JPS63242319A

JPS63242319A - 酸素分離方法

Info

Publication number: JPS63242319A
Application number: JP62080407A
Authority: JP
Inventors: Toru Kashiwagi; 亨柏木
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1988-10-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、酸素分離方法に関し、より詳細には、酸素
分子を含有する気体がら酸素を効率的に分離できる酸素
分離方法に関する。

〈従来の技術〉従来、酸素分離膜を用いて、空気がら酸素を分離する方
法が種々検討されており、該方法のひとつとして、酸素
分離膜を介して、一方の側である供給側から空気を供給
または印加し、他方の側である透過側を減圧状態とし、
上記供給側から供給される空気を吸引して透過側に導く
ことにより、空気中の酸素を分離する方法が知られてい
る。この方法では、窒素、酸素等、空気中の成分の透過
速度が異なるため、透過側で得られた気体の成分は、供
給される空気の成分とは異なっており、酸素の透過速度
が他の成分よりも大きい時、酸素の濃縮が行なわれるこ
とを利用している。そして、上記方法による酸素の分離
効率は、使用する酸素分離膜の性質、特に、酸素に対す
る透過速度と、選択透過性の指標となる分離係数に依存
する。

従って、大きな透過速度および分離係数を有する酸素分
離膜により酸素を効率的に分離するため、分離膜の素材
、成膜法および膜モジュール等について種々検討されて
いる。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかしながら、酸素分離効率が分離膜の特性に大きく依
存している上記酸素分離方法においては、分離膜の透過
速度と分離係数の双方が大きな膜が必要とされる。例え
ば、酸素分離膜として一般的に使用されるポリジメチル
シロキサン膜を例にとって説明すると、護膜は、高い酸
素透過速度および実用的に大きい強度を有しているもの
の、分離係数が小さいため、濃縮される酸素の割合が小
さく、分離効率が十分でない。また、他の高分子膜では
分離係数が大きくても酸素透過速度が小さい。

従って、上記のような酸素分離膜では、酸素分離効率を
高めることが困難であり、分離性能が十分でないという
問題がある。

〈発明の目的〉この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、従
来慣用されている酸素分離膜を用いても、装置を小型化
することができ、酸素分子を含有する気体から効率的に
酸素を分離することができる酸素分離方法を提供するこ
とを目的とする。

く問題点を解決するための手段および作用〉上記目的を
達成するため、この発明の酸素分離方法は、酸素分離膜
に酸素分子を含有する気体を供給側から供給すると共に
、該酸素分離膜の透過側を減圧状態にし、上記酸素分離
膜により、酸素を分離する方法において、酸素分離膜の
透過側近傍に超電導磁石を設け、該超電導磁石による磁
界を酸素を含有する気体に対して作用させることを特徴
とするものである。

上記の構成からなる酸素分離方法は、酸素分子が常磁性
分子であり、また超電導磁石により大きな磁界が得られ
ることを利用している。より詳細には、酸素分離膜の透
過側近傍に超電導磁石を設け、該超電導磁石による磁界
を酸素を含有する気体に対して作用させると、空気等の
酸素分子含有気体のうち、窒素、アルゴン、二酸化炭素
等は、磁界に対して活性を示さない反磁性を有する分子
であるのに対し、酸素分子は常磁性分子であるため、超
電導磁石による磁界が酸素分子に作用して酸素分子を強
く磁化することができる。すなわち、酸素分子の磁化の
程度は磁界が強い程大きくなるが、酸素分離膜の透過側
近傍に、大きな磁界を発生する超電導磁石が配されてい
るので、供給側の酸素分子に強い磁界を作用させること
ができる。

従って、供給側に存在する酸素分子を含有する気体のう
ち酸素分子が超電導磁石に吸引され、供給側のうち酸素
分離膜近傍の酸素濃度が相対的に高くなる。すなわち、
供給側の酸素分子含有気体よりも酸素濃度の高い混合気
体を酸素分離膜に供給するのと同様のこととなり、透過
側へ透過する気体中の酸素濃度を高めることができる。

しかも、酸素分離膜の透過側を減圧状態にするため、酸
素濃度の高い状態で酸素を含有する気体を酸素分離膜に
供給し、透過させることができ、酸素の透過速度を高め
ることができる。

以下に、この発明を図に基づき詳細に説明する。

図は酸素分離装置の一例を示す概略図であり、この装置
は、酸素分離膜（２）を介して、供給側（１）と透過側
（３）とに区画されたケーシング（ｅ）を存している。

また、酸素分子を含有する気体を酸素分離膜（２）に供
給するため、ケーシング（ｅ）のうち上記供給側（１）
には、酸素分子を含有する気体を吸入する供給口（１ａ
）と、上記酸素分離膜（２）を透過しなかった気体を排
気する排気口（１ｂ）が設けられている。

また、上記透過側（３）のうち酸素分離膜（２）の近傍
には、気体が流通可能な状態で超電導体を用いた超電導
磁石（４）が設けられており、ケーシング（Ｃ）のうち
透過側（３）は、前記供給側（１）に供給された酸素分
子を含有する気体を酸素分離膜（２）を通じて透過側（
３）に吸引するため、減圧用のポンプ（５）が連設され
、該透過側（３）は減圧状態に設定されている。

上記のような酸素分離装置を例にとってこの発明を説明
すると、酸素を含有する気体から酸素を分離するため、
まず、空気などの酸素分子を含有する気体を、送風等の
手段により、前記供給口（１ａ）を通じて供給側（１）
に送り、酸素分離膜■に供給すると共に、上記供給側（
１）に供給された酸素分子を含有する気体を酸素分離膜
（２）を通じて透過側（３）に透過させるため、前記透
過側（４）を前記ポンプ（５）にて減圧状態にする。こ
のようにすることより、供給側（１）に供給された酸素
分子を含有する気体を、上記供給側（１）と透過側（３
）との圧力差により前記透過側（３）に導くことができ
る。

そして、上記供給側（１）のうち酸素分離膜（２）の近
傍の酸素濃度を高めるため、酸素分離膜（２）の透過側
（３）近傍には、超電導体を用いた超電導磁石（４）を
設けている。すなわち、この超電導磁石（４）を作動さ
せて強い磁界を発生させ、常磁性分子である酸素分子を
磁化させ、酸素分離膜（２）の近傍の酸素濃度を高めて
いる。

上記超電導磁石（４）を構成する超電導体としては、超
電導体であればいかなるものも使用しえるが、臨界温度
Ｔｃの高い超電導体がを利に使用される。

そのような超電導体としては、超電導体を構成する元素
が、周期律表１ａ族元素、Ｉｌａ族元素およびｍａ族元
素から選ばれた少なくとも１種の元素、Ｉｂ族元素、ｎ
ｂ族元素およびｍｂ族元素から選ばれた少なくとも１種
の元素、および酸素、窒素、フッ素、塩素、炭素、硫黄
から選ばれた少なくとも１種の元素からなるものが好ま
しい。上記元素のうち、Ｉａ族元素としては、Ｌ　ｔ、
Ｎａ、Ｋ。

ＲｂおよびＣｓ等が挙げられ、Ｉｂ族元素としては、Ｃ
ｕ、ＡｇおよびＡｕが挙げられる。また、周期律表ｎａ
族元素としては、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａおよび
Ｒａが挙げられ、ｎｂ族元素としては、Ｚｎ、Ｃｄ等が
挙げられる。周期律表■ａ族元索としては、５ｃＳＹや
ランタノイド系元素であるＬ　ａ　ＳＣｅ　ＳＧ　ｄ　
ＳＬ　ｕ等、アクチノイド系元素であるＡｃ５Ｔｈ、Ｐ
ａ５Ｃｆ等が挙げられる。またｍｂ族元素としては、Ａ
Ｊ、Ｇａ。

Ｉｎ、、ＴＪ等が挙げられる。

上記元素のうち、Ｉｂ族元素から選ばれた少なくとも１
種の元素、ｎａ族元素およびＨａ族元素から選ばれた少
なくとも１種の元素、および酸素を構成元素とするもの
が好ましい。なお、周期律表Ｉｂ族元素のうちＣｕが好
ましい。また、上記周期律表ＩＩａ族元素のうち、Ｓｒ
、Ｂａが好ましく、周期律表■ａ族元索のうち、Ｓｃ、
ＹまたはＬａが好ましい。

上記の構成元素において、特に、超電導体が、下記、一
般式で表される構成元素からなるものが、高い臨界特性
（Ｔ　Ｃ％　Ｈｃ　ｓ　　Ｉ　ｃ　）を有するため好ま
しい。

（ＡＢ）ＣＯ１−ｘ　　ｘ　　２　　４−ｙ（式中、Ａ、Ｂは、それぞれ周期律表Ｉａ族元素、ｎａ
族元素およびＨａ族元素から選ばれた少なくとも１種の
元素を示し、Ｃは、周期律表１ｂ族元素、ｎｂ族元素お
よびｍｂ族元素から選ばれた少なくとも１種の元素を示
す。Ｘは、Ｏ＜Ｘ＜１の関係式を満し、Ｙは、ＯＹく４
の関係式を満す。）なお、超電導磁石（４）は、上記超
電導体からなる線材を常磁性体に巻くことにより得られ
、直流電流を流すことにより強い磁界を発生させること
ができる。この場合、上記超電導磁石（４）の臨界特性
を安定化するため、銅やアルミニウム等の良導体と複合
化させた多芯ツイスト導体等を用いてもよい。

また、上記超電導磁石（４）は、使用する超電導体の臨
界特性に応じて、臨界温度以下の温度で、直流電流を流
すことにより作動させることができる。

この際、上記超電導体として、高い臨界特性を有するも
のが好ましい。また、上記のように、超電導磁石（４）
を作動させることにより常電導磁石に比べて著しく大き
な磁界を発生させることができる。

上記超電導磁石（４）により発生させる磁界の強さとし
ては、酸素を含有する気体中の酸素を磁化させ、前記酸
素分離膜（２）の近傍に吸引しうる強さであればよいが
、１１以上、好ましくは５Ｔ以上、さらに好ましくは、
１０Ｔ以上の磁界を発生させることが好ましい。磁界の
強さが１１未満であると、酸素分離膜（２）近傍の酸素
濃度を十分に高めることができない。なお、上記のよう
に超電導磁石（４）を用いることにより、高い磁界を低
電力で発生させることができるので、エネルギー的に有
利であると共に、装置の小型化をも図ることができる。

なお、上記透過側（３）が減圧状態になっていると共に
、超電導磁石（４）の強い磁化作用により、酸素の透過
性を高めることができるので、上記酸素分離膜（２）は
、酸素を選択的に透過させるものであればよい。このよ
うな酸素分離膜としては、ポリジメチルシロキサン、ポ
リカーボネート−ポリジメチルシロキサンブロック共重
合体、ポリビニルフェノールーボリジメチルシロキサン
ーボリスルホンブロック共重合体等のポリジメチルシロ
キサン誘導体、ポリ（４−メチルペンテン−１）、ポリ
（２，６−シメチルフエニレンオキシド）等の合成高分
子膜を素材とするものや、酸素キャリア、例えば、Ｎ、
Ｎ−ビス（サリチリデンイミノ）エチレンジアミンコバ
ルト等のコバルト錯体等を含む合成高分子膜等が例示さ
れる。これらの酸素分離膜のうち、効率的に酸素を分離
するため、酸素透過速度および分離係数の大きな膜、例
えば、上記酸素分離膜のうち、高い酸素透過速度および
実用的に大きい強度を有しているポリジメチルシロキサ
ン膜や、酸素と可逆的に吸脱着する金属錯体、特に、高
い酸素透過速度と大きい分離係数（α０！　　　−３０
）とを有するコバルト錯体を含有する膜が好ましい。な
お、上記合成高分子膜は、一般に分離係数が小さいもの
の、前記のように、上記透過側（３）が減圧状態となっ
ていることと、超電導体を用いた超電導磁石（４）の強
い磁化作用とにより、前記供給側（１）のうち酸素分離
膜（２）の近傍で高い酸素濃度となった気体を酸素分離
膜（２）に透過させ、分離効率を高めることができる。

なお、酸素分離膜（２）は、非多孔質膜、多孔質膜のい
ずれであってもよい。

上記のように、酸素分子を含有する気体は、超電導磁石
（４）の作動により酸素分子を磁化させ、酸素分離膜の
近傍の酸素濃度を高めることができると共に、濃度の透
過側（３）を減圧状態にするので、高濃度の酸素を供給
側（１）と透過側（３）との圧力差により吸引透過させ
ることができ、磁界を作用させない場合に比べて、酸素
の分離濃縮効率を著しく高めることができる。

この発明は、酸素分子を含有する気体であればいかなる
気体にも適用できるが、酸素以外の分子が反磁性分子で
ある空気中の酸素を分離する上で特に有用である。

〈実施例〉以下に、実施例に基づきこの発明をより詳細に説明する
。

膜厚約２０μｍのシリコーンゴム膜を酸素分離膜として
用い、該酸素分離膜の透過側に超電導磁石を近接して設
置した。また、酸素分離膜の供給側に空気を略大気圧で
流し、透過側を約０．５ｃｍ１１ｇの減圧状態にした。

そして、超電導磁石を作動させない状態で酸素分離膜を
透過した気体の成分とその量を測定したところ、透過気
体中酸素濃度は４０％（分離係数２、　５　Ｘ　１０−
５ｃｊ／ｃｊ　・ｓｅｅ　・ｃｍｌｌｇであった。これ
に対して、上記超電導磁石を作動させ、約２Ｔの磁界を
発生させながら、酸素を分離したところ、透過気体中の
酸素濃度が７４％（分離係数Ｘ　１０−’ｃｊ　／　ｃ
ｌｓｅｃ　−ｃｓ　ｌ１ｇであり、酸素分離効率が大き
いことが判明した。

〈発明の効果〉以上のように、この発明の酸素分離方法によれば、酸素
分離膜の透過側を減圧状態にするとともに、酸素分離膜
の透過側近傍に設けた超電導磁石による磁界を酸素を含
有する気体に作用させるので、供給側と透過側との圧力
差と、上記超電導磁石が発生する強い磁界とにより、酸
素濃度の高い石が発生する強い磁界とにより、酸素濃度
の高い気体を酸素分離膜に供給でき、酸素分離膜を透過
した気体中の酸素濃度を高めることができる。従って、
酸素透過速度や分離係数が十分でない従来の酸素分離膜
を用いても、酸素分子を含有する気体から効率的に酸素
を分離することができるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図は酸素分離装置の一例を示す概略図である。（１）・・・供給側、（２）・・・酸素分離膜、（３）
・・・透過側、（４）超電導磁石、（５）・・・ポンプ
。

Claims

【特許請求の範囲】１、酸素分離膜に酸素分子を含有する気体を供給側から
供給すると共に、該酸素分離膜の透過側を減圧状態にし
、上記酸素分離膜により、酸素を分離する方法において
、酸素分離膜の透過側近傍に超電導磁石を設け、該超電
導磁石による磁界を酸素を含有する気体に対して作用さ
せることを特徴とする酸素分離方法。２、超電導磁石の超電導体が、下記、一般式（Ａ＿１＿−＿ｘＢ＿ｘ）＿２ＣＯ＿４＿−＿ｙ（式中
、Ａ、Ｂは、それぞれ周期律表 I ａ族元素、IIａ族元素およびIIIａ族元素から選ばれ
た少なくとも１種の元素を示し、Ｃは、周期律表 I ｂ
族元素、IIｂ族元素およびIIIｂ族元素から選ばれた少
なくとも１種の元素を示す。Ｘは、０＜Ｘ＜１の関係式を満し、Ｙは、０＜Ｙ＜４の
関係式を満す。）で表されるものである上記特許請求の範囲第１項記載の
酸素分離方法。３、酸素分離膜が、ポリジメチルシロキサンからなる膜
である上記特許請求の範囲第１項記載の酸素分離方法。４、酸素分離膜が、コバルト錯体を含有するものである
上記特許請求の範囲第１項記載の酸素分離方法。