JPH04215817A - ガス分離装置 - Google Patents

ガス分離装置

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JPH04215817A
JPH04215817A JP3004523A JP452391A JPH04215817A JP H04215817 A JPH04215817 A JP H04215817A JP 3004523 A JP3004523 A JP 3004523A JP 452391 A JP452391 A JP 452391A JP H04215817 A JPH04215817 A JP H04215817A
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JP
Japan
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gas
port
valve
membrane
conduit
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Application number
JP3004523A
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English (en)
Inventor
Piotr J Sadkowski
ピオトル・ジャン・サッドコウスキー
Michael Ernest Garrett
マイケル・アーネスト・ガレット
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BOC Group Ltd
Original Assignee
BOC Group Ltd
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion

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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

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】
【０００１】本発明は、ガス分離装置に関するものであ
り、特に、混合物の各成分を異なる速さで拡散させる半
透膜によってガスを分離する装置に関するものである。
【０００２】半透膜を用いてガスを分離する技術は、工
業用ガスの生産において公知の技術である。その様な膜
によってガス混合物を分離する公知のプラントは、分離
させるガスに対して大きな表面積を提供するように建設
する。例えば、その様なプラントにおいては、適当な半
透膜を形成し、お互い平行に伸長する多数の同様な伸長
中空繊維を用いることができる。繊維は、一般的に、圧
力容器中に適当に取り付ける。繊維の外側の一方の端ま
たは端近くにある口に、分離させるガス混合物を供給す
る。ガス混合物は、繊維に対して縦に流れる。繊維の内
側は、繊維の外側より低い圧力に維持する。ガスの成分
は、異なる速度で膜を通って拡散する。ガス混合物が膜
の外側を通る場合、より速く透過する化合物程よりいっ
そう低圧側へ通って行く。従って、ガス混合物が繊維の
外側を流れていく時、繊維の外側（高圧側）のガスは、
透過速度の遅い成分に富んで来るので、圧力を掛けるこ
とによって、圧力容器の供給ガスを導入する端面に対し
て反対側にある端面から、拡散の遅い成分に富む生成ガ
スを回収することができる。透過ガスは速い拡散成分に
富む。透過ガスは、一般的に、供給ガスを導入する容器
の端面と同じ容器の端面にある繊維の内側から回収する
ことができる。もし望むならば別の配置として、供給ガ
スを中空繊維の内側に供給し、透過ガスを外側から回収
することができる。
【０００３】供給ガス混合物の中に汚染物があると、最
大２５％まで膜の生産性が減少することがある、という
ことが米国特許第４，８８１，９５３号に記載されてい
る。例えば、空気から窒素ガスを製造する場合において
、オイル循環空気圧縮機（ｏｉｌ　　ｆｌｏｏｄｅｄ　
　ａｉｒ　　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）からのオイル蒸気
の持越しや、周囲空気中に炭化水素または酸性ガスがあ
ると、膜に対して有害な作用を及ぼすことがある。従っ
て、入って来る空気の温度を周囲温度未満まで下げて、
凝縮可能な汚染物（例えば、水）を除去するのに有効な
冷却空気乾燥機を用いたり、圧縮機からの供給空気下流
を処理するのに活性炭フィルターを用いるような処置を
通常用いて、膜容器に入って来る空気中にある汚染物の
濃度を最小にする。しかしながら、たとえこれらの処置
を用いたとしても、尚いくらかの汚染物が膜容器に到達
する可能性がある。
【０００４】膜容器の供給ガス端面における条件が、ガ
ス分離装置の全性能に対して悪影響を及ぼすことがある
。例えば供給ガス入口における供給ガス空気温度の変化
は、生成物ガス出口における生成物温度に任意の変化が
見られる前に、即ち膜が温度平衡に達する前に、生成物
の収量と純度に対して大きな影響を及ぼす。更に、例え
ばオイル蒸気による汚染は、膜繊維の供給ガス端面にお
いて濃縮される傾向がある。これらの効果が組み合わさ
ると、膜の大部分が汚染される前に、装置の性能が有意
に落ちることがある。従って本発明の目的は、その様な
問題を改善する装置を提供することにある。
【０００５】本発明に従って、膜の１つの側面のそれぞ
れが、反対側の第１及び第２ガス口と連絡しており、そ
れによって１つの口からもう一方の口へ、膜のそれぞれ
の片側に沿って供給ガス混合物を流して、膜を通り抜け
るガス混合物成分の透過速度の違いによってガス混合物
を分離することができ、そしてもう一方のガス口によっ
て該供給ガス混合物から生じた異なる組成の生成物ガス
を受け取るようなガス分離半透膜の配列；分離させるガ
ス混合物を装置の中に導入する供給ガス導管、及び第２
ガス口の上流に第１ガス口を配したり、又はその逆に第
１ガス口の上流に第２ガス口を配したりすることができ
るバルブを含むガス分離装置を提供する。
【０００６】従って、本発明装置は、ガス口間の流れの
方向を自由な間隔で逆にすることができる。その様に流
れを逆にすると、逆にする前には上流にあった膜表面が
、ガス汚染物の蒸気圧が比較的低い清浄なガス流に暴露
されて、膜からの汚染物の脱着が助長され、逆にする前
には上流にあった膜表面を清浄にするのに役立つ。その
様な脱着は、膜セル又はモジュールの端面を局部加熱す
ることによって、更に助長することができる。一般的に
、局部加熱には電気発熱体を用いることができる。もし
望むならば、膜の長さの約２０％を局部加熱することが
できる。
【０００７】もし望むならば、一般的に、膜配列それぞ
れが独自の容器に入っていて、他のものと平行な位置関
係にあって、その全ての膜配列が、共通の供給ガス導管
と共通の生成物ガス導管を有する多くの膜分離配列を置
くことができる。別法としては、あるいはそれに追加す
るものとしては、膜配列のそれぞれを一般的にそれ自体
の容器に入れ、お互いに系を成すようにして、２つ又は
それ以上の膜配列を配置することができる。その様な態
様においては、下流配列からのガスを上流配列に戻して
、装置の全性能を向上させることができる。例えば、下
流配列からの透過ガスを用いて、上流配列を含む容器か
らの透過ガスをパージすることができる。本発明装置の
任意の態様においては、生成物ガスのいくらかを供給ガ
スとして再循環させることもできる。その様な態様を用
いる場合は、装置の供給ガスと生成物ガス端面の逆転時
においても、再循環を続行させることを可能にする導管
とバルブの集成装置が存在する。
【０００８】好ましくは該バルブ手段は、バルブの１つ
の口が供給ガス導管と連絡し、もう１つの口が生成物ガ
ス導管と連絡し、更にもう１つの口が該第１ガス口と連
絡し、そして残りの１つの口が該第２ガス口と連絡して
いる４つのガス口を有する１つの４方向バルブであり、
ある１つの位置に止まっている時には、供給ガス導管は
第１ガス口とのみ連絡して、生成物ガス導管は第２ガス
口とのみ連絡し、他の位置に止まっている時には、供給
ガス導管は第２ガス口とのみ連絡し、生成物ガス導管は
第１ガス口とのみ連絡するような位置間を可動するバル
ブ部材を含む。別の態様においては、２つの３方向バル
ブを用いることができる。その内の１つのバルブがある
１つの位置に止まっている時には、供給ガス導管は該第
１ガス口と連絡し、もう一方のバルブがある１つの位置
に止まっている時には、第２ガス口は生成物ガス導管と
連絡する。それらのバルブが他の位置に止まっている場
合は、これらの機能は逆になる。その様なバルブは、手
動または自動的に作動させることができるが、供給ガス
が膜の両端に決して供給されないように注意する必要が
ある。
【０００９】バルブを作動させて、膜配列の供給ガス端
面と生成物ガス端面を逆にする頻度は、入って来る供給
ガス中の汚染物濃度に依存する。例えば空気を分離する
場合においては、膜配列の端面は、一般的にそれぞれ５
〜５０日の規則的な間隔で逆転させることができる。バ
ルブを通っている通路の上流において、空気をろ過して
冷却しない場合には、更に規則的な逆転が必要である。
【００１０】本発明装置を用いて空気またはその他のガ
ス混合物を分離することができる。本明細書における「
生成物ガス」という用語は、該ガスを後で工業的方法に
おいて用いるか、あるいはまた工業的方法において用い
る透過ガスを伴う単なる廃棄ガスかどうかに関係なく、
分離の結果として製造される非透過ガスを表すために用
いている。
【００１１】本明細書における「半透膜」という用語は
、膜を通る時のガス混合物中の異なる成分の拡散速度の
違いを利用し、膜を用いてガス混合物を分離することが
できるということを表している。
【００１２】これから、添付の図面に関する実例として
、本発明装置を記述する：図１は、本発明に従う膜分離
装置の第１番目の態様を説明する流れ図であり、図２は
、本発明に従う膜ガス分離装置の第２番目の態様を説明
する流れ図である。
【００１３】図１参照。空気圧縮機２は、上流から下流
末端まで、即ち水、オイル、及び粒子を除去するための
目の粗いフィルター６、空気冷却機８、活性炭フィルタ
ー９、及び圧力調整器１０に沿って連続的に配置してあ
る供給ガス導管４に任意の圧力で、一般的には２〜１０
バールの圧力で空気を提供する。供給ガス導管４は、４
つの口を有し、２つの位置を採るバルブ１２のところで
終わる。バルブ１２の残りの３つの口は、空気を分離し
て窒素生成物を製造することができる一般的に中空繊維
の形状をした半透膜の配列を含む膜ガス分離セル（また
は容器）１４の第１ガス口１６；セル１４の第２ガス口
２０；及びその中に圧力調整器２４を有する生成物ガス
（窒素）導管２２とそれぞれ接続している。バルブを回
転させて採る位置の内の１つでは、バルブ１２は、供給
ガス（空気）導管４と第１ガス口１６を連絡させ、生成
物ガス導管２２と第２ガス口を連絡させる。もう一方の
位置においては、供給ガス導管４をガス口２０と連絡さ
せ、ガス口１６を生成物ガス導管２２と連絡させて、バ
ルブ１２はその繋がりを逆転させる。セル１４は又、透
過ガスをセル１４から連続的に流出させることができる
ように、膜繊維の透過側（内側）と連絡する出口２６を
有する。本図には示されていないが、供給ガスが繊維の
中を流れて、透過ガスが繊維の外側を流れて出口２６と
連絡するように、繊維の内側がガス口１６及び２０と連
絡している逆の配置も又同様に好ましい。
【００１４】運転時においては、バルブ１２を第１の位
置に配することによって、圧縮機による任意の圧力で空
気を導管４に連続的に供給する。フィルター６を通過さ
せて空気をろ過してから、その空気を周囲温度未満まで
冷却する。得られた乾燥空気は、バルブ１２によって、
セル１４の第１ガス口１６に供給する。空気はセル１４
の中へと流れる。窒素以外の空気の成分は、膜の供給ガ
ス側よりも低圧（一般的に１バール）に維持されている
膜の透過側へ、窒素よりも速く膜を通って拡散する。窒
素に富む生成物ガスは、反対の端面にあるガス口２０を
通ってセル１４から出て行き、生成物ガス導管２２へ連
続的に生成物ガスが流れる。次にその生成物ガスを集め
たり、そのガスを利用する装置に供給したりすることが
できる。図１に示す装置の運転が続くと、ガス口１６に
最も近い末端にある膜配列１８上に汚染物が蓄積する傾
向がある。従って、任意の期間の後、即ち１０日後に、
供給ガス導管４からの空気をセル１４のガス口２０に供
給して、該空気が生成物ガス導管２２と連絡するガス口
１６へ向かって膜に沿って流れるように、バルブ１２を
他の位置に切り変える。それによって、ガス口１６に最
も近い膜の汚染部分は、比較的純粋な生成物ガスによっ
てフラッシュされ、その結果として不純物は、ガス口１
６に最も近い膜配列１８の末端から脱着されパージされ
る傾向が生じる。それと同時に、ガス口１６に最も近い
膜配列１８の末端にある膜表面上に供給ガス流中にある
汚染物が堆積する傾向が生じる。任意の時間の後、これ
らの不純物をセル１４から脱着してパージできるように
、バルブ１２の位置を再び変えることができる。
【００１５】図２参照。図１に示した装置の対応部分と
同じ装置部分を図１と同様な参照番号によって示し、こ
こでは再び記述しない。図２に示す装置において、供給
ガス導管４の末端は、１つの端が３つのガス口を有して
いて２つの位置を彩るバルブ３２の１つのガス口で終わ
っていて、もう１つの端がもう１つの３方向２位置のバ
ルブ３４の１つのガス口のところで終わっている更なる
導管３０になる。バルブ３２の他の２つのガス口は、そ
れぞれ膜セル１４のガス口１６と生成物ガス導管２２と
連絡している。バルブ３４の他の２つのガス口は、それ
ぞれ膜セル１４のガス口２０と生成物ガス導管２２と連
絡している。好ましくは、供給ガス導管４も生成物ガス
導管２２も決して同時にセル１４のガス口１６と２０と
連絡することがないようにバルブ３２と３４をインター
ロックする。従ってある１つの位置においては、バルブ
３２は、ガス口１６と連絡するが、ガス口１６と生成物
ガス導管２２との連絡を妨げるように供給ガス導管４を
配する。一方、それと対応する位置におけるバルブ３４
は、ガス口２０と生成物ガス導管２２とを連絡するが、
ガス口２０と供給ガス導管４との連絡を妨げる；そして
、もう一方の位置においては、バルブ３２は、ガス口１
６と生成物ガス導管２２とを連絡するが、供給ガス導管
４とガス口１６との連絡を妨げる。一方、それと対応す
る位置におけるバルブ３４は、ガス口２０と供給ガス導
管４とを連絡するが、ガス口２０と生成物ガス導管２２
との連絡を妨げる。
【００１６】運転時、バルブ３２と３４を上記の始めに
述べた位置にして、膜セル１４のガス口１６へバルブ３
２を経由して冷却空気を供給し、図１参照時に記述した
ように分離して、ガス口２０を通ってセル１４を出て行
く窒素生成物ガスを製造して、バルブ３４を通して生成
物ガス導管２２に送る。長期の運転の後、即ち１０日の
後には、ガス口１６に最も近い配列１８末端の膜表面上
に汚染物が蓄積することがある。この場合、２つのバル
ブの位置を逆にして、入って来る冷却空気をバルブ３４
を経由してガス口２０へ供給し、ガス口１６を経てセル
１４から出して、バルブ３２を通して生成物ガス導管２
２へ流す。従って、ガス口１６はセル１４の生成物ガス
端面になり、生成物ガス（窒素）は、逆にする前にセル
１４末端のガス口１６近くの膜表面上に堆積した汚染物
を脱着して、パージするのに役立つ。そして又１０日経
ったら、セル１４を通過する逆のガス流によってガス口
２０に最も近い膜表面上に堆積した汚染物を脱着してパ
ージできるように、再びバルブ３２と３４の位置を変え
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う膜分離装置の第１番目の態様を説
明する流れ図である。
【図２】本発明に従う膜ガス分離装置の第２番目の態様
を説明する流れ図である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　膜の１つの側面のそれぞれが、反対側
    の第１及び第２ガス口と連絡しており、それによって１
    つの口からもう一方の口へ、膜のそれぞれの片側に沿っ
    て流れる供給ガス混合物は、膜を通り抜けるガス混合物
    成分の透過速度の違いを利用して分離することができ、
    それによって他方のガス口は該供給ガス混合物からの異
    なる組成の生成物ガスを受け取るように半透過性のガス
    分離膜の配列；分離させるガス混合物を装置の中に導入
    する供給ガス導管、その装置から離れる生成物ガスを運
    ぶための生成物ガス導管及び第２ガス口の上流に第１ガ
    ス口を配したり、又はその逆に第１ガス口の上流に第２
    ガス口を配したりすることができるバルブを含むガス分
    離装置。
  2. 【請求項２】　　膜配列末端を加熱して、該末端からの
    不純物の脱着を促進する手段を含む請求項１記載の装置
    。
  3. 【請求項３】　　バルブ手段が、バルブの１つの口が供
    給ガス導管と連絡し、もう１つの口が生成物ガス導管と
    連絡し、更にもう１つの口が該第１ガス口と連絡し、そ
    して残りの１つの口が該第２ガス口と連絡している４つ
    のガス口を有する１つの４方向バルブ並びに１つの位置
    においては、供給ガス導管は第１ガス口とのみ連絡して
    、生成物ガス導管は第２ガス口とのみ連絡し、他の位置
    において、供給ガス導管は第２ガス口とのみ連絡し、生
    成物ガス導管は第１ガス口とのみ連絡するような位置間
    を可動するバルブ部材を含む請求項１または２記載の装
    置。
  4. 【請求項４】　　バルブを手動または自動で作動させる
    ことができる請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】　　バルブ手段が、１つのバルブがある１
    つの位置に止まっている時には供給ガス導管は該第１ガ
    ス口と連絡し、もう一方のバルブがある１つの位置に止
    まっている時には第２ガス口は生成物ガス導管と連絡し
    、それらのバルブが他の位置に止まっている時にはこれ
    らの機能が逆になる２つの３方向バルブを含む請求項１
    または２記載の装置。
JP3004523A 1990-01-19 1991-01-18 ガス分離装置 Pending JPH04215817A (ja)

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GB9001226:1 1990-01-19
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EP (1) EP0438214B1 (ja)
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AU (1) AU629721B2 (ja)
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DE (1) DE69104384T2 (ja)
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