JP2024052626A - スイープガスを利用する非透過ガスの高回収率のための膜プロセス及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】スイープガスを利用する非透過ガスの高回収率のための膜プロセス及びシステムを提供する。【解決手段】複数の膜モジュール段階を使用して原供給ガス流を分離するための方法。原供給ガス流は、バイオガスプロセスからのものであり得る。温度スイング吸着ユニット又は液化ユニットなど、システム内の別のユニットプロセスからのオフガスが、膜モジュール段階のうちの少なくとも１つの低圧側で低圧スイープガスとして使用され得る。一実施例では、スイープガスは、第１の膜モジュール段階に使用される。別の実施例では、ストリッピング膜モジュール段階が設けられ、スイープガスは、ストリッピング膜モジュール段階に使用される。任意選択的に、圧縮機の電力要件のバランスをとる目的で、オフガスの一部分をシステム内の他の流れに導くことができる。【選択図】図６

Description

本願は、バイオガスからのメタン回収のための多段階膜プロセス及びシステムに関する。

多段階膜システムは、原バイオガス流を高純度メタン流にアップグレードするための既知の方法である。そのような多段階膜システムは、高いメタン回収率及び純度を達成することができるが、そうするためには多くの場合比較的高い膜面積（又は計数）を必要とする。

一部の膜ベースのバイオガス分離プロセスでは、熱スイング吸着（ＴＳＡ）システム又は液化ユニットからのテールガスなど、他のユニット動作から生成される低二酸化炭素（ＣＯ２）濃度を有する低圧オフガスも存在する。分離プロセスに低圧オフガスを挿入することが望ましい場合がある。例えば、オフガス流からメタン（ＣＨ４）又はＣＯ２を回収することが望ましい場合がある。しかしながら、オフガス流を分離プロセスに挿入することで、所望の生成物純度を達成するのに必要とされる膜面積が増加し得る。

したがって、必要とされる膜サイズ及び資本コストを低減しながら、所望のメタン生成物回収率及び純度を達成することができる、効果的で信頼性が高くコスト効率の良い多段階膜方法及びシステムに対する必要性がある。また、膜面積及び関連資本コストを増加させない多段階膜法システムを利用して、他のユニット動作から生成される外部ガス流を処理することに対する必要性がある。

本概要は、詳細な説明において以下に更に説明される選りすぐりの概念を簡略化された形式で紹介するために提供される。本概要は、特許請求される主題の主要な特徴又は本質的な特徴を識別するよう意図されたものでもなく、又は特許請求される主題の範囲を制限するために使用されるよう意図されたものでもない。

開示される実施形態は、最終バイオメタン生成物を生成する責任を負う膜をスイープするためにガスを利用する、バイオガスからのメタン回収のための多段階膜方法及びシステムを提供することによって、当技術分野における必要性を満たす。スイープガスは、膜の低圧（又は透過物）側に沿って適用され、低圧側で透過されている種の分圧を希釈し、原動力を増加させる役割を果たし、膜プロセスの性能を改善し、膜の資本コストを低減する。

システム及び方法のいくつかの態様を以下に概説する。

態様１：方法であって、
（ａ）供給ガス流を圧縮して加圧供給ガス流を形成することと、
（ｂ）加圧供給ガス流を少なくとも１つの第１段階膜モジュールであって、少なくとも１つの第１段階膜モジュールの各々は、第１の高圧側及び第１の低圧側を有し、第１の高圧側は第１の供給ポートから第１の非透過物ポートまで延在し、第１の低圧側は第１のスイープポート及び第１の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つの第１段階膜モジュールに供給することと、
（ｃ）少なくとも１つの第１段階膜モジュールの各々における加圧供給ガス流を第１の非透過物流と第１の透過物流とに分離することと、
（ｄ）ステップ（ａ）において加圧供給ガス流が少なくとも１つの第１段階膜モジュールに供給される第２の流れ方向に対する向流である第１の流れ方向に供給されるスイープガスを使用して、第１の透過物流をスイープして第１の透過物ポートから排出することと、
（ｅ）第１の非透過物流を少なくとも１つの第１段階膜モジュールの各々から第１の非透過物ポートを通して排出することと、
（ｆ）第１の透過物流を第１の圧縮機内で圧縮して、圧縮された第１の透過物流を形成することと、
（ｇ）圧縮された第１の透過物流を少なくとも１つの第２段階膜モジュールであって、少なくとも１つの第２段階膜モジュールの各々は、第２の高圧側及び第２の低圧側を有し、第２の高圧側は第２の供給ポートから第２の非透過物ポートまで延在し、第２の低圧側は第２のスイープポート及び第２の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つの第２段階膜モジュールに供給することと、
（ｈ）少なくとも１つの第２段階膜モジュール内の圧縮された第１の透過物流を第２の非透過物流と第２の透過物流とに分離することと、
（ｉ）第２の非透過物流を少なくとも１つの第２段階膜モジュールの各々から第２の非透過物ポートを通して排出することと、
（ｊ）第２の透過物流を少なくとも１つの第２段階膜モジュールの各々から第２の透過物ポートを通して排出することと、
（ｋ）第２の非透過物流を圧縮混成供給流と混成させて、加圧供給ガス流を形成することと、
（ｌ）第２の透過物流を少なくとも１つの第３段階膜モジュールであって、少なくとも１つの第３段階膜モジュールの各々は、第３の高圧側及び第３の低圧側を有し、第３の高圧側は第３の供給ポートから第３の非透過物ポートまで延在し、第３の低圧側は第３のスイープポート及び第３の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つの第３段階膜モジュールに供給することと、
（ｍ）少なくとも１つの第３段階膜モジュール内の第２の透過物流を第３の非透過物流と第３の透過物流とに分離することと、
（ｎ）第３の非透過物流を少なくとも１つの第３段階膜モジュールの各々から第３の非透過物ポートを通して排出することと、
（ｎ）第３の透過物流を少なくとも１つの第３段階膜モジュールの各々から第３の透過物ポートを通して排出することと、
（ｏ）第３の非透過物流を原供給ガス流と混成させて、混成供給流を形成することと、
（ｐ）混成供給流を第２の圧縮機内で圧縮して、圧縮混成供給流を形成することと、を含む方法。

態様２：ステップ（ｄ）は、スイープガスを１．００ｂａｒｇ未満の圧力で導入することを更に含む、態様１に記載の方法。

態様３：スイープガスは、１５％未満の二酸化炭素を含む、態様１又は２に記載の方法。

態様４：スイープガスは、少なくとも８５％のメタンを含む、態様１～３のいずれかに記載の方法。

態様５：スイープガスは、加圧供給ガス流の第２のモル流量の５％以下である第１のモル流量の窒素を提供する、態様１～４のいずれかに記載の方法。

態様６：スイープガスは、オフガスを含む、態様１～５のいずれか１つに記載の方法。

態様７：オフガスは、液化プロセス又は温度スイング吸着プロセスからのオフガスを含む、態様１～６のいずれかに記載の方法。

態様８：スイープガスは、熱スイング吸着（ＴＳＡ）プロセスからのテールガスを含む、態様１～７のいずれかに記載の方法。

態様９：オフガスの少なくとも一部分を、（１）供給ガス流及び（２）第１の透過物流の群から選択される１つ以上に導くことを更に含む、態様１～８のいずれかに記載の方法。

態様１０：少なくとも１つの第１段階膜モジュールは、直列及び／又は並列に配置された複数の膜モジュールを含む、態様１～９のいずれかに記載の方法。

態様１１：少なくとも１つの第２段階膜モジュールは、直列及び／又は並列に配置された複数の膜モジュールを含む、態様１～１０のいずれかに記載の方法。

態様１２：少なくとも１つの第３段階膜モジュールは、直列及び／又は並列に配置された複数の膜モジュールを含む、態様１～１１のいずれかに記載の方法。

態様１３：原供給ガス流は、嫌気性蒸解槽からの生成物流である、態様１～１２のいずれかに記載の方法。

態様１４：原供給ガス流は、少なくとも４０％のメタンを含む、態様１～１３のいずれかに記載の方法。

態様１５：ステップ（ｆ）は、第１の透過物流を第１の圧縮機内で少なくとも１０ｂａｒｇの圧力まで圧縮して、圧縮された第１の透過物流を形成することを更に含む、態様１～１４のいずれかに記載の方法。

態様１６：第１の非透過物流は、少なくとも７０％のメタンを含む、態様１～１５のいずれかに記載の方法。

態様１７：第３の透過物流は、１％未満のメタンを含む、態様１～１６いずれかに記載の方法。

態様１８：方法であって、
（ａ）供給ガス流を圧縮して加圧供給ガス流を形成することと、
（ｂ）加圧供給ガス流を少なくとも１つの第１段階膜モジュールであって、少なくとも１つの第１段階膜モジュールの各々は、第１の高圧側及び第１の低圧側を有し、第１の高圧側は第１の供給ポートから第１の非透過物ポートまで延在し、第１の低圧側は第１のスイープポート及び第１の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つの第１段階膜モジュールに供給することと、
（ｃ）少なくとも１つの第１段階膜モジュールの各々における加圧供給ガス流を第１の非透過物流と第１の透過物流とに分離することと、
（ｄ）第１の非透過物流を少なくとも１つの第１段階膜モジュールの各々から第１の非透過物ポートを通して排出することと、
（ｅ）第１の非透過物流を少なくとも１つのストリッピング膜モジュールであって、少なくとも１つのストリッピング膜モジュールの各々は、第４の高圧側及び第４の低圧側を有し、第４の高圧側は第４の供給ポートから第４の非透過物ポートまで延在し、第４の低圧側は第４の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つのストリッピング膜モジュールに供給することと、
（ｆ）少なくとも１つのストリッピング膜モジュールの各々における第１の非透過物流を第４の非透過物流と第４の透過物流とに分離することと、
（ｇ）第４の透過物流を第４の透過物ポートから排出することと、
（ｈ）第４の非透過物流を少なくとも１つのストリッピング膜モジュールの各々から第４の非透過物ポートを通して排出することと、
（ｉ）ステップ（ｅ）において第１の非透過物流が少なくとも１つのストリッピング膜モジュールに供給される第２の流れ方向に対する向流である第１の流れ方向に供給されるスイープガスを使用して、第４の透過物流をスイープして第４の透過物ポートから排出することと、
（ｊ）第１の透過物流を第１の圧縮機内で圧縮して、圧縮された第１の透過物流を形成することと、
（ｋ）圧縮された第１の透過物流を少なくとも１つの第２段階膜モジュールであって、少なくとも１つの第２段階膜モジュールの各々は、第２の高圧側及び第２の低圧側を有し、第２の高圧側は第２の供給ポートから第２の非透過物ポートまで延在し、第２の低圧側は第２のスイープポート及び第２の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つの第２段階膜モジュールに供給することと、
（ｌ）少なくとも１つの第２段階膜モジュール内の圧縮された第１の透過物流を第２の非透過物流と第２の透過物流とに分離することと、
（ｍ）第２の非透過物流を少なくとも１つの第２段階膜モジュールの各々から第２の非透過物ポートを通して排出することと、
（ｎ）第２の透過物流を少なくとも１つの第２段階膜モジュールの各々から第２の透過物ポートを通して排出することと、
（ｏ）第２の非透過物流を圧縮混成供給流と混成させて、加圧供給ガス流を形成することと、
（ｐ）第２の透過物流を少なくとも１つの第３段階膜モジュールであって、少なくとも１つの第３段階膜モジュールの各々は、第３の高圧側及び第３の低圧側を有し、第３の高圧側は第３の供給ポートから第３の非透過物ポートまで延在し、第３の低圧側は第３のスイープポート及び第３の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つの第３段階膜モジュールに供給することと、
（ｑ）少なくとも１つの第３段階膜モジュール内の第２の透過物流を第３の非透過物流と第３の透過物流とに分離することと、
（ｒ）第３の非透過物流を少なくとも１つの第３段階膜モジュールの各々から第３の非透過物ポートを通して排出することと、
（ｓ）第３の透過物流を少なくとも１つの第３段階膜モジュールの各々から第３の透過物ポートを通して排出することと、
（ｔ）第３の非透過物流を原供給ガス流と混成させて、混成供給流を形成することと、
（ｕ）混成供給流を第２の圧縮機内で圧縮して、圧縮混成供給流を形成することと、を含む、方法。

態様１９：ステップ（ｉ）は、スイープガスを１．００ｂａｒｇ未満の圧力で導入することを更に含む、態様１８に記載の方法。

態様２０：スイープガスは、液化プロセス又は温度スイング吸着プロセスからのオフガスを含む、態様１８又は１９に記載の方法。

例示的な３段階バイオガス分離システムのプロセスフロー図である。

第１段階膜が外部スイープガスの導入のための入口を含む、例示的な３段階膜バイオガス分離システムのプロセスフロー図である。

例示的なガス分離膜の内部構造を示す断面図である。

図１の３段階バイオガス分離システムの性能特性を示す表である。

図２に示された３段階バイオガス分離システムの性能特性を示す表である。

ストリッピング段階を含む、別の例示的な３段階膜バイオガス分離システムのプロセスフロー図である。

次の詳細な説明は、例示的な実施形態のみを提供し、本発明の範囲、適用可能性、又は構成を限定することを意図するものではない。むしろ、例示的な実施形態の次の詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を実装するための有効な説明を当業者に提供する。様々な変更が、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、要素の機能及び配置に行われ得る。

本発明を説明するのを助けるために、本明細書及び特許請求の範囲では、方向を示す用語を使用して、本発明の部分を説明する場合がある（例えば、上方、下方、左、右など）。これらの方向を示す用語は、単に本発明を説明すること及び特許請求することを支援するよう意図されたものであり、本発明をいかようにも限定するようには意図されていない。加えて、図面に関連して本明細書に導入されている参照番号は、他の特徴のコンテキストを提供するために明細書に追加の説明なしに、１つ以上の後続の図面で繰り返される場合がある。

特許請求の範囲では、特許請求されるステップを識別するために文字が使用されている（例えば、（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ））。これらの文字は、方法ステップを参照するのを助けるために使用され、そのような順序が特許請求の範囲に具体的に記載されている場合を除き、特許請求されるステップが実行される順序を示すようには意図されていない。

別段に示されない限り、本明細書で使用される冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、本明細書及び特許請求の範囲に記載されている本発明の実施形態における任意の特徴に適用される場合、１つ以上を意味する。「ａ」及び「ａｎ」の使用は、そのような制限が具体的に明記されない限り、意味を単一の特徴に限定しない。単数形又は複数形の名詞又は名詞句に先行する冠詞「ｔｈｅ」は、特定の明記された特徴又は特定の明記された特徴らを示し、それが使用されるコンテキストに応じて単数形又は複数形の含意を有し得る。

本明細書及び特許請求の範囲で使用される「バイオガス」という用語は、有機物、例えば生ごみ又は動物排せつ物の分解によって生成される再生可能燃料を意味する。

本明細書及び特許請求の範囲で使用される「スイープガス」という用語は、膜の低圧側に給送され、透過物ガスを希釈し、その分圧を低下させ、膜からの透過物ガスの除去を更に支援するガスの流れを意味する。

本明細書及び特許請求の範囲で使用される「膜」という用語は、選択的バリアとして作用し、ガス混合物間のガスの輸送を調節する、２つの隣接する相の間の相間体を意味する。

本明細書及び特許請求の範囲で使用される「オフガス」という用語は、生成又は放出されるガス、特に化学プロセスの副産物として発せられるものを意味する。

本明細書及び特許請求の範囲で使用される「バイオメタン生成物」という用語は、少なくとも９５％のメタンに濃縮された精製バイオガスを意味する。

本明細書及び特許請求の範囲で使用される「熱スイング吸着」という用語は、吸着剤の熱力学的特性を利用する分離プロセスを意味する。

本明細書及び特許請求の範囲で使用される「膜モジュール」という用語は、（高圧側とも称される）シェル内に含まれる１つ以上の導管を通して供給ガスを比較的高い圧力で流すことによって、ガスを選択的に分離するために使用されるデバイスを意味する。導管は、各導管と（低圧側とも称される）シェル空間との間にバリアを提供する膜材料によって少なくとも部分的に画定されている。シェル空間は、比較的低い圧力で維持されるシェル内かつ膜の各々の外部にある、内部容積である。シェル側は、膜を透過するガスがシェルを出る透過物ポートと流体流連通している。任意選択的に、スイープガスをシェル空間に給送し、透過物ポートを通る透過物ガスの流れを支援する、スイープポートも設けられ得る。膜材料は、供給流（透過物ガスと称される）中の１つ以上のガスが、供給流（非透過物又は生成物ガスと称される）中の他のガスよりも高率で膜材料を通過することを可能にするように選択される。

図１は、２つの圧縮機１２及び１４を含む、例示的な３段階膜バイオガス分離システム１０である。バイオガスは、典型的には、主成分として二酸化炭素（ＣＯ２）及びメタン（ＣＨ４）を含み、多くの場合、酸素（Ｏ２）及び窒素（Ｎ２）などの他の微量成分を伴う。システム１０において使用される膜は、典型的には、ＣＨ４よりもＣＯ２に対して選択的であり、これは、ＣＯ２が比較的高率で膜を優先的に通過する高速透過ガスとみなされ、一方、ＣＨ４は比較的低率で膜を横切る低速透過ガスであることを意味する。以降、高速透過ガス及び低速透過ガスは、それぞれ、高速ガス及び低速ガスと称されることがある。膜を通るガス透過性は溶液拡散輸送機構によって制御され、透過速度は、ポリマー中の分子サイズ（拡散率）及び分子溶解度の関数であり、原動力に比例する。ガス分離の原動力は、膜の高圧側と低圧側との間の透過種の分圧差である。ガス混合物の各ガス成分のガス透過性は典型的には異なり、各ガス成分の分圧は、ガス混合物中のその相対濃度及びガス混合物の全圧に比例する。

システム１０では、（以下で考察される）第３の非透過物流４８が原供給ガス流３０に混合されて、混成供給流３２を形成する。原供給ガス流は、いくつかの源から取得され得、１つのそのような源は、嫌気性消化中に有機固体の生物学的発酵から生じるバイオガスである。バイオガス原供給ガス流の典型的な組成は、水蒸気で飽和された４０～７０％のＣＨ４、３０～６０％のＣＯ２、並びに低濃度の硫化水素（０～５ｐｐｍ）、窒素（０～５％）、及び酸素（０～５％）である。混成供給流３２は、供給圧縮機１２内でより高い圧力に圧縮されて、圧縮された混成供給流３４をもたらす。（以下で考察されるように、第２の非透過物流４４とも呼ばれる）第２の再循環流４４が、圧縮混成供給流３４に混合されて、加圧供給ガス流３６を形成する。

低速ガス及び高速ガスの混合物を含有する加圧供給ガス３６は、第１段階膜２０に給送される。主に高速ガスと、加えて微量の低速ガスとを含むガスは、第１段階膜２０を透過し、第１の透過物流４０として出る一方で、膜を透過できない、主に低速ガスと、加えて微量の高速ガスとを含むガスは、拒否され、第１の非透過物流３８として取り出される。バイオガスの場合、ＣＯ２は、ＣＨ４よりもはるかに速く透過する。第１の非透過物流３８は、高濃度の低速ガスと非常に低濃度の高速ガスとを有する、低速ガスの最終生成物流として取り出すことができる。第１の透過物流４０は、圧縮機１４内で再圧縮され、圧縮された第１段階透過物流４２を生成し、それが第２段階膜２２に供給され、そこで、追加の低速ガスが、拒否され、第２段階非透過物流４４として取り出され、高速ガスは、膜を透過し、第２段階透過物流４６を生成する。第２段階非透過物流４４は、供給圧縮機１２の下流点で、圧縮混成供給流３４に混合される。第２段階透過物流４６は第３段階膜２４に供給され、そこで、低速ガスは、拒否され、第３段階非透過物流４８として取り出され、高速ガスは膜２４を透過し、廃棄物流５０を生成する。第３段階非透過物流４８は供給圧縮機１２の上流点に戻され、そこで、上で考察されたように、原供給ガス流３０に混合され、システム１０を通して再循環される。各膜２０、２２、２４は１つ以上の膜を含み得る。各段階で複数の膜が使用される場合、それらは、直列若しくは並列に、又は両方に配置され得る。

バイオガス生成システムが、熱スイング吸着（ＴＳＡ）システム又は液化ユニットからのテールガスなど、他のユニット動作から生成される低ＣＯ２濃度を有する低圧オフガスを有することは珍しくない。システム１０では、オフガス流１８が供給圧縮機１２の上流の混成供給流３２に加えられる。多くの用途において、オフガス流１８を混成供給流３２に加えることで、所望の生成物純度を達成するのに必要な膜面積が増加する。加えて、低圧オフガス流１８は、多くの場合、原供給ガス流３０よりも高い純度を有する。したがって、２つの流れを混成させることは、熱力学的に好ましくない。

図２は、３段階膜バイオガス分離システム１００の例示的な実施形態を示す。システム１００は、図１のシステム１０と実質的に同様であるが、但し、（オフガス源１５６から来るものとして概略的に示された）オフガス流を、混成供給流１３２に加える代わりに、第１段階膜１２０のための低圧スイープガス流１１８として導入するように改変されている。

システム１０と同様に、本システム１００に使用される膜１２０、１２２、１２４もまた、ＣＨ４よりもＣＯ２に対して選択的である。図２のシステム１００では、高速ガス及び低速ガスの混合物を含有する原供給ガス流１３０（例えば、ＣＯ２及びＣＨ４を含有するバイオガス）がシステム１００に供給される。例えば、システム１０と同様に、原供給ガスは、嫌気性消化中の有機固体の生物学的発酵から取得され得る。（第３の非透過物流１４８とも呼ばれる）第１の再循環流１４８が原供給ガス流１３０に混合されて、混成供給流１３２を形成する。混成供給流１３２は、供給圧縮機１１２内でより高い圧力に圧縮されて、圧縮混成供給流１３４をもたらす。（第２の非透過物流１４４とも呼ばれる）第２の再循環流１４４が圧縮混成供給流１３４に混合されて、低速透過ガス及び高速透過ガスの混合物を含有する加圧供給ガス流１３６を形成し、低速ガスよりも高速ガスに対して選択的である第１段階膜１２０に給送される。このバイオガスの場合、ＣＯ２は、ＣＨ４よりもずっと迅速に透過する。第１段階膜１２０は１つ以上の膜を含み得る。

低圧スイープガス流１１８の組成は、好ましくは、０～５％のＣＯ２及び１％未満の望ましくない低速ガス（窒素など）である。スイープガス流１１８は、第１段階膜１２０に供給されて、第１段階膜１２０のシェル側をスイープする。主に高速ガスと、加えて微量の低速ガスとを含むガスは、第１段階膜１２０を透過して第１の透過物流１４０として出る一方で、第１段階膜１２０を透過できない、主に低速ガスと、加えて微量の高速ガスとを含むガスは、拒否され、第１の非透過物流１３８として取り出される。第１の非透過物流１３８がシステム１００を出るときに、その圧力を調節するために、制御バルブ１１６が使用され得る。

第１の非透過物流１３８は、高濃度の低速ガスと非常に低濃度の高速ガスとを有する、低速ガスの最終生成物流として取り出すことができる。第１の透過物流１４０は、第１段階透過物圧縮機１１４内で再圧縮され、圧縮された第１の透過物流１４２、すなわち、高速透過ガスといくらかの量の低速透過ガスとの加圧混合物を生成し、それが、１つ以上の膜を含み得る第２段階膜モジュール１２２に供給される。主に高速ガスと、加えて微量の低速ガスとを含むガスは、第２段階膜モジュール１２２を透過して第２の透過物流１４６として出る一方で、膜を透過できない、低速ガス及び低速ガスを含むガスは、拒否され、第２の非透過物流１４４として取り出される。第２の非透過物流１４４は、再循環されて、供給圧縮機１１２の下流の圧縮混成供給流１３４に戻る。

第２の透過物流１４６は、第３段階膜１２４に供給される。第３段階膜１２４では、主に高速ガスと、加えて微量の低速ガスとを含むガスは、第３段階膜１２４を透過して第３の透過物流１５０として出る一方で、低速ガスは、拒否され、第３段階非透過物流１４８として取り出される。第３の非透過物流１４８は、再循環されて、供給圧縮機１１２の上流の原供給ガス流１３０に戻る。制御バルブ１１３が、第３段階膜１２４にわたって適切な圧力を維持するために使用され、かつ第２段階膜モジュール１２２のシェル側の圧力に影響を与えるために使用され得る。（排気流１５０とも称される）第３の透過物流１５０は、高速ガスに富む流れであり、バイオガスの場合、主にＣＯ２であり、用途に応じて更に排気又は処理することができる。第３段階膜１２４は１つ以上の膜を含み得る。各膜段階１２０、１２２、及び１２４は１つ以上の膜を含み得、複数の膜は直列又は並列に配置される。

システム１００は、以下を含むが、これらに限定されない、供給流１３０内のいくつかの高速ガス／低速ガス対のうちのいずれか１つを分離するために使用することができる：ＣＯ２／ＣＨ４、Ｈ２／ＣＯ、Ｈ２／ＣＯ２、ＣＯ２／Ｎ２、Ｏ２／Ｎ２、Ｈｅ／ＣＨ４、Ｈ２／ＣＨ４、及びＨ２／Ｎ２。

いくつかの用途では、オフガス１５６の一部分をシステム１００の異なる流れに、制御された方式で導入する能力を提供することが望ましい場合がある。例えば、オフガス１５６の第１の部分１１８Ａを供給圧縮機１１２の上流の混成供給流１３２に、及び／又はオフガス１５６の第２の部分１１８Ｂを第１段階透過物圧縮機１１４の上流の第１の透過物流１４０に導入することが望ましい場合がある。流れ１１８、１１８Ａ、及び１１８Ｂの各々に導かれるオフガス１５６の割合は、供給圧縮機１１２及び第１段階透過物圧縮機１１４を駆動するのに必要とされる電力のバランスをとるように調整することができる。

図６は、３段階膜バイオガス分離システム２００の別の例示的な実施形態を示す。システム２００は、図２のシステム１００と実質的に同様であるが、但し、第１の非透過物流２３８が供給されるストリッピング膜２５２を含むストリッピング段階を導入するように改変されている。この実施形態は、生成物ガス中に非常に低いＣＯ２濃度が望まれる用途で使用され得る。この実施形態では、第１の実施形態（図２のシステム１００）と共有される要素は、１００だけ増やした参照番号によって表されている。例えば、図２の供給圧縮機１１２は、図６の供給圧縮機２１６に対応する。本明細書の簡潔さのために、第１の実施形態と共有されるこの実施形態のいくつかの特徴は、図６に番号が付けられているが、本明細書では繰り返されない。

ストリッピング膜２５２では、高速透過ガス及び低速透過ガスの混合物を含むガスは、ストリッピング膜２５２を透過して第４の透過物流２５８として出る一方で、低速ガスは、拒否され、ストリッピングされた非透過物流２６０として取り出される。ストリッピングされた非透過物流２６０がシステム２００を出るときにその圧力を調節するために、制御バルブ２１６が使用され得る。主に高速透過ガス及び低速透過ガスの混合物を含むストリッピングされた透過物流２５４は、ストリッピング膜２５２を透過して出る。ストリッピングされた透過物流２５４の全部又は部分のいずれかを、システム２００内の１つ以上の流れに導くことができる。例えば、部分２５４Ａは、供給圧縮機２１２の上流の圧縮供給流２３４内に再循環させることでき、部分２５４Ｂは、スイープガス２１８と混成させてから、第１段階膜２２０のシェル側に流すことができ、かつ／又は部分２５４Ｃは、第１段階透過物圧縮機２１４の入口に供給することができる。

ほとんどの用途において、スイープガスは、最終生成物ガス流を提供している膜モジュール段階の低圧側にのみ給送される。一般に、生成物ガス流は、システム内の任意の流れの最高濃度の生成物ガス（本明細書で提供されている実施例では、ＣＨ４）を有する流れである。システム１００では、第１の非透過物流１３８が、（バイオメタン生成物とも称される）最終生成物流である。したがって、システム１００では、スイープガス流１１８は、第１段階膜モジュール１２０の低圧側に給送される。システム２００では、ストリッピングされた非透過物流２６０が生成物ガス流である。したがって、スイープガス２１８Ｃは、ストリッピング膜モジュール２５２の低圧側に給送される。

ここで図３を参照すると、例示的な第１段階膜１２０の構造的詳細が示されている。同様の構造を、システム１００に使用される膜１２０、１２２、１２４のうちのいずれにも使用することができる。第１段階膜１２０は、シェル１６２の長さに沿って延在する開放型中空繊維１６０ａ～１６０ｈの束を有するコアを備える。シェル１６２は、加圧供給ガス流１３６が供給される供給ポート１６４と、第１の非透過物流１３８が第１段階膜１２０を出る非透過物ポート１６６と、第１の透過物流１４０が第１段階膜１２０を出る透過物ポート１６８と、を含む。

中空繊維１６０ａ～１６０ｈの束は、熱可塑性又は熱硬化性の材料で作製されたチューブシート１７０、１７２によって両端で合わせて保持されている。チューブシート材料の例としては、硬化エポキシ又はポリウレタン系配合物が挙げられる。チューブシートのうちの一方１７０は、第１段階膜１２０の供給端１７４に（供給ポート１６４に隣接して）位置し、他方のチューブシート１７２は、第１段階膜１２０の非透過物端１７６に（非透過物ポート１６６に隣接して）位置する。

加圧供給ガス流１３６と第１の透過物流１４０との間に向流を提供するために、透過物ポート１６８は、供給端チューブシート１７０の内側に、典型的には、供給端チューブシート１７０の内縁部から非透過物端チューブシート１７２までの距離の３分の１以下に、位置する。同様に、スイープポート１７８が、非透過物端チューブシート１７２の内側に、典型的には、非透過物端チューブシート１７２の内縁部から、距離の３分の１以下に、位置する。スイープポート１７８は、ある給送量のスイープガス１１８と流体流連通し得る。

繊維１６０ａ～１６０ｈは、高速ガスに対して透過性であり、かつ低速ガスに対して透過性が低いように意図された半透過性壁を有する。したがって、低速ガス及び高速ガスの混合物である加圧供給ガス流１３６が繊維１６０ａ～１６０ｈを通って流れるとき、高速ガスは、繊維１６０ａ～１６０ｈの壁を通過して透過物ポート１６８を通って流れ、低速ガスは、繊維１６０ａ～１６０ｈ内に留まり、非透過物ポート１６６まで流れる。

第１段階膜１２０の内腔側は、本明細書では、流体が、供給ポート１６４を通って導入され、（図３に矢印によって示された）繊維１６０ａ～１６０ｈの内腔又は管腔側を通り、非透過物ポート１６６を通って出るときにたどる経路として定義される。第１段階膜１２０のシェル側は、本明細書では、シェル１６２内の、チューブシート１７０とチューブシート１７２との間で、かつ繊維１６０ａ～１６０ｈの外部の内部容積として定義される。システム１００では、加圧供給ガス流１３６は、第１段階膜１２０の内腔側に流れ込み、第１の非透過物流１３８として内腔側を出る。繊維１６０ａ～１６０ｈの壁を通過した後、加圧供給ガス流１３６の高速ガス部分は、シェル側に進入し、そこで、任意選択的に、スイープガス１１８と混合され、透過物ポート１６８を通してシェル側から、第１の透過物流１４０としてスイープされる。

スイープガス流１１８は、１．００ｂａｒｇ未満、例えば、０．８９ｂａｒｇの低圧で導入され得る。スイープガス流１１８は、１５％未満、又は１０％未満、又は５％未満のＣＯ２濃度で提供され得る。スイープガス流１１８は、８５％よりも高い、又は９０％よりも高い、又は９５％よりも高いＣＨ４濃度で提供され得る。スイープガス流１１８には、流れ１３０内の原供給ガスの総モル流量の５％以下であるモル流量の含有窒素が提供され得る。スイープガス流１１８には、流れ１３０内の原供給ガスの総モル流量の５％以下であるモル流量の含有酸素が提供され得る。

システム１００では、各膜段階１２０、１２２、及び１２４は１つ以上の膜を含み得、複数の膜は直列及び／又は並列に配置される。各膜は、平らなシート又は中空繊維の形態であってもよく、膜のモジュールは、螺旋巻きの平らなシート又は中空繊維の束のいずれかであってもよい。各膜段階１２０、１２２、及び１２４で、同じ数及び／又はタイプの膜を使用する必要はない。例えば、いくつかの実施形態では、３つの段階の全てが同じ透過性及び選択性の膜を使用し得る。他の実施形態では、各段階の膜透過性及び選択性は、他の段階のものとは異なり得る。更に他の実施形態では、２つの段階は、同じ透過性及び選択性の膜を使用してもよく、残りの段階は、異なる透過性及び選択性の膜を使用してもよい。各膜は、当技術分野で知られている、若しくは所望の分離に好適であると将来判断される多数のポリマーから選択された単一のポリマーで作製されてもよく、又は各膜は、複数のポリマーから作製された複合膜であってもよい。

他のタイプの膜モジュールを使用することができることを理解されたい。膜構成の例としては、膜束、フラットシート、又はらせん形巻き物としてパッケージ化された中空繊維、並びにプレート及びフレーム構成が挙げられる。膜は、一般に、ポリマーから形成される。膜を作製するために使用されるポリマーの例は、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレン、ポリプロピレン、酢酸セルロース、ポリイミド（マトリミド５２１８若しくはＰ－８４など）、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンオキシド、ポリジメチルシロキサン、コポリマー、ブロックコポリマー、又はポリマーブレンドが挙げられるが、これらに限定されない。中空繊維膜は、非多孔質層と非対称であってもよく、又は非多孔質コーティングを有する多孔質支持体を含み得る。コーティングが、中空繊維の内面又は外面に適用され得る。中空繊維の束がチューブシートによって一端又は両端で合わせて保持されている膜（図３の膜１２０など）では、チューブシートは、熱可塑性又は熱硬化性の材料で作製され得る。チューブシート材料の例としては、硬化エポキシ又はポリウレタン系配合物が挙げられる。容器は、プラスチック、金属、又は他の好適な材料で構築され得る。

中空繊維の束が設けられている実施形態（図３の膜１２０など）では、供給ガスは、（図３に示されたように）繊維の内腔側を通って供給され得る。代替的に、供給ガスは、シェル空間を通して供給することができる。この場合、シェル空間は膜の高圧側となり、内腔空間は膜の低圧側となり、スイープポート１７８及び透過物ポート１６８は供給ポート及び生成物ポートとなり、それぞれ、供給ポート１６４及び非透過物ポート１６６はスイープポート及び透過物ポートとなる。

図４及び図５の表は、オフガス流を混成供給流３２に加える３段階バイオガス分離システム１０（図１）の性能特性を、第１段階膜１２０のためのスイープガス流１１８としてオフガス流を使用する３段階バイオガス分離システム１００（図２）の性能特性とを比較するものである。以下の表１に示される条件を使用してシミュレーションを行った。

図４及び図５に示されたように、並びに以下の表２に要約されるように、システム１０及びシステム１００の両方が、目標生成物組成及び目標生成物回収率を生み出す。しかしながら、スイープガス流１１８を利用して、本システム１００は、上記の条件に対してシステム１０の下で必要とされる膜面積の７５％を利用して、同じ結果を達成する。

図４に示されたように、３つの膜段階２０、２２、及び２４と、供給圧縮機１２と、第１段階透過物圧縮機１４とを有するシステム１０の構成を使用して、プロセスシミュレーションを実行した。このプロセスシミュレーションでは、低圧オフガスが、圧縮機の上流点に給送され、スイープガスシステム１０のようではない。供給量５００ＮＭＨの、６０％のＣＨ４及び４０％のＣＯ２を含有する原バイオガス流３０が、システムに提供される。供給流３０は、２０．２ＮＭＨの流量を有し、５６．１２％のＣＨ４及び４３．８８％のＣＯ２を含有する第３の非透過物流４８と、２００ＮＭＨの流量を有し、９５．００％のＣＨ４及び５．００％のＣＯ２を含有する低圧オフガスとに混成されて混成供給流３２を形成し、それが圧縮機１２によって圧縮される。結果として生じる圧縮混成供給流３４は、２５０．８ＮＭＨで、６２．１７％のＣＨ４及び３７．８３％のＣＯ２を含有する第２の非透過物流４４と混成されて、約１３．００ｂａｒｇ及び４０℃で６７．６９％のＣＨ４及び３２．３１％のＣＯ２を含有する、９７１．１ＮＭＨの加圧供給ガス流３６を作り出す。圧縮混成供給流３６が第１段階膜２０に供給されて、第１の非透過物流３８及び第１の透過物流４０を生成する。第１の非透過物流３８は、４９５．４ＮＭＨのモル流量を有し、９８．５％のＣＨ４及び１．５％のＣＯ２を含有し、生成物ガスとして取り出される。

第１の透過物流４０は、４７５．７ＮＭＨのモル流量を有し、第１の透過物圧縮機１４に進入する。圧縮供給ガス流４２は第２段階膜２２に供給されて、第２の非透過物流４４及び第２の透過物流４６を生成する。第２の透過物流４６は第３段階膜に供給され、第３段階透過物流５０（又は廃棄物流）が２０４．６ＮＭＨで取り出され、ちょうど１．００モル％のＣＨ４及び９９．０％のＣＯ２を含有する。

比較のために、図５は、スイープガス流１１８として低圧オフガスを利用するシステム１００の構成を使用して実行されるプロセスシミュレーションを示す。システム１００は、３つの段階の膜１２０、１２２、及び１２４と、供給圧縮機１１２と、第１段階透過物圧縮機１１４と、を含む。供給量５００ＮＭＨの、６０％のＣＨ４及び４０％のＣＯ２を含有する原バイオガス流１３０が、システム１００に提供される。流れ１３０は、２８．８ＮＭＨの流量を有し、４６．８５％のＣＨ４及び５３．１５％のＣＯ２を含有する第３の非透過物流１４８と混成されて混成供給流１１２を形成し、それが圧縮機１１１２によって圧縮される。結果として生じる圧縮混成供給流１３４は、４６３．４ＮＭＨで、５９．５７％のＣＨ４及び４０．４３％のＣＯ２を含有する第２の非透過物流１４４と混成されて、約１３．００ｂａｒｇ及び４０℃で５９．４２％のＣＨ４及び４０．５８％のＣＯ２を含有する、９９２．２ＮＭＨの加圧供給ガス流１３６を作り出す。加圧供給ガス流１３６は、第１段階膜１２０に供給されて、第１の非透過物流１３８及び第１の透過物流１４０を生成する。

同時に、９５．００％のＣＨ４及び５．００％のＣＯ２を含有するスイープガス流１１８が第１段階膜モジュール１２０に供給される。スイープガス流１１８の導入により、目標生成物組成及び目標生成物回収率が、システム１０に必要とされる面積のたった７５％で達成される。第１の非透過物流１３８は、９８．５％のＣＨ４及び１．５％のＣＯ２を含有し、生成物ガスとして取り出される。

第１の透過物流１４０は、６９６．８ＮＭＨのモル流量を有し、第１段階透過物圧縮機１１４に進入する。圧縮された第１の透過物流１４２は第２段階膜モジュール１２２に供給されて、第２の非透過物流１４４及び第２の透過物流１４６を生成する。第２の透過物流１４６は第３段階膜モジュール１２４に供給され、第３段階透過物流１５０（又は廃棄物流）が２０４．６ＮＭＨで取り出され、ちょうど１．００モル％のＣＨ４及び９９．０％のＣＯ２を含有する。

本発明は、本発明のいくつかの態様の例示として意図される実施例において開示されている特定の態様又は実施形態によって範囲が限定されるものではなく、機能的に同等であるいかなる実施形態も本発明の範囲内にある。本明細書に示され、説明されたものに加えて、本発明の様々な修正が、当業者には明らかになり、添付の特許請求の範囲の範囲内に収まることが意図されている。

Claims (20)

1. 方法であって、
   （ａ）供給ガス流を圧縮して加圧供給ガス流を形成することと、
   （ｂ）前記加圧供給ガス流を少なくとも１つの第１段階膜モジュールであって、前記少なくとも１つの第１段階膜モジュールの各々は、第１の高圧側及び第１の低圧側を有し、前記第１の高圧側は第１の供給ポートから第１の非透過物ポートまで延在し、前記第１の低圧側は第１のスイープポート及び第１の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つの第１段階膜モジュールに供給することと、
   （ｃ）前記少なくとも１つの第１段階膜モジュールの各々における前記加圧供給ガス流を第１の非透過物流と第１の透過物流とに分離することと、
   （ｄ）ステップ（ａ）において前記加圧供給ガス流が前記少なくとも１つの第１段階膜モジュールに供給される第２の流れ方向に対する向流である第１の流れ方向に供給されるスイープガスを使用して、前記第１の透過物流をスイープして前記第１の透過物ポートから排出することと、
   （ｅ）前記第１の非透過物流を前記少なくとも１つの第１段階膜モジュールの各々から前記第１の非透過物ポートを通して排出することと、
   （ｆ）前記第１の透過物流を第１の圧縮機内で圧縮して、圧縮された第１の透過物流を形成することと、
   （ｇ）前記圧縮された第１の透過物流を少なくとも１つの第２段階膜モジュールであって、前記少なくとも１つの第２段階膜モジュールの各々は、第２の高圧側及び第２の低圧側を有し、前記第２の高圧側は第２の供給ポートから第２の非透過物ポートまで延在し、前記第２の低圧側は第２のスイープポート及び第２の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つの第２段階膜モジュールに供給することと、
   （ｈ）前記少なくとも１つの第２段階膜モジュール内の前記圧縮された第１の透過物流を第２の非透過物流と第２の透過物流とに分離することと、
   （ｉ）前記第２の非透過物流を前記少なくとも１つの第２段階膜モジュールの各々から前記第２の非透過物ポートを通して排出することと、
   （ｊ）前記第２の透過物流を前記少なくとも１つの第２段階膜モジュールの各々から前記第２の透過物ポートを通して排出することと、
   （ｋ）前記第２の非透過物流を圧縮混成供給流と混成させて、前記加圧供給ガス流を形成することと、
   （ｌ）前記第２の透過物流を少なくとも１つの第３段階膜モジュールであって、前記少なくとも１つの第３段階膜モジュールの各々は、第３の高圧側及び第３の低圧側を有し、前記第３の高圧側は第３の供給ポートから第３の非透過物ポートまで延在し、前記第３の低圧側は第３のスイープポート及び第３の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つの第３段階膜モジュールに供給することと、
   （ｍ）前記少なくとも１つの第３段階膜モジュール内の前記第２の透過物流を第３の非透過物流と第３の透過物流とに分離することと、
   （ｎ）前記第３の非透過物流を前記少なくとも１つの第３段階膜モジュールの各々から前記第３の非透過物ポートを通して排出することと、
   （ｎ）前記第３の透過物流を前記少なくとも１つの第３段階膜モジュールの各々から前記第３の透過物ポートを通して排出することと、
   （ｏ）前記第３の非透過物流を原供給ガス流と混成させて、混成供給流を形成することと、
   （ｐ）前記混成供給流を第２の圧縮機内で圧縮して、圧縮混成供給流を形成することと、を含む、方法。
2. ステップ（ｄ）は、前記スイープガスを１．００ｂａｒｇ未満の圧力で導入することを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記スイープガスは、１５％未満の二酸化炭素を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記スイープガスは、少なくとも８５％のメタンを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記スイープガスは、前記加圧供給ガス流の第２のモル流量の５％以下である第１のモル流量の窒素を提供する、請求項１に記載の方法。
6. 前記スイープガスは、オフガスを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記オフガスは、液化プロセス又は温度スイング吸着プロセスからのオフガスを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記スイープガスは、熱スイング吸着（ＴＳＡ）プロセスからのテールガスを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記オフガスの少なくとも一部分を、（１）前記供給ガス流及び（２）前記第１の透過物流の群から選択される１つ以上に導くことを更に含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記少なくとも１つの第１段階膜モジュールは、直列及び／又は並列に配置された複数の膜モジュールを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの第２段階膜モジュールは、直列及び／又は並列に配置された複数の膜モジュールを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つの第３段階膜モジュールは、直列及び／又は並列に配置された複数の膜モジュールを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記原供給ガス流は、嫌気性蒸解槽からの生成物流である、請求項１に記載の方法。
14. 前記原供給ガス流は、少なくとも４０％のメタンを含む、請求項１に記載の方法。
15. ステップ（ｆ）は、前記第１の透過物流を前記第１の圧縮機内で少なくとも１０ｂａｒｇの圧力まで圧縮して、圧縮された第１の透過物流を形成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記第１の非透過物流は、少なくとも７０％のメタンを含む、請求項１に記載の方法。
17. 前記第３の透過物流は、１％未満のメタンを含む、請求項１に記載の方法。
18. 方法であって、
    （ａ）供給ガス流を圧縮して加圧供給ガス流を形成することと、
    （ｂ）前記加圧供給ガス流を少なくとも１つの第１段階膜モジュールであって、前記少なくとも１つの第１段階膜モジュールの各々は、第１の高圧側及び第１の低圧側を有し、前記第１の高圧側は第１の供給ポートから第１の非透過物ポートまで延在し、前記第１の低圧側は第１のスイープポート及び第１の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つの第１段階膜モジュールに供給することと、
    （ｃ）前記少なくとも１つの第１段階膜モジュールの各々における前記加圧供給ガス流を第１の非透過物流と第１の透過物流とに分離することと、
    （ｄ）前記第１の非透過物流を前記少なくとも１つの第１段階膜モジュールの各々から前記第１の非透過物ポートを通して排出することと、
    （ｅ）前記第１の非透過物流を少なくとも１つのストリッピング膜モジュールであって、前記少なくとも１つのストリッピング膜モジュールの各々は、第４の高圧側及び第４の低圧側を有し、前記第４の高圧側は第４の供給ポートから第４の非透過物ポートまで延在し、前記第４の低圧側は第４の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つのストリッピング膜モジュールに供給することと、
    （ｆ）前記少なくとも１つのストリッピング膜モジュールの各々における前記第１の非透過物流を第４の非透過物流と第４の透過物流とに分離することと、
    （ｇ）前記第４の透過物流を前記第４の透過物ポートから排出することと、
    （ｈ）前記第４の非透過物流を前記少なくとも１つのストリッピング膜モジュールの各々から前記第４の非透過物ポートを通して排出することと、
    （ｉ）ステップ（ｅ）において前記第１の非透過物流が前記少なくとも１つのストリッピング膜モジュールに供給される第２の流れ方向に対する向流である第１の流れ方向に供給されるスイープガスを使用して、前記第４の透過物流をスイープして前記第４の透過物ポートから排出することと、
    （ｊ）前記第１の透過物流を第１の圧縮機内で圧縮して、圧縮された第１の透過物流を形成することと、
    （ｋ）前記圧縮された第１の透過物流を少なくとも１つの第２段階膜モジュールであって、前記少なくとも１つの第２段階膜モジュールの各々は、第２の高圧側及び第２の低圧側を有し、前記第２の高圧側は第２の供給ポートから第２の非透過物ポートまで延在し、前記第２の低圧側は第２のスイープポート及び第２の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つの第２段階膜モジュールに供給することと、
    （ｌ）前記少なくとも１つの第２段階膜モジュール内の前記圧縮された第１の透過物流を第２の非透過物流と第２の透過物流とに分離することと、
    （ｍ）前記第２の非透過物流を前記少なくとも１つの第２段階膜モジュールの各々から前記第２の非透過物ポートを通して排出することと、
    （ｎ）前記第２の透過物流を前記少なくとも１つの第２段階膜モジュールの各々から前記第２の透過物ポートを通して排出することと、
    （ｏ）前記第２の非透過物流を圧縮混成供給流と混成させて、前記加圧供給ガス流を形成することと、
    （ｐ）前記第２の透過物流を少なくとも１つの第３段階膜モジュールであって、前記少なくとも１つの第３段階膜モジュールの各々は、第３の高圧側及び第３の低圧側を有し、前記第３の高圧側は第３の供給ポートから第３の非透過物ポートまで延在し、前記第３の低圧側は第３のスイープポート及び第３の透過物ポートと流体流連通している、少なくとも１つの第３段階膜モジュールに供給することと、
    （ｑ）前記少なくとも１つの第３段階膜モジュール内の前記第２の透過物流を第３の非透過物流と第３の透過物流とに分離することと、
    （ｒ）前記第３の非透過物流を前記少なくとも１つの第３段階膜モジュールの各々から前記第３の非透過物ポートを通して排出することと、
    （ｓ）前記第３の透過物流を前記少なくとも１つの第３段階膜モジュールの各々から前記第３の透過物ポートを通して排出することと、
    （ｔ）前記第３の非透過物流を原供給ガス流と混成させて、混成供給流を形成することと、
    （ｕ）前記混成供給流を第２の圧縮機内で圧縮して、圧縮混成供給流を形成することと、を含む、方法。
19. ステップ（ｉ）は、前記スイープガスを１．００ｂａｒｇ未満の圧力で導入することを更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記スイープガスは、液化プロセス又は温度スイング吸着プロセスからのオフガスを含む、請求項１８に記載の方法。