JP2018153715A - 分離膜モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】一部の管状分離膜に損傷が生じた場合における被処理流体の２次側へのリーク量を少量とすることができる分離膜モジュールを提供する。【解決手段】分離膜モジュールは、筒状のハウジング２と、ハウジング２の長手方向に配置された複数の管状分離膜３と、管状分離膜３の一端に接続されたエンド管４と、エンド管４を支持する支持板５とを有する。支持板５に設けられた差込穴５ａにエンド管４の基端側が差し込まれている。エンド管４の管孔４ａ先端側が小径管孔４ａ’となっている。【選択図】図１

Description

本発明は溶液や混合気体等の流体から一部の成分を分離するために用いられる分離膜モジュールに関する。

溶液又は混合気体中の成分を分離するための機器として分離膜モジュールが知られている。この分離膜モジュールに用いる管状分離膜は、管状の多孔質セラミック支持体と、該支持体の外周面に設けられたゼオライト等からなる多孔質の分離膜とを有する。溶液や混合気体等の流体から特定の成分を分離するためには、溶液の流体を分離膜エレメントの一方（外面）に接触させて、もう一方（内面）を減圧することにより、特定の成分を気化させ分離する方法や、溶液を気化させて気体状態で分離膜に接触させて、非接触面側を減圧して特定成分を分離する方法、加圧状態の混合気体を分離膜に接触させて特定の成分を分離する方法などが知られている（特許文献１，２）。

特許文献３に、筒状のハウジングと、該ハウジング内に配置された複数の管状分離膜とを有し、被処理流体が該ハウジング内に供給され、管状分離膜を透過した流体が取り出される分離膜モジュールであって、前記管状分離膜の一端部に管孔を有したエンド管の先端が差し込まれて接続され、該エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、該支持板に孔が設けられ、前記エンド管の基端が該孔の一端側に差し込まれている分離膜モジュールが記載されている。

特開２０１３−３９５４６号公報 特開２０１１−１５２５０７号公報 特開２０１６−１５５０９６号公報

多数の管状分離膜がハウジング内に設置された分離膜モジュールにおいて、一部、例えば１本の管状分離膜に損傷が生じ、被処理流体が２次側（透過側）にリークが生じることがある。

本発明は、一部の管状分離膜に損傷が生じた場合における被処理流体の２次側へのリーク量を少量とすることができる分離膜モジュールを提供することを目的とする。

本発明の要旨は次の通りである。
［１］ 筒状のハウジングと、該ハウジング内に配置された複数の管状分離膜とを有し、被処理流体が該ハウジング内に供給され、管状分離膜を透過した流体が取り出される分離膜モジュールであって、前記管状分離膜の一端部に管孔を有したエンド管の先端が差し込まれて接続され、該エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、該支持板に孔が設けられ、前記エンド管の基端が該孔の一端側に差し込まれている分離膜モジュールにおいて、前記エンド管の管孔は、該エンド管の先端側において小径の小径管孔となっていることを特徴とする分離膜モジュール。
［２］ ［１］において、前記小径管孔の内径ｄと、該小径管孔以外の部分における管孔の内径が１〜１０ｍｍであることを特徴とする分離膜モジュール。
［３］ ［１］又は［２］において、前記支持板の前記孔の最小径が１〜１０ｍｍであることを特徴とする分離膜モジュール。

本発明の分離膜モジュールにあっては、エンド管の管孔に小径管孔を設けて流路を絞った構成としているので、一部の管状分離膜に損傷が生じた場合、損傷した管状分離膜から２次側にリークする被処理流体の量を少ないものとすることができる。

また、本発明の分離膜モジュールによると、エンド管の管孔の先端側を小径管孔としたことにより、該エンド管の先端側の直径が小さい場合であっても、管の肉厚を確保して強度を得ることができる。

実施の形態に係る分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図である。 図１のII−II線断面図である。 図１のIII−III線断面図である。 図１の下部の拡大断面図である。 支持板の差込穴付近の別構造を示す断面図である。 膜分離システムのフロー図である。

図１〜４を参照して、本発明の一実施の形態に係る分離膜モジュールについて説明する。

この分離膜モジュール１は、筒軸心方向を上下方向とした円筒状ハウジング２と、ハウジング２の軸心線と平行方向に配置された複数の管状分離膜３と、ハウジング２内の下部に設けられた支持板５と、ハウジング２の下端に取り付けられたボトムカバー６Ａ及び上端に取り付けられたトップカバー６Ｂと、支持板５と平行にハウジング２内の下部及び上部にそれぞれ配置された第１のバッフル（整流板）７及び第２のバッフル（整流板）８等を有する。第１のバッフル７は支持板５の上側に配置されている。

この実施の形態では、ハウジング２の下端及び上端側とボトムカバー６Ａ及びトップカバー６Ｂの外周縁にそれぞれ外向きのフランジ２ａ，２ｂ，６ｂ，６ｃが設けられ、ボルト（図示略）によってこれらが固定されている。支持板５の周縁部は、ハウジング２の内周面に周設された支持座２ｔに支持されている。支持板５の下面外周部と支持座２ｔの上面との間にシール部材が介在されている。

この実施の形態では、管状分離膜３の下端にエンド管４が連結され、管状分離膜３の上端にエンドプラグ２０が連結されている。なお、図１〜４では、管状分離膜は７本のみ示されているが、実際は多数本設けられている。また、２本以上の管状分離膜３がジョイント管（図示略）によって連結された管状分離膜連結体とされていてもよい。

ハウジング２の下部の外周面に被処理流体の流入口９が設けられ、上部の外周面に非透過流体の流出口１０が設けられている。流入口９は、支持板５と第１のバッフル７との間の室１１に臨むように設けられている。流出口１０は、第２のバッフル８の上側の室１２に臨むように設けられている。バッフル７，８間は膜分離を行うための主室１３となっている。

底部の支持板５から複数のロッド１４が立設され、該ロッド１４にバッフル７，８が支持されている。ロッド１４の下端には雄ねじが刻設されており、支持板５の雌ねじ穴に螺着されている。バッフル７，８はロッド１４に外嵌された鞘管１４Ａ，１４Ｂ（図４）によって所定高さに支持されている。鞘管１４Ａは、支持板５とバッフル７との間に配置されている。鞘管１４Ｂは、バッフル７，８間に配置されている。バッフル８は、鞘管１４Ｂの上端面に載設され、ロッド１４の上端に螺着されたナットによって固定されている。バッフルの数はこの実施の形態に限定されるものではなく、３枚以上のバッフルを使用してもよい。

バッフル７，８の外周面とハウジング２の内周面との間には、Ｏリング、Ｖパッキン、Ｃリングなどのシール部材を介在させてもよい。

各バッフル７，８には、管状分離膜３を挿通させるための円形の挿通孔７ａ，８ａが設けられており、管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体が各挿通孔７ａ，８ａに挿通されている。挿通孔７ａ，８ａの口径は、管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の直径（外径）よりも大きく、挿通孔７ａ，８ａの内周面と、エンド管４及びエンドプラグ２０の外周面との間に全周にわたって間隙があいている。

支持板５の上面側には、管状分離膜３の下端に連結されたエンド管４の下端（基端）が差し込まれた差込穴５ａが設けられている。差込穴５ａは、円柱形であり、支持板５の上面から厚み方向の途中まで延在している。差込穴５ａの穴底は、連通孔５ｃを介して支持板５の下側の流出室１６に臨んでいる。

各エンド管４の管孔４ａは、該連通孔５ｃを介して、ボトムカバー６Ａと支持板５との間の流出室１６に連通している。ボトムカバー６Ａには、分離された透過流体の取出口６ａが設けられている。

図４の通り、エンド管４の上端部は小径部４ｇとなっており、管状分離膜３の下部に差し込まれている。この小径部４ｇの外周面に周設された溝にＯリング（図示略）が装着されている。また、管状分離膜３の下端面とエンド管４の段差面との間にもＯリング（図示略）が介在されている。エンド管４と管状分離膜３の接続部は、上記のようなＯリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリングを使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。

高圧のガスを分離膜で分離している場合、膜の外側は約１ＭＰａ以上の高圧で、内側は常圧から１ＭＰａ程度で用いられることが多い。透過ガスの流量を大きくするため、膜の内外の圧力差を大きくすることが一般的である。管状分離膜の支持体にセラミックスを使用している場合、何らかの要因で分離膜が折損してしまうことがある。支持体が折損すると、高圧のガスが支持体３の外側から支持体３の内側に流入し、さらに、エンド管４ａの穴を通って流出室１６側に流れ込み、流出室１６およびそれ以降に連なっている配管部分の圧力が急激に上昇し、機器の破損につながる恐れがある。圧力の急激な上昇を防ぐため、装置や配管に安全弁を設置することも可能であるが、複数の安全弁が必要になり、経済的に高価になる。流出室入口までにガスが流れる流路の一部を狭くすることにより、その部分がガス流れの抵抗となり、例えば支持体折損のように急激にガスが流れるような場合にはその流れる量を抑制することが可能となる。一方、ガス流れを狭くしすぎた場合には、通常の状態で膜を透過したガスが流出室に流れる際にも大きな抵抗となってしまい、支持体３の内圧が高くなり、結果として膜内外の圧力差が小さくなり膜を透過するガスの量が少なくなってしまう。通常状態で膜を透過したガスが流れる際には、大きな抵抗とならず、かつ、異常時に大量のガスが流れる際には大きな抵抗となる狭窄部を設けることが望ましい。図４に示すように、エンド管の上部に適切な大きさの狭窄部を配することで、容易かつ、経済的に実施することが可能となる。また、狭窄部は、例えばオリフィスのように短いものでよく、長くすることは圧力損失が増大するので好ましくない。エンド管に配する狭窄部の穴径は１〜１０ｍｍ、より好ましくは２〜９ｍｍ程度が望ましい。また、小径管孔４ａ’の軸方向長さは、１〜１００ｍｍ特に２〜５０ｍｍ程度が好ましい。この実施の形態では、エンド管の管孔４ａは、小径部４ｇにおいて小径管孔４ａ’となっている。小径管孔４ａ’の内径ｄは、該小径管孔４ａ’よりも下側の管孔４ａの内径Ｄよりも小さいものとなっている。

また、４ａ部に狭窄部を設けずに、図５に示すように連通孔５ｃ部に狭窄部を配してもよい。ボトムカバー６Ａが開閉部を構成し、差込穴５ａ、及び連通孔５ｃによって支持板５の「孔」が構成されている。この実施の形態では、連通孔５ｃの内径はエンド管４の管孔４ａ（小径管孔４ａ’以外の部分）の内径Ｄ以下であり、連通孔５ｃの内径が該「孔」の最小径となっている。連通孔５ｃの内径は、上述したエンド管の場合と同様に、１〜１０ｍｍ、より好ましくは２〜９ｍｍ程度が望ましい。また、連通孔５ｃの軸方向長さは、１〜１００ｍｍ特に２〜５０ｍｍ程度が好ましい。エンド管、及び、連通孔に設ける狭窄部は、どちらか一つでも構わないし、両方を設置しても構わない。

管状分離膜３の上端にエンドプラグ２０が連結されている。エンドプラグ２０は円柱状またはこれの一部を削った形状であり、管状分離膜３の上端を封止している。エンドプラグ２０の下端には、管状分離膜３内に差し込まれた小径部が設けられている。エンドプラグ２０と管状分離膜３との間はＯリング（図示略）によってシールされている。また、エンドプラグ２０と管状分離膜３は、Ｏリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリングを使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。

なお、エンドプラグ２０の重量軽減を図るために、エンドプラグ２０の上端面から凹所２０ｖが凹設されている。凹所２０ｖの底部とエンドプラグ２０の側周面とを連通するドレン抜き孔を設けてもよい。

この実施の形態では、管状分離膜３の上端側にエンドプラグ２０を配置しているので、管状分離膜３、エンドプラグ２０、及びエンド管４に対し、それらの端面同士が押し付けられる方向に荷重がかかっている。

ただし、本発明では、エンド管４及び支持板５を管状分離膜３の上端側に配置し、エンドプラグ２０を管状分離膜３の下端側に配置してもよい。この場合、エンドプラグ２０を上方に付勢するためのスプリング等の付勢部材を設けることにより、管状分離膜３、エンドプラグ２０、及びエンド管４に対し、それらの端面同士が押し付けられる方向に荷重を加えることが好ましい。

この実施の形態では、管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体の該エンド管４の下端部を、支持板５に設けた差込穴５ａに差し込んで管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体を支持板５に立設する。差込穴５ａにエンド管４の下端部を差し込むだけでエンド管４と支持板５とを気密ないし液密状に容易に連結することができる。また、差込穴５ａが円柱形であるので、支持板５に差込穴５ａを穿設する作業は容易であり、支持板５の製作も容易である。従って、分離膜モジュールの製作工期の短縮及び製作コストの低減を図ることができる。

図５（ａ）に示すように、差込穴５ａの内周面に溝５ｈが周設され、該溝５ｈにフッ素ゴム、フッ素樹脂などよりなるＯリング５Ｒが装着されてもよい。また、図５（ｂ）のように、エンド管４の下端面と差込穴５ａの底面との間に環形のガスケット５Ｇが介在されてもよい。これらのＯリング５Ｒ又はガスケット５Ｇを設けることにより、エンド管４の外面と差込穴５ａとの間のシールが行われる。なお、Ｏリング５Ｒとガスケット５Ｇとの双方が設けられてもよい。

このように構成された分離膜モジュール１において、被処理流体は流入口９からハウジング２の室１１内に導入され、バッフル７の挿通孔７ａの内周面とエンド管４の外周面との間の間隙を通って主室１３に流入し、主室１３を通った後、バッフル８の挿通孔８ａとエンドプラグ２０との間隙を通って室１２に流出する。主室１３を流れる間に被処理流体の一部の成分が管状分離膜３を透過して管状分離膜３内から流出室１６及び取出口６ａを介して取り出される。透過しなかった流体は、流出口１０から分離膜モジュール１外に流出する。取出口６ａは、ボトムカバー６Ａではなく、流出室１６と接するハウジング側に設置されていてもよい。

主室１３内の流れと管状分離膜３内の流れは並流であっても、向流であっても差し支えなく、被処理流体の流入口９と流出口１０とは入れ替えても差し支えない。

分離膜モジュール１は、図１のようにトップカバー６Ｂ側を上にして使用してもよく、またボトムカバー６Ａ側を上にして使用しても差し支えない。また、ボトムカバー６Ａとトップカバー６Ｂを結ぶ方向が略水平方向となるように、分離膜モジュール１を横置きに設置して使用しても差し支えない。

この実施の形態では、管状分離膜３を平行に多数本配列設置しており、膜面積が大きいので、効率良く膜分離が行われる。

この実施の形態では、管状分離膜３の上下両端に連結されたエンド管４とエンドプラグ２０がそれぞれバッフル７，８の挿通孔７ａ，８ａに差し込まれている。そのため、管状分離膜３が振動ないし揺動してエンド管４及びエンドプラグ２０が挿通孔７ａ，８ａの内周面に当接してもゼオライト膜が損傷することがなく、長期にわたって安定して運転を行うことができる。

この分離膜モジュール１において、１本又は少数本の管状分離膜３に損傷が生じた場合、被処理流体が当該管状分離膜３内に流入して透過流体に混入することになる。この実施の形態では、エンド管４に小径管孔４ａ’を設けて流路径を絞っているので、被処理流体の透過流体への混入量が少ないものとなる。なお、エンド管４の上部の小径部４ｇは、直径が小さい。小径管孔４ａ’の内径を小さくすることにより、小径部４ｇにおけるエンド管４の肉厚を大きくし、小径部４ｇの強度を増大させることができる。

本発明の分離膜モジュールは、流体量、あるいは目的の分離度、濃縮度によって連結して使用することができる。流体量が多い場合または目的の分離度・濃縮度が高く１つのモジュールでは処理が十分できない場合には出口から出た流体をさらにもう一つのモジュールの入口に入るように配管を接続して使用することが好ましい。また分離度、濃縮度に応じてさらに連結して目的の分離度・濃縮度とすることができる。

本発明の分離膜モジュールを並列に設置して流体を分岐してガスを供給してもよい。この時さらに並列したそれぞれのモジュールに直列でモジュールを設置することもできる。並列としたモジュールを直列とする場合、供給ガス量が直列方向に低下し線速が低下するので、適宜線速を保つように並列の設置数を減少させることが好ましい。

モジュールを直列に配置する場合の透過した成分はモジュール毎に排出しても良く、モジュール間を連結して集合させて排出しても良い。

図６は、複数の分離膜モジュール１を並列に設置した膜分離システムのフロー図である。被処理流体は、配管４０から分岐配管４１，４２，４３を介して各分離膜モジュール１の流入口９に供給され、非透過流体は流出口１０から配管５１，５２，５３及び集合配管５０を介して流出する。各分離膜モジュール１内で管状分離膜３を透過した透過流体は、取出口６ａから配管６１，６２，６３及び集合配管６０を介して取り出される。

被処理流体の供給用の分岐配管４１，４２，４３にはそれぞれバルブＶ_１，Ｖ_２，Ｖ_３と圧力センサＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３が設けられている。配管５１，５２，５３には、バルブＶ_１１，Ｖ_１２，Ｖ_１３と圧力センサＰ_１１，Ｐ_１２，Ｐ_１３が設けられている。透過流体用配管６１，６２，６３にはバルブＶ_２１，Ｖ_２２，Ｖ_２３と圧力センサＰ_２１，Ｐ_２２，Ｐ_２３が設けられている。

定常運転中には、バルブＶ_１〜Ｖ_３、Ｖ_１１〜Ｖ_１３、Ｖ_２１〜Ｖ_２３はすべて開となっている。なお、運転開始時には、バルブＶ_１〜Ｖ_３の開度を徐々に増大させ、分離膜モジュール１への被処理流体の供給圧力を徐々に高くするのが好ましい。

いずれかの分離膜モジュール１において、一部の管状分離膜３に損傷が生じた場合、例えば図６の最も左側の分離膜モジュール１において一部の管状分離膜３に損傷が生じた場合、当該分離膜モジュール１の透過流体流出配管の圧力センサＰ_２３の圧力が上昇するので、管状分離膜３の損傷が検知される。そして、バルブＶ_３、Ｖ_１３、Ｖ_２３を閉とした後、この分離膜モジュール１のボトムカバー６Ａをハウジング２から取り外し、損傷が生じている管状分離膜３に対応する大孔５ｃを閉塞部材で閉塞する。この場合、バルブＶ_３、Ｖ_１３、Ｖ_２３を閉とした後、必要に応じて分離膜モジュール１内のガスを不活性ガスや空気に置換してもよい。

なお、どの管状分離膜が損傷したかについては、バルブＶ_１，Ｖ_２又はＶ_３(最も左側の分離膜モジュール１の場合バルブＶ_３)を小開度にて開け、被処理流体をハウジング２内に供給する、もしくは別のガス（加圧ガス）と共に、石鹸液を支持板５の底面に塗り、石鹸液膜の破裂状況から判定することができる。石鹸液膜を用いる代りに、線香などの発煙物質からの発煙を利用して損傷した管状分離膜の特定を行ってもよい。また、大孔５ｃからのガスの流出音に基づいて損傷した管状分離膜の概略的な特定を行ってもよい。

損傷した管状分離膜３に連なる連通孔５ｃを、プラグ部材（図示略）を充填することにより閉塞した後、ボトムカバー６Ａを再装着し、定常運転に復帰する。

このように、一部の管状分離膜３に損傷が生じても、その管状分離膜３が連なる大孔５ｃを閉塞部材で閉塞することにより、短時間で定常運転に復帰することができる。また、図６のように、複数の分離膜モジュール１を並列設置している場合には、損傷が生じた分離膜モジュール１のみを運転停止とし、他の分離膜モジュール１については定常通りの運転を継続することができる。

上記説明では、圧力センサＰ_２１，Ｐ_２２又はＰ_２３の検出圧力に基づいて管状分離膜の損傷を検知しているが、膜透過差圧Ｐ_１−Ｐ_２１，Ｐ_２−Ｐ_２２又はＰ_３−Ｐ_２３によって管状分離膜の損傷を検知してもよい。また、圧力センサの代りに、又は圧力センサと共に、配管６１〜６３にメタン、水素、二酸化炭素などの特定成分を検知するガスセンサを設けておき、特定成分濃度の変動に基づいて管状分離膜の損傷を検知するようにしてもよい。

以下、本発明の分離膜モジュールを構成する各部材の好適な材料等について説明する。

エンド管４及びエンドプラグ２０の材料としては金属、セラミックス、樹脂など、流体を透過させないものが例示されるが、これに限定されない。バッフル７，８及びジョイント管の材質は、通常、ステンレスなどの金属材料であるが、分離条件における耐熱性と供給、透過成分に対する耐性があれば特に限定されず、用途によっては、樹脂材料など他の材質に変更可能である。

管状分離膜３は、好ましくは、管状の多孔質支持体と、該多孔質支持体の外周面に形成された無機分離膜としてのゼオライト膜とを有する。この管状の多孔質支持体の材質としては、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などを含むセラミックス焼結体や金属焼結体の無機多孔質支持体が挙げられる。その中でもアルミナ、シリカ、ムライトのうち少なくとも１種を含む無機多孔質支持体が好ましい。多孔質支持体表面が有する平均細孔径は特に制限されるものではないが、細孔径が制御されているものが好ましく、通常０．０２μｍ以上、好ましくは０．０５μｍ以上、さらに好ましくは０．１μｍ以上であり、通常２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下の範囲が好ましい。

多孔質支持体の表面においてゼオライトを結晶化させゼオライト膜を形成させる。
ゼオライト膜を構成する主たるゼオライトは、通常、酸素６−１０員環構造を有するゼオライトを含み、好ましくは酸素６−８員環構造を有するゼオライトを含む。

ここでいう酸素ｎ員環を有するゼオライトのｎの値は、ゼオライト骨格を形成する酸素とＴ元素で構成される細孔の中で最も酸素の数が大きいものを示す。例えば、ＭＯＲ型ゼオライトのように酸素１２員環と８員環の細孔が存在する場合は、酸素１２員環のゼオライトとみなす。

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

ゼオライト膜は、ゼオライトが単独で膜となったものでも、前記ゼオライトの粉末をポリマーなどのバインダー中に分散させて膜の形状にしたものでも、各種支持体上にゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体でもよい。ゼオライト膜は、一部アモルファス成分などが含有されていてもよい。

ゼオライト膜の厚さとしては、特に制限されるものではないが、通常、０．１μｍ以上であり、好ましくは０．６μｍ以上、さらに好ましくは１．０μｍ以上である。また通常１００μｍ以下であり、好ましくは６０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下の範囲である。

ただし、本発明はゼオライト膜以外の分離膜を有した管状分離膜を用いてもよい。

管状分離膜３の外径は、好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは６ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１８ｍｍ以下、さらに好ましくは１６ｍｍ以下である。外径が小さすぎると管状分離膜の強度が十分でなく壊れやすくなることがあり、大きすぎるとモジュール当りの膜面積が低下する。

管状分離膜３のうちゼオライト膜で覆われた部分の長さは好ましくは２０ｃｍ以上、好ましくは２００ｃｍ以下である。

本発明の分離膜モジュールにおいて、管状分離膜は、単管式でも多管式でもよく、通常１〜３０００本、特に５０〜１２００本配置され、管状分離膜同士の最短距離は、２ｍｍ〜１０ｍｍとなるように配置されることが好ましい。ハウジングの大きさ、管状分離膜の本数は処理する流体量によって適宜変更されるものである。

本発明の分離膜モジュールにおいて、分離または濃縮の対象となる被処理流体としては、分離膜によって分離または濃縮が可能な複数の成分からなる気体または液体の混合物であれば特に制限はなく、如何なる混合物であってもよいが、気体の混合物に使用することが好ましい。

分離または濃縮にはパーベーパレーション法（浸透気化法）、ベーパーパーミエーション法（蒸気透過法）と呼ばれる分離または濃縮方法を用いることができる。パーベーパレーション法は、液体の混合物をそのまま分離膜に導入する分離または濃縮方法であるため、分離または濃縮を含むプロセスを簡便なものにすることができる。

本発明において、分離または濃縮の対象となる混合物が、複数の成分からなる気体の混合物である場合、気体の混合物としては、例えば、二酸化炭素、酸素、窒素、水素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ノルマルブタン、イソブタン、１−ブテン、２-ブテン、イソブテン、トルエンなどの芳香族系化合物、六フッ化硫黄、ヘリウム、一酸化炭素、一酸化窒素、水などから選ばれる少なくとも１種の成分を含むものが挙げられる。これらの気体成分からなる混合物のうち、パーミエンスの高い気体成分は、分離膜を透過し分離され、パーミエンスの低い気体成分は供給ガス側に濃縮される。

１ 分離膜モジュール
２ ハウジング
３ 管状分離膜
４ エンド管
４ａ 管孔
４ａ’ 小径管孔
５ 支持板
５ａ 差込穴
５ｃ 連通孔
５ｈ 溝
５Ｒ Ｏリング
５Ｇ ガスケット
６Ａ ボトムカバー
６Ｂ トップカバー
６ａ 取出口
７，８ バッフル
７ａ，８ａ 挿通孔
９ 流入口
１０ 流出口
１１，１２ 室
１３ 主室
１４ ロッド
１６ 流出室
２０ エンドプラグ

Claims (3)

1. 筒状のハウジングと、
   該ハウジング内に配置された複数の管状分離膜と
   を有し、
   被処理流体が該ハウジング内に供給され、管状分離膜を透過した流体が取り出される分離膜モジュールであって、
   前記管状分離膜の一端部に管孔を有したエンド管の先端が差し込まれて接続され、
   該エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、
   該支持板に孔が設けられ、前記エンド管の基端が該孔の一端側に差し込まれている分離膜モジュールにおいて、
   前記エンド管の管孔は、該エンド管の先端側において小径の小径管孔となっていることを特徴とする分離膜モジュール。
2. 請求項１において、前記小径管孔の内径ｄと、該小径管孔以外の部分における管孔の内径が１〜１０ｍｍであることを特徴とする分離膜モジュール。
3. 請求項１又は２において、前記支持板の前記孔の最小径が１〜１０ｍｍであることを特徴とする分離膜モジュール。

Images