JPH0217922A - Apparatus and method separating water from hydrocarbon - Google Patents

Apparatus and method separating water from hydrocarbon

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JPH0217922A
JPH0217922A JP1028519A JP2851989A JPH0217922A JP H0217922 A JPH0217922 A JP H0217922A JP 1028519 A JP1028519 A JP 1028519A JP 2851989 A JP2851989 A JP 2851989A JP H0217922 A JPH0217922 A JP H0217922A
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membrane
mixture
hydrocarbon
fibers
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John A Taylor
ジョン エイ テイラー
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Separation Dynamics Inc
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Abstract

PURPOSE: To separate water and dissolved water-soluble components in high yield by bringing the hydrocarbon stream to contact with a hollow fiber membrane consisting of a nonporous cuproammonium cellulose. CONSTITUTION: A filter device 10 is constituted by arranging the membrane 26 bundling the nonporous hollow fiber 28 consisting of the cuproammonium regenerated cellulose in a housing 12. A wet hydrocarbon gas (for example, a natural gas consisting essentially of methane) is made to flow in from a port 22 and made to flow along an outer wall of the fiber 28. On the other hand, a sweep stream consisting of a dry air is made to flow in from the port 18 and discharged from the port 20 through an inside of the fiber 28. The water and the dissolved water-soluble component in the wet hydrocarbon gas are diffused through the membrane 26 and removed continuously by the sweep stream. A dry hydrocarbon gas is discharged from the port 24.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水と炭化水素(ハイドロカーボン)との混合
物から水を分離する装置及び方法に関し、より詳しくは
、ガスの脱水をしかつ炭化水素で汚染された水の汚染を
除去する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus and method for separating water from a mixture of water and hydrocarbons, and more particularly to a method for dehydrating gases and cleaning water contaminated with hydrocarbons. Concerning methods of removing contamination.

炭化水素、化学産業廃棄物中に見られるハロゲン化炭化
水素汚染物質、又はガス状炭化水素から水を分離するに
は、一般に、化学的劣下又は汚損(fouling)を
招くことなく長期間炭化水素に曝すことができる分離装
置(システム)が必要になる。
Separation of water from hydrocarbons, halogenated hydrocarbon contaminants found in chemical industrial wastes, or gaseous hydrocarbons generally requires long-term hydrocarbon removal without chemical deterioration or fouling. A separation device (system) that can be exposed to

化学的劣下とは、分離膜のような分離装置の化成部品に
対する炭化水素又はハロゲン化炭化水素の作用のことで
あり、一般にこの作用によって、膜装置が化学的に劣下
したり故障するようになる。
Chemical degradation refers to the action of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons on chemical components of separation equipment, such as separation membranes, and generally causes chemical degradation or failure of the membrane equipment. become.

Michaels著、「限外濾過膜とその応用例(Ul
tra−filtration  )Iesbrane
s  and  Applications)J  、
「ポリマーサイエンス及びテクノロジー(Polym−
er 5cience and Technology
 ) J  (Vol、13.1979)には、通常の
作動条件下で膜が流れ抵抗を発生し、膜透過流量が大幅
に制限される現象(集中分権)としての汚損に関する説
明がある。
Michaels, “Ultrafiltration membranes and their applications (Ultrafiltration membranes and their applications)”
tra-filtration) Iesbrane
s and Applications) J,
“Polymer Science and Technology (Polymer-
er 5science and Technology
) J (Vol, 13.1979) describes fouling as a phenomenon in which under normal operating conditions the membrane develops flow resistance and the membrane permeation flow rate is severely restricted (centralized decentralization).

水と炭化水素との分離に関する別の一般的な見地として
、はぼ同サイズの分子の分離により生じる問題がある。
Another common aspect regarding the separation of water and hydrocarbons is the problem caused by the separation of molecules of similar size.

例えば、水の分子サイズは、メタン分子のサイズとほぼ
同じである。従って、現在入手できる多孔質膜装置であ
って最も微小な多孔率(ρorosity)をもつ多孔
質膜装置でも、水とメタンとを識別することはできない
。他の膜すなわち親水性の化学的処理を施した膜でも、
膜の微孔を通る水の流れ力学(flow dynami
cs)により、水及びメタンはこれらの膜の微孔を通過
してしまう。
For example, the size of a water molecule is approximately the same as the size of a methane molecule. Therefore, even the currently available porous membrane devices with the smallest porosity cannot distinguish between water and methane. Even with other membranes, that is, membranes that have been chemically treated to make them hydrophilic,
flow dynamics of water through the micropores of a membrane
cs) allows water and methane to pass through the micropores of these membranes.

工業用ガス流の中にしばしば水蒸気が見出されるが、ガ
ス流が使用又は処理される前或いは使用又は処理される
間に、水蒸気を除去する必要がある。例えば天然ガス(
その主成分はメタンである)は、その自然状態において
、物理的に捕捉した水を多量に含有している。多くの工
業的工程において、かようなガスは乾燥させることが望
まれ又は必要とされる。
Water vapor is often found in industrial gas streams and needs to be removed before or while the gas stream is used or treated. For example, natural gas (
In its natural state, methane, the main component of which is methane, contains large amounts of physically trapped water. In many industrial processes it is desirable or required that such gases be dried.

天然ガスを乾燥する従来の方法は、メタノール又はグリ
コール等の物質への水の溶解性を利用して、湿ったガス
をスクラビング流体の浴又はカーテンに通すことによっ
て乾燥する方法である。この方法において、スクラビン
グ流体が水で飽和されたときには、通常、坑口ガスを燃
焼させて得た熱で水を蒸発させることによりスクラビン
グ流体を再生している。従ってこの方法では、本来的に
、収着流体自体のコストと共に、水で飽和された収着流
体の再生に使用される坑口ガスのコストも必要になる。
A conventional method of drying natural gas is to take advantage of the solubility of water in substances such as methanol or glycols by passing the moist gas through a bath or curtain of scrubbing fluid. In this method, when the scrubbing fluid becomes saturated with water, the scrubbing fluid is typically regenerated by evaporating the water using heat obtained from burning wellhead gas. This method thus inherently requires the cost of the sorption fluid itself, as well as the cost of the wellhead gas used to regenerate the water-saturated sorption fluid.

従来技術による他の構成として分子篩(モレキュラシー
プ)吸着剤を使用するものがあり、一般に、湿ったガス
は分子篩を形成するベツドに通されるようになっている
。しかしなから、この方法でも、ベツドの再生又は交換
のためにかなりのエネルギコストが必要になる。
Other prior art arrangements include the use of molecular sieve adsorbents, where the moist gas is generally passed through a bed forming the molecular sieve. However, even this method requires considerable energy costs for refurbishing or replacing the bed.

更に、固体吸着剤を用いた乾燥法及び機械的操作(降水
を生じさせるための冷却又は冷凍)も使用されている。
Additionally, drying methods using solid adsorbents and mechanical manipulation (cooling or freezing to produce precipitation) have also been used.

米国特許第3,735,559号には、他のガスから水
蒸気を分離するためのスルフォン化ポリキシレン酸化物
膜が開示されている。この膜は、膜表面の一部に対する
障害物となる支持構造物により支持されている。平らな
膜が2つの基礎スクリーンの間に支持されていて、サン
ドウィッチ形の平膜組立体を形成している。この米国特
許には更に、膜が遭遇する種々の問題、例えば膜の破裂
及び直線状の収縮等についても論じられている。
U.S. Pat. No. 3,735,559 discloses sulfonated polyxylene oxide membranes for separating water vapor from other gases. The membrane is supported by a support structure that provides an obstruction to a portion of the membrane surface. A flat membrane is supported between two base screens to form a sandwich-shaped flat membrane assembly. The patent also discusses various problems encountered with membranes, such as membrane rupture and linear shrinkage.

米国特許第4.421,529号には、間隔を隔てて配
置された中空繊維膜を用いてガスを分離する方法が開示
されている。また、この米国特許には、セルロースエス
テル又はセルロースエーテルを含む種々の材料(好まし
くは不整酢酸セルロース)で中空繊維を作り得ることが
開示されている。これらの繊維膜は、真に炭化水素流体
を濾過できる多孔質の膜である。膜が多孔質であるため
、炭化水素は微孔を通って流れることができる。更に、
これらの膜は約250μの厚さを有しており、この膜厚
のために、装置の流れ力学に消極的な作用が及ぼされる
U.S. Pat. No. 4,421,529 discloses a method for separating gases using spaced hollow fiber membranes. The patent also discloses that the hollow fibers can be made of a variety of materials including cellulose esters or cellulose ethers, preferably asymmetric cellulose acetate. These fibrous membranes are porous membranes that can truly filter hydrocarbon fluids. Because the membrane is porous, hydrocarbons can flow through the micropores. Furthermore,
These membranes have a thickness of approximately 250μ, which has a negative effect on the flow dynamics of the device.

酢酸セルロース膜を初めて使用した人である、S、5o
urirajanの著述[逆浸透・応用化学及び化学工
学の新分野(Reverse Os+mossis: 
A New Fieldof Applied Che
mistry and Chenical Il!ng
ineering)J(雑誌「合成膜(Synthet
ic Membranes) J 、Vol、1.19
81に掲載)に記載されているように、酢酸セルロース
膜は、不整多孔質フィルムで構成されている。かような
多孔質フィルムは、溶液の成分の1つを、フィルムの界
面で優先吸収するのに使用される。Kesting著[
合成高分子膜(Synthetic P。
S, 5o, the first person to use cellulose acetate membrane
Urirajan's writings [Reverse Osmosis, New Fields of Applied Chemistry and Chemical Engineering (Reverse Os+mossis:
A New Field of Applied Che
Mistry and Chemical Il! ng
ineering) J (magazine “Synthetic membrane (Synthet)
ic Membranes) J, Vol, 1.19
81), cellulose acetate membranes are composed of irregularly porous films. Such porous films are used to preferentially absorb one of the components of the solution at the interface of the film. Written by Kesting [
Synthetic polymer membrane (Synthetic P.

1yn+eric Membranes)J (197
1年、第40頁、第2.17図)の電子顕微鏡写真に示
されているように、酢酸セルロースでできた限外濾過膜
は、連続気泡すなわち破れた壁をもつ空泡からなる凝集
装置である。気泡網組織を互いに結び付けているのは、
3次元方向に延びている長いリブである。
1yn+eric Membranes)J (197
1, p. 40, Fig. 2.17), ultrafiltration membranes made of cellulose acetate are flocculation devices consisting of open cells, or voids with broken walls. It is. What connects the cell network to each other is
It is a long rib extending in three dimensions.

ハロゲン化炭化水素の存在する場所では、酢酸セルロー
ス及びセルロースエーテルは溶解又は分解してしまう。
In the presence of halogenated hydrocarbons, cellulose acetate and cellulose ethers dissolve or decompose.

炭化水素は、該炭化水素に露呈されるエーテル基又は酢
酸根を膜の表面から化学的に劣下させる傾向を有してい
る。
Hydrocarbons have a tendency to chemically degrade the ether or acetate groups exposed to the hydrocarbon from the surface of the membrane.

米国特許第3.442.002号には、複数のセパレー
タモジュールを備えた流体分離装置が開示されている。
US Pat. No. 3,442,002 discloses a fluid separation device with multiple separator modules.

米国特許第2.981.680号には、成分の混合物か
らなる分子性溶液を分離する方法であって、2つ以上の
非類似(異なる組成を有する)透過膜を使用する方法が
開示されている。また、この米国特許は、「再生」セル
ロース(300PT形)を使用することを開示している
。300 PT形セルロースは酢酸セルロースである。
U.S. Pat. No. 2,981,680 discloses a method for separating molecular solutions consisting of mixtures of components using two or more dissimilar (having different compositions) permeable membranes. There is. This US patent also discloses the use of "regenerated" cellulose (300PT type). 300 PT type cellulose is cellulose acetate.

この米国特許において使用されている「再生セルロース
」なる用語は、[化学的に改質した再構成セルロース(
chemicallymodified recons
tituted cellulose)Jを意味するも
のである。通常、「再生セルロース」なる用語はもっと
厳格な意味をもち、ビスカス再生法又は銅アンモニウム
(キュプラ)再生法により製造される化学的に改質され
ていないセルロースを意味するものである。これらの2
つの再生法により再生されたセルロースは、実質的に天
然セルロースと同じものであり、化学的に変質してはい
ない。
As used in this U.S. patent, the term "regenerated cellulose" refers to [chemically modified reconstituted cellulose (
chemically modified recons
It means "tilted cellulose" J. Usually, the term "regenerated cellulose" has a stricter meaning and refers to chemically unmodified cellulose produced by the viscous regeneration process or the copper ammonium (cupra) regeneration process. These two
Cellulose regenerated by these regeneration methods is substantially the same as natural cellulose and is not chemically altered.

多孔質膜(濾過工程には通常不整膜が使用される)の製
造には、酢酸セルロースのように化学的に変質したセル
ロース膜が使用される。これらの化学的に変質した膜は
、メタンのような炭化水素が存在する場合に劣下し易い
Chemically modified cellulose membranes such as cellulose acetate are used in the production of porous membranes (asymmetric membranes are usually used in the filtration process). These chemically altered membranes are susceptible to deterioration in the presence of hydrocarbons such as methane.

米国特許第3.735.558号には、流体分離方法と
、該流体分離方法の実施に使用される装置とが開示され
ている。この流体分離装置は、透過性チューブの壁を透
過できるようにするため、壁を横切る圧力勾配を生じさ
せて空気から水蒸気を分離するように構成されている。
U.S. Pat. No. 3,735,558 discloses a fluid separation method and an apparatus used to carry out the fluid separation method. The fluid separation device is configured to allow permeation through the wall of the permeable tube to create a pressure gradient across the wall to separate water vapor from air.

逆向きの還流によって透過性チューブの壁に沿う長平方
向の濃度勾配が生じ、この濃度勾配により、チューブの
壁を通る重要成分の透過性が向上されるため、これらの
成分を、供給される混合流体から分離することができる
。この米国特許には、銅アンモニアセルロース膜を使用
することは開示されていないし、水から炭化水素を分離
するときの問題点についても説明されていない。またこ
の米国特許には、半透過性の中空膜(この膜は、非多孔
質分離膜とは正反対の多孔質膜である)を使用すること
が開示されている。
The reverse reflux creates a longitudinal concentration gradient along the wall of the permeable tube, which enhances the permeability of important components through the tube wall, thereby transferring these components to the feed mixture. Can be separated from the fluid. This US patent does not disclose the use of cuprammonium cellulose membranes, nor does it discuss problems in separating hydrocarbons from water. The patent also discloses the use of semi-permeable hollow membranes, which are porous membranes as opposed to non-porous separation membranes.

日本の特公昭54−13,653号(1979年2月1
日発行)及び特公昭54−152.679号(1979
年12月1日発行)には、選択的に水蒸気を通すのに銅
アンモニアレーヨンを使用することが開示されている。
Japanese Special Publication No. 13, 1979 (February 1, 1979)
(Issued on 1979) and Special Publication No. 152.679 (1979)
(Published December 1, 2013) discloses the use of cuprammonium rayon to selectively transmit water vapor.

前述の米国特許と同様に、これらの両公告公報にも、銅
アンモニアセルロース膜の水透過能力について開示され
ているが、銅アンモニアセルロース膜に汚損又は化学的
劣下を生じさせることなく、銅アンモニアセルロース膜
を炭化水素又はハロゲン化炭化水素と水との混合物に連
続的にかつ長時間曝しても耐えることができる能力につ
いては何ら開示されていない。
Both of these publications, as well as the aforementioned U.S. patents, disclose the water permeability of cuprammonium cellulose membranes, but it is clear that copper ammonia There is no disclosure of the ability of cellulose membranes to withstand continuous and prolonged exposure to mixtures of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons and water.

本発明は極薄繊維膜として作ることができる拡散形の膜
、すなわち炭化水素から分離された水が最短で流れ得る
ようにすることによって、流れ力学に積極的に貢献でき
る膜に関する。更に本発明によれば、膜の一部を覆って
しまい流動する炭化水素流体が直接接触することを妨げ
る原因となる付加的な支持体を一切必要としない、支持
されていない(非支持構造の)膜が提供される。更に本
発明によれば、メタンのような炭化水素が存在する状況
下でも、劣下に対する予期しない程大きな抵抗力を有す
る膜が提供される。従って本発明によれば、炭化水素流
体から、水及び溶解した水溶性成分を非常に高い効率で
分離できる装置及び方法が提供される。
The present invention relates to a membrane of the diffusion type which can be made as an ultra-thin fiber membrane, ie a membrane which can actively contribute to the flow dynamics by allowing the water separated from the hydrocarbons to flow in the shortest possible time. Furthermore, the present invention provides an unsupported structure that does not require any additional support that would cover a portion of the membrane and prevent direct contact with the flowing hydrocarbon fluid. ) membrane is provided. Furthermore, the present invention provides membranes that have unexpectedly high resistance to degradation even in the presence of hydrocarbons such as methane. Accordingly, the present invention provides an apparatus and method for separating water and dissolved water-soluble components from hydrocarbon fluids with very high efficiency.

本発明による水と炭化水素との混合物又は水とハロゲン
化炭化水素との混合物から水を分離する装置は、銅アン
モニアセルロースからなるノンポーラスの自立した中空
繊維で形成された膜手段を備えた分離手段を有しており
、前記膜手段は内表面及び外表面を備えている。また、
第1導管手段が、前記炭化水素と水との混合物を前記膜
手段の一側に導入して該膜手段と接触させるようになっ
ている。前記膜手段は前記混合物の流れから水を吸収し
て前記膜手段の他側に拡散させる。更に、除去手段によ
って、前記膜手段の前記他側から水を除去するように構
成されている。
A device for separating water from a mixture of water and hydrocarbons or a mixture of water and halogenated hydrocarbons according to the invention comprises a membrane means formed of non-porous free-standing hollow fibers made of cuprammoniac cellulose. the membrane means having an inner surface and an outer surface. Also,
A first conduit means is adapted to introduce the hydrocarbon and water mixture to one side of the membrane means into contact therewith. The membrane means absorbs water from the mixture stream and diffuses it to the other side of the membrane means. Further, the removal means is configured to remove water from the other side of the membrane means.

また本発明によれば、水と炭化水素との混合物から水を
分離する方法において、内表面及び外表面を備えた、銅
アンモニアセルロースからなる本質的にノンポーラスで
自立した中空繊維で形成された膜の一側と接触させるべ
く、前記水と炭化水素との混合物を導入する工程と、前
記混合物からの水を前記膜に吸収させて水を前記膜の反
対側に拡散させる工程と、前記膜の前記反対側から水を
除去する工程と、前記膜の前記一側から残余の混合物を
除去する工程とを有していることを特徴とする水と炭化
水素との混合物から水を分離する方法が提供される。
Also in accordance with the invention, in a method for separating water from a mixture of water and hydrocarbons, a method for separating water from a mixture of water and hydrocarbons is provided, in which the method comprises a method for separating water from a mixture of water and hydrocarbons. introducing a mixture of water and a hydrocarbon into contact with one side of the membrane; absorbing water from the mixture into the membrane and diffusing water to the opposite side of the membrane; A method for separating water from a mixture of water and hydrocarbons, comprising the steps of: removing water from the opposite side of the membrane; and removing residual mixture from the one side of the membrane. is provided.

本発明の他の長所は、添付図面を参照して述べる本発明
の実施例についての以下の詳細な説明により明らかにな
るであろう。
Other advantages of the invention will become apparent from the following detailed description of embodiments of the invention, taken in conjunction with the accompanying drawings.

第1図には、フィルタ装置の全体を番号lOで示しであ
る。尚、全図面を通じて、同じエレメント(構成部材)
には同じ番号を使用している。
In FIG. 1, the entire filter device is designated by the number IO. The same elements (components) are used throughout all drawings.
uses the same number.

フィルタ装置10はシェルすなわちハウジング12を有
しており、図示のハウジング12は全体として長い円筒
状をなしている。ハウジング12の両端部にはキャップ
14.16が設けられており、これらのキャップ14.
16にはそれぞれボート18.20が軸線方向に配置さ
れている。
Filter device 10 includes a shell or housing 12, which is illustrated as having a generally elongated cylindrical shape. Caps 14.16 are provided at both ends of the housing 12, and these caps 14.
A boat 18,20 is arranged axially in each of the boats 16.

ハウジング12の両端部に隣接する位置において、ハウ
ジング12の内部と流体連通するようにしてポート22
.24が設けられている。
Ports 22 are located adjacent opposite ends of housing 12 in fluid communication with the interior of housing 12.
.. 24 are provided.

ハウジング12内には、親水性の中空繊維28の束がハ
ウジングの軸線方向に延在しており、全体を番号26で
示す膜を形成している。繊維膜28は再生セルロースで
作られており、好ましくは約200μ(±10%)の内
径(ボア径)を有している。再生セルロースなる用語は
、本発明に使用するセルロースがキュプラすなわち銅ア
ンモニア再生セルロースであることを意味している。銅
アンモニア再生セルロースは、実質的に天然の状態にあ
り、化学的に誘導されていないセルロースである。銅ア
ンモニア再生セルロースは、セルロース分子からなる化
学的なシートである。シートの特別な超微細構造は知ら
れていないが、シートには、該シートを貫通している微
孔が無い(ノンポーラス)ことは知られている。シート
同士の間は重水素結合されており、高度の結晶構造を創
出している。この結晶構造は完全な親水性を有し゛てお
り、かつ水及び溶解した水溶性材料が拡散することので
きる水通路を形成している。銅アンモニア再生セルロー
スは、酢酸セルロースのような化学的に誘導されたセル
ロース材料により作られた膜よりも温かに薄い膜である
。銅アンモニアセルロース膜を通って拡散する物質の移
動距離は、酢酸セルロースを通って移動する物質の移動
距離よりもiかに小さい。従って、銅アンモニアセルロ
ース膜は、非常に小さいけれども拡散する水及び溶解し
た水溶性成分のみを通すことができる有効なバリヤ(障
壁)を形成することによって、流れ力学に極めて積極的
な影響を与える。
Within the housing 12, a bundle of hydrophilic hollow fibers 28 extends in the axial direction of the housing, forming a membrane generally designated by the numeral 26. The fibrous membrane 28 is made of regenerated cellulose and preferably has an inner diameter (bore diameter) of about 200μ (±10%). The term regenerated cellulose means that the cellulose used in the present invention is cupro or cuprammonium regenerated cellulose. Cuprammonium regenerated cellulose is cellulose in its substantially natural state and not chemically derived. Cuprammonium regenerated cellulose is a chemical sheet consisting of cellulose molecules. Although the specific ultrastructure of the sheet is not known, it is known that the sheet has no micropores passing through it (non-porous). There are deuterium bonds between the sheets, creating a highly crystalline structure. This crystalline structure is completely hydrophilic and forms water channels through which water and dissolved water-soluble materials can diffuse. Cuprammonium regenerated cellulose is a warmer and thinner membrane than membranes made with chemically derived cellulose materials such as cellulose acetate. The distance traveled by a substance diffusing through a cuprammonium cellulose membrane is i smaller than the distance traveled by a substance migrating through cellulose acetate. Cuprammonium cellulose membranes therefore have a very positive influence on flow dynamics by forming a very small but effective barrier through which only diffusing water and dissolved water-soluble components can pass.

不整微孔膜(as3nssetric m1cropo
rous niembra−ne)である従来の酢酸セ
ルロースとは異なり、本発明の銅アンモニアセルロース
膜はノンポーラスすなわち微孔が無いものである。隣接
する外部環境にエーテル基又は酢酸根を露呈している従
来の膜とは異なり、ヒドロキシル基を露呈している銅ア
ンモニアセルロース膜は、炭化水素又はハロゲン化炭化
水素によっては容易に溶解されたり分解されることがな
い非劣下性の化学層を形成している。また、空気の乾燥
又は医療用透析装置(該装置では、銅アンモニアセルロ
ース膜が水気の多い環境で使用される)に銅アンモニア
セルロース膜を使用する従来の方法とは異なり、本発明
者等は、銅アンモニアセルロースが、その化学的性質か
ら、予期しない能力をもち、炭化水素が存在しても化学
的に劣下しないことを見出した。汚染に対するこの抵抗
力は本発明に予期しない能力を与え、汚染を招くことな
くして、水と炭化水素との混合物又は水とハロゲン化炭
化水素との混合物から水を連続的に分離することを可能
にした。
Irregular microporous membrane (as3nsetric m1cropo)
Unlike conventional cellulose acetate, which is a non-porous membrane, the cuprammonium cellulose membrane of the present invention is non-porous. Unlike conventional membranes that expose ether groups or acetate groups to the adjacent external environment, cuprammonium cellulose membranes that expose hydroxyl groups are easily dissolved or degraded by hydrocarbons or halogenated hydrocarbons. It forms a non-degrading chemical layer that will never be degraded. Also, unlike traditional methods of using cuprammonium cellulose membranes for air drying or medical dialysis equipment, in which cuprammonium cellulose membranes are used in humid environments, we We have discovered that cuprammonium cellulose has unexpected properties due to its chemical properties and is not chemically degraded in the presence of hydrocarbons. This resistance to contamination gives the present invention the unexpected ability to continuously separate water from mixtures of water and hydrocarbons or from mixtures of water and halogenated hydrocarbons without incurring contamination. I made it.

本発明に使用するのに満足できる種類の中空繊維を銅ア
ンモニアセルロースから製造する技術は、米国特許第4
,288.494号及び第4.333.906号に開示
されている。当業者が考え得る他の方法があれば、それ
らの他の方法で中空繊維を製造することができる。
A technique for producing hollow fibers from cuprammoniac cellulose that is satisfactory for use in the present invention is disclosed in U.S. Pat.
, 288.494 and 4.333.906. Hollow fibers can be manufactured by other methods, if any, that can occur to those skilled in the art.

ハウジング12の内部には、該ハウジング12の内壁面
とシール係合する壁30.32が間隔を隔てて配置され
ており、該ハウジング3o、32は、ハウジング12の
内部を端部チャンバA、 Cと、中央チャンバBとに区
分している。壁3o、32は、繊維28の各端部を取り
囲んで保持しているが、第1図(より詳細には第3図及
び第4図)に示すように、繊維28のボア34を開放し
た状態にして、端部チャンバA、Cと流体連通できるよ
うにしている。
The interior of the housing 12 has spaced apart walls 30, 32 in sealing engagement with the inner wall surface of the housing 12, the housings 3o, 32 connecting the interior of the housing 12 to the end chambers A, C. and a central chamber B. The walls 3o, 32 surround and retain each end of the fiber 28, but leave the bore 34 of the fiber 28 open, as shown in FIG. 1 (and more particularly in FIGS. 3 and 4). and is placed in fluid communication with the end chambers A,C.

所望ならば、膜26とハウジング12との間にスクリー
ン36を設けて、膜26を安定させかつ構造的に補強す
ることができるが、個々の繊維は外的に支持されないよ
うにする。
If desired, a screen 36 can be provided between the membrane 26 and the housing 12 to stabilize and structurally reinforce the membrane 26, but to prevent the individual fibers from being externally supported.

フィルタ装置10には、ハウジング12を通る2つの別
個の流路が形成されていることが分かるであろう。特に
、ポート22からハウジング12内に流入した流体は、
繊維28の外表面と接触しつつハウジング12の内部を
ポート24に向かって軸線方向に流れ、これにより、供
給源からの炭化水素流体を膜26の外表面と長さ方向に
接触させつつ導くための導入手段が形成される。一方、
ポート18から流入した流体は、端部チャンバA、繊維
28のボア34及び端部チャンバCを通って流れ、次に
ポート20から乾燥炭化水素流体の貯蔵場所に排出され
る。
It will be seen that the filter device 10 is formed with two separate flow paths through the housing 12. In particular, the fluid flowing into the housing 12 from the port 22
to flow axially through the interior of the housing 12 towards the port 24 in contact with the outer surface of the fibers 28, thereby directing hydrocarbon fluid from the source in longitudinal contact with the outer surface of the membrane 26; An introduction means is formed. on the other hand,
Fluid entering from port 18 flows through end chamber A, bore 34 of fiber 28, and end chamber C, and then exits through port 20 to a storage location for dry hydrocarbon fluid.

第2図には、1本の中空繊維28の断面した状態を示し
であるが、壁厚に関しては正しい縮尺で示されてはいな
い。第2図は、フィルタ装置1゜の繊維28が、湿った
ガスから水分を除去する膜26として機能する機構を説
明するためのものである。
In FIG. 2, a single hollow fiber 28 is shown in cross section, but the wall thickness is not drawn to scale. FIG. 2 is intended to explain the mechanism by which the fibers 28 of the filter device 1° function as a membrane 26 for removing moisture from humid gas.

ポート22から流入した湿ったガス(便宜上、第2図に
おいて符号Wで示しである)は、繊維28の外壁に沿っ
て、該繊維28の(従ってハウジング12の)軸線方向
に流れる。圧縮空気からなるスイープ流(掃き出し流)
Sが、湿ったガスWの流れ方向とは逆向きの流れ(カウ
ンタフロー)として繊維28のボア34内に通される。
Moist gas (conveniently designated W in FIG. 2) entering from port 22 flows along the outer wall of fiber 28 in the axial direction of fiber 28 (and thus of housing 12). Sweep flow consisting of compressed air
S is passed through the bore 34 of the fiber 28 as a counterflow to the flow direction of the wet gas W.

繊維28の外壁40から内壁42に向かって繊維28の
壁38を横切る方向に正(ポジティブ)の圧力勾配が維
持される。換言すれば、繊維28の外側の圧力(すなわ
ち中央チャンバB内の圧力)Poは、繊維28のボア3
4内の圧力PAよりも大きく維持され、流体が繊維28
の壁38を横切ってボア34内に流入できるようにして
いる。正の圧力勾配(p、>p、)を維持する場合でも
、ボア34内の圧力P、を適度の高圧レベルに維持する
ことによって、繊維28が押し潰されることを回避する
ことができる。繊維28が押し潰されない限り、圧力勾
配を数psiから1,000 psi (約70kg/
cm”)以上の圧力範囲に維持することができる。
A positive pressure gradient is maintained across the wall 38 of the fiber 28 from the outer wall 40 to the inner wall 42 of the fiber 28 . In other words, the pressure Po outside the fiber 28 (i.e. the pressure inside the central chamber B) is
4 is maintained greater than the pressure PA within the fiber 28
This allows flow into the bore 34 across the wall 38 of the bore. Even when maintaining a positive pressure gradient (p, > p,), by maintaining the pressure P in the bore 34 at a moderately high pressure level, fibers 28 can be avoided from being crushed. As long as the fibers 28 are not crushed, the pressure gradient can be varied from a few psi to 1,000 psi (approximately 70 kg/
cm”) or higher.

圧力が大きい程、流体の通過効率を高めることができる
The higher the pressure, the higher the efficiency of fluid passage.

図示のフィルタ装置10に使用される膜26を構成する
繊維28は、親水性を有しかつ非支持構造に配置されて
おり、拡散水及び溶解した水溶性成分は選択的に透過す
るが、水が捕捉されたガス状媒体(例えばメタンが主成
分の天然ガス)は透過しないようになっている。繊維2
8が非支持構造に配置されているため、流体は、繊維2
8の表面上を妨げられることなく連続的に流れることが
できる。従来技術におけるように繊維が支持されていて
膜の表面が妨げられているものに比べ、本発明では流体
の流れに曝される膜の表面積が大きいために、装置の相
対流体力学(relative fluidaynam
ics)に確実な貢献をすることができる。繊維28に
吸収された水は、最終的には繊維28の壁38を通って
内壁42に拡散される。ボア34内を流れる空気のスイ
ープ流Sは、水分子が繊維28の内壁42上に現れると
、これらの水分子を運び去る。内壁42に出現する水は
、スイープ流によって連続的に除去される。かくして膜
26は、妨げられていない連続表面をもつ、実質的に非
支持構造のノンポーラスな銅アンモニアセルロースから
なる拡散手段である。スイープ流は、炭化水素流体が繊
維の長さ方向に1パスすなわち−回通される間に、拡散
力学(diffusion dynan+1cs)を駆
使して、炭化水素流体から水及び溶解した水溶性成分の
少なくとも95%を除去する水除去手段を形成している
。従来技術と比較するとき、水除去手段として作用する
スイープ流は、極薄の銅アンモニアセルロース及び妨げ
られていないノンポーラスな連続膜表面と相俟って、分
離力学(separ−ation dynamics)
に著しく改善された結果をもたらす。これらのファクタ
は、セルロース28の長さ方向に炭化水素流体を一回通
す間に、炭化水素流体から水及び溶解した水溶性成分の
少なくとも95%を除去する本発明のフィルタ装置10
の能力に貢献するものである。
The fibers 28 constituting the membrane 26 used in the illustrated filter device 10 are hydrophilic and arranged in an unsupported structure, allowing diffused water and dissolved water-soluble components to selectively permeate, while water The gaseous medium (e.g. methane-based natural gas) in which it is trapped is impermeable. fiber 2
8 is placed in an unsupported structure, the fluid flows through the fibers 2
can flow continuously unhindered over the surface of 8. The relative fluid dynamics of the device are improved by the greater surface area of the membrane exposed to fluid flow in the present invention compared to the prior art where the fibers are supported and the surface of the membrane is disturbed.
ics). Water absorbed by the fibers 28 will eventually diffuse through the walls 38 of the fibers 28 to the inner walls 42. The sweeping flow S of air flowing within the bore 34 carries away water molecules as they appear on the inner walls 42 of the fibers 28. The water appearing on the inner wall 42 is continuously removed by the sweeping flow. Membrane 26 is thus a diffusion means consisting of a substantially unsupported, non-porous copper ammonia cellulose with an unobstructed continuous surface. The sweep flow utilizes diffusion dynamism to remove at least 95% of water and dissolved water-soluble components from the hydrocarbon fluid while the hydrocarbon fluid is passed through the length of the fiber in one pass or round. forming a water removal means for removing %. When compared to the prior art, the sweeping flow acting as the water removal means, combined with the ultrathin cuprammonium cellulose and the undisturbed non-porous continuous membrane surface, improves the separation dynamics.
yields significantly improved results. These factors ensure that the filter apparatus 10 of the present invention removes at least 95% of the water and dissolved water-soluble components from the hydrocarbon fluid during a single pass of the fluid through the length of the cellulose 28.
It contributes to the ability of

繊維28が小径であればある程、圧力耐性が大きくなり
、大径の繊維よりも圧壊(押し潰し)に対する抵抗力を
大きくできるため、フィルタ装置10の繊維28は、実
用的である限り小径のものを使用する。また、小径にす
ればする程、多数本の繊維を使用できるため、流体が通
る表面積を増大することができ、従って効率を高めるこ
とができる。
The smaller the diameter of the fibers 28, the greater their pressure resistance and the greater their resistance to crushing (squeezing) than the larger diameter fibers; use something Also, the smaller the diameter, the more fibers can be used, increasing the surface area through which the fluid passes, and thus increasing efficiency.

第4図は、ハウジング12と関連する多数の繊維28を
示すものであり、第2図に関して前述したように、個々
の繊維28の作用が累積した効果を視覚的に示している
FIG. 4 shows a number of fibers 28 associated with housing 12, visually illustrating the cumulative effect of the actions of individual fibers 28, as discussed above with respect to FIG.

第5図には、個々のモジュール46.48.50.52
がカウンタフローモードで組み立てられた、4モジユー
ル装置の組立体(全体を番号44で示す)が示されてい
る。湿ったガスの供給源ボート54から4モジユール装
置44に流入した湿ったガスは、4つのモジュール46
〜52を直列に通って流れ、乾燥ガス排出ポート56か
ら乾燥ガスとして排出される。乾燥した空気のスイープ
流が乾燥空気入口ボート60からマニホルド58に流入
し、各モジュール46〜52内に配置された膜のそれぞ
れの繊維(図示せず)のボアを通って平行に流れる。乾
燥した空気のスイープ流は、モジュール46〜52を通
ってマニホルド62まで平行に流れ、次いで、湿った排
出空気の出口ポート64から排出される。
FIG. 5 shows the individual modules 46.48.50.52
A four-module device assembly (indicated generally by numeral 44) is shown assembled in counterflow mode. Moist gas entering the four module device 44 from the moist gas source boat 54 is transferred to the four module device 46 .
52 in series and is exhausted as dry gas from the dry gas exhaust port 56. A sweeping stream of dry air enters manifold 58 from dry air inlet boat 60 and flows in parallel through bores in respective fibers (not shown) of membranes located within each module 46-52. A sweep stream of dry air flows in parallel through modules 46 - 52 to manifold 62 and then exits through moist exhaust air outlet port 64 .

本発明に使用するのに適した膜は、「ローブ・サリラジ
ャン(Loeb and 5ourirajan)J形
の親水性セルロース膜、及び、著書「ハイパー−限外濾
過用の合成膜(Synthetic Mea+bran
es、 Hyper−and−Ultrafiltra
tion Use)J  (Vol、 2、米国化学協
会シンポジウム、シリーズ154 、Albin F、
 Turbak編、1981)に記載の親水性セルロー
ス膜である。
Membranes suitable for use in the present invention include "hydrophilic cellulose membranes of type J" by Loeb and 5ourirajan and "Synthetic Mea+bran
es, Hyper-and-Ultrafiltra
tion Use) J (Vol. 2, American Chemical Society Symposium, Series 154, Albin F.
It is a hydrophilic cellulose membrane as described in (Ed. Turbak, 1981).

また、透析形のセルロース膜を使用することもできる。It is also possible to use cellulose membranes in dialysis form.

種々の用途について、適当な膜の透過性は、事実上「ゼ
ロ」から水20m l /hr/mm Hg/s+”の
範囲にある。
For various applications, the permeability of suitable membranes ranges from virtually "zero" to 20 ml/hr/mm Hg/s+" of water.

第6図には、本発明の第2実施例が概略的に示しである
。この実施例は、水が炭化水素、フッ素化炭化水素又は
PCBで汚染される産業に適用するのに特に有効である
FIG. 6 schematically shows a second embodiment of the invention. This embodiment is particularly useful for industrial applications where water is contaminated with hydrocarbons, fluorinated hydrocarbons or PCBs.

特に第6図の組立体は、本発明に従って作られたフィル
タモジュールを有しているが、このフィルタモジュール
には、再生された銅アンモニアセルロースからなる多数
のノンポーラス自立形中空繊維が収容されている。油の
ような炭化水素で汚染された水の混合物が容れられた貯
蔵タンク62は、ハウジング60内の膜の外表面と、導
管66を介して流体連通している。入口68からハウジ
ング60内に流入する混合物には、ポンプ70によって
正の圧力が作用している。多数の中空繊維を通って拡散
する水は、重力流れにより収集されて出ロア2.74か
らハウジング60を出て、導管76.78を通って収集
源(図示せず)に導かれる。水が分離されて濃縮された
混合物は、出口80からハウジング60を出て、導管8
2を通ってリサイクルされ、貯蔵タンク62に戻される
In particular, the assembly of FIG. 6 includes a filter module made in accordance with the present invention that contains a number of non-porous free-standing hollow fibers of regenerated cuprammonium cellulose. There is. A storage tank 62 containing a mixture of water contaminated with hydrocarbons, such as oil, is in fluid communication with the outer surface of the membrane within housing 60 via conduit 66 . A pump 70 exerts a positive pressure on the mixture entering the housing 60 from the inlet 68 . Water diffusing through the plurality of hollow fibers is collected by gravity flow and exits the housing 60 from the outlet lower 2.74 and is directed through conduit 76.78 to a collection source (not shown). The water-separated and concentrated mixture exits the housing 60 through outlet 80 and through conduit 8
2 and recycled back to storage tank 62.

混合物が連続的に再循環されると、混合物がタンク62
に収集されるときに濃縮される。タンク62には、導管
84を介して混合物が周期的に追加される。導管84を
通ってタンク62に供給される流体混合物の流れは、弁
86によって選択的に制御される。
As the mixture is continuously recirculated, the mixture is transferred to tank 62.
concentrated when collected. Mixture is periodically added to tank 62 via conduit 84 . The flow of fluid mixture supplied to tank 62 through conduit 84 is selectively controlled by valve 86 .

第6図の第2実施例は、水と炭化水素との混合物(又は
水とハロゲン化炭化水素との混合物)から水を分離する
方法を提供し、この方法は、銅アンモニアセルロースか
らなるノンポーラスで自立形の、内表面及び外表面を有
している中空繊維で構成された膜の外側と接触させるべ
く水と炭化水素との混合物を導入する工程と、混合物か
らの水を膜に吸収させて、水を膜の反対側に拡散させる
工程とを有している。上記のように、水は膜の第2の側
から除去されて、最終的には導管76.7Bに導かれ、
一方、残余の混合物は膜の第1の側から除去されて、最
終的には導管82を通って貯蔵タンク62に戻され、再
循環及び濃縮される。
The second embodiment of Figure 6 provides a method for separating water from a mixture of water and hydrocarbons (or a mixture of water and halogenated hydrocarbons), which method comprises introducing a mixture of water and a hydrocarbon into contact with the outside of a membrane comprised of free-standing, hollow fibers having an inner and outer surface; and allowing water from the mixture to be absorbed by the membrane. and diffusing water to the opposite side of the membrane. As above, water is removed from the second side of the membrane and ultimately directed to conduit 76.7B;
Meanwhile, the remaining mixture is removed from the first side of the membrane and ultimately returned through conduit 82 to storage tank 62 for recirculation and concentration.

酢酸セルロース膜のような膜を使用している従来の組立
体とは異なり、本発明は、炭化水素で汚染された水の再
循環及び濃縮を行うことができ、膜の汚損及び劣下を招
くことなく寿命を延ばすことができる。酢酸セルロース
を使用している従来の装置は、水と炭化水素との混合物
から汚染水を効率的に分離することができないし、混合
物を連続的に再循環及び濃縮させる耐久性もない。かよ
うな状況下において、酢酸セルロースは劣下してしまい
、遂には装置を汚染してしまうことになる。
Unlike conventional assemblies that use membranes such as cellulose acetate membranes, the present invention allows recycling and concentration of water contaminated with hydrocarbons, leading to membrane fouling and deterioration. You can extend your life without any problems. Conventional equipment using cellulose acetate is not capable of efficiently separating contaminated water from water and hydrocarbon mixtures, nor is it durable to continuously recycle and concentrate the mixture. Under such conditions, cellulose acetate deteriorates and eventually contaminates the equipment.

銅アンモニアセルロース膜を使用している従来の透析装
置とは異なり、本発明の装置は、他の膜に対しては腐食
性がありかつ劣下させる作用のある流体に膜を曝す構成
であるけれども、劣下をきたすことなく、長期間に亘っ
て流体に曝すことが可能である。
Unlike conventional dialysis devices that use cuprammonium cellulose membranes, the device of the present invention is configured to expose the membrane to fluids that are corrosive and degrading to other membranes. , can be exposed to fluids for long periods of time without deterioration.

例   1 実験装置lOにおいては、第1図に示した種類の単一モ
ジュールを使用し、膜26は、再生銅アンモニアセルロ
ースからなり1m”の有効表面積をもつ中空繊維で構成
されている。膜の作用体積は、125 cc(0,12
54?)である。
EXAMPLE 1 In the experimental apparatus IO, a single module of the type shown in FIG. The working volume is 125 cc (0,12
54? ).

湿ったメタンガスを装置に導き、膜を構成する繊維の外
壁と接触させ、同時に、乾燥窒素のスイープ流を繊維の
ボアに通した。
Moist methane gas was introduced into the apparatus and brought into contact with the outer walls of the fibers making up the membrane, while a sweeping stream of dry nitrogen was passed through the bores of the fibers.

成る運転においては、湿ったメタンの温度は80″F(
約27℃)、露点は78”F(約26℃)であった。メ
タンのモル流量は、完全乾燥ベース(絶乾ベース)で4
.1 x IQ−’ gmoles/1llinであり
、水のモル流量は1.I X IQ−’ gmoles
/winであった。
In operation, the temperature of the wet methane is 80"F (
(approximately 27°C), and the dew point was 78"F (approximately 26°C). The molar flow rate of methane was 4
.. 1 x IQ-' gmoles/1llin, and the molar flow rate of water is 1. I X IQ-' gmoles
/ It was a win.

窒素の入口温度は79 °F(約26℃)、露点は一7
0@F(約−57℃)、モル流量は1.9 X 10−
”gmoles/minであった。装置から出てくるメ
タンの温度は74°F(約23℃)、露点は4.5°F
(約15℃)であった(この場合の含水率は、測定器の
測定範囲の下限以下であった)。排出されたメタンに関
連する水のモル流量は6.7 gmoles/minで
あった。このことは、上記測定器の制限により控え目に
見積もっても、メタンから94%の水が除去されたこと
を示している。排出された窒素の温度は74  °F(
約23℃)、露点は48 °F(約9℃)、水のモル流
量はz、axto−’ gmoles/l1linであ
った。8時間運転しても、運転状態は安定しなかった。
Nitrogen inlet temperature is 79 °F (about 26 °C), dew point is -7
0@F (approximately -57°C), molar flow rate is 1.9 x 10-
” gmoles/min. The temperature of the methane coming out of the device was 74°F (about 23°C), and the dew point was 4.5°F.
(approximately 15° C.) (the moisture content in this case was below the lower limit of the measurement range of the measuring instrument). The molar flow rate of water relative to the discharged methane was 6.7 gmoles/min. This indicates that 94% of the water was removed from the methane, a conservative estimate due to the limitations of the instrument mentioned above. The temperature of the exhausted nitrogen is 74 °F (
(about 23° C.), the dew point was 48° F. (about 9° C.), and the molar flow rate of water was z, axto-' gmoles/l1lin. Even after 8 hours of operation, the operating condition was not stable.

例   2 しかしなから、別の運転においては流量を非常に大きく
した(上記運転における流量の4倍)ところ、安定した
流量の運転が行えるようになった。
Example 2 However, in another operation, the flow rate was made very large (four times the flow rate in the above operation), and operation with a stable flow rate became possible.

この運転において、30時間の作動後に、排出された窒
素の露点は22 °F±1°F(約−5〜−6℃)に到
達し、その後安定状態に維持され、安定した流量に到達
したことを示した。出口での窒素の露点は1.5”F(
約−17℃)が測定され、このことは、95%以上の水
が除去されたことを示している。
In this operation, after 30 hours of operation, the dew point of the exhausted nitrogen reached 22 °F ± 1 °F (approximately -5 to -6 °C) and then remained stable, reaching a steady flow rate. It was shown that The dew point of nitrogen at the outlet is 1.5”F (
-17°C), indicating that more than 95% of the water was removed.

上記例は、本発明の装置10が、湿ったメタンガスの流
れから95%以上の水を除去できること、及び99%(
実験の条件において約−25”F(約−32℃)の露点
に相当)以上の水を除去できると見積もり得ることを示
している。これらの結果に基づいて、本発明の装置及び
方法によれば最終的には一50@F(約−46℃)以下
の露点を達成できると信じることができる。
The above example demonstrates that the apparatus 10 of the present invention is capable of removing more than 95% of water from a stream of humid methane gas, and that 99% (
The results show that it can be estimated that water above a dew point of about -25" F (corresponding to a dew point of about -32 C) can be removed under the experimental conditions. Based on these results, the apparatus and method of the present invention can be It is believed that dew points of less than -50°F (approximately -46°C) can ultimately be achieved.

■−−主 約3%の重原油で汚染された水が、2mzの表面積をも
つ銅アンモニアセルロースの中空繊維が収容されたモジ
ュールに通された。この汚染水は中空繊維の外側に流さ
れた。水は中空繊維の膜壁を通って直ちに拡散して、重
力の作用により中空繊維の内側から収集容器内に流入し
た。原油で汚染された水から分離された水の外観はガラ
スのように透明で水のように白かったのに対し、原油で
汚染された水の色は暗褐色であった。トルエン、キシレ
ン及びエチルベンゼンの濃度は、原油で汚染された水を
中空繊維膜に通す前の汚染水中の濃度を測定した。分離
前のトルエンの濃度は0.066Ill)II+、キシ
レンの濃度は0.263 ppa+、エチルベンゼンの
濃度は0.062 ppmであったが、繊維膜に通して
浄化した水を、高性能液体クロマトグラフ技術を用いて
0.005 ppmの検出限度で分析したところ、これ
らは何ら検出されなかった。意図的に10ppmのテト
ラクロロエチレンで汚染した水をサンプルとして、同じ
設定条件を用いて第2回目の運転を行った。その結果、
高性能液体クロマトグラフ技術を用いて分析したところ
、繊維膜を透過した水からは何らのテトラクロロエチレ
ンも検出されなかった。
■--Water contaminated with approximately 3% heavy crude oil was passed through a module containing cuprammonium cellulose hollow fibers with a surface area of 2 mz. This contaminated water was flushed to the outside of the hollow fiber. The water immediately diffused through the membrane wall of the hollow fibers and flowed into the collection container from inside the hollow fibers under the action of gravity. The appearance of the water separated from the crude oil-contaminated water was glass-clear and water-white, whereas the crude oil-contaminated water was dark brown in color. The concentrations of toluene, xylene, and ethylbenzene were measured in the contaminated water before passing it through the hollow fiber membrane. Before separation, the concentration of toluene was 0.066Ill) II+, the concentration of xylene was 0.263 ppa+, and the concentration of ethylbenzene was 0.062 ppm. None of these were detected when analyzed using the technique with a detection limit of 0.005 ppm. A second run was conducted using the same set-up conditions, using a sample of water that was intentionally contaminated with 10 ppm of tetrachlorethylene. the result,
When analyzed using high performance liquid chromatography technology, no tetrachlorethylene was detected in the water that passed through the fiber membrane.

以上の例から明らかなように、本発明は、水の汚染を除
去し、安全な状態にして周囲の環境に戻すのに有効に使
用することができ、このことを達成する本発明の方法は
高い効率を有している。
As is clear from the above examples, the invention can be effectively used to decontaminate water and return it to the surrounding environment in a safe condition, and the method of the invention to achieve this It has high efficiency.

更に本発明によれば、炭化水素流体から水及び溶解した
水溶性成分を除去する方法が提供される。
Further in accordance with the present invention, a method is provided for removing water and dissolved water-soluble components from a hydrocarbon fluid.

概略的に云って、本発明の方法は、多数の中空でノンポ
ーラスな銅アンモニアセルロース膜繊維の妨げられない
非支持表面の長さ方向に沿って直接接触させるように、
炭化水素流体の流れを1パスで通過させる工程を有して
いる。炭化水素流体が繊維と接触するとき、繊維は、炭
化水素流体から水及び溶解した水溶性成分のみを拡散に
よって選択的に透過させる。膜を通って拡散する水及び
溶解した水溶性成分は、拡散力学を駆使して膜の他側か
ら除去され、炭化水素流体から、溶解した水溶性成分中
の水の少なくとも95%が除去される。
Generally speaking, the method of the present invention involves direct contact along the length of an undisturbed, unsupported surface of a large number of hollow, non-porous copper ammonia cellulose membrane fibers.
The method includes the step of passing a stream of hydrocarbon fluid in one pass. When a hydrocarbon fluid contacts the fibers, the fibers selectively permeate only water and dissolved water-soluble components from the hydrocarbon fluid by diffusion. Water diffusing through the membrane and dissolved water-soluble components are removed from the other side of the membrane using diffusion dynamics, such that at least 95% of the water in the dissolved water-soluble components is removed from the hydrocarbon fluid. .

膜を通って拡散する水及び溶解した水溶性成分を繊維の
内部コア(ボア)から連続的に除去することによって、
膜を横切って拡散する水及び溶解した水溶性成分の膜透
過勾配が維持される。
By continuously removing water and dissolved water-soluble components that diffuse through the membrane from the inner core (bore) of the fiber,
A membrane permeation gradient of water and dissolved water-soluble components diffusing across the membrane is maintained.

以上本発明を図示して説明したが、本明細書に使用した
用語は、説明した単語本来のものであって制限的なもの
ではないことを理解すべきである。
Although the present invention has been illustrated and described above, it should be understood that the terms used in this specification are the words used in the description and are not intended to be limiting.

上記教示を考慮すれば、本発明について種々の修正及び
変形が行えるであろう。従って本発明は、特許請求の範
囲(特許請求の範囲に記載された参照番号は端に便宜上
のものであって、決して制限的なものではない)内にお
いて実施できるものである。
Various modifications and variations of the present invention may be practiced in light of the above teachings. Accordingly, the invention may be practiced within the scope of the appended claims (in which reference numerals are merely for convenience and not restrictive in any way).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明に従って構成された、ガス流を乾燥す
る装置を断面したところを示す側面図である。 第2図は、本発明に従って膜の形成に使用される繊維の
1本を部分的に断面した状態を示すものである。 第3図は、膜を形成する繊維の端部を束ねてチューブの
束にし、繊維のボアの開放端部を露出させることによっ
て空気のスイープ流が通り得るようにした状態を示す斜
視図である。 第4図は、本発明により構成された膜の一部を示す拡大
図である。 第5図は、第1図〜第4図に示した種類の膜を用いた、
本発明による多チャンバ(多段)乾燥装置を示すもので
ある。 第6図は、本発明の第2実施例を示す概略構成図である
。 10・・・フィルタ装置、 18.20.22.24・・・ボート、26・・・膜、
      28・・・中空繊維、36・・・スクリー
ン、   38・・・中空繊維の壁、40・・・外壁、
      42・・・内壁、46.48.50.52
・・・モジュール、54・・・湿ったガスの供給ポート
、 56・・・乾燥ガスの排出ボート、 58・・・マニホルド、 60・・・乾燥空気の入口ボート、 64・・・湿った空気の出口ポート、 70・・・ポンプ、 86・・・弁。
FIG. 1 is a side view, in cross-section, of an apparatus for drying a gas stream constructed in accordance with the present invention. FIG. 2 shows a partial cross-section of one of the fibers used to form a membrane according to the invention. FIG. 3 is a perspective view showing the ends of the fibers forming the membrane tied together into a bundle of tubes with the open ends of the fiber bores exposed to allow a sweeping flow of air to pass through; . FIG. 4 is an enlarged view of a portion of a membrane constructed according to the present invention. FIG. 5 shows a method using the types of membranes shown in FIGS. 1 to 4.
1 shows a multi-chamber (multi-stage) drying device according to the present invention. FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the present invention. 10... Filter device, 18.20.22.24... Boat, 26... Membrane,
28...Hollow fiber, 36...Screen, 38...Hollow fiber wall, 40...Outer wall,
42...Inner wall, 46.48.50.52
...Module, 54...Moist gas supply port, 56...Dry gas discharge boat, 58...Manifold, 60...Dry air inlet boat, 64...Moist air inlet port Outlet port, 70...pump, 86...valve.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)炭化水素流体の供給源と、乾燥した炭化水素流体
の収集容器と、内表面及び外表面を備えた多数の中空繊
維の膜と、前記供給源からの炭化水素流体を前記中空繊
維膜の第1の表面と長さ方向接触させかつ前記収集容器
に導くための導管手段とを有している、炭化水素流体か
ら水及び溶解した水溶性成分を除去する装置において、
前記膜が、妨げられていない連続表面を備えた実質的に
支持されていないノンポーラスの銅アンモニアセルロー
スからなる拡散手段を有していて前記炭化水素流体から
水及び溶解した水溶性成分のみを拡散させることができ
、かつ前記繊維の長さ方向に沿って炭化水素流体を1パ
スする間に、拡散力学を駆使して、炭化水素流体から水
及び溶解した水溶性成分の少なくとも95%を除去する
ための水除去手段を有していることを特徴とする炭化水
素流体から水及び溶解した水溶性成分を除去する装置。 (2)前記各膜の前記内表面と外表面との間の平均厚さ
が、9.5〜10.5μであることを特徴とする請求項
1に記載の装置。 (3)前記水除去手段が、前記表面の中の第2の表面を
長さ方向に沿って流れるスイープガス流であることを特
徴とする請求項2に記載の装置。 (4)前記第1の表面が前記外表面であり、前記第2の
表面が前記内表面であることを特徴とする請求項3に記
載の装置。 (5)炭化水素流体から水及び溶解した水溶性成分を除
去する方法において、中空でノンポーラスの銅アンモニ
アセルロースからなる多数の膜繊維の、妨げられていな
くてかつ支持されていない表面の長さ方向に沿って該表
面と直接的に1回接触させるべく前記炭化水素流体の流
れを通す工程と、前記炭化水素流体が前記膜繊維と接触
するときに前記炭化水素流体から水及び溶解した水溶性
成分のみを拡散させることによって選択的に前記膜繊維
を透過させる工程と、膜を通って拡散する水及び溶解し
た水溶性成分を拡散力学を駆使して前記膜の他側から除
去して、炭化水素流体から水及び溶解した水溶性成分の
少なくとも95%を除去する工程とを有していることを
特徴とする炭化水素流体から水及び溶解した水溶性成分
を除去する方法。 (6)前記除去工程が更に、炭化水素流体の流れに対し
て逆向きにスイープ流を導入する工程を備えていること
を特徴とする請求項5に記載の方法。 (7)前記炭化水素流体の流れを通す工程が更に、前記
膜繊維の外表面上に前記炭化水素流体を通す工程を備え
ており、前記除去工程が更に、前記内表面から前記水及
び溶解した水溶性成分を除去する工程を備えていること
を特徴とする請求項6に記載の方法。 (8)前記透過工程が更に、前記外表面から前記内表面
に至る僅かに9.5〜10.5μの平均距離を横切って
前記水及び溶解した水溶性成分を拡散させる工程を備え
ていることを特徴とする請求項7に記載の方法。 (9)湿った炭化水素流体をノンポーラスの透過性膜の
一側と最初に接触させることによって、炭化水素流体か
ら水及び溶解した水溶性成分を除去する方法において、
本質的に銅アンモニアセルロースからなる群から選択さ
れた材料で作られた繊維質の支持されていない膜を透過
性膜として用いる工程と、前記膜を横切って拡散する水
及び溶解した水溶性成分の膜透過勾配を維持する工程と
、前記炭化水素流体を前記膜に1パスさせる間に、炭化
水素流体から水及び溶解した水溶性成分の95%を除去
する拡散を生じさせる工程とを有していることを特徴と
する炭化水素流体から水及び溶解した水溶性成分を除去
する方法。(10)中空繊維膜を使用して湿った炭化水
素ガスの流れを乾燥する方法において、炭化水素を透過
しないノンポーラスで中空の親水性銅アンモニア再生セ
ルロース繊維からなる膜を設ける工程と、前記炭化水素
ガス中の水蒸気を前記繊維に吸収させて繊維のボアに拡
散させるべく、前記湿った炭化水素ガスの流れを前記繊
維の外側に導入して接触させる工程と、前記ボア及び前
記膜から吸収された水を除去すべく前記ボアにスイープ
ガス流を導入する工程と、前記膜から乾燥ガスを除去す
る工程とを有していることを特徴とする中空繊維膜を使
用して湿った炭化水素ガスの流れを乾燥する方法。 (11)前記スイープガス流を導入する工程が、前記湿
った炭化水素ガスの流れに対して実質的に逆向きに前記
スイープガス流を向けることにより行われることを特徴
とする請求項10に記載の方法。 (12)前記膜を形成する繊維が銅アンモニアセルロー
スであり、前記湿った炭化水素ガスが主としてメタンで
あることを特徴とする請求項11に記載の方法。 (13)水に対する前記膜の透過性が、20ml/hr
/mmHg/m^2以下であることを特徴とする請求項
12に記載の方法。 (14)中空繊維膜を使用して炭化水素ガスの湿った流
れを乾燥する方法において、銅アンモニア再生セルロー
ス繊維からなるノンポーラスで自立した中空繊維を膜と
して用いる工程と、前記炭化水素ガス中の水を前記繊維
に吸収させて繊維のボアに拡散させるべく、前記湿った
炭化水素ガスの流れを前記繊維の外側に導入して接触さ
せる工程と、前記ボア及び前記膜から吸収された水を除
去する工程と、前記膜から乾燥ガスを除去する工程とを
有していることを特徴とする中空繊維膜を使用して炭化
水素ガスの湿った流れを乾燥する方法。 (15)前記繊維を形成する材料の水に対する透過性が
、20ml/hr/mmHg/m^2以下であることを
特徴とする請求項14に記載の方法。 (16)前記湿った炭化水素ガスの流れが主としてメタ
ンであることを特徴とする請求項15に記載の方法。 (17)水と炭化水素との混合物又は水とハロゲン化炭
化水素との混合物から水を分離する装置において、銅ア
ンモニアセルロースからなるノンポーラスの自立した中
空繊維で形成された膜手段を備えた分離手段を有し、前
記中空繊維が内表面及び外表面を備えており、前記炭化
水素と水との混合物又はハロゲン化炭化水素と水との混
合物の流れを前記繊維の一側に導入して該繊維と接触さ
せるための第1導管手段を有し、前記膜手段は前記混合
物の流れから水を吸収して前記繊維の他側に拡散させ、
前記繊維の前記他側から水を除去するための除去手段を
更に有していることを特徴とする水と炭化水素との混合
物又は水とハロゲン化炭化水素との混合物から水を分離
する装置。 (18)前記除去手段が、重力による流れによって前記
膜手段の前記他側から水を除去する第2導管手段を備え
ていることを特徴とする請求項17に記載の装置。 (19)前記分離手段が、前記混合物を受け入れるべく
前記膜手段の前記一側と流体連通している混合物入口を
備えたハウジングと、前記膜手段の前記他側と前記第2
導管手段との間を流体連通する水出口と、前記ハウジン
グから前記混合物を排出すべく前記混合物入口から間隔
を隔てた位置に配置されていて前記膜手段の前記一側と
流体連通している混合物出口とを備えており、前記装置
が更に、前記混合物を前記混合物入口に再循環させて、
前記膜手段の前記一側に通す度毎に水を除去することに
よって前記混合物を連続的に濃縮するための再循環手段
を有していることを特徴とする請求項18に記載の装置
。 (20)前記再循環手段が、再循環させるべき多量の混
合物を収容しかつ貯蔵するための貯蔵手段を備えており
、該貯蔵手段が、追加の混合物を受け入れるための入口
と、受け入れるべき追加の混合物の量を選択的に制御す
るための弁手段とを備えていることを特徴とする請求項
19に記載の装置。 (21)水と炭化水素との混合物又は水とハロゲン化炭
化水素との混合物から水を分離する方法において、内表
面及び外表面を備えた、銅アンモニアセルロースからな
るノンポーラスで自立した中空繊維で形成された膜の束
の一側と接触させるべく、前記水と炭化水素との混合物
又は水とハロゲン化炭化水素との混合物を導入する工程
と、前記混合物からの水を前記繊維に吸収させて水を前
記繊維の反対側に拡散させる工程と、前記繊維の前記反
対側から水を除去する工程と、前記繊維の前記一側から
残余の混合物を除去する工程とを有していることを特徴
とする水と炭化水素との混合物又は水とハロゲン化炭化
水素との混合物から水を分離する方法。 (22)前記水を除去する工程が、重力による流れによ
って水を除去する工程であることを特徴とする請求項2
1に記載の方法。 (23)前記膜の前記一側から除去した混合物を前記膜
の前記一側に再循環させる工程と、前記膜に通す度毎に
水を除去することによって前記混合物を濃縮することを
特徴とする請求項22に記載の方法。 (24)前記再循環工程が、前記膜の前記反対側から除
去した混合物を貯蔵して、この貯蔵した混合物と追加の
混合物とを選択的に混合する工程と、前記貯蔵した混合
物を前記膜の前記一側に導入する工程とを備えているこ
とを特徴とする請求項23に記載の方法。
Claims: (1) a source of hydrocarbon fluid, a dry hydrocarbon fluid collection container, a plurality of hollow fiber membranes having an inner surface and an outer surface, and a hydrocarbon from said source. and conduit means for bringing fluid into longitudinal contact with a first surface of said hollow fiber membrane and conducting said fluid to said collection vessel. ,
said membrane having a diffusion means comprised of substantially unsupported non-porous cuprammoniac cellulose with an unobstructed continuous surface to diffuse only water and dissolved water-soluble components from said hydrocarbon fluid; and removing at least 95% of the water and dissolved water-soluble components from the hydrocarbon fluid using diffusion dynamics during one pass of the hydrocarbon fluid along the length of the fiber. Apparatus for removing water and dissolved water-soluble components from a hydrocarbon fluid, characterized in that the apparatus comprises water removal means for removing water and dissolved water-soluble components from a hydrocarbon fluid. 2. The device of claim 1, wherein the average thickness between the inner and outer surfaces of each membrane is between 9.5 and 10.5 microns. 3. The apparatus of claim 2, wherein said water removal means is a stream of sweeping gas flowing lengthwise along a second of said surfaces. 4. The device of claim 3, wherein the first surface is the outer surface and the second surface is the inner surface. (5) the length of the undisturbed and unsupported surface of a plurality of hollow, nonporous cuprammoniac cellulose membrane fibers in a method for removing water and dissolved water-soluble components from a hydrocarbon fluid; passing a stream of the hydrocarbon fluid into direct contact once with the surface along the direction of the membrane fibers; A process of selectively permeating the membrane fibers by diffusing only the components, and removing water and dissolved water-soluble components that diffuse through the membrane from the other side of the membrane by making full use of diffusion dynamics, and carbonization. and removing at least 95% of the water and dissolved water-soluble components from the hydrogen fluid. 6. The method of claim 5, wherein the step of removing further comprises introducing a sweep flow in a direction opposite to the flow of the hydrocarbon fluid. (7) passing the stream of hydrocarbon fluid further comprises passing the hydrocarbon fluid over the outer surface of the membrane fiber; and the removing step further comprises passing the water and dissolved fluid from the inner surface. 7. The method according to claim 6, further comprising the step of removing water-soluble components. (8) The permeation step further comprises the step of diffusing the water and dissolved water-soluble components across an average distance of only 9.5 to 10.5 microns from the outer surface to the inner surface. 8. The method according to claim 7, characterized in that: (9) A method for removing water and dissolved water-soluble components from a hydrocarbon fluid by first contacting the moist hydrocarbon fluid with one side of a nonporous permeable membrane, comprising:
using as a permeable membrane a fibrous unsupported membrane made of a material selected from the group consisting essentially of cuprammoniac cellulose, and controlling the diffusion of water and dissolved water-soluble components across said membrane; maintaining a membrane permeation gradient and causing diffusion to remove 95% of water and dissolved water-soluble components from the hydrocarbon fluid during one pass of the hydrocarbon fluid through the membrane. A method for removing water and dissolved water-soluble components from a hydrocarbon fluid. (10) A method for drying a stream of moist hydrocarbon gas using a hollow fiber membrane, comprising: providing a membrane made of nonporous, hollow, hydrophilic cuprammonium regenerated cellulose fibers that do not permeate hydrocarbons; introducing a stream of moist hydrocarbon gas into contact with the outside of the fibers to cause water vapor in the hydrogen gas to be absorbed by the fibers and diffused into the fiber bores; introducing a sweeping gas flow into the bore to remove dry water; and removing dry gas from the membrane. How to dry the stream. 11. The step of introducing the sweep gas flow is performed by directing the sweep gas flow in a direction substantially opposite to the flow of humid hydrocarbon gas. the method of. 12. The method of claim 11, wherein the membrane-forming fibers are cuprammonium cellulose and the wet hydrocarbon gas is primarily methane. (13) The permeability of the membrane to water is 20 ml/hr
13. The method according to claim 12, wherein the temperature is less than /mmHg/m^2. (14) A method for drying a moist stream of hydrocarbon gas using a hollow fiber membrane, comprising the step of using a nonporous, self-supporting hollow fiber made of cuprammonium regenerated cellulose fiber as the membrane; introducing and contacting the stream of moist hydrocarbon gas to the outside of the fibers to absorb water into the fibers and diffuse into the fiber bores; and removing the absorbed water from the bores and the membrane. 1. A method of drying a wet stream of hydrocarbon gas using a hollow fiber membrane, the method comprising the steps of: removing a drying gas from said membrane. (15) The method according to claim 14, wherein the material forming the fiber has a water permeability of 20 ml/hr/mmHg/m^2 or less. 16. The method of claim 15, wherein the stream of humid hydrocarbon gas is primarily methane. (17) An apparatus for separating water from a mixture of water and hydrocarbons or a mixture of water and halogenated hydrocarbons, comprising a membrane means formed of non-porous free-standing hollow fibers made of cuprammonium cellulose. means for introducing a flow of the hydrocarbon and water mixture or the halogenated hydrocarbon and water mixture into one side of the fiber, the hollow fiber having an inner surface and an outer surface; first conduit means for contacting the fibers, the membrane means absorbing water from the flow of the mixture and diffusing it to the other side of the fibers;
An apparatus for separating water from a mixture of water and hydrocarbons or a mixture of water and halogenated hydrocarbons, further comprising removal means for removing water from the other side of the fibers. 18. The apparatus of claim 17, wherein said removal means comprises second conduit means for removing water from said other side of said membrane means by gravity flow. (19) the separation means includes a housing having a mixture inlet in fluid communication with the one side of the membrane means for receiving the mixture;
a water outlet in fluid communication with the conduit means, and a water outlet spaced apart from the mixture inlet for discharging the mixture from the housing and in fluid communication with the one side of the membrane means. an outlet, the device further comprising: recirculating the mixture to the mixture inlet;
19. Apparatus as claimed in claim 18, including recirculation means for continuously concentrating the mixture by removing water on each pass through the one side of the membrane means. (20) the recirculating means comprises a storage means for accommodating and storing a quantity of the mixture to be recirculated, the storage means having an inlet for receiving the additional mixture; 20. The apparatus of claim 19, further comprising valve means for selectively controlling the amount of mixture. (21) In a method for separating water from a mixture of water and a hydrocarbon or a mixture of water and a halogenated hydrocarbon, a non-porous, self-supporting hollow fiber made of cuprammonium cellulose having an inner surface and an outer surface. introducing a mixture of water and hydrocarbons or a mixture of water and halogenated hydrocarbons into contact with one side of the formed bundle of membranes, and allowing water from the mixture to be absorbed into the fibers. Diffusing water to the opposite side of the fibers, removing water from the opposite side of the fibers, and removing residual mixture from the one side of the fibers. A method for separating water from a mixture of water and a hydrocarbon or a mixture of water and a halogenated hydrocarbon. (22) Claim 2, wherein the step of removing water is a step of removing water by gravity flow.
The method described in 1. (23) recycling the mixture removed from the one side of the membrane to the one side of the membrane; and concentrating the mixture by removing water each time it passes through the membrane. 23. The method according to claim 22. (24) the recycling step includes storing the mixture removed from the opposite side of the membrane and selectively mixing the stored mixture with an additional mixture; 24. The method of claim 23, further comprising the step of: introducing into said one side.
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