JP2020182937A - ガスの製造方法、および、二酸化炭素の分離システム - Google Patents
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Abstract
Description
これらの方法に対して、膜分離法は、分離の途中で相変化を殆ど伴わず、圧力差を駆動エネルギーとした省エネルギーな分離が実現できる方法である。
特許文献2には、天然ガスに含まれる重質炭化水素の液化や固化に伴う無機膜の閉塞を防止することを課題として、非炭化水素ガス分離装置、および、非炭化水素ガス分離方法が記載されている。
・上記従来技術では、分離膜の分離性能を向上させため、または、分離膜の閉塞を防止するために、分離膜に供給される混合ガスを加熱している。混合ガスの膜分離においては、加熱した混合ガスを供給することは当業者にとって一般的であった。
・本発明者は、上記一般的方法に反して、供給する混合ガスの加熱をやめ、分離膜に供給される混合ガスの温度を20℃以下とすることによって、意外にも分離膜の分離効率が向上されることを見出した。
・また、本発明者は、低温にて分離膜を用いて混合ガスの分離を行う場合において、分離膜が閉塞してしまう問題に対しては、必要に応じて、混合ガスに対して、固形物除去工程、気液分離工程を施すことにより、対処可能であることを、併せて見出した。
本発明者は、上記事項に基づいて、以下の発明を完成させた。
本発明のガスの製造方法は、少なくとも二酸化炭素を含む混合ガスから二酸化炭素を分離するガスの製造方法であって、混合ガス供給工程、二酸化炭素分離工程を有し、分離膜へ供給される前記混合ガスの温度を20℃以下とする。
本発明のガスの製造方法が対象とする混合ガスとは、二酸化炭素を含む混合ガスであれば特に限定されない。例えば、二酸化炭素及びメタンを含む混合ガスが挙げられる。また、該混合ガスは、他に、例えば、エタン、プロパン等の炭素数2〜4の炭化水素、炭素数5以上の重質炭化水素、水蒸気、硫化水素、窒素等の非炭化水素ガスを含んでいてもよい。混合ガスの一例として、天然ガスが挙げられる。
該成分中、水蒸気、硫化水素、窒素等を目標値以下まで精製したものを精製ガス成分と呼ぶ。精製ガス成分は、例えば、メタン、及び、エタン、プロパン等の炭素数2〜4の炭化水素等である。
本発明のガスの製造方法は、メタン及び二酸化炭素を含む混合ガスから二酸化炭素を分離するのに好ましく適用され、混合ガス中に存在するメタン及び二酸化炭素の総量は、80mol%以上であることが好ましく、85mоl%以上であることがより好ましく、90mol%以上であることが更に好ましい。
本発明の分離対象である混合ガスは、典型的には、油田またはガス田から採取される混合ガスであり、採取後に前処理によって一部の成分を除去されたものを混合ガスとして使用してもよく、また必要に応じて圧力調整されたものでもよい。
(精製ガス)
本発明では、本発明のガスの製造方法によって、混合ガスから以下に述べる各種成分が分離されることで得られたガスを精製ガスと呼ぶ。
精製ガスにおいては、二酸化炭素があらかじめ設定された目標濃度以下、好ましくは、濃度測定限界以下にまで低減されている。好ましくは、さらに、水分が、あらかじめ設定された目標濃度以下、好ましくは、濃度測定限界以下にまで低減されている。
ガス供給工程においては、上記の混合ガスが、CO2を分離可能なゼオライト膜を含む分離膜へ供給される。前記ゼオライト膜は、CO2選択性があることが好ましい。混合ガスが供給される空間と、分離膜により分離され、二酸化炭素の濃度が高められたガスが通流する空間とは、分離膜により区分けされている。混合ガスは、分離膜により区分けされた分離膜の一方面側(ガス供給側)に供給される。
混合ガスが供給されるガス供給側である、分離膜の一方面側のCO2分圧を、分離膜の他方の面側(ガス排出側)のCO2分圧よりも高くすることにより、混合ガス中の二酸化炭素(CO2)が分離膜を選択的に透過する。これにより、混合ガスから二酸化炭素を分離することができる。
分離工程においては、分離膜を介して混合ガスから二酸化炭素が分離される。分離膜としては、ゼオライト膜を含む分離膜が使用される。二酸化炭素を含む混合ガスが通流するガス供給側の空間と、混合ガスから分離された二酸化炭素の濃度が高められたガスが通流するガス排出側の空間とを、分離膜により分離して、ガス排出側空間よりもガス供給側空間の圧力(CO2分圧)を相対的に高くすることにより、混合ガスからの二酸化炭素の分離が行われる。
例えば、二酸化炭素を含む混合ガスが、二酸化炭素及びメタンを含む混合ガスである場合、供給側ガス圧を0.1MPaG、透過側ガス圧を大気圧とし、40℃において測定する二酸化炭素とメタンをそれぞれ単成分としたとき、分離膜の、分離係数αは、好ましくは80以上、より好ましくは100以上、さらに好ましくは140以上、特に好ましくは180以上である。上限は特に限定されないが、通常4500以下である。
多孔質支持体としては、その表面などにゼオライトを膜状に結晶化できるような化学的安定性があり、無機の多孔質よりなる支持体(無機多孔質支持体)であれば如何なるものであってもよい。例えば、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス焼結体(セラッミクス支持体)、鉄、ブロンズ、ステンレス等の焼結金属や、ガラス、カーボン成型体などが挙げられる。
ゼオライト膜を構成する成分としては、ゼオライト以外にシリカ、アルミナなどの無機バインダー、ポリマーなどの有機化合物、あるいは下記詳述するようなゼオライト表面を修飾するSi化合物またはその反応物などを必要に応じ含んでいてもよい。また、一部アモルファス成分などを含んでいてもよいが、実質的にゼオライトのみで構成されるゼオライト膜が好ましい。
ここでいう酸素n員環を有するゼオライトのnの値は、ゼオライト骨格を形成する酸素とT元素(骨格を構成する酸素以外の元素)で構成される細孔の中で最も酸素の数が大きいものを示す。例えば、MOR型ゼオライトのように酸素12員環と8員環の細孔が存在する場合は、酸素12員環のゼオライトとみなす。
なお、本明細書において、ゼオライトの構造は、上記のとおり、International Zeolite Association(IZA)が定めるゼオライトの構造を規定するコードで示す。
フレームワーク密度とは、ゼオライトの1000Å3あたりの、骨格を構成する酸素以外の元素(T元素)の数を意味し、この値はゼオライトの構造により決まる。なおフレームワーク密度とゼオライトとの構造の関係はInternational Zeolite Association(IZA)のホームページに示されている。
CHA型ゼオライトのフレームワーク密度(T/1000Å3)は15.1である。また、SiO2/Al2O3モル比は上記と同様である。
ゼオライト膜を含む分離膜の製造方法は特に限定されないが、例えば、水熱合成により、多孔質支持体上にゼオライトを形成させる方法が好ましい。
具体的には、例えば、ゼオライト膜を含む分離膜は、組成を調整して均一化した水熱合成用の反応混合物(以下これを「水性反応混合物」ということがある。)を、多孔質支持体を内部に緩やかに固定した、オートクレーブなどの耐熱耐圧容器に入れて密閉して、一定時間加熱することにより調製できる。
水性反応混合物に用いるSi元素源としては、例えば、無定形シリカ、コロイダルシリカ、シリカゲル、ケイ酸ナトリウム、無定形アルミのシリケートゲル、テトラエトキシシラン(TEOS)、トリメチルエトキシシラン等を用いることができる。
有機テンプレートとしては、所望のゼオライト膜を形成し得るものであれば種類は問わず、如何なるものであってもよい。また、テンプレートは1種類でも、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
有機テンプレート/SiO2モル比が上記範囲にあるとき、緻密なゼオライト膜が生成し得ることに加えて、生成したゼオライトが耐酸性、耐水蒸気性に強くなる。
水性反応混合物中の物質のモル比がこれらの範囲にあるとき、緻密なゼオライト膜が生成し得る。水の量は緻密なゼオライト膜の生成においてとくに重要であり、粉末合成法の一般的な条件よりも水がシリカに対して多い条件のほうが緻密な膜ができやすい傾向にある。
使用する種結晶としては、結晶化を促進するゼオライトであれば種類は問わないが、効率よく結晶化させるためには形成するゼオライト膜と同じ結晶型であることが好ましい。
CHA型ゼオライト膜を形成する場合は、CHA型ゼオライトの種結晶を用いることが好ましい。
支持体上に種結晶を付着させる方法は特に限定されず、例えば、種結晶を水などの溶媒に分散させてその分散液に支持体を浸けて種結晶を付着させるディップ法や、種結晶を水などの溶媒と混合してスラリー状にしたものを支持体上に塗りこむ方法などを用いることができる。種結晶の付着量を制御し、再現性よく膜複合体を製造するにはディップ法が望ましい。
水熱合成により支持体上にゼオライト膜を形成する場合、支持体の固定化方法に特に制限はなく、縦置き、横置きなどあらゆる形態をとることができる。この場合、静置法でゼオライト膜を形成させてもよいし、水性反応混合物を攪拌させてゼオライト膜を形成させてもよい。
水熱合成により得られたゼオライト膜を含む分離膜は、水洗した後に、加熱処理して、乾燥させる。ここで、加熱処理とは、熱をかけてゼオライト膜を含む分離膜を乾燥又はテンプレートを使用した場合にテンプレートを焼成することを意味する。
テンプレートの焼成を目的とする加熱処理の際の昇温速度は、支持体とゼオライトの熱膨張率の差がゼオライト膜に亀裂を生じさせることを少なくするために、なるべく遅くすることが望ましい。昇温速度は、通常5℃/分以下、好ましくは2℃/分以下、さらに好ましくは1℃/分以下、特に好ましくは0.5℃/分以下である。通常、作業性を考慮し0.1℃/分以上である。
ここで、空気透過量とは、後述するとおり、ゼオライト膜を含む分離膜を絶対圧5kPaの真空ラインに接続した時の空気の透過量[L/(m2・h)]である。
本発明のガスの製造方法は、以下に説明するように、さらに、固形分除去工程、および/または、気液分離工程を有していてもよい。図1に、本発明のガスの製造方法の1実施形態の工程図を示す。なお、図1では、固形分除去工程11、気液分離工程12の順に記載しているが、これら工程の順序は逆でも構わない。
液化されたLNGは、LNGタンク内における貯蔵工程15を経てLNGタンカーやパイプラインへと出荷される。
本発明の方法は、ガス供給工程の前に、混合ガスから固形物を除去する固形物除去工程11をさらに含むことが好ましい。混合ガスには、水分が混合ガスの温度における飽和濃度以下で含まれている。混合ガス中に該水分が残っていると、後の二酸化炭素分離工程13において、分離膜の閉塞が発生する可能性があるので、固形分除去工程において、該水分を除去することが好ましい。
水分の除去は吸着分離により実施してもよい。また、固形物除去工程11では、混合ガスが加圧下において冷却され、混合ガス中の水分がメタンハイドレートとして固体化して、該固形物であるメタンハイドレートが除去される。
冷却温度は、−10℃以上20℃以下が好ましく、0℃以上15℃以下がより好ましい。
生成した固形物の除去は、例えば、濾過、サイクロン等の固気分離機を用いて行うことが好ましい。
本発明の方法は、ガス供給工程の前に、混合ガスから液体を除去する気液分離工程12をさらに含むことが好ましい。混合ガスには、炭素数5以上の炭化水素などの膜分離操作の際に濃縮・温度低下によって凝縮する成分が、混合ガスの温度における飽和濃度以下で含まれている。混合ガス中に該炭素数5以上の炭化水素などの膜分離操作の際に濃縮・温度低下によって凝縮する成分が残っていると、後の二酸化炭素分離工程において、分離膜の閉塞が発生する可能性があるので、気液分離工程12において、該炭素数5以上の炭化水素などの膜分離操作の際に濃縮・温度低下によって凝縮する成分を分離することが好ましい。
気液分離工程12において除去する液体とは、例えば、炭素数5以上の炭化水素、および、水分である。炭素数5以上の炭化水素としては、例えば、ペンタン、ヘキサンなどが挙げられる。
なお、気液分離工程12の前に固形物除去工程11を設ける場合は、固形物除去工程11にてとりきれなった水分が、気液分離工程12における除去対象となる。
生成した液体の除去は、ミストセパレーター等により行うことが好ましい。
本発明のガスの製造方法では、分離膜のガス排出側は、ガス供給側よりも相対的に低い圧力となっていればよく、常圧(大気圧)であってもよいし、あるいは、ガス供給側よりも低い圧力で加圧されていてもよいが、分離膜のガス排出側を減圧する減圧工程をさらに備えることが好ましい。減圧工程では、ガス排出側の圧力を、好ましくは0.095MPaA以下、より好ましくは0.08MPaA以下、さらに好ましくは0.05MPaA以下とされる。ガス排出側の圧力を所定の範囲で減圧することにより、二酸化炭素の分離係数を向上させることができ、分離膜の分離性能を引き出すことができる。
本発明の二酸化炭素の分離システムは、少なくとも二酸化炭素を含む混合ガスから二酸化炭素を分離する分離システムであって、分離膜、及び、前記分離膜に供給する前記混合ガスを冷却する冷却装置を備える。
図2に該分離システムの具体的な構成の一例を示す。
図2に示すように、本発明の二酸化炭素の分離システム100は、混合ガスから二酸化炭素を分離する分離膜30を収納した分離モジュール32を備える。分離膜30としては、上記の二酸化炭素分離工程において説明した、ゼオライト膜を含む分離膜である、無機多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜を使用することができる。
分離モジュール32が有する分離膜30の大きさ、個数は特段限定されず、分離する混合ガスの量、成分、分離膜30の種類等に応じて適宜設定できる。
この分離モジュール32には、必要に応じて行われる前処理を経て、冷却装置20を介して混合ガスが供給される供給ライン31と、混合ガスから分離された二酸化炭素が排出される排出ライン34と、二酸化炭素と分離された精製ガスが流出する流出ライン36とが接続されている。
二酸化炭素と分離され、二酸化炭素濃度が例えば予め設定された目標濃度以下、好ましくは濃度測定限界以下まで低減された精製ガスは、流出ライン36を介して下流側の液化工程14へと送られる。
混合ガスの分離に用いる分離モジュール32の形態としては、平膜型、スパイラル型、ホロウファイバー型、円筒型、ハニカム型等が考えられ、適用対象に合わせて最適な形態が選ばれる。
その一つである円筒型分離モジュール32について、図3を用いて説明する。
混合ガスからの二酸化炭素の分離は、20℃以下で行われる。混合ガスを該温度以下に調整すべく下記の冷却装置20が使用される。
本発明の分離システム100は、分離膜30に供給する混合ガスを冷却する冷却装置20を備えている。
該冷却装置20は、前処理工程(固形分除去工程11、気液分離工程12)により得られた混合気体を、冷媒を使用した熱交換により冷却するものであってもよいし、また、混合気体を断熱膨張することにより冷却するものであってもよい。
また、冷却装置20は、上記のように、分離モジュール32の前段階として配置されたものであってもよいし、それ以外に、分離膜30を透過した二酸化炭素の断熱膨張による冷却に伴って分離膜30を介して混合ガスが冷却される機構を冷却装置20としてもよいし、あるいは、分離モジュール32を配置する恒温槽を冷却装置20としてもよい。
本発明の分離システム100は、混合ガスの前処理をする装置として、さらに、固形分除去装置を備えていてもよい。固形分除去装置では、混合ガスが加圧下において冷却され、混合ガス中の水分がメタンハイドレートとして固体化され、該固形物であるメタンハイドレートが除去される。
固形分除去装置は、混合ガスを加圧する手段として、例えば、コンプレッサー等を使用することができる。混合ガスを冷却する手段としては、冷媒を使用した熱交換器を使用することができる。生成した固形分の除去する手段としては、無機膜、有機膜などのフィルター、サイクロン等が使用できる。
本発明の分離システム100は、混合ガスの前処理をする装置として、さらに、気液分離装置を備えていてもよい。気液分離装置では、混合ガスが冷却され、液体となった水分および/または炭素数5以上の炭化水素などの膜分離操作の際に濃縮・温度低下によって凝縮する成分が分離される。
気液分離装置は、混合ガスを冷却する手段として、例えば、冷媒を使用した熱交換器や、混合ガスを断熱膨張させる減圧装置を使用することができる。
液体を分離する手段としては、例えば、ミストセパレーターを使用することができる。
本発明の分離システム100は、分離膜30のガス排出側を減圧する減圧装置をさらに備えていてもよい。分離膜30のガス排出側を減圧することで、分離膜30の二酸化炭素の分離係数αを向上させることができる。
減圧の程度は、上記減圧工程において記載した通りである。
以下、上記の二酸化炭素の分離システム100の作用について説明する。
上流側の工程11、12にて水分や炭素数5以上の炭化水素などの膜分離操作の際に濃縮・温度低下によって凝縮する成分の分離・除去が行われた混合ガスが冷却装置20において、所定の温度以下に冷却される。該冷却された混合ガスは分離膜30のガス供給側に供給され、混合ガスが分離膜30に接触すると、混合ガス中の二酸化炭素が分離膜30を透過して分離される。
この時、混合ガスの温度が20℃以下に調整されているので、混合ガス中の二酸化炭素と、分離膜30であるゼオライト膜との親和性が高まっている。これにより、分離膜30の二酸化炭素の分離係数αが向上し、より効率的に二酸化炭素を分離することができる。
次に図4を参照しながら、混合ガスからの二酸化炭素の分離を複数の分離モジュール32a、32bを使用して行った実施の形態について説明する。
また、直列に接続する分離モジュール32a、32bは2段に限定されるものではなく、3段以上の分離モジュールを直列に接続してもよい。
混合ガス分離試験は、図3に模式的に示す装置を用いて、以下のとおり行った。用いた試料ガスは、CO2/CH4/C2H6/C3H8/C5成分を予め調整した標準ガス(大陽日酸社製)を用いた。C5成分とは、n−C5H12であり、不純物としてi−C5H12が含まれている。
無機多孔質支持体上にCHA型アルミノ珪酸塩のゼオライト(SAR:65)を直接水熱合成することにより無機多孔質支持体−CHA型ゼオライト膜複合体を作製した。
この分離モジュール32を100℃に設定したオイル浴の中に入れ、供給ガスxを供給する前に、CO2ガスを約100mL/minの流量で、耐圧容器35とゼオライト膜複合体30との間に導入した。CO2ガス圧力を約0.1MPaGに設定し、ゼオライト膜複合体30の円筒の内側を0MPaG(大気圧)として、約1時間乾燥した。その間、膜を透過するCO2量によってCO2ガス圧力は変化する。
オイルバスでモジュール32及び配管を加熱することで供給ガスxの温度を40℃に制御したほかは、実施例1と同様の条件で混合ガス分離試験を実施した。CO2パーミエンスは6.15E−07[mol/m2/Pa/s]、供給ガスxと非透過ガスyの各分圧の平均値(ガス供給側)で算出した分離係数αは65であり、供給ガスxと非透過ガスyの各分圧の対数平均値(ガス供給側)で算出した分離係数αは53であった。測定条件および結果を表1に示す。
オイルバスでモジュール及び配管を加熱することで供給ガスxの温度を40℃に制御し、供給ガスxの組成をCO2/CH4=25/75のモル比率に変更したほかは、実施例1と同様の条件で混合ガス分離試験を実施した。CO2パーミエンスは1.13E−06[mol/m2/Pa/s]、供給ガスxと非透過ガスyの各分圧の対数平均値(ガス供給側)で算出した分離係数αは69であった。測定条件および結果を表1に示す。
ゼオライト膜複合体30の内部を−95.3kPaG(6kPaA)に減圧し、オイルバスでモジュール及び配管を加熱することで供給ガスxの温度を40℃に制御し、供給ガスxの組成をCO2/CH4=25/75のモル比率に変更したほかは、実施例1と同様の条件で混合ガス分離試験を実施した。CO2パーミエンスは1.11E−06[mol/m2/Pa/s]、供給ガスxと非透過ガスyの各分圧の平均値(ガス供給側)で算出した分離係数αは175であり、供給ガスxと非透過ガスyの各分圧の対数平均値(ガス供給側)で算出した分離係数αは127であった。測定条件および結果を表1に示す。
また、ゼオライト膜複合体の内部を減圧することで、分離係数αが向上することが分かった。
膜性能の経時変化の評価試験は、図3に模式的に示す装置を用いて、以下のとおり行った。用いた装置は、上記混合ガス分離試験におけるものと同様であるが、0℃未満に冷却する場合は、チラーを備えた塩化カルシウム水溶液の冷却槽を使用した。
(実施例2)
実施例1と同様の分離モジュール32を、40℃に設定したオイル浴の中に入れ、供給ガスxを供給する前に、CO2ガスを約100mL/minの流量で、耐圧容器35とゼオライト膜複合体30との間に導入した。CO2ガス圧力を約0.1MPaGに設定し、ゼオライト膜複合体30の円筒の内側を0MPaG(大気圧)として、約30分間乾燥した。その間、膜を透過するCO2量によってCO2ガス圧力は変化する。
供給ガスxの圧力は背圧弁39で3.0MPaGに設定した。供給ガス量はニードル弁(不図示)で調節した。供給ガスxの流量はガス線速が0.5m/sとなるように調節した。
分離モジュール32をオイル浴(20℃)に浸漬し、測定時間を2時間とした以外は、実施例2と同様にして、測定を行った。測定開始時のCO2パーミエンスは5.01E−07[mol/m2/Pa/s]、分離係数αは61であり、測定開始から120分後のCO2パーミエンスは4.55E−07[mol/m2/Pa/s]、分離係数αは55であった。結果を図5および図6に、測定条件を表2に、結果を表3に示す。
分離モジュール32をオイル浴(7.5℃)に浸漬し、供給ガスxの線速を0.35m/sとし、測定時間を2時間とした以外は、実施例2と同様にして、測定を行った。測定開始時のCO2パーミエンスは4.34E−07[mol/m2/Pa/s]、分離係数αは62であり、測定開始から120分後のCO2パーミエンスは4.31E−07[mol/m2/Pa/s]、分離係数αは58であった。結果を図5〜7に、測定条件を表2に、結果を表3に示す。
分離モジュール32をオイル浴(7.5℃)に浸漬し、供給ガスxの線速を0.35m/sとし、測定時間を3時間とし、ゼオライト膜複合体30の内部を−95.3kPaG(6kPaA)に減圧した以外は、実施例2と同様にして、測定を行った。測定開始時のCO2パーミエンスは4.27E−07[mol/m2/Pa/s]、分離係数αは86であり、測定開始から120分後のCO2パーミエンスは4.87E−07[mol/m2/Pa/s]、分離係数αは74であった。結果を図5および図7に、測定条件を表2に、結果を表3に示す。
比較対象として、上記の比較例1(測定時間は3時間)の結果を図5および図6に、測定条件を表2に、測定結果を表3に示す。
(実施例6)
供給ガスxの組成を、CO2/CH4/C2H6/C3H8=20/80/0/0にC5成分を50ppm添加したものとし、測定時間を2時間とした以外は実施例2と同様にして、膜の透過性能および分離性能(分離係数α)について測定を行った。供給ガスxは、大陽日酸社製の標準ガスである。測定開始時のCO2パーミエンスは6.60E−07[mol/m2/Pa/s]、分離係数αは115であり、測定開始から120分後のCO2パーミエンスは7.02E−07[mol/m2/Pa/s]、分離係数αは123であった。経時変化を示す結果を図、8、9に、測定条件および評価結果を表4に示す。なお、CO2パーミエンスに関しては、初期値を100%とした値を示した。
(実施例7)
無機多孔質支持体上にDDR型珪酸塩のゼオライトを直接水熱合成することにより無機多孔質支持体−DDR型ゼオライト膜複合体を作製した。
上記で作製したDDR型ゼオライト膜複合体を用いたほかは実施例1と同様の条件で混合ガス分離試験を実施した。CO2パーミエンスは3.7E−08[mol/m2/Pa/s]、供給ガスxと非透過ガスyの各分圧の対数平均値(ガス供給側)で算出した分離係数αは756であった。測定条件および結果を表5に示す。
膜内を減圧したほかは実施例1と同様の条件で混合ガス分離試験を実施した。CO2パーミエンスは4.7E−08[mol/m2/Pa/s]、供給ガスxと非透過ガスyの各分圧の対数平均値(ガス供給側)で算出した分離係数αは4137あった。測定条件および結果を表5に示す。
供給ガスxの温度を40℃にしたほかは、実施例7と同様の条件で混合ガス分離試験を実施した。CO2パーミエンスは5.00E−08[mol/m2/Pa/s]、供給ガスxと非透過ガスyの各分圧の対数平均値(ガス供給側)で算出した分離係数αは486であった。測定条件および結果を表5に示す。
また、ゼオライト膜複合体の内部を減圧することで、分離係数αが向上することが分かった。
12:気液分離工程
13:二酸化炭素分離工程
14:液化工程
15:貯蔵工程
20、20a、20b:冷却装置
30:分離膜
31、31a、31b:供給ライン
32、32a、32b:分離モジュール
33:圧力計
34:排出ライン
35:耐圧容器
36:流出ライン
37:エンドピン
38:接続部
39:背圧弁
40:透過ガス
x:供給ガス
y:非透過ガス
Claims (14)
- 少なくとも二酸化炭素を含む混合ガスから二酸化炭素を分離するガスの製造方法であって、前記混合ガスをゼオライト膜を含む分離膜へ供給する混合ガス供給工程、該分離膜により前記混合ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離工程を有し、
前記分離膜へ供給される前記混合ガスの温度を20℃以下とする、ガスの製造方法。 - 前記混合ガスから二酸化炭素を分離する際のガス供給側の圧力を0.2MPaG以上とする、請求項1に記載のガスの製造方法。
- 前記混合ガス供給工程の前に、前記混合ガスを20℃以下まで冷却する冷却工程を含む、請求項1または2に記載のガスの製造方法。
- 前記冷却工程において、前記混合ガスを断熱膨張させることにより冷却する、請求項3に記載のガスの製造方法。
- 前記混合ガス供給工程の前に、前記混合ガスから固形物を除去する固形物除去工程をさらに含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のガスの製造方法。
- 前記混合ガス供給工程の前に、前記混合ガスから水及び/または膜分離操作の際に凝縮する成分を除去する気液分離工程をさらに含む、請求項1から5のいずれか一項に記載のガスの製造方法。
- 前記ゼオライト膜のSARが5以上2000以下である、請求項1から6のいずれか一項に記載のガスの製造方法。
- 前記混合ガスがメタンを含む、請求項1から7のいずれか一項に記載のガスの製造方法。
- 前記混合ガスが炭素数が2以上の炭化水素を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載のガスの製造方法。
- 前記分離膜の、ガス排出側を減圧する減圧工程をさらに含む、請求項1から9のいずれか一項に記載のガスの製造方法。
- 少なくとも二酸化炭素を含む混合ガスから二酸化炭素を分離する分離システムであって、分離膜、及び、前記分離膜に供給する前記混合ガスを冷却する冷却装置を備える、二酸化炭素の分離システム。
- 前記分離膜に供給する前の混合ガスから固形分を除去する固形物除去装置をさらに含む、請求項11に記載の二酸化炭素の分離システム。
- 前記分離膜に供給する前の混合ガスから水及び/または膜分離操作の際に凝縮する成分を除去する気液分離装置をさらに含む、請求項11または12に記載の二酸化炭素の分離システム。
- 前記分離膜の、ガス排出側を減圧する減圧装置をさらに含む、請求項11から13のいずれか一項に記載の二酸化炭素の分離システム。
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WO2023238557A1 (ja) * | 2022-06-08 | 2023-12-14 | 日本碍子株式会社 | 分離装置の運転方法および分離装置 |
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