[发明专利]气体分离装置、气体分离方法及气体分离膜

说明书

气体分离装置(2)具备：气体供给部(26)、以及沸石膜(12)。气体供给部(26)以10大气压以上且200大气压以下供给混合气体。该混合气体至少包含CH₄、CO₂及N₂。该混合气体的含水量为3000ppm以下。沸石膜(12)使混合气体中的CO₂及N₂透过而使其与CH₄分离。沸石膜(12)包含沸石，该沸石包含Al。该沸石中的碱金属相对于全部骨架元素的比例为6.0mol％以下。在该沸石中，碱金属的物质量比Al的物质量少。在气体分离装置(2)中，如上所述，利用沸石膜(12)，能够同时且效率良好地分离出混合气体中的CO₂及N₂。

技术领域

本发明涉及分离气体的技术。

背景技术

以往，在来自部分燃烧炉等的气体的分离设备中，对气体中的二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、甲烷(CH₄)等烃进行分离。作为气体分离方法之一，已知有利用了形成在多孔质支撑体上的沸石膜的分子筛作用的膜分离法。

例如，在“Ting Wu等7人、《Influence of propane on CO2/CH4 and N2/CH4separations in CHA zeolite membranes》、Journal of Membrane Science 473(2015)、201-209页”及“J.van den Bergh等5人、《Separation and permeation characteristicsof a DD3R zeolite membrane》、Journal of Membrane Science 316(2008)、35-45页”中，公开了利用沸石膜从CH₄和CO₂的混合气体中除去CO₂的方法及利用沸石膜从CH₄和N₂的混合气体中除去N₂的方法。

发明内容

然而，在非专利文献1及非专利文献2的方法中，为了从包含CH₄、CO₂及N₂的气体中除去CO₂及N₂，分别需要CO₂用的分离膜及N₂用的分离膜，分离装置大型化并复杂化。另外，若想要使用沸石膜同时除去CO₂及N₂，则有时因吸附性强的CO₂而阻碍N₂的透过，很难效率良好地分离出N₂。因此，要求开发出使用沸石膜从包含CH₄、CO₂及N₂的气体中同时且效率良好地分离出CO₂及N₂的技术。

本发明是鉴于上述课题而实施的，其目的在于，从混合气体中同时且效率良好地分离出CO₂及N₂。

本发明的优选的一个方案所涉及的气体分离装置具备：气体供给部及分离膜，该气体供给部以10大气压以上且200大气压以下供给混合气体，该混合气体至少包含甲烷、二氧化碳及氮气，含水量为3000ppm以下，该分离膜使所述混合气体中的二氧化碳及氮气透过，从而将二氧化碳及氮气与甲烷分离。所述分离膜包含沸石。所述沸石包含铝。所述沸石中的碱金属相对于全部骨架元素的比例为6.0mol％以下。在所述沸石中，所述碱金属的物质量比所述铝的物质量少。由此，能够从混合气体中同时且效率良好地分离出CO₂及N₂。

优选为，所述混合气体中的二氧化碳浓度为10％以上且氮气浓度为3％以上。

优选为，所述混合气体的温度为40℃以上且200℃以下。