JP2878297B2 - 窒素富化空気の製造方法 - Google Patents
窒素富化空気の製造方法Info
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- JP2878297B2 JP2878297B2 JP1037518A JP3751889A JP2878297B2 JP 2878297 B2 JP2878297 B2 JP 2878297B2 JP 1037518 A JP1037518 A JP 1037518A JP 3751889 A JP3751889 A JP 3751889A JP 2878297 B2 JP2878297 B2 JP 2878297B2
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- oxygen
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- nitrogen
- membrane
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/04—Purification or separation of nitrogen
- C01B21/0405—Purification or separation processes
- C01B21/0433—Physical processing only
- C01B21/0438—Physical processing only by making use of membranes
- C01B21/0444—Physical processing only by making use of membranes characterised by the membrane
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は窒素富化空気の製造方法に関するものであ
る。
る。
＜従来の技術＞ 空気には約21％の酸素が含まれており、酸素富化膜を
用いて酸素富化空気を得ることが公知である。すなわ
ち、窒素ガスに較べて酸素ガスを透過し易い非多孔性高
分子薄膜を多孔質支持層の表面に設けて複合膜を作成
し、この複合膜によって空気質と酸素富化室とを隔て、
空気室への空気の圧入または酸素富化室の減圧により、
酸素富化ガスを膜を通して透過させる方法が公知であ
る。
用いて酸素富化空気を得ることが公知である。すなわ
ち、窒素ガスに較べて酸素ガスを透過し易い非多孔性高
分子薄膜を多孔質支持層の表面に設けて複合膜を作成
し、この複合膜によって空気質と酸素富化室とを隔て、
空気室への空気の圧入または酸素富化室の減圧により、
酸素富化ガスを膜を通して透過させる方法が公知であ
る。
＜解決しようとする課題＞ ところで、空気には約79％の窒素も含まれているが、
従来では、酸素富化空気を得ることのみに終始してお
り、酸素富化気体が膜に透過されたのちの非透過側の空
気は排出している。
従来では、酸素富化空気を得ることのみに終始してお
り、酸素富化気体が膜に透過されたのちの非透過側の空
気は排出している。
この非透過側空気の窒素濃度や流量は、（透過空気量
／供給空気量）の比や膜の酸素透過係数や膜の（酸素／
窒素）分離係数等により左右されるが、従来では、非透
過側空気を窒素富化空気として利用するように、これら
の諸条件を設定することは行われていない。
／供給空気量）の比や膜の酸素透過係数や膜の（酸素／
窒素）分離係数等により左右されるが、従来では、非透
過側空気を窒素富化空気として利用するように、これら
の諸条件を設定することは行われていない。
本発明の目的は、空気から充分に高い濃度及び流量で
窒素富化空気を得ることのできる窒素富化空気の製造方
法を提供することにある。
窒素富化空気を得ることのできる窒素富化空気の製造方
法を提供することにある。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明に係る窒素富化空気の製造方法は、多孔質支持
層の表面を酸素透過係数１×10-9〜10-7cc・cm/cm2・se
c・cmHgの素材で処理し、該処理層上に酸素と窒素との
分離係数が３〜６の酸素富化膜を設けた複合膜を有する
膜装置に空気を供給し、複合膜に酸素富化空気を透過さ
せ、酸素富化気体が透過された後の非透過側空気を取り
出す方法であり、非透過側取り出し空気を窒素富化空気
とするように透過空気量／供給空気量を設定することを
特徴とする構成である。
層の表面を酸素透過係数１×10-9〜10-7cc・cm/cm2・se
c・cmHgの素材で処理し、該処理層上に酸素と窒素との
分離係数が３〜６の酸素富化膜を設けた複合膜を有する
膜装置に空気を供給し、複合膜に酸素富化空気を透過さ
せ、酸素富化気体が透過された後の非透過側空気を取り
出す方法であり、非透過側取り出し空気を窒素富化空気
とするように透過空気量／供給空気量を設定することを
特徴とする構成である。
＜実施例の説明＞ 以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明
する。
する。
第１図Ａは本発明において使用する膜装置の一例を示
す縦断面図、第１図Ｂは第１図Ａにおけるｂ−ｂ断面図
である。
す縦断面図、第１図Ｂは第１図Ａにおけるｂ−ｂ断面図
である。
第１図Ａ並びに第１図Ｂにおいて、１は中央管であ
る。２は膜封筒であり、開口端21を中央管１に連通した
うえで、中央管１上にスパイラル状に巻付けてある。３
は容器、４はスパイラル膜と容器内周との間を気密にシ
ールせるシール材、５は空気圧入口、６は窒素富化空気
取出口である。
る。２は膜封筒であり、開口端21を中央管１に連通した
うえで、中央管１上にスパイラル状に巻付けてある。３
は容器、４はスパイラル膜と容器内周との間を気密にシ
ールせるシール材、５は空気圧入口、６は窒素富化空気
取出口である。
第２図は上記膜封筒を構成する気体分離膜を示してい
る。
る。
第２図において、ａは気体分離能を有さない多孔質支
持層であり、機械的強度を保証し得るものであれば特に
限定されるものではないが、多孔率５〜80％、窒素透過
速度５〜1000Nm3/m2・hr・atmのものが適当であり、例
えば、ポリスルホン、ポリイミド等の限外濾過膜を用い
ることができる。この多孔質支持層の表面は、酸素の透
過係数が１×10-9〜10-7cc・cm/cm2・sec・cmHgの素材
ｂで処理してある。素材ｂは薄膜状の形態で共存してい
ることが好ましいが、必ずしも連続した層である必要は
なく、要は後述の酸素富化素材を薄層に形成できるもの
であればよい。この素材としては、ポリオルガノシロキ
サンが好適である。Ｃは上記処理面上に設けた酸素富化
膜であり、酸素と窒素の分離係数が３〜６の通常のもの
を用いている。この酸化富化膜の厚みは、充分な流量を
確保するために２μｍ以下とする必要があり、0.5μｍ
以下とすることが好ましく、かくして、複合膜の酸素透
過速度を0.5〜0.6Nm3/m2・hr・atm、酸素と窒素との分
離係数を2.5〜4.5としてある。この酸素富化膜には、ポ
リ４−メチルペンテン−１、ポリフェニレンオキサイド
等を使用できる。
持層であり、機械的強度を保証し得るものであれば特に
限定されるものではないが、多孔率５〜80％、窒素透過
速度５〜1000Nm3/m2・hr・atmのものが適当であり、例
えば、ポリスルホン、ポリイミド等の限外濾過膜を用い
ることができる。この多孔質支持層の表面は、酸素の透
過係数が１×10-9〜10-7cc・cm/cm2・sec・cmHgの素材
ｂで処理してある。素材ｂは薄膜状の形態で共存してい
ることが好ましいが、必ずしも連続した層である必要は
なく、要は後述の酸素富化素材を薄層に形成できるもの
であればよい。この素材としては、ポリオルガノシロキ
サンが好適である。Ｃは上記処理面上に設けた酸素富化
膜であり、酸素と窒素の分離係数が３〜６の通常のもの
を用いている。この酸化富化膜の厚みは、充分な流量を
確保するために２μｍ以下とする必要があり、0.5μｍ
以下とすることが好ましく、かくして、複合膜の酸素透
過速度を0.5〜0.6Nm3/m2・hr・atm、酸素と窒素との分
離係数を2.5〜4.5としてある。この酸素富化膜には、ポ
リ４−メチルペンテン−１、ポリフェニレンオキサイド
等を使用できる。
本発明により窒素富化空気を製造するには、第１図Ａ
において、コンプレッサにより空気圧入口５より加圧空
気を供給するか、あるいは中央管１内を真空ポンプによ
り減圧して膜封筒内を膜封筒外に較べ低圧にし、供給空
気が上記スパイラル膜の巻層間通路（隙間）を通過する
間、膜を通して酸化富化空気を透過させると共にこの酸
素富化空気が透過された後の非透過側空気を出口６より
有価気体として取り出していき、この非透過側取り出し
空気の窒素濃度及び流量を充分に高くするように（透過
空気量／供給空気量）の比を所定値に設定する。
において、コンプレッサにより空気圧入口５より加圧空
気を供給するか、あるいは中央管１内を真空ポンプによ
り減圧して膜封筒内を膜封筒外に較べ低圧にし、供給空
気が上記スパイラル膜の巻層間通路（隙間）を通過する
間、膜を通して酸化富化空気を透過させると共にこの酸
素富化空気が透過された後の非透過側空気を出口６より
有価気体として取り出していき、この非透過側取り出し
空気の窒素濃度及び流量を充分に高くするように（透過
空気量／供給空気量）の比を所定値に設定する。
すなわち、第３図に示すように、（透過空気量／供給
空気量）を１に近づけると取り出し空気の窒素濃度を10
0％に近づけ得るが、その取り出し空気流量が０に近づ
いてしまい、他方、（透過空気量／供給空気量）を小さ
くすると取り出し空気流量を大きくできるが、その窒素
濃度が低くなる（79％に近づく）ので、ほぼ0.8程度に
設定する。
空気量）を１に近づけると取り出し空気の窒素濃度を10
0％に近づけ得るが、その取り出し空気流量が０に近づ
いてしまい、他方、（透過空気量／供給空気量）を小さ
くすると取り出し空気流量を大きくできるが、その窒素
濃度が低くなる（79％に近づく）ので、ほぼ0.8程度に
設定する。
本発明において使用する膜装置は、上記したスパイラ
ル型に限定されるものではなく、プレート型、キャピラ
リー型、ホローファイバー型の態様でも実施できるが、
小型化を図るためには、スパイラル型、キャピラリー
型、ホローファイバー型が有利である。
ル型に限定されるものではなく、プレート型、キャピラ
リー型、ホローファイバー型の態様でも実施できるが、
小型化を図るためには、スパイラル型、キャピラリー
型、ホローファイバー型が有利である。
次に、より具体的な実施例について説明する。
厚さ160μｍのポリエステル不織布上に、厚さ140μｍ
のポリスルホン多孔質膜を積層した多孔質支持層を、２
％のポリジメチルシロキサンを含むイソオクタン溶液で
塗布処理した。イソオクタンを加熱して蒸発させたの
ち、その処理面に0.5％のポリ４−メチルペンテン−１
のヘキサン溶液を塗布し、100℃の乾燥炉に乃至３分通
して薄膜を形成した。このようにして作成した複合膜に
おけるポリ４−メチルペンテン−１の厚さは0.1μｍで
あり、複合膜の酸素透過速度（PO2）は0.55Nm3/m2・hr/
atm、酸素と窒素との分離係数（PO2/PN2）は3.4であ
る。この複合膜を用いて、膜面積5m2のスパイラル型膜
装置を組立てた。
のポリスルホン多孔質膜を積層した多孔質支持層を、２
％のポリジメチルシロキサンを含むイソオクタン溶液で
塗布処理した。イソオクタンを加熱して蒸発させたの
ち、その処理面に0.5％のポリ４−メチルペンテン−１
のヘキサン溶液を塗布し、100℃の乾燥炉に乃至３分通
して薄膜を形成した。このようにして作成した複合膜に
おけるポリ４−メチルペンテン−１の厚さは0.1μｍで
あり、複合膜の酸素透過速度（PO2）は0.55Nm3/m2・hr/
atm、酸素と窒素との分離係数（PO2/PN2）は3.4であ
る。この複合膜を用いて、膜面積5m2のスパイラル型膜
装置を組立てた。
このスパイラル型膜装置を用い、供給空気圧力を2kg/
cm2 G、3kg/cm2G、4kg/cm2 G並びに5kg/cm2 Gに変え、
膜透過空気圧力を大気圧として、膜透過空気量／膜供給
空気量と窒素富化空気量並びに膜透過空気量／膜供給量
と窒素濃度との関係を測定したところ、第３図に示す通
りであった。
cm2 G、3kg/cm2G、4kg/cm2 G並びに5kg/cm2 Gに変え、
膜透過空気圧力を大気圧として、膜透過空気量／膜供給
空気量と窒素富化空気量並びに膜透過空気量／膜供給量
と窒素濃度との関係を測定したところ、第３図に示す通
りであった。
第３図から明らかな通り、供給空気圧力5kg/cm2、窒
素富化空気量10Nl/minのもとでの窒素濃度は96％，供給
空気圧力4kg/cm2、窒素富化空気量10Nl/minのもとでの
窒素濃度は95％である。
素富化空気量10Nl/minのもとでの窒素濃度は96％，供給
空気圧力4kg/cm2、窒素富化空気量10Nl/minのもとでの
窒素濃度は95％である。
これに対し、多孔質支持層上に直接、ポリ４−メチル
ペンテン−１の酸素富化膜を形成して、上記のポリジメ
チルシロキサンによる処理を省略し、他は上記実施例と
同じとした比較例については、供給空気圧力を5kg/cm2
Gとしても窒素富化空気の窒素濃度は93％が限度であっ
た。
ペンテン−１の酸素富化膜を形成して、上記のポリジメ
チルシロキサンによる処理を省略し、他は上記実施例と
同じとした比較例については、供給空気圧力を5kg/cm2
Gとしても窒素富化空気の窒素濃度は93％が限度であっ
た。
＜発明の効果＞ 上述した通り本発明によれば、酸素富化膜を用い空気
から充分に高い窒素濃度でしかも充分な流量にて窒素富
化空気を製造できるとともに透過側から高い濃度の酸素
富化空気を得ることができる。
から充分に高い窒素濃度でしかも充分な流量にて窒素富
化空気を製造できるとともに透過側から高い濃度の酸素
富化空気を得ることができる。
【図面の簡単な説明】 第１図Ａは本発明において使用する膜装置の一例を示す
縦断面図、第１図Ｂは第１図Ａにおけるｂ−ｂ断面図、
第２図は第１図Ａにおける点線枠内の拡大図、第３図は
本発明の一実施例における分離性能を示す図表である。 ａ……多孔質支持層、ｂ……処理層、 ｃ……酸素富化膜。
縦断面図、第１図Ｂは第１図Ａにおけるｂ−ｂ断面図、
第２図は第１図Ａにおける点線枠内の拡大図、第３図は
本発明の一実施例における分離性能を示す図表である。 ａ……多孔質支持層、ｂ……処理層、 ｃ……酸素富化膜。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｄ 71/70 ５００ Ｂ０１Ｄ 71/70 ５００ (56)参考文献 特開 昭59−59214（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−30522（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−30620（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B01D 53/22 B01D 69/02 B01D 69/12 C01B 13/02 B01D 71/26 B01D 71/70 500
Claims (1)
- 【請求項１】多孔質支持層の表面を酸素透過係数１×10
-9〜10-7cc・cm/cm2・sec・cmHgの素材で処理し、該処
理層上に酸素と窒素との分離係数が３〜６の酸素富化膜
を設けた複合膜を有する膜装置に空気を供給し、複合膜
に酸素富化空気を透過させ、酸素富化気体が透過された
後の非透過側空気を取り出す方法であり、非透過側取り
出し空気を窒素富化空気とするように透過空気量／供給
空気量の比を設定することを特徴とする窒素富化空気の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1037518A JP2878297B2 (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 窒素富化空気の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1037518A JP2878297B2 (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 窒素富化空気の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02218415A JPH02218415A (ja) | 1990-08-31 |
| JP2878297B2 true JP2878297B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=12499761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1037518A Expired - Lifetime JP2878297B2 (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 窒素富化空気の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2878297B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5707423A (en) * | 1996-06-14 | 1998-01-13 | Membrane Technology And Research, Inc. | Substituted polyacetylene separation membrane |
| CN108690669B (zh) * | 2018-02-23 | 2020-12-11 | 芜湖中燃城市燃气发展有限公司 | 天然气液化分离预处理装置 |
| CN114295527B (zh) * | 2021-12-27 | 2023-11-21 | 杭州哲达科技股份有限公司 | 一种实时监测膜组件运行的监控系统以及分析方法 |
-
1989
- 1989-02-17 JP JP1037518A patent/JP2878297B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02218415A (ja) | 1990-08-31 |
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