JPH0527443B2 - - Google Patents

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JPH0527443B2
JPH0527443B2 JP62082082A JP8208287A JPH0527443B2 JP H0527443 B2 JPH0527443 B2 JP H0527443B2 JP 62082082 A JP62082082 A JP 62082082A JP 8208287 A JP8208287 A JP 8208287A JP H0527443 B2 JPH0527443 B2 JP H0527443B2
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JP
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separation membrane
membrane module
gas
mixed gas
ejector
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Kohei Ninomya
Takashi Harada
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Ube Industries Ltd
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、分離膜モジユールを用いた混合気体
の分離方法に関するもので、本発明の混合気体の
分離方法は、湿潤空気の除湿、有機物水溶液の濃
縮等に利用される。
〔従来の技術〕
混合気体の分離方法としては、各種の無機質膜
及び有機質膜からなる分離膜モジユールを用い、
気体の透過速度の差を利用して気体の分離を行う
方法がある。
分離膜モジユールを用いた混合気体の分離方法
は、混合気体を分離膜モジユールの一方の側(供
給側)に供給し、且つその際該分離膜モジユール
の他方の側(透過側)を減圧に保持することによ
り、上記混合気体中の一部の気体を選択的に透過
させて、気体を分離するもので、例えば、湿潤空
気の除湿に利用されているもので、小型で軽量な
装置にすることができ、維持管理が容易で安全性
が高い等の利点を有する。そして、この方法にお
いては、分離膜モジユールの透過側の減圧度が高
いほど分離膜モジユールを透過する気体の量は多
く、上記分離膜モジユールの透過側を減圧に保持
する手段として、真空ポンプが利用されている。
また、特開昭54−162697号公報には、隔膜式空
気分離装置の減圧手段としてスチームエジエター
を用いることが記載されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述の従来の混合気体の分離方法は、分離膜モ
ジユールの透過側を減圧に保持する手段として、
真空ポンプやスチームエジエクターを用いている
ため、次のような問題点を有している。
(1) 真空ポンプの吐出側で圧が上昇するため、透
過気体中に凝縮性気体が多いと、吐出パイプ内
で該凝縮性気体が凝縮し、真空ポンプ内に混入
し、真空ポンプが故障し易くなる。
(2) 真空ポンプ内に混入した凝縮物の蒸気圧の影
響で、分離膜モジユールの透過側の減圧度が低
下する。
(3) 油回転真空ポンプを用いる場合には、油の交
換を絶えず行う必要がある等、保守・管理を要
す。
(4) スチームエジエクターを用いる方法では、ス
チーム発生炉等のスチーム発生源を設けたり、
また外吹からスチームを導入する必要がある。
(5) いずれの方法も設備費が高い。
従つて、本発明の目的は、分離膜モジユールを
用いて混合気体を分離する際の該分離膜モジユー
ルの透過側の減圧の保持を、故障等のトラブルが
なく、且つ保守・管理が不要で、しかも安価な設
備で行うことができる、混合気体の分離方法を提
供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者は、種々検討した結果、分離膜モジユ
ールの透過側を減圧に保持する手段として、エジ
エクターを用い、エジエクターの噴射源として、
分離膜モジユールに供給する混合気体の一部、又
は分離膜モジユールを透過した凝縮性気体を濃縮
させた液を用いることにより、前記目的が達成さ
れることを知見した。
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、
分離膜モジユールを用い、気体の透過速度の差を
利用して混合気体の分離を行う方法において、上
記分離膜モジユールの透過側を減圧する減圧手段
としてエジエクターを用い、エジエクターの噴射
源として、分離膜モジユールに供給する混合気体
の一部、又は分離膜モジユールを透過した凝縮性
気体を濃縮させた液を用いることを特徴とする混
合気体の分離方法を提供するものである。
以下、本発明の混合気体の分離方法を、図面に
示す実施態様について詳述する。
先ず、第1図のフローシートに示す実施態様に
ついて説明する。この実施態様は、エジエクター
の噴射源として、分離膜モジルールに供給する気
体の一部を用いるもので、特に湿潤空気の除湿に
好適に利用される。
この実施態様では、先ず、処理対象である混合
気体を圧縮機等により常圧より高く、好ましくは
3〜10Kg/cm2・G、特に好ましくは5〜7Kg/
cm2・Gに加圧して置く。
次いで、加圧混合気体を、分離膜モジユール1
の供給側1aにラインAより供給する一方、噴射
源として上記加圧混合気体の一部をエジエクター
2にラインBより供給する。
エジエクター2の気体噴射作用により、分離膜
モジユール1の透過側1bの気体がラインCより
吸引され、該透過側1bは減圧に保持される。
上記透過側1bの減圧度は、透過気体が凝縮し
ない範囲で高めることが好ましく、エジエクター
2における気体の噴射量及び噴射速度により調節
することができる。
このように、エジエクター2を用いて分離膜モ
ジユール1の透過側1bを減圧に保持することに
より、分離膜モジユール1の供給側1aに供給さ
れた加圧混合気体中の、分離膜に対する透過速度
の大きい気体が選択的に分離膜モジユール1を透
過する。
分離膜モジユール1を透過した気体(透過気
体)は、エジエクエター2によりラインCより吸
引され、ラインFより排出される。
また、分離膜モジユール1の供給側1aの出口
気体(非透過気体)は、ラインEより取り出され
る。尚、第1図に示す如く、上記非透過気体の一
部をラインDより分離膜モジユール1の透過側1
bに供給することにより、混合気体の分離効率を
高めることができる。また、非透過気体を供給す
る代わりに、不活性気体を外部から透過側1bに
導入しても良い。
次に、第2図のフローシートに示す実施態様に
ついて説明をする。この実施態様は分離膜モジユ
ールを透過する気体が凝縮性気体である場合に、
エジエクターの噴射源として、この凝縮性気体を
凝縮させた液を利用するもので、特にアルコール
水溶液等の有機物水溶液の濃縮に好適に利用され
る。
この実施態様では、混合気体を、分離膜モジユ
ール1の供給側1aにラインAより供給し、且つ
その際該分離膜モジユール1の透過側1bをエジ
エクター2により減圧に保持する。
上記混合気体は、常圧でも、また凝縮しない程
度に加圧しても良い。
また、運転開始時においては、エジエクター2
の噴射源(液体)をタンク3に外部から導入して
置く。エジエクター2の噴射源は、ポンプ4によ
りラインGよりエジエクター2に供給され、噴射
された後、タンク3に戻る。
また、分離膜モジユール1の透過側1bの減圧
度は、第1図のフローシートに示す実施態様の場
合と同様、透過気体が凝縮しない範囲で高めるこ
とが好ましく、エジエクター2における液体の噴
射量及び噴射速度により調節することができる。
このように、エジエクター2を用いて分離膜モ
ジユール1の透過側1bを減圧に保持することに
より、分離膜モジユール1の供給側1aに供給さ
れた混合気体中の、分離膜に対する透過速度の大
きい気体が選択的に分離膜モジユール1を透過す
る。
分離膜モジユール1透過した気体(透過気体)
は、エジエクター2によりラインCより吸引さ
れ、タンク3を経て、冷却器5に移送され、該冷
却器5で凝縮され、ラインGよりエジエクター2
に噴射源として供給される。エジエクター2の噴
射源の液量は、透過気体を凝縮させた液をライン
Hより排出することにより調整される。
また、分離膜モジユール1の供給側1aの出口
気体(非透過気体)は、ラインEより取り出され
る。
尚、第2図のフローシートに示す実施態様にお
いても、第1図のフローシートに示す実施態様と
同様に、非透過気体の一部を分離膜モジユール1
の透過側1bに供給しても良く、また不活性気体
を外部から導入しても良い。
上述の本発明の方法で用いられる分離膜モジユ
ールとしては、セラミツク多孔質膜等からなる無
機質分離膜モジユール、ポリアミド膜、セルロー
ス膜、酢酸セルロース膜、ポリイミド膜等からな
る有機質分離膜モジユールが挙げられる。特に分
離膜モジユールを高温・高圧で操作するときに
は、気体選択透過性能に優れ且つ耐熱性、耐薬品
性に優れた芳香族ポリイミド製分離膜モジユール
が好ましい。
上記分離膜モジユールとしては、有効膜面積の
大きい中空糸の集合体が好ましいが、平膜でも良
い。
分離膜モジユールとして用いられる中空糸は、
その外径が、通常50〜2000μ、好ましくは200〜
1000μである。中空糸の外径が小さ過ぎると圧力
損失が大きくなり、大き過ぎると有効膜面積が減
少する。また、上記中空糸としては、(厚み/外
径)=0.1〜0.3の条件を満たすものを用いるのが
好ましい。尚、上記厚み=(外径−内径)/2で
ある。中空糸の厚みが小さいと耐圧性が不充分と
なり、また厚みが大きいと気体選択透過性が不良
となる場合がある。
本発明に用いる分離膜モジユールとして特に有
利に用いることのできる芳香族ポリイミド製分離
膜モジユールは、芳香族テトラカルボン酸骨格と
芳香族ジアミン骨格とを含むもので公知の方法に
より製造することができる。
上記芳香族テトラカルボン酸骨格としては、
3,3′,4,4′−ベンゾフエノンテトラカルボン
酸、2,3,3′,4′−ベンゾフエノンテトラカル
ボン酸、ピロメリツト酸、3,3′,4,4′−ビフ
エニルテトラカルボン酸、及び2,3,3′,4−
ビフエニルテトラカルボン酸、そしてこれらの芳
香族テトラカルボン酸の酸二無水物、エステル、
塩等から誘導されるカルボン酸骨格を挙げること
ができる。これらのうち3,3′,4,4′−ビフエ
ニルテトラカルボン酸の酸二無水物と2,3,
3′,4′−ビフエニルテトラカルボン酸の酸二無水
物等により代表されるビフエニルテトラカルボン
酸二無水物から誘導された酸骨格を主酸骨格とす
る芳香族ポリイミド製分離膜モジユールを使用し
た場合に本発明は特に有用である。
また、上記芳香族アミン骨格としては、p−フ
エニレンジアミン、m−フエニレンジアミン、
2,4−ジアミノトルエン、4,4′−ジアミノジ
フエニルエーテル、4,4′−ジアミノジフエニル
メタン、o−トリジン、1,4−ビス(4−アミ
ノフエノキシ)ベンゼン、o−トリジンスルホ
ン、ビス(アミノフエノキシ−フエニル)メタ
ン、及びビス(アミノフエノキシ−フエニル)ス
ルホン等を挙げることができる。
芳香族ポリイミド製分離膜モジユールの製造方
法としては、例えば、上記芳香族ジアミン(他の
芳香族ジアミンを含有していてもよい)からなる
芳香族ジアミン成分と上記ビフエニルテトラカル
ボン酸成分とを略等モル、フエノール系化合物の
有機溶媒中約140℃以上の温度で一段階で重合及
びイミド化して芳香族ポリイミドを生成し、その
芳香族ポリイミド溶液(濃度;約3〜30重量%)
をドープ液として使用して約30〜150℃の温度の
基材上に塗布又は流延あるいは中空糸膜状に押出
してドープ液の薄膜(平膜又は中空糸)を形成
し、次いでその薄膜を凝固液に浸漬して凝固膜を
形成し、その凝固膜から溶媒、凝固液等を洗浄除
去し、最後に熱処理して芳香族ポリイミド製の非
対称性分離膜モジユールを形成する製膜方法を挙
げることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を挙げ、本発明を更に詳
細に説明する。
実施例 1 本実施例は、湿潤空気の除湿に本発明の方法を
適用した例で、第1図に示すフローシートに従つ
て下記のようにして実施した。
加圧湿潤空気(圧力7Kg/cm2・G、40℃、飽和
湿度)を119.9Nm3/hrで系内で導入し、該加圧
湿潤空気の一部を15Nm3/hrで噴射源としてエジ
エクター2にラインBより供給し、それ以外の加
圧湿潤空気(104.9Nm3/hr)を芳香族ポリイミ
ド製中空糸分離膜モジユール1(膜面積20m2)の
供給側1aにラインAより供給した。分離膜モジ
ユール1の透過側1bの圧力は、エジエクター2
により240mmHgの減圧に保持した。また、分離膜
モジユール1の透過側1bには、後述の如く分離
膜モジユール1の供給側1aの出口気体である加
圧乾燥空気の一部を供給した。
分離膜モジユール1における上記の処理によ
り、主に水蒸気からなる気体が1.5Nm3/hrで分
離膜モジユール1を透過し、この透過気体は、エ
ジエクター2によりラインCより吸引され、噴射
源の加圧湿潤空気と共にラインFより排出した。
また、分離膜モジユール1の供給側1aの出口
気体として加圧乾燥空気(非透過気体)が
103.4Nm3/hrで得られた。この加圧乾燥空気の
一部を3.4Nm3/hrでラインDより分離膜モジユ
ール1を透過側1bに供給した。
ラインEより100Nm3/hrで取り出された加圧
乾燥空気は、大気圧露点−20℃で充分に乾燥され
たものであつた。
実施例 2 本実施例は、エタノール水溶液の濃縮に本発明
の方法を適用した例で、第2図に示すフローシー
トに従つて下記のようにして実施した。
エタノール濃度30重量%のエタノール水溶液を
気化させた90℃のエタノール蒸気/水蒸気混合気
体を43.3Kg/hrで、芳香族ポリイミド製中空糸分
離膜モジユール1(膜面積20m2)の供給側1aに
ラインAより供給した。分離膜モジユール1の透
過側1bの圧力は、エジエクター2により30mm
Hgの減圧に保持した。
分離膜モジユール1における上記の処理によ
り、主に水蒸気からなる気体が30.8Kg/hrで分離
膜モジユール1を透過し、この透過気体は、エジ
エクター2によりラインCより吸引され、タンク
3を経て、冷却器5に移送し、該冷却器5で35℃
に冷却して凝縮し、ラインGよりエジエクター2
に噴射源として供給した。エジエクター2におけ
る噴射源の噴射量は2.1m2/hrとした。上記透過
気体を冷却器5で凝縮させた液は、必要に応じ排
出ラインHより排出した。この液は、エタノール
濃度4.1重量%のエタノール水溶液であつた。
また、分離膜モジユール1の供給側1a出口気
体として濃縮されたエタノール蒸気が12.5Kg/hr
で得られた。このエタノール蒸気(非透過気体)
は、冷却して水溶液としてラインEより取り出し
た。
ラインEより取り出されたエタノール水溶液
は、エタノール濃度94重量%であつた。
〔発明の効果〕
本発明の混合気体の分離方法によれば、分離膜
モジユールを用いて混合気体を分離する際の該分
離膜モジユールの透過側の減圧の保持を、故障等
のトラブルがなく、且つ保守・管理が不要で、し
かも安価な設備で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の混合気体の分離方法の一実
施態様の概略を示すフローシートであり、第2図
は、本発明の混合気体の分離方法の別の実施態様
の概略を示すフローシートである。 1……分離膜モジユール、2……エジエクタ
ー。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 分離膜モジユールを用い、気体の透過速度の
    差を利用して混合気体の分離を行う方法におい
    て、上記分離膜モジユールの透過側を減圧する減
    圧手段としてエジエクターを用い、エジエクター
    の噴射源として、分離膜モジユールに供給する混
    合気体の一部、又は分離膜モジユールを透過した
    凝縮性気体を凝縮させた液を用いることを特徴と
    する混合気体の分離方法。 2 分離膜モジユールが芳香族ポリイミド製分離
    膜モジユールである特許請求の範囲第1項記載の
    混合気体の分離方法。 3 分離膜モジユールの透過側に、分離膜モジユ
    ールの供給側出口気体の一部、又は不活性気体を
    供給する特許請求の範囲第1項記載の混合気体の
    分離方法。 4 分離膜モジユールに供給する混合気体が湿潤
    空気である特許請求の範囲第1項記載の混合気体
    の分離方法。
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