JPH1057746A - 分離膜による気体の分離回収方法 - Google Patents
分離膜による気体の分離回収方法Info
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- JPH1057746A JPH1057746A JP8232496A JP23249696A JPH1057746A JP H1057746 A JPH1057746 A JP H1057746A JP 8232496 A JP8232496 A JP 8232496A JP 23249696 A JP23249696 A JP 23249696A JP H1057746 A JPH1057746 A JP H1057746A
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- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 分離膜モジュールを用いる多成分からなる混
合気体の分離処理において、混合気体中の第２易透過成
分を経済性よく効率的に分離回収する方法を提供する。 【解決手段】 少なくとも３つの成分からなる原料混合
気体を分離膜と接触させて該混合気体中から第２易透過
成分を効率よく分離回収する方法において、（ｉ）該原
料混合気体を、分離膜モジュールの原料混合気体の入口
Ａ側からその出口Ｂ側に向けて流通させること、（ii）
該分離膜を透過した気体を、該原料混合気体の入口Ａと
その出口Ｂとの間の中間部に対応する位置に配設された
透過気体出口Ｃから排出し、該透過気体にその出口Ｃ側
に向う流れを生じさせること、を特徴とする前記方法。
合気体の分離処理において、混合気体中の第２易透過成
分を経済性よく効率的に分離回収する方法を提供する。 【解決手段】 少なくとも３つの成分からなる原料混合
気体を分離膜と接触させて該混合気体中から第２易透過
成分を効率よく分離回収する方法において、（ｉ）該原
料混合気体を、分離膜モジュールの原料混合気体の入口
Ａ側からその出口Ｂ側に向けて流通させること、（ii）
該分離膜を透過した気体を、該原料混合気体の入口Ａと
その出口Ｂとの間の中間部に対応する位置に配設された
透過気体出口Ｃから排出し、該透過気体にその出口Ｃ側
に向う流れを生じさせること、を特徴とする前記方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも３つの
成分からなる多成分系混合気体を分離膜と接触させてそ
の混合気体中から第２易透過成分を効率よく分離回収す
る方法に関するものである。
成分からなる多成分系混合気体を分離膜と接触させてそ
の混合気体中から第２易透過成分を効率よく分離回収す
る方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】３成分以上の多成分からなる混合気体を
分離膜モジュールを用いて分離処理する方法は広く行れ
ている。この分離膜モジュールは、原料混合気体の入口
Ａと出口Ｂを有し、その分離膜を透過した気体の出口Ｃ
を有する分離膜装置である。発電所等から排出される、
水蒸気、二酸化炭素、酸素及び窒素等からなる排煙ガス
中から、二酸化炭素を分離するために、分離膜の両側に
接触する気体の圧力（分圧）差を利用して気体の分離を
行う分離膜モジュールを用いることは知られている。こ
の混合気体中の水蒸気及び二酸化炭素は、分離膜に対し
ては、それぞれ第１易透過成分及び第２易透過成分を形
成する。従って、この場合の分離膜モジュールは、第２
易透過成分である二酸化炭素を効率よく分離回収するに
は、第２易透過成分である二酸化炭素に対する分離性能
を向上させることが要求される。分離膜モジュールを用
いる従来の混合気体の分離処理においては、分離膜を透
過した気体は、原料混合気体の流れと向流として系外へ
抜出すことが好ましいことが知られている〔（株）アイ
ピーシー発行、「膜分離プロセスの理論と設計」〕。し
かしながら、透過した気体を原料混合気体流と向流とし
て抜出すことは、第２易透過成分をプロセス経済性よく
効率的に分離する観点からは好ましいことではないこと
が判明した。即ち、分離膜の気体供給側に対する気体透
過側の圧力比を低くして第２易透過成分の分離回収率を
向上させようとすると、ブロワーにより供給ガスの圧力
を高めたり、真空ポンプにより透過側の減圧度を高く保
持する必要があり、そのためにブロワーや真空ポンプの
消費動力が大きくなるという不都合が生じる。
分離膜モジュールを用いて分離処理する方法は広く行れ
ている。この分離膜モジュールは、原料混合気体の入口
Ａと出口Ｂを有し、その分離膜を透過した気体の出口Ｃ
を有する分離膜装置である。発電所等から排出される、
水蒸気、二酸化炭素、酸素及び窒素等からなる排煙ガス
中から、二酸化炭素を分離するために、分離膜の両側に
接触する気体の圧力（分圧）差を利用して気体の分離を
行う分離膜モジュールを用いることは知られている。こ
の混合気体中の水蒸気及び二酸化炭素は、分離膜に対し
ては、それぞれ第１易透過成分及び第２易透過成分を形
成する。従って、この場合の分離膜モジュールは、第２
易透過成分である二酸化炭素を効率よく分離回収するに
は、第２易透過成分である二酸化炭素に対する分離性能
を向上させることが要求される。分離膜モジュールを用
いる従来の混合気体の分離処理においては、分離膜を透
過した気体は、原料混合気体の流れと向流として系外へ
抜出すことが好ましいことが知られている〔（株）アイ
ピーシー発行、「膜分離プロセスの理論と設計」〕。し
かしながら、透過した気体を原料混合気体流と向流とし
て抜出すことは、第２易透過成分をプロセス経済性よく
効率的に分離する観点からは好ましいことではないこと
が判明した。即ち、分離膜の気体供給側に対する気体透
過側の圧力比を低くして第２易透過成分の分離回収率を
向上させようとすると、ブロワーにより供給ガスの圧力
を高めたり、真空ポンプにより透過側の減圧度を高く保
持する必要があり、そのためにブロワーや真空ポンプの
消費動力が大きくなるという不都合が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、分離膜モジ
ュールを用いる多成分からなる混合気体の分離処理にお
いて、混合気体中の第２易透過成分を経済性よく効率的
に分離回収する方法を提供することをその課題とする。
ュールを用いる多成分からなる混合気体の分離処理にお
いて、混合気体中の第２易透過成分を経済性よく効率的
に分離回収する方法を提供することをその課題とする。
【０００４】
【課題を解決する手段】本発明者らは、前記課題を解決
すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至っ
た。即ち、本発明によれば、少なくとも３つの成分から
なる原料混合気体を分離膜と接触させて該混合気体中か
ら第２易透過成分を効率よく分離回収する方法におい
て、（ｉ）該原料混合気体を、分離膜モジュールの原料
混合気体の入口Ａ側からその出口Ｂ側に向けて流通させ
ること、（ii）該分離膜を透過した気体を、該原料混合
気体の入口Ａとその出口Ｂとの間の中間部に対応する位
置に配設された透過気体出口Ｃから排出し、該透過気体
にその出口Ｃ側に向う流れを生じさせること、を特徴と
する前記方法が提供される。また、本発明によれば、少
なくとも３つの成分からなる原料混合気体を分離膜と接
触させて該原料混合気体中から第２易透過成分を効率よ
く分離回収する方法において、（ｉ）２つの分離膜モジ
ュールを結合して用い、原料混合気体を第１分離膜モジ
ュールの原料混合気体の入口Ａ側からその排出口Ｂ側に
向けて流通させた後、第２分離膜モジュールの原料混合
気体の入口Ａ（２）側からその出口Ｂ（２）側に向けて
流通させること、（ii）第１分離膜モジュールの分離膜
を透過した気体を、原料混合気体の流れと並流にして透
過気体出口Ｃから排出させること、（iii）第２分離膜
モジュールの分離膜を透過した気体を、原料混合気体の
流れと向流にして透過気体出口Ｃ（２）から排出させる
こと、を特徴とする前記の方法が提供される。
すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至っ
た。即ち、本発明によれば、少なくとも３つの成分から
なる原料混合気体を分離膜と接触させて該混合気体中か
ら第２易透過成分を効率よく分離回収する方法におい
て、（ｉ）該原料混合気体を、分離膜モジュールの原料
混合気体の入口Ａ側からその出口Ｂ側に向けて流通させ
ること、（ii）該分離膜を透過した気体を、該原料混合
気体の入口Ａとその出口Ｂとの間の中間部に対応する位
置に配設された透過気体出口Ｃから排出し、該透過気体
にその出口Ｃ側に向う流れを生じさせること、を特徴と
する前記方法が提供される。また、本発明によれば、少
なくとも３つの成分からなる原料混合気体を分離膜と接
触させて該原料混合気体中から第２易透過成分を効率よ
く分離回収する方法において、（ｉ）２つの分離膜モジ
ュールを結合して用い、原料混合気体を第１分離膜モジ
ュールの原料混合気体の入口Ａ側からその排出口Ｂ側に
向けて流通させた後、第２分離膜モジュールの原料混合
気体の入口Ａ（２）側からその出口Ｂ（２）側に向けて
流通させること、（ii）第１分離膜モジュールの分離膜
を透過した気体を、原料混合気体の流れと並流にして透
過気体出口Ｃから排出させること、（iii）第２分離膜
モジュールの分離膜を透過した気体を、原料混合気体の
流れと向流にして透過気体出口Ｃ（２）から排出させる
こと、を特徴とする前記の方法が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明で用いる分離膜モ
ジュール１つの例についての模式図を示す。図１におい
て、１は分離膜Ｍを包囲する筒体、２は筒体の先端部に
付設された先端部密閉板、３は筒体の後端部に付設され
た後端部密閉板、４は筒体の周壁、５は先端部密閉板３
に付設された原料気体供給管、６は後端部密閉板３に付
設された非透過気体排出管、７は透過気体排出管、Ａは
原料気体入口、Ｂはその出口、Ｃは透過気体出口、Ｒは
原料気体収容室、Ｓは透過気体収容室を各示す。矢印は
気体の流れ方向を示す。図１に示した分離膜モジュール
を用いて原料混合気体の分離処理を行うには、透過気体
排出管７を真空ポンプに連結して透過気体収容室Ｓを減
圧に保持するとともに、大気圧又は加圧状態の原料混合
気体をその供給管５を介して気体入口Ａから気体収容室
Ｒ内に導入し、その気体収容室Ｒ内を気体の入口Ａ側か
ら気体の出口Ｂ側に流通させる。混合気体がその入口Ａ
側から出口Ｂ側に流通する間に、混合気体の易透過成分
は分離膜Ｍを透過し、気体収容室Ｓに入る。気体収容室
Ｒ内を出口Ｂ側に流通した非透過気体はその出口Ｂから
その排出管６を介して系外へ排出される。一方、分離膜
Ｍを透過して気体収容室Ｓに入った透過気体は、周壁４
に付設された透過気体の出口Ｃを通り、その排出管７を
介して系外へ排出される。透過気体の出口Ｃは、気体入
口と、気体出口Ｂとの間の中間部に対応する位置に付設
されていることから、空間Ｓにおける気体の流れは、矢
印方向の流れとなる。即ち、透過気体は、その出口Ｃの
方向に向かう流れとなり、気体入口Ａに対応する気体収
容室Ｓでの位置（筒体の先端）と透過気体の出口Ｃとの
間においては、原料混合気体の流れと並流となり、一
方、非透過気体の出口Ｂに対応する気体収容室Ｓでの位
置（筒体の後端）と透過気体の出口Ｃとの間において
は、原料混合気体の流れと向流となる。前記のようにし
て、原料混合気体を分離膜処理することにより、混合気
体中の第２易透過成分の分離効率を向上させることがで
きる。前記においては、分離膜モジュールの気体透過側
（気体収容室Ｓ）を減圧にする例を示した。その気体透
過側は大気圧又は加圧であってもよく、この場合には、
供給側（気体収容室Ｒ）をその気体透過側よりも高い圧
力に保持する。このようにして原料混合気体を分離膜処
理しても、混合気体中の第２易透過成分の分離効率を向
上させることができる。
ジュール１つの例についての模式図を示す。図１におい
て、１は分離膜Ｍを包囲する筒体、２は筒体の先端部に
付設された先端部密閉板、３は筒体の後端部に付設され
た後端部密閉板、４は筒体の周壁、５は先端部密閉板３
に付設された原料気体供給管、６は後端部密閉板３に付
設された非透過気体排出管、７は透過気体排出管、Ａは
原料気体入口、Ｂはその出口、Ｃは透過気体出口、Ｒは
原料気体収容室、Ｓは透過気体収容室を各示す。矢印は
気体の流れ方向を示す。図１に示した分離膜モジュール
を用いて原料混合気体の分離処理を行うには、透過気体
排出管７を真空ポンプに連結して透過気体収容室Ｓを減
圧に保持するとともに、大気圧又は加圧状態の原料混合
気体をその供給管５を介して気体入口Ａから気体収容室
Ｒ内に導入し、その気体収容室Ｒ内を気体の入口Ａ側か
ら気体の出口Ｂ側に流通させる。混合気体がその入口Ａ
側から出口Ｂ側に流通する間に、混合気体の易透過成分
は分離膜Ｍを透過し、気体収容室Ｓに入る。気体収容室
Ｒ内を出口Ｂ側に流通した非透過気体はその出口Ｂから
その排出管６を介して系外へ排出される。一方、分離膜
Ｍを透過して気体収容室Ｓに入った透過気体は、周壁４
に付設された透過気体の出口Ｃを通り、その排出管７を
介して系外へ排出される。透過気体の出口Ｃは、気体入
口と、気体出口Ｂとの間の中間部に対応する位置に付設
されていることから、空間Ｓにおける気体の流れは、矢
印方向の流れとなる。即ち、透過気体は、その出口Ｃの
方向に向かう流れとなり、気体入口Ａに対応する気体収
容室Ｓでの位置（筒体の先端）と透過気体の出口Ｃとの
間においては、原料混合気体の流れと並流となり、一
方、非透過気体の出口Ｂに対応する気体収容室Ｓでの位
置（筒体の後端）と透過気体の出口Ｃとの間において
は、原料混合気体の流れと向流となる。前記のようにし
て、原料混合気体を分離膜処理することにより、混合気
体中の第２易透過成分の分離効率を向上させることがで
きる。前記においては、分離膜モジュールの気体透過側
（気体収容室Ｓ）を減圧にする例を示した。その気体透
過側は大気圧又は加圧であってもよく、この場合には、
供給側（気体収容室Ｒ）をその気体透過側よりも高い圧
力に保持する。このようにして原料混合気体を分離膜処
理しても、混合気体中の第２易透過成分の分離効率を向
上させることができる。
【０００６】図２は本発明で用いる２つの分離膜モジュ
ールを結合して用いる例についての模式図を示す。図２
において、１は分離膜Ｍを包囲する第１筒体、１１は分
離膜Ｍ（２）を包囲する第２筒体、２、１２はそれぞれ
各筒体１、１１の先端に付設された先端部密閉板、３、
１３はそれぞれ各筒体１、１１の後端部に付設された後
端部密閉板、４、１４はそれぞれ各筒体１、１１の周
壁、５は第１筒体１の先端部密閉板３に付設された原料
混合気体供給管、１６は第２筒体１１の後端部密閉板１
３に付設された非透過気体排出管、７は透過気体排出
管、８は第１筒体１の気体収容室Ｒと第２筒体１１の気
体収容室Ｒ（２）との間を連結する連結管、９は第１筒
体１の気体収容室Ｓと第２筒体の気体収容室Ｓ（２）と
を連結する連結管、Ａ、Ａ（２）はそれぞれ気体収容室
Ｒ、Ｒ（２）の気体の入口、Ｂ、Ｂ（２）はそれぞれ気
体収容室Ｒ、Ｒ（２）の非透過気体の出口、Ｃ、Ｃ
（２）はそれぞれ透過気体収容室Ｓ、Ｓ（２）の気体出
口、Ｒは、第１分離膜モジュールの第１筒体１内に形成
されている原料混合気体の第１収容室、Ｒ（２）は第２
分離膜モジュールの第２筒体１１内に形成されている原
料混合気体の第２収容室、Ｓは第１分離膜モジュールの
第１筒体１内に形成されている第１透過気体収容室、Ｓ
（２）は第２分離膜モジュールの第２筒体１１内に形成
されている第２透過気体収容室、Ｍ、Ｍ（２）はそれぞ
れ、第１筒体１及び第２筒体１１に付設された分離膜を
各示す。
ールを結合して用いる例についての模式図を示す。図２
において、１は分離膜Ｍを包囲する第１筒体、１１は分
離膜Ｍ（２）を包囲する第２筒体、２、１２はそれぞれ
各筒体１、１１の先端に付設された先端部密閉板、３、
１３はそれぞれ各筒体１、１１の後端部に付設された後
端部密閉板、４、１４はそれぞれ各筒体１、１１の周
壁、５は第１筒体１の先端部密閉板３に付設された原料
混合気体供給管、１６は第２筒体１１の後端部密閉板１
３に付設された非透過気体排出管、７は透過気体排出
管、８は第１筒体１の気体収容室Ｒと第２筒体１１の気
体収容室Ｒ（２）との間を連結する連結管、９は第１筒
体１の気体収容室Ｓと第２筒体の気体収容室Ｓ（２）と
を連結する連結管、Ａ、Ａ（２）はそれぞれ気体収容室
Ｒ、Ｒ（２）の気体の入口、Ｂ、Ｂ（２）はそれぞれ気
体収容室Ｒ、Ｒ（２）の非透過気体の出口、Ｃ、Ｃ
（２）はそれぞれ透過気体収容室Ｓ、Ｓ（２）の気体出
口、Ｒは、第１分離膜モジュールの第１筒体１内に形成
されている原料混合気体の第１収容室、Ｒ（２）は第２
分離膜モジュールの第２筒体１１内に形成されている原
料混合気体の第２収容室、Ｓは第１分離膜モジュールの
第１筒体１内に形成されている第１透過気体収容室、Ｓ
（２）は第２分離膜モジュールの第２筒体１１内に形成
されている第２透過気体収容室、Ｍ、Ｍ（２）はそれぞ
れ、第１筒体１及び第２筒体１１に付設された分離膜を
各示す。
【０００７】図２に示した２つの分離膜モジュールを結
合して用いて原料混合気体の分離処理を行うには、透過
気体排出管７を真空ポンプに連結して気体収容室Ｓ及び
Ｓ（２）内を減圧に保持するとともに、大気圧又は加圧
状態の原料混合気体をその供給管５を介して入口Ａから
第１気体収容室Ｒ内に導入し、その第１気体収容室Ｒ内
を気体入口Ａ側から気体出口Ｂ側に流通させる。混合気
体がその入口Ａ側から出口Ｂ側に流通する間に、混合気
体の易透過成分は分離膜Ｍを透過し、第１気体収容室Ｓ
に入る。第１気体収容室Ｒ内における非透過気体は、そ
の気体出口Ｂから連結管８を通り、第２気体収容室Ｒ
（２）内にその入口Ａ（２）から入り、その出口Ｂ
（２）の方向に流通し、第２気体収容室Ｒ（２）内にお
ける非透過気体はその出口Ｂ（２）から排出管１６を通
って系外へ排出される。第１分離膜Ｍを透過した気体は
第１透過気体収容室Ｓに入り、一方、第２分離膜Ｍ
（２）を透過した気体は第２透過気体収容室Ｓ（２）に
入る。これらの各気体収容室Ｓ及びＳ（２）に入った気
体は、それらの出口Ｃ及びＣ（２）を通って連結管９に
入り、その連結管９に付設された気体排出管７を介して
外部へ排出される。第１透過気体収容室の出口Ｃと、第
２透過気体収容室の出口Ｃ（２）とは、対向して配設さ
れていることから、各気体収容室における透過気体の流
れは、矢印方向の流れとなり、第１筒体１内における透
過気体の流れは原料混合気体に対して並流となり、第２
筒体２内における透過気体の流れは向流となる。前記の
ようにして、原料混合気体を分離膜処理することによ
り、混合気体中の第２易透過成分の分離効率を向上させ
ることができる。前記においては、分離膜モジュールの
気体透過側（気体収容室Ｓ）を減圧にする例を示した
が、その気体透過側は大気圧又は加圧であってもよく、
この場合には、供給側（気体収容室Ｒ）をその気体透過
側よりも高い圧力に保持する。このようにして原料混合
気体を分離膜処理しても、混合気体中の第２易透過成分
の分離効率を向上させることができる。
合して用いて原料混合気体の分離処理を行うには、透過
気体排出管７を真空ポンプに連結して気体収容室Ｓ及び
Ｓ（２）内を減圧に保持するとともに、大気圧又は加圧
状態の原料混合気体をその供給管５を介して入口Ａから
第１気体収容室Ｒ内に導入し、その第１気体収容室Ｒ内
を気体入口Ａ側から気体出口Ｂ側に流通させる。混合気
体がその入口Ａ側から出口Ｂ側に流通する間に、混合気
体の易透過成分は分離膜Ｍを透過し、第１気体収容室Ｓ
に入る。第１気体収容室Ｒ内における非透過気体は、そ
の気体出口Ｂから連結管８を通り、第２気体収容室Ｒ
（２）内にその入口Ａ（２）から入り、その出口Ｂ
（２）の方向に流通し、第２気体収容室Ｒ（２）内にお
ける非透過気体はその出口Ｂ（２）から排出管１６を通
って系外へ排出される。第１分離膜Ｍを透過した気体は
第１透過気体収容室Ｓに入り、一方、第２分離膜Ｍ
（２）を透過した気体は第２透過気体収容室Ｓ（２）に
入る。これらの各気体収容室Ｓ及びＳ（２）に入った気
体は、それらの出口Ｃ及びＣ（２）を通って連結管９に
入り、その連結管９に付設された気体排出管７を介して
外部へ排出される。第１透過気体収容室の出口Ｃと、第
２透過気体収容室の出口Ｃ（２）とは、対向して配設さ
れていることから、各気体収容室における透過気体の流
れは、矢印方向の流れとなり、第１筒体１内における透
過気体の流れは原料混合気体に対して並流となり、第２
筒体２内における透過気体の流れは向流となる。前記の
ようにして、原料混合気体を分離膜処理することによ
り、混合気体中の第２易透過成分の分離効率を向上させ
ることができる。前記においては、分離膜モジュールの
気体透過側（気体収容室Ｓ）を減圧にする例を示した
が、その気体透過側は大気圧又は加圧であってもよく、
この場合には、供給側（気体収容室Ｒ）をその気体透過
側よりも高い圧力に保持する。このようにして原料混合
気体を分離膜処理しても、混合気体中の第２易透過成分
の分離効率を向上させることができる。
【０００８】図３は、本発明で用いる分離膜モジュール
の他の例についての模式図を示す。この図３に示した分
離膜モジュールは、分離膜を筒状分離膜又は多数の中空
糸からなる中空糸束分離膜に変更した以外は、図１に示
した分離膜モジュールと同様の構造のものである。図３
において、Ｍ（３）は筒状分離膜又は中空糸束を示し、
その筒状分離膜又は中空糸束分離膜の先端は原料混合気
体供給管５の端部に連結され、その後端は非透過気体排
出管６の端部に連結されている。
の他の例についての模式図を示す。この図３に示した分
離膜モジュールは、分離膜を筒状分離膜又は多数の中空
糸からなる中空糸束分離膜に変更した以外は、図１に示
した分離膜モジュールと同様の構造のものである。図３
において、Ｍ（３）は筒状分離膜又は中空糸束を示し、
その筒状分離膜又は中空糸束分離膜の先端は原料混合気
体供給管５の端部に連結され、その後端は非透過気体排
出管６の端部に連結されている。
【０００９】図１に示した分離膜モジュールにおいて、
その透過気体の出口Ｃの位置は、筒体の先端から出口Ｃ
の距離Ｌ（１）と、筒体の長さＬ（２）との比Ｌ（１）
／Ｌ（２）が２０〜９５％、好ましくは２５〜９０％に
なるように規定するのがよい。分離膜としては、気体分
離性能を有するものであればどのようなものでも使用可
能であり、従来公知の各種の高分子系分離膜を使用する
ことができる。このような分離膜としては、例えば、ポ
リイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステ
ル、ポリスルホン、ポリシロキサン、セルロースアセテ
ート、それらの高分子を含む共重合体又は混合物等が挙
げられる。また、分離膜は、支持体上に高分子をコーテ
ィングして形成した膜であってもよいし、多孔質ガラス
膜や、カーボン膜の他、金属酸化物膜等のセラミックス
膜であってもよい。本発明で用いる分離膜の形状は、気
体分離に用いられている形状であれば制限されず、本発
明で用いられる分離膜は中空糸膜、スパイラル膜、平
膜、筒体膜等であることができるが、特に中空糸膜の使
用が好ましい。また、分離膜の膜構造上の制限も特にな
く、非対称膜や複合膜等であることができる。
その透過気体の出口Ｃの位置は、筒体の先端から出口Ｃ
の距離Ｌ（１）と、筒体の長さＬ（２）との比Ｌ（１）
／Ｌ（２）が２０〜９５％、好ましくは２５〜９０％に
なるように規定するのがよい。分離膜としては、気体分
離性能を有するものであればどのようなものでも使用可
能であり、従来公知の各種の高分子系分離膜を使用する
ことができる。このような分離膜としては、例えば、ポ
リイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステ
ル、ポリスルホン、ポリシロキサン、セルロースアセテ
ート、それらの高分子を含む共重合体又は混合物等が挙
げられる。また、分離膜は、支持体上に高分子をコーテ
ィングして形成した膜であってもよいし、多孔質ガラス
膜や、カーボン膜の他、金属酸化物膜等のセラミックス
膜であってもよい。本発明で用いる分離膜の形状は、気
体分離に用いられている形状であれば制限されず、本発
明で用いられる分離膜は中空糸膜、スパイラル膜、平
膜、筒体膜等であることができるが、特に中空糸膜の使
用が好ましい。また、分離膜の膜構造上の制限も特にな
く、非対称膜や複合膜等であることができる。
【００１０】
【発明の効果】従来、混合気体中の第１易透過成分の膜
分離を目的とする場合には、供給側における原料混合気
体の流れと、透過側における透過気体の流れとは、向流
であることが好ましく、向流の流れ状態を形成すること
により、最も効率的に第１易透過成分を分離することが
できる。その理由を簡単に述べると、向流の流れ方式
は、他の流れの方式に比べて、分離膜モジュールの全長
範囲にわたって第１易透過成分の透過推進力（膜両面間
の分圧差）を高く保持できる方式であり、第１易透過成
分の高透過率を実現維持できるからである。しかしなが
ら、混合気体中からの分離を目的とする成分が第１易透
過成分よりも膜透過性の劣った第２易透過成分の場合に
は、いち早く透過する第１易透過成分による透過側での
第２易透過成分の希釈効果が、第２易透過成分の透過推
進力の大きさに直接影響する。向流の流れ状態では、第
１易透過成分の大半が分離膜モジュールの入口側に近い
ところで透過してしまい、モジュール大半の部分での透
過側に第１易透過成分が存在せずに希釈効果が発現しな
いために、第２易透過成分の膜透過率が大幅に悪化する
ようになる。即ち、気体透過側における第２易透過成分
の分圧が、第１易透過成分が存在しないために、その分
高くなってしまい、その第２易透過成分に関し、その膜
透過推進力となる供給側と透過側の分圧差が小さくな
り、その結果、第２易透過成分の膜透過率が悪化する。
一方、前記のような第２易透過成分の膜透過率の悪化
は、供給側の原料混合気体の流れと、透過側の透過気体
の流れの状態を、並流とすることにより改善することが
できるが、この場合においても、第２易透過成分の回収
率を高くするために、透過側の減圧度を高くして第２易
透過成分の分圧を低下させると、出口付近における供給
側の第１易透過成分濃度が大きく低下し、透過側の第１
易透過成分の濃度がゼロに近くなるため、出口付近にお
ける第２易透過成分の供給側と透過側の分圧差が小さく
なり、第２易透過成分の透過率は悪化する。
分離を目的とする場合には、供給側における原料混合気
体の流れと、透過側における透過気体の流れとは、向流
であることが好ましく、向流の流れ状態を形成すること
により、最も効率的に第１易透過成分を分離することが
できる。その理由を簡単に述べると、向流の流れ方式
は、他の流れの方式に比べて、分離膜モジュールの全長
範囲にわたって第１易透過成分の透過推進力（膜両面間
の分圧差）を高く保持できる方式であり、第１易透過成
分の高透過率を実現維持できるからである。しかしなが
ら、混合気体中からの分離を目的とする成分が第１易透
過成分よりも膜透過性の劣った第２易透過成分の場合に
は、いち早く透過する第１易透過成分による透過側での
第２易透過成分の希釈効果が、第２易透過成分の透過推
進力の大きさに直接影響する。向流の流れ状態では、第
１易透過成分の大半が分離膜モジュールの入口側に近い
ところで透過してしまい、モジュール大半の部分での透
過側に第１易透過成分が存在せずに希釈効果が発現しな
いために、第２易透過成分の膜透過率が大幅に悪化する
ようになる。即ち、気体透過側における第２易透過成分
の分圧が、第１易透過成分が存在しないために、その分
高くなってしまい、その第２易透過成分に関し、その膜
透過推進力となる供給側と透過側の分圧差が小さくな
り、その結果、第２易透過成分の膜透過率が悪化する。
一方、前記のような第２易透過成分の膜透過率の悪化
は、供給側の原料混合気体の流れと、透過側の透過気体
の流れの状態を、並流とすることにより改善することが
できるが、この場合においても、第２易透過成分の回収
率を高くするために、透過側の減圧度を高くして第２易
透過成分の分圧を低下させると、出口付近における供給
側の第１易透過成分濃度が大きく低下し、透過側の第１
易透過成分の濃度がゼロに近くなるため、出口付近にお
ける第２易透過成分の供給側と透過側の分圧差が小さく
なり、第２易透過成分の透過率は悪化する。
【００１１】これに対し、本発明の場合は、入口付近に
おける原料混合気体の流れと透過気体の流れとが並流と
なっていることから、透過側の第２易透過成分の分圧
は、第１易透過成分の稀釈効果によって低く保持され、
その結果、第２易透過成分の膜透過率は高く保持され
る。一方、第１易透過成分濃度が低くなる出口付近にお
いては、原料混合気体と透過気体の流れ状態は膜透過率
の高い向流に保持されていることから、透過側における
第１易透過成分の稀釈による第２易透過成分の分圧の低
下効果がなくても、第２易透過成分の膜透過率を高く保
持することが可能になる。以上のことから、本発明の場
合には、第２易透過成分の全体的な膜透過率は高く保持
され、原料混合気体から、第２易透過成分を高い効率で
分離回収することができるようになる。
おける原料混合気体の流れと透過気体の流れとが並流と
なっていることから、透過側の第２易透過成分の分圧
は、第１易透過成分の稀釈効果によって低く保持され、
その結果、第２易透過成分の膜透過率は高く保持され
る。一方、第１易透過成分濃度が低くなる出口付近にお
いては、原料混合気体と透過気体の流れ状態は膜透過率
の高い向流に保持されていることから、透過側における
第１易透過成分の稀釈による第２易透過成分の分圧の低
下効果がなくても、第２易透過成分の膜透過率を高く保
持することが可能になる。以上のことから、本発明の場
合には、第２易透過成分の全体的な膜透過率は高く保持
され、原料混合気体から、第２易透過成分を高い効率で
分離回収することができるようになる。
【００１２】本発明の方法は、発電所等から排出される
排煙ガスからの二酸化炭素の分離回収法として有利に適
用することができる。排煙ガスは、水蒸気、二酸化炭
素、窒素及び酸素の主要成分からなり、その主要成分の
膜分離においては、水蒸気が第１易透過成分となり、最
も高い膜透過性を有し、二酸化炭素が第２易透過成分と
なり、水蒸気に次ぐ高い膜透過性を有する。本発明で
は、このような成分組成の混合気体から、二酸化炭素
を、プロセス経済性良くかつ高効率で分離回収すること
ができる。本発明の方法は、各種の混合気体から、その
第２易透過成分を高効率で分離回収することができ、特
に、水蒸気を第１易透過成分として含む混合気体（例え
ば、排煙ガスや天然ガス等）からその第２易透過成分を
高効率で分離回収することができる。
排煙ガスからの二酸化炭素の分離回収法として有利に適
用することができる。排煙ガスは、水蒸気、二酸化炭
素、窒素及び酸素の主要成分からなり、その主要成分の
膜分離においては、水蒸気が第１易透過成分となり、最
も高い膜透過性を有し、二酸化炭素が第２易透過成分と
なり、水蒸気に次ぐ高い膜透過性を有する。本発明で
は、このような成分組成の混合気体から、二酸化炭素
を、プロセス経済性良くかつ高効率で分離回収すること
ができる。本発明の方法は、各種の混合気体から、その
第２易透過成分を高効率で分離回収することができ、特
に、水蒸気を第１易透過成分として含む混合気体（例え
ば、排煙ガスや天然ガス等）からその第２易透過成分を
高効率で分離回収することができる。
【００１３】
【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。
する。
【００１４】実施例１ 図１に示した構造の分離膜モジュールを用いて、水蒸気
６．６％、二酸化炭素１４．０％、窒素７５．７％、酸
素３．７％（ｖｏｌ）からなる混合気体を膜分離処理し
た。この場合、分離膜としてはポリイミド膜を用い、透
過ガスの排出位置は、筒体１の先端からの距離Ｌ（１）
と筒体１の全長Ｌ（２）との比Ｌ（１）／Ｌ（２）が２
／３となる位置とした。また、供給側の圧力（気体収容
室Ｒの圧力）に対する透過側の圧力（気体収容室Ｓの圧
力）の比は０．１とし、膜分離温度は５０℃とした。
６．６％、二酸化炭素１４．０％、窒素７５．７％、酸
素３．７％（ｖｏｌ）からなる混合気体を膜分離処理し
た。この場合、分離膜としてはポリイミド膜を用い、透
過ガスの排出位置は、筒体１の先端からの距離Ｌ（１）
と筒体１の全長Ｌ（２）との比Ｌ（１）／Ｌ（２）が２
／３となる位置とした。また、供給側の圧力（気体収容
室Ｒの圧力）に対する透過側の圧力（気体収容室Ｓの圧
力）の比は０．１とし、膜分離温度は５０℃とした。
【００１５】比較例１ 透過ガスの排出位置を筒体１の後端位置とし、原料混合
気体の流れと透過気体の流れの状態を並流とした以外
は、実施例１と同様にして実験を行なった。この場合、
膜面積は、その透過流量が実施例１の場合と同じになる
ように設定した。
気体の流れと透過気体の流れの状態を並流とした以外
は、実施例１と同様にして実験を行なった。この場合、
膜面積は、その透過流量が実施例１の場合と同じになる
ように設定した。
【００１６】比較例２ 透過ガスの排出位置を筒体１の前端位置とし、原料混合
気体の流れと透過気体の流れの状態を向流とした以外
は、実施例１と同様にして実験を行なった。この場合、
膜面積はその透過流量が実施例１の場合と同じになるよ
うに設定した。以上の実験結果を表１に示す。なお、表
１に示した項目の具体的内容は以下の通りである。 （１）ＣＯ2回収率（％） 原料混合気体中に含まれるＣＯ2に対する回収ＣＯ2の割
合を示す。 （２）相対消費動力 回収ＣＯ2の単位容積当たりの消費動力を実施例１の場
合を１．００とした相対消費動力を示す。 （３）相対膜面積 回収ＣＯ2の単位容積当りに必要とされる膜面積を実施
例１の場合を１．００とした所要膜面積を示す。 （４）回収ＣＯ2濃度（％） 膜を透過した気体中に含まれるＣＯ2濃度を示す。但
し、この場合、水蒸気は除外され、ＣＯ2濃度の算出に
は含まれていない。即ち、ドライ基準のＣＯ2濃度を示
す。
気体の流れと透過気体の流れの状態を向流とした以外
は、実施例１と同様にして実験を行なった。この場合、
膜面積はその透過流量が実施例１の場合と同じになるよ
うに設定した。以上の実験結果を表１に示す。なお、表
１に示した項目の具体的内容は以下の通りである。 （１）ＣＯ2回収率（％） 原料混合気体中に含まれるＣＯ2に対する回収ＣＯ2の割
合を示す。 （２）相対消費動力 回収ＣＯ2の単位容積当たりの消費動力を実施例１の場
合を１．００とした相対消費動力を示す。 （３）相対膜面積 回収ＣＯ2の単位容積当りに必要とされる膜面積を実施
例１の場合を１．００とした所要膜面積を示す。 （４）回収ＣＯ2濃度（％） 膜を透過した気体中に含まれるＣＯ2濃度を示す。但
し、この場合、水蒸気は除外され、ＣＯ2濃度の算出に
は含まれていない。即ち、ドライ基準のＣＯ2濃度を示
す。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１に示した結果から、本発明の場合は、
比較例１及び比較例２に比べて良好な膜分離結果を示す
ことがわかる。
比較例１及び比較例２に比べて良好な膜分離結果を示す
ことがわかる。
【図１】本発明で用いる分離膜モジュールの１つの例に
ついての模式図を示す。
ついての模式図を示す。
【図２】本発明で用いる２つの分離膜モジュールを結合
した例についての模式図を示す。
した例についての模式図を示す。
【図３】本発明で用いる分離膜モジュールの他の例につ
いての模式図を示す。
いての模式図を示す。
１、１１ 筒体 ５ 原料混合気体供給管 ６、１６ 非透過気体排出管 ７ 透過気体排出管 ８、９ 連結管 Ａ、Ａ（２） 原料混合気体入口 Ｂ、Ｂ（２） 非透過気体出口 Ｃ、Ｃ（２） 透過気体出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原谷 賢治 茨城県つくば市東１丁目１番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 少なくとも３つの成分からなる原料混合
気体を分離膜と接触させて該混合気体中から第２易透過
成分を効率よく分離回収する方法において、 （ｉ）該原料混合気体を、分離膜モジュールの原料混合
気体の入口Ａ側からその出口Ｂ側に向けて流通させるこ
と、 （ii）該分離膜を透過した気体を、該原料混合気体の入
口Ａとその出口Ｂとの間の中間部に対応する位置に配設
された透過気体出口Ｃから排出し、該透過気体にその出
口Ｃ側に向う流れを生じさせること、を特徴とする前記
方法。 - 【請求項２】 少なくとも３つの成分からなる原料混合
気体を分離膜と接触させて該原料混合気体中から第２易
透過成分を効率よく分離回収する方法において、 （ｉ）２つの分離膜モジュールを結合して用い、原料混
合気体を第１分離膜モジュールの原料混合気体の入口Ａ
側からその排出口Ｂ側に向けて流通させた後、第２分離
膜モジュールの原料混合気体の入口Ａ（２）側からその
出口Ｂ（２）側に向けて流通させること、 （ii）第１分離膜モジュールの分離膜を透過した気体
を、原料混合気体の流れと並流にして透過気体出口Ｃか
ら排出させること、 （iii）第２分離膜モジュールの分離膜を透過した気体
を、原料混合気体の流れと向流にして透過気体出口Ｃ
（２）から排出させること、を特徴とする前記の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8232496A JP2879846B2 (ja) | 1996-08-14 | 1996-08-14 | 分離膜による気体の分離回収方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8232496A JP2879846B2 (ja) | 1996-08-14 | 1996-08-14 | 分離膜による気体の分離回収方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1057746A true JPH1057746A (ja) | 1998-03-03 |
| JP2879846B2 JP2879846B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=16940243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8232496A Expired - Lifetime JP2879846B2 (ja) | 1996-08-14 | 1996-08-14 | 分離膜による気体の分離回収方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2879846B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114370596A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-04-19 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种提升碱金属纯度的气室及实现方法 |
-
1996
- 1996-08-14 JP JP8232496A patent/JP2879846B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114370596A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-04-19 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种提升碱金属纯度的气室及实现方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2879846B2 (ja) | 1999-04-05 |
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