JP7245699B2 - Ethylene separation method - Google Patents

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Description

本発明は、ゼオライト膜を用いたエチレンの分離方法に関する。 The present invention relates to a method for separating ethylene using a zeolite membrane.

エチレンやプロピレンに代表されるオレフィンは、炭化水素系高分子の合成に用いられるが、未反応のオレフィンを含む原料が合成反応終了後に反応系内に残存することがある。未反応原料であるオレフィンを回収する際は蒸留プロセスが用いられているが、多くの段数と高い還流比が必要であることが多く、エネルギーを大量に消費している。そこで、省エネルギーかつ簡素化が可能な分離膜によるオレフィン高純度化プロセスの確立が望まれている。 Olefins typified by ethylene and propylene are used in the synthesis of hydrocarbon polymers, but raw materials containing unreacted olefins may remain in the reaction system after completion of the synthesis reaction. Distillation processes are used to recover the unreacted raw material olefins, which often require a large number of stages and high reflux ratios, consuming a large amount of energy. Therefore, establishment of an olefin purification process using a separation membrane that can save energy and be simplified is desired.

近年、無機多孔質支持体表面に形成させたゼオライト膜を用いたエチレン分離方法が報告されている。ゼオライトにより構成されるゼオライト膜は、分子のサイズや形状の違いにより選択的に分子を通過させる性質を有するため、分子ふるいとして広く利用されている。例えば、特許文献1は、X型ゼオライト中のNaイオンをAgイオンで交換したAgX型ゼオライトを、多孔質支持体上に成膜したゼオライト膜複合体によるオレフィン分離性能を報告している。 In recent years, a method for separating ethylene using a zeolite membrane formed on the surface of an inorganic porous support has been reported. Zeolite membranes made of zeolite are widely used as molecular sieves because they have the property of selectively allowing molecules to pass through due to differences in molecular size and shape. For example, Patent Document 1 reports the olefin separation performance of a zeolite membrane composite in which AgX-type zeolite in which Na ions in X-type zeolite are exchanged with Ag ions is formed into a film on a porous support.

しかしながら、一般に炭化水素系高分子の製造は、有機塩素化合物存在下で行われることがある。このため、ゼオライト膜には、有機塩素化合物に暴露された後であっても、未反応オレフィンを回収できることが要求される場合がある。しかしながら、特許文献1には、ゼオライト膜複合体の分離性能に対する、有機塩素化合物の影響について何らの記載がないものであった。 However, in general, hydrocarbon-based polymers are sometimes produced in the presence of organic chlorine compounds. For this reason, zeolite membranes may be required to be able to recover unreacted olefins even after exposure to organochlorine compounds. However, Patent Document 1 does not describe the effect of organic chlorine compounds on the separation performance of the zeolite membrane composite.

特開2015-174081号公報JP 2015-174081 A

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蒸留法や圧力スイング吸着法とは異なる方法により、複数の成分を含有する気体からエチレンを選択的に分離できる方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a method that can selectively separate ethylene from a gas containing multiple components by a method different from the distillation method and the pressure swing adsorption method. to do.

本発明者らは、鋭意検討を行った結果、対イオンがアルカリ金属イオンであるゼオライト膜は、有機塩素化合物に暴露された後であってもエチレンを高選択的に分離できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors found that a zeolite membrane whose counter ion is an alkali metal ion can separate ethylene with high selectivity even after being exposed to an organic chlorine compound. was completed.

すなわち、本発明は、有機塩素化合物を含む第1気体に暴露されたゼオライト膜を用いるエチレンの分離であって、エチレンを含む複数の成分からなる第2気体を、前記第1気体に暴露された前記ゼオライト膜に接触させる工程を有し、前記ゼオライト膜が、対イオンがアルカリ金属イオンであるゼオライトにより構成されていることを特徴とするエチレンの分離方法である。 That is, the present invention relates to separation of ethylene using a zeolite membrane exposed to a first gas containing an organochlorine compound, wherein a second gas composed of a plurality of components containing ethylene is separated from the first gas by exposure to the first gas. The method for separating ethylene comprises the step of contacting with the zeolite membrane, wherein the zeolite membrane is composed of zeolite whose counter ion is an alkali metal ion.

本発明によれば、蒸留法や圧力スイング吸着法とは異なる方法により、複数の成分を含有する気体からエチレンを選択的に分離できる方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for selectively separating ethylene from a gas containing multiple components by a method other than distillation or pressure swing adsorption.

ゼオライト膜を用いたエチレンの分離性能評価装置の模式図である。1 is a schematic diagram of an ethylene separation performance evaluation apparatus using a zeolite membrane. FIG.

以下、本発明について詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.

本発明は、有機塩素化合物を含有する第1気体に暴露されたゼオライト膜を用いるエチレンの分離方法であって、エチレンを含む複数の成分からなる第2気体を、前記第1気体に暴露された前記ゼオライト膜に接触させる工程(以下、「分離工程」ともいう)を有するエチレンの分離方法である。ここで、本発明の分離方法で用いるゼオライト膜は、対イオンがアルカリ金属イオンであるゼオライトにより構成される。 The present invention is a method for separating ethylene using a zeolite membrane exposed to a first gas containing an organic chlorine compound, wherein a second gas composed of a plurality of components containing ethylene is exposed to the first gas. The method for separating ethylene includes a step of contacting with the zeolite membrane (hereinafter also referred to as a “separation step”). Here, the zeolite membrane used in the separation method of the present invention is composed of zeolite whose counterions are alkali metal ions.

まず、第1気体が暴露されたゼオライト膜について説明する。 First, the zeolite membrane exposed to the first gas will be described.

ゼオライト膜に暴露される第1気体は、有機塩素化合物を含有する気体である。第1気体に含有される有機塩素化合物は、揮発性有機塩素化合物である。具体的には、クロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、テトラクロロメタン、クロロエタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、ペンタクロロエタン、ヘキサクロロエタン、クロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等を例示することができる。本発明において、有機塩素化合物は構造異性体を含む。なお、第1気体中の有機塩素化合物の濃度は、特に限定されるものではない。 The first gas exposed to the zeolite membrane is a gas containing an organochlorine compound. The organic chlorine compound contained in the first gas is a volatile organic chlorine compound. Specific examples include chloromethane, dichloromethane, trichloromethane, tetrachloromethane, chloroethane, dichloroethane, trichloroethane, tetrachloroethane, pentachloroethane, hexachloroethane, chloroethylene, dichloroethylene, trichlorethylene, tetrachloroethylene, and the like. In the present invention, organic chlorine compounds include structural isomers. Note that the concentration of the organic chlorine compound in the first gas is not particularly limited.

第1気体は、有機塩素化合物を含有していればよく、有機塩素化合物以外の成分を含有していても良い。有機塩素化合物以外の成分としては、例えば、含有炭化水素や窒素、酸素、水などの成分を挙げることができる。 The first gas only needs to contain an organic chlorine compound, and may contain components other than the organic chlorine compound. Components other than the organic chlorine compound include, for example, components such as contained hydrocarbons, nitrogen, oxygen, and water.

第1気体をゼオライト膜に暴露する方法は、特に限定されるものではなく、第1気体がゼオライト膜に接触する方法であればよい。例えば、ゼオライト膜が設置された反応容器内に第1気体を充填したり、ゼオライト膜が設置された反応容器内で第1気体を生成したりすることで、第1気体をゼオライト膜に暴露することができる。なお、第1気体は、加圧されたり減圧されたりした状態でゼオライト膜に暴露されてもよい。なお、暴露時間は特に限定されるものではない。 The method of exposing the first gas to the zeolite membrane is not particularly limited as long as the first gas contacts the zeolite membrane. For example, the first gas is exposed to the zeolite membrane by filling the reaction vessel in which the zeolite membrane is installed with the first gas or generating the first gas in the reaction vessel in which the zeolite membrane is installed. be able to. Note that the first gas may be exposed to the zeolite membrane in a state of being pressurized or decompressed. Note that the exposure time is not particularly limited.

次に、ゼオライト膜(第1気体に暴露されたゼオライト膜)に接触させる第2気体について説明する。 Next, the second gas to be brought into contact with the zeolite membrane (the zeolite membrane exposed to the first gas) will be described.

ゼオライト膜に接触させる第2気体は、複数の成分からなる混合気体であり、少なくとも、エチレンとエチレン以外の他の成分(以下、「他の成分」ともいう)を含有する。なお、第2気体中のエチレンの濃度は、特に限定されるものではない。 The second gas to be brought into contact with the zeolite membrane is a mixed gas composed of a plurality of components, and contains at least ethylene and components other than ethylene (hereinafter also referred to as "other components"). Note that the concentration of ethylene in the second gas is not particularly limited.

第2気体に含まれる他の成分としては、例えば、窒素、酸素、ヘリウム、アルゴン、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水等の無機ガスや、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、アセチレン、プロピレン、プロパジエン、ブテン、ブタジエン等の炭化水素ガスを挙げることができる。なお、他の成分は、第2気体に少なくとも1種類含まれていればよく、2種類以上含まれていてもよい。 Other components contained in the second gas include, for example, inorganic gases such as nitrogen, oxygen, helium, argon, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water, methane, ethane, propane, butane, pentane, acetylene, Hydrocarbon gases such as propylene, propadiene, butene and butadiene can be mentioned. At least one other component may be contained in the second gas, and two or more other components may be contained.

次に、ゼオライト膜の具体的な構成について説明する。 Next, a specific configuration of the zeolite membrane will be described.

ゼオライト膜は、ゼオライトにより構成される膜であり、ゼオライト以外の成分を含んでいてもよい。ゼオライト以外の成分としては、例えば、シリカ、アルミナが挙げられる。ゼオライト膜は、ゼオライトが緻密に集合することで形成されており、第2気体に含まれるエチレン以外の他の成分の透過を阻止する。一方、ゼオライト膜には、ゼオライトの骨格構造に起因して、微細な細孔(分子レベルの細孔)が形成されており、この微細な細孔により第2気体に含まれるエチレンが透過する。 A zeolite membrane is a membrane composed of zeolite, and may contain components other than zeolite. Components other than zeolite include, for example, silica and alumina. The zeolite membrane is formed by densely aggregating zeolite, and blocks permeation of components other than ethylene contained in the second gas. On the other hand, the zeolite membrane has fine pores (pores at the molecular level) due to the zeolite skeleton structure, and ethylene contained in the second gas permeates through the fine pores.

本発明において、ゼオライト膜を構成するゼオライトは、対イオンがアルカリ金属イオンである。アルカリ金属イオンとは、具体的には、リチウムイオン(Li)、ナトリウムイオン(Na)、カリウムイオン(K)、ルビジウムイオン(Rb)、セシウムイオン(Cs)、フランシウムイオン(Fr)である。これにより、ゼオライト膜は、有機塩素化合物を含有する第1気体に暴露されたとしてもエチレン分離性能が劣化しにくく、長期的かつ選択的にエチレンを透過させることができる。本発明の分離方法において、ゼオライトの対イオンは、ナトリウムイオンであることが好ましい。これによりエチレンをより効率的に分離することができる。なお、本明細書において、ゼオライトの対イオンとは、ゼオライトの酸点の対イオンを指す。ゼオライト中のアルカリ金属量は、特に限定されるものではないが、アルカリ金属/Alモル比(アルミニウムに対するアルカリ金属のモル比)=0.01~1.00とすることができる。 In the present invention, the zeolite constituting the zeolite membrane has alkali metal ions as counter ions. Alkali metal ions specifically include lithium ions (Li + ), sodium ions (Na + ), potassium ions (K + ), rubidium ions (Rb + ), cesium ions (Cs + ), francium ions (Fr + ). As a result, the zeolite membrane is less likely to deteriorate in ethylene separation performance even when exposed to the first gas containing the organochlorine compound, and can selectively permeate ethylene over a long period of time. In the separation method of the present invention, the zeolite counterion is preferably sodium ion. This allows ethylene to be separated more efficiently. In this specification, the counter ion of zeolite refers to the counter ion of the acid site of zeolite. The amount of alkali metal in the zeolite is not particularly limited, but the molar ratio of alkali metal/Al (molar ratio of alkali metal to aluminum) can be 0.01 to 1.00.

本発明に係るゼオライト膜は、多孔質支持体上に形成されていることが好ましい。ここで、多孔質支持体上とは、多孔質支持体の外表面(多孔質支持体に設けられる孔の表面を除いた多孔質支持体の表面)と多孔質支持体の外部につながる孔の開口部(多孔質支持体の外表面に露出する孔の開口部)を指す。多孔質支持体上に形成されるゼオライト膜は、多孔質支持体の外表面を覆うとともに、多孔質支持体の外部につながる孔を塞ぐ。なお、多孔質支持体上に形成されるゼオライト膜は、ゼオライト膜の一部分が、多孔質支持体に設けられる孔の内部に侵入し、その孔の表面上(つまり、内表面上)に形成されていてもよい。また、多孔質支持体上に形成されるゼオライト膜は、多孔質支持体上の全ての領域に形成されていてもよく、多孔質支持体上の一部の領域のみに形成されていてもよい。 The zeolite membrane according to the present invention is preferably formed on a porous support. Here, "on the porous support" means the outer surface of the porous support (the surface of the porous support excluding the surface of the pores provided in the porous support) and the pores leading to the outside of the porous support. Apertures (pore openings exposed on the outer surface of the porous support). The zeolite membrane formed on the porous support covers the outer surface of the porous support and closes the pores leading to the outside of the porous support. In the zeolite membrane formed on the porous support, part of the zeolite membrane penetrates into the pores provided in the porous support and is formed on the surface of the pores (that is, on the inner surface). may be In addition, the zeolite membrane formed on the porous support may be formed on the entire area of the porous support, or may be formed only on a partial area of the porous support. .

多孔質支持体としては、圧力差に耐える強度や、耐熱性を有するものであれば特に限定するものではなく、例えば、無機系多孔質支持体、無機有機ハイブリッド多孔質支持体等が挙げられる。 The porous support is not particularly limited as long as it has strength to withstand pressure difference and heat resistance, and examples thereof include inorganic porous supports and inorganic-organic hybrid porous supports.

無機系多孔質支持体としては、多孔質であれば特に制限されるものではなく、例えば、シリカ、アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス焼結体、ステンレスなどの焼結金属、ガラス、カーボン成形体等を用いることができる。無機有機ハイブリッド多孔質支持体としては、特に限定するものではなく、例えば、前記無機系多孔質支持体と酢酸セルロース等の有機系支持体を混合又は積層させたものが挙げられる。強度、耐熱性、耐腐食性の観点で無機系多孔質支持体が好ましく、アルミナにより構成されるアルミナ多孔質支持体がより好ましい。 The inorganic porous support is not particularly limited as long as it is porous. A solid metal, glass, carbon molding, or the like can be used. The inorganic-organic hybrid porous support is not particularly limited, and examples thereof include those obtained by mixing or laminating the inorganic porous support and an organic support such as cellulose acetate. From the viewpoint of strength, heat resistance, and corrosion resistance, an inorganic porous support is preferred, and an alumina porous support made of alumina is more preferred.

多孔質支持体表面層の細孔径は、0.05μm以上3.00μm以下が好ましく、さらには0.10μm以上2.00μm以下の範囲であることがより好ましい。当該支持体の細孔径の評価は、バブルポイント法や水銀圧入法などで行うことができる。尚、多孔質支持体表面層とは、ゼオライト膜を形成し得る支持体表面部分を指し、例えば、多孔質支持体の外表面から、多孔質支持体の厚さの25%程度までの部位である。また、ゼオライト膜を形成する支持体表面層以外の部分の細孔径は特に制限されないが、0.05μm以上3.00μm以下が例示でき、0.10μm以上2.00μm以下であることが好ましい。また、多孔質支持体の気孔率はエチレンを分離する際の強度及び透過流量を左右するため、20%以上60%以下の気孔率を有するものが好ましい。 The pore diameter of the surface layer of the porous support is preferably 0.05 μm or more and 3.00 μm or less, more preferably 0.10 μm or more and 2.00 μm or less. The pore diameter of the support can be evaluated by a bubble point method, a mercury intrusion method, or the like. The porous support surface layer refers to a support surface portion capable of forming a zeolite membrane. be. The pore diameter of the portion other than the surface layer of the support that forms the zeolite membrane is not particularly limited, but can be exemplified from 0.05 μm to 3.00 μm, preferably from 0.10 μm to 2.00 μm. In addition, since the porosity of the porous support influences the strength and permeation flow rate when ethylene is separated, the porous support preferably has a porosity of 20% or more and 60% or less.

多孔質支持体の形状は、エチレンを有効に分離できる形状であれば制限されるものではなく、例えば、平板状、波板状、管状、円柱状、円錐状、円錐台状、円筒状、角柱状、角筒状、角錐状、角錐台状、円柱状、角柱状の孔が多数存在するハニカム状などが挙げられる。波板状、管状、円柱状、円錐状、円錐台状、円筒状、角柱状、角筒状、角錐状、角錐台状、又は円柱状の形状の多孔質支持体については、中心がくり抜かれた筒状のものが好ましく、筒は貫通しているものでもよいし、試験管状の貫通していないものであってもよい。 The shape of the porous support is not limited as long as it can effectively separate ethylene. A columnar shape, a prismatic shape, a pyramidal shape, a truncated pyramidal shape, a columnar shape, a honeycomb shape having a large number of prismatic holes, and the like can be mentioned. Corrugated, tubular, cylindrical, conical, frustoconical, cylindrical, prismatic, prismatic, pyramidal, truncated pyramidal, or cylindrical porous supports are hollowed out at the center. A cylindrical shape is preferable, and the cylinder may be a penetrating one, or a test tube-like one that is not penetrating.

本発明では、ゼオライト膜を構成するゼオライトは、MFI型ゼオライト、BEA型ゼオライト、及びFAU型ゼオライトからなる群から少なくとも1種選択されるゼオライトであることが好ましい。これによりエチレンをより効率的に分離することができる。ゼオライトの結晶構造は、X線回折測定(以下、「XRD」という。)により確認することができる。MFI型、BEA型、FAU型は国際ゼオライト学会によって定められたゼオライト結晶の構造コードである。MFI型ゼオライトとしては、例えばZSM-5などが知られている。 In the present invention, the zeolite constituting the zeolite membrane is preferably at least one zeolite selected from the group consisting of MFI-type zeolite, BEA-type zeolite, and FAU-type zeolite. This allows ethylene to be separated more efficiently. The crystal structure of zeolite can be confirmed by X-ray diffraction measurement (hereinafter referred to as "XRD"). The MFI type, BEA type, and FAU type are structural codes of zeolite crystals defined by the International Zeolite Society. ZSM-5, for example, is known as MFI type zeolite.

本発明では、ゼオライト膜のSi/Alモル比(アルミニウムに対するケイ素のモル比)が1~1000であることが好ましい。MFI型ゼオライトの場合、ゼオライト膜のSi/Alモル比が5~100であることがより好ましい。これによりエチレンをより効率的に分離することができる。 In the present invention, the zeolite membrane preferably has a Si/Al molar ratio (molar ratio of silicon to aluminum) of 1 to 1,000. In the case of MFI-type zeolite, the Si/Al molar ratio of the zeolite membrane is more preferably 5-100. This allows ethylene to be separated more efficiently.

本発明に用いるゼオライト膜の膜厚は特に限定するものではないが、エチレンの透過性能が向上しやすい点で50μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましい。エチレンの選択性や膜の強度が向上しやすい観点で0.1μm以上が好ましく、0.5μm以上がより好ましい。 Although the thickness of the zeolite membrane used in the present invention is not particularly limited, it is preferably 50 μm or less, more preferably 10 μm or less, in terms of easily improving ethylene permeability. The thickness is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, from the viewpoint of easily improving ethylene selectivity and membrane strength.

ゼオライト膜は、公知の方法で製造することができるため、詳細な説明は省略する。公知の方法としては、例えば、特開2017-213488号公報や、特開2005-289735号公報や、特開2016-174996号公報に記載の方法が挙げられる。一例としては、種晶を基材の外表面に付着し、種晶が付着した基材を、ゼオライト膜合成用原料組成物(ゼオライトの構成成分を含む溶液)に浸漬して水熱合成する方法を挙げることができる。なお、基材として、多孔質支持体を用いれば、多孔質支持体上にゼオライト膜を形成することができる。 Since the zeolite membrane can be manufactured by a known method, detailed description is omitted. Known methods include, for example, the methods described in JP-A-2017-213488, JP-A-2005-289735, and JP-A-2016-174996. As an example, seed crystals are attached to the outer surface of a base material, and the base material with the seed crystals attached is immersed in a raw material composition for zeolite membrane synthesis (solution containing zeolite constituents) for hydrothermal synthesis. can be mentioned. If a porous support is used as the substrate, the zeolite membrane can be formed on the porous support.

上述した方法で得られたゼオライト膜において、ゼオライトの対イオンが、アルカリ金属イオンである場合、そのゼオライト膜を、本発明の分離方法に用いることができる。一方、上述した方法で得られたゼオライト膜において、ゼオライトの対イオンが、アルカリ金属イオン以外の他のイオンである場合や、所望のアルカリ金属イオンでない場合には、それらのイオンを所望のアルカリ金属イオンにイオン交換することで、本発明の分離方法に用いるゼオライト膜を得ることができる。イオン交換の方法は、特に限定されるものではないが、例えば、アルカリ金属イオンを含む水溶液にゼオライト膜を浸漬する方法を挙げることができる。水溶液中のアルカリ金属の濃度は、特に限定されるものではないが、例えば、0.001モル%以上1.00モル%以下とすることができる。 In the zeolite membrane obtained by the method described above, when the zeolite counter ion is an alkali metal ion, the zeolite membrane can be used in the separation method of the present invention. On the other hand, in the zeolite membrane obtained by the above-described method, when the counter ions of the zeolite are ions other than alkali metal ions, or when they are not the desired alkali metal ions, those ions are converted to the desired alkali metal ions. The zeolite membrane used in the separation method of the present invention can be obtained by ion exchange. The ion-exchange method is not particularly limited, but for example, a method of immersing the zeolite membrane in an aqueous solution containing alkali metal ions can be mentioned. The concentration of the alkali metal in the aqueous solution is not particularly limited, but can be, for example, 0.001 mol % or more and 1.00 mol % or less.

次いで、本発明のエチレンの具体的な分離方法について説明する。 Next, a specific method for separating ethylene according to the present invention will be described.

本発明のエチレンの分離方法は、上述した分離工程を有する。分離工程に使用するゼオライト膜は、対イオンがアルカリ金属イオンであるゼオライト膜である。 The method for separating ethylene of the present invention has the separation steps described above. The zeolite membrane used in the separation step is a zeolite membrane whose counterions are alkali metal ions.

分離工程では、第1気体に暴露されたゼオライト膜に第2気体を接触させる。 In the separation step, the second gas is brought into contact with the zeolite membrane exposed to the first gas.

第2気体をゼオライト膜に接触する位置は、特に限定されるものではなく、ゼオライト膜全体に接触されてもよく、一部の領域に接触されてもよい。例えば、厚み方向で対向する2つのゼオライト膜の表面のうち、いずれか一方の表面のみに対して第1気体を接触することができる。この場合、第2気体から分離されるエチレンは、ゼオライト膜を透過して他方の面から排出される。 The position at which the second gas contacts the zeolite membrane is not particularly limited, and the entire zeolite membrane may be contacted, or a partial region may be contacted. For example, the first gas can be brought into contact with only one of the surfaces of two zeolite membranes facing each other in the thickness direction. In this case, ethylene separated from the second gas permeates the zeolite membrane and is discharged from the other side.

多孔質支持体上にゼオライト膜が形成されている場合、分離工程では、多孔質支持体上のゼオライト膜に対して第2気体を接触する。多孔質支持体上にゼオライト膜が形成されている場合であっても、第2気体は、ゼオライト膜の少なくとも一部の領域に接触すればよい。例えば、多孔質支持体が、対向する2つの表面(多孔質支持体上の面)を有し、その少なくとも一方の表面上にゼオライト膜が形成されている場合、その一方の表面上に形成されるゼオライト膜(その表面)に対し、第2気体を接触することができる。この場合、第2気体から分離されるエチレンは、ゼオライト膜を透過するとともに多孔質支持体を透過し、多孔質支持体における他方の面から排出される。 When the zeolite membrane is formed on the porous support, the second gas is brought into contact with the zeolite membrane on the porous support in the separation step. Even when the zeolite membrane is formed on the porous support, the second gas may contact at least a partial region of the zeolite membrane. For example, when the porous support has two opposing surfaces (surfaces on the porous support) and a zeolite membrane is formed on at least one of the surfaces, the The second gas can be brought into contact with the zeolite membrane (its surface). In this case, ethylene separated from the second gas permeates the zeolite membrane and the porous support, and is discharged from the other side of the porous support.

なお、ゼオライト膜において、第2気体を接触する領域は、第1気体が暴露された領域であってもよく、暴露されていない領域であってもよい。 In addition, in the zeolite membrane, the region in contact with the second gas may be the region exposed to the first gas or the region not exposed to the first gas.

ゼオライト膜に第2気体が接触することにより、第2気体からエチレンが分離される。さらに詳しくは、ゼオライト膜に第2気体を接触させると、選択的にエチレンがゼオライト膜を透過する。つまり、分離工程の処理が行われることで、第2気体中のエチレンは、選択的にゼオライト膜を透過し、第2気体から分離される。この際、エチレンと同伴する窒素や一酸化炭素等の他の成分はゼオライト膜により阻害され、透過量は極めて少ない。 Ethylene is separated from the second gas by contacting the second gas with the zeolite membrane. More specifically, when the zeolite membrane is brought into contact with the second gas, ethylene selectively permeates the zeolite membrane. That is, by performing the separation step, ethylene in the second gas selectively permeates the zeolite membrane and is separated from the second gas. At this time, other components such as nitrogen and carbon monoxide accompanying ethylene are blocked by the zeolite membrane, and the permeation amount is extremely small.

第2気体に含まれる他の成分として水素や一酸化炭素が含まれる場合、本発明における分離は、下記式(1)で表される分離係数(-)が2以上、好ましくは3以上の性能を有するゼオライト膜を用いて行うことができる。

Figure 0007245699000001
When hydrogen or carbon monoxide is contained as other components contained in the second gas, the separation in the present invention has a separation factor (−) represented by the following formula (1) of 2 or more, preferably 3 or more. can be performed using a zeolite membrane having

Figure 0007245699000001

上記式(1)において、Pは、ゼオライト膜を透過した気体中のエチレンのモル濃度(mol%)を示し、Pは、ゼオライト膜を透過した気体中の窒素(又は一酸化炭素)のモル濃度(mol%)を示し、Sは、ゼオライト膜に供給した第2気体中のエチレンのモル濃度(mol%)を示し、Sは、ゼオライト膜に供給した第2気体中の窒素(又は一酸化炭素)のモル濃度(mol%)を示す。 In the above formula (1), P e indicates the molar concentration (mol%) of ethylene in the gas that has permeated the zeolite membrane, and P o indicates the concentration of nitrogen (or carbon monoxide) in the gas that has permeated the zeolite membrane. Se indicates the molar concentration (mol%) of ethylene in the second gas supplied to the zeolite membrane, and So indicates the molar concentration (mol%) of nitrogen in the second gas supplied to the zeolite membrane ( or carbon monoxide).

また、本発明における分離方法において、ゼオライト膜のエチレン透過度は、効率的にエチレンを分離できる観点から、1.0×10-8mol/m/s/Pa以上が好ましく、3.0×10-8mol/m/s/Pa以上であることがより好ましい。なお、本明細書において、透過度とは、単位分圧差で単位面積のゼオライト膜を通過する単位時間あたりのガスのモル数(透過流量)を指し、気体(エチレン)の温度が20℃における透過度を指す。透過度は、気体の分圧差を0.2MPa、膜面積を0.0006m、及び膜温度を20℃の条件で行う試験に基づいて得ることができる。 In the separation method of the present invention, the ethylene permeability of the zeolite membrane is preferably 1.0×10 −8 mol/m 2 /s/Pa or more from the viewpoint of efficiently separating ethylene, and 3.0× It is more preferably 10 −8 mol/m 2 /s/Pa or more. In this specification, the permeability refers to the number of moles of gas (permeation flow rate) per unit time that passes through a zeolite membrane of a unit area with a unit partial pressure difference, and the permeation rate at a gas (ethylene) temperature of 20 ° C. degree. The permeability can be obtained based on a test conducted under conditions of a gas partial pressure difference of 0.2 MPa, a membrane area of 0.0006 m 2 , and a membrane temperature of 20°C.

本発明では、第2気体からエチレンを分離する前に、ゼオライト膜が吸着している水分を予め除去する脱水工程(以下、「脱水工程」ともいう)を行ってもよい。脱水工程が行われることでエチレンをさらに高選択的に分離することができる。脱水工程における脱水方法は特に限定するものではないが、例えば、分離性能を高めるため減圧下500℃以下で加熱処理する方法が挙げられる。エネルギー消費量が低い点で100℃以上が好ましく、50℃以上がより好ましい。分離性能とエネルギー消費量の観点で50℃以上400℃以下がさらに好ましい。なお、脱水工程における脱水は、減圧下で行ってもよいが、大気圧下で行われても良い。また、脱水工程における脱水は、酸素雰囲気で行われてもよく、非酸素雰囲気で行われても良い。 In the present invention, before separating ethylene from the second gas, a dehydration step (hereinafter also referred to as a "dehydration step") may be performed to previously remove moisture adsorbed by the zeolite membrane. By performing the dehydration step, ethylene can be separated with higher selectivity. Although the dehydration method in the dehydration step is not particularly limited, for example, a method of performing heat treatment at 500° C. or less under reduced pressure in order to improve the separation performance can be mentioned. The temperature is preferably 100° C. or higher, more preferably 50° C. or higher, in terms of low energy consumption. From the viewpoint of separation performance and energy consumption, the temperature is more preferably 50° C. or higher and 400° C. or lower. The dehydration in the dehydration step may be performed under reduced pressure, or may be performed under atmospheric pressure. Moreover, dehydration in the dehydration step may be performed in an oxygen atmosphere or in a non-oxygen atmosphere.

分離工程において、ゼオライト膜に第2気体を接触する方法は特に限定されるものではないが、例えば、温度を調整したゼオライト膜に第2気体を接触してもよい。ゼオライト膜の温度は、-104℃以上であることが好ましく、更には-20℃以上、また更には0℃以上が好ましい。これにより、ゼオライト膜の細孔内(多孔質支持体を用いる場合には、多孔質支持体の孔内)において、エチレンの凝縮が抑制され、より高選択的に分離を行うことができる。また、ゼオライト膜の温度は、150℃以下であることが好ましく、更には100℃以下であることが好ましい。これにより、エチレンをより高選択的に透過させることができる。 In the separation step, the method of bringing the second gas into contact with the zeolite membrane is not particularly limited, but for example, the second gas may be brought into contact with the temperature-controlled zeolite membrane. The temperature of the zeolite membrane is preferably −104° C. or higher, more preferably −20° C. or higher, further preferably 0° C. or higher. As a result, condensation of ethylene is suppressed in the pores of the zeolite membrane (in the pores of the porous support when a porous support is used), and separation can be performed with higher selectivity. Also, the temperature of the zeolite membrane is preferably 150° C. or lower, more preferably 100° C. or lower. Thereby, ethylene can be permeated more selectively.

また、分離工程では、ゼオライト膜に接触する第2気体の圧力を調整してもよい。ゼオライト膜に接触する第2気体の圧力は、例えば、0.1MPa~10MPaとすることができる。 Moreover, in the separation step, the pressure of the second gas contacting the zeolite membrane may be adjusted. The pressure of the second gas that contacts the zeolite membrane can be, for example, 0.1 MPa to 10 MPa.

なお、本発明の分離方法は、ゼオライト膜により分離されたエチレンを回収する回収工程(以下、「回収工程」ともいう)を含んでいてもよい。回収工程において、エチレンの回収方法は、特に限定されるものではないが、通常、ゼオライト膜で分離されたエチレンは、第2気体を接触した面に対向する面(以下、「対向面」ともいう)から排出される。このため、例えば、対向面に回収装置を配置することにより、ゼオライト膜で分離されたエチレンを回収することができる。 In addition, the separation method of the present invention may include a recovery step (hereinafter also referred to as “recovery step”) for recovering ethylene separated by the zeolite membrane. In the recovery step, the method for recovering ethylene is not particularly limited, but usually, the ethylene separated by the zeolite membrane is deposited on the surface opposite to the surface in contact with the second gas (hereinafter also referred to as the “facing surface”). ). Therefore, for example, ethylene separated by the zeolite membrane can be recovered by arranging a recovery device on the opposite surface.

本発明のゼオライト膜は、系外から大量の熱エネルギーを加えることなく、複数の成分からなる第2気体からエチレンを選択的に分離することができる。また、本発明のゼオライト膜は、有機塩素化合物に対する耐久性に優れることから、ゼオライト膜が劣化することなく長期的に安定してエチレンを透過・分離することが可能である。このため、本発明の分離方法によれば、従来の蒸留法や吸着剤を用いた圧力スウィング吸着法に比べて極めてエネルギー効率が良いため、省エネルギー製造プロセスを提供することができる。 The zeolite membrane of the present invention can selectively separate ethylene from a second gas composed of multiple components without applying a large amount of heat energy from outside the system. In addition, since the zeolite membrane of the present invention has excellent durability against organochlorine compounds, it is possible to stably permeate and separate ethylene for a long period of time without deterioration of the zeolite membrane. Therefore, according to the separation method of the present invention, energy efficiency is extremely high compared to the conventional distillation method and the pressure swing adsorption method using an adsorbent, so an energy-saving production process can be provided.

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら制限されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

(X線回折測定)
一般的なXRD装置(装置名:RINT UltimaIII、理学電機製)を使用し、試料のXRD測定を行った。測定条件は以下のとおりとした。
線源 : CuKα線(λ=1.54Å)
測定モード : ステップスキャン
スキャン条件: 毎分4°
発散スリット: 2/3deg
散乱スリット: 2/3deg
受光スリット: 0.3mm
ステップ幅 : 0.02°
測定範囲 : 2θ=5~40°
(X-ray diffraction measurement)
Using a general XRD device (device name: RINT Ultima III, manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.), the sample was subjected to XRD measurement. The measurement conditions were as follows.
Radiation source: CuKα rays (λ = 1.54 Å)
Measurement mode: step scan
Scanning conditions: 4° per minute
Divergence slit: 2/3deg
Scattering slit: 2/3deg
Receiving slit: 0.3mm
Step width: 0.02°
Measurement range: 2θ = 5 to 40°

(組成分析)
ゼオライトの対イオン及びSi/Alモル比は、エネルギー分散型X線分光法(EDS)で測定・同定した。測定・同定には一般的なSEM-EDS装置(装置名:JSM-IT100 InTouchScope、日本電子(株)製)を用いた。
(composition analysis)
Zeolite counterions and Si/Al molar ratios were measured and identified by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). A general SEM-EDS device (device name: JSM-IT100 InTouchScope, manufactured by JEOL Ltd.) was used for measurement and identification.

(エチレンの分離評価)
図1に示す分離性能評価装置を用いて、ゼオライト膜の分離性能を評価した。分離性能の評価では、第2気体として、エチレン/窒素のモル比が20/80の混合ガス、又はエチレン/水素/一酸化炭素/二酸化炭素のモル比が20/61/14/5の混合ガスを用いた。ゼオライト膜を透過した透過ガスは、スィープガス(He)により回収し、ガスクロマトグラフィーにより定量分析を実施した。測定には一般的なガスクロマトグラフ装置(装置名:Agilent 7890B、アジレント・テクノロジー(株)製、TCD検出器)を用いた。エチレン分離性能を示す分離係数は上記式(1)により算出した。
(Ethylene separation evaluation)
The separation performance of the zeolite membrane was evaluated using the separation performance evaluation apparatus shown in FIG. In the evaluation of separation performance, as the second gas, a mixed gas having a molar ratio of ethylene/nitrogen of 20/80, or a mixed gas having a molar ratio of ethylene/hydrogen/carbon monoxide/carbon dioxide of 20/61/14/5 was used. The permeated gas that permeated the zeolite membrane was recovered with a sweep gas (He) and quantitatively analyzed by gas chromatography. A general gas chromatograph (device name: Agilent 7890B, manufactured by Agilent Technologies, Inc., TCD detector) was used for the measurement. A separation factor indicating ethylene separation performance was calculated by the above formula (1).

図1に示す評価装置についてより詳細に説明する。図1に示す評価装置では、マスフローコントローラー4,5により供給量を調整した、エチレンガス1と他の成分のガス2(窒素ガス、又は水素と一酸化炭素と二酸化炭素の混合ガス)の混合ガスを、ヒーターにより加熱して、大気圧に保持したモジュール8に供給した。モジュール8は、円筒型のゼオライト膜付多孔質支持体9の外側表面に混合ガスを供給し、ゼオライト膜付多孔質支持体9の内側表面から透過ガスを排出させた。供給する混合ガスの総供給量は100ml/minに固定し、エチレンガス1と他の成分のガス2の比率を、実施例または比較例に応じて変化させた。ゼオライト膜付多孔質支持体9(ゼオライト膜)の温度は、恒温槽7の温度を調整することで変化させた。また、透過側にはキャリアガスとしてヘリウムガス3を、100mL/minの速度で流した。ゼオライト膜を透過した透過ガスを含む回収ガスを分取し、ガスクロマトグラフ11にて分析を行ない、ゼオライト膜を透過した透過ガスの透過率(mol/m/s/Pa)および分離係数を算出して評価を行った。 The evaluation device shown in FIG. 1 will be described in more detail. In the evaluation apparatus shown in FIG. 1, a mixed gas of ethylene gas 1 and other component gas 2 (nitrogen gas or a mixed gas of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide) whose supply amounts are adjusted by mass flow controllers 4 and 5 was heated by a heater and supplied to the module 8 maintained at atmospheric pressure. The module 8 supplied the mixed gas to the outer surface of the cylindrical zeolite membrane-attached porous support 9 and discharged the permeated gas from the inner surface of the zeolite membrane-attached porous support 9 . The total supply amount of the mixed gas to be supplied was fixed at 100 ml/min, and the ratio of ethylene gas 1 and other component gas 2 was changed according to the example or the comparative example. The temperature of the zeolite membrane-attached porous support 9 (zeolite membrane) was changed by adjusting the temperature of the constant temperature bath 7 . On the permeation side, helium gas 3 was passed as a carrier gas at a rate of 100 mL/min. Collected gas containing the permeated gas that has permeated the zeolite membrane is fractionated and analyzed by the gas chromatograph 11 to calculate the permeation rate (mol/m 2 /s/Pa) and the separation factor of the permeated gas that has permeated the zeolite membrane. and evaluated.

参考例1
特許文献(特開2017-213488号公報)と同様の方法で、FAU型ゼオライトにより構成されるゼオライト膜を、多孔質支持体上に形成した。得られた多孔質支持体のゼオライト膜部分に対して、XRD測定を行った。XRD測定による構成相の同定により、その結晶相(ゼオライト)がFAU型であることを確認した。また、SEM-EDS測定により当該ゼオライト膜部分の対イオンがNaであり、Si/Alモル比が1.2であることを確認した。
Reference example 1
A zeolite membrane composed of FAU-type zeolite was formed on a porous support in the same manner as in the patent document (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-213488). XRD measurement was performed on the zeolite membrane portion of the obtained porous support. Identification of the constituent phases by XRD measurement confirmed that the crystalline phase (zeolite) was of the FAU type. Further, it was confirmed by SEM-EDS measurement that the counter ion of the zeolite membrane portion was Na and the Si/Al molar ratio was 1.2.

得られたNaFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体を、図1に示す評価装置の恒温槽内へ取り付け、恒温槽の温度を60℃に保持した状態で、エチレン/水素/一酸化炭素/二酸化炭素のモル比が20/61/14/5の混合ガスとなるようにゼオライト膜表面へ供給し、エチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、CO透過度、及び分離係数を表1に示す。 The resulting NaFAU-type zeolite membrane-attached porous support was mounted in the constant temperature bath of the evaluation apparatus shown in FIG. A mixed gas having a molar ratio of 20/61/14/5 was supplied to the surface of the zeolite membrane, and the ethylene separation performance was evaluated. Table 1 shows the ethylene permeability, CO permeability, and separation factor.

実施例1
参考例1でエチレン分離性能評価を実施したNaFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体を、SUS製密閉容器内に設置し、そこでトリクロロメタン(CHCl)蒸気に31日間暴露させた(CHCl蒸気圧:21kPa、20℃)。その後、参考例1と同様の条件でエチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、CO透過度、及び分離係数を表1に示す。
Example 1
The NaFAU-type zeolite membrane-attached porous support for which the ethylene separation performance was evaluated in Reference Example 1 was placed in a SUS closed container, where it was exposed to trichloromethane (CHCl 3 ) vapor for 31 days (CHCl 3 vapor pressure : 21 kPa, 20°C). Thereafter, the ethylene separation performance was evaluated under the same conditions as in Reference Example 1. Table 1 shows the ethylene permeability, CO permeability, and separation factor.

参考例2
特許文献(特開2005-289735号公報)を参考に、BEA型ゼオライトにより構成されるゼオライト膜を、多孔質支持体上に形成した。得られた多孔質支持体のゼオライト膜部分に対して、XRD測定によって構成相の同定を行い、その結晶相(ゼオライト)がBEA型であることを確認した。また、当該ゼオライト膜部分の対イオンがNaであることを確認した。
Reference example 2
A zeolite membrane composed of BEA-type zeolite was formed on a porous support with reference to the patent document (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-289735). The constituent phases of the zeolite membrane portion of the obtained porous support were identified by XRD measurement, and it was confirmed that the crystal phase (zeolite) was the BEA type. Also, it was confirmed that the counter ion of the zeolite membrane portion was Na.

得られたNaBEA型ゼオライト膜付多孔質支持体を、参考例1と同様の条件でエチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、CO透過度、及び分離係数を表1に示す。 Ethylene separation performance evaluation was performed on the resulting NaBEA-type zeolite membrane-attached porous support under the same conditions as in Reference Example 1. Table 1 shows the ethylene permeability, CO permeability, and separation factor.

実施例2
参考例2でエチレン分離性能評価を実施したNaBEA型ゼオライト膜付多孔質支持体を、実施例1と同様の方法でCHCl蒸気に32日間暴露させた。その後、参考例1と同様の条件でエチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、CO透過度、及び分離係数を表1に示す。
Example 2
The NaBEA-type zeolite membrane-attached porous support for which the ethylene separation performance was evaluated in Reference Example 2 was exposed to CHCl 3 vapor in the same manner as in Example 1 for 32 days. Thereafter, the ethylene separation performance was evaluated under the same conditions as in Reference Example 1. Table 1 shows the ethylene permeability, CO permeability, and separation factor.

参考例3
特許文献(特開2016-174996号公報)を参考に、MFI型ゼオライトにより構成されるゼオライト膜を、多孔質支持体上に形成した。得られた多孔質支持体のゼオライト膜部分に対して、XRD測定によって構成相の同定を行い、その結晶相(ゼオライト)がMFI型であることを確認した。当該ゼオライト膜部分の対イオンがNaであり、Si/Alのモル比が20であることから、NaZSM-5型ゼオライトであることを確認した。
Reference example 3
A zeolite membrane composed of MFI-type zeolite was formed on a porous support with reference to the patent document (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-174996). The constituent phases of the zeolite membrane portion of the obtained porous support were identified by XRD measurement, and it was confirmed that the crystalline phase (zeolite) was of the MFI type. Since the counter ion of the zeolite membrane portion was Na and the Si/Al molar ratio was 20, it was confirmed to be NaZSM-5 type zeolite.

得られたNaZSM-5型ゼオライト膜付多孔質支持体について脱水処理(120℃、2h、N 50mL/min)を実施した後、恒温槽の温度を40℃にした以外は参考例1と同様の条件でエチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、CO透過度、及び分離係数を表1に示す。なお、NaZSM-5型ゼオライトについて、脱水処理したのは、細孔内に吸着した水分を除去するためである。 The obtained porous support with NaZSM-5 type zeolite membrane was subjected to dehydration treatment (120° C., 2 h, N 2 50 mL/min), and then the temperature of the constant temperature bath was set to 40° C. The same as in Reference Example 1. Ethylene separation performance evaluation was performed under the following conditions. Table 1 shows the ethylene permeability, CO permeability, and separation factor. The reason why the NaZSM-5 type zeolite was dehydrated is to remove water adsorbed in the pores.

実施例3
参考例3でエチレン分離性能評価を実施したNaZSM-5型ゼオライト膜付多孔質支持体を、実施例1と同様の方法でCHCl蒸気に30日間暴露させた。その後、膜温度を40℃にした以外は参考例1と同様の条件で、エチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、CO透過度、及び分離係数を表1に示す。
Example 3
The NaZSM-5 type zeolite membrane-attached porous support for which the ethylene separation performance was evaluated in Reference Example 3 was exposed to CHCl 3 vapor in the same manner as in Example 1 for 30 days. Thereafter, the ethylene separation performance was evaluated under the same conditions as in Reference Example 1, except that the membrane temperature was 40°C. Table 1 shows the ethylene permeability, CO permeability, and separation factor.

参考例4
特許文献(特許第6389625号公報)を参考にして、実施例1と同様の方法で作製したNaFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体からAgFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体を得た。参考例1と同様の条件で、エチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、CO透過度、及び分離係数を表1に示す。
Reference example 4
A porous support with an AgFAU-type zeolite membrane was obtained from a porous support with a NaFAU-type zeolite membrane prepared in the same manner as in Example 1 with reference to the patent document (Japanese Patent No. 6389625). Ethylene separation performance was evaluated under the same conditions as in Reference Example 1. Table 1 shows the ethylene permeability, CO permeability, and separation factor.

比較例1
参考例1と同様の方法で作製したNaFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体を0.01モル%のAgNO水溶液に2h浸漬した後、蒸留水で複数回洗浄してAgFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体を得た。当該ゼオライト膜部分の対イオンがAgであることを確認した。当該膜付多孔質支持体を、実施例1と同様の方法でCHCl蒸気に31日間暴露させた。その後、参考例1と同様の条件で、エチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、CO透過度、及び分離係数を表1に示す。
Comparative example 1
A porous support with a NaFAU-type zeolite membrane prepared in the same manner as in Reference Example 1 was immersed in a 0.01 mol % AgNO3 aqueous solution for 2 hours and then washed with distilled water several times to obtain a porous support with an AgFAU-type zeolite membrane. A support was obtained. It was confirmed that the counter ion of the zeolite membrane portion was Ag. The membrane-coated porous support was exposed to CHCl 3 vapor in the same manner as in Example 1 for 31 days. After that, under the same conditions as in Reference Example 1, the ethylene separation performance was evaluated. Table 1 shows the ethylene permeability, CO permeability, and separation factor.

Figure 0007245699000002
Figure 0007245699000002

表1から、ゼオライト膜における対イオンがアルカリ金属イオンである場合には、有機塩素化合物であるトリクロロメタンに暴露した後においても分離性能を保持していることが分かる。また、実施例1~3では、分離係数が1よりも大きく、有機塩素化合物に暴露した後であっても、エチレンとCOを含む混合ガスからエチレンを選択的に分離可能であることが分かる。特に、FAU型及びZSM-5型のゼオライトが用いられる実施例1及び3においては、トリクロロメタン暴露後に分離係数を保持したままエチレン透過度が増加していることが分かる。 From Table 1, it can be seen that when the counter ions in the zeolite membrane are alkali metal ions, the separation performance is maintained even after exposure to trichloromethane, which is an organochlorine compound. In addition, in Examples 1 to 3, the separation factor is greater than 1, and it can be seen that ethylene can be selectively separated from a mixed gas containing ethylene and CO even after exposure to an organic chlorine compound. In particular, in Examples 1 and 3, in which the FAU-type and ZSM-5-type zeolites are used, it can be seen that the ethylene permeability increases while maintaining the separation factor after exposure to trichloromethane.

参考例5
参考例1と同様の方法で作製したNaFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体を0.1モル%のLiCl水溶液に2h浸漬した後、蒸留水で複数回洗浄してLiFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体を得た。当該膜付多孔質支持体を、図1に示す評価装置の恒温槽内へ取り付け、恒温槽の温度を80℃に保持した状態で、エチレン/窒素のモル比が20/80の混合ガスとなるようにゼオライト膜表面へ供給し、エチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、窒素透過度、及び分離係数を表2に示す。
Reference example 5
A porous support with a NaFAU-type zeolite membrane prepared in the same manner as in Reference Example 1 was immersed in a 0.1 mol % LiCl aqueous solution for 2 hours and then washed with distilled water several times to obtain a porous support with a LiFAU-type zeolite membrane. got a body The membrane-coated porous support is mounted in the constant temperature bath of the evaluation device shown in FIG. It was supplied to the zeolite membrane surface as follows, and the ethylene separation performance was evaluated. Ethylene permeabilities, nitrogen permeabilities, and separation factors are shown in Table 2.

参考例6
参考例1と同様の方法で作製したNaFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体について、参考例5と同様の条件でエチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、窒素透過度、及び分離係数を表2に示す。
Reference example 6
A NaFAU-type zeolite membrane-attached porous support prepared in the same manner as in Reference Example 1 was evaluated for ethylene separation performance under the same conditions as in Reference Example 5. Ethylene permeabilities, nitrogen permeabilities, and separation factors are shown in Table 2.

参考例7
参考例1と同様の方法で作製したNaFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体を0.1モル%のKCl水溶液に2h浸漬した後、蒸留水で複数回洗浄してKFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体を得た。当該膜付多孔質支持体について、参考例5と同様の条件でエチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、窒素透過度、及び分離係数を表2に示す。
Reference example 7
A porous support with a NaFAU-type zeolite membrane prepared in the same manner as in Reference Example 1 was immersed in a 0.1 mol % KCl aqueous solution for 2 hours and then washed with distilled water several times to obtain a porous support with a KFAU-type zeolite membrane. got a body The membrane-coated porous support was evaluated for ethylene separation performance under the same conditions as in Reference Example 5. Ethylene permeabilities, nitrogen permeabilities, and separation factors are shown in Table 2.

参考例8
参考例1と同様の方法で作製したNaFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体を0.1モル%のRbCl水溶液に2h浸漬した後、蒸留水で複数回洗浄してRbFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体を得た。当該膜付多孔質支持体について、参考例5と同様の条件でエチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、窒素透過度、及び分離係数を表2に示す。
Reference example 8
A porous support with a NaFAU-type zeolite membrane prepared in the same manner as in Reference Example 1 was immersed in a 0.1 mol % RbCl aqueous solution for 2 hours and then washed with distilled water several times to obtain a porous support with an RbFAU-type zeolite membrane. got a body The membrane-coated porous support was evaluated for ethylene separation performance under the same conditions as in Reference Example 5. Ethylene permeabilities, nitrogen permeabilities, and separation factors are shown in Table 2.

参考例9
参考例1と同様の方法で作製したNaFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体を0.1モル%のCsCl水溶液に2h浸漬した後、蒸留水で複数回洗浄してCsFAU型ゼオライト膜付多孔質支持体を得た。当該膜付多孔質支持体について、参考例5と同様の条件でエチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、窒素透過度、及び分離係数を表2に示す。
Reference example 9
A porous support with a NaFAU-type zeolite membrane prepared in the same manner as in Reference Example 1 was immersed in a 0.1 mol % CsCl aqueous solution for 2 hours and then washed with distilled water several times to obtain a porous support with a CsFAU-type zeolite membrane. got a body The membrane-coated porous support was evaluated for ethylene separation performance under the same conditions as in Reference Example 5. Ethylene permeabilities, nitrogen permeabilities, and separation factors are shown in Table 2.

参考例10
参考例2と同様の方法で作製したNaBEA型ゼオライト膜付多孔質支持体について、恒温槽の温度を60℃にした以外は参考例5と同様の条件でエチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、窒素透過度、及び分離係数を表2に示す。
Reference example 10
A porous support with a NaBEA-type zeolite membrane prepared in the same manner as in Reference Example 2 was evaluated for ethylene separation performance under the same conditions as in Reference Example 5, except that the temperature of the constant temperature bath was 60°C. Ethylene permeabilities, nitrogen permeabilities, and separation factors are shown in Table 2.

Figure 0007245699000003
Figure 0007245699000003

表2から、ゼオライト膜における対イオンがアルカリ金属イオンである場合には、エチレンと窒素の混合ガスからエチレンを選択的に分離可能であることが分かる。 From Table 2, it can be seen that ethylene can be selectively separated from a mixed gas of ethylene and nitrogen when the counterions in the zeolite membrane are alkali metal ions.

参考例11
参考例3と同様の方法で作製したNaZSM-5型ゼオライト膜付多孔質支持体を、0.1モル%のLiCl水溶液に2h浸漬した後、蒸留水で複数回洗浄してLiZSM-5型ゼオライト膜付多孔質支持体を得た。当該膜付多孔質支持体について、恒温槽の温度を60℃にした以外は参考例1と同様の条件でエチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、CO透過度、及び分離係数を表3に示す。
Reference example 11
A porous support with a NaZSM-5 type zeolite membrane prepared in the same manner as in Reference Example 3 was immersed in a 0.1 mol% LiCl aqueous solution for 2 hours and then washed several times with distilled water to obtain LiZSM-5 type zeolite. A porous support with a membrane was obtained. The membrane-coated porous support was evaluated for ethylene separation performance under the same conditions as in Reference Example 1, except that the temperature of the constant temperature bath was 60°C. Ethylene permeability, CO permeability, and separation factor are shown in Table 3.

参考例12
参考例3と同様の方法で作製したNaZSM-5型ゼオライト膜付多孔質支持体について、参考例11と同様の条件でエチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、CO透過度、及び分離係数を表3に示す。
Reference example 12
Ethylene separation performance was evaluated under the same conditions as in Reference Example 11 for the NaZSM-5 type zeolite membrane-attached porous support prepared in the same manner as in Reference Example 3. Ethylene permeability, CO permeability, and separation factor are shown in Table 3.

参考例13
参考例3と同様の方法で作製したNaZSM-5型ゼオライト膜付多孔質支持体を、0.1モル%のKCl水溶液に2h浸漬した後、蒸留水で複数回洗浄してKZSM-5型ゼオライト膜付多孔質支持体を得た。当該膜付多孔質支持体について、参考例11と同様の条件でエチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、CO透過度、及び分離係数を表3に示す。
Reference example 13
A porous support with a NaZSM-5 type zeolite membrane prepared in the same manner as in Reference Example 3 was immersed in a 0.1 mol% KCl aqueous solution for 2 hours, and then washed several times with distilled water to obtain a KZSM-5 type zeolite. A porous support with a membrane was obtained. The membrane-coated porous support was evaluated for ethylene separation performance under the same conditions as in Reference Example 11. Ethylene permeability, CO permeability, and separation factor are shown in Table 3.

参考例14
参考例3と同様の方法で作製したNaZSM-5型ゼオライト膜付多孔質支持体を、0.1モル%のRbCl水溶液に2h浸漬した後、蒸留水で複数回洗浄してRbZSM-5型ゼオライト膜付多孔質支持体を得た。当該膜付多孔質支持体について、参考例11と同様の条件でエチレン分離性能評価を実施した。エチレン透過度、CO透過度、及び分離係数を表3に示す。
Reference example 14
A NaZSM-5 type zeolite membrane-attached porous support prepared in the same manner as in Reference Example 3 was immersed in a 0.1 mol% RbCl aqueous solution for 2 hours and then washed several times with distilled water to obtain RbZSM-5 type zeolite. A porous support with a membrane was obtained. The membrane-coated porous support was evaluated for ethylene separation performance under the same conditions as in Reference Example 11. Ethylene permeability, CO permeability, and separation factor are shown in Table 3.

Figure 0007245699000004
Figure 0007245699000004

表3から、ゼオライト膜における対イオンがアルカリ金属イオンである場合には、エチレンとCOを含む混合ガスからエチレンを選択的に分離可能であることが分かる。 From Table 3, it can be seen that ethylene can be selectively separated from a mixed gas containing ethylene and CO when the counterions in the zeolite membrane are alkali metal ions.

本発明のエチレン分離方法によれば、有機塩素化合物を含む気体に暴露された後であっても、エチレンを含む気体からエチレンを分離することが可能である。 According to the ethylene separation method of the present invention, it is possible to separate ethylene from a gas containing ethylene even after being exposed to a gas containing an organic chlorine compound.

1 エチレンガス
2 窒素ガス又は水素/一酸化炭素/二酸化炭素の混合ガス
3 ヘリウム
4 マスフローコントローラー
5 マスフローコントローラー
6 マスフローコントローラー
7 恒温槽
8 モジュール
9 ゼオライト膜付多孔質支持体(塗潰し部)
10 排気
11 ガスクロマトグラフ
12 排気
1 Ethylene gas 2 Nitrogen gas or mixed gas of hydrogen / carbon monoxide / carbon dioxide 3 Helium 4 Mass flow controller 5 Mass flow controller 6 Mass flow controller 7 Thermostatic bath 8 Module 9 Porous support with zeolite membrane (filled part)
10 Exhaust 11 Gas Chromatograph 12 Exhaust

Claims (3)

有機塩素化合物を含む第1気体に暴露されたゼオライト膜を用いるエチレンの分離であって、
エチレンを含む複数の成分からなる第2気体を、前記第1気体に暴露された前記ゼオライト膜に接触させる工程を有し、
前記ゼオライト膜が、対イオンがナトリウムイオンであるゼオライトにより構成されており、
前記ゼオライトが、MFI型ゼオライト、BEA型ゼオライト、FAU型ゼオライトからなる群から少なくとも1種選択されるゼオライトであり、
前記有機塩素化合物がクロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、テトラクロロメタン、クロロエタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、ペンタクロロエタン、ヘキサクロロエタン、クロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレンからなる群から少なくとも1種選択される化合物であることを特徴とするエチレンの分離方法。
Separation of ethylene using a zeolite membrane exposed to a first gas comprising an organochlorine compound, comprising:
contacting the zeolite membrane exposed to the first gas with a second gas composed of a plurality of components including ethylene;
The zeolite membrane is composed of zeolite whose counter ions are sodium ions ,
The zeolite is at least one zeolite selected from the group consisting of MFI-type zeolite, BEA-type zeolite, and FAU-type zeolite,
The organic chlorine compound is at least one selected from the group consisting of chloromethane, dichloromethane, trichloromethane, tetrachloromethane, chloroethane, dichloroethane, trichloroethane, tetrachloroethane, pentachloroethane, hexachloroethane, chloroethylene, dichloroethylene, trichlorethylene, and tetrachloroethylene. A method for separating ethylene, characterized in that it is a compound .
前記ゼオライト膜がアルミナにより構成されるアルミナ多孔質支持体上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のエチレンの分離方法。 2. The method for separating ethylene according to claim 1, wherein said zeolite membrane is formed on an alumina porous support made of alumina. 前記ゼオライト膜のSi/Alモル比が1~1000であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のエチレンの分離方法。 3. The method for separating ethylene according to claim 1, wherein the zeolite membrane has a Si/Al molar ratio of 1 to 1,000.
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