KR20180014163A - 유체의 분리를 위한 중공 사막 카트리지 및 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 혼합물들의 분리를 위한, 특히 가스 분리를 위한 신규한 카트리지들 및 모듈들, 그것의 제조를 위한 프로세스 및 그것의 사용 방법에 관한 것이다.

Description

유체의 분리를 위한 중공 사막 카트리지 및 모듈{HOLLOW FIBRE MEMBRANE CARTRIDGE AND MODULE FOR THE SEPARATION OF FLUIDS}
본 발명은 유체 혼합물들의 분리를 위한, 특히 가스 분리를 위한 신규한 카트리지들 및 모듈들, 그것의 제조를 위한 프로세스 및 그것의 사용 방법을 제공한다.
막들은, 각각 이하에서 유체 혼합물들로서 지칭되는, 가스, 액체 및 가스/액체 혼합물들의 분리를 위한 많은 섹터들에서 산업적으로 사용된다. 막들은 일반적으로 모듈들 또는 카트리지들에 설치되어 사용된다. 모듈들은, 그것이 하우징을 포함하는 완전한 분리 유닛을 구성한다는 점에서 카트리지들과 상이하다. 반면에, 카트리지들은 분리된 하우징들에서, 바람직하게는 고정되게 분리 시스템에 설치된 하우징에서 사용된다. 따라서, 카트리지들은, 비용이 많이 드는 내압성 하우징이 또한 교체될 필요가 없으므로, 모듈들 경우보다 교환시 더 낮은 비용이 발생한다는 장점을 가지고 있다.
일반적으로 소 체적 카트리지들 또는 모듈들은 바이오가스 프로세싱의 섹터에서 사용되는 반면, 대 체적 카트리지들 또는 모듈들은, 예를 들어, 대 체적의 가스를 처리할 수 있도록 천연 가스 정화 섹터에서 요구된다. 게다가, 이 사용 분야는 바람직하게 30 ~ 100 bar 의 비교적 높은 공급 가스 압력에서 사용될 수 있는 카트리지들과 모듈들을 요구한다.
예를 들어, UOP 는 천연 가스 정화를 위한 SeparexTM 가스 분리 시스템들을 판매한다. 이것은 평평한 시트 막들이 중심 투과물 수집 튜브 둘레에 권취된 카트리지들이다. 복수의 이러한 카트리지들은 가스 분리 시스템에 고정되게 설치된 하우징에 직렬로 연결된다. 막들은 셀룰로오스 아세테이트로 구성된다. UOP 기술은, 카트리지들이 비교적 짧은 수명을 가지고, 사용 조건에 따라 몇 개월의 기간 후 벌써 교체되어야 할 수도 있는 단점을 가지고 있다. 더욱이, 개별 카트리지들의 용량은 만족스럽지 못하고 개선된 시스템들에 대한 필요성이 있다.
- 전술한 대로 - 이미 상업적으로 사용되고 있는 평평한 시트 막 모듈들 뿐만 아니라, 또한 중공 사막들로부터 카트리지들 또는 모듈들을 제조하려는 많은 시도가 있었다. 이것의 예로는 US 3422008, US 3455460, US 3475331, US 4207192, US 4210536, US 4220489, US 4430219, US 4631128, US 4715953, US 4865736, US 4881955, US 5,026,479, US 5084073, US 5160042, US 5299749, US 5,407,469, US 5411662, US 5702601, US 5837032, US 5837033, US 5897729, US 7410580, US 7998254, US 2002/0162451, US 8747980, US 8778062, US 2003/0154856, EP 0 627 254 및 CN 103691323 에서 찾아볼 수 있다. 하지만, 고압에서 높은 유체 체적을 처리하고 둘 이상이 하나의 하우징에서 서로 연결되어서 예를 들어 UOP 시스템들에서 평평한 시트 막 카트리지들의 대체물로서 적합한 중공 사막들로 만들어진 카트리지들 또는 모듈들을 아직 개발할 수 없었다.
따라서, 대 체적이 효율적으로 분리될 수 있고 지금까지 기존의 시스템들에서 사용되는 카트리지들을 대체할 수 있어서, 새로운 시스템들을 구성할 필요가 없는, 유체 혼합물들의 분리를 위한, 특히 가스 분리를 위한 새로운 카트리지들 또는 모듈들에 대한 필요성이 여전히 있다.
따라서, 본 출원은, 있다 하더라도, 겨우 단지 감소된 정도로만 종래 기술 시스템들의 단점들을 가지는, 유체 혼합물들의 분리를 위한, 특히 가스 분리를 위한 신규한 카트리지들 및 모듈들, 그것의 제조 프로세스 및 그것의 사용 방법을 제공한다.
신규한 카트리지들은 특히 기존의 시스템들에서 종래의 카트리지들을 대체하기에 적합해야 한다.
추가 특정 목적에서, 신규한 카트리지들 또는 모듈들은, 그것이 더 긴 작동 시간을 가지고 그리고/또는, 바람직하게 시간당 유체 체적 및/또는 순도를 기반으로, 더 양호한 분리 성능을 가진다는 점에서 종래 기술의 시스템들에 비해 장점을 가지는 것이다.
명백하게 언급되지 않은 추가 목적들은 본 설명, 실시예들, 청구항들과 도면들의 전체 맥락으로부터 분명해진다.
이제, 발명자들은, 카트리지 또는 모듈에서, 중심 투과물 수집 튜브 둘레에 다수의 중공 사막들을 배치하고 분리될 유체 혼합물이 외부로부터 중공 섬유를 향하여 유동하도록 카트리지 또는 모듈을 구성함으로써 위에서 언급한 목적들을 달성할 수 있음을 발견하였다. 이 경우에, 보다 빠르게 투과하는 유체의 많은 부분과 가능하다면 유체 혼합물에서 보다 느리게 투과하는 유체의 작은 부분은 중공 사막들을 투과하고 중공 코어에서 투과물 또는 투과물 스트림을 형성한다. 청구항 1 또는 그것에 종속된 청구항들 중 하나에 따른 카트리지의 적합한 구성에 의해, 후자는 차례로 투과물 수집 튜브로 공급되고 그 뒤에 분리 플랜트로부터 배출된다. 본 발명의 카트리지는, 분리될 유체 혼합물이 카트리지의 종방향으로 중공 사막들을 지나 안내되고, 그 과정에서 유체 혼합물은 전술한 대로 보다 느리게 투과하는 유체로 농축되어서, 농축물을 형성하도록 구성된다. 청구항 1 또는 그것에 종속된 청구항에 따른 본 발명의 카트리지들은, 농축물이 카트리지로부터 제거되고 추가 카트리지로 공급되거나 모듈의 하우징으로부터 제거될 수 있도록 구성된다.
본 발명은, 투과물 수집 튜브를 통하여 서로 연결되고 복수 개가 또한 농축물 안내를 통하여 모듈에 직렬 연결될 수 있어서 UOP 시스템들에서 대체 카트리지들로서 사용될 수 있는 중공 사막들로부터 카트리지들을 제조하는데 처음으로 성공하였다.
중공 사막들 외부로 분리될 유체 혼합물을 공급함으로써, 매우 높은 작동 압력을 견디는 카트리지들을 부가적으로 제공할 수 있었다. 이것은 가스 혼합물들을 분리하는 경우에 특히 중요하다. 게다가, 본 발명의 카트리지들은, 그것이 대 체적으로, 즉 높은 길이와 높은 직경으로 제조될 수 있고 대응하는 요건들을 충족시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.
상업적으로 사용되는 시스템들에 비해 본 발명의 카트리지들의 추가 장점은, 중공 사막들의 사용을 통하여 동일한 카트리지 체적에 더 큰 막 면적을 수용할 수 있는 것으로 고려된다. 본 발명의 카트리지들은 따라서 종래 기술의 시스템들보다 더 양호한 분리 성능을 가질 수 있다.
본 발명의 시스템들은 부가적으로, 다른 중공 사막들을 위해, 그것이 다른 직경으로 획득가능하고 그리고/또는 다른 재료로 만들어지고, 따라서 유연하게 사용가능하다는 장점을 갖는다. 게다가, 카트리지들은 직경 및 기하학적 구조가 가변적이어서 기존의 분리 플랜트들의 다양한 요건에 부합될 수 있다.
명백하게 기술되지 않은 본 발명의 추가 장점들은 설명, 실시예들, 청구항들 및 도면들로부터 분명해질 것이다.
따라서, 본 발명은 청구항 1 에 따른 카트리지들, 청구항 9 에 따른 모듈들, 청구항 11 에 따른 본 발명의 카트리지들을 제조하기 위한 프로세스 및 청구항 14 에 따른 본 발명의 카트리지들을 사용해 유체를 분리하기 위한, 특히 가스 분리를 위한 방법을 제공한다. 바람직한 구성 형태들은 종속항들에서 주장되고 뒤따르는 설명에서 상세히 설명된다.
본 발명은 이하 상세히 설명될 것이다. 먼저 몇 가지 중요한 용어들이 정의될 것이다.
분리될 유체, 특히 개별 가스의 투과 지수 (quotient) 는 두 가지 유체 분리에 대한 막의 선택성을 결정하여서 막이 얼마나 효율적으로 두 가지 성분에 대해 유체 혼합물을 분리할 수 있는지 나타낸다.
용어 투과물은 막, 막 모듈들 또는 막 분리 단계의 저압측에서 발생된 전체 스트림에 적용된다.
투과 유체 또는 투과 가스는, 각각의 진입 스트림과 비교해 투과물 스트림에서 막, 막 모듈 또는 막 분리 단계가 각각 농축하는 성분(들)을 지칭한다.
농축물은 막, 막 모듈들 또는 막 분리 단계의 고압측에서 발생되고 막을 통과하지 않는 전체 스트림을 지칭한다.
농축 유체 또는 농축 가스는, 각각의 진입 스트림과 비교해 농축 스트림에서 막, 막 모듈 또는 막 분리 단계가 각각 농축하는 성분(들)을 지칭한다.
분리될 유체 혼합물, 특히 분리될 가스 혼합물은, 본 발명의 방법 또는 본 발명의 기기에 의해 분리될, 적어도 2 가지 유체, 바람직하게 2 가지 가스의 유체 혼합물, 바람직하게 가스 혼합물, 또는 이 유체 혼합물, 바람직하게 가스 혼합물의 스트림을 지칭한다.
본 발명에 따른 방법의 이하 설명되는 바람직한 특정 실시형태들과 또한 바람직한 특히 적합한 설계와 또한 도면 및 도면의 설명은 이제 본 발명의 단지 예시적 추가 설명을 제공하는데 사용될 것이고; 즉, 본 발명은 이런 예시적 실시형태들과 용도들 또는 개별 예시적 실시형태들 내 특징들의 특정 조합들에 제한되지 않는다.
도 1 은, 예로서, 본 발명의 2 개의 카트리지들이 삽입된 본 발명의 유체 분리 모듈의 종단면도를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 카트리지의 외형도를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 카트리지의 종단면도를 도시한다.
구체적인 예시적 실시형태들에 관하여 나타내고 그리고/또는 도시된 개별 특징들은 이런 예시적 실시형태들 또는 이런 예시적 실시형태들의 다른 특징들과 조합에 국한되지 않고, 본 문헌에 별도로 검토되지 않았지만 기술적으로 가능한 경우에 그밖의 다른 버전과 조합될 수 있다.
개별 도면들과 도면 설명에서 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 구성요소들 또는 동일하거나 유사하게 작동하는 부품들을 표시한다. 도면들에서의 도시, 이러한 특징들이 추후에 설명되는지 아닌지에 관계 없이, 도면 부호 없이 그 특징들을 또한 보여준다. 한편, 본 설명에 포함되지만 도면들에서 볼 수 없고 도시되지 않은 특징들도 또한 본 기술분야의 당업자에게 분명하다.
발명의 본 기기의 바람직한 실시형태는 도 1 내지 도 3 에 도시된다. 도 1 은 발명의 분리 모듈 (1) 의 종단면도를 도시한다. 도 2 는 발명의 카트리지 (2) 의 외형도를 도시하고, 반면에 도 3 은 발명의 카트리지 (2) 의 종단면도를 도시한다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 분리 모듈 (1) 은, 예를 들어, 본 발명의 2 개의 카트리지들 (2a, 2b) 이 있는 하우징 (3) 을 포함한다. 분리될 유체 혼합물은 모듈 (4) 의 유체 입구를 통하여 하우징 (3) 의 내부로 통과한다. 추후에, 유체 혼합물은 제 1 카트리지 (2a) 의 엔드 캡 EK1 (23) 과 모듈 하우징 (3) 의 내벽 사이 갭 (17) 을 통하여 카트리지 (2a) 의 유체 진입 오리피스 (14) 로 라우팅된다. 카트리지 (2a) 는 종방향 축선에 배치된 투과물 수집 튜브 PSR (8) 로 구성되고, 상기 종방향 축선 둘레에 중공 사막들 (28) 의 번들 (도 3; 명료성을 위해 도 1 에서는 미도시) 이 배치된다. 중공 섬유는 전방 단부 (HFE1) 및 후방 단부 (HFE2) 를 갖는다. 중공 섬유의 코어들이 개방되도록 전방 단부 (HFE1) 가 제 1 튜브 시트 VA1 (10) 에 매립되고, 투과물이 VA1 (10a) 의 외부 단부면에서 중공 섬유에서 나갈 수 있음을 의미한다 (도 3 참조). 중공-섬유 코어들이 폐쇄되도록 중공 섬유 (HFE2) 의 후방 단부가 제 2 튜브 시트 VA2 (11) 에 매립되고, 투과물이 이 측면 상의 중공 섬유에서 나갈 수 있음을 의미한다 (도 3 참조). PSR (8) 및 중공 사막 번들 (28) 로 이루어진 배열체는 유체 진입 오리피스 (14) 외에 불투과성 장벽 (13) 에 의해 VA1 (10) 과 VA2 (11) 사이에 완전히 포위된다 (도 1 및 도 2 참조). 따라서, 분리될 유체 혼합물은 유체 진입 오리피스 (14) 를 통하여 PSR (8) 과 불투과성 장벽 (13) 사이의 간극으로 강제 이동된다. 그것은 중공 사막들의 외부 쉘과 거기에서 접촉하게 된다.
간극 (9) (고압 구역) 과 중공 사막들의 코어 (저압 구역) 사이 압력 차이의 결과로서, 가능하다면 더 작은 비율의 덜 쉽게 투과하는 유체와 함께, 분리될 유체 혼합물에서 비교적 다량의 보다 쉽게 투과하는 유체가 중공 사막을 통하여 투과하고 중공 사막의 코어에 투과물을 형성한다. 따라서, 분리될 유체 혼합물과 비교해, 보다 쉽게 투과하는 유체는 투과물에서 농축된다. 그 후, 투과물은 중공 사막들의 코어를 통하여, VA1 (10) 을 통하여 EK1 (23) 의 내부면과 VA1 (10a) 의 외부 단부면 사이에 형성되는 공동 (EK1 공동 (15)) 으로 라우팅된다. EK1 공동 (15) 은 부가적으로 PSR (8) 과 유체 연통되고, 투과물이 EK1 공동 (15) 에서 오리피스들 (16) 을 통하여 PSR (8) 의 내부로 통과될 수 있음을 의미한다 (도 3 참조). 차례로, 동일한 하우징 (3) 에서 추가 카트리지들의 투과물과 함께, 제 1 카트리지의 투과물은 거기에서 모듈로부터 모듈 (6) 의 투과물 출구를 통하여 배출된다 (도면에 미도시됨).
EK1 공동 (15) 에, 바람직하게 적어도 하나의 지지 요소 (15a) 가 있다. 지지 요소 (15a) 의 보조로, 투과물 수집 튜브 (8) 의 오리피스들 (16) 의 방향으로 투과 가스의 분배를 최적화할 수 있다. 적합한 설계의 경우에, 지지 요소 (15a) 는 특히 분리될 유체 혼합물의 고압에서 카트리지의 기계적 안정성을 개선하는데 부가적으로 기여할 수 있다. 게다가, 적합한 지지 요소 (15a) 의 사용은 중공 사막들의 코어들에서 EK1 공동 (15) 으로 투과 유체의 팽창으로부터 기인한 압력 강하를 부가적으로 조정한다. 중공 사막들의 코어들에서 오리피스들 (16) 의 방향으로 투과물을 라우팅하기 위해서, 지지 요소 (15a) 는 가장 단순한 경우 그것이 EK1 공동 (15) 의 큰 부분을 충전하고, 투과 가스가 라우팅되는, VA1 (10) 과 VA1 (10) 을 향하는 지지 요소 (15a) 의 측면 사이에 갭을 형성하도록 구성될 수도 있다. 바람직하게, 하지만, 지지 요소 (15a) 는 다공성 재료로 제조되고 그리고/또는 내부 및/또는 외부 채널들을 가지고, 이 경우에 기공들 또는 채널들은 투과 가스가 올바른 방향으로 향하도록 바람직하게 구성된다. 오리피스들 (16) 의 방향으로 투과 가스의 분배에 특히 긍정적인 영향을 미치도록, 지지 요소 (15a) 는 보다 바람직하게 중공 사막들의 유출 오리피스들로부터 오리피스들 (16) 을 향하여 투과물을 라우팅하기에 적합한 외부 형상을 갖는다. 이것의 예시적 실시형태를 도 3 에서 볼 수 있다. 도 3 에서 EK1 공동 (15) 은 지지 요소 (15a) 로 충전된다. 지지 요소 (15a) 는, VA1 (10) 을 향한 측면에, 프로파일 (15b), 또는 보다 구체적으로 채널들 (15b) 을 가지고, 이를 통하여 중공 사막들의 코어들로부터 투과물은 오리피스 (16) 로 라우팅된다. 마찬가지로 바람직하게, 프로파일 (15b) 을 구비하거나 구비하지 않은 지지 요소 (15a) 와 오리피스 (16) 로 투과물의 라우팅을 부가적으로 촉진하는 VA1 (10) 사이에 필터 요소 (도 3 에 미도시됨), 예를 들어 직포 또는 부직포 재료 또는 소결 금속 플레이트를 설치할 수 있다. 예를 들어, 동일한 기능을 갖는, 분리된 부분이 아니라 전방 엔드 캡 (23) 으로 고정되게 일체화된 부분으로서 지지 요소 (15) 를 설계한, 유사한 기술적 구성 형태들은 본 기술분야의 당업자에 의해 쉽게 발견된다.
바람직하게, 지지 요소 (15a) 는 내식성 재료, 보다 바람직하게 스테인리스 강으로 구성된다. 가장 바람직하게, 지지 요소 (15a) 는 엔드 캡 (23) 과 동일한 재료로 구성된다. 마찬가지로 보다 바람직하게, 지지 요소 (15a) 는, 위에 나타낸 대로, 투과 캡 (23) 의 필수 구성요소이다.
특히 바람직한 필터 요소들은 스테인리스 강과 같은 내식성 재료, 또는 그렇지 않으면 청동, 황동 또는 알루미늄으로 구성된다.
가장 바람직하게, 필터 요소는 적어도 중공 사막들의 내부 직경보다 5 ~ 10 배만큼 더 작은 직경을 갖는 기공들 또는 채널들을 가져서, 투과물은 자유롭게 유동할 수 있고 차단되지 않는다.
중공 사막들의 코어로 보다 쉽게 투과하는 유체의 위에서 언급한 투과의 결과로서, 보다 느리게 투과하는 유체는 간극 (9) 에서 농축된다. 농축물은 거기에서 분리될 유체 혼합물로부터 형성되고, VA2 (11) 의 방향으로 간극 (9) 으로 라우팅되고 이 기간에 덜 쉽게 투과하는 유체로 더욱더 농축된다. VA2 (11) 는 제 2 엔드 캡 EK2 (24) (도 2 및 도 3 참조, 도 1 에 미도시) 에 의해 포위된다. 카트리지에서 나가는 농축 스트림으로부터 분리될 유체 혼합물 (공급물 스트림) 을 분리하기 위해서, 본 발명의 카트리지는, 유체 진입 오리피스들 (14) 과 농축물 출구 오리피스들 (12) 사이 구역에서, 유밀 (fluid-tight) 하게 적어도 하나의 사이트에서 모듈 하우징 (3) 의 내벽에 연결된다. 유밀 연결은, 예를 들어, 모듈 하우징 (3) 의 내벽과 불투과성 장벽 (13) 사이 또는 모듈 하우징 (3) 의 내벽과 EK2 (24) 사이 또는 모듈 하우징 (3) 의 내벽과 VA2 (11) 사이에 배치된 시일에 의해 이루어질 수 있다. 바람직하게, EK2 (24) 는 시일 (25) 을 통하여 모듈 하우징 (3) 의 내벽과 연결된다. 이미 나타낸 대로, 시일은 분리될 유체 혼합물이 제 1 카트리지 (2a) 의 농축물과 혼합되는 것을 방지한다. 이것은, 농축물이 VA2 (11) 및 EK2 (24) 에 존재하는 농축물 출구들 (12, 22) (도 1 및 도 3 참조) 을 통하여 제 1 카트리지 (2a) 밖으로, 카트리지 (2a) 와 카트리지 (2b) 사이에 존재하는 하우징 (3) 의 내부 (20) 로 유동하기 때문이다.
제 1 카트리지 (2a) 의 농축물은 제 1 카트리지 (2a) 와 유사하게 작업하고 구성되는 제 2 카트리지 (2b) 에서 추가로 농축되고, 그것은 내부에서 분리될 유체 혼합물을 형성하는 것을 의미한다.
투과물 수집 튜브 (2a) 의 전방 단부 PSRE1 (26) 로부터 카트리지 (2b) 의 PSR 의 후방 단부 PSRE2 (27) 까지 연장되는 공통 PSR 을 제공하도록, 제 2 카트리지 (2b) 의 PSR (8) 은 연결 사이트 (18) 에서 제 1 카트리지의 PSR (8) 에 연결된다. 바람직하게 카트리지들의 체인에 최후방 카트리지의 VA2 (11) 의 구역에 배치되고 임의의 원하는 유밀하고, 특히 기밀하고, 충분히 내압성인 재료로 제조될 수 있는 유체 장벽 (19) 은 PSR (8) 의 단부에 있다. "충분히 내압성" 은, 투과물 장벽 (19) 이 PSR (8) 에서 투과물 압력과 엔드 공동 (21) 에서 농축물 압력 사이 압력 차이를 견뎌내야 하는 것을 의미한다. 게다가, 투과물 장벽은 대응하는 작동 온도를 견딜 수 있어야 한다. 따라서, 투과물 장벽 (19) 은 바람직하게 금속 또는 플라스틱으로 구성되고 바람직하게 스크류 연결에 의해 또는 플랜지에 의해 또는 바브들 (barbs) 에 의해 또는 접착 본딩에 의해 PSR (8) 에 고정된다. 대응하는 기술적 해결책들은 본 기술분야의 당업자에 의해 쉽게 발견된다. 조립된 투과물 수집 튜브 (8) 에서, 2 개의 카트리지들로부터 전체 투과물 스트림들은 함께 제거된다.
각각의 카트리지들의 투과물 수집 튜브들 사이 연결부 (18) 는 다른 방식으로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 투과물 수집 튜브들 PSRE1 (26) 및 PSRE2 (27) 의 후방 및 전방 단부들은 플랜지 연결부로서 또는 플러그-인 연결부로서 또는 스크류 연결부로서 실행될 수 있다. 대안적인 연결부 옵션들, 예를 들어 바브 시스템들은 본 기술분야의 당업자에 의해 쉽게 발견된다.
카트리지 (2a) 와 유사하게, 카트리지 (2b) 는, 그것의 후방 단부에, 제 2 VA2 (11) 및 바람직하게 EK2 (24) 를 갖는다. VA2 (11) 에서 농축물 출구 오리피스들 (12) 을 통하여, 제 2 카트리지 (2b) 로부터 농축물은 모듈 하우징 (3) 의 엔드 공동 (21) 으로 들어간다. 엔드 공동 (21) 은 VA2 (11) 의 외부 단부면 또는 제 2 카트리지 (2b) 의 EK2 (24) 및 모듈 하우징 (3) 의 내벽에 의해 제 2 카트리지 너머 형성된다. 유체 입구 오리피스들 (14) 과 농축물 출구 오리피스들 (12) 사이에서, 제 2 카트리지 (2b) 는 또한 카트리지의 종방향 축선에 직각으로 유밀하게 시일 (도 1 에 미도시) 에 의해 모듈 하우징 (3) 의 내벽에 연결되고, 게다가, PSR (8) 은 투과물 장벽 (19) 을 가지므로, 모듈 하우징 (3) 으로부터 농축물 출구 (7) 를 통하여 배출되는, 여러 분리 단계들 후 수득된 농축물만 엔드 공동 (21) 에 존재하도록 달성된다.
따라서, 원래 분리될 유체 혼합물은 2 개의 연속 분리 단계들로, 처음에는 카트리지 (2a) 에서 그 후에는 제 2 카트리지 (2b) 에서 분리되는 것이 본 발명의 모듈의 특징이다. 모든 투과물 스트림들은 조합되어 PSR 을 통하여 하우징의 전방 캡 (5) 에 존재하는 모듈의 투과물 출구 (6) 로 안내되고 ((5) 및 (6) 은 도 1 에 미도시됨) 그것을 통하여 모듈 (1) 로부터 배출된다. 모듈이 카트리지들로 충전된 후 전방 캡 (5) 이 배치되고 도 1 에서 볼 수 있는 스크류 홀들에 의해 하우징 (3) 에 나사고정된다. 농축물에 대해서도 역시, 모듈 하우징 (3) 에 단 하나의 출구 (7) 만 필요하다. 바람직하게는 모든 카트리지들이 동일한 구조를 가지므로, 충분히 긴 모듈 하우징 (3) 을 고려하면, 카트리지들의 체인은, 본 발명의 추가 카트리지들이 카트리지 (2a) 와 카트리지 (2b) 사이에 삽입된다는 점에서 원하는 대로 연장될 수 있다. 본 발명의 시스템의 추가 장점은, 모듈 하우징 (3) 이 분리 시스템에 영구적으로 유지될 수 있고 단지 소비된 카트리지들만 교환되어야 한다는 점이 고려된다. 카트리지 교환은 결과적으로 매우 간단하고 신속한데, 왜냐하면 카트리지들의 체인이 전체로서 하우징으로부터 제거될 수 있기 때문이다. 따라서, 수백 또는 수천 개의 모듈 하우징들을 가지는 대형 시스템들의 경우에, 매우 짧은 셧다운 시간이 보장되고 유지보수 비용이 최소화된다.
이미 언급한 대로, 본 발명의 카트리지들은 투과물 수집 튜브 PSR (8) 을 포함한다. 이 PSR 은 특정 카트리지에서 VA1 (10) 과 VA2 (11) 사이의 간극에서 분리될 유체 혼합물에 영향을 받지 않도록 구성되어야 한다. 그렇지 않으면, 전술한 대로, 간극 (9) 에 존재하는 분리될 유체 혼합물은 PSR (8) 에서 투과물과 다시 혼합될 것이다. PSR (8) 은 바람직하게 카트리지의 작동 조건 하에, 즉 작동 압력과 작동 온도에서 기계적으로 안정적이고 내식성이 있는 재료로 구성된다. 그것은 바람직하게 금속 또는 플라스틱으로 제조될 수도 있다. 강, 알루미늄 또는 플라스틱, 매우 특히 스테인리스 강이 특히 바람직하다.
EK1 공동 (15) 의 구역에서, PSR (8) 은, 반면에, EK1 공동 (15) 에서 유체와 유체 연통되어야 해서, 투과물은 그 지점에서 PSR (8) 로 들어갈 수 있다. 바람직하게, PSR (8) 은 따라서 이 구역에 오리피스들 (16) 을 갖는다 (도 3 참조). 오리피스들의 크기, 형상 및 개수에 대해, 충분한 유체 연통이 보장된다면, 특별한 제한은 없다.
PSR (8) 둘레에 다수의 중공 사막들이 배치되어서 중공-섬유 번들 (28) 을 형성한다 (도 3 참조). 중공 섬유를 배치하기 위한 다른 옵션들이 있다. 중공 섬유는, 예를 들어, PSR (8) 의 종방향 축선에 평행하게 배치될 수 있지만, 그것은 또한 PSR (8) 둘레에 권취될 수도 있다. 권취에 대해, 다시 다양한 옵션들이 있다. 바람직하게, 중공 섬유는, 개별적으로 또는 복수 개로 동시에, PSR (8) 둘레에 권취된다. 보다 바람직하게, 중공 섬유는 PSR 둘레에 나선형으로 권취되고 가장 바람직하게 교차되고, 이 경우에 후속 권취 층들의 나선형 선들이 교차되고, 하나의 층이 VA1 (10) 에서 VA2 (11) 의 방향으로, 그 후 다음 층은 VA2 (11) 에서 VA1 (10) 의 방향으로 권취된 후, 이런 식으로 교번이 계속되는 것을 의미한다. 바람직한, 특히 바람직한 권취 방법들은, 막들이 번들 (28) 에 균질하게 패킹될 수 있고 이런 이유로 PSR 과 평행한 막 정렬과 비교해 보다 균질한 유동 분배가 달성된다는 장점을 갖는다.
중공 사막들의 번들은 바람직하게 실질적으로 원형 단면을 가지고, 보다 바람직하게 150 ~ 200 ㎜, 더욱더 바람직하게 170 ~ 195 ㎜, 가장 바람직하게 180 ~ 190 ㎜ 의 직경을 갖는다.
막 번들 (28) 의 제조를 위해, 다양한 재료, 바람직하게 폴리에테르 술폰, 폴리술폰, 폴리에테르이미드, 폴리아라미드, 폴리이미드 또는 폴리카보네이트, 폴리페닐렌 산화물, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리아릴 에테르 케톤 또는 폴리에테르 에테르 케톤으로 만들어진 중공 사막들을 사용할 수 있다. 중공 사막들의 선택은 분리 문제에 의존한다. 본 발명의 카트리지들 및 모듈들은 액체와 가스 및 액체와 가스의 혼합물들의 분리 모두에 사용될 수 있다. 그것은 바람직하게 가스의 분리에 사용된다. 분리 문제에 따라, 다양한 상업용 막들이 이용가능하다.
가스의 분리를 위해, 폴리이미드로 만들어진 중공 사막들이 특히 바람직한데, 왜냐하면 이것은 고온에서 사용될 수 있고 또한 매우 양호한 선택성과 투과를 가지기 때문이다. 3,4,3',4'-벤조페논테트라카르복실산 이무수물, 1,2,4,5-벤젠테트라카르복실산 이무수물, 3,4,3',4'-바이페닐테트라카르복실산 이무수물, 옥시디프탈산 이무수물, 술포닐디프탈산 이무수물, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2,2-프로필렌디프탈산 이무수물로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나의 이무수물, 및
톨루엔 2,4-디이소시아네이트, 톨루엔 2,6-디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌디페닐 디이소시아네이트, 2,4,6-트리메틸-1,3-페닐렌 디이소시아네이트, 2,3,4,5-테트라메틸-1,4-페닐렌 디이소시아네이트로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나의 디이소시아네이트의 반응에 의해 수득된 폴리이미드가 특히 바람직하다.
이 바람직한 폴리이미드는 높은 내가소화성 (plasticization resistance) 을 갖는다. 다음을 포함하는 폴리이미드가 매우 특히 바람직하다:
Figure pct00001

여기에서 0 ≤ x ≤ 0.5 이고 1 ≥ y ≥ 0.5 이며 R 은 L1, L2, L3 및 L4 로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 동일하거나 다른 라디칼이다.
x = 0, y = 1 이고 R 은 64 mol% 의 L2, 16 mol% 의 L3 및 20 mol% 의 L4 로 구성된 폴리머가 가장 바람직하다. 이 폴리머는 Evonik Fibres GmbH 로부터 P84 또는 P84 형 70 명칭으로 상업적으로 이용가능하고 CAS 번호: 9046-51-9 로 등록되어 있다. 더욱 특히 바람직한 폴리머는 x = 0.4, y = 0.6 이고 R = 80 mol% 의 L2 및 20 mol% 의 L3 으로 구성된다. 이 폴리머는 Evonik Fibres GmbH 로부터 P84HT 또는 P84 HT 325 로서 상업적으로 이용가능하고 CAS 번호: 134119-41-8 로 등록되어 있다.
본 발명에 따라 사용되는 중공 사막들은 바람직하게 150 ~ 500 ㎛ 의 직경과 150 ~ 300 ㎝ 의 길이를 갖는다.
VA1 (10) 과 VA2 (11) 사이 막 번들 (28) 은 외측이 불투과성 장벽 (13) 에 의해 포위된다 (도 2 참조). 이 장벽 (13) 은 바람직하게 에폭시 수지와 "배합된" 필름 또는 호스 또는 튜브 또는 테이프 또는 유리 직물로 구성된다. 막 번들에 꼭 맞는 재료, 특히 수축성 재료, 예를 들어 폴리올레핀, PVC 또는 폴리이미드가 특히 바람직하다. 이것은 장벽 (13) 과 막 번들 (28) 의 외부면 사이의 간극을 최소화한다. 이런 식으로, 결국, 막에서 분리되지 않으면서 막 번들 (28) 을 지나 농축물로 분리될 유체 혼합물의 바이패스 유동을 방지하거나 적어도 최소화할 수 있다.
프로세싱 이유로, 장벽 (13) 을 더 간단한 방식으로 적용할 수 있도록 그리고 막 번들의 형상을 유지하도록, 장벽 (13) 을 부착하기 전, 적합한 매체, 예를 들어 편직 나일론 튜브로 섬유 번들을 포위하는 것이 적절할 수도 있다.
불투과성 장벽 (13) 에, 유체 진입 오리피스들 (14) 이 존재하고, 또는 불투과성 장벽 (13) 은 유체 진입 오리피스로서 갭을 유발하도록 VA1 (10) 과 VA2 (11) 사이 전체 거리에 대해 연장되지 않는다. 유체 진입 오리피스들 (14) 은, 카트리지의 종방향 축선을 기반으로, VA1 (10) 과 VA2 (11) 사이 거리의 1/3, 바람직하게 1/4, 보다 바람직하게 VA1 (10) 의 내부 단부면 (10b) 너머 0 ~ 10 ㎝ 의 거리에, 가장 바람직하게 VA1 (10) 의 내부 단부면 (10b) 너머 2 ~ 4 ㎝ 의 거리에 배치된다. 이것은 사 (dead) 체적을 방지하고 막의 분리 면적을 최대로 이용한다.
유체 진입 오리피스들 (14) 의 이런 배열과 VA2 (11) 에 가까운 또는 그 내부에 농축물 출구들 (12) 의 배열 효과는, 분리될 유체 혼합물이 카트리지의 종방향 축선을 따라 간극 (9) 에서 중공 사막들의 외벽들을 지나 이동되고, 그 동안 보다 느리게 투과하는 유체는 농축물에서 농축되는 것이다. 불투과성 장벽 (13) 은 결국 농축된 농축물이 분리될 새로운 유체 혼합물과 다시 혼합되는 것을 방지하기 위해서 중요하다.
유체 진입 오리피스들 (14) 은, 예를 들어, 홀들 또는 보어들의 형태로 구성될 수도 있다. 대안적으로, VA1 (10) 과 VA2 (11) 사이 전체 길이에 대해 불투과성 장벽을 실행하지 않을 수 있다. 이것의 효과는, 중공-섬유 번들 (28) 의 외부면의 일부가 불투과성 장벽 (13) 에 의해 그것의 전체 범위에서 포위되지 않는다는 점이다. 이것의 결과는 "홀" (14) 이 아니라 전체 번들을 포위하는 "진입 갭" (14) 을 형성하는 것이다. 이 갭은 물론 VA1 (10) 과 VA2 (11) 사이 전술한 구역 내에 있어야 한다.
유체 진입 오리피스들 및 갭들 (14) 의 개수, 형상 및 크기에 대해, 특별한 제한은 없다. 하지만, 오리피스들 (14) 은 충분한 유체 유동을 보장하도록 충분히 크지만, 분리될 유체 혼합물과 농축된 농축물의 위에서 언급한 역혼합을 회피하기 위해서 너무 커서는 안 된다.
카트리지에 불투과성 장벽 (13) 의 양호한 바인딩을 보장하도록, VA1 (10) 및/또는 VA2 (11) 에 장벽 (13) 을 형성하는 재료를 매립하는 것이 유리할 수도 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 재료는 또한 외부 고정 보조부 (external fixing aids), 예를 들어 와이어 또는 클램프에 의해, 또는 용접에 의해 또는 접착 본딩에 의해 또는 수축에 의해 카트리지 (2) 에 고정될 수 있다. 언급된 방법의 조합은 본 기술분야의 당업자가 찾기 쉬운 대안적 기술적 해결책으로서 꼭 가능한 것이다.
기술된 바와 같이, 중공 섬유는 그것의 전방 단부 (HFE1) 에서 튜브 시트 VA1 (10) 에 매립되었다. 튜브 시트 (10) 는 본 기술분야의 당업자들에게 공지된 통상적인 방법들에 의해 제조될 수도 있고 바람직하게 에폭시 수지 혼합물들로 구성된다. 중공 섬유는 그것의 코어들이 개방되도록 VA1 (10) 에 매립되었고, 투과물이 중공 섬유의 코어에서 나가고 EK1 공동 (15) 으로 들어갈 수 있음을 의미한다.
튜브 시트 VA1 (10) 는 다양한 방법들, 예를 들어 정지 포팅 또는 원심 포팅에 의해 제조될 수 있다. 원심 포팅의 경우에, VA1 (10) 은 원심분리기에서 주조 수지로 제조된다. 액체 수지는 막 번들의 어느 하나의 단부에서 주조 몰드로 도입된다. 원심분리기의 효과는 수지가 섬유 번들의 단부에 남아있고; 게다가, 매우 균질한 고품질의 튜브 시트를 얻는다는 점이다. 하지만, 일반적으로, 액체 수지의 일부가 모세관 힘의 결과로서 중공 사막들의 코어들로 흡입되는 것을 방지할 수 있고 이것은 따라서 밀봉된다. 이런 문제점은 바람직하게 섬유가 포팅되기 전 고온 왁스로 섬유를 밀봉함으로써 해결된다. 바람직하게, 이 왁스는 약 160 ℃ 까지 용융되지 않아서, 그것은 에폭시 시스템이 반응하는 동안 경질 상태로 유지된다. VA1 (10) 의 제조 후 중공-섬유 코어들을 다시 개방하도록, 경화된 튜브 시트 VA1 (10) 의 일부가 절단된다.
이 방법이 본 발명의 카트리지들 (1) 의 VA1 (10) 의 제조에 사용된다면, 한 가지 옵션은 적어도 2 개의 분리된 세그먼트들 (29, 30) 의 형태로 투과물 수집 튜브 (8) 를 실행하는 것이고 (도 3 참조); 그렇지 않으면, VA1 (10) 의 "차단된" 부분이 절단될 때 PSR (8) 이 절단되거나, 복잡한 절단 방법이 VA1 (10) 에 이용되어야 할 것이고, 여기에서 PSR (8) 은 역시 절단되지 않는다. 따라서, 본 발명의 카트리지 (1) 의 PSR (8) 이 적어도 2 개의 세그먼트들 (29, 30) 로 구성되고, 이 경우에 제 1 세그먼트 (29) 는 투과물 수집 튜브 (8) 의 전방 단부 PSRE1 (26) 로부터 적어도 VA1 (10) 로 연장되고 거기에서 PSR (30) 의 제 2 세그먼트에 연결되는 것이 바람직하다. 연결 사이트 (31) 는 플러그-인 연결부 또는 스크류 연결부의 형태로 또는 베이요넷 연결에 의해 또는 접착 본딩에 의해 어떤 다른 방법으로 실행될 수 있다.
후방 세그먼트 (30) 는 연결 사이트 (31) 로부터 PSRE2 (27) 까지 연장되고 연속 세그먼트로서 실행되거나 또한 여러 세그먼트들로 다시 나누어질 수 있다.
PSR (8) 이 카트리지에서 2 개 이상의 세그먼트들로 나누어진다면, 제 1 전방 세그먼트 (29) 는 바람직하게 위에서 상세히 설명한 오리피스들 (16) 을 포함하고, 이 오리피스들을 통하여 투과물은 EK1 공동 (15) 의 구역에서 PSR (8) 의 내부로 통과될 수 있다. 이 경우에, PSR 의 전방 세그먼트 (29) 는 또한 투과물 어댑터로도 지칭된다.
본 발명의 카트리지의 전방 엔드 캡 EK1 (23) 은 바람직하게 고성능 플라스틱, 예를 들어 PA (6, 6, 6, 12, 등), PEEK, 폴리페닐렌 술파이트 (PPS), 폴리페닐렌 에테르/폴리스티렌 혼합물들 (PPE/PS), 또는 금속, 바람직하게 스테인리스 강으로 구성되고, VA1 (10) 의 경화 및 중공 섬유의 코어들의 개방 후 바람직하게 VA1 (10) 에 대해 당겨진다. EK1 (23) 은 바람직하게 투과물 어댑터 (29) 에 의해 VA1 (10) 에서 유지된다. EK1 (23) 은, VA1 (10) 에 장착된 후, EK1 공동 (15) 이 그것의 내벽과 그것을 향하는 VA1 (10) 의 외부 단부면 (10a) 사이에 형성되도록 구성된다 (도 3 참조). EK1 (23) 은 PSR (8) 의 세그먼트 (29) 에 고정되게 본딩될 수 있어서, EK1 (23) 이 장착될 때, PSR 세그먼트 (29) 역시 동시에 카트리지 (1) 로도 도입된다. 하지만, EK1 (23) 은, 그것의 단부면 중간에, PSRE1 (26) 의 전방 단부가 안내되는 리세스를 가지고, PSR (8) 이 튜브로서 실행된다면, 또는, 세그먼트들로 나누어지는 PSR (8) 의 경우에, PSR 세그먼트 (29) 가 카트리지로 도입될 수 있다.
제 2 튜브 시트 VA2 (11) 는 막 번들 (28) 의 후방 단부에 있다. 이 측에서, 투과물이 중공-섬유 코어들에서 나가도록 의도되지 않는다. 따라서, 중공 섬유는 여기에서 주조 수지에 매립되어서, 모든 중공-섬유 코어들은 중공-섬유 번들 HFE2 의 후방 단부에서 밀봉된다.
VA2 (11) 측에서, 농축물은 카트리지에서 나갈 수 있어야 한다. 따라서, 농축물이 나갈 수 있는 VA2 (11) 에 매립된 농축물 출구 오리피스들 (12) 을 제공하는 것이 바람직하다. 이 오리피스들 또는 채널들 (12) 은 바람직하게 VA2 (11) 의 제조시 알맞게 성형하는 주조 몰드를 사용하여 제조된다. VA2 (11) 에 농축물 출구들 (12) 을 매립하는 것의 대안으로서, 농축물 출구들 (12), 예를 들어 오리피스들을 불투과성 장벽에, VA1 (10) 과 VA2 (11) 사이 거리의 마지막 1/4 에, 바람직하게 VA2 (11) 의 내부 단부면 (11a) 매우 가까이에 또한 제조할 수 있다 (도 1 내지 도 3 에 미도시됨). 상기 방법들의 조합들이 또한 가능하다. VA2 (11) 에 매립된 농축물 출구 오리피스들 (12) 이 바람직하다.
임의의 경우에, 예를 들어, 이 구역에 장착된 시일에 의하여, 카트리지의 유체 입구 오리피스들 (14) 과 카트리지의 농축물 출구 오리피스들 (12) 사이 모듈 하우징 (3) 의 내벽에 유밀하게 카트리지 (2) 를 연결하는 것이 중요하다.
엔드 캡 EK2 (24) 은 바람직하게 VA2 (11) 에 장착되고, 또는 엔드 캡 (24) 이 이미 VA2 (11) 의 제조를 위한 주조 몰드로서 사용되고 카트리지에서 유지된다. 원칙적으로, 하지만, 엔드 캡 EK2 (24) 없이 카트리지들 (2) 을 또한 제조할 수 있다. 이 경우에, VA2 (11) 의 외부면 및/또는 불투과성 장벽 (13) 과 모듈 하우징 (3) 의 내부면 사이에 시일을 장착할 필요가 있을 것이다.
EK2 (11) 를 갖는 실시형태가 일반적으로 더 안정적이어서 바람직하다. 엔드 캡 EK2 (11) 은 EK1 과 동일한 재료로 구성될 수도 있다. 비용상의 이유로, 그것은 바람직하게 고성능 플라스틱, 예로 PA (6, 6, 6 또는 12), 폴리페닐렌 술파이트 (PPS) 또는 PEEK 로 구성된다. 중공-섬유 코어들을 개방하기 위해서 VA2 (11) 를 절단하여 개방할 필요가 없으므로, 그것은 EK2 (24) 가 VA2 (11) 의 제조를 위한 주조 몰드로서 직접 이용될 때 유리할 수도 있다. EK2 (24) 는, 도 3 에 도시된 대로, 농축물 출구들 (12) 에 부합되는 농축물 출구들 (22) 을 갖는다. 대응하는 기술적 해결책은 본 기술분야의 당업자에 의해 쉽게 발견된다.
EK1 (23) 과 유사하게, EK2 (24) 는 PSR (8) 또는 PSR 의 세그먼트 (30) 에 고정되게 본딩되거나 그것의 단부면에 오리피스를 갖는데 이 오리피스를 통하여 PSR (8) 또는 PSR 세그먼트 (30) 가 도입될 수 있다.
EK2 (24) 는 그것의 외부가 끝나거나 카트리지의 축선에 직각으로 유밀하게 하우징 (3) 의 내부면에 본딩될 수 있도록 구성된다. 이것은 바람직하게 시일 (25), 바람직하게 고무 링, 플랫 시일 등이 EK2 (24) 의 외부면과 하우징 (3) 의 내부면 사이에 장착되도록 이루어질 수 있다. 올바른 위치에 시일을 고정할 수 있도록, EK2 (24) 또는 하우징 (3) 은 적합한 공동들, 그루브들, 스터드들 등을 가질 수도 있다.
이미 언급한 대로, 본 발명의 2 개의 카트리지들의 단부들 PSRE1 (26) 및 PSRE2 (27) 은 임의의 원하는 연결 수단, 예를 들어, 플랜지, 스크류 연결, 플러그-인 연결, 베이요넷 연결, 접착 본딩, 바브 시스템들 등, 또는 그것의 조합들에 의해 서로 연결될 수 있다. 이 단부들은 따라서 시스템에 따라 가변적으로 구성될 수도 있다.
카트리지들의 체인에서 최전방 카트리지의 PSRE1 (26) 은 모듈 하우징 (3) 의 투과물 출구 (6) 에 연결되거나 이를 형성한다. 유체 장벽 (19) 은 카트리지들의 체인에서 최후방 카트리지의 PSRE2 (27) 에 설치되거나 상기 PSRE2 (27) 는 클로저 캡으로 폐쇄된다.
모듈 하우징 (3) 은 내압성이도록 실행되어야 하고 일반적으로 금속, 바람직하게 강, 보다 바람직하게 탄소 강으로 구성된다.
본 발명의 모듈들 및 카트리지들은 임의의 원하는 크기로 구성되고 사용될 수 있다. 카트리지들의 직경은 바람직하게 7 ~ 9 인치, 바람직하게 7.5 ~ 8.5 인치, 보다 바람직하게 7.75 ~ 8.5 인치, 가장 바람직하게 8.0 ~ 8.25 인치의 범위에 있다. PSRE1 (26) 로부터 PSRE2 (27) 까지 카트리지들의 길이는 바람직하게 0.5 ~ 2 m, 보다 바람직하게 1 ~ 2 m, 더욱더 바람직하게 1.1 ~ 1.5 m, 가장 바람직하게 1.3 ~ 1.4 m 이다.
본 발명의 모듈들 및 카트리지들은 1 ~ 150 bar, 바람직하게 30 ~ 120 bar, 보다 바람직하게 40 ~ 100 bar 범위의 압력에서 사용될 수 있다. 작동 온도는 바람직하게 -10 ~ 100 ℃, 보다 바람직하게 30 ~ 95 ℃ 이다.
본 발명의 카트리지들은 바람직하게 다음 단계들을 포함하는 프로세스에 의해 제조될 수 있다:
단계 a: 다수의 중공 사막들이 튜브 (8) 둘레에 배치되어서 번들 (28) 을 형성한다.
단계 b: 위에서 언급한 재료로 이루어진 불투과성 장벽은 단계 a) 의 배열체 둘레에 제조된다.
단계 c:
튜브 시트들 VA1 (10) 및 VA2 (11) 는, 바람직하게 원심분리기에서, 중공 섬유를 포팅 수지와 접촉시킨 후 수지를 경화함으로써 중공-섬유 번들 (28) 의 전방 및 후방 단부 (HFE1, HFE2) 에서 제조된다.
VA1 (10) 의 제조에서, VA1 (10) 의 경화 후 제거되고 엔드 캡 EK1 (23) 과 상이한 주조 몰드를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 주조 몰드들은 본 기술분야의 당업자들에게 공지되어 있다.
튜브 시트 VA1 (10) 가 제조된 후, 중공 사막들의 코어들이 그것의 전방 단부에서 폐쇄되는 제조 프로세스가 사용된다면, HFE1 에서 중공 섬유의 코어들을 개방하도록, 코어들은 바람직하게 둥근 톱, 날카로운 블레이드 또는 다른 적합한 절단 기기로 단계 d) 에서 카트리지의 중심 축선과 직각으로 절단된다. 다른 방법들에 의해 중공 섬유의 코어들이 VA1 (10) 의 제조시 HFE1 에서 개방 상태로 유지되는 것이 보장되지 않을 때마다 단계 d) 가 수행되어야 한다.
VA2 (11) 의 제조를 위해, 수지가 포팅될 때 투과물 출구들 (12) 이 VA2 (11) 내에서 생성되도록 구성된 주조 몰드를 사용하는 것이 바람직하다. 사용된 주조 몰드들은 일반적으로 엔드 캡 EK2 (24) 과 상이하다. 하지만, VA2 (11) 가 절단될 필요는 없으므로, 또한 주조 몰드로서 적합한 EK2 (24) 를 직접 사용할 수 있고; 이것은 작업 단계를 절감한다.
원심분리기에서 튜브 시트들의 제조 및 이 목적을 위해 사용가능한 수지들은 공지된 종래 기술이다.
단계 e) 에서, 엔드 캡들이 전술한 대로 단계 c) 에서 주조 몰드로서 아직 사용되지 않았다면, 엔드 캡들 EK1 (23) 및, 전술한 대로, 선택적으로 또한 EK2 (24) 가 튜브 시트에 배치된다. 전술한 지지 요소들 (15a) 및/또는 필터 요소들이 사용된다면, 이들은 또한 이 프로세스 단계에서 부착된다. 게다가, 엔드 캡들과 각각의 튜브 시트들 사이에 부가적 시일들, 예를 들어 O-링들 (도 3 에서 (32) 참조) 을 부착하는 것이 바람직할 수도 있다. 이것 역시 바람직하게 또한 이 단계에서 이루어진다.
다양한 세그먼트들로 구성된 투과물 수집 튜브 (8) 가 사용된다면, 단계 e) 후, PSR 의 전방 세그먼트 (29) 를 EK1 (23) 을 통하여 도입하고 그것을 단계 f) 에서 제 2 세그먼트 (30) 에 본딩하는 것이 바람직하다. 대안적으로, 전방 세그먼트 (29) 는 또한 EK1 (23) 의 부분일 수도 있고 그것과 함께 배치될 수도 있다.
불투과성 장벽 (13) 이 튜브 시트들 VA1 (10) 및 VA2 (11) 중 하나 또는 양자에 매립되는지 아닌지에 따라서, 단계 b) 는 단계 c) 전 또는 후에 실행될 수 있다. 바람직하게, 단계 b) 는 단계 c) 전 실행된다.
단계 b) 에서 불투과성 장벽 (13) 은, 불투과성 장벽 (13) 의 제조 전 분리될 유체 혼합물을 위한 하나 이상의 유체 진입 오리피스들 (14) 을 이미 가지고 있는, 재료, 바람직하게 필름 또는 호스 또는 튜브에 의해 제조될 수 있다. 대안적으로, VA1 (10) 과 VA2 (11) 사이 중공-섬유 번들 (28) 의 외부면의 섹션이 커버되지 않아서, 번들 (28) 둘레에 환형 유체 진입 오리피스 (14) 를 형성하도록 바람직하게 대응하는 홀들을 드릴링하거나, 펀칭하거나 절단함으로써, 또는 중공-섬유 번들 (28) 둘레에 배치되는 불투과성 장벽 (13) 의 제조를 위한 재료에 의해, 불투과성 장벽 (13) 의 제조 후 상기 유체 진입 오리피스들 (14) 을 제조할 수 있다.
필름이 불투과성 장벽 (13) 의 제조에 사용된다면, 그것은 바람직하게 번들 (28) 둘레에 권취된 후 카트리지의 종방향 축선을 따라 본딩되거나 용접된다.
바람직하게, 하지만, PSR (8) 및 중공 사막들로 이루어진 배열체는 보다 바람직하게 이미 유체 진입 오리피스들 (14) 을 갖는 호스 또는 튜브로 도입된다. 호스 또는 튜브는 그 후 적합한 홀딩 기기들에 의해, 예를 들어 카트리지 둘레에 와이어를 권취함으로써 또는 그립에 의해 또는 본딩에 의해 또는 수축에 의해 또는 VA1 (10) 및/또는 VA2 (11) 에 매립함으로써 카트리지에 고정된다. 호스 또는 필름을 사용하는 경우에, 이것을 가열하여 막 번들 (28) 에서 수축시키는 것이 특히 바람직하다.
중공 섬유에 사용된 재료에 따르면, 카트리지들을 위한 제조 작동에서 추가 단계들을 수행하는 것이 바람직할 수도 있다. 막 번들의 제조에 앞서 이것이 아직 선행되지 않았다면, 일부 폴리머는 막의 성능 및/또는 안정성을 개선하기 위해서 열 처리를 부여받아야 한다. 이러한 단계는 제조 작동시 다른 지점에서 이루어질 수 있지만, 바람직하게 막 번들의 제조가 뒤따른다.
게다가, 막 번들의 제조 중, 개별 막들의 파단 또는 다른 손상이 있을 수도 있다. 이러한 경우에, 카트리지들의 고성능을 보장하기 위해서 카트리지들을 보수하는 것이 바람직하다. 이러한 막 번들을 보수하기 위한 방법들은 그 자체가 공지되어 있다. 예를 들어, 카트리지들은 유체 진입 오리피스들 (14) 을 통하여 저압 가스 스트림으로 가압될 수 있다. 저압의 결과로서, 가스는 단지 손상된 중공 사막들을 통하여 새어나갈 수 있다. 이들은 중공 사막들 (HFE1) 의 개방 단부들에서 액체로 가시화될 수 있고 손상된 막은 수지로 밀봉될 수 있다.
본 발명의 카트리지들은 바람직하게 적어도 두 가지 유체의 유체 혼합물들의 분리를 위한 방법들에서 사용된다. 섬유의 코어에서보다 중공 사막들의 외부에 더 높은 압력이 존재하도록, 분리될 유체 혼합물, 보다 바람직하게 가스 혼합물이 압력을 받으며 적어도 하나의 유체 진입 오리피스 (14) 를 통하여 본 발명의 카트리지 (2) 로 도입되는 것이 이 분리 방법의 특징이다. 투과물은 중공 섬유의 코어 내에서 VA1 (10) 과 엔드 캡 EK1 (23) 사이 공동 (15) 으로 라우팅되고, 그 지점에서 투과물 수집 튜브 (8) 로 전진 라우팅되고, 이 튜브를 통하여 투과물은 결국 카트리지로부터 배출된다. 불투과성 장벽 (13) 과 중공 섬유의 외부 쉘 사이에 유지되는 농축물은 VA2 (11) 의 방향으로 라우팅되고 카트리지 (2) 로부터 농축물의 유출 오리피스들 (12) 을 통하여 배출된다.
본 발명의 카트리지들은 바람직하게 CO2/CH4 (예컨대, 바이오가스, 천연 가스 또는 셰일 가스 프로세싱), H2 스트림들의 분리, 예를 들어 합성가스 비 조절, H2 의 회수 또는 소스 가스로부터 He 회수에 사용된다.
뒤따르는 실시예들은 본 발명의 보다 명확한 설명과 더 나은 이해를 제공하는 역할을 하지만, 본 발명을 어떠한 방식으로도 제한하지 않는다.
실시예 1:
우선, WO 2011/009919 A1 의 실시예 18 에 따라 P84HT 로부터 중공 사막들을 제조하였다.
중공 섬유는, 43 ㎜ 의 내부 직경과 51 ㎜ 의 외부 직경 및 1750 ㎜ 의 길이를 가지는 튜브 둘레에 권취되었고, 이것은 후에 투과물 수집 튜브의 제 2, 즉 후방 세그먼트를 형성하였다.
제 1 층은 튜브의 전방 단부로부터 후방 단부로 나선형으로 권취되었다. 그 지점에서, 막은 종방향 튜브 축선에 대해 90°의 각도로 여러 번 귄취된 후 제 2 층은 튜브의 후방 단부로부터 전방 단부로 나선형으로 제조되었다. 여기에서도 역시 종방향 튜브 축선에 대해 90°의 각도로 일부 와인딩이 있었고, 이제 튜브의 전방 단부로부터 후방 단부로 나선형으로 다시 권취된 제 3 층이 뒤따랐다. 190 ㎜ 의, 튜브의 중간에, 직경을 가지는 섬유 번들이 형성될 때까지 설명된 방식으로 층별로 권취가 지속되었다.
그 후, 중공-섬유 번들은 60 분 동안 315 ℃ 에서 N2 분위기에서 열처리되었다. 냉각 후, 와인딩의 양 단부에서, 번들은 90°의 각도로 와인딩을 갖는 사이트 바로 앞에서 테이프로 고정되었고, 각각의 경우에 그 고정 이외에는 절단된다.
이렇게 획득된 튜브 및 중공-섬유 번들로 이루어진 배열체를 편직 나일론 호스로, 그 후 PVC 수축 호스로 밀고, 그 길이는 짧아진 섬유 번들의 길이에 대응하였고 그것은 길이 (8) 의 1/3 에 유체 진입 오리피스들을 가졌다. 호스는 10 분 내에 100 ℃ 로 섬유 번들에서 수축되었다.
이렇게 획득된 배열체는 원심분리기에 배치되고 주조 몰드는 어느 하나의 단부에 장착되었고, 각각은 결국 주조 수지를 위한 입구를 구비하였다. 막 번들 (VA2) 의 후방 단부, 즉 수축 호스에서 유체 입구들의 대향한 단부에서의 주조 몰드는, 섬유 번들로 삽입되었고 후기 포팅 작업에서 튜브 시트 (VA2) 에 농축물 유출 오리피스들을 형성한 스파이크들을 가졌다. 주조 몰드는, 포팅 후 더 간단하게 각각의 튜브 시트로부터 갈라놓을 수 있도록, 분리 수단을 구비하였다.
VA1 을 위한 투과물측 주조 몰드는, 즉 투과물이 후기 스테이지에서 중공-섬유 코어들에서 나가는 측에 배치되기 전, 주조 수지가 과도하게 깊이 안쪽으로 흡입되는 것을 방지하도록 섬유 단부들은 고온 왁스로 처리되었다.
각각의 주조 몰드가 어느 하나의 측에서 완전히 충전되도록 주조 수지의 양이 계산되었다.
원심분리로, 2 개의 튜브 시트들은 이제 실온 (< 25 ℃) 에서 형성되었다. 튜브 시트들은 그 후 4 시간 동안 100 ℃ 에서 추가 열 처리를 부여받았고, 튜브 시트들이 냉각된 후, 주조 몰드들은 그 후 제거되었다. 튜브 시트 (VA1) 는 튜브의 각각의 단부 너머 5 ㎜ 이고, 카트리지의 중심 축선에 대해 직각을 이루는 지점에서 둥근 톱으로 절단되었고, 그 결과는 중공-섬유 코어들이 투과물측에서 개방되었다. 이것은 EK1 엔드 캡 공동에 뒤의 투과물 출구들을 생성하였다.
VA1 에서 개방된 중공 섬유로 이렇게 획득된 카트리지는 일반 기술에서 설명한 대로 결함이 있는 막들에 대해 테스트되었고, 결함이 있거나 파괴된 섬유는 에폭시 수지로 밀봉되었다.
그 후, 2 개의 엔드 캡들 (EK1, EK2) 이 장착되었고, 후방 엔드 캡 (EK2) 은 VA2 에서 농축물 유출 오리피스들에 맞는 농축물 출구들을 가졌다. 전방 엔드 캡 (EK1) 은, 그것이 VA1 에 장착된 후, EK1 공동 (도 3 참조) 이 지지 요소 (15a) 로서 금속 플레이트로 충전되었고 소결 금속 직물이 지지 요소와 그것을 대면하는 VA1 의 표면 사이에 배치되도록 설계되고 제조되었다. 지지 요소는 결국 소결 금속 직물을 대면한 측에 프로파일링되어서, 투과물은 프로파일에서 채널들을 통하여 중공 사막들의 코어들로부터 투과물 수집 튜브의 전방 세그먼트에서 투과물 유출 오리피스들로 라우팅된다.
전방 엔드 캡 (EK1) 의 단부면에서 오리피스를 통하여, 그 후, 투과물 수집 튜브의 전방 세그먼트가 삽입되었고 VA1 내에서 카트리지 내에 이미 존재하는 튜브에 스크류 연결되었다 (도 3 참조). 상기 전방 세그먼트는, EK 공동의 구역에, 보어들 (투과물 유출 오리피스들) 을 가졌고 이 보어들을 통하여, 적어도 후기 스테이지에서, 투과물은 EK1 공동에서 유출되어 투과물 수집 튜브로 유입될 수 있다 (도 3 참조).
실시예 2:
실시예 1 에 따라 제조된 카트리지는 알맞은 테스트 모듈 하우징에서 분리 및 응력 테스트를 부여받았다.
이 목적으로, 실시예 1 에 따라 제조된 카트리지에서, VA2 아래 투과물 수집 튜브의 후방 단부는 스크류-인 플러그 또는 블랭크 플러그로 폐쇄되었고, 이런 이유로 유체 장벽이 설정되었다.
모듈 하우징의 내벽과 그 지점에서 기밀 연결부를 형성하도록, U 형 프로파일을 갖는 시일은 카트리지의 후방 엔드 캡 (EK2) 에 대해 당겨졌다. 그 후, 카트리지는 모듈 하우징으로 삽입되었고, 하우징의 투과물 출구에 대한 투과물 수집 튜브의 전방 단부의 연결로, 하우징은 폐쇄되었다.
20.9% 의 O2 및 79.1% 의 N2 로 이루어진 가스 혼합물은 그 후 6.7 bara 및 24 ℃ 에서 모듈 하우징의 유체 입구를 통하여 펌핑되었다.
다음 조성: 35.4% 의 O2 및 64.6% 의 N2 를 갖는 투과물 및 다음 조성: 12.5% 의 O2 및 87.5% 의 N2 를 갖는 농축물이 수득되었다.
분리 테스트 후, 카트리지의 공급물 측에서는, 100 bar 의 압력이 3 번 적용되었고, 투과물 측은 대기압으로 유지되었다. 그 후, 분리 테스트는 동일한 조건 하에 한 번 더 반복되었다.
다음 조성: 35.3% 의 O2 및 64.7% 의 N2 를 갖는 투과물 및 다음 조성: 12.5% 의 O2 및 87.5% 의 N2 를 갖는 농축물이 수득되었다.
100 bar 에서 응력 테스트 전과 후 분리 테스트의 결과는, 본 발명의 카트리지가 고압 및 높은 가스 체적에서 사용될 수 있음을 입증한다.
실시예 3:
실시예 1 에 따라 제조된 3 개의 카트리지들은 하나의 모듈 하우징 내에서 도 3 과 유사하게 연결되었다. 모듈은 아래 표 1 에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는 천연 가스를 분리하는데 사용되었다. 공급물 압력은 62.2 BarA 이었다. 투과물 압력은 1.14 BarA 이었다. 공급물 유동은 826 Nm3/hr 이었다. 표 1 은 테스트 결과를 보여준다:
Figure pct00002
표 1 에서 "%" 는 "체적%" 를 의미한다. 모듈의 관찰된 CO2/CH4 선택성은 17.6 이었고 관찰된 CO2 투과 용량은 4.0 Nm3/hr/bar/모듈이었다.
표 1 에서 알 수 있듯이, 생성물 스트림에서 CO2 함량은 공급물 스트림과 비교해 대략 55% 만큼 감소될 수 있고 생성물 스트림에서 CH4 농도는 증가될 수 있고 생성물 스트림에서 C2H6 함량은 일정하게 유지되었다. 이 실시예에서 단 하나의 모듈만 사용된다는 사실에 비추어, 55% 의 CO2 감소는 매우 좋은 결과이다. 예를 들어 US 8,999,038 에 개시된 것으로서 2-스테이지 또는 3-스테이지 분리 프로세스들에서 모듈들의 사용은 더욱더 높은 생성물 가스 순도를 이끈다.
이 실시예는 또한 여러 카트리지들이 하나의 모듈에서 일렬로 성공적으로 연결될 수 있고 모듈들은 다성분 가스 혼합물들을 분리하는데 사용될 수 있음을 보여준다.
이 실시예의 모듈은 그것의 성능 감소 없이 5 개월 동안 테스트되었다.
1 분리 모듈
2 카트리지
2a 카트리지 1
2b 카트리지 2
3 분리 모듈의 하우징
4 분리 모듈의 유체 입구
5 모듈의 캡 (도 1 에 미도시)
6 분리 모듈의 투과물 출구 (도 1 에 미도시)
7 분리 모듈의 농축물 출구
8 투과물 수집 튜브
9 PSR (8), 불투과성 장벽 (13) 과 VA1 (10) 및 VA2 (11) 의 내부 단부면들 (10b, 11b) (각각의 경우에 도 3 참조) 사이의 간극, 여기에서 중공 사막들 (28) 의 번들 (도 3 참조, 도 1 에 미도시) 및, 작동시, 농축물이 존재함
10 전방 튜브 시트 VA1
10a VA1 의 외부 단부면
10b VA1 의 내부 단부면
11 후방 튜브 시트 VA2
11a VA2 의 외부 단부면
11b VA2 의 내부 단부면
12 VA2 에서 농축물 출구 오리피스
13 불투과성 장벽
14 카트리지의 유체 진입 오리피스 또는 갭
15 VA1 의 외부 단부면 (10a) 과 엔드 캡 EK1 (23) 의 내부면 사이 EK1 공동
15a 지지 요소
15b 지지 요소의 프로파일
16 PSR (8) 이 EK1 공동 (15) 과 유체 연통하는 투과물 유출 오리피스들
17 엔드 캡 EK1 (23) 과 하우징 (3) 의 내부면 사이 갭
18 카트리지 (2a) 및 카트리지 (2b) 의 PSR 의 연결부
19 PSR (8) 의 후방 단부에서 유체 장벽
20 하우징 (3) 에서 카트리지 (2a, 2b) 사이 중간 공동
21 하우징 (3) 에서 엔드 공동
22 EK2 에서 농축물 출구
23 전방 엔드 캡 EK1
24 후방 엔드 캡 EK2
25 O-링 시일
26 투과물 수집 튜브 PSRE1 의 전방 단부
27 투과물 수집 튜브 PSRE2 의 후방 단부
28 중공 사막들의 번들
29 카트리지의 투과물 수집 튜브 (8) 의 전방 서브세그먼트 (투과물 어댑터)
30 카트리지의 투과물 수집 튜브 (8) 의 후방 서브세그먼트
31 (29) 와 (30) 사이 연결 지점
32 O-링 시일

Claims (15)

  1. 유체 혼합물, 바람직하게 가스 혼합물의 분리를 위한 카트리지로서,
    - 하나 이상의 세그먼트들로 구성되고 전방 단부 PSRE1 및 후방 단부 PSRE2 를 갖는 투과물 수집 튜브 PSR,
    - PSR 둘레에 배치되고 PSRE1 측에 전방 단부 HFE1 을 가지고 PSRE2 측에 후방 단부 HFE2 를 가지는 다수의 중공 사막들 (hollow-fibre membranes),
    - HFE1 및 PSRE1 에서의 제 1 튜브 시트 VA1 및 HFE2 및 PSRE2 에서의 제 2 튜브 시트 VA2,
    - 분리될 유체 혼합물을 통과시키지 않고 VA1 과 VA2 사이 구역에서 PSR 및 중공 사막들로 이루어진 배열체 (arrangement) 를 둘러싸는 장벽,
    - VA1 위에 배치된 전방 엔드 캡 EK1 및 선택적으로, 존재한다면, VA2 위에 배치된 후방 엔드 캡 EK2 를 포함하고,
    - VA1 과 VA2 사이 구역에서 상기 PSR 또는 상기 PSR 의 모든 세그먼트들은 분리될 상기 유체 혼합물을 통과시키지 않도록 구성되고,
    - 불투과성 장벽과 상기 PSR 사이 간극으로 하나 이상의 유체 진입 오리피스(들) 또는 갭(들) 이 존재하도록, 상기 불투과성 장벽은, 카트리지의 종방향 축선을 기반으로, VA1 과 VA2 사이 거리의 1/3 (first third), 바람직하게 1/4, 보다 바람직하게 VA1 의 내부 단부면 너머 0 ~ 10 ㎝ 의 거리에, 가장 바람직하게 VA1 의 내부 단부면 너머 2 ~ 4 ㎝ 의 거리에 구성되고,
    - 상기 HFE2 가 VA2 에 매립되고, 중공 섬유들의 코어들은 HFE2 에서 폐쇄되고,
    - 상기 HFE1 은 VA1 에 매립되고, 중공 섬유들의 코어들은 HFE1 에서 개방되고,
    - 투과물이 중공-섬유 코어들에서 유출되는 VA1 의 외부 단부면과 엔드 캡 EK1 의 내부면 사이에 EK1 공동이 형성되도록 EK1 이 VA1 위에 구성되고 배치되며,
    - 상기 EK1 공동의 구역에서, 투과물 유출 오리피스들이 상기 PSR 또는 상기 PSR 의 세그먼트에 존재하여서, 상기 EK1 공동에서의 유체와 상기 PSR 의 내부 사이에 유체 연통이 존재하고,
    - 농축물을 위한 적어도 하나의 유출 오리피스는 상기 불투과성 장벽에서 VA1 과 VA2 사이 거리의 마지막 1/4 에 존재하거나 VA2 로 매립되는 것을 특징으로 하는, 유체 혼합물, 바람직하게 가스 혼합물의 분리를 위한 카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불투과성 장벽은, 바람직하게 수축에 의해 그리고/또는 VA1 및/또는 VA2 로 매립함으로써 그리고/또는 외부 고정 보조부들 (external fixing aids) 에 의해 그리고/또는 용접에 의해 그리고/또는 접착 본딩에 의해 상기 카트리지에 고정된, 에폭시 수지와 "배합된" 필름 또는 호스 또는 튜브 또는 테이프 또는 유리 직물로 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 혼합물, 바람직하게 가스 혼합물의 분리를 위한 카트리지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    카트리지의 상기 PSR 은 스크류 연결 또는 플랜지 연결 또는 플러그-인 연결에 의해 또는 베이요넷 연결에 의해 또는 접착 본딩에 의해 카트리지 내에서 서로 연결된 여러 세그먼트들로 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 혼합물, 바람직하게 가스 혼합물의 분리를 위한 카트리지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    카트리지의 상기 PSR 은 적어도 2 개의 세그먼트들로 구성되고, 제 1 세그먼트는 PSRE1 에서 시작되고 적어도 VA1 로 연장되고 상기 VA1 에서 제 2 세그먼트에 연결되고, 상기 제 2 세그먼트는, 단독으로 또는 추가 세그먼트들과 함께, PSRE2 까지 상기 PSR 의 나머지를 형성하고, 상기 제 1 세그먼트는 상기 투과물 유출 오리피스들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유체 혼합물, 바람직하게 가스 혼합물의 분리를 위한 카트리지.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공 사막들은, 상기 PSR 의 종방향 축선에 평행하게 상기 PSR 둘레에 번들의 형태로 배치되거나, 바람직하게 나선형으로, 보다 바람직하게 각각의 권취 층의 나선형 선들이 교차하도록 상기 PSR 둘레에 권취되고, 하나의 층이 VA1 에서 VA2 의 방향으로 나선형으로 권취된 후, 다음 층은 VA2 에서 VA1 의 방향으로 권취된 후, 이런 식으로 교번이 계속되는 것을 의미하고,
    그리고/또는
    상기 중공 사막들의 번들은 150 ~ 200 ㎜, 바람직하게 170 ~ 195 ㎜, 보다 바람직하게 180 ~ 190 ㎜ 의 직경을 갖는 실질적으로 원형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는, 유체 혼합물, 바람직하게 가스 혼합물의 분리를 위한 카트리지.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공 사막들은 폴리이미드로 구성되고, 바람직하게
    3,4,3',4'-벤조페논테트라카르복실산 이무수물, 1,2,4,5-벤젠테트라카르복실산 이무수물, 3,4,3',4'-바이페닐테트라카르복실산 이무수물, 옥시디프탈산 이무수물, 술포닐디프탈산 이무수물, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2,2-프로필렌디프탈산 이무수물로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나의 이무수물, 및
    톨루엔 2,4-디이소시아네이트, 톨루엔 2,6-디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌디페닐 디이소시아네이트, 2,4,6-트리메틸-1,3-페닐렌 디이소시아네이트, 2,3,4,5-테트라메틸-1,4-페닐렌 디이소시아네이트로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나의 디이소시아네이트의 반응에 의해 수득가능한 폴리이미드로 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 혼합물, 바람직하게 가스 혼합물의 분리를 위한 카트리지.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 지지 요소는 바람직하게 다공성 재료로 제조된 상기 EK1 공동 내에 존재하거나 유체를 상기 투과물 유출 오리피스들로 라우팅하는 프로파일, 특히 상기 VA1 을 대면하는 측에 존재하고 가장 바람직하게 채널들을 포함하는 프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는, 유체 혼합물, 바람직하게 가스 혼합물의 분리를 위한 카트리지.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 필터 요소, 바람직하게 직포 또는 부직포 직물 또는 소결 금속 플레이트는 상기 EK1 공동에, 보다 바람직하게 지지 요소와 VA1 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는, 유체 혼합물, 바람직하게 가스 혼합물의 분리를 위한 카트리지.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 카트리지들을 포함하는, 유체 분리 모듈, 바람직하게 가스 분리 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    - 유체 입구 뿐만 아니라 투과물 출구와 농축물 출구를 갖는 내압성 하우징,
    - 상기 내압성 하우징에 배치된, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른, 하나의 카트리지 또는 카트리지들의 체인을 형성하도록 연결된 복수의 카트리지들,
    - 상기 하우징의 상기 투과물 출구에 가장 가까운 상기 카트리지의 상기 투과물 수집 튜브의 전방 단부 PSRE1 에 대한 모듈 하우징의 투과물 출구의 연결부를 포함하고,
    여기에서
    - 각각의 카트리지는, 상기 카트리지 안으로의 유체 진입 오리피스와 특정 카트리지 밖으로의 농축물 출구 오리피스들 사이 구역에서, 불침투 방식으로, 바람직하게 실링에 의해, 보다 바람직하게 실링 링에 의해 상기 모듈 하우징의 내벽에 연결되고,
    - 상기 모듈 하우징에서 상기 농축물 출구는 카트리지 체인의 최후방 카트리지의 상기 농축물 출구 오리피스들의 하류에 배치되고,
    - 유체 장벽, 즉 상기 PSR 의 유밀 (fluid-tight) 클로저는 상기 카트리지의 상기 PSRE2 의 구역에 배치되거나, 복수의 카트리지들이 카트리지들의 체인을 형성하도록 연결될 때, 카트리지들의 체인의 최후방 카트리지의 상기 PSRE2 의 구역에 배치되는, 유체 분리 모듈.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 카트리지를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은 다음 단계들:
    - a) 투과물 수집 튜브 PSR 둘레에 다수의 중공 사막들을 배치하는 단계,
    - b) 단계 a) 로부터의 배열체 둘레에 불투과성 장벽을 생성하는 단계,
    - c) 중공 섬유를 포팅 (potting) 수지와 접촉시킨 후 수지를 경화시킴으로써 상기 중공 사막들의 단부들 HFE1 및 HFE2 에 튜브 시트들 VA1 및 VA2 를 생성하는 단계,
    - d) 선택적으로, HFE1 에서 상기 중공 사막들의 코어들이 VA1 의 제조 중 실링된다면, HFE1 에서 상기 중공-섬유 코어들을 개방하도록 상기 카트리지의 종방향 축선에 직각으로 튜브 시트 VA1 을 절단하여 개방하는 단계,
    - e) 선택적으로, 엔드 캡들이 단계 c) 에서 주조 몰드로서 아직 사용되지 않았다면 그리고/또는 EK2 의 경우에 엔드 캡이 어쨌든 존재한다면, 엔드 캡들 EK1 및/또는 EK2 를 장착하는 단계를 포함하고,
    여기서
    - 단계 b) 는 단계 c) 전 또는 후에 실행될 수 있고,
    - 하나 이상의 농축물 출구들이 VA2 에 매립된다면, VA2 의 제조를 위한 상기 포팅 몰드는 VA2 에서 농축물 출구 오리피스들의 제조를 위한 적합한 스페이서들을 가지고,
    - 단계 b) 에서 상기 불투과성 장벽은 재료, 바람직하게 필름 또는 호스 또는 튜브에 의해 제조되고, 상기 재료들은
    o 상기 불투과성 장벽의 제조 전 이미 하나 이상의 유체 진입 오리피스들을 가지고 있고, 또는
    o 유체 진입 오리피스들은 상기 불투과성 장벽이 부착된 후, 바람직하게 대응하는 홀들을 드릴링하거나, 펀칭하거나 절단함으로써 제조되고, 또는
    o 중공-섬유 번들의 섹션이 포위되지 않아서 바람직하게 유체 진입 갭의 형태로 유체 진입 오리피스를 형성하도록 상기 중공-섬유 번들 둘레에 배치되는 것을 특징으로 하는, 카트리지를 제조하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 불투과성 장벽은 PSR 및 중공 사막들로 이루어진 배열체 둘레에 적합한 재료를 권취함으로써, 또는 PSR 및 중공 사막들로 이루어진 배열체를 호스나 튜브내로 도입함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는, 카트리지를 제조하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 불투과성 장벽을 위한 재료, 바람직하게 필름 또는 호스는, 수축에 의해 또는 접착 본딩에 의해 또는 VA1 및/또는 VA2 내로 매립함으로써 또는 그 외부에 부착된 고정 기기들 또는 그것의 조합들에 의해 상기 카트리지에 고정되는 것을 특징으로 하는, 카트리지를 제조하기 위한 방법.
  14. 적어도 2 가지 유체, 바람직하게 적어도 2 가지 가스로 이루어진 혼합물을 분리하기 위한 방법으로서,
    - 중공 섬유들의 코어에서보다 중공 사막들의 외부에 더 높은 압력이 존재하도록, 분리될 유체 혼합물, 바람직하게 분리될 가스 혼합물은 불투과성 장벽과 PSR 사이 공간으로 적어도 하나의 유체 진입 오리피스를 통하여 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 카트리지로 압력을 받으며 도입되고,
    - 상기 중공 섬유들의 코어에서 투과물은 엔드 캡 EK1 까지, 거기에서 EK1 공동을 통하여 투과물 수집 튜브로 전진 라우팅되고 상기 투과물 수집 튜브를 통하여 상기 카트리지로부터 배출되고,
    - 상기 불투과성 장벽과 상기 중공 섬유들의 외부 쉘 사이에 존재하는 농축물은 VA2 의 방향으로 라우팅되고 상기 카트리지로부터 농축물 출구 오리피스들을 통하여 배출되는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 가지 유체, 바람직하게 적어도 2 가지 가스로 이루어진 혼합물을 분리하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    분리될 유체 혼합물은 1 ~ 150 bar, 바람직하게 30 ~ 120 bar, 보다 바람직하게 40 ~ 100 bar 의 압력에서 상기 카트리지의 상기 유체 진입 오리피스들로 강제 이동되는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 가지 유체, 바람직하게 적어도 2 가지 가스로 이루어진 혼합물을 분리하기 위한 방법.
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