陶瓷过滤器的使用方法及过滤器装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及陶瓷过滤器的使用方法以及具备陶瓷过滤器的过滤器装置。
【背景技术】
[0002] 近年，为了从多成分的混合物中仅仅选择性地分离出特定的成分，而使用陶瓷制 的过滤器。相较于有机高分子制的过滤器，陶瓷制的过滤器由于在机械强度、耐久性、耐腐 蚀性等上优异，所以在石油化学领域或天然气处理装置，或者医药或食品领域等广泛领域 中，优选适用于在分子水平上分离液体或气体的混合物的分离膜。
[0003] 在这种陶瓷制的过滤器（称为陶瓷过滤器）中，为了确保分离性能同时提高透过 性能，需要增大有效膜面积（被处理流体所接触的分离膜的面积）。因此，过滤器形状优选 呈现出多孔一体（Monolith)型（或者蜂窝型）。相比于管型过滤器，一体型过滤器具有能 实现难以折断、容易密封、可小型化、低成本化等的优势。一体型过滤器是指，其外形大多为 圆柱形，在内部具备有沿该轴向所形成的多个平行流路（有时也称为孔单元（cell))的多 孔性支撑体，进一步地，其孔径比该多孔性支撑体小的分离膜形成于形成孔单元的内壁面 的过滤器。
[0004] 作为以往的公开了一体型（或者蜂窝型）陶瓷过滤器的现有文献，可以列举出例 如专利文献1。此外，作为公开了使用这种过滤器的流体的分离方法的现有文献，可以列举 出例如专利文献2。
[0005] 此外，也已经公开了一种过滤器（膜容器），其通过加快内部中流动的流体的流速 以使得分离性能提高（例如，参考专利文献3)。 现有技术文献 专利文献
[0006] 专利文献1 :国际专利公开第2008/056803号 专利文献2 :日本专利再表2010-070992号公报 专利文献3 :日本专利特开2012-61442号公报
【发明内容】
发明所要解决的问题
[0007] 如专利文献2中所公开的分离具有高挥发性的物质的方法中，为了使分离性能进 一步提高，而采用预先加热作为处理对象的混合流体的手段。一般来说，如果供给流体的流 量低，则将导致流速的下降，因过滤时间变长而在流路（孔单元）内产生极化，导致分离性 能下降。此外，极化的主要原因是：（1)由透过了分离膜的透过物质的汽化热而产生的孔单 元内流动的流体的内外温度差（中央部和分离膜附近的温度差）；以及（2)由透过物质透 过分离膜而产生的孔单元内流动的流体中的"透过物质的浓度"的内外浓度差（中央部和 分离膜附近的浓度差）。即，如果流速降低，则在接触界面上，因局部性温度和浓度的降低 而导致过滤器将无法发挥原来的性能。因此，为了使过滤器的分离性能不降低，需要在孔单 元内进行混合、消除极化。但是，通常为了使孔单元内产生乱流，而需要确保与过滤器的截 面积对应的高流量、即高流速。因此，需要高性能的泵，存在导致泵的大型化或泵的运转所 需要的能量或成本的增加的问题。具体地，需要圆管内流动中，雷诺数Re( =Dup/i〇为 4000以上，特别是内径D小的一体型过滤器则需要高流速u。此处，D表示孔单元的内径，u 表示平均流速，P表示流体密度，U表示流体粘度。
[0008] 此外，以往的分离方法中，作为处理对象的混合流体仅能在从过滤器的流入侧端 面向流出侧端面这一个方向上流动、过滤。然而，如上所述地，在使其过滤与过滤器的截面 积对应的高流量的流体的情况下，容易产生过滤过程中的流体的温度下降。因此，需要预先 充分地对处理流体施加热，导致存在设置大型加热器、或增加加热器运转所需要的能量或 成本的问题。
[0009] 对此，专利文献3中记载的膜容器，其是通过在膜容器内折返流体的流路以加快 被处理流体的流速。然后，据此提高分离性能。但是，专利文献3中记载的膜容器中，为了 使流体折返而使用的圆形折返部被配置于膜容器主体的端面。因此，膜容器端面中配置了 折返部的部位，流体不能流入与膜接触，存在流体的处理量（有效膜面积）减少的问题。
[0010] 本发明的课题在于提供维持高处理量的同时实现高分离性能的陶瓷过滤器的使 用方法以及过滤器装置。 解决问题的手段
[0011] 本发明人通过流路划分装置将陶瓷过滤器的流路划分为去往路径和返回路径，往 返一次以上使混合流体在同一过滤器内通过的同时，将该流路划分装置配置于集水缝的孔 密封部件上。然后，本发明人们发现据此可以解决上述课题。即，根据本发明，可以提供以 下的陶瓷过滤器的使用方法及过滤器装置。另外，此处的"集水"是指，收集透过膜后的液 体和/或蒸汽，其对象并不限于"水"，只要是能透过膜的物质即可。作为能透过膜的物质， 可以列举出：例如，水、水蒸气、氢、氮、二氧化碳、乙醇、有机溶剂、有机分子等。
[0012] [1] 一种陶瓷过滤器的使用方法，其特征在于， 所述陶瓷过滤器具备设置有从第1端面贯通至第2端面、成列形成的多个流路的同时 又具有外周面的柱状多孔质体，以及配设于至少一部分所述多个流路的内壁面的分离膜， 其中，所述多个流路中的一部分所述流路是所述第1端面和所述第2端面中的开口被孔密 封材料密封而成的集水孔单元，进一步地，还设置有在所述多孔质体的所述外周面上开口 的集水缝使所述集水孔单元与外部空间连通，在所述多孔质体的端面中，所述集水孔单元 至少形成一列排列， 使用所述陶瓷过滤器从混合流体分离目标透过物质时，流路划分装置配置在所述多孔 质体的至少一侧的所述端面上，并以与所述集水孔单元所排成的列相接的状态沿所述列配 置，所述混合流体至少经过一次通过过程，该通过过程是通过从所述陶瓷过滤器的所述第1 端面流至所述第2端面的去往路径后、折返、再通过从所述第2端面流至所述第1端面的返 回路径，使用所述流路划分装置将所述多个流路划分为包含所述去往路径和所述返回路径 的多个区域， 使所述目标透过物质透过所述分离膜后进行回收。
[0013] [2]根据[1]所述的陶瓷过滤器的使用方法，其特征在于，使用减压装置对收纳有 所述陶瓷过滤器的外壳的内部进行减压。
[0014] [3]根据[1]或[2]所述的陶瓷过滤器的使用方法，其特征在于，在所述混合流体 分别流入所述去往路径或所述返回路径之前，对所述混合流体进行加热。
[0015] [4]根据[1]~[3]中任一项所述的陶瓷过滤器的使用方法，其特征在于，作为所 述流路划分装置，配设密封装置使所述混合流体至少不会越过所述流路划分而侵入流入侧 端面。
[0016] [5]根据[4]所述的陶瓷过滤器的使用方法，其特征在于，作为所述流路划分装 置，在所述第1端面和所述第2端面上配设所述密封装置。
[0017] [6]根据[5]所述的陶瓷过滤器的使用方法，其特征在于，所述密封装置的宽度是 所述集水孔单元所排成的列的宽度的〇. 5~1. 5倍。
[0018] [7]根据[1]~[6]中任一项所述的陶瓷过滤器的使用方法，其特征在于，所述折 返次数为1~5次。
[0019] [8]根据[1]~[7]中任一项所述的陶瓷过滤器的使用方法，其特征在于，所述分 离膜是能够从含醇有机溶剂中分离所述醇的膜。
[0020] [9]根据[1]~[8]中任一项所述的陶瓷过滤器的使用方法，其特征在于，所述分 离膜是具有有机官能团的杂化二氧化硅膜。
[0021] [10] -种过滤器装置，其特征在于，具备陶瓷过滤器和外壳， 该陶瓷过滤器具备设置有从第1端面贯通至第2端面、成列形成的多个流路的同时又 具有外周面的柱状多孔质体、以及配设于至少一部分所述多个流路的内壁面的分离膜，其 中，所述多个流路中的一部分所述流路是所述第1端面和所述第2端面中的开口被孔密封 材料密封而成的集水孔单元，进一步地，还设置有在所述多孔质体的所述外周面上开口的 集水缝使所述集水孔单元与外部空间连通， 该外壳在收纳所述陶瓷过滤器的同时，形成有将混合流体导入所述陶瓷过滤器的导入 路径、将处理途中的所述混合流体折返并再次导入所述陶瓷过滤器的再导入中间路径，以 及从所述陶瓷过滤器中排出处理后流体的排出路径， 其中，所述多个流路至少具有一组所述混合流体从所述第1端面流至所述第2端面的 去往路径，和折返从所述第2端面流至所述第1端面的返回路径， 所述多孔质体的端面中，所述集水孔单元至少形成一列排列， 流路划分