JP2001219025A - Gas separating method - Google Patents

Gas separating method

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JP2001219025A
JP2001219025A JP2000030590A JP2000030590A JP2001219025A JP 2001219025 A JP2001219025 A JP 2001219025A JP 2000030590 A JP2000030590 A JP 2000030590A JP 2000030590 A JP2000030590 A JP 2000030590A JP 2001219025 A JP2001219025 A JP 2001219025A
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas separation membrane capable of separating gases in high efficiency when a gaseous mixture of relatively low pressure is supplied to a gas separation membrane module, to provide an economical gas separating method having only small adverse affects on the durability of the gas separation membrane module and, in particular, to provide a dehydrating method of a water-organic material solution which is economical, has only a small adverse effects on the durability of the gas separation membrane module and which can yield organic material vapor reduced in steam content by selectively separating the steam from the gaseous mixture obtained by vaporizing a solution containing water and organic material. SOLUTION: The highly efficient and economical gas separation is attained by supplying a gaseous mixture heated to a high temperature to the inside of a hollow fiber of a supply gas/carrier gas counter flow type gas separation membrane module having a specified structure at <=5.0 kg/cm2 pressure and performing gas separation in a state in which the pressure of the outside (permeation side) is reduced to 1-500 mmHg.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、2種以上のガス混
合物から、ガス分離膜を用いて透過性の高いガスを分離
する方法に関するものである。詳しくは、透過性の大き
な第1のガスと透過性の小さい第2のガスとを含み高温
に加熱されたガス混合物を、交叉配列に集束され膜充填
率が30%以上のガス分離膜中空糸束を収納したガス分
離膜モジュールの中空糸内へ5.0kg/cm2G(以
下ゲージ圧)以下の供給圧力で供給し、キャリアーガス
を中空糸束の略中心部へ供給し、中空糸の外部(透過
側)を混合物と向流になるように流通させ、かつ、透過
側を減圧状態として、ガス混合物から透過性の高いガス
を選択的に分離するガス分離方法に関する。
The present invention relates to a method for separating a gas having a high permeability from a mixture of two or more gases using a gas separation membrane. Specifically, a gas mixture containing a first gas having a high permeability and a second gas having a low permeability is heated to a high temperature, and a gas mixture membrane hollow fiber having a membrane filling rate of 30% or more is focused in a crossed arrangement. The carrier gas is supplied into the hollow fiber of the gas separation membrane module containing the bundle at a supply pressure of 5.0 kg / cm 2 G (hereinafter referred to as “gauge pressure”) or less, and the carrier gas is supplied to substantially the center of the hollow fiber bundle. The present invention relates to a gas separation method in which a gas having a high permeability is selectively separated from a gas mixture while the outside (permeation side) is circulated countercurrently to a mixture and the permeation side is set in a reduced pressure state.

【0002】また、本発明は、水蒸気と有機物蒸気とを
含む高温に加熱されたガス混合物を、交叉配列に集束さ
れ膜充填率が30%以上のガス分離膜中空糸束を収納し
たガス分離膜モジュールの中空糸内へ5.0kg/cm
2G以下の供給圧力で供給し、キャリアーガスを中空糸
束の略中心部へ供給し、中空糸の外部(透過側)を混合
物と向流になるように流通させ、かつ、透過側を減圧状
態として、水蒸気と有機物蒸気とを含むガス混合物から
水蒸気を選択的に分離して水蒸気含有量が減少した有機
物蒸気を得ることからなる水−有機物溶液の脱水方法に
関する。
The present invention also relates to a gas separation membrane containing a gas mixture heated to a high temperature containing water vapor and organic vapor in a crossed arrangement and containing a gas separation membrane hollow fiber bundle having a membrane filling rate of 30% or more. 5.0kg / cm into the hollow fiber of the module
The carrier gas is supplied at a supply pressure of 2 G or less, the carrier gas is supplied to substantially the center of the hollow fiber bundle, the outside (permeate side) of the hollow fiber is circulated in a countercurrent to the mixture, and the permeate side is depressurized. The present invention relates to a method for dehydrating a water-organic solution, which comprises selectively separating water vapor from a gas mixture containing water vapor and organic vapor to obtain an organic vapor having a reduced water vapor content.

【0003】[0003]

【従来の技術】ガス混合物から特定のガス成分をガス分
離膜によって選択的に透過・分離させるガス分離方法は
効率がよく経済的な方法として多くの用途で用いられて
いる。これらの多くの場合は、ガス混合物を高圧の状態
で供給することによって高効率のガス分離を達成してい
る。ガス分離膜を透過する透過成分ガスの透過量はガス
分離膜の両側の透過成分ガスの分圧差に比例するので、
ガス混合物をより高圧で供給することによって、容易に
ガス分離を効率化できる。このため、例えば水素分離の
場合には100kg/cm2G程度の高圧で供給した
り、空気から窒素ガスと酸素ガスを分離する場合には1
0kg/cm2G以上の高圧で供給することによって高
効率のガス分離が達成されている。
2. Description of the Related Art A gas separation method for selectively permeating and separating a specific gas component from a gas mixture by a gas separation membrane is used in many applications as an efficient and economical method. In many of these cases, high efficiency gas separation is achieved by supplying the gas mixture at high pressure. Since the permeation amount of the permeated component gas permeating the gas separation membrane is proportional to the partial pressure difference of the permeated component gas on both sides of the gas separation membrane,
By supplying the gas mixture at a higher pressure, the efficiency of gas separation can be easily increased. For this reason, for example, in the case of hydrogen separation, it is supplied at a high pressure of about 100 kg / cm 2 G, or in the case of separating nitrogen gas and oxygen gas from air, it is supplied at 1 kg / cm 2 G.
By supplying at a high pressure of 0 kg / cm 2 G or more, highly efficient gas separation is achieved.

【0004】しかしながら、常温大気圧下において液状
である溶液を加熱気化したガス混合物から特定成分をガ
ス分離膜によって透過・分離するような場合に、ガス混
合物を高圧で供給することによってガス分離効率を高め
ようとすると、(高圧のガス混合物の沸点は上昇するの
で)ガス混合物の温度は大気圧下のときに比べてより高
温にする必要があり、ガス分離膜およびガス分離膜モジ
ュールの耐熱性を越える温度になって実用的でなくなっ
たり、あるいは、ガス混合物が高圧でより高温であるた
めにガス分離膜およびガス分離膜モジュールの耐久性に
悪影響を与えて実用的に問題を生じる。また、前記のよ
うな高圧でより高温のガス混合物を得るためにはより多
量のエネルギーを消費するので経済的にも問題が生じ
る。
However, in a case where a specific component is permeated and separated by a gas separation membrane from a gas mixture obtained by heating and evaporating a solution that is liquid at normal temperature and atmospheric pressure, the gas separation efficiency is increased by supplying the gas mixture at a high pressure. To increase the temperature, the temperature of the gas mixture must be higher than at atmospheric pressure (because the boiling point of the high-pressure gas mixture rises), and the heat resistance of the gas separation membrane and the gas separation membrane module is reduced. Exceeding the temperature makes the gas mixture impractical, or the high pressure and high temperature of the gas mixture adversely affects the durability of the gas separation membrane and the gas separation membrane module, causing practical problems. Further, in order to obtain a gas mixture having a higher pressure and a higher temperature as described above, a greater amount of energy is consumed, which causes a problem in terms of economy.

【0005】このような状況から、従来、有機物水溶液
などの脱水方法として、特開昭63−267415号公
報に記載されているように、有機物を含む水溶液を気化
させて有機物蒸気と水蒸気とを含むガス混合物を生成さ
せ、次いでこのガス混合物を70℃以上の温度にて芳香
族ポリイミド製ガス分離膜の一方の側に接触させた状態
で水蒸気を選択的に透過分離し、これにより水蒸気含有
量が減少した有機物蒸気含有ガス混合物を得ることから
なる有機物水溶液の脱水濃縮方法が提案されており、そ
の場合に、分離膜の透過側を高いレベルの減圧状態に保
持してガス混合物から水蒸気を選択的に透過・分離する
方法が実施例などとして記載されており、そして、透過
側を減圧状態に保持する代りに、乾燥状態のガスを透過
側の膜表面に沿ってキャリアーガスとして流通させるこ
とのみにより、水蒸気を選択的に透過・分離する方法が
実施例などとして記載されている。
Under such circumstances, conventionally, as a method for dehydrating an organic substance aqueous solution, as described in JP-A-63-267415, an aqueous solution containing an organic substance is vaporized to contain an organic substance vapor and water vapor. A gas mixture is generated, and then the gas mixture is selectively permeated and separated at a temperature of 70 ° C. or more at a temperature of 70 ° C. or higher while contacting one side of the aromatic polyimide gas separation membrane, thereby reducing the water vapor content. A method for dehydrating and concentrating an organic aqueous solution comprising obtaining a reduced organic vapor-containing gas mixture has been proposed, in which case the permeate side of the separation membrane is maintained at a high level of reduced pressure to selectively remove water vapor from the gas mixture. The method for permeation and separation is described in Examples and the like, and instead of keeping the permeate side in a reduced pressure state, dry gas is passed along the membrane surface on the permeate side. Only by circulating the carrier gas, a method for selectively transmitting and separating the water vapor it is described as such example.

【0006】また、特許第2743346号公報には、
水および有機物を含む溶液を気化させて水蒸気と有機物
蒸気とを含む混合ガスを生成させ、次いで a)水蒸気透過速度(P’H2O)が1×10-5cm3/c
2・sec・cmHg以上であり、 b)水蒸気透過速度(P’H2O)と有機物蒸気透過速度
(P’org)との透過速度比(P’H2O/P’org)が1
00以上である芳香族ポリイミド製分離膜を内臓する分
離膜モジュールへ、前記のガス混合物を70℃以上の温
度で供給して、更に、前記分離膜モジュールにおいて、
前記ガス混合物を前記分離膜の供給側と接触させ、一
方、前記分離膜の透過側を50〜500mmHgの減圧
状態とすると共に、不活性な乾燥ガス又は分離膜モジュ
ールから排出される未透過蒸気の一部をキャリアーガス
として流通させながら、前記分離膜の供給側から透過側
へ水蒸気を選択的に透過させて前記ガス混合物から水蒸
気を分離し、これにより水蒸気含有率が減少した有機物
蒸気を得ることを特徴とする水−有機物溶液の脱水方法
が開示されている。また、実施例などとして、水および
有機物を含む溶液を蒸発器で気化させたガス混合物をヒ
ーターでスーパーヒートしたあと分離膜モジュールへ供
給する方法が開示されている。
Also, Japanese Patent No. 2743346 discloses that
A solution containing water and organic matter is vaporized to produce a mixed gas containing water vapor and organic matter vapor, and then a) a water vapor transmission rate ( P'H2O ) of 1 × 10 -5 cm 3 / c
m or 2 · sec · cmHg or more, b) transmission speed ratio 'and H2O) organic vapor permeation rate (P' water vapor transmission rate (P and org) (P 'H2O / P ' org) is 1
The above-mentioned gas mixture is supplied at a temperature of 70 ° C. or more to a separation membrane module containing an aromatic polyimide separation membrane that is at least 00, and further, in the separation membrane module,
The gas mixture is brought into contact with the supply side of the separation membrane, while the permeate side of the separation membrane is brought to a reduced pressure of 50 to 500 mmHg, and an inert dry gas or a non-permeated vapor discharged from the separation membrane module is discharged. While partially circulating as a carrier gas, water vapor is selectively permeated from the supply side to the permeation side of the separation membrane to separate water vapor from the gas mixture, thereby obtaining an organic vapor having a reduced water vapor content. A method for dehydrating a water-organic solution is disclosed. Further, as an example, a method is disclosed in which a gas mixture obtained by evaporating a solution containing water and an organic substance by an evaporator is superheated by a heater and then supplied to a separation membrane module.

【0007】前記の方法によって、水−有機物溶液の効
率的な脱水が可能になったが、その効率をさらに高めた
より高効率の水−有機物蒸気の脱水方法が求められてい
る。さらに、水−有機物蒸気に限らず、ガス混合物から
より高効率で膜透過性の高いガスを分離する方法が求め
られている。特に、ガス混合物の供給圧力が比較的低圧
力(従って、供給温度が比較的低温度)でありながら、
高効率のガス分離ができ、ガス分離膜およびガス分離膜
モジュールの耐久性において悪影響の少ないガス分離方
法が求められており、高沸点の有機化合物を含むガス混
合物であっても、ガス分離膜およびガス分離膜モジュー
ルの耐久性において悪影響の少ない高効率かつ経済的な
ガス分離方法が求められている。
Although the above-mentioned method has made it possible to efficiently dehydrate a water-organic substance solution, there is a need for a more efficient method of dehydrating water-organic substance vapor with a higher efficiency. Further, there is a need for a method of separating a gas having a higher efficiency and a higher membrane permeability from a gas mixture as well as a water-organic vapor. In particular, while the supply pressure of the gas mixture is relatively low (and thus the supply temperature is relatively low),
There is a demand for a gas separation method capable of high-efficiency gas separation and having little adverse effect on the durability of a gas separation membrane and a gas separation membrane module, and even a gas mixture containing a high-boiling organic compound, There is a need for a highly efficient and economical gas separation method that has little adverse effect on the durability of the gas separation membrane module.

【0008】一方、分離膜モジュールの構造に関して
は、特公平60−13722号公報に、流体に対して選
択透過性を有する中空糸を芯管上に芯管の周方向に一周
することなしに一方の端部から他方の端部に達するよう
に配置し、端部に達した中空糸は端部で折り返して順次
配置し、前記芯管上に交叉積層した中空糸層を形成せし
めた分離膜装置が開示されている。しかしながら、前記
公報で開示されている装置は、処理流体が中空糸の外部
へ供給されるものであり、前記流体が中空糸の外部の空
間を均一に流通するようにしたものであり、主に塩水か
ら塩分を除くような液体の処理に用いられるものであ
り、中空糸の内部へガス混合物が供給される場合につい
ては全く言及されていない。
On the other hand, with respect to the structure of the separation membrane module, Japanese Patent Publication No. 60-13722 discloses that a hollow fiber having selective permeability to a fluid is formed on a core tube without making a round in the circumferential direction of the core tube. A separation membrane device which is arranged so as to reach from the end to the other end, and the hollow fibers reaching the ends are folded back at the ends and sequentially arranged to form hollow fiber layers cross-laminated on the core tube. Is disclosed. However, the device disclosed in the above publication is one in which the processing fluid is supplied to the outside of the hollow fiber, and the fluid uniformly flows through the space outside the hollow fiber. It is used for treating a liquid such as removing salt from salt water, and there is no mention of a case where a gas mixture is supplied into the hollow fiber.

【0009】また、特公平6−91932号公報に、原
料ガス導入口、透過ガス排出口および未透過ガス排出口
を有する筒状容器内に、種々のガス混合物に対して特定
のガス成分(例えば水素ガス成分など)を選択的に透過
させることができる性能を有する中空糸の糸束から形成
されている特殊な糸束組立体が、適当な配置で内臓され
ており、その外周部をフィルム状物質で被覆されている
ガス分離膜モジュールが開示されている。しかしなが
ら、前記公報のモジュールは、水素などの回収などに適
用されるもので、分離膜の透過側は透過ガスを排出する
だけの構造になっており、前記の水蒸気と有機物蒸気と
を含むガス混合物から水蒸気を分離する場合のように、
分離膜の透過側を減圧状態とする共にキャリアーガスを
流すような場合には適用できない。
[0009] Japanese Patent Publication No. 6-91932 discloses that a specific gas component (for example, a gas mixture) is contained in a cylindrical container having a raw material gas inlet, a permeated gas outlet, and a non-permeated gas outlet. A special thread bundle assembly formed from a thread bundle of hollow fibers that has the ability to selectively permeate hydrogen gas components, etc. A gas separation membrane module coated with a material is disclosed. However, the module disclosed in the above publication is applied to the recovery of hydrogen and the like, and the permeate side of the separation membrane is configured to only discharge the permeated gas, and the gas mixture containing the water vapor and the organic vapor is used. As in the case of separating water vapor from
This method cannot be applied to the case where the permeate side of the separation membrane is depressurized and the carrier gas flows.

【0010】更に、特公平7−79954号公報には、
原料ガス導入口、透過ガス排出口および非透過ガス排出
口を有する筒状容器内に、多数のガス分離性能を有する
中空糸束を有するガス分離膜モジュールにおいて、中空
糸束の略中央部に、連通孔が形成された非透過ガス排出
口に通じる芯管を有し、中空糸束内に前記中空糸に沿っ
て筒状の仕切り板が配置されている構造が開示されてい
る。この発明の目的は、中空糸状分離膜の長さを維持し
たまま、ガスの流路を大きくし、原料ガスの供給線速度
を大きくすることである。しかしながら、中空糸束の外
部とモジュール容器との間に空間があるため、ガスがそ
の空間をショートパスし、中空糸の間を有効に通過し難
いという面や、中空糸内部のガスの流れ方向と外部の流
れ方向が同一方向になる部分が存在するため、向流の場
合に比べてガス分離効率を上げられないとうい面があ
る。
[0010] Furthermore, Japanese Patent Publication No. 7-79954 discloses that
In a cylindrical container having a raw material gas inlet, a permeated gas outlet and a non-permeated gas outlet, a gas separation membrane module having a plurality of hollow fiber bundles having gas separation performance, in a substantially central portion of the hollow fiber bundle, There is disclosed a structure having a core tube communicating with a non-permeate gas outlet having a communication hole formed therein, and a tubular partition plate arranged along the hollow fibers in a hollow fiber bundle. An object of the present invention is to increase the gas flow path while maintaining the length of the hollow fiber-shaped separation membrane, and to increase the supply linear velocity of the raw material gas. However, since there is a space between the outside of the hollow fiber bundle and the module container, the gas is short-passed in that space, making it difficult for the gas to pass effectively between the hollow fibers, and the flow direction of the gas inside the hollow fiber. There is a part where the gas separation efficiency cannot be increased as compared with the case of the counterflow since there is a portion where the flow direction of the outside and the outside is the same direction.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ガス混合物
を高圧状態で、従って、大気圧下に比べてより高温度の
ガスとして供給することは、より多量のエネルギーを消
費して経済的でないという問題、また、ガス分離膜およ
びガス分離膜モジュールの耐久性に悪影響を与えて実用
的に好ましくないという問題などを克服して、ガス混合
物を比較的低圧状態、従って、高圧状態で供給する場合
に比べて比較的低温度で供給しても、高効率でガス分離
が可能であり、ガス分離膜およびガス分離膜モジュール
の耐久性に悪影響が少ない高効率かつ経済的なガス分離
方法を提供することを目的とする。特に、水および有機
物を含む溶液を気化させて生成した水蒸気と有機物蒸気
とを含むガス混合物から水蒸気を選択的に分離して水蒸
気含有量が減少した有機物蒸気を得ることからなる、経
済的でガス分離膜モジュールの耐久性に悪影響を与える
ことが少ない水−有機物溶液の脱水方法を提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a gas mixture at high pressure, and therefore as a gas at a higher temperature than at atmospheric pressure, consumes more energy and is not economical. When the gas mixture is supplied in a relatively low-pressure state, and thus in a high-pressure state, overcoming the problem that the durability of the gas separation membrane and the gas separation membrane module is adversely affected and is not practically preferable. The present invention provides a high-efficiency and economical gas separation method that enables highly efficient gas separation even when supplied at a relatively low temperature, and has little adverse effect on the durability of a gas separation membrane and a gas separation membrane module. The purpose is to: In particular, an economical and gaseous method comprising selectively separating water vapor from a gas mixture containing water vapor and organic vapor generated by vaporizing a solution containing water and organic matter to obtain an organic vapor having a reduced water vapor content. It is an object of the present invention to provide a method for dehydrating a water-organic substance solution that does not adversely affect the durability of a separation membrane module.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記のような
状況に鑑みてなされたものであり、本発明者らは、ガス
分離膜モジュールにおいて中空糸束全体をより有効に分
離に活用する方法やガス分離条件について種々検討した
結果、本発明を創生するに至った。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned situation, and the present inventors utilize the entire hollow fiber bundle in a gas separation membrane module more effectively for separation. As a result of various studies on methods and gas separation conditions, the present invention was created.

【0013】すなわち、本発明は、ガス分離膜に対する
透過速度比が50以上である透過性の大きな第1のガス
と透過性の小さい第2のガスとを含み高温に加熱された
ガス混合物を、次の(1)、(2)の特徴を有する中空
糸束を筒状容器に収納した供給ガス/キャリアーガス向
流式中空糸ガス分離膜モジュールの中空糸の内部へ5.
0kg/cm2G(ゲージ圧)以下の供給圧力で供給
し、 (1)中空糸束全体としては、モジュールの軸と略同一
方向の軸を持つように集束されており、前記中空糸束を
構成する中空糸は、各1〜100本毎に中空糸束の軸
(モジュールの軸)方向に対して5〜30度の角度をも
って交互に交叉配列するように集束されている (2)中空糸束の膜充填率が30%以上である 更に、中空糸束の略中心部へキャリアーガスを導入して
中空糸の外部(透過側)に沿って流通させながらかつ中
空糸の外部(透過側)を1〜500mmHgの減圧状態
として、前記ガス混合物から少なくとも第1のガスを選
択的に膜を透過させ、これにより第1のガスが減少した
第2のガスを得ることを特徴とするガス分離方法に関す
る。
That is, the present invention relates to a gas mixture containing a first gas having high permeability and a second gas having low permeability having a permeation rate ratio of 50 or more to a gas separation membrane and heated to a high temperature, 4. into a hollow fiber of a supply gas / carrier gas counter-flow hollow fiber gas separation membrane module containing a hollow fiber bundle having the following features (1) and (2) in a cylindrical container;
It is supplied at a supply pressure of 0 kg / cm 2 G (gauge pressure) or less. (1) The whole hollow fiber bundle is bundled so as to have an axis substantially in the same direction as the axis of the module. The constituting hollow fibers are bundled so as to alternately cross each other at an angle of 5 to 30 degrees with respect to the axis (module axis) direction of the hollow fiber bundle for every 1 to 100 fibers. (2) Hollow fibers The membrane packing ratio of the bundle is 30% or more. Further, a carrier gas is introduced into a substantially central portion of the hollow fiber bundle and circulated along the outside (permeate side) of the hollow fiber and outside of the hollow fiber (permeate side). A pressure of 1 to 500 mmHg to selectively permeate at least a first gas from the gas mixture through a membrane, thereby obtaining a second gas having a reduced first gas. About.

【0014】また、供給ガス/キャリアーガス向流式中
空糸ガス分離膜モジュールの中空糸束の外周部が、フィ
ルム状物質で被覆されていることを特徴とする前記のガ
ス分離方法に関する。
Further, the present invention relates to the above gas separation method, wherein the outer peripheral portion of the hollow fiber bundle of the supply gas / carrier gas countercurrent type hollow fiber gas separation membrane module is coated with a film-like substance.

【0015】また、供給ガス/キャリアーガス向流式中
空糸ガス分離膜モジュールの中空糸束の略中心部に、キ
ャリアーガスを導入するための連通孔を有する芯管を配
置していることを特徴とする前記のガス分離方法に関す
る。
Further, a core tube having a communication hole for introducing a carrier gas is arranged at substantially the center of the hollow fiber bundle of the supply gas / carrier gas counter-flow type hollow fiber gas separation membrane module. The gas separation method described above.

【0016】また、加熱装置付蒸発装置によって処理さ
れた高温に加熱されたガス混合物が、保温されたまま供
給ガス/キャリアーガス向流式中空糸ガス分離膜モジュ
ールに供給されることを特徴とする前記のガス分離方法
に関する。
Further, the gas mixture heated to a high temperature treated by the evaporator equipped with a heating device is supplied to the supply gas / carrier gas countercurrent type hollow fiber gas separation membrane module while keeping the temperature. The present invention relates to the above gas separation method.

【0017】また、デミスター(ミストセパレーター)
によって処理された高温に加熱されたガス混合物が、保
温されたまま供給ガス/キャリアーガス向流式中空糸ガ
ス分離膜モジュールに供給されることを特徴とする前記
のガス分離方法に関する。
Also, a demister (mist separator)
The gas mixture heated to a high temperature treated by the above method is supplied to a feed gas / carrier gas countercurrent hollow fiber gas separation membrane module while keeping the temperature maintained.

【0018】また、第1のガスが水蒸気であり、第2の
ガスが大気圧における沸点が30〜200℃の有機物の
蒸気であり、供給するガス混合物の温度が70℃以上で
あることを特徴とする前記のガス分離方法に関する。
Further, the first gas is water vapor, the second gas is organic vapor having a boiling point of 30 to 200 ° C. at atmospheric pressure, and the temperature of the supplied gas mixture is 70 ° C. or higher. The gas separation method described above.

【0019】また、前記有機物の蒸気がアセトン、メチ
ルエチルケトン、エタノール、ブタノール、プロパノー
ルの群から選ばれた少なくとも1種の有機物の蒸気であ
ることを特徴とする前記のガス分離方法に関する。
Further, the present invention relates to the above gas separation method, wherein the vapor of the organic substance is vapor of at least one organic substance selected from the group consisting of acetone, methyl ethyl ketone, ethanol, butanol and propanol.

【0020】また、第1のガスを分離した未透過ガスの
一部を、キャリアーガスの供給口へ循環しキャリアーガ
スとして使用することを特徴とする前記のガス分離方法
に関する。
Further, the present invention relates to the above gas separation method, wherein a part of the unpermeated gas obtained by separating the first gas is circulated to a carrier gas supply port and used as a carrier gas.

【0021】さらに、キャリアーガスが窒素ガスである
ことを特徴とする前記のガス分離方法に関する。
Further, the present invention relates to the above gas separation method, wherein the carrier gas is nitrogen gas.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下に、本発明のガス分離方法に
ついて詳しく説明する。本発明のガス分離方法において
使用されるガス分離膜モジュールは、供給されたガス混
合物が中空糸の内部を膜に接触しながら流通し、同時に
キャリアーガスが中空糸の外部に沿って流れる供給ガス
/キャリアーガス向流式中空糸ガス分離膜モジュールで
あり、次の(1)、(2)の特徴を有する中空糸束を円
筒容器に収納したものである。 (1)中空糸束は、束としてはモジュールの軸方向と略
同一方向に集束されているが、各1〜100本の中空糸
毎に中空糸束の軸(モジュールの軸)方向に対して5〜
30度の角度をもって交互に交叉配列するように集束さ
れている (2)中空糸束の膜充填率が30%以上である
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the gas separation method of the present invention will be described in detail. In the gas separation membrane module used in the gas separation method of the present invention, the supplied gas mixture flows inside the hollow fiber while contacting the membrane, and at the same time, the carrier gas flows along the outside of the hollow fiber. This is a carrier gas counterflow type hollow fiber gas separation membrane module in which a hollow fiber bundle having the following features (1) and (2) is housed in a cylindrical container. (1) The hollow fiber bundle is bundled in a direction substantially the same as the axial direction of the module as a bundle, but every 1 to 100 hollow fibers are aligned with respect to the axial direction of the hollow fiber bundle (module axis). 5-
(2) Hollow fiber bundles have a membrane filling ratio of 30% or more.

【0023】図1に前記の中空糸を交互に交叉配列する
ように集束する方法の概略の模式図を示す。1〜100
本の中空糸(図1では1本線で示す)1は、芯になる管
状物(芯管)2の軸方向に一定の速度で往復する配糸ガ
イド3によって芯管2に配糸されるが、同時に芯管2が
一定の速度で回転する。このため、中空糸1は軸に平行
に配糸されないで、軸方向に対して芯管が回転しただけ
角度を持って配糸される。配糸が一方の端部までくる
と、そこで中空糸1は固定され、配糸ガイド3は逆方向
へ引き返して更に配糸をおこなう。芯管2は同方向へ回
転し続けるので、こんどは軸方向に対して前回とは角度
が同じで丁度反対の方向となる角度をもって配糸され
る。これを繰り返していくと、配糸される中空糸1は反
対の角度で配糸されている中空糸1の上に交互に交叉し
て配列されて中空糸束に集束される。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the outline of a method for bundling the hollow fibers so that they are alternately arranged. 1-100
A hollow fiber (indicated by a single line in FIG. 1) 1 is distributed to a core tube 2 by a yarn distribution guide 3 which reciprocates at a constant speed in an axial direction of a tubular material (core tube) 2 serving as a core. At the same time, the core tube 2 rotates at a constant speed. Therefore, the hollow fibers 1 are not arranged parallel to the axis, but are arranged at an angle as much as the rotation of the core tube with respect to the axial direction. When the yarn distribution reaches one end, the hollow fiber 1 is fixed there, and the yarn distribution guide 3 turns back in the opposite direction to perform further yarn distribution. Since the core tube 2 continues to rotate in the same direction, the yarn is distributed at an angle which is the same as the previous direction and just opposite to the axial direction. By repeating this, the hollow fibers 1 to be arranged are alternately arranged alternately on the hollow fibers 1 arranged at opposite angles and are bundled into a hollow fiber bundle.

【0024】このように集束された中空糸束は、芯管を
取り外すか或いは芯管2をそのまま束の略中心部に有し
たまま、束の両端部をエポキシ樹脂などの硬化性樹脂で
固着すると同時に中空糸の両端部の折り返し部分を切断
して、両端部で中空糸が開口状態を保持して管板4で固
着された中空糸束とされる。このようにして製作された
中空糸束組立体の一例の概略を図2に示す。
The bundle of hollow fibers thus bundled is obtained by removing the core tube or fixing both ends of the bundle with a hardening resin such as an epoxy resin while keeping the core tube 2 substantially at the center of the bundle. At the same time, the folded portions of both ends of the hollow fiber are cut, and the hollow fibers are kept open at both ends to form a hollow fiber bundle fixed by the tube sheet 4. FIG. 2 schematically shows an example of the hollow fiber bundle assembly manufactured as described above.

【0025】本発明で用いられるガス分離膜モジュール
の中空糸束は、前記のような方法で交互に交叉配列する
ように集束されたものである。交叉配列せず例えば軸方
向に平行に配列した場合には、中空糸の外側の表面が相
互に接触し易くなり、有効な膜面積が減少することにな
る。さらに、使用中に中空糸の偏在が起こり不必要に大
きな空隙を生じてキャリアーガスのショートパスを生じ
易く、キャリアーガスの効果が充分に発揮できなくな
る。一方、前記のように交叉配列すれば、隣接する中空
糸同士が小さな接触点でのみ接触して有効な膜面積を減
少させることが少なく、かつ、中空糸がお互いに保持し
あうので中空糸間に均一な空間が配置され使用中もそれ
が維持されるのでキャリアーガスを中空糸束全体に均一
に流通させてキャリアーガスの効果をより効果的に発揮
させることが可能になる。本発明においては、中空糸束
の軸(モジュールの軸)方向に対して5〜30度の角度
をもって、特に好ましくは10〜25度の角度をもっ
て、交互に交叉配列するように集束されている。軸方向
に対する角度が5度未満では実際的には平行に配糸した
ものと差異はなくなる。一方、軸方向に対する角度が3
0度を超えると接触点が増えて膜充填率が低下するし、
キャリアーガスが向流ではなくなってキャリアーガスの
効果を充分発揮させることができなくなる。また、配糸
するときの中空糸が1〜100本(好ましくは1〜50
本、特に好ましくは1〜30本)であるのは、比較的大
型の中空糸束を配糸する場合には中空糸をまとめてそれ
ら同士を交互に交叉配列しても前記の効果が十分得られ
るし、また製造効率が良いためである。
The hollow fiber bundles of the gas separation membrane module used in the present invention are bundled so as to be alternately arranged by the above-mentioned method. If the hollow fibers are arranged in parallel in the axial direction without being crossed, the outer surfaces of the hollow fibers are likely to come into contact with each other, and the effective membrane area is reduced. Furthermore, during use, the hollow fibers are unevenly distributed, and unnecessarily large voids are generated, so that a short path of the carrier gas is easily generated, and the effect of the carrier gas cannot be sufficiently exhibited. On the other hand, if the cross-arrangement is performed as described above, the adjacent hollow fibers rarely contact each other only at small contact points to reduce the effective membrane area, and since the hollow fibers hold each other, the space between the hollow fibers is reduced. Since a uniform space is arranged and maintained during use, the carrier gas can be uniformly distributed throughout the hollow fiber bundle, and the effect of the carrier gas can be exhibited more effectively. In the present invention, the bundles are alternately crossed at an angle of 5 to 30 degrees, particularly preferably at an angle of 10 to 25 degrees, with respect to the axis of the hollow fiber bundle (the axis of the module). If the angle with respect to the axial direction is less than 5 degrees, there is practically no difference from the one arranged in parallel. On the other hand, when the angle with respect to the axial direction is 3
If it exceeds 0 degree, the number of contact points increases and the film filling rate decreases,
The carrier gas is no longer countercurrent and the effect of the carrier gas cannot be fully exerted. Also, the number of hollow fibers to be distributed is 1 to 100 (preferably 1 to 50).
(Especially, preferably 1 to 30) when a relatively large bundle of hollow fibers is arranged, the above-mentioned effect can be sufficiently obtained even if the hollow fibers are grouped and arranged alternately and crosswise. This is because the manufacturing efficiency is high.

【0026】また、本発明のガス分離方法において使用
されるガス分離膜モジュールは、中空糸束の膜充填率が
30%以上(好ましくは35%以上)である。前記中空
糸束の有功膜面積とは、中空糸束の断面積に占める中空
糸断面積の総和のパーセンテージである。中空糸束の略
中心部に芯管が配置されかつ中空糸束の外周部がフィル
ム状物質で被覆されている場合には、中空糸束の断面積
とはフィルム状物質で被覆された内側で芯管を除いた断
面積である。有効膜面積が多いほどモジュールのガス分
離効率が高くなるので、膜充填率は高いものが好まし
い。30%未満になるとモジュールのガス分離効率を高
くすることは困難になる。また、膜充填率が30%未満
では中空糸間に大きな空間ができるので、中空糸束を交
叉配列にしても交叉配列にしなくても差異がなくなる。
Further, in the gas separation membrane module used in the gas separation method of the present invention, the membrane filling rate of the hollow fiber bundle is 30% or more (preferably 35% or more). The effective membrane area of the hollow fiber bundle is a percentage of the total cross-sectional area of the hollow fiber in the cross-sectional area of the hollow fiber bundle. When the core tube is disposed substantially at the center of the hollow fiber bundle and the outer peripheral portion of the hollow fiber bundle is coated with a film-like substance, the cross-sectional area of the hollow fiber bundle is the inside area covered with the film-like substance. This is the cross-sectional area excluding the core tube. Since the gas separation efficiency of the module increases as the effective membrane area increases, it is preferable that the membrane filling rate is high. If it is less than 30%, it becomes difficult to increase the gas separation efficiency of the module. Further, when the membrane filling rate is less than 30%, a large space is formed between the hollow fibers, so that there is no difference even if the hollow fiber bundles are not arranged in a crossed arrangement.

【0027】本発明のガス分離方法では、ガス混合物
は、ガス混合物がガス分離膜モジュールへ供給され中空
糸内部を流通して未透過ガス排出口から排出されるまで
の間で凝縮しない程度以上に高温に加熱されたガス混合
物としてガス分離膜モジュールに供給される。具体的に
は、溶液混合物を加熱装置付蒸発装置などによって気化
し同時に加熱処理して、ガス分離膜モジュールを流通す
る間に凝縮しない程度以上に高温に加熱されたガス混合
物とし、その温度を保持してガス分離膜モジュールへ供
給される、あるいは、気化したガス混合物をその温度を
保持しながら圧力を低下させる処理をおこなった後ガス
分離膜モジュールへ供給される。圧力を低下させる処理
方法は、通常の減圧弁等によってもよいし、気化したガ
ス混合物をデミスター(ミストセパレーター)などで処
理してミストを除去すると同時に圧損を発生させて圧力
を低下させてもよい。前記の溶液混合物を加熱装置付蒸
発装置などによって気化し同時に加熱処理および圧力を
低下させる処理は併用しておこなわれても構わない。前
記処理後のガス混合物はその温度での飽和蒸気圧未満の
圧力を有するガス混合物になっており、その状態を保持
したまま(具体的には、保温されて)ガス分離膜モジュ
ールへ供給されるので、中空糸内部を流通して未透過ガ
ス排出口から排出されるまでの間で凝縮しない。前記処
理されないガス混合物は中空糸内を流通して未透過ガス
排出口から排出されるまでの間で凝縮が起こり易く、も
し凝縮するとガス分離効率は低下しかつガス分離膜の耐
久性に悪影響を与える。
[0027] In the gas separation method of the present invention, the gas mixture is not condensed until the gas mixture is supplied to the gas separation membrane module, flows inside the hollow fiber and is discharged from the non-permeate gas outlet. It is supplied to the gas separation membrane module as a gas mixture heated to a high temperature. Specifically, the solution mixture is vaporized by an evaporator equipped with a heating device or the like, and is simultaneously subjected to a heat treatment to form a gas mixture heated to a temperature higher than or equal to a degree not condensing while flowing through the gas separation membrane module, and maintaining the temperature. Then, the gas mixture is supplied to the gas separation membrane module, or the vaporized gas mixture is supplied to the gas separation membrane module after performing a process of lowering the pressure while maintaining the temperature. The pressure may be reduced by a normal pressure reducing valve or the like, or a vaporized gas mixture may be treated with a demister (mist separator) or the like to remove mist and simultaneously generate pressure loss to reduce pressure. . The above-described solution mixture may be vaporized by an evaporator equipped with a heating device or the like, and the heat treatment and the treatment for lowering the pressure may be performed simultaneously. The gas mixture after the treatment is a gas mixture having a pressure less than the saturated vapor pressure at that temperature, and is supplied to the gas separation membrane module while maintaining that state (specifically, keeping the temperature). Therefore, it is not condensed until it passes through the hollow fiber and is discharged from the non-permeate gas outlet. The untreated gas mixture is likely to be condensed during the passage through the hollow fiber and discharged from the non-permeate gas outlet, and if condensed, the gas separation efficiency is reduced and the durability of the gas separation membrane is adversely affected. give.

【0028】また、本発明において、ガス分離膜モジュ
ールへ供給されるガス混合物の供給圧力は5kg/cm
2G以下であり、好ましくは3kg/cm2G以下であ
り、特に好ましくは2kg/cm2G以下である。供給
するガス混合物の供給圧力を前記のように比較的低圧力
とすることで、供給するガス混合物の温度を比較的低温
とすることが可能になる。ガス混合物をこのような比較
的低圧状態で供給しても本発明の方法では高効率で透過
成分ガスを分離できる。
In the present invention, the supply pressure of the gas mixture supplied to the gas separation membrane module is 5 kg / cm.
2 G or less, preferably 3 kg / cm 2 G or less, particularly preferably 2 kg / cm 2 G or less. By setting the supply pressure of the supplied gas mixture to a relatively low pressure as described above, it becomes possible to make the temperature of the supplied gas mixture relatively low. Even if the gas mixture is supplied at such a relatively low pressure, the method of the present invention can separate the permeate gas with high efficiency.

【0029】図3は、本発明のガス分離方法で使用され
るガス分離膜モジュールの一例である中空糸束13の略
中心部にキャリアーガスを導入するための連通孔5を有
する芯管6を有し、中空糸束13の外周部をフィルム状
物質7で被覆されているガス分離膜モジュールの概略を
示す断面図である。この分離膜モジュールにおいては、
その外枠が供給ガス導入口8、キャリアーガス導入口
9、透過ガス排出口10及び未透過ガス排出口11を有
する筒状容器からなり、前記筒状容器内に、略中心部に
キャリアーガスを導入するための連通孔5を有する芯管
6を有し、外周部をフィルム状物質7で被覆されている
多数の中空糸からなる中空糸束13が収納されている。
前記中空糸束13は、既に説明したように中空糸が交互
に交叉配列して集束されており、透過ガス排出口側の一
端部で硬化性樹脂からなる第二管板15により、また未
透過ガス排出口側の他端部で同じく硬化性樹脂からなる
第一管板14によりそれぞれ固着され、全体として中空
糸束組立体を形成している。この中空糸束組立体におい
て、糸束13を構成する各中空糸は、前記管板14,1
5を貫通して開口した状態で固着されている。また、中
空糸束13の外周部には、キャリアーガスが導入され排
出されるまでの位置に、フィルム状物質が被覆されてい
る。また、供給ガスとキャリアーガスのモジュール内で
の流れは分離膜を挟んで向流になるように構成されてい
る。
FIG. 3 shows a core tube 6 having a communication hole 5 for introducing a carrier gas into a substantially central portion of a hollow fiber bundle 13 which is an example of a gas separation membrane module used in the gas separation method of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a gas separation membrane module having a hollow fiber bundle 13 and an outer peripheral portion of which is covered with a film-like substance 7. In this separation membrane module,
The outer frame is formed of a cylindrical container having a supply gas inlet 8, a carrier gas inlet 9, a permeated gas outlet 10, and a non-permeate gas outlet 11, and a carrier gas is provided substantially in the center of the cylindrical container. A hollow fiber bundle 13 composed of a large number of hollow fibers having a core tube 6 having a communication hole 5 for introduction and having an outer peripheral portion covered with a film-like substance 7 is accommodated therein.
As described above, the hollow fiber bundle 13 is formed by alternately arranging hollow fibers in a bundle, and is bundled at one end on the permeable gas discharge port side by the second tube sheet 15 made of a curable resin. At the other end on the gas outlet side side, each is fixed by a first tube sheet 14 also made of a curable resin to form a hollow fiber bundle assembly as a whole. In this hollow fiber bundle assembly, each hollow fiber constituting the fiber bundle 13 is connected to the tube sheets 14 and 1.
5 and is fixed in an open state. Further, the outer peripheral portion of the hollow fiber bundle 13 is coated with a film material at a position where the carrier gas is introduced and discharged. The flow of the supply gas and the carrier gas in the module is configured to be countercurrent across the separation membrane.

【0030】また、図3の例では、キャリアーガス導入
口9側の第一管板14を貫通して、かつ中空糸束の略中
心部に中空糸の軸方向に配せられた芯管6を設け、前記
芯管には前記第一管板14の近傍に位置する芯管内と中
空糸束内とを連通する連通孔5が形成されている。ま
た、この場合、芯管6の先端は閉じて第二管板15内に
埋設されているが、必ずしも管板に固着される必要はな
く、熱膨張による中空糸のずれなどを吸収する程度の隙
間があることが好ましい。また、ここでいう中空糸束の
略中心部とは、キャリアーガスが中空糸束全体に広がる
ことを目的とするもので、その目的を達成できる程度で
あればよく、厳密な中心部に限定されるものではない。
In the example shown in FIG. 3, the core tube 6 penetrates through the first tube plate 14 on the side of the carrier gas inlet 9 and is disposed substantially in the center of the bundle of hollow fibers in the axial direction of the hollow fibers. A communication hole 5 is formed in the core tube for communicating between the inside of the core tube located near the first tube sheet 14 and the inside of the hollow fiber bundle. In this case, the end of the core tube 6 is closed and buried in the second tube sheet 15, but it is not always necessary to be fixed to the tube sheet. Preferably, there is a gap. In addition, the substantially central portion of the hollow fiber bundle here is intended to spread the carrier gas over the entire hollow fiber bundle, and it is sufficient that the purpose is achieved, and is limited to a strict central portion. Not something.

【0031】前記の例では、芯管の先端が透過ガス排出
口10側の第二管板15に埋設されている例を示した
が、本発明のガス分離方法で使用されるガス分離膜モジ
ュールはこれに限るものではなく、例えば、図4のよう
にキャリアーガス導入口9側の第一管板14を貫通する
程度の長さであってもよい。
In the above example, the tip of the core tube is buried in the second tube sheet 15 on the side of the permeated gas discharge port 10, but the gas separation membrane module used in the gas separation method of the present invention is shown. The length is not limited to this, and may be, for example, as long as it penetrates the first tube sheet 14 on the side of the carrier gas inlet 9 as shown in FIG.

【0032】本発明のガス分離方法では、中空糸の外部
(透過側)を1〜500mmHg(好ましくは1〜30
0mmHg、特に好ましくは1〜200mmHg)の減
圧状態とする。膜を透過する透過ガス量は膜を挟む透過
ガスの分圧差に比例しているから、中空糸の外部(透過
側)を減圧状態にすることはガス透過を促進する。本発
明のガス分離方法では供給ガスの供給圧力が比較的低い
ので、中空糸の外側(透過側)を減圧状態にしてガス透
過を促進している。減圧状態が500mmHg以上では
促進効果が小さくなる。1mmHg以下の減圧状態を生
成することは特殊な手段が必要になるので実用的ではな
い。
In the gas separation method of the present invention, the outside (permeation side) of the hollow fiber is 1 to 500 mmHg (preferably 1 to 30 mmHg).
0 mmHg, particularly preferably 1 to 200 mmHg). Since the amount of permeated gas passing through the membrane is proportional to the partial pressure difference of the permeated gas sandwiching the membrane, setting the outside (permeation side) of the hollow fiber to a reduced pressure promotes gas permeation. In the gas separation method of the present invention, since the supply pressure of the supply gas is relatively low, the outside (permeate side) of the hollow fiber is depressurized to promote gas permeation. When the reduced pressure state is 500 mmHg or more, the effect of promotion becomes small. Generating a reduced pressure of 1 mmHg or less is not practical because special means is required.

【0033】また、前記ガス分離膜モジュールの中空糸
膜としては、分離性能が高く、耐溶剤性、耐熱性などの
点が優れているので、芳香族ポリイミド製中空糸膜が最
適である。
As the hollow fiber membrane of the gas separation membrane module, an aromatic polyimide hollow fiber membrane is optimal because of its high separation performance and excellent solvent resistance and heat resistance.

【0034】分離されるガスとしては、分離膜に対する
透過速度の比が50以上である透過性の大きな第1のガ
スと透過性の小さい第2のガスとを含んだガス混合物で
あれば特に制限されるものではない。第1のガスが水蒸
気であり、第2のガスが有機物の蒸気の場合には、本発
明は有機物蒸気の脱水方法になる。前記第2のガスがが
大気圧における沸点が30〜200℃である有機物のガ
スの場合には、本発明の方法は、蒸留などの他の脱水方
法に比べて効率良くおこなえるので有用である。特に、
前記第2のガスが、大気圧における沸点が30〜150
℃である場合、具体的には、前記第2のガスがアセト
ン、メチルエチルケトン、エタノール、ブタノール、プ
ロパノールなどからなる群から選ばれた少なくとも1種
の有機蒸気である場合には、本発明の方法は、比較的低
圧状態、従って高圧状態で供給する場合に比べて比較的
低温度でありながら高効率であり、さらに(ガス分離膜
モジュールの耐久性に悪影響が少ないので)安定性が高
く経済的な水−有機物溶液の脱水方法を提供するので、
極めて有用である。
The gas to be separated is not particularly limited as long as it is a gas mixture containing a first gas having high permeability and a second gas having low permeability having a ratio of permeation speed to the separation membrane of 50 or more. It is not something to be done. When the first gas is water vapor and the second gas is organic vapor, the present invention is a method for dehydrating organic vapor. When the second gas is an organic gas whose boiling point at atmospheric pressure is 30 to 200 ° C., the method of the present invention is useful because it can be performed more efficiently than other dehydration methods such as distillation. In particular,
The second gas has a boiling point at atmospheric pressure of 30 to 150.
° C, specifically, when the second gas is at least one organic vapor selected from the group consisting of acetone, methyl ethyl ketone, ethanol, butanol, propanol, etc., the method of the present invention High efficiency at a relatively low temperature compared with the case of supplying at a relatively low pressure state, and thus a high pressure state, and furthermore, high stability and economical efficiency (since the durability of the gas separation membrane module is less adversely affected). Water-To provide a method of dehydrating an organic solution,
Extremely useful.

【0035】また、分離されるガスの特定の2成分の膜
に対する透過速度の比が大きいほど分離効率の向上効果
が大きいので好ましく、50未満では分離効率が高くな
らないので実用的ではない。
It is preferable that the ratio of the permeation rate of the gas to be separated to the specific two-component membrane is large because the effect of improving the separation efficiency is large, and if the ratio is less than 50, the separation efficiency does not increase and is not practical.

【0036】キャリアーガスは、前記の第1のガス成分
を実質的に含まないか、或いは、使用状態で膜を挟んで
透過側の第1のガスの分圧が未透過側の第1のガスの分
圧よりも小さい濃度の第1のガスを含むガスであれば、
特に制限はない。例えば、窒素、空気などが使用でき
る。窒素は、不活性(副反応がない)であり、安全性が
高く、膜の透過側から供給側への逆浸透が起こり難いの
で好適である。また、第1のガスを分離した未透過ガス
の一部をキャリアーガスの供給口へ循環しキャリアーガ
スとして使用することも好適である。更に、予め分離膜
で空気から水分を除いた乾燥空気や酸素を除去した窒素
富化空気を用いることも好適である。
The carrier gas does not substantially contain the above-mentioned first gas component, or the partial pressure of the first gas on the permeation side across the membrane in use is the first gas on the non-permeation side. If the gas contains the first gas having a concentration lower than the partial pressure of
There is no particular limitation. For example, nitrogen, air, and the like can be used. Nitrogen is preferable because it is inert (has no side reaction), has high safety, and hardly causes reverse osmosis from the permeate side to the supply side of the membrane. It is also preferable that a part of the non-permeated gas from which the first gas is separated is circulated to the carrier gas supply port and used as the carrier gas. Further, it is also preferable to use dry air in which moisture has been removed from air by a separation membrane or nitrogen-enriched air in which oxygen has been removed in advance.

【0037】本発明のガス分離方法で使用されるガス分
離膜モジュールについて、更に詳述する。筒状容器およ
び芯管は、所定の気密性及び耐圧性を備えたものであれ
ば、材料は特に限定されず、金属、強化プラスチック、
プラスチック、セラミックス等により形成できる。
The gas separation membrane module used in the gas separation method of the present invention will be described in more detail. As long as the cylindrical container and the core tube have predetermined airtightness and pressure resistance, the material is not particularly limited, and metal, reinforced plastic,
It can be formed of plastic, ceramics, or the like.

【0038】中空糸膜は、透過速度の大きい第1のガス
と透過速度の小さい第2のガスとの透過速度比が50以
上となる分離膜であり、透過速度比が200以上となる
分離膜が好ましく、透過速度比が500以上となる分離
膜が特に好ましい。水蒸気−有機物蒸気の分離の場合に
は、中空糸膜の水蒸気透過速度(P’H2O)が、その使
用温度において、1×10-5cm3(STP)/cm2
sec・cmHg以上、好ましくは5×10-1〜1×1
-4cm3(STP)/cm2・sec・cmHg程度、
さらに好ましくは0.5〜5.0×10-3cm3(ST
P)/cm2・sec・cmHg程度で、水蒸気透過速
度(P’H2O)と有機蒸気透過速度(P’o rg)との透過
速度比(P’H2O/P’org)が50以上、好ましくは2
00以上、特に好ましくは500以上の芳香族ポリイミ
ド製中空糸膜であることが好ましい。また、中空糸膜は
非対称性膜または複合分離膜を好適にあげることができ
る。透過速度の大きい第1のガスと透過速度の小さい第
2のガスとの透過速度比が50未満の分離膜は、分離効
率が落ちるので実用的ではない。
The hollow fiber membrane is a separation membrane having a permeation speed ratio of 50 or more between a first gas having a high permeation speed and a second gas having a low permeation speed, and having a permeation speed ratio of 200 or more. And a separation membrane having a permeation speed ratio of 500 or more is particularly preferable. In the case of steam-organic vapor separation, the water vapor transmission rate ( P'H2O ) of the hollow fiber membrane is 1 * 10 < -5 > cm < 3 > (STP) / cm < 2 >.
sec · cmHg or more, preferably 5 × 10 −1 to 1 × 1
About 0 -4 cm 3 (STP) / cm 2 · sec · cmHg,
More preferably, 0.5 to 5.0 × 10 −3 cm 3 (ST
P) / cm at 2 · sec · cmHg about, water vapor transmission rate (P 'H2O) and organic vapor transmission rate (P' permeation rate ratio of o rg) (P 'H2O / P' org) is 50 or more, preferably Is 2
It is preferably an aromatic polyimide hollow fiber membrane of 00 or more, particularly preferably 500 or more. Further, as the hollow fiber membrane, an asymmetric membrane or a composite separation membrane can be suitably used. A separation membrane having a permeation speed ratio of less than 50 between the first gas having a high permeation speed and the second gas having a low permeation speed is not practical because the separation efficiency is reduced.

【0039】また、前記樹脂製管板を構成する硬化性樹
脂としては、耐熱性、耐有機溶剤性が要求されるが、例
えばポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂
等の熱硬化性樹脂を好ましく挙げることができる。
The curable resin constituting the resin tube sheet is required to have heat resistance and organic solvent resistance. For example, a thermosetting resin such as polyurethane resin, phenol resin and epoxy resin is preferable. be able to.

【0040】また、前記フィルム状物質は、供給された
ガス混合物を実質的に透過しない材料か、または難透過
性の材料であれば如何なるもので形成してもよく、例え
ば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリ
エステル、ポリイミド等のプラスチックフィルムあるい
はアルミニウムやステンレスのフィルムを用いることが
できるが、特に耐熱性、耐溶剤性、加工性の点でポリイ
ミドフィルムが好適である。また、フィルム状物質の厚
さは特に制限されないが、数10μm〜数mm程度まで
が好ましい範囲である。更に、このフィルム状物質は、
中空糸束の両端部を除いた両管板に挟まれた部分の外周
部の面積に対して70%以上被覆していることが好まし
い。
The film-like substance may be formed of any material that does not substantially permeate the supplied gas mixture or any material that is hardly permeable, for example, polyethylene, polypropylene, polyamide A plastic film of polyester, polyimide, or the like, or a film of aluminum or stainless steel can be used, and a polyimide film is particularly preferable in terms of heat resistance, solvent resistance, and workability. Further, the thickness of the film-like substance is not particularly limited, but is preferably in the range of several tens μm to several mm. Furthermore, this film-like substance
It is preferable that 70% or more of the area of the outer peripheral portion of the portion sandwiched between the two tube sheets except for the both end portions of the hollow fiber bundle is covered.

【0041】略中心部に芯管を有し外周部がフィルム状
物質で被覆した中空糸束からなる組立体は、例えば次の
ようにして作製することができる。先ず、芯管を中心に
して既に説明したような方法で中空糸が交互に交叉配列
するように集束して中空糸束となし、その周囲に例えば
ポリイミドフィルムを巻き付け、その重なり部分を糊付
けする。次いで、前記束状物の両端部を例えばエポキシ
樹脂で固着し、管板相当部を形成する。その際、キャリ
アーガス導入口側の第一管板側に対応する端部では前記
ポリイミドフィルムも一緒に固着し、透過ガス排出出口
側の第二管板に対応する端部では前記ポリイミドフィル
ムを管板に固着せず、透過ガスおよびキャリアーガスが
中空糸束から透過ガス排出口に流出するよう隙間を確保
する。その後、前記束状物の両端部の固着樹脂を切断
し、その両端切断面(外側端面)で中空糸分離膜の末端
を開口させることにより前記組立体が作製される。
An assembly composed of a bundle of hollow fibers having a core tube at a substantially central portion and an outer peripheral portion covered with a film-like substance can be manufactured, for example, as follows. First, a hollow fiber bundle is formed by arranging hollow fibers alternately in an intersecting manner by the method described above with the core tube as the center, and a polyimide film is wound around the bundle, and the overlapping portion is glued. Next, both ends of the bundle are fixed with, for example, an epoxy resin to form a tube sheet equivalent portion. At this time, the polyimide film is also fixed together at the end corresponding to the first tube sheet side on the carrier gas inlet side, and the polyimide film is piped at the end corresponding to the second tube sheet on the permeated gas discharge outlet side. A gap is secured so that the permeated gas and the carrier gas flow out of the hollow fiber bundle to the permeated gas outlet without being fixed to the plate. Thereafter, the fixing resin at both ends of the bundle is cut, and the ends of the hollow fiber separation membrane are opened at the cut surfaces (outer end surfaces) at both ends, whereby the assembly is produced.

【0042】図5は、本発明のガス分離方法を用いた水
−有機物溶液の脱水方法の一例を示す概略図である。水
−有機物溶液はタンク17からポンプ18によって加熱
装置付蒸発装置19へ供給される。前記加熱装置付蒸発
装置19には、例えば所定温度の熱媒体が供給される熱
交換器が配置されており、供給された前記水−有機物溶
液は水蒸気と有機物蒸気に気化し同時に加熱処理されて
高温に加熱されたガス混合物になる。次に前記ガス混合
物は温度を保持されながらデミスター20で処理され
て、前記ガス混合物に含まれる可能性があるミストを除
去される。このときデミスター20を通過することによ
ってガス混合物の圧力が低下する。前記高温に加熱され
たガス混合物は、5kg/cm2G以下(好ましくは3
kg/cm2G以下、特に好ましくは2kg/cm2G以
下)の圧力でガス分離膜モジュールの供給ガス導入口8
からガス分離膜モジュール21へ供給され中空糸内部を
流通させられる。中空糸内部を流通させられる間に、前
記ガス混合物中の水蒸気は中空糸膜を選択的に透過して
中空糸膜の外部(透過側)を流れる。同時に、キャリア
ーガスはヒーター22で必要に応じて所定温度まで加温
されてガス分離膜モジュールのキャリアーガス導入口9
に導入され、芯管を通って芯管の連通孔5から中空糸の
外部(透過側)へ放出され、前記の中空糸膜を透過した
水蒸気のキャリアーガスとして水蒸気を希釈し除去を促
進する。前記キャリアーガスと前記ガス混合物の中空糸
膜を挟んでの流れ方向は向流である。透過した水蒸気と
キャリアーガスは透過ガス排出口10からガス分離膜モ
ジュールの外へ排出されクーラー23で冷却されて水蒸
気は水に凝縮され、キャリアーガスは水蒸気と分離され
る。凝縮した水はタンク24に貯えられバルブ25を通
じて排出される。分離されたキャリアーガスはタンク2
4、バルブ26、減圧器(エジェクター)27を通って
回収される。また、減圧器(エジェクター)27によっ
て、ガス分離膜モジュールの中空糸の外部(透過側)は
減圧状態にされている。ガス分離膜モジュールにおい
て、未透過ガスはほとんどの水蒸気が除かれた有機物蒸
気になり、モジュールの未透過ガス排出口11を通って
クーラー28へ送られ凝縮される。凝縮された有機物液
はタンク29に貯えられバルブ30を通じて回収され
る。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a method for dehydrating a water-organic solution using the gas separation method of the present invention. The water-organic solution is supplied from a tank 17 to an evaporator 19 with a heating device by a pump 18. The evaporator 19 with a heating device is provided with, for example, a heat exchanger to which a heat medium at a predetermined temperature is supplied, and the supplied water-organic solution is vaporized into steam and organic vapor, and is heated at the same time. It becomes a gas mixture heated to a high temperature. Next, the gas mixture is treated in a demister 20 while maintaining the temperature to remove mist that may be contained in the gas mixture. At this time, by passing through the demister 20, the pressure of the gas mixture decreases. The gas mixture heated to the high temperature is 5 kg / cm 2 G or less (preferably 3 kg / cm 2 G).
(kg / cm 2 G or less, particularly preferably 2 kg / cm 2 G or less) at a supply gas inlet 8 of the gas separation membrane module.
Is supplied to the gas separation membrane module 21 and circulated inside the hollow fiber. While flowing through the inside of the hollow fiber, the water vapor in the gas mixture selectively permeates through the hollow fiber membrane and flows outside (permeation side) of the hollow fiber membrane. At the same time, the carrier gas is heated to a predetermined temperature by the heater 22 as required, and the carrier gas inlet 9 of the gas separation membrane module is heated.
And is released from the communication hole 5 of the core tube to the outside (permeation side) of the hollow fiber through the core tube, and dilutes the water vapor as a carrier gas of the water vapor that has passed through the hollow fiber membrane to promote removal. The flow direction of the carrier gas and the gas mixture across the hollow fiber membrane is countercurrent. The permeated water vapor and the carrier gas are discharged from the permeated gas outlet 10 to the outside of the gas separation membrane module, cooled by the cooler 23, the water vapor is condensed into water, and the carrier gas is separated from the water vapor. The condensed water is stored in a tank 24 and discharged through a valve 25. The separated carrier gas is stored in tank 2
4. Collected through a valve 26 and a pressure reducer (ejector) 27. Further, the outside (permeation side) of the hollow fiber of the gas separation membrane module is depressurized by the decompressor (ejector) 27. In the gas separation membrane module, the non-permeate gas becomes organic vapor from which most of the water vapor has been removed, and is sent to the cooler 28 through the non-permeate gas outlet 11 of the module and condensed. The condensed organic liquid is stored in a tank 29 and collected through a valve 30.

【0043】次に、図3の例に基づいてさらに具体的に
説明する。前記高温に加熱されたガス混合物は5kg/
cm2G以下の圧力(例えば水−イソプロピルアルコー
ルの場合115〜120℃、1.5kg/cm2G)
で、ガス分離膜モジュールの供給ガス導入口8より供給
され、筒状容器に収納されている中空糸束の中空糸内部
を膜に接触しながら未透過ガス排出口11の方向へ流動
する。ガス混合物の前記の膜との接触によって水蒸気が
中空糸膜を選択的に透過し、透過ガス排出口10から排
出される。残った有機物蒸気を主成分とする未透過ガス
は、未透過ガス排出口11から取り出される。一方、キ
ャリアーガスは、キャリアーガス導入口9から芯管6に
導入され、芯管6の連通孔5から中空糸束内の略中心部
に放出される。前記の放出されたキャリアーガスは、中
空糸束13が交叉配列されているために均一に形成され
た中空糸間の空隙を均一に流れ、かつ、中空糸束13の
外周部のフィルム状物質7によって中空糸束13の途中
で中空糸束13の外へショートパスして流出しないよう
にされて、中空糸束13を均一に中空糸に沿って流れ、
第二管板15付近のフィルム状物質で被覆されていない
隙間を通って透過ガス排出口10に到着する。この間、
中空糸外部に透過してくる水蒸気はキャリアーガスに希
釈されキャリアーガスと一緒になって透過ガス排出口1
0から排出される。更に、本発明においては、透過ガス
排出口10を通して、中空糸の外側(透過側)は減圧状
態にされており、前記の水蒸気とキャリアーガスの混合
物が透過ガス排出口10から排出されることを更に促進
している。以上のことから、中空糸膜を透過した水蒸気
は極めて効率よく取り除かれるので、透過側の水蒸気の
分圧は供給ガス導入口8から未透過ガス排出口11まで
中空糸束13の全域に渡って常供給側より低くい状態に
保たれ膜の供給側から透過側への水蒸気の透過を促進し
ている。この結果、本発明のガス分離方法は分離効率
(水を除去する場合は脱水効率)が極めて高くなる。
Next, a more specific description will be given based on the example of FIG. The gas mixture heated to the high temperature is 5 kg /
Pressure of not more than cm 2 G (for example, in the case of water-isopropyl alcohol, 115 to 120 ° C., 1.5 kg / cm 2 G)
Then, the hollow fiber bundle of the hollow fiber bundle supplied from the supply gas inlet 8 of the gas separation membrane module and stored in the cylindrical container flows in the direction of the non-permeate gas outlet 11 while being in contact with the membrane. Water vapor selectively permeates the hollow fiber membrane by contact of the gas mixture with the membrane, and is discharged from the permeated gas outlet 10. The remaining non-permeate gas mainly composed of organic vapor is taken out from the non-permeate gas outlet 11. On the other hand, the carrier gas is introduced into the core tube 6 from the carrier gas inlet 9 and is discharged from the communication hole 5 of the core tube 6 to a substantially central portion in the hollow fiber bundle. The released carrier gas flows uniformly in the gaps between the hollow fibers formed uniformly because the hollow fiber bundles 13 are cross-arranged, and the film-like substance 7 on the outer peripheral portion of the hollow fiber bundles 13 In this way, the hollow fiber bundle 13 is prevented from flowing out of the hollow fiber bundle 13 through a short path in the middle thereof, and the hollow fiber bundle 13 uniformly flows along the hollow fiber,
It arrives at the permeated gas outlet 10 through a gap near the second tube sheet 15 that is not covered with a film-like substance. During this time,
Water vapor permeating the outside of the hollow fiber is diluted into a carrier gas and is combined with the carrier gas to form a permeated gas outlet 1
Emitted from 0. Further, in the present invention, the outside (permeate side) of the hollow fiber is evacuated through the permeated gas outlet 10, and the mixture of the water vapor and the carrier gas is discharged from the permeated gas outlet 10. Further promote. From the above, the water vapor that has passed through the hollow fiber membrane is removed very efficiently, so that the partial pressure of the water vapor on the permeation side extends over the entire area of the hollow fiber bundle 13 from the supply gas inlet 8 to the non-permeate gas outlet 11. It is kept lower than the normal supply side to promote the permeation of water vapor from the supply side to the permeation side of the membrane. As a result, the gas separation method of the present invention has extremely high separation efficiency (dewatering efficiency when removing water).

【0044】この方法において、気化されてガス分離膜
モジュールへ供給される水蒸気と有機物蒸気とからなる
ガス混合物は、好ましくは70℃以上の温度でガス分離
膜モジュールへ供給される。
In this method, the gas mixture composed of water vapor and organic vapor which is vaporized and supplied to the gas separation membrane module is supplied to the gas separation membrane module preferably at a temperature of 70 ° C. or higher.

【0045】また、この方法において、図5では示して
いないが、水−有機物溶液は、気化される前に、例え
ば、イオン交換樹脂処理、蒸留、ろ過などの少なくとも
一つの前処理によって、前記溶液に含まれる固体粒子や
高沸点成分や金属イオンなどを取り除いても良い。更
に、未透過ガスとして回収された有機物蒸気はクーラー
で凝縮液化された後で、例えば、イオン交換樹脂処理、
蒸留、ろ過などの少なくとも一つの後処理によって、前
記溶液に含まれる固体粒子や高沸点成分や金属イオンな
どを取り除いても良い。
In this method, although not shown in FIG. 5, the water-organic solution is subjected to at least one pretreatment such as ion exchange resin treatment, distillation, or filtration before being vaporized. , Solid particles, high-boiling components, metal ions, and the like contained in the solvent may be removed. Further, after the organic vapor recovered as a non-permeate gas is condensed and liquefied in a cooler, for example, ion exchange resin treatment,
Solid particles, high-boiling components, metal ions and the like contained in the solution may be removed by at least one post-treatment such as distillation and filtration.

【0046】[0046]

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。Examples of the present invention will be described below.

【0047】実施例1 水−イソプロピルアルコール溶液を加熱装置付蒸発装置
に供給しガス混合物を発生させ更にデミスター処理する
ことによって、温度125℃、圧力2kg/cm2Gの
水蒸気5重量%とイソプロピルアルコール95重量%の
ガス混合物とした。このガス混合物を、図3に概略で示
すような構造を持ち、芳香族ポリイミドからなる非対称
性構造の中空糸(温度120℃で10重量%水蒸気と9
0重量%のイソプロピルアルコール蒸気とからなるガス
混合物を2kg/cm2Gの供給圧力で供給し透過側の
圧力を4mmHgとして測定したときの水蒸気の透過速
度(P’H2O)が1.2×10-3cm3(STP)/cm
2・sec・cmHg、イソプロピルアルコールの透過
速度(P’IPA)が8.5×10-7cm3(STP)/c
2・sec・cmHg)を有効膜面積が5.8m2、膜
充填率が38%、軸に対し20度の交叉配列で集束され
た中空糸束を筒状容器に収納したフランジ外径125m
m、胴部外径89mm、全長1050mmのガス分離膜
モジュールの供給ガス導入口へ流量8.72kg/hで
導入し、125℃に加熱した窒素ガスをキャリアーガス
としてキャリアーガス導入口に0.43kg/hで供給
し、中空糸の外部(透過側)をエジェクターによって4
0mmHgの減圧状態とした。透過ガス排出口から水蒸
気を約45重量%含むガスが流量0.97kg/hで排
出し、未透過ガス排出口から未透過ガスが流量8.18
kg/hで得られた。この未透過ガスはクーラーによっ
て20℃まで冷却され凝縮させて凝縮液タンクに溜めら
れた。この凝縮液はイソプロピルアルコール純度99.
99重量%、水分含有量0.01重量%であった。これ
らの結果を表1に示す。
Example 1 A water-isopropyl alcohol solution was supplied to an evaporator equipped with a heating device to generate a gas mixture and further subjected to a demister treatment to obtain 5% by weight of steam at a temperature of 125 ° C. and a pressure of 2 kg / cm 2 G and isopropyl alcohol. A gas mixture of 95% by weight was obtained. This gas mixture was converted into a hollow fiber having an asymmetric structure composed of an aromatic polyimide having a structure as schematically shown in FIG.
When a gas mixture consisting of 0% by weight of isopropyl alcohol vapor is supplied at a supply pressure of 2 kg / cm 2 G and the pressure on the permeate side is measured at 4 mmHg, the permeation rate (P ′ H2O ) of water vapor is 1.2 × 10 -3 cm 3 (STP) / cm
2 · sec · cmHg, permeation rate (P ′ IPA ) of isopropyl alcohol is 8.5 × 10 −7 cm 3 (STP) / c
m 2 · sec · cmHg) an effective membrane area 5.8 m 2, film filling rate 38%, a flange outer diameter of 125m accommodating the hollow fiber bundle that is focused at crossover sequence of 20 degrees with respect to the axis in the cylindrical container
m, a body part outer diameter of 89 mm, a total length of 1050 mm, was introduced at a flow rate of 8.72 kg / h into a supply gas introduction port of a gas separation membrane module, and nitrogen gas heated to 125 ° C. was introduced as a carrier gas into the carrier gas introduction port at 0.43 kg. / H, and the outside of the hollow fiber (permeation side) is
The pressure was reduced to 0 mmHg. A gas containing about 45% by weight of steam is discharged from the permeated gas outlet at a flow rate of 0.97 kg / h, and a non-permeated gas is discharged at a flow rate of 8.18 from the non-permeate gas outlet.
kg / h. This unpermeated gas was cooled to 20 ° C. by a cooler, condensed, and stored in a condensate tank. This condensate has an isopropyl alcohol purity of 99.
The content was 99% by weight and the water content was 0.01% by weight. Table 1 shows the results.

【0048】比較例2 中空糸束が中空糸を軸方向に対して平行に配列したこと
以外は実施例1と同様にしてガス分離をおこなった。結
果を表1に示す。
Comparative Example 2 Gas separation was carried out in the same manner as in Example 1 except that the hollow fiber bundles were arranged in parallel with the axial direction. Table 1 shows the results.

【0049】比較例2 キャリアーガスを導入しないこと以外は実施例1と同様
にしてガス分離をおこなった。結果を表1に示す。
Comparative Example 2 Gas separation was performed in the same manner as in Example 1 except that no carrier gas was introduced. Table 1 shows the results.

【0050】比較例3 中空糸束が中空糸を軸方向に対して平行に配列したこと
かつキャリアーガスを導入しないこと以外は実施例1と
同様にしてガス分離をおこなった。結果を表1に示す。
Comparative Example 3 Gas separation was carried out in the same manner as in Example 1 except that the hollow fiber bundles were arranged in parallel with the axial direction and no carrier gas was introduced. Table 1 shows the results.

【0051】実施例2 水−イソプロピルアルコール溶液を加熱装置付蒸発装置
に供給しガス混合物を発生させ更にデミスター処理する
ことによって、温度110℃、圧力0.8kg/cm2
Gの水蒸気5重量%とイソプロピルアルコール95重量
%のガス混合物とした。このガス混合物を、図3に概略
で示すような構造を持ち、芳香族ポリイミドからなる非
対称性構造の中空糸(温度120℃で10重量%水蒸気
と90重量%のイソプロピルアルコール蒸気とからなる
ガス混合物を2kg/cm2Gの供給圧力で供給し透過
側の圧力を4mmHgとして測定したときの水蒸気の透
過速度(P’H2O)が1.2×10-3cm3(STP)/
cm2・sec・cmHg、イソプロピルアルコールの
透過速度(P’IPA)が8.5×10-7cm3(STP)
/cm2・sec・cmHg)を有効膜面積が5.8
2、膜充填率が38%、軸に対し20度の交叉配列で
集束された中空糸束を筒状容器に収納したフランジ外径
125mm、胴部外径89mm、全長1050mmのガ
ス分離膜モジュールの供給ガス導入口へ流量8.72k
g/hで導入し、110℃に加熱した窒素ガスをキャリ
アーガスとしてキャリアーガス導入口に0.43kg/
hで供給し、中空糸の外部(透過側)をエジェクターに
よって40mmHgの減圧状態とした。透過ガス排出口
から水蒸気を約48重量%含むガスが流量0.89kg
/hで排出し、未透過ガス排出口から未透過ガスが流量
8.26kg/hで得られた。この未透過ガスはクーラ
ーによって20℃まで冷却され凝縮させて凝縮液タンク
に溜められた。この凝縮液はイソプロピルアルコール純
度99.93重量%、水分含有量0.07重量%であっ
た。これらの結果を表1に示す。
Example 2 A water-isopropyl alcohol solution was supplied to an evaporator equipped with a heating device to generate a gas mixture and further subjected to a demister treatment to obtain a temperature of 110 ° C. and a pressure of 0.8 kg / cm 2.
G was a gas mixture of 5% by weight of steam and 95% by weight of isopropyl alcohol. This gas mixture was converted into a hollow fiber having an asymmetric structure composed of an aromatic polyimide having a structure as schematically shown in FIG. 3 (a gas mixture composed of 10% by weight steam and 90% by weight isopropyl alcohol vapor at a temperature of 120 ° C.). Is supplied at a supply pressure of 2 kg / cm 2 G, and when the pressure on the permeation side is measured at 4 mmHg, the permeation rate (P ′ H2O ) of water vapor is 1.2 × 10 −3 cm 3 (STP) /
cm 2 · sec · cm Hg, permeation rate (P ′ IPA ) of isopropyl alcohol is 8.5 × 10 −7 cm 3 (STP)
/ Cm 2 · sec · cmHg) with an effective film area of 5.8.
A gas separation membrane module having a flange outer diameter of 125 mm, a trunk outer diameter of 89 mm, and a total length of 1050 mm, in which a hollow fiber bundle bundled in a cylindrical container with a m 2 , a membrane filling rate of 38%, and a crossing arrangement of 20 degrees with respect to the axis is housed. 8.72k flow rate to supply gas inlet
g / h and heated at 110 ° C. as a carrier gas to the carrier gas inlet at 0.43 kg / h.
h, and the outside (permeation side) of the hollow fiber was evacuated to 40 mmHg by an ejector. A gas containing about 48% by weight of water vapor flows from the permeated gas outlet at a flow rate of 0.89 kg.
/ H, and a non-permeate gas was obtained from the non-permeate gas outlet at a flow rate of 8.26 kg / h. This unpermeated gas was cooled to 20 ° C. by a cooler, condensed, and stored in a condensate tank. This condensate had an isopropyl alcohol purity of 99.93% by weight and a water content of 0.07% by weight. Table 1 shows the results.

【0052】比較例4 中空糸束が中空糸を軸方向に対して平行に配列したこと
以外は実施例2と同様にしてガス分離をおこなった。結
果を表1に示す。
Comparative Example 4 Gas separation was carried out in the same manner as in Example 2 except that the hollow fiber bundles were arranged in parallel to the axial direction. Table 1 shows the results.

【0053】比較例5 キャリアーガスを導入しないこと以外は実施例2と同様
にしてガス分離をおこなった。結果を表1に示す。
Comparative Example 5 Gas separation was carried out in the same manner as in Example 2 except that no carrier gas was introduced. Table 1 shows the results.

【0054】比較例6 中空糸束が中空糸を軸方向に対して平行に配列したこと
かつキャリアーガスを導入しないこと以外は実施例2と
同様にしてガス分離をおこなった。結果を表1に示す。
Comparative Example 6 Gas separation was carried out in the same manner as in Example 2 except that the hollow fiber bundles were arranged in parallel to the axial direction and no carrier gas was introduced. Table 1 shows the results.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明の方法は、2種類以上のガス混合
物を比較的低圧力の状態でガス分離膜モジュールへ供給
して高効率で特定成分を分離・除去することが出来るも
のであり、極めて経済的なガス分離方法である。特に、
水蒸気と大気圧における沸点が30〜200℃の有機物
を含むガス混合物である場合には、高効率でかつガス分
離膜モジュールの耐久性に悪影響を与えることが少ない
経済的な水−有機物溶液の脱水方法を提供するものであ
り、高いレベルの乾燥度(極めて低い水分含有量)の乾
燥有機物を容易に得ることができる。
According to the method of the present invention, two or more kinds of gas mixtures can be supplied to a gas separation membrane module at a relatively low pressure to separate and remove specific components with high efficiency. It is a very economical gas separation method. In particular,
In the case of a gas mixture containing water vapor and an organic substance having a boiling point of 30 to 200 ° C. at atmospheric pressure, a highly efficient and economical dehydration of a water-organic substance solution which does not adversely affect the durability of the gas separation membrane module. The present invention provides a method, in which a high level of dryness (very low moisture content) of dried organic matter can be easily obtained.

【0057】[0057]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明で用いられるガス分離膜モジュールの中
空糸束の集束方法である交叉配列の集束方法を示す概略
の模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-array convergence method which is a convergence method of a hollow fiber bundle of a gas separation membrane module used in the present invention.

【図2】本発明で用いられるガス分離膜モジュールの中
空糸束組立体の一例を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a hollow fiber bundle assembly of a gas separation membrane module used in the present invention.

【図3】本発明で用いられるガス分離膜モジュールの一
例を示す概略の断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of a gas separation membrane module used in the present invention.

【図4】本発明で用いられるガス分離膜モジュールの別
の一例を示す概略の断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing another example of the gas separation membrane module used in the present invention.

【図5】本発明のガス分離方法を用いた水−有機物溶液
の脱水方法の一例を示す概略図である。
FIG. 5 is a schematic view showing an example of a method for dehydrating a water-organic solution using the gas separation method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 中空糸 2 芯になる管状物(芯管) 3 配糸ガイド 4 管板 5 連通孔 6 芯管 7 フィルム状物質 8 供給ガス導入口 9 キャリアーガス導入口 10 透過ガス排出口 11 未透過ガス排出口 12 筒状容器 13 交互に交叉配列するように集束された中空糸束 14 第一管板 15 第二管板 16 水−有機物溶液 17 タンク 18 ポンプ 19 加熱装置付蒸発装置 20 デミスター 21 ガス分離膜モジュール 22 ヒーター 23 クーラー 24 タンク 25 バルブ 26 バルブ 27 減圧器(エジェクター) 28 クーラー 29 タンク 30 バルブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hollow fiber 2 Tubular material (core tube) which becomes core 3 Yarn distribution guide 4 Tube sheet 5 Communication hole 6 Core tube 7 Film-like substance 8 Supply gas inlet 9 Carrier gas inlet 10 Permeate gas outlet 11 Unpermeate gas discharge Outlet 12 Cylindrical container 13 Hollow fiber bundles bundled so as to be alternately cross-arranged 14 First tube sheet 15 Second tube sheet 16 Water-organic solution 17 Tank 18 Pump 19 Evaporator with heating device 20 Demister 21 Gas separation membrane Module 22 Heater 23 Cooler 24 Tank 25 Valve 26 Valve 27 Decompressor (Ejector) 28 Cooler 29 Tank 30 Valve

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ガス分離膜に対する透過速度比が50以上
である透過性の大きな第1のガスと透過性の小さい第2
のガスとを含み高温に加熱されたガス混合物を、次の
(1)、(2)の特徴を有する中空糸束を筒状容器に収
納した供給ガス/キャリアーガス向流式中空糸ガス分離
膜モジュールの中空糸の内部へ5.0kg/cm2
(ゲージ圧)以下の供給圧力で供給し、 (1)中空糸束全体としては、モジュールの軸と略同一
方向の軸を持つように集束されており、前記中空糸束を
構成する中空糸は、各1〜100本毎に中空糸束の軸
(モジュールの軸)方向に対して5〜30度の角度をも
って交互に交叉配列するように集束されている (2)中空糸束の膜充填率が30%以上である 更に、中空糸束の略中心部へキャリアーガスを導入して
中空糸の外部(透過側)に沿って流通させながらかつ中
空糸の外部(透過側)を1〜500mmHgの減圧状態
として、前記ガス混合物から少なくとも第1のガスを選
択的に膜を透過させ、これにより第1のガスが減少した
第2のガスを得ることを特徴とするガス分離方法。
1. A first gas having a high permeability and a second gas having a low permeability having a transmission speed ratio of 50 or more to a gas separation membrane.
And a gas mixture heated to a high temperature and containing a bundle of hollow fibers having the following features (1) and (2) in a cylindrical container: a supply gas / carrier gas counter-flow hollow fiber gas separation membrane. 5.0 kg / cm 2 G into the hollow fiber of the module
(1) The hollow fiber bundle as a whole is bundled so as to have an axis substantially in the same direction as the axis of the module, and the hollow fibers constituting the hollow fiber bundle are Are bundled so as to alternately cross each other at an angle of 5 to 30 degrees with respect to the axis (axis of the module) of the hollow fiber bundle for every 1 to 100 fibers. (2) The membrane filling rate of the hollow fiber bundle Is 30% or more. Further, a carrier gas is introduced into a substantially central portion of the hollow fiber bundle and circulated along the outside (transmission side) of the hollow fiber, and the outside (transmission side) of the hollow fiber is 1 to 500 mmHg. A gas separation method comprising selectively passing at least a first gas from a gas mixture through a membrane in a reduced pressure state, thereby obtaining a second gas having a reduced first gas.
【請求項2】供給ガス/キャリアーガス向流式中空糸ガ
ス分離膜モジュールの中空糸束の外周部が、フィルム状
物質で被覆されていることを特徴とする前記請求項1に
記載のガス分離方法。
2. The gas separation device according to claim 1, wherein the outer periphery of the hollow fiber bundle of the supply gas / carrier gas counterflow type hollow fiber gas separation membrane module is coated with a film-like substance. Method.
【請求項3】供給ガス/キャリアーガス向流式中空糸ガ
ス分離膜モジュールの中空糸束の略中心部に、キャリア
ーガスを導入するための連通孔を有する芯管を配置して
いることを特徴とする前記請求項1〜2に記載のガス分
離方法。
3. A core tube having a communication hole for introducing a carrier gas is disposed substantially at the center of a hollow fiber bundle of a supply gas / carrier gas counterflow type hollow fiber gas separation membrane module. 3. The gas separation method according to claim 1, wherein:
【請求項4】加熱装置付蒸発装置によって処理された高
温に加熱されたガス混合物が、保温されたまま供給ガス
/キャリアーガス向流式中空糸ガス分離膜モジュールに
供給されることを特徴とする前記請求項1〜3に記載の
ガス分離方法。
4. A gas mixture heated to a high temperature treated by an evaporator equipped with a heating device is supplied to a supply gas / carrier gas counter-flow hollow fiber gas separation membrane module while keeping the temperature. The gas separation method according to claim 1.
【請求項5】デミスター(ミストセパレーター)によっ
て処理された高温に加熱されたガス混合物が、保温され
たまま供給ガス/キャリアーガス向流式中空糸ガス分離
膜モジュールに供給されることを特徴とする前記請求項
1〜4に記載のガス分離方法。
5. A high-temperature heated gas mixture treated by a demister (mist separator) is supplied to a feed gas / carrier gas counter-flow hollow fiber gas separation membrane module while keeping the temperature. The gas separation method according to claim 1.
【請求項6】第1のガスが水蒸気であり、第2のガスが
大気圧における沸点が30〜200℃の有機物の蒸気で
あり、供給するガス混合物の温度が70℃以上であるこ
とを特徴とする前記請求項1〜5に記載のガス分離方
法。
6. The method according to claim 1, wherein the first gas is water vapor, the second gas is organic vapor having a boiling point of 30 to 200 ° C. at atmospheric pressure, and the temperature of the gas mixture to be supplied is 70 ° C. or higher. The gas separation method according to claim 1, wherein:
【請求項7】前記有機物の蒸気がアセトン、メチルエチ
ルケトン、エタノール、プロパノール、ブタノールの群
から選ばれた少なくとも一種の有機物の蒸気であること
を特徴とする前記請求項6記載のガス分離方法。
7. The gas separation method according to claim 6, wherein the organic vapor is at least one organic vapor selected from the group consisting of acetone, methyl ethyl ketone, ethanol, propanol and butanol.
【請求項8】第1のガスを分離した未透過ガスの一部
を、キャリアーガスの供給口へ循環しキャリアーガスと
して使用することを特徴とする前記請求項1〜5記載の
ガス分離方法。
8. The gas separation method according to claim 1, wherein a part of the unpermeated gas from which the first gas is separated is circulated to a carrier gas supply port and used as a carrier gas.
【請求項9】キャリアーガスが窒素ガスであることを特
徴とする前記請求項1〜5記載のガス分離方法。
9. The gas separation method according to claim 1, wherein the carrier gas is nitrogen gas.
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