JP6636948B2 - ガス分離方法 - Google Patents
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Description
本発明は、スイープガスを用いたガス分離方法に関する。
従来、ガス分離膜の供給側空間に２種以上のガスを含む供給ガスを供給して、供給ガスに含まれる所定ガスをガス分離膜の透過側空間に透過させる場合において、透過側空間にスイープガスを流通させる手法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
しかしながら、従来のスイープガスを用いたガス分離方法では、スイープガスの成分について透過効率向上という観点から検討されていない。特に、ガス分離膜を透過する所定ガスが供給ガスに微量に含まれている場合には、供給ガスにおける所定ガスの分圧が透過側空間の全圧以下となりやすいため、スイープガスを用いた透過効率の向上が望まれている。
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、ガス分離膜の透過効率を向上可能なガス分離方法を提供することを目的とする。
本発明に係るガス分離方法は、互いに種類の異なる第１ガス、第２ガス及び第３ガスを少なくとも含む供給ガスにおける第１ガスの分圧が、ガス分離膜の透過側空間の全圧以下となる条件下で実施される。本発明に係るガス分離方法は、ガス分離膜の供給側空間に供給ガスを供給しながら、ガス分離膜の透過側空間に第３ガスを少なくとも含むスイープガスを流す工程を備える。ガス分離膜において、第１ガスの透過速度は第２ガスの透過速度よりも大きい。
本発明によれば、ガス分離膜の透過効率を向上可能なガス分離方法を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（ガス分離膜構造体１０の構成）
ガス分離膜構造体１０は、多孔質支持体２０とガス分離膜３０を備える。
ガス分離膜構造体１０は、多孔質支持体２０とガス分離膜３０を備える。
多孔質支持体２０は、ガス分離膜３０を支持する。多孔質支持体２０は、分離対象である供給ガスをガス分離膜３０に供給できる形状であればよく、例えばハニカム状、モノリス状、平板状、管状、円筒状、円柱状、及び角柱状などが挙げられる。多孔質支持体２０は、基体２１と中間層２２と表層２３を有する。
基体２１は、多孔質材料によって構成される。多孔質材料としては、例えば、セラミックス焼結体、金属、有機高分子、ガラス、及びカーボンなどを用いることができる。セラミックス焼結体としては、アルミナ、シリカ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化ケイ素、炭化ケイ素などが挙げられる。金属としては、アルミニウム、鉄、ブロンズ、ステンレスなどが挙げられる。有機高分子としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリイミドなどが挙げられる。
基体２１は、無機結合材を含んでいてもよい。無機結合材としては、チタニア、ムライト、易焼結性アルミナ、シリカ、ガラスフリット、粘土鉱物、易焼結性コージェライトのうち少なくとも一つを用いることができる。
基体２１の気孔率は、２５％〜５０％とすることができる。基体２１を構成する多孔質材料の平均粒径は、５μｍ〜１００μｍとすることができる。基体２１の平均細孔径は、５μｍ〜２５μｍとすることができる。基体２１の平均細孔径は、水銀ポロシメーターによって測定できる。本実施形態において、「平均粒径」とは、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いた断面微構造観察によって測定される３０個の測定対象粒子の最大直径の算術平均値である。
中間層２２は、基体２１の表面に形成される。中間層２２は、基体２１に用いることのできる多孔質材料によって構成される。中間層２２の厚みは、３０μｍ〜３００μｍとすることができる。中間層２２の気孔率は、２０％〜６０％とすることができる。中間層２２の平均細孔径は、基体２１の平均細孔径より小さくてもよく、０．００５μｍ〜２μｍとすることができる。中間層２２の平均細孔径は、パームポロメーターによって測定することができる。
表層２３は、中間層２２の表面に形成される。表層２３は、基体２１に用いることのできる多孔質材料によって構成される。表層２３の厚みは、１μｍ〜５０μｍとすることができる。表層２３の気孔率は、２０％〜６０％とすることができる。表層２３の平均細孔径は、中間層２２の平均細孔径より小さくてもよく、０．００１μｍ〜１μｍとすることができる。表層２３の平均細孔径は、パームポロメーターによって測定することができる。
ガス分離膜３０は、表層２３の表面に形成される。ガス分離膜３０の平均細孔径は、基体２１、中間層２２及び表層２３それぞれの平均細孔径より小さくてもよい。ガス分離膜３０の平均細孔径は、供給ガスのうちガス分離膜３０を選択的に透過するガスの分子径に応じて適宜決定できる。ガス分離膜３０の平均細孔径は、ＡＳＴＭ Ｆ３１６に記載のエアフロー法やナノパームポロメーターによって測定することができる。
ガス分離膜３０は、無機材料、金属材料、有機材料、或いはこれらの複合材料によって構成することができる。耐熱性や耐有機溶媒性を考慮すると、ゼオライト膜、炭素膜及びシリカ膜などの無機膜がガス分離膜３０として好適である。
（ガス分離膜構造体１０の製造方法）
次に、ガス分離膜構造体１０の製造方法について説明する。
次に、ガス分離膜構造体１０の製造方法について説明する。
まず、押出成形法、プレス成形法あるいは鋳込み成形法などを用いて、基体２１の原料を所望の形状に成形することによって基体２１の成形体を形成する。次に、基体２１の成形体を焼成（例えば、９００℃〜１４５０℃）して基体２１を形成する。
次に、所望の粒径のセラミックス原料を用いて中間層用スラリーを調整し、基体２１の表面に中間層用スラリーで成膜することによって中間層２２の成形体を形成する。次に、中間層２２の成形体を焼成（例えば、９００℃〜１４５０℃）して中間層２２を形成する。
次に、所望の粒径のセラミックス原料を用いて表層用スラリーを調整し、中間層２２の表面に表層用スラリーで成膜することによって表層２３の成形体を形成する。次に、表層２３の成形体を焼成（例えば、９００℃〜１４５０℃）して表層２３を形成する。以上によって多孔質支持体２０が完成する。
次に、表層２３の表面にガス分離膜３０を形成する。ガス分離膜３０の形成方法は、膜種に応じて従来既知の方法を採用することができる。以下、ゼオライト膜、炭素膜及びシリカ膜の形成方法を順次説明する。
ゼオライト膜の形成方法を説明する。まず、種結晶としてのゼオライトを予め表層２３の表面に塗布した後、シリカ源、アルミナ源、有機テンプレート、アルカリ源及び水などを含む原料溶液が入った耐圧容器に多孔質支持体２０を浸漬する。次に、耐圧容器を乾燥器に入れ、１００〜２００℃で１〜２４０時間ほど加熱処理（水熱合成）を行うことによってゼオライト膜を形成する。次に、ゼオライト膜が形成された多孔質支持体２０を洗浄して、８０〜１００℃で乾燥する。次に、多孔質支持体２０を電気炉に入れ、大気中にて４００〜８００℃で１〜２００時間ほど加熱することによって有機テンプレートを燃焼除去する。
次に、シリカ膜の形成方法を説明する。まず、テトラエトシキシランを硝酸の存在下で加水分解してゾル液とし、エタノール又は水で希釈することによって前駆体溶液（シリカゾル液）を調製する。次に、表層２３の表面に前駆体溶液を接触させ、１００℃／ｈｒにて４００〜７００℃まで昇温して１時間保持した後に１００℃／ｈｒで降温する。以上の工程を３〜５回繰り返すことによってシリカ膜を形成する。
次に、炭素膜の形成方法を説明する。まず、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂、セルロース系樹脂、又はこれらの前駆体物質を、メタノール、アセトン、テトラヒドロフラン、ＮＭＰ、トルエン等の有機溶媒や水に溶解することによって前駆体溶液を調製する。次に、前駆体溶液を表層２３の表面に接触させ、前駆体溶液に含まれる樹脂の種類に応じた熱処理（例えば、５００℃〜１０００℃）を施すことによって炭素膜を形成する。
（ガス分離膜３０を用いたガス分離方法）
次に、ガス分離膜３０を用いたガス分離方法について、図面を参照しながら説明する。図２は、ガス分離に用いられるガス分離モジュール１００の構成を模式的に示す断面図である。
次に、ガス分離膜３０を用いたガス分離方法について、図面を参照しながら説明する。図２は、ガス分離に用いられるガス分離モジュール１００の構成を模式的に示す断面図である。
１．ガス分離モジュール１００の構成
ガス分離モジュール１００は、ガス分離膜構造体１０とハウジング１１０を備える。
ガス分離モジュール１００は、ガス分離膜構造体１０とハウジング１１０を備える。
ガス分離膜構造体１０は、ハウジング１１０内に配置される。ガス分離膜構造体１０は、多孔質支持体２０とガス分離膜３０を備える。ガス分離膜構造体１０は、ハウジング１１０の内部空間を供給側空間Ｓ１と透過側空間Ｓ２に仕切る。
ハウジング１１０は、供給側空間Ｓ１に連なる第１供給管１１１と第１排出管１１２を有する。ハウジング１１０は、透過側空間Ｓ２に連なる第２供給管１１３と第２排出管１１４を有する。
第１供給管１１１は、供給側空間Ｓ１に供給ガスを供給するための流路である。本実施形態において、供給ガスは、第１ガスＧ１、第２ガスＧ２及び第３ガスＧ３を少なくとも含む混合ガスである。第１ガスＧ１、第２ガスＧ２及び第３ガスＧ３は、互いに種類の異なる単成分ガスである。
ここで、第１ガスＧ１は、ガス分離膜３０によって供給ガスから選択的に回収される。第１ガスＧ１は、ガス分離膜３０を透過する透過ガスに含まれることになる。第１ガスＧ１は、供給ガスに微量に含まれている。
供給ガスにおける第１ガスＧ１の濃度は、特に制限されるものではないが、０．１％以上５．０％以下とすることができる。供給ガスにおける第１ガスＧ１の濃度が０．１％未満の場合、第１ガスＧ１の分圧が小さくなりすぎて膜透過を効率的に行えない場合がある。また、供給ガスにおける第１ガスＧ１の濃度が５．０％より大きい場合、供給ガスのうちガス分離膜３０を透過しない非透過ガスにおける第１ガスＧ１の濃度を膜透過によって十分に低減できない場合がある。また、供給ガスにおける第１ガスＧ１の濃度が５．０％より大きい場合、スイープガスを用いずに第１ガスＧ１を膜透過できる場合がある。
このように、供給ガスにおける第１ガスＧ１の濃度が低いため、もしガス分離膜３０の透過側空間Ｓ２に後述するスイープガスが流れていなければ、第１ガスの膜透過量は第２ガスや第３ガスの膜透過量によって制限される。そのため、第１ガスの分圧が透過側空間Ｓ２の全圧以下となる場合には、第１ガスＧ１はガス分離膜３０を透過しにくくなってしまう。
第１ガスＧ１の分子径は、第２ガスＧ２の分子径より小さいことが好ましい。第１ガスＧ１の分子径は、ガス分離膜３０の平均細孔径以下であることが好ましい。第１ガスＧ１の分子径は、第３ガスＧ３の分子径より小さくても大きくてもよい。
第２ガスＧ２は、第１ガスＧ１に比べてガス分離膜３０を透過しにくいガスである。ガス分離膜３０において、第１ガスＧ１の透過速度（パーミアンス）は第２ガスＧ２の透過速度よりも大きい。透過速度とは、単位圧力差・単位膜面積・単位時間あたりにガス分離膜３０を透過するガスの量であり、［ｍｏｌ／（ｍ２・ｓ・Ｐａ）］という単位で表される。
具体的に、第１ガスＧ１の第２ガスＧ２に対する透過速度比を１００以上とすることが好ましい。第１ガスＧ１の第２ガスＧ２に対する透過速度比を１００以上とすることによって、非透過ガスにおける第２ガスＧ２の濃度をより高くすることができる。第２ガスＧ２の分子径は、第１ガスＧ１の分子径より大きいことが好ましい。第２ガスＧ２の分子径を第１ガスＧ１の分子径より大きくすることで、第１ガスＧ１の第２ガスＧ２に対する透過速度比を大きくしやすい。第２ガスＧ２の分子径は、ガス分離膜３０の平均細孔径より大きいことが好ましい。供給ガスにおける第２ガスＧ２の濃度は、特に制限されるものではないが、１０％以上とすることができる。供給ガスにおける第２ガスＧ２の濃度は、５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。
第３ガスＧ３は、ガス分離膜３０を透過せず残留したとしても特に不都合のないガスである。従って、第３ガスＧ３は、ガス分離膜３０によって供給ガスから選択的に回収されずに非透過ガスに混入してもよい。ただし、後工程において第２ガスＧ２から第３ガスＧ３を分離しなければならない場合があるため、第３ガスＧ３はガス分離膜３０によって供給ガスから回収されることが好ましい。従って、第３ガスＧ３は、第２ガスＧ２に比べてガス分離膜３０を透過しやすいことが好ましい。すなわち、ガス分離膜３０において、第３ガスＧ３の透過速度は第２ガスＧ２の透過速度よりも大きいことが好ましい。第３ガスＧ３の分子径は、ガス分離膜３０の平均細孔径以下であることが好ましい。第３ガスＧ３の分子径は、第１ガスＧ１の分子径より小さくても大きくてもよい。
このような第１ガスＧ１、第２ガスＧ２及び第３ガスＧ３の組み合わせとしては、例えば以下の組み合わせが挙げられる。
・水素、メタン及び窒素の組み合わせ
・水素、メタン及び二酸化炭素の組み合わせ
・ヘリウム、メタン及び窒素の組み合わせ
・ヘリウム、メタン及び二酸化炭素の組み合わせ
・ヘリウム、酸素及び窒素の組み合わせ
・水素、酸素及び二酸化炭素の組み合わせ
・水素、二酸化炭素及び水蒸気の組み合わせ
・水素、一酸化炭素及び二酸化炭素の組み合わせ
・水素、一酸化炭素及び水蒸気の組み合わせ
・水素、一酸化炭素及び窒素の組み合わせ
・水素、酸素及び窒素の組み合わせ
・窒素、メタン及びエタンの組み合わせ
・窒素、メタン及びプロパンの組み合わせ
・窒素、メタン及びブタンの組み合わせ
・水素、メタン及び窒素の組み合わせ
・水素、メタン及び二酸化炭素の組み合わせ
・ヘリウム、メタン及び窒素の組み合わせ
・ヘリウム、メタン及び二酸化炭素の組み合わせ
・ヘリウム、酸素及び窒素の組み合わせ
・水素、酸素及び二酸化炭素の組み合わせ
・水素、二酸化炭素及び水蒸気の組み合わせ
・水素、一酸化炭素及び二酸化炭素の組み合わせ
・水素、一酸化炭素及び水蒸気の組み合わせ
・水素、一酸化炭素及び窒素の組み合わせ
・水素、酸素及び窒素の組み合わせ
・窒素、メタン及びエタンの組み合わせ
・窒素、メタン及びプロパンの組み合わせ
・窒素、メタン及びブタンの組み合わせ
なお、供給ガスには第１ガスＧ１、第２ガスＧ２及び第３ガスＧ３以外のガス（例えば、不可避的に混入するガスなど）が含まれていてもよい。
第１排出管１１２は、ガス分離膜３０を透過しない非透過ガスを供給側空間Ｓ１から排出するための流路である。本実施形態において、非透過ガスは、第２ガスＧ２を主成分として含んでいる。非透過ガスは、第３ガスＧ３を副成分として含んでいてもよい。
第２供給管１１３は、透過側空間Ｓ２にスイープガスを供給するための流路である。本実施形態において、スイープガスは、少なくとも第３ガスＧ３を含む。スイープガスは、第３ガスＧ３のみを含んでいてもよいし、第３ガスＧ３を主成分として含んでいてもよい。ここで第３ガスＧ３を主成分として含むとは、スイープガス中の第３ガスＧ３の濃度が５０％以上であることをいう。このようなスイープガスを透過側空間Ｓ２に流すことによって、透過側空間Ｓ２の第１ガスの分圧を低下させることができる。
第２排出管１１４は、透過ガスとスイープガスを透過側空間Ｓ２から排出するための流路である。本実施形態において、透過ガスには第１ガスＧ１と第３ガスＧ３が含まれており、スイープガスには第３ガスＧ３が含まれている。従って、第２排出管１１４からは第１ガスＧ１と第３ガスＧ３が排出される。
２．ガス分離方法
次に、ガス分離モジュール１００を用いたガス分離方法について説明する。
次に、ガス分離モジュール１００を用いたガス分離方法について説明する。
本実施形態に係るガス分離方法は、第１ガスＧ１、第２ガスＧ２及び第３ガスＧ３を含む供給ガスを供給側空間Ｓ１に供給しながら、第３ガスＧ３を含むスイープガスを透過側空間Ｓ２に流す工程を備える。
この際、供給ガスにおける第１ガスＧ１の濃度が低いため、もしガス分離膜３０の透過側空間Ｓ２にスイープガスが流れていなければ、第１ガスＧ１はガス分離膜３０を効率的に透過することができない。
本実施形態では、スイープガスが透過側空間Ｓ２に流されることによって、透過側空間Ｓ２における第１ガスＧ１の分圧を効率的に低くすることができるため、第１ガスＧ１はガス分離膜３０を効率的に透過することができる。
さらに、スイープガスを透過側空間Ｓ２に流す際には、供給側空間Ｓ１における第３ガスＧ３の分圧を透過側空間Ｓ２の全圧以上とすることが好ましい。これによって、供給ガスに含まれる第３ガスＧ３を透過側空間Ｓ２に透過させるとともに、スイープガスに含まれる第３ガスＧ３が供給側空間Ｓ１に漏洩することを抑制できる。その結果、非透過ガスにおける第２ガスＧ２の濃度を高めることができる。
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態において、多孔質支持体２０は、基体２１と中間層２２と表層２３とを有することとしたが、これに限られるものではない。多孔質支持体２０は、中間層２２と表層２３の一方又は両方を有していなくてもよい。
また、上記実施形態において、ガス分離モジュール１００の構成を例示したが、ハウジング１１０の形状、供給管と排出管の位置及び本数、ガス分離膜３０の配置などは適宜変更可能である。
以下において本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。
（ガス分離膜構造体の作製）
１．サンプルＮｏ．１〜８
サンプルＮｏ．１〜８では、ガス分離膜として炭素膜を形成した。
１．サンプルＮｏ．１〜８
サンプルＮｏ．１〜８では、ガス分離膜として炭素膜を形成した。
まず、押出成形法によって形成した成形体を焼成することによって、モノリス形状の基体を作製した。次いで、基体に形成された貫通孔の内壁面に堆積させた平均粒子径０．３〜１０μｍのアルミナ粒子を焼成することによって、厚さ１０〜１０００μｍ、平均細孔径０．１〜３μｍの中間層を形成した。さらに、中間層上に堆積させた平均粒子径０．３〜１μｍのアルミナ粒子を焼成することによって、厚さ１〜１００μｍ、平均細孔径０．０１〜０．５μｍの表層を形成した。これにより、複数のセルを有する多孔質支持体が完成した。
次に、多孔質支持体の細孔内に５０ｋＰａのヘリウムガスを供給して加圧しながら、浸漬法によってセルの内壁面にポリイミド樹脂の前駆体溶液を成膜した。次に、成膜した前駆体溶液を窒素雰囲気下において所定温度（サンプルＮｏ．１〜３では６５０℃、サンプルＮｏ．４〜８では７００℃）で炭化させることによって、表層上に炭素膜を形成した。
２．サンプルＮｏ．９
サンプルＮｏ．９では、ガス分離膜としてＤＤＲ型ゼオライト膜を形成した。
サンプルＮｏ．９では、ガス分離膜としてＤＤＲ型ゼオライト膜を形成した。
まず、サンプルＮｏ．１〜８と同様の方法によって、複数のセルを有する多孔質支持体を作製した。
次に、ＤＤＲ型ゼオライト種結晶（Ｓｉ／Ａｌ比≧２００）をエタノールで希釈し、濃度０．１質量％になるように調整した種付け用スラリー液を多孔質支持体のセル内に流し込んだ。次に、ドライヤーを用いてセル内を通風させることによって種付け用スラリー液を乾燥させた。
次に、フッ素樹脂製広口瓶にエチレンジアミンを入れた後、１−アダマンタンアミンを加えて１−アダマンタンアミンの沈殿が残らないように溶解した。次に、別の容器に３０重量％シリカゾルと蒸留水を入れて軽く攪拌した後、これを広口瓶に加え、１時間攪拌して膜形成用ゾルを調製した。得られた膜形成用ゾルをステンレス製耐圧容器のフッ素樹脂製内筒に入れ、ＤＤＲ型ゼオライト種結晶を付着させた多孔質支持体を浸漬した後、１６０℃の熱風乾燥機中で２４時間反応させることによってＤＤＲ型ゼオライト膜を形成した。
次に、多孔質支持体を洗浄して８０℃で１２時間以上乾燥させた。次に、多孔質支持体を電気炉で４５０℃まで昇温して２０時間保持することによって、ＤＤＲ型ゼオライト膜中の１−アダマンタンアミンを燃焼除去した。
３．サンプルＮｏ．１０〜１２
サンプルＮｏ．１０〜１２では、ガス分離膜としてシリカ膜を形成した。
サンプルＮｏ．１０〜１２では、ガス分離膜としてシリカ膜を形成した。
まず、サンプルＮｏ．１〜９と同様の方法によって、複数のセルを有する多孔質支持体を作製した。
次いで、表層上に堆積させた平均粒子径０．０１〜０．３μｍのアルミナ粒子を焼成することによって、厚さ０．１〜１０μｍ、平均細孔径０．００１〜０．０３μｍのＵＦ層を形成した。
次に、テトラエトシキシランを硝酸の存在下において５０℃にて５時間加水分解した溶液をエタノールで希釈することによって、シリカ換算で１．０ｗｔ％の前駆体溶液を調製した。
次に、前駆体溶液を多孔質支持体のセルに流し込むことによって、セルの内壁面に前駆体溶液を成膜した。次に、ドライヤーを用いてセル内を通風させることによって、成膜された前駆体溶液を１〜２時間乾燥させた。次に、電気炉を用いて、大気中において６００℃で熱処理した。そして、前駆体溶液の成膜から電気炉での焼成までの工程を４回繰り返すことによって、ＵＦ層上にシリカ膜を形成した。
（ガス分離試験）
ガス分離膜構造体を組み込んだガス分離モジュール（図２参照）を用いて、表１に示す条件にてガス分離試験を行った。なお、上述の通り、サンプルＮｏ．１〜３のガス分離膜構造体は互いに等価であり、サンプルＮｏ．４〜８のガス分離膜構造体は互いに等価であり、サンプルＮｏ．１０〜１２のガス分離膜構造体は互いに等価である。
ガス分離膜構造体を組み込んだガス分離モジュール（図２参照）を用いて、表１に示す条件にてガス分離試験を行った。なお、上述の通り、サンプルＮｏ．１〜３のガス分離膜構造体は互いに等価であり、サンプルＮｏ．４〜８のガス分離膜構造体は互いに等価であり、サンプルＮｏ．１０〜１２のガス分離膜構造体は互いに等価である。
表１に示すように、サンプルＮｏ．１とサンプルＮｏ．２の比較から、スイープガスとして第３ガスを用いることによって、非透過ガスにおける第２ガスの第３ガスに対する濃度比を向上させられることが確認された。
また、サンプルＮｏ．２とサンプルＮｏ．３，５の比較から、供給ガスにおける第３ガスの分圧を透過側空間の全圧よりも高くすることによって、非透過ガスにおける第２ガスの第３ガスに対する濃度比をより向上させられることが確認された。
また、サンプルＮｏ．２とサンプルＮｏ．４，５の比較から、第１ガスの第２ガスに対する透過速度比を１００以上とすることによって、非透過ガスにおける第２ガスの第３ガスに対する濃度比をより向上させられることが確認された。
また、サンプルＮｏ．６〜８においても良好な結果が得られたことから、供給ガスにおける第１ガスの濃度に関わらず第１ガスの透過効率を向上させられることが確認された。さらに、サンプルＮｏ．６，７とサンプルＮｏ．８の比較から、供給ガスにおける第１ガスの濃度は０．１％以上５．０％以下が特に好ましいことが確認された。
また、ＤＤＲ型ゼオライト膜やシリカ膜を備えるサンプルＮｏ．９〜１２においても良好な結果が得られたことから、ガス分離膜の膜種に関わらず第２ガスの透過効率を向上させられることが確認された。
１０ ガス分離膜構造体
２０ 多孔質支持体
２１ 基体
２２ 中間層
２３ 表層
３０ ガス分離膜
１００ ガス分離モジュール
１１０ ハウジング
１１１ 第１供給管
１１２ 第１排出管
１１３ 第２供給管
１１４ 第２排出管
２０ 多孔質支持体
２１ 基体
２２ 中間層
２３ 表層
３０ ガス分離膜
１００ ガス分離モジュール
１１０ ハウジング
１１１ 第１供給管
１１２ 第１排出管
１１３ 第２供給管
１１４ 第２排出管
Claims (4)
- 互いに種類の異なる第１ガス、第２ガス及び第３ガスを少なくとも含む供給ガスにおける前記第１ガスの分圧が、ガス分離膜の透過側空間の全圧以下となる条件下で実施されるガス分離方法であって、
前記ガス分離膜の供給側空間に前記供給ガスを供給しながら、前記ガス分離膜の透過側空間に前記第３ガスを少なくとも含むスイープガスを流す工程を備え、
前記ガス分離膜において、前記第１ガスの透過速度は前記第２ガスの透過速度よりも大きく、
前記第１ガスは、水素、ヘリウム及び窒素のいずれかであり、
前記供給側空間における前記第３ガスの分圧は、前記透過側空間の全圧以上である、
ガス分離方法。 - 互いに種類の異なる第１ガス、第２ガス及び第３ガスを少なくとも含む供給ガスにおける前記第１ガスの分圧が、ガス分離膜の透過側空間の全圧以下となる条件下で実施されるガス分離方法であって、
前記ガス分離膜の供給側空間に前記供給ガスを供給しながら、前記ガス分離膜の透過側空間に前記第３ガスを少なくとも含むスイープガスを流す工程を備え、
前記ガス分離膜において、前記第１ガスの透過速度は前記第２ガスの透過速度よりも大きく、
前記第１ガスは、水素、ヘリウム及び窒素のいずれかであり、
前記供給ガスにおける前記第１ガスの濃度は、０．１％以上５．０％以下である、
ガス分離方法。 - 前記第１ガスの透過速度の前記第２ガスの透過速度に対する透過速度比は１００以上である、
請求項１又は２に記載のガス分離方法。 - 前記第１ガスの分子径は、前記第２ガスの分子径よりも小さい、
請求項１乃至３のいずれかに記載のガス分離方法。
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