JPH07204444A - 温度追随を使用しての半透膜窒素 - Google Patents

温度追随を使用しての半透膜窒素

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JPH07204444A
JPH07204444A JP6334654A JP33465494A JPH07204444A JP H07204444 A JPH07204444 A JP H07204444A JP 6334654 A JP6334654 A JP 6334654A JP 33465494 A JP33465494 A JP 33465494A JP H07204444 A JPH07204444 A JP H07204444A
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air
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Ravi Prasad
ラビ・プラサド
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 最適運転温度が周囲温度よりも低い、特性の
進歩した、透過性の一段と高い半透膜を、変化する周囲
温度条件下で効率的に使用可能とする方法を提供するこ
である。 【構成】 空気圧縮器３２を出た圧縮空気がアフターク
ーラーユニット３４、ノックアウトユニット３６、加熱
器ユニット３９に順次入る。次いで送給空気は第１ステ
ージ半透膜４１に入りここで透過ガスが排出される。窒
素富化された非透過ガスはライン４３を通し第２ステー
ジ半透膜４４に入り、ここで生成物窒素が非透過ガスと
して除去される。第２ステージ半透膜４４からの透過ガ
スはライン４７に入り、ここでの追加量の送給空気と共
にライン３１に入り、送給空気圧縮器３２に入る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は空気から窒素を回収する
ための半透膜の使用に関し、詳しくは、可変温度条件下
でのそうした半透膜の運転に関する。
【０００２】
【従来技術】透過半透膜に関する最近の発達により、比
較的低純度の窒素を小トン数で製造するための現場シス
テムのコストは著しく低減された。透過半透膜システム
は単純であるが故に、広範な商業的運転条件を満たすた
めのそうしたシステム開発に強い刺激を与えている。中
空糸半透膜や半透膜モジュールを入手可能であること
が、空気から生成物窒素や生成物酸素を製造するための
簡単な方法及び装置の開発を促進している。空気分離用
の半透膜の使用に際しては、送給空気を圧縮し、これを
中空糸半透膜の外側（内側）に沿って流し、酸素を中空
糸半透膜の表面から選択透過させ、中空糸半透膜の送給
側には窒素を不透過流れ或は滞留流れとして選択保持さ
せる。この滞留流れは、中空糸半透膜を通して進行する
につれて窒素量が多くなるのでこれをモジュールの送給
側でモジュールの排出端を通し窒素富化生成物として取
り出す。空気分離のための半透膜プロセスの効率は使用
する半透膜材料の性質や運転プロセスのパラメーターに
依存する。半透膜材料の性質上、特に重要な係数は以下
の２つ、即ち、酸素に対する透過能力対厚さの比（Ｐ0
／ｔ）と、窒素の透過能力に対する酸素の透過能力の比
であるところの選択能力或は分離能力αとである。半透
膜プロセスの効率はこれらの両係数が大きい場合に高く
なる。これら２つの係数は温度依存的である。一般に、
Ｐ0 ／ｔの値は温度上昇と共に増大し、一方、αの値は
温度上昇と共に減少する。従って、圧力その他の運転変
数の値が一定であればただ１つの最適の運転温度が存在
する。初期の多くの中空糸半透膜材料を使用して得られ
る特性範囲は、最適の運転温度が周囲温度よりも高いと
いうものであった。送給空気の圧縮熱の幾分か或は全て
を利用することにより、或は或は送給流れを中庸に加熱
することによる等して、こうした周囲温度以上の温度で
半透膜による空気分離を簡単に達成及び実施出来る。一
貫した運転のために半透膜材料が、代表的には一般に約
９０乃至１４０°Ｆ（約３２．２乃至６０℃）の固定送
給温度で周囲温度条件とは無関係に運転するべく設計さ
れた。余り複雑でない半透膜システム及び半透膜プロセ
スは送給温度を制御すること無く運転される。この場
合、運転温度はその時の温度条件のみによって決定され
るので、そうしたシステムやプロセスの使用は通常は屋
内に限定される。中空糸半透膜の材料及び製造上の改良
により、従来既知の材料に加えての進歩した半透膜材料
が開発されるようになった。これらの進歩した半透膜材
料は固有の高いＰ0 ／ｔ値を有し、最適の運転温度は周
囲温度よりも低い。この場合は、圧縮機アフタークーラ
ーを使用することにより送給温度を幾分低下させること
が可能である。この方法による温度低下の効果がなくな
った場合、もっと高価な冷却手段を使用して、半透膜へ
の送給流れを、特に周囲温度が高い場合に低い最適運転
温度に維持する必要がある。しかしながら、外部冷却手
段を使用すると、半透膜システムを低い最適温度で運転
する上での利益の幾つか或は全てが削減される。その結
果、半透膜プロセス技法には代表的に、進歩した中空糸
半透膜を使用しての改善された半透膜運転のためには最
適であろうはずの低い温度の利益はない。大抵の半透膜
プラントでは送給ガス温度を周囲温度よりも高くする状
態で運転を続けており、運転温度がそこで使用される進
歩した半透膜材料の最適運転温度よりも高いことによる
不効率性がある。斯界には、固有のＰ0 ／ｔ値がもっと
高く、しかも外部冷却を必要とせずに周囲温度よりも低
い最適温度で効率的に運転可能な、新規の、進歩した半
透膜材料を更に開発することに対する要望がある。そう
した開発には、進歩した半透膜を実際の商業的運転に於
て、変化する周囲温度条件を通して使用するための経済
的に実用可能な手段を提供する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】最適運転温度が周囲温
度よりも低い、特性の進歩した、透過性の一段と高い半
透膜を、変化する周囲温度条件下で効率的に使用可能と
する方法を提供することであり、高い周囲温度条件で、
進歩した、高透過性の半透膜における低い最適運転温度
を、外部冷却手段を必要とせずに達成するための改良方
法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】最適運転温度が周囲温度
以下である半透膜は、半透膜空気分離運転中に周囲温度
に追随させ、運転温度が周囲温度の上昇に伴い上昇した
場合には送給空気圧力を調整下で低減させることにより
運転可能である。周囲温度変化に応答して送給空気圧力
をそのように調節することにより、半透膜空気分離運転
の全体効率は増長され、その一方で好ましい具体例では
半透膜の入手可能な表面積の利用が増長される。
【０００５】
【実施例】本発明の前記課題は、大抵のプラント設置場
所での周囲温度の変動を利用する新規なプロセス処理運
転により解決される。多くのプラントは温度帯域、或は
比較的高緯度の、年間の殆どで周囲温度が最適半透膜運
転温度以下である場所に設置される。周囲温度が低いそ
うした期間中、半透膜送給温度は圧縮機のアフタークー
ラーを従来通り運転すること及び必要に応じて熱を加え
ることにより適宜の低い温度、即ち最適な等温レベルに
維持することが出来る。この期間中、周囲温度が比較的
高く、しかも従来の冷却手段では半透膜を最適運転温度
で運転出来なくなると送給ガスの温度は上昇する。しか
し送給ガスの圧力が同時に低下してこの温度上昇を補償
し、その一方でガス分離作業で入手可能な全半透膜表面
積は維持される。かくして、こうした方法は周囲温度が
一定である時、及びその送給側から透過側を横断しての
圧力比が一定である時には使用出来ない。それに代え
て、より高い運転プロセス圧力を調節状態で低減させる
ことにより、運転温度の増大が“追随”される。プロセ
スコンピューター／コントローラーを使用することによ
り、送給温度及び送給圧力に対し好都合に適宜の調節が
実施可能となる。
【０００６】本発明の方法の全体的効率は、周囲温度以
下である最適温度で運転される進歩した、透過性の高い
半透膜を使用しての通年運転で平均した場合、周囲温度
よりも高い一定温度で運転を実施する方法よりも優れて
いることが分かった。このことは、半透膜によるガス分
離運転の平均電力係数の減少として示される。平均電力
係数が低くなると所望の空気分離運転に対する全体コス
トが小さくなる。かくして、本発明によれば、外部冷却
手段の負担を生じることなく、進歩した中空糸半透膜を
使用することにより可能な一段と低い最適運転温度の利
益を得ることが出来る。半透膜分離プロセスの効率は一
定の低い最適運転温度で運転するプロセスに於けるそれ
よりも幾分劣るかも知れないが、冷却コストは掛からず
しかもプロセスは全体的に極めて効率的である。本発明
は温度帯域並びに高緯度の地での大抵のプラント現場に
とって有益である。本発明のこの利益は電力コストが比
較的高い北ヨーロッパのような地域で一段と大きいもの
となる。
【０００７】従って、本発明は主に、温度依存的な２つ
の別個の態様に於て運転される窒素生成物ガス製造のた
めの半透膜空気分離プロセスに関与するものである。前
記態様の１つに於て、周囲温度が十分に低い、即ち半透
膜システムの最適運転温度以下である場合、半透膜送給
温度は空気分離プロセスのための最適運転温度に近い、
予め決定した一定温度に維持される。周囲温度が平均で
代表的には約７０乃至９０°Ｆ（約２１．１乃至３２．
２℃）と低い運転期間は、温度帯域では年間のおよそ２
／３に及び、この低い温度よりも周囲温度が高くなるの
は残りの約１／３の期間である。その他の地域では平均
して年間の少なくとも約１／２が周囲温度の低い期間で
あり、残余の期間では周囲温度は最適運転温度よりも高
くなる。本発明はまた、そうした低い平均周囲温度年間
のその他の運転期間、例えば年間の半分未満或は約１０
％もの短期間である地域でさえも、採用することが出来
る。最適運転温度を維持するためには周囲温度が高過ぎ
る、即ち従来のアフタークーラーを使用しても冷却が不
十分である場合には本プロセスは第２の様式で運転され
る。この第２の様式では半透膜送給温度を最適運転温度
より高くすることが許され、それが半透膜の透過性を向
上させる。この状況下では、もっと低い送給空気圧力下
で所望の生成物純度及び所望の生成物流れを実現可能で
あり、かくして圧縮機の電力要件が低減する一方で、入
手可能な全半透膜表面積の利用が達成される。送給空気
圧力を、温度依存的な予め決定された様式に於て制御し
且つプロセスコンピューター／制御体によって自動的に
制御し、残留物流れにおける分析、即ち残留物の残余酸
素濃度を測定することにより好都合に決定されるものと
しての生成物純度を一定に保持する。半透膜送給温度が
半透膜の最適運転温度を上回る状態では半透膜の選択能
力が低下することから、最適運転温度を越える温度で同
一の生成物純度及び生成物流れを創出するために必要な
電力は増大することが予想される。本発明の実施に際し
ては、しかしながら、透過性の増大及び選択性の低下と
いった異なる効果が、実際には周囲温度を越える運転温
度で等温的に且つ一定圧力で実施される半透膜空気分離
プロセスの電力要件全体を著しく低下させることが分か
った。
【０００８】結局、本発明は有益にも、半透膜の最適運
転温度を上回る運転温度での温度追随プロセスを含んで
おり、高い運転圧力をこれに伴って低下させるので、電
力要件の所望通りの低減が、最適運転温度を越える温度
態様に於て達成される。年間で平均すると、本発明の温
度追随プロセスのための電力係数は、本発明が特に適合
するところの透過性が高く、進歩した半透膜の最適運転
温度を上回る温度帯域での半透膜空気分離運転のための
標準的プロセスのそれよりも小さい。本発明は、電力要
件が小さいことに加え、送給空気その他の送給ガスを、
それらガスが空気その他のガス分離半透膜を通過する
際、従来の等温運転とは逆に、常に過熱状態、例えば１
００°Ｆ（約３７．８℃）としておくことが可能であ
る。半透膜運転温度が周囲温度条件に追随するので、再
熱器は常に送給空気その他の送給ガス流れを若干、例え
ば少なくとも約５°Ｆ分加熱して約１０５°Ｆ（約４
０．６℃）とする。かくして送給空気その他の送給ガス
は飽和せず、即ち過熱された状態に於て、その相対湿度
が１００％未満、代表的には９０％であるところの半透
膜システムに入る。この追加の利益は本発明に於て重要
である、なぜならこれにより半透膜システムでの所望さ
れざる凝縮が防止されるからである。
【０００９】言い換えると、圧縮機設備に限界があるこ
とによって送給圧力を温度変化の全範囲に追随させる制
御が出来ない場合でも、前述の２つの態様での運転上の
利益の幾つかを維持することが出来る。例えば、送給ガ
ス圧力が周囲温度の上昇と共に減少するに従い、プラン
ト現場に関する低効率の運転条件が達成され得る。次い
で幾分高い送給ガス圧力水準に於て一段と効率的な運転
条件が達成され得る。そうした場合、生成物純度か或は
生成物流れがその仕様を上回るものとなる。この場合は
透過モジュールの幾つかを遮断し、圧縮機の運転を、余
剰の生成物流れの生じない有効限度内での状態に保持す
ることが出来る。
【００１０】送給空気から窒素を製造するための現在の
半透膜プロセスでは通常、１、２乃至３つの透過ステー
ジを直列して使用する。各透過モジュールが、半透膜材
料の薄皮部分を支持する中空糸基材と共に非対称半透膜
構造、即ち半透膜材料が付着して複合半透膜構造を形成
してなる薄い層状態とされ、この状態で半透膜の空気分
離特性が提供される。空気分離のための代表的な２ステ
ージ半透膜システムでは、送給ガスは送給圧縮機内で圧
縮され、圧縮機アフタークラー内で冷却され、ノックア
ウト容器を通過することにより凝縮水分が除去され、所
望の運転温度に過熱された後、直列状態の各半透膜ステ
ージの給送側に送られる。生成物窒素は第２ステージに
於て非透過ガスとして取り出され回収される。この第２
ステージを透過した流れは追加量の送給空気と共に送給
空気圧縮機に再循環され、その一方で第１ステージを透
過した酸素富化流れが排出される。半透膜空気分離シス
テムに於て従来一般に使用された半透膜材料を使用する
場合、空気分離プロセスのための最適運転温度は約９０
乃至１４０°Ｆ（約３２．２乃至６０℃）である。圧縮
された送給ガス流れ、即ち送給空気と再循環ガスとは、
一般に、圧縮機の熱により周囲温度よりも高温となって
いるので通常、水分で飽和されている。この流れがアフ
タークーラーユニットを通過しそこで冷却されると殆ど
の水蒸気が凝縮し、下流側に設けた従来通りのノックア
ウトトラップから除去される。次いで送給ガス流れは再
熱器ユニットを通りそこで所望の運転温度、即ち半透膜
の最適運転温度或はそれ以上の温度とされる。アフター
クーラーユニット及び再熱器ユニットとは主たる周囲送
給空気の温度に依存する。
【００１１】プロセス制御のための様々な技法が知られ
且つ市販入手可能であることは当業者には明らかであ
る。現在の半透膜空気分離プロセスは代表的には、休止
状態以外は一定温度及び一定圧力下で運転される。そう
したシステムの１つが図１に示される。このシステムで
は入口ライン１が送給空気圧縮機２に送給空気を送るた
めに使用され、この送給空気圧縮機を出た圧縮空気がラ
イン３を通りアフタークーラーユニット４に入り、ライ
ン５を経てノックアウトトラップ６に入り、ここで凝縮
された水分をライン７から排出し、ライン８を通して加
熱器９を通った後、ライン１０に入り半透膜空気分離シ
ステムに向う。例示具体例では２ステージ半透膜システ
ムを示す。ここでは送給空気はライン１０を経て第１ス
テージ半透膜１１に向う。送給空気に於ける透過性のよ
り高い酸素成分に富む透過ガスが、ライン１２を通して
第１ステージ半透膜１１から除去され廃棄物として排出
される。より透過性の小さい透過性の窒素成分は第１ス
テージ半透膜１１の非透過側を出、ライン１３を通り第
２ステージ半透膜１４に入る。生成物窒素はこの第２ス
テージ半透膜１４から、弁１６を有する生成物ライン１
５を通して回収される。大量の窒素を含有する透過ガス
は第２ステージ半透膜１４からライン１７を通して取り
出され、ライン１に再循環されて追加量の送給空気と共
に送給空気圧縮機２に入る。
【００１２】送給空気流れの温度及び圧力を測定するた
めに適宜のセンサーを使用する。かくして、ライン１０
内の送給空気の圧力が圧力センサー１８を使用して好都
合に測定され、入力圧力信号１９が制御ユニット２０に
送られる。この制御ユニットは出力信号２１により送給
空気圧縮機２を制御するようになっている。同様に、送
給空気の温度がライン１０内で温度センサー２２を使用
して好都合に測定され、入力温度信号２３が従来通りの
温度制御ユニット２４に送られる。この温度制御ユニッ
ト２４は出力温度信号２５によりアフタークーラーユニ
ット４を調節し及び或は出力温度信号２６により再熱器
を調節するようになっており、この調節を通し、送給空
気温度は半透膜システムの予め決定した最適運転温度に
維持される。
【００１３】大抵の商業的半透膜プラントは、周囲温度
が代表的には最新の運転温度範囲、即ち現在商業的に実
施されている従来の半透膜の代表的な運転温度範囲であ
るところの約９０乃至１４０°Ｆ（約３２．２乃至６０
℃）の範囲以下の温度地域に設置されている。例えば、
図２にはドイツ国のシュツットガルト及び米国ニューヨ
ーク州バッファローの年間の気温変動が例示される。こ
のグラフから分かるように、従来の半透膜を所望の運転
温度にしようとすれば、周囲空気を加熱する必要があ
る。商業的実施に於てはこうした加熱は、図１に示すよ
うにアフタークーラーユニット及び再熱器ユニットを制
御することによって簡単に行なえる。
【００１４】半透膜技術の発達に伴い、半透膜の透過
性、即ちＰ0 ／ｔ値は大きくなっている。詳しく言う
と、実用性を有する半透膜の有効厚さ、つまり半透膜の
分離特性を決定する半透膜構造部分は徐々に薄くなって
きている。半透膜厚減少による効果は以下に示される。
ここでは種々の特性及び係数は異なる運転温度に対し示
されており、使用した半透膜材料はヘキサフルオロアロ
マチックポリアミド、“６ＦＤＡ”であり、その特性は
Ｔａｏ−ＨａｎＫ及びＷ．Ｊ．Ｋｏｒｏｓ、Ｊ．Ｍｅ
ｍ．Ｓｃｉ．（１９８９）のページ４３−５６により決
定され及び報告されたものである。分離係数 α（Ｏ2 ／Ｎ2 ）＝６．２５（３５℃） 透過性、Ｐ0 ＝５．１バレル（３５℃） 活性化エネルギー： Ｅ0 ＝２．３０Ｋｃａｌ／Ｍｏｌｅ Ｋ Ｅn ＝３．４９Ｋｃａｌ／Ｍｏｌｅ Ｋ
【００１５】面積係数は、単位生成物流れ当りに必要な
半透膜面積のことであり、電力係数とは関与する全消費
電力のことである。これら２つの係数は、送給空気側に
於ける絶対値での１５０ｐｓｉａ（約１０．５ｋｇ／ｃ
ｍ2 ）の高い圧力と透過側の絶対値での１５ｐｓｉａ
（約１．１ｋｇ／ｃｍ2 ）の低い圧力を使用する単一ス
テージ式の半透膜空気分離プロセスに対し決定されたも
のである。半透膜に使用した中空糸は、向流流れモデル
に習った穿孔−側方送りで使用され、半透膜の透過側及
び送給側の両方での完全な半径方向混合を基本としてい
る。熱的効率が８０％である２ステージ圧縮機が電力算
出の基準として使用された。表中のコスト係数は面積係
数及び電力係数の重量組み合わせであり、以下の式で定
義される。 コスト係数＝５×面積係数＋１．５×電力係数 この関係は、電力の資本コスト１，５００／ｋｗを基準
としている。この値は米国その他の地域に対し代表的な
ものである。
【００１６】
【表１】
【００１７】この表では、半透膜の透過性Ｐ0 が温度と
共に増大し、その一方で選択性或は分離係数、即ちαが
温度と共に減少することが示される。電力係数の計算値
は半透膜空気分離運転が実行される温度と共に増大し、
他方、面積係数は減少している。この点に関し、面積係
数は有効半透膜厚に強く影響されると言える。半透膜厚
を半分、即ち１０００Åから５００Åにすることにより
面積係数は半分となる。望ましいプロセスの大半がコス
ト係数の低いものであることが分かる。半透膜厚が１０
００Åである場合、前掲の表中コスト係数が最も小さい
のは最高温度が１００°Ｆ（約３７．８℃）或はそれ以
上の温度におけるものであり、半透膜厚が５００Åの場
合はコスト係数は小さくなり、約６０乃至７０°Ｆ（約
１５．６乃至２１．１℃）間に浅い最少値が存在してい
る。これが、表中に参照した薄厚の半透膜に対する最適
運転温度となる。
【００１８】図１に示すような従来のプロセス制御シス
テムを使用して、半透膜空気分離プロセスを７０°Ｆ
（約２１．１℃）で運転することは、周囲温度が外部冷
却手段を必要とすることなく所望の運転温度を得られる
に十分低い場合に於てのみ、可能である。実用上最低の
送給温度は代表的には、周囲温度よりも少なくとも５乃
至１５°Ｆ高い７５乃至８５°Ｆ（約２３．９乃至２
９．４℃）である。図２から分るように、バッファロー
やシュツットガルトの年間の約６０％が７０°Ｆ（約２
１．１℃）よりも１５°Ｆ低い５５°Ｆ（約１２．８
℃）である。残余の期間の周囲温度は７０°Ｆ（約２
１．１℃）以上であり、従って送給空気温度を従来の、
図１に示すプロセス制御手段を使用して７０°Ｆ（約２
１．１℃）以下に保つことは出来ない。
【００１９】本発明のプロセスは、今後は“Ｔ−トラッ
ク”プロセスと称するが、２つの態様に於て運転されそ
れにより、変動する周囲温度及び進歩した半透膜材料の
性質に対処する。一方の態様、即ち、周囲温度が十分に
低い場合の態様に於て、本プロセスは半透膜厚が５００
Åの場合、半透膜の最適運転温度或いはそれに近い温
度、例えば７０°Ｆ（約２１．１℃）で等温的に運転さ
れる。年間の特定の期間、周囲温度がそうした等温的運
転には高過ぎる場合、本プロセスは第２の態様で運転さ
れ、送給空気温度は年間平均温度よりも代表的には５乃
至１５°Ｆ分高い７５乃至８５°Ｆ（約２３．９乃至２
９．４℃）に上昇される。
【００２０】例示具体例では送給空気の高い圧力レベル
は、周囲温度上昇条件に応じて送給空気温度を上昇さ
せ、予め決定した温度、好都合には年間平均温度よりも
約１５°Ｆ分高い温度に上昇させるに従い減少する。半
透膜システムへの送給空気流れの所望の圧力とは、それ
が所望の生成物純度を維持（或いは、もし生成物純度が
もっと低くて良いのであれば所望の生成物流量を仕様レ
ベルに維持する）ようなものである。本発明の実施に際
し所望の低い送給空気圧力を実現するために好適なプロ
セスコンピューター／制御体を使用する。そうしたプロ
セスコンピューター／制御体は斯界で入手可能な最新の
プロセス制御テクノロジーの能力を使用する。しかしそ
うしたプロセスコンピューター／制御体の能力は、本発
明が対象とする特定の半透膜運転上の問題に対し、ここ
に開示し且つ請求するようにはこれまでは適用されたこ
とは無かった。本発明のＴ−トラックプロセスの目的の
ために使用された如きプロセス制御システムの好都合な
具体例を図３に示す。ライン３１は送給空気を空気圧縮
器３２に送るために使用される。この空気圧縮器３２を
出た圧縮空気はライン３３を経てアフタークーラーユニ
ット３４に入り、ライン３５を経てノックアウトユニッ
ト３６に入り、ここで凝縮された水分がライン３７から
排出される。次で送給空気はライン３８を通し、このノ
ックアウトユニット３６から加熱器ユニット３９に入
る。ここで加熱された送給空気はライン４０を経て例示
具体例に於ける２ステージ式の半透膜システムの第１ス
テージ半透膜４１に向かう。この第１ステージ半透膜４
１からライン４２を通し透過ガスが排出される。窒素富
化された非透過ガスはライン４３を通し第２ステージ半
透膜４４に入り、ここで弁４６を含むライン４５を通
し、生成物窒素が非透過ガスとして除去される。第２ス
テージ半透膜４４からの透過ガスはライン４７に入り、
ここでの追加量の送給空気と共にライン３１に入り、送
給空気圧縮器３２に向かう。第１ステージ半透膜４１に
入る送給空気の圧力を決定するための圧縮センサー４８
を使用して、望ましくは加熱器３９の下流側位置での圧
力を測定し、その圧力に相当する入力信号４９をプロセ
スコンピューター／制御体５０に伝送する。温度センサ
ー５１を使用して、望ましくは前記位置での送給空気温
度を測定し、この温度に相当する入力信号５２をプロセ
スコンピューター／制御体５０に伝送する。同様に、純
度センサー５３を生成物窒素の通るライン４５の、第２
ステージ半透膜４４の下流側の位置に位置決めしてこの
ライン内の生成物窒素の純度を測定し、この純度に相当
する入力信号５４をプロセスコンピューター／制御体５
０に伝送する。更に、生成物流れセンサー５５を前記ラ
イン４５に位置決めしてそこでの生成物流れを測定し、
この流れに相当する入力信号５６をプロセスコンピュー
ター／制御体５０に伝送する。所望であればその他のプ
ロセス変数も同様に測定可能である。プロセスコンピュ
ーター／制御体５０は各入力信号を受け、相当する出力
信号５７を創出して空気圧縮器３２の運転を制御し、ま
た出力信号５８及び或いは５９を創出してアフタークー
ラーユニット３４及び或いは加熱器３９の運転を夫々制
御する。
【００２１】周囲温度が低い場合、送給空気圧力を調節
して予め決定した最大レベルのものとし、また送給空気
温度を調節して予め決定した最適運転温度レベル、例え
ば例示具体例に於ける７０°Ｆ（約２１．１℃）とす
る。周囲温度が年間の特定期間中に上昇し、アフターク
ーラーユニットを使用しての冷却がもはや最適運転温度
レベルを維持するには不十分なものとなった時、送給空
気温度を周囲温度の上昇に合わせて上昇させる。本発明
の実施に際しては、圧力はプロセスコンピューター／制
御体が各センサーからの入力信号に応じて決定するとこ
ろの適正値に制御、即ち減少され、それにより生成物の
特性は確立された仕様、即ち生成物純度及び或いは流れ
に対し維持され、或いはそうでなければ送給空気温度に
依存して予め決定した値に維持される。
【００２２】図４には９９％窒素生成物ガス製造のため
の特定の膜空気分離用のＴ−トラックプロセスのための
送給空気温度及び送給空気圧力の変動が周囲温度と共に
例示される。図２からのデータを使用しての、ドイツ国
シュツットガルトでの年間の運転コースにおける種々の
温度帯に於て使用された時間割合が示される。図４の例
示具体例では６５％の時間が等温運転に使用され、送給
空気圧力を低下させての第２の様式での膜空気分離プロ
セスの占める時間割合は３５％であった。これらの時間
割合はプラント設置位置の違いにより当然ながら変化す
る。図４に例示したような本発明のＴ−トラックプロセ
スの運転に際しては、圧力は周囲温度の上昇に従い降下
せしめられ、膜空気分離プラントの温度は周囲温度より
も１５°Ｆ分高い温度に好都合に維持される。この条件
下では、膜材料の最適運転温度を、例えば例示具体例で
の７０°Ｆ（約２１．１℃）としての等温運転を維持す
るのは簡単では無く、送給空気圧力をそうした最適運転
温度で使用するレベルである１９０ｐｓｉａ（絶対値で
の約１３．４ｋｇ／ｃｍ2 ）から減少させることによっ
て所望の９９％生成物窒素生成物を持する。斯くして、
運転圧力を１５０ｐｓｉａ（約１０．５ｋｇ／ｃｍ2 ）
に落とし、この場合のプラント温度、即ち膜への送給空
気温度を１１０°Ｆ（約４３．３℃）とする。
【００２３】本発明のＴ−トラックプロセスが９９％窒
素製造のための標準的プロセスと比較された。この標準
的プロセスは温度１０５°Ｆ（約４０．６℃）、圧力１
９０ｐｓｉａ（絶対値での約１３．４ｋｇ／ｃｍ2 ）の
条件で等温運転される。この温度はシュツトガルトで従
来からの膜システムが遭遇する最高の周囲温度９０°Ｆ
（約３２．２℃）を収受するに十分高い温度である。Ｔ
−トラックプロセスの進歩した吸着材料のための最適運
転温度は、図４に示すように、約７０°Ｆ（約２１．１
℃）である。本プロセスの電力係数を標準プロセスに対
し標準化し、温度の関数としてプロットしたものを図５
に示す。周囲温度が低い場合、Ｔ−トラックプロセスの
ための電力要件は標準プロセスのためのそれの僅か８６
％である。この減少は主に、Ｔ−トラックプロセスで使
用される運転温度がずっと低い場合に於ける進歩した膜
のα、即ち選択性が一段と高いことによるものである。
周囲温度が５５°Ｆ（約１２．８℃）よりも高いとＴ−
トラックプロセスでの電力要件は増大し、標準プロセス
の最高の周囲温度条件での電力要件に近いものとなるが
それでも尚、標準プロセスでの値よりは小さい。
【００２４】Ｔ−トラックプロセスの利益を例示するべ
く、標準プロセス及び本発明に対する面積係数並びに電
力係数が生成物純度の関数として決定された。この目的
のために、周囲温度の変動は図２に示すようなシュツッ
トガルトでのものとした。電力係数を各温度帯域に対し
算出し、プロセスのための全電力係数を、各温度帯域に
於ての年間で使用した期間の割合の加重平均値とした。
面積係数及び電力係数を図６及び７に示すプロットに於
て使用した。本発明のＴ−トラックプロセス及び標準プ
ロセスに対する平均面積係数を図６の生成物純度に対し
プロットした。このプロットによれば、標準プロセスで
の平均面積係数が全純度レベルで低いことが示される。
これは、低い温度では透過性が低下することによるもの
である。
【００２５】図７には平均電力係数が生成物純度に対し
プロットされた。このプロットによればＴ−トラックプ
ロセスの平均電力係数が全ての生成物純度に対し低いこ
とが示される。これは、低い温度では選択性、即ちαの
値が大きくなることによるものである。膜空気分離プロ
セスのコストはこれら面積係数及び電力係数の双方に依
存する。これらの係数の値が大きくなるとコストも増大
する。プロセスコストはまた、膜材料の単位コストや電
力の資本コストにも依存する。既述したように、プロセ
スに対するコスト係数は面積係数及び電力係数の加重組
合わせである。電力の資本コストが比較的小さい、例え
ば約１５００ドル／ｋｗであると、コスト係数は既述し
たように以下の式の如く書き表わせる。 コスト係数（米国）＝５×面積係数＋１．５×電力係数 資本電力コストがもっと高い、例えば約２５００ドル／
ｋｗであるような地域では適切なコスト係数は以下の式
のようになる。 コスト係数＝５×面積係数＋２．５×電力係数
【００２６】電力コストが比較的低い地域ではＴ−トラ
ックプロセスは標準の、等温プロセスを上回る若干の、
安定した、望ましいコスト利益を提供することが分っ
た。電力係数が比較的高い地域ではＴ−トラックプロセ
スのコストは標準の等温プロセスよりも実質的に低いこ
とが分った。これらの事柄から、本発明の利益の度合い
は電力コストに負うところが大きいことが分る。電力コ
ストが比較的安価である地域では本発明の利益はあって
も僅かである。電力コストが比較的高い地域ではＴ−ト
ラックプロセスによるコスト上の利益は大きくなる。こ
こで示される本発明の例は現在での膜コストに基づいた
ものである。膜製造技術が更に進歩すれば膜の透過性も
同様に増大し、それによって膜表面積の単位コストは現
在の水準よりも小さくなる。そうした開発によれば先に
示したコスト式の各係数は必然的に変化し、膜表面積の
コストは一段と安価なものとなり、膜運転のコストを引
き下げるための現在の努力が動力コストの面で助成さ
れ、更に、広範な種類での重要な空気分離用途のために
一層使用し易くなる。Ｔ−トラックプロセスの利益はこ
れによって更に大きく且つ重要なものとなる。
【００２７】本発明の好ましい具体例では圧縮器の圧力
は周囲温度上昇と共に継続的に減少される。然しなが
ら、幾つかの圧縮器では圧力の限度範囲に於てのみ運転
可能であり、そうした特定の圧縮器にとっては特定の最
小レベルを越えて減少させ続けるのは実用的ではない。
もし、特定の圧縮器に於て、送給空気圧力をそうした特
定の最小レベルを越えて有効に減少出来ない場合は、膜
システムに組み込まれた入手可能な膜表面によって余分
の生成物が生じる。大抵の商業的膜プラントには図１０
に概略示すように多くの独立した透過モジュールが含ま
れることから、膜プラント全体の幾つかの透過モジュー
ルを隔絶することによりこの膜表面積を減らすことが可
能である。
【００２８】図８に示される具体例では送給ライン６０
が送給圧縮器６１に通じ、この送給圧縮器からの送給空
気ライン６２を通り第１ステージ透過モジュール６３に
入る。この第１ステージ透過モジュール６３は独立モジ
ュールを多数、即ち独立モジュール６４、６５、６６、
６７、６８を含むものとして示されている。送給空気は
モジュール入り口ライン６９、７０、７１、７２、７３
を通し平行状態で各モジュールに入る。これらの独立モ
ジュールからの透過物、即ち送給空気の内の選択的透過
性の大きい酸素成分が独立モジュール６４、６５、６
６、６７、６８からモジュール出口ライン７４、７５、
７６、７７、７８を介して選択的に排出され、ライン７
９内を排出流れとして第１ステージ膜６３から排出され
る。選択的透過性の小さい窒素成分は第１ステージ膜６
３内の各独立モジュールからモジュール出口ライン８
０、８１、８２、８３、８４の夫々を通り第２ステージ
透過モジュール８５に送られる。この第２ステージ透過
モジュール８５は２つの独立モジュール８６、８７を含
むものとして図示される。第１ステージ透過モジュール
６３からの非透過ガスはモジュール入り口ライン８８を
通して第２ステージ透過モジュール８５の独立モジュー
ル８６に及び或いはモジュール入り口ライン８９を通し
て独立モジュール８７に入る。第２ステージ透過モジュ
ール８５からの透過物は第１ステージでの透過物よりも
窒素含有量が多く、一般に排出されることは無いが、ラ
イン９０を通して送給ライン６０に入り、送給圧縮器６
１を通り、追加量の送給空気と共に第１ステージ透過モ
ジュール６３へと再循環される。選択的透過性の小さい
ガスはモジュール出口ライン８６、８７の夫々を通して
第２ステージ透過モジュールから除去され、出口弁９４
を具備する生成物ライン９３を通り所望の生成物窒素ガ
スとして回収される。
【００２９】図８に示すプロセス処理配列構成に於て、
必要であれば第１ステージ透過モジュールへ６３の送給
空気の流れ及び或いは第２ステージ透過モジュール８５
への空気流れを、好適な流れ弁手段によるなどして各ラ
インに於て調節し、送給空気流れの数を第１ステージ透
過モジュールの５つ全部のライン数未満のものとし及び
或いは第２ステージ透過モジュールの５つ前部のライン
数未満のものとすることが出来る。斯くして、この態様
では、使用される膜表面積を、独立モジュールの１つ以
上を全体システムの運転から隔絶することにより好都合
に低減可能である。この場合、送給圧力を特定の圧縮器
のための最低レベル、例えば約１６７ｐｓｉａ（絶対値
での約１１．７ｋｇ／ｃｍ2 ）から１９０ｐｓｉａ（絶
対値での約１３．４ｋｇ／ｃｍ2 ）に増大することによ
り圧力プロフィールを好都合に改変し、それまでに圧縮
器圧力を連続的に減少して、図９に示されるように約１
７０ｐｓｉａ（絶対値での約１１．９ｋｇ／ｃｍ2 ）以
下に戻しておくのが望ましい。
【００３０】図８、９に示すような具体例の実施は、隔
絶されたモジュールの膜表面積が使用されないことか
ら、図３及び４に例示した好ましい具体例のように満足
の行くものではない。それでも尚、図８及び９の具体例
は標準プロセスと比較して有益である。当業者には、図
８及び９の具体例によって示された運転態様が、様々な
現場で入手可能な商業的圧縮設備を使用しての本発明の
実際の商業的用途のためにしばしば必要となることを理
解されよう。
【００３１】本発明の、独立モジュールを隔絶させる前
述の運転態様を、送給圧縮器を周囲温度上昇に応じて圧
縮器圧力を減少させてなる１つ以上の周期で運転する具
体例に於て使用可能である。この周期中には圧力が増大
し、その間の作用膜表面積は減少する。図９の具体例で
は圧力の大きさは約１６７ｐｓｉａ（絶対値での約１
１．７ｋｇ／ｃｍ2 ）の低さから１９０ｐｓｉａ（絶対
値での約１３．４ｋｇ／ｃｍ2 ）の元の水準に戻ってい
るが、これとは異なる圧力、特定の空気分離運転の全体
条件に依存しての、代表的にはもっと低い方での高い圧
力レベルへと増大させることも本発明の範囲に含まれ
る。斯くして、この別態様或いは本発明の好ましい具体
例の運転に際し使用される条件は、所望の生成物の純度
レベル及び量、使用する空気分離膜システム、即ち使用
する膜材料のの設計形状及び構造、使用する膜ステージ
の数、使用する独立膜モジュールの数及び大きさ、使用
する送給圧縮器設備、そしてその運転能力その他に依存
する。
【００３２】当業者には、本発明の詳細を本発明の範囲
を離れることなく適宜変更可能であることを認識されよ
う。斯くして、本発明を膜システムの使用する任意の特
定の膜材料には依存せず、むしろ、透過性が高く、従っ
てその所望の最適運転温度が、年間のある期間中に膜シ
ステムが運転されるところの周囲温度よりも高く、また
それ以外の期間中の周囲温度よりも低い、任意の膜材料
を使用しての膜運転に適用することが可能となる。本発
明を有益に実施するに関し、そのように高い透過性を有
する膜材料の例には、Ｏ2 ／Ｎ2 選択性（分離係数）が
約６．０乃至６．７、Ｏ2 透過性が、温度２５℃で約
５．７乃至９．０バレルであるテトラブロモ−ビス−フ
ェノール形式のポリエステル、Ｏ2 ／Ｎ2 選択性が約
３．９、温度２５℃での透過性が約８３バレルであるポ
リアミドその他の膜材料、例えばポリアミド、ポリピロ
ロン、６ＦＤＡ−ＤＡＦ（ポリアミド）、６ＦＤＡ−Ｉ
ＰＤＡ（ポリアミド）、ポリ（フェニレンオキシド）、
ポリ（４−メチル−１−フェノン）エチルセルロース及
びシリコーンラバーなどがある。本発明の実施に際し使
用される膜材料の透過性は１００°Ｆ（約３７．８℃）
では１バレルよりも大きく、好ましくは少なくとも約５
バレルである。
【００３３】本発明を測定の空気分離運転に関し説明し
たが、その他の重要なガス分離運転にも同様に有益に使
用可能であることを銘記されたい。そうしたガス分離に
は二酸化炭素／窒素、二酸化炭素／メタン、水素／窒
素、水素／メタンそして水素／二酸化炭素があり、これ
らガス分離を本発明のＴ−トラックプロセスを使用して
有益に実施可能である。本発明は膜空気分離技術に於け
る極めて重要な進歩を提供する。透過性が高く且つ最適
運転温度が年間のある期間の周囲温度よりも著しく低く
それにより、説明したようなＴ−トラックプロセスの使
用を通して所望の運転温度／低い圧力の比率の下に運転
される進歩した膜材料を使用することにより、この進歩
した膜材料の長所を効果的に生かして、膜空気分離運転
の電力要件をかなり節約することが可能となる。本発明
は特に、電力コストが高く且つ年間運転のある期間を通
じての周囲温度が比較的高い地域での膜プラントに対し
有益である。
【００３４】
【発明の効果】最適運転温度が周囲温度よりも低い、特
性の進歩した、透過性の一段と高い半透膜を、変化する
周囲温度条件下で効率的に使用可能とする方法が提供さ
れ、また、高い周囲温度条件で、進歩した、高透過性の
半透膜における低い最適運転温度を、外部冷却手段を必
要とせずに達成するための改良方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】２ステージ膜窒素プロセスを使用しての、温度
及び圧力一定状況下で運転される従来システムの概略流
れダイヤグラムである。
【図２】ドイツ国シュツットガルト及び米国ニューヨー
ク州バッファローでの年間気温をプロットしたグラフで
ある。
【図３】２ステージ膜窒素プロセスを使用しての本発明
の温度追随プロセスを実行するためのシステムを例示す
る概略流れダイヤグラムである。
【図４】９９％生成物窒素を製造するための本発明の実
施に際しての膜プラントの温度及び圧力対周囲温度をプ
ロットした相関図である。
【図５】温度緒夜会い圧力を一定とする従来のプロセス
並びに本発明の温度追随プロセスのための、電力係数対
周囲温度をプロットした相関図である。
【図６】従来の、温度及び圧力を一定とするプロセス条
件並びに、ドイツ国シュツットガルトで実施されたもの
としての本発明の温度追随プロセスに対する、面積係数
対純度をプロットした相関図である。
【図７】従来の、温度及び圧力を一定とするプロセス並
びに、ドイツ国シュツットガルトで実施されたものとし
ての本発明の温度追随プロセスに対する、電力対純度を
プロットした相関図である。
【図８】独立した膜モジュールの複合体を含んでなる膜
システムを例示する概略流れダイヤグラムである。
【図９】図８の具体例に使用した本発明の温度追随プロ
セスのための膜温度及び膜厚力対周囲温度をプロットし
た相関図である。
【符号の説明】
１ 入口ライン ２ 送給空気圧縮機 ４ アフタークーラーユニット ６ ノックアウトトラップ ９ 加熱器 １１ 第１ステージ半透膜 １４ 第２ステージ半透膜 １８ 圧力センサー １９ 入力圧力信号 ２０ 制御ユニット ２１ 出力信号 ２２ 温度センサー ２３ 入力温度信号 ２４ 従来通りの温度制御ユニット ２５ 出力温度信号 ２６ 出力温度信号 ６０ 送給ライン ６１ 送給圧縮器 ６２ 送給空気ライン ６３ 第１ステージ透過モジュール ８５ 第２ステージ透過モジュール ９３ 生成物ライン

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 最適運転温度がガス分離位置での年間の
    ある運転期間を通しての低い平均周囲温度よりも高く、
    前記最適運転温度が年間の残余の運転期間を通しての周
    囲温度以下である高透過性の半透膜の運転のためのガス
    分離方法であって、 （ａ）送給ガス圧縮器／半透膜ガス分離システムの組合
    わせ体の送給ガス圧縮器内で、送給ガスを予め決定した
    送給ガス運転圧力に圧縮する送給ガス圧縮段階にして、
    前記送給ガス圧縮器／半透膜ガス分離システムの組合わ
    せ体が、年間のある期間を通しての平均周囲温度が低
    く、残余の期間中の平均周囲温度が高い地域に設置さ
    れ、前記送給ガス運転圧力が前記低い平均周囲温度に関
    する所望の送給ガス圧力であるところの送給ガス圧縮段
    階と、 （ｂ）送給ガス圧縮器のアフタークーラーユニット及び
    加熱手段を使用して、前記圧縮した送給ガスの温度を調
    節し、年間のある運転期間を通しての前記低い平均周囲
    温度よりも高い所望の最適運転温度に維持する段階と、 （ｃ）圧縮され、最適運転温度に調節された送給ガス
    を、所望の運転温度で等温的に窒素成分を分離するため
    の半透膜ガス分離システムに送達する送給ガス送達段階
    にして、前記半透膜ガス分離システムが、送給ガスに於
    ける透過性のより大きい成分を選択的に透過させること
    が可能であり且つ所望の最適運転温度が前記低い平均周
    囲温度よりも高い半透膜分離材料を含んでなる送給ガス
    送達段階と、 （ｄ）前記半透膜ガス分離システムから、前記低い平均
    周囲温度以上の前記最適運転温度に於て非透過ガス及び
    透過ガスを回収するガス回収段階と、 （ｅ）圧縮された送給ガスを送給ガス圧縮器及び加熱手
    段のアフタークーラーユニットを使用して調節するが、
    しかし、前記年間の残余運転期間中の平均周囲温度であ
    る前記最適運転温度よりも高い温度への温度上昇に応じ
    ての運転温度の上昇を可能としてなる段階と、 （ｆ）段階（ｅ）に於て、最適運転温度よりも高い温度
    への温度上昇に応じての運転温度の上昇が可能とされる
    年間のある運転期間中に於ける低い平均周囲温度での送
    給ガス運転圧力を、前記予め決定された送給ガス運転圧
    力以下の圧力に減少させる圧力減少段階にして、送給ガ
    ス圧力が運転温度の上昇に応じて減少しそれによりガス
    回収段階（ｄ）における所望の生成物条件が維持されて
    なる圧力減少段階とを含み、 半透膜ガス分離運転が、変化する周囲温度条件下で外部
    冷却を使用することなく且つ電力消費水準が望ましく低
    減された状態に於て実施されてなるガス分離方法。
  2. 【請求項２】 段階（ｅ）の間、運転温度が、平均周囲
    温度よりも約５乃至１５°Ｆ分高い温度への上昇が可能
    とされてなる請求項１のガス分離方法。
  3. 【請求項３】 圧力減少段階（ｆ）の間、生成物純度及
    び或いは生成物流れ条件を低い平均周囲温度下での所望
    の値に維持されるよう、運転圧力が周囲温度に応じて減
    少してなる請求項１のガス分離方法。
  4. 【請求項４】 送給ガスが空気を含み、半透膜ガス分離
    システムが、酸素を送給空気のより透過性を有する成分
    として選択的に透過させることが可能であり、非透過の
    窒素が所望の生成物ガスとして回収されてなる請求項１
    のガス分離方法。
  5. 【請求項５】 生成物ガスが約９９％の窒素である請求
    項１のガス分離方法。
  6. 【請求項６】 段階（ｉ）にして、回収した生成物ガス
    の量及び或いは純度を監視し、半透膜ガス分離しステム
    に送られる圧縮された送給ガスの温度及び或いは圧力を
    監視する段階（ｉ）と、該段階（ｉ）で監視されたプロ
    セス条件に相当するプロセス変数信号をプロセスコンピ
    ューター／制御体システムに送る段階（ｉｉ）にして、
    前記プロセスコンピューター／制御体システムが前記プ
    ロセス変数信号に相当する出力信号を送給ガス圧縮器及
    び或いは該送給ガス圧縮器のアフタークーラーユニット
    及び或いは前記加熱手段に送るようになっており、該段
    階（ｉｉ）によって、送給ガス圧縮器が制御され及び或
    いは送給ガス圧縮段階（ａ）及び段階（ｂ）に於ける周
    囲温度条件の変化に応じての調節が為されてなる請求項
    １のガス分離方法。
  7. 【請求項７】 半透膜空気分離システムが２ステージ半
    透膜システムを含んでなる請求項４のガス分離方法。
  8. 【請求項８】 平均して少なくとも年間の約半分の運転
    期間が最適運転温度以下の低い周囲温度であり、年間の
    残余の運転期間の周囲温度が最適運転温度よりも高い温
    度に上昇されてなる請求項４のガス分離方法。
  9. 【請求項９】 半透膜分離材料の、酸素に対する透過性
    が１００°Ｆ（約３７．８℃）で少なくとも約０．５バ
    レルである請求項４のガス分離方法。
  10. 【請求項１０】 送給ガスが空気を含み、半透膜ガス分
    離システムが半透膜空気分離システムを含み、該半透膜
    空気分離システムが、酸素を送給空気の、より透過性を
    有する成分として選択的に透過させることが可能であ
    り、非透過の窒素が所望の生成物ガスとして回収されて
    なる請求項１のガス分離方法。
  11. 【請求項１１】 半透膜空気分離システムが１つ以上
    の、平行流れを通すよう適合されてなる独立した半透膜
    モジュールを含んでなる請求項４のガス分離方法。
  12. 【請求項１２】 半透膜空気分離システムが多数の独立
    した半透膜モジュールを含んでなる請求項１１のガス分
    離方法。
  13. 【請求項１３】 圧力減少段階（ｆ）に於て、送給空気
    の運転圧力が送給空気圧縮器のための予め決定した低い
    運転圧力より減少されることが無く、また独立した半透
    膜モジュールの少なくとも１つをが、周囲温度の上昇に
    伴う運転温度の上昇に応答して半透膜空気分離システム
    への送給空気流れから隔絶されてなる請求項１１のガス
    分離方法。
  14. 【請求項１４】 段階（ｅ）の間、運転温度が平均周囲
    温度よりも約５乃至１５°Ｆ分上昇可能とされてなる請
    求項１３のガス分離方法。
  15. 【請求項１５】 送給空気運転圧力を、圧力減少段階
    （ｆ）での送給空気運転圧力のそれ以上の減少に先立
    ち、独立した半透膜モジュールの少なくとも１つの隔絶
    と関連して増大してなる請求項１３のガス分離方法。
  16. 【請求項１６】 送給空気運転圧力が段階（ａ）での予
    め決定された送給空気運転圧力へと増大されてなる請求
    項１５のガス分離方法。
  17. 【請求項１７】 送給ガス圧縮機のアフタークーラーユ
    ニットを出る送給ガスから凝縮物を除去し、加熱手段を
    出る圧縮された送給ガスが過熱ガスを含み、それによ
    り、半透膜ガス分離しステム内での所望されざる凝縮が
    防止されてなる請求項１のガス分離方法。
  18. 【請求項１８】 送給ガスが空気を含み、半透膜ガス分
    離システムが半透膜空気分離システムを含み、該半透膜
    空気分離システムが、酸素を送給空気のより透過性を有
    する成分として選択的に透過させることが可能であり、
    非透過の窒素が所望の生成物ガスとして回収されてなる
    請求項１７のガス分離方法。
  19. 【請求項１９】 送給ガス送達段階（ｃ）から圧力減少
    段階（ｆ）の間、半透膜ガス分離システムの入手可能な
    全ての半透膜表面積が維持されてなる請求項１のガス分
    離方法。
  20. 【請求項２０】 送給ガスが空気を含んでなる請求項１
    のガス分離方法。
JP6334654A 1993-12-21 1994-12-20 温度追随を使用しての半透膜窒素 Withdrawn JPH07204444A (ja)

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US170883 1993-12-21
US08/170,883 US5425801A (en) 1993-12-21 1993-12-21 Membrane nitrogen with temperature tracking

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JPH07204444A true JPH07204444A (ja) 1995-08-08

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010064733A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Hamilton Sundstrand Corp 機内イナートガス発生システムおよび空気分離モジュールに流入する供給空気の温度管理方法
WO2024117237A1 (ja) * 2022-12-02 2024-06-06 日本碍子株式会社 分離膜システム

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05184906A (ja) * 1991-06-03 1993-07-27 L'air Liquide 高いフレキシビリティを有する膜型発生器
FR2724327B1 (fr) * 1994-09-12 1996-10-25 Air Liquide Procede de separation membranaire par cascade de membranes de selectivites differentes
US5588984A (en) * 1995-07-18 1996-12-31 Verini; Nicholas A. Apparatus and method to intermittently manufacture and dispense nitrogen
US5688306A (en) * 1995-07-18 1997-11-18 Verini; Nicholas A. Apparatus and method to intermittently manufacture and dispense nitrogen gas
FR2737424B1 (fr) * 1995-07-31 1997-09-12 Air Liquide Procede et appareil de chauffage d'un gaz
US5700310A (en) * 1995-12-29 1997-12-23 Mg Generon, Inc. Removal of oil from compressed gas with macroporous polymeric adsorbent
FR2745199B1 (fr) * 1996-02-28 2002-03-29 Air Liquide Procede et installation de separation d'air par permeation, pour la production d'azote
US5989312A (en) * 1996-12-31 1999-11-23 Praxair Technology, Inc. Membrane control system and process
US5851266A (en) * 1997-06-23 1998-12-22 Praxair Technology,Inc. Hybrid solid electrolyte ionic conductor systems for purifying inert gases
EP0908219B1 (en) * 1997-10-09 1999-12-08 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Multi-stage process for the separation/recovery of gases
US6010614A (en) * 1998-06-03 2000-01-04 Praxair Technology, Inc. Temperature control in a ceramic membrane reactor
FR2802114B1 (fr) * 1999-12-09 2002-06-28 Air Liquide Installation et procede de separation de gaz par permeation selective
JP4018858B2 (ja) * 1999-12-20 2007-12-05 大同エアプロダクツ・エレクトロニクス株式会社 パーフルオロ化合物分離回収方法およびそれに用いるパーフルオロ化合物分離回収装置
AU2001268073A1 (en) * 2000-06-01 2001-12-11 Enerfex, Inc. Membrane technology to reduce nitrogen in natural gas
US6602415B2 (en) * 2001-02-09 2003-08-05 Board Of Regents, The University Of Texas Polymeric membrane for separation of fluids under elevated temperature and/or pressure conditions
WO2002078419A2 (en) * 2001-03-29 2002-10-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Data protection system that protects data by encrypting the data
ITFI20010088A1 (it) * 2001-05-14 2002-11-14 Eurosider S A S Di Ottavio Mil Apparato a membrane per la produzione di azoto gassoso
RU2233698C1 (ru) * 2003-03-05 2004-08-10 ООО "ТД Рамис-М" Способ и установка для разделения и/или осушки газовых смесей с помощью мембранных устройств
EP1468724A1 (en) * 2003-04-15 2004-10-20 Board Of Regents, The University Of Texas System Dithiolene functionalized polymer membrane for olefin/paraffin separation
US7588612B2 (en) * 2005-07-19 2009-09-15 Bank Of America, N.A. Mobile nitrogen generation device
US8444749B2 (en) * 2009-06-10 2013-05-21 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and system for membrane-based gas recovery
BE1020553A3 (nl) * 2012-03-19 2013-12-03 Atlas Copco Airpower Nv Inrichting en werkwijze voor het scheiden van gassen.
RU2539409C1 (ru) * 2013-06-25 2015-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Краснодарский Компрессорный Завод" Азотная компрессорная станция
US9962646B2 (en) * 2016-01-04 2018-05-08 Saudi Arabian Oil Company Sour gas feed separations and helium recovery from natural gas using block co-polyimide membranes
RU169870U1 (ru) * 2016-12-09 2017-04-04 Акционерное Общество "Грасис" Установка для разделения газовых смесей высокого давления
IT201800006416A1 (it) * 2018-06-18 2019-12-18 “metodo per controllare la generazione di gas”

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3930813A (en) * 1974-11-27 1976-01-06 General Electric Company Process for producing nitrogen dioxide-free oxygen-enriched gas
US3930814A (en) * 1974-11-27 1976-01-06 General Electric Company Process for producing oxygen-enriched gas
US4397661A (en) * 1980-06-27 1983-08-09 Monsanto Company Gas permeation apparatus having permeate rate controlled valving
US4421529A (en) * 1982-07-02 1983-12-20 The Dow Chemical Company Membrane system for intermittent gas separation
US4781907A (en) * 1985-12-04 1988-11-01 Mcneill John M Production of membrane-derived nitrogen from combustion gases
US4806132A (en) * 1987-06-23 1989-02-21 Union Carbide Corporation Turndown control method for membrane separation systems
USRE33678E (en) * 1987-06-23 1991-09-03 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Membrane separation system and process
US4881953A (en) * 1988-09-15 1989-11-21 Union Carbide Corporation Prevention of membrane degradation
US4857082A (en) * 1988-09-15 1989-08-15 Air Products And Chemicals, Inc. Membrane unit turn-down control system
US4894068A (en) * 1988-12-27 1990-01-16 Permea, Inc. Process for capturing nitrogen from air using gas separation membranes
US5118327A (en) * 1989-10-05 1992-06-02 Andrew Corporation Dehumidifier for supplying gas having controlled dew point
US5053058A (en) * 1989-12-29 1991-10-01 Uop Control process and apparatus for membrane separation systems
US5077029A (en) * 1990-07-23 1991-12-31 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Membrane/deoxo control method and system
US5102432A (en) * 1990-12-10 1992-04-07 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Three-stage membrane gas separation process and system
JPH05184906A (ja) * 1991-06-03 1993-07-27 L'air Liquide 高いフレキシビリティを有する膜型発生器
US5226931A (en) * 1991-10-24 1993-07-13 Canadian Liquid Air Ltd. -Air Liquide Canada Ltee. Process for supplying nitrogen from an on-site plant
US5290341A (en) * 1992-08-26 1994-03-01 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Fast response membrane generator using heat accumulation
US5266101A (en) * 1992-08-26 1993-11-30 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Membrane gas generator in association with bulk storage for increased flexibility and productivity
US5302189A (en) * 1992-08-26 1994-04-12 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Membrane nitrogen gas generator with improved flexibility
US5284506A (en) * 1992-08-26 1994-02-08 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Fast response high purity membrane nitrogen generator
US5281253A (en) * 1993-01-06 1994-01-25 Praxair Technology, Inc. Multistage membrane control system and process

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010064733A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Hamilton Sundstrand Corp 機内イナートガス発生システムおよび空気分離モジュールに流入する供給空気の温度管理方法
WO2024117237A1 (ja) * 2022-12-02 2024-06-06 日本碍子株式会社 分離膜システム

Also Published As

Publication number Publication date
EP0659464B1 (en) 1998-08-26
US5425801A (en) 1995-06-20
EP0659464A3 (en) 1997-05-07
DE69412770T2 (de) 1999-03-25
CN1127154A (zh) 1996-07-24
CN1044332C (zh) 1999-07-28
DE69412770D1 (de) 1998-10-01
CA2138573A1 (en) 1995-06-22
KR950017731A (ko) 1995-07-20
EP0659464A2 (en) 1995-06-28

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