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公開番号2025164420
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-30
出願番号2024068393
出願日2024-04-19
発明の名称ガス分離膜ユニット、ガス分離システム及び富化ガスの製造方法
出願人UBE株式会社
代理人弁理士法人翔和国際特許事務所
主分類B01D 53/22 20060101AFI20251023BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】製品ガスの回収率や純度に優れたガス分離が可能なガス分離膜ユニット及びそれを用いたガス分離システムを提供する。
【解決手段】原料混合ガスが供給されて、当該原料混合ガスに含まれるガスのうち少なくとも1種を濃縮富化するガス分離膜ユニットであって、
前記ガス分離膜ユニットは、複数のガス分離膜モジュールを並列に組み合わされてなり、複数の該ガス分離膜モジュールは、それぞれガス入口、非透過ガス排出口、透過ガス排出口を有し、各モジュールのガス入口、非透過ガス排出口、透過ガス排出口がそれぞれ共用されて、前記ガス分離膜ユニットの、ガス入口、非透過ガス排出口及び透過ガス排出口が構成されており、
複数の前記ガス分離膜モジュールのガス分離選択性又はガス透過性の変動係数が、0.01以上0.49以下である、ガス分離膜ユニット。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
原料混合ガスが供給されて、当該原料混合ガスに含まれるガスのうち少なくとも１種を濃縮富化するガス分離膜ユニットであって、
前記ガス分離膜ユニットは、複数のガス分離膜モジュールを並列に組み合わされてなり、複数の該ガス分離膜モジュールは、それぞれガス入口、非透過ガス排出口、透過ガス排出口を有し、各モジュールのガス入口、非透過ガス排出口、透過ガス排出口がそれぞれ共用されて、前記ガス分離膜ユニットの、ガス入口、非透過ガス排出口及び透過ガス排出口が構成されており、
複数の前記ガス分離膜モジュールのガス分離選択性又はガス透過性の変動係数が、０．０１以上０．４９以下である、ガス分離膜ユニット。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記ガス分離膜モジュールを構成するガス分離膜が、ポリマーからなる非対称構造を有する中空糸膜である、請求項１に記載のガス分離膜ユニット。
【請求項３】
前記原料混合ガスがＣＨ
4
及びＣＯ
２
を含有し、
前記ガス分離選択性が、ＣＨ
4
に対するＣＯ
２
の透過速度比Ｐ’ＣＯ
２
／Ｐ’ＣＨ
４
であり、
前記ガス透過性が、ＣＯ
２
の透過速度Ｐ’ＣＯ
２
である、請求項１又は２に記載のガス分離膜ユニット。
ただし、透過速度の単位は、ｃｍ
３
（ＳＴＰ）／ｃｍ
２
・ｓｅｃ・ｃｍＨｇである。
【請求項４】
原料混合ガスをガス分離膜ユニットに供給し、当該原料混合ガスに含まれるガスのうち少なくとも１種を濃縮富化するガス分離システムであって、
少なくとも第１ガス分離膜ユニット及び第２ガス分離膜ユニットを備え、
第１ガス分離膜ユニットのガス入口に連結する原料混合ガス供給ラインと、
前記原料混合ガス供給ラインに介在配置した圧縮手段と、
第１ガス分離膜ユニットの非透過ガス排出口と第２ガス分離膜ユニットのガス入口とを連結する第１ラインと、
第２ガス分離膜ユニットの透過ガス排出口と原料混合ガス供給ラインとを連結する第２ラインと、を備え、
第１ガス分離膜ユニット及び第２ガス分離膜ユニットから選択される１以上のユニットが、請求項１に記載のガス分離膜ユニットである、ガス分離システム。
【請求項５】
原料混合ガスをガス分離膜ユニットに供給し、当該原料混合ガスに含まれるガスのうち少なくとも１種を濃縮富化するガス分離システムであって、
第１ガス分離膜ユニット、第２ガス分離膜ユニット及び第３ガス分離膜ユニットを備え、
第１ガス分離膜ユニットのガス入口に連結する原料混合ガス供給ラインと、
前記原料混合ガス供給ラインに介在配置した圧縮手段と、
第１ガス分離膜ユニットの非透過ガス排出口と第２ガス分離膜ユニットのガス入口とを連結する第１ラインと、
第２ガス分離膜ユニットの透過ガス排出口と原料混合ガス供給ラインとを連結する第２ラインと、
第１ガス分離膜ユニットの透過ガス排出口と、第３ガス分離膜ユニットのガス入口とを連結する第３ラインと、
第３ガス分離膜ユニットの非透過ガス排出口と、前記原料混合ガス供給ラインとを連結する第４ラインを備えており、
第１ガス分離膜ユニット、第２ガス分離膜ユニット及び第３ガス分離膜ユニットから選択される１以上のユニットが、請求項１に記載のガス分離膜ユニットである、ガス分離システム。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のガス分離システムを用い、第２ガス分離膜ユニットの非透過ガス排出口から富化ガスを取り出す、富化ガスの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のモジュールからなるガス分離膜ユニット及びそれを用いて混合ガスを分離するガス分離システム並びに該ガス分離システムを用いた富化ガスの製造方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
異なる２種類以上のガスを含む混合ガスを各ガスに分離する方法として、膜に対するガスの透過速度の差を利用した膜分離法が知られている。この方法では、透過ガス及び／又は非透過ガスを回収することにより、目的ガスである高純度の高透過性ガス及び／又は高純度の低透過性ガスを得ることができる。混合ガスに含まれる各ガスの膜に対する単位膜面積・単位時間・単位分圧差あたりの透過体積である透過速度は、Ｐ’（単位は、×１０
－５
ｃｍ
３
（ＳＴＰ）／ｃｍ
２
・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ）で表すことができる。また、膜のガス分離選択性は、（高透過性ガスの透過速度／低透過性ガスの透過速度）で表すことができる。
【０００３】
ガス分離膜モジュールを並列に組み合わせた、所定のガス透過性及びガス分離選択性を有するガス分離膜ユニットを用い、原料混合ガスを分離することが記載されている（例えば特許文献１及び２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開2013-128868号公報
特開2022-107005号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載のようにガス分離性能をシミュレーションで評価する場合等を含め、従来技術では、ガス分離膜ユニットのモジュールにおけるガス透過性及びガス分離選択性のばらつきは評価されていない。
しかしながら、複数のガス分離膜モジュールを組み合わせたガス分離膜ユニットは、実際にはモジュール間でガス透過性やガス分離選択性がばらついている。そして、従来のガス分離膜ユニットは、モジュール間のガス透過性やガス分離選択性のばらつきに起因して本来想定される製品ガス純度や製品ガス回収率が得られていないことを発明者は知見した。
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得るガス分離膜ユニット及びガス分離システム並びに富化ガスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の構成を提供する。
【０００７】
〔１〕原料混合ガスが供給されて、当該原料混合ガスに含まれるガスのうち少なくとも１種を濃縮富化するガス分離膜ユニットであって、
前記ガス分離膜ユニットは、複数のガス分離膜モジュールを並列に組み合わされてなり、複数の該ガス分離膜モジュールは、それぞれガス入口、非透過ガス排出口、透過ガス排出口を有し、各モジュールのガス入口、非透過ガス排出口、透過ガス排出口がそれぞれ共用されて、前記ガス分離膜ユニットの、ガス入口、非透過ガス排出口及び透過ガス排出口が構成されており、
複数の前記ガス分離膜モジュールのガス分離選択性又はガス透過性の変動係数が、０．０１以上０．４９以下である、ガス分離膜ユニット。
【０００８】
〔２〕前記ガス分離膜モジュールを構成するガス分離膜が、ポリマーからなる非対称構造を有する中空糸膜である、〔１〕に記載のガス分離膜ユニット。
〔３〕前記原料混合ガスがＣＨ
4
及びＣＯ
２
を含有し、
前記ガス分離選択性が、ＣＨ
4
に対するＣＯ
２
の透過速度比Ｐ’ＣＯ
２
／Ｐ’ＣＨ
４
であり、
前記ガス透過性が、ＣＯ
２
の透過速度Ｐ’ＣＯ
２
である、〔１〕又は〔２〕に記載のガス分離膜ユニット。
ただし、透過速度の単位は、ｃｍ
３
（ＳＴＰ）／ｃｍ
２
・ｓｅｃ・ｃｍＨｇである。
【０００９】
〔４〕原料混合ガスをガス分離膜ユニットに供給し、当該原料混合ガスに含まれるガスのうち少なくとも１種を濃縮富化するガス分離システムであって、
少なくとも第１ガス分離膜ユニット及び第２ガス分離膜ユニットを備え、
第１ガス分離膜ユニットのガス入口に連結する原料混合ガス供給ラインと、
前記原料混合ガス供給ラインに介在配置した圧縮手段と、
第１ガス分離膜ユニットの非透過ガス排出口と第２ガス分離膜ユニットのガス入口とを連結する第１ラインと、
第２ガス分離膜ユニットの透過ガス排出口と原料混合ガス供給ラインとを連結する第２ラインと、を備え、
第１ガス分離膜ユニット及び第２ガス分離膜ユニットから選択される１以上のユニットが、〔１〕～〔３〕の何れか１項に記載のガス分離膜ユニットである、ガス分離システム。
【００１０】
〔５〕原料混合ガスをガス分離膜ユニットに供給し、当該原料混合ガスに含まれるガスのうち少なくとも１種を濃縮富化するガス分離システムであって、
第１ガス分離膜ユニット、第２ガス分離膜ユニット及び第３ガス分離膜ユニットを備え、
第１ガス分離膜ユニットのガス入口に連結する原料混合ガス供給ラインと、
前記原料混合ガス供給ラインに介在配置した圧縮手段と、
第１ガス分離膜ユニットの非透過ガス排出口と第２ガス分離膜ユニットのガス入口とを連結する第１ラインと、
第２ガス分離膜ユニットの透過ガス排出口と原料混合ガス供給ラインとを連結する第２ラインと、
第１ガス分離膜ユニットの透過ガス排出口と、第３ガス分離膜ユニットのガス入口とを連結する第３ラインと、
第３ガス分離膜ユニットの非透過ガス排出口と、前記原料混合ガス供給ラインとを連結する第４ラインを備えており、
第１ガス分離膜ユニット、第２ガス分離膜ユニット及び第３ガス分離膜ユニットから選択される１以上のユニットが、〔１〕～〔３〕の何れか１項に記載のガス分離膜ユニットである、ガス分離システム。
（【００１１】以降は省略されています）

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