JP5829227B2 - 酸性ガス分離モジュール、酸性ガス分離装置、及びテレスコープ防止板 - Google Patents
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Description
このテレスコープ防止板としては、内周環状部と外周環状部とこれら環状部同士を放射状方向に連結する数本のスポーク部とからなる構成や、円板に複数の円形の開口が設けられた構成が知られている(例えば、特許文献1〜4参照)。
一方、酸性ガス分離モジュールの軸両端面に、テレスコープ防止板を設けると、これが流路抵抗となり、流通する原料ガスの圧力損失が生じてしまうのが現状である。
また、本発明の課題は、酸性ガス分離モジュールのガス分離効率を向上させ、且つ圧力損失を低減するテレスコープ防止板を提供することである。
<1> 管壁に貫通孔が形成された透過ガス集合管と、
少なくとも酸性ガス分離層を有する積層体であって、前記透過ガス集合管に巻き付けられた積層体と、
前記巻き付けられた積層体の軸方向両端面に設けられたテレスコープ防止板と、
を備え、
ガス供給側のテレスコープ防止板の開口率D1とガス排出側のテレスコープ防止板の開口率D2との比(D2/D1)が0.5以上0.9以下である酸性ガス分離モジュール。
前記透過ガス集合管は、管一端部に設けられ前記貫通孔から集合した前記酸性ガスが排出される排出口と、管他端部に設けられスイープガスが供給される供給口と、前記排出口と前記供給口の間に設けられ前記管内部を遮断する遮断部材と、を有し、
前記接着部のうち前記周方向に沿って接着した周方向接着部の間で且つ前記遮断部材の外周側に、前記周方向に沿って仕切接着部が形成され、
前記仕切接着部は、前記接着部のうち前記周方向の端部を接着した軸方向接着部と非接触で前記周方向接着部よりも幅が狭く、前記周方向接着部と前記軸方向接着部との間で、前記スイープガスが流れる流路を形成する前記<2>又は<3>に記載の酸性ガス分離モジュール。
前記酸性ガス分離モジュールが装填される圧力容器と、
を備える酸性ガス分離装置。
前記複数の酸性ガス分離モジュールのうち、少なくとも一つが前記<1>〜<5>のいずれか1項に記載の酸性ガス分離モジュールである前記<6>に記載の酸性ガス分離装置。
前記複数の酸性ガス分離モジュールが直列に接続された状態で装填される圧力容器と、
を備え、
前記複数の酸性ガス分離モジュールうち、ガス供給側からn番目(nは2以上の整数)に直列に接続される酸性ガス分離モジュールにおけるガス供給側のテレスコープ防止板の開口率D1nとガス排出側のテレスコープ防止板の開口率D2nとの比(D2n/D1n)を△(n)としたとき、△(n−1)>△(n)の関係を満たす酸性ガス分離装置。
前記透過ガス集合管は、管一端部に設けられ前記貫通孔から集合した前記酸性ガスが排出される排出口と、管他端部に設けられスイープガスが供給される供給口と、前記排出口と前記供給口の間に設けられ前記管内部を遮断する遮断部材と、を有し、
前記接着部のうち前記周方向に沿って接着した周方向接着部の間で且つ前記遮断部材の外周側に、前記周方向に沿って仕切接着部が形成され、
前記仕切接着部は、前記接着部のうち前記周方向の端部を接着した軸方向接着部と非接触で前記周方向接着部よりも幅が狭く、前記周方向接着部と前記軸方向接着部との間で、前記スイープガスが流れる流路を形成する前記<10>又は<11>に記載の酸性ガス分離装置。
前記内周環状部よりも外側に設けられる外周環状部と、
前記内周環状部と前記外周環状部とを連結する連結部と、
を備え、
前記外周環状部の外縁と同心状の境界線を境に面積が等しくなるようにして、前記中央開口を除く面内を二分割したとき、前記内周環状部側の領域の開口率S1と前記外周環状部側の領域の開口率S2との比(S1/S2)が0.2以上0.8以下であるテレスコープ防止板。
少なくとも酸性ガス分離層を有する積層体であって、前記透過ガス集合管に巻き付けられた積層体と、
前記巻き付けられた積層体の軸方向両端面に設けられ、前記<14>〜<17>のいずれか1項に記載のテレスコープ防止板と、
を備える酸性ガス分離モジュール。
前記透過ガス集合管は、管一端部に設けられ前記貫通孔から集合した前記酸性ガスが排出される排出口と、管他端部に設けられスイープガスが供給される供給口と、前記排出口と前記供給口の間に設けられ前記管内部を遮断する遮断部材と、を有し、
前記接着部のうち前記周方向に沿って接着した周方向接着部の間で且つ前記遮断部材の外周側に、前記周方向に沿って仕切接着部が形成され、
前記仕切接着部は、前記接着部のうち前記周方向の端部を接着した軸方向接着部と非接触で前記周方向接着部よりも幅が狭く、前記周方向接着部と前記軸方向接着部との間で、前記スイープガスが流れる流路を形成する前記<19>又は<20>に記載の酸性ガス分離モジュール。
前記酸性ガス分離モジュールが装填される圧力容器と、
を備える酸性ガス分離装置。
前記複数の酸性ガス分離モジュールのうち、少なくとも一つが前記<18>〜<21>のいずれか1項に記載の酸性ガス分離モジュールである前記<22>に記載の酸性ガス分離装置。
また、本発明によれば、酸性ガス分離モジュールのガス分離効率を向上させ、且つ圧力損失を低減するテレスコープ防止板を提供することができる。
図1は、本発明の酸性ガス分離モジュールの一実施形態を示す概略構成図である。なお、図1は、一部切り欠きを設けてなる図を示している。
ガス供給側開口率D1に対して、ガス排出側開口率D2を小さくすると(D2/D1比を0.9以下とすると)、酸性ガス分離モジュールのガス排出側の背圧が高まり、酸性ガス分離モジュールの外周側領域にも、原料ガスが流通し易い状態を作り出せ、酸性ガスの分離に寄与させることができる。
一方で、ガス供給側開口率D1に対して、ガス排出側開口率D2を過剰に小さくすると(D2/D1比を0.5未満とすると)、流路抵抗が高まって、流通する原料ガスの圧力損失が上昇する。
また、同様の観点から、ガス供給側開口率D1は、50%以上95%以下が好ましく、より好ましくは60%以上90%以下、さらに好ましくは70%以上85%以下である。
一方、同様の観点から、ガス排出側開口率D2は、5%以上90%以下が好ましく、より好ましくは10%以上80%以下、さらに好ましくは20%以上70%以下である。
図2Aは、ガス供給側のテレスコープ防止板の一実施形態を示す概略平面図である。図2Bは、ガス排出側のテレスコープ防止板の一実施形態を示す概略平面図である。
テレスコープ防止板18は、円形状の内周環状部182で囲まれた円形状の中央開口180と、内周環状部182と外周環状部184とスポーク部187とで囲まれた開口187Aと、を有している。
そして、テレスコープ防止板18は、円形状の内周環状部182で囲まれる中央開口180に透過ガス集合管12が嵌め込まれた状態で、酸性ガス分離モジュールに設けられる。
なお、テレスコープ防止板18の形状は、円板状に限られず、酸性ガス分離モジュールの形状に応じて選択される。
ここで、ガス供給側のテレスコープ防止板18Aと、ガス排出側のテレスコープ18B)は、ガス排出側のテレスコープ防止板18Bとは、互いに開口率が異なるため、その連結部186であるスポーク部187の数及び幅の少なくとも一方が異なっている。
具体的には、図2A及び図2Bに示すように、上記D2/D1比を満たすために、ガス排出側のテレスコープ防止板18Bは、ガス供給側のテレスコープ防止板18Aよりも、スポーク部187の数を多く、且つ幅を太くしている。
なお、本実施形態において特に他の言及がない限り「耐熱湿性」のうち「耐熱性」とは、80℃以上の耐熱性を有していることを意味する。具体的に、80℃以上の耐熱性とは、80℃以上の温度条件下に2時間保存した後も保存前の形態が維持され、熱収縮或いは熱溶融による目視で確認しうるカールが生じないことを意味する。また、本実施形態において「耐熱湿性」のうち「耐湿性」とは、40℃80%RHの条件下に2時間保存した後も保存前の形態が維持され、熱収縮或いは熱溶融による目視で確認しうるカールが生じないことを意味する。
テレスコープ防止板18は、上記構成に限られず、他の態様であってもよい。
具体的には、テレスコープ防止板18は、外周環状部184の外縁と同心状の境界線(図3〜5中、点線で示す)を境に面積が等しくなるようにして、中央開口180を除く面内を二分割したとき、内周環状部182側の領域(以下「内周側領域188A」)の開口率S1(以下「内周側開口率S1」)と外周環状部184側の領域(以下「外周側領域188B」)の開口率S2(以下「外周側開口率S2」)との比(S1/S2:以下「S1/S2比」)を0.2以上0.8以下としたものを適用してもよい(図3〜5参照)。
内周側開口率S1に対して、外周側開口率S2を大きくすると(S1/S2比を0.8以下とすると)、酸性ガス分離モジュールの原料ガス供給側の軸方向端面に、テレスコープ防止板18を設けたとき、内周環状部182と外周環状部184とで挟まれる領域のうち、酸性ガス分離モジュールに供給する原料ガスが内周側領域188Aに流入し難く、外周側領域188Bに流入し易い状態を作り出せる。また、酸性ガス分離モジュールのガス排出側の軸方向端面に、テレスコープ防止板18を設けたとき、内周環状部182と外周環状部184とで挟まれる領域のうち、酸性ガス分離後の残余ガスが内周側領域188Aで背圧が高まり、外周側領域188Bで背圧が低くなる状態を作り出せる。
つまり、内周側開口率S1に対して、外周側開口率S2を大きくすると、酸性ガス分離モジュールの外周側領域188Bにも、原料ガスが流通し易い状態を作り出せ、酸性ガスの分離に寄与させることができる。
一方で、内周側開口率S1に対して、外周側開口率S2を過剰に大きくすると(S1/S2比を0.2未満とすると)、内周側開口率S1が過剰に小さくなり過ぎて、流路抵抗が高まり、流通する原料ガスの圧力損失が上昇する。
また、同様の観点から、内側開口率S1は、10%以上90%以下が好ましく、より好ましくは20%以上80%以下、さらに好ましくは30%以上70%以下である。
一方、同様の観点から、外側開口率S2は、50%以上95%以下が好ましく、より好ましくは60%以上90%以下、さらに好ましくは70%以上85%以下である。
なお、これら開口率の測定方法については、ガス供給側開口率D1と同様である。
「外周環状部184の外縁と同心状の境界線(図3〜5中、点線で示す)を境に面積が等しくなるようにして、中央開口180を除く面内を二分割する」とは、テレスコープ防止板18を平面視したとき、内周環状部182の内縁と外周環状部184の外縁とで挟まれる領域内で、当該同心状の境界線及び内周環状部182の内縁で挟まれる領域と、当該当該同心状の境界線及び外周環状部184の外縁で挟まれる領域と、の面積が互いに等しくなるように、当該同心状の境界線を境に領域を分けることを示す。そして、この分けた2つの領域が、内周側領域188A及び外周側領域188Bである。
「内周側開口率S1」は、テレスコープ防止板18を平面視したとき、内周側領域188Aの面積に対して、その領域において開口している領域の面積の割合を示す。
「外周側開口率S2」は、テレスコープ防止板18を平面視したとき、外周側領域188Bの面積に対して、その領域において開口している領域の面積の割合を示す。
図3は、図2A及び図2Bに示されるテレスコープ防止板の第1変形例を示す概略平面図である。
第1変形例に係るテレスコープ防止板18−1は、図3に示すように、内周環状部182側よりも外周環状部184側の幅が小さく設けられた複数のスポーク部190からなる連結部186を備える構成である。テレスコープ防止板18は、内周環状部182と外周環状部184とスポーク部190とで囲まれた開口190Aと、を有している。
具体的には、スポーク部190は、内周環状部182から外周環状部184に向かって、漸次、幅が小さくなって設けられている。なお、スポーク部190は、内周環状部182から外周環状部184に向かって、段階的に幅が小さくなって設けられていてもよい。
図4は、図2A及び図2Bに示されるテレスコープ防止板の第2変形例を示す概略平面図である。
第2変形例に係るテレスコープ防止板18−2は、図4に示すように、内周環状部182から外側に向かって同心状に延在した板状部192であって、複数の開口192Aが設けられた板状部192と、板状部192と外周環状部184とを放射状に連結する複数のスポーク部194と、を有する連結部186を備える構成である。
テレスコープ防止板18−2は、板状部192と外周環状部184とスポーク部194とで囲まれる開口194Aを有している。
板状部192の開口192Aは、内周部から外周部へ向って周方向に沿った寸法が広がる形状となっており、周方向に一列で配列して設けられている。
板状部192の開口192Aは、一列で配列に限られず、互い違いに複数列で配列して設けてもよい。
板状部192の開口192Aの開口形状は、上記形状に限られず、四角状等の多角形状や、円形であってもよい。
具体的には、スポーク部194は、内周環状部182から外周環状部184に向かって、漸次に幅が小さくなって設けられている。スポーク部194は、内周環状部182から外周環状部184に向かって、段階的に幅が小さくなって設けられていてもよい。また、スポーク部194は、内周環状部182側と外周環状部184側とで、同一幅となっていてもよい。
図5は、テレスコープ防止の第3変形例を示す概略平面図である。
第3変形例に係るテレスコープ防止板18−3は、図5に示すように、内周環状部182と外周環状部184とを連結する板状部196からなる連結部186を備える構成である。
ここで、開口面積とは、テレスコープ防止板18−3を平面視したときの開口している領域の面積を示す。
なお、板状部196は、第1開口196Aよりも高い開口面積、又は多数となるように、外周側領域188Bに設けられた複数の第2開口196Bを有していてもよい。
板状部196において、第1開口196Aは、円形状となっており、周方向に一列で配列して設けられている。一方、第2開口196Bも、円形状となっており、周方向に一列で配列して設けられている。
第1開口196A及び第2開口196Bは、一列で配列に限られず、互い違いに複数列で配列して設けてもよい。
第1開口196A及び第2開口196Bの開口形状は、円形状に限られず、四角状等の多角形状や、内周部から外周部へ向って周方向に沿った寸法が広がる形状(図4で示す開口192A参照)であってもよい。
透過ガス集合管12は、その管壁に複数の貫通孔12Aが形成された円筒状の管である。透過ガス集合管12の管一端部側(一端部10A側)は閉じられており、管他端部側(他端部10B側)は開口し積層体14を透過して貫通孔12Aから集合した炭酸ガス等の酸性ガス2Z2が排出される排出口26となっている。
各下限値以上とすることで、効率的に酸性ガス22を収集することができる。また、各上限値以下とすることで、筒の強度を高め、加工適性を十分に確保することができる。
被覆層16は、酸性ガス分離モジュール10内を通過する原料ガス20を遮断しうる遮断材料で形成されている。この遮断材料は、さらに耐熱湿性を有していることが好ましい。なお、本実施形態において特に他の言及がない限り「耐熱湿性」のうち「耐熱性」とは、60℃以上の耐熱性を有していることを意味する。具体的に、60℃以上の耐熱性とは、60℃以上の温度条件下に2時間保存した後も保存前の形態が維持され、熱収縮或いは熱溶融による目視で確認しうるカールが生じないことを意味する。また、本実施形態において「耐熱湿性」のうち「耐湿性」とは、40℃80%RHの条件下に2時間保存した後も保存前の形態が維持され、熱収縮或いは熱溶融による目視で確認しうるカールが生じないことを意味する。
積層体14は、供給ガス流路用部材30が後述する促進輸送膜を内側に二つ折りした酸性ガス分離層32に挟み込まれ、これらの径方向内側で酸性ガス分離層32が透過ガス流路用部材36に、これらに浸透した接着部34を介して接着されて構成される。
各下限値以上とすることで、接着剤の塗布(封止)があっても、有効な促進輸送膜32Aの膜面積を確保することができる。また、各上限値以下とすることで、巻き芯の水平性を保ち、巻きずれの発生を抑制することができる。
積層体14は、具体的に、透過ガス集合管12側から順に、透過ガス流路用部材36、酸性ガス分離層32、供給ガス流路用部材30、酸性ガス分離層32を積層している。
これらの積層により、酸性ガス22を含む原料ガス20は、供給ガス流路用部材30の端部から供給され、被覆層16により区画された、本実施形態の酸性ガス分離層32を透過して分離された酸性ガス22が透過ガス流路用部材36及び貫通孔12Aを介して透過ガス集合管12に集積され、該透過ガス集合管12に接続された排出口26より回収される。また、供給ガス流路用部材30の空隙等を通過した、酸性ガス22が分離された残余ガス24は、酸性ガス分離モジュール10において、排出口26が設けられた側の、供給ガス流路用部材30や酸性ガス分離層32の端部より排出される。
供給ガス流路用部材30は、酸性ガス分離モジュール10の一端部10A側から酸性ガス22を含む原料ガス20が供給される部材であり、スペーサーとしての機能を有し、且つ、原料ガス20に乱流を生じさせることが好ましいことから、ネット状の部材が好ましく用いられる。ネットの形状によりガスの流路が変わることから、ネットの単位格子の形状は、目的に応じて、例えば、菱形、平行四辺形などの形状から選択して用いられる。また、高温で水蒸気を含有する原料ガス20を供給することを想定すると、供給ガス流路用部材30は、後述する酸性ガス分離層32と同様に耐湿熱性を有することが好ましい。
酸性ガス分離層32は、供給ガス流路用部材30側に設けられた促進輸送膜32Aと、促進輸送膜32Aを支持し透過ガス流路用部材36側に設けられた多孔質支持体32Bと、を有している。
促進輸送膜32Aは、供給ガス流路用部材30を通過する原料ガス20中の酸性ガス22と反応するキャリアと当該キャリアを担持する親水性化合物とを少なくとも含有し、原料ガス20から酸性ガス22を選択的に透過させる機能を有している。本実施形態では、促進輸送膜32Aが一般的に溶解拡散膜よりも耐熱性を有していることから、例えば100℃〜200℃の温度条件下でも酸性ガス22を選択的に透過させることができるようになっている。また、原料ガス20に水蒸気が含まれていても、当該水蒸気を親水性化合物が吸湿して当該親水性化合物を含有する促進輸送膜32Aが水分を保持することで、さらにキャリアが輸送し易くなるので、溶解拡散膜を用いる場合に比べて分離効率が高まる。
各下限値以上とすることで、膜面積に対して効率よく酸性ガス22を分離することができる。また、各上限値以下とすることで、加工性が容易となる。
各下限値以上とすることで、膜面積に対して効率よく酸性ガス22を分離することができる。また、各上限値以下とすることで、巻きずれの発生が抑制され加工性が容易となる。
促進輸送膜32Aは、例えば下記(A)群より選ばれた単一又は複数の架橋可能基により形成された、下記(B)群より選ばれた耐加水分解性結合を含む架橋構造を有する親水性化合物層で構成されている。特に酸性ガス分離特性や耐久性に優れるという観点から、促進輸送膜32Aは、下記(A)群より選ばれた単一の架橋可能基により形成された、下記(B)群より選ばれた耐加水分解性結合を含む架橋構造を有する親水性化合物層で構成されていることが好ましい。
(B)群:エーテル結合、アセタール結合、−NH−CH2−C(OH)−、−O−M−O−(Mは、Ti又はZrを表す)、−NH−M−O−(Mは、Ti又はZrを表す)、ウレタン結合、−CH2−CH(OH)−、アミド結合
親水性化合物は、親水性ポリマーが挙げられる。親水性ポリマーはバインダーとして機能するものであり、酸性ガス分離層として使用するときに水分を保持してキャリアによる二酸化炭素等のガスの分離機能を発揮させる。親水性化合物は、水に溶けて塗布液を形成することができるとともに、促進輸送膜が高い親水性(保湿性)を有する観点から、親水性が高いものが好ましく、生理食塩液の吸水量が0.5g/g以上の親水性を有することが好ましい。さらには1g/g以上の親水性を有することがより好ましく、さらには5g/g以上の親水性を有することが好ましく、さらには10g/g以上の親水性を有することが特に好ましく、さらには20g/g以上の親水性を有することが最も好ましい。
親水性化合物の重量平均分子量は、安定な膜を形成しうる範囲で適宜選択されるが、例えば、架橋可能基として−OHを有する場合には、重量平均分子量が3万以上であるものが好ましい。重量平均分子量は更に好ましくは分子量4万以上であり、より好ましくは、5万以上である。重量平均分子量の上限値には特に制限はないが、製造適性の観点からは、600万以下であることが好ましい。
また、架橋可能基として−NH2を有する場合には、重量平均分子量が1万以上であるものが好ましい。重量平均分子量は更に好ましくは1.5万以上であり、より好ましくは、重量平均分子量2万以上である。重量平均分子量の上限値には特に制限はないが、製造適性の観点からは、100万以下であることが好ましい。
なお、親水性化合物の重量平均分子量は、例えば、親水性化合物としてPVAを用いる場合には、JIS K 6726に準じて測定した値を用いている。また、市販品を用いる場合には、カタログ、仕様書などで公称される分子量を用いている。
複数の架橋可能基を有する親水性化合物としては、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体が挙げられる。ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体は、吸水能が高い上に、高吸水時においてもハイドロゲルの強度が大きいため好ましい。ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体におけるポリアクリル酸塩の含有率は、例えば1〜95モル%、好ましくは2〜70モル%、より好ましくは3〜60モル%、特に好ましくは5〜50モル%である。なお、ポリアクリル酸は、塩を形成していてもよく、ポリアクリル酸塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩の他、アンモニウム塩や有機アンモニウム塩等が挙げられる。
市販されているポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体(ナトリウム塩)の市販品とても入手可能であり、例えば、クラストマーAP20(商品名、クラレ社製)が挙げられる。
上記架橋構造は熱架橋、紫外線架橋、電子線架橋、放射線架橋、光架橋等、従来公知の手法により形成することができる。好ましくは光架橋又は熱架橋であり、最も好ましくは熱架橋である。
本実施形態における親水性化合物層の形成には、親水性化合物とともに架橋剤を含む組成物を用いることが好ましい。高分子化合物層の形成に用いられる高分子化合物層形成用塗布液組成物を以下、単に「塗布液組成物」又は「組成物」と称することがある。
架橋剤としては、上記単一又は複数の架橋可能基を有する親水性化合物と反応し、熱架橋又は光架橋し得る官能基を2以上有する架橋剤を含むものが選択され、形成された架橋構造は、前記(B)群より選択される耐加水分解性の架橋構造となることを要する。このような観点から、本実施形態に使用しうる架橋剤としては、エポキシ架橋剤、多価グリシジルエーテル、多価アルコール、多価イソシアネート、多価アジリジン、ハロエポキシ化合物、多価アルデヒド、多価アミン、有機金属系架橋剤などが挙げられる。好ましくは多価アルデヒド、有機金属系架橋剤、及びエポキシ架橋剤であり、有機金属系架橋剤、及びエポキシ架橋剤がより好ましく、最も好ましいのは、アルデヒド基を2以上有するグルタルアルデヒドやホルムアルデヒドなどの多価アルデヒドである。
また、例えば、重量平均分子量が1万以上のポリアリルアミンを用いる場合には、この親水性化合物と反応性が良好で、加水分解耐性も優れている架橋構造が形成可能である点から、エポキシ化合物、グルタルアルデヒド、及び有機金属架橋剤が特に好ましい。
親水性化合物として、ポリエチレンイミン又はポリアリルアミンを用いる場合、架橋剤としてはエポキシ化合物が特に好ましい。
また、親水性化合物の有する架橋可能基に着目すれば、架橋構造は、親水性化合物が有する架橋可能基100molに対し、架橋剤0.001mol〜80molを反応させて形成された架橋構造であることが好ましい。
キャリアは、酸性ガス(例えば炭酸ガス)と親和性を有し、かつ、塩基性を示す各種の水溶性の無機物質であり、本実施形態においては、アルカリ金属化合物、窒素含有化合物、硫黄酸化物からなる群から選択される少なくとも1種が挙げられる。
なお、キャリアとは、間接的に酸性ガスと反応するもの、また、そのもの自体が直接酸性ガスと反応するものを言う。
前者は例えば、供給ガス中に含まれる他のガスと反応し、塩基性を示し、その塩基性化合物と酸性ガスが反応するものなどが挙げられる。より具体的には、スチームと反応してOH−を放出し、そのOH−がCO2と反応することで膜中に選択的にCO2を取り込むことができるようなアルカリ金属化合物のことを言う。
後者はそのもの自体が塩基性であるような、例えば、窒素含有化合物や硫黄酸化物である。
なお、本明細書において、アルカリ金属化合物とは、アルカリ金属そのもののほか、その塩およびそのイオンを含む意味で用いる。
アルカリ金属重炭酸塩としては、例えば、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、及び炭酸水素セシウムなどが挙げられる。
アルカリ金属水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、及び水酸化セシウムなどが挙げられる。
これらの中でも、アルカリ金属炭酸塩が好ましく、また、酸性ガスとの親和性がよいという観点から、水に対する溶解度の高いカリウム、ルビジウム、及びセシウムをアルカリ金属元素として含む化合物が好ましい。
さらに、キャリアは、潮解性を有する第1アルカリ金属化合物と、当該第1アルカリ金属化合物よりも潮解性が低く比重が小さい第2アルカリ金属化合物とを含むことがより好ましい。具体的に、第1アルカリ金属化合物として炭酸セシウムが挙げられ、第2アルカリ金属化合物として炭酸カリウムが挙げられる。
キャリアが第1アルカリ金属化合物と第2アルカリ金属化合物を含むことで、比重が小さい第2アルカリ金属化合物が促進輸送膜32Aの膜面側に配置され(つまり促進輸送膜32Aの表面側(供給ガス流路用部材30側)に偏在して配置され)、比重が大きい第1アルカリ金属化合物が促進輸送膜32Aの膜内側に配置される(つまり促進輸送膜32Aの多孔質支持体32B側に偏在して配置される)。そして、膜面側に配置される第2アルカリ金属化合物は第1アルカリ金属化合物よりも潮解性が低いため、膜面側に第1アルカリ金属化合物が配置される場合に比べて、膜面がべたつかず、ブロッキングを抑止することができる。また、膜内側には潮解性の高い第1アルカリ金属化合物が配置されるので、単に第2アルカリ金属化合物が膜全体に配置される場合に比べて、ブロッキングを抑止するとともに、炭酸ガスの分離効率を高めることができる。
なお、第2アルカリ金属化合物はブロッキング抑止のため膜面側にのみあればよいので、第2アルカリ金属化合物は第1アルカリ金属化合物よりも少量含まれていることが好ましい。これにより、潮解性の高い第1アルカリ金属化合物は膜全体において相対的に量が多くなり、炭酸ガスの分離効率をより高めることができる。
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組合せ 第2アルカリ金属化合物、第1アルカリ金属化合物
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#1 カリウム セシウム
#2 カリウム ルビジウム
#3 カリウム セシウム/ルビジウム
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る。
硫黄化合物としては、例えば、シスチン、システインなどのアミノ酸類、ポリチオフェン、ドデシルチオールなどを用いることができる。
促進輸送膜32Aの形成に使用される組成物には、親水性化合物、架橋剤、二酸化炭素キャリアに加え、種々の添加剤を併用してもよい。また溶媒としての水も製造時に乾燥され少量になっているものを含有してもよい。
上記塗布液組成物には、本実施形態の効果を損なわない限り、酸化防止剤を含有してもよい。酸化防止剤を添加することで湿熱耐性をさらに向上させるという利点を有する。
酸化防止剤は市販品を用いてもよく、好適な酸化防止剤としては、例えば、ジブチルヒドロキシトルエン(BHT)、イルガノックス1010、イルガノックス1035FF、イルガノックス565などが挙げられる。
上記塗布液組成物には、膜のセット性や粘度を制御する目的として、ゲル化剤を含有してもよい。ゲル化剤を添加することで、上記塗布液組成物の塗膜を形成したとき、のセット性や粘度を制御できる。
ゲル化剤としては、これを含む記塗布液組成物の塗膜を形成したとき、或いは、これを冷却したときに、膜厚均一性が高いゲル膜(セット膜)を形成することができるものを使用すればよい。
温度依存性のないゲル化剤としては、カルボキシメチルセルロースなどの増粘剤が挙げられ、さらに冷却によりゲル膜を形成しうるゲル化剤としては、増粘性多糖類、より具体的には、寒天類が挙げられる。このような多糖類としては、製膜性、入手容易性、コスト、膜強度などの点から寒天が好ましく、市販品として、伊那寒天UP−37、UM−11S、SY−8、ZY−4、ZY−6(以上、伊那寒天社製)、Agarose H、Agarose S(以上、ニッポンジーン社製)などが挙げられる。
冷却によりゲル膜を形成しうるゲル化剤としては、具体的には、親水性ポリマーと、二酸化炭素キャリアと、ゲル化剤と、水とを含む塗布液組成物を50℃以上で調製し、溶液膜厚1mm以下において12℃の温度条件下において120秒以内でゲル化し、液が重力により落下しないような性質を有するゲル化剤が挙げられる。
また添加剤として、促進輸送膜32Aの組成物には、(1)疎水部として炭素数3〜20のアルキル基又は炭素数3〜20のフッ化アルキル基と親水部である親水性基とを有する化合物、(2)シロキサン構造を有する化合物、(3)平均粒子径が0.01μm〜1000μmでかつ比重が0.5g/cm3〜1.3g/cm3のポリマー粒子の3つからなる群より選択された一種又は二種以上を含有してもよい。
これらの一種又は二種以上を含有する促進輸送膜32Aを形成する場合に、促進輸送膜32Aに特定化合物及び/又はポリマー粒子を単に存在させるのではなく、本実施形態においては、一見成膜しているかのように膜面近傍に偏在させるようにする。このとき、二酸化炭素が透過可能なように偏在させる。このようにすることで、酸性ガス分離性を良好に維持しながら、連続製膜する際のブロッキングの発生が効果的に抑えられる。ひいては、膜剥がれの発生抑止による生産性を向上させることができる。これは、特にロールツーロールで連続製膜する場合に特に有効である。
促進輸送膜32Aは、後述のポリマー粒子を含まずに又は含むと共に、炭素数3〜20のアルキル基又は炭素数3〜20のフッ化アルキル基と親水性基とを有する化合物、及びシロキサン構造を有する化合物からなる群より選ばれる化合物(特定化合物)を一種又は二種以上含有している。
シロキサン構造を有する化合物は、促進輸送膜32Aを塗布により塗膜形成した際の膜表面に該表面を覆うように偏在しやすく、ブロッキングの発生抑止に効果がある。シロキサン構造とは、「−Si−O−Si−」で示されるシロキサン骨格を部分構造として有していれば、特に制限はない。
また、このような化合物は、反応性末端を有するシロキサンとカチオン重合性基を持つ化合物を反応させることで合成することができる。例えば、JNC社製のサイラプレーンシリーズFM−0411,同FM−0421,同FM−0425等の片末端水酸基を持つ化合物とエピクロロヒドリンとから合成することや、特開平11−80315号公報に記載の方法にて合成することができる。
ポリマー粒子としては、例えば、ポリオレフィン(例:ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなど)、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、熱可塑性エラストマー、シリコーンなどの粒子が好適に挙げられる。中でも、均一にブロッキング抑止できる点で、ポリオレフィンの粒子が好ましい。
ポリマー粒子の粒子径は、大塚電子社製のFPAR1000を用いて測定される値である。
占有面積は、走査型電子顕微鏡(JSM6610、JEOL社製)を用い、単位面積あたりの粒子被覆率を画像解析することにより求められる。
また、促進輸送膜32Aは、ポリマー粒子や上記の特定化合物を含有する第1の塗布液と、ポリマー粒子や特定化合物を含有しない第2の塗布液とをそれぞれ調製し、多孔質支持体32B上に第2の塗布液、第1の塗布液の重層順になるように重層塗布することによって、ポリマー粒子や特定化合物を膜面に偏在させてなる層として形成することができる。
これらの化合物やポリマー粒子は、いずれも親水性化合物層を構成する他の成分と相溶しないために、親水性化合物層が本来有する分離能を損なうことはない。
(多孔質支持体)
促進輸送膜32Aと共に酸性ガス分離層32を構成する多孔質支持体32Bは、促進輸送膜32Aと同様、耐熱性を有している。
多孔質支持体32Bの材質としては、供給ガス流路用部材30と同様のものを用いることができる。
また、多孔質支持体32Bの孔の平均孔径は、接着剤塗布領域は接着剤を十分に染み込ませ、ガスを通過させる領域はガスの通過の妨げとならないようにする観点から、0.001μm以上10μm以下が好ましく、さらには0.002μm以上5μm以下がより好ましく、さらには0.005μm以上1μm以下が特に好ましい。
酸性ガス分離層32と共に積層体14を構成する透過ガス流路用部材36は、キャリアと反応して酸性ガス分離層32を透過した酸性ガス22が貫通孔12Aに向かって流れる部材である。透過ガス流路用部材36は、スペーサーとしての機能を有し、また透過した酸性ガス22を透過ガス流路用部材36よりも内側に流す機能を有し、さらに後述する接着部34,40を浸透させる機能を有するように、透過ガス流路用部材36は、供給ガス流路用部材30と同様に、ネット状の部材が好ましい。透過ガス流路用部材36の材質は、供給ガス流路用部材30と同様のものを用いることができる。また、高温で水蒸気を含有する原料ガス20を流すことを想定すると、透過ガス流路用部材36は、酸性ガス分離層32と同様に耐湿熱性を有することが好ましい。
このとき、十分に水が染み込んでいない場合は、アルコール系などの表面張力の低い溶剤を用いても測定が可能である。
接着部34及び接着部40は、耐熱湿性の接着剤である。
なお、本実施形態において接着部34及び接着部40の「耐熱湿性」のうち「耐熱性」とは、硬化後のガラス転移温度Tgが40℃以上であることを意味し、特に60℃以上であることが好ましい。また、本実施形態において接着部34及び接着部40の「耐熱湿性」のうち「耐湿性」とは、80℃80%RHの条件下に2時間保存した後も接着力が半減しないことを意味する。耐湿熱性を上げるには、接着部34及び接着部40の材質(主成分)を変えたりその主成分にポリスチレン又は流動パラフィン、シリカなどのフィラーを1質量部〜50質量部溶解させたりして粘度を高めることで実現できる。
同様に、周方向接着部40Aと軸方向接着部40Bは繋がっており、接着部40全体として巻き始めの酸性ガス分離層32と透過ガス流路用部材36の間の周方向端部が開口した所謂「エンベロープ状」となっている。そして、周方向接着部40Aと軸方向接着部40Bとの間には、酸性ガス分離層32を透過した酸性ガス22が貫通孔12Aまで流れる流路P2が形成される。
次に、上述した構成の酸性ガス分離モジュール10の製造方法を説明する。
図8A〜図8Cは、酸性ガス分離モジュール10の製造工程図である。
ここで、管壁には、軸方向に沿ってスリット(不図示)が設けられていることが好ましい。この場合、スリットに、透過ガス流路用部材36の先端部を入れ込み、透過ガス集合管12の内周面に固定部材50で固定するようにする。この構成によれば、透過ガス流路用部材36を含んだ積層体14を透過ガス集合管12に巻き付けるときに、テンションをかけながら巻き付けるようにしても、透過ガス集合管12の内周面と透過ガス流路用部材36との摩擦で、透過ガス流路用部材36がスリットから抜けない、すなわち、透過ガス流路用部材36の固定が維持される。
ガス漏れを抑制するため、この多孔質支持体32Bの孔のうち、10%以上、特に30%の孔を接着部34で埋めることが好ましい。このように埋める手段としては、例えば、特開平3−68428などを利用することができる。
酸性ガス分離モジュール10は、上記構成に限られず、他の態様であってもよい。
また、酸性ガス分離モジュール10の1モジュールあたりに流入するガスの流量や流速を調整し、圧損をコントロールするために、複数の酸性ガス分離モジュール10を容器内で並列に並べてもよい。また、複数の酸性ガス分離モジュール10を容器内で直列に繋げてもよい。
この場合、酸性ガス分離モジュール10の代わりとして図9に示すような酸性ガス分離モジュール100を用いた方が好ましい。図9は、図7に示した酸性ガス分離モジュール10の変形例を示す図である。
同様に、酸性ガス分離モジュール100では、周方向接着部40Aの間で且つ遮断部材62の外周側に、周方向(巻き付け前は積層体14の長さ方向)に沿って仕切接着部66が形成されている。この仕切接着部66は、軸方向接着部40Bと非接触であり、周方向接着部40Aと軸方向接着部40Bとの間で、スイープガスが流れる流路P4を形成している。
なお、仕切接着部64,66は、流路P3,P4を形成するために設けるだけなので、周方向接着部34A,40Aよりも幅が狭い方が好ましい。仕切接着部64,66がある分だけ、酸性ガスが酸性ガス分離層32から透過し難くなるため、できるだけ幅を狭くした方がよいからである。
図12は、本発明の酸性ガス分離装置の一実施形態を示す概略構成図である。
そして、酸性ガス分離モジュール10として、本実施形態(変形例含む)に係る酸性ガス分離モジュールを備える。
但し、図12に示すように、複数の酸性ガス分離モジュール10が直列に接続された状態で圧力容器に装填される場合、複数の酸性ガス分離モジュール10のうち、少なくとも一つとして、本実施形態(変形例含む)に係る酸性ガス分離モジュールを備えていればよい。
圧力容器202には、原料ガス20が供給される側の一端部に、原料ガス20の供給口206Aが設けられた供給側容器端板206が嵌め込まれている。また、圧力容器202には、分離された酸性ガス22が排出される側の他端部に、酸性ガスが排出される酸性ガス排出口208A及び残余ガス24が排出される残余ガス排出口208Bが設けられた排出側容器端板208が嵌め込まれている。
つまり、酸性ガス分離装置100は、△(1)[=(D21/D11)]>△(2)[=(D22/D12)]>△(3)[=(D23/D13)]>・・・・・>△(n)[=(D2n/D1n)]の関係を満たすことがよい。
なお、開口率D1n、開口率D2nは、上述したガス供給側開口率D1、ガス排出側開口率D2と同義である。
これにより、ガス供給側よりも、ガス排出側に接続される酸性ガス分離モジュール10のガス排出側の背圧が高くなり、ガス排出側に行くにつれ、原料ガスの供給圧が低下した状態でも、酸性ガス分離モジュール10の外周側領域188Bに、原料ガスが流通し易い状態を作り出せ、酸性ガスの分離に寄与させることができる。
また、ガス供給側からn番目以降(2番目以降や3番目以降等)に接続される酸性ガス分離モジュール10のD2/D1比が上記範囲を満たすようにしてもよい。
ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体であるクラストマーAP-20(クラレ社製):2.4重量%、25%グルタルアルデヒド水溶液(Wako社製):0.01重量%を含む水溶液に、1M塩酸をpH1になるまで添加し、架橋後、キャリアとしての40%炭酸セシウム(稀産金属社製)水溶液を炭酸セシウム濃度が6.0重量%になるように添加した。さらに、1%ラピゾールA−90〔日油社製;下記構造式で表される界面活性剤(ジ(2−エチルヘキシル)スルホこはく酸ナトリウム、分子量=445;特定化合物)〕が0.003重量%になるように添加し、昇温後、別に調液しておいた寒天水溶液を加え、塗布組成物1とした。
この塗布組成物1を、PTFE/PP不織布(GE社製)を多孔質支持体として、塗布・乾燥させることで、促進輸送膜と多孔質支持体からなる酸性ガス分離層を作製した。
一方、得られた構造体のガス排出側の他端面に、形状がパターン1(図3の形状)、S1/S2比が0.85、ガス排出側開口率D2が85%のSUS製のガス排出側テレスコープ防止板を取り付けて、接続部の周囲にFPR樹脂テープを巻き付けて、封止した。
そして、表1に示す条件に変更した以外は、サンプル1と同様にして、サンプル2〜8を作製した。
表2に従った条件に変更した以外は、実施例1のサンプル1と同様にして、酸性ガス分離モジュールのサンプルを3本作製し、これを直列に接続する実施例2の酸性ガス分離モジュールのサンプルユニット1〜6を得た。
なお、表2中、「1〜3本目」とは、ガス供給側から直列に接続する酸性ガス分離モジュールの順番を示す。つまり、1本目の酸性ガス分離モジュールが最もガス供給側へ配置され、3本目の酸性ガス分離モジュールが最もガス排出側へ配置されるように、サンプルユニットを圧力容器へ充填することを示している。
透過ガス集合管を管中央部に遮断部材があるものに変え、仕切接着部を形成してスイープガスが流れる流路を付与(図9参照)し、且つ表1に従った条件に変更した以外は、実施例1のサンプル1と同様にして、実施例3の酸性ガス分離モジュールのサンプル1〜4を作製した。
透過ガス集合管を管中央部に遮断部材があるものに変え、仕切接着部を形成してスイープガスが流れる流路を付与(図9参照)し、且つ表2に従った条件に変更した以外は、実施例1のサンプル1と同様にして、酸性ガス分離モジュールのサンプルを3本作製し、これを直列に接続する実施例4の酸性ガス分離モジュールのサンプルユニット1〜5を得た。
ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体であるクラストマーAP−22(クラレ社製)に水を攪拌しながら加えた後、炭酸セシウム水溶液(固形分濃度:40質量%)を加え、温度25℃の条件下で、充分に攪拌を行い、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体と炭酸セシウムとの質量比が1:2で、且つ液中の固形分濃度が26%の水溶液を調製し、脱泡を行って塗布液組成物2を得た。
そして、塗布液組成物1に代えて、塗布液組成物2を用い、且つ表1に従った条件に変更した以外は、実施例1のサンプル1と同様にして、実施例5の酸性ガス分離モジュールのサンプル1〜4を作製した。
塗布液組成物1に代えて、塗布液組成物2を用い、且つ表2に従った条件に変更した以外は、実施例1のサンプル1と同様にして、酸性ガス分離モジュールのサンプルを3本作製し、これを直列に接続する実施例6の酸性ガス分離モジュールのサンプルユニット1〜5を得た。
各例で作製した酸性ガス分離モジュールの各サンプル又は各サンプルユニットを、圧力容器に装填し、酸性ガスの分離性能を評価した。酸性ガスの分離性能の評価方法は、以下の通りである。
但し、実施例1,3、5は評価1に従って評価を行い、実施例2,4,6は評価2に従って評価を行った。
テストガスとしてH2:CO2:H2O=45:5:50の原料ガス(流量44L/min)を温度130℃、全圧301.3kPaで、酸性ガス分離モジュールの各サンプルに供給し、透過側にH2O:Ar=50:50の混合ガス(流量12L/min)をフローさせた。透過してきたガスをガスクロマトグラフで分析し、CO2透過速度(P(CO2))とCO2/H2分離係数(α)を算出した。
テストガスとしてH2:CO2:H2O=45:5:50の原料ガス(流量132L/min)を温度130℃、全圧301.3kPaで、酸性ガス分離モジュールの各サンプルユニットに供給し、透過側にH2O:Ar=50:50の混合ガス(流量36L/min)をフローさせた。透過してきたガスをガスクロマトグラフで分析し、CO2透過速度(P(CO2))とCO2/H2分離係数(α)を算出した。
これにより、本発明は、酸性ガス分離モジュールのガス分離効率を向上させ、且つ圧力損失を低減できることがわかる。
ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体であるクラストマーAP-20(クラレ社製):2.4重量%、25%グルタルアルデヒド水溶液(Wako社製):0.01重量%を含む水溶液に、1M塩酸をpH1になるまで添加し、架橋後、キャリアとしての40%炭酸セシウム(稀産金属社製)水溶液を炭酸セシウム濃度が6.0重量%になるように添加した。さらに、1%ラピゾールA−90〔日油社製;下記構造式で表される界面活性剤(ジ(2−エチルヘキシル)スルホこはく酸ナトリウム、分子量=445;特定化合物)〕が0.003重量%になるように添加し、昇温後、別に調液しておいた寒天水溶液を加え、塗布組成物1とした。
この塗布組成物1を、PTFE/PP不織布(GE社製)を多孔質支持体として、塗布・乾燥させることで、促進輸送膜と多孔質支持体からなる酸性ガス分離層を作製した。
そして、表3に示す条件に変更した以外は、サンプル1と同様にして、サンプル2〜17を作製した。
透過ガス集合管を管中央部に遮断部材があるものに変え、仕切接着部を形成してスイープガスが流れる流路を付与(図9参照)し、且つ表4に従った条件に変更した以外は、試験例1のサンプル1と同様にして、試験例2の酸性ガス分離モジュールのサンプル1〜4を作製した。
ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体であるクラストマーAP−22(クラレ社製)に水を攪拌しながら加えた後、炭酸セシウム水溶液(固形分濃度:40質量%)を加え、温度25℃の条件下で、充分に攪拌を行い、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体と炭酸セシウムとの質量比が1:2で、且つ液中の固形分濃度が26%の水溶液を調製し、脱泡を行って塗布液組成物2を得た。
そして、塗布液組成物1に代えて、塗布液組成物2を用い、且つ表5に従った条件に変更した以外は、試験例1のサンプル1と同様にして、試験例3の酸性ガス分離モジュールのサンプル1〜4を作製した。
各例で作製した酸性ガス分離モジュールの各サンプルを、圧力容器に装填し、酸性ガスの分離性能を評価した。酸性ガスの分離性能の評価方法は、以下の通りである。
テストガスとしてH2:CO2:H2O=45:5:50の原料ガス(流量44L/min)を温度130℃、全圧301.3kPaで、酸性ガス分離モジュールの各サンプルに供給し、透過側にH2O:Ar=50:50の混合ガス(流量12L/min)をフローさせた。透過してきたガスをガスクロマトグラフで分析し、CO2透過速度(P(CO2))とCO2/H2分離係数(α)を算出した。
これにより、本発明に該当するテレスコープ防止板は、酸性ガス分離モジュールのガス分離効率を向上させ、且つ圧力損失を低減できることがわかる。
12 透過ガス集合管
12A 貫通孔
14 積層体
18 テレスコープ防止板
20 原料ガス
22 酸性ガス
26 排出口
30 供給ガス流路用部材
32 酸性ガス分離層
32A 促進輸送膜
32B 多孔質支持体
34B,40B 軸方向接着部
34A,40A 周方向接着部
34,40 接着部
36 透過ガス流路用部材
50 固定部材
52,54 接着剤
60 供給口
62 遮断部材
64,66 仕切接着部
180 中央開口
182 内周環状部
184 外周環状部
186 連結部
188A 内周側領域
188B 外周側領域
187,190,194 スポーク部
187A,190A,192A,194A,196A,196B 開口
192,196板状部
200 酸性ガス分離装置
202 圧力容器
P3 流路
P4 流路
Claims (23)
- 管壁に貫通孔が形成された透過ガス集合管と、
少なくとも酸性ガス分離層を有する積層体であって、前記透過ガス集合管に巻き付けられた積層体と、
前記巻き付けられた積層体の軸方向両端面に設けられたテレスコープ防止板と、
を備え、
ガス供給側のテレスコープ防止板の開口率D1とガス排出側のテレスコープ防止板の開口率D2との比(D2/D1)が0.5以上0.9以下である酸性ガス分離モジュール。 - 前記積層体は、酸性ガスを含む原料ガスが供給される供給ガス流路用部材と、前記供給ガス流路用部材を通過する前記原料ガス中の前記酸性ガスと反応するキャリア及びキャリアを担持する親水性化合物を含有する前記酸性ガス分離層と、前記キャリアと反応して前記酸性ガス分離層を透過した前記酸性ガスが前記貫通孔に向かって流れる透過ガス流路用部材と、を積層した積層体である請求項1に記載の酸性ガス分離モジュール。
- 前記酸性ガス分離層は、架橋構造を有する前記親水性化合物及び前記キャリアを含有する促進輸送膜と、前記促進輸送膜を支持する多孔質支持体と、を有する請求項2に記載の酸性ガス分離モジュール。
- 前記透過ガス流路用部材で貫通孔を覆って、前記透過ガス集合管に前記積層体を多重に巻き付けた状態で、前記酸性ガス分離層と前記透過ガス流路用部材の両側端部を周方向に沿って接着し、前記酸性ガス分離層と前記透過ガス流路用部材の周方向の端部を接着した接着部を備え、
前記透過ガス集合管は、管一端部に設けられ前記貫通孔から集合した前記酸性ガスが排出される排出口と、管他端部に設けられスイープガスが供給される供給口と、前記排出口と前記供給口の間に設けられ前記管内部を遮断する遮断部材と、を有し、
前記接着部のうち前記周方向に沿って接着した周方向接着部の間で且つ前記遮断部材の外周側に、前記周方向に沿って仕切接着部が形成され、
前記仕切接着部は、前記接着部のうち前記周方向の端部を接着した軸方向接着部と非接触で前記周方向接着部よりも幅が狭く、前記周方向接着部と前記軸方向接着部との間で、前記スイープガスが流れる流路を形成する請求項2又は3に記載の酸性ガス分離モジュール。 - 前記テレスコープ防止板の少なくとも一方が、中央開口を形成する内周環状部と、前記内周環状部よりも外側に設けられる外周環状部と、前記内周環状部と前記外周環状部とを連結する連結部と、を備え、前記外周環状部の外縁と同心状の境界線を境に面積が等しくなるようにして、前記中央開口を除く面内を二分割したとき、前記内周環状部側の領域の開口率S1と前記外周環状部側の領域の開口率S2との比(S1/S2)が0.2以上0.8以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の酸性ガス分離モジュール。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の酸性ガス分離モジュールと、
前記酸性ガス分離モジュールが装填される圧力容器と、
を備える酸性ガス分離装置。 - 複数の酸性ガス分離モジュールが直列に接続されて前記圧力容器に装填されており、
前記複数の酸性ガス分離モジュールのうち、少なくとも一つが請求項1〜5のいずれか1項に記載の酸性ガス分離モジュールである請求項6に記載の酸性ガス分離装置。 - 管壁に貫通孔が形成された透過ガス集合管と、少なくとも酸性ガス分離層を有する積層体であって、前記透過ガス集合管に巻き付けられた積層体と、前記巻き付けられた積層体の軸方向両端面に設けられたテレスコープ防止板と、を有する複数の酸性ガス分離モジュールと、
前記複数の酸性ガス分離モジュールが直列に接続された状態で装填される圧力容器と、
を備え、
前記複数の酸性ガス分離モジュールうち、ガス供給側からn番目(nは2以上の整数)に直列に接続される酸性ガス分離モジュールにおけるガス供給側のテレスコープ防止板の開口率D1nとガス排出側のテレスコープ防止板の開口率D2nとの比(D2n/D1n)を△(n)としたとき、△(n−1)>△(n)の関係を満たす酸性ガス分離装置。 - 前記複数の酸性ガス分離モジュールのうち、少なくとも一つは、ガス供給側のテレスコープ防止板の開口率D1とガス排出側のテレスコープ防止板の開口率D2との比(D2/D1)が0.5以上0.9以下の酸性ガス分離モジュールである請求項8に記載の酸性ガス分離装置。
- 前記積層体は、酸性ガスを含む原料ガスが供給される供給ガス流路用部材と、前記供給ガス流路用部材を通過する前記原料ガス中の前記酸性ガスと反応するキャリア及びキャリアを担持する親水性化合物を含有する前記酸性ガス分離層と、前記キャリアと反応して前記酸性ガス分離層を透過した前記酸性ガスが前記貫通孔に向かって流れる透過ガス流路用部材と、を積層した積層体である請求項8又は9に記載の酸性ガス分離装置。
- 前記酸性ガス分離層は、架橋構造を有する前記親水性化合物及び前記キャリアを含有する促進輸送膜と、前記促進輸送膜を支持する多孔質支持体と、を有する請求項10に記載の酸性ガス分離装置。
- 前記酸性ガス分離モジュールは、前記透過ガス流路用部材で貫通孔を覆って、前記透過ガス集合管に前記積層体を多重に巻き付けた状態で、前記酸性ガス分離層と前記透過ガス流路用部材の両側端部を周方向に沿って接着し、前記酸性ガス分離層と前記透過ガス流路用部材の周方向の端部を接着した接着部を備え、
前記透過ガス集合管は、管一端部に設けられ前記貫通孔から集合した前記酸性ガスが排出される排出口と、管他端部に設けられスイープガスが供給される供給口と、前記排出口と前記供給口の間に設けられ前記管内部を遮断する遮断部材と、を有し、
前記接着部のうち前記周方向に沿って接着した周方向接着部の間で且つ前記遮断部材の外周側に、前記周方向に沿って仕切接着部が形成され、
前記仕切接着部は、前記接着部のうち前記周方向の端部を接着した軸方向接着部と非接触で前記周方向接着部よりも幅が狭く、前記周方向接着部と前記軸方向接着部との間で、前記スイープガスが流れる流路を形成する請求項10又は11に記載の酸性ガス分離装置。 - 前記テレスコープ防止板の少なくとも一方が、中央開口を形成する内周環状部と、前記内周環状部よりも外側に設けられる外周環状部と、前記内周環状部と前記外周環状部とを連結する連結部と、を備え、前記外周環状部の外縁と同心状の境界線を境に面積が等しくなるようにして、前記中央開口を除く面内を二分割したとき、前記内周環状部側の領域の開口率S1と前記外周環状部側の領域の開口率S2との比(S1/S2)が0.2以上0.8以下である請求項8〜12のいずれか1項に記載の酸性ガス分離装置。
- 中央開口を形成する内周環状部と、
前記内周環状部よりも外側に設けられる外周環状部と、
前記内周環状部と前記外周環状部とを連結する連結部と、
を備え、
前記外周環状部の外縁と同心状の境界線を境に面積が等しくなるようにして、前記中央開口を除く面内を二分割したとき、前記内周環状部側の領域の開口率S1と前記外周環状部側の領域の開口率S2との比(S1/S2)が0.2以上0.8以下であるテレスコープ防止板。 - 前記連結部は、前記内周環状部と前記外周環状部とを放射状に連結する複数のスポーク部であって、前記内周環状部側よりも前記外周環状部側の幅が小さい複数のスポーク部で構成されている請求項14に記載のテレスコープ防止板。
- 前記連結部は、前記内周環状部から外側に向かって同心状に延在した板状部であって、複数の開口が設けられた板状部と、前記板状部と前記外周環状部とを放射状に連結するスポーク部と、で構成されている請求項14に記載のテレスコープ防止板。
- 前記連結部は、前記内周環状部と前記外周環状部とを連結する板状部であって、前記内周環状部側の領域に設けられた複数の第1開口と、前記第1開口よりも高い開口面積及び多数の少なくとも一方となるように、前記外周環状部側の領域に設けられた複数の第2開口と、を有する板状部で構成されている請求項14に記載のテレスコープ防止板。
- 管壁に貫通孔が形成された透過ガス集合管と、
少なくとも酸性ガス分離層を有する積層体であって、前記透過ガス集合管に巻き付けられた積層体と、
前記巻き付けられた積層体の軸方向両端面に設けられ、請求項14〜17のいずれか1項に記載のテレスコープ防止板と、
を備える酸性ガス分離モジュール。 - 前記積層体は、酸性ガスを含む原料ガスが供給される供給ガス流路用部材と、前記供給ガス流路用部材を通過する前記原料ガス中の前記酸性ガスと反応するキャリア及びキャリアを担持する親水性化合物を含有する前記酸性ガス分離層と、前記キャリアと反応して前記酸性ガス分離層を透過した前記酸性ガスが前記貫通孔に向かって流れる透過ガス流路用部材と、を積層した積層体である請求項18に記載の酸性ガス分離モジュール。
- 前記酸性ガス分離層は、架橋構造を有する前記親水性化合物及び前記キャリアを含有する促進輸送膜と、前記促進輸送膜を支持する多孔質支持体と、を有する請求項19に記載の酸性ガス分離モジュール。
- 前記透過ガス流路用部材で貫通孔を覆って、前記透過ガス集合管に前記積層体を多重に巻き付けた状態で、前記酸性ガス分離層と前記透過ガス流路用部材の両側端部を周方向に沿って接着し、前記酸性ガス分離層と前記透過ガス流路用部材の周方向の端部を接着した接着部を備え、
前記透過ガス集合管は、管一端部に設けられ前記貫通孔から集合した前記酸性ガスが排出される排出口と、管他端部に設けられスイープガスが供給される供給口と、前記排出口と前記供給口の間に設けられ前記管内部を遮断する遮断部材と、を有し、
前記接着部のうち前記周方向に沿って接着した周方向接着部の間で且つ前記遮断部材の外周側に、前記周方向に沿って仕切接着部が形成され、
前記仕切接着部は、前記接着部のうち前記周方向の端部を接着した軸方向接着部と非接触で前記周方向接着部よりも幅が狭く、前記周方向接着部と前記軸方向接着部との間で、前記スイープガスが流れる流路を形成する請求項19又は20に記載の酸性ガス分離モジュール。 - 請求項18〜21のいずれか1項に記載の酸性ガス分離モジュールと、
前記酸性ガス分離モジュールが装填される圧力容器と、
を備える酸性ガス分離装置。 - 複数の酸性ガス分離モジュールが直列に接続された状態で前記圧力容器に装填されており、
前記複数の酸性ガス分離モジュールのうち、少なくとも一つが請求項18〜21のいずれか1項に記載の酸性ガス分離モジュールである請求項22に記載の酸性ガス分離装置。
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