JPH0827361B2 - 核融合炉排ガス処理方法 - Google Patents
核融合炉排ガス処理方法Info
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- JPH0827361B2 JPH0827361B2 JP63106275A JP10627588A JPH0827361B2 JP H0827361 B2 JPH0827361 B2 JP H0827361B2 JP 63106275 A JP63106275 A JP 63106275A JP 10627588 A JP10627588 A JP 10627588A JP H0827361 B2 JPH0827361 B2 JP H0827361B2
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- Japan
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- tritium
- carbon monoxide
- fusion reactor
- exhaust gas
- permeator
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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- Catalysts (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、重水素・トリチウムを元素の形及び化学的
に結合した形で不純物として含む核融合炉の排出ガスを
処理し、重水素・トリチウムをこれらより分離し、再び
核融合炉の燃料サイクルへ還流せしめんとする方法に関
する。
に結合した形で不純物として含む核融合炉の排出ガスを
処理し、重水素・トリチウムをこれらより分離し、再び
核融合炉の燃料サイクルへ還流せしめんとする方法に関
する。
［従来の技術］ 核融合炉の燃料サイクルにおいて、炉の排出ガスは主
として未反応の燃料である元素の形の重水素とトリチウ
ム、核融合反応生成物であるヘリウムの他、高々数％の
濃度の多くの種類の不純物ガスを含んでおり、その一部
は水素同位体を化学的に結合した形で含有する。これら
不純物のうち、一酸化炭素、メタン等の炭化水素は多
く、アンモニア、二酸化炭素、水蒸気は少ないものと予
想される。このように核融合炉排ガスはトリチウムを高
濃度で含むため直接大気へ放出することはできず、事前
にトリチウムを分離し、それを更に燃料として再利用す
ることが必要である。
として未反応の燃料である元素の形の重水素とトリチウ
ム、核融合反応生成物であるヘリウムの他、高々数％の
濃度の多くの種類の不純物ガスを含んでおり、その一部
は水素同位体を化学的に結合した形で含有する。これら
不純物のうち、一酸化炭素、メタン等の炭化水素は多
く、アンモニア、二酸化炭素、水蒸気は少ないものと予
想される。このように核融合炉排ガスはトリチウムを高
濃度で含むため直接大気へ放出することはできず、事前
にトリチウムを分離し、それを更に燃料として再利用す
ることが必要である。
従来、この目的のためにはいくつかの方法が提案され
ている。パラジウム膜と高温の金属ゲッターを組み合わ
せて用いる方法では、トリチウムはパラジウムで精製さ
れる一方、不純物は金属との反応により処理される。本
法の欠点は900度で使用されるゲッターにあり、材料の
耐熱性、高温に伴うトリチウムの透過、及び定期的に必
要とされるゲッターの交換に伴う危険な操作と廃棄物の
発生が問題である。高温ゲッター、酸素発生ベッド及び
触媒酸化反応器の組合わせも可能であるが、水素ガスの
形より数桁危険性の高いトリチウム水の発生、複雑なプ
ロセス構成、500度の酸素発生ベッドが問題である。即
ちこの温度では触媒の焼結、あるいは制御不能な酸素の
発生に伴う爆発の危険性が指摘される。酸素発生ベッ
ド、金属ゲッター、ニッケル触媒の組合わせも提案され
ているが、酸素発生ベッドの欠点は同様である。
ている。パラジウム膜と高温の金属ゲッターを組み合わ
せて用いる方法では、トリチウムはパラジウムで精製さ
れる一方、不純物は金属との反応により処理される。本
法の欠点は900度で使用されるゲッターにあり、材料の
耐熱性、高温に伴うトリチウムの透過、及び定期的に必
要とされるゲッターの交換に伴う危険な操作と廃棄物の
発生が問題である。高温ゲッター、酸素発生ベッド及び
触媒酸化反応器の組合わせも可能であるが、水素ガスの
形より数桁危険性の高いトリチウム水の発生、複雑なプ
ロセス構成、500度の酸素発生ベッドが問題である。即
ちこの温度では触媒の焼結、あるいは制御不能な酸素の
発生に伴う爆発の危険性が指摘される。酸素発生ベッ
ド、金属ゲッター、ニッケル触媒の組合わせも提案され
ているが、酸素発生ベッドの欠点は同様である。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明はこれらの欠点のない、即ち最高温度450度以
下で、酸素発生ベッド又は外部からの酸素導入を必要と
せず、あるいは反応により消耗され、定期的に廃棄物を
発生する装置を用いず、トリチウムを水の形で分離しな
いことを特徴とする数段のプロセスにより核融合炉の排
ガスを処理する方法を実現せんとするものである。
下で、酸素発生ベッド又は外部からの酸素導入を必要と
せず、あるいは反応により消耗され、定期的に廃棄物を
発生する装置を用いず、トリチウムを水の形で分離しな
いことを特徴とする数段のプロセスにより核融合炉の排
ガスを処理する方法を実現せんとするものである。
［課題を解決するための手段］ 本願発明者はこの目的達成のため、以下のプロセスを
考案した。
考案した。
（１）大部分の元素状重水素、トリチウムをパラジウム
−銀透過器により450度以下で分離し、同時に同透過器
内においてアンモニアを構成元素に分解せしめる。
−銀透過器により450度以下で分離し、同時に同透過器
内においてアンモニアを構成元素に分解せしめる。
（２）残留するガスと一酸化炭素、窒素、炭化水素及び
水蒸気等の不純物に、一酸化炭素を加え、一酸化炭素／
水蒸気比率を1.5以上とする。
水蒸気等の不純物に、一酸化炭素を加え、一酸化炭素／
水蒸気比率を1.5以上とする。
（３）水蒸気を150度から200度のCuO/Cr2O3/ZnO触媒上
で一酸化炭素と反応せしめ、水素と二酸化炭素を発生さ
せる。
で一酸化炭素と反応せしめ、水素と二酸化炭素を発生さ
せる。
（４）ガスを更にニッケル／酸化アルミニウム触媒を充
填したパラジウム／銀透過器に流通し、炭化水素を分解
して発生した水素同位体は（１）の水素同位体に合流せ
しめる一方、炭素元素として分離する。
填したパラジウム／銀透過器に流通し、炭化水素を分解
して発生した水素同位体は（１）の水素同位体に合流せ
しめる一方、炭素元素として分離する。
（５）更に残留するガスは水素同位体を元素あるいは化
合物の形で含まないため大気中へ放出、あるいは（３）
の触媒上へ再循環する。
合物の形で含まないため大気中へ放出、あるいは（３）
の触媒上へ再循環する。
［作用］ ステップ（１）においてパラジウム／銀透過器は450
度ないしそれ以下で使用され、微量のアンモニアはパラ
ジウムの触媒作用により分解される。水素同位体の分圧
が高い場合、一酸化炭素による透過性能の低下を防ぐた
め透過器は、400度から500度で使用するのが望ましい。
度ないしそれ以下で使用され、微量のアンモニアはパラ
ジウムの触媒作用により分解される。水素同位体の分圧
が高い場合、一酸化炭素による透過性能の低下を防ぐた
め透過器は、400度から500度で使用するのが望ましい。
次のステップでは水の形で結合された水素同位体は、
150度から200度で使用されるCuO/Cr2O3/ZnO触媒上でCO
＋H2O→CO2＋H2の反応により遊離される。100％の反応
率を得るためにCO/H2O比は少なくとも1.5が必要であ
り、場合により一酸化炭素の系内への添加が必要であ
る。
150度から200度で使用されるCuO/Cr2O3/ZnO触媒上でCO
＋H2O→CO2＋H2の反応により遊離される。100％の反応
率を得るためにCO/H2O比は少なくとも1.5が必要であ
り、場合により一酸化炭素の系内への添加が必要であ
る。
ステップ（３）によりCuO/Cr2O3/ZnO触媒充填塔をで
るガスは主としてヘリウムであり、少量の炭化水素（メ
タン、エタン等）、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素であ
る。炭化水素中の重水素、トリチウムを遊離せしめるた
め、この混合ガスはニッケル／酸化アルミニウム触媒を
充填したパラジウム／銀透過器を通過させ、炭化水素の
分解と水素同位体の分離を同時に行う。このプロセスで
は反応精製物である水素が系外に透過によって排出され
るため、高い反応率が達成される。炭素の付着による触
媒の活性低下を防ぐため、触媒は定期的に水素により再
生される。
るガスは主としてヘリウムであり、少量の炭化水素（メ
タン、エタン等）、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素であ
る。炭化水素中の重水素、トリチウムを遊離せしめるた
め、この混合ガスはニッケル／酸化アルミニウム触媒を
充填したパラジウム／銀透過器を通過させ、炭化水素の
分解と水素同位体の分離を同時に行う。このプロセスで
は反応精製物である水素が系外に透過によって排出され
るため、高い反応率が達成される。炭素の付着による触
媒の活性低下を防ぐため、触媒は定期的に水素により再
生される。
［発明の効果］ 以上のプロセスにより、化合物の形の水素同位体は全
て分解、回収され、プロセスの出口ではトリチウムを含
まないガスが得られる。即ちトリチウムの除去は単純な
物理的あるいは触媒反応により行われ、固体廃棄物の発
生は伴わないという効果を奏する。またこのプロセスは
酸化反応によるトリチウム化合物の分解過程がないた
め、酸素発生ベッドや外部からの酸素添加は必要なく、
安全性にすぐれている。
て分解、回収され、プロセスの出口ではトリチウムを含
まないガスが得られる。即ちトリチウムの除去は単純な
物理的あるいは触媒反応により行われ、固体廃棄物の発
生は伴わないという効果を奏する。またこのプロセスは
酸化反応によるトリチウム化合物の分解過程がないた
め、酸素発生ベッドや外部からの酸素添加は必要なく、
安全性にすぐれている。
［実 施 例］ 実施例として本発明にかかるプロセスの実験結果を示
す。
す。
ステップ（４）の実験をHe/CH4混合ガスを用いて行っ
た。460度においてニッケル触媒10gを充填した透過器を
含む容量8.8のループに混合ガスを循環したところ、
メタンはガスクロの検出限界以下にまで分解され、4.2
分の半減期でメタン濃度は減少した。すべてのメタンを
分解したのちニッケル触媒は450度から550度で再生され
た。このサイクルは18回繰り返され、計2.2モルのメタ
ンが分解される一方、触媒の活性低下は見られなかっ
た。
た。460度においてニッケル触媒10gを充填した透過器を
含む容量8.8のループに混合ガスを循環したところ、
メタンはガスクロの検出限界以下にまで分解され、4.2
分の半減期でメタン濃度は減少した。すべてのメタンを
分解したのちニッケル触媒は450度から550度で再生され
た。このサイクルは18回繰り返され、計2.2モルのメタ
ンが分解される一方、触媒の活性低下は見られなかっ
た。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−169696（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】重水素・トリチウムを元素の形及び化学的
に結合した形で不純物として含む核融合炉の排出ガスを
処理し、重水素・トリチウムを分離して再び核融合炉の
燃料サイクルへ還流せしめんとする方法において、 （１） 大部分の元素状重水素、トリチウムをパラジウ
ム−銀透過器により450度以下で分離し、同時に同透過
器内においてアンモニアを構成元素に分解せしめ、 （２） 残留するガスと一酸化炭素、窒素、炭化水素及
び水蒸気等の不純物に必要なら更に一酸化炭素を加え、
一酸化炭素／水蒸気比率を1.5以上とし、 （３） 水蒸気を150度から200度のCuO/Cr2O3/ZnO触媒
上で一酸化炭素と反応せしめ水素と二酸化炭素とを発生
させ、 （４） 更にニッケル／酸化アルミニウム触媒を充填し
たパラジウム／銀透過器に流通し、炭化水素を分解して
発生した水素同位体は（１）の水素同位体に合流せしめ
る一方、炭素を元素として分離するとともに、 （５） 更に残留する水素同位体を元素あるいは化合物
の形で含まないガスを大気中へ放出、あるいは（３）の
触媒上へ再循環する ことを特徴とする核融合炉排ガス処理プロセス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63106275A JPH0827361B2 (ja) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | 核融合炉排ガス処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63106275A JPH0827361B2 (ja) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | 核融合炉排ガス処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01276094A JPH01276094A (ja) | 1989-11-06 |
| JPH0827361B2 true JPH0827361B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=14429528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63106275A Expired - Fee Related JPH0827361B2 (ja) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | 核融合炉排ガス処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0827361B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112037958B (zh) * | 2020-09-09 | 2022-09-23 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 一种高浓氚水处理装置 |
-
1988
- 1988-04-28 JP JP63106275A patent/JPH0827361B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01276094A (ja) | 1989-11-06 |
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Legal Events
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| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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