多段型ヨウ化水素分解器を用いた熱化学法ISプロセスにおけるヨウ化水素工程の検討

大橋 弘史; 坂場 成昭; 今井 良行; 久保 真治; 佐藤 博之; 加藤 竜馬*; 橘 幸男; 國富 一彦

日本原子力学会和文論文誌, 8(1), p.68 - 82, 2009/03

https://doi.org/10.3327/taesj.J08.010

熱化学法ISプロセスにおいて、ヨウ化水素分解反応の未分解ヨウ化水素のリサイクルに起因する再生熱交換器による再生熱交換量の低減及び分離回収機器の削減を目的とし、プロセス内のヨウ化水素酸溶液による反応生成物ヨウ素の除去と分解反応を繰り返す多段型ヨウ化水素分解器についての検討を行った。解析の結果、ヨウ素除去による分解率の向上及び未分解ヨウ化水素の回収により、リサイクル量を低減することが可能であり、リサイクル量低減の観点からは、気液の流れは向流とし、電気透析器の濃縮側出口からのヨウ化水素酸溶液の全量を低温で供給することが最適であった。また、多段型ヨウ化水素分解器出口からの分解ガス中に含まれるヨウ化水素及びヨウ素を大幅に低減することが可能であることより、複数の再生熱交換器及び分離回収のために設置していた機器を削除することにより簡素化した新たなヨウ化水素工程の系統構成を提案した。提案したヨウ化水素工程の熱物質収支を評価した結果、再生熱交換器による交換熱量を約1/3以下に低減することが可能となった。

HTTR-IS水素製造システムの概念設計

坂場 成昭; 佐藤 博之; 原 輝夫; 加藤 竜馬; 大橋 一孝; 西原 哲夫; 國富 一彦

JAEA-Research 2007-058, 31 Pages, 2007/08

JAEA-Research-2007-058.pdf:16.44MB

原子炉に接続する水素製造施設は、ほかの水素製造法と比較し、商用段階において経済的に競合できなければならない。そのためには、水素製造施設は一般化学プラントとして原子炉に接続させることが必要不可欠である。そこで、高温ガス炉HTTRに接続する水素製造施設に関する安全論理の構築を目指し、水素製造施設に要求される安全機能及び非「原子炉施設」化について検討した。また、水素製造装置の建設コスト低減による経済性向上のため、HTTRに接続させる熱化学水素製造法ISプロセスを構成するブンゼン反応器及び硫酸分解器について、複数の機能を一体化した構造概念を提案し、機器の合理化及び高性能化について検討した。さらにプロセス条件を緩和させることを可能とするヨウ化水素分解器を提案し、汎用材料及び汎用技術採用の可能性を追求した。また、HTTRの中間熱交換器から供される10MWの熱を用いて1,000Nm/h規模の水素製造が可能となるHTTR-ISシステムの基本的成立性を確認した。本報は、高温ガス炉HTTRの核熱を用いて熱化学法ISプロセスにより水素製造を実証するHTTR-ISシステムの概念設計について報告する。

HTTR-ISシステムの系統設計のための化学プラントの事故事例研究

本間 洋之; 佐藤 博之; 笠原 清司; 大橋 弘史; 原 輝夫; 加藤 竜馬; 坂場 成昭

JAEA-Technology 2007-006, 60 Pages, 2007/02

JAEA-Technology-2007-006.pdf:15.91MB

化石資源に依存したわれわれの生活は、その化石資源の枯渇や化石資源の大量消費による気候変動や酸性雨などの脅威に晒されている。このため、二酸化炭素のような温暖化ガスの発生がなく、また、環境汚染の心配がない水素が、将来の重要なエネルギー媒体として広く認知されており、近い将来には水素の需要が大きく増大するものと考えられている。大量の水素需要に応えるため、水を原料とした原子力エネルギーによる水素製造、特に高温ガス炉を用いた熱化学法ISプロセスは、ゼロエミッションエネルギー戦略や実用規模への展開において、最も期待できる水素製造法である。しかし、高温ガス炉によるISプロセス水素製造の技術基盤を確立するためには、我が国唯一の高温ガス炉であるHTTRを用いた研究開発が不可欠である。HTTRは、日本原子力研究開発機構(原子力機構)の大洗研究開発センターに建設され、運転試験が行われている。原子力機構では、高温ガス炉によるISプロセス水素製造技術を実証するため、HTTR接続ISプロセス(HTTR-ISシステム)の設計を開始した。HTTR-ISシステムの設計にあたっては、ISプロセスプラントで発生する各種事故に対する予防保全,事後保全などを考慮する必要がある。そこで、ISプロセスプラントに関係する化学プラントでの事故事例を整理し、その結果をもとにISプロセスプラントの系統設計に必要な事故防止対策案を提示した。本報告はそれらについてまとめたものである。

熱化学法ISプロセスにおけるヨウ化水素分解工程のプロセスフロー解析

大橋 弘史; 坂場 成昭; 久保 真治; 今井 良行; 加藤 竜馬*; 國富 一彦

no journal, , 

原子力機構では、原子力の利用拡大による二酸化炭素排出量抑制への貢献を目指し、約1000Cの高温の熱を取り出せる高温ガス炉を熱源とした熱化学法ISプロセスによる水からの水素製造に関する研究開発を進めている。熱化学法ISプロセスの課題の1つであるヨウ化水素分解反応の分解率を向上させることを目的とし、プロセス流体であるヨウ化水素水溶液との接触による反応後の混合ガスからの反応生成物ヨウ素の除去と分解反応を繰り返す多段HI分解器について検討した。化学平衡,気液平衡を考慮した解析の結果、反応温度500Cにおける分解率は、多段HI分解器を採用することにより、通常のHI分解器での23%から5段で40%まで向上できることを明らかにした。