重窒素濃縮製造装置
【課題】 商業的規模の大量の重窒素を安全に且つ効率よく濃縮製造することが可能な重窒素濃縮製造装置を提供する。
【解決手段】 ＨＮＯ３とＳＯ２ガスからＮＯガスを発生させる還流装置２０と、ＨＮＯ３と還流装置２０で生成したＮＯガスとの窒素同位体化学交換反応により重窒素をＨＮＯ３に濃縮する交換塔１０とを備えた重窒素濃縮製造装置において、還流装置２０が、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応を行う還流反応槽２２と、還流反応槽２２の前段に設けられ、未反応ＳＯ２ガスが交換塔１０に流入することを防ぐ前処理手段２１と、還流反応槽２２の後段に設けられ、重窒素が濃縮された未反応ＨＮＯ３が副生Ｈ２ＳＯ４とともに系外に排出されることを防ぐ後処理手段２３とで構成されている。
【解決手段】 ＨＮＯ３とＳＯ２ガスからＮＯガスを発生させる還流装置２０と、ＨＮＯ３と還流装置２０で生成したＮＯガスとの窒素同位体化学交換反応により重窒素をＨＮＯ３に濃縮する交換塔１０とを備えた重窒素濃縮製造装置において、還流装置２０が、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応を行う還流反応槽２２と、還流反応槽２２の前段に設けられ、未反応ＳＯ２ガスが交換塔１０に流入することを防ぐ前処理手段２１と、還流反応槽２２の後段に設けられ、重窒素が濃縮された未反応ＨＮＯ３が副生Ｈ２ＳＯ４とともに系外に排出されることを防ぐ後処理手段２３とで構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硝酸と二酸化硫黄ガスの反応で発生させた一酸化窒素を用いて、硝酸との化学交換法により重窒素１５Ｎを濃縮製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然に存在する窒素の同位体は、質量数１４の１４Ｎが９９.６３４％、質量数１５の１５Ｎが０.３６６％の割合である。上記同位体のうち質量数１５の１５Ｎは一般に重窒素と呼ばれており、分離濃縮された重窒素はバイオ分野におけるトレーサーや、化学分野における核磁気共鳴分析などに利用されている。
【０００３】
窒素を含む軽元素の同位体分離法としては、様々な方法が研究もしくは開発されているが、実用化されているのは統計的分離法（化学交換法あるいは蒸留法）によるものだけである。個別的分離法（レーザー法あるいは電磁的分離法）も知られているが、この分離法は、一段の分離係数が高いため少量の分離精製には有効である反面、分離速度が極端に遅いために、研究用はともかく、商業的に必要な量を大量に生産する場合には実質的な製造コストが高くなりすぎるという欠点がある。
【０００４】
現在実用化されている窒素同位体の分離方法は、下記化学式１に示すように、一酸化窒素ＮＯガスと硝酸ＨＮＯ３の水溶液との接触によって起こる窒素同位体化学交換反応において、交換反応が僅かに右側にシフトする、即ち１５Ｎが硝酸水溶液側に偏ることを利用している。具体的には、ある程度の長さを有し、内部に気液接触を促す充填材が詰められた交換塔内において、下記化学式１のＨＮＯ３−ＮＯ化学交換反応が重畳されることにより、ＨＮＯ３中に１５Ｎの濃縮が進行する。
【０００５】
［化学式１］
１５ＮＯ＋Ｈ１４ＮＯ３ ⇔ １４ＮＯ＋Ｈ１５ＮＯ３（分離係数α＝１.０５５）
【０００６】
実際の濃縮操作は、例えば特開平３−４７５１８号公報（特許文献１）に示されたように行われる。具体的には、図１に示すように、硝酸ＨＮＯ３は交換塔１の塔頂部から供給されて交換塔１内を下降する。交換塔１の下には充填材が詰められた還流塔２が設置されており、交換塔１の底部から抜け出たＨＮＯ３はこの還流塔２に入った後、還流塔２内を下降する。このとき、ＨＮＯ３下降流は還元剤として還流塔２の下端から供給された二酸化硫黄ＳＯ２ガスの上昇流と接触し、界面で下記化学式２の反応が起こり一酸化窒素ＮＯと硫酸Ｈ２ＳＯ４が生成する。
【０００７】
［化学式２］
２ＨＮＯ３＋３ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ → ３Ｈ２ＳＯ４＋２ＮＯ
【０００８】
生成したＮＯは上昇流となって還流塔２を出た後、交換塔１に入る。交換塔１内では、このＮＯ上昇流と前述したＨＮＯ３下降流とが気液対向流となり、上記化学式１のＨＮＯ３−ＮＯ化学交換反応により１５ＮがＨＮＯ３側に濃縮される。そして、１５Ｎが濃縮されて所定の１５Ｎ濃度となった硝酸ＨＮＯ３の一部は、還流比に従って交換塔１の底部から製品として抜き取られる。また、還流塔２で生成したＨ２ＳＯ４は還流塔２の底部から回収され、ＨＮＯ３と同位体交換したＮＯガスは交換塔１の塔頂部から排出される。
【０００９】
上記の方法では、還流塔でＨＮＯ３を還元してＮＯとするとき大量のＳＯ２ガスが必要であり、また大量の硫酸が副生することから処理の負担が大きい。このため、特開２００５−２０５３４６号公報（特許文献２）では、硫酸製造プロセスのプロセスガスを精製して得られたＳＯ２を利用し、また副生した硫酸を硫酸製造プロセスで利用することが提案されている。これにより、ＳＯ２源の確保および大量に副生する硫酸の処理の問題から大規模な製造装置の設置は困難と考えられていた重窒素濃縮製造装置の大型化が可能になると期待されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平３−４７５１８号公報
【特許文献２】特開２００５−２０５３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記化学式１のＨＮＯ３−ＮＯ化学交換反応により重窒素１５Ｎを濃縮製造する装置では、還流塔で行われるＮＯ生成のための上記化学式２による反応が大きな発熱を伴う反応であるため、還流塔を常に冷却する必要がある。しかし、還流塔を冷却していても、局所的な熱負荷のために還流塔が破損する危険があるなどの問題があった。
【００１２】
また、高温のＨ２ＳＯ４が発生する還流塔には、内部冷却管及び／又は外部冷却ジャケットを備えたガラス製の反応塔が使用されている。装置サイズが大きくなった場合、還流塔は複数本の内部冷却管を備えた構造のものとなり、そのため、破損の危険性が増す。さらに、材質がガラスであることから作製可能な還流塔の大きさには自ずと制限が生じ、大量の重窒素を濃縮製造するためには、上記した冷却の問題から交換塔１基に対して数多くの還流塔を設置するか、あるいは複数の重窒素濃縮製造装置を並列して設置することが必要になるという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、従来の充填塔形式の還流塔のみで構成された還流装置と比較して効率的にＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応熱を除去することができる還流装置を備え、商業的規模で大量の重窒素を安全に且つ効率よく濃縮製造することが可能な重窒素濃縮製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明が提供する重窒素濃縮製造装置は、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスからＮＯガスを発生させる還流装置と、ＨＮＯ３と還流装置で生成したＮＯガスとの窒素同位体化学交換反応により重窒素をＨＮＯ３に濃縮する交換塔とを備えた重窒素濃縮製造装置において、還流装置が、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応を行う還流反応槽と、還流反応槽の前段に設けられ、未反応ＳＯ２ガスが交換塔に流入することを防ぐ前処理手段と、該還流反応槽の後段に設けられ、１５Ｎが濃縮された未反応ＨＮＯ３が副生Ｈ２ＳＯ４とともに系外に排出されることを防ぐ後処理手段とで構成されることを特徴としている。
【００１５】
この前処理手段は充填塔又は反応槽であることが好ましく、後処理手段は充填塔又は反応槽であることが好ましい。また、前処理手段は未反応ＳＯ２ガスの流入を検知する第１検知手段を有していることが好ましく、後処理手段は未反応ＨＮＯ３の流入を検知する第２検知手段を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応熱を効率的に除去することができる還流装置を備えているため、商業的規模で大量の重窒素を安全に且つ効率よく濃縮製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明が提供する重窒素濃縮製造装置は、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスからＮＯガスを発生させる還流装置と、ＨＮＯ３と還流装置で生成したＮＯガスとの窒素同位体化学交換反応により重窒素をＨＮＯ３に濃縮する交換塔とで構成されている。上記還流装置は、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応を行う還流反応槽を備え、還流反応槽の前段には、未反応ＳＯ２ガスが交換塔に流入することを防ぐ前処理手段が設けてあり、還流反応槽の後段には、１５Ｎが濃縮された未反応ＨＮＯ３が副生Ｈ２ＳＯ４とともに系外に排出されることを防ぐ後処理手段が設けてある。
【００１８】
ＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応を行う還流反応槽は外部冷却ジャケットを備えており、必要に応じて蛇管形式等の内部冷却管を挿入しても良い。還流反応槽内に存在するＨ２ＳＯ４、ＨＮＯ３、ＳＯ２などのプロセス流体に接する部分の材質は、これらプロセス流体に対して耐食性を有していることが好ましく、ガラス、ガラスライニングを施したステンレス等が例として挙げられる。また、ＨＮＯ３とＳＯ２の反応を効率良く行うために撹拌翼を備えても良い。さらに、反応槽内の反応状況を知るために、熱電対などの温度検出手段を設けても良い。
【００１９】
また、還流反応槽の前段、即ち、還流反応槽と交換塔との間には、未反応ＳＯ２ガスが交換塔に流入することを防ぐために、充填塔又は反応槽形式の前処理手段が設置されている。これにより、還流反応槽で発生したＮＯガス及び交換塔底部から出たＨＮＯ３は、それぞれ、この前処理手段を介して交換塔及び還流反応槽に流入する。
【００２０】
前処理手段の材質としては、ＮＯガスとＨＮＯ３に対して耐食性のあることに加えて、還流反応槽から未反応のＳＯ２ガスが流入した場合には、このＳＯ２ガスがＨＮＯ３と反応して高温のＨ２ＳＯ４が生成することから、Ｈ２ＳＯ４に対しても耐食性のあることが望ましい。具体的には、ガラス製、ガラスライニング製のものが例として挙げられる。また、前処理手段は外部冷却ジャケットを備えることが好ましい。
【００２１】
さらに、前処理手段には、還流反応槽から未反応のＳＯ２ガスが流入してＨＮＯ３との反応が起こった場合に、これを検知する第１検知手段、例えば、熱電対、光学的検知手段又はＳＯ２検知器などを備えることが好ましい。この第１検知手段からの信号により、ＳＯ２ガスの供給量をコントロールすることも可能である。
【００２２】
また、還流反応槽の後段、即ち、還流反応槽に関して前述の前処理手段の反対側には、未反応ＨＮＯ３が副生Ｈ２ＳＯ４とともに系外に排出されることを防ぐために、充填塔又は反応槽形式の後処理手段が設置されている。これにより、還流反応槽で発生したＨ２ＳＯ４は、この後処理手段を介して系外に排出される。
【００２３】
後処理手段の材質はとしては、Ｈ２ＳＯ４に対して耐食性があるものが望ましく、ガラス製、ガラスライニング製のものが例として挙げられる。また、後処理手段は、外部冷却ジャケットを備えることが好ましい。
【００２４】
後処理手段には常にＳＯ２ガスが供給されている。そのため、未反応ＨＮＯ３が還流反応槽から後処理手段に流入した場合には、このＳＯ２ガスが未反応ＨＮＯ３と反応してＮＯガスを発生させ、ＳＯ２ガスと共に前段の還流反応槽に戻すことができる。これにより未反応ＨＮＯ３が副生Ｈ２ＳＯ４と共に系外に排出されるのを防止できる。
【００２５】
後処理手段に供給するＳＯ２ガス量は、還流装置に流入するＨＮＯ３の流量に対して前記化学式２で計算される必要量の全量としてもよいが、当該必要量を前段の還流反応槽と後処理手段に分けて供給することが好ましい。この分配比率は特に限定されるものではなく、実際の運転において未反応ＨＮＯ３が後処理手段に流入する程度に合わせて決定すればよいが、前記化学式２で計算される必要量の５〜２０％を後処理手段に供給し、残部を還流反応槽に供給することが好ましい。
【００２６】
さらに、後処理手段には、還流反応槽から未反応ＨＮＯ３が流入してＳＯ２との反応が起こった場合に、これを検知する第２検知手段、例えば、熱電対や硝酸イオン検出器などを備えることが好ましい。この第２検知手段からの信号により、ＳＯ２ガスの供給量をコントロールすることも可能である。
【００２７】
次に、本発明の一具体例を図２に基づいて説明する。なお、本発明は、ここで示す一具体例に限定されるものではない。
【００２８】
図２において、交換塔１０の塔頂から供給されたＨＮＯ３は、交換塔１０の底部から還流装置２０の前処理手段２１（図２では充填塔とした）に入り、前処理手段２１を経て還流装置２０の還流反応槽２２に入る。還流反応槽２２内の液相部には、ＳＯ２源から直接供給されるＳＯ２と、後述する後処理手段２３を経て供給されるＳＯ２とが吹き込まれている。これにより、ＨＮＯ３とＳＯ２が反応し、生成したＮＯガスは前処理手段２１を経て交換塔１０に入る。
【００２９】
一方、ＨＮＯ３とＳＯ２の反応により副生されるＨ２ＳＯ４は、還流反応槽２２の底部から還流装置２０の後処理手段２３（図２では充填塔とした）に入った後、系外に排出される。還流反応槽２２は冷却ジャケットを有しており、ここに冷却水を流すことによってＨＮＯ３とＳＯ２の反応による反応熱が除去される。
【００３０】
この際、還流反応槽２２で処理されなかった未反応ＳＯ２が還流反応槽２２から前処理手段２１に流入しても、前処理手段２１では上部から十分な量のＨＮＯ３が下降流となって流れているため、ＨＮＯ３との反応によって、未反応ＳＯ２は消費される。
【００３１】
また、還流反応槽２２で処理されなかった未反応ＨＮＯ３が還流反応槽２２から後処理手段２３に流入しても、後処理手段２３では下端からＳＯ２が供給されているため、ＳＯ２との反応によって、未反応ＨＮＯ３は消費される。
【００３２】
また、前処理手段２１および後処理手段２３には、それぞれ未反応物の流入を検知する第１および第２検知手段（図２では共に熱電対２４、２５とした）が備えてある。この第１および第２検知手段を用いたＳＯ２ガス流量コントロールは、例えば次のようにして行われる。
【００３３】
還流反応槽２２から未反応ＳＯ２が前処理手段２１に流入した場合は、前処理手段２１内で当該未反応ＳＯ２とＨＮＯ３の反応が起こる。その結果、還流反応槽２２で正常に反応が起こっている場合に比べて温度が上昇する。この温度上昇を熱電対２４で検知した際には、還流反応槽２２へのＳＯ２供給量を減らす。その後、熱電対２４で検知される温度が正常な温度に戻った時点で、ＳＯ２供給量を元の量に戻せばよい。
【００３４】
一方、還流反応槽２２から未反応ＨＮＯ３が後処理手段２３に流入した場合は、後処理手段２３内でＳＯ２とＨＮＯ３の反応が起こる。その結果、還流反応槽２２で正常に反応が起こっている場合に比べて温度が上昇する。この温度上昇を熱電対２５で検知した際には、還流反応槽２２へのＳＯ２供給量を増やす。その後、熱電対２５で検知される温度が正常な温度に戻った時点で、ＳＯ２供給量を元の量に戻せばよい。
【００３５】
このように、本発明は、前述の化学式２の反応を行う部分に反応槽形式を採用しているので、従来の充填塔形式と異なり偏流や局所的熱負荷等の問題がなくなるうえ、構造が簡易になる。したがって、従来の充填塔形式の還流塔のみで構成された還流装置と比較して、スケールアップが容易となる。また、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応熱を効率的に除去することが可能となる。
【００３６】
さらに、前述の化学式２の反応を行う部分の前後に前処理手段及び後処理手段を設けているので、未反応のＳＯ２ガスやＨＮＯ３が溢れ出しても前処理手段や後処理手段で処理することが可能である。このように、本発明によれば、商業的規模で大量の重窒素を安全に且つ効率よく濃縮製造することができる。
【実施例】
【００３７】
［実施例１］
図２に示す本発明の重窒素濃縮製造装置の交換塔１０として、内径２５ｍｍ×長さ２０００ｍｍのパイレックス管を使用し、内部に充填材のヘリパックを充填した。また、還流装置２０の還流反応槽２２として、内径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍのガラス製容器（外部水冷ジャケット、上蓋、攪拌器付）を設けた。還流装置２０の前処理手段２１として、内径２５ｍｍ×長さ５００ｍｍで、外部水冷ジャケットを備えたパイレックス管を設け、内部に充填材としてガラス製ヘリックスを充填した。
【００３８】
さらに、還流装置２０の後処理手段２３として、内径２５ｍｍ×長さ３００ｍｍで、外部水冷ジャケットを備えたパイレックス管を設け、内部に充填材としてガラス製ヘリックスを充填した。なお、還流反応槽２２、前処理手段２１、後処理手段２３には、それぞれ内部の温度を測定するためにパイレックス保護管で保護した熱電対を挿入した。
【００３９】
比較のため、上記還流装置２０に代えて、図１に示す従来の還流塔２として、内径４４ｍｍ×長さ１５００ｍｍで、外部水冷ジャケットと内部冷却管を備えたパイレックス管を設け、内部に充填材のガラス製ヘリックスを充填した。尚、交換塔１は上記本発明のものと同一とした。
【００４０】
上記本発明の交換塔１０の塔頂部から１０モル／リットルの硝酸ＨＮＯ３水溶液を１０ミリリットル／ｍｉｎで供給すると共に、還流反応槽２２に２.９リットル／ｍｉｎ、後処理手段（充填塔）２３の底部から０.５リットル／ｍｉｎの流量で、それぞれＳＯ２ガスを供給した。
【００４１】
また、従来の還流塔２を用いた比較例では、交換塔１の塔頂部から１０モル／リットルの硝酸ＨＮＯ３水溶液を１０ミリリットル／ｍｉｎで供給すると共に、還流塔２の下部から３.４リットル／ｍｉｎでＳＯ２ガスを供給した。
【００４２】
その際、以下の４通りの条件で、それぞれ重窒素の濃縮製造を行った。
（１）還流反応槽内で反応がほぼ正常に起こっている場合
（２）交換塔から供給する硝酸量を必要量より１０％程度減じることによって、故意に前処理手段２１に未反応ＳＯ２ガスを流入させた場合（前処理手段２１の熱電対２４の温度が上昇した。前処理手段２１に未反応ＳＯ２ガスが流入した後は硝酸量を正常値に戻した。）
（３）交換塔から供給する硝酸量を必要量より１０％程度増加させることによって、故意に後処理手段２３に未反応ＨＮＯ３を流入させた場合（後処理手段２３の熱電対２５の温度が上昇した。後処理手段２３に未反応ＨＮＯ３が流入した後は硝酸量を正常値に戻した。）
（４）従来の還流塔を用いた場合（比較例）
【００４３】
上記（１）〜（４）の各製造条件において、還流装置から流出するＮＯガス中のＳＯ２の濃度、および、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度を測定した。得られた結果を下記表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
上記表１中の（１）と（４）の結果から、定常状態においては、本発明の還流装置においても、従来の還流塔と同様に処理を行うことが可能であることが分かる。また、上記表１中の（２）及び（３）の結果が（１）や（４）の結果と同様であることから、本発明の還流装置においては、還流反応槽２２から未反応ＳＯ２ガスや未反応ＨＮＯ３が溢れ出るような非定常状態においても、問題なく処理できることが分かる。
【００４６】
［実施例２］
前処理手段２１、後処理手段２３として内径７０ｍｍ×高さ１５０ｍｍのガラス製容器（外部水冷ジャケット、上蓋、攪拌器付）を取り付けた以外は実施例１と同様の条件で操作を行った（上記実施例１の（２）、（３）の操作は行わず）。交換塔に流入するＮＯガス中のＳＯ２の濃度、および、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度を測定した結果、ＳＯ２は検出されず、ＮＯ３−濃度は３ｐｐｍであった。
【００４７】
［比較例１］
実施例１の還流装置２０を還流反応槽２２のみで構成した以外は実施例１と同様の条件で操作を行った（上記実施例１の（２）、（３）の操作は行わず）。還流装置から流出するＮＯガス中のＳＯ２の濃度、および、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度を測定した結果、ＳＯ２が８６００ｐｐｍ検出され、還流装置と交換塔を連結する配管内でＨＮＯ３とＨ２ＳＯ４の反応による発熱が見られた。また、ＮＯ３−濃度は３２００ｐｐｍであった。
【００４８】
［比較例２］
実施例１の還流装置２０を還流反応槽２２および前処理手段２１で構成した以外は実施例１と同様の条件で操作を行った（上記実施例１の（２）、（３）の操作は行わず）。還流装置から流出するＮＯガス中のＳＯ２の濃度、および、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度を測定した結果、ＳＯ２は検出されなかったが、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度は２７００ｐｐｍであった。
【００４９】
［比較例３］
実施例１の還流装置２０を還流反応槽２２および後処理手段２３で構成した以外は実施例１と同様の条件で操作を行った（上記実施例１の（２）、（３）の操作は行わず）。還流装置から流出するＮＯガス中のＳＯ２の濃度、および、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度を測定した結果、ＳＯ２が８１００ｐｐｍ検出され、還流装置と交換塔を連結する配管内でＨＮＯ３とＨ２ＳＯ４の反応による発熱が見られた。ＮＯ３−濃度は４ｐｐｍであった。
【００５０】
［実施例３］
交換塔１０として、内径１００ｍｍ×長さ２０００ｍｍのパイレックス管を使用し、内部に充填材のヘリパックを充填した。また、還流装置２０の還流反応槽２２として、内径２００ｍｍ×高さ４００ｍｍのガラス製容器（外部水冷ジャケット、上蓋、攪拌器付）を設けた。還流装置２０の前処理手段２１として、内径６０ｍｍ×長さ１０００ｍｍで、外部水冷ジャケットを備えたパイレックス管を設け、内部に充填材としてガラス製ヘリックスを充填した。
【００５１】
さらに、還流装置２０の後処理手段２３として、内径６０ｍｍ×長さ１０００ｍｍで、外部水冷ジャケットを備えたパイレックス管を設け、内部に充填材としてガラス製ヘリックスを充填した。なお、還流反応槽２２、前処理手段２１、後処理手段２３には、それぞれ内部の温度を測定するためにパイレックス保護管で保護した熱電対を挿入した。
【００５２】
交換塔１０の塔頂部から１０モル／リットルの硝酸ＨＮＯ３水溶液を３００ミリリットル／ｍｉｎで供給すると共に、還流反応槽２２に８７リットル／ｍｉｎ、後処理手段（充填塔）２３の底部から１５リットル／ｍｉｎの流量で、それぞれＳＯ２ガスを供給して、重窒素の濃縮製造を行った。還流装置から流出するＮＯガス中のＳＯ２の濃度、および、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度を測定した結果、ＳＯ２は検出されず、ＮＯ３−濃度は３ｐｐｍであった。
【００５３】
以上のことから、本発明により、従来の充填塔形式の還流塔のみで構成された還流装置と比較して効率的にＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応熱を除去することができる還流装置を備え、商業的規模で大量の重窒素を安全に且つ効率よく濃縮製造することが可能な重窒素濃縮製造装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】還流塔と交換塔を備えた従来の重窒素濃縮製造装置を示す概略の断面図である。
【図２】本発明の重窒素濃縮製造装置の一具体例を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１、１０ 交換塔
２ 還流塔
２０ 還流装置
２１ 前処理手段
２２ 還流反応槽
２３ 後処理手段
２４、２５ 熱電対
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硝酸と二酸化硫黄ガスの反応で発生させた一酸化窒素を用いて、硝酸との化学交換法により重窒素１５Ｎを濃縮製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然に存在する窒素の同位体は、質量数１４の１４Ｎが９９.６３４％、質量数１５の１５Ｎが０.３６６％の割合である。上記同位体のうち質量数１５の１５Ｎは一般に重窒素と呼ばれており、分離濃縮された重窒素はバイオ分野におけるトレーサーや、化学分野における核磁気共鳴分析などに利用されている。
【０００３】
窒素を含む軽元素の同位体分離法としては、様々な方法が研究もしくは開発されているが、実用化されているのは統計的分離法（化学交換法あるいは蒸留法）によるものだけである。個別的分離法（レーザー法あるいは電磁的分離法）も知られているが、この分離法は、一段の分離係数が高いため少量の分離精製には有効である反面、分離速度が極端に遅いために、研究用はともかく、商業的に必要な量を大量に生産する場合には実質的な製造コストが高くなりすぎるという欠点がある。
【０００４】
現在実用化されている窒素同位体の分離方法は、下記化学式１に示すように、一酸化窒素ＮＯガスと硝酸ＨＮＯ３の水溶液との接触によって起こる窒素同位体化学交換反応において、交換反応が僅かに右側にシフトする、即ち１５Ｎが硝酸水溶液側に偏ることを利用している。具体的には、ある程度の長さを有し、内部に気液接触を促す充填材が詰められた交換塔内において、下記化学式１のＨＮＯ３−ＮＯ化学交換反応が重畳されることにより、ＨＮＯ３中に１５Ｎの濃縮が進行する。
【０００５】
［化学式１］
１５ＮＯ＋Ｈ１４ＮＯ３ ⇔ １４ＮＯ＋Ｈ１５ＮＯ３（分離係数α＝１.０５５）
【０００６】
実際の濃縮操作は、例えば特開平３−４７５１８号公報（特許文献１）に示されたように行われる。具体的には、図１に示すように、硝酸ＨＮＯ３は交換塔１の塔頂部から供給されて交換塔１内を下降する。交換塔１の下には充填材が詰められた還流塔２が設置されており、交換塔１の底部から抜け出たＨＮＯ３はこの還流塔２に入った後、還流塔２内を下降する。このとき、ＨＮＯ３下降流は還元剤として還流塔２の下端から供給された二酸化硫黄ＳＯ２ガスの上昇流と接触し、界面で下記化学式２の反応が起こり一酸化窒素ＮＯと硫酸Ｈ２ＳＯ４が生成する。
【０００７】
［化学式２］
２ＨＮＯ３＋３ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ → ３Ｈ２ＳＯ４＋２ＮＯ
【０００８】
生成したＮＯは上昇流となって還流塔２を出た後、交換塔１に入る。交換塔１内では、このＮＯ上昇流と前述したＨＮＯ３下降流とが気液対向流となり、上記化学式１のＨＮＯ３−ＮＯ化学交換反応により１５ＮがＨＮＯ３側に濃縮される。そして、１５Ｎが濃縮されて所定の１５Ｎ濃度となった硝酸ＨＮＯ３の一部は、還流比に従って交換塔１の底部から製品として抜き取られる。また、還流塔２で生成したＨ２ＳＯ４は還流塔２の底部から回収され、ＨＮＯ３と同位体交換したＮＯガスは交換塔１の塔頂部から排出される。
【０００９】
上記の方法では、還流塔でＨＮＯ３を還元してＮＯとするとき大量のＳＯ２ガスが必要であり、また大量の硫酸が副生することから処理の負担が大きい。このため、特開２００５−２０５３４６号公報（特許文献２）では、硫酸製造プロセスのプロセスガスを精製して得られたＳＯ２を利用し、また副生した硫酸を硫酸製造プロセスで利用することが提案されている。これにより、ＳＯ２源の確保および大量に副生する硫酸の処理の問題から大規模な製造装置の設置は困難と考えられていた重窒素濃縮製造装置の大型化が可能になると期待されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平３−４７５１８号公報
【特許文献２】特開２００５−２０５３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記化学式１のＨＮＯ３−ＮＯ化学交換反応により重窒素１５Ｎを濃縮製造する装置では、還流塔で行われるＮＯ生成のための上記化学式２による反応が大きな発熱を伴う反応であるため、還流塔を常に冷却する必要がある。しかし、還流塔を冷却していても、局所的な熱負荷のために還流塔が破損する危険があるなどの問題があった。
【００１２】
また、高温のＨ２ＳＯ４が発生する還流塔には、内部冷却管及び／又は外部冷却ジャケットを備えたガラス製の反応塔が使用されている。装置サイズが大きくなった場合、還流塔は複数本の内部冷却管を備えた構造のものとなり、そのため、破損の危険性が増す。さらに、材質がガラスであることから作製可能な還流塔の大きさには自ずと制限が生じ、大量の重窒素を濃縮製造するためには、上記した冷却の問題から交換塔１基に対して数多くの還流塔を設置するか、あるいは複数の重窒素濃縮製造装置を並列して設置することが必要になるという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、従来の充填塔形式の還流塔のみで構成された還流装置と比較して効率的にＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応熱を除去することができる還流装置を備え、商業的規模で大量の重窒素を安全に且つ効率よく濃縮製造することが可能な重窒素濃縮製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明が提供する重窒素濃縮製造装置は、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスからＮＯガスを発生させる還流装置と、ＨＮＯ３と還流装置で生成したＮＯガスとの窒素同位体化学交換反応により重窒素をＨＮＯ３に濃縮する交換塔とを備えた重窒素濃縮製造装置において、還流装置が、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応を行う還流反応槽と、還流反応槽の前段に設けられ、未反応ＳＯ２ガスが交換塔に流入することを防ぐ前処理手段と、該還流反応槽の後段に設けられ、１５Ｎが濃縮された未反応ＨＮＯ３が副生Ｈ２ＳＯ４とともに系外に排出されることを防ぐ後処理手段とで構成されることを特徴としている。
【００１５】
この前処理手段は充填塔又は反応槽であることが好ましく、後処理手段は充填塔又は反応槽であることが好ましい。また、前処理手段は未反応ＳＯ２ガスの流入を検知する第１検知手段を有していることが好ましく、後処理手段は未反応ＨＮＯ３の流入を検知する第２検知手段を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応熱を効率的に除去することができる還流装置を備えているため、商業的規模で大量の重窒素を安全に且つ効率よく濃縮製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明が提供する重窒素濃縮製造装置は、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスからＮＯガスを発生させる還流装置と、ＨＮＯ３と還流装置で生成したＮＯガスとの窒素同位体化学交換反応により重窒素をＨＮＯ３に濃縮する交換塔とで構成されている。上記還流装置は、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応を行う還流反応槽を備え、還流反応槽の前段には、未反応ＳＯ２ガスが交換塔に流入することを防ぐ前処理手段が設けてあり、還流反応槽の後段には、１５Ｎが濃縮された未反応ＨＮＯ３が副生Ｈ２ＳＯ４とともに系外に排出されることを防ぐ後処理手段が設けてある。
【００１８】
ＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応を行う還流反応槽は外部冷却ジャケットを備えており、必要に応じて蛇管形式等の内部冷却管を挿入しても良い。還流反応槽内に存在するＨ２ＳＯ４、ＨＮＯ３、ＳＯ２などのプロセス流体に接する部分の材質は、これらプロセス流体に対して耐食性を有していることが好ましく、ガラス、ガラスライニングを施したステンレス等が例として挙げられる。また、ＨＮＯ３とＳＯ２の反応を効率良く行うために撹拌翼を備えても良い。さらに、反応槽内の反応状況を知るために、熱電対などの温度検出手段を設けても良い。
【００１９】
また、還流反応槽の前段、即ち、還流反応槽と交換塔との間には、未反応ＳＯ２ガスが交換塔に流入することを防ぐために、充填塔又は反応槽形式の前処理手段が設置されている。これにより、還流反応槽で発生したＮＯガス及び交換塔底部から出たＨＮＯ３は、それぞれ、この前処理手段を介して交換塔及び還流反応槽に流入する。
【００２０】
前処理手段の材質としては、ＮＯガスとＨＮＯ３に対して耐食性のあることに加えて、還流反応槽から未反応のＳＯ２ガスが流入した場合には、このＳＯ２ガスがＨＮＯ３と反応して高温のＨ２ＳＯ４が生成することから、Ｈ２ＳＯ４に対しても耐食性のあることが望ましい。具体的には、ガラス製、ガラスライニング製のものが例として挙げられる。また、前処理手段は外部冷却ジャケットを備えることが好ましい。
【００２１】
さらに、前処理手段には、還流反応槽から未反応のＳＯ２ガスが流入してＨＮＯ３との反応が起こった場合に、これを検知する第１検知手段、例えば、熱電対、光学的検知手段又はＳＯ２検知器などを備えることが好ましい。この第１検知手段からの信号により、ＳＯ２ガスの供給量をコントロールすることも可能である。
【００２２】
また、還流反応槽の後段、即ち、還流反応槽に関して前述の前処理手段の反対側には、未反応ＨＮＯ３が副生Ｈ２ＳＯ４とともに系外に排出されることを防ぐために、充填塔又は反応槽形式の後処理手段が設置されている。これにより、還流反応槽で発生したＨ２ＳＯ４は、この後処理手段を介して系外に排出される。
【００２３】
後処理手段の材質はとしては、Ｈ２ＳＯ４に対して耐食性があるものが望ましく、ガラス製、ガラスライニング製のものが例として挙げられる。また、後処理手段は、外部冷却ジャケットを備えることが好ましい。
【００２４】
後処理手段には常にＳＯ２ガスが供給されている。そのため、未反応ＨＮＯ３が還流反応槽から後処理手段に流入した場合には、このＳＯ２ガスが未反応ＨＮＯ３と反応してＮＯガスを発生させ、ＳＯ２ガスと共に前段の還流反応槽に戻すことができる。これにより未反応ＨＮＯ３が副生Ｈ２ＳＯ４と共に系外に排出されるのを防止できる。
【００２５】
後処理手段に供給するＳＯ２ガス量は、還流装置に流入するＨＮＯ３の流量に対して前記化学式２で計算される必要量の全量としてもよいが、当該必要量を前段の還流反応槽と後処理手段に分けて供給することが好ましい。この分配比率は特に限定されるものではなく、実際の運転において未反応ＨＮＯ３が後処理手段に流入する程度に合わせて決定すればよいが、前記化学式２で計算される必要量の５〜２０％を後処理手段に供給し、残部を還流反応槽に供給することが好ましい。
【００２６】
さらに、後処理手段には、還流反応槽から未反応ＨＮＯ３が流入してＳＯ２との反応が起こった場合に、これを検知する第２検知手段、例えば、熱電対や硝酸イオン検出器などを備えることが好ましい。この第２検知手段からの信号により、ＳＯ２ガスの供給量をコントロールすることも可能である。
【００２７】
次に、本発明の一具体例を図２に基づいて説明する。なお、本発明は、ここで示す一具体例に限定されるものではない。
【００２８】
図２において、交換塔１０の塔頂から供給されたＨＮＯ３は、交換塔１０の底部から還流装置２０の前処理手段２１（図２では充填塔とした）に入り、前処理手段２１を経て還流装置２０の還流反応槽２２に入る。還流反応槽２２内の液相部には、ＳＯ２源から直接供給されるＳＯ２と、後述する後処理手段２３を経て供給されるＳＯ２とが吹き込まれている。これにより、ＨＮＯ３とＳＯ２が反応し、生成したＮＯガスは前処理手段２１を経て交換塔１０に入る。
【００２９】
一方、ＨＮＯ３とＳＯ２の反応により副生されるＨ２ＳＯ４は、還流反応槽２２の底部から還流装置２０の後処理手段２３（図２では充填塔とした）に入った後、系外に排出される。還流反応槽２２は冷却ジャケットを有しており、ここに冷却水を流すことによってＨＮＯ３とＳＯ２の反応による反応熱が除去される。
【００３０】
この際、還流反応槽２２で処理されなかった未反応ＳＯ２が還流反応槽２２から前処理手段２１に流入しても、前処理手段２１では上部から十分な量のＨＮＯ３が下降流となって流れているため、ＨＮＯ３との反応によって、未反応ＳＯ２は消費される。
【００３１】
また、還流反応槽２２で処理されなかった未反応ＨＮＯ３が還流反応槽２２から後処理手段２３に流入しても、後処理手段２３では下端からＳＯ２が供給されているため、ＳＯ２との反応によって、未反応ＨＮＯ３は消費される。
【００３２】
また、前処理手段２１および後処理手段２３には、それぞれ未反応物の流入を検知する第１および第２検知手段（図２では共に熱電対２４、２５とした）が備えてある。この第１および第２検知手段を用いたＳＯ２ガス流量コントロールは、例えば次のようにして行われる。
【００３３】
還流反応槽２２から未反応ＳＯ２が前処理手段２１に流入した場合は、前処理手段２１内で当該未反応ＳＯ２とＨＮＯ３の反応が起こる。その結果、還流反応槽２２で正常に反応が起こっている場合に比べて温度が上昇する。この温度上昇を熱電対２４で検知した際には、還流反応槽２２へのＳＯ２供給量を減らす。その後、熱電対２４で検知される温度が正常な温度に戻った時点で、ＳＯ２供給量を元の量に戻せばよい。
【００３４】
一方、還流反応槽２２から未反応ＨＮＯ３が後処理手段２３に流入した場合は、後処理手段２３内でＳＯ２とＨＮＯ３の反応が起こる。その結果、還流反応槽２２で正常に反応が起こっている場合に比べて温度が上昇する。この温度上昇を熱電対２５で検知した際には、還流反応槽２２へのＳＯ２供給量を増やす。その後、熱電対２５で検知される温度が正常な温度に戻った時点で、ＳＯ２供給量を元の量に戻せばよい。
【００３５】
このように、本発明は、前述の化学式２の反応を行う部分に反応槽形式を採用しているので、従来の充填塔形式と異なり偏流や局所的熱負荷等の問題がなくなるうえ、構造が簡易になる。したがって、従来の充填塔形式の還流塔のみで構成された還流装置と比較して、スケールアップが容易となる。また、ＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応熱を効率的に除去することが可能となる。
【００３６】
さらに、前述の化学式２の反応を行う部分の前後に前処理手段及び後処理手段を設けているので、未反応のＳＯ２ガスやＨＮＯ３が溢れ出しても前処理手段や後処理手段で処理することが可能である。このように、本発明によれば、商業的規模で大量の重窒素を安全に且つ効率よく濃縮製造することができる。
【実施例】
【００３７】
［実施例１］
図２に示す本発明の重窒素濃縮製造装置の交換塔１０として、内径２５ｍｍ×長さ２０００ｍｍのパイレックス管を使用し、内部に充填材のヘリパックを充填した。また、還流装置２０の還流反応槽２２として、内径１００ｍｍ×高さ２００ｍｍのガラス製容器（外部水冷ジャケット、上蓋、攪拌器付）を設けた。還流装置２０の前処理手段２１として、内径２５ｍｍ×長さ５００ｍｍで、外部水冷ジャケットを備えたパイレックス管を設け、内部に充填材としてガラス製ヘリックスを充填した。
【００３８】
さらに、還流装置２０の後処理手段２３として、内径２５ｍｍ×長さ３００ｍｍで、外部水冷ジャケットを備えたパイレックス管を設け、内部に充填材としてガラス製ヘリックスを充填した。なお、還流反応槽２２、前処理手段２１、後処理手段２３には、それぞれ内部の温度を測定するためにパイレックス保護管で保護した熱電対を挿入した。
【００３９】
比較のため、上記還流装置２０に代えて、図１に示す従来の還流塔２として、内径４４ｍｍ×長さ１５００ｍｍで、外部水冷ジャケットと内部冷却管を備えたパイレックス管を設け、内部に充填材のガラス製ヘリックスを充填した。尚、交換塔１は上記本発明のものと同一とした。
【００４０】
上記本発明の交換塔１０の塔頂部から１０モル／リットルの硝酸ＨＮＯ３水溶液を１０ミリリットル／ｍｉｎで供給すると共に、還流反応槽２２に２.９リットル／ｍｉｎ、後処理手段（充填塔）２３の底部から０.５リットル／ｍｉｎの流量で、それぞれＳＯ２ガスを供給した。
【００４１】
また、従来の還流塔２を用いた比較例では、交換塔１の塔頂部から１０モル／リットルの硝酸ＨＮＯ３水溶液を１０ミリリットル／ｍｉｎで供給すると共に、還流塔２の下部から３.４リットル／ｍｉｎでＳＯ２ガスを供給した。
【００４２】
その際、以下の４通りの条件で、それぞれ重窒素の濃縮製造を行った。
（１）還流反応槽内で反応がほぼ正常に起こっている場合
（２）交換塔から供給する硝酸量を必要量より１０％程度減じることによって、故意に前処理手段２１に未反応ＳＯ２ガスを流入させた場合（前処理手段２１の熱電対２４の温度が上昇した。前処理手段２１に未反応ＳＯ２ガスが流入した後は硝酸量を正常値に戻した。）
（３）交換塔から供給する硝酸量を必要量より１０％程度増加させることによって、故意に後処理手段２３に未反応ＨＮＯ３を流入させた場合（後処理手段２３の熱電対２５の温度が上昇した。後処理手段２３に未反応ＨＮＯ３が流入した後は硝酸量を正常値に戻した。）
（４）従来の還流塔を用いた場合（比較例）
【００４３】
上記（１）〜（４）の各製造条件において、還流装置から流出するＮＯガス中のＳＯ２の濃度、および、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度を測定した。得られた結果を下記表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
上記表１中の（１）と（４）の結果から、定常状態においては、本発明の還流装置においても、従来の還流塔と同様に処理を行うことが可能であることが分かる。また、上記表１中の（２）及び（３）の結果が（１）や（４）の結果と同様であることから、本発明の還流装置においては、還流反応槽２２から未反応ＳＯ２ガスや未反応ＨＮＯ３が溢れ出るような非定常状態においても、問題なく処理できることが分かる。
【００４６】
［実施例２］
前処理手段２１、後処理手段２３として内径７０ｍｍ×高さ１５０ｍｍのガラス製容器（外部水冷ジャケット、上蓋、攪拌器付）を取り付けた以外は実施例１と同様の条件で操作を行った（上記実施例１の（２）、（３）の操作は行わず）。交換塔に流入するＮＯガス中のＳＯ２の濃度、および、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度を測定した結果、ＳＯ２は検出されず、ＮＯ３−濃度は３ｐｐｍであった。
【００４７】
［比較例１］
実施例１の還流装置２０を還流反応槽２２のみで構成した以外は実施例１と同様の条件で操作を行った（上記実施例１の（２）、（３）の操作は行わず）。還流装置から流出するＮＯガス中のＳＯ２の濃度、および、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度を測定した結果、ＳＯ２が８６００ｐｐｍ検出され、還流装置と交換塔を連結する配管内でＨＮＯ３とＨ２ＳＯ４の反応による発熱が見られた。また、ＮＯ３−濃度は３２００ｐｐｍであった。
【００４８】
［比較例２］
実施例１の還流装置２０を還流反応槽２２および前処理手段２１で構成した以外は実施例１と同様の条件で操作を行った（上記実施例１の（２）、（３）の操作は行わず）。還流装置から流出するＮＯガス中のＳＯ２の濃度、および、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度を測定した結果、ＳＯ２は検出されなかったが、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度は２７００ｐｐｍであった。
【００４９】
［比較例３］
実施例１の還流装置２０を還流反応槽２２および後処理手段２３で構成した以外は実施例１と同様の条件で操作を行った（上記実施例１の（２）、（３）の操作は行わず）。還流装置から流出するＮＯガス中のＳＯ２の濃度、および、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度を測定した結果、ＳＯ２が８１００ｐｐｍ検出され、還流装置と交換塔を連結する配管内でＨＮＯ３とＨ２ＳＯ４の反応による発熱が見られた。ＮＯ３−濃度は４ｐｐｍであった。
【００５０】
［実施例３］
交換塔１０として、内径１００ｍｍ×長さ２０００ｍｍのパイレックス管を使用し、内部に充填材のヘリパックを充填した。また、還流装置２０の還流反応槽２２として、内径２００ｍｍ×高さ４００ｍｍのガラス製容器（外部水冷ジャケット、上蓋、攪拌器付）を設けた。還流装置２０の前処理手段２１として、内径６０ｍｍ×長さ１０００ｍｍで、外部水冷ジャケットを備えたパイレックス管を設け、内部に充填材としてガラス製ヘリックスを充填した。
【００５１】
さらに、還流装置２０の後処理手段２３として、内径６０ｍｍ×長さ１０００ｍｍで、外部水冷ジャケットを備えたパイレックス管を設け、内部に充填材としてガラス製ヘリックスを充填した。なお、還流反応槽２２、前処理手段２１、後処理手段２３には、それぞれ内部の温度を測定するためにパイレックス保護管で保護した熱電対を挿入した。
【００５２】
交換塔１０の塔頂部から１０モル／リットルの硝酸ＨＮＯ３水溶液を３００ミリリットル／ｍｉｎで供給すると共に、還流反応槽２２に８７リットル／ｍｉｎ、後処理手段（充填塔）２３の底部から１５リットル／ｍｉｎの流量で、それぞれＳＯ２ガスを供給して、重窒素の濃縮製造を行った。還流装置から流出するＮＯガス中のＳＯ２の濃度、および、排出Ｈ２ＳＯ４中のＮＯ３−濃度を測定した結果、ＳＯ２は検出されず、ＮＯ３−濃度は３ｐｐｍであった。
【００５３】
以上のことから、本発明により、従来の充填塔形式の還流塔のみで構成された還流装置と比較して効率的にＨＮＯ３とＳＯ２ガスの反応熱を除去することができる還流装置を備え、商業的規模で大量の重窒素を安全に且つ効率よく濃縮製造することが可能な重窒素濃縮製造装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】還流塔と交換塔を備えた従来の重窒素濃縮製造装置を示す概略の断面図である。
【図２】本発明の重窒素濃縮製造装置の一具体例を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１、１０ 交換塔
２ 還流塔
２０ 還流装置
２１ 前処理手段
２２ 還流反応槽
２３ 後処理手段
２４、２５ 熱電対
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝酸と二酸化硫黄ガスから一酸化窒素を生成する還流装置と、硝酸と還流装置で生成した一酸化窒素との窒素同位体化学交換反応により重窒素を硝酸に濃縮する交換塔とを備えた重窒素濃縮製造装置において、該還流装置が、硝酸と二酸化硫黄ガスの反応を行う還流反応槽と、該還流反応槽の前段に設けられ、未反応二酸化硫黄ガスが交換塔に流入することを防ぐ前処理手段と、該還流反応槽の後段に設けられ、重窒素が濃縮された未反応硝酸が副生硫酸とともに系外に排出されることを防ぐ後処理手段とで構成されることを特徴とする重窒素濃縮製造装置。
【請求項２】
前記前処理手段が、充填塔又は反応槽であることを特徴とする、請求項１に記載の重窒素濃縮製造装置。
【請求項３】
前記後処理手段が、充填塔又は反応槽であるであることを特徴とする、請求項１に記載の重窒素濃縮製造装置。
【請求項４】
前記前処理手段が、未反応二酸化硫黄ガスの流入を検知する第１検知手段を有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の重窒素濃縮製造装置。
【請求項５】
前記後処理手段が、未反応硝酸の流入を検知する第２検知手段を有していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の重窒素濃縮製造装置。
【請求項６】
前記第１検知手段が熱電対、光学的検知手段又は二酸化硫黄検知器のいずれかであることを特徴とする、請求項４に記載の重窒素濃縮製造装置。
【請求項７】
前記第２検知手段が熱電対又は硝酸イオン検出器のいずれかであることを特徴とする、請求項５に記載の重窒素濃縮製造装置。
【請求項１】
硝酸と二酸化硫黄ガスから一酸化窒素を生成する還流装置と、硝酸と還流装置で生成した一酸化窒素との窒素同位体化学交換反応により重窒素を硝酸に濃縮する交換塔とを備えた重窒素濃縮製造装置において、該還流装置が、硝酸と二酸化硫黄ガスの反応を行う還流反応槽と、該還流反応槽の前段に設けられ、未反応二酸化硫黄ガスが交換塔に流入することを防ぐ前処理手段と、該還流反応槽の後段に設けられ、重窒素が濃縮された未反応硝酸が副生硫酸とともに系外に排出されることを防ぐ後処理手段とで構成されることを特徴とする重窒素濃縮製造装置。
【請求項２】
前記前処理手段が、充填塔又は反応槽であることを特徴とする、請求項１に記載の重窒素濃縮製造装置。
【請求項３】
前記後処理手段が、充填塔又は反応槽であるであることを特徴とする、請求項１に記載の重窒素濃縮製造装置。
【請求項４】
前記前処理手段が、未反応二酸化硫黄ガスの流入を検知する第１検知手段を有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の重窒素濃縮製造装置。
【請求項５】
前記後処理手段が、未反応硝酸の流入を検知する第２検知手段を有していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の重窒素濃縮製造装置。
【請求項６】
前記第１検知手段が熱電対、光学的検知手段又は二酸化硫黄検知器のいずれかであることを特徴とする、請求項４に記載の重窒素濃縮製造装置。
【請求項７】
前記第２検知手段が熱電対又は硝酸イオン検出器のいずれかであることを特徴とする、請求項５に記載の重窒素濃縮製造装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−２５５００９（Ｐ２００９−２５５００９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０９７８０（Ｐ２００８−１０９７８０）
【出願日】平成２０年４月２１日（２００８．４．２１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．パイレックス
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２１日（２００８．４．２１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．パイレックス
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
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