專利名稱：氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法及使用該運(yùn)轉(zhuǎn)方法的殘余氣體的回收方法。本申請(qǐng)基于2010年4月26日在日本申請(qǐng)的特愿2010-101385號(hào)及2010-101386號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，在此引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，在半導(dǎo)體領(lǐng)域所使用的特殊氣體中存在以甲硅烷、四氫化鍺、砷化三氫、磷化氫、硒化氫等氫化物氣體為代表的各種氣體。這些氣體之中，甲硅烷、四氫化鍺、砷化三氫、磷化氫、硒化氫等的毒性、可燃性強(qiáng)，是非常難以處理的氣體。特別是，氫化物氣體雖然其本身可用作高純度氣體，但也廣泛用作用氫氣、氦氣等氣體稀釋后的混合氣體。 在此，已知例如用氫氣等稀釋后的混合氣體通過(guò)在使用該混合氣體的設(shè)備附近被分離為氫氣和特殊氣體并僅將特殊氣體送至氣體使用設(shè)備，由此能夠安全利用。通常，特殊氣體被充填在氣瓶(氣缸)中，已知有時(shí)根據(jù)特殊氣體的種類，與未稀釋的純氣體相比,稀釋混合氣體的特殊氣體本身的充填量較多。當(dāng)返還充填有稀釋混合氣體的使用完畢的氣缸時(shí)，通常在氣缸內(nèi)殘留一些氣體作為殘余氣體的狀態(tài)下返還。通過(guò)將該殘余氣體分離為用于稀釋的氣體和特殊氣體并回收，能夠再利用昂貴的特殊氣體，還能夠降低殘余氣體的處理費(fèi)用。另一方面，當(dāng)未分離回收時(shí)，以殘留在氣缸中的狀態(tài)返還的殘余氣體在全部進(jìn)行適當(dāng)?shù)某μ幚碇笙虼髿馀欧?。作為殘余氣體的處理，例如不在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的氙氣、氪氣等氣體進(jìn)行稀釋后向大氣排放。如以甲硅烷、四氫化鍺、砷化三氫、磷化氫、硒化氫等為代表的具有毒性和可燃性的氣體也進(jìn)行適當(dāng)?shù)某μ幚?，稀釋后向大氣排放。在此，由于如今?duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)心提高，作為企業(yè)的社會(huì)責(zé)任要求對(duì)稀少的特殊氣體進(jìn)行再利用、對(duì)毒性和可燃性強(qiáng)的特殊氣體安全地進(jìn)行除害處理。例如，作為沒(méi)有在日本國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的稀少氣體的氙氣、氪氣這些偽純氣體(pseudo-pure gases)的情況下,能夠比較簡(jiǎn)單地回收其殘余氣體。在由氦等稀釋混合的氣體的情況下，考慮到分離處理為稀釋氣體和特殊氣體的時(shí)間和勞力，現(xiàn)狀是不進(jìn)行回收。甲硅烷、四氫化鍺等氫化物類氣體的情況也具有同樣的問(wèn)題。此外，在不進(jìn)行分離回收，進(jìn)行安全且適當(dāng)?shù)某μ幚淼那闆r下，特別是在用氫氣稀釋混合的氣體的情況下，當(dāng)利用燃燒除害裝置、干式除害裝置等對(duì)這些氣體進(jìn)行除害處理時(shí)，由于氫氣的影響產(chǎn)生較多的燃燒熱和反應(yīng)熱，不僅成為除害裝置的負(fù)擔(dān)，還具有安全性方面的擔(dān)心、耗費(fèi)成本的問(wèn)題。作為殘留在氣缸中的狀態(tài)下返還的殘余氣體的不分離回收的處理，可舉出為了大幅減少殘余氣體排放及抽真空操作中所需的人力而自動(dòng)化的設(shè)備(參照專利文獻(xiàn)11)、對(duì)常溫下液化的氣體的殘余氣體進(jìn)行排放處理的設(shè)備(參照專利文獻(xiàn)12、13)。
此外，作為回收處理在氣體使用設(shè)備中使用的氣體的方法，可舉出將該使用的氣體暫時(shí)儲(chǔ)存在氣袋等中，將該氣袋運(yùn)送到具有回收處理設(shè)備的場(chǎng)所，在該場(chǎng)所進(jìn)行回收處理的設(shè)備和方法(參照專利文獻(xiàn)4)，或者氣體使用設(shè)備的附近設(shè)置氣體回收處理設(shè)備，在其中回收處理使用的氣體的設(shè)備和方法(參照專利文獻(xiàn)14 17)。進(jìn)一步，作為使用分離膜的分離混合氣體的方法，可舉出使用聚酰亞胺膜、聚芳酰胺膜、聚砜膜等分離為氫化物氣體和氫氣、氦氣等的方法(參照專利文獻(xiàn)If 20)?，F(xiàn)在，膜分離技術(shù)作為具有優(yōu)異的節(jié)能效果的分離技術(shù)尤其在水處理的領(lǐng)域中受到矚目。該膜分離技術(shù)類似于基本動(dòng)力用于進(jìn)行升壓的壓縮機(jī)，與PSA或精餾相比在氣體的分離中也能夠期待其節(jié)能性。進(jìn)一步，膜分離技術(shù)由于可通過(guò)將膜的透過(guò)側(cè)抽真空來(lái)進(jìn)行分離操作，所以具有對(duì)于難以獲得充分的供給壓力的低蒸汽壓氣體也能夠應(yīng)對(duì)，對(duì)于自燃性氣體或自分解氣體也能夠安全地進(jìn)行分離操作的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于容易因金屬的催化作用而分解的氣體、容易與金屬反應(yīng)的氣體也能夠應(yīng)對(duì)的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)設(shè)備較少、無(wú)故障、無(wú)需維護(hù) 的優(yōu)點(diǎn)，高濃度的雜質(zhì)的分離也無(wú)需增加再生等運(yùn)轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)等。作為分離膜(也包含一部分水處理的運(yùn)轉(zhuǎn)方法)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，公開有通過(guò)測(cè)量并調(diào)整膜的高壓側(cè)的壓力或流量、或者膜的低壓側(cè)的壓力或流量，控制目標(biāo)氣體的流量或濃度、回收率的運(yùn)轉(zhuǎn)方法(參照專利文獻(xiàn)廣3)。此外，公開有多段直列(series)連接分離膜，并且加上上述控制而控制目標(biāo)氣體的流量或濃度、回收率的運(yùn)轉(zhuǎn)方法(參照專利文獻(xiàn)Γ7 )。進(jìn)一步,公開有多段并列(parallel)連接分離膜,通過(guò)控制向分離膜的供給流量或供給壓力、膜的數(shù)目，控制目標(biāo)氣體的流量或濃度、回收率的運(yùn)轉(zhuǎn)方法(參照專利文獻(xiàn)8、9)。另外，公開有多段并列連接分離膜，在使用一個(gè)分離膜的過(guò)程中，洗滌再生其他的分離膜，通過(guò)反復(fù)切換該過(guò)程而長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法(參照專利文獻(xiàn)10)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特許第3951569號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2008-104949號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開2009-61418號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特開2008-238099號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 日本特開第4005733號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6 :日本特開2002-166121號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7 日本特開平6-205924號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)8 :日本特開2002-37612號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)9 :日本特許3598912號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)10 日本特開2002-28456號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)11 :日本特許第3188502號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)12 :日本特開平6-201097號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)13 日本特開2007-24300號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)14 日本特許3925365號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)15 :日本特開2001-353420號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)16 :日本特許4112659號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)17 日本特開2000-325732號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)18 :日本特開平7-171330號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)19 :日本特開2002-308608號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)20 :日本特許2615265號(hào)公報(bào)然而，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，特別對(duì)于以殘留在氣缸氣體中的狀態(tài)返還的混合氣體的殘余氣體進(jìn)行回收的方法沒(méi)有任何公開。此外，在已公開的上述技術(shù)中，特別是為了使目標(biāo)氣體的濃度更高濃度化，存在需要直列連接多段分離膜組件，需要許多分離膜的問(wèn)題。此外，為了提高氣體的處理量，存在需要更多的分離膜的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過(guò)有效地分離回收殘余在氣缸中的混合氣體而能夠進(jìn)行更適當(dāng)?shù)某μ幚砘蛟倮玫臍堄鄽怏w的回收方法。特別地，目的在于安全且簡(jiǎn)便地進(jìn)行用氫氣或氦氣等稀釋混合氫化物氣體后的混合氣體的分離回收。進(jìn)一步，本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題而產(chǎn)生，目的在于提供一種即使膜面積較小，或即使分離膜組件數(shù)目較少，也具有高分離能力和處理量而能夠進(jìn)行氣體分離的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法。為解決上述問(wèn)題，第一發(fā)明為一種氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，使用兩個(gè)以上具備氣體分離膜的分離膜組件，將分子直徑小的氣體成分從混合氣體分離，所述混合氣體除分子直徑小的氣體成分以外還包含分子直徑大的氣體成分，在該方法中，并列連接兩個(gè)以上的所述分離膜組件，使一個(gè)分離膜組件連續(xù)地反復(fù)進(jìn)行由第一過(guò)程、第二過(guò)程、第三過(guò)程和第四過(guò)程構(gòu)成的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，在所述第一過(guò)程中，在將容納有所述氣體分離膜的密閉容器的、設(shè)置為與所述氣體分離膜的未透過(guò)側(cè)的空間連通的未透過(guò)氣體排出口關(guān)閉，將設(shè)置為與所述氣體分離膜的透過(guò)側(cè)的空間連通的透過(guò)氣體排出口打開的狀態(tài)下，打開氣體供給口將包含分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分的混合氣體供給到所述密閉容器內(nèi)進(jìn)行充壓，在所述第二過(guò)程中，從所述混合氣體的供給開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，關(guān)閉所述氣體供給口停止所述混合氣體的供給，并保持該狀態(tài)，在所述第三過(guò)程中，從所述保持狀態(tài)的開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，打開所述未透過(guò)氣體排出口從所述未透過(guò)氣體排出口回收包含所述分子直徑大的氣體成分的混合氣體，在所述第四過(guò)程中，從所述回收開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定的壓力時(shí)，關(guān)閉所述未透過(guò)氣體排出口，使另外的分離膜組件分別以相對(duì)于一個(gè)所述分離膜組件的所述運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)錯(cuò)開規(guī)定間隔的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。
第二發(fā)明為根據(jù)所述第一發(fā)明所述的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，所述氣體分離膜為二氧化硅膜、沸石膜或碳膜中的任意一種。第三發(fā)明為根據(jù)所述第一或第二發(fā)明所述的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，在所述第三過(guò)程中，當(dāng)所述密閉容器內(nèi)的未透過(guò)側(cè)的壓力的下降停止時(shí)，判斷分子直徑小的氣體成分的分離已完成。第四發(fā)明為根據(jù)所述第一至第三發(fā)明中的任一項(xiàng)所述的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，在并列連接兩個(gè)以上的所述分離膜組件的前段直列連接分離膜組件，對(duì)設(shè)置在前段的所述分離膜組件連續(xù)供給所述混合氣體，從所述混合氣體粗分離分子直徑小的氣體成分。第五發(fā)明為根據(jù)所述第一至第三發(fā)明中的任一項(xiàng)所述的氣體 分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其中，并列連接分離膜組件的個(gè)數(shù)由所述運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)所需要的時(shí)間除以所述第一過(guò)程所需要的時(shí)間的值以上的整數(shù)表示。第六發(fā)明為一種殘余氣體的回收方法，其中，向具備分離膜組件連續(xù)供給殘留在氣缸中的混合氣體，所述氣體分離膜具有分子篩作用，從而將所述混合氣體分離為分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分后，分別回收所述分子直徑小的氣體成分和所述分子直徑大的氣體成分。第七發(fā)明為一種殘余氣體的回收方法，其中，向具備氣體分離膜的分離膜組件連續(xù)供給殘留在氣缸中的混合氣體，所述氣體分離膜具有分子篩作用，從而將所述混合氣體分尚為分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分后，分別回收所述分子直徑小的氣體成分和所述分子直徑大的氣體成分，所述分離膜組件連續(xù)地反復(fù)進(jìn)行由第一過(guò)程、第二過(guò)程、第三過(guò)程和第四過(guò)程構(gòu)成的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，在所述第一過(guò)程中，在將容納有所述氣體分離膜的密閉容器的、設(shè)置為與所述氣體分離膜的未透過(guò)側(cè)的空間連通的未透過(guò)氣體排出口關(guān)閉，將設(shè)置為與所述氣體分離膜的透過(guò)側(cè)的空間連通的透過(guò)氣體排出口打開的狀態(tài)下，打開氣體供給口將包含分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分的混合氣體供給到所述密閉容器內(nèi)進(jìn)行充壓，在所述第二過(guò)程中，從所述混合氣體的供給開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，關(guān)閉所述氣體供給口停止所述混合氣體的供給，并保持該狀態(tài)，在所述第三過(guò)程中，從所述保持狀態(tài)的開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，打開所述未透過(guò)氣體排出口從所述未透過(guò)氣體排出口回收包含所述分子直徑大的氣體成分的混合氣體，在所述第四過(guò)程中，從所述回收開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定的壓力時(shí)，關(guān)閉所述未透過(guò)氣體排出口。第八發(fā)明為一種殘余氣體的回收方法，其中，向具備氣體分離膜的分離膜組件連續(xù)供給殘留在氣缸中的混合氣體，所述氣體分離膜具有分子篩作用，從而將所述混合氣體分尚為分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分后，分別回收所述分子直徑小的氣體成分和所述分子直徑大的氣體成分，并列連接兩個(gè)以上的所述分離膜組件，使一個(gè)分離膜組件連續(xù)地反復(fù)進(jìn)行由第一過(guò)程、第二過(guò)程、第三過(guò)程和第四過(guò)程構(gòu)成的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，在所述第一過(guò)程中，在將容納有所述氣體分離膜的密閉容器的、設(shè)置為與所述氣體分離膜的未透過(guò)側(cè)的空間連通的未透過(guò)氣體排出口關(guān)閉，將設(shè)置為與所述氣體分離膜的透過(guò)側(cè)的空間連通的透過(guò)氣體排出口打開的狀態(tài)下，打開氣體供給口將包含分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分的混合氣體供給到所述密閉容器內(nèi)進(jìn)行充壓，在所述第二過(guò)程中，從所述混合氣體的供給開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，關(guān)閉所述氣體供給口停止所述混合氣體的供給，并保持該狀態(tài)，在所述第三過(guò)程中，從所述保持狀態(tài)的開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，打開所述未透過(guò)氣體排出口從所述未透過(guò)氣體排出口回收包含所述分子直徑大的氣體成分的混合氣體，在所述第四過(guò)程中，從所述回收開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定的壓力時(shí)，關(guān)閉所述未透過(guò)氣體排出口， 使另外的分離膜組件分別以相對(duì)于一個(gè)所述分離膜組件的所述運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)錯(cuò)開規(guī)定間隔的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。第九發(fā)明為根據(jù)第六至第八發(fā)明中的任一項(xiàng)所述的殘余氣體的回收方法，其中，所述氣體分離膜為二氧化硅膜、沸石膜或碳膜中的任意一種。第十發(fā)明為根據(jù)第六至第九發(fā)明中的任一項(xiàng)所述的殘余氣體的回收方法，其中，所述分子直徑小的氣體成分為氫氣和氦氣中的任何一種或者兩種以上的混合物。第十一發(fā)明為根據(jù)第六至第十發(fā)明中的任一種所述的殘余氣體的回收方法，其中個(gè)，所述分子直徑大的氣體成分為砷化三氫、磷化氫、硒化氫、甲硅烷和四氫化鍺構(gòu)成的氫化物氣體以及氙氣和氪氣構(gòu)成的稀有氣體中的任何一種或兩種以上的混合物。根據(jù)本發(fā)明的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，分離分子直徑大的成分和分子直徑小的氣體成分時(shí)，能夠利用較少的分離膜組件數(shù)目以高氣體分離性能及處理能力進(jìn)行氣體分離。此外，由于并列連接所需數(shù)目的氣體分離膜且錯(cuò)開規(guī)定的間隔運(yùn)轉(zhuǎn)，所以作為系統(tǒng)整體能夠進(jìn)行連續(xù)的分離操作。根據(jù)本發(fā)明的殘余氣體的回收方法，能夠有效地分離回收殘留在返還的氣缸中的混合氣體。由此，能夠簡(jiǎn)便地進(jìn)行適當(dāng)?shù)某μ幚砘蛟倮谩?br>

圖I是表示本發(fā)明的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法所使用的氣體分離裝置的一例的系統(tǒng)圖。圖2A是表示本發(fā)明的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中分批操作的時(shí)間圖的一例(組件兩個(gè)并列，操作分批的情況)的圖。圖2B是表示本發(fā)明的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中分批操作的時(shí)間圖的一例(組件兩個(gè)并列，操作分批的情況)的圖。圖3是表示本發(fā)明的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法所使用的氣體分離裝置的另一例的系統(tǒng)圖。圖4A是表示氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中連續(xù)操作的時(shí)間圖的一例(組件兩個(gè)直列，操作連續(xù)的情況)的圖。
圖4B是表示氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中連續(xù)操作的時(shí)間圖的一例(組件兩個(gè)直列，操作連續(xù)的情況)的圖。圖5A是表示氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中連續(xù)操作的時(shí)間圖的一例(組件兩個(gè)并列，操作連續(xù)的情況)的圖。 圖5B是表示氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中連續(xù)操作的時(shí)間圖的一例(組件兩個(gè)并列，操作連續(xù)的情況)的圖。圖6是表示作為本發(fā)明的第二實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法所使用的回收裝置的一例的系統(tǒng)圖。圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的回收裝置所使用的分離膜組件的放大剖視圖。圖8是表示作為本發(fā)明的第三實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法所使用的回收裝置的一例的系統(tǒng)圖。圖9是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的回收裝置所使用的分離膜組件的放大剖視圖。圖10是表示作為本發(fā)明的第四實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法所使用的回收裝置的一例的系統(tǒng)圖。圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施例BI中殘余氣體壓力(與背壓)與各流量變動(dòng)及各氣體中的甲硅烷(SiH4)濃度的關(guān)系的圖。圖12是表示在本發(fā)明的實(shí)施例B2中殘余氣體(=充填壓力)為O. 2MPaG時(shí)的分批操作的時(shí)間圖的一例的圖。圖13是表示在本發(fā)明的實(shí)施例B2中殘余氣體(與充填壓力)為O. 05MPaG時(shí)的分批操作的時(shí)間圖的一例的圖。
具體實(shí)施例方式<第一實(shí)施方式>以下參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的一例。圖I和圖2表示本發(fā)明的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法所使用的氣體分離裝置的一例。另外，在該氣體分離裝置的例子中，碳膜組件被用作分離膜組件的一例。此外，在該碳膜組件中，碳膜被用作氣體分離膜。在圖I中，符號(hào)10表示氣體分離裝置，符號(hào)I (1A、1B)表示碳膜組件。該氣體分離裝置10大致通過(guò)兩個(gè)碳膜組件1A、1B由路徑Lf L4并列連接而構(gòu)成。此外，該碳膜組件I (1A、1B)大致由密閉容器6和設(shè)置在該密閉容器6內(nèi)的碳膜單元2構(gòu)成。密閉容器6為中空?qǐng)A筒狀，在內(nèi)部空間容納有碳膜單元2。此外，在密閉容器6的長(zhǎng)度方向的一端部設(shè)置有氣體供給口 3，在另一端部設(shè)置有未透過(guò)氣體排出口 5。進(jìn)一步，在密閉容器6的圓周表面上設(shè)置有透過(guò)氣體排出口 4和吹掃氣體供給口 8。碳膜單元2由作為氣體分離膜的多條中空絲狀碳膜2a……和分別捆扎固定這些中空絲狀碳膜2a……的兩端部的一對(duì)樹脂壁7構(gòu)成。樹脂壁7使用粘結(jié)劑等被密封固定到密閉容器6的內(nèi)壁上。此外，一對(duì)樹脂壁7上分別形成有中空絲狀碳膜2a……的開口部。密閉容器6內(nèi)由一對(duì)樹脂壁7分割為第一空間11、第二空間12和第三空間13三個(gè)空間。第一空間11為密閉容器6的設(shè)置有氣體供給口 3的一個(gè)端部與樹脂壁7之間的空間，第二空間12為密閉容器6的圓周表面與一對(duì)樹脂壁7之間的空間，第三空間13為設(shè)置有未透過(guò)氣體排出口 5的另一端部與樹脂壁7之間的空間。此外，第一空間11中設(shè)置有壓力計(jì)14a，第二空間12中設(shè)置有壓力計(jì)14b，第三空間13中設(shè)置有壓力計(jì)14c，能夠測(cè)量?jī)?nèi)部的壓力。氣體供給口 3設(shè)置為與密閉容器6內(nèi)的第一空間11連通。此外，氣體供給口 3上設(shè)置有開閉閥3a。于是，通過(guò)打開開閉閥3a，能夠從混合氣體供給路徑LI (L1A、L1B)經(jīng)由氣體供給口 3將混合氣體供給到第一空間11內(nèi)。未透過(guò)氣體排出口 5設(shè)置為與密閉容器6內(nèi)的第三空間13連通。此外，未透過(guò)氣體排出口 5上設(shè)置有開閉閥5a。于是，通過(guò)打開開閉閥5a，能夠從第三空間13經(jīng)由未透過(guò)氣體排出口 5將未透過(guò)氣體排出至未透過(guò)氣體排出路徑L2 (L2A、L2B)。透過(guò)氣體排出口 4及吹掃氣體供給口 8設(shè)置為與密閉容器6內(nèi)的第二空間12連通。此外，透過(guò)氣體排出口 4上設(shè)置有開閉閥4a，吹掃氣體供給口 8上設(shè)置有開閉閥8a。于 是，通過(guò)打開開閉閥4a，能夠從第二空間12經(jīng)由透過(guò)氣體排出口 4將透過(guò)氣體排出至透過(guò)氣體排出路徑L4 (L4A、L4B)。另一方面，通過(guò)打開開閉閥8a，能夠從吹掃氣體供給路徑L3(L3A、L3B)經(jīng)由吹掃氣體供給口 8將吹掃氣體供給到第二空間12。中空絲狀碳膜2a......的一端固定在一側(cè)的樹脂壁7上并開口，另一端固定在另一
側(cè)的樹脂壁7上并開口。由此，在中空絲狀碳膜2a……固定于一側(cè)的樹脂壁7的部分中，中空絲狀碳膜2a……的一側(cè)的開口部與第一空間11相通，另一側(cè)的開口部與第三空間13相
通。由此，第一空間11與第三空間13通過(guò)中空絲狀碳膜2a......的內(nèi)部空間連通。相對(duì)
于此，第一空間11與第二空間12通過(guò)碳膜單元2連通。中空絲狀碳膜2a……通過(guò)形成有機(jī)高分子膜后進(jìn)行燒結(jié)來(lái)制作。例如，將作為有機(jī)高分子的聚酰亞胺溶解到任意的溶劑中制作制膜原液，此外準(zhǔn)備與該制膜原液的溶劑混合但對(duì)于聚酰亞胺為非溶解性的溶劑。接著，從雙重管結(jié)構(gòu)的中空絲紡絲頭的周緣部環(huán)狀口擠出上述制膜原液到凝固液，同時(shí)從該紡絲頭的中央部圓形口擠出上述溶劑到凝固液中，成形為中空絲狀，制造有機(jī)高分子膜。接下來(lái)，對(duì)獲得的有機(jī)高分子膜進(jìn)行不熔化處理后碳化為碳膜。作為本發(fā)明的氣體分離膜的一例的碳膜，除了僅以碳膜使用之外，可選擇涂覆于多孔支撐體的碳膜、涂覆于碳膜之外的氣體分離膜的碳膜等最佳形式來(lái)使用。多孔支撐體可舉出陶瓷系的氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯、氧化鎂、沸石、金屬系的過(guò)濾器等。涂覆于支撐體上使用時(shí)具有機(jī)械強(qiáng)度提高、碳膜制造簡(jiǎn)化等效果。特別地在本發(fā)明中，使通常在恒定狀態(tài)下進(jìn)行分離操作的氣體分離膜如后述PSA那樣變壓而使用。因此，作為氣體分離膜要求對(duì)于變壓具有良好的穩(wěn)定性，即機(jī)械強(qiáng)度比以往更加優(yōu)異。所以，在本發(fā)明中，與一般的高分子膜的氣體分離膜相比，優(yōu)選使用如二氧化硅、氧化鋯、碳膜這樣的無(wú)機(jī)膜的氣體分離膜。另外，作為碳膜的原料的有機(jī)高分子中，可舉出聚酰亞胺(芳香族聚酰亞胺)、聚苯醚(ΡΡ0)、聚酰胺(芳香族聚酰胺)、聚丙烯、聚糖醇、聚偏二氯乙烯(PVDC)、酚醛樹脂、纖維素、木質(zhì)素、聚醚酰亞膠、醋酸纖維素等。以上的碳膜的原料中，對(duì)于聚酰亞胺(芳香族聚酰亞胺)、醋酸纖維素、聚苯醚(PPO)來(lái)說(shuō)，容易成形為中空絲狀的碳膜。具有特別高的分離性能的是聚酰亞胺(芳香族聚酰亞胺)、聚苯醚(PPO)。進(jìn)一步，聚苯醚(PPO)比聚酰亞胺(芳香族聚酰亞胺)廉價(jià)。下面，對(duì)圖I所示氣體分離裝置10的運(yùn)轉(zhuǎn)方法進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的氣體分離裝置10的運(yùn)轉(zhuǎn)方法為并列連接兩個(gè)以上的具備氣體分離膜的分尚膜組件，將分子直徑小的氣體成分從含有除分子直徑小的氣體成分以外的分子直徑大的氣體成分的混合氣體分離的方法。在本例中，對(duì)分離膜組件為使用具有分子篩作用的碳膜的碳膜組件、作為分離對(duì)象的混合氣體為稀釋氣體與氫化物氣體的混合氣體的情況進(jìn)行說(shuō)明。在此，所謂分子篩作用是根據(jù)氣體的分子直徑和分離膜的細(xì)孔直徑的大小，分子直徑小的氣體與分子直徑大的氣體被分離的作用。作為分離濃縮對(duì)象的混合氣體為分子直徑小的氣體成分與分子直徑大的氣體成分的兩種以上的混合物。只要這些氣體成分之間存在分子直徑之差，則可以是任何氣體成 分的組合。這些分子直徑之差越大越能縮短分離操作花費(fèi)的處理時(shí)間?；旌蠚怏w中的稀釋氣體大多為分子直徑小的氣體成分，例如優(yōu)選使用如氫氣、氦氣這樣的分子直徑為3 A以下的氣體成分。相反，混合氣體中的氫化物氣體大多為分子直徑大的氣體成分，例如為如砷化三氫、磷化氫、硒化氫、甲硅烷、四氫化鍺這樣的分子直徑大于3 A、優(yōu)選4A以上、更優(yōu)選5 A以上的氣體成分。作為混合氣體不限于雙組分體系，也可以是混合多個(gè)氣體成分的混合氣體，但為了在分離膜的透過(guò)側(cè)和未透過(guò)側(cè)的任一側(cè)充分分離各氣體成分，優(yōu)選大致分類為分子直徑大的氣體成分組和分子直徑小的氣體成分組。而且，碳膜的細(xì)孔直徑在分子直徑大的氣體成分組的分子直徑與分子直徑小的氣體成分組的分子直徑之間即可。另外，碳膜的細(xì)孔直徑可通過(guò)改變碳化時(shí)的煅燒溫度來(lái)調(diào)整。在本發(fā)明的氣體分離裝置10的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，首先，對(duì)并列連接的碳膜組件中的任一個(gè)、例如對(duì)碳膜組件IA連續(xù)地反復(fù)以下的第一 第四過(guò)程構(gòu)成的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。(第一過(guò)程)首先，在作為第一過(guò)程的供給過(guò)程中，在將容納有碳膜單元2的密閉容器6的、設(shè)置為與第三空間13 (氣體分離膜的未透過(guò)側(cè)的空間)連通的未透過(guò)氣體排出口 5的開閉閥5a關(guān)閉，將設(shè)置為與第二空間12 (氣體分離膜的透過(guò)側(cè)的空間)連通的透過(guò)氣體排出口 4的開閉閥4a打開的狀態(tài)下，打開氣體供給口 3的開閉閥3a從混合氣體供給路徑LlA將混合氣體供給到密閉容器6內(nèi)進(jìn)行充壓。如圖2A所示，在第一過(guò)程中，混合氣體從氣體供給口 3以一定的流量向密閉容器6內(nèi)供給。在此，由于作為密閉容器6的未透過(guò)側(cè)的未透過(guò)氣體排出口 5關(guān)閉，所以當(dāng)以一定流量供給混合氣體時(shí)，第一空間11的壓力(供給壓力)上升。隨之，作為密閉容器6內(nèi)的碳膜單元2的未透過(guò)側(cè)的第三空間13內(nèi)的壓力(未透過(guò)壓力)也上升。相反，由于作為密閉容器6的透過(guò)側(cè)的透過(guò)氣體排出口 4打開，所以第二空間12的壓力(透過(guò)壓力)不發(fā)生變化。此外，混合氣體中的稀釋氣體透過(guò)碳膜單元2移動(dòng)到第二空間12，并從透過(guò)氣體排出口 4向透過(guò)氣體排出路徑L4A排出，所以透過(guò)流量在暫時(shí)增加之后變?yōu)橐欢āＡ硗?，上述供給壓力由壓力計(jì)14a測(cè)量，未透過(guò)壓力由壓力計(jì)14c測(cè)量，透過(guò)壓力由壓力計(jì)14b測(cè)量。另外，第一過(guò)程所需要的時(shí)間(T1)未特別限定，可根據(jù)密閉容器6的體積(V)、碳膜單元2的性能(P、S)、混合氣體的供給流量(F)及充填壓力(A)等各條件適當(dāng)選擇。當(dāng)密閉容器6的體積(V)變大時(shí)，對(duì)密閉容器6供給的混合氣體量增大，并且若混合氣體的供給流量不變，則第一過(guò)程所需要的時(shí)間變長(zhǎng)。并且，由于供給的混合氣體量增力口，分離后的回收量增加。當(dāng)升高充填壓力(A)時(shí)，對(duì)密閉容器6供給的混合氣體量增加，并且若混合氣體的供給流量不變，則第一過(guò)程所需要的時(shí)間變長(zhǎng)。并且，由于供給的混合氣體量增加，分離后的回收量增加。但是，當(dāng)充填壓力過(guò)高時(shí)，可能會(huì)對(duì)碳膜單元2造成破損等損傷，所以優(yōu)選為IMPaG以下。進(jìn)一步，在作為本發(fā)明的分離對(duì)象物的氫化物氣體的情況下，從安全方面出發(fā)優(yōu)選不使壓力上升得過(guò)高，所以更優(yōu)選為O. 5MPaG以下，進(jìn)一步優(yōu)選為O. 2MPaG以下。充填壓力的下限在透過(guò)側(cè)為大氣壓的情況下優(yōu)選為O. 05MPaG以上，更優(yōu)選為O. IMPaG 以上。使透過(guò)側(cè)為真空的情況下，充填壓力優(yōu)選在(TO. 05MPaG的范圍內(nèi)。 碳膜單元2的性能(透過(guò)成分的透過(guò)速度)(P)表示透過(guò)碳膜2a的成分的透過(guò)速度。例如透過(guò)成分為氫氣的情況下，若氫氣的透過(guò)速度大則所需時(shí)間變長(zhǎng)。這是因?yàn)樵诔鋲旱耐瑫r(shí)氫氣泄露，所以必須由作為未透過(guò)成分的甲硅烷來(lái)充壓。碳膜單元2的性能(分離性能)(S)表示分離為透過(guò)碳膜2a的成分與未透過(guò)的成分(殘留成分)的性能。例如在透過(guò)成分為氫氣，殘留成分為甲硅烷的情況下，若對(duì)氫氣與甲硅烷的分離性能優(yōu)異則所需時(shí)間變短。這是因?yàn)榧坠柰椴煌高^(guò)碳膜2a而殘留，即甲硅烷的透過(guò)速度變小，所以充壓較快。若混合氣體的供給流量(F)大則所需時(shí)間變短，但可能對(duì)碳膜單元2造成破損等損傷，所以優(yōu)選以10cm/sec以下的線速度供給,更優(yōu)選線速度為lcm/sec以下。但是,在導(dǎo)入阻力板或擴(kuò)散板等以使氣流不直接接觸到碳膜2a的情況下，不限于此。第一過(guò)程所需要的時(shí)間(T1)與以上說(shuō)明的各條件的關(guān)系如下式(I)所示。T1O^(VXAXP)Z(SXf) (I)例如，在十分密集地具備后述實(shí)施例所示的膜面積1114cm2 (膜性能氫氣的透過(guò)速度=5X KT5Cm3 (STP)/cm2/sec/cmHg,(氫氣/甲娃燒的分離系數(shù))=約5000)的碳膜單元的密閉容器的情況下，當(dāng)以150sCCm的流量供給甲硅烷10%、氫氣90%的混合氣體時(shí)，充填壓力在約7分鐘內(nèi)達(dá)到O. 2MPaG。(第二過(guò)程)接下來(lái)，在作為第二過(guò)程的分離過(guò)程中，當(dāng)從混合氣體的供給開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間T1時(shí)或密閉容器6內(nèi)的壓力(供給壓力或未透過(guò)壓力)達(dá)到規(guī)定的壓力(充填壓力A)時(shí)，關(guān)閉氣體供給口 3的開閉閥3a停止混合氣體的供給，并保持該狀態(tài)。由此，能夠從供給到碳膜單元2的未透過(guò)側(cè)(第一和第三空間11、13)的混合氣體，選擇性地且優(yōu)先地僅透過(guò)作為分子直徑小的氣體成分的稀釋氣體到碳膜的低壓側(cè)(第二空間12)，并且使作為分子直徑大的氣體成分的氫化物氣體殘留在未透過(guò)側(cè)。如圖2A所示，在第二過(guò)程中，由于從氣體供給口 3向密閉容器6內(nèi)的混合氣體的供給停止，所以供給流量變?yōu)镺。此時(shí)，雖然關(guān)閉密閉容器6的未透過(guò)側(cè)的氣體供給口 3的開閉閥3a和未透過(guò)氣體排出口 5的開閉閥5a，但透過(guò)氣體排出口 4打開，混合氣體中的稀釋氣體透過(guò)碳膜單元2從透過(guò)氣體排出口 4向透過(guò)氣體排出路徑L4A排出，所以供給壓力和未透過(guò)壓力逐漸下降。另一方面，密閉容器6的透過(guò)側(cè)的透過(guò)氣體排出口 4打開，第二空間12的壓力(透過(guò)壓力)不發(fā)生變化。然而，從透過(guò)氣體排出口 4向透過(guò)氣體排出路徑L4A排出的稀釋氣體的透過(guò)流量逐漸下降。另外，第二過(guò)程所需要的時(shí)間(T2)未特別限定，可根據(jù)密閉容器6的體積(V)、充填壓力(A)、分離結(jié)束的規(guī)定壓力(也稱為排出壓力B)、碳膜單元2的性能(P、S)及供給氣體的組成(Z)適當(dāng)選擇。在此，對(duì)于密閉容器6的體積(V)、充填壓力(A)、碳膜單元2的性能(分離性能)(S)與在第一過(guò)程中所述的說(shuō)明相同。碳膜單元2的性能(透過(guò)成分的透過(guò)速度)(P)，例如在透過(guò)成分為氫氣的情況下，透過(guò)速度大則需要時(shí)間變短。這是因?yàn)闅錃獾男孤犊煲鸬摹?
若排出壓力(B)高則第二過(guò)程所需要的時(shí)間變短。但是，如果是與理想的排出壓力相比為較高的壓力時(shí)無(wú)法充分分離，回收氣體的純度不會(huì)是高純度或不會(huì)濃縮為高濃度。供給氣體的組成(Z)是表示氣體組成的指標(biāo)，為透過(guò)氣體成分量/殘留氣體成分量。第二過(guò)程所需要的時(shí)間(T2)與以上說(shuō)明的各條件的關(guān)系如下式(2)所示。T2 ^ (VXA)/(BXPXS) (2)進(jìn)一步，排出壓力(B)的關(guān)系如下式(3)所示。排出壓力(B)=1/(FXZ)(3)在此，若混合氣體的供給流量(F)較大，則根據(jù)式(3)排出壓力(B)變小。這意味著若混合氣體的供給流量(F)較大，則更快地達(dá)到充填壓力，所以在第一過(guò)程中分離的比例變小，幾乎都在第二過(guò)程中被分離。另一方面，若混合氣體的供給流量(F)較小，則排出壓力(B)變大。這意味著混合氣體的供給流量(F)較小，在第一過(guò)程中充分分離，并且?guī)缀跻詺埩魵怏w成分到達(dá)充填壓力，所以充填壓力(A)與排出壓力(B)的差變小。在供給氣體的組成(Z)較大的情況下，透過(guò)氣體成分的分壓較小，所以排出壓力(B)變小。例如，當(dāng)甲硅烷10%、氫氣90%的混合氣體以O(shè). 2MPaG的充填壓力在十分密集地具備后述實(shí)施例所示的膜面積1114cm2 (膜性能氫氣的透過(guò)速度=5X 10_5Cm3(STP)/cm2/sec/cmHg,(氫氣/甲硅烷的分離系數(shù))=約5000)的碳膜單元的密閉容器中充壓的情況下，約5分鐘達(dá)到O. 12MPaG的排出壓力。(第三過(guò)程)接下來(lái)，在作為第三過(guò)程的排出過(guò)程中，從保持狀態(tài)開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間(T2)時(shí)或密閉容器6內(nèi)(即未透過(guò)側(cè)的第一空間11和第三空間13)達(dá)到規(guī)定的壓力時(shí)，打開未透過(guò)氣體排出口 5的開閉閥5a，從所述未透過(guò)氣體排出口 5排出并回收包含氫化物氣體的混合氣體。由此，獲得包含比供給到碳膜組件I的混合氣體中的氫化物氣體濃度更加濃縮后的(高純度化后的)氫化物氣體的混合氣體。在此，當(dāng)密閉容器6內(nèi)(即未透過(guò)側(cè)的第一空間11和第三空間13)達(dá)到規(guī)定的壓力時(shí)，表示高壓側(cè)的供給壓力和未透過(guò)壓力的下降停止。即，表示供給到高壓側(cè)的混合氣體之中，稀釋氣體全部透過(guò)碳膜2a，僅氫化物氣體濃縮后的混合氣體保持在高壓側(cè)。因此，在第三過(guò)程中，當(dāng)密閉容器6內(nèi)的未透過(guò)側(cè)的壓力的下降停止時(shí)，能夠判斷如稀釋氣體這樣的分子直徑小的氣體成分的分離已完成。如圖2A所不,在第三過(guò)程中，在打開未透過(guò)氣體排出口 5的開閉閥5a的同時(shí),未透過(guò)氣體的流量上升。與此同時(shí)，作為未透過(guò)側(cè)的空間的第一空間11和第三空間13的供給壓力及未透過(guò)壓力逐漸下降。另一方面，第二空間12的壓力(透過(guò)壓力)不發(fā)生變化，稀釋氣體從透過(guò)氣體排出口 4的透過(guò)流量的值非常小。另外，第三過(guò)程所需要的時(shí)間(T3)未特別限定，能夠根據(jù)密閉容器6的體積(V)、排出壓力(B)及排出氣體的流量(也稱為排出流量G)適當(dāng)選擇。
在此，對(duì)于密閉容器6的體積(V)與在第一過(guò)程中所述的說(shuō)明相同。若排出壓力(B)較高，則第三過(guò)程所需要的時(shí)間變長(zhǎng)。這是因?yàn)闅埩魵怏w成分量增加導(dǎo)致的。若排出流量(G)較大，則第三過(guò)程所需要的時(shí)間變短，但可能對(duì)碳膜單元2造成破損等損傷。優(yōu)選以10cm/sec以下的線速度供給,更優(yōu)選線速度為lcm/sec以下。但是,在導(dǎo)入阻力板或擴(kuò)散板以使氣流不直接接觸到碳膜2a的情況下，不限于此。第三過(guò)程所需要的時(shí)間(T3)與以上說(shuō)明的各條件的關(guān)系如下式(4)所示。T3 (VXB)/(G) (4)例如，在十分密集地具備后述實(shí)施例所示的膜面積1114cm2 (膜性能氫氣的透過(guò)速度=5X KT5Cm3 (STP)/cm2/sec/cmHg,(氫氣/甲娃燒的分離系數(shù))=約5000)的碳膜單元的密閉容器中，從排出壓力O. 12MPaG以約IOOsccm排出的情況下，約2分鐘達(dá)到OMPaG。(第四過(guò)程)接下來(lái)，從包含氫化物氣體的混合氣體的回收開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間(T3)時(shí)或密閉容器6內(nèi)(即未透過(guò)側(cè)的第一空間11和第三空間13)達(dá)到規(guī)定的壓力時(shí)，關(guān)閉未透過(guò)氣體排出口 5的開閉閥5a。由此，返回到第一過(guò)程開始之前的狀態(tài)。因此，上述規(guī)定的壓力表示為初始狀態(tài)(第一過(guò)程開始之前的狀態(tài))的壓力。供給側(cè)優(yōu)選為OMPaG，未透過(guò)側(cè)優(yōu)選為OMPaG或真空。另外，若用上述各過(guò)程所需要的時(shí)間來(lái)表示本發(fā)明的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)所需要的時(shí)間(T)，則可表示為下式(5)。(5)在本發(fā)明的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的特征在于首先，使并列連接的任意一個(gè)碳膜組件IA連續(xù)地反復(fù)進(jìn)行由這種第一 第四過(guò)程的分離操作(以下稱為“分批操作”)構(gòu)成的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)(將這種方式稱為“分批式”)。通過(guò)這種分批操作，分子直徑大的氫化物氣體在第一和第二過(guò)程中在碳膜組件I(分離膜)的高壓側(cè)(碳膜單元2的未透過(guò)側(cè))濃縮分離，在第三過(guò)程中被回收。另一方面，分子直徑小的氫氣、氦氣等稀釋氣體從碳膜組件I (分離膜)的低壓側(cè)(碳膜單元2的透過(guò)側(cè))在第一 第四過(guò)程中被連續(xù)回收。接下來(lái)，使并列連接的另外的碳膜組件IB以相對(duì)于上述碳膜組件IA的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)錯(cuò)開規(guī)定的間隔的同樣的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。具體而言，在并列連接兩個(gè)碳膜組件的情況下，如圖2B所示，優(yōu)選使碳膜組件IB的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)的相位相對(duì)于碳膜組件IA錯(cuò)開1/2周期。由此，作為氣體分離裝置10整體能夠進(jìn)行連續(xù)的分離操作。進(jìn)一步，在并列連接兩個(gè)碳膜組件，將運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)錯(cuò)開1/2周期而運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在上述式
(5)中，優(yōu)選滿足I\=1/2T，即T1=TfT3的 關(guān)系。在使用以往的氣體分離膜的氣體分離方法中，例如在連續(xù)地將分子直徑小的氫氣90%、分子直徑大的甲硅烷10%的混合氣體連續(xù)供給到作為氣體分離膜的碳膜的情況下，分離性能為在透過(guò)側(cè)氫氣幾乎為100%，在未透過(guò)側(cè)甲硅烷為約60% (氫氣40%)。相反，根據(jù)應(yīng)用分批式的氣體分離方法的本發(fā)明的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，能夠以在透過(guò)側(cè)氫氣幾乎為100%，在未透過(guò)側(cè)甲硅烷為約90%以上(氫氣10%以下)的分離性能進(jìn)行分離操作。此外，在使用通常的高分子膜作為氣體分離膜的情況下，即使分子直徑為4 A以上也會(huì)產(chǎn)生一定程度的透過(guò)。但是，在本發(fā)明所使用的碳膜的情況下，分子直徑為4 A左右以上則幾乎不透過(guò)，分子直徑更大則更不透過(guò)。如此，與高分子膜相比，碳膜更能夠期待分子篩作用的效果。另外，碳膜與其他具有分子篩作用的沸石膜、二氧化硅膜相比抗化學(xué)藥品性優(yōu)異，適合在腐蝕性強(qiáng)的半導(dǎo)體領(lǐng)域中所使用的特殊氣體的分離。進(jìn)一步，通過(guò)將碳膜成形為中空絲狀，與平膜狀、螺旋狀相比能夠?qū)⒛そM件設(shè)計(jì)得更緊湊。接下來(lái)，使用圖3詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的其他例子。圖3中，符號(hào)20表示氣體分離裝置。該例子的氣體分離裝置20大致通過(guò)在并列連接的兩個(gè)碳膜組件1A、1B的前段直列連接分離膜組件IC構(gòu)成。此外，該碳膜組件IC除了代替流量計(jì)9而設(shè)置有背壓閥15以外與碳膜組件1A、IB為同樣結(jié)構(gòu)。在本例的氣體分離裝置20的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，首先，對(duì)設(shè)置在前段的碳膜組件IC連續(xù)供給混合氣體，從所述混合氣體中粗分離處理稀釋氣體(分子直徑小的氣體成分)。具體地，如圖3所示，將設(shè)置在分離膜組件IC的高壓側(cè)(未透過(guò)側(cè))的未透過(guò)氣體排出口 5的背壓閥(減壓閥)15的設(shè)定值設(shè)定為低于混合氣體的供給壓力的壓力，打開開閉閥3a、5a連續(xù)供給混合氣體。此時(shí)，低壓側(cè)(透過(guò)側(cè))的吹掃氣體供給口 8的開閉閥8a關(guān)閉，出口側(cè)的透過(guò)氣體排出口 4的開閉閥4a打開。由此，根據(jù)高壓側(cè)與低壓側(cè)之間的壓力差，從供給到未透過(guò)側(cè)的混合氣體中選擇性地且優(yōu)先地僅透過(guò)作為分子直徑小的氣體成分的稀釋氣體到碳膜單元2的低壓側(cè)，將包含作為分子直徑大的氣體成分的氫化物氣體的混合氣體從未透過(guò)氣體排出口 5連續(xù)排出。如此，根據(jù)本例的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，由前段的碳膜組件IC進(jìn)行混合氣體的粗提純之后，由后段的并列連接的兩個(gè)碳膜組件1A、1B進(jìn)行上述連續(xù)的分批處理，所以能夠?qū)蠖蔚奶寄そM件1A、1B供給氫化物氣體濃縮后的混合氣體。由此，能夠減小配設(shè)在后段的碳膜組件的負(fù)擔(dān)(分離時(shí)間的縮短、分離能力的提高)。此外，由于能夠?qū)蠖蔚奶寄そM件1A、1B供給氫化物氣體濃縮后的混合氣體，所以在與前段未配置有碳膜組件IC的情況相同的供給流量的情況下，能夠縮短碳膜組件1A、IB的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)。這是因?yàn)楣┙o氣體中的氫化物氣體的濃度升高，所以與未設(shè)置有前段的碳膜組件IC的情況相比在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到O. 2MPaG。此外，能夠較高地保持第三過(guò)程開始時(shí)的供給壓力、未透過(guò)壓力。這是因?yàn)楣┙o氣體中的作為稀釋氣體的氫氣濃度較低，在第二過(guò)程中以較高的壓力值完成氣體分離。如此，由于未透過(guò)側(cè)的保持壓力較高，所以能夠以大流量取出未透過(guò)氣體。另外，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)能夠施加各種變更。例如，雖然在上述實(shí)施方式的例子中并列連接兩個(gè)碳膜組件，但并非特別限定，也可以并列連接三個(gè)以上的碳膜組件。此外，也可 以為直列連接兩個(gè)以上碳膜組件形成中間單元(中二二 7卜)，并列連接兩個(gè)以上該中間單元的形式。直列連接相同性能的碳膜組件時(shí)，不以分批式分離操作，僅以連續(xù)式分離操作。圖4A、4B是直列連接兩個(gè)碳膜組件，以連續(xù)式分離操作的情況下的時(shí)間圖。由于以連續(xù)式分離操作，供給壓力、未透過(guò)壓力、透過(guò)壓力在第一段(參照?qǐng)D4A)與第二段(參照?qǐng)D4B)幾乎沒(méi)有差異，但由于第一段的排出氣體成為第二段的供給氣體，所以供給流量、未透過(guò)流量、透過(guò)流量在整體上為較小的值。另一方面，并列連接相同性能的碳膜組件的情況下，除了以分批式分離操作以外，也能夠以連續(xù)式分離操作。圖5A、5B是并列連接兩個(gè)碳膜組件，以連續(xù)式分離操作的情況下的時(shí)間圖。由于以連續(xù)式分離操作，所以供給壓力、未透過(guò)壓力、供給流量、透過(guò)流量、未透過(guò)流量、透過(guò)壓力的任何一個(gè)在并列后的一方(參照?qǐng)D5A)與并列后的另一方(參照?qǐng)D5B)之間沒(méi)有差異。此外，在并列連接多個(gè)碳膜組件的氣體分離裝置的前段和/或后段可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置提純?cè)O(shè)備。在圖3的氣體分離裝置20中，為了粗分離處理而在前段設(shè)置有碳膜組件1C。在此，所謂提純?cè)O(shè)備可舉出使用吸附筒、催化劑管的TSA、PSA、蒸餾提純、低溫提純、濕式洗滌器等。特別地，前段的提純?cè)O(shè)備優(yōu)選不對(duì)混合氣體連續(xù)供給到并列連接的多個(gè)碳膜組件的連續(xù)供給、以氣體分離膜裝置的分批式進(jìn)行的分離操作(處理時(shí)間、循環(huán)工序等的設(shè)定)產(chǎn)生影響。在前段和/或后段另外設(shè)置提純?cè)O(shè)備的優(yōu)點(diǎn)如下。(I)通過(guò)去除對(duì)氣體分離膜裝置產(chǎn)生影響的雜質(zhì)，提高氣體分離膜裝置的壽命。(2)通過(guò)去除無(wú)法由氣體分離膜裝置分離的雜質(zhì)，能夠使從氣體分離膜裝置回收的氣體的純度更高。(3)通過(guò)在進(jìn)入氣體分離膜裝置之前進(jìn)行粗提純，能夠減小氣體分離膜裝置的負(fù)擔(dān)(分離膜時(shí)間的縮短、分離能力的提高)。進(jìn)一步，在上述實(shí)施方式的例子中，將并列連接的兩個(gè)碳膜組件的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)錯(cuò)開1/2周期，但也可以為除此之外的值，也可以不將周期錯(cuò)開。并列連接多個(gè)碳膜組件，以分批式進(jìn)行連續(xù)的分離操作時(shí)，必須將一個(gè)周期所需要的時(shí)間(T)除以第一過(guò)程所需要的時(shí)間(T1)的值以上的整數(shù)值(N)作為需要的碳膜組件的數(shù)目。
N 彡 T/Ti (6)并列連接多個(gè)碳膜組件，以分批式進(jìn)行連續(xù)的分離操作時(shí)，有時(shí)無(wú)法使 \=1/2Τ。此時(shí)，第三過(guò)程所需要的時(shí)間(T3)為，在從未透過(guò)氣體排出口回收混合氣體的過(guò)程所需的時(shí)間上，加上用于氣體分離膜裝置以分批方式進(jìn)行連續(xù)的分離操作的調(diào)整時(shí)間的時(shí)間。所述調(diào)整時(shí)間如下確定。例如，1^=34=204=53=28時(shí)，根據(jù)式(6) N≥9. 333……，碳膜組件數(shù)目為10。在第一個(gè)碳膜組件中第一過(guò)程結(jié)束時(shí)，在第二個(gè)、第三個(gè)……的碳膜組件中第一過(guò)程依次開始。在最后的第十個(gè)碳膜組件中第一過(guò)程開始一分鐘后，第一個(gè)碳膜組件的一個(gè)循環(huán)結(jié)束。在此，第十個(gè)碳膜組件依然處在第一過(guò)程之中，所以通過(guò)在第一個(gè)碳膜組件的T3上設(shè)置兩分鐘的調(diào)整時(shí)間(等待時(shí)間)，氣體分離膜裝置能夠以分批方式進(jìn)行連續(xù)的分離操作。第二個(gè)以后的碳膜組件也與第一個(gè)碳膜組件同樣地增加調(diào)整時(shí)間。在本發(fā)明的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，進(jìn)行上述分離操作的溫度(操作溫度)未特別限定，能夠根據(jù)分離膜的分離性能適當(dāng)設(shè)定。在此所說(shuō)的操作溫度，假定各碳膜組件的周圍溫度，認(rèn)為-20° (Tl20° C的溫度范圍合適。當(dāng)提高操作溫度時(shí)，能夠增大透過(guò)流量，并能夠縮短分批操作的處理時(shí)間。在本發(fā)明所使用的分批式的氣體分離方法中，(碳膜單元2的高壓側(cè)的)壓力(操作壓力)未特別限定，能夠根據(jù)分離膜的分離性能適當(dāng)設(shè)定。具體地，向碳膜組件I (1Α、1Β)供給的氣體的壓力若使用支撐體則能夠設(shè)定為IMPaG以上，通常保持O. 5MPaG程度的壓力。該支撐體為中空絲狀碳膜2a……不會(huì)壓壞的部件。若升高操作壓力則能夠增大透過(guò)流量，也能夠縮短分批操作的處理時(shí)間。為了控制操作壓力，在以往的連續(xù)式的氣體分離方法中，在未透過(guò)氣體排出口設(shè)
置有背壓閥等。相反，在本發(fā)明所使用的分批式的氣體分離方法中，無(wú)需為了控制操作壓力而特別設(shè)置背壓閥。在圖I所示的例子中，通過(guò)關(guān)閉未透過(guò)氣體排出口 5的開閉閥5a，能夠控制操作壓力。在取出保持在未透過(guò)側(cè)的未透過(guò)氣體時(shí)，若一口氣(一下子)打開未透過(guò)氣體排出口 5的開閉閥5a，則可能對(duì)分離膜造成較大損傷。因此，優(yōu)選在未透過(guò)氣體排出口 5設(shè)置流量計(jì)9等，以一定流量取出未透過(guò)氣體。此外，在圖I所示的碳膜組件I中，碳膜組件2的低壓側(cè)(透過(guò)側(cè))的第二空間12優(yōu)選抽真空。將第二空間12抽真空，具有增大碳膜組件2的高壓側(cè)(未透過(guò)側(cè))與碳膜單元2的低壓側(cè)(透過(guò)側(cè))的壓力差的效果，尤其能夠增大碳膜組件2的高壓側(cè)(未透過(guò)側(cè))與碳膜單元2的低壓側(cè)(透過(guò)側(cè))的壓力比。另外，對(duì)于分離膜的分離性能來(lái)說(shuō)，優(yōu)選壓力差、壓力比二者均較大，但壓力比對(duì)分離性能更加具有影響。此外，在圖I所示的碳膜組件I中，使吹掃氣體在碳膜單元2的低壓側(cè)(透過(guò)側(cè))流動(dòng)也能得到與抽真空相同的效果。打開吹掃氣體供給口 8的開閉閥，以規(guī)定流量將吹掃氣體供給到第二空間12內(nèi)。另外，通過(guò)使吹掃氣體為與透過(guò)氣體相同的成分(B卩，混合氣體的稀釋成分)，還能夠有效地回收透過(guò)側(cè)的氣體。此外，可以利用從透過(guò)氣體排出口 4回收的透過(guò)的氣體的一部分作為吹掃氣體。在本發(fā)明所使用的分批式的氣體分離方法中，作為混合氣體向碳膜組件I的供給方式，例如在如上所述的中空絲狀的情況下，可考慮對(duì)中空絲狀的分離膜中供給高壓氣體的情況(芯側(cè)供給)和對(duì)中空絲狀的分離膜的周圍供給高壓氣體的情況(外側(cè)供給)的兩種形式，如圖I所示芯側(cè)供給由于能夠提高分離性能而運(yùn)轉(zhuǎn)所以是優(yōu)選的。在本發(fā)明所使用的分批式的氣體分離方法中，為了增加一個(gè)碳膜組件的氣體處理量，具有增加膜面積(中空絲狀的分離膜的情況下增加條數(shù))、減小空間第二空間12的容積等方法。后者的情況下，為了使氣體與分離膜充分接觸，需要對(duì)空間內(nèi)的構(gòu)造下功夫或增加混合器。<第二實(shí)施方式>以下，使用圖6和圖7詳細(xì)說(shuō)明應(yīng)用本發(fā)明的第二實(shí)施方式。 圖6表示應(yīng)用本發(fā)明的第二實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法所使用的回收裝置的一例。另外，在該回收裝置的例子中，作為分離膜組件的一例使用碳膜組件。此外，在該碳膜組件中，碳膜被用作氣體分離膜。如圖6所示，本實(shí)施方式的回收裝置31大致具備殘留有作為分離回收對(duì)象的混合氣體的氣缸21、分離混合氣體的碳膜組件220和回收分離后的氣體成分的回收設(shè)備24、25而構(gòu)成。具體地，氣缸21與碳膜組件220上設(shè)置的供給口 3通過(guò)混合氣體供給路徑LI相連接。在該混合氣體供給路徑LI上配設(shè)有減壓閥22和流量計(jì)23。由此，能夠在控制壓力和流量的同時(shí)對(duì)碳膜組件220供給殘留在氣缸21內(nèi)的混合氣體。此外，碳膜組件220上設(shè)置的透過(guò)氣體排出口 4與回收設(shè)備24通過(guò)透過(guò)氣體排出路徑(透過(guò)氣體回收路徑)L4相連接。由此，能夠?qū)⒂商寄そM件220分離的透過(guò)氣體成分回收到回收設(shè)備24中。此外，碳膜組件220上設(shè)置的未透過(guò)氣體排出口 5與回收設(shè)備25通過(guò)未透過(guò)氣體路徑(未透過(guò)氣體回收路徑)L2相連接。由此，能夠?qū)⒂商寄そM件220分離的未透過(guò)氣體成分回收到回收設(shè)備25中。進(jìn)一步，碳膜組件220上設(shè)置的吹掃氣體供給口 8與吹掃氣體供給源(未圖示)相連接。由此,能夠?qū)⒋祾邭怏w供給到碳膜組件內(nèi)。如圖7所示，碳膜組件220大致由密閉容器6和設(shè)置在該密閉容器6內(nèi)的碳膜單元(氣體分離膜)2構(gòu)成。關(guān)于本實(shí)施方式的碳膜組件，對(duì)與第一實(shí)施方式相同的構(gòu)成部分標(biāo)注相同符號(hào)，并省略說(shuō)明。接下來(lái)，對(duì)使用圖6所示的回收裝置31的本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法為將氣缸21中殘留的混合氣體連續(xù)供給到具備分離膜的分離膜組件，該分離膜具有分子篩作用，并將混合氣體分離為分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分后，將分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分分別回收到回收設(shè)備24、25中的方法。在本實(shí)施方式中，對(duì)分離膜組件為使用具有分子篩作用的碳膜組件220，作為分離對(duì)象的混合氣體為稀釋氣體與氫化物氣體的混合氣體的情況進(jìn)行說(shuō)明。在此，所謂分子篩作用是根據(jù)氣體的分子直徑和分離膜的細(xì)孔直徑的大小，混合氣體被分離為分子直徑小的氣體與分子直徑大的氣體的作用。作為本實(shí)施方式的分離回收對(duì)象的氣體為以甲硅烷、四氫化鍺、砷化三氫、磷化氫、硒化氫等氫化物氣體或氙氣、氪氣等稀有氣體為代表的特殊氣體被氫氣或氦氣等稀釋氣體稀釋混合的混合氣體。在此，氫氣或氦氣等稀釋氣體為分子直徑比較小的氣體成分，甲硅烷、四氫化鍺等氫化物氣體或氙氣、氪氣等稀有氣體能夠被分類為分子直徑比較大的氣體成分。即，作為分離回收對(duì)象的混合氣體為分子直徑小的氣體成分與分子直徑大的氣體成分的兩種以上的混合物。只要二者之間存在分子直徑之差則可以是任何氣體成分的組合。二者分子直徑之差越大越能縮短分離操作花費(fèi)的處理時(shí)間。作為混合氣體中的分子直徑小的氣體成分，優(yōu)選使用分子直徑為3 A以下的氣體成分。相反，混合氣體中的分子直徑大的氣體成分，可以是分子直徑大于3 A、優(yōu)選4A以上、更優(yōu)選5 A以上的氣體成分。 混合氣體不限于雙組分體系，也可以是混合多種氣體成分的混合氣體。為了將各氣體成分在分離膜的透過(guò)側(cè)和未透過(guò)側(cè)的任一側(cè)充分分離，優(yōu)選大致分類為分子直徑大的氣體成分組和分子直徑小的氣體成分組。而且，碳膜的細(xì)孔直徑在分子直徑大的氣體成分組的分子直徑與分子直徑小的氣體成分組的分子直徑之間即可。另外，碳膜的細(xì)孔直徑可通過(guò)改變碳化時(shí)的煅燒溫度來(lái)調(diào)整。此外，氣缸21中殘留的殘余氣體通常在IMPaG以下的情況較多。在本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法中，對(duì)碳膜單元2供給該殘余氣體，并利用設(shè)置在碳膜組件220的后段的背壓閥15保持合適的分離回收壓力，將碳膜組件220的未透過(guò)側(cè)與透過(guò)側(cè)的壓力差作為氣體成分的分子移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)源來(lái)利用，從而發(fā)揮分子篩作用，進(jìn)行混合氣體的分離。接下來(lái)，說(shuō)明使用圖7所示的碳膜組件220的氣體分離操作。具體地，如圖7所示，首先，打開設(shè)置在碳膜的高壓側(cè)(未透過(guò)側(cè))的未透過(guò)氣體排出口 5的開閉閥5a，將背壓閥15設(shè)定到調(diào)整壓力。并且，打開混合氣體供給口 3的開閉閥3a，從低壓狀態(tài)達(dá)到規(guī)定壓力為止，在碳膜組件220內(nèi)供給混合氣體進(jìn)行充壓。此時(shí)，碳膜組件220的低壓側(cè)(透過(guò)側(cè))的吹掃氣體供給口 8的開閉閥關(guān)閉，透過(guò)氣體排出口 4的開閉閥4a打開。由此，能夠從供給到未透過(guò)側(cè)(第一空間11)的混合氣體中選擇性地且優(yōu)先地僅透過(guò)分子直徑小的氣體成分到碳膜組件220的低壓側(cè)(第二空間12)，由透過(guò)氣體排出口
4排出。另一方面，包含較多分子直徑大的氣體成分的混合氣體能夠從未透過(guò)氣體排出口 5排出。在此，當(dāng)從氣缸21對(duì)碳膜組件220供給混合氣體時(shí)，氣缸21的壓力下降。此時(shí)，根據(jù)需要將碳膜組件220的透過(guò)側(cè)抽真空，或從吹掃氣體供給口 8供給吹掃氣體，由此即使供給側(cè)(未透過(guò)側(cè))的壓力接近大氣壓也能夠高效地進(jìn)行分離回收。通過(guò)這種使用碳膜組件220的分離濃縮操作，分子直徑大的氣體成分、例如甲硅烷等氫化物氣體或氙氣等稀有氣體在分離膜的未透過(guò)側(cè)濃縮分離。另一方面，分子直徑小的氣體成分例如氫氣或氦氣等稀釋氣體成分從分離膜的透過(guò)側(cè)被連續(xù)回收。濃縮分離后的甲硅烷或氙氣等氣體成分被導(dǎo)入到設(shè)置在后段的回收裝置25中。而且，根據(jù)氣體的性質(zhì)，直接回收到容器中、冷卻后液化回收、使用壓縮機(jī)的氣體回收等來(lái)適當(dāng)進(jìn)行回收。
另一方面，對(duì)于回收到透過(guò)側(cè)的回收設(shè)備24中的氫氣或氦氣等氣體成分也同樣通過(guò)合適的回收方法來(lái)回收。另外，回收到回收設(shè)備24中的氣體和回收到回收設(shè)備25中的氣體分別根據(jù)目的進(jìn)行除害處理或再利用。如以上說(shuō)明的，根據(jù)本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法，能夠有效地分離回收被返還的氣缸21中殘留的混合氣體。由此，能夠簡(jiǎn)便地進(jìn)行適當(dāng)?shù)某μ幚砘蛟倮谩?此外，在本實(shí)施方式中，由于構(gòu)成為從氣缸21對(duì)碳膜組件220連續(xù)供給殘余氣體，所以能夠通過(guò)非常簡(jiǎn)便的操作分離回收殘余氣體。<第三實(shí)施方式>接下來(lái)，說(shuō)明應(yīng)用本發(fā)明的第三實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為與第二實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法不同。因此，使用圖8和圖9說(shuō)明本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法。關(guān)于本實(shí)施方式的殘余氣體的回收所使用的回收裝置和碳膜組件，對(duì)與第二實(shí)施方式相同的構(gòu)成部分標(biāo)注相同符號(hào)，并省略說(shuō)明。圖8所示的本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法所使用的回收裝置32與圖6所示的第二實(shí)施方式中的回收裝置31的不同點(diǎn)在于使用碳膜組件I。此外，如圖9所示，本實(shí)施方式所使用的碳膜組件I不同點(diǎn)在于，替換第二實(shí)施方式的碳膜組件220中設(shè)置在未透過(guò)氣體排出口 5的后段的背壓閥15，設(shè)置有流量計(jì)9。在此，作為分離膜的壓力控制的方法，在如第二實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法那樣連續(xù)進(jìn)行膜分離的情況下，一般通過(guò)在分離膜的未透過(guò)側(cè)的出口設(shè)置背壓閥15等進(jìn)行膜分離。相反，在本實(shí)施方式中，由于如后所述進(jìn)行分批式的氣體分離，所以無(wú)需為了分離膜的壓力控制而特別設(shè)置背壓閥。如圖8所示，在本實(shí)施方式的碳膜組件I中，通過(guò)關(guān)閉未透過(guò)氣體排出口 5的開閉閥5a，能夠進(jìn)行氣體分離膜(碳膜單元2)的壓力控制。在取出保持在氣體分離膜的未透過(guò)側(cè)的未透過(guò)氣體時(shí)，優(yōu)選在未透過(guò)氣體排出口
5設(shè)置流量計(jì)9等，以合適的一定流量取出未透過(guò)氣體。若一口氣(一下子)打開未透過(guò)氣體排出口 5的開閉閥5a，不控制未透過(guò)氣體流量而取出未透過(guò)氣體，則可能對(duì)分離膜造成較大損傷。接下來(lái)，對(duì)使用圖8所示的回收裝置32的本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法通過(guò)與從氣缸21對(duì)碳膜組件220連續(xù)供給混合氣體的第二實(shí)施方式不同的方法進(jìn)行氣體分離。在本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法中，對(duì)于碳膜組件1，連續(xù)地反復(fù)進(jìn)行在上述第一實(shí)施方式中說(shuō)明的第一 第四過(guò)程構(gòu)成運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。在上述第二實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法中，例如對(duì)作為分離膜的碳膜連續(xù)供給分子直徑小的氫氣90%、分子直徑大的甲硅烷10%的混合氣體時(shí)(連續(xù)式的氣體分離方法)，分離性能為在透過(guò)側(cè)氫氣幾乎為100%，在未透過(guò)側(cè)甲硅烷約為60% (氫氣40%)。相反，根據(jù)使用分批式的氣體分離方法的本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法，能夠以在透過(guò)側(cè)氫氣幾乎為100%，在未透過(guò)側(cè)甲硅烷為約90%以上(氫氣10%以下)的分離性能進(jìn)行分離操作。
如以上說(shuō)明的，根據(jù)本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法，能夠獲得與上述第二實(shí)施方式同樣的效果。此外，在本實(shí)施方式中，由于為使用分批式的氣體分離方法的結(jié)構(gòu)，所以與第二實(shí)施方式相比能夠用較少的膜面積以充分的分離性能進(jìn)行操作。〈第四實(shí)施方式〉接下來(lái)，說(shuō)明應(yīng)用本發(fā)明的第四實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為與第二和第三實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法部分不同。關(guān)于本實(shí)施方式的殘余氣體的回收所使用的回收裝置和碳膜組件，對(duì)與第二和第三實(shí)施方式相同的構(gòu)成部分標(biāo)注相同符號(hào)，并省略說(shuō)明。相對(duì)于第二和第三實(shí)施方式的回收裝置31、32單獨(dú)使用碳膜組件，本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法所使用的回收裝置33的不同點(diǎn)在于使用如圖10所示的由兩個(gè)碳膜組件1A、1B構(gòu)成的氣體分離裝置(碳膜組件單元)10。此外，相對(duì)于第二和第三實(shí)施方式的回收裝置31、32連接一個(gè)氣缸21，第四實(shí)施方式的回收裝置33的不同點(diǎn)在于連接兩個(gè)。 如圖I所示，本實(shí)施方式所使用的碳膜組件構(gòu)成兩個(gè)碳膜組件1A、1B通過(guò)從路徑Ll L4分支的路徑LlA L4A和路徑LlB L4B并列連接的碳膜組件單元10。接下來(lái)，說(shuō)明使用具備上述碳膜組件單元10的回收裝置33的本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法。在本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法中，首先，在并列連接的碳膜組件中的例如碳膜組件IA連續(xù)地反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)在上述第三實(shí)施方式中說(shuō)明的第一 第四過(guò)程構(gòu)成的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)。接下來(lái)，使并列連接的另一碳膜組件IB以相對(duì)于一個(gè)碳膜組件IA的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)錯(cuò)開規(guī)定間隔的同樣的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。具體地，在并列連接兩個(gè)碳膜組件時(shí)，優(yōu)選使碳膜組件IB的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)的相位相對(duì)于碳膜組件IA錯(cuò)開1/2周期。。進(jìn)一步，在并列連接兩個(gè)碳膜組件，將運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)錯(cuò)開1/2而運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在上述式(5)中，優(yōu)選滿足T1=IAT,即T1=TfT3的關(guān)系。另外，首先從氣缸21A對(duì)碳膜組件單元10供給混合氣體，該氣缸21A的殘余壓力減小后，通過(guò)切換到氣缸21B，能夠向碳膜組件單元10連續(xù)供給混合氣體。此外，將回收完成后的氣缸21A移除,能夠安裝下一個(gè)氣缸。如以上說(shuō)明的，根據(jù)本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法，能夠獲得與上述第三實(shí)施方式相同的效果。此外，在本實(shí)施方式中，由于為使用并列連接兩個(gè)碳膜組件的碳膜組件單元的結(jié)構(gòu)，所以作為回收裝置33整體能夠進(jìn)行連續(xù)的分離操作。另外，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施方式，能夠在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)施加各種變更。例如，雖然在上述第四實(shí)施方式的回收裝置33中并列連接兩個(gè)碳膜組件，并非特別限定，也可以并列連接三個(gè)以上的碳膜組件。此外，也可以為直列連接兩個(gè)以上碳膜組件以形成中間單元，并列連接兩個(gè)以上該中間單元的形式。關(guān)于并列連接多個(gè)碳膜單元以分批式進(jìn)行連續(xù)的分離操作時(shí)所需要的分離膜組件數(shù)目及調(diào)整時(shí)間，與在第一實(shí)施方式中所述的說(shuō)明相同。當(dāng)返還充填有稀釋混合氣體的使用完畢的氣缸時(shí)，一般在氣缸內(nèi)殘留有一些氣體作為殘余氣體而返還。 返還時(shí)的氣缸壓力(殘缺氣體壓力)根據(jù)稀釋混合氣體的使用用途、稀釋氣體、稀釋氣體種類的不同而各不相同。一般高至IMPaG，通常為O. 5MPaG左右的殘余氣體壓力。本實(shí)施方式的殘余氣體的回收方法中，殘余氣體壓力本身為用分離膜進(jìn)行分離的操作壓力。因此，在殘余氣體壓力較高時(shí)能夠非常有效地分離，且能夠以優(yōu)異的分離性能進(jìn)行分離。但是，當(dāng)殘余氣體壓力下降時(shí)，難以高效地分離，導(dǎo)致分離性能下降。從殘余氣體壓力的觀點(diǎn)出發(fā)比較連續(xù)式的氣體分離方法與分批式的氣體分離方法時(shí)，前者比后者更大地受到殘余氣體壓力的影響。雖然對(duì)后者也有影響，但通過(guò)增大第二工序在全部過(guò)程中所占的比例(在一定程度上延長(zhǎng)第二工序所需要的時(shí)間)，能夠維持分離性能。雖然前者受到較大影響，但使用流量計(jì)9，根據(jù)背壓的下降減小供給氣體(未透過(guò)氣體)流量，由此能夠盡量維持分離性能。在本發(fā)明的殘余氣體的回收方法中，對(duì)于進(jìn)行碳膜組件的上述分離操作的溫度(操作溫度)和壓力，與在第一實(shí)施方式中所述的說(shuō)明相同。此外，在上述第三和第四實(shí)施方式中，在圖9所示的碳膜組件I中，碳膜組件2的低壓側(cè)(透過(guò)側(cè))的第二空間12優(yōu)選抽真空。將第二空間12抽真空，具有增大碳膜組件2的高壓側(cè)(未透過(guò)側(cè))與碳膜單元2的低壓側(cè)(透過(guò)側(cè))的壓力差的效果，尤其能夠增大碳膜組件2的高壓側(cè)(未透過(guò)側(cè))與碳膜單元2的低壓側(cè)(透過(guò)側(cè))的壓力比。另外，對(duì)于分離膜的分離性能來(lái)說(shuō)，優(yōu)選壓力差、壓力比二者均較大，但壓力比對(duì)于分離性能更具有影響。此外，在圖9所示的碳膜組件I中，使吹掃氣體在碳膜單元2的低壓側(cè)(透過(guò)偵彳)流動(dòng)也能得到與抽真空相同的效果。打開吹掃氣體供給口 8的開閉閥，以規(guī)定流量將吹掃氣體供給到第二空間12內(nèi)。另外，通過(guò)使吹掃氣體為與透過(guò)氣體相同的成分(S卩，混合氣體的稀釋成分)，能夠有效地回收透過(guò)側(cè)的氣體。此外，可以利用從透過(guò)氣體排出口 4回收的透過(guò)的氣體的一部分作為吹掃氣體。在本發(fā)明的殘余氣體的回收方法中，作為混合氣體向碳膜組件1、220的供給方式，例如在如上所述的中空絲狀的情況下，可考慮對(duì)中空絲狀的分離膜中供給高壓氣體的情況(芯側(cè)供給)和對(duì)中空絲狀的分離膜的周圍供給高壓氣體的情況(外側(cè)供給)的兩種形式，但如圖7和圖9所示芯側(cè)供給由于能夠提高分離性能來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)所以是優(yōu)選的。在本發(fā)明的殘余氣體的回收方法中，為了增加每一個(gè)碳膜組件I的氣體處理量，有增加膜面積(中空絲狀的分離膜的情況下增加條數(shù))、減小第二空間12的容積等方法。后者的情況下，為了使氣體與分離膜充分接觸，需要對(duì)空間內(nèi)的構(gòu)造下功夫或增加混合器。以下示出具體例子。但是，本發(fā)明不受到以下實(shí)施例的任何限制。(實(shí)施例Al)使用圖I所示的分離膜組件，進(jìn)行分批式的氣體分離。另外，兩個(gè)分離膜組件使用相同規(guī)格的分離膜組件，二者的性能也沒(méi)有特別的個(gè)體差異。在如下述的條件下以分批式向分離膜組件供給混合氣體，進(jìn)行三個(gè)循環(huán)。其結(jié)果是排出壓力為O. 12MPaG。一個(gè)循環(huán)中的所需時(shí)間的明細(xì)為，第一過(guò)程(供給過(guò)程)約7分鐘，第二過(guò)程(分離過(guò)程)約5分鐘，第三過(guò)程(排出過(guò)程)約2分鐘。此外，分別測(cè)量未透過(guò)側(cè)和透過(guò)側(cè)的氣體組成。另外，體積濃度測(cè)量使用具備熱導(dǎo)率檢測(cè)器的氣相色譜分析儀(GC-TCD)。結(jié)果示出在表I中。(分離膜組件)·中空絲狀碳膜管 所述管的總表面積1114cm2 保持在 25。C (混合氣體)·混合氣體組成甲硅烷10. 3體積％:氫氣89.7體積％(操作條件)·供給氣體流量所述混合氣體約150sccm·充填壓力0. 2MPaG·透過(guò)側(cè)壓力-0. 088MPaG (利用真空泵或真空發(fā)生器等)·排出氣體流量約IOOsccm(比較例Al)使用圖I所示的分離膜組件，進(jìn)行連續(xù)式的氣體分離。另外，兩個(gè)分離膜組件使用相同規(guī)格的分離膜組件，二者的性能也沒(méi)有特別的個(gè)體差異。在如下述的條件下以連續(xù)式向分離膜組件供給混合氣體。此外，分別測(cè)量未透過(guò)側(cè)和透過(guò)側(cè)的氣體組成。另外，體積濃度測(cè)量使用具備熱導(dǎo)率檢測(cè)器的氣相色譜分析儀(GC-TCD)。結(jié)果示出在表I中。(分離膜組件)·中空絲狀碳膜管 所述管的總表面積1114cm2 保持在 25。C(混合氣體)·混合氣體組成甲硅烷10. 3體積％:氫氣89.7體積％(操作條件)·供給氣體流量所述混合氣體約150sccm對(duì)一個(gè)碳膜組件約75sccm·充填壓力0. 2MPaG (使用背壓閥而不是流量計(jì)9)·透過(guò)側(cè)壓力-0. 088MPaG (利用真空泵或真空發(fā)生器等)(比較例A2)直列連接兩個(gè)分離膜組件，進(jìn)行連續(xù)式的氣體分離。另外，兩個(gè)分離膜組件使用相同規(guī)格的分離膜組件，二者的性能也沒(méi)有特別的個(gè)體差異。在如下述的條件下對(duì)分離膜組件連續(xù)供給混合氣體。此外，分別測(cè)量未透過(guò)側(cè)和透過(guò)側(cè)的氣體組成。另外，體積濃度測(cè)量使用具備熱導(dǎo)率檢測(cè)器的氣相色譜分析儀(GC-TCD)。結(jié)果示出在表I中。(分離膜組件)
·中空絲狀碳膜管 所述管的總表面積1114cm2 保持在 25。C(混合氣體)·混合氣體組成甲硅烷10. 3體積％:氫氣89.7體積％(操作條件)
·供給氣體流量所述混合氣體約150sccm對(duì)第一個(gè)的碳膜組件供給約150sccm對(duì)第二個(gè)的碳膜組件供給從第一個(gè)的碳膜組件的未透過(guò)側(cè)排出的混合氣體·排出壓力0· 2MPaG (使用背壓閥而不是流量計(jì)9)·透過(guò)側(cè)壓力-0. 088MPaG (利用真空泵或真空發(fā)生器等)[表I]
未透( 丨且成透過(guò)氣體組成(體積％) 一個(gè)循環(huán)(14分氫氣1為-烷——?dú)錃?^拔鐘)中的總>非出量實(shí)施例Al并列分批式0J25 0875 0.998以上不到0.0029L7
比較例Al并列連續(xù)式0J47 0^53 0.998以上不Si] 0.002345J
比較例A2 直列連續(xù)式 0.187 0.813 0.998以上不到0.002280 —如表I所示，在進(jìn)行并列分批式的氣體分離的實(shí)施例Al中，與進(jìn)行并列連續(xù)式的氣體分離的比較例Al相比，能夠大幅提高未透過(guò)氣體組成中的甲硅烷濃度。一個(gè)循環(huán)(14分鐘)中的總排出量的結(jié)果為進(jìn)行并列分批式的氣體分離的實(shí)施例Al最少。在進(jìn)行并列連續(xù)式的氣體分離的比較例Al或進(jìn)行直列連續(xù)式的氣體分離的比較例A2中，在供給過(guò)程中總是以O(shè). 2MPaG進(jìn)行供給，但在進(jìn)行并列分批式的氣體分離的實(shí)施例Al中在每一個(gè)循環(huán)中以從OMPaG到O. 2MPaG的各壓力進(jìn)行供給，所以混合氣體的供給量的區(qū)別產(chǎn)生排出量的區(qū)別。進(jìn)行并列分批式的氣體分離的實(shí)施例AI、進(jìn)行并列連續(xù)式的氣體分離的比較例Al、進(jìn)行直列連續(xù)式的氣體分離的比較例A2的碳膜的總面積全部相同。若膜面積相同，則進(jìn)行并列分批式的氣體分離的實(shí)施例Al能夠?qū)浠餁怏w(甲硅烷)濃縮至最高濃度。另一方面，在并列分批式的氣體分離、并列連續(xù)式的氣體分離、直列連續(xù)式的氣體分離中，若濃縮為相同濃度，則進(jìn)行并列分批式的氣體分離能夠以最少的碳膜的總表面積進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。(實(shí)施例BI)使用圖7所示的分離膜組件，進(jìn)行殘余氣體的回收(連續(xù)式的氣體分離)。在如下述的條件下對(duì)分離膜組件連續(xù)供給混合氣體。此外，分別測(cè)量未透過(guò)側(cè)和透過(guò)側(cè)的氣體組成。另外，體積濃度測(cè)量使用具備熱導(dǎo)率檢測(cè)器的氣相色譜分析儀(GC-TCD)。結(jié)果示出在表2中。(分離膜組件)
·中空絲狀碳膜管 所述管的總表面積1114cm2 保持在 25。C(混合氣體)·混合氣體組成甲硅烷10. 3體積％:氫氣89.7體積％(操作條件)·供給氣體流量所述混合氣體約150sccm
·殘余氣體初始?jí)毫?. 2MPaG·透過(guò)側(cè)壓力-0. 088MPaG (利用真空泵或真空發(fā)生器等)·背壓閥根據(jù)殘余氣體壓力設(shè)定為與該壓力相同或稍低于該壓力的值。如圖11所示，殘余氣體壓力充足的初始(O. 2MPaG)時(shí)期，能夠?qū)⑽赐高^(guò)氣體中的甲硅烷(SiH4)濃度濃縮至60vol. %。另一方面，殘余氣體壓力為O. 05MPaG時(shí)，未透過(guò)氣體中的甲硅烷(SiH4)濃度為30vol. %。(實(shí)施例B2)使用圖9所示的分離膜組件，進(jìn)行殘余氣體的回收(分批式的氣體分離)。在如下述的條件下以分批式對(duì)分離膜組件供給混合氣體，進(jìn)行三個(gè)循環(huán)。其結(jié)果是，殘余氣體壓力(充填壓力)為O. 2MPaG時(shí)，排出壓力為O. 12MPaG，一個(gè)循環(huán)中的所需時(shí)間的明細(xì)為，第一過(guò)程(供給過(guò)程)約7分鐘，第二過(guò)程(分離過(guò)程)約5分鐘，第三過(guò)程(排出過(guò)程)約2分鐘。此外，殘余氣體壓力(充填壓力)為0.05MPaG時(shí)，排出壓力為O. 02MPaG，一個(gè)循環(huán)中的所需時(shí)間為第一過(guò)程(供給過(guò)程)約7分鐘，第二過(guò)程(分離過(guò)程)約5分鐘，第三過(guò)程(排出過(guò)程)約I分鐘。此外，分別測(cè)量未透過(guò)側(cè)和透過(guò)側(cè)的氣體組成。另外，體積濃度測(cè)量使用具備熱導(dǎo)率檢測(cè)器的氣相色譜分析儀(GC-TCD)。結(jié)果示出在表2中。(分離膜組件)·中空絲狀碳膜管 所述管的總表面積1114cm2 保持在 25。C(混合氣體)·混合氣體組成甲硅烷10. 3體積％:氫氣89.7體積％(操作條件)·供給氣體流量所述混合氣體約150sccm·殘余氣體初始?jí)毫?. 2MPaG·透過(guò)側(cè)壓力-0. 088MPaG (利用真空泵或真空發(fā)生器等)?！け硥洪y根據(jù)殘余氣體壓力設(shè)定為與該壓力相同或稍低于該壓力的值?！づ懦鰵怏w流量約IOOsccm或以下如圖12所示，殘余氣體壓力充足的初始(O. 2MPaG)時(shí)期，能夠?qū)⑽赐高^(guò)氣體中的甲硅烷(SiH4)濃度濃縮至87. 5vol. %。另ー方面，如圖13所示，殘余氣體壓力幾乎為O(O. 05MPaG)時(shí)，未透過(guò)氣體中的甲硅烷(SiH4)濃度為78. 6vol. %。所需的全部時(shí)間在殘余氣體壓カ為O. 2MPaG時(shí)為14分鐘，殘余氣體壓カ為
O.05MPaG時(shí)為8分鐘。回收量在殘余氣體壓カ為O. 2MPaG時(shí)為91. 7cc，殘余氣體壓カ為O. 05MPaG時(shí)為22cc。
[表2]
權(quán)利要求
1.一種氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，使用兩個(gè)以上具備氣體分離膜的分離膜組件，將分子直徑小的氣體成分從混合氣體分離，所述混合氣體除分子直徑小的氣體成分以外還包含分子直徑大的氣體成分，該氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的特征在于， 并列連接兩個(gè)以上的所述分離膜組件， 使一個(gè)分離膜組件連續(xù)地反復(fù)進(jìn)行由第一過(guò)程、第二過(guò)程、第三過(guò)程和第四過(guò)程構(gòu)成的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)， 在所述第一過(guò)程中，在將容納有所述氣體分離膜的密閉容器的、設(shè)置為與所述氣體分離膜的未透過(guò)側(cè)的空間連通的未透過(guò)氣體排出口關(guān)閉，將設(shè)置為與所述氣體分離膜的透過(guò)側(cè)的空間連通的透過(guò)氣體排出口打開的狀態(tài)下，打開氣體供給口將包含分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分的混合氣體供給到所述密閉容器內(nèi)進(jìn)行充壓， 在所述第二過(guò)程中，從所述混合氣體的供給開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，關(guān)閉所述氣體供給口停止所述混合氣體的供給，并保持該狀態(tài)， 在所述第三過(guò)程中，從所述保持狀態(tài)的開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，打開所述未透過(guò)氣體排出口從所述未透過(guò)氣體排出口回收包含所述分子直徑大的氣體成分的混合氣體， 在所述第四過(guò)程中，從所述回收開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定的壓力時(shí)，關(guān)閉所述未透過(guò)氣體排出口， 使另外的分離膜組件分別以相對(duì)于一個(gè)所述分離膜組件的所述運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)錯(cuò)開規(guī)定間隔的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，所述氣體分離膜為二氧化硅膜、沸石膜或碳膜中的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，在所述第三過(guò)程中，當(dāng)所述密閉容器內(nèi)的未透過(guò)側(cè)的壓力的下降停止時(shí)，判斷分子直徑小的氣體成分的分離已完成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于， 在并列連接兩個(gè)以上的所述分離膜組件的前段直列連接分離膜組件， 對(duì)設(shè)置在前段的所述分離膜組件連續(xù)供給所述混合氣體，從所述混合氣體粗分離分子直徑小的氣體成分。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，并列連接分離膜組件的個(gè)數(shù)由所述運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)所需要的時(shí)間除以所述第一過(guò)程所需要的時(shí)間的值以上的整數(shù)表示。
6.一種殘余氣體的回收方法，其特征在于，向具備氣體分離膜的分離膜組件連續(xù)供給殘留在氣缸中的混合氣體，所述氣體分離膜具有分子篩作用，從而將所述混合氣體分離為分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分后，分別回收所述分子直徑小的氣體成分和所述分子直徑大的氣體成分。
7.一種殘余氣體的回收方法，其特征在于，向具備氣體分離膜的分離膜組件連續(xù)供給殘留在氣缸中的混合氣體，所述氣體分離膜具有分子篩作用，從而將所述混合氣體分離為分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分后，分別回收所述分子直徑小的氣體成分和所述分子直徑大的氣體成分，所述分離膜組件連續(xù)地反復(fù)進(jìn)行由第一過(guò)程、第二過(guò)程、第三過(guò)程和第四過(guò)程構(gòu)成的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)， 在所述第一過(guò)程中，在將容納有所述氣體分離膜的密閉容器的、設(shè)置為與所述氣體分離膜的未透過(guò)側(cè)的空間連通的未透過(guò)氣體排出口關(guān)閉，將設(shè)置為與所述氣體分離膜的透過(guò)側(cè)的空間連通的透過(guò)氣體排出口打開的狀態(tài)下，打開氣體供給口將包含分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分的混合氣體供給到所述密閉容器內(nèi)進(jìn)行充壓， 在所述第二過(guò)程中，從所述混合氣體的供給開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，關(guān)閉所述氣體供給口停止所述混合氣體的供給，并保持該狀態(tài)， 在所述第三過(guò)程中，從所述保持狀態(tài)的開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，打開所述未透過(guò)氣體排出口從所述未透過(guò)氣體排出口回收包含所述分子直徑大的氣體成分的混合氣體， 在所述第四過(guò)程中，從所述回收開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定的壓 力時(shí)，關(guān)閉所述未透過(guò)氣體排出口。
8.一種殘余氣體的回收方法，其特征在于，向具備氣體分離膜的分離膜組件連續(xù)供給殘留在氣缸中的混合氣體，所述氣體分離膜具有分子篩作用，從而將所述混合氣體分離為分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分后，分別回收所述分子直徑小的氣體成分和所述分子直徑大的氣體成分， 并列連接兩個(gè)以上的所述分離膜組件， 使一個(gè)分離膜組件連續(xù)地反復(fù)進(jìn)行由第一過(guò)程、第二過(guò)程、第三過(guò)程和第四過(guò)程構(gòu)成的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)， 在所述第一過(guò)程中，在將容納有所述氣體分離膜的密閉容器的、設(shè)置為與所述氣體分離膜的未透過(guò)側(cè)的空間連通的未透過(guò)氣體排出口關(guān)閉，將設(shè)置為與所述氣體分離膜的透過(guò)側(cè)的空間連通的透過(guò)氣體排出口打開的狀態(tài)下，打開氣體供給口將包含分子直徑小的氣體成分和分子直徑大的氣體成分的混合氣體供給到所述密閉容器內(nèi)進(jìn)行充壓， 在所述第二過(guò)程中，從所述混合氣體的供給開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，關(guān)閉所述氣體供給口停止所述混合氣體的供給，并保持該狀態(tài)， 在所述第三過(guò)程中，從所述保持狀態(tài)的開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，打開所述未透過(guò)氣體排出口從所述未透過(guò)氣體排出口回收包含所述分子直徑大的氣體成分的混合氣體， 在所述第四過(guò)程中，從所述回收開始經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或所述密閉容器內(nèi)達(dá)到規(guī)定的壓力時(shí)，關(guān)閉所述未透過(guò)氣體排出口， 使另外的分離膜組件分別以相對(duì)于一個(gè)所述分離膜組件的所述運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)錯(cuò)開規(guī)定間隔的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中的任一項(xiàng)所述的殘余氣體的回收方法，其特征在于，所述氣體分離膜為二氧化硅膜、沸石膜或碳膜中的任意一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至8中的任一項(xiàng)所述的殘余氣體的回收方法，其特征在于，所述分子直徑小的氣體成分為氫氣和氦氣中的任意一種或者兩種以上的混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至8中的任一項(xiàng)所述的殘余氣體的回收方法，其特征在于，所述分子直徑大的氣體成分為砷化三氫、磷化氫、硒化氫、甲娃燒和四氫化鍺構(gòu)成的氫化物氣體以及氣氣和氪氣構(gòu)成的稀有氣體中的任意一種 或兩種以上的混合物。
全文摘要
一種氣體分離膜裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，并列連接兩個(gè)以上的分離膜組件，使一個(gè)分離膜組件連續(xù)地反復(fù)進(jìn)行由第一過(guò)程、第二過(guò)程、第三過(guò)程以及第四過(guò)程構(gòu)成的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，其中，在第一過(guò)程中，向密閉容器內(nèi)供給混合氣體進(jìn)行充壓，在第二過(guò)程中，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)停止混合氣體的供給并保持，在第三過(guò)程中，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)從未透過(guò)氣體排出口回收混合氣體，在第四過(guò)程中，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)或達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)關(guān)閉未透過(guò)氣體排出口，使另外的分離膜組件以錯(cuò)開規(guī)定間隔的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)C01B3/56GK102858431SQ201180020638
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者宮澤讓, 青村洋子, 小林芳彥, 原谷賢治, 吉宗美紀(jì) 申請(qǐng)人:大陽(yáng)日酸株式會(huì)社, 獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所