JP2001062240A - 混合ガスの濃度調整方法および濃度調整装置 - Google Patents
混合ガスの濃度調整方法および濃度調整装置Info
- Publication number
- JP2001062240A JP2001062240A JP24126999A JP24126999A JP2001062240A JP 2001062240 A JP2001062240 A JP 2001062240A JP 24126999 A JP24126999 A JP 24126999A JP 24126999 A JP24126999 A JP 24126999A JP 2001062240 A JP2001062240 A JP 2001062240A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- path
- separation membrane
- booster
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
- B01D53/225—Multiple stage diffusion
- B01D53/226—Multiple stage diffusion in serial connexion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/025—Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
- C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
- C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
- C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
- C01C1/0482—Process control; Start-up or cooling-down procedures
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D11/00—Control of flow ratio
- G05D11/02—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material
- G05D11/035—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material with auxiliary non-electric power
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0405—Purification by membrane separation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
- C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
- C01B2203/048—Composition of the impurity the impurity being an organic compound
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 易透過性ガスの回収率の維持と動力費の抑制
の両立が可能な混合ガスの濃度調整方法および濃度調整
装置を提供する。 【解決手段】 透過性の異なる２種以上のガスを含む混
合ガスを昇圧する昇圧機Ｃ１１，Ｃ１２を備えた昇圧経
路と、その昇圧経路から混合ガスの一部を導出する経路
Ｌ１と、その経路Ｌ１より供給されたガスをガス分離膜
Ｍ１，Ｍ２にて透過ガスと残留ガスとに分離するガス分
離部と、その透過ガスを前記昇圧経路に導入する経路と
を備える混合ガスの濃度調整装置において、ガス分離部
Ｓ１，Ｓ２を複数段で構成して、前段の残留ガスを次段
のガス分離部Ｓ２に供給する経路Ｌ３にて各段を接続
し、各段の透過ガスを前記昇圧経路に個別に又は合流後
に導入する経路Ｌ２，Ｌ４を設けると共に、後段側のガ
ス分離部Ｓ２ほど、供給側と透過側との圧力比が大きく
なるように、前記昇圧経路の圧力差を利用する等する。
の両立が可能な混合ガスの濃度調整方法および濃度調整
装置を提供する。 【解決手段】 透過性の異なる２種以上のガスを含む混
合ガスを昇圧する昇圧機Ｃ１１，Ｃ１２を備えた昇圧経
路と、その昇圧経路から混合ガスの一部を導出する経路
Ｌ１と、その経路Ｌ１より供給されたガスをガス分離膜
Ｍ１，Ｍ２にて透過ガスと残留ガスとに分離するガス分
離部と、その透過ガスを前記昇圧経路に導入する経路と
を備える混合ガスの濃度調整装置において、ガス分離部
Ｓ１，Ｓ２を複数段で構成して、前段の残留ガスを次段
のガス分離部Ｓ２に供給する経路Ｌ３にて各段を接続
し、各段の透過ガスを前記昇圧経路に個別に又は合流後
に導入する経路Ｌ２，Ｌ４を設けると共に、後段側のガ
ス分離部Ｓ２ほど、供給側と透過側との圧力比が大きく
なるように、前記昇圧経路の圧力差を利用する等する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス分離により混
合ガスの濃度調整を行う濃度調整方法および濃度調整装
置に関し、特に、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを濃
度調整して、アンモニアの合成原料を製造する場合のよ
うに、難透過性ガスの濃度を減少させる技術として有用
である。
合ガスの濃度調整を行う濃度調整方法および濃度調整装
置に関し、特に、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを濃
度調整して、アンモニアの合成原料を製造する場合のよ
うに、難透過性ガスの濃度を減少させる技術として有用
である。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ガス分離膜を利用して混合ガ
スの精製等を行う技術は周知であるが、その機構・原理
は次の如きである。即ち、原料となる混合ガスの各成分
に対して透過性の異なる材料よりなるガス分離膜が使用
され、加圧状態で供給された混合ガスは、当該ガス分離
膜により膜を透過する透過ガスと供給側に残留する残留
ガスとに分離される。その際、供給側（高圧側）の全圧
に各ガス成分のモル分率を乗じたもの（ガス分圧）と、
透過側（低圧側）の全圧に同じガス成分のモル分率を乗
じたもの（ガス分圧）との差（分圧差）が、透過の原動
力となり、これに透過率と膜面積を乗じた割合で、各々
の成分の透過が生じる。従って、ガス分離では、透過性
の高い易透過性ガスと透過性の低い難透過性ガスとが、
それぞれ透過側と供給側（残留ガス側）とに濃縮される
ように分離される。
スの精製等を行う技術は周知であるが、その機構・原理
は次の如きである。即ち、原料となる混合ガスの各成分
に対して透過性の異なる材料よりなるガス分離膜が使用
され、加圧状態で供給された混合ガスは、当該ガス分離
膜により膜を透過する透過ガスと供給側に残留する残留
ガスとに分離される。その際、供給側（高圧側）の全圧
に各ガス成分のモル分率を乗じたもの（ガス分圧）と、
透過側（低圧側）の全圧に同じガス成分のモル分率を乗
じたもの（ガス分圧）との差（分圧差）が、透過の原動
力となり、これに透過率と膜面積を乗じた割合で、各々
の成分の透過が生じる。従って、ガス分離では、透過性
の高い易透過性ガスと透過性の低い難透過性ガスとが、
それぞれ透過側と供給側（残留ガス側）とに濃縮される
ように分離される。
【０００３】一方、上記のようなガス分離技術を利用し
て、混合ガスの濃度調整を行うには、例えば、原料とな
る混合ガスの一部を導出してガス分離膜にて透過ガスと
残留ガスとに分離した後、易透過性ガスが濃縮された透
過ガスを再び混合ガスに導入することにより、難透過性
ガスの濃度を減少させることができる。
て、混合ガスの濃度調整を行うには、例えば、原料とな
る混合ガスの一部を導出してガス分離膜にて透過ガスと
残留ガスとに分離した後、易透過性ガスが濃縮された透
過ガスを再び混合ガスに導入することにより、難透過性
ガスの濃度を減少させることができる。
【０００４】このような濃度調整方法では、特に次のよ
うな特性が考慮される。即ち、残留ガス中の易透過性ガ
スの濃度は低く、易透過性ガスの回収率が高いほど効率
が良く、これは易透過性ガスのロスに対する対価が高い
場合には重大な要因となる。一方、透過ガス中の易透過
性ガスの濃度は余り重要ではないが、極端に濃度が低い
場合には、透過ガス中に難透過性ガスが同伴され易くな
り、ガス分離のための動力が増加するため不利になる。
また、ガス分離膜の圧力比（供給側／透過側）が小さい
と、昇圧のための動力費が少なくなるが、易透過性ガス
の回収率が低くなり、あるいは回収率を維持するために
は、膜面積を増加させる必要があり、設備費が増大す
る。
うな特性が考慮される。即ち、残留ガス中の易透過性ガ
スの濃度は低く、易透過性ガスの回収率が高いほど効率
が良く、これは易透過性ガスのロスに対する対価が高い
場合には重大な要因となる。一方、透過ガス中の易透過
性ガスの濃度は余り重要ではないが、極端に濃度が低い
場合には、透過ガス中に難透過性ガスが同伴され易くな
り、ガス分離のための動力が増加するため不利になる。
また、ガス分離膜の圧力比（供給側／透過側）が小さい
と、昇圧のための動力費が少なくなるが、易透過性ガス
の回収率が低くなり、あるいは回収率を維持するために
は、膜面積を増加させる必要があり、設備費が増大す
る。
【０００５】上記の如き濃度調整方法により、窒素ガス
と水素ガスとの混合ガスを濃度調整して、アンモニアの
合成原料を製造する場合について、以下、図４に基づい
て、具体的に説明する。
と水素ガスとの混合ガスを濃度調整して、アンモニアの
合成原料を製造する場合について、以下、図４に基づい
て、具体的に説明する。
【０００６】原料となる混合ガスは、別の工程で製造さ
れたものであり、例えば約２５バール（絶対圧，以下同
様）の全圧を有すると共に、窒素ガスのモル比がアンモ
ニア合成に適するモル比（１／３）を超えるため、窒素
ガス濃度を減少させる必要がある。一方、アンモニアの
合成工程では一般に６０〜２００バールの供給圧が要求
されるため、その圧力まで第１昇圧機Ｃ１１と第２昇圧
機Ｃ１２とで順次昇圧を行う。この例では１段目で５０
バール、２段目で１００バールまで昇圧される。
れたものであり、例えば約２５バール（絶対圧，以下同
様）の全圧を有すると共に、窒素ガスのモル比がアンモ
ニア合成に適するモル比（１／３）を超えるため、窒素
ガス濃度を減少させる必要がある。一方、アンモニアの
合成工程では一般に６０〜２００バールの供給圧が要求
されるため、その圧力まで第１昇圧機Ｃ１１と第２昇圧
機Ｃ１２とで順次昇圧を行う。この例では１段目で５０
バール、２段目で１００バールまで昇圧される。
【０００７】そして、第２昇圧機Ｃ１２の出口側経路か
ら一部導出したガスを、ガス分離膜Ｍ０を備えたガス分
離部Ｓ０にて透過ガスと残留ガスとに分離した後、透過
ガスを第１昇圧機Ｃ１１の入口側経路に導入して、原料
混合ガスと合流させる。その際、難透過性の窒素ガスが
濃縮された残留ガスが系外に排出されて、混合ガスから
除去されるため、混合ガス中の難透過性ガスの濃度を減
少させることができ、所望のモル比を有する混合ガスを
得ることができる。
ら一部導出したガスを、ガス分離膜Ｍ０を備えたガス分
離部Ｓ０にて透過ガスと残留ガスとに分離した後、透過
ガスを第１昇圧機Ｃ１１の入口側経路に導入して、原料
混合ガスと合流させる。その際、難透過性の窒素ガスが
濃縮された残留ガスが系外に排出されて、混合ガスから
除去されるため、混合ガス中の難透過性ガスの濃度を減
少させることができ、所望のモル比を有する混合ガスを
得ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記濃
度調整方法において、ガス分離膜の面積を大きくする
と、即ち、並列に接続した膜モジュールの数を増加させ
ると、水素ガスの回収率が高まり、効率が良くなるもの
の、反面、設備費が増大するという問題がある。また、
ガス分離部の段数が上記のように１段のものでは、昇圧
機の動力費を抑えるべく、圧力比を低下させると、易透
過性ガスの回収率が低下するため、回収率の維持と動力
費の抑制の両立は困難であった。即ち、ガス分離部の段
数が１段の従来法では、設計上、上記のように限界があ
った。
度調整方法において、ガス分離膜の面積を大きくする
と、即ち、並列に接続した膜モジュールの数を増加させ
ると、水素ガスの回収率が高まり、効率が良くなるもの
の、反面、設備費が増大するという問題がある。また、
ガス分離部の段数が上記のように１段のものでは、昇圧
機の動力費を抑えるべく、圧力比を低下させると、易透
過性ガスの回収率が低下するため、回収率の維持と動力
費の抑制の両立は困難であった。即ち、ガス分離部の段
数が１段の従来法では、設計上、上記のように限界があ
った。
【０００９】そこで、本発明の目的は、易透過性ガスの
回収率の維持と動力費の抑制の両立が可能な混合ガスの
濃度調整方法および濃度調整装置を提供することにあ
る。
回収率の維持と動力費の抑制の両立が可能な混合ガスの
濃度調整方法および濃度調整装置を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、下記の如き
本発明により達成できる。即ち、本発明の混合ガスの濃
度調整方法は、ガス分離膜に対する透過性の異なる２種
以上のガスを含む混合ガスを、昇圧機を備えた経路に供
給して昇圧しつつ、その昇圧経路から混合ガスの一部を
導出してガス分離膜にて透過ガスと残留ガスとに分離し
た後、その透過ガスを前記昇圧経路に導入することで、
混合ガスの濃度を調整する濃度調整方法において、前記
昇圧経路から導出したガスを第１ガス分離膜にて第１透
過ガスと第１残留ガスとに分離した後、その第１残留ガ
スを第２ガス分離膜にて第２透過ガスと第２残留ガスと
に分離しつつ、前記第１透過ガスと前記第２透過ガスと
を前記昇圧経路に個別に又は合流後に導入すると共に、
前記第２ガス分離膜における供給側と透過側との圧力比
（供給側／透過側）を、前記第１ガス分離膜における供
給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）よりも大き
くすることを特微とする（請求項１記載の発明）。
本発明により達成できる。即ち、本発明の混合ガスの濃
度調整方法は、ガス分離膜に対する透過性の異なる２種
以上のガスを含む混合ガスを、昇圧機を備えた経路に供
給して昇圧しつつ、その昇圧経路から混合ガスの一部を
導出してガス分離膜にて透過ガスと残留ガスとに分離し
た後、その透過ガスを前記昇圧経路に導入することで、
混合ガスの濃度を調整する濃度調整方法において、前記
昇圧経路から導出したガスを第１ガス分離膜にて第１透
過ガスと第１残留ガスとに分離した後、その第１残留ガ
スを第２ガス分離膜にて第２透過ガスと第２残留ガスと
に分離しつつ、前記第１透過ガスと前記第２透過ガスと
を前記昇圧経路に個別に又は合流後に導入すると共に、
前記第２ガス分離膜における供給側と透過側との圧力比
（供給側／透過側）を、前記第１ガス分離膜における供
給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）よりも大き
くすることを特微とする（請求項１記載の発明）。
【００１１】上記において、前記ガス分離膜を３段以上
で構成して前段の残留ガスを次段のガス分離膜にて順次
分離しつつ、各段の透過ガスを前記昇圧経路に個別に又
は合流後に導入すると共に、後段側のガス分離膜ほど、
供給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）を大きく
してあることが好ましい（請求項２記載の発明）。な
お、本発明における「段数」は、ガス分離を行う単位
（ガス分離部、ガス分離膜）を直列に接続する場合の接
続単位の数を指し、各単位はガス分離部等を並列に接続
したガス分離部群でもよい。
で構成して前段の残留ガスを次段のガス分離膜にて順次
分離しつつ、各段の透過ガスを前記昇圧経路に個別に又
は合流後に導入すると共に、後段側のガス分離膜ほど、
供給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）を大きく
してあることが好ましい（請求項２記載の発明）。な
お、本発明における「段数」は、ガス分離を行う単位
（ガス分離部、ガス分離膜）を直列に接続する場合の接
続単位の数を指し、各単位はガス分離部等を並列に接続
したガス分離部群でもよい。
【００１２】また、本発明の濃度調整方法は、ガス分離
膜に対する透過性の異なる２種以上のガスを含む混合ガ
スを、第１昇圧機と第２昇圧機とで順次昇圧しつつ、そ
の第２昇圧機の出口側経路から一部導出したガスを第１
ガス分離膜にて第１透過ガスと第１残留ガスとに分離し
た後、その第１残留ガスを第２ガス分離膜にて第２透過
ガスと第２残留ガスとに分離しつつ、前記第１透過ガス
を前記第２昇圧機の入口側経路に導入し、前記第２透過
ガスを前記第１昇圧機の入口側経路に導入すると共に、
前記第２ガス分離膜における供給側と透過側との圧力比
（供給側／透過側）を、前記第１ガス分離膜における供
給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）よりも大き
くするものが好ましい（請求項３記載の発明）。
膜に対する透過性の異なる２種以上のガスを含む混合ガ
スを、第１昇圧機と第２昇圧機とで順次昇圧しつつ、そ
の第２昇圧機の出口側経路から一部導出したガスを第１
ガス分離膜にて第１透過ガスと第１残留ガスとに分離し
た後、その第１残留ガスを第２ガス分離膜にて第２透過
ガスと第２残留ガスとに分離しつつ、前記第１透過ガス
を前記第２昇圧機の入口側経路に導入し、前記第２透過
ガスを前記第１昇圧機の入口側経路に導入すると共に、
前記第２ガス分離膜における供給側と透過側との圧力比
（供給側／透過側）を、前記第１ガス分離膜における供
給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）よりも大き
くするものが好ましい（請求項３記載の発明）。
【００１３】上記において、原料となる混合ガスが、窒
素ガス及び水素ガスを含有し、そのモル比（窒素ガス／
水素ガス）が１／３を超えることが好ましい（請求項４
記載の発明）。
素ガス及び水素ガスを含有し、そのモル比（窒素ガス／
水素ガス）が１／３を超えることが好ましい（請求項４
記載の発明）。
【００１４】一方、本発明の濃度調整装置は、ガス分離
膜に対する透過性の異なる２種以上のガスを含む混合ガ
スを昇圧する昇圧機を備えた昇圧経路と、その昇圧経路
から混合ガスの一部を導出する経路と、その経路より供
給されたガスをガス分離膜にて透過ガスと残留ガスとに
分離するガス分離部と、その透過ガスを前記昇圧経路に
導入する経路とを備える混合ガスの濃度調整装置におい
て、前記ガス分離部を複数段で構成して、前段の残留ガ
スを次段のガス分離部に供給する経路にて各段を接続
し、各段の透過ガスを前記昇圧経路に個別に又は合流後
に導入する経路を設けると共に、後段側のガス分離部ほ
ど、供給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）が大
きくなるように、別途昇圧機を設けるか又は前記昇圧経
路の圧力差を利用することを特微とする（請求項５記載
の発明）。
膜に対する透過性の異なる２種以上のガスを含む混合ガ
スを昇圧する昇圧機を備えた昇圧経路と、その昇圧経路
から混合ガスの一部を導出する経路と、その経路より供
給されたガスをガス分離膜にて透過ガスと残留ガスとに
分離するガス分離部と、その透過ガスを前記昇圧経路に
導入する経路とを備える混合ガスの濃度調整装置におい
て、前記ガス分離部を複数段で構成して、前段の残留ガ
スを次段のガス分離部に供給する経路にて各段を接続
し、各段の透過ガスを前記昇圧経路に個別に又は合流後
に導入する経路を設けると共に、後段側のガス分離部ほ
ど、供給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）が大
きくなるように、別途昇圧機を設けるか又は前記昇圧経
路の圧力差を利用することを特微とする（請求項５記載
の発明）。
【００１５】また、本発明の濃度調整方法は、ガス分離
膜に対する透過性の異なる２種以上のガスを含む混合ガ
スを順次昇圧する第１昇圧機及び第２昇圧機と、その第
２昇圧機の出口側経路から混合ガスの一部を導出する経
路と、その経路より供給されたガスを第１ガス分離膜に
て第１透過ガスと第１残留ガスとに分離する第１ガス分
離部と、その第１残留ガスを第２ガス分離部に供給する
経路と、その経路より供給されたガスを第２ガス分離膜
にて第２透過ガスと第２残留ガスとに分離する第２ガス
分離部と、前記第１透過ガスを前記第２昇圧機の入口側
経路に導入する経路と、前記第２透過ガスを前記第１昇
圧機の入口側経路に導入する経路とを備えることが好ま
しい（請求項６記載の発明）。
膜に対する透過性の異なる２種以上のガスを含む混合ガ
スを順次昇圧する第１昇圧機及び第２昇圧機と、その第
２昇圧機の出口側経路から混合ガスの一部を導出する経
路と、その経路より供給されたガスを第１ガス分離膜に
て第１透過ガスと第１残留ガスとに分離する第１ガス分
離部と、その第１残留ガスを第２ガス分離部に供給する
経路と、その経路より供給されたガスを第２ガス分離膜
にて第２透過ガスと第２残留ガスとに分離する第２ガス
分離部と、前記第１透過ガスを前記第２昇圧機の入口側
経路に導入する経路と、前記第２透過ガスを前記第１昇
圧機の入口側経路に導入する経路とを備えることが好ま
しい（請求項６記載の発明）。
【００１６】［作用効果］上記の請求項１〜６記載の発
明によると、いずれもガス分離部を複数段（直列）に構
成して、後段側のガス分離部ほど、供給側と透過側との
圧力比（供給側／透過側）を大きくしてあるため、易透
過性ガスの回収率を維持しつつ、動力費をより抑制する
ことができる。つまり、前段側のガス分離部ほど、易透
過性ガスの濃度が高いため、比較的小さな圧力比でも多
くの易透過性ガスが小さい圧力降下にて回収でき、前段
側の動力費を抑えることができる。更に、後段側のガス
分離部ほど、易透過性ガスの濃度が低いため、圧力比を
高める必要があるが、供給されるガス量が少ないので、
動力費はさほど大きくならず、また圧力比を高めること
で、易透過性ガスの回収率を維持することができる。従
って、回収率の維持と動力費の抑制の両立が可能となる
（具体的には表１及び表２参照）。
明によると、いずれもガス分離部を複数段（直列）に構
成して、後段側のガス分離部ほど、供給側と透過側との
圧力比（供給側／透過側）を大きくしてあるため、易透
過性ガスの回収率を維持しつつ、動力費をより抑制する
ことができる。つまり、前段側のガス分離部ほど、易透
過性ガスの濃度が高いため、比較的小さな圧力比でも多
くの易透過性ガスが小さい圧力降下にて回収でき、前段
側の動力費を抑えることができる。更に、後段側のガス
分離部ほど、易透過性ガスの濃度が低いため、圧力比を
高める必要があるが、供給されるガス量が少ないので、
動力費はさほど大きくならず、また圧力比を高めること
で、易透過性ガスの回収率を維持することができる。従
って、回収率の維持と動力費の抑制の両立が可能となる
（具体的には表１及び表２参照）。
【００１７】また、請求項３又は６に記載の発明による
と、原料となる混合ガスを昇圧するための２つの昇圧機
を利用して、上記の如き圧力比を付与するため、別途昇
圧機を設ける必要がなく、設備費をより低減することが
できる。
と、原料となる混合ガスを昇圧するための２つの昇圧機
を利用して、上記の如き圧力比を付与するため、別途昇
圧機を設ける必要がなく、設備費をより低減することが
できる。
【００１８】また、請求項４記載の発明によると、原料
となる混合ガスが、窒素ガス及び水素ガスを含有するた
め、ガス分離膜による分離が容易となり、しかもモル比
が１／３を超える混合ガスから難透過性の窒素ガスを除
去しつつ昇圧が行えるため、アンモニアの合成原料とし
て適切な混合ガスを好適に製造することができる。
となる混合ガスが、窒素ガス及び水素ガスを含有するた
め、ガス分離膜による分離が容易となり、しかもモル比
が１／３を超える混合ガスから難透過性の窒素ガスを除
去しつつ昇圧が行えるため、アンモニアの合成原料とし
て適切な混合ガスを好適に製造することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について、図面を参照しながら説明する。
について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】本実施形態は、図１に示すような装置によ
り、窒素ガスと水素ガスとを主成分とする混合ガスを原
料とし、窒素ガスの濃度を低下させるように濃度調整す
る例であり、昇圧機の兼用により昇圧機の設備費を抑え
ながら、水素ガスの回収率の維持と動力費の抑制の両立
を図るものである。
り、窒素ガスと水素ガスとを主成分とする混合ガスを原
料とし、窒素ガスの濃度を低下させるように濃度調整す
る例であり、昇圧機の兼用により昇圧機の設備費を抑え
ながら、水素ガスの回収率の維持と動力費の抑制の両立
を図るものである。
【００２１】前述のように、原料となる混合ガスは、別
の工程で製造されたもので、例えば約２５バールの全圧
を有し、窒素ガスのモル比が１／３を超えるものであ
る。一方、製品ガスはアンモニア合成工程で要求される
圧力に合わせる必要がある。
の工程で製造されたもので、例えば約２５バールの全圧
を有し、窒素ガスのモル比が１／３を超えるものであ
る。一方、製品ガスはアンモニア合成工程で要求される
圧力に合わせる必要がある。
【００２２】このため、約２５バールの混合ガスは、第
１昇圧機Ｃ１１で約５０バールまで、第２昇圧機Ｃ１２
で約１００バールまで順次昇圧される。昇圧機として
は、遠心式圧縮機が好適に使用され、圧縮比２で２段圧
縮を行うのが好ましい。なお、各昇圧機の直後には、温
度維持のため水冷式冷却器が設けられるが、図示は省略
してある。
１昇圧機Ｃ１１で約５０バールまで、第２昇圧機Ｃ１２
で約１００バールまで順次昇圧される。昇圧機として
は、遠心式圧縮機が好適に使用され、圧縮比２で２段圧
縮を行うのが好ましい。なお、各昇圧機の直後には、温
度維持のため水冷式冷却器が設けられるが、図示は省略
してある。
【００２３】本実施形態では、製品ガスの昇圧のための
昇圧機とガス分離の差圧発生のための昇圧機との兼用を
図っている。このため以下のような工程により２段のガ
ス分離が行われる。
昇圧機とガス分離の差圧発生のための昇圧機との兼用を
図っている。このため以下のような工程により２段のガ
ス分離が行われる。
【００２４】即ち、第２昇圧機Ｃ１２の出口側経路から
一部導出したガスは、経路Ｌ１を経て第１ガス分離部Ｓ
１に供給され、その内部に設けられた第１ガス分離膜Ｍ
１によって第１透過ガスと第１残留ガスとに分離され
る。その後、第１残留ガスは、経路Ｌ３を経て第２ガス
分離部Ｓ２に供給され、その内部に設けられた第２ガス
分離膜Ｍ２によって第２透過ガスと第２残留ガスとに分
離される。一方、第１透過ガスは、経路Ｌ２を経て第２
昇圧機Ｃ１２の入口側経路（第１昇圧機Ｃ１１との中
間）に導入され、第２透過ガスは、経路Ｌ４を経て第１
昇圧機Ｃ１１の入口側経路（原料供給経路）に導入さ
れ、原料混合ガスと合流される。
一部導出したガスは、経路Ｌ１を経て第１ガス分離部Ｓ
１に供給され、その内部に設けられた第１ガス分離膜Ｍ
１によって第１透過ガスと第１残留ガスとに分離され
る。その後、第１残留ガスは、経路Ｌ３を経て第２ガス
分離部Ｓ２に供給され、その内部に設けられた第２ガス
分離膜Ｍ２によって第２透過ガスと第２残留ガスとに分
離される。一方、第１透過ガスは、経路Ｌ２を経て第２
昇圧機Ｃ１２の入口側経路（第１昇圧機Ｃ１１との中
間）に導入され、第２透過ガスは、経路Ｌ４を経て第１
昇圧機Ｃ１１の入口側経路（原料供給経路）に導入さ
れ、原料混合ガスと合流される。
【００２５】その際、難透過性の窒素ガスが濃縮された
残留ガスが、経路Ｌ５より系外に排出されて、混合ガス
から除去されるため、混合ガス中の難透過性ガスの濃度
を減少させることができ、所望のモル比を有する混合ガ
スを得ることができる。また、第２ガス分離膜Ｍ２にお
ける供給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）は、
２基の昇圧機により生じるものであり、第１ガス分離膜
Ｍ１における圧力比（供給側／透過側）は、１基の昇圧
機により生じるものであるため、前者の圧力比は後者よ
り大きいものとなる。
残留ガスが、経路Ｌ５より系外に排出されて、混合ガス
から除去されるため、混合ガス中の難透過性ガスの濃度
を減少させることができ、所望のモル比を有する混合ガ
スを得ることができる。また、第２ガス分離膜Ｍ２にお
ける供給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）は、
２基の昇圧機により生じるものであり、第１ガス分離膜
Ｍ１における圧力比（供給側／透過側）は、１基の昇圧
機により生じるものであるため、前者の圧力比は後者よ
り大きいものとなる。
【００２６】ガス分離膜を備えたガス分離部としては、
ガス分離膜を備えたエレメントが耐圧容器内に組み込ま
れている膜モジュールが好適に使用され、供給側から残
留側（出口側）への流路と、透過側の流路とをガス分離
膜が隔絶する構造になっている。具体的な膜モジュール
の型式としては、中空糸型、スパイラル型など、ガス分
離に用いられるモジュール型式がいずれも採用できる。
ガス分離膜を備えたエレメントが耐圧容器内に組み込ま
れている膜モジュールが好適に使用され、供給側から残
留側（出口側）への流路と、透過側の流路とをガス分離
膜が隔絶する構造になっている。具体的な膜モジュール
の型式としては、中空糸型、スパイラル型など、ガス分
離に用いられるモジュール型式がいずれも採用できる。
【００２７】また、ガス分離膜としては、ポリアミド、
ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリカ
ーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポ
リエーテルケトン、又はこれらのブレンド体などからな
るものが用いられる。分離膜の形状としては、中空糸や
平膜等が挙げられ、非対称構造を有するものが好適に使
用される。このような分離膜は、各種市販されているも
のが使用できる。なお、各段におけるガス分離膜の材質
は、同種でも異種でもよい。
ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリカ
ーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポ
リエーテルケトン、又はこれらのブレンド体などからな
るものが用いられる。分離膜の形状としては、中空糸や
平膜等が挙げられ、非対称構造を有するものが好適に使
用される。このような分離膜は、各種市販されているも
のが使用できる。なお、各段におけるガス分離膜の材質
は、同種でも異種でもよい。
【００２８】上記の膜材料は、混合ガスや回収ガスの種
類に応じて、適宜選択可能であるが、本実施形態では、
上記の如き混合ガスに対して、ＭＥＤＡＬ社製の水素用
ガス分離膜モジュールが好適に使用される。以下、この
膜モジュールを使用して、具体的に濃度調整を行う場合
の例について、従来法との比較で説明する。なお、実際
の原料ガスにはメタン、アルゴン、水等の不純物も含ま
れるが、議論の簡略化のため、これらの成分は無視し
て、水素ガス濃度以外の残部濃度は窒素ガス濃度として
取り扱う。
類に応じて、適宜選択可能であるが、本実施形態では、
上記の如き混合ガスに対して、ＭＥＤＡＬ社製の水素用
ガス分離膜モジュールが好適に使用される。以下、この
膜モジュールを使用して、具体的に濃度調整を行う場合
の例について、従来法との比較で説明する。なお、実際
の原料ガスにはメタン、アルゴン、水等の不純物も含ま
れるが、議論の簡略化のため、これらの成分は無視し
て、水素ガス濃度以外の残部濃度は窒素ガス濃度として
取り扱う。
【００２９】経路Ｌ１から供給される混合ガスの流量を
１００００Ｎｍ3 ／ｈ、水素ガス純度を７５％（モル
％）とし、第１ガス分離膜Ｍ１の膜面積を１２インチ型
モジュール２基分、第２ガス分離膜Ｍ２の膜面積を１２
インチ型モジュール４基分とし、上記のような設定圧で
運転を行うと、表１のようなデータが得られる。
１００００Ｎｍ3 ／ｈ、水素ガス純度を７５％（モル
％）とし、第１ガス分離膜Ｍ１の膜面積を１２インチ型
モジュール２基分、第２ガス分離膜Ｍ２の膜面積を１２
インチ型モジュール４基分とし、上記のような設定圧で
運転を行うと、表１のようなデータが得られる。
【００３０】
【表１】 従来法１は、図４に示す装置によるものであるが、第１
ガス分離膜の面積が０（ゼロ）の特殊例として把握する
ことができるので、表１のような表現とした。その際、
本実施形態と同一の水素ガス濃度と流量を得るために
は、ガス分離膜の面積は４．４３となった。
ガス分離膜の面積が０（ゼロ）の特殊例として把握する
ことができるので、表１のような表現とした。その際、
本実施形態と同一の水素ガス濃度と流量を得るために
は、ガス分離膜の面積は４．４３となった。
【００３１】本実施形態と従来法１とを比較すると、膜
面積を４．４３から６に増やす必要があるが、追加の動
力は大幅に減少（約２０％）できる。なお、表１の値は
次のようにして計算されたものである。また、昇圧機に
よる単位流量を圧縮するための動力をＬｃとし、圧縮比
が共に２である第１昇圧機Ｃ１１と第２昇圧機Ｃ１２の
Ｌｃを同一と仮定する。
面積を４．４３から６に増やす必要があるが、追加の動
力は大幅に減少（約２０％）できる。なお、表１の値は
次のようにして計算されたものである。また、昇圧機に
よる単位流量を圧縮するための動力をＬｃとし、圧縮比
が共に２である第１昇圧機Ｃ１１と第２昇圧機Ｃ１２の
Ｌｃを同一と仮定する。
【００３２】先ずより簡単な従来法１について計算する
と、９８７５Ｎｍ3 ／ｈの原料を第１昇圧機Ｃ１１と第
２昇圧機Ｃ１２で順次昇圧すると、所要動力は、 ９８７５Ｌｃ×２＝１９７５０Ｌｃ となる。その際、透過ガスは２５バールから１００バー
ルまで再圧縮する必要があるが、これは原料ガスとして
もともと同様の圧縮が必要であったものと考えられるの
で、追加動力とは見なされない。
と、９８７５Ｎｍ3 ／ｈの原料を第１昇圧機Ｃ１１と第
２昇圧機Ｃ１２で順次昇圧すると、所要動力は、 ９８７５Ｌｃ×２＝１９７５０Ｌｃ となる。その際、透過ガスは２５バールから１００バー
ルまで再圧縮する必要があるが、これは原料ガスとして
もともと同様の圧縮が必要であったものと考えられるの
で、追加動力とは見なされない。
【００３３】一方、本実施形態の場合では、１００００
Ｎｍ3 ／ｈを第１昇圧機Ｃ１１と第２昇圧機Ｃ１２で昇
圧する必要があるが、その内、第１透過ガス分４１１６
Ｎｍ 3 ／ｈは第２昇圧機Ｃ１２のみで昇圧するだけでよ
いため、所要動力は、 ４１１６Ｌｃ＋５８８４Ｌｃ×２＝１５８８４Ｌｃ となる。つまり、本実施形態によると従来法１と比較し
て、水素ガスの回収率を維持しながら、追加動力を約８
０％に抑えることができる。
Ｎｍ3 ／ｈを第１昇圧機Ｃ１１と第２昇圧機Ｃ１２で昇
圧する必要があるが、その内、第１透過ガス分４１１６
Ｎｍ 3 ／ｈは第２昇圧機Ｃ１２のみで昇圧するだけでよ
いため、所要動力は、 ４１１６Ｌｃ＋５８８４Ｌｃ×２＝１５８８４Ｌｃ となる。つまり、本実施形態によると従来法１と比較し
て、水素ガスの回収率を維持しながら、追加動力を約８
０％に抑えることができる。
【００３４】［他の実施形態］ （１）先の実施形態では、製品ガスの昇圧のための昇圧
機とガス分離の差圧発生のための昇圧機との兼用を図る
例を示したが、図２に示すように別途２基の昇圧機を設
けて、濃度調整の効率をより高めるようにしてもよい。
機とガス分離の差圧発生のための昇圧機との兼用を図る
例を示したが、図２に示すように別途２基の昇圧機を設
けて、濃度調整の効率をより高めるようにしてもよい。
【００３５】つまり、第１昇圧機Ｃ１１の入口側経路か
ら一部導出したガスは、別途設けた昇圧機Ｃ２０で昇圧
された後、経路Ｌ１を経て第１ガス分離部Ｓ１に供給さ
れ、その内部に設けられた第１ガス分離膜Ｍ１によって
第１透過ガスと第１残留ガスとに分離される。その後、
第１残留ガスは、経路Ｌ３を経て第２ガス分離部Ｓ２に
供給され、その内部に設けられた第２ガス分離膜Ｍ２に
よって第２透過ガスと第２残留ガスとに分離される。一
方、第１透過ガスは、経路Ｌ２を経て第１昇圧機Ｃ１１
の入口側経路の導出部より下流側に導入され、第２透過
ガスは、経路Ｌ４を経て、別途設けた昇圧機Ｃ３０で昇
圧された後、経路Ｌ２に合流される。なお、昇圧機Ｃ２
０、昇圧機Ｃ３０としては、圧縮比が３と大きいため、
往復動式圧縮機が好適に使用される。
ら一部導出したガスは、別途設けた昇圧機Ｃ２０で昇圧
された後、経路Ｌ１を経て第１ガス分離部Ｓ１に供給さ
れ、その内部に設けられた第１ガス分離膜Ｍ１によって
第１透過ガスと第１残留ガスとに分離される。その後、
第１残留ガスは、経路Ｌ３を経て第２ガス分離部Ｓ２に
供給され、その内部に設けられた第２ガス分離膜Ｍ２に
よって第２透過ガスと第２残留ガスとに分離される。一
方、第１透過ガスは、経路Ｌ２を経て第１昇圧機Ｃ１１
の入口側経路の導出部より下流側に導入され、第２透過
ガスは、経路Ｌ４を経て、別途設けた昇圧機Ｃ３０で昇
圧された後、経路Ｌ２に合流される。なお、昇圧機Ｃ２
０、昇圧機Ｃ３０としては、圧縮比が３と大きいため、
往復動式圧縮機が好適に使用される。
【００３６】上記の場合も、第２ガス分離膜Ｍ２におけ
る供給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）は、２
基の昇圧機により生じるものであり、第１ガス分離膜Ｍ
１における圧力比（供給側／透過側）は、１基の昇圧機
により生じるものであるため、前者の圧力比は後者より
大きいものとなる。
る供給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）は、２
基の昇圧機により生じるものであり、第１ガス分離膜Ｍ
１における圧力比（供給側／透過側）は、１基の昇圧機
により生じるものであるため、前者の圧力比は後者より
大きいものとなる。
【００３７】この例についても、先の実施形態と同様に
従来法２（図５参照）との追加動力等の比較を行ったと
ころ、表２のような結果になった。
従来法２（図５参照）との追加動力等の比較を行ったと
ころ、表２のような結果になった。
【００３８】
【表２】 別実施形態１は従来法２と比較すると、膜面積を２．８
２から５に増やす必要があるが、水素ガスの回収率を維
持しながら、追加動力を約６８％に抑えることができ
る。
２から５に増やす必要があるが、水素ガスの回収率を維
持しながら、追加動力を約６８％に抑えることができ
る。
【００３９】（２）先の実施形態では、製品ガスの昇圧
のための昇圧機とガス分離の差圧発生のための昇圧機と
の兼用を図る例を示したが、図３に示すように別途１基
の昇圧機を設けて構成してもよい。
のための昇圧機とガス分離の差圧発生のための昇圧機と
の兼用を図る例を示したが、図３に示すように別途１基
の昇圧機を設けて構成してもよい。
【００４０】つまり、第１昇圧機Ｃ１１の出口側経路か
ら一部導出したガスは、経路Ｌ１を経て第１ガス分離部
Ｓ１に供給され、その内部に設けられた第１ガス分離膜
Ｍ１によって第１透過ガスと第１残留ガスとに分離され
る。その後、第１残留ガスは、経路Ｌ３を経て第２ガス
分離部Ｓ２に供給され、その内部に設けられた第２ガス
分離膜Ｍ２によって第２透過ガスと第２残留ガスとに分
離される。一方、第１透過ガスは、経路Ｌ２を経て第１
昇圧機Ｃ１１の入口側経路に導入され、第２透過ガス
は、経路Ｌ４を経て、別途設けた昇圧機Ｃ３０で昇圧さ
れた後、経路Ｌ２に合流される。
ら一部導出したガスは、経路Ｌ１を経て第１ガス分離部
Ｓ１に供給され、その内部に設けられた第１ガス分離膜
Ｍ１によって第１透過ガスと第１残留ガスとに分離され
る。その後、第１残留ガスは、経路Ｌ３を経て第２ガス
分離部Ｓ２に供給され、その内部に設けられた第２ガス
分離膜Ｍ２によって第２透過ガスと第２残留ガスとに分
離される。一方、第１透過ガスは、経路Ｌ２を経て第１
昇圧機Ｃ１１の入口側経路に導入され、第２透過ガス
は、経路Ｌ４を経て、別途設けた昇圧機Ｃ３０で昇圧さ
れた後、経路Ｌ２に合流される。
【００４１】上記の場合も、第２ガス分離膜Ｍ２におけ
る供給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）は、２
基の昇圧機により生じるものであり、第１ガス分離膜Ｍ
１における圧力比（供給側／透過側）は、１基の昇圧機
により生じるものであるため、前者の圧力比は後者より
大きいものとなる。
る供給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）は、２
基の昇圧機により生じるものであり、第１ガス分離膜Ｍ
１における圧力比（供給側／透過側）は、１基の昇圧機
により生じるものであるため、前者の圧力比は後者より
大きいものとなる。
【００４２】（３）先の実施形態では、窒素ガスと水素
ガスとの混合ガスを濃度調整して、アンモニアの合成原
料を製造する場合を例示したが、原料となる混合ガス、
及び除去される難透過性ガスの種類はこれに限定される
ものではない。
ガスとの混合ガスを濃度調整して、アンモニアの合成原
料を製造する場合を例示したが、原料となる混合ガス、
及び除去される難透過性ガスの種類はこれに限定される
ものではない。
【００４３】例えば易透過性ガスとして、水素ガス、ヘ
リウムガス、水蒸気の１種以上を含み、難透過性ガスと
して、窒素ガス、一酸化炭素ガス、メタンガス、アルゴ
ンガスの１種以上を含む混合ガスが何れも使用可能であ
る。
リウムガス、水蒸気の１種以上を含み、難透過性ガスと
して、窒素ガス、一酸化炭素ガス、メタンガス、アルゴ
ンガスの１種以上を含む混合ガスが何れも使用可能であ
る。
【００４４】（４）先の実施形態では、透過ガスを全て
回収する例を示したが、その一部を副生産物として系外
に導出してもよい。
回収する例を示したが、その一部を副生産物として系外
に導出してもよい。
【００４５】（５）先の実施形態では、ガス分離部を２
段で構成した例を示したが、３段以上で構成してもよ
い。その場合、例えば図１に示す装置において、昇圧機
を３段にし、それぞれの昇圧機の入口側に各段の透過ガ
スを導入すればよい。また、各段の透過ガスの一部を合
流後に何れかの昇圧機の入口側に導入してもよい。
段で構成した例を示したが、３段以上で構成してもよ
い。その場合、例えば図１に示す装置において、昇圧機
を３段にし、それぞれの昇圧機の入口側に各段の透過ガ
スを導入すればよい。また、各段の透過ガスの一部を合
流後に何れかの昇圧機の入口側に導入してもよい。
【図１】本発明の混合ガスの濃度調整装置の一例を示す
概略構成図
概略構成図
【図２】別実施形態の混合ガスの濃度調整装置の一例を
示す概略構成図
示す概略構成図
【図３】別実施形態の混合ガスの濃度調整装置の一例を
示す概略構成図
示す概略構成図
【図４】従来の混合ガスの濃度調整装置（従来法１）の
一例を示す概略構成図
一例を示す概略構成図
【図５】従来の混合ガスの濃度調整装置（従来法２）の
一例を示す概略構成図
一例を示す概略構成図
Ｓ１〜Ｓ２ ガス分離部 Ｍ１〜Ｍ２ ガス分離膜 Ｃ１１〜Ｃ３０ 昇圧機 Ｌ１〜Ｌ５ 経路
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D006 GA41 HA01 HA61 JA52Z JA71 KA12 KA52 KA54 KE06Q MA01 MA03 MC47 MC48 MC49 MC54 MC58 MC62 PA02 PB63 PB65 PB66 PB67 PB68 PB70 PC80
Claims (6)
- 【請求項１】 ガス分離膜に対する透過性の異なる２種
以上のガスを含む混合ガスを、昇圧機を備えた経路に供
給して昇圧しつつ、その昇圧経路から混合ガスの一部を
導出してガス分離膜にて透過ガスと残留ガスとに分離し
た後、その透過ガスを前記昇圧経路に導入することで、
混合ガスの濃度を調整する濃度調整方法において、 前記昇圧経路から導出したガスを第１ガス分離膜にて第
１透過ガスと第１残留ガスとに分離した後、その第１残
留ガスを第２ガス分離膜にて第２透過ガスと第２残留ガ
スとに分離しつつ、前記第１透過ガスと前記第２透過ガ
スとを前記昇圧経路に個別に又は合流後に導入すると共
に、 前記第２ガス分離膜における供給側と透過側との圧力比
（供給側／透過側）を、前記第１ガス分離膜における供
給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）よりも大き
くすることを特微とする混合ガスの濃度調整方法。 - 【請求項２】 前記ガス分離膜を３段以上で構成して前
段の残留ガスを次段のガス分離膜にて順次分離しつつ、
各段の透過ガスを前記昇圧経路に個別に又は合流後に導
入すると共に、 後段側のガス分離膜ほど、供給側と透過側との圧力比
（供給側／透過側）を大きくしてある請求項１記載の混
合ガスの濃度調整方法。 - 【請求項３】 ガス分離膜に対する透過性の異なる２種
以上のガスを含む混合ガスを、第１昇圧機と第２昇圧機
とで順次昇圧しつつ、その第２昇圧機の出口側経路から
一部導出したガスを第１ガス分離膜にて第１透過ガスと
第１残留ガスとに分離した後、その第１残留ガスを第２
ガス分離膜にて第２透過ガスと第２残留ガスとに分離し
つつ、前記第１透過ガスを前記第２昇圧機の入口側経路
に導入し、前記第２透過ガスを前記第１昇圧機の入口側
経路に導入すると共に、 前記第２ガス分離膜における供給側と透過側との圧力比
（供給側／透過側）を、前記第１ガス分離膜における供
給側と透過側との圧力比（供給側／透過側）よりも大き
くすることを特微とする混合ガスの濃度調整方法。 - 【請求項４】 原料となる混合ガスが、窒素ガス及び水
素ガスを含有し、そのモル比（窒素ガス／水素ガス）が
１／３を超えるものである請求項１〜３いずれかに記載
の混合ガスの濃度調整方法。 - 【請求項５】 ガス分離膜に対する透過性の異なる２種
以上のガスを含む混合ガスを昇圧する昇圧機を備えた昇
圧経路と、その昇圧経路から混合ガスの一部を導出する
経路と、その経路より供給されたガスをガス分離膜にて
透過ガスと残留ガスとに分離するガス分離部と、その透
過ガスを前記昇圧経路に導入する経路とを備える混合ガ
スの濃度調整装置において、 前記ガス分離部を複数段で構成して、前段の残留ガスを
次段のガス分離部に供給する経路にて各段を接続し、各
段の透過ガスを前記昇圧経路に個別に又は合流後に導入
する経路を設けると共に、 後段側のガス分離部ほど、供給側と透過側との圧力比
（供給側／透過側）が大きくなるように、別途昇圧機を
設けるか又は前記昇圧経路の圧力差を利用することを特
微とする混合ガスの濃度調整装置。 - 【請求項６】 ガス分離膜に対する透過性の異なる２種
以上のガスを含む混合ガスを順次昇圧する第１昇圧機及
び第２昇圧機と、その第２昇圧機の出口側経路から混合
ガスの一部を導出する経路と、その経路より供給された
ガスを第１ガス分離膜にて第１透過ガスと第１残留ガス
とに分離する第１ガス分離部と、その第１残留ガスを第
２ガス分離部に供給する経路と、その経路より供給され
たガスを第２ガス分離膜にて第２透過ガスと第２残留ガ
スとに分離する第２ガス分離部と、前記第１透過ガスを
前記第２昇圧機の入口側経路に導入する経路と、前記第
２透過ガスを前記第１昇圧機の入口側経路に導入する経
路とを備える混合ガスの濃度調整装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24126999A JP2001062240A (ja) | 1999-08-27 | 1999-08-27 | 混合ガスの濃度調整方法および濃度調整装置 |
| EP00115109A EP1078677B1 (en) | 1999-08-27 | 2000-07-12 | Method for regulating mixed gas concentration |
| DE60013212T DE60013212T2 (de) | 1999-08-27 | 2000-07-12 | Verfahren zur Konzentrationsregelung einer Gasmischung |
| US09/619,642 US6387157B1 (en) | 1999-08-27 | 2000-07-19 | Mixed gas concentration regulating method and concentration regulating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24126999A JP2001062240A (ja) | 1999-08-27 | 1999-08-27 | 混合ガスの濃度調整方法および濃度調整装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001062240A true JP2001062240A (ja) | 2001-03-13 |
Family
ID=17071754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24126999A Pending JP2001062240A (ja) | 1999-08-27 | 1999-08-27 | 混合ガスの濃度調整方法および濃度調整装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6387157B1 (ja) |
| EP (1) | EP1078677B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001062240A (ja) |
| DE (1) | DE60013212T2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006232649A (ja) * | 2005-02-21 | 2006-09-07 | Fukuhara Co Ltd | 水素ガスの製造装置。 |
| JP2008161780A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Air Liquide Japan Ltd | ガス分離膜を用いたガス製造方法およびガス製造装置 |
| JP2009061420A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Air Liquide Japan Ltd | ガス成分および凝縮性成分の製造方法および製造システム |
| JP2014117687A (ja) * | 2012-12-19 | 2014-06-30 | Ube Ind Ltd | ガス分離回収システムおよびガス分離回収方法 |
| KR101838141B1 (ko) | 2016-01-06 | 2018-03-14 | 한국과학기술연구원 | 고투과성기체 회수장치 및 방법 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4769350B2 (ja) * | 2000-09-22 | 2011-09-07 | 大陽日酸株式会社 | 希ガスの回収方法及び装置 |
| DE10047262B4 (de) * | 2000-09-23 | 2005-12-01 | G.A.S. Energietechnologie Gmbh | Verfahren zur Nutzung methanhaltiger Gase |
| WO2002058826A1 (fr) * | 2001-01-25 | 2002-08-01 | Ube Industries, Ltd. | Appareil et procede de separation et de collection de gaz haloide |
| FR2829403B1 (fr) * | 2001-09-11 | 2003-12-12 | Air Liquide | Procede de production par permeation, a partir d'un melange gazeux, d'au moins deux flux gazeux et installation de mise en oeuvre d'un tel procede |
| US6887300B2 (en) * | 2003-01-24 | 2005-05-03 | Cms Technology Holdings, Inc. | Cyclic membrane separation process |
| US6866698B2 (en) * | 2003-03-19 | 2005-03-15 | Johnson Matthey Public Limited Company | Hydrogen purification apparatus |
| US6986802B2 (en) * | 2003-08-28 | 2006-01-17 | Bp Corporation North America Inc. | Selective separation of fluid compounds utilizing a membrane separation process |
| DE10353033A1 (de) * | 2003-11-13 | 2005-06-09 | Inficon Gmbh | Verfahren zum Betrieb eines Wasserstoff-Testlecks |
| FR2898065B1 (fr) * | 2006-03-01 | 2008-05-02 | Air Liquide | Controle du traitement d'un gaz hydrogene par voie membranaire |
| FR2918978B1 (fr) * | 2007-07-20 | 2010-02-12 | Inst Francais Du Petrole | Nouveau procede de purification d'hydrogene utilisant une combinaison d'unites de separation sur membranes |
| CN102071039B (zh) * | 2010-12-16 | 2013-06-19 | 大连理工大学 | 一种提高浅冷回收油田伴生气轻烃效率的方法 |
| EP4282815A1 (en) * | 2022-05-25 | 2023-11-29 | Basf Se | A process for recovering h2 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5263178A (en) * | 1975-11-17 | 1977-05-25 | Toshiba Corp | Gas separation unit |
| US4180553A (en) * | 1978-03-20 | 1979-12-25 | Monsanto Company | Process for hydrogen recovery from ammonia purge gases |
| US4654047A (en) * | 1985-08-23 | 1987-03-31 | Air Products And Chemicals, Inc. | Hybrid membrane/cryogenic process for hydrogen purification |
| US4701187A (en) * | 1986-11-03 | 1987-10-20 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for separating components of a gas stream |
| US5006132A (en) * | 1990-06-12 | 1991-04-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Membrane processed purified pipeline gas |
| US5102432A (en) * | 1990-12-10 | 1992-04-07 | Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation | Three-stage membrane gas separation process and system |
| US5185014A (en) * | 1991-11-05 | 1993-02-09 | Praxair Technology, Inc. | Membrane oxygen process and system |
| US5344480A (en) * | 1992-05-05 | 1994-09-06 | Praxair Technology, Inc. | Pressurizing with and recovering helium |
| US5282969A (en) * | 1993-04-29 | 1994-02-01 | Permea, Inc. | High pressure feed membrane separation process |
| US5482539A (en) * | 1993-09-22 | 1996-01-09 | Enerfex, Inc. | Multiple stage semi-permeable membrane process and apparatus for gas separation |
| US5632803A (en) * | 1994-10-21 | 1997-05-27 | Nitrotec Corporation | Enhanced helium recovery |
| FR2731163B1 (fr) * | 1995-03-03 | 1997-06-20 | Air Liquide | Procede et installation de separation d'un melange gazeux par permeation |
| EP0908219B1 (en) * | 1997-10-09 | 1999-12-08 | Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh | Multi-stage process for the separation/recovery of gases |
| JP2966836B1 (ja) * | 1998-07-22 | 1999-10-25 | 日本エア・リキード株式会社 | ガス精製方法及びガス精製装置 |
| US6168649B1 (en) * | 1998-12-09 | 2001-01-02 | Mg Generon, Inc. | Membrane for separation of xenon from oxygen and nitrogen and method of using same |
-
1999
- 1999-08-27 JP JP24126999A patent/JP2001062240A/ja active Pending
-
2000
- 2000-07-12 EP EP00115109A patent/EP1078677B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-07-12 DE DE60013212T patent/DE60013212T2/de not_active Expired - Fee Related
- 2000-07-19 US US09/619,642 patent/US6387157B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006232649A (ja) * | 2005-02-21 | 2006-09-07 | Fukuhara Co Ltd | 水素ガスの製造装置。 |
| JP2008161780A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Air Liquide Japan Ltd | ガス分離膜を用いたガス製造方法およびガス製造装置 |
| JP2009061420A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Air Liquide Japan Ltd | ガス成分および凝縮性成分の製造方法および製造システム |
| JP2014117687A (ja) * | 2012-12-19 | 2014-06-30 | Ube Ind Ltd | ガス分離回収システムおよびガス分離回収方法 |
| KR101838141B1 (ko) | 2016-01-06 | 2018-03-14 | 한국과학기술연구원 | 고투과성기체 회수장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE60013212T2 (de) | 2005-09-15 |
| EP1078677A2 (en) | 2001-02-28 |
| US6387157B1 (en) | 2002-05-14 |
| EP1078677A3 (en) | 2002-01-16 |
| DE60013212D1 (de) | 2004-09-30 |
| EP1078677B1 (en) | 2004-08-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2001062240A (ja) | 混合ガスの濃度調整方法および濃度調整装置 | |
| AU2012361210B2 (en) | Method for separating gases | |
| US5378263A (en) | High purity membrane nitrogen | |
| JP5858992B2 (ja) | ガス分離法 | |
| EP0908219B1 (en) | Multi-stage process for the separation/recovery of gases | |
| JP3850030B2 (ja) | 多ステージで半透過性膜を用いたガス分離プロセス | |
| EP0490322A1 (en) | Three-stage membrane gas separation process and system | |
| JP7365453B2 (ja) | ガス分離のためのプロセスおよび機器 | |
| JPS6249927A (ja) | 水素精製に対するハイブリツドメンブレン／極低温方法 | |
| JPH10235127A (ja) | 空気分離システム及び方法 | |
| JPH05221608A (ja) | 膜酸素方法及び系 | |
| JPH0550327B2 (ja) | ||
| WO2016130244A1 (en) | An integrated process and apparatus for recovery of helium rich streams | |
| WO2016130243A1 (en) | An integrated process and apparatus for recovery of helium rich streams | |
| JP2010500272A (ja) | 水素精製方法 | |
| US10561978B2 (en) | Membrane-based gas separation with retentate sweep | |
| JPH05261236A (ja) | 当初のガス状混合物から軽い低純度ガスを浸透により製造する方法及び設備 | |
| JPH09235101A (ja) | 水素及びエネルギーの生成方法及び装置 | |
| JPH06205924A (ja) | 多純度膜方法 | |
| JPS59207827A (ja) | 気体混合物からの気体分離方法 | |
| CA3113200C (en) | Membrane process and system for high recovery of a nonpermeating gas | |
| JP7031214B2 (ja) | ヘリウム富化ガスの製造方法及びガス分離システム | |
| JPH09206541A (ja) | 空気中の酸素とアルゴンとの分離方法及びそのための分離装置 | |
| JP2020163250A (ja) | ガス分離膜システム | |
| US20230221067A1 (en) | Integrated compression and membrane separation process for removal of co2 from raw natural gas |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060303 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20060303 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20060303 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20060303 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071206 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071213 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080502 |