JPS6374906A - 窒素濃縮装置 - Google Patents

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、空気中から窒素濃縮する窒素濃縮装置に関す
るものである。

従来の技術 従来から、窒素は不活性気体として化学工業。

食品貯蔵、電子工業等の分野で利用されている。

この窒素を空気中から分離する方法は、種々試みられて
おり、例えば深冷分離法、ＰＳＡ法などが知られている
。また金属の熱処理に使用される雰囲気、食品のＣＡ冷
蔵に使用される調整空気等、比較的低純度の窒素濃縮気
体は、主に空気と炭化水素燃料を直接燃焼させたりした
後に、二酸化炭素の除去処理をする等して得られていた
。食品のＣＡ冷蔵用の場合の一例を示すと、プロパンガ
スを燃焼させて空包中の酸素を二酸化炭素と水蒸気に変
え、消石灰を用いて二酸化炭素を吸着する方法がある。

二酸化炭素を除去する方法としては他に苛性ソーダと二
酸化炭素の化学反応を利用した苛性ソーダスクラバー、
低温の水が二酸化炭素を吸収し易いことを応用した水ス
クラバー等がある。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら深冷分離法では空気を高圧で圧縮するため
、装置が大規模であり、電力を多量に必要とする０ＰＳ
Ａ法では加圧、減圧を繰り返すため構造が複雑であり、
深冷分離法と同様に電力の消費が多くなる。また炭化水
素燃料を燃焼させた後、二酸化炭素を除去する方法では
燃焼によって生じるエネルギーは全く利用されないため
経済的でない。さらに上述したような二酸化炭素除去方
法は化学反応によるため処理に時間がかかり、大食の燃
焼ガスを処理するためには装置が大規模になる等の問題
点を有していた。

本発明はこのような問題点を解決するもので、窒素濃縮
効率、エネルギー効率が高く、簡単な構成で安価な窒素
濃縮ガスを供給できる窒素濃縮装置を提供することを目
的とするものである。

問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、混合気体から特
定の気体を圧力差により分離する分離手段と、燃焼機関
を動力源とした圧力差を設ける手段を備え、前記燃焼機
関の燃焼ガスを前記分離手段に導入する構成となってい
る。

作　　　用 この構成によって、分離手段には燃焼機関の燃焼ガス、
すなわち酸素濃度が低下し、二酸化炭素。

水蒸気の濃度が高いガスを供給することになる。

圧力差によって気体を分離しようとする場合、吸着剤９
分離膜等は、酸素に比べて水蒸気、二酸化炭素を吸着あ
るいは透過しやすく、空偲を直接処理する場合に比べて
はるかに高効率となる。

また分離手段に圧力差を与えるための圧力源は、前記燃
焼機関によって駆動されるため、電力を必要とせず、炭
化水素燃料を消費するのみで分離手段の圧力源を駆動し
、かつ分離手段へ供給する空気の前処理を同時に行うた
め、複雑な処理工程を必要とせず、簡単な構成で安価に
窒素濃酸ガスを供給することが可能となる。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。第１図は本発明の一実施例における窒素濃縮装
置の構成を示すものである。まず原料空気ａは都市ガス
ｂとともにガスエンジン１へ供給され、このガスエンジ
ン１の排気は燃焼によシ酸素を消費し、主に二酸化炭素
と水蒸気を生成した燃焼ガスとして気体分離膜モジュー
ル２へ導入される。この膜モジュール２を通過する際に
燃焼ガス中の水蒸気、二酸化炭素、燃焼に使われなかっ
た過剰の酸素は選択的に除去され窒素が濃縮される。一
方この膜モジュール２の低圧側を減圧するだめの減圧ポ
ンプ３は前述のガスエンジン１によって駆動される。

本実施例の窒素濃縮装置が空気中から窒素を濃縮する過
程をさらにくわしく説明する。まず空気は生に２０．９
％の酸素と７９．１％の窒素等からなっているが、ガス
エンジン１内に都市ガスｂとともに供給され燃焼するこ
とによシ酸素が消費され、水蒸気と二酸化炭素が生成す
る。このとき空気と燃料を理論混合比で供給し、完全燃
焼すれば燃焼ガス中の酸素は完全に消費され窒素と水蒸
気と二酸化炭素になるが、本実施例においては理論空気
量よシ多い空気を供給した結果、水蒸気１０．６％。

二酸化炭素８．０％、酸素２．４係の燃焼ガスａ′が得
られた。なお燃焼機関については本実施例ではガスエン
ジンを用いたが、内燃機関に限定するものではなく、ま
た燃料についてもガソリン、灯油。

アルコール等、燃焼機関の型式、窒素濃縮気体の用途に
応じてあらゆる炭化水素燃料を用いることが可能である
。

以上のようにして得られた燃焼ガスａ′　は気体分離膜
モジュール２に導入される。この分離膜４はシリコーン
系の高分子膜でその分離特性は下表に示した。

ここで透過率Ｐｘは単位時間、単位面積、単位圧力機り
に気体Ｘが透過する体積であり、分離係数αは、気体Ｘ
と窒素の透過率の比である。

この表かられかるようにこの気体分離膜は窒素に比べて
酸素を通しやすく、さらに二酸化炭素、水蒸気を通しや
すい。このため空気を直接分離膜モジュールに導入し窒
素を濃縮するよりも、水蒸気。

二酸化炭素を多く含む燃焼ガスとして処理する方がより
高効率である。この分離膜モジュール２によって処理さ
れた燃焼ガスは窒素濃縮気体ａ“　とじて得られる。

以上の様な構成による本実施例の窒素濃縮装置の特性、
および本実施例に用いた気体分離膜モジュールに空気を
供給した場合の特性を第２図に示す。ここで回収率は膜
モジュールに供給した気体の量に対する得られた窒素濃
縮気体の量である。

第２図かられかるように同一の膜モジュールを用いても
供給する気体の組成が異なるため窒素濃縮特性にも大き
な違いがある。例えば窒素濃度９６チでは空気を処理し
た場合、回収率９％であるのに対し、燃焼ガスを処理し
た場合には回収率は４６％と５倍以上の量の窒素濃縮ガ
スが得られる。また９９％の窒素濃縮ガスを得ようとす
れば、空気をそのまま膜モジュールに供給した場合には
実質的に不可能であるのに対し、燃焼ガスを供給した場
合には供給したガスの１７．５％の窒素濃縮気体が得ら
れる。

以上のように本実施例によれば、ガスエンジンから排出
される燃焼ガスを気体分離膜モジュールに供給する方式
をとることで、空気を供給する場合に比べて非常に高効
率に窒素濃縮気体が得られ、さらに気体分離膜モジュー
ルの低圧側を減圧するための減圧ポンプを前記ガスエン
ジンで駆動することで、減圧ポンプの動力源を別に設け
る必要がなく、窒素濃縮効率、エネルギー利用率ともに
高い高性能な窒素濃縮装置となる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、混合気体よシ特定の気体
を圧力差により分離する分離手段と、燃焼機関を動力源
とした圧力差を設ける手段を備え、前記燃焼機関の燃焼
ガスを前記分離手段に導入する方式とすることにより、
窒素濃縮効率、エネルギー利用効率が高く、簡単な構成
により安価に窒素濃縮ガスを供給することができ、その
実用的効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による窒素濃縮装置の構成図
、第２図は本発明の一実施例の窒素濃縮特性および本実
施例に用いた気体分離膜モジュールに空気を供給した場
合の特性図である。 １・・・・・・ガスエンジン、２・・・・・・気体分離
膜モジュール、３・・・・・・減圧ポンプ、４・・・・
・・気体透過膜、ａ・・・・・・空気、ａ′・・・・・
・燃焼ガス、ａ″・・・・・・窒素濃縮気体、ｂ・・・
・・・燃料。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）混合気体から特定の気体を圧力差により分離する
   分離手段と、燃焼機関を動力源とした圧力差を発生する
   手段を備え、かつ前記燃焼機関の燃焼ガスを前記分離手
   段に導入することを特徴とする窒素濃縮装置。
2. （２）分離手段が気体分離膜である特許請求の範囲第１
   項記載の窒素濃縮装置。
3. （３）動力源が内燃機関である特許請求の範囲第１項記
   載の窒素濃縮装置。