CN115605283A - 分离膜组件 - Google Patents

分离膜组件 Download PDF

Info

Publication number
CN115605283A
CN115605283A CN202180015311.3A CN202180015311A CN115605283A CN 115605283 A CN115605283 A CN 115605283A CN 202180015311 A CN202180015311 A CN 202180015311A CN 115605283 A CN115605283 A CN 115605283A
Authority
CN
China
Prior art keywords
separation membrane
zeolite membrane
sealing member
zeolite
container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180015311.3A
Other languages
English (en)
Inventor
中西贵大
清水克哉
木下直人
市川真纪子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Publication of CN115605283A publication Critical patent/CN115605283A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/003—Membrane bonding or sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/06—Tubular membrane modules
    • B01D63/066—Tubular membrane modules with a porous block having membrane coated passages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/1213—Laminated layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/0215—Silicon carbide; Silicon nitride; Silicon oxycarbide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/028—Molecular sieves
    • B01D71/0281—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/04—Specific sealing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/04—Specific sealing means
    • B01D2313/041—Gaskets or O-rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/04—Specific sealing means
    • B01D2313/042—Adhesives or glues
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/22—Thermal or heat-resistance properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

分离膜组件(21)具备：分离膜复合体(1)，其具有支撑体(11)及设置于支撑体(11)的分离膜(12)；收纳容器(22)，其对分离膜复合体(1)进行收纳；以及密封部件(23)，其在收纳容器(22)的内部所设置的支撑面(24)和分离膜复合体(1)的被支撑面(14)之间与这两者密合。密封部件(23)与被支撑面(14)之间的第一静摩擦系数、和/或、密封部件(23)与支撑面(24)之间的第二静摩擦系数为0.5以下。第一静摩擦系数和/或第二静摩擦系数乘以密封部件(23)的压缩力[N]、再除以分离膜复合体(1)的质量[kg]得到的值大于0.7。

Description

分离膜组件
技术领域
本发明涉及分离膜组件。
[关联申请的参考]
本申请主张2020年6月5日申请的日本专利申请JP2020-098750的优先权利益，该申请的全部公开内容均引入本申请中。
背景技术
以往就在利用分离膜组件。例如，日本特开2020-23432号公报(文献 1)中公开一种分离膜组件，其是将沸石及无机多孔质支撑体的复合体和致密部件以无机粘接剂进行接合得到的。另外，日本特开2009-226395号公报(文献2)中公开一种分离膜组件，其是将多个分离膜部件串联连结并装填于耐压容器内得到的。该分离膜组件中，在将分离膜部件连结的连结部件设置有使针对耐压容器内表面的摩擦阻力降低的摩擦阻力降低结构。应予说明，日本特开2004-83375号公报(文献3)及国际公开WO2011/ 105511号(文献4)中记载一种DDR型沸石的制造方法。另外，国际公开WO2018/180095号(文献5)中记载了针对分离膜组件检查气体泄漏的方法。
不过，分离膜组件中，具有分离膜及支撑体的分离膜复合体在收纳容器内被支撑。分离膜组件的一例中，在收纳容器的容器主体的内表面与分离膜复合体的外表面之间设置有与两者密合的密封部件，将分离膜复合体采用密封部件在收纳容器内进行支撑。通常，密封部件与分离膜复合体的外表面及容器主体的内表面之间的摩擦力较大(滑动较差)，密封部件的更换非常费事。然而，与分离膜相比，密封部件因使用条件(温度、气体种类等)而更早地发生劣化，因此，需要定期更换密封部件，为了提高可维护性，也需要使密封部件容易更换。
例如，如日本特开2009-226395号公报(上述文献2)中所记载那样，也考虑通过在密封部件设置2个以上的凸部而使上述摩擦力变小(容易滑动)，但是，振动、冲击作用于分离膜组件的情况下，在密封部件与分离膜复合体的外表面或容器主体的内表面之间发生滑动，无法在收纳容器内适当支撑分离膜复合体并确保气密性。在收纳容器内隔着密封部件而将分离膜复合体安装于容器主体的除内表面以外的支撑面的情况下，也具有上述问题。
发明内容
本发明涉及分离膜组件，其目的在于，在收纳容器内适当地支撑分离膜复合体，且容易地进行分离膜复合体相对于收纳容器的安装及拆卸。
本发明所涉及的分离膜组件具备：分离膜复合体，该分离膜复合体具有支撑体及设置于所述支撑体的分离膜；收纳容器，该收纳容器对所述分离膜复合体进行收纳；以及密封部件，该密封部件在所述收纳容器的内部所设置的支撑面和所述分离膜复合体的被支撑面之间与这两者密合，所述密封部件与所述被支撑面之间的第一静摩擦系数、和/或、所述密封部件与所述支撑面之间的第二静摩擦系数为0.5以下，所述第一静摩擦系数和 /或所述第二静摩擦系数乘以所述密封部件的压缩力[N]、再除以所述分离膜复合体的质量[kg]得到的值大于0.7。
根据本发明，能够在收纳容器内适当地支撑分离膜复合体，且容易地进行分离膜复合体相对于收纳容器的安装及拆卸。
优选为，将分离膜组件于100℃加热72小时的情况下，加热后的所述分离膜复合体的气体透过量相对于加热前的所述分离膜复合体的气体透过量的比率为80％以上。
优选为，在所述密封部件的表面涂布有润滑剂。
优选为，将所述润滑剂于100℃加热72小时时的所述润滑剂的质量减少率为5％以下。
优选为，所述支撑面为所述收纳容器的主体的内表面的一部分，所述被支撑面为所述分离膜复合体的外表面的一部分。
优选为，所述分离膜为沸石膜。
优选为，所述沸石膜具有8元氧环以下的细孔结构。
上述目的及其他目的、特征、方案及优点通过以下参照附图而进行的本发明的详细说明而加以明确。
附图说明
图1是表示分离装置的结构的图。
图2是沸石膜复合体的截面图。
图3是将沸石膜复合体的一部分放大示出的截面图。
图4是表示对密封部件与收纳容器的支撑面之间的静摩擦系数进行测定的样子的图。
图5是表示对密封部件与沸石膜复合体的被支撑面之间的静摩擦系数进行测定的样子的图。
图6是表示分离膜组件的另一例子的图。
具体实施方式
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的分离装置2的概要结构的图。图1中省略了一部分构成的截面处的平行斜线。分离装置2是：使针对后述的沸石膜复合体1的透过性高的物质从流体(即、气体或液体)中分离出来的装置。分离装置2中的分离的目的可以为：例如将透过性高的物质从流体中提取出来、对透过性低的物质进行浓缩。
上述流体可以为一种气体或包含多种气体的混合气体，也可以为一种液体或包含多种液体的混合液，还可以为同时包含气体及液体的气液二相流体。
流体包含例如氢(H2)、氦(He)、氮(N2)、氧(O2)、水(H2O)、水蒸汽(H2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮氧化物、氨(NH3)、硫氧化物、硫化氢(H2S)、氟化硫、汞(Hg)、胂(AsH3)、氰化氢(HCN)、羰基硫(COS)、C1～C8的烃、有机酸、醇、硫醇类、酯、醚、酮及醛中的1种以上的物质。
氮氧化物是氮和氧的化合物。上述的氮氧化物为例如一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、氧化亚氮(也称为一氧化二氮)(N2O)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)、五氧化二氮(N2O5)等称之为NOX (Nox)的气体。
硫氧化物是硫和氧的化合物。上述的硫氧化物为例如二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)等称之为SOX(Sox)的气体。
氟化硫是氟和硫的化合物。上述的氟化硫为例如二氟化二硫(F-S-S-F、 S＝SF2)、二氟化硫(SF2)、四氟化硫(SF4)、六氟化硫(SF6)或十氟化二硫(S2F10)等。
C1～C8的烃是碳为1个以上且8个以下的烃。C3～C8的烃可以为直链化合物、侧链化合物及环式化合物中的任一者。另外，C2～C8的烃可以为饱和烃(即、分子中不存在双键及三键的烃)、不饱和烃(即、分子中存在双键和/或三键的烃)中的任一者。C1～C4的烃为例如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、丙烷(C3H8)、丙烯(C3H6)、正丁烷 (CH3(CH2)2CH3)、异丁烷(CH(CH3)3)、1-丁烯(CH2＝CHCH2CH3)、 2-丁烯(CH3CH＝CHCH3)或异丁烯(CH2＝C(CH3)2)。
上述的有机酸为羧酸或磺酸等。羧酸为例如甲酸(CH2O2)、乙酸 (C2H4O2)、草酸(C2H2O4)、丙烯酸(C3H4O2)或苯甲酸(C6H5COOH) 等。磺酸为例如乙磺酸(C2H6O3S)等。该有机酸可以为链式化合物，也可以为环式化合物。
上述的醇为例如甲醇(CH3OH)、乙醇(C2H5OH)、异丙醇(2-丙醇)(CH3CH(OH)CH3)、乙二醇(CH2(OH)CH2(OH))或丁醇 (C4H9OH)等。
硫醇类是末端具有被氢化的硫(SH)的有机化合物，且是也被称之为 Thiol或Thioalcohol的物质。上述的硫醇类为例如甲硫醇(CH3SH)、乙硫醇(C2H5SH)或1-丙硫醇(C3H7SH)等。
上述的酯为例如甲酸酯或乙酸酯等。
上述的醚为例如二甲醚((CH3)2O)、甲基乙基醚(C2H5OCH3) 或二乙醚((C2H5)2O)等。
上述的酮为例如丙酮((CH3)2CO)、甲基乙基酮(C2H5COCH3) 或二乙基酮((C2H5)2CO)等。
上述的醛为例如乙醛(CH3CHO)、丙醛(C2H5CHO)或丁醛 (Butyraldehyde)(C3H7CHO)等。
以下说明中，以利用分离装置2分离的流体为包含多种气体的混合物质(即、混合气体)为例进行说明。
分离装置2具备：分离膜组件21、供给部26、第一回收部27、以及第二回收部28。分离膜组件21具备：沸石膜复合体1、收纳容器22、以及2个密封部件23。沸石膜复合体1及密封部件23收纳于收纳容器22内。供给部26、第一回收部27及第二回收部28配置于收纳容器22的外部而与收纳容器22连接。
图2是沸石膜复合体1的截面图。图3是将沸石膜复合体1的一部分放大示出的截面图。图2中省略了后述的密封部13的图示。沸石膜复合体 1为分离膜复合体，其具备：多孔质的支撑体11、以及设置在支撑体11 上的分离膜即沸石膜12。沸石膜12为至少沸石呈膜状形成于支撑体11的表面得到的膜，不含仅仅是使沸石粒子分散于有机膜中得到的膜。另外，沸石膜12可以包含结构、组成不同的2种以上的沸石。图2中，以粗线描绘出沸石膜12。图3中，对沸石膜12标记平行斜线。另外，图3中，将沸石膜12的厚度描绘得比实际厚。
应予说明，分离装置2中，可以采用除沸石膜复合体1以外的分离膜复合体，可以在支撑体11上形成由除沸石以外的无机物形成的无机膜或除无机膜以外的膜作为分离膜，以此代替沸石膜12。另外，可以采用使沸石粒子分散于有机膜中得到的分离膜。以下说明中，使分离膜为沸石膜12。
支撑体11为气体及液体能够透过的多孔质部件。图2所示的例子中，支撑体11为在一体成型的一体相连的柱状主体设置有分别沿着长度方向 (即、图2中的左右方向)延伸的多个贯通孔111的整体型支撑体。图2 所示的例子中，支撑体11为大致圆柱状。各贯通孔111(即、隔室)的与长度方向垂直的截面为例如大致圆形。图2中，将贯通孔111的直径描绘得比实际大，将贯通孔111的数量描绘得比实际少。沸石膜12形成在贯通孔111的内表面上，将贯通孔111的内表面按大致整面被覆。
支撑体11的长度(即、图2中的左右方向上的长度)为例如10cm～ 200cm。支撑体11的外径为例如0.5cm～200cm。相邻的贯通孔111的中心轴间的距离为例如0.3mm～10mm。支撑体11的表面粗糙度(Ra)为例如0.1μm～5.0μm，优选为0.2μm～2.0μm。应予说明，支撑体11的形状可以为例如蜂窝状、平板状、管状、圆筒状、圆柱状或多棱柱状等。支撑体11的形状为管状或圆筒状的情况下，支撑体11的厚度为例如 0.1mm～10mm。
支撑体11的材料为在表面形成沸石膜12的工序中具有化学稳定性的材料即可，可以采用各种物质(例如、陶瓷或金属)。本实施方式中，支撑体11由陶瓷烧结体形成。对于作为支撑体11的材料而选择的陶瓷烧结体，例如可以举出：氧化铝、二氧化硅、多铝红柱石、氧化锆、二氧化钛、三氧化二钇、氮化硅、碳化硅等。本实施方式中，支撑体11包含氧化铝、二氧化硅及多铝红柱石中的至少1种。
支撑体11可以包含无机粘结材料。作为无机粘结材料，可以采用二氧化钛、多铝红柱石、易烧结性氧化铝、二氧化硅、玻璃料、粘土矿物、易烧结性堇青石中的至少1种。
支撑体11的平均细孔径为例如0.01μm～70μm，优选为0.05μm～ 25μm。待形成沸石膜12的表面附近处的支撑体11的平均细孔径为 0.01μm～1μm，优选为0.05μm～0.5μm。例如，可以利用压汞仪、细孔径分布测定器或纳米尺寸细孔径分布测定器来测定平均细孔径。关于支撑体 11的包括表面及内部在内的整体的细孔径分布，D5为例如0.01μm～ 50μm，D50为例如0.05μm～70μm，D95为例如0.1μm～2000μm。待形成沸石膜12的表面附近处的支撑体11的气孔率为例如20％～60％。
支撑体11具有例如平均细孔径不同的多个层在厚度方向上层叠的多层结构。包括待形成沸石膜12的表面在内的表面层的平均细孔径及烧结粒径小于除表面层以外的层的平均细孔径及烧结粒径。支撑体11的表面层的平均细孔径为例如0.01μm～1μm，优选为0.05μm～0.5μm。支撑体11具有多层结构的情况下，各层的材料可以采用上述的材料。形成多层结构的多个层的材料可以相同，也可以不同。
沸石膜12为具有微细孔(微孔)的多孔膜。沸石膜12可作为利用分子筛作用从多种物质混合得到的流体中分离出特定物质的分离膜加以利用。沸石膜12中，与该特定物质相比，其他物质不易透过。换言之，沸石膜12的该其他物质的透过量小于上述特定物质的透过量。
沸石膜12的厚度为例如0.05μm～30μm，优选为0.1μm～20μm，进一步优选为0.5μm～10μm。如果使沸石膜12变厚，则分离性能提高。如果使沸石膜12变薄，则透过速度增大。沸石膜12的表面粗糙度(Ra)为例如5μm以下，优选为2μm以下，更优选为1μm以下，进一步优选为0.5μm 以下。
构成沸石膜12的沸石的种类没有特别限定，从增大CO2的透过量及提高分离性能的观点出发，优选沸石膜12具有8元氧环以下的细孔结构。即，沸石膜12中包含的沸石的环的最大元数为8以下(例如、6或8)。此处，n元氧环是：构成形成细孔的骨架的氧原子的数量为n个且各氧原子与后述的T原子键合而形成环状结构的部分。根据待处理的气体的种类，沸石的环的最大元数可以大于8。
沸石膜12为例如DDR型的沸石。换言之，沸石膜12为国际沸石学会规定的结构编码为“DDR”的沸石。这种情况下，构成沸石膜12的沸石的固有细孔径为0.36nm×0.44nm，平均细孔径为0.40nm。沸石膜12的固有细孔径小于支撑体11的平均细孔径。
沸石膜12不限定于DDR型沸石，可以为具有其他结构的沸石。沸石膜12可以为例如AEI型、AEN型、AFN型、AFV型、AFX型、BEA型、 CHA型、DDR型、ERI型、ETL型、FAU型(X型、Y型)、GIS型、 LEV型、LTA型、MEL型、MFI型、MOR型、PAU型、RHO型、SAT 型、SOD型等沸石。
沸石膜12包含例如硅(Si)。沸石膜12可以包含例如Si、铝(Al) 及磷(P)中的任意2种以上。作为构成沸石膜12的沸石，可以采用：位于构成沸石的氧四面体(TO4)的中心的原子(T原子)仅为Si的沸石、或者、T原子包含Si和Al的沸石、T原子包含Al和P的AlPO型沸石、T原子包含Si、Al及P的SAPO型沸石、T原子包含镁(Mg)、Si、Al 及P的MAPSO型沸石、T原子包含锌(Zn)、Si、Al及P的ZnAPSO 型沸石等。T原子的一部分可以置换为其他元素。
沸石膜12包含Si原子及Al原子的情况下，沸石膜12中的Si/Al比为例如1以上且10万以下。该Si/Al比优选为5以上，更优选为20以上，进一步优选为100以上，越高越理想。通过调整后述的原料溶液中的Si 源与Al源的配合比例等，能够调整沸石膜12中的Si/Al比。沸石膜12 可以包含碱金属。该碱金属为例如钠(Na)或钾(K)。
于20℃～400℃的沸石膜12的CO2的透过量(渗透量)为例如100nmol /m2·s·Pa以上。另外，于20℃～400℃的沸石膜12的CO2透过量/N2泄漏量比(渗透量比)为例如5以上。该渗透量及渗透量比为沸石膜12的供给侧与透过侧的CO2的分压差为1.5MPa的值。
此处，对沸石膜复合体1的制造流程的一例进行说明。沸石膜复合体 1的制造中，首先，准备沸石膜12制造用的晶种。例如，利用水热合成，生成DDR型沸石的粉末，由该沸石的粉末得到晶种。该沸石的粉末可以直接用作晶种，也可以通过粉碎等对该粉末进行加工而得到晶种。
接下来，将多孔质的支撑体11浸渍于分散有晶种的溶液中，使晶种附着于支撑体11。或者，使分散有晶种的溶液与支撑体11上的待形成沸石膜12的部分接触，由此使晶种附着于支撑体11。据此，制作附着有晶种的支撑体。晶种可以利用其他方法附着于支撑体11。
将附着有晶种的支撑体11浸渍于原料溶液。例如，使Si源及结构导向剂(Structure-Directing Agent、以下也称为“SDA”)等溶解或分散于溶剂而制作原料溶液。原料溶液的溶剂采用例如水或乙醇等醇。原料溶液中包含的SDA为例如有机物。作为SDA，例如可以采用1-金刚烷胺。
然后，利用水热合成，以该晶种为核，使DDR型的沸石生长，由此在支撑体11上形成DDR型的沸石膜12。水热合成时的温度优选为120～ 200℃。水热合成时间优选为6～100小时。
当水热合成结束后，将支撑体11及沸石膜12利用纯水进行清洗。清洗后的支撑体11及沸石膜12于例如80℃进行干燥。将支撑体11及沸石膜12干燥后，对沸石膜12进行加热处理，由此将沸石膜12中的SDA几乎完全燃烧除去，使沸石膜12内的微细孔贯通。据此，得到上述的沸石膜复合体1。
图1所示的沸石膜复合体1的一例中，在长度方向上的支撑体11的两个端部设置有密封部13。密封部13是：将支撑体11的长度方向两个端面及该两个端面附近的外表面被覆而密封的部件。密封部13防止气体从支撑体11的该两个端面流入和流出。密封部13由例如玻璃、树脂或金属形成。密封部13的材料及形状可以适当变更。应予说明，各贯通孔111的长度方向两端未由密封部13被覆，气体能够从该两端向贯通孔111流入和流出。
图1的分离膜组件21中，收纳容器22为例如大致圆筒状的筒状部件。收纳容器22可以为除圆筒状以外的形状。收纳容器22为耐压容器，由例如不锈钢或碳钢形成。收纳容器22的长度方向与沸石膜复合体1的长度方向大致平行。在收纳容器22的长度方向上的一个端部(即、图1中的左侧的端部)设置有供给口221，在另一个端部设置有第一排出口222。在收纳容器22的侧面设置有第二排出口223。在供给口221连接有供给部26。在第一排出口222连接有第一回收部27。在第二排出口223连接有第二回收部28。收纳容器22的内部空间为与收纳容器22周围的空间隔离开的密闭空间。
图1所示的例子中，收纳容器22具备：容器主体224、以及2个盖部 226。容器主体224为在长度方向上的两个端部具有开口的大致圆筒状的部件。在容器主体224设置有2个凸缘部225。2个凸缘部225分别为在容器主体224的上述2个开口的周围从容器主体224趋向径向外侧扩展的大致圆环板状的部位。容器主体224及2个凸缘部225为一体相连的部件。2个盖部226分别以覆盖了容器主体224的上述2个开口的状态借助螺栓紧固等而固定于2个凸缘部225。据此，容器主体224的该2个开口气密性地密封。上述的供给口221设置于图1中的左侧的盖部226。第一排出口 222设置于图1中的右侧的盖部226。第二排出口223设置于容器主体224 的长度方向上的大致中央。
2个密封部件23在沸石膜复合体1的长度方向两个端部附近整周地配置于沸石膜复合体1的外表面与收纳容器22的内表面之间(图1的例子中，是沸石膜复合体1的外周面与容器主体224的内周面之间)。各密封部件 23为由气体不能透过的材料形成的部件。图1的例子中，密封部件23为环状，例如由具有柔性的树脂形成的O型环。密封部件23的材料为例如全氟系氟橡胶(FFKM)、丁腈橡胶(NBR)、氟橡胶(FKM)、苯乙烯·丁二烯橡胶(SBR)等。
各密封部件23整周地与沸石膜复合体1的外表面及收纳容器22的内表面密合。图1所示的例子中，密封部件23与密封部13的外表面密合，且隔着密封部13而与支撑体11的外表面间接地密合。密封部件23与沸石膜复合体1的外表面之间及密封部件23与收纳容器22的内表面之间被密封，气体几乎或完全不能通过。分离膜组件21中，利用密封部件23来确保第二排出口223与供给口221及第一排出口222之间的气密性。在密封部件23的表面附着有润滑剂。下文中，对润滑剂的详细内容进行说明。
供给部26将混合气体经由供给口221而向收纳容器22的内部空间供给。供给部26具备例如朝向收纳容器22压送混合气体的鼓风机或泵。该鼓风机或泵具备对向收纳容器22供给的混合气体的压力进行调节的压力调节部。第一回收部27及第二回收部28具备例如对从收纳容器22导出的气体进行贮存的贮存容器或对该气体进行转移的鼓风机或泵。
在进行混合气体分离时，通过准备上述的分离装置2，来准备沸石膜复合体1。接下来，利用供给部26，将包含针对沸石膜12的透过性不同的多种气体的混合气体向收纳容器22的内部空间供给。例如，混合气体的主成分为CO2及N2。混合气体中可以包含除CO2及N2以外的气体。从供给部26向收纳容器22的内部空间供给的混合气体的压力(即、导入压力) 为例如0.1MPaA～20.0MPaA。进行混合气体分离的温度为例如10℃～ 100℃。
从供给部26供给至收纳容器22的混合气体如箭头251所示从沸石膜复合体1的图1中的左端向支撑体11的各贯通孔111内导入。混合气体中的透过性高的气体(例如CO2，以下称为“高透过性物质”)从各贯通孔 111的内表面上设置的沸石膜12及支撑体11透过，从而从支撑体11的外表面导出。据此，将高透过性物质从混合气体中的透过性低的气体(例如N2，以下称为“低透过性物质”)中分离出来。
从沸石膜复合体1透过而从支撑体11的外表面导出的气体(以下称为“透过物质”)如箭头253所示经由第二排出口223而利用第二回收部28 进行回收。经由第二排出口223而利用第二回收部28回收的气体的压力 (即、透过压力)为例如约1个大气压(0.101MPaA)。
另外，混合气体中的除从沸石膜复合体1透过的气体以外的气体(以下称为“不透过物质”)在支撑体11的各贯通孔111中从图1中的左侧向右侧通过。不透过物质如箭头252所示经由第一排出口222而向收纳容器 22的外部排出，利用第一回收部27进行回收。经由第一排出口222而利用第一回收部27回收的气体的压力为例如与导入压力大致相同的压力。不透过物质中，除了包含上述的低透过性物质以外，还可以包含没有从沸石膜12透过的高透过性物质。
接下来，对润滑剂的详细内容进行说明。如上所述，润滑剂附着于密封部件23的表面。润滑剂为例如在液体润滑油中添加增稠剂(用于增加粘度、乳化稳定性的化学试剂)等固体得到的物质。润滑剂为例如氟油系的润滑脂。润滑剂的一例为DuPont ToraySpecialty Materials制的 MOLYKOTE(注册商标)HP-500。
润滑剂可以直接涂布于密封部件23的表面，也可以涂布于与密封部件 23接触的沸石膜复合体1的外表面或收纳容器22的内表面而附着于密封部件23的表面。一例中，润滑剂附着于密封部件23的表面的大致整体。润滑剂在密封部件23的表面附着于与沸石膜复合体1的外表面接触的区域及与收纳容器22的内表面接触的区域即可。在密封部件23与沸石膜复合体1的外表面之间及密封部件23与收纳容器22的内表面之间夹有润滑剂，不过，以下说明中，即便夹有润滑剂的情况下，也处于密封部件23和沸石膜复合体1的外表面接触且密封部件23和收纳容器22的内表面接触的状态。
润滑剂优选挥发性较低。对于润滑剂的挥发性，可以利用将润滑剂于常温静置时的挥发率进行评价。例如，从润滑剂的产品容器中取润滑剂，于25～30℃静置72小时的情况下，求出经过72小时后的润滑剂的质量减少量相对于静置前的质量的比例(即、(润滑剂的质量减少量)/(静置前的润滑剂的质量)×100)作为挥发率。上述挥发率为例如1％以下，优选为0.5％以下，更优选为0.1％以下。据此，可抑制于常温从润滑剂中挥发出来的物质附着于沸石膜12而导致沸石膜复合体1的分离性能降低。
润滑剂优选具有热稳定性。对于润滑剂的热稳定性，可以利用将润滑剂以规定的条件加热时的质量减少率进行评价。例如，将未加热的润滑剂于100℃加热72小时的情况下，求出由加热导致的润滑剂的质量减少量相对于加热前的质量的比例(即、(润滑剂的质量减少量)/(加热前的润滑剂的质量)×100)作为质量减少率。此时，优选仅对润滑剂进行加热，不过，也可以切取附着有大量润滑剂的密封部件23而对润滑剂及密封部件 23进行加热。对润滑剂及密封部件23进行加热的情况下，典型地，由于密封部件23的质量几乎没有因于上述温度的加热而发生变化，所以，也可以将润滑剂及密封部件23的整体的质量减少量设为润滑剂的质量减少量。也可以通过将去除了润滑剂的其他密封部件23同样地加热，测定密封部件 23的质量减少量，来求出由加热导致的润滑剂的质量减少量。
上述质量减少率为例如5％以下，优选为3％以下，更优选为1％以下。据此，可抑制因加热从润滑剂产生的物质附着于沸石膜12而导致沸石膜复合体1的分离性能降低。
对于由因加热从润滑剂产生的物质所导致的分离性能降低，可以通过将分离膜组件21以规定的条件加热，求出加热前后的规定的气体的透过量的变化，来进行评价。例如，首先，准备具备未使用的分离膜组件21(未加热的分离膜组件21)的分离装置2。接下来，向分离装置2供给混合气体，由此对混合气体中包含的规定的气体从沸石膜复合体1透过的透过量 (经由第二排出口223而回收的量、以下简称为“气体透过量”)。然后，在将供给口221、第一排出口222及第二排出口223盖上而将收纳容器22 密闭的状态下，将分离膜组件21于100℃加热72小时。加热完成后，再次测定分离装置2中针对混合气体的气体透过量。
然后，求出加热后的沸石膜复合体1的气体透过量相对于加热前的沸石膜复合体1的气体透过量的比率(即、(加热后的气体透过量)/(加热前的气体透过量)×100)。可以说：该比率越高，分离性能的降低越得以抑制。分离膜组件21中，该比率为例如80％以上，优选为85％以上，更优选为90％以上。该比率通常为100％以下。一例中，从沸石膜复合体1透过的上述气体为二氧化碳(CO2)气体，但不限定于此。测定CO2透过量的情况下，例如采用CO2和N2的混合气体。
分离膜组件21中，利用密封部件23，将沸石膜复合体1的位置相对于收纳容器22而进行维持(保持)。图1所示的例子中，在收纳容器22 的内部，沸石膜复合体1未与除密封部件23以外的任何部件接触。另外，沸石膜复合体1的两个端部处的外表面、即密封部13的外表面为长度方向上平坦的圆筒面。换言之，在该外表面未形成对密封部件23进行保持的凹部等。因此，沸石膜复合体1与密封部件23的相对位置通过沸石膜复合体 1的外表面(后述的被支撑面14)与密封部件23的表面之间的摩擦而进行维持。此外，在与沸石膜复合体1的两个端部对置的位置，收纳容器22 的内表面为长度方向上平坦的圆筒面。即，在该内表面未形成对密封部件 23进行保持的凹部等。因此，密封部件23与收纳容器22的相对位置通过密封部件23的表面与收纳容器22的内表面之间的摩擦而进行维持。
如以上所说明，图1所示的分离膜组件21中，沸石膜复合体1相对于收纳容器22的位置通过沸石膜复合体1的外表面与密封部件23之间的摩擦及密封部件23与收纳容器22的内表面之间的摩擦而进行维持。以下说明中，将沸石膜复合体1的外表面的与密封部件23接触的部分14(图1 的例子中为密封部13的外表面)称为“被支撑面14”，将收纳容器22的内表面的与密封部件23接触的部分24称为“支撑面24”。被支撑面14 及支撑面24夹着密封部件23而相互间对置。图1的例子中，被支撑面14 及支撑面24均为环状。应予说明，在沸石膜复合体1没有设置密封部13 的情况下，被支撑面14可以为支撑体11的表面。
如上所述，分离膜组件21中，从供给口221供给来的混合气体分离为从沸石膜复合体1透过而向第二排出口223引导的透过物质和未从沸石膜复合体1透过而向第一排出口222引导的不透过物质。另外，第二排出口 223与供给口221及第一排出口222之间的气密性利用密封部件23来进行确保。
此处，振动、冲击作用于分离膜组件21的情况下，假如在密封部件 23与支撑面24或被支撑面14之间发生滑动，使得沸石膜复合体1或密封部件23相对于收纳容器22而大幅移动，则有可能无法维持上述气密性。另外，密封部件23脱离沸石膜复合体1而导致沸石膜复合体1和收纳容器 22碰撞，沸石膜复合体1也有可能受损。因此，优选为，即便振动、冲击作用于分离膜组件21的情况下，沸石膜复合体1及密封部件23相对于收纳容器22的相对位置也得以维持，在收纳容器22内适当地支撑沸石膜复合体1。
为了使沸石膜复合体1及密封部件23不会因针对分离膜组件21的振动、冲击而相对于收纳容器22移动，密封部件23与被支撑面14及支撑面 24之间的摩擦力F1必须大于因振动、冲击而在长度方向上施加的力F2(以下称为“冲击力F2”)。此处，摩擦力F1由数学式1表示，冲击力F2 由数学式2表示。
(数学式1)
摩擦力F1＝(静摩擦系数)×(由密封部件带来的垂直阻力[N])＝(静摩擦系数)×(密封部件的压缩力[N])＝(静摩擦系数)×(每1m密封部件的压缩力[N/m])×(密封部件的总接触长度[m])
(数学式2)
冲击力F2＝(沸石膜复合体的质量[kg])×(振动加速度[m/s2])
据此，施加某一振动加速度时沸石膜复合体不发生移动的条件由数学式3表示。
(数学式3)
(静摩擦系数)×(每1m密封部件的压缩力[N/m])×(密封部件的总接触长度[m])/(沸石膜复合体的质量[kg])＞(振动加速度[m/s2])
数学式1及数学式3中，“每1m密封部件的压缩力”由密封部件23 的硬度、线径及压缩余量确定，例如可以采用密封部件生产厂家公开的值，也可以利用实验求解。数学式1及数学式3中，“密封部件的总接触长度”为密封部件与被支撑面或支撑面接触的长度，例如，密封部件为O型环，其与被支撑面14的接触长度的情况下，密封部件的总接触长度由数学式4 求解。
(数学式4)
密封部件的总接触长度[m]＝(密封部件的内径[m])×π×(密封部件的个数)
密封部件23的压缩余量由JIS标准确定。后述的实施例中，采用P-180、 A50、压缩余量0.65、线形8.4的密封部件。另外，数学式2及数学式3 中，“振动加速度”由振动的大小确定。后述的实施例中，设定了相当于97～100dB的0.7～1m/s2的振动。“振动加速度”根据分离膜组件21所要求的规格等而确定为规定值的情况下，“静摩擦系数”越大、“密封部件的压缩力”(“每1m密封部件的压缩力”乘以“密封部件的总接触长度”得到的值)越大、或者“沸石膜复合体的质量”越小，沸石膜复合体 1及密封部件23越不易相对于收纳容器22进行移动。因此，可以说：“静摩擦系数”乘以“密封部件的压缩力”、再除以“沸石膜复合体的质量”得到的值越大，分离膜组件21越耐受振动、冲击，越容易维持确保了气密性的状态。
为了在施加振动、冲击之后仍在收纳容器22内适当支撑沸石膜复合体 1而维持由密封部件23带来的气密性，密封部件23与被支撑面14之间的静摩擦系数(以下称为“第一静摩擦系数”)乘以密封部件的压缩力[N]、再除以沸石膜复合体1的质量[kg]得到的值例如大于0.7，优选为0.9以上，更优选为1.0以上。同样地，密封部件23与支撑面24之间的静摩擦系数 (以下称为“第二静摩擦系数”)乘以密封部件的压缩力[N]、再除以沸石膜复合体1的质量[kg]得到的值例如大于0.7，优选为0.9以上，更优选为 1.0以上。
例如，在施加了规定的振动或冲击之后，仍在第二排出口223与供给口221及第一排出口222之间维持着气密性的情况下，认为在收纳容器22 内适当地支撑沸石膜复合体1。气密性确认中，例如可以利用国际公开 WO2018/180095号(上述文献5)中记载的检查方法。该方法中，在将第一排出口222封闭的状态下，从供给口221供给检查用气体。检查用气体的动态分子直径大于沸石膜12的细孔径。当收纳容器22内的检查用气体达到规定的压力时，将供给口221封闭。接下来，取得第二排出口223 处的检查用气体的泄漏量。检查用气体的泄漏量是基于例如供给口221侧的检查用气体的压力变化而计算出的。检查用气体的泄漏量小于规定的阈值的情况下，判定为利用密封部件23而确保了气密性；泄漏量为阈值以上的情况下，判定为气密性未得到确保。应予说明，对于检查用气体的泄漏量，严格来讲，除了包括源自于密封部件23的泄漏量以外，还包括源自于沸石膜12的膜缺陷的泄漏量，因此，判定用的泄漏量可以为将源自于膜缺陷的泄漏量排除后的泄漏量。源自于膜缺陷的泄漏量是基于例如利用实验得到的计算式而计算出的。
例如，采用与沸石膜复合体1及收纳容器22分别为相同材料且形成为相同表面状态(表面粗糙度(Ra))的片状或板状的部件和实际的密封部件23，测定第一及第二静摩擦系数。分离膜组件21中，密封部件23表面的表面粗糙度(Ra)为例如1μm～100μm，优选为5μm～20μm。沸石膜复合体1的被支撑面14的表面粗糙度(Ra)为例如5μm～100μm，优选为10μm～50μm。收纳容器22的支撑面24的表面粗糙度(Ra)为例如 1μm～50μm，优选为5μm～20μm。表面粗糙度的测定采用例如激光显微镜。
图4是表示对密封部件23与收纳容器22的支撑面24之间的第二静摩擦系数进行测定的样子的图。图4的例子中，与收纳容器22的支撑面24 (容器主体224)为相同材料且形成为相同表面状态的板部件91载放于规定的水平面上。另外，在板部件91之上重叠实际的密封部件23。此时，在密封部件23的与板部件91接触的面涂布有与分离膜组件21中采用的润滑剂相同的润滑剂。润滑剂的涂布量优选为0.01g～1g。在密封部件23上载放秤砣93(例如质量1kg以上的秤砣)。密封部件23和秤砣93可以根据需要进行固定。另外，在密封部件23(或、固定于密封部件23的秤砣 93)连接有测力计94。然后，借助测力计94而在水平方向上拉动密封部件23，测定密封部件23移动时得到的力F[N](以下称为“屈服点处的力”)。第二静摩擦系数μ由数学式5求解。
(数学式5)
μ＝F/{(片材的质量[kg]+秤砣的质量[kg])×重力加速度}
图4的例子中，采用与收纳容器22等效的部件，测定第二静摩擦系数，不过，如上所述，也可以采用与沸石膜复合体1等效的部件来测定第一静摩擦系数。另外，可以采用将沸石膜复合体1及收纳容器22分别切断而得到的切断片来测定第一及第二静摩擦系数，在可利用大型测定装置的情况下，可以在分离膜组件21的状态下(不切断)测定第一及第二静摩擦系数。静摩擦系数不依赖于接触面的面积，因此，所有测定得到同样的结果。
图5是表示对密封部件23与沸石膜复合体1的被支撑面14之间的第一静摩擦系数进行测定的样子的图。图5的例子中，在平台95上载放有实际的密封部件23。密封部件23可以根据需要固定于平台95。在密封部件 23涂布有润滑剂。另外，将沸石膜复合体1切断得到的切断片(例如质量 1kg以上)以仅密封部13的部分发生接触的方式载放于密封部件23之上。图5中，对沸石膜复合体1的切断片标记与沸石膜复合体1相同的符号。根据需要可以在切断片上载放秤砣，切断片和秤砣可以固定。然后，借助测力计94而在水平方向上拉动切断片，测定切断片移动时得到的力(屈服点处的力)F[N]。第一静摩擦系数μ与数学式5同样地求解。采用将收纳容器22切断得到的切断片进行测定的情形也是同样的。
在收纳容器22安装沸石膜复合体1时，例如，在拆下了盖部226的容器主体224内配置沸石膜复合体1，从长度方向上的容器主体224的两个端部的开口，将密封部件23嵌入于容器主体224的内表面(支撑面24) 与沸石膜复合体1的外表面(被支撑面14)之间。然后，在容器主体224 安装盖部226。
另外，分离膜组件21中，密封部件23根据混合气体的种类、温度等而劣化，因此，需要定期更换密封部件23。还有时将分离膜组件21拆解而进行维护。这种情况下，首先，将盖部226从容器主体224拆下。然后，经由容器主体224的两个端部的开口而将密封部件23从容器主体224的内表面(支撑面24)与沸石膜复合体1的外表面(被支撑面14)之间拔出。据此，从收纳容器22拆下沸石膜复合体1。
为了容易地进行沸石膜复合体1相对于收纳容器22的安装及拆卸，密封部件23与被支撑面14之间的第一静摩擦系数为例如0.5以下，优选为 0.4以下，更优选为0.3以下。这种情况下，在密封部件23与被支撑面14 之间，摩擦力F1(最大静摩擦力)为例如250N以下，优选为200N以下，更优选为150N以下。同样地，密封部件23与支撑面24之间的第二静摩擦系数为例如0.5以下，优选为0.4以下，更优选为0.3以下。这种情况下，在密封部件23与支撑面24之间，摩擦力F1为例如250N以下，优选为 200N以下，更优选为150N以下。
如以上所说明，分离膜组件21中，在收纳容器22的内部所设置的支撑面24与沸石膜复合体1的被支撑面14之间设置有与两者密合且表面附着有润滑剂的密封部件23。并且，密封部件23与被支撑面14之间的第一静摩擦系数及密封部件23与支撑面24之间的第二静摩擦系数为0.5以下。另外，第一静摩擦系数及第二静摩擦系数乘以密封部件23的压缩力[N]、再除以沸石膜复合体1的质量[kg]得到的值大于0.7。据此，即便振动、冲击作用于分离膜组件21的情况下，也能够在收纳容器22内适当地支撑沸石膜复合体1。另外，能够容易地进行沸石膜复合体1相对于收纳容器22 的安装及拆卸。结果，能够容易地进行分离膜组件21的组装、维护等，提高分离膜组件21的生产率及维护性得以实现。
另外，将分离膜组件21于100℃加热72小时的情况下，加热后的沸石膜复合体1的气体透过量相对于加热前的沸石膜复合体1的气体透过量的比率为80％以上。据此，能够提供由润滑剂引起的分离性能降低得以抑制的分离膜组件21。另外，将润滑剂于100℃加热72小时时的润滑剂的质量减少率为5％以下。据此，能够进一步抑制分离膜组件21的分离性能降低。
接下来，对分离膜组件的实施例进行说明。此处，沸石膜复合体制作中，首先，准备整体型支撑体。支撑体的直径为180mm，全长为1000mm。在支撑体的长度方向上的两个端面及该两个端面附近的外表面由玻璃形成有密封部。另外，基于日本特开2004-83375号公报(上述文献3)中记载的制造DDR型沸石的方法，制造DDR型沸石结晶粉末，将其用于晶种。使晶种分散于水中，然后，除去较粗的粒子，制作晶种分散液。接下来，基于国际公开WO2011/105511号(上述文献4)中记载的方法，制作直径180mm、全长1000mm的沸石膜复合体。
另外，准备密封部件及收纳容器。密封部件为肖氏硬度A50的橡胶制的O型环，内径(直径)179.5mm、线径(直径)8.4mm(P标准中的P-180)。另外，收纳容器的内表面的直径按照JISB2401以使得密封部件的压缩余量为0.65mm的方式进行设计。然后，采用密封部件，将沸石膜复合体安装于收纳容器内，得到分离膜组件。此时，实施例1～3的分离膜组件中，将润滑剂涂布于密封部件的表面。实施例1中采用的润滑剂为DuPont Toray SpecialtyMaterials制的MOLYKOTE(注册商标)HP-500，实施例2中采用的润滑剂为MOLYKOTE(注册商标)高真空用润滑脂，实施例3中采用的润滑剂为住矿润滑剂制的Sumilon 2250喷雾。比较例1的分离膜组件中，没有在密封部件涂布润滑剂。
(沸石膜复合体与密封部件之间的第一静摩擦系数的测定)
在密封部件之上，以将沸石膜复合体切断得到的切断片的被支撑面与密封部件接触的方式重叠切断片。此时，在密封部件和沸石膜复合体的被支撑面接触的面涂布与实施例1～3中分别采用的润滑剂相同的润滑剂。比较例1中，没有在该面涂布润滑剂。然后，借助测力计而在水平方向上拉动切断片，测定屈服点处的力F[N]。第一静摩擦系数利用上述的数学式5 求解。表1示出第一静摩擦系数。
[表1]
Figure BDA0003803911160000181
对于实施例1～3中采用的润滑剂，均得到0.25以下的第一静摩擦系数，与此相对，不采用润滑剂的比较例1中，第一静摩擦系数大于0.7。
(收纳容器与密封部件之间的第二静摩擦系数的测定)
在与收纳容器的容器主体(支撑面)为相同材料且形成为相同表面状态的板部件(100×100mm)之上重叠密封部件。此时，在密封部件的与板部件接触的面涂布与实施例1～3中分别采用的润滑剂相同的润滑剂。比较例1中，没有在该面涂布润滑剂。接下来，在密封部件上载放质量1.2kg 的秤砣，并用双面胶固定。然后，借助测力计而在水平方向上拉动该秤砣，测定屈服点处的力F[N]。第二静摩擦系数利用上述的数学式5求解。表2 示出第二静摩擦系数。
[表2]
Figure BDA0003803911160000182
对于实施例1～3中采用的润滑剂，均得到0.35以下的第二静摩擦系数，与此相对，不采用润滑剂的比较例1中，第二静摩擦系数大于0.7。本试验中，实施例1～3中的第一静摩擦系数及第二静摩擦系数均为0.5以下，不过，就可维护性而言，任意一者为0.5以下即可。
(加热前后的分离性能的评价)
将二氧化碳(CO2)和氮(N2)的混合气体(各气体的体积比为50： 50，各气体的分压为0.2MPa)向实施例1～3以及比较例1的分离膜组件导入，利用质量流量计测定从沸石膜复合体透过的气体的透过流量。另外，采用气相色谱对从沸石膜复合体透过的气体进行成分分析，得到该气体中的CO2浓度。然后，气体的透过流量乘以CO2浓度，求出CO2透过量。接下来，在将收纳容器的供给口、第一排出口及第二排出口(参见图1的符号221～223)盖上而将收纳容器密闭的状态下，将分离膜组件于100℃加热72小时。然后，与加热前同样地求出CO2透过量，并求出加热后的 CO2透过量相对于加热前的CO2透过量的比率[％]。表3示出加热后的CO2透过量相对于加热前的CO2透过量的比率。
[表3]
Figure BDA0003803911160000191
实施例1、2以及比较例1的分离膜组件中，加热后的CO2透过量相对于加热前的CO2透过量的比率为85％以上，与此相对，实施例3的分离膜组件中，该比率为45％。
(润滑剂的热稳定性的评价)
取实施例1～3中采用的润滑剂10～30mg左右，进行热重测定(TG)，由此求出质量减少率。热重测定中采用Bruker制的TG-DTA2000SA。另外，测定条件如下，即，气氛：N2200ml/min、最高到达温度：100℃、升温速度：100℃/h、保持条件：100℃72h。质量减少率以由加热导致的质量减少量相对于加热前的润滑剂的质量的比例的形式求出。表4示出润滑剂的质量减少率。
[表4]
Figure BDA0003803911160000201
对于实施例1、2中采用的润滑剂，质量减少率为1.0％以下，与此相对，对于实施例3中采用的润滑剂，质量减少率大于29％。
(润滑剂的挥发性的评价)
将实施例1～3中采用的润滑剂从产品容器中取10～30mg左右，于 25～30℃静置72小时。求出静置后的质量减少量相对于静置前的润滑剂的质量的比例作为挥发率。表5示出润滑剂的挥发率。
[表5]
Figure BDA0003803911160000202
对于实施例1、2中采用的润滑剂，挥发率为0.01％以下，与此相对，对于实施例3中采用的润滑剂，挥发率大于23％。
(振动试验前后的气密性的评价)
准备质量不同的3种沸石膜复合体，采用密封部件安装于收纳容器，制作分离膜组件。实施例1-1、1-2以及比较例2中，对密封部件涂布实施例1的润滑剂，实施例2-1、2-2、2-3中，对密封部件涂布实施例2的润滑剂。另外，实施例3-1、3-2、3-3中，对密封部件涂布实施例3的润滑剂，比较例1-1、1-2、1-3中，没有对密封部件涂布润滑剂。3种沸石膜复合体中，质量最小的沸石膜复合体用于实施例1-1、2-1、3-1以及比较例1-1，质量第二小的沸石膜复合体用于实施例1-2、2-2、3-2以及比较例1-2，质量最大的沸石膜复合体用于比较例2、实施例2-3、3-3以及比较例1-3。
首先，采用检查用气体进行检查，确认分离膜组件的气密性。如上所述，该检查方法与国际公开WO2018/180095号(上述文献5)中记载的检查方法相同。在振动试验前，确认了全部分离膜组件中均由密封部件确保了气密性。接下来，将分离膜组件设置于大型振动装置上，施加振动加速度等级97、99、100dB、加速度0.71、0.89、1.00m/s2的振动。然后，再次确认分离膜组件的气密性。表6示出振动试验后的气密性及(静摩擦系数×密封部件压缩力)/分离膜复合体质量的值。应予说明，表6中，在“第一静摩擦系数”及“第二静摩擦系数”栏中，将针对各润滑剂种类 (包括“无”)取得的静摩擦系数(参照表1及表2)为0.5以下的情形标记○，将静摩擦系数大于0.5的情形标记×。
[表6]
Figure BDA0003803911160000221
在表6的“振动试验后的气密性”栏中，○表示确保了气密性，×表示无法确保气密性。另外，在“(静摩擦系数×密封部件压缩力)/分离膜复合体质量”栏中示出静摩擦系数乘以密封部件的压缩力[N]、再除以沸石膜复合体的质量[kg]得到的值。作为“(静摩擦系数×密封部件压缩力)/ 分离膜复合体质量”，根据针对各润滑剂种类(包括“无”)取得的表1 的第一静摩擦系数及表2的第二静摩擦系数分别求出(静摩擦系数×密封部件压缩力)/分离膜复合体质量的值，记载了2个值中的较小值。除比较例2以外的全部实施例及比较例的分离膜组件中，在振动加速度等级 97dB的振动试验后仍确保了气密性。在实际的使用环境下，由于接触各种温度、压力的气体，所以与本试验的条件不同，不过，本试验中施加的冲击值是考虑这些差异而确定的，如果本试验中可确保气密性，则认为即便在使用环境下也不会发生错位。因此，认为：如果第一及第二静摩擦系数乘以密封部件的压缩力[N]、再除以沸石膜复合体的质量[kg]得到的值大于 0.7，则即便在97dB振动试验后仍在收纳容器内适当地支撑沸石膜复合体。从即便在更大的振动下也维持气密性的观点出发，(静摩擦系数×密封部件压缩力)/分离膜复合体质量的值优选为0.9以上，更优选为1.0以上。
上述分离膜组件21中，可以进行各种变形。
根据分离膜组件21的设计，可以在图1的收纳容器22的内表面设置有供密封部件23配置的环状凹部。这种情况下，由于密封部件23保持于该凹部内，所以，为了在收纳容器22内适当地支撑沸石膜复合体1且容易地进行沸石膜复合体1相对于收纳容器22的安装及拆卸，重要的是：密封部件23与沸石膜复合体1的被支撑面14之间的第一静摩擦系数为0.5以下，第一静摩擦系数乘以密封部件的压缩力[N]、再除以沸石膜复合体1 的质量[kg]得到的值大于0.7。
同样地，可以在沸石膜复合体1的外表面设置有供密封部件23配置的环状凹部。这种情况下，为了将密封部件23保持于该凹部内，重要的是：密封部件23与收纳容器22的支撑面24之间的第二静摩擦系数为0.5以下，第二静摩擦系数乘以密封部件的压缩力[N]、再除以沸石膜复合体1的质量 [kg]得到的值大于0.7。如以上所说明，重要的是：被支撑面14及支撑面 24中的未设置对密封部件23进行收纳的凹部的面与密封部件23之间的静摩擦系数为0.5以下，该静摩擦系数乘以密封部件23的压缩力[N]、再除以分离膜复合体(上述为沸石膜复合体1)的质量[kg]得到的值大于0.7。换言之，分离膜组件21中，密封部件23与沸石膜复合体1的被支撑面14 之间的第一静摩擦系数、和/或、密封部件23与收纳容器22的支撑面24 之间的第二静摩擦系数为0.5以下，第一静摩擦系数和/或第二静摩擦系数乘以密封部件的压缩力[N]、再除以分离膜复合体的质量[kg]得到的值大于0.7即可。如果能够满足上述条件，则也可以省略相对于密封部件23涂布润滑剂。
图1的分离膜组件21中，支撑面24为收纳容器22的容器主体224 的内表面的一部分，不过，例如，如图6所示，也可以设置有固定于收纳容器22的大致圆筒状的支撑部229，在该支撑部229所设置的环状的外表面(也可以为内表面)为支撑面24。另外，图1的例子中，被支撑面14 为沸石膜复合体1的外表面的一部分，不过，例如，也可以像图6的沸石膜复合体1那样采用管状的支撑体11，该支撑体11的内表面为被支撑面 14。图6的例子中，该支撑体11的内表面与上述支撑部229的环状的外表面对置，环状的密封部件23在两者之间与两者密合，由此沸石膜复合体1 在收纳容器22内被支撑。
沸石膜复合体1除了具备支撑体11及沸石膜12以外，还可以进一步具备层叠在沸石膜12上的功能膜或保护膜。像这样的功能膜、保护膜可以为沸石膜、二氧化硅膜或碳膜等无机膜，也可以为聚酰亚胺膜或有机硅膜等有机膜。另外，在沸石膜12上层叠的功能膜、保护膜中可以添加容易吸附CO2等特定分子的物质。
分离膜组件21可以用于将除上述说明中例示的物质以外的物质从混合物质中分离出来。
上述实施方式及各变形例中的构成只要不相互矛盾，就可以适当组合。
虽然将发明详细地进行了描写并说明，不过，上述说明为例示性的，没有限定性。因此，可以说：只要不脱离本发明的范围，就可以采用大量变形、方案。
产业上的可利用性
本发明的分离膜组件可用于各种流体的分离。
符号说明
1 沸石膜复合体
11 支撑体
12 沸石膜
14 被支撑面
21 分离膜组件
22 收纳容器
23 密封部件
24 支撑面
224 容器主体。

Claims (7)

1.一种分离膜组件，其中，具备：
分离膜复合体，该分离膜复合体具有支撑体及设置于所述支撑体的分离膜；
收纳容器，该收纳容器对所述分离膜复合体进行收纳；以及
密封部件，该密封部件在所述收纳容器的内部所设置的支撑面和所述分离膜复合体的被支撑面之间与这两者密合，
所述密封部件与所述被支撑面之间的第一静摩擦系数、和/或、所述密封部件与所述支撑面之间的第二静摩擦系数为0.5以下，
所述第一静摩擦系数和/或所述第二静摩擦系数乘以所述密封部件的压缩力、再除以所述分离膜复合体的质量得到的值大于0.7，压缩力的单位为N，质量的单位为kg。
2.根据权利要求1所述的分离膜组件，其中，
于100℃加热72小时的情况下，加热后的所述分离膜复合体的气体透过量相对于加热前的所述分离膜复合体的气体透过量的比率为80％以上。
3.根据权利要求1或2所述的分离膜组件，其中，
在所述密封部件的表面涂布有润滑剂。
4.根据权利要求3所述的分离膜组件，其中，
将所述润滑剂于100℃加热72小时时的所述润滑剂的质量减少率为5％以下。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的分离膜组件，其中，
所述支撑面为所述收纳容器的主体的内表面的一部分，
所述被支撑面为所述分离膜复合体的外表面的一部分。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的分离膜组件，其中，
所述分离膜为沸石膜。
7.根据权利要求6所述的分离膜组件，其中，
所述沸石膜具有8元氧环以下的细孔结构。
CN202180015311.3A 2020-06-05 2021-04-05 分离膜组件 Pending CN115605283A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020098750 2020-06-05
JP2020-098750 2020-06-05
PCT/JP2021/014506 WO2021246046A1 (ja) 2020-06-05 2021-04-05 分離膜モジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115605283A true CN115605283A (zh) 2023-01-13

Family

ID=78830826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180015311.3A Pending CN115605283A (zh) 2020-06-05 2021-04-05 分离膜组件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230073866A1 (zh)
JP (1) JP7420938B2 (zh)
CN (1) CN115605283A (zh)
BR (1) BR112022022067A2 (zh)
DE (1) DE112021001801T5 (zh)
WO (1) WO2021246046A1 (zh)

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3032417C2 (de) * 1980-08-28 1985-08-14 Akzo Gmbh, 5600 Wuppertal Vorrichtung zur Wärme- und Stoffübertragung mittels Hohlfasern
NL1013465C2 (nl) 1999-11-02 2001-05-03 Stork Friesland Bv Membraanfiltratie-element met hulselement en moforganen.
JP4355478B2 (ja) 2002-08-29 2009-11-04 日本碍子株式会社 Ｄｄｒ型ゼオライトの製造方法
JP2006088079A (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 Bussan Nanotech Research Institute Inc 管端部接続体
JP5096388B2 (ja) 2008-02-21 2012-12-12 日東電工株式会社 膜エレメント用圧力容器及びこれを備えた膜濾過装置、並びに、膜濾過装置の製造方法
KR101290463B1 (ko) 2008-02-25 2013-07-26 닛토덴코 가부시키가이샤 분리막 엘리먼트 및 이를 이용한 분리막 모듈
EP2540384B1 (en) 2010-02-25 2022-02-16 NGK Insulators, Ltd. Process for producing zeolite film
JP5088424B2 (ja) * 2011-02-15 2012-12-05 三菱化学株式会社 分離方法
JP6449859B2 (ja) 2014-04-30 2019-01-09 日本特殊陶業株式会社 分離膜構造体、および分離膜構造体モジュール
JP6592914B2 (ja) 2015-02-25 2019-10-23 三菱ケミカル株式会社 分離膜モジュール
MX2019011710A (es) 2017-03-30 2019-11-21 Ngk Insulators Ltd Metodo para inspeccionar modulo de membrana de separacion y metodo para fabricar modulo de membrana de separacion.
WO2019187640A1 (ja) 2018-03-30 2019-10-03 日本碍子株式会社 ゼオライト膜複合体、ゼオライト膜複合体の製造方法、および、分離方法
JP7359590B2 (ja) 2018-08-02 2023-10-11 三菱ケミカル株式会社 接合体及びそれを有する分離膜モジュール
JP2020098750A (ja) 2018-12-19 2020-06-25 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 燃料電池モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
US20230073866A1 (en) 2023-03-09
JP7420938B2 (ja) 2024-01-23
JPWO2021246046A1 (zh) 2021-12-09
BR112022022067A2 (pt) 2023-03-07
WO2021246046A1 (ja) 2021-12-09
DE112021001801T5 (de) 2023-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7220087B2 (ja) ゼオライト膜複合体、ゼオライト膜複合体の製造方法、および、分離方法
JP7257411B2 (ja) ガス分離方法およびガス分離装置
CN113613764B (zh) 沸石膜复合体、沸石膜复合体的制造方法、沸石膜复合体的处理方法及分离方法
CN111902202B (zh) 陶瓷支撑体、沸石膜复合体、沸石膜复合体的制造方法以及分离方法
US20230018523A1 (en) Gas separation method and zeolite membrane
CN113924158A (zh) 沸石膜复合体、沸石膜复合体的制造方法、分离装置、膜型反应装置及分离方法
US20240033691A1 (en) Support, zeolite membrane complex, method of producing zeolite membrane complex, and separation method
JP7230176B2 (ja) ゼオライト膜複合体、ゼオライト膜複合体の製造方法、および、分離方法
CN115715227A (zh) 分离膜复合体及分离方法
CN115605283A (zh) 分离膜组件
CN113574017A (zh) 沸石膜复合体的制造方法及沸石膜复合体
WO2021240917A1 (ja) 分離膜複合体、分離膜複合体の製造方法および分離方法
US20210340016A1 (en) Crystalline material and membrane complex
US11865499B2 (en) Zeolite membrane complex, method of producing zeolite membrane complex, and hydrothermal synthesis apparatus
US20230330603A1 (en) Separation membrane complex and method of producing separation membrane complex
US20240181399A1 (en) Processing method of separation membrane complex and processing apparatus for separation membrane complex
WO2023153172A1 (ja) 分離膜複合体、混合ガス分離装置および分離膜複合体の製造方法
WO2023238557A1 (ja) 分離装置の運転方法および分離装置
US20230415099A1 (en) Method of evaluating separation membrane module
WO2022130741A1 (ja) 分離膜複合体、分離装置、分離方法および分離膜複合体の製造方法
US20240100474A1 (en) Mixed gas separation method and mixed gas separation apparatus
WO2023162854A1 (ja) ゼオライト膜複合体、ゼオライト膜複合体の製造方法および分離方法
WO2023153057A1 (ja) 混合ガス分離装置、混合ガス分離方法および膜反応装置
WO2021186974A1 (ja) ガス分離方法およびゼオライト膜
CN118201701A (zh) 沸石膜复合体及膜反应装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination