JP5406441B2 - ガス成分および凝縮性成分の製造方法および製造装置 - Google Patents
ガス成分および凝縮性成分の製造方法および製造装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5406441B2 JP5406441B2 JP2007233080A JP2007233080A JP5406441B2 JP 5406441 B2 JP5406441 B2 JP 5406441B2 JP 2007233080 A JP2007233080 A JP 2007233080A JP 2007233080 A JP2007233080 A JP 2007233080A JP 5406441 B2 JP5406441 B2 JP 5406441B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- component
- separation membrane
- product
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
- B01D2311/14—Pressure control
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Description
(i)膜自体の変質を齎すことがあるので、膜の1次側のガス中でのミストの生成を回避する必要がある。より詳細には、原料ガス中に凝縮性成分が含まれる場合には、常温で液化を起こす可能性があり、この凝縮性成分が難透過性ガスであるとき、ガス分離の進行に従い、ガス分離膜の1次側(非透過側)のガス中に凝縮性成分が濃縮し液化する恐れがあることから、例えば約40℃(夏季の外気条件)まで原料ガスを冷却し、凝縮液化成分を分離後、加熱手段にて加熱することにより、ガス分離膜での液体ミストの生成の恐れを回避する必要があった。
(ii)しかし、ガス分離膜の分離特性や高温耐性などの関係から加熱温度に限界があるので、透過ガスの所望成分の回収率(以下「回収率」という)を上昇しようとすると、ガス分離膜の1次側のガス中で凝縮性成分が液化する恐れが残ることから、回収率を制限し、あるいはガス分離膜の1次圧力を下げて、液化を回避するとの対策がなされてきた。
なお、本発明ではガス分離膜の1次側のガス中に凝縮性成分の濃縮に伴う液化を避けることに注目する。透過の進行に伴い、凝縮性成分の濃縮が進行するので、残留ガス出口(直近)のガスが最も液化し易い状態となる。従って、残留ガス出口のガスの圧力下の露点が重要となり、露点がガス分離膜でのガス温度に比較して低いならば、ガス分離膜の1次側のガス中で液化が起こらないこととなる。実際には、原料ガス組成や運転条件の変動などを考慮して、ガス分離膜のガス温度に対し僅かに(例えば10℃)低く、前記露点の基準値を設定して運用するのが望ましい。以下、ガス分離膜の残留ガス出口直後の圧力を「残留ガス圧力」といい、ガス分離膜の残留ガス流路出口直後における残留ガス圧力下の露点を「残留ガス露点」、ガス分離膜の残留ガスの流量を「残留ガス流量」、透過ガスの圧力および流量を「透過ガス圧力」および「透過ガス流量」という。
前記原料ガスが、(ア)水素などのような、前記ガス分離膜に対する易透過性かつ非凝縮性の成分Aと、(イ)前記ガス分離膜に対して難透過性を有し、かつ前記ガス分離膜の上流および下流に位置する少なくとも2つの前記気液分離機能による凝縮処理に対して凝縮性を有する成分Bと、を含有し、
前記成分Aに富んだ透過ガスと、前記成分Bに富んだ副生液および前記成分Bが減少した副生ガスを生成するとともに、少なくとも下記の工程
(1)下流側の前記気液分離機能によって得られた第2副生ガスの一部を、循環ガスとして分岐する工程
(2)前記循環ガスの流量調整および昇圧を行う工程
(3)前記循環ガスの1次冷却処理および1次気液分離処理、あるいは1次気液分離処理のみを行う工程
(4)前記1次気液分離処理により得られた前記成分Bの減少した第1副生ガスを抜き出す工程
(5)前記1次気液分離処理により得られた主として前記成分Bからなる第1副生液を抜き出す工程
(6)前記第1副生ガスを加熱処理した後、ガス分離膜に供給する工程
(7)前記原料ガスを供給し、前記昇圧処理前、1次冷却処理前、1次気液分離処理前、1次気液分離処理後あるいは加熱処理した後のいずれかにおいて前記循環ガスと混合する工程
(8)前記ガス分離膜の1次圧力あるいはこれと連動するプロセス値のいずれかを調整する工程
(9)前記ガス分離膜において、透過ガスと残留ガスに分離する工程
(10)前記ガス分離膜に対し前記成分Aに富んだ透過ガスを製品として抜き出す工程
(11)前記ガス分離膜に対し前記成分Bに富んだ残留ガスを抜き出す工程
(12)前記残留ガスの2次冷却処理および2次気液分離処理を行う工程
(13)前記2次気液分離処理により得られた前記成分Bの減少した第2副生ガスを抜き出す工程
(14)前記2次気液分離処理により得られた主として前記成分Bからなる第2副生液を抜き出す工程
を有し、前記原料ガスの供給流量の減量操作に際して、前記循環ガスの流量を前記原料ガスの減量度に応じて調整することを特徴とする。
前記原料ガスが、(ア)水素などのような、(前記ガス分離膜に対する易透過性かつ非凝縮性の成分Aと、(イ)前記ガス分離膜に対して難透過性を有し、かつ前記ガス分離膜の上流および下流に位置する少なくとも2つの前記気液分離機能による凝縮処理に対して凝縮性を有する成分Bと、を含有し、
前記成分Aに富んだ透過ガスと、前記成分Bに富んだ副生液および前記成分Bが減少した副生ガスを生成するとともに、少なくとも下記の構成要素
(a)前記下流側の気液分離部からの副生ガス流路を分岐して形成される循環ガス流路
(b)前記循環ガス流路に設けられた流量調整部および昇圧部
(c)前記循環ガス流路に接続する第1供給ガス流路
(d)前記第1供給ガス流路に設けられた第1冷却部および第1気液分離部
(e)前記第1気液分離部の気相部から副生ガスが取り出される第1副生ガス流路
(f)前記第1気液分離部の液相部から副生液が取り出される第1副生液流路
(g)前記第1副生ガス流路に設けられた加熱部
(h)前記昇圧部上流、第1冷却部上流、第1気液分離部上流、第1気液分離部下流、あるいは加熱部の下流のいずれかにおいて前記循環ガス流路あるいは第1供給ガス流路と接合し、複数の成分を含有する原料ガスが供給される原料ガス流路
(j)前記第1副生ガス流路に接続され、透過ガスと残留ガスに分離するガス分離膜
(k)前記ガス分離膜から透過される透過ガスが取り出される透過ガス流路
(m)前記ガス分離膜からの残留ガスが供出される残留ガス流路
(n)前記残留ガス流路に配設された第2冷却部および第2気液分離部
(p)前記第2気液分離部の気相部からの副生ガスが供出される第2副生ガス流路
(q)前記第2気液分離部の液相部から副生液が取り出される第2副生液流路
(r)前記分岐以降の前記第2副生ガス流路に配設された第2圧力調整部
を有し、前記原料ガスの供給流量の減量操作に際して、前記循環ガスの流量を前記原料ガスの減量度に応じて調整することを特徴とする。
原料ガス組成と前記ガス分離膜の特性を基に、前記ガス分離膜の残留ガス流路出口直後における圧力下の露点Zの基準値Zaを設定し、前記ガス分離膜の残留ガスの圧力Prと残留ガス中の前記成分Aの濃度Xの間において1/PrとXとが線形となる相関関数に関して、前記流量比rをパラメータとして含む形で予め解析しておき、
運転操作において、前記相関関数を利用して、前記流量比rと残留ガス中の前記成分Aの濃度の計測値から、前記露点Zが前記基準値Za以下になるように監視するとともに、前記基準値Zaを超える場合、前記循環ガスの流量、前記ガス分離膜の残留ガスの圧力、透過ガスの圧力もしくはこれらと連動するプロセス値のいずれかの調整を行って、前記基準値Za以下に保ち、前記ガス分離膜の1次側のガス中での液化を防止することを特徴とする。
図1に、本発明に係るガス成分および凝縮性成分の製造装置(以下「本装置」という。)の1の構成例(第1構成例、本装置1)を示す。具体的には、原料ガス流路Uo、第1供給ガス流路U1、第1副生ガス流路G1、第1副生液流路L1、ガス分離膜S、透過ガス流路T1、残留ガス流路R1、第2副生ガス流路G2、第2副生液流路L2、循環ガス流路Fa、第1供給ガス流路U1に設けられた第1冷却部C1および第1気液分離部D1、第1副生ガス流路G1に設けられた加熱部H、第1副生液流路L1に設けられた第1液面検知部LC1および第1制御弁LCV1、残留ガス流路R1に設けられた第2冷却部C2および第2気液分離部D2、第2副生ガス流路G2に設けられた圧力調整手段PCr1(圧力制御弁PCV1および圧力調節計PC1)、第2副生液流路L2に設けられた第2液面検知部LC2および第2制御弁LCV2、循環ガス流路Faに設けられた流量調整手段FCb1(流量制御弁FCV1および流量調節計FC1)および昇圧部E、および制御部(図示せず)から構成される。ここで、循環ガス流路Faは、第2副生ガス流路G2に設けられた分岐点を起点とし、流量調整手段FCb1および昇圧部Eを介して第1供給ガス流路U1(原料ガス流路Uoと接続する)に接続することによって形成される。また、ガス製造プロセスの性能確認用に、原料ガスの分析ポートAPoおよび透過ガスの分析ポートAP1(ガスクロ分析計などによるバッチ分析に利用する)が設けられている。なお、分析ポートに代え、濃度計測手段を設けることも可能である。詳細は後述する。
本装置1のガス分離膜Sに供給される原料ガスから最終製品ガスおよび凝縮性成分の作製までのプロセスにおいては、ガス分離膜Sの透過ガスを製品ガスとした場合、少なくとも以下の工程によって構成される。
(1)第2副生ガスの一部を、循環ガスとして分岐する工程
(2)循環ガスの流量調整および昇圧を行う工程:このときの流量が制御対象となる。
(3)循環ガスの1次冷却処理および1次気液分離処理、あるいは1次気液分離処理のみを行う工程
(4)第1副生ガスを抜き出す工程
(5)第1副生液を抜き出す工程
(6)第1副生ガスを加熱処理した後、ガス分離膜Sに供給する工程
(7)原料ガスを供給し、昇圧処理前において循環ガスと混合する工程:混合するポイントは、原料ガスの性状により、1次冷却処理前、1次気液分離処理前、1次気液分離処理後あるいは加熱処理した後のいずれでも可能である。
(8)ガス分離膜Sの1次圧力あるいはこれと連動するプロセス値のいずれかを調整する工程:このときの圧力が制御対象となる。
(9)ガス分離膜Sにおいて、透過ガスと残留ガスに分離する工程
(10)透過ガスを製品として抜き出す工程
(11)残留ガスを抜き出す工程
(12)残留ガスの2次冷却処理および2次気液分離処理を行う工程
(13)第2副生ガスを抜き出す工程
(14)第2副生液を抜き出す工程
原料ガスに難透過性かつ凝縮性の成分が含まれる場合、原料ガスの減量操作において、ガス分離膜Sの1次圧力P1を一定にしたままであれば、上記のようにガス分離膜Sの1次側のガス中において凝縮性成分の液化を生じるおそれがある。第2副生ガスの一部を循環する効果に加え、原料ガスの流量の減少に応じて1次圧力P1を低下させた時、凝縮性ガスの分圧が低くなるので、ガス分離膜Sの1次側のガス中での凝縮性成分の液化を防止することができる。このとき、透過ガスと残留ガスの各々の流量も原料ガスの流量に応じて変化することから、減量操作においての安定的な回収率を確保することができる。
循環ガスは、第2副生ガスの一部を分岐することから、成分Bが減少したガスで構成される。従って、1次圧力P1を低下させずに、減量相当分の循環ガスの流量を原料ガスに追加的に混合するように制御することによって、減量操作の影響を軽減し、かつ、ガス分離膜の1次側のガス中における凝縮性成分の液化の危険性を軽減することが可能となり、安定した製品純度および回収率を確保しながら製品ガスおよび凝縮性成分を作製することができる。
減量操作においては、製品ガス流量の維持を目的とする操作あるいは所望の成分の回収率の維持を目的とする操作など、要求仕様によって操作内容が異なる一方、減量率によって、その特性や凝縮の危険性も変化する。従って、上記のように、方法(i)と方法(ii)では、それぞれの技術的効果が異なることを利用し、これらを組み合わせて調整することによって、減量操作の影響を軽減ことが可能となり、安定した製品純度および回収率を確保しながら製品ガスおよび凝縮性成分を作製することができる。具体的には、所定の減量率までは、1次圧力P1を低下させずに、減量相当分の循環ガスの流量F1を原料ガスに追加的に混合するように制御し、それ以上の減量率において、1次圧力P1を減量率に応じて低下させることによって、安定した製品純度および回収率を確保しながら凝縮の危険性を回避することが可能となる。
本装置1の変形例1を、図2に示す。基本的な構成は第1構成例と同様であるが、さらに、第1副生ガス流路G1に圧力調整手段PCro(圧力制御弁PCVoおよび圧力調節計PCo)を設けた装置が構成される。原料ガスの減量操作においても、ガス分離膜Sの1次圧力P1に対して、第1気液分離部D1の1次圧力Poを独立に制御することが可能となるとともに、さらに高い圧力に制御することが可能となる。なお、原料ガスと循環ガスとの混合ポイントは、破線a〜cで示すように、a:昇圧部Eと第1冷却部C1の中間、b:第1冷却部C1と第1気液分離部D1の中間、c:第1気液分離部D1と圧力調整手段PCroの中間に設けることができる。
本装置1の変形例2を、図3に示す。基本的な構成は第1構成例と同様であるが、第2副生ガス流路G2に分岐点を設け、流量調整手段FCb3(流量制御弁FCV3および流量調節計FC3)を介して透過ガス流路T1に接続する添加ガス流路Fcを形成した装置を構成する。透過ガスと添加ガスを混合した製品ガスが取り出される製品ガス流路A1には、性能確認用の分析ポートAP3が設けられる。残留ガスの気液分離によって第2副生ガス中に濃縮された易透過性かつ非凝縮性の成分を、透過ガスに添加することによって、透過ガスおよび凝縮性成分の回収率の向上を図るものである。また、残留ガスの露点を制限することによって、ガス分離膜Sの1次側での液化を避けるとともに、残留ガスを第2気液分離部D2において副生した副生ガスを添加ガスとして有効に利用することによって、高い回収率を確保することが可能となる。
本発明に係るガス成分および凝縮性成分の製造装置の第2の構成例を図4に示す。基本的な構成は、第1構成例と同様であるが、複数段のガス分離膜を用い、前段のガス分離膜の残留ガス流路を後段のガス分離膜の供給ガス流路に接続し、カスケード接続を形成した装置(以下「本装置2」という。)を構成する。つまり、第1ガス分離膜S1の第1残留ガス流路R1を第2ガス分離膜S2の供給ガス流路に接続することによって、その第1透過ガス流路T1から第1透過ガスを取り出し、第2透過ガス流路T2から第2透過ガスを取り出すことが可能となる。
本装置2の変形例を図5および図6に示す。つまり、基本的な構成は、第2構成例と同様であるが、図5においては、第1残留ガス流路R1に圧力調整手段PCr2(圧力制御弁PCV2および圧力調節計PC2)を設けた装置が構成される。原料ガスの減量操作においても、第1気液分離部D1の圧力および第1ガス分離膜S1の1次圧力P11を第2ガス分離膜S2の1次圧力P12と独立に制御することが可能となる。また、図6においては、第1残留ガス流路R1に圧力調整手段PCr2(圧力制御弁PCV2および圧力調節計PC2)を設けるとともに、さらに、第1副生ガス流路G1に圧力調整手段PCro(圧力制御弁PCVoおよび圧力調節計PCo)を設けた装置が構成される。原料ガスの減量操作においても、第1気液分離部D1の圧力を第1,第2ガス分離膜S1,S2の1次圧力と独立に制御することが可能となるとともに、さらに高い圧力に制御することなど汎用性の高い制御が可能となる。なお、図6における原料ガスと循環ガスとの混合ポイントは、破線a〜cで示すように、a:昇圧部Eと第1冷却部C1の中間、b:第1冷却部C1と第1気液分離部D1の中間、c:第1気液分離部D1と圧力調整手段PCroの中間に設けることができる。
なお、上記本装置2においては、ガス分離膜を2段設けカスケードに接続した場合について説明したが、さらに多数のガス分離膜を用いて、その機能を活かし汎用性の高いガス製造装置とすることも可能である。例えば、その一部を第1のガス分離膜として並列的に接続された複数のグループに分け異なる条件の製品ガスを得るようにし、各グループの残留ガスを集合して第2のガス分離膜に供給するよう変更することも可能である。
本発明に係るガス成分および凝縮性成分の製造装置の第3構成例(以下「本装置3」という。)を図7に示す。基本的な構成は図1で示した第1構成例と同様であるが、循環ガス流路Fbと、循環ガス流路Fbに設けられた流量調整手段FCb2(流量制御弁FCV2および流量調節計FC2)が追加されたことを特徴とする。ここに、循環ガス流路Fbは第1透過ガス流路T1に設けた分岐点を出発点として、流量調整手段FCb2を介して、流量調整手段FCb1の下流側で循環ガス流路Faに接続される。
(1−1)原料ガスの組成を表1に示す。
(1−3)原料ガスのガス分離膜入口温度は、90℃とした。
(1−4)残留ガス露点Zは80℃以下を基準とする。
(1−5)第1,第2冷却部として水冷却方式を用い、40℃まで冷却する。
(1−6)原料ガスの流量の最大値は、10,000Nm3/hとし、以下「流量」は、この最大値に対する割合(%)によって表示した。
(1−7)透過ガスの圧力は、ガス分離膜出口において15bar(abs)とした。
(1−8)本装置の圧力損失
(i)原料ガスの流量が最大(100%)のとき:第2冷却器、第2気液分離部の圧力損失は0.2barと仮定した。
(ii)減量時の圧力損失:本装置の圧力損失は、上記100%の場合を基準として、ρV2に比例して変化するものと仮定して評価した。但し、ここにρ(kg/m3)はガスの密度、V(m3/h)は体積流量を表す。
(1−9)本装置の圧力基準点
(i)原料ガスの流量が最大のとき:第1気液分離部における第1副生ガスの圧力は、38bar(abs)を基準とした。
(ii)減量操作時:制御方法に依存する。ここでは、ガス分離膜が1段のときは、残留ガス流路の圧力(第2気液分離部からの第2副生ガスの圧力で代表した)を基準とし、ガス分離膜を2段用いたカスケードサイクルの場合は、第1残留ガス流路の圧力(第1残留ガス流路の第1ガス分離膜直近の圧力で代表した)、または第2残留ガス流路の圧力(第2気液分離部からの第2副生ガスの圧力で代表した)を基準とした。但し、表5、表6においてPrと記したものおよび表7の括弧内は、第1残留ガス流路の第1ガス分離膜直近の圧力を示す。
(2−1)検討1
図1の装置(第1構成例)で、ある膜面積を設定し、Case1の組成の原料ガスを最大流量流し、循環ガス流量はゼロとして解析した。回収率は85.84%、透過ガス中の水素純度は99.7%であった。ただし、残留ガス露点Zは約91.3℃であり、上記露点の基準値を満たさない結果であった。
上記検討1の状態から循環ガスの流量を増やしていくと、
(i)残留ガス露点Zは、単調に降下する。
(ii)透過ガスの水素純度は、緩やかに降下する。
(iii)回収率は、徐々に増加するもあるところで最大値約86.7%を取った後、徐々に降下する。
(iv)透過ガス流量は、上記、回収率の変化と連動して変化した。
上記検討2の状態から循環ガス流量を調節し、循環ガス流量が約11.8%のとき残留ガス露点Zは80℃となることが分かった。このときの回収率は86.61%、水素純度は99.69%であった。
比較のため、循環ガス流量をゼロとして、
(i)同じ膜面積でガス分離膜の操作1次圧力を下げる操作を行うと、第1気液分離器の圧力が約34.8bar(abs)のとき残留ガス露点Zが80℃となった。このときの回収率は77.87%に低下した。なお、水素純度は99.73%であった。
(ii)また、膜面積を少なくした場合(元の面積の約79%)、残留ガス露点Zが80℃となった。このときの回収率は77.45%に低下した。なお、水素純度は99.78%であった。以上より、循環ガスを利用し残留ガス露点Zを調整することの有効性が証明された。
(3−1)実施例1
図1の装置で、予備解析と同じ膜面積を設定し、Case1の組成の原料ガスについて、ガス分離膜の1次圧力は一定とし、減量特性を調べた。循環ガス流量は、残留ガス露点Zが約80℃となる点に調整した。
検討結果を表2に示す。
減量につれ回収率が顕著に増加することが分かった。表2の水素純度レベルが許容される応用の場合には、この方式が利用できることが分かる。
実施例1の変形で、予備解析および実施例1と同じ膜面積を設定し、水素純度が99.0%以上を条件とし、ガス分離膜の残留ガス圧力を減量度の1次式で変更して減量操作を行った場合を解析した。循環ガス流量は減量操作中一定とした。
検討結果を表3に示す。
この操作を行っても減量につれ回収率が顕著に増加することが分かった。
実施例2の変形として、予備解析および実施例1,2と同じ膜面積を設定し、図2に示すように(第1構成例の変形例に相当)、第1気液分離部の圧力を一定に保持し、ガス分離膜Sの残留ガス圧力を減量度の1次式で変更した場合の減量操作を解析した。最大流量時、第1気液分離部の保圧弁(PCVo)の差圧を0.2barと仮定した。循環ガス流量は減量操作中一定とした。
検討結果を表4に示す。
最大定格時には、保圧弁(PCVo)の差圧のため、僅かに回収率が低くなるが、減量時には実施例2に比較して回収率が増加することが分かった。
実施例3と同様に、図2に示すように、第1気液分離部の圧力を一定に保持する場合を検討する。ただし、残留ガス圧力と残留ガス中の水素(成分A)の濃度の間の相関関数に関して、流量比rをパラメータとして含む形で予め解析しておき減量操作に利用する場合を解析した。そのため、次のように相関関数を求めた。
X = ar−br/Pe ・・・(式1)
Pe = br/(ar−X) ・・・(式2)
ここで、Peは、相関関数から期待される成分Aの濃度Xに対応する残留ガス圧力を意味する。また、ar=[(0.18−r)*a1+(r−0.11)*a2]/0.07
br=[(0.18−r)*b1+(r−0.11)*b2]/0.07
a1、b1はr=0.11のときの係数、
a2、b2はr=0.18のときの係数を意味する。
Case2の組成の原料について同様の検討を行った。循環ガスに類似の効果が得られた。ただし、ガス分離膜の1次圧力を一定に保つ方法では、減量操作を行うと、循環ガス流量を増やそうとしても第2副生ガス流量が限度となり、全量を循環させても残留ガス露点Zが80℃以上となることが分かった。また、ガス分離膜の1次圧力を下げて行くと第2副生ガス流量が増加して、上記残留ガス露点Zの調整が可能となった。
従って、実施例3と同様、図2に示すように、第1気液分離部の圧力を一定に保持し、ガス分離膜の残留ガス圧力を減量度の1次式で変更した場合の減量操作を解析した。循環ガスの流量も減量度の1次式で変更した。最大流量時、第1気液分離部の保圧弁(PCVo)の差圧を0.2barと仮定した。
検討結果を表8に示す。
減量につれ回収率が顕著に増加することが分かった。
カスケードサイクル(図5、装置2の変形例に相当)についても同様の解析を行った。第1ガス分離膜および第2ガス分離膜の膜面積は、予備検討および実施例1〜3で用いたガス分離膜の膜面積のそれぞれ、100%、50%とした。第1ガス分離膜および第2ガス分離膜の透過ガス圧力は同じとしてこれらを合流して製品ガスとするものとした。第1気液分離部の圧力を一定に保持し、第1ガス分離膜および第2ガス分離膜の残留ガス圧力は減量度の1次式で変更、また、循環ガス流量は減量度に比例するとした。第1ガス分離膜および第2ガス分離膜の残留ガス露点Zをいずれも80℃以下に制約し、透過ガスの水素純度は99mol%以上とした。最大流量時、第1気液分離部の保圧弁(PCVo)の差圧を0.2barと仮定した。
検討結果を表9に示す。
回収率は全てのケースで90%以上とすることができた。
図7に示す装置(第3構成例に相当)のように、循環ガスに第2副生ガスの一部に加え透過ガスの一部を供給する場合について検討した。Case1の組成の原料ガスについて、膜の面積は検討1〜3の場合に合わせ、透過ガスからの循環ガス流量の設定値は原料ガス流量の1次式で変更し、第2副生ガスからの循環ガス流量および残留ガス圧力は一定とした。100%〜40%の広い減量幅において、残留ガス露点Z80℃以下を確保し、水素純度を99mol%以上として高い回収率を得ることができた。
検討結果を表10に示す。
透過ガスの少なくとも一部を循環ガスに加えることにより、減量操作において透過ガスの純度を上昇でき、かつ実施例2、3に比較して高い回収率を得ることが分った。
上記の結果に示すように、実施例1〜7のいずれについても、透過ガスの純度に対する高い安定性と高い回収率を安定的に保することができた。
C1,C2 (第1,第2)冷却部
D1,D2 (第1,第2)気液分離部
E 昇圧部
Fa,Fb 循環ガス流路
FC1,FC2,FC3 流量調節計
FCb1,FCb2,FCb3 流量調整手段
FCV1,FCV2,FCV3 流量制御弁
G1,G2 (第1,第2)副生ガス流路
H 加熱部
L1,L2 (第1,第2)副生液流路
LC1,LC2 (第1,第2)液面検知部
LCV1,LCV2 (第1,第2)制御弁
Pr 残留ガス圧力
PCo,PC1,PC2 圧力調節計
PCro,PCr1,PCr2 圧力調整手段
PCVo,PCV1,PCV2 圧力制御弁
R1,R2 (第1,第2)残留ガス流路
S,S1,S2 (第1,第2)ガス分離膜
T1,T2 (第1,第2)透過ガス流路
Uo 原料ガス流路
U1,U2 (第1,第2)供給ガス流路
X 水素濃度
Claims (6)
- 少なくとも水素および炭素数4以上の炭化水素化合物を含む、複数の成分を含有する原料ガスに対して、選択的透過性を有するガス分離膜による分離機能と各成分の凝縮性の相違に基づく気液分離機能を利用したガス成分および凝縮性成分の製造方法であって、
前記原料ガスが、(ア)水素などのような、前記ガス分離膜に対する易透過性かつ非凝縮性の成分Aと、(イ)前記ガス分離膜に対して難透過性を有し、かつ前記ガス分離膜の上流および下流に位置する少なくとも2つの前記気液分離機能による凝縮処理に対して凝縮性を有する成分Bと、を含有し、
前記成分Aに富んだ透過ガスと、前記成分Bに富んだ副生液および前記成分Bが減少した副生ガスを生成するとともに、少なくとも下記の工程
(1)下流側の前記気液分離機能によって得られた第2副生ガスの一部を、循環ガスとして分岐する工程
(2)前記循環ガスの流量調整および昇圧を行う工程
(3)前記循環ガスの1次冷却処理および1次気液分離処理、あるいは1次気液分離処理のみを行う工程
(4)前記1次気液分離処理により得られた前記成分Bの減少した第1副生ガスを抜き出す工程
(5)前記1次気液分離処理により得られた主として前記成分Bからなる第1副生液を抜き出す工程
(6)前記第1副生ガスを加熱処理した後、ガス分離膜に供給する工程
(7)前記原料ガスを供給し、前記昇圧処理前、1次冷却処理前、1次気液分離処理前、1次気液分離処理後あるいは加熱処理した後のいずれかにおいて前記循環ガスと混合する工程
(8)前記ガス分離膜の1次圧力あるいはこれと連動するプロセス値のいずれかを調整する工程
(9)前記ガス分離膜において、透過ガスと残留ガスに分離する工程
(10)前記ガス分離膜に対し前記成分Aに富んだ透過ガスを製品として抜き出す工程
(11)前記ガス分離膜に対し前記成分Bに富んだ残留ガスを抜き出す工程
(12)前記残留ガスの2次冷却処理および2次気液分離処理を行う工程
(13)前記2次気液分離処理により得られた前記成分Bの減少した第2副生ガスを抜き出す工程
(14)前記2次気液分離処理により得られた主として前記成分Bからなる第2副生液を抜き出す工程
を有し、前記原料ガスの供給流量の減量操作に際して、前記循環ガスの流量を前記原料ガスの減量度に応じて調整することを特徴とするガス成分および凝縮性成分の製造方法。 - 前記原料ガスの供給流量の減量操作に際して、前記ガス分離膜の1次圧力、2次圧力あるいはこれらと連動するプロセス値のいずれかを減量度に応じて調整することを特徴とする請求項1記載のガス成分および凝縮性成分の製造方法。
- 前記循環ガスの流量と原料ガスの流量の流量比をrとおき、
原料ガス組成と前記ガス分離膜の特性を基に、前記ガス分離膜の残留ガス流路出口直後における圧力下の露点Zの基準値Zaを設定し、前記ガス分離膜の残留ガスの圧力Prと残留ガス中の前記成分Aの濃度Xの間において1/PrとXとが線形となる相関関数に関して、前記流量比rをパラメータとして含む形で予め解析しておき、
運転操作において、前記相関関数を利用して、前記流量比rと残留ガス中の前記成分Aの濃度の計測値から、前記露点Zが前記基準値Za以下になるように監視するとともに、前記基準値Zaを超える場合、前記循環ガスの流量、前記ガス分離膜の残留ガスの圧力、透過ガスの圧力もしくはこれらと連動するプロセス値のいずれかの調整を行って、前記基準値Za以下に保ち、前記ガス分離膜の1次側のガス中での液化を防止することを特徴とする請求項1または2記載のガス成分および凝縮性成分の製造方法。 - 前記ガス分離膜を複数段利用し、前段のガス分離膜の残留ガスを後段のガス分離膜に供給し、カスケード接続を形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のガス成分および凝縮性成分の製造方法。
- 少なくとも水素および炭素数4以上の炭化水素化合物を含む、複数の成分を含有する原料ガスに対して、選択的透過性を有するガス分離膜による分離機能と各成分の凝縮性の相違に基づく気液分離機能を利用したガス成分および凝縮性成分の製造装置であって、
前記原料ガスが、(ア)水素などのような、前記ガス分離膜に対する易透過性かつ非凝縮性の成分Aと、(イ)前記ガス分離膜に対して難透過性を有し、かつ前記ガス分離膜の上流および下流に位置する少なくとも2つの前記気液分離機能による凝縮処理に対して凝縮性を有する成分Bと、を含有し、
前記成分Aに富んだ透過ガスと、前記成分Bに富んだ副生液および前記成分Bが減少した副生ガスを生成するとともに、少なくとも下記の構成要素
(a)前記下流側の気液分離部からの副生ガス流路を分岐して形成される循環ガス流路
(b)前記循環ガス流路に設けられた流量調整部および昇圧部
(c)前記循環ガス流路に接続する第1供給ガス流路
(d)前記第1供給ガス流路に設けられた第1冷却部および第1気液分離部
(e)前記第1気液分離部の気相部から副生ガスが取り出される第1副生ガス流路
(f)前記第1気液分離部の液相部から副生液が取り出される第1副生液流路
(g)前記第1副生ガス流路に設けられた加熱部
(h)前記昇圧部上流、第1冷却部上流、第1気液分離部上流、第1気液分離部下流、あるいは加熱部の下流のいずれかにおいて前記循環ガス流路あるいは第1供給ガス流路と接合し、複数の成分を含有する原料ガスが供給される原料ガス流路
(j)前記第1副生ガス流路に接続され、透過ガスと残留ガスに分離するガス分離膜
(k)前記ガス分離膜から透過される透過ガスが取り出される透過ガス流路
(m)前記ガス分離膜からの残留ガスが供出される残留ガス流路
(n)前記残留ガス流路に配設された第2冷却部および第2気液分離部
(p)前記第2気液分離部の気相部からの副生ガスが供出される第2副生ガス流路
(q)前記第2気液分離部の液相部から副生液が取り出される第2副生液流路
(r)前記分岐以降の前記第2副生ガス流路に配設された第2圧力調整部
を有し、前記原料ガスの供給流量の減量操作に際して、前記循環ガスの流量を前記原料ガスの減量度に応じて調整することを特徴とするガス成分および凝縮性成分の製造装置。 - 前記ガス分離膜を複数段配設し、前段のガス分離膜の残留ガス流路を後段のガス分離膜の供給ガス流路に接続し、カスケード接続を形成することを特徴とする請求項5記載のガス成分および凝縮性成分の製造装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007233080A JP5406441B2 (ja) | 2007-09-07 | 2007-09-07 | ガス成分および凝縮性成分の製造方法および製造装置 |
PCT/EP2008/061820 WO2009030766A1 (en) | 2007-09-07 | 2008-09-05 | Method and apparatus for gaseous mixture separation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007233080A JP5406441B2 (ja) | 2007-09-07 | 2007-09-07 | ガス成分および凝縮性成分の製造方法および製造装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009061422A JP2009061422A (ja) | 2009-03-26 |
JP5406441B2 true JP5406441B2 (ja) | 2014-02-05 |
Family
ID=39942873
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007233080A Expired - Fee Related JP5406441B2 (ja) | 2007-09-07 | 2007-09-07 | ガス成分および凝縮性成分の製造方法および製造装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5406441B2 (ja) |
WO (1) | WO2009030766A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102502513B (zh) * | 2011-11-07 | 2013-03-27 | 上海奕材环保科技有限公司 | 一种为炉窑富氧助燃提供稳定流量和纯度的氧化剂的方法 |
US11420152B2 (en) * | 2018-06-26 | 2022-08-23 | James DeLuze | Bandpass filter for separation of a specifically selected gas from a group of gases or an atmosphere |
WO2020157830A1 (ja) * | 2019-01-29 | 2020-08-06 | 日揮グローバル株式会社 | 二酸化炭素ガス分離方法及び二酸化炭素ガス分離装置 |
CN218524582U (zh) * | 2019-12-17 | 2023-02-24 | 株式会社堀场制作所 | 分析装置及分析系统 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4654047A (en) * | 1985-08-23 | 1987-03-31 | Air Products And Chemicals, Inc. | Hybrid membrane/cryogenic process for hydrogen purification |
US6179996B1 (en) * | 1998-05-22 | 2001-01-30 | Membrane Technology And Research, Inc. | Selective purge for hydrogenation reactor recycle loop |
JP2966836B1 (ja) * | 1998-07-22 | 1999-10-25 | 日本エア・リキード株式会社 | ガス精製方法及びガス精製装置 |
US6053965A (en) * | 1998-10-14 | 2000-04-25 | Membrane Technology And Research, Inc. | Fuel gas conditioning process |
US6361582B1 (en) * | 2000-05-19 | 2002-03-26 | Membrane Technology And Research, Inc. | Gas separation using C3+ hydrocarbon-resistant membranes |
JP5102932B2 (ja) * | 2004-01-29 | 2012-12-19 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | 高純度水素製造方法 |
JP2007084378A (ja) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Nippon Oil Corp | 水素の製造方法およびそれに使用する装置 |
-
2007
- 2007-09-07 JP JP2007233080A patent/JP5406441B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-09-05 WO PCT/EP2008/061820 patent/WO2009030766A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2009030766A1 (en) | 2009-03-12 |
JP2009061422A (ja) | 2009-03-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102005593B1 (ko) | 기체 분리 방법 | |
US8444749B2 (en) | Method and system for membrane-based gas recovery | |
US20180363978A1 (en) | Treating raw natural gas | |
JP2966836B1 (ja) | ガス精製方法及びガス精製装置 | |
JP7365453B2 (ja) | ガス分離のためのプロセスおよび機器 | |
JP7469319B2 (ja) | 変化する組成又は流量を有するガス流からガス成分を分離するための装置及び膜プロセス | |
JP5406441B2 (ja) | ガス成分および凝縮性成分の製造方法および製造装置 | |
JPH08173749A (ja) | 選択性が増加する膜のカスケードによる水素の膜分離方法 | |
CA2967244A1 (en) | Co2 separation device in gas and its membrane separation method and method for controlling membrane separation of co2 separation device in gas | |
WO2016130244A1 (en) | An integrated process and apparatus for recovery of helium rich streams | |
KR20230039696A (ko) | 가스 스트림으로부터 메탄 및 이산화탄소를 분리하기 위한 설비 및 막 프로세스 | |
JP2009061420A (ja) | ガス成分および凝縮性成分の製造方法および製造システム | |
US20140026612A1 (en) | Method and Apparatus for Liquefying a CO2-Rich Gas | |
JPH09235101A (ja) | 水素及びエネルギーの生成方法及び装置 | |
CN107921362A (zh) | 用于将气体混合物分离的装置和方法 | |
EA020101B1 (ru) | Способ отделения кислой примеси от газового потока, содержащего легкие углеводороды, с использованием комбинации ректификации и мембранного разделения | |
CN107108244B (zh) | 用于深冷纯化生产氨的设备和方法及相关的改造方法 | |
JP4879795B2 (ja) | ガス分離膜を用いたガス製造方法およびガス製造装置 | |
US20160083254A1 (en) | Method, device and system for enrichment of nf3 gas | |
JP5260920B2 (ja) | ガス分離膜を用いたガス製造方法 | |
JP5111829B2 (ja) | ガス分離膜を用いたガス製造方法およびガス製造装置 | |
US11285434B2 (en) | Membrane process and system for high recovery of a nonpermeating gas | |
JP5013855B2 (ja) | ガス分離膜を用いたガス製造方法およびガス製造装置 | |
JP7031214B2 (ja) | ヘリウム富化ガスの製造方法及びガス分離システム | |
US20190118134A1 (en) | Apparatus and method for separating co2 at low temperature comprising a step of separation by permeation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100324 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20100324 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110422 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121226 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130222 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131017 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131101 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5406441 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |