JPH0530484B2 - - Google Patents

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JPH0530484B2
JPH0530484B2 JP22654587A JP22654587A JPH0530484B2 JP H0530484 B2 JPH0530484 B2 JP H0530484B2 JP 22654587 A JP22654587 A JP 22654587A JP 22654587 A JP22654587 A JP 22654587A JP H0530484 B2 JPH0530484 B2 JP H0530484B2
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JP
Japan
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gas
hollow fiber
fiber membrane
gas separation
mixed
Prior art date
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Application number
JP22654587A
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Japanese (ja)
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JPS6470124A (en
Inventor
Kanji Nakagawa
Shunsuke Nakanishi
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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Publication date
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば、ガス分離性能を有する芳
香族ポリイミド製中空糸膜を使用して、アルコー
ル、ケトン、エーテルなどの有機化合物の蒸気と
水蒸気との混合ガスから、水蒸気などを除去する
ガス分離方法などの改良法に関する。 〔従来技術の説明〕 最近、ガス分離性能を有する芳香族ポリイミド
製中空糸膜を用いて、有機化合物の混合蒸気また
は水分を含有する有機化合物の混合蒸気から、水
蒸気または少なくとも一種の有機化合物の蒸気を
分離する瓦ガス分離方法が提案されつつある。 しかし、一般に、芳香族ポリイミド樹脂は耐熱
性などと共に高い耐有機薬品性を有しているの
で、前記の芳香族ポリイミド製中空糸膜は前述の
ガス分離に好適に使用できると考えられている
が、有機化合物との接触では、膨潤して、伸長た
り、収縮したりするという問題があり、前述のガ
ス分離を行う際の種々の問題が生ずるのである。 すなわち、芳香族ポリイミド中空糸膜は、一般
に、前記中空糸膜を多数本使用して糸束を形成
し、その糸束の両端部を硬化性樹脂などで一体に
固化し固定して糸束エレメントを形成し、その糸
束エレメントをガス分離用密封容器内に収蔵して
固定したガス分離装置を製造して、前述のガス分
離に使用されるが、前記のガス分離において有機
化合物の蒸気と前記の両端を固定された芳香族ポ
リイミド製中空糸膜との接触を繰り返す行う場合
に、前記の芳香族ポリイミド製中空糸膜の伸縮に
よつて、前記ガス分離装置内の前記中空糸膜の屈
曲が起こり、糸束の配列が大幅に変形したり、ま
たは、中空糸膜の一部が切断したり、あるいは、
前記中空糸膜自体のガス分離性能の低下(特にガ
ス透過速度の低下など)が、しばしば起こるとい
う問題点があつた。 〔解決すべき問題点〕 この発明は、前述のようにガス分離装置内に固
定された芳香族ポリイミド製中空糸膜の糸束エレ
メントが、有機化合物の蒸気との接触を中断した
り、繰り返す際に、前記中空糸膜の屈曲、糸束の
配列の変形、又は中空糸膜の切断、あるいは、中
空糸膜のガス分離性能の低下が生じない、ガス分
離方法を提供することを目的としている。 〔問題を解決するための手段〕 この発明は、ガス分離性能を有する芳香族ポリ
イミド製中空糸膜の外側に、有機化合物を含有す
る混合ガス(混合蒸気)を供給し、前記中空糸膜
の外側から内部へ前記混合ガスの少なくとも一種
のガス成分を選択的に透過させて、連続的にガス
分離を行う方法において、 (a) 前記中空糸膜の外側に前記混合ガスを最初に
導入する前に、その中空糸膜の中空内を減圧と
なした後に、前記混合ガスを供給して、ガス分
離を開始し、さらに、 (b) 前記ガス分離を中断又は終了するために前記
混合ガスの導入を停止する際に、前記中空糸膜
の外側に、有機化合物及び/又は水蒸気を実質
的に含有していない置換用ガスを導入して、前
記ガス分離において中空糸膜の外側に存在して
いた前記混合ガスと置換した後、前記中空糸膜
の内部の減圧を解除し、ガス分離を中断又は終
了することを特徴とする気相膜分離方法に関す
る。 以下、この発明の各要件などについて、図面も
参考にして、さらに詳しく説明する。 前記の芳香族ポリイミド製中空糸膜としては、
芳香族テトラカルボン酸又はその酸二無水物など
の酸成分と、芳香族ジアミン成分とを、重合(及
びイミド化)して得られた芳香族ポリアミツク酸
(または芳香族ポリイミド)の溶液を使用して、
凝固液による湿式製膜法などで形成される非対称
性構造のガス分離用中空糸膜(均質層と多孔質層
とを一体に有する中空糸膜)、あるいは芳香族ポ
リイミド溶液などを使用して適当な材質の多孔質
中空糸膜の外表面に芳香族ポリイミド製の薄い均
質層を形成して製造される複合中空糸膜であり、
しかも水蒸気について前述のような充分なガス分
離性能を有する中空糸膜を、好適に挙げることが
できる。 前記の芳香族ジアミンとしては、例えば、3,
7−ジアミノ−2,8−ジメチル−ジベンゾチオ
フエン、3,7−ジアミノ−2,6−ジメチル−
ジベンゾチオフエン、2,8−ジアミノ−3,7
−ジメチル−ジベンゾチオフエン、3,7−ジア
ミノ−2,8−ジエチル−ジベンゾチオフエンな
どのジアミノ−ジベンゾチオフエン類、3,7−
ジアミノ−2,8−ジメチル−ジフエニレンスル
ホン、3,7−ジアミノ−2,8−ジエチル−ジ
フエニレンスルホン、3,7−ジアミノ−2,8
−ジプロピル−ジフエニレンスルホン、2,8−
ジアミノ−3,7−ジメチル−ジフエニレンスル
ホン、3,7−ジアミノ−2,8−ジメトキシ−
ジフエニレンスルホンなどのジアミノ−ジフエニ
レンスルホン類、4,4′−ジアミノ−ジフエニル
スルホン、3,3′−ジアミノ−ジフエニルスルホ
ン、3,5−ジアミノ−ジフエニルスルホン、
3,4′−ジアミノ−ジフエニルスルホンなどのジ
アミノ−ジフエニルスルホン類、4,4′−ジアミ
ノ−ジフエニルスルフイド、3,3′−ジアミノ−
ジフエニルスルフイド、3,5−ジアミノ−ジフ
エニルスルフイド、3,4′−ジアミノ−ジフエニ
ルスルフイドなどのジアミノ−ジフエニルスルフ
イド類、3,7−ジアミノ−チオキサンテン−
5,5−ジオキシド、2,8−ジアミノ−チオキ
サンテン−5,5−ジオキシド、3,7−ジアミ
ノ−チオキサントン−5,5−ジオキシド、2,
8−ジアミノ−チオキサントン−5,5−ジオキ
シド、3,7−ジアミノ−フエノキサチン−5,
5−ジオキシド、2,8−ジアミノ−フエノキサ
チン−5,5−ジオキシド、2,7−ジアミノ−
チアンスレン、2,8−ジアミノ−チアンスレ
ン、3,7−ジアミノ−10−メチル−フエノチア
ジン−5,5−ジオキシド等のジアミノ−チオキ
サンテン又はその誘導体、さらに、ビス〔(p−
アミノフエノキシ)フエニル〕スルフイド、ビス
〔(p−アミノフエノキシ)フエニル〕スルホン等
のイオウ原子を有する芳香族ジアミンを挙げるこ
とができる。 前記のイオウを有する芳香族ジアミンの以外の
他の芳香族ジアミンとして、例えば、4,4′−ジ
アミノ−ジフエニルエーテル、3,3′−ジメチル
−4,4′−ジアミノ−ジフエニルエーテル、3,
3′−ジエトキシ−4,4′−ジアミノ−ジフエニル
エーテル、3,3′−ジアミノ−ジフエニルエーテ
ル等のジフエニルエーテル系化合物、4,4′−ジ
アミノ−ジフエニルメタン、3,3′−ジアミノ−
ジフエニルメタン等のジフエニルメタン系化合
物、4,4′−ジアミノ−ベンゾフエノン、3,
3′−ジアミノ−ベンゾフエノン等のベンゾフエノ
ン系化合物、2,2−ビス(3−アミノフエニ
ル)プロパン、2,2−ビス(4アミノフエニ
ル)プロパン、2,2−ビス〔4−(4′−アミノ
フエノキシ)フエニル〕プロパン等の2,2−ビ
ス(フエニル)プロパン系化合物、さらにo−、
m−、p−フエニレンジアミン、3,5−ジアミ
ノ安息香酸、2,6−ジアミノピリジン、o−ト
リジン等も挙げることができる。 前記の芳香族ポリイミドの製造に使用される芳
香族テトラカルボン酸成分としては、3,3′,
4,4′−ビフエニルテトラカルボン酸、または
2,3,3′,4′−ビフエニルテトラカルボン酸、
あるいはそれらの二無水物、またはそれらの低級
アルコールエステル化物などのビフエニルテトラ
カルボン酸類、3,3′,4,4′−ベンゾフエノン
エトラカルボン酸、または2,3,3′,4′−ベン
ゾフエノンテトラカルボン酸、あるいはそれらの
二無水物、またはそれらの低級アルコールエステ
ル化物などのベンゾフエノンテトラカルボン酸
類、さらに、ピロメリツト酸、その二無水物、ま
たはそのエステル化物などのピロメリツト酸類を
挙げることができる。 特に、この発明では、ビフエニルテトラカルボ
ン酸類を50〜100モル%、特に80〜100モル%含有
している芳香族テトラカルボン酸成分と、前述の
芳香族ジアミン成分とから得られた芳香族ポリイ
ミドが、フエノール系化合物のような有機溶媒に
対して優れた溶解性を有しているので、そのよう
な芳香族ポリイミドからなる中空糸膜は、安定な
紡糸用ドープ液の調製および紡糸性などの中空糸
膜製造上の点から好適である。 この発明で使用する芳香族ポリイミド製中空糸
膜は、前述の芳香族ジアミン成分と芳香族テトラ
カルボン酸成分とから得られた芳香族ポイアミツ
ク酸(ポリイミド前駆体)、または有機溶媒可溶
性の芳香族ポリイミドなどのが有機溶媒に均一に
溶解している溶液を、製膜用のドープ液として使
用して、中空糸紡糸用ノズルから押し出してその
ドープ液の中空糸状の薄膜を形成し、次いでドー
プ液の中空糸膜から溶媒を除去して固化させる乾
燥工程を主体にして製膜する乾式製膜法、または
ドープ液の中空糸状の薄膜を凝固液と接触させて
凝固させて製膜する湿式製膜法で、中空糸状膜に
形成して、芳香族ポリイミド製中空糸膜として製
造することができる。 この発明で使用される芳香族ポリイミド中空糸
膜は、後述のガス透過試験法によつて測定され算
出された『水蒸気とエタノールとのガス透過速度
の比(PH2O/PCH3CH2OH)』で示される選択
透過性(ガス分離性能)が80以上、好ましくは
100以上、さらに好ましくは110〜10000程度であ
る芳香族ポリイミド製中空糸膜が好ましい。 前記の中空糸膜は、100℃の水蒸気の透過速度
(PH2O;後述のガス透過試験法による)が、約
1×10-5cm3/cm2・sec・cmHg以上、特に、1×
10-4〜5×10-2cm3/cm2・sec・cmHg程度であるこ
とが好ましい。 この発明では、例えば、第1図に示すように、
特定のガス分離膜(芳香族ポリイミド製中空糸膜
の糸束)2が、ガス分離用の密封容器6に内蔵さ
れ固定されているガス分離装置1を使用してガス
分離が行われる。 前記の密封容器は、ガス分離膜2のガス透過側
と連通している『ガス分離膜を透過した透過ガス
(水蒸気など)の排出口5』および『置換用ガス
(パージガス)または原料ガス供給口(混合ガス
供給口3』および『置換用ガスまたは非透過ガス
排出口4』を有する密封容器(例えば、円筒状容
器など)であればよい。 前記のガス分離装置は、芳香族ポリイミド製中
空糸膜(中空糸膜の糸束)2の両端が、エラスト
マー系樹脂、アクリレート系樹脂、エポキシ樹
脂、フエノール樹脂などの適当な熱硬化製樹脂を
固化して形成された円板状の樹脂壁7,7′で一体
に結束されて中空糸膜エレメントに形成されてお
り、そして、その中空糸エレメントは、樹脂壁内
を各中空糸膜が貫通して中空糸膜の内部の孔が樹
脂壁の外に向かつて開口しており、さらに、その
中空エレメントが、第1図に示すように樹脂壁
7,7′の部分で、必要であれば接着剤などを使
用して、密封容器1の内壁に密封固着され一体に
固定されていればよい。 この発明の方法においては、 前述の芳香族ポリイミド製中空糸膜が内蔵され
ているガス分離装置を使用し、 第1図に示すように、有機化合物の蒸気を含有
する混合ガスを、前記ガス分離装置1の混合ガス
供給口3から連続的に供給し、芳香族ポリイミド
製中空糸膜2のガス供給側(外側)に沿つて流動
させ、 前記中空糸膜2を選択的に透過した混合ガスの
少なくとも一種の成分(例えば、水蒸気など)
を、好ましくは1〜300Torrの減圧下に(前記の
パージガスと共に)透過ガス排出口5から排出し
て除去し、 他方、中空糸膜を透過しなかつた混合ガス(非
透過ガス)を非透過ガス排出口4から排出するこ
とによつて、混合ガスの分離を行う際に、 (a) 前述のガス分離装置1の中空糸膜2の外側に
前記混合ガスを最初に導入する前に、その中空
糸膜2の中空内を、好ましくは1〜300Torrの
減圧となした後に、前記混合ガスを供給して、
ガス分離を開始し、さらに、 (b) 前記ガス分離を中断又は終了するために前記
混合ガスのガス分離装置1への導入を停止する
際に、前記中空糸膜2の外側に、有機化合物を
実質的に含有していない置換用ガスを導入し
て、前記ガス分離において中空糸膜の外側に存
在していた混合ガスと置換した後、前記中空糸
膜2の中空内部の減圧を解除して、中空糸膜の
外側と内側との圧を等しくし、ガス分離を中断
又は終了することによつて、ガス分離のスター
トおよびストツプが行われる。 前記の有機化合物及び/又は水蒸気を実質的に
含有していない置換用ガスとして、有機化合物の
蒸気を1容量%以上、特に.5容量%以上含有し
ていない置換用ガス、または、有機化合物の蒸気
を1容量%以上含有していないと共に水蒸気を
2000ppm以上、特に1000ppm以上含有していない
乾燥ガスであり、例えば、乾燥空気、またはネオ
ンガス、アルゴンガス、窒素ガスなどの置換用ガ
スを好適に挙げることができる。 前記の中空糸膜の外側の混合ガスを、有機化合
物を実質的に含有していない置換用ガスで置換す
るには、特に操作温度が特に限定されないが、好
ましくは0〜200℃、特に5〜150℃程度の操作温
度であればよく、また、ガス置換を行う操作時間
は、中空糸膜の外側周辺の有機化合物の蒸気の濃
度が中空糸膜の伸縮に影響のなくなるまでの時間
であるが、好ましくは5〜120分間、特に10〜60
分間程度でればよい。 この発明において使用される『有機化合物の蒸
気を含有する混合ガス』は、炭化水素、天然ガ
ス、石油ガス、メタノール、ケトン、エーテル、
エステルなどの少なくとも2成分を主成分として
含有する混合ガス、または、水蒸気が、炭化水
素、天然ガス、石油ガス、メタノール、ケトン、
エーテル、エステルなどを主成分とする混合ガス
中に、除湿の際の温度および圧力において、飽和
状態に近い含有率(例えば、除湿操作の際の温度
における原料ガスである混合ガス中の水蒸気の飽
和含有率またはその飽和含有率の少なくとも7割
以上の含有率)で、含有されている混合ガスが好
ましい。 この発明では、ガス分離装置へ供給する混合ガ
スは、その圧力が、透過ガスの排出時の圧力によ
つてガス分離を調整することができるので、特に
限定されることはなく広い範囲であつてもよい
が、この発明では、中空糸膜の中空内部へ透過し
た透過ガスの排出時の圧が約1〜300Torrの減圧
であることが好ましいので、供給混合ガスの圧
が、常圧付近または加圧下のいずれであつてもよ
く、特に、約0.5Kg/cm2以上、好ましくは1〜10
Kg/cm2、さらに好ましは1.5〜5Kg/cm2程度であ
ることが、ガス分離を効率的にするために、好ま
しい。 また、前記の混合ガスの供給量は、ガス分離膜
の有効面積に対する供給割合(中空糸の有効膜面
積に対して)が、約0.005〜100cm3/cm2・sec、特
に、0.01〜10cm3/cm2・sec程度となるような供給
量であることが好ましい。 〔実施例〕 この発明において、ガス透過試験は、各芳香族
ポリイミド製の中空糸膜の糸束を内蔵させた、第
1図に示すようなガス分離装置を使用し、水蒸気
を含有する混合ガスをガス分離装置に供給すると
共に、中空糸内部を真空ポンプで減圧に保ち、中
空糸膜を透過した蒸気(ガス)をドライアイス−
エタノールトラツプで凝集補集して、その補集物
のうちエタノール濃度をガスクロマトグラフ法に
より分析し、水分の量は全量の補集物からエタノ
ール分を差し引いた値として各収量を測定し、中
空糸膜の水蒸気透過速度などを算出した。 実施例 1 3,3′,4,4′−ビフエニルテトラカルボン酸
二無水物のみからなるテトラカルボン酸成分と、
4,4′−ジアミノジフエニルエーテル60モル%、
3,5−ジアミノ安息香酸30モル%、および4,
4′−ジアミノジフエニルメタン10モル%からなる
芳香族ジアミン成分とを、ハロゲン化フエノール
融解液内で重合およびイミド化して得られた芳香
族ポリイミドのハロゲン化フエノール溶液を使用
し、その溶液を中空糸紡糸用ノズルから抽出して
湿式紡糸法で製造されたガス分離性能を有する芳
香族ポリイミド中空糸膜(外径;545μm、内
径;約408μm)を準備した。 前記の中空糸膜を100本束ねて、その糸束の両
端部をエポキシ樹脂で密着し硬化して樹脂壁を形
成して中空糸膜の糸束エレメント(ガス分離に有
効な部分の長さ;20cm)を作成し、その糸束エレ
メントを密封容器内に配置し固定して、概略第1
図に示すようなタイプのガス分離装置を製造し
た。 前記のガス分離装置を試験設備に接続して、ま
ず中空糸膜の中空内部を約3mmHgの減圧にした
後、ガス分離装置の混合ガス(混合蒸気)供給口
3から、100℃に加熱された水−エタノール混合
蒸気(80重量%がエタノールである)が、ガス分
離装置内の中空糸膜(中空糸膜の糸束)2の外側
に沿つて連続的に約60時間供給した。 前記の混合蒸気がガス分離装置内の中空糸膜の
外側に沿つて流動する間に、中空糸膜の管璧を透
過した透過ガスは、中空糸膜の中空内部を通つ
て、ガス分離装置の透過ガスの排出口5から取り
出され、ドライアイスとエタノールとの入れられ
たトラツプで凝縮させて捕集された。 60時間を経過した際に、混合蒸気の供給を止め
て、代わりに窒素ガスをガス分離装置のガス供給
口3から中空糸膜の外側に沿つて約60分間供給し
て、中空糸膜の外側の混合蒸気および中空糸膜の
中空内部の透過ガスを追い出して、ガス分離装置
内の有機化合物の蒸気を除去した後、中空糸膜の
中空内部の減圧を解除した。 前述と実質的に同様のガス分離操作を、さらに
4回繰り返し、合計300時間のガス分離操作を行
つた。 前記のガス分離操作がすべて終了した後、ガス
分離装置を分割して中空糸膜の糸束の状況を調べ
たが、外観上の異常又は変化は実質的に何等見い
出されなかつた。 そのガス分離操作における各段階の水蒸気の透
過速度(PH2O;cm3/cm2・sec・mmHg)と、選択
透過性(PH2O/PCH3CH2OH)とを第1表に示
す。 比較例 1 ガス分離装置の中空糸膜の中空内部の減圧を行
う前に、水−エタノール混合蒸気を供給したこ
と、および、窒素ガスの混合蒸気の置換を全く行
わず、混合蒸気の供給を停止し、中空糸膜の中空
内部の減圧を解除したほかは、実施例1と同様に
してガス分離を行つた。 前記のガス分離操作がすべて終了した後、ガス
分離装置を分解して中空糸膜の糸束エレメントの
状況を点検したが、中空糸膜の糸束のタルミが全
くなくなつており、各中空糸膜が強く張つた状態
となつており、100本の中空糸膜の内、2本が樹
脂壁付近において細くなつており切れかかつてい
た。 そのガス分離操作における各段階の水蒸気の透
過速度(PH2O;cm3/cm2・sec・mmHg)と、選択
透過性(PH2O/PCH3CH2OH)とを第1表に示
す。
[Industrial Application Field] This invention uses, for example, an aromatic polyimide hollow fiber membrane having gas separation performance to separate water vapor from a mixed gas of organic compound vapor such as alcohol, ketone, ether, etc. and water vapor. This invention relates to an improved gas separation method for removing such substances. [Description of the Prior Art] Recently, hollow fiber membranes made of aromatic polyimide having gas separation performance have been used to separate water vapor or vapor of at least one organic compound from a mixed vapor of organic compounds or a mixed vapor of organic compounds containing moisture. Kawara gas separation methods are being proposed. However, in general, aromatic polyimide resins have high resistance to organic chemicals as well as heat resistance, so it is thought that the hollow fiber membranes made of aromatic polyimide can be suitably used for the gas separation described above. When it comes into contact with an organic compound, it swells, expands, or contracts, which causes the various problems mentioned above when performing gas separation. That is, aromatic polyimide hollow fiber membranes are generally produced by using a large number of the hollow fiber membranes to form a fiber bundle, and then solidifying and fixing both ends of the fiber bundle together with a curable resin or the like to form a fiber bundle element. A gas separation device is manufactured in which the yarn bundle element is housed and fixed in a sealed container for gas separation, and is used for the above-mentioned gas separation. When repeated contact with an aromatic polyimide hollow fiber membrane having both ends fixed, the expansion and contraction of the aromatic polyimide hollow fiber membrane causes bending of the hollow fiber membrane in the gas separation device. This may cause the arrangement of the fiber bundle to be significantly deformed, or a portion of the hollow fiber membrane may be severed, or
There is a problem in that the gas separation performance of the hollow fiber membrane itself often deteriorates (in particular, the gas permeation rate decreases, etc.). [Problems to be Solved] As described above, this invention solves the problem when the fiber bundle element of the aromatic polyimide hollow fiber membrane fixed in the gas separation device interrupts or repeats contact with the organic compound vapor. Another object of the present invention is to provide a gas separation method that does not cause bending of the hollow fiber membrane, deformation of the arrangement of the fiber bundle, cutting of the hollow fiber membrane, or deterioration of the gas separation performance of the hollow fiber membrane. [Means for solving the problem] This invention supplies a mixed gas (mixed vapor) containing an organic compound to the outside of an aromatic polyimide hollow fiber membrane having gas separation performance, and In a method of continuously performing gas separation by selectively permeating at least one gas component of the mixed gas into the interior of the hollow fiber membrane, (a) before first introducing the mixed gas to the outside of the hollow fiber membrane, , after reducing the pressure in the hollow of the hollow fiber membrane, supplying the mixed gas to start gas separation; and (b) introducing the mixed gas in order to interrupt or terminate the gas separation. At the time of stopping, a replacement gas that does not substantially contain organic compounds and/or water vapor is introduced to the outside of the hollow fiber membrane to replace the gas that was present outside the hollow fiber membrane during the gas separation. The present invention relates to a gas phase membrane separation method characterized in that after replacing the gas with a mixed gas, the reduced pressure inside the hollow fiber membrane is released and gas separation is interrupted or terminated. Hereinafter, each requirement of the present invention will be explained in more detail with reference to the drawings. As the hollow fiber membrane made of aromatic polyimide,
A solution of aromatic polyamic acid (or aromatic polyimide) obtained by polymerizing (and imidizing) an acid component such as aromatic tetracarboxylic acid or its acid dianhydride and an aromatic diamine component is used. hand,
A hollow fiber membrane for gas separation with an asymmetric structure (a hollow fiber membrane having an integrated homogeneous layer and a porous layer) formed by a wet membrane forming method using a coagulating liquid, or an aromatic polyimide solution can be used. A composite hollow fiber membrane manufactured by forming a thin homogeneous layer made of aromatic polyimide on the outer surface of a porous hollow fiber membrane made of
In addition, hollow fiber membranes having sufficient gas separation performance as described above for water vapor can be preferably mentioned. Examples of the aromatic diamine include 3,
7-diamino-2,8-dimethyl-dibenzothiophene, 3,7-diamino-2,6-dimethyl-
Dibenzothiophene, 2,8-diamino-3,7
Diamino-dibenzothiophenes such as -dimethyl-dibenzothiophene, 3,7-diamino-2,8-diethyl-dibenzothiophene, 3,7-
Diamino-2,8-dimethyl-diphenylene sulfone, 3,7-diamino-2,8-diethyl-diphenylene sulfone, 3,7-diamino-2,8
-dipropyl-diphenylene sulfone, 2,8-
Diamino-3,7-dimethyl-diphenylenesulfone, 3,7-diamino-2,8-dimethoxy-
Diamino-diphenylene sulfones such as diphenylene sulfone, 4,4'-diamino-diphenyl sulfone, 3,3'-diamino-diphenyl sulfone, 3,5-diamino-diphenyl sulfone,
Diamino-diphenyl sulfones such as 3,4'-diamino-diphenyl sulfone, 4,4'-diamino-diphenyl sulfide, 3,3'-diamino-
Diamino-diphenyl sulfides such as diphenyl sulfide, 3,5-diamino-diphenyl sulfide, 3,4'-diamino-diphenyl sulfide, 3,7-diamino-thioxanthene-
5,5-dioxide, 2,8-diamino-thioxanthene-5,5-dioxide, 3,7-diamino-thioxanthone-5,5-dioxide, 2,
8-diamino-thioxanthone-5,5-dioxide, 3,7-diamino-phenoxatin-5,
5-dioxide, 2,8-diamino-phenoxatin-5,5-dioxide, 2,7-diamino-
Diamino-thioxanthene or its derivatives such as thianthrene, 2,8-diamino-thianthrene, 3,7-diamino-10-methyl-phenothiazine-5,5-dioxide;
Examples include aromatic diamines having a sulfur atom such as aminophenoxy)phenyl]sulfide and bis[(p-aminophenoxy)phenyl]sulfone. Other aromatic diamines other than the above-mentioned sulfur-containing aromatic diamines include, for example, 4,4'-diamino-diphenyl ether, 3,3'-dimethyl-4,4'-diamino-diphenyl ether, 3 ,
Diphenyl ether compounds such as 3'-diethoxy-4,4'-diamino-diphenyl ether, 3,3'-diamino-diphenyl ether, 4,4'-diamino-diphenylmethane, 3,3'-diamino-
Diphenylmethane compounds such as diphenylmethane, 4,4'-diamino-benzophenone, 3,
Benzophenone compounds such as 3'-diamino-benzophenone, 2,2-bis(3-aminophenyl)propane, 2,2-bis(4-aminophenyl)propane, 2,2-bis[4-(4'-aminophenoxy)phenyl ] 2,2-bis(phenyl)propane compounds such as propane, and o-,
Mention may also be made of m-, p-phenylenediamine, 3,5-diaminobenzoic acid, 2,6-diaminopyridine, o-tolidine, and the like. The aromatic tetracarboxylic acid components used in the production of the aromatic polyimide include 3,3',
4,4'-biphenyltetracarboxylic acid, or 2,3,3',4'-biphenyltetracarboxylic acid,
Or their dianhydrides, or biphenyltetracarboxylic acids such as lower alcohol esters thereof, 3,3',4,4'-benzophenonetracarboxylic acid, or 2,3,3',4'- Benzophenonetetracarboxylic acids such as benzophenonetetracarboxylic acid, their dianhydrides, or lower alcohol esters thereof; and pyromellitic acids such as pyromellitic acid, its dianhydrides, or its esters. be able to. In particular, in this invention, an aromatic polyimide obtained from an aromatic tetracarboxylic acid component containing 50 to 100 mol%, especially 80 to 100 mol% of biphenyltetracarboxylic acids, and the above-mentioned aromatic diamine component. has excellent solubility in organic solvents such as phenolic compounds, so hollow fiber membranes made of such aromatic polyimides are useful for preparing stable spinning dopes and improving spinnability. This is suitable from the viewpoint of hollow fiber membrane production. The aromatic polyimide hollow fiber membrane used in this invention is made of aromatic polyamic acid (polyimide precursor) obtained from the above-mentioned aromatic diamine component and aromatic tetracarboxylic acid component, or an organic solvent-soluble aromatic polyimide. A solution containing homogeneously dissolved in an organic solvent is used as a dope solution for film forming, and is extruded from a hollow fiber spinning nozzle to form a hollow fiber-like thin film of the dope solution. A dry film forming method that mainly involves a drying process to remove the solvent from the hollow fiber membrane and solidify it, or a wet film forming method that forms a film by bringing a hollow fiber-like thin film of the dope into contact with a coagulating liquid and coagulating it. It can be formed into a hollow fiber membrane to produce an aromatic polyimide hollow fiber membrane. The aromatic polyimide hollow fiber membrane used in this invention has a ``ratio of gas permeation rates of water vapor and ethanol (PH 2 O / PCH 3 CH 2 OH)'' measured and calculated by the gas permeation test method described below. ” permselectivity (gas separation performance) of 80 or more, preferably
An aromatic polyimide hollow fiber membrane having a molecular weight of 100 or more, more preferably about 110 to 10,000 is preferred. The hollow fiber membrane has a water vapor permeation rate (PH 2 O; according to the gas permeation test method described below) at 100°C of about 1×10 -5 cm 3 /cm 2 ·sec·cmHg or more, especially 1×
It is preferably about 10 −4 to 5×10 −2 cm 3 /cm 2 ·sec·cmHg. In this invention, for example, as shown in FIG.
Gas separation is performed using a gas separation device 1 in which a specific gas separation membrane (a bundle of aromatic polyimide hollow fiber membranes) 2 is built into and fixed in a sealed container 6 for gas separation. The sealed container has an "exhaust port 5 for permeated gas (water vapor, etc.) that has passed through the gas separation membrane" and a "replacement gas (purge gas) or raw material gas supply port" which are in communication with the gas permeation side of the gas separation membrane 2. Any sealed container (for example, a cylindrical container) having a "mixed gas supply port 3" and a "replacement gas or non-permeable gas discharge port 4" may be used. Both ends of the membrane (filament bundle of hollow fiber membranes) 2 are disk-shaped resin walls 7 formed by solidifying a suitable thermosetting resin such as elastomer resin, acrylate resin, epoxy resin, or phenol resin. 7' to form a hollow fiber membrane element, and each hollow fiber membrane penetrates inside the resin wall so that the holes inside the hollow fiber membrane are connected to the outside of the resin wall. Further, as shown in FIG. 1, the hollow element is attached to the inner wall of the sealed container 1 using adhesive or the like at the resin walls 7, 7' if necessary. The method of the present invention uses a gas separation device incorporating the aromatic polyimide hollow fiber membrane described above, and as shown in FIG. A mixed gas containing vapor of At least one component of the mixed gas that selectively permeates the thread membrane 2 (for example, water vapor, etc.)
is preferably discharged from the permeate gas outlet 5 under a reduced pressure of 1 to 300 Torr (along with the aforementioned purge gas), and on the other hand, the mixed gas (non-permeate gas) that has not permeated through the hollow fiber membrane is converted into a non-permeate gas. (a) Before first introducing the mixed gas to the outside of the hollow fiber membrane 2 of the gas separation device 1 described above, when separating the mixed gas by discharging it from the outlet 4, After reducing the pressure in the hollow of the thread membrane 2 to preferably 1 to 300 Torr, supplying the mixed gas,
When starting gas separation and further (b) stopping the introduction of the mixed gas into the gas separation device 1 in order to interrupt or end the gas separation, an organic compound is added to the outside of the hollow fiber membrane 2. After introducing a replacement gas that does not substantially contain the gas and replacing the mixed gas that existed outside the hollow fiber membrane during the gas separation, the reduced pressure inside the hollow fiber membrane 2 is released. The gas separation is started and stopped by equalizing the pressure between the outside and inside of the hollow fiber membrane and interrupting or terminating the gas separation. As the replacement gas which does not substantially contain the organic compound and/or water vapor, the vapor of the organic compound may be used in an amount of 1% by volume or more, especially . A replacement gas that does not contain more than 5% by volume, or a gas that does not contain more than 1% by volume of organic compound vapor and no water vapor.
The dry gas does not contain 2000 ppm or more, particularly 1000 ppm or more, and suitable examples thereof include dry air or replacement gases such as neon gas, argon gas, and nitrogen gas. In order to replace the mixed gas outside the hollow fiber membrane with a replacement gas that does not substantially contain organic compounds, the operating temperature is not particularly limited, but is preferably 0 to 200°C, particularly 5 to 200°C. The operating temperature may be about 150°C, and the operating time for gas replacement is the time until the concentration of organic compound vapor around the outside of the hollow fiber membrane no longer affects the expansion and contraction of the hollow fiber membrane. , preferably for 5 to 120 minutes, especially for 10 to 60 minutes
It only takes about a minute. The "mixed gas containing organic compound vapor" used in this invention includes hydrocarbons, natural gas, petroleum gas, methanol, ketones, ethers,
A mixed gas or water vapor containing at least two components such as esters as main components is a hydrocarbon, natural gas, petroleum gas, methanol, ketone,
In a mixed gas mainly composed of ether, ester, etc., at the temperature and pressure during dehumidification, the content is close to the saturated state (e.g., the saturation of water vapor in the mixed gas that is the raw material gas at the temperature during dehumidification) It is preferable that the mixed gas is contained at a content rate of at least 70% or more of the saturated content rate. In this invention, the pressure of the mixed gas supplied to the gas separation device is not particularly limited and can be within a wide range since gas separation can be adjusted by the pressure at the time of discharge of the permeated gas. However, in the present invention, it is preferable that the pressure of the permeated gas that has permeated into the hollow interior of the hollow fiber membrane is at a reduced pressure of about 1 to 300 Torr, so the pressure of the supplied mixed gas is around normal pressure or It may be under any pressure, especially about 0.5Kg/cm2 or more, preferably 1 to 10
Kg/cm 2 , more preferably about 1.5 to 5 Kg/cm 2 , is preferable in order to make gas separation efficient. In addition, the amount of the mixed gas supplied is such that the ratio of supply to the effective area of the gas separation membrane (relative to the effective membrane area of the hollow fiber) is approximately 0.005 to 100 cm 3 /cm 2 ·sec, particularly 0.01 to 10 cm 3 It is preferable that the supply amount be about 1/cm 2 ·sec. [Example] In this invention, a gas permeation test was carried out using a gas separation device as shown in Fig. 1, which is equipped with a bundle of hollow fiber membranes made of each aromatic polyimide, and a mixed gas containing water vapor was tested. is supplied to the gas separation device, the inside of the hollow fiber is maintained at reduced pressure with a vacuum pump, and the vapor (gas) that permeates through the hollow fiber membrane is transferred to dry ice.
The ethanol concentration in the collected material was analyzed by gas chromatography, and the amount of water was measured by subtracting the ethanol content from the total amount of collected material. The water vapor permeation rate of the thread membrane was calculated. Example 1 A tetracarboxylic acid component consisting only of 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride,
4,4'-diaminodiphenyl ether 60 mol%,
3,5-diaminobenzoic acid 30 mol%, and 4,
A halogenated phenol solution of aromatic polyimide obtained by polymerizing and imidizing an aromatic diamine component consisting of 10 mol% of 4'-diaminodiphenylmethane in a halogenated phenol melt is used, and the solution is poured into a hollow cavity. An aromatic polyimide hollow fiber membrane (outer diameter: 545 μm, inner diameter: approximately 408 μm) having gas separation performance was prepared by extraction from a yarn spinning nozzle and produced by a wet spinning method. 100 of the above-mentioned hollow fiber membranes are bundled, and both ends of the fiber bundle are tightly bonded with epoxy resin and cured to form a resin wall to form a fiber bundle element of the hollow fiber membrane (the length of the part effective for gas separation; 20cm), place and fix the yarn bundle element in a sealed container, and approximately
A gas separation device of the type shown in the figure was manufactured. The gas separation device described above was connected to the test equipment, and the hollow interior of the hollow fiber membrane was first reduced to a pressure of approximately 3 mmHg, and then the mixed gas (mixed steam) was heated to 100°C from the gas separation device's mixed gas (mixed steam) supply port 3. A water-ethanol mixed vapor (80% by weight ethanol) was continuously fed along the outside of the hollow fiber membrane (bundle of hollow fiber membranes) 2 in the gas separation device for about 60 hours. While the mixed vapor flows along the outside of the hollow fiber membrane in the gas separation device, the permeate gas that has permeated the tube wall of the hollow fiber membrane passes through the hollow interior of the hollow fiber membrane and flows into the gas separation device. The permeated gas was taken out from the outlet 5, condensed and collected in a trap containing dry ice and ethanol. When 60 hours have elapsed, the supply of mixed steam is stopped, and instead nitrogen gas is supplied from the gas supply port 3 of the gas separation device along the outside of the hollow fiber membrane for about 60 minutes. After expelling the mixed vapor and the permeate gas inside the hollow fiber membrane to remove the vapor of the organic compound in the gas separation device, the reduced pressure inside the hollow fiber membrane was released. The gas separation operation substantially similar to that described above was repeated four more times for a total of 300 hours. After all of the above gas separation operations were completed, the gas separation apparatus was divided and the condition of the fiber bundles of the hollow fiber membranes was examined, but virtually no abnormalities or changes in appearance were found. Table 1 shows the water vapor permeation rate (PH 2 O; cm 3 /cm 2・sec・mmHg) and permselectivity (PH 2 O/PCH 3 CH 2 OH) at each stage in the gas separation operation. . Comparative Example 1 Before reducing the pressure inside the hollow fiber membrane of the gas separation device, a water-ethanol mixed vapor was supplied, and the mixed vapor was not replaced with nitrogen gas at all, and the supply of the mixed vapor was stopped. However, gas separation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the reduced pressure inside the hollow fiber membrane was released. After all the gas separation operations described above were completed, the gas separation device was disassembled and the condition of the fiber bundle element of the hollow fiber membrane was inspected. However, there was no slack in the fiber bundle of the hollow fiber membrane, and each hollow fiber The membranes were in a strongly stretched state, and two of the 100 hollow fiber membranes had become thinner and torn near the resin wall. Table 1 shows the water vapor permeation rate (PH 2 O; cm 3 /cm 2・sec・mmHg) and permselectivity (PH 2 O/PCH 3 CH 2 OH) at each stage in the gas separation operation. .

〔本発明の作用効果〕[Actions and effects of the present invention]

この発明は、前述のようにガス分離装置内に固
定された芳香族ポリイミド製中空糸膜の糸束エレ
メトンが、有機化合物の蒸気との接触・中断を繰
り返す際に、前記中空糸膜の屈曲、糸束の配列の
変形、又は中空糸膜の切断、あるいは、中空糸膜
のガス分離性能の低下が生じないように、ガス分
離のスタートとストツプとの操作に工夫をしたも
のであり、この発明のガス分離方法によれば、芳
香族ポリイミド製中空糸膜の損傷、その糸束エレ
メントの屈曲、変形など、さらに、その中空糸膜
のガス選択透過性などの急激な低下を防止するこ
とができるという効果を有している。
This invention provides for bending of the hollow fiber membrane when the fiber bundle element of the aromatic polyimide hollow fiber membrane fixed in the gas separation device is repeatedly brought into contact with and interrupted with the vapor of the organic compound as described above. The start and stop operations of gas separation are devised so that the arrangement of the fiber bundles is not deformed, the hollow fiber membranes are not cut, or the gas separation performance of the hollow fiber membranes is not degraded. According to the gas separation method, it is possible to prevent damage to the aromatic polyimide hollow fiber membrane, bending and deformation of its fiber bundle elements, and furthermore, a sudden decrease in the gas selective permeability of the hollow fiber membrane. It has this effect.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、この発明に使用される芳香族ポリイ
ミド製中空糸膜の糸束を内蔵しているガス分離装
置の概略を示す断面図である。 1;ガス分離装置、2;芳香族ポリイミド製中
空糸膜(糸束)、3;原料の混合ガス(混合蒸気)
の供給口、4;非透過ガス排出口、5;透過ガス
排出口、6;密封容器、7;樹脂壁。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a gas separation device incorporating a fiber bundle of aromatic polyimide hollow fiber membranes used in the present invention. 1; Gas separation device; 2; Aromatic polyimide hollow fiber membrane (fiber bundle); 3; Mixed gas of raw materials (mixed vapor)
supply port, 4; non-permeable gas discharge port, 5; permeable gas discharge port, 6; sealed container, 7; resin wall.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ガス分離性能を有する芳香族ポリイミド製中
空糸膜の外側に、有機化合物を含有する混合ガス
を供給し、前記中空糸膜の外側から内部へ前記混
合ガスの少なくとも一種のガス成分を選択的に透
過させて、連続的にガス分離を行う方法におい
て、 (a) 前記中空糸膜の外側に前記混合ガスを最初に
導入する前に、その中空糸膜の中空内を減圧と
なした後に、前記混合ガスを供給して、ガス分
離を開始し、さらに、 (b) 前記ガス分離を中断又は終了するために前記
混合ガスの導入を停止する際に、前記中空糸膜
の外側に、有機化合物及び/又は水蒸気を実質
的に含有していない置換用ガスを導入して、前
記ガス分離において中空糸膜の外側に存在して
いた前記混合ガスと置換した後、前記中空糸膜
の内部の減圧を解除し、ガス分離を中断又は終
了することを特徴とする気相膜分離方法。
[Scope of Claims] 1. A mixed gas containing an organic compound is supplied to the outside of an aromatic polyimide hollow fiber membrane having gas separation performance, and at least one of the mixed gases is supplied from the outside of the hollow fiber membrane to the inside. In a method of continuously performing gas separation by selectively permeating gas components, (a) before first introducing the mixed gas to the outside of the hollow fiber membrane, the inside of the hollow fiber membrane is depressurized; (b) when stopping the introduction of the mixed gas in order to interrupt or terminate the gas separation, the hollow fiber membrane is After introducing a replacement gas that does not substantially contain organic compounds and/or water vapor to the outside and replacing the mixed gas that was present outside the hollow fiber membrane in the gas separation, the hollow fiber A gas phase membrane separation method characterized by releasing the reduced pressure inside the membrane and interrupting or terminating gas separation.
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