WO2020044992A1 - ガス分離システム及びガス分離方法 - Google Patents

ガス分離システム及びガス分離方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020044992A1
WO2020044992A1 PCT/JP2019/031038 JP2019031038W WO2020044992A1 WO 2020044992 A1 WO2020044992 A1 WO 2020044992A1 JP 2019031038 W JP2019031038 W JP 2019031038W WO 2020044992 A1 WO2020044992 A1 WO 2020044992A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
separation membrane
membrane module
separation
coefficient
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/031038
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正也 板倉
祥広 浅利
正史 岡田
Original Assignee
日立造船株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立造船株式会社 filed Critical 日立造船株式会社
Publication of WO2020044992A1 publication Critical patent/WO2020044992A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • 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
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/58—Multistep processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B39/00—Compounds having molecular sieve and base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites; Their preparation; After-treatment, e.g. ion-exchange or dealumination
    • C01B39/02—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof; Direct preparation thereof; Preparation thereof starting from a reaction mixture containing a crystalline zeolite of another type, or from preformed reactants; After-treatment thereof
    • C01B39/46—Other types characterised by their X-ray diffraction pattern and their defined composition

Definitions

  • the present invention relates to a gas separation system and a separation method for separating a mixed gas.
  • Natural gas and biogas include gases such as CO 2 gas and CH 4 gas.
  • hydrocarbon gas such as CH 4 gas is a useful gas as an energy source.
  • CH 4 gas is a useful gas as a fuel, and a technique for separating a fuel gas such as CH 4 gas with high purity from a mixed gas containing multiple components such as natural gas and biogas has attracted attention in recent years.
  • an organic membrane such as a hollow fiber membrane or an inorganic membrane such as a zeolite membrane is used.
  • a separation membrane having a separation coefficient of about 200 or more is required.
  • Patent Document 1 when a mixed gas of CO 2 gas and CH 4 gas is separated, as shown in FIG. 9, a system including three separation membrane modules and one compressor is provided. Is supplied to the first separation membrane module, the non-permeate gas of the first separation membrane module is supplied to the second separation membrane module, and the non-permeate gas of the second separation membrane module is collected as CH 4 gas, The permeated gas of the first separation membrane module is supplied to the third separation membrane module, and the permeated gas of the third separation membrane module is collected as CO 2 gas.
  • the permeated gas of the second separation membrane module and the non-permeated gas of the third separation membrane module are pressurized by a compressor as return gas and supplied to the first separation membrane module. If the amount of the returned gas is large, the compressor must pressurize the returned gas in addition to the gas to be separated, which results in large power consumption of the compressor. A system in which the amount of returned gas is reduced as much as possible to suppress the compressor power is preferable.
  • the present invention (1) provides a first separation membrane module, a second separation membrane module connected to the first separation membrane module using the non-permeate gas of the first separation membrane module as a supply gas, A third separation membrane module connected to the first separation membrane module using the permeated gas of the separation membrane module as a supply gas, and a compressor provided in the middle of a pipe connected to the supply port of the first separation membrane module; A gas separation system that supplies a gas to be separated containing components to a first separation membrane module and separates the gas as a permeate gas of a third separation membrane module and a non-permeate gas of a second separation membrane module, wherein the gas to be separated is If the gas pressure is lower than the driving pressure of the first separation membrane module, the gas pressure is increased by the compressor and supplied to the first separation membrane module.
  • the permeated gas of the module is supplied to the third separation membrane module, and the non-permeated gas of the third separation membrane module is pressurized by the compressor to be the supply gas of the first separation membrane module,
  • the separation coefficient of the separation membrane used in the first to third separation membrane modules is a gas separation system that is equal to or more than the minimum separation coefficient required to satisfy the required purification degree of the gas to be separated.
  • a feature different from the conventional technique described in Patent Document 1 is that, in the invention described in Patent Document 1, the permeated gas of the second separation membrane module is directly supplied to the first separation membrane module. In this regard, the point is that it is supplied to the third separation membrane module.
  • the amount of the returned gas can be greatly reduced.
  • the power consumption of the compressor for increasing the pressure of the gas can be reduced, and an energy-saving gas separation system becomes possible.
  • the separation coefficient of the separation membrane used in the separation membrane module of this separation system may be not less than the minimum separation coefficient required to satisfy the required purification degree of the gas to be separated.
  • the required degree of purification refers to the required purification purity.
  • a method of obtaining the minimum separation coefficient for example, there is a method of calculating using a simulation software for gas separation.
  • simulation software Aspen Plus manufactured by Aspen Tech
  • setting a separation coefficient for each separation membrane module By constructing the gas separation system of the present invention (1) on simulation software (Aspen Plus manufactured by Aspen Tech) and setting a separation coefficient for each separation membrane module, a permeated gas and a non-permeated gas in each separation membrane module are set. Is calculated.
  • the type of separation membrane used for the separation membrane module is not particularly limited.
  • the present invention (2) is the gas separation system according to the present invention (1), wherein the minimum separation coefficient is 30. Since the amount of the returned gas greatly decreases from a separation coefficient of around 30, it is preferable that the separation coefficient is 30 or more, because the amount of the returned gas can be greatly reduced.
  • the present invention (3) is the present invention (1) or (2), wherein a vacuum pump is provided between the permeate side of the second separation membrane module and the supply side of the third separation membrane module. Gas separation system.
  • providing a vacuum pump between the permeate side of the second separation membrane module and the supply side of the third separation membrane module can reduce the CH 4 gas loss. Is preferably maintained as little as possible, and is also preferable for adjusting the pressure of the gas supplied to the third separation membrane module using a vacuum pump.
  • the present invention (4) is the invention according to any one of the present inventions (1) to (3), wherein the separation membrane provided in the first, second, and third separation membrane modules is a zeolite membrane. It is a gas separation system as described.
  • the separation membrane provided in the separation membrane module is a zeolite membrane, because the separation membrane module can be excellent in heat resistance, chemical resistance, water resistance, and the like.
  • the present invention (5) is the gas separation system according to the present invention (4), wherein the zeolite membrane is a zeolite membrane having 8-membered ring pores.
  • the zeolite membrane is a zeolite membrane having 8-membered ring pores.
  • the molecular diameter of CO 2 gas molecules is 0.33 nm and the molecular diameter of CH 4 gas molecules is 0.38 nm
  • a zeolite structure having an 8-membered ring pore having a pore diameter of 0.33 nm or more and 0.38 nm or less is suitable.
  • Zeolites having an eight-membered ring pore structure include ABW, AEI, AFX, APC, CHA, DDR, EAB, EPI, ERI, ESV, IHW, LEV, PHI, RHO, RTE, RTH, SIV, and the like.
  • the present invention (6) is the gas separation system according to the present invention (5), wherein the zeolite membrane having 8-membered ring pores is a CHA-type zeolite membrane.
  • the CHA-type zeolite membrane has a pore diameter of 0.38 nm, for example, CO 2 gas molecules can permeate through the pores, but CH 4 gas molecules cannot. Therefore, a mixed gas of CO 2 gas and CH 4 gas is used. Suitable for separating. Further, the CHA type zeolite membrane is preferable because it has excellent acid resistance and can withstand an environment with high acidity.
  • the gas is separated into a permeating gas group and a non-permeating gas group.
  • the gas separation system enables separation of each gas component.
  • the first to third separation membrane modules including a separation membrane having a separation coefficient equal to or more than the minimum separation coefficient for satisfying the required purification degree of the gas to be separated, the gas pressure of the first separation membrane module is increased.
  • Step (5) to separate, third supplying non-permeate gas of the separation membrane module to the first separation membrane module under pressure in the compressor step (6), a gas separation method comprising.
  • the amount of returned gas can be reduced.
  • the separation coefficient of the separation membrane of the separation membrane module used in this gas separation method may be not less than the minimum separation coefficient for satisfying the required purification degree of the gas to be separated. And a gas separation method with high separation accuracy can be realized.
  • the present invention (8) provides a first separation membrane module having a first separation membrane module having a separation membrane having a separation coefficient equal to or more than a minimum separation coefficient for satisfying a required purification degree of a gas to be separated.
  • a gas separation method for separating a gas to be separated containing two or more gas components equal to or higher than the driving pressure of each gas component, wherein the step (1) of supplying the gas to be separated to a first separation membrane module; Supplying the non-permeate gas of the separation membrane module to the second separation membrane module (2), separating the non-permeation gas of the second separation membrane module as the first gas (3), Supplying the permeated gas of the second separation membrane module and the permeated gas of the second separation membrane module to the third separation membrane module (4), and separating the permeated gas of the third separation membrane module as the second gas (5)
  • Third supplying a non-permeate gas of the separation membrane module to the first separation membrane module is pressurized by a compressor step (6), a gas separation method comprising.
  • the gas to be separated since the gas pressure of the gas to be separated is equal to or higher than the driving pressure of the first separation membrane module, the gas to be separated is not pressurized by the compressor, but is determined by the pressure adjusting means such as the pressure reducing valve. The pressure is adjusted and supplied to the first separation membrane module.
  • the amount of the returned gas can be reduced, and an energy-saving gas separation system can be constructed.
  • the separation coefficient of the separation membrane of the separation membrane module used in this gas separation method may be not less than the minimum separation coefficient for satisfying the required purification degree of the gas to be separated. And a gas separation method with high separation accuracy can be realized.
  • the present invention can provide a gas separation system and a gas separation method capable of reducing the power consumption of the compressor by reducing the amount of the returned gas as much as possible and separating the mixed gas with high purity.
  • the gas flow rate at each location when the separation coefficient ⁇ is 10 in the first embodiment is shown.
  • the gas flow rate at each location when the separation coefficient ⁇ in the first embodiment is 25 is shown.
  • the gas flow rate at each location when the separation coefficient ⁇ is 30 in the first embodiment is shown.
  • the gas flow rate at each location when the separation coefficient ⁇ is 50 in the first embodiment is shown.
  • 9 shows the relationship between the separation coefficient ⁇ and the return rate (%) in the second embodiment.
  • 13 shows a comparison between the amount returned in Example 3 and the amount returned in Comparative Example 1.
  • 13 shows a comparison between the amount of return in Example 4 and the amount of return in Comparative Example 2.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a gas separation device using the gas separation system of the present invention.
  • [0], [1], [2], [3], [4], [5] and [6] are shown at specific positions to indicate the flow rates at specific positions in the gas flow path. Are given.
  • Position [0] is the inlet position of the compressor
  • position [1] is the outflow position of the permeated gas (first permeate gas) of the first separation membrane module
  • position [2] is the non-permeate gas (second) of the first separation membrane module
  • 1 is the outflow position of the non-permeate gas
  • position [3] is the outflow position of the permeate gas (second permeate gas) of the second separation membrane module
  • position [4] is the non-permeate gas (second non-permeate gas) of the second separation membrane module.
  • position [5] is the outflow position of permeate gas (third permeate gas) of the third separation membrane module
  • position [6] is the non-permeate gas (third non-permeate gas) of the third separation membrane module.
  • the gas to be separated is pressurized by the compressor to a pressure equal to or higher than the driving pressure of the first separation membrane module (for example, 14.5 Bar), enters the first separation membrane module, and is separated into the first permeated gas and the first non-permeated gas by the separation membrane. Is done.
  • the first non-permeate gas CO 2 gas
  • CH 4 gas gas
  • This degree of contamination depends on the separation coefficient of the separation membrane.
  • the embodiment shown in FIG. 1 assumes that the gas to be separated has a pressure lower than the driving pressure of the first separation membrane module, such as biogas.
  • the gas to be separated is pressurized by a compressor as shown in FIG. 1 and supplied to the first separation membrane module.
  • the gas to be separated is natural gas
  • the original natural gas pressure may be higher than the driving pressure required by the first separation membrane module.
  • the gas to be separated is not pressurized by the compressor, but is reduced to the driving pressure required by the separation membrane module by a pressure reducing valve or the like and supplied to the first separation membrane module.
  • All the gas at the position [1] is supplied to the third separation membrane module, and the pressure at the position [1] is adjusted to, for example, 2.5 bar.
  • the gas at the position [2] is supplied to the second separation membrane module, and the non-permeate gas (first gas) flows out from the position [4] of the second separation membrane module.
  • the permeated gas at the position [3] is supplied to the third separation membrane module through a vacuum pump.
  • the permeated gas (second gas) of the third separation membrane module flows out of the position [5], and the non-permeated gas is returned from the position [6] to the position [0]. Supplied to the module.
  • Example 1 The gas separation system shown in FIG. 1 performs gas separation when a mixed gas of CO 2 gas and CH 4 gas is used as a gas to be separated, and performs a simulation test when the separation coefficient ⁇ is 10, 25, 30, and 50.
  • the flow rate of the gas to be separated was 1 Nm 3 / hr, the CO 2 gas concentration was 50 mol%, and the CH 4 gas concentration was 50 mol%.
  • Tables 1 to 4 show the flow rates (m 3 / hr) of the CO 2 gas and CH 4 gas at positions [0] to [6] at this time.
  • Tables 5 to 8 show the concentrations (mol%) of the CO 2 gas and the CH 4 gas at the positions [1] to [6].
  • Table 1 shows flow rate data for each component when the separation factor ⁇ is 10, Table 2 shows when ⁇ is 25, Table 3 shows when ⁇ is 30, and Table 4 shows when ⁇ is 50.
  • FIG. 2 shows the flow rate at each position when the separation coefficient ⁇ is 10
  • FIG. 3 shows the case where ⁇ is 25
  • FIG. 4 shows the case where ⁇ is 30,
  • FIG. 5 shows the case where ⁇ is 50. Comparing the four figures clearly shows that the gas flow rate at each of the positions [0] to [3] and [6] decreases as the separation coefficient ⁇ increases.
  • Table 5 shows the density data for each component when the separation coefficient ⁇ is 10, Table 6 when ⁇ is 25, Table 7 when ⁇ is 30, and Table 8 when ⁇ is 50.
  • the separation coefficient ⁇ increases, the CO 2 concentration of the first permeated gas tends to increase substantially.
  • the separation coefficient ⁇ increases, the CO 2 concentration of the second permeated gas tends to increase.
  • the separation coefficient ⁇ is 30 than when it is 25. This is considered to be due to the fact that the flow rate of the second permeated gas at the position [3] is greatly reduced.
  • the separation coefficient ⁇ increases, the CO 2 concentration of the third permeated gas increases, and the separation coefficient ⁇ becomes 30 and is saturated. .
  • the CO 2 concentration of the third non-permeating gas is 45.5 to 83.2 (mol%), No trend was seen. It is considered that no tendency is observed because the flow rates of the first and second permeated gases at the positions [1] and [3] fluctuate.
  • Example 2 Next, using the gas separation system shown in FIG. 1, the CH 4 gas concentration at the position [4] in nine cases where the separation coefficient ⁇ is 10, 20, 25, 30, 32, 35, 40, 45, and 50 Is 98.5 (mol%) or more and a simulation test is performed to determine whether the CH 4 gas concentration at the position [5] is 0.5 (mol%) or less, and the return amount (m 3 / Hr).
  • the flow rate of the gas to be separated is 1 Nm 3 / hr
  • the CO 2 gas concentration is 50 (mol%)
  • the CH 4 gas concentration is 50 (mol%).
  • the CH 4 gas concentration (mol%) at the position [4] was 98.5 (mol%) or more in all cases where the separation coefficient ⁇ was 10 to 50. Since the second non-permeated gas (first gas) at the position [4] is the CH 4 product gas, if the CH 4 gas concentration of 98.5 (mol%) is the required purification degree of the gas to be separated, this required purification It can be seen that the minimum separation coefficient of the separation membrane required to satisfy the degree is preferably 10.
  • the CH 4 gas concentration (mol%) at the position [5] is 0.6 to 4.1 (mol%) when the separation coefficient ⁇ is 10 to 25, and is 30 to 50 when the separation coefficient ⁇ is 30 to 50.
  • the return amount (m 3 / hr) at the position [6] was smaller as the separation coefficient was larger.
  • the ratio of the return amount at the position [6] to the gas to be separated at 1 m 3 / hr expressed as a return rate (%) is shown in the rightmost column of Table 9. Looking at the return rate in Table 9, when the separation coefficient ⁇ changes from 25 to 30, the return rate greatly decreases.
  • Example 3 A gas to be separated, which is a mixed gas of CO 2 gas and CH 4 gas, each having a mixing ratio of 50 mol%, is used by using the gas separation device described in the present invention (see FIG. 1) and Patent Document 1 (see FIG. 9).
  • Tables 10 and 11 show the results obtained when the gas separation was performed.
  • Table 10 shows the gas flow rate (m 3 / hr) and the return amount (m 3 / hr) at each position, and Table 11 shows the CH 4 concentration at each position.
  • symbol of each position the position of Example 3 is described without a dash symbol, and the position of Comparative Example 1 is described with a dash symbol.
  • Example 3 According to the result of the return amount shown in Table 10, the return amount in Example 3 was 0.397 m 3 / hr, that in Comparative Example 1 was 0.446 m 3 / hr, and the return amount in Example 3 was Thus, the power required for pressurizing the returned gas is reduced by 12% in Example 3 compared to Comparative Example 1 by only 12%.
  • the column of CH 4 concentration in the second non-permeate gas at the positions [4] and [4 ′] in Table 11 is the concentration of the CH 4 product gas, which is 98.5 mol% in Example 3, compared with the comparison. In Example 1, it was 93.8 mol%.
  • Example 3 had a 4.7 mol% higher purification degree than Comparative Example 1.
  • FIG. 7 is a bar graph showing the difference between the return amount of Example 3 and the return amount of Comparative Example 1.
  • Example 4 Next, a simulation test was performed in which only the separation conditions and the test conditions of Example 3 and Comparative Example 1 were different. The test is shown as Example 4 and Comparative Example 2. The separation coefficient of the separation membrane was set to 10. The results are shown in Tables 12 and 13 below.
  • the return amount in Example 4 was 0.721 m 3 / hr
  • the return amount in Comparative Example 2 was 0.844 m 3 / hr
  • the return amount in Example 4 was The return amount in Example 2 is 82%, and the power required for pressurizing the return gas is reduced by 18% in Example 4 as compared with Comparative Example 2.
  • the column of CH 4 concentration in the second non-permeating gas at the positions [4] and [4 ′] in Table 13 is the concentration of the CH 4 product gas, which is 98.5 mol% in Example 4, compared with the comparison. In Example 2, it was 97.3 mol%. In Example 4, the purification degree was 1.2 mol% higher than that in Comparative Example 2.
  • FIG. 8 is a bar graph showing the difference between the return amount of Example 4 and the return amount of Comparative Example 2.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

返送ガスの量をできるだけ少なくしてコンプレッサー動力消費エネルギーを少なくし、混合ガスを高精製度で分離することができるガス分離システムを提供する。　第１分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの非透過ガスを供給ガスとして第１分離膜モジュールとつながる第２分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの透過ガスを供給ガスとして第１分離膜モジュールとつながる第３分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの供給口とつながる配管途中に備えられたコンプレッサーとを有し、第２分離膜モジュールの透過ガスは、第３分離膜モジュールに供給され、第３分離膜モジュールの非透過ガスは、コンプレッサーによって所定の圧力に昇圧されて第１分離膜モジュールの供給ガスとされ、分離膜の分離係数は、被分離ガスの要求精製度を満足するのに必要な最小分離係数以上である。

Description

ガス分離システム及びガス分離方法
　本発明は、混合ガスを分離するためのガス分離システム及び分離方法に関する。
　天然ガスやバイオガスには、ＣＯ２ガスやＣＨ４ガスなどのガスが含まれている。これらのガスの内、ＣＨ４ガス等の炭化水素ガスは、エネルギー源として有用なガスである。例えば、ＣＨ４ガスは燃料として有用なガスであり、天然ガスやバイオガス等の多成分を含む混合ガスからＣＨ４ガス等の燃料ガスを高精製度で分離する技術が近年注目されている。
　混合ガスを分離する分離膜として、中空糸膜などの有機膜やゼオライト膜などの無機膜が利用されている。これらの分離膜に求められる特性として、高い分離係数を有することが要求される。例えば、ＣＯ２ガスとＣＨ４ガスの混合ガスを１つの分離膜モジュールを用いて大量に、かつ高精製度で分離するためには、分離係数が約２００以上の分離膜が必要となる。
　分離係数が２００以上の分離膜を製造するには、現状の生産技術においては、その分離係数の高い値ゆえに歩留まりが悪くなり、製造コストが非常に高くなる。この問題を解決するために、特許文献１に記載の発明では、複数の分離膜モジュールを組み合わせた分離装置によってガス分離を行っている。
　特許文献１に記載の発明では、例えばＣＯ２ガスとＣＨ４ガスの混合ガスを分離する場合、図９に示すように、３つの分離膜モジュールと１つのコンプレッサーを備えるシステムであって、分離対象の被分離ガスを第１分離膜モジュールに供給し、第１分離膜モジュールの非透過ガスを第２分離膜モジュールに供給し、第２分離膜モジュールの非透過ガスをＣＨ４ガスとして採取し、第１分離膜モジュールの透過ガスを第３分離膜モジュールに供給し、第３分離膜モジュールの透過ガスをＣＯ２ガスとして採取している。
　第２分離膜モジュールの透過ガスと第３分離膜モジュールの非透過ガスは、返送ガスとしてコンプレッサーで昇圧されて第１分離膜モジュールに供給される。この返送ガスの量が多いと、コンプレッサーは被分離ガス以外に返送ガスも加圧しなければならず、大きなコンプレッサーの動力消費となってしまう。コンプレッサー動力を抑えるためにも返送ガスの量が出来るだけ少なくなるようなシステムが好ましい。
特許第５８５８９９２号公報
　本発明の課題は、混合ガスの分離システムであって、混合ガスを高精製度で分離することができ、返送ガスの量をできるだけ少なくしてコンプレッサー動力消費エネルギーを少なくすることができるガス分離システム及びガス分離方法を提供することである。
　上記課題を解決すべく、本発明（１）は、第１分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの非透過ガスを供給ガスとして第１分離膜モジュールとつながる第２分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの透過ガスを供給ガスとして第１分離膜モジュールとつながる第３分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの供給口とつながる配管途中に備えられたコンプレッサーとを有し、２以上のガス成分を含む被分離ガスを第１分離膜モジュールに供給して、第３分離膜モジュールの透過ガスと第２分離膜モジュールの非透過ガスとして分離するガス分離システムであって、前記被分離ガスは、ガス圧力が第１分離膜モジュールの駆動圧力に満たない場合は前記コンプレッサーで加圧されて第１分離膜モジュールに供給され、前記第２分離膜モジュールの透過ガスは、前記第３分離膜モジュールに供給され、前記第３分離膜モジュールの非透過ガスは、前記コンプレッサーによって加圧されて前記第１分離膜モジュールの供給ガスとされ、前記第１～３分離膜モジュールに用いられる分離膜の分離係数は、前記被分離ガスの要求精製度を満足するのに必要な最小分離係数以上であるガス分離システムである。
　特許文献１に記載の従来技術と異なる特徴は、特許文献１に記載の発明では、第２分離膜モジュールの透過ガスを直接に第１分離膜モジュールに供給しているが、本発明（１）では、第３分離膜モジュールに供給している点である。このガスの通路のつなぎ方を変えることによって、返送ガスの量を大幅に少なくすることができる。返送ガスの量を少なくすることによって、ガスの昇圧のためのコンプレッサー動力消費を削減でき、省エネルギーのガス分離システムが可能となる。
　また、この分離システムの分離膜モジュールに使用される分離膜の分離係数は、被分離ガスの要求精製度を満足するのに必要な最小分離係数以上であればよい。ここで、要求精製度とは、要求される精製の純度のことである。この最小分離係数の求め方は、例えばガス分離のシミュレーションソフトウェアを使って算出する方法がある。シミュレーションソフトウェア（Ａｓｐｅｎ　Ｔｅｃｈ社製　Ａｓｐｅｎ　Ｐｌｕｓ）上に本発明（１）のガス分離システムを構築し、各分離膜モジュールに分離係数を設定することで、各分離膜モジュールでの透過ガス、非透過ガスの流量および濃度が算出される。分離膜モジュールに用いられる分離膜の種類は特に限定されるものではない。被分離ガスに対応して適宜選択でき、中空糸膜のような有機膜であってもよい。耐久性・耐熱性・耐化学薬品性の観点から、多孔質セラミックの表面にゼオライト分離膜を形成した無機膜も好ましい。
　本発明（２）は、前記最小分離係数が３０であることを特徴とする本発明（１）に記載のガス分離システムである。分離係数が３０付近から、返送ガスの量が大きく減少するので、分離係数が３０以上であると返送ガスの量を大きく減らすことができるので好ましい。
　本発明（３）は、真空ポンプが、前記第２分離膜モジュールの透過側と、前記第３分離膜モジュールの供給側との間に備えられている本発明（１）または（２）に記載のガス分離システムである。
　例えば、ＣＯ２とＣＨ４ガスの混合ガスを分離する場合、第２分離膜モジュールの透過側と、前記第３分離膜モジュールの供給側との間に真空ポンプを備えることは、ＣＨ４ガス損失をできる限り僅かに保つために好ましく、真空ポンプを用いて第３分離膜モジュールへの供給ガスの圧力を調節するためにも好ましい。
　本発明（４）は、前記第１分離膜モジュール、第２分離膜モジュール及び第３分離膜モジュールに備えられている分離膜がゼオライト膜である本発明（１）～（３）のいずれかに記載のガス分離システムである。
　分離膜モジュールに備えられている分離膜がゼオライト膜であることによって、耐熱性、耐薬品性、耐水性等に優れた分離膜モジュールとすることができるために好ましい。
　本発明（５）は、前記ゼオライト膜が８員環細孔を有するゼオライト膜である本発明（４）に記載のガス分離システムである。例えば、ＣＯ２ガス分子の分子径は０．３３ｎｍ、ＣＨ４ガス分子の分子径は０．３８ｎｍであるため、細孔径が０．３３ｎｍ以上０．３８ｎｍ以下の８員環細孔を有するゼオライト構造が適している。
　８員環細孔の構造を有するゼオライトには、ＡＢＷ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＡＰＣ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＥＡＢ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、ＥＳＶ、ＩＨＷ、ＬＥＶ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＴＥ、ＲＴＨ、ＳＩＶなどが挙げられる。
　本発明（６）は、８員環細孔を有するゼオライト膜がＣＨＡ型ゼオライト膜である本発明（５）に記載のガス分離システムである。
　ＣＨＡ型のゼオライト膜の細孔径は０．３８ｎｍであるので、例えば、ＣＯ２ガス分子はこの細孔を透過できるが、ＣＨ４ガス分子は透過できないので、ＣＯ２ガスとＣＨ４ガスの混合ガスを分離するのに適している。また、ＣＨＡ型のゼオライト膜は耐酸性にも優れており、酸性度の高い環境にも耐えられるので好ましい。
　３種以上のガスが混合した混合ガスにおいても、適切なゼオライト細孔径を適宜選択することによって、透過するガス群と非透過のガス群に分離し、順次、分離されたガス群に対してさらに、ガス分離システムによってガス成分毎に分離することが可能となる。
　本発明（７）は、被分離ガスの要求精製度を満足するための最小分離係数以上の分離係数を有する分離膜を備える第１～第３分離膜モジュールによって、ガス圧が第１分離膜モジュールの駆動圧力未満の２成分以上のガス成分を含む被分離ガスをガス成分毎に分離するガス分離方法であって、被分離ガスをコンプレッサーで加圧して第１分離膜モジュールに供給するステップ（１）と、第１分離膜モジュールの非透過ガスを第２分離膜モジュールに供給するステップ（２）と、第２分離膜モジュールの非透過ガスを第１のガスとして分離するステップ（３）と、第１分離膜モジュールの透過ガスと第２分離膜モジュールの透過ガスを第３の分離膜モジュールに供給するステップ（４）と、第３分離膜モジュールの透過ガスを第２のガスとして分離するステップ（５）と、第３分離膜モジュールの非透過ガスを前記コンプレッサーで加圧して第１分離膜モジュールに供給するステップ（６）と、を備えるガス分離方法である。
　本発明（７）によると、返送ガスの量を少なくすることができる。返送ガスの量を少なくすることによって、ガスの昇圧のためのコンプレッサー動力を削減することができ、省エネルギーのガス分離システムを構築する上で好ましい。また、このガス分離方法で使用される分離膜モジュールの分離膜の分離係数は被分離ガスの要求精製度を満足するための最小分離係数以上であればよいので、低コストの分離膜によって省エネルギーで、かつ高い分離精度のガス分離方法を実現することができる。
　本発明（８）は、被分離ガスの要求精製度を満足するための最小分離係数以上の分離係数を有する分離膜を備える第１～第３分離膜モジュールによって、ガス圧が第１分離膜モジュールの駆動圧力以上の２成分以上のガス成分を含む被分離ガスをガス成分毎に分離するガス分離方法であって、被分離ガスを第１分離膜モジュールに供給するステップ（１）と、第１分離膜モジュールの非透過ガスを第２分離膜モジュールに供給するステップ（２）と、第２分離膜モジュールの非透過ガスを第１のガスとして分離するステップ（３）と、第１分離膜モジュールの透過ガスと第２分離膜モジュールの透過ガスを第３の分離膜モジュールに供給するステップ（４）と、第３分離膜モジュールの透過ガスを第２のガスとして分離するステップ（５）と、第３分離膜モジュールの非透過ガスをコンプレッサーで加圧して第１分離膜モジュールに供給するステップ（６）と、を備えるガス分離方法である。
　本発明（８）においては、被分離ガスのガス圧が第１分離膜モジュールの駆動圧力以上であるので、被分離ガスはコンプレッサーで加圧されずに、減圧バルブ等の圧力調整手段によって所定の圧力に調整されて第１分離膜モジュールに供給される。
　本発明（８）によると本発明（７）と同様に、返送ガスの量を少なくすることができ、省エネルギーのガス分離システムを構築することができる。また、このガス分離方法で使用される分離膜モジュールの分離膜の分離係数は被分離ガスの要求精製度を満足するための最小分離係数以上であればよいので、低コストの分離膜によって省エネルギーで、かつ高い分離精度のガス分離方法を実現することができる。
　本発明は、返送ガスの量をできるだけ少なくしてコンプレッサー動力消費エネルギーを少なくし、混合ガスを高精製度で分離することができるガス分離システム及びガス分離方法を提供することができる。
本発明のガス分離システムを利用したガス分離装置の実施形態を示すブロック図である。 実施例１における分離係数αが１０の場合の、各箇所におけるガス流量を示す。 実施例１における分離係数αが２５の場合の、各箇所におけるガス流量を示す。 実施例１における分離係数αが３０の場合の、各箇所におけるガス流量を示す。 実施例１における分離係数αが５０の場合の、各箇所におけるガス流量を示す。 実施例２における分離係数αと返送率（％）の関係を示す。 実施例３の返送量と比較例１の返送量との比較対比を示す。 実施例４の返送量と比較例２の返送量との比較対比を示す。 特許文献１に記載のガス分離装置の実施形態を示すブロック図である。
　つぎに、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　図１は、本発明のガス分離システムを利用したガス分離装置の実施形態を示すブロック図である。このブロック図において、ガス流路の特定の位置における流量を示すために、特定の位置に[０]、[１]、[２]、[３]、[４]、[５]及び[６]の符号を付している。
　位置[０]は、コンプレッサーの入口位置、位置[１]は第１分離膜モジュールの透過ガス（第１透過ガス）の流出位置、位置[２]は第１分離膜モジュールの非透過ガス（第１非透過ガス）の流出位置、位置[３]は第２分離膜モジュールの透過ガス（第２透過ガス）の流出位置、位置[４]は第２分離膜モジュールの非透過ガス（第２非透過ガス）の流出位置、位置[５]は第３分離膜モジュールの透過ガス（第３透過ガス）の流出位置、位置[６]は第３分離膜モジュールの非透過ガス（第３非透過ガス）の流出位置を示す。以下、本明細書においてこの符号が付された個所は同一の位置を示すものとし、「位置[i]」と記載する。
　被分離ガスは、コンプレッサーによって第１分離膜モジュールの駆動圧力以上（例えば１４．５Ｂａｒ）まで加圧されて第１分離膜モジュールに入り、分離膜によって第１透過ガスと第１非透過ガスに分離される。例えば、ＣＯ２ガスとＣＨ４ガスが５０％ずつ混合しているガスの場合は、第１分離膜モジュールでは完全には分離されずに、第１透過ガス（ＣＯ２ガス）に第１非透過ガス（ＣＨ４ガス）が混入することになる。この混入度は分離膜の分離係数に依存する。
　図１に示す実施形態は、被分離ガスがバイオガスのように、第１分離膜モジュールの駆動圧力よりも低い圧力しか有していない場合を想定している。被分離ガスは、図１に示すようにコンプレッサーで加圧されて第１分離膜モジュールに供給される。被分離ガスが天然ガスの場合においては、もともとの天然ガスの圧力が、第１分離膜モジュールが必要とする駆動圧力以上の場合がある。このような場合、被分離ガスは、コンプレッサーで加圧されずに、減圧バルブ等で分離膜モジュールが必要とする駆動圧力に減圧されて第１分離膜モジュールに供給される。
　位置[１]のガスは全て第３分離膜モジュールに供給され、位置[１]の圧力は、例えば２．５ｂａｒとなるように調整されている。位置[２]のガスは、第２分離膜モジュールに供給され、第２分離膜モジュールの位置[４]より非透過ガス（第１のガス）が流出する。位置[３]の透過ガスは、真空ポンプを通って第３分離膜モジュールに供給される。第３分離膜モジュールの透過ガス（第２のガス）は位置[５]より流出し、非透過ガスは位置[６]から位置[０]に返送され、コンプレッサーで昇圧されて再度第１分離膜モジュールに供給される。
　実施例１
図１に示すガス分離システムによって、ＣＯ２ガスとＣＨ４ガスとの混合ガスを被分離ガスとしたときのガス分離を、分離係数αが１０、２５、３０及び５０の場合でシミュレーション試験を行った。被分離ガスの流量は１Ｎｍ３／ｈｒとし、ＣＯ２ガス濃度を５０ｍｏｌ％とし、ＣＨ４ガス濃度を５０ｍｏｌ％とした。
　このときの位置[０]～位置[６]におけるＣＯ２ガスとＣＨ４ガスの流量（ｍ３／ｈｒ）を表１～４に示す。位置[１]～位置[６]におけるＣＯ２ガスとＣＨ４ガスの濃度（ｍｏｌ％）を表５～８に示す。
　表１は、分離係数αが１０のとき、表２はαが２５のとき、表３はαが３０のとき、表４はαが５０のときの成分毎の流量データを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 　表１～表４を総合的に見ると、分離係数αの大きさによって以下のようになっていることがわかる。
　位置[６]における合計流量は、α＝１０のときは０．７２１で、α＝２５のときは０．６０９で、α＝３０のときは０．３９７で、α＝５０のときは０．０７６となり、分離係数αが大きくなるに伴って減少した。
　位置[０]における合計流量は、被分離ガスの流量と位置[６]の流量の合計であり、α＝１０のときは１．７２１で、α＝２５のときは１．６０９で、α＝３０のときは１．３９７で、α＝５０のときは１．０７６となり、分離係数αが大きくなるに伴って減少した。
　この傾向は、位置[１]、[２]及び[３]における合計流量についても同様の結果となった。
　分離係数αが１０の場合の各位置における流量を図２に、αが２５の場合を図３に、αが３０の場合を図４に、αが５０の場合を図５に示す。この４つの図を比較すると、[０]～[３]及び[６]の各位置におけるガスの流量は、分離係数αが大きくなればなるほど少なくなることが明確に示されている。
　表５は、分離係数αが１０のとき、表６はαが２５のとき、表７はαが３０のとき、表８はαが５０のときの成分毎の濃度データを示している。 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 　位置[１]の第１透過ガスのＣＯ２濃度（ｍｏｌ％）を見ると、分離係数α＝１０のときは８７．０で、α＝２５のときは９５．８で、α＝３０のときは９５．０で、α＝５０のときは９６．６となり、分離係数αが大きくなるに伴って、第１透過ガスのＣＯ２濃度はほぼ増加傾向にある。
　位置[３]の第２透過ガスのＣＯ２濃度（ｍｏｌ％）を見ると、分離係数α＝１０のときは４９．２で、α＝２５のときは７５．９で、α＝３０のときは６８．８で、α＝５０のときは８１．９となり、分離係数αが大きくなるに伴って、第２透過ガスのＣＯ２濃度は増加傾向にあるが、分離係数αが２５と３０との比較では分離係数αが３０のときの方が２５のときに比べて小さくなっている。これは位置[３]における第２透過ガスの流量が大きく減少していることに起因していると考えられる。
　位置[５]の第３透過ガスのＣＯ２濃度（ｍｏｌ％）を見ると、分離係数α＝１０のときは９５．９で、α＝２５のときは９９．４で、α＝３０のときは９９．５で、α＝５０のときは９９．５となり、分離係数αが大きくなるに伴って第３透過ガスのＣＯ２濃度は増加し、分離係数αが３０となって飽和している。
　位置[２]の第１非透過ガスのＣＯ２濃度（ｍｏｌ％）を見ると、分離係数α＝１０のときは２２．９で、α＝２５のときは２８．８で、α＝３０のときは１７．３で、α＝５０のときは２１．５となり、分離係数αが変動しても、第１非透過ガスのＣＯ２濃度は、１７．７～２８．８（ｍｏｌ％）で、傾向が見られず、第１非透過ガスには分離係数αが１０～５０の範囲内においては、約２割前後のＣＯ２ガスが混入するという結果であった。
　位置[４]の第２非透過ガスのＣＯ２濃度（ｍｏｌ％）を見ると、分離係数α＝１０～５０のときは１．５（ｍｏｌ％）の一定値となった。
　位置[６]の第３非透過ガスのＣＯ２濃度（ｍｏｌ％）を見ると、分離係数α＝１０のときは６２．１で、α＝２５のときは８３．２で、α＝３０のときは７９．０で、α＝５０のときは４５．５となり、分離係数αが変動しても、第３非透過ガスのＣＯ２濃度は４５．５～８３．２（ｍｏｌ％）で、傾向が見られなかった。これは位置[１]及び[３]における第１透過ガス及び第２透過ガスの流量が変動しているために傾向が見られないものと考えられる。
　実施例２
次に、図１に示すガス分離システムを用いて、分離係数αが１０、２０、２５、３０、３２、３５、４０、４５及び５０の９つのケースで、位置[４]におけるＣＨ４ガス濃度が９８．５（ｍｏｌ％）以上であり、位置[５]におけるＣＨ４ガス濃度が０．５（ｍｏｌ％）以下となるかどうかのシミュレーション試験をし、位置[６]における返送量（ｍ３／ｈｒ）の計算を行った。
　この実施例２のシミュレーション試験では、実施例１のときと同じく、被分離ガスの流量を１Ｎｍ３／ｈｒとし、ＣＯ２ガス濃度を５０（ｍｏｌ％）とし、ＣＨ４ガス濃度を５０（ｍｏｌ％）とした。実施例２の結果を、表９に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 　表９を見ると、位置[４]におけるＣＨ４ガス濃度（ｍｏｌ％）は、分離係数αが１０～５０の全てにおいて９８．５（ｍｏｌ％）以上となっていた。位置[４]における第２非透過ガス（第１のガス）がＣＨ４製品ガスとなるので、ＣＨ４ガス濃度９８．５（ｍｏｌ％）を被分離ガスの要求精製度とすると、この要求精製度を満足するのに必要な分離膜の最小分離係数は１０で良いことがわかる。
　位置[５]におけるＣＨ４ガス濃度（ｍｏｌ％）は、分離係数αが１０～２５に対しては０．６～４．１（ｍｏｌ％）であり、分離係数αが３０～５０に対しては０．５（ｍｏｌ％）となっていた。
　位置[６]における返送量（ｍ３／ｈｒ）は、分離係数が大きくなればなるほど少なくなっていた。被分離ガス１ｍ３／ｈｒに対する位置[６]における返送量の比を返送率（％）で表したものを、表９の右端欄に記載している。表９の返送率を見ると、分離係数αが２５から３０に変化すると返送率が大きく減少している。
　分離係数αを横軸（Ｘ軸）に、返送率を縦軸（Ｙ軸）とし折れ線グラフで表したものを図６に示している。この折れ線グラフを見ても、分離係数α＝３０を境として左側の返送率が大きく、右側の返送率が小さくなっているのがわかる。しかも、分離係数α＝３０以上であれば位置[５]における第３透過ガス（第２のガス）中のＣＨ４ガス濃度が０．５（ｍｏｌ％）まで低下することから、より高い精製度が要求される場合、分離膜モジュールに用いる分離膜の最小分離係数αは、３０であることが好ましいことがわかる。
　実施例３
ＣＯ２ガスとＣＨ４ガスの混合ガスであって、混合比が５０ｍｏｌ％ずつの被分離ガスを、本願発明(図１参照)と特許文献１に記載のガス分離装置（図９参照）を用いてガス分離を行った時の結果を表１０及び表１１に示す。表１０は、各位置におけるガス流量（ｍ３／ｈｒ）と返送量（ｍ３／ｈｒ）を示し、表１１は、各位置におけるＣＨ４濃度を示している。なお、各位置の符号の表記で、実施例３の位置にはダッシュ記号なしで、比較例１の位置にはダッシュ記号有りで記載している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
 　表１０に記載の返送量の結果によると、実施例３では返送量が０．３９７ｍ３／ｈｒで、比較例１では０．４４６ｍ３／ｈｒであり、実施例３における返送量は、比較例１の返送量に対して８８％となっており、返送ガスの加圧に要する動力は、１２％だけ実施例３の方が比較例１よりも削減できている。
　表１１の位置[4],[4']における第２非透過ガス中ＣＨ４濃度の欄がＣＨ４製品ガスの濃度であり、実施例３では９８．５ｍｏｌ％であるのに対して、比較例１では９３．８ｍｏｌ％であった。実施例３は、比較例１と比べて４．７ｍｏｌ％高い精製度であった。
　図７は、実施例３の返送量と比較例１の返送量との差異を示す棒グラフである。
　実施例４
次に、実施例３及び比較例１の試験条件と分離係数のみ異なったシミュレーション試験を行った。その試験を実施例４と比較例２として示す。分離膜の分離係数を１０とした。その結果を下記表１２と表１３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
   
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
 　表１２に記載の返送量の結果によると、実施例４では返送量が０．７２１ｍ３／ｈｒで、比較例２では０．８４４ｍ３／ｈｒであり、実施例４における返送量は、比較例２の返送量に対して８２％となっており、返送ガスの加圧に要する動力は、１８％だけ実施例４の方が比較例２よりも削減できている。
　表１３の位置[4],[4']における第２非透過ガス中ＣＨ４濃度の欄がＣＨ４製品ガスの濃度であり、実施例４では９８．５ｍｏｌ％であるのに対して、比較例２では９７．３ｍｏｌ％であった。実施例４は、比較例２と比べて１．２ｍｏｌ％高い精製度であった。
　図８は、実施例４の返送量と比較例２の返送量との差異を示す棒グラフである。

Claims (8)

  1. 　第１分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの非透過ガスを供給ガスとして第１分離膜モジュールとつながる第２分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの透過ガスを供給ガスとして第１分離膜モジュールとつながる第３分離膜モジュールと、第１分離膜モジュールの供給口とつながる配管途中に備えられたコンプレッサーとを有し、２以上のガス成分を含む被分離ガスを第１分離膜モジュールに供給して、第３分離膜モジュールの透過ガスと第２分離膜モジュールの非透過ガスとして分離するガス分離システムであって、
    　前記被分離ガスは、ガス圧力が第１分離膜モジュールの駆動圧力に満たない場合は前記コンプレッサーで加圧されて第１分離膜モジュールに供給され、
    　前記第２分離膜モジュールの透過ガスは、前記第３分離膜モジュールに供給され、
    　前記第３分離膜モジュールの非透過ガスは、前記コンプレッサーによって加圧されて前記第１分離膜モジュールの供給ガスとされ、
    　前記第１～３分離膜モジュールに用いられる分離膜の分離係数は、前記被分離ガスの要求精製度を満足するのに必要な最小分離係数以上であるガス分離システム。
  2. 　前記最小分離係数が３０であることを特徴とする請求項１に記載のガス分離システム。
  3. 　真空ポンプが、前記第２分離膜モジュールの透過側と、前記第３分離膜モジュールの供給側との間に備えられている請求項１または２のいずれかに記載のガス分離システム。
  4. 　前記第１分離膜モジュール、第２分離膜モジュール及び第３分離膜モジュールに備えられている分離膜がゼオライト膜である請求項１～３のいずれか１項に記載のガス分離システム。
  5. 　前記ゼオライト膜が８員環細孔を有するゼオライト膜である請求項４に記載のガス分離システム。
  6. 　前記８員環細孔を有するゼオライト膜がＣＨＡ型ゼオライト膜である請求項５に記載のガス分離システム。
  7. 　被分離ガスの要求精製度を満足するための最小分離係数以上の分離係数を有する分離膜を備える第１～第３分離膜モジュールによって、ガス圧が第１分離膜モジュールの駆動圧力未満の２成分以上のガス成分を含む被分離ガスをガス成分毎に分離するガス分離方法であって、
    　被分離ガスをコンプレッサーで加圧して第１分離膜モジュールに供給するステップ（１）と、
    　第１分離膜モジュールの非透過ガスを第２分離膜モジュールに供給するステップ（２）と、
    　第２分離膜モジュールの非透過ガスを第１のガスとして分離するステップ（３）と、
    　第１分離膜モジュールの透過ガスと第２分離膜モジュールの透過ガスを第３の分離膜モジュールに供給するステップ（４）と、
    　第３分離膜モジュールの透過ガスを第２のガスとして分離するステップ（５）と、
    　第３分離膜モジュールの非透過ガスを前記コンプレッサーで加圧して第１分離膜モジュールに供給するステップ（６）と、を備えるガス分離方法。
  8. 　被分離ガスの要求精製度を満足するための最小分離係数以上の分離係数を有する分離膜を備える第１～第３分離膜モジュールによって、ガス圧が第１分離膜モジュールの駆動圧力以上の２成分以上のガス成分を含む被分離ガスをガス成分毎に分離するガス分離方法であって、
    　被分離ガスを第１分離膜モジュールに供給するステップ（１）と、
    　第１分離膜モジュールの非透過ガスを第２分離膜モジュールに供給するステップ（２）と、
    　第２分離膜モジュールの非透過ガスを第１のガスとして分離するステップ（３）と、
    　第１分離膜モジュールの透過ガスと第２分離膜モジュールの透過ガスを第３の分離膜モジュールに供給するステップ（４）と、
    　第３分離膜モジュールの透過ガスを第２のガスとして分離するステップ（５）と、
    　第３分離膜モジュールの非透過ガスをコンプレッサーで加圧して第１分離膜モジュールに供給するステップ（６）と、を備えるガス分離方法。
PCT/JP2019/031038 2018-08-28 2019-08-07 ガス分離システム及びガス分離方法 WO2020044992A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018159278A JP2020032330A (ja) 2018-08-28 2018-08-28 ガス分離システム及びガス分離方法
JP2018-159278 2018-08-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020044992A1 true WO2020044992A1 (ja) 2020-03-05

Family

ID=69644851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/031038 WO2020044992A1 (ja) 2018-08-28 2019-08-07 ガス分離システム及びガス分離方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2020032330A (ja)
WO (1) WO2020044992A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112021002379T5 (de) 2020-07-13 2023-01-26 Ngk Insulators, Ltd. Trennsystem

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62282616A (ja) * 1986-04-10 1987-12-08 ユニオン・カ−バイド・コ−ポレ−シヨン ガス分離方法
JP2013226535A (ja) * 2012-03-30 2013-11-07 Mitsubishi Chemicals Corp ゼオライト膜複合体
CN104587804A (zh) * 2015-01-28 2015-05-06 甘焱生 运用气体分离膜进行提纯的装置系统
CN204447689U (zh) * 2015-01-28 2015-07-08 甘焱生 运用气体分离膜进行提纯的装置系统
JP5858992B2 (ja) * 2010-07-01 2016-02-10 エボニック ファイバース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＥｖｏｎｉｋ Ｆｉｂｒｅｓ ＧｍｂＨ ガス分離法
JP2016505354A (ja) * 2012-11-14 2016-02-25 エボニック ファイバース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＥｖｏｎｉｋ Ｆｉｂｒｅｓ ＧｍｂＨ 膜を備えたガス分離装置のガス組成の制御
WO2017150737A1 (ja) * 2016-03-04 2017-09-08 三菱ケミカル株式会社 二酸化炭素の分離方法、及び二酸化炭素の分離装置
JP2018103150A (ja) * 2016-12-28 2018-07-05 日立造船株式会社 ガス分離膜の品質評価方法とその評価装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62282616A (ja) * 1986-04-10 1987-12-08 ユニオン・カ−バイド・コ−ポレ−シヨン ガス分離方法
JP5858992B2 (ja) * 2010-07-01 2016-02-10 エボニック ファイバース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＥｖｏｎｉｋ Ｆｉｂｒｅｓ ＧｍｂＨ ガス分離法
JP2013226535A (ja) * 2012-03-30 2013-11-07 Mitsubishi Chemicals Corp ゼオライト膜複合体
JP2016505354A (ja) * 2012-11-14 2016-02-25 エボニック ファイバース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＥｖｏｎｉｋ Ｆｉｂｒｅｓ ＧｍｂＨ 膜を備えたガス分離装置のガス組成の制御
CN104587804A (zh) * 2015-01-28 2015-05-06 甘焱生 运用气体分离膜进行提纯的装置系统
CN204447689U (zh) * 2015-01-28 2015-07-08 甘焱生 运用气体分离膜进行提纯的装置系统
WO2017150737A1 (ja) * 2016-03-04 2017-09-08 三菱ケミカル株式会社 二酸化炭素の分離方法、及び二酸化炭素の分離装置
JP2018103150A (ja) * 2016-12-28 2018-07-05 日立造船株式会社 ガス分離膜の品質評価方法とその評価装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020032330A (ja) 2020-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5451574B2 (ja) 浄水システムおよび方法、および前記システムのためのモジュール
US10995016B2 (en) Membrane filtration system with concentrate staging and concentrate recirculation, switchable stages, or both
JP6435961B2 (ja) ガス分離システム及び富化ガスの製造方法
JP5948853B2 (ja) ガス分離システム
US20110305310A1 (en) Equipment and system for processing a gaseous mixture by permeation
CA2786065C (en) Combination membrane system for producing nitrogen enriched air
JP2018171596A (ja) バイオガス濃縮システムおよびバイオガス濃縮方法
WO2020044992A1 (ja) ガス分離システム及びガス分離方法
CN106000016B (zh) 气体分离系统及富化气体的制造方法
KR20170140920A (ko) 에너지 절약을 위한 역삼투 멤브레인 장치 및 이를 이용한 수처리 방법
JP6164682B2 (ja) ガス分離装置及びそれを用いた酸性ガスの分離方法
JP2020163282A (ja) ガス分離膜システム
JP4405474B2 (ja) 気体放散構造及び気液分離装置
JP5982876B2 (ja) ガス分離システム
JP6464881B2 (ja) ガス分離システム及び富化ガスの製造方法
Ismail et al. Membrane modules and process design
Rautenbach Process design and optimization
JP2020014995A (ja) 正浸透処理方法および正浸透処理装置
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
KR101338270B1 (ko) Ｃｂｍ으로부터 멤브레인에 의한 메탄 분리방법
WO2024161948A1 (ja) 水処理プロセスのプロセス計算方法
WO2024014493A1 (ja) ガス分離システム及びメタン富化ガスの製造方法
WO2016024580A1 (ja) 分離方法及び分離装置
WO2024014494A1 (ja) ガス分離システム及び富化ガスの製造方法
JPWO2022014469A5 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19854005

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19854005

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1