JP5948853B2 - Gas separation system - Google Patents
Gas separation system Download PDFInfo
- Publication number
- JP5948853B2 JP5948853B2 JP2011278313A JP2011278313A JP5948853B2 JP 5948853 B2 JP5948853 B2 JP 5948853B2 JP 2011278313 A JP2011278313 A JP 2011278313A JP 2011278313 A JP2011278313 A JP 2011278313A JP 5948853 B2 JP5948853 B2 JP 5948853B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- separation membrane
- gas separation
- membrane unit
- unit
- 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.)
- Active
Links
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims description 210
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 173
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 14
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 308
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 19
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 11
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 1
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 1
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/20—Capture or disposal of greenhouse gases of methane
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Description
本発明は、直列に接続された２段のガス分離膜ユニットを用いて混合ガスを分離するガス分離システムに関する。 The present invention relates to a gas separation system that separates a mixed gas using two stages of gas separation membrane units connected in series.
２種類以上のガスを含む混合ガスの分離方法として、膜に対するガスの透過速度の差を利用した膜分離法がある。この方法は、透過ガスまたは未透過ガスを回収することにより、目的ガスである高濃度の高透過性ガスまたは高濃度の低透過性ガスを得ることができる。混合ガスに含まれる各ガスの分離膜に対する単位面積・単位分圧差あたりの透過速度は、Ｐ’（単位は、×１０−５ｃｍ３（ＳＴＰ）／ｃｍ２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ）で表すことができ、ガス分離膜のガス分離選択性は、（高透過性ガスの透過速度／低透過性ガスの透過速度）の比で示される。混合ガスからガス分離膜を用いて低透過性ガスを回収する際に、ガス分離選択性が高い膜は該比が大きく、純度の高い低透過性ガスを高回収率で得やすい一方で、一般に、混合ガス中に含まれる各ガスの膜に対する透過速度Ｐ’自体は小さく、所定量の低透過性ガスを得るためには大きい膜面積もしくは高い分圧差が必要となる。一方、ガス透過性が高い膜、すなわちガスの透過速度Ｐ’が大きい膜は、所定量の混合ガスを処理するための膜面積は小さくてすむが、一般に、ガスの分離選択性は低くなり、低透過性ガスの純度もしくは回収率が低くなってしまう。 As a method for separating a mixed gas containing two or more kinds of gases, there is a membrane separation method using a difference in gas permeation rate with respect to the membrane. In this method, by collecting the permeated gas or the non-permeated gas, a high-concentration highly permeable gas or a high-concentration low-permeability gas that is the target gas can be obtained. The permeation speed per unit area / unit partial pressure difference with respect to the separation membrane of each gas contained in the mixed gas can be expressed by P ′ (unit: × 10 −5 cm 3 (STP) / cm 2 · sec · cmHg). The gas separation selectivity of the gas separation membrane is expressed by a ratio of (permeation rate of high permeable gas / permeation rate of low permeable gas). When recovering low-permeability gas from a mixed gas using a gas separation membrane, a membrane with high gas separation selectivity has a large ratio, and it is easy to obtain low-permeability gas with high purity and high recovery rate. The permeation speed P ′ of each gas contained in the mixed gas is small, and a large membrane area or a high partial pressure difference is required to obtain a predetermined amount of low permeability gas. On the other hand, a membrane having a high gas permeability, that is, a membrane having a large gas permeation rate P ′ requires a small membrane area for treating a predetermined amount of mixed gas, but generally has a low gas separation selectivity, The purity or recovery rate of the low permeability gas will be low.
使用されるガス分離膜は、一般にモジュール化されている。このガス分離膜モジュールは、ガス選択透過性を有するガス分離膜を、少なくともガス入口、透過ガス排出口、未透過ガス排出口とを備えた容器内に、ガス分離膜のガス供給側とガス透過側の空間が隔絶されるようにして装着したものである。 The gas separation membrane used is generally modularized. In this gas separation membrane module, a gas separation membrane having selective gas permeability is placed in a container having at least a gas inlet, a permeated gas outlet, and an unpermeated gas outlet, and the gas supply side of the gas separation membrane and the gas permeation It is installed so that the side space is isolated.
目的ガスを高濃度、高回収率で回収するため、多段階にこのガス分離膜モジュールを備えた装置を用いる方法も知られている。例えば、高濃度の低透過性ガスを目的ガスとする場合、一段目のガス分離膜モジュールのガス入口へ原料である混合ガスを供給し、排出された未透過ガスを二段目のガス分離膜モジュールに供給し、二段目から排出された未透過ガスを回収することにより、目的ガスを回収することができる。さらに処理量を向上させるため、ガス分離膜モジュールを複数本並列に接続したユニットとし、このユニットを多段階に直列に接続する方法も知られている。 In order to recover the target gas at a high concentration and a high recovery rate, a method using an apparatus equipped with this gas separation membrane module in multiple stages is also known. For example, when the target gas is a high-concentration, low-permeability gas, a mixed gas as a raw material is supplied to the gas inlet of the first-stage gas separation membrane module, and the discharged non-permeated gas is supplied to the second-stage gas separation membrane. The target gas can be recovered by supplying the module and recovering the non-permeated gas discharged from the second stage. In order to further improve the throughput, a method is also known in which a plurality of gas separation membrane modules are connected in parallel and the units are connected in series in multiple stages.
混合ガスを例えば２段階で分離する場合、従来、１段目のガス分離膜モジュールと２段目のガス分離膜モジュールをそれぞれ構成するガス分離膜として、同種類のもの、すなわちそれぞれのガスの透過速度Ｐ’が同じ分離膜が用いられてきた。この場合、上記ガス分離膜の特性により、目的ガスの回収率を高めることを優先しガス分離選択性が高いガス分離膜を用いると、ガス透過速度Ｐ’が小さいため、所定量のガスを得るために大きい膜面積が必要となる。一方、ガス分離の処理速度を高めることを優先し、ガス透過速度Ｐ’が大きいガス分離膜を用いると、ガス分離選択性が低いため、目的ガスの回収率が低くなってしまうという問題があった。 When the mixed gas is separated in, for example, two stages, conventionally, the same kind of gas separation membrane constituting each of the first-stage gas separation membrane module and the second-stage gas separation membrane module, that is, the permeation of each gas Separation membranes having the same speed P ′ have been used. In this case, due to the characteristics of the gas separation membrane, when a gas separation membrane with high gas separation selectivity is used with priority given to increasing the recovery rate of the target gas, a predetermined amount of gas is obtained because the gas permeation rate P ′ is small. Therefore, a large film area is required. On the other hand, when priority is given to increasing the gas separation processing rate and a gas separation membrane having a large gas permeation rate P ′ is used, the gas separation selectivity is low, and thus there is a problem that the target gas recovery rate is lowered. It was.
特許文献１には、ガス混合体から所望の透過ガス生成物を生成するための膜プロセスであって、第１ステージではガス混合物を第２ステージと比較して高い固有透過率の吸着・拡散膜からなる第１の膜分離ユニットに送って中間透過ガスを得、第２ステージでは該中間透過ガスを第１ステージと比較して高い選択度を有する吸着・拡散膜からなる第２の膜分離ユニットに送ることを特徴とする膜プロセスが記載されている。 Patent Document 1 discloses a membrane process for generating a desired permeate gas product from a gas mixture, and in the first stage, the adsorption / diffusion membrane has a higher intrinsic permeability than the second stage in the gas mixture. The second membrane separation unit comprising an adsorption / diffusion membrane having a higher selectivity than the first stage in the second stage. A membrane process is described which is characterized by being sent to
本発明は、混合ガスからガス分離膜を用いて未透過ガスを回収するガス分離システムにおいて、上記問題点を解決することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in a gas separation system that recovers an unpermeated gas from a mixed gas using a gas separation membrane.
本発明は以下の事項に関する。 The present invention relates to the following matters.
１． 混合ガスから、ガス分離膜を用いて未透過ガスを回収するためのガス分離システムであって、
第１ガス分離膜ユニットと第２ガス分離膜ユニットとが直列に接続され、
第１ガス分離膜ユニットから排出された未透過ガスを、第２ガス分離膜ユニットに供給するラインと、
第２ガス分離膜ユニットから排出された透過ガスを、第１ガス分離膜ユニットに供給するためのラインとを備え、かつ、
第１ガス分離膜ユニットのガス分離選択性が、第２ガス分離膜ユニットのガス分離選択性より高い、ガス分離システム。
1. A gas separation system for recovering an unpermeated gas from a mixed gas using a gas separation membrane,
The first gas separation membrane unit and the second gas separation membrane unit are connected in series,
A line for supplying unpermeated gas discharged from the first gas separation membrane unit to the second gas separation membrane unit;
A line for supplying the permeated gas discharged from the second gas separation membrane unit to the first gas separation membrane unit, and
A gas separation system in which the gas separation selectivity of the first gas separation membrane unit is higher than the gas separation selectivity of the second gas separation membrane unit.
２． 混合ガスがメタン含有ガスであり、未透過ガスがメタンである、上記１に記載のガス分離システム。 2. 2. The gas separation system according to 1 above, wherein the mixed gas is a methane-containing gas and the non-permeated gas is methane.
３． 第１ガス分離膜ユニットの透過側および／または第２ガス分離膜ユニットの透過側が、大気圧以下の圧力に保持されることを特徴とする、上記１または２に記載のガス分離システム。 3. 3. The gas separation system according to 1 or 2 above, wherein the permeation side of the first gas separation membrane unit and / or the permeation side of the second gas separation membrane unit is maintained at a pressure equal to or lower than atmospheric pressure.
４． 第１ガス分離膜ユニットから排出された未透過ガスを第２ガス分離膜ユニットに供給するライン上に、圧縮手段を設けた、上記１〜３のいずれかに記載のガス分離システム。 4). 4. The gas separation system according to any one of the above 1 to 3, wherein a compression unit is provided on a line for supplying the non-permeated gas discharged from the first gas separation membrane unit to the second gas separation membrane unit.
５． 第２ガス分離膜ユニットから排出された未透過ガスを回収するライン上に、圧縮手段を設けた上記１〜４のいずれかに記載のガス分離システム。 5. 5. The gas separation system according to any one of the above 1 to 4, wherein a compression unit is provided on a line for collecting the non-permeated gas discharged from the second gas separation membrane unit.
６． 第１ガス分離膜ユニットに混合ガスを供給するステップと、
第１ガス分離膜ユニットから排出された未透過ガスを、第２ガス分離膜ユニットに供給するステップと、
第２ガス分離膜ユニットから排出された未透過ガスを回収するステップと、
第２ガス分離膜ユニットから排出された透過ガスを、第１ガス分離膜ユニットに供給するステップと、
を含む混合ガスの分離方法であって、
第１ガス分離膜ユニットのガス分離選択性が、第２ガス分離膜ユニットのガス分離選択性より高い、混合ガスの分離方法。
6). Supplying a mixed gas to the first gas separation membrane unit;
Supplying unpermeated gas discharged from the first gas separation membrane unit to the second gas separation membrane unit;
Recovering the unpermeated gas discharged from the second gas separation membrane unit;
Supplying the permeated gas discharged from the second gas separation membrane unit to the first gas separation membrane unit;
A method for separating a mixed gas containing
A method for separating a mixed gas, wherein the gas separation selectivity of the first gas separation membrane unit is higher than the gas separation selectivity of the second gas separation membrane unit.
本発明によると、２段のガス分離膜ユニットが直列に接続された単一のガス分離システムにおいて、従来より、必要なガス分離膜の膜面積を低減し、かつ、高純度の低透過性ガスを高回収率で得ることができる。 According to the present invention, in a single gas separation system in which two stages of gas separation membrane units are connected in series, the required membrane area of the gas separation membrane is reduced and a high purity, low permeability gas is conventionally required. Can be obtained at a high recovery rate.
本発明のガス分離システムの構成図の一例を図１に示す。このガス分離システムは、ガス圧縮機１３と、直列に接続された第１ガス分離膜ユニット１１と第２ガス分離膜ユニット１２とを備える。第１ガス分離膜ユニットおよび第２ガス分離膜ユニットは、それぞれ所定の混合ガスを分離できるガス分離膜を備えている。原料ガス供給口３１とガス圧縮機１３と第１ガス分離膜ユニット１１とは混合ガス供給ライン２１により連結されている。第１ガス分離膜ユニット１１と第２ガス分離膜ユニット１２とは、未透過ガス用ライン２３により連結されている。さらに、第１ガス分離膜ユニット１１は、透過ガス排出ライン２２に連結され、第２ガス分離膜ユニット１２は、未透過ガス回収用ライン２４に連結されている。そして、第２ガス分離膜ユニット１２と混合ガス供給ライン２１とを連結する透過ガスリサイクル用ライン２５も設けられている。以下第１ガス分離膜ユニットを単に第１ユニット、第２ガス分離膜ユニットを単に第２ユニットと記載することもある。
An example of a configuration diagram of the gas separation system of the present invention is shown in FIG. This gas separation system includes a
図１のガス分離システムを用いると、混合ガスに含まれるガスのうち、ガス分離膜に対する透過性が低い低透過性ガスを高濃度で且つ高回収率で回収することができる。まず、原料ガス供給口３１から供給された原料の混合ガスが、ガス圧縮機１３により加圧された状態で、混合ガス供給ライン２１により第１ガス分離膜ユニット１１に供給される。供給された混合ガスは、第１ガス分離膜ユニット１１に備えられたガス分離膜により、ガス分離膜を透過した透過ガスと、ガス分離膜を透過しなかった未透過ガスとに分離される。この第１ユニットで分離された透過ガスは透過ガス排出ライン２２から排出される。一方、第１ユニットで分離された未透過ガスは未透過ガス用ライン２３により第２ガス分離膜ユニット１２に供給される。第２ガス分離膜ユニット１２に供給された第１ガス分離膜ユニットからの未透過ガスは、第２ガス分離膜ユニット１２に備えられたガス分離膜により透過ガスと未透過ガスとに分離される。第２ユニットで分離された未透過ガスは、未透過ガス回収用ライン２４から製品ガスとして回収される。この製品ガスは、低透過性ガスを高濃度に含む。一方、第２ガス分離膜ユニット１２から排出された透過ガスは、透過ガスリサイクル用ライン２５により、第１ガス分離膜ユニットへの供給ガスとしてリサイクルされる。
If the gas separation system of FIG. 1 is used, the low permeability gas with low permeability | transmittance with respect to a gas separation membrane among the gas contained in mixed gas can be collect | recovered with high concentration and a high recovery rate. First, the mixed gas of the raw material supplied from the raw material
本発明のシステムは、第１ガス分離膜ユニット１１のガス分離選択性が、第２ガス分離膜ユニット１２のガス分離選択性より高いことを特徴とする。上述のように、ガス分離膜は、ガス分離選択性が高いほどガス透過速度が小さくなり、逆にガス透過速度が大きいほどガス分離膜のガス分離選択性は低くなる。本発明の発明者は、第１ユニットを構成するガス分離膜と第２ユニットを構成する分離膜とを異なるガス分離選択性を有するガス分離膜とし、かつ、第１ユニットのガス分離膜のガス分離選択性が第２ユニットのガス分離選択性より高いものを使用することが、単一のシステムにおいて、目的ガス（低透過性ガス）の濃縮率を向上させ、かつ、ガス分離膜の面積を小さくすることに最も好適であることを見出した。
The system of the present invention is characterized in that the gas separation selectivity of the first gas
上記第１ユニットおよび第２ユニットにおけるガス分離膜は、供給される混合ガスや目的ガスの種類に応じて適宜選択できる。ガス分離膜は、特に限定されないが、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、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリカーボネート、セルロースなどのガラス状ポリマー材料、又は、ゼオライトなどのセラミックス材料によって好適に製造される。また、ガス分離膜は、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。容器内の収納形態も、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構わない。尚、本発明においては、均質層の厚さが１０〜２００ｎｍ及び多孔質層の厚さが２０〜２００μｍの非対称構造を持ち内径が３０〜５００μｍ程度の芳香族ポリイミドからなる中空糸ガス分離膜が、特に好適に用いられる。 The gas separation membranes in the first unit and the second unit can be appropriately selected according to the type of the mixed gas or target gas to be supplied. The gas separation membrane is not particularly limited, but is a rubbery polymer material such as silicone resin or polybutadiene resin, a glassy polymer material such as polyimide, polyetherimide, polyamide, polyamideimide, polysulfone, polycarbonate, cellulose, or zeolite. It is preferably manufactured from a ceramic material. The gas separation membrane may be any of a homogeneous membrane, an asymmetric membrane comprising a homogeneous layer and a porous layer, and a microporous membrane. The storage form in the container may be any of a plate-and-frame type, a spiral type, and a hollow fiber type. In the present invention, there is provided a hollow fiber gas separation membrane made of an aromatic polyimide having an asymmetric structure with a homogeneous layer thickness of 10 to 200 nm and a porous layer thickness of 20 to 200 μm and an inner diameter of about 30 to 500 μm. Are particularly preferably used.
本発明において、ガス分離膜は、少なくとも、ガス入口、透過ガス排出口、及び、未透過ガス排出口を備えた容器内に、ガス分離膜の透過側と未透過側とが隔絶するように配置されて、ガス分離膜モジュールを形成していることが好ましい。本発明のガス分離膜モジュールが中空糸膜によって構成される場合には、通常中空糸膜の多数本（例えば、数百本から数十万本）を集束して中空糸束とし、その中空糸束の少なくとも一方の端部をエポキシ樹脂のような硬化性樹脂やポリアミド樹脂のような熱可塑性樹脂などで前記端部において中空糸膜が開口状態となるように固着（樹脂固着部を管板という。）して中空糸分離膜エレメントを構成し、更に、単数個又は複数個の前記中空糸分離膜エレメントを、少なくともガス入口、透過ガス排出口、及び、未透過ガス排出口を有する容器内に、中空糸の内側へ通じる空間と中空糸の外側へ通じる空間が隔絶するように装着されて構成されている。容器はステンレスなどの金属材料、プラスチック材料、繊維強化プラスチック材料などの複合材料で製造される。 In the present invention, the gas separation membrane is disposed in a container having at least a gas inlet, a permeate gas discharge port, and a non-permeate gas discharge port so that the permeation side and the non-permeation side of the gas separation membrane are isolated from each other. It is preferable that a gas separation membrane module is formed. When the gas separation membrane module of the present invention is constituted by a hollow fiber membrane, usually a number of hollow fiber membranes (for example, hundreds to hundreds of thousands) are converged to form a hollow fiber bundle, and the hollow fiber At least one end of the bundle is fixed with a curable resin such as an epoxy resin or a thermoplastic resin such as a polyamide resin so that the hollow fiber membrane is open at the end (the resin fixing portion is referred to as a tube plate) )) To form a hollow fiber separation membrane element, and further, the single or plural hollow fiber separation membrane elements are placed in a container having at least a gas inlet, a permeated gas outlet, and an unpermeated gas outlet. The space leading to the inside of the hollow fiber and the space leading to the outside of the hollow fiber are mounted so as to be separated from each other. The container is made of a composite material such as a metal material such as stainless steel, a plastic material, or a fiber reinforced plastic material.
本発明において、１つのユニット内に備えられているガス分離膜モジュールは１本であっても複数本であってもよい。１つのユニット内に２本以上のガス分離膜モジュールが備えられているときは、これらがユニット内で並列に接続されていることが好ましい。また、上記ガス分離膜モジュールは、さらに、パージガス供給口を有していてもよい。 In the present invention, the number of gas separation membrane modules provided in one unit may be one or more. When two or more gas separation membrane modules are provided in one unit, they are preferably connected in parallel in the unit. The gas separation membrane module may further have a purge gas supply port.
本発明において、例えば各ユニットが上記ガス分離膜モジュールを複数本備えている場合、ガス分離膜モジュールの本数を変更することでユニット内の膜面積を容易に調整することができる。 In the present invention, for example, when each unit includes a plurality of the gas separation membrane modules, the membrane area in the unit can be easily adjusted by changing the number of gas separation membrane modules.
本発明においては、透過ガスリサイクル用ライン２５を設けて、第２ガス分離膜ユニットから排出された透過ガスをリサイクルすることにより、原料からの低透過性ガスの回収率を高めることができる。
In the present invention, by providing the permeate
本発明においては、ガス圧縮機１３があることが好ましい。なお、実質的に供給ガスの圧力を増加させない場合においても、送風手段を設けることが好ましい。例えば、送風手段としてガス圧縮機の代わりにブロワーを設置し、第１ユニットからの透過ガス排出ライン２２上、および／または第２ユニットからの透過ガスリサイクル用ライン２５上に減圧手段を設け、第１ユニットおよび／または第２ユニットの透過ガス排出口側を大気圧より低くしてもよい。
In the present invention, the
本発明において、低圧で分離回収したガスを高圧で用いる場合、例えば、バイオガスから分離回収したメタンガスを都市ガスラインへ供給する場合などにおいては、未透過ガス回収用ライン２４に圧縮手段としてのガス圧縮機を設けてもよい。
In the present invention, when a gas separated and recovered at a low pressure is used at a high pressure, for example, when supplying methane gas separated and recovered from a biogas to a city gas line, the unpermeated
本発明のガス分離システムを用いて分離する混合ガスは、２種以上のガス混合物であれば特に制限されるものではない。本発明のガス分離システムは、例えば、メタンガスと二酸化炭素ガスを主に含むバイオガスからのメタンガスの分離回収などに好適に使用することができる。 The mixed gas separated using the gas separation system of the present invention is not particularly limited as long as it is a mixture of two or more gases. The gas separation system of the present invention can be suitably used, for example, for separation and recovery of methane gas from biogas mainly containing methane gas and carbon dioxide gas.
以下、本発明を実施例に基づき、さらに詳細に説明する。但し、本発明は下記実施例により制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. However, the present invention is not limited by the following examples.
＜ガス分離膜モジュール＞
実施例、比較例において用いたガス分離膜モジュールの運転条件でのガス分離特性を表１に示す。ガス分離膜モジュールＡの方がガス分離膜モジュールＢよりガス分離選択性が高いガス分離膜により構成されている。
<Gas separation membrane module>
Table 1 shows the gas separation characteristics under the operating conditions of the gas separation membrane module used in the examples and comparative examples. The gas separation membrane module A is constituted by a gas separation membrane having higher gas separation selectivity than the gas separation membrane module B.
＜実施例１＞
二酸化炭素ガスとメタンガスとの混合ガス（ＣＯ２：ＣＨ４＝４０：６０（モル比））を原料ガスとし、図１の構成を有するシステムを用いて、９５モル％以上の濃度に濃縮されたメタンガス（製品ガス）を得ることを目的とした。第１ガス分離膜ユニット１１を２３本のガス分離膜モジュールＡ、第２ガス分離膜ユニット１２を１７本のガス分離膜モジュールＢで構成した。第１ガス分離膜ユニットは、第２ガス分離膜ユニットよりガス分離選択性が高いガス分離膜モジュールで構成した。原料ガスを、圧力０．８ＭＰａＧ、流量３００Ｎｍ３／ｈで第１ガス分離膜ユニットに供給した。このシステムを用いて原料ガスの分離を行い、回収された製品ガスの量、製品ガス中のＣＨ４濃度、ＣＨ４の回収量、回収率等の結果を表２に示す。
<Example 1>
A mixed gas of carbon dioxide gas and methane gas (CO 2 : CH 4 = 40: 60 (molar ratio)) was used as a raw material gas, and it was concentrated to a concentration of 95 mol% or more using the system having the configuration of FIG. The purpose was to obtain methane gas (product gas). The first gas
＜実施例２、３、比較例１〜７＞
第１ガス分離膜ユニットおよび第２ガス分離膜ユニットを構成するガス分離膜モジュールの種類と本数を表２に示したとおりに変えた以外は実施例１と同様にして製品ガスを回収した。結果を表２に示す。
<Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 7>
Product gas was recovered in the same manner as in Example 1 except that the types and number of gas separation membrane modules constituting the first gas separation membrane unit and the second gas separation membrane unit were changed as shown in Table 2. The results are shown in Table 2.
比較例１は、第１ガス分離膜ユニットも第２ガス分離膜ユニットもガス分離選択性が低い方のガス分離膜モジュールＢで構成した。この場合、必要なガス分離膜の総面積は小さくてすむが、実施例１〜３と比べてＣＨ４の回収量、回収率が低くなることが示された。 In Comparative Example 1, both the first gas separation membrane unit and the second gas separation membrane unit were constituted by the gas separation membrane module B having the lower gas separation selectivity. In this case, the total area of the required gas separation membrane is small, but it was shown that the amount of CH 4 recovered and the recovery rate were lower than those in Examples 1-3.
比較例２〜４は、実施例１〜３とは逆に、第２ガス分離膜ユニットを、第１ガス分離膜ユニットよりガス分離選択性が高いガス分離膜モジュールＡで構成した。この場合、実施例１〜３と比べて、ＣＨ４の回収量、回収率が低くなることが示された。 In Comparative Examples 2 to 4, contrary to Examples 1 to 3, the second gas separation membrane unit was configured with a gas separation membrane module A having higher gas separation selectivity than the first gas separation membrane unit. In this case, it was shown that the recovery amount and recovery rate of CH 4 are lower than those in Examples 1 to 3.
比較例５〜７は、第１ガス分離膜ユニットも第２ガス分離膜ユニットも、ガス分離選択性が高いガス分離膜モジュールＡにより構成した。この場合、実施例１〜３と比べて、ＣＨ４の回収量、回収率は高くなるが、必要なガス分離膜の総面積が大きくなることが示された。 In Comparative Examples 5 to 7, both the first gas separation membrane unit and the second gas separation membrane unit were configured by the gas separation membrane module A having high gas separation selectivity. In this case, it was shown that the total amount of the required gas separation membrane was increased, although the recovery amount and recovery rate of CH 4 were higher than in Examples 1 to 3.
１１ 第１ガス分離膜ユニット
１２ 第２ガス分離膜ユニット
１３ ガス圧縮機
２１ 混合ガス供給ライン
２２ 透過ガス排出ライン
２３ 未透過ガス用ライン
２４ 未透過ガス回収用ライン
２５ 透過ガスリサイクル用ライン
３１ 原料ガス供給口
11 First gas
Claims (5)
第１ガス分離膜ユニットと第２ガス分離膜ユニットとが直列に接続され、
第１ガス分離膜ユニットから排出された未透過ガスを、第２ガス分離膜ユニットに供給するラインと、
第２ガス分離膜ユニットから排出された透過ガスを、第１ガス分離膜ユニットに供給するためのラインとを備え、かつ、
第１ガス分離膜ユニットのガス分離選択性が、第２ガス分離膜ユニットのガス分離選択性より高く、
第２ガス分離膜ユニットから排出される二酸化炭素ガスの透過速度が、第１ガス分離膜ユニットから排出される二酸化炭素ガスの透過速度より大きく、
第１ガス分離膜ユニットから排出される透過ガス中の二酸化炭素ガスの濃度が９０モル％以上であり、かつ、第２ガス分離膜ユニットから排出される未透過ガス中のメタンガスの濃度が９５モル％以上であり、
前記ガス分離選択性が、（二酸化炭素ガスの透過速度／メタンガスの透過速度）で表される、二酸化炭素ガスとメタンガスとの分離選択性である、ガス分離システム。 A gas separation system for recovering an unpermeated gas from a mixed gas of carbon dioxide gas and methane gas using a gas separation membrane,
The first gas separation membrane unit and the second gas separation membrane unit are connected in series,
A line for supplying unpermeated gas discharged from the first gas separation membrane unit to the second gas separation membrane unit;
A line for supplying the permeated gas discharged from the second gas separation membrane unit to the first gas separation membrane unit, and
Gas separation selectivity of the first gas separation membrane unit, rather high from the gas separation selectivity of the second gas separation membrane unit,
The permeation rate of carbon dioxide gas discharged from the second gas separation membrane unit is greater than the permeation rate of carbon dioxide gas discharged from the first gas separation membrane unit;
The concentration of carbon dioxide gas in the permeated gas discharged from the first gas separation membrane unit is 90 mol% or more, and the concentration of methane gas in the non-permeated gas discharged from the second gas separation membrane unit is 95 mol. % Or more,
The gas separation system, wherein the gas separation selectivity is a separation selectivity between carbon dioxide gas and methane gas, represented by (permeation rate of carbon dioxide gas / permeation rate of methane gas) .
第１ガス分離膜ユニットから排出された未透過ガスを、第２ガス分離膜ユニットに供給するステップと、
第２ガス分離膜ユニットから排出された未透過ガスを回収するステップと、
第２ガス分離膜ユニットから排出された透過ガスを、第１ガス分離膜ユニットに供給するステップと、
を含む混合ガスの分離方法であって、
第１ガス分離膜ユニットのガス分離選択性が、第２ガス分離膜ユニットのガス分離選択性より高く、
第２ガス分離膜ユニットから排出される二酸化炭素ガスの透過速度が、第１ガス分離膜ユニットから排出される二酸化炭素ガスの透過速度より大きく、
第１ガス分離膜ユニットから排出される透過ガス中の二酸化炭素ガスの濃度が９０モル％以上であり、かつ、第２ガス分離膜ユニットから排出される未透過ガス中のメタンガスの濃度が９５モル％以上であり、
前記ガス分離選択性が、（二酸化炭素ガスの透過速度／メタンガスの透過速度）で表される、二酸化炭素ガスとメタンガスとの分離選択性である、混合ガスの分離方法。 Supplying a mixed gas of carbon dioxide gas and methane gas to the first gas separation membrane unit;
Supplying unpermeated gas discharged from the first gas separation membrane unit to the second gas separation membrane unit;
Recovering the unpermeated gas discharged from the second gas separation membrane unit;
Supplying the permeated gas discharged from the second gas separation membrane unit to the first gas separation membrane unit;
A method for separating a mixed gas containing
Gas separation selectivity of the first gas separation membrane unit, rather high from the gas separation selectivity of the second gas separation membrane unit,
The permeation rate of carbon dioxide gas discharged from the second gas separation membrane unit is greater than the permeation rate of carbon dioxide gas discharged from the first gas separation membrane unit;
The concentration of carbon dioxide gas in the permeated gas discharged from the first gas separation membrane unit is 90 mol% or more, and the concentration of methane gas in the non-permeated gas discharged from the second gas separation membrane unit is 95 mol. % Or more,
A method for separating a mixed gas, wherein the gas separation selectivity is a separation selectivity between carbon dioxide gas and methane gas, represented by (permeation rate of carbon dioxide gas / permeation rate of methane gas) .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011278313A JP5948853B2 (en) | 2011-12-20 | 2011-12-20 | Gas separation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011278313A JP5948853B2 (en) | 2011-12-20 | 2011-12-20 | Gas separation system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013128868A JP2013128868A (en) | 2013-07-04 |
| JP5948853B2 true JP5948853B2 (en) | 2016-07-06 |
Family
ID=48906912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011278313A Active JP5948853B2 (en) | 2011-12-20 | 2011-12-20 | Gas separation system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5948853B2 (en) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150273388A1 (en) * | 2014-03-31 | 2015-10-01 | Ube Industries, Ltd. | Gas separation system and enriched gas production method |
| JP6464881B2 (en) * | 2015-03-30 | 2019-02-06 | 宇部興産株式会社 | Gas separation system and method for producing enriched gas |
| JP6511912B2 (en) * | 2015-03-30 | 2019-05-15 | 宇部興産株式会社 | Gas separation system and method for producing enriched gas |
| WO2017206069A1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-12-07 | Evonik Specialty Chemicals (Shanghai) Co., Ltd. | Process and apparatus for separating gases |
| JP6953764B2 (en) * | 2017-03-31 | 2021-10-27 | 宇部興産株式会社 | Biogas Concentration System and Biogas Concentration Method |
| JPWO2022030267A1 (en) | 2020-08-07 | 2022-02-10 | ||
| JP7468822B1 (en) | 2022-07-14 | 2024-04-16 | Ｕｂｅ株式会社 | Gas separation system and method for producing methane-enriched gas |
| JP7529187B1 (en) | 2024-01-17 | 2024-08-06 | Ｕｂｅ株式会社 | Gas separation system and method for producing methane-enriched gas |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5263178A (en) * | 1975-11-17 | 1977-05-25 | Toshiba Corp | Gas separation unit |
| JPS59207827A (en) * | 1983-05-10 | 1984-11-26 | Ube Ind Ltd | Method for separating gas from gas mixture |
| JPS60231405A (en) * | 1984-04-26 | 1985-11-18 | Kuraray Co Ltd | Generating apparatus of nitrogen-enriched air |
| US5102432A (en) * | 1990-12-10 | 1992-04-07 | Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation | Three-stage membrane gas separation process and system |
| FR2724327B1 (en) * | 1994-09-12 | 1996-10-25 | Air Liquide | METHOD FOR CASCADE MEMBRANE SEPARATION OF MEMBRANES OF DIFFERENT SELECTIVITY |
| JP2007254572A (en) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Ngk Insulators Ltd | Methane concentration system and its operation method |
| JP5124158B2 (en) * | 2007-04-13 | 2013-01-23 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | Methane concentration apparatus and method |
-
2011
- 2011-12-20 JP JP2011278313A patent/JP5948853B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013128868A (en) | 2013-07-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5948853B2 (en) | Gas separation system | |
| KR101985551B1 (en) | Process for separation of gases | |
| US10258921B2 (en) | Gas separation system and enriched gas production method | |
| JP6351508B2 (en) | Gas separation method | |
| JP6471243B2 (en) | Low maintenance cost gas separation process | |
| JP7365453B2 (en) | Processes and equipment for gas separation | |
| JP6953764B2 (en) | Biogas Concentration System and Biogas Concentration Method | |
| CN113457390B (en) | Membrane process and system for high recovery of non-permeate gas | |
| CN106000016B (en) | Gas separation system and method for producing enriched gas | |
| JP5982876B2 (en) | Gas separation system | |
| JP2020163282A (en) | Gas separation membrane system | |
| JP6464881B2 (en) | Gas separation system and method for producing enriched gas | |
| JP5830989B2 (en) | Mixed gas separator | |
| JP6102130B2 (en) | Carbon dioxide recovery system and carbon dioxide recovery method | |
| JP2020163250A (en) | Gas separation membrane system | |
| JP6511912B2 (en) | Gas separation system and method for producing enriched gas | |
| WO2024014493A1 (en) | Gas separation system and method for producing methane-enriched gas | |
| JP7031214B2 (en) | Helium-enriched gas production method and gas separation system | |
| KR102273078B1 (en) | Carbon dioxide separation method by using separation membranes in gtl synthesis process | |
| WO2024014494A1 (en) | Gas separation system and enriched gas production method | |
| CN117797611A (en) | Membrane method and system for high recovery of non-permeate gas using sweep gas | |
| JP2022176139A (en) | gas separation process | |
| KR20150131638A (en) | An apparatus of purifying biogas |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141031 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150828 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150908 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151105 |
|
| 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: 20160510 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160523 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5948853 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 |