JPS63248418A

JPS63248418A - 混合気体の分離方法

Info

Publication number: JPS63248418A
Application number: JP8208287A
Authority: JP
Inventors: Kohei Ninomiya; 康平二宮; Takashi Harada; 隆原田
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1987-04-02
Filing date: 1987-04-02
Publication date: 1988-10-14
Also published as: JPH0527443B2

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〕本発明は、分離膜モジュールを用いた混合気体の分離方
法に関するもので、本発明の混合気体の分離方法は、？
Ｗ潤空気の除湿、有機物水溶液の濃縮等に利用される。

〔従来の技術〕

混合気体の分離方法としては、各種の無機質膜及び有機
質膜からなる分離膜モジュールを用い、気体の透過速度
の差を利用して気体の分離を行う方法がある。

分離膜モジュールを用いた混合気体の分離方法は、混合
気体を分離膜モジュールの一方の側（供給側）に供給し
、且つその際該分離膜モジュールの他方の側（透過側）
を減圧に保持することにより、上記混合気体中の一部の
気体を選択的に透過させて、気体を分離するもので、例
えば、湿潤空気の除湿に利用されているもので、小型で
軽量な装置にすることができ、維持管理が容易で安全性
が高い等の利点を存する。そして、この方法においては
、分離膜モジュールの透過側の減圧度が高いほど分離膜
モジュールを透過する気体の量は多く、上記分離膜モジ
ュールの透過側を減圧に保持する手段として、真空ポン
プが利用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の従来の混合気体の分離方法は、分離膜モジュール
の透過側を減圧に保持する手段として、真空ポンプを用
いているため、次のような問題点を有している。

＋１）真空ポンプの吐出側で圧が上昇するため、透過気
体中に凝縮性気体が多いと、吐出パイプ内で該凝縮性気
体が凝縮し、真空ポンプ内に混入し、真空ポンプが故障
し易くなる。

（２）真空ポンプ内に混入した凝縮物の蒸気圧の影響で
、分離膜モジュールの透過側の減圧度が低下する。

（３）油回転真空ポンプを用いる場合には、油の交換を
絶えず行う必要がある等、保守・管理を要す。

（４）設備費が高い。

従って、本発明の目的は、分離膜モジュールを用いて混
合気体を分離する際の該分離膜モジュールの透過側の減
圧の保持を、故障等のトラブルがなく、且つ保守・管理
が不要で、しかも安価な設備で行うことができる、混合
気体の分離方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、種々検討した結果、分離膜モジュールの
透過側を減圧に保持・する手段として、エジェクターを
用いることにより、前記目的が達成されることを知見し
た。

本発明は、上記知見に基づきなされたもので、分離膜モ
ジエールを用い、気体の透過速度の差を利用して混合気
体の分離を行う方法において、上記分離膜モジュールの
透過側を減圧する減圧手段としてエジェクターを用いる
ことを特徴とする混合気体の分離方法を提供するもので
ある。

以下、本発明の混合気体の分離方法を、図面に示す実施
態様について詳述する。

先ず、第１図のフローシートに示す実施Ｂ様について説
明する。この実施態様は、エジェクターの噴射源として
、分離膜モジエールに供給する気体の一部を用いるもの
で、特に湿潤空気の除湿に好適に利用される。

この実施態様では、先ず、処理対象である混合気体を圧
縮機等により常圧より高く、好ましくは３〜１０Ｋｇ／
ｃｄ−Ｇ、特に好ましくは５〜７Ｋｇ／ｃｊ−Ｇに加圧
して置く。

次いで、加圧混合気体を、分離膜モジュール１の供給側
１ａにラインＡより供給する一方、噴射源として上記加
圧混合気体の一部をエジェクター２にラインＢより供給
する。

エジェクター２の気体噴射作用により、分離膜モジュー
ル１の透過側１ｂの気体がラインＣより吸引され、該透
過側１ｂは減圧に保持される。

上記透過側１ｂの減圧度は、透過気体が凝縮しない範囲
で高めることが好ましく、エジェクター２における気体
の噴射量及び噴射速度により調節することができる。

このように、エジェクター２を用いて分離膜モジュール
１の透過側１ｂを減圧に保持することにより、分離膜モ
ジュール１の供給側１ａに供給された加圧混合気体中の
、分離膜に対する透過速度の大きい気体が選択的に分離
膜モジュール１を透過する。

分離膜モジエール１を透過した気体（透過気体）は、エ
ジェクター２によりラインＣより吸引され、ラインＦよ
り排出される。

また、分離膜モジュール１の供給側１ａの出口気体（非
透過気体）は、ラインＥより取り出される。尚、第１図
に示す如く、上記非透過気体の−部をラインＤより分離
膜モジュール１の透過側１ｂに供給することにより、混
合気体の分離効率を高めることができる。また、非透過
気体を供給する代わりに、不活性気体を外部から透過側
１ｂに導入しても良い。

次に、第２図のフローシートに示す実施態様について説
明する。この実施態様は、分離膜モジュールを透過する
気体が凝縮性気体である場合に、エジェクターの噴射源
として、この凝縮性気体を凝縮させた液を利用するもの
で、特にアルコール水溶液等の有機物水溶液の濃縮に好
適に利用される。

この実施態様では、混合気体を、分離膜モジュール１の
供給側１ａにラインＡより供給し、且つその際該分離膜
モジエール１の透過側１ｂをエジェクター２により減圧
に保持する。

上記混合気体は、常圧でも、また凝縮しない程度に加圧
しても良い。

また、運転開始時においては、エジェクター２の噴射源
（液体）をタンク３に外部から導入して置く、エジェク
ター２の噴射源は、ポンプ４によりラインＧよりエジェ
クター２に供給され、噴射された後、タンク３に戻る。

また、分離膜モジュール１の透過側１ｂの減圧度は、第
１図のフローシートに示す実施態様の場合と同様、透過
気体が凝縮しない範囲で高めることが好ましく、エジェ
クター２における液体の噴射量及び噴射速度により調節
することができる。

このように、エジェクター２を用いて分離膜モジエール
１の透過側１ｂを減圧に保持することにより、分離膜モ
ジュール１の供給側１ａに供給された混合気体中の、分
離膜に対する透過速度の大きい気体が選択的に分離膜モ
ジュール１を透過する。

分離膜モジエール１を透過した気体（透過気体）は、エ
ジェクター２によりラインＣより吸引され、タンク３を
経て、冷却器５に移送され、該冷却器５で凝縮され、ラ
インＧよりエジェクター２に噴射源として供給される。

エジェクター２の噴射源の液量は、透過気体を凝縮させ
た液をラインＨより排出することにより調整される。

また、分離膜モジュール１の供給側１ａの出口気体（非
透過気体）は、ラインＥより取り出される。

尚、第２図のフローシートに示す実施態様においても、
第１図のフローシートに示す実施態様と同様に、非透過
気体の一部を分離膜モジュール１の透過側１ｂに供給し
ても良く、また不活性気体を外部から導入しても良い。

上述の本発明の方法で用いられる分離膜モジュールとし
ては、セラミック多孔質膜等からなる無機質分離膜モジ
ュール、ポリアミド膜、セルロース膜、酢酸セルロース
膜、ポリイミド膜等からなる有機質分離膜モジュールが
挙げられる。特に分離膜モジュールを高温・高圧で操作
するときには、気体選択透過性能に優れ且つ耐熱性、耐
薬品性にも優れた芳香族ポリイミド製分離膜モジュール
が好ましい。

上記分離膜モジュールとしては、有効膜面積の大きい中
空糸の集合体が好ましいが、平膜でも良い。

分離膜モジュールとして用いられる中空糸は、その外径
が、通常５０〜２０００μ、好ましくは２００〜１００
０μである。中空糸の外径が小さ過ぎると圧力損失が太
き（なり、大き過ぎると有効膜面積が減少する。また、
上記中空糸としては、（厚み／外径）−０，１〜０．３
の条件を満たすものを用いるのが好ましい、尚、上記厚
み−（外径−内径）／２である。中空糸の厚みが小さい
と耐圧性が不充分となり、また厚みが大きいと気体選択
透過性が不良となる場合がある。

本発明に用いる分離膜モジュールとして特に有利に用い
ることのできる芳香族ポリイミド製分離膜モジュールは
、芳香族テトラカルボン酸骨格と芳香族ジアミン骨格と
を含むもので公知の方法により製造することができる。

上記芳香族テトラカルボン酸骨格としては、３゜３°、
４．４’　−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、２．３
．３°、４゛　−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、と
ロメリフト酸、３．３’　、４゜４°−ビフェニルテト
ラカルボン酸、及び２，３゜３°、４゛　−ビフェニル
テトラカルボン酸、そしてこれらの芳香族テトラカルボ
ン酸の酸二無水物、エステル、塩等から誘導されるカル
ボン酸骨格を挙げることができる。これらのうち３．３
’　、４゜４”　−ビフェニルテトラカルボン酸の酸二
無水物と２．３．３’　、４’　　−ビフェニルテトラ
カルボン酸の酸二無水物等により代表されるビフェニル
テトラカルボン酸二無水物から誘導された酸骨格を土酸
骨格とする芳香族ポリイミド製分離膜モジュールを使用
した場合に本発明は特に有用である。

また、上記芳香族ジアミン骨格としては、ｐ−フェニレ
ンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、２．４−ジアミ
ノトルエン、４，４”　−ジアミノジフェニルエーテル
、４，４°　−ジアミノトルエニルメ、タン、０−トリ
ジン、１．４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン
、０−トリジンスルホン、ビス（アミノフェノキシーツ
山ニル）メタン、及びビス（アミノフェノキシ−フェニ
ル）スルホン等を挙げることができる。

芳香族ポリイミド製分離膜モジュールの製造方法として
は、例えば、上記芳香族ジアミン（他の芳香族ジアミン
を含有していてもよい）からなる芳香族ジアミン成分と
上記ビフェニルテトラカルボン酸成分とを略等モル、フ
ェノール系化合物の有機溶媒中約１４０℃以上の温度で
一段階で重合及びイミド化して芳香族ポリイミドを生成
し、その芳香族ポリイミド溶液（濃度；約３〜３０重量
％）をドープ液として使用して約３０〜１５０℃の温度
の基材上に塗布又は流延あるいは中空糸膜状に押出して
ドープ液の薄膜（平膜又は中空糸）を形成し、次いでそ
の薄膜を凝固液に浸漬して凝固膜を形成し、その凝固膜
から溶媒、凝固液等を洗浄除去し、最後に熱処理して芳
香族ポリイミド類の非対称性分離膜モジュールを形成す
る製膜方法を挙げることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を挙げ、本発明を更に詳細に説明
する。

実施例１本実施例は、湿潤空気の除湿に本発明の方法を通用した
例で、第１図に示すフローシートに従って下記のように
して実施した。

加圧湿潤空気（圧カフＫｇ／−・Ｇ、４０℃、飽和湿度
）を１）９．９　Ｎｍ’　／ｈｒで系内に導入し、該加
圧湿潤空気の一部を１５　Ｎｍ’　／ｈｒで噴射源とし
てエジェクター２にラインＢより供給し、それ以外の加
圧湿潤空気（１０４，９Ｎｍ”　／ｈｒ）を芳香族ポリ
イミド製中空糸分離膜モジュール１（膜面積２０Ｍ）の
供給側１ａにラインＡより供給した。分離膜モジュール
１の透゛過側１ｂの圧力は、エジェクター２により２４
０ｍｍＨＨの減圧に保持した。また、分離膜モジュール
１の透過側１ｂには、後述の如く分離膜モジュール１の
供給側１ａの出口気体である加圧乾燥空気の一部を供給
した。

分離膜モジュール１における上記の処理により、主に水
蒸気からなる気体が１．５Ｎｍ３／ｈｒで分離膜モジュ
ール１を透過し、この透過気体は、エジェクター２によ
りラインＣより吸引され、噴射源の加圧湿潤空気と共に
ラインＦより排出した。

また、分離膜モジュール１の供給側１ａの出口気体とし
て加圧乾燥空気（非透過気体）が１０３゜４Ｎｍ’／ｂ
ｒで得られた。この加圧乾燥空気の一部を３．４　Ｎｍ
”　／ｈｒでラインＤより分離膜モジュール１の透過側
１ｂに供給した。

ラインＥより１００　Ｎｍ”　／ｈｒで取り出された加
圧乾燥空気は、大気圧露点−２０℃で充分に乾燥された
ものであった。

実施例２本実施例は、エタノール水溶液の濃縮に本発明の方法を
適用した例で、第２図に示すフローシートに従って下記
のようにして実施した。

エタノール濃度３０重量％のエタノール水溶液を気化さ
せた９０℃のエタノール蒸気／水蒸気混合気体を４３．
３Ｋｇ／ｈｒで、芳香族ポリイミド製中空糸分離膜モジ
ュール１　（膜面積２０ｄ）の供給側１ａにラインＡよ
り供給した０分離膜モジュール１の透過側１ｂの圧力は
、エジェクター２によリ３０ｍｍＨｇの減圧に保持した
。

分離膜モジュール１における上記の処理により、主に水
蒸気からなる気体が３０．８Ｋｇ／ｈｒで分離膜モジュ
ール１を透過し、この透過気体は、エジェクター２によ
りラインＣより吸引され、タンク３を経て、冷却器５に
移送し、該冷却器５で３５℃に冷却して凝縮し、ライン
Ｇよりエジェクター２に噴射源として供給した。エジェ
クター２における噴射源の噴射量は２．１　ｍ’　／ｈ
ｒとした。上記透過気体を冷却器５で凝縮させた液は、
必要に応じ排出ラインＨより排出した。この液は、エタ
ノール濃度４．１重量％のエタノール水溶液であった。

また、分離膜モジュールｌの供給側１ａの出口気体とし
てｔｆｆｉｍされたエタノール蒸気が１２．５Ｋｇ／ｈ
ｒで得られた。このエタノール蒸気（非透過気体）は、
冷却して水溶液としてラインＥより取り出した。

ラインＥより取り出されたエタノール水溶液は、エタノ
ール濃度９４重量％であった。

〔発明の効果〕

本発明の混合気体の分離方法によれば、分離膜モジュー
ルを用いて混合気体を分離する際の該分離膜モジュール
の透過側の減圧の保持を、故障等のトラブルがなく、且
つ保守・管理が不要で、しかも安価な設備で行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の混合気体の分離方法の一実施態様の
概略を示すフローシートであり、第２図は、本発明の混
合気体の分離方法の別の実施態様の概略を示すフローシ
ートである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）分離膜モジュールを用い、気体の透過速度の差を
利用して混合気体の分離を行う方法において、上記分離
膜モジュールの透過側を減圧する減圧手段としてエジェ
クターを用いることを特徴とする混合気体の分離方法。
（２）分離膜モジュールが芳香族ポリイミド製分離膜モ
ジュールである特許請求の範囲第（１）項記載の混合気
体の分離方法。
（３）エジェクターの噴射源として、分離膜モジュール
に供給する混合気体の一部を用いる特許請求の範囲第（
１）項記載の混合気体の分離方法。
（４）分離膜モジュールに供給する混合気体が凝縮性気
体を含んでおり、分離膜モジュールの透過側気体が主に
凝縮性気体である特許請求の範囲第（１）項記載の混合
気体の分離方法。
（５）エジェクターの噴射源として、分離膜モジュール
を透過した凝縮性気体を凝縮させた液を用いる特許請求
の範囲第（４）項記載の混合気体の分離方法。
（６）分離膜モジュールの透過側に、分離膜モジュール
の供給側出口気体の一部、又は不活性気体を供給する特
許請求の範囲第（１）項記載の混合気体の分離方法。
（７）分離膜モジュールに供給する混合気体が湿潤空気
である特許請求の範囲第（１）項記載の混合気体の分離
方法。