JPH0259016A

JPH0259016A - ガス分離膜モジュール

Info

Publication number: JPH0259016A
Application number: JP63211483A
Authority: JP
Inventors: Yukio Ito; 行夫伊藤; Takuo Yamamoto; 卓生山本
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1988-08-25
Filing date: 1988-08-25
Publication date: 1990-02-28
Anticipated expiration: 2010-08-30
Also published as: JPH0779954B2

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、ガスの分離に用いて好適な、分離膜を内蔵す
るガス分離膜モジュールに関する。

〔従来の技術〕

混合ガスの中から特定の成分ガスを分離・ｆ！Ａ縮する
技術として、原料ガス導入口、透過ガス出口及び非透過
ガス出口を有する筒状容器内に、多数の中空糸状分離膜
を束ねて形成した中空糸束を収容してなるガス分離膜モ
ジュールを用いて行うものがある。

上記ガス分＃膜モジュールにおいては、原料ガス導入口
から原料ガスを筒状容器内に流入させ、該容器内に収容
されている中空糸状分離膜に接触させることにより、該
中空糸状分離膜を透過したガスを透過ガス出口から流出
させ、一方、上記中空糸状分離膜を透過しなかったガス
を非透過ガス出口から流出させることにより上記原料ガ
スの分離・濃縮の処理が行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕しかしながら、上記のように原料ガスを容器内に流入さ
せ、中空糸状分離膜に接触させてガスの分離を行う場合
は、原料ガスが該中空糸状分離膜の全体に亘って均等に
接触せずに流出してしまう、所謂ショートパスといわれ
る現象が起こったり、モジュール内の一部にガスが滞留
する現象が起こったりして、収容されている中空糸状分
離膜の膜面積を有効に利用できないという問題があった
。

従って、本発明の目的は、ガスのショートパスや滞留の
現象が起こることがなく、中空糸状分離膜の機能を十分
に発揮させることができるガス分離膜モジュールを提供
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、原料ガスを容器本体
内に導入する際の原料ガスの供給線速度を大きくするこ
とにより上述のショートパスや滞留の現象を有効に防止
できることを知見した。

本発明は、上記知見により、また、上記知見から必然的
に生じる中空糸状分離膜の延長に起因する該中空糸状分
離膜内における圧損失の増大という問題をも同時に解決
することにより達成されたものであり、次のガス分離膜
モジュールを提供するものである。

原料ガス導入口、透過ガス出口及び非透過ガス出口を有
する筒状容器内に、多数の中空糸状分離膜の両端部を樹
脂製管板で固着してなる中空糸束が収容され、原料ガス
が原料ガス導入口から筒状容器内に流入され、中空糸状
分離膜を透過したガスが透過ガス出口から又透過しなか
ったガスが非透過ガス出口からそれぞれ流出するように
構成されてなるガス分離膜モジュールにおいて、上記中
空糸束内に中空糸状分離膜の長さ方向に沿って位置し、
上記両樹脂製管板の何れか一方に一端が埋設され、且つ
原料ガス導入口から非透過ガス出口に至る迄の流路が延
長されるように配された少なくとも一つの仕切板により
、筒状容器内空間が仕切られていることを特徴とするガ
ス分離膜モジュール。

〔作用〕

本発明によれば、上記の如く仕切板を配して容器内空間
を仕切ることにより、中空糸状分離膜の長さを維持した
まま、ガスの流路が大きく延長されるため、原料ガスの
供給線速度を大きくすることが可能となる。

Ｃ実施例〕以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一実施例であるガス分離膜モジュー
ル（第一の実施例）の概略を示す継断面図、第２図は第
１図におけるＨ−■横断面図である。

上記ガス分離膜モジュールは、円筒状の耐圧容器１でそ
の外殻が形成され、該容器ｌにはその右側端に近接した
筒壁部に二つの原料ガスの導入口２及び２′が、また、
その左右両側の端壁部には二つの透過ガス出口３及び３
°がそれぞれ設けられている。また、上記容器ｌの内部
には、多数の中空糸状分離ＩＩ！Ｊ４を略円柱状に束ね
、その両端部を樹脂製の第−管板５及び第二管板６で一
体的に固着して形成した中空糸束７が収容されており、
しかも、これら第一管板５及び第二管板６はそれぞれそ
の周囲を上記各Ｒ１の内周壁に密着させ、気密状態で支
持固定されている。更に、上記中空糸束７の軸中心には
、第一管板５及び右側端壁を貫通する芯管８が配設され
ている。上記芯管８には、上記第一管板５の近傍に通気
孔８ａが穿設されており、該芯管の一端は非透過ガス出
口９として機能し、その他端は上記第二管板６に埋設さ
れ、封止されている。

また、上記管板５．６に固着されている全ての中空糸状
分離膜４は、該両管板５．６の外側端面においてその両
末端が開口されており、その結果該中空糸状分離膜８の
内側と空間１０及び１１とは相互に連通している。従っ
て、上記透過ガス出口３．３“は共に中空糸状分離膜４
の内側に連通しており、また、上記原料ガス導入口２．
２′及び非透過ガス出口９は共に上記通気孔８ａを介し
て中空糸状分離膜４の外側の空間１２に連通している。

また、上記ガス分離膜モジュールにおいては、第２図の
横断面図で示すように、上記芯管８を軸中心として筒状
体からなる仕切板１３が中空糸束７内に中空糸状分離膜
４の長さ方向に沿って配設されており、該仕切板１３に
より、上記容器１内の空間が仕切られている。即ち、上
記仕切板１３は、その横断面において同心円状に配され
ているいるものである。そしてまた、上記仕切板１３は
、上記樹脂製第一管板５にその一端が埋設されており、
且つ上記の如く容器内空間を長さ方向に沿って仕切るこ
とにより、原料ガス導入口２．２“から非透過ガス出口
９に至る迄の流路が延長されるように配されている。

本実施例のガス分離膜モジュールについて更に詳述する
と、上記中空糸状分離膜４は、分離処理の対象、即ち原
料ガスにより適切な材料からなるものが使用されること
はいうまでもない。

例えば、原料ガスに含まれている水蒸気を透過させ、該
原料ガスを乾燥する場合には、水蒸気を選択的に透過さ
せる性能を有するものであれば特に制限なく利用するこ
とができる。その具体例としては、ポリイミド樹脂から
なる中空糸状分離膜を挙げることができる。

中空糸状分離膜４を上記の如く芳香族系ポリイミド樹脂
で形成する場合は、その膜厚を１０〜５００μｍ１好ま
しくは２０〜３００μｍに、その外径を５０〜２，００
０μｍ、好ましくは２００〜１．０００μｍにすること
を好適な例として挙げることができる。尚、中空糸束７
を形成するために使用する中空糸状分離膜４の本数及び
その長さは任意に変更できることはいうまでもない。

また、上記仕切板１３を形成する材料としては、ガスを
実質的に透過しない性質のものであれば任意に選択する
ことができ、具体的には筒状の又は筒状に形成できるポ
リエステル、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリイミドか
らなるフィルムやアルミニウムなどの金属箔を挙げるこ
とができる。そして、上記仕切板１３の厚さ、径及び長
さ等は、ガス分離膜モジュールの大きさ等により種々変
更されることはいうまでもない。

また、上記管板５．６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、本実施例に適用する上記中空糸束７は、例えば次
ようにして作成することができる。

先ず、芯管８を中心にして、所定の厚さ迄中空糸状分離
膜４を巻き付け、その周囲に仕切板１３を形成するため
の、例えばポリエステルフィルムを巻き付け、その重な
り部分を糊付けし、更に該フィルムの周囲に所定の厚さ
迄中空糸状分離膜４を巻き付け、中空糸状分離膜４の束
状物を形成する。

次いで、上記束状物の両端部をエポキシ樹脂等の樹脂で
固着し、管板相当部を形成する。その際、第一管板に対
応する端部では上記フィルム末端をも一緒に固着し、第
二管板に対応する端部では上記フィルムの他の末端との
間に一定の間隔をおいて該末端を固着しないようにする
。

その後、上記束状物の両端部の固着樹脂を切断し、その
両切断面（外側端面）で中空糸状分離膜４の末端を開口
させることにより上記中空糸束７が完成される。

次に、本実施例の作用を説明する。

先ず、原料ガスを原料ガス導入口２から筒状容器１内の
空間１２に流入させる（図中、ガスの流れを矢印で示し
た）。

流入した原料ガスは、円筒状の上記仕切板１３の外周囲
に位置する中空糸状分離１１Ａ４と接触を繰り返しなが
ら上記空間１２を第二管板６の方向へ流動していき、該
第二管板６と上記仕切板８の他端との間に形成されてい
る間隙より該仕切板８の内側に移動し、該内側に位置す
る中空糸状分離膜４と更に接触を繰り返しながら上記通
気孔８ａの方向に流動していく、従って、上記中空糸状
分離膜４を透過しなかったガスは最終的には非透過ガス
出口９より流出され、また、上記中空糸状分離膜４と接
触を繰り返す間に該中空糸状分離膜４を透過した透過ガ
スは該中空糸状分離Ｉｔ！４の内部を通過し、上記空間
１０又は１１を経て上記透過ガス出口３又は３゛より流
出され、その結果、上記原料ガスを非透過ガスと透過ガ
スとに分離することが達成される。

本実施例の場合は、中空糸状分離膜４の長さを延長する
ことなく、原料ガス導入口２から非透過ガス出口９に至
る迄のガスの流路を従来の略２倍に延長することができ
る。従って、中空糸状分離膜４の内部における圧損失を
増大させることなく、原料ガスの供給線速度を大幅に増
大させることが可能となり、その結果、ガスのショート
パスや滞留が有効に防止され、ひいてはガス分離膜モジ
ュールの分離効率が大幅に向上される。

以上、本発明について実施例に基づいて具体的に説明し
てきたが、本発明のガス分離膜モジュールは、前記実施
例に示したものに限られるものでない。

例えば、第３図の概略縦断面図、及び第４図の第３図に
おけるＩＶ−ＩＶ横断面図で示す他の実施例のガス分離
膜モジュール（第二の実施例）であってもよい（第３図
では、第１図と対比すると左右が逆の関係にある）。

この第二の実施例では、中空糸束４の軸中心に芯管がな
く、非透過ガス出口９は筒状容器１の筒壁部に直接設け
られているものである。そして、上記非透過ガス出口９
と原料ガス導入口２とは、それぞれ同一の第一管板５の
内側近傍における対向する位置に設けられ、原料ガス導
入口２と非透過ガス出口９との中間位置に平板状の仕切
板１３が、その平板面に対する上記原料ガス導入口２及
び上記非透過ガス出口９それぞれから下ろした垂線が略
−敗するように配されている。また、上記仕切板１３の
左端は上記の第一管板５に埋設されれており、その両側
端は長さ方向全体に亘って、第４図に示すように筒状容
器の内壁に気密状態で密着固定されている。この実施例
のガス分離膜モジュールにおいても、前記第一の実施例
の場合と同様に、原料ガス導入口２から流入された原料
ガスは、図中矢印で示したように、第二管板６の方向に
流動し、該第二管板６と仕切板１３の右端との間を通過
した後、上記第一管板５の方向に流動していき、非透過
ガス出口９より非透過ガスが流出される。

尚、以上説明した第−及び第二の両実施例においては、
何れも仕切板が一つの場合を示したが、仕切板は二基上
であってもよく、その際に、隣接する仕切板同士の関係
では管仮に埋設される一端が交互に反対になる。即ち、
具体的に説明すれば、最も原料ガス導入口に近接する第
一仕切板は、該導入口に近接する第一管板にその一端が
埋設され、次に位置する第二仕切板は反対側の第二仕切
板に埋設され、仕切板が三辺上の場合も順次同様の位置
関係で埋設される。その場合、透過ガス出口（第一の実
施例の場合は通気孔８ａの位置）は、ガスの流路が最長
になるような位置に設けることが望ましい。

また、仕切板は、実施例に示したような筒状や平板状の
ものに限られるものでなく、同様の目的に使用可能であ
れば種々の形状のものに変更可能である。

また、第一の実施例では、原料ガス導入口が２箇所に設
けである例を示したが、１箇所であっても、場合によっ
ては３箇所以上であってもよい。

原料ガス導入口を２箇所又はそれ以上に設ける場合が、
径の大きなモジュール、又は中空子状分離膜が密に充填
され、ガスが混合し難い構造のモジュールに好適である
。

また、第一の実施例では、芯管８の先端が第二管板６に
埋設されている例を示したが、これに限るものでなく、
例えば、第一管板５を貫通する程度の長さであっても、
場合によっては芯管がなく、第一管板５に非透過ガス出
口に連通ずる貫通孔が形成されている構造のものであっ
てもよい。これらの場合は、中空糸束の中心部にも中空
子状分離膜を充填させることができる。

また、以上の説明では、第一管板を貫通する芯管（上述
の貫通孔が形成されている場合も同じ）が非透過ガス出
口として機能する場合を中心に説明したが、これに限ら
れるものでなく、上記芯管が原料ガス導入口として機能
し、逆に筒壁部に形成されている原料ガス導入口が非透
過ガス出口として機能するように本発明のモジュールを
用いることができることはいうまでもない。

続いて、本発明の効果を明らかにするために行った実験
例及び比較例について説明する。

〔実験例〕

前記第一の実施例と同型のガス分離膜モジュールを用い
て、湿潤空気の乾燥処理を行った。

ガス分離膜モジュールに内蔵されている中空糸束は、外
径５００〜５４０μｍ、ＩＩ！厚３０〜１４０μｍ、長
さ１，４００Ｍの芳香族ポリイミド樹脂からなる中空糸
状分離膜を円柱状に束ね、その両端部をエポキシ樹脂で
固着して形成したもので、有効膜面積は１２０％であっ
た。また、仕切板は、有効長が１，１００ｍｍで、厚さ
が６０μｍのポリイミド製のフィルムを用いて形成した
。上記フィルムを上記中空糸束の略中間位置に、該フィ
ルムの先端と第二管板の内側端面との間の間隙が略１０
０ｍｍになるように配設した。ガスの流路長は上記仕切
板がない場合の略２倍であった。

湿潤空気（原料ガス）の乾燥処理は、次のようにして行
った。

先ず、二つの透過ガス出口を真空系に接続し、中空糸状
骨＃膜の内側空間を１０＋ｎｍＨｇに維持し、その状態
で原料ガス導入口より、１０’Ｃ飽和の水蒸気を含有す
る湿潤空気（水蒸気濃度４，３００ｐｐｍ）を、２ｋｇ
／ｒｒｆＧの加圧下、流速４０．５Ｎｎｆ／Ｈで流入さ
せ、中空糸状分離膜を透過した水蒸気を真空系にパージ
しながら上記ン兄潤空気の処理を行った。その結果、大
気圧露点が一３２°Ｃ（水蒸気濃度３１０ｐｐｍ）の乾
燥空気が、３８．５　Ｎポ／　１（で得られた。

〔比較例〕

仕切板がない以外は前記実験例の場合と同し中空糸束を
内蔵し、且つ原料ガス導入口２が第二管板側に位置する
ガス分離膜モジュールを用いて、前記実験例の場合と同
様に湿潤空気の乾燥処理を行った。この比較例で用いた
ガス分離膜モジュールにおけるガスの流路長は、前記実
験例の場合の略半分であった。

湿潤空気（原料ガス）の乾燥処理も前記実験例の場合と
同一の条件で行った。但し、加圧条件は流量が同一とな
るように設定した。

その結果、大気圧露点が一２１℃（水蒸気濃度９００　
ｐｐｍ）の乾燥空気が、３９．０　Ｎポ／Ｈで得られた
。

以上説明した実験例及び比較例の結果から、本発明のガ
ス分離膜モジュールが極めて優れた分離性能を発揮する
ことが明らかである。

〔発明の効果〕

本発明のガス分離膜モジュールは、内蔵する中空糸状分
離膜が短い場合でも、ガスのショートパスや８留の現象
が起こることがないので中空糸状分離膜の機能を十分に
発揮させることができ、そのため小型でも優れた分離性
能を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例であるガス分離膜モジュ
ールの概略を示す縦断面図、第２図は第１図におけるｎ
−［横断面図、第３図は本発明の第二の実施例であるガ
ス分離膜モジュールの概略を示す縦断面図、第４図は第
３図におけるＩＶ−ｒＶ横断面図である。１・・・筒状容器２・・・原料ガス導入口３・・・透過ガス出口・中空糸状分離膜・・第一管板・・第二管板・・中空糸束・・芯管　　　　８ａ・・非透過ガス出口・・仕切板・通気孔

Claims

【特許請求の範囲】

（１）原料ガス導入口、透過ガス出口及び非透過ガス出
口を有する筒状容器内に、多数の中空糸状分離膜の両端
部を樹脂製管板で固着してなる中空糸束が収容され、原
料ガスが原料ガス導入口から筒状容器内に流入され、中
空糸状分離膜を透過したガスが透過ガス出口から又透過
しなかったガスが非透過ガス出口からそれぞれ流出する
ように構成されてなるガス分離膜モジュールにおいて、
上記中空糸束内に中空糸状分離膜の長さ方向に沿って位
置し、上記両樹脂製管板の何れか一方に一端が埋設され
、且つ原料ガス導入口から非透過ガス出口に至る迄の流
路が延長されるように配された少なくとも一つの仕切板
により、筒状容器内空間が仕切られていることを特徴と
するガス分離膜モジュール。
（２）中空糸束内に筒状体からなる仕切板が配設され、
その仕切板の一端が埋設されている管板にはその仕切板
の内側に貫通孔が形成されており、該貫通孔が非透過ガ
ス出口又は原料ガス導入口に連通している請求項（１）
記載のガス分離膜モジュール。
（３）中空糸束の軸中心に、一部に通気孔を有し且つ一
端が非透過ガス出口又は非透過ガス出口として機能する
芯管が配され、該芯管を軸中心として筒状体からなる仕
切板が中空糸束内に配設されている請求項（１）記載の
ガス分離膜モジュール。
（４）原料ガス導入口及び非透過ガス出口が、それぞれ
同一管板の内側近傍における対向位置に設けられ、原料
ガス導入口と非透過ガス出口との中間位置に平板状の仕
切板が、その平板面に対する原料ガス導入口及び非透過
ガス出口それぞれからの垂線が互いに重なるか又は平行
になるように配され、仕切板の一端は上記管板に埋設さ
れ且つその両側端が筒状容器の内壁に気密状態で固着さ
れている請求項（１）記載のガス分離膜モジュール。