JPH09206541A - Separation of oxygen and argon in air and device therefor - Google Patents
Separation of oxygen and argon in air and device thereforInfo
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- JPH09206541A JPH09206541A JP8045525A JP4552596A JPH09206541A JP H09206541 A JPH09206541 A JP H09206541A JP 8045525 A JP8045525 A JP 8045525A JP 4552596 A JP4552596 A JP 4552596A JP H09206541 A JPH09206541 A JP H09206541A
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、空気中に存在し、
沸点が近接した酸素とアルゴンとをガス分離膜を用いて
分離する方法及びそのための分離装置に属し、空気より
酸素やアルゴンを高濃度で効率よく回収もしくは精製す
るために好適に用いられる。TECHNICAL FIELD The present invention exists in the air,
It belongs to a method for separating oxygen and argon, which have close boiling points, using a gas separation membrane, and a separation device therefor, and is preferably used for efficiently collecting or purifying oxygen and argon at a high concentration from air.
【０００２】[0002]
【従来の技術】空気中には、約７８体積％の窒素と約２
１体積％（以下、「体積」を省く。）の酸素が存在して
いるが、このほかの微量成分として約０．９％のアルゴ
ンや約０．０３％の二酸化炭素等も含まれている。これ
らのガスは、種々の製品の製造過程において雰囲気調整
に用いられたり、あるいは製品の生成反応に関与したり
する。従って、これらのガスを高濃度で効率よく個別に
濃縮し精製することができれば、有益である。空気中よ
り上記のガスを濃縮精製する方法としては、圧縮深冷分
離法や圧力変動式吸着（ＰＳＡ）法が一般的である。2. Description of the Related Art In the air, about 78% by volume of nitrogen and about 2
Oxygen is present in an amount of 1% by volume (hereinafter, “volume” is omitted), but other trace components include about 0.9% argon and about 0.03% carbon dioxide. . These gases are used for adjusting the atmosphere in the production process of various products, or participate in product formation reaction. Therefore, it would be beneficial if these gases could be efficiently concentrated and individually purified at high concentrations. As a method for concentrating and purifying the above gas from the air, a compression cryogenic separation method and a pressure fluctuation adsorption (PSA) method are generally used.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のどちら
の方法も対象成分の沸点差を利用しているので、例えば
アルゴン（ｂｐ＝−１８６℃）と酸素（ｂｐ＝−１８３
℃）のように沸点の近い成分同士の分離は困難である。
即ち、空気中の成分ガスを深冷分離法やＰＳＡ法で濃縮
精製すれば、得られるガス組成は、沸点の近いガスの空
気中での含有比率に近い値となり、単独成分としては、
それ以上の高純度化を望むことができない。例えば、空
気中の酸素をＰＳＡ法で濃縮する場合、酸素純度は約９
５％が経済的限界値となり、残りの５％はアルゴンとな
る。空気からアルゴンを濃縮する場合は同様に酸素が濃
縮ガス中に不可避的に混入する。それ故、本発明の目的
は、沸点が近接した酸素とアルゴンとを空気中から経済
的且つ容易に分離する方法とそのための装置を提供する
ことにある。However, since both of the above methods utilize the boiling point difference of the target component, for example, argon (bp = -186 ° C.) and oxygen (bp = -183 ° C.).
It is difficult to separate components having similar boiling points such as (° C).
That is, if the component gas in the air is concentrated and purified by the cryogenic separation method or the PSA method, the obtained gas composition becomes a value close to the content ratio of the gas having a close boiling point in the air, and as a single component,
It is not possible to hope for a higher degree of purification. For example, when the oxygen in the air is concentrated by the PSA method, the oxygen purity is about 9
5% is the economic limit and the remaining 5% is argon. Similarly, in the case of concentrating argon from air, oxygen is inevitably mixed in the concentrated gas. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for economically and easily separating oxygen and argon having close boiling points from the air and an apparatus therefor.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】その目的を達成するため
に、本発明の空気中の酸素とアルゴンとの分離方法は、
酸素の透過速度とアルゴンの透過速度の異なるｍ個（ｍ
は２以上の正の整数）のガス分離膜を配管を介して接続
し、空気又は空気から分離されたガスをｎ段目（ｎはｍ
より小さい正の整数）のガス分離膜に導き、その非透過
ガス又は透過ガスを［ｎ＋１］段目のガス分離膜に導く
段数操作を［ｍ−１］回行い、最終段のガス分離膜の非
透過ガス又は透過ガスを採集することを特徴とする。In order to achieve the object, the method for separating oxygen in air from argon according to the present invention comprises:
M (m) with different oxygen and argon permeation rates
Is a positive integer of 2 or more) and is connected to a gas separation membrane via a pipe, and air or a gas separated from air is n-th stage (n is m
Smaller number of positive integers) and the non-permeation gas or permeation gas to the [n + 1] th gas separation membrane is performed [m-1] times, and the final stage gas separation membrane It is characterized in that a non-permeable gas or a permeable gas is collected.
【０００５】また、本発明の分離方法に適切な装置は、
酸素の透過速度とアルゴンの透過速度の異なるｍ個（ｍ
は２以上の正の整数）のガス分離膜と、ｎ段目（ｎはｍ
より小さい正の整数）のガス分離膜の非透過ガス又は透
過ガスが［ｎ＋１］段目のガス分離膜に導かれるように
各段のガス分離膜に連結された少なくとも［ｍ−１］本
の配管とを備えたことを特徴とする。An apparatus suitable for the separation method of the present invention is
M (m) with different oxygen and argon permeation rates
Is a gas separation membrane with a positive integer of 2 or more, and the nth stage (n is m
(A smaller positive integer) at least [m−1] of gas separation membranes connected to the gas separation membranes of the respective stages so that the non-permeation gas or the permeation gas of the gas separation membranes of the gas separation membranes of the (n + 1) th stage is introduced. And a pipe.
【０００６】既述のように、酸素とアルゴンとは沸点が
近いが、膜に対する透過速度は、膜の選択次第では大き
く異なるから、膜による両者の分離は可能である。図面
を用いて説明すると、図１において、２成分以上の混合
ガスで構成された供給ガスＳは、好ましくはプレフィル
ターＦで除塵された後、圧縮機もしくはブロアーＣによ
り昇圧されて分離膜１に導入される。導入ガス圧は、分
離膜１の非透過側に連結された圧力調節弁Ｖで調節すれ
ばよい。分離膜１では、その透過側に真空ポンプＰが設
置され、供給側との圧力差が推進力となって供給ガスが
透過する。分離膜１の材質としては、酸素の透過速度と
アルゴンの透過速度の異なるものを選定しておく。する
と、非透過側では透過速度の小さい成分の濃度が、透過
側では透過速度の大きい成分の濃度が、それぞれ高くな
る。As described above, although the boiling points of oxygen and argon are close to each other, the permeation rate through the membrane is greatly different depending on the choice of the membrane, so that the membrane can be separated. Explaining with reference to the drawings, in FIG. 1, a feed gas S composed of a mixed gas of two or more components is preferably dust-removed by a pre-filter F and then pressurized by a compressor or a blower C to a separation membrane 1. be introduced. The introduced gas pressure may be adjusted by the pressure control valve V connected to the non-permeable side of the separation membrane 1. A vacuum pump P is installed on the permeation side of the separation membrane 1 so that the pressure difference between the separation membrane 1 and the supply side serves as a driving force to permeate the supply gas. As the material of the separation membrane 1, those having different oxygen permeation rates and argon permeation rates are selected. Then, the concentration of the component having a low transmission rate on the non-transmission side increases, and the concentration of the component having a high transmission rate on the transmission side increases.
【０００７】そこで、本発明では、図２に示すように酸
素の透過速度とアルゴンの透過速度の異なる複数のガス
分離膜２１，２２，・・ｍを配管を介して接続し、空気
又は空気から分離された供給ガスＳを第１分離膜２１に
導き、その非透過ガスＬ１を第２分離膜２２に導き、同
様の段数操作を追加した後、最終段のガス分離膜ｍの非
透過ガスＬmを採集する。各段において、非透過側では
透過速度の遅い成分濃度が、透過側では透過速度の速い
成分濃度が、それぞれ高くなるから、段数操作を追加す
るに連れて非透過ガス中に透過速度の遅い成分が濃縮さ
れ、最終段から採集される非透過ガスが精製ガスとな
る。副生成物として、透過速度の速い成分の高濃度ガス
が１段目の透過ガスＲ1で得られる。Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 2, a plurality of gas separation membranes 21, 22, ..., M having different oxygen permeation rates and argon permeation rates are connected through a pipe to remove air or air from the air. The separated feed gas S is guided to the first separation membrane 21, the non-permeating gas L1 thereof is guided to the second separation membrane 22, and after adding the same number of steps, the non-permeating gas Lm of the gas separation membrane m of the final step is added. To collect. In each stage, the concentration of the component having a slower permeation rate on the non-permeation side and the concentration of the component with a faster permeation rate on the permeation side become higher. Is condensed and the non-permeated gas collected from the final stage becomes the purified gas. As a by-product, a high-concentration gas having a high permeation rate is obtained in the first-stage permeation gas R1.
【０００８】また、非透過ガスを次段のガス分離膜に導
く段数操作に代えて、図３に示すように透過ガスＲnを
次段のガス分離膜（n+1）に導く段数操作を追加すれ
ば、段数操作を追加するに連れて透過ガス中に透過速度
の速い成分が濃縮され、最終段から採集される透過ガス
Ｒmが精製ガスとなる。この場合は、１段目の非透過ガ
スＬ1が副生成物となる。Further, in place of the step number operation for introducing the non-permeate gas to the next gas separation membrane, a step number operation for introducing the permeate gas Rn to the next gas separation membrane (n + 1) is added as shown in FIG. Then, as the number of steps is added, the component having a high permeation rate is concentrated in the permeate gas, and the permeate gas Rm collected from the last stage becomes the purified gas. In this case, the non-permeable gas L1 of the first stage becomes a by-product.
【０００９】一方、図４に示すように、本発明分離装置
Ｑの１段目のガス分離膜の供給口に圧縮深冷分離装置又
はＰＳＡ装置Ｔを接続し、１段目のガス分離膜に供給さ
れるガスを予め圧縮深冷分離法又はＰＳＡ法により濃縮
しておけば更に精製効率が良くなる。モレキュラーシー
ブを利用したＰＳＡ酸素製造装置では、一般的に空気中
から窒素、水蒸気、二酸化炭素を除去して濃度９０〜９
５％の酸素ガスを製造することができ、残り５〜１０％
の大半はアルゴンであるから、本発明分離装置と組み合
わせることにより、１００％に近い高純度酸素又は高濃
度アルゴンを得ることができる。また、圧縮深冷分離法
によっても濃度９８．０％の酸素ガスを製造することが
できるから、本発明分離装置と組み合わせることによ
り、１００％に近い高純度酸素又は高濃度アルゴンを得
ることができる。On the other hand, as shown in FIG. 4, a compression cryogenic separation device or a PSA device T is connected to the supply port of the gas separation membrane of the first stage of the separation device Q of the present invention to connect the gas separation membrane of the first stage. If the supplied gas is concentrated in advance by the compression cryogenic separation method or the PSA method, the purification efficiency will be further improved. In a PSA oxygen production apparatus using a molecular sieve, nitrogen, water vapor, and carbon dioxide are generally removed from the air to obtain a concentration of 90 to 9
5% oxygen gas can be produced, the remaining 5-10%
Since most of them are argon, high purity oxygen or high concentration argon close to 100% can be obtained by combining with the separation device of the present invention. Oxygen gas having a concentration of 98.0% can also be produced by the compression cryogenic separation method. Therefore, high purity oxygen or high-concentration argon close to 100% can be obtained by combining with the separation device of the present invention. .
【００１０】さらに、図２のように非透過ガスを採集す
る場合は、(n+1)段目のガス分離膜の透過ガスをｎ段目
のガス分離膜の供給側に還流させ、供給ガスもしくは前
段の非透過ガスと合流させて再度供給することにより、
ガスの使用効率を高めることができる。図３のように透
過ガスを採集する場合は、同様に非透過ガスを還流させ
ればよい。なお、真空ポンプＰは、分離膜１の供給側に
設置されるブロアーＣと対にして用いられ、ブロアーＣ
に代えて圧縮機が用いられる場合は通常必要ない。但
し、採集ガスの純度を向上させたい場合は、圧縮機と真
空ポンプとを組み合わせても良い。Further, when the non-permeate gas is collected as shown in FIG. 2, the permeate gas of the (n + 1) th stage gas separation membrane is refluxed to the supply side of the nth stage gas separation membrane to supply gas. Or by merging with the non-permeable gas in the previous stage and supplying again,
The use efficiency of gas can be improved. When the permeated gas is collected as shown in FIG. 3, the non-permeated gas may be similarly refluxed. The vacuum pump P is used as a pair with the blower C installed on the supply side of the separation membrane 1.
It is usually not necessary if a compressor is used instead. However, if it is desired to improve the purity of the collected gas, a compressor and a vacuum pump may be combined.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】本発明の実施にあたって、圧縮
機、真空ポンプ、ブロアー等の回転機器類を用いる場合
は、機器の仕様として取り扱うガス性状に耐性が有り、
且つ効率よく操作できるものであれば良いが、取り扱い
ガス中への不純成分や第三成分の混入をできるだけ避け
るために、ドライ容積式が適している。従って、圧縮機
であればスクリューコンプレッサー、真空ポンプであれ
ば揺動式オイルフリー真空ポンプが良い。プレフィルタ
ーもガス性状に耐性が有ればよいが、着脱作業上の便を
考慮すると、交換作業の容易なカートリッジ式が適して
いる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In practicing the present invention, when rotating equipment such as a compressor, a vacuum pump, a blower, etc. is used, it is resistant to the gas properties handled as the equipment specifications,
The dry volume formula is suitable so long as it can be operated efficiently, but in order to avoid contamination of the handling gas with the impure component and the third component as much as possible. Therefore, a screw compressor is preferable for a compressor, and an oscillating oil-free vacuum pump is preferable for a vacuum pump. The pre-filter is also required to be resistant to gas properties, but considering the convenience of attachment / detachment work, a cartridge type that is easy to replace is suitable.
【００１２】ガス分離膜としては、酸素の透過速度とア
ルゴンの透過速度とが大きく異なり、これらガスを選択
的に効率よく分離するものがよい。例えば含フッ素ポリ
イミド系膜、架橋シリコーン系膜が適している。分離膜
のモジュール形状としては、スパイラル型、中空糸型、
プレート＆フレーム型等、用途に応じて選定すればよ
い。As the gas separation membrane, it is preferable that the permeation rate of oxygen and the permeation rate of argon are greatly different and the gases are selectively and efficiently separated. For example, a fluorine-containing polyimide film and a crosslinked silicone film are suitable. As the module shape of the separation membrane, spiral type, hollow fiber type,
A plate & frame type or the like may be selected according to the application.
【００１３】[0013]
−実施例１− この実施例は、ＰＳＡ装置より供給される濃度９５％の
アルゴン含有酸素ガスからアルゴンガスを分離し、更に
高濃度の酸素ガスを精製するシステムで、図４の全体シ
ステムの内、分離装置Ｑの部分に図５のシステムを適用
したものである。-Example 1-This example is a system for separating argon gas from oxygen gas containing argon having a concentration of 95% supplied from a PSA apparatus and purifying a higher concentration of oxygen gas. The system of FIG. 5 is applied to the separating device Q.
【００１４】分離装置Ｑは、酸素の透過速度が０．１６
Ｎｍ3／ｍ2／ｈｒ／ａｔｍ、アルゴンの透過速度が０．
０５７Ｎｍ3／ｍ2／ｈｒ／ａｔｍの３段のガス分離膜５
１，５２，５３と、各段のガス分離膜５１〜５３の供給
口に配管を介して接続され、冷却水Ｗを共用する圧縮機
Ｃ1〜Ｃ3と、圧縮機Ｃ1の上流側に連結されたプレフィ
ルターＦと、各段のガス分離膜５１〜５３の非透過側出
口に連結された配管の途中に配置された圧力調整弁Ｖ1
〜Ｖ3とを備えている。The separator Q has an oxygen permeation rate of 0.16.
Nm 3 / m 2 / hr / atm, the permeation rate of argon is 0.
057 Nm 3 / m 2 / hr / atm three-stage gas separation membrane 5
1, 52, 53, and compressors C1 to C3 that are connected to the supply ports of the gas separation membranes 51 to 53 of the respective stages via piping and share the cooling water W, and are connected to the upstream side of the compressor C1. A pressure control valve V1 arranged in the middle of a pipe connected to the pre-filter F and the non-permeate side outlets of the gas separation membranes 51 to 53 of each stage.
~ V3.
【００１５】図中、実線矢印は、ガスの流路及び流れ方
向を示し、図面が繁雑になるのを避けるために配管は省
略されているが、各段の透過ガスＲが圧縮機によって圧
縮されて次段の供給ガスとなり、最終段の透過ガスが採
集されるように配管されている。また、１段目を除いて
各段の非透過ガスＬnは、前段の圧縮機Ｃn-1の直前に還
流されて前々段の透過ガスと合流し、前段の分離膜に対
する供給ガスＳn-1となるように配管されている。In the figure, solid arrows indicate the flow path and flow direction of the gas, and piping is omitted to avoid complicated drawings, but the permeated gas R at each stage is compressed by the compressor. It becomes a supply gas for the next stage, and the permeated gas for the final stage is collected. In addition, the non-permeate gas L n of each stage except the first stage is refluxed immediately before the compressor C n-1 of the previous stage and merges with the permeate gas of the previous stage, and the supply gas S to the separation membrane of the previous stage. It is piped to be n-1 .
【００１６】圧縮機Ｃ1〜Ｃ3は、いずれも吐出圧８ａｔ
ｍのタムローター(TAMROTOR)社製スクリューコンプレッ
サーである。ただし、風量及びモーター出力は、第一圧
縮機Ｃ1が８．７ｍ3／ｍｉｎ．及び７５ｋＷ、第二圧縮
機が７．６ｍ3／ｍｉｎ．及び５５ｋＷ、第三圧縮機が
３．６ｍ3／ｍｉｎ．及び３０ｋＷである。プレフィル
ターＦとしては、風量５ｍ3／ｍｉｎ．、除去粒子径１
μｍのケ゛ルマン・サイエンス・シ゛ャハ゜ン（株）製ポリピュア１式を用
いた。Each of the compressors C1 to C3 has a discharge pressure of 8 at.
It is a screw compressor manufactured by TAMROTOR of m. However, the air volume and the motor output were 8.7 m 3 / min. And 75 kW, the second compressor was 7.6 m 3 / min. And 55 kW, the third compressor was 3.6 m 3 / min. And 30 kW. The pre-filter F has an air flow of 5 m 3 / min. , Particle size removed 1
A μm polymanufactured by Gellmann Science Japan Co., Ltd. was used.
【００１７】分離膜５１〜５３は、いずれも膜面積３０
ｍ2／本の日東電工（株）製含フッ素ポリイミド系ガス
分離膜からなるスパイラル型膜モジュールである。ただ
し、膜の使用本数は、第一分離膜１０本、第二分離膜７
本、第三分離膜３本とした。この例での各ライン物質収
支結果を表１に示す。Each of the separation membranes 51 to 53 has a membrane area of 30.
This is a spiral wound type membrane module consisting of m 2 / piece fluorine-containing polyimide gas separation membrane manufactured by Nitto Denko Corporation. However, the number of membranes used is 10 for the first separation membrane and 7 for the second separation membrane.
And three third separation membranes. Table 1 shows the mass balance results for each line in this example.
【００１８】[0018]
【表１】 表１にみられるように、ＰＳＡ装置では９５％までしか
精製されなかった酸素ガスを、わずか３段の膜分離から
なる本発明分離方法と組み合わせることにより、９９．
５％まで精製することができた。しかも同時に非透過ガ
スＬ1により７．３％に濃縮されたアルゴンガスが得ら
れた。[Table 1] As can be seen in Table 1, by combining oxygen gas, which was purified up to 95% in the PSA apparatus, with the separation method of the present invention comprising only three stages of membrane separation, 99.
It could be purified to 5%. At the same time, an argon gas concentrated to 7.3% by the non-permeable gas L1 was obtained.
【００１９】−実施例２− この実施例は、ＰＳＡ装置より供給される濃度９５％の
アルゴン含有酸素ガスからアルゴンガスを分離し濃縮す
るシステムで、図４の全体システムの内、分離装置Ｑの
部分に図６のシステムを適用したものである。-Example 2-This example is a system for separating and concentrating argon gas from oxygen gas containing argon having a concentration of 95% supplied from a PSA apparatus. The system of FIG. 6 is applied to a part.
【００２０】分離装置Ｑは、酸素の透過速度が０．１６
Ｎｍ3／ｍ2／ｈｒ／ａｔｍ、アルゴンの透過速度が０．
０５７Ｎｍ3／ｍ2／ｈｒ／ａｔｍの３段のガス分離膜５
１，５２，５３と、前２段のガス分離膜５１，５２の供
給口に配管を介して接続され、冷却水Ｗを共用する圧縮
機Ｃ1，Ｃ2と、圧縮機Ｃ1の上流側に連結されたプレフ
ィルターＦと、各段のガス分離膜５１〜５３の非透過側
出口に連結された配管の途中に配置された圧力調整弁Ｖ
1〜Ｖ3とを備えている。The separator Q has an oxygen permeation rate of 0.16.
Nm 3 / m 2 / hr / atm, the permeation rate of argon is 0.
057 Nm 3 / m 2 / hr / atm three-stage gas separation membrane 5
1, 52, 53 and the supply ports of the gas separation membranes 51, 52 of the previous two stages are connected via pipes, and are connected to the compressors C1, C2 that share the cooling water W and the upstream side of the compressor C1. And a pressure control valve V disposed in the middle of a pipe connected to the pre-filter F and the non-permeate side outlets of the gas separation membranes 51 to 53 of each stage.
1 to V3.
【００２１】図中、実施例１と同じく実線矢印は、ガス
の流路及び流れ方向を示し、配管は省略されている。た
だし、実施例１と異なり、各段の非透過ガスＬが圧縮機
によって圧縮されて次段の供給ガスとなり、最終段の非
透過ガスが採集されるように配管されている。また、１
段目を除いて後２段の透過ガスＲは、前段の圧縮機の直
前に還流されて供給ガスとなるように配管されている。In the figure, like the first embodiment, the solid line arrows indicate the flow path and flow direction of the gas, and the piping is omitted. However, unlike the first embodiment, the non-permeable gas L of each stage is compressed by the compressor to be the supply gas of the next stage, and the non-permeable gas of the final stage is collected so as to be collected. Also, 1
The permeating gas R in the second and second stages excluding the second stage is piped so as to be refluxed immediately before the compressor in the first stage to be a supply gas.
【００２２】圧縮機Ｃ1，Ｃ2は、いずれも吐出圧８ａｔ
ｍのタムローター(TAMROTOR)社製スクリューコンプレッ
サーである。ただし、風量及びモーター出力は、第一圧
縮機Ｃ1が３．８ｍ3／ｍｉｎ．及び３０ｋＷ、第二圧縮
機が２．４ｍ3／ｍｉｎ．及び１８．５ｋＷである。プ
レフィルターＦとしては、風量２．３ｍ3／ｍｉｎ．、
除去粒子径１μｍのケ゛ルマン・サイエンス・シ゛ャハ゜ン（株）製ポリピ
ュア１式を用いた。Each of the compressors C1 and C2 has a discharge pressure of 8 at.
It is a screw compressor manufactured by TAMROTOR of m. However, the air volume and the motor output were 3.8 m 3 / min. And 30 kW, the second compressor is 2.4 m 3 / min. And 18.5 kW. The pre-filter F has an air flow rate of 2.3 m 3 / min. ,
Polypure 1 formula manufactured by Gellmann Science Japan Co., Ltd. having a removed particle diameter of 1 μm was used.
【００２３】分離膜５１〜５３は、いずれも膜面積３０
ｍ2／本の日東電工（株）製含フッ素ポリイミド系ガス
分離膜からなるスパイラル型膜モジュールである。ただ
し、膜の使用本数は、第一分離膜４本、第二分離膜３
本、第三分離膜１本とした。この例での各ライン物質収
支結果を表２に示す。Each of the separation membranes 51 to 53 has a membrane area of 30.
This is a spiral wound type membrane module consisting of m 2 / piece fluorine-containing polyimide gas separation membrane manufactured by Nitto Denko Corporation. However, the number of membranes used is 4 for the first separation membrane and 3 for the second separation membrane.
And one third separation membrane. Table 2 shows the results of mass balance of each line in this example.
【００２４】[0024]
【表２】 表２にみられるように、ＰＳＡ装置で不純物として５％
だけ含まれていたアルゴンガスを、わずか３段の膜分離
からなる本発明分離方法と組み合わせることにより、９
０．３％まで濃縮することができた。しかも同時に透過
ガスＲ1により９７．７％に濃縮された酸素ガスが得ら
れた。[Table 2] As can be seen in Table 2, the PSA equipment used 5% impurities.
By combining the argon gas contained only in the present invention with the separation method of the present invention comprising only three stages of membrane separation,
It was possible to concentrate to 0.3%. At the same time, oxygen gas concentrated to 97.7% by the permeating gas R1 was obtained.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、互いに
沸点が近いために従来法では分離困難とされていた空気
中の酸素とアルゴンであっても、効率よく少ない設置ス
ペースでしかも簡単な操作で分離し、酸素の高純度化及
びアルゴンの高濃度化を達成することができる。As described above, according to the present invention, even in the case of oxygen and argon in the air, which have been difficult to separate by the conventional method because the boiling points are close to each other, they can be efficiently and easily installed in a small installation space. It is possible to achieve high purification of oxygen and high concentration of argon by performing separation by various operations.
【図１】 本発明の作用を説明するガスフロー図であ
る。FIG. 1 is a gas flow diagram illustrating the operation of the present invention.
【図２】 非透過ガスを採集する場合の本発明の作用を
説明するガスフロー図である。FIG. 2 is a gas flow diagram for explaining the operation of the present invention when collecting a non-permeable gas.
【図３】 透過ガスを採集する場合の本発明の作用を説
明するガスフロー図である。FIG. 3 is a gas flow diagram for explaining the operation of the present invention when collecting a permeated gas.
【図４】 ＰＳＡ装置と本発明分離装置との組み合わせ
システムを示すガスフロー図である。FIG. 4 is a gas flow diagram showing a combined system of a PSA device and a separation device of the present invention.
【図５】 第一実施例の３段酸素濃縮システムを示すガ
スフロー図である。FIG. 5 is a gas flow diagram showing a three-stage oxygen concentration system according to the first embodiment.
【図６】 第二実施例の３段アルゴン濃縮システムを示
すガスフロー図である。FIG. 6 is a gas flow diagram showing a three-stage argon concentration system according to a second embodiment.
１，２１，２２，５１，５２，５３ ガス分離膜 Ｓ，Ｓ1〜Ｓ3 供給ガス Ｆ プレフィルター Ｃ，Ｃ1〜Ｃ3 圧縮機又はブロアー Ｐ 真空ポンプ Ｖ，Ｖ1〜Ｖ3 圧力調節弁 Ｌ，Ｌ1〜Ｌ3 非透過ガス Ｒ，Ｒ1〜Ｒ3 透過ガス Ｗ 冷却水 Ｔ ＰＳＡ装置 Ｑ ガス分離装置 1,2,22,51,52,53 Gas separation membrane S, S1 to S3 Supply gas F Pre-filter C, C1 to C3 Compressor or blower P Vacuum pump V, V1 to V3 Pressure control valve L, L1 to L3 Non Permeation gas R, R1 to R3 Permeation gas W Cooling water T PSA device Q Gas separation device
Claims (4)
異なるｍ個（ｍは２以上の正の整数）のガス分離膜を配
管を介して接続し、空気又は空気から分離されたガスを
ｎ段目（ｎはｍより小さい正の整数）のガス分離膜に導
き、その非透過ガス又は透過ガスを［ｎ＋１］段目のガ
ス分離膜に導く段数操作を［ｍ−１］回行い、最終段の
ガス分離膜の非透過ガス又は透過ガスを採集することを
特徴とする空気中の酸素とアルゴンとの分離方法。1. m (m is a positive integer of 2 or more) gas separation membranes having different oxygen permeation rates and argon permeation rates are connected through a pipe, and air or gas separated from air is n [M-1] times the number of steps (n is a positive integer smaller than m) leading to the gas separation membrane, and the non-permeated gas or permeated gas to the [n + 1] th gas separation membrane A method for separating oxygen and argon in air, which comprises collecting a non-permeating gas or a permeating gas of a gas separation membrane of a stage.
置又は圧縮深冷分離装置が接続され、１段目のガス分離
膜に供給されるガスがＰＳＡ法又は圧縮深冷分離法によ
り濃縮されている請求項１に記載の空気中の酸素とアル
ゴンとの分離方法。2. A PSA device or a compression cryogenic separation device is connected to the supply port of the first gas separation membrane, and the gas supplied to the first gas separation membrane is produced by the PSA method or the compression cryogenic separation method. The method for separating oxygen and argon in the air according to claim 1, which is concentrated.
過ガス又は非透過ガスを採集する請求項１又は２に記載
の空気中の酸素とアルゴンとの分離方法。3. The method for separating oxygen and argon in air according to claim 1 or 2, wherein a permeated gas or a non-permeated gas of the first-stage gas separation membrane is collected as a by-product.
異なるｍ個（ｍは２以上の正の整数）のガス分離膜と、
ｎ段目（ｎはｍより小さい正の整数）のガス分離膜の非
透過ガス又は透過ガスが［ｎ＋１］段目のガス分離膜に
導かれるように各段のガス分離膜に連結された少なくと
も［ｍ−１］本の配管とを備えたことを特徴とする空気
中の酸素とアルゴンとの分離装置。4. m gas separation membranes (m is a positive integer of 2 or more) having different oxygen permeation rates and argon permeation rates,
At least the gas separation membranes connected to the gas separation membranes of the n-th stage (n is a positive integer smaller than m) are connected to the gas separation membranes of the respective stages so that the non-permeated gas or the permeated gas of the gas separation membranes is guided to the [n + 1] th gas separation membrane [M-1] A device for separating oxygen and argon in the air, which comprises a number of pipes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8045525A JPH09206541A (en) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Separation of oxygen and argon in air and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8045525A JPH09206541A (en) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Separation of oxygen and argon in air and device therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09206541A true JPH09206541A (en) | 1997-08-12 |
Family
ID=12721839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8045525A Pending JPH09206541A (en) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Separation of oxygen and argon in air and device therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09206541A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004362915A (en) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Solid polymer electrolyte fuel cell |
| JP2008238099A (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Air Liquide Japan Ltd | Gas manufacturing method and gas manufacturing equipment using gas separation membrane |
| US7658788B2 (en) | 2003-08-06 | 2010-02-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Ion transport membrane module and vessel system with directed internal gas flow |
| US7771519B2 (en) | 2005-01-03 | 2010-08-10 | Air Products And Chemicals, Inc. | Liners for ion transport membrane systems |
| US8114193B2 (en) | 2003-08-06 | 2012-02-14 | Air Products And Chemicals, Inc. | Ion transport membrane module and vessel system |
-
1996
- 1996-02-06 JP JP8045525A patent/JPH09206541A/en active Pending
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| JP4547868B2 (en) * | 2003-06-04 | 2010-09-22 | パナソニック株式会社 | Solid polymer electrolyte fuel cell |
| US7658788B2 (en) | 2003-08-06 | 2010-02-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Ion transport membrane module and vessel system with directed internal gas flow |
| US8114193B2 (en) | 2003-08-06 | 2012-02-14 | Air Products And Chemicals, Inc. | Ion transport membrane module and vessel system |
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