JPH01224029A

JPH01224029A - ガスの脱湿方法

Info

Publication number: JPH01224029A
Application number: JP63051152A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ono; 悟小野; Kohei Ninomiya; 康平二宮; Shigehiro Asano; 浅野　茂広
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1988-03-04
Publication date: 1989-09-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〕本発明は、ガスの脱湿方法、詳しくは分離膜で構成され
た中空系を束ねて形成した中空糸束が内蔵されている脱
湿装置を用いて行うガスの脱湿方法に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕空気又
は窒素等のガスから、それに含まれている水蒸気を取り
除いて該ガスの乾燥を行う技術に、所謂分離膜で構成さ
れた中空糸を束ねて形成した中空糸束を内蔵する脱湿装
置を用いて行う方法がある。

上記方法では、水蒸気が分離膜を選択的に透過するとい
う詰腹の性質を利用し、中空糸の外側（又は内側）から
内側（又は外側）へ水蒸気を透過させることにより水蒸
気の原料ガスからの分離、除去が行われる。この方法で
は、上記脱湿装置の乾燥能力を十分に発揮させ且つ持続
させるために、中空糸の内側（又は外側）に透過した水
蒸気をパージする必要がある。

一方、いわゆるハイテク分野等においては、極めて高い
乾燥状態の空気等のガスを必要とする場合がある。

しかしながら、上記脱湿装置を用いて行うガスの脱湿方
法は、必ずしも上記要請には十分に応えていないのが現
状である。

従って、本発明の目的は、分離膜で構成された中空糸を
束ねて形成した中空糸束を内蔵する脱湿装置を用い、高
度に乾燥されたガスを効果的に製造することができるガ
スの脱湿方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は種々検討した結果、意外にも所定の条件の
下で原料ガスを中空糸の内側又は外側の何れか一方に供
給し、且つＩ！！造された乾燥ガスの所定量を水蒸気が
透過した側（原料ガスの供給側とは反対側）に導入して
該水蒸気をパージすることにより、掻めて顕著な乾燥性
能を発揮することを知見した。

本発明は、上記知見によりなされたもので、分離膜で構
成された中空糸の束からなる中空糸束を内蔵する脱湿装
置に水蒸気を含有する原料ガスを供給し、該水蒸気を上
記中空糸を透過させて該原料ガスの乾燥を行うガスの脱
湿方法において、上記原料ガスの供給を、上記中空糸の
長さ方向の流速がＱ、　１　ｍ　／　Ｓｅｅ以上で且つ
該中空糸との接触時間が２秒〜２０秒の範囲内で行うと
共に、得られる乾燥ガスの１０〜７０％を上記水蒸気が
透過した側の空間に減圧して導入し、該水蒸気のパージ
を行うことを特徴とするガスの脱湿方法を提供するもの
である。

以下、本発明のガスの脱湿方法の実施態様を図面を参照
しながら詳細に説明する。但し、便宜上、原料ガスを中
空糸の外側に供給し、得られる乾燥ガスの一部を上記中
空系の内側に導入し、該内側に透過した水蒸気のパージ
を行う場合を中心に説明する。

第１図は本発明のガスの脱湿方法の一実施態様を示す概
略説明図、第２図は上記実施態様に適用して有効な脱湿
装置の概略を示す部分断面図であり、また、第３図は他
の一実施態様を示す概略説明図である。

本発明の実施態様を説明するに先立って、本発明のガス
の脱湿方法に適用可能な脱湿装置について、第２図に基
づいて説明する。

上記脱湿装置は、円筒状の耐圧容器１でその外殻が形成
され、該容器１にはその筒壁に原料ガスの供給口２と排
出口３とが設けられ、その両側壁にはパージ用口４及び
５がそれぞれ設けられている。また、上記容器１の内部
には、分離膜で構成された中空糸６を略円柱状に束ねて
形成した中空糸束７が、その両端で樹脂からなる管板８
及び９で一体的に固着された状態で収容されており、し
かも護管板８．９はその周囲を上記容器１の内周壁に密
着させ、気密状態で支持固定されている。

上記管板８．９に固着されている全ての中空糸６は、そ
の両末端が開口されており、咳中空糸６の内側と空間１
０及び１１とは連通している。従って、上記供給口２及
び排出口３は共に中空糸６の外側の空間に連通しており
、また、上記パージ用口４及び５は共に中空糸６の内側
に連通している。

上記中空糸６は、水蒸気を選択的に透過する性能を有す
るものであれば特に限定されるものでなく、例えばポリ
イミド樹脂で形成することができ、また、上記管板８．
９も同様に限定されるものでなく、例えばエポキシ樹脂
で形成することができる。また、上記中空糸６を芳香族
系ポリイミド樹脂で形成する場合は、その膜厚を１０〜
５００μｍ、好ましくは２０〜３００μｍで、外径を５
０〜２０００μｍ、好ましくは２００〜１０００μｍに
することを好適に挙げることができる。尚、中空糸束７
を形成するための中空糸６の数及びその長さは任意に変
更できることはいうまでもない。

続いて、第１図に示す本発明方法の一実施態様について
説明する。

本実施態様は、第２図に示したと同様の脱湿装置Ａを用
いて行うものであり、その際のガスの流れを矢印で示し
である。先ず、上記装置Ａの供給口２から、後に説明す
る所定の条件の下で水蒸気を含有する原料ガスを加圧し
て導入し、中空糸６の外側の空間１２に供給する。原料
ガスは上記空間１２を上記中空糸６の外表面に接触を繰
り返しながら上記排出口３の方向に流動して通過する。

通過したガスは乾燥ガスとして排出口３より取り出され
、該乾燥ガスは所望の用途に利用される。

本実施態様では、上記の如く原料ガスを中空糸６の外側
の空間１２に供給すると同時に、得られた乾燥ガスの一
部を、後に説明する所定の範囲で減圧弁１３を通して減
圧し、その乾燥ガスを一方のパージ用口５から中空糸６
の内側に導入し、パージ用ガスとして利用している。即
ち、中空糸６の外側から内側へ透過してきた水萎気を、
上記低圧の乾燥ガスでパージし、該ガスを上記水原気と
共に他方のパージ用口４から装置Ａの外に排出すること
により、該装置Ａの乾燥能力を継続して維持する。

本実施態様においては、以下に説明する所定の条件の下
で原料ガスを供給すると共に、得られた乾燥ガスの所定
量をパージ用ガスとして用いることにより、高い乾燥度
のガスを継続して製することが達成される。

上記原料ガスを供給する条件の一つは、中空糸の長さ方
向における原料ガスの流速Ｕ、を、０．１ｍ／Ｓｅｃ以
上、好ましくは０．１〜１．０　ｍ　／Ｓｅｃ、更に好
ましくは０．２〜１．０　ｍ　／Ｓｅｃとするものであ
り、他の一つは、原料ガスの上記中空糸との接触時間θ
を２〜２０秒、好ましくは２〜１５秒とするものである
。尚、ここで接触時間θは中空糸の有効長りを原料ガス
の平均流速で除した値である。

従って、上記接触時間θの調整は、上記有効長及び平均
流速の両方又は一方を適宜変更して行うことができる。

また、パージ用ガスとしての適切な乾燥ガスの量は、排
出口３から取り出される全乾燥ガス量の１０〜７０％、
好ましくは１０〜５０％である。

上記のように、本発明ではｕｌを０．１　ｍ　／　Ｓｅ
ｃ以上にする必要がある。その理由は必ずしも明らかで
はないが、ガスの滞留時間分布が均一になり、また中空
糸表面の物質移動抵抗が小さくなって水薄気の拡散が促
進されることにあると解される。

また、上記θは短すぎる場合には脱湿され難く、逆に長
すぎても好ましくなく、そのため上記の有効範囲が存在
することが見出されたが、この事実は意外であった。θ
が一定の値を超えると好ましくない理由は、必ずしも明
らかでないが、ガスの流速分布が広くなり、同時に被乾
燥ガス自体が膜を透過し易くなるためと解される。

次に、第３図に示す一実施態様を説明する。

第３図の実施態様は、基本的には前記第１図に示したも
のと同一であり、二つの脱湿装置を直列に接続して用い
るところが相違するものである。

即ち、二つの脱湿装置Ａ及びＢを、中空糸の内側同士及
びその外側の空間同士が互いに連通ずる状態に接続して
行うものである。

原料ガスの中空糸６の外側の空間１２への供給は、矢印
で示すように、先ず装置Ａの供給口２から行い、中間乾
燥ガスをその排出口３から取り出し、更にこの中間乾燥
ガスを装ＷＢの供給口２から、該装置Ｂの中空糸６の内
側に供給し、製品としての乾燥ガスをその排出口３から
取り出すことによりガスの乾燥を行うものである。尚、
その際、乾燥ガスの一部からなるパージ用ガスは、下流
側に位置する装ｆｆＢに、そのパージ用口５から導入さ
れ、前記実施Ｂ様の場合と同様に上記原料ガスの流動方
向と反対の方向に流動される。即ち、上記パージ用ガス
は、上記袋ｆｉＢに接続されている減圧弁１３を経て、
減圧された状態で該装置Ｂのパージ用口から中空糸６の
内側に導入され、その他方のパージ用口４に到達し、更
にそのパージ用ガスは装置への一方のパージ用口５から
中空糸の内側に導入され、最終的に他方のパージ用口４
から装置Ａの外に排出される。

本実施態様の特徴は、二つの装置を直列に接続すること
にあり、その結果、最初の装置を通過したガスが、次の
装置に供給される際にガスの混合がおこり、シッートパ
スしたガスがこの部分で均一化され、より効果的なガス
の乾燥を達成できるものである。尚、装置を直列に接続
する数は、図示するような二つに限るものでなく、三つ
以上であってもよいことはいうまでもない。

尚、本発明のガスの脱湿方法は、例えば、空気、窒素、
水素、アルゴン、更には天然ガス等の通常ガスで存在す
るものであれば種々のものに、特に制限はなく適用でき
る。

また、原料ガスを中空糸の外側に供給する場合について
説明してきたが、これに限るものでなく中空糸の内側に
供給する場合であってもよいことはいうまでもない。

次に、本発明のガスの脱湿方法のを動性を明らかにする
ために行った実施例及び比較例について説明する。

（実施例１〜４及び比較例１〕中空糸の長さ方向における原料ガス（空気）の流速ｕ１
の影響を調べるために、第１図に示した実施態様に従っ
て行った実施例１〜４及び比較例１について、その実施
条件及びその実施結果を下記表１に示した。

下記表１より、単位膜面積当たりの原料空気の供給１　
（Ｑ、／Ｓ）を一定とし、得られた乾燥空気の大気圧露
点を比較すると、比較例１のようにＵ、が０．１　ｍ　
／Ｓｅｃ以下では、実施例１〜４に比べて、４〜９°Ｃ
も高かった。

一方、実施例１〜４のようにｕ、を０．１ｍ／ＳｅＣか
ら順次上げていく場合は、乾燥空気の大気圧露点の低下
率はわずかであったが十分に低い値を示した。また、ｕ
ｌを１．０　ｍ　／　Ｓｅｃより大きくする場合は、露
点の低下効果は小さくなり、逆にガスの圧力損失が大き
くなった。従って、ｕｌとしては０．１〜１．０　ｍ　
／Ｓｅｅが好ましく、０．２〜１．０〔実施例５〜７及
び比較例２〜３〕接触時間θの影響を調べるために、第１図に示した実施
態様に従って行った実施例５〜７及び比較例２〜３につ
いて、その実施条件及びその実施結果を下記表２に示し
た。

下記表２より、一定の膜面積の脱湿装置を用い、接触時
間θを変化させた場合について、乾燥空気の乾燥程度を
その大気圧露点で比較すると、θが２５秒と長い場合（
比較例２）は、乾燥効果はあるが、膜面積当たりの処理
ガス量が少なく、θが１秒と短い場合（比較例３）は、
膜面積不足で乾燥効果が不十分であった。

従って、接触時間θには有効な範囲が存在し、それが２
〜２０秒、好ましくは２〜１５秒であっ〔実施例８〜１
６）製品としての乾燥空気の回収率（パージ率）の影響を調
べるために、第１図に示した実施態様に従って行った実
施例８〜１６について、その実施条件及びその実施結果
を下記表３−１及び表３−２に示した。

尚、表３−１には比較のために前記実施例４のデータを
も併記した。

下記画表より、原料空気の供給条件を一定にして乾燥空
気の回収率を下げるに従い、即ちパージ率を上げるに従
い製品としての乾燥空気の大気圧露点が１０°Ｃを超え
る程に大巾に低下した。このようにパージ率を大きくす
ることは、乾燥空気としての回収率は低下するが、原料
ガスの供給圧力が低い場合でも極めて大気圧露点の低い
、即ち高乾燥度の空気を製することができる。

〔実施例１７及び１８〕脱湿装置の接続段数の影響を調べるために、第３図に示
した実施態様に従って２段及び３段に接続して行った実
施例１７及び１８について、その実施条件及びその実施
効果を下記表４に示した。

尚、表４には比較のために前記実施例４のデータを併記
した。

下記表４より、脱湿装置の接続段数を増やすに従い、製
される乾燥空気の大気圧露点が順次低下していくことが
認められた。従って、下記接続段数を増やすことにより
、−段と高い乾燥度の乾燥空気を製することができる。

表　４　脱雷装置の接結段数の影響以上、実施例に基づいて本発明のガスの脱湿方法を具体
的に説明したきたが、下記表１、表２、表３−１及び表
３−２の結果を総合的に判断すると、原料空気の供給を
、中空糸の長さ方向における上記原料空気の流速Ｕ、が
０．１ｍ／Ｓｅｃ以上で、且つ中空糸（分離膜）との接
触時間θが２秒〜２０秒で行うと共に、得られる乾燥空
気の１０〜７０％をパージ用ガスとして利用することが
、上記原料空気を乾燥するに極めて有効である。そして
、乾燥効果を更に高めるためには、上記条件の下で使用
する脱湿装置を多段に接続することが更に有効である。

〔発明の効果〕

本発明のガスの脱湿方法によれば、分離膜で構成された
中空糸を束ねて形成した中空糸束を内蔵する脱湿装置を
用い、高度に乾燥されたガスを効果的に製することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明０ガスの脱湿方法の一実施態様を示す概
略説明図、第２図は上記実施態様に適用して有効な脱湿
装置の概略を示す部分断面図、第３図は他の一実施態様
を示す概略説明図である。Ａ、Ｂ・・・脱湿装置１・・・・・耐圧容器６・・・・・中空糸７・・・・・中空糸束第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

分離膜で構成された中空糸の束からなる中空糸束を内蔵
する脱湿装置に水蒸気を含有する原料ガスを供給し、該
水蒸気を上記中空糸を透過させて該原料ガスの乾燥を行
うガスの脱湿方法において、上記原料ガスの供給を、上
記中空糸の長さ方向の流速が０．１ｍ／Ｓｅｃ以上で且
つ該中空糸との接触時間が２秒〜２０秒の範囲内で行う
と共に、得られる乾燥ガスの１０〜７０％を上記水蒸気
が透過した側の空間に減圧して導入し、該水蒸気のパー
ジを行うことを特徴とするガスの脱湿方法。