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2025-11-12

天然ガス脱炭素化技術としての膜分離の分析

膜分離は、天然ガス脱炭素化の分野における重要なプロセスです。これは、膜材料によるガス成分の選択的透過を通じて、CO₂やCH₄などの成分の分離を実現します。主な利点と技術的な詳細は以下のとおりです。

I. 膜分離法の基本原理

膜分離は、膜材料におけるガスの溶解度の違いまたは拡散速度の違いに依存します。

CO₂に対する膜の透過性がCH₄に対する透過性よりもはるかに高い場合（ポリイミド膜など）、CO₂は膜の下流（透過側）に優先的に透過し、CH₄は上流（還流側）に残るため、CO₂の濃縮とCH₄の回収が実現します。

膜材料の選択性（CO₂とCH₄の透過比）は、分離効率の重要な指標です。選択性の高い膜は、エネルギー消費と設備規模を大幅に削減できます。

II. 膜分離技術の主要なリンク

膜分離システムは、安定した運転を確保するために、前処理、膜材料、プロセス設計、および運転パラメータなどの側面から連携して最適化する必要があります。

1. 前処理システム：膜の寿命と性能を保証

脱水：サイクロンセパレーターと合体フィルターを使用して、油ミストと液体水を除去し、膜のファウリングを防ぎます。
脱炭化水素：天然ガスにC₅+の重質炭化水素が含まれている場合は、凝縮セパレーター（-20〜0℃に冷却）を使用して、膜への炭化水素の吸着/目詰まりを減らす必要があります。
脱硫：H₂Sが存在する場合は、H₂Sが膜材料を腐食するのを防ぐために、固体の吸着剤（酸化鉄など）またはアミン前処理を優先する必要があります。

2. 膜材料の選択：性能とコストのバランス