酸性气体分离模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及从原料气体中选择性地分离酸性气体的酸性气体分离模块。具体而 言，本发明涉及卷绕具有酸性气体分离膜的层积体而成的螺旋型酸性气体分离模块。
【背景技术】
[0002] 近年来，从原料气体中选择性地分离二氧化碳等酸性气体的技术开发正在推进。 例如，正在开发使用选择性地透过酸性气体的酸性气体分离膜从原料气体中分离酸性气体 的酸性气体分离模块。
[0003] 例如专利文献1中公开了酸性气体分离模块，其是将多重的包含酸性气体分离膜 的层积体缠绕于在管壁上形成有贯通孔的用于收集分离后的酸性气体的中心筒（中心透过 物收集管)而成的。
[0004] 专利文献1中公开的酸性气体分离模块是使用所谓的溶解扩散膜作为酸性气体分 离膜的溶解扩散型酸性气体分离模块。该溶解扩散膜利用酸性气体和分离对象物质在膜中 的溶解性与在膜中的扩散性之差从原料气体分离酸性气体。
[0005] 专利文献2中公开了一种酸性气体分离模块(实验装置），其中，用酸性气体分离膜 将空间分为原料室和透过室，对原料室供给原料气体（由C〇2、H2和H2〇构成的混合气体），将 利用酸性气体分离膜进行选择性分离(透过)后的酸性气体从透过室提取。
[0006] 专利文献2中公开的酸性气体分离模块是使用所谓的促进传输膜作为酸性气体分 离膜的促进传输型酸性气体分离模块。该促进传输膜在膜中具有可与酸性气体反应的载 体，通过该载体将酸性气体传输至膜的相反侧，由此从原料气体中分离酸性气体。
[0007] 在这种酸性气体分离模块中，如专利文献1所示的将具有酸性气体分离膜的层积 体卷绕于在壁面具有贯通孔的中心筒而成(缠绕至中心筒）的所谓的螺旋型酸性气体分离 模块可以增大酸性气体分离膜的面积。因此，螺旋型的酸性气体分离模块能够进行高效率 的处理。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1:日本特开平4-215824号公报 [0011] 专利文献2:日本专利第4621295号公报
【发明内容】
[0012] 发明要解决的课题
[0013] 作为一个示例，螺旋型酸性气体分离模块是除了酸性气体分离膜和中心筒以外还 具有供给气体流路用部件和透过气体流路用部件而构成的，该供给气体流路用部件作为待 分离出酸性气体的原料气体的流路，透过气体流路用部件作为由酸性气体分离膜分离后的 酸性气体的流路。
[0014] 由这些部件组成的螺旋型酸性气体分离模块具有如下构成:层积一片或两片以上 的层积酸性气体分离膜、供给气体流路用部件和透过气体流路用部件而成的层积体，将所 得到的该层积物缠绕于中心筒。
[0015] 例如，上文中的专利文献1中公开了一种螺旋型酸性气体分离模块，其是将酸性气 体分离膜折成2折并夹持供给气体流路用部件(供给物间隔体），在折成2折后的酸性气体分 离膜的一个面上层积透过气体流路用部件(透过物间隔体)制成层积体，层积两片以上的该 层积体，将所得到的层积物缠绕于中心筒(透过物收集管)而成。
[0016] 另外，该透过气体流路用部件的内部中形成有流路约束部件(密封(接合)缘部）， 该流路约束部件接合所层积的各部位，并且对透过酸性气体分离膜后的酸性气体的流路进 行约束，而且防止原料气体等混入透过酸性气体分离膜后的酸性气体中。
[0017] 此处，通常在高压下向利用促进传输膜的酸性气体分离模块中供给高温且高湿度 的原料气体。另外，为了防止原料气体所含有的水分的凝结，利用促进传输膜的酸性气体分 离模块通常在高温条件下操作。
[0018] 然而，根据本发明人的研究，由利用促进传输膜的酸性气体分离模块来构成这种 构成的螺旋型模块时，由于高温条件和原料气体的压力，有时会导致促进传输膜发生劣化、 损伤，随之使酸性气体分离模块的性能下降。
[0019] 本发明的目的在于解决这种以往技术的问题点，在于提供一种酸性气体分离模 块，其是使用具有促进传输膜的酸性气体分离膜(分离层）的螺旋型酸性气体分离模块，其 可防止因在高温下的操作条件和原料气体的压力而导致的促进传输膜的劣化，可长期稳定 地发挥规定的性能。
[0020] 用于解决问题的手段
[0021] 为了达到该目的，所提供的本发明的酸性气体分离模块的特征在于，其具有:管壁 上形成有贯通孔的中心筒;作为原料气体流路的供给气体流路用部件;从在供给气体流路 用部件中流通的原料气体中分离酸性气体的酸性气体分离层，所述酸性气体分离层具有促 进传输膜以及支撑促进传输膜的多孔质支撑体，所述促进传输膜含有可与酸性气体反应的 载体和用于担载载体的亲水性化合物;和透过气体流路用部件，所述透过气体流路用部件 在内部设置有对酸性气体的流路进行约束的流路约束部件，而且流路约束部件的形成位置 与该流路约束部件以外的位置的高压变形量之差为100M1以下，所述透过气体流路用部件 为透过酸性气体分离层后的酸性气体流通至中心筒的流路，所述酸性气体分离模块是至少 一片的具有供给气体流路用部件、酸性气体分离层和透过气体流路用部件的层积体卷绕于 中心筒而成。
[0022] 这样本发明的酸性气体分离模块中，透过气体流路用部件优选由陶瓷、玻璃、碳、 聚苯硫醚和改性聚丙烯中的任一种形成。
[0023] 另外，透过气体流路用部件的厚度优选为600μπι以下。
[0024] 另外，透过气体流路用部件为织物，且在与形成透过气体流路用部件的方向相同 的方向上延伸的纤维优选在厚度方向上层积。
[0025]另外，层积体优选具有如下构成:具有将酸性气体分离层折成2折而夹着供给气体 流路用部件的夹持体，在夹持体上层积透过气体流路用部件而成。
[0026]另外，流路约束部件优选以中心筒侧的边开放的四边形形状形成在透过气体流路 用部件的面方向。
[0027] 另外，优选在50°C以上的温度条件下从含有水分的原料气体中分离酸性气体。
[0028] 另外，在多孔质支撑体与促进传输膜之间优选具有具有气体透过性的疏水性的中 间层。
[0029] 另外，中间层优选为有机硅树脂层。
[0030] 另外，促进传输膜优选含有选自由1^、2^41、5丨和211组成的组中的至少一种以上 属兀素。
[0031] 另外，促进传输膜中的金属元素含量优选相对于亲水性化合物总质量为0.1~50 质量％。
[0032]此外，促进传输膜优选含有以式(1)表示的结构单元。
[0033] 式（l)M-(〇-*)m
[0034] Μ表示选自由11、21'、41、3;[和211组成的组中的金属元素。1]1表示以1表示的金属元素 的价数。*表示键合位置。
[0035]发明效果
[0036] 根据本发明，可以适宜地在使用促进传输膜的螺旋型酸性气体分离模块中防止因 高温条件和原料气体的压力而导致的促进传输膜的劣化和损伤。
[0037] 因此，根据本发明，可以得到长期稳定地发挥规定性能的酸性气体分离模块。
【附图说明】
[0038] 图1是局部切开本发明的酸性气体分离模块的一个示例而进行显示的示意性立体 图。
[0039] 图2是图1所示的酸性气体分离模块的层积体的示意性截面图。
[0040] 图3中的(Α)和(Β)是用于说明本发明的酸性气体分离模块的作用的示意图。
[0041] 图4中，（Α)是示意性地表示适用于本发明的酸性气体分离模块的透过气体流路用 部件的织物的图，（Β)是示意性地表示常规织物的图。
[0042] 图5中的(Α)和(Β)是用于说明图1所示的酸性气体分离模块的制作方法的示意图。 [0043]图6是用于说明图1所示的酸性气体分离用模块的制作方法的示意图。
[0044] 图7中的(Α)和(Β)是用于说明图1所示的酸性气体分离模块的制作方法的示意图。
[0045] 图8是用于说明图1所示的酸性气体分离模块的制作方法的示意图。
[0046] 图9是用于说明图1所示的酸性气体分离模块的制作方法的示意图。
【具体实施方式】
[0047] 以下，基于如附图所示的优选实施例，对本发明的酸性气体分离模块进行详细说 明。
[0048]图1中示出本发明的酸性气体分离模块的一个示例的局部剖切示意性立体图。 [0049 ]如图1所示，酸性气体分离模块10的基础构成具有中心筒12、具有酸性气体分离层 20(促进传输膜20a)的层积体14和防伸缩板16。需要说明的是，在以下的说明中，酸性气体 分离模块也可简称为分离模块。
[0050]分离模块10从例如含有一氧化碳、二氧化碳(C02)、水(水蒸气）和氢的原料气体G 中分离作为酸性气体Gc的二氧化碳。
[0051 ]本发明的分离模块10为所谓的螺旋型分离模块。即，分离模块10具有如下构成:层 积一片或两片以上的片状的层积体14并卷绕于中心筒12,层积体14的卷绕物的两个端面设 置有防伸缩板16,中心筒12插入并贯通其中。经卷绕的层积体14的最外侧周面被非气体透 过性的被覆层18所覆盖。
[0052] 需要说明的是，以下的说明中，为了方便起见，也将卷绕于中心筒12的层积两片以 上层积体14而成的层积物的卷绕物称作层积体卷绕物14a。换言之，层积体卷绕物14a是指 由进行层积并卷绕后的层积体14而得到的类圆筒状物。
[0053] 在这样的分离模块10中，待分离出酸性气体的原料气体G通过例如图1中远端侧的 防伸缩板16(其开口部16d)，供给至层积体卷绕物14a的端面，从端面流入层积体14,在层积 体14内流通的同时分离出酸性气体Gc 〇
[0054] 另外，利用层积体14从原料气体G中分离出的酸性气体Gc从中心筒12排出。另一方 面，分离出酸性气体后的原料气体G(下面为了方便起见记作残余气体Gr)从层积体卷绕物 14a(层积体14)的供给侧的相反侧的端面排出，通过防伸缩板16(同上文)排出至分离模块 10的外部。
[0055] 中心筒(透过气体集合管）12是原料气体G供给侧端面封闭的圆筒状管，在周面(管 壁)上形成有两个以上的贯通孔12a。
[0056] 从原料气体G分离出的酸性气体Gc通过下文中所述的透过气体流路用部件26,由 贯通孔12a到达中心筒12内，从中心筒12的开放端12b排出。
[0057]中心筒12中由下文中所述的接合剂层30所封住的区域中的开口率(贯通孔12a占 中心筒12的外周面的面积率)优选为1.5~80%、更优选为3~75%、进一步优选为5~70%。 其中，从实用性的观点出发，中心筒12的开口率特别优选为5~25 %。
[0058]通过使中心筒12的开口率为上述范围，可以有效地收集酸性气体Gc，并且可以提 高中心筒12的强度，确保充分的加工适应性。
[0059] 贯通孔12a优选为直径0.5~20mm的圆形的孔。此外，贯通孔12a优选均匀地形成在 中心筒12的周壁上。
[0060]中心筒12上也可以根据需要设置供给口（供给部），该供给口供给用于使分离后的 酸性气体Gc流至开放端12b侧的气体(吹扫气体）。
[0061 ]层积体14是层积酸性气体分离层20、供给气体流路用部件24和透过气体流路用部 件26而成的。
[0062] 需要说明的是，图1中，符号30表示接合剂层30，该接合剂层30将酸性气体分离层 20和透过气体流路用部件26接合，并且将层积体14彼此接合，而且对酸性气体Gc在透过气 体流路用部件26中的流路进行约束。
[0063] 图示例的分离模块10所具有的构成是层积两片以上该层积体14并卷绕(缠绕)于 中心筒12而形成类圆筒状的层积体卷绕物14a而成。
[0064] 以下，为了方便起见，将与该层积体14的卷绕相对应的方向记作卷绕方向（箭头y 方向），与卷绕方向正交的方向记作宽度方向（箭头X方向）。
[0065]分离模块10中的层积体14可以是单片。然而，如图示例所示，通过层积两片以上层 积体14,增大酸性气体分离层20的膜面积，可以提高单个模块可分离的酸性气体Gc的量。 [0066]层积体14的层积数可以根据分离模块10所要求的处理速度和处理量、分离模块10 的尺寸等适当设定。此处，所层积的层积体14的数量优选为50以下、更优选为45以下、特别 优选为40以下。通过使层积体14的层积数为该数量，可以使层积体14在中心筒12上的卷绕 易于进彳丁，提尚加工性。
[0067] 图2中示出层积体14的局部截面图。如上文中所述，箭头X为宽度方向，箭头y为卷 绕方向。
[0068] 图示例中，层积体14所具有的构成是在折成2折后的酸性气体分离层20之间夹入 供给气体流路用部件24而形成夹持体36(参见图6)，在该夹持体36上层积透过气体流路用 部件26而成。在下文中对该构成进行详细描述。
[0069] 如上文所述，分离模块10中，原料气体G通过防伸缩板16(其开口部16d)，由层积体 卷绕物14a的一侧的端面进行供给。即，将原料气体G供给至各层积体14的宽度方向的端部 (端面）。
[0070] 如图2示意性显示的那样，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中沿宽度方向（箭头X方向）流通。该气流之中，与酸性气体分离层20的促 进传输膜20a接触的酸性气体Gc被从原料气体G中分离，沿层积体14的层积方向透过酸性气 体分离层20,流入透过气体流路用部件26。具体来说，与促进传输膜20a接触的酸性气体Gc 被从原料气体G中分离，借助促进传输膜20a的载体而向层积方向传输，流入透过气体流路 用部件26。
[0071]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中沿卷绕方 向（箭头y方向）流通，直至中心筒12。流至中心筒12的酸性气体Gc由中心筒12的贯通孔12a 流入中心筒12内。
[0072]该酸性气体Gc的气流受接合剂层30约束。即，分离模块10中，利用夹着透过气体流 路用部件26的两层酸性气体分离层20(促进传输膜20a)以及渗透在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20b)中的接合剂层30,在接合剂层30的位于面方向的 内侧形成中心筒12侧开放的信封状流路(空间），其内包有透过气体流路用部件26(参见图6 和图7(A))。分离模块10由此将透过酸性气体分离层20后的酸性气体Gc的流路约束成朝向 中心筒12的方向，防止原料气体G或残余气体Gr混入透过酸性气体分离层20后的酸性气体 Gc。关于该接合剂层30,在下文中进行详细描述。
[0073]此处，本发明的分离模块10中，透过气体流路用部件26在接合剂层30的形成位置 的高压变形量和该形成位置以外的位置的高压变形量之差为100μπι以下。关于这点，还会在 下文中详细描述。
[0074]流入中心筒12内的酸性气体Gc在中心筒12中沿宽度方向流通，由开放端12b排出。