JPH0891805A - 水素の回収方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水素と炭化水素との混合物から水素を回収す
るための効率的な方法を提供する。 【解決手段】 多孔質基材に支持された微孔質の吸着材
料を含む複合半透膜１０３を使って水素−炭化水素混合
物１を分離し、同じ炭化水素のうちの一部を含むスイー
プガス９を半透膜１０３の低圧側を通過させて炭化水素
の半透膜透過率を向上させる。
るための効率的な方法を提供する。 【解決手段】 多孔質基材に支持された微孔質の吸着材
料を含む複合半透膜１０３を使って水素−炭化水素混合
物１を分離し、同じ炭化水素のうちの一部を含むスイー
プガス９を半透膜１０３の低圧側を通過させて炭化水素
の半透膜透過率を向上させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素−炭化水素混
合物から水素を回収することに関し、詳しく言えば吸着
性膜を利用してそのような混合物から水素を回収するこ
とに関する。
合物から水素を回収することに関し、詳しく言えば吸着
性膜を利用してそのような混合物から水素を回収するこ
とに関する。
【０００２】
【従来の技術】水素−炭化水素混合物から水素を回収す
ることは、石油精製及び関連産業において重要なガス分
離である。高純度の水素が、水素と炭素原子数が最高で
４又は５までの炭化水素とを含有している製油所廃棄流
から回収され、あるいはスチーム−メタン改質により天
然ガスから発生したもしくは重質炭化水素の部分酸化に
より発生した合成ガスから回収される。そのような流れ
から高い純度且つ回収率で水素を経済的に回収するの
は、しばしば、低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ）蒸留もしく
は吸収と圧力スイング吸着（ＰＳＡ）の組み合わせ、あ
るいはポリマー隔膜を通しての拡散と圧力スイング吸着
（ＰＳＡ）との組み合わせを必要とする。後者のプロセ
スの組み合わせでは、隔膜装置から水素に富む透過物を
低圧で抜き出し、より高い圧力に圧縮し、ＰＳＡ装置で
精製して上記のより高い圧力よりわずかに低い圧力で最
高９９．９９９体積％の純度の水素製品が得られる。隔
膜装置及びＰＳＡ装置からの炭化水素に富む廃棄流はし
ばしば燃料として利用される。米国特許第４３９８９２
６号、同第４６９０６９５号、及び同第４７０１１８７
号各明細書には、種々のガス混合物から水素を回収する
ためにポリマー隔膜とＰＳＡ装置とをいろいろに組み合
わせることが記載されている。
ることは、石油精製及び関連産業において重要なガス分
離である。高純度の水素が、水素と炭素原子数が最高で
４又は５までの炭化水素とを含有している製油所廃棄流
から回収され、あるいはスチーム−メタン改質により天
然ガスから発生したもしくは重質炭化水素の部分酸化に
より発生した合成ガスから回収される。そのような流れ
から高い純度且つ回収率で水素を経済的に回収するの
は、しばしば、低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ）蒸留もしく
は吸収と圧力スイング吸着（ＰＳＡ）の組み合わせ、あ
るいはポリマー隔膜を通しての拡散と圧力スイング吸着
（ＰＳＡ）との組み合わせを必要とする。後者のプロセ
スの組み合わせでは、隔膜装置から水素に富む透過物を
低圧で抜き出し、より高い圧力に圧縮し、ＰＳＡ装置で
精製して上記のより高い圧力よりわずかに低い圧力で最
高９９．９９９体積％の純度の水素製品が得られる。隔
膜装置及びＰＳＡ装置からの炭化水素に富む廃棄流はし
ばしば燃料として利用される。米国特許第４３９８９２
６号、同第４６９０６９５号、及び同第４７０１１８７
号各明細書には、種々のガス混合物から水素を回収する
ためにポリマー隔膜とＰＳＡ装置とをいろいろに組み合
わせることが記載されている。
【０００３】水素の回収のための従来技術の隔膜−ＰＳ
Ａ装置は、水素が選択的に拡散する際の隔膜を横切る差
圧が大きいことを特徴とし、高圧のポリマー隔膜供給原
料（典型的に２００ｐｓｉｇ（１３８０ｋＰａ（ゲージ
圧））より高い）を供給するための初期圧縮と、最終の
精製のためのＰＳＡ装置への供給原料としての水素に富
む透過物の再圧縮を必要とする。これらの圧縮工程は、
水素を回収するためのポリマー隔膜−ＰＳＡ装置の資本
費と運転費のかなりの部分を構成する。
Ａ装置は、水素が選択的に拡散する際の隔膜を横切る差
圧が大きいことを特徴とし、高圧のポリマー隔膜供給原
料（典型的に２００ｐｓｉｇ（１３８０ｋＰａ（ゲージ
圧））より高い）を供給するための初期圧縮と、最終の
精製のためのＰＳＡ装置への供給原料としての水素に富
む透過物の再圧縮を必要とする。これらの圧縮工程は、
水素を回収するためのポリマー隔膜−ＰＳＡ装置の資本
費と運転費のかなりの部分を構成する。
【０００４】米国特許第５１０４４２５号明細書には、
多孔質基材に支持された微孔質吸着材料を含む複合半透
膜が開示されており、この膜を水素−炭化水素混合物を
含むガス混合物の分離のために使用することが教示され
ている。この隔膜は、この隔膜を通って炭化水素不純物
が選択的に拡散し、そして水素に富む製品は供給圧力よ
りわずかに低い圧力で不透過物流として抜き出されると
いう点で、従来のポリマー隔膜と異なる。
多孔質基材に支持された微孔質吸着材料を含む複合半透
膜が開示されており、この膜を水素−炭化水素混合物を
含むガス混合物の分離のために使用することが教示され
ている。この隔膜は、この隔膜を通って炭化水素不純物
が選択的に拡散し、そして水素に富む製品は供給圧力よ
りわずかに低い圧力で不透過物流として抜き出されると
いう点で、従来のポリマー隔膜と異なる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】石油精製、輸送及び関
連産業において水素に対する予想需要が増加するにつれ
て、水素回収のための改良された方法が必要とされよ
う。詳しく言えば、水素の回収のために組み合わされた
隔膜−ＰＳＡ装置を使用する場合に圧縮費と隔膜モジュ
ールの寸法を低下させることが望ましい。この明細書に
開示しそして特許請求の範囲に明示された追加のガス発
生工程と分離工程を統合した吸着性隔膜分離器を利用す
る本発明は、この、水素の回収と精製のためのより効率
的な方法に対する必要性に対処するものである。
連産業において水素に対する予想需要が増加するにつれ
て、水素回収のための改良された方法が必要とされよ
う。詳しく言えば、水素の回収のために組み合わされた
隔膜−ＰＳＡ装置を使用する場合に圧縮費と隔膜モジュ
ールの寸法を低下させることが望ましい。この明細書に
開示しそして特許請求の範囲に明示された追加のガス発
生工程と分離工程を統合した吸着性隔膜分離器を利用す
る本発明は、この、水素の回収と精製のためのより効率
的な方法に対する必要性に対処するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、水素と１又は
２種以上の炭化水素を含む気体の供給原料混合物から水
素を回収するための方法であって、この方法では炭化水
素が吸着材料に水素よりも強く吸着される。この方法
は、多孔質基材により支持された微孔質の吸着材料から
本質的になる、供給側と透過側を有する複合半透膜を入
れた分離器へ原料混合物を送り、そしてこの分離器から
水素に富む不透過製品流を抜き出すことを含む。炭化水
素のうちの一部分は、微孔質の吸着材料により選択的に
吸着されて、膜の供給側から透過側へ吸着された流体相
として拡散する。気体原料混合物と膜との接触、及び成
分が膜を透過するのは、化学反応なしに行われる。これ
らの炭化水素を含む透過物は、膜の透過側から抜き出さ
れる。
２種以上の炭化水素を含む気体の供給原料混合物から水
素を回収するための方法であって、この方法では炭化水
素が吸着材料に水素よりも強く吸着される。この方法
は、多孔質基材により支持された微孔質の吸着材料から
本質的になる、供給側と透過側を有する複合半透膜を入
れた分離器へ原料混合物を送り、そしてこの分離器から
水素に富む不透過製品流を抜き出すことを含む。炭化水
素のうちの一部分は、微孔質の吸着材料により選択的に
吸着されて、膜の供給側から透過側へ吸着された流体相
として拡散する。気体原料混合物と膜との接触、及び成
分が膜を透過するのは、化学反応なしに行われる。これ
らの炭化水素を含む透過物は、膜の透過側から抜き出さ
れる。
【０００７】本発明の重要な特徴は、スイープガスを膜
の透過側を横断して送り、そしてスイープガス／透過物
の流出流を分離器から抜き出すことであり、このスイー
プガスは供給原料混合物中に存在する１又は２種以上の
同じ炭化水素を含む。このスイープガスを使用すること
は、水素−炭化水素ガス混合物から炭化水素が吸着性の
膜を透過するのを増進する。
の透過側を横断して送り、そしてスイープガス／透過物
の流出流を分離器から抜き出すことであり、このスイー
プガスは供給原料混合物中に存在する１又は２種以上の
同じ炭化水素を含む。このスイープガスを使用すること
は、水素−炭化水素ガス混合物から炭化水素が吸着性の
膜を透過するのを増進する。
【０００８】原料混合物中の１又は２種以上の炭化水素
には、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレ
ン、ブタン、イソブタン、ブチレン、イソブチレン、及
びそれらの混合物が含まれ、スイープガスはこれらの同
じ炭化水素のうちの１又は２種以上を含む。一つの態様
において、スイープガスはメタン又は天然ガスである。
あるいはまた、スイープガスは水素を含有し、またスイ
ープガスはこのほかに上記の炭化水素のうちの１又は２
種以上を含有してもよい。
には、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレ
ン、ブタン、イソブタン、ブチレン、イソブチレン、及
びそれらの混合物が含まれ、スイープガスはこれらの同
じ炭化水素のうちの１又は２種以上を含む。一つの態様
において、スイープガスはメタン又は天然ガスである。
あるいはまた、スイープガスは水素を含有し、またスイ
ープガスはこのほかに上記の炭化水素のうちの１又は２
種以上を含有してもよい。
【０００９】次に、本発明を詳しく説明する。本発明の
方法は、ガス混合物中のそれほど強く吸着されない軽質
成分をそのガス中のより強く吸着される重質成分から回
収するのに有効である。好ましい態様では、軽質成分は
水素であり、そして重質成分は典型的に、１又は２種以
上の飽和及び不飽和のＣ1 〜Ｃ4 炭化水素を含めた炭化
水素であるが、とは言え原料混合物中には、もっと重い
炭化水素類、酸化炭素類、及びこのほかの成分が存在し
てもよい。この方法を使用して、10〜60体積％の水素を
含有するガス混合物から高純度の水素を回収することが
できる。あるいはまた、この方法は、やはりＣ1〜Ｃ3
炭化水素と酸化炭素を含有している混合物からヘリウム
を回収するのに有効である。
方法は、ガス混合物中のそれほど強く吸着されない軽質
成分をそのガス中のより強く吸着される重質成分から回
収するのに有効である。好ましい態様では、軽質成分は
水素であり、そして重質成分は典型的に、１又は２種以
上の飽和及び不飽和のＣ1 〜Ｃ4 炭化水素を含めた炭化
水素であるが、とは言え原料混合物中には、もっと重い
炭化水素類、酸化炭素類、及びこのほかの成分が存在し
てもよい。この方法を使用して、10〜60体積％の水素を
含有するガス混合物から高純度の水素を回収することが
できる。あるいはまた、この方法は、やはりＣ1〜Ｃ3
炭化水素と酸化炭素を含有している混合物からヘリウム
を回収するのに有効である。
【００１０】本発明の分離法は、吸着に基づく直列の二
つの別個の分離工程を、吸着性膜を通しての連続の拡散
とこれに続く周期的な圧力スイング吸着（ＰＳＡ）とい
う独特なプロセスの組み合わせでもって利用する。この
明細書の目的上、「一次成分」なる用語は、膜をわずか
だけ透過するか又はＰＳＡ吸着器でわずかだけ吸着さ
れ、そして一般に最終製品として回収される、１又は２
種以上の成分をいうものである。「二次成分」なる用語
は、吸着性膜を選択的且つ優先的に透過し、そしてＰＳ
Ａ吸着器で選択的且つ優先的に吸着される成分をいうも
のである。好ましい態様では、一次成分として水素を含
有し、そして二次成分として１又は２種以上の炭化水素
を含有する原料ガス混合物を、本質的に不活性な基材に
支持された微孔質の吸着性物質を含む複合半透膜へ送
る。この膜は、この明細書においては吸着性膜として一
般的に記載され、そして下記のように分離器容器又はモ
ジュールに取り付けられる。炭化水素類は、吸着工程に
おいて選択的に吸着され膜を通って拡散し、これらの成
分に富む透過物を生じさせる。それほど強く吸着されな
い水素は、この膜から水素に富む不透過物流として抜き
出され、これは更に圧力スイング吸着（ＰＳＡ）装置に
おいて精製されて、少なくとも９９．９+ 体積％の水素
として定義される高純度水素製品をもたらし、そしてＰ
ＳＡはいくらかの水素とともにＰＳＡ供給原料中の炭化
水素の本質的に全部を含有している流れを取り除く。本
発明においては、メタンを含有しているＰＳＡで除去さ
れた流れをスイープ流として膜の透過側を横断して送る
ことが、ＰＳＡ装置からの高純度水素製品をスイープガ
スとして使うのに比べて水素回収率と炭化水素の透過率
とを増大させるということが思いも寄らぬことに見いだ
された。また、メタン含有スイープガスを使用すること
によって、たとえこのスイープガスを使用して水素につ
いての分圧推進力が上昇するとしても、膜を通過する水
素の流束を低下させることができることが思いも寄らぬ
ことに見いだされた。スイープガスとして、本発明で
は、ＰＳＡで除去されるガスが水素製品以上に好まし
い。このことから、水素回収率がより高くなり、またよ
りエネルギー効率的な分離となる。
つの別個の分離工程を、吸着性膜を通しての連続の拡散
とこれに続く周期的な圧力スイング吸着（ＰＳＡ）とい
う独特なプロセスの組み合わせでもって利用する。この
明細書の目的上、「一次成分」なる用語は、膜をわずか
だけ透過するか又はＰＳＡ吸着器でわずかだけ吸着さ
れ、そして一般に最終製品として回収される、１又は２
種以上の成分をいうものである。「二次成分」なる用語
は、吸着性膜を選択的且つ優先的に透過し、そしてＰＳ
Ａ吸着器で選択的且つ優先的に吸着される成分をいうも
のである。好ましい態様では、一次成分として水素を含
有し、そして二次成分として１又は２種以上の炭化水素
を含有する原料ガス混合物を、本質的に不活性な基材に
支持された微孔質の吸着性物質を含む複合半透膜へ送
る。この膜は、この明細書においては吸着性膜として一
般的に記載され、そして下記のように分離器容器又はモ
ジュールに取り付けられる。炭化水素類は、吸着工程に
おいて選択的に吸着され膜を通って拡散し、これらの成
分に富む透過物を生じさせる。それほど強く吸着されな
い水素は、この膜から水素に富む不透過物流として抜き
出され、これは更に圧力スイング吸着（ＰＳＡ）装置に
おいて精製されて、少なくとも９９．９+ 体積％の水素
として定義される高純度水素製品をもたらし、そしてＰ
ＳＡはいくらかの水素とともにＰＳＡ供給原料中の炭化
水素の本質的に全部を含有している流れを取り除く。本
発明においては、メタンを含有しているＰＳＡで除去さ
れた流れをスイープ流として膜の透過側を横断して送る
ことが、ＰＳＡ装置からの高純度水素製品をスイープガ
スとして使うのに比べて水素回収率と炭化水素の透過率
とを増大させるということが思いも寄らぬことに見いだ
された。また、メタン含有スイープガスを使用すること
によって、たとえこのスイープガスを使用して水素につ
いての分圧推進力が上昇するとしても、膜を通過する水
素の流束を低下させることができることが思いも寄らぬ
ことに見いだされた。スイープガスとして、本発明で
は、ＰＳＡで除去されるガスが水素製品以上に好まし
い。このことから、水素回収率がより高くなり、またよ
りエネルギー効率的な分離となる。
【００１１】あるいはまた、膜を透過しない流れを更に
分離することが求められない場合、あるいは膜を透過し
ないガスを処理するＰＳＡ装置からの除去流を別の目的
のために使用する場合には、膜への原料ガス中に存在す
る同じ二次成分のうちの１又は２種以上を含有する他の
流れを、膜のもう一つの表面と接して流れるスイープガ
スとして使用してもよい。水素−炭化水素混合物の分離
においては、例えば、そのような他の流れには、メタ
ン、天然ガスが含まれ、あるいは窒素又は酸化炭素を任
意に含有する軽質炭化水素混合物が含まれ、あるいは製
油所で利用可能な一定の水素−炭化水素ガス混合物が含
まれよう。このように、本発明の別の態様は、ここに記
載される複合吸着性膜により一次成分及び二次成分を含
有しているガス混合物を分離することを含み、この膜は
この膜の供給原料から分離された源から得られた同じ二
次成分のうちの１又は２種以上を含有しているスイープ
ガスを用いて運転される。これらの二次成分は、メタ
ン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタ
ン、イソブタン、ブチレン、イソブチレン、及びそれら
の混合物から選ぶことができる。典型的には、膜への供
給原料の圧力は２０〜３００ｐｓｉｇ（１３８〜２０７
０ｋＰａ（ゲージ圧））であり、スイープガスの圧力は
２〜５０ｐｓｉｇ（１４〜３４５ｋＰａ（ゲージ圧））
である。
分離することが求められない場合、あるいは膜を透過し
ないガスを処理するＰＳＡ装置からの除去流を別の目的
のために使用する場合には、膜への原料ガス中に存在す
る同じ二次成分のうちの１又は２種以上を含有する他の
流れを、膜のもう一つの表面と接して流れるスイープガ
スとして使用してもよい。水素−炭化水素混合物の分離
においては、例えば、そのような他の流れには、メタ
ン、天然ガスが含まれ、あるいは窒素又は酸化炭素を任
意に含有する軽質炭化水素混合物が含まれ、あるいは製
油所で利用可能な一定の水素−炭化水素ガス混合物が含
まれよう。このように、本発明の別の態様は、ここに記
載される複合吸着性膜により一次成分及び二次成分を含
有しているガス混合物を分離することを含み、この膜は
この膜の供給原料から分離された源から得られた同じ二
次成分のうちの１又は２種以上を含有しているスイープ
ガスを用いて運転される。これらの二次成分は、メタ
ン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタ
ン、イソブタン、ブチレン、イソブチレン、及びそれら
の混合物から選ぶことができる。典型的には、膜への供
給原料の圧力は２０〜３００ｐｓｉｇ（１３８〜２０７
０ｋＰａ（ゲージ圧））であり、スイープガスの圧力は
２〜５０ｐｓｉｇ（１４〜３４５ｋＰａ（ゲージ圧））
である。
【００１２】ＰＳＡで除去されるもの以外のスイープガ
スを選択するための一般的基準は、重質の炭化水素がど
のような著しい量でも存在しないことである。例えば、
膜への供給ガスが水素、メタン、エタン、プロパン、そ
してブタンを含有する場合には、スイープガスを使用す
る目的はより重い炭化水素のプロパンとブタンの透過を
増進することであるとすることができよう。スイープガ
スがメタン、エタン、プロパン及びブタンを含有する場
合には、スイープガス中のプロパンとブタンの分圧は膜
への供給ガス中でのこれらの成分の分圧よりもかなり低
いことが好ましい。
スを選択するための一般的基準は、重質の炭化水素がど
のような著しい量でも存在しないことである。例えば、
膜への供給ガスが水素、メタン、エタン、プロパン、そ
してブタンを含有する場合には、スイープガスを使用す
る目的はより重い炭化水素のプロパンとブタンの透過を
増進することであるとすることができよう。スイープガ
スがメタン、エタン、プロパン及びブタンを含有する場
合には、スイープガス中のプロパンとブタンの分圧は膜
への供給ガス中でのこれらの成分の分圧よりもかなり低
いことが好ましい。
【００１３】スイープガスを使用して水素−炭化水素ガ
ス混合物から炭化水素が吸着性膜を透過するのが増進さ
れるのは、膜の界面の性質及びガス混合物成分と膜の細
孔との相互作用により決定される物理的現象である。供
給ガス、スイープガス、及び膜は、好ましくは、膜と接
触する気体成分間で化学反応が起こらないような、周囲
温度に近い又はそれより低い温度に維持される。膜は、
所期の温度範囲において化学反応を促進する能力のある
触媒物質を含有せずに、多孔質の基材に支持された微孔
質の吸着性物質から本質的になる。
ス混合物から炭化水素が吸着性膜を透過するのが増進さ
れるのは、膜の界面の性質及びガス混合物成分と膜の細
孔との相互作用により決定される物理的現象である。供
給ガス、スイープガス、及び膜は、好ましくは、膜と接
触する気体成分間で化学反応が起こらないような、周囲
温度に近い又はそれより低い温度に維持される。膜は、
所期の温度範囲において化学反応を促進する能力のある
触媒物質を含有せずに、多孔質の基材に支持された微孔
質の吸着性物質から本質的になる。
【００１４】本発明において利用される吸着性膜は、本
質的に不活性な基材に支持された微孔質の吸着性物質を
含み、この基材は気体成分の分離に有意の影響を及ぼさ
ない。微孔質の吸着性物質は好ましくは活性炭である
が、ほかのもの、例えばゼオライト、活性アルミナ、及
びシリカといったようなものを適当な基材上へ付着させ
るか又はその上で生成させてもよい。本発明で使用する
ための活性炭複合膜及びこの膜を製造するための方法
は、米国特許第５１０４４２５号明細書に開示されてお
り、この明細書は参照によりここに組み入れられる。本
発明で使用するための一つのタイプの膜は、多孔質グラ
ファイトの基材をポリ塩化ビニリデン−アクリレートタ
ーポリマーを含有している水性懸濁液（ラテックス）の
薄い皮膜で覆い、この被覆した基材を１５０℃で５分間
乾燥させ、窒素中で基材を１０００℃に至るまで１℃／
分の速度で加熱し、その温度で３時間保持し、そして周
囲温度まで１０℃／分で冷却して作られる。上記のポリ
マー被覆は加熱工程の間に炭化されて、基材上に微孔質
炭素の極めて薄い層を形成する。
質的に不活性な基材に支持された微孔質の吸着性物質を
含み、この基材は気体成分の分離に有意の影響を及ぼさ
ない。微孔質の吸着性物質は好ましくは活性炭である
が、ほかのもの、例えばゼオライト、活性アルミナ、及
びシリカといったようなものを適当な基材上へ付着させ
るか又はその上で生成させてもよい。本発明で使用する
ための活性炭複合膜及びこの膜を製造するための方法
は、米国特許第５１０４４２５号明細書に開示されてお
り、この明細書は参照によりここに組み入れられる。本
発明で使用するための一つのタイプの膜は、多孔質グラ
ファイトの基材をポリ塩化ビニリデン−アクリレートタ
ーポリマーを含有している水性懸濁液（ラテックス）の
薄い皮膜で覆い、この被覆した基材を１５０℃で５分間
乾燥させ、窒素中で基材を１０００℃に至るまで１℃／
分の速度で加熱し、その温度で３時間保持し、そして周
囲温度まで１０℃／分で冷却して作られる。上記のポリ
マー被覆は加熱工程の間に炭化されて、基材上に微孔質
炭素の極めて薄い層を形成する。
【００１５】吸着性膜と基材は、微孔質の吸着材料が管
状の多孔質基材の内面及び／又は外面に付着した管状形
状で製作することができ、そして得られた管状の吸着性
膜エレメントは、適当な圧力容器内にシェル−アンド−
チューブ式に組み込んで膜モジュールを形成することが
できる。ガス供給流量と分離の要求条件が特定寸法の単
一モジュールの能力を越える場合には、並列及び／又は
直列の複数の膜モジュールを利用することができる。あ
るいは、吸着性膜と支持材を、プレート−アンド−フレ
ームの構成を使ってモジュールに組み立てることができ
る平らなシートで製作することができる。あるいはま
た、吸着性膜と支持材を一体式に製作して膜モジュール
の単位容積当たりの膜表面積を大きくすることができ
る。この単一体は、多孔質セラミック、多孔質ガラス、
多孔質金属、又は多孔質炭素材料でよい。吸着性膜が基
材材料の細い中空繊維で支持された中空繊維の構成を使
用することも可能である。
状の多孔質基材の内面及び／又は外面に付着した管状形
状で製作することができ、そして得られた管状の吸着性
膜エレメントは、適当な圧力容器内にシェル−アンド−
チューブ式に組み込んで膜モジュールを形成することが
できる。ガス供給流量と分離の要求条件が特定寸法の単
一モジュールの能力を越える場合には、並列及び／又は
直列の複数の膜モジュールを利用することができる。あ
るいは、吸着性膜と支持材を、プレート−アンド−フレ
ームの構成を使ってモジュールに組み立てることができ
る平らなシートで製作することができる。あるいはま
た、吸着性膜と支持材を一体式に製作して膜モジュール
の単位容積当たりの膜表面積を大きくすることができ
る。この単一体は、多孔質セラミック、多孔質ガラス、
多孔質金属、又は多孔質炭素材料でよい。吸着性膜が基
材材料の細い中空繊維で支持された中空繊維の構成を使
用することも可能である。
【００１６】ガス混合物の分離のための圧力スイング吸
着（ＰＳＡ）装置は当該技術分野でよく知られており、
例えば石油精製産業における水素の回収と精製に広く利
用されている。一つの代表的なタイプのＰＳＡ装置は米
国特許第４０７７７７９号明細書に開示されており、そ
の明細書は参照してここに組み入れられる。水素の回収
のための典型的なＰＳＡ装置では、水素と炭化水素との
混合物を活性炭あるいはゼオライトのような１種以上の
吸着剤の入った複数の吸着器容器の一つを通過させ、そ
こで吸着剤により炭化水素を選択的に吸着して、高純度
の水素製品を吸着器から抜き出す。所定の時間の後に、
この容器を他のものから絶縁して、供給ガスを別の吸着
器容器へ流す。絶縁した容器を圧抜きして吸着された炭
化水素を脱着し、そしてこれを除去流又は廃棄流として
吸着器から抜き出す。製品水素を使用するパージ工程で
吸着器から残留炭化水素を供給原料への再循環のために
払い出す。あるいは、外部からのパージガスを使用し、
そしてこのパージガスを外部で利用してもよい。吸着器
間の圧力を等しくする様々な工程を利用して、製品回収
率を向上させそしてプロセスにおける動力消費量を低下
させることができる。
着（ＰＳＡ）装置は当該技術分野でよく知られており、
例えば石油精製産業における水素の回収と精製に広く利
用されている。一つの代表的なタイプのＰＳＡ装置は米
国特許第４０７７７７９号明細書に開示されており、そ
の明細書は参照してここに組み入れられる。水素の回収
のための典型的なＰＳＡ装置では、水素と炭化水素との
混合物を活性炭あるいはゼオライトのような１種以上の
吸着剤の入った複数の吸着器容器の一つを通過させ、そ
こで吸着剤により炭化水素を選択的に吸着して、高純度
の水素製品を吸着器から抜き出す。所定の時間の後に、
この容器を他のものから絶縁して、供給ガスを別の吸着
器容器へ流す。絶縁した容器を圧抜きして吸着された炭
化水素を脱着し、そしてこれを除去流又は廃棄流として
吸着器から抜き出す。製品水素を使用するパージ工程で
吸着器から残留炭化水素を供給原料への再循環のために
払い出す。あるいは、外部からのパージガスを使用し、
そしてこのパージガスを外部で利用してもよい。吸着器
間の圧力を等しくする様々な工程を利用して、製品回収
率を向上させそしてプロセスにおける動力消費量を低下
させることができる。
【００１７】本発明の基本的な態様を図１に例示する。
１又は２種以上の一次成分と１又は２種以上の二次成分
を含有している供給流１を、先に記載したように多孔質
基材に支持された吸着材料を含む複合半透膜１０３が入
った吸着膜モジュール１０１へ流す。この例示の目的
上、一次成分は水素であり、そして二次成分はＣ1 〜Ｃ
4 炭化水素であるが、とは言え、先に記載したようにこ
の方法によりこのほかのガス混合物を分離することがで
きる。これらのＣ1 〜Ｃ4 炭化水素は選択的に吸着され
て膜１０３を透過し、そして水素に富み、残留濃度の炭
化水素を含有している不透過流が膜モジュール１０３か
ら流出する。供給流１は２０〜３００ｐｓｉｇ（１３８
〜２０７０ｋＰａ（ゲージ圧））であり、不透過流３は
モジュールを横切る典型的には２〜５ｐｓｉ（１４〜３
４ｋＰａ）の圧力損失のためわずかに低い圧力で抜き出
される。膜不透過流３は、必要なら圧縮機１０５で２０
０〜４００ｐｓｉｇ（１３８０〜２７６０ｋＰａ（ゲー
ジ圧））まで圧縮され、そして圧縮流５は圧力スイング
吸着（ＰＳＡ）装置１０７へ流入して、これでもって残
留炭化水素の本質的に全てが選択的に吸着される。これ
から、最高９９．９９９体積％の水素を含有している高
純度水素製品流７が抜き出される。ＰＳＡ装置で除去さ
れた流れ９は典型的に２〜５０ｐｓｉｇ（１４〜３４５
ｋＰａ（ゲージ圧））の圧力で抜き出され、膜モジュー
ル１０１の透過側を通り抜けて膜１０３をスイープす
る。供給流１中の本質的に全ての炭化水素不純物を含有
している一緒になったスイープガス／透過物流出流１１
は、膜モジュール１０１から１〜４５ｐｓｉｇ（７〜３
１０ｋＰａ（ゲージ圧））で抜き出される。膜の透過側
をメタンを含有するＰＳＡ除去流でスイープすると、ス
イープガスとして水素を使用するのと比較して水素の回
収率が向上し、且つ炭化水素の透過率が増加して、従っ
てこれはスイープガスとして水素以上に好ましいという
ことが、思いも寄らぬことに見いだされた。膜モジュー
ル１０１とＰＳＡ装置１０７は、典型的に６０〜１００
°Ｆ（１５〜３８℃）のほぼ周囲温度で運転するが、と
は言え膜モジュールを周囲温度以下で運転することが望
ましいことがある。
１又は２種以上の一次成分と１又は２種以上の二次成分
を含有している供給流１を、先に記載したように多孔質
基材に支持された吸着材料を含む複合半透膜１０３が入
った吸着膜モジュール１０１へ流す。この例示の目的
上、一次成分は水素であり、そして二次成分はＣ1 〜Ｃ
4 炭化水素であるが、とは言え、先に記載したようにこ
の方法によりこのほかのガス混合物を分離することがで
きる。これらのＣ1 〜Ｃ4 炭化水素は選択的に吸着され
て膜１０３を透過し、そして水素に富み、残留濃度の炭
化水素を含有している不透過流が膜モジュール１０３か
ら流出する。供給流１は２０〜３００ｐｓｉｇ（１３８
〜２０７０ｋＰａ（ゲージ圧））であり、不透過流３は
モジュールを横切る典型的には２〜５ｐｓｉ（１４〜３
４ｋＰａ）の圧力損失のためわずかに低い圧力で抜き出
される。膜不透過流３は、必要なら圧縮機１０５で２０
０〜４００ｐｓｉｇ（１３８０〜２７６０ｋＰａ（ゲー
ジ圧））まで圧縮され、そして圧縮流５は圧力スイング
吸着（ＰＳＡ）装置１０７へ流入して、これでもって残
留炭化水素の本質的に全てが選択的に吸着される。これ
から、最高９９．９９９体積％の水素を含有している高
純度水素製品流７が抜き出される。ＰＳＡ装置で除去さ
れた流れ９は典型的に２〜５０ｐｓｉｇ（１４〜３４５
ｋＰａ（ゲージ圧））の圧力で抜き出され、膜モジュー
ル１０１の透過側を通り抜けて膜１０３をスイープす
る。供給流１中の本質的に全ての炭化水素不純物を含有
している一緒になったスイープガス／透過物流出流１１
は、膜モジュール１０１から１〜４５ｐｓｉｇ（７〜３
１０ｋＰａ（ゲージ圧））で抜き出される。膜の透過側
をメタンを含有するＰＳＡ除去流でスイープすると、ス
イープガスとして水素を使用するのと比較して水素の回
収率が向上し、且つ炭化水素の透過率が増加して、従っ
てこれはスイープガスとして水素以上に好ましいという
ことが、思いも寄らぬことに見いだされた。膜モジュー
ル１０１とＰＳＡ装置１０７は、典型的に６０〜１００
°Ｆ（１５〜３８℃）のほぼ周囲温度で運転するが、と
は言え膜モジュールを周囲温度以下で運転することが望
ましいことがある。
【００１８】図１により例示される本発明は、炭化水素
不純物が膜モジュール１０１とＰＳＡ装置１０７におい
て低圧で供給流１から回収される一方、水素製品流７と
膜不透過製品流３がずっと高い圧力でそれぞれのプロセ
ス工程から回収されるという独特な特徴により特徴づけ
られる。典型的には、モジュール１０１は、吸着性膜の
炭化水素透過性が高いために、ＰＳＡ装置１０７よりい
くらか低い圧力で運転することができる。この独特な特
徴は、ポリマー膜を利用する典型的な従来技術の隔膜と
ＰＳＡとを組み合わせた装置と全く対照的である。と言
うのは、水素は選択的にポリマー膜を透過して低圧側の
膜モジュールから抜き出されるからである。これは、本
発明と比べるとＰＳＡ装置へ供給する前に水素に富んだ
ポリマー膜透過流をかなり再圧縮するのを必要とする。
その上、ポリマー膜の絶対的な透過性が低いためポリマ
ー膜については供給原料の圧縮が必要とされるが、それ
は透過性が高い吸着性膜については通常必要とされな
い。従って、図１に例示された本発明の方法は、ポリマ
ー膜を使用する相当する隔膜とＰＳＡとを組み合わせた
装置よりもはるかに少ない動力消費量で水素製品を回収
するのを可能にする。モジュール１０１とＰＳＡ装置１
０７は、所望なら同じような圧力で運転することがで
き、これは圧縮機１０５の必要をなくすであろう。
不純物が膜モジュール１０１とＰＳＡ装置１０７におい
て低圧で供給流１から回収される一方、水素製品流７と
膜不透過製品流３がずっと高い圧力でそれぞれのプロセ
ス工程から回収されるという独特な特徴により特徴づけ
られる。典型的には、モジュール１０１は、吸着性膜の
炭化水素透過性が高いために、ＰＳＡ装置１０７よりい
くらか低い圧力で運転することができる。この独特な特
徴は、ポリマー膜を利用する典型的な従来技術の隔膜と
ＰＳＡとを組み合わせた装置と全く対照的である。と言
うのは、水素は選択的にポリマー膜を透過して低圧側の
膜モジュールから抜き出されるからである。これは、本
発明と比べるとＰＳＡ装置へ供給する前に水素に富んだ
ポリマー膜透過流をかなり再圧縮するのを必要とする。
その上、ポリマー膜の絶対的な透過性が低いためポリマ
ー膜については供給原料の圧縮が必要とされるが、それ
は透過性が高い吸着性膜については通常必要とされな
い。従って、図１に例示された本発明の方法は、ポリマ
ー膜を使用する相当する隔膜とＰＳＡとを組み合わせた
装置よりもはるかに少ない動力消費量で水素製品を回収
するのを可能にする。モジュール１０１とＰＳＡ装置１
０７は、所望なら同じような圧力で運転することがで
き、これは圧縮機１０５の必要をなくすであろう。
【００１９】図１のプロセス構成は、図２に示した本発
明の別の態様に例示される石油精製用途で使用するため
の他のプロセス工程と組み合わせることができる。この
態様では、水素製造のためのスチーム−メタン改質器を
図１の態様と組み合わせる。メタンを含有している供給
流１２、典型的には天然ガス流又は製油所オフガス流、
の一部分を、必要なら圧縮器１０９で２００〜１０００
ｐｓｉｇ（１３８０〜６９００ｋＰａ（ゲージ圧））に
圧縮して、改質器供給流１３を得る。メタンを含有する
供給流１２の一部は改質器燃料流１５として利用され
る。当該技術分野でよく知られている方法を利用する改
質装置１１１において、供給流１３はスチーム（図示せ
ず）と一緒にされ、高温で接触反応して、水素、一酸化
炭素、二酸化炭素、水及び未反応のメタンを含む粗合成
ガスを生成する。一酸化炭素は変成され（図示せず）、
追加の水素と二酸化炭素を生成して、粗水素製品流１９
を生じる。必要とされる高温は、改質器の炉（図示せ
ず）での改質器燃料流１５の燃焼により供給され、この
炉からは煙道ガス２１が生じる。粗水素製品流１９は、
典型的に１５〜２０体積％の二酸化炭素、０〜４体積％
の一酸化炭素、０〜５体積％の水、そして０〜４体積％
のメタンを含有しており、ＰＳＡ装置１０７で精製され
て水素化処理やそのほかの用途で使用するための高純度
水素製品７をもたらす。
明の別の態様に例示される石油精製用途で使用するため
の他のプロセス工程と組み合わせることができる。この
態様では、水素製造のためのスチーム−メタン改質器を
図１の態様と組み合わせる。メタンを含有している供給
流１２、典型的には天然ガス流又は製油所オフガス流、
の一部分を、必要なら圧縮器１０９で２００〜１０００
ｐｓｉｇ（１３８０〜６９００ｋＰａ（ゲージ圧））に
圧縮して、改質器供給流１３を得る。メタンを含有する
供給流１２の一部は改質器燃料流１５として利用され
る。当該技術分野でよく知られている方法を利用する改
質装置１１１において、供給流１３はスチーム（図示せ
ず）と一緒にされ、高温で接触反応して、水素、一酸化
炭素、二酸化炭素、水及び未反応のメタンを含む粗合成
ガスを生成する。一酸化炭素は変成され（図示せず）、
追加の水素と二酸化炭素を生成して、粗水素製品流１９
を生じる。必要とされる高温は、改質器の炉（図示せ
ず）での改質器燃料流１５の燃焼により供給され、この
炉からは煙道ガス２１が生じる。粗水素製品流１９は、
典型的に１５〜２０体積％の二酸化炭素、０〜４体積％
の一酸化炭素、０〜５体積％の水、そして０〜４体積％
のメタンを含有しており、ＰＳＡ装置１０７で精製され
て水素化処理やそのほかの用途で使用するための高純度
水素製品７をもたらす。
【００２０】この態様における供給流１は、５〜６０体
積％の水素と残りの炭化水素を典型的に含有している製
油所廃棄流である。このような流れは、水素の回収用よ
りもむしろ燃料として典型的に使用されている。膜モジ
ュール１０１は先に記載のように運転される。本態様で
は、圧縮した膜不透過製品流５を粗水素製品流１９と一
緒にし、一緒にした流れ２２をＰＳＡ装置１０７へ送
る。このＰＳＡ装置では、残留する炭化水素、一酸化炭
素、二酸化炭素及び水を選択的な吸着により除去して高
純度の水素製品流７を得る。図１のＰＳＡで除去された
流れ９とは組成が異なる、メタンを含有しているＰＳＡ
除去流２３は、膜モジュール１０１においてスイープガ
スとして利用され、本質的に全ての、供給流１中の炭化
水素不純物と粗水素製品流１９中の不純物を含有してい
る、一緒にされたスイープガス／透過物流出流２５が、
膜モジュール１０１から２〜５０ｐｓｉｇ（１４〜３４
５ｋＰａ（ゲージ圧））で抜き出される。メタンを含有
するスイープガスを使用すると、水素の回収率が向上
し、そして膜１０３を通り抜ける透過率が増加する。任
意的に、一緒にされたスイープガス／透過物流出流２５
のうちの一部分２７を改質装置１１１で燃料として使用
する。
積％の水素と残りの炭化水素を典型的に含有している製
油所廃棄流である。このような流れは、水素の回収用よ
りもむしろ燃料として典型的に使用されている。膜モジ
ュール１０１は先に記載のように運転される。本態様で
は、圧縮した膜不透過製品流５を粗水素製品流１９と一
緒にし、一緒にした流れ２２をＰＳＡ装置１０７へ送
る。このＰＳＡ装置では、残留する炭化水素、一酸化炭
素、二酸化炭素及び水を選択的な吸着により除去して高
純度の水素製品流７を得る。図１のＰＳＡで除去された
流れ９とは組成が異なる、メタンを含有しているＰＳＡ
除去流２３は、膜モジュール１０１においてスイープガ
スとして利用され、本質的に全ての、供給流１中の炭化
水素不純物と粗水素製品流１９中の不純物を含有してい
る、一緒にされたスイープガス／透過物流出流２５が、
膜モジュール１０１から２〜５０ｐｓｉｇ（１４〜３４
５ｋＰａ（ゲージ圧））で抜き出される。メタンを含有
するスイープガスを使用すると、水素の回収率が向上
し、そして膜１０３を通り抜ける透過率が増加する。任
意的に、一緒にされたスイープガス／透過物流出流２５
のうちの一部分２７を改質装置１１１で燃料として使用
する。
【００２１】この特定の態様は、廃棄流１から追加の水
素を回収するため膜モジュール１０１を設置することに
より既存の製油所改質装置１１１とＰＳＡ装置１０７を
改造するものとして有効である。ＰＳＡ装置１０７の運
転能力は、追加の流れ５に適応するために拡張されるで
あろうし、またこうして、より多量の水素製品７が利用
可能となろう。この改造は、そうしなければ水素の製造
能力を増大させるために必要とされる別の改質装置を設
置する必要性をなくそう。
素を回収するため膜モジュール１０１を設置することに
より既存の製油所改質装置１１１とＰＳＡ装置１０７を
改造するものとして有効である。ＰＳＡ装置１０７の運
転能力は、追加の流れ５に適応するために拡張されるで
あろうし、またこうして、より多量の水素製品７が利用
可能となろう。この改造は、そうしなければ水素の製造
能力を増大させるために必要とされる別の改質装置を設
置する必要性をなくそう。
【００２２】これに代わるが関連する態様を図３に例示
する。この態様では、吸着性膜モジュール、ＰＳＡ装
置、そしてスチーム−メタン改質器が、図２のそれとは
異なるやり方で組み合わされている。図３のこの態様に
おいては、メタンを含有するＰＳＡでの除去流２３を改
質装置１１１の燃料として利用し、改質器供給流１２の
うちの一部分２９の圧力を弁１１３により任意的に低下
させ、そして流れ３１をモジュール１０１で膜１０３の
透過側のスイープのために利用する。供給流１中の本質
的に全ての炭化水素不純物を含有している一緒にされた
スイープガス／透過物流出流３３は、膜モジュール１０
１から２〜５０ｐｓｉｇ（１４〜３４５ｋＰａ（ゲージ
圧））で抜き出され、圧縮機１１５で２００〜５００ｐ
ｓｉｇ（１３８０〜３４５０ｋＰａ（ゲージ圧））に圧
縮される。メタンでスイープすると、水素の回収率が向
上し、膜を通過する水素の透過率が増加して、スイープ
ガスとして水素を使用するよりも好ましい、ということ
が思いも寄らぬことに見いだされた。圧縮したスイープ
ガス／透過物流出流３７又はその一部分は、改質装置１
１１のための追加の供給原料として利用される。あるい
はまた、流れ３７のうちの一部分３９を改質装置１１１
で燃料として利用してもよい。
する。この態様では、吸着性膜モジュール、ＰＳＡ装
置、そしてスチーム−メタン改質器が、図２のそれとは
異なるやり方で組み合わされている。図３のこの態様に
おいては、メタンを含有するＰＳＡでの除去流２３を改
質装置１１１の燃料として利用し、改質器供給流１２の
うちの一部分２９の圧力を弁１１３により任意的に低下
させ、そして流れ３１をモジュール１０１で膜１０３の
透過側のスイープのために利用する。供給流１中の本質
的に全ての炭化水素不純物を含有している一緒にされた
スイープガス／透過物流出流３３は、膜モジュール１０
１から２〜５０ｐｓｉｇ（１４〜３４５ｋＰａ（ゲージ
圧））で抜き出され、圧縮機１１５で２００〜５００ｐ
ｓｉｇ（１３８０〜３４５０ｋＰａ（ゲージ圧））に圧
縮される。メタンでスイープすると、水素の回収率が向
上し、膜を通過する水素の透過率が増加して、スイープ
ガスとして水素を使用するよりも好ましい、ということ
が思いも寄らぬことに見いだされた。圧縮したスイープ
ガス／透過物流出流３７又はその一部分は、改質装置１
１１のための追加の供給原料として利用される。あるい
はまた、流れ３７のうちの一部分３９を改質装置１１１
で燃料として利用してもよい。
【００２３】図４に別の態様を例示し、この態様では膜
モジュール１０１とＰＳＡ装置１０７を図１の態様と同
様のやり方で運転する。この別の態様では、メタンを含
有しているＰＳＡで除去された流れ９のうちの一部分４
１を膜モジュール１０１のためのスイープガスとして利
用してスイープガス／透過流１１を得る。ＰＳＡ除去流
９の残りの部分４３はパージとして取り出され、そして
典型的には燃料として使用される。流れ１１は圧縮機１
１７で１００〜３００ｐｓｉｇ（６９０〜２０７０ｋＰ
ａ（ゲージ圧））に圧縮され、そして圧縮された炭化水
素に富む流れ４５は分縮器１１９へ供給され、これが流
れ４５をＣ3 より軽い炭化水素を含有する流れ４７と、
Ｃ3 及びこれより重い炭化水素を含有する製品流４９と
に分離する。炭化水素を分離するのに分縮器を使用する
ことは当該技術分野で知られており、例えば米国特許第
４００２０４２号明細書に開示されていて、この特許明
細書は参照してここに組み入れられる。分縮器は本質的
に、上向きに流れる供給流が寒冷により間接的に冷却さ
れる通路を有し、それによってより重質の混合物成分の
一部を凝縮させ、その凝縮成分が当該通路の壁を下向き
に流れて還流液を形成する垂直の熱交換器である。この
液体は分縮器の底部から重質製品流として流出し、凝縮
しなかった成分はガス製品として上部から抜き出され
る。
モジュール１０１とＰＳＡ装置１０７を図１の態様と同
様のやり方で運転する。この別の態様では、メタンを含
有しているＰＳＡで除去された流れ９のうちの一部分４
１を膜モジュール１０１のためのスイープガスとして利
用してスイープガス／透過流１１を得る。ＰＳＡ除去流
９の残りの部分４３はパージとして取り出され、そして
典型的には燃料として使用される。流れ１１は圧縮機１
１７で１００〜３００ｐｓｉｇ（６９０〜２０７０ｋＰ
ａ（ゲージ圧））に圧縮され、そして圧縮された炭化水
素に富む流れ４５は分縮器１１９へ供給され、これが流
れ４５をＣ3 より軽い炭化水素を含有する流れ４７と、
Ｃ3 及びこれより重い炭化水素を含有する製品流４９と
に分離する。炭化水素を分離するのに分縮器を使用する
ことは当該技術分野で知られており、例えば米国特許第
４００２０４２号明細書に開示されていて、この特許明
細書は参照してここに組み入れられる。分縮器は本質的
に、上向きに流れる供給流が寒冷により間接的に冷却さ
れる通路を有し、それによってより重質の混合物成分の
一部を凝縮させ、その凝縮成分が当該通路の壁を下向き
に流れて還流液を形成する垂直の熱交換器である。この
液体は分縮器の底部から重質製品流として流出し、凝縮
しなかった成分はガス製品として上部から抜き出され
る。
【００２４】流れ４９は、本質的に、幅広く販売可能な
燃料である液化石油ガス（ＬＰＧ）であり、あるいはま
た流れ４９は、更に分離して貴重な石油化学原料にする
ことができる。流れ４７は、圧縮された膜不透過ガス５
と一緒にされ、そしてこの一緒にされた流れ５１がＰＳ
Ａ装置１０７への供給原料となる。この流れ４７を更に
処理することが水素製品７及びＬＰＧ製品４９の回収率
を最大限にする。供給流１から炭化水素を回収するのに
膜を使用することは、分縮器への炭化水素の分圧を上昇
させて、これは分縮器をより高温で運転するのを可能に
して、これにより分縮器の必要とする寒冷使用量が少な
くなる。同様に、膜の利用は分縮器への流れを減少さ
せ、そしてこれが分縮器と圧縮機１１７の大きさを低下
させる。このように、この態様は 製油所廃棄流から高
純度の水素とＬＰＧを回収するために吸着性膜モジュー
ル、ＰＳＡ装置及び分縮器を新しく且つ有効に組み合わ
せるものであって、製油所廃棄流はこうしなければ比較
的価値の低い燃料として直接利用されよう。
燃料である液化石油ガス（ＬＰＧ）であり、あるいはま
た流れ４９は、更に分離して貴重な石油化学原料にする
ことができる。流れ４７は、圧縮された膜不透過ガス５
と一緒にされ、そしてこの一緒にされた流れ５１がＰＳ
Ａ装置１０７への供給原料となる。この流れ４７を更に
処理することが水素製品７及びＬＰＧ製品４９の回収率
を最大限にする。供給流１から炭化水素を回収するのに
膜を使用することは、分縮器への炭化水素の分圧を上昇
させて、これは分縮器をより高温で運転するのを可能に
して、これにより分縮器の必要とする寒冷使用量が少な
くなる。同様に、膜の利用は分縮器への流れを減少さ
せ、そしてこれが分縮器と圧縮機１１７の大きさを低下
させる。このように、この態様は 製油所廃棄流から高
純度の水素とＬＰＧを回収するために吸着性膜モジュー
ル、ＰＳＡ装置及び分縮器を新しく且つ有効に組み合わ
せるものであって、製油所廃棄流はこうしなければ比較
的価値の低い燃料として直接利用されよう。
【００２５】
〔例１〕直径４．５インチ（１１．４ｃｍ）の多孔質
（細孔径０．７μｍ）のグラファイトの基材ディスクを
ポリ塩化ビニリデン−アクリレートターポリマーを含有
している水性懸濁液（ラテックス）の薄い皮膜で覆い、
これらの被覆したディスクを１５０℃で５分間乾燥さ
せ、窒素中でディスクを１０００℃に至るまで１℃／分
の速度で加熱し、その温度で３時間保持し、そして周囲
温度まで１０℃／分で冷却して、膜を製造した。上記の
ポリマー被覆は加熱工程の間に炭化されて、基材ディス
ク上に微孔質炭素の極めて薄い層を形成する。これらの
ディスクの５枚を使用して、総膜面積が０．３８５ｆｔ
2 （０．０３５８ｍ2 ）の実験用プレート−アンド−フ
レーム膜モジュールを構成した。２６２°Ｋ及び５０ｐ
ｓｉｇ（３４５ｋＰａ（ゲージ圧））で４０体積％の水
素、２０体積％のメタン、１０体積％のエタン、そして
１０体積％のプロパンを含有している供給ガスを、６．
７４×１０-5グラムモル／秒の流量で膜の供給側を通過
させた。純度９９．９９５体積％の水素を同じ温度及び
１ｐｓｉｇ（７ｋＰａ（ゲージ圧））で、０．０５３、
０．０７９及び０．１５５のスイープガス：供給ガス比
（Ｓ／Ｆ比）に相当する３種類の異なる流量で膜の透過
側を通過させた。膜不透過流及び一緒にしたスイープ／
透過物流出流について組成と流量を測定し、各スイープ
ガス：供給ガス比について物質収支により炭化水素除去
率と水素回収率を計算した。炭化水素除去率は、各成分
について、一緒にしたスイープガス／透過物流出流中の
膜モジュールから抜き出される膜モジュール供給流中の
各個々の炭化水素の割合として定義される。水素回収率
は、高圧の膜からの製品（すなわち図１における流れ
３）中の水素の流量と水素スイープガスの流量との差
を、膜の供給原料（すなわち図１の流れ１）中の水素の
流量で割ったものとして定義される。上記の手順を、ス
イープガスとしてメタン（純度９９．７体積％）を使用
して繰り返した。結果を表Ｉに要約して示す。これらの
結果は、メタンをスイープガスとして使用すると、水素
をスイープガスとして使用するよりも高い水素回収率と
それよりも高い炭化水素除去率が得られることをはっき
り示している。
（細孔径０．７μｍ）のグラファイトの基材ディスクを
ポリ塩化ビニリデン−アクリレートターポリマーを含有
している水性懸濁液（ラテックス）の薄い皮膜で覆い、
これらの被覆したディスクを１５０℃で５分間乾燥さ
せ、窒素中でディスクを１０００℃に至るまで１℃／分
の速度で加熱し、その温度で３時間保持し、そして周囲
温度まで１０℃／分で冷却して、膜を製造した。上記の
ポリマー被覆は加熱工程の間に炭化されて、基材ディス
ク上に微孔質炭素の極めて薄い層を形成する。これらの
ディスクの５枚を使用して、総膜面積が０．３８５ｆｔ
2 （０．０３５８ｍ2 ）の実験用プレート−アンド−フ
レーム膜モジュールを構成した。２６２°Ｋ及び５０ｐ
ｓｉｇ（３４５ｋＰａ（ゲージ圧））で４０体積％の水
素、２０体積％のメタン、１０体積％のエタン、そして
１０体積％のプロパンを含有している供給ガスを、６．
７４×１０-5グラムモル／秒の流量で膜の供給側を通過
させた。純度９９．９９５体積％の水素を同じ温度及び
１ｐｓｉｇ（７ｋＰａ（ゲージ圧））で、０．０５３、
０．０７９及び０．１５５のスイープガス：供給ガス比
（Ｓ／Ｆ比）に相当する３種類の異なる流量で膜の透過
側を通過させた。膜不透過流及び一緒にしたスイープ／
透過物流出流について組成と流量を測定し、各スイープ
ガス：供給ガス比について物質収支により炭化水素除去
率と水素回収率を計算した。炭化水素除去率は、各成分
について、一緒にしたスイープガス／透過物流出流中の
膜モジュールから抜き出される膜モジュール供給流中の
各個々の炭化水素の割合として定義される。水素回収率
は、高圧の膜からの製品（すなわち図１における流れ
３）中の水素の流量と水素スイープガスの流量との差
を、膜の供給原料（すなわち図１の流れ１）中の水素の
流量で割ったものとして定義される。上記の手順を、ス
イープガスとしてメタン（純度９９．７体積％）を使用
して繰り返した。結果を表Ｉに要約して示す。これらの
結果は、メタンをスイープガスとして使用すると、水素
をスイープガスとして使用するよりも高い水素回収率と
それよりも高い炭化水素除去率が得られることをはっき
り示している。
【００２６】
【表１】
【００２７】〔例２〕例１のデータを使用して、図１に
示したように膜不透過流が圧力スイング吸着（ＰＳＡ）
装置へ供給原料を供給する、ＰＳＡ装置と直列に運転す
る膜モジュールの予想性能を計算した。この供給ガスで
のＰＳＡ装置の性能は、１９７６年２月２６日のＨｙｄ
ｒｏｇｅｎ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｒ
ｅｎｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｅｔｒｏ
ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓからの“Ｈｙｄ
ｒｏｇｅｎ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ Ｐｒｅ
ｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ”と題
された論文にＬ． Ｌａｎｃｅｌｉｎらにより記載され
た標準的設計法を使用して計算した。約５１体積％の水
素というＰＳＡ供給濃度（これは表Ｉに示したように典
型的な膜製品純度である）で、ＰＳＡ装置は６０％の水
素回収率で働く。組み合わせた吸着性膜−ＰＳＡ装置か
らの総水素回収率を、（１）膜のスイープをＰＳＡの水
素製品の一部により行う場合と、（２）膜のスイープを
メタンを含有するＰＳＡでの除去ガスにより行う場合の
二つについて、物質収支により計算した。スイープガス
が膜性能に及ぼす効果は、例１のデータを基にしたもの
であった。三つの異なるスイープガス対供給ガス比につ
いての計算結果を表ＩＩに示す。これらの結果は、スイ
ープガスとしてＰＳＡでの除去流を使用することはスイ
ープガスとして製品水素を使用するより有意に高い水素
回収率を可能にすることを指示している。
示したように膜不透過流が圧力スイング吸着（ＰＳＡ）
装置へ供給原料を供給する、ＰＳＡ装置と直列に運転す
る膜モジュールの予想性能を計算した。この供給ガスで
のＰＳＡ装置の性能は、１９７６年２月２６日のＨｙｄ
ｒｏｇｅｎ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｒ
ｅｎｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｅｔｒｏ
ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓからの“Ｈｙｄ
ｒｏｇｅｎ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ Ｐｒｅ
ｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ”と題
された論文にＬ． Ｌａｎｃｅｌｉｎらにより記載され
た標準的設計法を使用して計算した。約５１体積％の水
素というＰＳＡ供給濃度（これは表Ｉに示したように典
型的な膜製品純度である）で、ＰＳＡ装置は６０％の水
素回収率で働く。組み合わせた吸着性膜−ＰＳＡ装置か
らの総水素回収率を、（１）膜のスイープをＰＳＡの水
素製品の一部により行う場合と、（２）膜のスイープを
メタンを含有するＰＳＡでの除去ガスにより行う場合の
二つについて、物質収支により計算した。スイープガス
が膜性能に及ぼす効果は、例１のデータを基にしたもの
であった。三つの異なるスイープガス対供給ガス比につ
いての計算結果を表ＩＩに示す。これらの結果は、スイ
ープガスとしてＰＳＡでの除去流を使用することはスイ
ープガスとして製品水素を使用するより有意に高い水素
回収率を可能にすることを指示している。
【００２８】
【表２】
【００２９】例１と組み合わせたこれらの結果は、
（１）メタン含有のスイープガスは膜モジュールでの炭
化水素の除去率を上昇させ且つ水素回収率を上昇させる
ためと、（２）吸着性膜−ＰＳＡ装置を一緒にしたもの
の総水素回収率を上昇させるために、ＰＳＡでの除去流
がより好ましいスイープガスであることを説明してい
る。
（１）メタン含有のスイープガスは膜モジュールでの炭
化水素の除去率を上昇させ且つ水素回収率を上昇させる
ためと、（２）吸着性膜−ＰＳＡ装置を一緒にしたもの
の総水素回収率を上昇させるために、ＰＳＡでの除去流
がより好ましいスイープガスであることを説明してい
る。
【００３０】〔例３〕例１の膜モジュールを使って、２
０体積％の水素、２０体積％のメタン、１６体積％のエ
タン＋エチレン、及び４４体積％のプロパン＋プロピレ
ンという組成を持つガス流を分離した。この組成は、一
定タイプの製油所廃棄流の典型的な組成である。このガ
スを膜モジュールに１００ｐｓｉｇ（６９０ｋＰａ（ゲ
ージ圧））、８０°Ｆ（２７℃）、及び３．３×１０-4
グラムモル／秒の流量で供給し、膜の透過側を、スイー
プガス：供給ガス比０．２で１ｐｓｉｇ（７ｋＰａ（ゲ
ージ圧））及び８０°Ｆ（２７℃）の、メタンに富むス
イープガスでパージした。このスイープガスは２９．６
体積％の水素、１０．３体積％のエタン、及び６０．１
体積％のメタンを含有していた。これは図１のＰＳＡで
除去された流れ９のおおよその組成である。供給流中の
水素の５６％が、供給流量の０．３倍の流量で９５ｐｓ
ｉｇ（６５５ｋＰａ（ゲージ圧））及び８０°Ｆ（２７
℃）で膜の不透過物中に回収された。スイープガス／透
過物流出流を１ｐｓｉｇ（７ｋＰａ（ゲージ圧））、８
０°Ｆ（２７℃）、及び供給流量の０．９倍の流量で抜
き出した。この流れの炭化水素回収率は、メタンが４
５．４％、エタン＋エチレンが７５．０％、そしてプロ
パン＋プロピレンが９８．０％であった。このように、
重質炭化水素の大半が膜を横切って透過する一方、高い
水素回収率が達成された。
０体積％の水素、２０体積％のメタン、１６体積％のエ
タン＋エチレン、及び４４体積％のプロパン＋プロピレ
ンという組成を持つガス流を分離した。この組成は、一
定タイプの製油所廃棄流の典型的な組成である。このガ
スを膜モジュールに１００ｐｓｉｇ（６９０ｋＰａ（ゲ
ージ圧））、８０°Ｆ（２７℃）、及び３．３×１０-4
グラムモル／秒の流量で供給し、膜の透過側を、スイー
プガス：供給ガス比０．２で１ｐｓｉｇ（７ｋＰａ（ゲ
ージ圧））及び８０°Ｆ（２７℃）の、メタンに富むス
イープガスでパージした。このスイープガスは２９．６
体積％の水素、１０．３体積％のエタン、及び６０．１
体積％のメタンを含有していた。これは図１のＰＳＡで
除去された流れ９のおおよその組成である。供給流中の
水素の５６％が、供給流量の０．３倍の流量で９５ｐｓ
ｉｇ（６５５ｋＰａ（ゲージ圧））及び８０°Ｆ（２７
℃）で膜の不透過物中に回収された。スイープガス／透
過物流出流を１ｐｓｉｇ（７ｋＰａ（ゲージ圧））、８
０°Ｆ（２７℃）、及び供給流量の０．９倍の流量で抜
き出した。この流れの炭化水素回収率は、メタンが４
５．４％、エタン＋エチレンが７５．０％、そしてプロ
パン＋プロピレンが９８．０％であった。このように、
重質炭化水素の大半が膜を横切って透過する一方、高い
水素回収率が達成された。
【００３１】〔例４〕例３の実験データを使って、吸着
性膜不透過流が圧力スイング吸着（ＰＳＡ）装置へ供給
原料を供給しそしてメタンを含有しているＰＳＡでの除
去流が膜モジュールへスイープガスを供給する、ＰＳＡ
装置と直列に運転する膜モジュールの予想性能を計算し
た。例３の供給流は、水素回収率が不経済に低いであろ
うからＰＳＡ装置だけを使って分離することができな
い。ＰＳＡ装置より前でポリマー膜を使用することは、
供給ガス中の水素濃度が低いので高い供給圧力を必要と
しよう。
性膜不透過流が圧力スイング吸着（ＰＳＡ）装置へ供給
原料を供給しそしてメタンを含有しているＰＳＡでの除
去流が膜モジュールへスイープガスを供給する、ＰＳＡ
装置と直列に運転する膜モジュールの予想性能を計算し
た。例３の供給流は、水素回収率が不経済に低いであろ
うからＰＳＡ装置だけを使って分離することができな
い。ＰＳＡ装置より前でポリマー膜を使用することは、
供給ガス中の水素濃度が低いので高い供給圧力を必要と
しよう。
【００３２】吸着性膜の不透過流で運転するＰＳＡ装置
の性能は、１９７６年２月２６日のＨｙｄｒｏｇｅｎ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｒｅｎｃｈ Ａ
ｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓからの“Ｈｙｄｒｏｇｅｎ
Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ＰｒｅｓｓｕｒｅＳ
ｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ”と題された論文に
Ｌ． Ｌａｎｃｅｌｉｎらにより記載された標準的設計
法を使って計算した。この吸着性膜−ＰＳＡ装置につい
ての水素生産量１００万スタンダード立方フィート／日
（２８，０００Ｎｍ3 ／日）でのエネルギー消費量を計
算し、ＰＳＡで製品を回収する通常ルートのスチーム−
メタン改質（ＳＭＲ）による水素の製造についての既知
の情報と比較した。これらの計算は、２００ｐｓｉｇ
（１３８０ｋＰａ（ゲージ圧））の圧力で９９．９９９
体積％の水素製品純度を基にしたものであった。吸着性
膜−ＰＳＡ装置を運転するための正味のエネルギー消費
量を、供給廃ガスのエネルギー（燃料）含有量から一緒
にしたスイープガス／透過物流のエネルギー（燃料）含
有量と吸着性膜−ＰＳＡ装置の運転のための圧縮エネル
ギーとの合計を差し引いたものとして計算した。ＳＭＲ
−ＰＳＡ装置についての正味のエネルギー消費量は、供
給メタン流のエネルギー（燃料）含有量にＳＭＲ−ＰＳ
Ａ装置の運転のための圧縮エネルギーを加え、ＳＭＲ装
置からの排出スチームのエネルギー含有量を差し引いた
ものとして計算し、ＰＳＡでの除去流は普通に実施され
ているようにＳＭＲ装置で燃料として使用した。吸着性
膜−ＰＳＡ装置とＳＭＲ−ＰＳＡ装置の資本費は、既知
の商業的なＳＭＲ装置及びＰＳＡ装置の経費と吸着性膜
モジュールの経費の工学的推定値とを使用して計算し
た。表ＩＩＩに、計算結果を二つの製造法についての相
対的な資本費、水素製造費、及びエネルギー消費量に関
して要約して示す。これらの結果は、本発明の吸着性膜
−ＰＳＡ装置を使用して水素と炭化水素を含有している
廃ガスから水素を回収するのは、独立の吸着性膜−ＰＳ
Ａ装置及びＳＭＲ−ＰＳＡ装置を基にして比較するとス
チーム−メタン改質によりメタンから水素を製造するよ
りエネルギーの必要量が少なく且つより原価効率的であ
るであることを指示している。
の性能は、１９７６年２月２６日のＨｙｄｒｏｇｅｎ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｒｅｎｃｈ Ａ
ｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓからの“Ｈｙｄｒｏｇｅｎ
Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ＰｒｅｓｓｕｒｅＳ
ｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ”と題された論文に
Ｌ． Ｌａｎｃｅｌｉｎらにより記載された標準的設計
法を使って計算した。この吸着性膜−ＰＳＡ装置につい
ての水素生産量１００万スタンダード立方フィート／日
（２８，０００Ｎｍ3 ／日）でのエネルギー消費量を計
算し、ＰＳＡで製品を回収する通常ルートのスチーム−
メタン改質（ＳＭＲ）による水素の製造についての既知
の情報と比較した。これらの計算は、２００ｐｓｉｇ
（１３８０ｋＰａ（ゲージ圧））の圧力で９９．９９９
体積％の水素製品純度を基にしたものであった。吸着性
膜−ＰＳＡ装置を運転するための正味のエネルギー消費
量を、供給廃ガスのエネルギー（燃料）含有量から一緒
にしたスイープガス／透過物流のエネルギー（燃料）含
有量と吸着性膜−ＰＳＡ装置の運転のための圧縮エネル
ギーとの合計を差し引いたものとして計算した。ＳＭＲ
−ＰＳＡ装置についての正味のエネルギー消費量は、供
給メタン流のエネルギー（燃料）含有量にＳＭＲ−ＰＳ
Ａ装置の運転のための圧縮エネルギーを加え、ＳＭＲ装
置からの排出スチームのエネルギー含有量を差し引いた
ものとして計算し、ＰＳＡでの除去流は普通に実施され
ているようにＳＭＲ装置で燃料として使用した。吸着性
膜−ＰＳＡ装置とＳＭＲ−ＰＳＡ装置の資本費は、既知
の商業的なＳＭＲ装置及びＰＳＡ装置の経費と吸着性膜
モジュールの経費の工学的推定値とを使用して計算し
た。表ＩＩＩに、計算結果を二つの製造法についての相
対的な資本費、水素製造費、及びエネルギー消費量に関
して要約して示す。これらの結果は、本発明の吸着性膜
−ＰＳＡ装置を使用して水素と炭化水素を含有している
廃ガスから水素を回収するのは、独立の吸着性膜−ＰＳ
Ａ装置及びＳＭＲ−ＰＳＡ装置を基にして比較するとス
チーム−メタン改質によりメタンから水素を製造するよ
りエネルギーの必要量が少なく且つより原価効率的であ
るであることを指示している。
【００３３】
【表３】
【００３４】更に、図１に指示された流れの番号に従っ
て吸着性膜−ＰＳＡ装置の基本的な流れについて物質収
支を作成した。各流れの流量、組成及び圧力を要約した
ものを表ＩＶに示す。
て吸着性膜−ＰＳＡ装置の基本的な流れについて物質収
支を作成した。各流れの流量、組成及び圧力を要約した
ものを表ＩＶに示す。
【００３５】
【表４】
【００３６】表ＩＶは、図１の組み合わせた吸着性膜−
ＰＳＡ装置でスイープガスとしてＰＳＡでの除去流を使
用するのを例示している。高純度水素製品流７の一部分
よりもむしろメタンに富むＰＳＡでの除去流９の全体を
スイープガスとして使用する方が、水素の回収率が最大
になることから好ましい。ＰＳＡでの除去流をスイープ
ガスとして使用しての水素の回収率は３０．９％であ
る。膜への供給流１と膜不透過流３の圧力の比較から、
最小限の圧力損失でかなりの水素の濃縮がなされること
が説明され、これは水素の濃縮がポリマー膜を透過する
ことによりはるかに大きな圧力損失でなされるポリマー
膜の運転と根本的に異なる。吸着性膜からの透過物中の
プロパンとプロピレンの除去率が高いことは、流れ１と
３の組成を比べることによりはっきりと説明される。
ＰＳＡ装置でスイープガスとしてＰＳＡでの除去流を使
用するのを例示している。高純度水素製品流７の一部分
よりもむしろメタンに富むＰＳＡでの除去流９の全体を
スイープガスとして使用する方が、水素の回収率が最大
になることから好ましい。ＰＳＡでの除去流をスイープ
ガスとして使用しての水素の回収率は３０．９％であ
る。膜への供給流１と膜不透過流３の圧力の比較から、
最小限の圧力損失でかなりの水素の濃縮がなされること
が説明され、これは水素の濃縮がポリマー膜を透過する
ことによりはるかに大きな圧力損失でなされるポリマー
膜の運転と根本的に異なる。吸着性膜からの透過物中の
プロパンとプロピレンの除去率が高いことは、流れ１と
３の組成を比べることによりはっきりと説明される。
【００３７】このように、本発明は、本質的に不活性な
基材で支持された微孔質の吸着材料を含む吸着性膜の向
上した作用を可能にする。高純度の製品ガス以外のスイ
ープガスを使用することにより、製品の回収率が上昇
し、そして膜への供給原料中の汚染物の透過率の上昇に
より膜の性能が向上する。水素−炭化水素混合物から水
素を回収するのに、特にＰＳＡ装置を膜と直列に運転す
る場合には、Ｃ2 及び殊にＣ3 炭化水素の透過率を増加
させるのにＰＳＡ装置からのメタンを含有する除去流は
水素製品より有効なスイープガスであることが、思いも
寄らぬことに見いだされた。これは、水素製品の一部を
スイープのために使用しなければ水素の回収率が有意に
高くなることから、そして更にこの好ましいスイープガ
スを使用すると所定のガス供給流量を処理するのに必要
とされる膜の面積が減少することから、望ましいことで
ある。メタンは、スイープのために改質器への供給メタ
ンの一部を使用してスイープ／透過物流出ガスを改質器
へ供給原料又は燃料として戻すことができるので、スチ
ーム−メタン改質器と組み合わせた吸着性膜装置のため
の特に有効で且つ経済的なスイープガスである。
基材で支持された微孔質の吸着材料を含む吸着性膜の向
上した作用を可能にする。高純度の製品ガス以外のスイ
ープガスを使用することにより、製品の回収率が上昇
し、そして膜への供給原料中の汚染物の透過率の上昇に
より膜の性能が向上する。水素−炭化水素混合物から水
素を回収するのに、特にＰＳＡ装置を膜と直列に運転す
る場合には、Ｃ2 及び殊にＣ3 炭化水素の透過率を増加
させるのにＰＳＡ装置からのメタンを含有する除去流は
水素製品より有効なスイープガスであることが、思いも
寄らぬことに見いだされた。これは、水素製品の一部を
スイープのために使用しなければ水素の回収率が有意に
高くなることから、そして更にこの好ましいスイープガ
スを使用すると所定のガス供給流量を処理するのに必要
とされる膜の面積が減少することから、望ましいことで
ある。メタンは、スイープのために改質器への供給メタ
ンの一部を使用してスイープ／透過物流出ガスを改質器
へ供給原料又は燃料として戻すことができるので、スチ
ーム−メタン改質器と組み合わせた吸着性膜装置のため
の特に有効で且つ経済的なスイープガスである。
【００３８】本発明の本質的な特徴は、前述の開示にす
っかり記載されている。当業者は、本発明を理解し、そ
してその基本的精神から逸脱することなく、且つ特許請
求の範囲に記載された範囲とこれに記載されたものと同
等のものから逸脱することなく、本発明にいろいろな改
変を加えることができる。
っかり記載されている。当業者は、本発明を理解し、そ
してその基本的精神から逸脱することなく、且つ特許請
求の範囲に記載された範囲とこれに記載されたものと同
等のものから逸脱することなく、本発明にいろいろな改
変を加えることができる。
【図１】吸着性膜を圧力スイング吸着装置と組み合わせ
た本発明の概略フローシートである。
た本発明の概略フローシートである。
【図２】吸着性膜を圧力スイング吸着装置及び炭化水素
改質装置と組み合わせた本発明の第二の態様の概略フロ
ーシートである。
改質装置と組み合わせた本発明の第二の態様の概略フロ
ーシートである。
【図３】吸着性膜を圧力スイング吸着装置及び炭化水素
改質装置と組み合わせた本発明の第三の態様の概略フロ
ーシートである。
改質装置と組み合わせた本発明の第三の態様の概略フロ
ーシートである。
【図４】吸着性膜を圧力スイング吸着装置及び分縮器と
組み合わせた本発明の第四の態様の概略フローシートで
ある。
組み合わせた本発明の第四の態様の概略フローシートで
ある。
１０１…吸着膜モジュール １０３…複合半透膜 １０５…圧縮機 １０７…圧力スイング吸着（ＰＳＡ）装置 １０９…圧縮機 １１１…改質装置 １１５…圧縮機 １１７…圧縮機 １１９…分縮器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マドハッカー バスカラ ラオ アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18104, アレンタウン，ローウェル ストリート 1122 (72)発明者 シバジ サーカー アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18106, ウェスコスビル，ボギー アベニュ 1508
Claims (9)
- 【請求項１】 水素と、水素よりも吸着材料に強く吸着
される１又は２種以上の炭化水素とを含む気体の供給原
料混合物から水素を回収するための方法であって、 （ａ）多孔質基材に支持された微孔質の吸着材料から本
質的になり、供給側と透過側とがある複合半透膜の入っ
た分離器へ当該供給原料混合物を送り、当該炭化水素の
うちの一部分を当該微孔質の吸着材料により選択的に吸
着して当該半透膜の上記供給側から上記透過側へ吸着さ
れた流体相として拡散させ、且つ更に、当該気体の供給
原料混合物と当該半透膜との接触及び成分の当該半透膜
の透過を化学反応なしに行わせて、この分離器から水素
に富んだ不透過製品流を抜き出す工程、 （ｂ）上記半透膜の透過側から上記炭化水素を含む透過
物を抜き出す工程、 （ｃ）上記半透膜の透過側を横断して、上記供給原料混
合物中に存在する同じ炭化水素のうちの１又は２種以上
を含むスイープガスを送り、そしてスイープガス／透過
物の流出流を上記分離器から抜き出す工程、を含む、水
素の回収方法。 - 【請求項２】 前記供給原料混合物が、メタン、エタ
ン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、イソブ
タン、ブチレン、イソブチレン、及びそれらの混合物か
らなる群から選ばれた１種以上の炭化水素を含む、請求
項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記スイープガスが、メタン、エタン、
エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、イソブタ
ン、ブチレン、イソブチレン、及びそれらの混合物から
なる群より選ばれた１種以上の炭化水素を含む、請求項
１記載の方法。 - 【請求項４】 前記スイープガスがメタンを含む、請求
項３記載の方法。 - 【請求項５】 前記スイープガスが天然ガスである、請
求項１記載の方法。 - 【請求項６】 前記スイープガスが水素を含む、請求項
１記載の方法。 - 【請求項７】 前記スイープガスが、メタン、エタン、
エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、イソブタ
ン、ブチレン、イソブチレン、及びそれらの混合物から
なる群から選ばれた１種以上の炭化水素を更に含む、請
求項６記載の方法。 - 【請求項８】 前記供給原料混合物の圧力が２０〜３０
０ｐｓｉｇ（１３８〜２０７０ｋＰａ（ゲージ圧））で
ある、請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 前記スイープガスの圧力が２〜５０ｐｓ
ｉｇ（１４〜３４５ｋＰａ（ゲージ圧））である、請求
項８記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/303,252 US5507856A (en) | 1989-11-14 | 1994-09-08 | Hydrogen recovery by adsorbent membranes |
| US303252 | 1994-09-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0891805A true JPH0891805A (ja) | 1996-04-09 |
Family
ID=23171214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7231546A Pending JPH0891805A (ja) | 1994-09-08 | 1995-09-08 | 水素の回収方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5507856A (ja) |
| EP (1) | EP0700708A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0891805A (ja) |
| KR (1) | KR960010518A (ja) |
| CN (1) | CN1123193A (ja) |
| CZ (1) | CZ282153B6 (ja) |
| MY (1) | MY131778A (ja) |
| NO (1) | NO953484L (ja) |
| TW (1) | TW364860B (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH101302A (ja) * | 1996-06-17 | 1998-01-06 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 脱水素反応の促進方法及び装置 |
| JP2002243100A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-28 | Tokyo Gas Co Ltd | 都市ガス供給方法及びシステム |
| JP2004514546A (ja) * | 2000-09-20 | 2004-05-20 | シェブロン ユー．エス．エー． インコーポレイテッド | 熱分解炭素ふるい粒子を混合したマトリックス膜及びその製法と使用法 |
| JP2005512771A (ja) * | 2001-12-18 | 2005-05-12 | フルオー・コーポレイシヨン | 圧力スイング式吸着装置（ｐｓａ）の共用 |
| JP2006528594A (ja) * | 2003-07-24 | 2006-12-21 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・ア・ディレクトワール・エ・コンセイユ・ドゥ・スールベイランス・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 水素を製造するための吸着方法および前記方法を行うための装置 |
| JP2014502212A (ja) * | 2010-11-18 | 2014-01-30 | クローズド・ジョイント・ストック・カンパニー・“グラシス” | 高圧の炭化水素ガス混合物の精製方法およびその実施のための装置 |
| WO2016104049A1 (ja) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | 日本碍子株式会社 | ガス分離方法 |
| WO2016104048A1 (ja) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | 日本碍子株式会社 | ガス分離方法 |
| JP2018159699A (ja) * | 2017-03-23 | 2018-10-11 | 株式会社住化分析センター | 水素ガス中の不純物の濃縮キット、水素ガス中の不純物の濃縮方法、及び水素ガスの品質管理方法 |
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