JP2016159212A - 分離器 - Google Patents

Abstract

【課題】 要求される分離性能に応じて大型化が容易であり、その組立性も良好であり、いずれかの分離膜が破損した場合でも、その破損した一部の分離膜の交換だけで済む分離器を提供する。
【解決手段】 天然ガス・油随伴ガスに含まれる非可燃性ガス成分であるＣＯ_２等を透過させて透過ガスを分離する複数の平板状の分離膜２と、複数のシーリング部材３とを交互に重ね合わせて、それぞれ隣合う分離膜間に非透過ガス室８と透過ガス室９を交互に形成し、分離膜２に形成した非透過ガス孔６および非透過ガス室８によって非透過ガス流路を形成するとともに、分離膜２に形成した透過ガス孔７および透過ガス室９によって透過ガス流路を形成する構成としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、分離器に関し、詳しくは、例えば天然ガスや油随伴ガスからＣＯ_２等の非可燃性ガスを除去し、メタン等の可燃性ガスを分離するガス処理プラントで用いられる分離器に関する。

従来より、天然ガス・油随伴ガスからＣＯ_２等の非可燃性ガスを分離する、いわゆる天然ガス・油随伴ガス処理向けの分離器がある。このような分離器で用いられる分離手段としては、有機膜と無機膜を用いたものがあり、この２種に大別される。
ここで、有機膜を用いた分離器としては，海水淡水化で用いられるRO膜同様，中空糸状あるいはスパイラル状の分離膜を円筒の容器に格納した構成となっているものが一般的である。また、無機膜を用いた分離器としては、チューブラー状のもの、モノリス型(集積構造)のもの等があり，これらも円筒の耐圧容器に格納された構成となっているものが一般的である。

ところで、上記したような分離器では、無機膜が有機膜に比べ分離性能が高いことから、無機膜の方が適していると考えられるが、分離器の構造や該無機膜のハンドリングの難しさから、次のような課題があった。
すなわち、無機膜をチューブラー状に構成した分離膜の場合は、１本ずつシールする必要があり，シール点数が莫大となる欠点があった。また、無機膜を集積させた集積型モノリス型の分離膜の場合は、一部が欠けると、膨大な分離面を持つ１本分の分離膜が無駄になるという不具合があった。

特許１８６１０８９４号

この特許文献１に記載の分離器は、気体を透過させる分離膜を備え、これらの分離膜間に通気室を備えた気体分離膜を複数所定間隔にて重ね合わせた構成となっており、分離膜を透過してきた気体を、側方に形成した通路にて取り出すようにしたものである。

しかしながら、この特許文献１に記載の分離器においては、透過ガスの集積は可能であるが、分離膜を透過しない非透過ガスであるメタン等の可燃性ガスは雰囲気中に拡散するため集積ができないという問題がある。

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、要求される分離性能に応じて大型化が容易であり、その組立性も良好であり、いずれかの分離膜が破損した場合でも、その破損した一部の分離膜の交換だけで済む分離器を提供することにある。

本発明に係る分離器では、上記目的を達成するために、天然ガス・油随伴ガスに含まれる非可燃性ガス成分であるＣＯ_２等を透過させて透過ガスを分離する複数の平板状の分離膜と、複数のシーリング部材とを備え、上記分離膜は、非透過ガスを通過させるための非透過ガス孔と、上記透過ガスを通過させるための透過ガス孔とを有し、上記分離膜と上記シーリング部材を交互に重ね合わせて、それぞれ隣合う分離膜間に外部に対して隔絶された、非透過ガスが流入・流出する非透過ガス室と、透過ガスが流入・流出する透過ガス室を、上記分離膜の重ね合わせ方向に交互に形成し、上記非透過ガス室のそれぞれは、その両側の分離膜の上記透過ガス孔間の連絡通路に対して、上記シーリング部材により隔絶され、上記透過ガス室のそれぞれは、その両側の分離膜の上記非透過ガス孔間の連絡通路に対して、上記シーリング部材により隔絶され、もって、上記非透過ガス孔および上記非透過ガス室によって非透過ガス流路を形成するとともに、上記透過ガス孔および上記透過ガス室によって透過ガス流路を形成するようにした構成としている。

本発明では、上記分離器において、上記分離膜のそれぞれは一対の非透過ガス孔と一対の透過ガス孔を有し、該一対の非透過ガス孔のうち、一方の非透過ガス孔を、上記非透過ガス室に非透過ガスを流入させる非透過ガス流入孔として上記分離膜の一端部に配設するとともに、他方の非透過ガス孔を、上記非透過ガス室から非透過ガスを流出させる非透過ガス流出孔として上記分離膜の他端部に配設し、他方、該一対の透過ガス孔のうち、その一方の透過ガス孔を、上記透過ガス室に透過ガスを流入させる透過ガス流入孔として上記分離膜の他端部に配設するとともに、その他方の透過ガス孔を、上記透過ガス室から透過ガスを流出させる透過ガス流出孔として上記分離膜の一端部に配設した構成を備えた構成としている。

本発明では、上記分離器において、重ね合わされた上記分離膜のうち、隣合う一の分離膜と二の分離膜の間の空間が上記透過ガス室であるとき、該一の分離膜の上記非透過ガス孔を、該一の分離膜によって一部画成された上記非透過ガス室から非透過ガスを流出させる非透過ガス流出孔として該一の分離膜の他端部に形成するとともに、該一の分離膜の上記透過ガス孔を、該一の分離膜と上記二の分離膜との間の上記透過ガス室から透過ガス孔を流出させる透過ガス流出孔として、該一の分離膜の他端部に形成し、上記二の分離膜の上記非透過ガス孔を、上記一の分離膜の上記非透過流出孔に合致させて、該二の分離膜と上記三の分離膜との間の上記非透過ガス室に非透過ガスを流入させる非透過ガス流入孔として、該二の分離膜の他端部に形成するとともに、上記二の分離膜の上記透過ガス孔を、上記一の分離膜と該二の分離膜との間の上記透過ガス室に透過ガスを流入させる透過ガス流入孔として該二の分離膜の一端部に形成し、上記三の分離膜の上記非透過ガス孔を、上記二の分離膜と該三の分離膜との間の上記非透過ガス室から非透過ガスを流出させる非透過ガス流出孔として、該三の分離膜の一端部に形成するとともに、該三の分離膜の上記透過ガス孔を、上記二の分離膜の上記透過ガス流入孔に合致させて、該三の分離膜と四の分離膜との間の上記透過ガス室から透過ガスを流出させる透過ガス流出孔として該三の分離膜の一端部に形成し、上記四の分離膜の上記非透過ガス孔を、上記三の分離膜の上記非透過ガス流出孔に合致させて、該四の分離膜によって一部画成された上記非透過ガス室に非透過ガスを流入させる非透過ガス流入孔として、該四の分離膜の一端部に形成するとともに、該四の分離膜の上記透過ガス孔を、上記三の分離膜と該四の分離膜との間の上記透過ガス室に透過ガスを流入させる透過ガス流入孔として該四の分離膜の他端部に、上記一の分離膜の上記透過ガス流出孔に対応する位置に形成した構成を備えた構成としている。

本発明では、上記分離器において、上記複数の分離膜および上記複数のシーリング部材を重ね合わせ方向に圧縮する態様で、耐圧プレートをこの重ね合わせ方向両端に設置した構成としている。
本発明では、上記分離器において、上記分離膜は、その表面(ガス分離面)に凹凸を形成した構成としている。
本発明では、上記分離器において、上記分離膜の面のうち、一方の面には凹凸のストライプを形成し、他方の面には、該一方の面のストライプの形成方向とは異なる方向に凹凸のストライプを形成した構成としている。

本発明に係る分離器では、天然ガス・油随伴ガスに含まれる非可燃性ガス成分であるＣＯ_２等を透過させて透過ガスを分離する複数の平板状の分離膜と、複数のシーリング部材とを備え、上記分離膜は、非透過ガスを通過させるための非透過ガス孔と、上記透過ガスを通過させるための透過ガス孔とを有し、上記分離膜と上記シーリング部材を交互に重ね合わせて、それぞれ隣合う分離膜間に外部に対して隔絶された、非透過ガスが流入・流出する非透過ガス室と、透過ガスが流入・流出する透過ガス室を、上記分離膜の重ね合わせ方向に交互に形成し、上記非透過ガス室のそれぞれは、その両側の分離膜の上記透過ガス孔間の連絡通路に対して、上記シーリング部材により隔絶され、上記透過ガス室のそれぞれは、その両側の分離膜の上記非透過ガス孔間の連絡通路に対して、上記シーリング部材により隔絶され、もって、上記非透過ガス孔および上記非透過ガス室によって非透過ガス流路を形成するとともに、上記透過ガス孔および上記透過ガス室によって透過ガス流路を形成するようにした構成としているので、重ね合わせる分離膜を増やすだけで済むので、要求される分離性能に応じて大型化が容易であり、その組立性も良好であり、重ね合わせた分離膜はそれぞれ個別的に容易に取り換えできるため、いずれかの分離膜が破損した場合でも、その破損した一部の分離膜の交換だけで済む。

本発明に係る分離器の一実施形態を概念的に示すもので、（ａ）はその分離器の断面図、（ｂ）はその分離器の左側面図、（ｃ）はその分離器の右側面図である。 本発明に係る分離器の一実施形態の要部を示す分解して示す斜視図である。 本発明に係る分離器の一実施形態における非透過ガスとスイープガスを含む透過ガスの流れ方向と分離膜との関係を概念的に示す図である。 本発明に係る分離器の他の実施形態を概念的に示すもので、（ａ）はその分離器の断面図、（ｂ）はその分離器の左側面図、（ｃ）はその分離器の右側面図である。 本発明に係る分離器の他の実施形態の要部を示す分解して示す斜視図である。 本発明に係る分離器の他の実施形態における非透過ガスとスイープガスを含む透過ガスの流れ方向と分離膜との関係を概念的に示す図である。 本発明に係る分離器の他の実施形態の要部を示す分解して示すもので、詳しくは、その分離膜としてすべて４つの孔を有するものとした場合の例を示す斜視図である。 本発明に係る分離器の他の実施形態で使用されるシーリング部材を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る分離器の一実施形態のものを並列に配置した例を概念的に示す図である。 本発明に係る分離器の他の実施形態のものを直列に配置した例を概念的に示す図である。 本発明に係る分離器に適用可能な分離膜の断面形状を概念的に示す断面図である。 本発明に係る分離器に適用可能な分離膜の表面形に凹凸を形成した場合に、両面における凹凸が直交する様子を概念的に示す図である。

以下、本発明に係る分離器の実施形態について詳細に説明する。
本発明に係る分離器は、該分離器を構成する分離膜により、例えば、天然ガスや油随伴ガスから非燃焼性ガスであるＣＯ_２を透過させて除去し、メタン等の可燃性ガスを分離するガス処理プラントに用いられるものである。
図１および図２は、本発明に係る分離器の一実施形態を概念的に示すものである。本実施形態の分離器１Ａは、天然ガス・油随伴ガスからＣＯ_２を透過させる８枚の分離膜２と、これらの分離膜２を重ね合わせる際に該分離膜間に介在設置される９個のシーリング部材３と、重ね合わせた分離膜２の両端に配設される一対の耐圧プレート４と、これらの耐圧プレート間を締結する締結手段５とを備えている。

それぞれの分離膜２は、略矩形状かつ平板状に形成され、両端では３つの孔を対角の４角のうち３か所で、中間層で後述するような４つの孔を対角の４角に、すなわちその上下端部２ａ，２ｂの左右両端寄りに有している。この４つの孔のうち、一方の対角にある２つの孔を、後述する非透過ガスを通過させるための非透過ガス孔６とし、他方の対角にある２つの孔を、透過ガスを通過させるための透過ガス孔７としている。両端の膜２−１を除くいずれの分離膜２も、同じ形状のものであり、共通化を図ることができるものである。

なお、分離膜２は、例えば、無機多孔体の細孔内に、エトキシ基又はメトキシ基を含むアルコキシシランの加水分解を経て得られたシリカゲルを担持することによって得られる耐酸性複合分離膜、あるいは、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニアのようなセラミック基材等の多孔質基材から形成することが好ましく、要は、無機質のものであって、主にＣＯ_２を透過させる作用を有するものであればいずれでも良い。但し、ＣＯ_２以外の非可燃性成分を分離したい場合には、その非可燃性成分を透過できるように形成した分離膜２を採用するのは勿論である。

シーリング部材３は、分離膜２の輪郭形状に沿った環状の外側シール部３ａと、その一方の対角に一対の環状の内側シール部３ｂ，３ｂを有している。シーリング部材３の外側シール部３ａおよび内側シール部３ｂとも、断面円形状のものが好適であるが、断面形状は特に限定されない。シーリング部材３は、８枚の分離膜２それぞれ間と耐圧プレート４との間に介在されるもので、本実施形態では９個使用されるが、両端のシーリング部材３−１を除いていずれも同じものであり、共通化を図ることができるものである。なお、シーリング部材３は、気体透過性が低い弾力のある樹脂等（例えば、ニトリルゴム、ブチルゴム）によって形成されるのが好ましいが、要はシール効果を発揮するものであれば何れでも良く、とくに限定されない。

耐圧プレート４は、一方の側部寄りに上下に並んで後述する２つの孔を有するとともに、その４角に後述する締結手段５が設置されるための４つの孔４ｃを有している。耐圧プレート４は、左右両端に配置されるもので、左側の耐圧プレート４は向かって右側寄りに、上側に非透過ガス流通孔４ａを有し、下側に透過ガス流通孔４ｂを有する。右側の耐圧プレート４は、向かって右側寄りに、上側に透過ガス流通孔４ｂを有し、下側に非透過ガス流通孔４ａを有する。左右の耐圧プレート４は、同じ形状のものであり、共通化を図ることができるものである。

締結手段５は、両端にネジ部が形成された直線状のボルト５ａと、両端のネジ部に締結されるナット５ｂ，５ｂから構成されている。締結手段５は、このボルト５ａのネジ部を両側の耐圧プレート４の孔４ｃに挿通して、これらのネジ部にナット５ｂ，５ｂを締結することにより、耐圧プレート４，４間において、８枚の分離膜２を後述するように重ね合わせたものを固定することができる。

本実施形態では、分離膜２とシーリング部材３を交互に重ね合わせ、それらの両端に耐圧プレート４，４を配置し、締結手段５のナット５ｂ，５ｂを締めることに固定することができる。このとき、ナット５ｂ，５ｂを締めるに従い、耐圧プレート４，４を介して、この重ね合された８枚の分離膜２と９個のシーリング部材３をそれらの重ね合わせ方向に圧縮力を加えることができる。この圧縮力により、８枚の分離膜２のそれぞれ間と耐圧プレート４，４との間において後述するようにシール効果が発揮される。

また同時に、上記のように各分離膜２と各シーリング部材３と耐圧プレート４，４を固定したことにより、それぞれ隣合う分離膜２，２間にシーリング部材３の外側シール部３ａによって外部に対して隔絶された非透過ガス室８と透過ガス室９が分離膜２の重ね合わせ方向に交互に形成される。このとき、シーリング部材３は、その重ね合わせ方向に交互にそれらの向きが左右逆になるように配置されている。すなわち、シーリング部材３の対角の内側シール部３ｂ，３ｂの位置は、重ね合わせ方向に交互に入れ替わるように配置されている。

ここで、非透過ガス室８は、非透過ガスが流入・流出される空間であり、透過ガス室９は、透過ガスが流入・流出される空間である。そして、それぞれの分離膜２の上端部２ａに配設されている非透過ガス孔６を、非透過ガス室８に非透過ガスを流入させる非透過ガス流入孔６ａとし、その上端部２ａに配設されている透過ガス孔７を、透過ガス室９に透過ガスを流入させる透過ガス流入孔７ａとしている。また、それぞれの分離膜２の下端部２ｂに配設されている非透過ガス孔６を、非透過ガス室８から非透過ガスを流出させる非透過ガス流出孔６ｂとし、その下端部２ｂに配設されている透過ガス孔７を、透過ガス室９に透過ガスを流入させる透過ガス流出孔７ｂとしている。

非透過ガス室８のそれぞれは、その両側の分離膜２，２の透過ガス流入孔７ａ，７ａ間および透過ガス流出孔７ｂ，７ｂ間の連絡通路７ｃ，７ｃに対して、シーリング部材３の内側シール部３ｂ，３ｂにより隔絶されている。また、透過ガス室９のそれぞれは、その両側の分離膜２，２の非透過ガス流入孔６ａ，６ａ間および非透過ガス流出孔６ｂ，６ｂ間の連絡通路６ｃ，６ｃに対して、シーリング部材３の内側シール部３ｂ，３ｂにより隔絶されている。これにより、すべての非透過ガス流入孔６ａ、非透過ガス室８および非透過ガス流出孔６ｂによって非透過ガス流路６ｄが形成されるとともに、すべての透過ガス流入孔７ａ、透過ガス室９および透過ガス流出孔７ｂによって透過ガス流路７ｄが形成される。本実施形態では、この透過ガス流路７ｄには、必要に応じて、スイープガスを流し、該スイープガスにより透過ガスを送り出すようにしている。

本実施形態では、上記説明から既に明らかなように、すべの非透過ガス室８における非透過ガス流入孔６ａは分離膜２の同じ側である上端部２ａに位置され、すべての非透過ガス流出孔６ｂが分離膜２の同じ側である下端部２ｂに位置されている。同時に、すべの透過ガス室９における透過ガス流入孔７ａは分離膜２の同じ側の下端部２ｂに位置され、すべての透過ガス流出孔７ｂは分離膜２の同じ側の上端部２ｂに位置されている。これにより、すべての非透過ガス室８内における非透過ガスの流れ方向は同じ方向となり（いわゆる並流）、分離膜２の下端部２ｂ側へ、すなわち、図１において下方へ向かう流れとなる。同時に、すべての透過ガス室９内における透過ガスの流れ方向は同じ方向となり（いわゆる並流）、分離膜２の上端部２ａ側へ、すなわち、図１において上方へ向かう流れとなる。

したがって、本実施形態では、すべての非透過ガス室８内における非透過ガスの流れ方向は、すべての透過ガス室９内における透過ガスの流れ方向と反対の方向（いわゆる向流）となっている。このような隣合う非透過ガス室８と透過ガス室９内の流れが完全向流となっているため、透過ガスの濃度に起因する透過率の低下を防止することができる。さらには、分離膜を複数重ねてスケールアップした場合にも一定流速の設計が可能である。また、両端以外は分離膜２とシールリング部材３の形状が同じであり、部品点数を最小化できる。

また、本実施形態では、上記した８枚の分離膜２を積層した構成としたことにより、要求される分離性能に応じて大型化が容易であり、その組立性も良好であり、いずれかの分離膜２が破損した場合でも、その破損した一部の分離膜の交換だけで済むので、経済的であり、メンテナンスが容易である。

次に、図４〜図６を参照しながら、本発明に係る分離器の他の実施形態について説明する。本実施形態の分離器１Ｂを構成する要素は、上記実施形態の分離器１Ａを構成する要素と機能が同じであるため、同一機能を有する要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本実施形態による分離器１Ｂは、上記した一実施形態に係る分離器１Ａとほぼ同様に、８枚の分離膜２と、これらの分離膜２を重ね合わせる際に該分離膜間に介在設置される９個のシーリング部材３と、重ね合わせた分離膜２の両端に配設される一対の耐圧プレート４Ａ，４Ｂと、これらの耐圧プレート間を締結する締結手段５とを備えている。

分離膜２としては、略矩形状かつ平板状に形成され、２つの孔を上端部２ａに形成した分離膜２Ａと、２つの孔を一側寄りに上下端部２ａ，２ｂに形成した分離膜２Ｂが用いられている。分離膜２Ａ，２Ｂとも、それらの２つの孔のうち、一方の孔を、後述するように、非透過ガスを通過させるための非透過ガス孔６とし、他方の孔を、透過ガスを通過させるための透過ガス孔７としている。いずれの分離膜２Ａ，２Ｂも、同じ形状のものであり、共通化を図ることができるものである。なお、分離膜２Ａ，２Ｂは、上記した一実施形態に係る分離器１Ａの分離膜２と同様な材料によって形成されるものである。

シーリング部材３は、分離膜２Ａ，２Ｂの輪郭形状に沿った環状の外側シール部３ａと、その一角に１つの内側シール部３ｂを有している。シーリング部材３の外側シール部３ａおよび内側シール部３ｂとも、断面円形状のものが好適であるが、断面形状は特に限定されない。これらのシーリング部材３のそれぞれは、８枚の分離膜２それぞれ間と耐圧プレート４との間に介在されるもので、本実施形態では９個使用されるが、いずれも同じものであり、共通化を図ることができるものである。なお、シーリング部材３は、上記した一実施形態に係る分離器１Ａのシーリング部材３と同様な材料によって形成されるものである。

耐圧プレート４としては、一方の側部寄りに上下に並べて後述する２つの孔を形成した耐圧プレート４Ａと、図４において下端部寄りに水平に並べて後述する２つの孔を形成した耐圧プレート４Ａが採用される。耐圧プレート４Ａ，４Ｂは、上記一実施形態に係る耐圧プレート４と同様に、いずれもその４角に締結手段５が設置されるための４つの孔４ｃを有している。耐圧プレート４Ａは、図４において左端に配置され、耐圧プレート４Ｂは、図４において右端に配置される。耐圧プレート４Ａの２つの孔は、向かって右側寄りに形成され、そのうちの上側の孔を非透過ガス流通孔４ａとし、下側の孔を透過ガス流通孔４ｂとしている。耐圧プレート４Ｂの２つの孔は、向かって下側寄りに形成され、そのうちの右側の孔を透過ガス流通孔４ｂとし、左側の孔を非透過ガス流通孔４ａとしている。

締結手段５は、上記した一実施形態に係る分離器１Ａのものと、構成・作用・機能が全く同じであるので、その詳細な説明を省略する。なお、以下の説明にあたっては、便宜上、重ね合わされる分離膜２およびシーリング部材３について、図５において左側から、それらの符号を、２Ａ−１、２Ｂ−２、２Ａ−３、２Ｂ−４、３−１、３−２、３−３、３−４、３−５と付して説明する。

本実施形態では、図５に示すように、左側から１番目の分離膜２Ａ−１は正立、２番目の分離膜２Ｂ−２は正立、３番目の分離膜２Ａ−３は上下反転、４番目の分離膜２Ｂ−４は左右反転されており、以降繰り返しこの順に並べられて、後述するように重ね合わされる。同様に、シーリング部材３も、図５に示すように、左側から１番目のシーリング部材３−１は正立、２番目のシーリング部材３−２は左右反転、３番目のシーリング部材３−３は左右上下反転、４番目のシーリング部材３−４は上下反転されており、以降繰り返しこの順に並べられ、後述するようにそれぞれの分離膜２，２間に介在され、最後の分離膜２Ｂ−４と右側の耐圧プレート４Ｂとの間に、シーリング部材３−５（３−１と同じもの）が介在される。

本実施形態では、すべての分離膜２とシーリング部材３は、上記したように並べた状態で、締結手段５を用いて、上記一実施形態の場合と同様に圧縮された態様で固定される。この固定された状態においては、左側の耐圧プレート４Ａと分離膜２Ａ−１との間の空間に、分離膜２Ａ−１に一部画成された非透過ガス室８が形成され、その隣りに分離膜２Ａ−１と分離膜２Ｂ−２の間の空間に透過ガス室９が形成され、その隣りに分離膜２Ｂ−２と分離膜２Ａ−３の間の空間に非透過ガス室８が形成され、その隣りに分離膜２Ａ−３と分離膜２Ｂ−４の間の空間に透過ガス室９が形成され、以降繰り返しこの順序で形成され、以降繰り返しこの順に並べられ、最後の分離膜２Ｂ−４と右側の耐圧プレート４Ｂとの間の空間に非透過ガス室８が形成されている。

さらに、本実施形態では、上記構成としたことにより、分離膜２Ａ−１の非透過ガス孔６が、耐圧プレート４Ａと分離膜２Ａ−１との間の非透過ガス室８から非透過ガスを流出させる非透過ガス流出孔６ｂとして分離膜２Ａ−１の下端部２ｂに形成しているとともに、分離膜２Ａ−１の透過ガス孔７を、分離膜２Ａ−１と分離膜２Ｂ−２との間の透過ガス室９から透過ガスを流出させる透過ガス流出孔７ｂとして分離膜２Ａ−１の下端部２ｂに形成している。なお、耐圧プレート４Ａと分離膜２Ａ−１との間の非透過ガス室８は、耐圧プレート４Ａの透過ガス流通孔４ｂと分離膜２Ａ−１の透過ガス流出孔７ｂとの間の連絡通路７ｃ（図４参照）に対して、シーリング部材３−１の内側シール部３ｂにより隔絶されている。

また、分離膜２Ｂ−２の非透過ガス孔６を、分離膜２Ａ−１の非透過流出孔６ｂに合致させて、耐圧プレート４Ａと分離膜２Ａ−１との間の非透過ガス室８に非透過ガスを流入させる非透過ガス流入孔６ａとして、分離膜２Ｂ−２の下端部２ｂに形成するとともに、分離膜２Ｂ−２の透過ガス孔７を、分離膜２Ａ−１と分離膜２Ｂ−２との間の透過ガス室９に透過ガスを流入させる透過ガス流入孔７ａとして分離膜２Ｂ−２の上端部２ａに形成している。なお、分離膜２Ａ−１と分離膜２Ｂ−２との間の透過ガス室９は、分離膜２Ａ−１の非透過ガス流出孔６ｂと分離膜２Ｂ−２の非透過ガス流入孔６ａとの間の連絡通路６ｃ（図４参照）に対して、シーリング部材３−２の内側シール部３ｂにより隔絶されている。

さらに、分離膜２Ａ−３の非透過ガス孔６を、分離膜２Ｂ−２と分離膜２Ａ−３との間の非透過ガス室８から非透過ガスを流出させる非透過ガス流出孔６ｂとして、分離膜２Ａ−３の上端部２ａに形成するとともに、分離膜２Ａ−３の透過ガス孔７を、分離膜２Ｂ−２の透過ガス流入孔７ａに合致させて、分離膜２Ａ−３と分離膜２Ｂ−４との間の透過ガス室９から透過ガスを流出させる透過ガス流出孔７ｂとして分離膜２Ａ−３の上端部２ａに形成している。なお、分離膜２Ｂ−２と分離膜２Ａ−３との間の非透過ガス室８は、分離膜２Ｂ−２の透過ガス流入孔７ａと分離膜２Ａ−３の透過ガス流出孔７ｂとの間の連絡通路７ｃ（図４参照）に対して、シーリング部材３−３の内側シール部３ｂにより隔絶されている。

さらにまた、分離膜２Ｂ−４の非透過ガス孔６を、分離膜２Ａ−３の非透過ガス流出孔６ｂに合致させて、次の分離膜２Ａ−１と分離膜２Ｂ−４との間の非透過ガス室８に非透過ガスを流入させる非透過ガス流入孔６ａとして、分離膜２Ｂ−４の上端部２ａに形成するとともに、分離膜２Ｂ−４の透過ガス孔７を、分離膜２Ａ−３と分離膜２Ｂ−４との間の透過ガス室９に透過ガスを流入させる透過ガス流入孔７ａとして分離膜２Ｂ−４の下端部２ｂに、以降繰り返す次の分離膜２Ａ−１の透過ガス流出孔７ｂに合致するように形成している。なお、分離膜２Ａ−３と分離膜２Ｂ−４との間の透過ガス室９は、分離膜２Ａ−３の非透過ガス流出孔６ｂと分離膜２Ｂ−４の非透過ガス流入孔６ａとの間の連絡通路６ｃ（図４参照）に対して、シーリング部材３−４の内側シール部３ｂにより隔絶されている。

以降、上記と同様の順序で、次の分離膜２Ａ−１〜次の分離膜２Ｂ−４および、右側の耐圧プレート４Ｂまでに、同様に構成されるので、その説明を省略する。
上記構成により、すべての非透過ガス流入孔６ａ、非透過ガス室８および非透過ガス流出孔６ｂによって非透過ガス流路６ｄが形成されるとともに、すべての透過ガス流入孔７ａ、透過ガス室９および透過ガス流出孔７ｂによって透過ガス流路７ｄが形成される。とくに、本実施形態では、この透過ガス流路７ｄには、必要に応じて、スイープガスを流し、該スイープガスにより透過ガスを送り出すようにしている。

本実施形態では、非透過ガス流路と透過ガス流路を上記したように構成したことから、非透過ガスは、図５において左側の耐圧プレート４Ａの非透過ガス流通孔４ａを介して導入され、上記した非透過ガス流路６ｄを流れて、右側の耐圧プレート４Ｂの非透過ガス流通孔４ａから外部に抜けるようになっている。このとき、天然ガス・油随伴ガスに含まれる非可燃性ガス成分である、例えばＣＯ_２は、各非透過ガス室８を通過する際に両側の分離膜２を透過して両隣の透過ガス室９，９に移動して透過ガスとなり、透過ガス流路７ｄを通じて分離することができる。

本実施形態では、上記したように、スイープガスを利用する場合は、スイープガスを右側の耐圧プレート４Ｂの透過ガス流通孔４ｂを通じて導入され、透過ガス流路７ｄを流れて、左側の耐圧プレート４Ａの透過ガス流通孔４ｂから外部に抜くことができる。スイープガスを用いることにより、各透過ガス室９を通過する際に両側の分離膜２を透過してきた透過ガスを効率的に補足して外部に送り出すことができる。さらには、処理容量等に応じて分離膜枚数が複数になった場合においても透過側、非透過側ともワンスルーであり流量分配を考慮する必要ない。また、実施形態の分離器１Ａの並列に比べて，高流速であるため濃度分極を回避でき、高い透過性能を得ることができる。

また、本実施形態では、上記した８枚の分離膜２を積層した構成としたことにより、要求される分離性能に応じて大型化が容易であり、その組立性も良好であり、いずれかの分離膜が破損した場合でも、その破損した一部の分離膜の交換だけで済むので、経済的であり、メンテナンスが容易である。

図７および図８は、図４および図５に示した分離器１Ｂにおいて、分離膜２として４つの孔を有するものを採用した場合について図示したものである。各分離膜２において、不要な孔に対しては、この孔を封じるためにシーリング部材３に円盤状シール部３ｃ（図８参照）を設けている。円盤状シール部３ｃは、内側シール部３ｂとは反対側の対角に設けられている。このような分離膜２およびシーリング部材３を用いることにより、上記した実施形態のものと同様な分離器１Ｂを構成することができ、同様な作用効果を奏させることができる。

図９は、最初の実施形態に係る分離器１Ａを複数並列に接続した構成としたものである。分離器１Ａは、すでに説明したように、非透過ガス流路と透過ガス流路が途中で分岐して並列に流れるように構成されているので、要求される分離性能に応じて、必要な数だけ並列に接続すれば、小型の分離器１Ａの場合でも容易に高性能な分離器を構成することができる。同様に、図１０は、上記の他の実施形態に係る分離器１Ｂを複数直列に接続した構成としたものである。分離器１Ｂは、すでに説明したように、非透過ガス流路と透過ガス流路が途中で分岐することなく直流的に流れるように構成されているので、要求される分離性能に応じて、必要な数だけ直列に接続すれば、小型の分離器１Ｂの場合でも容易に高性能な分離器を構成することができる。なお、上記のように分離器１Ａを並列接続したものと、分離器１Ｂを直列に接続したものを組み合わせて構成するようにしても勿論良く、さらに高い分離性能への要求にも対応することが可能である。

図１１及び図１２は、上記両実施形態は勿論のこと、いずれの分離器においても使用可能な分離膜２の他の例を示すものである。同図１１（ａ）〜（ｅ）は、分離膜２の表面にストライプ状の溝（あるいは凸凹）１０を形成したものを示し、（ｆ）および（ｇ）は、分離膜２自体の断面を波形形状としたものを示している。同図において、（ａ）は断面山形の段付き溝１０を形成したものを示し、（ｂ）は断面が矩形状の溝１０を形成したものを示し、（ｃ）は分離膜の両面に（ｂ）に示した溝１０を形成したものを示し、（ｄ）は分離膜２の両面に（ｂ）に示した溝１０を、該溝の幅の分だけずらして形成したものを示し、（ｅ）は一面を断面さざ波形状の溝１０を形成したものを示し、（ｆ）は断面を角ばった波形形状にした分離膜２を示し、（ｇ）は断面を緩い丸形の波形形状とした分離膜２を示すものである。

なお、図１１（ａ）〜（ｇ）において、左側に示した図は、溝１０に対して直角方法に非透過ガスまたは透過ガスが流れる様子を示したもので、右側に示した図は、溝１０に対して該溝の形成方向、すなわち、左側に示した図の場合と直角の方向に非透過ガスまたは透過ガスが流れる様子を示したものである。なお、非透過ガスまたは透過ガスを流す方向はいずれの方向でも良く、また、隣合う非透過ガス流路と透過ガス流路においては、溝１０の方向が互いに方向が直角になるようにすることもできるが、とくに限定されるものではない。

上記したように、分離膜２を構成することにより、分離膜２の表面積を大きくでき、その表面の流れにおける乱流も促進されることから、その透過性能を大幅に向上させることができる。また、図１１（ｆ）、（ｇ）に示したような分離膜２では、分離膜２の厚さをその幅方向に渡って均一にすることができ、分離膜の製造が容易になる。

図１２は、分離膜２の両面に、形成方向が互いに直交する凹凸の溝１０を設けた場合の例を示したものであり、このような構成とすることにより、膜強度の向上をはかることができる。

なお、上記両実施形態では、非透過ガス孔および透過ガス孔を形成する場所を分離膜２の上端部２ａまたは下端部２ｂとしたが、本発明はこれに限らず、分離膜２の上下端部でないその他の一端部または他端部であっても良い。
また、本発明では、分離膜に形成する孔の数は特に限定されないが、好ましくは、孔の数が偶数であれば良い。
また、上記両実施形態では、分離膜に形成する孔およびシーリング部材の内側シール部および円盤状シール部３ｃを対角の角部に形成するようにしたが、その形成場所も特に限定されず、要は、分離膜２の孔に合わせて適宜形成されれば良い。

さらに、分離膜の形状も矩形に限らず、円形でもその他の形状でも勿論良い。この場合は、この分離膜の形状に対応して、シーリング部材および耐圧プレートの形状を適宜決定すれば良い。
さらにまた、上記両実施形態では、８枚の分離膜を採用したが、本発明はこれに限らず、さらに多くの枚数で構成しても良が、分離膜の数は４の倍数にすることが好ましい。
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

１Ａ 分離器
１Ｂ 分離器
２ 分離膜
３ シーリング部材
３ａ 外側シール部
３ｂ 内側シール部
３ｃ 円盤状シール部
４ 耐圧プレート
４ａ 非透過ガス流通孔
４ｂ 非透過ガス流通孔
５ 締結手段
５ａ ボルト
５ｂ ナット
６ 非透過ガス孔
６ａ 非透過ガス流入孔
６ｂ 非透過ガス流出孔
６ｃ 連絡通路
６ｄ 非透過ガス流路
７ 透過ガス孔
７ａ 透過ガス流入孔
７ｂ 透過ガス流出孔
７ｃ 連絡通路
７ｄ 透過ガス流路
８ 非透過ガス室
９ 透過ガス室
１０ 溝

Claims (6)

1. 天然ガス・油随伴ガスに含まれる非可燃性ガスであるＣＯ_２等を透過させる複数の平板状の分離膜と、複数のシーリング部材とを備え、
   上記分離膜は、非透過ガスを通過させるための非透過ガス孔と、上記透過ガスを通過させるための透過ガス孔とを有し、
   上記分離膜と上記シーリング部材を交互に重ね合わせて、それぞれ隣合う分離膜間に外部に対して隔絶された、非透過ガスが流入・流出する非透過ガス室と、透過ガスが流入・流出する透過ガス室を、上記分離膜の重ね合わせ方向に交互に形成し、
   上記非透過ガス室のそれぞれは、その両側の分離膜の上記透過ガス孔間の連絡通路に対して、上記シーリング部材により隔絶され、
   上記透過ガス室のそれぞれは、その両側の分離膜の上記非透過ガス孔間の連絡通路に対して、上記シーリング部材により隔絶され、
   もって、上記非透過ガス孔および上記非透過ガス室によって非透過ガス流路を形成するとともに、上記透過ガス孔および上記透過ガス室によって透過ガス流路を形成するようにしたことを特徴とする分離器。
2. 上記分離膜のそれぞれは一対の非透過ガス孔と一対の透過ガス孔を有し、
   該一対の非透過ガス孔のうち、一方の非透過ガス孔を、上記非透過ガス室に非透過ガスを流入させる非透過ガス流入孔として上記分離膜の一端部に配設するとともに、他方の非透過ガス孔を、上記非透過ガス室から非透過ガスを流出させる非透過ガス流出孔として上記分離膜の他端部に配設し、
   他方、該一対の透過ガス孔のうち、その一方の透過ガス孔を、上記透過ガス室に透過ガスを流入させる透過ガス流入孔として上記分離膜の他端部に配設するとともに、その他方の透過ガス孔を、上記透過ガス室から透過ガスを流出させる透過ガス流出孔として上記分離膜の一端部に配設した構成を備えたことを特徴とする請求項１に記載の分離器。
3. 重ね合わされた上記分離膜のうち、隣合う一の分離膜と二の分離膜の間の空間が上記透過ガス室であるとき、該一の分離膜の上記非透過ガス孔を、該一の分離膜によって一部画成された上記非透過ガス室から非透過ガスを流出させる非透過ガス流出孔として該一の分離膜の他端部に形成するとともに、該一の分離膜の上記透過ガス孔を、該一の分離膜と上記二の分離膜との間の上記透過ガス室から透過ガス孔を流出させる透過ガス流出孔として、該一の分離膜の他端部に形成し、
   上記二の分離膜の上記非透過ガス孔を、上記一の分離膜の上記非透過流出孔に合致させて、該二の分離膜と上記三の分離膜との間の上記非透過ガス室に非透過ガスを流入させる非透過ガス流入孔として、該二の分離膜の他端部に形成するとともに、上記二の分離膜の上記透過ガス孔を、上記一の分離膜と該二の分離膜との間の上記透過ガス室に透過ガスを流入させる透過ガス流入孔として該二の分離膜の一端部に形成し、
   上記三の分離膜の上記非透過ガス孔を、上記二の分離膜と該三の分離膜との間の上記非透過ガス室から非透過ガスを流出させる非透過ガス流出孔として、該三の分離膜の一端部に形成するとともに、該三の分離膜の上記透過ガス孔を、上記二の分離膜の上記透過ガス流入孔に合致させて、該三の分離膜と四の分離膜との間の上記透過ガス室から透過ガスを流出させる透過ガス流出孔として該三の分離膜の一端部に形成し、
   上記四の分離膜の上記非透過ガス孔を、上記三の分離膜の上記非透過ガス流出孔に合致させて、該四の分離膜によって一部画成された上記非透過ガス室に非透過ガスを流入させる非透過ガス流入孔として、該四の分離膜の一端部に形成するとともに、該四の分離膜の上記透過ガス孔を、上記三の分離膜と該四の分離膜との間の上記透過ガス室に透過ガスを流入させる透過ガス流入孔として該四の分離膜の他端部に、上記一の分離膜の上記透過ガス流出孔に対応する位置に形成した構成を備えた構成を備えたことを特徴とする請求項１に記載の分離器。
4. 上記複数の分離膜および上記複数のシーリング部材を重ね合わせ方向に圧縮する態様で、耐圧プレートをこの重ね合わせ方向両端に設置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の分離器。
5. 上記分離膜は、その表面に凹凸を形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の分離器。
6. 上記分離膜の面のうち、一方の面には凹凸のストライプを形成し、他方の面には、該一方の面のストライプの形成方向とは異なる方向に凹凸のストライプを形成したことを特徴とする請求項６に記載の分離器。

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