JPH08196853A - 異なる選択性を有するメンブレンのカスケードによって高純度ガスを製造するための方法および装置 - Google Patents
異なる選択性を有するメンブレンのカスケードによって高純度ガスを製造するための方法および装置Info
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- JPH08196853A JPH08196853A JP7232794A JP23279495A JPH08196853A JP H08196853 A JPH08196853 A JP H08196853A JP 7232794 A JP7232794 A JP 7232794A JP 23279495 A JP23279495 A JP 23279495A JP H08196853 A JPH08196853 A JP H08196853A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 メンブレンによってガス、特に窒素を製造す
るための改善された方法を提供する。 【解決手段】 少なくとも2つの連続したメンブレンセ
パレーターを用い、流入混合物を、第1の操作温度で作
動する第1のメンブレンセパレーターを通過させ、この
第1のメンブレンセパレーターで得られた残留混合物の
全て又は一部は、第2の操作温度で作動する第2のメン
ブレンセパレーターを通して、第2のセパレーターの残
留物出口で高純度ガスを得る、流入気相混合物から高純
度ガスを製造するためのメンブレン分離方法である。第
1の操作温度は、第2の操作温度より少なくとも20
℃、好ましくは40℃高く、第2のセパレーターの浸透
物側で得られた混合物は、第1のセパレーターの入り口
に戻されることを特徴とする。
るための改善された方法を提供する。 【解決手段】 少なくとも2つの連続したメンブレンセ
パレーターを用い、流入混合物を、第1の操作温度で作
動する第1のメンブレンセパレーターを通過させ、この
第1のメンブレンセパレーターで得られた残留混合物の
全て又は一部は、第2の操作温度で作動する第2のメン
ブレンセパレーターを通して、第2のセパレーターの残
留物出口で高純度ガスを得る、流入気相混合物から高純
度ガスを製造するためのメンブレン分離方法である。第
1の操作温度は、第2の操作温度より少なくとも20
℃、好ましくは40℃高く、第2のセパレーターの浸透
物側で得られた混合物は、第1のセパレーターの入り口
に戻されることを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、メンブレンによる
ガスの製造または分離に関する。特に、本発明は、高純
度のガス、例えば窒素を製造することが必要とされる場
合に応用することがきる。
ガスの製造または分離に関する。特に、本発明は、高純
度のガス、例えば窒素を製造することが必要とされる場
合に応用することがきる。
【0002】
【従来の技術】メンブレンによるガス(特に窒素)の製
造は、世界中において近年著しく発展して、冷熱手段に
よる通常の方法を補足している。これは、次の利点、す
なわち、供給の安全性に優れていること、製造コストが
低いこと、および問題とされている用途に応じて、極め
て注目すべき費用で、適切な純度のガスを供給する可能
性があることがあるからである。
造は、世界中において近年著しく発展して、冷熱手段に
よる通常の方法を補足している。これは、次の利点、す
なわち、供給の安全性に優れていること、製造コストが
低いこと、および問題とされている用途に応じて、極め
て注目すべき費用で、適切な純度のガスを供給する可能
性があることがあるからである。
【0003】この原理は、メンブレンの反対側における
部分的差圧の影響下で、浸透側(permeate s
ide)で、最も浸透性の成分に富む低圧混合物が得ら
れ、メンブレンの出口(残留(residue sid
e)または排斥(reject)側とも呼ばれる)で、
供給圧力(流入混合物の圧力)に近い圧力で浸透性の低
い成分に富む混合物が得られる。
部分的差圧の影響下で、浸透側(permeate s
ide)で、最も浸透性の成分に富む低圧混合物が得ら
れ、メンブレンの出口(残留(residue sid
e)または排斥(reject)側とも呼ばれる)で、
供給圧力(流入混合物の圧力)に近い圧力で浸透性の低
い成分に富む混合物が得られる。
【0004】したがって、空気から窒素(しばしば「未
精製」と称されることがある)を製造するために、例え
ば、ポリイミドタイプのような、窒素からの酸素分離特
性(選択性)の良好な半浸透性メンブレンを使用し、酸
素に富む混合物が浸透側に得られる。このメンブレン
は、しばしば「窒素」メンブレンと称される。
精製」と称されることがある)を製造するために、例え
ば、ポリイミドタイプのような、窒素からの酸素分離特
性(選択性)の良好な半浸透性メンブレンを使用し、酸
素に富む混合物が浸透側に得られる。このメンブレン
は、しばしば「窒素」メンブレンと称される。
【0005】水素またはCOの製造に関しては、ある種
の工業からの混合物の回収が頻繁に行なわれており、例
えば、ポリアラミドタイプのような、混合物の他の成分
に対する水素分離特性の良好な半浸透性メンブレンを使
用し、水素に富む混合物が浸透側に、場合によって、炭
化水素またはCOに富んだ混合物が残留側に得られる。
このメンブレンは、しばしば「水素」メンブレンと呼ば
れる。
の工業からの混合物の回収が頻繁に行なわれており、例
えば、ポリアラミドタイプのような、混合物の他の成分
に対する水素分離特性の良好な半浸透性メンブレンを使
用し、水素に富む混合物が浸透側に、場合によって、炭
化水素またはCOに富んだ混合物が残留側に得られる。
このメンブレンは、しばしば「水素」メンブレンと呼ば
れる。
【0006】得られる成果が、温度、メンブレンへの供
給圧力、または浸透側で取り出すことが望まれる成分の
混合物における含有量等のメンブレンの使用条件に非常
に大きく依存することが明らかである。
給圧力、または浸透側で取り出すことが望まれる成分の
混合物における含有量等のメンブレンの使用条件に非常
に大きく依存することが明らかである。
【0007】温度に関しては、メンブレンの操作温度が
上昇すると、メンブレンの浸透性が最大となり、したが
って生産性が増加するが、その選択性(例えば、O2 /
N2)したがって効率が低下することが多いことも知ら
れている。「メンブレンまたはメンブレンモジュールの
温度」という表現は、メンブレンモジュールの外部加熱
システムまたは温度維持(恒温囲い)の時々の補充的介
入によって、通過する流入ガス温度による、メンブレン
またはモジュール内で得られる温度を意味すると理解さ
れることが多い。
上昇すると、メンブレンの浸透性が最大となり、したが
って生産性が増加するが、その選択性(例えば、O2 /
N2)したがって効率が低下することが多いことも知ら
れている。「メンブレンまたはメンブレンモジュールの
温度」という表現は、メンブレンモジュールの外部加熱
システムまたは温度維持(恒温囲い)の時々の補充的介
入によって、通過する流入ガス温度による、メンブレン
またはモジュール内で得られる温度を意味すると理解さ
れることが多い。
【0008】したがって、場合に応じて、所望の水準の
成果を得るには、流入ガスは、数十度加熱されるか、そ
の他の場合にはこのガスは、周囲温度以下、あるいは0
℃以下にまでも冷却される。
成果を得るには、流入ガスは、数十度加熱されるか、そ
の他の場合にはこのガスは、周囲温度以下、あるいは0
℃以下にまでも冷却される。
【0009】空気から窒素を製造する場合には、メンブ
レンの「出力」は、メンブレンの出口(残留)で回収さ
れる、流入混合物中に存在する窒素の割合を表わし、メ
ンブレンのO2 /N2 選択性は、それ自体でメンブレン
を通る酸素と窒素との浸透の割合(浸透性(perme
ability)ともいわれることが多い)を表わす
(選択性=浸透性(O2 )/浸透性(N2 ))ことが想
起される。
レンの「出力」は、メンブレンの出口(残留)で回収さ
れる、流入混合物中に存在する窒素の割合を表わし、メ
ンブレンのO2 /N2 選択性は、それ自体でメンブレン
を通る酸素と窒素との浸透の割合(浸透性(perme
ability)ともいわれることが多い)を表わす
(選択性=浸透性(O2 )/浸透性(N2 ))ことが想
起される。
【0010】窒素を例に挙げると、超低温製造方法、ま
たは優先吸着による製造方法より優れている一方、高い
流量において、高純度(例えば、残留する不純物濃度が
0.1%未満)で製造しなければならない場合に困難が
生じる。
たは優先吸着による製造方法より優れている一方、高い
流量において、高純度(例えば、残留する不純物濃度が
0.1%未満)で製造しなければならない場合に困難が
生じる。
【0011】多段階装置を用いた分離を行なうことが提
案されており(US−A−4,894,068,US−
A−4,119,417およびEP−A−521784
を参照のこと)、これは、単一段階でのプロセスより
も、費用および操作エネルギーの削減を可能にする。こ
れらの文献には、下流の浸透物(または望まれるガスに
応じた残留物)を、上流のメンブレンの入り口に戻すこ
と、または、下流の浸透物によって、上流からの浸透物
を洗い流す(sweep)ことが有利であることが示さ
れている。
案されており(US−A−4,894,068,US−
A−4,119,417およびEP−A−521784
を参照のこと)、これは、単一段階でのプロセスより
も、費用および操作エネルギーの削減を可能にする。こ
れらの文献には、下流の浸透物(または望まれるガスに
応じた残留物)を、上流のメンブレンの入り口に戻すこ
と、または、下流の浸透物によって、上流からの浸透物
を洗い流す(sweep)ことが有利であることが示さ
れている。
【0012】特にEP−A−521784に報告されて
いるような、この課題に関する本出願人の研究は、二重
分離段階で分離を行なうことが有利であると、まず第一
に示されている。第1の分離段階は、第2の分離段階よ
りも低い性能を有し、例えば、第1段階からの浸透物
を、第2段階の浸透物で洗い流すことと組み合わせて、
第2の段階よりも高い温度で第1の段階が操作される。
いるような、この課題に関する本出願人の研究は、二重
分離段階で分離を行なうことが有利であると、まず第一
に示されている。第1の分離段階は、第2の分離段階よ
りも低い性能を有し、例えば、第1段階からの浸透物
を、第2段階の浸透物で洗い流すことと組み合わせて、
第2の段階よりも高い温度で第1の段階が操作される。
【0013】本出願人によって行なわれた研究には、そ
れらの方法が通常の単一段階プロセスの改善であるなら
ば、大規模なユニットが必要とされる場合には、その方
法は特に操業費用の点で、まだ十分に優れていないこと
が示されている。その場合、これらの方法は、優先吸着
による製造(PSA)等のガス製造の他のカテゴリーに
勝ることはないであろう。
れらの方法が通常の単一段階プロセスの改善であるなら
ば、大規模なユニットが必要とされる場合には、その方
法は特に操業費用の点で、まだ十分に優れていないこと
が示されている。その場合、これらの方法は、優先吸着
による製造(PSA)等のガス製造の他のカテゴリーに
勝ることはないであろう。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、メン
ブレンによってガス、特に窒素を製造するための改善さ
れた方法を提供することにある。
ブレンによってガス、特に窒素を製造するための改善さ
れた方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本出願人は、少なくとも
2つの連続したメンブレンセパレーターを使用すること
によって、現存する製造方法を改善し得ることを見出だ
した。本発明の方法においては、第2段階の操作温度
は、流入混合物が注入される第1メンブレン段階の操作
温度より低く、第2段階の浸透物は、第1段階の入り口
に戻される。
2つの連続したメンブレンセパレーターを使用すること
によって、現存する製造方法を改善し得ることを見出だ
した。本発明の方法においては、第2段階の操作温度
は、流入混合物が注入される第1メンブレン段階の操作
温度より低く、第2段階の浸透物は、第1段階の入り口
に戻される。
【0016】以下の例に示されるように、この配置は、
浸透物をスイープする技術よりも、改善された方法を提
供する。
浸透物をスイープする技術よりも、改善された方法を提
供する。
【0017】一方、第2の「低温の」浸透物を、第1段
階の入り口に戻すことは、流入混合物を圧縮するために
必要なエネルギー量の削減を可能にし、したがって、ガ
スコンプレッサーのサイズを縮小することができる。逆
にいうと、費用の削減を有利に行なうことができ、一方
で、システムの選択性を改善する。
階の入り口に戻すことは、流入混合物を圧縮するために
必要なエネルギー量の削減を可能にし、したがって、ガ
スコンプレッサーのサイズを縮小することができる。逆
にいうと、費用の削減を有利に行なうことができ、一方
で、システムの選択性を改善する。
【0018】すなわち、高純度ガスをメンブレンによっ
て流入混合物から分離する本発明の方法は、第1の操作
温度で作動する第1のメンブレンセパレーターを通して
流入混合物を通過させ、第1のメンブレンセパレーター
からの残留混合物の全てまたは一部を、第2の操作温度
で作動する第2のメンブレンセパレーターを通して通過
させ、前記第1の操作温度は、第2の操作温度より、少
なくとも20℃、好ましくは40℃高く、第2のセパレ
ーターの浸透側で得られた混合物は、第1のセパレータ
ーの入り口に戻されることを特徴とする。
て流入混合物から分離する本発明の方法は、第1の操作
温度で作動する第1のメンブレンセパレーターを通して
流入混合物を通過させ、第1のメンブレンセパレーター
からの残留混合物の全てまたは一部を、第2の操作温度
で作動する第2のメンブレンセパレーターを通して通過
させ、前記第1の操作温度は、第2の操作温度より、少
なくとも20℃、好ましくは40℃高く、第2のセパレ
ーターの浸透側で得られた混合物は、第1のセパレータ
ーの入り口に戻されることを特徴とする。
【0019】本発明においては、「メンブレンセパレー
ター」は、半浸透性メンブレンまたはメンブレンモジュ
ールを意味し、場合によっては、セパレーターに流入す
る混合物に対して抽出が望まれるガスに関する分離特性
を有し、平行に取り付けられた幾つかの半浸透性メンブ
レンの集合体を意味する。
ター」は、半浸透性メンブレンまたはメンブレンモジュ
ールを意味し、場合によっては、セパレーターに流入す
る混合物に対して抽出が望まれるガスに関する分離特性
を有し、平行に取り付けられた幾つかの半浸透性メンブ
レンの集合体を意味する。
【0020】例えば、流入混合物としての空気から酸素
を分離するためには、ポリイミドタイプのメンブレンの
特性を使用することができ、製油所からの流入混合物か
ら水素を分離するためには、ポリアラミドタイプのメン
ブレンの特性を使用することができる。
を分離するためには、ポリイミドタイプのメンブレンの
特性を使用することができ、製油所からの流入混合物か
ら水素を分離するためには、ポリアラミドタイプのメン
ブレンの特性を使用することができる。
【0021】本発明において「操作温度(operat
ing temperature)」は、本明細書で上
述した概念を意味する。
ing temperature)」は、本明細書で上
述した概念を意味する。
【0022】本発明の1つの態様によれば、流入混合物
は空気であり、第2のメンブレンセパレーターの残留側
で得られる気相混合物である窒素の濃度は、99体積%
より大きく、好ましくは99.5体積%より大きく、よ
り好ましくは99.9体積%より大きい 本発明の他の態様によれば、第2分離段階で用いられる
メンブレンは、第1分離段階で用いられるメンブレンと
は異なるタイプである。
は空気であり、第2のメンブレンセパレーターの残留側
で得られる気相混合物である窒素の濃度は、99体積%
より大きく、好ましくは99.5体積%より大きく、よ
り好ましくは99.9体積%より大きい 本発明の他の態様によれば、第2分離段階で用いられる
メンブレンは、第1分離段階で用いられるメンブレンと
は異なるタイプである。
【0023】本発明のさらに他の態様によれば、第2段
階で用いられるメンブレンは、第1段階で用いられるメ
ンブレンと同一のタイプである。
階で用いられるメンブレンは、第1段階で用いられるメ
ンブレンと同一のタイプである。
【0024】本発明の方法は、第2分離段階に達する前
に、第1分離段階からの残留混合物の実質的であり得る
冷却を行なう。
に、第1分離段階からの残留混合物の実質的であり得る
冷却を行なう。
【0025】第1段階からのガスが、一般に非常に乾燥
している(露点は−60℃であり、−70℃でさえあ
る)ので、この冷却によって、セパレーターのこのよう
なカスケードにおける全体の安全性を確保することがで
きる。
している(露点は−60℃であり、−70℃でさえあ
る)ので、この冷却によって、セパレーターのこのよう
なカスケードにおける全体の安全性を確保することがで
きる。
【0026】このような冷却操作は、例えば、機械的冷
却、超低温液体との熱交換、または、タービンでの膨脹
によって行なうことができる。
却、超低温液体との熱交換、または、タービンでの膨脹
によって行なうことができる。
【0027】しかしながら、本出願人は、この冷却操作
を行なうための特に都合のよい方法を提供した。この方
法においては、第2分離段階で得られた非常に乾燥した
浸透物に飛沫状の水を導入して、この浸透物中の水の全
てまたは一部の蒸発(飽和点に対して差が存在するため
に)を引き起こす。この吸熱蒸発は、浸透物のエネルギ
ーの一部を「汲み上げ(pump)」、浸透物の温度低
下を引き起こす。このようにして冷却された浸透物流
は、少なくとも2つの経路を有するガス交換器に送ら
れ、その中で、第1の分離段階からの残留物と冷熱を交
換する。
を行なうための特に都合のよい方法を提供した。この方
法においては、第2分離段階で得られた非常に乾燥した
浸透物に飛沫状の水を導入して、この浸透物中の水の全
てまたは一部の蒸発(飽和点に対して差が存在するため
に)を引き起こす。この吸熱蒸発は、浸透物のエネルギ
ーの一部を「汲み上げ(pump)」、浸透物の温度低
下を引き起こす。このようにして冷却された浸透物流
は、少なくとも2つの経路を有するガス交換器に送ら
れ、その中で、第1の分離段階からの残留物と冷熱を交
換する。
【0028】さらに、第2のセパレーター内で流入混合
物の温度によって、第2の浸透物に注入される水の流量
を制御することが好ましい。
物の温度によって、第2の浸透物に注入される水の流量
を制御することが好ましい。
【0029】圧縮された空気をコンプレッサーの出口で
冷却する(EP−A−524435のように)ために用
いられるならば、噴霧水の注入による冷却方法は、水の
蒸発現象、エネルギー消費、および非常に乾燥した2段
階浸透物を生じる多段分離の間に、効果的で好ましい相
互作用を与える。これは、水での飽和に達する前に、重
要な操作の利益を引き起こす。
冷却する(EP−A−524435のように)ために用
いられるならば、噴霧水の注入による冷却方法は、水の
蒸発現象、エネルギー消費、および非常に乾燥した2段
階浸透物を生じる多段分離の間に、効果的で好ましい相
互作用を与える。これは、水での飽和に達する前に、重
要な操作の利益を引き起こす。
【0030】その操作費用および投資は、メンブレン分
離の分野で用いられていた上述の通常の方法とは比較に
ならないほど低減されることが、まず第一に示され、
「低温」源である水は、事実上費用がかからない。
離の分野で用いられていた上述の通常の方法とは比較に
ならないほど低減されることが、まず第一に示され、
「低温」源である水は、事実上費用がかからない。
【0031】二重メンブレン分離段階について説明され
たこの冷却方法は、単一分離段階の場合においても、ま
た、流入混合物を冷却するために効果的に使用すること
ができる。
たこの冷却方法は、単一分離段階の場合においても、ま
た、流入混合物を冷却するために効果的に使用すること
ができる。
【0032】当業者に明らかなように、上述の全ての場
合において、流入混合物は、第1の分離段階に達する前
に、メンブレン分離、調節のこの分野のための通常の操
作を経て、脱油、濾過、乾燥、または混合物の所望の温
度を与えるなどの操作に供することができる。
合において、流入混合物は、第1の分離段階に達する前
に、メンブレン分離、調節のこの分野のための通常の操
作を経て、脱油、濾過、乾燥、または混合物の所望の温
度を与えるなどの操作に供することができる。
【0033】本発明のその他の特徴および利点は、添付
の図面を参照した例示のために与えられた以下の説明に
よって明らかになるであろう。しかしながら、以下の例
に限定されるものではない。
の図面を参照した例示のために与えられた以下の説明に
よって明らかになるであろう。しかしながら、以下の例
に限定されるものではない。
【0034】
【発明の実施の形態】図1に示すように、流入混合物1
が供給される第1のメンブレンセパレーター2が設けら
れている。混合物がセパレーター2に達する前の調節工
程は、図示されていない。
が供給される第1のメンブレンセパレーター2が設けら
れている。混合物がセパレーター2に達する前の調節工
程は、図示されていない。
【0035】セパレーター2は、浸透物製造側で気相混
合物4を生じ、残留側では気相混合物5を生じる。図示
された例においては、気相混合物5は全て第2のセパレ
ーター3の入り口に向けられ、この第2のセパレーター
の浸透物製造側で気相混合物6を生じ、残留側では気相
混合物7を生じる。
合物4を生じ、残留側では気相混合物5を生じる。図示
された例においては、気相混合物5は全て第2のセパレ
ーター3の入り口に向けられ、この第2のセパレーター
の浸透物製造側で気相混合物6を生じ、残留側では気相
混合物7を生じる。
【0036】気相混合物6は、第1段階2の入り口に戻
される。
される。
【0037】後述の例に示すように、2つメンブレンセ
パレーター2および3は、異なるタイプまたは同一のタ
イプとすることができる。
パレーター2および3は、異なるタイプまたは同一のタ
イプとすることができる。
【0038】図2には、流入混合物1としての空気か
ら、気相混合物7としての高純度窒素を製造することが
望まれる場合、本発明の方法を実施するために適切な装
置を示す。図示した例における2つのセパレーター2お
よび3は、同一のタイプであり、例えば、ポリイミド製
である。セパレーター2の操作温度は、第2のセパレー
ター3の操作温度よりも実質的に高い。
ら、気相混合物7としての高純度窒素を製造することが
望まれる場合、本発明の方法を実施するために適切な装
置を示す。図示した例における2つのセパレーター2お
よび3は、同一のタイプであり、例えば、ポリイミド製
である。セパレーター2の操作温度は、第2のセパレー
ター3の操作温度よりも実質的に高い。
【0039】第1段階の前の空気コンプレッサー、およ
び流入ガスを調節する段階(乾燥、濾過、脱油、または
所望のガス温度まで高める等の工程を含む)は、図2に
は示されていない。
び流入ガスを調節する段階(乾燥、濾過、脱油、または
所望のガス温度まで高める等の工程を含む)は、図2に
は示されていない。
【0040】第2のセパレーターの浸透側で得られた気
相混合物6(この場合は、酸素に富んでいる)は、この
場合、セパレーター2の入り口に戻され、好ましくは空
気コンプレッサーの上流に戻される。
相混合物6(この場合は、酸素に富んでいる)は、この
場合、セパレーター2の入り口に戻され、好ましくは空
気コンプレッサーの上流に戻される。
【0041】図2には、気相混合物5を冷却するための
熱交換器8が示されており、より低温の気相混合物6
は、セパレーター2の入り口に達する前に、交換器内で
その冷熱(cold)を放出する。高濃度で窒素を含有
する気相混合物7は、冷却器9(例えば、超低温タイ
プ)内を通過した後、交換器8内に冷熱を与える。さら
に、気相混合物7は、最終使用場所(この使用場所は、
図2には示されていない。)に達する。
熱交換器8が示されており、より低温の気相混合物6
は、セパレーター2の入り口に達する前に、交換器内で
その冷熱(cold)を放出する。高濃度で窒素を含有
する気相混合物7は、冷却器9(例えば、超低温タイ
プ)内を通過した後、交換器8内に冷熱を与える。さら
に、気相混合物7は、最終使用場所(この使用場所は、
図2には示されていない。)に達する。
【0042】図2は、分離/再加熱の第1段階からの残
留物を冷却する操作と、および第2段階からの浸透物を
戻す操作との二重操作の態様を示しているが、これは、
数多くの変形の1つにすぎない。図示されていないが、
以下のような方法もまた可能であることが明らかであ
る。
留物を冷却する操作と、および第2段階からの浸透物を
戻す操作との二重操作の態様を示しているが、これは、
数多くの変形の1つにすぎない。図示されていないが、
以下のような方法もまた可能であることが明らかであ
る。
【0043】−交換器8の経路を2つとして、一方の経
路は残留物5を冷却するために使用し、他方の経路は、
冷却器を通過した後の残留物7がその冷熱を放出するた
めに使用する; −冷却器9におけるもう1つの手段を、交換器8とセパ
レーター3との間に配置して、交換器8を通過した後の
残留物5を冷却する。この交換器は、3つの経路を有
し、他の2つの経路は、浸透物6を第1段階の入り口に
向けて戻すため、および、最終使用場所へ向けられる前
に、残留物7がその冷熱を与えるために使用される; −前述の方法を改良したもう1つの方法であり、交換器
が2つの経路を有する場合に、残留物7がこの交換器を
通過しない; −セパレーター2および3の間の残留物5の経路に簡単
な冷却器を設ければ、交換器8を用いない方法もまた、
明らかに可能である。浸透物6は、介在する段階なしに
第1段階の入り口に直接戻され、一方、残留物7は、使
用場所へ直接送られる。
路は残留物5を冷却するために使用し、他方の経路は、
冷却器を通過した後の残留物7がその冷熱を放出するた
めに使用する; −冷却器9におけるもう1つの手段を、交換器8とセパ
レーター3との間に配置して、交換器8を通過した後の
残留物5を冷却する。この交換器は、3つの経路を有
し、他の2つの経路は、浸透物6を第1段階の入り口に
向けて戻すため、および、最終使用場所へ向けられる前
に、残留物7がその冷熱を与えるために使用される; −前述の方法を改良したもう1つの方法であり、交換器
が2つの経路を有する場合に、残留物7がこの交換器を
通過しない; −セパレーター2および3の間の残留物5の経路に簡単
な冷却器を設ければ、交換器8を用いない方法もまた、
明らかに可能である。浸透物6は、介在する段階なしに
第1段階の入り口に直接戻され、一方、残留物7は、使
用場所へ直接送られる。
【0044】図3には、水の導入によって冷却が行なわ
れる装置を示す。図3に示すように、2つの経路を有す
る交換器8が配置され、一方の経路は残留物5のため
に、他方の経路は、この交換器に到達する前に噴霧水1
0が導入された残留物7のために使用される。セパレー
ター3で得られた非常に乾燥した浸透物に噴霧された水
は、その後、完全にまたは部分的に蒸発して(場合によ
っては、蒸発は交換器内でも継続する)、浸透物6の冷
却を引き起こし、第1段階の入り口に戻される前に、交
換器内でその冷熱を交換する。
れる装置を示す。図3に示すように、2つの経路を有す
る交換器8が配置され、一方の経路は残留物5のため
に、他方の経路は、この交換器に到達する前に噴霧水1
0が導入された残留物7のために使用される。セパレー
ター3で得られた非常に乾燥した浸透物に噴霧された水
は、その後、完全にまたは部分的に蒸発して(場合によ
っては、蒸発は交換器内でも継続する)、浸透物6の冷
却を引き起こし、第1段階の入り口に戻される前に、交
換器内でその冷熱を交換する。
【0045】図4および5は、2つの同一の分離段階2
および3を使用した、空気から窒素をメンブレン分離に
よって製造する分野の従来の装置を示す。図4の装置で
は、第2段階3からの浸透物6を、第1段階2の入り口
に戻し、図5の装置では、第1段階2の浸透物4を、第
2段階3からの浸透物6でスイープしている。
および3を使用した、空気から窒素をメンブレン分離に
よって製造する分野の従来の装置を示す。図4の装置で
は、第2段階3からの浸透物6を、第1段階2の入り口
に戻し、図5の装置では、第1段階2の浸透物4を、第
2段階3からの浸透物6でスイープしている。
【0046】図2に示される装置を用いて、流入混合物
としての空気から、0.1体積%の酸素を含有する窒素
を100Nm3 /hの流量で製造する試験を行なった。
としての空気から、0.1体積%の酸素を含有する窒素
を100Nm3 /hの流量で製造する試験を行なった。
【0047】ポリイミドタイプのメンブレンを使用し、
二重分離段階で操作した3つの例(1A,1B,1C)
の結果を、表1にまとめる。表1中の第2欄には、単一
の分離段階を使用した比較例の結果を示している。第1
段階の入り口へ浸透物を戻した本発明の3つの実施例に
おいては、いずれも、「圧縮される流量」は、(全空気
+戻された浸透物)を表わすものである。
二重分離段階で操作した3つの例(1A,1B,1C)
の結果を、表1にまとめる。表1中の第2欄には、単一
の分離段階を使用した比較例の結果を示している。第1
段階の入り口へ浸透物を戻した本発明の3つの実施例に
おいては、いずれも、「圧縮される流量」は、(全空気
+戻された浸透物)を表わすものである。
【0048】
【表1】 比較例: −ポリイミドメンブレンの単一段階、操作温度:45
℃; −使用されたメンブレンの表面積:100 実施例1A −第1段階の操作温度=45℃、第2段階の操作温度=
5℃; −2つの段階で同一の表面積のメンブレンを使用(Su
rf1=Surf2) 実施例1B −第1段階の操作温度=45℃、第2段階の操作温度=
5℃; −第2段階で、第1段階のメンブレン表面積の2倍の表
面積を有するメンブレンを使用(Surf2=2×Su
rf1) 実施例1C −第1段階の操作温度=45℃、第2段階の操作温度=
5℃; −第2段階で、第1段階のメンブレン表面積の4倍の表
面積を有するメンブレンを使用(Surf2=4×Su
rf1) 表1に示された結果から、実施例は、使用されるメンブ
レンの表面積、および圧縮される流量(使用される圧縮
エネルギー)のいずれについても改善されていることが
明らかである。比較例の結果を100とすると、同等の
表面積を有する実施例1Aは、圧縮される流量を30%
近く低減し、約10%大きな表面積(この増加は、装置
全体の費用に対してごく僅かにすぎない)を有する実施
例1Bは、圧縮される流量を35%以上低減している。
℃; −使用されたメンブレンの表面積:100 実施例1A −第1段階の操作温度=45℃、第2段階の操作温度=
5℃; −2つの段階で同一の表面積のメンブレンを使用(Su
rf1=Surf2) 実施例1B −第1段階の操作温度=45℃、第2段階の操作温度=
5℃; −第2段階で、第1段階のメンブレン表面積の2倍の表
面積を有するメンブレンを使用(Surf2=2×Su
rf1) 実施例1C −第1段階の操作温度=45℃、第2段階の操作温度=
5℃; −第2段階で、第1段階のメンブレン表面積の4倍の表
面積を有するメンブレンを使用(Surf2=4×Su
rf1) 表1に示された結果から、実施例は、使用されるメンブ
レンの表面積、および圧縮される流量(使用される圧縮
エネルギー)のいずれについても改善されていることが
明らかである。比較例の結果を100とすると、同等の
表面積を有する実施例1Aは、圧縮される流量を30%
近く低減し、約10%大きな表面積(この増加は、装置
全体の費用に対してごく僅かにすぎない)を有する実施
例1Bは、圧縮される流量を35%以上低減している。
【0049】実施例1Cは、圧縮に関して40%以上の
利益をもって、この傾向を立証している。
利益をもって、この傾向を立証している。
【0050】比較のために、従来の2つの装置(図4お
よび図5)を用いて得られた結果を、下記表2にまとめ
る。前述と同様に、45℃における単一段階の値を基準
の100とした。
よび図5)を用いて得られた結果を、下記表2にまとめ
る。前述と同様に、45℃における単一段階の値を基準
の100とした。
【0051】
【表2】 従来例2A: −2段のポリイミド、操作温度:45℃、2つの段階で
表面積が同一のメンブレンを使用; −第2の浸透物を、第1段階の入り口へ循環 従来例2B −2段のポリイミド、操作温度:45℃、2つの段階で
表面積が同一のメンブレンを使用; −第2の浸透物で、第1の浸透物をスイープ 表2から明らかなように、圧縮における低減は小さく、
使用されたメンブレン面積のわずかな減少によって相殺
されていない。上述のように、そのような面積の減少の
割合は、全体の費用の増加に対してごく僅かである。
表面積が同一のメンブレンを使用; −第2の浸透物を、第1段階の入り口へ循環 従来例2B −2段のポリイミド、操作温度:45℃、2つの段階で
表面積が同一のメンブレンを使用; −第2の浸透物で、第1の浸透物をスイープ 表2から明らかなように、圧縮における低減は小さく、
使用されたメンブレン面積のわずかな減少によって相殺
されていない。上述のように、そのような面積の減少の
割合は、全体の費用の増加に対してごく僅かである。
【0052】表3および表4(従来例3Aおよび3B
と、本発明の実施例4Aおよび4Bとがそれぞれ示され
ている)には、流入混合物としての空気から100Nm
3 /hの流量で製造される窒素中の酸素含有量を0.5
体積%とした以外は、前述の表1および表2に示したも
のと同様の結果がまとめられている。
と、本発明の実施例4Aおよび4Bとがそれぞれ示され
ている)には、流入混合物としての空気から100Nm
3 /hの流量で製造される窒素中の酸素含有量を0.5
体積%とした以外は、前述の表1および表2に示したも
のと同様の結果がまとめられている。
【0053】
【表3】
【表4】 これらの表3および表4は、酸素濃度が0.1%の場合
の例で既にもたらされた全ての結論を立証する。
の例で既にもたらされた全ての結論を立証する。
【0054】表5には、2つの段階の操作温度の差を2
0℃とした以外は、前述の表1中の実施例1Aおよび1
Bと同様の条件で得られた結果(実施例5Aおよび5
B)をまとめる。
0℃とした以外は、前述の表1中の実施例1Aおよび1
Bと同様の条件で得られた結果(実施例5Aおよび5
B)をまとめる。
【0055】
【表5】
【0056】
【発明の効果】特定の具体例について本発明を説明した
が、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明
の特許請求の範囲の記載から当業者に明らかな変更およ
び修正は可能である。
が、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明
の特許請求の範囲の記載から当業者に明らかな変更およ
び修正は可能である。
【図1】本発明の方法を行なうための2段階装置を示す
模式図。
模式図。
【図2】流入混合物としての空気から、高純度窒素を得
るための本発明の方法を実施するための2段階装置の模
式図。
るための本発明の方法を実施するための2段階装置の模
式図。
【図3】第2の分離段階で得られた浸透物への水の導入
を用いて、流入混合物としての空気から、高純度窒素を
得るための本発明の方法を実施するための2段階装置の
模式図。
を用いて、流入混合物としての空気から、高純度窒素を
得るための本発明の方法を実施するための2段階装置の
模式図。
【図4】同一の2つの分離段階を使用し、第2段階から
の浸透物を第1段階の入り口に戻して、空気から窒素を
メンブレン分離により製造する分野の従来の装置を示す
模式図。
の浸透物を第1段階の入り口に戻して、空気から窒素を
メンブレン分離により製造する分野の従来の装置を示す
模式図。
【図5】同一の2つの分離段階を使用し、第2段階から
の浸透物によって第1段階の浸透物をスイープして、空
気から窒素をメンブレン分離により製造する分野の従来
の装置を示す模式図。
の浸透物によって第1段階の浸透物をスイープして、空
気から窒素をメンブレン分離により製造する分野の従来
の装置を示す模式図。
1…流入混合物,2…第1のメンブレンセパレーター 3…第2のメンブレンセパレーター,4…気相混合物,
5…残留混合物 6…気相混合物,7…気相混合物,8…交換器,10…
噴霧水。
5…残留混合物 6…気相混合物,7…気相混合物,8…交換器,10…
噴霧水。
Claims (8)
- 【請求項1】 少なくとも2つの連続したメンブレンセ
パレーターを用い、流入混合物を、第1の操作温度で作
動する第1のメンブレンセパレーターを通過させ、この
第1のメンブレンセパレーターで得られた残留混合物の
全てまたは一部は、第2の操作温度で作動する第2のメ
ンブレンセパレーターを通過させて、第2のセパレータ
ーの残留出口で高純度ガスを得る、流入気相混合物から
高純度ガスを製造するためのメンブレン分離方法におい
て、 前記第1の操作温度は、第2の操作温度より、少なくと
も20℃、好ましくは40℃高く、第2のセパレーター
の浸透側で得られた混合物は、第1のセパレーターの入
り口に戻されることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記第1および第2のセパレーターが、
異なるタイプのメンブレンが使用されたものである請求
項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記第1および第2のセパレーターが、
同一のタイプのメンブレンが使用されたものである請求
項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記第1のメンブレンセパレーターで得
られた残留混合物が、少なくとも2つの経路を有する交
換器の第1の経路を通過させることによって冷却され、
前記第2のセパレーターの浸透側で得られた混合物の、
交換器の第2の経路への通過を引き起こし、この浸透混
合物は、交換器に達する前に水が噴霧される請求項1な
いし3のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項5】 前記交換器は、少なくとも3つの経路を
有し、第3の経路は、第2のセパレーターで得られた残
留混合物の経路として使用される請求項4に記載の方
法。 - 【請求項6】 前記流入混合物が空気である請求項1な
いし5のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項7】 第2のメンブレンセパレーターの残留側
で得られた気相混合物中の窒素濃度が、99体積%より
大きく、好ましくは99.5体積%より大きく、より好
ましくは99.9体積%より大きい請求項6に記載の方
法。 - 【請求項8】 第1のメンブレンセパレーター、 第2のメンブレンセパレーター、 第2のセパレーターの浸透物出口で得られた気相混合物
を、第1のセパレーターの入り口に向ける戻りライン、 以下のa)ないしc)のいずれか1つの位置に配置され
たガスのための冷却システム、 a)第1のセパレーターの残留物出口を第2のセパレー
ターの入り口に接続するライン; b)第2のセパレーターの残留物出口をユーザーステー
ションに接続するライン、; c)第2のセパレーターの浸透物出口を、第1のセパレ
ーターの入り口に接続する戻りライン、および、 少なくとも2つの経路を有し、前記冷却システムの位置
に応じて、次のように配置された交換器、 a)の場合には、交換器の第1の経路の入り口は、第1
のセパレーターの残留物出口に接続され、この第1の経
路の出口は、冷却器の入り口に接続され、交換器の他の
経路は、その中を通して第2のセパレーターで得られた
浸透混合物を第1のセパレーターの入り口に向けるた
め、および/または、第2のセパレーターで得られた残
留混合物を、ユーザーステーションに通過させるために
適合される;b)の場合には、交換器の第1の経路の入
り口は、冷却システムの出口に接続され、この第1の経
路の出口は、ユーザーステーションに接続され、交換器
の他の経路は、第1のセパレーターと第2のセパレータ
ーとの間で、第1のセパレーターで得られた残留混合物
を通過させるために用いられ、場合によっては、第2の
セパレーターで得られた浸透混合物を、第1のセパレー
ターの入り口に通過させるために適合される;c)の場
合には、冷却システムは、第2のセパレーターで得られ
た浸透物に噴霧水を注入するための手段を含み、交換器
の第1の経路の入り口は、噴霧水が注入された浸透混合
物が、その中を通過するために適合され、第1の経路の
出口は、第1のセパレーターの入り口に接続され、交換
器の他の経路は、第1のセパレーターと第2のセパレー
ターとの間で、第1のセパレーターで得られた残留混合
物を通過させるために適合され、場合によっては、この
第2のセパレーターとユーザーステーションとの間で、
第2のセパレーターで得られた残留混合物を通過させる
ために適合される;を具備し、ユーザーステーションへ
供給するための高純度窒素をメンブレン分離によって製
造する装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9410851A FR2724327B1 (fr) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | Procede de separation membranaire par cascade de membranes de selectivites differentes |
| FR9410851 | 1994-09-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08196853A true JPH08196853A (ja) | 1996-08-06 |
Family
ID=9466851
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7232795A Pending JPH08173749A (ja) | 1994-09-12 | 1995-09-11 | 選択性が増加する膜のカスケードによる水素の膜分離方法 |
| JP7232796A Pending JPH08198606A (ja) | 1994-09-12 | 1995-09-11 | ガスのメンブレン分離のための方法および装置 |
| JP7232794A Pending JPH08196853A (ja) | 1994-09-12 | 1995-09-11 | 異なる選択性を有するメンブレンのカスケードによって高純度ガスを製造するための方法および装置 |
Family Applications Before (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7232795A Pending JPH08173749A (ja) | 1994-09-12 | 1995-09-11 | 選択性が増加する膜のカスケードによる水素の膜分離方法 |
| JP7232796A Pending JPH08198606A (ja) | 1994-09-12 | 1995-09-11 | ガスのメンブレン分離のための方法および装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5538536A (ja) |
| EP (3) | EP0700709B1 (ja) |
| JP (3) | JPH08173749A (ja) |
| CN (3) | CN1130096A (ja) |
| CA (3) | CA2157990A1 (ja) |
| DE (3) | DE69525004D1 (ja) |
| ES (1) | ES2143020T3 (ja) |
| FR (1) | FR2724327B1 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10128034A (ja) * | 1996-10-31 | 1998-05-19 | Air Prod And Chem Inc | 膜によるフルオロケミカルの分離回収方法 |
| JP2015027654A (ja) * | 2013-07-31 | 2015-02-12 | 住友化学株式会社 | ガス分離装置及びガス分離方法 |
| JP2016163868A (ja) * | 2014-03-31 | 2016-09-08 | 宇部興産株式会社 | ガス分離システム及び富化ガスの製造方法 |
| JP2016187769A (ja) * | 2015-03-30 | 2016-11-04 | 宇部興産株式会社 | ガス分離システム及び富化ガスの製造方法 |
| JP2016187770A (ja) * | 2015-03-30 | 2016-11-04 | 宇部興産株式会社 | ガス分離システム及び富化ガスの製造方法 |
| JP2022185263A (ja) * | 2021-06-02 | 2022-12-14 | Ube株式会社 | ガス分離装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH08323131A (ja) * | 1995-05-29 | 1996-12-10 | Nitto Denko Corp | 混合ガスの分離方法 |
| US5785741A (en) | 1995-07-17 | 1998-07-28 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges, Claude | Process and system for separation and recovery of perfluorocompound gases |
| IE80909B1 (en) * | 1996-06-14 | 1999-06-16 | Air Liquide | An improved process and system for separation and recovery of perfluorocompound gases |
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| US6164373A (en) * | 1998-06-18 | 2000-12-26 | General Electric Company | Sample conditioning system for an off-gas monitor panel |
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