JP2020049410A - Separation film module - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a separation membrane module used for separating some components from a fluid such as a solution or a mixed gas.
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。 BACKGROUND ART Separation membrane modules are known as devices for separating components in a solution or a mixed gas. The tubular separation membrane used in the separation membrane module has a tubular porous support and a porous separation membrane made of zeolite or the like provided on the outer peripheral surface of the support. In order to separate a specific component from a fluid such as a solution or a mixed gas, the specific component is separated by bringing the fluid of the solution into contact with one (outer surface) of the separation membrane element and depressurizing the other (inner surface). A method of vaporizing and separating, a method of vaporizing a solution and contacting the separation membrane in a gaseous state, depressurizing the non-contact surface side to separate a specific component, and contacting a pressurized gas mixture with the separation membrane. Methods for separating specific components are known.
特許文献1(特にその図6(a))に、上下方向に配置された筒状のハウジングと、該ハウジング内に上下方向に配置された複数の管状分離膜とを有し、該管状分離膜の下端部にエンド管が接続され、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の上面から突出しており、該支持板の上面に差込穴が設けられ、前記エンド管が該差込穴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。 Patent Literature 1 (particularly, FIG. 6 (a) thereof) has a tubular housing vertically arranged and a plurality of tubular separation membranes vertically arranged in the housing. An end tube is connected to a lower end of the support tube. The end tube protrudes from an upper surface of a support plate installed so as to cross the housing, and an insertion hole is provided in the upper surface of the support plate. Describes a separation membrane module inserted into the insertion hole.
また、特許文献1では、エンド管が遊挿されるバッフルを支持板の上方に配置することが記載されている。この支持板はタイロッドによって所定高さに保持されている。 Patent Literature 1 describes that a baffle into which an end tube is loosely inserted is disposed above a support plate. This support plate is held at a predetermined height by a tie rod.
管状分離膜を透過した気体は、支持板の下側の流出室に流れ込み、該流出室から流出口を経て取り出される。 The gas that has passed through the tubular separation membrane flows into the outflow chamber below the support plate, and is taken out of the outflow chamber via the outflow port.
管状分離膜の下端に接続されたエンド管を支持板の差込穴に差し込み、エンド管を支持凾に支持させた特許文献1の構造にあっては、支持板の下側の流出室内の圧力が支持板の上側の被処理気体室内の圧力に比べて低いので、支持板に大きな曲げ荷重が加えられる。 In the structure of Patent Document 1 in which the end tube connected to the lower end of the tubular separation membrane is inserted into the insertion hole of the support plate and the end tube is supported by the support box, the pressure in the outflow chamber below the support plate is reduced. Is lower than the pressure in the gas chamber to be processed on the upper side of the support plate, so that a large bending load is applied to the support plate.
また、特許文献1の構造にあっては、支持板の上側の被処理流体室内の気体が支持板の外周面とハウジングの内周面との間を通って流出室へリークすることを防止するために、支持板の外周面とハウジング内周面との間のシールを十分なものとする必要がある。 In the structure of Patent Document 1, gas in the fluid chamber to be processed above the support plate is prevented from leaking to the outflow chamber through the space between the outer peripheral surface of the support plate and the inner peripheral surface of the housing. For this reason, it is necessary to provide a sufficient seal between the outer peripheral surface of the support plate and the inner peripheral surface of the housing.
また、特許文献1にあっては、タイロッドがハウジングの内周面に接近して設けられているため、ハウジング内周面に沿う部分に管状分離膜が配設されておらず、分離効率に改善の余地があった。 Further, in Patent Document 1, since the tie rod is provided close to the inner peripheral surface of the housing, the tubular separation membrane is not provided at a portion along the inner peripheral surface of the housing, and the separation efficiency is improved. There was room for
本発明は、管状分離膜の一端を支持する支持部材に加えられる曲げ荷重が軽減されると共に、支持部材の外周面とハウジング内周面との間のシール部材を省略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。 The present invention provides a separation membrane module in which a bending load applied to a support member supporting one end of a tubular separation membrane is reduced, and a seal member between an outer peripheral surface of the support member and an inner peripheral surface of the housing can be omitted. The purpose is to provide.
また、本発明は、管状分離膜をハウジング内周面に沿う部分にも配置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。 Another object of the present invention is to provide a separation membrane module in which a tubular separation membrane can be arranged at a portion along an inner peripheral surface of a housing.
本発明の分離膜モジュールは、筒状のハウジングと、該ハウジング内に該ハウジングの長手方向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の被処理流体室内を一端側から他端側に流れ、管状分離膜を透過した流体が該管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、該管状分離膜の一端部は、前記ハウジングを横断するように設置された支持部材に支持されている分離膜モジュールにおいて、該支持部材から前記被処理流体室内に延設されたタイロッドと、該支持部材に設けられた、前記管状分離膜内が連通した集合室と、該集合室内の流体を前記ハウジング外に取り出す取出部材と、該支持部材とハウジングの端部との間に形成された背圧室と、該背圧室内と前記被処理流体室とを連通するように該タイロッドに設けられた連通孔とを備えたことを特徴とする。 The separation membrane module of the present invention has a cylindrical housing, and a plurality of tubular separation membranes disposed in the housing in the longitudinal direction of the housing, and the fluid to be treated is provided at one end in the fluid chamber of the housing. A separation membrane module in which a fluid flowing from the side to the other end and permeating the tubular separation membrane is taken out through the tubular separation membrane, one end of the tubular separation membrane is installed so as to cross the housing. In a separation membrane module supported by the supporting member, a tie rod extending from the supporting member into the fluid chamber to be processed, and a collecting chamber provided in the supporting member and communicating with the inside of the tubular separation membrane, A take-out member for taking fluid out of the housing out of the housing, a back pressure chamber formed between the support member and an end of the housing, and a communication between the back pressure chamber and the fluid chamber to be processed. To Characterized by comprising a communication hole provided in Iroddo.
本発明の一態様では、前記ハウジング内にバッフルが配置されており、該バッフルが前記タイロッドによって保持されている。 In one aspect of the present invention, a baffle is disposed in the housing, and the baffle is held by the tie rod.
本発明の一態様では、前記支持部材及びそれに連なる前記管状分離膜を有した管状分離膜ユニットが複数個前記ハウジング内に配置されており、最も前記背圧室側に配置された管状分離膜ユニットの前記集合室と、その他の管状分離膜ユニットの集合室内とが接続部材によって連通されている。 In one aspect of the present invention, a plurality of tubular separation membrane units having the support member and the tubular separation membrane connected thereto are arranged in the housing, and the tubular separation membrane unit arranged closest to the back pressure chamber side Is connected to a collecting chamber of another tubular separation membrane unit by a connecting member.
本発明の一態様では、前記接続部材は、前記支持部材から延設されたノズルである。 In one aspect of the present invention, the connection member is a nozzle extended from the support member.
本発明の一態様では、前記ノズルは、各支持部材からそれぞれ延設され、隣接する管状分離膜ユニットのノズル同士が連結されている。 In one aspect of the present invention, the nozzles extend from each support member, and the nozzles of adjacent tubular separation membrane units are connected to each other.
本発明の一態様では、複数の前記タイロッドが、ハウジングの軸心から等半径位に設けられており、各タイロッドを結ぶ該半径の円よりも外周側と軸心側との双方に前記管状分離膜が設けられている。 In one aspect of the present invention, a plurality of the tie rods are provided at an equal radius from the axis of the housing, and the tubular separation is provided on both the outer peripheral side and the axis side of a circle of the radius connecting the tie rods. A membrane is provided.
本発明の分離膜モジュールでは、支持部材とハウジング端部との間に背圧室が設けられ、この背圧室が被処理流体室に連通しているので、背圧室内と被処理流体室とが略等圧となる。このため、支持部材に対して加えられる被処理流体圧による曲げ荷重がなくなるか、又は著しく小さくなる。また、本発明では、支持部材の外周面と背圧室の内周面との間にシール部材を設けることが不要となる。 In the separation membrane module of the present invention, the back pressure chamber is provided between the support member and the end of the housing, and the back pressure chamber communicates with the fluid chamber to be processed. Becomes substantially equal pressure. Therefore, the bending load due to the pressure of the fluid to be processed applied to the supporting member is eliminated or significantly reduced. Further, in the present invention, it is not necessary to provide a seal member between the outer peripheral surface of the support member and the inner peripheral surface of the back pressure chamber.
本発明では、処理流体室と背圧室とを連通するようにタイロッドに連通孔が設けられている。そのため、支持部材の外周面とハウジングの内周面との隙間を小さくすることができる。また、ハウジング内周面に沿う部分にも管状分離膜を配設することができる。タイロッドを支持部材の外周面から離隔させることにより、ハウジング内周面に沿う部分の管状分離膜の数を多くすることができる。 In the present invention, a communication hole is provided in the tie rod so as to communicate the processing fluid chamber and the back pressure chamber. Therefore, the gap between the outer peripheral surface of the support member and the inner peripheral surface of the housing can be reduced. In addition, a tubular separation membrane can be provided at a portion along the inner peripheral surface of the housing. By separating the tie rods from the outer peripheral surface of the support member, the number of tubular separation membranes along the inner peripheral surface of the housing can be increased.
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。なお、図1は図2のI−I線断面を示している。 A separation membrane module according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a cross section taken along line II of FIG.
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部材としての支持凾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、支持凾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は支持凾5の上側に配置されている。
This separation membrane module 1 is provided at a lower part in the
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。
In this embodiment, outward
支持凾5の外周面とハウジング2の内周面との間に微小な間隙が設けられている。支持凾5は、ハウジング2の内周面から突設された複数の突部2t上に載置されている。
A minute gap is provided between the outer peripheral surface of the
支持凾5を載置する突部2tを省略し、例えば支持凾5の強度を上げるため、ボトムカバー6Aから支柱(図示略)を立ち上げ、支持凾5を該支柱で支持するようにしてもよい。
The
支持凾5とボトムカバー6Aとの間は背圧室16となっている。この背圧室16は、後述のタイロッド14の連通孔14fを介して室11と連通している。なお、背圧室16は、支持凾5の外周面とハウジング2の内周面との間の間隙を介しても支持凾5の上側の室11に連通している。
A
この実施の形態では、管状分離膜3の下端にエンド管4が連結されている。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1〜3では、管状分離膜は19本示されているが、後述のとおり、管状分離膜の数は適宜設定できる。
In this embodiment, an
図1では、管状分離膜3は一本物となっているが、複数本、例えば2本の管状分離膜3がジョイント管(図示略)を介して連結されてもよい。
In FIG. 1, the
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、上部の外周面に被処理流体の流出口10が設けられている。流入口9は、支持凾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。ただし、図6の分離膜モジュール1Bのように、流入口9を、背圧室16に臨むように設けてもよい。後述の図5の態様でも同様である。流出口10は、第2のバッフル8の上側の流出室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。
An
支持凾5は、図1、図4に示す通り、天面5t、底面5s及び側面5uを有した凾体よりなり、内部が気体の集合室5vとなっている。底面5sには、集合室5v内の気体を流出させるノズル5nが設けられている。前記ノズル5nにフランジ結合等によって連結された取出部材としての取出ノズル6nがボトムカバー6Aを貫通して設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
支持凾5から複数のタイロッド14が立設され、該タイロッド14にバッフル7,8が支持されている。図2,3ではタイロッド14は3本設けられているが、これに限らず、例えば1〜2本又は4本以上でもよい。タイロッド14の本数は、管状分離膜3の数の半分以下であることが好ましい。また、タイロッドの位置は、三角ピッチに配してある管状分離膜3の位置に配してもよい。
A plurality of
タイロッド14は、支持凾5の天面5tを貫通し、集合室5vを通り、底面5sを貫通している。タイロッド14の下端は、該底面5sと面一となっているが、それよりも若干突出したり後退していてもよい。
The
タイロッド14の下端面から上方に連通孔14fが延設されている。この連通孔14fは、天面5fよりも上側において室11に開口している。これにより、前述の通り、室11と、支持凾5の下側の背圧室16とは、該連通孔14fを介して連通している。
A
なお、タイロッド14はパイプにて構成されてもよい。この場合、通常はパイプの上端(又は上下方向の途中)を密閉する。タイロッド14がパイプにて構成される場合、背圧室16に流入した被処理流体がタイロッド内を通り、室11や主室13へ導入される。特に、被処理流体の流入口9が背圧室に臨むように設けられている場合、タイロッド14を通って管状分離膜3へ被処理流体を導入することができる。
Note that the
タイロッド14は支持凾5に対して溶接やろう付け等により気密に連結されることが好ましい。バッフル7,8は、ねじ込み又はナット締めや、溶接又はろう付け、Oリング又はシール材を用いた嵌め込み等によりタイロッド14の所定高さに保持される。タイロッド14に鞘管(図示略)を外嵌させ、該鞘管によってバッフル7,8を保持してもよい。
The
この実施の形態では、各タイロッド14は、ハウジング2の軸心とハウジング2の内周面との間に配置されている。各タイロッド14は、ハウジング2の軸心から等半径位に位置しているが、これに限らず、異なる半径位に位置してもよい。。この半径の円よりも外周側にも管状分離膜3が配設されている。なお、該半径の円の上に管状分離膜3が配設され、それもより外周側には管状分離膜3が配設されないような配置パターンとしてもよい。
In this embodiment, each
タイロッド14は一本物であってもよく、途中でつなぎ合わせたものであってもよい。
The
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が介在され、ハウジング2の内周面に沿って優先的にガスが流れないようにしてもよい。
A sealing member such as an O-ring, a V-packing, or a C-ring is interposed between the outer peripheral surfaces of the
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。
Each of the
支持凾5の天面5t側には、管状分離膜3に連結されたエンド管4の下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、支持凾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、小孔5bと大孔5c(もしくは大孔5cがなく小孔5bのみでもよい)とを介して集合室5vに臨んでいる。
On the
エンド管4の下端面と差込穴5aの底面との間にガスケット(図示略)が介在されている。もしくは、エンド管4側面と差し込み穴5aの側面の間にOリング(図示略)が介在されている。
A gasket (not shown) is interposed between the lower end surface of the
図4に示す通り、各エンド管4の管孔4aは、小孔5b及び大孔5cを介して集合室5vに連通している。エンド管4と管状分離膜3の接続部は、ガスケット、Oリング、あるいは熱収縮チューブを用いることでシールされている。
As shown in FIG. 4, the
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との間はガスケットやOリングによってシールされている。図示は省略するが、エンドプラグ20と管状分離膜3間は、熱収縮チューブを用いることでシールされてもよい。
An end plug 20 is connected to the upper end of the
なお、本発明では、エンド管4及び支持凾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。
In the present invention, the
この分離膜モジュール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内から集合室5v及びノズル5n,6n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。
In the separation membrane module 1, the fluid to be treated is introduced into the
この実施の形態では、連通孔14fや、支持凾5の外周面とハウジング2の内周面との間の間隙を介して背圧室16内と室11内とが連通し、両室内の圧力差がないか又は極く小さなものとなっているので、支持凾5に加えられる曲げ荷重が著しく小さい。また、支持凾5の外周面とハウジング2の内周面との間をシールする部材が不要である。
In this embodiment, the inside of the
この実施の形態では、支持凾5の外周面とハウジングの内周面との間隔を、支持凾5のハウジング2内への出し入れが可能な範囲で十分に小さくしてもよい。
In this embodiment, the distance between the outer peripheral surface of the
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。
The flow in the
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。
The separation membrane module 1 may be used with the
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いると共に、ハウジング2の内周面に沿う内周面直近部分にも管状分離膜3を配設しており、膜面積が大きいので、効率良く膜分離が行われる。
In this embodiment, a large number of
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。
In this embodiment,
図5を参照して、本発明における他の実施の形態を説明する。 Referring to FIG. 5, another embodiment of the present invention will be described.
この実施の形態の分離膜モジュール1Aでは、ハウジング2内に複数の管状分離膜ユニット30,31が設けられている。上側の管状分離膜ユニット30は、図1〜4における支持凾5、エンド管4、管状分離膜3、エンドプラグ20、バッフル7,8及びタイロッド14よりなるものである。
In the
下側の管状分離膜ユニット31の構成は、管状分離膜ユニット30とほぼ同一であるが、支持凾5の天面5tの中央から接続部材としての連通ノズル6iが上方に延設されている点が異なる。該連通ノズル6iの上端は、管状分離膜ユニット31のバッフル8よりも上方に延出しており、その上端が上側の管状分離膜ユニット30のノズル5nの下端にねじ込み式結合やフランジ結合等より連結されている。
The configuration of the lower tubular
管状分離膜ユニット30,31の支持凾5の外周面とハウジング2の内周面との間には、各々のハウジング2内への出し入れを可能とする程度の小間隙があいている。
There is a small gap between the outer peripheral surface of the
分離膜モジュール1Aのその他の構成は分離膜モジュール1と同一であり、同一符号は同一部分を示している。
Other configurations of the
この分離膜モジュール1Aにおいても、被処理流体は流入口9からハウジング2に流入し、特定成分が管状分離膜3を透過し、非透過流体が流出口10から流出する。下側の管状分離膜ユニット31の各管状分離膜3を透過した気体は、該管状分離膜ユニット31の支持凾5内の集合室5vに流入し、ノズル5n,6nを介して取り出される。
In this
下側の管状分離膜ユニット31の管状分離膜3を透過しなかった流体は、該管状分離膜ユニット31のバッフル8の開口8aを通過し、該バッフル8と管状分離膜ユニット30の支持凾5との間のバッファー室17に流入し、次いで連通孔14fや支持凾5とハウジング2の内周面との間隙を通って該支持凾5の上側の室11に流入し、次いで主室13に流入する。
The fluid that has not permeated through the
上側の管状分離膜ユニット30の各管状分離膜3を透過した気体は、該管状分離膜ユニット30の支持凾5の集合室5vに流入し、ノズル5n,6iを介して下側の管状分離膜ユニット31の支持凾5内の集合室5vに流入し、ノズル5n,6nを介して取り出される。
The gas that has passed through each of the
上側の管状分離膜30の非透過流体は、流出室12を経て流出口10から流出する。
The non-permeate fluid of the upper
この分離膜モジュール1Aにあっては、支持凾5の外周面とハウジング2の内周面との間隙を小さくすることにより、バッファー室17から該間隙を通り抜けて管状分離膜ユニット30の室11に流入する流量を小さくすることができる。また、この結果、上側の管状分離膜ユニット30では、ハウジング2の内周面に沿って被処理流体が短絡的に流れることが防止されるようになり、分離効率が向上する。
In the
この分離膜モジュール1Aにあっては、ハウジング2の長さを大きくし、複数の管状分離膜ユニットをハウジング2内に配置することができる。図5では、管状分離膜ユニット30,31が1個ずつ図示されているが、複数の管状分離膜ユニット31を上下多段に配置して連結し、最上部に管状分離膜ユニット30を連結する構成としてもよい。または、管状分離膜ユニット31を複数上下多段に配置して連結し、最上段のノズル6iをキャップやフランジ等でシールする構造としてもよい。これにより、同一構造のユニットのみで構成することができ、コストの低減を図ることができる。
In the
複数の管状分離膜ユニットを上下に設置した場合、上側の管状分離膜ユニットは下側の管状分離膜ユニットによって支持されることになるが、この場合、各管状分離膜ユニットの左右への傾動ないし揺動を防止するための支承部材を設けてもよい。 When a plurality of tubular separation membrane units are set up and down, the upper tubular separation membrane unit is supported by the lower tubular separation membrane unit. A support member for preventing rocking may be provided.
以下、本発明の分離膜モジュールを構成するエンド管4、エンドプラグ20及び管状分離膜3の好適な材料等について説明する。
Hereinafter, suitable materials and the like of the
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7,8,51及びジョイント管17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。
Materials that do not allow fluid to permeate, such as metals and ceramics, are exemplified as materials for the
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。
The
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。
The zeolite is crystallized on the surface of the porous support to form a zeolite membrane.
The main zeolite constituting the zeolite membrane usually contains a zeolite having an oxygen 6-10-membered ring structure, and preferably contains a zeolite having an oxygen 6-8-membered ring structure.
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。 Here, the value of n of the zeolite having an oxygen n-membered ring indicates the one having the largest number of oxygen among the pores formed of oxygen and the T element forming the zeolite skeleton. For example, when pores having a 12-membered oxygen ring and an 8-membered ring exist as in a MOR type zeolite, it is regarded as a zeolite having a 12-membered oxygen ring.
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。 Examples of zeolites having an oxygen 6-10 membered ring structure include 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, etc. There is.
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。 The zeolite membrane may be one in which zeolite alone becomes a membrane, or one in which the zeolite powder is dispersed in a binder such as a polymer to form a membrane, and zeolite is fixed in a membrane on various supports. It may be a zeolite membrane composite. The zeolite membrane may partially contain an amorphous component or the like.
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、より好ましくは12μm以下、特に好ましくは10μm以下の範囲である。 The thickness of the zeolite membrane is not particularly limited, but is usually 0.1 μm or more, preferably 0.6 μm or more, and more preferably 1.0 μm or more. Further, it is usually 100 μm or less, preferably 60 μm or less, more preferably 20 μm or less, more preferably 12 μm or less, and particularly preferably 10 μm or less.
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。 However, in the present invention, a tubular separation membrane having a separation membrane other than the zeolite membrane may be used.
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、特に好ましくは14mm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。
The outer diameter of the
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。
The length of the portion of the
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6〜2000本配置され、管状分離膜同士の最短距離は、1mm〜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。なお、管状分離膜はジョイント管17によって連結されなくてもよい。また、図による説明では分離膜モジュール1は縦向きに設置するようになっているが、横向きや傾けて使用してもよい。
In the separation membrane module of the present invention, the tubular separation membrane may be a single tube type or a multi-tube type, and is usually arranged in a number of 1 to 3000, particularly 6 to 2000, and the shortest distance between the tubular separation membranes is 1 mm to 10 mm. It is preferable to arrange them so that The size of the housing and the number of tubular separation membranes are appropriately changed depending on the amount of fluid to be processed. Note that the tubular separation membranes need not be connected by the
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。 In the separation membrane module of the present invention, the treatment target fluid to be separated or concentrated is not particularly limited as long as it is a gas or liquid mixture composed of a plurality of components that can be separated or concentrated by the separation membrane. However, it is preferable to use a mixture of gases.
液体の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。 For separation or concentration of a liquid, a separation or concentration method called a pervaporation method (pervaporation method) or a vapor permeation method (vapor permeation method) can be used. The pervaporation method is a separation or concentration method in which a liquid mixture is directly introduced into a separation membrane, so that a process including separation or concentration can be simplified.
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。 In the present invention, when the mixture to be separated or concentrated is a gas mixture composed of a plurality of components, examples of the gas mixture include carbon dioxide, oxygen, nitrogen, hydrogen, methane, ethane, ethylene, and propane. , At least one selected from aromatic compounds such as propylene, normal butane, isobutane, 1-butene, 2-butene, isobutene, and toluene, sulfur hexafluoride, helium, carbon monoxide, nitric oxide, and water And those containing components. Of the mixture of these gas components, the gas component having a high permeance is separated through the separation membrane, and the gas component having a low permeance is concentrated on the supply gas side.
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。 The separation membrane modules of the present invention can be used in combination depending on the amount of fluid or the desired degree of separation and concentration. If the amount of fluid is large, or if the desired degree of separation / concentration is so high that one module cannot be processed sufficiently, connect the piping so that the fluid that has exited the outlet enters the inlet of another module. Is preferred. Further, the desired degree of separation / concentration can be obtained by further linking according to the degree of separation / concentration.
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。 The separation membrane modules of the present invention may be installed in parallel to split a fluid and supply gas. At this time, it is also possible to install a module in series with each of the parallel modules. When the parallel modules are connected in series, the supply gas amount decreases in the serial direction and the linear velocity decreases. Therefore, it is preferable to reduce the number of parallel installations so as to maintain the linear velocity appropriately.
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よい。 In the case where the modules are arranged in series, the permeated components may be discharged for each module, or the modules may be connected and collected to be discharged.
1,1A,1B 分離膜モジュール
2 ハウジング
2a,2b フランジ
2t 突部
3 管状分離膜
4 エンド管
4a 管孔
5 支持凾
5a 差込穴
5b 小孔
5c 大孔
5n ノズル
5s 底面
5t 天面
5u 側面
5v 集合室
6A ボトムカバー
6B トップカバー
6b,6c フランジ
6i,6n ノズル
6v 集合室
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 タイロッド
14f 連通孔
16 背圧室
20 エンドプラグ
30,31 管状分離膜ユニット
1, 1A, 1B
6i, 6n Nozzle
Claims (6)
該ハウジング内に該ハウジングの長手方向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の被処理流体室内を一端側から他端側に流れ、管状分離膜を透過した流体が該管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、
該管状分離膜の一端部は、前記ハウジングを横断するように設置された支持部材に支持されている分離膜モジュールにおいて、
該支持部材から前記被処理流体室内に延設されたタイロッドと、
該支持部材に設けられた、前記管状分離膜内が連通した集合室と、
該集合室内の流体を前記ハウジング外に取り出す取出部材と、
該支持部材とハウジングの端部との間に形成された背圧室と、
該背圧室内と前記被処理流体室とを連通するように該タイロッドに設けられた連通孔と
を備えたことを特徴とする分離膜モジュール。 A cylindrical housing;
A plurality of tubular separation membranes disposed in the housing in a longitudinal direction of the housing,
A separation membrane module in which a fluid to be treated flows from one end side to the other end side in a fluid chamber to be treated in the housing, and a fluid permeating the tubular separation membrane is taken out through the tubular separation membrane,
One end of the tubular separation membrane is a separation membrane module supported by a support member installed so as to cross the housing,
A tie rod extending from the support member into the fluid chamber to be processed;
A collection chamber provided in the support member, the inside of the tubular separation membrane communicating with each other,
An extraction member for extracting the fluid in the collection chamber out of the housing;
A back pressure chamber formed between the support member and an end of the housing;
A separation membrane module comprising: a communication hole provided in the tie rod so as to communicate the back pressure chamber and the fluid chamber to be processed.
各タイロッドを結ぶ該半径の円よりも外周側と軸心側との双方に前記管状分離膜が設けられている請求項1〜4のいずれかの分離膜モジュール。 A plurality of the tie rods are provided at an equal radius from the axis of the housing,
The separation membrane module according to any one of claims 1 to 4, wherein the tubular separation membrane is provided on both an outer peripheral side and an axial center side of a circle having the radius connecting the tie rods.
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