JP2020032330A

JP2020032330A - ガス分離システム及びガス分離方法

Info

Publication number: JP2020032330A
Application number: JP2018159278A
Authority: JP
Inventors: 正也板倉; Masaya Itakura; 祥広浅利; Yoshihiro Asari; 正史岡田; Masashi Okada
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2020-03-05
Also published as: WO2020044992A1

Abstract

【課題】返送ガスの量をできるだけ少なくしてコンプレッサー動力消費エネルギーを少なくし、混合ガスを高精製度で分離することができるガス分離システムを提供する。【解決手段】第１分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの非透過ガスを供給ガスとして第１分離膜モジュールとつながる第２分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの透過ガスを供給ガスとして第１分離膜モジュールとつながる第３分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの供給口とつながる配管途中に備えられたコンプレッサーとを有し、第２分離膜モジュールの透過ガスは、第３分離膜モジュールに供給され、第３分離膜モジュールの非透過ガスは、コンプレッサーによって所定の圧力に昇圧されて第１分離膜モジュールの供給ガスとされ、分離膜の分離係数は、被分離ガスの要求精製度を満足するのに必要な最小分離係数以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、混合ガスを分離するためのガス分離システム及び分離方法に関する。

天然ガスやバイオガスには、ＣＯ_２ガスやＣＨ_４ガスなどのガスが含まれている。これらのガスの内、ＣＨ_４ガス等の炭化水素ガスは、エネルギー源として有用なガスである。例えば、ＣＨ_４ガスは燃料として有用なガスであり、天然ガスやバイオガス等の多成分を含む混合ガスからＣＨ_４ガス等の燃料ガスを高精製度で分離する技術が近年注目されている。

混合ガスを分離する分離膜として、中空糸膜などの有機膜やゼオライト膜などの無機膜が利用されている。これらの分離膜に求められる特性として、高い分離係数を有することが要求される。例えば、ＣＯ_２ガスとＣＨ_４ガスの混合ガスを１つの分離膜モジュールを用いて大量に、かつ高精製度で分離するためには、分離係数が約２００以上の分離膜が必要となる。

分離係数が２００以上の分離膜を製造するには、現状の生産技術においては、その分離係数の高い値ゆえに歩留まりが悪くなり、製造コストが非常に高くなる。この問題を解決するために、特許文献１に記載の発明では、複数の分離膜モジュールを組み合わせた分離装置によってガス分離を行っている。

特許文献１に記載の発明では、例えばＣＯ_２ガスとＣＨ_４ガスの混合ガスを分離する場合、図９に示すように、３つの分離膜モジュールと１つのコンプレッサーを備えるシステムであって、分離対象の被分離ガスを第１分離膜モジュールに供給し、第１分離膜モジュールの非透過ガスを第２分離膜モジュールに供給し、第２分離膜モジュールの非透過ガスをＣＨ_４ガスとして採取し、第１分離膜モジュールの透過ガスを第３分離膜モジュールに供給し、第３分離膜モジュールの透過ガスをＣＯ_２ガスとして採取している。

第２分離膜モジュールの透過ガスと第３分離膜モジュールの非透過ガスは、返送ガスとしてコンプレッサーで昇圧されて第１分離膜モジュールに供給される。この返送ガスの量が多いと、コンプレッサーは被分離ガス以外に返送ガスも加圧しなければならず、大きなコンプレッサーの動力消費となってしまう。コンプレッサー動力を抑えるためにも返送ガスの量が出来るだけ少なくなるようなシステムが好ましい。

特許第５８５８９９２号公報

本発明の課題は、混合ガスの分離システムであって、混合ガスを高精製度で分離することができ、返送ガスの量をできるだけ少なくしてコンプレッサー動力消費エネルギーを少なくすることができるガス分離システム及びガス分離方法を提供することである。

上記課題を解決すべく、本発明（１）は、第１分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの非透過ガスを供給ガスとして第１分離膜モジュールとつながる第２分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの透過ガスを供給ガスとして第１分離膜モジュールとつながる第３分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの供給口とつながる配管途中に備えられたコンプレッサーとを有し、２以上のガス成分を含む被分離ガスを第１分離膜モジュールに供給して、第３分離膜モジュールの透過ガスと第２分離膜モジュールの非透過ガスとして分離するガス分離システムであって、前記被分離ガスは、ガス圧力が第１分離膜モジュールの駆動圧力に満たない場合は前記コンプレッサーで加圧されて第１分離膜モジュールに供給され、前記第２分離膜モジュールの透過ガスは、前記第３分離膜モジュールに供給され、前記第３分離膜モジュールの非透過ガスは、前記コンプレッサーによって加圧されて前記第１分離膜モジュールの供給ガスとされ、前記第１〜３分離膜モジュールに用いられる分離膜の分離係数は、前記被分離ガスの要求精製度を満足するのに必要な最小分離係数以上であるガス分離システムである。

特許文献１に記載の従来技術と異なる特徴は、特許文献１に記載の発明では、第２分離膜モジュールの透過ガスを直接に第１分離膜モジュールに供給しているが、本発明（１）では、第３分離膜モジュールに供給している点である。このガスの通路のつなぎ方を変えることによって、返送ガスの量を大幅に少なくすることができる。返送ガスの量を少なくすることによって、ガスの昇圧のためのコンプレッサー動力消費を削減でき、省エネルギーのガス分離システムが可能となる。

また、この分離システムの分離膜モジュールに使用される分離膜の分離係数は、被分離ガスの要求精製度を満足するのに必要な最小分離係数以上であればよい。ここで、要求精製度とは、要求される精製の純度のことである。この最小分離係数の求め方は、例えばガス分離のシミュレーションソフトウェアを使って算出する方法がある。シミュレーションソフトウェア（ＡｓｐｅｎＴｅｃｈ社製ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ）上に本発明（１）のガス分離システムを構築し、各分離膜モジュールに分離係数を設定することで、各分離膜モジュールでの透過ガス、非透過ガスの流量および濃度が算出される。分離膜モジュールに用いられる分離膜の種類は特に限定されるものではない。被分離ガスに対応して適宜選択でき、中空糸膜のような有機膜であってもよい。耐久性・耐熱性・耐化学薬品性の観点から、多孔質セラミックの表面にゼオライト分離膜を形成した無機膜も好ましい。

本発明（２）は、前記最小分離係数が３０であることを特徴とする本発明（１）に記載のガス分離システムである。分離係数が３０付近から、返送ガスの量が大きく減少するので、分離係数が３０以上であると返送ガスの量を大きく減らすことができるので好ましい。

本発明（３）は、真空ポンプが、前記第２分離膜モジュールの透過側と、前記第３分離膜モジュールの供給側との間に備えられている本発明（１）または（２）に記載のガス分離システムである。

例えば、ＣＯ_２とＣＨ_４ガスの混合ガスを分離する場合、第２分離膜モジュールの透過側と、前記第３分離膜モジュールの供給側との間に真空ポンプを備えることは、ＣＨ_４ガス損失をできる限り僅かに保つために好ましく、真空ポンプを用いて第３分離膜モジュールへの供給ガスの圧力を調節するためにも好ましい。

本発明（４）は、前記第１分離膜モジュール、第２分離膜モジュール及び第３分離膜モジュールに備えられている分離膜がゼオライト膜である本発明（１）〜（３）のいずれかに記載のガス分離システムである。

分離膜モジュールに備えられている分離膜がゼオライト膜であることによって、耐熱性、耐薬品性、耐水性等に優れた分離膜モジュールとすることができるために好ましい。

本発明（５）は、前記ゼオライト膜が８員環細孔を有するゼオライト膜である本発明（４）に記載のガス分離システムである。例えば、ＣＯ_２ガス分子の分子径は０．３３ｎｍ、ＣＨ_４ガス分子の分子径は０．３８ｎｍであるため、細孔径が０．３３ｎｍ以上０．３８ｎｍ以下の８員環細孔を有するゼオライト構造が適している。

８員環細孔の構造を有するゼオライトには、ＡＢＷ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＡＰＣ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＥＡＢ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、ＥＳＶ、ＩＨＷ、ＬＥＶ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＴＥ、ＲＴＨ、ＳＩＶなどが挙げられる。

本発明（６）は、８員環細孔を有するゼオライト膜がＣＨＡ型ゼオライト膜である本発明（５）に記載のガス分離システムである。

ＣＨＡ型のゼオライト膜の細孔径は０．３８ｎｍであるので、例えば、ＣＯ_２ガス分子はこの細孔を透過できるが、ＣＨ_４ガス分子は透過できないので、ＣＯ_２ガスとＣＨ_４ガスの混合ガスを分離するのに適している。また、ＣＨＡ型のゼオライト膜は耐酸性にも優れており、酸性度の高い環境にも耐えられるので好ましい。

３種以上のガスが混合した混合ガスにおいても、適切なゼオライト細孔径を適宜選択することによって、透過するガス群と非透過のガス群に分離し、順次、分離されたガス群に対してさらに、ガス分離システムによってガス成分毎に分離することが可能となる。

本発明（７）は、被分離ガスの要求精製度を満足するための最小分離係数以上の分離係数を有する分離膜を備える第１〜第３分離膜モジュールによって、ガス圧が第１分離膜モジュールの駆動圧力未満の２成分以上のガス成分を含む被分離ガスをガス成分毎に分離するガス分離方法であって、被分離ガスをコンプレッサーで加圧して第１分離膜モジュールに供給するステップ（１）と、第１分離膜モジュールの非透過ガスを第２分離膜モジュールに供給するステップ（２）と、第２分離膜モジュールの非透過ガスを第１のガスとして分離するステップ（３）と、第１分離膜モジュールの透過ガスと第２分離膜モジュールの透過ガスを第３の分離膜モジュールに供給するステップ（４）と、第３分離膜モジュールの透過ガスを第２のガスとして分離するステップ（５）と、第３分離膜モジュールの非透過ガスを前記コンプレッサーで加圧して第１分離膜モジュールに供給するステップ（６）と、を備えるガス分離方法である。

本発明（７）によると、返送ガスの量を少なくすることができる。返送ガスの量を少なくすることによって、ガスの昇圧のためのコンプレッサー動力を削減することができ、省エネルギーのガス分離システムを構築する上で好ましい。また、このガス分離方法で使用される分離膜モジュールの分離膜の分離係数は被分離ガスの要求精製度を満足するための最小分離係数以上であればよいので、低コストの分離膜によって省エネルギーで、かつ高い分離精度のガス分離方法を実現することができる。

本発明（８）は、被分離ガスの要求精製度を満足するための最小分離係数以上の分離係数を有する分離膜を備える第１〜第３分離膜モジュールによって、ガス圧が第１分離膜モジュールの駆動圧力以上の２成分以上のガス成分を含む被分離ガスをガス成分毎に分離するガス分離方法であって、被分離ガスを第１分離膜モジュールに供給するステップ（１）と、第１分離膜モジュールの非透過ガスを第２分離膜モジュールに供給するステップ（２）と、第２分離膜モジュールの非透過ガスを第１のガスとして分離するステップ（３）と、第１分離膜モジュールの透過ガスと第２分離膜モジュールの透過ガスを第３の分離膜モジュールに供給するステップ（４）と、第３分離膜モジュールの透過ガスを第２のガスとして分離するステップ（５）と、第３分離膜モジュールの非透過ガスをコンプレッサーで加圧して第１分離膜モジュールに供給するステップ（６）と、を備えるガス分離方法である。

本発明（８）においては、被分離ガスのガス圧が第１分離膜モジュールの駆動圧力以上であるので、被分離ガスはコンプレッサーで加圧されずに、減圧バルブ等の圧力調整手段によって所定の圧力に調整されて第１分離膜モジュールに供給される。

本発明（８）によると本発明（７）と同様に、返送ガスの量を少なくすることができ、省エネルギーのガス分離システムを構築することができる。また、このガス分離方法で使用される分離膜モジュールの分離膜の分離係数は被分離ガスの要求精製度を満足するための最小分離係数以上であればよいので、低コストの分離膜によって省エネルギーで、かつ高い分離精度のガス分離方法を実現することができる。

本発明は、返送ガスの量をできるだけ少なくしてコンプレッサー動力消費エネルギーを少なくし、混合ガスを高精製度で分離することができるガス分離システム及びガス分離方法を提供することができる。

本発明のガス分離システムを利用したガス分離装置の実施形態を示すブロック図である。実施例１における分離係数αが１０の場合の、各箇所におけるガス流量を示す。実施例１における分離係数αが２５の場合の、各箇所におけるガス流量を示す。実施例１における分離係数αが３０の場合の、各箇所におけるガス流量を示す。実施例１における分離係数αが５０の場合の、各箇所におけるガス流量を示す。実施例２における分離係数αと返送率（％）の関係を示す。実施例３の返送量と比較例１の返送量との比較対比を示す。実施例４の返送量と比較例２の返送量との比較対比を示す。特許文献１に記載のガス分離装置の実施形態を示すブロック図である。

つぎに、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は、本発明のガス分離システムを利用したガス分離装置の実施形態を示すブロック図である。このブロック図において、ガス流路の特定の位置における流量を示すために、特定の位置に[０]、[１]、[２]、[３]、[４]、[５]及び[６]の符号を付している。

位置[０]は、コンプレッサーの入口位置、位置[１]は第１分離膜モジュールの透過ガス（第１透過ガス）の流出位置、位置[２]は第１分離膜モジュールの非透過ガス（第１非透過ガス）の流出位置、位置[３]は第２分離膜モジュールの透過ガス（第２透過ガス）の流出位置、位置[４]は第２分離膜モジュールの非透過ガス（第２非透過ガス）の流出位置、位置[５]は第３分離膜モジュールの透過ガス（第３透過ガス）の流出位置、位置[６]は第３分離膜モジュールの非透過ガス（第３非透過ガス）の流出位置を示す。以下、本明細書においてこの符号が付された個所は同一の位置を示すものとし、「位置[i]」と記載する。

被分離ガスは、コンプレッサーによって第１分離膜モジュールの駆動圧力以上（例えば１４．５Ｂａｒ）まで加圧されて第１分離膜モジュールに入り、分離膜によって第１透過ガスと第１非透過ガスに分離される。例えば、ＣＯ_２ガスとＣＨ_４ガスが５０％ずつ混合しているガスの場合は、第１分離膜モジュールでは完全には分離されずに、第１透過ガス（ＣＯ_２ガス）に第１非透過ガス（ＣＨ_４ガス）が混入することになる。この混入度は分離膜の分離係数に依存する。

図１に示す実施形態は、被分離ガスがバイオガスのように、第１分離膜モジュールの駆動圧力よりも低い圧力しか有していない場合を想定している。被分離ガスは、図１に示すようにコンプレッサーで加圧されて第１分離膜モジュールに供給される。被分離ガスが天然ガスの場合においては、もともとの天然ガスの圧力が、第１分離膜モジュールが必要とする駆動圧力以上の場合がある。このような場合、被分離ガスは、コンプレッサーで加圧されずに、減圧バルブ等で分離膜モジュールが必要とする駆動圧力に減圧されて第１分離膜モジュールに供給される。

位置[１]のガスは全て第３分離膜モジュールに供給され、位置[１]の圧力は、例えば２．５ｂａｒとなるように調整されている。位置[２]のガスは、第２分離膜モジュールに供給され、第２分離膜モジュールの位置[４]より非透過ガス（第１のガス）が流出する。位置[３]の透過ガスは、真空ポンプを通って第３分離膜モジュールに供給される。第３分離膜モジュールの透過ガス（第２のガス）は位置[５]より流出し、非透過ガスは位置[６]から位置[０]に返送され、コンプレッサーで昇圧されて再度第１分離膜モジュールに供給される。

実施例１
図１に示すガス分離システムによって、ＣＯ_２ガスとＣＨ_４ガスとの混合ガスを被分離ガスとしたときのガス分離を、分離係数αが１０、２５、３０及び５０の場合でシミュレーション試験を行った。被分離ガスの流量は１Ｎｍ^３／ｈｒとし、ＣＯ_２ガス濃度を５０ｍｏｌ％とし、ＣＨ_４ガス濃度を５０ｍｏｌ％とした。

このときの位置[０]〜位置[６]におけるＣＯ_２ガスとＣＨ_４ガスの流量（ｍ^３／ｈｒ）を表１〜４に示す。位置[１]〜位置[６]におけるＣＯ_２ガスとＣＨ_４ガスの濃度（ｍｏｌ％）を表５〜８に示す。

表１は、分離係数αが１０のとき、表２はαが２５のとき、表３はαが３０のとき、表４はαが５０のときの成分毎の流量データを示している。

表１〜表４を総合的に見ると、分離係数αの大きさによって以下のようになっていることがわかる。

位置[６]における合計流量は、α＝１０のときは０．７２１で、α＝２５のときは０．６０９で、α＝３０のときは０．３９７で、α＝５０のときは０．０７６となり、分離係数αが大きくなるに伴って減少した。

位置[０]における合計流量は、被分離ガスの流量と位置[６]の流量の合計であり、α＝１０のときは１．７２１で、α＝２５のときは１．６０９で、α＝３０のときは１．３９７で、α＝５０のときは１．０７６となり、分離係数αが大きくなるに伴って減少した。

この傾向は、位置[１]、[２]及び[３]における合計流量についても同様の結果となった。

分離係数αが１０の場合の各位置における流量を図２に、αが２５の場合を図３に、αが３０の場合を図４に、αが５０の場合を図５に示す。この４つの図を比較すると、[０]〜[３]及び[６]の各位置におけるガスの流量は、分離係数αが大きくなればなるほど少なくなることが明確に示されている。

表５は、分離係数αが１０のとき、表６はαが２５のとき、表７はαが３０のとき、表８はαが５０のときの成分毎の濃度データを示している。

位置[１]の第１透過ガスのＣＯ_２濃度（ｍｏｌ％）を見ると、分離係数α＝１０のときは８７．０で、α＝２５のときは９５．８で、α＝３０のときは９５．０で、α＝５０のときは９６．６となり、分離係数αが大きくなるに伴って、第１透過ガスのＣＯ_２濃度はほぼ増加傾向にある。

位置[３]の第２透過ガスのＣＯ_２濃度（ｍｏｌ％）を見ると、分離係数α＝１０のときは４９．２で、α＝２５のときは７５．９で、α＝３０のときは６８．８で、α＝５０のときは８１．９となり、分離係数αが大きくなるに伴って、第２透過ガスのＣＯ_２濃度は増加傾向にあるが、分離係数αが２５と３０との比較では分離係数αが３０のときの方が２５のときに比べて小さくなっている。これは位置[３]における第２透過ガスの流量が大きく減少していることに起因していると考えられる。

位置[５]の第３透過ガスのＣＯ_２濃度（ｍｏｌ％）を見ると、分離係数α＝１０のときは９５．９で、α＝２５のときは９９．４で、α＝３０のときは９９．５で、α＝５０のときは９９．５となり、分離係数αが大きくなるに伴って第３透過ガスのＣＯ_２濃度は増加し、分離係数αが３０となって飽和している。

位置[２]の第１非透過ガスのＣＯ_２濃度（ｍｏｌ％）を見ると、分離係数α＝１０のときは２２．９で、α＝２５のときは２８．８で、α＝３０のときは１７．３で、α＝５０のときは２１．５となり、分離係数αが変動しても、第１非透過ガスのＣＯ_２濃度は、１７．７〜２８．８（ｍｏｌ％）で、傾向が見られず、第１非透過ガスには分離係数αが１０〜５０の範囲内においては、約２割前後のＣＯ_２ガスが混入するという結果であった。

位置[４]の第２非透過ガスのＣＯ_２濃度（ｍｏｌ％）を見ると、分離係数α＝１０〜５０のときは１．５（ｍｏｌ％）の一定値となった。

位置[６]の第３非透過ガスのＣＯ_２濃度（ｍｏｌ％）を見ると、分離係数α＝１０のときは６２．１で、α＝２５のときは８３．２で、α＝３０のときは７９．０で、α＝５０のときは４５．５となり、分離係数αが変動しても、第３非透過ガスのＣＯ_２濃度は４５．５〜８３．２（ｍｏｌ％）で、傾向が見られなかった。これは位置[１]及び[３]における第１透過ガス及び第２透過ガスの流量が変動しているために傾向が見られないものと考えられる。

実施例２
次に、図１に示すガス分離システムを用いて、分離係数αが１０、２０、２５、３０、３２、３５、４０、４５及び５０の９つのケースで、位置[４]におけるＣＨ_４ガス濃度が９８．５（ｍｏｌ％）以上であり、位置[５]におけるＣＨ_４ガス濃度が０．５（ｍｏｌ％）以下となるかどうかのシミュレーション試験をし、位置[６]における返送量（ｍ^３／ｈｒ）の計算を行った。

この実施例２のシミュレーション試験では、実施例１のときと同じく、被分離ガスの流量を１Ｎｍ^３／ｈｒとし、ＣＯ_２ガス濃度を５０（ｍｏｌ％）とし、ＣＨ_４ガス濃度を５０（ｍｏｌ％）とした。実施例２の結果を、表９に示す。

表９を見ると、位置[４]におけるＣＨ_４ガス濃度（ｍｏｌ％）は、分離係数αが１０〜５０の全てにおいて９８．５（ｍｏｌ％）以上となっていた。位置[４]における第２非透過ガス（第１のガス）がＣＨ_４製品ガスとなるので、ＣＨ_４ガス濃度９８．５（ｍｏｌ％）を被分離ガスの要求精製度とすると、この要求精製度を満足するのに必要な分離膜の最小分離係数は１０で良いことがわかる。

位置[５]におけるＣＨ_４ガス濃度（ｍｏｌ％）は、分離係数αが１０〜２５に対しては０．６〜４．１（ｍｏｌ％）であり、分離係数αが３０〜５０に対しては０．５（ｍｏｌ％）となっていた。

位置[６]における返送量（ｍ^３／ｈｒ）は、分離係数が大きくなればなるほど少なくなっていた。被分離ガス１ｍ^３／ｈｒに対する位置[６]における返送量の比を返送率（％）で表したものを、表９の右端欄に記載している。表９の返送率を見ると、分離係数αが２５から３０に変化すると返送率が大きく減少している。

分離係数αを横軸（Ｘ軸）に、返送率を縦軸（Ｙ軸）とし折れ線グラフで表したものを図６に示している。この折れ線グラフを見ても、分離係数α＝３０を境として左側の返送率が大きく、右側の返送率が小さくなっているのがわかる。しかも、分離係数α＝３０以上であれば位置[５]における第３透過ガス（第２のガス）中のＣＨ_４ガス濃度が０．５（ｍｏｌ％）まで低下することから、より高い精製度が要求される場合、分離膜モジュールに用いる分離膜の最小分離係数αは、３０であることが好ましいことがわかる。

実施例３
ＣＯ_２ガスとＣＨ_４ガスの混合ガスであって、混合比が５０ｍｏｌ％ずつの被分離ガスを、本願発明(図１参照)と特許文献１に記載のガス分離装置（図９参照）を用いてガス分離を行った時の結果を表１０及び表１１に示す。表１０は、各位置におけるガス流量（ｍ^３／ｈｒ）と返送量（ｍ^３／ｈｒ）を示し、表１１は、各位置におけるＣＨ_４濃度を示している。なお、各位置の符号の表記で、実施例３の位置にはダッシュ記号なしで、比較例１の位置にはダッシュ記号有りで記載している。

表１０に記載の返送量の結果によると、実施例３では返送量が０．３９７ｍ^３／ｈｒで、比較例１では０．４４６ｍ^３／ｈｒであり、実施例３における返送量は、比較例１の返送量に対して８８％となっており、返送ガスの加圧に要する動力は、１２％だけ実施例３の方が比較例１よりも削減できている。

表１１の位置[4],[4']における第２非透過ガス中ＣＨ_４濃度の欄がＣＨ_４製品ガスの濃度であり、実施例３では９８．５ｍｏｌ％であるのに対して、比較例１では９３．８ｍｏｌ％であった。実施例３は、比較例１と比べて４．７ｍｏｌ％高い精製度であった。

図７は、実施例３の返送量と比較例１の返送量との差異を示す棒グラフである。

実施例４
次に、実施例３及び比較例１の試験条件と分離係数のみ異なったシミュレーション試験を行った。その試験を実施例４と比較例２として示す。分離膜の分離係数を１０とした。その結果を下記表１２と表１３に示す。

表１２に記載の返送量の結果によると、実施例４では返送量が０．７２１ｍ^３／ｈｒで、比較例２では０．８４４ｍ^３／ｈｒであり、実施例４における返送量は、比較例２の返送量に対して８２％となっており、返送ガスの加圧に要する動力は、１８％だけ実施例４の方が比較例２よりも削減できている。

表１３の位置[4],[4']における第２非透過ガス中ＣＨ_４濃度の欄がＣＨ_４製品ガスの濃度であり、実施例４では９８．５ｍｏｌ％であるのに対して、比較例２では９７．３ｍｏｌ％であった。実施例４は、比較例２と比べて１．２ｍｏｌ％高い精製度であった。

図８は、実施例４の返送量と比較例２の返送量との差異を示す棒グラフである。

Claims

第１分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの非透過ガスを供給ガスとして第１分離膜モジュールとつながる第２分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの透過ガスを供給ガスとして第１分離膜モジュールとつながる第３分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの供給口とつながる配管途中に備えられたコンプレッサーとを有し、２以上のガス成分を含む被分離ガスを第１分離膜モジュールに供給して、第３分離膜モジュールの透過ガスと第２分離膜モジュールの非透過ガスとして分離するガス分離システムであって、
前記被分離ガスは、ガス圧力が第１分離膜モジュールの駆動圧力に満たない場合は前記コンプレッサーで加圧されて第１分離膜モジュールに供給され、
前記第２分離膜モジュールの透過ガスは、前記第３分離膜モジュールに供給され、
前記第３分離膜モジュールの非透過ガスは、前記コンプレッサーによって加圧されて前記第１分離膜モジュールの供給ガスとされ、
前記第１〜３分離膜モジュールに用いられる分離膜の分離係数は、前記被分離ガスの要求精製度を満足するのに必要な最小分離係数以上であるガス分離システム。
前記最小分離係数が３０であることを特徴とする請求項１に記載のガス分離システム。
真空ポンプが、前記第２分離膜モジュールの透過側と、前記第３分離膜モジュールの供給側との間に備えられている請求項１または２のいずれかに記載のガス分離システム。
前記第１分離膜モジュール、第２分離膜モジュール及び第３分離膜モジュールに備えられている分離膜がゼオライト膜である請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス分離システム。
前記ゼオライト膜が８員環細孔を有するゼオライト膜である請求項４に記載のガス分離システム。
前記８員環細孔を有するゼオライト膜がＣＨＡ型ゼオライト膜である請求項５に記載のガス分離システム。
被分離ガスの要求精製度を満足するための最小分離係数以上の分離係数を有する分離膜を備える第１〜第３分離膜モジュールによって、ガス圧が第１分離膜モジュールの駆動圧力未満の２成分以上のガス成分を含む被分離ガスをガス成分毎に分離するガス分離方法であって、
被分離ガスをコンプレッサーで加圧して第１分離膜モジュールに供給するステップ（１）と、
第１分離膜モジュールの非透過ガスを第２分離膜モジュールに供給するステップ（２）と、
第２分離膜モジュールの非透過ガスを第１のガスとして分離するステップ（３）と、
第１分離膜モジュールの透過ガスと第２分離膜モジュールの透過ガスを第３の分離膜モジュールに供給するステップ（４）と、
第３分離膜モジュールの透過ガスを第２のガスとして分離するステップ（５）と、
第３分離膜モジュールの非透過ガスを前記コンプレッサーで加圧して第１分離膜モジュールに供給するステップ（６）と、を備えるガス分離方法。
被分離ガスの要求精製度を満足するための最小分離係数以上の分離係数を有する分離膜を備える第１〜第３分離膜モジュールによって、ガス圧が第１分離膜モジュールの駆動圧力以上の２成分以上のガス成分を含む被分離ガスをガス成分毎に分離するガス分離方法であって、
被分離ガスを第１分離膜モジュールに供給するステップ（１）と、
第１分離膜モジュールの非透過ガスを第２分離膜モジュールに供給するステップ（２）と、
第２分離膜モジュールの非透過ガスを第１のガスとして分離するステップ（３）と、
第１分離膜モジュールの透過ガスと第２分離膜モジュールの透過ガスを第３の分離膜モジュールに供給するステップ（４）と、
第３分離膜モジュールの透過ガスを第２のガスとして分離するステップ（５）と、
第３分離膜モジュールの非透過ガスをコンプレッサーで加圧して第１分離膜モジュールに供給するステップ（６）と、を備えるガス分離方法。