JPH04265111A

JPH04265111A - 膜を用いる乾燥方法及び装置

Info

Publication number: JPH04265111A
Application number: JP3290357A
Authority: JP
Inventors: Ravi Prasad; ラビ・プラサド
Original assignee: Union Carbide Industrial Gases Technology Corp
Current assignee: Union Carbide Industrial Gases Technology Corp
Priority date: 1990-10-11
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1992-09-21
Also published as: CN1060417A; PT99203A; TW201703B; US5084073A; BR9104302A; KR960004609B1; MX9101532A; CN1031621C; KR920007672A; CA2053189A1; EP0481363A1

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】【産業上の利用分野】本発明は、ガスの乾燥に関し、更
に詳細には、空気及び他のガスの向上した乾燥のための
膜を用いる方法及び装置に関する。【０００２】【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ガス混
合物の成分を選択的に透過することができる透過膜は、
望ましいガス分離を達成するために都合がよく且つ本質
的に極めて有利な手段と考えられる。実際の工業用の操
作において、この能力を実現するには、膜系は所望の程
度の加工効率を達成することができなければならない。水蒸気及び二酸化炭素のような他の凝縮性ガスは多くの
膜材料において透過性が高いことが知られているので、
空気及び他のガスの乾燥は膜の重要な用途であり、そこ
では向上した乾燥の有効性がこの分野の絶えず増加する
要求を満たす必要がある。【０００３】加圧された供給ガスが大きな膜表面積に露
出されるように配置された、多数の小さな中空繊維の状
態で膜材料を用いて、中空繊維を選択的に透過するガス
の成分は低圧の透過ガスとして取り出される。非透過ガ
スは、本質的に透過圧力レベルにて受取られる。かかる
操作において、供給ガスは、通常、中空繊維の外側また
は殻側上を通り、一方透過ガスは繊維の穴（中空部）か
ら取り出され、この仕様は「外側−内側」流れパターン
として呼ばれる。また、加圧供給ガスを繊維の穴に輸送
することも可能であり、透過ガスは繊維の外側の殻側区
画から取り出され、すなわち、「内側−外側」流れパタ
ーンにて取り出される。これらの両方のパターンが、工
業的な膜透過方法においてこの分野で用いられてきた。【０００４】もし、膜によって分離された高圧の供給ガ
ス及び低圧の透過ガスが流れない条件にあるならば、透
過し易い成分、例えば、処理される供給ガス中の水また
は不純物の分圧は、膜の両側で共通の平衡値に達しそし
て透過し易い成分の更なる透過は起こらない。それゆえ
、実際の操作において、透過し易い成分の分圧が減少し
続けそして供給ガスからの該成分の分離が起こり続ける
ことができるように、供給ガスを中空繊維膜に沿って穴
側または殻側のいずれかにおいて流す必要がある。これ
はまた低圧透過流が透過し易い成分に関して漸進的に低
い分圧を有することを要する。かかる条件は、透過膜を
、高圧の供給流及び低圧の透過流が反対方向に流される
ようにモジュールまたはカラム中に配置することによっ
て有利に達成されることがこの分野で良く知られている
。かかる操作は、一般に、向流流れ操作と呼ばれる。【０００５】水または透過性が高い任意の不純物が空気
または他の供給ガス流から分離されるべき乾燥操作にお
いても、乾燥または不純物のないガスをパージガスとし
て膜の低圧透過側に送って部分的な圧力差の維持するこ
と及び膜を横断する透過推進力をもたらすことを促進す
ることが普通に行われている。【０００６】向流流れ条件及びパージガス流を用いる膜
モジュールが、実験室または分析装置中で使用するため
の少量の空気を乾燥するのに用いられてきた。かかる膜
モジュール乾燥機は４つのガス孔、すなわち、（１）　
供給ガス入口穴、（２）　非透過製品ガス出口穴、（３
）　パージガス用の入力孔、（４）　パージガス及び透
過ガス用の出力穴を有して設計されたカラムである。か
かる乾燥器は、均質なポリマー状の中空繊維を用い、そ
して繊維は膜を横切る所望の差圧を維持するのに十分な
厚さを有する。透過率（ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）／
厚さの比（Ｐ／ｔ）によって表される透過速度（ｐｅｒ
ｍｅａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ）　は、高い透過性のガスに
関してさえ、かかる均質な材料の膜の必要な厚さのため
にいくぶん小さい。そのため、かかる均質な中空繊維膜
は、大規模の工業的なガス乾燥用途には余り適していな
い。【０００７】ガス乾燥及び他の流体分離用の膜技術がま
たこの分野で知られており、そこでは、均質または均一
な密度の単一な膜材料を基質とする膜とは異なる膜形態
が用いられている。すなわち、複合及び非対称の中空繊
維膜が所望の流体分離に利用されている。複合膜は、多
孔性の支持体上に積層された好適な透過膜材料の薄い分
離膜またはコーティングを含む。薄い分離層は、複合構
造の分離特性を決定し、多孔性支持体は分離層のための
物理的支持を提供する。一方、非対称膜は、均質な膜と
の比較において、膜の分離特性を決定する薄く緻密な半
透過性表皮領域と、複合材料の多孔性支持体として働い
て、圧力下で該表皮領域が崩壊することを防止する、そ
れほど緻密でない、多孔性の、一般に非選択性の支持領
域とを有する単一の透過膜材料から構成されている。不
均一の中空繊維膜の両方の型、すなわち、複合型及び非
対称型は、特に凝縮性ガスの透過率に関して、均質膜に
比べて、比較的高い透過率／厚さ比を示す。【０００８】実際の工業用操作における使用のために、
上記型の膜構造は、典型的には容器内に位置して膜系全
体の主要素である膜モジュールを形成する膜構造部材ま
たは束において用いられる。かかる膜系は、通常、一の
膜モジュールまたは並列または直列の運転用に配列され
た複数のかかる膜モジュールから構成される。【０００９】ガス分離用に不均質の中空繊維を用いると
、高圧の供給ガス流が、しばしば、中空繊維の内側か外
側にあろうが、膜の分離部分が位置する中空繊維の側部
に供給される。従って、該分離層または表皮を透過する
ガスは膜の多孔性支持体部分に送られそして膜構造体の
非分離側から取り出される。【００１０】中空繊維膜モジュールは、普通、流れが、
全体的な流れの配置がたとえ向流にみえるとしても、各
々の中空繊維の局部的な近辺において、およそクロスフ
ローのパターンになるように組み立てされる。クロスフ
ローの操作において、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に対して直角である
。例えば、供給ガスの輸送が中空繊維膜の外側にあると
き、中空繊維の穴における透過ガスの流れ方向は、中空
繊維の外側表面上の供給ガスの流れに対して概して直角
である。同様に、供給ガスが中空繊維の穴を流れる内側
−外側のアプローチでは、透過ガスは、一般に、中空繊
維の穴内の供給ガス流れの方向とは概して直角な方向で
中空繊維の表面から出て、次いで外殻内で透過ガス用の
出口手段の方向に流れる。かかるクロスフロー型の流れ
パターンは、向流型の流れパターンと区別されるべきで
ある。かかる向流パターンにおいては、内側−外側かあ
るいは外側−内側操作が望ましいかに依存して、供給ガ
スまたは透過ガスは、中空繊維の外側表面に沿って中空
繊維の穴中の透過ガスまたは供給ガスの流れ方向と平行
に向流として流される。中空繊維束の外側における供給
ガスは、例えば、中空繊維の中心軸に対して直角ではな
くて平行に流される。【００１１】上記の型の膜による乾燥操作において、緻
密で、均質の膜繊維に対して複合または非対称膜を用い
るときに、膜の支持体部分を横切る濃度局在化に出くわ
しそしてクロスフローの透過特性下で動作する傾向があ
る。かかる濃度の局在化が有意の程度で膜の支持体部分
を横切って起こるところでは、すなわち、濃度勾配が上
記支持体部分を横切って存在するところでは、それによ
って、複合膜の薄い分離層を横断するまたは非対称膜の
薄い表皮部分を横断する推進力が減少する。かかる濃度
の局在化がない場合、膜の対抗する側における供給ガス
と透過ガス流との圧力差が、水分を供給空気から望まし
く選択的に透過することまたは他の望ましい乾燥操作を
促進するのに有効に用いられることになる。これに関し
て、透過成分の濃度が支持体の両側で同一、すなわち濃
度局在化０％である場合でさえ（その条件はときに「完
全な放射混合（ｒａｄｉａｌ　ｍｉｘｉｎｇ）　」とも
呼ばれるが、膜束を横切る流れパターンはクロスフロー
型である）、全体的な透過の結果はクロスフローの透過
に関する通常の数学的モデルに一致することを認識する
ことが重要である。同様に、もし膜束の流れパターンが
向流動作用に配置されるが、濃度の局在化が支持体を横
断して十分に、すなわち１００％濃度の局在化が形成さ
れるような繊維の設計形態であっても、膜の総合的な性
能はまた向流透過ではなくてクロスフロー透過に関する
モデルに一致するであろう。当業者は、向流及びクロス
フローの二つのタイプの操作に関する数学的なモデルに
よって確認される通り、有意の程度の放射混合が達成さ
れる向流透過動作が一般に望ましくそしてクロスフロー
透過動作よりも高い透過レベルをもたらすことを理解す
るであろう。【００１２】膜乾燥操作が上記のような均質の緻密な繊
維膜を用いて実行されるときに、有意のレベルの所望の
向流が達成され、そしてかかる緻密な繊維膜を、一般に
上記のような透過側でパージガスを使用してあるいは使
用しないで用いることができる。後者の場合は、良好な
乾燥は、比較的高いステージカットでの操作が要求され
、すなわち、水を膜系から廃棄流中に流し出すために乾
燥されるガスのかなりの量を水と同時に透過（ｃｏ−ｐ
ｅｒｍｅａｔｅ）　しなければならない。かかる操作は
高い製品回収率が要求されるときには好適ではない。【００１３】緻密な繊維の膜厚は、その壁厚でもあり、
非対称膜の表皮部分または複合膜の分離層と比較してき
わめて大きいことがわかろう。緻密な膜に関して、かな
りの圧力能力を達成するのに大きいな壁厚を有する必要
がある。かくして、緻密な繊維は極めて低い透過速度を
有しそして工業用の操作における適当な乾燥を達成する
には非常に大きな表面積を使用することが必要である。これは、かかる膜の表面積を提供することに関する過大
な費用により、工業的用には重大な欠点になる傾向があ
る。上で対照してわかるように、非対称または複合膜は
極めて薄い膜分離層を有し、そのより多孔性の支持部分
は膜の分離特性を決定する極めて薄い部分のための機械
的強度及び支持を与える。それゆえ、非対称または複合
膜では、緻密な均質膜よりも一層少ない表面積が要求さ
れる。【００１４】一方、緻密な膜は、膜の表面を横断する濃
度の局在を生じにくく、従って、かかる膜は向流透過を
示すことができるが、非対称膜及び複合膜は、共に、濃
度局在を受け易くそしてその実際の用途においてクロス
フロー透過フラックス（すなわち、透過／時間）特性を
示す傾向があった。緻密な膜よりも非対称または複合膜
を使用することによって得られる固有の改善された透過
率のために、この分野において、非対称及び複合膜の性
能を更に改善して実際の工業的操作における膜乾燥及び
他の分離操作の利点を達成することを促進することが要
望されている。【００１５】膜性能の分析用の数学的モデル化は、Ｃ．
Ｙ．Ｐａｎ　及びＨ．Ｗ．ｈａｂｇｏｏｄ　による「透
過によるガス分離、第１部、計算法及び変数分析」（カ
ナディアン・ジャーナル・オブ・ケミカル・エンジニア
リング、第５６巻、１９７８年４月、１９７頁〜２０９
頁）に示されている。かかる数学的モデル化分析技術を用いて、Ｃ．Ｙ．Ｐａ
ｎ　は非対称膜の分析に基づいて、上記膜は、供給及び
透過流の流れパターン及び流れ方向にかかわらず、常に
、クロスフロー型の透過動作を生じるということを結論
付けた。かかる結論及びその数学的な基礎は、Ｃ．Ｙ．Ｐａｎ　
による「高いフラックスの非対称膜を備える透過器によ
るガス分離」（ＡＩＣｈＥジャーナル、第２９巻、Ｎｏ
．４、１９８３年７月、第５４５〜５５２頁）に開示さ
れている。【００１６】かかる分析に基づいて、空気及び他のガス
分離操作はクロスフロー法により必要的に操作されそし
てかかる操作を向上するには膜束の設計はかかるクロス
フロー透過操作を向上するように機能する設計にすべき
であることが一般に結論づけられた。従って、多くの膜
束は、クロスフロー透過パターンの実行を促進するのに
束の長手方向に沿って複数の孔を備える。上記のように
、支持体の構造がかかる状況の下で濃度の局在を排除す
るものであっても、かかる束の設計を用いて達成される
総合的な膜の性能はクロスフロー透過用の数学的なモデ
ルと一致する性能であろう。【００１７】ごく最近、この分野において、かかる初期
の従来技術の予想に反して、多くの膜は、以前に予測さ
れたよりも少ない濃度の局在化を伴って、有意の程度の
向流動作を示すことが観測された。かくして、Ｍ．Ｓｉ
ｄｈｏｕｍ，　Ｗ．Ｓｅｎｇａｐｔａ　及びＫ．Ｋ．Ｓ
ｉｒｋａｒによる「非対称の酢酸セルロース中空繊維：
ガス透過における研究」（ＡＩＣｈＥ　ジャーナル、第
３４巻、Ｎｏ．３、１９８８年３月、第４１７〜４２５
頁）は、非対称膜用のかかる初期の数学的モデル化及び
指摘したクロスフロー透過パターンの創出を（あまり望
ましくない対称または均質膜用のパターンと比較して）
言及する。著者は、クロスフロー型透過パターンにより
おそらく特徴づけられるかかる膜の行動様式がクロスフ
ロー操作用のモデルに十分に追従しないが、向流動作と
一致する均質膜モデルに一層良好に追従することを報告
した。それゆえ、従来の予測に反して、多くの非対称及
び複合膜は、実際に、有意の度合いで向流を所持する。この発展的な解釈に照らして、この分野において、改善
された膜乾燥及び他のガス分離方法及び系を開発して向
流透過を向上することが強く要望されている。【００１８】それゆえ、本発明の目的は、膜による乾燥
及び他の分離用途のために改善された方法及び装置を提
供することにある。【００１９】本発明の別の目的は、増大した程度の乾燥
能力を有する複合または非対称中空繊維膜による分離方
法及び装置を提供することにある。【００２０】更に本発明の別の目的は、乾燥または分離
の所望の程度を達成するために必要な膜表面積及び製品
透過損失を最小するための膜を用いる方法及び装置を提
供することにある。【００２１】これら及び他の目的を考慮して、本発明を
以下に詳細に説明するが、その新規な特徴を特許請求の
範囲に示す。【００２２】【課題を解決するための手段】発明の要約空気乾燥及び
他のガス分離を、非対称または複合中空繊維膜に関して
、向上した乾燥または他の精製が達成されるように、処
理及び装置（系）の特徴を総合的に組み合わせて用いて
実行する。かかる特徴は、有意の放射混合用に特定の膜
支持体の構造、膜の透過及び非透過表面に沿う向流パタ
ーン、パージガス及び膜表面を横断する供給ガスの均一
流れを提供するような中空繊維の配置を使用することを
含む。【００２３】詳細な説明本発明の目的は、非対称膜かあるいは複合膜のいずれか
から構成され、支持体を横切る有意の程度の放射混合を
確立する支持体の構造と、パージガスの使用と、向流プ
ロセス流れパターンと、膜を横切る均一な流れパターン
を有する中空繊維膜系とを用いることによって達成され
る。この方法における中空繊維膜系の動作は、向上した
乾燥または他の精製を望ましく高い製品、すなわち非透
過ガスの回収レベルにて達成することを可能にする。か
かる膜の性能は、少なくとも部分的に、クロスフローモ
デルではなく向流の膜性能の数学的モデルに従う。以前
はクロスフローの膜動作の数学的モデルがガス分離に関
連すると考えられていたので、多くの初期のモジュール
の設計はクロスフロー配置を生じるように開発された。向流である全域的な流れ配置を生じるように開発された
他の設計は、それにもかかわらず各々の中空繊維の局部
的付近においてクロスフローパターンを生じていた。か
かる従来の慣行に反して、本発明の総合的な向流透過性
能は、膜のクロスフロー動作において同時透過による価
値ある製品ガス、例えば、窒素／酸素の損失量を明らか
に低減した。【００２４】膜動作の向流及びクロスフローの数学的な
モデルは、任意の膜の材料及び形状に関して、引用した
従来技術により示されたような確立された標準モデルに
基づいて当業者により計算することができることがわか
ろう。任意の膜系に関する膜の動作を、型にはまった試
験によって求めそしてかかる数学的なモデルと比較する
ことができる。向流モデルに従って本発明を実施する際
、膜の低圧透過側で用いた乾燥リフラックスパージガス
は、膜分離層から水蒸気または他の透過ガスを持ち去る
に当たって、供給流からの所望の製品ガスの同時透過（
クロスフロー操作において）に取って代わり、従って、
水分または不純物除去用の推進力をきわめて高く維持す
る。これは、所望の乾燥または精製レベルを達成するの
に必要な製品の透過損失を最小にするだけでなく、かか
る分離を達成するのに要求される膜面積を最小にする。乾燥の目的等にパージガスを使用することが実際の工業
用操作に関して認められてきたが、上記のような膜を横
切る向流に相対するクロスフローパターンに関するこの
分野の現在の水準は、従来、有意の程度の向流膜動作の
可能な利点の認識の欠如及び実用的な工業用操作におけ
るかかる向流を増大するための手段の欠如の一因となっ
ていた。【００２５】従って、本発明の実施において空気乾燥ま
たは他のガスの精製の目的に用いる膜は、高い製品（非
透過分）回収レベルでのガス分離を向上することができ
そして有意の程度の向流動作を示すであろう。動作のこ
のパラメーターまたは目安は、膜動作が膜の向流の数学
的モデルに近づく度合いとして定義され、それは知られ
た現状のものと一致する。１００％の向流にて、膜の動
作は、向流モデルによって予想された動作と一致する。０％の向流では、上記動作はクロスフローモデルと同一
である。本発明の実施において達成され得る向流の程度
は、一般的に少なくとも約２０％であり、典型的には約
５０％以上であり、そして望ましくは、約８０％または
それより高い。かかる向流動作の比較的高い程度は、膜
乾燥分野における極めて望ましい進歩を示す。これに関
していくつかの特定の用途において観測された上記向流
の程度は、膜動作の分析用に用いられる数学的モデルの
事項を含む、その用途に関する総合的な条件に依存して
変化を受ける。このため、向流の程度は、本発明の実施
において本発明の利点を達成するために用いられる制限
ではなくむしろ本発明の利点を反映するものである。【００２６】上に示したように、向上した乾燥または他
のかかるガス精製動作は、（１）　有意の程度の放射混
合が膜の支持部分を横切って達成されるような膜の支持
体の構造と、（２）　表皮及び支持部分、すなわち、繊
維の外側及び繊維の穴の内側を構成する膜の透過及び非
透過面を横切る向流パターンと、（３）　膜の透過側に
おけるパージガスの使用と、（４）　ガスの均一な流れ
が、上記表皮（または複合材料における分離層）部分及
び上記支持部分を構成する膜の供給（非透過）側及び透
過側の両方を横断して達成されるような中空繊維膜の配
置と、を用いることによって達成される。この特徴の新
規な組み合わせは、非透過ガスとしての所望の製品ガス
の示した高い回収率を伴って、向上した膜動作を達成す
ることができる。【００２７】本発明が特に好適であるガス精製操作、例
えば、空気の乾燥または供給流からの不純物の分離は、
分離される水蒸気または不純物が、乾燥または精製され
る供給流の分離選択率に比べて極めて高い分離選択率を
有する操作である。こうして、分離成分は、乾燥または
精製される供給流に対して少なくとも約１５の分離係数
（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｆａｃｔｏｒ）　または選択
率を有するであろう。本発明は、特に、分離する成分が約５０またはそれより
高い、一層特に約１００またはそれより高い分離に、特
に分離係数が少なくとも１０００またはそれより高い分
離に特に好適である。空気の乾燥はかかる後者の状況の
例である。本発明の実施が極めて望まれる他の実際の市
場向けの操作は、窒素からのＣＯ２　またはメタンの分
離；窒素のような不活性流からの酸性ガスの分離；窒素
からのアンモニアの分離を含むが、それらに限定されな
い。本発明のすべてのかかる具体例において、望ましく
高い製品回収レベルを伴う向上したガス分離は有意の向
流の膜動作を示す。【００２８】図１を参照して、概して数字１により表さ
れる、ガス乾燥用の膜透過器モジュールは、本質的に均
一な長さの複合中空繊維のらせん巻き束２から構成され
る。上記複合体の分離層は、多孔性の中空繊維の外部ま
たは内部表面上に置かれる。膜の高圧の非透過側３は中
空繊維の穴側または外郭側のいずれかであり、そして側
４は中空繊維の他方の低圧の透過側を表す。以下に述べ
る具体例において、分離層は中空繊維の外部表面上に置
かれ、そして高圧供給ガスは膜の殻側、すなわち、分離
層が置かれた側に適用される。供給ガスから分離した透
過ガスはこうして外側−内側方向に流れて、透過ガスは
中空繊維の穴から引き出される。乾燥されるべき湿供給
ガス流５が膜の高圧側に膜の供給端で導入され、乾燥製
品ガス６は反対側すなわち膜の製品側端部から引き出さ
れる。乾燥パージガス流７を膜の低圧側に膜の製品側端
部から入れそして水分を含む廃棄流８を低圧で反対側の
、すなわち膜の供給側端部から引き出す。かかる膜系ま
たは本文中に示したようなその変形を用いて、水または
他の分離成分が乾燥または精製される供給流に関して上
に示したような分離係数を有するときに、向上したガス
乾燥または精製を本発明の実施において達成することが
できる。【００２９】上記のように、もし透過する成分の濃度が
支持体の両側で同一、すなわち濃度局在０％下にあるな
らば、完全な放射混合が起こるであろう。放射混合の程
度は、実際には次式によって定義され得る：【数１】Ｒ
Ｍ＝（ｙｍａｘ　−ｙ）／（ｙｍａｘ　−ｙｂｏｒｅ）
式中、ｙｍａｘ　は、膜動作のクロスフローモデルによ
って計算されたような膜の支持部分の低圧透過側での濃
度であり；ｙは支持体の低圧側での実際の濃度であり、
そしてｙｂｏｒｅは繊維穴中の濃度である。放射混合が
ないときは、ｙはｙｍａｘ　に等しく、そして濃度局在
が支持体の表面を横断して存在する。もし、完全な放射
混合が生じたならば、支持体を横切る濃度局在はなく、
ｙはｙｂｏｒｅに等しくなる。【００３０】上記の放射混合と、支持体の空孔率、代表
的な複合中空繊維膜の分離係数（選択率）及び空気乾燥
用途に関する透過率フラックスとの関係が展開されてき
た。それを空気乾燥用途に関して図２にプロットする。本文中で用いた「透過率フラックス」の用語は、工学単
位ｆｔ３／日／　ｐｓｉ／ｆｔ２　で表わされる、空気
乾燥用途に関する水の透過率対厚さ比、またはガス精製
操作における不純物の透過率対厚さ比を示す。上記図２
のプロットの横座標は膜支持体の空孔率を上記透過率フ
ラックスで割ったものを対数スケールで表わす。プロッ
トした曲線は、種々の分離係数の効果、すなわち、上記
空気乾燥用の種々の分離層材料の選択性を示す。分離係
数の認められる差異の影響は穏当であることがわかり、
５０から１０００の分離係数に関する曲線は実際に近接
し合っている。有意の程度の放射混合すなわち、約１０％を超える放射
混合では、支持体空孔率／（Ｐ／Ｔ）は約０．００５よ
りも必ず大きくなる。高程度の放射混合、すなわち約８
０％または更に伸びてほとんど完全な放射混合の程度で
は、上記透過率フラックスで割った支持体の空孔率は図
２に示したように０．１より必ず大きくなる。水に関す
る透過率フラックス値は、上記工学単位で、一般に、約
５から約５０に渡る。従って、支持体の空孔率は高い程
度の放射混合を達成するために約０．５％〜約５％また
はそれより高くすべきでありそして上に示したように有
意のレベルの放射混合を達成するには約０．０５％また
はそれより高くすべきである。かかる支持体の空孔率の
範囲は空気乾燥用途のみならず他のガス精製にも同様に
固有であることがわかる。かかる値は均一な空孔率を有
する支持体を使用することに基づいて決定されるが、か
かる値はまた非対称膜の低密度支持領域またはいくらか
非対称を示す複合膜支持体のような支持体の平均的な空
孔率に関してもまた一般に適用できる。【００３１】図２に示した曲線は、中空繊維膜系の低圧
側、すなわち透過側に位置する支持体に基づいて決定さ
れる。もし、支持体が中空繊維膜系の高圧、すなわち非
透過側にあるならば、高度の放射混合の達成が実際に促
進されよう。かかる具体例において、図２に示した曲線
は中空繊維膜を横切る高圧／低圧比に比例して左側にシ
フトするであろう。従って、もし、状況が許すならば、
支持体を膜の高圧側、すなわち供給側に位置するのが有
利である。さらに、高圧と低圧流に関する圧力降下を減
じるには、一般に、高圧供給ガス流を中空繊維膜の穴に
流し、一方で、パージ−透過流を膜の殻側に流すのが有
利であり、そこでは非対称膜の薄く、緻密な領域及び複
合膜の薄い分離層コーティングが膜の殻側に置かれる。【００３２】支持体を横切る有意の程度の放射混合を達
成するための膜支持体の構造は向上した乾燥または他の
ガス精製動作を達成するのに重要であるが、それだけで
は向上した性能をもたらさない。上で特定した他の必要
な要因として、膜の透過または非透過面を横切る向流パ
ターンを提供することが挙げられる。かかる向流パター
ンは、中空繊維束を、包囲されない流れ輸送領域を除き
、その長手方向の外側面に渡って、不浸透性の障壁内に
包むことによって生じさせることができる。１９８７年
６月２４日に公表された欧州特許公表第０２２６４３１
号は、供給ガスまたは透過ガスを、所望の操作方法、す
なわち内側−外側または外側−内側流れに依存して、中
空繊維の穴中の透過ガスまたは供給ガスの流れ方向に平
行に中空繊維の外側に向流で流すことが出来る向流パタ
ーンの創出を開示する。例えば、中空繊維束の外側の供
給ガスは、繊維束の中心軸に直角ではなく平行に流れさ
れる。不透過性の障壁材料は不浸透性フィルム、例えば
、ポリビニリデン等のおおいにし得る。あるいは、不透
過性の障壁は、無害の溶媒から被覆される不浸透性のコ
ーティング材料、例えば、ポリシロキサンまたは、膜束
上に装着され且つ束上に引き伸ばされた伸縮スリーブに
し得る。また、Ｏ−リングまたは構造化されたパッキン
グのような他の障壁を、中空繊維束と膜モジュールの殻
との間に位置しても良く、または殻自体を所望の障壁を
形成するように膜束に近接して位置し得る。かくして、
かかる具体例において、不透過性の障壁は、流体が束中
の本質的にすべての中空繊維の外側表面に沿って中空繊
維束の軸に実質的に平行な方向で流れるように、ガス流
を束に入れまたは束から出させる開口部を除いて、中空
繊維束を包む。得られる流れパターンは、湿供給（空気
）流と透過ガスとの向流のひとつであり、透過ガスはパ
ージガスを膜材料を透過する水分または不純物と一緒に
含む。【００３３】本発明の向上した空気乾燥またはガス精製
操作に関する第３の要求は、本質的に乾燥したパージガ
スを膜の透過側で使用することである。もしクロスフロ
ー型の透過が実行されたならば、パージガスを使用する
ことは達成される乾燥量に影響を及ぼさないであろう。一方、有意の程度の向流を示す操作において、パージガ
スは透過ガス、例えば、空気乾燥用途における水分を膜
の表面から除去し易くするように働く。パージガスは、
膜を横切る高い推進力を維持して、水分または不純物を
供給流から望ましく除去することができる。発明のこの
特徴は、所望のレベルの乾燥または精製を達成するのに
要求される膜表面積及び所望の製品、例えば、乾燥空気
の透過損失を最小にする。供給空気または他の所望の非
透過製品ガスからの窒素または酸素を同時に透過するこ
とによる窒素または酸素製品の損失をできる限り最小に
することが望まれていることが容易に認められよう。例
えば、同時透過によるかかる製品損失を、膜系からの非
透過製品ガスの全流れの１％未満に、好ましくは０．５
％未満に維持することが望ましい。更に本発明のパージ
の要求に関する知見を以下の例に与える。【００３４】本発明の実施に要求される第４番目の特徴
は、供給ガス及び透過ガスの均一な流れが膜の表面を横
切って達成されることができるように中空繊維膜の配置
を構成することである。本発明のこの特徴の望ましい具
体例において、中空繊維膜は本質的に均質な活性長の中
空繊維を含むらせん巻き中空繊維膜カートリッジ中に配
置される。かかるらせん巻きはコプラン（Ｃｏｐｌａｎ
）らの米国特許第４６３１１２８号の開示によって示さ
れるようにこの分野で知られている。当業者は、中空繊
維の表面を横断するガスの望ましい均一な流れ分布は、
中空繊維を、膜カートリッジ中に上記の特定のらせん巻
き形ではなく平行または真直な形で配置することによっ
て単純に達成することができないことを察知しよう。従
って、中空繊維の真直な形は、実際には、望ましい均一
の流れ分布を妨げるように様々な度合いでひだを寄せた
特定の中空繊維を含む。しかしながら、それほど経済的
に望ましくない他の手段を用いて上記均質なガス流れを
達成し得ることが察知されよう。従って、幕またはじゃ
ま板のような他の流れ制限手段を提供することができ、
それらを配置して上記均質な流路を達成することができ
る。また、中空繊維をロープに類似した編んだ形に配置
することができ、その構造化されたパターンは所望の均
一のガス流れを達成することができる。【００３５】特許請求の範囲に説明したような本発明の
範囲を離れることなく、種々の変更及び改良を、本文中
に記載したような本発明の詳細において行うことができ
ることが認められる。従って、膜材料は、空気または他
のガス流から適当な分離係数レベルにて除去することが
望ましい水または不純物を選択的に透過することができ
る任意の好適な材料にし得る。複合材料の中空繊維膜は
、ポリスルホンまたは、他の所望の支持体及びエチルセ
ルロース、酢酸セルロースまたは他のかかる膜材料の分
離層を用いて都合良く製造される。酢酸セルロース、ポ
リスルホン等のような材料から構成される非対称膜もま
た用い得る。しかしながら、かかる材料は、複合膜の支
持または分離層材料としてあるいは非対称膜で用いられ
る材料として本発明の実施に用いることができ且つこの
分野で入手できる種々の適当な材料の代表例にすぎない
。かかる材料の中空繊維は、この分野でよく知られた操
作に従って紡糸することができる。例えば、多孔性のポ
リスルホン中空繊維は、カバッソ（Ｃａｂａｓｓｏ）　
らの「複合中空繊維膜」（ジャーナル・オブ・アプライ
ド・ポリマー・サイエンス、第２３巻、第１５０９〜１
５２３頁）に記載された操作に従って、既知の溶媒／非
溶媒混合物中のポリスルホンの３元溶液から都合良く紡
糸することができる。良く知られたチューブ−イン−チ
ューブ・ジェット技術を上記紡糸操作において用いるこ
とができ、そして、約２１℃の水が繊維中の外側の冷却
媒体になる。繊維の中心孔中の冷却媒体は空気が便利で
ある。冷却後、繊維が水で洗浄される。洗浄後、中空繊維は温
乾燥塔を通って３０℃で乾燥される。複合膜を製造する
ために、乾燥した中空繊維膜は、すぐに好適な分離層溶
液、例えば、エチルセルロースポリマー溶液で並列にコ
ーティングすることができる。かかる溶液は、約１％の
エチルセルロースをイソプロパノール中に溶解して、次
いで該ポリスルホンの中空繊維膜支持層または支持体に
適用する前に、１．５ミリミクロンのガラスフィルター
でろ過することによって調製することができる。じかの
中空繊維支持体をコーティング容器中に含まれたろ過し
たコーティング溶液に通して、次いでコーティングされ
た繊維を巻き取り器で巻き取る前に空気オーブン中で乾
燥した。こうして製造された例示の中空繊維複合膜は望
ましくは例えば約０．２ミクロン以下の極めて薄いコー
ティング厚さを有する。例示した膜材料として三酢酸セ
ルロースを用いるかかる複合中空繊維膜は、酸素と窒素
間で約５．９の分離係数及び酸素に関して約０．０８ｆ
ｔ３　／ｆｔ２　・ｐｓｉ　・日の透過率フラックスを
有する。中空繊維を用いて、それを巻いているときに、透過器カ
ートリッジを構成し、そして、一以上のカートリッジを
、供給ガス及びパージガスの輸送に適しそして非透過ガ
ス並びに透過ガス及びそこからのパージガスの組み合わ
せを別々に取り出すのに適する膜モジュール内に置く。当業者は、用いる膜モジュールが供給ガス及びパージガ
スの導入並びに上記透過−パージガス及び非透過ガス流
の別々の取出しに適合した好適な４つ穴のモジュールで
あることがわかろう。また、供給ガスは内側−外側流れ
用に中空繊維の穴に流すかあるいは外側−内側流れ用に
膜の殻側に流し得ることも理解されよう。【００３６】本発明は、本文中で議論した重要な空気乾
燥用途に加えて、種々の実際の産業用途を有することが
わかろう。従って、窒素またはメタンからの二酸化炭素
の早い透過及び窒素からアンモニアの分離のようなガス
分離は、本発明の実施の他の具体例を構成する。【００３７】以下に、本発明を、本発明の実施の特定の
例を参照して記載する。かかる例は、本発明及びその利
点を例示するものであり、特許請求の範囲に示すような
本発明の範囲を制限するように解釈すべきでない。【００３８】【実施例】例１この例において、等長の中空繊維を有するらせん巻きカ
ートリッジを用い、カートリッジは容器に入れられ、中
空繊維は繊維の両端部がガス流れに連絡できるように切
断され、そしてモジュールは図１に示したような４つ穴
モジュールとして操作可能であった。用いた中空繊維膜
は、エチルセルロース分離層を上部にコーティングして
有するポリスルホンの中空繊維支持体を用いて形成され
た複合膜であった。該中空繊維は等しい活性長を有する
ようにらせん巻きした。不浸透性のポリビニリデンフィ
ルムを中空繊維束の周囲に配置して供給ガス及び不透過
ガスの中空繊維の外側での向流、すなわち、中空繊維の
孔の内側の透過ガス及びパージガスの流れに平行な流れ
を確保して、かくして、膜を外側−内側流れパターンに
て用いた。透過乾燥に用いたように、供給空気及び非透
過すなわち保持流は約１５０ｐｓｉｇの圧力であり、一
方、透過ガスはほぼ大気圧すなわち０ｐｓｉｇであった
。かかる条件にて、空気成分、すなわち、酸素及び窒素
並びに供給空気中に存在する水蒸気の認識し得る透過が
あった。従って、所望の乾燥を達成するために、有価製品ガスの
高度の透過が起こった。【００３９】空気の主成分の透過を減らすために、パー
ジ空気を用いて試験を実施して、パージ空気及び透過流
は約１４９ｐｓｉｇの圧力であり、従って、わずか１ｐ
ｓｉ　の差圧が膜を挟んで存在した。非透過流は２１〜
８５ＮＣＦＨに変化したが、一層低い流量でさえも乾燥
空気のステージカットはわずかに２％であった。パージ
空気流をまた変化してそして分析器を用いて供給、非透
過、パージ及び排出透過流中の水蒸気濃度を測定した。供給流中の測定した水分含有量はわずかに変化したにす
ぎず、平均して１０７３ｐｐｍ　であった。本質的に乾
燥したパージ流の水分含有量は約０．８５〜約１．５０
ｐｐｍ　で変り、その平均は約１．２９ｐｐｍ　であっ
た。水の透過率対酸素の透過率比、すなわち、水及び酸
素の分離係数は用いた膜材料に関して１００より高く、
水及び窒素に関する分離係数はもっと大きかった。水に
関する有効Ｐ／ｔ値は上述した工学単位で４〜８である
ことがわかった。ポリスルホン支持体の空孔率は０．５
％〜約１％の範囲であった。【００４０】多くの試験を３月の期間に渡って実施した
。濃度はゆっくりと定常状態に接近するので、以下のデ
ータは少なくとも２０時間または数百時間さえもの試験
の実施を表す。結果を以下の表Ｉ中に示す。【００４１】【表１】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　表　　Ｉ供給流れ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　不透過水　　　　　　　
　　　　　水の除去　　　　　　　　（ＮＣＦＨ）　　
　　　　　　　　　　　　洗浄比　　　　　　　　　　
（ｐｐｍ）　　　　　　　　　　　　　　　（％）　　
２３　　　　　　　　　　　　　　　　０．０２　　　
　　　１０７５．０　　　　　　　　　　１３．３１　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　２４　　　　　　　　　　　　　　　　１．０２　
　　　　　　　　　５３．８０　　　　　　　　９５．
３７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　１．７３　　　　　　　　　　　　１．４８　　
　　　　　　９９．８６　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　２１　　　　　　　　　
　　　　　　　１．２７　　　　　　　　　　　　４．
９７　　　　　　　　９９．５７　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　１．６６　　　　　
　　　　　　　２．０５　　　　　　　　９９．８１　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　４４　　　　　　　　　　　　　　　　１．１０　
　　　　　　　　　　　３２．８５　　　　　　９６．
９１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　１．２３　　　　　　　　　　　　１４．９８　
　　　　　９８．６１　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　１．７０　　　　　　　　　　
　　　　１．３８　　　　　　９９．８６　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６５　
　　　　　　　　　　　　　　　１．１５　　　　　　
　　　　　　３８．４０　　　　　　９６．２４　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．
２５　　　　　　　　　　　　１４．１０　　　　　　
９８．６２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　１．７１　　　　　　　　　　　　　　１
．３８　　　　　　９９．８７　　　　　　【００４２
】上で用いたように、洗浄比は、膜の透過側の低圧対膜
の不透過側の高圧の圧力比で割ったパージ比であり、す
なわち、ＣＲ（洗浄比）＝パージ比÷（Ｐ低／Ｐ高）で
ある。本文中で用いたようなパージ比は、ＳＴＰ容量パ
ージ流れ対ＳＴＰ容量製品流れの比である。本文中で用いたようにＳＴＰは０℃及び１気圧の大気圧
の標準状態をいう。結果は、パージガスを用い且つ１よ
り大きい洗浄比を用いると、本発明の全条件下で、供給
流の水含有量のほとんど完全な除去を達成することがで
きることを立証する。かかる条件は、上で議論したよう
に且つ例において用いたように、膜の支持部分を横切る
有意の程度の放射混合が達成されるような膜支持体の構
造、膜を横切る向流パターン及び膜を横切る均一なガス
流れを達成するような中空繊維膜の配置を包含する。も
し、部分的な乾燥用途におけるように、ほとんど完全な
までに至らない水（または不純物）の除去が望ましいな
らば、１未満の洗浄比を用いることができることが理解
されよう。かくして、約０．９の洗浄比を都合良く用い
ることができ、約０．６または０．５まで下がる一層低
い比さえも所定の用途に好適である。【００４３】最初の実施においては、パージガスを用い
ず、操作機構はパージ型の洗浄ではなく透過型の洗浄の
ひとつであった。その結果、除去された水の量は少量で
あり、そして水のわずか約１３％が供給空気中の酸素及
び窒素の透過の影響によって除去された。パージ型の洗
浄に基づく他の試行のすべてにおいて、９５％を超える
水が除去され、乾燥または精製の程度は用いた洗浄比に
依存していた。１．７の洗浄比では、９９％より高い水
が廃棄パージ流によって除去され、そして不透過流はパ
ージ流用に用いた乾燥空気と同程度に乾燥される。これ
らのパージ型洗浄に関する極めて望ましい結果は、すべ
ての場合で、２％未満の、無視できる量の製品ガス損失
だけで得られた。廃棄流の測定された水の含有量は、水
の重量残部を求めることを可能にし、供給空気中の実質
的にすべての水が排出流中に取出されたことが確認され
た。膜がクロスフロー法で操作される場合には、パージ
ガスは乾燥量に影響を持たず、かかる乾燥は乾燥される
空気からの酸素及び窒素の透過を犠牲にすることによっ
て達成されるであろうことを知るべきである。【００４４】例２この例で用いた膜モジュールは、用いる中空繊維をエチ
ルセルロース材料の極めて厚いコーティングを用いて特
別に製造した以外は、例１で用いたものと同様であった
。膜の厚さを大幅に増すことによって、酸素及び窒素の
透過率フラックスが大きく低下した。この一層厚い膜は
、空気を相当な量で透過せずとも、膜を横切る一層典型
的な圧力差を得ることを可能にした。一方、水蒸気は、
厚い膜でさえも、高い輸送速度を示すような大きな透過
率を有する。驚くべきことに、水の有効なＰ／ｔ値は工
学単位で３〜５であることがわかり、それは例１でわか
った値よりもそれほど低くない。これは、おそらく、細
管凝縮のような水の輸送に対する他の障害が例１におい
て働いたことを意味する。支持体の材料は、例１で用い
たのと同様であり、支持体の空孔率は同じすなわち０．
５〜１％でありそして本発明の他の特徴は例１の具体例
におけるのと同様であった。【００４５】例２の試験工程を図１の流れ図に従って行
い、高圧の供給流及び非透過流は１１４．７ｐｓｉａで
あり、そして低圧のパージ流及び透過流は１４．７ｐｓ
ｉａ、すなわち大気圧であった。乾燥空気ステージカッ
トは約２％と求められた。供給空気流は、約３０００ｐ
ｐｍ　の水分含有量を有し、そしてパージのために用い
た本質的に乾燥した空気は２．７ｐｐｍ　の水分含有量
を有していた。かかる試験の結果を以下の表ＩＩ中に示す。【００４６】【表２】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　表　　ＩＩ供給流れ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　不透過水　　　　　　
　　　　　　水の除去　　　　　　　　（ＮＣＦＨ）　
　　　　　　　　　　　　　洗浄比　　　　　　　　　
　（ｐｐｍ）　　　　　　　　　　　　　　　（％）　
　２１．２　　　　　　　　　　　　０．１８　　　　
　　２６１９．０　　　　　　　　　　１６．００　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　２１．２　　　　　　　　　　　　１．１７　　　　
　　　　５１．１　　　　　　　　　　　　９８．４２
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　１．５６　　　　　　　　　　５．３８　　　　　　
　　　　９９．８４　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　１．９５　　　　　　　　　　３
．６９　　　　　　　　　　９９．８７　　　　　　４
２．４　　　　　　　　　　　　１．１７　　　　　　
１２１．８　　　　　　　　　　　　９６．３６　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．
５６　　　　　　　　２１．９６　　　　　　　　　　
９９．３０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　１．９５　　　　　　　　１１．４６　　
　　　　　　　　９９．６４　　　　　　６３．６　　
　　　　　　　　　　１．１７　　　　　　１８８．０
　　　　　　　　　　　　９３．５１　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．５６　　　
　　　　　６６．０６　　　　　　　　　　９７．９２
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　１．９５　　　　　　　　１９．８０　　　　　　　
　　　９９．４５　　　　　　８４．８　　　　　　　
　　　　　１．１７　　　　　　２５８．０　　　　　
　　　　　　　９１．２９　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　１．５６　　　　　　１２
８．９　　　　　　　　　　　　９５．０３　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．９５
　　　　　　　　３４．２　　　　　　　　　　　　９
９．００　　　　　　【００４７】かかる結果は、一層
実際の圧力差条件の下で、空気から水のほとんど完全な
除去が達成されることが出来ることを立証し、そこでは
、パージ流は製品流の小部分にすぎない。示した第１の
試行において、パージを本質的に用いなかった。１８％
にすぎない洗浄比により示されるように、生じたパージ
は酸素及び窒素の同時透過に起因していた。結果は、１
６％の水の除去により貧弱であることがわかり、再び、
空気成分だけの同時透過は空気乾燥を満足させるのに望
ましい水の除去を達成するのに不十分であることを確証
している。かかる貧弱な透過型乾燥とは対照的に、他の
試行は、１よりも大きい洗浄比を有し、概して、供給空
気の水含有量のほとんど完全な除去を達成した。かかる
例において、洗浄比は、（パージ流／製品流）比を（低
圧／高圧）比で割ることにより得られることが理解され
よう。パージ流は製品流の一部だけを構成するにもかか
わらず、例１に比べて、パージ流は、増大した差圧条件
にて１を上回る洗浄比を提供することに注意すべきであ
る。【００４８】第ＩＩ表の結果から、乾燥または他の精製
の度合いは、本発明の他の特徴と組み合わせて、パージ
ガスを比較的高い洗浄比で使用することに依存し、また
任意の特定の用途で処理されるガスの量（供給流量によ
って表わされる）によっても影響されることがわかろう
。実際の工業的な操作において、クロスフローまたは透過
洗浄操作に比べて高い総合的なレベルにて、精製の程度
をいくらか変えることは、供給流量、洗浄比および／ま
たはパージ流量の総体的な値を調節することによって達
成することができる。いずれにしても、ほとんど完全な
乾燥のために１を超過するような高い洗浄比の値により
、空気中の水含有量またはガス中の不純物含有量を、透
過洗浄のための製品ガスの無視できる損失によって、き
わめて低い値に減じることができる。【００４９】上記の両方の例においては、供給空気の流
れが外側−内側であり、そして膜の分離部分が繊維の外
側表面上にあった。一般に、供給ガスが中空繊維膜の穴
内を流れる内側−外側流れパターンを用いると、同様の
または一層良好な結果を得ることができることが理解さ
れよう。かかる内側−外側流れパターンの具体例では、
複合膜の分離層または非対称膜の薄く緻密な表皮は、膜
の外殻側上に配置されるのが普通である。【００５０】その例はパージガスとして乾燥空気流を用
いる空気の乾燥に関するけれども、供給流は空気である
必要はなく、適用可能な運転条件下で除去されるべき水
または不純物に比べて相対的に低い透過率を有する任意
のガスにすることができることが察知されよう。従って
、産業設備において利用可能な価値あるプロセスガス流
を乾燥空気をパージ流として用いて乾燥することができ
る。【００５１】供給流を極めて少量の製品ガスの損失にて
乾燥することができることを指摘してきたが、製品ガス
を、処理してまたは処理せずに、パージガス源として用
いることが望ましい、上記空気乾燥のような状況が存在
し得る。例えば、低温空気分離プラントにおいて、本発
明に従って操作される膜空気乾燥機のような膜ガス分離
系用のパージガス源として働いて低温プラントに流れる
供給空気を乾燥することができる、乾燥した、いわゆる
廃棄流を利用することは普通である。本発明の空気乾燥
または他のガス精製操作を他の工業的操作からの乾燥ガ
ス流と組み合わせることができる他の種々のかかる組み
合わせは、当業者に明らかになるであろうし、更に、本
発明の全体的な利点を向上する。本発明の実施において
、透過が速い透過成分（例えば、水）の透過率よりも十
分に低い透過率を有する任意の乾燥パージガスを使用す
る特徴は、本発明の鍵となる利点であり、それは初期の
技術、例えば、透過型乾燥を用いても実行することがで
きない。【００５２】透過膜は、高度のプロセス効率及び簡単性
、最小の維持性及び便利性により、極めて望ましいガス
分離を達成することができる。空気乾燥及び他のガス精
製は、膜技術、特に本発明が関係する有利な中空繊維膜
技術の重要で且つ望ましい用途である。望ましい表面積
特性を有する中空繊維膜を用いて、空気または他のプロ
セス流の向上した乾燥をもたらすことによって、そして
種々の従来技術の方法において必要な同時透過による製
品ガス損失を最小にして所望のガス分離を達成すること
によって、本発明は、膜の分野において極めて価値ある
進歩をもたらし、広範な産業用途の絶えず増加する要求
を満足させる膜系の実際の有用性を更に拡大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いた、膜の透過側にパージガ
ス設備を含む膜系の概念的な流れ図である。

【図２】分離係数、支持体の構造及び透過率に対する膜
を横切る向流パターンの度合いの関係を示す図である。

【符号の説明】

１　　膜透過器モジュール２　　中空繊維らせん巻き３　　高圧非透過側４　　低圧透過側５　　供給ガス流６　　製品ガス流７　　パージガス８　　廃棄ガス流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　供給ガス流の向上した精製のために膜
を用いる方法であって、（ａ）　分離すべき不純物を含
む供給ガス流を、上記不純物を選択的に透過することが
できる透過膜系に送り、上記不純物が上記供給流及び／
またはその成分に対して少なくとも約１５の上記膜系に
おける分離係数を有し、上記膜系が、約０．０５％より
大きい空孔率を有する支持体またはそれほど緻密でない
領域を有して上記支持部分を横切る有意の程度の放射混
合を達成する複合膜または非対称膜から構成され、（ｂ
）　上記膜の外側に、上記支持部分及び表皮あるいは膜
の分離層部分を構成する膜の透過及び非透過面を横切る
向流パターンを確立するための手段を提供し、上記膜系
が、本質的に均一なガス流れを上記支持部分及び表皮あ
るいは膜の分離層部分を構成する膜の供給及び透過の両
側を横切って達成するように配列された中空繊維を含み
、（ｃ）　パージガスを膜の透過側に流し、上記パージ
ガスが膜を通る上記不純物の透過及び除去を促進し、上
記パージガスが少なくとも約０．５の洗浄比で用いられ
、上記洗浄比がＳＴＰ容量パージガス流量対ＳＴＰ容量
非透過製品流量の比を膜の低圧透過側での圧力対膜の高
圧供給側での圧力比で割ったものであり；（ｄ）　膜系から所望の製品ガスとして非透過ガスを取
り出し、（ｅ）　パージガス及び上記透過ガスを膜系か
ら別々に除去し、それによって、非透過製品ガスの高い
回収率を伴って、所望の精製が向上し、膜系が有意の程
度の向流動作を示し、パージガスが不純物の透過及び不
純物の膜表面からの除去を促進する際の所望の製品の同
時透過に取って代わり、かくして不純物を上記膜を横切
って輸送する推進力を維持することを含む上記方法。
【請求項２】　　上記洗浄比が約０．６〜約１．７であ
る請求項１の方法。
【請求項３】　　上記洗浄比が１より大きい請求項２の
方法。
【請求項４】　　上記不純物が上記供給流に対して約１
００より大きい分離係数を有する請求項１の方法。
【請求項５】　　上記不純物が上記供給流及びその成分
に対して約１０００より大きい分離係数を有する請求項
４の方法。
【請求項６】　　上記供給ガスが空気から構成され、上
記不純物が水でありそして上記精製が空気の乾燥である
請求項１の方法。
【請求項７】　　上記水が、供給空気並びにその酸素成
分及び窒素成分に対して約１０００より大きい分離係数
を有する請求項６の方法。
【請求項８】　　上記洗浄比が１より大きく、上記水が
上記製品流からほとんど完全に除去される請求項７の方
法。
【請求項９】　　上記中空繊維かららせん状に巻かれ、
その活性長が本質的に均一であり、従って、膜表面を横
切る上記均一なガス流れを促進することができる請求項
８の方法。
【請求項１０】　　膜の表面を横切る向流パターンを確
立するための上記手段が、長手方向の膜の外側面に沿っ
て膜を包囲する不透過性の障壁から構成される請求項８
の方法。
【請求項１１】　　上記支持体の空孔率が０．５％より
大きい請求項１の方法。
【請求項１２】　　上記支持体の空孔率が約０．５％か
ら約５％またはそれより大きい請求項１１の方法。
【請求項１３】　　上記供給ガスが空気を含み、上記不
純物が水を含み、上記パージガスが本質的に乾燥してお
り、洗浄比が１より大きく、上記中空繊維が本質的に均
一な活性長を有してらせん巻きにされ、上記中空繊維が
長手方向の外側表面に沿って不透過性の障壁中に包囲さ
れる請求項１の方法。
【請求項１４】　　上記支持体の空孔率が０．５％より
大きい請求項１３の方法。
【請求項１５】　　上記支持体の空孔率が約０．５％か
ら約５％またはそれより大きい請求項１１の方法。
【請求項１６】　　供給ガス流の向上した精製のための
膜を用いる装置であって、（ａ）　分離すべき不純物を
含む供給ガス流を透過膜装置に送るための管手段と、（
ｂ）　上記供給ガスを受け取るのに適応した透過膜装置
であって、上記装置が上記不純物を選択的に透過するこ
とができ、上記膜装置の材料は不純物が上記供給ガス及
び／またはその成分に対して少なくとも約１５の分離係
数を有するような材料であり、上記膜装置が約０．０５
％を超える空孔率を有する支持体またはそれほど緻密で
ない領域を有して膜の支持部分を横切って有意の程度の
放射混合を達成する複合膜または非対称膜から構成され
、上記複合膜または非対称膜が本質的に均一なガス流れ
を上記支持部分及び表皮あるいは膜の分離層部分を構成
する膜を横切って本質的に均一なガス流れを達成するよ
うに配置された中空繊維から構成される上記装置と、（
ｃ）　上記膜の外側に、上記支持部分及び表皮あるいは
膜の分離層部分を構成する膜の透過及び非透過面を横切
る向流パターンを確立するための手段と、（ｄ）　パー
ジガスを少なくとも約０．５の洗浄比をもたらすように
膜の透過側に提供するための管手段と、ここに上記洗浄
比がＳＴＰ容量パージガス流量対ＳＴＰ容量非透過製品
流量の比を膜の低圧透過側での圧力対膜の高圧供給側で
の圧力比で割ったものであり、（ｅ）　膜系から所望の
製品ガスとして非透過ガスを取り出すための手段と、（
ｆ）　パージガス及び上記透過ガスを膜系から除去する
ための別々の手段とを含み、それによって、該膜を用い
る装置が非透過製品ガスの高い回収率を伴って、所望の
精製を向上するように働き、膜系が有意の程度の向流動
作を示し、パージガスが不純物の透過及び不純物の膜表
面からの除去を促進する際の所望製品の同時透過に取っ
て代わり、かくして不純物を上記膜を横切って輸送する
推進力を維持する上記装置。
【請求項１７】　　上記膜材料は、不純物が上記供給流
に対して約１００より大きい分離係数を有するような材
料である請求項１６の装置。
【請求項１８】　　上記分離係数が約１０００を超える
請求項１７の装置。
【請求項１９】　　上記パージガス用の管手段が約０．
６から約１．７の洗浄比をもたらすような手段である請
求項１６の装置。
【請求項２０】　　上記洗浄比が１より大きい請求項１
９の装置。
【請求項２１】　　上記中空繊維かららせん状に巻かれ
、その活性長が本質的に均一であり、従って、上記支持
部分及び表皮あるいは膜の分離層部分を構成する膜の両
側を横切る上記本質的に均一なガス流れを促進すること
ができる請求項１６の装置。
【請求項２２】　　膜の表面を横切る向流パターンを確
立するための上記手段が、長手方向の膜の外側面に沿っ
て膜を包囲する不透過性の障壁から構成される請求項１
６の装置。
【請求項２３】　　上記表面の空孔率が０．５％より大
きい請求項１６の装置。
【請求項２４】　　上記表面の空孔率が約０．５％から
約５％またはそれより大きい請求項２３の装置。
【請求項２５】　　上記膜を用いる装置が複合膜を用い
る装置から構成される請求項１６の装置。
【請求項２６】　　上記支持体がポリスルホンから構成
される請求項２５の装置。
【請求項２７】　　上記膜を用いる装置が非対称膜を用
いる装置から構成される請求項１６の装置。