JP2023178968A - Gas separation device and gas separation method - Google Patents
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
本発明は、少なくとも2種以上の気体を含む混合気体から、少なくとも一種の成分を効率的に分離する、気体の分離装置および気体分離方法に関する。 The present invention relates to a gas separation device and a gas separation method that efficiently separate at least one component from a mixed gas containing at least two or more gases.
近年クリーンなエネルギー源として、水素が注目されている。水素は、天然ガス及び石炭等の化石燃料を改質・ガス化し、主成分として水素と二酸化炭素などを含む混合ガスから不要ガスを除去することによって得られている。また、近年では、光エネルギーや電気エネルギーを利用した水の分解によって、水素を得る技術が注目されている。特に水の分解によって水素を得る場合、水素と酸素が同時に発生し、さらには水蒸気も発生するため、水素と酸素および水蒸気の混合気体となる。水素が目的成分である場合、水蒸気の存在下で、水素と酸素を分離する必要がある。 In recent years, hydrogen has attracted attention as a clean energy source. Hydrogen is obtained by reforming and gasifying fossil fuels such as natural gas and coal, and removing unnecessary gases from a mixed gas containing hydrogen and carbon dioxide as main components. Furthermore, in recent years, technology for obtaining hydrogen by decomposing water using light energy or electrical energy has been attracting attention. In particular, when hydrogen is obtained by decomposing water, hydrogen and oxygen are simultaneously generated, and water vapor is also generated, resulting in a mixed gas of hydrogen, oxygen, and water vapor. When hydrogen is the target component, it is necessary to separate hydrogen and oxygen in the presence of water vapor.
この様に混合気体から特定の気体を効率的に分離する技術開発が望まれている。効率的に混合気体から特定の気体を分離させる方法として、素材の持つ気体透過性の違いを利用して目的成分を選択的に透過させる膜分離法が注目されている。 As described above, there is a need for the development of a technology to efficiently separate a specific gas from a mixed gas. As a method for efficiently separating a specific gas from a gas mixture, membrane separation methods that utilize differences in gas permeability of materials to selectively permeate target components are attracting attention.
ここで膜分離法では、膜の透過側を減圧にする方法が採用されている。この減圧にする手段として真空ポンプがあげられる。 Here, in the membrane separation method, a method is adopted in which the pressure is reduced on the permeate side of the membrane. A vacuum pump can be used as a means for reducing the pressure.
しかし、真空ポンプの吐出側で圧が上昇するため、透過気体中に凝縮性成分が多いと、真空ポンプの吐出側で凝縮する成分があり、真空ポンプへの混入、さらには故障懸念があり、その凝縮物の蒸気圧の影響で、減圧度が低下する可能性もある。 However, since the pressure increases on the discharge side of the vacuum pump, if there are many condensable components in the permeated gas, some components will condense on the discharge side of the vacuum pump, and there is a risk of contamination with the vacuum pump or even malfunction. There is also a possibility that the degree of pressure reduction may decrease due to the influence of the vapor pressure of the condensate.
また、真空ポンプにオイルを使用する場合、オイルの酸化や漏れの懸念があげられる。 Furthermore, when oil is used in a vacuum pump, there are concerns about oil oxidation and leakage.
他に、真空ポンプに関連する設備費や電力が、高い課題もある。可燃性ガスを、分離膜で透過する場合、安全性確保のため、爆発防止の対応が必要となる。 Another issue is the high equipment costs and electricity associated with vacuum pumps. When passing flammable gas through a separation membrane, explosion prevention measures are required to ensure safety.
特許文献１には、水蒸気や水素を、エゼクターの駆動流体に用い、分離膜の透過側を減圧し、混合気体から水素を分離し、駆動流体に水蒸気を用いる場合は、水蒸気を液体の水に凝縮させて、水素ガスを得る技術、また、駆動流体に水素を用いる場合は、分離膜の透過気体が水素なので、駆動流体と透過ガスの一部を回収する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses that water vapor or hydrogen is used as the driving fluid of the ejector, the permeation side of the separation membrane is depressurized, hydrogen is separated from the mixed gas, and when water vapor is used as the driving fluid, the water vapor is converted to liquid water. A technique for obtaining hydrogen gas by condensation, and a technique for recovering part of the driving fluid and the permeated gas when hydrogen is used as the driving fluid, since the permeated gas of the separation membrane is hydrogen, have been disclosed.
特許文献２には、凝縮性成分を対象に、アルコール水溶液の濃縮のため、分離膜の透過側を、エゼクターで減圧し、エゼクターの噴射源に、アルコール凝縮液を用いる技術が開示されている。 Patent Document 2 discloses a technique for concentrating an aqueous alcohol solution targeting condensable components by reducing the pressure on the permeate side of a separation membrane with an ejector and using an alcohol condensate as an injection source of the ejector.
しかしながら、分離膜で透過側を減圧にするための駆動流体について、特許文献1の技術では、駆動流体が水蒸気の場合は水に凝縮するため、駆動流体の再利用が困難である。そのため、水蒸気を確保できる用途に限定される。さらに水蒸気を使用するため、その蒸気圧分は透過気体の純度が低下する課題がある。 However, in the technique of Patent Document 1, with respect to the driving fluid for reducing the pressure on the permeate side of the separation membrane, if the driving fluid is steam, it condenses into water, making it difficult to reuse the driving fluid. Therefore, it is limited to applications where water vapor can be secured. Furthermore, since water vapor is used, there is a problem that the purity of the permeated gas decreases due to its vapor pressure.
駆動流体が水素の場合は、エゼクターで高速で通気する必要があるが、そのための動力が必要であり、安全性確保のため、爆発防止の対応が必要等の課題がある。 When the driving fluid is hydrogen, it is necessary to aerate at high speed with an ejector, which requires power, and there are issues such as the need to take measures to prevent explosions to ensure safety.
特許文献２の技術では、分離膜を透過させる気体について、凝縮性の気体でない場合は、適用が困難な課題がある。アルコールの使用に際して、安全性確保のため、爆発防止の対応が必要等の課題がある。 The technique disclosed in Patent Document 2 has a problem in that it is difficult to apply when the gas that permeates the separation membrane is not a condensable gas. When using alcohol, there are issues such as the need to take measures to prevent explosions to ensure safety.
そこで本発明は、これらの課題を低減しつつ目的成分を効率的に分離可能な気体の分離装置および分離方法を提供する。 Therefore, the present invention provides a gas separation device and separation method that can efficiently separate target components while reducing these problems.
上記目的を達成するための本発明は、以下の構成を有する。
(1) 気体分離装置であって、
（１） 第一の分離膜モジュールに、２種以上の気体を含む流体を供給する機構と、
（２） 前記第一の分離膜モジュールにおいて、少なくとも１種の気体を分離する機構と、
（３） 液体からなる駆動流体と、前記第一の分離膜モジュールの透過側気体を合流させて、前記第一の分離膜モジュールの透過側を減圧する機構と、
（４） 合流した駆動流体と透過側気体とを分離する機構と、
を有する気体分離装置。
(2) 前記駆動流体が水である、上記(1)に記載の気体分離装置。
(3) 前記駆動流体の温度が、－２０℃以上、８０℃以下である、上記(2)に記載の気体分離装置。
(4) 前記駆動流体がイオン性物質を含む、上記(1)に記載の気体分離装置。
(5) 前記駆動流体がイオン液体を含む、上記(1)に記載の気体分離装置。
(6) 前記駆動流体が、２種類以上の液体である、上記(1)に記載の気体分離装置。
(7) 前記駆動流体を、循環再利用する機構を有する、上記(1)に記載の気体分離装置。
(8) 合流した駆動流体と透過側気体から分離された透過側気体を、第二の分離膜モジュールに供給し、除湿する機構を有する上記(1)に記載の気体分離装置。
(9) 前記第二の分離膜モジュールの加湿側に、第一の分離膜モジュールの濃縮側気体を供給する、上記(8)に記載の気体分離装置。
(10) 前記第二の分離膜モジュールの加湿側から排出する気体を、タンクに循環し、第一の分離膜モジュールに供給する混合気体と合流する、上記(8)に記載の気体分離装置。
(11) 気体分離方法であって、
（１） 第一の分離膜モジュールに、２種以上の気体を含む流体を供給する工程と、
（２） 第一分離膜モジュールにおいて、少なくとも１種の気体を分離する工程と、
（３） 液体からなる駆動流体と、第一の分離膜モジュールの透過側気体を合流させて、第一の分離膜モジュールの透過側を減圧する工程と、
（４） 合流した駆動流体と透過側気体とを分離する工程と、
を有する気体分離方法。
(12) 前記駆動流体が水である、上記(11)に記載の気体分離方法。
(13) 前記駆動流体の温度が、－２０℃以上、８０℃以下である、上記(12)に記載の気体分離方法。
(14) 前記駆動流体がイオン性物質を含む、上記(11)に記載の気体分離方法。
(15) 前記駆動流体がイオン液体を含む、上記(11)に記載の気体分離方法。
(16) 前記駆動流体が、２種類以上の液体である、上記(11)に記載の気体分離方法。
(17) 前記駆動流体を、循環再利用する機構を有する、上記(11)に記載の気体分離方法。
(18) 合流した駆動流体と透過側気体から分離された透過側気体を、第二の分離膜モジュールに供給し、除湿する工程を有する上記(11)に記載の気体分離方法。
(19) 前記第二の分離膜モジュールの加湿側に、第一の分離膜モジュールの濃縮側気体を供給する、上記(18)に記載の気体分離方法。
(20) 前記第二の分離膜モジュールの加湿側から排出する気体を、タンクに循環し、第一の分離膜モジュールに供給する混合気体と合流する、上記(18)に記載の気体分離方法。
The present invention for achieving the above object has the following configuration.
(1) A gas separation device,
(1) A mechanism for supplying a fluid containing two or more types of gas to the first separation membrane module;
(2) a mechanism for separating at least one type of gas in the first separation membrane module;
(3) a mechanism for reducing the pressure on the permeate side of the first separation membrane module by merging the driving fluid made of liquid with the gas on the permeate side of the first separation membrane module;
(4) a mechanism that separates the combined driving fluid and permeate side gas;
Gas separation device with.
(2) The gas separation device according to (1) above, wherein the driving fluid is water.
(3) The gas separation device according to (2) above, wherein the temperature of the driving fluid is -20°C or more and 80°C or less.
(4) The gas separation device according to (1) above, wherein the driving fluid contains an ionic substance.
(5) The gas separation device according to (1) above, wherein the driving fluid includes an ionic liquid.
(6) The gas separation device according to (1) above, wherein the driving fluid is two or more types of liquids.
(7) The gas separation device according to (1) above, which has a mechanism for circulating and reusing the driving fluid.
(8) The gas separation device according to (1) above, which has a mechanism for supplying the permeate side gas separated from the combined driving fluid and permeate side gas to the second separation membrane module and dehumidifying it.
(9) The gas separation device according to (8) above, wherein the gas on the concentration side of the first separation membrane module is supplied to the humidification side of the second separation membrane module.
(10) The gas separation device according to (8) above, wherein the gas discharged from the humidification side of the second separation membrane module is circulated to a tank and combined with the mixed gas supplied to the first separation membrane module.
(11) A gas separation method,
(1) A step of supplying a fluid containing two or more types of gas to the first separation membrane module,
(2) separating at least one type of gas in the first separation membrane module;
(3) a step of reducing the pressure on the permeate side of the first separation membrane module by merging the driving fluid made of liquid with the gas on the permeate side of the first separation membrane module;
(4) separating the combined driving fluid and permeate side gas;
A gas separation method having
(12) The gas separation method according to (11) above, wherein the driving fluid is water.
(13) The gas separation method according to (12) above, wherein the temperature of the driving fluid is -20°C or more and 80°C or less.
(14) The gas separation method according to (11) above, wherein the driving fluid contains an ionic substance.
(15) The gas separation method according to (11) above, wherein the driving fluid contains an ionic liquid.
(16) The gas separation method according to (11) above, wherein the driving fluid is two or more types of liquids.
(17) The gas separation method according to (11) above, comprising a mechanism for circulating and reusing the driving fluid.
(18) The gas separation method according to (11) above, comprising the step of supplying the permeate side gas separated from the combined driving fluid and permeate side gas to the second separation membrane module and dehumidifying it.
(19) The gas separation method according to (18) above, wherein the gas on the concentration side of the first separation membrane module is supplied to the humidification side of the second separation membrane module.
(20) The gas separation method according to (18) above, wherein the gas discharged from the humidification side of the second separation membrane module is circulated to a tank and combined with the mixed gas supplied to the first separation membrane module.
本発明によって、２種以上の気体を含む混合気体から、少なくとも１種の気体を、効率的に分離可能な気体の分離装置および分離方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a gas separation device and a separation method that can efficiently separate at least one type of gas from a mixed gas containing two or more types of gases.
本発明は、気体分離装置であって、
（１） 第一の分離膜モジュールに、２種以上の気体を含む流体を供給する機構と、
（２） 第一の分離膜モジュールにおいて、少なくとも１種の気体を分離する機構と、
（３） 駆動流体と、分離膜モジュールの透過側気体を合流させて、分離膜モジュールの透過側を減圧する機構と、
（４） 駆動流体と透過側気体が合流した後、駆動流体と透過側気体を分離する機構と、
を有する気体分離装置である。
The present invention is a gas separation device, comprising:
(1) A mechanism for supplying a fluid containing two or more types of gas to the first separation membrane module;
(2) a mechanism for separating at least one type of gas in the first separation membrane module;
(3) a mechanism that reduces the pressure on the permeate side of the separation membrane module by merging the driving fluid with the gas on the permeate side of the separation membrane module;
(4) a mechanism that separates the driving fluid and the gas on the permeate side after the driving fluid and the gas on the permeate side join;
This is a gas separation device with
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below.
本発明の気体分離装置は、供給機構、第一の分離膜モジュールによる膜分離機構、減圧機構及び駆動流体・透過気体分離機構を含む。
＜第一の分離膜モジュールへの混合気体の供給機構＞
本発明では、２種以上の気体を含む流体（以下「混合気体」ということがある）を第一の分離膜モジュールに供給する供給機構を有する。この供給機構では、配管等を、第一の分離膜モジュールの供給気体側の流路に接続し、混合気体を通気する。
The gas separation device of the present invention includes a supply mechanism, a membrane separation mechanism using a first separation membrane module, a pressure reduction mechanism, and a driving fluid/permeation gas separation mechanism.
<Mechanism for supplying mixed gas to the first separation membrane module>
The present invention includes a supply mechanism that supplies a fluid containing two or more types of gas (hereinafter sometimes referred to as "mixed gas") to the first separation membrane module. In this supply mechanism, piping or the like is connected to the flow path on the supply gas side of the first separation membrane module to vent the mixed gas.
ここで、配管等の材質は、混合気体の性質に合わせて決めることができ、例えば、ステンレスや銅などの金属系、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素樹脂などの有機物系の材料を用いることができる。 Here, the material of the piping and the like can be determined according to the properties of the mixed gas, and for example, metal-based materials such as stainless steel and copper, and organic-based materials such as polypropylene, polyethylene, and fluororesin can be used.
また、混合気体の通気状態を把握するための、流量計、圧力計、温度計、湿度計などの計器を設けることもできる。 Further, instruments such as a flow meter, a pressure gauge, a thermometer, and a hygrometer may be provided for grasping the ventilation state of the mixed gas.
さらに、混合気体を通気する流量を制御するためのバルブなどの装置を設けることもできる。また、混合気体を通気する圧力を制御するための、コンプレッサーなどの圧力制御装置を設けることもできる。 Additionally, a device such as a valve may be provided to control the flow rate through which the gas mixture is vented. Additionally, a pressure control device such as a compressor may be provided to control the pressure at which the mixed gas is vented.
混合気体を貯蔵するための、タンクやボンベなどの貯蔵設備を設けることもできる。これらの貯蔵設備は、温度や圧力を制御することができる。 Storage facilities such as tanks or cylinders may also be provided for storing the gas mixture. These storage facilities can be temperature and pressure controlled.
貯蔵設備の圧力を高圧にすることで、少なくとも一部の混合気体を液体として貯蔵することもできる。この場合、第一の分離膜モジュールに供給する際には圧力を低下させて、液体から気体にする機構を有することができる。 By increasing the pressure in the storage facility, at least a portion of the mixed gas can also be stored as a liquid. In this case, it is possible to have a mechanism for reducing the pressure and converting the liquid into a gas when it is supplied to the first separation membrane module.
貯蔵設備で圧力を高めて、水蒸気のみを液化する場合は、液化した水を分離して除去することもできる。 If only water vapor is liquefied by increasing the pressure in the storage facility, the liquefied water can also be separated and removed.
また、特に、タンクなどの貯蔵設備に、回収した気体を循環する場合、タンクなどに貯蔵している気体と、できるだけ均一に混合して、第一の分離膜モジュールに気体を供給するため、タンクなどの貯蔵設備内で、気体を混合するための攪拌翼などを保有することもできる。 In addition, especially when circulating the recovered gas in a storage facility such as a tank, in order to mix it as uniformly as possible with the gas stored in the tank, etc., and supply the gas to the first separation membrane module, the tank It is also possible to have a stirring blade or the like for mixing gases in the storage facility.
混合気体において、２種以上の気体は特に限定されず、ヘリウム、水素、アンモニア、窒素、酸素、アルゴン、メタン、二酸化炭素、水蒸気といった気体が挙げられる。 In the mixed gas, the two or more types of gases are not particularly limited, and include gases such as helium, hydrogen, ammonia, nitrogen, oxygen, argon, methane, carbon dioxide, and water vapor.
なお、本明細書における「混合気体は、２種以上の気体を含む」とは、質量分析計を用いた分析によって、混合気体がそれぞれの気体を、０．００１ ｍｏｌ％以上含むことを意味する。 In addition, in this specification, "the mixed gas contains two or more types of gas" means that the mixed gas contains each gas at 0.001 mol% or more by analysis using a mass spectrometer. .
供給工程における混合気体の温度、圧力、流量などについて、特に制限はなく、供給工程や次工程の分離膜モジュールの仕様に適合する、いずれの条件も適用することができる。 There are no particular restrictions on the temperature, pressure, flow rate, etc. of the mixed gas in the supply process, and any conditions that meet the specifications of the supply process and the separation membrane module in the next process can be applied.
また、供給機構において、次の膜分離機構に混合気体を供給する前に、フィルター、吸湿、加湿などの前処理を行ってもよい。
＜膜分離機構＞
本発明では、分離膜モジュールにて少なくとも1種の気体を分離する膜分離機構を有する。
（分圧差）
膜分離機構において、気体分離膜を気体が透過する際の分離駆動力は、主に、気体分離膜の非透過側と透過側の分圧差である。
Furthermore, in the supply mechanism, pretreatment such as filtering, moisture absorption, humidification, etc. may be performed before supplying the mixed gas to the next membrane separation mechanism.
<Membrane separation mechanism>
In the present invention, the separation membrane module has a membrane separation mechanism that separates at least one type of gas.
(Partial pressure difference)
In the membrane separation mechanism, the separation driving force when gas permeates through the gas separation membrane is mainly the difference in partial pressure between the non-permeation side and the permeation side of the gas separation membrane.
本発明では、この分圧差を、分離膜の透過側を減圧することで生み出すことができる。減圧の程度は、目的の分離効率を得るために、分離膜の仕様等に合わせて設定することができる。 In the present invention, this partial pressure difference can be created by reducing the pressure on the permeate side of the separation membrane. The degree of pressure reduction can be set according to the specifications of the separation membrane, etc., in order to obtain the desired separation efficiency.
一般的に、減圧度が大きいほど非透過側と透過側の分圧差は大きくなり、分離効率は向上する。真空ポンプを使用する場合、真空に近い減圧度が得られる一方で、ポンプの負荷やエネルギー消費が大きくなり、設備費や電力費が高い等の課題がある。真空ポンプの負荷やエネルギー消費を低減するため、２０～５０ｋＰａ程度で運転する場合もありうる。 Generally, the greater the degree of pressure reduction, the greater the partial pressure difference between the non-permeate side and the permeate side, and the separation efficiency improves. When using a vacuum pump, although a degree of pressure reduction close to a vacuum can be obtained, there are problems such as an increase in the load and energy consumption of the pump, and high equipment and power costs. In order to reduce the load and energy consumption of the vacuum pump, it may be operated at about 20 to 50 kPa.
減圧の場合は、絶対真空以上の分圧差を得ることはできないが、所望の分圧差を得るために、非透過側を加圧することもできる。 In the case of reduced pressure, it is not possible to obtain a partial pressure difference greater than absolute vacuum, but it is also possible to pressurize the non-permeable side in order to obtain a desired partial pressure difference.
本発明では、駆動流体は液体である。例えば、駆動流体が液体の水である場合、運転する温度における水の蒸気圧により、分圧差が制限される。
例えば、水温２５℃で約３ｋＰａ、水温２０℃で約２ｋＰａの水蒸気圧が発生する。ただ、９０ｋＰａ程度の減圧をすれば、絶対真空とほぼ同レベルの分圧差を得られる。
In the present invention, the driving fluid is a liquid. For example, if the driving fluid is liquid water, the vapor pressure of the water at the operating temperature limits the partial pressure difference.
For example, a water vapor pressure of about 3 kPa occurs at a water temperature of 25°C, and about 2 kPa at a water temperature of 20°C. However, if the pressure is reduced to about 90 kPa, a partial pressure difference that is approximately the same level as an absolute vacuum can be obtained.
また、分離膜の透過側の減圧と、混合気体の供給側の加圧の両方を行うことでもよい。加圧の程度は、目的の分離効率を得るために、分離膜の仕様等に合わせて設定することができ、いずれの方法を適用することができる。 Alternatively, both the pressure reduction on the permeation side of the separation membrane and the pressure increase on the supply side of the mixed gas may be performed. The degree of pressurization can be set according to the specifications of the separation membrane in order to obtain the desired separation efficiency, and any method can be applied.
加圧の方法は、コンプレッサーなど、一般に用いられるいずれの方法も適用することができる。 As the pressurization method, any commonly used method such as a compressor can be applied.
以上のいずれかの手段で、目的の分離効率を得るために必要な分圧差を生み出すことができる。
（分離膜）
本発明においては、第一の分離膜モジュールとともに、第二の分離膜モジュールを用いることもできる。第一および第二の分離膜は、気体の種類や使用条件に応じて適宜選択できる。
Any of the above means can create the partial pressure difference necessary to obtain the desired separation efficiency.
(separation membrane)
In the present invention, a second separation membrane module can also be used together with the first separation membrane module. The first and second separation membranes can be appropriately selected depending on the type of gas and usage conditions.
第一の分離膜モジュールの分離膜は、気体の種類に応じて適宜選択できる。分離膜としては、当該技術分野において通常用いられているものと同様のものを特に制限なく用いることができる。例えばシリコーン樹脂、ポリブタジエン樹脂などのゴム状ポリマー材料、芳香族ポリイミド、酢酸セルロース、ポリスルホン、芳香族ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子膜や、ゼオライトやシリカ、パラジウムなどの金属系を含む無機膜が挙げられる。 The separation membrane of the first separation membrane module can be appropriately selected depending on the type of gas. As the separation membrane, membranes similar to those commonly used in the technical field can be used without particular limitation. For example, rubbery polymer materials such as silicone resins and polybutadiene resins, aromatic polyimides, cellulose acetate, polysulfones, aromatic polyamides, polyetherimides, polyethersulfones, polyacrylonitrile, polyphenylene sulfide, polyetheretherketones, polytetrafluoroethylene, Examples include polymer membranes such as polyvinylidene fluoride, and inorganic membranes containing metals such as zeolite, silica, and palladium.
また分離膜は、均質膜、均質層と多孔層とからなる非対称膜、微多孔質膜など、いずれであってもよい。 Further, the separation membrane may be any of a homogeneous membrane, an asymmetric membrane consisting of a homogeneous layer and a porous layer, a microporous membrane, and the like.
水素やヘリウムなどの比較的サイズの小さい気体を透過させる場合、ポリアミド膜やポリイミド膜、シリカ膜、炭素膜、ゼオライト膜、グラフェン膜などを用いることができる。 When a relatively small gas such as hydrogen or helium is allowed to permeate, a polyamide membrane, a polyimide membrane, a silica membrane, a carbon membrane, a zeolite membrane, a graphene membrane, etc. can be used.
また、分離膜上に被覆層を有していてもよい。分離膜には、粗大孔や欠点等の気体透過度が著しく大きい領域がわずかながら存在する。このような領域においては分子ふるいによる分離の寄与が小さく、水素、ヘリウム、水蒸気、アンモニア等の分子径の小さなガスに対する選択分離性が低い。粗大孔や欠点等の選択分離性が低い領域の寄与を少なくすることが、膜全体の選択分離性の向上に好ましく、分離膜上に被覆層を形成することで、粗大孔・欠点からの気体透過を抑制することができる。酸素、窒素、メタン等の透過を大きく抑制するが、水素およびヘリウム等の軽ガスの透過への影響は小さいため、選択分離性を大きく向上させることができる。 Further, a coating layer may be provided on the separation membrane. Separation membranes have a small number of regions, such as coarse pores and defects, where gas permeability is extremely high. In such a region, the contribution of separation by molecular sieves is small, and the selective separation of gases with small molecular diameters such as hydrogen, helium, water vapor, and ammonia is low. It is preferable to reduce the contribution of regions with low selective separation such as coarse pores and defects in order to improve the selective separation of the entire membrane.By forming a coating layer on the separation membrane, gas from coarse pores and defects can be reduced. Transmission can be suppressed. Although the permeation of oxygen, nitrogen, methane, etc. is greatly suppressed, the effect on the permeation of light gases such as hydrogen and helium is small, so that the selective separation performance can be greatly improved.
被覆層は、分離膜の必ずしも表面全体を覆う必要はなく、被覆層を形成する際のコーティングのムラなどにより部分的に被覆層が欠損している場合や、粗大孔・欠点が特に多い表面のみに被覆層を形成する場合もありうる。 The coating layer does not necessarily need to cover the entire surface of the separation membrane, but only when the coating layer is partially missing due to uneven coating when forming the coating layer, or only on surfaces with particularly large pores or defects. In some cases, a coating layer may be formed on the surface.
第二の分離膜は、駆動流体の蒸気を透過させるが、他の成分の気体は透過しにくい分離膜である。例えば駆動流体が水系のものであれば水蒸気を透過させるが、他の成分の気体は透過しにくい分離膜である。駆動流体が親水性液体や有機溶媒である場合にも膜を選定することにより、同様の効果を得ることができる。駆動流体が水系の場合は、火災の要因となる危険物に分類される有機溶媒などよりも取り扱いが容易であるため好ましい。また蒸気圧が高い液体を使用する場合、気体分離装置の系外に液体が流出し、補充などが必要になる可能性が高くなるが、水系の場合はその可能性は低減される。
この様な性質を有する膜としては、一例として、ポリイミド樹脂、フッ素系イオン交換膜、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン系樹脂などを素材とした膜が知られており、当該技術分野において通常用いられているものと同様のものを特に制限なく用いることができる。
The second separation membrane is a separation membrane that allows the vapor of the driving fluid to pass therethrough, but hardly allows the vapors of other components to pass therethrough. For example, if the driving fluid is water-based, the separation membrane allows water vapor to pass through it, but it is difficult for other component gases to pass therethrough. Similar effects can be obtained by selecting a membrane even when the driving fluid is a hydrophilic liquid or an organic solvent. When the driving fluid is water-based, it is preferable because it is easier to handle than organic solvents, which are classified as dangerous substances that can cause fire. Furthermore, when a liquid with a high vapor pressure is used, there is a high possibility that the liquid will flow out of the gas separation device and will require replenishment, but in the case of a water-based system, this possibility is reduced.
As examples of membranes having such properties, membranes made of polyimide resins, fluorine-based ion exchange membranes, polyetherimide resins, polysulfone-based resins, etc. are known, and are commonly used in the technical field. Those similar to those listed above can be used without particular restriction.
分離機構としては、例えば、膜が、水蒸気を含むガスと接触すると、毛管凝縮により、細孔内部で水蒸気が水へと凝縮し、膜内表面側で再び水蒸気となる。膜内表面側に、水蒸気を含まないドライガスを供給することで、膜を透過した水蒸気を回収することができる。
この様な機構を発現するためには、膜素材と液体について、親和性があることが好ましいが、例えば、接触角を目安に、使用する液体に適した膜素材を選定することができる。接触角が、８０°以下なら好ましく、さらに好ましくは、６０°以下である。
（第一の分離膜モジュール）
第一の分離膜モジュールにおいては、供給機構で供給される混合気体が、第一の分離膜モジュールの入口から通気され、第一の分離膜モジュールの出口に向かって連続的に通気され、分離膜によりろ過が行われる。この際、分離膜の透過側に透過する成分があるため、分離膜を透過しない、または透過しにくい成分は、第一の分離膜モジュールの供給側入口から出口に通気していく中で、濃縮していくこととなる。そして、分離膜を透過する成分の分圧が低下するため、第一の分離膜モジュールの濃縮出口に近づくほど気体が透過しがたくなる。
As a separation mechanism, for example, when the membrane comes into contact with a gas containing water vapor, the water vapor condenses into water inside the pores due to capillary condensation, and becomes water vapor again on the inner surface side of the membrane. By supplying dry gas that does not contain water vapor to the inner surface of the membrane, the water vapor that has passed through the membrane can be recovered.
In order to develop such a mechanism, it is preferable that the membrane material and the liquid have an affinity, but for example, a membrane material suitable for the liquid to be used can be selected using the contact angle as a guide. The contact angle is preferably 80° or less, more preferably 60° or less.
(First separation membrane module)
In the first separation membrane module, the mixed gas supplied by the supply mechanism is vented from the inlet of the first separation membrane module, continuously vented toward the outlet of the first separation membrane module, and Filtration is performed by At this time, since there are components that permeate on the permeate side of the separation membrane, components that do not permeate the separation membrane or are difficult to permeate are concentrated while being vented from the supply side inlet to the outlet of the first separation membrane module. I will continue to do so. Since the partial pressure of the components that permeate through the separation membrane decreases, the closer the concentration outlet of the first separation membrane module is, the more difficult it is for gas to permeate.
そのため、透過抵抗となる膜面での濃度分極を供給気体の高流速化により解消させることが好ましい。その手段としては供給側流路材を薄型化する方法や、平膜の場合では第一の分離膜モジュールの端面から供給気体を送り込み外周部から排出する方法などが挙げられる。 Therefore, it is preferable to eliminate the concentration polarization at the membrane surface, which causes permeation resistance, by increasing the flow rate of the supplied gas. Examples of such means include a method of reducing the thickness of the supply side channel material, and, in the case of a flat membrane, a method of feeding the supply gas from the end face of the first separation membrane module and discharging it from the outer periphery.
第一の分離膜モジュール内は、供給気体の進行方向に対し、透過気体の進行方向が向流方向となる構造を有していてもよく、供給気体と透過気体の流れ方向が９０°異なる十字流構造や供給気体と透過気体の流れ方向が一致する構造を有していてもよい。またこれらの組み合わせでもよく、いずれの流路構造も適用することができる。 The inside of the first separation membrane module may have a structure in which the traveling direction of the permeated gas is countercurrent to the traveling direction of the supplied gas, and the flow directions of the supplied gas and the permeated gas differ by 90 degrees. It may have a flow structure or a structure in which the supply gas and the permeate gas flow in the same direction. Further, a combination of these may be used, and any channel structure can be applied.
分離膜はモジュール化して、容器に収納して使用する。分離膜モジュールの形態は、平膜型、プレートアンドフレーム型、スパイラル型、中空糸型などいずれであってもよい。
（第二の分離膜モジュール）
第二の分離膜モジュールを用いた場合、混合気体の組成や分離条件、分離膜の性能次第ではあるが、第二の分離膜モジュールに供給される気体は、主に第一の分離膜モジュールの透過側気体と、その他の成分になる。その他の成分は、駆動流体に水を使用する場合、水蒸気が含まれる。
Separation membranes are modularized and used by storing them in containers. The separation membrane module may be of any type, such as a flat membrane type, plate and frame type, spiral type, or hollow fiber type.
(Second separation membrane module)
When a second separation membrane module is used, the gas supplied to the second separation membrane module is mainly dependent on the composition of the gas mixture, separation conditions, and performance of the separation membrane. It becomes permeate side gas and other components. Other components include water vapor when water is used as the driving fluid.
本発明では、第二の分離膜モジュールを用いることで、第一の分離膜モジュールの透過側気体の蒸気を低減することができる。例えば、透過側気体が水素で、燃焼用に使用する場合、水蒸気を含むと、その分、単位体積あたりの熱量が少なくなる。 In the present invention, by using the second separation membrane module, it is possible to reduce the vapor of the gas on the permeation side of the first separation membrane module. For example, when the gas on the permeate side is hydrogen and is used for combustion, if it contains water vapor, the amount of heat per unit volume will decrease accordingly.
ガス中の水蒸気を低減する手段としては、混合気体供給ラインを冷やす方法やモレキュラーシーブやシリカゲル等に吸着させる方法があげられる。一方で、電力費が高いことや、設備費用が高い等の問題点がある。 Means for reducing water vapor in the gas include a method of cooling the mixed gas supply line and a method of adsorbing it to a molecular sieve, silica gel, or the like. On the other hand, there are problems such as high electricity costs and high equipment costs.
これに対し、第二の分離膜モジュールを用いた場合、駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の分離機構８から、第二の分離膜モジュールに対し、回収気体を供給し、第二の分離膜モジュールで水分を除去、除湿することができる。 On the other hand, when the second separation membrane module is used, the recovery gas is supplied to the second separation membrane module from the separation mechanism 8 for the driving fluid and the gas permeating the first separation membrane module, and Water can be removed and dehumidified using a separation membrane module.
ここで、第二の分離膜モジュールでは、第二の分離膜モジュールへの回収気体を供給する分離膜の逆側の流路に、別の気体を供給する。この操作により、回収気体中の水分が、第二の分離膜を透過し、逆側の別の気体の供給側に透過する。逆側の別の気体は、加湿されて、第二の分離膜モジュールから排出されることとなる。 Here, in the second separation membrane module, another gas is supplied to the flow path on the opposite side of the separation membrane that supplies the recovered gas to the second separation membrane module. By this operation, moisture in the recovered gas permeates through the second separation membrane and permeates to the opposite side, the supply side of another gas. Another gas on the opposite side will be humidified and discharged from the second separation membrane module.
第二の分離膜モジュールへの回収気体は、第二の分離膜モジュールの入口から通気され、第二の分離膜モジュールの出口に向かって連続的に通気されることで、分離膜により回収気体のろ過が行われる。この際、分離膜の透過側に透過する成分があるため、分離膜を透過しない、または透過しにくい成分は、第二の分離膜モジュールの供給側入口から出口に通気していく中で、濃縮していくこととなる。そして、分離膜を透過する成分の分圧が低下するため、第二の分離膜モジュールの濃縮出口に近づくほど気体が透過しがたくなる。 The recovered gas to the second separation membrane module is vented from the inlet of the second separation membrane module, and is continuously vented toward the outlet of the second separation membrane module. Filtration takes place. At this time, since some components permeate on the permeate side of the separation membrane, components that do not permeate the separation membrane or are difficult to permeate are concentrated while being vented from the supply side inlet to the outlet of the second separation membrane module. I will continue to do so. Since the partial pressure of the components that permeate through the separation membrane decreases, the closer the concentration outlet of the second separation membrane module is, the more difficult it is for gas to permeate.
そのため、透過抵抗となる膜面での濃度分極を供給気体の高流速化により解消させることが好ましい。その手段としては供給側流路材を薄型化する方法や、平膜の場合では第二の分離膜モジュールの端面から供給気体を送り込み外周部から排出する方法などが挙げられる。 Therefore, it is preferable to eliminate the concentration polarization at the membrane surface, which causes permeation resistance, by increasing the flow rate of the supplied gas. Examples of such methods include a method of reducing the thickness of the supply side channel material, and, in the case of a flat membrane, a method of feeding the supply gas from the end face of the second separation membrane module and discharging it from the outer periphery.
第二の分離膜モジュール内は、供給気体の進行方向に対し、透過気体の進行方向が向流方向となる構造を有していてもよく、供給気体と透過気体の流れ方向が９０°異なる十字流構造や供給気体と透過気体の流れ方向が一致する構造を有していてもよい。またこれらの組み合わせでもよく、いずれの流路構造も適用することができる。 The interior of the second separation membrane module may have a structure in which the traveling direction of the permeated gas is countercurrent to the traveling direction of the supplied gas, and the flow direction of the supplied gas and the permeated gas differs by 90 degrees. It may have a flow structure or a structure in which the supply gas and the permeate gas flow in the same direction. Further, a combination of these may be used, and any channel structure can be applied.
分離膜はモジュール化して、容器に収納して使用する。第二の分離膜モジュールの形態は、平膜型、プレートアンドフレーム型、スパイラル型、中空糸型などいずれであってもよい。
（第一および第二の分離膜モジュールの配置）
膜分離工程の第一および第二の分離膜モジュールは、各々、１本で使用してもよく、複数を使用してもよい。各々について、複数の分離膜モジュールを使用する場合は、分離膜モジュールを並列または直列に配置してもよく、また、供給側１段目の分離膜モジュール数から、供給側２段目の分離膜モジュール数を減らした、ツリー状に配置してもよい。さらに、これらの分離膜モジュールに、例えば、第一の分離膜モジュールの一部または全ての透過気体を、第一の分離膜モジュールの供給気体に合流させる循環流を設けてもよい。
＜減圧機構＞
本発明は、第一の分離膜モジュールの透過側を減圧する減圧機構を有する。本発明では、駆動流体と、第一の分離膜モジュールの透過側気体を合流させて、駆動流体により、第一の分離膜モジュールの透過側を減圧する。いわゆるアスピレータやエゼクターの機構によるもので、駆動流体の流量・流速により減圧度を調整することができる。また、駆動流体と透過側気体の合流部の構造、例えば、合流部の断面積の大きさにより、減圧度を制御することができる。
Separation membranes are modularized and used by storing them in containers. The second separation membrane module may be of any type, such as a flat membrane type, plate and frame type, spiral type, or hollow fiber type.
(Arrangement of first and second separation membrane modules)
Each of the first and second separation membrane modules in the membrane separation step may be used alone or in plurality. For each, when using multiple separation membrane modules, the separation membrane modules may be arranged in parallel or in series, and from the number of separation membrane modules in the first stage on the supply side, It may also be arranged in a tree with a reduced number of modules. Furthermore, these separation membrane modules may be provided with a circulation flow that allows, for example, part or all of the permeate gas of the first separation membrane module to join the feed gas of the first separation membrane module.
<Decompression mechanism>
The present invention has a pressure reduction mechanism that reduces the pressure on the permeate side of the first separation membrane module. In the present invention, the driving fluid and the gas on the permeate side of the first separation membrane module are combined, and the pressure on the permeate side of the first separation membrane module is reduced by the driving fluid. This is based on a so-called aspirator or ejector mechanism, and the degree of pressure reduction can be adjusted by adjusting the flow rate and velocity of the driving fluid. Further, the degree of pressure reduction can be controlled by the structure of the merging portion of the driving fluid and the permeate side gas, for example, the size of the cross-sectional area of the merging portion.
本発明は、例えば、上記のアスピレータと、第一の分離膜モジュールの透過側を、配管等で接続することにより、アスピレータで減圧した圧力状態を、第一の分離膜モジュールの透過側と連動することができる。 In the present invention, for example, by connecting the above-mentioned aspirator and the permeation side of the first separation membrane module through piping or the like, the pressure state reduced by the aspirator is linked to the permeation side of the first separation membrane module. be able to.
また、アスピレータと第一の分離膜モジュールを接続する配管等を、加温または冷却することで、透過側気体の温度を変化させて、圧力を変更することもできる。
アスピレータは、当該技術分野において通常用いられているものと同様のものを特に制限なく用いることができ、金属製や樹脂製のものが知られている。使用する気体の耐久性や温度に応じて選択することができる。
Furthermore, by heating or cooling the piping connecting the aspirator and the first separation membrane module, the temperature of the gas on the permeate side can be changed and the pressure can also be changed.
As the aspirator, the same as those commonly used in the technical field can be used without particular limitation, and those made of metal or resin are known. It can be selected depending on the durability and temperature of the gas used.
減圧度は、透過側気体のほとんどが、凝縮しない範囲で設定することが好ましい。また減圧度が大きいと、第一の気体分離膜で気体が透過する際の分離駆動力が大きくなるため好ましい。 The degree of pressure reduction is preferably set within a range in which most of the gas on the permeate side does not condense. Further, it is preferable that the degree of pressure reduction is large because the separation driving force when gas permeates through the first gas separation membrane becomes large.
一方で、透過側気体を利用する場合、駆動流体の蒸気圧が高いと、透過側気体の純度が低下するため、蒸気圧は低めにすることが好ましい。 On the other hand, when using the permeation side gas, if the vapor pressure of the driving fluid is high, the purity of the permeation side gas will decrease, so it is preferable to keep the vapor pressure low.
前述の通り、混合気体の供給側を加圧することもできること含め、以上を考慮して、減圧度を調整してもよい。
＜駆動流体・第一の分離膜モジュールの透過気体分離機構＞
本発明は、減圧機構の後、駆動流体と第一の分離膜モジュールの透過気体を分離する、駆動流体・透過気体分離機構を有する。
As mentioned above, the degree of pressure reduction may be adjusted taking into account the fact that the supply side of the mixed gas can be pressurized.
<Drive fluid/permeation gas separation mechanism of first separation membrane module>
The present invention has a driving fluid/permeating gas separation mechanism that separates the driving fluid from the permeating gas of the first separation membrane module after the pressure reduction mechanism.
なお、本発明では、第一の分離膜モジュールの透過気体は気体として回収してもよい。または、活用する気体を供給側に、活用しない気体を分離膜に透過させて、供給側の気体を回収してもよい。
（駆動流体）
本発明では、駆動流体は、液体である。
In addition, in the present invention, the permeated gas of the first separation membrane module may be recovered as a gas. Alternatively, the gas to be utilized may be passed through the supply side and the gas not to be utilized may be permeated through a separation membrane, and the gas on the supply side may be recovered.
(driving fluid)
In the present invention, the driving fluid is a liquid.
駆動流体である液体の種類は特に限定されず、水、アルコールやシリコーン、イオン液体、鉱油、ガソリンなどの有機系液体、水銀やナトリウムなどの金属系液体などの液体、他にも液体窒素など、エマルジョン、懸濁物、コロイドなど、またこれらの混合液体があげられる。 The type of liquid that is the driving fluid is not particularly limited, and liquids such as water, organic liquids such as alcohol, silicone, ionic liquids, mineral oil, and gasoline, metallic liquids such as mercury and sodium, liquid nitrogen, etc. Examples include emulsions, suspensions, colloids, and liquid mixtures thereof.
好ましく使用される液体は、常圧でも液体であり、蒸気圧が低いもので、水、シリコーン、イオン液体などがあげられる。蒸気圧が高い液体では、第一の分離膜モジュールの透過側気体と混合するため、純度が低下するため、蒸気圧は低いことが好ましい。
（駆動流体の温度、組成）
駆動流体の温度は、分離対象の第一の分離膜モジュールの透過側気体および駆動流体などの仕様に合わせて調製することができる。
Preferably used liquids are those that are liquid even at normal pressure and have low vapor pressure, such as water, silicone, and ionic liquids. A liquid with a high vapor pressure mixes with the gas on the permeate side of the first separation membrane module, resulting in a decrease in purity, so it is preferable that the vapor pressure is low.
(Temperature and composition of driving fluid)
The temperature of the driving fluid can be adjusted according to the specifications of the permeate side gas, driving fluid, etc. of the first separation membrane module to be separated.
分離対象の第一の分離膜モジュールの透過側気体を、駆動流体に溶解させ難くするため、駆動流体の温度を設定することができる。多くの気体は、液体の温度が高い方が溶解しにくいので、駆動流体の温度を高く設定してもよい。逆に駆動流体の温度を低く設定し、第一の分離膜モジュールの透過側気体の目的とする気体以外の、駆動流体との親和性を有する気体を駆動流体に溶解させて、目的とする透過側気体の純度を高めることもできる。また、駆動流体の蒸気圧を低くするため、駆動流体の温度を低く設定することができる。 The temperature of the driving fluid can be set in order to make it difficult for the gas on the permeate side of the first separation membrane module to be separated to dissolve in the driving fluid. Since many gases are more difficult to dissolve when the temperature of the liquid is high, the temperature of the driving fluid may be set high. Conversely, by setting the temperature of the driving fluid low and dissolving in the driving fluid a gas that has an affinity with the driving fluid other than the target gas on the permeate side of the first separation membrane module, the target permeation is achieved. It is also possible to increase the purity of the side gas. Further, since the vapor pressure of the driving fluid is lowered, the temperature of the driving fluid can be set low.
例えば、駆動流体が水で、分離膜モジュールの透過側気体に、水素と二酸化炭素を含み、水素を活用するプロセスの場合、水の温度を低めに設定し、より純度を高くするため、二酸化炭素を水に溶解することができる。この場合、二酸化炭素が溶解した水を別に回収して、バブリングなどで二酸化炭素を気化して回収することもできる。 For example, if the driving fluid is water and the gas on the permeate side of the separation membrane module contains hydrogen and carbon dioxide, and the process utilizes hydrogen, the temperature of the water should be set lower to achieve higher purity. can be dissolved in water. In this case, water in which carbon dioxide is dissolved can be separately collected, and the carbon dioxide can be vaporized and collected by bubbling or the like.
駆動流体は、イオン性物質を含む液体でも良い。イオン性物質は、例えば、ナトリウムイオンと水酸化物イオンで構成される水酸化ナトリウム、アンモニウムイオンと塩素イオンで構成される塩化アンモニウム、同様に酸化カルシウム、塩化ナトリウム、硝酸アンモニウム、酢酸ナトリウムなど、金属元素と非金属イオンの組み合わせ、または非金属イオンのみで生じる物質があげられる。水に溶解して一部がイオン化する、酢酸、二酸化炭素（炭酸イオン）などもあげられる。 The driving fluid may be a liquid containing an ionic substance. Ionic substances include, for example, sodium hydroxide made up of sodium ions and hydroxide ions, ammonium chloride made up of ammonium ions and chloride ions, as well as metal elements such as calcium oxide, sodium chloride, ammonium nitrate, and sodium acetate. Substances that are produced by a combination of metal and nonmetal ions, or only nonmetal ions can be mentioned. Examples include acetic acid and carbon dioxide (carbonate ion), which partially ionize when dissolved in water.
また、いわゆるイオン液体を含む液体でもよい。イオン液体は、典型的には、アンモニウム、イミダゾリウム、ピペリジニウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、スルホニウム、グアニジニウム、ジエタノールアンモニウム、アルキルアンモニウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルピペリジニウム、アルキルピリジニウム、アルキルピロリジニウム、アルキルホスホニウム、アルキルスルホニウム、アルキルグアニジニウム、及びアルキルジエタノールアンモニウムの１つ又は複数のカチオン；及びニトラート、スルホナート、メタンスルホナート、アルキルスルホナート、フルオロアルキルスルホナート、スルファート、メチルスルファート、アルキルスルファート、フルオロアルキルスルファート、ホスファート、メチルホスファート、アルキルホスファート、フルオロアルキルホスファート、ホスフィナート、メチルホスフィナート、アルキルホスフィナート、フルオロアルキルホスフィナート、ハロゲン、トリフルオロメタンスルホナート、ジヒドロゲンホスファート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、アルキルイミド、アルキルアミド、テトラフルオロボラート、ヘキサフルオロホスファート、ホルマート、アセタート、トリフルオロアセタート、ジシアナミド、デカノアート、アルキルメチド、及びアルキルボラートの１つ又は複数のアニオンを含む。イオン液体は、例えば、エチルアンモニウムニトラート（又は硝酸エチルアンモニウム）、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムエチルスルファート、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート、１－ブチルピリジニウムブロミド、及び２－ヒドロキシエチル－ジメチルアンモニウムトリフルオロメタンスルホナート、等が挙げられる。 Alternatively, a liquid containing a so-called ionic liquid may be used. Ionic liquids typically include ammonium, imidazolium, piperidinium, pyridinium, pyrrolidinium, phosphonium, sulfonium, guanidinium, diethanolammonium, alkylammonium, alkylimidazolium, alkylpiperidinium, alkylpyridinium, alkylpyrrolidinium, alkyl one or more cations of phosphonium, alkylsulfonium, alkylguanidinium, and alkyldiethanolammonium; and nitrate, sulfonate, methanesulfonate, alkylsulfonate, fluoroalkylsulfonate, sulfate, methylsulfate, alkylsulfate, Fluoroalkyl sulfate, phosphate, methyl phosphate, alkyl phosphate, fluoroalkyl phosphate, phosphinate, methyl phosphinate, alkyl phosphinate, fluoroalkyl phosphinate, halogen, trifluoromethanesulfonate, dihydrogen phosphate, one or more of bis(trifluoromethylsulfonyl)imides, alkylimides, alkylamides, tetrafluoroborates, hexafluorophosphates, formates, acetates, trifluoroacetates, dicyanamides, decanoates, alkylmethides, and alkylborates Contains anions. Ionic liquids include, for example, ethyl ammonium nitrate (or ethylammonium nitrate), 1-ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-ethyl-3- Methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, 1-butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-butylpyridinium bromide, and 2-hydroxyethyl -dimethylammonium trifluoromethanesulfonate, and the like.
水の場合、塩類を含むと、凝固点が低下するため、液体のまま０℃以下を保持することができる。そのため、蒸気圧をさらに小さくすることができ、分離膜モジュールの透過側気体の純度低下を抑制することができる。 In the case of water, if it contains salts, the freezing point will be lowered, so it can be kept at 0°C or lower while remaining liquid. Therefore, the vapor pressure can be further reduced, and a decrease in the purity of the gas on the permeate side of the separation membrane module can be suppressed.
ただし水が塩化ナトリウムの様な塩類を多量に含むと、送液する配管が金属系の場合、錆などが発生する懸念が高くなるため、気体分離装置に使用する材質に合わせて、濃度を調整することが好ましい。 However, if the water contains a large amount of salts such as sodium chloride, there is a high risk of rusting if the pipes used to transport the liquid are metal, so adjust the concentration according to the material used for the gas separation device. It is preferable to do so.
駆動流体が水の場合、温度は、－２０℃以上、１００℃以下が好ましい。常圧では沸騰する温度でも加圧することで、沸点を高くして、運転することができる。さらに好ましくは、－２０℃以上、８０℃以下にすることで、水の沸騰を抑制することができる。特に好ましくは５℃以上、５０℃以下にすることで、蒸気圧を抑制することができる。 When the driving fluid is water, the temperature is preferably -20°C or higher and 100°C or lower. By applying pressure even at temperatures that would boil at normal pressure, it is possible to raise the boiling point and operate. More preferably, boiling of water can be suppressed by keeping the temperature at -20°C or higher and 80°C or lower. Particularly preferably, the temperature is 5° C. or higher and 50° C. or lower, so that the vapor pressure can be suppressed.
駆動流体がイオン性物質を含む液体の場合、温度は、２５℃以上、１００℃以下が好ましい。高温では液体に溶解するイオン性物質の溶解度が大きくなるため、駆動流体との親和性を有する気体の吸収量を大きくすることができる。さらに好ましくは、５０℃以上、１００℃以下である。 When the driving fluid is a liquid containing an ionic substance, the temperature is preferably 25°C or higher and 100°C or lower. At high temperatures, the solubility of ionic substances dissolved in the liquid increases, so it is possible to increase the amount of gas absorbed that has an affinity with the driving fluid. More preferably, the temperature is 50°C or higher and 100°C or lower.
駆動流体がイオン液体の場合、温度は、－２０℃以上、５０℃以下が好ましく、０℃以上３０℃以下がさらに好ましい。イオン液体は揮発性が低く、幅広い温度で液体状態をとることができる。また、イオン液体は駆動流体との親和性を有する気体の吸収量の温度依存性が大きく、例えば、イミダゾリウムや水酸基を持つイオン液体では、２５℃近傍で吸収した駆動流体との親和性を有する気体の２／３以上を１００℃以下で回収することができる。 When the driving fluid is an ionic liquid, the temperature is preferably -20°C or more and 50°C or less, more preferably 0°C or more and 30°C or less. Ionic liquids have low volatility and can assume a liquid state over a wide range of temperatures. In addition, ionic liquids have a large temperature dependence on the amount of gas absorbed that has an affinity for the driving fluid. For example, ionic liquids with imidazolium or hydroxyl groups have an affinity for the driving fluid absorbed at around 25°C. More than 2/3 of the gas can be recovered at temperatures below 100°C.
また、駆動流体は、２種類以上の液体でも良い。水の場合、水温２５℃で約３ｋＰａ、水温２０℃で約２ｋＰａの水蒸気圧が発生するが、駆動流体・透過気体分離機構で、駆動流体の水を貯槽に貯留する場合、水層の上部に、低蒸気圧で水よりも低比重の液体、例えばシリコーンを使用すると、水の蒸発を抑制することができる。 Further, the driving fluid may be two or more types of liquids. In the case of water, a water vapor pressure of approximately 3 kPa is generated at a water temperature of 25°C and approximately 2 kPa at a water temperature of 20°C. However, when using a driving fluid/permeation gas separation mechanism and storing the driving fluid water in a storage tank, the water vapor pressure is generated at the top of the water layer. The use of a liquid with low vapor pressure and lower specific gravity than water, such as silicone, can suppress water evaporation.
駆動流体・透過気体分離機構は、例えば、駆動流体の貯槽を兼ねても良い。減圧機構の後、駆動流体と第一の分離膜モジュールの透過気体が、駆動流体の貯槽に入り、駆動流体は貯槽に溜まり、第一の分離膜モジュールの透過気体は、透過気体は貯槽の上部に滞留し、気体として取り出すことができる。 For example, the drive fluid/permeation gas separation mechanism may also serve as a storage tank for the drive fluid. After the pressure reduction mechanism, the driving fluid and the permeate gas of the first separation membrane module enter the storage tank of the driving fluid, the driving fluid accumulates in the storage tank, and the permeate gas of the first separation membrane module enters the storage tank. It stays in the water and can be taken out as a gas.
または、駆動流体・透過気体分離機構は、例えば、サイクロンでも良い。遠心力で駆動流体と第一の分離膜モジュールの透過気体を分けることができる。この様に、気液分離の装置を、駆動流体・透過気体分離機構に使用することができる。
（駆動流体の使用方法）
駆動流体は、循環再利用してもよい。一部の駆動流体を新たに追加し、その他の駆動流体を循環再利用することで、駆動流体に関する運転コストを低減することができる。
Alternatively, the driving fluid/permeate gas separation mechanism may be, for example, a cyclone. The driving fluid and the permeate gas of the first separation membrane module can be separated by centrifugal force. In this manner, the device for gas-liquid separation can be used in a drive fluid/permeate gas separation mechanism.
(How to use driving fluid)
The driving fluid may be recycled and reused. By newly adding some driving fluids and circulating and reusing other driving fluids, it is possible to reduce operating costs related to the driving fluids.
循環再利用に際して、駆動流体について、フィルター、ｐＨ調製、温度調製などの処理を行ってもよい。またバブリングして溶解させた気体成分を回収してもよい。 During circulation and reuse, the driving fluid may be subjected to treatments such as filtering, pH adjustment, and temperature adjustment. Alternatively, the dissolved gas components may be recovered by bubbling.
循環再利用に際しては、駆動流体の貯槽と送水用ポンプを設け、送水用ポンプから、減圧機構に送水することができる。 For circulation and reuse, a driving fluid storage tank and a water supply pump are provided, and water can be supplied from the water supply pump to the pressure reducing mechanism.
なお、循環再利用する際、透過気体の一部が駆動流体に溶解するが、駆動流体が水の場合、水素などは溶解量が少ないために大きな問題とならず、循環再利用する中で、飽和濃度に近づくので、ロスも少なくなる。 When recycling and reusing, some of the permeated gas dissolves in the driving fluid, but when the driving fluid is water, hydrogen and other gases dissolve in small amounts, so this does not pose a major problem. Since the concentration approaches saturation, loss also decreases.
ここで、送水用ポンプを使用するが、駆動流体が水の場合、防爆対応を簡略化できるため、真空ポンプ使用に比べて、設備管理、運転コストなどを低減することができる。 Here, a water pump is used, but if the driving fluid is water, explosion-proof measures can be simplified, and equipment management, operating costs, etc. can be reduced compared to using a vacuum pump.
以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
Ａ．装置機構
（装置機構Ｈ）
図１は、本発明の気体分離装置の一例を示す模式図である。
The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below, but the present invention is not limited thereto.
A. Device mechanism (device mechanism H)
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a gas separation device of the present invention.
混合気体供給ライン１により、第一の分離膜モジュール２に２種以上の気体を含む流体が供給される。第一の分離膜モジュール２では、一部の気体は、分離膜モジュールの分離膜を透過し、透過気体の通気ライン３に通気され、その他の気体は、第一の分離膜モジュールの濃縮気体の通気ライン４に通気される。
第一の分離膜モジュール２の透過側は、第一の分離膜モジュールの透過側気体と、駆動流体供給ライン５より供給される駆動流体との合流部６より減圧され、気体の透過の駆動力となる。第一の分離膜モジュール２における気体透過速度は、駆動流体の供給量で調整することができる。
A fluid containing two or more types of gases is supplied to the first separation membrane module 2 through the mixed gas supply line 1 . In the first separation membrane module 2, some gases pass through the separation membrane of the separation membrane module and are vented to the permeate gas ventilation line 3, and other gases pass through the separation membrane of the separation membrane module and are vented to the permeate gas ventilation line 3. It is vented to the ventilation line 4.
The permeation side of the first separation membrane module 2 is depressurized from the confluence part 6 of the permeation side gas of the first separation membrane module and the driving fluid supplied from the driving fluid supply line 5, and the driving force for gas permeation is reduced. becomes. The gas permeation rate in the first separation membrane module 2 can be adjusted by the supply amount of the driving fluid.
駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の合流部から、駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体が合流したまま、通気ライン７を通り、駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の分離機構８に送られる。ここで、駆動流体と分離膜モジュール透過気体は分離し、駆動流体は、分離機構内で貯留される。また、透過気体は分離機構の上部から、回収ライン１０を通り、回収される。
（装置機構Ｉ）
図２は、本発明の気体分離装置の別の例を示す模式図である。
From the merging part of the driving fluid and the first separation membrane module permeate gas, the driving fluid and the first separation membrane module permeate gas pass through the ventilation line 7 while remaining merged, and the driving fluid and the first separation membrane module permeate gas pass through the ventilation line 7. It is sent to the separation mechanism 8. Here, the driving fluid and the separation membrane module permeate gas are separated, and the driving fluid is stored within the separation mechanism. The permeate gas is also collected from the top of the separation mechanism through a collection line 10.
(Device mechanism I)
FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of the gas separation device of the present invention.
図１に加えて、駆動流体と分離膜モジュール透過気体の分離機構８の底部より、貯留している駆動流体を抜き出すことができる。その後、駆動流体送水ポンプ１１で、駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の合流部６に、駆動流体供給ライン５を通して、駆動流体を送液し、駆動流体を再利用循環することができる。
（装置機構Ｊ）
図３は、本発明の気体分離装置の別の例を示す模式図である。
In addition to FIG. 1, the stored driving fluid can be extracted from the bottom of the separation mechanism 8 for separating the driving fluid and the gas permeating the separation membrane module. Thereafter, the driving fluid is fed by the driving fluid water pump 11 through the driving fluid supply line 5 to the confluence section 6 of the driving fluid and the permeated gas of the first separation membrane module, and the driving fluid can be reused and circulated. .
(Equipment Mechanism J)
FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the gas separation device of the present invention.
図２に加えて、駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の分離機構８に貯留する、駆動流体９の上部に、別の駆動流体１２を貯留する。ここで、駆動流体９は水であり、駆動流体１２はシリコーンである。 In addition to FIG. 2, another driving fluid 12 is stored above the driving fluid 9 stored in the mechanism 8 for separating the driving fluid and the gas permeating the first separation membrane module. Here, the driving fluid 9 is water and the driving fluid 12 is silicone.
シリコーンとして、シリコーンオイルＫＦ－９６－１００ＣＳ（信越化学工業製）を用いた。比重（相対密度）０．９７（２５℃）で水層の上にシリコーン層を設けた。駆動流体９の水は、上部に駆動流体１２があるため、蒸発しにくくなり、透過気体に水が含まれにくくなる。 Silicone oil KF-96-100CS (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used as the silicone. A silicone layer was provided on top of the water layer with a specific gravity (relative density) of 0.97 (25° C.). Since the driving fluid 12 is located above the driving fluid 9, the water in the driving fluid 9 is less likely to evaporate, and the permeated gas is less likely to contain water.
駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の通気ライン７より、駆動流体と分離膜モジュール透過気体の分離機構８へ、駆動流体と透過気体が合流したまま供給されるが、分離機構８に入る際、分離機構８に予め入れておいた駆動流体１２の液面より下まで、送水配管を配置することにより、駆動流体１２の下部で、駆動流体９と透過気体を分離することができた。
また、駆動流体送水ポンプ１１への送水ラインを、分離機構８の下部に配置することで、駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の合流部６に送水する駆動流体を、駆動流体９の水にすることができ、分離機構８での駆動流体９と駆動流体１２の比重などによる分離をより容易にすることができた。
（装置機構Ｋ）
図４は、本発明の気体分離装置の一例を示す模式図である。
From the ventilation line 7 for the driving fluid and the first separation membrane module permeate gas, the driving fluid and the permeate gas are supplied together to the separation mechanism 8 for the driving fluid and the separation membrane module permeate gas, but they enter the separation mechanism 8. At this time, by arranging the water supply pipe below the level of the driving fluid 12 that had been placed in the separation mechanism 8 in advance, it was possible to separate the driving fluid 9 and the permeated gas below the driving fluid 12.
Furthermore, by arranging the water supply line to the drive fluid water supply pump 11 at the lower part of the separation mechanism 8, the drive fluid to be supplied to the confluence section 6 of the drive fluid and the first separation membrane module permeated gas can be transferred to the drive fluid 9. This made it possible to more easily separate the driving fluid 9 and the driving fluid 12 in the separation mechanism 8 based on specific gravity or the like.
(Device mechanism K)
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the gas separation device of the present invention.
図１に加えて、第一の分離膜モジュールの透過気体は分離機構の上部から、第二の分離膜モジュールへの回収気体供給ライン１０を通り、第二の分離膜モジュール１３に供給される。その後、第二分離膜モジュールの除湿側気体排出ライン１４から排出される。 In addition to FIG. 1, the permeate gas of the first separation membrane module is supplied to the second separation membrane module 13 from the upper part of the separation mechanism through the recovery gas supply line 10 to the second separation membrane module. Thereafter, the gas is discharged from the dehumidification side gas discharge line 14 of the second separation membrane module.
第二の分離膜モジュール１３では、第二の分離膜モジュール１３への回収気体を供給する分離膜の逆側の流路である、第二の分離膜モジュール 加湿側気体供給ライン１５に、別の気体として、窒素を供給する。
この操作において、回収気体中の水分が、第二の分離膜を透過し、逆側の気体、ここでは窒素側へ透過する。ここで逆側の別の気体、窒素は、加湿されて、第二の分離膜モジュール１３から、第二の分離膜モジュール 加湿側気体排出ライン１６を通って、排出される。
ここで、第二の分離膜モジュール 加湿側気体供給ライン１５で供給される気体は、図７の様に、第一の分離膜モジュール２の濃縮側ライン４から供給してもよい。この様にすることで、新たな気体を準備することなく、対応することができる。
また、第二の分離膜モジュール 加湿側気体排出ライン１６を通って排出される気体を、図８の様に、混合気体タンク１７に送り、この混合気体タンク１７から混合気体供給ライン１を通って、第一の分離膜モジュール２に供給してもよい。この様にすることで、第一の分離膜モジュール２で濃縮側に残った気体と、第二の分離膜モジュール１３で、水蒸気と共に透過した気体を、回収・循環することができる。
（装置機構Ｌ）
図５は、本発明の気体分離装置の別の例を示す模式図である。
In the second separation membrane module 13, a separate gas supply line 15 is connected to the second separation membrane module humidification side gas supply line 15, which is a flow path on the opposite side of the separation membrane that supplies recovered gas to the second separation membrane module 13. Supply nitrogen as a gas.
In this operation, moisture in the recovered gas passes through the second separation membrane and passes to the opposite gas, here the nitrogen side. Here, another gas on the opposite side, nitrogen, is humidified and discharged from the second separation membrane module 13 through the second separation membrane module humidification side gas discharge line 16.
Here, the gas supplied through the second separation membrane module humidification side gas supply line 15 may be supplied from the concentration side line 4 of the first separation membrane module 2, as shown in FIG. By doing this, it is possible to respond without preparing new gas.
Further, the gas discharged through the humidification side gas discharge line 16 of the second separation membrane module is sent to the mixed gas tank 17 as shown in FIG. , may be supplied to the first separation membrane module 2. By doing so, the gas remaining on the concentration side in the first separation membrane module 2 and the gas that permeated together with water vapor in the second separation membrane module 13 can be recovered and circulated.
(Device mechanism L)
FIG. 5 is a schematic diagram showing another example of the gas separation device of the present invention.
図２に加えて、装置機構Ｋの特徴を有する装置機構にすることにより、駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の分離機構８の底部より、貯留している駆動流体を抜き出すことができた。その後、駆動流体送水ポンプ１１で、駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の合流部６に、駆動流体供給ライン５を通して、駆動流体を送水し、駆動流体を再利用循環することができた。
（装置機構Ｍ）
図６は、本発明の気体分離装置の別の例を示す模式図である。
図３に加えて、装置機構Ｋの特徴を有する装置機構にすることにより、駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の合流部６に送水する駆動流体を、駆動流体９の水にすることができ、分離機構８での駆動流体９と駆動流体１２の比重などによる分離をより容易にすることができた。
Ｂ．気体分離膜の作製
以下、特に言及しない場合は、温度条件は室温（２５℃）である。
（第一の気体分離膜Ｐ）
抄紙法で製造されたポリエステル繊維からなる不織布（通気度１．０ｃｃ／ｃｍ２／秒）上に、ポリスルホンの１８質量％ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶液を室温（２５℃）、塗布厚み１９０μｍでキャストした後、直ちに純水中に５分間浸漬することによって、基材である不織布上に多孔性支持層を形成した。
In addition to FIG. 2, by using a device mechanism having the characteristics of the device mechanism K, the stored driving fluid can be extracted from the bottom of the separation mechanism 8 for the driving fluid and the first separation membrane module permeated gas. Ta. Thereafter, the driving fluid was fed by the driving fluid water pump 11 to the confluence section 6 of the driving fluid and the permeated gas of the first separation membrane module through the driving fluid supply line 5, so that the driving fluid could be reused and circulated. .
(Device mechanism M)
FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of the gas separation device of the present invention.
In addition to FIG. 3, by using an apparatus mechanism having the characteristics of the apparatus mechanism K, the driving fluid that is sent to the confluence section 6 of the driving fluid and the first separation membrane module permeated gas can be made into water as the driving fluid 9. This made it possible to more easily separate the driving fluid 9 and the driving fluid 12 in the separation mechanism 8 based on their specific gravity or the like.
B. Preparation of Gas Separation Membrane Hereinafter, unless otherwise mentioned, the temperature condition is room temperature (25° C.).
(First gas separation membrane P)
A 18% by mass solution of polysulfone in dimethylformamide (DMF) was cast at room temperature (25°C) to a coating thickness of 190 μm on a nonwoven fabric (air permeability 1.0 cc/cm 2 /sec) made of polyester fibers manufactured by a papermaking method. Thereafter, a porous support layer was formed on the nonwoven fabric as a base material by immediately immersing it in pure water for 5 minutes.
次に、２－エチルピペラジンが５．５質量％、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムが５００ｐｐｍ（質量基準）、リン酸３ナトリウムが２．０質量％になるように溶解した水溶液に、多孔性支持層を形成した基材を１０秒間浸漬した後、エアーノズルから窒素を吹き付けて、余分な水溶液を除去した。続いて７０℃に加温した０．２質量％のトリメシン酸クロリドを含むｎ－デカン溶液を、多孔性支持体の表面に均一に塗布し、６０℃の膜面温度で３秒間保持した後に、膜面温度を１０℃まで冷却し、この温度を維持したまま空気雰囲気下で１分間放置し、分離機能層（ポリアミド膜）を形成した。得られた分離膜を垂直に保持して液切りし、６０℃の純水で２分間洗浄して気体分離膜Ｐを得た。
（第一の気体分離膜Ｑ）
抄紙法で製造されたポリエステル繊維からなる不織布（通気度１．０ｃｃ／ｃｍ２／秒）上に、ポリスルホンの１８質量％ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶液を室温（２５℃）、塗布厚み１９０μｍでキャストした後、直ちに純水中に５分間浸漬することによって、基材である不織布上に多孔性支持層を形成した。
Next, a porous support layer was added to an aqueous solution containing 5.5% by mass of 2-ethylpiperazine, 500ppm (by mass) of sodium dodecyl diphenyl ether disulfonate, and 2.0% by mass of trisodium phosphate. After the formed substrate was immersed for 10 seconds, nitrogen was blown from an air nozzle to remove excess aqueous solution. Subsequently, an n-decane solution containing 0.2% by mass of trimesic acid chloride heated to 70°C was uniformly applied to the surface of the porous support, and after being maintained at a membrane surface temperature of 60°C for 3 seconds, The membrane surface temperature was cooled to 10° C., and the membrane was left to stand in an air atmosphere for 1 minute while maintaining this temperature to form a separation functional layer (polyamide membrane). The resulting separation membrane was held vertically to drain the liquid and washed with 60°C pure water for 2 minutes to obtain a gas separation membrane P.
(First gas separation membrane Q)
A 18% by mass solution of polysulfone in dimethylformamide (DMF) was cast at room temperature (25°C) to a coating thickness of 190 μm on a nonwoven fabric (air permeability 1.0 cc/cm 2 /sec) made of polyester fibers manufactured by a papermaking method. Thereafter, a porous support layer was formed on the nonwoven fabric as a base material by immediately immersing it in pure water for 5 minutes.
次に、ｍ－フェニレンジアミンが４．０質量％の水溶液に、多孔性支持層を形成した基材を１分間浸漬した後、エアーノズルから窒素を吹き付けて、余分な水溶液を除去した。続いて４５℃に加温した０．２質量％のトリメシン酸クロリドを含むｎ－ウンデカン溶液を、多孔性支持体の表面に均一に塗布し、１００℃のオーブンで６０秒間乾燥した。その後、空気雰囲気下で１分間放置し、分離機能層（ポリアミド膜）を得た。得られた分離膜を垂直に保持して液切りし、６０℃の純水で２分間洗浄して第一の気体分離膜Ｑを得た。
（第一の気体分離膜Ｒ）
４，４’－（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸無水物（６ＦＤＡ）が３０重量％のＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液を窒素気流下で攪拌しているところに、２，３，５，６－テトラメチルフェニレンジアミンが０．０２重量％、ＤＡＢＡが０．１６重量％のＮＭＰ溶液を３０分かけて、系内を４０℃に保ちつつ滴下した。反応液を４０℃で２．５時間攪拌した後、ピリジン、無水酢酸をそれぞれ加えて、さらに８０℃で３時間攪拌した。その後、反応液にアセトンを加え、希釈した。メタノール、アセトンを加えて攪拌しているところに、反応液のアセトン希釈液を滴下した。次に、得られたポリマー結晶を吸引ろ過し、６０℃で送風乾燥させてポリマーを得た。得られたポリマーが０．０１５重量％、架橋剤（２，２－ビス（４－グリシジルオキシフェニル）プロパン）が０．００２重量％のメチルエチルケトン溶液となるように混合して３０分攪拌したのち、テトラフェニルホスホニウムブロミドを加えて、更に３０分攪拌した。ガラス板上に、ポリアクリロニトリル多孔質膜（ＧＭＴ社製）を静置し、前記ポリマー液をアプリケータを用いて多孔質膜表面にキャストさせ、室温で５分ほど静置したのち、さらに７０℃で１５分反応させ、分離機能層（ポリイミド膜）を得た。得られた分離膜を６０℃の純水で２分間洗浄して第一の気体分離膜Ｒを得た。
（第一の気体分離膜Ｓ）
ヘキサン（富士フィルム和光純薬株式会社）に対し、ポリジメチルシロキサンを溶解し、４．０重量％のポリジメチルシロキサン溶液を調製した。該溶液を気体分離膜Ｑの表面に４００ｍＬ／ｍ２となるように１０ｍｉｌのバーコーターを用いて表面に塗布し、被覆層を形成した。最後に４０℃で１２時間以上真空乾燥させることで第一の気体分離膜Ｓを得た。
（第二の気体分離膜）
第二の分離膜について、ポリスルホン樹脂（ソルベー社製Ｐ３５００）１８部、ポリビニルピロリドン（ＩＳＰ社製Ｋ９０）５部およびジメチルアセトアミド７６部、水１部からなる製膜原液を５０℃に保温し、１．０／０．７ｍｍからなる2重管口金からジメチルアセトアミド４０部、水６０部からなる芯液と同時に吐出させ、３５０ｍｍの乾式部を通り、水９０部、ジメチルアセトアミド１０部の凝固浴に浸漬させ、凝固させた。
次いで凝固させた中空糸膜を８０℃の水洗浴で洗浄し、中空糸膜が湿潤状態のままカセに巻き取った。この時の製膜速度は、１０ｍ／ｍｉｎとし、中空糸膜内径は５８０μｍ、膜圧は１００μｍとした。
巻き取った中空糸膜を１００本単位に小分けし、５０℃の乾熱乾燥機で２４時間乾燥を行い、中空糸膜を得た。
Ｃ．分離膜モジュール
（第一の分離膜モジュールＰ）
気体分離膜Ｐを幅３００ｍｍに裁断した後、２５℃の温室下で風乾後に２つに折り畳み、供給側流路材（Ｄｉｏｍｅｓｈ ＰＥＴ－Ｓｃｒｅｅｎ １００－５５ＰＴ（ｉｎｎｏｖｅｘ社製））を折り畳まれた分離膜に挟んだ。気体分離膜の透過側面に、透過側流路材（Ｄｉｏｍｅｓｈ ＰＥＴ－Ｓｃｒｅｅｎ １００－５５ＰＴ（ｉｎｎｏｖｅｘ社製））を配置し、透過側流路材の端部３辺に接着剤を塗布し、これらの積層物（有効膜面積１．０ｍ２）を、ＡＢＳ樹脂製集水管（長さ：３００ｍｍ、径：１７ｍｍ、壁面に直線に設けた孔８０個×２列）にスパイラル状に巻囲し、直径２．５インチの分離膜モジュールを作製した。
（第一の分離膜モジュールＱ）
気体分離膜をＱとした以外は第一の分離膜モジュールＰと同様にして分離膜モジュールを作製した。
（第一の分離膜モジュールＲ）
気体分離膜をＲとした以外は第一の分離膜モジュールＰと同様にして分離膜モジュールを作製した。
（第一の分離膜モジュールＳ）
気体分離膜をＳとした以外は第一の分離膜モジュールＰと同様にして分離膜モジュールを作製した。
（第二の分離膜モジュール）
第二の分離膜について、中空糸膜５本を用いて、ポリカーボネート製のパイプに挿入し、０．１ｍ長のラボモジュールを製作した。この際、中空糸膜をポリカーボネート製パイプに固定するため、エポキシ系接着剤（セメダイン製。ハイスーパー５）を使用した。
Next, the base material on which the porous support layer was formed was immersed for 1 minute in an aqueous solution containing 4.0% by mass of m-phenylenediamine, and then nitrogen was blown from an air nozzle to remove excess aqueous solution. Subsequently, an n-undecane solution containing 0.2% by mass of trimesic acid chloride heated to 45°C was uniformly applied to the surface of the porous support, and dried in an oven at 100°C for 60 seconds. Thereafter, it was left for 1 minute in an air atmosphere to obtain a separation functional layer (polyamide membrane). The resulting separation membrane was held vertically to drain the liquid and washed with 60°C pure water for 2 minutes to obtain a first gas separation membrane Q.
(First gas separation membrane R)
While a solution of 4,4'-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride (6FDA) in N-methylpyrrolidone (NMP) containing 30% by weight was being stirred under a nitrogen stream, 2,3,5,6 - An NMP solution containing 0.02% by weight of tetramethylphenylenediamine and 0.16% by weight of DABA was added dropwise over 30 minutes while maintaining the inside of the system at 40°C. After stirring the reaction solution at 40°C for 2.5 hours, pyridine and acetic anhydride were added, and the mixture was further stirred at 80°C for 3 hours. Thereafter, acetone was added to the reaction solution to dilute it. While methanol and acetone were added and stirred, a diluted acetone solution of the reaction solution was added dropwise. Next, the obtained polymer crystals were suction filtered and dried with air at 60° C. to obtain a polymer. After mixing the obtained polymer to a methyl ethyl ketone solution of 0.015% by weight and 0.002% by weight of the crosslinking agent (2,2-bis(4-glycidyloxyphenyl)propane) and stirring for 30 minutes, Tetraphenylphosphonium bromide was added and the mixture was further stirred for 30 minutes. A polyacrylonitrile porous membrane (manufactured by GMT) was placed on a glass plate, and the polymer solution was cast onto the surface of the porous membrane using an applicator. After leaving it at room temperature for about 5 minutes, it was further heated at 70°C. The mixture was reacted for 15 minutes to obtain a separation functional layer (polyimide membrane). The obtained separation membrane was washed with pure water at 60° C. for 2 minutes to obtain a first gas separation membrane R.
(First gas separation membrane S)
Polydimethylsiloxane was dissolved in hexane (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to prepare a 4.0% by weight polydimethylsiloxane solution. The solution was applied to the surface of the gas separation membrane Q at a concentration of 400 mL/m 2 using a 10 mil bar coater to form a coating layer. Finally, the first gas separation membrane S was obtained by vacuum drying at 40° C. for 12 hours or more.
(Second gas separation membrane)
For the second separation membrane, a membrane-forming stock solution consisting of 18 parts of polysulfone resin (P3500, manufactured by Solvay), 5 parts of polyvinylpyrrolidone (K90, manufactured by ISP), 76 parts of dimethylacetamide, and 1 part of water was kept at 50°C. A core liquid consisting of 40 parts of dimethylacetamide and 60 parts of water is simultaneously discharged from a double tube mouthpiece made of . and allowed to solidify.
Next, the coagulated hollow fiber membrane was washed in a water washing bath at 80° C., and wound up into a skein while the hollow fiber membrane was in a wet state. The membrane forming speed at this time was 10 m/min, the inner diameter of the hollow fiber membrane was 580 μm, and the membrane pressure was 100 μm.
The wound hollow fiber membrane was divided into 100 units and dried in a dry heat dryer at 50° C. for 24 hours to obtain hollow fiber membranes.
C. Separation membrane module (first separation membrane module P)
After cutting the gas separation membrane P to a width of 300 mm, it was air-dried in a greenhouse at 25°C, then folded into two, and the supply side channel material (Diomesh PET-Screen 100-55PT (manufactured by innovex)) was folded into the separation membrane. Sandwiched between. A permeate side channel material (Diomesh PET-Screen 100-55PT (manufactured by innovex)) was placed on the permeate side of the gas separation membrane, and adhesive was applied to the three edges of the permeate side channel material. The laminate (effective membrane area 1.0 m 2 ) is spirally wrapped around an ABS resin water collection pipe (length: 300 mm, diameter: 17 mm, 80 holes straight on the wall x 2 rows), and the diameter A 2.5-inch separation membrane module was produced.
(First separation membrane module Q)
A separation membrane module was produced in the same manner as the first separation membrane module P except that Q was used as the gas separation membrane.
(First separation membrane module R)
A separation membrane module was produced in the same manner as the first separation membrane module P except that the gas separation membrane was R.
(First separation membrane module S)
A separation membrane module was produced in the same manner as the first separation membrane module P except that S was used as the gas separation membrane.
(Second separation membrane module)
Regarding the second separation membrane, five hollow fiber membranes were inserted into a polycarbonate pipe to produce a 0.1 m long laboratory module. At this time, in order to fix the hollow fiber membrane to the polycarbonate pipe, an epoxy adhesive (manufactured by Cemedine, HiSuper 5) was used.
パイプ両端から中空糸膜内径部の通気を行った。中空糸膜外径部の通気は、パイプ両端から２cm部分で枝分かれ構造となっており、ここから通気を行った。
（実施例１）
図１に示す構成の気体分離装置を用い、ヘリウム５０モル％及び酸素５０モル％を含む混合気体（７Ｌ／分）を供給した。供給圧は、０．０２ＭＰａに調製した。
The inner diameter of the hollow fiber membrane was ventilated from both ends of the pipe. Ventilation of the outer diameter portion of the hollow fiber membrane was conducted through a branched structure at 2 cm from both ends of the pipe.
(Example 1)
A mixed gas (7 L/min) containing 50 mol % helium and 50 mol % oxygen was supplied using a gas separation device having the configuration shown in FIG. 1 . The supply pressure was adjusted to 0.02 MPa.
ここで、分離膜モジュール２は、上記で試作した分離膜モジュールＰを使用した。一部の気体は、分離膜モジュールＰの分離膜を透過し、透過気体の通気ライン３に通気され、その他の気体は、分離膜モジュールＰの濃縮気体の通気ライン４に通気された。 Here, as the separation membrane module 2, the separation membrane module P prototyped above was used. Some of the gas permeated through the separation membrane of the separation membrane module P and was vented to the permeate gas vent line 3, and the other gas was vented to the concentrated gas vent line 4 of the separation membrane module P.
分離膜モジュールＰの透過側は、分離膜モジュールの透過側気体と、駆動流体供給ライン５より、マグネットポンプＭＤ－６Ｋ－Ｎ（株式会社イワキ）を用いて供給される駆動流体との合流部６より減圧した。ここで、駆動流体には、水（２５℃）を使用し、内径０．８ｃｍの配管で、１０Ｌ／ｍｉｎの流量で送液した。合流部６では、アスピレータ（サンゴバン社、”テフロン”製。型式Ａ－１８８６）を用いた。これにより、分離膜モジュールＰの透過側を減圧することができ、圧力を測定すると、１０Ｔｏｒｒであった。 The permeation side of the separation membrane module P is a confluence section 6 where the gas on the permeation side of the separation membrane module and the driving fluid supplied from the driving fluid supply line 5 using a magnet pump MD-6K-N (Iwaki Co., Ltd.) The pressure was further reduced. Here, water (25° C.) was used as the driving fluid, and the liquid was fed through a pipe with an inner diameter of 0.8 cm at a flow rate of 10 L/min. In the confluence section 6, an aspirator (made by Saint-Gobain, "Teflon", model A-1886) was used. This made it possible to reduce the pressure on the permeate side of the separation membrane module P, and when the pressure was measured, it was 10 Torr.
水と分離膜モジュールＰ透過気体の合流部６から、水と分離膜モジュールＰ透過気体が合流したまま、通気ライン７を通り、水と分離膜モジュール透過気体の分離機構８に送った。
ここで、水と分離膜モジュールＰ透過気体は分離し、水は、分離機構内で貯留した。また、透過気体は分離機構の上部から、回収ライン１０を通り回収した。この回収した透過気体について、ガス組成を測定した結果を表１に示した。高純度のヘリウムを得ることができた。
（実施例２）
図２は、本発明の、気体分離装置の別の例を示す模式図である。
From the water and separation membrane module P permeation gas confluence section 6, the combined water and separation membrane module P permeation gas were sent through a ventilation line 7 to a separation mechanism 8 for separating water and separation membrane module P permeation gas.
Here, the water and the gas permeated from the separation membrane module P were separated, and the water was stored within the separation mechanism. Further, the permeate gas was collected from the upper part of the separation mechanism through a collection line 10. Table 1 shows the results of measuring the gas composition of the collected permeated gas. We were able to obtain high purity helium.
(Example 2)
FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of the gas separation device of the present invention.
実施例１に加えて、駆動流体である水と分離膜モジュール透過気体の分離機構８の底部より、貯留している駆動流体を抜出し、その後、駆動流体送水ポンプ１１で、水と分離膜モジュール透過気体の合流部６に、駆動流体供給ライン５を通して、水を１０Ｌ／ｍｉｎで送水した。これにより、駆動流体である水を、９９％以上、再利用循環することができた。この回収した透過気体について、ガス組成を測定した結果を表１に示した。高純度のヘリウムを得ることができた。
（実施例３）
図３は、本発明の、気体分離装置の別の例を示す模式図である。
In addition to Embodiment 1, the stored driving fluid is extracted from the bottom of the separation mechanism 8 of the driving fluid water and the separation membrane module permeation gas, and then the driving fluid water pump 11 is used to separate the water and the separation membrane module permeation gas. Water was fed into the gas confluence section 6 through the driving fluid supply line 5 at a rate of 10 L/min. As a result, more than 99% of the water, which is the driving fluid, could be reused and circulated. Table 1 shows the results of measuring the gas composition of the collected permeated gas. We were able to obtain high purity helium.
(Example 3)
FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the gas separation device of the present invention.
実施例２に加えて、上記のシリコーンオイルＫＦ－９６－１００ＣＳを駆動流体１２に使用した結果、水の蒸気圧による影響を低減することができた。ここで、水およびシリコーンオイルは、分離機構８において、２５℃で温度を調整した。この回収した透過気体について、ガス組成を測定した結果を表１に示した。高純度のヘリウムを得ることができた。
（実施例４）
分離膜モジュールをＱとした以外は実施例１と同様にして気体分離装置での気体分離を行った。回収した透過気体について、ガス組成を測定した結果を表１に示した。高純度のヘリウムを得ることができた。
（実施例５）
分離膜モジュールをＲとした以外は実施例１と同様にして気体分離装置での気体分離を行った。回収した透過気体について、ガス組成を測定した結果を表１に示した。高純度のヘリウムを得ることができた。
（実施例６）
分離膜モジュールをＳとした以外は実施例１と同様にして気体分離装置での気体分離を行った。回収した透過気体について、ガス組成を測定した結果を表１に示した。高純度のヘリウムを得ることができた。
In addition to Example 2, the above silicone oil KF-96-100CS was used as the driving fluid 12, and as a result, the influence of water vapor pressure could be reduced. Here, the temperature of water and silicone oil was adjusted at 25° C. in the separation mechanism 8. Table 1 shows the results of measuring the gas composition of the collected permeated gas. We were able to obtain high purity helium.
(Example 4)
Gas separation in the gas separation device was carried out in the same manner as in Example 1 except that Q was used as the separation membrane module. Table 1 shows the results of measuring the gas composition of the collected permeated gas. We were able to obtain high purity helium.
(Example 5)
Gas separation in the gas separation apparatus was performed in the same manner as in Example 1 except that the separation membrane module was R. Table 1 shows the results of measuring the gas composition of the collected permeated gas. We were able to obtain high purity helium.
(Example 6)
Gas separation in the gas separation device was carried out in the same manner as in Example 1 except that S was used as the separation membrane module. Table 1 shows the results of measuring the gas composition of the collected permeated gas. We were able to obtain high purity helium.
（実施例７）
ヘリウム５０モル％及び二酸化炭素５０モル％を含む混合気体（７Ｌ／分）を供給した以外は実施例１と同様にして気体分離装置での気体分離を行った。回収した透過気体について、ガス組成を測定した結果を表２に示した。二酸化炭素が水に溶解することにより、高純度のヘリウムを得ることができた。
（実施例８）
ヘリウム５０モル％及び二酸化炭素５０モル％を含む混合気体（７Ｌ／分）を供給し、駆動流体にイオン性物質を含む液体として１－エチル－３－メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを用いた以外は実施例１と同様にして気体分離装置での気体分離を行った。回収した透過気体について、ガス組成を測定した結果を表２に示した。二酸化炭素がイオン性物質を含む液体に溶解することにより、高純度のヘリウムを得ることができた。
(Example 7)
Gas separation in the gas separation device was carried out in the same manner as in Example 1, except that a mixed gas (7 L/min) containing 50 mol% helium and 50 mol% carbon dioxide was supplied. Table 2 shows the results of measuring the gas composition of the collected permeated gas. High purity helium could be obtained by dissolving carbon dioxide in water.
(Example 8)
A mixed gas (7 L/min) containing 50 mol% helium and 50 mol% carbon dioxide is supplied, and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide is added to the driving fluid as a liquid containing an ionic substance. Gas separation using the gas separation device was carried out in the same manner as in Example 1, except that the gas was used. Table 2 shows the results of measuring the gas composition of the collected permeated gas. High purity helium could be obtained by dissolving carbon dioxide in a liquid containing an ionic substance.
（実施例９）
図１に示す構成の気体分離装置について、ヘリウム５０モル％及び窒素５０モル％を含む混合気体（７Ｌ／分）を供給した。供給圧は、０．０２ＭＰａに調製した。
(Example 9)
A mixed gas (7 L/min) containing 50 mol% helium and 50 mol% nitrogen was supplied to the gas separation device having the configuration shown in FIG. The supply pressure was adjusted to 0.02 MPa.
ここで、第一の分離膜モジュール２は、上記で試作した第一の分離膜モジュールＰ１本を使用した。一部の気体は、分離膜モジュールＰの分離膜を透過し、透過気体の通気ライン４に通気され、その他の気体は、第一の分離膜モジュールＰの濃縮側ライン５に通気された。 Here, as the first separation membrane module 2, one first separation membrane module P prototyped above was used. Some of the gas permeated the separation membrane of the separation membrane module P and was vented to the permeate gas vent line 4, and the other gas was vented to the concentration side line 5 of the first separation membrane module P.
第一の分離膜モジュールＰの透過側は、第一の分離膜モジュールＰの透過側気体と、駆動流体供給ライン５より供給される駆動流体との合流部６より減圧した。ここで、駆動流体には、水（２５℃）を使用し、内径０．８ｃｍの配管で、１０Ｌ／ｍｉｎの流量で送液した。これにより、分離膜モジュールの透過側を減圧することができ、圧力を測定すると、１０Ｔｏｒｒであった。 The pressure on the permeate side of the first separation membrane module P was reduced from the confluence section 6 where the gas on the permeate side of the first separation membrane module P and the driving fluid supplied from the driving fluid supply line 5 were connected. Here, water (25° C.) was used as the driving fluid, and the liquid was fed through a pipe with an inner diameter of 0.8 cm at a flow rate of 10 L/min. This made it possible to reduce the pressure on the permeate side of the separation membrane module, and when the pressure was measured, it was 10 Torr.
ここで、第一の分離膜モジュールＰの透過側気体と、駆動流体供給ライン５より供給される駆動流体との合流部６では、アスピレータ（サンゴバン社、”テフロン”製。型式Ａ－１８８６）を用いた。 Here, at the confluence section 6 of the permeate side gas of the first separation membrane module P and the driving fluid supplied from the driving fluid supply line 5, an aspirator (manufactured by Saint-Gobain, "Teflon", model A-1886) is installed. Using.
水と第一の分離膜モジュールＰの透過気体の合流部から、水と第一の分離膜モジュールＰの透過気体が合流したまま、通気ライン７を通り、水と第一の分離膜モジュールＰの透過気体の分離機構８に送った。 The water and the permeate gas of the first separation membrane module P pass through the ventilation line 7 from the confluence part of the water and the permeate gas of the first separation membrane module P, and the water and the permeate gas of the first separation membrane module P pass through the ventilation line 7. The permeated gas was sent to a separation mechanism 8.
ここで、水と第一の分離膜モジュールＰの透過気体は分離し、水は、分離機構内で貯留した。また、透過気体は分離機構の上部から、回収ライン１０を通り第二の分離膜モジュール１３に供給し、除湿して回収した。なお、第二の分離膜モジュール１３は、上記で製作した第二の分離膜モジュールを１０本並列で使用した。 Here, the water and the permeated gas of the first separation membrane module P were separated, and the water was stored within the separation mechanism. Further, the permeated gas was supplied from the upper part of the separation mechanism to the second separation membrane module 13 through the recovery line 10, dehumidified, and recovered. In addition, as the second separation membrane module 13, ten second separation membrane modules manufactured above were used in parallel.
なお、第二の分離膜モジュール１３で、透過気体と逆側には、窒素を通気した。 Note that in the second separation membrane module 13, nitrogen was passed through the side opposite to the permeate gas.
この回収した透過気体の組成を測定した結果を表３に示した。ヘリウムを高純度で得ることができた。さらに透過気体の水蒸気濃度を低減できた。
（実施例１０）
装置機構Ｌを用いた。
Table 3 shows the results of measuring the composition of the collected permeated gas. We were able to obtain helium with high purity. Furthermore, the water vapor concentration of the permeated gas could be reduced.
(Example 10)
Device mechanism L was used.
実施例９に加えて、駆動流体である水と分離膜モジュール透過気体の分離機構８の底部より、貯留している駆動流体を抜出し、その後、駆動流体送水ポンプ１１で、水と分離膜モジュール透過気体の合流部６に、駆動流体供給ライン５を通して、水を１０Ｌ／ｍｉｎで送水した。これにより、駆動流体である水を、９９％以上、再利用循環することができた。この回収した透過気体の組成を測定した結果を表３に示した。ヘリウムを高純度で得ることができた。さらに透過気体の水蒸気濃度を低減できた。
（実施例１１）
装置機構Ｍを用いた。
実施例１０に加えて、上記のシリコーンオイルＫＦ－９６－１００ＣＳを駆動流体１２に使用した結果、水の蒸気圧による影響を低減することができた。ここで、水およびシリコーンオイルは、分離機構８において、２５℃で温度を調整した。以上の装置で、この回収した第二の分離膜モジュールの透過気体の組成を測定した結果を表３に示した。さらに透過気体の水蒸気濃度を低減できた。高純度のヘリウムを得ることができた。 以上の様に、実施例１～１１における気体分離装置は、２種以上の気体を含む流体から、少なくとも１種の気体を、効率的に分離することができる。
In addition to Embodiment 9, the stored driving fluid is extracted from the bottom of the separation mechanism 8 for separating the water that is the driving fluid and the gas that permeates the separation membrane module, and then the driving fluid water pump 11 is used to separate the water and the gas that permeates the separation membrane module. Water was fed into the gas confluence section 6 through the driving fluid supply line 5 at a rate of 10 L/min. As a result, more than 99% of the water, which is the driving fluid, could be reused and circulated. Table 3 shows the results of measuring the composition of the collected permeated gas. We were able to obtain helium with high purity. Furthermore, the water vapor concentration of the permeated gas could be reduced.
(Example 11)
Device mechanism M was used.
In addition to Example 10, the above silicone oil KF-96-100CS was used as the driving fluid 12, and as a result, the influence of water vapor pressure could be reduced. Here, the temperature of water and silicone oil was adjusted at 25° C. in the separation mechanism 8. Table 3 shows the results of measuring the composition of the permeated gas from the recovered second separation membrane module using the above apparatus. Furthermore, the water vapor concentration of the permeated gas could be reduced. We were able to obtain high purity helium. As described above, the gas separation devices in Examples 1 to 11 can efficiently separate at least one type of gas from a fluid containing two or more types of gases.
（比較例１）
定格出力５．０Ｗのマグネットポンプの代わりに、定格出力１４０Ｗのダイヤフラム真空ポンプＮ８１０ＦＴ．１８（三商株式会社）を使用した以外は実施例１と同様にして気体分離装置での気体分離を行った。結果を表４に示した。性能に違いはないものの、消費電力が大きくなった。
(Comparative example 1)
Instead of the magnet pump with a rated output of 5.0W, we used a diaphragm vacuum pump N810FT. with a rated output of 140W. Gas separation in the gas separation device was carried out in the same manner as in Example 1, except that No. 18 (Sansho Co., Ltd.) was used. The results are shown in Table 4. Although there is no difference in performance, power consumption has increased.
本発明の気体分離装置は、２種以上の気体を含む流体から、少なくとも１種の気体を、効率的に分離可能な気体の分離装置を提供するができる。 The gas separation device of the present invention can provide a gas separation device that can efficiently separate at least one type of gas from a fluid containing two or more types of gases.
１ 混合気体供給ライン
２ 第一の分離膜モジュール
３ 第一の分離膜モジュールの透過気体の通気ライン
４ 第一の分離膜モジュールの濃縮気体の通気ライン
５ 駆動流体供給ライン
６ 駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の合流部
７ 駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の通気ライン
８ 駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の分離機構
９ 駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の分離機構内の駆動流体
１０ 第一の分離膜モジュール透過気体の回収ライン・第二分離膜モジュールへの回収気体供給ライン
１１ 駆動流体送水ポンプ
１２ 駆動流体と第一の分離膜モジュール透過気体の分離機構内の別の駆動流体
１３ 第二の分離膜モジュール
１４ 第二の分離膜モジュール 除湿側気体排出ライン
１５ 第二の分離膜モジュール 加湿側気体供給ライン
１６ 第二の分離膜モジュール 加湿側気体排出ライン
１７ 混合気体タンク
1 Mixed gas supply line 2 First separation membrane module 3 Vent line for permeated gas in the first separation membrane module 4 Ventilation line for concentrated gas in the first separation membrane module 5 Driving fluid supply line 6 Driving fluid and first Merging section 7 for separation membrane module permeation gas Ventilation line 8 for driving fluid and first separation membrane module permeation gas Separation mechanism 9 for driving fluid and first separation membrane module permeation gas Driving fluid and first separation membrane module permeation gas Driving fluid 10 in the separation mechanism of the first separation membrane module permeate gas recovery line/recovery gas supply line 11 to the second separation membrane module Driving fluid water pump 12 Separation of the driving fluid and the first separation membrane module permeate gas Another driving fluid in the mechanism 13 Second separation membrane module 14 Second separation membrane module Dehumidification side gas discharge line 15 Second separation membrane module Humidification side gas supply line 16 Second separation membrane module Humidification side gas discharge line 17 Mixed gas tank
Claims (20)
（１） 第一の分離膜モジュールに、２種以上の気体を含む流体を供給する機構と、
（２） 前記第一の分離膜モジュールにおいて、少なくとも１種の気体を分離する機構と、
（３） 液体からなる駆動流体と、前記第一の分離膜モジュールの透過側気体を合流させて、前記第一の分離膜モジュールの透過側を減圧する機構と、
（４） 合流した駆動流体と透過側気体とを分離する機構と、
を有する気体分離装置。 A gas separation device,
(1) A mechanism for supplying a fluid containing two or more types of gas to the first separation membrane module;
(2) a mechanism for separating at least one type of gas in the first separation membrane module;
(3) a mechanism for reducing the pressure on the permeate side of the first separation membrane module by merging the driving fluid made of liquid with the gas on the permeate side of the first separation membrane module;
(4) a mechanism that separates the combined driving fluid and permeate side gas;
Gas separation device with.
（１） 第一の分離膜モジュールに、２種以上の気体を含む流体を供給する工程と、
（２） 第一分離膜モジュールにおいて、少なくとも１種の気体を分離する工程と、
（３） 液体からなる駆動流体と、第一の分離膜モジュールの透過側気体を合流させて、第一の分離膜モジュールの透過側を減圧する工程と、
（４） 合流した駆動流体と透過側気体とを分離する工程と、
を有する気体分離方法。 A gas separation method, comprising:
(1) A step of supplying a fluid containing two or more types of gas to the first separation membrane module,
(2) separating at least one type of gas in the first separation membrane module;
(3) a step of reducing the pressure on the permeate side of the first separation membrane module by merging the driving fluid made of liquid with the gas on the permeate side of the first separation membrane module;
(4) separating the combined driving fluid and permeate side gas;
A gas separation method having
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| JP2022091335 | 2022-06-06 | ||
| JP2022091335 | 2022-06-06 | ||
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Publications (1)
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| JP2023092159A Pending JP2023178968A (en) | 2022-06-06 | 2023-06-05 | Gas separation device and gas separation method |
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2023
- 2023-06-05 JP JP2023092159A patent/JP2023178968A/en active Pending
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