DE112021001801T5

DE112021001801T5 - Trennmembranmodul

Info

Publication number: DE112021001801T5
Application number: DE112021001801.9T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Nakanishi; Katsuya Shimizu; Naoto KINOSHITA; Makiko ICHIKAWA
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2021-04-05
Publication date: 2023-02-16
Also published as: US20230073866A1; CN115605283A; WO2021246046A1; JP7420938B2; JPWO2021246046A1; BR112022022067A2

Abstract

Ein Trennmembranmodul (21) umfasst einen Trennmembrankomplex (1), der einen Träger (11) und eine Trennmembran (12), die auf dem Träger (11) bereitgestellt ist, aufweist, einen Aufnahmebehälter (22) zum Aufnehmen des Trennmembrankomplexes (1), und ein Abdichtungselement (23), das zwischen einer Stützoberfläche (24), die innerhalb des Aufnahmebehälters (22) bereitgestellt ist, und einer gestützten Oberfläche (14) des Trennmembrankomplexes (1) vorliegt und mit der Stützoberfläche (24) und der gestützten Oberfläche (14) in einem engen Kontakt ist. Ein erster Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement (23) und der gestützten Oberfläche (14) und/oder ein zweiter Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement (23) und der Stützoberfläche (24) sind/ist nicht höher als 0,5. Ein Wert, der durch Multiplizieren des ersten Haftreibungskoeffizienten und/oder des zweiten Haftreibungskoeffizienten mit einer Druckkraft [N] des Abdichtungselements (23) und Dividieren des Produkts durch eine Masse [kg] des Trennmembrankomplexes (1) erhalten wird, ist größer als 0,7.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trennmembranmodul.
[QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG]
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-098750 , die am 5. Juni 2020 eingereicht worden ist und deren Inhalt unter Bezugnahme vollständig hierin einbezogen ist.
STAND DER TECHNIK
Ein Trennmembranmodul wurde herkömmlich verwendet. Beispielsweise offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2020-23432 (Dokument 1) ein Trennmembranmodul, in dem ein Komplex aus Zeolith und einem anorganischen porösen Träger und ein Element mit hoher Dichte mit einem anorganischen Haftmittel miteinander verbunden sind. Ferner offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2009-226395 (Dokument 2) ein Trennmembranmodul, in dem eine Mehrzahl von Trennmembranelementen in Reihe gekoppelt und in einen druckfesten Behälter eingebracht sind. In dem Trennmembranmodul ist eine Reibungswiderstand-vermindernde Struktur zum Vermindern des Reibungswiderstands auf einer Innenoberfläche des druckfesten Behälters in einem Kopplungselement, das die Trennmembranelemente koppelt, vorgesehen. Ferner zeigen die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2004-83375 (Dokument 3) und WO 2011/105511 (Dokument 4) jeweils ein Verfahren zur Herstellung eines Zeolithen des DDR-Typs. Ferner zeigt WO 2018/180095 (Dokument 5) ein Verfahren des Untersuchens eines Gaslecks in einem Trennmembranmodul.
In dem Trennmembranmodul ist ein Trennmembrankomplex, der eine Trennmembran und einen Träger aufweist, innerhalb eines Aufnahmebehälters gestützt. In einem beispielhaften Trennmembranmodul ist zwischen einer Innenoberfläche eines Behälterhauptteils des Aufnahmebehälters und einer Außenoberfläche des Trennmembrankomplexes ein Abdichtungselement, das mit der Innenoberfläche und der Außenoberfläche in einem engen Kontakt ist, bereitgestellt, und der Trennmembrankomplex ist innerhalb des Aufnahmebehälters mittels des Abdichtungselements gestützt. Im Allgemeinen ist eine Reibungskraft zwischen dem Abdichtungselement und der Außenoberfläche des Trennmembrankomplexes und der Innenoberfläche des Behälterhauptteils hoch (was eine geringere Gleitfähigkeit bedeutet), und es ist sehr mühsam, das Abdichtungselement auszutauschen. Da ein Abbau des Abdichtungselements abhängig von den Nutzungsbedingungen (Temperatur, Gasart und dergleichen) rascher auftritt als derjenige einer Trennmembran, ist es jedoch erforderlich, das Abdichtungselement regelmäßig auszutauschen und es ist erforderlich, den Austausch des Abdichtungselements zu vereinfachen, um das Wartungsvermögen zu verbessern.
Wie es in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2009-226395 (dem vorstehend beschriebenen Dokument 2) gezeigt ist, kann die vorstehend beschriebene Reibungskraft beispielsweise durch Bereitstellen von zwei oder mehr vorragenden Abschnitten auf dem Abdichtungselement geringer gemacht werden (das Abdichtungselement gleitfähiger gemacht werden), wobei jedoch dann, wenn jedwede(r) Vibration bzw. Schwingung oder Stoß auf das Trennmembranmodul einwirkt, ein Gleiten zwischen dem Abdichtungselement und der Außenoberfläche des Trennmembrankomplexes oder der Innenoberfläche des Behälterhauptteils auftritt und es dadurch unmöglich wird, den Trennmembrankomplex innerhalb des Aufnahmebehälters in einer geeigneten Weise zu stützen und den hermetischen Zustand bzw. die Gasdichtigkeit sicherzustellen. Diese Probleme treten in der gleichen Weise auch in einem Fall auf, bei dem der Trennmembrankomplex auf einer Stützoberfläche angebracht ist, die von der Innenoberfläche des Behälterhauptteils verschieden ist, wobei das Abdichtungselement dazwischen innerhalb des Aufnahmebehälters angeordnet ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trennmembranmodul und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Anbringen und Entfernen eines Trennmembrankomplexes an/von einem Aufnahmebehälter zu erleichtern, während der Trennmembrankomplex in dem Aufnahmebehälter in einer geeigneten Weise gestützt ist.
Das Trennmembranmodul gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Trennmembrankomplex, der einen Träger und eine Trennmembran, die auf dem Träger bereitgestellt ist, aufweist, einen Aufnahmebehälter zum Aufnehmen des Trennmembrankomplexes, und ein Abdichtungselement, das zwischen einer Stützoberfläche, die innerhalb des Aufnahmebehälters bereitgestellt ist, und einer gestützten Oberfläche des Trennmembrankomplexes vorliegt und mit der Stützoberfläche und der gestützten Oberfläche in einem engen Kontakt ist, und in dem Trennmembranmodul ein erster Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement und der gestützten Oberfläche und/oder ein zweiter Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement und der Stützoberfläche nicht höher als 0,5 sind/ist und ein Wert, der durch Multiplizieren des ersten Haftreibungskoeffizienten und/oder des zweiten Haftreibungskoeffizienten mit einer Druckkraft [N] des Abdichtungselements und Dividieren des Produkts durch eine Masse [kg] des Trennmembrankomplexes erhalten wird, größer als 0,7 ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Trennmembrankomplex einfach an dem Aufnahmebehälter angebracht und von diesem entfernt werden, während der Trennmembrankomplex in einer geeigneten Weise in dem Aufnahmebehälter gestützt ist.
Vorzugsweise ist dann, wenn das Trennmembranmodul bei 100 °C für 72 Stunden erwärmt wird, das Verhältnis der Gasdurchlässigkeit durch den Trennmembrankomplex nach einem Erwärmen zu derjenigen durch den Trennmembrankomplex vor einem Erwärmen nicht niedriger als 80 %.
Vorzugsweise ist ein Schmiermittel auf einer Oberfläche des Abdichtungselements aufgebracht.
Vorzugsweise ist dann, wenn das Schmiermittel bei 100 °C für 72 Stunden erwärmt wird, die Abnahmerate der Masse des Schmiermittels nicht höher als 5 %.
Vorzugsweise ist die Stützoberfläche Teil einer Innenoberfläche eines Hauptteils des Aufnahmebehälters und die gestützte Oberfläche ist Teil einer Außenoberfläche des Trennmembrankomplexes.
Vorzugsweise ist die Trennmembran eine Zeolithmembran.
Vorzugsweise weist die Zeolithmembran eine Porenstruktur mit einem Sauerstoffring mit acht oder weniger Gliedern auf.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, deutlicher.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die einen Aufbau einer Trennvorrichtung zeigt;
2 ist ein Querschnitt eines Zeolithmembrankomplexes;
3 ist ein Querschnitt, der einen vergrößerten Teil des Zeolithmembrankomplexes zeigt;
4 ist eine Ansicht, welche die Art und Weise des Messens eines Haftreibungskoeffizienten zwischen einem Abdichtungselement und einer Stützoberfläche eines Aufnahmebehälters zeigt;
5 ist eine Ansicht, welche die Art und Weise des Messens eines Haftreibungskoeffizienten zwischen dem Abdichtungselement und einer gestützten Oberfläche des Zeolithmembrankomplexes zeigt; und
6 ist eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel eines Trennmembranmoduls zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1 ist eine Ansicht, die einen schematischen Aufbau einer Trennvorrichtung 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der 1 sind parallele Schraffurlinien in dem Querschnitt von einigen Bestandteilselementen weggelassen. Die Trennvorrichtung 2 ist eine Vorrichtung zum Trennen einer Substanz mit hohem Durchdringungsvermögen für den Zeolithmembrankomplex 1, der später beschrieben wird, von einem Fluid (d.h., einem Gas oder einer Flüssigkeit). Das Trennen in der Trennvorrichtung 2 kann beispielsweise durchgeführt werden, um eine Substanz mit hohem Durchdringungsvermögen von einem Fluid zu extrahieren oder um eine Substanz mit niedrigem Durchdringungsvermögen zu konzentrieren.
Das vorstehend beschriebene Fluid kann eine Art eines Gases oder ein Mischgas sein, das eine Mehrzahl von Arten von Gasen enthält, es kann eine Art von Flüssigkeit oder eine Mischflüssigkeit sein, die eine Mehrzahl von Arten von Flüssigkeiten enthält, oder es kann ein Gas-Flüssigkeit-Zweiphasenfluid sein, das sowohl ein Gas als auch eine Flüssigkeit enthält.
Das Fluid enthält mindestens eines von beispielsweise Wasserstoff (H₂), Helium (He), Stickstoff (N₂), Sauerstoff (O₂), Wasser (H₂O), Wasserdampf (H₂O), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO₂), Stickstoffoxid, Ammoniak (NH₃), Schwefeloxid, Schwefelwasserstoff (H₂S), Schwefelfluorid, Quecksilber (Hg), Arsenwasserstoff (AsH₃), Cyanwasserstoff (HCN), Carbonylsulfid (COS), C1- bis C8-Kohlenwasserstoffe, einer organischen Säure, Alkohol, Mercaptanen, Ester, Ether, Keton und Aldehyd.
Das Stickstoffoxid ist eine Verbindung aus Stickstoff und Sauerstoff. Das vorstehend beschriebene Stickstoffoxid ist beispielsweise ein Gas, das als NOx bezeichnet wird, wie z.B. Stickstoffoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO₂), Lachgas (auch als Distickstoffmonoxid bezeichnet) (N₂O), Distickstofftrioxid (N₂O₃), Distickstofftetroxid (N₂O₄), Distickstoffpentoxid (N₂O₅) oder dergleichen.
Das Schwefeloxid ist eine Verbindung aus Schwefel und Sauerstoff. Das vorstehend beschriebene Schwefeloxid ist beispielsweise ein Gas, das als SOx bezeichnet wird, wie z.B. Schwefeldioxid (SO₂), Schwefeltrioxid (SO₃) oder dergleichen.
Das Schwefelfluorid ist eine Verbindung aus Fluor und Schwefel. Das vorstehend beschriebene Schwefelfluorid ist beispielsweise Dischwefeldifluorid (F-S-S-F, S=SF₂), Schwefeldifluorid (SF₂), Schwefeltetrafluorid (SF₄), Schwefelhexafluorid (SF₆), Dischwefeldecafluorid (S₂F₁₀) oder dergleichen.
Die C1- bis C8-Kohlenwasserstoffe sind Kohlenwasserstoffe mit nicht weniger als 1 und nicht mehr als 8 Kohlenstoffatomen. Die C3- bis C8-Kohlenwasserstoffe können jedwede einer geradkettigen Verbindung, einer Seitenkettenverbindung und einer Ringverbindung sein. Ferner können die C2- bis C8-Kohlenwasserstoffe entweder ein gesättigter Kohlenwasserstoff (d.h., in dem keine Doppelbindung und Dreifachbindung in einem Molekül vorliegt) oder ein ungesättigter Kohlenwasserstoff (d.h., in dem eine Doppelbindung und/oder eine Dreifachbindung in einem Molekül vorliegt) sein. Die C1- bis C4-Kohlenwasserstoffe sind beispielsweise Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Ethylen (C₂H₄), Propan (C₃H₈), Propylen (C₃H₆), n-Butan (CH₃(CH₂)₂CH₃), Isobutan (CH(CH₃)₃), 1-Buten (CH₂=CHCH₂CH₃), 2-Buten (CH₃CH=CHCH₃) oder Isobuten (CH₂=C(CH₃)₂).
Die vorstehend beschriebene organische Säure ist eine Carbonsäure, Sulfonsäure oder dergleichen. Die Carbonsäure ist beispielsweise Ameisensäure (CH₂O₂), Essigsäure (C₂H₄O₂), Oxalsäure (C₂H₂O₄), Acrylsäure (C₃H₄O₂), Benzoesäure (C₆H₅COOH) oder dergleichen. Die Sulfonsäure ist beispielsweise Ethansulfonsäure (C₂H₆O₃S) oder dergleichen. Die organische Säure kann entweder eine Kettenverbindung oder eine Ringverbindung sein.
Der vorstehend beschriebene Alkohol ist beispielsweise Methanol (CH₃OH), Ethanol (C₂H₅OH), Isopropanol (2-Propanol) (CH₃CH(OH)CH₃), Ethylenglykol (CH₂(OH)CH₂(OH)), Butanol (C₄H₉OH) oder dergleichen.
Die Mercaptane sind eine organische Verbindung mit einem hydrierten Schwefel (SH) an dessen Ende, und sie sind eine Substanz, die auch als Thiol oder Thioalkohol bezeichnet wird. Die vorstehend beschriebenen Mercaptane sind beispielsweise Methylmercaptan (CH₃SH), Ethylmercaptan (C₂H₅SH), 1-Propanthiol (C₃H₇SH) oder dergleichen.
Der vorstehend beschriebene Ester ist beispielsweise ein Ameisensäureester, ein Essigsäureester oder dergleichen.
Der vorstehend beschriebene Ether ist beispielsweise Dimethylether ((CH₃)₂O), Methylethylether (C₂H₅OCH₃), Diethylether (C₂H₅)₂O) oder dergleichen.
Das vorstehend beschriebene Keton ist beispielsweise Aceton ((CH₃)₂CO), Methylethylketon (C₂H₅COCH₃), Diethylketon ((C₂H₅)₂CO) oder dergleichen.
Der vorstehend beschriebene Aldehyd ist beispielsweise Acetaldehyd (CH₃CHO), Propionaldehyd (C₂H₅CHO), Butanal (Butylaldehyd) (C₃H₇CHO) oder dergleichen.
In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass das Fluid, das durch die Trennvorrichtung 2 getrennt werden soll, eine Mischsubstanz (d.h., ein Mischgas) ist, die eine Mehrzahl von Arten von Gasen enthält.
Die Trennvorrichtung 2 umfasst ein Trennmembranmodul 21, einen Zuführungsteil 26, einen ersten Sammelteil 27 und einen zweiten Sammelteil 28. Das Trennmembranmodul 21 umfasst einen Zeolithmembrankomplex 1 und einen Aufnahmebehälter 22 sowie zwei Abdichtungselemente 23. Der Zeolithmembrankomplex 1 und die Abdichtungselemente 23 sind innerhalb des Aufnahmebehälters 22 aufgenommen. Der Zuführungsteil 26, der erste Sammelteil 27 und der zweite Sammelteil 28 sind außerhalb des Aufnahmebehälters 22 angeordnet und mit dem Aufnahmebehälter 22 verbunden.
Die 2 ist ein Querschnitt des Zeolithmembrankomplexes 1. Die 3 ist ein Querschnitt, der einen vergrößerten Teil des Zeolithmembrankomplexes 1 zeigt. In der 2 ist ein später beschriebener Abdichtungsteil 13 nicht gezeigt. Der Zeolithmembrankomplex 1 ist ein Trennmembrankomplex und umfasst einen porösen Träger 11 und eine Zeolithmembran 12, die eine Trennmembran ist, die auf dem Träger 11 bereitgestellt ist. Die Zeolithmembran 12 wird mindestens durch Bilden eines Zeolithen auf einer Oberfläche des Trägers 11 in einer Membranform erhalten und umfasst keine Membran, die durch einfaches Verteilen von Zeolithteilchen in einer organischen Membran erhalten wird. Ferner kann die Zeolithmembran 12 zwei oder mehr Arten von Zeolithen enthalten, die bezüglich der Struktur und der Zusammensetzung verschieden sind. In der 2 ist die Zeolithmembran 12 durch eine dicke Linie dargestellt. In der 3 ist die Zeolithmembran 12 schraffiert. Ferner ist in der 3 die Dicke der Zeolithmembran 12 größer gezeigt als die tatsächliche Dicke.
Ferner kann in der Trennvorrichtung 2 ein Trennmembrankomplex verwendet werden, der von dem Zeolithmembrankomplex 1 verschieden ist, und anstelle der Zeolithmembran 12 kann eine anorganische Membran, die aus einer anorganischen Substanz ausgebildet ist, die von einem Zeolithen verschieden ist, oder eine Membran, die von der anorganischen Membran verschieden ist, auf dem Träger 11 als die Trennmembran ausgebildet sein. Ferner kann eine Trennmembran verwendet werden, in der Zeolithteilchen in einer organischen Membran verteilt sind. In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die Trennmembran die Zeolithmembran 12 ist.
Der Träger 11 ist ein poröses Element, das ein Gas und eine Flüssigkeit durchdringen können. In dem beispielhaften Fall, der in der 2 gezeigt ist, ist der Träger 11 ein Träger des monolithischen Typs mit einem integriert und kontinuierlich geformten säulenförmigen Hauptteil, der mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern 111 versehen ist, die sich jeweils in einer Längsrichtung erstrecken (d.h., in der Links-rechts-Richtung in der 2). In dem beispielhaften Fall, der in der 2 gezeigt ist, weist der Träger 11 im Wesentlichen eine Säulenform auf. Ein Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung von jedem der Durchgangslöcher 111 (d.h., Zellen) ist beispielsweise im Wesentlichen kreisförmig. In der 2 ist der Durchmesser jedes Durchgangslochs 111 größer als der tatsächliche Durchmesser und die Anzahl von Durchgangslöchern 111 ist geringer als die tatsächliche Anzahl. Die Zeolithmembran 12 ist auf einer Innenoberfläche des Durchgangslochs 111 ausgebildet und bedeckt im Wesentlichen die gesamte Innenoberfläche des Durchgangslochs 111.
Die Länge des Trägers 11 (d.h., die Länge in der Links-rechts-Richtung in der 2) beträgt beispielsweise 10 cm bis 200 cm. Der Außendurchmesser des Trägers 11 beträgt beispielsweise 0,5 cm bis 200 cm. Der Abstand zwischen den Mittelachsen von benachbarten Durchgangslöchern 111 beträgt beispielsweise 0,3 mm bis 10 mm. Die Oberflächenrauheit (Ra) des Trägers 11 beträgt beispielsweise 0,1 µm bis 5,0 µm und vorzugsweise 0,2 µm bis 2,0 µm. Ferner kann die Form des Trägers 11 beispielsweise wabenartig, in der Art einer flachen Platte, röhrenförmig, zylindrisch, säulenförmig, polygonal prismatisch oder dergleichen sein. Wenn der Träger 11 eine Röhrenform oder eine zylindrische Form aufweist, beträgt die Dicke des Trägers 11 beispielsweise 0,1 mm bis 10 mm.
Als das Material für den Träger 11 können verschiedene Materialien (beispielsweise eine Keramik oder ein Metall) nur verwendet werden, wenn die Materialien eine chemische Stabilität in dem Verfahrensschritt des Bildens der Zeolithmembran 12 auf deren Oberfläche sicherstellen. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist der Träger 11 aus einem Keramiksinterkörper ausgebildet. Beispiele für den Keramiksinterkörper, der aus einem Material für den Träger 11 ausgewählt ist, umfassen Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Mullit, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Yttriumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid und dergleichen. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform enthält der Träger 11 mindestens eine Art von Aluminiumoxid, Siliziumoxid und Mullit.
Der Träger 11 kann ein anorganisches Bindemittel enthalten. Als das anorganische Bindemittel kann mindestens eines von Titanoxid, Mullit, leicht sinterbarem Aluminiumoxid, Siliziumoxid, einer Glasfritte, einem Tonmineral und leicht sinterbarem Kordierit verwendet werden.
Der durchschnittliche Porendurchmesser des Trägers 11 beträgt beispielsweise 0,01 µm bis 70 µm und vorzugsweise 0,05 µm bis 25 µm. Der durchschnittliche Porendurchmesser des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, auf der die Zeolithmembran 12 ausgebildet ist, beträgt 0,01 µm bis 1 µm und vorzugsweise 0,05 µm bis 0,5 µm. Der durchschnittliche Porendurchmesser kann beispielsweise unter Verwendung eines Quecksilber-Porosimeters, eines Permporosimeters oder eines Nano-Permporosimeters gemessen werden. Bezüglich der Porendurchmesserverteilung des gesamten Trägers 11, einschließlich dessen Oberfläche und dessen Inneres, beträgt D5 beispielsweise 0,01 µm bis 50 µm, D50 beträgt beispielsweise 0,05 µm bis 70 µm und D95 beträgt beispielsweise 0,1 µm bis 2000 µm. Die Porosität des Trägers 11 in der Nähe der Oberfläche, auf der die Zeolithmembran 12 ausgebildet ist, beträgt beispielsweise 20 % bis 60 %.
Der Träger 11 weist beispielsweise eine Mehrschichtstruktur auf, in der eine Mehrzahl von Schichten mit unterschiedlichen durchschnittlichen Porendurchmessern in einer Dickenrichtung geschichtet sind. Der durchschnittliche Porendurchmesser und der Sinterteilchendurchmesser in einer Oberflächenschicht, welche die Oberfläche umfasst, auf der die Zeolithmembran 12 ausgebildet ist, sind kleiner als diejenigen in Schichten, die von der Oberflächenschicht verschieden sind. Der durchschnittliche Porendurchmesser in der Oberflächenschicht des Trägers 11 beträgt beispielsweise 0,01 µm bis 1 µm und vorzugsweise 0,05 µm bis 0,5 µm. Wenn der Träger 11 eine Mehrschichtstruktur aufweist, können die Materialien für die jeweiligen Schichten diejenigen sein, die vorstehend beschrieben worden sind. Die Materialien für die Mehrzahl von Schichten, welche die Mehrschichtstruktur bilden, können identisch oder voneinander verschieden sein.
Die Zeolithmembran 12 ist eine poröse Membran mit Mikroporen. Die Zeolithmembran 12 kann als Trennmembran zum Trennen einer spezifischen Substanz von einem Fluid, in dem eine Mehrzahl von Arten von Substanzen gemischt ist, unter Verwendung einer Molekularsiebfunktion verwendet werden. Verglichen mit der spezifischen Substanz kann jedwede der anderen Substanzen die Zeolithmembran 12 schwerer durchdringen. Mit anderen Worten, die Durchlässigkeit von jedweder anderen Substanz durch die Zeolithmembran 12 ist geringer als diejenige der vorstehenden spezifischen Substanz.
Die Dicke der Zeolithmembran 12 beträgt beispielsweise 0,05 µm bis 30 µm, vorzugsweise 0,1 µm bis 20 µm und mehr bevorzugt 0,5 µm bis 10 µm. Wenn die Dicke der Zeolithmembran 12 erhöht wird, nimmt die Trennleistung zu. Wenn die Dicke der Zeolithmembran 12 vermindert wird, nimmt die Durchlässigkeit zu. Die Oberflächenrauheit (Ra) der Zeolithmembran 12 beträgt beispielsweise 5 µm oder weniger, vorzugsweise 2 µm oder weniger, mehr bevorzugt 1 µm oder weniger und noch mehr bevorzugt 0,5 µm oder weniger.
Obwohl es bezüglich des Typs des Zeolithen, der die Zeolithmembran 12 bildet, keine spezielle Beschränkung gibt, ist es im Hinblick auf eine Erhöhung der Durchlässigkeit für CO₂ und eine Verbesserung der Trennleistung bevorzugt, dass die Zeolithmembran 12 eine Porenstruktur mit einem Sauerstoffring mit acht oder weniger Gliedern aufweisen sollte. Mit anderen Worten, die maximale Anzahl der Ringglieder des Zeolithen, der in der Zeolithmembran 12 enthalten ist, sollte 8 oder weniger (beispielsweise 6 oder 8) betragen. Dabei bezieht sich ein n-gliedriger Sauerstoffring auf einen Abschnitt, bei dem die Anzahl von Sauerstoffatomen, die ein Grundgerüst bilden, das eine Pore bildet, n beträgt und jedes Sauerstoffatom an ein später beschriebenes T-Atom unter Bildung einer Ringstruktur gebunden ist. Abhängig von der Art des zu verarbeitenden Gases kann die maximale Anzahl der Ringglieder des Zeolithen größer als 8 sein.
Die Zeolithmembran 12 ist beispielsweise aus einem Zeolithen des DDR-Typs ausgebildet. Mit anderen Worten, die Zeolithmembran 12 ist ein Zeolith mit dem Strukturkode „DDR“, der durch die International Zeolite Association festgelegt wird. In diesem Fall beträgt der Einzelporendurchmesser des Zeolithen, der die Zeolithmembran 12 bildet, 0,36 nm × 0,44 nm und der durchschnittliche Porendurchmesser beträgt 0,40 nm. Der Einzelporendurchmesser der Zeolithmembran 12 ist kleiner als der durchschnittliche Porendurchmesser des Trägers 11.
Die Zeolithmembran 12 ist nicht auf den Zeolithen des DDR-Typs beschränkt, sondern es kann sich um einen Zeolithen mit jedweder anderen Struktur handeln. Die Zeolithmembran 12 kann beispielsweise aus einem Zeolithen des AEI-Typs, AEN-Typs, AFN-Typs, AFV-Typs, AFX-Typs, BEA-Typs, CHA-Typs, DDR-Typs, ERI-Typs, ETL-Typs, FAU-Typs (X-Typs, Y-Typs), GIS-Typs, LEV-Typs, LTA-Typs, MEL-Typs, MFI-Typs, MOR-Typs, PAU-Typs, RHO-Typs, SAT-Typs, SOD-Typs oder dergleichen ausgewählt sein.
Die Zeolithmembran 12 enthält beispielsweise Silizium (Si). Die Zeolithmembran 12 kann beispielsweise jedwede zwei oder mehr von Si, Aluminium (AI) und Phosphor (P) enthalten. Als der Zeolith, der die Zeolithmembran 12 bildet, kann ein Zeolith, in dem Atome (T-Atome), die sich in der Mitte eines Sauerstoff-Tetraeders (TO₄) befinden, der den Zeolithen bildet, nur Si oder Si und Al umfassen, ein Zeolith des AIPO-Typs, in dem T-Atome Al und P umfassen, ein Zeolith des SAPO-Typs, in dem T-Atome Si, Al und P umfassen, ein Zeolith des MAPSO-Typs, in dem T-Atome Magnesium (Mg), Si, Al und P umfassen, ein Zeolith des ZnAPSO-Typs, in dem T-Atome Zink (Zn), Si, Al und P umfassen, oder dergleichen verwendet werden. Einige der T-Atome können durch andere Elemente ersetzt werden.
Wenn die Zeolithmembran 12 Si-Atome und Al-Atome enthält, beträgt das Verhältnis von Si/Al in der Zeolithmembran 12 beispielsweise nicht weniger als 1 und nicht mehr als 100000. Das Si/Al-Verhältnis beträgt vorzugsweise 5 oder mehr, mehr bevorzugt 20 oder mehr und noch mehr bevorzugt 100 oder mehr. Kurz gesagt, je höher das Verhältnis ist, desto besser ist dies. Durch Einstellen des Mischungsverhältnisses einer Si-Quelle und einer Al-Quelle in einer später beschriebenen Ausgangsmateriallösung oder dergleichen kann das Si/Al-Verhältnis in der Zeolithmembran 12 eingestellt werden. Die Zeolithmembran 12 kann ein Alkalimetall enthalten. Das Alkalimetall ist beispielsweise Natrium (Na) oder Kalium (K).
Die Durchlässigkeit von CO₂ durch die Zeolithmembran 12 bei 20 °C bis 400 °C beträgt beispielsweise 100 nmol/m² · s · Pa oder mehr. Ferner beträgt das Verhältnis (Durchlässigkeitsverhältnis) der Durchlässigkeit von CO₂ durch die Zeolithmembran 12 zu der Leckage (Menge) von N₂ bei 20 °C bis 400 °C beispielsweise 5 oder mehr. Die Durchlässigkeit und das Durchlässigkeitsverhältnis sind diejenigen in einem Fall, bei dem die Partialdruckdifferenz von CO₂ zwischen der Zuführungsseite und der Permeationsseite der Zeolithmembran 12 1,5 MPa beträgt.
Nachstehend wird ein beispielhafter Betriebsablauf zur Herstellung des Zeolithmembrankomplexes 1 beschrieben. Bei der Herstellung des Zeolithmembrankomplexes 1 werden zuerst Impfkristalle hergestellt, die zur Herstellung der Zeolithmembran 12 verwendet werden sollen. Beispielsweise wird ein Pulver eines Zeolithen des DDR-Typs durch eine Hydrothermalsynthese synthetisiert und die Impfkristalle werden aus dem Zeolithpulver gewonnen. Das Zeolithpulver selbst kann als die Impfkristalle verwendet werden oder kann durch Pulverisieren oder dergleichen verarbeitet werden, wodurch die Impfkristalle erhalten werden.
Anschließend wird der poröse Träger 11 in eine Lösung eingetaucht, in der die Impfkristalle dispergiert sind, und die Impfkristalle werden dadurch auf den Träger 11 aufgebracht. Alternativ wird die Lösung, in der die Impfkristalle dispergiert sind, mit einem Abschnitt auf dem Träger 11 in Kontakt gebracht, bei dem die Zeolithmembran 12 ausgebildet werden soll, und die Impfkristalle werden dadurch auf den Träger 11 aufgebracht. Dadurch wird ein Träger mit aufgebrachten Impfkristallen hergestellt. Die Impfkristalle können auf den Träger 11 durch jedwedes andere Verfahren aufgebracht werden.
Der Träger 11, auf dem die Impfkristalle aufgebracht sind, wird in eine Ausgangsmateriallösung eingetaucht. Die Ausgangsmateriallösung wird beispielsweise durch Lösen oder Dispergieren einer Si-Quelle und eines strukturbildenden Mittels (nachstehend auch als „SDA“ bezeichnet) und dergleichen in einem Lösungsmittel hergestellt. Als Lösungsmittel der Ausgangsmateriallösung wird beispielsweise Wasser oder ein Alkohol, wie z.B. Ethanol, oder dergleichen verwendet. Das SDA, das in der Ausgangsmateriallösung enthalten ist, ist beispielsweise eine organische Substanz. Als SDA kann beispielsweise 1-Aminoadamantan verwendet werden.
Dann wird bewirkt, dass der Zeolith des DDR-Typs aus den Impfkristallen als Kerne durch eine Hydrothermalsynthese wächst, wodurch die Zeolithmembran des DDR-Typs 12 auf dem Träger 11 gebildet wird. Die Temperatur bei der Hydrothermalsynthese beträgt vorzugsweise 120 bis 200 °C. Die Zeit für die Hydrothermalsynthese beträgt vorzugsweise 6 bis 100 Stunden.
Nach dem Ende der Hydrothermalsynthese werden der Träger 11 und die Zeolithmembran 12 mit reinem Wasser gewaschen. Der Träger 11 und die Zeolithmembran 12 werden nach dem Waschen beispielsweise bei 80 °C getrocknet. Nach dem Ende des Trocknens des Trägers 11 und der Zeolithmembran 12 wird mit der Zeolithmembran 12 eine Wärmebehandlung durchgeführt, wodurch das SDA in der Zeolithmembran 12 durch Verbrennen nahezu vollständig entfernt wird, und dies verursacht Mikroporen in der Zeolithmembran 12, so dass die Zeolithmembran 12 durchdrungen wird. Durch die vorstehende Verarbeitung wird der vorstehend beschriebene Zeolithmembrankomplex 1 erhalten.
In dem beispielhaften Zeolithmembrankomplex 1 von 1 ist der Abdichtungsteil 13 auf beiden Endabschnitten des Trägers 11 in der Längsrichtung bereitgestellt. Bei dem Abdichtungsteil 13 handelt es sich um Elemente zum Bedecken und Abdichten beider Endoberflächen des Trägers 11 in der Längsrichtung und Abschnitten einer Außenoberfläche in der Nähe der beiden Endoberflächen. Der Abdichtungsteil 13 verhindert das Einströmen und Ausströmen von Gas von/zu den beiden Endoberflächen des Trägers 11. Der Abdichtungsteil 13 ist beispielsweise aus einem Glas, einem Harz oder einem Metall ausgebildet. Das Material und die Form des Abdichtungsteils 13 können in einer geeigneten Weise geändert werden. Ferner sind beide Enden jedes Durchgangslochs 111 in der Längsrichtung nicht mit den Abdichtungselementen 13 bedeckt und daher kann das Einströmen und Ausströmen von Gas zu/von dem Durchgangsloch 111 von/zu den beiden Enden davon bewirkt werden.
In dem Trennmembranmodul 21 von 1 ist der Aufnahmebehälter 22 beispielsweise ein röhrenförmiges Element mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form. Der Aufnahmebehälter 22 kann jedwede Form aufweisen, die von einer zylindrischen Form verschieden ist. Der Aufnahmebehälter 22 ist ein druckfester Behälter und ist beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder Kohlenstoffstahl bzw. unlegiertem Stahl hergestellt. Die Längsrichtung des Aufnahmebehälters 22 ist im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Zeolithmembrankomplexes 1. Eine Zuführungsöffnung 221 ist an einem Endabschnitt auf einer Seite in der Längsrichtung des Aufnahmebehälters 22 bereitgestellt (d.h., einem Endabschnitt auf der linken Seite in der 1) und eine erste Abgabeöffnung 222 ist an einem anderen Endabschnitt auf der anderen Seite bereitgestellt. Eine zweite Abgabeöffnung 223 ist auf einer Seitenoberfläche des Aufnahmebehälters 22 bereitgestellt. Der Zuführungsteil 26 ist mit der Zuführungsöffnung 221 verbunden. Der erste Sammelteil 27 ist mit der ersten Abgabeöffnung 222 verbunden. Der zweite Sammelteil 28 ist mit der zweiten Abgabeöffnung 223 verbunden. Ein Innenraum des Aufnahmebehälters 22 ist ein abgeschlossener Raum, der von dem Raum um den Aufnahmebehälter 22 isoliert ist.
In dem beispielhaften Fall, der in der 1 gezeigt ist, umfasst der Aufnahmebehälter 22 einen Behälterhauptteil 224 und zwei Abdeckungsabschnitte 226. Der Behälterhauptteil 224 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element mit Öffnungen an beiden Endabschnitten in der Längsrichtung. Der Behälterhauptteil 224 ist mit zwei Flanschabschnitten 225 versehen. Die zwei Flanschabschnitte 225 sind im Wesentlichen ringförmige, scheibenartige Abschnitte, die sich jeweils um die vorstehend beschriebenen zwei Öffnungen des Behälterhauptteils 224 radial auswärts von dem Behälterhauptteil 224 erstrecken. Der Behälterhauptteil 224 und die zwei Flanschabschnitte 225 sind verbundene Elemente. Die zwei Abdeckungsabschnitte 226 werden durch Schrauben oder dergleichen an den zwei Flanschabschnitten 225 angebracht, während sie jeweils die vorstehend beschriebenen zwei Öffnungen des Behälterhauptteil 224 bedecken. Die zwei Öffnungen des Behälterhauptteils 224 werden dadurch hermetisch bzw. gasdicht verschlossen. Die vorstehend beschriebene Zuführungsöffnung 221 ist in dem Abdeckungsabschnitt 226 auf der linken Seite in der 1 bereitgestellt. Die erste Abgabeöffnung 222 ist in dem Abdeckungsabschnitt 226 auf der rechten Seite in der 1 bereitgestellt. Die zweite Abgabeöffnung 223 ist im Wesentlichen in der Mitte des Behälterhauptteils 224 in der Längsrichtung bereitgestellt.
Die zwei Abdichtungselemente 23 sind um den gesamten Umfang zwischen einer Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 und einer Innenoberfläche des Aufnahmebehälters 22 in der Nähe von beiden Endabschnitten des Zeolithmembrankomplexes 1 in der Längsrichtung bereitgestellt (in dem beispielhaften Fall, der in der 1 gezeigt ist, zwischen einer Außenumfangsoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 und einer Innenumfangsoberfläche des Behälterhauptteils 224). Jedes der Abdichtungselemente 23 ist ein Element, das aus einem Material ausgebildet ist, das ein Gas nicht durchdringen kann. In dem beispielhaften Fall, der in der 1 gezeigt ist, weist das Abdichtungselement 23 eine ringförmige Form auf und ist beispielsweise ein O-Ring, der aus einem flexiblen Harz ausgebildet ist. Das Material des Abdichtungselements 23 ist beispielsweise ein perfluorierter Fluorkautschuk (FFKM), ein Nitrilkautschuk (NBR), ein Fluorkautschuk (FKM), ein Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) oder dergleichen.
Jedes der Abdichtungselemente 23 kommt mit der Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 und der Innenoberfläche des Aufnahmebehälters 22 um deren gesamten Umfänge in einen engen Kontakt. In dem beispielhaften Fall, der in der 1 gezeigt ist, kommen die Abdichtungselemente 23 mit einer Außenoberfläche des Abdichtungsteils 13 in einen engen Kontakt und kommen indirekt mit einer Außenoberfläche des Trägers 11 in einen engen Kontakt, wobei der Abdichtungsteil 13 dazwischen angeordnet ist. Die Abschnitte zwischen den Abdichtungselementen 23 und der Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 und zwischen den Abdichtungselementen 23 und der Innenoberfläche des Aufnahmebehälters 22 sind verschlossen und es ist daher nahezu oder vollständig unmöglich, dass ein Gas durch die Abschnitte hindurchtritt. In dem Trennmembranmodul 21 wird der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit zwischen der zweiten Abgabeöffnung 223 und jeder der Zuführungsöffnung 221 und der ersten Abgabeöffnung 222 durch die Abdichtungselemente 23 sichergestellt. Ein Schmiermittel wird auf eine Oberfläche des Abdichtungselements 23 aufgebracht. Details des Schmiermittels werden später beschrieben.
Der Zuführungsteil 26 führt das Mischgas in den Innenraum des Aufnahmebehälters 22 durch die Zuführungsöffnung 221 zu. Der Zuführungsteil 26 umfasst beispielsweise ein Gebläse oder eine Pumpe zum Pumpen des Mischgases zu dem Aufnahmebehälter 22. Das Gebläse oder die Pumpe umfasst einen Druckregelteil zum Regeln des Drucks des Mischgases, das dem Aufnahmebehälter 22 zugeführt werden soll. Der erste Sammelteil 27 und der zweite Sammelteil 28 umfassen jeweils beispielsweise einen Lagerbehälter zum Lagern des Gases, das aus dem Aufnahmebehälter 22 geleitet worden ist, oder ein Gebläse oder eine Pumpe zum Transportieren des Gases.
Wenn eine Trennung des Mischgases durchgeführt wird, wird die vorstehend beschriebene Trennvorrichtung 2 zur Herstellung des Zeolithmembrankomplexes 1 verwendet. Anschließend führt der Zuführungsteil 26 ein Mischgas, das eine Mehrzahl von Arten von Gasen mit verschiedenem Durchdringungsvermögen für die Zeolithmembran 12 enthält, in den Innenraum des Aufnahmebehälters 22 zu. Beispielsweise umfasst die Hauptkomponente des Mischgases CO₂ und N₂. Das Mischgas kann jedwedes Gas enthalten, das von CO₂ und N₂ verschiedenen ist. Der Druck (d.h., der Zuführungsdruck) des Mischgases, das in den Innenraum des Aufnahmebehälters 22 von dem Zuführungsteil 26 zugeführt werden soll, beträgt beispielsweise 0,1 MPaA bis 20,0 MPaA. Die Temperatur zum Trennen des Mischgases beträgt beispielsweise 10 °C bis 100 °C.
Das Mischgas, das von dem Zuführungsteil 26 in den Aufnahmebehälter 22 zugeführt wird, wird von dem linken Ende des Zeolithmembrankomplexes 1 in der 1 in das Innere jedes Durchgangslochs 111 des Trägers 11 eingeführt, wie es durch den Pfeil 251 angegeben ist. Ein Gas mit hohem Durchdringungsvermögen (das beispielsweise CO₂ ist und nachstehend als „Substanz mit hohem Durchdringungsvermögen“ bezeichnet wird) in dem Mischgas durchdringt die Zeolithmembran 12, die auf der Innenoberfläche von jedem Durchgangsloch 111 und dem Träger 11 bereitgestellt ist, und wird von der Außenoberfläche des Trägers 11 ausgeleitet. Die Substanz mit hohem Durchdringungsvermögen wird dadurch von dem Gas mit niedrigem Durchdringungsvermögen (das beispielsweise N₂ ist und nachstehend als „Substanz mit niedrigem Durchdringungsvermögen“ bezeichnet wird) in dem Mischgas getrennt.
Das Gas (nachstehend als „Permeatsubstanz“ bezeichnet), das den Zeolithmembrankomplex 1 durchdrungen hat und das von der Außenoberfläche des Trägers 11 ausgeleitet worden ist, wird durch den zweiten Sammelteil 28 durch die zweite Abgabeöffnung 223 gesammelt, wie es durch den Pfeil 253 angegeben ist. Der Druck (d.h., der Permeatdruck) des Gases, das durch den zweiten Sammelteil 28 durch die zweite Abgabeöffnung 223 gesammelt werden soll, beträgt beispielsweise etwa 1 Atmosphäre (0,101 MPaA).
Ferner tritt in dem Mischgas ein Gas (nachstehend als „Nicht-Permeatsubstanz“ bezeichnet), das von dem Gas, das den Zeolithmembrankomplex 1 durchdrungen hat, verschieden ist, durch jedes Durchgangsloch 111 des Trägers 11 von der linken Seite zur rechten Seite in der 1 hindurch. Die Nicht-Permeatsubstanz wird durch die erste Abgabeöffnung 222 zur Außenseite des Aufnahmebehälters 22 abgegeben und durch den ersten Sammelteil 27 gesammelt, wie es durch den Pfeil 252 angegeben ist. Der Druck des Gases, das durch den ersten Sammelteil 27 durch die erste Abgabeöffnung 222 gesammelt werden soll, ist beispielsweise im Wesentlichen mit dem Zuführungsdruck identisch. Die Nicht-Permeatsubstanz kann eine Substanz mit hohem Durchdringungsvermögen, welche die Zeolithmembran 12 nicht durchdrungen hat, sowie die vorstehend beschriebene Substanz mit niedrigem Durchdringungsvermögen umfassen.
Als nächstes werden Details des Schmiermittels beschrieben. Wie es weiter oben beschrieben worden ist, wird bzw. ist das Schmiermittel auf die Oberfläche des Abdichtungselements 23 aufgebracht. Das Schmiermittel ist beispielsweise eine Substanz, in der ein Feststoff, wie z.B. ein Verdickungsmittel (ein chemisches Mittel zum Erhöhen der Viskosität und der Emulsionsstabilität) oder dergleichen, einem flüssigen Schmiermittel zugesetzt worden ist. Das Schmiermittel ist beispielsweise ein Fett auf Fluorölbasis. Als ein Beispiel des Schmiermittels wird MOLYKOTE (eingetragene Marke) HP-500 verwendet, das von DuPont Toray Specialty Materials K.K. hergestellt wird.
Das Schmiermittel kann direkt auf die Oberfläche des Abdichtungselements 23 aufgebracht werden oder es kann auf die Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 oder die Innenoberfläche des Aufnahmebehälters 22, die mit dem Abdichtungselement 23 in Kontakt sind, aufgebracht werden, so dass es auf die Oberfläche des Abdichtungselements 23 aufgebracht wird. Als ein Beispiel wird das Schmiermittel auf nahezu die gesamte Oberfläche des Abdichtungselements 23 aufgebracht. Das Schmiermittel muss lediglich auf einen Bereich der Oberfläche des Abdichtungselements 23, der mit der Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 in Kontakt ist, und einen weiteren Bereich davon, der mit der Innenoberfläche des Aufnahmebehälters 22 in Kontakt ist, aufgebracht werden. Obwohl das Schmiermittel zwischen dem Abdichtungselement 23 und der Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 und zwischen dem Abdichtungselement 23 und der Innenoberfläche des Aufnahmebehälters 22 vorliegt, wird in der folgenden Beschreibung davon ausgegangen, dass das Abdichtungselement 23 mit der Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 in Kontakt ist und das Abdichtungselement 23 mit der Innenoberfläche des Aufnahmebehälters 22 in Kontakt ist, und zwar selbst in dem Fall, bei dem das Schmiermittel dazwischen vorliegt.
Es ist bevorzugt, dass das Schmiermittel eine geringe Flüchtigkeit aufweist. Die Flüchtigkeit des Schmiermittels kann unter Verwendung der Verflüchtigungsrate in einem Fall bewertet werden, wenn das Schmiermittel bei Raumtemperatur gehalten wird. Wenn beispielsweise das Schmiermittel aus einem Produktbehälter des Schmiermittels entnommen wird und bei 25 bis 30 °C für 72 Stunden gehalten wird, wird das Verhältnis des Massenabnahmeausmaßes des Schmiermittels nach 72 Stunden zu dessen Masse vor dem Halten (d.h., (Massenabnahmeausmaß des Schmiermittels) / (Masse des Schmiermittels vor dem Halten) × 100) als die Verflüchtigungsrate erhalten. Die vorstehend beschriebene Verflüchtigungsrate beträgt beispielsweise nicht mehr als 1 %, vorzugsweise nicht mehr als 0,5 % und mehr bevorzugt nicht mehr als 0,1 %. Dadurch ist es möglich, eine Verminderung der Trennleistung in dem Zeolithmembrankomplex 1 aufgrund eines Anhaftens einer Substanz, die sich von dem Schmiermittel bei Raumtemperatur auf die Zeolithmembran 12 verflüchtigt hat, zu verhindern.
Es ist bevorzugt, dass das Schmiermittel eine Wärmestabilität aufweist. Die Wärmestabilität des Schmiermittels kann unter Verwendung der Abnahmerate der Masse in einem Fall bewertet werden, bei dem das Schmiermittel bei einer vorgegebenen Bedingung erwärmt wird. Wenn ein nicht erwärmtes Schmiermittel bei 100 °C für 72 Stunden erwärmt wird, wird beispielsweise das Verhältnis des Massenabnahmeausmaßes des Schmiermittels nach einem Erwärmen zu der Masse vor einem Erwärmen (d.h., (Massenabnahmeausmaß des Schmiermittels) / (Masse des Schmiermittels vor einem Erwärmen) × 100) als Massenabnahmerate erhalten. Obwohl es bevorzugt ist, dass nur das Schmiermittel zu diesem Zeitpunkt erwärmt wird, können das Schmiermittel und das Abdichtungselement 23 erwärmt werden, wobei das Abdichtungselement 23, auf dem eine große Menge Schmiermittel aufgebracht ist, davon abgeschnitten wird. Selbst in dem Fall, bei dem das Schmiermittel und das Abdichtungselement 23 erwärmt werden, kann das gesamte Massenabnahmeausmaß des Schmiermittels und des Abdichtungselements 23 als das Massenabnahmeausmaß des Schmiermittels betrachtet werden, da typischerweise nahezu keine Änderung der Masse des Abdichtungselements 23 aufgrund des Erwärmens bei der vorstehend beschriebenen Temperatur auftritt. Das Massenabnahmeausmaß des Schmiermittels aufgrund des Erwärmens kann durch entsprechendes Erwärmen eines weiteren Abdichtungselements 23, wobei das Schmiermittel davon entfernt ist, und Messen des Massenabnahmeausmaßes des Abdichtungselements 23 erhalten werden.
Die vorstehend beschriebene Massenabnahmerate ist beispielsweise nicht höher als 5 %, vorzugsweise nicht höher als 3 % und mehr bevorzugt nicht höher als 1 %. Dadurch kann eine Verminderung der Trennleistung in dem Zeolithmembrankomplex 1 aufgrund des Anhaftens einer Substanz, die aus dem Schmiermittel durch Erwärmen erzeugt worden ist, auf der Zeolithmembran 12 verhindert werden.
Die Verminderung der Trennleistung aufgrund der Substanz, die aus dem Schmiermittel durch Erwärmen erzeugt worden ist, kann durch Erwärmen des Trennmembranmoduls 21 bei einer vorgegebenen Bedingung und Erhalten einer Änderung der Durchlässigkeit für ein vorgegebenes Gas vor und nach einem Erwärmen bewertet werden. Beispielsweise wird zuerst die Trennvorrichtung 2 unter Verwendung eines ungebrauchten Trennmembranmoduls 21 (nicht erwärmten Trennmembranmoduls 21) hergestellt. Anschließend wird durch Zuführen eines Mischgases zu der Trennvorrichtung 2 die Durchlässigkeit für ein vorgegebenes Gas, das in dem Mischgas enthalten ist, das den Zeolithmembrankomplex 1 durchdringt (die Menge, die durch die zweite Abgabeöffnung 223 gesammelt werden soll, die nachstehend einfach als „Gasdurchlässigkeit“ bezeichnet wird), gemessen. Danach wird in einem Zustand, bei dem der Aufnahmebehälter 22 verschlossen ist, wobei die Zuführungsöffnung 221, die erste Abgabeöffnung 222 und die zweite Abgabeöffnung 223 bedeckt sind, das Trennmembranmodul 21 bei 100 °C für 72 Stunden erwärmt. Nach dem Ende des Erwärmens wird die Gasdurchlässigkeit in Bezug auf das Mischgas in der Trennvorrichtung 2 erneut gemessen.
Dann wird das Verhältnis der Gasdurchlässigkeit durch den Zeolithmembrankomplex 1 nach dem Erwärmen zu derjenigen durch den Zeolithmembrankomplex 1 vor einem Erwärmen (d.h., (Gasdurchlässigkeit nach einem Erwärmen) / (Gasdurchlässigkeit vor einem Erwärmen) × 100) erhalten. Wenn das Verhältnis höher wird, wird die Verminderung der Trennleistung stärker verhindert. In dem Trennmembranmodul 21 ist das Verhältnis beispielsweise nicht niedriger als 80 %, vorzugsweise nicht niedriger als 85 % und mehr bevorzugt nicht niedriger als 90 %. Das Verhältnis ist normalerweise nicht höher als 100 %. Obwohl das vorstehend beschriebene Gas, das den Zeolithmembrankomplex 1 durchdringt, in einem beispielhaften Fall Kohlendioxid (CO₂)-Gas ist, ist das Gas nicht darauf beschränkt. In einem Fall, bei dem die CO₂-Durchlässigkeit gemessen wird, wird beispielsweise ein Mischgas aus CO₂ und N₂ verwendet.
In dem Trennmembranmodul 21 wird die Position des Zeolithmembrankomplexes 1 in Bezug auf den Aufnahmebehälter 22 durch das Abdichtungselement 23 aufrechterhalten (gehalten). In dem beispielhaften Fall, der in der 1 gezeigt ist, ist der Zeolithmembrankomplex 1 nicht mit irgendwelchen Elementen in Kontakt, die von dem Abdichtungselement 23 innerhalb des Aufnahmebehälters 22 verschieden sind. Ferner ist die Außenoberfläche an beiden Endabschnitten des Zeolithmembrankomplexes 1, d.h., die Außenoberfläche des Abdichtungsteils 13, in Bezug auf die Längsrichtung eine flache zylindrische Oberfläche. Mit anderen Worten, in der Außenoberfläche ist irgendein ausgesparter Abschnitt oder dergleichen zum Halten des Abdichtungselements 23 nicht ausgebildet. Daher wird eine relative Position des Zeolithmembrankomplexes 1 und des Abdichtungselements 23 durch die Reibung zwischen der Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 (einer später beschriebenen gestützten Oberfläche 14) und der Oberfläche des Abdichtungselements 23 aufrechterhalten. Ferner ist an Positionen gegenüber beiden Endabschnitten des Zeolithmembrankomplexes 1 die Innenoberfläche des Aufnahmebehälters 22 eine flache zylindrische Oberfläche in Bezug auf die Längsrichtung. Mit anderen Worten, in der Innenoberfläche ist irgendein ausgesparter Abschnitt oder dergleichen zum Halten des Abdichtungselements 23 nicht ausgebildet. Daher wird eine relative Position des Abdichtungselements 23 und des Aufnahmebehälters 22 durch die Reibung zwischen der Oberfläche des Abdichtungselements 23 und der Innenoberfläche des Aufnahmebehälters 22 aufrechterhalten.
Folglich wird in dem Trennmembranmodul 21 von 1 die Position des Zeolithmembrankomplexes 1 in Bezug auf den Aufnahmebehälter 22 durch die Reibung zwischen der Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 und dem Abdichtungselement 23 und die Reibung zwischen dem Abdichtungselement 23 und der Innenoberfläche des Aufnahmebehälters 22 aufrechterhalten. In der folgenden Beschreibung wird ein Abschnitt 14 (die Außenoberfläche des Abdichtungsteils 13 in dem beispielhaften Fall von 1), der mit dem Abdichtungselement 23 in der Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 in Kontakt ist, als eine „gestützte Oberfläche 14“ bezeichnet, und ein Abschnitt 24, der mit dem Abdichtungselement 23 in der Innenoberfläche des Aufnahmebehälters 22 in Kontakt ist, wird als „Stützoberfläche 24“ bezeichnet. Die gestützte Oberfläche 14 und die Stützoberfläche 24 liegen einander gegenüber, wobei das Abdichtungselement 23 dazwischen angeordnet ist. In dem beispielhaften Fall, der in der 1 gezeigt ist, weisen die gestützte Oberfläche 14 und die Stützoberfläche 24 jeweils eine ringförmige Form auf. Ferner kann in einem Fall, bei dem kein Abdichtungsteil 13 in dem Zeolithmembrankomplex 1 bereitgestellt ist, die gestützte Oberfläche 14 die Oberfläche des Trägers 11 sein.
Wie es weiter oben beschrieben worden ist, wird in dem Trennmembranmodul 21 das Mischgas, das von der Zuführungsöffnung 221 zugeführt wird, in die Permeatsubstanz, die den Zeolithmembrankomplex 1 durchdringt und zu der zweiten Abgabeöffnung 223 geleitet wird, und die Nicht-Permeatsubstanz, die den Zeolithmembrankomplex 1 nicht durchdringt und zu der ersten Abgabeöffnung 222 geleitet wird, getrennt. Ferner wird der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit zwischen der zweiten Abgabeöffnung 223 und jeder der Zuführungsöffnung 221 und der ersten Abgabeöffnung 222 durch das Abdichtungselement 23 sichergestellt.
Dabei besteht in einem Fall, bei dem irgendein(e) Vibration bzw. Schwingung oder Stoß auf das Trennmembranmodul 21 ausgeübt wird, wenn ein Gleiten zwischen dem Abdichtungselement 23 und der Stützoberfläche 24 oder der gestützten Oberfläche 14 auftritt und sich der Zeolithmembrankomplex 1 oder das Abdichtungselement 23 in Bezug auf den Aufnahmebehälter 22 stark bewegt, eine Möglichkeit, dass der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit nicht aufrechterhalten werden kann. Ferner besteht auch die weitere Möglichkeit, dass das Abdichtungselement 23 von dem Zeolithmembrankomplex 1 entfernt wird und der Zeolithmembrankomplex 1 auf den Aufnahmebehälter 22 auftrifft, wodurch dieser beschädigt wird. Daher ist es selbst in dem Fall, bei dem irgendein(e) Vibration bzw. Schwingung oder Stoß auf das Trennmembranmodul 21 ausgeübt wird, bevorzugt, dass die relative Position des Zeolithmembrankomplexes 1 und des Abdichtungselements 23 in Bezug auf den Aufnahmebehälter 22 aufrechterhalten wird und der Zeolithmembrankomplex 1 innerhalb des Aufnahmebehälters 22 in einer geeigneten Weise gestützt wird.
Um zu bewirken, dass sich der Zeolithmembrankomplex 1 und das Abdichtungselement 23 in Bezug auf den Aufnahmebehälter 22 aufgrund einer Vibration bzw. Schwingung oder eines Stoßes, die bzw. der auf das Trennmembranmodul 21 ausgeübt wird, nicht bewegen, ist es erforderlich, dass die Reibungskraft F1 zwischen dem Abdichtungselement 23 und jeder der gestützten Oberfläche 14 und der Stützoberfläche 24 größer als eine Kraft F2 ist (nachstehend als „Stoßkraft F2“ bezeichnet), die in der Längsrichtung aufgrund der Vibration bzw. Schwingung oder des Stoßes ausgeübt wird. Nachstehend wird die Reibungskraft F1 durch den Ausdruck 1 ausgedrückt und die Stoßkraft F2 wird durch den Ausdruck 2 ausgedrückt.
$\begin{array}{l} Reibungskraft F 1 = (Haftreibungskoeffizient) \times (Normalkraft [N] aufgrund des \\ Abdichtungselements) \\ = (Haftreibungskoeffizient) \times (Druckkraft [N] des Abdichtungselements) \\ = (Haftreibungskoeffizient) \times (Druckkraft [N/m] des Abdichtungselement pro 1 m) \\ \times (Gesamtkontaktl \ddot{a} nge [m] des Abdichtungselements) \end{array}$
$\begin{array}{l} Stoßkraft F 2 = (Masse [kg] des Zeolithmembrankomplexes) \times (Schwingungsbeschleunigung \\ [{m/s}^{2}]) \end{array}$
Die Bedingung für das Bewirken, dass sich der Zeolithmembrankomplex nicht bewegt, wenn eine gewisse Schwingungsbeschleunigung ausgeübt wird, wird daher durch den Ausdruck 3 ausgedrückt.
$\begin{array}{l} (Haftreibungskoeffizient) \times (Druckkraft [N/m] des Abdichtungselements pro 1 m) \\ \times (Gesamtkontaktl \ddot{a} nge [m] des Abdichtungselemnts) / (Masse [kg] des \\ Zeolithmembrankomplexes) > (Schwingungsbeschleunigung [{m/s}^{2}]) \end{array}$
Im Ausdruck 1 und im Ausdruck 3 hängt „die Druckkraft des Abdichtungselements pro 1 m“ von der Härte, dem Drahtdurchmesser und der Quetschung des Abdichtungselements 23 ab und kann beispielsweise einen Wert aufweisen, der durch den Hersteller des Abdichtungselements angegeben wird oder der durch ein Experiment erhalten werden kann. Im Ausdruck 1 und im Ausdruck 3 ist „die Gesamtkontaktlänge des Abdichtungselements“ die Länge, mit der das Abdichtungselement mit der gestützten Oberfläche oder der Stützoberfläche in Kontakt ist, und beispielsweise wird in dem Fall, bei dem das Abdichtungselement ein O-Ring ist und dies die Länge des Kontakts mit der gestützten Oberfläche 14 ist, die Gesamtkontaktlänge des Abdichtungselements durch den Ausdruck 4 erhalten.
$\begin{array}{l} Gesamtkontaktl \ddot{a} nge [m] des Abdichtungselements = (Innendurchmesser [m] des \\ Abdichtungselements) \times π \times (Anzahl der Abdichtungselemente) \end{array}$
Die Quetschung des Abdichtungselements 23 wird mit JIS-Standards bezeichnet. In später beschriebenen Beispielen wird ein Abdichtungselement von P-180 und A50 mit einer Quetschung von 0,65 und einem Drahtdurchmesser von 8,4 verwendet. Ferner hängt in dem Ausdruck 2 und dem Ausdruck 3 „die Schwingungsbeschleunigung“ von der Stärke der Schwingung ab. In später beschriebenen Beispielen wird die Schwingung auf 0,7 bis 1 m/s² eingestellt, was 97 bis 100 dB entspricht. In einem Fall, bei dem ein vorgegebener Wert für „die Schwingungsbeschleunigung“ gemäß der Spezifikation oder dergleichen, die für das Trennmembranmodul 21 erforderlich ist, festgelegt ist, können, wenn „der Haftreibungskoeffizient“ größer wird, „die Druckkraft des Abdichtungselements“ (ein Wert, der durch Multiplizieren „der Druckkraft des Abdichtungselements pro 1 m“ mit „der Gesamtkontaktlänge des Abdichtungselements“ erhalten wird) größer wird oder „die Masse des Zeolithmembrankomplexes“ kleiner wird, der Zeolithmembrankomplex 1 und das Abdichtungselement 23 in Bezug auf den Aufnahmebehälter 22 schwerer bewegt werden. Daher wird, wenn ein Wert, der durch Multiplizieren „des Haftreibungskoeffizienten“ mit „der Druckkraft des Abdichtungselements“ und Dividieren des Produkts durch „die Masse des Zeolithmembrankomplexes“ erhalten wird, größer wird, das Trennmembranmodul 21 gegen die Vibration bzw. Schwingung oder den Stoß beständiger und der Zustand, bei dem der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit sichergestellt ist, kann einfacher aufrechterhalten werden.
Ferner ist nach dem Ausüben einer Vibration bzw. Schwingung oder eines Stoßes zum geeigneten Stützen des Zeolithmembrankomplexes 1 innerhalb des Aufnahmebehälters 22 und zum Aufrechterhalten des hermetischen Zustands bzw. der Gasdichtigkeit durch das Abdichtungselement 23 ein Wert, der durch Multiplizieren des Haftreibungskoeffizienten (nachstehend als „erster Haftreibungskoeffizient“ bezeichnet) zwischen dem Abdichtungselement 23 und der gestützten Oberfläche 14 mit der Druckkraft [N] des Abdichtungselements und Dividieren des Produkts durch die Masse [kg] des Zeolithmembrankomplexes 1 erhalten wird, beispielsweise größer als 0,7, vorzugsweise nicht kleiner als 0,9 und mehr bevorzugt nicht kleiner als 1,0. Entsprechend ist ein Wert, der durch Multiplizieren des Haftreibungskoeffizienten (nachstehend als „zweiter Haftreibungskoeffizient“ bezeichnet) zwischen dem Abdichtungselement 23 und der Stützoberfläche 24 mit der Druckkraft [N] des Abdichtungselements und Dividieren des Produkts durch die Masse [kg] des Zeolithmembrankomplexes 1 erhalten wird, beispielsweise größer als 0,7, vorzugsweise nicht kleiner als 0,9 und mehr bevorzugt nicht kleiner als 1,0.
Beispielsweise wird in einem Fall, bei dem der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit zwischen der zweiten Abgabeöffnung 223 und jeder der Zuführungsöffnung 221 und der ersten Abgabeöffnung 222 selbst nach dem Ausüben einer vorgegebenen Vibration bzw. Schwingung oder eines vorgegebenen Stoßes aufrechterhalten wird, davon ausgegangen, dass der Zeolithmembrankomplex 1 in einer geeigneten Weise innerhalb des Aufnahmebehälters 22 gestützt ist. Zum Prüfen des hermetischen Zustands bzw. der Gasdichtigkeit kann ein Untersuchungsverfahren verwendet werden, wie es beispielsweise in WO 2018/180095 (Dokument 5) angegeben ist. In dem Verfahren wird in einem Zustand, bei dem die erste Abgabeöffnung 222 geschlossen ist, ein Prüfgas von der Zuführungsöffnung 221 zugeführt. Das Prüfgas weist einen dynamischen Moleküldurchmesser auf, der größer ist als der Porendurchmesser der Zeolithmembran 12. Wenn das Prüfgas einen vorgegebenen Druck innerhalb des Aufnahmebehälters 22 erreicht, wird die Zuführungsöffnung 221 geschlossen. Anschließend wird die Leckagemenge des Prüfgases zu der zweiten Abgabeöffnung 223 erfasst. Die Leckagemenge des Prüfgases wird beispielsweise auf der Basis einer Druckänderung des Prüfgases auf der Seite der Zuführungsöffnung 221 berechnet. Wenn die Leckagemenge des Prüfgases niedriger ist als ein vorgegebener Schwellenwert, wird bestimmt, dass der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit durch das Abdichtungselement 23 sichergestellt ist, und wenn die Leckagemenge des Prüfgases nicht niedriger ist als der vorgegebene Schwellenwert, wird nicht bestimmt, dass der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit sichergestellt ist. Da ferner die Leckagemenge des Prüfgases streng genommen die Leckagemenge aufgrund eines Membrandefekts der Zeolithmembran 12 sowie die Leckagemenge aufgrund des Abdichtungselements 23 umfasst, kann die Leckagemenge, die zur Bestimmung verwendet wird, die Leckagemenge ausschließlich der Leckagemenge aufgrund des Membrandefekts sein. Die Leckagemenge aufgrund des Membrandefekts wird beispielsweise auf der Basis einer Berechnungsformel, die durch ein Experiment erhalten worden ist, berechnet.
Der erste und der zweite Haftreibungskoeffizient werden beispielsweise unter Verwendung von lagenartigen oder plattenartigen Elementen, die aus den gleichen Materialien wie denjenigen des Zeolithmembrankomplexes 1 und des Aufnahmebehälters 22 ausgebildet sind, so dass sie die gleichen Oberflächenzustände (Oberflächenrauheiten (Ra)) wie diejenigen des Zeolithmembrankomplexes 1 bzw. des Aufnahmebehälters 22 und des tatsächlichen Abdichtungselements 23 aufweisen, gemessen. In dem Trennmembranmodul 21 beträgt die Oberflächenrauheit (Ra) der Oberfläche des Abdichtungselements 23 beispielsweise 1 µm bis 100 µm und vorzugsweise 5 µm bis 20 µm. Die Oberflächenrauheit (Ra) der gestützten Oberfläche 14 in dem Zeolithmembrankomplex 1 beträgt beispielsweise 5 µm bis 100 µm und vorzugsweise 10 µm bis 50 µm. Die Oberflächenrauheit (Ra) der Stützoberfläche 24 in dem Aufnahmebehälter 22 beträgt beispielsweise 1 µm bis 50 µm und vorzugsweise 5 µm bis 20 µm. Zur Messung der Oberflächenrauheit wird beispielsweise ein Lasermikroskop verwendet.
Die 4 ist eine Ansicht, die eine Art und Weise des Messens des zweiten Haftreibungskoeffizienten zwischen dem Abdichtungselement 23 und der Stützoberfläche 24 des Aufnahmebehälters 22 zeigt. In dem beispielhaften Fall, der in der 4 gezeigt ist, wird ein Plattenelement 91, das aus dem gleichen Material wie demjenigen der Stützoberfläche 24 (Behälterhauptteil 224) des Aufnahmebehälters 22 ausgebildet ist, so dass es den gleichen Oberflächenzustand wie derjenige der Stützoberfläche 24 aufweist, auf einer vorgegebenen horizontalen Ebene angeordnet. Ferner wird auf dem Plattenelement 91 das vorliegende Abdichtungselement 23 angeordnet. Dabei wird das gleiche Schmiermittel, das in dem Trennmembranmodul 21 verwendet wird, auf eine Ebene des Abdichtungselements 23 aufgebracht, die mit dem Plattenelement 91 in Kontakt ist. Es ist bevorzugt, dass die Aufbringmenge des Schmiermittels 0,01 g bis 1 g beträgt. Auf dem Abdichtungselement 23 wird ein Gewicht 93 angeordnet (z.B. ein Gewicht mit einer Masse von 1 kg oder mehr). Das Abdichtungselement 23 und das Gewicht 93 können gegebenenfalls aneinander angebracht werden. Ferner wird ein Kraftmesser 94 mit dem Abdichtungselement 23 (oder dem Gewicht 93, das an dem Abdichtungselement 23 angebracht ist) verbunden. Dann wird das Abdichtungselement 23 durch den Kraftmesser 94 in einer horizontalen Richtung gezogen und eine Kraft F [N] (nachstehend als „Kraft bei der Dehngrenze“ bezeichnet), die erhalten wird, wenn das Abdichtungselement 23 bewegt wird, wird gemessen. Der zweite Haftreibungskoeffizient µ wird aus dem Ausdruck 5 erhalten.
$μ = F/ {(Masse [kg] der Lage + Masse [kg] des Gewichts) \times Erdbeschleunigung}$
Obwohl der zweite Haftreibungskoeffizient unter Verwendung des Elements gemessen wird, das zu dem Aufnahmebehälter 22 in dem beispielhaften Fall, der in der 4 gezeigt ist, äquivalent ist, kann der erste Haftreibungskoeffizient unter Verwendung eines Elements gemessen werden, das zu dem Zeolithmembrankomplex 1 äquivalent ist, wie er vorstehend beschrieben worden ist. Ferner können der erste und der zweite Haftreibungskoeffizient unter Verwendung von jeweiligen Fragmenten, die durch Schneiden des Zeolithmembrankomplexes 1 und des Aufnahmebehälters 22 erhalten worden sind, gemessen werden, und in einem Fall, bei dem ein großes Messgerät verwendet werden kann, kann eine Messung unter Verwendung des Trennmembranmoduls 21 selbst (ohne dass es geschnitten wird) durchgeführt werden. Da der Haftreibungskoeffizient nicht von der Fläche einer Kontaktoberfläche abhängt, kann durch jedwedes der vorstehend beschriebenen Messverfahren das gleiche Ergebnis erhalten werden.
Die 5 ist eine Ansicht, die eine Art und Weise des Messens des ersten Haftreibungskoeffizienten zwischen dem Abdichtungselement 23 und der gestützten Oberfläche 14 des Zeolithmembrankomplexes 1 zeigt. In dem beispielhaften Fall, der in der 5 gezeigt ist, wird das vorliegende Abdichtungselement 23 auf einer Oberflächenplatte 95 angeordnet. Das Abdichtungselement 23 kann gegebenenfalls auf der Oberflächenplatte 95 angebracht werden. Das Schmiermittel wird auf dem Abdichtungselement 23 aufgebracht. Ferner wird ein Fragment (z.B. mit einer Masse von 1 kg oder mehr), das durch Schneiden des Zeolithmembrankomplexes 1 erhalten wird, derart auf dem Abdichtungselement 23 angeordnet, dass nur der Abschnitt des Abdichtungsteils 13 damit in Kontakt sein kann. In der 5 wird für das Fragment des Zeolithmembrankomplexes das gleiche Bezugszeichen wie dasjenige des Zeolithmembrankomplexes 1 vergeben. Gegebenenfalls kann ein Gewicht auf dem Fragment angeordnet werden und das Fragment und das Gewicht können aneinander angebracht werden. Dann wird das Fragment in der horizontalen Richtung durch den Kraftmesser 94 gezogen und eine Kraft F [N] (eine „Kraft bei der Dehngrenze“), die erhalten wird, wenn das Fragment bewegt wird, wird gemessen. Der erste Haftreibungskoeffizient µ kann in der gleichen Weise wie mit dem Ausdruck 5 erhalten werden. Das Gleiche gilt für einen Fall, bei dem die Messung unter Verwendung eines Fragments durchgeführt wird, das durch Schneiden des Aufnahmebehälters 22 erhalten wird.
Wenn der Zeolithmembrankomplex 1 an dem Aufnahmebehälter 22 angebracht wird, wird beispielsweise der Zeolithmembrankomplex 1 innerhalb des Behälterhauptteils 224 angeordnet, wobei der Abdeckungsabschnitt 226 abgenommen wird und das Abdichtungselement 23 von den Öffnungen an beiden Endabschnitten des Behälterhauptteils 224 in der Längsrichtung zwischen der Innenoberfläche des Behälterhauptteils 224 (der Stützoberfläche 24) und der Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 (der gestützten Oberfläche 14) eingesetzt wird. Danach wird der Abdeckungsabschnitt 226 an dem Behälterhauptteil 224 angebracht.
Ferner ist es bei dem Trennmembranmodul 21 erforderlich, das Abdichtungselement 23 regelmäßig auszutauschen, da das Abdichtungselement 23 abhängig von der Art, der Temperatur oder dergleichen des Mischgases abgebaut wird. Es gibt einige Fälle, bei denen das Trennmembranmodul 21 defekt wird und damit eine Wartung durchgeführt wird. In einem solchen Fall wird zuerst der Abdeckungsabschnitt 226 von dem Behälterhauptteil 224 abgenommen. Danach wird das Abdichtungselement 23 von zwischen der Innenoberfläche des Behälterhauptteils 224 (der Stützoberfläche 24) und der Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 (der gestützten Oberfläche 14) durch die Öffnungen an beiden Endabschnitten des Behälterhauptteils 224 herausgezogen. Der Zeolithmembrankomplex 1 wird dadurch von dem Aufnahmebehälter 22 entfernt.
Zum einfachen Anbringen oder Entfernen des Zeolithmembrankomplexes 1 an/von dem Aufnahmebehälter 22 ist der erste Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement 23 und der gestützten Oberfläche 14 beispielsweise nicht höher als 0,5, vorzugsweise nicht höher als 0,4 und mehr bevorzugt nicht höher als 0,3. In diesem Fall ist die Reibungskraft F1 (maximale Haftreibungskraft) zwischen dem Abdichtungselement 23 und der gestützten Oberfläche 14 beispielsweise nicht höher als 250 N, vorzugsweise nicht höher als 200 N und mehr bevorzugt nicht höher als 150 N. Entsprechend ist der zweite Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement 23 und der Stützoberfläche 24 beispielsweise nicht höher als 0,5, vorzugsweise nicht höher als 0,4 und mehr bevorzugt nicht höher als 0,3. In diesem Fall ist die Reibungskraft F1 zwischen dem Abdichtungselement 23 und der Stützoberfläche 24 beispielsweise nicht höher als 250 N, vorzugsweise nicht höher als 200 N und mehr bevorzugt nicht höher als 150 N.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist in dem Trennmembranmodul 21 das Abdichtungselement 23 bereitgestellt, das zwischen der Stützoberfläche 24, die innerhalb des Aufnahmebehälters 22 bereitgestellt ist, und der gestützten Oberfläche 14 des Zeolithmembrankomplexes 1 vorliegt und in einem engen Kontakt mit der Stützoberfläche 24 und der gestützten Oberfläche 14 ist, und das eine Oberfläche aufweist, auf der das Schmiermittel aufgebracht ist. Ferner sind der erste Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement 23 und der gestützten Oberfläche 14 und der zweite Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement 23 und der Stützoberfläche 24 jeweils nicht höher als 0,5. Ferner ist ein Wert, der durch Multiplizieren von jedem des ersten Haftreibungskoeffizienten und des zweiten Haftreibungskoeffizienten mit der Druckkraft [N] des Abdichtungselements 23 und Dividieren des Produkts durch die Masse [kg] des Zeolithmembrankomplexes 1 erhalten wird, größer als 0,7. Selbst in dem Fall, bei dem jedwede(r) Vibration oder Schwingung oder Stoß auf das Trennmembranmodul 21 ausgeübt wird, ist es dadurch möglich, den Zeolithmembrankomplex 1 innerhalb des Aufnahmebehälters 22 zu stützen. Ferner kann der Zeolithmembrankomplex 1 einfach an dem Aufnahmebehälter 22 angebracht oder davon entfernt werden. Als Ergebnis kann ein Zusammenbau, eine Wartung oder dergleichen des Trennmembranmoduls 21 einfach durchzuführt werden und eine Verbesserung der Produktivität und des Wartungsvermögens des Trennmembranmoduls 21 kann erreicht werden.
Ferner ist in dem Fall, bei dem das Trennmembranmodul 21 bei 100 °C für 72 Stunden erwärmt wir, das Verhältnis der Gasdurchlässigkeit durch den Zeolithmembrankomplex 1 nach einem Erwärmen zu derjenigen durch den Zeolithmembrankomplex 1 vor einem Erwärmen nicht niedriger als 80 %. Dadurch kann das Trennmembranmodul 21 bereitgestellt werden, das eine Verminderung der Trennleistung aufgrund des Schmiermittels verhindern kann. Ferner ist in dem Fall, bei dem das Schmiermittel bei 100 °C für 72 Stunden erwärmt wird, die Abnahmerate der Masse des Schmiermittels nicht höher als 5 %. Daher kann die Verminderung der Trennleistung in dem Trennmembranmodul 21 weiter verhindert werden.
Als nächstes werden Beispiele des Trennmembranmoduls beschrieben. Dabei wird bei der Herstellung des Zeolithmembrankomplexes zuerst ein Monolithträger hergestellt. Der Träger weist einen Durchmesser von 180 mm und eine Gesamtlänge von 1000 mm auf. In dem Träger ist ein aus Glas ausgebildetes Abdichtungselement auf beiden Endoberflächen in der Längsrichtung und auf einer Außenoberfläche in der Nähe von beiden Endoberflächen ausgebildet. Ferner wird auf der Basis des Verfahrens zur Herstellung des Zeolithen des DDR-Typs, das in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2004-83375 (Dokument 3) gezeigt ist, ein Kristallpulver des Zeolithen des DDR-Typs hergestellt und als Impfkristalle verwendet. Nach dem Dispergieren der Impfkristalle in Wasser werden grobe Teilchen entfernt und dadurch wird eine Impfkristall-Dispersionsflüssigkeit hergestellt. Als nächstes wird auf der Basis des Verfahrens, das in WO 2011/105511 (Dokument 4) gezeigt ist, ein Zeolithmembrankomplex mit einem Durchmesser von 180 mm und einer Gesamtlänge von 1000 mm hergestellt.
Ferner werden ein Abdichtungselement und ein Aufnahmebehälter hergestellt bzw. vorbereitet. Das Abdichtungselement ist ein Kautschuk-O-Ring mit einer Shore-Härte von A50, mit einem Innendurchmesser von 179,5 mm und einem Drahtdurchmesser von 8,4 mm (P-180 als P-Standard). Ferner wird der Durchmesser der Innenoberfläche des Aufnahmebehälters gemäß JISB2401 so gestaltet, dass die Quetschung des Abdichtungselements 0,65 mm betragen kann. Dann wird der Zeolithmembrankomplex unter Verwendung des Abdichtungselements innerhalb des Aufnahmebehälters angebracht und dadurch wird ein Trennmembranmodul erhalten. Dabei wird in dem Trennmembranmodul der Beispiele 1 bis 3 ein Schmiermittel auf eine Oberfläche des Abdichtungselements aufgebracht. Das Schmiermittel, das im Beispiel 1 verwendet wird, ist MOLYKOTE (eingetragene Marke) HP-500, hergestellt von DuPont Toray Specialty Materials K.K., das Schmiermittel, das im Beispiel 2 verwendet wird, ist MOLYKOTE (eingetragene Marke) Hochvakuumfett und das Schmiermittel, das im Beispiel 3 verwendet wird, ist Sumilon 2250 Spray, hergestellt von Sumico Lubricants Co., Ltd. In dem Trennmembranmodul von Vergleichsbeispiel 1 wird kein Schmiermittel auf das Abdichtungselement aufgebracht.
(Messung des ersten Haftreibungskoeffizienten zwischen dem Zeolithmembrankomplex und dem Abdichtungselement)

Auf dem Abdichtungselement wird ein Fragment, das durch Schneiden des Zeolithmembrankomplexes erhalten worden ist, so überlagert, dass eine gestützte Oberfläche des Fragments mit dem Abdichtungselement in Kontakt sein kann. Dabei werden die gleichen Schmiermittel, wie sie in den Beispielen 1 bis 3 verwendet worden sind, jeweils auf eine Grenzfläche aufgebracht, an der das Abdichtungselement und die gestützte Oberfläche des Zeolithmembrankomplexes miteinander in Kontakt kommen. Im Vergleichsbeispiel 1 wird kein Schmiermittel auf die Grenzfläche aufgebracht. Dann wird das Fragment durch einen Kraftmesser in der horizontalen Richtung gezogen und die Kraft F [N] bei der Dehngrenze wird gemessen. Der erste Haftreibungskoeffizient wird aus dem weiter oben beschriebenen Ausdruck 5 erhalten. Die Tabelle 1 zeigt den ersten Haftreibungskoeffizienten. (Tabelle 1)

	Art des Schmiermittels	Masse [kg]	Kraft bei der Dehngrenze [N]	Erster Haftreibungskoeffizient
Beispiel 1	MOLYKOTE HP-500	1,326	1,6	0,12
Beispiel 2	MOLYKOTE Hochvakuumfett	1,439	3,4	0,24
Beispiel 3	Sumilon Spray	1,448	2,8	0,20
Vergleichsbeispiel 1	Keines	1,444	10,5	0,74

Mit jedem der Schmiermittel, die in den Beispielen 1 bis 3 verwendet worden sind, wird ein erster Haftreibungskoeffizient von nicht höher als 0,25 erhalten, während im Vergleichsbeispiel 1, bei dem kein Schmiermittel verwendet worden ist, der erste Haftreibungskoeffizient höher als 0,7 ist.
(Messung des zweiten Haftreibungskoeffizienten zwischen dem Aufnahmebehälter und dem Abdichtungselement)

Das Abdichtungselement wird auf einem Plattenelement (100 × 100 mm) angeordnet, das aus dem gleichen Material wie demjenigen eines Behälterhauptteils (Stützoberfläche) des Aufnahmebehälters so ausgebildet ist, dass es den gleichen Oberflächenzustand wie derjenige der Stützoberfläche aufweist. Dabei werden die gleichen Schmiermittel, wie sie in den Beispielen 1 bis 3 verwendet worden sind, jeweils auf eine Oberfläche des Abdichtungselements aufgebracht, die mit dem Plattenelement in Kontakt kommt. Im Vergleichsbeispiel 1 wurde kein Schmiermittel auf die Oberfläche aufgebracht. Anschließend wird ein Gewicht mit einer Masse von 1,2 kg auf dem Abdichtungselement angeordnet und mit einem doppelseitigen Klebeband daran angebracht. Dann wird das Gewicht durch den Kraftmesser in der horizontalen Richtung gezogen und die Kraft F [N] bei der Dehngrenze wird gemessen. Der zweite Haftreibungskoeffizient wird aus dem weiter oben beschriebenen Ausdruck 5 erhalten. Die Tabelle 2 zeigt den zweiten Haftreibungskoeffizienten. (Tabelle 2)

	Art des Schmiermittels	Masse [kg]	Kraft bei der Dehngrenze [N]	Zweiter Haftreibungskoeffizient
Beispiel 1	MOLYKOTE HP-500	1,399	2,1	0,15
Beispiel 2	MOLYKOTE Hochvakuumfett	1,399	1,9	0,14
Beispiel 3	Sumilon Spray	1,399	4,7	0,34
Vergleichsbeispiel 1	Keines	1,399	10,6	0,77

Mit jedem der Schmiermittel, die in den Beispielen 1 bis 3 verwendet worden sind, wird ein zweiter Haftreibungskoeffizient von nicht höher als 0,35 erhalten, während im Vergleichsbeispiel 1, bei dem kein Schmiermittel verwendet worden ist, der zweite Haftreibungskoeffizient höher als 0,7 ist. Obwohl sowohl der erste Haftreibungskoeffizient als auch der zweite Haftreibungskoeffizient in den Beispielen 1 bis 3 in der vorliegenden Prüfung jeweils nicht höher als 0,5 sind, muss lediglich einer des ersten und des zweiten Haftreibungskoeffizienten im Hinblick auf das Wartungsvermögen nicht höher als 0,5 sein.
(Bewertung der Trennleistung vor und nach einem Erwärmen)

Ein Mischgas aus Kohlendioxid (CO₂) und Stickstoff (N₂) (wobei angenommen wird, dass das Volumenverhältnis dieser Gase 50:50 beträgt und der Partialdruck jedes Gases 0,2 MPa beträgt) wird in das Trennmembranmodul der Beispiele 1 bis 3 und des Vergleichsbeispiels 1 eingeführt und die Durchdringungsflussrate eines Gases, das den Zeolithmembrankomplex durchdringt, wird durch einen Massendurchflussmesser gemessen. Ferner wird mit dem Gas, das den Zeolithmembrankomplex durchdrungen hat, eine Komponentenanalyse unter Verwendung eines Gaschromatographen durchgeführt und dadurch wird die CO₂-Konzentration in dem Gas erhalten. Dann wird die CO₂-Durchlässigkeit durch Multiplizieren der Gas-Durchdringungsflussrate mit der CO₂-Konzentration erhalten. Anschließend werden eine Zuführungsöffnung, eine erste Abgabeöffnung und eine zweite Abgabeöffnung (vgl. die Bezugszeichen 221 bis 223 in der 1) in dem Aufnahmebehälter bedeckt und in dem Zustand, bei dem der Aufnahmebehälter verschlossen ist, wird das Trennmembranmodul bei 100 °C für 72 Stunden erwärmt. Danach wird die CO₂-Durchlässigkeit in der gleichen Weise wie diejenige vor einem Erwärmen erhalten und das Verhältnis (%) der CO₂-Durchlässigkeit nach einem Erwärmen zu derjenigen vor einem Erwärmen wird erhalten. Die Tabelle 3 zeigt das Verhältnis der CO₂-Durchlässigkeit nach einem Erwärmen zu derjenigen vor einem Erwärmen. (Tabelle 3)

	Art des Schmiermittels	Verhältnis der CO₂-Durchlässigkeit nach dem Erwärmen zu derjenigen vor dem Erwärmen [%]
Beispiel 1	MOLYKOTE HP-500	91,1
Beispiel 2	MOLYKOTE Hochvakuumfett	87,3
Beispiel 3	Sumilon Spray	45,4
Vergleichsbeispiel 1	Keines	100,0

In dem Trennmembranmodul der Beispiele 1 und 2 und des Vergleichsbeispiels 1 ist das Verhältnis der CO₂-Durchlässigkeit nach einem Erwärmen zu derjenigen vor einem Erwärmen nicht niedriger als 85 %, während das Verhältnis in dem Trennmembranmodul von Beispiel 3 45 % beträgt.
(Bewertung der Wärmestabilität des Schmiermittels)

Etwa 10 bis 30 mg der Schmiermittel, die in den Beispielen 1 bis 3 verwendet worden sind, werden entnommen und mit diesen wird eine Thermogravimetrie (TG) durchgeführt, wodurch die Massenabnahmerate erhalten wird. Bei der Thermogravimetrie wird ein TG-DTA2000SA, hergestellt von Bruker, verwendet. Ferner werden als Messbedingungen eine Atmosphäre von N₂ mit 200 ml/min, eine maximal erreichbare Temperatur von 100 °C, eine Temperaturanstiegsrate von 100 °C/Stunde und eine Haltebedingung von 100 °C und 72 Stunden eingesetzt. Die Massenabnahmerate wird als das Verhältnis des Massenabnahmeausmaßes aufgrund eines Erwärmens zu der Masse des Schmiermittels vor einem Erwärmen erhalten. Die Tabelle 4 zeigt die Massenabnahmerate des Schmiermittels. (Tabelle 4)

	Art des Schmiermittels	Masse vor dem Erwärmen [mg]	Massenabnahmeausmaß [mg]	Massenabnahmerate [%]
Beispiel 1	MOLYKOTE HP-500	22,3	0,001	0,004
Beispiel 2	MOLYKOTE Hochvakuumfett	28,0	0,263	0,9
Beispiel 3	Sumilon Spray	25,6	7,53	29,4

Bei jedem der Schmiermittel, die in den Beispielen 1 und 2 verwendet worden sind, ist die Massenabnahmerate nicht höher als 1,0 %, während bei dem Schmiermittel, das im Beispiel 3 verwendet worden ist, die Massenabnahmerate höher als 29 % ist.
(Bewertung der Flüchtigkeit des Schmiermittels)

Etwa 10 bis 30 mg der Schmiermittel, die in den Beispielen 1 bis 3 verwendet worden sind, werden aus den Produktbehältern entnommen und diese werden bei 25 bis 30 °C für 72 Stunden gehalten. Das Verhältnis des Massenabnahmeausmaßes nach dem Halten zu der Masse des Schmiermittels vor dem Halten wird als die Verflüchtigungsrate erhalten. Die Tabelle 5 zeigt die Verflüchtigungsrate des Schmiermittels. (Tabelle 5)

	Art des Schmiermittels	Masse vor dem Halten [mg]	Massenabnahmeausmaß [mg]	Verflüchtigungsrate [%]
Beispiel 1	MOLYKOTE HP-500	22,3	0,001	0,004
Beispiel 2	MOLYKOTE Hochvakuumfett	28,0	0,003	0,01
Beispiel 3	Sumilon Spray	25,6	6,14	24,0

Bei jedem der Schmiermittel, die in den Beispielen 1 und 2 verwendet worden sind, ist die Verflüchtigungsrate nicht höher als 0,01 %, während bei dem Schmiermittel, das im Beispiel 3 verwendet worden ist, die Verflüchtigungsrate höher als 23 % ist.
(Bewertung des hermetischen Zustands bzw. der Gasdichtigkeit vor und nach der Schwingungsprüfung)
Drei Arten von Zeolithmembrankomplexen mit verschiedenen Massen werden hergestellt und jeweils unter Verwendung des Abdichtungselements an dem Aufnahmebehälter angebracht, wodurch das Trennmembranmodul hergestellt wurde. In den Beispielen 1-1 und 1-2 und dem Vergleichsbeispiel 2 wird das Schmiermittel von Beispiel 1 auf das Abdichtungselement aufgebracht und in den Beispielen 2-1, 2-2 und 2-3 wird das Schmiermittel von Beispiel 2 auf das Abdichtungselement aufgebracht. Ferner wird in den Beispielen 3-1, 3-2 und 3-3 das Schmiermittel von Beispiel 3 auf das Abdichtungselement aufgebracht und in den Vergleichsbeispielen 1-1, 1-2 und 1-3 wird kein Schmiermittel auf das Abdichtungselement aufgebracht. Von den drei Arten von Zeolithmembrankomplexen wird der Zeolithmembrankomplex mit der kleinsten Masse für die Beispiele 1-1, 2-1 und 3-1 und das Vergleichsbeispiel 1-1 verwendet, der Zeolithmembrankomplex mit der zweitkleinsten Masse wird für die Beispiele 1-2, 2-2 und 3-2 und das Vergleichsbeispiel 1-2 verwendet und der Zeolithmembrankomplex mit der größten Masse wird für das Vergleichsbeispiel 2, die Beispiele 2-3 und 3-3 und das Vergleichsbeispiel 1-3 verwendet.

Zuerst wird der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit in dem Trennmembranmodul durch die Untersuchung unter Verwendung des Prüfgases geprüft. Das Untersuchungsverfahren ist mit demjenigen identisch, wie es in WO 2018/180095 (Dokument 5) gezeigt ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Vor der Schwingungsprüfung wird in allen Trennmembranmodulen bestätigt, dass der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit durch das Abdichtungselement sichergestellt ist. Anschließend wird das Trennmembranmodul auf einer großen Schwingungsvorrichtung angeordnet und Schwingungen mit Schwingungsbeschleunigungsniveaus von 97, 99 und 100 dB und Beschleunigungen von 0,71, 0,89 und 1,00 m/s² werden ausgeübt. Danach wird der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit in dem Trennmembranmodul erneut geprüft. Die Tabelle 6 zeigt den hermetischen Zustand bzw. die Gasdichtigkeit nach der Schwingungsprüfung und einen Wert, der durch (Haftreibungskoeffizient × Druckkraft des Abdichtungselements) / Masse des Trennmembrankomplexes erhalten wird. Ferner ist in den Spalten von „Erster Haftreibungskoeffizient“ und „Zweiter Haftreibungskoeffizient“ von Tabelle 6 „◯ (Kreis)“ angegeben, wenn der Haftreibungskoeffizient (vgl. die Tabelle 1 und die Tabelle 2), der für jede Art von Schmiermittel erhalten worden ist (einschließlich „keines“), nicht höher als 0,5 ist, und „× (Kreuz)“ ist angegeben, wenn der Haftreibungskoeffizient höher als 0,5 ist. (Tabelle 6)

	Art des Schmiermittels	Erster Haftreibungskoeffizient	Zweiter Haftreibungskoeffizient	(Haftreibungskoeffizient × Druckkraft des Abdichtungselements) / Masse des Trennmembrankomplexes	Hermetischer Zustand bzw. Gasdichtigkeit nach der Schwingungsprüfung
	Art des Schmiermittels	Erster Haftreibungskoeffizient	Zweiter Haftreibungskoeffizient		97 dB-Schwingungsprüfung	99 dB-Schwingungsprüfung	100 dB-Schwingungsprüfung
Beispiel 1-1	MOLYKOTE HP-500	◯	◯	1,92	◯	◯	◯
Beispiel 1-2				0,91	◯	◯	×
Vergleichsbeispiel 2				0,69	×	×	×
Beispiel 2-1	MOLYKOTE Hochvakuumfett	◯	◯	2,16	◯	◯	◯
Beispiel 2-2				1,02	◯	◯	◯
Beispiel 2-3				0,77	◯	×	×
Beispiel 3-1	Sumilon Spray	◯	◯	3,08	◯	◯	◯
Beispiel 3-2				1,46	◯	◯	◯
Beispiel 3-3				1,10	◯	◯	◯
Vergleichsbeispiel 1-1	Keines	×	×	12,07	◯	◯	◯
Vergleichsbeispiel 1-2				5,72	◯	◯	◯
Vergleichsbeispiel 1-3				4,30	◯	◯	◯

In der Spalte von „Hermetischer Zustand bzw. Gasdichtigkeit nach der Schwingungsprüfung“ von Tabelle 6 gibt „◯“ an, dass der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit sichergestellt ist und „×“ gibt an, dass der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit nicht sichergestellt ist. Ferner ist in der Spalte von „(Haftreibungskoeffizient × Druckkraft des Abdichtungselements) / Masse des Trennmembrankomplexes“ ein Wert angegeben, der durch Multiplizieren des Haftreibungskoeffizienten mit der Druckkraft [N] des Abdichtungselements und Dividieren des Produkts durch die Masse [kg] des Zeolithmembrankomplexes erhalten wird. Als „(Haftreibungskoeffizient × Druckkraft des Abdichtungselements) / Masse des Trennmembrankomplexes“ werden jeweilige Werte von (Haftreibungskoeffizient × Druckkraft des Abdichtungselements) / Masse des Trennmembrankomplexes aus dem ersten Haftreibungskoeffizienten von Tabelle 1 und dem zweiten Haftreibungskoeffizienten von Tabelle 2 erhalten, die für jede Art von Schmiermittel (einschließlich „keines“) erfasst worden sind, und der kleinere der zwei Werte ist gezeigt. In dem Trennmembranmodul aller Beispiele und Vergleichsbeispiele, ausgenommen das Vergleichsbeispiel 2, ist der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit selbst nach der Schwingungsprüfung mit dem Schwingungsbeschleunigungsniveau von 97 dB sichergestellt. Obwohl die Bedingungen in einer realen Gebrauchsumgebung von denjenigen in der vorliegenden Prüfung verschieden sind, da Gase mit verschiedenen Temperaturen und Drücken in Kontakt kommen, werden Stoßwerte, die in der vorliegenden Prüfung angegeben sind, unter Berücksichtigung dieser Unterschiede bestimmt, und wenn der hermetische Zustand bzw. die Gasdichtigkeit in der vorliegenden Prüfung sichergestellt sind, kann davon ausgegangen werden, dass selbst in der Gebrauchsumgebung keine Positionsdifferenz auftritt. Daraus ergibt sich, dass dann, wenn ein Wert, der durch Multiplizieren des ersten und des zweiten Haftreibungskoeffizienten mit der Druckkraft [N] des Abdichtungselements und Dividieren des Produkts durch die Masse [kg] des Zeolithmembrankomplexes erhalten wird, größer als 0,7 ist, davon ausgegangen werden kann, dass der Zeolithmembrankomplex selbst nach der Schwingungsprüfung von 97 dB in einer geeigneten Weise innerhalb des Aufnahmebehälters gestützt werden kann. Bezüglich des Aufrechterhaltens des hermetischen Zustands bzw. der Gasdichtigkeit bei einer stärkeren Schwingung ist der Wert von (Haftreibungskoeffizient × Druckkraft des Abdichtungselements) / Masse des Trennmembrankomplexes vorzugsweise nicht niedriger als 0,9 und mehr bevorzugt nicht niedriger als 1,0.
In dem vorstehend beschriebenen Trennmembranmodul 21 können verschiedene Modifizierungen ausgeführt werden.
Abhängig von der Gestaltung des Trennmembranmoduls 21 kann ein ringförmiger ausgesparter Abschnitt, in dem das Abdichtungselement 23 angeordnet ist, in der Innenoberfläche des Aufnahmebehälters 22 bereitgestellt werden, der in der 1 gezeigt ist. In diesem Fall ist es, da das Abdichtungselement 23 innerhalb des ausgesparten Abschnitts gehalten ist, zum einfachen Anbringen und Entfernen des Zeolithmembrankomplexes 1 an/von dem Aufnahmebehälter 22, während der Zeolithmembrankomplex 1 innerhalb des Aufnahmebehälters 22 in einer geeigneten Weise gestützt ist, wichtig, dass der erste Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement 23 und der gestützten Oberfläche 14 des Zeolithmembrankomplexes 1 nicht höher als 0,5 ist und der Wert, der durch Multiplizieren des ersten Haftreibungskoeffizienten mit der Druckkraft [N] des Abdichtungselements und Dividieren des Produkts durch die Masse [kg] des Zeolithmembrankomplexes 1 erhalten wird, größer als 0,7 ist.
Entsprechend kann ein ringförmiger ausgesparter Abschnitt, in dem das Abdichtungselement 23 angeordnet ist, in der Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 bereitgestellt sein. In diesem Fall ist es, da das Abdichtungselement 23 innerhalb des ausgesparten Abschnitts gehalten ist, wichtig, dass der zweite Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement 23 und der Stützoberfläche 24 des Aufnahmebehälters 22 nicht höher als 0,5 ist und der Wert, der durch Multiplizieren des zweiten Haftreibungskoeffizienten mit der Druckkraft [N] des Abdichtungselements und Dividieren des Produkts durch die Masse [kg] des Zeolithmembrankomplexes 1 erhalten wird, größer als 0,7 ist. Folglich ist es wichtig, dass der Haftreibungskoeffizient zwischen einer Oberfläche von der gestützten Oberfläche 14 und der Stützoberfläche 24, die nicht mit dem ausgesparten Abschnitt versehen ist, in dem das Abdichtungselement 23 aufgenommen ist, und dem Abdichtungselement 23 nicht höher als 0,5 ist und der Wert, der durch Multiplizieren des Haftreibungskoeffizienten mit der Druckkraft [N] des Abdichtungselements 23 und Dividieren des Produkts durch die Masse [kg] des Trennmembrankomplexes (des Zeolithmembrankomplexes 1 in der vorstehenden Beschreibung) erhalten wird, größer als 0,7 ist. Mit anderen Worten, in dem Trennmembranmodul 21 sollten der erste Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement 23 und der gestützten Oberfläche 14 des Zeolithmembrankomplexes 1 und/oder der zweite Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement 23 und der Stützoberfläche 24 des Aufnahmebehälters 22 nicht höher als 0,5 sein und der Wert, der durch Multiplizieren des ersten Haftreibungskoeffizienten und/oder des zweiten Haftreibungskoeffizienten mit der Druckkraft [N] des Abdichtungselements und Dividieren des Produkts durch die Masse [kg] des Trennmembrankomplexes erhalten wird, sollte größer als 0,7 sein. Wenn die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt werden können, kann ein Aufbringen des Schmiermittels auf das Abdichtungselement 23 weggelassen werden.
Obwohl die Stützoberfläche 24 ein Teil der Innenoberfläche in dem Behälterhauptteil 224 des Aufnahmebehälters 22 in dem Trennmembranmodul 21 ist, das in der 1 gezeigt ist, kann es einen Aufbau geben, beispielsweise wie er in der 6 gezeigt ist, bei dem ein im Wesentlichen zylindrischer Stützteil 229 bereitgestellt ist, der an dem Aufnahmebehälter 22 angebracht ist, und eine ringförmige Außenoberfläche (die eine Innenoberfläche sein kann), die auf dem Stützteil 229 bereitgestellt ist, als die Stützoberfläche 24 verwendet wird. Ferner kann, obwohl die gestützte Oberfläche 14 in dem beispielhaften Fall, der in der 1 gezeigt ist, ein Teil der Außenoberfläche des Zeolithmembrankomplexes 1 ist, es einen Aufbau geben, beispielsweise wie in dem Zeolithmembrankomplex 1 von 6, bei dem ein röhrenförmiger Träger 11 verwendet wird und eine Innenoberfläche des Trägers 11 als die gestützte Oberfläche 14 verwendet wird. In dem beispielhaften Fall, der in der 6 gezeigt ist, liegt die Innenoberfläche des Trägers 11 der ringförmigen Außenoberfläche des vorstehend beschriebenen Stützteils 229 gegenüber und das ringförmige Abdichtungselement 23 ist in einem engen Kontakt mit der Innenoberfläche des Trägers 11 und der ringförmigen Außenoberfläche des vorstehend beschriebenen Stützteils 229 zwischen diesen Oberflächen, und der Zeolithmembrankomplex 1 wird dadurch innerhalb des Aufnahmebehälters 22 gestützt.
Der Zeolithmembrankomplex 1 kann zusätzlich zu dem Träger 11 und der Zeolithmembran 12 ferner eine Funktionsschicht oder eine Schutzschicht umfassen, die auf die Zeolithmembran 12 laminiert ist. Eine solche Funktionsschicht oder Schutzschicht kann eine anorganische Membran wie z.B. eine Zeolithmembran, eine Siliziumoxidmembran, eine Kohlenstoffmembran oder dergleichen, oder eine organische Membran, wie z.B. eine Polyimidmembran, eine Silikonmembran oder dergleichen, sein. Ferner kann der Funktionsschicht oder der Schutzschicht, die auf die Zeolithmembran 12 laminiert ist, eine Substanz hinzugefügt werden, die leicht spezifische Moleküle, wie z.B. CO₂ oder dergleichen, adsorbiert.
Das Trennmembranmodul 21 kann zum Trennen von jedweden Substanzen, die von den Substanzen verschieden sind, die beispielhaft in der vorstehenden Beschreibung gezeigt sind, von dem Gemisch verwendet werden.
Die Konfigurationen in der vorstehend diskutierten bevorzugten Ausführungsform und Variationen können in einer geeigneten Weise kombiniert werden, solange diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
Während die Erfindung detailliert dargestellt und beschrieben worden ist, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht beschränkend. Es sollte daher beachtet werden, dass zahlreiche Modifizierungen und Variationen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Das Trennmembranmodul der vorliegenden Erfindung kann zum Trennen von verschiedenen Fluiden eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Zeolithmembrankomplex
11: Träger
12: Zeolithmembran
14: Gestützte Oberfläche
21: Trennmembranmodul
22: Aufnahmebehälter
23: Abdichtungselement
24: Stützoberfläche
224: Behälterhauptteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020098750 [0002]
JP 202023432 [0003]
JP 2009226395 [0003, 0005]
JP 200483375 [0003, 0089]
WO 2011/105511 [0003]
WO 2018180095 [0003, 0079, 0102]
WO 2011105511 [0089]

Claims

Trennmembranmodul, umfassend: einen Trennmembrankomplex, der einen Träger und eine Trennmembran, die auf dem Träger bereitgestellt ist, aufweist; einen Aufnahmebehälter zum Aufnehmen des Trennmembrankomplexes; und ein Abdichtungselement, das zwischen einer Stützoberfläche, die innerhalb des Aufnahmebehälters bereitgestellt ist, und einer gestützten Oberfläche des Trennmembrankomplexes vorliegt und mit der Stützoberfläche und der gestützten Oberfläche in einem engen Kontakt ist; wobei ein erster Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement und der gestützten Oberfläche und/oder ein zweiter Haftreibungskoeffizient zwischen dem Abdichtungselement und der Stützoberfläche nicht höher als 0,5 sind/ist, und ein Wert, der durch Multiplizieren des ersten Haftreibungskoeffizienten und/oder des zweiten Haftreibungskoeffizienten mit einer Druckkraft [N] des Abdichtungselements und Dividieren des Produkts durch eine Masse [kg] des Trennmembrankomplexes erhalten wird, größer als 0,7 ist.
Trennmembranmodul nach Anspruch 1, wobei wenn das Trennmembranmodul bei 100 °C für 72 Stunden erwärmt wird, das Verhältnis der Gasdurchlässigkeit durch den Trennmembrankomplex nach einem Erwärmen zu derjenigen durch den Trennmembrankomplex vor einem Erwärmen nicht niedriger als 80 % ist.
Trennmembranmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Schmiermittel auf einer Oberfläche des Abdichtungselements aufgebracht ist.
Trennmembranmodul nach Anspruch 3, wobei, wenn das Schmiermittel bei 100 °C für 72 Stunden erwärmt wird, die Abnahmerate der Masse des Schmiermittels nicht höher als 5 % ist.
Trennmembranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Stützoberfläche Teil einer Innenoberfläche eines Hauptteils des Aufnahmebehälters ist und die gestützte Oberfläche Teil einer Außenoberfläche des Trennmembrankomplexes ist.
Trennmembranmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Trennmembran eine Zeolithmembran ist.
Trennmembranmodul nach Anspruch 6, wobei die Zeolithmembran eine Porenstruktur mit einem Sauerstoffring mit acht oder weniger Gliedern aufweist.