JP6336934B2 - Gas separation membrane element, gas separation membrane module, and carbon dioxide production method - Google Patents

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Description

本発明は、複数の成分の気体を含有する混合ガスから、特定の気体を選択的に分離するガス分離膜エレメントに関する。   The present invention relates to a gas separation membrane element that selectively separates a specific gas from a mixed gas containing a plurality of component gases.

現在、世界的な問題である地球温暖化防止のため、人類の活動から発生する二酸化炭素を中心とする温暖化効果ガスの外気への放出量を削減することが求められている。しかしながらエネルギーセキュリティー上、従来からの化石燃料を中心としたエネルギー生産方法を急激に方針転換することは現実的ではない。そこでエネルギー効率が高く二酸化炭素排出量が少ない技術開発とその適用が模索されている。その一つに、石炭ガス化複合発電(以下、IGCC(Integrated coal Gasification Combined Cycle))技術に、効率的な二酸化炭素分離回収技術を組み合わせた方法が提案されている。その二酸化炭素分離回収技術の内、期待されている技術としてガス分離膜の一つである促進輸送膜の技術開発が行われている。IGCCで石炭をガス化して得た混合ガスから上記のガス分離膜を用いて二酸化炭素を効率的、選択的に分離し、二酸化炭素を分離したガスを用いて発電を効率的に行なおうとするものである。
そして発電効率を向上するためには、分離膜での二酸化炭素分離に関し、その選択性(二酸化炭素選択性)や二酸化炭素透過性を高め、高濃度・高回収率で二酸化炭素を回収することが課題となる。
At present, in order to prevent global warming, which is a global problem, it is required to reduce the amount of warming effect gas, mainly carbon dioxide generated from human activities, to the outside air. However, in terms of energy security, it is not realistic to change the policy of energy production methods centering on fossil fuels. Therefore, the development of technology with high energy efficiency and low carbon dioxide emissions and its application are being sought. One of them is a method in which an efficient carbon dioxide separation and recovery technique is combined with an integrated coal gasification combined cycle (IGCC) technique (hereinafter referred to as IGCC (Integrated Coal Gasification Combined Cycle)). Among the carbon dioxide separation and recovery technologies, as a promising technology, technology development of a facilitated transport membrane, which is one of gas separation membranes, has been carried out. The gas separation membrane is used to efficiently and selectively separate carbon dioxide from the gas mixture obtained by gasifying coal with IGCC, and power generation is efficiently performed using the gas from which carbon dioxide has been separated. Is.
In order to improve the power generation efficiency, it is necessary to improve the selectivity (carbon dioxide selectivity) and carbon dioxide permeability with respect to carbon dioxide separation in the separation membrane, and to recover carbon dioxide with high concentration and high recovery rate. It becomes a problem.

ここで特許文献1には、促進輸送膜の一例として、1級アミノ基を有する重合体、およびカルボキシル基を含有するビニルアルコール系重合体を一定量含むとともに、1級アミノ基を有する重合体が、一定量のポリアミドアミンデンドリマー、及び一定量のアミン系重合体を含むガス分離複合膜が開示されている。このようなガス分離複合膜を用いることで、二酸化炭素の分離性能の向上を図っている。   Here, Patent Document 1 includes, as an example of a facilitated transport film, a polymer having a primary amino group and a vinyl alcohol polymer containing a carboxyl group and a polymer having a primary amino group. , A gas separation composite membrane comprising a certain amount of a polyamidoamine dendrimer and a certain amount of an amine-based polymer is disclosed. By using such a gas separation composite membrane, the separation performance of carbon dioxide is improved.

ところで、上記の促進輸送膜を用いて二酸化炭素を分離・回収する際には、キャリアガスとなる物質、例えば水蒸気を用いて二酸化炭素をイオン化し、イオン化した二酸化炭素を溶解拡散移動させる手法が一般に知られている。   By the way, when separating and recovering carbon dioxide using the above facilitated transport membrane, a method of ionizing carbon dioxide using a substance that becomes a carrier gas, for example, water vapor, and dissolving and moving the ionized carbon dioxide is generally used. Are known.

特開2012−192316号公報JP 2012-192316 A

しかしながら、現状の技術では、このように混合ガスに対して十分な量の水蒸気を促進輸送膜に供給する技術が確立されていない。例えば混合ガスとともに水蒸気を導入するといった手法も考えられるが、このような手法を用いたとしても、水蒸気供給量は十分ではなく、効率よく二酸化炭素を分離することが難しい。
ここで、供給する水蒸気を100℃よりも高温の状態で供給することで水蒸気の圧力を高めれば水蒸気分圧が立つため、水蒸気を十分に促進輸送膜に供給することが可能となり、二酸化炭素の分離効率を向上することが可能である。ところが、高温の水蒸気を供給するためには促進輸送膜を設置する装置や分離膜材料を高温対応にする必要があることや、水蒸気を加熱するための大きなエネルギーが必要となる。このため、装置の複雑化や、発電効率の低下につながってしまうという問題がある。
However, in the current technology, a technology for supplying a sufficient amount of water vapor to the facilitated transport membrane with respect to the mixed gas has not been established. For example, a method of introducing water vapor together with a mixed gas is conceivable, but even if such a method is used, the amount of water vapor supply is not sufficient and it is difficult to efficiently separate carbon dioxide.
Here, if the water vapor pressure is increased by increasing the water vapor pressure by supplying the water vapor at a temperature higher than 100 ° C., it becomes possible to sufficiently supply the water vapor to the facilitated transport film, Separation efficiency can be improved. However, in order to supply high-temperature water vapor, it is necessary to make the apparatus for installing the facilitated transport membrane and the separation membrane material compatible with high temperatures, and large energy for heating the water vapor is required. For this reason, there exists a problem that it leads to the complexity of an apparatus and the fall of electric power generation efficiency.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構造で、効率よく混合ガスから二酸化炭素を分離することのできるガス分離膜エレメント、ガス分離膜モジュール、及び二酸化炭素の製造方法を提供する。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has a simple structure and can efficiently separate carbon dioxide from a mixed gas, a gas separation membrane element, a gas separation membrane module, and production of carbon dioxide Provide a method.

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
即ち、請求項1の発明におけるガス分離膜エレメントは、外周面に形成された吸込孔部を通じて内部に流入された二酸化炭素を回収する収集管の周囲に設けられ、水の供給によって、前記二酸化炭素を含有する混合ガス中の前記二酸化炭素をイオン化して選択的に透過させて前記吸込孔部を通じて前記収集管の内部へ流入させるガス分離膜と、前記ガス分離膜に近接して配置され、外部から前記水を吸い上げるとともに、表面から該水を蒸発させて蒸気として前記ガス分離膜に供給する吸液部材と、を備えている。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
That is, the gas separation membrane element in the invention of claim 1 is provided around the collection tube for recovering the carbon dioxide flows into through the suction holes formed on an outer peripheral surface, by the supply of water, the carbon dioxide A gas separation membrane that ionizes and selectively permeates the carbon dioxide in the mixed gas containing gas and flows into the collection pipe through the suction hole , and is disposed in the vicinity of the gas separation membrane, And a liquid absorbing member that evaporates the water from the surface and supplies the water as vapor to the gas separation membrane.

このようなガス分離膜エレメントによれば、吸液部材によって貯留部からの水を吸い上げてこれらを蒸発させることで、ガス分離膜に水を常時供給することができる。このため、ガス分離膜内で水が不足することがなくなる。よって、ガス分離膜が混合ガスから二酸化炭素を効率的に分離して透過させ、吸込孔部を通じて収集管の内部へ、より多くの二酸化炭素を流入させ、回収することができる。   According to such a gas separation membrane element, water can be constantly supplied to the gas separation membrane by sucking up water from the storage portion by the liquid absorbing member and evaporating them. For this reason, there is no shortage of water in the gas separation membrane. Therefore, the gas separation membrane efficiently separates and permeates carbon dioxide from the mixed gas, and allows more carbon dioxide to flow into the collection tube through the suction hole and be collected.

また、請求項2の発明におけるガス分離膜エレメントでは、請求項1における前記吸液部材は、前記水を100℃以下(より好ましくは40℃以上100℃以下)とした高温液体を貯留する貯留部から、前記水を吸い上げてもよい。   In the gas separation membrane element according to the invention of claim 2, the liquid absorbing member according to claim 1 stores a high-temperature liquid in which the water is 100 ° C. or lower (more preferably 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower). From the above, the water may be sucked up.

このように吸液部材が吸い上げる水が高温液体であることにより、吸液部材から水が蒸発する際の潜熱分を補うことができる。即ち、水が蒸発する際の吸液部材の温度低下を抑制でき、水の蒸発量低下を抑制することができる。この結果、十分な量の水をガス分離膜へ供給することができる。   As described above, the water sucked up by the liquid absorbing member is a high-temperature liquid, so that it is possible to compensate for the latent heat when the water evaporates from the liquid absorbing member. That is, the temperature decrease of the liquid absorbing member when water evaporates can be suppressed, and the decrease in water evaporation can be suppressed. As a result, a sufficient amount of water can be supplied to the gas separation membrane.

また、請求項3の発明におけるガス分離膜エレメントでは、請求項1又は2における前記吸液部材は膜状をなし、前記ガス分離膜に積層されて該ガス分離膜とともに積層部材を形成していてもよい。   In the gas separation membrane element according to the invention of claim 3, the liquid absorbing member according to claim 1 or 2 has a membrane shape and is laminated on the gas separation membrane to form a laminated member together with the gas separation membrane. Also good.

このように、ガス分離膜と膜状の吸液部材とが積層部材を形成していることで、吸液部材とガス分離膜とが設置される装置内の容積を小さく抑えつつ、ガス分離膜への十分な量の蒸気を供給することができる。   As described above, the gas separation membrane and the membrane-like liquid absorbing member form a laminated member, so that the gas separation membrane can be reduced while keeping the volume in the apparatus in which the liquid absorbing member and the gas separation membrane are installed small. A sufficient amount of steam can be supplied.

また、請求項4の発明におけるガス分離膜エレメントでは、請求項3における前記ガス分離膜及び前記吸液部材は、前記収集管の外周面を覆うとともに前記収集管の径方向に積層されて前記積層部材を形成していてもよい。   In the gas separation membrane element according to the invention of claim 4, the gas separation membrane and the liquid absorbing member according to claim 3 cover the outer peripheral surface of the collection tube and are laminated in the radial direction of the collection tube. A member may be formed.

このように、積層部材が収集管を覆うように径方向に積層して設けられることで、より多くの吸液部材を設置することができる。   Thus, a larger number of liquid-absorbing members can be installed by providing the laminated members in the radial direction so as to cover the collection tube.

また、請求項5の発明におけるガス分離膜エレメントでは、請求項3又は4における前記吸液部材は、ろ紙から形成されていてもよい。   In the gas separation membrane element according to the invention of claim 5, the liquid-absorbing member according to claim 3 or 4 may be formed of filter paper.

このように吸液部材に、容易に入手可能なろ紙を用いることができるとともに、水の吸液と蒸発を促進することができる。   Thus, easily available filter paper can be used for the liquid absorbing member, and water absorption and evaporation can be promoted.

また、請求項6の発明におけるガス分離膜エレメントでは、請求項3又は4における前記吸液部材は、中空糸から形成されていてもよい。   In the gas separation membrane element according to the invention of claim 6, the liquid absorbing member according to claim 3 or 4 may be formed of a hollow fiber.

このように、吸液部材に中空糸を用いることで、吸液部材の軽量化を図りながら、水の吸液と蒸発をさらに促進することができる。   Thus, by using a hollow fiber for the liquid absorbing member, it is possible to further promote liquid absorption and evaporation while reducing the weight of the liquid absorbing member.

また、請求項7の発明におけるガス分離膜エレメントでは、請求項から6のいずれか一項における前記積層部材を形成する前記吸液部材は、前記ガス分離膜から下方に突出するとともに、突出する部分が前記水を貯留する貯留部内に配され、かつ、前記吸液部材には、前記突出する部分と前記ガス分離膜との間で、これらの積層方向に貫通する連通部が形成されていてもよい。 Further, in the gas separation membrane element according to the invention of claim 7, the liquid absorbing member forming the laminated member according to any one of claims 3 to 6 protrudes downward from the gas separation membrane. A portion is arranged in the storage portion for storing the water, and the liquid absorbing member is formed with a communicating portion penetrating in the stacking direction between the protruding portion and the gas separation membrane. Also good.

このように吸液部材に連通部が形成されていることで、ガス分離膜によって分離された二酸化炭素を除く混合ガス中の残りの成分ガス(ガス分離膜を透過しない非透過ガス)が、連通孔を通過することが可能となる。このため、吸液部材が非透過ガスの流通を妨げることがなくなり、非透過ガスを貯留部内の水を経由することなく、外部へ排出することが可能となり、排出効率を向上することができる。   By forming the communication part in the liquid absorbing member in this way, the remaining component gas (non-permeate gas that does not permeate the gas separation membrane) in the mixed gas excluding carbon dioxide separated by the gas separation membrane is communicated. It is possible to pass through the hole. For this reason, the liquid absorbing member does not hinder the flow of the non-permeable gas, and the non-permeable gas can be discharged to the outside without passing through the water in the storage section, and the discharge efficiency can be improved.

また、請求項8の発明におけるガス分離膜モジュールは、請求項1から7のいずれか一項に記載のガス分離膜エレメントを備えている。   According to an eighth aspect of the present invention, a gas separation membrane module includes the gas separation membrane element according to any one of the first to seventh aspects.

このようなガス分離膜モジュールによれば、ガス分離膜エレメントを備えていることで、吸液部材によって貯留部からの水を吸い上げてこれらを蒸発させ、ガス分離膜に水を常時供給することができる。このため、ガス分離膜内で水が不足することがなくなる。よって、ガス分離膜が混合ガスから二酸化炭素を効率的に分離して透過させ、吸込孔部を通じて収集管の内部へ、より多くの二酸化炭素を流入させ、回収することができる。   According to such a gas separation membrane module, the gas separation membrane element is provided, so that water from the storage portion is sucked up by the liquid absorption member and evaporated to constantly supply water to the gas separation membrane. it can. For this reason, there is no shortage of water in the gas separation membrane. Therefore, the gas separation membrane efficiently separates and permeates carbon dioxide from the mixed gas, and allows more carbon dioxide to flow into the collection tube through the suction hole and be collected.

また、請求項9の発明における二酸化炭素の製造方法は、請求項1から7のいずれか一項に記載のガス分離膜エレメントを使用して、二酸化炭素を製造する。   Moreover, the manufacturing method of the carbon dioxide in invention of Claim 9 manufactures a carbon dioxide using the gas separation membrane element as described in any one of Claim 1 to 7.

このような二酸化炭素製造方法によれば、ガス分離膜エレメントにおける吸液部材によって貯留部からの水を吸い上げてこれらを蒸発させることで、ガス分離膜に水を常時供給することができる。このため、ガス分離膜内で水が不足することがなくなる。よって、ガス分離膜が混合ガスから二酸化炭素を効率的に分離して透過させ、吸込孔部を通じて収集管の内部へ、より多くの二酸化炭素を流入させ、回収し、二酸化炭素を製造することができる。   According to such a carbon dioxide production method, water can be constantly supplied to the gas separation membrane by sucking up water from the storage portion by the liquid absorbing member in the gas separation membrane element and evaporating them. For this reason, there is no shortage of water in the gas separation membrane. Therefore, the gas separation membrane efficiently separates and permeates carbon dioxide from the mixed gas, allows more carbon dioxide to flow into the collection pipe through the suction hole, and collects it to produce carbon dioxide. it can.

請求項1のガス分離膜エレメントによれば、ガス分離膜に近接して配置された吸液部材を設けたことで、簡易な構造で、効率よく混合ガスからの二酸化炭素を分離することができる。   According to the gas separation membrane element of the first aspect, by providing the liquid absorbing member arranged close to the gas separation membrane, carbon dioxide from the mixed gas can be efficiently separated with a simple structure. .

請求項2のガス分離膜エレメントによれば、吸液部材において水の蒸発に必要な熱量を確保でき、二酸化炭素の分離効率をさらに向上することが可能である。   According to the gas separation membrane element of the second aspect, it is possible to secure the amount of heat necessary for water evaporation in the liquid absorbing member, and to further improve the carbon dioxide separation efficiency.

請求項3のガス分離膜エレメントによれば、省スペースを図りつつ、効率的に二酸化炭素を分離することができる。   According to the gas separation membrane element of the third aspect, carbon dioxide can be efficiently separated while saving space.

請求項4のガス分離膜エレメントによれば、さらに省スペースを図りつつ、効率的に二酸化炭素を分離することができる。   According to the gas separation membrane element of the fourth aspect, carbon dioxide can be efficiently separated while further saving space.

請求項5のガス分離膜エレメントによれば、吸液部材に、容易に入手可能なろ紙を用いることでコストを抑えつつ、効率的に二酸化炭素を分離することができる。   According to the gas separation membrane element of the fifth aspect, carbon dioxide can be efficiently separated while suppressing cost by using easily available filter paper for the liquid absorbing member.

請求項6のガス分離膜エレメントによれば、吸液部材を、中空糸を用いた膜とすることで、効率的に二酸化炭素を分離することができる。   According to the gas separation membrane element of claim 6, carbon dioxide can be efficiently separated by using a liquid absorbing member as a membrane using a hollow fiber.

請求項7のガス分離膜エレメントによれば、吸液部材に連通孔を形成することでガス分離膜エレメントを収容する装置内に非透過ガスが滞留してしまうことを抑制でき、二酸化炭素を効率的に分離することができる。   According to the gas separation membrane element of the seventh aspect, by forming the communication hole in the liquid absorbing member, it is possible to suppress the non-permeating gas from staying in the apparatus that accommodates the gas separation membrane element, and to make the carbon dioxide efficient. Can be separated.

請求項8のガス分離膜モジュールによれば、ガス分離膜に近接して配置された吸液部材を設けたことで、簡易な構造で、効率よく混合ガスからの二酸化炭素を分離することができる。   According to the gas separation membrane module of claim 8, by providing the liquid absorbing member disposed in the vicinity of the gas separation membrane, carbon dioxide from the mixed gas can be efficiently separated with a simple structure. .

請求項9の二酸化炭素の製造方法によれば、ガス分離膜に近接して配置された吸液部材を設けたことで、簡易な構造で、効率よく混合ガスからの二酸化炭素を分離し、二酸化炭素を製造することができる。   According to the method for producing carbon dioxide of claim 9, by providing the liquid absorbing member disposed in the vicinity of the gas separation membrane, carbon dioxide from the mixed gas is efficiently separated with a simple structure, and Carbon can be produced.

本発明の実施形態に係るガス分離膜エレメントが設けられたガス分離膜モジュールの概略全体図である。1 is a schematic overall view of a gas separation membrane module provided with a gas separation membrane element according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るガス分離膜エレメントを一部破断して示す斜視図である。It is a perspective view showing a gas separation membrane element concerning an embodiment of the present invention partially fractured. 本発明の実施形態に係るガス分離膜エレメントの積層の様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the mode of lamination | stacking of the gas separation membrane element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態の変形例に係るガス分離膜エレメントが設けられたガス分離膜モジュールの概略全体図である。It is a schematic whole figure of the gas separation membrane module provided with the gas separation membrane element which concerns on the modification of embodiment of this invention. ガス分離膜エレメントにおける吸液部材(ろ紙)の吸水効果を確認した実験装置の概略図であって、(a)は正面図を、(b)は側面図を示す。It is the schematic of the experimental apparatus which confirmed the water absorption effect of the liquid absorption member (filter paper) in a gas separation membrane element, (a) is a front view, (b) shows a side view. ガス分離膜エレメントにおける吸液部材(ろ紙)の吸水効果を確認した実験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the experiment which confirmed the water absorption effect of the liquid absorption member (filter paper) in a gas separation membrane element. ガス分離膜エレメントにおける吸液部材(ろ紙)の吸水効果、及び、促進輸送膜における混合ガスからの二酸化炭素分離効果を確認した実験装置の概略図であって、(a)は正面図を、(b)は側面図を示す。It is the schematic of the experimental apparatus which confirmed the water absorption effect of the liquid absorption member (filter paper) in a gas separation membrane element, and the carbon dioxide separation effect from the mixed gas in a facilitated-transport film | membrane, (a) is a front view, ( b) shows a side view.

以下、本発明の実施形態のガス分離膜エレメント1について説明する。
ガス分離膜エレメント1は、ガス分離膜モジュール100に組み込まれている。
ガス分離膜モジュール100は、例えば石炭ガス化複合発電に用いられる装置であって、ガス化して混合ガスG(IGCCガス)となった石炭から二酸化炭素Cを選択的に分離する装置である。
Hereinafter, the gas separation membrane element 1 of the embodiment of the present invention will be described.
The gas separation membrane element 1 is incorporated in the gas separation membrane module 100.
The gas separation membrane module 100 is, for example, an apparatus used for coal gasification combined power generation, and is an apparatus that selectively separates carbon dioxide C from coal that has been gasified to become a mixed gas G (IGCC gas).

図1に示すように、ガス分離膜モジュール100は、軸線Oを中心に形成された収集管3と、収集管3を外周から覆うベッセル5と、収集管3とベッセル5との間で収集管3の周囲に設けられたガス分離膜エレメント1とを備えている。   As shown in FIG. 1, the gas separation membrane module 100 includes a collection tube 3 formed around an axis O, a vessel 5 covering the collection tube 3 from the outer periphery, and a collection tube between the collection tube 3 and the vessel 5. 3 is provided with a gas separation membrane element 1 provided around 3.

収集管3は、軸線Oの方向に延びる管状部材であって、外周面には、互いに軸線Oの方向に離間して配されて内外を連通する複数の吸込孔部3aが形成されている。   The collection tube 3 is a tubular member extending in the direction of the axis O, and a plurality of suction hole portions 3a that are spaced apart from each other in the direction of the axis O and communicate with each other are formed on the outer peripheral surface.

ベッセル5は、軸線Oを中心とした円筒状をなす胴部11と、胴部11の上部開口11aを閉塞する上部蓋12と、胴部11の下部開口11bを閉塞する下部蓋13とを有している。胴部11の内周面は収集管3の外周面と収集管3の径方向に離間するように、ベッセル5が設けられている。
上部蓋12には収集管3の上部(軸線方向の一方側の端部)が貫通しており、収集管3がベッセル5から上方に突出している。
The vessel 5 has a cylindrical body portion 11 centering on the axis O, an upper lid 12 that closes the upper opening 11a of the body portion 11, and a lower lid 13 that closes the lower opening 11b of the body portion 11. doing. A vessel 5 is provided so that the inner peripheral surface of the trunk portion 11 is separated from the outer peripheral surface of the collection tube 3 in the radial direction of the collection tube 3.
The upper lid 12 passes through the upper portion of the collecting tube 3 (one end in the axial direction), and the collecting tube 3 protrudes upward from the vessel 5.

ベッセル5における胴部11の上端部側の位置には、外周面から径方向外側に突出して、ベッセル5の内外を連通するガス供給口5aが形成されている。このガス供給口5aには不図示の配管等が接続されて、混合ガスGがガス供給口5aを通じてベッセル5の内側に流入可能となっている。   A gas supply port 5 a that protrudes radially outward from the outer peripheral surface and communicates with the inside and outside of the vessel 5 is formed at a position on the upper end side of the body portion 11 in the vessel 5. A pipe or the like (not shown) is connected to the gas supply port 5a so that the mixed gas G can flow into the vessel 5 through the gas supply port 5a.

また、ベッセル5における胴部11の下端部側(軸線方向の他方側)の位置には、外周面から径方向外側に突出して、ベッセル5の内外を連通するガス排出口5bが形成されている。このガス排出口5bからは、二酸化炭素Cが分離された後の混合ガスGにおける残りの成分ガス(非透過ガスG1)をベッセル5の外側に排出可能となっている。
本実施形態では、ガス排出口5bはガス供給口5aとは軸線O回りに180度、周方向に離間した位置に形成されている。
なお、混合ガスの流れを逆にすることもでき、その際は5aがガス排出口、5bがガス供給口となる。
Further, a gas discharge port 5 b that protrudes radially outward from the outer peripheral surface and communicates the inside and outside of the vessel 5 is formed at a position on the lower end side (the other side in the axial direction) of the body portion 11 in the vessel 5. . From the gas discharge port 5b, the remaining component gas (non-permeate gas G1) in the mixed gas G after the carbon dioxide C is separated can be discharged to the outside of the vessel 5.
In this embodiment, the gas discharge port 5b is formed at a position spaced apart from the gas supply port 5a by 180 degrees around the axis O in the circumferential direction.
Note that the flow of the mixed gas can be reversed. In this case, 5a serves as a gas discharge port and 5b serves as a gas supply port.

さらに、ベッセル5には、下部蓋13を貫通して下方に突出する給水口5cと、ガス排出口5bよりもさらに下方の位置で胴部11の外周面から径方向外側に突出する排水口5dとが形成されている。給水口5cは、収集管3の径方向外側の位置で下部蓋13に設けられている。
そして不図示の循環装置によって、排水口5dから排出された水Wは、所定の温度に昇温された状態で、給水口5cから再びベッセル5の内側に供給されるようになっている。ここで所定の温度とは、100℃以下(より好ましくは40℃以上100℃以下)の温度を示しており、即ち水Wは温水(高温液体)となっている。
Further, the vessel 5 has a water supply port 5c that protrudes downward through the lower lid 13, and a water discharge port 5d that protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the trunk portion 11 at a position further below the gas discharge port 5b. And are formed. The water supply port 5 c is provided in the lower lid 13 at a position on the radially outer side of the collection tube 3.
The water W discharged from the drain port 5d is supplied to the inside of the vessel 5 again from the water supply port 5c while being heated to a predetermined temperature by a circulation device (not shown). Here, the predetermined temperature indicates a temperature of 100 ° C. or lower (more preferably 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower), that is, the water W is warm water (high-temperature liquid).

また、ベッセル5の下部では水面が排水口5dの位置に維持されていることで、ベッセル5の下部は、水Wを貯留する貯留部14となっている。
なお、貯留部14は、本実施形態のように必ずしもベッセル5の下部に設けられている必要はなく、上部や中間部に設けられていてもよい。
Further, since the water surface is maintained at the position of the drain outlet 5d at the lower part of the vessel 5, the lower part of the vessel 5 serves as a storage part 14 for storing water W.
In addition, the storage part 14 does not necessarily need to be provided in the lower part of the vessel 5 like this embodiment, and may be provided in the upper part or the intermediate part.

さらに、ベッセル5には、下部蓋13を貫通して下方に突出するキャリアガス供給口5eが形成されている。このキャリアガス供給口5eは、軸線O上に形成されており、収集管3に接続されて連通している。
このキャリアガス供給口5eからは、必要に応じて例えば水蒸気等のキャリアガス(スイープガス)G2が導入される。このキャリアガスG2は、吸込孔部3aから収集管3内に吸い込まれた二酸化炭素Cを上方に向かって押し出す。
ここで、収集管3には、最も下部に位置する吸込孔部3aの下方で着脱可能に、収集管3を閉塞するプラグ等の閉塞部材4が設けられる。キャリアガスG2が不要な場合には、この閉塞部材4によって収集管3を閉塞する。
Further, the vessel 5 is formed with a carrier gas supply port 5e that penetrates the lower lid 13 and protrudes downward. The carrier gas supply port 5e is formed on the axis O, and is connected to and communicates with the collection pipe 3.
From this carrier gas supply port 5e, a carrier gas (sweep gas) G2 such as water vapor is introduced as necessary. The carrier gas G2 pushes the carbon dioxide C sucked into the collection pipe 3 from the suction hole 3a upward.
Here, the collection tube 3 is provided with a closing member 4 such as a plug for closing the collection tube 3 so as to be detachable below the suction hole portion 3a located at the bottom. When the carrier gas G2 is unnecessary, the collection tube 3 is closed by the closing member 4.

次に、ガス分離膜エレメント1について、詳細に説明する。
ガス分離膜エレメント1は、収集管3の外周面とベッセル5の内周面との間に配されるようにして、ベッセル5の内部に挿入されて設けられている。このガス分離膜エレメント1は、ガス供給口5aよりも下方に位置するように設けられている。
Next, the gas separation membrane element 1 will be described in detail.
The gas separation membrane element 1 is inserted between the outer peripheral surface of the collection tube 3 and the inner peripheral surface of the vessel 5 so as to be inserted into the vessel 5. The gas separation membrane element 1 is provided so as to be positioned below the gas supply port 5a.

図2に示すように、ガス分離膜エレメント1は、膜状をなす促進輸送膜18(ガス分離膜)、及び、吸液部材17を備え、これらが積層されて形成されている。   As shown in FIG. 2, the gas separation membrane element 1 includes a membrane-like facilitated transport membrane 18 (gas separation membrane) and a liquid absorbing member 17, and these are laminated.

促進輸送膜18は、水Wの供給によって、混合ガスG中の二酸化炭素Cをイオン化して選択的に透過させる膜である。具体的には例えば、1級アミノ基を有する重合体とカルボキシル基を含有するビニルアルコール系重合体とから形成された膜である。
ここで、本実施形態では、ガス分離膜の一例として促進輸送膜18を用いる場合について説明するが、ガス分離膜は、促進輸送膜18に限定されず、アミン化合物とポリビニルアルコール系ポリマーやポリエチレングリコール系ポリマーを含有する水を必要とするガス分離膜であればよい。また、無機化合物を含む膜であってもよい。
The facilitated transport film 18 is a film that selectively permeates carbon dioxide C in the mixed gas G by supplying water W. Specifically, for example, a film formed from a polymer having a primary amino group and a vinyl alcohol polymer containing a carboxyl group.
Here, although this embodiment demonstrates the case where the facilitated-transport film | membrane 18 is used as an example of a gas separation membrane, a gas-separation film is not limited to the facilitated-transport film | membrane 18, An amine compound, a polyvinyl alcohol-type polymer, and polyethyleneglycol Any gas separation membrane that requires water containing a polymer may be used. Moreover, the film | membrane containing an inorganic compound may be sufficient.

吸液部材17は、例えばろ紙等から形成されている。   The liquid absorbing member 17 is made of, for example, filter paper.

そして、これら促進輸送膜18、及び、吸液部材17は、収集管3の径方向に積層されて積層部材を形成している。即ち、収集管3の外周面に巻き付けられるようにして、多重の筒状に促進輸送膜18、及び、吸液部材17が設けられて積層部材を形成している。
より詳細には、図3に示すように、積層部材における一層分では、ろ紙から形成された吸液部材17を両面から挟み込むように膜状の供給スペーサ20(ポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂)が設けられ、さらに、供給スペーサ20の表面に、促進輸送膜18で膜状の透過スペーサ21(ポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂)を挟み込んだものが設けられている。
即ち、積層部材では、促進輸送膜18、透過スペーサ21、促進輸送膜18、供給スペーサ20、吸液部材17(ろ紙)、供給スペーサ20の順に、これらが繰り返し積層されている。
The facilitated transport film 18 and the liquid absorbing member 17 are laminated in the radial direction of the collection tube 3 to form a laminated member. That is, the facilitated transport film 18 and the liquid absorbing member 17 are provided in multiple cylinders so as to be wound around the outer peripheral surface of the collecting tube 3 to form a laminated member.
More specifically, as shown in FIG. 3, in one layer of the laminated member, a film-like supply spacer 20 (a thermoplastic resin such as a polyolefin resin) is provided so as to sandwich the liquid absorbing member 17 formed from filter paper from both sides. Further, the supply spacer 20 is provided with a membrane-like permeable spacer 21 (a thermoplastic resin such as a polyolefin resin) sandwiched between the facilitated transport films 18.
That is, in the laminated member, the facilitated transport film 18, the permeable spacer 21, the facilitated transport film 18, the supply spacer 20, the liquid absorbing member 17 (filter paper), and the supply spacer 20 are repeatedly laminated in this order.

さらに、この積層部材を形成する吸液部材17は、促進輸送膜18から下方に突出するとともに、突出する先端部17aが貯留部14内に配されて、貯留部14内の水Wに浸されている。一方で、吸液部材17以外の積層部材を形成する膜(促進輸送膜18、供給スペーサ20、透過スペーサ21)は、ガス排出口5bよりも上方、即ち、貯留部14の水面よりも上方の位置まで延びて形成されている。   Further, the liquid absorbing member 17 forming this laminated member protrudes downward from the facilitated transport film 18, and the protruding tip end portion 17 a is arranged in the storage portion 14 and immersed in the water W in the storage portion 14. ing. On the other hand, the film forming the laminated member other than the liquid absorbing member 17 (facilitated transport film 18, supply spacer 20, transmission spacer 21) is above the gas discharge port 5 b, that is, above the water surface of the reservoir 14. It extends to the position.

このようなガス分離膜エレメント1によると、ろ紙から形成された吸液部材17によって貯留部14から水Wを吸い上げて蒸発させることで、促進輸送膜18に水Wを常時供給することができる。このため、促進輸送膜18において水分が不足することがなくなる。よって、促進輸送膜18が、混合ガスG中の二酸化炭素Cをイオン化するとともに二酸化炭素Cを効率的に分離して透過させ、吸込孔部3aを通じて収集管3の内部へより多くの二酸化炭素Cを流入させることができる。   According to such a gas separation membrane element 1, the water W can be constantly supplied to the facilitated transport membrane 18 by sucking and evaporating the water W from the reservoir 14 by the liquid absorbing member 17 formed from filter paper. For this reason, there is no shortage of moisture in the facilitated transport film 18. Therefore, the facilitated transport film 18 ionizes the carbon dioxide C in the mixed gas G and efficiently separates and permeates the carbon dioxide C, and more carbon dioxide C enters the collection pipe 3 through the suction hole 3a. Can be introduced.

また、吸液部材17が貯留部14から吸い上げる水Wが温水であることにより、吸液部材17から水Wが蒸発する際に吸液部材17から奪われる潜熱分を補うことができる。即ち、水Wが蒸発する際の吸液部材17の温度低下を抑制でき、吸液部材17からの水Wの蒸発量の低下を抑制することができる。この結果、十分な量の水分を促進輸送膜18へ供給することができ、二酸化炭素Cの分離効率をさらに向上することが可能である。   Further, since the water W sucked up from the storage part 14 by the liquid absorbing member 17 is warm water, it is possible to compensate for the latent heat taken away from the liquid absorbing member 17 when the water W evaporates from the liquid absorbing member 17. That is, the temperature decrease of the liquid absorbing member 17 when the water W evaporates can be suppressed, and the decrease in the evaporation amount of the water W from the liquid absorbing member 17 can be suppressed. As a result, a sufficient amount of moisture can be supplied to the facilitated transport membrane 18, and the carbon dioxide C separation efficiency can be further improved.

さらに、促進輸送膜18と吸液部材17とが積層部材を形成していることで、吸液部材17と促進輸送膜18とが設置されるベッセル5の容積を小さく抑えて省スペースを図りつつ、促進輸送膜18への十分な量の蒸気を供給することができ、二酸化炭素Cの分離効率をさらに向上することが可能である。   Further, since the facilitated transport film 18 and the liquid absorbing member 17 form a laminated member, the volume of the vessel 5 in which the liquid absorbent member 17 and the facilitated transport film 18 are installed is kept small, thereby saving space. A sufficient amount of steam can be supplied to the facilitated transport membrane 18, and the separation efficiency of carbon dioxide C can be further improved.

また、吸液部材17には、容易に入手可能なろ紙を用いることでコストを抑えつつ、かつ、吸水と蒸発を促進することができ、効率的に二酸化炭素Cを分離することが可能となる。   In addition, the liquid absorbing member 17 can be easily separated by using a filter paper that can be easily obtained, while reducing the cost and promoting water absorption and evaporation. .

ここで、本実施形態では、吸液部材17にろ紙を用いているが、ろ紙に代えて中空糸からなる膜を用いてもよい。中空糸は、筒状の繊維であるため、軽量であるとともに、吸水及び蒸発の効果をさらに促進することができる。
また、ろ紙に代えて、ジェル状の高分子材料を膜状にしたものをテフロン(登録商標)の薄膜で挟み込んだものを用いてもよい。即ち吸液部材17は本実施形態のものに限定されず、吸水及び蒸発の効果を促進する部材であれば様々なものを用いることができる。
Here, in this embodiment, filter paper is used for the liquid absorbing member 17, but a membrane made of hollow fibers may be used instead of the filter paper. Since the hollow fiber is a cylindrical fiber, it is lightweight and can further promote the effects of water absorption and evaporation.
Instead of filter paper, a gel-like polymer material formed into a film may be sandwiched between thin films of Teflon (registered trademark). That is, the liquid absorbing member 17 is not limited to that of the present embodiment, and various members can be used as long as they promote the effects of water absorption and evaporation.

また、図4に示すように、吸液部材17Bには、促進輸送膜18から貯留部14に向けて突出する位置であって、貯留部14の水面と促進輸送膜18との間の位置で、吸液部材17Bと促進輸送膜18との積層方向に貫通するように連通部H(孔、スリット等)が形成されていてもよい。   Further, as shown in FIG. 4, the liquid absorbing member 17 </ b> B is a position that protrudes from the facilitated transport film 18 toward the storage part 14, at a position between the water surface of the storage part 14 and the facilitated transport film 18. The communicating portion H (hole, slit, etc.) may be formed so as to penetrate in the stacking direction of the liquid absorbing member 17B and the facilitated transport film 18.

このような連通部Hを形成することで、促進輸送膜18によって分離された二酸化炭素Cを除く混合ガスG中の残りの成分ガス、即ち、促進輸送膜18を透過しない非透過ガスG1が、連通孔Hを通過することができる。このため、このため、吸液部材17Bが非透過ガスG1の流通を妨げてしまうことがなくなり、非透過ガスG1を貯留部14を経由することなく、外部へ排出することが可能となる。よって、非透過ガスG1の排出効率を向上することができる。   By forming such a communication portion H, the remaining component gas in the mixed gas G excluding the carbon dioxide C separated by the facilitated transport film 18, that is, the non-permeate gas G1 that does not permeate the facilitated transport film 18, It can pass through the communication hole H. For this reason, the liquid absorbing member 17B does not hinder the flow of the non-permeable gas G1, and the non-permeable gas G1 can be discharged to the outside without passing through the storage unit 14. Therefore, the discharge efficiency of the non-permeating gas G1 can be improved.

従って、吸液部材17Bに連通孔Hを形成することでベッセル5内に非透過ガスG1が滞留してしまうことを抑制でき、混合ガスGから二酸化炭素Cを効率的に分離することができる。   Therefore, by forming the communication hole H in the liquid absorbing member 17B, it is possible to suppress the non-permeating gas G1 from staying in the vessel 5, and the carbon dioxide C can be efficiently separated from the mixed gas G.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態で示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the structure shown by the above-mentioned embodiment, It can change in the range which does not deviate from the meaning of this invention.

促進輸送膜及び吸液部材は、図2に示す場合とは異なり、単純に収集管3の周りで平膜状に積層して配置されていてもよい。   Unlike the case shown in FIG. 2, the facilitated transport film and the liquid absorbing member may be simply arranged in a flat film shape around the collection tube 3.

また、吸液部材17(17B)は、促進輸送膜18とともに積層部材を形成する場合に限られず、促進輸送膜18に近接して配置されているだけであってもよい。   In addition, the liquid absorbing member 17 (17 </ b> B) is not limited to the case where the laminated member is formed together with the facilitated transport film 18, and may only be disposed in proximity to the facilitated transport film 18.

〔実施例1〕
ここで、本実施形態におけるろ紙(吸液部材)の吸水効果を確認する実験を行った。実験に用いた装置201は、図5(a)、及び図5(b)に示すように、上述の実施形態におけるガス分離膜モジュール100を模擬したものである。
具体的には、この装置201では、スペーサ204によって両面から挟み込んだろ紙203(ADVANTEC 51B)を矩形状の透明ケース202に収容し、さらに、透明ケース202内の下部には着色した水Wを貯留してろ紙203を浸した状態としている。
[Example 1]
Here, an experiment was conducted to confirm the water absorption effect of the filter paper (liquid absorbing member) in the present embodiment. As shown in FIGS. 5A and 5B, the apparatus 201 used in the experiment simulates the gas separation membrane module 100 in the above-described embodiment.
Specifically, in this apparatus 201, filter paper 203 (ADVANTEC 51B) sandwiched from both sides by spacers 204 is accommodated in a rectangular transparent case 202, and colored water W is stored in the lower part of the transparent case 202. Thus, the filter paper 203 is immersed.

透明ケース202には、上部の片側の表面に形成されて透明ケース202の内外を連通するガス入口孔202aと、下部の両側の表面に形成されて透明ケース202の内外を連通するガス出口孔202bとが形成されている。貯留された水Wの液面は、ガス出口孔202bよりも下方に位置している。   The transparent case 202 has a gas inlet hole 202a formed on the surface on one side of the upper portion and communicating with the inside and outside of the transparent case 202, and a gas outlet hole 202b formed on the surfaces on both sides of the lower portion and communicating with the inside and outside of the transparent case 202. And are formed. The liquid level of the stored water W is located below the gas outlet hole 202b.

このような装置201を用いた実験では、図6に示すように、第一回から第三回までの全ての結果で、吸水開始から約50分経過するまでは急激に吸水高さ〔cm〕が増大し、その後、緩やかに吸水高さが増大して、吸水開始から約250分の時点で30〔cm〕に達した。
なお、吸水高さとは、ろ紙203における水Wの液面からの高さ寸法を示す。
In the experiment using such an apparatus 201, as shown in FIG. 6, in all the results from the first time to the third time, the water absorption height [cm] is drastically until about 50 minutes have passed since the start of water absorption. After that, the water absorption height gradually increased and reached 30 [cm] at about 250 minutes from the start of water absorption.
The water absorption height indicates a height dimension of the filter paper 203 from the liquid level of the water W.

〔実施例2〕
次に、ろ紙303の吸水効果、及び、促進輸送膜304の二酸化炭素Cの分離効果を確認する実験を行った。
[Example 2]
Next, an experiment was conducted to confirm the water absorption effect of the filter paper 303 and the carbon dioxide C separation effect of the facilitated transport membrane 304.

実験に用いた装置301は、図7(a)、及び図7(b)に示すように、上述の実施形態におけるガス分離膜モジュール100を模擬したものである。   As shown in FIGS. 7A and 7B, the apparatus 301 used in the experiment simulates the gas separation membrane module 100 in the above-described embodiment.

この装置301では、供給スペーサ308、ろ紙303、供給スペーサ308、促進輸送膜304、透過スペーサ309がこの順に積層されて平膜テストセル302(C10−T 日東電工株式会社製)に挟み込まれている。
平膜テストセル302には、下部における片側の表面に平膜テストセル302の内外を連通するガス入口孔302aと、上部における片側の表面に平膜テストセル302の内外を連通するガス出口孔302bとが形成されている。同様に、平膜テストセル302の下部におけるガス入口孔302aとは反対側の表面に平膜テストセル302の内外を連通するガス入口孔302cと、上部におけるガス出口孔302bとは反対側の表面に平膜テストセル302の内外を連通するガス出口孔302dとが形成されている。
In this apparatus 301, a supply spacer 308, a filter paper 303, a supply spacer 308, a facilitated transport film 304, and a transmission spacer 309 are stacked in this order and sandwiched between flat membrane test cells 302 (C10-T manufactured by Nitto Denko Corporation). .
The flat membrane test cell 302 has a gas inlet hole 302a that communicates the inside and outside of the flat membrane test cell 302 with one surface at the bottom, and a gas outlet hole 302b that communicates the inside and outside of the flat membrane test cell 302 with one surface at the top. And are formed. Similarly, a gas inlet hole 302c that communicates the inside and outside of the flat membrane test cell 302 with a surface opposite to the gas inlet hole 302a in the lower portion of the flat membrane test cell 302, and a surface opposite to the gas outlet hole 302b in the upper portion. In addition, a gas outlet hole 302 d that communicates the inside and outside of the flat membrane test cell 302 is formed.

ガス入口孔302aにはノズル305が接続され、混合ガスGと水Wとが平膜テストセル302の内部に供給されるようになっている。
ここで混合ガスGは、二酸化炭素Cとヘリウムとが、CO/He=80/20〔体積パーセント〕となる比率で混合されたものであり、流量は100〔ml/分〕とした。
また水Wは、不図示のポンプによって平膜テストセル302の内部に、0.01〔ml/分〕の流量で供給した。
A nozzle 305 is connected to the gas inlet hole 302 a so that the mixed gas G and water W are supplied into the flat membrane test cell 302.
Here, the mixed gas G was a mixture of carbon dioxide C and helium at a ratio of CO 2 / He = 80/20 [volume percent], and the flow rate was 100 [ml / min].
Water W was supplied into the flat membrane test cell 302 at a flow rate of 0.01 [ml / min] by a pump (not shown).

ガス入口孔302cにはノズル310が接続され、キャリアガスG2が供給されるようになっている。
ガス出口孔302bにはノズル306が接続されるとともに、湿度計307が取付けられている。ガス出口孔302bからは、水Wと非透過ガスG1とが排出される。
また、ガス出口孔302dにはノズル311が接続されて、キャリアガスG2と二酸化炭素Cとが排出される。
A nozzle 310 is connected to the gas inlet hole 302c so that the carrier gas G2 is supplied.
A nozzle 306 is connected to the gas outlet hole 302b, and a hygrometer 307 is attached. The water W and the non-permeate gas G1 are discharged from the gas outlet hole 302b.
In addition, a nozzle 311 is connected to the gas outlet hole 302d, and the carrier gas G2 and the carbon dioxide C are discharged.

そして上記の装置を40℃に保たれた恒温槽内に設置した。   And said apparatus was installed in the thermostat kept at 40 degreeC.

このような装置301を用いて実験を行った結果、ガス出口孔302bで計測した相対湿度は、実験開始時の8.2〔%RH〕から最大で90.8〔%RH〕まで上昇した。また、水Wの供給を停止した後、2時間後であっても相対湿度は90〔%RH〕以上の値の維持することができた。   As a result of experiments using such an apparatus 301, the relative humidity measured at the gas outlet hole 302b increased from 8.2 [% RH] at the start of the experiment to 90.8 [% RH] at the maximum. In addition, even after 2 hours after the supply of water W was stopped, the relative humidity could be maintained at a value of 90 [% RH] or more.

さらに、上記の装置で二酸化炭素Cの分離性能を測定した結果を表1に示す。

Figure 0006336934
Furthermore, Table 1 shows the results of measuring the separation performance of carbon dioxide C using the above-described apparatus.
Figure 0006336934

表1におけるQco2は、二酸化炭素Cの単位時間、単位面積、単位圧力差における透過量を示し、「パーミアンス(透過量)」と呼ばれるものである。
表1に示すように、平膜テストセル302内の全圧が0.1〔MPa〕、温度40〔℃〕の条件下で給水を行わない場合(ケース1)では、二酸化炭素Cの透過量は、1.8×10−10〔m/(msPa)〕となり、二酸化炭素Cの分離性能(分離係数α:CO/He)は、144.7となった。
一方で、ケース1と同じ条件下で、水Wを0.01〔ml/分〕で82分間供給した後(ケース2)では、二酸化炭素Cの透過量は、2.0×10−10〔m/(msPa)〕となり、二酸化炭素Cの分離性能は、212.3となった。
Q co2 in Table 1 indicates the permeation amount of carbon dioxide C in unit time, unit area, and unit pressure difference, and is called “permeance (permeation amount)”.
As shown in Table 1, when water is not supplied under the conditions that the total pressure in the flat membrane test cell 302 is 0.1 [MPa] and the temperature is 40 [° C.] (case 1), the permeation amount of carbon dioxide C Was 1.8 × 10 −10 [m 3 / (m 2 spa)], and the separation performance of carbon dioxide C (separation coefficient α: CO 2 / He) was 144.7.
On the other hand, after supplying water W at 0.01 [ml / min] for 82 minutes under the same conditions as in case 1 (case 2), the permeation amount of carbon dioxide C was 2.0 × 10 −10 [ m 3 / (m 2 spa)], and the carbon dioxide C separation performance was 212.3.

さらに、平膜テストセル302内の全圧が0.7〔MPa〕、温度40〔℃〕の条件下で給水を行わない場合(ケース3)では、二酸化炭素Cの分離性能は、8.7となった。
一方で、ケース3と同じ条件下で、水Wを0.01〔ml/分〕で82分間供給した後(ケース4)では、二酸化炭素Cの分離性能は、21.7となった。
Further, when water is not supplied under the conditions that the total pressure in the flat membrane test cell 302 is 0.7 [MPa] and the temperature is 40 [° C.] (case 3), the separation performance of carbon dioxide C is 8.7. It became.
On the other hand, after supplying water W at 0.01 [ml / min] for 82 minutes under the same conditions as in case 3 (case 4), the separation performance of carbon dioxide C was 21.7.

また、平膜テストセル302内の全圧が0.7〔MPa〕、温度50〔℃〕の条件下で給水を行わない場合(ケース5)では、二酸化炭素Cの分離性能は、27.1となった。
一方で、ケース5と同じ条件下で、水Wを0.01〔ml/分〕で82分間供給した後(ケース6)では、二酸化炭素Cの分離性能は、94.3となった。
Further, when water supply is not performed under the conditions that the total pressure in the flat membrane test cell 302 is 0.7 [MPa] and the temperature is 50 [° C.] (case 5), the separation performance of carbon dioxide C is 27.1. It became.
On the other hand, after supplying water W at 0.01 [ml / min] for 82 minutes under the same conditions as in case 5 (case 6), the separation performance of carbon dioxide C was 94.3.

このように、いずれの実験条件でも、給水による二酸化炭素Cの分離効果の向上が可能であることが確認できた。
なお、ガス供給側(ガス入口孔302a側)でのガス流量は、100〔ml/分〕であり、ガス透過側(ガス出口孔302b側)でのガス流量は、35〔ml/分〕である。
Thus, it has been confirmed that the separation effect of carbon dioxide C by water supply can be improved under any experimental conditions.
The gas flow rate on the gas supply side (gas inlet hole 302a side) is 100 [ml / min], and the gas flow rate on the gas permeation side (gas outlet hole 302b side) is 35 [ml / min]. is there.

1…ガス分離膜エレメント
3…収集管
3a…吸込孔部
4…閉塞部材
5…ベッセル
5a…ガス供給口
5b…ガス排出口
5c…給水口
5d…排水口
5e…キャリアガス供給口
11…胴部
11a…上部開口
11b…下部開口
12…上部蓋
13…下部蓋
14…貯留部
17、17B…吸液部材
17a…先端部
18…促進輸送膜(ガス分離膜)
20…供給スペーサ
21…透過スペーサ
G…混合ガス
G1…非透過ガス
G2…キャリアガス(スイープガス)
C…二酸化炭素
H…連通部
W…水
O…軸線
100…ガス分離膜モジュール
201…装置
202…透明ケース
202a…ガス入口孔
202b…ガス出口孔
203…ろ紙
204…スペーサ
301…装置
302…平膜テストセル
302a、302c…ガス入口孔
302b、302d…ガス出口孔
303…ろ紙
304…促進輸送膜
305…ノズル
306…ノズル
307…湿度計
308…供給スペーサ
309…透過スペーサ
310…ノズル
311…ノズル
1 ... Gas separation membrane element
3 ... Collection tube
3a ... Suction hole
4 ... Occlusion member
5 ... Vessel
5a ... Gas supply port
5b ... Gas outlet
5c ... Water inlet
5d ... Drain outlet
5e ... Carrier gas supply port
11 ... trunk
11a ... upper opening
11b ... lower opening
12 ... Upper lid
13 ... Lower lid
14 ... Reservoir
17, 17B ... Liquid absorbing member
17a ... tip
18 ... facilitated transport membrane (gas separation membrane)
20 ... Supply spacer
21 ... Transparent spacer
G ... mixed gas
G1 ... Non-permeating gas
G2 ... Carrier gas (sweep gas)
C ... carbon dioxide
H ... Communication part
W ... water
O ... axis
100: Gas separation membrane module
201 ... Device
202 ... Transparent case
202a ... Gas inlet hole
202b ... Gas outlet hole
203 ... filter paper
204 ... Spacer
301 ... Device
302 ... flat membrane test cell
302a, 302c ... Gas inlet holes
302b, 302d ... Gas outlet holes
303 ... filter paper
304 ... facilitated transport membrane
305 ... Nozzle
306 ... Nozzle
307 ... Hygrometer
308 ... Supply spacer
309: Transmission spacer
310 ... Nozzle
311 ... Nozzle

Claims (9)

外周面に形成された吸込孔部を通じて内部に流入された二酸化炭素を回収する収集管の周囲に設けられ、水の供給によって、前記二酸化炭素を含有する混合ガス中の前記二酸化炭素をイオン化して選択的に透過させて前記吸込孔部を通じて前記収集管の内部へ流入させるガス分離膜と、
前記ガス分離膜に近接して配置され、外部から前記水を吸い上げるとともに、表面から該水を蒸発させて蒸気として前記ガス分離膜に供給する吸液部材と、
を備えるガス分離膜エレメント。
Provided around the collection tube for recovering the carbon dioxide flows into through the suction holes formed on an outer peripheral surface, by the supply of water, the carbon dioxide in the mixed gas containing the carbon dioxide ionized A gas separation membrane that selectively permeates and flows into the collection pipe through the suction hole ,
A liquid-absorbing member that is disposed in the vicinity of the gas separation membrane, sucks up the water from the outside, evaporates the water from the surface, and supplies the water as vapor to the gas separation membrane;
A gas separation membrane element comprising:
前記吸液部材は、前記水を100℃以下とした高温液体を貯留する貯留部から、前記水を吸い上げる請求項1に記載のガス分離膜エレメント。   2. The gas separation membrane element according to claim 1, wherein the liquid absorption member sucks up the water from a storage portion that stores a high-temperature liquid in which the water is 100 ° C. or less. 前記吸液部材は膜状をなし、前記ガス分離膜に積層されて該ガス分離膜とともに積層部材を形成している請求項1又は2に記載のガス分離膜エレメント。   3. The gas separation membrane element according to claim 1, wherein the liquid absorbing member has a membrane shape and is laminated on the gas separation membrane to form a laminated member together with the gas separation membrane. 前記ガス分離膜及び前記吸液部材は、前記収集管の外周面を覆うとともに前記収集管の径方向に積層されて前記積層部材を形成している請求項3に記載のガス分離膜エレメント。   The gas separation membrane element according to claim 3, wherein the gas separation membrane and the liquid absorbing member cover the outer peripheral surface of the collection tube and are laminated in the radial direction of the collection tube to form the laminated member. 前記吸液部材は、ろ紙から形成されている請求項3又は4に記載のガス分離膜エレメント。   The gas separation membrane element according to claim 3 or 4, wherein the liquid absorbing member is formed of filter paper. 前記吸液部材は、中空糸から形成されている請求項3又は4に記載のガス分離膜エレメント。   The gas separation membrane element according to claim 3 or 4, wherein the liquid absorbing member is formed of a hollow fiber. 前記積層部材を形成する前記吸液部材は、前記ガス分離膜から下方に突出するとともに、突出する部分が前記水を貯留する貯留部内に配され、かつ、前記吸液部材には、前記突出する部分と前記ガス分離膜との間で、これらの積層方向に貫通する連通部が形成されている請求項から6のいずれか一項に記載のガス分離膜エレメント。 The liquid-absorbing member forming the laminated member protrudes downward from the gas separation membrane, and the protruding portion is disposed in a storage portion that stores the water, and the liquid-absorbing member protrudes from the liquid-absorbing member. The gas separation membrane element according to any one of claims 3 to 6, wherein a communication portion penetrating in the stacking direction is formed between the portion and the gas separation membrane. 混合ガス中の二酸化炭素を分離するガス分離膜モジュールであって、
請求項1から7のいずれか一項に記載のガス分離膜エレメントを備えるガス分離膜モジュール。
A gas separation membrane module for separating carbon dioxide in a mixed gas,
A gas separation membrane module comprising the gas separation membrane element according to any one of claims 1 to 7.
混合ガス中の二酸化炭素を分離することで二酸化炭素を製造する二酸化炭素の製造方法であって、
請求項1から7のいずれか一項に記載のガス分離膜エレメントを使用して、二酸化炭素を製造する二酸化炭素の製造方法。
A method for producing carbon dioxide by producing carbon dioxide by separating carbon dioxide in a mixed gas,
The manufacturing method of a carbon dioxide which manufactures a carbon dioxide using the gas separation membrane element as described in any one of Claim 1 to 7.
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