JPH0565209B2 - - Google Patents
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- JPH0565209B2 JPH0565209B2 JP1239762A JP23976289A JPH0565209B2 JP H0565209 B2 JPH0565209 B2 JP H0565209B2 JP 1239762 A JP1239762 A JP 1239762A JP 23976289 A JP23976289 A JP 23976289A JP H0565209 B2 JPH0565209 B2 JP H0565209B2
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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
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-
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は膜装置能力の弱め調節システムおよ
びその方法に関する。
びその方法に関する。
（従来の技術）
大抵のガス発生方法は、上流または下流条件の
ため通常その最大能力すなわち銘板通りの能力を
発揮しないでいくぶん低い能力で作動するもので
ある。そのうえ、普通弱め要求すなわち、全速以
下より全速までの設定範囲でプラントは運転され
る能力がなければならない。そのうえ、プラント
は生成物回収率、生成物の純度、エネルギー要求
条件などのようなその他の外部要求条件に適合の
必要がある。大抵のガス発生工程設備において
は、装置の最適範囲がかなり広範に亘り周知のこ
とであつて、そのため適当な制御方法が開発され
て来たので弱め要求条件は問題点とはならないし
またプラントに組み入れて設計が可能である。し
かし、膜に基くガス加工プラントにおいては事情
を異にする。膜装置はかなり低い、すなわち、生
成物の純度のようないくつかの他の要求条件を犠
牲にすることなく典型的例として全流量の100％
から75％への弱め能力を有している。これは流量
の減少に伴い、単位流量当り面積の増加を来たす
事実によるものである。膜を通過するガスの透過
はその面積と、膜を横切る分圧差に比例するの
で、単位流量当り面積の増加に伴い、透過生成物
の中に好ましくない種類の分圧が送り側に増加
し、さらに大量のガスを膜を通して透過側に押し
やり、それによつてその濃度が下流側に上昇する
こととなる。従つて、送りの前記装置への流れが
減少するに従い、生成物純度はまた低下する。
ため通常その最大能力すなわち銘板通りの能力を
発揮しないでいくぶん低い能力で作動するもので
ある。そのうえ、普通弱め要求すなわち、全速以
下より全速までの設定範囲でプラントは運転され
る能力がなければならない。そのうえ、プラント
は生成物回収率、生成物の純度、エネルギー要求
条件などのようなその他の外部要求条件に適合の
必要がある。大抵のガス発生工程設備において
は、装置の最適範囲がかなり広範に亘り周知のこ
とであつて、そのため適当な制御方法が開発され
て来たので弱め要求条件は問題点とはならないし
またプラントに組み入れて設計が可能である。し
かし、膜に基くガス加工プラントにおいては事情
を異にする。膜装置はかなり低い、すなわち、生
成物の純度のようないくつかの他の要求条件を犠
牲にすることなく典型的例として全流量の100％
から75％への弱め能力を有している。これは流量
の減少に伴い、単位流量当り面積の増加を来たす
事実によるものである。膜を通過するガスの透過
はその面積と、膜を横切る分圧差に比例するの
で、単位流量当り面積の増加に伴い、透過生成物
の中に好ましくない種類の分圧が送り側に増加
し、さらに大量のガスを膜を通して透過側に押し
やり、それによつてその濃度が下流側に上昇する
こととなる。従つて、送りの前記装置への流れが
減少するに従い、生成物純度はまた低下する。
（発明が解決しようとする課題）
膜システムの弱めを、生成物純度に大きい犠牲
を与えることなく機能させる数方法が開発されて
きた。この種方法のうちの１つは膜モジユールの
一部を予め決められた生産量に合わせて自動的に
バルブ切断による移動を必要とする。膜システム
の弱めの間、膜面移動により作動させるシステム
はアメリカ合衆国特許第4397661号に記述されて
いる。この特許は複数のパーミエーター段階から
成り、その各段階が供給流れを受入れ、また少く
とも１つのパーミエーター段階からの透過流れを
前記透過システムからの予め決められた透過流体
の流量で開始ならびに停止させるパーミエーター
システムを開示する。このシステムは透過純度を
犠牲にすることなく装置の弱めを達成すると言わ
れる一方、このシステムは数個の小型モジユラー
単位装置を必ず必要とし、そのため結果として
「規模の経済性」の損失となる。そのうえ、膜面
制限の必要性は、前記システム、装置の大きさお
よび資本経費の複雑さを増加させる今以上の弁、
配管、器械設置を必要とする。これらシステムの
段階弱めはまた膜モジユールがバルブで切断され
る時、作業に中断をもたらし、それは上、下流双
方における他の加工装置に変化をもたらすため化
学プラントにおいては一般に好ましくないもので
ある。
を与えることなく機能させる数方法が開発されて
きた。この種方法のうちの１つは膜モジユールの
一部を予め決められた生産量に合わせて自動的に
バルブ切断による移動を必要とする。膜システム
の弱めの間、膜面移動により作動させるシステム
はアメリカ合衆国特許第4397661号に記述されて
いる。この特許は複数のパーミエーター段階から
成り、その各段階が供給流れを受入れ、また少く
とも１つのパーミエーター段階からの透過流れを
前記透過システムからの予め決められた透過流体
の流量で開始ならびに停止させるパーミエーター
システムを開示する。このシステムは透過純度を
犠牲にすることなく装置の弱めを達成すると言わ
れる一方、このシステムは数個の小型モジユラー
単位装置を必ず必要とし、そのため結果として
「規模の経済性」の損失となる。そのうえ、膜面
制限の必要性は、前記システム、装置の大きさお
よび資本経費の複雑さを増加させる今以上の弁、
配管、器械設置を必要とする。これらシステムの
段階弱めはまた膜モジユールがバルブで切断され
る時、作業に中断をもたらし、それは上、下流双
方における他の加工装置に変化をもたらすため化
学プラントにおいては一般に好ましくないもので
ある。
弱めの間、透過流れの純度改良に用いられてき
た第２の方法は透過圧を上昇させることである。
これは高透過性すなわち生成物、配合剤よりも高
速で低透過性配合物を横切るフラツクスを減少さ
せる。この方法によれば生成物純度は増加する
が、このような増加は生成物回収の低下を代償に
達成される。実際に、有意の生成物回収の低下は
生産速度が80％に達する時観察され、生産速度が
60％に達する時、非効率点に低下する。従つて、
普通の透過圧調節工程は、「微同調」制御機構と
してのみ適用可能であり、特に、固定純度で透過
が増加するに従い供給流量が低下する時弱め機構
として適用不可能である。
た第２の方法は透過圧を上昇させることである。
これは高透過性すなわち生成物、配合剤よりも高
速で低透過性配合物を横切るフラツクスを減少さ
せる。この方法によれば生成物純度は増加する
が、このような増加は生成物回収の低下を代償に
達成される。実際に、有意の生成物回収の低下は
生産速度が80％に達する時観察され、生産速度が
60％に達する時、非効率点に低下する。従つて、
普通の透過圧調節工程は、「微同調」制御機構と
してのみ適用可能であり、特に、固定純度で透過
が増加するに従い供給流量が低下する時弱め機構
として適用不可能である。
この発明の目的は、少くとも１つの他の成分を
含む供給ガス混合物から少くとも１つの気体成分
を分離する透過システムを提供することである。
含む供給ガス混合物から少くとも１つの気体成分
を分離する透過システムを提供することである。
（課題を解決するための手段）
この発明のシステムは、供給ガス混合物中に少
くとも１つの成分に対し選択的透過性のある少く
とも１つの半透過性膜を備える膜装置から成る。
一連の弁と制御装置を膜装置のまわりに配置して
前記膜装置を横切る差圧を有効に制御し、生成物
要求量の変化または供給流量の変化に合わせる。
容積流量弁を不良ガス流出口に沿い配置して膜装
置からの不良ガスすなわち非透過ガスの流量を調
節する。流量調節装置を不良カズ流出口に沿い配
置し、前記流出口を通過するガスの容積流量を測
定し、さらに前記容積流量弁を調節して前記不良
ガス流出口を通過するガス流量を実質的に一定量
になるように維持する。透過弁を透過ガス流出口
に沿い配置して膜装置で取り除かれる透過流で起
こる透過背圧を調節する。圧力調節器を前記透過
ガス流出口に沿い配置して前記流出口における圧
力を測定し、透過弁を調節して透過背圧を実質的
に一定に維持する。生成物要求量に合わせるた
め、随意に、第２圧力調節器を前記透過ガス流出
口に沿い配置し、前記透過弁下流の前記流出口の
圧力を測定する。前記透過弁は供給ガス流出口に
沿い配置された供給ガス弁の作動を調節して膜装
置に入る供給ガス流量を調節する。供給装置の変
化に合わせるため二者択一に、供給ガス弁を調節
して背圧調節ができる。
くとも１つの成分に対し選択的透過性のある少く
とも１つの半透過性膜を備える膜装置から成る。
一連の弁と制御装置を膜装置のまわりに配置して
前記膜装置を横切る差圧を有効に制御し、生成物
要求量の変化または供給流量の変化に合わせる。
容積流量弁を不良ガス流出口に沿い配置して膜装
置からの不良ガスすなわち非透過ガスの流量を調
節する。流量調節装置を不良カズ流出口に沿い配
置し、前記流出口を通過するガスの容積流量を測
定し、さらに前記容積流量弁を調節して前記不良
ガス流出口を通過するガス流量を実質的に一定量
になるように維持する。透過弁を透過ガス流出口
に沿い配置して膜装置で取り除かれる透過流で起
こる透過背圧を調節する。圧力調節器を前記透過
ガス流出口に沿い配置して前記流出口における圧
力を測定し、透過弁を調節して透過背圧を実質的
に一定に維持する。生成物要求量に合わせるた
め、随意に、第２圧力調節器を前記透過ガス流出
口に沿い配置し、前記透過弁下流の前記流出口の
圧力を測定する。前記透過弁は供給ガス流出口に
沿い配置された供給ガス弁の作動を調節して膜装
置に入る供給ガス流量を調節する。供給装置の変
化に合わせるため二者択一に、供給ガス弁を調節
して背圧調節ができる。
この発明の１実施例では、おのおのが複数の半
透過性膜または素子を備え、そのうちの数個を第
１透過管を介し、第２透過管を介して接続する残
余半透過膜または素子と接続させた１つ以上の膜
装置を利用できる。各透過管を別の透過ヘツダー
に接続する。各透過ヘツダーにおのおのバルブを
つけ、それによつて透過が前記素子の群の１つか
ら流れ弱め状態中は閉鎖できるが、膜装置はそれ
でもオンラインに維持できる。
透過性膜または素子を備え、そのうちの数個を第
１透過管を介し、第２透過管を介して接続する残
余半透過膜または素子と接続させた１つ以上の膜
装置を利用できる。各透過管を別の透過ヘツダー
に接続する。各透過ヘツダーにおのおのバルブを
つけ、それによつて透過が前記素子の群の１つか
ら流れ弱め状態中は閉鎖できるが、膜装置はそれ
でもオンラインに維持できる。
（作用）
ここにおいて、添付図面を参照しながらこの発
明をさらに詳細に説明する。
明をさらに詳細に説明する。
この発明は、弱めの諸工程が行われている間、
供給流れの中断または透過生成物の純度低下をも
たらすことなく透過膜装置の弱め制御システムと
その方法に関するものである。この発明は特に、
透過ガスを好ましい生成物にし、また残留物すな
わち非透過流れを価値の少くないものまたは全く
無価値なものにする諸工程に応用可能である。そ
れは特に、残留物流れが膜を透過後、残留物流れ
を加工してさらに利用するための圧力を低下させ
る事例に応用される。この種実施例の１つは精製
排ガス流れからの水素回収の方法で、そこにおい
て、残留物流れの圧力を低下させて、水素回収の
膜加工後、燃料として送ることである。この発明
を最適のものとする他の応用実施例にはアンモニ
アパージガスからの水素回収、水素処理位置パー
ジガスからの水素回収、水素分解装置パージガス
からの水素回収、粗ヘリウム流れからのヘリウム
回収およびその他のこの種工程が含まれる。
供給流れの中断または透過生成物の純度低下をも
たらすことなく透過膜装置の弱め制御システムと
その方法に関するものである。この発明は特に、
透過ガスを好ましい生成物にし、また残留物すな
わち非透過流れを価値の少くないものまたは全く
無価値なものにする諸工程に応用可能である。そ
れは特に、残留物流れが膜を透過後、残留物流れ
を加工してさらに利用するための圧力を低下させ
る事例に応用される。この種実施例の１つは精製
排ガス流れからの水素回収の方法で、そこにおい
て、残留物流れの圧力を低下させて、水素回収の
膜加工後、燃料として送ることである。この発明
を最適のものとする他の応用実施例にはアンモニ
アパージガスからの水素回収、水素処理位置パー
ジガスからの水素回収、水素分解装置パージガス
からの水素回収、粗ヘリウム流れからのヘリウム
回収およびその他のこの種工程が含まれる。
この発明のパーミエーターシステムは一連の流
量圧力検出器およびバルブを用いるが、それは膜
透過圧、膜残留物容積流量および、随意に供給ガ
ス流れまたは透過生成物要求量または上流工程の
要求量のそれぞれに合う背圧を調節する。この発
明の透過システムの１つの実施例は第１図の図面
に具体的に示されている。この図面を参照して、
供給ガス混合物は供給ガス流入口２を通過して、
前記供給ガス混合物の１成分に少くとも１つの他
の成分に透過するよりもより多く透過可能な少く
とも１つの半透過膜６を備える透過装置４に入
る。前記供給ガス流入口を前記膜装置４に入る供
給ガスが前記半透過膜の片方、すなわち混合物の
一部が膜を透過して透過側に透過させる不良ガス
側に接触するよう配置させる。供給ガス弁８を前
記供給ガス流入口２に沿つて配置し膜装置４に入
る供給ガスの流量を調節するかあるいは、若干の
実施例においては供給ガス弁装置の必要はない
が、二者択一に供給背圧を調節する。膜装置４と
流体連絡している不良ガス流出口１０を、前記半
透過膜６を通過透過しないガスがこの流出口１０
を通して除去できるよう配置する。容積流量弁を
前記不良ガス流出口１０に沿つて配置し、膜装置
４からの残留ガスの流量を調節する。流量調節装
置１４を前記不良ガス流出口に沿つて配置する
が、それは前記不良ガス流出口１０を通過するガ
スの容積流量を測定しまた、前記容積流量弁１２
を調節して前記流出口１０を通過するガスの容積
流量を調節する。前記流量調節装置１４は前記弁
１２を調節して、前記不良流出口１０を通過する
残留ガス流量を実質的に一定の弁で維持する。こ
れは供給側圧力を起こし、透過流量によつて増減
するが、高透過流量は高供給側圧力を必要とす
る。流量調節装置１４はたとえば電子信号または
インパルス１６を送り、自動的に前記容積流量弁
１２を開閉させる適当な方法で調節できる。
量圧力検出器およびバルブを用いるが、それは膜
透過圧、膜残留物容積流量および、随意に供給ガ
ス流れまたは透過生成物要求量または上流工程の
要求量のそれぞれに合う背圧を調節する。この発
明の透過システムの１つの実施例は第１図の図面
に具体的に示されている。この図面を参照して、
供給ガス混合物は供給ガス流入口２を通過して、
前記供給ガス混合物の１成分に少くとも１つの他
の成分に透過するよりもより多く透過可能な少く
とも１つの半透過膜６を備える透過装置４に入
る。前記供給ガス流入口を前記膜装置４に入る供
給ガスが前記半透過膜の片方、すなわち混合物の
一部が膜を透過して透過側に透過させる不良ガス
側に接触するよう配置させる。供給ガス弁８を前
記供給ガス流入口２に沿つて配置し膜装置４に入
る供給ガスの流量を調節するかあるいは、若干の
実施例においては供給ガス弁装置の必要はない
が、二者択一に供給背圧を調節する。膜装置４と
流体連絡している不良ガス流出口１０を、前記半
透過膜６を通過透過しないガスがこの流出口１０
を通して除去できるよう配置する。容積流量弁を
前記不良ガス流出口１０に沿つて配置し、膜装置
４からの残留ガスの流量を調節する。流量調節装
置１４を前記不良ガス流出口に沿つて配置する
が、それは前記不良ガス流出口１０を通過するガ
スの容積流量を測定しまた、前記容積流量弁１２
を調節して前記流出口１０を通過するガスの容積
流量を調節する。前記流量調節装置１４は前記弁
１２を調節して、前記不良流出口１０を通過する
残留ガス流量を実質的に一定の弁で維持する。こ
れは供給側圧力を起こし、透過流量によつて増減
するが、高透過流量は高供給側圧力を必要とす
る。流量調節装置１４はたとえば電子信号または
インパルス１６を送り、自動的に前記容積流量弁
１２を開閉させる適当な方法で調節できる。
前記膜装置４と流体連絡する透過ガス流出口１
８を、前記半透過膜６を通つて透過する前記供給
ガスのその部分が前記膜装置から除去できるよう
に配置する。透過弁２０を透過ガス流出口１８に
沿つて配置して透過背圧を調節する。圧力調節装
置２２を前記透過ガス流出口１８に沿つて配置す
るがそれは前記透過弁２０の上流の透過ガス流出
口１８の圧力を測定し前記弁２０を調節する。流
量の高低流量それぞれにより透過流量が増減する
に従い、弁２０上流の圧力がそれにより増減す
る。圧力は圧力調節装置２２で検知するが、それ
は電気的インパルス２４によるような適当な方法
で透過弁２０を開閉させて実質的に一定の透過背
圧を維持する。
８を、前記半透過膜６を通つて透過する前記供給
ガスのその部分が前記膜装置から除去できるよう
に配置する。透過弁２０を透過ガス流出口１８に
沿つて配置して透過背圧を調節する。圧力調節装
置２２を前記透過ガス流出口１８に沿つて配置す
るがそれは前記透過弁２０の上流の透過ガス流出
口１８の圧力を測定し前記弁２０を調節する。流
量の高低流量それぞれにより透過流量が増減する
に従い、弁２０上流の圧力がそれにより増減す
る。圧力は圧力調節装置２２で検知するが、それ
は電気的インパルス２４によるような適当な方法
で透過弁２０を開閉させて実質的に一定の透過背
圧を維持する。
透過ガスに対する下流要求量が増減するに従
い、透過弁２０の下流の透過ガス流出口１８にお
ける圧力がそれにより増減する。膜を流れるガス
が透過要求量に合うよう調節される実施例におい
て、透過ガス流出口１８のこの部分における圧力
を前記流出口１８に沿つて配置された第２圧力調
節装置２６により検知するが、前記調節装置は電
気的インパルス２８または他の適当な方法によ
り、前記流出口１８のこの部分の圧力が低下する
時前記弁８が開口しまた前記圧力が上昇する時弁
は閉鎖するように前記供給ガス流入口２に沿つて
配置された供給ガス弁８を調節する。このように
して透過生成物要求量に従つて供給流量を調節す
る。
い、透過弁２０の下流の透過ガス流出口１８にお
ける圧力がそれにより増減する。膜を流れるガス
が透過要求量に合うよう調節される実施例におい
て、透過ガス流出口１８のこの部分における圧力
を前記流出口１８に沿つて配置された第２圧力調
節装置２６により検知するが、前記調節装置は電
気的インパルス２８または他の適当な方法によ
り、前記流出口１８のこの部分の圧力が低下する
時前記弁８が開口しまた前記圧力が上昇する時弁
は閉鎖するように前記供給ガス流入口２に沿つて
配置された供給ガス弁８を調節する。このように
して透過生成物要求量に従つて供給流量を調節す
る。
供給背圧を実質的に一定するよう保持するもう
１つの実施例において、供給ガス弁８から上流の
供給ガス流入口２に沿つて配置された圧力検出器
２７は電気的インパルス２９または他の機構によ
つて調節し、供給背圧を一定に維持できる。この
発明の必須部材が前記容積流量弁１２および流量
調節装置１４で、残留ガス流量を一定に維持し、
また透過弁２０および圧力調節装置２２で透過背
圧を一定に維持することを認識すべきである。そ
の他すべての弁および調節機構は最適条件にあつ
てこの発明の種々の実施例の典型を示す。
１つの実施例において、供給ガス弁８から上流の
供給ガス流入口２に沿つて配置された圧力検出器
２７は電気的インパルス２９または他の機構によ
つて調節し、供給背圧を一定に維持できる。この
発明の必須部材が前記容積流量弁１２および流量
調節装置１４で、残留ガス流量を一定に維持し、
また透過弁２０および圧力調節装置２２で透過背
圧を一定に維持することを認識すべきである。そ
の他すべての弁および調節機構は最適条件にあつ
てこの発明の種々の実施例の典型を示す。
第２図の図面はこの発明の実施例を示し、そこ
において膜装置４には分離膜素子の形で複数の半
透過膜がある。１群の膜素子５を共通透過管とヘ
ツダー配置１７を介して接続する。第２群の膜素
子７を第２の分離透過管およびヘツダー配置２１
に接続する。透過管とヘツダー配置１７と２１と
をある形態の閉塞により分離しまた弁１９および
２３それぞれによつて独立して調節する。これは
素子５もしくは７のいずれかの群からの透過流量
が弱めの期間中の閉鎖を可能にする。この実施例
は15％という低い設計率に弱めを可能にしている
一方透過生成物純度と回収とを典型的に基準範囲
内に維持する。そのうえ、すべての膜素子は全弱
め供給流量範囲を通じてオンラインであり従つて
素子は流量変化に役立つ必要はない。これは手動
単離、減圧およびパージ操作を省略させ、さらに
膜への頻繁な再加圧および運転の再開始が防げ
る。第２図の図面に示されている通り、この２重
透過ヘツダー配置は、第１図の図面に示された調
節システムと併用できまたその方が好ましい。し
かしどちらの調節システムも他方のシステムとは
関係なく使用できる。
において膜装置４には分離膜素子の形で複数の半
透過膜がある。１群の膜素子５を共通透過管とヘ
ツダー配置１７を介して接続する。第２群の膜素
子７を第２の分離透過管およびヘツダー配置２１
に接続する。透過管とヘツダー配置１７と２１と
をある形態の閉塞により分離しまた弁１９および
２３それぞれによつて独立して調節する。これは
素子５もしくは７のいずれかの群からの透過流量
が弱めの期間中の閉鎖を可能にする。この実施例
は15％という低い設計率に弱めを可能にしている
一方透過生成物純度と回収とを典型的に基準範囲
内に維持する。そのうえ、すべての膜素子は全弱
め供給流量範囲を通じてオンラインであり従つて
素子は流量変化に役立つ必要はない。これは手動
単離、減圧およびパージ操作を省略させ、さらに
膜への頻繁な再加圧および運転の再開始が防げ
る。第２図の図面に示されている通り、この２重
透過ヘツダー配置は、第１図の図面に示された調
節システムと併用できまたその方が好ましい。し
かしどちらの調節システムも他方のシステムとは
関係なく使用できる。
上述の弱め調節システムはたとえば中空繊維、
螺旋巻き平板などのような広範囲の膜および膜素
子に応用される。そのうえ、直列または並列にし
た膜装置、膜素子、流入口、流出などの数は重大
な問題でなく、この発明の範囲によつてすべて包
含されているということである。
螺旋巻き平板などのような広範囲の膜および膜素
子に応用される。そのうえ、直列または並列にし
た膜装置、膜素子、流入口、流出などの数は重大
な問題でなく、この発明の範囲によつてすべて包
含されているということである。
（実施例）
実施例 １
全生産力すなわち100％の流量で95.14％の水素
純度および75.46％の水素回収率となるよう設計
された典型的透過システムの弱め期間中種々の生
産速度で達成される水素透過生成物純度測定のた
め計算を実施した。前記計算は弱め調節なしの在
来パーミエーターシステムおよび第１図に詳説さ
れた調節システムを用いるパーミエーターとの双
方に対し実施された。使用された供給材料組成物
は次の組成をもつ水添分解装置廃ガスであつた： 供給組成物（モル％） H2 74.90 CO2 2.51 O2 1.00 CO 1.50 CH4 7.52 N2 7.77 C2H6 1.00 C3H8 3.00 C4H10 0.30 C5H10 0.30 前記双方システムの計算結果は第３図のグラフ
に示されている。このグラフからは、調節システ
ムなしの装置に至る流量を弱める時、前記透過生
成物純度は急速に劣化することがわかる。たとえ
ば、透過生成物純度は100％流量で約95％、45％
流量でわずか88.6％と計算された。グラフで示さ
れていない別の計算は透過純度が20％流量で80％
以下を示している。しかし、逆にこの発明の調節
システムを使用する同類透過システムは、弱め期
間中かなり高い透過純度を維持した。すなわち、
この種システムは100％流量で95％の水素透過純
度、27％流量で93.2％の透過純度を出した。従つ
て、この発明のシステムは、弱めレベルで有意に
高い純度の生成物を可能にし、従つて最低レベル
の生成物純度を達成するに必要な最低流量はこの
調節機構なしのシステムにおけるよりもかなり下
廻る。
純度および75.46％の水素回収率となるよう設計
された典型的透過システムの弱め期間中種々の生
産速度で達成される水素透過生成物純度測定のた
め計算を実施した。前記計算は弱め調節なしの在
来パーミエーターシステムおよび第１図に詳説さ
れた調節システムを用いるパーミエーターとの双
方に対し実施された。使用された供給材料組成物
は次の組成をもつ水添分解装置廃ガスであつた： 供給組成物（モル％） H2 74.90 CO2 2.51 O2 1.00 CO 1.50 CH4 7.52 N2 7.77 C2H6 1.00 C3H8 3.00 C4H10 0.30 C5H10 0.30 前記双方システムの計算結果は第３図のグラフ
に示されている。このグラフからは、調節システ
ムなしの装置に至る流量を弱める時、前記透過生
成物純度は急速に劣化することがわかる。たとえ
ば、透過生成物純度は100％流量で約95％、45％
流量でわずか88.6％と計算された。グラフで示さ
れていない別の計算は透過純度が20％流量で80％
以下を示している。しかし、逆にこの発明の調節
システムを使用する同類透過システムは、弱め期
間中かなり高い透過純度を維持した。すなわち、
この種システムは100％流量で95％の水素透過純
度、27％流量で93.2％の透過純度を出した。従つ
て、この発明のシステムは、弱めレベルで有意に
高い純度の生成物を可能にし、従つて最低レベル
の生成物純度を達成するに必要な最低流量はこの
調節機構なしのシステムにおけるよりもかなり下
廻る。
実施例 ２
第２図の図面に示されている弱め調節付きパー
ミエーターシステムを開発した。実際のシステム
には複数の膜装置が圧力管外被の形で備わつてお
り、そのおのおのには複数の螺旋巻き素子が備わ
る。前記圧力管外被内の各素子をその透過管で接
続した。数素子からの透過を二重透過設計により
単離させ、それにより膜面積の縮小が各分離透過
ヘツダーをバルブと調節し、それによつて透過流
量を１群の素子から閉鎖できた。このシステムを
使用して、最大能から弱め域まで、すなわち100
％流量から20％流量で水添分解装置廃ガスからの
水素回収に用いられた。水素透過生成物純度を93
乃至95％に維持しながら改良水素回収率を弱め域
で測定した。第２図の図面に詳説したようにこの
発明の弱めシステム設計は、大きい範囲の弱め流
量で高い純度の水素生成物と高い回収率の双方を
提供する。
ミエーターシステムを開発した。実際のシステム
には複数の膜装置が圧力管外被の形で備わつてお
り、そのおのおのには複数の螺旋巻き素子が備わ
る。前記圧力管外被内の各素子をその透過管で接
続した。数素子からの透過を二重透過設計により
単離させ、それにより膜面積の縮小が各分離透過
ヘツダーをバルブと調節し、それによつて透過流
量を１群の素子から閉鎖できた。このシステムを
使用して、最大能から弱め域まで、すなわち100
％流量から20％流量で水添分解装置廃ガスからの
水素回収に用いられた。水素透過生成物純度を93
乃至95％に維持しながら改良水素回収率を弱め域
で測定した。第２図の図面に詳説したようにこの
発明の弱めシステム設計は、大きい範囲の弱め流
量で高い純度の水素生成物と高い回収率の双方を
提供する。
（発明の効果）
この発明のパーミエーターシステム設計は通常
システムで達成できるよりもかなり低い透過純度
低下度および高透過回収率を備えてなおこのシス
テムに弱めを可能にしている。
システムで達成できるよりもかなり低い透過純度
低下度および高透過回収率を備えてなおこのシス
テムに弱めを可能にしている。
第１図の図面は単一透過流出口を備えるこの発
明の透過システムの略図、第２図の図面は、数個
の半透過膜を備えそのうちの数個が第１のパーミ
エーター流出口を使用し、残量が第２のパーミエ
ーター流出口を使用し、前記パーミエーター流出
口は独立してバルブにより調節されるように配設
されたこの発明のパーミエーターシステムの略
図、第３図の図面は、透過水素流量と、弱め調節
の備わらないパーミエーターシステムとこの発明
によるシステム双方および最も透過性のある成分
としての水素による多成分ガスシステムの透過水
素流量と透過水素純度の間の関係を示すグラフで
ある。 ２……供給ガス流入口、４……膜装置、５……
膜素子、６……半透過性膜、７……膜素子、８…
…供給ガス弁、１０……不良ガス流出口、１２…
…容積流量、１４……流量調節装置、１６……電
子信号またはインパルス、１７……ヘツダー配
置、１８……透過ガス流出口、１９……弁、２０
……透過弁、２１……ヘツダー配置、２２……圧
力調節装置、２３……弁、２４……電気的インパ
ルス、２６……第２圧力調節装置、２７……圧力
検知器、２８，２９……電気的インパルス。
明の透過システムの略図、第２図の図面は、数個
の半透過膜を備えそのうちの数個が第１のパーミ
エーター流出口を使用し、残量が第２のパーミエ
ーター流出口を使用し、前記パーミエーター流出
口は独立してバルブにより調節されるように配設
されたこの発明のパーミエーターシステムの略
図、第３図の図面は、透過水素流量と、弱め調節
の備わらないパーミエーターシステムとこの発明
によるシステム双方および最も透過性のある成分
としての水素による多成分ガスシステムの透過水
素流量と透過水素純度の間の関係を示すグラフで
ある。 ２……供給ガス流入口、４……膜装置、５……
膜素子、６……半透過性膜、７……膜素子、８…
…供給ガス弁、１０……不良ガス流出口、１２…
…容積流量、１４……流量調節装置、１６……電
子信号またはインパルス、１７……ヘツダー配
置、１８……透過ガス流出口、１９……弁、２０
……透過弁、２１……ヘツダー配置、２２……圧
力調節装置、２３……弁、２４……電気的インパ
ルス、２６……第２圧力調節装置、２７……圧力
検知器、２８，２９……電気的インパルス。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 少くとも１つの気体成分を少くとも１つの他
成分を含む供給ガス混合物から分離するパーミエ
ーターシステムであり、前記供給ガス混合物の１
成分に対する透過性が少くとも１つの他成分に対
するより高い少くとも１つの半透過性膜から成
り、前記半透過性膜には不良ガス側と透過側とが
備わる膜装置と、 前記膜装置と流体連絡し、前記供給ガス混合物
が前記供給流入口を通過して前記半透過性膜の不
良ガス側に接触するように配設された供給流入口
と、 前記膜装置と流体連絡し、前記半透過性膜を通
して透過しないガスが前記膜装置から前記不良ガ
ス流出口を介して除去できるように配設された不
良ガス流出口と、 前記不良ガス流出口に沿つて配設され不良ガス
の流量を前記ガス流出口を通して調節する容積流
量弁と、 前記ガスの容積流量を前記不良ガス流出口を通
して測定し、また前記容積流量弁を調節して前記
ガス流量を前記不良ガス流出口を通して調節する
前記不良ガス流出口に沿つて配設した流量調節装
置と、 前記膜装置と流体連絡し、前記半透過性膜を通
つて透過する前記供給ガスの１部分が前記膜装置
から除去されるように配設された透過ガス流出口
と、 前記透過ガス流出口に沿つて配設し、透過背圧
を調節する透過弁機構、および 前記透過弁機構の上流の透過ガス流出口におけ
る圧力を測定しまた前記透過弁機構を調節する圧
力調節装置、 から成るパーミエーターシステム。 ２ 前記システムが前記供給ガス流入口に沿つて
配設し膜装置に入る供給ガスの流れを調節するこ
とからさらに成ることを特徴とする請求項１によ
るパミエーターシステム。 ３ 前記透過弁機構の下流の前記透過ガス流出口
における圧力を測定する前記透過ガス流出口に沿
つて配設され、また前記供給流入口に沿つて配設
された前記供給ガス弁の作動を調節して前記膜装
置に入る供給ガスの流量を調節する第２圧力調節
装置からさらに成ることを特徴とする請求項２に
よるパーミエーターシステム。 ４ 前記供給背圧を測定する供給ガス流入口に沿
つて配設され、また前記供給ガス弁の作動を調節
して供給背圧を一定に維持する圧力調節装置から
さらに成ることを特徴とする請求項２によるパー
ミエーターシステム、 ５ 前記不良ガス流出口に沿つて配設された前記
流量調節装置がさらに前記供給ガス弁の作動を調
節して膜装置に入るガス流量を調節することを特
徴とする請求項２によるパーミエーターシステ
ム。 ６ 前記膜装置は圧力管外被であることを特徴と
する請求項１によるパーミエーターシステム。 ７ 前記膜装置には複数の半透過性膜素子がある
ことを特徴とする請求項１によるパーミエーター
システム。 ８ 前記複数の半透過性素子は、数個の素子が共
通の透過管とヘツダーを介して、第２の独立透過
管とヘツダーを介して接続される残余素子と接続
されるように設計されていることを特徴とする請
求項７によるパーミエーターシステム。 ９ 前記おのおの透過ヘツダーは独立してバルブ
によつて調節されていることを特徴とする請求項
８によるパーミエーターシステム。 １０ 前記流量調節装置は電子信号を使用して前
記容積流量弁を調節することを特徴とする請求項
１によるパーミエーターシステム。 １１ 前記透過ガス流出口に沿つて配設された圧
力調節装置は前記透過弁を電子信号を用いて調節
することを特徴とする請求項１によるパーミエー
ターシステム。 １２ 前記第２圧力調節装置は供給流入口に沿つ
て配設された供給ガス弁を電子信号を用いて調節
することを特徴とする請求項３によるパーミエー
ターシステム。 １３ 前記圧力管外被には複数の半透過性膜素子
が含まれることを特徴とする請求項６によるパー
ミエーターシステム。 １４ 前記パーミエーターシステムは複数の膜装
置から成ることを特徴とする請求項１によるパー
ミエーターシステム。 １５ 前記膜装置のおのおのには複数の半透過性
膜素子が含まれていることを特徴とする請求項１
４によるパーミエーターシステム。 １６ 少くとも１つの他成分を含む供給ガス混合
物の１成分を、半透過性膜を含む膜装置に前記供
給ガスを通過させて分離させそれにより１成分を
前記膜を通る選択的透過により分離し、またその
後、前記膜装置から透過性成物として透過ガス流
出口を通し除去あるいは回収する一方、非透過成
分を残留ガスとして不良カズ流出口を通して除去
するようにする方法において、弱めの期間中高透
過生成物純度を供給流量容量中に維持するため、 (a) 実質的に一定の透過背圧を前記透過ガス流出
口において維持することと、 (b) 前記不良ガス流出口を通る残留ガス流量を実
質的に一定数値に維持すること、 から成る供給ガス混合物成分の分離方法。 １７ 前記供給ガス混合物はアンモニアパージガ
ス、水素処理装置パージガス、水添分解装置ガス
および粗ヘリウム流れから成る群から選ばれるこ
とを特徴とする請求項１６による供給ガス混合物
成分の分離方法。 １８ 前記透過生成物は水素であることを特徴と
する請求項１６による供給ガス混合物成分の分離
方法。 １９ 前記透過ガス流出口における前記透過背圧
を前記透過ガス流出口に沿つて配設された弁によ
つて実質的に一定に保持し、前記弁を、前記透過
背圧を測定する圧力調節装置により調節すること
を特徴とする請求項１６による供給ガス混合物成
分の分離方法。 ２０ 不良ガス流出口を通る残量ガス流量を前記
不良ガス流出口に沿つて配設された弁により実質
的に一定に保持し、前記弁を前記不良ガス流出口
を通るガスの容積流量を測定する流量調節装置に
より調節することを特徴とする請求項１９による
供給ガス混合物成分の分離方法。 ２１ 膜装置に至る供給ガス流量を供給ガス流入
口に沿つて配設された弁により調節し、そこにお
いて前記弁を、透過ガス流出口に沿つて配設され
た前記弁の下流の前記透過ガス流出口に沿つて配
設された圧力調節装置により調節することを特徴
とする請求項２０による供給ガス混合物成分の分
離方法。 ２２ 前記分離方法であつて、膜装置に至る供給
ガス流量を調節して、透過生成物要求量の供給ガ
スに対する比を実質的に一定に維持することを特
徴とする請求項１６による供給ガス混合物成分の
分離方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US244769 | 1988-09-15 | ||
| US07/244,769 US4857082A (en) | 1988-09-15 | 1988-09-15 | Membrane unit turn-down control system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02115018A JPH02115018A (ja) | 1990-04-27 |
| JPH0565209B2 true JPH0565209B2 (ja) | 1993-09-17 |
Family
ID=22924043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1239762A Granted JPH02115018A (ja) | 1988-09-15 | 1989-09-14 | パーミエーターシステムと供給ガス混合物成分の分離方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4857082A (ja) |
| EP (1) | EP0359149A1 (ja) |
| JP (1) | JPH02115018A (ja) |
| CA (1) | CA1321361C (ja) |
Families Citing this family (52)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8916510D0 (en) * | 1989-07-19 | 1989-09-06 | Boc Group Plc | Separation of gas mixtures |
| US4944776A (en) * | 1989-10-05 | 1990-07-31 | Andrew Corporation | Dehumidifier for waveguide system |
| US5118327A (en) * | 1989-10-05 | 1992-06-02 | Andrew Corporation | Dehumidifier for supplying gas having controlled dew point |
| US4995889A (en) * | 1990-02-23 | 1991-02-26 | Air Products And Chemials, Inc. | Control of product withdrawal from a sorptive separation system |
| US5042994A (en) * | 1990-05-25 | 1991-08-27 | Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation | Control of pressure swing adsorption operations |
| US5131929A (en) * | 1991-05-06 | 1992-07-21 | Permea, Inc. | Pressure control for improved gas dehydration in systems which employ membrane dryers in intermittent service |
| CA2070150A1 (en) * | 1991-06-03 | 1992-12-04 | Jean-Renaud Brugerolle | Membrane generators having high flexibility |
| US5258056A (en) * | 1991-09-27 | 1993-11-02 | The Boc Group, Inc. | PSA system with product turndown and purity control |
| DE4214551C2 (de) * | 1992-04-27 | 1996-06-20 | Geesthacht Gkss Forschung | Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von über Flüsssigkeiten entstehenden Gasgemischen |
| US5266101A (en) * | 1992-08-26 | 1993-11-30 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges | Membrane gas generator in association with bulk storage for increased flexibility and productivity |
| US5302189A (en) * | 1992-08-26 | 1994-04-12 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Membrane nitrogen gas generator with improved flexibility |
| US5762690A (en) * | 1992-11-25 | 1998-06-09 | Andrew Corporation | Dehumidifier for supplying air using variable flow rate and variable pressure in a membrane dryer |
| US5281253A (en) * | 1993-01-06 | 1994-01-25 | Praxair Technology, Inc. | Multistage membrane control system and process |
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| FR2712821B1 (fr) * | 1993-11-26 | 1995-12-22 | Air Liquide | Procédé et installation de fourniture d'azote au moyen de membranes semi-perméables utilisant une géométrie membranaire variable. |
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