JPH03245812A - ガスの分離方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分よ） 本発明は、ガス混合物からなる原料ガスをガス分＃膜の
片側へ供給し、ガス分離膜のもう一方の側（透過側）か
ら上記原料、ガスの供給圧力より低い圧力で、膜の両側
の分圧差に比例して、特定成分を選択的に透過させ、透
過ガスとして排出させることから基本となるガスを２５
縮、分離する方法に関する。

更に詳しくは、原料ガスを水蒸気選択透過性を有する除
湿膜の供給側へ供給し、除湿された非透過ガスを選択透
過性を有するガス分離膜により、分離ｌ】縮するのに際
し、除湿膜での原料ガスの除湿、およびガス分離膜での
分離、濃縮を効率的に行うのに適した方法を提供するこ
とに関するものである。

（従来の技術） 膜によるガスの分離法については、古くから知られてお
り、ンリフンゴムの薄膜を用いた空気中からの酸素、ま
たは窒素の１縮、ポリスルホンの中空糸膜上にシリコン
系化合物を薄膜コーティングした複合膜を用いて、化学
プロセス、例えば、アンモニア合成におけるプロセスガ
スからの水素の回収、など多くの報告がある。

−・般にガス分離膜は、膜表面に水などの液体が付着す
ると、有効膜面積の低ドとなるため、原料ガスに、水分
が多く含まれている場合は、ガス分離膜へ供給する前に
、何らかの手段により除湿する必要がある。特に、原料
ガスが空気であり、コンプレッサーなどで、原料ガスを
加圧する場合などは、水分が、過飽和となるため、原料
ガスの除湿が必要である。除湿方法としては様々な方法
があるが、水蒸気選択透過性を有する除湿膜を用いる方
法が簡便で消費エネルギーも少く有効と考えられる。

実際に、このようなガス分離膜や除湿膜は、膜形成体を
適当な大きさに集合させてなるモジュールを用いて分離
操作を行う。

このような除湿膜モジュールで除湿を行った後ガス分離
膜モジュールでガス分離を行う従来の方法は、除湿膜モ
ジュールに原料ガスを供給し、水蒸気を選択的に透過さ
せることにより非透過側から作られた除湿ガスをガス分
離膜モジュールの供給側へ供給し、一部のガスをガス分
離膜の透過側へ選択透過させて排気し、ガスの分離、ｌ
コ縮を行う。この場合、除湿膜は、−・般に水蒸気の選
択透過性が空気などのような他のガス成分に比へ、極め
て高いため、除湿膜の透過側の水蒸気の分圧か大きくな
り、水蒸気の透過流量が小さ（なる。そのため、除湿膜
モジュールの非透過側より得られる除湿ガスの一部を除
湿膜の透過側へ導入し、水蒸気をモジュール外へυＦ出
し、水蒸気分圧を小さくする方法かとられている。

したがって、原料ガスのうち前記の除湿ガスの部はガス
分離膜モジュールへ供給されずに、系外へ排出されてい
るものである。

（発明が解決しようとする課題） 従来のガス分離方法においては、原料ガスのうち除湿さ
れたガスの一部は、ガス分離膜モジュールに供給されず
に、除湿膜モジュールの除湿の効率を高めるためたけに
用いられた後、排出されるものである。除湿ガスが供給
されるガス分離膜モジュール側でも透過ガスが、排気さ
れているため、従来の前記ガス分離方法において、排気
ガスの電を少なくすることは限度があり、原料ガスから
分離、濃縮して得られるガスの回収率を高めること、す
なわち、分離効率を高めることは、困難であるという問
題点かあった。

除湿膜モジュールの非透過側より得られる除湿ガスのう
ち、除湿膜モジュールの透過側へ導入するガス流量を減
少させる方法か考えられるか、除湿膜の透過側の水蒸気
の分圧か小さくならず、水蒸気の透過流量か、大きくな
らないので、除湿の効率が低ドしてしまうのが実情であ
る。

この透過側へ導入する除湿ガスは、その水蒸気の分圧が
小さいことも必要であるが、そのガスの流礒の大きさも
透過側の水蒸気の分圧を小さくするのに重要であり、そ
の流はを小さくすることは、除湿効率の而から考えると
、好ましい方法とは１１い難い。

（課題を解決するための手段） かかる従来技術に関する問題点を解決すへく、本発明者
は鋭意検討した結果、ガス分離膜モジュールの透過ガス
の少なくとも一部を、前記除湿膜モジュールの透過側へ
導入することにより排気ガス晴が、低減することを見い
出し、本発明に到達した。

即ち、原料ガスを、水蒸気選択透過性を有する除ＩＳＡ
膜モノニールの供給側へ供給し、非透過ガスとして得ら
れる除湿ガスを、選択透過性を有するガス分離膜モジュ
ールへ導入し、ガス分離を行う方法において、前記ガス
分離膜の透過ガスの一部を前記除湿膜モジュールの透過
側へ導入することを特徴とするガス分離方法である。

ここで除湿膜とは、水蒸気を含有する種々の混合ガス（
例えば、空気、天然ガス、醗酵ガス）から水蒸気を選択
的に透過させることができる水蒸気選択透過膜のことで
、その膜素材は、ポリイミド系、ノリコン系、ポリスル
ホン系などいずれでもよく、特に限定するものではない
。

その膜形状も、平膜型、中空糸膜型など、いずれでもよ
く、特に限定しない。

本発明におけるガス分離膜とは、混合ガス（例えば空気
など）から特定成分（例えば酸素）を選択的に透過させ
ることができる選択透過膜のことであり、膜の透過側（
低圧側）へは高透過性のガス成分か濃縮され、反対に膜
の非透過側へは低透過性のガス成分か濃縮されるもので
ある。

その膜素材は、酢酸セルロース系、ポリアミド系なと特
に限定するものではなく、その膜形状も平膜、中空糸膜
のいずれでもよく、特に限定しない。

除湿膜と、ガス分離膜の組合せとしては、除湿膜として
は、水が膜表面に付着しても、性能低下が生じない疎水
性のポリスルホン系、ンリコン系が、ガス分離膜として
は、供給ガス中の水分量が小さいはと、高透過性が得ら
れる酢酸セルロース系か好ましい。また、膜の形状はど
ちらもコンパクト性から中空糸型か好ましい。

一方、本発明において、前記ガス分離膜モジュールの透
過ガスの一部を除湿膜モジュールの透過側へ導入する方
法としては、除ｉ！＋Ａ膜モジュールの透過側の膜面に
接触さえすれば、除湿膜モジュールの任意の場所に導入
できるか、除湿膜モジュールの透過ガス（加湿ガス）の
取出し［Ｉと反対側、即ちガス分離膜モジュールの透過
ガスが、除湿膜の透過側の全領域にわたって接触するよ
うに導入するのか好ましい。さらには、除湿膜モジュー
ル内の供給ガスの流れ方向と逆方向に流すいわゆる向流
型の流れを形成するのが最も好ましく、またその流量も
、多いほど好ましい。

以下本発明を図面を用いて具体的に説明する。

第１図は、本発明に係るガス分離力法を示すフロー図で
ある。なお、この図においては、中空糸膜を用い、中空
糸内部より外部へガスを透過させる場合の例を示してい
るものであるが、本発明は、これに限定されることはな
い。

第１図において１〜６は除湿膜モジュールに関するもの
であり、１１〜１６は、ガス分離膜モジュールに関する
ものである。

原料ガスは、除湿膜モジュール１の原料ガス人口３より
供給され、原料ガスは中空糸膜２の内側を流れる間に、
水蒸気が中空糸膜２の外側へ選択的に透過する。一方、
非透過ガスは、除湿ガスとして、除湿ガス出口４よりモ
ジュール外へ取り出され、ガス分離膜モジュール１１の
供給口１３に導入される。供給されたガスは、ガス分離
膜モジュールの中空糸膜１２の内側を流れる間に高透過
性のガスか中空糸膜１２の外側へ透過し、非透過ガスで
は、低透過性ガス成分か濃縮され、非通過ガス用［−’
１１４よりモジュール外へとり出される。

方透過ガスは、透過ガス出［１１５よりモジュール外へ
排気されるが、そのまま全眼を排気せずに、流Ｍ調整弁
７，８により少なくとも一部の透過ガスは除湿膜の透過
側への導入［１５を通して、除湿膜モジュールの透過側
へ供給され、透過側膜面の全領域にわたって、接触する
ように除湿膜モジュール内を流れ、水蒸気を含んだ加湿
ガスとして除湿膜モジュールの加湿ガス出［１６より排
気される。

第２図は、従来のガス分離方法である。除湿ガスの一部
は、流量調整弁７，９により、除湿膜の透過側へ導入ｒ
ｌ　５を通じて導入され、加湿ガス出［−］（透過ガス
出口）６よりす１′出される一方、ガス分離膜モジュー
ルにおいても透過ガスが透過ガス出［１１５より排出さ
れ、ガス分離が行れるものであり、全体的な排気頃を少
なくし、回収率を一部げ、全体としての分離効率を１−
、げることは困難である。

以下、実施例により、本発明を具体的に説明するか本発
明は、以下の実施例に限定されることはない。

（実施例） 実施例１ 膜面積約ｏ、ｔｍ’の／ロキサンを分離活性層にもつ中
空糸型除湿膜と膜面積２０ＩＩＩ″の三酢酸セルロース
からなる中空糸型ガス分離膜モジュールを第１図のよう
に接続し、露点Ｏ℃の原料ガスの空気をコノプレソサー
で加圧した後３０℃の原料空気を１０　Ｎ　Ｑ、　／ｍ
ｊｎ除湿膜モジュールへ供給した。

流量調整弁８は、全閉としガス分離膜モジュールの透過
ガスは、全社除湿膜の透過側へ導入し、透過側膜面の全
領域に接触するように流した。ガス分離膜モジュールの
非透過ガスの酸素１度か５％となるように、流量調整弁
１６を調整したところ、その非透過ガスすなわち窒素富
化空気の流量は、３．８Ｎ（！／ｓｉｎであった。また
、除湿膜の非透過ガス（除湿ガス）の露点は一２０℃で
あった。

比較例 実施例で用いたモノニールと同仕様のものを第２図のよ
うに接続した。原料ガスから水蒸気を除いた除湿ガスの
うち２．５Ｎ＜’／ｌ１ｉｎは、除湿膜モジュールの透
過側へ導入され透過ガスと七もに、３　Ｎ　Ｑ　／１ｎ
かモジュール外へ排出された。流量調整弁１６を調整し
て、ガス分離膜モジュールの非透過ガスの酸素濃度が５
％となるように非通過ガス流量を調節した結果、その非
透過ガスすなわち窒素富化空気が２．８Ｎσ／ｗｉｎ得
られた。なお、除湿膜の非透過ガス（除湿ガス）の露点
は一１５℃であった。

以ドのガス分離方法で得られた酸素１度が５％の窒素富
化空気流量、排気流Ｍ１回収率をまとめると以ドの表の
値となった。

以下余白

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一例のフロー図を示したものであり
、第２図は従来法の一例のフロー図を小したものである
。 ■＝　除湿膜モジュール　　　　２：除湿膜３：　除湿
膜モジュールの原料ガス入口（供給口）４：　除湿膜モ
ノニールの非通過ガス出「」（除１９ガス出口） ５：　除湿膜モジュールの透過側への導入１１Ｂ：　除
湿膜モジュールの透過ガス出口（加湿ガス出［］） ７．８，９：　　流量調整弁 ■：ガス分離膜モジュール　　１２：　ガス分離＋３：
ガス分離膜モジュールの供給［］！４：　ガス分離膜モ
ジュールの非通過ガス出［」Ｉ５：ガス分離膜モジュー
ルの透過ガス出口１６：流量調整弁 （発明による効果） 本発明方法によれば、除湿膜の透過側膜面ヘガスを供給
し透過側の水蒸気分圧を低下させ、除湿膜を透過した水
蒸気とともに、モジュールの外へ排出させるという手段
をとるものであり、従来方法に比べて、除湿膜の透過側
膜面への導入ガス流量を大きくとれしかも、全体の排気
量を小さくできるため、除湿効果を高めてかつ、ガス分
離の回収率を大きくすることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）原料ガスを水蒸気選択透過性を有する除湿膜モジ
   ュールの供給側へ供給し、非透過ガスとして得られた除
   湿ガスを、選択透過性を有するガス分離膜モジュールへ
   導入してガス分離を行う方法において、前記ガス分離膜
   モジュールの透過ガスの少なくとも一部を前記除湿膜モ
   ジュールの透過側へ導入することを特徴とするガス分離
   方法。