JPH08206439A - ガス脱水法 - Google Patents
ガス脱水法Info
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- JPH08206439A JPH08206439A JP7290346A JP29034695A JPH08206439A JP H08206439 A JPH08206439 A JP H08206439A JP 7290346 A JP7290346 A JP 7290346A JP 29034695 A JP29034695 A JP 29034695A JP H08206439 A JPH08206439 A JP H08206439A
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Classifications
-
- 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
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- B01D—SEPARATION
- B01D2319/00—Membrane assemblies within one housing
- B01D2319/06—Use of membranes of different materials or properties within one module
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のガス分離モジュール用の中空繊維膜の
標準的製法ではコート材料で後処理して欠陥を補修する
のでガス分離の選択度を増大させるので脱水法としての
使用には適していない。そこで十分なスイープガスを透
過側に経済的かつ容易に生産できる中空繊維膜モジュー
ルの提供。 【解決手段】 本発明は中空繊維膜を利用するガスの脱
水の方法と装置を提供する。本発明はモジュールの製品
端部にあるチューブシートの開口部を利用して前記膜の
透過側の内部スイープを供給して膜の透過側を製品ガス
でスイープすることを特徴とする。 【効果】 従来の装置における、装置へのスイープ流れ
の導入に要する外部配管や弁の配設を必要とせず付加費
用ならびにシステムの複雑性が削減できる。
標準的製法ではコート材料で後処理して欠陥を補修する
のでガス分離の選択度を増大させるので脱水法としての
使用には適していない。そこで十分なスイープガスを透
過側に経済的かつ容易に生産できる中空繊維膜モジュー
ルの提供。 【解決手段】 本発明は中空繊維膜を利用するガスの脱
水の方法と装置を提供する。本発明はモジュールの製品
端部にあるチューブシートの開口部を利用して前記膜の
透過側の内部スイープを供給して膜の透過側を製品ガス
でスイープすることを特徴とする。 【効果】 従来の装置における、装置へのスイープ流れ
の導入に要する外部配管や弁の配設を必要とせず付加費
用ならびにシステムの複雑性が削減できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術】本発明はガスの脱水装置と方法に
関し、前記装置は脱水能力を有する中空繊維膜からな
る。詳述すれば、本発明は膜ガス分離モジュールに関
し、内部の向流スイープと前記モジュールを用いる方法
を提供するものである。
関し、前記装置は脱水能力を有する中空繊維膜からな
る。詳述すれば、本発明は膜ガス分離モジュールに関
し、内部の向流スイープと前記モジュールを用いる方法
を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】流体の混合物から１つの流体を、前記混
合物の残りの流体よりも前記１つの流体に一層透過性を
有する膜を用いて分離することは周知である。前記流体
混合物を前記膜の一方の側面に前記膜を横切って保たれ
る差圧で接触させると、透過性流体は前記膜の他方の側
面に透過して前記流体混合物から分離されたものとな
る。
合物の残りの流体よりも前記１つの流体に一層透過性を
有する膜を用いて分離することは周知である。前記流体
混合物を前記膜の一方の側面に前記膜を横切って保たれ
る差圧で接触させると、透過性流体は前記膜の他方の側
面に透過して前記流体混合物から分離されたものとな
る。
【０００３】この従来例では、水分もしくは他の拡散性
ガスを他の拡散性の比較的少いガスから分離させる。例
えば、空気もしくは天然ガスの脱水において、水分が膜
を透過する速度は前記膜の両側面の水分の分圧の差の関
数である。これらの分圧が同一である場合、水分は膜を
全く透過しない。このことは相対的に少量の水分を含む
ガス混合物の脱水が望まれる時、問題を提起できる。
ガスを他の拡散性の比較的少いガスから分離させる。例
えば、空気もしくは天然ガスの脱水において、水分が膜
を透過する速度は前記膜の両側面の水分の分圧の差の関
数である。これらの分圧が同一である場合、水分は膜を
全く透過しない。このことは相対的に少量の水分を含む
ガス混合物の脱水が望まれる時、問題を提起できる。
【０００４】水の高い透過選択性のため、前記膜の透過
側にかかる水蒸気の分圧が供給側の分圧に接近し、その
ため水の透過速度は非常に低下する。この問題解決の１
方法はスイープガスを前記透過側で使用することであ
る。前記スイープガスは透過水の濃度を希釈し、かつ透
過側の水蒸気の分圧を低下させ、それにより水のより高
い透過速度を発揮させる。
側にかかる水蒸気の分圧が供給側の分圧に接近し、その
ため水の透過速度は非常に低下する。この問題解決の１
方法はスイープガスを前記透過側で使用することであ
る。前記スイープガスは透過水の濃度を希釈し、かつ透
過側の水蒸気の分圧を低下させ、それにより水のより高
い透過速度を発揮させる。
【０００５】膜の透過側にスイープガスを供給してより
多量の水が前記膜に透過させるいくつかの試みがなされ
てきた。例えば米国特許第３，５３６，６１１号では、
スイープ流れを用いて流体を透過させる一束の中空膜か
ら透過ずみ流体をスイープさせる膜装置を開示してい
る。前記スイープ流れは前記中空膜の束の両端からもた
らせられるので、前記スイープ流れの前記装置への案内
に外部配管と弁などが必要となることが明白である。こ
のような配管と弁は装置の費用ならびに構造の複雑性を
増大させる。
多量の水が前記膜に透過させるいくつかの試みがなされ
てきた。例えば米国特許第３，５３６，６１１号では、
スイープ流れを用いて流体を透過させる一束の中空膜か
ら透過ずみ流体をスイープさせる膜装置を開示してい
る。前記スイープ流れは前記中空膜の束の両端からもた
らせられるので、前記スイープ流れの前記装置への案内
に外部配管と弁などが必要となることが明白である。こ
のような配管と弁は装置の費用ならびに構造の複雑性を
増大させる。
【０００６】米国特許第４，６８７，５７８号では、繊
維の長手方向の大部分をコートして、水分を帯びるガス
の透過速度を低下させ、またモジュールの非透過端部分
にあたる残りの長さの繊維をコートしないか、あるいは
わずかに部分的にコートして水分を帯びるガスが急速に
透過し、そのため供給ガスに対して向流する透過側でス
イープガスを提供する。しかしながら、未コートのまま
残っている繊維の一部分だけを上質のコーティング、例
えば米国特許第４，２３０，４６３号で規定するような
欠陥補修材料でコートすることは困難である。
維の長手方向の大部分をコートして、水分を帯びるガス
の透過速度を低下させ、またモジュールの非透過端部分
にあたる残りの長さの繊維をコートしないか、あるいは
わずかに部分的にコートして水分を帯びるガスが急速に
透過し、そのため供給ガスに対して向流する透過側でス
イープガスを提供する。しかしながら、未コートのまま
残っている繊維の一部分だけを上質のコーティング、例
えば米国特許第４，２３０，４６３号で規定するような
欠陥補修材料でコートすることは困難である。
【０００７】米国特許第４，７８３，２０１号での膜は
コートされておらず、スイープを透過側で供給しようと
して膜の多孔度を繊維の全長に亘って制御した。ここで
も、中空繊維膜材料を処理して膜の多孔度を変える特別
の手順が必要であった。多孔度の低いものをモジュール
の湿り供給材料端部で、また多孔度の比較的高いものを
生成物端部で水分を帯びるガスの透過速度を増大させ、
それにより向流スイープを透過側に供給する。
コートされておらず、スイープを透過側で供給しようと
して膜の多孔度を繊維の全長に亘って制御した。ここで
も、中空繊維膜材料を処理して膜の多孔度を変える特別
の手順が必要であった。多孔度の低いものをモジュール
の湿り供給材料端部で、また多孔度の比較的高いものを
生成物端部で水分を帯びるガスの透過速度を増大させ、
それにより向流スイープを透過側に供給する。
【０００８】そのうえ、前記モジュールに用いられる繊
維をキャリヤガスに結果として低い透過性をもたらす方
法で生産する場合、その後、上述の米国特許第４，６８
７，５７８号ならびに第４，７８３，２０１号に述べら
れている繊維を通す透過を経たスイープを供給すること
は実施可能な選択ではない。キャリヤガスの低い透過性
を結果としてもたらすことができる繊維の製造方法の実
施例は、特に湿式紡糸転相、界面重合を含む。本発明は
利用される繊維がキャリヤガスに対し低い透過性をもつ
時、内部透過側スイープを備えたモジュールを提供す
る。
維をキャリヤガスに結果として低い透過性をもたらす方
法で生産する場合、その後、上述の米国特許第４，６８
７，５７８号ならびに第４，７８３，２０１号に述べら
れている繊維を通す透過を経たスイープを供給すること
は実施可能な選択ではない。キャリヤガスの低い透過性
を結果としてもたらすことができる繊維の製造方法の実
施例は、特に湿式紡糸転相、界面重合を含む。本発明は
利用される繊維がキャリヤガスに対し低い透過性をもつ
時、内部透過側スイープを備えたモジュールを提供す
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ガス分離モジュール用
の中空繊維膜の標準的生産では、繊維を一般にコート材
で後処理して膜の欠陥を補修して、ガス分離に対するそ
の選択性を増大させる。今まで、欠陥補修のため処理さ
れた膜は、スイープガスを十分に提供する方法がなに１
つ開発されていなかったので、脱水工程に用いるには不
適当であることがわかった。先行方法は上述の理由で不
適当である。
の中空繊維膜の標準的生産では、繊維を一般にコート材
で後処理して膜の欠陥を補修して、ガス分離に対するそ
の選択性を増大させる。今まで、欠陥補修のため処理さ
れた膜は、スイープガスを十分に提供する方法がなに１
つ開発されていなかったので、脱水工程に用いるには不
適当であることがわかった。先行方法は上述の理由で不
適当である。
【００１０】本発明の目的は、繊維の透過側に十分な内
部スイープを経済的かつ容易に生産できる方法で供給で
きる中空繊維膜モジュールを提供することである。
部スイープを経済的かつ容易に生産できる方法で供給で
きる中空繊維膜モジュールを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の実施態様は、(a) 水蒸気を含む供給
ガスを圧力モジュールに入った中空繊維膜と接触させる
工程と；(b) 前記供給ガスに含まれた大部分の水蒸気を
前記膜に通して透過する工程と；(c) 生成した非透過性
脱水ずみガスの一部を前記モジュールの内部で利用して
スイープガスを前記供給ガスの流れに対しほぼ向流して
前記中空繊維膜の透過側に供給する工程と；(d) 残余の
非透過性脱水ずみガスを回収する工程と：からなる脱水
法を要旨とするものである。
に、本発明の第１の実施態様は、(a) 水蒸気を含む供給
ガスを圧力モジュールに入った中空繊維膜と接触させる
工程と；(b) 前記供給ガスに含まれた大部分の水蒸気を
前記膜に通して透過する工程と；(c) 生成した非透過性
脱水ずみガスの一部を前記モジュールの内部で利用して
スイープガスを前記供給ガスの流れに対しほぼ向流して
前記中空繊維膜の透過側に供給する工程と；(d) 残余の
非透過性脱水ずみガスを回収する工程と：からなる脱水
法を要旨とするものである。
【００１２】また第２の実施態様は、その内部に供給さ
れた非透過性ガスによる向流スイープを有するガス脱水
に特に適する膜ガス分離モジュールであって、(a) 中空
繊維膜に入る供給ガス入口を一端に、また非透過性製品
出口をほぼ相対する端に有する細長いシェルと；(b) 前
記供給ガス入口の近くの第１のチューブシートから前記
非透過性製品出口に近い第２のチューブシートに伸びる
前記シェル内に配置され、かつその各端がチューブシー
トを貫通して終端する中空繊維膜と；(c) 前記第２のチ
ューブシートにあって前記非透過性製品の一部を前記中
空繊維膜の透過側に戻して向流スイープを供給する少く
とも１つの開口部と；を備える膜ガス分離モジュールを
要旨とするものである。
れた非透過性ガスによる向流スイープを有するガス脱水
に特に適する膜ガス分離モジュールであって、(a) 中空
繊維膜に入る供給ガス入口を一端に、また非透過性製品
出口をほぼ相対する端に有する細長いシェルと；(b) 前
記供給ガス入口の近くの第１のチューブシートから前記
非透過性製品出口に近い第２のチューブシートに伸びる
前記シェル内に配置され、かつその各端がチューブシー
トを貫通して終端する中空繊維膜と；(c) 前記第２のチ
ューブシートにあって前記非透過性製品の一部を前記中
空繊維膜の透過側に戻して向流スイープを供給する少く
とも１つの開口部と；を備える膜ガス分離モジュールを
要旨とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は膜ガス分離モジュールに
前記モジュールの内部に設けられた繊維の透過側に透過
ガスの一部分と向流のスイープを備えて提供する。前記
モジュールは細長いシェルに供給ガス入口と製品出口を
前記シェルのほぼ両端部に、また透過出口を適切に配置
してなる。前記シェルには前記供給ガス入口に近い第１
のチューブシートから前記製品出口に近い第２のチュー
ブシートに伸びるよう配置された中空繊維膜があり、前
記中空繊維の各端部がチューブシートに延長して終端す
る。前記モジュールの前記第２のチューブシートに少く
とも１つの開口部をさらに設けて非透過性ガスが前記繊
維の透過側に戻り向流スイープを供給させる。
前記モジュールの内部に設けられた繊維の透過側に透過
ガスの一部分と向流のスイープを備えて提供する。前記
モジュールは細長いシェルに供給ガス入口と製品出口を
前記シェルのほぼ両端部に、また透過出口を適切に配置
してなる。前記シェルには前記供給ガス入口に近い第１
のチューブシートから前記製品出口に近い第２のチュー
ブシートに伸びるよう配置された中空繊維膜があり、前
記中空繊維の各端部がチューブシートに延長して終端す
る。前記モジュールの前記第２のチューブシートに少く
とも１つの開口部をさらに設けて非透過性ガスが前記繊
維の透過側に戻り向流スイープを供給させる。
【００１４】本発明はさらに、水蒸気を含む供給ガスを
作業圧力に耐えるよう設計されたモジュールシェルにあ
る中空繊維膜と前記ガスを接触させて脱水する方法を提
供する。供給ガスに含まれる水蒸気の大部分は前記膜を
通って透過する。生成非透過性脱水ガスの適当な部分を
前記モジュールの内部で利用して、前記供給ガスの流れ
にほぼ向流の中空繊維膜の透過側にスイープガスを供給
させる。残りの非透過性ガスを脱水ガス製品として回収
する。前記スイープガス流れは一般に前記非透過性脱水
ガスの正味流量の約１％乃至約８％、好ましくは約２％
乃至約３０％である。
作業圧力に耐えるよう設計されたモジュールシェルにあ
る中空繊維膜と前記ガスを接触させて脱水する方法を提
供する。供給ガスに含まれる水蒸気の大部分は前記膜を
通って透過する。生成非透過性脱水ガスの適当な部分を
前記モジュールの内部で利用して、前記供給ガスの流れ
にほぼ向流の中空繊維膜の透過側にスイープガスを供給
させる。残りの非透過性ガスを脱水ガス製品として回収
する。前記スイープガス流れは一般に前記非透過性脱水
ガスの正味流量の約１％乃至約８％、好ましくは約２％
乃至約３０％である。
【００１５】次に本発明を図面に基づいて説明する。
【００１６】図１を参照すると、ガス分離モジュール１
０を設けて水蒸気を含む供給ガス１２が中空繊維２２の
孔に第１のチューブシート１４の面にかかった圧力で進
入する。前記水蒸気は前記繊維２２を透過し、前記モジ
ュール１０を出口２０で出る。前記脱水ガスは繊維２２
の孔に残留し、圧力がなおかかったまま第２のチューブ
シートを貫通する。短繊維２４は前記脱水ガスの一部を
前記短繊維孔を通って、前記繊維２２の透過側に戻ら
せ、前記繊維の透過側で向流スイープを付与し、前記ス
イープは前記透過口２０を通って出る。前記脱水ガスは
出口１８で出る。前記短繊維２４を前記チューブシート
１６を通して設置すると前記脱水ガスの予め決められた
部分が前記チューブシート１６と前記短繊維２４を通し
て戻らせ、脱水ガスを透過圧力で前記繊維２２の透過側
の向流スイープとして供給する。図２は前記向流スイー
プを繊維２２の外部に前記脱水ガスの一部を前記短繊維
２４を通して戻すことで供給する方法を一層明白に示
す。この場合、繊維のすべては前記チューブシート１６
を貫通している。
０を設けて水蒸気を含む供給ガス１２が中空繊維２２の
孔に第１のチューブシート１４の面にかかった圧力で進
入する。前記水蒸気は前記繊維２２を透過し、前記モジ
ュール１０を出口２０で出る。前記脱水ガスは繊維２２
の孔に残留し、圧力がなおかかったまま第２のチューブ
シートを貫通する。短繊維２４は前記脱水ガスの一部を
前記短繊維孔を通って、前記繊維２２の透過側に戻ら
せ、前記繊維の透過側で向流スイープを付与し、前記ス
イープは前記透過口２０を通って出る。前記脱水ガスは
出口１８で出る。前記短繊維２４を前記チューブシート
１６を通して設置すると前記脱水ガスの予め決められた
部分が前記チューブシート１６と前記短繊維２４を通し
て戻らせ、脱水ガスを透過圧力で前記繊維２２の透過側
の向流スイープとして供給する。図２は前記向流スイー
プを繊維２２の外部に前記脱水ガスの一部を前記短繊維
２４を通して戻すことで供給する方法を一層明白に示
す。この場合、繊維のすべては前記チューブシート１６
を貫通している。
【００１７】図１では、前記繊維は前記モジュールの空
間のすべてをほぼ占有し、示された開放流路を残してい
ない。存在する開放流路は図面で見る短繊維２４だけ
で、前記短繊維２４を通って流れる非透過ガス流れの全
体の流れ方向が前記向流スイープを供給するものと理解
できる。図４の図は前記繊維が前記モジュールに充満す
る仕方を一層正確に示している。
間のすべてをほぼ占有し、示された開放流路を残してい
ない。存在する開放流路は図面で見る短繊維２４だけ
で、前記短繊維２４を通って流れる非透過ガス流れの全
体の流れ方向が前記向流スイープを供給するものと理解
できる。図４の図は前記繊維が前記モジュールに充満す
る仕方を一層正確に示している。
【００１８】図３は本発明の他の実施例で、予め決めら
れた量の脱水ガスを繊維１２２の外部に戻させる前記チ
ューブシート１１６にあるオリフィス１２４は前記チュ
ーブシートにある孔である。１つ以上のオリフィス１２
４を繊維１２２のスイープを透過側に必要とされる脱水
ガスの量に応じて設ける。
れた量の脱水ガスを繊維１２２の外部に戻させる前記チ
ューブシート１１６にあるオリフィス１２４は前記チュ
ーブシートにある孔である。１つ以上のオリフィス１２
４を繊維１２２のスイープを透過側に必要とされる脱水
ガスの量に応じて設ける。
【００１９】さらに別の実施例では、供給ガスはモジュ
ールに第１のチューブシートの近くのシェルにある入口
を通って入り、乾燥製品は第２のチューブシートの近く
の出口を通って出る。第２のチューブシートに短繊維も
しくは図２と３にあるものと類似の孔を設けて前記乾燥
非透過性ガスの一部を透過側すなわち繊維孔を通って向
流スイープとして流せるようにする。透過性ガスは第１
のチューブシートを通って流出する。
ールに第１のチューブシートの近くのシェルにある入口
を通って入り、乾燥製品は第２のチューブシートの近く
の出口を通って出る。第２のチューブシートに短繊維も
しくは図２と３にあるものと類似の孔を設けて前記乾燥
非透過性ガスの一部を透過側すなわち繊維孔を通って向
流スイープとして流せるようにする。透過性ガスは第１
のチューブシートを通って流出する。
【００２０】図４は本発明のさらに他の実施例を示す。
ガス分離モジュール２００に入口２１２を設けて水蒸気
を含む加圧供給ガスを入れる。前記ガスは中空繊維膜の
孔に入り、前記水蒸気は繊維を透過して、透過性ガスと
して前記モジュール２００を出口２２０で流出する。前
記供給ガスの脱水を促進するため、脱水ガスの向流ガス
流れをチューブシート２１６を通し有孔チューブ２２４
により供給するが、前記チューブは一方の端２２３で開
口、非透過性ガス出口に最も近いモジュール２００の端
部で形成された室２１７から脱水ガスを受入れる。予め
決められた量の非透過性脱水ガス流れは前記室２１７か
ら前記有孔チューブの端２２３を通って前記チューブに
入り、そこから前記チューブの円筒状側面にある孔を通
り、ほぼ向流方向に前記供給ガスまで流れてスイープガ
スを供給する。前記向流スイープガスは前記中空繊維の
外部側面を前記出口２２０の方向に進行し、もともと供
給ガスに含まれる大量の水蒸気を含む透過性ガスと共に
流出する。前記向流スイープガスは水透過に著しく高い
駆動力を供給し、かくして所定のガス分離モジュールを
通して加工できるガスの量を増大させる。加工できるガ
スの量を上げることはスイープガスとして用いられる脱
水ガスの量を十二分に補給することにより、かくしてモ
ジュールからの乾燥非透過性ガスの全流量を増加させ
る。
ガス分離モジュール２００に入口２１２を設けて水蒸気
を含む加圧供給ガスを入れる。前記ガスは中空繊維膜の
孔に入り、前記水蒸気は繊維を透過して、透過性ガスと
して前記モジュール２００を出口２２０で流出する。前
記供給ガスの脱水を促進するため、脱水ガスの向流ガス
流れをチューブシート２１６を通し有孔チューブ２２４
により供給するが、前記チューブは一方の端２２３で開
口、非透過性ガス出口に最も近いモジュール２００の端
部で形成された室２１７から脱水ガスを受入れる。予め
決められた量の非透過性脱水ガス流れは前記室２１７か
ら前記有孔チューブの端２２３を通って前記チューブに
入り、そこから前記チューブの円筒状側面にある孔を通
り、ほぼ向流方向に前記供給ガスまで流れてスイープガ
スを供給する。前記向流スイープガスは前記中空繊維の
外部側面を前記出口２２０の方向に進行し、もともと供
給ガスに含まれる大量の水蒸気を含む透過性ガスと共に
流出する。前記向流スイープガスは水透過に著しく高い
駆動力を供給し、かくして所定のガス分離モジュールを
通して加工できるガスの量を増大させる。加工できるガ
スの量を上げることはスイープガスとして用いられる脱
水ガスの量を十二分に補給することにより、かくしてモ
ジュールからの乾燥非透過性ガスの全流量を増加させ
る。
【００２１】短寸の中空繊維の数と大きさもしくは膜の
透過側をスイープする製品ガスの注入に必要な孔の大き
さの概算はチューブもしくはオリフィスを音速条件下で
通る圧縮性流れの理論から、またスイープの必要流量か
らも算出できる。
透過側をスイープする製品ガスの注入に必要な孔の大き
さの概算はチューブもしくはオリフィスを音速条件下で
通る圧縮性流れの理論から、またスイープの必要流量か
らも算出できる。
【００２２】スイープ注入速度は膜の選択透過特性と選
択作業条件に左右される。前記スイープ流量は膜表面の
単位当りの製品の高い流量の達成のため調整できるが、
製品の必要回収率、すなわち製品の供給に対する所望の
比を同時に満たす。典型的例として、空気の乾燥のＳの
Ｒに対する比が０．０１にし０．８、好ましくは０．０
２乃至０．３である［式中、Ｓはスイープの流量、そし
てＲは気体分離モジュールを出る乾燥製品ガスの正味流
量である］。
択作業条件に左右される。前記スイープ流量は膜表面の
単位当りの製品の高い流量の達成のため調整できるが、
製品の必要回収率、すなわち製品の供給に対する所望の
比を同時に満たす。典型的例として、空気の乾燥のＳの
Ｒに対する比が０．０１にし０．８、好ましくは０．０
２乃至０．３である［式中、Ｓはスイープの流量、そし
てＲは気体分離モジュールを出る乾燥製品ガスの正味流
量である］。
【００２３】スイープ注入に要する短寸の中空繊維の数
もしくは孔の数は音速条件下でチューブもしくはオリフ
ィスを通る圧縮性流れに適用できる理論を用いて与えら
れたＳの値で算出できる。
もしくは孔の数は音速条件下でチューブもしくはオリフ
ィスを通る圧縮性流れに適用できる理論を用いて与えら
れたＳの値で算出できる。
【００２４】しかしながら、スイープ注入に要する短寸
の中空繊維の数もしくは孔の数の算出の好ましい方法
は、実験によって１つの短寸の中空繊維もしくは所望の
形状寸法の孔を作業条件の下で通る流量を測定し、その
後この情報を所望のスイープ流量と共に用いて、必要と
する短繊維もしくは孔の数を算出することである。好ま
しくは、短尺の中空繊維の長さが中空繊維の長さの約２
５％以下、好ましくは約１０％以下である。
の中空繊維の数もしくは孔の数の算出の好ましい方法
は、実験によって１つの短寸の中空繊維もしくは所望の
形状寸法の孔を作業条件の下で通る流量を測定し、その
後この情報を所望のスイープ流量と共に用いて、必要と
する短繊維もしくは孔の数を算出することである。好ま
しくは、短尺の中空繊維の長さが中空繊維の長さの約２
５％以下、好ましくは約１０％以下である。
【００２５】
実施例１：内腔供給ガス分離モジュールを一束のポリス
ルホン中空繊維から組立てる。図４にあるように、チュ
ーブ２２４のような内径が４７０ミクロン、そして長さ
が５ｃｍの５本の中空ナイロン製繊維を含むチューブを
非透過端の中心でチューブシートに通して差込む。前記
中空繊維束に差込まれたチューブ端部を密閉する。前記
チューブの他端を開放して非透過性ガスを受入れる。前
記チューブはチューブの円周の回りに等間隔に配置した
いくつかの半径方向の小孔を備えてスイープガスのむら
のない半径方向の流れ分布を可能にする。前記モジュー
ルの両端部に供給ならびに非透過性ガス用の口を、供給
端に透過ガス流れの出口としてシェル口を設ける。中空
繊維にシリコンの溶液を用いて浸漬被覆して膜の欠陥を
補修する。
ルホン中空繊維から組立てる。図４にあるように、チュ
ーブ２２４のような内径が４７０ミクロン、そして長さ
が５ｃｍの５本の中空ナイロン製繊維を含むチューブを
非透過端の中心でチューブシートに通して差込む。前記
中空繊維束に差込まれたチューブ端部を密閉する。前記
チューブの他端を開放して非透過性ガスを受入れる。前
記チューブはチューブの円周の回りに等間隔に配置した
いくつかの半径方向の小孔を備えてスイープガスのむら
のない半径方向の流れ分布を可能にする。前記モジュー
ルの両端部に供給ならびに非透過性ガス用の口を、供給
端に透過ガス流れの出口としてシェル口を設ける。中空
繊維にシリコンの溶液を用いて浸漬被覆して膜の欠陥を
補修する。
【００２６】気体供給材料流れは１００°Ｆ（約３７．
８℃）の露点を有し、それを１００ｐｓｉｇ（７ｋｇ／
ｃｍ２）の圧力と１２０°Ｆ（約４８．９℃）の温度で
モジュールに供給する。前記モジュールを密閉ナイロン
繊維で、その後、３本の開口繊維、そして最後に５本の
開口繊維で試験した。結果を下記の表１に示す：
８℃）の露点を有し、それを１００ｐｓｉｇ（７ｋｇ／
ｃｍ２）の圧力と１２０°Ｆ（約４８．９℃）の温度で
モジュールに供給する。前記モジュールを密閉ナイロン
繊維で、その後、３本の開口繊維、そして最後に５本の
開口繊維で試験した。結果を下記の表１に示す：
【００２７】
【表１】 ──────────────────────────────────── 開口繊維の数 製品流量 製品の露点 透過流量 透過の供給に (scfm) °Ｆ (scfm) 対する％ ──────────────────────────────────── ０ ５．５６ ２０．９ １．６４ ２２．８ ３ ５．５８ −１３．４ ２．９２ ３４．３ ５ ５．５１ −２４．４ ３．９４ ４１．７ ──────────────────────────────────── 結果はほぼ一定の製品流量で製品の露点は前記非透過性
ガスを用いた時に決定的に低下することを明瞭に示す。
透過流量は２倍以上であり供給ガスのより有効な乾燥を
提供する。実際問題として、最大許容パージ比（透過対
供給）を用いてスイープガスの注入に用いられる短寸の
開口繊維と孔の数を決定することになるであろう。
ガスを用いた時に決定的に低下することを明瞭に示す。
透過流量は２倍以上であり供給ガスのより有効な乾燥を
提供する。実際問題として、最大許容パージ比（透過対
供給）を用いてスイープガスの注入に用いられる短寸の
開口繊維と孔の数を決定することになるであろう。
【００２８】キャリヤガス用の低透過性の繊維は、水の
高い選択性が透過側の水蒸気の分圧を供給側の分圧に接
近させる結果、低い水の透過速度をもたらすので、ガス
の脱水での使用には十分でなかったことが認められてい
た。スイープ供給の実施容易な方法が問題是正に役立つ
ことは長い間認められてきた。上述の背景で詳細に述べ
られた方法のいくつかは商業的に用いられてきたが、繊
維を通るキャリヤガスの透過性が低いかどうかの作業的
見地からどれも経済的または実際的であるとは考えられ
なかった。実施例１は本発明が低キャリヤガス透過度の
欠陥補修ずみ膜を用いて同一の製品流量で比較的低い製
品露点を付与することを実証する。本発明のもう１つの
利点はスイープを中心部もしくは中心部近くに容易に配
置でき、スイープ流れを有効に利用できることである。
本発明はさらに天然ガスの脱水に適している。
高い選択性が透過側の水蒸気の分圧を供給側の分圧に接
近させる結果、低い水の透過速度をもたらすので、ガス
の脱水での使用には十分でなかったことが認められてい
た。スイープ供給の実施容易な方法が問題是正に役立つ
ことは長い間認められてきた。上述の背景で詳細に述べ
られた方法のいくつかは商業的に用いられてきたが、繊
維を通るキャリヤガスの透過性が低いかどうかの作業的
見地からどれも経済的または実際的であるとは考えられ
なかった。実施例１は本発明が低キャリヤガス透過度の
欠陥補修ずみ膜を用いて同一の製品流量で比較的低い製
品露点を付与することを実証する。本発明のもう１つの
利点はスイープを中心部もしくは中心部近くに容易に配
置でき、スイープ流れを有効に利用できることである。
本発明はさらに天然ガスの脱水に適している。
【００２９】実施例２：実施例１で処理された中空繊維
を束につくり、その後、束の直径が８″（約２０．３２
ｃｍ）、そして繊維の有効長が１０″（約３０４．８ｃ
ｍ）、有効面積が６，５１１ｓｇｆｒ（約６０４．８９
ｍ２）のガス分離モジュールにつくり上げた。６００ｐ
ｐｍの水分を含む天然ガスを膜分離器のシェル側に７５
０ｐｓｉａ（５２．５ｋｇ／ｃｍ２）の圧力と１０４°
Ｆ（約４０℃）の温度で供給する。乾燥製品ガスの一部
を開口部もしくは短寸の中空繊維を通して透過側に注入
して、それにより向流スイープを供給する。この場合の
性能シミュレーションを表２で報告する。製品ガスはす
べての場合４３ｐｐｍの水分を含む。
を束につくり、その後、束の直径が８″（約２０．３２
ｃｍ）、そして繊維の有効長が１０″（約３０４．８ｃ
ｍ）、有効面積が６，５１１ｓｇｆｒ（約６０４．８９
ｍ２）のガス分離モジュールにつくり上げた。６００ｐ
ｐｍの水分を含む天然ガスを膜分離器のシェル側に７５
０ｐｓｉａ（５２．５ｋｇ／ｃｍ２）の圧力と１０４°
Ｆ（約４０℃）の温度で供給する。乾燥製品ガスの一部
を開口部もしくは短寸の中空繊維を通して透過側に注入
して、それにより向流スイープを供給する。この場合の
性能シミュレーションを表２で報告する。製品ガスはす
べての場合４３ｐｐｍの水分を含む。
【００３０】
【表２】 ──────────────────────────────────── スイープ対 供給材料 製 品 透 過 透過対 正味製品 (scfm) (scfm) (scfm) 供給材料％ ──────────────────────────────────── ０．０２ ３２２６ ３０８５ １４１ ４．４ ０．０４ ６４３０ ６０９６ ３３３ ５．２ ０．０６ ８６７２ ８０７６ ５９６ ６．９ ──────────────────────────────────── 正味製品流量はスイープ流量が増大するに従って増加す
るが、天然ガスの損失（透過の供給に対する比）も増加
することに注目すべきである。使用されるスイープの流
量を経済学により指図して非透過（製品）の最大許容損
失をスイープとして使用する。
るが、天然ガスの損失（透過の供給に対する比）も増加
することに注目すべきである。使用されるスイープの流
量を経済学により指図して非透過（製品）の最大許容損
失をスイープとして使用する。
【００３１】
【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば繊維の
透過側に十分な内部スイープを経済的かつ容易に生産で
き、装置も簡易化することが可能となる。
透過側に十分な内部スイープを経済的かつ容易に生産で
き、装置も簡易化することが可能となる。
【図１】本発明の一実施例の部分断面図である。
【図２】図１の実施例の一部の拡大部分図である。
【図３】他の実施例の図２相当図である。
【図４】本発明のさらに他の実施例の部分断面図であ
る。
る。
１０ ガス分離モジュール １２ 供給ガス １４ 第１のチューブシート １６ 第２のチューブシート １８ 出口 ２０ 出口（透過口） ２２ 中空繊維 ２４ 短繊維 １１６ チューブシート １２２ 繊維 １２４ オリフィス ２００ ガス分離モジュール ２１２ 入口 ２１６ チューブシート ２１７ 室 ２１８ 非透過性ガス出口 ２２０ 出口 ２２３ 一方の端部 ２２４ 有孔チューブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローレンス．ケンダル．ブレイカンプ アメリカ合衆国．63376．ミズーリ州．セ ント．ピーターズ．ドーチェスター．コー ト．19 (72)発明者 ディリップ．グルダス．カルソッド アメリカ合衆国．63146．ミズーリ州．セ ント．ルイス．シュルテ．ロード．1425
Claims (20)
- 【請求項１】 (a) 水蒸気を含む供給ガスを圧力モジュ
ールに入った中空繊維膜と接触させる工程と； (b) 前記供給ガスに含まれた大部分の水蒸気を前記膜に
通して透過する工程と； (c) 生成した非透過性脱水ずみガスの一部を前記モジュ
ールの内部で利用してスイープガスを前記供給ガスの流
れに対しほぼ向流して前記中空繊維膜の透過側に供給す
る工程と； (d) 残余の非透過性脱水ずみガスを回収する工程と：か
らなる脱水法。 - 【請求項２】 前記スイープガス流量は前記非透過性脱
水ずみガスの正味流量の約１％乃至約８０％であること
を特徴とする請求項１のガス脱水法。 - 【請求項３】 前記スイープガス流量が前記非透過性脱
水ずみガスの正味流量の約２％乃至３０％であることを
特徴とする請求項２のガス脱水法。 - 【請求項４】 前記供給ガスは少くとも１気圧の圧力が
かかっていることを特徴とする請求項１のガス脱水法。 - 【請求項５】 前記供給ガスは周囲空気からなることを
特徴とする請求項１のガス脱水法。 - 【請求項６】 前記供給ガスが炭化水素ガスからなるこ
とを特徴とする請求項１のガス脱水法。 - 【請求項７】 前記供給ガスは周囲空気、炭化水素ガス
と酸性ガスの少くとも１つからなることを特徴とする請
求項１のガス脱水法。 - 【請求項８】 前記供給ガスは二酸化炭素を含むことを
特徴とする請求項７のガス脱水法。 - 【請求項９】 前記供給ガスが１分子当り１乃至３炭素
原子をもつ炭化水素ガスからなることを特徴とする請求
項７のガス脱水法。 - 【請求項１０】 前記供給ガスを前記中空繊維内腔の第
１端部に導入し、また前記脱水ずみ供給ガスを前記中空
繊維内腔の第２端部から取出すことを特徴とする請求項
１のガス脱水法。 - 【請求項１１】 前記供給ガスを前記中空繊維膜の第１
の外部端部に導入し、前記脱水ずみ供給ガスを前記中空
繊維膜の第２の外部端部から取出すことを特徴とする請
求項１のガス脱水法。 - 【請求項１２】 その内部に供給された非透過性ガスに
よる向流スイープを有するガス脱水に特に適する膜ガス
分離モジュールであって、 (a) 中空繊維膜に入る供給ガス入口を一端に、また非透
過性製品出口をほぼ相対する端に有する細長いシェル
と； (b) 前記供給ガス入口の近くの第１のチューブシートか
ら前記非透過性製品出口に近い第２のチューブシートに
伸びる前記シェル内に配置され、かつその各端部がチュ
ーブシートを貫通して終端する中空繊維膜と； (c) 前記第２のチューブシートにあって前記非透過性製
品の一部を前記中空繊維膜の透過側に戻して向流スイー
プを供給する少くとも１つの開口部と；を備えることを
特徴とする膜ガス分離モジュール。 - 【請求項１３】 前記開口部を作業条件の下で前記非透
過性ガスの正味流量の約１％乃至約８０％のスイープガ
ス流量を供給する寸法にすることを特徴とする請求項１
２のモジュール。 - 【請求項１４】 前記スイープガス流量は前記非透過性
脱水ずみガスの正味流量の約２％乃至約３０％であるこ
とを特徴とする請求項１２のモジュール。 - 【請求項１５】 前記開口部は第２のチューブシートに
ある孔であることを特徴とする請求項１２のモジュー
ル。 - 【請求項１６】 前記開口部は第２のチューブシートに
ある複数の孔であることを特徴とする請求項１２のモジ
ュール。 - 【請求項１７】 前記開口部は第２のチューブシートを
貫通する短寸の中空繊維膜であって、該中空繊維膜の長
さは前記モジュールにある中空繊維膜の平均長さの約２
５％以下であることを特徴とする請求項１２のモジュー
ル。 - 【請求項１８】 前記開口部は第２のチューブシートを
貫通し、平均長さは前記モジュールにある中空繊維膜の
平均長さの約２５％以下であることを特徴とする請求項
１２のモジュール。 - 【請求項１９】 前記開口部は第２のチューブシートを
貫通し、チューブシートの間の距離の１０％以下伸びる
円筒状中空チューブからなり、前記チューブは延長端部
で閉鎖され、また前記チューブはその回りに本質的に等
間隔においた半径方向の小孔を備えることを特徴とする
請求項１２のモジュール。 - 【請求項２０】 前記開口部が第２のチューブシートを
貫通し、前記中空チューブの内部に延長する非常に多数
の中空繊維膜であることを特徴とする請求項１９のモジ
ュール。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/323,964 US5525143A (en) | 1994-10-17 | 1994-10-17 | Hollow fiber membrane dryer with internal sweep |
| US08/323964 | 1994-10-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08206439A true JPH08206439A (ja) | 1996-08-13 |
| JP2902339B2 JP2902339B2 (ja) | 1999-06-07 |
Family
ID=23261480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7290346A Expired - Lifetime JP2902339B2 (ja) | 1994-10-17 | 1995-10-12 | ガス脱水法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5525143A (ja) |
| EP (1) | EP0709123B2 (ja) |
| JP (1) | JP2902339B2 (ja) |
| CN (1) | CN1132658A (ja) |
| CA (1) | CA2160201A1 (ja) |
| DE (1) | DE69515097T3 (ja) |
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