气体分离装置及气体分离方法与流程

本发明涉及进行混合气体的分离的技术。[相关申请的参考]本申请主张2024年3月27日申请的日本专利申请jp2024－51751的优先权利益，该申请的全部公开内容均引入本申请中。

背景技术：

1、以往，作为从包含多种气体的混合气体中将一部分的气体分离出来的技术，使用压力摆动吸附法、化学吸收法等。然而，压力摆动吸附法及化学吸收法中，吸附剂及吸收液的再生所伴随的能耗较大。因此，近年来，利用使用了沸石膜等分离膜的膜分离法进行的混合气体的分离备受关注。

2、不过，上述的混合气体中，多数情况下包含水等杂质。如果想要利用膜分离法对像这样的混合气体进行分离，则杂质有可能吸附于分离膜的细孔等而阻碍待分离的气体的透过，分离性能降低。国际公开第2018／180210号（文献1）中公开如下技术，即：将因与烃混合物的接触而分离性能降低的分离膜暴露于非活性气体气氛中且使该非活性气体气氛升温，由此将分离膜再生而使分离性能提高。

3、另外，日本特开2012－236134号公报（文献2）的二氧化碳分离回收系统中，首先，向具备沸石等吸附剂的杂质除去器（即，预处理用的设备）导入混合气体，将混合气体中的杂质除去。之后，将杂质已被除去的混合气体导入到具备二氧化碳分离用沸石膜的一次二氧化碳分离器，使二氧化碳分离，进而，导入到利用胺吸收法或压力摆动吸附法的二次二氧化碳分离器，使二氧化碳分离。据此，二氧化碳分离用沸石膜因杂质而污染及劣化得以抑制。

4、应予说明，日本特许第6351508号公报（文献3）、日本特许第6400017号公报（文献4）、日本特开2011－184283号公报（文献5）、日本特许第7365453号公报（文献6）及日本特开2020－163250号公报（文献7）中提出如下技术，即：将多个分离膜组件串联连结，在各分离膜组件中，将混合气体中含有的分离对象气体（例如二氧化碳、甲烷、氦等）从混合气体中分离出来并回收。这些技术中，在混合气体中包含杂质的情况下，在混合气体被导入到上述多个分离膜组件之前，也需要利用文献2中记载的那样的杂质除去器等预处理用的设备从混合气体中将该杂质除去。

5、不过，文献1的分离膜再生方法中，需要再生处理用的非活性气体、加热，因此，混合气体的分离所需的运营成本增大。另外，由再生处理带来的膜性能的恢复率经时降低的情况下，需要更换分离膜。

6、文献2的二氧化碳分离回收系统中，需要在比一次二氧化碳分离器及二次二氧化碳分离器靠上游侧的位置设置杂质除去器等预处理用的设备，因此，系统有可能大型化。另外，需要将杂质除去器内的吸附剂定期地更换或再生，因此，二氧化碳的分离回收所需的运营成本增大。文献3－7中，由于如上所述需要设置杂质除去器等预处理用的设备，所以也是同样的。

技术实现思路

1、本发明涉及进行混合气体的分离的技术，其目的在于，抑制与混合气体的分离相关的设备的大型化。

2、方案1的发明是一种气体分离装置，其进行至少包含第一气体、第二气体以及作为极性气体的第三气体的混合气体的分离，所述气体分离装置具备：气体供给部，该气体供给部供给所述混合气体；第一分离膜，该第一分离膜为所述第三气体的透过性比所述第一气体及所述第二气体的透过性高的分离膜，使从所述气体供给部供给来的所述混合气体中的所述第三气体透过而除去；以及第二分离膜，该第二分离膜为所述第一气体的透过性比所述第二气体的透过性高的分离膜，被供给所述混合气体中的没有从所述第一分离膜透过的非透过气体，使所述非透过气体中的所述第一气体透过而分离。

3、根据本发明，能够抑制与混合气体的分离相关的设备的大型化。

4、方案2的发明在方案1的气体分离装置的基础上，所述第一分离膜中的硅的含有率相对于铝的含有率的比例为100以下。

5、方案3的发明在方案1（可以为方案1或2）的气体分离装置的基础上，所述第二分离膜中的硅的含有率相对于铝的含有率的比例大于100。

6、方案4的发明在方案1（可以为方案1至3中的任一项）的气体分离装置的基础上，从所述气体供给部供给来的所述混合气体中的所述第三气体的浓度为1体积％以下。

7、方案5的发明在方案1（可以为方案1至4中的任一项）的气体分离装置的基础上，所述第三气体为水或氨。

8、方案6的发明在方案1（可以为方案1至5中的任一项）的气体分离装置的基础上，所述第一气体及所述第二气体的动态分子直径分别小于0.4nm。

9、方案7的发明在方案6的气体分离装置的基础上，所述第一气体的动态分子直径小于0.3nm。

10、方案8的发明在方案1至7中的任一项的气体分离装置的基础上，所述第一分离膜为沸石膜。

11、方案9的发明是一种气体分离方法，其进行至少包含第一气体、第二气体以及作为极性气体的第三气体的混合气体的分离，所述气体分离方法包括如下工序：a）向所述第三气体的透过性比所述第一气体及所述第二气体的透过性高的第一分离膜供给所述混合气体，使所述第三气体透过而除去；以及b）向所述第一气体的透过性比所述第二气体的透过性高的第二分离膜供给所述混合气体中的没有从所述第一分离膜透过的非透过气体，使所述非透过气体中的所述第一气体透过而分离。

12、上述的目的及其他目的、特征、方案及优点通过以下参照附图进行的该发明的详细说明而加以明确。

1.一种气体分离装置，其进行至少包含第一气体、第二气体以及作为极性气体的第三气体的混合气体的分离，

2.根据权利要求1所述的气体分离装置，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的气体分离装置，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的气体分离装置，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的气体分离装置，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的气体分离装置，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的气体分离装置，其特征在于，

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的气体分离装置，其特征在于，

9.一种气体分离方法，其进行至少包含第一气体、第二气体以及作为极性气体的第三气体的混合气体的分离，