JP6252377B2 - Multi-tube separation membrane module - Google Patents

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JP6252377B2 JP2014129421A JP2014129421A JP6252377B2 JP 6252377 B2 JP6252377 B2 JP 6252377B2 JP 2014129421 A JP2014129421 A JP 2014129421A JP 2014129421 A JP2014129421 A JP 2014129421A JP 6252377 B2 JP6252377 B2 JP 6252377B2
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Description

本発明は溶液や混合気体等の流体から一部の成分を分離するために用いられる多管式分離膜モジュールと、その管状分離膜連結体に関する。   The present invention relates to a multi-tubular separation membrane module used for separating some components from a fluid such as a solution or a mixed gas, and a tubular separation membrane connector.

溶液又は混合気体中の成分を分離するための機器として多管式分離膜モジュールが知られている。この多管式分離膜モジュールに用いる管状分離膜は、管状の多孔質セラミック支持体と、該支持体の外周面に設けられたゼオライト等からなる多孔質の分離膜とを有する。溶液や混合気体等の流体から特定の成分を分離するためには、溶液の流体を分離膜エレメントの一方(外面)に接触させて、もう一方(内面)を減圧することにより、特定の成分を気化させ分離する方法や、溶液を気化させて気体状態で分離膜に接触させて、非接触面側を減圧して特定成分を分離する方法、加圧状態の混合気体を分離膜に接触させて特定の成分を分離する方法などが知られている(特許文献1,2)。   A multi-tubular separation membrane module is known as an apparatus for separating components in a solution or mixed gas. The tubular separation membrane used in this multitubular separation membrane module has a tubular porous ceramic support and a porous separation membrane made of zeolite or the like provided on the outer peripheral surface of the support. In order to separate a specific component from a fluid such as a solution or a mixed gas, the fluid of the solution is brought into contact with one (outer surface) of the separation membrane element, and the other (inner surface) is depressurized, whereby the specific component is A method of vaporizing and separating, a method of vaporizing a solution and bringing it into contact with a separation membrane in a gaseous state, and depressurizing a non-contact surface side to separate a specific component, and bringing a pressurized mixed gas into contact with the separation membrane Methods for separating specific components are known (Patent Documents 1 and 2).

特開2013−39546号公報JP 2013-39546 A 特開2010−247107号公報JP 2010-247107 A

多管式分離膜モジュールの分離効率を高めるためには、管状分離膜の長さを長くすることが好ましい。しかしながら、セラミック製の管状分離膜は、長さの大きい長尺一本物の製作が難しい。例えば、特許文献1の実施例では管状分離膜の長さは1020mm、特許文献2では500mmである。   In order to increase the separation efficiency of the multitubular separation membrane module, it is preferable to increase the length of the tubular separation membrane. However, it is difficult to manufacture a single long long ceramic separator. For example, in the example of Patent Document 1, the length of the tubular separation membrane is 1020 mm, and in Patent Document 2, it is 500 mm.

本発明は、複数本の管状分離膜を連結した長さの大きい管状分離膜連結体を備えることにより分離効率を高くした多管式分離膜モジュールと、その管状分離膜連結体を提供することを目的とする。   The present invention provides a multi-tubular separation membrane module having a high separation efficiency by including a long tubular separation membrane connector in which a plurality of tubular separation membranes are connected, and the tubular separation membrane connector. Objective.

本発明の多管式分離膜モジュールは、筒状のハウジングと、該ハウジング内に該ハウジングの長手方向に配置された複数の管状分離膜連結体とを有し、被処理流体が該ハウジング内を一端側から他端側に流れ、管状分離膜を透過した連通流体が該管状分離膜を通って取り出される多管式分離膜モジュールであって、該管状分離膜連結体は、管状分離膜同士をジョイント管を介して連結したものであり、該ジョイント管と管状分離膜との接触面にシールリングが介在していることを特徴とするものである。
本発明の管状分離膜連結体は、管状分離膜同士がジョイント管を介して連結され、該ジョイント管と管状分離膜との接触面にシールリングが介在していることを特徴とするものである。
The multi-tubular separation membrane module of the present invention has a cylindrical housing and a plurality of tubular separation membrane connectors disposed in the housing in the longitudinal direction of the housing, and a fluid to be treated passes through the housing. A multi-tubular separation membrane module in which a communication fluid that flows from one end side to the other end side and permeates through a tubular separation membrane is taken out through the tubular separation membrane. It is connected via a joint pipe, and a seal ring is interposed on the contact surface between the joint pipe and the tubular separation membrane.
The tubular separation membrane connector of the present invention is characterized in that the tubular separation membranes are connected to each other through a joint tube, and a seal ring is interposed on the contact surface between the joint tube and the tubular separation membrane. .

本発明では、前記管状分離膜は、管状の多孔質セラミック支持体と、該多孔質支持体の外周面に設けられたセラミック分離膜とを有しており、前記ジョイント管は、一端側が一方の管状分離膜内に挿入されており、他端側が他方の管状分離膜内に挿入され、該ジョイント管の外周面と管状分離膜の内周面との間に第1のシールリングが介在されており、前記ジョイント管は、長手方向の途中の外周面に凸条が周設されており、該凸条の該長手方向の両端側は、該ジョイント管外周面と垂直な段差面となっており、該管状分離膜の端面と該段差面との間に第2のシールリングが介在していることが好ましい。   In the present invention, the tubular separation membrane has a tubular porous ceramic support and a ceramic separation membrane provided on the outer peripheral surface of the porous support, and the joint tube has one end on one side. The other end is inserted into the other tubular separation membrane, and the first seal ring is interposed between the outer peripheral surface of the joint tube and the inner peripheral surface of the tubular separation membrane. The joint pipe is provided with ridges on the outer peripheral surface in the middle of the longitudinal direction, and both end sides in the longitudinal direction of the ridge are stepped surfaces perpendicular to the outer peripheral surface of the joint pipe. Preferably, a second seal ring is interposed between the end surface of the tubular separation membrane and the step surface.

本発明の多管式分離膜モジュールでは、複数の管状分離膜をジョイント管によって連結して長さの大きい管状分離膜連結体としているので、膜面積が大きくなり、効率よく流体を膜分離処理することができる。   In the multi-tubular separation membrane module of the present invention, a plurality of tubular separation membranes are connected by a joint tube to form a long tubular separation membrane connector, so that the membrane area is increased and the fluid is efficiently membrane-separated. be able to.

管状分離膜の端面と、ジョイント管の凸条の段差面との間にシールリングを設けると、流体が該管状分離膜の端面から多孔質セラミック支持体の内部に流入することが防止される。   Providing a seal ring between the end face of the tubular separation membrane and the stepped surface of the protrusions of the joint pipe prevents fluid from flowing into the porous ceramic support from the end face of the tubular separation membrane.

多孔質セラミック支持体の内部への流体の流入は、管状分離膜の端面にガラスなどのコーティングを施すことにより、さらに十分に防止される。   The inflow of fluid into the porous ceramic support is further sufficiently prevented by coating the end face of the tubular separation membrane with glass or the like.

実施の形態に係る多管式分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the housing axial center line direction of the multi-tubular separation membrane module which concerns on embodiment. 図1のII−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of FIG. 図1のIII−III線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of FIG. 管状分離膜同士の連結部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the connection part of tubular separation membranes. 管状分離膜とエンド管との連結部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the connection part of a tubular separation membrane and an end pipe.

図1〜5を参照して、本発明の一実施の形態に係る多管式分離膜モジュール及びその管状分離膜連結体について説明する。   With reference to FIGS. 1-5, the multitubular-type separation membrane module which concerns on one embodiment of this invention, and its tubular separation membrane coupling body are demonstrated.

この多管式分離膜モジュール1は、筒軸心方向を上下方向とした円筒状ハウジング2と、ハウジング2の軸心線と平行方向に配置された複数の管状分離膜3の連結体と、ハウジング2内の上部に設けられた支持板5及び底部に設けられた支持板15と、ハウジング2の上端に取り付けられたトップカバー6A及び下端に取り付けられたボトムカバー6Bと、支持板5,15と平行にハウジング2内の上部及び下部にそれぞれ配置された第1のバッフル(整流板)7及び第2のバッフル(整流板)8等とを有する。第1のバッフル7は支持板5の下側に配置され、第2のバッフル8は支持板15の上側に配置されている。   The multi-tubular separation membrane module 1 includes a cylindrical housing 2 having a cylindrical axis direction as a vertical direction, a connection body of a plurality of tubular separation membranes 3 arranged in a direction parallel to the axial line of the housing 2, and a housing. 2, a support plate 5 provided at the top and a support plate 15 provided at the bottom, a top cover 6A attached to the upper end of the housing 2 and a bottom cover 6B attached to the lower end, and support plates 5 and 15. A first baffle (rectifying plate) 7 and a second baffle (rectifying plate) 8 are arranged in parallel at the upper and lower portions in the housing 2. The first baffle 7 is disposed below the support plate 5, and the second baffle 8 is disposed above the support plate 15.

この実施の形態では、2本の管状分離膜3がジョイント管17によって連結されて管状分離膜連結体とされている。上側の管状分離膜3の上端にエンド管4が連結されている。下側の管状分離膜3の下端にエンドプラグ20が連結されている。   In this embodiment, two tubular separation membranes 3 are connected by a joint pipe 17 to form a tubular separation membrane coupled body. An end tube 4 is connected to the upper end of the upper tubular separation membrane 3. An end plug 20 is connected to the lower end of the lower tubular separation membrane 3.

ハウジング2の上部の外周面に被処理流体の流入口9が設けられ、下部の外周面に被処理流体の流出口10が設けられている。流入口9は、支持板5と第1のバッフル7との間の室11に臨むように設けられている。流出口10は、支持板15と第2のバッフル8との間の室12に臨むように設けられている。バッフル7,8間は膜分離を行うための主室13となっている。   A fluid inlet 9 is provided on the outer peripheral surface of the upper part of the housing 2, and a fluid outlet 10 is provided on the outer peripheral surface of the lower part. The inflow port 9 is provided so as to face the chamber 11 between the support plate 5 and the first baffle 7. The outlet 10 is provided so as to face the chamber 12 between the support plate 15 and the second baffle 8. Between the baffles 7 and 8 is a main chamber 13 for performing membrane separation.

主室13内の流れと管状分離膜3内の流れは並流であっても、向流であっても差し支えなく、被処理流体の流入口9と流出口10とは入れ替えても差し支えない。   The flow in the main chamber 13 and the flow in the tubular separation membrane 3 may be cocurrent or counterflow, and the inflow port 9 and the outflow port 10 of the fluid to be processed may be interchanged.

多管式分離膜モジュール1は、図1のようにトップカバー6A側を上にして使用してもよく、またボトムカバー6B側を上にして使用しても差し支えない。   The multi-tubular separation membrane module 1 may be used with the top cover 6A side up as shown in FIG. 1 or may be used with the bottom cover 6B side up.

各バッフル7,8には、管状分離膜3を挿通させるための円形の挿通孔7a,8aが設けられており、管状分離膜3の連結体が各挿通孔7a,8aに挿通されている。挿通孔7a,8aの口径は、管状分離膜3の直径(外径)よりも大きく、挿通孔7a,8aの内周面と管状分離膜3の外周面との間に全周にわたって間隙があいている。   The baffles 7 and 8 are provided with circular insertion holes 7a and 8a through which the tubular separation membrane 3 is inserted, and the connection body of the tubular separation membrane 3 is inserted through the insertion holes 7a and 8a. The diameters of the insertion holes 7 a and 8 a are larger than the diameter (outer diameter) of the tubular separation membrane 3, and there is a gap over the entire circumference between the inner peripheral surface of the insertion holes 7 a and 8 a and the outer peripheral surface of the tubular separation membrane 3. ing.

支持板5には、管状分離膜3に連結されたエンド管4を支持するための開口5aが設けられている。エンド管4は、開口5aに差し込まれており、エンド管4の外周面と各開口5aの内周面との間は溶接などにより気密にシールされている。支持板5へのエンド管4の取り付けは、エンド管4の外周部および支持板5の開口5aにねじを切ることにより、ねじ込んでも差し支えない。   The support plate 5 is provided with an opening 5 a for supporting the end tube 4 connected to the tubular separation membrane 3. The end tube 4 is inserted into the opening 5a, and the outer peripheral surface of the end tube 4 and the inner peripheral surface of each opening 5a are hermetically sealed by welding or the like. The end pipe 4 may be attached to the support plate 5 by screwing the end pipe 4 by cutting the outer periphery of the end pipe 4 and the opening 5a of the support plate 5.

各エンド管4の上端側は、トップカバー6Aと支持板5との間の流出室16に向って開放している。トップカバー6Aには、分離された透過流体の取出口6aが設けられている。   The upper end side of each end pipe 4 is open toward the outflow chamber 16 between the top cover 6 </ b> A and the support plate 5. The top cover 6A is provided with an outlet 6a for the separated permeated fluid.

この実施の形態では、ハウジング2の上端及び下端側とトップカバー6A及びボトムカバー6Bの外周縁にそれぞれ外向きのフランジ2a,2b,6b,6cが設けられ、ボルト(図示略)によってこれらが固定されている。支持板5の周縁部は、フランジ2a,6b間にガスケット(図示略)を介して挟持されている。   In this embodiment, outward flanges 2a, 2b, 6b, 6c are provided at the upper and lower ends of the housing 2 and the outer peripheral edges of the top cover 6A and the bottom cover 6B, and these are fixed by bolts (not shown). Has been. The peripheral edge of the support plate 5 is sandwiched between the flanges 2a and 6b via a gasket (not shown).

底部の支持板15から複数のロッド14が立設され、該ロッド14にバッフル7,8が支持されている。ロッド14の上端は支持板5に対しナットなどによって固着されている。バッフル7,8はロッド14に対しピンなどの係止部材(図示略)によって所定高さに支持されている。   A plurality of rods 14 are erected from the bottom support plate 15, and the baffles 7 and 8 are supported by the rods 14. The upper end of the rod 14 is fixed to the support plate 5 with a nut or the like. The baffles 7 and 8 are supported at a predetermined height with respect to the rod 14 by a locking member (not shown) such as a pin.

バッフル7,8の外周面とハウジング2の内周面との間には、Oリング、Vパッキン、Cリングなどのシール部材が介在されている。   Seal members such as an O-ring, a V-packing, and a C-ring are interposed between the outer peripheral surfaces of the baffles 7 and 8 and the inner peripheral surface of the housing 2.

管状分離膜3は、管状の多孔質支持体と、該多孔質支持体の外周面に形成されたセラミック分離膜としてのゼオライト膜とを有する。本発明では、複数本(前述の通り、この実施の形態では2本)の管状分離膜3をジョイント管17を介して連結し、管状分離膜連結体としている。   The tubular separation membrane 3 has a tubular porous support and a zeolite membrane as a ceramic separation membrane formed on the outer peripheral surface of the porous support. In the present invention, a plurality (two in this embodiment, as described above) of tubular separation membranes 3 are connected via a joint pipe 17 to form a tubular separation membrane connector.

このジョイント管17は、図4の通り、管軸方向に貫通する貫通孔17aを有する。ジョイント管17の長手方向の中間の外周面には凸条17bが周回して設けられている。凸条17bの両端側は、管状分離膜7の外周面と垂直な起立面17cとなっている。凸条17b以外のジョイント管17の外周面には複数条の溝17dが周回して設けられている。溝17dに第1のシールリング18が装着され、該第1のシールリング18が管状分離膜3の内周面に気密に接している。凸条17bの起立面17cと管状分離膜3の端面との間に第2のシールリング19が介在され、シールリング19が該起立面17c、管状分離膜3の端面及び凸条17b直近の管状分離膜3の外周面にそれぞれ気密に接している。   As shown in FIG. 4, the joint pipe 17 has a through hole 17a penetrating in the pipe axis direction. On the outer peripheral surface in the middle of the joint pipe 17 in the longitudinal direction, a ridge 17b is provided around. Both end sides of the ridge 17b are standing surfaces 17c perpendicular to the outer peripheral surface of the tubular separation membrane 7. A plurality of grooves 17d are provided around the outer peripheral surface of the joint pipe 17 other than the protrusions 17b. A first seal ring 18 is attached to the groove 17d, and the first seal ring 18 is in airtight contact with the inner peripheral surface of the tubular separation membrane 3. A second seal ring 19 is interposed between the rising surface 17c of the ridge 17b and the end surface of the tubular separation membrane 3, and the seal ring 19 is tubular in the vicinity of the rising surface 17c, the end surface of the tubular separation membrane 3, and the ridge 17b. Each of them is in airtight contact with the outer peripheral surface of the separation membrane 3.

ジョイント管17の部位には、図3と同様に、バッフル7を設けても差し支えない。   A baffle 7 may be provided at the joint pipe 17 as in FIG.

下側の管状分離膜3の下端にエンドプラグ20が連結されている。エンドプラグ20は円柱状であり、管状分離膜3の下端を封止している。エンド管4及びエンドプラグ20は熱収縮フィルム21(図5)によって管状分離膜3に連結されている。   An end plug 20 is connected to the lower end of the lower tubular separation membrane 3. The end plug 20 is cylindrical and seals the lower end of the tubular separation membrane 3. The end tube 4 and the end plug 20 are connected to the tubular separation membrane 3 by a heat shrink film 21 (FIG. 5).

エンド管4及びエンドプラグ20の材料としては金属、セラミックスなど、流体を透過させないものが例示されるが、これに限定されない。   Examples of the material of the end tube 4 and the end plug 20 include, but are not limited to, metals and ceramics that do not allow fluid to permeate.

上記管状の多孔質支持体の材質としては、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などを含むセラミックス焼結体の無機多孔質支持体が挙げられる。その中でもアルミナ、シリカ、ムライトのうち少なくとも1種を含む無機多孔質支持体が好ましい。多孔質支持体表面が有する平均細孔径は特に制限されるものではないが、細孔径が制御されているものが好ましく、通常0.02μm以上、好ましくは0.05μm以上、さらに好ましくは0.1μm以上であり、通常20μm以下、好ましくは10μm以下、さらに好ましくは5μm以下の範囲が好ましい。   Examples of the material of the tubular porous support include an inorganic porous support of a ceramic sintered body containing silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride, silicon carbide, and the like. It is done. Among these, an inorganic porous support containing at least one of alumina, silica, and mullite is preferable. The average pore diameter of the surface of the porous support is not particularly limited, but those having a controlled pore diameter are preferred, usually 0.02 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm. The above is usually in the range of 20 μm or less, preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less.

多孔質支持体の表面においてゼオライトを結晶化させゼオライト膜を形成させる。
ゼオライト膜を構成する主たるゼオライトは、通常、酸素6−10員環構造を有するゼオライトを含み、好ましくは酸素6−8員環構造を有するゼオライトを含む。
Zeolite is crystallized on the surface of the porous support to form a zeolite membrane.
The main zeolite constituting the zeolite membrane usually contains a zeolite having an oxygen 6-10 membered ring structure, and preferably contains a zeolite having an oxygen 6-8 membered ring structure.

ここでいう酸素n員環を有するゼオライトのnの値は、ゼオライト骨格を形成する酸素とT元素で構成される細孔の中で最も酸素の数が大きいものを示す。例えば、MOR型ゼオライトのように酸素12員環と8員環の細孔が存在する場合は、酸素12員環のゼオライトとみなす。   Here, the value of n of the zeolite having an oxygen n-membered ring indicates the one having the largest number of oxygen among the pores composed of oxygen and T element forming the zeolite skeleton. For example, when there are 12-membered and 8-membered pores of oxygen, such as MOR type zeolite, it is regarded as a 12-membered ring zeolite.

酸素6−10員環構造を有するゼオライトの一例を挙げれば、AEI、AEL、AFG、ANA、BRE、CAS、CDO、CHA、DAC、DDR、DOH、EAB、EPI、ESV、EUO、FAR、FRA、FER、GIS、GIU、GOO、HEU、IMF、ITE、ITH、KFI、LEV、LIO、LOS、LTN、MAR、MEP、MER、MEL、MFI、MFS、MON、MSO、MTF、MTN、MTT、MWW、NAT、NES、NON、PAU、PHI、RHO、RRO、RTE、RTH、RUT、SGT、SOD、STF、STI、STT、TER、TOL、TON、TSC、TUN、UFI、VNI、VSV、WEI、YUG等がある。   An example of a zeolite having an oxygen 6-10 membered ring structure is AEI, AEL, AFG, ANA, BRE, CAS, CDO, CHA, DAC, DDR, DOH, EAB, EPI, ESV, EUO, FAR, FRA, FER, GIS, GIU, GOO, HEU, IMF, ITE, ITH, KFI, LEV, LIO, LOS, LTN, MAR, MEP, MER, MEL, MFI, MFS, MON, MSO, MTF, MTN, MTT, MWW, NAT, NES, NON, PAU, PHI, RHO, RRO, RTE, RTH, RUT, SGT, SOD, STF, STI, STT, TER, TOL, TON, TSC, TUN, UFI, VNI, VSV, WEI, YUG, etc. There is.

ゼオライト膜は、ゼオライトが単独で膜となったものでも、前記ゼオライトの粉末をポリマーなどのバインダー中に分散させて膜の形状にしたものでも、各種支持体上にゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体でもよい。ゼオライト膜は、一部アモルファス成分などが含有されていてもよい。   The zeolite membrane may be a single membrane of the zeolite, or the zeolite powder is dispersed in a binder such as a polymer to form a membrane, and the zeolite is fixed in a film form on various supports. A zeolite membrane composite may be used. The zeolite membrane may partially contain an amorphous component or the like.

ゼオライト膜の厚さとしては、特に制限されるものではないが、通常、0.1μm以上であり、好ましくは0.6μm以上、さらに好ましくは1.0μm以上である。また通常100μm以下であり、好ましくは60μm以下、さらに好ましくは20μm以下の範囲である。   The thickness of the zeolite membrane is not particularly limited, but is usually 0.1 μm or more, preferably 0.6 μm or more, more preferably 1.0 μm or more. Moreover, it is 100 micrometers or less normally, Preferably it is 60 micrometers or less, More preferably, it is the range of 20 micrometers or less.

ただし、本発明はゼオライト膜以外の分離膜を有した管状分離膜を用いてもよい。   However, the present invention may use a tubular separation membrane having a separation membrane other than the zeolite membrane.

このように構成された多管式分離膜モジュール1において、被処理流体は流入口9からハウジング2の室11内に導入され、バッフル7の挿通孔7aの内周面とエンド管4の外周面との間の間隙を通って主室13に流入し、主室13を通った後、バッフル8の挿通孔8aとエンドプラグ20との間隙を通って室12に流出する。主室13を流れる間に被処理流体の一部の成分が管状分離膜3を透過して管状分離膜3内から流出室16及び取出口6aを介して取り出される。透過しなかった流体は、流出口10から多管式分離膜モジュール1外に流出する。   In the multi-tube separation membrane module 1 configured as described above, the fluid to be treated is introduced into the chamber 11 of the housing 2 from the inlet 9, and the inner peripheral surface of the insertion hole 7 a of the baffle 7 and the outer peripheral surface of the end tube 4. It flows into the main chamber 13 through the gap between and the main chamber 13, and then flows out into the chamber 12 through the gap between the insertion hole 8 a of the baffle 8 and the end plug 20. While flowing through the main chamber 13, some components of the fluid to be treated permeate the tubular separation membrane 3 and are taken out from the tubular separation membrane 3 through the outflow chamber 16 and the outlet 6a. The fluid that has not permeated flows out of the multi-tubular separation membrane module 1 from the outlet 10.

この実施の形態では、管状分離膜3の連結体を平行に多数本配列設置しており、膜面積が大きいので、効率良く膜分離が行われる。なお、管状分離膜3,3同士の接続部にジョイント管17を用い、管状分離膜3とジョイント管17との間のシールをシールリング18,19によって行っているので、シール特性が良好である。特に、管状分離膜3の端面と起立面17cとの間にシールリング19を介在させているので、管状分離膜3の端面から多孔質支持体の内部を透過しようとする流体の流れを阻止することができる。   In this embodiment, a large number of connected bodies of tubular separation membranes 3 are arranged in parallel and the membrane area is large, so that membrane separation is performed efficiently. In addition, since the joint pipe 17 is used for the connection part of the tubular separation membranes 3 and 3, and the sealing between the tubular separation membrane 3 and the joint pipe 17 is performed by the seal rings 18 and 19, the sealing characteristics are good. . In particular, since the seal ring 19 is interposed between the end face of the tubular separation membrane 3 and the standing surface 17c, the flow of fluid that attempts to permeate the inside of the porous support from the end face of the tubular separation membrane 3 is prevented. be able to.

また、この実施の形態では、管状分離膜3の上下両端に連結されたエンド管4とエンドプラグ20がそれぞれバッフル7,8の挿通孔7a,8aに差し込まれている。そのため、管状分離膜3が振動ないし揺動してエンド管4及びエンドプラグ20が挿通孔7a,8aの内周面に当接してもゼオライト膜が損傷することがなく、長期にわたって安定して運転を行うことができる。   In this embodiment, the end pipe 4 and the end plug 20 connected to the upper and lower ends of the tubular separation membrane 3 are inserted into the insertion holes 7a and 8a of the baffles 7 and 8, respectively. Therefore, even if the tubular separation membrane 3 vibrates or swings so that the end tube 4 and the end plug 20 come into contact with the inner peripheral surfaces of the insertion holes 7a and 8a, the zeolite membrane is not damaged and is stably operated over a long period of time. It can be performed.

管状分離膜3の外径Cは、好ましくは3mm以上、より好ましくは6mm以上、さらに好ましくは10mm以上、好ましくは20mm以下、より好ましくは18mm以下、さらに好ましくは16mm以下である。外径Cが小さすぎると管状分離膜の強度が十分でなく壊れやすくなることがあり、大きすぎるとモジュール当りの膜面積が低下する。   The outer diameter C of the tubular separation membrane 3 is preferably 3 mm or more, more preferably 6 mm or more, further preferably 10 mm or more, preferably 20 mm or less, more preferably 18 mm or less, and further preferably 16 mm or less. If the outer diameter C is too small, the strength of the tubular separation membrane may be insufficient and may be easily broken, and if it is too large, the membrane area per module is reduced.

管状分離膜3のうちゼオライト膜で覆われた部分の長さは好ましくは20cm以上、好ましくは150cm以下である。これよりも短い場合には熱収縮フィルム21で被覆される箇所の割合が高くなるため、膜の分離に使用できる露出部の割合が低下し、これ以上長い場合には取扱いが難しくなることがある。   The length of the portion of the tubular separation membrane 3 covered with the zeolite membrane is preferably 20 cm or more, and preferably 150 cm or less. If the length is shorter than this, the ratio of the portion covered with the heat shrink film 21 is increased, so that the ratio of the exposed portion that can be used for the separation of the membrane is reduced, and if it is longer than this, the handling may be difficult. .

シールリング18,19としてはフッ素ゴムや、PTFEなどのフッ素樹脂よりなるものが好ましい。   The seal rings 18 and 19 are preferably made of fluorine rubber or fluorine resin such as PTFE.

バッフル7,8及びジョイント管17の材質は、通常、ステンレスなどの金属材料であるが、分離条件における耐熱性と供給、透過成分に対する耐性があれば特に限定されず、用途によっては、樹脂材料など他の材質に変更可能である。   The material of the baffles 7 and 8 and the joint tube 17 is usually a metal material such as stainless steel, but is not particularly limited as long as it has heat resistance and supply under separation conditions and resistance to a permeation component. It can be changed to other materials.

本発明の多管式分離膜モジュールにおいて、管状分離膜連結体は通常2〜850本配置され、管状分離膜連結体同士の最短距離は、2mm〜10mmとなるように配置されることが好ましい。ハウジングの大きさ、管状分離膜連結体の本数は処理する流体量によって適宜変更されるものである。   In the multitubular separation membrane module of the present invention, it is preferable that 2 to 850 tubular separation membrane assemblies are usually arranged, and the shortest distance between the tubular separation membrane assemblies is 2 mm to 10 mm. The size of the housing and the number of connected tubular separation membranes are appropriately changed depending on the amount of fluid to be processed.

本発明の多管式分離膜モジュールにおいて、分離または濃縮の対象となる被処理流体としては、分離膜によって分離または濃縮が可能な複数の成分からなる気体または液体の混合物であれば特に制限はなく、如何なる混合物であってもよいが、気体の混合物に使用することが好ましい。   In the multi-tubular separation membrane module of the present invention, the fluid to be separated or concentrated is not particularly limited as long as it is a gas or liquid mixture composed of a plurality of components that can be separated or concentrated by the separation membrane. Any mixture may be used, but it is preferably used for a gas mixture.

分離または濃縮の対象となる混合物が、例えば、有機化合物と水との混合物(以下これを、「含水有機化合物」と略称することがある。)の場合、ゼオライト膜に対する水の透過性が高い。従って、混合物から水を分離し、有機化合物を元の混合物中で濃縮するパーベーパレーション法(浸透気化法)、ベーパーパーミエーション法(蒸気透過法)と呼ばれる分離または濃縮方法を用いることができる。パーベーパレーション法は、液体の混合物をそのまま分離膜に導入する分離または濃縮方法であるため、分離または濃縮を含むプロセスを簡便なものにすることができる。   In the case where the mixture to be separated or concentrated is, for example, a mixture of an organic compound and water (hereinafter sometimes referred to as “hydrated organic compound”), the water permeability to the zeolite membrane is high. Therefore, a separation or concentration method called a pervaporation method (pervaporation method) or a vapor permeation method (vapor permeation method) in which water is separated from the mixture and the organic compound is concentrated in the original mixture can be used. The pervaporation method is a separation or concentration method in which a liquid mixture is directly introduced into a separation membrane, so that a process including separation or concentration can be simplified.

本発明において、分離または濃縮の対象となる混合物が、複数の成分からなる気体の混合物である場合、気体の混合物としては、例えば、二酸化炭素、酸素、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ノルマルブタン、イソブタン、1−ブテン、2-ブテン、イソブテン、六フッ化硫黄、ヘリウム、一酸化炭素、一酸化窒素、水などから選ばれる少なくとも1種の成分を含むものが挙げられる。これらの気体成分からなる混合物のうち、パーミエンスの高い気体成分は、分離膜を透過し分離され、パーミエンスの低い気体成分は供給ガス側に濃縮される。   In the present invention, when the mixture to be separated or concentrated is a gas mixture composed of a plurality of components, examples of the gas mixture include carbon dioxide, oxygen, nitrogen, methane, ethane, ethylene, propane, and propylene. And those containing at least one component selected from normal butane, isobutane, 1-butene, 2-butene, isobutene, sulfur hexafluoride, helium, carbon monoxide, nitrogen monoxide, water and the like. Among the mixture of these gas components, the gas component having a high permeance passes through the separation membrane and is separated, and the gas component having a low permeance is concentrated on the supply gas side.

本発明の多管式分離膜モジュールは、流体量、あるいは目的の分離度、濃縮度によって連結して使用することができる。流体量が多い場合または目的の分離度・濃縮度が高く1つのモジュールでは処理が十分できない場合には出口から出た流体をさらにもう一つのモジュールの入口に入るように配管を接続して使用することが好ましい。また分離度、濃縮度に応じてさらに連結して目的の分離度・濃縮度とすることができる。   The multi-tubular separation membrane module of the present invention can be used by being connected depending on the amount of fluid or the desired degree of separation and concentration. If the amount of fluid is large or the target separation / concentration is high and processing cannot be performed sufficiently with one module, connect the piping so that the fluid from the outlet enters the inlet of another module. It is preferable. Moreover, it can be further linked according to the degree of separation and the degree of concentration to obtain the desired degree of separation and concentration.

本発明の多管式分離膜モジュールを並列に設置して流体を分岐してガスを供給してもよい。この時さらに並列したそれぞれのモジュールに直列でモジュールを設置することもできる。並列としたモジュールを直列とする場合、供給ガス量が直列方向に低下し線速が低下するので、適宜線速を保つように並列の設置数を減少させることが好ましい。   The multi-tubular separation membrane module of the present invention may be installed in parallel to branch the fluid and supply gas. At this time, it is also possible to install modules in series with the modules in parallel. When the parallel modules are connected in series, the amount of gas to be supplied decreases in the serial direction and the linear velocity decreases. Therefore, it is preferable to reduce the number of parallel installations so as to keep the linear velocity appropriately.

モジュールを直列に配置する場合の透過した成分はモジュール毎に排出しても良く、モジュール間を連結して集合して排出しても良い。   The permeated components when the modules are arranged in series may be discharged for each module, or the modules may be connected together to be discharged.

1 多管式分離膜モジュール
2 ハウジング
3 管状分離膜
4 エンド管
5 支持板
6A トップカバー
6B ボトムカバー
6a 取出口
7,8 バッフル
7a,8a 挿通孔
9 流入口
10 流出口
11,12 室
13 主室
14 ロッド
16 流出室
17 ジョイント管
17b 凸条
17c 起立面
17d 溝
18,19 シールリング
20 エンドプラグ
21 熱収縮フィルム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multitubular separation membrane module 2 Housing 3 Tubular separation membrane 4 End pipe 5 Support plate 6A Top cover 6B Bottom cover 6a Outlet 7,8 Baffle 7a, 8a Insertion hole 9 Inlet 10 Outlet 11,12 Chamber 13 Main chamber 14 Rod 16 Outflow chamber 17 Joint pipe 17b Projection 17c Standing surface 17d Groove 18, 19 Seal ring 20 End plug 21 Heat shrink film

Claims (3)

筒状のハウジングと、
該ハウジング内に該ハウジングの長手方向に配置された複数の管状分離膜連結体と
を有し、
被処理流体が該ハウジング内を一端側から他端側に流れ、管状分離膜を透過した連通流体が該管状分離膜を通って取り出される多管式分離膜モジュールであって、
該管状分離膜連結体は、管状分離膜同士をジョイント管を介して連結したものであり、該ジョイント管と管状分離膜との接触面にシールリングが介在しており、
前記管状分離膜連結体が挿通された挿通孔を有するバッフルが、前記ジョイント管の部位に設けられていることを特徴とする多管式分離膜モジュール。
A tubular housing;
A plurality of tubular separation membrane connectors disposed in the housing in the longitudinal direction of the housing;
A multi-tubular separation membrane module in which a fluid to be treated flows from one end side to the other end in the housing, and a communication fluid that has permeated the tubular separation membrane is taken out through the tubular separation membrane;
The tubular separation membrane connector is obtained by connecting tubular separation membranes via a joint tube, and a seal ring is interposed on a contact surface between the joint tube and the tubular separation membrane ,
A multi-tubular separation membrane module , wherein a baffle having an insertion hole through which the tubular separation membrane connector is inserted is provided at a portion of the joint pipe .
請求項1において、前記管状分離膜は、管状の多孔質セラミック支持体と、該多孔質支持体の外周面に設けられたセラミック分離膜とを有しており、
前記ジョイント管は、一端側が一方の管状分離膜内に挿入され、他端側が他方の管状分離膜内に挿入されており、
該ジョイント管の外周面と管状分離膜の内周面との間に第1のシールリングが介在されており、
前記ジョイント管は、長手方向の途中の外周面に凸条が周設されており、該凸条の該長手方向の両端側は、該ジョイント管外周面と垂直な段差面となっており、
該管状分離膜の端面と該段差面との間に第2のシールリングが介在していることを特徴とする多管式分離膜モジュール。
In Claim 1, the tubular separation membrane has a tubular porous ceramic support and a ceramic separation membrane provided on the outer peripheral surface of the porous support,
The joint pipe has one end inserted into one tubular separation membrane and the other end inserted into the other tubular separation membrane.
A first seal ring is interposed between the outer peripheral surface of the joint pipe and the inner peripheral surface of the tubular separation membrane;
The joint pipe is provided with ridges on the outer peripheral surface in the middle of the longitudinal direction, and both end sides in the longitudinal direction of the ridge are stepped surfaces perpendicular to the outer peripheral surface of the joint pipe,
A multi-tubular separation membrane module, wherein a second seal ring is interposed between an end face of the tubular separation membrane and the stepped surface.
請求項1又は2において、前記ハウジングは筒軸心方向を上下方向としており、  In Claim 1 or 2, the above-mentioned housing makes the cylinder axial direction the up-and-down direction,
前記管状分離膜連結体の上端側を支持した支持板が該ハウジングの上部に設けられており、  A support plate that supports the upper end side of the tubular separation membrane connector is provided at the top of the housing,
前記ジョイント管の部位に設けられた前記バッフルは第3のバッフルであり、  The baffle provided at the joint pipe is a third baffle;
前記管状分離膜連結体の上部が挿通された挿通孔を有する第1のバッフルが該支持板の下側に配置され、  A first baffle having an insertion hole through which an upper part of the tubular separation membrane connector is inserted is disposed below the support plate;
前記管状分離膜連結体の下部が挿通された挿通孔を有する第2のバッフルが設けられており、  A second baffle having an insertion hole through which a lower part of the tubular separation membrane connector is inserted;
前記支持板と第1のバッフルとの間の室及び第2のバッフルの下側の室のうち一方の室に被処理流体を導入するように流入口が設けられ、他方の室から非透過流体を流出させるように流出口が設けられていることを特徴とする多管式分離膜モジュール。  An inflow port is provided so as to introduce a fluid to be processed into one of the chamber between the support plate and the first baffle and the chamber below the second baffle. A multi-tubular separation membrane module, characterized in that an outlet is provided so as to flow out.
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