JPS6143088B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、混含ガス体中の特定ガスを特定の液
中に溶解しようとするに際し、選択透過性の高い
透過膜を利用して、特定の液中に適確に効率よく
溶解させる有効な方法に関するものである。

従来から、ガス透過膜に関する研究はかなり古
くから行なわれ、特に近年ガス透過膜の研究が盛
んであり、天然ガスなどからのHeガスの分離は
既に実用化されている。これは、Heガスについ
ての選択透過性が優れた膜を合成することが可能
となつたからである。その他、空気中の酸素の分
離、天然ガス中のメタンあるいは炭酸ガスの分離
など種々の研究が行なわれつつある。

また一方、或る特定のガスを或る特定の液へ溶
解せしめようとする試みもある。たとえば、酸素
ガスを被酸化性物質を含む溶液に溶解させ、酸化
され易い物質を酸化して分離する操作は最も多く
実用化されている。

しかし、このような場合には酸素ガス濃度の高
い酸素含有ガス体を使用するものであり、予め多
成分系のガス体から酸素ガスに富むガス体を調整
してから、これを特定の処理せんとする液中に曝
気して酸化され易い物質を酸化分解する方法が一
般的である。

このような、たとえば酸素ガス濃度の高い混合
ガス体を透過膜を利用して得る場合には、従来の
如く単に透過膜を介してガス体を接触せしめ被処
理ガス側を加圧するか、濃縮を目的とするガス体
側を吸引するかの方法では効率よいガスの膜透過
は起こり難い。しかも次の段階においてガスの溶
解を行なうわけであるが操作が二工程に分かれ煩
雑となるばかりでなく決して効率のよい方法とは
言えないなどの問題があつた。

本発明は、これら従来の欠点を適確に除去し、
ガス体の分離即溶解を単一の操作で簡単に且つ効
率よく行なう処理方法を提供することを目的とし
たものである。

本発明は、特定ガスについて選択透過性の高い
透過膜を介して特定ガスを含む原料混合ガス体
と、その特定ガスを溶解して利用せんとする特定
液体とを接触せしめ、原料混合ガス体側に圧力を
加え該混合ガス中の特定ガスを液側に透過せしめ
液側成分の処理を行なうもので、特に被ガス溶解
液と混合ガス体とを被ガス溶解液中に溶解せしめ
んとするガスについて選択透過性のある隔膜をも
つて隔離し、混合ガス体側に圧力を加えて目的と
するガス体を膜透過せしめ、被ガス溶解液中に溶
解せしめることを特徴とする、液中にガス体を溶
解する方法である。

本発明において、液中へのガス体溶解とは、前
記隔膜を透過した溶解ガスをして、前記溶解ガス
に対して化学反応性又は吸収性もしくは吸着性を
有する物質又は化合物を溶液、懸濁液、又はスラ
リー状態等の形態で含有する液体に溶解せしめる
か、あるいは、前記溶解ガスに対して化学反応性
もしくは溶解性を有する液体もしくは液体混合物
に溶解せしめることである。

本発明において利用される隔膜としての透過膜
の素材としては、透過させるガス体によつて適宜
選択しなければならない。たとえば、酸素につい
てはセルローズアセテート、ポリビニールクロラ
イド、芳香族ポリアミド、ポリプロピレン、ポリ
スチレン、エチルセルローズなどがある。また炭
素ガスについては、エチルセルローズ、ポリスチ
レン、シリコン、弱塩基性ポリエチレンイミン、
ポリビニールブチラール・エポキシなどがその好
適例である。

また該隔膜を用いる膜装置としては、膜の充填
密度の大きいものが好都合であるが、液と接触し
た場合の膜表面における流動性の問題を考慮する
必要があり、必ずしも膜の充填密度のみを考慮し
て決めるわけにはいかない。装置の型状として
は、中空糸型、中空管型、管型、スパイラル型、
耐圧板構造型が利用できる。とくに、中空管型は
膜の充填密度、膜表面における流体の流動性など
の点でより好都合である。

なお混合ガス体に加える圧力は、透過膜の素
材、充填密度などによつて異なるが、好ましい圧
力範囲は数Kgf/cm²から数10Kgf/cm²である。

以下本願発明の実施態様について説明するが、
ここにおいてガス体を液中へ溶解する目的は、第
１図の場合は溶解させた特定ガスによつて液中の
物質又は化合物を化学的に処理することにあり、
また第２図の場合は混合ガス中の特定ガスを該混
合ガスから分離、除去することにある。

第１図は溶解性の、酸化容易な有機物を含む用
水の酸化処理について膜として酸素ガス透過膜を
利用した場合である。まず、被ガス溶解液を原液
流入路１から分岐路２，２′を経て液体流路９に
流入させる。一方、ガス供給管５から空気を圧送
しバイパス路６，６′，６″に分岐してそれぞれの
ガス体流路１０内を流過させる。各ガス体流路１
０は支持体によつて支持された酸素ガス透過膜Ｍ
によつてそれぞれ仕切られ、膜を経て主として酸
素ガスのみが膜透過して液体流路９内の液体に溶
解する。液体流路９内の液体は、溶解してくる酸
素ガスによつて該液体中の酸化容易な有機物が酸
化処理されて、排出路３，３′を経て集水路４へ
集水させる。ガス体流路１０を流過する間に酸素
ガス濃度が希薄になつたガスは排気管７，７′，
７″を経てガス管８へ集められ排出される。な
お、このようなガス体又は液体の一過式接触処理
の他にガス管８から排出されるガス体を再度ガス
供給管５へ循環させて再度膜Ｍを介して液体と接
触させるか、または集水路４から排出される液体
を再び原液流入路１へ循環させて再度酸化処理を
行なつてもよい。

上記実施態様における酸化処理とは反対に、水
素ガスなどの還元性のガスを含む混合ガスと、被
還元性の物質又は化合物を含有する液体との間
に、該還元性ガスに対して選択透過性のある隔膜
を介在させせて該物質又は化合物を還元処理する
こともできる。

第２図は選択透過膜としてCO₂ガス透過性膜を
使用して混合ガス中のCO₂ガスを除去する例であ
る。即ち、原液流入路１から淡水を液体流路９へ
送り集水路４を経て排出し、ノズル１４から脱気
塔１３内へ噴射する。この脱気塔１３に設けた散
気管１１から空気流を送り込み液滴分離板１５を
経て排ガス路１２から排ガスを放出する。脱気さ
れた淡水は原液流入路１を経て再び液体流路９へ
送り込まれる。一方、ガス供給管５から炭酸ガス
を含むメタンガスをガス体流路１０内に圧送しガ
ス管８から排出するが、この間ガス透過膜Ｍを経
てこのメタン−炭酸ガス混合ガス中の炭酸ガスが
選択的に膜を透過して、液体流路９内を貫流する
淡水側へ透過溶解する。かくてガス供給管５から
流入する混合ガス中の大部分の炭酸ガスは膜透過
によつて排出され分離することができる。他方、
炭酸ガスがほゞ飽和に溶解した淡水は、集水路４
を経て脱気塔１３へノズル１４によつて噴射さ
れ、下方から吹き込まれる空気によつて脱炭酸さ
れて再び原液流入路１を経て液体流路９へ流入す
る。なお、ガス管８から排出さるガス体は再度ガ
ス供給管５へ循環させてもよいし、また集水路４
からの炭酸ガスを溶解した淡水を一部原液流入路
１側へ循環させてもよい。

上記実施態様は、一過式又は循環式の接触処理
を行なうものであるが、多段式の接触処理を行な
うこともできる。たとえば、多成分系炭化水素の
混合ガスをして選択透過性が互いに異なる隔膜を
直列的及び／又は並列的に透過、溶解せしめて成
分ガス毎に分別することもできる。

なお、前記集水路４を経て流出する炭酸ガスを
溶解した淡水中の炭酸ガスを除去する方法として
前記のような物理的方法の他に下記のような化学
的方法も適用できる。また、前記空気曝気の代り
に炭酸ガス分圧の低いガスを使用した曝気を行な
つて脱気してもよいし、あるいは前記淡水を減圧
下で処理して脱気することもできる。また、前記
液体中に溶解したガスを効率よく除去するために
該液体を、該ガスに対して高い吸収性又は吸着性
を持つ物質又は化合物と接触させてもよい。

一方前記の化学的方法としては、次のような手
段をとることができる。即ち、前記液体を、該ガ
スに対して化学反応性を有する物質又は化合物と
接触させて処理する方法である。たとえば、前記
淡水中の炭酸ガスを除去する場合には、マグネシ
ア、生石灰などのアルカリ土類金属の酸化物、水
酸化物と接触せしめて炭酸ガスをこれらの酸化
物、水酸化物と反応させて炭酸塩として分離し、
分離液を再度原液流入路１を経て液体流路９へ送
つてもよい。

なお、前記実施態様においては、炭酸ガスの溶
解液として淡水を使用したが、淡水の代りに苛性
アルカリのようなアルカリ金属の水酸化物を溶解
せしめた溶液を使用し液体流路９へ送つて透過膜
Ｍを経て透過する炭酸ガスと反応させて溶解、吸
収してもよい。しかし、この場合には、最も簡単
なのは前述のごとく淡水を被ガス溶解液として利
用し、該炭酸ガス分圧の低いガスを使用して曝気
を行なつて脱気するのがよい。

なお、集水路４から流出する炭酸ガス溶解液を
再利用する必要のないときには、そまゝ廃棄し新
鮮な炭酸ガス溶解能力のある液体を再度原液流入
路１を経て流入せしめればよい。

次に本発明の実施例を示す。

実施例 １ 下水の過処理水（BOD17〜20mg/、COD25
〜30mg/、PH7.8／25℃）をSV＝３（１／ｈ）の条件 で粒状活性炭カラム（層高60cm）に通水するに先
立つて、被処理水中に本発明の方法に従つて酸素
ガスを供給、溶解せしめた。即ち、膜素材はセル
ローズアセテート系で中空管型モジユールを利用
し、被処理液を中空管の外側を流過せしめた。中
空管表面を流過する被処理水の流過流速は0.3〜
0.6m/secである。一方、中空管内側には空気を
２Kgf/cm²に圧縮して約0.1〜0.2m/secの流速で送
り込んだ。被処理水の流量は１/minで膜面積
は0.1m²である。かくて、被処理水中には酸素が
透過溶解し酸素濃度は15〜18mg/となつた。こ
れを活性炭カラムに前述の条件で通水し、BOD
として５〜７mg/、CODとして10〜13mg/の
活性炭処理水を得た。なお、この処理水は全く無
臭、無色透明であつた。

実施例 ２ 本発明の方法をメタンガス50％（容積単位、以
下同じ）、炭酸ガス50％の混合ガス体中の炭酸ガ
ス除去に応用した。

即ち、サラン膜を使用し、混合ガスを３Kgf/cm²
に加圧して炭酸ガスを透過せしめた。透過炭酸ガ
ス溶解のための媒液として淡水を使用し、炭酸ガ
ス溶解済みの淡水を空気曝気によつて脱炭酸処理
して再度炭酸ガ溶解媒液として利用した結果、メ
タンガス分率として85％のガス体が容易に得られ
た。

このように、本発明の方法によるときには、膜
透過したガス体を目的に応じて系外へ排除した
り、利用したりすることができ、とくに溶解性ガ
スたとえば炭酸ガス、亜硫酸ガス、硝酸ガスなど
は膜からの透過速度が大であり、透過ガスの利
用、ガスの分別精製の効率を向上させることがで
きる。目的のガスが他のガスと混合しているが、
その濃度が希薄なために利用上効率が低い場合に
本願発明の方法を利用することによつて容易に分
別、又は透過ガスを直接目的に応じて利用した
り、不要な場合に排除することができる。

以上のように本発明の方法は、混合ガス体から
のガスの分別分離、精製、目的とするガスの利用
など広い範囲にわたり応用することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施態様を示し、第１図は系統
説明図、第２図は、他の実施態様の系統説明図で
ある。 １……原液流入路、４……集水路、５……ガス
供給管、８……ガス管、９……液体流路、１０…
…ガス体流路、１１……散気管、１２……排ガス
路、１３……脱気塔、Ｍ……ガス透過膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 混合ガス体と液体とを特定のガス体について
   選択透過性のある隔膜を介在して接触させ、前記
   混合ガス体側に圧力を加えて、特定のガス体を液
   体側に膜透過せしめることを特徴とする液中への
   ガス体の溶解方法。 ２ 前記特定ガス体の溶解工程が、前記混合ガス
   体又は前記液体の少なくとも一方を前記隔膜へ循
   環供給して接触処理するものである、特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ３ 前記特定ガス体の溶解工程が、該特定ガスに
   対して化学反応性を有する物質もしくは化合物を
   含有する液体又は該特定ガスに対して化学反応性
   を有する液体もしくは液体混合物を用いて接触処
   理するものである、特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の方法。 ４ 前記特定ガス体の溶解工程が、該特定ガスに
   対する溶解度の高い液体もしくは液体混合物又
   は、該特定ガスに対して高い吸収性もしくは吸着
   性を持つ物質もしくは化合物を含有する液体を用
   いて接触処理するものである、特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の方法。 ５ 前記特定ガス体の溶解工程が、空気または酸
   素ガスを含有する混合ガスと、被酸化性の物質又
   は化合物を含有する液体とを接触処理するもので
   ある特許請求の範囲第１項、又は第２項又は第３
   項記載の方法。 ６ 前記特定ガス体の溶解工程が、前記酸素含有
   の混合ガスと、容易に酸化される有機物を含有す
   る用水又は排水を用いて接触処理するものであ
   る、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、又
   は第５項記載の方法。 ７ 前記特定ガス体の溶解工程が、淡水を用いて
   接触処理するものである、特許請求の範囲第１
   項、第２項又は第４項記載の方法。 ８ 前記特定ガス体の溶解工程が、炭酸ガス及び
   炭化水素からなる混合ガスと淡水を用いて接触処
   理するものである、特許請求の範囲第１項、第２
   項、第４項、又は第７項記載の方法。 ９ 前記特定ガス体の溶解工程が、該特定ガスを
   溶解した前記液体に空気を曝気するか、又は該液
   体を減圧処理することによつて、該特定ガスを脱
   気した後、該液体を前記隔膜へ循環供給して処理
   するものである、特許請求の範囲第１項、第２
   項、第４項、第７項、又は第８項記載の方法。