JP2016203078A - 脱水膜分離システムおよび脱水膜分離方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも前処理装置1、減圧膜分離装置2およびキャリアガス膜分離装置3からなり、前処理装置1が内部に充填したゼオライト粒子に水及び有機化合物を含む被処理流体bを接触させ、減圧膜分離装置2がゼオライト膜からなる膜モジュール2A,2Bからなり、前処理装置1で処理された被処理流体cを、ゼオライト膜と減圧下で接触させ、キャリアガス膜分離装置3が、膜モジュールおよびゼオライト膜4の透過側にキャリアガスhを供給するキャリアガス供給手段5からなり、減圧膜分離装置2で処理された被処理流体dを、ゼオライト膜4と減圧下で接触させ、その透過側の水蒸気分圧をキャリアガスhにより小さくする第2脱水手段を有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
被処理流体として、水および酢酸を含むエタノール溶液を調製した。エタノール溶液の水含有量は11.24重量%、酢酸含有量は500ppmであり、pHは常温で4であった。この被処理流体を使用して実施例1(前処理工程、減圧膜分離工程およびキャリアガス膜分離工程のすべてを実施した例)、比較例1(前処理工程および減圧膜分離工程だけを実施した例)および比較例2(減圧膜分離工程およびキャリアガス膜分離工程だけを実施した例)の脱水膜分離処理を行った。
実施例1の脱水膜分離方法において、キャリアガス膜分離工程を実施しなかったこと、および減圧膜分離工程において28本のNaA型ゼオライト膜の下流に、2本のNaA型ゼオライト膜を直列に接続した二重円筒管型モジュール(膜面積が0.81m2)を使用したことを除き、実施例1と同様にして脱水膜分離処理を行った。実施例1と同じ膜2次側圧力0.8kPaでは、エタノール純度99.5重量%程度までしか精製できなかった。そこで、ベーパーコンプレッサーを取り付け、膜2次側圧力を0.1kPaまで減圧させた。これによりエタノール純度が99.9重量%くらいまで精製された。減圧膜分離工程でゼオライト膜を透過した透過液中の水分濃度(重量%)、ゼオライト膜における水透過流束(g/m2h)、エタノール透過流束(EtOH透過流束、g/m2h)の経時変化、および精製されたエタノールの水含有量(精製EtOHの水含有量、重量%)を測定した。その結果を表1に示す。
実施例1の脱水膜分離方法において、前処理工程を行わず、調製されたエタノール溶液(pH4)を蒸発器に供給したことを除き、実施例1と同様にして減圧膜分離工程およびキャリアガス膜分離工程からなる脱水膜分離処理を行った。減圧膜分離工程でゼオライト膜を透過した透過液中の水分濃度(重量%)、ゼオライト膜における水透過流束(g/m2h)、エタノール透過流束(EtOH透過流束、g/m2h)の経時変化、およびキャリアガス膜分離工程で精製されたエタノールの水含有量(精製EtOHの水含有量、重量%)を測定した。その結果を表1に示す。
2 減圧膜分離装置
2A,2B 膜モジュール
3 キャリアガス膜分離装置
4 ゼオライト膜
5 キャリアガス供給手段
6 キャリアガス源
7 供給ポンプ
8 蒸発器
9,11 透過物(水)捕集手段
10 有機化合物捕集手段(製品タンク)
12 膜モジュール
15 ゼオライト膜
20 脱水膜分離システム
21 前処理工程
22 減圧膜分離工程
23 キャリアガス膜分離工程
a 被処理流体
b 蒸発処理された被処理流体
c 前処理工程で処理された被処理流体
d 減圧膜分離工程で処理された被処理流体
e,g 透過水蒸気
f 脱水された有機化合物
h キャリアガス
Claims (8)
- 少なくとも前処理装置、減圧膜分離装置およびキャリアガス膜分離装置を有する脱水膜分離システムであって、
前処理装置が、その内部にゼオライト粒子を充填し、このゼオライト粒子に水および有機化合物を含む被処理流体を接触させる手段を有し、
減圧膜分離装置が、ゼオライト膜からなる膜モジュールからなり、前記前処理装置で処理された被処理流体を、前記ゼオライト膜と減圧下で接触させる第1脱水手段を有し、
キャリアガス膜分離装置が、ゼオライト膜からなる膜モジュールおよび前記ゼオライト膜の透過側にキャリアガスを供給するキャリアガス供給手段からなり、前記減圧膜分離装置で処理された被処理流体を、前記ゼオライト膜と減圧下で接触させるとともに、前記ゼオライト膜の透過側の水蒸気分圧を前記キャリアガスにより小さくする第2脱水手段を有することを特徴とする脱水膜分離システム。 - 前記キャリアガス膜分離装置から排出したキャリアガス中の水分を分離・除去するキャリアガス乾燥手段を有し、乾燥したキャリアガスを前記キャリアガス膜分離装置のゼオライト膜の透過側に供給する循環手段を有することを特徴とする請求項1に記載の脱水膜分離システム。
- 前記ゼオライト膜が、NaA型ゼオライト膜、T型ゼオライト膜、Y型ゼオライト膜、ZSM−5型ゼオライト膜から選ばれることを特徴する請求項1または2に記載の脱水膜分離システム。
- 水および有機化合物を含む被処理流体から水を分離する脱水膜分離方法であって、少なくとも前処理工程、減圧膜分離工程およびキャリアガス膜分離工程からなり、
前処理工程において、前記被処理流体を、前処理装置に充填されたゼオライト粒子と接触させ、
減圧膜分離工程では、前記前処理工程で処理された被処理流体を、ゼオライト膜からなる膜モジュールと減圧下で接触させて脱水し、
キャリアガス膜分離工程において、前記減圧膜分離工程で処理された被処理流体を、ゼオライト膜からなる膜モジュールと減圧下で接触させるとともに、前記ゼオライト膜の透過側にキャリアガスを供給することにより水蒸気分圧を低下させて更に脱水することを特徴とする脱水膜分離方法。 - 前記キャリアガス膜分離工程において、前記ゼオライト膜の透過側の水蒸気分圧を
0.133kPa以下にすることを特徴する請求項4に記載の脱水膜分離方法。 - 前記キャリアガス膜分離工程における前記ゼオライト膜の透過側のキャリアガスの流量を、ゼオライト膜の単位面積当たり0.01〜10m/分にすることを特徴する請求項4または5に記載の脱水膜分離方法。
- 前記キャリアガス膜分離工程から排出されたキャリアガス中の水分を分離・除去し、得られたキャリアガスを、再度ゼオライト膜の透過側に供給することを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の脱水膜分離方法。
- 前記膜モジュールに、NaA型ゼオライト膜、T型ゼオライト膜、Y型ゼオライト膜、ZSM−5型ゼオライト膜から選ばれるゼオライト膜を使用することを特徴する請求項4〜7のいずれかに記載の脱水膜分離方法。
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