高温ガス炉による水素製造; HTTR-IS水素製造システムにおける化学反応器の概念設計

Hydrogen production by high-temperature gas-cooled reactor; Conceptual design of advanced process heat exchangers of the HTTR-IS hydrogen production system

坂場 成昭 ; 大橋 弘史 ; 佐藤 博之  ; 原 輝夫; 加藤 竜馬; 國富 一彦 

Sakaba, Nariaki; Ohashi, Hirofumi; Sato, Hiroyuki; Hara, Teruo; Kato, Ryoma; Kunitomi, Kazuhiko

来るべき水素社会では大量の水素が経済性を失うことなく必要とされる。原子力機構では、日本初の高温ガス炉HTTRの核熱を用いた水素製造装置の設計を開始した。水素製造装置としては水を熱化学的に分解するISプロセスを有力な候補とし、HTTRのIHX出口温度約900Cの2次ヘリウムから供される10MWの熱がISプロセスとの接続に使われる。本報では、HTTR-IS水素製造システムにおける硫酸分解器,ブンゼン反応器等の化学反応器について新しい構造概念を提案した。硫酸分解器では、従来3つの機器を要していた硫酸分解,三酸化硫黄分解及び予熱器の機能を一つの硫酸分解器に持たせる一体型の構造概念を提案した。また、ブンゼン反応,二層分離器及びポンプの3つの機能を一つの機器に持たせたミキサセトラ型ブンゼン反応器を提案した。提案する新しい構造概念は、建設コストの低減のみならず、機器間の接続部の低減による漏えいリスクの軽減につながることにより運転維持コストの経済性向上が期待できる。

Nuclear hydrogen production is necessary in an anticipated hydrogen society that demands massive quantity of hydrogen without economic disadvantage. Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has launched the conceptual design study of a hydrogen production system with a near-term plan to connect it to Japan's first high-temperature gas-cooled reactor HTTR. The candidate hydrogen production system is based on the thermochemical water-splitting iodine-sulphur (IS) process. The heat of 10 MW that approximately 900C, which can be provided by the secondary helium from the intermediate heat exchanger of the HTTR, is the energy input to the hydrogen production system. The paper describes the recent progresses made in the conceptual design of advanced process heat exchangers of the HTTR-IS hydrogen production system. A new concept of sulphuric acid decomposer is proposed that integrates three separate functions of sulphuric acid decomposer, sulphur trioxide decomposer and process heat exchanger in the previous design. A new mixer-settler type of Bunsen reactor is also designed that integrates three separate functions of Bunsen reactor, phase separator, and pump in the previous design. The new concepts are expected to result in improved economics through construction and operation cost reductions because the number of process equipment and complicated connections between the equipment has been substantially reduced.