JPH035309A - 乾燥高純度窒素生成のための改良方法及び装置 - 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】 〔発明の分野］ 本発明は空気からの窒素の生成に関し、詳しくは乾燥高
純度窒素の生成に関する。

〔従来技術の説明〕

透析膜プロセス及びシステムが空気分離による窒素の生
成のために提案され、次第に使用されるようになって来
ている。そうした生成に於ては供給空気は膜表面との接
触状態に持ち来たされ、より透過性の大きい空気の成分
としての酸素が膜を通過する一方で、より透過性の少い
成分である窒素は非−透過性生成物流れとして膜システ
ムから取り出される。従来からの膜システムは代表的に
９９．５％もの純度水準の窒素を生成する。しかしなが
らある用途例に於ては高純度窒素、即ち純度的９９、９
５或はそれ以上の、例えば純度９９．９９９５％の窒素
が要求される。

そうした高い窒素純度水準を達成する従来方法は、生成
窒素を膜システムから脱酸素システムに通すものである
。即ち生成物窒素流れ中の残留酸素は、貴金属触媒存在
下で水素と結合させることによって水に置換し得る脱酸
素システムに通される。これによって得た高純度窒素生
成物は一般に、百万分の５（容積）以下の酸素を含有す
る。

しかしながらそこには相当量の水、例えば約１０．００
０から４０．０００　ｐｐｍの水分、並びに脱酸素シス
テムからの幾分かの過剰水素もまた含有される。多くの
実用用途に於ては、それらの沈殿及びそれに引き続く前
記高純度窒素の配管並びに機器内での腐蝕或は凍結を防
止するために、或はそうした水分の存在が膜／脱酸素シ
ステムから回収した高純度生成物窒素流れの所望の最終
用途とは両立しないことから、そうした水分を高純度窒
素流れから除去することが所望される。

高純度窒素流れから水分を除去する目的のためにアフタ
ークーラー、水分分離器、そして吸着（或は冷却）乾燥
ユニットが全体システムに一般に組み込まれる。こうし
たユニットは、本質的に乾燥した高純度窒素生成のため
の水分除去には有効ではあるがプロセス全体を著しく複
雑化し、信頼性を低下させるばかりか窒素生成物の相当
の損失をももたらし得る。その様な所望されざる生成物
損失はパージ要件、ブローダウン損失その他によるもの
である。加つるに、従来からの水分除去のための方策は
、再生成は冷却目的のための相当量の追加エネルギー消
費を必要とする。

従って斯界では、乾燥高純度窒素生成物生成のための改
良プロセス及びシステムに対する要望があることを認識
されたい。詳しくはこうした要望は、空気分離のための
膜／脱酸素システムを好都合に使用することにより生成
された高純度窒素からの水分除去に関する改良に対する
ものである。

更に詳しくは、効率的な水分除去が従来からの吸着（或
は冷却）乾燥ユニットの使用に係る生成物の実質的損失
を生ずること無（、比較的安価に且つ低エネルギー消費
下で達成されることが所望される。

［発明の目的］ 従って、本発明の目的は乾燥高純度窒素生成物を空気か
ら生成するための改良方法及びシステムを提供すること
にある。

本発明の他の目的は、乾燥高純度窒素生成物を生成し得
る簡素化された膜／脱酸素プロセス及びシステムを提供
することにある。

本発明の他の目的は、本質的に乾燥形態の高純度窒素を
、高純度窒素生成物からの水分除去のための吸！（或は
冷却）ユニ、ットを従来通り使用しての生成物の実質的
損失及び生成物の汚染を生ずること無く生成するための
改良方法及びシステムを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明に於ては、膜／脱酸素システムに於て生成された
高純度窒素生成物流れから水分を除去するための高純度
窒素生成システム全体に、第２の膜システムが含まれる
。

該第２の膜システムは望ましくは向流流れ模様で動作さ
れるが、膜の面積要件を低減し且つ所望の生成物回収量
を増大させるために、比較的乾燥したパージガスと共に
低圧の透過側での還流操作が為される。

〔実施例の説明〕

本発明の前記目的は、窒素乾燥のための膜システムと膜
／脱酸素システムとを、高純度窒素生成物からの所望通
りの水分除去が実現される状況の下で一体化させること
により、プロセス及びシステムの全プロセス再生を受入
れ難い水準にまで低下させること無く達成される。そう
した状況は、分離プロセス用システム及び使用される特
定の膜構成物の水分除去のための選択性及び乾燥膜シス
テム内に向流流れ模様を実現する集束態様と有益に関係
付けられる。これが窒素生成物を十分に乾燥させ、乾燥
作業中の窒素生成物の損失を最小限とする。

本発明の実施に従う乾燥高純度窒素生成物生成のために
は、先ず窒素を単一或は２ステ一ジ膜空気分離ユニット
によって生成する。該ユニットでは圧縮空気が、一般に
約３２．２℃　（９０下）のオーダーの温度で一般に約
５０から３００ｐｓｉｇ、代表的には約１５０ｐｓｉｇ
の範囲の圧力で膜に送られる。空気中の酸素に富む成分
流れが膜材料を透過し、膜の透過側で低圧下で廃棄され
る。窒素に冨む残留物、即ち非−透過ガスが高い供給圧
力にて回収される。２ステ一ジ膜空気分離ユニットでは
、空気のそれよりも酸素１度の小さい第２ステージ透過
ガスは、しばしば膜ユニットへの圧縮及び再循環のため
のプラントのヘッドへと再循環される。現在一般に知ら
れている膜システムは高純度、即ち９９．５％或はそれ
以上の高純度窒素を経済的には生成し得ないことから、
従来技術の説明の中で指摘したように、空気分離膜ユニ
ットによって生成される窒素中の残留酸素を低減するた
めに触媒性脱酸素或は脱酸素ユニットが使用される。従
来からの作業及び本発明の実施に於ては脱酸素反応によ
って代表的に約５００℃の発熱が生ずる。そこでの生成
ガスはアフタークーラーで冷却され、生じた凝縮物は高
純度窒素流れの乾燥に先立って水分分離器中で除去され
る。

本発明に於ては乾燥高純度窒素生成物を経済的に生成す
るために、膜／脱酸素空気分離ユニットに続いて膜乾燥
ユニットが使用される。市販入手し得る吸着或は冷却乾
燥システムは、乾燥（約−４，４℃（−４０下）圧力露
点）した或は非常に乾燥（約約３７．８℃（−１００下
）圧力露点）したガス流れを生成し得る一方で磯城的に
複雑になりがちであり、その結果、所望されざる生成物
損失或は汚染或はエネルギーの著しい消費を招く点で改
良の余地がある１本発明の改良膜乾燥ユニットはこの欠
点を解消し得るものである。

圧縮窒素流れから水分（及び水素）を選択的に除去する
ための幾つかの膜が知られている。残念ながら、例えば
米国特許第４，７８３，２０１号に記載されるように、
クロスフロー透過様式での動作に際してはそうした膜は
ステージカット、即ち約−４，４’Ｃ（−４０下）の比
較的中庸の圧力露点を達成するために、例えば１５０ｐ
ｓｉｇでの供給ガス流れへの透過ガス流れの割合をおよ
そ３０％とすることが必要であり得ることが見出された
。明らかにそうしたクロスフロー透過態様の膜ユニット
での生成物ガス回収量は少なく、そしてシステム全体の
動力及び乾燥面積要件は興味を失う程に高い。これに対
し本発明は所望される向流流れ態様での窒素乾燥膜ユニ
ット動作を含み、該向流流れ模様での動作に於ては乾燥
した還流パージが膜の透過側に送達され、膜の透過側か
ら水分が搬出され、これが膜を横断しての水分除去のた
めの高いドライビングフォースを維持する。こうしたプ
ロセス上の特徴によって、必要膜面積並びに必須生成物
透過損失は最小限となり、一定の生成物露点、即ち乾燥
水準が達成される。前記窒素の同方向透過による窒素生
成物損失は全生成物流れの１％未満、好ましくは０．５
％未満に維持されることが望ましい。

本発明の全プロセス及びシステム配列構成は、窒素乾燥
膜ユニットの低圧の透過側における還流パージとして使
用するために入手し得る、比較的乾燥した多量のガス流
れと共に効果的に使用され得る。第１図を参照するに、
本発明の好ましい具体例が示され、２ステ一ジ膜空気分
離ユニットの第２ステージからの透過ガスが窒素乾燥膜
ユニットのためのパージガスとして使用されている。供
給空気中の水分の大半を含む透過ガスはライン５を通し
て膜４から抜き出され廃棄される。該膜４からの非−透
過ガスはライン６中を第２ステージ膜７へと送達される
。該第２ステージ膜７からの精製窒素流れは、そこにラ
イン１０を介して水素が追加される脱酸素ユニット９へ
と送達するためのライン８に抜き出される。高純度窒素
流れはライン１１を介し脱酸素ユニット９から回収され
るが、該高純度窒素流れには水分及び過剰水素が含有さ
れる。従来通りのアフタークーラーユニット１２及び水
分分離器１３を通過しライン１４を介して水を除去した
後、高純度の、しかし湿った窒素生成物は、本発明の実
施に際して使用される膜乾燥ユニット１６へとライン１
５を通して送達される。所望の窒素が、ライン１７を通
し非−透過ガスの如き乾燥形態に於て膜乾燥ユニット１
６から回収される。向流態様で動作する前記膜乾燥ユニ
ット１６の膜の透過側は、第２ステージ膜７からの透過
ガスである比較的乾燥したパージガスによってパージさ
れる。第２ステージ膜７からライン１８を介して膜乾燥
ユニット１６の透過側へと送達されるそうしたパージガ
スは前記膜乾燥ユニット１６を透過する水分をその透過
側の表面から搬出し、これが所望の水分除去を維持する
ための膜乾燥ユニット１６を横断しての高いドライビン
グフォースを維持する。水分を含有するパージガスは、
該パージガスを圧縮し且つそこから窒素生成物を追加的
に回収するための空気分離膜ユニットへと送達するため
の空気供給ライン１に再循環させるために、ライン１９
を介して図示されるように好都合に膜乾燥ユニット１６
の透過側から除去される。所望であれば、別様には前記
水分を含有するパージガスをライン２０を通して廃棄し
得る。

第２図に示される様な別態様に於ては供給空気流れそれ
自身が、第１図の具体例の如き第２ステージ空気分離膜
透過ガスに代わる膜乾燥ユニットのためのパージガスと
して使用される。第２図に示されるように、空気は膜乾
燥ユニット２２の低圧の透過側でのパージガスとしてそ
こを通過するためにライン２１を通して前記膜乾燥ユニ
ット２２へと送達される。供給空気は第１図の具体例に
おける空気分離膜透過ガスに関して先に説明したと同一
のパージ作用を果たす、膜乾燥ユニット２２の透過側か
ら除去された水分を含有する供給空気は、ライン２３を
経て供給空気コンプレッサ２４へそして第２ステージの
、都合上単一ユニットとして示される膜空気分離ユニッ
ト２５へと送達される。プロセス上の廃棄物質を含む透
過ガスはライン２６を通して膜空気分離ユニットから抜
き出され、一方、精製された窒素非−透過ガスは、ライ
ン２９を通してそこに水素が送達されるところの脱酸素
ユニット２８への送達ライン２７を通して膜空気分離ユ
ニット２５から抜き出される。

湿った高純度窒素はライン３０を通して脱酸素ユニット
２８からアフタークーラーユニット３１へそしてそこか
らライン３３を介して水を除去するための水分分離器３
２へと送達される。該水分分離器３２から除去された湿
った高純度水素は、ライン３４を介して膜乾燥ユニット
２２へと送達され、該膜乾燥ユニット２２から高純度窒
素がライン３５を通して回収される。該具体例では達成
し得る乾燥度は第１図の具体例における程ではなく、し
かもそれは供給空気の乾燥の度合によって決定される。

第３図に示される変形例に於ては圧縮供給空気流れの一
部が膨張され、膜乾燥ユニットのための低圧パージガス
として使用される。ライン４１中の供給ガスは空気コン
プレッサ４２内で圧縮されライン４３を経て空気分離膜
システム４４へと送達され、そこで透過ガスがライン４
５を介して廃棄される。精製窒素流れはライン４６を介
して空気分離膜システム４４から、そこにライン４８を
介して水素が装通される脱酸素ユニット４７へと送達さ
れる。高純度窒素はライン４９を通して脱酸素ユニット
４７からアフタークーラーユニット５０及び水分分離器
５１へと送達される。該水分分離器５１からはライン５
２を介して水が廃棄される。該水分分離器５１を出る湿
った高純度窒素流れはライン５３を介して膜乾燥ユニッ
ト５４へと送達され、ライン５５を介してそこから乾燥
高純度窒素非−透過ガスが回収される。本具体例ではラ
イン４３中の圧縮空気からのスリップ流れはライン５６
に抜き出される。該スリップ流れは前記ライン５６内に
位置決めされた膨張弁５７内で膨張されて低圧となり、
次いで第１図の具体例を参照して示された本発明の目的
のためのパージガスとして、前記膜乾燥ユニット５４の
低圧の透過側へと送達される。該パージガスはライン５
８を介して膜乾燥ユニット５４から抜き出される。

第４図には更に他の別懇様が示され、ここでは供給空気
はライン６１内を空気コンプレッサー６２へと送通され
、該空気コンプレッサー６２からライン６３を経て空気
分離膜ユニット６４へと送達される。該空気分離ユニッ
トからは透過流れがライン６５を通して廃棄される。精
製窒素、例えば９８％窒素或は使用される膜ステージ数
に依存してそれ以上に精製された窒素が、ライン６８を
通して脱酸素ユニット６７に送達される。ライン６８を
通してそこに水素が添加される。精製窒素はライン６８
を介してそこからアフタークーラーユニット７０及び水
分分離器７１へと送達され、そこで水がライン７２を通
して除去される。湿った高純度窒素がライン７３を通し
て水分分離器７１から生成物乾燥膜ユニット７４に送達
され、そこで乾燥高純度窒素生成物が非−透過ガスとし
てライン７５中に回収される。該具体例では前記窒素生
成物のスリップ流れはライン７６を介しライン７５から
抜き出される。前記ライン７６中に位置決めされた膨張
弁７７内で膨張して低圧となる際に、前記乾燥した高純
度窒素生成物の前記ライン７６を貫いて送達されるその
一部分が、パージガスとして膜乾燥ユニット７４内の膜
の透過側に送達される。該パージガスは、前記膜の透過
側からの水分の搬出を容易とし且つ生成物窒素流れから
の所望の水分除去のための、膜を横断しての高いドライ
ビングフォースを維持する。前記パージガス及び透過水
分はライン７８を通して前記膜乾燥ユニット７４から除
去され、コンプレッサ７９で圧縮され、ライン６６中の
精製窒素と共に脱酸素ユニット６７へと送達されるべ（
、ライン８０を介して再循環される。

空気分離膜／脱酸素ユニットと膜乾燥ユニットとを先に
説明したように一体化したことに加え、膜乾燥に使用さ
れる膜構成物の水に対する選択性は窒素に対するよりも
高くされるべきであることを認識されよう、即ち、水分
は窒素よりも更に急速に選択的に透過される必要がある
。水／窒素分離係数は、生成物窒素ガスからの有益な水
分除去のためには少なくとも５０、好ましくは１，００
０以上であるべきである。加つるに、膜構成物は窒素及
び酸素両方のために比較的低い透過率を有すべきである
。アセチルセルロースはそうした基準を満足する好まし
い膜分離材料の一例である。その他種々の材料もまた使
用し得ることを認識されたい。それら材料にはエチルセ
ルロース、シリコーンラバー、ポリウレタン、ポリアミ
ド、ポリスチレンその他がある。

望ましい膜構成物から成る乾燥膜は、先に説明され且つ
特許請求の範囲に記載される如く、空気分離膜／脱酸素
ユニットと一体化されたものであり、好ましくは向流流
れ模様下で動作する。中空繊維膜形態その他好適な膜形
態、例えば螺旋巻状膜におけるクロスフロー式の流れ模
様を提供するための束ねた形状が、商業的実施に際して
一般に使用されてきた。クロスフロー動作に於ては、膜
の透過側の透過ガスの流れ方向は膜の供給側での供給ガ
スの流れと直交する６例えば、中空繊維束を使用しそし
て中空繊維膜外側に供給ガスを通過させるに際しては、
繊維の孔は一般に中空繊維の外側表面を覆って流動する
供給ガス流れ方向と直交する。同様にその逆、即ち供給
ガスを中空繊維の孔を通して送通させるに際しては、透
過ガスは中空繊維の孔内部の供給ガス流れと一般に直交
する方向で一般に中空繊維の表面を通過し、次いで外側
シェル内を透過ガスのための出口手段の方向へと流動す
る。ヨーロッパ特許出願第２２６４３１号に示されるよ
うに、向流流れ模様は中空繊維の束の外側表面全体を、
その一方の端部付近の円周部分を除き長平方向に包囲す
ることによって創出し得る。これが供給ガス或は透過ガ
スをして、所望される移動態様、即ち内側から外側へ或
は外側から内側への移動に依存して、向流流れ状態で中
空繊維の外側を中空繊維孔内の透過ガス或は供給ガス流
れと平行に通過可能ならしめる０例えば中空繊維束の外
側の供給ガスは、繊維束の中心軸に対し直交するのでは
なくむしろ平行に流動せしめられる。膜繊維を中空繊維
束の中心軸と平行な真直な組み立て状態で設は得、或は
別様には前記中心軸周囲に螺旋状に巻付は得ることを理
解されよう。何れにせよ、不透過性バリヤの材料は不透
過性フィルム例えばポリビニリデンその他の巻付は体と
し得る。別様には不透過性バリヤは不透過性コーティン
グ材料、例えば無毒性溶媒と共に塗布したポシロキサン
、或は膜の束を覆って組み込みそして前記東上でシュリ
ンクさせたシュリンクスリーブであり得る。該不透過性
バリヤは中空繊維束その地膜の束を包囲し、また前記ヨ
ーロッパ特許に記載されるように、ガスを中空繊維束の
軸と実質的に平行な方向で流動させる為の、ガス流れを
して中空繊維束内への或はそこからのガス流れを許容せ
しめる為の開口を具備する。本発明の目的のためには、
流れ模様は湿った高純度窒素供給流れの向流流れの一つ
とされるべきであり、透過ガスは先に説明した如く、窒
素生成物乾燥膜内の膜材料を貫く水分及び水素と共に供
給されるパージガスを構成する。

膜乾燥動作は斯界では通常、稠密繊維膜を使用して実施
されることを銘記されたい、ａ密繊維のための膜厚は壁
厚でもあり、不斉膜の薄膜部分或は複合膜の分離層と比
較するに非常に厚い。稠密繊維のためには、大きな圧力
容量を達成するために壁厚を厚くする必要がある。ため
に稠密繊維の透過速度は極めて遅く、従って窒素生成物
を十分に乾燥するには非常に大きな表面積を要する。こ
れとは逆に、本発明の目的のためにより好ましい不斉膜
或は複合膜では膜分離層の肉厚は非常に薄（、膜の比較
的多孔質の実質部分が、膜の分離特性を決定する非常に
薄い部分のための機械的強度及び支持を提供する。従っ
て不斉膜或は複合膜のために必要な表面積は稠密繊維膜
のためのそれよりもずっと少い。不斉膜或は複合膜を使
用することによって透過性が稠密繊維膜におけるよりも
改良されることから、窒素生成物乾燥に関連するものと
しての本発明の好ましい具体例での不斉膜及び複合膜の
性能を更に改良し、そうした膜のクロスフロー移動に於
て生じ得る同方向透過による貴重な生成物窒素の損失を
著しく低減するのが望ましい。

還流パージガスのための好ましい供給源は、２ステ一ジ
膜空気分離ユニットの第２ステージ透過物である。該供
給源は比較的乾燥し且つ酸素含有量が小さい。そうした
汚染物質は前記空気分離膜ユニットの第１ステージで優
先的に透過されてしまっている。該空気分離膜ユニット
が２ステージのものである場合、ステージ間で分割され
る膜面積が、入手し得るパージガス量並びに存在する汚
染物質量を決定する。一定の生成物純度のためには、第
１ステージの膜面積部分がより小さいことは第２ステー
ジでの透過流れがより少くしかもずっと乾燥しているこ
とを意味し、従って入手し得るパージガス量はより少な
くなる。膜の低圧の透過側での透過ガス量に基き、生成
物窒素における少なくとも３０％、一般には６０％或は
それ以上のパージガス量をにこりした供給源から代表的
に入手し得る。本発明の目的のためにはパージ率、即ち
還流パージガス量の非−透過側の生成物ガス量に対する
割合は、面積要件、生成物損失そして残留酸素の逆拡散
を最小限としておくために、少なくとも約１０％好まし
くは２０％以上であることが所望される。パージ率要件
は比較的低い生成物ガス圧力下で、もっと高いガス圧力
下におけるよりもずっと大きくなる傾向をも有する。許
容し得る任意のそうした酸素の逆拡散量は、特定用途の
全体要件に基いて理解される。多くの例に於ては酸素の
逆拡散量を最大ｓｏｏ　ｐｐｍｖに制限することが望ま
しく、そうした酸素の逆拡散量は窒素生成物に於ては１
０１００ｐｐ未満であることが好ましい。入手し得る還
流パージガス量がその供給源及び有益性に依存すること
は勿論である。

本発明の例示具体例に於て窒素生成物は、第１図の具体
例を使用して、生成物圧力での露点が約４．４℃（−４
０下）であるものに乾燥される。乾燥されるべき窒素生
成物ガスの流れは１５４．７ｐｓｉａの圧力を有し、約
３７．８℃　（１００”Ｆ）の温度で膜乾燥ユニットへ
と送達される。前記窒素生成物流れは５、　Ｏｐｐｍｖ
未溝の酸素濃度を有し且つ水飽和状態にある。前記第２
ステージ空気分離膜からのパージガスは１６ｐｓｉａの
圧力下で供給され、パージガスの生成物ガスに対するパ
ージ率は約１５％である。膜乾燥ユニットに使用される
複合膜は螺旋形状の中空繊維を含み、該中空繊維の水／
窒素分離係数は６０００であり、また水／酸素分離係数
は１０００である。膜乾燥ユニットは膜を包囲するため
のポリビニリデン製の不透過性バリヤを使用し、それが
膜モジュールにおける向流流れ模様を創出する。動作に
際し、高純度窒素生成物ガスは乾燥生成物損失が窒素の
０．５％未満という、先に示した極めて低い状態に於て
効果的に乾燥される。やや好ましくない、完全クロスフ
ロー膜を使用する具体例に於ては、同一の露点を達成す
るために乾燥生成物の３０％以上が使用されるべきであ
る。

本発明の特許請求の範囲に述べられた範囲から離れるこ
となく、ここに記載した様なプロセス及びシステムの詳
細を種々に変化及び改変し得ることを認識されたい。使
用される触媒燃焼システム、即ち脱酸素ユニットは、空
気分離膜システム内で生成され部分的に精製された窒素
流れ中の酸素部分が水素或はメタンの如き燃料ガスと反
応する１つ以上の触媒床を含み得る。脱酸素ユニットは
代表的には、アルミニウム基質上に支持されたプラチナ
或はプラチナパラジウム触媒の如き貴金属触媒を使用す
る。

本発明の空気分離目的のために使用する膜が、ポリスル
ホン基質におけるセルロースアセテート或はエチルセル
ロースに於てそうであるように、多孔質基質上に載置し
た分離層が膜の選択性の特徴を決定する複合膜を含み得
、また１つの材料、例えばポリスルホンから成る不斉膜
にして、形態学上２つに分割され、一方の部分が肉薄の
、膜の選択性の特徴を決定する稠密な薄皮部分を含み、
他方の部分がより稠密ではない多孔質支持部分或はその
変化例を含む前記不斉膜を含み得ることを理解されたい
、実用上の観点からは、稠密な、均質の膜の能力特性は
商業用途のためには一般に不十分である。本発明の生成
物乾燥目的のために、不斉膜或は複合膜構造を、本発明
の実施によってその全体能力の増長が計られる状態の下
に使用し得る。稠密な均質の膜は生成物乾燥用途のため
に通常使用される。そうした膜は本発明の実施に使用し
得るが、その固有の限定事項の故に好ましくはない。

使用される膜は一般に、初期の空気分離目的のために酸
素を選択的に透過させ、供給空気におけるより透過性の
小さい窒素を非−透過ガスとして回収する能力を有する
材料を含む、しかしながら、窒素をもっと透過性の高い
成分とし、酸素に富む流れを非−透過流れとして除去す
る空気分離膜システムの使用は本発明の範囲内のもので
ある。

本発明の実施に際して使用される透過性膜は、一般に膜
束アセンブリに於て使用される。該膜束アセンブリは代
表的には膜システムの主要要素を含む膜モジュールを形
成するための包囲体内部に位置決めされる。膜システム
は単一或は多くのそうしたモジュールを含み得、それら
モジュールは平行或は列状動作のために配列構成される
。膜モジュールは、好都合な中空繊維形態或は螺旋巻形
態、平坦な薄板折り曲げ形態その他所型の膜形態の膜束
を使用して作製し得る。膜モジュールは供給ガス（空気
）側及びその反対側の透過ガス出口側を有する状態で構
成される。中空繊維膜のためには供給ガス側は、内側か
ら外側への動作のための孔側か或は外側から内側への動
作のための中空繊維の外側とし得る。

先に示したように、本発明で使用されるパージガスは、
ここに参照された供給源からの如き乾燥した或は比較的
乾燥したパージガスとすべきである。ここで使用される
ように、比較的乾燥したパージガスは乾燥された窒素生
成物ガス中の水分分圧を越えない水分分圧を有するもの
である。好ましくは、前記パージガスの水分分圧は、先
に説明されたパージガスの供給源に関してそうであるよ
うに、生成物ガス流れの水分分圧の半分未満であ６、。

膜は、空気分離膜／脱酸素システムで生成された高純度
窒素を乾燥するためのより望ましいシステム及びプロセ
スを提供しよう。好都合な膜ユニットによる乾燥を可能
ならしめることによって、水分除去のためのより費用を
要し且つ複雑な吸着或は冷凍技術及びシステムの使用が
回避される。

膜乾燥ユニットのプロセス流れを空気分離膜／脱酸素ユ
ニットと一体化して使用することにより、膜乾燥ユニッ
トの低圧の透過側のパージが好都合に提供される。向流
流れ模様を確立するための采配列構成を使用することに
よって、乾燥動作の好ましい具体例を、乾燥高純度窒素
の回収を増長する状態に於て実施し得、クロスフロー造
渦動作で生じていた貴重な窒素生成物ガスの大量の同方
向透過が回避される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、初期の空気分離膜システムからの透過ガスが
生成物乾燥膜システムへのパージガスを提供するために
使用される、本発明の具体例の概略流れ図式図である。 第２図は、低圧の供給空気が、パージガスを生成物乾燥
膜システムに提供するために使用される具体例の概略流
れ図式図である。 第３図は、膜／脱酸素ユニットへの高圧の供給空気の一
部が、パージガスを生成物乾燥膜システムに提供するた
めに膨張され且つ使用される具体例の概略流れ図式図で
ある。 第４図は乾燥生成物ガスの一部が、パージガスを生成物
乾燥膜システムに提供するために再循環される具体例の
例示図である。 尚、図中上な部分の名称は未満の通りである。 ４：膜 ７：第２ステージ膜 ９：脱酸素ユニット １２ニアフタ−クーラーユニット １３：水分分離器 １６：膜乾燥ユニット

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空気から乾燥高純度窒素を生成するための改良シス
   テムにして、空気分離膜システムが供給空気から精製窒
   素を生成し、触媒燃焼システムが前記精製窒素から湿っ
   た高純度窒素流れを生成するために、前記精製窒素中に
   存在する残留酸素と水素とを反応させるようになってお
   り、乾燥に先だって前記湿った高純度窒素流れのプロセ
   ス処理のための冷却及び凝縮物除去手段が組み込まれて
   いる、前記空気から乾燥高純度窒素を生成するための改
   良システムであって、 前記湿った高純度窒素流れ中に存在する残留水分を選択
   的に透過させ得る膜乾燥ユニットと、前記湿った高純度
   窒素流れを前記膜乾燥ユニットへと送達するための導管
   手段と、 膜乾燥ユニットから非透過ガスとして乾燥高純度窒素を
   回収するための導管手段と、 膜表面からの水蒸気の搬出を容易とし且つそこからの水
   分分離を助長するべく前記湿った高純度窒素流れから膜
   を通して水蒸気を除去するためのドライビングフォース
   を維持するために、前記膜乾燥ユニットの低圧の透過側
   に比較的乾燥したパージガスにして、前記空気分離膜シ
   ステムからの廃棄ガス及び供給空気或は窒素生成物ガス
   を含むパージガスを送るための導管手段とを含み、前記
   膜乾燥ユニットの透過側に提供されるパージガスにより
   、窒素生成物ガスの損失を最小限とする状態下で所望の
   水分除去が容易化されるようになっている、前記空気か
   ら乾燥高純度窒素を生成するための改良システム。 ２、膜乾燥ユニットは、透過ガスが湿った高純度窒素流
   れと一般に平行に流れる向流流れ模様のための膜束を含
   んでいる特許請求の範囲第１項記載の空気から乾燥高純
   度窒素を生成するための改良システム。 ３、空気分離膜システムは２ステージ膜システムを構成
   し、膜乾燥ユニットの低圧の透過側にパージガスを送る
   ための導管手段は、空気分離膜システムの第２ステージ
   からの廃棄物流れをパージガスとして膜乾燥ユニットに
   送達するための手段を構成する特許請求の範囲第１項記
   載の空気から乾燥高純度窒素を生成するための改良シス
   テム。 ４、空気分離膜システムの第２ステージからの廃棄物流
   れは該第２ステージからの透過ガスである特許請求の範
   囲第３項記載の空気から乾燥高純度窒素を生成するため
   の改良システム。 ５、膜乾燥ユニットの低圧の透過側にパージガスを送る
   ための導管手段は、供給空気を膜乾燥ユニットの透過側
   に送達するための導管手段を構成し且つ前記供給空気及
   び該供給空気と共に搬出される水分を圧縮しそして前記
   空気分離膜システムへと送達するために前記膜乾燥ユニ
   ットから除去するための手段を含んでいる特許請求の範
   囲第１項記載の空気から乾燥高純度窒素を生成するため
   の改良システム。 ６、供給空気を空気分離膜システムに送達するための所
   望の圧力に圧縮するための圧縮手段を含み、該圧縮手段
   によって圧縮された空気の一部をパージガスとして膜乾
   燥ユニットの低圧の透過側へと送るために抜き出すため
   の導管手段を含み、該圧縮手段によって圧縮された空気
   の一部をパージガスとして膜乾燥ユニットの低圧の透過
   側へと送るために抜き出すための導管手段は、前記圧縮
   された空気の圧力を膜乾燥ユニットの透過側で所望され
   る低圧へと低減するための膨張弁を具備している特許請
   求の範囲第１項記載の空気から乾燥高純度窒素を生成す
   るための改良システム。 ７、膜乾燥ユニットから除去された乾燥高純度窒素生成
   物の一部を膜乾燥ユニットの低圧の透過側にパージガス
   として送達するための導管手段を含み、膜乾燥ユニット
   から除去された乾燥高純度窒素生成物の一部を膜乾燥ユ
   ニットの低圧の透過側にパージガスとして送達するため
   の該導管手段は、抜き出された乾燥高純度窒素生成物部
   分の圧力を膜乾燥ユニットの透過側で所望される圧力に
   減圧するための膨張弁を具備している特許請求の範囲第
   １項記載の空気から乾燥高純度窒素を生成するための改
   良システム。 ８、膜乾燥ユニットは、透過ガスが湿った高純度窒素流
   れと一般に平行に流れる向流流れ模様のための膜束を含
   んでいる特許請求の範囲第３項記載の空気から乾燥高純
   度窒素を生成するための改良システム。 ９、膜乾燥ユニットは、透過ガスが湿った高純度窒素流
   れと一般に平行に流れる向流流れ模様のための膜束を含
   んでいる特許請求の範囲第５項記載の空気から乾燥高純
   度窒素を生成するための改良システム。 １０、膜乾燥ユニットは、透過ガスが湿った高純度窒素
   流れと一般に平行に流れる向流流れ模様のための膜束を
   含む特許請求の範囲第６項記載の空気から乾燥高純度窒
   素を生成するための改良システム。 １１、膜乾燥ユニットは、透過ガスが湿った高純度窒素
   流れと一般に平行に流れる向流流れ模様のための膜束を
   含んでいる特許請求の範囲第７項記載の空気から乾燥高
   純度窒素を生成するための改良システム。 １２、空気分離システムが、残留酸素と水素とを反応さ
   せるための触媒燃焼システムに送達するための精製窒素
   を供給空気から生成するために使用され、湿った高純度
   窒素流れが乾燥に先立って冷却されそして凝縮物除去手
   段に送られる、空気から乾燥高純度窒素を生成するため
   の改良方法であって、 前記湿った高純度窒素流れを、そこに存在する水を選択
   的に透過させ得る膜乾燥ユニットへと送る段階と、 膜乾燥ユニットから高純度窒素生成物を非−透過ガスと
   して回収する段階と、 膜乾燥ユニットの低圧の透過側から水蒸気を透過ガスと
   して抜き出す段階と、 膜表面からの水蒸気の搬出を容易化し且つそこからの水
   分分離を助長するべく前記湿った高純度窒素流れから膜
   を通して水蒸気を除去するためのドライビングフォース
   を維持するために、前記膜乾燥ユニットの低圧の透過側
   に、比較的乾燥したパージガスにして、前記空気分離膜
   システムからの廃棄ガス及び供給空気或は窒素生成物ガ
   スを含んでいるパージガスを送る段階とを包含し、膜乾
   燥ユニットの透過側へのパージガスの送達が、窒素生成
   物ガスの損失を最小限とする状態下での所望の水分除去
   を可能ならしめるようになっている、前記空気から乾燥
   高純度窒素を生成するための改良方法。 １３、膜乾燥ユニットは向流流れ模様のために適合する
   膜束を含み、透過ガスを、湿った高純度窒素流れと一般
   に平行に流す段階を含んでいる特許請求の範囲第１２項
   記載の空気から乾燥高純度窒素を生成するための改良方
   法。 １４、供給空気は、２ステージ膜システムを含む空気分
   離膜システムへと送達され、膜乾燥ユニットの低圧の透
   過側に送られるパージガスは、前記空気分離膜システム
   の第２ステージからの廃棄ガスを含んでいる特許請求の
   範囲第１３項記載の空気から乾燥高純度窒素を生成する
   ための改良方法。 １５、廃棄ガスは２ステージ膜システムの第２ステージ
   からの透過ガスを構成する特許請求の範囲第１４項記載
   の空気から乾燥高純度窒素を生成するための改良方法。 １６、供給空気はパージガスとして膜乾燥ユニットの透
   過側に送られ、前記供給空気及び該供給空気と共に搬出
   される水分は圧縮並びに前記空気分離膜システムへの送
   達のために前記膜乾燥ユニットから除去されるようにな
   っている特許請求の範囲第１３項記載の空気から乾燥高
   純度窒素を生成するための改良方法。 １７、空気分離膜システムへの送達のために供給空気を
   所望の圧力に圧縮しそして圧縮した空気を膜乾燥ユニッ
   トの低圧の透過側にパージガスとして送達するために一
   部を引出す段階を含み、引出された圧縮空気部分はパー
   ジガスとして膜乾燥ユニットに送達されるに先立って膨
   張され低圧とされるようになっている特許請求の範囲第
   １３項記載の空気から乾燥高純度窒素を生成するための
   改良方法。 １８、膜乾燥ユニットから非−透過ガスとして回収され
   た乾燥高純度窒素生成物の一部を、パージガスとして膜
   乾燥ユニットの低圧の透過側に送達するために抜き出す
   段階を含み、引出された前記乾燥高純度窒素生成物の一
   部は、パージガスとして膜乾燥ユニットに送達されるに
   先立って膨張され低圧とされる特許請求の範囲第１３項
   記載の空気から乾燥高純度窒素を生成するための改良方
   法。 １９、膜乾燥ユニットは、透過ガスが湿った高純度窒素
   流れと一般に平行に流れる向流流れ模様のための膜束を
   含んでいる特許請求の範囲第１４項記載の空気から乾燥
   高純度窒素を生成するための改良方法。 ２０、廃棄ガスは２ステージ膜システムの第２ステージ
   からの透過ガスである特許請求の範囲第１９項記載の空
   気から乾燥高純度窒素を生成するための改良方法。 ２１、膜乾燥ユニットは、透過ガスが湿った高純度窒素
   流れと一般に平行に流れる向流流れ模様のための膜束を
   含んでいる特許請求の範囲第１６項記載の空気から乾燥
   高純度窒素を生成するための改良方法。 ２２、膜乾燥ユニットは、透過ガスが湿った高純度窒素
   流れと一般に平行に流れる向流流れ模様のための膜束を
   含んでいる特許請求の範囲第１７項記載の空気から乾燥
   高純度窒素を生成するための改良方法。 ２３、膜乾燥ユニットは、透過ガスが湿った高純度窒素
   流れと一般に平行に流れる向流流れ模様のための膜束を
   含んでいる特許請求の範囲第１８項記載の空気から乾燥
   高純度窒素を生成するための改良方法。