JP2966836B1 - ガス精製方法及びガス精製装置 - Google Patents
ガス精製方法及びガス精製装置Info
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Abstract
【要約】
【課題】 簡単な構成で、原料ガスｇ１の流量が減少し
た場合も、製品純度や回収率を確保できる技術を提案す
る。 【解決手段】 ガス分離膜１を透過しやすい易透過ガス
と、透過し難い難透過ガスとを含む混合ガスを、原料ガ
スｇ１として圧縮機２により加圧してガス分離膜１を備
えた膜分離部３に供給し、透過してくる透過性ガスｇ２
を回収して、易透過ガス濃度の高い精製ガスｇ３を得る
に、ガス分離膜１を透過して得られる透過性ガスｇ２の
一部を、原料ガス側に循環供給して、混合ガスと循環供
給される透過性ガスｇ２の一部を、膜分離部３に供給
し、得られる透過性ガスｇ２の残部を、精製ガスｇ３と
する。
た場合も、製品純度や回収率を確保できる技術を提案す
る。 【解決手段】 ガス分離膜１を透過しやすい易透過ガス
と、透過し難い難透過ガスとを含む混合ガスを、原料ガ
スｇ１として圧縮機２により加圧してガス分離膜１を備
えた膜分離部３に供給し、透過してくる透過性ガスｇ２
を回収して、易透過ガス濃度の高い精製ガスｇ３を得る
に、ガス分離膜１を透過して得られる透過性ガスｇ２の
一部を、原料ガス側に循環供給して、混合ガスと循環供
給される透過性ガスｇ２の一部を、膜分離部３に供給
し、得られる透過性ガスｇ２の残部を、精製ガスｇ３と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス分離膜により
ガス混合物を精製する技術、特に、原料ガスの流量が変
化する場合に、有効な技術に関する。ここで、ガス混合
物とは、ガス分離膜を透過しやすい易透過ガスと、ガス
分離膜を透過し難い難透過ガスとが、共に含まれた混合
ガスを意味し、ガス精製とは、主に、この易透過ガスの
濃度が高いガスを得ることを意味する。ちなみに、本願
技術は、原料ガスである混合ガス中に於ける易透過ガス
濃度が変動する場合にも、非常に有効である。
ガス混合物を精製する技術、特に、原料ガスの流量が変
化する場合に、有効な技術に関する。ここで、ガス混合
物とは、ガス分離膜を透過しやすい易透過ガスと、ガス
分離膜を透過し難い難透過ガスとが、共に含まれた混合
ガスを意味し、ガス精製とは、主に、この易透過ガスの
濃度が高いガスを得ることを意味する。ちなみに、本願
技術は、原料ガスである混合ガス中に於ける易透過ガス
濃度が変動する場合にも、非常に有効である。
【０００２】
【従来の技術】ガス混合物を精製するための技術とし
て、ガス分離膜による方法が様々な用途に使われてき
た。ガス分離膜による精製の機構は、原理的に次の如く
要約される。 １ ガス混合物の構成分子の透過率が異なる材料をガス
分離用の分離膜として、使用する。即ち、分離膜に対し
て、易透過ガスは透過しやすく、難透過ガスは透過し難
い。 ２ ガス分離膜の使用にあたっては、ガス分離膜を内部
に備えたガス分離部を設けておき、ガス分離膜の一面側
（ガス分離膜の高圧側）に、混合ガスである原料ガスを
加圧状態で供給し、ガス分離膜の他面側（ガス分離膜の
低圧側）に透過してくる易透過ガス濃度が高い透過性ガ
スと、高圧側のガス流路の下流側（高圧側他端）に排出
されてくる易透過ガス濃度が低い残留性ガスとに分離す
る。ここで、高圧側全圧にそのガス組成（モル分率）を
乗じたものと、低圧側全圧にそのガス組成（モル分率）
を乗じたものの差が、膜に於ける透過の原動力となるの
であり、上記原動力に透過率及び膜面積を乗じた割合
で、各々の成分の透過を生じる。その結果、透過性ガス
の組成は、低圧側で得られるガスにおいて透過率の大き
い成分（易透過ガス）が濃縮され、高圧側の下流部に排
出されるガスにおいて、透過率の低い成分（難透過ガ
ス）が濃縮される。このような基本構造を、図５に示し
た。同図には、圧縮機２、乾燥器８、加熱器９、ガス分
離膜１を備えたガス分離部３、残留側圧力調整弁１０、
冷却器１３透過側圧力調整弁１１を備えた系が示されて
いる。
て、ガス分離膜による方法が様々な用途に使われてき
た。ガス分離膜による精製の機構は、原理的に次の如く
要約される。 １ ガス混合物の構成分子の透過率が異なる材料をガス
分離用の分離膜として、使用する。即ち、分離膜に対し
て、易透過ガスは透過しやすく、難透過ガスは透過し難
い。 ２ ガス分離膜の使用にあたっては、ガス分離膜を内部
に備えたガス分離部を設けておき、ガス分離膜の一面側
（ガス分離膜の高圧側）に、混合ガスである原料ガスを
加圧状態で供給し、ガス分離膜の他面側（ガス分離膜の
低圧側）に透過してくる易透過ガス濃度が高い透過性ガ
スと、高圧側のガス流路の下流側（高圧側他端）に排出
されてくる易透過ガス濃度が低い残留性ガスとに分離す
る。ここで、高圧側全圧にそのガス組成（モル分率）を
乗じたものと、低圧側全圧にそのガス組成（モル分率）
を乗じたものの差が、膜に於ける透過の原動力となるの
であり、上記原動力に透過率及び膜面積を乗じた割合
で、各々の成分の透過を生じる。その結果、透過性ガス
の組成は、低圧側で得られるガスにおいて透過率の大き
い成分（易透過ガス）が濃縮され、高圧側の下流部に排
出されるガスにおいて、透過率の低い成分（難透過ガ
ス）が濃縮される。このような基本構造を、図５に示し
た。同図には、圧縮機２、乾燥器８、加熱器９、ガス分
離膜１を備えたガス分離部３、残留側圧力調整弁１０、
冷却器１３透過側圧力調整弁１１を備えた系が示されて
いる。
【０００３】上記が、基本的な一組のガス分離膜１を使
用する場合の精製構造であるが、工業的には、従来、特
に製品純度および回収率を確保するため、図６に示すよ
うなカスケードサイクルが、従来用いられて来た。この
例にあっては、二組のガス分離膜１（第１ガス分離膜１
ａ及び第２ガス分離膜１ｂ）が組み合わせて使用され
る。この構造にあっては、原料ガスｇ１は、第２ガス分
離膜１ｂの透過性ガスｇ２ａａと合流され、圧縮後、第
１ガス分離膜１ａに供給される。この状態で、第１ガス
分離膜１ａによる透過性ガスｇ２ａが産出され、その残
留性ガスｇ２ｂは、第２ガス分離膜１ｂの原料ガスとし
て供給される。この第２ガス分離膜１ｂでは、残留性ガ
スが産出される。それからの透過性ガスｇ２ａａは、元
々の原料ガスと合流することにより再利用される。
用する場合の精製構造であるが、工業的には、従来、特
に製品純度および回収率を確保するため、図６に示すよ
うなカスケードサイクルが、従来用いられて来た。この
例にあっては、二組のガス分離膜１（第１ガス分離膜１
ａ及び第２ガス分離膜１ｂ）が組み合わせて使用され
る。この構造にあっては、原料ガスｇ１は、第２ガス分
離膜１ｂの透過性ガスｇ２ａａと合流され、圧縮後、第
１ガス分離膜１ａに供給される。この状態で、第１ガス
分離膜１ａによる透過性ガスｇ２ａが産出され、その残
留性ガスｇ２ｂは、第２ガス分離膜１ｂの原料ガスとし
て供給される。この第２ガス分離膜１ｂでは、残留性ガ
スが産出される。それからの透過性ガスｇ２ａａは、元
々の原料ガスと合流することにより再利用される。
【０００４】これらの技術構造において、一組のガス分
離膜を使用する場合のみならず、二組のガス分離膜をカ
スケード的に使用する場合にあっても、製品としては、
透過性ガスと残留性ガスとの両方が製品となる場合と、
それらの一方のみが製品となる場合とがある。さらに、
ガス分離膜として採用されるガス分離膜の面積や運転圧
力は、原料ガス組成、製品の必要純度や回収率により、
決定される。
離膜を使用する場合のみならず、二組のガス分離膜をカ
スケード的に使用する場合にあっても、製品としては、
透過性ガスと残留性ガスとの両方が製品となる場合と、
それらの一方のみが製品となる場合とがある。さらに、
ガス分離膜として採用されるガス分離膜の面積や運転圧
力は、原料ガス組成、製品の必要純度や回収率により、
決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなガス分離
膜を使用した精製技術にあって、原料ガスの流量が変化
する場合、他の運転条件をそのままにしておくと、純度
や回収率が変化して問題となることがある。このような
状態にあって、流量が基準の値から減少した時、他の運
転条件をそのままにしておくと、透過性ガスの割合が増
加し、残留性ガスの割合は減少する。即ち、残留性ガス
における透過率の低い成分（難透過ガス）の回収率は減
少し、その割合は増加する。一方、透過性ガスに於ける
透過率の高い成分（易透過ガス）の回収率は増加する
が、その割合は減少する。この場合、特に、透過性ガス
が製品であると、製品純度が低下するため、問題とな
る。
膜を使用した精製技術にあって、原料ガスの流量が変化
する場合、他の運転条件をそのままにしておくと、純度
や回収率が変化して問題となることがある。このような
状態にあって、流量が基準の値から減少した時、他の運
転条件をそのままにしておくと、透過性ガスの割合が増
加し、残留性ガスの割合は減少する。即ち、残留性ガス
における透過率の低い成分（難透過ガス）の回収率は減
少し、その割合は増加する。一方、透過性ガスに於ける
透過率の高い成分（易透過ガス）の回収率は増加する
が、その割合は減少する。この場合、特に、透過性ガス
が製品であると、製品純度が低下するため、問題とな
る。
【０００６】また、上記カスケードサイクルも、原料ガ
スの流量が安定している時には、その条件に応じて、二
組のガス分離膜の面積や、運転条件を設計時に選定する
ことにより、製品純度および回収率等の最適な性能が期
待できる。しかし、原料ガス流量が変化する時は、その
影響により透過性製品の純度低下を免れ得ないことは、
最初に述べた単純なサイクルと同様である。
スの流量が安定している時には、その条件に応じて、二
組のガス分離膜の面積や、運転条件を設計時に選定する
ことにより、製品純度および回収率等の最適な性能が期
待できる。しかし、原料ガス流量が変化する時は、その
影響により透過性製品の純度低下を免れ得ないことは、
最初に述べた単純なサイクルと同様である。
【０００７】本発明は、以上の状況に鑑みて、簡単な構
成で、原料ガスの流量が減少した場合も、製品純度や回
収率を確保できる技術を提案することにある。
成で、原料ガスの流量が減少した場合も、製品純度や回
収率を確保できる技術を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による、一組のガス分離膜を使用して精製をお
こなう場合の手法は、以下の手法とする。即ち、ガス分
離膜を透過しやすい易透過ガスと、前記ガス分離膜を透
過し難い難透過ガスとを含む混合ガスを、圧縮機により
加圧して前記ガス分離膜を備えた膜分離部に供給し、前
記ガス分離膜を透過してくる透過性ガスを回収して、易
透過ガス濃度の高い精製ガスを得るガス精製方法の特徴
手段は、請求項１に記載されているように、前記ガス分
離膜を透過して得られる易透過ガス濃度の高い前記透過
性ガスの一部を、前記原料ガス側に循環供給して、前記
混合ガスと循環供給される易透過ガス濃度の高い前記透
過性ガスの一部を、前記膜分離部に供給し、得られる易
透過ガス濃度の高い前記透過性ガスの残部を、前記精製
ガスとして回収してガス精製を行うことにあり、その作
用・効果は次の通りである。この構成の場合は、透過性
ガスの一部が原料ガス側に循環供給されるため、ガス分
離側の上流側である高圧側のガスの易透過ガス濃度が、
比較的高くなるとともに、安定する。結果、ガス分離膜
を動作させる場合に、得られる透過性ガスに於ける易透
過ガス濃度を安定させたり、易透過ガスの回収率を向上
させたりすることが可能となる。
の本発明による、一組のガス分離膜を使用して精製をお
こなう場合の手法は、以下の手法とする。即ち、ガス分
離膜を透過しやすい易透過ガスと、前記ガス分離膜を透
過し難い難透過ガスとを含む混合ガスを、圧縮機により
加圧して前記ガス分離膜を備えた膜分離部に供給し、前
記ガス分離膜を透過してくる透過性ガスを回収して、易
透過ガス濃度の高い精製ガスを得るガス精製方法の特徴
手段は、請求項１に記載されているように、前記ガス分
離膜を透過して得られる易透過ガス濃度の高い前記透過
性ガスの一部を、前記原料ガス側に循環供給して、前記
混合ガスと循環供給される易透過ガス濃度の高い前記透
過性ガスの一部を、前記膜分離部に供給し、得られる易
透過ガス濃度の高い前記透過性ガスの残部を、前記精製
ガスとして回収してガス精製を行うことにあり、その作
用・効果は次の通りである。この構成の場合は、透過性
ガスの一部が原料ガス側に循環供給されるため、ガス分
離側の上流側である高圧側のガスの易透過ガス濃度が、
比較的高くなるとともに、安定する。結果、ガス分離膜
を動作させる場合に、得られる透過性ガスに於ける易透
過ガス濃度を安定させたり、易透過ガスの回収率を向上
させたりすることが可能となる。
【０００９】ガス分離膜を透過しやすい易透過ガスと、
前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスとを含む混合ガ
スを、原料ガスとして圧縮機により加圧して前記ガス分
離膜を備えた膜分離部に供給し、前記ガス分離膜を透過
して得られる前記透過性ガスの一部を、前記原料ガス側
に循環供給して、前記混合ガスと循環供給される前記透
過性ガスの一部を、前記膜分離部に供給し、得られる前
記透過性ガスの残部を回収して、易透過ガス濃度の高い
精製ガスを得るガス精製方法にあって、前記透過性ガス
の前記易透過ガスの濃度に従って、前記易透過ガスの濃
度が所定値となるように、循環供給される前記透過性ガ
スの一部の量を調整して、ガス精製をおこなうことが好
ましい。このようにしておくと、得られる精製ガスに於
ける易透過性ガスの濃度を、安定して確実に所定範囲内
に抑えることができる。
前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスとを含む混合ガ
スを、原料ガスとして圧縮機により加圧して前記ガス分
離膜を備えた膜分離部に供給し、前記ガス分離膜を透過
して得られる前記透過性ガスの一部を、前記原料ガス側
に循環供給して、前記混合ガスと循環供給される前記透
過性ガスの一部を、前記膜分離部に供給し、得られる前
記透過性ガスの残部を回収して、易透過ガス濃度の高い
精製ガスを得るガス精製方法にあって、前記透過性ガス
の前記易透過ガスの濃度に従って、前記易透過ガスの濃
度が所定値となるように、循環供給される前記透過性ガ
スの一部の量を調整して、ガス精製をおこなうことが好
ましい。このようにしておくと、得られる精製ガスに於
ける易透過性ガスの濃度を、安定して確実に所定範囲内
に抑えることができる。
【００１０】さらに、このガス分離膜を透過しやすい易
透過ガスと、前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスと
を含む混合ガスを、原料ガスとして圧縮機により加圧し
て前記ガス分離膜を備えた膜分離部に供給し、前記ガス
分離膜を透過して得られる前記透過性ガスの一部を、前
記原料ガス側に循環供給して、前記混合ガスと循環供給
される前記透過性ガスの一部を、前記膜分離部に供給
し、得られる前記透過性ガスの残部を回収して、易透過
ガス濃度の高い精製ガスを得るガス精製方法にあって、
前記圧縮機における吸入圧力が一定となるように、循環
供給される前記透過性ガスの一部の量を制御して、前記
ガス分離膜に導入されるガスの流量を一定として、ガス
精製をおこなうことが好ましい。このようにしておく
と、易透過ガス濃度を所定以上に保つことが可能である
とともに、原料ガスに於ける易透過ガス濃度が、比較的
高速で変化した場合も、有効に対応できる。
透過ガスと、前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスと
を含む混合ガスを、原料ガスとして圧縮機により加圧し
て前記ガス分離膜を備えた膜分離部に供給し、前記ガス
分離膜を透過して得られる前記透過性ガスの一部を、前
記原料ガス側に循環供給して、前記混合ガスと循環供給
される前記透過性ガスの一部を、前記膜分離部に供給
し、得られる前記透過性ガスの残部を回収して、易透過
ガス濃度の高い精製ガスを得るガス精製方法にあって、
前記圧縮機における吸入圧力が一定となるように、循環
供給される前記透過性ガスの一部の量を制御して、前記
ガス分離膜に導入されるガスの流量を一定として、ガス
精製をおこなうことが好ましい。このようにしておく
と、易透過ガス濃度を所定以上に保つことが可能である
とともに、原料ガスに於ける易透過ガス濃度が、比較的
高速で変化した場合も、有効に対応できる。
【００１１】一方、上記の目的を達成するための二組ガ
ス分離膜をカスケードで使用する場合には、ガス分離膜
を透過しやすい易透過ガスと、前記ガス分離膜を透過し
難い難透過ガスとを含む混合ガスを、圧縮機により加圧
して第１ガス分離膜を備えた第１膜分離部に供給し、前
記第１ガス分離膜を透過してくる第１透過性ガスを回収
するとともに、前記ガス分離膜を透過せず、前記第１膜
分離部より排出される第１残留性ガスを、第２ガス分離
膜を備えた第２膜分離部に供給し、前記第２ガス分離膜
を透過してくる第２透過性ガスを前記原料ガスに循環供
給して、ガス精製をおこなうガス精製方法であって、請
求項４に記載されているように、前記第１ガス分離膜を
透過して得られる易透過ガス濃度の高い前記第１透過性
ガスの一部を、前記原料ガス側に循環供給して、前記混
合ガスと前記循環供給される易透過ガス濃度の高い第１
透過性ガスとを、前記第１ガス分離膜により精製をおこ
ない、得られる易透過ガス濃度の高い前記第１透過性ガ
スの残部を回収してガス精製を行う。このようにする
と、易透過性ガスを有効に利用できる。
ス分離膜をカスケードで使用する場合には、ガス分離膜
を透過しやすい易透過ガスと、前記ガス分離膜を透過し
難い難透過ガスとを含む混合ガスを、圧縮機により加圧
して第１ガス分離膜を備えた第１膜分離部に供給し、前
記第１ガス分離膜を透過してくる第１透過性ガスを回収
するとともに、前記ガス分離膜を透過せず、前記第１膜
分離部より排出される第１残留性ガスを、第２ガス分離
膜を備えた第２膜分離部に供給し、前記第２ガス分離膜
を透過してくる第２透過性ガスを前記原料ガスに循環供
給して、ガス精製をおこなうガス精製方法であって、請
求項４に記載されているように、前記第１ガス分離膜を
透過して得られる易透過ガス濃度の高い前記第１透過性
ガスの一部を、前記原料ガス側に循環供給して、前記混
合ガスと前記循環供給される易透過ガス濃度の高い第１
透過性ガスとを、前記第１ガス分離膜により精製をおこ
ない、得られる易透過ガス濃度の高い前記第１透過性ガ
スの残部を回収してガス精製を行う。このようにする
と、易透過性ガスを有効に利用できる。
【００１２】さらに、ガス分離膜を透過しやすい易透過
ガスと、前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスとを含
む混合ガスを、原料ガスとして圧縮機により加圧して第
１ガス分離膜を備えた第１膜分離部に供給し、前記第１
ガス分離膜を透過してくる第１透過性ガスを回収すると
ともに、前記ガス分離膜を透過せず、前記第１膜分離部
より排出される第１残留性ガスを、第２ガス分離膜を備
えた第２膜分離部に供給し、前記第２ガス分離膜を透過
してくる第２透過性ガスを前記原料ガス側に循環供給
し、前記第１ガス分離膜を透過して得られる前記第１透
過性ガスの一部を、前記原料ガス側に循環供給して、前
記混合ガスと前記循環供給される第１透過性ガスとを、
前記第１ガス分離膜により精製をおこない、得られる前
記第１透過性ガスの残部を、精製ガスとして回収するガ
ス精製方法においても、前記第１透過性ガスの前記易透
過ガス濃度に従って、前記易透過ガス濃度が所定値とな
るように、循環供給される前記第１透過性ガスの一部の
量を調整して、ガス精製をおこなうことが好ましい。
ガスと、前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスとを含
む混合ガスを、原料ガスとして圧縮機により加圧して第
１ガス分離膜を備えた第１膜分離部に供給し、前記第１
ガス分離膜を透過してくる第１透過性ガスを回収すると
ともに、前記ガス分離膜を透過せず、前記第１膜分離部
より排出される第１残留性ガスを、第２ガス分離膜を備
えた第２膜分離部に供給し、前記第２ガス分離膜を透過
してくる第２透過性ガスを前記原料ガス側に循環供給
し、前記第１ガス分離膜を透過して得られる前記第１透
過性ガスの一部を、前記原料ガス側に循環供給して、前
記混合ガスと前記循環供給される第１透過性ガスとを、
前記第１ガス分離膜により精製をおこない、得られる前
記第１透過性ガスの残部を、精製ガスとして回収するガ
ス精製方法においても、前記第１透過性ガスの前記易透
過ガス濃度に従って、前記易透過ガス濃度が所定値とな
るように、循環供給される前記第１透過性ガスの一部の
量を調整して、ガス精製をおこなうことが好ましい。
【００１３】また、ガス分離膜を透過しやすい易透過ガ
スと、前記ガス分離膜を透過し難い 難透過ガスとを含む
混合ガスを、原料ガスとして圧縮機により加圧して第１
ガス分離膜を備えた第１膜分離部に供給し、前記第１ガ
ス分離膜を透過してくる第１透過性ガスを回収するとと
もに、前記ガス分離膜を透過せず、前記第１膜分離部よ
り排出される第１残留性ガスを、第２ガス分離膜を備え
た第２膜分離部に供給し、前記第２ガス分離膜を透過し
てくる第２透過性ガスを前記原料ガス側に循環供給し、
前記第１ガス分離膜を透過して得られる前記第１透過性
ガスの一部を、前記原料ガス側に循環供給して、前記混
合ガスと前記循環供給される第１透過性ガスとを、前記
第１ガス分離膜により精製をおこない、得られる前記第
１透過性ガスの残部を、精製ガスとして回収するガス精
製方法においても、前記圧縮機における吸入圧力が一定
となるように、循環供給される前記第１透過性ガスの一
部の量を制御して、前記第１ガス分離膜に導入されるガ
スの流量を一定として、ガス精製をおこなうことが好ま
しい。
スと、前記ガス分離膜を透過し難い 難透過ガスとを含む
混合ガスを、原料ガスとして圧縮機により加圧して第１
ガス分離膜を備えた第１膜分離部に供給し、前記第１ガ
ス分離膜を透過してくる第１透過性ガスを回収するとと
もに、前記ガス分離膜を透過せず、前記第１膜分離部よ
り排出される第１残留性ガスを、第２ガス分離膜を備え
た第２膜分離部に供給し、前記第２ガス分離膜を透過し
てくる第２透過性ガスを前記原料ガス側に循環供給し、
前記第１ガス分離膜を透過して得られる前記第１透過性
ガスの一部を、前記原料ガス側に循環供給して、前記混
合ガスと前記循環供給される第１透過性ガスとを、前記
第１ガス分離膜により精製をおこない、得られる前記第
１透過性ガスの残部を、精製ガスとして回収するガス精
製方法においても、前記圧縮機における吸入圧力が一定
となるように、循環供給される前記第１透過性ガスの一
部の量を制御して、前記第１ガス分離膜に導入されるガ
スの流量を一定として、ガス精製をおこなうことが好ま
しい。
【００１４】さて、このような精製技術は、請求項７に
記載されているように、前記易透過ガスが、水素、希ガ
スから選択される一種以上のガスであり、前記難透過ガ
スが窒素である場合に好適に使用できる。
記載されているように、前記易透過ガスが、水素、希ガ
スから選択される一種以上のガスであり、前記難透過ガ
スが窒素である場合に好適に使用できる。
【００１５】さらに、装置的には、請求項８に記載され
ているように、ガス分離膜を透過しやすい易透過ガス
と、前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスとを含む混
合ガスが、原料ガスとして圧縮機により加圧されて導入
される、前記ガス分離膜を備えた膜分離部を備え、前記
ガス分離膜を透過してくる透過性ガスを、前記易透過ガ
ス濃度の高い精製ガスとして回収する精製ガス回収路を
備えたガス精製装置を構成するに、前記ガス分離膜を透
過して得られる易透過ガス濃度の高い前記透過性ガスの
一部を、前記原料ガス側に循環供給する透過性ガス循環
供給路を備え、前記混合ガスと循環供給される易透過ガ
ス濃度の高い前記透過性ガスの一部を、前記膜分離部に
供給し、得られる易透過ガス濃度の高い前記透過性ガス
の残部を、前記精製ガス回収路より前記精製ガスとしす
る構成とすることが好ましい。
ているように、ガス分離膜を透過しやすい易透過ガス
と、前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスとを含む混
合ガスが、原料ガスとして圧縮機により加圧されて導入
される、前記ガス分離膜を備えた膜分離部を備え、前記
ガス分離膜を透過してくる透過性ガスを、前記易透過ガ
ス濃度の高い精製ガスとして回収する精製ガス回収路を
備えたガス精製装置を構成するに、前記ガス分離膜を透
過して得られる易透過ガス濃度の高い前記透過性ガスの
一部を、前記原料ガス側に循環供給する透過性ガス循環
供給路を備え、前記混合ガスと循環供給される易透過ガ
ス濃度の高い前記透過性ガスの一部を、前記膜分離部に
供給し、得られる易透過ガス濃度の高い前記透過性ガス
の残部を、前記精製ガス回収路より前記精製ガスとしす
る構成とすることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】本願の実施の形態を図面に基づい
て説明する。図１、２は、一組のガス分離膜１を備えた
系を示し、図３、４のものは、二組のガス分離膜１をカ
スケードサイクルとして接続したものである。これらの
装置系にあっては、共に、ガス分離膜１を透過しやすい
易透過ガスと、前記ガス分離膜１を透過し難い難透過ガ
スとを含む混合ガスが、原料ガスｇ１として圧縮機２に
より加圧されて導入される、前記ガス分離膜１を備えた
膜分離部３を備え、前記ガス分離膜１を透過してくる透
過性ガスｇ２を、前記易透過ガス濃度の高い精製ガスと
して回収する精製ガス回収路４を備えたものとして、ガ
ス精製装置１００が構成されており、前記ガス分離膜１
を透過して得られる前記透過性ガスｇ２の一部を、前記
原料ガス側に循環供給する透過性ガス循環供給路５を備
え、前記原料ガスｇ１と循環供給される前記透過性ガス
ｇ２の一部を、前記膜分離部３に供給し、得られる前記
透過性ガスｇ２の残部を、前記精製ガス回収路４より前
記精製ガスとする構成とされている。
て説明する。図１、２は、一組のガス分離膜１を備えた
系を示し、図３、４のものは、二組のガス分離膜１をカ
スケードサイクルとして接続したものである。これらの
装置系にあっては、共に、ガス分離膜１を透過しやすい
易透過ガスと、前記ガス分離膜１を透過し難い難透過ガ
スとを含む混合ガスが、原料ガスｇ１として圧縮機２に
より加圧されて導入される、前記ガス分離膜１を備えた
膜分離部３を備え、前記ガス分離膜１を透過してくる透
過性ガスｇ２を、前記易透過ガス濃度の高い精製ガスと
して回収する精製ガス回収路４を備えたものとして、ガ
ス精製装置１００が構成されており、前記ガス分離膜１
を透過して得られる前記透過性ガスｇ２の一部を、前記
原料ガス側に循環供給する透過性ガス循環供給路５を備
え、前記原料ガスｇ１と循環供給される前記透過性ガス
ｇ２の一部を、前記膜分離部３に供給し、得られる前記
透過性ガスｇ２の残部を、前記精製ガス回収路４より前
記精製ガスとする構成とされている。
【００１７】精製にあたっては、ガス分離膜１を透過し
て得られる透過性ガスｇ２の一部を、原料ガス側に循環
供給して、混合ガスと循環供給される透過性ガスｇ２の
一部を、膜分離部３に供給し、得られる透過性ガスｇ２
の残部を、精製ガスｇ３とする。
て得られる透過性ガスｇ２の一部を、原料ガス側に循環
供給して、混合ガスと循環供給される透過性ガスｇ２の
一部を、膜分離部３に供給し、得られる透過性ガスｇ２
の残部を、精製ガスｇ３とする。
【００１８】このような透過性ガスｇ２の原料ガス側へ
の循環供給にあたっては、図１に示す例にあっては、透
過性ガスｇ２の易透過ガスの濃度を計測するセンサ６を
備えるとともに、このセンサ６の検出結果に従って、易
透過ガスの濃度が所定値となるように、循環供給される
透過性ガスｇ２の一部の量を調整して（この調整は、透
過性ガス循環供給路５に備えられる調整弁７によってお
こなう）、ガス精製をおこなう構成とされている。
の循環供給にあたっては、図１に示す例にあっては、透
過性ガスｇ２の易透過ガスの濃度を計測するセンサ６を
備えるとともに、このセンサ６の検出結果に従って、易
透過ガスの濃度が所定値となるように、循環供給される
透過性ガスｇ２の一部の量を調整して（この調整は、透
過性ガス循環供給路５に備えられる調整弁７によってお
こなう）、ガス精製をおこなう構成とされている。
【００１９】一方、図２に示す例にあっては、このよう
な透過性ガスｇ２の原料ガス側への循環供給にあたっ
て、圧縮機２における吸入圧力が一定となるように、循
環供給される透過性ガスの一部の量を制御して（この制
御は、透過性ガス循環供給路５に備えられる調整弁１２
によっておこなう）、ガス分離膜１に導入されるガスの
流量をほぼ一定として、ガス精製をおこなう構成とされ
ている。
な透過性ガスｇ２の原料ガス側への循環供給にあたっ
て、圧縮機２における吸入圧力が一定となるように、循
環供給される透過性ガスの一部の量を制御して（この制
御は、透過性ガス循環供給路５に備えられる調整弁１２
によっておこなう）、ガス分離膜１に導入されるガスの
流量をほぼ一定として、ガス精製をおこなう構成とされ
ている。
【００２０】以上が、一組のガス分離膜を使用する例の
構成例であるが、以下に、二組のガス分離膜を使用する
場合について説明する。この例は、図６に対応するもの
である。即ち、図３、４に示す構成にあっては、ガス分
離膜１を透過しやすい易透過ガスと、ガス分離膜１を透
過し難い難透過ガスとを含む混合ガスを、原料ガスｇ１
として圧縮機２により加圧して第１ガス分離膜１ａを備
えた第１膜分離部３ａに供給し、第１ガス分離膜１ａを
透過してくる第１透過性ガスｇ２ａを回収するととも
に、ガス分離膜１ａを透過せず、第１膜分離部３ａより
排出される第１残留性ガスｇ２ｂを、第２ガス分離膜１
ｂを備えた第２膜分離部３ｂに供給し、前記第２ガス分
離膜１ｂを透過してくる第２透過性ガスｇ２ａａを前記
原料ガスに循環供給して、ガス精製をおこなう、基本構
成を有する。さらに、第１ガス分離膜１ａを透過して得
られる第１透過性ガスｇ２ａの一部を、原料ガス側に循
環供給して、混合ガスと循環供給される第１透過性ガス
ｇ２ａとを、第１ガス分離膜１ａにより精製をおこな
い、得られる前記第１透過性ガスｇ２ａの残部を、精製
ガスとして回収する構成とされている。
構成例であるが、以下に、二組のガス分離膜を使用する
場合について説明する。この例は、図６に対応するもの
である。即ち、図３、４に示す構成にあっては、ガス分
離膜１を透過しやすい易透過ガスと、ガス分離膜１を透
過し難い難透過ガスとを含む混合ガスを、原料ガスｇ１
として圧縮機２により加圧して第１ガス分離膜１ａを備
えた第１膜分離部３ａに供給し、第１ガス分離膜１ａを
透過してくる第１透過性ガスｇ２ａを回収するととも
に、ガス分離膜１ａを透過せず、第１膜分離部３ａより
排出される第１残留性ガスｇ２ｂを、第２ガス分離膜１
ｂを備えた第２膜分離部３ｂに供給し、前記第２ガス分
離膜１ｂを透過してくる第２透過性ガスｇ２ａａを前記
原料ガスに循環供給して、ガス精製をおこなう、基本構
成を有する。さらに、第１ガス分離膜１ａを透過して得
られる第１透過性ガスｇ２ａの一部を、原料ガス側に循
環供給して、混合ガスと循環供給される第１透過性ガス
ｇ２ａとを、第１ガス分離膜１ａにより精製をおこな
い、得られる前記第１透過性ガスｇ２ａの残部を、精製
ガスとして回収する構成とされている。
【００２１】このような構成にあっても、先に説明した
構成と同様に、図３に示すように、第１透過性ガスｇ２
ａの易透過ガス濃度に従って、この易透過ガス濃度が所
定値となるように、循環供給される前記第１透過性ガス
ｇ２ａの一部の量を調整して、ガス精製をおこなう構成
とすることができる。また、図４に示す例にあっては、
圧縮機２における吸入圧力がほぼ一定となるように、循
環供給される第１透過性ガスｇ２ａの一部の量を制御し
て、第１ガス分離膜１ａに導入されるガスの流量を一定
として、ガス精製をおこなうこともできる。
構成と同様に、図３に示すように、第１透過性ガスｇ２
ａの易透過ガス濃度に従って、この易透過ガス濃度が所
定値となるように、循環供給される前記第１透過性ガス
ｇ２ａの一部の量を調整して、ガス精製をおこなう構成
とすることができる。また、図４に示す例にあっては、
圧縮機２における吸入圧力がほぼ一定となるように、循
環供給される第１透過性ガスｇ２ａの一部の量を制御し
て、第１ガス分離膜１ａに導入されるガスの流量を一定
として、ガス精製をおこなうこともできる。
【００２２】ここで、 前記易透過ガスとしては、水
素、希ガス等を上げることができ、前記難透過ガスとし
ては、窒素を上げることができる。
素、希ガス等を上げることができ、前記難透過ガスとし
ては、窒素を上げることができる。
【００２３】
【実施例】以下、上記のような、図１、２、図３、４に
示すような構成に従って、主要な不純物（難透過ガスの
一例）としての窒素ガスを含む水素ガス（易透過ガスの
一例）の精製をおこなう場合について、その作動状態を
説明する。これらの例にあっては、約０．１ｂａｒｇの
原料ガスは後述の透過性ガスｇ２，ｇ２ａの一部と合流
した後、圧縮機２で約９．２ｂａｒｇまで圧縮される。
圧縮後のガスは、乾燥器８で水分を除去され、さらに、
加熱器９で加熱された後、ガス分離膜１を備えた膜分離
部３（実質上、この部位はガス分離膜装置で構成され
る）に導入される。このガス分離部からのガスは冷却器
１３で冷却され温度を調整される。ただし、図３，４，
６にあっては理解を容易にするため乾燥器８、加熱器９
及び冷却器１３は省略している。ガス分離部３に導入さ
れたガスは、低圧側の透過性ガスｇ２，ｇ２ａと高圧側
他の残留性ガスｇ２ｂとに分離される。ここで、低圧側
の透過性ガスｇ２，ｇ２ａの圧力は、約０．８ｂａｒｇ
である。一方、残留性ガスｇ２ｂは、残留側圧力調整弁
１０を経由後系外に送り出される。透過性ガスｇ２，ｇ
２ａの残部は、透過側圧力調整弁１１を介した後、製品
として約０．７ｂａｒｇで装置外に取り出される。透過
性ガスｇ２の一部は、透過性ガス循環供給路５を介して
膨張弁１２を経由して、圧力を下げ、原料ガスｇ１に合
流され、循環使用される。ここで、図１、図３に示す例
にあっては、透過性ガスｇ２における水素ガス濃度を検
出するための水素ガスセンサ６が、所定部に備えられて
おり、この水素ガスセンサ６の検出値に従って、透過性
ガス循環供給路５に設けられる調整弁７の開度を調整す
る純度調整機構７０が設けられている。この制御は、水
素ガスセンサ６の検出値が下がった場合に、循環量を基
本量より多くする、逆に検出値が上がった場合に、循環
量を基本量より少なくする制御となる。
示すような構成に従って、主要な不純物（難透過ガスの
一例）としての窒素ガスを含む水素ガス（易透過ガスの
一例）の精製をおこなう場合について、その作動状態を
説明する。これらの例にあっては、約０．１ｂａｒｇの
原料ガスは後述の透過性ガスｇ２，ｇ２ａの一部と合流
した後、圧縮機２で約９．２ｂａｒｇまで圧縮される。
圧縮後のガスは、乾燥器８で水分を除去され、さらに、
加熱器９で加熱された後、ガス分離膜１を備えた膜分離
部３（実質上、この部位はガス分離膜装置で構成され
る）に導入される。このガス分離部からのガスは冷却器
１３で冷却され温度を調整される。ただし、図３，４，
６にあっては理解を容易にするため乾燥器８、加熱器９
及び冷却器１３は省略している。ガス分離部３に導入さ
れたガスは、低圧側の透過性ガスｇ２，ｇ２ａと高圧側
他の残留性ガスｇ２ｂとに分離される。ここで、低圧側
の透過性ガスｇ２，ｇ２ａの圧力は、約０．８ｂａｒｇ
である。一方、残留性ガスｇ２ｂは、残留側圧力調整弁
１０を経由後系外に送り出される。透過性ガスｇ２，ｇ
２ａの残部は、透過側圧力調整弁１１を介した後、製品
として約０．７ｂａｒｇで装置外に取り出される。透過
性ガスｇ２の一部は、透過性ガス循環供給路５を介して
膨張弁１２を経由して、圧力を下げ、原料ガスｇ１に合
流され、循環使用される。ここで、図１、図３に示す例
にあっては、透過性ガスｇ２における水素ガス濃度を検
出するための水素ガスセンサ６が、所定部に備えられて
おり、この水素ガスセンサ６の検出値に従って、透過性
ガス循環供給路５に設けられる調整弁７の開度を調整す
る純度調整機構７０が設けられている。この制御は、水
素ガスセンサ６の検出値が下がった場合に、循環量を基
本量より多くする、逆に検出値が上がった場合に、循環
量を基本量より少なくする制御となる。
【００２４】一方、図２、図４に示す例にあっては、原
料ガス側の流量変動に拘らず、循環供給される透過性ガ
スｇ２の量の調整により、ガス分離膜側に供給されるガ
ス量をほぼ一定とするものである。即ち、圧縮機２入口
の圧力を検出する圧力センサ６０が設けられており、こ
の検出値を一定とするように、透過性ガス循環供給路５
に設けられる調整弁１２の開度を調整する圧力調整機構
７１が設けられている。
料ガス側の流量変動に拘らず、循環供給される透過性ガ
スｇ２の量の調整により、ガス分離膜側に供給されるガ
ス量をほぼ一定とするものである。即ち、圧縮機２入口
の圧力を検出する圧力センサ６０が設けられており、こ
の検出値を一定とするように、透過性ガス循環供給路５
に設けられる調整弁１２の開度を調整する圧力調整機構
７１が設けられている。
【００２５】原料ガスｇ１の流量が変化した時の製品の
純度・流量・回収率について、数値例でより詳細に説明
する。ここでの比較検討の基準として次の場合を考え
る。 原料ガス流量 ４００Ｎｍ3／ｈから２４０Ｎｍ3／ｈまで変化 原料ガス組成 水素ガス ８０モル％ 窒素ガス ２０モル％ 透過性製品ガス目標組成 水素ガス ９８モル％以上 圧縮機の処理量は、 最大流量４００Ｎｍ3／ｈ 圧縮機吐出側圧力（ガス分離膜の高圧側圧力） 約９．２ｂａｒｇ ガス分離膜の低圧側圧力 約０．８ｂａｒｇ このガス分離膜の面積は、最大流量において製品純度を
保持するに充分なものとして選んだ。
純度・流量・回収率について、数値例でより詳細に説明
する。ここでの比較検討の基準として次の場合を考え
る。 原料ガス流量 ４００Ｎｍ3／ｈから２４０Ｎｍ3／ｈまで変化 原料ガス組成 水素ガス ８０モル％ 窒素ガス ２０モル％ 透過性製品ガス目標組成 水素ガス ９８モル％以上 圧縮機の処理量は、 最大流量４００Ｎｍ3／ｈ 圧縮機吐出側圧力（ガス分離膜の高圧側圧力） 約９．２ｂａｒｇ ガス分離膜の低圧側圧力 約０．８ｂａｒｇ このガス分離膜の面積は、最大流量において製品純度を
保持するに充分なものとして選んだ。
【００２６】以上の条件の下に、実施する場合の結果を
示す。 １ 実施例１（図１に対応する場合で、ガス分離膜１は
一組で、透過性ガスｇ２における水素濃度を一定（９８
モル％）に保つように、循環量を制御する場合）この場
合は、原料ガス流量が下がって来た時、製品純度を維持
するに充分なガス量を透過性ガスｇ２から抜き出し、循
環使用する。この時、製品ガス量は明らかに、後に示す
比較例１の場合に比較して少なくなるが、原料ガスｇ１
に比較し高純度な循環ガス（これは透過性ガスｇ２の一
部）を原料ガスｇ１に混合するので、ガス分離膜１に供
給される透過性ガスの純度を上げることができ、結果的
に製品純度（精製ガスに於ける易透過ガスの濃度）の低
下を抑えることができる。
示す。 １ 実施例１（図１に対応する場合で、ガス分離膜１は
一組で、透過性ガスｇ２における水素濃度を一定（９８
モル％）に保つように、循環量を制御する場合）この場
合は、原料ガス流量が下がって来た時、製品純度を維持
するに充分なガス量を透過性ガスｇ２から抜き出し、循
環使用する。この時、製品ガス量は明らかに、後に示す
比較例１の場合に比較して少なくなるが、原料ガスｇ１
に比較し高純度な循環ガス（これは透過性ガスｇ２の一
部）を原料ガスｇ１に混合するので、ガス分離膜１に供
給される透過性ガスの純度を上げることができ、結果的
に製品純度（精製ガスに於ける易透過ガスの濃度）の低
下を抑えることができる。
【００２７】
【表１】
【００２８】この例では、表１に示すように、製品純度
は全ての領域で要求純度を満たすことができ、かつ製品
水素の回収率は流量の低下により増加できるメリットが
ある。この方式の場合は、原料ガスｇ１の流量と上記循
環ガス流量の合計は一定とならないので、圧縮機２には
何らかの容量調整機構を設置する。特に、元々、原料圧
縮機を有する場合には、減量時の余剰の能力を活用でき
て都合が良い。尚、ガス分離膜１の循環ガス量はそれぞ
れ減量率８０％のとき５９．３Ｎｍ3／ｈ、６０％のと
き１２０Ｎｍ3／ｈである。
は全ての領域で要求純度を満たすことができ、かつ製品
水素の回収率は流量の低下により増加できるメリットが
ある。この方式の場合は、原料ガスｇ１の流量と上記循
環ガス流量の合計は一定とならないので、圧縮機２には
何らかの容量調整機構を設置する。特に、元々、原料圧
縮機を有する場合には、減量時の余剰の能力を活用でき
て都合が良い。尚、ガス分離膜１の循環ガス量はそれぞ
れ減量率８０％のとき５９．３Ｎｍ3／ｈ、６０％のと
き１２０Ｎｍ3／ｈである。
【００２９】２ 実施例２（図２に対応する場合で、ガ
ス分離膜１は一組で、ガス分離膜１の高圧側に供給され
るガス量を一定に維持する場合） ここでは、原料ガス流量が下がって来た時、圧縮機２の
吸入圧力を維持し、ガス分離膜１への流量が一定となる
よう、透過性ガスｇ２から抜き出して循環利用する。
ス分離膜１は一組で、ガス分離膜１の高圧側に供給され
るガス量を一定に維持する場合） ここでは、原料ガス流量が下がって来た時、圧縮機２の
吸入圧力を維持し、ガス分離膜１への流量が一定となる
よう、透過性ガスｇ２から抜き出して循環利用する。
【００３０】
【表２】
【００３１】解析結果は、表２に示すように、製品純度
は全ての領域で要求純度以上となる。製品水素の回収率
は、原料ガス流量の低下により増加できる。増加率は実
施例１に示した方式より少ないが、この方式は、原料ガ
ス純度の変化が同時におこり、その変化が速くセンサの
応答速度や制御系の応答速度などのため、循環ガス量の
制御が困難な場合に有効となる。また、圧縮機２の減量
による動力の調整機能を持っていない時には、圧縮器の
消費電力のデメリットもない。尚、ガス分離膜１の循環
ガス流量はそれぞれ減量率が８０％のとき８０Ｎｍ3／
ｈ、６０％のとき１６０Ｎｍ3／ｈとなる。
は全ての領域で要求純度以上となる。製品水素の回収率
は、原料ガス流量の低下により増加できる。増加率は実
施例１に示した方式より少ないが、この方式は、原料ガ
ス純度の変化が同時におこり、その変化が速くセンサの
応答速度や制御系の応答速度などのため、循環ガス量の
制御が困難な場合に有効となる。また、圧縮機２の減量
による動力の調整機能を持っていない時には、圧縮器の
消費電力のデメリットもない。尚、ガス分離膜１の循環
ガス流量はそれぞれ減量率が８０％のとき８０Ｎｍ3／
ｈ、６０％のとき１６０Ｎｍ3／ｈとなる。
【００３２】比較例１（図５に対応する場合で、ガス分
離膜１は一組の場合） この場合は、流量が下がってきた時、製品純度が要求純
度を満たさなくなる。これは、ガス分離膜１による精製
の一般的傾向である。この結果を表３に示した。
離膜１は一組の場合） この場合は、流量が下がってきた時、製品純度が要求純
度を満たさなくなる。これは、ガス分離膜１による精製
の一般的傾向である。この結果を表３に示した。
【００３３】
【表３】
【００３４】次に、ガス分離膜１を二組備え、図３、４
に示すような、カスケードサイクルとした場合の例を示
す。第１、第２ガス分離膜の面積をほぼ上記実施例１、
２、比較例１の場合と同様に選択した。その他の圧力条
件など同様とした。 実施例３（図３に対応する場合で、ガス分離膜は二組
で、透過性ガスｇ２における水素濃度を一定（９８モル
％）に保つように、循環量を制御する場合） ここでは、原料ガス流量が下がってきた時、製品純度を
維持するに充分なガス量を第１ガス分離膜１ａの透過性
ガスｇ２ａから抜き出し循環使用することとなる。
に示すような、カスケードサイクルとした場合の例を示
す。第１、第２ガス分離膜の面積をほぼ上記実施例１、
２、比較例１の場合と同様に選択した。その他の圧力条
件など同様とした。 実施例３（図３に対応する場合で、ガス分離膜は二組
で、透過性ガスｇ２における水素濃度を一定（９８モル
％）に保つように、循環量を制御する場合） ここでは、原料ガス流量が下がってきた時、製品純度を
維持するに充分なガス量を第１ガス分離膜１ａの透過性
ガスｇ２ａから抜き出し循環使用することとなる。
【００３５】
【表４】
【００３６】結果を表４に示す。この場合も、原料ガス
ｇ１、減量時も製品純度を維持できる上、回収率は最大
流量時より良いだけでなく、実施例１、２の場合よりも
良い結果となる。圧縮機処理能力は、比較例２の場合と
同様に、第２分離膜の透過性ガスの量を再度圧縮する必
要があるので、その分、原料ガス流量より大きくなる。
また、ガス分離膜の総面積も増加するので、コスト対性
能の比較からカスケードサイクルが選定される。尚、ガ
ス分離膜１の循環ガス流量はそれぞれ減量率８０％のと
き６２．５Ｎｍ3／ｈ、６０％のとき１２５．７Ｎｍ3／
ｈである。
ｇ１、減量時も製品純度を維持できる上、回収率は最大
流量時より良いだけでなく、実施例１、２の場合よりも
良い結果となる。圧縮機処理能力は、比較例２の場合と
同様に、第２分離膜の透過性ガスの量を再度圧縮する必
要があるので、その分、原料ガス流量より大きくなる。
また、ガス分離膜の総面積も増加するので、コスト対性
能の比較からカスケードサイクルが選定される。尚、ガ
ス分離膜１の循環ガス流量はそれぞれ減量率８０％のと
き６２．５Ｎｍ3／ｈ、６０％のとき１２５．７Ｎｍ3／
ｈである。
【００３７】４ 実施例４（図４に対応する場合で、ガ
ス分離膜は二組で、ガス分離膜１の高圧側に供給される
ガス量を一定に維持する場合） ここでは、原料流量が下がってきた時、圧縮機２の吸入
圧力を維持し、第１ガス分離膜１ａへの流量が一定とな
るよう、透過性ガスｇ２ａから抜き出して循環使用す
る。
ス分離膜は二組で、ガス分離膜１の高圧側に供給される
ガス量を一定に維持する場合） ここでは、原料流量が下がってきた時、圧縮機２の吸入
圧力を維持し、第１ガス分離膜１ａへの流量が一定とな
るよう、透過性ガスｇ２ａから抜き出して循環使用す
る。
【００３８】
【表５】
【００３９】結果は、表５に示すように、製品純度は全
ての領域で要求純度以上となる。製品水素の回収率は、
原料流量の低下により増加できる。増加率は、実施例３
に示した例より少ないが、この方式は、原料ガス純度の
変化が同時に起こり、その変化が速く純度計の応答速度
や制御系の応答速度などのため、循環ガス量の制御が困
難な場合に有効となる。尚、ガス分離膜１の循環ガス流
量はそれぞれ減量率８０％のとき８２．５Ｎｍ3／ｈ、
６０％のとき１６５．２Ｎｍ3／ｈである。
ての領域で要求純度以上となる。製品水素の回収率は、
原料流量の低下により増加できる。増加率は、実施例３
に示した例より少ないが、この方式は、原料ガス純度の
変化が同時に起こり、その変化が速く純度計の応答速度
や制御系の応答速度などのため、循環ガス量の制御が困
難な場合に有効となる。尚、ガス分離膜１の循環ガス流
量はそれぞれ減量率８０％のとき８２．５Ｎｍ3／ｈ、
６０％のとき１６５．２Ｎｍ3／ｈである。
【００４０】比較例２ 図６に現されるカスケードサイクルで、実施例３、４に
おける循環をしない場合の解析結果を表６に示す。
おける循環をしない場合の解析結果を表６に示す。
【００４１】
【表６】
【００４２】この場合、実施例１、２の方式と比較して
最大流量時には、製品水素回収率が高くできるメリット
がある（残留性ガスも製品とする時は、その純度や回収
率を上げやすいとの効果もある）が、やはり流量が減少
した時の純度が要求純度を満たさなくなる。尚、圧縮機
処理量は、第２分離膜の透過性ガスの量を再度圧縮する
必要があるので、その分、原料ガス流量より大きくな
る。以上の解析例は、原理的比較のために行ったもので
あり、実際の設計上は種々の安全率などを考慮して決定
される。
最大流量時には、製品水素回収率が高くできるメリット
がある（残留性ガスも製品とする時は、その純度や回収
率を上げやすいとの効果もある）が、やはり流量が減少
した時の純度が要求純度を満たさなくなる。尚、圧縮機
処理量は、第２分離膜の透過性ガスの量を再度圧縮する
必要があるので、その分、原料ガス流量より大きくな
る。以上の解析例は、原理的比較のために行ったもので
あり、実際の設計上は種々の安全率などを考慮して決定
される。
【図１】一組のガス分離膜を使用する場合の第１のシス
テム構成を示す図
テム構成を示す図
【図２】一組のガス分離膜を使用する場合の第２のシス
テム構成を示す図
テム構成を示す図
【図３】二組のガス分離膜をカスケード構成で使用する
場合の第３のシステム構成を示す図
場合の第３のシステム構成を示す図
【図４】二組のガス分離膜をカスケード構成で使用する
場合の第４のシステム構成を示す図
場合の第４のシステム構成を示す図
【図５】一組のガス分離膜を使用する場合の従来構成を
示す図
示す図
【図６】二組のガス分離膜を使用する場合の従来構成を
示す図
示す図
１ ガス分離膜 ２ 圧縮機 ３ ガス分離部 ４ 精製ガス回収路 ５ 透過性ガス循環流路 ６ 純度センサ ６０ 圧力センサ ７ 制御弁 ７０ 純度調整機構 ７１ 圧力調整機構 ｇ１ 原料ガス ｇ２ 透過性ガス ｇ３ 精製ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B01D 53/22
Claims (8)
- 【請求項１】 ガス分離膜を透過しやすい易透過ガス
と、前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスとを含む混
合ガスを、原料ガスとして圧縮機により加圧して前記ガ
ス分離膜を備えた膜分離部に供給し、前記ガス分離膜を
透過してくる透過性ガスを回収して、易透過ガス濃度の
高い精製ガスを得るガス精製方法であって、 前記ガス分離膜を透過して得られる易透過ガス濃度の高
い前記透過性ガスの一部を、前記原料ガス側に循環供給
して、前記混合ガスと循環供給される易透過ガス濃度の
高い前記透過性ガスの一部を、前記膜分離部に供給し、
得られる易透過ガス濃度の高い前記透過性ガスの残部
を、前記精製ガスとするガス精製方法。 - 【請求項２】 ガス分離膜を透過しやすい易透過ガス
と、前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスとを含む混
合ガスを、原料ガスとして圧縮機により加圧して前記ガ
ス分離膜を備えた膜分離部に供給し、 前記ガス分離膜を透過して得られる前記透過性ガスの一
部を、前記原料ガス側に循環供給して、前記混合ガスと
循環供給される前記透過性ガスの一部を、前記膜分離部
に供給し、得られる前記透過性ガスの残部を回収して、
易透過ガス濃度の高い精製ガスを得るガス精製方法であ
って、 前記透過性ガスの前記易透過ガスの濃度に従って、前記
易透過ガスの濃度が所定値となるように、循環供給され
る前記透過性ガスの一部の量を調整して、ガス精製をお
こなうガス精製方法。 - 【請求項３】 ガス分離膜を透過しやすい易透過ガス
と、前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスとを含む混
合ガスを、原料ガスとして圧縮機により加圧して前記ガ
ス分離膜を備えた膜分離部に供給し、 前記ガス分離膜を透過して得られる前記透過性ガスの一
部を、前記原料ガス側に循環供給して、前記混合ガスと
循環供給される前記透過性ガスの一部を、前記膜分離部
に供給し、得られる前記透過性ガスの残部を回収して、
易透過ガス濃度の高い精製ガスを得るガス精製方法であ
って、 前記圧縮機における吸入圧力が一定となるように、循環
供給される前記透過性ガスの一部の量を制御して、前記
ガス分離膜に導入されるガスの流量を一定として、ガス
精製をおこなうガス精製方法。 - 【請求項４】 ガス分離膜を透過しやすい易透過ガス
と、前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスとを含む混
合ガスを、原料ガスとして圧縮機により加圧して第１ガ
ス分離膜を備えた第１膜分離部に供給し、前記第１ガス
分離膜を透過してくる第１透過性ガスを回収するととも
に、前記ガス分離膜を透過せず、前記第１膜分離部より
排出される第１残留性ガスを、第２ガス分離膜を備えた
第２膜分離部に供給し、前記第２ガス分離膜を透過して
くる第２透過性ガスを前記原料ガス側に循環供給して、
ガス精製をおこなうガス精製方法であって、 前記第１ガス分離膜を透過して得られる易透過ガス濃度
の高い前記第１透過性ガスの一部を、前記原料ガス側に
循環供給して、前記混合ガスと前記循環供給される易透
過ガス濃度の高い第１透過性ガスとを、前記第１ガス分
離膜により精製をおこない、得られる易透過ガス濃度の
高い前記第１透過性ガスの残部を、精製ガスとして回収
するガス精製方法。 - 【請求項５】 ガス分離膜を透過しやすい易透過ガス
と、前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスとを含む混
合ガスを、原料ガスとして圧縮機により加圧して第１ガ
ス分離膜を備えた第１膜分離部に供給し、前記第１ガス
分離膜を透過してくる第１透過性ガスを回収するととも
に、前記ガス分離膜を透過せず、前記第１膜分離部より
排出される第１残留性ガスを、第２ガス分離膜を備えた
第２膜分離部に供給し、前記第２ガス分離膜を透過して
くる第２透過性ガスを前記原料ガス側に循環供給し、 前記第１ガス分離膜を透過して得られる前記第１透過性
ガスの一部を、前記原料ガス側に循環供給して、前記混
合ガスと前記循環供給される第１透過性ガスとを、前記
第１ガス分離膜により精製をおこない、得られる前記第
１透過性ガスの残部を、精製ガスとして回収するガス精
製方法であって、 前記第１透過性ガスの前記易透過ガス濃度に従って、前
記易透過ガス濃度が所定値となるように、循環供給され
る前記第１透過性ガスの一部の量を調整して、ガス精製
をおこなうガス精製方法。 - 【請求項６】 ガス分離膜を透過しやすい易透過ガス
と、前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスとを含む混
合ガスを、原料ガスとして圧縮機により加圧して第１ガ
ス分離膜を備えた第１膜分離部に供給し、前記第１ガス
分離膜を透過してくる第１透過性ガスを回収するととも
に、前記ガス分離膜を透過せず、前記第１膜分離部より
排出される第１残留性ガスを、第２ガス分離膜を備えた
第２膜分離部に供給し、前記第２ガス分離膜を透過して
くる第２透過性ガスを前記原料ガス側に循環供給し、 前記第１ガス分離膜を透過して得られる前記第１透過性
ガスの一部を、前記原料ガス側に循環供給して、前記混
合ガスと前記循環供給される第１透過性ガスとを、前記
第１ガス分離膜により精製をおこない、得られる前記第
１透過性ガスの残部を、精製ガスとして回収するガス精
製方法であって、 前記圧縮機における吸入圧力が一定となるように、循環
供給される前記第１透過性ガスの一部の量を制御して、
前記第１ガス分離膜に導入されるガスの流量を一定とし
て、ガス精製をおこなうガス精製方法。 - 【請求項７】 前記易透過ガスが、水素、希ガスから選
択される１種以上のガスであり、前記難透過ガスが窒素
である請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス精製方
法。 - 【請求項８】 ガス分離膜を透過しやすい易透過ガス
と、前記ガス分離膜を透過し難い難透過ガスとを含む混
合ガスが、原料ガスとして圧縮機により加圧されて導入
される、前記ガス分離膜を備えた膜分離部を備え、前記
ガス分離膜を透過してくる透過性ガスを、前記易透過ガ
ス濃度の高い精製ガスとして回収する精製ガス回収路を
備えたガス精製装置であって、 前記ガス分離膜を透過して得られる易透過ガス濃度の高
い前記透過性ガスの一部を、前記原料ガス側に循環供給
する透過性ガス循環供給路を備え、前記混合ガスと循環
供給される易透過ガス濃度の高い前記透過性ガスの一部
を、前記膜分離部に供給し、得られる易透過ガス濃度の
高い前記透過性ガスの残部を、前記精製ガス回収路より
前記精製ガスとするガス精製装置。
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|---|---|---|---|
| JP10206282A JP2966836B1 (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | ガス精製方法及びガス精製装置 |
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| EP99401821A EP0974389A3 (en) | 1998-07-22 | 1999-07-20 | Method and apparatus for recovering a gaseous component from a gas mixture |
| US09/356,709 US6197090B1 (en) | 1998-07-22 | 1999-07-20 | Method and apparatus for recovering a gas from a gas mixture |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10206282A JP2966836B1 (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | ガス精製方法及びガス精製装置 |
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|---|---|
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Family
ID=16520740
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|---|---|---|---|
| JP10206282A Expired - Lifetime JP2966836B1 (ja) | 1998-07-22 | 1998-07-22 | ガス精製方法及びガス精製装置 |
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