TW201517976A - 酸性氣體分離模組 - Google Patents

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Makoto Sawada
Daisuke Hiraki
Takeshi Narita
Kenichi Ishizuka
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Abstract

本發明係有關於一種酸性氣體分離模組，在將包含具有促進輸送膜的酸性氣體分離層的層積體捲繞而成的螺旋型酸性氣體分離模組中，透過氣體流路用部件成為通過促進傳輸膜的酸性氣體的流路，其具有對酸性氣體流路進行約束的流路約束部件，在形成有流路約束部件的區域與該區域以外的區域之間將高壓變形量之差設為100μm以下。由此，本發明提供防止促進傳輸膜的損傷、長期發揮規定性能的酸性氣體分離模組。

Description

酸性氣體分離模組
本發明涉及從原料氣體中選擇性地分離酸性氣體的酸性氣體分離模組。具體而言，本發明涉及捲繞具有酸性氣體分離膜的層積體而成的螺旋型酸性氣體分離模組。
近年來，從原料氣體中選擇性地分離二氧化碳等酸性氣體的技術開發正在推進。例如，正在開發使用選擇性地透過酸性氣體的酸性氣體分離膜從原料氣體中分離酸性氣體的酸性氣體分離模組。
例如專利文獻1中公開了酸性氣體分離模組，其是將多重的包含酸性氣體分離膜的層積體纏繞於在管壁上形成有貫通孔的用於收集分離後的酸性氣體的中心筒(中心透過物收集管)而成的。
專利文獻1中公開的酸性氣體分離模組是使用所謂的溶解擴散膜作為酸性氣體分離膜的溶解擴散型酸性氣體分離模組。該溶解擴散膜利用酸性氣體和分離物件物質在膜中的溶解性與在膜中的擴散性之差從原料氣體分離酸性氣體。
專利文獻2中公開了一種酸性氣體分離模組(實驗裝置)，其中，用酸性氣體分離膜將空間分為原料室和透過室，對原料室供給原料氣體(由CO2 、H2 和H2 O構成的混合氣體)，將利用酸性氣體分離膜進行選擇性分離(透過)後的酸性氣體從透過室提取。
專利文獻2中公開的酸性氣體分離模組是使用所謂的促進傳輸膜作為酸性氣體分離膜的促進傳輸型酸性氣體分離模組。該促進傳輸膜在膜中具有可與酸性氣體反應的載體，通過該載體將酸性氣體傳輸至膜的相反側，由此從原料氣體中分離酸性氣體。
在這種酸性氣體分離模組中，如專利文獻1所示的將具有酸性氣體分離膜的層積體捲繞於在壁面具有貫通孔的中心筒而成(纏繞至中心筒)的所謂的螺旋型酸性氣體分離模組可以增大酸性氣體分離膜的面積。因此，螺旋型的酸性氣體分離模組能夠進行高效率的處理。
現有技術文獻
專利文獻1：日本特開平4-215824號公報
專利文獻2：日本專利第4621295號公報
＜發明要解決的課題＞
作為一個示例，螺旋型酸性氣體分離模組是除了酸性氣體分離膜和中心筒以外還具有供給氣體流路用部件和透過氣體流路用部件而構成的，該供給氣體流路用部件作為待分離出酸性氣體的原料氣體的流路，透過氣體流路用部件作為由酸性氣體分離膜分離後的酸性氣體的流路。
由這些部件組成的螺旋型酸性氣體分離模組具有如下構成：層積一片或兩片以上的層積酸性氣體分離膜、供給氣體流路用部件和透過氣體流路用部件而成的層積體，將所得到的該層積物纏繞於中心筒。
例如，上文中的專利文獻1中公開了一種螺旋型酸性氣體分離模組，其是將酸性氣體分離膜折成2折並夾持供給氣體流路用部件(供給物間隔體)，在折成2折後的酸性氣體分離膜的一個面上層積透過氣體流路用部件(透過物間隔體)製成層積體，層積兩片以上的該層積體，將所得到的層積物纏繞於中心筒(透過物收集管)而成。
另外，該透過氣體流路用部件的內部中形成有流路約束部件［密封(接合)緣部］，該流路約束部件接合所層積的各部位，並且對透過酸性氣體分離膜後的酸性氣體的流路進行約束，而且防止原料氣體等混入透過酸性氣體分離膜後的酸性氣體中。
此處，通常在高壓下向利用促進傳輸膜的酸性氣體分離模組中供給高溫且高濕度的原料氣體。另外，為了防止原料氣體所含有的水分的凝結，利用促進傳輸膜的酸性氣體分離模組通常在高溫條件下操作。
然而，根據本發明人的研究，由利用促進傳輸膜的酸性氣體分離模組來構成這種構成的螺旋型模組時，由於高溫條件和原料氣體的壓力，有時會導致促進傳輸膜發生劣化、損傷，隨之使酸性氣體分離模組的性能下降。
本發明的目的在於解決這種以往技術的問題點，在於提供一種酸性氣體分離模組，其是使用具有促進傳輸膜的酸性氣體分離膜(分離層)的螺旋型酸性氣體分離模組，其可防止因在高溫下的操作條件和原料氣體的壓力而導致的促進傳輸膜的劣化，可長期穩定地發揮規定的性能。
＜用於解決問題的手段＞
為了達到該目的，所提供的本發明的酸性氣體分離模組的特徵在於，其具有：管壁上形成有貫通孔的中心筒；作為原料氣體流路的供給氣體流路用部件；從在供給氣體流路用部件中流通的原料氣體中分離酸性氣體的酸性氣體分離層，所述酸性氣體分離層具有促進傳輸膜以及支撐促進傳輸膜的多孔質支撐體，所述促進傳輸膜含有可與酸性氣體反應的載體和用於擔載載體的親水性化合物；和透過氣體流路用部件，所述透過氣體流路用部件在內部設置有對酸性氣體的流路進行約束的流路約束部件，而且流路約束部件的形成位置與該流路約束部件以外的位置的高壓變形量之差為100μm以下，所述透過氣體流路用部件成為透過酸性氣體分離層後的酸性氣體向中心筒流通的流路，所述酸性氣體分離模組是至少一片的具有供給氣體流路用部件、酸性氣體分離層和透過氣體流路用部件的層積體捲繞於中心筒而成。
這樣本發明的酸性氣體分離模組中，透過氣體流路用部件優選由陶瓷、玻璃、碳、聚苯硫醚和改性聚丙烯中的任一種形成。
另外，透過氣體流路用部件的厚度優選為600μm以下。
另外，透過氣體流路用部件為織物，且形成透過氣體流路用部件的在相同方向上延伸的纖維優選在厚度方向上層積。
另外，層積體優選具有如下構成：具有將酸性氣體分離層折成2折而夾著供給氣體流路用部件的夾持體，在夾持體上層積透過氣體流路用部件而成。
另外，流路約束部件優選以中心筒側的邊開放的四邊形形狀形成在透過氣體流路用部件的面方向。
另外，優選在50℃以上的溫度條件下從含有水分的原料氣體中分離酸性氣體。
另外，在多孔質支撐體與促進傳輸膜之間優選具有氣體透過性的疏水性的中間層。
另外，中間層優選為有機矽樹脂層。
另外，促進傳輸膜優選含有選自由Ti、Zr、Al、Si和Zn組成的組中的至少一種以上金屬元素。
另外，促進傳輸膜中的金屬元素含量優選相對於親水性化合物總質量為0.1～50質量%。
此外，促進傳輸膜優選含有以式(1)表示的結構單元。
式(1)M－(O－＊)m
M表示選自由Ti、Zr、Al、Si和Zn組成的組中的金屬元素。m表示以M表示的金屬元素的價數。＊表示鍵合位置。
＜發明效果＞
根據本發明，可以適宜地在使用促進傳輸膜的螺旋型酸性氣體分離模組中防止因高溫條件和原料氣體的壓力而導致的促進傳輸膜的劣化和損傷。
因此，根據本發明，可以得到長期穩定地發揮規定性能的酸性氣體分離模組。
以下，基於如附圖所示的優選實施例，對本發明的酸性氣體分離模組進行詳細說明。
圖1中示出本發明的酸性氣體分離模組的一個示例的局部剖切示意性立體圖。
如圖1所示，酸性氣體分離模組10的基礎構成具有中心筒12、具有酸性氣體分離層20(促進傳輸膜20a)的層積體14和防伸縮板16。需要說明的是，在以下的說明中，酸性氣體分離模組也可簡稱為分離模組。
分離模組10從例如含有一氧化碳、二氧化碳(CO2 )、水(水蒸氣)和氫的原料氣體G中分離作為酸性氣體Gc的二氧化碳。
本發明的分離模組10為所謂的螺旋型分離模組。即，分離模組10具有如下構成：層積一片或兩片以上的片狀的層積體14並捲繞於中心筒12，層積體14的捲繞物的兩個端面設置有防伸縮板16，中心筒12插入並貫通其中。經捲繞的層積體14的最外側周面被非氣體透過性的被覆層18所覆蓋。
需要說明的是，以下的說明中，為了方便起見，也將捲繞於中心筒12的層積兩片以上層積體14而成的層積物的捲繞物稱作層積體捲繞物14a。換言之，層積體捲繞物14a是指由進行層積並捲繞後的層積體14而得到的類圓筒狀物。
在這樣的分離模組10中，待分離出酸性氣體的原料氣體G通過例如圖1中遠端側的防伸縮板16(其開口部16d)，供給至層積體捲繞物14a的端面，從端面流入層積體14，在層積體14內流通的同時分離出酸性氣體Gc。
另外，利用層積體14從原料氣體G中分離出的酸性氣體Gc從中心筒12排出。另一方面，分離出酸性氣體後的原料氣體G(下面為了方便起見記作殘餘氣體Gr)從層積體捲繞物14a(層積體14)的供給側的相反側的端面排出，通過防伸縮板16(同上文)排出至分離模組10的外部。
中心筒(透過氣體集合管)12是原料氣體G供給側端面封閉的圓筒狀管，在周面(管壁)上形成有兩個以上的貫通孔12a。
從原料氣體G分離出的酸性氣體Gc通過下文中所述的透過氣體流路用部件26，由貫通孔12a到達中心筒12內，從中心筒12的開放端12b排出。
中心筒12中由下文中所述的接合劑層30所封住的區域中的開口率(貫通孔12a佔中心筒12的外周面的面積率)優選為1.5～80%、更優選為3～75%、進一步優選為5～70%。其中，從實用性的觀點出發，中心筒12的開口率特別優選為5～25%。
通過使中心筒12的開口率為上述範圍，可以有效地收集酸性氣體Gc，並且可以提高中心筒12的強度，確保充分的加工適應性。
貫通孔12a優選為直徑0.5～20mm的圓形的孔。此外，貫通孔12a優選均勻地形成在中心筒12的周壁上。
中心筒12上也可以根據需要設置供給口(供給部)，該供給口供給用於使分離後的酸性氣體Gc流至開放端12b側的氣體(吹掃氣體)。
層積體14是層積酸性氣體分離層20、供給氣體流路用部件24和透過氣體流路用部件26而成的。
需要說明的是，圖1中，符號30表示接合劑層30，該接合劑層30將酸性氣體分離層20和透過氣體流路用部件26接合，並且將層積體14彼此接合，而且對酸性氣體Gc在透過氣體流路用部件26中的流路進行約束。
圖示例的分離模組10所具有的構成是層積兩片以上該層積體14並捲繞(纏繞)於中心筒12而形成類圓筒狀的層積體捲繞物14a而成。
以下，為了方便起見，將與該層積體14的捲繞相對應的方向記作捲繞方向(箭頭y方向)，與捲繞方向正交的方向記作寬度方向(箭頭x方向)。
分離模組10中的層積體14可以是單片。然而，如圖示例所示，通過層積兩片以上層積體14，增大酸性氣體分離層20的膜面積，可以提高單個模組可分離的酸性氣體Gc的量。
層積體14的層積數可以根據分離模組10所要求的處理速度和處理量、分離模組10的尺寸等適當設定。此處，所層積的層積體14的數量優選為50以下、更優選為45以下、特別優選為40以下。通過使層積體14的層積數為該數量，可以使層積體14在中心筒12上的捲繞易於進行，提高加工性。
圖2中示出層積體14的局部截面圖。如上文中所述，箭頭x為寬度方向，箭頭y為捲繞方向。
圖示例中，層積體14所具有的構成是在折成2折後的酸性氣體分離層20之間夾入供給氣體流路用部件24而形成夾持體36(參見圖6)，在該夾持體36上層積透過氣體流路用部件26而成。在下文中對該構成進行詳細描述。
如上文所述，分離模組10中，原料氣體G通過防伸縮板16(其開口部16d)，由層積體捲繞物14a的一側的端面進行供給。即，將原料氣體G供給至各層積體14的寬度方向的端部(端面)。
如圖2示意性顯示的那樣，供給至層積體14的寬度方向的端面的原料氣體G在供給氣體流路用部件24中沿寬度方向(箭頭x方向)流通。該氣流之中，與酸性氣體分離層20的促進傳輸膜20a接觸的酸性氣體Gc被從原料氣體G中分離，沿層積體14的層積方向透過酸性氣體分離層20，流入透過氣體流路用部件26。具體來說，與促進傳輸膜20a接觸的酸性氣體Gc被從原料氣體G中分離，藉助促進傳輸膜20a的載體而向層積方向傳輸，流入透過氣體流路用部件26。
流入透過氣體流路用部件26的酸性氣體Gc在透過氣體流路用部件26中沿捲繞方向(箭頭y方向)流通，直至中心筒12。流至中心筒12的酸性氣體Gc由中心筒12的貫通孔12a流入中心筒12內。
該酸性氣體Gc的氣流受接合劑層30約束。即，分離模組10中，利用夾著透過氣體流路用部件26的兩層酸性氣體分離層20(促進傳輸膜20a)以及滲透在透過氣體流路用部件26和酸性氣體分離層20(多孔質支撐體20b)中的接合劑層30，在接合劑層30的位於面方向的內側形成中心筒12側開放的信封狀流路(空間)，其內包有透過氣體流路用部件26［參見圖6和圖7(A)］。分離模組10由此將透過酸性氣體分離層20後的酸性氣體Gc的流路約束成朝向中心筒12的方向，防止原料氣體G或殘餘氣體Gr混入透過酸性氣體分離層20後的酸性氣體Gc。關於該接合劑層30，在下文中進行詳細描述。
此處，本發明的分離模組10中，透過氣體流路用部件26在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和該形成位置以外的位置的高壓變形量之差為100μm以下。關於這點，還會在下文中詳細描述。
流入中心筒12內的酸性氣體Gc在中心筒12中沿寬度方向流通，由開放端12b排出。
除去酸性氣體Gc後的殘餘氣體Gr在供給氣體流路用部件24中沿寬度方向流通，由層積體捲繞物14a的相反側的端面排出，通過防伸縮板16(其開口部16d)排出至分離模組10的外部。
供給氣體流路用部件24由其寬度方向的端部供給原料氣體G，使在部件內流通的原料氣體G與酸性氣體分離層20相接觸。
這種供給氣體流路用部件24作為如上文所述進行折成2折後的酸性氣體分離層20的間隔體發揮功能，其構成原料氣體G的流路。另外，供給氣體流路用部件24優選使原料氣體G形成紊流。考慮到這一點時，供給氣體流路用部件24優選為具有網狀［線網(net)狀/絲網(mesh)狀］的部件。
作為供給氣體流路用部件24的形成材料，只要具有充分的耐熱性和耐濕性就能夠利用各種材料。
作為示例，可適宜地例示出紙、膠版印刷紙、塗佈紙、鑄塗紙、合成紙等紙材料；纖維素；聚酯、聚烯烴、聚醯胺、聚醯亞胺、聚碸、芳醯胺、聚碳酸酯等樹脂材料；金屬、玻璃、陶瓷等無機材料；等等。
作為樹脂材料，具體來說，可適宜地例示出聚乙烯、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚碸(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚碸(PSF)、聚丙烯(PP)、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醚醚酮和聚偏二氟乙烯等。這樣的樹脂材料可以合用兩種以上。
供給氣體流路用部件24的厚度可以根據原料氣體G的供給量、所要求的處理能力等適當確定。
具體來說，優選為100～1000μm、更優選為150～950μm、特別優選為200～900μm。
本發明的分離模組10為促進傳輸型。因此，酸性氣體分離層20由促進傳輸膜20a和多孔質支撐體20b構成。
促進傳輸膜20a至少含有可與在供給氣體流路用部件24中流通的原料氣體G所含有的酸性氣體Gc反應的載體和可擔載該載體的親水性化合物。這種促進傳輸膜20a具有選擇性地透過原料氣體G中的酸性氣體Gc的功能(選擇性地傳輸酸性氣體Gc的功能)。
在高溫且高濕下使用是對促進傳輸型分離模組的必須要求。因此，促進傳輸膜20a即使在高溫下(例如50～200℃)也具有選擇性地透過酸性氣體Gc的功能。另外，即使原料氣體G含有水蒸氣，親水性化合物對水蒸氣發生吸濕而使含有促進傳輸膜20a保持水分，由此使載體進一步易於傳輸酸性氣體Gc，因而分離效率相比使用溶解擴散膜的情況提高。
促進傳輸膜20a的膜面積可以根據分離模組10的尺寸、分離模組10所要求的處理能力等適當設定。具體來說，優選為0.01～1000m2 、更優選為0.02～750m2 、進一步優選為0.025～500m2 。其中，從實用性的觀點出發，促進傳輸膜20a的膜面積特別優選為1～100m2 。
通過使促進傳輸膜20a的膜面積為上述範圍，可以以高的相對於膜面積的效率分離酸性氣體Gc，並且加工性也良好。
促進傳輸膜20a的捲繞方向的長度(折成2折前的總長)可以根據分離模組10的尺寸、分離模組10所要求的處理能力等適當設定。具體來說，優選為100～10000mm、更優選為150～9000mm、進一步優選為200～8000mm。其中，從實用性的觀點出發，促進傳輸膜20a的長度特別優選為800～4000mm。
通過使促進傳輸膜20a的捲繞方向長度為上述範圍，可以以高的相對於膜面積的效率分離酸性氣體Gc。此外，通過使促進傳輸膜20a的捲繞方向的長度為上述範圍，可以在捲繞層積體14時抑制卷偏的產生，加工性變容易。
需要說明的是，促進傳輸膜的寬度也可以根據分離模組10的寬度方向的尺寸適當設定。
促進傳輸膜20a的厚度也可以根據分離模組10的尺寸、分離模組10所要求的處理能力等適當設定。具體來說，優選為1～200μm、更優選為2～175μm。
通過使促進傳輸膜20a的厚度為上述範圍，可以實現高的氣體透過性和分離選擇性。
親水性化合物作為粘結劑發揮功能，在促進傳輸膜20a中保持水分而通過載體發揮分離二氧化碳等氣體的功能。另外，從耐熱性的觀點出發，親水性化合物優選具有交聯結構。
作為這樣的親水性化合物，可以例示出親水性聚合物。
親水性化合物可以溶於水形成塗佈液，並且從優選促進傳輸膜20a具有高親水性(保濕性)的觀點出發，優選親水性高的親水性化合物。
具體來說，親水性化合物優選具有生理鹽水的吸水量為0.5g/g以上的親水性，更優選具有生理鹽水的吸水量為1g/g以上的親水性，進一步優選具有生理鹽水的吸水量為5g/g以上的親水性，特別優選具有生理鹽水的吸水量為10g/g以上的親水性，進而，最優選具有生理鹽水的吸水量為20g/g以上的親水性。
親水性化合物的重均分子量可以在可形成穩定的膜的範圍內適當選擇。具體來說，優選為20,000～2,000,000、更優選為25,000～2,000,000、特別優選為30,000～2,000,000。
通過使親水性化合物的重均分子量為20,000以上，可以穩定地得到具有充分的膜強度的促進傳輸膜20a。
尤其是，親水性化合物具有羥基(-OH)作為可交聯基時，重均分子量優選為30,000以上。此時，重均分子量進一步優選為40,000以上、更優選為50,000以上。另外，親水性化合物具有羥基作為可交聯基時，從製造適應性的觀點出發，重均分子量優選為6,000,000以下。
另外，親水性化合物具有氨基(-NH2 )作為可交聯基時，重均分子量優選為10,000以上。此時，親水性化合物的重均分子量更優選為15,000以上、特別優選為20,000以上。另外，親水性化合物具有氨基作為可交聯基時，從製造適應性的觀點出發，重均分子量優選為1,000,000以下。
需要說明的是，例如在使用PVA作為親水性化合物時，親水性化合物的重均分子量可以使用依據JIS K 6726測定的值。另外，使用市售品時，可以使用目錄、說明書等中公佈的分子量。
作為形成親水性化合物的可交聯基，優選為可形成耐水解性的交聯結構的基團。
具體來說，可例示出羥基(-OH)、氨基(-NH2 )、氯原子(-Cl)、氰基(-CN)、羧基(-COOH)和環氧基等。這些之中，優選例示出氨基和羥基。此外，從與載體的親和性和載體擔載效果的觀點出發，最優選例示出羥基。
作為親水性化合物，具體來說，作為具有單一的可交聯基的親水性化合物，可例示出聚烯丙基胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯醯胺、聚亞乙基亞胺、聚乙烯胺、多聚鳥氨酸、多聚賴氨酸、聚環氧乙烷、水溶性纖維素、澱粉、海藻酸、甲殼質、聚碸酸、聚羥基甲基丙烯酸、聚N-乙烯基乙醯胺等。最優選為聚乙烯醇。另外，作為親水性化合物，也可例示出這些共聚物。
另外，作為具有兩種以上的可交聯基的親水性化合物，可例示出聚乙烯醇-聚丙烯酸共聚物。聚乙烯醇-聚丙烯酸鹽共聚物不僅吸水能力高，而在高吸水時水凝膠的強度也大，因此是優選的。
聚乙烯醇-聚丙烯酸共聚物中的聚丙烯酸的含量例如為1～95摩爾%、優選為2～70摩爾%、更優選為3～60摩爾%、特別優選為5～50摩爾%。
需要說明的是，聚乙烯醇-聚丙烯酸共聚物中的聚丙烯酸也可以是鹽。作為此時的聚丙烯酸鹽，除鈉鹽、鉀鹽等鹼金屬鹽以外還可以例示出銨鹽或有機銨鹽等。
聚乙烯醇也能夠以市售品的方式獲得。具體來說，可例示出PVA117(kuraray公司製)、POVAL(kuraray製)、聚乙烯醇(Aldrich公司製)、J-POVAL(日本VAM·POVAL公司製)等。雖然分子量存在各種級別，但優選重均分子量為130,000～300,000的級別。
聚乙烯醇-聚丙烯酸鹽共聚物(鈉鹽)也能夠以市售品的方式獲得。可例示出例如Kurasutoma AP20(kuraray公司製)。
需要說明的是，本發明的分離模組10的促進傳輸膜20a中可以混合使用兩種以上親水性化合物。
促進傳輸膜20a中的親水性化合物的含量可以根據親水性組合物、載體的種類等適當設定成可作為用於形成促進傳輸膜20a的粘結劑發揮功能且可保持充足水分的量。
具體來說，促進傳輸膜20a中親水性化合物的含量優選為0.5～50質量%、更優選為0.75～30質量%、特別優選為1～15質量%。通過使促進傳輸膜20a中的親水性化合物的含量為該範圍，可以穩定且良好地表現出上述的作為粘合劑的功能和水分保持功能。
親水性化合物中的交聯結構可以通過熱交聯、紫外線交聯、電子射線交聯、放射線交聯、光交聯等以往公知的方法形成。
優選為光交聯或熱交聯、最優選為熱交聯。
另外，優選在促進傳輸膜20a的形成中與親水性化合物一起使用交聯劑。即，通過塗佈法形成促進傳輸膜20a時，優選使用包含交聯劑的塗佈組合物。
作為所選擇的交聯劑，包含具有兩個以上可與親水性化合物反應而進行熱交聯、光交聯等交聯的官能團的交聯劑。另外，所形成的交聯結構優選為耐水解性的交聯結構。
從這種觀點出發，作為促進傳輸膜20a的形成中使用的交聯劑，可適當地例示出環氧交聯劑、多縮水甘油醚、多元醇、多異氰酸酯、多氮雜環丙烷(氮丙啶)、含鹵環氧化合物、多元醛、多元胺、有機金屬系交聯劑等。更優選為多元醛、有機金屬系交聯劑和環氧交聯劑，其中優選為具有兩個以上甲醯基的戊二醛、甲醛等多元醛。
作為環氧交聯劑，其是具有兩個以上環氧基的化合物，優選為具有四個以上環氧基的合物。環氧交聯劑也能夠以市售品的方式獲得，可例示出例如三羥甲基丙烷三縮水甘油醚(共榮社化學株式會社製的Epolite 100MF等)；Nagase Chemtex公司製的EX-411、EX-313、EX-614B、EX-810、EX-811、EX-821、EX-830；日油株式會社製的EPIOL E400；等等。
另外，作為與環氧交聯劑類似的化合物，還優選使用具有環狀醚的氧雜環丁烷化合物。作為氧雜環丁烷化合物，優選為具有兩個以上官能團的多縮水甘油醚。氧雜環丁烷化合物也能夠使用市售品。作為氧雜環丁烷化合物的市售品，可例示出例如Nagase Chemtex公司製的EX-411、EX-313、EX-614B、EX-810、EX-811、EX-821、EX-830等。
作為多縮水甘油醚，可例示出例如乙二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚、甘油多縮水甘油醚、一縮二甘油多縮水甘油醚、多甘油多縮水甘油醚、山梨糖醇多縮水甘油醚、季戊四醇多縮水甘油醚、丙二醇縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚等。
作為多元醇，可例示出例如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、甘油、聚甘油、丙二醇、二乙醇胺、三乙醇胺、聚環氧丙烷、氧乙烯-氧丙烯嵌段共聚物、季戊四醇、山梨糖醇等。
作為多異氰酸酯，可例示出例如2,4-甲苯二異氰酸酯、六甲撐二異氰酸酯等。
作為多氮雜環丙烷(氮丙啶)，可例示出例如2,2-二羥甲基丁醇-三[3-(1-氮丙啶基)丙酸酯]、1,6-亞己基二亞乙基脲、二苯基甲烷-雙-4,4’-N，N’-二亞乙基脲等。
作為含鹵環氧化合物，可例示出例如環氧氯丙烷、α-甲基氯乙醇(α－メチルクロルヒドリン)等。
作為多元醛，可例示出例如戊二醛、乙二醛等。
作為多元胺，可例示出例如乙二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺、五亞乙基六胺、聚亞乙基亞胺等。
此外，作為有機金屬系交聯劑，可例示出例如有機鈦交聯劑、有機氧化鋯交聯劑等。
例如，在使用重均分子量為130,000以上的聚乙烯醇作為親水性化合物時，從能夠形成與該親水性化合物的反應性良好且耐水解性也優異的交聯結構的方面出發，優選利用環氧交聯劑、戊二醛。
另外，使用聚乙烯醇-聚丙烯酸共聚物作為親水性化合物時，優選利用環氧交聯劑、戊二醛。
另外，使用重均分子量為10,000以上的聚烯丙基胺作為親水性化合物時，從能夠形成與該親水性化合物的反應性良好且耐水解性也優異的交聯結構的方面出發，優選利用環氧交聯劑、戊二醛和有機金屬交聯劑。
此外，使用聚亞乙基亞胺、聚烯丙基胺作為親水性化合物時，優選利用環氧交聯劑。
交聯劑的量可以根據促進傳輸膜20a的形成中使用的親水性化合物和交聯劑的種類適當設定。
具體來說，交聯劑的量優選相對於親水性化合物所具有的可交聯基量100質量份為0.001～80質量份、更優選為0.01～60質量份、特別優選為0.1～50質量份。通過使交聯劑的含量在上述範圍，可以得到交聯結構形成性良好且形狀維持性優異的促進傳輸膜。
另外，如果著眼於親水性化合物所具有的可交聯基，則交聯結構優選為相對於親水性化合物所具有的可交聯基100mol使交聯劑0.001～80mol反應而形成的交聯結構。
促進傳輸膜20a優選含有金屬元素。作為促進傳輸膜20a的優選實施方式之一，促進傳輸膜可以舉出含有選自由Ti、Zr、Al、Si和Zn組成的組中的至少一種以上金屬元素的實施方式。通過含有這樣的金屬元素，促進傳輸膜20a的強度提高。特別是，如後述的那樣，通過形成含有上述金屬元素的交聯結構，進一步提高促進傳輸膜20a的強度，結果進一步抑制以例如螺旋卷狀進行捲繞時的促進傳輸膜20a的劣化。
對含有這樣的金屬元素的促進傳輸膜20a的形態沒有特別限制，優選以下的含有以式(1)表示的結構單元的促進傳輸膜。需要說明的是，以下式(1)中，＊表示鍵合位置。
式(1)M－(O－＊)m
上述式中，M表示選自由Ti(鈦)、Zr(鋯)、Al(鋁)、Si(矽)和Zn(鋅)組成的組中的金屬元素。
m表示以M表示的金屬元素的價數。例如，如以下所示，M為Zn時m表示2，M為Al時m表示3，M為Ti、Zr和Si時m表示4。
更具體來說，下面示出m為2～4時的結構式(式(2)～式(4))。
［化1］
例如可以通過像後述的那樣合用水解性化合物和上述的具有可交聯基(例如羥基)的親水性化合物，從而將以上述式(1)表示的結構單元導入促進傳輸膜20a中。此時，上述結構單元作為所謂的交聯部位(交聯結構)發揮功能。
需要說明的是，作為促進傳輸膜20a中的以上述式(1)表示的結構單元的檢測方法，例如可以通過IR測定檢測特定的峰來進行確認。也可以根據需要在除去促進傳輸膜20a中的載體後對殘留的膜實施IR測定。
對促進傳輸膜20a中的上述金屬元素的合計質量沒有特別限制，從使促進傳輸膜20a的強度更優異的方面考慮，相對於親水性化合物總質量，上述金屬元素的含量優選為0.1～50質量%、更優選為0.3～20質量%、進一步優選為0.5～10質量%。
對上述金屬元素的含量的測定方法沒有特別限制，例如能夠通過螢光X線分析法進行測定。
如上所述，在向促進傳輸膜20a中導入以上述式(1)表示的結構單元時，優選使用含有上述金屬元素的水解性化合物，具體來說，可以舉出以式(5)表示的水解性金屬化合物。這些化合物作為所謂的有機金屬系交聯劑發揮功能。
式(5)M(X)m
式(5)中，M表示選自由Ti(鈦)、Zr(鋯)、Al(鋁)、Si(矽)和Zn(鋅)組成的組中的金屬元素。
X表示水解性基。作為水解性基，可以舉出烷氧基、異氰酸酯基、氯原子等鹵原子、鹵氧基、乙醯丙酮基、羥基等。兩個以上的X可以相同或不同。
m表示以M表示的金屬元素的價數。
如上文所述，分離模組10的酸性氣體分離層20中，促進傳輸膜20a除了這種親水性化合物以外還含有載體。
載體是具有與酸性氣體(例如二氧化碳)的親和性且顯示出鹼性的各種水溶性化合物。具體來說，可例示出鹼金屬化合物、含氮化合物和硫化合物等。
需要說明的是，載體可以是間接地與酸性氣體反應的物質，也可以是載體本身直接與酸性氣體反應的物質。
前者可例示出可與供給氣體中所含有的其它氣體反應而顯示出鹼性，所得到的該鹼性化合物可與酸性氣體反應的物質等。更具體來說，其為可以與水蒸氣(steam)(水分)反應而放出OH－ ，該OH－ 與CO2 反應而在促進傳輸膜20a中選擇性地吸入CO2 的化合物，例如鹼金屬化合物。
後者是載體本身為鹼性這樣的物質，例如含氮化合物、硫化合物。
作為鹼金屬化合物，可例示出鹼金屬碳酸鹽、鹼金屬碳酸氫鹽和鹼金屬氫氧化物等。此處，作為鹼金屬，優選使用選自銫、銣、鉀、鋰和鈉中的鹼金屬元素。需要說明的是，本發明中，鹼金屬化合物是指除了鹼金屬本身以外還包括其鹽和其離子。
作為鹼金屬碳酸鹽，可例示出碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銣和碳酸銫等。
作為鹼金屬碳酸氫鹽，可例示出碳酸氫鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫銣和碳酸氫銫等。
此外，作為鹼金屬氫氧化物，可例示出氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銣和氫氧化銫等。
它們之中，優選鹼金屬碳酸鹽；另外，從與酸性氣體的親和性好這樣的觀點出發，優選在水中溶解度高的含有鉀、銣和銫的化合物。
另外，使用鹼金屬化合物作為載體時，可以合用兩種以上載體。
通過使促進傳輸膜20a中存在兩種以上載體，可以在膜中使不同的載體在距離上分隔開。由此，通過兩種以上載體的潮解性不同，可以合適地抑制因促進傳輸膜20a的吸濕性而導致的在製造時等促進傳輸膜20a彼此貼合或促進傳輸膜20a與其它部件貼合(結塊)。
使用兩種以上的鹼金屬化合物作為載體時，優選含有具有潮解性的第一化合物、相比第一化合物潮解性更低比重更小的第二化合物。通過使載體含有具有潮解性的第一化合物和相比第一化合物潮解性更低比重更小的第二化合物，可以更好地得到抑制結塊的效果。作為示例，作為第一化合物可例示出碳酸銫，作為第二化合物可例示出碳酸鉀。
作為含氮化合物，可例示出甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、脯氨酸、組氨酸、牛磺酸、二氨基丙酸等氨基酸類；吡啶、組氨酸、呱嗪、咪唑、三嗪等雜環化合物類；單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、單丙醇胺、二丙醇胺、三丙醇胺等烷醇胺類；穴狀配體[2.1]、穴狀配體[2.2]等環狀聚醚胺類；穴狀配體[2.2.1]、穴狀配體[2.2.2]等雙環式聚醚胺類；卟啉；酞菁；乙二胺四乙酸；等等。
並且，作為硫化合物，可例示出胱氨酸、半胱氨酸等氨基酸類；聚噻吩；十二烷基硫醇；等等。
促進傳輸膜20a中的載體的含量可以根據載體和親水性化合物的種類等適當設定。具體來說，優選為0.3～30質量%、更優選為0.5～25質量%、特別優選為1～20質量%。
通過使促進傳輸膜20a中的載體的含量在上述範圍，可以適宜地防止用於形成促進傳輸膜20a的組合物(塗料)中在塗佈前的鹽析。此外，通過使促進傳輸膜20a中的載體的含量在上述範圍，促進傳輸膜20a可以可靠地發揮分離酸性氣體的功能。
促進傳輸膜20a(用於形成促進傳輸膜20a的組合物)除了這樣的親水性化合物、交聯劑和載體以外還可以根據需要含有各種成分。
作為這樣的成分，可例示出二丁基羥基甲苯(BHT)等抗氧化劑、具有親水性基和碳原子數為3～20的烷基或碳原子數為3～20的氟化烷基的化合物及具有矽氧烷結構的化合物等特定化合物、辛酸鈉或1-十六烷基磺酸鈉等表面活性劑、聚烯烴顆粒或聚甲基丙烯酸甲酯顆粒等聚合物顆粒等。
除此以外，還可以根據需要使用催化劑、保濕(吸濕)劑、助溶劑、膜強度調節劑、缺陷檢測劑等。
酸性氣體分離層20由這樣的促進傳輸膜20a和多孔質支撐體20b構成。
多孔質支撐體20b具有酸性氣體透過性且能夠進行用於形成促進傳輸膜20a的塗佈組合物的塗佈(能夠支撐塗膜)，並且支撐所形成的促進傳輸膜20a。
多孔質支撐體20b的形成材料只要是能夠顯示出上述功能的材料就能夠使用公知的各種材料。
本發明的分離模組10中，構成酸性氣體分離層20的多孔質支撐體20b可以是單層。然而，構成酸性氣體分離層20的多孔質支撐體20b優選為由多孔質膜和輔助支撐膜構成的雙層構成。通過具有這種雙層構成，多孔質支撐體20b可以更可靠地表現出塗佈形成促進傳輸膜20a的塗佈組合物和支撐促進傳輸膜20a這樣的功能。
需要說明的是，多孔質支撐體20b為單層時，作為形成材料，能夠利用下面以多孔質膜和輔助支撐膜例示的各種材料。
在這種雙層構成的多孔質支撐體20b中，多孔質膜作為促進傳輸膜20a側。
多孔質膜優選由具有耐熱性且水解性低的材料構成。作為這種多孔質膜，具體來說可例示出聚碸、聚醚碸、聚丙烯、纖維素等的膜式篩檢程式膜；聚醯胺、聚醯亞胺的介面聚合薄膜；聚四氟乙烯(PTFE)、高分子量聚乙烯的拉伸多孔膜；等等。
其中，從具有高空隙率、酸性氣體(尤其是二氧化碳)的擴散阻礙小以及強度、製造適應性等觀點出發，優選為PTFE、高分子量聚乙烯的拉伸多孔膜。其中，從具有耐熱性且水解性小等方面考慮，優選利用PTFE的拉伸多孔膜。
為了在使用環境下不引起含有水分的促進傳輸膜20a容易滲入多孔部分以及膜厚分佈和隨時間推移的性能劣化，多孔質膜優選為疏水性。
多孔質膜優選孔的最大孔徑為1μm以下。
多孔質膜的孔的平均孔徑優選為0.001～10μm、更優選為0.002～5μm、特別優選為0.005～1μm。通過使多孔質膜的平均孔徑在該範圍，使後述的接合劑的塗佈區域充分滲入接合劑，並且可以適宜地防止多孔質膜成為酸性氣體通過的阻礙。
所具備的輔助支撐膜是用於增強多孔質膜的。
輔助支撐膜只要滿足所要求的強度、耐拉伸性和氣體透過性就能夠利用各種材料。可以適當選擇使用例如無紡布、機織布、線網和平均孔徑為0.001～10μm的絲網等。
輔助支撐膜也與上文所述的多孔質膜同樣優選由具有耐熱性且水解性低的原材料構成。
作為構成無紡布、機織布、針織布的纖維，優選耐久性、耐熱性優異的包含聚丙烯(PP)等聚烯烴；Aramid(商品名)等改性聚醯胺；聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等含氟樹脂等的纖維。構成絲網的樹脂材料也優選使用同樣的原材料。這些材料之中，尤其可適宜地例示出含有廉價且力學強度大的PP的無紡布。
通過使多孔質支撐體20b具有輔助支撐膜，可以提高力學強度。因此，即使在利用例如後述的卷對卷(下面也稱作RtoR)的塗佈裝置中進行處理，也可以防止多孔質支撐體20b的褶皺加重，還可以提高生產率。
多孔質支撐體20b過薄則在強度方面存在問題。考慮這一點，多孔質膜的膜厚優選為5～100μm、輔助支撐膜的膜厚優選為50～300μm。
多孔質支撐體20b為單層時，多孔質支撐體20b的厚度優選為30～500μm。
製備含有形成促進傳輸膜20a的成分的液體狀塗佈組合物(塗料/塗佈液)，塗佈在多孔質支撐體20b上，進行乾燥，利用這樣的所謂的塗佈法可以製作酸性氣體分離層20。
即，首先分別在水(常溫水或熱水)中添加適量的親水性化合物、載體和根據需要添加的其它成分，充分進行攪拌，由此製備形成促進傳輸膜20a的塗佈組合物。
在該塗佈組合物的製備中，可以根據需要一邊進行攪拌一邊進行加熱來促進各成分的溶解。另外，將親水性化合物加入水中使之溶解後，緩緩加入載體並進行攪拌，由此可以有效防止親水性化合物的析出(鹽析)。
通過將該組合物塗佈於多孔質支撐體20b並進行乾燥，由此製作酸性氣體分離層20。
此處，組合物的塗佈和乾燥可以以所謂的單片式進行，即對切割成規定尺寸的切片狀多孔質支撐體20b進行。
酸性氣體分離層20的製作優選通過所謂的RtoR進行。即，將多孔質支撐體20b從捲繞長尺的多孔質支撐體20b而成的送出輥送出，在長度方向傳送，同時塗佈所製備的塗佈組合物，接著對所塗佈的塗佈組合物(塗膜)進行乾燥，製作在多孔質支撐體20b的表面形成促進傳輸膜20a而成的酸性氣體分離層20,卷取所製作的酸性氣體分離層20。
RtoR中的多孔質支撐體20b的傳送速度可以根據多孔質支撐體20b的種類和塗佈液的粘度等適當設定。
此處，若多孔質支撐體20b的傳送速度過快，則塗佈組合物的塗膜的膜厚均勻性有可能下降，若過慢則生產率下降。考慮到這一點時，多孔質支撐體20b的傳送速度優選為0.5m/分鐘以上、更優選為0.75～200m/分鐘、特別優選為1～200m/分鐘。
塗佈組合物的塗佈方法能夠利用各種公知的方法。
具體來說，可以例示出簾流塗佈機、擠出模頭塗佈機、氣刀塗佈機、刮刀塗佈機、棒式塗佈機、刮刀塗佈機、擠壓塗佈機、逆輥塗佈機、刮棒塗佈機等。
另外，通過塗佈法形成酸性氣體分離層20時，從賦予力學強度的觀點考慮，可以使無紡布等多孔質支撐體20b浸滲有塗佈組合物。或者，也能夠利用將塗佈組合物浸滲塗佈於無紡布等而設置於多孔質支撐體20b上的方法。需要說明的是，該塗佈組合物的浸滲只要能夠形成作為促進傳輸膜的連續膜並確保作為酸性氣體分離層20的氣密性即可，無需在多孔質支撐體20b的整面浸滲有塗佈組合物，可以浸滲局部。
塗佈組合物的塗膜的乾燥可以利用公知的方法進行。作為示例，可例示出利用暖風的乾燥。
暖風的風速可以適當設定成可以使凝膠膜坯迅速乾燥並且不會破壞凝膠膜坯的速度。具體來說，優選為0.5～200m/分鐘、更優選為0.75～200m/分鐘、特別優選為1～200m/分鐘。
暖風的溫度可以適當地設定成多孔質支撐體20b不產生變形且可以使凝膠膜坯迅速乾燥的溫度。具體來說，以膜面溫度計，優選為1～120℃、更優選為2～115℃、特別優選為3～110℃。
塗膜的乾燥中可以根據需要合用對多孔質支撐體20b的加熱。
如上所述，從抑制促進傳輸膜20a和形成促進傳輸膜20a的塗佈組合物的滲入這樣的觀點出發，酸性氣體分離層20的多孔質支撐體20b的至少與促進傳輸膜20a接觸的一側的表面具有疏水性。
並且，促進傳輸膜20a為了使載體充分發揮功能，需要使膜中保持大量水分，因此使用吸水性和保水性非常高的聚合物。除此以外，對於促進傳輸膜20a而言，金屬碳酸鹽等的載體含量越多，吸水量增加，酸性氣體的分離性能提高。因此，促進傳輸膜20a大多為凝膠膜或低粘性的膜，並且，由於以1.5MPa左右的壓力供給溫度為100～130℃、濕度為90%左右的原料氣體，因而隨著使用，分離層逐漸侵入多孔質支撐體20b，酸性氣體的分離能力隨著時間的推移而趨於下降。
為了防止這樣的不良情況，酸性氣體分離層20優選在多孔質支撐體20b和促進傳輸膜20a之間具有可更有效地抑制促進傳輸膜20a向多孔質支撐體20b中的滲入的中間層。
中間層只要是具有氣體透過性的疏水性層即可，優選為具有透氣性且比多孔質支撐體20b更緻密的層。通過具備這樣的中間層，可以在防止促進傳輸膜20a進入多孔質支撐體20b的情況下形成均勻性高的促進傳輸膜20a。
中間層形成於多孔質支撐體20b之上即可，但也可以具有滲入多孔質膜20b之中的滲入區域。滲入區域在多孔質支撐體20b與中間層的密合性良好的範圍內越少越優選。
作為中間層，優選重複單元內具有矽氧烷鍵的聚合物層(有機矽樹脂層)。作為這樣的聚合物層，可以舉出有機聚矽氧烷(有機矽樹脂)、聚三甲基甲矽烷基丙炔等含有機矽的聚乙炔等。作為有機聚矽氧烷的具體例，可示出以下述通式表示的有機聚矽氧烷。
［化1］
需要說明的是，上述通式中，n表示1以上的整數。此處，從容易獲得性、揮發性、粘度等觀點出發，n的平均值優選為10～1,000,000的範圍、更優選為100～100,000的範圍。
另外，R1n 、R2n 、R3 和R4 分別表示選自由氫原子、烷基、乙烯基、芳烷基、芳基、羥基、氨基、羧基和環氧基組成的組中的任一種。需要說明的是，所存在的n個R1n 和n個R2n 分別可以相同也可以不同。另外，烷基、芳烷基、芳基可以具有環結構。此外，上述烷基、乙烯基、芳烷基、芳基可以具有取代基，該取代基選自烷基、乙烯基、芳基、羥基、氨基、羧基、環氧基或氟原子。這些取代基如果可能的話可以進一步具有取代基。
從容易獲得性等觀點出發，R1n 、R2n 、R3 和R4 中所選擇的烷基、乙烯基、芳烷基和芳基更優選為碳原子數為1～20的烷基、乙烯基、碳原子數為7～20的芳烷基、碳原子數為6～20的芳基。
尤其是，R1n 、R2n 、R3 和R4 優選甲基或環氧取代烷基，例如可以合適地使用環氧改性的聚二甲基矽氧烷(PDMS)等。
中間層為具有氣體透過性的膜，但過厚時有可能使氣體透過性顯著下降。中間層只要無遺漏地覆蓋疏水性多孔質體的表面即可，可以較薄。
考慮到這一點時，中間層的膜厚優選為0.01～30μm、更優選為0.1～15μm。
這種中間層優選通過塗佈法形成。
形成中間層的塗佈組合物(第二塗佈組合物)是含有上文中的PDMS衍生物等形成中間層的化合物的單體、二聚物、三聚物、低聚物、預聚物或它們的混合物等的在通過塗佈法形成樹脂層(樹脂的膜)等時所使用的常規塗佈組合物(塗佈液/塗料)。該塗佈組合物可以使用將單體等溶解(分散)於有機溶劑而成的塗佈組合物，還可以進一步含有固化劑、固化促進劑、交聯劑、增稠劑、增強劑和填料等。
這種形成中間層的塗佈組合物可以利用公知的方法進行製備。
另外，形成中間層的塗佈組合物的塗佈方法也與上述的形成促進傳輸膜20a的塗佈組合物同樣利用各種公知的方法。塗佈組合物的塗膜厚度可以根據所形成的中間層的種類和塗佈組合物的濃度等適當設定成使中間層厚度達到上述的0.01～30μm的厚度。
塗佈組合物的固化方法也能夠利用UV照射、加熱固化、電子射線照射等各種與形成中間層的單體等相應的公知方法。需要說明的是，在塗佈組合物的固化之前也可以根據需要進行有機溶劑的蒸發等塗佈組合物的乾燥。
另外，中間層的形成也可以與促進傳輸膜20a同樣通過所謂的RtoR進行。
酸性氣體分離層20在多孔質支撐體20b和促進傳輸膜20a之間具有這種中間層時，在多孔質支撐體20b之上形成中間層後，在中間層之上進行上文中的操作來形成促進傳輸膜20a。
層積體14上進一步層積有透過氣體流路用部件26。
透過氣體流路用部件26是用於使與載體反應而透過酸性氣體分離層20後的酸性氣體Gc流入中心筒12的貫通孔12a的部件。
如上文中所述，圖示例中，層積體14具有以促進傳輸膜20a為內側將酸性氣體分離層20折成2折而夾著供給氣體流路用部件24的夾持體36。該夾持體36上層積透過氣體流路用部件26，利用接合劑層30進行接合，由此形成一片層積體14。
透過氣體流路用部件26在層積體14之間作為間隔體發揮功能，構成從原料氣體G分離出的酸性氣體Gc朝向層積體14的捲繞中心(內側)直至中心筒12的貫通孔12a的流路。
如上文中所述，透過氣體流路用部件26的內部形成有接合劑層30。為了正確地形成該接合劑層30，透過氣體流路用部件26需要在內部滲透下文中的接合劑層30(接合劑30a)。考慮到這一點時，透過氣體流路用部件26優選為絲網(mesh)狀［線網(net)狀/織物狀/網眼結構］。
本發明的分離模組10中，透過氣體流路用部件26在形成有接合劑層30的位置(接合劑層30的形成區域)的高壓變形量和在該位置以外的位置(未形成有接合劑層30的位置(接合劑層30的非形成區域))的高壓變形量之差為100μm以下。
本發明通過具有這種構成，防止因在高溫(例如50℃以上)操作且原料氣體G在高壓力下供給而導致的促進傳輸膜20a的劣化和損傷，實現了長期發揮規定性能的分離模組10。
如上文中所述，分離模組10中，原料氣體G從供給氣體流路用部件24的寬度方向(箭頭x方向)的端部流入層積體捲繞物14a內，在供給氣體流路用部件24的內部沿寬度方向流通，同時與酸性氣體分離層20的促進傳輸膜20a接觸，利用載體分離酸性氣體Gc。
所分離出的酸性氣體Gc在促進傳輸膜20a內藉助載體進行傳輸，透過多孔質支撐體20b，流入透過氣體流路用部件26，從此處流入中心筒12，從開放端12b排出。另外，分離出酸性氣體Gc後的殘餘氣體Gr從供給氣體流路用部件24的供給側與相反側的端部排出。
本發明的分離模組10優選在50℃以上的溫度條件下從含有水分的原料氣體G中分離酸性氣體Gc。
分離模組10中，透過氣體流路用部件26如上文中所述作為兩層酸性氣體分離層20的間隔體發揮作用，為了形成從原料氣體G分離出並透過酸性氣體分離層20的酸性氣體Gc的流路，透過氣體流路用部件26為絲網狀。
另外，為了接合酸性氣體分離層20的多孔質支撐體20b(夾持體36)且接合層積體14彼此，在透過氣體流路用部件26上形成接合劑層30。另外，該接合劑層30(形成接合劑層30的接合劑30a)滲透入多孔質支撐體20b和透過氣體流路用部件26內，在透過氣體流路用部件26內形成信封狀的酸性氣體Gc的流路。
分離模組10由此將透過酸性氣體分離層20的酸性氣體Gc密封於透過氣體流路用部件26內，以朝向中心筒12的方向約束流路，防止原料氣體G或殘餘氣體Gr混入透過酸性氣體分離層20後的酸性氣體Gc。
以500～10000kPa程度的高壓對利用促進傳輸膜20a的分離模組10供給高溫且高濕度的原料氣體G。並且，多數情況下原料氣體G的溫度高。
因此，在正在從原料氣體G中分離酸性氣體Gc的狀態下，層積體捲繞物14a成為高溫且高濕度的狀態，並且在層積體捲繞物14a(供給氣體流路用部件24)的內部作用有高的壓力。
這種促進傳輸型分離模組10在未供給原料氣體G的狀態(未加壓的狀態)下，如3(A)示意性顯示的那樣，各部件(各層)以接觸狀態層積。
與此相對，供給原料氣體G時，由於原料氣體G的壓力，酸性氣體分離層20和透過氣體流路用部件26a被施加壓力。另外，由於是在高溫下的操作，透過氣體流路用部件26相比於非操作時更軟化。
其結果是，供給原料氣體G時，如圖3(B)示意性地顯示的那樣，絲網狀的透過氣體流路用部件26在厚度方向上被壓縮。另外，由於該壓力，多孔質支撐體20b也被壓縮。此外，層積於透過氣體流路用部件26的酸性氣體分離層20也同樣由氣體的壓力所按壓，緊貼於透過氣體流路用部件26。
該透過氣體流路用部件26a的壓縮量在形成有接合劑層30的位置中和該區域以外的位置中不同。即，形成有接合劑層30的位置較硬，因而壓縮量大幅小於其它位置(無接合劑層30的位置)。
其結果是，如圖3(B)示意性地顯示的那樣，在透過氣體流路用部件26和酸性氣體分離層20中，促進傳輸膜20a上在形成有接合劑層30的區域和該區域以外的區域之間產生階差d。
如上文中所述，促進傳輸膜20a是將載體擔載於作為粘合劑的親水性化合物而成的，其是柔軟的。特別是，在從原料氣體G分離出酸性氣體Gc的過程中，促進傳輸膜20a吸收原料氣體G所含有的水分(水蒸氣)，變得非常柔軟。
因此，產生這種階差d時，由於階差d的尺寸而在該階差部分對柔軟的促進傳輸膜20a施加負擔。其結果是，促進傳輸膜20a產生劣化或損傷，嚴重時促進傳輸膜20a破裂而形成缺陷部。促進傳輸膜20a的劣化、損傷、缺陷部的產生導致酸性氣體分離效率下降或原料氣體G洩漏等的原因，分離模組的性能下降。
與此相對，對於本發明的分離模組10而言，在透過氣體流路用部件26中，使在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差為100μm以下。
因此，根據本發明，即使因原料氣體G的供給而使透過氣體流路用部件26被壓縮，促進傳輸膜20a產生了階差d，也可以減小該階差d。其結果是，可防止因促進傳輸膜20a的階差導致產生促進傳輸膜20a的損傷和劣化以及破裂等，可以得到長期發揮規定性能的分離模組10。
本發明的分離模組10中，透過氣體流路用部件26中的在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差超過100μm時，原料氣體G的供給導致的促進傳輸膜20a的階差d增大，促進傳輸膜20a容易產生損傷和劣化。
另外，本發明中，在接合劑層30的形成位置的高壓變形量與在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差優選為80μm以下、更優選為70μm以下。由此，進一步減小原料氣體G的供給導致的促進傳輸膜20a的階差d，可以更好地防止促進傳輸膜20a產生損傷和劣化。
需要說明的是，本發明中，高壓變形量是指在溫度為80℃且濕度為80%RH的環境中施加2MPa的壓力時在按壓方向上的應變數。換言之，在按壓方向上的應變數是指由於按壓而被壓入的量。
優選的是，高壓變形量為：準備20mm的試驗片， 依照JIS K 6272在溫度為80℃且濕度為80%RH的環境中以壓縮速度1mm/分鐘進行壓縮時壓縮應力達到2Mpa的位置的壓縮長度。
透過氣體流路用部件26的厚度優選為600μm以下。
通過使透過氣體流路用部件26的厚度為600μm以下，進一步減小原料氣體G的供給導致的促進傳輸膜20a的階差d，可以更好地防止促進傳輸膜20a的損傷和劣化。
考慮到這一點時，透過氣體流路用部件26的厚度更優選為550μm以下。
透過氣體流路用部件26的形成材料能夠根據接合劑層30的硬度、透過氣體流路用部件26的形狀(例如織物的情況下是指織法等)、透過氣體流路用部件26的厚度和密度等利用可以使在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差為100μm的各種材料。
具體來說，可例示出陶瓷、玻璃、改性玻璃、碳、改性聚丙烯、聚苯硫醚(PPS)等。其中，優選例示出陶瓷、玻璃、碳、改性聚丙烯和PPS。需要說明的是，改性聚丙烯是指利用環氧系接合劑等接合劑、樹脂材料對由聚丙烯構成的絲網等的表面進行改性(被覆)後的材料。
更具體來說，作為透過氣體流路用部件26，可適宜地例示出環氧改性聚丙烯的織物(絲網)、玻璃纖維布、多孔質玻璃、PPS絲網等。
需要說明的是，環氧改性聚丙烯的織物是指：將聚丙烯製纖維浸漬於環氧系接合劑等環氧樹脂中，使表面附著有環氧樹脂，使環氧樹脂固化，利用所得到的纖維編織出的織物；或將聚丙烯製織物浸漬於環氧樹脂中，使表面附著有環氧樹脂，使環氧樹脂固化而成的織物。織物能夠利用公知的各種織法的織物。
除了聚丙烯(PP)以外，還能夠以環氧對由PTFE、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)等不水解的材料構成的絲網或織物進行改性後用作由以環氧改性後的材料構成的絲網或織物。
如圖4(B)示意性顯示的那樣，常規織物中，經紗彼此以及緯紗彼此以相互錯開的方式編織。
與此相對，本發明的分離模組10中使用織物(編織物)作為透過氣體流路用部件26時，如圖4(A)示意性地顯示的那樣，優選使用將形成透過氣體流路用部件26(織物)的沿面方向的相同方向延伸的纖維按照在厚度方向上層積的方式編織而成的織物。即，本發明的分離模組10中使用織物作為透過氣體流路用部件26時，優選使用經紗彼此以及緯紗彼此按照在厚度方向上重疊的方式編織而成的織物。
通過使用纖維像這樣重疊的織物，進一步減小原料氣體G的供給導致的透過氣體流路用部件26的壓縮、即促進傳輸膜20a的階差d，可以更好地防止促進傳輸膜20a的損傷和劣化。
如上文中所述，透過氣體流路用部件26作為從原料氣體G分離並透過酸性氣體分離層20後的酸性氣體Gc的流路。
因此，透過氣體流路用部件26優選對流通的氣體的阻力低。具體來說，優選空隙率高且壓力損失低。
透過氣體流路用部件26的空隙率優選為30～99%、更優選為35～97.5%、特別優選為40～95%。
另外，壓力損失可以由以一定流量流通的壓縮空氣的流量損失來近似。具體來說，15cm見方的透過氣體流路用部件26中在室溫下流通15L(升)/分鐘的空氣時，流量損失優選為7.5L/分鐘以內、更優選為7L/分鐘以內。
下面，對層積體14的層積方法和所層積的層積體14的捲繞方法、即層積體捲繞物14a的製作方法進行說明。需要說明的是，以下的說明中使用的圖5(A)和圖5(B)～圖9中，為了使附圖簡潔而清楚顯示構成，供給氣體流路用部件24和透過氣體流路用部件26僅將端面(端部)以網格狀表示。
首先，如圖5(A)和圖5(B)示意性顯示的那樣，使用聚醯亞胺膠帶(Kapton Tape)、接合劑等固定單元34，以中心筒12的延伸方向與短邊方向一致的方式將透過氣體流路用部件26的端部固定於中心筒12。需要說明的是，如上文中所述，根據後述的接合劑層30，按照在形成有接合劑層30的位置的高壓變形量和在該位置以外的位置的高壓變形量之差為100μm的方式選擇透過氣體流路用部件26。
中心筒12的管壁上優選沿軸方向設置有縫(省略圖示)。此時，將透過氣體流路用部件26的前端部放入縫中，利用固定單元在中心筒12的內周面進行固定。藉助該構成，在將包含透過氣體流路用部件26的層積體捲繞於透中心筒12時，即使一邊施加張力一邊進行捲繞，也可以防止由於中心筒12的內周面與透過氣體流路用部件26的摩擦而使透過氣體流路用部件26從縫中脫離、即維持透過氣體流路用部件26的固定。
此外，如圖6示意性顯示的那樣，以促進傳輸膜20a為內側將酸性氣體分離層20折成2折，其間夾入供給氣體流路用部件24。即，製作以折成2折後的酸性氣體分離層20夾持供給氣體流路用部件24的夾持體36。此時，酸性氣體分離層20不是等分地折成2折，而是如圖6所示，按照一側長出一定長度的方式進行折成2折。
另外，為了防止供給氣體流路用部件24導致促進傳輸膜20a損傷，優選在將酸性氣體分離層20折成2折而成的凹穀部中設置經折成2折後的片狀保護部件。作為保護部件，可例示出聚醯亞胺膠帶、PTFE膠帶等。
此外，在折成2折後的酸性氣體分離層20的較短側的表面(多孔質支撐體20b的表面)上塗佈形成接合劑層30的接合劑30a。關於接合劑層30和接合劑30a，在下文中詳細描述。
如圖6所示，接合劑30a(即接合劑層30)在寬度方向(箭頭x方向)的兩個端部附近以在整個捲繞方向(箭頭y方向)上延伸的方式塗佈成帶狀，並且在彎折部的相反側的端部附近以在整個寬度方向上延伸的方式塗佈成帶狀。
接著，如圖7(A)和圖7(B)示意性顯示的那樣，按照使塗佈有接合劑30a的面朝向透過氣體流路用部件26並使彎折側朝向中心筒12的方式將夾持體36層積在固定於中心筒12的透過氣體流路用部件26上，將透過氣體流路用部件26與酸性氣體分離層20(多孔質支撐體20b)接合。
此外，如圖7(A)和圖7(B)所示，在所層積的夾持體36的上表面(較長側的多孔質支撐體20b的表面)上塗佈形成接合劑層30的接合劑30a。需要說明的是，在下面的說明中，也將起初利用固定單元34固定於中心筒12的透過氣體流路用部件26的相反側的方向稱作上側。
如圖7(A)和圖7(B)所示，該面的接合劑30a也與上述同樣地在寬度方向的兩個端部附近以在整個捲繞方向上延伸的方式塗佈成帶狀，並且在彎折部的相反側的端部附近以在整個寬度方向上延伸的方式塗佈成帶狀。
接著，如圖8示意性顯示的那樣，在塗佈有接合劑30a的夾持體36之上層積透過氣體流路用部件26，將酸性氣體分離層20(多孔質支撐體20b)與透過氣體流路用部件26接合，從而形成層積體14。
接著，如圖6所示，與上述同樣地製作用酸性氣體分離層20夾著供給氣體流路用部件24的夾持體36，塗佈形成接合劑層30的接合劑30a，使塗佈有接合劑的一側朝下，將最後層積的透過氣體流路用部件26與夾持體36層積並接合。
此外，與上文中同樣地在所層積的夾持體36的上表面如圖7(A)和圖(B)所示的那樣塗佈接合劑30a，接著如圖8所示，在其上層積並接合透過氣體流路用部件26，層積第二層的層積體14。
以下，反復進行圖6～圖8的工序，如圖9示意性顯示的那樣，層積規定數量的層積體14。
如圖9所示，該層積優選按照層積體14隨著向上方移動而在捲繞方向上依次遠離中心筒12的方式進行。由此，可以容易地進行層積體14在中心筒12上的捲繞(纏繞)，並且各透過氣體流路用部件26的中心筒12側的端部或端部附近可以適當地抵接於中心筒12。
層積規定數量的層積體14後，如圖9所示，分別地，在中心筒12的外周面塗佈接合劑38a，在起初固定於中心筒12的透過氣體流路用部件26的上表面的中心筒12與夾持體36之間塗佈接合劑38b。
接著，如圖9中由箭頭yw所示的那樣，按照捲入所層積的層積體14的方式將層積體14捲繞(纏繞)於中心筒12。
捲繞結束後，在對最外周(即起初固定於中心筒12的最下層)的透過氣體流路用部件26施加有拉出方向(繞緊方向)的張力的狀態下維持規定時間，對接合劑30a等進行乾燥。
經過規定時間後，通過超聲波熔接等將最外周的透過氣體流路用部件26以繞一圈的位置進行固定，切掉位於固定位置外側的多餘的透過氣體流路用部件26，完成了將所層積的層積體14捲繞於中心筒而成的層積體捲繞物14a。
如上文中所述，原料氣體G由供給氣體流路用部件24的端部進行供給，酸性氣體Gc沿層積方向通過(被傳輸)酸性氣體分離層20，流入透過氣體流路用部件26，在透過氣體流路用部件26內流通，直至中心筒12。
此處，塗佈有接合劑30a的是多孔質支撐體20b，而通過接合劑30a接合的是絲網狀的透過氣體流路用部件26。因此，接合劑30a滲透(浸滲)於多孔質支撐體20b和透過氣體流路用部件26內，在這兩者的內部形成接合劑層30。
另外，如上文所述的那樣，接合劑層30(接合劑30a)在寬度方向的兩個端部附近以在整個捲繞方向上延伸的方式形成為帶狀。此外，接合劑層30按照該寬度方向兩個端部附近的接合劑層30橫跨寬度方向的方式在作為中心筒12側的彎折部的相反側的端部附近以在整個寬度方向上延伸的方式形成為帶狀。即，接合劑層30是按照開放中心筒12側且包圍透過氣體流路用部件26和多孔質支撐體20b的外周的方式形成的。另外，透過氣體流路用部件26成為被促進傳輸膜20a所夾著的狀態。
由此，在層積體14的透過氣體流路用部件26中形成中心筒12側開放的信封狀流路。
因此，透過酸性氣體分離層20而流入透過氣體流路用部件26的酸性氣體Gc不會流出至外部，而是在透過氣體流路用部件26內朝向中心筒12流通，由貫通孔12a流入中心筒12內。另外，原料氣體G和殘餘氣體Gr被接合劑層30所阻擋而不會混入透過酸性氣體分離層20後的酸性氣體Gc(透過氣體流路用部件26內的酸性氣體Gc)。
即，該接合劑層30在接合各部件的同時具有作為酸性氣體Gc的流路約束部件的作用和將各氣體封入規定區域的密封部件的作用。
本發明的分離模組10中，接合劑層30(接合劑30a)只要具有充分的接合力、耐熱性和耐濕性，並且對應於透過氣體流路用部件26，能夠使在接合劑層30的形成位置的高壓變形量與在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差為100μm以下即可，能夠利用各種公知的接合劑。
作為示例，可適宜地例示出環氧樹脂、氯乙烯共聚物、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、氯乙烯-偏氯乙烯共聚物、氯乙烯-丙烯腈共聚物、丁二烯-丙烯腈共聚物、聚醯胺樹脂、聚乙烯醇縮丁醛、聚酯、纖維素衍生物(硝酸纖維素等)、苯乙烯-丁二烯共聚物、各種合成橡膠系樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、苯氧基樹脂、有機矽樹脂、尿素甲醯胺樹脂等。
需要說明的是，形成接合劑層30的接合劑30a可以是一次性塗佈，但優選為起初塗佈用丙酮等有機溶劑稀釋後的接合劑，然後在其上僅塗佈接合劑。另外，此時，優選以較寬的寬度塗佈用有機溶劑稀釋後的接合劑，然後以比用有機溶劑稀釋後的接合劑更窄的寬度塗佈接合劑。
由此，可以使接合劑層30(接合劑30a)良好地滲透多孔質支撐體20b和透過氣體流路用部件26。
本發明的分離模組10中，在如此製作的層積體捲繞物14a的兩個端部配置防伸縮板(防伸縮部件)16。
如上文所述，防伸縮板16是用於防止所謂的伸縮現象的部件，伸縮現象是指：層積體捲繞物14a被原料氣體G所推壓，供給側的端面以嵌套狀被壓入，而相反側的端面以嵌套狀突出。
本發明中，防伸縮板16能夠利用各種用於螺旋型分離模組的公知部件。
防伸縮板16具有圓環狀外圈部16a、以中心重合的方式內包於外圈部16a中的圓環狀內圈部16b和以連接外圈部16a和內圈部16b的方式固定的肋(輻條)16c而構成。如上文中所述，捲繞層積體14的中心筒12插入並貫通內圈部16b。
肋16c按照以等角度間隔從外圈部16a和內圈部16b的中心起的放射狀進行設置。防伸縮板16中，外圈部16a與內圈部16b之間且各肋16c的間隙成為原料氣體G或殘餘氣體Gr通過的開口部16d。
防伸縮板16可以以與層積體捲繞物14a的端面接觸的方式進行配置。然而，通常來說，為了將層積體捲繞物14a的整個端面用於原料氣體的供給和殘餘氣體Gr的排出，按照在防伸縮板16和層積體捲繞物14a的端面之間具有若干間隙的方式進行配置。
防伸縮板16的形成材料只要具有充分強度以及耐熱性和耐濕性就能夠利用各種材料。
具體來說，可適宜地例示出金屬材料(例如不銹鋼(SUS)、鋁、鋁合金、錫、錫合金等)、樹脂材料(例如聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、芳香族聚醯胺樹脂，尼龍12、尼龍66、聚碸樹脂、聚四氟乙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂、丙烯酸系-丁二烯-苯乙烯樹脂，丙烯酸系-乙烯-苯乙烯樹脂、環氧樹脂、腈樹脂、聚醚醚酮樹脂(PEEK)、聚縮醛樹脂(POM)、聚苯硫醚(PPS)等)和這些樹脂的纖維強化塑膠(例如作為纖維優選為玻璃纖維、碳纖維、不銹鋼纖維、芳醯胺纖維等且尤其優選長的纖維。作為具體例有例如玻璃長纖維強化聚丙烯、玻璃長纖維強化聚苯硫醚等)以及陶瓷(例如沸石、氧化鋁等)等。
需要說明的是，使用樹脂時，也可以使用利用玻璃纖維等進行強化後的樹脂。
被覆層18以覆蓋層積體捲繞物14a的周面或覆蓋螺旋卷層積體14a以及防伸縮板16的周面的方式設置。被覆層18用於阻斷原料氣體G和殘餘氣體Gr從層積體捲繞物14a的周面向外部排出。即，被覆層18用於阻斷原料氣體G和殘餘氣體Gr從層積體捲繞物14a的端面以外部分向外部排出。
被覆層18能夠利用各種能夠遮罩原料氣體G等的物件。另外，被覆層18可以為筒狀部件，也可以捲繞線材或片狀的部件而構成。
作為示例，可例示出如下而成的被覆層18：在FRP製的線材中浸滲上述的用於接合劑層30的接合劑，將浸滲有接合劑的線材以無間隙的方式纏繞於層積體捲繞物14a或層積體捲繞物14a以及防伸縮板16而成，根據需要可層積多層。另外，可以通過公知的FRP加工形成被覆層18。
需要說明的是，在該情況中，也可以根據需要在被覆層18與層積體14a捲繞物之間設置用於防止接合劑滲入層積體捲繞物14a的聚醯亞胺膠帶等片狀部件。
以上，對本發明的酸性氣體分離模組(分離模組)進行了詳細的說明，本發明不限於上述示例，顯然可以在不脫離本發明的精神的範圍內進行各種改良和變更。
＜實施例＞
以下，舉出本發明的具體的實施例，對本發明的酸性氣體分離模組進行更詳細的說明。
[實施例1]
＜酸性氣體分離層的製作＞
製備含有聚乙烯醇-聚丙烯酸共聚物(kuraray公司製的Kurasutoma AP-20)3.3質量%、交聯劑(和光純藥公司製的25質量%戊二醛水溶液)0.016質量%的水溶液。在該水溶液中添加1M鹽酸，使之交聯。
交聯後，添加40%碳酸銫水溶液(稀產金屬社製)使得碳酸銫濃度達到7.0重量%，進行脫泡，製備了塗佈組合物。即，本例中，碳酸銫作為促進傳輸膜20a的載體。
接著，將塗佈組合物塗佈於多孔質支撐體20b(在PP無紡布的表面層積多孔質的PTFE而成的層積體(GE公司製造))，進行乾燥，由此製作了由促進傳輸膜20a和多孔質支撐體20b構成的酸性氣體分離層20。
需要說明的是，促進傳輸膜20a厚度為50μm。
＜分離模組的製作＞
貯備在側面具有沿中心線方向延伸的縫的中心筒12。以夾入該中心筒12的縫的方式固定透過氣體流路用部件26。由此，如圖5(A)和圖5(B)所示，形成將透過氣體流路用部件26的捲繞方向的端部固定於中心筒12的周面的狀態。需要說明的是，中心筒12在內部帶有分隔。
透過氣體流路用部件26使用厚度為350μm的環氧改性聚丙烯的織物。
另一方面，以促進傳輸膜20a為內側將所製作的酸性氣體分離層20折成2折。如圖6所示，折成2折按照一側的酸性氣體分離層20長出一定長度的方式進行。在折成2折後的酸性氣體分離層20的凹穀部粘貼含氟系膠帶進行增強，以使得供給氣體流路用部件24的端部不會損傷促進傳輸膜20a的凹穀部。另外，彎折部的多孔質支撐體20b的孔由含有環氧系樹脂的接合劑所填充。
接著，在折成2折後的酸性氣體分離層20中夾入供給氣體流路用部件24(厚度為0.5mm的聚丙烯製線網(net))，製作了夾持體36。
如圖6所示，在該夾持體36的酸性氣體分離層20短的一側的多孔質支撐體20b側，在寬度方向(箭頭x方向)的兩個端部附近以在整個捲繞方向(箭頭y方向)上延伸的方式塗佈有接合劑30a，且在捲繞方向的彎折部的相反側的端部附近以在整個寬度方向上延伸的方式塗佈有接合劑30a。接合劑30a使用了粘度約為40Pa・秒的含有環氧系樹脂的接合劑(Henkel Japan公司製的E120HP)。
接著，使塗佈有接合劑30a的一側朝向下方，如圖7(A)和圖7(B)所示，將夾持體36與固定於中心筒12的透過氣體流路用部件26層積並接合。
接著，如圖7(A)所示，在透過氣體流路用部件26上層積的夾持體36的酸性氣體分離層20的上表面上，在寬度方向的兩個端部附近以在整個捲繞方向上延伸的方式塗佈接合劑30a，且在捲繞方向的彎折部的相反側的端部附近以在整個寬度方向上延伸的方式塗佈接合劑30a。此外，如圖8所示，通過將透過氣體流路用部件26層積並接合在塗佈有接合劑30a的酸性氣體分離層20之上，形成了第一層的層積體14。
需要說明的是，對於形成有接合劑層30的透過氣體流路用部件26，測定了在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和該形成位置以外的位置的高壓變形量之差。其結果是，高壓變形量之差為89μm。
與上文中同樣地製作另一個如圖6所示的由酸性氣體分離層20構成的夾持體36，同樣在較短側的酸性氣體分離層20的多孔質支撐體20b側同樣地塗佈接合劑30a。接著，使塗佈有接合劑30a的一側與圖7(A)同樣地朝向之前形成的第一層的層積體14(該層積體14的透過氣體流路用部件26)，將夾持體36層積並接合在第一層的層積體14(透過氣體流路用部件26)之上。進一步，在該夾持體36的上表面與圖7(A)同樣地塗佈接合劑30a，在其上與圖8同樣地層積並接合透過氣體流路用部件26，形成了第二層的層積體14。
進一步，進行與上述第二層同樣的操作，在第二層的層積體14之上形成第三層的層積體14而形成了層積物。
在固定於中心筒12的透過氣體流路用部件26之上層積3層的層積體14後，如圖9所示，在中心筒12的周面上塗佈接合劑38a，並且在中心筒12與最下層的層積體14之間的透過氣體流路用部件26上塗佈接合劑38b。接合劑38a和38b使用與接合劑30a相同的物質。
接著，通過沿圖9的箭頭yw方向旋轉中心筒12,按照捲入所層積的20層的層積體14的方式以多層狀纏繞於中心筒12,在牽引層積體14的方向施加張力，製成層積體捲繞物14a。
進一步，對於層積體捲繞物14a的兩個端部，將中心筒12插入並貫通內圈部16b，安裝如圖1所示的形狀的含有40%玻璃纖維的PPS製防伸縮板16。
進一步，對防伸縮板16的周面和層積體捲繞物14a的周面進行FRP加工由此形成被覆層18，製成了分離模組10。
以三層的總和計，所製成的分離模組10的膜面積為1.2m2 (設計值)。
[實施例2]
使用厚度為300μm的玻璃纖維布作為透過氣體流路用部件26，除此以外與實施例1同樣地製作了分離模組10。
需要說明的是，對於透過氣體流路用部件26，測定在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和該形成位置以外的位置的高壓變形量之差，結果得到高壓變形量之差為71μm。
[實施例3]
使用厚度為460μm的PPS絲網作為透過氣體流路用部件26，除此以外與實施例1同樣地製作了分離模組10。
需要說明的是，對於透過氣體流路用部件26，測定在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和該形成位置以外的位置的高壓變形量之差，結果是高壓變形量之差為52μm。
[實施例4]
在形成促進傳輸膜20a之前，在多孔質支撐體20b的表面形成中間層，除此以外與實施例1同樣地製作了分離模組10。
需要說明的是，對於透過氣體流路用部件26，測定在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差，結果是高壓變形量之差為85μm。
中間層如下形成。
作為用於形成作為中間層的有機矽樹脂層的有機矽塗佈液，準備了Momentive Performance Materials公司製的UV9300。在該有機矽塗佈液中添加相對於有機矽樹脂為0.5重量%的東京化成工業株式會社製的4-異丙基-4’-甲基二苯基碘鎓四(五氟苯基)硼酸鹽作為固化劑，製備了用於形成中間層的塗佈組合物。
將該塗佈組合物按照厚度為10μm的方式塗佈於多孔質支撐體20b，之後，通過照射累積光量500mJ/cm2 的紫外線，形成了中間層。
[實施例5]
在含有參考“T.Sato,et al. (1993). Synthesis of poly(vinyl alcohol) having a thiol group at one end and new block copolymers containing poly(vinyl alcohol) as one cinsistent. Macromolecular Chemistry and Physics,194,175-185”中記載的方法合成的聚乙烯醇(PVA)-聚丙烯酸共聚物(PAA)(摩爾比：PVA/PAA＝3/7)的共聚物的水溶液(共聚物濃度：4.3質量%)中，添加40質量%碳酸銫(稀產金屬公司製)水溶液使得碳酸銫濃度達到6.0質量%。此外，添加作為Ti系交聯劑的ORGATIX TC-100(Matsumoto Fine Chemical公司製)使得相對於PVA-PAA共聚物達到10質量%的比例，進行攪拌脫泡，製成了塗佈組合物(2)。
使用塗佈組合物(2)代替塗佈組合物(1)，除此以外與實施例1同樣地製作了分離模組10。
需要說明的是，對於透過氣體流路用部件26，測定在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差，結果是高壓變形量之差為81μm。
該分離模組10的促進傳輸膜中含有前述的式(1)中的M為Ti的結構單元。通過螢光X線分析法測定了促進傳輸膜中的Ti含量，結果Ti含量相對於作為親水性化合物的PVA-PAA共聚物為1.1質量%。需要說明的是，由螢光X線分析法得到的促進傳輸膜中的Ti含量是通過使用Rigaku公司製的Primusell(Rh線源)在測定區域10mmφ進行分析，進行定量化由此測定。
[實施例6]
使用塗佈組合物(2)代替塗佈組合物(1)，除此以外與實施例4同樣地步驟製作了分離模組10。
需要說明的是，對於透過氣體流路用部件26，測定在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差，結果是高壓變形量之差為77μm。
[實施例7]
添加ORGATIXTC-100(Matsumoto Fine Chemical公司製)使得相對於PVA-PAA共聚物為1質量%，除此以外，與實施例5同樣地製作了分離模組10。
需要說明的是，對於透過氣體流路用部件26，測定在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差，結果是高壓變形量之差為87μm。
另外，與實施例5同樣地測定了促進傳輸膜中的Ti含量，結果Ti含量相對於作為親水性化合物的PVA-PAA共聚物為0.11質量%。
[實施例8]
添加ORGATIXTC-100(Matsumoto Fine Chemical公司製)使得相對於PVA-PAA共聚物為50質量%，除此以外，與實施例5同樣地製作了分離模組10。
需要說明的是，對於透過氣體流路用部件26，測定在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差，結果是高壓變形量之差為78μm。
另外，與實施例5同樣地測定了促進傳輸膜中的Ti含量，結果Ti含量相對於作為親水性化合物的PVA-PAA共聚物為5.3質量%。
[實施例9]
使用ORGATIXTC-401(Matsumoto Fine Chemical公司製)代替ORGATIXTC-100(Matsumoto Fine Chemical公司製)，按照相對於PVA-PAA共聚物為15質量%的方式進行添加，除此以外與實施例5同樣地製作了分離模組10。
需要說明的是，對於透過氣體流路用部件26，測定在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差，結果是高壓變形量之差為80μm。
另外，與實施例5同樣地測定了促進傳輸膜中的Ti含量，結果Ti含量相對於作為親水性化合物的PVA-PAA共聚物為1質量%。
[比較例1]
使用為以環氧改性的聚丙烯製的相同厚度的織物作為透過氣體流路用部件26，除此以外與實施例1同樣製作了分離模組。
需要說明的是，對於透過氣體流路用部件26，測定在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差，結果是高壓變形量之差為141μm。
＜模組因數＞
測定分離模組和分離模組中使用的多孔質支撐體20b上的促進傳輸膜20a本身的各自的分離係數，算出所製作的各實施例和比較例的分離模組的模組因數。
需要說明的是，本例中，測定初始時和進行24小時連續運轉後的CO2 /N2 分離係數，算出初始時和24小時的連續運轉後(以下也稱作24小時後)的模組因數。
(分離模組的分離係數測定)
以溫度130℃、總壓2001.3kPa的條件對各分離模組供給CO2 /N2 分離係數為N2 ：CO2 ：H2 O＝66：21：13(分壓比)的原料氣體G(流量1.72L/分鐘)。利用氣相色譜法對透過來的氣體進行分析，算出CO2 /H2 分離係數(α)。
(多孔質支撐體20b上的促進傳輸膜20a本身的分離係數測定)
以溫度130℃、總壓2001.3kPa的條件對促進傳輸膜20a供給CO2 /N2 分離係數為N2 ：CO2 ：H2 O＝66：21：13(分壓比)的原料氣體G(流量0.32L/分鐘)。利用氣相色譜法對透過來的氣體進行分析，算出CO2 /H2 分離係數(α)。
使用如上所述測定的CO2 /N2 分離係數(α)，根據下述式算出初始時和24小時後的模組因數。
模組因數＝分離模組的(α)/促進傳輸膜20a的(α)
結果列於下述表中。
另外，將實施例1和比較例1的分離模組解體，進行促進傳輸膜20a的缺陷檢查。其結果，比較例1中，在接合劑層30的介面處確認到促進傳輸膜20a的缺陷，與此相對，實施例1中，未確認到促進傳輸膜20a的缺陷。
如上表所示，透過氣體流路用部件26中，在接合劑層30的形成位置的高壓變形和在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差為100μm以下的實施例1～4的分離模組在初始時和進行24小時的連續運轉後，模組因數幾乎沒有變化。
即，根據本發明，即使供給原料氣體G等，由於防止了透過氣體流路用部件26被大幅壓縮，促進傳輸膜20a不會產生大的階差d，因而可以防止因該階差d導致的促進傳輸膜20a的劣化和損傷等。這一事實在實施例1的分離模組的解體檢查中也得到了確認。
與此相對，在接合劑層30的形成位置的高壓變形量和在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差超過100μm的比較例1的分離模組中，進行24小時的連續運轉後的模組因數相對於初期大幅下降。即可認為，比較例1的分離模組中，由於原料氣體G等的供給，透過氣體流路用部件26被大幅壓縮，促進傳輸膜20a產生大的階差d，在該階差部分產生促進傳輸膜20a的損傷，其結果為24小時後的分離性能下降。這一事實在比較例1的分離模組的解體檢查中也得到了確認。
根據以上結果，本發明的效果是明顯的。
以上所舉者僅係本發明之部份實施例，並非用以限制本發明，致依本發明之創意精神及特徵，稍加變化修飾而成者，亦應包括在本專利範圍之內。
綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體技術手段，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
10‧‧‧(酸性氣體)分離模組
12‧‧‧中心筒
12a‧‧‧貫通孔
12b‧‧‧開放端
14‧‧‧層積體
14a‧‧‧層積體捲繞物
16‧‧‧防伸縮板
16a‧‧‧外圈部
16b‧‧‧內圈部
16c‧‧‧肋
16d‧‧‧開口部
18‧‧‧被覆層
20‧‧‧酸性氣體分離層
20a‧‧‧促進傳輸膜
20b‧‧‧多孔質支撐體
24‧‧‧供給氣體流路用部件
26‧‧‧透過氣體流路用部件
30‧‧‧接合劑層
30a‧‧‧接合劑
38b‧‧‧接合劑
34‧‧‧固定單元
36‧‧‧夾持體
40‧‧‧接合部件
圖1是局部切開本發明的酸性氣體分離模組的一個示例而進行顯示的示意性立體圖
圖2是圖1所示的酸性氣體分離模組的層積體的示意性截面圖
圖3中的(A)和(B)是用於說明本發明的酸性氣體分離模組的作用的示意圖
圖4中，(A)是示意性地表示適用於本發明的酸性氣體分離模組的透過氣體流路用部件的織物的圖，(B)是示意性地表示常規織物的圖
圖5中的(A)和(B)是用於說明圖1所示的酸性氣體分離模組的製作方法的示意圖
圖6是用於說明圖1所示的酸性氣體分離用模組的製作方法的示意圖
圖7中的(A)和(B)是用於說明圖1所示的酸性氣體分離模組的製作方法的示意圖
圖8是用於說明圖1所示的酸性氣體分離模組的製作方法的示意圖
圖9是用於說明圖1所示的酸性氣體分離模組的製作方法的示意圖
10‧‧‧(酸性氣體)分離模組
12‧‧‧中心筒
12a‧‧‧貫通孔
12b‧‧‧開放端
14‧‧‧層積體
14a‧‧‧層積體捲繞物
16‧‧‧防伸縮板
16a‧‧‧外圈部
16b‧‧‧內圈部
16c‧‧‧肋
16d‧‧‧開口部
18‧‧‧被覆層
20‧‧‧酸性氣體分離層
20a‧‧‧促進傳輸膜
20b‧‧‧多孔質支撐體
24‧‧‧供給氣體流路用部件
26‧‧‧透過氣體流路用部件
30‧‧‧接合劑層
30a‧‧‧接合劑
38b‧‧‧接合劑
34‧‧‧固定單元
36‧‧‧夾持體
40‧‧‧接合部件

Claims (12)

  1. 一種酸性氣體分離模組，其特徵在於，其具有： 　　管壁上形成有貫通孔的中心筒； 　　作為原料氣體流路的供給氣體流路用部件； 　　從在所述供給氣體流路用部件中流通的原料氣體中分離酸性氣體的酸性氣體分離層，所述酸性氣體分離層具有促進傳輸膜以及支撐所述促進傳輸膜的多孔質支撐體，所述促進傳輸膜含有可與酸性氣體反應的載體和用於擔載所述載體的親水性化合物；和 　　透過氣體流路用部件，所述透過氣體流路用部件在內部設置有對所述酸性氣體的流路進行約束的流路約束部件，而且在所述流路約束部件的形成位置的高壓變形量與在該形成位置以外的位置的高壓變形量之差為100μm以下，所述透過氣體流路用部件成為透過所述酸性氣體分離層後的酸性氣體向所述中心筒流通的流路， 　　所述酸性氣體分離模組是至少一片的具有所述供給氣體流路用部件、所述酸性氣體分離層和所述透過氣體流路用部件的層積體捲繞於所述中心筒而成的。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的酸性氣體分離模組，其中，所述透過氣體流路用部件由陶瓷、玻璃、碳、聚苯硫醚和改性聚丙烯中的任一種形成。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的酸性氣體分離模組，其中，所述透過氣體流路用部件的厚度為600μm以下。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的酸性氣體分離模組，其中，所述透過氣體流路用部件為織物，且形成所述透過氣體流路用部件的在相同方向上延伸的纖維在厚度方向上層積。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述的酸性氣體分離模組，其中，所述層積體具有如下形成的構成：具有將所述酸性氣體分離層折成2折而夾著所述供給氣體流路用部件的夾持體，在所述夾持體上層積所述透過氣體流路用部件而成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的酸性氣體分離模組，其中，所述流路約束部件以所述中心筒側的邊開放的四邊形形狀形成在所述透過氣體流路用部件的面方向。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述的酸性氣體分離模組，其在50℃以上的溫度條件下從含有水分的原料氣體中分離酸性氣體。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述的酸性氣體分離模組，其中，在所述多孔質支撐體與所述促進傳輸膜之間具有疏水性的中間層，所述中間層具有氣體透過性。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的酸性氣體分離模組，其中，所述中間層為有機矽樹脂層。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述的酸性氣體分離模組，其中，所述促進傳輸膜含有選自由Ti、Zr、Al、Si和Zn組成的組中的至少一種以上金屬元素。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的酸性氣體分離模組，其中，所述促進傳輸膜中的所述金屬元素的含量相對於所述親水性化合物總質量為0.1質量%～50質量%。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的酸性氣體分離模組，其中，所述促進傳輸膜含有以式(1)表示的結構單元， 式(1)M－(O－＊)m M表示選自由Ti、Zr、Al、Si和Zn組成的組中的金屬元素，m表示以M表示的金屬元素的價數，＊表示鍵合位置。
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