低温吸着法水素同位体分離における減圧脱着挙動

低温吸附法分离氢同位素的真空解吸行为

• 批准号: 20049005
• 负责人: 古藤 健司
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20049005/
• 关键词: 水素同位体; 同位体分離; 圧力スイング吸着法; 低温吸着; コンダクタンス; 減圧操作; 充填床; 充填塔; 合成ゼオライト; トリチウム回収

核融合炉システムにおいて必須である水素同位体分離の新規プロセスとして圧力スイング吸着法(PSA)に着目して実験研究を進めている。これまでの知見から、減圧脱着操作において動的同位体効果の寄与が顕著であることが分かった。この挙動はPSA水素同位体分離プロセスを考える上で重要であり、吸着充填層内のコンダクタンスを把握しなければならない。本研究では、現有の単塔PSA実験装置を用いて、水素および重水素の球形粒子充填層内での低温(77.4K)におけるコンダクタンスを実測し、係数の操作圧力および充填粒子径への依存性を調べた。コンダクタンスは分子流域、粘性流域、乱流域、音速近接域およびこれらの遷移域で特性が変わり複雑である。充填層内では、流路形状が不均一であるので、コンダクタンスはこれらの基本特性が混在した極めて複雑な挙動をする。本件では、PSA操作で重要な減圧領域(分子流～粘性流域)での水素および重水素のコンダクタンス実測からその同位体効果が分子量比の平方根で記述できることを明らかにした。また、粘性流域においては、充填層粒子間隙の狭いところでは流体は音速に1/3の領域を超える条件が容易に発現するので、粘性域でのコンダクタンスの線形圧力依存性は崩れやすいことを実験検証した(コンダクタンスは圧力に対する線形依存性から大きく逸脱する)。分子流-粘性流域のコンダクタンス係数の挙動を半経験式(圧力依存性をエラーファンクションで近似)で特徴づけられた。

Nuclear fusion furnace シ ス テ ム に お い て must で あ る element with a body of water separation の new rules プ ロ セ ス と し て pressure ス イ ン グ sorption method (PSA) に mesh し て be を 験 research into め て い る. <s:1> れまで れまで the insight of ら, the effect of decompression of the isomorphic operation of にお にお て て is expressed by が顕 である とが とが った った った. こ の 挙 water element with a body moving は PSA separation プ ロ セ ス を exam え る で important で あ り, smoking a pack inside の コ ン ダ ク タ ン ス を grasp し な け れ ば な ら な い. This study で は, existing の 単 tower PSA be を 験 device with い て, water element お よ び heavy water element の spherical particles within the pack で の low temperature (77.4 K) に お け る コ ン ダ ク タ ン ス を be し, coefficient of の operating pressure お よ び filling particles diameter へ の dependency を adjustable べ た. コ ン ダ ク タ ン ス は molecular basin, viscous basin, basin, the speed of sound near domain お よ び こ れ ら の migration domain で features が - わ り complex 雑 で あ る. Pack inside で は, flow shape が heterogeneity で あ る の で, コ ン ダ ク タ ン ス は こ れ ら の basic characteristics が mixed in し た extremely め て complex 雑 な 挙 dynamic を す る. The matter in the で は, PSA operation で important な 圧 reduction field (molecular flow to viscous basin) で の water element お よ び heavy water element の コ ン ダ ク タ ン ス be measured か ら そ の with a sharper fruit body が molecular weight than の square root で account で き る こ と を Ming ら か に し た. ま た, viscous basin に お い て は, pack particle clearance の narrow い と こ ろ で は fluid を に 1/3 の は sound field super え る conditions が easy に 発 now す る の で, viscous domain で の コ ン ダ ク タ ン ス の linear pressure dependency は collapse れ や す い こ と を be 験 検 card し た (コ ン ダ ク タ ン ス は pressure に す seaborne る linear dependence か ら big き く escape す Youdaoplaceholder0). Molecular flow - viscous basin の コ ン ダ ク タ ン ス coefficient の 挙 dynamic を half 経 験 type (pressure dependency を エ ラ ー フ ァ ン ク シ ョ ン で approximation) で, 徴 づ け ら れ た.

项目成果

Molecular-sieving effect of zeolite 3A on adsorption of H2, HD and D2

• DOI: 10.1016/j.fusengdes.2009.01.052
• 发表时间: 2009-06-01
• 期刊: FUSION ENGINEERING AND DESIGN
• 影响因子: 1.7
• 作者: Kotoh, K.;Takashima, S.;Nakamura, Y.
• 通讯作者: Nakamura, Y.

Mass Flow Conductance of Hydrogen Isotopes between Viscous and Molecular Regions in Spherical Adsorbent Packed-bed at 77.4K

77.4K 球形吸附剂填充床中粘性区和分子区之间氢同位素的质量流导

• 发表时间: 2009
• 作者: K.Kotoh;et al.
• 通讯作者: et al.

Multi-Component Behavior of Hydrogen Isotopes in Zeolite Packed beds Using for Cryogenic Pressure Swing Adsorption

用于低温变压吸附的沸石填充床中氢同位素的多组分行为

• 发表时间: 2009
• 期刊: Fusion Science Technology 56
• 作者: K.KOTOH;et al.
• 通讯作者: et al.

Thermal Transpiration Behavior of Hydrogen Isotopes in Cryogenic Pump System

低温泵系统中氢同位素的热蒸发行为

• 发表时间: 2009
• 期刊: Fusion Science Technology 56
• 作者: K.KOTOH;et al.
• 通讯作者: et al.

Overshooting Breakthrough Curves formed in Pressure Swing Adsorption Process for Hydrogen Isotope Separation

氢同位素分离变压吸附过程中形成的超调突破曲线

• 发表时间: 2009
• 期刊: Fusion Science Technology 56
• 作者: K.KOTOH;et al.
• 通讯作者: et al.