JPH05184906A - 高いフレキシビリティを有する膜型発生器 - Google Patents

高いフレキシビリティを有する膜型発生器

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JPH05184906A
JPH05184906A JP4140752A JP14075292A JPH05184906A JP H05184906 A JPH05184906 A JP H05184906A JP 4140752 A JP4140752 A JP 4140752A JP 14075292 A JP14075292 A JP 14075292A JP H05184906 A JPH05184906 A JP H05184906A
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membrane
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pressure
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JP4140752A
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Jean-Renaud Brugerolle
− ルノー・ブルジュロ−ル ジャン
Christian Barbe
クリスティアン・バルブ
Guy Salzgeber
ギュイ・サルツジュベ
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/22—Cooling or heating elements

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  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、何時でも最小コストで所望の流量、
圧力および品質または純度のガスが得られる上下の設計
条件で透過膜型発生器を設計および運転する方法を提供
する。 【構成】加熱手段または冷却手段によって透過膜型発生
器を浸透する供給流の浸透温度を調整し、それによって
所望の量、純度および圧力の生産物ガスを供することを
特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、進展する市場需要に対
処して高いフレキシビリティ（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔ
ｙ）を有する透過膜型発生器に関する。
【０００２】
【従来の技術】膜プロセスは、近年、多様のガス分離に
適用されている。このようなプロセスにおいて、供給流
が前記膜表面に接触するように運ばれ、そこで空気供給
の場合における酸素のようなよりたやすく透過する成分
は低圧力で回収され、これに対し空気供給の場合におけ
る窒素のようなたやすく透過し難い成分は圧力を与えた
圧縮密閉で非透過流として収集される。
【０００３】そのようなガス分離に従事する経済的およ
び固有の使用者は、長い間、特に水素富化流からの水素
の回収または空気からの窒素の生産を進めていた。
【０００４】しかしながら、経験はそのようなガス分離
に関連したいくつかの欠点があることを示している。第
１は、ユニットを設計する場合、顧客によって要求され
るであろう実際の平均容量を評価することが非常に困難
である。第２は、ガス（特に窒素）の世の中の消費プロ
フィールは、しばしばよく知られておらず、かつ供給者
および最終使用者でさえ正確に予測することが困難であ
る。第３は、顧客ニーズおよび市場需要はバッチ方法に
よる不活性ガスの典型的な使用の時期に充分に進展でき
る。例えば、１年目における窒素要求は１交替で窒素を
供給することを必然的に伴うかもしれなく、２年目にお
いて窒素要求は２交替で窒素を供給することを必然的に
伴ってもよい。
【０００５】これらの結果は、重要な膜型発生器設計が
顧客へのガスの連続的な供給に対して困難にすることを
導き、それによって低温学のような他の技術に比べて経
済的利益を制限する。これは、顧客が厳密な純度および
配給圧を要求するような特別な場合である。そのような
フレキシビリティの強制が顧客にガスを供給したり配給
するための非低温学現場技術の到達で実質的に明らかに
されることを理解するのは重要である。同時に、従来の
技術は需要あり次第、現場で要望されたガスを貯蔵し、
同様に気化することを基本とし、顧客の流量、純度およ
び圧力要求に対処するために最も高いフレキシビリティ
を有するが、コスト高になる。
【０００６】従来、２つの方法が前述した第１、第２の
問題を克服するために提案されている。
【０００７】第１の解決は、平均流量をもつ膜型発生器
を設計すること、ピーク期間をならすためにガス生産物
貯蔵に供すること、および／または連続的な供給を補償
するために低温学液体貯蔵に供することを必然的に伴
う。しかしながら、生産物バッファタンクは通常、減少
した小さく短いピーク期間に限られ、前記バッファタン
ク容量を越えると、かなり高価であるバックアップ液体
を気化する必要がある。一方、第２の解決は発生器容量
を過度に設計すること、膜分離システムのための折り返
し制御方法を供することを伴う。多くの技術は、米国特
許第４，８０６，１３２号に述べられているように膜空
間を調整すること、前記膜を通る分圧を調整することを
含む顧客需要に対して発生器流量を調整することが発明
され、設計書より高い純度のレベルに向上している。し
かしながら、システムが折り返し期間中、特有の運転コ
ストを増加しない設計がされたとしても、全体のシステ
ムの過度な設計が非常に高価になり、全体の膜型発生器
を非競争的にさせる。
【０００８】しかしながら、前記２つの方法は前述した
第１、第２の問題に対するフレキシビリティの要求に一
部応答することを供するが、いずれかの方法は顧客需要
の長期間の展開に満足する答えを供する。これらの方法
は、唯一、十分に高いコストの付加装置の使用を必然的
に伴う。
【０００９】したがって、市場の需要、顧客の個々の要
求および膜型発生器を用いる従来の限界を考慮すると、
要求は設計および運転の両方で高いフレキシビリティを
有する膜型発生器を存続し続け、それによって何時でも
最小コストで所望の流量、圧力および品質のガスを提供
することである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上下の設計
条件で透過膜型発生器を設計および運転する方法を提供
し、それによって何時でも最小コストで所望の流量、圧
力および品質または純度のガスを提供することを目的と
する。
【００１１】本発明は、また膜型発生器の浸透温度を制
御することによってそのような方法を提供することを目
的とする。
【００１２】本発明は、さらに膜型発生器の膜において
効率低下を誘発する凝縮を回避する方法を提供すること
を目的とする。
【００１３】本発明は、また前記方法を実現する装置を
提供することを目的とする。
【００１４】前記目的および次の開示ゆえに明らかにな
る他の目的は、上限または下限の設計条件で透過膜型発
生器を運転する方法によって提供され、それゆえ加熱ま
たは冷却手段によって前記膜型発生器を浸透する供給流
の浸透温度を調整することを必然的に伴い、それによっ
て所望の量、純度および圧力の生産物ガスを提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段および作用】本発明による
と、浸透温度を制御することによって上限または下限設
計条件で透過膜型発生器を設計および運転するための方
法が提供される。前記膜型発生器は、望むなら浸透温度
および／または生産物バッファタンクと共同して用いら
れるかもしれない。
【００１６】一般に、本発明はオフ設計条件が要求され
ることを指示する需要信号の手段によって調整されうる
透過膜型発生器を提供する。“オフ設計条件”とは、設
計条件に比較して増加（プラス）または減少（マイナ
ス）を表わすいずれかであるかもしれない。さらに、
“需要信号”手段はオフ設計条件が要求されることを指
示することが可能な任意の手段であってもよい。
【００１７】例えば、需要信号手段は生産物流量測定、
生産物純度入力、圧力測定、または手動的もしは自動的
に設計位置と異なる位置に定められる任意のスイッチで
あってもよい。
【００１８】本発生器の膜システムは、それからプロセ
スコンピュータのような任意の類推的または数制御シス
テムに共同するように設計され、前記プロセスコンピュ
ータは加熱または冷却のいずれかによって供給ガスまた
は浸透束の温度を調整するためにプログラムされる。
【００１９】また、前述した膜型発生器によれば供給ガ
ス圧力を変化すること、またはバッファタンクを使用す
ることのようような他の変更もまた使用されてもよい。
【００２０】本発明によれば、浸透温度およびできる限
り供給圧力を制御することによって膜自体の破壊を伴う
かまたは伴わずに効率低下を誘発する膜凝縮を避ける方
法を提供する。
【００２１】本発明は、増減または減少された需要、浸
透温度、浸透供給圧力または顧客によって要求される正
しい量、品質または純度および圧力のガスを供するため
に調整されるバッファタンクを使用することのような解
決で既に述べた他の手段と共同する任意に依存する制御
方法を適用することによって一般に達成される。これ
は、一般的に図１に示される。
【００２２】本発明によれば、浸透温度の調整は浸透器
を直接的に加熱するか冷却するかいずれか、または前記
浸透器に供給流を供給する前に前記供給流を加熱するか
冷却することによってなされてもよい。加熱するか冷却
するかいずれかの場合において、従来の加熱または冷却
手段によってなされてもよい。
【００２３】本発明は、例えば広い範囲の温度での運転
能力を有するポリサルアォン、ポイミドおよびポリアミ
ド膜のようないくつかの膜を使用するときに特に有益で
ある。本発明によれば、前記膜は−２０℃〜９０℃の温
度範囲で運転できることが好ましく、それらは約２０℃
〜６０℃の温度範囲で運転できることがより望ましい。
さらに、前記膜は運転温度の上昇によって生産性を増
加することを示すことができ、同時に回収の安定した減
少または限られた減少を維持することが好ましい。この
ような能力は、約２０℃〜６０℃の温度範囲であること
が特に望ましい。例えば、殆どのポリイミドはこれらの
要求に対処する。好ましくは使用される前記膜は、中空
糸膜である。
【００２４】しかしながら、高分子膜は時間と共に減少
した効率を失うか被ることが知られている。このエージ
ン要因は、使用される高分子の種類と、供給圧、逆浸透
圧、圧力サイクルのような運転条件と、耐汚染性および
運転温度とに依存するより重要か僅かに重要なことであ
る。
【００２５】したがって、膜型発生器は通常高温度で緩
慢な状況運転に対して設計されず、それゆえ膜効率を低
下せず、かつ急激過ぎるモジュール置き換えまたは付加
を必要とする。それゆえ、本発明の使用、例えばガスに
対する顧客要求に見合うために変更された浸透温度を制
御および適用することによって、適切な量のガスが最適
条件コストで供給されるのみならず、膜中心はピーク期
間ではないときに過度の温度を避けることによって出来
る限り長期に亘って保護される。
【００２６】従来、緩慢な温度上昇は水素高純度化にお
ける膜型発生器中のエージング減少に対する補償のため
のみに用いられ、前記水素高純度化はＥＰ−Ａ−６０６
９３およびＥＰ−Ａ−７５４３１に開示されているよう
に所定期間安定した分離能力を維持する非常に異なる目
的または変更した供給ガス流速または圧力で特に供給流
中における水素の回収で重要である一定速度の回収を維
持するためになされる。これに対し、本発明は浸透温
度、他の手段に関連する任意を制御することによってガ
ス、特に窒素の対する直接的な顧客要求に整合する手段
を提供する。
【００２７】本発明は、空気または主に窒素および酸素
を含む供給流混合物からの窒素の生産にとって多くの有
益さを提供する。本発明は、実質的に窒素からなる供給
混合物の酸素含有量制御および／またはＣＯ2 含有量制
御に対して用いることもできる。
【００２８】一般に、本発明によれば上限または下限設
計条件で透過膜型発生器を運転することにおいて、本方
法はさらに前記膜上の供給流の凝縮圧以下の圧力で前記
膜を運転することを必然的に伴う。
【００２９】本発明によれば、第１に、膜型発生器が設
計され、製造されれば公称流量に調整できると共に圧縮
機によって一定空気流量供給を維持することができる。
【００３０】本発明によれば、第２に、高くかつ長いピ
ーク期間に整合または対処することができ、いかなる種
類の変動において整合を改善することができる。
【００３１】本発明によれば、第３に、長期間整合また
は対処することができ、かつ低い投下資本として浸透温
度を調整することによって顧客要求を展開ことができ
る。
【００３２】本発明によれば、第４に、発生器効率を過
度に落とさずに、それらの効率を低下するいかなる凝縮
に対して膜を保護することができる。
【００３３】図１は、図の上において、時間に対する顧
客流量要求の変化を線図で示す。また、前記図の下にお
いて、オフ設計条件に対処するための膜型発生器の出力
を変更する制御システムの使用を示す。
【００３４】図１において、制御システムは前記浸透器
に入る前に供給流を加熱するか冷却するためのヒータま
たはクーラを活性化するのに使用される。前記供給流
は、圧縮機から前記ヒータまたはクーラに供給される。
しかしながら、前記ヒータまたはクーラは同様な効果を
達成するために前記浸透器自体を直接的に加熱または冷
却することに使用してもよい。
【００３５】図２は、窒素生産に用いられる膜の特性を
示し、かつ本発明によればかなりの範囲まで膜からの生
産窒素の公称流量に調整すると共に所定容量の圧縮機を
用いることにより所定純度で膜空間を与えることが可能
である。これは、空気温度の整合点（ｓｅｔ ｐｏｉｎ
ｔ）または前記膜への温度および圧力を同時に変更する
ことによって達成されてもよい。さらに、温度および圧
力整合点調整に関連する供給空気量を変更することによ
って公称流量の調整を拡張するフレキシブル圧縮機のよ
うなフレキシブル空気源を用いる時にもまた可能であ
る。
【００３６】図３は、図２に示される一般原理の特有の
仕様書を示す。すなわち、図３は本発明に関連する７、
１０または１３バールの圧力で２５０Ｎｍ3 ／ｈの一定
空気流量を放出するように設計された空気圧縮機の使用
および公称発生器流量の調整を示す。これは、例１でさ
らに詳細に説明される。
【００３７】図４は、膜型発生器の設計のための３つの
従来の選択を示し、その選択は顧客要求に依存する。図
４の（Ａ）は、標準型空気圧縮機および３００Ｎｍ3 ／
ｈの窒素を生産するために設計された大きな標準型発生
器の使用を示す。５０〜１００％のフレキシビリティに
対して、前記発生器は１５０〜３００Ｎｍ3 ／ｈの窒素
を生産することができる。標準折り返し手法は、オフピ
ーク期間中、エネルギー消費を低減するために使用され
る。しかしながら、システムが折り返し期間中、特有の
運転コストを増加しない設計がされたとしても、事実は
過度に設計された全体のシステムが同様に非競争的にす
る傾向になり易いことである。
【００３８】図４の（Ｂ）は、標準型空気圧縮機と、高
圧力時の窒素を貯蔵し、ピーク期間中に放出するための
大きいバッファタンクとエキストラブースター圧縮機と
共同して２５０Ｎｍ3 ／ｈの窒素を生産するように設計
された中間寸法膜型発生器を使用する第２選択を示す。
しかしながら、この従来の選択は生産物バッファタンク
が通常、減少した小さく短いピーク期間に限られるとい
う事実によって規制される。前記バッファタンクの容量
を越えると、かなり高価であるバックアップ液体を気化
する必要がある。
【００３９】図４の（Ｃ）は、標準型空気圧縮機と連続
生産供給を補償する低温学液体貯蔵と共同して２００Ｎ
ｍ3 ／ｈの窒素を生産するように設計された小寸法膜型
発生器を用いる第３選択を示す。しかしながら、この従
来の選択は生産ガスを液化し、貯蔵することが必要であ
るので非常に高価になる。
【００４０】図５は、本発明のフレキシブル膜型発生器
を示す。この図は、フレキシブル空気圧縮機、例えば調
整流量を持つ圧縮機と、公称生産２００Ｎｍ3 ／ｈおよ
びピーク生産３００Ｎｍ3 ／ｈを有するフレキシブル膜
型発生器の使用を示す。このシステムの使用において、
生産物出力流量は進展する顧客流量要求に応じて高いフ
レキシビリティを与えるために１００〜３００Ｎｍ3 ／
ｈの間で変更されることができる。
【００４１】図６は、本発明に関連する変化する消費プ
ロフィールに対処して最小膜システムへ後の年に付加す
る膜を示す。この図は、ｎ個の浸透器を持って高い温度
および圧力で運転することを開始し、２年目にｎ個の新
しい浸透器を加え、運転コストを低減するために非常に
低い圧力および温度で運転することを示す。この形態の
本発明によれば、顧客が最大例年要求に達し、かつ最小
運転コストまで望むならば、それから据え付けられた膜
型発生器は低い圧力および温度での多数の浸透器の運転
で新しい消費プロフィールに良好に適合される。
【００４２】図７は、本発明に関連する凝縮に対して膜
を保護する手段を示す。この図は、安全率を前記膜を保
護するための最小要求まで下げるための安全運転温度の
制御、必要に応じて圧力制御と共同する任意を示す。
【００４３】すなわち、供給流が冷凍された後、空気露
点計算がなされる。それから、膜温度を入力した後、膜
温度凝縮圧Ｐ１が計算される。これは、前記膜の入口で
最大許容圧力Ｐ２を供給することによって前記膜の入口
圧力を制御する。
【００４４】図８の（Ａ）は、ポリイミドのような膜が
温度の上昇で膜生産性の増加を表わすことを示す。例え
ば、膜生産性は２０℃から６０℃に上昇させることによ
って１００％から２４０％に増加する。
【００４５】図８の（Ｂ）は、生産性の増加に加えて回
収率の損失が殆どまたは全く生じないことを示す。例え
ば、２０℃から６０℃に温度を上昇させるに伴って、１
００％から８５％の回収率の損失が観測される。
【００４６】図８の（Ｃ）は、運転温度の作用によって
時間による膜効率の損失を示す。例えば、４０℃で５年
間に亘って前記膜型発生器を運転すると、効率は１００
％から８０％に下がる。これに対し、６０℃で５年間に
亘って前記膜型発生器を運転すると、効率は１００％か
ら６０％に下がる。
【００４７】本発明によれば、使用される標準型空気圧
縮機およびフレキシブル空気圧縮機は市販され、当業者
によく知られているものである。さらに、前記圧縮機と
前記膜の間の圧縮された空気を貯蔵するためのバッファ
容量の使用もまた当業者によく知られている。前記バッ
ファの圧力が“高”である場合、前記圧縮機は停止す
る。前記バッファの圧力が“低”である場合、前記圧縮
機は始動する。
【００４８】本発明によれば、前述した方法を実行する
可変の装置をまた提供する。
【００４９】一つの形態において、装置は、 ａ）供給流供給手段を有する圧縮機手段； ｂ）前記圧縮機手段に流通して接続され、かつその下流
になる膜浸透器； ｃ）前記浸透器の上流の前記供給流を加熱または冷却す
るか、もしくは前記浸透器を加熱または冷却するための
加熱または冷却手段； ｄ）オフ設計条件に対処して膜型発生器出力を変更する
ために前記加熱または冷却手段を活性化し、かつ需要信
号手段によって活性化され、応答する制御手段を含む上
限または下限設計条件で透過膜型発生器を運転するため
に提供される。前述した装置において、前記圧縮機手段
からの流れ、典型には空気流は浸透器に供給される。前
記流れは、制御手段の応答、需要信号手段による活性化
の要求によって加熱されるか冷却され、オフ設計条件に
対処して前記膜型発生器の出力を変更する。前記圧縮機
からの流れの加熱または冷却は、前記浸透器の上流のヒ
ータもしくはクーラを用いることによって前記浸透器の
上流の流れを加熱もしくは冷却するか、前記浸透器自体
を加熱もしくは冷却するかいずれかによりなされてもよ
い。
【００５０】上述したように、本装置は同様に加熱する
か冷却するかいずれかにより前記供給ガスまたは前記浸
透器の温度を調整するように見積もられる制御手段を含
む。前記制御手段は、任意の類推的または数制御システ
ムであればよい。
【００５１】前述したような需要信号手段は、オフ設計
条件が要求されることを指示することが可能な任意の手
段でよい。例えば、前記需要信号手段は、生産物流量測
定、生産物純度入力、圧力測定または手動的もしは自動
的に設計位置と異なる位置に定められる任意のスイッチ
であるかも知れない。そのような需要信号手段は当業者
がよく知られ、市販されているものである。
【００５２】別の形態において、装置は ａ）供給流供給手段を有する圧縮機手段； ｂ）前記圧縮手段の下流に流通して接続される膜スキッ
ド；および ｃ）一定空気流量のもとで前記圧縮機手段から前記膜ス
キッドまでの流れ温度および圧力の整合点を変更する手
段で、それによって前記装置は最大圧縮手段容量を用い
ながら公称発生器流量に調整できる を伴う一定空気流量で発生器の公称流量に再調整するた
めに供される。
【００５３】この形態の本発明によれば、従来手段は前
記膜スキッドに至るまでの供給流温度および圧力の整合
点を変更するために用いられるかもしれない。
【００５４】本発明は、前述したような装置もまた含む
が、その中にフレキシブル空気圧縮機は非常に大きい度
合の調整を供するために用いられる。
【００５５】別の形態において、本発明は ａ）供給流供給手段を有するフレキシブル圧縮機手段；
および ｂ）前記フレキシブル圧縮機手段の下流に流通して接続
されるフレキシブル膜型発生器を伴う上限または下限設
計条件で透過膜型発生器を運転するための装置を提供す
る。
【００５６】さらに別の形態において、本発明は ａ）供給流供給手段を有するフレキシブル圧縮機手段； ｂ）前記圧縮機手段の下流に流通して接続される冷凍手
段； ｃ）前記冷凍手段の下流に流通して接続され、供給流露
点を計算する手段； ｄ）供給流露点を計算する前記手段の下流に流通して接
続され、膜温度凝縮圧力Ｐ１を計算する手段； ｅ）１つまたはそれ以上の膜が前記冷凍手段の下流に流
通して接続され、前記１つまたはそれ以上の膜に対する
入口圧力Ｐ２を次の不等式：Ｐ２＞０．９Ｐ１を満足す
るように制御する手段を伴う凝縮から膜を保護する装置
を提供する。
【００５７】本発明によれば、制御手段は当業者によく
知られている計算手段を用いればよい。また、従来の圧
縮機手段（標準およびフレキシビリティの両方）、およ
び冷凍手段が用いられればよい。これらは、当業者にと
ってよく知られている。
【００５８】また本発明によれば、従来手段は膜温度凝
縮圧力Ｐ１を計算するため、および前記１つまたはそれ
以上の膜の入口圧力を制御するために用いてもよい。
【００５９】さらに、本発明の供給流は一般に空気およ
び／または主に酸素および窒素を含む混合物のいずれか
である。したがって、すぐ前で説明した供給流供給手段
は、空気および／または主に酸素および窒素を含む混合
物のための任意の従来の供給手段であればよい。
【００６０】したがって、本発明は本質的に供給流に一
定窒素濃度を有すると共に、浸透または非浸透の多様の
要求を有することから起こる問題を提示する。
【００６１】本発明は、例証の目的のみに供され、かつ
限定されるものではない、いくつかの例を参照すること
によってさらに詳しく説明する。
【００６２】
【実施例】次の例は、図２で述べられた特性を有する膜
の仕様書に基礎とする空気から実質的に窒素を含む不活
性ガスの生産を考慮する。
【００６３】例１ 一定空気流量による発生器の公称流量の再調整 １０バールで２５０Ｎｍ3 ／ｈの圧縮された空気を放出
可能な空気圧縮機による９０Ｎｍ3 ／ｈの窒素の生産の
ための膜スキッドを製造することは、本発明によって任
意の時に必要に応じて満容量の圧縮機を用いて７８Ｎｍ
3 ／ｈ（−１３％）から９７Ｎｍ3 ／ｈ（＋８％）する
に調整することが可能である。これは、前記膜スキッド
までの次に示す空気温度および圧力の整合点を同時に変
更することによって達成される。
【００６４】 ７８Ｎｍ3 ／ｈ 温度：６０℃、圧力：７バール ９０Ｎｍ3 ／ｈ 温度：４０℃、圧力：１０バール ９７Ｎｍ3 ／ｈ 温度：２０℃、圧力：１３バール さらに、非常に大きい度合の調整は、もし十分なフレキ
シビィリティが空気圧供給で応じられるならば、達成さ
れることができる。前記例で示された範囲は、単に模範
的であり、例えばスクリュー圧縮機を滑らかにする標準
オイルを用いることにより達成できる場合の典型であ
る。この特別の例は、図３に示される。
【００６５】例２ 膜型発生器での高いフレキシビリティの創造 下記に述べるような窒素消費プロフィールを持つ顧客を
考慮する。
【００６６】 ＊平均流量２００Ｎｍ3 ／ｈ ＊３００Ｎｍ3 ／ｈで１日当たり６時間の１ピーク ＊１週間当たり５日間運転 ＊１か月当たりの総流量１０８０００Ｎｍ3 ＊圧力供給要求１２バール そのような顧客に対して満足する膜型発生器を設計する
には、３つの次の選択のいずれかが現在、有効である。
【００６７】第１は、据え付けられるかもしれない大型
膜型発生器は３００Ｎｍ3 ／ｈの容量を有し、標準折返
し手順はオフピーク期間中にエネルギー消費を低減する
ために適用されるかもしれない。しかしながら、運転効
率がオフピーク期間中に低下しないとしても、前記ユニ
ットはそれにもかかわらず約７５％倍過度に設計されて
いる。これは、重要なコスト分担である膜空間にとって
特に真実である。
【００６８】第２は、２５０Ｎｍ3 ／ｈの容量を有する
中間寸法の膜型発生器は、大型バッファタンク（例えば
３０ｍ3 ）およびピーク期間中の放出に対してより高い
圧力で窒素を貯蔵するためのエクストラブースター圧縮
機に共同して据え付けられるかもしれない。しかしなが
ら、この手法は付加的投下資本を要求し、かつ運転コス
トは通常、未完の手法に依存する。
【００６９】第３は、標準型発生器は平均流量をカバー
するために据え付けられ、前記発生器はピーク期間中に
必要な液体の気化のための液体窒素貯蔵タンクに隣接し
て据え付けられる。しかしながら、この手法において液
体窒素のコストは前記発生器によって生産されるガスの
コストに比べて非常に高くなるので、顧客へのコストは
１０〜２０％上昇されるであろう。
【００７０】しかしながら、前述し、図３で示された本
発明の適用によって高いフレキシビリティ膜型発生器が
提供される。１日当たり６時間のピーク期間中に４０℃
（設計）から６０℃の温度に上昇することによって、膜
型発生器の生産性を５０％向上することができる。
【００７１】したがって、本発明によれば要求された３
００Ｎｍ3 ／ｈのＮ2 を生産するのには、４０℃で運転
する間、平均流量速度をカバーするための２００Ｎｍ3
／ｈのユニットを据え付けること、および各々のピーク
期間中に６０℃の運転温度に押し上げることで十分であ
る。勿論、増加された空気流量および／または圧力をほ
どんど同様の形態の前記膜型発生器に供給ことが必要で
ある。エンジニア技術を駆使したそれらは、多くの技術
解決が増加する空気需要を満たすために存在し、例えば
装置、空気圧縮機の初期過設計、可変速圧縮機、並列の
マルチ圧縮機、内部循環バルブ、サクションバルブを設
計するための標準業務であることを評価すべきである。
【００７２】１００％から７０％のように容量要求を低
減する場合において、従来の折り返し方法は前記膜を特
異に横切る圧力を減少すること、および／または膜空間
を減少すること、および／またはオン／オフ運転、およ
び／または純度を増加することを含む。
【００７３】浸透温度を好適に調整することによって例
えば折り返し方法を実行することは、明快に本発明の範
囲内である。これは、典型的には４０℃から３０℃であ
る。前記圧縮機のオン／オフ運転および／または空気バ
ッファタンクの共同において、前述したように例えば従
来の実行に比べて折り返しに対して非常に高い度合のフ
レキシビリティを与え、同時になお緩慢な状態の運転下
で前記膜を維持し、かつ顧客に一定の圧力および純度を
配給する。
【００７４】当該技術に熟達した者は、最小の液体窒素
気化でいつでも要求された正確な流量、純度および圧力
のガスを供給することによって顧客の窒素要求に任意コ
ストで整合するこの発明のような有益さを識別する。
【００７５】例３ 窒素要求に計算された展開の整合 顧客によって要求された窒素量は、しばしばその顧客の
仕事量に対応して多くの設計書に直接関連付けられる。
このような場合、窒素の要求は前記ユニットの開始時に
要求された流量を基礎とするみならず３〜５年を基礎と
するように見うけられる。
【００７６】従来、ユニットは顧客ニーズ展開としての
追加ユニットの据え付けと共に運転開始条件下で設計さ
れていた。しかしながら、この手法は２つの主要な欠点
を被る。第１は、生産されるガスのコストは、小さくか
つ僅か効率ユニットの増加のようないかなるスケール効
果から利益が得られず、しかも仮の期間に対するシステ
のようなフレキシビリティは低下する。
【００７７】また、ユニットは従来において初めから過
設計されていた。しかしながら、顧客は低運転コストの
ガスから利益を得るものの、必要な投下資本および関連
する産業のリスクは高く、特に新しい市場または仕事に
関連させるならば、展開スケジュールは識別することが
困難になる。
【００７８】これに対し、本発明は顧客窒素要求の見積
もられた展開に整合することができ、同時に進展する需
要に対して産業的リスクを最小にでき、かつ最小のフレ
キシビリティを維持することができる。
【００７９】下記のような窒素量を見積もる顧客を考慮
する。
【００８０】 １年目：２００ｈ／年で１６０ｍ3 ／ｈ ２年目：３００ｈ／年で１６０ｍ3 ／ｈ ３年目：４００ｈ／年で１６０ｍ3 ／ｈ １年間のユニットの低負荷率を考慮すると、ガスのコス
トは特に初期投下資本で敏感であり、かつエネルギーの
ような運転コストに対し一層敏感である。したがって、
年需要増加につれて据え付けられる膜の空間に関連され
た温度運転整合点を調整することによって、最小投下資
本で前記ユニットを始動することができる。
【００８１】典型的には図６に示されように、前記ユニ
ットはｎ個の浸透器を用いて高い温度および圧力で運転
を開始し、一方、２年目にｎ個の新しい浸透器を加え、
非常に低くした運転圧力および温度を用い、したがって
例えば運転コストを低減する。顧客が最大例年要求（例
えば６０００ｈ／年で１６０ｍ3 ／ｈ）に達し、かつ最
小運転コストに関心を示すならば、それから現場で据え
付けられた膜型発生器は多数の浸透器を用いて低い圧力
および温度（始動条件に対比して−２５％の特定エネル
ギー）で運転する新しい消費プロフィールに良好に適合
される。
【００８２】このシステムの利益は、窒素要求に整合
し、中間または長い期間でスケール効果による利益を維
持しながら始動時の投下資本およびリスクを最小限にす
ることによって顧客およびガス供給者の両方にもたらす
ことができ、しかも運転コストと固定コストの間の折衷
を最大限活用することは当該技術に熟達した者によって
極めて明らかであるかもしれない。
【００８３】例４ 凝縮に対する膜保護 高分子表面上での任意の凝縮による膜効率の感度は、当
該技術に熟達した者によって知られている。それゆえ、
膜型発生器の設計は通常、非常に広範囲の大気条件での
凝縮の任意のリスクを回避するように空気圧力および温
度に関して安全率を編入している。
【００８４】この手順は、９５％の十分な過大評価の必
要安全率を導くことができ、したがって他の技術に対す
る不利になる。図７は、本発明に関することを示し、運
転温度（圧力と共同することが可能）は前記膜の保護を
最小必要とするレベルまでのみ安全率を下げることがで
きるのに制御されるかもしれない。前記膜型発生器の競
争は、したがって驚異的に増加される。
【００８５】
【発明の効果】したがって、本発明は本質的に空気およ
び／または主に酸素および窒素を含む混合物の供給流に
定窒素濃度から起こるのみならず、浸透または非浸透の
可変の要求により起こる問題を提示する。
【００８６】本発明で述べたように多様の変更および変
化は本発明の精神および範囲から離れずに前述した例に
対してなすことができることは当業者にとって明らかで
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】顧客によって要求される所望の量、品質または
純度および圧力の生産物ガスを供するために調整された
浸透温度での本制御方法を示す図。
【図２】本発明に関連して表わされる特性を有し、かつ
運転条件の大きい範囲を有する膜を用いて空気から窒素
の生産を示す図。
【図３】本発明に関連する一定空気流量で発生器の公称
流量の再調整を示す図。
【図４】顧客要求の特別の配置に対応する膜型発生器の
設計の３つの従来の選択を示す図で、それに対応する顧
客要求の特別の配置： （Ａ）はオフピーク期間中にエネルギー消費を低減する
ために標準折り返し手順を用いる大寸法膜型発生器を含
む第１選択、（Ｂ）より高い圧力で窒素を貯蔵し、ピー
ク期間中に放出するための大きいバッファタンクと任意
のブースター圧縮機と共同する中間寸法膜型発生器を含
む第２選択、および（Ｃ）ピーク期間中に気化させるた
めの液体窒素貯蔵タンクと共同する標準膜型発生器を含
む第３選択。
【図５】本発明に関連するフレキシブル膜型発生器を示
す図。
【図６】本発明に関連する顧客消費プロフィールを変化
することに対処して膜システムに後の年に追加する膜を
示す図。
【図７】本発明に関連する凝縮に対して膜を保護する手
段を示す図。
【図８】本発明のいくつかの形態を示す図で、（Ａ）は
温度上昇でいくつかの膜により膜生産性の増加を示す
図、（Ｂ）は（Ａ）で述べられた生産性の増加に加え
て、殆どまたは全くない回収率が観測されることを示す
図、および（Ｃ）は運転温度の作用としての時間による
膜効率の低下を示す図。
フロントページの続き (72)発明者 クリスティアン・バルブ フランス国、92260 フォントネイ・オ ウ・ローズ、アブニュ・ルネ・イシドール ４ (72)発明者 ギュイ・サルツジュベ フランス国、78860 ボワサン・ル・ブレ トノウ、シュマン・ロンド 69

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加熱手段または冷却手段によって透過膜
    型発生器を浸透する供給流の浸透温度を調整し、それに
    よって所望の量、純度および圧力の生産物ガスを供する
    ことを含む上限または下限設計条件で透過膜型発生器を
    運転する方法。
  2. 【請求項２】 前記膜型発生器は、ポリサルフォン、ポ
    リイミドおよびポリアミドの膜から選ばれる１つまたは
    それ以上の膜を含む請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記膜は、運転温度を上昇させて生産性
    の増加を示すことが可能であり、同時に２０℃〜６０℃
    の温度範囲での選択性の安定した減少または限られた減
    少を示すことが可能である請求項１または２記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 さらに圧縮機手段によって一定の供給流
    の供給流量に維持することを含む請求項１ないし３いず
    れか１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記浸透温度は、前記浸透器に至るまで
    の前記供給流の温度を調整することによって調整される
    請求項１ないし４いずれか１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記浸透温度は、浸透器の温度を調整す
    ることによって調整される請求項１ないし４いずれか１
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 さらに制御手段によって前記加熱手段ま
    たは冷却手段を活性化することを含む請求項１ないし６
    いずれか１記載の方法。
  8. 【請求項８】 さらに前記浸透器を通す浸透前に前記供
    給流を圧縮することを含む請求項１ないし７いずれか１
    記載の方法。
  9. 【請求項９】 さらに前記供給流の圧力を制御すること
    を含む請求項１ないし８いずれか１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 さらに前記膜上での前記供給流の凝縮
    圧以下の圧力で前記膜を運転する工程を含む請求項１な
    いし９いずれか１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記膜は、中空糸膜である請求項１な
    いし１０いずれか１記載の方法。
  12. 【請求項１２】 膜スキッドに至るまでに供給流温度の
    整定点を調整することを含む前記膜スキッドで公称流量
    の生産物ガスに調整する方法。
  13. 【請求項１３】 膜スキッドに至るまでに供給流圧力の
    整定点を調整することを含む請求項１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】 さらに圧縮機手段で前記スキッドを通
    す浸透前に前記供給流を圧縮することを含む請求項１２
    または１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記スキッドでの公称流量の調整は、
    最大限の圧縮機出力を低減せずに達成される請求項１４
    記載の方法。
  16. 【請求項１６】 さらに前記スキッドを通す浸透前に前
    記供給流圧力を調整することを含む請求項１２ないし１
    ５いずれか１記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記圧縮機手段は、約７〜１３バール
    圧の供給流の流量を産出し、かつ前記膜スキッドは約３
    ０〜６０℃の浸透温度で運転する請求項１４ないし１６
    いずれか１記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記供給流は、空気または主に窒素お
    よび酸素を含む混合ガスである請求項１ないし１７いず
    れか１記載の方法。
  19. 【請求項１９】 ａ）供給流ガスをフレキシブルガス圧
    縮機手段から流通して接続されるフレキシブル膜型発生
    器に供給する工程； ｂ）前記供給流を前記フレキシブル膜型発生器を通過さ
    せる工程；および ｃ）前記供給流を前記フレキシブル膜型発生器を通して
    浸透し、上限または下限設計条件で前記発生器の運転を
    達成するのに十分な温度で浸透を行う工程を含む上限ま
    たは下限設計条件で透過膜型発生器を運転する方法。
  20. 【請求項２０】 前記浸透は、１００〜３００Ｎｍ3 ／
    ｈの流量で前記膜型発生器を出る請求項１９記載の方
    法。
  21. 【請求項２１】 前記供給流は、空気または主に窒素お
    よび酸素を含む混合ガスである請求項１９または２０記
    載の方法。
  22. 【請求項２２】 最小膜システムを付加する工程、高温
    および高圧で運転する工程、１つまたはそれ以上付加し
    た浸透器を低温および低圧で運転する工程を含む膜型発
    生器を応用する方法。
  23. 【請求項２３】 ａ）供給流を圧縮機手段に供給する工
    程； ｂ）前記圧縮機手段からの流れを冷凍手段よって冷却す
    る工程； ｃ）前記供給流の露点を数制御手段によって計算する工
    程； ｄ）前記膜の膜温度を前記数制御手段に入力する工程； ｅ）膜温度凝縮圧力Ｐ１を計算する工程；および ｆ）不等式：Ｐ２＞０．９Ｐ１を用いて最小許容膜圧力
    Ｐ２を計算する工程を含む凝縮から膜を保護する方法。
  24. 【請求項２４】 前記供給流は、空気または主に窒素お
    よび酸素を含む混合ガスである請求項２３記載の方法。
  25. 【請求項２５】 ａ）一定空気流量で膜スキッドに流通
    して接続される圧縮機手段に供給流を供給する工程；お
    よび ｂ）前記圧縮機手段から前記膜スキッドへの流れ温度お
    よび圧力の整合点を変更することによって公称発生器流
    量を調整する工程 を含む一定空気流量で発生器の公称流量に再調整する方
    法。
  26. 【請求項２６】 前記供給流は、空気または主に窒素お
    よび酸素を含む混合ガスである請求項２５記載の方法。
  27. 【請求項２７】 ａ）供給流供給手段を有する圧縮機手
    段； ｂ）前記圧縮機手段に流通して接続され、かつその下流
    になる膜浸透器； ｃ）前記浸透器の上流の前記供給流を加熱または冷却す
    るか、もしくは前記浸透器を加熱または冷却するための
    加熱または冷却手段；および ｄ）オフ設計条件に対処して膜型発生器出力を変更する
    ために前記加熱または冷却手段を活性化し、かつ需要信
    号手段に対して応答する制御手段を含む上限または下限
    設計条件で透過膜型発生器を運転する装置。
  28. 【請求項２８】 前記制御手段は、類推的制御システム
    または数制御システムである請求項２７記載の装置。
  29. 【請求項２９】 前記需要信号手段は、生産物流量測
    定、生産物純度入力、圧力測定または手動的もしは自動
    的に設計位置と異なる位置に定められる任意のスイッチ
    を含む請求項２７記載の装置。
  30. 【請求項３０】 ａ）供給流供給手段を有する圧縮機手
    段； ｂ）前記圧縮機手段の下流に流通して接続される膜スキ
    ッド；および ｃ）一定空気流量のもとで前記圧縮機手段から前記膜ス
    キッドまでの流れ温度および圧力の整合点を変更する手
    段で、それによって装置は最大圧縮機容量を用いながら
    公称発生器流量に調整することが可能であるを含む一定
    空気流量で発生器の公称流量に再調整する装置。
  31. 【請求項３１】 ａ）供給流供給手段を有するフレキシ
    ブル圧縮機手段；および ｂ）前記フレキシブル圧縮機手段の下流に流通して接続
    されるフレキシブル膜型発生器 を含む上限または下限設計条件で透過膜型発生器を運転
    する装置。
  32. 【請求項３２】 前記フレキシブル膜型発生器は、各々
    運転温度の上昇で増産性を示すことが可能な１つまたは
    それ以上の膜を含む請求項３１記載の装置。
  33. 【請求項３３】 前記１つまたはそれ以上の膜は、−２
    ０℃〜９０℃の範囲の温度で使用される請求項３２記載
    の装置。
  34. 【請求項３４】 ａ）供給流供給手段を有する圧縮機手
    段； ｂ）前記圧縮機手段の下流に流通して接続される冷凍手
    段； ｃ）前記冷凍手段の下流に流通して接続され、供給流露
    点を計算する手段； ｄ）供給流露点を計算する前記手段の下流に流通して接
    続され、膜温度凝縮圧力Ｐ１を計算する手段； ｅ）１つまたはそれ以上の膜が前記冷凍手段の下流に流
    通して接続され、前記１つまたはそれ以上の膜に対する
    入口圧力Ｐ２を次の不等式：Ｐ２＞０．９Ｐ１を満足す
    るように制御する手段を含む凝縮から膜を保護する装
    置。
  35. 【請求項３５】 第１導管手段を通して圧縮されたガス
    または混合ガスを受け入れることが可能な少なくとも１
    つの膜浸透ユニット；前記第１導管および／または前記
    膜浸透ユニット或いは少なくともその一部を加熱もしく
    は冷却する加熱もしくは冷却手段；オフ設計条件に対処
    して膜型発生器出力を変更するために前記加熱または冷
    却手段を活性化する手段 ガスまたは混合ガスを異なる条件で前記発生器の生産物
    として配給する第２導管手段を含む流速および／または
    純度のガスもしくは混合ガスを発生させるような上限ま
    たは下限設計条件で運転することが可能なガス膜型発生
    器。
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