酸性气体分离用螺旋型模块的制作方法_2

文档序号:9692141阅读:来源:国知局
数优选为50W下、更优选为45W下、特别优 选为40W下。通过使层积体14的层积数为上述数,能够容易地在中屯、筒12上卷绕层积体14, 提高加工性。
[0064]图2中示出层积体14的部分截面图。如上所述,箭头X为宽度方向、箭头y为周向。
[0065]图示例中,层积体14具有如下形成的构成:在折成2折的酸性气体分离层20之间夹 入透过气体流路用部件24而制成夹持体36(参见图5),在该夹持体36上层积透过气体流路 用部件26。对于该构成,将在后面进行详述。
[0066]如上所述,分离模块10中,原料气体G通过防伸缩板16(其开口部16d),从螺旋层积 体14a的一个端面供给。即,原料气体G供给至各层积体14的宽度方向(箭头X方向)的端部 (端面)。
[0067]如图2示意性所示,供给至层积体14的宽度方向的端面的原料气体G在供给气体流 路用部件24中在宽度方向流动。该流动中,与酸性气体分离层20(促进传输膜21)接触的酸 性气体Gc从原料气体G中分离出,在层积体14的层积方向通过酸性气体分离层20(利用促进 传输膜21的载体在层积方向传输),流入透过气体流路用部件26。
[0068]流入透过气体流路用部件26的酸性气体Gc在透过气体流路用部件26中在周向(箭 头y方向)流动,到达中屯、筒12,从中屯、通12的贯通孔流入中屯、筒12内。
[0069]该酸性气体Gc的流动受到接合剂层30限制。即,在分离模块10中,利用夹持透过气 体流路用部件26的2个酸性气体分离层20(促进传输膜21)和浸透至透过气体流路用部件26 和酸性气体分离层20(多孔质支撑体22)的接合剂层30,在面方向的接合剂层30的内侧形成 内包透过气体流路用部件26的、中屯、筒12侧开放的信封状的流路(空间)(图5和图6(A)参 照)。由此,分离模块10防止了透过了酸性气体分离层20的酸性气体Gc流出到外部。
[0070]关于该接合剂层30,将在后面详述。
[0071] 流入中屯、筒12内的酸性气体Gc在中屯、筒12中在宽度方向流动,从开放端12b排出。
[0072] 另外,除去了酸性气体Gc的残余气体Gr在供给气体流路用部件24中在宽度方向流 动,从螺旋层积体14a的另一侧的端面排出,通过防伸缩板16(其开口部16d),排出到分离模 块10的外部。
[0073] 供给气体流路用部件24中,从其宽度方向的端部供给原料气体G,使部件内流动的 原料气体G与酸性气体分离层20接触。
[0074] 运样的供给气体流路用部件24如上所述作为折成2折的酸性气体分离层20的隔离 件发挥功能,构成原料气体G的流路。另外,供给气体流路用部件24优选使原料气体G成为素 流。因此,考虑到运点,供给气体流路用部件24具有网眼结构(网状/网孔状)。其中,优选由 含有1种W上后述的树脂材料的丝形成的网眼结构。
[0075]作为运样的供给气体流路用部件24的形成材料,只要具有充分的耐热性和耐湿 性,就可W利用各种材料。
[0076]作为一例,适宜举出纸、无纤维纸、铜版纸、铸涂纸、合成纸等纸材料;纤维素、聚 醋、聚締控、聚酷胺、聚酷亚胺、聚讽、芳酷胺、聚碳酸醋等树脂材料;金属、玻璃、陶瓷等无机 材料等。
[0077] 其中,适宜举出树脂材料或者含树脂材料的材料。作为树脂材料,具体地说,适宜 举出聚乙締、聚苯乙締、聚对苯二甲酸乙二醇醋(阳T)、聚四氣乙締(PTFE)、聚酸讽(PES)、聚 苯硫酸(PPS)、聚讽(PSF)、聚丙締(PP)、聚酷亚胺、聚酸酷亚胺、聚酸酸酬和聚偏二氣乙締 等。作为运样的树脂材料,可W合用多种。
[0078] 供给气体流路用部件24的厚度根据原料气体G的供给量和被要求的处理能力等而 适宜确定即可。
[00巧]具体地说,优选为100~1000 wik更优选为150~950WH、特别优选为200~900WI1。
[0080]此处,供给气体流路用部件24为具有由树脂制的丝等形成的网眼结构的纺织布或 无纺布,其纤维径为100~900]im。
[0081] 本发明中,通过对供给气体流路用部件24的纤维径与酸性气体分离层20的背面 (多孔质支撑体22的辅助支撑膜22b)侧的凹部的尺寸之间的关系进行规定,可防止在将层 积体14(层积体14层积而成的层积物)卷绕于中屯、筒12时因促进传输膜21与供给气体流路 用部件24的滑动接触所致的促进传输膜21的损伤。
[0082] 关于运点,将在后面详述。
[0083]另外,供给气体流路用部件24的拉伸弹性模数优选为1~500MPa。
[0084] 拉伸弹性模数超过SOOMPa的情况下,即,若供给气体流路用部件24较硬,则在层积 体的卷绕时,纤维压入膜表面的量增大,有可能损伤促进传输膜20a。因此,拉伸弹性模数优 选设定为SOOMPaW下。
[0085] 另外,拉伸弹性模数小于IM化的情况下,供给气体流路用部件24较软,因此,有可 能在酸性气体分离膜20间不能作为隔离件发挥功能,即有可能不能确保原料气体的流路。 因此,拉伸弹性模数优选设定为IMPaW上。
[0086] 需要说明的是,供给气体流路用部件24的拉伸弹性模数根据作为网眼结构等结构 体的拉伸应力和应变量的关系来求出。
[0087]本发明的分离模块10为促进传输型。因此,酸性气体分离层20由促进传输膜21和 多孔质支撑体22构成。
[0088] 促进传输膜21至少含有载体和负载该载体的亲水性化合物,所述载体与在供给气 体流路用部件24中流动的原料气体G所含有的酸性气体Ge发生反应。运样的促进传输膜21 具有使原料气体G中的酸性气体Ge选择性透过的功能(选择性传输酸性气体Ge的功能)。
[0089] 对于促进传输型分离模块,在高溫且高湿下使用是必要条件。因此,促进传输膜21 即使在高溫下(例如100~200°C)也具有使酸性气体Ge选择性透过的功能。另外,原料气体G 即使含有水蒸气,通过亲水性化合物吸湿水蒸气而使促进传输膜21保持水分,载体也进一 步变得易于传输酸性气体Ge,因此,与使用溶解扩散膜的情况相比,分离效率提高。
[0090]促进传输膜21的膜面积根据分离模块10的尺寸、对分离模块10所要求的处理能力 等来适宜设定即可。具体地说,优选为0.01~1000m2、更优选为0.02~750m2、进一步优选为 0.025m~500m2。其中,促进传输膜21的膜面积从实用的方面考虑,特别优选为1~100m2。 [0091]通过使促进传输膜21的膜面积为上述范围,能够相对于膜面积而高效地分离酸性 气体Ge,并且加工性也良好。
[0092] 促进传输膜21的周向的长度(折成2折前的全长)也根据分离模块10的尺寸和对分 离模块10所要求的处理能力等来适宜设定即可。具体地说,优选为100~10000mm、更优选为 150~9000mm、更进一步优选为200~8000mm。其中,促进传输膜21的长度从实用的方面考虑 特别优选为800~4000mm。
[0093] 通过使促进传输膜21的周向的长度为上述范围,能够相对于膜面积高效地分离酸 性气体Ge,进而卷绕层积体14时的卷绕错位的发生得到抑制,加工性变得容易。
[0094] 需要说明的是,促进传输膜的宽度也根据分离模块10的宽度方向的尺寸来适宜设 定即可。
[00M]促进传输膜21的厚度也根据分离模块10的尺寸和对分离模块10所要求的处理能 力等来适宜设定即可。
[0096] 此处,虽然在后面进行详述,但是,在螺旋型分离模块中,作为性能降低的一个因 素,可例示:将层积体14(层积体14层积而成的层积物)卷绕于中屯、筒12时因促进传输膜21 与供给气体流路用部件24的滑动接触所致的促进传输膜21的损伤。
[0097] 因促进传输膜21的损伤所致的性能降低能够通过加厚促进传输膜21得到抑制。但 是,若促进传输膜21变厚,则透过性能降低,因而,运个原因使酸性气体Ge的分离性能降低。
[0098] 相对于此,对于本发明的分离模块10,如后所述,供给气体流路用部件24的纤维径 为100~900WI1,在多孔质支撑体22的辅助支撑膜22b表面,与具有供给气体流路用部件24的 纤维径3/4W上的直径的半球相内接的凹部的面积率为50%W下,因此,能够防止将层积体 14卷绕于中屯、筒12时因促进传输膜21与供给气体流路用部件24的滑动接触所致的促进传 输膜21的损伤。即,即使为了提高透过性能使促进传输膜21变薄,也能够防止因促进传输膜 21的损伤所致的性能降低。
[0099] 若考虑到W上方面,则促进传输膜21的厚度优选为5~150WH、更优选为10~12化 ITl O
[0100] 通过使促进传输膜21的厚度在上述范围,能够实现高的透气性和分离选择性。
[0101] 另外,促进传输膜21的吸水率优选为1~25%、更优选为1~20%。
[0102] 此处,关于吸水率,将IOcm见方的促进传输膜21在露点-20°C的环境下的质量设为 A、将在25°C、相对湿度25%环境下的质量设为B,吸水率是通过(B-AVAX100%的公式算出 的值。
[0103]通过使促进传输膜21的吸水率为1%W上,能够提高促进传输膜的透过性能。若吸 水率小于1%,则通过模块制作时的弯折工序等容易发生裂纹。
[0104] 此外,通过使促进传输膜21的吸水率为25%W下、更优选为20%W下,能够防止因 促进传输膜21与供给气体流路用部件24的滑动接触所致的促进传输膜21的损伤。若使吸收 率高于25%,则容易发生因滑动接触所致的促进传输膜21的损伤。
[0105] 亲水性化合物作为粘结剂发挥功能,在促进传输膜21中,保持水分,发挥出利用载 体的二氧化碳等气体的分离功能。此外,从耐热性的方面出发,亲水性化合物优选具有交联 结构。
[0106]作为运样的亲水性化合物,例示出亲水性聚合物。
[0107] 从优选能够溶于水形成涂布液,并且促进传输膜21具有高的亲水性(保湿性)的方 面考虑,亲水性化合物优选具有高的亲水性。
[0108] 具体地说,亲水性化合物优选具有生理盐液的吸水量为〇.5g/gW上的亲水性、更 优选具有生理盐液的吸水量为Ig/gW上的亲水性、进一步优选具有生理盐液的吸水量为 5g/gW上的亲水性、特别优选具有生理盐液的吸水量为lOg/gW上的亲水性、进一步最优选 具有生理盐液的吸水量为20g/gW上的亲水性。
[0109]亲水性化合物的重均分子量在能够形成稳定的膜的范围中适宜选择即可。具体地 说,优选为20,000~2,000,000、更优选为25,000~2,000,000、特别优选为30,000~2,000, 000。
[0110] 通过使亲水性化合物的重均分子量为20,000W上,能够稳定地得到具有充分的膜 强度的促进传输膜21。
[0111] 特别是,在亲水性化合物具有-OH作为可交联基团的情况下,亲水性化合物优选重 均分子量为30,000W上。此时,重均分子量进一步优选为40,000W上、更优选为50,000W 上。此外,亲水性化合物具有-OH作为可交联基团的情况下,从制造适性的方面出发,重均分 子量优选为6,000,000W下。
[0112] 另外,具有-N此作为可交联基团的情况下,亲水性化合物的重均分子量优选为10, 000W上。此时,亲水性化合物的重均分子量更优选为15,000W上、特别优选为20,000W上。 此外,亲水性化合物具有-N此作为可交联基团的情况下,从制造适性的方面出发,优选重均 分子量为l,〇〇〇,〇〇〇W下。
[0113]需要说明的是,对于亲水性化合物的重均分子量,例如,使用PVA作为亲水性化合 物的情况下,使用基于JISK6726测定的值即可。另外,使用市售品的情况下,使用商品目 录、产品说明书等中公称的分子量即可。
[0114]作为形成亲水性化合物的可交联基团,优选选择能够形成耐水解性交联结构的可 交联基团。
[011引具体可例示,径基(-0H)、氨基(-N出)、氯原子(-C1)、氯基(-CN)、簇基(-C00H)和环 氧基等。运些之中,优选例示出氨基和径基。进一步从与载体的亲和性和载体负载效果的方 面出发,最优选例示出径基。
[0116]作为亲水性化合物,具体地说,作为具有单一的可交联基团的化合物,可例示出聚 締丙胺、聚丙締酸、聚乙締醇、聚乙締化咯烧酬、聚丙締酷胺、聚亚乙基亚胺、聚乙締基胺、聚 鸟氨酸、聚赖氨酸、聚环氧乙烧、水溶性纤维素、淀粉、藻酸、壳多糖、聚横酸、多径基甲基丙 締酸醋、聚-N-乙締基乙酷胺等。最优选为聚乙締醇。另外,也可例示出它们的共聚物作为亲 水性化合物。
[0117] 此外,作为具有2个W上可交联基团的亲水性化合物,可例示出聚乙締醇-聚丙締 酸共聚物。聚乙締醇-聚丙締酸盐共聚物吸水能高,而且即使高吸水时水凝胶的强度也大, 因此是优选的。
[0118] 聚乙締醇-聚丙締酸共聚物中的聚丙締酸的含量例如为1~95摩尔%、优选为2~ 70摩尔%、更优选为3~60摩尔%、特别优选为5~50摩尔%。
[0119] 需要说明的是,在聚乙締醇-聚丙締酸共聚物中,聚丙締酸可W为盐。作为此时的 聚丙締酸盐,可例示出钢盐、钟盐等碱金属盐,W及锭盐、有机锭盐等。
[0120] 聚乙締醇也能W市售品的方式获得。具体可例示出,PVAl17化URARAY社制造)、 P0VAUKURARAY制造)、聚乙締醇(Al化ich社制造)、J-P0VAL(JAPANVAM&P0VALCO.,LTD制 造)等。分子量存在各种等级,优选重均分子量为130,000~300,000。
[0121] 聚乙締醇-聚丙締酸盐共聚物(钢盐)也能够W市售品的方式获得。例如,可例示 KurasutomaAP20化URARAY社制造)。
[0122] 需要说明的是
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