CN103108690B - 水蒸汽选择透过膜及使用该透过膜从混合气体中分离水蒸汽的方法 - Google Patents
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Abstract
一种含有交联的亲水性聚合物的水蒸汽选择透过膜。水蒸汽选择透过膜可以进一步含有选自由铯化合物、钾化合物和铷化合物组成的组中的至少1种碱金属化合物。
Description
技术领域
本发明涉及水蒸汽选择透过膜及使用该透过膜从混合气体中分离水蒸汽的方法。
背景技术
作为从含有水蒸汽的混合气体中选择性地分离水蒸汽的方法，提出了使用具有由金属有机化合物或金属无机化合物制造的凝胶层的分离膜作为水蒸汽选择透过膜的方法(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-50129号公报
发明内容
发明所要解决的问题
以往的水蒸汽选择透过膜在水蒸汽的透过速度及用于使水蒸汽在CO2等其他气体共存下选择性地透过的选择性方面不一定充分。
因此，本发明的目的在于提供能够使水蒸汽以高透过速度和高选择性透过的水蒸汽选择透过膜。
用于解决问题的方法
本发明的水蒸汽选择透过膜含有交联的亲水性聚合物。该水蒸汽选择透过膜优选还含有碱金属化合物。或者，本发明的水蒸汽选择透过膜可以含有亲水性聚合物和碱金属化合物。
根据上述本发明的水蒸汽选择透过膜，能够使水蒸汽以高透过速度和高选择性透过。
从提高水蒸汽的透过速度和选择性的观点出发，上述碱金属化合物可以含有选自由铯化合物、钾化合物和铷化合物组成的组中的至少1种。在碱金属化合物包含铯化合物的情况下，以亲水性聚合物和碱金属化合物的合计质量为基准的铯的浓度可以为0.003摩尔/g以下。在碱金属化合物包含钾化合物和/或铷化合物的情况下，以亲水性聚合物和碱金属化合物的合计质量为基准的钾和铷的合计浓度可以为0.005摩尔/g以下。
在另一侧面，本发明涉及一种从混合气体中分离水蒸汽的方法。本发明的方法具备通过使含有水蒸汽的混合气体中的水蒸汽透过上述本发明的水蒸汽选择透过膜而从混合气体中分离水蒸汽的工序。例如，优选向水蒸汽选择透过膜的一个表面侧供给含有水蒸汽的混合气体，使水蒸汽选择透过膜的另一个表面侧的水蒸汽的分压低于混合气体中的水蒸汽的分压，由此使水蒸汽透过水蒸汽选择透过膜。此时，可以在实质上不使用吹扫气的条件下使该水蒸汽选择透过膜的另一个表面侧的水蒸汽的分压低于混合气体的水蒸汽的分压。
根据本发明的方法，能够以高透过速度和高选择性从含有水蒸汽的混合气体中分离水蒸汽。
本发明的水蒸汽选择透过膜能够使水蒸汽以相对于CO2而言高的选择性透过，因此，在从含有水蒸汽和CO2气体的混合气体中分离水蒸汽时，本发明的方法特别有用。
发明效果
根据本发明的水蒸汽选择透过膜，能够使水蒸汽以高透过速度和高选择性透过。本发明的水蒸汽选择透过膜即使在超过100℃的高温下也能够发挥高的透过速度和选择性。另外，本发明的水蒸汽选择透过膜为有机膜，与无机膜相比，还具有成形加工容易、每单位膜面积的成本低等优点。
附图说明
图1是表示具备水蒸汽选择透过膜的膜层叠体的一个实施方式的截面图。
图2是表示具备水蒸汽选择透过膜的气体处理装置的一个实施方式的截面图。
图3是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与温度的关系的图。
图4是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Cs浓度的关系的图。
图5是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Cs浓度的关系的图。
图6是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Cs浓度的关系的图。
图7是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Cs浓度的关系的图。
图8是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Cs浓度的关系的图。
图9是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与K浓度的关系的图。
图10是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与K浓度的关系的图。
图11是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Rb浓度的关系的图。
图12是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Rb浓度的关系的图。
图13是表示水蒸汽透过率与供给(Feed)侧压力的关系及水蒸汽/CO2选择性与供给侧压力的关系的图。
具体实施方式
下面，对本发明的优选实施方式详细地进行说明。但是，本发明并不限定于以下的实施方式。
图1是表示具备水蒸汽选择透过膜的膜层叠体的一个实施方式的截面图。图1所示的膜层叠体10由水蒸汽选择透过膜1和设置在水蒸汽选择透过膜1的两侧的多孔膜2a和2b构成。
水蒸汽选择透过膜1具有含有交联的亲水性聚合物的凝胶状亲水性聚合物层。亲水性聚合物层为亲水性聚合物进行交联而形成三维网状结构的水凝胶。水凝胶大多具有通过吸收水而溶胀的性质。亲水性聚合物从例如聚乙烯醇-聚丙烯酸盐共聚物(PVA-PAA盐共聚物)、聚乙烯醇、聚丙烯酸、壳聚糖、聚乙烯胺、聚烯丙胺和聚乙烯吡咯烷酮中选择。PVA-PAA盐共聚物的水凝胶和聚乙烯醇的水凝胶的交联度可以利用戊二醛等二醛化合物和/或甲醛等醛化合物进一步进行调节。本领域技术人员有时也将PVA-PAA盐共聚物称为PVA-PAA共聚物。
亲水性聚合物层优选含有选自由铯化合物、钾化合物和铷化合物组成的组中的至少1种碱金属化合物。该碱金属化合物作为促进水分的选择性透过的载体发挥作用。碱金属化合物例如为选自铯(Cs)、钾(K)和铷(Rb)中的碱金属的氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、羧酸盐(醋酸盐等)或氯化物。亲水性聚合物层可以在含有选自铯化合物、钾化合物和铷化合物中的碱金属化合物的基础上进一步含有锂化合物和/或钠化合物。
在碱金属化合物包含铯化合物的情况下，以亲水性聚合物和碱金属化合物的合计质量为基准的铯的浓度优选为0.003摩尔/g以下。在碱金属化合物包含钾化合物和/或铷化合物的情况下，以亲水性聚合物和碱金属化合物的合计质量为基准的钾和铷的合计浓度优选为0.005摩尔/g以下。通过使水蒸汽选择透过膜中的碱金属的浓度在这些数值范围内，能够使水蒸汽相对于CO2以更高的选择性透过。但是，在这些浓度的计算中，锂化合物和钠化合物的质量不包括在碱金属化合物的合计质量中。
选自由铯化合物、钾化合物和铷化合物组成的组中的至少1种碱金属的浓度的下限没有特别限制，优选以亲水性聚合物和碱金属化合物的合计质量为基准计为0.001摩尔/g以上。
水蒸汽选择透过膜1可以具有含有未交联的亲水性聚合物和选自由铯化合物、钾化合物和铷化合物组成的组中的至少1种碱金属化合物的亲水性聚合物层。此时使用的亲水性聚合物例如从聚乙烯醇、聚丙烯酸、壳聚糖、聚乙烯胺、聚烯丙胺和聚乙烯吡咯烷酮中选择。作为碱金属化合物，可以使用与上述同样的碱金属化合物。碱金属的优选的浓度范围也与上述同样。
水蒸汽选择透过膜1优选由上述亲水性聚合物层和多孔膜构成且亲水性聚合物层中的至少一部分填充在多孔膜中。该多孔膜优选具有亲水性。作为亲水性的多孔膜，可以列举例如：亲水化的聚四氟乙烯多孔膜(亲水性PTFE多孔膜)、亲水性的陶瓷多孔膜(氧化铝多孔膜等)。
多孔膜2a、2b优选具有疏水性。作为疏水性的多孔膜，可以列举例如未进行亲水化的聚四氟乙烯多孔膜(疏水性PTFE多孔膜)。多孔膜2a、2b未必一定设置。
膜层叠体10可以通过例如下述方法来制造，所述方法具备：准备含有亲水性聚合物和根据需要含有的碱金属化合物及溶解这些物质的水的浇注溶液的工序；在一个多孔膜2a上形成浇注溶液的膜的工序；对浇注溶液的膜进行干燥而形成亲水性聚合物层的工序；以及在亲水性聚合物层上设置另一个多孔膜2b的工序。
浇注溶液可以通过将亲水性聚合物和碱金属化合物溶解在水中来准备。通过向浇注溶液中加入戊二醛等交联剂，能够使亲水性聚合物化学性地交联。为了使亲水性聚合物的交联进行，可以根据需要对浇注溶液进行加热。
可以将浇注溶液进行浇注而形成浇注溶液的膜。浇注可以通过使用涂膜器等的通常的方法来进行。通过在疏水性的多孔膜2a上设置亲水性的多孔膜并将浇注溶液浇注到亲水性的多孔膜上而将浇注溶液的一部分填充到亲水性的多孔膜中。
通过从浇注溶液的膜中除去水，形成凝胶状的亲水性聚合物层。然后，可以通过加热使亲水性聚合物进一步交联。
在具有亲水性聚合物层的水蒸汽选择透过膜1上层叠多孔膜2b，得到膜层叠体10。
本实施方式的膜层叠体可以用于从含有水蒸汽和其他气体的混合气体中分离水蒸汽。将含有水蒸汽的混合气体供给至多孔膜2a侧(供给侧)，使水蒸汽透过水蒸汽选择透过膜1，从而将透过的水蒸汽分离到多孔膜2b侧。通过使膜层叠体10的与多孔膜2a相反的一侧的水蒸汽的分压低于供给至多孔膜2a侧的混合气体的水蒸汽的分压，能够使水蒸汽高效地透过水蒸汽选择透过膜1。可以向多孔膜2b侧连续地供给Ar气体等吹扫气。但是，在例如对从混合气体中回收的水蒸汽进行再利用的情况下，优选在实质上不使用吹扫气的条件下调节水蒸汽的分压差。通过不使用吹扫气，能够特别容易地对高纯度的水蒸汽进行再利用。水蒸汽的分压差可以通过使多孔膜2a侧的总压力高于多孔膜2b侧的总压力等方法来调节。水蒸汽选择透过膜1也可以用于混合气体的除湿等水蒸汽的再利用以外的用途。
使水蒸汽透过时，优选将水蒸汽选择透过膜1加热至100~200℃。本实施方式的水蒸汽选择透过膜即使在这样的高温下也能够发挥高水蒸汽透过性和高水蒸汽选择性。因此，能够将高温的水蒸汽在没有通过冷却进行液化的情况下回收并进行再利用。根据该方法，与对通过冷却进行液化后的水再次进行加热而形成水蒸汽后再利用的情况相比，能够有效地利用水蒸汽的潜热，因此，能够实现更高的能量效率。需要说明的是，在将透过水蒸汽选择透过膜后的水蒸汽不以水蒸汽状态进行再利用等的情况下，可以将回收的水蒸汽通过冷却进行液化而回收。
本实施方式的水蒸汽选择透过膜1特别优选用于从含有水蒸汽和CO2的混合气体中分离水蒸汽。例如，可以组合以下方法：使含有CO2气体的原料气体中的CO2气体透过CO2选择透过膜，将透过的CO2气体与作为吹扫气的水蒸汽一起回收；使含有水蒸汽和CO2气体的混合气体中的水蒸汽透过水蒸汽选择透过膜而从混合气体中分离水蒸汽；将分离出的水蒸汽作为吹扫气进行再利用。通过采用了上述组合的方法，能够以高的能量效率从含有CO2的气体中回收CO2。
水蒸汽选择透过膜并不限于以上说明的实施方式，在不脱离本发明的主旨的情况下可以进行适当变形。例如，水蒸汽选择透过膜可以成形为筒状。
图2是表示具备筒状水蒸汽选择透过膜的气体处理装置的一个实施方式的截面图。图2的(a)表示与气体处理装置的长度方向垂直的截面，图2的(b)表示与气体处理装置的长度方向平行的截面。图2所示的气体处理装置20具备圆筒状水蒸汽选择透过膜1和用于收容水蒸汽选择透过膜1的圆筒状容器5。水蒸汽选择透过膜1由圆筒状亲水性聚合物层3和设置于其内侧的圆筒状多孔膜4构成。亲水性聚合物层3的一部分填充于多孔膜4中。图2的亲水性聚合物层3和多孔膜4可以由分别与构成图1的水蒸汽选择透过膜1的亲水性聚合物层和多孔膜相同的材料形成。亲水性聚合物层3可以负载于多孔膜4的内周面侧。筒状水蒸汽选择透过膜的截面形状不一定需要为正圆形，可以变形为椭圆等任意的形状。
容器5和水蒸汽选择透过膜1通过用水蒸汽选择透过膜1将容器5的内部隔开而形成含有水蒸汽的混合气体30流入的供给侧的空间11和包含含有透过水蒸汽选择透过膜1的水蒸汽的排出气体35的吹扫(Sweep)侧的空间12。容器5具有设置在一个端部的、使供给侧的空间11与容器5的外部连通的开口部21以及设置在另一个端部的、使供给侧的空间11与容器5的外部连通的开口部21和使吹扫侧的空间12与容器5的外部连通的开口部25。混合气体30从开口部21供给至供给侧的空间11并从开口部22排出。透过水蒸汽选择透过膜1而从混合气体30中分离出来的水蒸汽被回收到从开口部25排出的排出气体35中。可以与上述同样地使水蒸汽从吹扫侧的空间12中流过。
[实施例]
以下，列举实施例对本发明更具体地进行说明。但是，本发明并不限定于这些实施例。
(研究1)
1.含有水蒸汽选择透过膜的膜层叠体的制作
(1)PVA-PAA盐共聚物
使2.0g PVA-PAA盐共聚物(住友精化制造，以下称为“SS凝胶”)在室温下溶解于80.0g离子交换水中。向得到的SS凝胶溶液中加入0.064g的25质量%的戊二醛水溶液。接着，将溶液在95℃下加热12小时，使利用戊二醛的化学交联进行，得到浇注溶液。
在玻璃板上放置疏水性PTFE多孔膜(住友电工制造，Fluoropore FP-010)，在其上放置亲水性PTFE多孔膜(住友电工制造，WPW-020-80)。使用贝克涂膜器，将上述浇注液以厚度为500μm的方式浇注到亲水性PTFE多孔膜上。此时，浇注溶液的一部分填充在亲水性PTFE多孔膜内。然后，在湿度保持于约5%的干燥箱内用约12小时使浇注后的浇注液干燥，形成凝胶层。干燥后，将所形成的凝胶层与玻璃板一起放入保持于120℃的恒温槽中，进行2小时的热交联，形成由亲水性PTFE多孔膜和凝胶层构成的水蒸汽选择透过膜。进一步在水蒸汽选择透过膜上层叠疏水性PTFE多孔膜，得到具有疏水性PTFE多孔膜/水蒸汽选择透过膜/疏水性PTFE多孔膜三层构成的膜层叠体。
(2)PVA-PAA盐共聚物/CsOH
使2.0g PVA-PAA盐共聚物(SS凝胶)在室温下溶解于80.0g离子交换水中。向得到的SS凝胶水溶液中加入0.064g的25质量%的戊二醛水溶液。接着，将溶液在95℃下加热12小时，使利用戊二醛的化学交联进行。然后，加入作为载体的CsOH，并使其溶解，得到浇注溶液。对CsOH的量进行调节，以使CsOH相对于SS凝胶和CsOH的合计质量的浓度为30质量%。此时，Cs的摩尔浓度以SS凝胶和CsOH的合计质量为基准计为0.002摩尔/g。
在玻璃板上放置疏水性PTFE多孔膜(住友电工制造，Fluoropore FP-010)，在其上放置亲水性PTFE多孔膜(住友电工制造，WPW-020-80)。使用贝克涂膜器，将上述浇注液以厚度为500μm的方式浇注到亲水性PTFE多孔膜上。然后，在湿度保持于约5%的干燥箱内用约12小时使浇注后的浇注液干燥，形成凝胶层。干燥后，将所形成的凝胶层与玻璃板一起放入保持于120℃的恒温槽中，进行2小时的热交联，形成由亲水性PTFE多孔膜和凝胶层构成的水蒸汽选择透过膜。进一步在水蒸汽选择透过膜上层叠疏水性PTFE多孔膜，得到具有疏水性PTFE多孔膜/水蒸汽选择透过膜/疏水性PTFE多孔膜三层构成的膜层叠体。
(3)PVA/CsOH
使0.219g作为载体的CsOH溶解在10.25g的5质量%的PVA水溶液中，得到浇注溶液。此时，Cs的摩尔浓度以PVA和CsOH的合计质量为基准计为0.002摩尔/g。
在玻璃板上放置疏水性PTFE多孔膜(住友电工制造，Fluoropore FP-010)，在其上放置亲水性PTFE多孔膜(住友电工制造，WPW-020-80)。使用贝克涂膜器，将上述浇注液以厚度为500μm的方式浇注到亲水性PTFE多孔膜上。然后，在湿度保持于约5%的干燥箱内用约12小时使浇注后的浇注液干燥，形成由亲水性PTFE多孔膜和PVA层构成的水蒸汽选择透过膜。进一步在水蒸汽选择透过膜上层叠疏水性PTFE多孔膜，得到具有疏水性PTFE多孔膜/水蒸汽选择透过膜/疏水性PTFE多孔膜三层构成的膜层叠体。
(4)PVA(比较用膜)
在玻璃板上放置疏水性PTFE多孔膜(住友电工制造，Fluoropore FP-010)，在其上放置亲水性PTFE多孔膜(住友电工制造，WPW-020-80)。使用贝克涂膜器，将5质量%的PVA水溶液以厚度为500μm的方式浇注到亲水性PTFE多孔膜上。然后，在湿度保持于约5%的干燥箱内用约12小时使浇注后的PVA水溶液干燥，形成由亲水性PTFE多孔膜和PVA层构成的水蒸汽选择透过膜。进一步在水蒸汽选择透过膜上层叠疏水性PTFE多孔膜，得到具有疏水性PTFE多孔膜/水蒸汽选择透过膜/疏水性PTFE多孔膜三层构成的膜层叠体。
2.气体透过性能的评价
将膜层叠体安装到膜评价装置中，进行气体透过性能的评价。在将膜层叠体加热至预定温度的同时，向膜层叠体的一个表面侧(供给侧)供给含有CO2、N2和H2O(水蒸汽)的原料气体，并使作为吹扫气的Ar气体在与供给侧相反的一侧(吹扫侧)流过。利用冷却捕集器从含有从供给侧透过至吹扫侧的气体和Ar气体的排出气体中回收水，并每隔一定时间对其量进行定量，基于其量计算出作为水蒸汽透过速度的指标的膜的水蒸汽透过率[mol/(m2·s·kPa)]。利用气相色谱法对其余的排出气体的组成进行定量，并由其结果和Ar气体流量计算出膜的CO2透过率[mol/(m2·s·kPa)]。进而，计算出水蒸汽透过率相对于CO2透过率之比(水蒸汽透过率/CO2透过率)作为水蒸汽透过相对于CO2透过的选择性(水蒸汽/CO2选择性)。将气体透过性能的评价条件示于下表中。
[表1]
*供给侧的水蒸汽百分率为50%
图3是表示关于仅使用SS凝胶的膜、使用SS凝胶/CsOH的膜、使用PVA/CsOH的膜、仅使用PVA的膜各膜的、水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与温度的关系的图。仅使用SS凝胶的膜、使用SS凝胶/CsOH的膜和使用PVA/CsOH的膜中的任意一种膜与仅由PVA形成的比较用膜相比均显示出高的水蒸汽透过率。任意一种膜均显示出某种程度以上的水蒸汽/CO2选择性，从而确认其能够作为水蒸汽选择透过膜使用。其中，使用SS凝胶的膜在高温范围内显示出特别高的水蒸汽/CO2选择性。
(研究2)
1.含有水蒸汽选择透过膜的膜层叠体的制作
使用CsOH、Cs2CO3、CsNO3、CH3COOCs或CsCl作为载体，按照与研究1同样的步骤制作具备含有下述各表所示浓度的载体和SS凝胶的水蒸汽选择透过膜的膜层叠体。各表中，Cs浓度为Cs的摩尔数相对于SS凝胶和载体(CsOH)的合计质量(g)的比例，载体浓度为载体的质量相对于SS凝胶和载体的合计质量的比例。
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
2.气体透过性能的评价
按照与研究1同样的步骤和条件评价各膜的CO2透过率和水蒸汽/CO2选择性。图4、图5、图6、图7和图8分别为表示关于使用CsOH、Cs2CO3、CsNO3、CH3COOCs或CsCl作为载体的膜的、水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Cs浓度的关系的图。任意一种膜均显示出高的水蒸汽透过率和水蒸汽/CO2选择性，因此，确认了各种Cs化合物作为用于提高透过性能的载体有用。Cs浓度增大至某种程度时，虽然观察到水蒸汽/CO2选择性存在降低的倾向，但维持了能够使水蒸汽选择性地透过的程度的选择性。
(研究3)
1.含有水蒸汽选择透过膜的膜层叠体的制作
使用KOH、K2CO3、RbOH或Rb2CO3作为载体，按照与研究1同样的步骤制作具备含有下述各表所示浓度的载体和SS凝胶的水蒸汽选择透过膜的膜层叠体。在表7~10中，载体量为KOH、K2CO3、RbOH或Rb2CO3的量，K浓度等为K等的摩尔数相对于SS凝胶和载体(KOH等)的合计质量(g)的比例，载体浓度为载体的质量相对于SS凝胶和载体(KOH等)的合计质量的比例。
[表7]
[表8]
[表9]
[表10]
2.气体透过性能的评价
按照与研究1同样的步骤和条件评价各膜的CO2透过率和水蒸汽/CO2选择性。图9、图10、图11和图12分别为表示关于使用KOH、K2CO3、RbOH和Rb2CO3作为载体的膜的、水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Cs浓度的关系的图。任意一种膜均显示出高的水蒸汽透过率和水蒸汽/CO2选择性。由图9~12所示的结果确认到：通过使用K化合物或Rb化合物，与仅使用SS凝胶的膜相比，高温范围内的水蒸汽透过率进一步提高。Rb等的浓度增大至某种程度时，虽然观察到水蒸汽/CO2选择性存在降低的倾向，但维持了能够使水蒸汽选择性地透过的程度的选择性。
(研究4)
对于按照与研究1同样的步骤制作的仅使用SS凝胶的膜，不使用吹扫气，在下表中所示的条件下进行气体透过性能的评价。
[表11]
图13为表示水蒸汽透过率与供给侧压力的关系及水蒸汽/CO2选择性与供给侧压力的关系的图。如图13所示，确认到：即使不使用吹扫气，通过在供给侧和吹扫侧对水蒸汽的分压设置差值，也能够得到高的水蒸汽透过率和水蒸汽/CO2选择性。
(研究5)
准备具有与图2所示气体处理装置同样的构成的装置。使用圆筒状陶瓷多孔膜(氧化铝多孔膜)作为多孔膜4，在其外周面上负载含有SS凝胶和作为载体的CsCl的亲水性聚合物层3。载体浓度为15质量%。使用准备的装置，在下表中所示条件下进行气体透过性能的评价。表中的CO2流量、Ar流量以25℃、1个大气压下的体积流量表示。H2O供给量以液态H2O的供给量表示。液态H2O通过加热而气化，并将气化后的H2O与CO2的混合气体供给至供给侧。混合气体的水蒸汽百分率为82%。表中所示的压力为绝对压力。
[表12]
气体透过性能评价的结果是，水蒸汽透过率为3.1×10-3[mol/(m2·s·kPa)]，水蒸汽/CO2选择性为2.9×103。由该结果确认了，圆筒状水蒸汽选择透过膜也具有非常优良的水蒸汽透过性和水蒸汽/CO2选择性。
[产业上的可利用性]
本发明的水蒸汽选择透过膜能够用于从含有水蒸汽的混合气体中选择性地分离水蒸汽。
标号说明
1…水蒸汽选择透过膜、
2a、2b…多孔膜、
3…亲水性聚合物层、
4…水蒸汽选择透过膜的多孔膜、
10…膜层叠体、
20…气体处理装置、
30…含有水蒸汽的混合气体。
Claims (6)
1.一种水蒸汽选择透过膜，其含有亲水性聚合物和选自由铯化合物、钾化合物和铷化合物组成的组中的至少1种碱金属化合物，
碱金属化合物为碱金属的氢氧化物、碳酸盐或羧酸盐，
所述亲水性聚合物是从聚乙烯醇-聚丙烯酸盐共聚物、聚丙烯酸、壳聚糖、聚乙烯胺、聚烯丙胺和聚乙烯吡咯烷酮中选择的交联的亲水性聚合物，
所述水蒸汽选择透过膜是在从混合气体中分离水蒸汽的方法中使用的水蒸汽分离用膜，所述方法具备如下工序：
在使所述水蒸汽选择透过膜的水蒸汽透过率高于所述水蒸汽选择透过膜的CO2透过率的同时，使含有水蒸汽和CO2的混合气体中的水蒸汽透过水蒸汽选择透过膜，由此，从所述混合气体中分离水蒸汽。
2.如权利要求1所述的水蒸汽选择透过膜，其中，所述碱金属化合物包含铯化合物，且以所述亲水性聚合物和所述碱金属化合物的合计质量为基准的铯的浓度为0.003摩尔/g以下。
3.如权利要求1所述的水蒸汽选择透过膜，其中，所述碱金属化合物包含钾化合物和/或铷化合物，且以所述亲水性聚合物和所述碱金属化合物的合计质量为基准的钾和铷的合计浓度为0.005摩尔/g以下。
4.一种从混合气体中分离水蒸汽的方法，其具备如下工序：
在使水蒸汽选择透过膜的水蒸汽透过率高于所述水蒸汽选择透过膜的CO2透过率的同时，使含有水蒸汽和CO2的混合气体中的水蒸汽透过权利要求1～3中任一项所述的水蒸汽选择透过膜，由此，从所述混合气体中分离水蒸汽。
5.如权利要求4所述的方法，其中，向该水蒸汽选择透过膜的一个表面侧供给含有水蒸汽的所述混合气体，使该水蒸汽选择透过膜的另一个表面侧的水蒸汽的分压低于所述混合气体的水蒸汽的分压，由此使水蒸汽透过所述水蒸汽选择透过膜。
6.如权利要求5所述的方法，其中，在实质上不使用吹扫气的条件下使该水蒸汽选择透过膜的所述另一个表面侧的水蒸汽的分压低于所述混合气体的水蒸汽的分压。
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