JPH0422423A - 各連続するリテンテート段階において次第に高い真空、高い温度またはその両方で運転される多段パーベーパレーション法 - 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】 発明の詳細な説明 本発明は直列または並列で運転される１つの膜装置また
は多数の膜装置を含むことができる各連続する段階が前
の段階より次第に強い真空、次第に高い温度またはその
両方で運転される多段パーベーパレーション法を指向す
る。この方法は多成分混合物を異なる分子型および異な
る沸点の多数の留分に膜分離することを可能にする。こ
の方法において、フィードは初めに適当な温度に加熱さ
れ、透過物およびリテンテート（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）
を生成させるために低い（すなわち弱い）真空で運転さ
れる膜パーベーパレーション段階に供給される。

リテンテートはそのまま、または第１段階から失なわれ
た蒸発熱を元に戻すため（すなわち等温状態）に必要な
追加加熱して、あるいは初期温度より高い温度に加熱し
て、段階１より高い真空で運転される第２パーヘーバレ
ーシヨン段階に供給されて第２透過物および第２リテン
テートを生ずる。

あるいは、各段階からのリテンテートが次の後続段階へ
送られる前に前段階より高い温度に加熱されるならば後
続段階中に使用される真空は前段階のそれと同様である
ことができ、すなわち工程を等圧状態で運転することが
できる。好ましくは温度および圧力がともに各後続段階
中で高められる。

任意数の段階（ｎ）を用い、段階ｎ−１からのリテンテ
ートが段階ｎ−１で使用されるよりも高い真空、高い温
度またはその両方で運転される段階ｎに対するフィード
であることができる。従って、より軽い、より低沸の成
分が初期段階中で透過物として回収され、より重い成分
が後の段階中で回収される。最大運転温度および真空は
相当の注意を回収される最も重い成分の性質並びにパー
ベーパレーション段階中に使用される膜の機械的限界に
払ってセットされる。

発明の背景 膜を用いる混合物からの成分の分離は文献中に容認され
た形態の分離技術になった。逆浸透、透析、限外？１ｔ
　過、パーベーパレーション、パーストラクション、正
浸透などのような方法が記載された。膜分離法におりる
多数の膜段階の使用もまた記載された。

例えば米国特許第２，９２３．７４９号中に有機化合物
の分離法−非芳香族からの芳香族の分ｋ（に殊に有用な
方法−が記載されている。その方法において、フィード
は、好ましくは真空下に運転される（パーベーパレーシ
ョン）膜分離帯域へ送られ、透過物およびリチンチー１
・を生ずる。多くの透過帯域を使用することができる。

その中の成分の４度が適当であるとき透過物およびリテ
ンテートを種々の段階へ再循環できる。

米国特許第２．９４７，６８７号にはバースＩ・ラクシ
ョンまたはバーヘーパレーンヨン条件下に運転される透
過膜の使用による炭化水素分翻が記載されている。スイ
ープガスのイ吏用により、または透過帯域を大気以下の
圧に維持することにより透過物が透過帯域から除去され
る。１つの分離段階からのリテンテートは次の膜分離帯
域に対するフィードとしζ使用することができる。その
実施例において各透過段階が同一真空水準、約１００■
ｌＨｇ、絶対、に維持される。各連続段階は同一成分の
追加量の除去に使用される。また米国特許第３．０４．
３，８９１号が参照される。

米国特許第２，９８５．５８８号にはトラブルのない始
動および運転停止操作を与える膜透過分離技術が記載さ
れている。その方法において、透過温度はプラスチック
膜により示される軟化点転移温度と一次転移温度の上２
０℃未満との間に維持され；フィード帯域中の分子の混
合物が液体状態に維持され；透過帯域中の分子の混合物
が蒸気状態に維持され；透過帯域中の絶対圧は透過帯域
中の混合物により通常与えられる蒸気圧の１／２未満（
例えば１／１０）に維持される。図の記載を支持する実
施例において、５０％ベンゼンを含む炭化水素混合物が
約９０℃で膜装置に送られる。約２３％ベンゼンを含む
リテンテート（残りは他の炭化水素類である）が約１１
０℃で第２膜装置へ送られる。この高い温度は第２膜装
置に対するフィード中に存在するベンゼンのより低い濃
度のために使用することができる。約７．５％のベンゼ
ンを含むこの装置のリテンテート（残りは他の炭化水素
類である）は約１２０℃に加熱された後第３膜装置へ送
られる。この高い温度はこの第３膜装置に対するフィー
ド中に存在するベンゼンの低い濃度のために許容される
。

この特許において温度多段化はベンゼンと他の炭化水素
との混合物からのベンゼンの分離に使用される。その特
許は多成分フィード混合物を異なる分子型および異なる
沸点の、早い段階はより軽い、より簡単な、より低沸の
成分の大部分を含み、遅い段階はより重い、より複雑な
、より高沸の成分を含む多数の留分に分別するために温
度多段化を使用できることを示していない。

本発明は多成分を含むフィード流を分離する方法である
。この方法は多膜多段化パーベーパレーション配列を用
い、各段階は直列または並列で運転される１膜装置また
は多数の膜装置を含むことができ、直列の各膜段階は次
第に強い真空、高い温度またはその両方で運転される。

この方法は広い沸騰範囲の混合物からの成分の分離に殊
に有用である。

本発明の方法において、多成分フィードは第１膜段階に
供給される。フィードはフィードの最も軽い、最も低沸
の成分に適する温度に加熱される。

第１膜パーベーパレーシヨン段階は低い真空で運転され
る。軽い低沸物質の第１透過物が回収され、リテンテー
トが生成される。このリチンチー１・は前段階よりも高
い温度、強い真空またはその両方で運転される第２膜パ
ーベーパレーシヨン段階へ供給される。この第２段階に
おいて第２透過物が回収され、それは前段階の透過物よ
り重く、高沸である。第２リテンテートもまた生成され
、それは先行第２段階よりさらに高い温度、高い真空ま
たはその両方で運転される第３膜バーヘーバレーシゴン
段階へ供給される。これらのリテンテートカスケト段階
のそれぞれにおいて逐次高い真空で運転されるときにリ
テンテートは前段階からくるまま次の後続段階へ供給さ
れることができ、またはそれを先行段階中の透過物の蒸
発のために失なわれた熱を補うために少くとも段階間再
加熱にかけることができ、そのような状態は等温状態と
称される。あるいはリテンテートを前段階より高い温度
で次の後続段階へ供給することができ、しかし後続段階
は前段階と同じ真空圧で運転される。

最適には、各加熱／再加熱中に供給される熱の量はその
個々の段階に対して望まれる透過物を蒸発すれば十分で
あり、従って、加熱は前帯域中より高い温度にあり、同
時に各段階が前段階より逐次高い真空で運転される。使
用できる熱の最大量はこの温度で運転される個々の段階
で使用される真空における膜の機械的最大運転温度によ
り決定される。

本発明の方法は、初期フィード中に存在する回収できる
成分または留分と同数の膜パーヘーバレーション段階を
用いることができる。唯一の要件は段階ｎにおいて使用
される温度、真空またはその両方が前段階ｎ−１におけ
る真空より大きいことである。最適性能を得るために異
なる膜を各段階において用いることができる。

各段階が単に特定の成分または狭い範囲の成分類をバー
ベーパレートするために必要であると同数の真空、熱ま
たはその両方を用いて運転されるので、各段階に関連す
るコンデンサーをそれに応じて設計し設備することがで
きる。従って、最小の熱および低い真空で運転される初
期段階において透過物コンデンサーは冷却水を用いるこ
とができる。より高い温度、逐次高い真空またはその両
方で運転される後の段階は、より重い透過成分がより早
い段階中で蒸発した軽いものよりも容易に凝縮するので
、やはり安価な冷却水コンデンサーを使用できる。単に
安価な冷却水コンデンサーが必要であるこの配列は、単
一パーベーパレーション装置を用いてフィードの広カッ
ト分離を行なう、従って軽い成分の凝縮に高価な冷凍コ
ンデンサーを必要とする現在の配列よりも非常に経済的
である。

本発明の方法は複雑な多成分フィード、殊に広い沸点範
囲を有するもの、の分離に有用である。

流れの異なる成分がおよそ同様の沸点を有し、従って在
来の蒸留を使用できない場合に殊に有用性を有する。従
って、例えば芳香族および非芳香族の混合物を含む接触
ナフサの分別において、この方法を用いて多数の芳香族
の留分を異なる温度で沸騰する透過物として回収するこ
とができる。芳香族と実質的に同一の温度で沸騰する非
芳香族は透過されずリテンテート留分中に残留する。

本発明のパーベーパレーション法を用いて分子型および
沸点の両方を基にしてフィードを分離できるので、この
パーベーパレーション法は単一法における蒸留および膜
分離の両方の利点を結合させる。１つのプロセスを２つ
の代りに使用することができ、それにより物質取扱いお
よびエネルギーの要件が簡単になる。

本発明の方法の実施において、異なるパーベーパレーシ
ョン装置が各段階で望まれる分離により同一または異な
る膜を用いることができる。

非芳香族からの芳香族の分離において、種々の膜を用い
ることができる。米国特許第２，９２３，７４９号、第
２．９４７，６８７号、第３，０４３，８９１号および
第２，９８５．５８８号は使用できるＨりとして種々の
セルロースエステル、セルロースエーテル並びに混合セ
ルロースエステルおよびエーテル、並びに照射ポリエチ
レンの使用を示唆している。膜はそのまま使用でき、あ
るいはそれは種々の希釈剤またはフィード添加剤例えば
酸素化炭化水素、ハロゲン化炭化水素、硫黄含有有機化
合物、窒素含有有機化合物などの使用により高められた
透過性を有することができる。米国特許第４，１１５．
４６５号は種々の非芳香族化合物からの芳香族のバーヘ
ーパレーション分離に使用されるポリウレタン膜を教示
している。

最近、ポリ尿素−ウレタン膜がパーベーパレーション条
件下の芳香族−非芳香族分離に有用であるとして記載さ
れた。その膜はともに本発明と同一の譲受人に譲渡され
た同時係属出願ＵＳＳＮ第１０８．８２１号およびＵＳ
ＳＮ第１０８，８２２号中に記載されている。

ＵＳＳＮ第１０８．８２２号は芳香族−非芳香族分離の
ための特定ポリ尿素−ウレタン膜を教示している。その
ｎりは少くとも２０％の、しかし１００％未満の尿素指
数、少くとも約１５モル％の芳香族炭素含量、少くとも
約１０毎１０００グラム重合体の官能基密度および８．
０未満のＣ＝Ｏ／ＮＨ比を有することを特徴とするポリ
尿素−ウレタン共重合体から作られる。そのようなポリ
尿素−ウレタン膜は好ましくは事実上異方性である。そ
のような異方性膜の製造はＵＳＳＮ第１０８，８２１号
中に教示されている。膜は相当する共重合体から、５容
量％未満の非溶媒を含む良好な溶媒中で共重合体を合成
し、この重合体溶液のフィルムを２０ミクロン未満の最
大孔径を有する支持体上に生成させ、フィルムを、溶媒
蒸気圧−時間因子が１０００１００Ｏ分またはそれ未満
であるような条件にかけ、非溶媒中で膜フィルムをクエ
ンチして異方性膜を生成させることにより製造される。

パーベーパレーション法は、好ましくは膜を中空糸の形
態で使用する。上記ポリ尿素−ウレタン重合体の中空糸
は重合体を析出させる支持体として再生セルロースの中
空糸を用い、フィルムを適当な溶媒蒸気圧−時間因子を
生ずる条件にかけ、好ましくは直ちに糸を非溶媒中でク
エンチすることにより製造することができる。

本発明は特定の非限定態様を示す第１図について説明す
ることにより一層よく理解されよう。

選んだ成分に分離される多成分フィードを加熱器１に通
し、所望沸騰範囲の透過物の蒸発に必要な熱を与える十
分な温度Ｔ、に加熱する。加熱されたフィードをライン
２を経て第１パーベーパレーシヨン膜装置３へ送り、そ
こでそれが軽い低沸透過物を抜き出すのに十分な低い真
空にかけられる。真空は真空ポンプＡにより生成される
。各膜装置に適用される真空の量はバルブ（図中に示さ
れる■１および■２・・・ＶＨ）により制御される。

この透過物はライン４を通して冷却装置５に送られ、そ
こでそれが凝縮させられ、透過物貯蔵容器６へ送られる
。この透過物はライン７を経て以後の加工、処理または
ブレンド装置（図示なし）へ送ることができる。膜装置
３からのリテンテートはうイン８を経て第２膜装置９へ
送られる。ライン８中のリテンテートは直接第２膜装置
９へ送ることができ、あるいは初めに加熱器１５を通過
させることができ、そこで、それは段階１膜装置中で蒸
発に失なわれた熱を元に戻すかまたはリテンテートがリ
テンテート中に存在する次の最も軽い、より高沸の成分
の蒸発熱を与える十分な温度Ｔ２に加熱される。段階２
膜装置９中で、段階１からのリテンテートは段階ｌ膜装
置３と同一またはより高い真空にかけられ、透過物貯蔵
容器１２中に貯蔵するためにライン１０を経て冷却器１
１へ送られる第２透過物を生ずる。この透過物はライン
１３を経て以後の加工、処理またはブレンド装置（図示
なし）へ送ることができる。

段階２の膜装置９からのりテンチー１・は、最高の所望
沸騰成分が回収されるまで一連の段階に通される。加熱
器ｎからのリテンテートは段階ｎの膜装置へ送られ、そ
こで工程中で使用される最高の真空にかけられ、冷却装
置１７を通して透過物容器１８へ送られる最終透過物を
生ずる。フィードの非透過性種を含むリテンテートはラ
イン１９を経て、図示されていない処理、加工、ブレン
ドなどのために送られる。

第２図は分子を沸点および分子型により分離できる多段
膜蒸留装置を記載する。選んだ成分に分離される多成分
フィードは加熱器１に通され、所望沸騰範囲の透過物の
蒸発に必要な熱を与える十分な温度ＴＩに加熱される。

加熱されたフィードはライン２を経て、Ａ型分子を選択
的に透過する膜Ａを収容する段階１中の第１パーベーパ
レーシヨン膜装置３へ送られる。この透過物はライン４
を通して冷却装置５へ送られ、そこでそれが凝縮させら
れ透過物貯蔵容器６へ送られる。この透過物はライン７
を経て以後の加工、処理またはブレンド装置（図示なし
）へ送ることができる。膜装置３からのリテンテートは
ライン８を経て、Ｂ型分子を選択的に透過する膜Ｂを収
容する段階１中の第２膜装置９へ送られる。必要であれ
ば加熱器（図示なし）を装置９の前に使用できる。装置
９からの透過物はライン１０を経て冷却装置１１へ送ら
れ、そこでそれが凝縮させられ、透過物貯蔵容器１３へ
送られる。この透過物はうイン１４を経て以後の加工、
処理またはブレンド装置へ送ることができる。異なる分
子型に対し選択性である異なる膜を収容する任意数の膜
装置を用いることができる。段階１中の膜装置はすべて
軽い低沸透過物の抜取りに十分な真空にかけられる。真
空は真空発生系（すなわち真空ポンプ、スチームエジェ
クター）により生成される。

段階１膜装置からのリテンテートはうイン１５を経て、
最高の所望沸騰成分が回収されるまで一連の段階に通さ
れる。加熱器１６からのリテンテートは段階ｎ中の膜装
置１７へ送られ、そこでそれが工程中に使用される最高
の真空にかげられ、冷却装置１９に通され、透過物容器
２１へ送られる最終透過物流１８を生ずる。この透過物
はうイン２２を経て以後の加工、処理またはブレンド装
置へ送ることができる。膜装置はすべて真空ポンプによ
り生成される真空にかけられ、真空はライン１２および
２０を経て膜装置へ送出され、バルブＶｌにより調整さ
れる。膜装置１７に対するフイードの非透過性種を含む
リテンテートは以後の処理または加工のためにライン２
３を経て送られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は多数の膜パーベーパレーション段階を含む本発
明の態様の略図である。 １．１５、Ｎ・・・加熱器、　３．９、Ｎ段階・・・膜
装置、　５．１１．１７・・・冷却装置、　６．１２．
１８・・・透過物貯蔵容器、　Ａ・・・真空系。 第２図は多段膜蒸留装置として機能する本発明の態様の
略図である。 １．１６・・・加熱器、　３．９．１７・・・膜装置、
５．１１．１９・・・冷却装置、　６．１３．２１・・
・透過物貯蔵容器、　Ａ・・・真空ポンプ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）多成分フィード流を多段膜パーベーパレーション
   分離装置に供給し、多成分流が透過物およびリテンテー
   トを生ずる第１分離段階に対するフィードであり、第１
   および各後続段階からのリテンテートが順次次の後続分
   離段階に対するフィードであることを含み、次の後続段
   階に対するフィードを構成するリテンテートが前段階中
   に使用されるより高い温度に加熱され、各後続透過段階
   が前透過段階中に使用されるより高い真空で運転され、
   それにより多成分流を異なる分子型および異なる沸点の
   多くの留分に分別する、多成分フィード流を異なる分子
   型および異なる沸点の留分に分離する方法。
2. （２）多成分フィード流を、等温状態で運転される多段
   膜パーベーパレーション分離装置に供給することを含み
   、多成分流が最も軽い成分を透過物として回収し、リテ
   ンテートを生ずる十分な真空で運転される第１膜パーベ
   ーパレーション分離段階に供給され、多段分離装置の第
   １および各後続分離段階からのリテンテートが次の後続
   分離段階に対するフィードを構成し、各後続分離段階が
   前の分離段階より高い真空で運転され、それにより多成
   分流を異なる分子型および異なる沸点の多くの留分に分
   別する、多成分フィード流を異なる分子型および異なる
   沸点の留分に分離する方法。
3. （３）多成分フィード流を、定真空で運転される多段膜
   パーベーパレーション分離装置に供給することを含み、
   第１膜パーベーパレーション分離段階に対するフィード
   が多成分フィード流の最も軽い成分の蒸発熱を与えて透
   過物およびリテンテートを生ずる十分な温度に加熱され
   、次の後続分離段階に対するフィードを構成する多段分
   離装置の第１および各後続分離段階からのリテンテート
   が前の分離段階中に使用されるよりも高い温度に加熱さ
   れ、それにより多成分流を異なる分子型および異なる沸
   点の多くの留分に分別する、多成分フィード流を異なる
   分子型および異なる沸点の留分に分離する方法。
4. （４）多成分フィード流が芳香族炭化水素類と非芳香族
   炭化水素類との混合物である、請求項（１）、（２）ま
   たは（３）記載の方法。
5. （５）各分離段階に使用される膜が同一かまたは異なり
   、セルロースエステル、セルロースエーテル、セルロー
   スエステルおよびエーテルの組合せ、ポリ尿素−ウレタ
   ン共重合体から作られる膜から選ばれる、請求項（４）
   記載の方法。