JPH1142423A

JPH1142423A - 中空繊維接触装置及び方法

Info

Publication number: JPH1142423A
Application number: JP9198782A
Authority: JP
Inventors: J Asher William; ウィリアム、ジェイ．アシャー
Original assignee: Gas Research Institute
Current assignee: GTI Energy
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 1999-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】中空繊維接触装置及び方法。【構成及び効果】本発明は、反対側端部の閉じた多孔
性導入中空繊維の開放端部の内腔の中に被処理流体を導
入し隣接のまたは近隣の反対側端部の閉じた排出中空繊
維の開放端部の内腔から処理済み流体を排出させる強制
循環式中空繊維接触装置および接触方法に関するもので
ある。本発明の接触装置においては、被処理流体が導入
中空繊維の多孔性壁体を通過し、導入中空繊維と排出中
空繊維の間の処理媒体と接触して処理済み流体を形成
し、この処理済み流体が排出中空繊維の多孔性壁体を通
過して、接触装置から出る。本発明の接触装置は、中空
繊維間の処理媒体との高度の接触を保証し、ガス精製ま
たはガス分離などの選択的収着および触媒反応の実施の
ために特に好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反対側端部の閉じ
た多孔性導入中空繊維の開放端部の内腔の中に被処理流
体を導入し隣接のまたは近隣の反対側端部の閉じた排出
中空繊維の開放端部の内腔から処理済み流体を排出させ
る強制循環式中空繊維接触装置および接触方法に関する
ものである。本発明の接触装置においては、被処理流体
が導入中空繊維の多孔性壁体を通過し、処理媒体と接触
して処理済み流体を形成し、この処理済み流体が排出中
空繊維の多孔性壁体を通過して、接触装置から出る。本
発明の接触装置は、中空繊維間の処理媒体との高度の接
触を保証して予想外に高い流量をもって効果的な処理を
実施し、その結果、同一の流体処理においても先行技術
の接触装置よりもはるかに小型の接触装置を提供する。
本発明の中空繊維接触装置は、ガス精製またはガス分離
などの選択的収着および触媒反応の実施のために特に好
適である。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】多数の先
行技術の特許が流体処理のための中空繊維膜を記載して
いる。米国特許第３，９５６，１１２号は、中空繊維膜
の内腔中を第１液状溶剤を通し、前記中空繊維膜を包囲
するスペースの中に第１溶剤と非混和性の第２溶剤中の
溶質を通し、前記溶質が２つの液体を混合する事なく、
溶剤で膨潤した膜を通して第１溶剤まで拡散するように
する中空繊維非多孔性膜溶剤抽出法を記載している。米
国特許第４，２６８，２７９号に記載の微孔性中空繊維
は、内腔中に１つの液体を含み繊維外部に１つの流体を
含み、ガス成分を微孔性繊維を通して繊維の内外に移動
させる。米国特許第４，９６６，６９９号の記載の中空
繊維膜流体プロセッサは、繊維束の一端から他端まで、
繊維内腔中の流体と繊維の外側面を包囲する流体との向
流を生じる。米国特許第５，０４１，２２０号に記載の
中空繊維フィルタカートリッジにおいては、埋込み繊維
の一端が開かれ他端が開かれまたは埋込み状態に放置さ
れる。米国特許第５，１９８，１１０号は各中空繊維の
外側面の長さ全体にそって実質的に縦方向に延在する複
数のフィラメントを有するパームセレクティブ中空繊維
束を記載している。

【０００３】乱流促進ウエブを備え、このウエブの中に
おいて各列の中空繊維が単一の相互に平行な層を成して
配置され、この層がウエブの一方の側面に対向しまたウ
エブの全長にそって少なくとも間欠的に結合され、この
ウエブが中空繊維の全長と同延長を有するように構成さ
れた相接触用螺旋巻き取り中空繊維膜ファブリック状カ
ートリッジが米国特許第５，１８６，８３２号に記載さ
れている。米国特許第５，２６４，１７１号は中空繊維
膜束のシェルサイドにおいて放射方向供給流を誘導する
そらせ板を有する相接触用螺旋巻き取り中空繊維膜ファ
ブリック状カートリッジを記載している。米国特許第
５，２８４，５８４号に記載の中空繊維膜ファブリック
状カートリッジおよび相接触のためのモジュールは、管
状シートを有し、カートリッジまたはモジュールの内腔
側面とシェル側面部分とを分離し、中空繊維の列の巻き
取りと同時に、溶融した高強度、溶剤抵抗熱可塑性樹脂
を各中空繊維束の末端上に押出し、各中空繊維束末端を
樹脂中に埋込む事によってすぐれた溶剤抵抗と機械的耐
久性とを生じる。

【０００４】中空繊維束システムを通しての種々の流れ
パタンが提示されている。米国特許第５，０１３，４３
７号に記載の中空繊維膜束は多段の同心環状区域に分割
され、各区域がフィードおよび非透過物と透過物との向
流を生じる。米国特許第５，１３９，６６８号に記載の
中空繊維束は２セットの通路、繊維内腔および繊維間ス
ペースを有し、この場合、第１セットの通路が微孔性壁
体以外は密封状態に固体粒子で充填され、第２セットの
通路が処理流の通過のために開放されている。米国特許
第５，２２１，４７４号に記載のガス泡除去用の滲透フ
ィルタは、導入処理流体チャンバの中心に配置された末
端の閉じた親水性多孔性繊維を有し、この繊維の反対側
末端は処理済み流体の排出に役立ち、また前記フィルタ
は前記チャンバの中において親水性繊維を包囲するよう
に環状に配置された末端の閉じた疎水性多孔性中空繊維
を有し、これらの疎水性繊維の反対側末端が大気に開放
されてガスを放出する。米国特許第５，２８２，９６４
号に記載の中空繊維束は、それぞれ別々のケースの中に
包囲され約３０以下の放射方向ペクレット数を有する複
数の中空繊維束を通して供給流体混合物の平行流を生じ
る事により繊維内腔中のまた繊維外部の流体向流を改善
している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の中空繊維接触装
置および接触法は、さらに効果的な接触を生じ、従って
流体流の流量を増大し、同一サイズの先行技術の装置の
数倍の流量の天然ガスなどのガス混合物の精製を可能と
する。あるいは同一の流体流量を著しく小型の装置によ
って処理する事ができる。

【０００６】本発明の流体流システムは導入用多孔性壁
体中空繊維の内腔の中に被処理流体を導入し、隣接のま
たは近接した排出用多孔性壁体中空繊維の内腔から処理
済み流体を排出する。本発明の装置は、一端において閉
じた複数の導入中空繊維と一端において閉じた複数の排
出中空繊維とを含み、これらの導入および排出中空繊維
は収着剤粒子または触媒粒子などの処理媒体の中に離間
配置される。被処理流体の導入口は導入中空繊維の開放
端部と連通し、また処理済み流体排出口は排出中空繊維
の開放端部と連通する。導入中空繊維は被処理流体に対
して多孔性の処理媒体中の壁体を有し、また排出中空繊
維は処理済み流体に対して多孔性の処理媒体中の壁体を
有する。処理媒体中において、被処理流体が導入中空繊
維の多孔性壁体を通過して処理媒体と接触し処理済み流
体を形成して、この処理済み流体が排出中空繊維の多孔
性壁体を通過して接触装置から排出されるように導入お
よび排出中空繊維が配置される。

【０００７】以下、本発明を図面に示す実施例について
詳細に説明するが本発明はこれに限定されない。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は通常の先行技術の中空繊維
収着型接触装置の代表的な高圧揺動吸着サイクルの高圧
流段階の流体流を示す。このような装置は、内腔通路を
流れる流体を中空繊維外部の収着剤によって処理するた
めに使用される。中空繊維１０は収着剤床１２を介して
相互離間して延在する。すべての中空繊維１０の内腔１
１は両端において開き、被処理流体が矢印１４に示すよ
うに内腔の中に入り、処理済み流体が繊維の反対側末端
から矢印１５のように出る。被処理流体はすべての中空
繊維１０のすべての内腔通路１１の中に入りこの通路か
ら出る。被処理流体から収着された物質は微孔性中空繊
維１０の壁体を通して輸送され収着剤床１２中の収着剤
と矢印１３に図示のように分子拡散によって接触する。

【０００９】図２は本発明の第１実施態様の高圧揺動吸
着サイクルの高圧流段階の流体流を示す。導入中空多孔
性壁体を有する繊維２０は閉鎖端部２２と反対側の開放
端部２１とを有する。排出中空多孔性壁体繊維２３は閉
鎖端部２５と開放端部２４とを有する。導入中空繊維２
０と排出中空繊維２３は収着剤床としての処理媒体床２
６を介して１つおきに離間した関係に配置されている。
導入中空繊維２０の内腔の開放端部２１はすべて収着剤
床２６の一端に配置されて、被処理流体を矢印２８によ
って示されるように受け、これらの中空繊維２０の内腔
の他端２２は閉鎖されている。排出中空繊維２３の内腔
の開放端部２４はすべて収着剤床２６の反対側の端部に
配置され、矢印２９によって示されるように処理済み流
体を排出し、内腔の反対側端部２５は閉鎖されている。
被処理流体は矢印２８によって示されるように導入中空
繊維２０の内腔通路中にのみ流入し、矢印２９に示され
るように排出中空繊維２３の内腔通路のみから出る。選
択的収着などによって処理される物質を含有する流体が
導入中空繊維２０の微孔性壁体を通り、次に処理媒体床
２６中を通り、そこで分離されるべき物質がこれを含有
していた流体から選択的に収着され、処理済み流体は排
出中空繊維２３の微孔性壁体を矢印１９のように通過す
る。本発明の方法および装置の中に得られる流体流路
は、導入中空繊維から処理媒体を通して排出中空繊維の
内腔中への被処理流体の強制流を生じ、このようにして
被処理物質と処理媒体との間の接触を改善し確実にす
る。

【００１０】図２に図示のような本発明による流体流パ
タンの使用は予想外に高い収着効率を示す。例えば、本
発明の接触装置を使用した天然ガスの精製は図１に図示
の接触装置によって得られる速度の１００倍のオーダで
実施される事が計算される。図２の接触装置の非常に高
い収着効率は高効率の選択的収着を達成しながら小型の
接触装置の使用を可能とする。

【００１１】本発明による中空繊維接触装置は種々の形
状に構成する事ができ、重要な特徴はすべての中空繊維
の一端が閉鎖されている事である。一端の閉鎖された中
空繊維の使用により、被処理流体が導入中空繊維の中に
入り、処理媒体上を通過して処理済み流体を形成し、こ
の処理済み流体を排出中空繊維を通して排出する強制流
体流が接触装置の中に形成される。閉鎖端部を有する複
数の導入中空繊維と排出中空繊維が処理媒体中に離間配
置されている。本発明による流体処理用中空繊維接触装
置は一端において閉鎖された複数の導入中空繊維と一端
において閉鎖された複数の排出中空繊維とを含む。これ
らの導入中空繊維と排出中空繊維は処理媒体中に相互に
離間して配置され、導入中空繊維は被処理流体に対して
多孔性の処理媒体中の壁体を有して被処理流体を処理媒
体中に通過させ、また排出中空繊維は処理済み流体に対
して多孔性の処理媒体中の壁体を有して処理済み流体を
排出させる。導入中空繊維と排出中空繊維は、被処理流
体が導入中空繊維の多孔性壁体を通過して処理媒体と接
触して処理済み流体を形成し、この処理済み流体が排出
中空繊維の多孔性壁体を通して接触装置から排出される
ように処理媒体の中に相互離間して配置されている。導
入中空繊維と排出中空繊維はランダムに配置されまたは
相互にその他多くの関係位置に配置する事ができるが、
好ましい実施態様においては相互に流体連通したこれら
の導入中空繊維と排出中空繊維は下記に詳細に説明する
ように交互に配置される。

【００１２】本発明による流体処理法は、他端において
閉鎖された内腔と処理媒体の中において被処理流体に対
して多孔性の壁体とを有する複数の導入繊維の内腔の開
放端部の中に被処理流体を通す段階を含む。被処理流体
は導入中空繊維の多孔性壁体を通過させられて処理媒体
と接触して、処理済み流体を形成し、この処理済み流体
が複数の排出中空繊維の壁体を通過させられ、これらの
排出中空繊維はその一端において閉鎖されまた処理媒体
の中において導入中空繊維から離間されている。この排
出中空繊維は処理済み流体の排出用の反対側の開放端部
と、処理媒体の中の処理済み流体に対して多孔性の壁体
とを有する。

【００１３】本発明において使用するに適した中空繊維
は少なくとも１×１０^-4リットルｃｐ／ｃｍ²分バー
ル、好ましくは１×１０^-2リットルｃｐ／ｃｍ²分バー
ル以上、最も好ましくは１×１０^-1リットルｃｐ／ｃｍ
²分バール以上の粘性規格化パーミアンスを有し、いか
なる場合にも処理粒子の透過を防止するに十分小さな孔
を有する。一般に中空繊維の多孔性壁体の厚さはその外
径の約５乃至約２５パーセントである。中空繊維は、そ
の内腔中を流れる流体または中空繊維の外側面を包囲す
る粒子と化学的に反応性でない任意適当な物質、例えば
ポリプロピレン、ポリスルフォン、テフロンおよびステ
ンレス鋼などの焼結された粉末金属とする事ができる。
このような中空繊維は公知であり市販されており、その
選択は接触装置の用途およびサイズに対応して当業者に
は明かである。中空繊維は当業者には明かなように特定
の用途と使用される接触装置のサイズに適したサイズと
する。本発明において使用される処理媒体は流体接触工
程において使用される単一または複数の物質、例えば収
着剤または化学反応用の触媒とする事ができる。例えば
適当な収着剤として、天然ガスの精製のためには活性炭
を使用して高炭素数成分（天然ガス液体）を除去する事
ができる。酸性ガス（Ｈ₂ＳおよびＣＯ₂）、天然ガス液
体、水および水プラス天然ガス液体を除去するためには
シリカゲルを使用する事ができる。また酸性ガス、水お
よび天然ガス液体を除去するためにはゼオライト分子ふ
るいを使用する事ができる。空気処理については、窒素
の除去のためにゼオライト分子ふるいなどの収着剤を使
用し、酸素除去のためには炭素分子ふるいを使用する事
ができる。他の収着分離工程には業界公知の他の収着剤
を使用する事ができる。また処理媒体として、混合導入
流体の成分間の反応を触媒する触媒物質を使用する事が
できる。本発明の装置および方法は特に大きな多孔性触
媒粒子中へのゆっくりした拡散を防止するように小さい
触媒粒子を使用する事が望ましい場合に有効である。こ
のような触媒反応は、最大粒径が約１ｍｍ以下の触媒粒
子とフリーデル・クラフトケトン合成を使用する石油
留分または動物性または植物性脂肪の水素化のような反
応を含む。例えばモノアリールケトンを形成するために
アリールハライドと芳香族から出発しまたはジアリール
ケトンを形成するためにアロイルハライドから出発する
不均一塩化アルミニウム触媒によって触媒される反応で
ある。

【００１４】処理媒体中の中空繊維の適当間隔はほぼ中
空繊維の外径乃至この外径の約１００倍、好ましくは約
１乃至約３０倍の間隔である。

【００１５】一方の端部を閉鎖された導入中空繊維と一
方の端部を閉鎖された排出中空繊維との組立体の１実施
例は図３に図示のような織成シート構造体である。導入
中空繊維２０はその開放端部２１が第１方向（下方）に
向き、その閉鎖端部２２が第２方向（上方）に向くよう
に構成され、これらの導入中空繊維２０が交互に排出中
空繊維２３に対して配置され、これらの排出中空繊維２
３はその開放端部２４が第２方向（上方）に向けられ、
その閉鎖端部２５が第１方向（下方）に向けられるよう
な逆構成を有する。この織成シート構造体は、織成繊維
またはフィラメント３１を交互に導入中空繊維２０およ
び排出中空繊維２３と織成する事によって形成される。
好ましくは、織成繊維は中空繊維より実質的に小直径と
する。織成繊維は好ましくは単一の中実繊維とするが、
通常の撚糸を使用する事もできる。織成繊維３１は処理
媒体および導入中空繊維および排出中空繊維の壁体に対
して非反応性の任意物質とする事ができるが、これを織
布の縦糸または横糸とし、中空繊維をその逆とする事が
できる。織成繊維の物質の例は処理される流体および処
理媒体に対して不活性のプラスチックまたは金属物質、
例えばポリプロピレン、鋼またはステンレス鋼である。
好ましくは中空繊維は等間隔に保持されるが、これは織
成繊維に接着剤を塗布し、中空繊維が織成繊維と交差し
接触する箇所に接着させる事によって実施する事ができ
る。あるいは繊維がその交差点において接着する程度に
繊維が十分軟化するまで織布組立体を加熱する事ができ
る。図５は図３に図示の織成シート構造体に適した交互
側面流通型接触装置の一つの実施態様中の導入流と排出
流を概略図示しており、この場合すべての導入内腔が一
方の側面に開き、すべての排出内腔が他方の側面に開
く。導入中空繊維は導入末端シール３３中のシールを通
過し、また排出中空繊維は排出末端シール３４中のシー
ルを通過する。中空繊維、導入末端シール３３、排出末
端シール３４および容器３５の間に包囲されたスペース
が所望の処理媒体を封入される。被処理流体は矢印２８
によって示されるように容器３５の導入マニホルドセク
ションの中に入り、導入中空繊維２０の内腔に入り、導
入中空繊維２０の多孔性壁体を通過し、中空繊維間の処
理媒体と接触して処理済み流体を形成し、処理済み流体
が排出中空繊維２３の多孔性壁体を通過して、その内腔
を通して容器３５の排出マニホルドセクションまで輸送
され、矢印２９に図示のようにして容器３５から出る。
本発明による一端において閉鎖された導入中空繊維と排
出中空繊維との組立体の他の実施態様においては、図４
に図示のようにすべての開放端部を同一方向に向ける事
ができる。図４は開放端部２１が１つの方向に向けられ
た導入中空繊維２０と、開放端部２４が同一方向に向け
られ交互に配置された中空繊維２３とを示す。前記と同
様にして、交互に配置された中空繊維２０と排出中空繊
維２３に対して織成関係に繊維またはフィラメント３１
を織成する事により織成シート構造体が形成される。図
６に図示のような接触装置の形に組立てるため、中空繊
維の開放端部が織成構造を越えて適当なマニホルドまで
延在する。図６に図示のように織成構造を越えて延在す
る中空繊維の開放端部は末端シール３６のシール中を通
ってそれぞれ別個の導入マニホルドと排出マニホルドと
を形成する。中空繊維と、末端シール３６と、容器３５
との間に包囲されたスペースは所望の処理媒体を充填さ
れる。被処理流体が矢印２８に示すように導入マニホル
ドの中に入り、導入中空繊維２０の内腔に入り、これら
の中空繊維の多孔性壁体を通過して中空繊維間の処理媒
体と接触し、処理済み流体を形成し、この処理済み流体
が排出中空繊維２３の多孔性壁体を通過して、その内腔
にそって容器３５の排出マニホルドセクションまで輸送
され、矢印２９に図示のように容器３５を出る。

【００１６】図３と図４に図示の導入中空繊維と排出中
空繊維との織成構造は、好ましくは図７に図示のように
被処理流体および処理済み流体に対して非透過性のバリ
ヤシートの上に処理媒体層を含む複合シート構造体の形
に組立てられる。被処理流体および処理済み流体に対し
て非透過性のバリヤシート３７はその一方の側面に処理
媒体層を塗布され、織成繊維３１によって織成された導
入中空繊維２０と排出中空繊維２３とを交互に含む織成
構造がこの処理媒体層２６の厚さの中央部分の中に埋込
まれる。バリヤシートはこの構造の隣接中空繊維の間を
通過していないので、これらの隣接繊維は媒体を通して
流体連通する。この構造を螺旋形に巻き取る事ができ、
この場合、非透過性バリヤシートが螺旋構造の各層中の
繊維間の望ましくない流体連通を防止する。織成構造を
処理媒体シートの中に埋込んだ後にこれをバリヤシート
上に敷設する事ができる。他の実施態様において、多孔
性処理物質の粒子をバリヤシート上に水平に配置された
織成構造の上に注ぎ、次にこれらの粒子を均一厚さの層
状に展張する事ができる。ある種の型の多孔性粒子を使
用する接触装置を製造する場合、床上の敷物を巻き上げ
る場合と同様に各層の巻き込まれていない部分を水平面
に保持し、装置の螺旋部分を水平層の上に巻き込んで螺
旋構造を得る事ができる。他の型の粒子は水平層の縁か
ら過度に落下する傾向がある。これは粒子間隙を充填す
るのに丁度十分な量の液体を添加して流動しないペース
ト状の粒子／液体混合物を形成する事によって防止する
事ができる。選択される液体は粒子の性質に応じて、水
または有機溶媒のように粒子表面を湿潤させるものでな
ければならない。またこの液体は、螺旋装置を各層の巻
き上げによって形成した後に、液体が蒸発によって除去
されるのに十分な蒸気圧を有しなければならない。この
手順は処理物質の粒子と織成構造のみをバリヤシートの
各層の間に残す。二、三の用途においては、処理物質の
粒子を相互に固定したロックされた位置に配置する事が
望ましい。このような用途においては、粒子の外側面を
例えばエポキシまたはシアノアクリルなどの接着剤によ
って被覆する事ができる。これは粒子を固定位置にロッ
クするまでに装置の十分な製造時間を与える。このよう
な接着剤は収着剤または触媒の細孔構造を著しく閉鎖し
ないものでなければならない。

【００１７】処理媒体は導入または排出中空繊維中の細
孔より大きな固体粒子を含む。好ましくは固体粒子は流
体接触のための大表面積を生じて高効率化学反応を得る
ために多孔性である。処理媒体は所望の接触処理に適し
た単数または複数の物質を含む事ができる。例えば、天
然ガスの精製、空気からの酸素の分離およびその他の公
知の収着工程など、流体から１つまたは複数の物質を選
択的に収着するために選択的収着剤を使用する事ができ
る。同様に、処理媒体として触媒を使用する事によって
触媒反応を促進するために本発明の接触装置を効率的に
使用する事ができる。隣接中空繊維の間隔、すなわち処
理媒体層の厚さは、繊維外径の約１乃至約１００倍、好
ましくは約３乃至約３０倍が適当である。

【００１８】本発明の１実施態様において、バリヤシー
トと、交互に配置された導入および排出中空繊維の織成
構造を埋込まれた処理媒体とから成る複合シートは図８
の概略断面図に示すように螺旋形に巻き込まれる。螺旋
を形成するための補助材として、被処理ガスおよび処理
済みガスに対して不透過性でまたどの成分に対しても事
実上非反応性の中実コア３８を使用する事ができる。ま
た螺旋の形成中に処理媒体の粒子を相互に安定な相対位
置に保持するため処理媒体を湿らせる事が望ましい場合
がある。装置の使用前に、湿潤流体と結合物質を蒸発ま
たは溶解などで除去する事ができる。バリヤシート３
７、処理媒体２６、および中実繊維３１によって導入中
空管２０と排出中空管２３とを交互に織成して成る織成
埋込シートから成る螺旋形の複合シート構造体が容器３
５の中に配置され、螺旋外側面と容器内側面との間の過
剰のスペースはシェルシール３９を充填されて、このス
ペース中の流れを防止する。シェルシール３９は被処理
ガスおよび処理済みガスに対して不透過性でまたシステ
ムのどの成分とも実質的に非反応性でなければならな
い。シールに適した物質は処理される流体に対して不活
性の任意の流動性または注型用物質、例えばブチルゴム
およびエポキシ樹脂である。中実コアは非処理流体に対
して不活性の任意のプラスチックまたは金属物質、例え
ばポリプロピレン、鋼またはステンレス鋼とする事がで
きる。図８の構造においては、隣接の導入および排出中
空繊維の間の処理媒体２６を通して流体流路が形成さ
れ、高い反応率をもって処理媒体との良好な接触を生じ
また高い透過流速を生じる事が明かであろう。

【００１９】図３および図５に図示のような交互側面流
通型接触装置構造であれ、図４または図６に図示のよう
な単一側面流通型接触装置構造であれ、図８に図示の螺
旋シート構造体において使用する事ができる。一般に、
中空繊維の内腔を通る流路が中空繊維の内径の約１００
倍以上であれば、交互側面流通型接触装置の性能が優
れ、また中空繊維の内腔を通る流路が中空繊維の内径の
約１００倍以下であれば、単一側面流通型接触装置の性
能が優れている。

【００２０】本発明の改良型接触装置を使用する本発明
の方法の多数の特殊パラメータは、例えば圧力揺動吸着
および触媒プロセスなどの特定用途によって特定され
る。特定用途における温度、圧力、特殊処理物質、処理
物質の質量単位あたりの流量、サイクル時間などはきわ
めて相違し、当業者によって確認される。最適サイクル
時間は、他のすべてのパラメータを実質的に一定に保持
しながら、性能の実質的低下が測定されるまで、工程の
サイクル時間を逓減させる事によって特定する事ができ
る。本発明の工程のサイクル時間は図１の通常接触装置
を使用したサイクル時間と比較して約２乃至２００分の
１に、一般に約４乃至約５０分の１に低下される。処理
物質単位あたりの処理済み生成物の生産率はサイクル時
間ファクタの減少に正比例する事を注意しよう。

【００２１】

【実施例】

実施例図３の構造のように反応容器中に１０本の中空繊維を組
立てた本発明による流路構造を使用してメタンとブタン
との混合物からのブタンの良好な分離が得られた。深さ
０．１インチの活性処理区域において、中空繊維は近似
的に中空繊維の外径の間隔で離間された。活性処理区域
の両端の密封装置によって中空繊維を相互に０．４２イ
ンチの間隔に保持した。活性区域の一方の側面縁に１つ
の導入繊維が配置され、他方の側面縁に１つの排出繊維
が配置されて、活性処理区域の全幅を４．７８インチと
した。活性処理区域において各中空繊維は６．２５イン
チの長さを有した。中空繊維は外径１．６ｍｍ、壁体厚
さ０．４ｍｍの多孔質ポリプロピレンであって、Ａｋｚ
ｏから登録商標Ａｃｃｕｒｅｌで市販されている。３０
ｐｓｉｇと周囲温度のメタンを使用しこれらの中空繊維
の壁体の粘度規格化パーミアンスを測定し、5.60×１０
^-3リットルｃｐ／ｃｍ²分バールである事を発見した。
５本の中空繊維は被処理ガスを導入するために使用され
た導入繊維であり、他の５本の中空繊維は処理済みガス
を排出するために使用された排出繊維である。従って１
０本の中空繊維が９内部サブ区域を画成し、これらの区
域において図２に図示のように導入ガス流が導入繊維の
内腔の中に入り、これらの繊維の壁体を通して出て、サ
ブ区域中の処理媒体を通過し、次の排出繊維の壁体を通
過してこれらの排出繊維の内腔から排出される。この処
理区域は接触装置の１層を成し、この層が図７および図
８のように巻き上げられて図５の断面に示すような接触
装置を成す。

【００２２】処理媒体粒子を中空繊維の間に注出し、こ
れらの粒子が繊維の運動を制限した。処理媒体は、Ｗｅ
ｓｔｖａｃｏＣｏｒｐ．，Ｃｏｖｉｎｇｔｏｎ，ＶＡ
２４４２６から２６７−Ｒ−９５として市販される平均
粒径０．４４ｍｍを有する１８．７グラムの活性炭であ
った。装置の排出圧を３０ｐｓｉｇに保持しながら常温
で装置中を純粋メタンを導入通過させる事により、まず
炭素を平衡化した。次に導入ガスをメタン中２モル％ブ
タンに切り替え、排出圧を３０ｐｓｉｇに保持しながら
装置中をこのガスを常温で４．７５リットルＳＴＰ／
分の流量で流通させた。伝熱機器を使用して排出ガスの
組成を連続的にモニタした。

【００２３】完全ガス流分布および無限輸送速度および
活性炭上のブタンの無限に強い吸着を仮定した接触装置
サブ区域を通してのガス流の理想的結果は、炭素がブタ
ンによって飽和されるまで逓増的導入ガスが処理される
ので排出ガス中のブタン濃度がゼロとなるであろう。こ
の時点において、排出ガス中のブタン濃度は瞬間的に導
入ガスブタン濃度の１００％まで増大するであろう。こ
の実施例において使用された装置は９サブ区域を有して
いた。処理区域全体と同一の差圧を受けた各サブ区域を
通しての流量は中空繊維の壁体を通るガス流に対する抵
抗または活性炭粒子床を通るガス流に対する抵抗によっ
て制御されうる。流量が炭素粒子床を通るガス流の抵抗
によって制御されるのであれば、各サブ区域を通る流量
は同一となろう。なぜかならば、各サブ区域中の炭素粒
子のゼオメトリーが同一だからである。しかし、流量が
中空繊維の壁体を通るガス流の抵抗によって制御される
のであれば、２つの外側サブ区域を通るガス流がより大
となろう。なぜかならば、これらの２つの外側サブ区域
はそれぞれ１つの中空繊維を有しこの中空繊維の外周面
全体がガス流によって使用可能であるのに対して、各内
側繊維はガス流を２つのサブ区域に出入させるので、そ
の外周面全体の半分のみがこれらの各サブ区域に出入す
るガス流によって使用可能だからである。２つの外側サ
ブ区域の中空繊維の外周面積全体が増大しているので、
これらのサブ区域を通しての流量が増大する。従って２
つの外側サブ区域中の炭素は内側サブ区域中の炭素より
も急速にブタンに露出されこの炭素がより早く飽和状態
に達する。従って、内側中空繊維から出たブタン濃度は
なおもゼロである可能性があるのに、外側サブ区域から
出るガス流は飽和後に１００％ブタン濃度を有して、装
置を出る混合排出物のブタン濃度を増大させる可能性が
ある。この実施例に記載の装置を使用して、装置中に炭
素粒子床を使用しまたは使用しないでガス流抵抗の測定
を実施したが、その結果、ガス流量が中空繊維の壁体を
通るガス流に対する抵抗によって制御される事が明白に
示された。すなわち、９サブ区域中の２サブ区域が高い
ブタン濃度を有し、全排出量のブタン濃度を著しく増大
させると思われる。しかし1,000以上のサブ区域を有す
る市販サイズの装置においては、２つの外側サブ区域は
ブタンの全排出濃度のわずかの増大を生じるにすぎない
であろう。

【００２４】

【発明の効果】実施例に記載の装置および処理条件によ
るメタンとブタンの混合物からのブタンの除去について
図９について説明する。図９は完全ガス流分布と無限輸
送速度を仮定した設計理論的理想除去グラフを示し、装
置を出るブタンの濃度の段階的増大を示す。さらに図９
は実施例の条件において本発明の装置を使用して得られ
た実際ブタン除去テストのプロットを示す。測定性能
は、無限輸送速度でなく実際輸送速度を有する実際吸着
剤を使用した場合に予想される程度に理論的理想性能に
近い。これは明かに、本発明によって得られる流体の流
路が本発明の装置を通して流れる流体のきわめて効果的
な接触状態と処理状態を生じる事を示す。また図９に
は、実際的、経済的、商業的用途には十分な設計と思わ
れるはるかに低い性能曲線を示す。

【００２５】本発明は前記の説明のみに限定されるもの
でなく、その主旨の範囲内において任意に変更実施でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】先行技術の中空繊維接触装置における流体流の
パタンを示す断面図

【図２】本発明の第１実施態様による中空繊維接触装置
中の流体流パタンを示す断面図

【図３】本発明の第１実施態様による中空繊維と中実繊
維との織成構造を示す概略図

【図４】本発明の第２実施態様による中空繊維と中実繊
維との織成構造を示す概略図

【図５】図３の織成構造を含む接触装置を通る流体流の
パタンを示す概略図

【図６】図４の織成構造を含む接触装置を通る流体流の
パタンを示す概略図

【図７】本発明の一実施態様による中空繊維と中実繊維
の織成構造の断面図

【図８】本発明の一実施態様により巻きとられた織成中
空繊維と中実繊維の螺旋構造体の断面図

【図９】実施例に記載のメタンとブタンの混合物からの
ブタン分離を示す処理済み流体のブタン濃度を被処理流
体量に対して示すグラフ

【符号の説明】

２０導入中空繊維２３排出中空繊維２１，２４開放端部２２，２５閉鎖端部２６媒体（収着剤／触媒）３１織成繊維（フィラメント）３５容器３３，３４，３６シール３７バリヤシート３８コア３９シェルシール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反対側の閉じた端部と、処理媒体中におい
て被処理流体に対して多孔性の壁体とを有する複数の導
入中空繊維の開放端部の内腔中に前記被処理流体を通過
させる段階と、前記被処理流体を前記導入中空繊維の前
記多孔性壁体を通過させ前記処理媒体と接触させて処理
済み流体を形成する段階と、それぞれ開放端部と反対側
の閉鎖端部とを有し前記処理媒体中において前記導入中
空繊維から離間配置されまた前記処理媒体の中において
前記処理済み流体に対して多孔性の壁体を有する複数の
排出中空繊維の壁体に前記処理済み流体を通過させる段
階と、前記排出中空繊維の開放端部の内腔から処理済み
流体を通過させる段階とを含む事を特徴とする中空繊維
接触装置中の流体処理法。
【請求項２】前記導入中空繊維は前記排出中空繊維と流
体連通して相互に１つおきに配置される事を特徴とする
請求項１に記載の中空繊維接触装置中の流体処理法。
【請求項３】前記被処理流体が前記接触装置の一方の縁
の前記複数の導入中空繊維の前記開放端部の前記内腔の
中に入り、また処理済み流体が前記接触装置の反対側縁
の前記排出中空繊維の前記開放端部の前記内腔から出る
事を特徴とする請求項１に記載の中空繊維接触装置中の
流体処理法。
【請求項４】前記被処理流体が導入マニホルドを通して
前記接触装置の一方の縁の複数の導入中空繊維の前記開
放端部の前記内腔の中に入り、また処理済み流体が前記
排出中空繊維の前記開放端部の内腔から前記接触装置の
同一縁の排出マニホルドを通して出る事を特徴とする請
求項１に記載の中空繊維接触装置中の流体処理法。
【請求項５】前記被処理流体が複数の導入中空繊維の前
記開放端部の前記内腔の中に入り、また処理済み流体が
前記排出中空繊維の前記開放端部の前記内腔の中から排
出され、前記導入中空繊維と前記排出中空繊維が１つお
きに実質的に相互に平行関係に離間され、また複数の実
質的に小直径の繊維が前記導入および排出中空繊維に対
して織成関係位置に配置されて織成シート構造体を形成
する事を特徴とする請求項１に記載の中空繊維接触装置
中の流体処理法。
【請求項６】前記被処理流体が複数の導入中空繊維の前
記開放端部の前記内腔の中に入り、また処理済み流体が
前記排出中空繊維の前記開放端部の前記内腔の中から排
出され、前記導入中空繊維と前記排出中空繊維が１つお
きに実質的に相互に平行関係に離間され、また複数の実
質的に小直径の繊維が前記導入および排出中空繊維に対
して織成関係位置に配置されて織成シート構造体を形成
し、前記織成シート構造体は被処理流体および処理済み
流体に対して非透過性の隣接バリヤシートを有して複合
シート構造体を成し、前記被処理流体が隣接の前記複合
シートの間の前記処理媒体と接触するように通過させら
れる事を特徴とする請求項１に記載の中空繊維接触装置
中の流体処理法。
【請求項７】前記被処理流体が複数の導入中空繊維の前
記開放端部の前記内腔の中に入り、また処理済み流体が
前記排出中空繊維の前記開放端部の前記内腔の中から排
出され、前記導入中空繊維と前記排出中空繊維が１つお
きに実質的に相互に平行関係に離間され、また複数の実
質的に小直径の繊維が前記導入および排出中空繊維に対
して織成関係位置に配置されて織成シート構造体を形成
し、前記織成シート構造体は被処理流体および処理済み
流体に対して非透過性の隣接バリヤシートを有して複合
シート構造体を成し、前記被処理流体が螺旋状に巻かれ
た複合織成シート構造体中の前記隣接バリヤシート間の
前記処理媒体と接触させられる事を特徴とする請求項１
に記載の中空繊維接触装置中の流体処理法。
【請求項８】前記処理媒体が触媒化学反応を実施するた
めの触媒である事を特徴とする請求項７に記載の中空繊
維接触装置中の流体処理法。
【請求項９】前記処理媒体が圧力揺動吸着法の収着剤で
ある事を特徴とする請求項７に記載の中空繊維接触装置
中の流体処理法。
【請求項１０】前記流体が中性ガスである事を特徴とす
る請求項９に記載の中空繊維接触装置中の流体処理法。
【請求項１１】一端において開き他端において閉じた複
数の導入中空繊維と、一端において開き他端において閉
じた複数の排出中空繊維とを含み、前記導入中空繊維と
前記排出中空繊維は処理媒体の中において相互に離間さ
れ、前記導入中空繊維は被処理流体に対して多孔性の前
記処理媒体中の壁体を有し、また前記排出中空繊維は処
理済み流体に対して多孔性の前記処理媒体中の壁体を有
し、前記被処理流体が前記導入中空繊維の前記多孔性壁
体を通過して前記処理媒体と接触して処理済み流体を形
成しこの処理済み流体が前記排出中空繊維の前記多孔性
壁体を通って前記接触装置から排出されるように、前記
導入中空繊維および前記排出中空繊維が前記処理媒体の
中において離間されている事を特徴とする流体処理用中
空繊維型接触装置。
【請求項１２】前記導入中空繊維は前記排出中空繊維と
流体連通し、相互に１つおきに配置される事を特徴とす
る請求項１１に記載の流体処理用中空繊維型接触装置。
【請求項１３】前記導入中空繊維の開放端部が前記接触
装置の一方の縁の導入マニホルドと連通し、また前記排
出中空繊維の開放端部が前記接触装置の反対側縁におけ
る排出マニホルドと連通する事を特徴とする請求項１１
に記載の流体処理用中空繊維型接触装置。
【請求項１４】前記導入中空繊維の開放端部が前記接触
装置の一方の縁の導入マニホルドと連通し、また前記排
出中空繊維の開放端部が前記接触装置の同一側縁におけ
る排出マニホルドと連通する事を特徴とする請求項１１
に記載の流体処理用中空繊維型接触装置。
【請求項１５】一端において開き他端において閉じた複
数の導入中空繊維と、一端において開き他端において閉
じた複数の排出中空繊維とを含み、前記導入中空繊維と
前記排出中空繊維の側壁の少なくとも一部がそれぞれ被
処理流体および処理済み流体に対して多孔性であり、前
記導入中空繊維と前記排出中空繊維が相互に離間関係に
配置され、また前記導入流体と前記排出流体に対して実
質的に不活性であって前記導入および排出中空繊維に対
して織成関係に配置されて織成シート状流体接触構造体
を成す複数の相互離間された実質的に小直径の織成繊維
を含む事を特徴とする流体処理用織成シート構造体。
【請求項１６】前記導入中空繊維が前記排出中空繊維と
流体連通し１つおきに相互に離間関係に配置される事を
特徴とする請求項１５に記載の流体処理用織成シート構
造体。
【請求項１７】前記導入中空繊維の開放端部が前記織成
シート構造体の一方の縁に配置され、前記排出中空繊維
の開放端部が前記織成シート構造体の反対側縁に配置さ
れる事を特徴とする請求項１５に記載の流体処理用織成
シート構造体。
【請求項１８】前記導入中空繊維の開放端部と前記排出
中空繊維の開放端部が前記織成シート構造体の同一側縁
に配置される事を特徴とする請求項１５に記載の流体処
理用織成シート構造体。
【請求項１９】前記織成繊維は単一の中実繊維と撚糸と
から成るグループから選定される事を特徴とする請求項
１５に記載の流体処理用織成シート構造体。
【請求項２０】前記中空繊維と前記織成繊維はそれらの
接点において接着される事を特徴とする請求項１５に記
載の流体処理用織成シート構造体。
【請求項２１】被処理流体と処理済み流体に対して非透
過性のバリヤシートと、前記バリヤシートの一方の側面
に隣接した処理媒体層であって前記バリヤシートが前記
処理媒体に対して不活性である処理媒体層と、前記処理
媒体層の中の織成シート構造体とを含み、前記織成シー
ト構造体は一端において開き反対側末端において閉じた
複数の導入中空繊維と、一端において開きその反対側末
端において閉じた複数の排出中空繊維とを含み、前記導
入中空繊維と前記排出中空繊維はその側壁の少なくとも
一部がそれぞれ被処理流体および処理済み流体に対して
多孔性であり、前記導入中空繊維と前記排出中空繊維は
相互離間関係に配置され、また前記織成シート構造体
は、前記導入および排出中空繊維に対して織成関係に相
互離間して配置されて複合積層シート状流体接触構造体
を成す複数の実質的に小直径の繊維を含む事を特徴とす
る流体処理用複合シート構造体。
【請求項２２】前記導入中空繊維は前記排出中空繊維と
流体連通してこれらの繊維が１つおきに離間関係に配置
される事を特徴とする請求項２１に記載の流体処理用複
合シート構造体。
【請求項２３】前記導入中空繊維の開放端部が前記複合
シート構造体の一方の端部に配置され、また前記排出中
空繊維の開放端部が前記複合シート構造体の反対側末端
に配置される事を特徴とする請求項２１に記載の流体処
理用複合シート構造体。
【請求項２４】前記導入中空繊維の開放端部と前記排出
中空繊維の開放端部が前記複合シート構造体の同一側縁
に配置される事を特徴とする請求項２１に記載の流体処
理用複合シート構造体。
【請求項２５】螺旋状に巻かれた複合織成シート構造体
を含み、前記複合織成シート構造体は被処理流体と処理
済み流体に対して非透過性のバリヤシートと、前記バリ
ヤシートの一方の側面に隣接した処理媒体層であって前
記バリヤシートが前記処理媒体に対して不活性である処
理媒体層と、前記処理媒体層の中の織成シート構造体と
を含み、前記織成シート構造体は一端において開き反対
側末端において閉じた複数の導入中空繊維と、一端にお
いて開きその反対側末端において閉じた複数の排出中空
繊維とを含み、前記導入中空繊維と前記排出中空繊維は
その側壁の少なくとも一部がそれぞれ被処理流体および
処理済み流体に対して多孔性であり、前記導入中空繊維
と前記排出中空繊維は相互離間関係に配置され、また前
記織成シート構造体は前記導入および排出中空繊維に対
して織成関係に相互離間して配置されて複合積層シート
状流体接触構造体を成す複数の実質的に小直径の繊維を
含む事を特徴とする流体処理用中空繊維接触装置のパッ
キング。
【請求項２６】前記導入中空繊維は前記排出中空繊維と
流体連通して１つおきに離間関係に配置される事を特徴
とする請求項２５に記載の中空繊維接触装置用パッキン
グ。
【請求項２７】前記導入中空繊維の開放端部が前記螺旋
状に巻き取られた複合シート構造体の一方の縁にあり、
前記排出中空繊維の開放端部が前記螺旋状に巻き取られ
た複合シート構造体の他方の縁にある事を特徴とする請
求項２５に記載の中空繊維接触装置用パッキング。
【請求項２８】前記導入中空繊維の開放端部と前記排出
中空繊維の開放端部とが前記螺旋状に巻き取られた複合
シート構造体の同一の縁にある事を特徴とする請求項２
５に記載の中空繊維接触装置用パッキング。
【請求項２９】前記螺旋状に巻き取られた複合シート構
造体は前記流体と前記処理媒体とに対して不活性の中心
コアの回りに巻き取られる事を特徴とする請求項２５に
記載の中空繊維接触装置用パッキング。
【請求項３０】前記処理媒体が化学反応を実施するため
の触媒と吸着工程を実施するための収着剤とから成るグ
ループから選定される事を特徴とする請求項２５に記載
の中空繊維接触装置用パッキング。