DE112022003960T5 - Gastrennsystem und Gastrennverfahren - Google Patents

Gastrennsystem und Gastrennverfahren Download PDF

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separation
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Abstract

Ein Gastrennsystem (1) umfasst eine Adsorptionsvorrichtung (11) und eine Trennmembranvorrichtung (12). Ein Mischgas, das ein Zielgas umfasst, wird in die Adsorptionsvorrichtung (11) eingeführt. Ferner wird ein Ersetzungsgas in die Adsorptionsvorrichtung (11) eingeführt und mindestens ein Teil des Gases, das dabei von der Adsorptionsvorrichtung (11) abgegeben wird, wird in einen Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembranvorrichtung (12) eingeführt, so dass ein erstes angereichertes Gas erhalten wird, das mit dem Zielgas durch die Trennmembran angereichert worden ist. Ferner wird nach dem Einführen des Ersetzungsgases das Gas von der Adsorptionsvorrichtung (11) abgegeben, während bewirkt wird, dass ein Adsorbens das Zielgas desorbiert oder entfernt, so dass ein zweites angereichertes Gas, das mit dem Zielgas angereichert ist, erhalten wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Erhalten eines Gases, das mit einem Zielgas angereichert ist, von einem Mischgas.
  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-160292 , die am 30. September 2021 am japanischen Patentamt eingereicht worden ist, wobei deren gesamte Offenbarung unter Bezugnahme hierin einbezogen ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Vorschläge zum miteinander Kombinieren einer Druckwechseladsorption (PSA)-Vorrichtung und einer Trennmembranvorrichtung zum Erhalten eines gewünschten Gases von einem Mischgas wurden herkömmlich gemacht, wie es beispielhaft in den japanischen offengelegten Patentanmeldungen Nr. S 61-230715 (Dokument 1), Nr. 2008-247632 (Dokument 2), Nr. 2008-247636 (Dokument 3), Nr. 2012-236134 (Dokument 4) und Nr. 2021-49482 (Dokument 5) angegeben ist. Gemäß dem Dokument 1 werden, nachdem ein Konverterabgas, das CO, CO2, H2O, N2, H2 und O2 enthält, in eine Adsorptionsvorrichtung eingeführt worden ist und H2O, CO2 und CO durch ein Adsorbens adsorbiert und von dem Abgas getrennt worden sind, CO2 und H2O von einem Mischgas aus H2O, CO2 und CO durch eine Permeation durch eine Trennmembran getrennt. Das hindurchgetretene Gas wird als Reinigungsgas in der Adsorptionsvorrichtung zum Spülen eines Restgases nach dem Abschluss des Adsorptionsverfahrens verwendet.
  • Gemäß den Dokumenten 2 und 3 adsorbiert ein Adsorbens in der PSA-Vorrichtung Komponenten, die von H2 verschieden sind, in einem Gas, das H2, CO2, usw., enthält, zum Extrahieren eines ersten Wasserstoff-angereicherten Gases als Wasserstoffprodukt. Das PSA-Abgas wird in dieser Reihenfolge von einer Wasserstoff-Trennmembran zu einer CO2-Trennmembran oder von der CO2-Trennmembran zu der Wasserstoff-Trennmembran geleitet und ein zweites Wasserstoff-angereichertes Gas, das durch die Wasserstoff-Trennmembran erhalten wird, wird zu der PSA-Vorrichtung zurückgeführt.
  • Gemäß dem Dokument 4 wird ein Permeatgas mit einer CO2-Konzentration von 80 % oder höher aus einem Mischgas, das CO2 enthält, durch eine CO2-Trennmembran erhalten, und danach wird ein kondensiertes CO2-Gas mit einer CO2-Konzentration von 80 % oder höher aus einem Retentatgas mittels der PSA-Vorrichtung erhalten.
  • Gemäß dem Dokument 5 wird ein gereinigtes Gas durch Adsorbieren und Entfernen von Verunreinigungen von einem Quellengas, das mindestens CO und H2 enthält, mittels einer Wärmewechseladsorptionsvorrichtung oder mittels der Druckwechseladsorptionsvorrichtung und der Wärmewechseladsorptionsvorrichtung und Abtrennen eines Teils des H2 mittels einer Wasserstofftrennvorrichtung erhalten. Das abgetrennte H2 wird als Spülgas in der Wärmewechseladsorptionsvorrichtung oder in der Druckwechseladsorptionsvorrichtung und der Wärmewechseladsorptionsvorrichtung verwendet.
  • Ferner wird herkömmlich in dem Fall, bei dem ein zu sammelndes Zielgas eine Art von Gas ist, die durch ein Adsorbens in einer Druckwechseladsorptionsvorrichtung adsorbiert oder absorbiert wird, die Effizienz des Sammelns eines Gases durch Einführen eines hochkonzentrierten Gases des adsorbierten Gases in die Druckwechseladsorptionsvorrichtung nach der Adsorption verbessert. Es liegt jedoch eine bestimmte Gasmenge vor, die nicht gesammelt werden kann, und daher ist eine Technik zum effizienteren Sammeln eines Gases erforderlich.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist für ein Gastrennsystem zum Erhalten eines Gases, das mit einem Zielgas angereichert ist, von einem Mischgas, welches das Zielgas umfasst, vorgesehen.
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gastrennsystem zum Erhalten eines Gases, das mit einem Zielgas angereichert ist, von einem Mischgas, welches das Zielgas umfasst. Das Gastrennsystem umfasst eine Adsorptionsvorrichtung, die ein Adsorbens in einem Innenraum umfasst, wobei das Adsorbens ein Zielgas adsorbiert oder absorbiert, eine Trennmembranvorrichtung, die eine Trennmembran umfasst, die das Zielgas durchlässt, wobei die Trennmembranvorrichtung das Zielgas von einem Gas, das in einen Raum auf einer Nicht-Permeatseite der Trennmembran eingeführt wird, zu einem Raum auf einer Permeatseite der Trennmembran strömen lässt, eine Mischgas-Zuführungseinrichtung, die ein Mischgas in die Adsorptionsvorrichtung einführt, wobei das Mischgas das Zielgas umfasst, eine Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung, die ein Ersetzungsgas in die Adsorptionsvorrichtung einführt, wobei das Ersetzungsgas eine höhere Konzentration des Zielgases aufweist als das Mischgas, eine Gasabgabeeinrichtung, die ein Gas in der Adsorptionsvorrichtung abgibt, einen Verbindungsdurchgang, der einen Durchgang zum Leiten eines Gases in der Adsorptionsvorrichtung zu dem Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran umfasst, wobei der Verbindungsdurchgang ferner ein Ventil umfasst, das in dem Durchgang angeordnet ist, und eine Steuereinrichtung.
  • Die Steuereinrichtung steuert die Mischgas-Zuführungseinrichtung, die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung, die Gasabgabeeinrichtung und das Ventil zum a) Einführen des Mischgases in die Adsorptionsvorrichtung, Bewirken, dass das Adsorbens das Zielgas adsorbiert oder absorbiert, und Abgeben eines Gases, das durch das Adsorbens nicht adsorbiert oder absorbiert wird, von der Adsorptionsvorrichtung, b) nach dem Vorgang a), Einführen des Ersetzungsgases in die Adsorptionsvorrichtung, c) Einführen mindestens eines Teils des Gases, das von der Adsorptionsvorrichtung in dem Vorgang b) abgegeben worden ist, in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran und Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch die Trennmembran in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite, und d) nach dem Vorgang b), Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch Abgeben eines Gases von der Adsorptionsvorrichtung, während bewirkt wird, dass das Adsorbens das Zielgas desorbiert oder entfernt.
  • Das Gastrennsystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Zielgas effizient erhalten.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Gastrennsystem gemäß dem ersten Aspekt, wobei in dem Vorgang c) ein Anfangsvolumen des Gases, das von der Adsorptionsvorrichtung abgegeben worden ist, nicht in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran eingeführt wird, oder wenn das Anfangsvolumen des Gases, das von der Adsorptionsvorrichtung abgegeben worden ist, in den Raum auf der Nicht-Permeatseite eingeführt wird, eine Gastrennung durch die Trennmembran nicht durchgeführt wird.
  • Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Gastrennsystem gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt, das ferner einen Durchgang zum Leiten eines Gases in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran zu der Mischgas-Zuführungseinrichtung zur Verwendung als Teil des Mischgases umfasst.
  • Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Gastrennsystem gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt (oder jedwedem des ersten bis dritten Aspekts), das ferner eine weitere Adsorptionsvorrichtung umfasst, die der Adsorptionsvorrichtung ähnlich ist. Der Verbindungsdurchgang umfasst einen Durchgang zum Leiten eines Gases in der weiteren Adsorptionsvorrichtung zu dem Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran, wobei der Verbindungsdurchgang ferner ein weiteres Ventil umfasst, das in dem Durchgang angeordnet ist.
  • Die Steuereinrichtung steuert die Mischgas-Zuführungseinrichtung, die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung, die Gasabgabeeinrichtung, das Ventil und das weitere Ventil zum e) Einführen des Mischgases in die weitere Adsorptionsvorrichtung, f) nach dem Vorgang e), Einführen des Ersetzungsgases in die weitere Adsorptionsvorrichtung, g) Einführen mindestens eines Teils eines Gases, das von der weiteren Adsorptionsvorrichtung in dem Vorgang f) abgegeben worden ist, in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran und Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch die Trennmembran von einem Gas in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite, und h) nach dem Vorgang f), Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch Abgeben eines Gases von der weiteren Adsorptionsvorrichtung, während bewirkt wird, dass ein Adsorbens in der weiteren Adsorptionsvorrichtung das Zielgas desorbiert oder entfernt. Dabei werden die Vorgänge f) bis h) während der Ausführung des Vorgangs a) ausgeführt und die Vorgänge b) bis d) werden während der Ausführung des Vorgangs e) ausgeführt.
  • Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Gastrennsystem gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt (oder jedwedem des ersten bis vierten Aspekts), wobei das Zielgas Kohlendioxidgas ist.
  • Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Gastrennsystem gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt (oder jedwedem des ersten bis fünften Aspekts), wobei das Ersetzungsgas eine Konzentration des Zielgases von höher als oder gleich 98 % aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung ist auch für ein Gastrennverfahren zum Erhalten eines Gases, das mit einem Zielgas angereichert ist, von einem Mischgas, welches das Zielgas umfasst, vorgesehen.
  • Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gastrennverfahren zum Erhalten eines Gases, das mit einem Zielgas angereichert ist, von einem Mischgas, welches das Zielgas umfasst. Das Gastrennverfahren umfasst a) Einführen eines Mischgases, das ein Zielgas umfasst, in eine Adsorptionsvorrichtung, die ein Adsorbens in einem Innenraum umfasst, Bewirken, dass das Adsorbens das Zielgas adsorbiert oder absorbiert, und Abgeben eines Gases, das nicht durch das Adsorbens adsorbiert wird, von der Adsorptionsvorrichtung, b) nach dem Vorgang a), Einführen eines Ersetzungsgases in die Adsorptionsvorrichtung, wobei das Ersetzungsgas eine höhere Konzentration des Zielgases aufweist als das Mischgas, c) Einführen mindestens eines Teils des Gases, das in dem Vorgang b) von der Adsorptionsvorrichtung abgegeben worden ist, in einen Raum auf einer Nicht-Permeatseite einer Trennmembranvorrichtung, die eine Trennmembran umfasst, die das Zielgas durchlässt, und Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch die Trennmembran von einem Gas in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite, und d) nach dem Vorgang b), Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch Abgeben eines Gases von der Adsorptionsvorrichtung, während bewirkt wird, dass das Adsorbens das Zielgas desorbiert oder entfernt.
  • Das Gastrennverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht ein effizientes Erhalten des Zielgases.
  • Ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Gastrennverfahren gemäß dem siebten Aspekt, wobei in dem Vorgang c) ein Anfangsvolumen des Gases, das von der Adsorptionsvorrichtung abgegeben wird, nicht in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran eingeführt wird, oder wenn das Anfangsvolumen des Gases, das von der Adsorptionsvorrichtung abgegeben wird, in den Raum auf der Nicht-Permeatseite eingeführt wird, eine Gastrennung durch die Trennmembran nicht durchgeführt wird.
  • Ein neunter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Gastrennverfahren gemäß dem siebten oder achten Aspekt, wobei eine durchschnittliche Konzentration des Zielgases in dem Gas, das in die Trennmembranvorrichtung in dem Vorgang c) eingeführt wird, höher ist als eine Konzentration des Zielgases in dem Mischgas.
  • Ein zehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Gastrennverfahren gemäß dem siebten oder achten Aspekt (oder jedwedem des siebten bis neunten Aspekts), wobei das Gas, das in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran in dem Vorgang c) erhalten wird, als Teil des Mischgases verwendet wird.
  • Ein elfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Gastrennverfahren gemäß dem siebten oder achten Aspekt (oder jedwedem des siebten bis zehnten Aspekts), das ferner e) Einführen des Mischgases in eine weitere Adsorptionsvorrichtung, die der Adsorptionsvorrichtung ähnlich ist, f) nach dem Vorgang e), Einführen des Ersetzungsgases in die weitere Adsorptionsvorrichtung, g) Einführen mindestens eines Teils eines Gases, das von der weiteren Adsorptionsvorrichtung in dem Vorgang f) abgegeben worden ist, in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembranvorrichtung und Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch die Trennmembran von dem Gas in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite, und h) nach dem Vorgang f), Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch Abgeben eines Gases von der weiteren Adsorptionsvorrichtung, während bewirkt wird, dass ein Adsorbens in der weiteren Adsorptionsvorrichtung das Zielgas desorbiert oder entfernt, umfasst. Dabei werden die Vorgänge f) bis h) während der Ausführung des Vorgangs a) ausgeführt und die Vorgänge b) bis d) werden während der Ausführung des Vorgangs e) ausgeführt.
  • Ein zwölfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Gastrennverfahren gemäß dem siebten oder achten Aspekt (oder jedwedem des siebten bis elften Aspekts), wobei das Zielgas Kohlendioxidgas ist.
  • Ein dreizehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Gastrennverfahren gemäß dem siebten oder achten Aspekt (oder jedwedem des siebten bis zwölften Aspekts), wobei das Ersetzungsgas eine Konzentration des Zielgases von höher als oder gleich 98 % aufweist.
  • Ein vierzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Gastrennverfahren gemäß dem siebten oder achten Aspekt (oder jedwedem des siebten bis dreizehnten Aspekts), das ferner das Mischen des Gases, das mit dem Zielgas in dem Vorgang c) angereichert worden ist, mit dem Gas, das mit dem Zielgas in dem Vorgang d) angereichert worden ist, umfasst.
  • Ein fünfzehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der siebte oder achte Aspekt (oder jedweder des siebten bis vierzehnten Aspekts), wobei das Ersetzungsgas in dem Vorgang b) entweder das Gas, das mit dem Zielgas in dem Vorgang c) angereichert worden ist, oder das Gas ist, das mit dem Zielgas in dem Vorgang d) angereichert worden ist.
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung deutlicher, wenn diese mit den beigefügten Zeichnungen zusammengenommen wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist ein Diagramm, das einen Aufbau eines Gastrennsystems zeigt.
    • 2 ist ein Flussdiagramm von Vorgängen des Gastrennsystems.
    • 3 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Vorgänge des Gastrennsystems.
    • 4 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Vorgänge des Gastrennsystems.
    • 5 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Vorgänge des Gastrennsystems.
    • 6 ist ein Diagramm, das eine Variation des Gastrennsystems zeigt.
    • 7 ist ein Diagramm, das ein Gastrennsystem gemäß einem weiteren Beispiel zeigt.
    • 8 ist ein Flussdiagramm von Vorgängen des Gastrennsystems.
    • 9 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Vorgänge des Gastrennsystems.
    • 10 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Vorgänge des Gastrennsystems.
    • 11 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Vorgänge des Gastrennsystems.
    • 12 ist ein Diagramm zum Beschreiben der Vorgänge des Gastrennsystems.
    • 13 ist ein Diagramm, das eine Variation des Gastrennsystems zeigt.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die 1 ist ein Diagramm, das einen Aufbau eines Gastrennsystem 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Gastrennsystem 1 erhält ein Gas, das mit einem Zielgas angereichert ist, von einem Mischgas, welches das Zielgas umfasst. D.h., das Zielgas ist ein Gas, das von dem Mischgas gesammelt werden soll. Der Begriff „Zielgas“ bezieht sich auf eine spezifische Art von Gas und entspricht einer oder einer Mehrzahl von Komponente(n), die in dem Mischgas enthalten ist oder sind. Der Begriff „Mischgas“ bezieht sich auf ein Gas, in dem eine Mehrzahl von Gasarten gemischt sind und es ist ein Gas, das dem Gastrennsystem 1 zugeführt werden soll. In der vorliegenden Ausführungsform kann das Zielgas beispielsweise Kohlendioxidgas sein (nachstehend einfach als „CO2“ bezeichnet). In der vorliegenden Ausführungsform kann das Mischgas beispielsweise ein Abgas sein, das von einer Anlage wie z.B. einem Kraftwerk, einer Müllverbrennungsanlage, einem Stahlwerk oder einem Zementfabrik abgegeben wird.
  • Das Gastrennsystem 1 umfasst eine Adsorptionsvorrichtung 11, eine Trennmembranvorrichtung 12, eine Mischgas-Zuführungseinrichtung 13, eine Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14, eine Gasabgabeeinrichtung 15, einen Verbindungsdurchgang 161 und eine Steuereinrichtung 17. Beispiele für die Adsorptionsvorrichtung 11 gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen eine Druckwechseladsorption (PSA)-Vorrichtung, eine Wärmewechseladsorption (TSA)-Vorrichtung, eine Druck- und Wärmewechseladsorption (PTSA)-Vorrichtung, und eine Feststoffabsorptionsvorrichtung (eine Vorrichtung, die ein Feststoffabsorbens nutzt). Beispielsweise kann die Adsorptionsvorrichtung 11 ein Adsorbens in einem Innenraum eines etwa zylindrischen Behälters enthalten, der als „Adsorptionsturm“ bezeichnet wird. Das Adsorbens gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Feststoffmaterial sein, welches das Zielgas selektiv adsorbiert oder absorbiert. Vorzugsweise kann das zu verwendende Adsorbens ein Adsorbens sein, das nur das Zielgas oder eine maximale Menge des Zielgases adsorbiert oder absorbiert. Das Adsorbens kann auch gleichzeitig verschiedene Arten von Gasen, die von dem Zielgas verschieden sind, adsorbieren oder absorbieren. Als das Adsorbens können jedwede von verschiedenen bekannten Adsorbentien verwendet werden, und Beispiele für das zu verwendende Adsorbens umfassen Zeolith, ein Kohlenstoff-Molekularsieb, Aktivkohle, aktiviertes Aluminiumoxid, Silicagel, Siliziumoxid-Aluminiumoxid, ein metallorganisches Gerüst (MOF) und ein festes Amin. Als weitere Alternative, kann ein poröser Körper (z.B. poröses Siliziumoxid, poröses Aluminiumoxid oder poröses Titanoxid), auf dem eine Substanz zum Absorbieren des Zielgases (ein sogenanntes „Feststoffabsorbens“) geträgert ist, als das Adsorbens verwendet werden. Ferner kann es sich bei dem Adsorbens um ein oder mehrere Material(ien) handeln, das oder die aus den vorstehend genannten Materialien ausgewählt ist oder sind. Wenn das Zielgas CO2 ist, kann das zu verwendende Adsorbens beispielsweise ein Zeolith des X-Typs, ein Kohlenstoff-Molekularsieb oder ein Feststoffabsorbens sein, auf dem ein Amin oder dergleichen geträgert ist. Es sollte beachtet werden, dass das Adsorbens ein Feststoffmaterial ist und diese Definition kein flüssiges Material, wie z.B. eine Aminlösung, umfasst. Die vorliegende Ausführungsform beschreibt einen Fall, bei dem die Adsorptionsvorrichtung 11 eine PSA-Vorrichtung ist.
  • Die Trennmembranvorrichtung 12 umfasst eine Trennmembran, die das Zielgas selektiv durchlässt. Die Trennmembranvorrichtung 12 umfasst ein Gehäuse (Behälter), in dem die Trennmembran aufgenommen ist und dessen Inneres durch die Trennmembran in einen Raum auf der Nicht-Permeatseite, in dem ein Gas vor der Trennung eingeführt wird, und einen Raum auf der Permeatseite, auf der ein abgetrenntes Gas vorliegt, aufgeteilt ist. Die Trennmembranvorrichtung 12 kann eine Mehrzahl von Trennmembranen oder eine Mehrzahl von Gehäusen umfassen. In der Trennmembranvorrichtung 12 strömt von dem Gas, das in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran eingeführt worden ist, das Zielgas zu dem Raum auf der Permeatseite der Trennmembran. Vorzugsweise kann eine Membran, die nur das Zielgas durchlässt oder eine maximale Menge des Zielgases durchlässt, als die Trennmembran verwendet werden. Die Trennmembran kann gleichzeitig auch eine andere Art von Gas, die von dem Zielgas verschieden ist, durchlassen. Als die Trennmembran kann jedwede von verschiedenen bekannten Trennmembranen verwendet werden und beispielsweise kann eine Zeolithmembran, eine Kohlenstoffmembran, eine Siliziumoxidmembran, eine Polymermembran oder eine Membran mit erleichtertem Transport verwendet werden. Als ein bevorzugtes Beispiel kann die Trennmembran eine Zeolithmembran sein, die auf einem porösen Träger ausgebildet ist. Wenn das Zielgas CO2 ist, kann beispielsweise eine Zeolithmembran des Y-Typs, DDR-Typs oder CHA-Typs als die Trennmembran verwendet werden.
  • Das Gas, das in die Trennmembranvorrichtung 12 eingeführt wird, wird in den Raum auf der Nicht-Permeatseite eingeführt, und ein Gas, das durch die Trennmembran hindurchdringen kann, strömt zu dem Raum auf der Permeatseite. In dem Beispiel, das in der 1 gezeigt ist, ist der Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembranvorrichtung 12 mit einem Abgabedurchgang 121 verbunden und ein Abgabeventil 122 ist in dem Abgabedurchgang 121 angeordnet. Der Raum auf der Nicht-Permeatseite ist mit einem Verbindungsdurchgang 161 zum Einführen eines Gases verbunden. Der Raum auf der Permeatseite ist mit einem Sammelweg 123 verbunden und ein Sammelventil 124 und eine Druckminderungspumpe 125 sind in dem Sammelweg 123 angeordnet. Der Sammelweg 123 ist mit einem Sammeltank 18 verbunden. Das Abgabeventil 122 und das Sammelventil 124 sind Ein-Aus-Ventile.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das Gehäuse, in dem die Trennmembran aufgenommen ist, als die Trennmembranvorrichtung 12 beschrieben, jedoch können der Abgabedurchgang 121, das Abgabeventil 122, der Sammelweg 123, das Sammelventil 124 und die Druckminderungspumpe 125, die für eine Gastrennung relevant sind, als Teil der Trennmembranvorrichtung 12 betrachtet werden. In Bezug auf die Trennmembranvorrichtung 12 können andere Komponenten, wie z.B. Ventile (die nicht auf Ein-Aus-Ventile beschränkt sind und Druckregelventile (z.B. Rückschlagventile; das gleiche gilt nachstehend) oder jedwede andere Art von Ventilen sein können), Druckminderungspumpen, Kompressoren oder Durchgänge, an verschiedenen Stellen angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Gebläse oder eine Druckminderungspumpe in dem Abgabedurchgang 121 angeordnet sein.
  • Die Mischgas-Zuführungseinrichtung 13 führt ein Mischgas in die Adsorptionsvorrichtung 11 ein. Die Mischgas-Zuführungseinrichtung 13 umfasst eine Mischgas-Zuführungsquelle 131, einen Zuführungsdurchgang 132 und ein Speiseventil 133, das in dem Zuführungsdurchgang 132 angeordnet ist. Das Speiseventil 133 ist ein Ein-Aus-Ventil. Die Mischgas-Zuführungsquelle 131 ist im Allgemeinen ein Tank zum Lagern eines Mischgases und kann mit einem Gebläse oder einer Pumpe zum Abgeben eines Gases verbunden sein. Leitungen zum Leiten des Mischgases zu dem Zuführungsdurchgang 132 können als die Mischgas-Zuführungsquelle 131 betrachtet werden. Alternativ kann die Abgabequelle des Mischgases die Mischgas-Zuführungsquelle 131 sein. Der Zuführungsdurchgang 132 verbindet die Mischgas-Zuführungsquelle 131 und die Adsorptionsvorrichtung 11. Ein Teil des Zuführungsdurchgangs 132 in der Nähe der Adsorptionsvorrichtung 11 ist anderen Durchgängen gemeinsam. Die Mischgas-Zuführungseinrichtung 13, die in der 1 gezeigt ist, dient lediglich der Veranschaulichung und jedwede andere Komponenten, wie z.B. Ventile (die nicht auf Ein-Aus-Ventile beschränkt sind und Druckregelventile oder jedwede andere Art von Ventilen sein können), Druckminderungspumpen, Kompressoren oder Durchgänge, können an verschiedenen Stellen angeordnet sein. Darüber hinaus können weitere Vorrichtungen, wie z.B. ein Trockner oder Entwässerer, zwischen der Mischgas-Zuführungsquelle 131 und der Adsorptionsvorrichtung 11 angeordnet sein.
  • Die Konzentration des Zielgases in dem Mischgas kann vorzugsweise höher als oder gleich 1 % und niedriger als oder gleich 30 % und mehr bevorzugt höher als oder gleich 2 % und niedriger als oder gleich 20 % sein. Wenn das Zielgas CO2 ist, kann die Konzentration des Zielgases in dem Mischgas vorzugsweise höher als oder gleich 3 % und niedriger als oder gleich 30 % sein.
  • Die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14 führt ein Ersetzungsgas in die Adsorptionsvorrichtung 11 ein. Der Begriff „Ersetzungsgas“ bezieht sich auf ein Gas, das der Adsorptionsvorrichtung 11 zugeführt wird, um das Gas innerhalb der Adsorptionsvorrichtung 11 zu ersetzen. Das Ersetzungsgas ist ein Gas, das eine höhere Konzentration des Zielgases aufweist als das Mischgas. Die Konzentration des Zielgases in dem Ersetzungsgas kann vorzugsweise höher als oder gleich 95 % und niedriger als oder gleich 100 % und mehr bevorzugt höher als oder gleich 98 % und niedriger als oder gleich 100 % sein.
  • Die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14 umfasst eine Ersetzungsgas-Zuführungsquelle 141, einen Zuführungsdurchgang 142 und ein Speiseventil 143, das in dem Zuführungsdurchgang 142 angeordnet ist. Das Speiseventil 143 ist ein Ein-Aus-Ventil. Das Ersetzungsgas-Zuführungsquelle 141 ist im Allgemeinen ein Tank zum Lagern des Ersetzungsgases und kann mit einem Gebläse oder einer Pumpe zum Abgeben von Gas ausgestattet sein. Leitungen zum Leiten des Ersetzungsgases zu dem Zuführungsdurchgang 142 können als die Ersetzungsgas-Zuführungsquelle 141 betrachtet werden. Ferner kann die Abgabequelle des Ersetzungsgases die Ersetzungsgas-Zuführungsquelle 141 sein. Der Zuführungsdurchgang 142 verbindet die Ersetzungsgas-Zuführungsquelle 141 und die Adsorptionsvorrichtung 11. Ein Teil des Zuführungsdurchgangs 142 in der Nähe der Adsorptionsvorrichtung 11 ist anderen Durchgängen gemeinsam. Die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14, die in der 1 gezeigt ist, dient lediglich der Veranschaulichung und jedwede andere Komponenten, wie z.B. Ventile (die nicht auf Ein-Aus-Ventile beschränkt sind und Druckregelventile oder jedwede andere Art von Ventilen sein können), Druckminderungspumpen, Kompressoren oder Durchgänge, können an verschiedenen Stellen angeordnet sein.
  • Die Gasabgabeeinrichtung 15 gibt ein Gas innerhalb der Adsorptionsvorrichtung 11 ab. Die Gasabgabeeinrichtung 15 umfasst einen Abgabedurchgang 151, ein Abgabeventil 152 ist in dem Abgabedurchgang 151 angeordnet und eine Druckminderungspumpe 153 ist in dem Abgabedurchgang 151 angeordnet. Der Abgabedurchgang 151 verbindet die Adsorptionsvorrichtung 11 und den Sammeltank 19. Das Abgabeventil 152 ist ein Ein-Aus-Ventil. Die Gasabgabeeinrichtung 15 gibt ein Gas von dem Innenraum der Adsorptionsvorrichtung 11 ab, so dass das Gas von dem Adsorbens desorbiert oder entfernt und in dem Sammeltank 19 gelagert wird. Die Gasabgabeeinrichtung 15 dient lediglich der Veranschaulichung und weitere Komponenten, wie z.B. Ventile (die nicht auf Ein-Aus-Ventile beschränkt sind und Druckregelventile oder jedwede andere Art von Ventilen sein können), Druckminderungspumpen, Kompressoren, Durchgänge, können an verschiedenen Stellen angeordnet sein.
  • Der Verbindungsdurchgang 161 verbindet die Adsorptionsvorrichtung 11 und die Trennmembranvorrichtung 12. Der Verbindungsdurchgang 161 leitet das Gas innerhalb der Adsorptionsvorrichtung 11 in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran. Ein Verbindungsventil 162 ist in dem Verbindungsdurchgang 161 angeordnet. Das Verbindungsventil 162 ist ein Ein-Aus-Ventil. Der Verbindungsdurchgang 161 ist mit einem Abgabedurchgang 163 zwischen der Adsorptionsvorrichtung 11 und dem Verbindungsventil 162 verbunden. Ein Abgabeventil 164 ist in dem Abgabedurchgang 163 angeordnet. Das Abgabeventil 164 ist ein Ein-Aus-Ventil.
  • Die Steuereinrichtung 17 steuert die vorstehend genannten Aufbauelemente. D.h., die Steuereinrichtung 17 steuert die Ventile, die Druckminderungspumpen und jedwede von weiteren verschiedenen Zuführungsquellen, usw., die in die vorstehend genannten Aufbauelemente einbezogen sind. Insbesondere steuert die Steuereinrichtung 17 die Mischgas-Zuführungseinrichtung 13, die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14, die Gasabgabeeinrichtung 15 und das Verbindungsventil 162. Die Steuereinrichtung 17 steuert ferner beispielsweise, periphere Komponenten (einschließlich diejenigen, die nicht gezeigt sind) der Adsorptionsvorrichtung 11 und der Trennmembranvorrichtung 12, und das Abgabeventil 164.
  • Nachstehend werden Vorgänge des Gastrennsystems 1 beschrieben, die unter der Steuerung der Steuereinrichtung 17 durchgeführt werden. Die 2 ist ein Flussdiagramm der Vorgänge des Gastrennsystems 1. Die 3 bis 5 sind Diagramme zum Beschreiben der Vorgänge des Gastrennsystems 1.
  • Zuerst führt die Mischgas-Zuführungseinrichtung 13 ein Mischgas in die Adsorptionsvorrichtung 11 ein, wie es in der 3 gezeigt ist (Schritt S11). Insbesondere wird in einem Zustand, in dem der Druck in der Adsorptionsvorrichtung 11 im Vorhinein vermindert wird und die Ventile 133, 143, 152, 162 und 164 um die Adsorptionsvorrichtung 11 geschlossen sind, das Speiseventil 133 geöffnet, um das Mischgas von der Mischgas-Zuführungsquelle 131 durch den Zuführungsdurchgang 132 in die Adsorptionsvorrichtung 11 einzuführen. Ferner wird dann, wenn der Druck in der Adsorptionsvorrichtung 11 höher als der oder gleich dem Atmosphärendruck wird, das Abgabeventil 164 geöffnet, so dass das Mischgas ferner von der Mischgas-Zuführungsquelle 131 in die Adsorptionsvorrichtung 11 eingeführt wird. Demgemäß wird das Zielgas durch das Adsorbens adsorbiert oder absorbiert und ein Gas, das nicht durch das Adsorbens adsorbiert oder absorbiert wird, wird durch den Abgabedurchgang 163 aus der Adsorptionsvorrichtung 11 abgegeben. Es sollte beachtet werden, dass es sich bei dem abzugebenden Gas nicht um das gesamte gas handeln muss, das nicht durch das Adsorbens adsorbiert wird. Das Gas, das von der Adsorptionsvorrichtung 11 vor dem Durchbruch des Adsorbens, d.h., bevor das Adsorbens das Zielgas nicht mehr länger adsorbieren oder absorbieren kann, abgegeben wird, ist ein Gas mit niedriger Konzentration mit einer niedrigen Konzentration des Zielgases. Das Abgas kann zur Verwendung in anderen Anwendungen gesammelt werden. Vor dem Durchbruch des Adsorbens in der Adsorptionsvorrichtung 11 wird das Speiseventil 133 geschlossen, so dass die Zuführung des Mischgases zu der Adsorptionsvorrichtung 11 gestoppt wird.
  • Nach dem Schritt S11 führt die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14 ein Ersetzungsgas in die Adsorptionsvorrichtung 11 ein, wie es in der 4 gezeigt ist (Schritt S12). Insbesondere werden die Ventile 133 und 164 geschlossen, das Speiseventil 143 wird geöffnet und das Verbindungsventil 162 wird geöffnet, so dass das Ersetzungsgas von der Ersetzungsgas-Zuführungsquelle 141 durch den Zuführungsdurchgang 142 in die Adsorptionsvorrichtung 11 eingeführt wird. Demgemäß werden die Zwischenräume des Adsorbens mit dem Ersetzungsgas gefüllt. Dabei wird der Druck in der Adsorptionsvorrichtung 11 so aufrechterhalten, dass er höher als der oder gleich dem Atmosphärendruck ist, um eine Desorption oder Entfernung des Zielgases von dem Adsorbens zu verhindern.
  • In dem Schritt S12 wird ein Teil des Mischgases und des Ersetzungsgases, die in den Zwischenräumen des Adsorbens enthalten sind, durch den Verbindungsdurchgang 161 in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembranvorrichtung 12 eingeführt. Das Gas in der anfänglichen Stufe von Schritt S12 kann durch den Abgabedurchgang 163 oder den Abgabedurchgang 121 abgegeben werden, da es sich dabei um das Mischgas handelt, von dem das Zielgas entfernt worden ist. D.h., mindestens ein Teil des Gases, das von der Adsorptionsvorrichtung 11 abgegeben wird, wird in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran eingeführt. Wenn das Innere der Trennmembranvorrichtung 12 in einem Zustand mit vermindertem Druck vorliegt, kann das Abgabeventil 122 geschlossen bleiben.
  • Insbesondere wird ein Anfangsvolumen des Gases, das von der Adsorptionsvorrichtung 11 abgegeben wird, durch den Abgabedurchgang 163 abgegeben und wird nicht in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran eingeführt. Alternativ kann, wenn das Anfangsvolumen des Gases, das von der Adsorptionsvorrichtung 11 abgegeben wird, in den Raum auf der Nicht-Permeatseite eingeführt wird, das Sammelventil 124 geschlossen werden, so dass verhindert wird, dass das Gas durch die Trennmembran getrennt wird. Dadurch kann die Trennmembran das Zielgas effizient von dem Gas trennen, das von der Adsorptionsvorrichtung 11 während der Gasersetzung in der Adsorptionsvorrichtung 11 abgegeben wird. Vorzugsweise ist eine durchschnittliche Konzentration des Zielgases in dem Gas, das in die Trennmembranvorrichtung 12 eingeführt wird, höher als die Konzentration des Zielgases in dem Mischgas. Dies verbessert die Effizienz des Erhaltens des Zielgases durch die Trennmembran weiter.
  • Wenn die Trennmembranvorrichtung 12 das Gas trennt, werden die Ventile 164 und 122 geschlossen, das Sammelventil 124 wird geöffnet und die Druckminderungspumpe 125 wird betrieben, so dass das Gas, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas (nachstehend als das „erste angereicherte Gas“ bezeichnet), durch die Trennmembran von dem Gas in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite erhalten wird (Schritt S13). Das erste angereicherte Gas wird in dem Sammeltank 18 gelagert. Die Konzentration des Zielgases in dem ersten angereicherten Gas kann vorzugsweise höher als oder gleich 90 % und niedriger als oder gleich 100 % und mehr bevorzugt höher als oder gleich 98 % und niedriger als oder gleich 100 % sein. Es sollte beachtet werden, dass die Trennmembranvorrichtung 12 das Gas trennen kann, während die Ventile 164 und 122 offengehalten werden und das Ersetzungsgas in die Adsorptionsvorrichtung 11 eingeführt wird.
  • Danach werden, wie es in der 5 gezeigt ist, das Speiseventil 143 und das Verbindungsventil 162 geschlossen, das Abgabeventil 152 wird geöffnet und die Druckminderungspumpe 153 wird betrieben. D.h., die Gasabgabeeinrichtung 15 gibt das Gas von der Adsorptionsvorrichtung 11 ab, während das Zielgas von dem Adsorbens desorbiert oder entfernt wird. Demgemäß wird ein Gas erhalten, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas (nachstehend als „zweites angereichertes Gas“ bezeichnet) (Schritt S14). Das zweite angereicherte Gas wird durch den Abgabedurchgang 151 in dem Sammeltank 19 gelagert. Die Konzentration des Zielgases in dem zweiten angereicherten Gas kann vorzugsweise höher als oder gleich 95 % und niedriger als oder gleich 100 % und mehr bevorzugt höher als oder gleich 98 % und niedriger als oder gleich 100 % sein.
  • In der vorstehenden Beschreibung kann, während der Schritt S12 und der Schritt S13 parallel durchgeführt werden, der Schritt S13 parallel mit dem Schritt S14 durchgeführt werden oder der Schritt S13 kann zwischen dem Schritt S12 und dem Schritt S14 durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Puffertank in dem Verbindungsdurchgang 161 angeordnet werden und das Gas, das von der Adsorptionsvorrichtung 11 in dem Schritt S12 abgegeben wird, kann in dem Puffertank gelagert werden. In diesem Fall ist die Abfolge der Schritte S13 und 14 beliebig austauschbar. Es ist bevorzugt, dass in dem Fall, bei dem ein solcher Puffertank bereitgestellt ist, die Schritte S13 und S14 parallel durchgeführt werden können.
  • Das erste angereicherte Gas und das zweite angereicherte Gas werden gegebenenfalls miteinander gemischt (Schritt S15). Selbstverständlich besteht kein Erfordernis, das erste angereicherte Gas und das zweite angereicherte Gas miteinander zu mischen.
  • Das Gas, das in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran nach der Ausführung von Schritt S13 zurückbleibt, ist das Gas, von dem das Zielgas durch die Trennmembran entfernt worden ist, d.h., ein Gas mit niedriger Konzentration, dessen Konzentration des Zielgases vermindert ist. Dieses Gas enthält das Zielgas jedoch in einem gewissen Ausmaß. Folglich ist es zum effizienteren Erhalten des Zielgases bevorzugt, das Gas, das in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite zurückbleibt, durch einen Durchgang 121a zu der Mischgas-Zuführungseinrichtung 13 zurückzuführen und als Teil des Mischgases zu verwenden. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird das Gas, das in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite zurückgeblieben ist, in einer geeigneten Weise durch den Abgabedurchgang 121 beispielsweise unter Verwendung einer Druckminderungspumpe abgegeben. Das durch den Abgabedurchgang 121 abgegebene Gas kann in einem Tank gesammelt werden.
  • Das erste angereicherte Gas oder das zweite angereicherte Gas kann als das Ersetzungsgas in dem Schritt S12 verwendet werden. Alternativ kann das angereicherte Gas, das in dem Schritt S15 gemischt wird, als das Ersetzungsgas verwendet werden. Das Gas, das von der Adsorptionsvorrichtung 11 in dem Schritt S11 abgegeben wird, kann in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembranvorrichtung 12 eingeführt werden. Dabei kann das Gas, das von der Adsorptionsvorrichtung 11 abgegeben wird, einem Vorgang des Abtrennens einer geringen Menge des Zielgases in der Trennmembranvorrichtung 12 unterzogen werden, oder es kann von dem Abgabedurchgang 121 abgegeben werden, ohne diesen Vorgang zu durchlaufen.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, kann das Gastrennsystem 1 das Zielgas (in der Form eines angereicherten Gases) durch Erhalten des Gases, das mit dem Zielgas angereichert ist (zweites angereichertes Gas) von der Adsorptionsvorrichtung 11 und auch Erhalten des Gases, das mit dem Zielgas angereichert ist (erstes angereichertes Gas), von dem Gas, das während der Gasersetzung in der Adsorptionsvorrichtung 11 abgegeben wird, unter Verwendung der Trennmembranvorrichtung 12 effizient erhalten. Das Gastrennsystem 1 kann nicht nur die Gewinnungsrate des Zielgases verbessern, sondern auch das angereicherte Gas mit einer hohen Konzentration des Zielgases erhalten.
  • Als nächstes werden Beispiele eines Experiments beschrieben, das unter der Annahme einer konkreten Entwicklung des Gastrennsystems 1, das vorstehend beschrieben worden ist, durchgeführt wurde. Für das Experiment wurde das Gastrennsystem 1 ohne die vorstehend genannte Steuereinrichtung 17 hergestellt. Konkret wurde das Gastrennsystem 1, das zwei oder mehr Adsorptionsvorrichtungen 11 umfasst (vgl. die später beschriebene 7), hergestellt und eine der Adsorptionsvorrichtungen 11 wurde verwendet. Als das Adsorbens wurden in der Adsorptionsvorrichtung 11 Zeolith-Kügelchen des X-Typs verwendet. Als die Trennmembran wurde in der Trennmembranvorrichtung 12a ein Membrankomplex verwendet, der aus einem porösen Aluminiumoxidträger und einer Zeolithmembran des Y-Typs zusammengesetzt war.
  • Das Speiseventil 133 der Mischgas-Zuführungseinrichtung 13 wurde geöffnet, um der Adsorptionsvorrichtung 11 mittels eines Gebläses ein Mischgas mit einer CO2-Konzentration von 10 % und einer N2 (Stickstoff)-Konzentration von 90 % zuzuführen. Wenn das Abgabeventil 164 geöffnet wurde, wurde ein Gas mit einer CO2-Konzentration von 5 % oder weniger durch den Abgabedurchgang 163 als Ergebnis dessen erhalten, dass CO2 in dem Mischgas durch das Adsorbens adsorbiert wird (Schritt S11).
  • Vor dem Durchbruch des Adsorbens in der Adsorptionsvorrichtung 11 wurde das Speiseventil 133 geschlossen, so dass die Zufuhr des Mischgases gestoppt wurde. Danach wurde das Speiseventil 143 geöffnet, um ein Ersetzungsgas mit einer CO2-Konzentration von 98 % oder höher in die Adsorptionsvorrichtung 11 bei dem Druck von Atmosphärendruck oder höher einzuführen und das Gas innerhalb der Adsorptionsvorrichtung 11 zu ersetzen (Schritt S12). Dabei wurde das Abgas, das von der Adsorptionsvorrichtung 11 abgegeben worden ist, in die Trennmembranvorrichtung 12 eingeführt, wobei das Abgabeventil 164 geschlossen ist, das Verbindungsventil 162 offen ist und das Abgabeventil 122 geschlossen ist. Dann wurde das Sammelventil 124 geöffnet, um den Druck in dem Raum auf der Permeatseite der Trennmembranvorrichtung 12 durch die Druckminderungspumpe 125 auf 10 kPa zu vermindern und dadurch ein Gas mit einer CO2-Konzentration von 98 % oder höher als das erste angereicherte Gas zu sammeln (Schritt S13).
  • Nach dem Abschluss der Gasersetzung in der Adsorptionsvorrichtung 11 wurde das Speiseventil 143 geschlossen, um die Zuführung des Ersetzungsgases zu stoppen, und das Verbindungsventil 162 wurde geschlossen. Dann wurde das Abgabeventil 152 geöffnet, um den Druck in der Adsorptionsvorrichtung 11 durch die Druckminderungspumpe 153 auf 10 kPa zu vermindern und dadurch das zweite angereicherte Gas mit einer CO2-Konzentration von 98 % oder höher zu sammeln (Schritt S14). Nach dem Abschluss des Gassammelns wurde der Betrieb der Druckminderungspumpe 153 gestoppt und das Abgabeventil 152 wurde geschlossen, um die Adsorptionsvorrichtung 11 abzudichten. Darüber hinaus wurde, nachdem eine bestimmte Menge des ersten angereicherten Gases in der Trennmembranvorrichtung 12 gesammelt worden ist und das Verbindungsventil 162 in dem vorstehend beschriebenen Schritt S13 geschlossen worden ist, das Abgabeventil 122 des Abgabedurchgangs 121, der mit dem Raum auf der Nicht-Permeatseite verbunden ist, geöffnet, um den Druck unter Verwendung einer Druckminderungspumpe (nicht gezeigt) zu vermindern und dadurch ein Gas mit einer CO2-Konzentration von 10 % oder niedriger abzugeben. Danach wurde der Betrieb der Druckminderungspumpe gestoppt und das Abgabeventil 122 wurde geschlossen, um die Trennmembranvorrichtung 12 abzudichten.
  • Die 6 ist ein Diagramm, das eine Variation des Gastrennsystems 1 zeigt, das in der 1 gezeigt ist. In dem Gastrennsystem 1, das in der 1 gezeigt ist, wird das Strömen des Gases durch eine Druckdifferenz zwischen dem Druck, der durch die Druckminderungspumpen 125 und 153 vermindert worden ist, und dem Druck nahe bei normalem Atmosphärendruck verursacht. In dem Gastrennsystem 1, das in der 6 gezeigt ist, sind andererseits die Druckminderungspumpen 125 und 153 weggelassen, und das Strömen des Gases wird durch Erhöhen des Drucks mittels Kompressoren 134 und 144 verursacht. Der Kompressor 134 ist in dem Zuführungsdurchgang 132 der Mischgas-Zuführungseinrichtung 13 angeordnet und der Kompressor 144 ist in dem Zuführungsdurchgang 142 der Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14 angeordnet.
  • In dem Gastrennsystem 1, das in der 6 gezeigt ist, wird, wenn das Mischgas oder das Ersetzungsgas in die Adsorptionsvorrichtung 11 eingeführt wird, der Druck in der Adsorptionsvorrichtung 11 durch den Kompressor 134 oder 144 erhöht, und dieser Druck in der Adsorptionsvorrichtung 11 wird verwendet, um das Gas von der Adsorptionsvorrichtung 11 abzugeben. Mit Ausnahme dieses Punkts sind die Vorgänge des Gastrennsystems 1, die in der 6 gezeigt sind, mit den Vorgängen des Gastrennsystems 1 identisch, das in der 1 gezeigt ist. Das Gastrennsystem 1, das in der 1 gezeigt ist, wird in dem Fall verwendet, bei dem das Adsorbens das Zielgas bei normalem Atmosphärendruck adsorbiert oder absorbiert und das Zielgas unter vermindertem Druck desorbiert oder entfernt. Dagegen wird das Gastrennsystem 1, das in der 6 gezeigt ist, in dem Fall verwendet, bei dem das Adsorbens das Zielgas unter hohem Druck adsorbiert oder absorbiert und das Zielgas bei normalem Atmosphärendruck desorbiert oder entfernt wird.
  • Insbesondere wird eine Kombination aus einem Ein-Aus-Ventil und einem Druckregulierventil als das Abgabeventil 164 verwendet, um das Gas in der Adsorptionsvorrichtung 11 abzugeben, während in der Adsorptionsvorrichtung 11 ein hoher Druck aufrechterhalten wird, wenn das Mischgas oder das Ersetzungsgas in die Adsorptionsvorrichtung 11 eingeführt werden. Als das Abgabeventil 122 und die Ventile 152 und 124 wird ebenfalls eine Kombination aus einem Ein-Aus-Ventil und einem Druckregulierventil verwendet, um das Gas in einer geeigneten Weise von der Adsorptionsvorrichtung 11 abzugeben. Das Verbindungsventil 162 kann auch eine Kombination aus einem Ein-Aus-Ventil und einem Druckregulierventil sein. Anstatt dieser Ventile kann jedwede andere Art von Ventilen oder Leitungselementen verwendet werden.
  • Die 7 ist ein Diagramm, das ein Gastrennsystem 1a gemäß einem weiteren Beispiel zeigt. Das Gastrennsystem 1 a umfasst zwei Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b. Die Strukturen der zwei Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b sind der Struktur der Adsorptionsvorrichtung 11 ähnlich, die in der 1 gezeigt ist. Bei einer Fokussierung auf jede Adsorptionsvorrichtung sind die Vorgänge, die in dem Gastrennsystem 1a durchgeführt werden, den Vorgängen ähnlich, die in dem Gastrennsystem 1 durchgeführt werden, das in der 1 gezeigt ist. D.h., der Betrieb der Aufbauelemente, wie z.B. der Trennmembranvorrichtung 12 (und der peripheren Komponenten dafür), der Mischgas-Zuführungseinrichtung 13, der Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14, der Gasabgabeeinrichtung 15 und der anderen Werte wird abwechselnd für jede der Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b durchgeführt. Durch paralleles Durchführen der Vorgänge, die mit der Adsorptionsvorrichtung 11a zusammenhängen, und anderer Vorgänge, die mit der Adsorptionsvorrichtung 11b zusammenhängen, kann ein angereichertes Gas, dessen Konzentration des Zielgases höher als die Konzentration des Zielgases in dem Mischgas ist, kontinuierlich und effizient erhalten werden. In der folgenden Beschreibung des Gastrennsystems 1a wird auf die Beschreibung des Gastrennsystems 1 in der 1 verwiesen, mit der Ausnahme, dass die zwei Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b bereitgestellt sind.
  • Zum Erreichen der vorstehend beschriebenen Vorgänge ist der Zuführungsdurchgang 132 der Mischgas-Zuführungseinrichtung 13 in zwei Verzweigungsdurchgänge verzweigt, wobei einer davon über ein Ventil 133a mit der Adsorptionsvorrichtung 11a verbunden ist und der andere davon über ein Ventil 133b mit der Adsorptionsvorrichtung 11b verbunden ist. Der Zuführungsdurchgang 142 der Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14 verzweigt auch in zwei Verzweigungsdurchgänge, wobei einer davon über ein Ventil 143a mit der Adsorptionsvorrichtung 11a verbunden ist und der andere davon über ein Ventil 143b mit der Adsorptionsvorrichtung 11b verbunden ist.
  • In dem Abgabedurchgang 151 der Gasabgabeeinrichtung 15 ist ein Durchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11a über ein Ventil 152a mit der Druckminderungspumpe 153 verbunden, und ein Durchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11b ist über ein Ventil 152b mit der Druckminderungspumpe 153 verbunden. Genauer formuliert vereinigen sich ein Teildurchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11a und ein Teildurchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11b und diese sind mit der Druckminderungspumpe 153 verbunden. Das Ventil 152a ist in dem Teildurchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11a angeordnet und das Ventil 152b ist in dem Teildurchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11b angeordnet.
  • In dem Verbindungsdurchgang 161 ist ein Durchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11a über ein Verbindungsventil 162a mit dem Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembranvorrichtung 12 verbunden und ein Durchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11b ist über ein Verbindungsventil 162b mit dem Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembranvorrichtung 12 verbunden. Genauer formuliert vereinigen sich in dem Verbindungsdurchgang 161 ein Teildurchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11a und ein Teildurchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11b und diese sind mit der Trennmembranvorrichtung 12 verbunden. Das Verbindungsventil 162a ist in dem Teildurchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11a angeordnet und das Verbindungsventil 162b ist in dem Teildurchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11b angeordnet. Der Durchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11a ist auch mit einem Abgabedurchgang 163a zwischen der Adsorptionsvorrichtung 11a und dem Verbindungsventil 162a verbunden und ein Abgabeventil 164a ist in dem Abgabedurchgang 163a angeordnet. Der Durchgang von der Adsorptionsvorrichtung 11b ist auch mit einem Abgabedurchgang 163b zwischen der Adsorptionsvorrichtung 11b und dem Verbindungsventil 162b verbunden und ein Abgabeventil 164b ist in dem Abgabedurchgang 163b angeordnet.
  • Alle Ventile, die in der vorstehenden Beschreibung angegeben sind, sind Ein-Aus-Ventile, und Aufbauelemente in der 6, die mit den gleichen Bezugszeichen wie in der 1 bezeichnet sind, sind mit denjenigen in der 1 identisch.
  • Der vorstehend genannte Aufbau ermöglicht es der Mischgas-Zuführungseinrichtung 13, das Mischgas einzeln in die Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b einzuführen. Die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14 kann das Ersetzungsgas einzeln in die Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b einführen. Die Gasabgabeeinrichtung 15 kann das Gas innerhalb der Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b einzeln abgeben. Der Verbindungsdurchgang 161 kann die Gase, die von den Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b erhalten werden, einzeln in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembranvorrichtung 12 abgeben und die Gase, die von den Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b erhalten werden, einzeln abgeben.
  • Die Steuereinrichtung 17 steuert jedes vorstehend beschriebene Aufbauelement. D.h., die Steuereinrichtung 17 steuert beispielsweise die Ventile, die Druckminderungspumpen und verschiedene Arten von Zuführungsquellen, die in die vorstehend genannten Aufbauelemente einbezogen sind. Insbesondere steuert die Steuereinrichtung 17 die Mischgas-Zuführungseinrichtung 13, die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14, die Gasabgabeeinrichtung 15 und die Verbindungsventile 162a und 162b. Die Steuereinrichtung 17 steuert beispielsweise auch die Abgabeventile 164a und 164b und periphere Komponenten (einschließlich diejenigen, die nicht gezeigt sind) für die Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b und die Trennmembranvorrichtung 12.
  • Die 8 ist ein Flussdiagramm, das die Vorgänge des Gastrennsystems 1a zeigt. In dem normalen Betriebszustand werden kontinuierliche Vorgänge zum Wiederholen der Vorgänge durchgeführt, die in der 8 gezeigt sind. Die 9 bis 12 sind Diagramme zum Beschreiben der Vorgänge des Gastrennsystems 1a. Die folgende Beschreibung betrifft die Vorgänge des Gastrennsystems 1a, die unter der Steuerung der Steuereinrichtung 17 durchgeführt werden.
  • Zuerst führt, wie es in der 9 gezeigt ist, die Mischgas-Zuführungseinrichtung 13 das Mischgas in die Adsorptionsvorrichtung 11a (nachstehend auch als die „erste Adsorptionsvorrichtung 11a“ bezeichnet) ein (Schritt S11a). Insbesondere wird in einem Zustand, bei dem der Druck in der ersten Adsorptionsvorrichtung 11a im Vorhinein vermindert worden ist, und die Ventile 133a, 143a, 152a, 162a und 164a um die erste Adsorptionsvorrichtung 11a geschlossen sind, das Speiseventil 133a geöffnet, um das Mischgas von der Mischgas-Zuführungsquelle 131 durch den Zuführungsdurchgang 132 in die erste Adsorptionsvorrichtung 11a einzuführen. Ferner wird das Abgabeventil 164a geöffnet, um das Mischgas ferner von der Mischgas-Zuführungsquelle 131 in die erste Adsorptionsvorrichtung 11a einzuführen. Demgemäß wird das Zielgas durch das Adsorbens in der ersten Adsorptionsvorrichtung 11a adsorbiert oder absorbiert, und das Gas, das durch das Adsorbens nicht adsorbiert oder absorbiert wird, wird von der ersten Adsorptionsvorrichtung 11a durch den Abgabedurchgang 163a abgegeben. Es sollte beachtet werden, dass es sich bei dem abzugebenden Gas nicht um das gesamte Gas handelt, das nicht durch das Adsorbens adsorbiert wird. Das Abgas kann zur Verwendung in anderen Anwendungen gesammelt werden. Das Zuführen des Mischgases zu der Adsorptionsvorrichtung 11a wird vor dem Durchbruch des Adsorbens in der ersten Adsorptionsvorrichtung 11a gestoppt.
  • Ferner ist zu Beginn des Schritts S11a das Einführen des Mischgases in die Adsorptionsvorrichtung 11b (hier auch als die „zweite Adsorptionsvorrichtung 11b“ bezeichnet) abgeschlossen, und parallel zu dem Schritt S11a führt die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14 das Ersetzungsgas in die erste Adsorptionsvorrichtung 11b ein (Schritt S12b). Insbesondere wird in einem Zustand, in dem die Ventile 133b, 143b, 152b, 162b und 164b geschlossen sind, das Speiseventil 143b geöffnet und ferner wird das Verbindungsventil 162b geöffnet, um das Ersetzungsgas von der Ersetzungsgas-Zuführungsquelle 141 durch den Zuführungsdurchgang 142 in die zweite Adsorptionsvorrichtung 11b einzuführen. Demgemäß werden die Zwischenräume des Adsorbens mit dem Ersetzungsgas gefüllt.
  • In dem Schritt S12b wird ein Teil des Mischgases und des Ersetzungsgases, der in den Zwischenräumen des Adsorbens in der zweiten Adsorptionsvorrichtung 11b verblieben ist, durch den Verbindungsdurchgang 161 in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembranvorrichtung 12 eingeführt. Das Gas in der anfänglichen Stufe von Schritt S12b kann durch den Abgabedurchgang 163b oder den Abgabedurchgang 121 abgegeben werden. D.h., mindestens ein Teil des Gases, das von der zweiten Adsorptionsvorrichtung 11b abgegeben wird, wird in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran eingeführt.
  • Insbesondere wird ein Anfangsvolumen des Gases, das von der zweiten Adsorptionsvorrichtung 11b abgegeben wird, von dem Abgabedurchgang 163b abgegeben und wird nicht in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran eingeführt. Alternativ kann, wenn das Anfangsvolumen des Gases, das von der zweiten Adsorptionsvorrichtung 11b abgegeben wird, in den Raum auf der Nicht-Permeatseite eingeführt wird, das Sammelventil 124 geschlossen werden, so dass verhindert wird, dass das Gas durch die Trennmembran getrennt wird. Dadurch kann die Trennmembran das Zielgas von dem Gas, das von der zweiten Adsorptionsvorrichtung 11b während der Gasersetzung in der zweiten Adsorptionsvorrichtung 11b abgegeben wird, effizient trennen. Vorzugsweise kann die durchschnittliche Konzentration des Zielgases in dem Gas, das in die Trennmembranvorrichtung 12 eingeführt wird, höher sein als die Konzentration des Zielgases in dem Mischgas. Dies verbessert die Effizienz des Erhaltens des Zielgases durch die Trennmembran weiter.
  • Wenn die Trennmembranvorrichtung 12 das Gas trennt, werden die Ventile 164b und 122 geschlossen, das Sammelventil 124 wird geöffnet und die Druckminderungspumpe 125 wird betrieben, so dass das erste angereicherte Gas, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch die Trennmembran von dem Gas in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite erhalten wird (Schritt S13b). Das erste angereicherte Gas wird in dem Sammeltank 18 gelagert. Die Konzentration des Zielgases in dem ersten angereicherten Gas kann vorzugsweise höher als oder gleich 90 % und niedriger als oder gleich 100 % und mehr bevorzugt höher als oder gleich 98 % und niedriger als oder gleich 100 % sein. Es sollte beachtet werden, dass die Trennmembranvorrichtung 12 das Gas trennen kann, während die Ventile 164b und 122 offengehalten werden und das Ersetzungsgas in die zweite Adsorptionsvorrichtung 11b eingeführt wird. Die vorstehende Beschreibung des Schritts S13b gilt auch für den nachstehend beschriebenen Schritt S13a.
  • Danach werden, wie es in der 10 gezeigt ist, das Speiseventil 143b und das Verbindungsventil 162b geschlossen, das Abgabeventil 152b wird geöffnet und die Druckminderungspumpe 153 wird betrieben, so dass das Gas von der zweiten Adsorptionsvorrichtung 11b abgegeben wird, während das Zielgas von dem Adsorbens desorbiert oder entfernt wird. Demgemäß wird das zweite angereicherte Gas enthalten, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas (Schritt S14b). Das zweite angereicherte Gas wird in dem Sammeltank 19 gelagert. Die Konzentration des Zielgases in dem zweiten angereicherten Gas kann vorzugsweise höher als oder gleich 95 % und niedriger als oder gleich 100 % und mehr bevorzugt höher als oder gleich 98 % und niedriger als oder gleich 100 % sein.
  • In der vorstehenden Beschreibung kann, während der Schritt S12b und der Schritt S13b parallel durchgeführt werden, der Schritt S13b parallel mit dem Schritt S14b durchgeführt werden oder der Schritt S13b kann zwischen dem Schritt S12b und dem Schritt S14b durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Puffertank in dem Verbindungsdurchgang 161 angeordnet werden und das Gas, das von der zweiten Adsorptionsvorrichtung 11b in dem Schritt S12b abgegeben wird, kann in dem Puffertank gelagert werden. In diesem Fall ist die Abfolge der Schritte S13b und S14b beliebig austauschbar. Es ist bevorzugt, dass in dem Fall, bei dem ein solcher Puffertank bereitgestellt wird, die Schritte S13b und S14b parallel durchgeführt werden. Die vorstehende Beschreibung der Schritte S12b bis S14b gilt auch für die Schritte S12a bis S14a, die später beschrieben werden.
  • Zum effizienteren Erhalten des Zielgases ist es bevorzugt, dass das Gas, das nach der Ausführung des Schritts S13b in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite verblieben ist, durch den Durchgang 121a zu der Mischgas-Zuführungseinrichtung 13 zurückgeführt wird und als Teil des Mischgases verwendet wird. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird das Gas, das in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite verblieben ist, in einer geeigneten Weise durch den Abgabedurchgang 121 beispielsweise durch eine Druckminderungspumpe abgegeben. Das Gas, das durch den Abgabedurchgang 121 abgegeben wird, kann in einem Tank gesammelt werden.
  • Wenn die Schritte S12b bis S14b während der Ausführung des Schritts S11a durchgeführt worden sind, dann führt die Mischgas-Zuführungseinrichtung 13 das Mischgas in die zweite Adsorptionsvorrichtung 11b ein, wie es in der 11 gezeigt ist (Schritt S11b). Insbesondere wird in einem Zustand, bei dem das Innere der zweiten Adsorptionsvorrichtung 11b in einem Zustand verminderten Drucks vorliegt und die Ventile 133b, 143b, 152b, 162b und 164b um die zweite Adsorptionsvorrichtung 11b geschlossen sind, das Speiseventil 133b geöffnet, um das Mischgas von der Mischgas-Zuführungsquelle 131 durch den Zuführungsdurchgang 132 in die zweite Adsorptionsvorrichtung 11b einzuführen. Ferner wird das Abgabeventil 164b geöffnet, um das Mischgas ferner von der Mischgas-Zuführungsquelle 131 in die zweite Adsorptionsvorrichtung 11b einzuführen. Demgemäß wird das Zielgas durch das Adsorbens in der zweiten Adsorptionsvorrichtung 11b adsorbiert oder absorbiert, und das Gas, das durch das Adsorbens nicht adsorbiert oder absorbiert wird, wird von der zweiten Adsorptionsvorrichtung 11b durch den Abgabedurchgang 163b abgegeben. Es sollte beachtet werden, dass es sich bei dem abzugebenden Gas nicht um das gesamte Gas handelt, das nicht durch das Adsorbens adsorbiert wird. Das Abgas kann zur Verwendung in anderen Anwendungen gesammelt werden. Die Zuführung des Mischgases zu der zweiten Adsorptionsvorrichtung 11b wird vor dem Durchbruch des Adsorbens in der zweiten Adsorptionsvorrichtung 11b gestoppt.
  • Ferner ist zu Beginn des Schritts S11b die Einführung des Mischgases in die erste Adsorptionsvorrichtung 11a abgeschlossen und parallel zu dem Schritt S11b führt die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14 das Ersetzungsgas in die erste Adsorptionsvorrichtung 11a ein (Schritt S12a). Insbesondere wird in einem Zustand, bei dem die Ventile 133a, 143a, 152a, 162a und 164a geschlossen sind, das Speiseventil 143a geöffnet und ferner wird das Verbindungsventil 162a geöffnet, um das Ersetzungsgas von der Ersetzungsgas-Zuführungsquelle 141 durch den Zuführungsdurchgang 142 in die erste Adsorptionsvorrichtung 11a einzuführen. Demgemäß werden die Zwischenräume des Adsorbens mit dem Ersetzungsgas gefüllt. Dabei wird wie in dem Schritt S12b mindestens ein Teil des Gases, das von der ersten Adsorptionsvorrichtung 11a abgegeben wird, in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran eingeführt.
  • Dann werden die Ventile 164a und 122 geschlossen, das Sammelventil 124 wird geöffnet und die Druckminderungspumpe 125 wird betrieben, so dass das erste angereicherte Gas, das stärker mit dem Zielgas angereichert worden ist als das Mischgas, durch die Trennmembran von dem Gas in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite erhalten (Schritt S13a). Das erste angereicherte Gas wird in dem Sammeltank 18 gelagert. Es sollte beachtet werden, dass die Trennung durch die Trennmembran durchgeführt werden kann, während die Ventile 164a und 122 offengehalten werden und das Ersetzungsgas in die erste Adsorptionsvorrichtung 11a eingeführt wird. Wie es in der 12 gezeigt ist, gibt, wenn das Verbindungsventil 162a geschlossen ist, das Abgabeventil 152a geöffnet ist und die Druckminderungspumpe 153 betrieben wird, die erste Adsorptionsvorrichtung 11a das Gas ab, während das Zielgas von dem Adsorbens desorbiert oder entfernt wird. Demgemäß wird das zweite angereicherte Gas erhalten, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas (Schritt S14a). Das zweite angereicherte Gas wird durch den Abgabedurchgang 151 in dem Sammeltank 19 gelagert.
  • Zum effizienteren Erhalten des Zielgases ist es bevorzugt, dass das Gas, das nach der Ausführung des Schritts S13a in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite verblieben ist, durch den Durchgang 121a zu der Mischgas-Zuführungseinrichtung 13 zurückgeführt wird und als Teil des Mischgases verwendet wird.
  • Danach kehrt die Verarbeitung zu der Ausführung von Schritt S11a zurück und die Schritte S12b bis S14b werden während des Schritts S11a ausgeführt. D.h., in dem Gastrennsystem 1a werden die Schritte S12b bis S14b während der Ausführung des Schritts S11a durchgeführt und die Schritte S12a bis S14a werden während der Ausführung des Schritts S11b durchgeführt.
  • Wie in dem Fall, der in der 1 gezeigt ist, können das erste angereicherte Gas und das zweite angereicherte Gas gegebenenfalls miteinander gemischt werden. Darüber hinaus kann das erste oder das zweite angereicherte Gas als das Ersetzungsgas in dem Schritt S12a oder S12b verwendet werden. Ein Gemisch aus dem ersten angereicherten Gas und dem zweiten angereicherten Gas kann als das Ersetzungsgas verwendet werden.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, kann das Gastrennsystem 1a das Zielgas (in der Form eines angereicherten Gases) durch Erhalten des Gases (des zweiten angereicherten Gases), das mit dem Zielgas angereichert ist, von den Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b, und auch Erhalten des Gases (des ersten angereicherten Gases), das mit dem Zielgas angereichert ist, von dem Gas, das bei der Gasersetzung in den Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b abgegeben wird, unter Verwendung der Trennmembranvorrichtung 12 effizient erhalten. Durch die Verwendung der zwei Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b können das erste angereicherte Gas und das zweite angereicherte Gas kontinuierlich erhalten werden.
  • Die 13 ist ein Diagramm, das eine Variation des Gastrennsystems 1a zeigt, das in der 7 gezeigt ist. Das Gastrennsystem 1a in der 7 bewirkt das Strömen des Gases durch eine Druckdifferenz zwischen dem Druck, der durch die Druckminderungspumpen 125 und 153 vermindert worden ist, und dem Druck nahe an normalem Atmosphärendruck. In dem Gastrennsystem 1a, das in der 13 gezeigt ist, sind die Druckminderungspumpen 125 und 153 weggelassen, und das Strömen des Gases wird durch Erhöhen des Drucks mittels der Kompressoren 134 und 144 bewirkt. Der Kompressor 134 wird in dem Zuführungsdurchgang 132 der Mischgas-Zuführungseinrichtung 13 angeordnet und der Kompressor 144 wird in dem Zuführungsdurchgang 142 der Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14 angeordnet.
  • In dem Gastrennsystem 1a, das in der 13 gezeigt ist, wird, wenn das Mischgas oder das Ersetzungsgas in die Adsorptionsvorrichtung 11a oder 11b eingeführt wird, der Druck in der Adsorptionsvorrichtung 11a oder 11b durch den Kompressor 134 oder 144 erhöht, und dieser Druck in der Adsorptionsvorrichtung 11a oder 11b wird verwendet, um das Gas von der Adsorptionsvorrichtung 11a oder 11b abzugeben. Mit Ausnahme dieses Punkts ist der Betrieb des Gastrennsystems 1a, das in der 13 gezeigt ist, mit dem Betrieb des Gastrennsystems 1a, das in der 7 gezeigt ist, identisch. Das Gastrennsystem 1a, das in der 7 gezeigt ist, wird in dem Fall verwendet, bei dem das Adsorbens das Zielgas bei normalem Atmosphärendruck adsorbiert oder absorbiert und das Zielgas unter vermindertem Druck desorbiert oder entfernt. Ferner wird das Gastrennsystem 1a, das in der 13 gezeigt ist, in dem Fall verwendet, bei dem das Adsorbens das Zielgas unter hohem Druck adsorbiert oder absorbiert und das Zielgas bei normalem Atmosphärendruck desorbiert oder entfernt.
  • Insbesondere wird eine Kombination aus einem Ein-Aus-Ventil und einem Druckregulierventil als das Abgabeventil 164a oder 164b verwendet, um das Gas in der Adsorptionsvorrichtung 11a oder 11b abzugeben, während ein hoher Druck in der Adsorptionsvorrichtung 11a oder 11b aufrechterhalten wird, wenn das Mischgas oder das Ersetzungsgas in die Adsorptionsvorrichtung 11a oder 11b eingeführt wird. Als das Abgabeventil 122 und die Ventile 152a, 152b und 124 wird auch eine Kombination aus einem Ein-Aus-Ventil und einem Druckminderungsventil verwendet, um das Gas von der Adsorptionsvorrichtung 11a oder 11b in einer geeigneten Weise abzugeben. Das Verbindungsventil 162a oder 162b kann auch eine Kombination aus einem Ein-Aus-Ventil und einem Druckregulierventil sein. Anstelle dieser Ventile kann jedwede andere Art von Ventilen oder Leitungselementen verwendet werden.
  • Die Gastrennsysteme 1 und 1a sollen nicht auf die in der vorstehend genannten Ausführungsform beschriebenen Beispiele beschränkt sein und können in verschiedener Weise modifiziert werden.
  • Das Mischgas gemäß der vorstehend genannten Ausführungsform kann jedwedes Mischgas aus zwei oder mehr Arten von Gasen sein. Das Zielgas kann auch jedwedes Gas sein, das zwei oder mehr Arten von Gasen enthält (ausgenommen eine sehr kleine Menge eines Gases). In diesem Fall ist die Anzahl von Arten von Gasen, die in das Mischgas einbezogen sind, größer als die Anzahl von Arten von Gasen, die in das Zielgas einbezogen sind. Vorzugsweise kann das Zielgas zwei oder weniger Arten von Gasen umfassen und mehr bevorzugt kann das Zielgas eine Art von Gas sein. Wenn das Zielgas zwei oder mehr Arten von Gasen umfasst, adsorbiert oder absorbiert das Adsorbens in der Adsorptionsvorrichtung 11 (einschließlich die Adsorptionsvorrichtungen 11a und 11b; das Gleiche gilt nachstehend) jedes der Mehrzahl von Gasen, die in das Zielgas einbezogen sind. Die Trennmembranvorrichtung 12 lässt auch jedes der Mehrzahl von Arten von Gasen, die in das Zielgas einbezogen sind, durch und trennt diese. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Trennmembran in der Trennmembranvorrichtung 12 nicht notwendigerweise das gesamte Gas, das durch die Adsorptionsvorrichtung 11 adsorbiert oder absorbiert werden kann, selektiv durchlassen muss, und die Trennmembran kann nur einen Teil des Gases durchlassen, das durch die Adsorptionsvorrichtung 11 adsorbiert oder absorbiert werden kann. D.h., die Trennmembranvorrichtung 12 kann ein Gas erhalten, das mit allen Arten von Gasen angereichert ist, die durch die Adsorptionsvorrichtung 11 adsorbiert oder absorbiert werden sollen, oder kann ein Gas erhalten, das mit einigen der Arten von Gasen angereichert ist, und die Trennmembranvorrichtung 12 kann nur eine Art von Gas durchlassen.
  • Die Adsorptionsvorrichtung 11 kann ferner in dem Innenraum ein Adsorbens umfassen, welches das Zielgas abhängig von der Temperatur adsorbiert oder absorbiert und das Zielgas abhängig von der Temperatur desorbiert oder entfernt. Die Adsorptionsvorrichtung 11 kann ferner in dem Innenraum ein Adsorbens umfassen, welches das Zielgas abhängig von dem Druck und der Temperatur adsorbiert oder absorbiert und das Zielgas abhängig von dem Druck und der Temperatur desorbiert oder entfernt. Das Adsorbens in der Adsorptionsvorrichtung 11 kann ferner das Zielgas abhängig von anderen Faktoren, wie z.B. einem physikalischen Phänomen oder chemischen Phänomenen adsorbieren oder absorbieren oder desorbieren oder entfernen. In diesem Fall kann eine Vorrichtung, die ein solches physikalisches Phänomen oder solche chemische Phänomene bewirkt, in der Adsorptionsvorrichtung 11 oder in der Nähe der Adsorptionsvorrichtung 11 angeordnet sein.
  • Der Betrieb des Gastrennsystems 1 (einschließlich des Gastrennsystems 1a; das Gleiche gilt nachstehend) kann vorzugsweise durch die Steuereinrichtung 17 automatisiert werden, kann jedoch teilweise Vorgänge umfassen, die durch Bedienpersonal durchgeführt werden. D.h., das Gastrennsystem 1 kann halbautomatisch betrieben werden. Darüber hinaus können alle Vorgänge des Gastrennsystems 1 durch Vorgänge ausgeführt werden, die durch Bedienpersonal durchgeführt werden.
  • Das Gastrennsystem 1 kann sowohl Druckminderungspumpen als auch Kompressoren umfassen. D.h., das Strömen des Gases kann durch eine Druckdifferenz zwischen dem Druck, der durch die Druckminderungspumpen vermindert wird, und dem Druck, der durch die Kompressoren erhöht wird, bewirkt werden.
  • Bei den Vorgängen, die in der 2 gezeigt sind, kann, wie es vorstehend beschrieben worden ist, der Schritt S13 (Erhalten des ersten angereicherten Gases) parallel mit dem Schritt S12 (Einführen des Ersetzungsgases) durchgeführt werden, kann teilweise parallel mit dem Schritt S12 durchgeführt werden oder kann nach dem Schritt S12 durchgeführt werden. Darüber hinaus kann der Schritt S13 vor dem Schritt S14 (Erhalten des zweiten angereicherten Gases) durchgeführt werden, kann parallel mit dem Schritt S14 durchgeführt werden, kann teilweise parallel mit dem Schritt S14 durchgeführt werden oder kann nach dem Schritt S14 durchgeführt werden. Selbstverständlich ist es zum effizienten Durchführen der Vorgänge bevorzugt, dass der Schritt S13 für eine Zeitdauer von dem Beginn des Schritts S12 bis zum Ende des Schritts S14 durchgeführt wird.
  • Bei den Vorgängen, die in der 8 gezeigt sind, sind die Beziehung des Schritts S13b und der Schritte S12b und S14b und die Beziehung des Schritts S13a und der Schritte S12a und S14a mit der vorstehend genannten Beziehung der Schritte S12 bis S14 identisch. Gewöhnlich sind die Schritte S11a und S11b zeitaufwändige Vorgänge. Folglich werden in der 8 zum effizienten Durchführen der Vorgänge die Schritte S12b bis S14b während der Ausführung des Schritts S11a durchgeführt und die Schritte S12a bis S14a werden während der Ausführung des Schritts S11b durchgeführt. Wenn jedoch irgendein weiterer zeitaufwändiger Vorgang vorliegt, können Vorgänge, die parallel durchgeführt werden, in einer geeigneten Weise geändert werden. Beispielsweise können in dem Fall, bei dem die Schritte S14a und S14b zeitaufwändige Vorgänge sind, die Schritte S11b bis S13b während der Ausführung des Schritts S14a durchgeführt werden, und die Schritte S11a bis S13a können während der Ausführung des Schritts S14b durchgeführt werden.
  • Die Anzahl von Adsorptionsvorrichtungen 11 ist nicht auf eins oder zwei beschränkt. Die Anzahl von Adsorptionsvorrichtungen 11 in der vorstehend genannten Beschreibung gibt die Einheit von Vorrichtungen an, welche die Adsorbentien umfassen, die gleichzeitig verwendet werden sollen. Beispielsweise können in dem Fall, bei dem eine Mehrzahl von Adsorptionstürmen gleichzeitig verwendet wird, diese Adsorptionstürmen einer Adsorptionsvorrichtung 11 gemäß den vorstehend genannten Ausführungsformen entsprechen. Die Anzahl von Adsorptionsvorrichtungen 11 kann drei oder mehr betragen. Entsprechend ist auch die Anzahl von Trennmembranvorrichtungen 12 nicht auf eins beschränkt und kann zwei oder mehr betragen. Die Anzahl von Trennmembranvorrichtungen 12 gibt die Einheit von Vorrichtungen an, welche die Trennmembranen umfassen, die gleichzeitig verwendet werden sollen. Beispielsweise entsprechen, selbst wenn eine Mehrzahl von Vorrichtungen vorliegt, die eine Mehrzahl von Trennmembranen umfassen, diese Vorrichtungen einer Trennmembranvorrichtung 12 (d.h., diese Vorrichtungen werden als eine Trennmembranvorrichtung 12 gezählt), wenn sie gleichzeitig verwendet werden. Vorzugsweise kann die Anzahl von Trennmembranvorrichtungen 12 kleiner als die Anzahl von Adsorptionsvorrichtungen 11 sein. Wenn die Trennmembranvorrichtungen 12 in einer Anzahl bereitgestellt werden, die zu der Anzahl von Adsorptionsvorrichtungen 11 äquivalent ist, die überlappende Gasabgabezeiten aufweisen, kann das Gas, das von jedweder der Adsorptionsvorrichtungen 11 abgegeben wird, selbst dann in jedwede der Trennmembranvorrichtungen 12 eingeführt werden, wenn die Anzahl von Adsorptionsvorrichtungen 11 größer ist als die Anzahl von Trennmembranvorrichtungen 12. Dies verbessert die Effizienz des Erhaltens des angereicherten Gases. Beispielsweise ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform derart, dass die Anzahl von Adsorptionsvorrichtungen 11 drei ist und die Anzahl von Trennmembranvorrichtungen 12 eins ist.
  • Die Positionen, bei denen die Mischgas-Zuführungseinrichtung 13, die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung 14, die Gasabgabeeinrichtung 15 und der Verbindungsdurchgang 161 mit der Adsorptionsvorrichtung 11 verbunden sind, können in einer geeigneten Weise verändert werden. Beispielsweise kann die Gasabgabeeinrichtung 15 mit dem Verbindungsdurchgang 161 verbunden sein.
  • Zum Verhindern einer Verminderung der Konzentration des Zielgases in dem zweiten angereicherten Gas ist es bevorzugt, dass die Konzentration des Zielgases in dem Ersetzungsgas höher als die oder gleich der Konzentration des Zielgases in dem zweiten angereicherten Gas ist.
  • In dem Fall des Beispiels, das in der 1 gezeigt ist, wird das Mischgas in die Adsorptionsvorrichtung 11 eingeführt, deren Innenraum einen Druck von weniger als Atmosphärendruck aufweist, und wenn der Druck in dem Innenraum Atmosphärendruck erreicht hat, wird das Abgabeventil 164 geöffnet, um das Gas abzugeben und den Innenraum mit dem Mischgas zu füllen. Demgemäß wird die Einführung des Mischgases durch die Mischgas-Zuführungseinrichtung 13 bei Atmosphärendruck oder einem Druck geringfügig höher als Atmosphärendruck durchgeführt. Eine anschließende Einführung des Ersetzungsgases wird auch bei Atmosphärendruck oder einem Druck geringfügig höher als der Atmosphärendruck durchgeführt. Ferner werden in dem Fall des Beispiels, das in der 6 gezeigt ist, das Mischgas und das Ersetzungsgas durch die Kompressoren 134 und 144 bei einem Druck höher als der Atmosphärendruck in die Adsorptionsvorrichtung 11 eingeführt. Daher werden das Mischgas und das Ersetzungsgas in die Adsorptionsvorrichtung 11 bei einem Druck höher als oder gleich der Atmosphärendruck eingeführt.
  • In dem Fall des Beispiels, das in der 1 gezeigt ist, wird das Ersetzungsgas von der Adsorptionsvorrichtung 11 durch die Druckminderungspumpe 153 bei einem Druck von weniger als der Atmosphärendruck abgegeben. Vorzugsweise kann der Druck in dem Innenraum der Adsorptionsvorrichtung 11 durch die Druckminderungspumpe 153 auf 30 kPa oder weniger vermindert werden. In dem Fall des Beispiels, das in der 6 gezeigt ist, kann das Ersetzungsgas durch einfaches Öffnen des Abgabeventils 152 der Gasabgabeeinrichtung 15 abgegeben werden, da der Innenraum der Adsorptionsvorrichtung 11 in einem komprimierten Zustand vorliegt. Demgemäß kann die Gasabgabeeinrichtung 15 das Gas von der Adsorptionsvorrichtung 11 vorzugsweise bei einem Druck von weniger als oder gleich dem Atmosphärendruck abgeben.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, dient das Gastrennsystem 1 (1a), das in der vorstehend genannten Ausführungsformen beschrieben worden ist, lediglich der Veranschaulichung und weitere Aufbauelemente können an verschiedenen Stellen angeordnet werden und die Anordnung jedes Aufbauelements kann ebenfalls in einer geeigneten Weise verändert werden.
  • Der Aufbau der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform und die Variationen können in einer geeigneten Weise kombiniert werden, solange es keine gegenseitigen Inkonsistenzen gibt.
  • Während die Erfindung detailliert gezeigt und beschrieben worden ist, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht beschränkend. Es sollte daher beachtet werden, dass zahlreiche Modifizierungen und Variationen vorgesehen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1, 1a
    Gastrennsystem
    11, 11a, 11b
    Adsorptionsvorrichtung
    12
    Trennmembranvorrichtung
    13
    Mischgas-Zuführungseinrichtung
    14
    Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung
    15
    Gasabgabeeinrichtung
    17
    Steuereinrichtung
    121a
    Durchgang
    161
    Verbindungsdurchgang
    162, 162a, 162b
    Verbindungsventil
    S11 bis S15, S11a bis S14a, S11b bis S14b
    Schritt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2021160292 [0002]
    • JP 61230715 [0003]
    • JP 2008247632 [0003]
    • JP 2008247636 [0003]
    • JP 2012236134 [0003]
    • JP 202149482 [0003]

Claims (15)

  1. Gastrennsystem zum Erhalten eines Gases, das mit einem Zielgas angereichert ist, von einem Mischgas, welches das Zielgas umfasst, wobei das Gastrennsystem umfasst: eine Adsorptionsvorrichtung, die ein Adsorbens in einem Innenraum umfasst, wobei das Adsorbens ein Zielgas adsorbiert oder absorbiert; eine Trennmembranvorrichtung, die eine Trennmembran umfasst, die das Zielgas durchlässt, wobei die Trennmembranvorrichtung das Zielgas von einem Gas, das in einen Raum auf einer Nicht-Permeatseite der Trennmembran eingeführt wird, zu einem Raum auf einer Permeatseite der Trennmembran strömen lässt; eine Mischgas-Zuführungseinrichtung, die ein Mischgas in die Adsorptionsvorrichtung einführt, wobei das Mischgas das Zielgas umfasst; eine Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung, die ein Ersetzungsgas in die Adsorptionsvorrichtung einführt, wobei das Ersetzungsgas eine höhere Konzentration des Zielgases aufweist als das Mischgas; eine Gasabgabeeinrichtung, die ein Gas in der Adsorptionsvorrichtung abgibt; einen Verbindungsdurchgang, der einen Durchgang zum Leiten eines Gases in der Adsorptionsvorrichtung zu dem Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran umfasst, wobei der Verbindungsdurchgang ferner ein Ventil umfasst, das in dem Durchgang angeordnet ist; und eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung die Mischgas-Zuführungseinrichtung, die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung, die Gasabgabeeinrichtung und das Ventil zum: a) Einführen des Mischgases in die Adsorptionsvorrichtung, Bewirken, dass das Adsorbens das Zielgas adsorbiert oder absorbiert, und Abgeben eines Gases, das durch das Adsorbens nicht adsorbiert oder absorbiert wird, von der Adsorptionsvorrichtung; b) nach dem Vorgang a), Einführen des Ersetzungsgases in die Adsorptionsvorrichtung; c) Einführen mindestens eines Teils des Gases, das von der Adsorptionsvorrichtung in dem Vorgang b) abgegeben worden ist, in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran und Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch die Trennmembran in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite; und d) nach dem Vorgang b), Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch Abgeben eines Gases von der Adsorptionsvorrichtung, während bewirkt wird, dass das Adsorbens das Zielgas desorbiert oder entfernt, steuert.
  2. Gastrennsystem nach Anspruch 1, wobei in dem Vorgang c) ein Anfangsvolumen des Gases, das von der Adsorptionsvorrichtung abgegeben worden ist, nicht in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran eingeführt wird, oder wenn das Anfangsvolumen des Gases, das von der Adsorptionsvorrichtung abgegeben worden ist, in den Raum auf der Nicht-Permeatseite eingeführt wird, eine Gastrennung durch die Trennmembran nicht durchgeführt wird.
  3. Gastrennsystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: einen Durchgang zum Leiten eines Gases in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran zu der Mischgas-Zuführungseinrichtung zur Verwendung als Teil des Mischgases.
  4. Gastrennsystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine weitere Adsorptionsvorrichtung, die der Adsorptionsvorrichtung ähnlich ist, wobei der Verbindungsdurchgang einen Durchgang zum Leiten eines Gases in der weiteren Adsorptionsvorrichtung zu dem Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran umfasst, wobei der Verbindungsdurchgang ferner ein weiteres Ventil umfasst, das in dem Durchgang angeordnet ist, und wobei die Steuereinrichtung die Mischgas-Zuführungseinrichtung, die Ersetzungsgas-Zuführungseinrichtung, die Gasabgabeeinrichtung, das Ventil und das weitere Ventil zum: e) Einführen des Mischgases in die weitere Adsorptionsvorrichtung; f) nach dem Vorgang e), Einführen des Ersetzungsgases in die weitere Adsorptionsvorrichtung; g) Einführen mindestens eines Teils eines Gases, das von der weiteren Adsorptionsvorrichtung in dem Vorgang f) abgegeben worden ist, in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran und Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch die Trennmembran von einem Gas in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite; und h) nach dem Vorgang f), Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch Abgeben eines Gases von der weiteren Adsorptionsvorrichtung, während bewirkt wird, dass ein Adsorbens in der weiteren Adsorptionsvorrichtung das Zielgas desorbiert oder entfernt, steuert, wobei die Vorgänge f) bis h) während der Ausführung des Vorgangs a) ausgeführt werden, und die Vorgänge b) bis d) während der Ausführung des Vorgangs e) ausgeführt werden.
  5. Gastrennsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Zielgas Kohlendioxidgas ist.
  6. Gastrennsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ersetzungsgas eine Konzentration des Zielgases von höher als oder gleich 98 % aufweist.
  7. Gastrennverfahren zum Erhalten eines Gases, das mit einem Zielgas angereichert ist, von einem Mischgas, welches das Zielgas umfasst, wobei das Gastrennverfahren umfasst: a) Einführen eines Mischgases, das ein Zielgas umfasst, in eine Adsorptionsvorrichtung, die ein Adsorbens in einem Innenraum umfasst, Bewirken, dass das Adsorbens das Zielgas adsorbiert oder absorbiert, und Abgeben eines Gases, das nicht durch das Adsorbens adsorbiert wird, von der Adsorptionsvorrichtung; b) nach dem Vorgang a), Einführen eines Ersetzungsgases in die Adsorptionsvorrichtung, wobei das Ersetzungsgas eine höhere Konzentration des Zielgases aufweist als das Mischgas; c) Einführen mindestens eines Teils des Gases, das in dem Vorgang b) von der Adsorptionsvorrichtung abgegeben worden ist, in einen Raum auf einer Nicht-Permeatseite einer Trennmembranvorrichtung, die eine Trennmembran umfasst, die das Zielgas durchlässt, und Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch die Trennmembran von einem Gas in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite; und d) nach dem Vorgang b), Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch Abgeben eines Gases von der Adsorptionsvorrichtung, während bewirkt wird, dass das Adsorbens das Zielgas desorbiert oder entfernt.
  8. Gastrennverfahren nach Anspruch 7, wobei in dem Vorgang c) ein Anfangsvolumen des Gases, das von der Adsorptionsvorrichtung abgegeben wird, nicht in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran eingeführt wird, oder wenn das Anfangsvolumen des Gases, das von der Adsorptionsvorrichtung abgegeben wird, in den Raum auf der Nicht-Permeatseite eingeführt wird, eine Gastrennung durch die Trennmembran nicht durchgeführt wird.
  9. Gastrennverfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei eine durchschnittliche Konzentration des Zielgases in dem Gas, das in die Trennmembranvorrichtung in dem Vorgang c) eingeführt wird, höher ist als eine Konzentration des Zielgases in dem Mischgas.
  10. Gastrennverfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Gas, das in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembran in dem Vorgang c) erhalten wird, als Teil des Mischgases verwendet wird.
  11. Gastrennverfahren nach Anspruch 7 oder 8, ferner umfassend: e) Einführen des Mischgases in eine weitere Adsorptionsvorrichtung, die der Adsorptionsvorrichtung ähnlich ist; f) nach dem Vorgang e), Einführen des Ersetzungsgases in die weitere Adsorptionsvorrichtung; g) Einführen mindestens eines Teils eines Gases, das von der weiteren Adsorptionsvorrichtung in dem Vorgang f) abgegeben worden ist, in den Raum auf der Nicht-Permeatseite der Trennmembranvorrichtung und Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch die Trennmembran von dem Gas in dem Raum auf der Nicht-Permeatseite; und h) nach dem Vorgang f), Erhalten eines Gases, das stärker mit dem Zielgas angereichert ist als das Mischgas, durch Abgeben eines Gases von der weiteren Adsorptionsvorrichtung, während bewirkt wird, dass ein Adsorbens in der weiteren Adsorptionsvorrichtung das Zielgas desorbiert oder entfernt, wobei die Vorgänge f) bis h) während der Ausführung des Vorgangs a) ausgeführt werden, und die Vorgänge b) bis d) während der Ausführung des Vorgangs e) ausgeführt werden.
  12. Gastrennverfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Zielgas Kohlendioxidgas ist.
  13. Gastrennverfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Ersetzungsgas eine Konzentration des Zielgases von höher als oder gleich 98 % aufweist.
  14. Gastrennverfahren nach Anspruch 7 oder 8, ferner umfassend: Mischen des Gases, das mit dem Zielgas in dem Vorgang c) angereichert worden ist, mit dem Gas, das mit dem Zielgas in dem Vorgang d) angereichert worden ist.
  15. Gastrennverfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Ersetzungsgas in dem Vorgang b) entweder das Gas, das mit dem Zielgas in dem Vorgang c) angereichert worden ist, oder das Gas ist, das mit dem Zielgas in dem Vorgang d) angereichert worden ist.
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