JPH035308A - 改良乾燥高純度窒素生成 - 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】 〔発明の分野〕 本発明は空気からの窒素生成に関し、詳しくは乾燥高純
度窒素の生成に関する。

〔従来技術の説明］ 高純度窒素は、多くの化学的プロセス処理、精練、金属
生成その他工業用途のために所望される。空気分離によ
る窒素生成のための種々の技術が知られているが、低温
空気分離プラントの使用を経済的に実施し得ない比較的
小規模の操業のためには、圧力変化式吸着プロセス（以
下ＰＳＡプロセスと称する）が特に望ましい。

空気分離のためのＰＳＡプロセスでは供給空気は空気の
吸着し易い成分として窒素か或は酸素を選択的に吸着し
得る吸着床に高い吸着圧力下で送られる。次で吸着床は
、前記吸着し易い成分を脱着しそして該吸着し易い成分
を除去するための吸着−脱着サイクルを継続するべ（大
量の追加供給空気を導入するに先立って、より低い脱着
圧力へと減圧される。ＰＳ＾プロセスは通常多重床のＰ
ＳＡシステムで実施される。各床には周期的ベースでの
所望のプロセスシーケンスが適用される。該プロセスシ
ーケンスはシステム内の他の床でのプロセスシーケンス
の実施と相互に関連付けられる。

純度的９９．５％の生成物窒素を生成するために異なる
ＰＳＡプロセスが商業的に使用されてきた。その一つの
ＰＳＡプロセスでは速度選択性のカーボンモレキュラー
シーブ吸着材が急速プロセスサイクルに於て使用された
。該急速プロセスサイクルは、酸素を空気のより吸着し
易い成分として選択的に吸着し、窒素を、生成物の及び
床からの吸着しに（い成分として吸着圧力下で且つ一４
０下の如き比較的低い露点で生成するものである。しか
しながら、供給空気中の水分は、そうしたＰＳＡシステ
ムにおける吸着床の分離効率を著しく低下させることが
認識された。そのため、供給空気を空気分離ＰＳＡシス
テムに送達する以前に該供給空気から水分を除去するた
めに、通常は前記空気分１ＩＩＰＳＡシステムの前に別
体の分離ＰＳＡ吸着床が使用される。

別のＰＳＡプロセス及びシステムに於ては空気から平衡
選択基準で窒素を選択的に吸着し得る吸着材が使用され
る。そうしたシステムでは空気は代表的には大気圧より
も僅かに高い圧力で吸着床に送られ、真空ポンプが、該
吸着床から窒素に富む湿った窒素生成物流れを抜き出す
べく使用される。ゼオライト系モレキエラーシーブがそ
うした動作に際し一般に使用される。米国特許第４．５
９９゜０９４号には、高純度窒素生成物回収のためのそ
うしたＰＳＡ窒素システムにおけるプロセスシーケンス
の詳細が説明される。得られた窒素生成物は、供給空気
からの移動水分に加え、真空ポンプのウォーターシール
からの追加的な水分が通常そこに付加されることから一
般に湿っている。従って、多くのそうした用途例では回
収された窒素生成物を圧縮しそこから水分を除去する必
要がある。これはプラント配管及び機器における凝縮と
それに引続く腐蝕或は凍結を防止するために為されるも
のである。生成物窒素におけるこの水分の問題は生成物
コンプレッサ、アフタークーラー、水分分離器及び吸着
性乾燥体を使用して乾燥高純度窒素流れを生成すること
で解決され得る。

ＰＳＡ窒素システムにおける吸着式の前乾燥器或は後乾
燥器の使用はプロセス全体を複雑化し且つ費用を増大さ
せ、またその信頼性を低下させる。

そうした乾燥器は代表的に、相互結合された配管及び弁
を具備する複合吸着容器を有する。使用される全ＰＳＡ
窒素プロセスシーケンスの一部としての未再生のために
、大量の、例えば５乃至３０％の窒素生成物ガスが必要
とされ得る。仮に熱変化サイクルが使用されるならば、
幾分かのパージエネルギーの消費もまた必要となる。も
し廃棄酸素流れが未再生ガスとして使用されると、床切
替に際しての酸素集中によるスパイク（ｓｐｉｋｅ　）
を防止するための特別な注意を払う必要が生じる。こう
した煩わしさ及びその全体効率及び窒素生成の費用上の
影響から、ＰＳＡ方策による乾燥高純度窒素生成におけ
る、特に高純度窒素からの水分除去に関する改良が所望
されている。

〔発明の目的Ｊ 本発明の目的は従って、乾燥高純度窒素生成物生成のた
めの改良プロセス床システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、空気分離のためにＰＳＡ方策を使
用し、水分除去及び乾燥高純度窒素生成物回収のために
所望される前乾燥或は後乾燥を提供するための改良プロ
セス及びシステムを提供することにある。

〔発明の概要〕 乾燥高純度窒素を生成するための吸着性乾燥器の使用に
代わる簡易且つ低コストの別懇様を提供するために、膜
乾燥システムがＰＳＡ窒素システムとの関連に於て使用
される。膜乾燥システムは向流流れ模様を使用して所望
状態で動作され、その低圧の透過側では膜の面積要件を
低下させるため及び所望の生成物回収を増長させるため
に、比較的乾燥したパージガスを使用しての還流作用が
為される。そうしたパージガスは望ましくは、ＰＳＡ窒
素システム或は乾燥窒素生成物ガスからの酸素廃棄物か
ら入手される。

〔実施例の説明〕

本発明の前記目的は、プロセス及びシステムの全生成物
回収水準を受入れ難い程にまで低下させることなく、高
純度窒素生成物からの或は供給空気からの所望の水分除
去を達成可能ならしめる状況の下で、窒素或は供給空気
乾燥のための膜システムとＰＳＡシステムとを一体化す
ることによって達成される。そうした状況は、別々のプ
ロセスシステムの一体化、使用される特定の膜構成物の
水分除去のための選択性そして、向流流れが乾燥膜シス
テム内で好ましく達成される膜束形態と有益に関連付け
られる。これが、乾燥動作中の前記生成物の損失を最小
限とする状態での乾燥高純度窒素生成物の回収を可能な
らしめる。

本発明の実施に際しては、乾燥動作要件によって、所望
の生成物損失が最小限となる状態での乾燥高純度窒素流
れを入手可能ならしめるべ（、ｐｓＡシステムからの廃
棄ガス或は乾燥窒素生成物ガスの一部が、乾燥膜システ
ムへのパージガスを提供するために使用される０本発明
の全プロセス及びシステムが図面を参照して説明される
。本発明の実施に使用するために好適なＰＳＡシステム
に関する詳細、及び窒素生成物の乾燥を助長するために
前記ＰＳＡシステムと一体化されるべき膜システムの詳
細が以下に説明される。

第１図を参照するに、供給空気がライン１を通して空気
分離ＰＳＡ窒素システム２に送られ、該空気分離ＰＳＡ
窒素システム２では窒素が、空気のより吸着され易い成
分として選択的に吸着され、そして酸素が、より吸着さ
れにくい成分としてユニットから廃棄ガスとして除去さ
れる。空気分離ＰＳＡ窒素システム２の周期的動作にお
ける吸着に際し、窒素の、体積比で約９９．５％の純度
を有する湿った低圧ガス流れがライン３を通して、例え
ば約８０ｐｓｉｇに圧縮するために生成物コンプレッサ
４へと送達され、ライン５を通る湿った圧縮窒素生成物
流れは水がそこから容器６に除去される状況下で排熱、
凝集され、ライン７を通してシステムから排出される。

生成され、部分的に乾燥された窒素生成物はライン８を
介して乾燥膜システム９に送られる。乾燥膜システム９
の膜を貫いて透過する水分を含有する透過性ガスは、パ
ージガスと共に排出のためのライン１０を通し抜き出さ
れる。

所望の高純度窒素生成物は、非−透過性ガスとしてライ
ン１１を通して乾燥状態で乾燥膜システムから回収され
る。空気分離ＰＳＡ窒素システム２から廃棄ガスとして
排出された酸素ガスは低圧、例えば約３ｐｓｉｇでライ
ン１２内を乾燥膜システム９へと送達され、比較的乾燥
したパージガスとして使用されるゆ供給空気中の水分は
、前記空気分離ＰＳＡ窒素システム２に於て使用される
窒素選択性の吸着材上に窒素と共に選択的に吸着される
傾向を有することを理解されたい。ライン１ｏを通して
乾燥膜システムから送達されるそうした酸素ガスは、前
記透過側の表面から前記乾燥膜システム９を透過する水
分を搬出し、これが乾燥膜システム９を横断しての水分
除去のために所望される高いドライビングフォースを維
持する。

第２図に例示される様な別態様に於ては、乾燥生成物窒
素流れの一部が前記乾燥パージガスとして使用される。

この場合、乾燥膜システムから除去された水分を含有す
るパージガスは、第１図の具体例における如（湿った高
純度窒素生成物ガスと共に廃棄物として排出されるので
はなく、むしろ乾燥膜ユニット内でのそれ以上の乾燥の
ために再循環される。第２図の具体例ではライン２０内
の供給空気はＰＳＡ窒素システム２１に送られ、そこで
窒素が選択的に吸着され、酸素は廃棄物として排出され
るべくシステムを貫いてライン２２２へと送達される。

低い吸着圧力下での吸着に際しては高純度、例えば純度
９９．５％の窒素が、湿った低圧窒素としてライン２３
内をＰＳＡ窒素システム２１に送られる。窒素流れは生
成物コンプレッサ２４内で約８０ｐｓｉｇの如き圧力に
圧縮される。精製され、部分約９こ乾燥された窒素生成
物はライン２８内を乾燥膜システム２９へと送達される
。乾燥膜システム２９を透過する水分を含む透過ガスは
、ＰＳＡ窒素システム２１からライン２３に再循環する
ためのライン３ｏを通して追加される湿った高純度窒素
と共に圧縮され、乾燥膜システムへの再送達のためにパ
ージガスと共に抜き出される。該具体例では、ライン３
１内に回収される乾燥高純度窒素生成物の側方流れは、
乾燥膜システムの透過側から水分を搬出する比較的乾燥
したパージガスとして使用するためにライン３２を通し
て乾燥膜システム２９へと再循環され、これが乾燥膜シ
ステム２９を横断しての所望の水分除去を維持するため
の高いドライビングフォースを維持する。

第３図に例示される具体例は、酸素をより吸着され易い
成分とするＰＳＡシステムに於て使用するために特に適
合するものであり、第１図及び２図に例示される如（乾
燥膜システムがＰＳＡシステムにおける供給空気の処理
に引き続（後乾燥器として使用される具体例とは逆に、
乾燥膜システムは前乾燥器として使用される。第３図の
具体例では供給空気はライン４０を通して供給空気コン
プレッサ４１に送達され、そこで圧縮された、例えば約
９０ｐｓｉｇに圧縮された圧縮空気は排熱及び凝縮のた
めにライン４２に送通され、供給空気流れからの水分は
容器４３に除去されライン４４を通して排出される。こ
うして圧縮され部分的に乾燥された供給空気は、ライン
４５を介して乾燥膜システム４６に送られる。該乾燥膜
システム４６を貫いて透過した水分を含む透過ガスは、
パージガスと共に廃棄物として排出されるべくライン４
７を通して抜き出される。乾燥供給空気はライン４８を
介して乾燥膜システム４６から回収されＰＳＡ窒素シス
テムに送られる。乾燥高純度窒素生成物は該ＰＳＡ窒素
システム内の酸素選択性吸着材と共に該ＰＳＡ窒素シス
テムを貫いて送達され、空気のより吸着されにくい成分
として生成物ライン５０内に回収される。吸着に際し、
供給空気のより吸着され易い成分、即ち酸素は乾燥膜シ
ステム４６での乾燥酸素パージガスとして使用するため
にライン５１を通してＰＳＡ窒素システムから除去され
る。

乾燥酸素パージガスは、前記乾燥膜システムの透過側に
透過した水分を前記透過側から搬出し、従って乾燥膜シ
ステム４６を横断しての所望される水分除去を維持する
ための高いドライビングフォースが維持される。

従って本発明の実施に際しては、乾燥膜システムを、Ｐ
ＳＡ窒素システムからの高純度窒素生成物を前記乾燥膜
システムへの供給空気流中に於て好都合に乾燥するため
にＰＳＡ窒素システムと効果的に一体化し得ることを理
解されよう。乾燥膜システムの動作は、その透過側に於
てＰＳＡ窒素システムからの乾燥廃棄ガス或はＰＳＡ窒
素システムからの乾燥高純度窒素流れの一部を乾燥膜シ
ステムのためのパージガスとして使用する状態の下で使
用することにより、助長される。

第３図を参照して説明された全システムを、酸素がライ
ン５０を通して所望の生成物ガスとして回収されるＰＳ
Ａ−酸素システムとして使用するために好都合に改変し
得ることを銘記されたい。この目的上、ＰＳＡシステム
４９は好ましくは、窒素をより吸着され易い成分として
選択的に吸着し、酸素を吸着されに（い成分として回収
する為に適合するシステムである。そうしたＰＳＡシス
テムの周期的動作における吸着床からの脱着に際しては
、乾燥窒素は乾燥膜システム４６内で乾燥パージガスと
して使用するために、ライン５１を通してＰＳＡ−酸素
システムから除去される。そうしたＰＳＡ−酸素システ
ムは代表的には多重床システムであるが、斯界に既知で
あり且つまた、ＰＳＡ−窒素システムにおける如（、よ
り吸着され易い成分の高い吸着圧力での吸着、減圧、代
表的にはパージに引き続いて為される、前記より吸着さ
れ易い成分の脱着、そして前記高い吸着圧力への増圧、
のための特定プロセスシーケンスから成る周期的動作が
為される。米国特許第４．５８９．８８８号には、酸素
生成物が供給空気の吸着されにくい成分として回収され
る種々のＰＳＡ−酸素システム及びプロセスシーケンス
が記載される。酸素生成物回収のためのその他システム
及び方法、並びに乾燥膜システム４６への乾燥窒素の再
循環は、あまり好ましくはないが、より吸着され易い成
分として窒素では無くむしろ酸素を選択的に吸着するこ
とを基準とし得ることを認識されたい、一般的には、そ
うした目的のためにはカーボン吸着材料の如き速度選択
性吸着材を、窒素をより吸着され易い成分とする場合に
使用されるセオライト系モレキュラーシーブの如き平衡
選択性吸着材に代えてＰＳＡシステムの吸着床に於て使
用し得る。

圧縮窒素流れから水分を選択的に除去するためのある種
の膜が知られている。残念なことに、米国特許第４，７
８３，２０１号にはクロスフロー透過態様での動作に於
てはそうした膜は、例えば約−４，４℃（−４０下）の
比較的中庸の圧力露点を達成するための１５０ｐｓｉｇ
での動作に際しては、ステージカットを必要とする。即
ち透過ガス対供給ガス流れの重量比率を３０％とする必
要がある。明らかに、そうしたクロスフロー膜ユニット
での生成物ガス回収は少なく、従ってそうしたシステム
全体の動力要件及び乾燥面積要件は興味を失う程に大き
い。

しかしながら、本発明の実施に際しては一体化システム
の利益を助長するために、乾燥膜システムは向流態様で
所望通りに動作され、乾燥した還流乾燥パージガスが膜
の透過側に送られ、それによって該透過側からの水分の
搬出が容易化され、これが膜を横断しての水分除去のた
めの高いドライビングフォースを維持する。本発明の好
ましい具体例では窒素或は供給空気の同方向透過による
窒素生成物／供給空気損失を、全生成物流れの１％未満
、好ましくは０．５％未満に維持することが望ましい。

乾燥膜システムに使用される膜構成物の水に対する選択
性は窒素に対するそれよりも大きくされるべきである。

つまり、水分は窒素よりも一段と速かに選択的に透過さ
れなければならない、水／窒素分離係数は、生成物窒素
ガス或は供給空気からの有益な水分除去のためには少な
（とも５０好ましくは１，０００とすべきである。加つ
るに、膜構成物の窒素及び酸素に対する透過速度は比較
的低くされるべきである。セルロースアセテートはそう
した基準を満足する好ましい膜分離材料である。

エチルセルロース、シリコーンラバー、ポリウレタン、
ポリアミド、ポリスチレンその他の如き種々のその他の
材料をも使用し得ることを認識されたい。

所望の膜構成物から成る膜材料を有し、ここに説明され
且つ特許請求の範囲に記載された如く圧力変化式吸着シ
ステムと一体化された乾燥膜システムは、好ましくは先
に示したように向流態様で動作される。

中空繊維膜形態その他適宜の膜形態、例えば螺旋巻膜に
於て、クロスフロー形式の流れ模様を提供するための束
ねた形状が商業的実施に際して一般に使用されてきた。

クロスフロー動作に於ては膜の透過側における透過ガス
の流れ方向は膜の供給側での供給ガスのそれと直交する
０例えば、中空繊維束を使用して中空繊維膜の外側に供
給ガスを通過させるに際しては、繊維の孔は一般に中空
繊維の外側表面を覆って流れる供給ガス流れ方向に直交
する。同様にその逆、即ち供給ガスを中空繊維の孔を通
して送通するに際しては、透過ガスは中空繊維の孔内部
の供給ガス流れと一般に直交する方向で一般に中空繊維
の表面を通過し、次いで外側シェル内を透過ガスのため
の出口手段の方向へと流動する。ヨーロッパ特許出願第
０２２６４３１号に示されるように、向流流れ模様は中
空繊維束な、その一方の端部付近の円周部分を除き外側
表面全体を長手方向に包囲させることによって創出し得
る。これが供給ガス、或は透過ガスをして、所望の移動
態様、即ち内側から外側へ或は外側から内側への移動に
依存して中空繊維の外側を、向流流れ状態で中空繊維孔
内の透過ガス或は供給ガス流れと平行に通過可能ならし
める。例えば中空繊維束の外側の供給ガスは、繊維束の
中心軸に対し、直交するのではな（むしろ平行に流動せ
しめられる。膜繊維を中空繊維束の中心軸と平行な真直
なアセンブリ状態で設けるか或は別様にはクロスフロー
動作におけるように、前記中心軸周囲に螺旋状に巻付は
得ることを理解されよう。

何れにせよ、不透過性バリヤ材料は不透過性フィルム例
えば、ポリビニリデンその他の巻付は体とし得る。別様
には不透過性バリヤは、不透過性コーティング材料、例
えば無毒性溶媒と共に塗布したボシロキサン、或は膜の
束を覆って組み込みそして前記東上でシュリンクさせた
シエリンクスリーブであり得る。前記ヨーロッパ特許に
記載されるように中空繊維束その他の膜の束を包囲する
不透過性バリヤは、ガス流れをして中空繊維束内部から
の或はそこへの流動を許容する開口を有し。

従ってガスは中空繊維束の軸と実質的に平行な方向に流
動する。本発明の目的のためには流れ模様は湿った高純
度窒素供給流れの向流流れとされるべきであり、透過ガ
スは、先に説明した如く窒素生成物乾燥膜内の膜材料を
貫く水分及び水素と共に供給されるパージガスを含む。

膜乾燥動作は斯界では通常、稠密繊維膜を使用して実施
されることを銘記されたい。稠密繊維のための膜厚は壁
厚でもあり、不斉膜の薄膜部分或は複合膜の分離層と比
較するに非常に厚い。稠密繊維のためには、大きな圧力
容量を達成するために壁厚を厚くする必要がある。斯（
して稠密繊維の透過率は極め小さく、従って窒素生成物
を十分に乾燥するためには非常に大きな表面積を使用す
る必要がある。これとは対照的に、本発明の目的のだめ
により好ましい不斉膜或は複合膜は、膜分離贋の肉厚が
非常に薄く、膜の比較的多孔質の実質部分が、膜の分離
特性を決定する非常に薄い部分のための棲械的強度及び
支持を提供する。従って不斉膜或は複合膜のために必要
な表面積は、稠密繊維膜のためのそれよりもずっと少い
、不斉膜或は複合膜を使用することによって透過性が稠
密繊維膜におけるよりも改良されることから、窒素生成
物の乾燥に関連する本発明の好ましい具体例における不
斉膜及び複合膜の性能を更に改良し、そうした膜のクロ
スフロー移動に於て生じ得る同方向透過による貴重な生
成物窒素の損失を大幅に低減することが所望される。

本発明の目的のために使用し得るＰＳＡ−窒素システム
は、窒素か或は酸素のための選択性を有する吸着材を使
用する任意の所望の数の吸着床から成るシステムとし得
る。１３Ｘ及び５人材料の如きゼオライト系モレキュラ
ーシーブ材料は、本発明の実施に際して使用するに適し
た市販入手し得る平衡形式の吸着材料例である。先に銘
記した如く、カーボンモレキュラーシーブは速度或は運
動分離性の材料であり、そうした材料は窒素よりも酸素
のための選択性を有する。当業者には、本発明の実施に
際し、任意の数の所望の吸着床に於て周期的基準の任意
の所望のプロセスシーケンスを使用する種々のＰＳＡプ
ロセスサイクルを使用し得ることを容易に理解されよう
。先の米国特許第４，５９９゜０９４号に記載された周
期は、圧力変化式吸着システムに関し適用し得るプロセ
ス上の融通性を示す例である。

本発明の目的のためにはパージ率、即ち還流パージガス
に対する非−透過側の生成物ガス流れの比率は、面積要
件、生成物損失そして残留酸素の逆拡散を最小限として
おくために、少なくとも約１０％、好ましくは２０％以
上であることが所望される。パージ率要件はまた、比較
的低い生成物ガス圧力下で、もっと高いガス圧力下にお
けるよりもずっと大きくなる傾向がある。許容し得る任
意のそうした酸素の逆拡散量は、特定用途の全体要件に
よることを理解するべきである。多くの例に於て酸素の
逆拡散を最大５００１）Ｉ）ＱＩＶに制限することが望
ましく、そうした酸素の逆拡散は窒素生成物に於ては１
０１００ｐｐ未満であることが好ましい。入手し得る還
流パージガス量がその供給源及び有益性に依存すること
は勿論である。

第１図に示されるような本発明の１実施例に於ては、窒
素選択性のＰＳＡ−窒素生成システムは、９５％窒素の
２０．０００ｎｃｆｈ生成のために使用し得る。

そうしたプラントのための代表的な空気回収率は６０％
のオーダーである。つまり供給空気流れの４０％が低圧
の廃棄物として入手され得る。そうしたシステムでの約
３２．２℃（９０”Ｆ）における供給空気圧力は８ｐｓ
１ｇであり、廃棄物の圧力は５ｐｓｉｇでありそして乾
燥膜システムへの湿った窒素生成物の圧力は８０ｐｓｉ
ｇである。約−４，４℃　（−４０下）における所望の
生成物露点のためには、熱変化式吸着の後乾燥システム
は概略６ＫＷの電力を消費し、また約２％の再生パージ
を必要とする。こうした従来通りのシステムは螺旋形状
の中空繊維を含み且つ水／窒素分離係数、即ち水の透過
性に対する生成物窒素の透過性の係数が６，０００であ
り、そして水／酸素分離の係数が１，０００である類似
のもっと安価な乾燥膜システムと好都合に代替され得る
。乾燥膜システムは、膜を包囲しそれによって膜モジュ
ールに向流流れ模様を創出するためのポリビニリデン製
の不透過性バリヤを使用して動作される。高純度窒素生
成物ガスは、先に示した乾燥生成物損失が窒素の０．５
％未満という極めて低い状態に於て効果的に乾燥される
。好ましくはない完全クロスフロー膜を使用する具体例
に於ては、同一水準の乾燥、即ち同一の露点を達成する
ために乾燥生成物の３０％以上が使用されるべきである
。

本発明の特許請求の範囲に述べた範囲から離れることな
（、ここに記載した様なプロセス及びシステムの詳細を
種々に変化及び改変し得ることを認識されたい。使用さ
れる不斉膜種造成は複合膜構造は本発明の乾燥膜システ
ムに使用され得る。

稠密膜は通常生成物乾燥用途のために使用されるが、そ
うした稠密膜は本発明の実施に使用し得るものの、先に
銘記したその固有の限定事項の故にその使用は好ましく
ない。

本発明の実施に際して使用される透過性膜は一般に膜束
アセンブリに於て使用される。該膜束アセンブリは代表
的には膜システムの主要要素を構成する膜モジュールを
形成するための包囲体内部に位置決めされる。膜システ
ムは単一或は平行或は列状動作のために配列された多く
のそうしたモジュールを含み得る。膜モジュールは、好
都合な中空繊維形態或は螺旋巻形態、平坦な薄板に畳ん
だ形態、その他所型の膜形状の膜束を使用して作製し得
る。膜モジュールは供給ガス（空気）側及びその反対側
の透過ガス出口側を有するよう構成される。中空繊維膜
のためには供給ガス側は、内側から外側への動作のため
には孔側であり或は外側から内側への動作のためには中
空繊維の外側とし得る。供給ガスをシステムに導入し、
また透過流れ及び非−透過流れを両方共に抜き出すため
の手段が設けられる。

ＰＳＡ吸着材は、油蒸気及び硫化水素で汚染されそれに
よって劣化する傾向の有ることが知られていることから
、そうした汚染物質を供給空気をＰｓＡ−システムに送
達する以前に除去するべく、アルミニューム或はモレキ
ュラーシーブの如き孔を有する材料から成る追加的吸着
ユニット或はトラップを使用することは本発明の範囲に
含まれる。

先に示したように、本発明で使用されるパージガスは、
ここに参照された供給源からの如き乾燥或は比較的乾燥
したパージガスとすべきである。

ここで使用されるように、比較的乾燥したパージガスは
乾燥窒素生成物ガス類は乾燥供給空気中の水分分圧を越
えない水分分圧を有し、好ましくは前記パージガスの水
分分圧は、先に説明されたパージガスの供給源に関して
そうであるように、生成物ガス流れの水分分圧の半分未
満である。

膜は、ＰＳＡ−窒素システム内で生成された乾燥高純度
窒素の或は該ＰＳＡ−窒素システムへの供給空気の乾燥
のために非常に所望されるシステム及び方法の使用を可
能ならしめる。好都合な膜乾燥システムで乾燥が実施さ
れることにより、従来がらの水分除去のためのより高価
で且つ複雑な吸着或は冷凍技術及びシステムの使用が回
避される。

乾燥膜システムのプロセス流れを空気分離膜／ＰＳＡ−
窒素システムと一体化して使用することによって、乾燥
膜システムの低圧の透過側でのパージが好都合に達成さ
れる。向流流れ模様を確立するための束間列構成を使用
することによって、乾燥動作の好ましい具体例を、乾燥
高純度窒素の回収を増大させる状態で実施し得、クロス
フロー透過動作で生じていた貴重な窒素生成物ガスの多
量の同方向透過が回避される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、窒素選択性吸着材を使用するＰＳＡ　−窒素
システムからの廃棄ガスが、膜後乾燥システムのための
パージガスとして使用される本発明の具体例における概
略流れ図式図である。 第２図は、窒素選択性吸着材を使用するＰＳＡ　−窒素
システムからの乾燥窒素生成物ガスが、膜後乾燥システ
ムのためのパージガスとして使用される本発明の具体例
における概略流れ図式図である。 第３図は、酸素選択性吸着材を使用するＰＳＡ　−窒素
システムからの廃棄ガスが、膜前乾燥システムのための
パージガスとして使用される本発明の具′体側における
概略流れ図式図である。 尚、図中主な部分の名称は以下の通りである。 ２：空気分離ＰＳＡ窒素システム ４：生成物コンプレッサ ６：容器 ９：乾燥膜システム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、改良乾燥高純度窒素生成システムであって、 湿った高純度窒素を酸素から分離するために湿った供給
   空気のより吸着し易い成分を選択的に吸着し得る吸着材
   料を含む圧力変化式吸着システムと、 湿った高純度窒素或は湿った供給空気流れ中に存在する
   水を選択的に透過させ得る乾燥膜システムと、 膜表面からの水蒸気の搬出を容易化すると共に高純度窒
   素流れ或は供給空気からの膜を通しての水分除去を助長
   するための、前記高純度窒素流れ或は供給空気から膜を
   通して水蒸気を除去するためのドライビングフォースを
   維持するために、前記圧力変化式吸着システム或は窒素
   生成物ガスからの廃棄物ガスを含む比較的乾燥したパー
   ジガスを前記乾燥膜システムの低圧の透過側へと送達す
   るための導管手段とを包含し、 乾燥膜システムの透過側への前記パージガスの提供が、
   窒素生成物ガスの損失を最小限とする状態での所望の水
   分除去を容易化する前記改良乾燥高純度窒素生成システ
   ム。 ２、圧力変化式吸着システムは窒素選択性吸着材を含み
   、湿った窒素が、空気のより吸着され易い成分であり、
   酸素が、空気のより吸着されにくい成分である特許請求
   の範囲第１項記載の改良乾燥高純度窒素生成システム。 ３、乾燥膜システムは、圧力変化式吸着システムからの
   湿った高純度窒素を乾燥し、乾燥高純度窒素生成物ガス
   の形成のために適合する特許請求の範囲第２項記載の改
   良乾燥高純度窒素生成システム。 ４、圧力変化式吸着システム内で分離された、空気のよ
   り吸着されにくい成分である酸素が乾燥パージガスであ
   る特許請求の範囲第３項記載の改良乾燥高純度窒素生成
   システム。５、乾燥パージガスは乾燥膜システム内で形
   成された乾燥高純度窒素生成物ガスの一部を構成する特
   許請求の範囲第３項記載の改良乾燥高純度窒素生成シス
   テム。 ６、乾燥膜システムは、透過ガスが該乾燥膜システムへ
   の供給空気流れと一般に平行に流動する状態での向流流
   れ模様のために適合する膜束を含んでいる特許請求の範
   囲第１項記載の改良乾燥高純度窒素生成システム。 ７、乾燥膜システムは、より吸着しにくい酸素が乾燥パ
   ージガスである、窒素選択性吸着材を含む圧力変化式吸
   着システムからの湿った高純度窒素の乾燥のために適合
   する後乾燥システムである特許請求の範囲第６項記載の
   改良乾燥高純度窒素生成システム。 ８、圧力変化式吸着システムは酸素選択性吸着材を含み
   、窒素が空気のより吸着されにくい成分であり、酸素が
   より吸着され易い成分である特許請求の範囲第６項記載
   の改良乾燥高純度窒素生成システム。 ９、乾燥膜システムは、供給空気を乾燥し圧力変化式吸
   着システムに送達するための乾燥供給空気を形成するた
   めに適合する前乾燥システムである特許請求の範囲第８
   項記載の改良乾燥高純度窒素生成システム。 １０、圧力変化式吸着システム内で分離された、より吸
   着され易い酸素がパージガスである特許請求の範囲第９
   項記載の改良乾燥高純度窒素生成システム。 １１、圧力変化式吸着システムは窒素選択性吸着材を含
   み、乾燥膜システムは湿った高純度窒素の乾燥のために
   適合する後乾燥システムであり、乾燥高純度窒素生成物
   ガスの一部が乾燥パージガスを構成する特許請求の範囲
   第６項記載の改良乾燥高純度窒素生成システム。 １２、空気から乾燥高純度窒素を生成するための改良方
   法であって、 湿った高純度窒素或は湿った供給空気流れを、該湿った
   高純度窒素流れからの水を選択的に透過させ得る乾燥膜
   システムへと送達する段階と、膜表面からの水蒸気搬出
   を容易化させると共に、高純度窒素或は供給空気流れか
   らのからの水分除去を助長するべく前記膜を通しての水
   蒸気除去のためのドライビングフォースを維持するため
   に、前記乾燥膜システムの低圧の透過側に、前記圧力変
   化式吸着システムからの廃棄ガス或は窒素生成物ガスを
   含む比較的乾燥したパージガスを送達する段階とを含み
   、 乾燥膜システムの透過側へのパージガスの提供が、生成
   物ガスの損失を最小限とする状態での所望の水分除去を
   容易化するようになっている、前記空気から乾燥高純度
   窒素を生成するための改良方法。 １３、圧力変化式吸着システムは窒素選択性吸着材を含
   み、湿った窒素が空気のより吸着され易い成分であり、
   酸素がより吸着されにくい成分である特許請求の範囲第
   １２項記載の空気から乾燥高純度窒素を生成するための
   改良方法。 １４、乾燥膜システムは後乾燥システムであり、圧力変
   化式吸着システムからの湿った高純度窒素が乾燥高純度
   窒素生成物ガスを形成するためにそこに送達されるよう
   になっている特許請求の範囲第１３項記載の空気から乾
   燥高純度窒素を生成するための改良方法。 １５、圧力変化式吸着システム内で分離された、より吸
   着され易い酸素が乾燥パージガスである特許請求の範囲
   第１４項記載の空気から乾燥高純度窒素を生成するため
   の改良方法。 １６、乾燥パージガスは、乾燥膜システム内で形成され
   た乾燥高純度窒素生成物ガスの一部を構成する特許請求
   の範囲第１４項記載の空気から乾燥高純度窒素を生成す
   るための改良方法。 １７、乾燥膜システムは、透過ガスが前記乾燥膜システ
   ムへの供給空気流れと一般に平行に流動する状態での、
   向流流れ模様のために適合する膜束を含んでいる特許請
   求の範囲第１２項記載の空気から乾燥高純度窒素を生成
   するための改良方法。 １８、乾燥膜システムは、より容易に吸着する酸素を使
   用して圧力変化式吸着システムからの湿った高純度窒素
   を乾燥するための、窒素選択性吸着材を含む後乾燥シス
   テムである特許請求の範囲第１７項記載の空気から乾燥
   高純度窒素を生成するための改良方法。 １９、圧力変化式吸着システムは酸素選択性吸着材を含
   み、湿った窒素が空気のより吸着しにくい成分であり、
   酸素がより吸着し易い成分である特許請求の範囲第１７
   項記載の空気から乾燥高純度窒素を生成するための改良
   方法。 ２０、乾燥膜システムは、供給空気を乾燥し圧力変化式
   吸着システムに送達するための乾燥供給空気形成のため
   に適合する前乾燥システムであり、圧力変化式吸着シス
   テム内で分離された、より吸着され易い酸素が乾燥パー
   ジガスである特許請求の範囲第１７項記載の空気から乾
   燥高純度窒素を生成するための改良方法。 ２１、乾燥膜システムは、乾燥パージガスを含む乾燥高
   純度窒素の一部を使用しての、窒素選択性吸着材を含む
   圧力変化式吸着システムからの湿った高純度窒素の乾燥
   のために適合する後乾燥システムである特許請求の範囲
   第１７項記載の空気から乾燥高純度窒素を生成するため
   の改良方法。