JPH026817A - Separation of gas by membrane - Google Patents
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- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、気体分離膜を用い、混合気体中から特定の
気体を選択的に分離する気体の膜分離法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gas membrane separation method for selectively separating a specific gas from a mixed gas using a gas separation membrane.
今日、多方面にわたって気体分離膜の需要が高まってい
る。たとえば、空気中からの酸素の分離富化、天然ガス
からのヘリウムの回収２工場廃ガスからの水素の分離回
収、低級炭化水素の分離。Nowadays, the demand for gas separation membranes is increasing in many fields. For example, separation and enrichment of oxygen from the air, recovery of helium from natural gas, separation and recovery of hydrogen from waste gas from two factories, and separation of lower hydrocarbons.
吸気中の炭酸ガス濃度の制御などの研究が実用化を目指
して行われており、その目的に応じて、気体分離膜を透
過した透過気体あるいは未透過気体が利用されている。Research on controlling the carbon dioxide concentration in intake air is being conducted with the aim of putting it into practical use, and depending on the purpose, permeated gas or unpermeated gas that has passed through a gas separation membrane is used.
従来の気体分離膜を用いた気体の膜分離は、分離を目的
とした気体の供給側と透過側とにおける分圧の差を推進
力として供給側から透過側へ向かう気体の流れを形成し
、気体分離膜においてその膜の有する選択透過性を利用
して、すなわち、混合気体を構成する各気体分子の気体
分離膜を透過する透過速度の差を利用して、目的とする
気体を選択的に透過させて分離するものである。Membrane separation of gases using conventional gas separation membranes uses the difference in partial pressure between the supply side and the permeate side of the gas to be separated as a driving force to form a gas flow from the supply side to the permeate side. A gas separation membrane selectively separates the target gas by utilizing the permselectivity of the membrane, that is, by utilizing the difference in the permeation rate of each gas molecule composing the gas mixture through the gas separation membrane. It is separated by passing through it.
この従来例をさらに詳しくみると、第２図にみるように
、気体分離膜ｌで仕切られた供給側空間２と透過側空間
３を有する膜モジュール４において、前記供給側空間２
に、加圧された供給気体（混合気体）を、矢印Ａの方向
に供給口５から供給するようにする。そのため、この供
給口５は、供給ポンプ（図示せず）に接続している。膜
モジュール４のハウジングの気体分離膜１を挟む合わせ
目には、気密保持用のガスケット８が設けられている。Looking at this conventional example in more detail, as shown in FIG.
Then, pressurized supply gas (mixed gas) is supplied from the supply port 5 in the direction of arrow A. This supply port 5 is therefore connected to a supply pump (not shown). A gasket 8 for airtightness is provided at the joint between the housing of the membrane module 4 and the gas separation membrane 1 therebetween.
前記供給側空間２（高圧側）と前記透過側空間３（低圧
側）とにおける分離を目的とする気体の分圧差が推進力
となって、供給側から透過側へ向かう気体の流れが矢印
Ｂ方向に形成される。そして、前記気体分離膜１におけ
る透過速度が大きい気体、すなわち、目的とする気体が
選択的に透過して供給側空間３へ移動し、その結果、供
給気体は、目的とする気体の富化された透過気体と目的
とする気体濃度の下がった未透過気体とに分離される。The partial pressure difference between the gas to be separated between the supply side space 2 (high pressure side) and the permeation side space 3 (low pressure side) acts as a driving force, and the gas flows from the supply side to the permeation side as shown by arrow B. formed in the direction. Then, the gas having a high permeation rate through the gas separation membrane 1, that is, the target gas, selectively permeates and moves to the supply side space 3, and as a result, the supplied gas is enriched with the target gas. The permeated gas is separated into the unpermeated gas, which has a reduced target gas concentration.
透過、未透過の固気体はそれぞれ、透過気体排気口６．
未透過気体排気ロアから矢印Ｃ，Ｄの方向に、膜モジユ
ール４外へ取り出されるのである。The permeated and unpermeated solid gases are discharged through the permeated gas exhaust port 6.
The unpermeated gas is taken out of the membrane module 4 in the directions of arrows C and D from the unpermeated gas exhaust lower.
〔発明が解決しようとする課題〕
今日、目的とする気体の分離性能を高めるために、上記
のような気体の膜分離法において、膜モジュールの形状
１分離膜作条件、気体分離膜の性能などが個々に検討さ
れ、各々について改善が試みられている。しかし、より
一層高度な分離機能性を追求するにあたっては、それら
の策にも限界があることは否定できない。[Problem to be solved by the invention] Today, in order to improve the target gas separation performance, in the gas membrane separation method described above, the shape of the membrane module, the separation membrane operation conditions, the performance of the gas separation membrane, etc. are being examined individually and improvements are being attempted for each. However, it cannot be denied that there are limits to these measures when pursuing even more advanced separation functionality.
こうした事情に鑑み、この発明は、従来とは全く別の視
点から目的とする気体の分離性能を高める改善法を提供
すること、すなわち、外部から能動的な力を作用させる
ことにより気体の膜分離性能（気体透過速度および選択
率）を向上させうる気体の膜分離法を提供することを課
題とする。In view of these circumstances, the present invention aims to provide an improved method for improving the separation performance of target gases from a completely different perspective than the conventional one, that is, to provide membrane separation of gases by applying an active force from the outside. An object of the present invention is to provide a gas membrane separation method that can improve performance (gas permeation rate and selectivity).
上記課題を解決するため検討を重ねた結果、発明者は、
気体分離膜を利用する気体の膜分離法において、気体分
離を促進させる手段として電気的な力を利用することの
有効性を見出し、この発明を完成させるに至った。As a result of repeated studies to solve the above problems, the inventor has
In a gas membrane separation method using a gas separation membrane, the inventors discovered the effectiveness of using electrical force as a means to promote gas separation, and were able to complete this invention.
すなわち、気体に対する選択透過性を有する気体分離膜
で仕切られた２空間のうちの一方の側に混合気体を供給
し、前記気体分離膜において目的とする気体を選択的に
透過させて他方の側で取り出すようにする気体の膜分離
法であって、前記２空間のうちの気体を供給する側に気
体イオン発生装置を設置して少なくとも前記目的とする
気体分子をイオン化するようにするとともに、前記２空
間にはそれぞれ電界形成用の電極を配置してこれらの電
極間に電圧を印加するようにする。That is, a mixed gas is supplied to one side of two spaces partitioned by a gas separation membrane having selective permselectivity for gas, and the target gas is selectively permeated through the gas separation membrane, and the gas mixture is supplied to the other side. A gas membrane separation method in which a gas ion generator is installed on the gas supply side of the two spaces to ionize at least the target gas molecules, and Electrodes for forming an electric field are arranged in each of the two spaces, and a voltage is applied between these electrodes.
気体イオン発生装置により、供給側空間でイオン化され
た気体は、それ自身と反対の極性を有する透過側空間の
電界形成用電極に引き寄せられ、これが推進力となって
気体のｌ１ｌｉｉＳ過が行われる。The gas ionized in the supply side space by the gas ion generator is attracted to the electric field forming electrode in the transmission side space having the opposite polarity to itself, and this becomes a driving force to perform the I1liiS filtration of the gas.
たとえば、分離を目的とする気体分子が気体イオン発生
装置でイオン化されて陰イオンになる場合は、透過側空
間の電極がプラス、供給側空間の電極がマイナスとなる
向きに電圧を印加して電界を形成しておけば、この陰イ
オンが透過側空間の陽極に吸引される形で、気体分離が
行われるのである。For example, when gas molecules to be separated are ionized into negative ions using a gas ion generator, a voltage is applied in the direction such that the electrode in the permeation side space is positive and the electrode in the supply side space is negative. If this is done, gas separation will occur as these anions are attracted to the anode in the permeation side space.
なお、目的とする気体以外の共存する気体分子もイオン
化され、ともに透過側空間に引き寄せられる場合も考え
られるが、気体のイオン化の起こり易さは、その気体特
有のイオン化エネルギーおよび電子親和力によって決定
されるので、イオン化しやすい気体の分離を目的とすれ
ば、その気体が選択的にイオン化され、通常の気体分離
膜における選択性にイオン化による選択性が加わって、
より選択的な膜分離が行われることになる。Note that coexisting gas molecules other than the target gas may also be ionized and drawn together into the permeation side space, but the ease with which gas ionization occurs is determined by the ionization energy and electron affinity specific to that gas. Therefore, if the purpose is to separate gases that are easily ionized, that gas will be selectively ionized, and the selectivity due to ionization will be added to the selectivity of ordinary gas separation membranes.
More selective membrane separation will be performed.
この発明は、電気的な力を駆動力として気体の膜分離を
行っているのであるが、この駆動力にさらに、従来の分
圧の差を加えれば、その分離性能は一層向上することに
なる。This invention performs gas membrane separation using electrical power as the driving force, but if the conventional partial pressure difference is added to this driving force, the separation performance will be further improved. .
〔実 施 例〕
以下に、この発明の実施例について、図面を参照しつつ
詳しく説明する。なお、第２図と重複する構成部材につ
いては、同一符号を付しである。[Examples] Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Components that are the same as those in FIG. 2 are given the same reference numerals.
第１図は、この発明の実施に用いられる−装置例（断面
模式図）をあられしている。ここでは、大気からの酸素
富化を対象として説明を進めるが、イオン化する気体で
あれば酸素以外のどのような気体の分離にも通用できる
。また、対象とする気体の濃度についても、混合気体中
に微量に含まれる有害物質や悪臭程度のものから、例示
するような大気中に含まれる酸素や窒素程度のものまで
広範囲に渡り、特に限定されることはない。FIG. 1 shows an example of an apparatus (schematic cross-sectional view) used for carrying out the present invention. Here, the explanation will focus on oxygen enrichment from the atmosphere, but it can also be applied to the separation of any gas other than oxygen as long as it is an ionizable gas. In addition, the concentration of target gases ranges widely, from trace amounts of harmful substances and foul odors contained in mixed gases, to oxygen and nitrogen contained in the atmosphere, as examples. It will not be done.
第１図にみるように、膜モジユール４内には、その−側
壁面に気体分離膜１が設けられ、その裏面にはこの膜ｌ
で仕切られた厚みの薄い空間３が存在する。膜モジユー
ル４内の大部分を占める気体の供給側空間２には、加圧
された大気が矢印Ａの方向に供給され、気体分離膜１裏
面の薄い空間たる透過側空間３は排気口６を介して大気
圧に開放されている。As shown in FIG. 1, a gas separation membrane 1 is provided on the side wall surface of the membrane module 4, and a gas separation membrane 1 is provided on the back surface of the membrane module 4.
There is a thin space 3 partitioned by . Pressurized air is supplied in the direction of arrow A to the gas supply side space 2 that occupies most of the inside of the membrane module 4, and the permeation side space 3, which is a thin space on the back side of the gas separation membrane 1, has an exhaust port 6. is open to atmospheric pressure through the
上記２空間２．３における圧力および分離を目的とする
気体（ここでは酸素）の分圧は、特に限定はされず、た
とえば、供給側空間２が大気圧に開放され、透過側空間
３が減圧状態になっていてもよい。いずれにせよ、酸素
の分圧差をつけておけば、その分圧差からくる推進力を
併せて利用できるようになって分離性能も一層向上する
が、雨空間２．３間の圧力差等は特になくてもよい。The pressure in the two spaces 2.3 and the partial pressure of the gas to be separated (oxygen here) are not particularly limited; for example, the supply side space 2 is open to atmospheric pressure, and the permeation side space 3 is under reduced pressure. It may be in a state. In any case, if you create a partial pressure difference between oxygen, you will be able to use the propulsive force from that partial pressure difference, which will further improve the separation performance, but the pressure difference between the rain spaces 2 and 3 will be particularly important. You don't have to.
気体供給口５より膜モジュール４に供給される供給気体
（＝大気）は、気体イオン発生装置９によって選択的に
イオン化される。本実施例では、平板電極ｌＯと針電極
１１を用い、高電圧電源１２により同針電極１１が陰極
となるように高電圧を印加して、酸素をイオン化（ｏｘ
−）している。The supplied gas (=atmosphere) supplied to the membrane module 4 from the gas supply port 5 is selectively ionized by the gas ion generator 9 . In this example, a flat plate electrode IO and a needle electrode 11 are used, and a high voltage is applied by a high voltage power supply 12 so that the needle electrode 11 becomes a cathode to ionize oxygen (ox
−).
ここで、気体のイオン化の起こり易さは、前述のように
、その気体特有のイオン化エネルギーおよび電子親和力
により決定されるものであるため、目的とする気体の特
性に応じ、さらに、電極の形状や電圧を加える条件など
に合わせて、必要とされる強さ以上の電圧を気体イオン
発生装置９の電極１０．１１に印加すればよい。本実施
例では、１万〜２万ボルトが適切である。Here, as mentioned above, the ease of ionization of a gas is determined by the ionization energy and electron affinity specific to the gas, so it also depends on the characteristics of the target gas, and also the shape and shape of the electrode. Depending on the voltage application conditions, a voltage of a required strength or higher may be applied to the electrodes 10.11 of the gas ion generator 9. In this embodiment, 10,000 to 20,000 volts is appropriate.
なお、この発明の気体イオン発生装置は、上記例に限定
されることはなく、たとえば、セラミック電極を利用す
るもの、紫外線を利用するものなど、気体をイオン化で
きるものであれば、どんなタイプのものでも用いること
ができる。The gas ion generator of the present invention is not limited to the above examples, and may be of any type as long as it can ionize gas, such as one that uses ceramic electrodes or one that uses ultraviolet light. It can also be used.
供給側空間２および透過側空間３に設置される電界形成
用電極の形状などは、特に限定はされないが、気体分離
膜１の劣化を抑制できるように、コロナ放電の起こらな
い平等電界が形成されるような形状が有利である。図で
は、厚みの薄い透過側空間３には気体分離膜ｌのサポー
トを兼ねた金属製不織布１３で占められてなる平板状不
織布電極１４が、供給側空間２には球電極１５がそれぞ
れ設置されているが、その他、球電極同士、平板電極同
士などの組み合わせでも構わない。同図にみるように、
電界形成用電極１４．１５は、電線１６により電源１７
に接続されており、不織布電極１４への電線入口１８で
は、バッキング１９により気密性が確保されるようにな
っている。The shapes of the electric field forming electrodes installed in the supply side space 2 and the permeation side space 3 are not particularly limited, but in order to suppress deterioration of the gas separation membrane 1, an equal electric field is formed in which no corona discharge occurs. It is advantageous to have a shape that In the figure, a flat nonwoven fabric electrode 14 made of a metal nonwoven fabric 13 that also serves as a support for the gas separation membrane l is installed in the thin permeation side space 3, and a spherical electrode 15 is installed in the supply side space 2. However, other combinations such as spherical electrodes or flat plate electrodes may also be used. As shown in the same figure,
The electric field forming electrodes 14.15 are connected to a power source 17 by an electric wire 16.
At the wire entrance 18 to the nonwoven fabric electrode 14, a backing 19 ensures airtightness.
上記電源１７を用いて電界形成用型ｉ１４，１５に印加
される電圧は、特に限定はされず、イオン化した気体を
引き寄せる力、すなわち気体分離の推進力を考えれば高
い程好ましいが、気体分離膜ｌ素材の耐コロナ性等の性
質により、自ずと印加できる電圧の上限が決まってくる
。たとえば、耐コロナ性の低いフ・ノ素樹脂系の膜であ
れば数千ボルト程度であるのに対し、耐コロナ性の高い
シリコーンゴム系の膜であれば、２万ボルト程度まで印
加が可能である。The voltage applied to the electric field forming molds i14 and 15 using the power source 17 is not particularly limited, and is preferably higher considering the force of attracting ionized gas, that is, the driving force of gas separation. The upper limit of the voltage that can be applied is naturally determined by the corona resistance and other properties of the material. For example, a film made of plastic resin, which has low corona resistance, can be applied with a voltage of several thousand volts, whereas a film made of silicone rubber, which has high corona resistance, can be applied up to about 20,000 volts. It is.
上記気体イオン発生装置９により選択的にイオン化され
た酸素イオンＯ１−は、負電荷を帯びているため矢印Ｂ
の方向に、正電荷を有する上記不織布電極（陽極）１４
に引っ張られ、気体分離膜１を透過する推進力が得られ
ている。透過した０゜は、この陽極１４に電子を与えて
再び中性の酸素分子となり、矢印Ｃの方向に透過気体排
気口６から膜モジユール４外へ取り出されていく。他方
、酸素分圧の下がった未透過気体は、未透過気体排気ロ
アから矢印りの方向に、膜モジユール４外へ排気される
。The oxygen ions O1- selectively ionized by the gas ion generator 9 are negatively charged, so the arrow B
The nonwoven fabric electrode (anode) 14 having a positive charge in the direction of
, and a driving force to permeate the gas separation membrane 1 is obtained. The transmitted 0° gives electrons to the anode 14, becomes neutral oxygen molecules again, and is taken out of the membrane module 4 from the permeated gas exhaust port 6 in the direction of arrow C. On the other hand, the unpermeated gas whose oxygen partial pressure has decreased is exhausted to the outside of the membrane module 4 from the unpermeated gas exhaust lower in the direction of the arrow.
気体分離膜１は、その分離を目的とする気体を選択的に
透過させるものであればどんなものでもよく、シリコー
ンゴム系〔ポリジメチルシロキサン、ポリ （４−メチ
ル−１−ペンテン）など〕、ポリスルホン系、酢酸セル
ロースまたはエチルセルロース系、ポリアミド系等の高
分子膜や、セラミックあるいはガラスより作製された無
機多孔性膜などが使用できる。本実施例の酸素富化にお
いては、ポリジメチルシロキサン膜を使用した。The gas separation membrane 1 may be of any material as long as it selectively permeates the gas to be separated, such as silicone rubber [polydimethylsiloxane, poly(4-methyl-1-pentene), etc.], polysulfone, etc. Polymer membranes such as cellulose acetate, ethylcellulose, polyamide, and inorganic porous membranes made of ceramic or glass can be used. In the oxygen enrichment of this example, a polydimethylsiloxane membrane was used.
最後に、この発明にかかる気体の膜分離法は、上記実施
例に限定されることはなく、たとえば、電界形成用電極
１４．１５間に不平等電界が形成されるようであっても
よい。他方、同電界形成用電極間の電圧および／または
電流を制御できるような制御部（図示せず）が電源１７
に接続されていて、透過気体の組成を所定の値に設定す
ることができるようになっていてもよい。さらに、図示
した上記装置において、分離膜モジュールは平膜を備え
た同型式のものとなっているが、これに限定されること
はなく、たとえば、スパイラル型。Finally, the gas membrane separation method according to the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments; for example, an unequal electric field may be formed between the electric field forming electrodes 14 and 15. On the other hand, a control unit (not shown) that can control the voltage and/or current between the electric field forming electrodes is connected to the power source 17.
The permeate gas composition may be set to a predetermined value. Further, in the illustrated apparatus, the separation membrane module is of the same type with a flat membrane, but is not limited to this, and may be of a spiral type, for example.
管状型等であってもよい。It may be of a tubular type or the like.
この発明にかかる気体の膜分離法では、分離を目的とす
る気体をイオン化し、膜透過の推進力として電気的な力
を利用するようにしているため、目的とする気体の気体
分離膜透過の促進、分離性能の向上を可能としている。In the gas membrane separation method according to the present invention, the gas to be separated is ionized and electrical force is used as the driving force for membrane permeation. This makes it possible to improve separation performance.
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明にかかる気体の膜分離法の実施例にお
いて使用される一装置の断面模式図、第２図は従来の一
気体膜分離装置の断面模式図である。
■・・・気体分離膜 ２・・・供給側空間 ３・・・透
過側空間 ４・・・膜モジュール ９・・・気体イオン
発生装置 １．４．１５・・・電界形成用電極 １７・
・・電源代理人 弁理士 松 本 武 彦
昭和６３年 ８月
第２図
ｌ。
２゜
３゜
４゜[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a device used in an embodiment of the gas membrane separation method according to the present invention, and Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of a conventional gas membrane separation device. be. ■... Gas separation membrane 2... Supply side space 3... Permeate side space 4... Membrane module 9... Gas ion generator 1.4.15... Electrode for electric field formation 17.
... Power supply agent and patent attorney Takehiko Matsumoto August 1988 Figure 2 l. 2゜3゜4゜
Claims (1)
られた２空間のうちの一方の側に混合気体を供給し、前
記気体分離膜において目的とする気体を選択的に透過さ
せて他方の側で取り出すようにする気体の膜分離法であ
って、前記２空間のうちの気体を供給する側に気体イオ
ン発生装置を設置して少なくとも前記目的とする気体分
子をイオン化するようにするとともに、前記２空間には
それぞれ電界形成用の電極を配置してこれらの電極間に
電圧を印加するようにすることを特徴とする気体の膜分
離法。1. A mixed gas is supplied to one side of two spaces partitioned by a gas separation membrane having selective permeability to gas, and the target gas is selectively permeated through the gas separation membrane, and the gas is separated from the other side. A gas membrane separation method in which a gas ion generator is installed on the gas supply side of the two spaces to ionize at least the target gas molecules; A gas membrane separation method characterized by arranging electrodes for forming an electric field in each space and applying a voltage between these electrodes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15766588A JPH026817A (en) | 1988-06-24 | 1988-06-24 | Separation of gas by membrane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15766588A JPH026817A (en) | 1988-06-24 | 1988-06-24 | Separation of gas by membrane |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH026817A true JPH026817A (en) | 1990-01-11 |
Family
ID=15654706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15766588A Pending JPH026817A (en) | 1988-06-24 | 1988-06-24 | Separation of gas by membrane |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH026817A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003034508A (en) * | 2001-07-18 | 2003-02-07 | Roki Techno Co Ltd | Oxygen concentrator |
| WO2012000771A1 (en) | 2010-06-30 | 2012-01-05 | Ammonia Casale Sa | A process and a reactor for selective removal of a product from a gaseous system |
| EP2233151B1 (en) * | 2007-12-26 | 2016-05-11 | Kitasato Daiichi Sankyo Vaccine Co., Ltd. | Method of producing japanese encephalitis virus vaccine stably storable over long time and use of the vaccine |
-
1988
- 1988-06-24 JP JP15766588A patent/JPH026817A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003034508A (en) * | 2001-07-18 | 2003-02-07 | Roki Techno Co Ltd | Oxygen concentrator |
| EP2233151B1 (en) * | 2007-12-26 | 2016-05-11 | Kitasato Daiichi Sankyo Vaccine Co., Ltd. | Method of producing japanese encephalitis virus vaccine stably storable over long time and use of the vaccine |
| WO2012000771A1 (en) | 2010-06-30 | 2012-01-05 | Ammonia Casale Sa | A process and a reactor for selective removal of a product from a gaseous system |
| US8871063B2 (en) | 2010-06-30 | 2014-10-28 | Casale Sa | Process for selective removal of a product from a gaseous system |
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