JPH10113531A

JPH10113531A - 蒸気透過方法

Info

Publication number: JPH10113531A
Application number: JP9219419A
Authority: JP
Inventors: Dwayne T Friesen; ティーフリーセンドゥエイン; Scott B Mccray; ビーマックレイスコット; David D Newbold; ディニューボルドデービッド; Roderick J Ray; ジェイレイロデリック
Original assignee: Bend Research Inc
Current assignee: Bend Research Inc
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1997-08-14
Publication date: 1998-05-06
Also published as: TW450830B; EP0824034A3; CA2212835C; US5843209C1; AU724534B2; MX9706200A; AU3414297A; IL121538A; US5843209A; MY117684A; ID19176A; BR9704365A; IL121538A0; ZA977245B; EP0824034A2; CA2212835A1

Abstract

(57)【要約】【課題】蒸気混合物を高効率かつ低コストで分離す
る。【解決手段】流体供給流から蒸気を選択的に除去する
ための、膜を基材とする蒸気透過方法である。除去すべ
き蒸気の特定分圧を有する向流の掃引流を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気透過方法に関
し、この蒸気透過方法は膜を基材とする方法であり、蒸
気混合物を分離するのに使用することができる。

【０００２】

【従来の技術】かかる蒸気透過方法の１例においては、
蒸気A と蒸気B の混合物を膜の供給側に供給し、一方、
真空ポンプまたはガスの掃引流(sweep stream)により、
通常、凝縮器と組み合わせ、膜の透過側の蒸気Ｂの分圧
を充分に低く保持して、膜を介して蒸気Ｂの化学ポテン
シャルに勾配を発生させる。主たる蒸気Ｂと若干の蒸気
A は膜の透過側に移送されて蒸気相の透過物を形成す
る。

【０００３】低コストで効率の良い蒸気透過方法を開発
するためのカギは、膜の透過側の蒸気Ｂの分圧を低く保
つ方法にある。従来の技術においては、膜の透過側を真
空にして、透過物の全圧を下げ、その結果として膜の透
過側の蒸気Ｂの分圧を下げることが述べられている。し
かし、多くの例では真空系にコストがかかる上に、系が
複雑であるため、実用的ではない。また、しばしば真空
駆動部に漏れが発生し、系内に空気が侵入する。多くの
分離例、特に酸素に敏感な化合物や非常に可燃性の高い
化合物を分離する場合、酸素が存在することは望ましく
なく、あるいは危険である。従って、これに代わる方法
が望まれている。

【０００４】米国特許第4,978,430 号明細書には、有機
物質を含有する水溶液を脱水および濃縮するための蒸気
透過方法が開示されている。この方法によれば、透過物
を減圧下に保持するか、または「乾燥不活性ガス」を使
用して分圧を下げることができる。

【０００５】米国特許第5,226,932 号明細書には、膜の
透過側で低真空レベルと乾燥向流掃引ガスを用いる、非
凝縮性ガス、例えば、空気、窒素、二酸化炭素またはア
ンモニアを乾燥するための膜透過方法が開示されてい
る。米国特許第5,108,464 号には、向流掃引ガスを使っ
て、空気、低級炭化水素および酸性ガスといった非凝縮
性ガスを乾燥する膜透過方法が開示されている。この方
法では、向流掃引ガスが膜に沿って通過し、モジュール
の供給端部に存在する間に透過物と混合するように、該
向流掃引ガスを中空繊維膜モジュールの透過側へリテン
テート(retentate) 端にて導入することができる。

【０００６】米国特許第5,034,025 号明細書には、空
気、二酸化炭素または天然ガスのような水蒸気を含む非
凝縮性ガスを乾燥するための膜透過方法であって、膜を
介して水蒸気の分圧差を維持し、低圧側である膜の透過
側を、水と混和しない乾燥凝縮性有機掃引ガスと、好ま
しくは向流的に接触させ、透過した水を含有する掃引ガ
スを集めて凝縮させ、それによって二相からなる有機−
水性液体凝縮物を形成せしめ、次いでこれを有機相と水
相とに分離する膜透過方法が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のことから明らか
なように、従来の技術は分離膜の透過側に向流するガス
状の掃引流を使用することを示唆している。しかし、こ
の掃引ガスがどのような性質を持つべきかについては、
何ら指針を示していない。透過側に向流するガス状の掃
引流を使用することを実用的なものにするためには、膜
の透過側における蒸気Ｂの濃度すなわち分圧を低くしな
ければならないことが明らかにされた。また、低濃度の
蒸気Ｂを含む掃引ガスを発生させる方法は注意深く選定
し、高い性能と効率、および低コストのシステムを維持
するようにしなければならない。

【０００８】

【課題を解決するために手段】本発明は、蒸気混合物を
含む供給流から第１蒸気を選択的に除去するための蒸気
透過方法において、(a) 供給側と透過側を有する膜を設
け、(b) 供給物流を膜の供給側へ向け、第１蒸気が減少
したリテンテート流を膜の供給側から取り出し、第１蒸
気に富む透過流を膜の透過側から取り出し、(c) 気相掃
引流を膜の透過側へ向け、該掃引流を供給流の流れの向
きに対して向流させ、掃引流中の第１蒸気の分圧が、掃
引流中の第１蒸気の分圧対リテンテート流中の第１蒸気
の分圧の比が0.9 よりも小さくなるほどに充分に低いこ
とを特徴とするものである。

【０００９】本発明の一面は、掃引流を発生させるため
に用いる方法と密接に関連する。本発明は、膜分離、収
着、凝縮、充填精製ガスおよび液化ガスの蒸発により生
ずるガスから選ばれる方法を含むものである。

【００１０】また、本発明の他の面は、第１蒸気に富む
透過物流に対し蒸気除去方法を用いることと密接に関連
する。この蒸気除去方法は、凝縮、収着および膜分離か
ら選択される。この蒸気除去方法は、蒸気透過プロセス
に再循環させ、掃引ガスとして工程(c) に導入すること
ができる第１蒸気低減気相流を生ぜしめるためにも使用
することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１〜１０に基づ
き説明する。なお、本発明において、「蒸気」とは、そ
の臨界温度より低い気相状態の流体であって、−１００
℃よりも高い沸点を有する流体のことである。「掃引ガ
ス」とは、本方法の操作条件で液体でなく気相流体のこ
とであり、蒸気Ｂが低濃度である限り、即ち蒸気Ｂの分
圧が低い限り蒸気であればよい。「蒸気Ｂに富む透過
物」とは、透過物流中の蒸気Ｂの分圧を、透過物流中の
蒸気Ｂの分圧と蒸気Ａの分圧の合計で割った比が、供給
流における同比より大きいことである。透過物中には気
相掃引ガスも含まれるので、この用語は必ずしも、透過
物中の蒸気Ｂの分圧が供給物中の蒸気Ｂの分圧より大き
いことを意味するものではない。

【００１２】図によって説明するために、供給流は２つ
の蒸気、蒸気A と蒸気B を含むものと仮定する。また、
膜は蒸気Ａよりも蒸気Ｂに対し、より透過性であるもの
と仮定する。膜を使用して蒸気Ｂに富む透過物流と蒸気
Ｂに乏しいリテンテート流を生ぜしめ、向流する掃引流
を使用して膜の透過側の蒸気Ｂの分圧を低く保つ基本プ
ロセスを図１に示す。

【００１３】掃引流が膜を基材とするユニットによって
作られる点を除いて、図１に示すプロセスに類似するプ
ロセスを図２に示す。

【００１４】掃引流が圧縮と凝縮の複合プロセスによっ
て作られる点を除いて、図１に示すプロセスに類似する
プロセスを図３に示す。

【００１５】掃引流が収着法によって作られる点を除い
て、図１に示すプロセスに類似するプロセスを図４に示
す。

【００１６】掃引流が充填精製ガスから得られる点を除
いて、図１に示すプロセスに類似するプロセスを図５に
示す。

【００１７】掃引流が液化ガスの蒸発によって作られる
点を除いて、図１に示すプロセスに類似するプロセスを
図６に示す。

【００１８】蒸気B に富む透過物流を膜を基材とする第
２のプロセスに向け、掃引流として使用される蒸気Ｂに
乏しいリテンテート流を作り、かくして掃引流に使用す
るガスを再循環させることによって掃引流が作られる点
を除いて、図１に示すプロセスに類似するプロセスを図
７に示す。

【００１９】蒸気Ｂに富む透過物流を圧縮/ 凝縮プロセ
スに向け、掃引流として使用される蒸気Ｂに乏しい非凝
縮性の流れを作り、かくして掃引流に使用されるガスを
再循環させることによって掃引流が作られる点を除い
て、図１に示すプロセスに類似するプロセスを図８に示
す。

【００２０】蒸気Ｂに富む透過物流れを収着プロセスに
向け、掃引流として使用される蒸気Ｂに乏しい流れを作
り、かくして掃引流に使用されるガスを再循環させるこ
とによって掃引流が作られる点を除いて、図１に示すプ
ロセスに類似するプロセスを図９に示す。

【００２１】掃引流がガスであり、効率を高めるために
蒸気B に富む透過物流に対して真空ポンプを使用する点
を除いて、図１に示すプロセスに類似するプロセスを図
10に示す。

【００２２】掃引流を向流させて蒸気を効率的に除去す
るためには、掃引流中の透過性のより高い蒸気の分圧対
リテンテート中の同じ成分の分圧の比は0.9 より小さく
なければならず、好ましくは0.5 より小さくなければな
らないことが分かった。この比が0.9 より大きいと、蒸
気を膜の供給側から透過物/ 掃引ガスに向かって移送す
る駆動力が、容認できないほど小さくなり、その結果、
リテンテート流の純度を所定レベルにするために、供給
速度を低くしなければならなくなる。供給速度が遅くな
ると、所定の供給速度を処理するために必要な膜の面積
が大きくなり、それだけコスト高になる。しかし、透過
の分圧比が0.9 より小さいと、駆動力が充分に大きいた
め、使用に適度な供給速度が可能となり、許容できる高
いリテンテート純度が得られ、効率的、低コスト系とな
る。

【００２３】供給物の温度は１気圧では凝縮温度よりも
高くあるべきであり、次には周囲温度、最も好ましくは
４０℃よりも高くあるべきであり、一方全供給物圧は周
囲圧より高くあるべきであり、好ましくは１０気圧より
も高くあるべきである。

【００２４】本発明のる蒸気透過方法によって実現され
る最も好ましい分離は、有機蒸気から水蒸気を除去する
ことである。しかし、揮発性化合物を水から除去するの
に、または有機蒸気と無機蒸気とを分離するのに適用し
てもよい。使用される膜は、その膜によって供給流の少
量成分が選択的に除去されるように選ぶのが一般的であ
るが、本発明はそれに限定されるべきものではない。

【００２５】掃引ガス入り口における掃引流の体積流量
は所望の効率を得るために調節してもよい。好ましく
は、掃引流の体積流量は、モジュールのリテンテート端
における膜の透過側の、より透過性である成分の分圧を
モジュールのリテンテート端における膜の供給側の値の
約90％またはそれ以下まで下げるに充分なものとする。
従って、使用される掃引ガスの量は、運転条件およびリ
テンテート流中の、より透過性が大きい所望成分の濃度
に左右される。通常、掃引ガスの体積流量は合わせた透
過側の混合物の体積流量の少なくとも0.5 ％にすべきで
ある。リテンテート流中の所望濃度がきわめて低く、か
つ膜の選択性が高い場合は、掃引流の体積流量を、合わ
せた透過側の混合物の体積流量の99％以上とすることが
できる。

【００２６】使用される掃引流は、供給流から除去すべ
き蒸気を低濃度に含有するガスまたは凝縮性の蒸気であ
れば、いかなるガスまたは蒸気でもよい。例えば、不活
性ガスである窒素を可燃性の溶媒を覆うために使用する
場合には、窒素を掃引流として使用することができる。
掃引流として使用できる流体の他の例には、不活性ガス
であるアルゴンおよびヘリウム、水素、空気、水蒸気、
二酸化炭素並びに一酸化炭素がある。

【００２７】本蒸気透過方法のために選択される、膜へ
の供給流を構成する蒸気混合物は、工業プロセスからの
排出流(vent stream) 、蒸留プロセスからの塔頂蒸気(v
aporous overhead) 、還流プロセスからの塔頂蒸気、工
業プロセスからの気化した液体、工業プロセスからの気
化した排出流、化学プロセスの液体、精密化学製品の生
産、医薬品の生産、天然物からのフレーバおよび香料の
回収または精製、並びに発酵プロセスを含む様々な給源
から得られるが、これらに限定されるものではない。

【００２８】蒸気供給混合物を構成する蒸気は、蒸気相
で存在しうるに充分な揮発性を持つ化合物であれば、ほ
とんどどんな化合物でも可能である。これには通常、１
気圧で沸点が約200 ℃より低い化合物が含まれ、好まし
くは周囲より高く180 ℃より低く、最も好ましくは40℃
より高く150 ℃より低いものである。本発明の方法によ
る蒸気供給混合物から除去できる化合物の例として、
水；フレオン（Freon ）およびハロン（Halon ）などの
クロロフルオロカーボン；塩化メチレン、トリクロロエ
チレン、トリクロロエタン、四塩化炭素およびクロロベ
ンゼンなどのハロゲン化炭化水素；ベンゼン、トルエ
ン、キシレン、エチルベンゼン、シクロヘキサン、ヘキ
サンおよびオクタンなどの非塩素化疎水性有機化合物；
メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールおよ
びその他のアルコール、アセトン、酢酸エチル、メチル
エチルケトン、メチルt-ブチルケトンおよびその他のケ
トンなど非塩素化親水性有機化合物；ニトロベンゼン；
フェノール類およびクレゾール類；ギ酸、酢酸およびそ
の他の有機酸；トリエチルアミンおよびピリジンを含め
たアミン類；アセトニトリル；ジメチルホルムアミド；
ジメチルアセタミドおよびN-メチルピロリジノン；およ
びアンモニア、臭素、ヨウ素、二酸化硫黄および塩化チ
オニルなどの揮発性無機化合物が含まれるが、これらに
限定されるものではない。

【００２９】本発明において使用に適する膜のタイプ
は、広い意味で言えば、選択的に透過しうる性質に使用
される分離膜であると言うことがで、より具体的に言え
ば、供給流において、ある一つの蒸気が他の蒸気に比べ
て相対的に透過しうる膜であり、また除去すべき所望の
蒸気のいかなる化学反応または転化にも寄与しないか、
あるいはかかる化学反応や転化を引き起こさないという
意味において、興味の対象となる蒸気に対して「非反応
性」の膜である。この膜は、全体を選択的透過性の材料
で作ることができ、あるいは選択的透過性の膜を多孔性
の膜、織物またはスクリーンで支持してもよい。かかる
分離に有効な選択的透過性材料の例として、ポリビニル
アルコール、セルロース材料、キチンとその誘導体、ポ
リウレタン、ポリアミド、ポリアミン、ポリ（アクリル
酸）、ポリ（アクリル酸エステル）、ポリ（酢酸ビニ
ル）およびポリエーテルなどの親水性材料；天然ゴム、
ニトリルゴム、ポリスチレン−ブタジエン共重合体、ポ
リ（ブタジエン−アクリロニトリル）ゴムなどの疎水性
材料；ポリウレタン；ポリアミド；ポリアセチレン；ポ
リ（トリメチルシリルプロピン）；フルオロエラストマ
ー；ポリ（塩化ビニル）；ポリ（ホスファゼン）、特に
有機置換基を持つポリ（ホスファゼン）；ポリ（フッ化
ビニリデン）およびポリ（テトラフルオロエチレン）な
どのハロゲン化ポリマー：シリコーンゴムを含むポリシ
ロキサンが含まれるが、これらの例に限定されるもので
はない。ある種の用途にはイオン交換性の膜も使用する
ことができる。ブレンド製品や共重合体およびこれらの
材料の架橋体も有用である。供給流の成分による膨潤ま
たは溶解に対して充分な耐性を付与するためにポリマー
を架橋することは、ほとんどの場合に好ましい。

【００３０】膜は等方性でもよいし非対称性でもよい。
さらに、膜は均質でもよいし、多層複合体でもよい。ほ
とんどの場合、膜材料は、供給流中の成分による膨潤ま
たは溶解に対して充分な耐性を付与するために架橋する
ことが好ましい。膜は、溶媒転相法、熱誘起転相法、溶
融押出し法によって、あるいは湿式または乾式溶媒キャ
ステイング法によって作ることができる。多層複合体の
場合、選択層はディップコーテイング法、ハケ塗り法、
吹き付け法、溶液コーテイング法または界面重合法で作
ることができる。

【００３１】多層複合体において、（透過選択性層とは
反対に）複合体に機械的強度を与える支持層は、透過種
が選択層を通過して移送される際の抵抗が、技術的に実
現可能な範囲に小さくなるようにすべきである。さら
に、支持膜は、種々の化学的な成分を含む高温の供給流
に対しても運転ができるように、化学的にも熱的にも耐
久性を持つべきである。支持膜に適する材料として、ポ
リプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリ（フッ化ビ
ニリデン）、ポリ（エーテルアミド）、ポリイミド、ポ
リスルホン、ポリ（エーテルスルホン）ポリ（アリール
スルホン）、ポリ（フェニルキノキサリン）、ポリベン
ズイミダゾールおよびこれらの共重合体およびブレンド
製品などの有機ポリマー；および多孔質ガラス、カーボ
ン、セラミクスおよび金属などの無機材料が挙げられる
が、これらに限定されるものではない。

【００３２】膜は平らなシート、中空繊維またはチュー
ブの形で使用することができる。平らなシート状の膜に
ついては、その膜を、供給流に対して透過物流を向流さ
せることができるように設計されたプレート/ フレーム
型のモジュールに装着させることができる。らせん状に
巻回されたモジュールは、それが向流可能でない限り適
さない。中空繊維およびチューブについては、供給流は
繊維の外側（殻側）でもよいし内側（チューブ側）でも
よい。特に好ましくは、チューブ側への供給中空繊維膜
モジュールである。膜モジュールに使用される材料は、
長期運転を可能

【００３３】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。実施例１実質的に図２に示す配置と同じであるシステムを使用
し、０．１バール（ゲージ）の圧力および９５℃の温度
にてイソプロパノール（ＩＰＡ）中に４．８重量％の水
を含む蒸気供給溶液を７．８ｋｇ／ｈｒの速度で、２．
８ｍｍ²の有効膜面積を有するモジュール内における中
空繊維膜の内腔に供給した。中空繊維膜の内面はポリビ
ニルアルコールとブレンドされた親水性架橋ポリアミド
の選択性層で被覆した。

【００３４】９５℃で乾燥空気を含みかつ６．９バール
（ゲージ）で−２９℃の露点を有する掃引流を、６．９
バール（ゲージ）の圧縮空気をオレゴン州、ベンドのア
クアエア社制の空気脱水モジュール（ＡＤＵ）に通すこ
とにより発生させた。この掃引流の圧力を絞り弁を用い
て周囲圧まで低減し、モジュールのリテンテート端近傍
に位置する入口から膜の透過側へ導入し、２８０Ｌ（Ｓ
ＴＰ）／分にて供給流に対し実質的に向流とした。

【００３５】上述の操作条件下において、リテンテート
流は０．００３３８バール（絶対）の水分圧を有し、一
方掃引流入口は０．０００５バール（絶対）の水分圧を
有し、掃引流における水分圧対リテンテート流における
水分圧の比は０．０１５であった。これにより、０．１
重量％のリテンテート流の水濃度が得られ、これは９
７．９％の水分除去率に相当する。

【００３６】実施例２実質的に図５に示す配置と同じであるシステムを使用
し、０．０５バール（ゲージ）の圧力および９０℃の温
度にてＩＰＡ中に５．９重量％の水を含む蒸気供給溶液
を４．４ｋｇ／ｈｒの速度で、２．８ｍ²の有効膜面積
を有するモジュール内における中空繊維膜の内腔に供給
した。中空繊維膜の内面は、実施例１の親水性架橋ポリ
マーの選択性層で被覆した。

【００３７】本質的に周囲圧でかつ９０℃の、ガスシリ
ンダーからの窒素を含む掃引流を、モジュールのリテン
テート端近傍に位置する入口から膜の透過側へ導入し、
１３６Ｌ（ＳＴＰ）／分にて供給流に対し実質的に向流
とした。

【００３８】上述の操作条件下において、リテンテート
流は０．０００４８バール（絶対）の水分圧を有し、一
方掃引流入口は０．００００２バール（絶対）の水分圧
を有し、掃引流における水分圧対リテンテート流におけ
る水分圧の比は０．０３２であった。これにより、０．
０１重量％のリテンテート流の水濃度が得られ、これは
９９．８％の水分除去率に相当する。

【００３９】実施例３実質的に図１０に示す配置と同じであるシステムを使用
し、０．３バール（ゲージ）の圧力および９１℃の温度
にてＩＰＡ中に７．６重量％の水を含む蒸気供給溶液を
８．５ｋｇ／ｈｒの速度で、２．８ｍｍ²の有効膜面積
を有するモジュール内における中空繊維膜の内腔に供給
した。中空繊維膜の内面は実施例１の親水性架橋ポリマ
ーの選択性層で被覆した。

【００４０】９１℃で０．３バール（絶対）の乾燥空気
を含みかつ６．９バール（ゲージ）で−３０℃の露点を
有する掃引流を、６．９バール（ゲージ）の圧縮空気を
実施例１で用いたと同様のＡＤＵモジュールに通すこと
により発生させた。このモジュールで造った乾燥空気の
掃引流を、モジュールのリテンテート端近傍に位置する
入口から膜の透過側へ導入し、１２７Ｌ（ＳＴＰ）／分
にて供給流に対し実質的に向流とした。真空ポンプを用
いて、透過流の圧力を０．３バール（絶対）に減じた。

【００４１】かかる条件下において、リテンテート流は
０．００２０３バール（絶対）の水分圧を有し、一方掃
引流入口は０．００００５バール（絶対）の水分圧を有
し、掃引流における水分圧対リテンテート流における水
分圧の比は０．０２４であった。これにより、０．１重
量％のリテンテート流の水濃度が得られ、これは９９．
２％の水分除去率に相当する。

【００４２】実施例４下記の例外以外は、実質的に実施例３を繰り返した。
０．１バール（ゲージ）の圧力で９．４重量％の水を含
む蒸気供給溶液を６．０ｋｇ／ｈｒの速度で、中空繊維
膜モジュールに供給した。掃引流は、５７Ｌ（ＳＴＰ）
／分の流れで、９１℃及び０．３バール（絶対）の、ガ
スシリンダーからの窒素である。

【００４３】この条件下において、リテンテート流は
０．００００８バール（絶対）の水分圧を有し、一方掃
引流入口は０．００００２バール（絶対）の水分圧を有
し、掃引流における水分圧対リテンテート流における水
分圧の比は０．２であった。これにより、リテンテート
流における水濃度が０．００２重量％得られ、これは９
９．９％の水分除去率に相当する。

【００４４】実施例５実質的に図１０に示す配置と同じであるシステムを使用
し、０．３バール（ゲージ）の圧力および９５℃の温度
にて酢酸エチル中に３．３重量％の水を含む蒸気供給溶
液を０．１４ｋｇ／ｈｒの速度で、２３２ｃｍ²の有効
膜面積を有するモジュール内における中空繊維膜の内腔
に供給した。中空繊維膜の内面は、実施例１の如き選択
性層で被覆した。

【００４５】９５℃でかつ０．３バール（絶対）の、ガ
スシリンダーからの窒素を含む掃引流を、モジュールの
リテンテート端近傍に位置する入口から膜の透過側へ導
入し、０．６Ｌ（ＳＴＰ）／分にて供給流に対し実質的
に向流とした。真空ポンプを用いて、透過流の圧力を
０．３バール（絶対）に減じた。かかる操作条件下にお
いて、リテンテート流は０．０１５２４バール（絶対）
の水分圧を有し、一方掃引流入口は０．００００２バー
ル（絶対）の水分圧を有し、掃引流における水分圧対リ
テンテート流における水分圧の比は０．００１であっ
た。これにより、０．１重量％のリテンテート流の水濃
度が得られ、これは８９．９％の水分除去率に相当す
る。

【００４６】実施例６実質的に図１０に示す配置と同じであるシステムを使用
し、０．２バール（ゲージ）の圧力および９１℃の温度
にてエタノール中に１２．２重量％の水を含む蒸気供給
溶液を０．０７ｋｇ／ｈｒの速度で、２３２ｃｍ²の有
効膜面積を有するモジュール内における中空繊維膜の内
腔に供給した。中空繊維膜の内面は、実施例１の如き選
択性層で被覆した。

【００４７】９１℃でかつ０．３バール（絶対）の、ガ
スシリンダーからの窒素を含む掃引流を、モジュールの
リテンテート端近傍に位置する入口から膜の透過側へ導
入し、０．６Ｌ（ＳＴＰ）／分にて供給流に対し実質的
に向流とした。真空ポンプを用いて、透過流の圧力を
０．３バール（絶対）に減じた。

【００４８】上述の操作条件下において、リテンテート
流は０．００４６０バール（絶対）の水分圧を有し、一
方掃引流入口は０．００００２バール（絶対）の水分圧
を有し、掃引流における水分圧対リテンテート流におけ
る水分圧の比は０．００３であった。これによりは、
０．２重量％のリテンテート流の水濃度が得られ、これ
は９８．７％の水分除去率に相当する。

【００４９】実施例７実質的に図１０に示す配置と同じであるシステムを使用
し、０．１バール（ゲージ）の圧力および８０℃の温度
にてテトラヒドロフラン中に７．５重量％の水を含む蒸
気供給溶液を１．８ｋｇ／ｈｒの速度で、１．４ｍ²の
有効膜面積を有するモジュール内における中空繊維膜の
内腔に供給した。中空繊維膜の内面は、実施例１の如き
選択性層で被覆した。

【００５０】８０℃でかつ０．３バール（絶対）の、ガ
スシリンダーからの窒素を含む掃引流を、モジュールの
リテンテート端近傍に位置する入口にて膜の透過側へ導
入し、８５Ｌ（ＳＴＰ）／分から供給流に対し実質的に
向流とした。真空ポンプを用いて、透過流の圧力を０．
３バール（絶対）に減じた。

【００５１】上述の操作条件下において、リテンテート
流は０．００６８６バール（絶対）の水分圧を有し、一
方掃引流入口は０．００００２バール（絶対）の水分圧
を有し、掃引流における水分圧対リテンテート流におけ
る水分圧の比は０．００２であった。これにより、０．
０１重量％のリテンテート流の水濃度が得られ、これは
９９．９％の水分除去率に相当する。

【００５２】実施例８下記の例外以外は、実質的に実施例３を繰り返した。蒸
気供給溶液は、０．１バール（ゲージ）の圧力並びに９
５℃の温度で１２．７重量％の水を含有した。掃引流
は、９５℃及び０．３バール（絶対）のガスシリンダー
からの窒素で、５７Ｌ（ＳＴＰ）／分で流れた。

【００５３】かかる操作条件下において、リテンテート
流は０．０００４７バール（絶対）の水分圧を有し、一
方掃引流入口は０．００００２バール（絶対）の水分圧
を有し、掃引流における水分圧対リテンテート流におけ
る水分圧の比は０．０３２であった。これにより、０．
０１４重量％のリテンテート流の水濃度が得られ、これ
は９９．９％の水分除去率に相当する。

【００５４】比較例１比較のため、実施例８において述べたシステムおよびモ
ジュールを同一の操作条件下で、向流透過流を用いかつ
窒素がスウィープガスとして膜モジュールに導入されな
いように窒素掃引流をゼロに設定して操作した。これら
条件下において、リテンテート流は５．２重量％の水濃
度を有し、これは僅か６０％の水分除去率に相当する。

【００５５】実施例９図８に示すシステムのコンピューター化された数理モデ
ルを準備し、利用して、種々のパラメーターを用いるシ
ステムの性能を予測した。０．１バール（ゲージ）の圧
力および９０℃の温度にてＩＰＡ中に１８重量％の水を
含む蒸気供給溶液を８．９ｋｇ／ｈｒの速度で、２．８
ｍ²の有効膜面積を有するモジュール内における中空繊
維膜の内腔に供給する。この中空繊維膜の内面は、上述
の実施例において用いた選択性層と同タイプのもので被
覆する。

【００５６】９５℃でかつ本質的に周囲圧の、０．００
０７バール（絶対）の水分圧を有する掃引流を、モジュ
ールのリテンテート端近傍に位置する入口から膜の透過
側へ導入し、５１６Ｌ（ＳＴＰ）／分にて供給流に対し
実質的に向流とする。

【００５７】この条件下で、モジュールを出る透過流
は、０．０４７バール（絶対）の水蒸気分圧計算値を有
する。この流れを圧縮機に導入し、圧力を６．９バール
（ゲージ）に増す。得た高圧流を０℃の温度で作動させ
ている凝縮器に送りそこで水蒸気を凝縮させる。凝縮器
から出る非凝縮性の流れを絞り弁を用いて実質的に周囲
圧まで減圧する。得た周囲圧の流れは、０．０００５バ
ール（絶対）の水蒸気分圧を有すると想定される。流れ
を９５℃に加熱し、向流の掃引流として導入する。

【００５８】かかる操作条件下において、リテンテート
流は０．０００１４バール（絶対）の水蒸気分圧に相当
する、０．０５重量％の水濃度の計算値を有する。従っ
て、モジュールは、９９．７％の水分除去率の計算値を
有し、掃引流における水蒸気分圧対リテンテート流にお
ける水蒸気分圧の比は０．３６と計算される。

【００５９】実施例１０図７に示すシステムのコンピューター化された数理モデ
ルを準備し、利用して、種々のパラメーターを用いるシ
ステムの性能を予測した。実施例９と同様の蒸気供給溶
液を、同様の方法で、かつ同様の速度で同様な仮説的中
空繊維膜モジュールに導入し、実施例９の掃引流を用い
て、０．０４７バール（絶対）の水蒸気分圧計算値を有
する、モジュールから出る透過流を造る。この流れを圧
縮機に導入し、圧力を６．９バール（ゲージ）に増す。
得た高圧の流れは、７４℃の露点温度（６．９バール
（ゲージ）で）を有すると計算される。次いでこの流れ
を膜性ガス乾燥モジュールに送り、ガスの露点を（６．
９バール（ゲージ）で）０℃にさげる。この流れの圧力
を、更に絞り弁を用いて実質的に周囲圧まで減圧し、１
０３Ｌ（ＳＴＰ）／分の流速でガスシリンダーから仕上
げ窒素をこの流れに混合する。０．００５バール（絶
対）の水蒸気分圧計算値を有するこの混合流を、次いで
９５℃に加熱し、掃引流としてモジュールに導入する。

【００６０】かかる操作条件下において、リテンテート
流は０．０００１４バール（絶対）の水蒸気分圧に相当
する、０．０５重量％の水濃度の計算値を有する。従っ
て、モジュールは、９９．７％の水分除去率を有し、掃
引流における水蒸気分圧対リテンテート流における水蒸
気分圧の比は０．３６であった。

【００６１】実施例１１図９に示すシステムのコンピューター化された数理モデ
ルを準備し、利用して、種々のパラメーターを用いるシ
ステムの性能予測を行った。同様の蒸気供給溶液を、同
様の方法で、かつ同様の速度で同様なモジュールに導入
し、実施例９の掃引流を用いて、０．０４７バール（絶
対）の水蒸気分圧計算値を有する、モジュールから出る
透過流を造る。この流れを圧縮機に導入し、圧力を６．
９バール（ゲージ）に増す。得た高圧の流れは、乾燥剤
のベッドに送り、露点０℃の圧力まで水分を除去する。
乾燥剤で乾燥した窒素の圧力を、次に絞り弁を用いて実
質的に周囲圧まで減圧する。得た周囲圧の流れは、０．
０００５バール（絶対）の水蒸気分圧の計算値を有す
る。流を、次いで９５℃に加熱し、掃引流としてモジュ
ールに導入する。

【００６２】かかる操作条件下において、リテンテート
流は０．０００１４バール（絶対）の水蒸気分圧に相当
する、０．０５重量％の水濃度計算値を有する。従っ
て、モジュールは、９９．７％の水分除去率を有し、掃
引流における水蒸気分圧対リテンテート流における水蒸
気分圧の比は０．３６である。

【００６３】実施例１２〜１７図１０に示すシステムのコンピューター化された数理モ
デルを準備し、利用して、種々のパラメーターを用いる
システムの性能予測を行った。０．１バール（ゲージ）
の圧力および９０℃の温度にてＩＰＡ中に１０重量％の
水を含む蒸気供給溶液を、２．８ｍ²の有効膜面積を有
するモジュール内における中空繊維膜の内腔に供給す
る。この中空繊維膜の内面は、上述の実施例において用
いた選択性層と同タイプのもので被覆した。この供給流
の速度は、表１に示す通りおよび下記に論ずる通りに変
化させる。

【００６４】９５℃でかつ０．２バール（絶対）の圧力
で、表１に示す種々の水分圧を有する窒素の掃引流を、
モジュールのリテンテート端近傍に位置する入口から膜
の透過側へ導入し、５７Ｌ（ＳＴＰ）／分にて供給流に
対し実質的に向流とする。

【００６５】蒸気供給溶液の流速は、表１に示すように
変わるので、定められた操作条件下においては、リテン
テート流は０．００３９バール（絶対）の水分圧を有
し、これは、リテンテート流における水濃度が０．１重
量％に相当し、９９％の水分除去率に相当する。表１の
結果で分かることは、掃引流における水分圧対リテンテ
ート流における水分圧の比が０．９より大きい時には、
望ましいリテンテート水濃度を得るためには、モジュー
ルへの供給速度は非常に低くなければならないので原価
高で効率の悪いシステムとなる。望ましいリテンテート
水濃度を得るために、モジュールへの供給速度は非常に
低くなければならない理由は、即ち、比が０．９より大
きい時には、膜を介して水蒸気を移送する分圧の推進力
も低くなるためである。従って、所与のリテンテート水
濃度を得るためには、モジュールへの供給溶液の流速
を、供給溶液から水が除去されるのに十分な時間を与え
るために減速しなければならない。０．９より大きい比
が、原価高で効率の悪いシステムとなる理由は、比が
０．９より大きい時にはモジュールへの供給速度が、比
が０．９より小さい時と比較して低くならなければなら
ないからである。結果として、供給溶液の所与の量を処
理するのに、より大きな膜面積を必要とするので効率が
悪く、より大きな膜表面面積の必要性は、膜原価が高く
なり、結局原価高のシステムとなるのである。

【００６６】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の一例を示す工程図である。

【図２】本発明の他の方法の一例を示す工程図である。

【図３】本発明の他の方法の一例を示す工程図である。

【図４】本発明の他の方法の一例を示す工程図である。

【図５】本発明の他の方法の一例を示す工程図である。

【図６】本発明の他の方法の一例を示す工程図である。

【図７】本発明の他の方法の一例を示す工程図である。

【図８】本発明の他の方法の一例を示す工程図である。

【図９】本発明の他の方法の一例を示す工程図である。

【図１０】本発明の他の方法の一例を示す工程図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者デービッドディニューボルドアメリカ合衆国オレゴン州 97701 ベンドタマロリムコート 19615 (72)発明者ロデリックジェイレイアメリカ合衆国オレゴン州 97701 ベンドバトラーマーケットロード 21621

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸気混合物を含む流体供給流から第１蒸
気を除去するための蒸気透過方法において、(a) 供給側
と透過側を有し、かつ前記第１蒸気に対して選択的透過
性である膜を設ける工程と、(b) 前記流体供給流を前記
膜の供給側へ向け、前記第１蒸気が減少したリテンテー
ト流を膜の供給側から取り出し、前記第１蒸気に富む透
過物流を前記膜の透過側から取り出す工程と、(c) 気相
流体掃引流を前記膜の透過側へ向け、前記掃引流を流体
供給流の流れの向きに対して向流させる工程と、を含
み、前記掃引流中の前記第１蒸気の分圧が、前記掃引流
中の前記第１蒸気の分圧対前記リテンテート流中の前記
第１蒸気の分圧の比が0.9 よりも小さくなるほどに充分
に低いことを特徴とする蒸気透過方法。
【請求項２】前記気相掃引流が膜分離、収着および凝
集からなる群から選択される方法によって作られる請求
項１記載の方法。
【請求項３】前記気相掃引流が充填、精製ガスから得
られる請求項１記載の方法。
【請求項４】前記気相掃引流が液化ガスの蒸発から得
られる請求項１記載の方法。
【請求項５】前記第１蒸気に富んだ前記透過物流を蒸
気除去プロセスに向ける追加工程（ｄ）を含む請求項１
記載の方法。
【請求項６】前記掃引流の下流側を減圧にする請求項
１、２、３、４または５記載の方法。
【請求項７】工程（ｄ）の前記蒸気除去プロセスが凝
集、収着および膜分離からなる群から選択される請求項
５記載の方法。
【請求項８】工程（ｄ）の前記蒸気除去プロセスによ
り、前記第１蒸気が減少した低気相流を生じ、前記低気
相流中の前記第１蒸気の濃度が充分に低く、前記低気相
流中の第１蒸気の分圧対前記リテンテート流中の前記第
１蒸気の分圧の比が０．９より小さい請求項５記載の方
法。
【請求項９】前記低気相流を工程（ｃ）における掃引
流として使用し、これにより前記気相掃引流を再循環さ
せる請求項８記載の方法。
【請求項１０】前記膜が中空繊維複合膜である請求項
１記載の方法。
【請求項１１】前記第１蒸気が水蒸気である請求項１
記載の方法。
【請求項１２】前記蒸気混合物が水蒸気と少なくとも
１種の有機蒸気とを含む請求項１記載の方法。
【請求項１３】前記少なくとも１種の有機蒸気が０℃
より高いが２００℃未満の沸点を有する汎用有機化合物
である請求項１２記載の方法。
【請求項１４】前記少なくとも１種の有機化合物がイ
ソプロピルアルコール、エタノール、酢酸エチルおよび
テトラヒドロフランからなる群から選択される請求項１
３記載の方法。
【請求項１５】前記供給流が１気圧で４０℃より高い
凝集温度を有する請求項１記載の方法。
【請求項１６】供給流の温度が１気圧での供給流の凝
集温度より高いかまたは等しい温度に維持される請求項
１５記載の方法。
【請求項１７】前記供給流が０バール（ゲージ）より
高くかつ１０バール（ゲージ）より低い圧力に維持され
る請求項１記載の方法。
【請求項１８】前記供給流が４バール（ゲージ）の圧
力に維持される請求項１７記載の方法。
【請求項１９】前記掃引流中の前記第１蒸気の分圧対
前記リテンテート流中の前記第１蒸気の分圧の比が０．
５未満である請求項１記載の方法。
【請求項２０】水蒸気と有機蒸気とを含む混合物を含
有する気相供給流から水蒸気を除去する方法において、
前記有機蒸気が０℃より高いが２００℃未満の沸点を有
する汎用有機化合物を含み、前記供給流が１気圧で４０
℃より高い凝集温度を有し、かつ前記供給流が前記凝集
温度より高い温度に維持され、前記供給流の圧力が０バ
ール（ゲージ）より高くかつ１０バール（ゲージ）より
低い圧力に維持され、前記方法が、(a) 供給およびリテ
ンテート端と、供給およびリテンテート口と、少なくと
も２つの透過口とを有する中空繊維モジュールを設ける
工程であって、前記中空繊維モジュールが互いに実質的
に平行に配置された複数の中空繊維膜を含み、前記中空
繊維膜が支持層上に選択性層を有する工程と、(b) 前記
気相供給流を前記中空繊維モジュールの供給口に向け、
水蒸気が減少したリテンテート流を前記リテンテート口
から取り出し、水蒸気に富む透過物流を前記モジュール
の供給端近傍に位置する透過口から取り出す工程と、
(c) 気相流体掃引流を前記モジュールのリテンテート端
近傍に位置する透過口へ向け、前記掃引流を前記気相供
給流の流れの向きに対して向流させる工程と、を含み、
前記掃引流中の水蒸気の分圧が、前記掃引流中の水蒸気
の分圧対前記リテンテート流中の水蒸気の分圧の比が0.
9 よりも小さくなるほどに充分に低いことを特徴とする
水蒸気の除去方法。