酸性气体分离用螺旋型模块的制作方法_4

文档序号:9692141阅读:来源:国知局

[0188] 关于运点,利用图3更详细地说明。
[0189] 图3是将层积体14的酸性气体分离层20与供给气体流路用部件24的一部分进行放 大来显示的示意性截面图。
[0190] 为了具有透气性而降低辅助支撑膜22b的纤维密度、增多辅助支撑膜22b内的空隙 的情况下,由于纤维的不均匀性等,如图3所示,有时局部形成大的空隙。需要说明的是,图3 中示出了大的空隙露出在背面侧的表面,形成凹部V的情况。
[0191] 辅助支撑膜22b中具有运样的大的空隙,该大的空隙若比供给气体流路用部件的 纤维径大,则将酸性气体分离膜20等层积而成的层积体14卷绕于中屯、筒12时,供给气体流 路用部件24的纤维24a压入酸性气体分离膜20内的空隙,辅助支撑膜22b的空隙(凹部V)反 映在促进传输膜21侧,呈纤维24a嵌入该凹部V的状态。酸性气体分离层20的表面的促进传 输膜21为凝胶状、较软,因此若纤维24a处于嵌入凹部V的状态下供给气体流路用部件24与 酸性气体分离层20相对移动,则促进传输膜21损伤而产生缺陷,会产生得不到具有目标性 能的分离模块的情况。
[0192] 相对于此,本发明使供给气体流路用部件24的纤维径的平均值为100~900皿,并 使在多孔质支撑体22的辅助支撑膜22b表面,与具有供给气体流路用部件24的纤维径的3/4 W上的直径的半球相内接的凹部的面积率为50%W下。
[0193] 由此,卷绕时可防止供给气体流路用部件24的纤维嵌入酸性气体分离层20的凹 凸,可防止促进传输膜21损伤。
[0194] 此处,对于与具有纤维径的3/4W上的直径的半球相内接的凹部V,如图3所示,可 换言之其具有下述尺寸:与凹部V的开口内接的圆的直径Dv为供给气体流路用部件24的纤 维径的3/4W上,且与凹部的截面内接的圆的半径Rv为供给气体流路用部件24的纤维的半 径的3/4W上。
[01%]需要说明的是,辅助支撑膜22b中产生的大的空隙是由于纤维分布不均产生的,因 此,大的空隙在辅助支撑膜22b中随机形成。因此,根据辅助支撑膜22b表面处的凹部V的比 例,可W看做辅助支撑膜22b中存在大的空隙。
[0196]此外,与具有供给气体流路用部件24的纤维径的3/4W上的直径的半球相内接的 凹部的面积率优选为45%W下、更优选为40%W下。通过使凹部的面积率为该范围,能够更 适当地防止供给气体流路用部件24的纤维嵌入酸性气体分离层20的凹凸而促进传输膜21 损伤。
[0197]另外,供给气体流路用部件24的纤维径的平均值为lOOwnW上。若纤维径小,则辅 助支撑膜22b表面处的凹部的比例相对变高,容易陷入,因此使供给气体流路用部件24的纤 维径为100皿W上。
[0198]另外,若纤维径大,则辅助支撑膜22b表面处的凹部的比例相对变低,由于供给气 体流路用部件24的柔软性变低,因此卷绕时容易陷入酸性气体分离层20(促进传输膜21) 中。因此,使供给气体流路用部件24的纤维径为900WI1W下。
[0199]运样的酸性气体分离层20可利用所谓的涂布法制作,该涂布法中,制备含有成为 促进传输膜21的成分的液体状涂布组合物(涂料/涂布液),将其涂布在多孔质支撑体22(多 孔质膜22a)上,进行干燥。
[0200] 目P,首先分别将适量的亲水性化合物、载体和根据需要添加的其他成分添加在水 (常溫水或热水)中,通过进行充分揽拌,制备成为促进传输膜21的涂布组合物。
[0201] 在该涂布组合物的制备中,根据需要可W在揽拌下进行加热来促进各成分的溶 解。此外,将亲水性化合物加在水中溶解后,慢慢地加入载体进行揽拌,由此可有效防止亲 水性化合物的析出(盐析)。
[0202] 将该组合物涂布于多孔质支撑体22上,并进行干燥,由此制作酸性气体分离层20。
[0203] 此处,组合物的涂布和干燥可W采用对切断为预定的尺寸的切片状多孔质支撑体 22进行的所谓的单片式进行。
[0204] 优选酸性气体分离层20通过所谓的RtoR进行制作。即,从卷绕长的多孔质支撑体 22而成的送出卷中送出多孔质支撑体22,一边在长度方向传送,一边涂布所制备的涂布组 合物,接下来将涂布的涂布组合物(涂膜)干燥,在多孔质支撑体22的表面形成促进传输膜 21,制作出所形成的酸性气体分离层20,将制作出的酸性气体分离层20卷取。
[0205] 化OR中的多孔质支撑体22的传送速度根据多孔质支撑体22的种类、涂布液的粘度 等适宜设定即可。
[0206] 此处,多孔质支撑体22的传送速度若过快,则有可能涂布组合物的涂膜的膜厚均 匀性降低,若过慢,则生产率降低。考虑到运点,多孔质支撑体22的传送速度优选为0.5米/ 分钟W上、更优选为0.75~200米/分钟、特别优选为1~200米/分钟。
[0207] 涂布组合物的涂布方法可W利用各种公知方法。
[0208]具体可例示出,帘幕涂布机、挤出模涂布机、气刀涂布机、刮板式涂布机、棒涂机、 刮刀式涂布机、压挤涂布机、逆转漉涂布机、刮条涂布机等。
[0209]涂布组合物的涂膜的干燥也利用公知方法进行即可。作为一例,可例示利用热风 进行的干燥。
[0210] 热风的风速适宜设定为可使凝胶膜巧迅速干燥,且凝胶膜巧不会被破坏的速度即 可。具体地说,优选为0.5~200米/分钟、更优选为0.75~200米/分钟、特别优选为1~200 米/分钟。
[0211] 热风的溫度适宜设定为不产生多孔质支撑体22的变形等、且可使凝胶膜巧迅速干 燥的溫度即可。具体地说,W膜面溫度计,优选为1~120°C、更优选为2~115°C、特别优选为 3 ~110°C。
[0212] 另外,涂膜的干燥中,根据需要可W合用多孔质支撑体22的加热。
[0213]此处,酸性气体分离层可W进一步在促进传输膜21与多孔质支撑体22之间具有疏 水性的中间层。
[0214] 如上所述,为了使载体充分发挥功能,促进传输膜21需要在膜中保持大量的水分, 因此使用吸水性和保水性非常高的聚合物。此外,促进传输膜21中,金属碳酸盐等载体的含 量越多,则吸水量增加,酸性气体的分离性能提高。因此,促进传输膜21为凝胶膜或低粘性 的膜的情况较多,进而,在酸性气体分离时,例如将溫度100~130°C、湿度90%左右的原料 气体Wl.5M化左右的压力供给。因此,通过使用,逐渐地促进传输膜21进入(浸入)多孔质支 撑体22,随着时间经过,酸性气体的分离能力趋于降低。
[0215] 因此,如上所述,对于多孔质支撑体22的成为促进传输膜21侧的表面的多孔质膜 22a,作为其优选方式,从抑制促进传输膜的浸入的方面考虑,优选具有疏水性,从更有效地 抑制促进传输膜21向多孔质支撑体22中的浸入的方面考虑,更优选在促进传输膜21与多孔 质支撑体22之间具备疏水性的中间层。
[0216]作为中间层,只要是具有透气性的疏水性层就没有特别限定,优选为具有通气性、 比多孔质膜22a更致密的层。通过具备运样的中间层,可通过防止均匀性高的促进传输膜21 进入多孔质支撑体22中来形成酸性气体分离层。
[0217] 此处,中间层形成于多孔质膜2姑之上即可,但也可W具有浸入多孔质膜2姑中的 浸入区域。浸入区域在多孔质膜22a与中间层的密合性良好的范围内越少越好。
[0218]作为中间层,优选在重复单元内具有硅氧烷键的聚合物层。作为该聚合物层,可W 举出有机聚硅氧烷(有机娃树脂)、聚=甲基甲娃烷基丙烘等含娃酬的聚乙烘等。作为有机 聚硅氧烷的具体例,可例示出W下述通式表示的物质。
[0219]【化1】
[0221]需要说明的是,上述通式中,n表示IW上的整数。此处,从获得容易性、挥发性、粘 度等方面出发,n的平均值优选为10~1,000,000的范围、更优选为100~100,000的范围。 [0 2剖另外,Rln、R2n、R3和R4分别表示选自由氨原子、烷基、乙締基、芳烷基、芳基、径基、氨 基、簇基和环氧基组成的组中的任意一种。需要说明的是,存在的n个Rln和R2n可W分别相 同,也可W分别不同。此外,烷基、芳烷基、芳基可W具有环结构。进一步,上述烷基、乙締基、 芳烷基、芳基可W具有取代基,该取代基选自烷基、乙締基、芳基、径基、氨基、簇基、环氧基 或氣原子中。运些取代基如果可能的话也可W进一步具有取代基。
[0223] Rln、R2n、R3和R4所选择的烷基、乙締基、芳烷基和芳基从获得容易性等方面出发更, 优选为碳原子数为1~20的烷基、乙締基、碳原子数为7~20的芳烷基、碳原子数为6~20的 芳基。
[0224] 特别是,Rln、R2n、R3和R4优选为甲基或环氧取代烷基,例如可适宜利用环氧改性的 聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。
[0225]作为中间层的有机娃树脂层优选通过涂布成膜来形成。用于成膜的涂布液(有机 娃涂布液)含有成为有机娃树脂层的化合物的单体、二聚物、=聚物、低聚物、预聚物、或者 运些的混合物,进一步可W含有固化剂、固化促进剂、交联剂、增稠剂、增强剂等。涂布制膜 的交联结构可通过热交联、紫外线交联、电子射线交联、放射线交联、光交联等公知方法形 成。优选为光交联或者热交联,从降低支撑体的变形(支撑体的卷曲和涂布制膜的劣化)、构 成支撑体的树脂的劣化等方面考虑,最优选为紫外线交联。
[0226] 此外,有机娃涂布液的固化根据有机娃涂布液所含有的单体等的种类适宜利用可 将有机娃涂布液固化的方法即可。
[0227]具体可例示出紫外线的照射、电子射线的照射、加热、加湿等。
[0228]中间层为具有透气性的膜,但若过厚,则有可能使透气性显著降低。此外,中间层 只要不漏掉疏水性多孔质体的表面而进行全面覆盖,也可W膜厚较薄。考虑到运点,中间层 的膜厚优选为0.01皿W上30皿W下、更优选为0.1皿W上15皿W下。
[0229]层积体14中进一步层积有透过气体流路用部件26。
[0230]透过气体流路用部件26是用于使与载体反应并透过了酸性气体分离层32的酸性 气体Gc流动至中屯、筒12的贯通孔的部件。
[0231]如上所述,图示例中,层积体14具有将酸性气体分离层20W促进传输膜21为内侧 的方式折成2折并夹入供给气体流路用部件24而成的夹持体36。该夹持体36上层积透过气 体流路用部件26,并用接合剂层30粘接,从而构成1个层积体14。
[0232]透过气体流路用部件26在层积体14间发挥隔离件的功能,构成朝向层积体14的卷 绕中屯、(内侧)并到达中屯、筒12的贯通孔12a的、从原料气体G中分离出的酸性气体Gc的流 路。此外,为了适当地形成该酸性气体Gc的流路,需要后述的接合剂层30的渗透。考虑到运 点,优选透过气体流路用部件26与供给气体流路用部件24同样地为网眼结构(网状/网孔 状)的部件。
[0233] 透过气体流路用部件26的形成材料只要具有充分的强度和耐热性就可W利用各 种材料。具体地说,可适宜例示出,环氧渗入聚醋等聚醋系材料、聚丙締等聚締控系材料、聚 四氣乙締等氣类的材料。
[0234] 透过气体流路用部件26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。
[0235] 具体地说,优选为100~1000 wik更优选为150~950WH、特别优选为200~900WI1。
[0236] 如上所述,透过气体流路用部件26为从原料气体G中分离出并透过酸性气体分离 层20的酸性气体Gc的流路。
[0237]因此,透过气体流路用部件26优选对流动的气体的阻力较少。具体地说,优选空隙 率高、施压时变形少、且压损少的部件。
[0238] 透过气体流路用部件26的空隙率优选为30~99%、更优选为35~97.5%、特别优 选为40~95%。
[0239]另外,施压时的变形能够用进行拉伸试验时的伸长率近似。具体地说,优选施加 lON/lOmm宽度的负荷时的伸长率为5%W内、更优选为4%W内。
[0240] 进一步,压损能够用W-定的流量流动的压缩空气的流量损失近似。具体地说,在 室溫下在15cm见方的透过气体流路用部件26中流动15L/分钟的空气时,流量损失优选为 7.5L/分钟W内、更优选为化/分钟W内。
[0241]W下说明层积体14的层积方法,和层积成的层积体14的卷绕方法即螺旋层积体 14a的制作方法。需要说明的是,在W下的说明使用的图4(A)~图7中,为了简洁化附图而明 确示出构成,供给气体流路部件24和透过气体流路部件26仅端面(端部)用网状示出。
[0242] 首先,如图4(A)和图4(B)示意性所示,使中屯、筒12的延伸方向与宽度方向一致,在 中屯、筒12上使用速干胶等固定手段34,来固定透过气体流路用部件26的端部。
[0243] 另一方面,如图5示意性所示,将酸性气体分离层20W促进传输膜21为内侧的方式 折成2折并在其间夹入供给气体流路用部件24。即,制作用折成2折的酸性气体分离层20夹 持供给气体流路用部件24而成的夹持体36。需要说明的是,此时,酸性气体分离层20不是均 等地折成2折,如图5所示,是W-方长出若干的方式折成2折的。
[0244] 此外,为了防止由供给气体流路用部件24所致的促进传输膜21的损伤,优选在将 酸性气体分离层20折成2折后形成的谷部配置折成2折的片状保护部件(例如KAPTON胶带 等)。
[0245] 进一步,在折成2折的酸性气体分离层20的较短方的表面(多孔质支撑体22的表 面)涂布成为接合剂层30的接合剂30a。
[0246]此处,如图5所示,接合剂30a(即接合剂层30)在宽度方向(箭头X方向)的两端部附 近W在周向(箭头y方向)的整个区域延伸的方式涂布成带状,进而,在弯回部的相反侧的端 部附近W在宽度方向的整个区域延伸的方式涂布成带状。
[0247]接下来,如图6(A)和
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