(57)【要約】【課題】有機質等の不純物の付着により低下したガス分離膜の透過性を、ガス分離を行いながら、しかも従来に比べて効率よく回復することができる分離膜モジュールの再生方法を提供すること。【解決手段】少なくとも２系統のガス分離系統を用い、各ガス分離系統は、分離膜モジュール４０を備え、各分離膜モジュール４０は、供給された原料混合ガスを、透過ガスと非透過ガスとに分離し、一のガス分離系統において分離された透過ガスを、原料混合ガスの供給が停止された他のガス分離系統に供給して、中空糸膜に付着した不純物を該透過ガスに随伴させて除去することにより該他のガス分離系統が備える分離膜モジュールを再生する。その後、該他のガス分離系統に原料混合ガスを供給して原料混合ガスを透過ガスと非透過ガスとに分離し、分離された透過ガスを、原料混合ガスの供給が停止された状態にある前記一のガス分離系統に供給して、該ガス分離系統が備える分離膜モジュールを再生する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス分離性能を有する複数本の中空糸膜が容器内に収容されてなり、ガス分離システムにおいて用いられる分離膜モジュールを、該システムから取り外さずに再生する再生方法であって、
一のガス分離系統及び他のガス分離系統を含む少なくとも２系統のガス分離系統を用い、
各ガス分離系統は、少なくとも１つの分離膜モジュールを備えており、
各分離膜モジュールは、供給された原料混合ガスを、透過ガスと非透過ガスとに分離し、
一のガス分離系統において分離された透過ガスを、原料混合ガスの供給が停止された状態にある他のガス分離系統に供給して、中空糸膜に付着した原料混合ガスの不純物を該透過ガスに随伴させて除去することにより該他のガス分離系統が備える分離膜モジュールを再生する、分離膜モジュールの再生方法。
【請求項２】
前記他のガス分離系統の分離膜モジュールにおける中空糸膜内側又は中空糸膜外側に原料混合ガスを供給した後、該分離膜モジュールへの原料混合ガスの供給を停止し、該中空糸膜内側又は該中空糸膜外側のうち原料混合ガスを供給した側に前記透過ガスを供給して前記不純物を除去する、請求項１に記載の再生方法。
【請求項３】
前記他のガス分離系統の分離膜モジュールにおける中空糸膜内側又は中空糸膜外側に原料混合ガスを供給した後、該分離膜モジュールへの原料混合ガスの供給を停止し、該中空糸膜内側又は該中空糸膜外側のうち原料混合ガスを供給した側と反対側に前記透過ガスを供給して前記不純物を除去する、請求項１に記載の再生方法。
【請求項４】
前記他のガス分離系統の分離膜モジュールにおいて、原料混合ガスの供給方向と同方向に、又は該供給方向と逆方向に、前記一のガス分離系統において分離された透過ガスを供給して前記不純物を除去する請求項２又は３に記載の再生方法。
【請求項５】
加熱した前記透過ガスを、前記他のガス分離系統の分離膜モジュールに供給するか、前記透過ガス供給時に前記他のガス分離系統の分離膜モジュールを加熱する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の再生方法。
【請求項６】
前記透過ガスを０．７ＭＰａＧ以下の圧力で前記他のガス分離系統の分離膜モジュールに供給して前記不純物を除去する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の再生方法。
【請求項７】
一のガス分離系統及び／又は他のガス分離系統の分離膜モジュールとして、ＣＨ４に比べてＣＯ２の透過速度の高いものを用い、該分離膜モジュールに供給する原料混合ガスとしてＣＨ４及びＣＯ２を含むガスを用いる、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の再生方法。
【請求項８】
一のガス分離系統及び／又は他のガス分離系統の分離膜モジュールとして、Ｎ２に比べてＯ２の透過速度の高いものを用い、該分離膜モジュールに供給する原料混合ガスとしてＮ２及びＯ２を含むガスを用いる、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の再生方法。
【請求項９】
前記他のガス分離系統が備える分離膜モジュールへの透過ガスの供給を停止させた後、該他のガス分離系統に原料混合ガスを供給して該原料混合ガスを透過ガスと非透過ガスとに分離し、分離された透過ガスを、原料混合ガスの供給が停止された状態にある前記一のガス分離系統に供給して、該ガス分離系統が備える分離膜モジュールを再生する請求項１ないし８のいずれか一項に記載の再生方法。
【請求項１０】
ガス分離性能を有する複数本の中空糸膜が容器内に収容されてなる分離膜モジュールのガス分離システムであって、
一のガス分離系統及び他のガス分離系統を含む少なくとも２系統のガス分離系統を有しており、各ガス分離系統は少なくとも一つの分離膜モジュールを有しており、
各分離膜モジュールは、原料混合ガス入口と、透過ガス排出口と、非透過ガス排出口とを有し、
更に前記他のガス分離系統の分離膜モジュールは、その透過側又は非透過側の空間と連通するパージガス入口を有していてもよく、
前記一のガス分離系統の透過ガス排出口と、前記他のガス分離系統の分離膜モジュールの原料混合ガス入口、透過ガス排出口、非透過ガス排出口又はパージガス入口とを連結する第１透過ガス導入ラインを有し、
前記一のガス分離系統及び前記他のガス分離系統それぞれに対する、原料混合ガスの供給実行状態と供給停止状態とを切替可能な切替手段を有し、
前記切替手段により、前記他のガス分離系統へ原料混合ガスの供給が停止され、前記一のガス分離系統への原料混合ガスが供給された時に、第１透過ガス導入ラインを通じて、該一のガス分離系統の透過ガスを該他のガス分離系統が備える分離膜モジュールに供給し、中空糸膜に付着した原料混合ガスの不純物を該透過ガスに随伴させて除去することが可能になされている、ガス分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分離システムに用いられる分離膜モジュールの再生方法、及び、分離膜モジュールを再生するガス分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる２種類以上のガスを含む原料混合ガスを各ガスに分離する方法として、膜に対するガスの透過速度の差を利用した膜分離法が知られている。この方法では、２種以上のガスを含む原料混合ガスをガス分離膜に供給し、高透過性ガスが富化された透過ガスと低透過性ガスが富化された非透過ガスとに分離する。一般に、ガス分離膜は、ガス選択透過性を有するガス分離膜を、少なくともガス入口、透過ガス排出口、非透過ガス排出口が備えられている容器内に収容してなる分離膜モジュールとして使用されている。ガス分離膜は、そのガス供給側とガス透過側の空間が隔離されるように、容器内に装着されている。ガス分離システムにおいては、所要の膜面積とするために、一般に複数の分離膜モジュールは、これを複数に並列に組み合わせて使用される。
【０００３】
原料混合ガスは、それ自体が高沸点の有機質を含有していることがある。また原料混合ガスをガス分離膜に供給する圧縮機のオイルミストが原料混合ガスに混入する場合もある。それらの場合、該原料混合ガスが供給されるガス分離膜に、それら高沸点の有機質やオイルミストが付着する。その付着の量によっては、ガス分離膜の透過性が経時的に低下してしまう。
この問題に対し、特許文献１には、ガス分離膜を加熱しながら、原料混合ガスを流通させることにより、ガス分離膜の透過性を回復する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１７６４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、単に分離膜モジュールを加熱するというものである。特許文献１には、「プロセスに気体分離膜を組み込んだまま取り外すことなしに熱処理を行うことができる」と記載されているものの、同文献の実施例に記載の通り、加熱時に流通させるガスは不純物を含む原料混合ガスである。このため同文献に記載の方法は、分離膜の透過性回復の度合いに改善の余地があった。また特許文献１には、ガス分離システムにおいて、分離膜モジュールの分離膜の透過性回復をガス分離と同時に行うことについて何ら検討されていない。
【０００６】
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る分離膜モジュールの再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、ガス分離システムから取り外さずに分離膜の透過性を回復する方法について鋭意検討した。その結果、一のガス分離系統のガス分離膜に付着した原料混合ガスに由来する有機質等の不純物を、別のガス分離膜を用いて分離した透過ガスに随伴させて除去することにより、ガス分離膜の透過性を従来に比べて効率よく回復できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
本発明は前記の知見に基づきなされたものであり、ガス分離性能を有する複数本の中空糸膜が容器内に収容されてなり、ガス分離システムにおいて用いられる分離膜モジュールを、該システムから取り外さずに再生する再生方法であって、
一のガス分離系統及び他のガス分離系統を含む少なくとも２系統のガス分離系統を用い、
各ガス分離系統は、少なくとも１つの分離膜モジュールを備えており、
各分離膜モジュールは、供給された原料混合ガスを、透過ガスと非透過ガスとに分離し、
一のガス分離系統において分離された透過ガスを、原料混合ガスの供給が停止された状態にある他のガス分離系統に供給して、中空糸膜に付着した原料混合ガスの不純物を該透過ガスに随伴させて除去することにより該他のガス分離系統が備える分離膜モジュールを再生する、分離膜モジュールの再生方法を提供するものである。
【０００９】
また本発明は、ガス分離性能を有する複数本の中空糸膜が容器内に収容されてなるガス分離システムであって、
一のガス分離系統及び他のガス分離系統を含む少なくとも２系統のガス分離系統を有しており、各ガス分離系統は少なくとも一つの分離膜モジュールを有しており、
各分離膜モジュールは、原料混合ガス入口と、透過ガス排出口と、非透過ガス排出口とを有し、
更に前記他のガス分離系統の分離膜モジュールは、その透過側又は非透過側の空間と連通するパージガス入口を有していてもよく、
前記一のガス分離系統の透過ガス排出口と、前記他のガス分離系統の分離膜モジュールの原料混合ガス入口、透過ガス排出口、非透過ガス排出口又はパージガス入口とを連結する第１透過ガス導入ラインを有し、
前記一のガス分離系統及び前記他のガス分離系統それぞれに対する、原料混合ガスの供給実行状態と供給停止状態とを切替可能な切替手段を有し、
前記切替手段により、前記他のガス分離系統へ原料混合ガスの供給が停止され、前記一のガス分離系統への原料混合ガスが供給された時に、第１透過ガス導入ラインを通じて、該一のガス分離系統の透過ガスを該他のガス分離系統が備える分離膜モジュールに供給し、中空糸膜に付着した原料混合ガスの不純物を該透過ガスに随伴させて除去することが可能になされている、ガス分離システムを提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有機質等の不純物の付着により低下したガス分離膜の透過性を、ガス分離を行いながら、しかも従来に比べて効率よく回復することができる分離膜モジュールの再生方法及びガス分離システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の再生方法に用いられる分離膜モジュールの一例の構造を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の再生方法に用いられる分離膜モジュールの別の例の構造を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の再生方法に用いられる分離膜モジュールの更に別の例の構造を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明のガス分離システムの一例を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明のガス分離システムの他の一例を示す概略図である。
【図６】図６は、比較例１のガス分離システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下本発明の再生方法及びガス分離システムを、その好ましい実施形態に基づき説明する。
本発明において「再生」とは、不純物がガス分離膜に付着することに伴う透過ガス流量（Ｎｍ３／ｈ）の低下、又は該透過ガス流量低下に伴う現象が改善することをいう。ここでいう透過ガス流量低下に伴う現象としては、非透過ガス流量の低下や製品純度の低下等が挙げられる。
【００１３】
本実施形態において、分離膜モジュールとは、ガス分離性能を有する複数本の中空糸膜が容器内に収容されたものである。中空糸膜は、装置が小型化でき高膜面積になるので分離効率がよく経済的である。中空糸膜としては、均質性でもよく、複合膜や非対称膜などの不均一性でもよく、また微多孔性でも非多孔性でもよい。前記中空糸膜の膜厚は１０〜５００μｍで外径は５０〜２０００μｍのものを好適に挙げることができる。中空糸膜は、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、シリコーン樹脂、セルロース系ポリマーなどのポリマー材料、ポリマー材料を炭化又は部分炭素化した材料、ゼオライトなどのセラミックス材料などで形成されるガス分離膜を好適に挙げることができる。特に、非対称ポリイミドガス分離膜は、ガス分離性能が高いのみならず、耐熱性、耐久性、耐溶剤性などの特性が優れているので好ましい。
【００１４】
分離膜モジュールは通常、中空糸膜を多数本（例えば、数百本から数十万本）集束して中空糸膜束とし、その中空糸膜束の少なくとも一方の端部をエポキシ樹脂のような硬化性樹脂やホットメルト型熱可塑性樹脂などで、前記端部において中空糸膜が開口状態となるように固着して中空糸分離膜エレメントを構成し、更に、単数個又は複数個の前記中空糸エレメントを、少なくとも原料混合ガス入口、透過ガス排出口、及び、非透過ガス排出口を有する容器内に、中空糸膜の内側へ通じる空間と中空糸膜の外側へ通じる空間が隔絶するように装着されて構成されている。容器はステンレスなどの金属材料、プラスチック材料、繊維強化プラスチック材料などの複合材料で製造される。
【００１５】
分離膜モジュールの形態は特に限定はなく通常用いられているものでよい。中空糸膜束の配糸形態は、平行配列でも交叉配列でも織物状でもスパイラル状などでも構わない。また、中空糸膜束は略中心部に芯管を備えていてもよく、中空糸膜束の外周部にフィルムが巻き付けられていても構わない。更に、中空糸膜束の形態は円柱状、平板状、角柱状などでよく、容器内に前記形態のまま、又は、Ｕ字状に折り曲げたり、スパイラル状に巻き付けて収納されていてもよい。
【００１６】
分離膜モジュールは中空フィードタイプでもシェルフィードタイプでもよく、キャリアガスを用いるタイプでもキャリアガスを用いないタイプでも構わない。キャリアガスを用いるタイプでは、容器にキャリアガス導入口が配置されたり、中空糸膜束の芯管としてキャリア−ガス導入管が配置される。
【００１７】
分離膜モジュールについて、概略図を用いて更に説明する。尚、この概略図は説明のために簡略化して示したものである。本発明はこの図によって限定されるものではない。尚、図中の矢印は通常運転中のガスの流れる方向を示す。中空フィードタイプの分離膜モジュールの一例の縦断面概略図を図１に示す。
【００１８】
図１に示すモジュール４０における容器３１は、対向する二面が開口して開口部３２を形成している。この開口部３２は、中空糸膜３０を容器３１内に挿入するためのものであり、中空糸膜３０の開口部ではない点に留意すべきである。中空糸膜３０は、この開口部３２を通じて容器３１内に収容される。中空糸膜３０が多数本の中空糸膜が長手方向を一致するように束ねてなる中空糸膜束２０から構成される場合、該中空糸膜３０はその収容状態において、容器３１の各開口部３２の付近において中空糸膜の各端部が開口するように、容器３１内に収容される。管板３３，３４は、容器３１の内壁に固定することができる
【００１９】
中空糸膜３０が容器３１内に収容された状態においては、中空糸膜の延びる方向であるＹ方向の両端部の位置において、中空糸膜３０が管板３３，３４によって容器３１の内壁に固定されている。管板は、前記のエポキシ樹脂のような硬化性樹脂やホットメルト型熱可塑性樹脂などから構成されている。容器３１の各開口部３２は、一対の蓋体３５，３６によってそれぞれ閉塞されている。一方の蓋体３５に中空糸膜３０の内部空間に通じる原料混合ガス入口３７が設けられている。他方の蓋体３６には、中空糸膜３０の内部空間に通じる非透過ガス排出口３８が設けられている。また容器３１に中空糸膜３０の外側の空間へ通じる透過ガス排出口３９が設けられている。分離対象となる原料混合ガスは、蓋体３５のガス入口３７からモジュール内に導入される。供給された原料混合ガスは中空糸膜３０の内側の空間を膜表面に接しながら流れて非透過ガス排出口３８から排出される。原料混合ガスが中空糸膜３０の内側の空間を流れる間に、原料混合ガスのうち膜を透過し易いガス成分は中空糸膜３０の外側へ透過し、中空糸膜３０の外側の空間を流れて透過ガス排出口３９からモジュール外に排出される。原料混合ガスの入口３７から中空糸膜３０の内側を通り非透過ガス排出口３８に至る非透過側の空間と、中空糸膜３０の外側から透過ガス排出口３９に至る透過側の空間は、管板３３，３４によって隔絶されている。また、場合によっては、容器３１にパージガスの供給口（図示せず）を設けてもよい。
【００２０】
分離膜モジュール４０は、図１の中空フィード型のモジュールに代えて、図２又は図３に示すモジュールとしてもよい。以下ではこれらの図のモジュールに特徴的な点を主に述べる。図２及び図３について下記に述べていない点は図１のモジュールと同様であり、記載を省略する。
図２に示す中空フィード型の分離膜モジュール４０によれば、中空糸膜束２０の幅方向Ｘの中央域の位置に、長手方向Ｙに延びる芯管９０が配されている。すなわち、芯管９０の周囲に、中空糸膜３０の集合体からなる中空糸膜束２０が配置されている。芯管９０は例えば有底中空の筒状体からなる。芯管９０は、管板３３，３４とともに中空糸膜束２０を支持する機能及び／又はパージガス（キャリアガスともいう）を導入する機能を持っている。パージガスは透過ガスの流通空間７９に流通させて透過ガスと非透過ガスとの分離効率を高めるために用いられる。芯管９０が有底中空の筒状体からなる場合、該芯管９０の２つの端部のうち、有底の端部は管板３３内に包埋されている。開口している他方の端部は、管板３４を貫通してモジュール４０の外部に露出している。芯管９０を通じてパージガスを中空糸膜３０が収納されている空間へ導くために、芯管９０に複数の貫通孔７０を設けられている。貫通孔７０は通常、長手方向Ｙにおける透過ガス排出口３９と反対側に設けられている。また管板３３，３４は、容器３１の内壁に固定することができるか、又は後述する芯管９０に固定することができる。あるいは管板３３，３４を、容器３１の内壁及び芯管の双方に固定することもできる。
【００２１】
図２に示すモジュール４０において原料混合ガスは、原料混合ガス入口３７から中空糸膜３０の内側の空間に供給される。また、パージガスが、芯管９０の貫通孔７０から中空糸膜３０の外側の空間（透過ガス流通空間７９）に導入される。原料混合ガスのうち、中空糸膜３０の外側へ透過したガスは、パージガスと混合した状態で透過ガス排出口３９から排出される。また、中空糸膜３０を透過しなかったガスは、非透過ガス排出口３８から排出される。
【００２２】
或いは図１及び図２に示すモジュールとは別に、分離膜モジュール４０は、シェルフィードタイプのモジュールである図３に示すモジュールであってもよい。
図３に示す分離膜モジュール４０では、図２に示す分離膜モジュールと同様芯管９０を有しているが、芯管９０は、開口している側の端部が、中空糸膜３０の外側の空間と連通する非透過ガス排出口３８として機能している。また容器３１が一端が開口した有底筒状となっている。容器３１の開口部３２を閉塞する蓋体３５に、中空糸膜３０の内側の空間と連通する透過ガス排出口３９が設けられている。図３に示す形態では、中空糸膜３０の外側の空間と連通する原料混合ガス入口３７が容器３１に設けられている。また図２と異なり、中空糸膜３０における非透過ガス排出口３８側（芯管９０開口部側）の端部は閉塞された状態で管板３４内に包埋されており、当該端部において、中空糸膜３０内と中空糸膜３０外との連通が不能となっている。一方、中空糸膜３０の透過ガス排出口３９側（芯管９０開口部と反対側）の端部は、図２の形態と同様に開口し、透過ガス排出口３９を通じて外部空間と連通している。管板３４における中空糸膜３０の閉塞端部は、容器３１の底部に被覆されているが、容器３１は、両端が開口して、中空糸膜３０の閉塞端部を被覆していなくてもよい。また図３に示すモジュール４０において原料混合ガスは、原料混合ガス入口３７から中空糸膜３０の外側の空間に供給される。原料混合ガスのうち、中空糸膜３０の内側へ透過したガスは、透過ガス排出口３９から排出される。また、中空糸膜３０を透過しなかったガスは、芯管９０の貫通孔７０を通じて非透過ガス排出口３８から排出される。原料混合ガスの入口３７から中空糸膜３０の外側を経て非透過ガス排出口３８に至る非透過側の空間と、中空糸膜３０の内側から透過ガス排出口３９に至る透過側の空間は、管板３３によって隔絶されている。
【００２３】
以上本実施形態で用いる分離膜モジュールを、図１〜図３を例に挙げて説明したが、当然ながら、本発明は他の構成の分離膜モジュールにも応用可能であり、例えば、スパイラル型モジュールにも応用できる。
【００２４】
以下では、一のガス分離系統と他のガス分離系統とが同一の原料混合ガス供給源を有する場合において本発明の再生方法が行われるガス分離システムの例について、図４及び図５に基づいて説明する。図４及び図５に示す例は、ガス分離システム１０における非透過ガスの製造を継続しながら、システム透過量が低下したモジュールの再生を行うものである。後述するように、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００２５】
なお以下では、一のガス分離系統と他のガス分離系統とを区別するために、各分離膜モジュールやシステムの構成にＡ，及びＢを付する場合と、付さない場合があるが、付していない場合は、特に断らない限り、いずれのガス分離系統にも該当する。なお、本発明のガス分離システムは、一のガス分離系統が再生ガス供給用であり、他のガス分離系統が再生対象であるというように機能が分かれていてもよい。しかしながら、通常は、いずれのガス分離系統も、再生対象となりえ、また再生ガスの供給も可能であり、且つ通常のガス分離も行うことができる。この意味で、本実施形態のガス分離システム１０は通常は各ガス分離系統が同様の機能を有するものであり、ガス分離系統を機能の違いで区別することは要しない。下記では第１ガス分離系統と第２ガス分離系統の二つのガス分離系統からシステムに基づき本実施形態を説明するが、ここでいう「第１」と「第２」の記載は、両者のガス分離系統の機能が異なることを意味するものではなく、単に２つの同様のガス分離系統同士を便宜的に区別するために付しているにすぎない。
【００２６】
図４に示すガス分離システム１０は、第１ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ａと、第２ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ｂとを有する。分離膜モジュール４０Ａ、４０Ｂの原料混合ガス入口３７Ａ、３７Ｂそれぞれには、原料混合ガス供給ライン２１Ａ、２１Ｂがそれぞれ連結している。原料混合ガス供給ライン２１Ａ、２１Ｂに供給される原料混合ガスには圧縮手段１８による圧力が付与されている。図４に示す例では圧縮手段１８は、原料混合ガス供給ライン２１Ａ、２１Ｂに連結してこれらのラインに原料混合ガスを供給するライン１９に配置されている。しかしその代わりに圧縮手段は原料混合ガス供給ライン２１Ａ、２１Ｂに直接配置されていてもよい。図４に示すように原料混合ガス供給ライン２１Ａ、２１Ｂそれぞれには、原料混合ガス供給ライン２１Ａ、２１Ｂそれぞれのラインの閉塞及び開放が可能なバルブ２０Ａ、２０Ｂがそれぞれ介在配置されている。
【００２７】
更に、分離膜モジュール４０Ａ、４０Ｂの非透過ガス排出口３８Ａ、３８Ｂそれぞれには、非透過ガス排出ライン１３Ａ、１３Ｂがそれぞれ連結している。非透過ガス排出ライン１３Ａ、１３Ｂそれぞれには該非透過ガス排出ライン１３Ａ、１３Ｂの閉塞及び開放が可能なバルブ２３Ａ、２３Ｂがそれぞれ設けられている。
【００２８】
分離膜モジュール４０Ａ、４０Ｂの透過ガス排出口３９Ａ、３９Ｂそれぞれには、透過ガス排出ライン２４Ａ、２４Ｂがそれぞれ連結している。透過ガス排出ライン２４Ａ、２４Ｂそれぞれには、該透過ガス排出ライン２４Ａ、２４Ｂを閉塞及び開放可能なバルブ４９Ａ、４９Ｂがそれぞれ設けられている。図４に示す例では、バルブ４９Ａ、４９Ｂとして、別系統の分離膜モジュール４０Ｂ、４０Ａへ送出する透過ガスの圧力を調整するための圧力調整機能を有する圧力調整弁を用いている。排出ライン２４Ａ、２４Ｂにおけるバルブ４９Ａ、４９Ｂそれぞれの上流側には、透過ガス排出ライン２４Ａ、２４Ｂから分岐した分岐ライン５６Ａ、５６Ｂがそれぞれ設けられている。分岐ライン５６Ａ、５６Ｂそれぞれには、分岐ライン５６Ａ、５６Ｂを閉塞及び開放可能なバルブ５７Ａ、５７Ｂがそれぞれ設けられている。
【００２９】
透過ガス排出ライン２４Ａ、２４Ｂそれぞれには、加熱手段２５Ａ、２５Ｂがそれぞれ配置されている。この加熱手段２５Ａ、２５Ｂは、透過ガス排出ライン２４Ａ、２４Ｂにおける透過ガスを加熱した状態で分離膜モジュール４０Ｂ、４０Ａにそれぞれ供給するためのものである。しかしながら透過ガスを加熱した状態で他の分離膜モジュールに供給するために、透過ガス（再生ガス）供給側のモジュールの下流に加熱手段を設けることは必須ではなく、透過ガス（再生ガス）供給側のモジュールの上流に加熱手段を設けることで、他のモジュールに供給される透過ガスを加熱しても良い。或いは、透過ガス（再生ガス）供給側のモジュールそれ自体を加熱することで、他のモジュールに供給される透過ガスを加熱しても良い。もちろん、これらの手段を組み合わせてもよい。例えば透過ガス（再生ガス）供給側のモジュールそれ自体を加熱し、更に該モジュールと、透過ガス（再生ガス）の供給を受ける側のモジュールとの間に加熱手段を設けて、透過ガス（再生ガス）の冷却を防止してもよい。また、透過ガス（再生ガス）を受ける側のモジュールも、透過ガス（再生ガス）が該モジュール内を流通する時点で加熱されていることが好ましい。
【００３０】
加熱手段２５Ａ、２５Ｂとしては、熱交換器等が使用できる。加熱手段２５Ａ、２５Ｂを設ける場合、バルブ４９Ａ、４９Ｂそれぞれの上流側に設けてもよく、下流側に設けてもよい。加熱手段２５としては図４に示すように各ライン２４Ａ、２４Ｂに別々の装置を配置しても良く、或いは複数のラインに一つの装置を配置してもよい。
【００３１】
第１ガス分離系統の透過ガス排出ライン２４Ａは同ライン２４Ａを流通する透過ガスを第２ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ｂに供給可能に配設されている。具体的には透過ガス排出ライン２４Ａは、第１ガス分離系統の透過ガス排出口３９Ａと、第２ガス分離系統の非透過ガス排出口３８Ｂとを連結する第１透過ガス導入ラインを兼ねている。同様に第２ガス分離系統の透過ガス排出ライン２４Ｂは、該ライン２４Ｂの透過ガスを第１ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ａに供給可能に配設されている。具体的には透過ガス排出ライン２４Ｂは、第２ガス分離系統の透過ガス排出口３９Ｂと、第１ガス分離系統の透過ガス排出口３８Ａとを連結する第２透過ガス導入ラインを兼ねている。
【００３２】
本実施形態では、透過ガス排出ライン２４Ａは、同ライン２４Ａを流通する透過ガスを、加熱手段２５Ａで加熱し、圧力調整手段４９Ａで圧力調整した状態で分離膜モジュール４０Ｂの非透過ガス排出口３８Ｂに導入可能に配設されている。例えば、図４に示すように透過ガス排出ライン２４Ａを、非透過ガス排出ライン１３Ｂにおけるバルブ２３Ｂよりも上流側の位置から分岐するように非透過ガス排出ライン１３Ｂに連結してもよい。この場合、非透過ガス排出ライン１３Ｂと透過ガス排出ライン２４Ａとの連結位置は、非透過ガス排出口３８Ｂ近傍である。
【００３３】
同様に、透過ガス排出ライン２４Ｂは、該透過ガス排出ライン２４Ｂを流通する透過ガスを加熱手段２５Ｂで加熱し、圧力調整手段４９Ｂで圧力調整した状態で分離膜モジュール４０Ａの非透過ガス排出口３８Ａに導入可能に配設されている。例えば、図４に示すように透過ガス排出ライン２４Ｂを、非透過ガス排出ライン１３Ａにおけるバルブ２３Ａよりも上流側の位置から分岐するように、非透過ガス排出ライン１３Ａに連結してもよい。この場合、非透過ガス排出ライン１３Ａと透過ガス排出ライン２４Ｂとの連結位置は、非透過ガス排出口３８Ａ近傍である。
【００３４】
ガス分離システム１０は、更に、各モジュールに供給された透過ガスを排出する排出ライン２９Ａ、２９Ｂを有する。排出ライン２９Ａ、２９Ｂそれぞれは、図４に示す例では、原料混合ガス供給ライン２１Ａ、２１Ｂそれぞれにおける、バルブ２０Ａ、２０Ｂの下流側の位置から分岐した分岐ラインである。更に排出ライン２９Ａ、２９Ｂそれぞれは、これらのラインの閉塞及び開放が可能なバルブ２８Ａ、２８Ｂを有する。
【００３５】
以上のガス分離システム１０においては例えばバルブ２０Ａ、２０Ｂ、２８Ａ、２８Ｂが、第１ガス分離系統及び第２ガス分離系統それぞれに対する、原料混合ガスの供給実行状態と供給停止状態とを切替可能な第１の切替手段を構成している。第１ガス分離系統及び第２ガス分離系統のいずれも再生せず、システム１０において単にガス分離を行う場合には、バルブ２０Ａ、２０Ｂを開とし、バルブ２８Ａ、２８Ｂを閉とすることにより、第１ガス分離系統及び第２ガス分離系統のいずれにも原料混合ガスを供給する。また、バルブ２３Ａ、２３Ｂ、５７Ａ、５７Ｂ、４９Ａ、４９Ｂは、分離膜モジュールから排出された透過ガスを系外に取り出すか、或いは、別系統の分離膜モジュールに導入するかを切替する第２の切替手段を構成する。第１ガス分離系統及び第２ガス分離系統のいずれも再生せず、システム１０において単にガス分離を行う場合には、バルブ２３Ａ、２３Ｂは開、バルブ５７Ａ、５７Ｂは開、バルブ４９Ａ、４９Ｂは閉としておく。このようにした場合、分離膜モジュール４０Ａ、４０Ｂにおいて原料混合ガスは、中空糸膜３０Ａ、３０Ｂにより透過ガスと非透過ガスに分離される。分離膜モジュール４０Ａ、４０Ｂの非透過ガスは、非透過ガス排出ライン１３Ａ、１３Ｂを通じて、製品ガス又はその原料混合ガスとして、ガス分離システム外に取り出される。透過ガスも、透過ガス排出ライン２４Ａ、２４Ｂ及び排出ライン５６Ａ、５６Ｂを通じて、ガス分離システム外に取り出される。
【００３６】
上記の各バルブの開閉切り替えは、手動により行うことができる。或いは、この切り替えは、不図示の制御装置（半導体装置等）の制御信号に基づき、これらのバルブを開閉制御させることにより自動で行われてもよい。この制御装置としては、例えば、第１ガス分離系統及び第２ガス分離系統の分離膜モジュールについてガスの透過流量を測定可能な測定手段、前記測定手段が測定した透過流量が所定値以下となった場合にこれを検知して信号を発する検知手段、前記検知手段からの信号に基づき、透過性能が低下したと検知されたガス分離系統への原料混合ガスの供給を停止する一方、他方のガス分離系統への原料混合ガスの供給を開始して、他方のガス分離系統の透過ガスを、透過性能が低下したガス分離系統に供給可能とするように、上記各バルブの開閉を制御可能な制御手段とを備えたものが好ましい。
【００３７】
前記の状態から、例えば第２ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ｂを再生する場合には、バルブ２０Ａは開、バルブ２８Ａは閉としたまま、バルブ２０Ｂは閉、バルブ２８Ｂを開に切り替える。これにより、第１ガス分離系統に原料混合ガスが供給される一方、第２ガス分離系統への原料混合ガスの供給が停止される。そして第２切替手段については、バルブ５７Ａ及びバルブ２３Ｂは閉じ、バルブ４９Ａは開とする。一方、バルブ２３Ａは開いたまま、バルブ４９Ｂは閉じたままとする。バルブ５７Ｂは開とする。これにより、第１ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ａから排出された透過ガスは透過ガス排出ライン２４Ａを通じ、加熱手段２５Ａで加熱され、圧力調整手段４９Ａで圧力調整された状態で、第２ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ｂの非透過ガス排出口３８Ｂに導入される。非透過ガス排出口３８Ｂに到達した透過ガスは、非透過ガス排出口３８Ｂから分離膜モジュール４０Ｂ内に導入され、原料混合ガス入口３７Ｂに向けて、中空糸膜３０Ｂの内部又は外部を流通する。その際に、中空糸膜３０Ｂに付着した有機質等の不純物は、加熱された透過ガスにより脱着し、且つ該透過ガスの流通に伴い、原料混合ガス入口３７Ｂを通じて、分離膜モジュール４０Ｂ外へ、例えば排出ライン２９Ｂへと送出される。排出ライン２９Ｂに導入された透過ガスは、システム外に排出される。透過ガスを原料混合ガス入口３７Ｂからスムーズに外に取り出すためにごく弱い陰圧を付加する手段を原料混合ガス入口３７Ｂ近傍に設けてもよい。以上の工程により、第２ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ｂが再生される。
なお分離膜モジュール４０Ｂ内において、透過ガス（再生ガス）が非透過ガス排出口３８Ｂから原料混合ガス入口３７Ｂに向けて中空糸膜３０Ｂの非透過側を流通する間に、そのガスの一部が、中空糸膜３０Ｂを透過しうる。中空糸膜３０Ｂを透過した透過ガス（再生ガス）は、排出ライン５６Ｂからシステム外部に排出される。
【００３８】
上記のように第２ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ｂを再生している間も、第１ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ａから分離された非透過ガスを、非透過ガス排出ライン１３Ａを通じて取り出すことができる。従って、非透過ガスが製品ガス又はその原料混合ガスである場合、本実施形態のシステム１０は更に有利である。
【００３９】
一方、第２ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ｂの再生を終えた後、第１ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ａを再生する場合には、第１切替手段については、バルブ２０Ｂは開に、バルブ２８Ｂは閉に、バルブ２０Ａは閉に、バルブ２８Ａは開に切り替える。これにより第２ガス分離系統への原料混合ガスの供給が再開される一方、第１ガス分離系統への原料混合ガスの供給が停止される。そして第２切替手段については、バルブ５７Ｂ及びバルブ２３Ａは閉じ、バルブ４９Ｂは開とする。一方バルブ２３Ｂは開き、バルブ４９Ａは閉じる。バルブ５７Ａは開とする。これにより、第２ガス分離系統の透過ガスは透過ガス排出ライン２４Ｂを通じ、加熱手段２５Ｂで加熱され、圧力調整手段４９Ｂで圧力調整された状態で、第１ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ａの非透過ガス排出口３８Ａに導入される。分離膜モジュール４０Ａに導入された透過ガスは、前述した第２ガス分離系統の再生時と同様の態様で、中空糸膜３０Ａと接触し、これに付着した不純物を随伴した状態で原料混合ガス入口３７Ａに導かれ、原料混合ガス入口３７Ａから排出ライン２９Ａを通じてシステム１０の外部に排出される。またこの間、第２ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ｂからは分離された非透過ガスの取り出しを継続できる。以上の工程により、第１ガス分離系統の分離膜モジュール４０Ａが再生される。不純物は中空糸膜等のガス分離膜を透過しにくいので、このガス分離膜を透過した透過ガスは不純物濃度が原料混合ガスに比べて大幅に低く、大幅にクリーンなガスであり、再生ガスに最適である。
【００４０】
以上のシステム１０では、一のガス分離系統においてガス分離を行いながら、他方のガス分離系統の分離膜モジュールの透過性を回復することができる。またシステム１０では、各系統における透過性の低下具合に応じて、ガス分離を行うガス分離系統と、再生対象となるガス分離系統を容易に切り替えることができ、分離膜モジュールをシステム外に取り外さなくても、継続的に使用することができる。
【００４１】
本明細書における「原料混合ガス」とは、分離膜モジュール４０の原料混合ガス入口に供給されるガスをいう。通常、原料混合ガスは、圧縮機等で圧縮された状態で分離膜モジュール４０に供給されるが、この場合に本明細書でいう原料混合ガスとは、圧縮機を通過したものを指すことになる。具体的には、２種以上のガスを含む原料混合ガスとしては、大気やバイオガス、天然ガス、石油化学工場からの副生ガスや排ガス、各種の熱分解ガス等が挙げられる。原料混合ガスに含まれる２種以上のガスとしては、Ｈ２、Ｈｅ、ＣＯ２、Ｏ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏ、有機蒸気脱水、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、エタノール、メタノール、ケトン類、炭素原子数が３以上の炭化水素（以下、「Ｃ３＋」とも記載する）等のうち、中空糸膜３０に対して透過速度の異なる任意の組み合わせが挙げられる。
再生方法における原料混合ガス及び分離膜モジュールの種類としては限定されないが、例えば原料混合ガスが供給される分離膜モジュール４０としてメタン（ＣＨ４）に比べて二酸化炭素（ＣＯ２）の透過速度の高いものを有するものを用い、且つ原料混合ガスとして、ＣＨ４及びＣＯ２を含むガスを用いる例；原料混合ガスが供給される分離膜モジュール４０としてメタン（ＣＨ４）に比べて水素（Ｈ２）の透過速度の高いものを有するものを用い、且つ原料混合ガスとして、ＣＨ４及びＨ２を含むガスを用いる例；原料混合ガスが供給される分離膜モジュール４０としてメタン（ＣＨ４）に比べてヘリウム（Ｈｅ）の透過速度の高いものを有するものを用い、且つ原料混合ガスとして、ＣＨ４及びＨｅを含むガスを用いる例；原料混合ガスが供給される分離膜モジュール４０として、窒素ガス（Ｎ２）に比べて酸素ガス（Ｏ２）の透過速度の高いものを用い、且つ原料混合ガスとしてＮ２及びＯ２を含むガスを用いる例等が挙げられる。
ＣＯ２富化ガスや、Ｏ２富化ガスは従来廃ガスとされていた透過ガスでありこれらを再生用の透過ガスとして有効活用できる方法は好ましい。ＣＨ４及びＣＯ２を含む原料混合ガスとしては、バイオガスや天然ガスなどが挙げられる。ＣＨ４及びＨｅを含む原料混合ガスとしては、天然ガスが挙げられる。また、ＣＨ４及びＨ２を含む原料混合ガスとしては、ナフサ、天然ガスやバイオガス、並びにこれらを水蒸気改質反応に供した後の残留ガス等が挙げられる。またＮ２及びＯ２を含む原料混合ガスとしては空気が挙げられる。なお、本実施形態において透過ガスが供給される再生対象となる分離膜モジュールとしては、上述したＣＯ２、Ｈ２又はＨｅに対してＣＨ４を分離するものや、Ｏ２に対してＮ２を分離するものに限られず、例えば除湿用モジュール等、任意のものが挙げられる。
ガス透過速度は、原料混合ガスに含まれる各ガスの膜に対する単位膜面積・単位時間・単位分圧差あたりの透過体積のことであり、Ｐ’（単位は、×１０−５ｃｍ３（ＳＴＰ）／ｃｍ２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ）で表される。
【００４２】
図４に示す実施形態では、１つの分離膜モジュールを透過した透過ガスを、別系統の分離膜モジュールに供給していた。しかしながら、原料混合ガス供給ライン２１Ａ、２１Ｂ又はそれらの分岐元であるライン１９に更に別の分離膜モジュールを配置させ、この分離膜モジュールを透過した透過ガスを、分離膜モジュール４０Ａ、４０Ｂに供給させることで、再生ガスとして、複数の分離膜モジュールを透過した透過ガスを用いるようにしてもよい。このようにすると、再生ガスの清浄性が一層高く、不純物の除去効率を高めやすいために好ましい。
なお、本実施形態では、再生ガスとしての透過ガスに随伴させて不純物を除去するものであり、透過ガスと、不純物とを化学反応させることは特に要しない。このことを反映させて、透過ガス中の酸素分率は高い必要はない。また酸素分率が低く不活性なガスであることは取扱いの安全性等の点から好ましい。
【００４３】
再生ガスとしての透過ガスを、別ガス分離系統の分離膜モジュールの中空糸膜における内部及び外部のいずれに流通させるかは、通常、再生対象としての分離膜モジュール４０が、中空糸膜３０の内部及び外部のいずれに原料混合ガスを供給されていたモジュールであるかにより異なる。上記の図１に示した中空フィード型のように、原料混合ガスを中空糸膜３０の内部に流通させるタイプのモジュールでは、中空糸膜３０の内側に不純物が付着しやすい。このため、再生ガスとしての透過ガスも中空糸膜の内側に供給することで、透過ガスと、中空糸膜３０における汚れた面とを十分に接触させて、不純物を除去しやすくなる。逆に上記の図２に示したシェルフィード型のように、原料混合ガスを中空糸膜３０の外部に流通させるタイプのモジュールでは、中空糸膜３０の外側に不純物が付着しやすい。このため、再生ガスとしての透過ガスも中空糸膜３０の外側に供給することが好ましい。なお、中空糸膜内部に透過ガスを供給する場合は、外部に供給する場合に比べて、中空糸膜に係る圧力を均一にしやすいというメリットがある。
【００４４】
図４に示す形態では、分離膜モジュール４０Ａ、４０Ｂにおける透過ガスの供給方向は、原料混合ガスの供給方向と逆方向であった。このようにすると、原料混合ガスの入口付近に多く付着している不純物を容易にモジュール外に除去しやすい等の理由から好ましい。しかし、これとは異なり、分離膜モジュール４０Ａ、４０Ｂにおける透過ガスの供給方向は、原料混合ガスの供給方向と同方向であってもよい。したがって、図４の形態において、透過ガス排出ライン２４Ａ、２４Ｂそれぞれを、他のガス分離系統の原料混合ガスの入口に直接又は別のラインを介して連結させるように変更しても良い。この場合は排出ライン２９Ａ、２９Ｂは不要であり、非透過ガス排出口から再生用の透過ガスを取り出すための別の排出ラインを設ける。
【００４５】
再生用の透過ガスを原料混合ガスの供給方向と逆方向に供給する場合、図４に示すように、分離膜モジュール４０の非透過ガス排出口３８から原料混合ガスの入口３７に向かって流通させることが好ましい。このようにすることで、再生ガスである透過ガスを、中空糸膜３０における不純物が付着した面と長時間接触させることができて不純物の除去効率が高まる上に、原料混合ガスの入口３７付近に付着した不純物をモジュール外に排出しやすい。しかしながら透過ガス排出ライン２４Ａ、２４Ｂそれぞれを、他のガス分離系統の透過ガス排出口に直接又は別のラインを介して連結させて、再生用の透過ガスを、分離膜モジュール４０の透過ガス排出口３９から原料混合ガスの入口３７に向けて流通させてもよい。或いは、透過ガス排出ライン２４Ａ、２４Ｂそれぞれを、直接又は別のラインを介して他のガス分離系統の原料混合ガス入口又はパージガス入口（不図示）に連結させて、再生用の透過ガスを、ガス入口に供給してもよいし、パージガス入口に供給してもよい。
【００４６】
本実施形態でいう不純物は、原料混合ガス中に含まれるダストや高沸点成分、圧縮機から混入するオイルやオイルミスト等が挙げられる。不純物は有機質であることが好ましい。有機質の不純物としては、例えば、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、含硫黄化合物、含ケイ素化合物、ケトン類、エステル類、脂肪酸などが挙げられる。これらは塩素等のハロゲンで置換されていてもよい。例えばバイオガスが原料混合ガスとして供給された分離膜モジュールにおいては、炭素数が３以上の炭化水素が挙げられ、具体的なものとしては、アセトン、４−メチル−２−ペンタノン等のケトン類；パルミチン酸などの高級脂肪酸やその；２−メチル−３−ブテン−２−オール等の飽和又は不飽和脂肪族アルコール；トルエン、ベンゼン、エチルベンゼン、ジメチルベンゼン、シメン等の芳香族化合物；ヘキサン、シクロヘキサン、ｎ−オクタン、ｎ−ノナン、２，２，４−トリメチルペンタン（イソオクタン）のような長鎖又は分岐鎖状又は環状のアルカン；チオレン、チオール類、チオエーテル類、３−メチルチオフェン等のチオフェン類、１−メチルチオプロパンといったチオアルカン類等の含硫黄化合物；ヘテロ環含有化合物；２，６−ジメチル−４−オクテン、２，６−ジメチル−１，７−ジオクタジエン、３，７−ジメチル−１，７−ジオクタジエン、５−メチル−４−ノネン、３，７−ジメチル−２−オクテン等の長鎖又は分岐鎖状の不飽和脂肪族化合物（アルケン）、３−メンテン等の飽和又は不飽和脂肪族環含有化合物、樟脳、リモネン、α−ピネン、β−ピネン等のテルペン；シロキサン等が挙げられる。また、圧縮機のオイルミストの成分としては、オイルが分解して生成する化合物として、短鎖状、長鎖状、又は分岐鎖状のアルカン；短鎖状、長鎖状、又は分岐鎖状又は環状のアルコール；短鎖状、長鎖状、分岐鎖状又は芳香族環状のエステル；短鎖状、長鎖状、又は分岐鎖状の有機酸；短鎖状、長鎖状、又は分岐鎖状のケトン類；芳香族炭化水素が挙げられる。これらはハロゲン等で置換されていてもよい。これらが中空糸膜３０に付着する形態としては、中空糸膜３０の表面又は膜の内部に凝縮又は吸着するなどが挙げられる。中空糸膜３０の表面に付着した不純物が有機質であることは、再生対象である分離膜モジュールに供給するガス、及び、透過ガス流通後の該分離膜モジュールから追い出された排出ガスを、ガスクロマトグラフィー法（ＧＣ）又はガスクロマトグラフィー質量分析法（ＧＣ−ＭＳ）にて分析することにより、確認できる。
【００４７】
透過ガスを加熱した状態下に分離膜モジュール４０に供給することが、有機質等の不純物の除去を効率よく行うことができる点から好ましい。この温度は８０℃以上とすることが、不純物を中空糸膜３０の表面から除去しやすくする点から好ましく、２００℃以下、特に１５０℃以下とすることが、ガス分離膜を過度に高温とすることによる透過性能の低下や劣化の促進等を防止しやすいため好ましい。この温度は、分離膜モジュール４０に導入される時点での透過ガスの温度を指す。特許文献１では、“芳香族ポリイミド膜の高分子鎖の熱振動が大きくなるため、通常の分離温度では透過しないダストやミストも透過できる”と記載されているが、本実施形態では、分離膜においてダストやミストの透過が可能となるまでの高温は必要はなく、１００℃以上であってもよいが例えば、１００℃以下、９０℃以下等であっても、効率よく不純物を除去することができる。加熱手段としては従来公知の熱交換器を用いることができる。また、透過ガスが供給される分離膜モジュール４０それ自体を加熱してもよい。加熱は、不純物の沸点に到達しない場合であっても、不純物の脱着や蒸発を促すため、加熱温度は必ず沸点に到達する必要はない。
【００４８】
更に、本実施形態において、透過ガスを一定以下の圧力で分離膜モジュール４０に供給して不純物を除去することが好ましい。透過ガスの圧力が大きすぎると、中空糸膜３０に負荷がかかりすぎ、中空糸膜３０に付着した不純物をむしろはがれにくくしてしまう恐れがある。特に、中空フィードタイプでは、中空糸膜３０に内側から外側に向けた過度の圧力がかかると、中空糸膜３０の破損の恐れがある。また透過ガスの圧力は、一定以上とすることが、中空糸膜３０表面に対する透過ガスの流速を一定以上として、中空糸膜３０に付着した不純物を脱着しやすくするため好ましい。これらの観点から、分離膜モジュールに供給される透過ガスの圧力は、０ＭＰａＧ以上０．７ＭＰａＧ以下がより好ましく、０．０５ＭＰａＧ以上０．２ＭＰａＧ以下が更に好ましい。
【００４９】
本発明の再生方法及びガス分離システムは、図４に示す形態に限定されないことはもちろんである。図４のシステム１０は第１分離系統の分離膜モジュール４０Ａと第２分離系統の分離膜モジュール４０Ｂとが、互いにその透過ガス排出ライン２４Ａ、２４Ｂを相手に連結させていた。このため図４のシステム１０では、ある分離膜モジュールの透過ガスの供給先となる分離膜モジュールはあらかじめ決められていた。一方、図５に示すシステム１０’では、各分離膜モジュール４０の透過ガス排出ライン２４は、同じライン５０に合流し、当該ライン５０から各分離膜モジュール４０に透過ガスを供給するための透過ガス導入用分岐ライン５３が分岐されている。このようにすることで、図５に示すシステム１０’では、ある分離膜モジュールの透過ガスの供給先となる分離膜モジュールは任意に選択できるようになっている。
【００５０】
図５において、符号上は、第１ガス分離系統の分離膜モジュールと第２ガス分離系統の分離膜モジュールとは区別されていない。しかし、図５に記載の分離膜モジュール４０のうち、いずれかの分離膜モジュール４０において原料混合ガスの供給が停止され、別の分離膜モジュール４０において原料混合ガスが供給されている状態であれば、前者を第１ガス分離系統及び第２ガス分離系統の一方とみなし、後者を第１ガス分離系統及び第２ガス分離系統の他方とみなす。図５の形態においては、ある複数の分離膜モジュール４０は同じガス分離系統である場合もあり、異なるガス分離系統である場合もある。図５において、図４と同様の構成については、（Ａ又はＢを付さないが）図４と同じ数の符号を付して説明を省略する。
【００５１】
図５の形態において各分離膜モジュール４０における分岐ライン５３は、上述したように、上記ライン５０から分岐しているだけでなく、各分離膜モジュール４０の非透過ガス排出ライン１３におけるバルブ２３の上流側から分岐するように該非透過ガス排出ライン１３に連結している。また排出ライン５６は、各透過ガス排出ライン２４から分岐するのではなく、ライン５０から、各透過ガス排出ライン２４の連結箇所よりも上流側において分岐するように設けられている。排出ライン５６には同ライン５６における閉塞及び開放並びに流量を調整可能なバルブ５７が設けられている。また各分岐ライン５３には、同ライン５３の閉塞及び開放が可能であるとともにその流量を調整可能なバルブ５１が設けられている。そして加熱手段２５は、ライン５０における排出ライン５６の連結位置よりも下流側に設けられている。その代わりに、各ライン５３に加熱手段２５を設けられていてもよい。
【００５２】
以上のシステム１０’では、いずれの分離膜モジュールをも再生せず、単にガス分離を行う場合は、各分離膜モジュール４０に連結する各ラインにおいて、バルブ２０、２３を開、バルブ５１、２８を閉とすればよい。またこの場合バルブ５７を開とする。その場合、各分離膜モジュール４０に原料混合ガスが供給され、非透過ガスは非透過ガス排出ライン１３（及びその合流ライン１６）から取り出され、透過ガスは透過ガス排出ライン２４及びそれを合流するライン５０、及び排出ライン５６から排出される。
【００５３】
一方、各分離膜モジュール４０のうち、いずれかの分離膜モジュール４０（例えば図５における一番上のモジュール）の透過性が低下した場合には、当該分離膜モジュール４０についてのみ、バルブ２０及び２３を閉とし、バルブ５１、２８を開く。そして、他の分離膜モジュール４０から分離された透過ガスが、ライン５０及び５３を通じ、加熱手段２５に加熱され、バルブ５１に圧力調整されながら、当該分離膜モジュール４０の非透過ガス排出口３８から導入され、原料混合ガス供給口３７に向けて流通し、中空糸膜３０の不純物を随伴させて、原料混合ガス供給口３７から分離膜モジュール４０の外へ、排出ライン２９から排出される。この時のガスの流れは図５の矢印で示す。
【００５４】
分離膜モジュール４０へ供給される透過ガスの圧力及び流量並びにシステム１０’外に排出される透過ガスの流量は、バルブ５１と、バルブ５７とにより、調節される。再生が終了すると、それまで透過ガスが供給されていた分離膜モジュールに係るバルブ２０、２３は開となり、バルブ５１は閉として、再生後の分離膜モジュールに再度原料混合ガスの分離を行わせることが可能となる。
【００５５】
以上のシステムにおいては、上記の図４の形態で述べた利点に加えて、ある分離膜モジュールの再生の必要が生じた場合に、システム内の任意の分離膜モジュールの透過ガスを用いて、これを再生することができる。
【００５６】
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば図４及び図５の形態では、２以上のガス分離系統はいずれも他のガス分離系統の再生ができ、且つ自らのガス分離も行うことができるものであった。しかしガス分離システムにおいて、他の分離膜モジュール４０を再生するための新品の分離膜モジュール４０を設置する専用サイトを設け、新品の分離膜モジュール４０により、透過性の低下したシステム内の分離膜モジュール４０を再生させた後に、当該新品の分離膜モジュール４０を交換するようにしてもよい。
【００５７】
また分離膜モジュール４０において、原料混合ガス入口や非透過ガス排出口、透過ガス排出口以外にも、別の分離膜モジュール４０からの透過ガスの導入口を設けてもよい。
【００５８】
なお、上記の実施形態において、原料混合ガスを分離する分離膜モジュールと、得られた透過ガスを利用して再生される分離膜モジュールとが異なるモジュールである場合、両者の構成が同一であっても異なってもよいことはいうまでもない。例えば、前者及び後者のいずれもが中空フィード型又はシェルフィード型であってもよいし、前者及び後者のいずれか一方を中空フィード型とし、他方をシェルフィード型としてもよい。また、前者及び後者が同じガス種の分離を行うものであってもよく、異なるガス種の分離を行うものであってもよい。例えば、バイオガスから二酸化炭素とメタンを分離して得られた透過ガスであるＣＯ２富化ガスにより、バイオガス分離に用いる分離膜モジュールを再生してもよいし、或いは、このＣＯ２富化ガスにより、大気から窒素を富化させる分離膜モジュールを再生してもよい。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、係る実施例に制限されない。
〔実施例１〕
図４に示すシステム１０を用いて、二酸化炭素及びメタンを含む原料混合ガスの分離を行った。分離膜モジュール４０Ａ及び分離膜モジュール４０Ｂとしてポリイミドからなる中空糸膜を用いたモジュールを１００本ずつ並列に接続して用いた。圧縮手段１８としては圧縮機を用いた。加熱手段２５としては電気ヒーターを用いた。原料混合ガスの組成は、ＣＯ２が概ね４０モル％、ＣＨ４が概ね６０モル％のものであり、不純物となる有機質としてＣ３＋を１モル％含むものであった。原料混合ガス温度は３５℃であった。
（１）各分離膜モジュール４０Ａ及び４０Ｂにそれぞれ原料混合ガスを供給し且つ各モジュール４０Ａ及び４０Ｂにおいて、分離した透過ガス及び非透過ガスをそれぞれ系外に取り出すように第１切替手段及び第２切替手段を設定した（つまりバルブ２０Ａ、２０Ｂは開、２８Ａ、２８Ｂを閉、２３Ａ、２３Ｂは開、５７Ａ、５７Ｂは開、４９Ａ、４９Ｂは閉とした）。分離膜モジュール４０Ａ、４０Ｂに対し、圧縮手段１８により圧力を付与された原料混合ガスを０．７ＭＰａＧで供給した。各モジュール４０Ａ、４０Ｂの初期の透過ガス流量は１２．４Ｎｍ３／ｈ／モジュールであった。この条件にて、非透過ガスの組成がＣＨ４が概ね９７モル％となるように、非透過ガス流量を調整して運転したところ、運転開始時点では、各モジュールへの原料混合ガスの供給量が２５Ｎｍ３／ｈ／モジュール、透過ガス排出量が１２．４Ｎｍ３／ｈ／モジュール、非透過ガス排出量が１２．６Ｎｍ３／ｈ／モジュールであった（初期流量）。一定時間運転した後、運転とともに同伴される不純物により、分離膜モジュール４０Ａ及び４０Ｂでは、透過ガス流量が初期透過ガス流量の７０％にあたる８．７Ｎｍ３／ｈ／モジュールに低下し、非透過ガス流量も８．８Ｎｍ３／ｈ／モジュールに低下した。
（２）次いで、分離膜モジュール４０Ａへの原料混合ガス供給を停止し、分離膜モジュール４０Ｂのみに原料混合ガスを供給し、分離膜モジュール４０Ｂの透過ガスが、分離膜モジュール４０Ａの非透過ガス排出口３８Ａに供給されて排出ライン２９Ａから排出されるように第１切替手段及び第２切替手段を設定変更した（つまり、バルブ２０Ｂは開、２８Ｂは閉、２０Ａは閉、２８Ａは開、５７Ｂは閉、２３Ａは閉、４９Ｂは開、２３Ｂは開、４９Ａは閉、５７Ａは開とした）。各分離膜モジュール４０Ｂに対し、圧縮手段１８により圧力を付与された原料混合ガスを０．７ＭＰａＧ、１７．５Ｎｍ３／ｈ／モジュールの流量で供給した。各分離膜モジュール４０Ｂの透過ガスは各分離膜モジュール４０Ａに０．２ＭＰａＧ、４．９Ｎｍ３／ｈ／モジュールの流量で、加熱手段２５Ｂにより１００℃に加熱された状態で１２０分間、分離膜モジュール４０Ａに供給された。
（３）次いで、分離膜モジュール４０Ｂへの原料混合ガス供給を停止し、分離膜モジュール４０Ａのみに原料混合ガスを供給し、分離膜モジュール４０Ａの透過ガスが、分離膜モジュール４０Ｂの非透過ガス排出口３８Ｂに供給されて２９Ｂから排出されるように第１切替手段及び第２切替手段を設定変更した（つまりバルブ２０Ａは開、２８Ａは閉、２０Ｂは閉、２８Ｂを開、５７Ａは閉、２３Ｂは閉、４９Ａは開、２３Ａは開、４９Ｂは閉、５７Ｂは開とする。）。各分離膜モジュール４０Ａに対し、圧縮手段１８により圧力を付与された原料混合ガスを０．７ＭＰａＧで供給した。この条件にて、非透過ガスの組成を、ＣＨ４が概ね９７モル％となるように非透過ガス流量を調整して運転したところ、各モジュールへの原料混合ガスの供給量が２４．８Ｎｍ３／ｈ／モジュール、透過ガス排出量が１２．３Ｎｍ３／ｈ／モジュール、非透過ガス排出量が１２．５Ｎｍ３／ｈ／モジュールとなった。つまり、分離膜モジュール４０Ａの運転再開時点で、透過量は、前記の初期流量の９９％にまで回復していた。
次いで各分離膜モジュール４０Ａの透過ガスを、分離膜モジュール４０Ｂに０．２ＭＰａＧ、６．９Ｎｍ３／ｈ／モジュールの流量で、加熱手段２５Ａにより１００℃に加熱された状態で各分離膜モジュール４０Ｂに１２０分間、供給された。一方非透過ガスは系外へ排出された。
（４）再度（１）の状態に第１切替手段と第２切替手段とを切り替え、分離膜モジュール４０Ａ及び分離膜モジュール４０Ｂへ原料混合ガスを供給し、両モジュールでの運転を再開した。各分離膜モジュール４０Ｂに対し、圧縮手段１８により圧力を付与された原料混合ガスを０．７ＭＰａＧで供給した。この条件にて、非透過ガスの組成がＣＨ４が概ね９７モル％となるように、非透過ガス流量を調整して運転したところ、各モジュール４０Ｂへの原料混合ガスの供給量が２４．８Ｎｍ３／ｈ／モジュール、透過ガス排出量が１２．３Ｎｍ３／ｈ／モジュール、非透過ガス排出量が１２．５Ｎｍ３／ｈ／モジュールとなった。つまり、運転再開時点で分離膜モジュール４０Ｂの透過ガス流量は初期の９９％に回復していた。
【００６０】
〔比較例１〕
この比較例１は、特許文献１（特開平０１−１７６４２３号公報）に記載の実施例１に相当するものである。下記図６のシステム１００において、実施例１の（１）の操作により透過ガス流量が前記の初期流量の７０％にまで低下した分離膜モジュール４０Ｂを配置した。更に、図６のライン７６における圧縮機１８と分離膜モジュール４０Ｂとの間に、平均孔径０．２μｍ、膜面積１ｍ２のポリプロピレン製多孔質膜７８を介在配置した。ライン７６を通じて、実施例１で用いたものと同じ原料混合ガスを、加熱手段２５により１００℃に加熱した状態でそのまま分離膜モジュール４０Ｂに、０．２ＭＰａＧ、６．９Ｎｍ３／ｈ／モジュールの流量で１２０分間流通させた。その後、分離膜モジュール４０Ｂを図４のシステムに戻し、（１）の状態として、原料混合ガスを分離膜モジュール４０Ｂに流通させると、分離膜モジュール４０Ｂの透過量が前記の初期流量の８０％に回復した。
【００６１】
以上の実施例１と比較例１との比較により、本発明の分離膜モジュールの再生方法及びガス分離システムが従来技術と比べて優れていることが示された。
【符号の説明】
【００６２】
１０，１０’  ガス分離システム
３０，３０Ａ，３０Ｂ  中空糸膜
３１  容器
３２  開口部
３３，３４  管板
３５，３６  蓋体
３７，３７Ａ，３７Ｂ  原料混合ガスの入口
３８，３８Ａ，３８Ｂ  非透過ガス排出口
３９，３９Ａ，３９Ｂ  透過ガス排出口
４０，４０Ａ，４０Ｂ  分離膜モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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