CN106000016A - 气体分离系统及富化气体的制造方法 - Google Patents

气体分离系统及富化气体的制造方法 Download PDF

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Abstract

气体分离系统(10)具备第1～第3气体分离膜单元(11、12、13)。将第1单元(11)的非透过气体排出口(11b)和第2单元(12)的气体入口(12a)通过第1非透过气体管路(14)连结。将第1单元(11)的透过气体排出口(11c)和第3单元(13)的气体入口(13a)通过第1透过气体管路(15)连结。在第1单元(11)的气体入口(11a)上连结原料混合气体供给管路(16)，在其中途配置第1压缩机构(21)。在第1透过气体管路(15)的中途配置第2压缩机构(22)。将第2单元(12)的透过气体排出口(12c)和原料混合气体供给管路(16)中的第1压缩机构(21)的吸入侧的位置通过第2透过气体管路(17)连结。将第3单元(13)的非透过气体排出口(13b)和第1气体分离膜单元(11)的第1非透过气体管路(14)通过第3非透过气体管路(24)连结。

Description

气体分离系统及富化气体的制造方法
技术领域
本发明涉及采用多个气体分离膜单元分离混合气体的气体分离系统及采用该气体分离系统的富化气体的制造方法。
背景技术
作为将含有不同的两种以上的气体的混合气体分离成各气体的方法，已知有利用气体相对于膜的透过速度的差的膜分离法。在该方法中，通过回收透过气体或非透过气体，可得到作为目标气体的高纯度的高透过性气体或高纯度的低透过性气体。含在混合气体中的各气体的相对于膜的单位膜面积·单位时间·单位分压差的透过体积即透过速度可用P’(单位为×10-5cm3(STP)/cm2·sec·cmHg)表示。此外，膜的气体分离选择性可用高透过性气体的透过速度与低透过性气体的透过速度的比(高透过性气体的透过速度/低透过性气体的透过速度)表示。
一般来讲，对于气体分离膜，气体分离选择性高的膜的气体(特别是高透过性气体)的透过速度低，相反气体(特别是高透过性气体)的透过速度高的膜的气体的分离选择性低。所以，在采用一级的气体分离膜从混合气体中回收低透过性气体时，在回收的气体的纯度固定时，在采用气体分离选择性高的膜时，回收率变高。可是，因气体的透过速度低，而需要增大膜面积，或提高运转压力。另一方面，气体的透过速度高的膜虽不需要增大膜面积或提高运转压力，但因气体分离选择性低而使回收率降低。
一般来讲，气体分离膜作为将具有气体选择透过性的气体分离膜收容到至少具备气体入口、透过气体排出口、非透过气体排出口的容器内而成的气体分离膜模块被使用。气体分离膜以将其气体供给侧和气体透过侧的空间隔离的方式安装在容器内。在气体分离系统中，为了达到所需的膜面积，一般以并联地组合多个气体分离膜模块而成的气体分离膜单元来使用。构成气体分离膜单元的多个气体分离膜模块共同使用气体入口、非透过气体排出口及透过气体排出口，因此气体分离膜单元实质上作为膜面积大的气体分离膜模块来发挥作用。
为了以高纯度且高回收率回收作为目的的低透过性气体，已知有采用多段具备该气体分离膜单元的气体分离系统的方法。在采用透过速度高的膜的情况下，因气体的分离选择性低，而使气体分离系统中的气体的循环量增加。所以，在此种情况下，为了维持纯度及回收率，而增加气体压缩的动力。相反，在采用气体分离选择性高的膜的情况下，尽管气体压缩的动力减小，但是因高透过性气体的透过速度低，而需要增大膜面积。
关于多段的气体分离膜单元，例如专利文献1中提出了具备3个气体分离膜单元的气体分离法。在专利文献1所述的气体分离法中，将成为分离对象的混合气体通过压缩机供给第1气体分离膜单元。然后，将从第1气体分离膜单元排出的非透过气体供给第2气体分离膜单元，同时将从第1气体分离膜单元排出的透过气体供给第3气体分离膜单元。另外将从第2气体分离膜单元排出的透过气体及从第3气体分离膜单元排出的非透过气体返回给压缩机的吸入侧的位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利US2013/0098242A1
发明内容
发明要解决的问题
可是，在专利文献1所述的技术中，因没有第2压缩机构，而以相对低的压力运转第3气体分离膜单元，因此为了得到规定纯度的气体，需要增大第3气体分离膜单元中的膜面积，例如增加膜模块条数。此外，即使在再循环中，从第3气体分离膜单元排出的非透过气体，无论其达到怎样的压力都不得不使其返回压缩机的吸入侧，所需压缩动力增大。而且，系统总体的膜面积大，例如膜模块条数增加。
所以本发明的课题在于，提供一种可消除上述现有技术存在的缺陷的气体分离系统。
用于解决课题的手段
为解决所述课题，本发明者进行了锐意研究，结果发现：在具备3个气体分离膜单元的气体分离装置中，通过在将从第1气体分离膜单元排出的透过气体供给第3气体分离膜单元时压缩该透过气体，且将来自第3气体分离膜单元的非透过气体返回给系统内的特定的管路或使其合流，能够以相对高的压力运转第3气体分离膜单元，能够降低系统总体所需的压缩动力，此外还可降低系统总体的膜面积，例如膜模块条数。
本发明是基于上述的见识而完成的，通过提供一种气体分离系统而解决了所述课题，所述气体分离系统是将至少含有相互不同的两种气体的原料混合气体供给到气体分离膜单元，将该原料混合气体中包含的气体中的至少一种浓缩富化的气体分离系统，其中，
所述气体分离膜单元具备第1气体分离膜单元、第2气体分离膜单元及第3气体分离膜单元；
各气体分离膜单元至少具备气体入口、透过气体排出口及非透过气体排出口；
将第1气体分离膜单元的非透过气体排出口和第2气体分离膜单元的气体入口通过第1非透过气体管路连结；
将第1气体分离膜单元的透过气体排出口和第3气体分离膜单元的气体入口通过第1透过气体管路连结；
在第1气体分离膜单元的气体入口上连结原料混合气体供给管路，并且在该原料混合气体供给管路的中途夹着地配置第1压缩机构；
在所述第1透过气体管路的中途夹着地配置第2压缩机构；
将第2气体分离膜单元的透过气体排出口和所述原料混合气体供给管路中的第1压缩机构的吸入侧的位置通过第2透过气体管路连结；而且
将第3气体分离膜单元的非透过气体排出口和第1气体分离膜单元的第1非透过气体管路通过第3非透过气体管路连结；
从第2气体分离膜单元的非透过气体排出口及第3气体分离膜单元的透过气体排出口中的至少一方，取出被浓缩富化了的气体。
此外，本发明通过提供一种气体分离系统而解决了所述课题，所述气体分离系统是将至少含有相互不同的两种气体的原料混合气体供给到气体分离膜单元，将该原料混合气体中包含的气体中的至少一种浓缩富化的气体分离系统，其中，
所述气体分离膜单元具备第1气体分离膜单元、第2气体分离膜单元及第3气体分离膜单元；
各气体分离膜单元至少具备气体入口、透过气体排出口及非透过气体排出口；
将第1气体分离膜单元的非透过气体排出口和第2气体分离膜单元的气体入口通过第1非透过气体管路连结；
将第1气体分离膜单元的透过气体排出口和第3气体分离膜单元的气体入口通过第1透过气体管路连结；
设置与第2气体分离膜单元的非透过气体排出口连接的非透过气体排出管路，该非透过气体排出管路具有使从该非透过气体排出口排出的非透过气体流通的通路、和将从该非透过气体排出口排出并沿该通路流通的非透过气体排出的管路排出口；
在第1气体分离膜单元的气体入口上连结原料混合气体供给管路，而且在该原料混合气体供给管路的中途夹着地配置第1压缩机构；
在所述第1透过气体管路的中途夹着地配置第2压缩机构；
将第2气体分离膜单元的透过气体排出口和所述原料混合气体供给管路中的第1压缩机构的吸入侧的位置通过第2透过气体管路连结；而且
将第3气体分离膜单元的非透过气体排出口和第2气体分离膜单元的非透过气体排出管路中的所述通路通过第3非透过气体管路连结；
从非透过气体排出管路的管路排出口及第3气体分离膜单元的透过气体排出口中的至少一方，取出被浓缩富化了的气体。
此外，本发明提供一种富化气体的制造方法，其将至少含有相互不同的两种气体的原料混合气体供给到气体分离系统，使该气体分离系统运转，由此制造将该原料混合气体中包含的气体中的至少一种浓缩富化而得到的富化气体，其中，
作为气体分离系统，采用以下的气体分离系统，即：具有第1气体分离膜单元、第2气体分离膜单元及第3气体分离膜单元；在各气体分离膜单元中，至少设置气体入口、透过气体排出口及非透过气体排出口；将第1气体分离膜单元的非透过气体排出口和第2气体分离膜单元的气体入口通过第1非透过气体管路连结；将第1气体分离膜单元的透过气体排出口和第3气体分离膜单元的气体入口通过第1透过气体管路连结；在第1气体分离膜单元的气体入口上连结原料混合气体供给管路，而且在该原料混合气体供给管路的中途夹着地配置第1压缩机构；在所述第1透过气体管路的中途夹着地配置第2压缩机构；将第2气体分离膜单元的透过气体排出口和所述原料混合气体供给管路中的第1压缩机构的吸入侧的位置通过第2透过气体管路连结；而且将第3气体分离膜单元的非透过气体排出口和第1气体分离膜单元的第1非透过气体管路通过第3非透过气体管路连结；
将原料混合气体通过原料混合气体供给管路供给到第1气体分离膜单元，从第2气体分离膜单元的非透过气体排出口及第3气体分离膜单元的透过气体排出口中的至少一方，取出被浓缩富化了的气体。
另外，本发明通过提供一种富化气体的制造方法而解决了所述课题，所述富化气体制造方法将至少含有相互不同的两种气体的原料混合气体供给到气体分离系统，使该气体分离系统运转，由此制造将该原料混合气体中包含的气体中的至少一种浓缩富化而得到的富化气体，其中，
作为气体分离系统，采用以下的气体分离系统，即：具有第1气体分离膜单元、第2气体分离膜单元及第3气体分离膜单元；在各气体分离膜单元中，至少设置气体入口、透过气体排出口及非透过气体排出口；将第1气体分离膜单元的非透过气体排出口和第2气体分离膜单元的气体入口通过第1非透过气体管路连结；将第1气体分离膜单元的透过气体排出口和第3气体分离膜单元的气体入口通过第1透过气体管路连结；设置与第2气体分离膜单元的非透过气体排出口连接的非透过气体排出管路；该非透过气体排出管路具有使从该非透过气体排出口排出的非透过气体流通的通路、和将从该非透过气体排出口排出并沿该通路流通的非透过气体排出的管路排出口；在第1气体分离膜单元的气体入口上连结原料混合气体供给管路，而且在该原料混合气体供给管路的中途夹着地配置第1压缩机构；在所述第1透过气体管路的中途夹着地配置第2压缩机构；将第2气体分离膜单元的透过气体排出口和所述原料混合气体供给管路中的第1压缩机构的吸入侧的位置通过第2透过气体管路连结；而且将第3气体分离膜单元的非透过气体排出口和第2气体分离膜单元的非透过气体排出管路中的所述通路通过第3非透过气体管路连结；
将原料混合气体通过原料混合气体供给管路供给到第1气体分离膜单元，从非透过气体排出管路的管路排出口及第3气体分离膜单元的透过气体排出口中的至少一方，取出被浓缩富化了的气体。
发明效果
根据本发明，能够降低系统总体的膜面积，例如降低膜模块条数。此外，由于从第3气体分离膜单元排出的非透过气体具有相对高的压力，所以在再循环中，通过将该气体经由第1压缩机构返回到具有相对高的压力的第1气体分离膜单元的第1非透过气体管路，或者合流在第2气体分离膜单元的非透过气体排出管路中，也能够降低系统总体的所需压缩动力。特别是，根据本发明，因第1压缩机构及第2压缩机构的运转条件涉及的限制少，所以压缩机构的选择范围宽，系统设计的自由度高。此外特别是，运转时第2气体分离膜单元12的气体的透过速度高于第3气体分离膜单元13，第3气体分离膜单元13的气体分离选择性高于第2气体分离膜单元12，因而可将气体回收率维持在高水平，同时可进一步减小第2气体分离膜单元的膜面积，例如减少膜模块条数。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的气体分离系统的构成的概略图。
图2是表示本发明的气体分离系统所用的构成气体分离膜单元的模块的一个例子的结构的示意图。
图3是表示本发明的另一个实施方式的气体分离系统的构成的概略图。
图4是表示比较例中所用的气体分离系统的构成的概略图，为相当于专利文献1所述的技术的气体分离系统。
具体实施方式
以下，基于本发明的优选实施方式，参照附图对本发明进行说明。首先，基于图1及图2，对本发明的优选实施方式的气体分离系统10及采用其制造富化气体的本发明的优选实施方式进行说明。如图1所示，本实施方式的气体分离系统10具备3个气体分离膜单元即第1气体分离膜单元11、第2气体分离膜单元12及第3气体分离膜单元13。作为各气体单元11、12、13，例如，如图2所示，可使用由中空丝膜等构成的、并将具有气体选择透过性的气体分离膜30收容在壳体31内而成的模块40。本实施方式的各气体分离膜单元11、12、13可以是采用一条图2所示的气体分离膜模块40的，或者是将该模块40多条并联而成的。模块40中的壳体31的相对的两面开口而形成开口部32。该开口部32用于将气体分离膜30插入到壳体31内，应该注意不是气体分离膜30的开口部。气体分离膜30通过该开口部32收容在壳体31内。在气体分离膜30由中空丝膜束构成时，该气体分离膜30在其收容状态下，以在壳体31的各开口部32的附近中空丝膜的各端部开口的方式收容在壳体31内。
在将气体分离膜30收容在壳体31内的状态下，在中空丝膜的延伸方向即Y方向的两端部的位置上，气体分离膜30通过管板33、34被固定在壳体31的内壁上。壳体31的各开口部32通过盖体35、36被闭塞。在盖体35上设有气体入口37。另一方面，在盖体36上设有非透过气体排出口38。将成为分离对象的混合气体从盖体35的气体入口37导入模块内(即单元内)。将导入的气体中的透过了气体分离膜30的气体从设在壳体31上的透过气体排出口39排出到模块外(即单元外)。另一方面，将没有透过气体分离膜30的非透过气体从盖体36的非透过气体排出口38排出到模块外(即单元外)。此外，也可以根据情况在壳体31上设置清洗气体的供给口(未图示)。以上，举例说明了图2的分离膜模块，当然本发明也可应用于其它构成的分离膜模块，例如，也可应用于壳进料型的模块及螺旋型模块。
返回到图1，如该图所示，第1气体分离膜单元11和第2气体分离膜单元12串联连接。具体地讲，通过用第1非透过气体管路14连结第1气体分离膜单元11的非透过气体排出口11b和第2气体分离膜单元12的气体入口12a，将第1气体分离膜单元11和第2气体分离膜单元12连接(也可以将第1非透过气体管路14称为“非透过气体排出管路14”或“第1非透过气体排出管路14”)。再者，在本说明书中，透过气体管路或非透过气体管路前的“第1”、“第2”、“第3”的记载，指的是该管路与第1～第3气体分离膜单元11～13中的任一单元的排出口连接。
此外，如图1所示，将第1气体分离膜单元11和第3气体分离膜单元13串联连接。具体地讲，通过用第1透过气体管路15连结第1气体分离膜单元11的透过气体排出口11c和第3气体分离膜单元13的气体入口13a，将第1气体分离膜单元11和第3气体分离膜单元13连接(也可以将第1透过气体管路15称为“透过气体排出管路15”。)。
在第1气体分离膜单元11的气体入口11a上连结原料混合气体供给管路16，用于将来自原料即混合气体源(未图示)的原料混合气体供给到第1气体分离膜单元11。在原料混合气体供给管路16的中途，夹着地配置有第1压缩机构21。设置第1压缩机构21的目的是，对从混合气体源供给的混合气体进行加压，以及在将从第2气体分离膜单元12排出的透过气体返回到第1气体分离膜单元11时，对该透过气体进行加压。
本实施方式的气体分离系统10除了第1压缩机构21以外，还具备第2压缩机构22。该第2压缩机构22被夹着地配置在上述第1透过气体管路15的中途。设置第2压缩机构22的目的是，对从第1气体分离膜单元11的透过气体排出口11c排出的透过气体进行加压，将其供给到第3气体分离膜单元13。
在第2气体分离膜单元12中，其透过气体排出口12c通过第2透过气体管路17与原料混合气体供给管路16中的第1压缩机构21的吸入侧的位置连接。另一方面，在第3气体分离膜单元13中，该非透过气体排出口13b通过第3非透过气体管路24与第1气体分离膜单元11的第1非透过气体管路14连接(第2透过气体管路17也可以称为“透过气体返回管路17”。此外第3非透过气体管路24也可以称为“非透过气体返回管路24”)。
对具有以上构成的本实施方式的气体分离系统10的工作进行说明。将成为分离对象的原料混合气体从混合气体源(未图示)，通过原料混合气体供给管路16供给到第1气体分离膜单元11。在供给之前，通过第1压缩机构21对混合气体进行加压，使其压力上升。作为第1压缩机构21，可使用与该技术领域中此前所使用的机构同样的机构。例如可采用压缩机(Compressor)。
混合气体至少含有成为分离对象的不同的两种气体即气体A及气体B。气体A及气体B的种类没有特别的限制。如果将被第1压缩机构21加压的状态的混合气体供给到第1气体分离膜单元11，起因于相对于气体分离膜的透过速度的差异，被分离成透过气体分离膜的气体即透过气体和没有透过气体分离膜的气体即非透过气体。在以下的说明中，为了方便，将气体A规定为相对于气体分离膜透过速度大的气体即高透过性气体，将气体B规定为相对于气体分离膜透过速度小的气体即低透过性气体。从第1气体分离膜单元11排出的非透过气体，与原料即混合气体相比气体B被浓缩。将非透过气体从第1气体分离膜单元11的非透过气体排出口11b排出，通过第1非透过气体管路14供给到第2气体分离膜单元12。另一方面，来自第1气体分离膜单元11的透过气体，与原料即混合气体相比气体A浓缩。将透过气体从第1气体分离膜单元11的透过气体排出口11c排出，通过第1透过气体管路15供给到第3气体分离膜单元13。
从第1气体分离膜单元11的透过气体排出口11c排出的透过气体在导入给第3气体分离膜单元13之前，被第2压缩机构22加压，使其压力上升。然后，将透过气体以被加压的状态导入给第3气体分离膜单元13。由此能以相对高的压力使第3气体分离膜单元13运转。起因于此，具有能够降低第3气体分离膜单元13中的膜面积例如模块条数的有利效果。在例如通过并联地组合多个图2所示那样的中空丝膜模块来构成第3气体分离膜单元13的情况下，能够降低膜模块的条数。
导入给第3气体分离膜单元13的气体(该气体中的气体A被富化)通过该单元13被分离成透过气体和非透过气体。透过气体与导入给第3气体分离膜单元13的气体相比，气体A被进一步浓缩富化，由该单元13的透过气体排出口13c取出。透过气体的取出例如通过连接在透过气体排出口13c上的透过气体排出管路20(也可以称为“第3透过气体管路20”或“第3透过气体排出管路20”)来进行。另一方面，将非透过气体从第3气体分离膜单元13的非透过气体排出口13b排出，经由与该排出口13b连接的第3非透过气体管路24，返回到第1气体分离膜单元11的第1非透过气体管路14。该非透过气体因被前面所述的第2压缩机构22加压而具有高的压力。通过将该非透过气体返回给相当于通过第1压缩机构21达到高压的气体的流路的第1气体分离膜单元11的第1非透过气体管路14，与将该非透过气体返回到第1压缩机构21的吸入侧时相比，能够降低第1压缩机构21中的气体的吸入量。所以，在并用第1压缩机构21和第2压缩机构22时，与不使用第2压缩机构22时相比，具有能够降低第1压缩机构21所需的压缩动力的有利效果。具体地讲，与只使用第1压缩机构21时所需的压缩动力相比，能够降低第1压缩机构21及第2压缩机构22合计所需的压缩动力。而且，通过使用第2压缩机构22，还具有能够降低第1气体分离膜单元11及第2气体分离膜单元12中的膜面积的有利效果。详细地讲，在不使用第2压缩机构22时，不得不以比大气压高的压力回收来自第1气体分离膜单元11的透过气体，使第1气体分离膜单元11中的效率下降。此外，虽然说来自第1气体分离膜单元11的透过气体的压力比大气压高，但是也只是比大气压稍微高一些的水平的压力，因此第3气体分离膜单元13中的效率也下降。所以，在不使用第2压缩机构22时，不仅必须增加第3气体分离膜单元13的膜面积，而且还必须增加第1气体分离膜单元11及/或第2气体分离膜单元12的膜面积。与此相对，如果使用第2压缩机构22，就不会产生这样的不适合，因此如上所述，能够降低第1气体分离膜单元11及/或第2气体分离膜单元12中的膜面积。
另一方面，在将从第1气体分离膜单元11的非透过气体排出口11b排出的非透过气体，与从第3气体分离膜单元13的非透过气体排出口13b排出的、经由第3非透过气体管路24返回的非透过气体合流后，导入给第2气体分离膜单元12。导入给第2气体分离膜单元12的气体通过该单元12被分离成透过气体和非透过气体。非透过气体与导入给第2气体分离膜单元12的气体相比，气体B被进一步浓缩富化，可从该单元12的非透过气体排出口12b取出。非透过气体的取出可通过例如与非透过气体排出口12b连接的非透过气体排出管路19(也可以称为“第2非透过气体管路19”)来进行。另一方面，将透过气体从第2气体分离膜单元12的透过气体排出口12c排出，经由与该排出口12c连接的第2透过气体管路17，返回给原料混合气体供给管路16中的第1压缩机构21的吸入侧。返回的透过气体在与作为原料的混合气体混合后，被第1压缩机构21加压。
如以上所述，根据本实施方式的气体分离系统10，如果假设作为目标的产品气体的纯度及回收率相同，则与采用现有技术例如专利文献1中记载的1个压缩机构的技术相比，可降低压缩机构所需的压缩动力。此外，与专利文献1记载的技术相比可降低气体分离系统的总膜面积，例如降低膜模块条数。
此外，本发明的气体分离系统如上所述，与将从第3气体分离膜单元排出的非透过气体返回给第1压缩机构21的吸入侧的位置时相比，能够降低压缩机构所需的压缩动力，但如果与将该非透过气体返回给第1压缩机构21的喷出侧的位置时相比，有以下优点。
即，在返回给第1压缩机构21的喷出侧的位置时，被第2压缩机构22加压、接着从第3气体分离膜单元排出的非透过气体和被第1压缩机构21加压的原料混合气体，在第1气体分离膜单元的上游侧合流。而且，在该合流时，所述的非透过气体的压力和所述的原料混合气体的压力为同等程度，对于使气体稳定地向意图的方向流动(无逆流等)是必要的。此外，被第2压缩机构22加压的非透过气体的压力，在通过第3气体分离膜单元13及第3非透过气体管路24到达原料混合气体供给管路16的期间被减损。
由以上得知，在代替将从第3气体分离膜单元排出的非透过气体返回给第1气体分离膜单元的第1非透过气体管路，而返回给原料混合气体供给管路16中的第1压缩机构21的喷出侧的位置时，需要以刚被第2压缩机构22加压后的非透过气体的压力大于刚被第1压缩机构21加压后的原料混合气体的压力的方式运转这些压缩机构。如果如此限定压缩机构的运转条件，则有能选定的压缩机构被限定，系统设计的自由度低的问题。
与此相对，在本发明中，可以将被第2压缩机构22加压的气体的压力规定为与第1压缩机构21加压的气体的压力同等的程度以下。因此，可进一步提高系统设计的自由度。
在运转时，本实施方式的气体分离系统中所使用的各气体分离膜单元11、12、13中的相对于作为分离对象的气体的气体透过速度及/或气体分离选择性可以相同，也可以不同。例如作为各气体分离膜单元11、12、13可以使用气体透过速度及/或气体分离选择性相同的，或者也可以使用不相同的。例如作为各气体分离膜单元11、12、13能够使用相同的。
运转时的第3气体分离膜单元13的气体分离选择性在与第2气体分离膜单元12不同时，可以高于或低于第2气体分离膜单元12。运转时的第3气体分离膜单元13的气体透过速度与第2气体分离膜单元12的关系也同样。可是，至少运转时第2气体分离膜单元12的气体的透过速度高于第3气体分离膜单元13，第3气体分离膜单元13的气体分离选择性高于第2气体分离膜单元12，这从能够防止降低作为目标的气体的纯度及回收率，同时能够降低第2气体分离膜单元12的膜面积，进一步降低系统的总膜面积的观点出发是优选的。在本说明书中，在仅称为“运转时”的情况下，并不限定于特定的运转条件，例如不仅包含如后述那样在不同的温度下运转各单元11～13的情况，而且当然也包含在相同温度下运转各单元11～13的情况。
这里所说的气体透过速度，在含在混合气体中的气体A及气体B中，是想预先在第2气体分离膜单元12中提高透过速度的气体即气体A(高透过性气体)的气体透过速度。运转时的第1气体分离膜单元11的气体分离选择性可以与第2气体分离膜单元12相同，也可以不相同，在不相同时，可以高于或低于第2气体分离膜单元12。此外运转时的第1气体分离膜单元11的气体分离选择性可以与第3气体分离膜单元13相同，也可以不相同，在不相同时，可以高于或低于第3气体分离膜单元13。运转时的第1气体分离膜单元11的气体透过速度与第2气体分离膜单元12及第3气体分离膜单元13的关系也同样。可是，在运转时的第3气体分离膜单元13的气体分离选择性高于第2气体分离膜单元12时，从能够降低第1压缩机构21及第2压缩机构22的压缩动力的观点出发，优选运转时的第1气体分离膜单元11的气体分离选择性高于第2气体分离膜单元12，例如为与第3气体分离膜单元13同等或其以上。此外，在运转时第2气体分离膜单元12的气体的透过速度高于第3气体分离膜单元13时，从能够降低第1气体分离膜单元11的膜面积的观点出发，优选运转时的第1气体分离膜单元11的气体透过速度高于第3气体分离膜单元13，例如为与第2气体分离膜单元12同等或为其以上。
作为运转时在单元间使气体透过速度及/或气体分离选择性不同的方法，可列举使单元间所用的气体分离膜的种类不同的方法。要在单元间使气体分离膜的种类不同，只要在单元间进行下述(1)～(3)等即可，即：(1)采用具有不同的化学组成的分离膜；(2)采用虽为具有同一化学组成的分离膜，但制膜条件、热处理温度等制造条件不同的分离膜；(3)采用虽为化学组成及制造条件相同的分离膜，但涂覆等其它表面处理的条件不同的分离膜。
再者，一般已知，即使在采用同一气体分离膜时，在相对低地设定其运转温度时，与相对高地设定运转温度时相比，气体透过速度低，且气体分离选择性变高。
基于此，可以使各单元的运转温度不同，也可以使第2气体分离膜单元12的气体的透过速度高于第3气体分离膜单元13，也可以使第3气体分离膜单元13的气体分离选择性高于第2气体分离膜单元12。具体地讲，优选将第2分离膜单元12的运转温度与第3气体分离膜单元13相比规定为高温。如此即使在第2气体分离膜单元12及第3气体分离膜单元13中使用相同的气体分离膜时，通过变化各单元的运转温度(例如在相对的低温下运转第3气体分离膜单元)，也可表现出与使用不同的分离膜时同样的效果。此外，通过使各单元的运转温度不同，且使作为第2气体分离膜单元12及第3气体分离膜单元13使用的膜的种类不同，也可以使单元间的气体分离选择性及/或气体透过速度不同。在将第2气体分离膜单元12的运转温度与第3气体分离膜单元13相比规定为高温时，优选第2气体分离膜单元12和第3气体分离膜单元13的运转温度的差为5℃以上，更优选为20℃以上，进一步优选为40℃以上。
此外，第1气体分离膜单元的运转温度可以与第2气体分离膜单元相同，也可以不相同，在不相同时，可以高于或低于第2气体分离膜单元。此外，第1气体分离膜单元的运转温度可以与第3气体分离膜单元相同，也可以不相同，在不相同时，可以高于或低于第3气体分离膜单元。假如，在将第2气体分离膜单元12的运转温度与第1气体分离膜单元11相比规定为高温时，作为两单元的运转温度的差的范围，作为第2气体分离膜单元12和第3气体分离膜单元13的运转温度的差，可列举出与上述列举的范围相同的范围的差。此外，假如将第1气体分离膜单元11的运转温度与第3气体分离膜单元13相比规定为高温时，作为两者的运转温度的差的范围，可列举出与作为第2气体分离膜单元12和第3气体分离膜单元13的运转温度的差在上述中列举的范围相同的范围的差。
一般来讲，含在混合气体中的气体A相对于各气体分离膜单元11、12、13中的任一单元，与气体B相比透过性都相对高。另一方面，含在混合气体中的气体B相对于各气体分离膜单元11、12、13中的任一单元，与气体A相比透过性都相对低。特别是如上述那样，在本实施方式中，在通过将第3气体分离膜单元13的非透过性气体返回给第1气体分离膜单元11的第1非透过气体管路14，由此来维持气体的回收率及纯度，且降低压缩动力，同时能有效地降低各气体分离膜单元的膜面积，特别是降低第1气体分离膜单元11的膜面积时，作为第2气体分离膜单元12，在使用气体的透过速度比第3气体分离膜单元13的气体透过速度高者时，特别是能够更进一步地有效降低第2气体分离膜单元12的膜面积。所以，在此种情况下，本发明可进一步有效地降低气体分离系统的总膜面积。
所述气体透过速度为含在混合气体中的各气体相对于膜的单位膜面积·单位时间·单位分压差的透过体积，用P’(单位为×10-5cm3(STP)/cm2·sec·cmHg)表示。此外，膜的气体分离选择性可用(高透过性气体的透过速度/低透过性气体的透过速度)的比表示。
从提高降低膜面积等的效果的观点出发，运转时的第3气体分离膜单元13的气体分离选择性(P’A/P’B(3))相对于第2气体分离膜单元12的气体分离选择性(P’A/P’B(2))的比[(P’A/P’B(3))/(P’A/P’B(2))]优选为1.2以上，更优选为1.5以上，特别优选为2以上。此外从同样的观点出发，运转时的第2气体分离膜单元12的气体透过速度(高透过气体A的透过速度)P’A(2)相对于第3气体分离膜单元13的气体透过速度(高透过气体A的透过速度)P’A(3)的比[P’A(2)/P’A(3)]优选为超过1.0，更优选为1.1以上，特别优选为1.2以上。为了使运转时的气体透过速度及气体分离选择性的比为上述下限以上，只要对系统的运转温度及分离膜的材质、表面处理条件、热处理等条件进行调整即可。
假如，在使第1气体分离膜单元11的气体分离选择性(P’A/P’B(1))高于第2气体分离膜单元12时，作为[(P’A/P’B(1))/(P’A/P’B(2))]，可列举与作为[(P’A/P’B(3))/(P’A/P’B(2))在上述中列举的比相同的比。此外假如，在使第1气体分离膜单元11的气体透过速度(P’A(1))低于第2气体分离膜单元12时，作为[P’A(2)/P’A(1)]，可列举与作为[P’A(2)/P’A(3)]在上述中列举的比相同的比。
此外，假如，在使第1气体分离膜单元11的气体分离选择性(P’A/P’B(1))低于第3气体分离膜单元13时，作为[(P’A/P’B(3))/(P’A/P’B(1))]，可列举与作为[(P’A/P’B(3))/(P’A/P’B(2))在上述中列举的比相同的比。此外假如，在使第1气体分离膜单元11的气体透过速度(P’A(1))高于第3气体分离膜单元13时，作为[P’A(1)/P’A(3)]的比，可列举与作为[P’A(2)/P’A(3)]的比在上述中列举的比相同的比。
各气体分离膜单元11、12、13中的气体分离膜可根据供给的混合气体及作为目标的制品气体的种类适宜选择。作为气体分离膜，可没有特别限制地使用与该技术领域中至今使用的同样的气体分离膜。可列举出例如硅树脂、聚丁二烯树脂等橡胶状聚合物材料、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚砜、聚碳酸酯、纤维素等玻璃状聚合物材料及沸石等陶瓷材料。此外，气体分离膜也可以是均质膜、由均质层和多孔层构成的非对称膜、微多孔质膜等中的任一种。气体分离膜的在壳体内的收纳形态也可以是板框型、螺旋型、中空丝型等中的任一种。特别适合使用的气体分离膜是具有均质层的厚度为10nm以上且200nm、多孔质层的厚度为20μm以上且200μm以下的非对称结构、内径为30μm以上且500μm以下的范围的芳香族聚酰亚胺的中空丝气体分离膜。
1个气体分离膜单元内具备的气体分离膜模块可以为1条，或者也可以为多条。在1个气体分离膜单元内具备两条以上的气体分离膜模块时，优选在单元内将它们并联连接。在各气体分离膜单元具备多个气体分离膜模块时，通过变化该气体分离膜模块的条数能够容易调整单元内的膜面积。
采用本实施方式的气体分离系统10分离的混合气体只要是两种以上气体的混合物就不特别限定。本实施方式的气体分离系统例如能够适合在从主要含有甲烷气体和二氧化碳气体的生物气体中分离回收低透过性气体即甲烷气体的方法中使用。甲烷气体相当于低透过性气体即气体B，二氧化碳气体相当于高透过性气体即气体A。在此种情况下，在将分离回收的甲烷气体供给城市煤气管路时等，通过在第2气体分离膜单元12的非透过气体排出口12b上设置作为压缩机构的气体压缩机，也可以使甲烷气体达到高压。
接着，基于图3对本发明的另一实施方式的气体分离系统10’及采用其的本发明的富化气体的制造方法进行说明。在本实施方式的说明中，对于与前面的实施方式相同的部分标注相同的符号，并将其说明省略，主要对与前面的实施方式不同的地方进行说明。此外，如后述的连接部19a、管路排出口19b及通路19c那样，有时对于在前面的实施方式中也示出的构成更细地标注符号进行说明。
如图3所示，在本实施方式的气体分离系统10’中，与前面的实施方式不同，第3气体分离膜单元13的非透过气体排出口13b没有通过第3非透过气体管路24与第1气体分离膜单元11的第1非透过气体管路14连结。在本实施方式中，第3气体分离膜单元13的非透过气体排出口13b通过第3非透过气体管路26与第2气体分离膜单元12的非透过气体排出管路19连结(也可以将第3非透过气体管路26称为“非透过气体合流管路26”)。如果详细地说明此点，就是非透过气体排出管路19具有：与第2气体分离膜单元12的非透过气体排出口12b的连接部19a、从非透过气体排出口12b排出的非透过气体流通的通路19c、将从非透过气体排出口12b排出的沿着通路19c流通的非透过气体排出的管路排出口19b。也就是说，在非透过气体排出管路19中，通路19c存在于与非透过气体排出口12b的连接部19a和管路排出口19b之间。在图3所示的例子中，非透过气体排出管路19在其一端部具有连接部19a，在另一端部具有管路排出口19b。
第3气体分离膜单元13的非透过气体排出口13b通过第3非透过气体管路26，与非透过气体排出管路19中的通路19c、即连接部19a和管路排出口19b之间的位置连结。
导入给第3气体分离膜单元13的气体(该气体中的气体A被富化)通过该单元13被分离成透过气体和非透过气体。透过气体与导入给第3气体分离膜单元13的气体相比，气体A被进一步浓缩富化，可从该单元13的透过气体排出口13c取出。另一方面，将非透过气体从第3气体分离膜单元13的非透过气体排出口13b排出，经由连接在该排出口13b上的第3非透过气体管路26，合流在第2气体分离膜单元12的非透过气体排出管路19中的通路19c中。该非透过气体因被前面所述的第2压缩机构22加压而具有高的压力。通过将该不透过气体合流在相当于通过第1压缩机构21达到高压的气体的流路的第2气体分离膜单元12的非透过气体排出管路19中，与将该不透过气体返回给第1压缩机构21的吸入侧时相比，能够降低第1压缩机构21中的气体的吸入量。所以，在并用第1压缩机构21和第2压缩机构22时，与不使用第2压缩机构22时相比，具有可降低第1压缩机构21所需的压缩动力的有利效果。具体地讲，与只使用第1压缩机构21时所需的压缩动力相比能够降低第1压缩机构21及第2压缩机构22合计所需的压缩动力。而且，通过使用第2压缩机构22，还具有能够降低第1气体分离膜单元11及第2气体分离膜单元12中的膜面积的有利效果。详细地讲，在不使用第2压缩机构22时，不得不以比大气压高的压力回收来自第1气体分离膜单元11的透过气体，使第1气体分离膜单元11中的效率下降。此外，虽然说来自第1气体分离膜单元11的透过气体的压力比大气压高，但是也只是比大气压稍微高一些的水平的压力，因此第3气体分离膜单元13中的效率也下降。所以，在不使用第2压缩机构22时，不仅必须增加第3气体分离膜单元13的膜面积，而且还必须增加第1气体分离膜单元11及/或第2气体分离膜单元12的膜面积。与此相对，如果使用第2压缩机构22，就不会出现这样的不适合，因此如上所述，能够降低第1气体分离膜单元11及/或第2气体分离膜单元12中的膜面积。
另一方面，将从第1气体分离膜单元11的非透过气体排出口11b排出的非透过气体导入给第2气体分离膜单元12。导入给第2气体分离膜单元12的气体通过该单元12被分离为透过气体和非透过气体。非透过气体与导入给第2气体分离膜单元12的气体相比，气体B被进一步浓缩富化，可从该单元12的非透过气体排出口12b通过非透过气体排出管路19取出。从第2气体分离膜单元12的非透过气体排出口12b排出到非透过气体排出管路19中的非透过气体在非透过气体排出管路19中，在与从第3气体分离膜单元13排出的高压的非透过性气体合流后，可从非透过气体排出管路19的管路排出口19b取出。另一方面，将透过气体从第2气体分离膜单元12的透过气体排出口12c排出，经由与该排出口12c连接的第2透过气体管路17，返回给原料混合气体供给管路16中的第1压缩机构21的吸入侧。返回的透过气体在与原料即混合气体混合后，被第1压缩机构21加压。
如以上所述，根据本实施方式的气体分离系统10’，与前面的实施方式的气体分离系统10同样，如果假设作为目标的制品气体的纯度及回收率相同，则与现有技术、例如专利文献1所述的采用1个压缩机构的技术相比，可降低压缩机构所需的压缩动力。此外，与专利文献1记载的技术相比，可降低气体分离系统的总膜面积，例如可降低模块条数。此外即使在本实施方式中也与前面的实施方式同样，由于能够以刚被第2压缩机构22加压后的非透过气体的压力达到与刚被第1压缩机构加压后的原料混合气体的压力同等的程度以下的方式来运转第1压缩机构21及第2压缩机构22，因此能够扩大压缩机构的选择范围，提高系统设计的自由度。
以上，基于本发明的优选实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于所述实施方式。例如在所述实施方式中，作为各气体分离膜单元的一个例子，使用具有中空丝膜的气体分离膜单元，但也可以替代其而使用其它形态的气体分离膜单元。
实施例
以下，通过实施例对本发明更详细地进行说明。但是本发明的范围并不受所述实施例限制。
〔实施例1～8〕
采用图1所示的气体分离系统10或图3所示的气体分离系统10’，进行含有二氧化碳及甲烷的混合气体的分离。作为该系统10及10’中的第1压缩机构21及第2压缩机构22使用压缩机。混合气体的压力、流量及组成如下表1所示。作为构成第1～第3气体分离膜单元11、12、13的模块，将表1所示的种类的气体分离膜模块(气体分离膜模块A或B)多条并联连接地使用。气体分离膜模块A及B为将具有彼此不同的组成的由聚酰亚胺中空丝膜构成的气体分离膜收容在壳内的模块。表2中的气体分离膜模块A及B的P’CO2及P’CH4以及P’CO2/P’CH4为运转温度50℃时的数值。此外表2中的气体分离膜模块A’的P’CO2及P’CH4以及P’CO2/P’CH4的值为气体分离膜模块A的运转温度100℃时的数值。由表2清楚可知，气体分离膜模块A与气体分离膜模块B相比，气体分离选择性高。关于气体透过速度，气体分离膜模块B高于气体分离膜模块A。此外在100℃运转气体分离膜模块A时(A’)，与在50℃运转时(A)相比，气体透过速度高，气体分离选择性低。
将各气体分离膜单元11、12、13的运转温度及运转压力设定为表1所示的值。在此条件下进行混合气体的分离。而且，在各实施例中，求出甲烷纯度为95mol％及甲烷回收率为99％时的模块条数及膜面积以及压缩机动力。但是，关于实施例7，即使提高总膜面积及压缩机动力，回收率也为97.1％，因此求出了回收率为97.1％时的最低的模块条数及总膜面积以及压缩机动力。其结果示于表1。
〔比较例1～3〕
除了采用图4所示的气体分离系统100以外，与实施例1同样地分离混合气体。而且，在各比较例中，求出了甲烷纯度为95mol％及甲烷回收率为99％时的模块条数及膜面积以及压缩机动力。其结果示于表1。图4所示的气体分离系统100相当于专利文献1中记载的技术。
表2
P’CO2表示二氧化碳气体透过速度(单位为×10-5cm3(STP)/cm2·sec·cmHg)。
P’CH4表示甲烷气体透过速度(单位为×10-5cm3(STP)/cm2·sec·cmHg)。
P’CO2/P’CH4表示气体分离选择性。
从表1所示的结果判明，各实施例的气体分离系统与比较例1～3相比，能够降低气体分离系统的总膜面积，而且能够降低第1压缩机构21所需的压缩动力及系统的总压缩动力。特别是从实施例1和实施例2、3及4的对比判明，在运转时第2气体分离膜单元12的气体透过速度高于第3气体分离膜单元13、第3气体分离膜单元13的分离选择性高于第2气体分离膜单元12的实施例2、3及4中，与使第2及第3气体分离膜单元12、13中的运转时的气体透过速度及气体分离选择性相同的实施例1相比，能够进一步降低总膜面积，同时能够维持高的甲烷回收率。同样，从实施例5和实施例6、7及8的对比判明，在运转时第2气体分离膜单元12的气体透过速度高于第3气体分离膜单元13、第3气体分离膜单元13的分离选择性高于第2气体分离膜单元12的实施例6、7及8中，与使第2及第3气体分离膜单元12、13中的运转时的气体透过速度及气体分离选择性相同的实施例5相比，能够进一步降低总膜面积，同时能够将甲烷回收率维持在97.1％以上的一定程度的高度。
符号说明
10、10’、100 气体分离系统
11 第1气体分离膜单元
11a 气体入口
11b 非透过气体排出口
11c 透过气体排出口
12 第2气体分离膜单元
12a 气体入口
12b 非透过气体排出口
12c 透过气体排出口
13 第3气体分离膜单元
13a 气体入口
13b 非透过气体排出口
13c 透过气体排出口
14 第1非透过气体管路
15 第1透过气体管路
16 原料混合气体供给管路
17 第2透过气体管路
18、24、26 第3非透过气体管路
19 非透过气体排出管路(第2非透过气体管路)
19a 连接部
19b 管路排出口
19c 通路
20 透过气体排出管路(第3透过气体管路)
21 第1压缩机构
22 第2压缩机构
30 气体分离膜
31 壳体
32 开口部
33、34 管板
35、36 盖体
37 气体入口
38 非透过气体排出口
39 透过气体排出口
40 气体分离膜模块

Claims (10)

1.一种气体分离系统，其是将至少含有相互不同的两种气体的原料混合气体供给到气体分离膜单元，将该原料混合气体中包含的气体中的至少一种浓缩富化的气体分离系统，其中，
所述气体分离膜单元具备第1气体分离膜单元、第2气体分离膜单元及第3气体分离膜单元；
各气体分离膜单元至少具备气体入口、透过气体排出口及非透过气体排出口；
将第1气体分离膜单元的非透过气体排出口和第2气体分离膜单元的气体入口通过第1非透过气体管路连结；
将第1气体分离膜单元的透过气体排出口和第3气体分离膜单元的气体入口通过第1透过气体管路连结；
在第1气体分离膜单元的气体入口上连结原料混合气体供给管路，并且在该原料混合气体供给管路的中途夹着地配置第1压缩机构；
在所述第1透过气体管路的中途夹着地配置第2压缩机构；
将第2气体分离膜单元的透过气体排出口和所述原料混合气体供给管路中的第1压缩机构的吸入侧的位置通过第2透过气体管路连结；而且
将第3气体分离膜单元的非透过气体排出口和第1气体分离膜单元的第1非透过气体管路通过第3非透过气体管路连结；
从第2气体分离膜单元的非透过气体排出口及第3气体分离膜单元的透过气体排出口中的至少一方，取出被浓缩富化了的气体。
2.一种气体分离系统，其是将至少含有相互不同的两种气体的原料混合气体供给到气体分离膜单元，将该原料混合气体中包含的气体中的至少一种浓缩富化的气体分离系统，其中，
所述气体分离膜单元具备第1气体分离膜单元、第2气体分离膜单元及第3气体分离膜单元；
各气体分离膜单元至少具备气体入口、透过气体排出口及非透过气体排出口；
将第1气体分离膜单元的非透过气体排出口和第2气体分离膜单元的气体入口通过第1非透过气体管路连结；
将第1气体分离膜单元的透过气体排出口和第3气体分离膜单元的气体入口通过第1透过气体管路连结；
设置与第2气体分离膜单元的非透过气体排出口连接的非透过气体排出管路，该非透过气体排出管路具有使从该非透过气体排出口排出的非透过气体流通的通路、和将从该非透过气体排出口排出并沿该通路流通的非透过气体排出的管路排出口；
在第1气体分离膜单元的气体入口上连结原料混合气体供给管路，而且在该原料混合气体供给管路的中途夹着地配置第1压缩机构；
在所述第1透过气体管路的中途夹着地配置第2压缩机构；
将第2气体分离膜单元的透过气体排出口和所述原料混合气体供给管路中的第1压缩机构的吸入侧的位置通过第2透过气体管路连结；而且
将第3气体分离膜单元的非透过气体排出口和第2气体分离膜单元的非透过气体排出管路中的所述通路通过第3非透过气体管路连结；
从非透过气体排出管路的管路排出口及第3气体分离膜单元的透过气体排出口中的至少一方，取出被浓缩富化了的气体。
3.根据权利要求1或2所述的气体分离系统，其中，至少在运转时，第2气体分离膜单元的气体透过速度高于第3气体分离膜单元的气体透过速度，且第3气体分离膜单元的气体分离选择性高于第2气体分离膜单元的气体分离选择性。
4.根据权利要求3所述的气体分离系统，其中，通过与第3气体分离膜单元相比使第2气体分离膜单元的运转温度为高温，使第2气体分离膜单元的气体的透过速度高于第3气体分离膜单元，且使第3气体分离膜单元的气体分离选择性高于第2气体分离膜单元。
5.根据权利要求3所述的气体分离系统，其中，通过使第2气体分离膜单元和第3气体分离膜单元中使用的气体分离膜种类不同，使第2气体分离膜单元的气体的透过速度高于第3气体分离膜单元，且使第3气体分离膜单元的气体分离选择性高于第2气体分离膜单元。
6.一种富化气体的制造方法，其将至少含有相互不同的两种气体的原料混合气体供给到气体分离系统，使该气体分离系统运转，由此制造将该原料混合气体中包含的气体中的至少一种浓缩富化而得到的富化气体，其中，
作为气体分离系统，采用以下的气体分离系统，即：具有第1气体分离膜单元、第2气体分离膜单元及第3气体分离膜单元；在各气体分离膜单元中，至少设置气体入口、透过气体排出口及非透过气体排出口；将第1气体分离膜单元的非透过气体排出口和第2气体分离膜单元的气体入口通过第1非透过气体管路连结；将第1气体分离膜单元的透过气体排出口和第3气体分离膜单元的气体入口通过第1透过气体管路连结；在第1气体分离膜单元的气体入口上连结原料混合气体供给管路，而且在该原料混合气体供给管路的中途夹着地配置第1压缩机构；在所述第1透过气体管路的中途夹着地配置第2压缩机构；将第2气体分离膜单元的透过气体排出口和所述原料混合气体供给管路中的第1压缩机构的吸入侧的位置通过第2透过气体管路连结；而且将第3气体分离膜单元的非透过气体排出口和第1气体分离膜单元的第1非透过气体管路通过第3非透过气体管路连结；
将原料混合气体通过原料混合气体供给管路供给到第1气体分离膜单元，从第2气体分离膜单元的非透过气体排出口及第3气体分离膜单元的透过气体排出口中的至少一方，取出被浓缩富化了的气体。
7.一种富化气体的制造方法，其将至少含有相互不同的两种气体的原料混合气体供给到气体分离系统，使该气体分离系统运转，由此制造将该原料混合气体中包含的气体中的至少一种浓缩富化而得到的富化气体，其中，
作为气体分离系统，采用以下的气体分离系统，即：具有第1气体分离膜单元、第2气体分离膜单元及第3气体分离膜单元；在各气体分离膜单元中，至少设置气体入口、透过气体排出口及非透过气体排出口；将第1气体分离膜单元的非透过气体排出口和第2气体分离膜单元的气体入口通过第1非透过气体管路连结；将第1气体分离膜单元的透过气体排出口和第3气体分离膜单元的气体入口通过第1透过气体管路连结；设置与第2气体分离膜单元的非透过气体排出口连接的非透过气体排出管路；该非透过气体排出管路具有使从该非透过气体排出口排出的非透过气体流通的通路、和将从该非透过气体排出口排出并沿该通路流通的非透过气体排出的管路排出口；在第1气体分离膜单元的气体入口上连结原料混合气体供给管路，而且在该原料混合气体供给管路的中途夹着地配置第1压缩机构；在所述第1透过气体管路的中途夹着地配置第2压缩机构；将第2气体分离膜单元的透过气体排出口和所述原料混合气体供给管路中的第1压缩机构的吸入侧的位置通过第2透过气体管路连结；而且将第3气体分离膜单元的非透过气体排出口和第2气体分离膜单元的非透过气体排出管路中的所述通路通过第3非透过气体管路连结；
将原料混合气体通过原料混合气体供给管路供给到第1气体分离膜单元，从非透过气体排出管路的管路排出口及第3气体分离膜单元的透过气体排出口中的至少一方，取出被浓缩富化了的气体。
8.根据权利要求6或7所述的富化气体的制造方法，其中，使第2气体分离膜单元的气体的透过速度高于第3气体分离膜单元，且使第3气体分离膜单元的气体分离选择性高于第2气体分离膜单元，按此条件使气体分离系统运转。
9.根据权利要求8所述的富化气体的制造方法，其中，通过与第3气体分离膜单元相比使第2气体分离膜单元的运转温度为高温，使第2气体分离膜单元的气体的透过速度高于第3气体分离膜单元，且使第3气体分离膜单元的气体分离选择性高于第2气体分离膜单元。
10.根据权利要求8所述的富化气体的制造方法，其中，通过使第2气体分离膜单元和第3气体分离膜单元中使用的气体分离膜的种类不同，使第2气体分离膜单元的气体的透过速度高于第3气体分离膜单元，且使第3气体分离膜单元的气体分离选择性高于第2气体分离膜单元。
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