JPH08198606A - ガスのメンブレン分離のための方法および装置 - Google Patents
ガスのメンブレン分離のための方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 流入気相混合物からガスのメンブレン分離を
行なうための改善された方法を提供する。 【解決手段】 各セパレーター(2,3)が、その浸透
物出口で、流入気相混合物中の浸透性が最大の成分に富
んだ混合物(4,6)を製造し、その残留物出口で、流
入気相混合物の浸透性が最小の成分に富んだ混合物
(5,7)を製造する少なくとも1つのメンブレンセパ
レーターで構成されるアセンブリーを通過させることに
よって、気相混合物(1)からガスを分離する方法であ
る。流入混合物及び残留混合物の少なくとも1つの気相
混合物を、2つの経路を有する交換器(8)の第1の経
路で冷却し、少なくとも1つのセパレーターの浸透物出
口で得られた混合物(6)の交換器の第2の経路への通
過を引き起こし、この混合物が交換器に達する前に、噴
霧水(10)を導入することを特徴とする。
行なうための改善された方法を提供する。 【解決手段】 各セパレーター(2,3)が、その浸透
物出口で、流入気相混合物中の浸透性が最大の成分に富
んだ混合物(4,6)を製造し、その残留物出口で、流
入気相混合物の浸透性が最小の成分に富んだ混合物
(5,7)を製造する少なくとも1つのメンブレンセパ
レーターで構成されるアセンブリーを通過させることに
よって、気相混合物(1)からガスを分離する方法であ
る。流入混合物及び残留混合物の少なくとも1つの気相
混合物を、2つの経路を有する交換器(8)の第1の経
路で冷却し、少なくとも1つのセパレーターの浸透物出
口で得られた混合物(6)の交換器の第2の経路への通
過を引き起こし、この混合物が交換器に達する前に、噴
霧水(10)を導入することを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、メンブレンによる
ガスの製造または分離に関する。
ガスの製造または分離に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、メンブレンによるガス(特に窒
素)の製造は、世界中において著しく発展して、超低温
法による通常の方法を補足している。これは、次の利
点、すなわち、供給の安全性に優れていること、製造コ
ストが低いこと、および問題とされている用途に応じ
て、極めて注目すべき費用で、適切な純度のガスを供給
する可能性があることがあるからである。
素)の製造は、世界中において著しく発展して、超低温
法による通常の方法を補足している。これは、次の利
点、すなわち、供給の安全性に優れていること、製造コ
ストが低いこと、および問題とされている用途に応じ
て、極めて注目すべき費用で、適切な純度のガスを供給
する可能性があることがあるからである。
【0003】この原理は、メンブレンの反対側における
部分的差圧の影響下で、浸透側(permeate s
ide)で、最も浸透性の成分に富む低圧混合物が得ら
れ、メンブレンの出口(残留(residue sid
e)または排斥(reject)側とも呼ばれる)で、
供給圧力(流入混合物の圧力)に近い圧力で浸透性の低
い成分に富む混合物が得られる。
部分的差圧の影響下で、浸透側(permeate s
ide)で、最も浸透性の成分に富む低圧混合物が得ら
れ、メンブレンの出口(残留(residue sid
e)または排斥(reject)側とも呼ばれる)で、
供給圧力(流入混合物の圧力)に近い圧力で浸透性の低
い成分に富む混合物が得られる。
【0004】したがって、空気から窒素(しばしば「未
精製」と称されることがある)を製造するために、例え
ば、ポリイミドタイプのような、窒素からの酸素分離特
性(選択性)の良好な半浸透性メンブレンを使用し、酸
素に富む混合物が浸透側に得られる。このメンブレン
は、しばしば「窒素」メンブレンと称される。
精製」と称されることがある)を製造するために、例え
ば、ポリイミドタイプのような、窒素からの酸素分離特
性(選択性)の良好な半浸透性メンブレンを使用し、酸
素に富む混合物が浸透側に得られる。このメンブレン
は、しばしば「窒素」メンブレンと称される。
【0005】水素またはCOの製造に関しては、ある種
の工業からの混合物の回収が頻繁に行なわれており、例
えば、ポリアラミドタイプのような、混合物の他の成分
に対する水素分離特性の良好な半浸透性メンブレンを使
用し、水素に富む混合物が浸透側に、場合によって、炭
化水素またはCOに富んだ混合物が残留側に得られる。
このメンブレンは、しばしば「水素」メンブレンと呼ば
れる。
の工業からの混合物の回収が頻繁に行なわれており、例
えば、ポリアラミドタイプのような、混合物の他の成分
に対する水素分離特性の良好な半浸透性メンブレンを使
用し、水素に富む混合物が浸透側に、場合によって、炭
化水素またはCOに富んだ混合物が残留側に得られる。
このメンブレンは、しばしば「水素」メンブレンと呼ば
れる。
【0006】得られる成果が、温度、メンブレンへの供
給圧力、または浸透側で取り出すことが望まれる成分の
混合物における含有量等のメンブレンの使用条件に非常
に大きく依存することが明らかである。
給圧力、または浸透側で取り出すことが望まれる成分の
混合物における含有量等のメンブレンの使用条件に非常
に大きく依存することが明らかである。
【0007】温度に関しては、メンブレンの操作温度が
上昇すると、メンブレンの浸透性が最大となり、したが
って生産性が増加するが、その選択性(例えば、O2 /
N2)したがって効率が低下することが多いことも知ら
れている。「メンブレンまたはメンブレンモジュールの
温度」という表現は、メンブレンモジュールの外部加熱
システムまたは温度維持(恒温囲い)の時々の補充的介
入によって、通過する流入ガス温度による、メンブレン
またはモジュール内で得られる温度を意味すると理解さ
れることが多い。
上昇すると、メンブレンの浸透性が最大となり、したが
って生産性が増加するが、その選択性(例えば、O2 /
N2)したがって効率が低下することが多いことも知ら
れている。「メンブレンまたはメンブレンモジュールの
温度」という表現は、メンブレンモジュールの外部加熱
システムまたは温度維持(恒温囲い)の時々の補充的介
入によって、通過する流入ガス温度による、メンブレン
またはモジュール内で得られる温度を意味すると理解さ
れることが多い。
【0008】したがって、場合に応じて、所望の水準の
成果を得るには、流入ガスは、数十度加熱されるか、そ
の他の場合にはこのガスは、周囲温度以下、あるいは0
℃以下にまでも冷却される。
成果を得るには、流入ガスは、数十度加熱されるか、そ
の他の場合にはこのガスは、周囲温度以下、あるいは0
℃以下にまでも冷却される。
【0009】空気から窒素を製造する場合には、メンブ
レンの「出力」は、メンブレンの出口(残留)で回収さ
れる、流入混合物中に存在する窒素の割合を表わし、メ
ンブレンのO2 /N2 選択性は、それ自体でメンブレン
を通る酸素と窒素との浸透の割合(浸透性(perme
ability)ともいわれることが多い)を表わす
(選択性=浸透性(O2 )/浸透性(N2 ))ことが想
起される。同様の理論が、ここにおける「水素」メンブ
レンにも適用されるが、水素に富む浸透混合物を回収す
ることが求められるので、抽出出力に関しては、理論を
逆にする必要がある。
レンの「出力」は、メンブレンの出口(残留)で回収さ
れる、流入混合物中に存在する窒素の割合を表わし、メ
ンブレンのO2 /N2 選択性は、それ自体でメンブレン
を通る酸素と窒素との浸透の割合(浸透性(perme
ability)ともいわれることが多い)を表わす
(選択性=浸透性(O2 )/浸透性(N2 ))ことが想
起される。同様の理論が、ここにおける「水素」メンブ
レンにも適用されるが、水素に富む浸透混合物を回収す
ることが求められるので、抽出出力に関しては、理論を
逆にする必要がある。
【0010】メンブレンモジュール内での分離の前に、
流入気相混合物を冷却することは、しばしば、1段のメ
ンブレンにより分離する場合に考察されているが、高純
度のガス(例えば窒素)を製造するために、多段階装置
の場合の2つの分離段階の間においても用いられる(特
に、本出願人によるEPA521,784等に開示され
た研究を参照のこと。) そのような冷却操作は、機械的冷却、超低温液体交換、
またはタービン内での膨脹によって通常行なわれてい
る。
流入気相混合物を冷却することは、しばしば、1段のメ
ンブレンにより分離する場合に考察されているが、高純
度のガス(例えば窒素)を製造するために、多段階装置
の場合の2つの分離段階の間においても用いられる(特
に、本出願人によるEPA521,784等に開示され
た研究を参照のこと。) そのような冷却操作は、機械的冷却、超低温液体交換、
またはタービン内での膨脹によって通常行なわれてい
る。
【0011】USP5,306,331には、メンブレ
ンセパレーター内で分離される流入混合物を冷却するた
めに、液体/ガス二重加熱交換器を用いたより複雑な方
法が提案されている。すなわち、 −第1のカラム内に収容された水の蒸発によって冷却す
るために、セパレーターで製造された露点の低い浸透物
を使用すること、 −流入気相混合物がセパレーターに達する前に、第2の
カラム内でこのガスを冷却するために、そのようにして
冷却された水を使用すること である。
ンセパレーター内で分離される流入混合物を冷却するた
めに、液体/ガス二重加熱交換器を用いたより複雑な方
法が提案されている。すなわち、 −第1のカラム内に収容された水の蒸発によって冷却す
るために、セパレーターで製造された露点の低い浸透物
を使用すること、 −流入気相混合物がセパレーターに達する前に、第2の
カラム内でこのガスを冷却するために、そのようにして
冷却された水を使用すること である。
【0012】この方法は、使用され得る通常の冷却方法
よりも興味ある結果を示すが、その複雑さに関連した疑
いのない欠点を有している。すなわち、2つの充填され
た冷却塔の使用、水の移動(連続的な水の供給を含む)
であり、これは、浸透物から水中へ酸素が溶解するとい
う第1の熱交換における危険性を伴って、この水を循環
するため(汲み上げ)に高いエネルギーを必要とする。
この水は第2の熱交換段階で使用され、流入混合物の過
酸素化を引き起こす。
よりも興味ある結果を示すが、その複雑さに関連した疑
いのない欠点を有している。すなわち、2つの充填され
た冷却塔の使用、水の移動(連続的な水の供給を含む)
であり、これは、浸透物から水中へ酸素が溶解するとい
う第1の熱交換における危険性を伴って、この水を循環
するため(汲み上げ)に高いエネルギーを必要とする。
この水は第2の熱交換段階で使用され、流入混合物の過
酸素化を引き起こす。
【0013】本出願人は、メンブレン分離段階の前にこ
の冷却操作を行なうために、特に有利(その単純さおよ
び経済性のためである)な方法を提供した。この方法に
おいては、非常に乾燥した浸透物中に、メンブレンモジ
ュールから(分離操作が多段階セパレーター内で行なわ
れる場合には、メンブレンモジュールの1つから)水を
導入し、問題の浸透物中のこの水の全てまたは一部の蒸
発を引き起こす(飽和点に対するギャップの存在によ
る)。この吸熱蒸発は、浸透物のエネルギーの一部を
「汲み上げ(pumping)」て、浸透物の温度の低
下を引き起こす。こうして冷却された浸透物の流れは、
少なくとも2つの経路を有するガス交換器を通過し、そ
れが、冷却される気相混合物(この気相混合物は、多段
または単段階分離において分離される流入混合物、また
は多段装置の後続のセパレーターに達する前の1つの分
離段階からの残留混合物である。)と熱交換する。
の冷却操作を行なうために、特に有利(その単純さおよ
び経済性のためである)な方法を提供した。この方法に
おいては、非常に乾燥した浸透物中に、メンブレンモジ
ュールから(分離操作が多段階セパレーター内で行なわ
れる場合には、メンブレンモジュールの1つから)水を
導入し、問題の浸透物中のこの水の全てまたは一部の蒸
発を引き起こす(飽和点に対するギャップの存在によ
る)。この吸熱蒸発は、浸透物のエネルギーの一部を
「汲み上げ(pumping)」て、浸透物の温度の低
下を引き起こす。こうして冷却された浸透物の流れは、
少なくとも2つの経路を有するガス交換器を通過し、そ
れが、冷却される気相混合物(この気相混合物は、多段
または単段階分離において分離される流入混合物、また
は多段装置の後続のセパレーターに達する前の1つの分
離段階からの残留混合物である。)と熱交換する。
【0014】そのような噴霧水による冷却方法が、コン
プレッサーの出口における圧縮された空気を冷却するた
めに用いられるならば(EPA524435に記載され
ているように)、水の蒸発現象、エネルギー消費、およ
びメンブレン分離の技術の間に、非常に好ましい効果的
な相互作用が示され、水での飽和に達する前に、重要な
操作の利益を有する1またはこれ以上の浸透物が製造さ
れる(特に、多段階分離において)。
プレッサーの出口における圧縮された空気を冷却するた
めに用いられるならば(EPA524435に記載され
ているように)、水の蒸発現象、エネルギー消費、およ
びメンブレン分離の技術の間に、非常に好ましい効果的
な相互作用が示され、水での飽和に達する前に、重要な
操作の利益を有する1またはこれ以上の浸透物が製造さ
れる(特に、多段階分離において)。
【0015】一方、この方法は、メンブレン分離のこの
分野で用いられていた上述の通常の方法よりも、操作お
よび費用を比較にならないほど低減し、「低温」源であ
る水は、事実上ほとんど費用がかからない。
分野で用いられていた上述の通常の方法よりも、操作お
よび費用を比較にならないほど低減し、「低温」源であ
る水は、事実上ほとんど費用がかからない。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、流入
気相混合物からガスのメンブレン分離を行なうための改
善された方法を提供することにある。
気相混合物からガスのメンブレン分離を行なうための改
善された方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】各セパレーターの浸透物
出口において、流入気相混合物中の浸透性が最大の成分
に富んだ混合物が製造され、その残留物出口において、
流入気相混合物の浸透性が最小の成分に富んだ混合物が
製造され、上流のセパレーターで製造された残留ガスの
全てまたは一部が、後続のセパレーターに送られる、直
列に配置された1または複数のメンブレンセパレーター
で構成されたアセンブリーを通過させることによって、
流入気相混合物から少なくとも1つのガスをメンブレン
分離する方法は、流入混合物、および上流のセパレータ
ーで製造された残留混合物の少なくとも1つの気相混合
物を、少なくとも2つの経路を有する交換器の第1の経
路を通過させることによって冷却し、少なくとも1つの
セパレーターの浸透物出口で得られた混合物の、交換器
の第2の経路への通過を引き起こし、浸透混合物が前記
交換器に達する前に、この浸透混合物に水の噴霧を行な
うことを特徴とする。
出口において、流入気相混合物中の浸透性が最大の成分
に富んだ混合物が製造され、その残留物出口において、
流入気相混合物の浸透性が最小の成分に富んだ混合物が
製造され、上流のセパレーターで製造された残留ガスの
全てまたは一部が、後続のセパレーターに送られる、直
列に配置された1または複数のメンブレンセパレーター
で構成されたアセンブリーを通過させることによって、
流入気相混合物から少なくとも1つのガスをメンブレン
分離する方法は、流入混合物、および上流のセパレータ
ーで製造された残留混合物の少なくとも1つの気相混合
物を、少なくとも2つの経路を有する交換器の第1の経
路を通過させることによって冷却し、少なくとも1つの
セパレーターの浸透物出口で得られた混合物の、交換器
の第2の経路への通過を引き起こし、浸透混合物が前記
交換器に達する前に、この浸透混合物に水の噴霧を行な
うことを特徴とする。
【0018】前述の説明から明らかとなったように、本
発明の1つの態様によれば、分離操作は1段階の分離で
行なわれ、それゆえ、アセンブリーは、単一のセパレー
ターのみを有する。したがって、流入混合物は、交換器
の経路の1つを通過し、セパレーターで製造された浸透
混合物は、交換器のもう1つの経路を通過する。この浸
透混合物は、交換器に達する前に水が噴霧される。
発明の1つの態様によれば、分離操作は1段階の分離で
行なわれ、それゆえ、アセンブリーは、単一のセパレー
ターのみを有する。したがって、流入混合物は、交換器
の経路の1つを通過し、セパレーターで製造された浸透
混合物は、交換器のもう1つの経路を通過する。この浸
透混合物は、交換器に達する前に水が噴霧される。
【0019】本発明のもう1つの態様によれば、分離操
作は、多段階分離で行なわれ、アセンブリーは、直列に
配置された少なくとも2つのメンブレンセパレーターを
有し、メンブレンセパレーターからの残留混合物の全て
または一部は、それらに直列に配置された後続のセパレ
ーターを通過する。アセンブリーに流入された混合物ま
たは2つのセパレーターの間を移動する残留物の1つ
は、交換器の一方の経路を通過し、交換器の他方の経路
を、少なくとも1つのセパレーターによって製造された
浸透混合物が通過する。この浸透混合物は、交換器に達
する前に噴霧水が導入される。
作は、多段階分離で行なわれ、アセンブリーは、直列に
配置された少なくとも2つのメンブレンセパレーターを
有し、メンブレンセパレーターからの残留混合物の全て
または一部は、それらに直列に配置された後続のセパレ
ーターを通過する。アセンブリーに流入された混合物ま
たは2つのセパレーターの間を移動する残留物の1つ
は、交換器の一方の経路を通過し、交換器の他方の経路
を、少なくとも1つのセパレーターによって製造された
浸透混合物が通過する。この浸透混合物は、交換器に達
する前に噴霧水が導入される。
【0020】本発明の1つの態様によれば、アセンブリ
ーは2つのメンブレンセパレーターを有し、第1のメン
ブレンセパレーターは第1の操作温度で作動し、第2の
メンブレンセパレーターは、第2の操作温度で作動す
る。第1の操作温度は、第2の操作温度より少なくとも
20℃、好ましくは少なくとも40℃高い。
ーは2つのメンブレンセパレーターを有し、第1のメン
ブレンセパレーターは第1の操作温度で作動し、第2の
メンブレンセパレーターは、第2の操作温度で作動す
る。第1の操作温度は、第2の操作温度より少なくとも
20℃、好ましくは少なくとも40℃高い。
【0021】場合によっては、交換器内におけるガスの
移動は、向流または並流で行なうことができる。
移動は、向流または並流で行なうことができる。
【0022】例えば、残留酸素含有物を含む窒素を、流
入混合物である酸素から製造するため、または製油所等
からのある種の工業から流入した気相媒体から水素また
はCOを分離するためのいずれの場合も、上述のよう
に、本発明のメンブレン分離プロセスは、所望の目的に
応じて種々の流入混合物に適用することができる。
入混合物である酸素から製造するため、または製油所等
からのある種の工業から流入した気相媒体から水素また
はCOを分離するためのいずれの場合も、上述のよう
に、本発明のメンブレン分離プロセスは、所望の目的に
応じて種々の流入混合物に適用することができる。
【0023】本発明の1つの好ましい態様によれば、交
換器の第2の経路内で循環される浸透物混合物は、底部
から頂部へ垂直に移動する。
換器の第2の経路内で循環される浸透物混合物は、底部
から頂部へ垂直に移動する。
【0024】この場合、交換器の第1の経路内で冷却さ
れるガス(流入混合物または残留混合物)の移動は、好
ましくは向流であり、それゆえ頂部から底部へである。
れるガス(流入混合物または残留混合物)の移動は、好
ましくは向流であり、それゆえ頂部から底部へである。
【0025】さらに、交換器出口での冷却される気相混
合物の温度に応じて、浸透混合物への水の導入流量を規
制することは、可能であり都合よい。
合物の温度に応じて、浸透混合物への水の導入流量を規
制することは、可能であり都合よい。
【0026】また、本発明は、上述の方法を実施するの
に適切な、ガスのメンブレン分離装置に係り、この装置
は、 a)1またはそれ以上の直列に配置されたメンブレンセ
パレーターを有する分離アセンブリーに接続された流入
ガス源; b)少なくとも2つの経路を有する交換器; c)セパレーターの少なくとも1つの浸透物出口を、交
換器の経路の入り口の1つに接続するためのガスライ
ン;および d)このガスラインに噴霧水を導入するための手段 を具備する。
に適切な、ガスのメンブレン分離装置に係り、この装置
は、 a)1またはそれ以上の直列に配置されたメンブレンセ
パレーターを有する分離アセンブリーに接続された流入
ガス源; b)少なくとも2つの経路を有する交換器; c)セパレーターの少なくとも1つの浸透物出口を、交
換器の経路の入り口の1つに接続するためのガスライ
ン;および d)このガスラインに噴霧水を導入するための手段 を具備する。
【0027】本発明の好ましい態様の1つによれば、そ
の入り口がガスラインに接続された交換器の経路は垂直
であり、ガスラインは、経路の低い位置に接続される。
の入り口がガスラインに接続された交換器の経路は垂直
であり、ガスラインは、経路の低い位置に接続される。
【0028】本発明によれば、“メンブレンセパレータ
ー”は、半浸透メンブレンまたはメンブレンモジュール
を意味するが、場合によっては、セパレーターに流入す
る混合物よりも抽出が望まれるガスの分離のために優れ
た特性を有し、平行に取り付けられた幾つかの半浸透メ
ンブレンのアセンブリーを意味する。
ー”は、半浸透メンブレンまたはメンブレンモジュール
を意味するが、場合によっては、セパレーターに流入す
る混合物よりも抽出が望まれるガスの分離のために優れ
た特性を有し、平行に取り付けられた幾つかの半浸透メ
ンブレンのアセンブリーを意味する。
【0029】こうして、例えば、空気の流入混合物から
酸素を分離するためには、ポリイミドタイプのメンブレ
ンの特性を使用することができ、製油所からの流入混合
物から水素を分離するためには、ポリアラミドタイプの
メンブレンの特性を使用することができる。
酸素を分離するためには、ポリイミドタイプのメンブレ
ンの特性を使用することができ、製油所からの流入混合
物から水素を分離するためには、ポリアラミドタイプの
メンブレンの特性を使用することができる。
【0030】本発明において「操作温度(operat
ing temperature)」は、本明細書で上
述した概念を意味する。
ing temperature)」は、本明細書で上
述した概念を意味する。
【0031】当業者に明らかなように、上述の全ての場
合において、流入混合物は、第1の分離段階に達する前
に、メンブレン分離、調節のこの分野のための通常の操
作を経て、脱油、濾過、乾燥、または混合物の所望の温
度を与えるなどの操作を行なうことができる。
合において、流入混合物は、第1の分離段階に達する前
に、メンブレン分離、調節のこの分野のための通常の操
作を経て、脱油、濾過、乾燥、または混合物の所望の温
度を与えるなどの操作を行なうことができる。
【0032】本発明のその他の特徴および利点は、添付
の図面を参照した例示のために与えられた以下の態様の
説明によって明らかになるであろう。しかしながら、以
下の例に限定されるものではない。
の図面を参照した例示のために与えられた以下の態様の
説明によって明らかになるであろう。しかしながら、以
下の例に限定されるものではない。
【0033】
【発明の実施の形態】図1に示されるように、流入混合
物1が供給される第1のメンブレンセパレーター2が設
けられている。混合物物がセパレーター2に達する前の
空気コンプレッサー、および調節段階(乾燥、濾過、脱
油、またはガスを所望の温度まで高める等の工程を含
む)は、図示されていない。
物1が供給される第1のメンブレンセパレーター2が設
けられている。混合物物がセパレーター2に達する前の
空気コンプレッサー、および調節段階(乾燥、濾過、脱
油、またはガスを所望の温度まで高める等の工程を含
む)は、図示されていない。
【0034】セパレーター2は、浸透物製造側で気相混
合物4を生じ、残留物側では気相混合物5を生じる。図
示された例においては、気相混合物5は全て第2のセパ
レーター3の入り口に向けられ、この第2のセパレータ
ーの浸透物製造側で気相混合物6を生じ、残留物側では
気相混合物7を生じる。
合物4を生じ、残留物側では気相混合物5を生じる。図
示された例においては、気相混合物5は全て第2のセパ
レーター3の入り口に向けられ、この第2のセパレータ
ーの浸透物製造側で気相混合物6を生じ、残留物側では
気相混合物7を生じる。
【0035】図1には、流入混合物1としての空気か
ら、気相混合物7としての高純度窒素を製造することが
望まれる場合に、本発明の方法を実施するために適切な
装置を示している。図示した例における2つのセパレー
ター2および3は、同一のタイプであり、例えば、ポリ
イミド製である。セパレーター2の操作温度は、第2の
セパレーター3の操作温度よりも実質的に高い。
ら、気相混合物7としての高純度窒素を製造することが
望まれる場合に、本発明の方法を実施するために適切な
装置を示している。図示した例における2つのセパレー
ター2および3は、同一のタイプであり、例えば、ポリ
イミド製である。セパレーター2の操作温度は、第2の
セパレーター3の操作温度よりも実質的に高い。
【0036】第2のセパレーターの浸透側で得られた気
相混合物6(この場合は、酸素に富んでいる)は、セパ
レーター2の入り口に戻され、好ましくは、交換器8の
経路の1つを通して空気コンプレッサーの上流に戻され
る。
相混合物6(この場合は、酸素に富んでいる)は、セパ
レーター2の入り口に戻され、好ましくは、交換器8の
経路の1つを通して空気コンプレッサーの上流に戻され
る。
【0037】浸透物6が交換器に達する前に、噴霧水1
0がこの中に導入される。セパレーター3からの非常に
乾燥した浸透物に導入された水は、その後、完全にまた
は部分的に蒸発し(場合によっては、蒸発は交換器中で
継続する)、浸透物6の冷却をもたらす。それは、交換
器のもう1つの経路内を移動する残留混合物5(窒素に
富んでいる)と、交換器8内で熱交換される。
0がこの中に導入される。セパレーター3からの非常に
乾燥した浸透物に導入された水は、その後、完全にまた
は部分的に蒸発し(場合によっては、蒸発は交換器中で
継続する)、浸透物6の冷却をもたらす。それは、交換
器のもう1つの経路内を移動する残留混合物5(窒素に
富んでいる)と、交換器8内で熱交換される。
【0038】図2は、単一のメンブレンセパレーター1
5を有する場合を示し、このセパレーターには、アセン
ブリー11(例えば、圧縮および調節のため)からの例
えば空気等の流入混合物12が、2つの経路を有する交
換器を通った後に達し、交換器の他の経路は水10の導
入によって冷却された浸透混合物17を受けとる。冷却
された浸透混合物は、外部に放出される前、または過酸
素化された混合物が必要とされるユーザーステーション
で使用される前に、交換器13内で冷熱を与える。
5を有する場合を示し、このセパレーターには、アセン
ブリー11(例えば、圧縮および調節のため)からの例
えば空気等の流入混合物12が、2つの経路を有する交
換器を通った後に達し、交換器の他の経路は水10の導
入によって冷却された浸透混合物17を受けとる。冷却
された浸透混合物は、外部に放出される前、または過酸
素化された混合物が必要とされるユーザーステーション
で使用される前に、交換器13内で冷熱を与える。
【0039】図3は、本発明の方法を実施するためのも
う1つの単一段階装置を示し、この装置は、垂直輸送の
ための交換器形状を有している。
う1つの単一段階装置を示し、この装置は、垂直輸送の
ための交換器形状を有している。
【0040】アセンブリー11からの調節された流入混
合物12は、交換器13の第1の経路を通り、交換器の
他の経路は、噴霧水10の導入により冷却された浸透混
合物17を受け取る。水の導入は、ライン17/21内
で行なわれ、ライン21は、“ストラージ”またはバッ
ファーと呼ばれる拡大された管18によって、セパレー
ター15の浸透物出口を、交換器の第2の経路の入り口
に接続する。
合物12は、交換器13の第1の経路を通り、交換器の
他の経路は、噴霧水10の導入により冷却された浸透混
合物17を受け取る。水の導入は、ライン17/21内
で行なわれ、ライン21は、“ストラージ”またはバッ
ファーと呼ばれる拡大された管18によって、セパレー
ター15の浸透物出口を、交換器の第2の経路の入り口
に接続する。
【0041】このように冷却された浸透混合物は、交換
器の第2の経路に達し、そこで冷熱を与える。その後、
ライン部20によって離れて、外部に放出、または過酸
化混合物が必要とされるユーザーステーション内で使用
される。
器の第2の経路に達し、そこで冷熱を与える。その後、
ライン部20によって離れて、外部に放出、または過酸
化混合物が必要とされるユーザーステーション内で使用
される。
【0042】上述のように、セパレーター15からの非
常に乾燥した浸透物に導入された水は、完全にまたは部
分的に蒸発し、場合によっては、蒸発は交換器13内で
も継続する。
常に乾燥した浸透物に導入された水は、完全にまたは部
分的に蒸発し、場合によっては、蒸発は交換器13内で
も継続する。
【0043】図示された態様において、交換器の出口で
得られる流入混合物は、セパレーター15に達する前
に、加熱をともなう水濾過ユニット(例えば、コアレッ
セントフィルタータイプ)内で予備処理される。この段
階の加熱は、例えば、「暖かい」流入混合物12との熱
交換によって行ない得ることに注目される。
得られる流入混合物は、セパレーター15に達する前
に、加熱をともなう水濾過ユニット(例えば、コアレッ
セントフィルタータイプ)内で予備処理される。この段
階の加熱は、例えば、「暖かい」流入混合物12との熱
交換によって行ない得ることに注目される。
【0044】図3は、本発明の好ましい態様を示し、こ
の態様においては、流入混合物12と浸透混合物17と
の間の熱交換が、交換器13内での垂直形状による向流
で行なわれる。浸透混合物17は、交換器内の底部から
頂部へ輸送される。
の態様においては、流入混合物12と浸透混合物17と
の間の熱交換が、交換器13内での垂直形状による向流
で行なわれる。浸透混合物17は、交換器内の底部から
頂部へ輸送される。
【0045】図3に関して説明した装置では、ポリイミ
ドタイプの5つのモジュールを含むセパレーター15で
のメンブレン分離(1モジュール当り130m2 の分離
表面を与える)に供する前に、約151Nm3 /hの空
気の流れを23℃まで冷却して、0.5%の残留酸素を
含有する窒素の残留物が、約44Nm3 /hの流量で得
られる。
ドタイプの5つのモジュールを含むセパレーター15で
のメンブレン分離(1モジュール当り130m2 の分離
表面を与える)に供する前に、約151Nm3 /hの空
気の流れを23℃まで冷却して、0.5%の残留酸素を
含有する窒素の残留物が、約44Nm3 /hの流量で得
られる。
【0046】ストラージ18における噴霧水18の導入
は、空気圧ノズルの作用によって行なわれる(4リット
ル/hのオーダーの流量を水の導入を伴う。) この例の異なる段階で得られた混合物の特性は、以下の
とおりである。すなわち、 流入空気12: −流量:約151Nm3 /h −温度:約40℃ −圧力:約12.2バール(絶対) −相対湿度:100% 交換器13の出口で得られる流入空気: −温度:約19℃ −圧力:約12.1バール(絶対) −相対湿度:100% 濾過/加熱のためのシステム19の出口で得られる流入
空気: −温度:約23℃ −圧力:約11.9バール(絶対) −相対湿度:<80% 浸透物出口で得られる浸透混合物17: −流量:約108Nm3 /h −温度:約23℃ −圧力:約1.05バール(絶対) −相対湿度:<10% ストラージ18の出口における浸透混合物 −温度:約10℃ −相対湿度:100%+水滴 交換器の出口20における浸透混合物 −温度:約26.5℃ −圧力:約1バール(絶対) −相対湿度:約51.5% この操作の例は、本発明を用いることによって、次のよ
うな事実が得られることを示している。すなわち、流入
空気混合物12がメンブレン分離に供される前に、この
混合物12を効果的かつ確実に冷却することができ、温
度制御の目的は、システムの全ての潜在的な可能性によ
って、非常に精度よく達成される。
は、空気圧ノズルの作用によって行なわれる(4リット
ル/hのオーダーの流量を水の導入を伴う。) この例の異なる段階で得られた混合物の特性は、以下の
とおりである。すなわち、 流入空気12: −流量:約151Nm3 /h −温度:約40℃ −圧力:約12.2バール(絶対) −相対湿度:100% 交換器13の出口で得られる流入空気: −温度:約19℃ −圧力:約12.1バール(絶対) −相対湿度:100% 濾過/加熱のためのシステム19の出口で得られる流入
空気: −温度:約23℃ −圧力:約11.9バール(絶対) −相対湿度:<80% 浸透物出口で得られる浸透混合物17: −流量:約108Nm3 /h −温度:約23℃ −圧力:約1.05バール(絶対) −相対湿度:<10% ストラージ18の出口における浸透混合物 −温度:約10℃ −相対湿度:100%+水滴 交換器の出口20における浸透混合物 −温度:約26.5℃ −圧力:約1バール(絶対) −相対湿度:約51.5% この操作の例は、本発明を用いることによって、次のよ
うな事実が得られることを示している。すなわち、流入
空気混合物12がメンブレン分離に供される前に、この
混合物12を効果的かつ確実に冷却することができ、温
度制御の目的は、システムの全ての潜在的な可能性によ
って、非常に精度よく達成される。
【0047】メンブレン分離の分野において通常用いら
れている冷却方法と比較して、本発明の方法は、減圧下
でのカラムまたはその他の汲み上げ手段(上述のUSA
5,306,331において使用されているような)等
の複雑な手段を使用することなしに、経済的なバランス
と、操作の簡便さおよび融通性(使用される水の量は非
常に少ない)とを与える。これらは、いずれも望ましい
ものであり、それによって、投資や信頼性の点で特に好
ましい成果が得られる。
れている冷却方法と比較して、本発明の方法は、減圧下
でのカラムまたはその他の汲み上げ手段(上述のUSA
5,306,331において使用されているような)等
の複雑な手段を使用することなしに、経済的なバランス
と、操作の簡便さおよび融通性(使用される水の量は非
常に少ない)とを与える。これらは、いずれも望ましい
ものであり、それによって、投資や信頼性の点で特に好
ましい成果が得られる。
【0048】
【発明の効果】特定の具体例について本発明を説明した
が、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明
の特許請求の範囲の記載から当業者に明らな変更および
修正は可能である。
が、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明
の特許請求の範囲の記載から当業者に明らな変更および
修正は可能である。
【図1】流入混合物としての空気から、高純度窒素を得
るための本発明の方法を実施するための2段階装置の模
式図。
るための本発明の方法を実施するための2段階装置の模
式図。
【図2】本発明の方法を実施するための単段階装置を示
す模式図。
す模式図。
【図3】垂直輸送のための交換器の形状を有する、本発
明の方法を実施するためのもう1つの単段階操作のより
詳細な図。
明の方法を実施するためのもう1つの単段階操作のより
詳細な図。
1…流入混合物,2…第1のメンブレンセパレーター 3…第2のメンブレンセパレーター,4…気相混合物,
5…残留混合物 6…気相混合物,7…気相混合物,8…交換器,10…
噴霧水 11…圧縮・調節アセンブリー,12…流入混合物,1
3…交換器 14…気相混合物,15…メンブレンセパレーター,1
6…気相混合物 17…浸透混合物,18…ストラージ,19…濾過/加
熱システム 20…ライン,21…ライン。
5…残留混合物 6…気相混合物,7…気相混合物,8…交換器,10…
噴霧水 11…圧縮・調節アセンブリー,12…流入混合物,1
3…交換器 14…気相混合物,15…メンブレンセパレーター,1
6…気相混合物 17…浸透混合物,18…ストラージ,19…濾過/加
熱システム 20…ライン,21…ライン。
Claims (8)
- 【請求項1】 各セパレーターの浸透物出口において、
流入気相混合物中の浸透性が最大の成分に富んだ混合物
が製造され、その残留物出口において、流入気相混合物
の浸透性が最小の成分に富んだ混合物が製造され、上流
のセパレーターで製造された残留ガスの全てまたは一部
が、後続のセパレーターに送られる、直列に配置された
1または複数のメンブレンセパレーターで構成されたア
センブリーを通過させることによって、流入気相混合物
から少なくとも1つのガスをメンブレン分離する方法で
あって、 流入混合物、および上流のセパレーターで製造された残
留混合物の少なくとも1つの気相混合物を、少なくとも
2つの経路を有する交換器の第1の経路を通過させるこ
とによって冷却し、少なくとも1つのセパレーターの浸
透物出口で得られた混合物の、交換器の第2の経路への
通過を引き起こし、浸透混合物が前記交換器に達する前
に、この浸透混合物に水の噴霧を行なうことを特徴とす
る分離方法。 - 【請求項2】 前記アセンブリーが、直接に配置された
2つのメンブレンセパレーターを有し、第1のメンブレ
ンセパレーターは第1の操作温度で作動し、第2のメン
ブレンセパレーターは第2の操作温度で作動し、前記第
1の温度は、第2の温度よりも少なくとも20℃、好ま
しくは少なくとも40℃高い請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記浸透混合物が、交換器の第2の経路
内で底部から頂部まで垂直に移動する請求項1または2
に記載の方法。 - 【請求項4】 冷却される気相混合物の交換器の第1の
経路内における移動が、頂部から底部までの向流である
請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 前記浸透混合物に導入される水の流量
が、交換器の第1の経路の出口での、冷却される気相混
合物の温度にしたがって調節される請求項1ないし5の
いずれか1項に記載の方法。 - 【請求項6】 前記流入混合物が空気である請求項1な
いし4のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項7】 a)1またはそれ以上の直列に配置され
たメンブレンセパレーターを有する分離アセンブリーに
接続された流入ガス源; b)少なくとも2つの経路を有する交換器; c)セパレーターの少なくとも1つの浸透物出口を、交
換器の経路の入り口の1つに接続するためのガスライ
ン;および d)このガスラインに噴霧水を導入するための手段 を具備し、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の方
法を行なうためのガスのメンブレン分離装置。 - 【請求項8】 その入り口が前記ガスラインに接続され
た経路が、垂直であり、ガスラインは経路の低い位置に
接続されている請求項7に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9410851A FR2724327B1 (fr) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | Procede de separation membranaire par cascade de membranes de selectivites differentes |
FR9410851 | 1994-09-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08198606A true JPH08198606A (ja) | 1996-08-06 |
Family
ID=9466851
Family Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7232796A Pending JPH08198606A (ja) | 1994-09-12 | 1995-09-11 | ガスのメンブレン分離のための方法および装置 |
JP7232794A Pending JPH08196853A (ja) | 1994-09-12 | 1995-09-11 | 異なる選択性を有するメンブレンのカスケードによって高純度ガスを製造するための方法および装置 |
JP7232795A Pending JPH08173749A (ja) | 1994-09-12 | 1995-09-11 | 選択性が増加する膜のカスケードによる水素の膜分離方法 |
Family Applications After (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7232794A Pending JPH08196853A (ja) | 1994-09-12 | 1995-09-11 | 異なる選択性を有するメンブレンのカスケードによって高純度ガスを製造するための方法および装置 |
JP7232795A Pending JPH08173749A (ja) | 1994-09-12 | 1995-09-11 | 選択性が増加する膜のカスケードによる水素の膜分離方法 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5538536A (ja) |
EP (3) | EP0700710B1 (ja) |
JP (3) | JPH08198606A (ja) |
CN (3) | CN1130096A (ja) |
CA (3) | CA2157990A1 (ja) |
DE (3) | DE69525004D1 (ja) |
ES (1) | ES2143020T3 (ja) |
FR (1) | FR2724327B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101483734B1 (ko) * | 2013-06-27 | 2015-01-21 | 한국에너지기술연구원 | 혼합가스 분리방법 및 분리장치 |
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US5785741A (en) | 1995-07-17 | 1998-07-28 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges, Claude | Process and system for separation and recovery of perfluorocompound gases |
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