JPH08323131A - 混合ガスの分離方法 - Google Patents
混合ガスの分離方法Info
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- JPH08323131A JPH08323131A JP7130341A JP13034195A JPH08323131A JP H08323131 A JPH08323131 A JP H08323131A JP 7130341 A JP7130341 A JP 7130341A JP 13034195 A JP13034195 A JP 13034195A JP H08323131 A JPH08323131 A JP H08323131A
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- membrane module
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- 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
- B01D53/228—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 characterised by specific membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
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Abstract
(57)【要約】
【目的】分離膜を用いて高い分離性を維持しつつ、高い
透過性を有する実用性がある混合ガスの分離方法を提供
するものである。 【構成】少なくとも２種のガスを含む混合ガスから特定
のガスを選択的に透過するガス分離膜モジュ−ルを用い
て低温下で分離する方法であって、上記低温のための冷
媒として、液化石油ガスと液化天然ガスとから選ばれる
少なくとも１つの気化熱を用いる構成である。
透過性を有する実用性がある混合ガスの分離方法を提供
するものである。 【構成】少なくとも２種のガスを含む混合ガスから特定
のガスを選択的に透過するガス分離膜モジュ−ルを用い
て低温下で分離する方法であって、上記低温のための冷
媒として、液化石油ガスと液化天然ガスとから選ばれる
少なくとも１つの気化熱を用いる構成である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも２種のガス
を含む混合ガスから特定のガスを選択的に透過するガス
分離膜モジュ−ルを用いて低温下で分離する方法に関す
るものである。
を含む混合ガスから特定のガスを選択的に透過するガス
分離膜モジュ−ルを用いて低温下で分離する方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】環境問題や省エネルギー化等の観点か
ら、大気へ混合ガスを放出することやあるいは回収した
としても特定のガスが低密度であるために再利用が困難
であるような混合ガス中から二酸化炭素、メタン、酸
素、窒素、または水素等の回収や濃縮を目的に様々なガ
ス分離法が用いられている。従来のガス分離法として
は、深冷法や吸着法が用いられているが、最近このよう
なガスの回収濃縮法として有機高分子膜を用いた処理方
法が提案されている（例えば、特開昭56-40417、特開昭
61-120614 、特開平02-124702 、特開平04-349103 、特
開平04-265107 、特開平06-099013 、特開平06-099034
、特開平06-099035 、特開平05-253438 、特開平05-22
1608 、特開平06-210120 、特開平06-227803 、特開平0
6-170146 、特開平06-220468)。多成分からなる混合ガ
ス中から二酸化炭素、メタン、酸素、窒素、または水素
等のガスを分離濃縮するために用いられるガス分離膜モ
ジュ−ルには、経済性の面から高い分離性、高い透過性
及び運転コストの低減が要求される。例えば、特開昭61
-120614 には透過性向上と運転コストの低減を目的に真
空ポンプで発生する熱を利用して透過部分を加熱する方
法が開示されているが、加熱されるために分離性が低下
するので実用的ではない。また、特開昭56-040417 には
混合ガスとガス分離膜モジュールを温度制御し、ガス分
離膜モジュールの分離性を改善する装置が開示されてい
るが、透過性が低下し、温度制御に伴う運転コストの増
加のため実用的ではない。
ら、大気へ混合ガスを放出することやあるいは回収した
としても特定のガスが低密度であるために再利用が困難
であるような混合ガス中から二酸化炭素、メタン、酸
素、窒素、または水素等の回収や濃縮を目的に様々なガ
ス分離法が用いられている。従来のガス分離法として
は、深冷法や吸着法が用いられているが、最近このよう
なガスの回収濃縮法として有機高分子膜を用いた処理方
法が提案されている（例えば、特開昭56-40417、特開昭
61-120614 、特開平02-124702 、特開平04-349103 、特
開平04-265107 、特開平06-099013 、特開平06-099034
、特開平06-099035 、特開平05-253438 、特開平05-22
1608 、特開平06-210120 、特開平06-227803 、特開平0
6-170146 、特開平06-220468)。多成分からなる混合ガ
ス中から二酸化炭素、メタン、酸素、窒素、または水素
等のガスを分離濃縮するために用いられるガス分離膜モ
ジュ−ルには、経済性の面から高い分離性、高い透過性
及び運転コストの低減が要求される。例えば、特開昭61
-120614 には透過性向上と運転コストの低減を目的に真
空ポンプで発生する熱を利用して透過部分を加熱する方
法が開示されているが、加熱されるために分離性が低下
するので実用的ではない。また、特開昭56-040417 には
混合ガスとガス分離膜モジュールを温度制御し、ガス分
離膜モジュールの分離性を改善する装置が開示されてい
るが、透過性が低下し、温度制御に伴う運転コストの増
加のため実用的ではない。
【０００３】一方、酸素や窒素のような小さな分子と大
きな分子である有機蒸気との分離に際しては、可燃性の
有機蒸気を引火点以下にして安全性を確保する目的や有
機溶剤蒸気凝縮回収する目的でガス分離膜モジュールと
供給・透過蒸気を冷却するユニットを有するシステムが
開示されている（例えば、特開平04-284814 、特開平04
-180811)。ところが、これらは冷却するために安全性が
確保でき、分離性は向上するが、ガス分離膜モジュール
の透過性を改善するものではないので実用的ではない。
きな分子である有機蒸気との分離に際しては、可燃性の
有機蒸気を引火点以下にして安全性を確保する目的や有
機溶剤蒸気凝縮回収する目的でガス分離膜モジュールと
供給・透過蒸気を冷却するユニットを有するシステムが
開示されている（例えば、特開平04-284814 、特開平04
-180811)。ところが、これらは冷却するために安全性が
確保でき、分離性は向上するが、ガス分離膜モジュール
の透過性を改善するものではないので実用的ではない。
【０００４】即ちガス分離膜モジュ−ルを用いて分離性
を高めるには、低温で取り扱うことが好適であるが、透
過性が低下するので経済性が伴わず実用性がない。
を高めるには、低温で取り扱うことが好適であるが、透
過性が低下するので経済性が伴わず実用性がない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの問題
点を解決するためになされたものであって、ガス分離膜
モジュ−ルを用いて高い分離性を維持しつつ、高い透過
性を有する実用性がある混合ガスの分離方法を提供する
ものである。
点を解決するためになされたものであって、ガス分離膜
モジュ−ルを用いて高い分離性を維持しつつ、高い透過
性を有する実用性がある混合ガスの分離方法を提供する
ものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】即ち本発明の混合ガスの
分離方法は、少なくとも２種のガスを含む混合ガスから
特定のガスを選択的に透過するガス分離膜モジュ−ルを
用いて低温下で分離する方法であって、上記低温のため
の冷媒として、液化石油ガスと液化天然ガスとから選ば
れる少なくとも１つの気化熱を用いる構成である。
分離方法は、少なくとも２種のガスを含む混合ガスから
特定のガスを選択的に透過するガス分離膜モジュ−ルを
用いて低温下で分離する方法であって、上記低温のため
の冷媒として、液化石油ガスと液化天然ガスとから選ば
れる少なくとも１つの気化熱を用いる構成である。
【０００７】本発明に用いられる混合ガスは、二酸化炭
素、メタン、酸素、窒素、または水素等が挙げられる
が、ガス分離膜素材への溶解性が大きく、透過性の活性
化エネルギーが小さい二酸化炭素、メタンや窒素の混合
ガスが好ましく用いられ、とりわけ混合ガスが少なくと
も二酸化炭素と窒素を含む混合ガスがさらに好ましく用
いられる。
素、メタン、酸素、窒素、または水素等が挙げられる
が、ガス分離膜素材への溶解性が大きく、透過性の活性
化エネルギーが小さい二酸化炭素、メタンや窒素の混合
ガスが好ましく用いられ、とりわけ混合ガスが少なくと
も二酸化炭素と窒素を含む混合ガスがさらに好ましく用
いられる。
【０００８】本発明に用いられるガス分離膜モジュ−ル
としては、スパイラルエレメント、中空糸エレメント、
キャピラリーエレメント、チューブラーエレメント、平
膜エレメント等を用いたものが挙げられるが、単位面積
当たりの二酸化炭素の透過速度が２５℃において１×１
０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕以上、二酸化炭素と窒素の
分離係数が１０以上であるガス分離膜を搭載したものを
用いることが好ましい。また本発明に用いられるガス分
離膜モジュ−ルとして、二酸化炭素の透過速度が２５℃
において２×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕以上、二酸
化炭素と窒素の分離係数が２０以上であるガス分離膜を
搭載したものを用いることはさらに好ましい。本発明で
用いられる二酸化炭素の透過速度が２５℃において１×
１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕以上のガス分離膜とは、
一定体積内にガス分離膜を透過した二酸化炭素の圧力増
加の経時変化を例えばバラトロン圧力計ような圧力計を
用いて測定し、次式に基づき計算したものである。 Ｐ＝（273/Ｔ)*（Ｖ／Ａ）*(1/Ｐ)*(1/760)*（ｄＨ／ｄ
Ｔ） ここで、Ｐは透過速度〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕、Ｔは測
定の絶対温度〔Ｋ〕、Ｖは透過側体積〔cm3 〕、Ａは透
過面積〔cm2 〕、Ｐは測定ガス圧力〔cmHg〕、（ｄＨ／
ｄＴ）は透過曲線より得られる定常状態の直線の傾き
〔mmHg/sec〕である。二酸化炭素と窒素の分離係数が１
０以上であるガス分離膜とは、二酸化炭素または窒素の
単ガスを用いて上記測定法に従い得られたそれぞれの透
過速度Ｐ〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕の比〔Ｐco2/ＰN2〕を
用いて決定した値である。
としては、スパイラルエレメント、中空糸エレメント、
キャピラリーエレメント、チューブラーエレメント、平
膜エレメント等を用いたものが挙げられるが、単位面積
当たりの二酸化炭素の透過速度が２５℃において１×１
０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕以上、二酸化炭素と窒素の
分離係数が１０以上であるガス分離膜を搭載したものを
用いることが好ましい。また本発明に用いられるガス分
離膜モジュ−ルとして、二酸化炭素の透過速度が２５℃
において２×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕以上、二酸
化炭素と窒素の分離係数が２０以上であるガス分離膜を
搭載したものを用いることはさらに好ましい。本発明で
用いられる二酸化炭素の透過速度が２５℃において１×
１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕以上のガス分離膜とは、
一定体積内にガス分離膜を透過した二酸化炭素の圧力増
加の経時変化を例えばバラトロン圧力計ような圧力計を
用いて測定し、次式に基づき計算したものである。 Ｐ＝（273/Ｔ)*（Ｖ／Ａ）*(1/Ｐ)*(1/760)*（ｄＨ／ｄ
Ｔ） ここで、Ｐは透過速度〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕、Ｔは測
定の絶対温度〔Ｋ〕、Ｖは透過側体積〔cm3 〕、Ａは透
過面積〔cm2 〕、Ｐは測定ガス圧力〔cmHg〕、（ｄＨ／
ｄＴ）は透過曲線より得られる定常状態の直線の傾き
〔mmHg/sec〕である。二酸化炭素と窒素の分離係数が１
０以上であるガス分離膜とは、二酸化炭素または窒素の
単ガスを用いて上記測定法に従い得られたそれぞれの透
過速度Ｐ〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕の比〔Ｐco2/ＰN2〕を
用いて決定した値である。
【０００９】本発明に用いられるガス分離膜モジュ−ル
の分離膜材質としては、上記分離、透過性能を満足すれ
ば特に限定されないが、シリコン樹脂、ポリトリメチル
シリルプロピン、セルロースアセテート、ポリカーボネ
ート、ポリスルホン、ポリイミドや含フッ素ポリイミド
等が挙げられる。上記分離膜厚としては、高い透過性を
得るために薄い物が望ましく、１０００Å以下が好適で
ある。上記分離膜は機械的強度を得るために支持体上に
形成されることが望ましく、該支持体としては平滑な表
面を有するガラス板や有機物質、無機物質、金属の多孔
体や織布や不織布が挙げられる。
の分離膜材質としては、上記分離、透過性能を満足すれ
ば特に限定されないが、シリコン樹脂、ポリトリメチル
シリルプロピン、セルロースアセテート、ポリカーボネ
ート、ポリスルホン、ポリイミドや含フッ素ポリイミド
等が挙げられる。上記分離膜厚としては、高い透過性を
得るために薄い物が望ましく、１０００Å以下が好適で
ある。上記分離膜は機械的強度を得るために支持体上に
形成されることが望ましく、該支持体としては平滑な表
面を有するガラス板や有機物質、無機物質、金属の多孔
体や織布や不織布が挙げられる。
【００１０】本発明に用いられる低温のための冷媒とし
て、液化石油ガスと液化天然ガスとから選ばれる少なく
とも１つの気化熱を利用するものであるが、液化石油ガ
スとしては炭素数が３または４の低級炭化水素を主成分
としたものであり、プロパンガスやブタンガスが挙げら
れる。また液化天然ガスとしては天然ガスから水分、硫
黄分、二酸化炭素などの不純物を除却したのちに、例え
ば超低温（−１６２℃）に冷却し液化したものが用いら
れる。また本発明に用いられる低温度は、取り扱う混合
ガスの物性や濃度によって適宜選択されるものである
が、−２０〜５０℃が好ましく用いられる。混合ガスが
少なくとも二酸化炭素と窒素を含む混合ガスである場合
は、０℃未満であれば処理ガス中の水分が凝固し透過性
を妨げ、３０℃を超えると分離性が低下するため、混合
ガスが少なくとも二酸化炭素と窒素を含む混合ガスであ
る場合は、０〜３０℃が好ましい低温の温度である。
て、液化石油ガスと液化天然ガスとから選ばれる少なく
とも１つの気化熱を利用するものであるが、液化石油ガ
スとしては炭素数が３または４の低級炭化水素を主成分
としたものであり、プロパンガスやブタンガスが挙げら
れる。また液化天然ガスとしては天然ガスから水分、硫
黄分、二酸化炭素などの不純物を除却したのちに、例え
ば超低温（−１６２℃）に冷却し液化したものが用いら
れる。また本発明に用いられる低温度は、取り扱う混合
ガスの物性や濃度によって適宜選択されるものである
が、−２０〜５０℃が好ましく用いられる。混合ガスが
少なくとも二酸化炭素と窒素を含む混合ガスである場合
は、０℃未満であれば処理ガス中の水分が凝固し透過性
を妨げ、３０℃を超えると分離性が低下するため、混合
ガスが少なくとも二酸化炭素と窒素を含む混合ガスであ
る場合は、０〜３０℃が好ましい低温の温度である。
【００１１】本発明に用いられる気化熱とは、液化石油
ガスや液化天然ガスの液化状態即ち液体が、気化する時
に周囲から奪う熱のことである。該気化熱を用いて膜モ
ジュ−ルを冷却する方法は、特に限定されないが、気化
熱を間接的に利用することも直接的に利用することもで
きる。例えば液化石油ガスや液化天然ガスを気化させる
時に冷却される配管部をアルコールや水等の液体に接触
させて、冷却したアルコールや水等の液体を熱交換器で
ある冷却器に導き、分離すべき混合ガスやガス分離膜モ
ジュ−ルを冷却するという間接的に利用する方法があ
る。あるいは、液化石油ガスや液化天然ガスを気化させ
る時に冷却される配管部を分離すべき混合ガスに接触さ
せて冷却するという直接的に利用する方法がある。
ガスや液化天然ガスの液化状態即ち液体が、気化する時
に周囲から奪う熱のことである。該気化熱を用いて膜モ
ジュ−ルを冷却する方法は、特に限定されないが、気化
熱を間接的に利用することも直接的に利用することもで
きる。例えば液化石油ガスや液化天然ガスを気化させる
時に冷却される配管部をアルコールや水等の液体に接触
させて、冷却したアルコールや水等の液体を熱交換器で
ある冷却器に導き、分離すべき混合ガスやガス分離膜モ
ジュ−ルを冷却するという間接的に利用する方法があ
る。あるいは、液化石油ガスや液化天然ガスを気化させ
る時に冷却される配管部を分離すべき混合ガスに接触さ
せて冷却するという直接的に利用する方法がある。
【００１２】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
【００１３】実施例１ 式〔化１〕
【化１】 で表される繰り返し単位とするフッ素含有ポリイミドを
ジエチレングリコールジメチルエーテル溶媒下で以下の
方法で合成した。2,2-ビス（４−アミノフェニル）ヘキ
サフルオロプロパン（ＢＡＡＦ）0.75mol を有機溶媒と
してのジエチレングリコールジメチルエーテル1842ｇに
溶解した溶液中に、窒素雰囲気下で5,5'-2,2,2−トリフ
ルオロ−１−（トリフルオロメチル）エチリデン−ビス
−１，３−イソベンゾフランジオン（６ＦＤＡ）0.75mo
lを加え、室温にて８時間攪拌し、重合を行い、ポリア
ミック酸を得た。この後、ジエチレングリコールジメチ
ルエーテル406 ｇを加え、溶液が均一になった後、イミ
ド化剤物質であるピリジン2.25mol と無水酢酸2.25mol
を加え、室温にて１２時間攪拌し、イミド化反応を行っ
た。反応後、得られた溶液は製膜溶液として濾過し、静
置して十分に脱泡し、調整した。上記製膜溶液を２５℃
としてアプリケータを用いポリエステル不織布上に、幅
１００cm、厚さ１３０μｍで長さ１５ｍにわたりキャス
トし、凝固液として３０℃の水中に１時間浸漬した。こ
の後、得られたガス分離膜表面をエラストマー重合体で
ある架橋性シリコーン樹脂溶液（ＧＥ SiliconesのＲＴ
Ｖ615 のヘキサン3wt%溶液）を塗布し、１１０℃で１５
分間熱処理することにより、エラストマー重合体の薄膜
を形成させ、積層させた。得られたガス分離膜を用い、
スパイラル型のエレメントを作成し透過性能を評価し
た。
ジエチレングリコールジメチルエーテル溶媒下で以下の
方法で合成した。2,2-ビス（４−アミノフェニル）ヘキ
サフルオロプロパン（ＢＡＡＦ）0.75mol を有機溶媒と
してのジエチレングリコールジメチルエーテル1842ｇに
溶解した溶液中に、窒素雰囲気下で5,5'-2,2,2−トリフ
ルオロ−１−（トリフルオロメチル）エチリデン−ビス
−１，３−イソベンゾフランジオン（６ＦＤＡ）0.75mo
lを加え、室温にて８時間攪拌し、重合を行い、ポリア
ミック酸を得た。この後、ジエチレングリコールジメチ
ルエーテル406 ｇを加え、溶液が均一になった後、イミ
ド化剤物質であるピリジン2.25mol と無水酢酸2.25mol
を加え、室温にて１２時間攪拌し、イミド化反応を行っ
た。反応後、得られた溶液は製膜溶液として濾過し、静
置して十分に脱泡し、調整した。上記製膜溶液を２５℃
としてアプリケータを用いポリエステル不織布上に、幅
１００cm、厚さ１３０μｍで長さ１５ｍにわたりキャス
トし、凝固液として３０℃の水中に１時間浸漬した。こ
の後、得られたガス分離膜表面をエラストマー重合体で
ある架橋性シリコーン樹脂溶液（ＧＥ SiliconesのＲＴ
Ｖ615 のヘキサン3wt%溶液）を塗布し、１１０℃で１５
分間熱処理することにより、エラストマー重合体の薄膜
を形成させ、積層させた。得られたガス分離膜を用い、
スパイラル型のエレメントを作成し透過性能を評価し
た。
【００１４】図１は本発明の実施例を示す混合ガスの分
離方法のシステムフロー図である。上記の方法で製造し
たガス分離膜モジュ−ルを用いてガス分離膜モジュ−ル
４として、二酸化炭素の透過速度が２５℃において２.5
×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕以上、二酸化炭素と窒
素の分離係数が２０であるガス分離膜を搭載したものを
用いる。処理対象の混合ガス１を圧縮機２で吸引、圧縮
し、冷却器３で４０℃から３０、２５、１０、０℃の４
種の温度に冷却し、ガス分離膜モジュ−ル４に導入す
る。なお冷却器３は液化天然ガスの気化熱を利用する。
ガス分離膜モジュ−ル４の透過側は吸引ポンプ６によっ
て減圧する。ガス分離膜モジュ−ル４に導入された混合
ガスは、ガス分離膜モジュ−ル４内のガス分離膜に接触
する。ここで混合ガス中の二酸化炭素が供給側と透過側
との圧力差を駆動源として膜を選択的に透過し、回収さ
れる。一方、非透過ガスはリターン管８を通り、該非透
過ガス中に残存している二酸化炭素が所定濃度より高い
場合は、供給ガスである混合ガスと合流し再度ガス分離
膜モジュ−ルで処理し、所定濃度に達している場合は、
排気管９を通り系外へ排出される。本実施例の運転結果
は、二酸化炭素の透過速度が（３０℃においてＰ＝２.6
×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕、２５℃においてＰ＝
２.5×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕、１０℃において
Ｐ＝２.2×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕、０℃におい
てＰ＝２.0×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕であった。
また二酸化炭素と窒素の分離係数は２５℃において２０
であった。一方、冷却しない場合は二酸化炭素の透過速
度が４０℃においてＰ＝２.7×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg
sec)〕で、二酸化炭素と窒素の分離係数は１４であっ
た。冷却した場合と冷却しない場合と比較すると、二酸
化炭素の透過速度に関しては、ほとんど変化がなかった
が、二酸化炭素と窒素の分離係数に関しては、冷却した
場合の方（２０）が、冷却しない場合（１４）よりも４
２％以上大きく、高効率の分離ができた。なお、０℃で
の本性能 （０℃においてＰ＝２.0×１０-4〔Ncm3/(cm
2cmHg sec)〕で、二酸化炭素と窒素の分離係数が２７）
は、原谷らが化学工学論文集１９（５）７１４（１９９
３）で報告している分離透過性能を満足しており、４０
℃のガスを用いる場合と比較して、十分有効であること
が判る。
離方法のシステムフロー図である。上記の方法で製造し
たガス分離膜モジュ−ルを用いてガス分離膜モジュ−ル
４として、二酸化炭素の透過速度が２５℃において２.5
×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕以上、二酸化炭素と窒
素の分離係数が２０であるガス分離膜を搭載したものを
用いる。処理対象の混合ガス１を圧縮機２で吸引、圧縮
し、冷却器３で４０℃から３０、２５、１０、０℃の４
種の温度に冷却し、ガス分離膜モジュ−ル４に導入す
る。なお冷却器３は液化天然ガスの気化熱を利用する。
ガス分離膜モジュ−ル４の透過側は吸引ポンプ６によっ
て減圧する。ガス分離膜モジュ−ル４に導入された混合
ガスは、ガス分離膜モジュ−ル４内のガス分離膜に接触
する。ここで混合ガス中の二酸化炭素が供給側と透過側
との圧力差を駆動源として膜を選択的に透過し、回収さ
れる。一方、非透過ガスはリターン管８を通り、該非透
過ガス中に残存している二酸化炭素が所定濃度より高い
場合は、供給ガスである混合ガスと合流し再度ガス分離
膜モジュ−ルで処理し、所定濃度に達している場合は、
排気管９を通り系外へ排出される。本実施例の運転結果
は、二酸化炭素の透過速度が（３０℃においてＰ＝２.6
×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕、２５℃においてＰ＝
２.5×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕、１０℃において
Ｐ＝２.2×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕、０℃におい
てＰ＝２.0×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg sec)〕であった。
また二酸化炭素と窒素の分離係数は２５℃において２０
であった。一方、冷却しない場合は二酸化炭素の透過速
度が４０℃においてＰ＝２.7×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg
sec)〕で、二酸化炭素と窒素の分離係数は１４であっ
た。冷却した場合と冷却しない場合と比較すると、二酸
化炭素の透過速度に関しては、ほとんど変化がなかった
が、二酸化炭素と窒素の分離係数に関しては、冷却した
場合の方（２０）が、冷却しない場合（１４）よりも４
２％以上大きく、高効率の分離ができた。なお、０℃で
の本性能 （０℃においてＰ＝２.0×１０-4〔Ncm3/(cm
2cmHg sec)〕で、二酸化炭素と窒素の分離係数が２７）
は、原谷らが化学工学論文集１９（５）７１４（１９９
３）で報告している分離透過性能を満足しており、４０
℃のガスを用いる場合と比較して、十分有効であること
が判る。
【００１５】実施例２ 図２は図１に示した液化天然ガスを利用して混合ガスを
冷却する冷却器３の代わりに冷却器５を用いた例であ
る。冷却器５は図１の冷却器３と同様に液化天然ガスを
利用しているが、冷却器５ではガス分離膜モジュ−ルそ
のものを外面から冷却するものである。本実施例では図
２に示す混合ガスの分離方法のシステムフローによって
実施した。４０℃の混合ガスを冷却器５で冷却されたガ
ス分離膜モジュ−ル４に導き、３０、２５、１０、０℃
の４種の温度に冷却し、混合ガス中の二酸化炭素が選択
的にガス分離膜を透過する。本実施例における分離結果
は実施例１と同様の結果が得られた。
冷却する冷却器３の代わりに冷却器５を用いた例であ
る。冷却器５は図１の冷却器３と同様に液化天然ガスを
利用しているが、冷却器５ではガス分離膜モジュ−ルそ
のものを外面から冷却するものである。本実施例では図
２に示す混合ガスの分離方法のシステムフローによって
実施した。４０℃の混合ガスを冷却器５で冷却されたガ
ス分離膜モジュ−ル４に導き、３０、２５、１０、０℃
の４種の温度に冷却し、混合ガス中の二酸化炭素が選択
的にガス分離膜を透過する。本実施例における分離結果
は実施例１と同様の結果が得られた。
【００１６】実施例３ 図３は液化天然ガスを利用して混合ガスを冷却する冷却
器３（図１）とガス分離膜モジュ−ルそのものを外面か
ら冷却する冷却器５（図２）の各々の冷却器を用いた例
である。冷却器５は図１の冷却器３と同様に液化天然ガ
スを利用しているが、冷却器５ではガス分離膜モジュ−
ルそのものを外面から冷却するものである。本実施例で
は図３に示す混合ガスの分離方法のシステムフローによ
って実施した。本実施例においても分離結果は実施例１
と同様の結果が得られた。本実施例は比較的大容量の混
合ガスを処理する特に適している。
器３（図１）とガス分離膜モジュ−ルそのものを外面か
ら冷却する冷却器５（図２）の各々の冷却器を用いた例
である。冷却器５は図１の冷却器３と同様に液化天然ガ
スを利用しているが、冷却器５ではガス分離膜モジュ−
ルそのものを外面から冷却するものである。本実施例で
は図３に示す混合ガスの分離方法のシステムフローによ
って実施した。本実施例においても分離結果は実施例１
と同様の結果が得られた。本実施例は比較的大容量の混
合ガスを処理する特に適している。
【００１７】
【発明の効果】本発明は、少なくとも２種のガスを含む
混合ガスから特定のガスを選択的に透過するガス分離膜
モジュ−ルを用いて低温下で分離するに際して、分離性
を高め、しかも透過性を損なうことなく分離することが
できる。併せて、上記低温のための冷媒として、液化石
油ガスと液化天然ガスとから選ばれる少なくとも１つの
気化熱を用いるので経済性に優れ、実用的な分離を行う
ことができる。特に、混合ガスが少なくとも二酸化炭素
と窒素を含む混合ガスを用いる場合に極めて効率よく分
離することができる。
混合ガスから特定のガスを選択的に透過するガス分離膜
モジュ−ルを用いて低温下で分離するに際して、分離性
を高め、しかも透過性を損なうことなく分離することが
できる。併せて、上記低温のための冷媒として、液化石
油ガスと液化天然ガスとから選ばれる少なくとも１つの
気化熱を用いるので経済性に優れ、実用的な分離を行う
ことができる。特に、混合ガスが少なくとも二酸化炭素
と窒素を含む混合ガスを用いる場合に極めて効率よく分
離することができる。
【図１】本発明の実施例である混合ガスの分離方法のシ
ステムフロー図である。
ステムフロー図である。
【図２】本発明の他の実施例である混合ガスの分離方法
のシステムフロー図である。
のシステムフロー図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る混合ガスの分離方法
のシステムフロー図である。
のシステムフロー図である。
１ 混合ガス ２ 圧縮機 ３ 冷却器 ４ ガス分離膜モジュ−ル ５ 冷却器 ６ 吸引ポンプ
Claims (4)
- 【請求項１】少なくとも２種のガスを含む混合ガスから
特定のガスを選択的に透過するガス分離膜モジュ−ルを
用いて低温下で分離する方法であって、上記低温のため
の冷媒として、液化石油ガスと液化天然ガスとから選ば
れる少なくとも１つの気化熱を用いることを特徴とする
混合ガスの分離方法。 - 【請求項２】混合ガスが少なくとも二酸化炭素と窒素を
含む混合ガスであることを特徴とする請求項１記載の混
合ガスの分離方法。 - 【請求項３】ガス分離膜モジュ−ルは二酸化炭素の透過
速度が２５℃において１×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg se
c)〕以上、二酸化炭素と窒素の分離係数が１０以上であ
るガス分離膜を搭載したものを用いることを特徴とする
請求項１または２記載の混合ガスの分離方法。 - 【請求項４】ガス分離膜モジュ−ルは二酸化炭素の透過
速度が２５℃において２×１０-4〔Ncm3/(cm2cmHg se
c)〕以上、二酸化炭素と窒素の分離係数が２０以上であ
るガス分離膜を搭載したものを用いることを特徴とする
請求項１または２記載の混合ガスの分離方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7130341A JPH08323131A (ja) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | 混合ガスの分離方法 |
| US08/654,570 US5709733A (en) | 1995-05-29 | 1996-05-29 | Gas separation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7130341A JPH08323131A (ja) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | 混合ガスの分離方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08323131A true JPH08323131A (ja) | 1996-12-10 |
Family
ID=15032074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7130341A Pending JPH08323131A (ja) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | 混合ガスの分離方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5709733A (ja) |
| JP (1) | JPH08323131A (ja) |
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| WO2019230995A1 (ko) * | 2018-05-28 | 2019-12-05 | 한양대학교 산학협력단 | 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 포획 및 분리를 위한 분리막 기반 공정 |
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| KR20200129647A (ko) * | 2019-05-09 | 2020-11-18 | 한양대학교 산학협력단 | 저농도 이산화탄소 가스 혼합물로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 분리막 기반 공정 |
| JP2023164125A (ja) * | 2022-04-28 | 2023-11-10 | 国立大学法人広島大学 | 空気分離装置および空気分離方法 |
| KR102613763B1 (ko) * | 2022-12-27 | 2023-12-19 | (주)에어레인 | 열교환망을 구비한 배가스 내 이산화탄소 포집 장치 |
| KR20240106384A (ko) | 2022-12-29 | 2024-07-08 | 한국에너지기술연구원 | 저온 공정 분리막을 갖는 이산화탄소 분리 시스템 |
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| WO2011129769A1 (en) | 2010-04-12 | 2011-10-20 | National University Of Singapore | Polyimide membranes and their preparation |
| US10118129B2 (en) * | 2017-03-31 | 2018-11-06 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Natural-gas purification apparatus |
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- 1996-05-29 US US08/654,570 patent/US5709733A/en not_active Expired - Fee Related
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