen has been treated by either the A system metal oxide 17A in the A system reactor 12A or the B system metal oxide 17B in the B system reactor 10B, to flow out to the outlet pipe 22.

入口配管２１は、上流端が原子炉格納容器１１に、下流端が入口切替弁１３にそれぞれ接続される。この入口配管２１には、上流端側から入口弁２３、ブロア２４、反応流体冷却器２５、入口ガス濃度計２６、湿度計２７及び反応流体加熱器２８が順次配設されている。 The inlet pipe 21 is connected at its upstream end to the reactor containment vessel 11 and at its downstream end to the inlet switching valve 13. On this inlet pipe 21, an inlet valve 23, a blower 24, a reaction fluid cooler 25, an inlet gas concentration meter 26, a hygrometer 27, and a reaction fluid heater 28 are arranged in this order from the upstream end.

出口配管２２は、上流端が出口切替弁１４に、下流端が原子炉格納容器１１にそれぞれ接続される。この出口配管２２には、上流端側から反応後流体冷却器３０、出口ガス濃度計３１及び出口弁３２が順次配設されている。 The outlet pipe 22 has an upstream end connected to the outlet switching valve 14 and a downstream end connected to the reactor containment vessel 11. A post-reaction fluid cooler 30, an outlet gas concentration meter 31, and an outlet valve 32 are arranged in this outlet pipe 22 in this order from the upstream end.

二次ガス供給装置１５は、入口切替弁１３及び出口切替弁１４に接続される。この二次ガス供給装置１５は、入口切替弁１３及び出口切替弁１４の切替操作により、Ａ系統２０ＡまたはＢ系統２０Ｂの反応流体Ｘが供給されていないＡ系統反応器１２ＡまたはＢ系統反応器１２Ｂへ、酸化性ガス（例えば酸素）を含む二次ガスＺを供給する。水素を処理したＡ系統反応器１２Ａ内のＡ系統金属酸化物１７ＡまたはＢ系統反応器１２Ｂ内のＢ系統金属酸化物１７Ｂは、水素により還元された状態(例えば金属)に変化しているが、二次ガス供給装置１５からの二次ガスＺの供給により酸化されて再生される。 The secondary gas supply device 15 is connected to the inlet switching valve 13 and the outlet switching valve 14. This secondary gas supply device 15 supplies a secondary gas Z containing an oxidizing gas (e.g., oxygen) to the A-system reactor 12A or the B-system reactor 12B to which the reaction fluid X of the A-system 20A or the B-system 20B is not supplied by switching the inlet switching valve 13 and the outlet switching valve 14. The A-system metal oxide 17A in the A-system reactor 12A or the B-system metal oxide 17B in the B-system reactor 12B, which has been treated with hydrogen, has been reduced by hydrogen (e.g., metal), but is oxidized and regenerated by the supply of the secondary gas Z from the secondary gas supply device 15.

切替弁制御装置１６は、入口切替弁１３及び出口切替弁１４を切り替えて、反応流体Ｘが供給された反応器（例えばＡ系統反応器１２Ａ）での金属酸化物（例えばＡ系統金属酸化物１７Ａ）による水素処理と、水素処理を実施した後の反応器（例えばＢ系統反応器１２Ｂ）への二次ガスＺの供給による金属酸化物（例えばＢ系統金属酸化物１７Ｂ）の再生処理とを、並行して同時に実施させる。 The switching valve control device 16 switches the inlet switching valve 13 and the outlet switching valve 14 to simultaneously carry out hydrogen treatment using a metal oxide (e.g., A-system metal oxide 17A) in a reactor (e.g., A-system reactor 12A) to which reaction fluid X is supplied, and regeneration treatment of the metal oxide (e.g., B-system metal oxide 17B) by supplying secondary gas Z to a reactor (e.g., B-system reactor 12B) after hydrogen treatment.

具体的には、切替弁制御装置１６は、反応流体Ｘが供給されている反応器（例えばＡ系統反応器１２Ａ）の入口側の水素濃度の入口ガス濃度計２６による測定値と、出口側の水素濃度の出口ガス濃度計３１による測定値とを入力して、これらの測定値の差分を求める。次に、切替弁制御装置１６は、この差分から、反応流体Ｘが供給されている反応器（例えばＡ系統反応器１２Ａ）の金属酸化物（例えばＡ系統金属酸化物１７Ａ）の反応率を算出する。切替弁制御装置１６は、上記反応率に基づいて、反応流体Ｘを供給すべき反応器を決定して、入口切替弁１３及び出口切替弁１４の切替操作を制御する。例えば、Ａ系統反応器１２Ａ内のＡ系統金属酸化物１７Ａの反応率が所定値以上に上昇した場合に、反応流体ＸをＢ系統反応器１２Ｂへ供給するように入口切替弁１３及び出口切替弁１４の切替を制御する。 Specifically, the switching valve control device 16 inputs the hydrogen concentration measured by the inlet gas concentration meter 26 on the inlet side of the reactor (e.g., the A-system reactor 12A) to which the reaction fluid X is supplied, and the hydrogen concentration measured by the outlet gas concentration meter 31 on the outlet side, and calculates the difference between these measurements. Next, the switching valve control device 16 calculates the reaction rate of the metal oxide (e.g., the A-system metal oxide 17A) in the reactor (e.g., the A-system reactor 12A) to which the reaction fluid X is supplied, from this difference. The switching valve control device 16 determines the reactor to which the reaction fluid X should be supplied based on the reaction rate, and controls the switching operation of the inlet switching valve 13 and the outlet switching valve 14. For example, when the reaction rate of the A-system metal oxide 17A in the A-system reactor 12A rises to a predetermined value or higher, the switching of the inlet switching valve 13 and the outlet switching valve 14 is controlled so that the reaction fluid X is supplied to the B-system reactor 12B.

次に、上記水素処理装置１０の作用を説明する。
入口弁２３及び出口弁３２を開弁し、ブロア２４を起動することで、原子炉格納容器１１に滞留する反応流体Ｘ(水素、水蒸気及び窒素が主成分)が水素処理装置１０に導入される。この反応流体Ｘは、水蒸気が反応流体冷却器２５にて凝縮により除去された後、入口ガス濃度計２６により水素濃度と酸素濃度が計測され、水素処理に適した温度とするために反応流体加熱器２８により加熱される。 Next, the operation of the hydrogen treatment device 10 will be described.
By opening the inlet valve 23 and the outlet valve 32 and starting the blower 24, the reaction fluid X (mainly composed of hydrogen, water vapor, and nitrogen) remaining in the reactor containment vessel 11 is introduced into the hydrogen treatment device 10. After the water vapor is removed by condensation in the reaction fluid cooler 25, the hydrogen concentration and oxygen concentration of this reaction fluid X are measured by the inlet gas concentration meter 26, and the reaction fluid X is heated by the reaction fluid heater 28 to a temperature suitable for hydrogen treatment.

その後、反応流体Ｘは、入口切替弁１３からＡ系統２０Ａへ流れ、Ａ系統入口配管１８Ａを経てＡ系統反応器１２Ａに流入する。Ａ系統反応器１２Ａ内のＡ系統金属酸化物１７Ａで水素処理が行われた後の反応後流体Ｙは、Ａ系統出口配管１９Ａ及び出口切替弁１４を経て出口配管２２に至り、反応後流体冷却器３０により冷却されて原子炉格納容器１１に戻される。 Then, the reaction fluid X flows from the inlet switching valve 13 to the A system 20A, and flows into the A system reactor 12A via the A system inlet piping 18A. The reaction fluid Y after hydrogen treatment in the A system metal oxide 17A in the A system reactor 12A passes through the A system outlet piping 19A and the outlet switching valve 14 to the outlet piping 22, where it is cooled by the reaction fluid cooler 30 and returned to the reactor containment vessel 11.

一方、入口切替弁１３及び出口切替弁１４を介してＡ系統２０Ａとは独立して存在するＢ系統２０Ｂは、Ａ系統２０Ａと同様の構成を持ち、二次ガス供給装置１５と接続された状態になる。この二次ガス供給装置１５からＢ系統２０Ｂへ、酸素及び窒素ガスを含む二次ガスＺを供給することが可能である。仮に、Ａ系統２０Ａに切り替えられる前にＢ系統２０Ｂで水素処理が行われたとすると、Ｂ系統反応器１２Ｂに充填されたＢ系統金属酸化物１７Ｂは還元されている。そこに、二次ガス供給装置１５から酸素を含む二次ガスＺがＢ系統反応器１２Ｂに供給されることで、Ｂ系統金属酸化物１７Ｂが再生される。 Meanwhile, the B system 20B, which exists independently of the A system 20A via the inlet switching valve 13 and the outlet switching valve 14, has the same configuration as the A system 20A and is connected to the secondary gas supply device 15. It is possible to supply a secondary gas Z containing oxygen and nitrogen gas from this secondary gas supply device 15 to the B system 20B. If hydrogen processing is performed in the B system 20B before switching to the A system 20A, the B system metal oxide 17B filled in the B system reactor 12B is reduced. Then, the B system metal oxide 17B is regenerated by supplying the oxygen-containing secondary gas Z from the secondary gas supply device 15 to the B system reactor 12B.

Ａ系統金属酸化物１７Ａは水素処理により還元されるが、この水素処理が不十分になると出口ガス濃度計３１の水素濃度が上昇して、入口ガス濃度計２６の水素濃度と同等になる。すると、切替弁制御装置１６がこれを検知し、入口切替弁１３と出口切替弁１４を切り替え、Ｂ系統２０Ｂに反応流体Ｘを流し、Ａ系統２０Ａに二次ガスＺを流す。これにより、水素処理はＢ系統２０Ｂにて継続され、水素処理で使用されたＡ系統金属酸化物１７Ａは、酸素を含む二次ガスＺと反応することで再生される。上述のようにして、Ａ系統２０ＡとＢ系統２０Ｂとにより、水素処理と再生処理が交互に並行して実施される。 The A-system metal oxide 17A is reduced by hydrogen treatment, but if this hydrogen treatment is insufficient, the hydrogen concentration in the outlet gas concentration meter 31 rises and becomes equal to the hydrogen concentration in the inlet gas concentration meter 26. The switching valve control device 16 then detects this and switches the inlet switching valve 13 and the outlet switching valve 14 to flow reaction fluid X to the B-system 20B and secondary gas Z to the A-system 20A. This allows the hydrogen treatment to continue in the B-system 20B, and the A-system metal oxide 17A used in the hydrogen treatment is regenerated by reacting with the oxygen-containing secondary gas Z. As described above, hydrogen treatment and regeneration treatment are performed alternately and in parallel by the A-system 20A and the B-system 20B.

酸化ニッケルを例に金属酸化物(Ａ系統金属酸化物１７ＡとＢ系統金属酸化物１７Ｂの総称)の水素による還元反応を示すと、以下となる。
ＮｉＯ＋Ｈ_２→Ｎｉ＋Ｈ_２Ｏ ………(１)
また、同様に、金属酸化物が還元されて生成した金属と酸素を含む二次ガスＺとの酸化反応を、ニッケルを例に示すと以下となる。
２Ｎｉ＋Ｏ_２→ ２ＮｉＯ ………(２) Taking nickel oxide as an example, the reduction reaction of metal oxide (a general term for A-type metal oxide 17A and B-type metal oxide 17B) by hydrogen is shown below.
NiO+H ₂ →Ni+H ₂ O……(1)
Similarly, the oxidation reaction between a metal produced by the reduction of a metal oxide and a secondary gas Z containing oxygen is as follows, taking nickel as an example.
2Ni+O ₂ → 2NiO……(2)

ここで、本第１実施形態により水素処理と金属酸化物の再生を同時に行った場合の反応器(Ａ系統反応器１２ＡとＢ系統反応器１２Ｂの総称)の規模を考察する。原子炉過酷事故時に発生する水素の総量が約５８０ｋｍｏｌ、水素処理期間が３０日と想定する。金属酸化物は式(１)の反応に示すように概ね水素と１対１の割合で反応するため、必要な金属酸化物は単純に５８０ｋｍｏｌである。これは、酸化ニッケルの重さに換算すると約５０ｔｏｎであり、成形体として反応器に充填したときの体積を考慮すると、２５ｍ^３相当の反応器が必要になる。 Here, the scale of the reactor (general term for the A-line reactor 12A and the B-line reactor 12B) when hydrogen treatment and metal oxide regeneration are performed simultaneously according to this first embodiment will be considered. It is assumed that the total amount of hydrogen generated in the event of a severe reactor accident is about 580 kmol, and the hydrogen treatment period is 30 days. As shown in the reaction of formula (1), metal oxide reacts with hydrogen in a roughly 1: ^{1 ratio, so the amount of metal oxide required is simply 580 kmol. This is equivalent to about 50 tons in terms of the weight of nickel oxide, and considering the volume when the molded body is filled in the reactor, a reactor equivalent to 25 m3} is required.

Ａ系統反応器１２ＡとＢ系統反応器１２Ｂをそれぞれ容積２ｍ^３とした構成を考える。容積２ｍ^３の反応器は、例えば直径１．６ｍ、高さ１ｍ程度の円筒形状に相当し、酸化ニッケルの成形体は約４ｔｏｎが充填可能である。総量５０ｔｏｎが５８０ｋｍｏｌに相当するので、金属酸化物４ｔｏｎは、約４６ｋｍｏｌに相当し、全量処理に使う量の約１２分の１の量である。そのため、原理的には４ｔｏｎの金属酸化物が充填された反応器の２塔を交互に使用して水素を連続処理する場合、Ａ系統２０ＡとＢ系統２０Ｂを２．５日の頻度で入れ替え、各々６回ずつ使用すれば処理が可能になる量である。 Consider a configuration in which the A-line reactor 12A and the B-line reactor 12B each have a volume of 2 ^m3 . A reactor with a volume of 2 ^m3 corresponds to a cylindrical shape with a diameter of about 1.6 m and a height of about 1 m, and can be filled with about 4 tons of nickel oxide molded bodies. Since a total amount of 50 tons corresponds to 580 kmol, 4 tons of metal oxide corresponds to about 46 kmol, which is about 1/12 of the amount used for total processing. Therefore, in principle, when hydrogen is continuously processed by alternately using two reactors filled with 4 tons of metal oxide, the A-line 20A and the B-line 20B are replaced every 2.5 days, and each is used six times, which is the amount that can be processed.

２．５日で金属酸化物を消費するために必要な水素処理速度は１８ｍ^３／ｈであり、ブロア２４の掃気流量を２００ｍ^３／ｈとすると、平均的に水素濃度９％を処理する程度でよい。想定される条件では、反応初期の水素濃度は数十パーセントで、水素処理が進むほど水素濃度が低下し、最終的に４％程度となるが、平均して処理する水素量は１８ｍ^３／ｈ以上を満足することが見込まれる。 The hydrogen treatment rate required to consume the metal oxide in 2.5 days is 18 ^m3 /h, and assuming that the scavenging flow rate of the blower 24 is 200 ^m3 /h, it is sufficient to treat an average hydrogen concentration of about 9%. Under the assumed conditions, the hydrogen concentration at the beginning of the reaction is several tens of percent, and as the hydrogen treatment progresses, the hydrogen concentration decreases, eventually reaching about 4%, but it is expected that the average amount of hydrogen treated will satisfy 18 ^m3 /h or more.

また、水素処理と併せて実施する金属酸化物の再生は、切換頻度２．５日以内で行う必要がある。二次ガス供給装置１５から５ｖｏｌ％の酸素を含む二次ガスＺを２００ｍ^３／ｈで供給し、その５ｖｏｌ％の酸素の全量が金属の酸化反応で消費されると仮定した場合、1塔に充填される金属酸化物４６ｍｏｌを再生するために必要な時間は約２．５日である。従って、金属酸化物が水素処理で消費される速度と概ね同等の速度で金属酸化物を再生することが可能である。 In addition, the regeneration of metal oxides carried out in conjunction with hydrogen treatment must be performed with a switching frequency of 2.5 days or less. Assuming that secondary gas Z containing 5 vol. % oxygen is supplied from secondary gas supply device 15 at 200 ^m3 /h and that the entire amount of this 5 vol. % oxygen is consumed in the oxidation reaction of the metal, the time required to regenerate 46 mol of metal oxide packed in one tower is approximately 2.5 days. Therefore, it is possible to regenerate metal oxides at a rate roughly equivalent to the rate at which the metal oxides are consumed in hydrogen treatment.

また、Ａ系統２０ＡとＢ系統２０Ｂの切換方法としては以下のようにしてもよい。金属酸化物の還元反応は、反応率で６０％程度までは比較的早く反応し、それ以降は緩やかに反応する傾向を示す。例えば、Ａ系統２０Ａで水素処理しているとき、Ａ系統金属酸化物１７Ａの反応率が６０％まではＡ系統反応器１２Ａに所定濃度の水素を供給し、反応率が６０％以上になった段階で水素処理をＢ系統２０Ｂに切り替える。この場合、まず、Ａ系統２０Ａに残るガス(水素)を二次ガス供給装置１５との間で循環させ、この二次ガス供給装置１５内のガス処理装置(不図示)により残留水素を消費させて、水素濃度を４ｖｏｌ％以下にする。次に、二次ガス供給装置１５から酸素ガスをＡ系統２０Ａに、酸素濃度が爆発下限界５ｖｏｌ％以下となるように供給して、Ａ系統反応器１２Ａ内で水素により還元された金属を酸化させて、Ａ系統金属酸化物１７Ａを再生する。 The switching method between the A system 20A and the B system 20B may be as follows. The reduction reaction of metal oxides tends to react relatively quickly up to about 60% in reaction rate, and then to react slowly thereafter. For example, when hydrogen treatment is performed in the A system 20A, a predetermined concentration of hydrogen is supplied to the A system reactor 12A until the reaction rate of the A system metal oxide 17A reaches 60%, and the hydrogen treatment is switched to the B system 20B when the reaction rate reaches 60% or more. In this case, first, the gas (hydrogen) remaining in the A system 20A is circulated between the secondary gas supply device 15, and the remaining hydrogen is consumed by a gas treatment device (not shown) in the secondary gas supply device 15 to reduce the hydrogen concentration to 4 vol% or less. Next, oxygen gas is supplied from the secondary gas supply device 15 to the A system 20A so that the oxygen concentration is 5 vol% or less, which is the lower explosion limit, to oxidize the metal reduced by hydrogen in the A system reactor 12A, and regenerate the A system metal oxide 17A.

以上のように構成されたことから、第１実施形態によれば、次の効果（１）を奏する。
（１）入口切替弁１３と出口切替弁１４との切替操作により、反応流体Ｘと二次ガスＺをＡ系統２０ＡとＢ系統２０Ｂに対し交互に切り替えて供給することで、反応流体Ｘが供給された反応器（例えばＡ系統反応器１２Ａ）での金属酸化物（例えばＡ系統金属酸化物１７Ａ）による水素処理と、この水素処理を実施した後の反応器（例えばＢ系統反応器１２Ｂ）への二次ガスＺの供給による金属酸化物（例えばＢ系統金属酸化物１７Ｂ）の再生処理とが、並行して同時に実施される。従って、複数の反応器（例えばＡ系統反応器１２Ａ、Ｂ系統反応器１２Ｂ）において、金属酸化物（例えばＡ系統金属酸化物１７Ａ、Ｂ系統金属酸化物１７Ｂ）を複数回再生することができる。この結果、Ａ系統反応器１２内のＡ系統金属酸化物１７Ａ及びＢ系統反応器１２Ｂ内のＢ系統金属酸化物の総量を低減してＡ系統反応器１２ＡとＢ系統反応器１２Ｂの規模を抑制できると共に、水素を連続的に安定して処理することができる。このため、水素処理装置１０の設置コスト及び運用性を向上させることができる。 As configured as above, the first embodiment provides the following effect (1).
(1) By switching the inlet switching valve 13 and the outlet switching valve 14, the reaction fluid X and the secondary gas Z are alternately supplied to the A system 20A and the B system 20B, so that hydrogen treatment by a metal oxide (e.g., the A system metal oxide 17A) in a reactor (e.g., the A system reactor 12A) to which the reaction fluid X is supplied, and regeneration treatment of the metal oxide (e.g., the B system metal oxide 17B) by supplying the secondary gas Z to a reactor (e.g., the B system reactor 12B) after the hydrogen treatment are performed are performed in parallel and simultaneously. Therefore, in a plurality of reactors (e.g., the A system reactor 12A and the B system reactor 12B), the metal oxide (e.g., the A system metal oxide 17A and the B system metal oxide 17B) can be regenerated multiple times. As a result, the total amount of the A-line metal oxide 17A in the A-line reactor 12 and the B-line metal oxide in the B-line reactor 12B can be reduced, thereby suppressing the scale of the A-line reactor 12A and the B-line reactor 12B, and hydrogen can be continuously and stably treated. Therefore, the installation cost and operability of the hydrogen treatment device 10 can be improved.

［Ｂ］第２実施形態（図２）
図２は、第２実施形態に係る水素処理装置を示す管路図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。 [B] Second embodiment (FIG. 2)
2 is a piping diagram showing a hydrogen treatment device according to a second embodiment. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be simplified or omitted.

本第２実施形態の水素処理装置４０が第１実施形態と異なる点は、金属酸化物４２を充填して収容した反応器４１が入口配管２１及び出口配管２２に接続されると共に、反応器４１内の金属酸化物４２により水素が処理された反応後流体Ｙの一部を分流して、反応器４１へ供給される反応流体Ｘに還流する分岐配管４３を備えた分岐系統４４を有する点である。 The hydrogen treatment device 40 of the second embodiment differs from the first embodiment in that a reactor 41 filled with and containing metal oxide 42 is connected to an inlet pipe 21 and an outlet pipe 22, and a branch system 44 is provided with a branch pipe 43 that diverts a portion of the post-reaction fluid Y in which hydrogen is treated by the metal oxide 42 in the reactor 41 and returns it to the reaction fluid X supplied to the reactor 41.

ここで、反応器４１は第１実施形態のＡ系統反応器１２Ａ、Ｂ系統反応器１２Ｂと同様に、また、金属酸化物４２は第１実施形態のＡ系統金属酸化物１７Ａ、Ｂ系統金属酸化物１７Ｂと同様にそれぞれ構成されている。そして、これらの反応器４１及び金属酸化物４２は、第１実施形態において反応流体Ｘが供給されるＡ系統２０ＡのＡ系統反応器１２Ａ及びＡ系統金属酸化物１７Ａ、またはＢ系統２０ＢのＢ系統反応器１２Ｂ及びＢ系統金属酸化物１７Ｂでもある。 Here, the reactor 41 is configured similarly to the A-system reactor 12A and B-system reactor 12B in the first embodiment, and the metal oxide 42 is configured similarly to the A-system metal oxide 17A and B-system metal oxide 17B in the first embodiment. These reactors 41 and metal oxide 42 are also the A-system reactor 12A and A-system metal oxide 17A of the A-system 20A to which the reaction fluid X is supplied in the first embodiment, or the B-system reactor 12B and B-system metal oxide 17B of the B-system 20B.

分岐配管４３は、一端が、入口配管２１における入口弁２３とブロア２４との間に接続され、他端が、出口配管２２における出口ガス濃度計３１と出口弁３２との間に接続される。また、分岐配管４３には、上流側からのブロア４５、隔離弁４６が順次配設されている。更に、反応器４１には、金属酸化物４２の充填層の任意の位置に温度計４７が、１または複数設置されている。 One end of the branch pipe 43 is connected between the inlet valve 23 and the blower 24 in the inlet pipe 21, and the other end is connected between the outlet gas concentration meter 31 and the outlet valve 32 in the outlet pipe 22. In addition, the branch pipe 43 is sequentially provided with a blower 45 and an isolation valve 46 from the upstream side. Furthermore, the reactor 41 is provided with one or more thermometers 47 at any position in the packed bed of the metal oxide 42.

ブロア４５とブロア２４の少なくとも一方は、流量制御装置４８により制御される。つまり、流量制御装置４８は、温度計４７により測定される反応器４１内の金属酸化物４２の温度と、反応器４１へ供給される反応流体Ｘの水素濃度とに基づき、ブロア２４を制御して反応流体Ｘの反応器４１への供給流量と、フロア４５を制御して反応流体Ｘに還流される反応後流体Ｙの還流流量との少なくとも一方を調整する。 At least one of the blower 45 and the blower 24 is controlled by a flow control device 48. In other words, the flow control device 48 adjusts at least one of the flow rate of the reaction fluid X supplied to the reactor 41 by controlling the blower 24 based on the temperature of the metal oxide 42 in the reactor 41 measured by the thermometer 47 and the hydrogen concentration of the reaction fluid X supplied to the reactor 41, and the flow rate of the post-reaction fluid Y that is returned to the reaction fluid X by controlling the floor 45.

次に、作用を説明する。
入口弁２３及び出口弁３２を開弁し、ブロア２４を起動することで、原子炉格納容器１１に滞留する反応流体Ｘ(水素、水蒸気及び窒素が主成分)を水素処理装置４０に導入する。反応流体Ｘに含まれる水蒸気を反応流体冷却器２５にて凝縮し除去した後、入口ガス濃度計２６にて水素濃度と酸素濃度を計測し、水素処理に適した温度とするために反応流体加熱器２８により反応流体Ｘを加熱する。その後、反応流体Ｘが反応器４１に流入して水素処理が行われる。反応後流体Ｙは出口配管２２に至り、反応後流体冷却器３０にて冷却された後に原子炉格納容器１１に戻される。 Next, the operation will be described.
The inlet valve 23 and the outlet valve 32 are opened and the blower 24 is started, whereby the reaction fluid X (mainly composed of hydrogen, water vapor, and nitrogen) remaining in the reactor containment vessel 11 is introduced into the hydrogen treatment device 40. After the water vapor contained in the reaction fluid X is condensed and removed in the reaction fluid cooler 25, the hydrogen concentration and oxygen concentration are measured by the inlet gas concentration meter 26, and the reaction fluid X is heated by the reaction fluid heater 28 to a temperature suitable for hydrogen treatment. The reaction fluid X then flows into the reactor 41, where hydrogen treatment is performed. The reacted fluid Y reaches the outlet pipe 22, where it is cooled in the reaction fluid cooler 30 and then returned to the reactor containment vessel 11.

金属酸化物と水素との反応は概ね発熱反応であり、水素処理の開始に伴い温度計４７の温度が上昇する。温度計４７の温度上昇が著しい場合には、反応器４１が過剰に熱せられる状態になることを避けるために、流量制御装置４８がブロア２４の出力を低下させ、反応器４１に供給する反応流体Ｘの流量を低減する。この流量制御装置４８による流量制御は、温度上昇が１０℃／ｍｉｎを超える場合に行うものとする。また、反応器４１の上限温度は、水素自燃温度の５００℃を目安とする。流量制御装置４８は、この水素自燃温度を超過する場合にはブロア２４及び４５を停止して、水素処理を終了させる。 The reaction between metal oxide and hydrogen is generally an exothermic reaction, and the temperature of the thermometer 47 rises as hydrogen treatment begins. If the temperature rise of the thermometer 47 is significant, the flow control device 48 reduces the output of the blower 24 to reduce the flow rate of the reaction fluid X supplied to the reactor 41 in order to prevent the reactor 41 from becoming overheated. This flow control by the flow control device 48 is performed when the temperature rise exceeds 10°C/min. The upper limit temperature of the reactor 41 is approximately 500°C, which is the hydrogen self-combustion temperature. If the hydrogen self-combustion temperature is exceeded, the flow control device 48 stops the blowers 24 and 45 and ends the hydrogen treatment.

また、流量制御装置４８は、反応流体Ｘの水素濃度が高い場合に、隔離弁４６を開弁させブロア４５を起動させて、反応器４１に供給される反応流体Ｘの水素濃度を抑制するために、分岐配管４３を介して反応後流体Ｙを一定割合で反応流体Ｘに戻す還流操作を行う。還流する割合は、入口ガス濃度計２６の水素濃度に基づいてブロア４５の流量を制御することで行う。 When the hydrogen concentration of the reaction fluid X is high, the flow control device 48 opens the isolation valve 46 and starts the blower 45 to perform a reflux operation in which a constant proportion of the post-reaction fluid Y is returned to the reaction fluid X via the branch pipe 43 in order to suppress the hydrogen concentration of the reaction fluid X supplied to the reactor 41. The reflux proportion is determined by controlling the flow rate of the blower 45 based on the hydrogen concentration of the inlet gas concentration meter 26.

以上のように構成されたことから、第２実施形態によれば、次の効果（２）を奏する。
（２）反応器４１内の金属酸化物４２により水素ガス処理された反応後流体Ｙの一部が、分岐系統４４の分岐配管４３を介して、反応器４１へ供給される反応流体Ｘに還流される。このことから、反応流体Ｘの水素濃度が高い場合であっても、反応器４１内の金属酸化物４２と水素との反応に伴う反応器４１の温度上昇を抑制した環境下で、水素処理を行なうことができる。 As configured as above, the second embodiment provides the following effect (2).
(2) A part of the reacted fluid Y that has been subjected to hydrogen gas treatment by the metal oxide 42 in the reactor 41 is returned to the reacted fluid X supplied to the reactor 41 via the branch pipe 43 of the branch system 44. As a result, even if the hydrogen concentration of the reacted fluid X is high, the hydrogen treatment can be performed in an environment in which a temperature rise in the reactor 41 caused by the reaction between the metal oxide 42 in the reactor 41 and hydrogen is suppressed.

［Ｃ］第３実施形態（図３）
図３は、第３実施形態に係る水素処理装置の一部を示す部分管路図である。この第３実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。 [C] Third embodiment (FIG. 3)
3 is a partial pipeline diagram showing a part of a hydrogen treatment device according to a third embodiment. In the third embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be simplified or omitted.

本第３実施形態の水素処理装置５０が第１実施形態と異なる点は、反応器５２内に充填されて収容された金属酸化物５３により水素処理が開始される前に、二次ガス供給装置５１が、自身に接続された反応器５２へ酸化性ガス（例えば酸素）と還元性ガス（例えば水素）を交互に二次ガスＷとして供給して、金属酸化物５３を反応熱により温度上昇させて予熱処理を行わせるようにした点である。 The third embodiment of the hydrogen treatment device 50 differs from the first embodiment in that, before hydrogen treatment is started using the metal oxide 53 filled and contained in the reactor 52, the secondary gas supply device 51 alternately supplies an oxidizing gas (e.g., oxygen) and a reducing gas (e.g., hydrogen) as a secondary gas W to the reactor 52 connected to it, thereby raising the temperature of the metal oxide 53 by the reaction heat and performing a preheating process.

また、二次ガス供給装置５１は、反応器５２へ供給する二次ガスＷとしての酸化性ガスまたは還元性ガスの流量及び濃度の少なくとも一方を、反応器５２内で温度上昇した金属酸化物５３の温度計５４による温度測定値に基づいて制御する。更に、二次ガス供給装置５１は、反応器５２へ供給する二次ガスＷとしての酸化性ガスまたは還元性ガスの濃度が所定濃度となるように、反応器５２の入口側の入口ガス濃度計５５による濃度測定値と、反応器５２の出口側の出口ガス濃度計５６による濃度測定値との差分に基づいて、不足する二次ガスＷを補充する。 The secondary gas supply device 51 also controls at least one of the flow rate and concentration of the oxidizing gas or reducing gas as the secondary gas W to be supplied to the reactor 52 based on the temperature measurement value by the thermometer 54 of the metal oxide 53 whose temperature has risen in the reactor 52. Furthermore, the secondary gas supply device 51 replenishes the insufficient secondary gas W based on the difference between the concentration measurement value by the inlet gas concentration meter 55 on the inlet side of the reactor 52 and the concentration measurement value by the outlet gas concentration meter 56 on the outlet side of the reactor 52 so that the concentration of the oxidizing gas or reducing gas as the secondary gas W to be supplied to the reactor 52 becomes a predetermined concentration.

ここで、反応器５２は第１実施形態のＡ系統反応器１２Ａ、Ｂ系統反応器１２Ｂと同様に、また、金属酸化物５３は第１実施形態のＡ系統金属酸化物１７Ａ、Ｂ系統金属酸化物１７Ｂと同様にそれぞれ構成されている。そして、これらの反応器５２及び金属酸化物５３は、第１実施形態において反応流体Ｘが供給開始される前のＡ系統２０ＡのＡ系統反応器１２Ａ及びＡ系統金属酸化物１７Ａ、またはＢ系統２０ＢのＢ系統反応器１２Ｂ及びＢ系統金属酸化物１７Ｂでもある。 Here, the reactor 52 is configured similarly to the A-system reactor 12A and B-system reactor 12B in the first embodiment, and the metal oxide 53 is configured similarly to the A-system metal oxide 17A and B-system metal oxide 17B in the first embodiment. These reactors 52 and metal oxide 53 are also the A-system reactor 12A and A-system metal oxide 17A of the A-system 20A, or the B-system reactor 12B and B-system metal oxide 17B of the B-system 20B before the supply of the reaction fluid X begins in the first embodiment.

本第３実施形態の水素処理装置５０は、二次ガス供給装置５１から反応器５２に酸化性ガス(例えば酸素)と還元性ガス(例えば水素)とを交互に供給することにより、金属酸化物５３の酸化反応と還元反応を交互に発生させて反応熱を得ることで、金属酸化物５３の反応開始温度への昇温を促進する機能を果たす。 The hydrogen treatment device 50 of the third embodiment alternately supplies an oxidizing gas (e.g., oxygen) and a reducing gas (e.g., hydrogen) from a secondary gas supply device 51 to a reactor 52, thereby alternately generating oxidation and reduction reactions of the metal oxide 53 to obtain reaction heat, thereby promoting the temperature rise of the metal oxide 53 to the reaction start temperature.

ところで、第１実施形態の水素処理装置１０(図１)を起動し水素処理を開始するまでには、図１には記載していないが、反応器(Ａ系統反応器１２Ａ、Ｂ系統反応器１２Ｂ)に備わるヒータにより、金属酸化物(Ａ系統金属酸化物１７Ａ、Ｂ系統金属酸化物１７Ｂ)を反応開始温度まで予熱する。金属酸化物の反応温度は２００℃～４００℃と高温になることが多く、予熱により金属酸化物が反応開始温度に至るまでには数時間～十数時間を要する。本第３実施形態では、金属酸化物５３の反応開始温度までの昇温時間を短縮するために、還元された金属酸化物(例えば金属)の酸化反応と金属酸化物の水素による還元反応のそれぞれの反応熱を利用している。 By the way, before starting up the hydrogen treatment device 10 (FIG. 1) of the first embodiment and starting hydrogen treatment, the metal oxides (A-system metal oxide 17A, B-system metal oxide 17B) are preheated to a reaction start temperature by heaters provided in the reactors (A-system reactor 12A, B-system reactor 12B), which are not shown in FIG. 1. The reaction temperature of metal oxides is often as high as 200°C to 400°C, and it takes several hours to several tens of hours for the metal oxides to reach the reaction start temperature through preheating. In this third embodiment, in order to shorten the time it takes to heat up the metal oxide 53 to the reaction start temperature, the reaction heats of the oxidation reaction of the reduced metal oxide (e.g., metal) and the reduction reaction of the metal oxide with hydrogen are used.

金属酸化物５３は、第１実施形態でも示したように、水素処理の観点では酸化銅(II)、酸化ニッケル(II)、酸化マンガン（IV）、酸化コバルト（II、III）、酸化鉄(III)が好ましい。金属酸化物５３は、早期予熱のために昇温時間を短縮するためには、水素による還元反応と酸化反応とのいずれもが低温で進みやすく、且つ水素による還元反応または酸化反応の反応熱が大きい酸化コバルト（II、III）、酸化マンガン（IV）が好ましい。 As shown in the first embodiment, from the viewpoint of hydrogen processing, the metal oxide 53 is preferably copper oxide (II), nickel oxide (II), manganese oxide (IV), cobalt oxide (II, III), or iron oxide (III). In order to shorten the heating time for early preheating, the metal oxide 53 is preferably cobalt oxide (II, III) or manganese oxide (IV), in which both the reduction reaction and the oxidation reaction by hydrogen tend to proceed at low temperatures and in which the reaction heat of the reduction reaction or the oxidation reaction by hydrogen is large.

そのため、例えば水素処理の金属酸化物５３として、酸化コバルト(II、III)、酸化マンガン(IV)を使用しない場合、即ち酸化ニッケル(II)、酸化銅(II)、酸化鉄(III)のうち１種類または２種類の金属酸化物を充填する場合においては、酸化コバルト(II、III)、酸化マンガン(IV)のうち少なくとも一方を早期予熱に必要な分量を併せて充填する。また、反応流体Ｘの水素処理の金属酸化物５３として、酸化コバルト(II、III)、酸化マンガン(IV)を使用する場合でも、その他の金属酸化物を２種類以上混合してもよい。 Therefore, for example, when cobalt oxide (II, III) or manganese oxide (IV) is not used as the metal oxide 53 for hydrogen treatment, i.e., when one or two of nickel oxide (II), copper oxide (II), and iron oxide (III) are filled, at least one of cobalt oxide (II, III) and manganese oxide (IV) is also filled in the amount required for early preheating. Also, even when cobalt oxide (II, III) and manganese oxide (IV) are used as the metal oxide 53 for hydrogen treatment of the reaction fluid X, two or more other metal oxides may be mixed.

金属酸化物５３は、反応器５２の前後で生じる圧力損失の低減のために、粉末を直径数ｍｍに造粒した成形体の形状として充填される。この成形体形状の金属酸化物５３は、充填層の重量、または水素による還元や酸化等による密度もしくは温度の変化に対して、形状を維持できる耐性を有している。また、金属酸化物５３は、単一組成から成る成形体の１粒を複数種類反応器５２に充填してもよく、複数の組成からなる成形体１粒を複数用いてもよい。金属酸化物５３として単一組成の成形体を反応器５２に充填する場合には、組成の異なる成形体ごとに層状に積層しても、単一組成から成る成形体をランダムに混合した充填層としてもよい。 The metal oxide 53 is packed in the form of a compact made by granulating the powder to a diameter of several mm in order to reduce pressure loss occurring before and after the reactor 52. This compact-shaped metal oxide 53 has resistance to maintaining its shape against the weight of the packed bed, or against changes in density or temperature due to reduction or oxidation by hydrogen. In addition, the metal oxide 53 may be packed in the reactor 52 in the form of a single grain of a compact made of a single composition, or multiple grains of a compact made of a single composition may be used. When a compact made of a single composition is packed in the reactor 52 as the metal oxide 53, the compacts of different compositions may be stacked in layers, or a packed bed of a random mixture of compacts made of a single composition may be used.

また、早期予熱には、還元された金属酸化物（例えば金属）の酸化反応を活用する方が効率的である。このため、反応器５２に充填された金属酸化物５３は、水素処理装置５０を起動する前段階(即ち水素処理開始前)に、予熱処理のため予め水素により還元した状態に保持しておくことが望ましい。 In addition, for early preheating, it is more efficient to utilize the oxidation reaction of reduced metal oxides (e.g., metals). For this reason, it is desirable to keep the metal oxides 53 filled in the reactor 52 in a reduced state with hydrogen in advance for the preheating process, prior to starting up the hydrogen treatment device 50 (i.e., before hydrogen treatment begins).

酸化マンガン(IV)の水素による還元反応は１５０℃で進行し、以下の反応で酸化マンガン(II)を生成する。
ＭｎＯ２＋Ｈ２→ＭｎＯ＋Ｈ２Ｏ………(３)
金属酸化物５３の水素による還元温度として１５０℃は低温であり、反応器５２内に共に充填している酸化ニッケル(II)の水素による還元は非常に遅いため、酸化ニッケル(II)の大半は組成が変化しない。金属酸化物５３の昇温を促進する作用の説明においては、金属酸化物５３は水素処理に使う酸化ニッケル(II)と、昇温促進を目的とした酸化マンガン(IV)が、それぞれ単一組成の成形体としてランダムに充填された状態を想定する。 The reduction reaction of manganese(IV) oxide with hydrogen proceeds at 150°C to produce manganese(II) oxide via the following reaction:
MnO2+H2→MnO+H2O……(3)
The reduction temperature of the metal oxide 53 by hydrogen is 150°C, which is a low temperature, and the reduction by hydrogen of the nickel (II) oxide packed in the reactor 52 is very slow, so the composition of most of the nickel (II) oxide does not change. In explaining the action of promoting the temperature rise of the metal oxide 53, it is assumed that the metal oxide 53 is nickel (II) oxide used in the hydrogen treatment and manganese (IV) oxide for the purpose of promoting the temperature rise, each of which is a single-composition molded body randomly packed.

上述の水素処理装置５０を更に詳説する。
水素処理装置５０は、反応器５２に接続された反応器入口配管５７が入口切替弁１３を介して、また、反応器５２に接続された反応器出口配管５８が出口切替弁１４を介して、それぞれ二次ガス供給装置５１に接続され、更に、二次ガス供給装置５１と反応器５２との間で二次ガスＷを循環させるように構成されたものである。なお、上記入口切替弁１３は切り替えによって図１に示す反応器入口配管１８Ｂに切り替えることも可能であり、上記出口切替弁１４は切り替えによって図１に示す反応器出口配管１９Ｂに切り替えることも可能である。 The above-mentioned hydrotreating device 50 will now be described in further detail.
In the hydrogen treatment device 50, a reactor inlet pipe 57 connected to the reactor 52 is connected to a secondary gas supply device 51 via an inlet switching valve 13, and a reactor outlet pipe 58 connected to the reactor 52 is connected to the secondary gas supply device 51 via an outlet switching valve 14, and a secondary gas W is circulated between the secondary gas supply device 51 and the reactor 52. The inlet switching valve 13 can be switched to the reactor inlet pipe 18B shown in Fig. 1 by switching, and the outlet switching valve 14 can be switched to the reactor outlet pipe 19B shown in Fig. 1 by switching.

二次ガス供給装置５１は、両端が入口切替弁１３と出口切替弁１４に接続された二次ガス配管６０を備える。この二次ガス配管６０に出口切替弁１４側から二次ガス冷却器６１、出口ガス濃度計５６、ブロア６２、二次ガス循環系バルブ６３、圧力計６４、入口ガス濃度計５５及び二次ガス加熱器６５が順次配設されている。 The secondary gas supply device 51 is equipped with a secondary gas pipe 60 whose both ends are connected to the inlet switching valve 13 and the outlet switching valve 14. A secondary gas cooler 61, an outlet gas concentration meter 56, a blower 62, a secondary gas circulation system valve 63, a pressure gauge 64, an inlet gas concentration meter 55, and a secondary gas heater 65 are arranged in this secondary gas pipe 60 in this order from the outlet switching valve 14 side.

この二次ガス配管６０における圧力計６４と入口ガス濃度計５５との間に、二次ガス供給系バルブ６６を介して二次ガス供給源６７が接続される。この二次ガス供給源６７は、水素ガス供給装置６７Ａ、酸素ガス供給装置６７Ｂ及び窒素ガス供給装置６７Ｃを有する。 A secondary gas supply source 67 is connected between the pressure gauge 64 and the inlet gas concentration meter 55 in the secondary gas piping 60 via a secondary gas supply system valve 66. This secondary gas supply source 67 has a hydrogen gas supply device 67A, an oxygen gas supply device 67B, and a nitrogen gas supply device 67C.

また、二次ガス配管６０における二次ガス冷却器６１と出口切替弁１４との間と、ブロア６２と二次ガス循環系バルブ６３との間は、ガス処理系配管６８により接続される。このガス処理系配管６８には、ガス処理装置６９が配設されると共に、このガス処理装置６９の入口側にガス処理系入口バルブ７０が、出口側にガス処理系出口バルブ７１がそれぞれ配設されている。更に、二次ガス供給源６７には、ガス処理用導入バルブ７３を備えたガス処理用導入配管７２が接続される。このガス処理用導入配管７２は、更にガス処理系配管６８におけるガス処理系入口バルブ７０とガス処理装置６９との間に接続される。 In addition, the secondary gas piping 60 is connected between the secondary gas cooler 61 and the outlet switching valve 14, and between the blower 62 and the secondary gas circulation system valve 63 by a gas processing system piping 68. A gas processing device 69 is disposed in the gas processing system piping 68, and a gas processing system inlet valve 70 is disposed on the inlet side of the gas processing device 69, and a gas processing system outlet valve 71 is disposed on the outlet side. Furthermore, a gas processing introduction piping 72 equipped with a gas processing introduction valve 73 is connected to the secondary gas supply source 67. The gas processing introduction piping 72 is further connected between the gas processing system inlet valve 70 in the gas processing system piping 68 and the gas processing device 69.

また、二次ガス供給装置５１は二次ガス制御装置７４を備える。この二次ガス制御装置７４は、温度計５４、入口ガス濃度計５５及び出口ガス濃度計５６からの測定値を入力して、ブロア６２、二次ガス供給源６７及び各種バルブ（二次ガス循環系バルブ６３、二次ガス供給系バルブ６６、ガス処理系入口バルブ７０、ガス処理系出口バルブ７１及びガス処理用導入バルブ７３）、二次ガス冷却器６１及び二次ガス加熱器６５を制御する。つまり、二次ガス制御装置７４は、ブロア６２による二次ガスＷの流量制御、二次ガス供給源６７による二次ガスＷのガス濃度制御、上記各種バルブの開閉制御、二次ガス冷却器６１及び二次ガス加熱器６５の運転制御をそれぞれ実行する。 The secondary gas supply device 51 also includes a secondary gas control device 74. This secondary gas control device 74 inputs measured values from the thermometer 54, the inlet gas concentration meter 55, and the outlet gas concentration meter 56, and controls the blower 62, the secondary gas supply source 67, and various valves (secondary gas circulation system valve 63, secondary gas supply system valve 66, gas processing system inlet valve 70, gas processing system outlet valve 71, and gas processing introduction valve 73), the secondary gas cooler 61, and the secondary gas heater 65. In other words, the secondary gas control device 74 controls the flow rate of the secondary gas W by the blower 62, the gas concentration of the secondary gas W by the secondary gas supply source 67, the opening and closing of the various valves, and the operation of the secondary gas cooler 61 and the secondary gas heater 65.

次に、作用説明する。
二次ガス供給装置５１の二次ガス制御装置７４は、二次ガス供給系バルブ６６及び二次ガス循環系バルブ６３を開弁し、ガス処理系入口バルブ７０、ガス処理用導入バルブ７３及びガス処理系出口バルブ７１を閉弁し、二次ガス冷却器６１、二次ガス加熱器６５及びブロア６２を起動する。二次ガス供給源６７から二次ガスＷを供給しない段階ではガス組成は窒素が主体であり、ガスはブロア６２を起点に、反応器入口配管５７と、金属酸化物５３が充填された反応器５２と、反応器出口配管５８と、二次ガス配管６０とからなる閉ループ内を循環する。 Next, the operation will be described.
The secondary gas control device 74 of the secondary gas supply device 51 opens the secondary gas supply system valve 66 and the secondary gas circulation system valve 63, closes the gas treatment system inlet valve 70, the gas treatment introduction valve 73 and the gas treatment system outlet valve 71, and starts the secondary gas cooler 61, the secondary gas heater 65 and the blower 62. At the stage where the secondary gas W is not supplied from the secondary gas supply source 67, the gas composition is mainly nitrogen, and the gas circulates in a closed loop consisting of the reactor inlet piping 57, the reactor 52 filled with the metal oxide 53, the reactor outlet piping 58, and the secondary gas piping 60, starting from the blower 62.

(ａ)酸素を含む二次ガスＷの供給
反応器５２内の金属酸化物５３に窒素が主体の二次ガスＷが循環している状態に対し、二次ガス供給源６７の酸素ガス供給装置６７Ｂが酸素を供給する。これにより、反応器５２内の金属酸化物５３における酸化マンガン(II)は以下に示す反応で酸化し、酸化マンガン(IV)を生成する。
ＭｎＯ＋０．５Ｏ２→ＭｎＯ２…………(４) (a) Supply of secondary gas W containing oxygen While secondary gas W mainly composed of nitrogen is circulating through metal oxide 53 in reactor 52, oxygen is supplied from oxygen gas supply device 67B of secondary gas supply source 67. As a result, manganese oxide (II) in metal oxide 53 in reactor 52 is oxidized by the reaction shown below to generate manganese oxide (IV).
MnO+0.5O2→MnO2…………(4)

酸化マンガン(II)が酸化マンガン(IV)に酸化する反応により二次ガスＷの酸素が消費され、反応器５２出口の二次ガスＷ中の酸素濃度が低下する。二次ガスＷは、反応器５２の下流にある二次ガス冷却器６１を通り、出口ガス濃度計５６により酸素濃度が測定される。二次ガスＷ中の酸素濃度は、入口ガス濃度計５５が所定濃度となるように、二次ガス制御装置７４が二次ガス供給源６７から導入する酸素流量を管理する。 The oxygen in the secondary gas W is consumed by the reaction in which manganese oxide (II) is oxidized to manganese oxide (IV), and the oxygen concentration in the secondary gas W at the outlet of the reactor 52 decreases. The secondary gas W passes through a secondary gas cooler 61 downstream of the reactor 52, and the oxygen concentration is measured by an outlet gas concentration meter 56. The oxygen concentration in the secondary gas W is controlled by the secondary gas control device 74, which controls the flow rate of oxygen introduced from the secondary gas supply source 67, so that the inlet gas concentration meter 55 reaches a predetermined concentration.

つまり、二次ガス制御装置７４は、酸素を含む二次ガスＷの供給による金属酸化物５３の温度上昇を温度計５４により測定した測定値に基づいてブロア６２を制御し、二次ガスＷの供給流量を調整する。また、二次ガス制御装置７４は、入口ガス濃度計５５と出口ガス濃度計５６で測定した酸素濃度との差分から、不足分を補うに必要な酸素流量を演算処理し、二次ガス供給源６７を制御して供給させる。更に、二次ガス制御装置７４は、入口ガス濃度計５５と出口ガス濃度計５６にて測定された酸素濃度の差分から、酸素に対する還元状態の金属酸化物(例えば金属)５３の反応率を評価する。 In other words, the secondary gas control device 74 controls the blower 62 based on the measured value of the temperature rise of the metal oxide 53 due to the supply of the oxygen-containing secondary gas W, measured by the thermometer 54, and adjusts the supply flow rate of the secondary gas W. The secondary gas control device 74 also calculates the oxygen flow rate required to make up for the shortage from the difference between the oxygen concentrations measured by the inlet gas concentration meter 55 and the outlet gas concentration meter 56, and controls the secondary gas supply source 67 to supply oxygen. Furthermore, the secondary gas control device 74 evaluates the reaction rate of the reduced metal oxide (e.g., metal) 53 with respect to oxygen from the difference between the oxygen concentrations measured by the inlet gas concentration meter 55 and the outlet gas concentration meter 56.

(ｂ)前処理
温度計５４による温度測定値の上昇が収まり、出口ガス濃度計５６と入口ガス濃度計５５のそれぞれの酸素濃度が等しくなった段階で、二次ガス制御装置７４は酸化反応の終了を判断し、水素ガスを供給するための前処理に移行する。 (b) Pre-treatment When the increase in the temperature measurement by thermometer 54 stops and the oxygen concentrations measured by outlet gas concentration meter 56 and inlet gas concentration meter 55 become equal, the secondary gas control device 74 determines that the oxidation reaction has ended and moves on to pre-treatment for supplying hydrogen gas.

つまり、水素ガスへの切換に際しては、水素処理装置５０の系内の酸素濃度が５ｖｏｌ％以下の爆発下限界であることを管理する必要がある。そこで、水素ガスを供給するための前処理として、水素処理装置５０の系内の酸素濃度を５ｖｏｌ％以下とするために、一旦ブロア６２を停止し、二次ガス供給系バルブ６６及び二次ガス循環系バルブ６３を閉弁し、ガス処理系入口バルブ７０、ガス処理用導入バルブ７３及びガス処理系出口バルブ７１を開弁した後、再度ブロア６２を起動し、水素ガス供給装置６７Ａが４ｖｏｌ％以下の水素をガス処理装置６９に供給する。 In other words, when switching to hydrogen gas, it is necessary to keep the oxygen concentration in the hydrogen treatment device 50 system at the lower explosion limit of 5 vol% or less. Therefore, as a pretreatment for supplying hydrogen gas, in order to make the oxygen concentration in the hydrogen treatment device 50 system 5 vol% or less, the blower 62 is stopped once, the secondary gas supply system valve 66 and the secondary gas circulation system valve 63 are closed, and the gas treatment system inlet valve 70, the gas treatment introduction valve 73, and the gas treatment system outlet valve 71 are opened, and then the blower 62 is started again, and the hydrogen gas supply device 67A supplies hydrogen of 4 vol% or less to the gas treatment device 69.

本操作により、反応器５２を含めた水素処理装置５０の系内に残る二次ガスＷ中の酸素が、ガス処理装置６９において水素と反応して水蒸気を生成する。ガス処理装置６９を通過した二次ガスＷ中に含まれる水蒸気は、二次ガス冷却器６１にて水となって除去される。ブロア６２により二次ガスＷをガス処理装置６９に循環することで酸素が処理され、出口ガス濃度計５６にて測定される酸素濃度が低下する。 By this operation, the oxygen in the secondary gas W remaining in the system of the hydrogen treatment device 50, including the reactor 52, reacts with hydrogen in the gas treatment device 69 to generate water vapor. The water vapor contained in the secondary gas W that has passed through the gas treatment device 69 is converted to water and removed in the secondary gas cooler 61. The oxygen is treated by circulating the secondary gas W to the gas treatment device 69 by the blower 62, and the oxygen concentration measured by the outlet gas concentration meter 56 decreases.

なお、酸素ガス供給装置６７Ｂから酸素を供給させる際の二次ガス制御装置７４の運転としては、反応器５２内の金属酸化物５３の反応初期には、酸化による反応器５２の温度上昇の度合いに応じて供給する酸素濃度を調整するよう運転し、反応終盤には、水素切換時の酸素濃度が５ｖｏｌ％以下となるように、二次ガス供給源６７による酸素の供給量を調整して運転することが望ましい。 When supplying oxygen from the oxygen gas supply device 67B, the secondary gas control device 74 is preferably operated to adjust the oxygen concentration supplied in accordance with the degree of temperature rise in the reactor 52 due to oxidation at the beginning of the reaction of the metal oxide 53 in the reactor 52, and to adjust the amount of oxygen supplied by the secondary gas supply source 67 at the end of the reaction so that the oxygen concentration at the time of switching to hydrogen is 5 vol% or less.

(ｃ)水素を含む二次ガスＷの供給
二次ガス制御装置７４は、水素濃度が４ｖｏｌ％以下で且つ酸素濃度が５ｖｏｌ％以下になった段階で、ブロア６２を停止し、二次ガス供給系バルブ６６及び二次ガス循環系バルブ６３を開弁し、ガス処理系入口バルブ７０、ガス処理用導入バルブ７３及びガス処理系出口バルブ７１を閉弁し、再度ブロア６２を起動した状態として、水素ガス供給装置６７Ａから水素を供給する。即ち、酸素ガスの供給の場合と同様に、反応器５２内の金属酸化物５３に窒素が主体の二次ガスＷが循環している状態に対して、二次ガス供給源６７の水素ガス供給装置６７Ａから水素を供給する。 (c) Supply of secondary gas W containing hydrogen When the hydrogen concentration becomes 4 vol % or less and the oxygen concentration becomes 5 vol % or less, the secondary gas control device 74 stops the blower 62, opens the secondary gas supply system valve 66 and the secondary gas circulation system valve 63, closes the gas processing system inlet valve 70, the gas processing introduction valve 73 and the gas processing system outlet valve 71, and starts the blower 62 again to supply hydrogen from the hydrogen gas supply device 67A. That is, similar to the case of supplying oxygen gas, hydrogen is supplied from the hydrogen gas supply device 67A of the secondary gas supply source 67 to a state in which the secondary gas W mainly composed of nitrogen is circulating in the metal oxide 53 in the reactor 52.

上述のようにして水素を含む二次ガスＷが反応器５２に導入される。水素を含む二次ガスＷは反応器５２内の金属酸化物５３のうち、より低温で反応する酸化ニッケル(II)と主体的に反応する。反応は式(１)に示す化学式に従う。酸化マンガン(IV)が酸化マンガン(II)に還元される式(３)の反応によっても二次ガスＷの水素が消費され、反応器５２出口の二次ガスＷ中の水素濃度が低下する。反応器５２の下流にある二次ガス冷却器６１を通ることで反応により生成した水蒸気が水となって除去され、出口ガス濃度計５６にて二次ガスＷ中の水素濃度が測定される。 As described above, the secondary gas W containing hydrogen is introduced into the reactor 52. The secondary gas W containing hydrogen reacts mainly with nickel oxide (II) among the metal oxides 53 in the reactor 52, which reacts at a lower temperature. The reaction follows the chemical formula shown in formula (1). The hydrogen in the secondary gas W is also consumed by the reaction of formula (3) in which manganese oxide (IV) is reduced to manganese oxide (II), and the hydrogen concentration in the secondary gas W at the outlet of the reactor 52 decreases. By passing through the secondary gas cooler 61 downstream of the reactor 52, the water vapor generated by the reaction is turned into water and removed, and the hydrogen concentration in the secondary gas W is measured by the outlet gas concentration meter 56.

二次ガスＷ中の水素濃度は、入口ガス濃度計５５の測定値が所定濃度となるように、二次ガス供給源６７の水素ガス供給装置６７Ａから導入する水素流量を二次ガス制御装置７４が管理する。つまり、二次ガス制御装置７４は、水素を含む二次ガスＷの供給による金属酸化物５３の温度上昇を温度計５４により測定した測定値に基づいてブロア６２を制御し、二次ガスＷの供給流量を調整する。また、二次ガス制御装置７４は、入口ガス濃度計５５と出口ガス濃度計５６のそれぞれで測定した水素濃度の差分から、不足分を補うに必要な水素流量を演算処理し、二次ガス供給源６７の水素ガス供給装置６７Ａを制御して水素を供給させる。また、二次ガス制御装置７４は、入口ガス濃度計５５と出口ガス濃度計５６にて測定した水素濃度の差分から、水素に対する金属酸化物５３の反応率を評価する。 The secondary gas control device 74 controls the flow rate of hydrogen introduced from the hydrogen gas supply device 67A of the secondary gas supply source 67 so that the hydrogen concentration in the secondary gas W is a predetermined concentration measured by the inlet gas concentration meter 55. In other words, the secondary gas control device 74 controls the blower 62 based on the measured value measured by the thermometer 54 of the temperature rise of the metal oxide 53 due to the supply of the secondary gas W containing hydrogen, and adjusts the supply flow rate of the secondary gas W. The secondary gas control device 74 also calculates the hydrogen flow rate required to make up for the shortage from the difference between the hydrogen concentrations measured by the inlet gas concentration meter 55 and the outlet gas concentration meter 56, and controls the hydrogen gas supply device 67A of the secondary gas supply source 67 to supply hydrogen. The secondary gas control device 74 also evaluates the reaction rate of the metal oxide 53 with hydrogen from the difference between the hydrogen concentrations measured by the inlet gas concentration meter 55 and the outlet gas concentration meter 56.

(ｄ)前処理
温度計５４による温度測定値の上昇が収まり、出口ガス濃度計５６と入口ガス濃度計５５のそれぞれの酸素濃度が等しくなった段階で、二次ガス制御装置７４は水素による還元反応の終了を判断し、酸素ガスを供給するための前処理に移行する。 (d) Pre-treatment When the increase in the temperature measured by the thermometer 54 stops and the oxygen concentrations measured by the outlet gas concentration meter 56 and the inlet gas concentration meter 55 become equal, the secondary gas control device 74 determines that the reduction reaction by hydrogen has ended and transitions to pre-treatment for supplying oxygen gas.

つまり、酸素ガスへの切換に際しては、水素処理装置５０の系内の水素素濃度が４ｖｏｌ％以下の爆発下限界であることを管理する必要がある。そこで、酸素ガスを供給するための前処理として、水素処理装置５０の系内の水素濃度を４ｖｏｌ％以下とするために、一旦ブロア６２を停止し、二次ガス供給系バルブ６６及び二次ガス循環系バルブ６３を閉弁し、ガス処理系入口バルブ７０、ガス処理用導入バルブ７３及びガス処理系出口バルブ７１を開弁した後、再度ブロア６２を起動し、酸素ガス供給装置６７Ｂが５ｖｏｌ％以下の酸素をガス処理装置６９に供給する。 In other words, when switching to oxygen gas, it is necessary to keep the hydrogen concentration in the hydrogen treatment device 50 system at the lower explosion limit of 4 vol% or less. Therefore, as a pretreatment for supplying oxygen gas, in order to make the hydrogen concentration in the hydrogen treatment device 50 system 4 vol% or less, the blower 62 is stopped once, the secondary gas supply system valve 66 and the secondary gas circulation system valve 63 are closed, and the gas treatment system inlet valve 70, the gas treatment introduction valve 73, and the gas treatment system outlet valve 71 are opened, and then the blower 62 is started again, and the oxygen gas supply device 67B supplies oxygen of 5 vol% or less to the gas treatment device 69.

本操作により、反応器５２を含めた水素処理装置５０の系内に残る二次ガスＷ中の水素が、ガス処理装置６９において酸素と反応して水蒸気を生成する。ガス処理装置６９を通過した二次ガスＷ中に含まれる水蒸気は、二次ガス冷却器６１にて水となって除去される。ブロア６２により二次ガスＷをガス処理装置６９に循環することで水素が処理され、出口ガス濃度計５６にて測定される酸素濃度が低下する。 By this operation, the hydrogen in the secondary gas W remaining in the system of the hydrogen treatment device 50 including the reactor 52 reacts with oxygen in the gas treatment device 69 to generate water vapor. The water vapor contained in the secondary gas W that passed through the gas treatment device 69 is converted to water and removed in the secondary gas cooler 61. The hydrogen is treated by circulating the secondary gas W to the gas treatment device 69 by the blower 62, and the oxygen concentration measured by the outlet gas concentration meter 56 decreases.

(ｅ)酸素を含む二次ガスＷの供給
二次ガス制御装置７４は、水素濃度が４ｖｏｌ％以下で且つ酸素濃度が５ｖｏｌ％以下になった段階で、ブロア６２を停止し、二次ガス供給系バルブ６６及び二次ガス循環系バルブ６３を開弁し、ガス処理系入口バルブ７０、ガス処理用導入バルブ７３及びガス処理系出口バルブ７１を閉弁し、再度ブロア６２を起動した状態として、二次ガス供給源６７の酸素ガス供給装置６７Ｂから酸素を供給する。即ち、水素ガスの供給の場合と同様に、反応器５２内の金属酸化物５３に窒素が主体の二次ガスＷが循環している状態に対して、二次ガス供給源６７の酸素ガス供給装置６７Ｂから酸素を供給する。 (e) Supply of secondary gas W containing oxygen When the hydrogen concentration becomes 4 vol % or less and the oxygen concentration becomes 5 vol % or less, the secondary gas control device 74 stops the blower 62, opens the secondary gas supply system valve 66 and the secondary gas circulation system valve 63, closes the gas processing system inlet valve 70, the gas processing introduction valve 73 and the gas processing system outlet valve 71, starts the blower 62 again, and supplies oxygen from the oxygen gas supply device 67B of the secondary gas supply source 67. That is, similar to the case of supplying hydrogen gas, oxygen is supplied from the oxygen gas supply device 67B of the secondary gas supply source 67 to a state in which the secondary gas W mainly composed of nitrogen is circulating in the metal oxide 53 in the reactor 52.

上述のように、二次ガス供給装置５１によって、酸素を含む二次ガスＷと水素を含む二次ガスＷとが反応器５２に交互に供給され、この操作が繰り返されることで生じる反応器５２内の金属酸化物５３の反応熱によって、金属酸化物５３は温度上昇が促進されて、反応開始温度に早期に到達する。 As described above, the secondary gas W containing oxygen and the secondary gas W containing hydrogen are alternately supplied to the reactor 52 by the secondary gas supply device 51, and the reaction heat of the metal oxide 53 in the reactor 52 generated by repeating this operation promotes the temperature rise of the metal oxide 53, and the reaction start temperature is reached early.

(ｆ)金属酸化物５３の温度上昇の考察
ここで、酸素を含む二次ガスＷと水素を含む二次ガスＷとを交互に供給した場合における金属酸化物５３の反応熱による温度上昇の効果について考察する。容積２ｍ３の反応器５２（φ１．６ｍ×高さ１．０ｍ）に充填される４ｔｏｎの金属酸化物５３のうち、２０ｗｔ％にあたる８００ｋｇを酸化ニッケル(II)とし、ブロア６２により常圧下５０ｍ３／ｈで、２０ｖｏｌ％の水素を含む二次ガスＷと１０ｖｏｌ％の酸素を含む二次ガスＷとを交互に循環させ、それぞれ１０ｖｏｌ％相当分が反応すると仮定する。 (f) Consideration of Temperature Rise of Metal Oxide 53 Here, consider the effect of temperature rise due to reaction heat of metal oxide 53 when oxygen-containing secondary gas W and hydrogen-containing secondary gas W are alternately supplied. Of 4 tons of metal oxide 53 filled in reactor 52 (φ1.6 m × height 1.0 m) with a volume of 2 m3, 800 kg, which corresponds to 20 wt%, is nickel (II) oxide, and secondary gas W containing 20 vol% hydrogen and secondary gas W containing 10 vol% oxygen are alternately circulated at 50 m3/h under normal pressure by blower 62, and it is assumed that 10 vol% of each react.

全流量の５０ｍ^３／ｈのうち、１０％に相当する水素と酸素の反応量は５ｍ^３／ｈであり、ｍｏｌに変換すると２２３ｍｏｌ／ｈである。また、酸化ニッケル(II)の水素による還元の反応エンタルピは２５℃で１５２ｋＪ／ｍｏｌであり、ニッケルの酸化反応の反応エンタルピは２５℃で１３３ｋＪ／ｍｏｌであると推定される。酸化ニッケル(II)と水素は１対１で反応し、ニッケルの酸化反応では酸素とニッケルが１対２で反応する。以上を考慮すると、酸化ニッケル(II)の水素による還元における反応熱は、２２３ｍｏｌ／ｈ×１×１５２ｋＪ／ｍｏｌ／３６００＝９．４ｋＷ、ニッケルの酸化反応における反応熱は、２２３ｍｏｌ／ｈ×２×１３３ｋＪ／ｍｏｌ／３６００＝１６．５ｋＷである。 Of the total flow rate of 50 m ³ /h, the reaction rate of hydrogen and oxygen equivalent to 10% is 5 m ³ /h, which is 223 mol/h when converted to moles. The reaction enthalpy of the reduction of nickel oxide (II) with hydrogen is 152 kJ/mol at 25°C, and the reaction enthalpy of the oxidation reaction of nickel is estimated to be 133 kJ/mol at 25°C. Nickel oxide (II) and hydrogen react in a 1:1 ratio, and oxygen and nickel react in a 1:2 ratio in the oxidation reaction of nickel. Considering the above, the reaction heat in the reduction of nickel oxide (II) with hydrogen is 223 mol/h x 1 x 152 kJ/mol/3600 = 9.4 kW, and the reaction heat in the oxidation reaction of nickel is 223 mol/h x 2 x 133 kJ/mol/3600 = 16.5 kW.

上述の反応熱が４ｔｏｎの金属酸化物５３に与えられた場合の温度上昇を、以下の括弧内の条件を仮定して簡易的に評価を行うと、金属酸化物５３は、水素による還元によって約７０℃、酸化反応によって約１００℃の温度上昇が可能である。［金属酸化物５３の重量４ｔｏｎ、比熱０．５Ｊ／ｋｇ℃、金属酸化物５３とその周囲の温度を２５℃、反応器５２の放熱部分の表面積を５ｍ^２(１．６ｍ×３．１４×１ｍ＋０．８ｍ×０．８ｍ×３．１４×２)、物体表面の放射率１、対流による熱伝達率を７Ｗ／ｍ^２Ｋ］ A simple evaluation of the temperature rise when the above-mentioned reaction heat is applied to 4 tons of metal oxide 53, assuming the conditions in the following brackets, shows that the metal oxide 53 can rise in temperature by about 70°C through reduction with hydrogen and by about 100°C through oxidation reaction. [Weight of metal oxide 53: 4 tons, specific heat: 0.5 J/kg°C, temperature of metal oxide 53 and its surroundings: 25°C, surface area of heat dissipation part of reactor 52: 5 ^m2 (1.6 m x 3.14 x 1 m + 0.8 m x 0.8 m x 3.14 x 2), emissivity of object surface: 1, heat transfer coefficient by convection: 7 W/ ^m2K ]

以上の評価から、水素を含む二次ガスＷと酸素を含む二次ガスＷとを交互に供給することで、反応器５２内の金属酸化物５３の加熱(予熱)が可能であることが分かる。なお、本評価はあくまで仮の条件であり、反応を促進させるためには、水素処理装置５０の系統の圧力を増加させたり、供給する水素または酸素の濃度を上昇させたり、二次ガス加熱器６５により二次ガスＷを予熱する等の操作が有効である。 The above evaluation shows that it is possible to heat (preheat) the metal oxide 53 in the reactor 52 by alternately supplying a secondary gas W containing hydrogen and a secondary gas W containing oxygen. Note that this evaluation is based on tentative conditions only, and in order to promote the reaction, it is effective to increase the pressure in the hydrogen treatment device 50 system, increase the concentration of the supplied hydrogen or oxygen, or preheat the secondary gas W using the secondary gas heater 65.

以上のように構成されたことから、第３実施形態によれば、次の効果（３）を奏する。
（３）反応器５２内の金属酸化物５３により水素処理を開始する前に、反応器５２へ酸素を含む二次ガスＷと水素を含む二次ガスＷとを交互に供給して、反応器５２内の金属酸化物５３を反応熱により温度上昇させて予熱処理を実施している。このため、反応器５２内の金属酸化物５３をヒータ等により予熱させる場合よりも、金属酸化物５３を早期に予熱させて反応開示温度に到達させることができ、予熱を促進することができる。 As configured as above, the third embodiment provides the following effect (3).
(3) Before starting hydrogen treatment by the metal oxide 53 in the reactor 52, a secondary gas W containing oxygen and a secondary gas W containing hydrogen are alternately supplied to the reactor 52 to increase the temperature of the metal oxide 53 in the reactor 52 by the heat of reaction, thereby performing a preheating treatment. Therefore, the metal oxide 53 can be preheated to reach the reaction start temperature earlier than when the metal oxide 53 in the reactor 52 is preheated by a heater or the like, and the preheating can be promoted.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができ、また、それらの置き換えや変更、組み合わせは、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, changes, and combinations can be made without departing from the gist of the invention. Furthermore, such substitutions, changes, and combinations are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

例えば、第３実施形態において、反応器５２と二次ガス加熱器６５の少なくとも一方に触媒を混入し、反応器５２内の金属酸化物５３により水素処理を開始する前に、二次ガス供給装置５１から酸素を含む二次ガスＷまたは水素を含む二次ガスＷを供給し、これらの酸素または水素と触媒とを反応させて二次ガスＷを温度上昇させることにより、反応器５２内の金属酸化物５３の予熱を更に促進させてもよい。
また、実施例２、３においてはＡ系統反応器を例に説明したが、実施例２、３において実施例１のＢ系統反応器に切り替えた場合においても実施例２、３を使用することができるのは勿論である。 For example, in the third embodiment, a catalyst may be mixed into at least one of the reactor 52 and the secondary gas heater 65, and before starting hydrogen processing using the metal oxide 53 in the reactor 52, a secondary gas W containing oxygen or a secondary gas W containing hydrogen may be supplied from the secondary gas supply device 51, and the oxygen or hydrogen may be reacted with the catalyst to raise the temperature of the secondary gas W, thereby further promoting preheating of the metal oxide 53 in the reactor 52.
In addition, in the second and third embodiments, the A-line reactor has been described as an example. However, even when the B-line reactor of the first embodiment is used in the second and third embodiments, the second and third embodiments can be used.

１０…水素処理装置、１１…原子炉格納容器、１２Ａ…Ａ系統反応器、１２Ｂ…Ｂ系統反応器、１３…入口切替弁、１４…出口切替弁、１５…二次ガス供給装置、１６…切替弁制御装置、１７Ａ…Ａ系統金属酸化物、１７Ｂ…Ｂ系統金属酸化物、２６…入口ガス濃度計、３１…出口ガス濃度計、４０…水素処理装置、４１…反応器、４２…金属酸化物、４３…分岐配管、４４…分岐系統、４５…ブロア、４７…温度計、４８…流量制御装置、５０…水素処理装置、５１…二次ガス供給装置、５２…反応器、５３…金属酸化物、５４…温度計、５５…入口ガス濃度計、５６…出口ガス濃度計、６２…ブロア、６７…二次ガス供給源、６９…ガス処理装置、７４…二次ガス制御装置、Ｘ…反応流体、Ｙ…反応後流体、Ｚ、Ｗ…二次ガス 10...hydrogen treatment device, 11...reactor containment vessel, 12A...A-line reactor, 12B...B-line reactor, 13...inlet switching valve, 14...outlet switching valve, 15...secondary gas supply device, 16...switching valve control device, 17A...A-line metal oxide, 17B...B-line metal oxide, 26...inlet gas concentration meter, 31...outlet gas concentration meter, 40...hydrogen treatment device, 41...reactor, 42...metal oxide, 43...branching pipe, 44...branching system, 45...blower, 47...thermometer, 48...flow control device, 50...hydrogen treatment device, 51...secondary gas supply device, 52...reactor, 53...metal oxide, 54...thermometer, 55...inlet gas concentration meter, 56...outlet gas concentration meter, 62...blower, 67...secondary gas supply source, 69...gas treatment device, 74...secondary gas control device, X...reactant fluid, Y...reacted fluid, Z, W...secondary gas

Claims

In a hydrogen treatment device that treats hydrogen generated in a nuclear reactor containment vessel using a metal oxide,
A plurality of reactors containing the metal oxide and arranged in parallel with each other;
A switching valve that switches and supplies a reaction fluid containing hydrogen to be treated to any one of the reactors;
a secondary gas supplying device capable of supplying a secondary gas containing oxygen to the reactor to which the reaction fluid is not supplied,
The hydrogen treatment by the metal oxide in the reactor to which the reaction fluid is supplied and the regeneration treatment of the metal oxide by supplying the secondary gas to the reactor after the hydrogen treatment are performed are performed in parallel ,
The hydrogen treatment device is further characterized in that it is configured with a branching system having a branching pipe that branches off a portion of the fluid after reaction in which hydrogen is treated by the metal oxide in the reactor and returns it to the reaction fluid supplied to the reactor .

In a hydrogen treatment device that treats hydrogen generated in a nuclear reactor containment vessel using a metal oxide,
A plurality of reactors containing the metal oxide and arranged in parallel with each other;
A switching valve that switches and supplies a reaction fluid containing hydrogen to be treated to any one of the reactors;
a secondary gas supplying device capable of supplying a secondary gas containing oxygen to the reactor to which the reaction fluid is not supplied,
The hydrogen treatment by the metal oxide in the reactor to which the reaction fluid is supplied and the regeneration treatment of the metal oxide by supplying the secondary gas to the reactor after the hydrogen treatment are performed are performed in parallel,
The secondary gas supply device is further configured to alternately supply an oxidizing gas and a reducing gas to the reactor connected to the secondary gas supply device before starting hydrogen treatment using a metal oxide in the reactor, thereby preheating the metal oxide with reaction heat.

3. The hydrogen treatment device according to claim 1, wherein the control device for controlling the switching valve is configured to calculate a reaction rate of the metal oxide in the reactor from a difference in hydrogen concentration between an inlet side and an outlet side of the reactor during supply of the reaction fluid, and to determine the reactor to which the reaction fluid should be supplied based on the reaction rate , and to control the switching valve.

The hydrogen treatment apparatus according to claim 1, characterized in that at least one of the flow rate of the reaction fluid and the flow rate of the post-reaction fluid returned to the reaction fluid is controlled based on the temperature of the reactor and the hydrogen concentration of the reaction fluid supplied to the reactor .

3. The hydrogen treatment device according to claim 2, wherein the secondary gas supply device is configured to control at least one of a flow rate and a concentration of the oxidizing gas or the reducing gas supplied to the reactor based on a detected temperature value of the reactor .

6. The hydrogen treatment device according to claim 2 or 5, wherein the secondary gas supply device is configured to replenish a shortage of the oxidizing gas or the reducing gas based on a difference between the concentrations of the oxidizing gas and the reducing gas on the inlet side and the outlet side of the reactor so that the concentration of the oxidizing gas or the reducing gas supplied to the reactor becomes a predetermined concentration.

7. The hydrotreating apparatus according to claim 2, 5 or 6 , wherein the metal oxide in the reactor is maintained in a reduced state in advance due to a preheating treatment prior to the start of hydrotreating.

8. The hydrogen treatment device according to claim 1, wherein the metal oxide in the reactor is composed of any one of copper oxide (II), nickel oxide (II), manganese oxide (IV), cobalt oxide (II, III ), and iron oxide, or a combination thereof, and is formed by granulating into a molded body shape.

A hydrogen processing method for processing hydrogen generated in a nuclear reactor containment vessel using a metal oxide, comprising:
providing a plurality of reactors each containing the metal oxide and arranged in parallel with one another; and a secondary gas supplying device capable of supplying a secondary gas containing oxygen to the reactors to which a reaction fluid containing hydrogen to be treated is not supplied;
A hydrogen treatment using the metal oxide in the reactor to which the reaction fluid is supplied and a regeneration treatment of the metal oxide by supplying the secondary gas to the reactor after the hydrogen treatment are alternately and in parallel ,
The hydrogen processing method further comprises branching a portion of a reacted fluid obtained by treating hydrogen with a metal oxide in the reactor through a branching system having a branch pipe, and refluxing the reacted fluid to be supplied to the reactor .

A hydrogen processing method for processing hydrogen generated in a nuclear reactor containment vessel using a metal oxide, comprising:
providing a plurality of reactors each containing the metal oxide and arranged in parallel with one another; and a secondary gas supplying device capable of supplying a secondary gas containing oxygen to the reactors to which a reaction fluid containing hydrogen to be treated is not supplied;
A hydrogen treatment using the metal oxide in the reactor to which the reaction fluid is supplied and a regeneration treatment of the metal oxide by supplying the secondary gas to the reactor after the hydrogen treatment are alternately and in parallel,
The hydrogen treatment method is further characterized in that the secondary gas supply device alternately supplies an oxidizing gas and a reducing gas to the reactor connected to the secondary gas supply device before starting hydrogen treatment using a metal oxide in the reactor, thereby preheating the metal oxide with reaction heat.