特許 6953764 バイオガス濃縮システムおよびバイオガス濃縮方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6953764

(24)【登録日】2021年10月4日

(45)【発行日】2021年10月27日

(54)【発明の名称】バイオガス濃縮システムおよびバイオガス濃縮方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/22 20060101AFI20211018BHJP

   B01D 63/02 20060101ALI20211018BHJP

   B01D 69/08 20060101ALI20211018BHJP

   B01D 71/64 20060101ALI20211018BHJP

   C07C 9/04 20060101ALI20211018BHJP

   C07C 7/144 20060101ALI20211018BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/22

   B01D63/02

   B01D69/08

   B01D71/64

   C07C9/04

   C07C7/144

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-72799(P2017-72799)

(22)【出願日】2017年3月31日

(65)【公開番号】特開2018-171596(P2018-171596A)

(43)【公開日】2018年11月8日

【審査請求日】2020年1月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000206

【氏名又は名称】宇部興産株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106297

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 克博

(72)【発明者】

【氏名】中村 智英

(72)【発明者】

【氏名】谷原 望

【審査官】 松井 一泰

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０９５７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１８０２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２７７００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１６３８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２８８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０２２９７７１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６１／００− ７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｃ０７Ｂ ３１／００− ６１／００

Ｃ０７Ｂ ６３／００− ６３／０４

Ｃ０７Ｃ １／００−４０９／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

分離膜を有する第１の分離膜ユニットと、
分離膜を有する第２の分離膜ユニットと、
前記第１の分離膜ユニットに原料ガスを供給する原料ガスラインと、
前記第１の分離膜ユニットの非透過ガスを前記第２の分離膜ユニットに送る第１の非透過ガスラインと、
前記第２の分離膜ユニットの非透過ガスを製品ガスとして送る第２の非透過ガスラインと、
前記原料ガスラインに配置され、原料ガスを昇圧する第１の圧縮機と、
前記第１の非透過ガスライン上に配置され、非透過ガスを昇圧する第２の圧縮機と、
第２の分離膜ユニットの透過ガスを、前記原料ガスライン上の前記第１の圧縮機より上流側に戻す透過ガス循環ラインと、
を備えるシステムであって、
運転時、
（ａ）前記第２の圧縮機の吐出圧が前記第１の圧縮機の吐出圧よりも高く、
（ｂ）前記第２の分離膜ユニットの透過圧が、原料ガス圧と同等かやや高く、
（ｃ）前記第１の圧縮機の吐出圧が、０．５ＭＰａＧ以上である、
ことを特徴とする、バイオガス濃縮システム。

【請求項2】

前記第２の圧縮機の吐出圧が、１．４ＭＰａＧ以上である、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記原料ガスは、メタンおよび二酸化炭素を含む混合ガスであり、
前記第２の分離膜ユニットの非透過ガスの二酸化炭素の濃度が３％以下である、
請求項１または２に記載のシステム。

【請求項4】

前記原料ガスは、二酸化炭素およびメタンを含む混合ガスであり、
前記第２の分離膜ユニットの非透過ガスのメタンの量が、前記原料ガスのメタンの量の９７％以上である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項5】

前記第１の分離膜ユニットの分離膜、および、前記第２の分離膜ユニットの分離膜のいずれかまたは両方が、ポリイミド中空糸膜である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項6】

前記第１の分離膜ユニットは、中空フィード型のモジュールを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項7】

前記第２の分離膜ユニットは、シェルフィード型のモジュールを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項8】

分離膜を有する第１の分離膜ユニットと、
分離膜を有する第２の分離膜ユニットと、
前記第１の分離膜ユニットに原料ガスを供給する原料ガスラインと、
前記第１の分離膜ユニットの非透過ガスを前記第２の分離膜ユニットに送る第１の非透過ガスラインと、
前記第２の分離膜ユニットの非透過ガスを製品ガスとして送る第２の非透過ガスラインと、
前記原料ガスラインに配置され、原料ガスを昇圧する第１の圧縮機と、
前記第１の非透過ガスライン上に配置され、非透過ガスを昇圧する第２の圧縮機と、
第２の分離膜ユニットの透過ガスを、前記原料ガスライン上の前記第１の圧縮機より下流側に戻す透過ガス循環ラインと、
を備えるシステムであって、
運転時、
（ａ）前記第２の圧縮機の吐出圧が前記第１の圧縮機の吐出圧よりも高く、
（ｂ）前記第２の分離膜ユニットの透過圧が、第１の圧縮機の吐出圧と同等かやや高く、
（ｃ）前記第１の圧縮機の吐出圧が、０．５ＭＰａＧ以上である、
ことを特徴とする、バイオガス濃縮システム。

【請求項9】

分離膜を有する第１の分離膜ユニットと、
分離膜を有する第２の分離膜ユニットと、
前記第１の分離膜ユニットに原料ガスを供給する原料ガスラインと、
前記第１の分離膜ユニットの非透過ガスを前記第２の分離膜ユニットに送る第１の非透過ガスラインと、
前記第２の分離膜ユニットの非透過ガスを製品ガスとして送る第２の非透過ガスラインと、
前記原料ガスラインに配置され、原料ガスを昇圧する第１の圧縮機と、
前記第１の非透過ガスライン上に配置され、非透過ガスを昇圧する第２の圧縮機と、
第２の分離膜ユニットの透過ガスを、前記原料ガスライン上の前記第１の圧縮機より上流側に戻す透過ガス循環ラインと、
前記透過ガス循環ラインに配置された減圧手段と、
を備えるシステムであって、
運転時、
（ａ）前記第２の圧縮機の吐出圧が前記第１の圧縮機の吐出圧よりも高く、
（ｂ）前記第２の分離膜ユニットの透過圧が前記減圧手段により減圧され、
（ｃ）前記第１の圧縮機の吐出圧が、０．５ＭＰａＧ以上である、
バイオガス濃縮システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直列に接続された二段のガス分離膜ユニットを用いてメタンを効率的に濃縮することが可能なバイオガス濃縮システムおよびバイオガス濃縮方法に関する。

【背景技術】

【0002】

２種類以上のガスを含む混合ガスの分離方法として、膜に対するガスの透過速度の差を利用した膜分離法がある。この方法では、目的ガスである高濃度の高透過性ガスまたは高濃度の低透過性ガスを得ることができる。

【0003】

混合ガスに含まれる各ガスの分離膜に対する単位面積・単位分圧差あたりの透過流速は透過速度として、Ｐ’（単位は、×１０^−５ｃｍ^３（ＳＴＰ）／ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ）で表される。ガス分離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）で示される。

【0004】

混合ガスからガス分離膜を用いて低透過性ガスを濃縮する際、ガス分離選択性が高い膜は上記の比の値が大きく、純度の高い低透過性ガスを高濃縮率で得やすい。その一方で、一般に、混合ガス中に含まれる各ガスの膜に対する透過速度Ｐ’自体は小さく、所定量の低透過性ガスを得るためには大きい膜面積もしくは高い分圧差が必要となる。

【0005】

他方、ガス透過性が高い膜、すなわちガスの透過速度Ｐ’が大きい膜は、所定量の混合ガスを処理するための膜面積は小さくて済むが、一般に、ガスの分離選択性は低くなり、低透過性ガスの純度もしくは濃縮率が低くなる。

【0006】

使用されるガス分離膜は、一般にモジュール化されている。このガス分離膜モジュールは、少なくともガス入口、透過ガス排出口、非透過ガス排出口とを有する容器を備え、その容器内にガス分離膜が設けられる。容器の内部空間は、分離膜により、ガス供給側とガス透過側の空間に隔絶されている。

【0007】

目的ガスを高濃度、高濃縮率で濃縮するため、多段階にこのガス分離膜モジュールを備えた装置を用いる方法も知られている。例えば、高濃度の低透過性ガスを目的ガスとする場合、一段目のガス分離膜モジュールのガス入口へ原料である混合ガスを供給し、排出された非透過ガスを二段目のガス分離膜モジュールに供給し、二段目から排出された非透過ガスを濃縮することにより、目的ガスを濃縮することができる。さらに処理量を向上させるため、ガス分離膜モジュールを複数本並列に接続したユニットとし、このユニットを多段階に直列に接続する方法も知られている。

【0008】

特許文献１には、ガス分離膜モジュールを直列二段に接続し、一段目のガス分離膜の性能と二段目のガス分離膜の性能とを異ならせて効率的にメタン濃縮を行えるようにしたシステムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１３−１２８８６８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、直列に接続された二段のガス分離膜ユニットを用いてメタンを効率的に濃縮することが可能なバイオガス濃縮システム等を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を実現するための本発明の一形態に係る発明は以下のとおりである：
分離膜を有する第１の分離膜ユニットと、
分離膜を有する第２の分離膜ユニットと、
上記第１の分離膜ユニットに原料ガスを供給する原料ガスラインと、
上記第１の分離膜ユニットの非透過ガスを上記第２の分離膜ユニットに送る第１の非透過ガスラインと、
上記第２の分離膜ユニットの非透過ガスを送る第２の非透過ガスラインと、
上記原料ガスラインに配置され、原料ガスを昇圧する第１の圧縮機と、
上記第１の非透過ガスライン上に配置され、非透過ガスを昇圧する第２の圧縮機と、
第２の分離膜ユニットの透過ガスを、上記原料ライン上の上記第１の圧縮機より上流側に戻す透過ガス循環ラインと、
を備えるシステムであって、
運転時、
（ａ）上記第２の圧縮機の吐出圧が上記第１の圧縮機の吐出圧よりも高く、
（ｂ）上記第２の分離膜ユニットの透過圧が、原料ガス圧と同等かやや高い、
ことを特徴とする、バイオガス濃縮システム。

【0012】

なお、「やや高い」とは、０ｂａｒ〜２ｂａｒの範囲内で圧力が高いことを意図する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態のバイオガス濃縮システムの一例を示す図である。

【図2】他の形態のバイオガス濃縮システムの一例を示す図である。

【図3】さらに他の形態のバイオガス濃縮システムの一例を示す図である。

【図4A】実施例１および比較例１に係るバイオガス濃縮のシミュレーションの内容および結果を示す表である。

【図4B】実施例１および比較例１の結果を示すグラフである。

【図5A】実施例２および比較例２に係るバイオガス濃縮のシミュレーションの内容および結果を示す表である。

【図5B】実施例２および比較例２の結果を示すグラフである。

【図6A】実施例３および比較例３に係るバイオガス濃縮のシミュレーションの内容および結果を示す表である。

【図6B】実施例３および比較例３の結果を示すグラフである。

【図7A】実施例４および比較例４に係るバイオガス濃縮のシミュレーションの内容および結果を示す表である。

【図7B】実施例４および比較例４の結果を示すグラフである。

【図8A】実施例５および比較例５に係るバイオガス濃縮のシミュレーションの内容および結果を示す表である。

【図8B】実施例５および比較例５の結果を示すグラフである。

【図9A】実施例６および比較例６に係るバイオガス濃縮のシミュレーションの内容および結果を示す表である。

【図9B】実施例６および比較例６の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【0015】

図１に示す本発明の一形態に係るバイオガス濃縮システム１００（以下単に「ガス濃縮システム」ともいう）は、原料ガス（一例でバイオガス）から二酸化炭素を分離してメタンガスを濃縮するシステムである。メタンガスは、この例では、利用装置１６０に送られそこで利用される。このガス濃縮システム１００は、第１のガス分離膜ユニット１１０と、それに直列に接続された第２のガス分離膜ユニット１２０とを備えている。

【0016】

第１のガス分離膜ユニット１１０は、二酸化炭素を選択的に透過させるガス分離膜１１１を有している。ガス分離膜１１１の形態は特に限定されるものではないが、一例で、均質膜、均質層と多孔層とからなる非対称膜、微多孔質膜などいずれであってもよい。また、ガス分離膜の容器内における収納形態に関しても、プレートアンドフレーム型、スパイラル型、中空糸型などいずれであっても構わない。

【0017】

具体的な一例として、第１のガス分離膜ユニット１１０は、筒状の容器（不図示）内に、複数の中空糸膜を束ねた中空糸束が収納されたものであってもよい。中空糸束の両端部または一端部には管板（不図示）が設けられていてもよく、この管板は、主に中空糸膜どうしを固着する役割を果たす。管板は、容器の内面に固着されていてもよいが、必ずしもそれに限らず、固着されないものであってもよい。

【0018】

ガス分離膜１１１の材質としては、二酸化炭素を優先的に透過させるものであれば特に限定されず、例えば、シリコーン樹脂、ポリブタジエン樹脂などのゴム状ポリマー材料、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリカーボネート、セルロースなどのガラス状ポリマー材料、または、ゼオライトなどのセラミックス材料等を用いるものであってもよい。

【0019】

第１のガス分離膜ユニット１１０に対しては原料ガスライン１４１が接続されている。原料ガスライン１４１を通じて、原料ガスが、ガス分離膜ユニット１１０の内部空間のうちガス分離膜１１１を挟んで非透過側の空間に供給されるように構成されている。

【0020】

第１のガス分離膜ユニット１１０に供給された原料ガスは、一部がガス分離膜１１１を透過して透過ガスとなり、ガス分離膜を透過しなかった残りが非透過ガスとして第２のガス分離膜ユニット１２０へと送られることとなる。本実施形態では、具体的には、ガス分離膜１１１によって二酸化炭素が分離され、メタン濃度が濃縮されたガスが第２のガス分離膜ユニット１２０へと送られる。

【0021】

第１のガス分離膜ユニット１１０からのガスを送るラインとしては、非透過側の空間に接続された第１の非透過ガスライン１４２と、透過側の空間に接続された第１の透過ガスライン１４３とが設けられている。第１の非透過ガスライン１４２は、第１のガス分離膜ユニット１１０と第２のガス分離膜ユニット１２０とを接続し、第１のガス分離膜ユニット１１０からの非透過ガスを第２のガス分離膜ユニット１２０に送るように構成されている。

【0022】

第２のガス分離膜ユニット１２０は、第１のガス分離膜ユニット１１０と同様、ガス分離膜１２１とそれが収容される容器とを備えている。第２のガス分離膜ユニット１２０に関し、その構成やサイズ等が第１のガス分離膜ユニット１１０のものと同一であってもよいし、または、異なっていてもよい。ガス分離膜１２１に関しても、第１のガス分離膜ユニット１１０のものと同一としてもよいが、必ずしもこれに限定されない。

【0023】

第２のガス分離膜ユニット１２０からのガスを送るラインとしては、非透過側の空間に接続された第２の非透過ガスライン１４４と、透過側の空間に接続された第２の透過ガスライン（以下、「透過ガス循環ライン」ともいう）１４５とが設けられている。第２の非透過ガスライン１４４を介して、二酸化炭素濃度が低減されメタンガスが濃縮されたガスが利用装置１６０へと供給される。

【0024】

なお、利用装置１６０へと供給されるガスの二酸化炭素の濃度は、一例として、３％以下であることが好ましい。

【0025】

第２の分離膜ユニット１２０からの透過ガスは、透過ガス循環ライン１４５を介して、原料ガスライン１４１に戻される。透過ガスを戻す位置は、具体的には、圧縮機１０１（詳細下記）の上流側と下流側との何れでも構わないが、この例では上流側に戻される構成となっている。別の言い方をすれば、透過ガス循環ライン１４５の一端は、原料ガスライン１４１のうち圧縮機１０１よりも上流の位置に接続されている。

【0026】

（圧縮機）
図１の例では、原料ガスライン１４１に第１の圧縮機１０１が設けられている。また、第１の非透過ガスライン１４２に第２の圧縮機１０２が設けられている。圧縮機１０１、１０２としては、例えばコンプレッサー、ブロア、またはファンのような、ガスを昇圧させるものを用いることができる。

【0027】

図２に示すように、透過ガス循環ライン１４５′は、原料ガスライン１４１のうち圧縮機１０１よりも下流の位置に接続されるように構成されていてもよい。図２の構成は透過ガス循環ライン１４５′以外は図１の構成と同様であるので、重複する説明は省略するものとする。

【0028】

また、図３に示すように、透過ガス循環ライン１４５に真空ポンプのような減圧手段１０５が設けられていてもよい。図３の構成は減圧手段１０５以外は図１の構成と同様であるので、重複する説明は省略するものとする。なお、図２のような透過ガス循環ライン１４５′に減圧手段１０５を設けてもよい。

【実施例】

【0029】

以下、本発明の一形態について、実施例に基づき、さらに詳細に説明する。ただし、本発明は下記実施例により制限されるものではない。

【0030】

＜実施例１＞
図４Ａの表１は、実施例１および比較例１の条件および結果を示している。表１の例は、（ｉ）原料ガス量を２０００Ｎｍ^３／ｈとし、かつ、（ｉｉ）第１のガス分離膜ユニットにおけるガスの供給圧力（表中の「膜供給圧」参照）が、第２のガス分離膜ユニットのガス供給圧力よりも低い例である。表中の数値は、分離膜ユニットの膜の本数やガス量、圧力などを適宜変更してシミュレーションを行った結果である。以下では、第１の分離膜ユニットを「一段目」、第２の分離膜ユニットを「二段目」と表現することもある。

【0031】

実施例１−Ａ−（枝番：１〜４）では、一段目が１．２ＭＰａＧであり、二段目が２．１ＭＰａＧである。実施例１−Ｂ−（枝番：１〜４）では、一段目が０．９ＭＰａＧであり、二段目が２．１ＭＰａＧである。実施例１−Ｃ−（枝番：１〜４）では、一段目が０．７ＭＰａＧであり、二段目が２．１ＭＰａＧである。実施例１−Ｄ−（枝番：１〜４）では、一段目が０．５ＭＰａＧであり、二段目が２．１ＭＰａＧである。

【0032】

比較例１−（枝番：１〜４）では、一段目が２．１ＭＰａＧであり、二段目の膜供給圧は約２．１ＭＰａＧで圧縮機１０２は用いていない。その他の条件は表１に示すとおりである。表中、
−「原料ガス量」は、単位時間あたりの原料ガスの供給量を示している；
−「非透過ガス量」は、一段目および二段目それぞれにおける、ガス分離膜を透過しなかった単位時間当りのガス量を示している；
−「循環ガス量」は、透過ガス循環ラインで送られる単位時間当りのガス量を示している；
−「膜本数」は、ガス分離膜ユニット内の膜の本数を示している；
−「膜運転温度」は、一段目および二段目それぞれにおける、原料ガスの温度を示している；
−「膜供給圧」は、一段目および二段目それぞれにおける供給されたガスの圧力を示している；
−「膜透過側圧」は、一段目および二段目それぞれにおける膜透過側のガスの圧力を示している；
−「製品ガス濃度」は、最終的に得られる製品ガスの二酸化炭素濃度およびメタン濃度を示している；
−「メタン回収率」は、本実施形態のシステムにおけるメタンの回収率を示し、原料ガスラインにおけるメタンの量に対する第２の非透過ガスラインにおけるメタンの量の割合で表される；
−「圧縮機動力」は、圧縮機の動力を示している；
−「製品ガスあたりの動力」は、単位体積あたりに必要な動力（動力（合計）を製品ガス量で割ったもの）を示している。

【0033】

実施例および比較例のいずれも、分離膜は「高分離」タイプのものが使用されている。

【0034】

実施例１によれば、（ｉ）第２の圧縮機を設けて二段目のガスの供給圧力（換言すれば、第２の圧縮機の吐出圧）を一段目のガス供給圧力より高くし、かつ、（ｉｉ）第２のガス分離膜ユニットの透過圧を「原料ガスと同等」とする（この例では０ＭＰａＧ）ことで、図４Ｂに示すように、比較例に比べて効率的なメタンを行うことができることが示される。実施例では、製品ガス量当り動力が、メタン回収率およそ９６．５％〜９８％の範囲で、比較例のいずれよりも低くなることが示された。

【0035】

＜実施例２＞
図５Ａの表２は、実施例２および比較例２の条件および結果を示している。上記実施例１と同様の構成および条件等については、重複する説明は省略するものとする。実施例３以降も同様である。

【0036】

実施例２は、原料ガス量を１０００Ｎｍ^３／ｈとし、かつ、第１のガス分離膜ユニットにおけるガスの供給圧力（表中の「膜供給圧」参照）が、第２のガス分離膜ユニットにおけるガスの供給圧力よりも低い例である。

【0037】

実施例２−Ａ−（枝番）では、一段目が０．９ＭＰａＧであり、二段目が１．４ＭＰａＧとなっている。実施例２−Ｂ−（枝番）では、一段目が０．７ＭＰａＧであり、二段目が１．４ＭＰａＧとなっている。実施例２−Ｃ−（枝番）では、一段目が０．５ＭＰａＧであり、二段目が１．４ＭＰａＧとなっている。実施例２−Ｄ−（枝番）では、一段目が０．３ＭＰａＧであり、二段目が１．４ＭＰａＧとなっている。比較例２−（枝番）では、一段目が１．４ＭＰａＧであり、二段目の膜供給圧は約１．４ＭＰａＧで圧縮機１０２は用いていない。その他の条件は表２に示すとおりである。

【0038】

実施例２によれば、上記実施例と同様、（ｉ）第２の圧縮機を設けて二段目のガスの供給圧力（すなわち第２の圧縮機の吐出圧）を一段目のガス供給圧力より高くし、かつ、（ｉｉ）第２のガス分離膜ユニットの透過圧を「原料ガスと同等」とする（この例では０ＭＰａＧ）ことで、図５Ｂに示すように、比較例に比べて効率的なメタンを行うことができることが示された。

【0039】

＜実施例３＞
図６Ａの表３は、実施例３および比較例３の条件および結果を示している。実施例３は、原料ガス量を１０００Ｎｍ^３／ｈとし、かつ、第１のガス分離膜ユニットにおけるガスの供給圧力（表中の「膜供給圧」参照）が、第２のガス分離膜ユニットにおけるガスの供給圧力よりも低い例である。

【0040】

実施例３−Ａ−（枝番）では、一段目が０．５ＭＰａＧであり、二段目が０．７ＭＰａＧとなっている。実施例３−Ｂ−（枝番）では、一段目が０．３ＭＰａＧであり、二段目が０．７ＭＰａＧとなっている。比較例３−（枝番）では、一段目が０．７ＭＰａＧであり、二段目の膜供給圧は約０．７ＭＰａＧで圧縮機１０２は用いていない。その他の条件は表３に示すとおりである。

【0041】

実施例３によれば、上記実施例と同様、（ｉ）第２の圧縮機を設けて二段目のガスの供給圧力（すなわち第２の圧縮機の吐出圧）を一段目のガス供給圧力より高くし、かつ、（ｉｉ）第２のガス分離膜ユニットの透過圧を「原料ガスと同等」とする（この例では０ＭＰａＧ）ことで、図６Ｂに示すように、比較例に比べて効率的なメタンを行うことができることが示された。

【0042】

＜実施例４＞
図７Ａの表４は、実施例４および比較例４の条件および結果を示している（図２の構成）。実施例４−Ａ−（枝番）では、一段目が０．５ＭＰａＧであり、二段目が２．１ＭＰａＧとなっている。また、膜透過側圧は、一段目が０ＭＰａＧであり、二段目が０．５ＭＰａＧである。

【0043】

比較例４−（枝番）では、膜供給圧が一段目では２．１ＭＰａＧであり、二段目は約２．１ＭＰａＧで圧縮機１０２は用いていない。その他の条件は表４に示すとおりである。

【0044】

実施例４によれば、図７Ｂに示すように、比較例に比べて効率的なメタンを行うことができることが示された。

【0045】

＜実施例５＞
図８Ａの表５は、実施例５および比較例５の条件および結果を示している（図１の構成）。実施例５−Ａ−（枝番）では、一段目は「高分離」タイプの中空糸であるが、二段目が「高透過」タイプの中空糸である。実施例５−Ｂ−（枝番）では、膜運転温度が５５℃であり高温運転となっている。なお、高分離タイプか高透過タイプかは、共通の中空糸膜を用いつつ運転温度を変えることで、高分離タイプのものを高透過タイプのように用いるものであってもよい。

【0046】

実施例５によれば、図８Ｂに示すように、比較例に比べて効率的なメタンを行うことができることが示された。実施例５−Ｂでは、二段目の温度を上げたため分離度が低下しやや効率が低減しているものの二段目の膜本数を減らすことができるという効果も期待される。

【0047】

＜実施例６＞
図９Ａの表６は、実施例６および比較例６の条件および結果を示している（図２の構成）。実施例６−Ａ−（枝番）では、一段目は「高分離」タイプ（運転温度を変更している）であるが、二段目が「高透過」タイプ（運転温度を変更していない）である。

【0048】

実施例６によれば、図９Ｂに示すように、比較例に比べて効率的なメタンを行うことができることが示された。

【0049】

本明細書は以下の発明を開示する：
１．分離膜（１１１）を有する第１の分離膜ユニット（１１０）と、
分離膜（１２１）を有する第２の分離膜ユニット（１２０）と、
上記第１の分離膜ユニット（１１０）に原料ガスを供給する原料ガスライン（１４１）と、
上記第１の分離膜ユニット（１１０）の非透過ガスを上記第２の分離膜ユニット（１２０）に送る第１の非透過ガスライン（１４２）と、
上記第２の分離膜ユニットの非透過ガスを送る第２の非透過ガスライン（１４４）
上記原料ガスラインに配置され、原料ガスを昇圧する第１の圧縮機（１０１）と、
上記第１の非透過ガスライン上に配置され、非透過ガスを昇圧する第２の圧縮機（１０２）と、
第２の分離膜ユニット（１２０）の透過ガスを、上記原料ライン（１４１）上の上記第１の圧縮機より上流側に戻す透過ガス循環ライン（１４５）と、
を備えるシステムであって、
運転時、
（ａ）上記第２の圧縮機（１０２）の吐出圧が上記第１の圧縮機（１０１）の吐出圧よりも高く、
（ｂ）上記第２の分離膜ユニット（１２０）の透過圧が、原料ガス圧と同等かやや高い、
ことを特徴とする、バイオガス濃縮システム。

【0050】

２．上記第１の圧縮機の吐出圧が、０．５ＭＰａＧ以上であり、
上記第２の圧縮機の吐出圧が、１．４ＭＰａＧ以上である、
上記記載のシステム。

【0051】

３．上記原料ガスは、メタンおよび二酸化炭素を含む混合ガスであり、
上記第２の分離膜ユニットの非透過ガスの二酸化炭素の濃度が３％以下である、
上記記載のシステム。

【0052】

４．上記原料ガスは、二酸化炭素およびメタンを含む混合ガスであり、
上記第２の分離膜ユニットの非透過ガスのメタンの量が、上記原料ガスのメタンの量の９７％以上である、
上記記載のシステム。

【0053】

５．上記第１の分離膜ユニットの分離膜、および、上記第２の分離膜ユニットの分離膜のいずれかまたは両方が、ポリイミド中空糸膜である、上記記載のシステム。

【0054】

６．上記第１の分離膜ユニットは、中空フィード型のモジュールを有する、上記記載のシステム。

【0055】

７．上記第２の分離膜ユニットは、シェルフィード型のモジュールを有する、上記記載のシステム。

【0056】

８．分離膜（１１１）を有する第１の分離膜ユニット（１１０）と、
分離膜（１２１）を有する第２の分離膜ユニット（１２０）と、
上記第１の分離膜ユニット（１１０）に原料ガスを供給する原料ガスライン（１４１）と、
上記第１の分離膜ユニット（１１０）の非透過ガスを上記第２の分離膜ユニット（１２０）に送る第１の非透過ガスライン（１４２）と、
上記第２の分離膜ユニットの非透過ガスを送る第２の非透過ガスライン（１４４）
上記原料ガスラインに配置され、原料ガスを昇圧する第１の圧縮機（１０１）と、
上記第１の非透過ガスライン上に配置され、非透過ガスを昇圧する第２の圧縮機（１０２）と、
第２の分離膜ユニット（１２０）の透過ガスを、上記原料ライン（１４１）上の前記第１の圧縮機より下流側に戻す透過ガス循環ライン（１４５）と、
を備えるシステムであって、
運転時、
（ａ）前記第２の圧縮機（１０２）の吐出圧が前記第１の圧縮機（１０１）の吐出圧よりも高く、
（ｂ）上記第２の分離膜ユニット（１２０）の透過圧が、第１の圧縮機の吐出圧と同等かやや高い、
ことを特徴とする、システム。

【0057】

９．分離膜（１１１）を有する第１の分離膜ユニット（１１０）と、
分離膜（１２１）を有する第２の分離膜ユニット（１２０）と、
上記第１の分離膜ユニット（１１０）に原料ガスを供給する原料ガスライン（１４１）と、
上記第１の分離膜ユニット（１１０）の非透過ガスを上記第２の分離膜ユニット（１２０）に送る第１の非透過ガスライン（１４２）と、
上記第２の分離膜ユニットの非透過ガスを送る第２の非透過ガスライン（１４４）
上記原料ガスラインに配置され、原料ガスを昇圧する第１の圧縮機（１０１）と、
上記第１の非透過ガスライン上に配置され、非透過ガスを昇圧する第２の圧縮機（１０２）と、
第２の分離膜ユニット（１２０）の透過ガスを、上記原料ライン（１４１）上の上記第１の圧縮機より上流側に戻す透過ガス循環ライン（１４５）と、
上記透過ガス循環ライン（１４５）に配置された減圧手段と、
を備えるシステムであって、
運転時、
（ａ）上記第２の圧縮機（１０２）の吐出圧が上記第１の圧縮機（１０１）の吐出圧よりも高く、
（ｂ）上記第２の分離膜ユニット（１２０）の透過圧が上記減圧手段により減圧される、システム。

【0058】

さらに、上記発明を方法の発明として表現したものも、本出願によって開示される。

【符号の説明】

【0059】

１００ バイオガス濃縮システム
１０１、１０２ 圧縮機
１１０ 第１のガス分離膜ユニット
１１１ ガス分離膜
１２０ 第２のガス分離膜ユニット
１２１ ガス分離膜
１４１ 原料ガスライン
１４２ 第１の非透過ガスライン
１４３ 第１の透過ガスライン
１４４ 第２の非透過ガスライン
１４５ 第２の透過ガスライン
１６０ 利用装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】