特許 6606522 一酸化炭素安定同位体濃縮装置および一酸化炭素安定同位体濃縮方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6606522

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】一酸化炭素安定同位体濃縮装置および一酸化炭素安定同位体濃縮方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 59/04 20060101AFI20191031BHJP

   C01B 32/40 20170101ALI20191031BHJP

【ＦＩ】

   B01D59/04

   C01B32/40

【請求項の数】2

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-63287(P2017-63287)

(22)【出願日】2017年3月28日

(65)【公開番号】特開2018-164884(P2018-164884A)

(43)【公開日】2018年10月25日

【審査請求日】2018年7月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000231235

【氏名又は名称】大陽日酸株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木原 均

(72)【発明者】

【氏名】神邊 貴史

【審査官】 関根 崇

(56)【参考文献】

【文献】 中国特許出願公開第１０１７４５３１５（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特許第４４６７１９０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 国際公開第２０１３／１４６４６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−０６０７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０２０９３４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５９／０４

Ｂ０１Ｄ ３／００

Ｆ２５Ｊ ３／００

Ｃ０１Ｂ ３２／４０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一酸化炭素安定同位体分子である^１３ＣＯを濃縮する一酸化炭素安定同位体濃縮装置であって、
複数の蒸留塔がカスケード接続された、複数種の一酸化炭素安定同位体分子を含む原料一酸化炭素を蒸留し、^１３Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子を濃縮する蒸留塔群と、
^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子を酸化還元反応させることで、前記^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子の一部を、^１６Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子に変換し、^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子を減損する^１８Ｏ減損機器と、
を備え、
前記^１８Ｏ減損機器が、前記蒸留塔群の下流側末端に配置された蒸留塔以外の蒸留塔の少なくとも１つに接続されており、前記^１８Ｏ減損機器が接続された蒸留塔から、^１３Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子が濃縮された一酸化炭素の一部または全部が抽出されて前記^１８Ｏ減損機器に導入され、前記蒸留塔に返送されるようになっている一酸化炭素安定同位体濃縮装置。

【請求項2】

一酸化炭素安定同位体分子である^１３ＣＯを濃縮する一酸化炭素安定同位体濃縮方法であって、
複数の蒸留塔がカスケード接続された蒸留塔群にて、複数種の一酸化炭素安定同位体分子を含む原料一酸化炭素を蒸留し、^１３Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子を濃縮する蒸留工程と、
前記蒸留塔群の下流側末端に配置された蒸留塔以外の蒸留塔の少なくとも１つから、^１３Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子が濃縮された一酸化炭素の一部または全部を抽出し、この一酸化炭素に含まれる、^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子を酸化還元反応させることで、前記^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子の一部を、^１６Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子に変換し、^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子が減損された一酸化炭素を得て、この一酸化炭素を前記蒸留塔に返送する^１８Ｏ減損工程と、
を有する一酸化炭素安定同位体濃縮方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一酸化炭素安定同位体分子である^１３ＣＯを濃縮する一酸化炭素安定同位体濃縮装置および一酸化炭素安定同位体濃縮方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自然界に極わずかしか存在しない同位体の分離濃縮方法として、カスケード接続された複数の蒸留塔を用いた蒸留カスケードプロセスがある。カスケード接続とは、複数の蒸留塔を直列に接続することを言う。通常、個々の蒸留塔では、原料中のある特定の成分を連続的に濃縮する。蒸留カスケードプロセスでは、この濃縮された成分を含む気体および液体を、併設された蒸留塔に供給し、同じ特定の成分を濃縮する。さらに、次の蒸留塔において、同じ特定の成分の濃縮が繰り返される。このように蒸留カスケードプロセスでは、一連の蒸留プロセスが、複数の蒸留塔で実施され、ある特定の成分を非常に高い濃度に濃縮することができる。

【0003】

炭素安定同位体（^１３Ｃ）は、現在、主に自然科学や医療の分野でトレーサ等として用いられている。
炭素には^１２Ｃと^１３Ｃという２種類の安定同位体が存在し、天然存在割合はそれぞれ９８．９％と１．１％である。一方、酸素には^１６Ｏ、^１７Ｏおよび^１８Ｏという３種類の安定同位体が存在し、天然存在割合はそれぞれ９９．７６％、０．０４％および０．２０％である。よって、一酸化炭素は、表１に示すように、６種類の安定同位体分子が存在する。これらの一酸化炭素の安定同位体分子は、質量数が大きいほど沸点が高い。この沸点の違いを利用し、蒸留カスケードプロセスを用いて、特定の一酸化炭素安定同位体分子を濃縮することができる。沸点が高い（質量数が大きい）成分ほど、蒸留カスケードプロセスの末端に濃縮しやすい。

【0004】

【表1】

【0005】

従来において、一酸化炭素の蒸留の目的は、^１３Ｃを含む安定同位体分子のうち^１３Ｃ^１６Ｏおよび^１３Ｃ^１８Ｏを蒸留カスケードプロセスの末端に濃縮させることが目的であった。
しかし、^１３Ｃ^１６Ｏよりも沸点が高く、また原料中に比較的多く存在する^１２Ｃ^１８Ｏも蒸留カスケードプロセスの末端に濃縮してしまい、^１３Ｃ^１６Ｏおよび^１３Ｃ^１８Ｏを９９％以上の高濃度に濃縮できなかった。

【0006】

この課題を克服するため、上述の蒸留カスケードプロセスに、同位体スクランブリングを組み合わせた技術が用いられるようになった。この技術では、蒸留カスケードプロセスで濃縮された^１２Ｃ^１８Ｏ分子の一部を、同位体スクランブリングによって^１３Ｃ^１８Ｏに変換し（^１３Ｃ^１６Ｏ＋^１２Ｃ^１８Ｏ→^１２Ｃ^１６Ｏ＋^１３Ｃ^１８Ｏ）、同位体スクランブリングされた一酸化炭素を蒸留カスケードプロセスでさらに濃縮することで、より効率的に（高い収率で）^１３ＣＯ（^１３Ｃ^１６Ｏおよび^１３Ｃ^１８Ｏの合計）を濃縮する。この技術により、^１３Ｃ^１６Ｏおよび^１３Ｃ^１８Ｏが合計で９９％以上の高濃度に濃縮された一酸化炭素が得られる。
以上のような蒸留カスケードプロセスと同位体スクランブリングとを組み合わせた技術は、非特許文献１に記載されている。

【0007】

しかし、蒸留カスケードプロセスと同位体スクランブリングとを組み合わせた技術で得られる一酸化炭素は、^１３Ｃ^１８Ｏの濃度が高く、^１８Ｏの存在割合が天然存在比に比べて大幅に高くなっており、医療分野のトレーサに用いるには問題があった。
一方、^１８Ｏを含む同位体分子の存在割合を低くする^１８Ｏ減損という技術が存在する（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Ｂ．Ａｎｄｒｅｅｖ著，“Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｓｏｔｏｐｅｓ ｏｆ Ｂｉｏｇｅｎｉｃ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｔｗｏ−ｐｈａｓｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ”，第１版，ＩＳＢＮ：９７８０４４４５２９８１７，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００６年１２月２８日，ｐ２１７−２４５

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第５０２６９７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明者らは、蒸留カスケードプロセスと同位体スクランブリングとを組み合わせた技術で得られる一酸化炭素に対して^１８Ｏ減損を行うことについて検討した。天然存在割合が非常に高い^１６Ｏ_２で^１３Ｃ^１８Ｏを酸化反応させて二酸化炭素^１３Ｃ^１６Ｏ^１８Ｏとし、その後還元反応させることで^１３Ｃ^１６Ｏに変換すると、^１３Ｃ^１６Ｏの濃度が高まり、^１８Ｏの存在割合が低くなる。
しかし、この場合、蒸留カスケードプロセスを行った後、同位体スクランブリングを行い、さらに蒸留カスケードプロセスを行い、最後に^１８Ｏ減損を行うことになり、工程が非常に多くなる。

【0011】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、少ない工程で^１３ＣＯを高濃度に濃縮できる一酸化炭素安定同位体濃縮装置および一酸化炭素安定同位体濃縮方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は以下の態様を有する。
〔１〕一酸化炭素安定同位体分子である^１３ＣＯを濃縮する一酸化炭素安定同位体濃縮装置であって、
複数の蒸留塔がカスケード接続された、複数種の一酸化炭素安定同位体分子を含む原料一酸化炭素を蒸留し、^１３Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子を濃縮する蒸留塔群と、
^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子を酸化還元反応させることで、前記^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子の一部を、^１６Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子に変換し、^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子を減損する^１８Ｏ減損機器と、
を備え、
前記^１８Ｏ減損機器が、前記蒸留塔群の下流側末端に配置された蒸留塔以外の蒸留塔の少なくとも１つに接続されており、前記^１８Ｏ減損機器が接続された蒸留塔から、^１３Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子が濃縮された一酸化炭素の一部または全部が抽出されて前記^１８Ｏ減損機器に導入され、前記蒸留塔に返送されるようになっている一酸化炭素安定同位体濃縮装置。
〔２〕一酸化炭素安定同位体分子である^１３ＣＯを濃縮する一酸化炭素安定同位体濃縮方法であって、
複数の蒸留塔がカスケード接続された蒸留塔群にて、複数種の一酸化炭素安定同位体分子を含む原料一酸化炭素を蒸留し、^１３Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子を濃縮する蒸留工程と、
前記蒸留塔群の下流側末端に配置された蒸留塔以外の蒸留塔の少なくとも１つから、^１３Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子が濃縮された一酸化炭素の一部または全部を抽出し、この一酸化炭素に含まれる、^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子を酸化還元反応させることで、前記^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子の一部を、^１６Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子に変換し、^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子が減損された一酸化炭素を得て、この一酸化炭素を前記蒸留塔に返送する^１８Ｏ減損工程と、
を有する一酸化炭素安定同位体濃縮方法。

【発明の効果】

【0013】

本発明の一酸化炭素安定同位体濃縮装置および一酸化炭素安定同位体濃縮方法によれば、少ない工程で^１３ＣＯを高濃度に濃縮できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る一酸化炭素安定同位体濃縮装置の主要部を示す系統図である。

【図2】比較例１で用いた一酸化炭素安定同位体濃縮装置の主要部を示す系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明について、添付の図面を参照し、実施形態を示して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

【0016】

（一酸化炭素安定同位体濃縮装置）
図１は、本発明の実施形態に係る一酸化炭素安定同位体濃縮装置の主要部を示す系統図である。
本実施形態の一酸化炭素安定同位体濃縮装置１００は、１２基の蒸留塔１〜１２がカスケード接続された蒸留塔群と、^１８Ｏ減損機器１５と、１２基のリボイラ１６と、コンデンサ１７と、原料供給ライン２１と、製品導出ライン２２と、ガス抽出ライン２３と、ガス返送ライン２４と、を備える。
以下、蒸留塔群の上流側末端からｎ番目の蒸留塔を第ｎの蒸留塔という。
なお、図１では、紙面の都合上、第１〜第１２の蒸留塔１〜１２のうち、原料である超高純度一酸化炭素が供給される第１の蒸留塔１と、第８〜第１２の蒸留塔８〜１２のみを図示する。

【0017】

第１〜第１２の蒸留塔１〜１２は、原料である超高純度一酸化炭素が供給される第１の蒸留塔１、第２の蒸留塔２、第３の蒸留塔３、第４の蒸留塔４、第５の蒸留塔５、第６の蒸留塔６、第７の蒸留塔７、第８の蒸留塔８、第９の蒸留塔９、第１０の蒸留塔１０、第１１の蒸留塔１１、第１２の蒸留塔１２（蒸留塔群の下流側末端の蒸留塔）の順で、カスケード接続されている。

【0018】

第１〜第１２の蒸留塔１〜１２は、冷却された一酸化炭素を低温蒸留する（蒸留カスケードプロセスを行う）ことで、塔頂側に沸点の低い一酸化炭素同位体分子を濃縮し、塔底側に沸点の高い一酸化炭素同位体分子を濃縮するようになっている。
第１〜第１２の蒸留塔１〜１２のうち、原料が供給される第１の蒸留塔が最も蒸留負荷が大きく、下流側末端に向かって徐々に蒸留負荷が小さくなっている（塔径が小さくなっている）。
なお、第１〜第１２の蒸留塔１〜１２内にはそれぞれ、精留段（棚）、規則充填材、または不規則充填材等（いずれも図示せず）が設けられている。

【0019】

リボイラ１６は、各蒸留塔（第１〜第１２の蒸留塔１〜１２）に対してそれぞれ１つ設けられている。
リボイラ１６は、各蒸留塔の塔底部の異なる位置に両端が接続された循環ライン２６に設けられている。リボイラ１６は、蒸留塔内を下降した液体を熱交換することで気化させ、再び蒸留塔内を上昇させる機能を有する。この例では、複数のリボイラ１６を経て熱媒体流体を循環させる熱媒体流体循環ライン４６が設けられており、この熱媒体流体循環ライン４６を循環する熱媒体流体によって熱交換が行われるようになっている。

【0020】

コンデンサ１７は、各蒸留塔に対してそれぞれ１つ設けられている。
コンデンサ１７は、各蒸留塔の塔頂部の異なる位置に両端が接続された循環ライン２７に設けられている。コンデンサ１７は、蒸留塔内を上昇した気体を熱交換することで液化させ、再び蒸留塔内を下降させる機能を有する。この例では、複数のコンデンサ１７を経て熱媒体流体を循環させる熱媒体流体循環ライン４７が設けられており、この熱媒体流体循環ライン４７を循環する熱媒体流体によって熱交換が行われるようになっている。

【0021】

原料供給ライン２１は、一端が第１の蒸留塔１の中部に接続されている。原料供給ライン２１は、超高純度一酸化炭素（原料一酸化炭素）を第１の蒸留塔１の中部に供給するためのラインである。原料供給ライン２１には、バルブ３１が設けられている。
蒸留塔の中部とは、蒸留塔の塔頂部および塔底部以外の位置を示す。
超高純度とは、一酸化炭素の合計の純度が９９．９９９％以上であることを示す。
原料供給ライン２１から供給される超高純度一酸化炭素は、典型的には、前述の表１に示す６種類の安定同位体分子を含む。また、各安定同位体分子の存在割合は通常、表１に示す天然存在割合と同様である。

【0022】

ガス抽出ライン２３は、一端が第１０の蒸留塔１０の中部に接続され、他端が^１８Ｏ減損機器１５に接続されている。ガス抽出ライン２３には、バルブ３２が設けられている。
ガス抽出ライン２３は、バルブ３２が開の状態のとき、第１０の蒸留塔１０の中部から一酸化炭素の一部または全部を導出し、^１８Ｏ減損機器１５に供給するようになっている。
第１０の蒸留塔１０の中部から導出される一酸化炭素は、第１〜第１０の蒸留塔１〜１０によって濃縮された、^１３Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子（^１３Ｃ^１６Ｏ、^１３Ｃ^１８Ｏ等）を含む。また、通常、^１２Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子（^１２Ｃ^１６Ｏ、^１２Ｃ^１８Ｏ等）も含まれる。

【0023】

^１８Ｏ減損機器１５は、例えば、天然存在比よりも大きい割合の^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子（^１３Ｃ^１８Ｏ、^１２Ｃ^１８Ｏ等）を酸化反応および還元反応させることで、その一部を、^１６Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子に変換し、^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子を減損する。
具体的には、^１３Ｃ^１８Ｏを例に挙げると、以下の式に示すように、^１６Ｏの天然存在割合が非常に高いＯ_２で^１３Ｃ^１８Ｏを酸化反応させて二酸化炭素^１３Ｃ^１６Ｏ^１８Ｏとし、その後、還元反応させることで一部の^１３Ｃ^１８Ｏを^１３Ｃ^１６Ｏに変換する。
反応例
酸化反応 ２^１３Ｃ^１８Ｏ＋^１６Ｏ_２ → ２^１３Ｃ^１６Ｏ^１８Ｏ
還元反応 ２^１３Ｃ^１６Ｏ^１８Ｏ → ^１３Ｃ^１６Ｏ＋^１３Ｃ^１８Ｏ＋^１６Ｏ^１８Ｏ

【0024】

実際のプロセスでは工業的に一般的な水性ガスシフト反応を利用し、反応物質導入経路３０１から^１８Ｏ減損機器１５に導入された^１６Ｏの天然存在割合が高い水と反応させて^１３Ｃ^１６Ｏ^１８Ｏを生成し、さらに逆反応で^１３Ｃ^１６Ｏを生成することにより、結果として一部の^１３Ｃ^１８Ｏを^１３Ｃ^１６Ｏに変換することができる。
水性ガスシフト反応
正反応）^１３Ｃ^１８Ｏ＋Ｈ_２^１６Ｏ → ^１３Ｃ^１６Ｏ^１８Ｏ＋Ｈ_２
逆反応）^１３Ｃ^１６Ｏ^１８Ｏ＋Ｈ_２ → ^１３Ｃ^１６Ｏ＋Ｈ_２^１８Ｏ

【0025】

ガス返送ライン２４は、一端が^１８Ｏ減損機器１５に接続され、他端が第１０の蒸留塔１０の中部に接続されている。ガス返送ライン２４には、バルブ３３が設けられている。
ガス返送ライン２４は、バルブ３３が開の状態のとき、^１８Ｏ減損機器１５から超高純度に精製された一酸化炭素を、第１０の蒸留塔１０（一酸化炭素を導出した蒸留塔）の中部に返送する。^１８Ｏ減損機器１５で生成されたＯ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２等の反応物質は一酸化炭素から分離され、反応物質排出経路３０２から排出される。
第１０の蒸留塔１０に返送される一酸化炭素は、第１０の蒸留塔１０から導出された時点に比べて、^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子（^１２Ｃ^１８Ｏ、^１３Ｃ^１８Ｏ）が減損され、^１６Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子（^１２Ｃ^１６Ｏ、^１３Ｃ^１６Ｏ）が濃縮されている。
第１０の蒸留塔１０に返送された一酸化炭素は、第１１〜第１２の蒸留塔１１〜１２で蒸留され、^１３Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子がさらに濃縮される。

【0026】

製品導出ライン２２は、一端が第１２の蒸留塔１２の下部に接続されている。製品導出ライン２２は、^１３ＣＯ製品を導出するためのラインである。^１３ＣＯ製品は、高濃度（例えば９９％以上）に濃縮された^１３Ｃ^１６Ｏおよび^１３Ｃ^１８Ｏを含む一酸化炭素である。

【0027】

以上説明した一酸化炭素安定同位体濃縮装置にあっては、第１の蒸留塔１（上流側末端に配置された蒸留塔）と第１２の蒸留塔１２（下流側末端に配置された蒸留塔）との間の蒸留塔に^１８Ｏ減損機器が接続されているため、同位体スクランブラを備えていなくても、^１３ＣＯを効率よく濃縮できる。
^１８Ｏ減損機器の代わりに同位体スクランブラを設け、さらに蒸留塔群の下流側末端に配置された蒸留塔に^１８Ｏ減損機器が接続されている場合（後述する比較例１）に比べて、少ない蒸留塔数で、^１３ＣＯが同等以上に濃縮された^１３ＣＯ製品を得ることができ、低コストである。
また、得られる^１３ＣＯ製品は、^１３Ｃ^１６Ｏを高濃度に含み、^１３Ｃ^１８Ｏの存在割合が天然存在比に比べて高すぎないため、医療分野等のトレーサとして有用である。

【0028】

（一酸化炭素安定同位体濃縮方法）
次に、図１を参照して、本発明の実施形態に係る一酸化炭素安定同位体濃縮方法について説明する。本実施形態では、図１に示す一酸化炭素安定同位体濃縮装置１００を用いて^１３ＣＯを濃縮する。
本実施形態の一酸化炭素安定同位体濃縮方法は、蒸留工程と、^１８Ｏ減損工程とを有する。
蒸留工程では、第１〜第１２の蒸留塔１〜１２がカスケード接続された蒸留塔群の第１の蒸留塔１に原料供給ライン２１から供給された超高純度一酸化炭素（複数種の一酸化炭素安定同位体分子を含む原料一酸化炭素）を、前記蒸留塔群（第１〜第１２の蒸留塔１〜１２）にて蒸留し、^１３Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子を濃縮する。
^１８Ｏ減損工程では、まず、前記蒸留塔群の第１０の蒸留塔１０（上流側末端に配置された第１の蒸留塔１と下流側末端に配置された第１２の蒸留塔１２との間の蒸留塔）から、^１３Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子が濃縮された一酸化炭素の一部または全部を抽出し、ガス抽出ライン２３を通して^１８Ｏ減損機器１５に導入する。次いで、この一酸化炭素に含まれる、^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子を酸化還元反応させることで、^１６Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子に変換し、^１８Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子が減損された一酸化炭素を得る。次いで、この一酸化炭素を、ガス返送ライン２４を通して第１０の蒸留塔１０に返送する。
^１８Ｏ減損工程は、蒸留工程の途中で行われる。つまり蒸留工程は、第１〜第１０の蒸留塔１〜１０で行われる第一の蒸留工程と、第１１〜第１２の蒸留塔１１〜１２で行われる第二の蒸留工程とに分かれており、それらの間に^１８Ｏ減損工程を有する。

【0029】

原料供給ライン２１から供給される超高純度一酸化炭素は、前述の表１に示す６種類の安定同位体分子を含む。また、各安定同位体分子の存在割合は通常、表１に示す天然存在割合と同様である。
蒸留工程の開始直後（各蒸留塔の起動直後）においては、各安定同位体分子の各濃度は、全ての蒸留塔（第１〜第１２の蒸留塔１〜１２）内で一様である。その後、時間が経つにつれ、比較的沸点の高い一酸化炭素安定同位体分子、特に^１３Ｃ^１６Ｏ、^１２Ｃ^１８Ｏ、^１３Ｃ^１８Ｏが第１０の蒸留塔１０の中部付近に濃縮される。
したがって、第一の蒸留工程にて第１０の蒸留塔１０の中部から^１８Ｏ減損機器１５に抽出される一酸化炭素は、原料に比べて、^１３Ｃ^１６Ｏ、^１２Ｃ^１８Ｏ、^１３Ｃ^１８Ｏが濃縮されたものとなっている。
^１８Ｏ減損工程では、この第１０の蒸留塔１０の中部から抽出された一酸化炭素に含まれる^１２Ｃ^１８Ｏ、^１３Ｃ^１８Ｏの一部が^１２Ｃ^１６Ｏまたは^１３Ｃ^１６Ｏに変換される。したがって、^１８Ｏ減損工程にて第１０の蒸留塔１０に返送された一酸化炭素は、抽出時に比べて、^１２Ｃ^１８Ｏ、^１３Ｃ^１８Ｏの合計濃度が低く、^１２Ｃ^１６Ｏ、^１３Ｃ^１６Ｏの合計濃度が高くなっている。
第二の蒸留工程では、^１８Ｏ減損工程にて第１０の蒸留塔１０に返送された一酸化炭素に含まれる、比較的沸点の高い^１３Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子（^１３Ｃ^１６Ｏ、^１３Ｃ^１８Ｏ）が第１２の蒸留塔１２の塔底付近に濃縮される。このとき蒸留される一酸化炭素は、^１８Ｏ減損工程で^１２Ｃ^１８Ｏ、^１３Ｃ^１８Ｏの一部が^１２Ｃ^１６Ｏまたは^１３Ｃ^１６Ｏに変換されているため、第二の蒸留工程で^１２Ｃ^１８Ｏや^１３Ｃ^１８Ｏが濃縮されてもその量は限られている。したがって、第１２の蒸留塔１２から製品導出ライン２２を通して導出される、^１３Ｃが高濃度、例えば^１３Ｃの同位体濃度が９９％以上に濃縮された^１３ＣＯ製品中の^１８Ｏ濃度は、トレーサとして利用するために十分低く、例えば^１８Ｏ同位体濃度は５％以下になっている。

【0030】

以上説明した一酸化炭素安定同位体濃縮方法にあっては、蒸留カスケードプロセス（蒸留工程）の途中で^１８Ｏ減損工程を行うため、同位体スクランブリングを行わなくても、^１３Ｃ^１６Ｏを効率よく濃縮できる。
蒸留カスケードプロセスを行い、同位体スクランブリングを行い、さらに蒸留カスケードプロセスを行い、最後に^１８Ｏ減損を行う場合に比べて、少ない工程で、^１３Ｃ^１６Ｏが同等以上に濃縮された^１３Ｃ^１６Ｏ製品を得ることができ、低コストである。
得られる^１３Ｃ^１６Ｏ製品は、^１３Ｃ^１６Ｏを高濃度に含み、^１３Ｃ^１８Ｏの存在割合が天然存在比に比べて高すぎないため、医療分野等のトレーサとして有用である。

【0031】

以上、実施形態を示して本発明の一酸化炭素安定同位体濃縮装置および一酸化炭素安定同位体濃縮方法を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上記実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
例えば、蒸留塔群を構成する蒸留塔（カスケード接続された蒸留塔）の数は、１２基に限定されず、任意の基数にすることができる。
^１８Ｏ減損機器が接続されるのは、第１０の蒸留塔１０に限定されず、第１０の蒸留塔１０以外の蒸留塔であってもよい。ただし、^１８Ｏ減損機器が接続された蒸留塔の少なくとも１つは、蒸留塔群の下流側末端に配置された蒸留塔以外の蒸留塔である。
^１８Ｏ減損機器が複数の蒸留塔と接続されていてもよい。
上述したリボイラ１６およびコンデンサ１７はそれぞれ各蒸留塔に対して必須の構成ではなく、前後の蒸留塔の圧力差、ポンプ、ブロワ等により、気体の上昇が十分な場合には設けなくてもよい。

【実施例】

【0032】

以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。

【0033】

（実施例１）
実施例１では、図１に示す一酸化炭素安定同位体濃縮装置１００を用いて、^１３Ｃ^１６Ｏの濃縮を行った。
まず、一酸化炭素安定同位体濃縮装置１００を起動させ、第１の蒸留塔１への超高純度一酸化炭素の供給を開始した。この超高純度一酸化炭素の組成は前述の表１に示す通りであった。
起動開始と同時に、バルブ３２、バルブ３３を開の状態とし、第１０の蒸留塔１０からの一酸化炭素の抽出、^１８Ｏ減損機器１５での^１８Ｏ減損および第１０の蒸留塔１０への返送を開始した。その後の安定時における第１０の蒸留塔１０から抽出された一酸化炭素における安定同位体分子の存在割合は表２に示すとおりであった。また、^１８Ｏ減損機器１５から第１０の蒸留塔１０に返送された一酸化炭素における安定同位体分子の存在割合は表３に示すとおりであった。さらに、第１２の蒸留塔１２から導出されたＣＯ製品における安定同位体分子の存在割合は表４に示すとおりであった。
表４の通り、ＣＯ製品の^１３Ｃ濃縮度は９９．２％（^１３Ｃ^１６Ｏと^１３Ｃ^１８Ｏの合計）で、また、^１８Ｏ濃縮度は４．９％（^１２Ｃ^１８Ｏと^１３Ｃ^１８Ｏの合計）であった。

【0034】

【表2】

【0035】

【表3】

【0036】

【表4】

【0037】

（比較例１）
比較例１では、図２に示す従来の一酸化炭素安定同位体濃縮装置２００を用いて、^１３Ｃ^１６Ｏの濃縮を行った。
一酸化炭素安定同位体濃縮装置２００は、カスケード接続された蒸留塔の数が１３基であり、^１８Ｏ減損機器１５の代わりに同位体スクランブラ１９が設けられ、第１３の蒸留塔１３の下部と^１８Ｏ減損機器１５と抽出ライン２５を介して接続され、製品導出ライン２２の一端が^１８Ｏ減損機器１５に接続されている以外は、一酸化炭素安定同位体濃縮装置１００と同様である。
同位体スクランブラ１９は、同位体スクランブリングを行う装置である。具体的には、国際公開第００／２７５０９号に記載のものを使用した。

【0038】

まず、一酸化炭素安定同位体濃縮装置２００を起動させ、第１の蒸留塔１への超高純度一酸化炭素の供給を開始した。この超高純度一酸化炭素の組成は前述の表１に示す通りであった。
起動開始と同時に、バルブ３２、バルブ３３を開の状態とし、第１０の蒸留塔１０からの一酸化炭素の抽出、同位体スクランブラ１９での同位体スクランブリングおよび第１０の蒸留塔１０への返送を開始した。その後の安定時における第１０の蒸留塔１０から抽出された一酸化炭素における安定同位体分子の存在割合は、表５に示すとおりであった。また、同位体スクランブラ１９から第１０の蒸留塔１０に返送された一酸化炭素における安定同位体分子の存在割合は表６に示すとおりであった。また、第１３の蒸留塔１３から導出された一酸化炭素における安定同位体分子の存在割合は表７に示すとおりであった。さらに、^１８Ｏ減損機器１５から導出されたＣＯ製品における安定同位体分子の存在割合は表８に示すとおりであった。
表８の通り、ＣＯ製品の^１３Ｃ濃縮度は９９．２％（^１３Ｃ^１６Ｏと^１３Ｃ^１８Ｏの合計）で、また、^１８Ｏ濃縮度は１５．９％（^１２Ｃ^１８Ｏと^１３Ｃ^１８Ｏの合計）であった。

【0039】

【表5】

【0040】

【表6】

【0041】

【表7】

【0042】

【表8】

【0043】

実施例１においては、比較例１よりも蒸留塔が１基少なく、かつ同位体スクランブラを使用していないにもかかわらず、比較例１と同等以上に^１３ＣＯを濃縮することができた。また、蒸留塔群での蒸留工程の後に^１８Ｏ減損処理をしなくても製品中の^１８Ｏ濃縮度を低く抑えることができた。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本発明は、極低温流体の蒸留を行うための蒸留装置であって、複数の蒸留塔をカスケード接続した蒸留塔群を備える蒸留装置を用いて、自然界には極僅かしか存在しない一酸化炭素安定同位体分子（^１３ＣＯ）を濃縮する一酸化炭素安定同位体濃縮装置および一酸化炭素安定同位体濃縮方法に適用可能である。

【符号の説明】

【0045】

１、８、９、１０、１１、１２、１３・・・蒸留塔
１５・・・^１８Ｏ減損機器
１６・・・リボイラ
１７・・・コンデンサ
１９・・・同位体スクランブラ
２１・・・原料供給ライン
２２・・・製品導出ライン
２３・・・ガス抽出ライン
２４・・・ガス返送ライン

【図1】

【図2】