(57)【要約】【課題】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。【解決手段】複数の蒸留塔がカスケード接続された、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、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、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いずれかに接続されており、前記蒸留塔から、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１８Ｏ減損機器に導入され、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を用いる。【選択図】図１
2018164884.tif 000002
【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】
2018164884.tif 000003
【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１３Ｃ１６Ｏおよび１３Ｃ１８Ｏ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、１３Ｃ１６Ｏよりも沸点が高く、また原料中に比較的多く存在する１２Ｃ１８Ｏも蒸留カスケードプロセスの末端に濃縮してしまい、１３Ｃ１６Ｏおよび１３Ｃ１８Ｏ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１２Ｃ１８Ｏ分子の一部を、同位体スクランブリングによって１３Ｃ１８Ｏに変換し（１３Ｃ１６Ｏ＋１２Ｃ１８Ｏ→１２Ｃ１６Ｏ＋１３Ｃ１８Ｏ）、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（１３Ｃ１６Ｏおよび１３Ｃ１８Ｏの合計）を濃縮する。この技術により、１３Ｃ１６Ｏおよび１３Ｃ１８Ｏ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、１３Ｃ１８Ｏ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１６Ｏ２で１３Ｃ１８Ｏを酸化反応させて二酸化炭素１３Ｃ１６Ｏ１８Ｏとし、その後還元反応させることで１３Ｃ１６Ｏに変換すると、１３Ｃ１６Ｏ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（１３Ｃ１６Ｏ、１３Ｃ１８Ｏ等）を含む。また、通常、１２Ｃを含む一酸化炭素安定同位体分子（１２Ｃ１６Ｏ、１２Ｃ１８Ｏ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（１３Ｃ１８Ｏ、１２Ｃ１８Ｏ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、１３Ｃ１８Ｏ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Ｏ２で１３Ｃ１８Ｏを酸化反応させて二酸化炭素１３Ｃ１６Ｏ１８Ｏとし、その後、還元反応させることで一部の１３Ｃ１８Ｏを１３Ｃ１６Ｏに変換する。
反応例
酸化反応  ２１３Ｃ１８Ｏ＋１６Ｏ２  →  ２１３Ｃ１６Ｏ１８Ｏ
還元反応  ２１３Ｃ１６Ｏ１８Ｏ  →  １３Ｃ１６Ｏ＋１３Ｃ１８Ｏ＋１６Ｏ１８Ｏ
【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１３Ｃ１６Ｏ１８Ｏを生成し、さらに逆反応で１３Ｃ１６Ｏを生成することにより、結果として一部の１３Ｃ１８Ｏを１３Ｃ１６Ｏに変換することができる。
水性ガスシフト反応
正反応）１３Ｃ１８Ｏ＋Ｈ２１６Ｏ  →  １３Ｃ１６Ｏ１８Ｏ＋Ｈ２
逆反応）１３Ｃ１６Ｏ１８Ｏ＋Ｈ２  →  １３Ｃ１６Ｏ＋Ｈ２１８Ｏ
【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Ｏ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２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（１２Ｃ１８Ｏ、１３Ｃ１８Ｏ）が減損され、１６Ｏを含む一酸化炭素安定同位体分子（１２Ｃ１６Ｏ、１３Ｃ１６Ｏ）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１３Ｃ１６Ｏおよび１３Ｃ１８Ｏ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、１３Ｃ１６Ｏを高濃度に含み、１３Ｃ１８Ｏ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１３Ｃ１６Ｏ、１２Ｃ１８Ｏ、１３Ｃ１８Ｏ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、１３Ｃ１６Ｏ、１２Ｃ１８Ｏ、１３Ｃ１８Ｏ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１２Ｃ１８Ｏ、１３Ｃ１８Ｏの一部が１２Ｃ１６Ｏまたは１３Ｃ１６Ｏ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、１２Ｃ１８Ｏ、１３Ｃ１８Ｏの合計濃度が低く、１２Ｃ１６Ｏ、１３Ｃ１６Ｏ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（１３Ｃ１６Ｏ、１３Ｃ１８Ｏ）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１２Ｃ１８Ｏ、１３Ｃ１８Ｏの一部が１２Ｃ１６Ｏまたは１３Ｃ１６Ｏに変換されているため、第二の蒸留工程で１２Ｃ１８Ｏや１３Ｃ１８Ｏ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、１３Ｃ１６Ｏ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、１３Ｃ１６Ｏが同等以上に濃縮された１３Ｃ１６Ｏ製品を得ることができ、低コストである。
得られる１３Ｃ１６Ｏ製品は、１３Ｃ１６Ｏを高濃度に含み、１３Ｃ１８Ｏ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、１３Ｃ１６Ｏ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％（１３Ｃ１６Ｏと１３Ｃ１８Ｏの合計）で、また、１８Ｏ濃縮度は４．９％（１２Ｃ１８Ｏと１３Ｃ１８Ｏの合計）であった。
【００３４】
【表２】
2018164884.tif 000004
【００３５】
【表３】
2018164884.tif 000005
【００３６】
【表４】
2018164884.tif 000006
【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、１３Ｃ１６Ｏ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％（１３Ｃ１６Ｏと１３Ｃ１８Ｏの合計）で、また、１８Ｏ濃縮度は１５．９％（１２Ｃ１８Ｏと１３Ｃ１８Ｏの合計）であった。
【００３９】
【表５】
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【００４０】
【表６】
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【００４１】
【表７】
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【００４２】
【表８】
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【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】
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【図２】
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