JPH0125612B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0125612B2 JPH0125612B2 JP55132516A JP13251680A JPH0125612B2 JP H0125612 B2 JPH0125612 B2 JP H0125612B2 JP 55132516 A JP55132516 A JP 55132516A JP 13251680 A JP13251680 A JP 13251680A JP H0125612 B2 JPH0125612 B2 JP H0125612B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tube
- gas
- permeable membrane
- porous
- membrane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は機械的強度を補強した多孔性物質の膜
よりなる混合ガスの透過による分離器に関する。
よりなる混合ガスの透過による分離器に関する。
透過膜によるガス分離器に用いられる膜には大
別して非多孔質高分子膜と多孔質ガラス、アルミ
ナ、多孔質炭素等の多孔質膜とがある。非多孔質
高分子膜はこれを用いた場合かなり純度の高い製
品が得られるため工業的ガス分離用として実用化
されているが、多孔質膜に比して透過係数が非常
に小さいため大きな透過面積が要求され、微細な
中空繊維を束ねた型式の分離器が開発されてい
る。しかし高分子膜は耐熱性が低く200℃以上の
温度では使用に耐えないので、高温度の反応系と
組合せて使用するためには冷却、再加熱工程を必
要としこの工程に多額の費用を要する。また極細
の中空繊維等はガス中に含まれる粉塵、タール分
等により目詰まり、劣化を起し易くこれらを除去
するための精製工程が必要でその為にも多額の費
用を要する欠点がある。
別して非多孔質高分子膜と多孔質ガラス、アルミ
ナ、多孔質炭素等の多孔質膜とがある。非多孔質
高分子膜はこれを用いた場合かなり純度の高い製
品が得られるため工業的ガス分離用として実用化
されているが、多孔質膜に比して透過係数が非常
に小さいため大きな透過面積が要求され、微細な
中空繊維を束ねた型式の分離器が開発されてい
る。しかし高分子膜は耐熱性が低く200℃以上の
温度では使用に耐えないので、高温度の反応系と
組合せて使用するためには冷却、再加熱工程を必
要としこの工程に多額の費用を要する。また極細
の中空繊維等はガス中に含まれる粉塵、タール分
等により目詰まり、劣化を起し易くこれらを除去
するための精製工程が必要でその為にも多額の費
用を要する欠点がある。
一方セラミツクス膜によつて代表される多孔質
膜はその物性上特定の用途に対しては工業的ガス
分離用として可成り有望である。即ち、多孔質膜
の分離機構は主としてKnudsenの理論に基き、ガ
スの平均自由工程よりはるかに小さい孔をガスが
通過するとき、２つのガス成分の分離係数αは次
式のように各成分の分子量m1，m2の比の平方根
で表わされ、 この程度の分離係数では各成分ガスをを一回の
分離操作によつて高純度に精製することは出来な
いが単位面積当りの透過量が大きくまた一般に耐
熱性の材料であるため、低純度の製品を得る場合
または混合ガスの組成を調整する場合等について
はこの多孔質膜を用いた比較的小型の装置で目的
を達成し得、且つ高温反応ガスを常温まで冷却す
ることなく高温度のまま分離器に導入できるので
設備費、エネルギー費の両面で経済的である。こ
の様な場合の具体的例としては重質油、石炭など
の部分酸化により発生した水素と一酸化炭素との
混合ガスを化学合成に利用するためにその混合比
率をその合成反応に応じて調整する場合、高温に
於て水素を他のガスから分離する場合等である。
多孔質膜によるガス分離はこの様な場合には目的
に適した方法であるが、一般に膜材料は機械的強
度に於て信頼できるものが少なく実装置化が困難
であつた。例えば多孔質膜としての多孔質炭素な
どは脆く機械的強度の点で劣るため、数十気圧の
高圧ガスを大きな圧力差をかけて分離するような
厳しい条件の工業装置には使用できなかつた。本
発明はこれらの点に鑑み上記の様な多孔質膜の両
面を金属板で補強して機械的強度を備えた多孔質
膜を構成素子とすることにより高圧下でのガス分
離を可能にした膜透過によるガス分離器に関する
ものである。以下本発明を図に従い詳細説明す
る。
膜はその物性上特定の用途に対しては工業的ガス
分離用として可成り有望である。即ち、多孔質膜
の分離機構は主としてKnudsenの理論に基き、ガ
スの平均自由工程よりはるかに小さい孔をガスが
通過するとき、２つのガス成分の分離係数αは次
式のように各成分の分子量m1，m2の比の平方根
で表わされ、 この程度の分離係数では各成分ガスをを一回の
分離操作によつて高純度に精製することは出来な
いが単位面積当りの透過量が大きくまた一般に耐
熱性の材料であるため、低純度の製品を得る場合
または混合ガスの組成を調整する場合等について
はこの多孔質膜を用いた比較的小型の装置で目的
を達成し得、且つ高温反応ガスを常温まで冷却す
ることなく高温度のまま分離器に導入できるので
設備費、エネルギー費の両面で経済的である。こ
の様な場合の具体的例としては重質油、石炭など
の部分酸化により発生した水素と一酸化炭素との
混合ガスを化学合成に利用するためにその混合比
率をその合成反応に応じて調整する場合、高温に
於て水素を他のガスから分離する場合等である。
多孔質膜によるガス分離はこの様な場合には目的
に適した方法であるが、一般に膜材料は機械的強
度に於て信頼できるものが少なく実装置化が困難
であつた。例えば多孔質膜としての多孔質炭素な
どは脆く機械的強度の点で劣るため、数十気圧の
高圧ガスを大きな圧力差をかけて分離するような
厳しい条件の工業装置には使用できなかつた。本
発明はこれらの点に鑑み上記の様な多孔質膜の両
面を金属板で補強して機械的強度を備えた多孔質
膜を構成素子とすることにより高圧下でのガス分
離を可能にした膜透過によるガス分離器に関する
ものである。以下本発明を図に従い詳細説明す
る。
第１図は本発明による膜透過式ガス分離器の一
実施例の縦断面図、第２図は第１図の―部の
横断面図、第３図は透過膜素子の縦断面図であ
る。第１図に於て、１は透過膜素子であり、該透
過膜素子１が複数本集つて該図に示した如く平行
に且つその横断面は第２図の如く配置されて透過
膜素子群２を構成している。透過膜素子１は管壁
に多数の小孔３ａを有する金属製の外管３と、同
様に管壁に多数の小孔４ａを有する金属製の内管
４とを夫々の両端部に環５を介して同心円状に組
立て該外管３と内管４との間隙に多孔質膜６を充
填し前記環５と外管３と接触面７および内管４と
の接触面８はろう付け等により封着して構成す
る。上記多孔質膜６として用いられる多孔性物質
は多孔質炭素等で、その孔の径は一般に100Å乃
至200Å程度である。この炭素系多孔質膜として
は例えば予め上記間隙に微粉炭と粘結剤とを混合
したものを充填しておき、組立て後加熱焼結して
製造する。これら多孔質膜は前記の如く特定の場
合のガス分離の目的には適しているが、いづれも
機械的強度が小さい。従つてこれを補強するため
に該多孔質膜６を両面よりサンドウイツチ状には
さむ外管３および内管４は機械的強度が大きく且
つ耐蝕性の大きいステンレススチール等が望まし
い。
実施例の縦断面図、第２図は第１図の―部の
横断面図、第３図は透過膜素子の縦断面図であ
る。第１図に於て、１は透過膜素子であり、該透
過膜素子１が複数本集つて該図に示した如く平行
に且つその横断面は第２図の如く配置されて透過
膜素子群２を構成している。透過膜素子１は管壁
に多数の小孔３ａを有する金属製の外管３と、同
様に管壁に多数の小孔４ａを有する金属製の内管
４とを夫々の両端部に環５を介して同心円状に組
立て該外管３と内管４との間隙に多孔質膜６を充
填し前記環５と外管３と接触面７および内管４と
の接触面８はろう付け等により封着して構成す
る。上記多孔質膜６として用いられる多孔性物質
は多孔質炭素等で、その孔の径は一般に100Å乃
至200Å程度である。この炭素系多孔質膜として
は例えば予め上記間隙に微粉炭と粘結剤とを混合
したものを充填しておき、組立て後加熱焼結して
製造する。これら多孔質膜は前記の如く特定の場
合のガス分離の目的には適しているが、いづれも
機械的強度が小さい。従つてこれを補強するため
に該多孔質膜６を両面よりサンドウイツチ状には
さむ外管３および内管４は機械的強度が大きく且
つ耐蝕性の大きいステンレススチール等が望まし
い。
外管３および内管４の径、長さ、板厚、小孔３
ａおよび４ａの径、数、配置、また多孔質膜６の
種類、厚さ等の諸元は分離対象である混合ガスの
種類および与えられる条件により任意に選択す
る。次にこの様に構成された透過膜素子１を複数
本平行に配置した透過膜素子群２は胴９内に収容
される。更に透過膜素子群２の下端および上端を
夫々管板１０ａおよび１０ｂに第３図に示す如く
取付け該管板１０ａおよび１０ｂに明けた外管３
の外径とほぼ同径の孔と外管３との接触面１１ａ
および１１ｂはろう付等により溶着する。同様に
胴９の上端部および下端部も管板１０ａおよび１
０ｂにろう付け又は溶接により固着する。管板１
０ａおよび１０ｂにはガスの出入口１２ａおよび
１２ｂを有する鏡板１３ａおよび１３ｂを取付け
る。管板１０ａと鏡板１３ａおよび管板１０ｂと
鏡板１３ｂとの固着はフランジ部１４ａ，１４ｂ
をパツキンを介してボルト・ナツトにより行な
う。なお前記胴９にはその上部および下部にガス
の出口管１５ａ，１５ｂを取り付ける。胴９、管
板１０ａ，１０ｂ、鏡板１３ａ，１３ｂおよびガ
スの出入口管１２ａ，１２ｂ，１５ａ，１５ｂに
はいづれも機械的強度が大きく耐蝕性のステンレ
ススチールを使用する。
ａおよび４ａの径、数、配置、また多孔質膜６の
種類、厚さ等の諸元は分離対象である混合ガスの
種類および与えられる条件により任意に選択す
る。次にこの様に構成された透過膜素子１を複数
本平行に配置した透過膜素子群２は胴９内に収容
される。更に透過膜素子群２の下端および上端を
夫々管板１０ａおよび１０ｂに第３図に示す如く
取付け該管板１０ａおよび１０ｂに明けた外管３
の外径とほぼ同径の孔と外管３との接触面１１ａ
および１１ｂはろう付等により溶着する。同様に
胴９の上端部および下端部も管板１０ａおよび１
０ｂにろう付け又は溶接により固着する。管板１
０ａおよび１０ｂにはガスの出入口１２ａおよび
１２ｂを有する鏡板１３ａおよび１３ｂを取付け
る。管板１０ａと鏡板１３ａおよび管板１０ｂと
鏡板１３ｂとの固着はフランジ部１４ａ，１４ｂ
をパツキンを介してボルト・ナツトにより行な
う。なお前記胴９にはその上部および下部にガス
の出口管１５ａ，１５ｂを取り付ける。胴９、管
板１０ａ，１０ｂ、鏡板１３ａ，１３ｂおよびガ
スの出入口管１２ａ，１２ｂ，１５ａ，１５ｂに
はいづれも機械的強度が大きく耐蝕性のステンレ
ススチールを使用する。
本発明による膜透過式ガス分離器の構成は以上
の如くであるが、次にこのガス分離器の実施例を
その運転例と共に説明する。まず透過膜素子１の
諸元は次の通りである。外管３の内径26mm、内管
４の外径20mm、各々の長さは3000mm、外管３、内
管４共に板厚２mmのステンレススチールであり、
共に直径１mmの小孔を0.7ケ／cm2の割合で等間隔
に明けた。多孔質膜は厚さ３mmの炭素系多孔質膜
で、予め微粉炭に結合剤としてタールピツチを加
えて練つたものを外管３と内管４との間隙に詰め
た後、約800℃に加熱して焼結した。この様な透
過膜素子１を1500本、断面積15000cm2の胴９に収
納し透過膜素子群２を構成した。また胴９、管板
１０ａ，１０ｂ、鏡板１３ａ，１３ｂ等はいづれ
もステンレススチールを使用した。
の如くであるが、次にこのガス分離器の実施例を
その運転例と共に説明する。まず透過膜素子１の
諸元は次の通りである。外管３の内径26mm、内管
４の外径20mm、各々の長さは3000mm、外管３、内
管４共に板厚２mmのステンレススチールであり、
共に直径１mmの小孔を0.7ケ／cm2の割合で等間隔
に明けた。多孔質膜は厚さ３mmの炭素系多孔質膜
で、予め微粉炭に結合剤としてタールピツチを加
えて練つたものを外管３と内管４との間隙に詰め
た後、約800℃に加熱して焼結した。この様な透
過膜素子１を1500本、断面積15000cm2の胴９に収
納し透過膜素子群２を構成した。また胴９、管板
１０ａ，１０ｂ、鏡板１３ａ，１３ｂ等はいづれ
もステンレススチールを使用した。
次にこのガス分離器を用いて水素と一酸化炭素
の混合ガスを分離した運転例を第１図及び第３図
に従つて説明する。水素50容量％、一酸化炭素50
容量％の組成を有する混合ガス1000Nm3/hが
50ata（絶対気圧）、500℃の状態でガス入口管１２
ａより導入され、管板１０ａと鏡板１３ｃとによ
り形成される小室１６ａで分配されて各透過膜素
子１の内管４内へ流入する。この混合ガス流は各
透過膜素子の内管４内を流れつつ、その壁面に分
布する小孔４ａを通つて内外管の間隙に充填され
た炭素系多孔質膜６に接触し、混合ガスを構成す
る分子中の水素ガス分子が優先的に該多孔質膜６
内を拡散して外管３に達し、該外管３の壁面に分
布する小孔３ａより胴９内の空間１７に到達す
る。次いで一酸化炭素分子も多孔質膜６中を遅い
速度で拡散、透過して空間１７に到達する。これ
によつて各透過膜素子１を透過して空間１７に達
したガスの組成は水素80容量％、一酸化炭素20容
量％となる。こうして空間１７に得られる混合ガ
ス500Nm3/hはこの間に10ataに降下しガス出口管
１５ａ，１５ｂより取り出される。一方内管４内
を流れるガスの内多孔質膜を透過しなかつた分は
一酸化炭素が濃縮して、管板１０ｂと鏡板１３ｂ
により形成される小室１６ｂに集合し、水素20容
量％、一酸化炭素80容量％の組成、49.8ataの圧
力で500Nm3/hがガス出口管１２ｂより取り出さ
れる。
の混合ガスを分離した運転例を第１図及び第３図
に従つて説明する。水素50容量％、一酸化炭素50
容量％の組成を有する混合ガス1000Nm3/hが
50ata（絶対気圧）、500℃の状態でガス入口管１２
ａより導入され、管板１０ａと鏡板１３ｃとによ
り形成される小室１６ａで分配されて各透過膜素
子１の内管４内へ流入する。この混合ガス流は各
透過膜素子の内管４内を流れつつ、その壁面に分
布する小孔４ａを通つて内外管の間隙に充填され
た炭素系多孔質膜６に接触し、混合ガスを構成す
る分子中の水素ガス分子が優先的に該多孔質膜６
内を拡散して外管３に達し、該外管３の壁面に分
布する小孔３ａより胴９内の空間１７に到達す
る。次いで一酸化炭素分子も多孔質膜６中を遅い
速度で拡散、透過して空間１７に到達する。これ
によつて各透過膜素子１を透過して空間１７に達
したガスの組成は水素80容量％、一酸化炭素20容
量％となる。こうして空間１７に得られる混合ガ
ス500Nm3/hはこの間に10ataに降下しガス出口管
１５ａ，１５ｂより取り出される。一方内管４内
を流れるガスの内多孔質膜を透過しなかつた分は
一酸化炭素が濃縮して、管板１０ｂと鏡板１３ｂ
により形成される小室１６ｂに集合し、水素20容
量％、一酸化炭素80容量％の組成、49.8ataの圧
力で500Nm3/hがガス出口管１２ｂより取り出さ
れる。
本実施例ではこの程度の分離効率であるが、更
に純度の高い分離ガスが必要な場合は、同じガス
分離器をもう一段あるいは数段設けてこれを通過
させることにより目的を達することが出来ること
は言う迄もない。
に純度の高い分離ガスが必要な場合は、同じガス
分離器をもう一段あるいは数段設けてこれを通過
させることにより目的を達することが出来ること
は言う迄もない。
本発明は以上の如く構成され実施されるが、こ
れの特徴、効果は次の通りである。まず金属製の
外管と内管との間に多孔質透過膜を充填すること
により膜面にかかる高い圧力等の応力に耐える強
靭な透過膜素子が得られるようになつた。これに
よつて単位面積当りの透過量が大きく耐熱性が要
求される場合に適当な多孔質炭素等の透過膜を用
いてこれらの透過膜の欠点である機械的強度を有
する膜透過式ガス分離器を製作することが出来る
様になつた。即ち透過量が大で耐熱性があり、し
かも機械的強度を有する膜透過式ガス分離器の製
作が可能になつた。また透過膜素子の管板への取
付および透過膜素子群と胴、管板、鏡板等を含む
構造は多管式熱交換器の構造と類似しており、こ
の多管式熱交換器の通常の製作技術で容易に製作
することが出来る。
れの特徴、効果は次の通りである。まず金属製の
外管と内管との間に多孔質透過膜を充填すること
により膜面にかかる高い圧力等の応力に耐える強
靭な透過膜素子が得られるようになつた。これに
よつて単位面積当りの透過量が大きく耐熱性が要
求される場合に適当な多孔質炭素等の透過膜を用
いてこれらの透過膜の欠点である機械的強度を有
する膜透過式ガス分離器を製作することが出来る
様になつた。即ち透過量が大で耐熱性があり、し
かも機械的強度を有する膜透過式ガス分離器の製
作が可能になつた。また透過膜素子の管板への取
付および透過膜素子群と胴、管板、鏡板等を含む
構造は多管式熱交換器の構造と類似しており、こ
の多管式熱交換器の通常の製作技術で容易に製作
することが出来る。
第１図は本発明の膜透過によるガス分離器の一
実施例の縦断面図、第２図は第１図―の横断
面図、第３図は透過膜素子の縦断面図である。 １は透過膜素子、２は透過膜素子群、３は金属
製外管、４は金属製内管、３ａ，４ａは小孔、６
は多孔質膜、９は胴、１０ａ，１０ｂは管板、１
２ａ，１２ｂはガス入口管又は出口管、１３ａ，
１３ｂは鏡板、１５ａ，１５ｂはガス出口管であ
る。
実施例の縦断面図、第２図は第１図―の横断
面図、第３図は透過膜素子の縦断面図である。 １は透過膜素子、２は透過膜素子群、３は金属
製外管、４は金属製内管、３ａ，４ａは小孔、６
は多孔質膜、９は胴、１０ａ，１０ｂは管板、１
２ａ，１２ｂはガス入口管又は出口管、１３ａ，
１３ｂは鏡板、１５ａ，１５ｂはガス出口管であ
る。
Claims (1)
- １ 管壁に複数個の小孔を有する金属製外管と管
壁に複数個の小孔を有する金属製内管との間に、
予め微粉炭と結合剤とを混合して充填し然る後こ
れを焼結してなる炭素質多孔性物質の透過膜を形
成し、前記金属製外管と内管の各上端および各下
端を封着してなる透過膜素子複数本により透過膜
素子群を構成し、該透過膜素子群をガス出口管を
有する胴に収容し、前記各透過膜素子および前記
胴の各上端および各下端を夫々管板に溶着し、且
つ該各管板にガス入口管または出口管を有する鏡
板を固着した構造を有することを特徴とする透過
膜によるガス分離器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13251680A JPS5756021A (en) | 1980-09-24 | 1980-09-24 | Gas separator by permeable membrane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13251680A JPS5756021A (en) | 1980-09-24 | 1980-09-24 | Gas separator by permeable membrane |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5756021A JPS5756021A (en) | 1982-04-03 |
| JPH0125612B2 true JPH0125612B2 (ja) | 1989-05-18 |
Family
ID=15083149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13251680A Granted JPS5756021A (en) | 1980-09-24 | 1980-09-24 | Gas separator by permeable membrane |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5756021A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60102904A (ja) * | 1983-11-10 | 1985-06-07 | Kurabo Ind Ltd | ろ過器 |
| JPS60171505U (ja) * | 1984-04-24 | 1985-11-13 | ダイセル化学工業株式会社 | 集合型半透膜モジユ−ル |
| JPH1119480A (ja) * | 1997-06-27 | 1999-01-26 | Hitachi Metals Ltd | 精密ろ過装置 |
-
1980
- 1980-09-24 JP JP13251680A patent/JPS5756021A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5756021A (en) | 1982-04-03 |
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