JPH07100126B2 - 気体成分分離方法および装置 - Google Patents

気体成分分離方法および装置

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JPH07100126B2
JPH07100126B2 JP61105778A JP10577886A JPH07100126B2 JP H07100126 B2 JPH07100126 B2 JP H07100126B2 JP 61105778 A JP61105778 A JP 61105778A JP 10577886 A JP10577886 A JP 10577886A JP H07100126 B2 JPH07100126 B2 JP H07100126B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は、一般に、気体分離技術に関し、特に、膜シス
テムを使用し、より低廉な膜カートリッジ構造体の使用
を可能にし、所定の分離を行なう特別に便利で新規な方
法および装置に関する。
（ロ） 従来の技術および問題点 典型的な膜システムは、多孔質内側および膜分離スキン
外側を有する中空の管状膜を備えている。逆浸透法（R
O）または限外過（OUF）等の従来技術による液体／溶
質分離膜システムは、「濃度分極」として知られる現象
を生じ、その結果、分離せんとする対象成分が分離層
（膜「スキン」）上に益々、濃縮することとなる。この
濃度増大によって、透過性成分の膜を通る透過率は低下
し、分離度も低下する結果となる。液体／溶質の「濃度
分極」現象を軽減するためには、供給流は分離膜に対し
正接状態にて相当な速度で供給し、保持された成分を膜
スキンから大量に移動させ、大量の供給流を形成するこ
とが必須である。スキン側の反対側から、供給流を導入
した場合、分離せんとする溶質が、主として、拡散によ
って、輸送される際に通過する多孔質バッキング内側に
て、流体は、ほぼ滞留した追加的な層を形成するため、
上記濃度成極現象はさらに悪化する。
上記の如き方法は、膜を用いた気体の分離、即ち、気体
流を膜の「スキン」側に維持し、濃度成極を軽減する気
体分離に採用されている。上記型式のシステムの例は、
米国特許第4,329,157号の第７図に開示されている。
中空繊維製膜の幾何学的形状にとって、膜のスキン側
は、繊維の内側または外側の何れに形成してもよい。技
術的には、一体形のスキンを備え、または繊維の外側に
複合被覆したいわゆる非対称形膜を成形することが、容
易であり且つ一般に低廉である（即ち、商業的に採算が
とれる）。非対称形または複合薄膜を備えた一般に入手
可能な膜気体分離システムの全部ではないにしても、そ
のほとんどは、供給気体を膜のスキン側にて流動させ、
濃度成極を防止、いまたは軽減するものである。外側ス
キンを備えた中空繊維の場合、この方法では、上記米国
特許に開示されている如く、供給気体は、繊維束の外側
に沿って流動させる必要がある。膜繊維の外側に沿っ
て、供給気体を均一に流動させることは、内側で流動さ
せる場合と比べて、はるかに困難であり、死角部分を解
消し、良好な均一な流れ分布を維持するためには、精緻
な構造が必要となる。
本発明の重要な目的は、膜モジュールによる気体分離の
ための改良した装置および技術を提供することである。
（ハ） 問題点を解決するための手段 本発明によれは、供給気体流は、分離「スキン」側と反
対側の正接方向に沿って、膜に供給される。本装置の具
体的な並流型構成においては、外側周縁部をスキン側と
した中空管状薄膜は、両端が開放し、円筒状ハウジング
内に定座している。このハウジングは、供給気体を導入
させる開放端並びにに気体成分を分配するための第２開
放端を備え、さらに、周縁壁の上記第２開放端付近に
は、膜を通って拡散する透過成分を通過させるための第
３開口部が形成されている。
向流状態に構成した本発明の一特徴によると、膜は拘束
して供給気体とは逆方向に向けて拡散成分を流動させ、
ケーシングの開口吹から吸引される。このケーシング
は、可撓性を備え、重量を軽減するかまたは、利用可能
なスペースに順応させることができ、圧力容器とすると
する必要はない。
（ニ） 実施例 添付図面、特に、第１図を参照すると、気体流がボアを
通過し、内腔の外側に分離スキン層を備えた単一中空繊
維の略図が示してある。繊維11は、内腔12を囲撓する壁
および繊維11の周縁表面に形成したスキン13を備えてい
る。分離せんとする成分をを含んだ供給気体は、矢印15
で示すように、繊維11の端部14にて内腔12に流入する。
透過成分は、繊維11の壁およびその外側スキン13を通っ
て、拡散し、矢印16で示すように、供給気体から分離さ
れた成分は、繊維の軸線に対して、直角に流動する。非
透過成分は、矢印18で示した方向に沿って、中空繊維11
の端部17から排出される。
従来技術の液体／溶質膜分離システムの経験とは異な
り、濃度分極は悪化せず、スキン分離層と反対の膜側に
おける供給気体流は、分離システムの性能を損う作用の
生じないことがわかった。これは、分離バリヤーにおい
て、気体が著しく相互に拡散し、膜を介して、バルク分
離気体流に戻り、さらに、経済的なマス流束レベルは、
液体分離システムにおけるよりも、全体として著しく小
さくなるためである。
第２図を参照すると、本発明による気体分離膜の部分断
面図が示してある。円筒状ハウジング21は、矢印23で示
すように、流動する供給気体を導入させるための一端に
形成した軸方向入口22、矢印25で示した流動方向に沿っ
て、非透過成分を排出するための他端に形成した軸方向
出口24、および矢印27で示した横方向に沿って透過成分
を放出する直交出口26を備えている。ハウジング21は、
中空繊維11のカートリッジを備えている。中空繊維11は
ハウジング21の内壁に対して環状に密封された出口ヘッ
ダ31および入口ヘッド32内に支持されており、ヘッダを
介する唯一の流体連通が、中空繊維11のボアを経て行な
われる。中空繊維11のカートリッジは、ヘッダ32および
反対側の開放出口27に固着し、並流を促進し得るように
したマイラー（Mylar）フィルム等の非透過性カバー内
に収納することができる。この方法は、供給端部にて繊
維をヘッダに植込み、繊維の供給開口部を閉塞すること
を教示する上記米国特許4,329,157号の第７図に例とし
て挙げた従来技術とは異なる構成である。この閉塞は、
繊維の外側スキンに沿って供給気体流を流動させる従来
技術において必須である。
従来の分離システムの場合、供給気体圧が大気圧以上の
ときは、繊維は圧力容器内に収納しなければならない。
本発明によれば圧力容器は不要であり、ケーシングは可
撓性を持たせ、重量を軽減するか、または所定の形状に
適合させることが可能となる。
第２図を参照すると、向流システムとした、本発明の別
の実施態様が示してある。対応する要素は、第２図およ
び第３図と同一の参照符号で示してある。第３図の実施
態様の構造は、第２図の構造と同様であるが、中空繊維
11は、マイラースリーブ33等の非透過性カバー内に収納
してある点で異なっている。このスリーブ33は、一端が
ヘッダ31に密封され、ヘッダ32に対面する端部は開放し
ているため透過成分は、矢印27の方向に沿って出口26か
ら排出される。
（ホ） 効果 本発明は、多数の利点を備えている。カートリッジ式構
造は、比較的簡単であり、より低廉なシステムの一部と
することができる。圧力状態にて作動させる際には、ケ
ーシングは外側スキンに沿って、供給気体を流動させる
場合ほどの高圧に耐えられるよう設計する必要はない。
外側スキンは、供給気体流を管の内側に沿って流動させ
るのに応答して、引張り状態にあっても、接触しない状
態に保たれる。より容易に向流状態を実現することがで
きる。
液体膜を使用することも、本発明の範囲である。さら
に、膜は非透過成分がケーシングの流入側と同一側から
排出されるように、直線状である必要はない。非スキン
側、即ち繊維の内側にて供給するのが実験的であること
を証明するため、10psigの空気流をカートリッジに供給
し、10％転換させる試験を行なった。次の表に掲げた有
効透過性に関するデータは、77゜Ｆの温度に修正してあ
る。
このようにして、繊維のボアを通じて、非スキン側で供
給する場合の結果は、スキン側、即ち、繊維の外側にて
供給する場合と同一の結果となる。また、向流は、並流
と比べ、カートリッジ全体の見掛けの選択度に優れるこ
とがわかった。
本発明は、管状体として適用する場合について説明した
が、他の構成の膜を使用することも、本発明の原理の範
囲内である。例えば、１対の膜の各非スキン側間を通る
供給気体流に対して、１対の対向する板状膜を使用する
こともできる。供給流動は、供給端における圧力を大気
圧以上とし、出口端における圧力を大気圧以下とする
か、または、その両者を組合せることによて、実現する
ことができる。
以上、比較的長期に亘って、良好に作動する比較的低廉
なモジュールを用いて、容易に、所定の分離を行ない得
ることを含む多数の利点を特徴とする膜モジュールを使
用する新規な装置および技術について説明した。
【図面の簡単な説明】
第１図は気体流がボアを流動し、内腔の外側を分離スキ
ン層とした単一中空繊維の概略図。第２図は気体分離シ
ステム内における多数の並流中空繊維を備えた本発明に
よる分離システムの部分断面図。第３図は本発明による
向流システムの部分断面図。 11……繊維 12……内腔 13……スキン 14……端 15……矢印 16……矢印 17……端 18……矢印 21……ハウジング 22……入口 23……矢印 24……軸方向出口 25……矢印 27,27′……矢印 31……出口ヘッダ 32……入口ヘッダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−20989（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−59212（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−50253（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−221338（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−35705（ＪＰ，Ｕ)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一側がスキン側で他側が非スキン側である
    非対称型分離膜を用いて気体の成分を分離する気体成分
    分離方法であって、 複数の成分を含有する供給ガスを前記分離膜の各々の前
    記非スキン側に沿って接線方向に送り出して該非対称型
    分離膜から特定の成分を透過させ、次に、透過した該成
    分を取り出すことを特徴とする気体成分分離方法。
  2. 【請求項２】前記非対称型分離膜は各々中空繊維から成
    り、該中空繊維はその中心に開孔を有し、前記スキン側
    が前記中空繊維の外面側、前記非スキン側が前記中空繊
    維の内面側であり、もって、前記供給ガスを送り出す際
    に、該供給ガスを前記中空繊維の開孔の孔内に送り込む
    ことを特徴とする請求項１に記載の気体成分分離方法。
  3. 【請求項３】前記非対称型分離膜は近接配置された複数
    本の中空繊維から成り、前記供給ガスを前記非スキン側
    に沿って接線方向に送り出す際に、近接配置された前記
    非対称型分離膜の夫々前記開孔内に送り出すことを特徴
    とする請求項２に記載の気体成分分離方法。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の方法を実施する気体成分
    分離装置であって、 スキン側と非スキン側を有する非対称型分離膜と、 複数本の前記非対称型分離膜を支持し、供給ガスが流入
    する流入口及び、前記分離膜を透過した成分を取り出す
    第一流出口と、透過しなかった成分を取り出す第二流出
    口とを少なくとも有するケーシング手段と、 前記透過しなかった成分を前記流入口から前記非スキン
    側に沿って前記第二流出口へ導く一本の流路を形成する
    ように前記複数本の非対称型分離膜を支持する支持手段
    とを有する気体成分分離装置。
  5. 【請求項５】前記非対称型分離膜は、近接配置された複
    数本の中空繊維から成り、該複数本の中空繊維は各々開
    孔を有し、前記支持手段は、前記複数本の中空繊維の両
    端に設けられ、前記供給ガスが前記中空繊維の前記開孔
    の孔内を通って前記流入口から前記第二流口まで流れる
    ように該複数本の中級繊維を前記ケーシング手段内に支
    持する手段を有することを特徴とする請求項４に記載の
    気体成分分離装置。
  6. 【請求項６】前記透過した成分を供給ガスと対向させて
    流す向流手段を含んで成る請求項４又は５に記載の気体
    成分分離装置。
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