JP2019072658A - ヘリウム富化ガスの製造方法及びガス分離システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2に記載のように、不純物として少なくとも酸素を含むヘリウムガスを密閉容器から連続的に抜き出し、ガス分離膜を透過させることによってヘリウムガスを精製し、前記密閉容器に循環回収させるヘリウムガスの回収精製方法において、前記ガス分離膜における非透過ガス中に含まれる酸素濃度が一定となるように非透過ガス流量を制御するヘリウムガスの回収精製方法も提案されている。
また、特許文献1の図4の2段階のガス分離は、1段に比べて設備コストが大きいという課題がある。更に、特許文献1の図5のように、ヘリウムの回収率及び純度を高めようとすると、低温処理による不純分の除去処理が必要となり、設備コストが大きいという課題があった。
更に、特許文献2に記載のように、密閉容器を用いて循環回収させる方法は、回収までに時間がかかる点や特殊な密閉容器を必要する点等で処理コストが大きいという課題があった。
前記ガス分離膜ユニットは、前記原料ガスが供給されるガス入口と、透過ガス排出口と、非透過ガス排出口と、を少なくとも備え、
前記透過ガス排出口から排出された透過ガスの一部を帰還させて前記原料ガスに合流させるとともに、透過ガスの残分をヘリウム富化ガスとして取り出す、ヘリウム富化ガスの製造方法を提供するものである。
前記ガス分離膜ユニットは、ガス入口、透過ガス排出口及び非透過ガス排出口を少なくとも備え、
前記ガス分離膜ユニットのガス入口に、ヘリウムを含む原料ガスの供給ラインを連結し、
前記ガス分離膜ユニットの透過ガス排出口及び非透過ガス排出口にそれぞれ透過ガス排出ライン及び非透過ガス排出ラインを連結しており、
透過ガス排出ラインと原料ガスの供給ラインとを連結して、透過ガス排出ガスの一部を原料供給ガスに合流させる帰還ラインを有し、透過ガス排出ガスの残りを、ヘリウム富化ガスとして取り出すようになされている、ガス分離システムを提供するものである。
また運転時のガス分離膜モジュールの温度は、0〜150℃、5〜80℃の範囲であることが、運転効率や安定した運転のために好ましい。
図1に示すガス分離システム10を用いて、ヘリウムを含む混合ガスである原料ガスの分離を行った。同システム10における第1圧縮手段21としては圧縮機を用いた。原料ガスは、組成が表1に示すものを用いた。ガス分離膜ユニット11を構成するモジュールとして、上述した非対称構造を有し、上記範囲の内径を有するポリイミド中空糸膜から構成され、P'Heが23×10−5(cm3(STP)/cm2・sec・cmHg)、P'CO2が6.6×10−5(cm3(STP)/cm2・sec・cmHg)、P' O2が2.5×10−5(cm3(STP)/cm2・sec・cmHg)、P' N2が0.33×10−5(cm3(STP)/cm2・sec・cmHg)、P' Arが0.64×10−5(cm3(STP)/cm2・sec・cmHg)であるガス分離膜をケース内に収容するガス分離膜モジュールを用いた。これらの各透過速度は運転温度25℃における数値である(以下同様)。
図3に示すガス分離システム100を用いた。ガス分離膜ユニット111を構成するモジュールとして、実施例1で用いたものと同じガス分離膜モジュールを用いた。ガス分離膜ユニット111を構成するガス分離膜モジュールの本数を1本に設定した。ガス分離膜ユニット111の運転温度を25℃に設定した。原料ガスは、実施例1と同様のもの(組成が表2に示すもの)を用いた。原料ガスは、流量20Nm3/h、温度25℃、圧力0.8MPaGの状態でガス分離膜ユニット111に供給させ、表2の条件にてガス分離システム100を運転し、透過ガスを製品ガスとして取り出したところ、表2に示すように、製品ガスのヘリウム純度は94.24mol%、ヘリウム回収率は99.99%であった。
ガス分離膜ユニット111として、比較例1で用いたガス分離膜モジュールと同じ構造・内径・ガス選択性を有し、且つ比較例1で用いたガス分離膜モジュールに対して膜面積が43%であるポリイミド中空糸膜からなるガス分離膜モジュールを用いた。この点以外は比較例1と同様にした。原料ガスは、流量20Nm3/h、温度25℃、圧力0.8MPaGの状態でガス分離膜ユニット111に供給させ、表3の条件にてガス分離システム100を運転し、透過ガスを製品ガスとして取り出したところ、表3に示すように、製品ガスのヘリウム純度は99.12mol%、ヘリウム回収率は78.2%であった。
11,111 ガス分離膜ユニット
12,112 ガス分離膜
11a、111a ガス入口
11b、111b 透過ガス排出口
11c、111c 非透過ガス排出口
14 帰還ライン
16,116 原料ガス供給ライン
18,118 非透過ガス排出ライン
19,119 透過ガス排出ライン
40 ガス分離膜モジュール
21,121 圧縮手段
22、122 背圧調整器
Claims (8)
- 一つのガス分離膜ユニットにヘリウムを含む原料ガスを供給するヘリウム富化ガスの製造方法であって、
前記ガス分離膜ユニットは、前記原料ガスが供給されるガス入口と、透過ガス排出口と、非透過ガス排出口と、を少なくとも備え、
前記透過ガス排出口から排出された透過ガスの一部を帰還させて前記原料ガスに合流させるとともに、透過ガスの残分をヘリウム富化ガスとして取り出す、ヘリウム富化ガスの製造方法。 - 前記ガス分離膜ユニットのガス分離膜が高分子膜である、請求項1に記載のヘリウム富化ガスの製造方法。
- 前記原料ガスに含まれるヘリウムガス以外の成分が、二酸化酸素、酸素、窒素及びアルゴンから選ばれる少なくとも一種である、請求項1又は2に記載のヘリウム富化ガスの製造方法。
- 原料ガス中のヘリウム濃度が80mol%以上である、請求項1〜3の何れか1項に記載のヘリウム富化ガスの製造方法。
- 取り出されたヘリウム富化ガス中のヘリウム濃度が98mol%以上である、請求項1〜4の何れか1項に記載のヘリウム富化ガスの製造方法。
- ガス分離膜ユニットのガス分離膜のガス分離選択性P' He / P' N2が30以上200以下である、請求項1〜5に記載のヘリウム富化ガスの製造方法。
- ガス分離膜ユニットのガス分離膜がポリイミドからなる、請求項1〜6の何れか1項に記載のヘリウム富化ガスの製造方法。
- 一つのガス分離膜ユニットからなるガス分離システムであって、
前記ガス分離膜ユニットは、ガス入口、透過ガス排出口及び非透過ガス排出口を少なくとも備え、
前記ガス分離膜ユニットのガス入口に、ヘリウムを含む原料ガスの供給ラインを連結し、
前記ガス分離膜ユニットの透過ガス排出口及び非透過ガス排出口にそれぞれ透過ガス排出ライン及び非透過ガス排出ラインを連結しており、
透過ガス排出ラインと原料ガスの供給ラインとを連結して、透過ガス排出ガスの一部を原料供給ガスに合流させる帰還ラインを有し、透過ガス排出ガスの残りを、ヘリウム富化ガスとして取り出すようになされている、ガス分離システム。
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