[发明专利]气体分离方法及气体分离装置

说明书

气体分离装置(2)具备：分离膜复合体1，其中，在多孔质的支撑体(11)上形成了具有平均细孔径为1nm以下的细孔的分离膜(12)；以及气体供给部(26)，其将包含CO₂及其他气体的混合气体从分离膜(12)侧向分离膜复合体(1)供给。并且，在支撑体(11)中的供已透过分离膜(12)的气体排出的透过侧表面(113)的至少一部分处的温度比向分离膜复合体(1)供给之前的混合气体的温度低10℃以上的状态下，使混合气体中的CO₂透过分离膜(12)及支撑体(11)，由此将CO₂从混合气体中分离出来。从而，能够提高分离膜(12)中的CO₂的选择性能。

技术领域

本发明涉及气体分离方法及气体分离装置。

背景技术

以往，从来自火力发电厂等的燃烧废气中分离出二氧化碳(CO₂)等气体。例如，日本特开2003－159518号公报(文献1)、日本特开2015－044162号公报(文献2)中提出了如下技术，即，利用沸石膜，从混合气体中分离出CO₂。另外，国际公开第2009/093666号(文献3)中提出利用了促进输送膜的CO₂分离技术。

日本特开2017－154120号公报(文献4)中提出如下方案，即，在气体流通路径上所依次配置的多个二氧化碳分离膜中，水蒸汽透过上游侧的二氧化碳分离膜，由此导致向下游侧的二氧化碳分离膜供给的气体的相对湿度降低，使得二氧化碳透过性降低，为了解决该问题，使向下游侧的二氧化碳分离膜供给的气体的温度低于向上游侧的二氧化碳分离膜供给的气体的温度，从而使向下游侧的二氧化碳分离膜供给的气体的相对湿度增大。应予说明，文献4中记载：如果二氧化碳分离膜的温度下降，则二氧化碳透过性降低。

另一方面，日本特表2018－514385号公报(文献5)中提出如下技术，即，利用细孔径为5nm～250nm的多孔膜，对包含多种烃的供给混合物进行分离。文献5中，上述多孔膜及透过物的温度被维持在比供给混合物的温度低的水平，由此在多孔膜的细孔中发生混合物成分的毛细管冷凝。

但是，利用像文献1、2那样的沸石膜而从燃烧废气中分离回收CO₂的情况下，燃烧废气中的CO₂的分压比较低，因此，很难使已透过沸石膜的气体中的CO₂的浓度升高。像文献3那样的无孔性的促进输送膜中，如果促进输送膜中的水分量降低，则分离性能也容易降低，因此，很难长期稳定地继续分离。

文献4中记载：关于向多个二氧化碳分离膜供给的气体的温度，下游侧的气体温度低于上游侧的气体温度。但是，二氧化碳分离膜的二氧化碳透过性随着温度降低而降低，因此，很难想象：在各二氧化碳分离膜(即、单一的二氧化碳分离膜)中，对该分离膜进行冷却，以使该分离膜的温度低于向该分离膜供给的气体的温度。

文献5中，虽然公开了烃的分离，但是，未公开CO₂的分离。另外，文献5的多孔膜的细孔径比较大，达到5nm以上，因此，很难将该多孔膜用于CO₂的分离。

发明内容

本发明适用于对混合气体中的二氧化碳进行分离的气体分离方法，其目的在于，提高分离膜中的二氧化碳的选择性能，以便提高已透过分离膜的气体中的二氧化碳的浓度。

本发明的一个优选方案所涉及的气体分离方法包括以下工序：a)准备分离膜复合体的工序，所述分离膜复合体中在多孔质的支撑体上形成了具有平均细孔径为1nm以下的细孔的分离膜；以及b)将包含二氧化碳及其他气体的混合气体从所述分离膜侧向所述分离膜复合体供给、并使所述混合气体中的二氧化碳透过所述分离膜及所述支撑体而得到透过气体的工序。在所述支撑体中的供所述透过气体排出的透过侧表面的至少一部分处的温度比向所述分离膜复合体供给之前的所述混合气体的温度低10℃以上的状态下，进行所述b)工序。根据该气体分离方法，能够提高分离膜中的二氧化碳的选择性能。