JP6500499B2 - Separation membrane module and method of operating the same - Google Patents
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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と、その運転方法に関する。 The present invention relates to a separation membrane module used to separate some components from a fluid such as a solution or a mixed gas, and a method of operating the same.
溶液又は混合気体中の成分を分離するための機器として分離膜モジュールが知られている。この分離膜モジュールに用いる管状分離膜は、管状の多孔質セラミック支持体と、該支持体の外周面に設けられたゼオライト等からなる多孔質の分離膜とを有する。溶液や混合気体等の流体から特定の成分を分離するためには、溶液の流体を分離膜エレメントの一方(外面)に接触させて、もう一方(内面)を減圧することにより、特定の成分を気化させ分離する方法や、溶液を気化させて気体状態で分離膜に接触させて、非接触面側を減圧して特定成分を分離する方法、加圧状態の混合気体を分離膜に接触させて特定の成分を分離する方法などが知られている(特許文献1,2)。 A separation membrane module is known as an apparatus for separating components in a solution or mixed gas. The tubular separation membrane used for the separation membrane module has a tubular porous ceramic 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 mixed gas, the fluid of the solution is brought into contact with one of the separation membrane elements (the outer surface) and the other (the inner surface) is depressurized to separate the specific component. A method of vaporizing and separating, a method of vaporizing a solution to bring it into contact with a separation membrane in a gaseous state, reducing the pressure on the non-contact side to separate specific components, or bringing a mixed gas under pressure into contact with the separation membrane Methods for separating specific components are known (Patent Documents 1 and 2).
ゼオライト膜に水分が付着すると、ゼオライト膜の分離性能が低下する。特許文献3には、ゼオライト膜を電気ヒータで加熱することにより、スタートアップ時における蒸気の凝縮を防止することが記載されている。
When water adheres to the zeolite membrane, the separation performance of the zeolite membrane is reduced.
特許文献3の分離膜モジュールによれば、ゼオライト膜を電気ヒータで加熱することにより、ゼオライト膜に付着した水を除去すること、すなわち、ゼオライト膜を乾燥させることができる。
According to the separation membrane module of
しかしながら、特許文献3では、すべての管状ゼオライト膜に沿って電気ヒータを設置することが必要となり、コスト高になる。また、ゼオライト膜の点検、補修等の作業が著しく面倒なものとなる。
However, in
本発明は、分離膜を極めて容易に乾燥することができる分離膜モジュールと、その運転方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a separation membrane module capable of drying the separation membrane extremely easily, and an operation method thereof.
本発明の分離膜モジュールは、ハウジングと、該ハウジング内に配置された分離膜とを有し、被処理流体が供給され、該分離膜を透過した流体が取り出される分離膜モジュールにおいて、分離膜透過性ガスを主成分とする乾燥用ガスを該分離膜モジュール内に供給する分離膜乾燥手段を備えたことを特徴とするものである。 The separation membrane module of the present invention has a housing and a separation membrane disposed in the housing, and the separation membrane module is supplied with the fluid to be treated and from which the fluid having permeated the separation membrane is taken out. It is characterized in that it comprises a separation membrane drying means for supplying a drying gas mainly composed of a sexing gas into the separation membrane module.
本発明の一態様では、分離膜はゼオライト膜であり、乾燥用ガスは炭酸ガスを主成分とする。 In one aspect of the present invention, the separation membrane is a zeolite membrane, and the drying gas is mainly composed of carbon dioxide gas.
本発明の分離膜モジュールの膜乾燥方法は、かかる分離膜モジュールの運転方法であって、分離膜モジュールの起動時に乾燥用ガスによって分離膜を乾燥するものである。なお、起動後は、被処理ガスを脱水処理することが好ましい。 The membrane drying method of the separation membrane module of the present invention is an operation method of the separation membrane module, wherein the separation membrane is dried by the drying gas when the separation membrane module is activated. In addition, it is preferable to dehydrate the to-be-processed gas after starting.
本発明の分離膜モジュールにあっては、分離膜透過性ガスを主成分とする乾燥用ガスを分離膜モジュール内に供給して分離膜を乾燥処理する。分離膜透過性ガスが分離膜を透過することにより、分離膜に付着していた水が透過ガスに伴われて分離膜から除去され、分離膜が乾燥される。これにより、分離膜の分離性能が向上する。 In the separation membrane module of the present invention, a drying gas mainly composed of a separation membrane permeable gas is supplied into the separation membrane module to dry the separation membrane. The separation membrane permeable gas permeates the separation membrane, whereby the water adhering to the separation membrane is removed from the separation membrane along with the permeation gas, and the separation membrane is dried. This improves the separation performance of the separation membrane.
この膜乾燥処理は、分離膜モジュールの起動時に行われることが好ましいが、運転途中で行ってもよい。運転中は、分離膜モジュールに供給される被処理ガスを脱水処理することにより、分離膜への水の付着を防止することが好ましい。 The membrane drying process is preferably performed when the separation membrane module is activated, but may be performed during operation. During operation, it is preferable to prevent adhesion of water to the separation membrane by dehydrating the gas to be treated supplied to the separation membrane module.
図1〜5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。 A separation membrane module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
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(この実施の形態ではゼオライト膜)3と、ハウジング2内の下部に設けられた支持板5と、ハウジング2の下端に取り付けられたボトムカバー6A及び上端に取り付けられたトップカバー6Bと、支持板5と平行にハウジング2内の下部及び上部にそれぞれ配置された第1のバッフル(整流板)7及び第2のバッフル(整流板)8等を有する。第1のバッフル7は支持板5の上側に配置されている。
The separation membrane module 1 includes a
この実施の形態では、ハウジング2の下端及び上端側とボトムカバー6A及びトップカバー6Bの外周縁にそれぞれ外向きのフランジ2a,2b,6b,6cが設けられ、ボルト(図示略)によってこれらが固定されている。支持板5の周縁部は、ハウジング2の内周面に周設された支持座2tに支持されている。支持板5の下面外周部と支持座2tの上面との間にシール部材が介在されている。
In this embodiment, outward facing
この実施の形態では、管状分離膜3の下端にエンド管4が連結され、管状分離膜3の上端にエンドプラグ20が連結されている。なお、図1〜3では、管状分離膜は7本のみ示されているが、実際は図4のように多数本設けられている。また、2本以上の管状分離膜3がジョイント管(図示略)によって連結された管状分離膜連結体とされていてもよい。
In this embodiment, 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、上部の外周面に非透過流体の流出口10が設けられている。流入口9は、支持板5と第1のバッフル7との間の室11に臨むように設けられている。流出口10は、第2のバッフル8の上側の室12に臨むように設けられている。バッフル7,8間は膜分離を行うための主室13となっている。
An
底部の支持板5から複数のロッド14が立設され、該ロッド14にバッフル7,8が支持されている。ロッド14の下端には雄ねじが刻設されており、支持板5の雌ねじ穴に螺着されている。バッフル7,8はロッド14に外嵌された鞘管14A,14B(図4)によって所定高さに支持されている。鞘管14Aは、支持板5とバッフル7との間に配置されている。鞘管14Bは、バッフル7,8間に配置されている。バッフル8は、鞘管14Bの上端面に載設され、ロッド14の上端に螺着されたナットによって固定されている。バッフルの数はこの実施の形態に限定されるものではなく、3枚以上のバッフルを使用してもよい。
A plurality of
バッフル7,8の外周面とハウジング2の内周面との間には、Oリング、Vパッキン、Cリングなどのシール部材を介在させてもよい。
Between the outer peripheral surface 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
支持板5の上面側には、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、支持板5の上面から厚み方向の途中まで延在している。差込穴5aの穴底は、小孔5bと大孔5cとを介して支持板5の下側の流出室16に臨んでいる。
On the upper surface side of the
各エンド管4の管孔4aは、小孔5b及び大孔5cを介して、ボトムカバー6Aと支持板5との間の流出室16に連通している。ボトムカバー6Aには、分離された透過流体の取出口6aが設けられている。
The
図示は省略するが、エンド管4の下端近傍の外周面に溝が周設され、フッ素ゴム、フッ素樹脂などよりなるOリングが装着されている。また、エンド管4の下端面にもエンド管4の管孔4aと同心状の溝が周設され、Oリングが装着されている。これらのOリングが差込穴の内周面と差込穴5aの穴底面に密着することによりエンド管4の外面と差込穴5aとの間のシールが行われる。なお、エンド管4の外周面のOリングと下端面のOリングとは、いずれか一方のみが設けられてもよい。
Although illustration is omitted, a groove is provided around the outer peripheral surface of the
図5の通り、エンド管4の上端部は小径部4gとなっており、管状分離膜3の下部に差し込まれている。この小径部4gの外周面に周設された溝にOリングが装着されている。また、管状分離膜3の下端面とエンド管4の段差面との間にもOリングが介在されている。エンド管4と管状分離膜3の接続部は、上記のようなOリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Oリングを使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。
As shown in FIG. 5, the upper end of 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Oリングによってシールされている。また、エンドプラグ20と管状分離膜3は、Oリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Oリングを使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。
An end plug 20 is connected to the upper end of the
なお、エンドプラグ20の重量軽減を図るために、エンドプラグ20の上端面から凹所20vが凹設されている。凹所20vの底部とエンドプラグ20の側周面とを連通するドレン抜き孔を設けてもよい。
In order to reduce the weight of the
この実施の形態では、管状分離膜3の上端側にエンドプラグ20を配置しているので、管状分離膜3、エンドプラグ20、及びエンド管4に対し、それらの端面同士が押し付けられる方向に荷重がかかっている。
In this embodiment, since the
ただし、本発明では、エンド管4及び支持板5を管状分離膜3の上端側に配置し、エンドプラグ20を管状分離膜3の下端側に配置してもよい。この場合、エンドプラグ20を上方に付勢するためのスプリング等の付勢部材を設けることにより、管状分離膜3、エンドプラグ20、及びエンド管4に対し、それらの端面同士が押し付けられる方向に荷重を加えることが好ましい。
However, in the present invention, the
この実施の形態では、管状分離膜3、エンド管4及びエンドプラグ20の連結体の該エンド管4の下端部を、支持板5に設けた差込穴5aに差し込んで管状分離膜3、エンド管4及びエンドプラグ20の連結体を支持板5に立設する。差込穴5aにエンド管4の下端部を差し込むだけでエンド管4と支持板5とを気密ないし液密状に容易に連結することができる。また、差込穴5aが円柱形であるので、支持板5に差込穴5aを穿設する作業は容易であり、支持板5の製作も容易である。従って、分離膜モジュールの製作工期の短縮及び製作コストの低減を図ることができる。
In this embodiment, the lower end portion of the
この分離膜モジュール1には管状分離膜3を乾燥させるために、ハウジング2内に分離膜透過性ガスを主成分とする乾燥用ガスの供給手段が設けられている。
In order to dry the
図5は、その一例を示すフロー図である。流入口9には、水蒸気分離器29を通過した被処理ガスの供給配管30が接続され、弁31が設けられている。非透過流体の流出口10には、非透過流体の流出用配管40が接続され、弁41が設けられている。透過流体の取出口6aには透過流体取出配管50が接続され、弁51が設けられている。弁51よりも上流側において、配管50から分取配管52が分岐しており、弁53及び昇圧ポンプ54を介してリザーバタンク55の導入口に接続されている。リザーバタンク55の流出口は配管56及び弁57,58を介して前記配管30のうち弁31よりも下流側に接続されている。なお、配管56の弁57,58間には、炭酸ガスガスボンベ60が配管61及び弁62を介して接続されている。
FIG. 5 is a flow chart showing an example thereof. A
このように構成された分離膜モジュール1において、通常運転時は、弁31,41,51を開とし、弁53,57,58,62を閉とする。被処理流体は水蒸気吸着器29で水蒸気が除去された後、配管30及び流入口9を通ってハウジング2の室11内に導入され、バッフル7の挿通孔7aの内周面とエンド管4の外周面との間の間隙を通って主室13に流入し、主室13を通った後、バッフル8の挿通孔8aとエンドプラグ20との間隙を通って室12に流出する。主室13を流れる間に被処理流体の一部の成分が管状分離膜3を透過して管状分離膜3内から流出室16及び取出口6aを介して配管50に流出する。透過しなかった流体は、流出口10から配管40へ流出する。
In the separation membrane module 1 configured as described above, during normal operation, the
この実施の形態では、被処理ガスが炭酸ガスを含む。炭酸ガスはゼオライト製管状分離膜3を透過し、炭酸ガスを主成分とするガスが配管50へ流れる。
In this embodiment, the gas to be treated contains carbon dioxide gas. The carbon dioxide gas passes through the zeolite
運転の適宜の時期に、弁53を開くと共にポンプ54を作動させ、炭酸ガスを主成分とするガスを昇圧してリザーバタンク55に導入する。リザーバタンク55内の圧力が規定圧力に達した後、弁53を閉とし、ポンプ54を停止し、炭酸ガスを主成分とするガスをリザーバタンク55に貯めておく。圧力は通常0.1MPaG以上、1.0MPaG以下に設定することが望ましい。昇圧するポンプには制約はないが、異物やオイルが混入しないポンプを用いることが好ましい。
At an appropriate time of operation, the
分離膜モジュール1の起動時には、弁51,57,58を開、弁31,41を閉とし、リザーバタンク55内の炭酸ガスを主成分とするガスをハウジング2内に供給する。これにより、ガス中の炭酸ガスがゼオライト製管状分離膜3を透過し、付着していた水分が除去される。すなわち、分離膜3に付着していた水分は、分離膜3を透過する炭酸ガス流によって蒸発したり、膜の2次側へ移動したりすることにより分離膜3から速やかに除去され、分離膜が乾燥され、分離性能が回復する。また、弁57,58,59を開、弁31,41、51を閉とし、膜を透過して水分を多く含有する炭酸ガスを、弁59より大気にパージしてもよい。乾燥の完了は、炭酸ガスの供給時間で管理する方法や、透過してくるガス中の水分濃度を測定し、規定値以下になったことで確認する方法がある。また、乾燥時に分離膜3に供給するガスは、ヒーター70により、加熱することで乾燥をより促進することができる。ヒーター出口側のガス温度は、通常20℃以上、望ましくは35℃以上、より好ましくは50℃以上である。
When the separation membrane module 1 is activated, the
なお、リザーバタンク55内に炭酸ガスを主成分とするガスが貯留されていないときには、炭酸ガスボンベ60から炭酸ガスをハウジング2内に供給し、分離膜3の乾燥を行う。分離膜3の乾燥終了後は通常運転に移行する。
When the gas mainly containing carbon dioxide gas is not stored in 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,
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 connection according to the amount of fluid, or the desired degree of separation and concentration. Connect the piping so that the fluid from the outlet will enter the inlet of another module if the fluid volume is high or if the desired degree of separation / concentration is too high to process in one module Is preferred. Further, they may be further linked according to the degree of separation and the degree of concentration to obtain the desired degree of separation and degree of 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 branch the fluid and supply the gas. At this time, it is also possible to install modules in series in respective modules in parallel. When modules in parallel are connected in series, the amount of supplied gas is reduced in the serial direction and the linear velocity is reduced. Therefore, it is preferable to reduce the number of parallel installation 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良い。 In the case of arranging the modules in series, the permeated components may be discharged for each module, or may be connected and gathered between the modules and discharged.
以下、本発明の分離膜モジュールを構成する各部材の好適な材料等について説明する。 Hereinafter, suitable materials and the like of each member constituting the separation membrane module of the present invention will be described.
水蒸気分離器29としては、ケーシング内にゼオライト、シリカゲルなどの水蒸気吸収剤を収容したものが好適であるが、冷却方式によって水蒸気を凝縮させる凝縮器なども用いることができる。
As 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、樹脂など、流体を透過させないものが例示されるが、これに限定されない。バッフル7,8及びジョイント管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。
Examples of the material of 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 comprises a zeolite having an oxygen 6-10 membered ring structure, and preferably comprises 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 largest number of oxygen among the pores forming the zeolite skeleton and the element T. For example, when a pore of an oxygen 12-membered ring and an 8-membered ring is present as in the case of MOR-type zeolite, it is regarded as a zeolite of oxygen 12-membered 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 member 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, PON, PAU, RHO, RRO, RTE, RTH, RUT, SGT, 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。 Even if the zeolite membrane is a single zeolite membrane or the zeolite powder is dispersed in a binder such as a polymer to form a membrane, the zeolite is fixed in a film on various supports. It may be a zeolite membrane complex. The zeolite membrane may partially contain an amorphous component and 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. Also, it is usually 100 μm or less, preferably 60 μm or less, and more preferably 20 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50〜1500本配置され、管状分離膜同士の最短距離は、2mm〜10mmとなるように配置されることが好ましい。ハウジングの大きさ、管状分離膜の本数は処理する流体量によって適宜変更されるものである。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。 In the separation membrane module of the present invention, the tubular separation membrane may be a single-tubular type or a multi-tubular type, and usually 1 to 3,000, particularly 50 to 1,500, are disposed, and the shortest distance between tubular separation membranes is 2 mm to 10 mm. It is preferable to arrange so that The size of the housing and the number of tubular separation membranes are appropriately changed according to the amount of fluid to be treated. The tubular separation membranes may not be connected by the joint pipe 17.
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 fluid to be separated or concentrated is not particularly limited as long as it is a mixture of gas or liquid composed of a plurality of components that can be separated or concentrated by the separation membrane, and any mixture Although it may be, it is preferable to use for the mixture of gas.
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, a separation or concentration method called pervaporation method (pervaporation method) or vapor permeation method (vapor permeation method) can be used. Since the pervaporation method is a separation or concentration method in which a liquid mixture is introduced as it is into a separation membrane, the 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。従って、上記説明では、被処理ガスを炭酸ガス含有ガスとされていたが、被処理ガス中の分離膜透過性成分は炭酸ガス以外であってもよい。 In the present invention, when the mixture to be separated or concentrated is a mixture of gases composed of a plurality of components, examples of the mixture of gases include carbon dioxide, oxygen, nitrogen, hydrogen, methane, ethane, ethylene and propane. And 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, nitrogen monoxide, water and the like Those containing ingredients are mentioned. Of the mixture of these gas components, the gas component with high permeability passes through the separation membrane and is separated, and the gas component with low permeability is concentrated on the feed gas side. Therefore, in the above description, the gas to be treated is the carbon dioxide gas-containing gas, but the separation membrane permeable component in the gas to be treated may be other than carbon dioxide gas.
1 分離膜モジュール
2 ハウジング
3 管状分離膜
4 エンド管
5 支持板
5a 差込穴
5c 大孔
6A ボトムカバー
6B トップカバー
6a 取出口
7,8 バッフル
7a,8a 挿通孔
9 流入口
10 流出口
11,12 室
13 主室
14 ロッド
16 流出室
20 エンドプラグ
29 水蒸気分離器
30,40,50,52,56,61 配管
31,41,51,53,57,58,59,62 弁
54 ポンプ
55 リザーバタンク
60 炭酸ガスボンベ
70 ヒーター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
該ハウジング内に配置された分離膜と
を有し、
被処理流体が供給され、該分離膜を透過した流体が取り出される分離膜モジュールにおいて、
分離膜透過性ガスを主成分とする乾燥用ガスを該分離膜モジュール内に供給する分離膜乾燥手段を備え、
前記分離膜はゼオライト膜であり、前記乾燥用ガスは炭酸ガスを主成分とすることを特徴とする分離膜モジュール。 With the housing,
And a separation membrane disposed within the housing;
In a separation membrane module to which a fluid to be treated is supplied and the fluid that has permeated the separation membrane is taken out,
A separation membrane drying means for supplying a drying gas mainly composed of a separation membrane permeable gas into the separation membrane module ,
The separation membrane module, wherein the separation membrane is a zeolite membrane, and the drying gas contains carbon dioxide gas as a main component .
分離膜モジュールの起動時に前記乾燥用ガスによって分離膜を乾燥することを特徴とする分離膜モジュールの運転方法。 A method of operating a separation membrane module according to claim 1 or 2 , wherein
A method of operating a separation membrane module, comprising: drying the separation membrane with the drying gas when the separation membrane module is started.
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