JPH06510481A - ガス流の湿度を調整し同時にガス流から好ましくない酸性あるいはアルカリ性のガスを浄化する方法および装置 - 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】 本発明は、ガス流の湿度を調整し、そのガス流から、例えば、酸性あるいはアル カリ性のガスを浄化する方法に関する。

この方法によれば、水蒸気がそこを通って拡散する隔膜の保持力のある側に沿っ てガス流が導かれ、反対側の透過性のある側では、ハイドロスコピックな液体が 流れる。

ガス流から、そこに含有される液体を、露点以下に冷却することにより凝縮し、 水蒸気を除去する方法は周知である。

ガス流の湿度を特に望ましい値に調整するために、まずガスを暖め、その温度で 液体を飽和させ、その後望ましい露点まで冷却することも可能である。

ガスから水蒸気を除去する他の方法としては、ハイドロスコピックな媒体や塩を 使用するものがある。

この種の実用的にかつ継続的に使用可能な方法は、米国特許第４．９１５．８３ ８号に記載されている。空気から水蒸気を除去するために、乾燥すべき気流が微 小孔のある隔膜の保持側に導かれる。使用される隔膜は、いわゆる中空繊維膜で ある。

ハイドロスコピックな液体は、隔膜の透過側に流れる。ガス流からの水蒸気は、 隔膜の気孔を通して、保持側から透過側へ拡散し、そこでハイドロスコピックな 液体により吸収され運び出される。

空気のようなガスの湿度を調整する方法は、建物内や輸送手段など、幅広い範囲 で応用できる。特に、これらのガスを、例えば硫化水素、二酸化硫黄、二酸化窒 素、二酸化炭素などの酸性ガスのみならず、アンモニアなどのようなアルカリ性 ガスのように好ましくない、例えば危険なガス部分から浄化することも、重要で ある。空気中の危険なガスを除去することに関して、工業地帯や部会、道路沿い における汚染大気の場合だけでなく、例えば、美術館内でのガスや煙草の煙の浸 透による美術作品の損傷を防ぐためなど、建物内部や輸送手段への応用も考えら れる。

この空気中の好ましくない部分の除去は、上述の空気中の湿度の調整方法と同時 には起こりえない。例えば、それらの部分が相互に露点が一致すると仮定すれば 、露点以下に空気を冷却することにより、凝縮できる部分だけが除去できる。

ハイドロスコピックな媒体が使用される場合には、水蒸気以外にはどのガスも除 去できない。

本発明は、この目的のために、ガス流の湿度の調整と、アルカリ性、酸性、ある いは中性の水溶液に吸収される好ましくないガスをその気体から除去することを 、一つの工程で同時に実施する方法に関する。本発明の方法は、除去すべきガス も拡散することができる隔膜が使用されることと、混合液の水分が、処理される ガス流の望ましい湿度バランスに調整され、その組成が、ガス流から除去される べき酸性あるいはアルカリ性の成分の溶解度に調整されるようなやり方で、ハイ ドロスコピックな液体が水分と混合されることに特徴がある。

このハイドロスコピックな混合液の水分は、調整されるべき湿度のバランスを決 定する。隔膜は、水蒸気を、保持側から透過側へ、あるいはその逆の方向のどち らにも通過させることができるので、水蒸気は、処理されるガスにも、除去され るガスにもどちらにも加えることができる。かかるガスが、隔膜の保持側から透 過側へ拡散し、隔膜の透過側に沿って流れるハイドロスコピックな混合液の酸性 あるいはアルカリ性の水分によって吸収される結果、湿度の調整と同時に処理さ れるべきガス成分は、ガス流から除去される。このために、水分は、除去される べき成分の溶解度が物理的あるいは化学的作用により増加および／あるいは促進 されるような組成でなくてはならない。組成は、除去されるガスの性質に合わせ て調整されなくてはならない。例えば、そこには、強いあるいは弱い、有機ある いは無機の、酸あるいはアルカリが溶解している。

トリエチレングリコールやポリエチレングリコールやそれらの混合物のような極 性グリコール、アルコールあるいはグリセロールからなるハイドロスコピックな 液体を用いることにより、良い結果が得られる。ハイドロスコピックな性質を持 つ電解水溶液でもよい。概して、このような、ハイドロスコピックな混合物、す なわち中に溶解している部分を有するハイドロスコピックな液体は、使用される 隔膜やモジュール材と適合性のあるものが選択されるべきである。

本発明には、工程の間、湿度を調整するために使用されるハイドロスコピックな 混合液を、再び望ましい水分を保有するまで再生する方法も含まれる。この方法 は、この目的のために、混合液がまずある温度まで加熱あるいは冷却され、そス 流に均衡状態になるまで接触させられ、作業温度まで冷却あるいは加熱されると いうことを特徴とする。

使用される隔膜のモジュールは、−以上の隔膜からなり、それらは、微小多孔性 かつ疎水性である。例えば、ポリプロピレンは、この点で適切である。どのよう な場合でも、その目的のために、隔膜は充分な大きさの交換表面を持たねばなら ない。隔膜は中空繊維でもよいし、また、平面隔膜も応用できる。原則として、 隔膜のどちら側にガスあるいは液体が導かれても大差ない。例えば、中空繊維の 隔膜の場合、液体流あるいはガス流のどちらを繊維内を通過させることもできる 。

ある状況下においては、非多孔性の上層を持つ上記の隔膜を使用することが望ま しい。このような隔膜は、ハイドロスコピックな混合液の性質、および／あるい は、手順の行なわれ方の結果として、微小多孔性隔膜の孔を通して好ましからぬ ハイドロスコピックな混合液の透過が起こる場合に、特に有用である。上層隔膜 は、例えば、ＰＤＭＳ　（シリコンラバー）、ポリトリメチルシリルプロピン、 あるいは、ポリマーを主成分とする薄いゲル層からなる。

当然、水蒸気と、処理されるガスから除去されるべき部分についてのこの上層の 透過性は、効果的な除去が行なわれることを保証できるように充分大きくなけれ ばならない。このような上層は、疎水性あるいは親水性であってよい。

非多孔性の上層を持つ隔膜を使用する場合、効果的な物質の移送を考慮すると、 液体、あるいはガスのそれぞれが隔膜のどちら側を流れるかの選択において、上 層上に液体を流すことが好ましい。しかしながら、ガス／空気相からの起こりう る汚染という点から、ガス／空気相の流れを上層上にするように選択がなされる こともある。このときには、汚れは上層の手前で蓄積し、隔膜の多孔層には浸透 しない。

本発明には、上述の方法を実施するための装置も含まれる。

この目的のために、この装置は、除去されるべき水蒸気と、例えば酸性あるいは アルカリ性のガスのどちらもが拡散することができる一以上の隔膜からなる隔膜 モジュールを有し、浄化され、かつ湿度に関して調整されるべきガス流を隔膜の 片側に導き、酸性、アルカリ性、あるいは中性のハイドロスコピックな混合液を もう一方の側に導く手段を備える。

したがって、隔膜は微小多孔性で、疎水性であり、充分に大きな交換表面を有す ることが望ましく、そこを通って拡散すべき物質にとって充分な透過性を持つ非 多孔性上層を備えてもよい。

以下に、本発明による方法のいくつかの実施例を記載する。

この記載では、本発明の様々な面が示される。

一般的に、吸収液、または混合液全体における、酸あるいはアルカリの濃度は、 場合に応じて、処理される空気流から除去される、あるいはそこに加えられる水 分の量で異なる。

実施例１ ５００ｐｐｍの二酸化硫黄を含む湿気を帯びた窒素ガス流が、中空繊維隔膜モジ ュール（形式エンカ（ＥＮＫＡ）ＬＭ２ＰＯ６、ポリプロピレン繊維、微小多孔 性）の繊維内を４リットル／分の流速で導かれた。隔膜モジュールは、内径０゜ ６ミリの繊維を有し、総膜表面積は４００ｃｍ２である。繊維の束は、その周囲 を、吸収液としての０．２５１／ｍｉｎのエチレングリコールと炭酸ナトリウム 溶液に取り巻かれる。

この混合液におけるエチレングリコールと炭酸ナトリウム溶液の比は、重量比で 、４：１である。入ってくる窒素ガス流については、相対湿度約９４％、露点１ ２．１℃が測定された。二酸化硫黄の濃度は、５００　ｐ　ｐｍとなった。

出ていく窒素ガス流では、相対湿度約６１％、露点１２゜１℃が測定された。出 ていく窒素ガス流の二酸化硫黄濃度としては、０．５ｐｐｍの含有量が検出され た。

したがって、窒素ガス流の湿度が調整され、あるいは減少されると同時に、窒素 ガス流の二酸化硫黄含有量は９９％減少したようである。

実施例２ 実施例１と同様の隔膜モジュールで、乾燥した窒素ガス流が、５００　ｐｐｍの 窒素含有量で、４リットル／分の流速で、繊維内を通して導かれた。繊維の周囲 には、吸収液として、約８０％がエチレングリコール、約２０％が１Ｍ炭酸ナト リウムからなる液体が注入された。吸収液は、流速的０．５リットル／分であっ た。実施温度は、約２８℃であった。

入ってくる窒素ガス流中の相対湿度は約１０％、露点は。

５．５℃と測定された。

出ていく窒素ガス流中では、二酸化硫黄濃度０．５ｐｐｍ、相対湿度約４１％（ ｊ１点１４．０℃）が測定された。

したがって、窒素ガス流の湿度が調整され、あるいは、増加すると同時に、窒素 ガス流の二酸化硫黄量は９９％減少したようである。

実施例３ 実施例１および２と同様の構成で、窒素ガス流からの二酸化硫黄の除去の程度に 、炭酸ナトリウムの濃度がどのような影響を与えるかが観察された。このために 、炭酸ナトリウム溶液は、１モル濃度から、それぞれ０．３モル濃度および０゜ １モル濃度に薄められた。０．３モル濃度の炭酸ナトリウムでは、二酸化硫黄の 除去程度は依然として９９％以上であった。０．１モル濃度の炭酸ナトリウムで は、ＳＯの除去程度は約９０％に低下したようであった。

実施例４ 実施例１および２と同様の実験構成で、エチレングリコールと（炭酸ナトリウム を含有しない）水の混合物の場合と水だけの場合とで、窒素ガス流からどのよう な二酸化硫黄の除去が行なわれるかが観察された。窒素ガス中の出ていく二酸化 硫黄の濃度は、ここでは、５１．３　ｐ　ｐｍに低下した。除去程度は、最大５ ０％であった。実験時間が長い場合には、除去程度は約４０％以下に低下した。

実施例３および４の結果から、炭酸ナトリウムを追加せずに、あるいは０．１モ ル濃度未満の濃度で炭酸ナトリウムを追加することで、二酸化硫黄の除去程度は 急速に低下することが推測できる。その場合、溶液は、急速に二酸化硫黄で飽和 状態になり、それ以上の吸収が妨げられるようである。効果的な二酸化硫黄の除 去と、同時に行なわれる窒素ガス流の湿度の調整のために、炭酸ナトリウムの濃 度は０．１モル濃度以上であることがめ実施例１および２と同様の実験構成で、 しかし吸収液として、トリエチレングリコール（ＴＥＧ）と炭酸カリウム溶液（ １モル濃度）の混合物を用いる差をもって、実施例１の実験が繰り返された。こ の混合物中のＴＥＧと炭酸カリウム溶液の比は、重量比で４：１であった。実施 例１と同様の、除湿、および、同時に、二酸化硫黄の除去の程度が測定された。

この結果から、実施例１から４で用いた混合物の場合と同様に、ＴＥＧと炭酸カ リウム溶液の混合物を用いて、窒素ガス流の湿度が調整され、同時に二酸化硫黄 含有量が９９％減少できることが結論される。

フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，５識別記号　庁内整理番号Ｂ　０１　Ｄ　５３／３ ４　１１９　６９５３−４ＤＩ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．水蒸気がそこを通して拡散することのできる隔膜の保持力のある側に沿って ガス流が導かれ、反対側の透過性のある側ではハイドロスコピックな液体が流れ る、ガス流の湿度を調整し、そのガス流から、例えば、酸性あるいはアルカリ性 のガスを浄化する方法において、かかる酸性あるいはアルカリ性のガスがそこを 通して拡散することができる隔膜が用いられ、ハイドロスコピックな液体が、混 合液中の水分が処理すべきガス流の望ましい湿度バランスに調整され、その組成 が、例えば、取り除かれるべき酸性あるいはアルカリ性成分の溶解度を増加およ び／あるいは促進するように調整されるように、水分と混合されることを特徴と する方法。
2. ２．ハイドロスコピックな液体が、トリエチレングリコールやポリエチレングリ コールあるいはその混合物であるような極性グリコール、アルコールまたはグリ セロールからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ３．ハイドロスコピックな液体がハイドロスコピックな性質を持つ電解水溶液か らなることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. ４．方法を実施している間に、まずある特定の温度まで加熱あるいは冷却し、次 に平衡状態になるまで、水蒸気を透過する隔膜を通して一定の湿度を持つガス流 に接触させ、最後に混合液を作業温度まで再び冷却あるいは加熱することにより 、使用されるハイドロスコピックな混合液が、望ましい水含有量に達するまで再 生されることを特徴とする請求項１から３に記載の方法。
5. ５．隔膜モジュールが、充分に大きい膜交換表面を持つ一以上の微小多孔性疎水 性の隔膜と共に用いられることを特徴とする請求項１から４に記載の方法。
6. ６．隔膜が、除去されるべき水蒸気、あるいは、例えば酸性またはアルカリ性の ガスの両方に対し、充分大きい透過性を持つ非多孔性の上層と共に用いられるこ とを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. ７．除去されるべき水蒸気と、例えば酸性あるいはアルカリ性のガスのどちらも 拡散することができる一以上の隔膜からなる隔膜モジュールを有し、浄化されか つ湿度に関して調整されるべきガス流を、隔膜の片側における導き、酸性、アル カリ性、あるいは中性のハイドロスコピックな混合液をもう一方の側に導く手段 を有する、請求項１から６に記載の方法の一つを実施するための装置。
8. ８．隔膜が疎水性の材料からできている微小多孔性中空繊維膜であることを特徴 とする請求項７に記載の装置。
9. ９．隔膜が充分に大きい膜交換表面を有する、平らで、微小多孔性で、疎水性の 膜であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. １０．隔膜が、請求項６に記載の方法を実施することができるような、水蒸気と 、酸性あるいはアルカリ性のガスとに対して透過性を有する非多孔性の上層を備 えることを特徴とする請求項７、８および９に記載の装置。