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公開番号2025044145
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-01
出願番号2024150515
出願日2024-09-02
発明の名称ガス分離方法、精製流体及びガス分離装置
出願人東レ株式会社
代理人
主分類B01D 53/22 20060101AFI20250325BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】
本発明は、水蒸気を含む分離対象ガスから高透過ガスを高処理量で分離可能なガス分離方法を供給することを目的とする。
【達成手段】
水蒸気と高透過ガスと低透過ガスを含む分離対象ガスをガス分離膜モジュールに供給し、水蒸気と前記高透過ガスが濃縮された透過ガスと前記低透過ガスが濃縮された非透過ガスに分離するガス分離方法であって、前記分離対象ガス中の水蒸気分圧が20kPa以上1MPa以下であることを特徴とするガス分離方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水蒸気と高透過ガスと低透過ガスを含む分離対象ガスをガス分離膜モジュールに供給し、水蒸気と前記高透過ガスが濃縮された透過ガスと前記低透過ガスが濃縮された非透過ガスに分離するガス分離方法であって、前記分離対象ガス中の水蒸気分圧が２０ｋＰａ以上１ＭＰａ以下であることを特徴とするガス分離方法。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
前記分離対象ガスが動力学直径０．２５ｎｍ以上０．３５ｎｍ以下の高透過ガスを含むことを特徴とする請求項１記載のガス分離方法。
【請求項３】
前記高透過ガスが二酸化炭素であることを特徴とする請求項２記載のガス分離方法。
【請求項４】
前記分離対象ガスと前記透過ガスが並流であることを特徴とする請求項１記載のガス分離方法。
【請求項５】
前記分離対象ガス中の高透過ガス分圧に対する水蒸気分圧が５％以上５０％以下であることを特徴とする請求項１記載のガス分離方法。
【請求項６】
前記ガス分離膜モジュールの透過側の全圧が０．０１ＭＰａ以上０．１５ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１記載のガス分離方法。
【請求項７】
前記分離対象ガスが前記ガス分離膜モジュールへ供給される前に加湿される工程を含むことを特徴とする請求項１記載のガス分離方法。
【請求項８】
前記分離対象ガスが前記ガス分離膜モジュールへ供給される前に昇圧される工程を含むことを特徴とする請求項１記載のガス分離システム。
【請求項９】
前記分離対象流体の昇圧前後の圧縮比が１．５倍以上１００倍以下であることを特徴とする請求項８記載のガス分離方法。
【請求項１０】
前記昇圧後の分離対象ガスの湿度が５０ＲＨ％以上９５ＲＨ％以下であることを特徴とする請求項８記載のガス分離方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分離方法、精製流体及びガス分離装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
複数のガス成分を含んだ混合物から特定のガス成分を選択的に分離・精製する方法として、膜分離法が知られている。膜分離法は圧力差を利用するため、他の分離・精製法と比較してエネルギー消費量が少ない利点がある。
【０００３】
膜分離法で用いられるガス分離膜は、特定のガス成分（透過ガス）のガス透過性が他のガス成分（非透過ガス）のガス透過性に対して高い分離膜であり、透過ガスと非透過ガスをサイズ差や分離膜との相互作用の差で分離する。ガス分離膜としては、高分子膜や無機膜が知られており、耐熱性や耐薬品性が要求される用途においては無機膜が好適に用いられる。
【０００４】
水蒸気は動力学直径が小さいガス分子であり、ガス分離膜を用いた除去が可能である。水蒸気を含む混合ガスであるバイオガスを精製する手法として、分離膜式除湿装置で水蒸気を除去した後に二酸化装置除去装置で二酸化炭素を除去してメタンを得る方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１４－９１７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、バイオガスを昇圧する圧縮手段と、昇圧したバイオガスを除湿するための分離膜式除湿装置と、その分離膜式除湿装置で発生した乾燥バイオガスを利用する少なくとも１つのガス利用手段と、を備えるバイオガス利用システムであって、（ａ）前記圧縮手段で昇圧したバイオガスを、圧力の増減操作なしに前記ガス利用手段に供給し、（ｂ）前記分離膜式除湿装置でバイオガスの露点（加圧露点）を５℃以上低下させることを特徴とするバイオガス利用システムが開示されている。しかしながら、特許文献１の方法では、昇圧後のバイオガスはドレン（凝縮水）を発生させて除去するためのクーラーとドレンセパレーターを経て分離膜式除湿装置へ供給されるため、分離対象ガス中の水蒸気をガス分離に活用できず、高透過ガスの処理量を向上できない課題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、水蒸気を含む分離対象ガスから高透過ガスを高処理量で分離可能なガス分離方法を供給することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
［１］水蒸気と高透過ガスと低透過ガスを含む分離対象ガスをガス分離膜モジュールに供給し、水蒸気と前記高透過ガスが濃縮された透過ガスと前記低透過ガスが濃縮された非透過ガスに分離するガス分離方法であって、前記分離対象ガス中の水蒸気分圧が２０ｋＰａ以上１ＭＰａ以下であることを特徴とするガス分離方法。
［２］前記分離対象ガスが動力学直径０．２５ｎｍ以上０．３５ｎｍ以下の高透過ガスを含むことを特徴とする［１］記載のガス分離方法。
［３］前記高透過ガスが二酸化炭素であることを特徴とする［２］記載のガス分離方法。
［４］前記分離対象ガスと前記透過ガスが並流であることを特徴とする［１］記載のガス分離方法。
［５］前記分離対象ガス中の高透過ガス分圧に対する水蒸気分圧が５％以上５０％以下であることを特徴とする［１］記載のガス分離方法。
［６］前記ガス分離膜モジュールの透過側の全圧が０．０１ＭＰａ以上０．１５ＭＰａ以下であることを特徴とする［１］記載のガス分離方法。
［７］前記分離対象ガスが前記ガス分離膜モジュールへ供給される前段に加湿される工程を含むことを特徴とする［１］記載のガス分離方法。
［８］前記分離対象ガスが前記ガス分離膜モジュールへ供給される前段に昇圧される工程を含むことを特徴とする［１］記載のガス分離システム。
［９］前記分離対象流体の昇圧前後の圧縮比が１．５倍以上１００倍以下であることを特徴とする［８］記載のガス分離方法。
［１０］前記昇圧後の分離対象ガスの湿度が５０ＲＨ％以上９５ＲＨ％以下であることを特徴とする［８］記載のガス分離方法。
［１１］前記ガス分離膜モジュールに収納されたガス分離膜が無機膜であることを特徴とする［１］～［１０］のいずれかに記載のガス分離方法。
［１２］前記無機膜が炭素膜であることを特徴とする［１１］記載のガス分離方法。
［１３］前記分離対象ガスがさらに炭素数２以上８以下の炭化水素を１００ｐｐｍ以上３０％以下含むことを特徴とする［１２］記載のガス分離方法。
［１４］前記分離対象ガスが天然ガス、バイオガス、排気ガスからなる群より選択されることを特徴とする［１２］記載のガス分離方法。
［１５］前記天然ガスが噴出してから前記ガス分離膜モジュールへ供給されるまでの温度が６０℃以上２００℃以下であることを特徴とする［１４］記載のガス分離方法。
［１６］［１２］記載のガス分離方法で精製されたことを特徴とする精製流体。
［１７］加湿機構とガス分離膜モジュールを含むガス分離装置であって、
前記加湿機構で加湿された分離対象ガスをガス分離膜へ供給する手段を有することを特徴とするガス分離装置。
［１８］前記ガス分離膜モジュールに収納されたガス分離膜が炭素膜であることを特徴とする［１７］記載のガス分離装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のガス分離方法は、分離対象ガスが透過性の高い水蒸気を多く含むため、透過側の水蒸気分圧が大きくなって高透過ガスの透過が促進され、高透過ガスの透過量が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明のガス分離方法の一態様を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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