TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
selektiven Anreichern und Abtrennen einer bestimmten
Komponente aus einer Gasmischung unter Verwendung einer
Gastrennmembran. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zum
Anreichern und Abt rennen einer bestimmten Komponente aus
einer Gasmischung wirksam und kostengünstig durch Einsatz
eines Druckwechsel-Absorptionsverfahrens bei einem
Gastrennmembranmodul.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Auf verschiedenen Gebieten, beispielsweise in der Industrie,
im Bergbau und bei medizinischen Behandlungen wurden in bezug
auf verschieden Gase verschiedene Vorgehensweisen zum Trennen
und Raffinieren eines Gases, oder zum Anreichern einer
bestimmten Komponente aus einem Gas, in weitem Maße
eingesetzt. Darunter wurde ein Verfahren zum Anreichern und
Abt rennen von Sauerstoff aus Luft unter Verwendung einer
Trennmembran bereits in einer medizinischen Vorrichtung zur
Erzeugung von Sauerstoffin die Praxis umgesetzt, und es sind
zahlreiche Vorrichtungen bekannt geworden, welche dieses
Verfahren betreffen. Beispielsweise gibt es das japanische
Patent Kokai Nr. 58-55310 (Vorrichtung zur Erzeugung
Sauerstoff-angereicherter Luft), das japanische Patent Kokai
Nr. 59-203705 (Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung), das
japanische Patent Kokai Nr. 59-203705 (Vorrichtung zur
Anreicherung von Sauerstoff), das japanische Patent Kokai Nr.
62-83022 (Gastrennmodul), das japanische Patent Kokai Nr. 62-
74433 (Verfahren zur Gastrennung), und dergleichen. Weiterhin
gibt es zahlreiche Erfindungen, die bei diesen Vorrichtungen
verwendete Trennmembranen betreffen. Beispielsweise gibt es
das japanische Patent Kokai Nr. 62-30524 (Membran für
selektive Durchlässigkeit), das japanische Patent Kokai Nr.
62-74405 (Trennmembran), und dergleichen. Im allgemeinen
wurden als Material einer Trennmembran sowohl organische als
auch anorganische Verbindungen vorgeschlagen. Insbesondere
wurden in jüngster Zeit organische Polymer-Verbindungen aktiv
entwickelt, und zahlreiche Vorschläge gemacht. Eine derartige
Trennmembran besteht gewöhnlich aus einer dünnen Schicht (5
bis 50 u) auf einem porösen Träger (50 bis 500 u)
entsprechend verschiedener Methoden. In der Praxis werden
diese Membranen zu einer ausreichenden Größe zusammengesetzt.
Gewöhnlich wird die sich ergebende Anordnung als ein "Modul"
bezeichnet. Als Modultypen werden Platten/Rahmentypen,
Spiraltypen und Hohlfasertypen hauptsächlich eingesetzt, und
jeder Typ weist zugehörige Eigenschaften auf. Sie werden
daher ordnungsgemäß entsprechend einem bestimmten Zweck
eingesetzt.
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Wenn unter Verwendung des voranstehend geschilderten Moduls
verschiedene Gase angereichert und getrennt werden, so ist es
wesentlich, damit ein derartiger Trennvorgang gegenüber
anderen Anreicherungs-und Trennvorgängen vorteilhaft ist, die
Eigenschaften der voranstehend erwähnten, verschiedenen
Trennmembranen zu verbessern, um den Trennwirkungsgrad durch
Verwendung eines geeigneten Typs des Moduls zu verbessern,
welches für eine bestimmten Einsatzzweck geeignet ist, und
die Packungsdichte der Trennmembranen pro Volumeneinheit des
Moduls zu erhöhen, und darüberhinaus ist es wesentlich, den
Kostenwirkungsgrad durch Verlängerung der Lebensdauer der
Membran zu verbessern. Wenn das Modul eingesetzt wird, ist es
andererseits wesentlich, die Betriebskosten für die Trennung
zu verringern. Aus diesem Grund ist es wesentlich, geeignete
Betriebsbedingungen für das Modul auszuwählen.
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Der Trennvorgang unter Verwendung einer Membran wird dadurch
ausgeführt, daß man ein Rohmaterialgas entlang einer
Oberfläche der Membran fließen läßt, während der Druck an der
anderen Seite der Oberfläche der Membran niedriger gehalten
wird als auf der Rohmaterialgasseite. Hierdurch wird ein
Bestandteil in dem Rohmaterialgas in der Membran gelöst und
diffundiert in diese ein, und wird zur Seite mit niedrigerem
Druck bewegt. Hierbei hängt die Durchlässigkeit einer Membran
von der bestimmten Komponente des Gases ab, und daher ist die
Zusammensetzung eines hindurchgehenden Gases anders als die
des Rohmaterialgases. Auf diese Weise wird die
Zusammensetzung des hindurchgehenden Gases bezüglich einer
bestimmten Komponente angereichert, wogegen andererseits das
Gas konzentriert wird, welches nicht hindurchgelassen wird
(das nicht hindurchgegangene Gas).
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Die Betriebskosten bei diesem Vorgang umfassen Energiekosten
für die Zufuhr des Rohmaterialgases und die Rückgewinnung des
durchgelassenen Gases, die Lebensdauer des Moduls und, falls
erforderlich, Kosten für das Erhitzen oder Kühlen des
Rohmaterialgases und des hindurchgehenden Gases, jedoch
hauptsächlich Energiekosten. Um derartige Betriebskosten zu
verringern, wurden im voranstehend genannten Stand der
Technik die nachstehend erwähnten, verschiedenen Versuche
vorgenommen.
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1. Ein Teil des Rohmaterialgases wird in das
hindurchgehende Gas eingeführt (japanisches Patent Kokai
Nr. 62-74433).
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2. Das Rohmaterialgas wird unter Druck gesetzt, und zum
gleichen Zeitpunkt wird das hindurchgehende Gas
abgesogen (japanisches Patent Kokai Nr. 58-55310).
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3. Mehrere Module sind in Reihe geschaltet, um
Mehrstufenmodule auszubilden (japanisches Patent Kokai
Nr. 58-55309 und FR-A-2411024).
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4. Bei der voranstehenden Nr. 3 sind Module so vorgesehen,
daß die Fläche jedes Moduls in Stromabwärtsrichtung
allmählich kleiner wird (japanisches Patent Kokai Nr.
62-83022).
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5. Durch Bereitstellung eines Regelventils wird der Druck
konstant gehalten (japanisches Patent Kokai Nr. 59-
203705).
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Weiterhin wurden einige Vorschläge gemacht, um die
Eigenschaften der voranstehend erwähnten, verschiedenen
Trennmembranen zu verbessern. Wenn die Eigenschaften
verbessert werden, werden jedoch die Kosten der Trennmembran
selbst höher. Ein wesentlicher Faktor, der sich auf die
Kosten eines Produkts ebenso wie auf die voranstehend
erwähnten Energiekosten auswirkt, besteht daher darin, wie
die Ausbeute eines Produkts pro Flächeneinheit der Membran
erhöht werden kann.
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Bei konventionellen Gastrennverfahren unter Verwendung von
Membranen einschließlich der voranstehend beschriebene
Verfahren sind diese Verfahren darauf beschränkt, ein
Rohmaterialgas gleichmäßig bei konstantem Druck von einer
Rohmaterialzufuhrseite zuzuführen, oder unter Vakuum von
einer Durchlaßseite abzuziehen, oder beide Vorgänge
gleichzeitig auszuführen. Wenn man bei einem derartigen
Verfahren das Gas zum Fließen entlang der Oberfläche der
Trennmembran veranlaßt, wird der Anteil der durchlässigeren
Komponente in dem Rohmaterialgas verringert, da die
Oberfläche näher am Gasauslaß liegt, und ihr Partialdruck
wird verringert, was zu einem unzureichenden Durchlaß des
Gases führt. Daher lassen sich die gewünschten Eigenschaften
der Trennmembran nicht über die gesamte Oberfläche der
Membran ausreichend nutzen, was zu einer geringen
Produktausbeute pro Flächeneinheit der Trennmembran führt.
ZIELE DER ERFINDUNG
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Unter diesen Umständen haben die Erfinder der vorliegenden
Erfindung umfangreiche Untersuchungen vorgenommen, um das
Problem zu lösen, daß der Partialdruck einer durchlässigeren
Komponente in einem Rohmaterialgas an der Auslaßseite
geringer wird, und hierdurch der Gastrennwirkungsgrad, also
die Trenneigenschaften einer Gastrennmembran, nicht
ausreichend genutzt wird. Als Ergebnis hat sich
herausgestellt, daß das voranstehend genannte Problem wirksam
gelöst werden kann, wenn es möglich ist, eine Druckdifferenz
zwischen einer Nicht-Durchlaßseite und einer Durchlaßseite
(einer Rohmaterial-Zufuhrseite und einer Evakuierungsseite)
größer zu machen, und den Partialdruck der voranstehend
erwähnten Komponente über der gesamten Oberfläche einer
Membran gleichförmig zu machen.
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Weiterhin hat sich herausgestellt, daß die Druckdifferenz
zwischen einer Zufuhrseite und einer Evakuierungsseite bei
niedrigen Energiekosten dadurch auf einen Maximalwert
gebracht werden kann, daß alternierend innerhalb eines kurzen
Zeitraums ein Vorgang der Zufuhr eines unter Druck stehenden
Rohmaterialgases in ein Gastrennmembranmodul und ein Vorgang
des Absaugens unter Vakuum durchgeführt werden, und es hat
sich ebenfalls herausgestellt, daß diese wechselweise
Wiederholung der Vorgänge dazu führt, daß ein Partialdruck
der Komponente über die gesamte Oberfläche der Membran
gleichmäßiger wird.
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Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der
Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zum Anreichern
und Abt rennen einer bestimmten Komponente auf wirksame und
kostengünstige Weise aus einer Gasmischung durch Einsatz
eines Druckwechselabsorptions-Verfahrens bei einem
Gastrennmembranmodul.
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Dieses Ziel, ebenso wie andere Ziele und Vorteile der
vorliegenden Erfindung, werden Fachleuten auf diesem Gebiet
aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen deutlich werden.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Druckmuster zur Erläuterung der Funktion
und des Mechanismus des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, welches ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel einer bei der vorliegenden
Erfindung verwendeten Vorrichtung zeigt, wobei der
Druckaufbau und die Druckverringerung unter
Verwendung einer Pumpe wiederholt ausgeführt
werden.
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Fig. 3a und 3b sind Gasflußmuster, welche eine bevorzugte
Ausführungsform des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung erläutern, bei welcher die
in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung eingesetzt wird.
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Fig. 4 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines weiteren
bevorzugten Beispiels für eine Vorrichtung, die bei
der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei
der Druckaufbau und die Vakuumevakuierung unter
Verwendung unterschiedlicher Pumpen wiederholt
ausgeführt werden.
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Fig. 5a und 5b sind Gasflußmuster zur Erläuterung einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform des Verfahren gemäß der
vorliegenden Erfindung, bei welcher die in Fig. 4
gezeigte Vorrichtung verwendet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein neues Verfahren zum
Anreichern und Abtrennen einer spezifischen Komponente aus
einer Gasmischung durch Zufuhr der Gasmischung zu einem
Gastrennmembranmodul zur Verfügung gestellt, wobei das Modul
eine Gastrennmembran aufweist, die eine erste und zweite
Seite aufweist, und der Druck auf der ersten Seite der
Membran höher gehalten wird als der Druck auf der zweiten
Seite, um hierdurch die spezifische Komponente der
Gasmischung von der ersten zur zweiten Seite der Membran zu
bewegen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die
nachstehenden Schritte alternierend und wiederholt ausgeführt
werden:
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(a) ein Schritt zur Zufuhr der Gasmischung unter Druck zur
ersten Seite; und
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(b) ein Schritt, der nach der Beendigung der Zufuhr der
Gasmischung zur ersten Seite durchgeführt wird, des
Saugens unter Vakuum an der zweiten Seite, nämlich von
Gas, welches durch die Membran hindurchgeht;
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wobei jeder Schritt wiederholt mit einer Zykluszeit von 2
Sekunden bis 5 Minuten durchgeführt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Partialdruck
einer durchlässigen Komponente in einem Rohmaterialgas über
die gesamte Oberfläche der Membran dadurch gleichmäßiger, daß
ein Rohmaterialgas einem Modul intermittierend zugeführt
wird, verglichen mit einer Zufuhr des Rohmaterialgases auf
kontinuierliche Weise, oder dem Ausführen eines Absaugens
unter Vakuum kontinuierlich unter einer konstanten
Druckdifferenz. Daher kann einer Verringerung der Menge eines
hindurchgelassenen Gases und ein Absinken des
Trennwirkungsgrads an einem Teil in der Nähe einer
Gasauslaßseite verhindert werden, und es kann die gesamte
Fläche einer Membran wirksam genutzt werden. Wenn die Zufuhr
eines Rohmaterialgases und das Absaugen unter Vakuum von
einer Durchlaßseite wiederholt und alternierend mit einer
Zykluszeit von 2 Sekunden bis 5 Minuten ausgeführt werden,
wird darüberhinaus ein Restdruck sowohl an der Zufuhrseite
als auch an der Evakuierungsseite erzeugt. Diese Restdrucke
führen zu einer größeren Druckdifferenz zwischen einer
Zufuhrseite und einer Evakuierungsseite, verglichen mit der
Druckdifferenz, die durch Ausführung einer
Druckbeaufschlagung und/oder Evakuierung kontinuierlich unter
der konstanten Druckdifferenz erzielt wird. Daher läßt sich
überlegen, daß diese starke Druckdifferenz Vorteile der
vorliegenden Erfindung zur Verfügung stellt. Zwar sind die
Funktion und der Mechanismus der vorliegenden Erfindung
nunmehr ausreichend klar, jedoch können sie beispielsweise
unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert werden. In Fig. 1
repräsentiert "t" eine Betriebszeit. Mit dem Ablauf von "t"
wird an der Zufuhrseite ein Rohmaterialgas auf einen Druck
von P&sub1; gebracht, und dann wird durch Evakuierung an einer
Durchlaßseite der Druck auf P&sub3; verringert. Andererseits wird
die Durchlaßseite auf P&sub4; evakuiert, und dann durch die
nächste Druckbeaufschlagung an der Zufuhrseite auf einen
Druck von P&sub2; gebracht. Bei der vorliegenden Erfindung wird
die Druckdifferenz ΔPa (= ΔP&sub1; + ΔP&sub2;) oder ΔPb (= ΔP&sub3; + ΔP&sub4;)
zwischen der Zufuhrseite und der Durchlaßseite dadurch
erzeugt, daß alternierend die Zufuhr des Rohmaterialgases
unter Druck und eine Evakuierung des hindurchgehenden Gases
unter Vakuum durchgeführt werden. Hierdurch wird der
Restdruck entsprechend ΔP&sub2; oder ΔP&sub3; zu ΔP&sub1; oder ΔP&sub4;
hinzuaddiert, verglichen mit einem konventionellen Verfahren,
bei welchem das Rohmaterialgas mit einem konstanten Druck
(P&sub1;) zugeführt wird, oder unter Vakuum eine konstante
Evakuierung (P&sub4;) durchgeführt wird. Selbst wenn die
Druckdifferenz (ΔPa oder ΔPb) ebenso groß ist wie die, die
bei einem konventionellen Verfahren mit konstanter
Druckbeaufschlagung oder konstanter Evakuierung erzeugt wird,
variiert darüberhinaus bei der vorliegenden Erfindung der
Druck auf jeder Seite periodisch zwischen P&sub1; und P&sub3; oder P&sub2;
oder P&sub4;, infolge einer alternierenden Wiederholung der
Druckbeaufschlagung und Evakuierung. Darüberhinaus variieren
die Druckverhältnisse P&sub1;/P&sub2; und P&sub3;/P&sub4; zwischen ΔPa und ΔPb.
Angesichts der voranstehenden Ausführungsformen läßt sich
schließen, daß eine Antriebskraft auf die Durchlässigkeit der
Trennmembran ausgeübt wird, um so die gewünschten Vorteile
der vorliegenden Erfindung zu erzielen.
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Es ist daher überraschend, daß gemäß der nachstehend
beschriebenen Beispiele das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung extrem höhere Vorteile aufweist, verglichen mit
einem konventionellen Verfahren, bei welchem eine konstante
Druckbeaufschlagung und/oder ein konstantes Absaugen unter
Vakuum durchgeführt werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise die
voranstehend genannten Druckbeaufschlagungs- und Saugschritte
wiederholt in einer kurzen Zyklus zeit von 2 Sekunden bis zu 5
Minuten durchgeführt, besonders bevorzugt von 5 bis 20
Sekunden. Wenn die Zykluszeit zu lang oder zu kurz ist,
lassen sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht in
ausreichendem Maße erhalten. Eine Pumpe kann gemeinsam
mittels Umschaltung sowohl für die Druckbeaufschlagung als
auch für die Druckverringerung eingesetzt werden, oder es
können unterschiedliche Pumpen für die Druckbeaufschlagung
beziehungsweise das Saugen eingesetzt werden. Im Falle einer
Vorrichtung im Fabrikmaßstab würde eine ausreichende
Druckbeaufschlagung oder ein ausreichendes Absaugen unter
Verwendung unterschiedlicher Pumpen ausgeführt werden, statt
eine Pumpe zu verwenden, da eine Pumpe, die zum gemeinsamen
Gebrauch für die Druckbeaufschlagung und das Absaugen
geeignet ist, kaum im Fabrikmaßstab verfügbar sein wird.
Durch Verwendung unterschiedlicher Pumpen wird darüberhinaus
ein zusätzlicher Vorteil in der Hinsicht erzielt, daß mehrere
Module gleichzeitig betrieben werden können, und sich daher
ein Produkt kontinuierlich erhalten läßt.
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Das Gastrennverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann
bei jeder Art eines Moduls eingesetzt werden, einschließlich
des Platten-Rahmentyps, des Spiraltyps, des Hohlfasertyps und
dergleichen. Darüberhinaus ist die Gasmischung, bei welcher
das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar ist, nicht auf eine
bestimmte Gasmischung beschränkt, und das Verfahren gemäß der
vorliegenden Erfindung eignet sich zum Anreichern und
Abt rennen einer bestimmten Komponente aus einer Gasmischung
unabhängig von der besonderen Art des Gases.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand
der Abtrennung von Sauerstoff aus Luft erläutert, unter
Verwendung eines Hohlfasertypmoduls, welches heutzutage am
populärsten ist.
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Fig. 2 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines
bevorzugten Beispiels für eine Vorrichtung, die bei der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, und in welcher eine
Druckbeaufschlagung und eine Druckverringerung wiederholt
unter Verwendung einer Pumpe 2 über Ventile 1 und 3
durchgeführt werden. In Fig. 2 wird die Durchlaßseite eines
Sauerstoffdurchlaßmembranmoduls 4 durch Absaugen unter Vakuum
evakuiert. Selbstverständlich kann dieses Verfahren unter
Verwendung einer Pumpe 2 ausgeführt werden, selbst wenn
mehrere Gastrennmembranmodule eingesetzt werden. Wenn das
Rohmaterialgas Luft ist, und Sauerstoff abgetrennt werden
soll, so wird das gewünschte Produkt an der Durchlaßseite
erhalten, und die Durchlaßseite wird durch Absaugen unter
Vakuum evakuiert. Wenn im Gegensatz hierzu Stickstoff
angereichert und abgezogen werden soll, so wird die Nicht-
Durchlaß-Seite abgesaugt, und das gewünschte Produkt in einem
Behälter gespeichert. Diese Vorgänge können auf geeignete
Weise ausgewählt werden, entsprechend der Art des zu
behandelnden Gases und der Eigenschaften der zu verwendenden
Trennmembran, und beide Vorgänge sind vom Umfang der
vorliegenden Erfindung umschlossen, insoweit das Absaugen
unter Vakuum an der Durchlaßseite der Membran durchgeführt
wird.
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Selbst wenn mehrere Trennmembranmodule verwendet werden,
können selbstverständlich diese Vorgänge mit einer Pumpe
ausgeführt werden, welche sowohl Ansaugen als auch Ausstoßen
kann. Dies ist offensichtlich im Vergleich zu einem
konventionellen Verfahren äußerst vorteilhaft, bei welchem
die konstante Druckbeaufschlagung und die konstante
Evakuierung durch zwei Pumpen durchgeführt werden.
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Die Fig. 3a und 3b sind Gasflußmuster zur Erläuterung
einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung, bei welchem die in Fig. 2 gezeigte
Vorrichtung verwendet wird. Im Schritt-1 wird Stickstoff von
der Nicht-Durchlaßseite durch Zufuhr der Rohmaterialluft
unter Druck zur Gastrennmembran 4 abgetrennt, und im Schritt-
2 wird nach Beendigung der Zufuhr der Rohmaterialluft eine
Evakuierung durch Absaugen unter Vakuum an der Durchlaßseite
des Gastrennmembranmoduls 4 durchgeführt. Wie voranstehend
beschrieben entspricht dieses Verfahren einer Abtrennung von
Stickstoff von Luft als Rohmaterialgas. Wenn im Gegensatz
hierzu Sauerstoff als Produkt gewünscht wird, so muß das
Sauggas an der Durchlaßseite gesammelt werden. Die optimalen
Werte der Zykluszeit von Schritt-1 und Schritt-2 und des
Druckes für die Druckbeaufschlagung und die Druckverringerung
sollten experimentell ermittelt werden, entsprechend der
jeweiligen Gassorte, den Eigenschaften einer Trennmembran,
der Art eines Moduls, des Aufbaus einer Vorrichtung und
dergleichen.
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Entsprechend ist Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung
eines weiteren bevorzugten Beispiels einer Vorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung, wobei eine
Rohmaterialgaszufuhrpumpe 5 zur Druckbeaufschlagung und eine
Vakuumpumpe 9 zur Druckverringerung über ein Ventil 6
beziehungsweise 8 an ein Gastrennmembranmodul 7 angeschlossen
werden.
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Die Fig. 5a und 5b sind Gasflußmuster zur Erläuterung
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher die in Fig. 4
gezeigte Vorrichtung verwendet wird. Wie voranstehend unter
bezug auf Fig. 3 erläutert, sollten die optimalen Werte für
die Zyklus zeit und dergleichen experimentell ermittelt
werden, jedoch ist eine kurze Zykluszeit von 2 Sekunden bis
zu 5 Minuten in jedem Fall wirksam.
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Bei einem konventionellen Gasanreicherungs- und
Trennverfahren werden eine konstante Druckbeaufschlagung
und/oder eine konstante Druckverringerung stetig
durchgeführt, um ein Produkt anzureichern und von einem
Rohmaterialgas mit einem Trennmembranmodul abzutrennen. Im
Gegensatz hierzu werden bei der vorliegenden Erfindung die
Druckbeaufschlagung und die Druckverringerung alternierend
und wiederholt ausgeführt. Hierdurch lassen sich die
Eigenschaften einer Gastrennmembran in ausreichendem Maße
nutzen, so daß ein Produkt mit einer hohen Konzentration
erhalten werden kann, welche sonst bisher nie erhalten wurde.
In bezug auf ein Produkt, welches dieselbe Konzentration
aufweist wie die, die mit einem konventionellen Verfahren
erhalten wird, ist bei der vorliegenden Erfindung die
Ausbeute pro Zeiteinheit für ein Produkt etwa doppelt so groß
wie bei einem konventionellen Verfahren.
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Die nachstehenden Beispiele erläutern die vorliegende
Erfindung im einzelnen weiter, sollen jedoch deren Umfang
nicht begrenzen.
Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1
Erzeugung von Stickstoff-angereichertem Gas
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Entsprechend dem in den Fig. 3a und 3b gezeigten Verfahren
wurden unter Verwendung eines Hohlfasertyp-
Gastrennmembranmoduls aus Zelluloseacetatharz mit einer
Membranoberfläche von 8 m² und einer Membranpumpe (Leistung:
50 Liter/Minute/180 W) und unter Verwendung von Luft als
Rohmaterialgas eine Druckbeaufschalgung und Druckverringerung
alternierend mit einer Zykluszeit von 10 Sekunden im Schritt-
1 beziehungsweise Schritt-2 durchgeführt, und dann wurde
Sauerstoff von der Durchlaßseite abgezogen, um ein
Stickstoff-angereichertes Produktgas von der Nicht-Durchlaß-
Seite zu erhalten.
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Die Ergebnisse, sowie die des Vergleichsbeispiels 1, bei
welchem Luft mit konstantem Druck unter Verwendung derselben
Pumpe zugeführt wurde, sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1
Zufuhrdruck des Rohmaterialgases Ausmaß der Druckverringerung Sauerstoffkonzentration des Produkts Menge des Stickstoff angereicherten Gases Produktdruck Beispiel Vergleichsbeispiel Atmosphärendruck
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Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, ist im Falle einer
Sauerstoffkonzentration des Produkts von 5% die Menge des
sich ergebenden Stickstoffproduktgases des Beispiels 1 1,7
mal so hoch wie die im Vergleichsbeispiel 1 erhaltene Menge,
wobei unter Verwendung derselben Pumpe und desselben Moduls
wie beim Beispiel 1 Luft mit konstantem Druck zugeführt wird.
Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2
Erzeugung von Stickstoff-angereichertem Gas
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Auf dieselbe Weise wie im Zusammenhang mit Beispiel 1
beschrieben wurde ein Stickstoff-angereichertes Produkt
erhalten, mit der Ausnahme, daß dieselben zwei
Gastrennmembranmodule und dieselben zwei Pumpen zum
Druckaufbau und zur Druckverringerung verwendet wurden (siehe
Fig. 5a und 5b). Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2
angegeben. In Tabelle 2 sind auch die Ergebnisse des
Vergleichsbeispiels 2 angegeben, bei welchem Luft mit
konstantem Druck zugeführt wird, und unter konstantem Druck
unter Vakuum evakuiert wird, unter Verwendung von zwei
Pumpen. In bezug auf ein Produkt, welches dieselbe
Konzentration aufweist wie jenes, das entsprechend einem
konventionellen Verfahren erhalten wird, ist die Ausbeute pro
Zeiteinheit für das Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung
1,5 mal so hoch wie bei dem konventionellen Verfahren.
Tabelle 2
Zufuhrdruck des Rohmaterialgases Ausmaß der Druckverringerung Sauerstoffkonzentration des Produkts Menge des Stickstoff angereicherten Gases Produktdruck Beispiel Vergleichsbeispiel
Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3
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Auf dieselbe Weise wie bezüglich des Beispiels 2 beschrieben
wurde ein Sauerstoff-angereichertes Gas als ein Produktgas
erhalten, mit der Ausnahme, daß das hindurchgegangene Gas
abgesaugt und gesammelt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle
3 dargestellt. Das Vergleichsbeispiel 3 wurde entsprechend
einem konventionellen Verfahren ausgeführt, bei welchem
gleichzeitig eine konstante Druckbeaufschlagung und eine
konstante Evakuierung durchgeführt wurden.
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Offensichtlich sind sowohl die Sauerstoffkonzentration als
auch die Ausbeute gemäß der vorliegenden Erfindung höher als
bei dem konventionellen Verfahren.
Tabelle 3
Zufuhrdruck des Rohmaterialgases Ausmaß der Druckverringerung Sauerstoffkonzentration des Produkts Menge des sauerstoffangereicherten Gases Produktdruck Beispiel Vergleichsbeispiel Atmosphärendruck