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JP2014117687A - Gas separation recovery system and gas separation recovery method - Google Patents

Gas separation recovery system and gas separation recovery method Download PDF

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JP2014117687A
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JP
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gas
separation
membrane
permeation
unit
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Application number
JP2012276787A
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Inventor
Tomohide Nakamura
智英 中村
Nobuhiko Fukuda
叙彦 福田
Original Assignee
Ube Ind Ltd
宇部興産株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas separation recovery system and the like in which even if a pressure required for a product gas (permeation gas) is relatively high, the production gas can be efficiently recovered.SOLUTION: This gas separation recovery system concentrates and recovers a predetermined gas which is relatively easy to permeate a gas separation membrane from a gas mixture containing plural gases. A gas separation recovery system 101A comprises a first gas separation membrane unit 111, and a second gas separation membrane unit 113 which is connected to the first gas separation membrane unit 111 in series. The system 101A is characterized in that (i) a pressure on the permeation side of the second gas separation membrane unit 113 is lower than a pressure on the permeation side of the first gas separation membrane unit 111, and (ii) a pressure rising device 121 is provided in a second permeation gas line, whereby the pressure-risen permeation gas is mixed with the permeation gas in the first gas separation membrane unit 111 and recovered.

Description

本発明は、ガス分離膜を用いて混合ガスから所定のガスを分離回収するシステムおよび方法に関し、特には、ガス分離膜を透過したガスを製品ガスとして回収するシステムにおいて、該製品ガスの圧力が比較的高い場合であっても製品ガスを効率的に回収可能なガス分離回収システムおよびその方法に関する。 The present invention relates to a system and method for separating and recovering a predetermined gas from a mixed gas using a gas separation membrane, particularly, in a system for recovering gas that has passed through the gas separation membrane as a product gas, the pressure of the product gas even when relatively high related to efficiently recoverable gas separation recovery system and method the product gas.

従来、混合ガスから水素やヘリウムといった所定の成分を分離回収するために高分子分離膜を用いる方式が提案されており、このような分離膜の長所としては、1)設備がコンパクトで安価である、2)運転が容易でメンテナンス性が良い、3)原料ガスに十分な圧力がある場合、外部からのエネルギーを特に加えることなく分離を実施できる、4)非透過ガスの圧力が実質的に低下しない等が挙げられる(例えば特許文献1)。 Conventionally, a given component such as hydrogen or helium from a mixed gas and method using a polymer separation membrane is proposed for separating and recovering, as the advantages of such a separation membrane, 1) is inexpensive equipment with compact , 2) operation is a good easy maintenance, 3) if there is sufficient pressure in the raw material gas, separating can be carried out without adding external energy, especially, 4) pressure is substantially reduced in non-permeate gas city ​​and the like (for example, Patent Document 1).

図5は、一つのガス分離膜モジュール111のみを用いてガス中の所定の成分を分離回収するものである。 Figure 5 is intended to separate and recover certain components in the gas by using only one gas separation membrane module 111. ガス供給ライン103経由で供給した混合ガスをガス分離膜に接触させることで、混合ガス中の所定の成分が優先的にガス分離膜を透過し、透過したガスが製品ガスとして透過ガスライン104aを通じて送り出され、一方、ガス分離膜を透過しなかった非透過ガスは非透過ガスライン104bを通じて送り出される。 The mixed gas supplied through the gas supply line 103 is brought into contact with the gas separation membrane, gas given component in the gas mixture is preferentially transmitted through the gas separation membrane and permeated through the permeable gas line 104a as the product gas fed, while non-permeate gas which has not passed through the gas separation membrane is fed through the non-permeate gas line 104b.

特開昭63−296820号公報 JP-A-63-296820 JP

上述したようなガス分離回収方式では、製品ガスに要求される圧力が比較的高い場合(すなわち、透過ガスライン104a内の圧力が比較的高い場合)、ガス分離膜の透過側の圧力も比較的高圧となりガス分離膜の差圧が小さくなることから、ガス分離効率が低下する。 In a gas separation and recovery method as described above, when the pressure required for the product gas is relatively high (i.e., when the pressure in the permeate gas line 104a is relatively high), the pressure on the permeate side of the gas separation membrane is also relatively since the pressure difference of the gas separation membrane becomes high pressure is small, it decreases the gas separation efficiency.

他方、透過側の圧力を製品ガスに要求される圧力以下に保つことによりガス分離膜の差圧を十分に確保しつつ、分離したガスを事後的に所定の圧力まで再度昇圧させる方式も想定される。 On the other hand, while sufficiently securing a pressure difference of the gas separation membrane by keeping the pressure on the permeate side below the required pressure in the product gas, a method of boosting again separated gas to retrospectively predetermined pressure are envisioned that. しかし、この方式においては、エネルギー効率の観点から改善の余地が残されている。 However, in this method, room for improvement in terms of energy efficiency are left.

そこで本発明の目的は、ガス分離膜を透過したガスを製品ガスとして回収するシステムにおいて、該製品ガスの圧力が比較的高い場合であっても製品ガスを効率的に回収可能なガス分離回収システムおよびその方法を提供することにある。 An object of the present invention is a system for recovering gas that has passed through the gas separation membrane as a product gas, efficiently recoverable gas separation recovery system the product gas even when the pressure of the product gas is relatively high and to provide the method.

本出願は、下記の発明を開示する。 This application discloses the following inventions.
1. 1. 複数のガスを含む混合ガスからガス分離膜を相対的に透過しやすい所定のガスを濃縮回収するガス分離回収システムであって、 A gas separation and recovery system of the gas separation membrane relatively transparent easy predetermined gas concentration recovery from a mixed gas containing a plurality of gas,
ガス分離膜を有する第1のガス分離膜ユニットと、 A first gas separation membrane unit having a gas separation membrane,
該第1のガス分離膜ユニットの透過ガスを送り出すための第1の透過ガスラインと、 A first permeate gas line for feeding the permeate gas of the first gas separation membrane unit,
ガス分離膜を有し、上記第1のガス分離膜ユニットの非透過ガスが供給されるように上記第1のガス分離膜ユニットに直列に接続された第2のガス分離膜ユニットと、 Has a gas separation membrane, a second gas separation membrane unit non-permeate gas of the first gas separation membrane units are connected in series with the first gas separation membrane unit as supplied,
該第2のガス分離膜ユニットの透過ガスを送り出すための第2の透過ガスラインと、 A second permeate gas line for feeding the permeate gas of the gas separation membrane unit in the second,
を備えるガス分離回収システムにおいて、 In the gas separation and recovery system comprising,
(i)第2のガス分離膜ユニットの透過側圧力が、第1のガス分離膜ユニットの透過側圧力よりも低く、かつ、 (I) the permeate side pressure of the second gas separation membrane unit is lower than the transmittance-side pressure of the first gas separation membrane unit, and,
(ii)上記第2の透過ガスラインに昇圧装置を設置し、それにより昇圧した上記第2のガス分離膜ユニットの透過ガスを、上記第1のガス分離ユニットの透過ガスと混合して回収すること を特徴とする、ガス分離回収システム。 (Ii) established the booster to the second permeate gas line, thereby the permeate gas of the second gas separation membrane unit that is pressurized, recovered and mixed with the permeate gas of the first gas separation unit characterized in that, the gas separation and recovery system.

2. 2. 第2のガス分離膜ユニットに使用するガス分離膜の分離選択性が、 Separation selectivity for gas separation membrane used in the second gas separation membrane unit,
第1のガス分離膜ユニットに使用するガス分離膜の分離選択性より高いこと を特徴とする上記1に記載のガス分離回収システム。 Gas separation and recovery system according to claim 1, wherein the higher separation selectivity of a gas separation membrane used in the first gas separation membrane unit.
ここで「分離選択性」とは、回収対象のガス(透過ガス)と非透過ガス中の主たるガスとの透過速度比のこといい、「分離選択性が高い」とは、その透過速度比が大きいことを意味する。 Here, "separation selectivity" refers that the permeation rate ratio of the recovered target gas (permeation gas) as the main gas in the non-permeate gas, and the "high separation selectivity", its permeation rate ratio which means that large.

3. 3. 第2のガス分離膜ユニットの透過側圧力(すなわち二段目の透過側圧力)が大気圧以下に減圧されること を特徴とする上記1または2に記載のガス分離回収システム。 1 or 2 above, gas separation and recovery system according to, characterized in that the permeate-side pressure of the second gas separation membrane unit (i.e. permeate side pressure of the second stage) is reduced below atmospheric pressure.

4. 4. 第1のガス分離膜ユニットの非透過ガスライン上に、該ライン内のガスを冷却するための冷却装置が設置され、 On the non-permeate gas line of the first gas separation membrane unit, a cooling device for cooling the gas in the line is installed,
第2のガス分離膜ユニットの運転温度が、第1のガス分離膜ユニットの運転温度より低いこと を特徴とする上記1〜3のいずれかに記載のガス分離回収システム。 Operating temperature of the second gas separation membrane unit, a gas separation and recovery system according to any of the above 1 to 3, wherein the lower operating temperature of the first gas separation membrane unit.

5. 5. 第1のガス分離膜ユニットの非透過ガスライン上に、該ライン内のガスを昇圧するための昇圧装置が設置され、 On the non-permeate gas line of the first gas separation membrane unit, booster for boosting the gas in the line is installed,
上記第2のガス分離膜ユニットに供給されるガスの圧力が、上記第1のガス分離膜ユニットに供給されるガスの圧力より高いこと を特徴とする上記1〜4のいずれかに記載のガス分離回収システム。 Gas according to the pressure of the gas supplied to the second gas separation membrane unit, any of the above 1 to 4, wherein the higher than the pressure of the gas supplied to the first gas separation membrane unit separation and recovery system.

6. 6. 第1のガス分離膜ユニットへの供給ガスラインと、第1のガス分離膜ユニットの上記非透過ガスラインとを接続するバイパスラインが設置されていること を特徴とする上記1〜5のいずれかに記載のガス分離回収システム。 A feed gas line to the first gas separation membrane unit, any of the above 1 to 5, a bypass line for connecting the non-permeate gas line of the first gas separation membrane unit is characterized in that it is installed gas separation and recovery system according to.

7. 7. 複数のガスを含む混合ガスからガス分離膜を相対的に透過しやすい所定のガスを濃縮回収するガス分離方法であって、 Relatively transparent easy predetermined gas gas separation membrane from a mixed gas containing a plurality of gas a gas separation method of concentrating recovered,
混合ガスを第1のガス分離膜ユニットに供給し、ガス分離膜を透過させることで上記所定のガスを含む第1の透過ガスを得るステップと、 The mixed gas was supplied to the first gas separation membrane unit, and obtaining a first permeate gas containing the specific gas by transmitting a gas separation membrane,
上記第1のガス分離膜ユニットの非透過ガスを第2のガス分離膜ユニットに供給し、ガス分離膜を透過させることで上記所定のガスを含む第2の透過ガスを得るステップと、 And obtaining the non-permeate gas of the first gas separation membrane unit is fed to the second gas separation membrane unit, a second permeate gas containing the specific gas by transmitting a gas separation membrane,
を有し、 Have,
(i)上記第2のガス分離膜ユニットの透過側圧力が、上記第1のガス分離膜ユニットの透過側圧力よりも低く、かつ、 (I) the permeate side pressure of the second gas separation membrane unit is lower than the permeate side pressure of the first gas separation membrane unit, and,
(ii)上記第2の透過ガスを昇圧し、上記第1の透過ガスと混合して回収すること を特徴とする、ガス分離回収方法。 (Ii) the second transparent gas boosting, and recovering as a mixture with the first permeable gas, the gas separation and recovery method.

本発明によれば、ガス分離膜を透過したガスを製品ガスとして回収するシステムにおいて、該製品ガスの圧力が比較的高い場合であっても製品ガスを効率的に回収可能なガス分離回収システムおよびその方法を提供することができる。 According to the present invention, in a system for recovering gas that has passed through the gas separation membrane as a product gas, efficiently recoverable gas separation recovery system and the product gas even when the pressure of the product gas is relatively high it is possible to provide the method.

第1の実施形態のガス分離回収システムを模式的に示した図である。 The gas separation and recovery system of the first embodiment is a view showing schematically. 第2の実施形態のガス分離回収システムを模式的に示した図である。 The gas separation and recovery system of the second embodiment is a view showing schematically. 第3の実施形態のガス分離回収システムを模式的に示した図である。 The gas separation and recovery system of the third embodiment is a view showing schematically. 第4の実施形態のガス分離回収システムを模式的に示した図である。 The gas separation and recovery system of the fourth embodiment is a diagram showing schematically. 比較例のガス分離回収システムに示した図である。 It illustrates the gas separation and recovery system of the comparative example. 他の比較例のガス分離回収システムに示した図である。 It illustrates the gas separation and recovery system of another comparative example.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 It will be described below with reference to the drawings, embodiments of the present invention.

(第1の実施形態) (First Embodiment)
図1のガス分離回収システム101Aは、混合ガスに含まれる所定の成分(例えば水素、ヘリウム、または二酸化炭素等)をガス分離膜を透過した透過ガスとして分離回収するものである。 Gas separation and recovery system 101A of FIG. 1, a given component (e.g. hydrogen, helium, or carbon dioxide, etc.) contained in the mixed gas is intended for separating and recovering as the permeate gas that has passed through the gas separation membrane. ガス分離回収システム101Aは、第1のガス分離膜ユニット111と、第2のガス分離膜ユニット113とを備えている。 Gas separation and recovery system 101A includes a first gas separation membrane unit 111, and a second gas separation membrane unit 113. 2つのガス分離膜ユニット111、113は、第2のガス分離膜ユニット113に第1のガス分離膜ユニット111の非透過ガス(詳細下記)が供給されるように直列に接続されている。 Two gas separation membrane unit 111 and 113 are connected in series to the non-permeate gas of the first gas separation membrane unit 111 (details below) is supplied to the second gas separation membrane unit 113.

各ガス分離膜ユニット111、113としては、多数本の中空糸膜によってガス分離を行うガス分離膜モジュールを利用可能であり、一例として、数百本から数十万本からなる中空糸膜の束(中空糸束)と、それを収容する容器と、中空糸束の一端または両端部に形成された管板等を備えるモジュール等が例示される。 As each of the gas separation membrane units 111 and 113 are available for the gas separation membrane module for gas separation by a number of hollow fiber membranes, as an example, bundle of hollow fiber membranes made from tens million units from several hundred and (hollow fiber bundle), a container for containing it, modules, and the like comprising a hollow fiber bundle one or both ends the tube plate formed part, etc. are exemplified. 各ガス分離膜ユニット111、113は、いわゆるボアフィードタイプとシェルフィードタイプのいずれであっても構わない。 Each gas separation membrane unit 111, 113 may be either a so-called bore feed type and the shell feed type.

中空糸束の形態としては、平行配列、交叉配列、織物状、スパイラル状などが挙げられる。 The form of the hollow fiber bundle, parallel arrangement, the crossover sequence, woven, etc. spirally like. 中空糸束は略中心部に芯管を備えていてもよいし、中空糸束の外周部にフィルムが巻き付けられていてもよい。 The hollow yarn bundle may have a core tube in a substantially central portion, it may be a film is wound around the outer peripheral portion of the hollow fiber bundle. また、中空糸束は、円柱状、平板状、角柱状等の形態としてもよい。 Further, the hollow yarn bundle, cylindrical, flat, or in the form of prismatic or the like. 中空糸束は、ストレートの形態に限らず、U字状に折り曲げた形態、スパイラル状に巻かれた形態などであってもよい。 The hollow fiber bundle is not limited to the form of straight, form bent in a U-shape, it may be a form of being wound in a spiral shape. ガス分離膜(中空糸膜)としては、混合ガス中の所定のガス成分(例えば水素、ヘリウム、二酸化炭素等)を優先的に透過させるものであればどのようなものであってもよく、従来公知のものを利用可能である。 As the gas separation membrane (hollow fiber membrane), a predetermined gas component in the mixed gas (e.g., hydrogen, helium, carbon dioxide, etc.) may be any as long as of preferentially transmitting, conventional it is possible to use the known ones.

第1のガス分離膜ユニット111のガス分離膜の分離選択性と、第2のガス分離膜ユニット113のガス分離膜の分離選択性とは同じでも異なっていてもよいが、本実施形態のように二段のガス分離膜ユニットを用いる場合、第2のガス分離膜ユニットのガス分離膜の分離選択性を第1のユニットのものよりも高いものとすることも好ましい。 And separation selectivity of the gas separation membrane of the first gas separation membrane unit 111, the separation selectivity of the gas separation membrane of the second gas separation membrane unit 113 may be the same or different, as in this embodiment when using a gas separation membrane unit in two stages in, it is also preferable to be higher than that of the first unit the separation selectivity of the gas separation membrane of the second gas separation membrane unit. この理由は以下の通りである。 The reason for this is as follows. すなわち、通常、二段目のガス分離膜ユニットでは、回収対象のガスの濃度が一段目に比べて減少しているので、供給側(高圧側)と製品側(低圧側)とで対象ガスの分圧差を確保しにくく、効率的なガス分離が行いにくくなる。 That is, normally, in the gas separation membrane unit in the second stage, the concentration of gas in the recovery target is reduced as compared with the first stage, the target gas exit supply side (high pressure side) product side (low pressure side) difficult to ensure a partial pressure difference, efficient gas separation is difficult to perform. そこで、上記構成とすることで、二段目のガス分離膜ユニットにおいても高効率でガスを回収することが可能となるためである。 Therefore, with the above configuration, because it becomes possible to recover the gas also at a high efficiency in a gas separation membrane unit in the second stage.

図1に示すように、第1のガス分離膜ユニット111にはガス供給ライン103が接続され、このガス供給ライン103経由で該ユニット111に混合ガスが供給される。 As shown in FIG. 1, the first gas separation membrane unit 111 is connected a gas supply line 103, mixed gas is supplied to the unit 111 via the gas supply line 103. 混合ガスをガス分離膜に接触させることで、混合ガス中の所定の成分(例えば水素、ヘリウム、または二酸化炭素等)がガス分離膜を透過し、透過ガスが透過ガスライン104a経由で外部に送り出される。 Gas mixture is brought into contact with the gas separation membrane, a predetermined component in the mixed gas (e.g., hydrogen, helium or carbon dioxide) is transmitted through the gas separation membrane, the permeate gas is fed to the outside via the transparent gas line 104a It is. 一方、透過しなかったガス(非透過ガス)は、非透過ガスライン104b経由で第2のガス分離膜ユニット113に供給される。 On the other hand, it has not permeated gas (non-permeate gas) is supplied to the second gas separation membrane unit 113 through the non-permeate gas line 104b.

第2のガス分離膜ユニット113においても同様に、供給されたガスをガス分離膜に接触させることで、同ガス中の所定の成分がガス分離膜を透過し、透過ガスが透過ガスライン105a経由で送り出され、一方、透過しなかったガス(非透過ガス)は非透過ガスライン105b経由で送り出される。 Similarly, in the second gas separation membrane unit 113, the supplied gas is brought into contact with the gas separation membrane, a given component of the gas passes through the gas separation membrane, via transmission gas permeable gas line 105a in fed while not permeated gas (non-permeate gas) is fed via non-permeate gas line 105b.

第2のガス分離膜ユニット113からの透過ガスライン105aは、図1に示すように、第1のガス分離膜ユニット111からの透過ガスライン104aの一部に接続されており、これにより、第2のガス分離膜ユニット113からの透過ガスが第1のガス分離膜ユニット111からの透過ガスと混合可能となっている。 Permeate gas line 105a from the second gas separation membrane unit 113, as shown in FIG. 1, is connected to a portion of the permeate gas line 104a from the first gas separation membrane unit 111, thereby, the permeate gas from the second gas separation membrane unit 113 has become compatible with the permeate gas from the first gas separation membrane unit 111. 本実施形態のシステムでは、この混合されたガスが最終的に製品ガスとして回収される。 In the system of this embodiment, the mixed gas is finally recovered as product gas.

本実施形態においては、透過ガスライン105a上に昇圧装置121が設けられている。 In the present embodiment, the booster 121 is provided on a transparent gas line 105a. この昇圧装置121によって、透過ガスライン105a内のガスを透過ガスライン104a内のガス圧力と同程度(一例)まで昇圧し、第2のガス分離膜ユニット113からの透過ガスが第1のガス分離膜ユニット111からの透過ガスと良好に混合されることとなる。 This booster 121, the gas in the permeate gas lines 105a pressurized to the gas pressure and the same degree in the permeated gas line 104a (an example), permeate gas from the second gas separation membrane unit 113 is first gas separation and thus it is well mixed with permeate gas from membrane unit 111.

上述のように構成されたガス分離回収システム101Aは、下記のような条件で運転される: Constructed gas separation recovery system 101A as described above, is operated under the following conditions:
(i)第2のガス分離膜ユニット113の透過側圧力が、第1のガス分離膜ユニット111の透過側圧力よりも低い。 (I) the permeate side pressure of the second gas separation membrane unit 113 is lower than the transmittance-side pressure of the first gas separation membrane unit 111.
(ii)昇圧装置121により第2のガス分離膜ユニット113からの透過ガスを昇圧し、そのガスを、第1のガス分離膜ユニット111からの透過ガスと混合する。 (Ii) by the boost device 121 boosts the permeate gas from the second gas separation membrane unit 113, the gas is mixed with the permeate gas from the first gas separation membrane unit 111.

本実施形態のガス分離回収システム101Aによれば次のような作用効果が得られる:すなわち、比較的高い圧力の製品ガスを生産するためには、ガス分離膜ユニットを一段のみ用い、供給側の圧力を高圧とするとともに透過側の圧力は比較的低め(製品ガスに必要とされる圧力よりも低圧ということ)に設定し、ガスの回収後にガスの昇圧を行うという方式も考えられる。 According to the gas separation and recovery system 101A of the present embodiment the following effects are obtained: namely, to produce a relatively high pressure product gas is used the gas separation membrane unit only one stage, the supply side the pressure on the permeate side with a high pressure is set to a relatively low (that lower pressure than the pressure required for the product gas), method is also conceivable that performs boosting of the gas after recovery of the gas. しかしながら、より省エネルギーでガスを生産するには、本実施形態のような構成とする方が好ましい(実施例も参照)。 However, (see Example also) More produce gas in energy conservation, construction and it is preferable that as in the present embodiment. 特に、本実施形態の構成では、第2のガス分離膜ユニットの透過側圧力が、第1のガス分離膜ユニットの透過側圧力よりも低くなるように運転されるので、第2のガス分離膜ユニットにおいても効率的にガスを分離回収できる。 In particular, in the configuration of the present embodiment, the transmission-side pressure of the second gas separation membrane unit, since it is operated so as to be lower than the permeate side pressure of the first gas separation membrane unit, the second gas separation membrane efficiently gases can be separated recovered also in the unit. また、昇圧装置により、第2のガス分離膜ユニットからの透過ガスを昇圧することができる。 Moreover, the booster can boost the permeate gas from the second gas separation membrane unit.

なお、本発明に上記実施形態に限定されるものではなく、種々変更可能である。 It is not limited to the above embodiment of the present invention, various modifications are possible.

本発明の他の実施形態について以下説明する。 Another embodiment of the present invention will be described below. なお、以下の説明および図2〜図4において、図1と同様の構造部には図1と同じ符号を付し重複する説明は省略する。 Incidentally, in the following description and Figures 2-4, the description for the same structure as in FIG. 1 to duplicate the same reference numerals as in FIG. 1 will be omitted. 特に説明をしない構造部については、第1の実施形態と同一または実質的同一のものを利用することができる。 Especially for structure without the description, it can utilize the first embodiment and the same or substantially identical.

(第2の実施形態) (Second Embodiment)
図2のガス分離回収システム101Bは、図1のシステムにさらにガス冷却装置129を設けたものである。 Gas separation and recovery system 101B of FIG. 2 is a further provided with a gas cooling device 129 in the system of FIG. ガス冷却装置129は、2つのガス分離膜ユニット111、113を接続する非透過ガスライン104b上に配置され、第1のガス分離膜ユニット111からの非透過ガスを冷却する。 Gas cooling device 129 is disposed on the non-permeate gas line 104b connecting the two gas separation membrane unit 111, 113 to cool the non-permeate gas from the first gas separation membrane unit 111. このように非透過ガスを冷却し、第2のガス分離膜ユニット113の運転温度を低く(第1のガス分離膜ユニット111よりも低く)することにより、第2のガス分離膜ユニット113でのガス分離回収効率を向上させることができる。 Thus the non-permeate gas is cooled by the operating temperature of the second gas separation membrane unit 113 low (lower than the first gas separation membrane unit 111), in the second gas separation membrane unit 113 it is possible to improve the gas separation recovery efficiency.

(第3の実施形態) (Third Embodiment)
図3のガス分離回収システム101Cは、図1のシステムにさらに昇圧装置123を設けたものである。 Gas separation and recovery system 101C of FIG. 3, is provided with a further booster 123 in the system of FIG. この昇圧装置123は非透過ガスライン104b上に配置され、第1のガス分離膜ユニット111からの非透過ガスを昇圧する。 The booster 123 is disposed on the non-permeate gas line 104b, to boost the non-permeate gas from the first gas separation membrane unit 111. このように非透過ガスを昇圧して第2のガス分離膜ユニット113に供給することにより、同ユニットにおけるガス分離膜の差圧が確保され、第2のガス分離膜ユニット113でのガス分離回収効率を向上させることができる。 By supplying this to the second gas separation membrane unit 113 boosts the non-permeate gas, differential pressure of the gas separation membrane in the same unit is ensured, the gas separation and recovery of the second gas separation membrane unit 113 thereby improving the efficiency. 一実施態様においては、第2のガス分離膜ユニット113へのガス供給圧力を、第1のガス分離膜ユニットへのガス供給圧力よりも高くすることも好ましい。 In one embodiment, the gas supply pressure to the second gas separation membrane unit 113, it is preferable to be higher than the gas supply pressure to the first gas separation membrane unit.

(第4の実施形態) (Fourth Embodiment)
図4のガス分離回収システム101Dは、図1のシステムにさらにバイパスライン103aを設けたものである。 Gas separation and recovery system 101D of FIG. 4, is provided with a further bypass line 103a to the system of Figure 1. バイパスライン103aは、ガス供給ライン103と非透過ガスライン104bとを接続しており、また、該ライン上には、流路を開閉するおよび/または流量を調整する弁119が一例として配置されている。 Bypass line 103a is connected to the gas supply line 103 and a non-permeate gas line 104b, also, on the line, the valve 119 for adjusting and / or flow to open and close the flow path is arranged as an example there.

弁119は、手動で操作されるものであってもよいし、自動的に切替えが行われるものであってもよい。 The valve 119 may be intended to be operated manually, or may be automatically switched is performed. 手動操作の場合、例えば、ガス供給ライン103に該ライン中のガス流量または圧力を検出する手段が設けられており、作業者がその検出値を確認し、検出値が所定値を超えていると判断した場合に、作業者が弁119を手動で操作して開放する。 For manual operation, for example, is provided with means for detecting the gas flow rate or pressure in the line to the gas supply line 103, the operator confirms the detected value, the detected value exceeds a predetermined value If it is determined, the operator is opened by operating the valve 119 manually. 一方、自動の場合には、弁119は次のように構成されていてもよい:ガス分離回収システム101Dが、弁119の動作を制御する制御装置(不図示)と、ガス供給ライン103に設けられた該ライン中のガス流量または圧力を検出する手段を有しており、制御装置がその検出結果に基づき、流量または圧力が所定値を超えているかどうかの判定を行い、超えていると判定した場合に弁119を自動的に開放する。 On the other hand, in the case of automatic, valve 119 may be configured as follows: the gas separation recovery system 101D is a control device for controlling the operation of the valve 119 (not shown), provided in the gas supply line 103 was has a means for detecting the gas flow rate or pressure in the line, the control device on the basis of the detection result, a determination flow or pressure of whether it exceeds a predetermined value, determined to exceed automatically open the valve 119 when.

上記のような構成によれば、第1のガス分離膜ユニット111に供給されるガスの流量または圧力が所定値を超えている場合に、余剰のガスをバイパスライン103a経由で第2のガス分離膜ユニット113に送ることができる。 According to the above configuration, when the flow rate or pressure of the gas supplied to the first gas separation membrane unit 111 exceeds a predetermined value, the second gas separation excess gas via the bypass line 103a it can be sent to the membrane unit 113. したがって、システム全体としてガスをより効率的に利用することが可能となる。 Therefore, it is possible to use a gas more efficiently as a whole system. なお、このようなバイパスラインが第2のガス分離膜ユニット113に設けられてもよい。 Such a bypass line may be provided in the second gas separation membrane unit 113.

以上、幾つかの実施形態について図面を参照して説明したが、本発明は各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態に示した構成要素を適宜組み合わせることもできる。 While there has been described with reference to the drawings some embodiments, the present invention is not limited to each embodiment may be combined with the components shown in the embodiments as appropriate.

図1に示すようなガス分離回収システムを用い、純度が93mol%以上、製品圧力が3MPaG必要であると設定して、混合ガス(H :CO:N :CH 4 =65:10:10:15)から水素の分離回収を行った。 Using a gas separation and recovery system such as that shown in FIG. 1, purity of 93 mol% or more, and set the product pressure is required 3 MPaG, a mixed gas (H 2: CO: N 2 : CH 4 = 65: 10: 10 : 15) was separated and recovered hydrogen. 混合ガスは50000Nm /hで供給した。 Mixed gas was supplied at 50,000 nm 3 / h.

表1は、実施例1および比較例0、1−1〜1−3の条件および結果を示し、表2は、実施例2および比較例0、2−1〜2−3の条件および結果を示している。 Table 1 shows the conditions and results of Example 1 and Comparative Example 0,1-1~1-3, Table 2, conditions and results of Example 2 and Comparative Example 0,2-1~2-3 shows. 実施例1、2は、図1に示すようなガス分離回収システムを用いたものであって、実施例1、2ともに一段目のモジュール本数および圧力は同じであるが、二段目については、実施例1ではモジュール本数3本、透過圧力1.9MPaGとし、実施例2ではモジュール本数4本、透過圧力1.5MPaGとした。 Examples 1 and 2, there is with gas separation and recovery system such as that shown in FIG. 1, but the module number and the pressure of both Examples 1 and 2 the first stage are the same, the second stage, example 1 In module number three, the transmission pressure 1.9MPaG, the module number 4 example 2 was a transparent pressure 1.5 MPaG.

比較例0は、図5に示すようにガス分離膜モジュールが一段のみのものであり、比較例1、2は図6に示すようなガス分離膜モジュールが一段のみであるが、透過ガスラインに昇圧装置125が配置されている。 Comparative Example 0 are intended gas separation membrane module is only one step, as shown in FIG. 5, but Comparative Examples 1 and 2 is only a single stage gas separation membrane module shown in FIG. 6, the permeate gas line booster 125 is disposed. 比較例1は、実施例1と水素回収率を同程度(約66%)としたものであり、比較例2は、実施例2と水素回収率を同程度(約77%)としたものである。 Comparative Example 1 is for the Example 1 and the hydrogen recovery was comparable (approximately 66%), Comparative Example 2, Example 2 and hydrogen recovery obtained by the same level (about 77%) is there.

表1および表2に示すように、システム全体としての水素回収率は、実施例1で66.6%、実施例2で76.9%であり、一方、比較例0(一段、昇圧無し)のシステムの水素回収率は44.3%であり、これらの比較から、本発明に係るシステムによれば水素回収率が改善されることが確認された。 As shown in Table 1 and Table 2, the hydrogen recovery rate of the entire system, 66.6% in Example 1, and 76.9% for Example 2, whereas, Comparative Example 0 (stage, boost without) hydrogen recovery systems is 44.3%, from these comparisons, that hydrogen recovery rate is improved has been confirmed according to the system of the present invention.

比較例1のような一段のシステムであっても、透過側を減圧とすることで水素の回収率は実施例1、2と同程度とすることができる。 Even single-stage system, such as in Comparative Example 1, the recovery rate of hydrogen permeation side by the pressure reduction may be comparable with the first and second embodiments. しかしながら、比較例1の場合、回収した透過ガスを再度昇圧する必要が生じる。 However, in Comparative Example 1, it is necessary to boost the collected permeate gas again. 表1中の、実施例1と比較例1−1、1−2の比較などから分かるように、同じ回収率を得る場合でも、一段ではなく本実施例のように二段とするほうが省エネルギーであることが確認された。 Table 1 in, as can be seen from such comparison of Example 1 and Comparative Examples 1-1 and 1-2, even when obtaining the same recovery rate, better to the two-stage as in this embodiment rather than one step is energy-saving it was confirmed that there is. 具体的には、本実施例では、製品ガスとして必要な圧力を3MPaGと想定しているところ、比較例1−1〜1−3ではいずれも「透過圧力」は3MPaG未満であるので、ガスの全量について昇圧を行って3MPaG以上とする必要がある。 Specifically, in this embodiment, when it is assumed that 3 MPaG the necessary pressure as a product gas, since both Comparative Examples 1-1 to 1-3 "transparent pressure" is less than 3 MPaG, gas there needs to be more than 3MPaG doing a boost for the whole amount. これに対して、実施例1では、一段目の「透過圧力」は3MPaGに達しており、二段目の透過ガス(製品ガス)についてのみ昇圧を行えばよい。 In contrast, in Example 1, "transparent pressure" in the first stage has reached 3 MPaG, it is sufficient to boost only for the second stage permeate gas (product gas). この昇圧に必要なエネルギーは表中「製品ガス圧縮動力」として示されている。 Energy required for the booster is shown in the table as "product gas compression power". 実施例1はこの値が157kWであり、比較例1−1〜1−3の値315kW、199kW、160kWのいずれよりも低くなっており、実施例1のシステムの省エネルギー性が確認された。 Example 1 This value is 157KW, the value of Comparative Example 1-1~1-3 315kW, 199kW, which is lower than any of 160 kW, energy saving of the system of Example 1 was confirmed.

なお、実施例1と比較例1−3との比較、あるいは、実施例2と比較例2−3との比較から分かるように、総モジュール数が同じになると(例えば、実施例1[8+3=11本]と比較例1−3の11本)、動力差は小さくなってくるので本発明に係るシステムよる有効性が少ないように見える。 Note that comparison of Comparative Example 1-3 to Example 1, or, as can be seen from the comparison between Comparative Example 2-3 and Example 2, the total number of modules are the same (e.g., Example 1 [8+ 3 = 11 present] and eleven Comparative example 1-3), it appears to have less efficacy by system according to the present invention because the power difference becomes smaller. しかしながら、例えば圧縮機のトラブルが起きた場合などを考慮すると、下記の観点で本発明に係るシステムは有利である。 However, for example, considering the case where trouble compressor occurs, the system according to the present invention in terms of the following is advantageous. すなわち、仮に圧縮機が何らかのトラブルによって使用できなくなった場合、比較例の構成では一段目の製品ガスの圧力が3MPaGに達しておらず、圧縮機で昇圧もできないことから、規定の製品ガスが全く得られないことになる。 That is, if the case where the compressor is no longer available due to some trouble, the pressure of the product gas of the first stage in the configuration of the comparative example does not reach the 3 MPaG, since not even pressurized by the compressor, the product gas of the provisions at all would not be obtained. これに対して、実施例1では、一段目では3MPaGの製品ガスが得られておりこれを使用することができるので、製品ガスの量は減少するものの運転を継続することができる。 In contrast, Example 1, since the first stage can use this has been obtained product gas 3 MPaG, the amount of product gas can continue the operation of which decreases.

101A〜101D ガス分離回収システム103 ガス供給ライン103a バイパスライン104a、105a 透過側ライン104b、105b 非透過側ライン111、113 ガス分離膜ユニット119 弁121、123 昇圧装置125 昇圧装置129 冷却装置 101A~101D gas separation and recovery system 103 gas supply lines 103a bypass line 104a, 105a permeate side line 104b, 105b nontransparent side line 111 and 113 the gas separation membrane unit 119 valve 121, 123 booster 125 booster 129 cooler

Claims (7)

  1. 複数のガスを含む混合ガスからガス分離膜を相対的に透過しやすい所定のガスを濃縮回収するガス分離回収システムであって、 A gas separation and recovery system of the gas separation membrane relatively transparent easy predetermined gas concentration recovery from a mixed gas containing a plurality of gas,
    ガス分離膜を有する第1のガス分離膜ユニットと、 A first gas separation membrane unit having a gas separation membrane,
    該第1のガス分離膜ユニットの透過ガスを送り出すための第1の透過ガスラインと、 A first permeate gas line for feeding the permeate gas of the first gas separation membrane unit,
    ガス分離膜を有し、前記第1のガス分離膜ユニットの非透過ガスが供給されるように前記第1のガス分離膜ユニットに直列に接続された第2のガス分離膜ユニットと、 It has a gas separation membrane, and the second gas separation membrane unit non-permeate gas of the first gas separation membrane units are connected in series with the first gas separation membrane unit as supplied,
    該第2のガス分離膜ユニットの透過ガスを送り出すための第2の透過ガスラインと、 A second permeate gas line for feeding the permeate gas of the gas separation membrane unit in the second,
    を備えるガス分離回収システムにおいて、 In the gas separation and recovery system comprising,
    (i)第2のガス分離膜ユニットの透過側圧力が、第1のガス分離膜ユニットの透過側圧力よりも低く、かつ、 (I) the permeate side pressure of the second gas separation membrane unit is lower than the transmittance-side pressure of the first gas separation membrane unit, and,
    (ii)前記第2の透過ガスラインに昇圧装置を設置し、それにより昇圧した前記第2のガス分離膜ユニットの透過ガスを、前記第1のガス分離ユニットの透過ガスと混合して回収すること を特徴とする、ガス分離回収システム。 (Ii) installing a booster to said second permeate gas line, thereby the permeate gas of the second gas separation membrane unit that is pressurized, recovered by mixing with permeate gas of the first gas separation unit characterized in that, the gas separation and recovery system.
  2. 前記第2ガス分離膜ユニットに使用するガス分離膜の分離選択性が、 Separation selectivity for gas separation membrane used in the second gas separation membrane unit,
    前記第1のガス分離膜ユニットに使用するガス分離膜の分離選択性より高いこと を特徴とする請求項1に記載のガス分離回収システム。 Gas separation and recovery system of claim 1, wherein the higher separation selectivity of a gas separation membrane used in the first gas separation membrane unit.
  3. 前記第2のガス分離膜ユニットの透過側圧力が大気圧以下に減圧されること を特徴とする請求項1または2に記載のガス分離回収システム。 Gas separation and recovery system according to claim 1 or 2, characterized in that the permeate side pressure of the second gas separation membrane unit is depressurized below atmospheric pressure.
  4. 前記第1のガス分離膜ユニットの非透過ガスライン上に、該ライン内のガスを冷却するための冷却装置が設置され、 The non-permeate gas on the line of the first gas separation membrane unit, a cooling device for cooling the gas in the line is installed,
    前記第2のガス分離膜ユニットの運転温度が、前記第1のガス分離膜ユニットの運転温度より低いこと を特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のガス分離回収システム。 The operating temperature of the second gas separation membrane unit, a gas separation and recovery system according to any one of claims 1 to 3, wherein the lower operating temperature of the first gas separation membrane unit.
  5. 前記第1のガス分離膜ユニットの非透過ガスライン上に、該ライン内のガスを昇圧するための昇圧装置が設置され、 The non-permeate gas on the line of the first gas separation membrane unit, booster for boosting the gas in the line is installed,
    前記第2のガス分離膜ユニットに供給されるガスの圧力が、前記第1のガス分離膜ユニットに供給されるガスの圧力より高いこと を特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のガス分離回収システム。 The pressure of the gas supplied to the second gas separation membrane unit, to any one of claims 1 to 4, wherein the higher than the pressure of the gas supplied to the first gas separation membrane unit gas separation and recovery system according.
  6. 前記第1のガス分離膜ユニットへのガス供給ラインと、第1のガス分離膜ユニットからの前記非透過ガスラインとを接続するバイパスラインが設置されていること を特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のガス分離回収システム。 Claims 1 to 5, characterized in that the bypass line for connecting the gas supply line to the first gas separation membrane unit, and said non-permeate gas line from the first gas separation membrane unit is installed gas separation and recovery system according to any one of.
  7. 複数のガスを含む混合ガスからガス分離膜を相対的に透過しやすい所定のガスを濃縮回収するガス分離方法であって、 Relatively transparent easy predetermined gas gas separation membrane from a mixed gas containing a plurality of gas a gas separation method of concentrating recovered,
    混合ガスを第1のガス分離膜ユニットに供給し、ガス分離膜を透過させることで前記所定のガスを含む第1の透過ガスを得るステップと、 The mixed gas was supplied to the first gas separation membrane unit, and obtaining a first permeate gas containing the specific gas by transmitting a gas separation membrane,
    前記第1のガス分離膜ユニットの非透過ガスを第2のガス分離膜ユニットに供給し、ガス分離膜を透過させることで前記所定のガスを含む第2の透過ガスを得るステップと、 Obtaining a non-permeate gas was fed to the second gas separation membrane unit, a second permeate gas containing the specific gas by transmitting the gas separation membrane of the first gas separation membrane unit,
    を有し、 Have,
    (i)前記第2のガス分離膜ユニットの透過側圧力が、前記第1のガス分離膜ユニットの透過側圧力よりも低く、かつ、 (I) the permeate side pressure of the second gas separation membrane unit is lower than the permeate side pressure of the first gas separation membrane unit, and,
    (ii)前記第2の透過ガスを昇圧し、前記第1の透過ガスと混合して回収すること を特徴とする、ガス分離回収方法。 (Ii) the second of permeated gas boosting, and recovering as a mixture with the first permeable gas, the gas separation and recovery method.
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