WO2024029568A1 - 分離膜モジュール - Google Patents

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WO2024029568A1
WO2024029568A1 PCT/JP2023/028295 JP2023028295W WO2024029568A1 WO 2024029568 A1 WO2024029568 A1 WO 2024029568A1 JP 2023028295 W JP2023028295 W JP 2023028295W WO 2024029568 A1 WO2024029568 A1 WO 2024029568A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reactor
separation membrane
flange
sweep gas
housing
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/028295
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和希 飯田
行成 柴垣
剛佑 中川
宗太 前原
博史 菅
Original Assignee
日本碍子株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本碍子株式会社 filed Critical 日本碍子株式会社
Publication of WO2024029568A1 publication Critical patent/WO2024029568A1/ja

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/06—Tubular membrane modules

Definitions

  • the present invention relates to a separation membrane module.
  • separation membrane modules include a housing and a columnar membrane structure housed in the housing.
  • the membrane structure include a separation filter configured to separate a predetermined component from a mixed fluid using a separation membrane (for example, see Patent Document 1), and a separation membrane configured to separate a predetermined component from a mixed fluid using a separation membrane (see, for example, Patent Document 1).
  • Examples include a reactor configured to be separated (see, for example, Patent Document 2).
  • the longitudinal dimension of the membrane structure may vary due to manufacturing variations in the membrane structure, the longitudinal dimension of the membrane structure may be longer than the designed value. In that case, it would be extremely complicated to make the longitudinal dimension of the housing long enough to accommodate the membrane structure.
  • An object of the present invention is to provide a separation membrane module that can accommodate a membrane structure regardless of the longitudinal dimension of the membrane structure.
  • the separation membrane module of the first aspect includes a cylindrical housing, a columnar membrane structure housed in the housing and extending in the longitudinal direction, and an annular first flange surrounding a first end of the membrane structure. In the longitudinal direction, the first end surface of the membrane structure is located outside the end surface of the first flange.
  • the housing has a first opening centered on the axis of the membrane structure, and in the radial direction perpendicular to the longitudinal direction, the outer peripheral surface of the membrane structure is , located inside the inner peripheral surface of the first opening.
  • a part of the membrane structure is inserted into the first opening.
  • the separation membrane module of the fourth aspect according to any of the first to third aspects further includes a first bonding material interposed between the membrane structure and the first flange.
  • the first bonding material is separate from the housing.
  • the first flange is made of a ceramic material.
  • the separation membrane module of the sixth aspect according to any of the first to fifth aspects further includes an annular second flange surrounding the second end of the membrane structure.
  • the second end surface of the membrane structure is located outside the end surface of the second flange in the longitudinal direction.
  • the housing has a second opening centered on the axis of the membrane structure, and in the radial direction, the outer peripheral surface of the membrane structure is Located inside the inner peripheral surface.
  • a part of the membrane structure is inserted into the second opening.
  • the separation membrane module of the ninth aspect according to any of the sixth to eighth aspects further includes a second bonding material interposed between the membrane structure and the second flange.
  • the second bonding material is separate from the housing.
  • the second flange is made of a ceramic material.
  • the membrane structure is a reactor.
  • the membrane structure is a separation filter.
  • FIG. 1 is a sectional view of a separation membrane module according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 2.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 5.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 7.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 7.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 8.
  • FIG. 11 is a sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 8.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 8.
  • FIG. 13 is a sectional view of a separation membrane module according to modification example 9.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to modification example 9.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to Modification 10.
  • FIG. 16 is a sectional view of a separation membrane module according to Modification 10.
  • FIG. 17 is a sectional view of a separation membrane module according to Modification 10.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a separation membrane module 1. As shown in FIG. 2 and 3 are partially enlarged views of FIG. 1.
  • the separation membrane module 1 includes a reactor 10, a housing 20, a first flange 30, a second flange 40, a first bonding material 50, and a second bonding material 60.
  • the reactor 10 is an example of a "membrane structure" according to the present invention.
  • Reactor 10 is housed within housing 20.
  • the reactor 10 is formed into a columnar shape extending in the longitudinal direction.
  • the outer shape of the reactor 10 is not particularly limited, but may be, for example, cylindrical, elliptical, or polygonal.
  • the reactor 10 is a so-called membrane reactor for converting raw material gas into liquid fuel.
  • the raw material gas contains at least hydrogen and carbon dioxide.
  • the source gas may contain carbon monoxide.
  • the raw material gas may be so-called synthesis gas (Syngas).
  • the liquid fuel is a fuel that is in a liquid state at normal temperature and normal pressure, or a fuel that can be liquefied at normal temperature and pressure. Examples of fuels in a liquid state at normal temperature and pressure include methanol, ethanol, liquid fuels represented by C n H 2 (m-2n) (m is an integer less than 90, n is an integer less than 30), and these. Mixtures may be mentioned. Examples of fuels that can be liquefied at room temperature and pressure include propane, butane, and mixtures thereof.
  • reaction formula (1) for synthesizing methanol by catalytically hydrogenating a raw material gas containing hydrogen and carbon dioxide in the presence of a catalyst is as follows. CO 2 +3H 2 ⁇ CH 3 OH + H 2 O (1)
  • the above reaction is an equilibrium reaction, and the reactor 10 can shift the reaction equilibrium to the product side by separating water vapor, which is a product of the conversion reaction.
  • the conversion reaction is preferably carried out at high temperature and high pressure (eg, 180° C. or higher, 2 MPa or higher).
  • the liquid fuel is in a gaseous state when it is synthesized, and remains in a gaseous state at least until it flows out of the reactor 10.
  • the reactor 10 preferably has heat resistance and pressure resistance suitable for the desired liquid fuel synthesis conditions.
  • the reactor 10 according to this embodiment is a so-called tubular type. As shown in FIG. 1, the reactor 10 has an outer peripheral surface F1, a first end surface F2, and a second end surface F3.
  • the outer peripheral surface F1 is a side surface of the columnar reactor 10.
  • the outer peripheral surface F1 is connected to each of the first end surface F2 and the second end surface F3.
  • the first end surface F2 is one end surface of the columnar reactor 10.
  • a first opening T1 is formed in the first end surface F2.
  • the raw material gas flows into the reactor 10 through the first opening T1.
  • the second end surface F3 is the other end surface of the columnar reactor 10.
  • a second opening T2 is formed in the second end face F3.
  • the liquid fuel flows out of the reactor 10 from the second opening T2.
  • the reactor 10 has a first end 10a and a second end 10b.
  • the first end 10a is one end of the reactor 10 in the longitudinal direction.
  • the first end portion 10a includes the above-described first end surface F2.
  • the second end 10b is the other end of the reactor 10 in the longitudinal direction.
  • the second end portion 10b includes the second end surface F3 described above.
  • the reactor 10 is composed of a porous support 11, a separation membrane 12, a catalyst 13, and a catalyst stopper 14.
  • the porous support 11 is formed into a cylindrical shape extending in the longitudinal direction.
  • the porous support 11 is made of a porous material.
  • ceramic materials ceramic materials, metal materials, resin materials, composite members thereof, etc. can be used, and ceramic materials are particularly suitable.
  • aggregates for ceramic materials include alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), mullite (Al 2 O 3 .SiO 2 ), cervene and cordierite (Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 ), and these.
  • Composite materials containing two or more of these can be used, and alumina is preferred in consideration of availability, clay stability, and corrosion resistance.
  • the inorganic binder of the ceramic material at least one of titania, mullite, easily sinterable alumina, silica, glass frit, clay mineral, and easily sintered cordierite can be used.
  • the ceramic material does not need to contain an inorganic binder.
  • the average pore diameter of the porous support 11 can be 5 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less.
  • the average pore diameter of the porous support 11 can be measured by mercury intrusion method.
  • the porosity of the porous support 11 can be 25% or more and 50% or less.
  • the average particle size of the porous material can be 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the average particle size is the arithmetic mean value of the maximum diameter of 30 measurement target particles (randomly selected) measured by cross-sectional microstructure observation using a scanning electron microscope (SEM).
  • the separation membrane 12 is supported by the porous support 11.
  • the separation membrane 12 is formed into a cylindrical shape extending in the longitudinal direction.
  • the inside of the separation membrane 12 is a non-permeation side space S1 to which the raw material gas is supplied.
  • the non-transmission side space S1 is a space between the first opening T1 and the second opening T2.
  • the separation membrane 12 is arranged on the inner surface of the porous support 11, but it may be arranged on the outer surface of the porous support 11.
  • the separation membrane 12 allows water vapor, which is a product of the conversion reaction from raw material gas to liquid fuel, to permeate therethrough. Thereby, the reaction equilibrium of the above formula (1) can be shifted to the product side using the equilibrium shift effect.
  • the separation membrane 12 preferably has a water vapor permeability coefficient of 100 nmol/(s ⁇ Pa ⁇ m 2 ) or more.
  • the water vapor permeability coefficient can be determined by a known method (see Ind. Eng. Chem. Res., 40, 163-175 (2001)).
  • the separation membrane 12 has a separation coefficient of 100 or more.
  • the larger the separation coefficient the easier it is for water vapor to permeate, and the more difficult it is for components other than water vapor (hydrogen, carbon dioxide, liquid fuel, etc.) to permeate.
  • the separation coefficient can be determined by a known method (see Fig. 1 of "Separation and Purification Technology 239 (2020) 116533").
  • an inorganic membrane can be used.
  • Inorganic membranes are preferable because they have heat resistance, pressure resistance, and water vapor resistance.
  • the inorganic membrane include a zeolite membrane, a silica membrane, an alumina membrane, or a composite membrane thereof.
  • an LTA type zeolite membrane in which the molar ratio of silicon element (Si) to aluminum element (Al) (Si/Al) is 1.0 or more and 3.0 or less is suitable because it has excellent water vapor permeability. be.
  • the catalyst 13 is arranged inside the separation membrane 12, that is, in the non-permeation side space S1.
  • the catalyst 13 is preferably filled in the non-permeation side space S1, but may be arranged on the surface of the separation membrane 12 in the form of a layer or an island.
  • the catalyst 13 promotes the conversion reaction from the raw material gas to liquid fuel shown in the above formula (1).
  • the catalyst 13 a known catalyst suitable for the conversion reaction from raw material gas to liquid fuel can be used.
  • the catalyst 13 include metal catalysts (copper, palladium, etc.), oxide catalysts (zinc oxide, zirconia, gallium oxide, etc.), and composite catalysts of these (copper-zinc oxide, copper-zinc oxide-alumina). , copper-zinc oxide-chromium oxide-alumina, copper-cobalt-titania, and catalysts obtained by modifying these with palladium).
  • the catalyst stopper 14 is arranged to cover the second opening T2 formed in the second end face F3.
  • the catalyst stopper 14 stops the catalyst 13 from leaking out from the second opening T2.
  • the catalyst stopper 14 has a configuration that prevents the catalyst 13 from leaking out and does not prevent the liquid fuel from flowing out.
  • the catalyst stopper 14 for example, a net-like member, a perforated plate, etc. can be used.
  • the catalyst stopper 14 is attached to the housing 20, but it may be attached to the second end face F3 of the reactor 10.
  • the reactor 10 may not have the catalyst stopper 14. if the catalyst 13 is unlikely to leak (for example, if the catalyst 13 is arranged in layers or islands on the surface of the separation membrane 12), the reactor 10 may not have the catalyst stopper 14. .
  • the raw material gas supplied to the non-permeate side space S1 is converted into liquid fuel by the action of the catalyst 13, and water vapor, which is a product of the conversion reaction, passes through the separation membrane 12 and the porous support 11. It is separated into a transmission side space S2, which will be described later.
  • the housing 20 is formed into a cylindrical shape as a whole. Housing 20 accommodates reactor 10.
  • the housing 20 has a structure that can withstand conversion reactions at high temperatures and high pressures (eg, 180° C. or higher, 2 MPa or higher).
  • high temperatures and high pressures eg, 180° C. or higher, 2 MPa or higher.
  • the material of housing 20 is preferably resistant to hydrogen embrittlement.
  • the housing 20 can be mainly made of metal material (stainless steel, etc.).
  • the housing 20 is composed of a cylinder body 21, a first end plate 22, and a second end plate 23.
  • the cylinder body 21 is formed into a cylinder shape extending in the longitudinal direction. Both ends of the cylindrical body 21 are enlarged in diameter in the form of flanges.
  • the cylinder body 21 has an inner circumferential surface G1, a first end surface G2, a second end surface G3, a sweep gas supply port T3, and a sweep gas discharge port T4.
  • the inner circumferential surface G1 faces the outer circumferential surface F1 of the reactor 10 and is separated from the outer circumferential surface F1.
  • the gap between the inner circumferential surface G1 and the outer circumferential surface F1 is a permeation side space S2 for recovering water vapor, which is a product of the conversion reaction.
  • An annular first recess H1 is formed at one end of the inner peripheral surface G1.
  • An annular first elastic member 26a is arranged in the first recess H1.
  • As the first elastic member 26a for example, expanded graphite or a rubber O-ring can be used.
  • the first elastic member 26a is in close contact with a first flange 30, which will be described later. This seals between the cylinder body 21 and the first flange 30.
  • a second annular recess H2 is formed at the other end of the inner peripheral surface G1.
  • An annular second elastic member 26b is arranged in the second recess H2.
  • As the second elastic member 26b for example, expanded graphite or a rubber O-ring can be used.
  • the second elastic member 26b is in close contact with a second flange 40, which will be described later. This seals between the cylinder body 21 and the second flange 40.
  • An annular first recess H3 is formed in the first end surface G2.
  • the third elastic member 26c is arranged in the first recess H3.
  • As the third elastic member 26c for example, expanded graphite or a rubber O-ring can be used.
  • the third elastic member 26c is in close contact with the first end plate 22. This seals between the cylinder body 21 and the first end plate 22.
  • a second annular recess H4 is formed in the second end surface G3.
  • a fourth elastic member 26d is arranged in the second recess H4.
  • As the fourth elastic member 26d for example, expanded graphite or a rubber O-ring can be used.
  • the fourth elastic member 26d is in close contact with the second end plate 23. Thereby, the space between the cylinder body 21 and the second end plate 23 is sealed.
  • the sweep gas supply port T3 and the sweep gas discharge port T4 are each connected to the permeation side space S2.
  • the sweep gas is supplied to the permeation side space S2 from the sweep gas supply port T3.
  • the sweep gas takes in water vapor in the permeation side space S2 and absorbs the reaction heat accompanying the conversion reaction.
  • the sweep gas is discharged together with water vapor from the sweep gas outlet T4.
  • Hydrogen and/or carbon dioxide can be used as the sweep gas.
  • an inert gas for example, nitrogen), air, or the like may be used as the sweep gas.
  • the sweep gas supply port T3 and the sweep gas discharge port T4 diagonally face each other in cross-sectional view, but the respective positions of the sweep gas supply port T3 and the sweep gas discharge port T4 can be changed as appropriate.
  • the first end plate 22 is an annular plate member.
  • the first end plate 22 has a first opening 20a centered on the axis of the reactor 10.
  • the shape of the first opening 20a is not particularly limited, and may be circular, polygonal, or the like.
  • a portion of the first end plate 22 that surrounds the first opening 20a has an enlarged diameter in the form of a flange.
  • the first end plate 22 has a facing surface J1 and an inner circumferential surface U1.
  • the opposing surface J1 faces an end surface K1 of the first flange 30, which will be described later.
  • the opposing surface J1 is separated from the end surface K1 of the first flange 30.
  • the opposing surface J1 may be in contact with at least a portion of the end surface K1 of the first flange 30.
  • the opposing surface J1 contacts the first end surface G2 of the cylinder body 21.
  • a third annular recess H5 is formed in the opposing surface J1.
  • the inner circumferential surface U1 is continuous with the opposing surface J1.
  • the inner peripheral surface U1 is cylindrical.
  • the inner peripheral surface U1 is located outside the outer peripheral surface F1 of the reactor 10 in the radial direction (direction perpendicular to the longitudinal direction).
  • a part of the reactor 10 (specifically, the end of the first end 10a) is inserted into the first opening 20a. Therefore, the inner peripheral surface U1 faces a part of the outer peripheral surface F1 of the reactor 10 in the radial direction.
  • the outer side in the radial direction means the side away from the axis of the reactor 10 in the radial direction
  • the inner side in the radial direction means the side closer to the axis of the reactor 10 in the radial direction.
  • the first end plate 22 is connected to the cylinder body 21 by a plurality of fixing members 27.
  • the fixing member 27 is composed of, for example, a bolt and a nut.
  • the first end plate 22 is in close contact with the third elastic member 26c.
  • the second end plate 23 is an annular plate member.
  • the second end plate 23 has a second opening 20b centered on the axis of the reactor 10.
  • the shape of the second opening 20b is not particularly limited, and may be circular, polygonal, or the like.
  • a portion of the second end plate 23 surrounding the second opening 20b has a diameter expanded into a flange shape.
  • the second end plate 23 has a facing surface J2 and an inner circumferential surface U2.
  • the opposing surface J2 faces an end surface K2 of the second flange 40, which will be described later.
  • the second opposing surface J2 is separated from the end surface K2 of the second flange 40.
  • the opposing surface J2 may be in contact with at least a portion of the end surface K2 of the second flange 40.
  • the opposing surface J2 contacts the second end surface G3 of the cylinder body 21.
  • a fourth annular recess H6 is formed in the second contact surface J2.
  • the inner circumferential surface U2 is continuous with the opposing surface J2.
  • the inner circumferential surface U2 is cylindrical.
  • the inner circumferential surface U2 is located outside the outer circumferential surface F1 of the reactor 10 in the radial direction.
  • a part of the reactor 10 specifically, the end of the second end 10b
  • the inner peripheral surface U2 faces a part of the outer peripheral surface F1 of the reactor 10 in the radial direction.
  • the second end plate 23 is connected to the cylinder body 21 by a plurality of fixing members 28.
  • the fixing member 28 is composed of, for example, a bolt and a nut.
  • the second end plate 23 is in close contact with the fourth elastic member 26d.
  • the first flange 30 is attached to the reactor 10.
  • the first flange 30 is joined to the reactor 10 by a first joining material 50.
  • the first flange 30 functions as a spacer for forming a permeation side space S2 between the reactor 10 and the cylinder body 21.
  • the first flange 30 is formed in an annular shape.
  • the first flange 30 surrounds the first end 10a of the reactor 10.
  • the first flange 30 is fitted into one end of the cylinder body 21.
  • the first flange 30 supports the first end 10a of the reactor 10 at a position away from the cylinder body 21. Thereby, a permeation side space S2 is formed between the reactor 10 and the cylinder body 21.
  • the first flange 30 has an end surface K1, an outer circumferential surface L1, and an inner circumferential surface M1.
  • the end surface K1 is the longitudinally outer surface of the first flange 30. In the longitudinal direction, the end surface K1 is located inside the first end surface F2 of the reactor 10. In other words, the first end surface F2 of the reactor 10 is located outside the end surface K1 of the first flange 30 in the longitudinal direction. Therefore, since the first flange 30 does not interfere with the reactor 10 in the longitudinal direction, the position of the first flange 30 with respect to the reactor 10 in the longitudinal direction can be freely set. Therefore, even if the longitudinal dimension of the reactor 10 is longer than the design value, the reactor 10 can be accommodated in the housing 20 regardless of the longitudinal dimension of the reactor 10. As a result, there is no need to prepare multiple types of housings 20 with different longitudinal dimensions, so the cost of the separation membrane module 1 can be reduced.
  • outer side in the longitudinal direction means the side away from the center of the reactor 10 in the longitudinal direction
  • inner side in the longitudinal direction means the side closer to the center of the reactor 10 in the longitudinal direction
  • the end surface K1 faces the opposing surface J1 of the first end plate 22. At least a portion of the end surface K1 may be in contact with the opposing surface J1.
  • the end surface K1 is planar.
  • the outer circumferential surface L1 is a radially outer surface of the first flange 30.
  • the outer circumferential surface L1 faces the inner circumferential surface G1 of the cylinder body 21 and is in close contact with the first elastic member 26a.
  • the outer circumferential surface L1 may be in contact with the inner circumferential surface G1.
  • the inner circumferential surface M1 is provided on the opposite side of the outer circumferential surface L1.
  • the inner circumferential surface M1 faces the outer circumferential surface F1 of the reactor 10 with the first bonding material 50 interposed therebetween.
  • the first flange 30 is made of a dense ceramic material.
  • the ceramic material for example, alumina, zirconia, silicon carbide, aluminum nitride, cordierite, and a composite material containing two or more of these can be used.
  • the first flange 30 needs to have airtightness and liquidtightness. Therefore, the porosity of the first flange 30 is preferably 10.0% or less, more preferably 5.0% or less.
  • the second flange 40 is attached to the reactor 10.
  • the second flange 40 is joined to the reactor 10 by a second joining material 60.
  • the second flange 40 is arranged on the opposite side of the first flange 30.
  • the second flange 40 functions as a spacer for forming a permeation side space S2 between the reactor 10 and the cylinder body 21.
  • the second flange 40 is formed in an annular shape.
  • the second flange 40 surrounds the second end 10b of the reactor 10.
  • the second flange 40 is fitted into the other end of the cylinder body 21.
  • the second flange 40 supports the second end 10b of the reactor 10 at a position away from the cylinder body 21. Thereby, a permeation side space S2 is formed between the reactor 10 and the cylinder body 21.
  • the second flange 40 has an end surface K2, an outer circumferential surface L2, and an inner circumferential surface M2.
  • the end surface K2 is the longitudinally outer surface of the second flange 40. In the longitudinal direction, the end surface K2 is located inside the second end surface F3 of the reactor 10. In other words, the second end surface F3 of the reactor 10 is located outside the end surface K2 of the second flange 40 in the longitudinal direction. Therefore, since the second flange 40 does not interfere with the reactor 10 in the longitudinal direction, the position of the first flange 30 with respect to the reactor 10 in the longitudinal direction can be freely set. Therefore, even if the longitudinal dimension of the reactor 10 is longer than the design value, the reactor 10 can be accommodated in the housing 20 regardless of the longitudinal dimension of the reactor 10. As a result, there is no need to prepare multiple types of housings 20 with different longitudinal dimensions, so the cost of the separation membrane module 1 can be reduced.
  • the end surface K2 faces the second opposing surface J2 of the second end plate 23. At least a portion of the end surface K2 may be in contact with the second opposing surface J2.
  • the end surface K2 is planar.
  • the outer circumferential surface L2 is a radially outer surface of the second flange 40.
  • the outer circumferential surface L2 faces the inner circumferential surface G1 of the cylinder body 21 and is in close contact with the second elastic member 26b.
  • the outer circumferential surface L2 may be in contact with the inner circumferential surface G1.
  • the inner circumferential surface M2 is provided on the opposite side of the outer circumferential surface L2.
  • the inner circumferential surface M2 faces the outer circumferential surface F1 of the reactor 10 via the second bonding material 60.
  • the second flange 40 is made of a dense ceramic material.
  • the ceramic material for example, alumina, zirconia, silicon carbide, aluminum nitride, cordierite, and a composite material containing two or more of these can be used.
  • the second flange 40 needs to have airtightness and liquidtightness. Therefore, the porosity of the second flange 40 is preferably 10.0% or less, more preferably 5.0% or less.
  • the first bonding material 50 is inserted between the first flange 30 and the reactor 10.
  • the first bonding material 50 bonds the first flange 30 to the reactor 10 .
  • the first bonding material 50 is disposed in at least a portion of the gap between the first flange 30 and the reactor 10.
  • the first bonding material 50 is preferably separated from the housing 20 (specifically, the first end plate 22). This can prevent the first bonding material 50 from interfering with the housing 20 and being damaged.
  • the joined body of the first flange 30 and the reactor 10 joined by the first joining material 50 is a "separation membrane assembly" according to the present invention.
  • crystallized glass As the first bonding material 50, crystallized glass, amorphous glass, brazing material, ceramics, or the like can be used, and crystallized glass is particularly preferable in consideration of heat resistance and pressure resistance.
  • crystallized glasses examples include SiO 2 -B 2 O 3 series, SiO 2 -CaO series, SiO 2 -Al 2 O 3 series, SiO 2 -MgO series, SiO 2 -ZnO-BaO series, and SiO 2 -B.
  • 2 O 3 -CaO type, SiO 2 -MgO-CaO type, SiO 2 -Al 2 O 3 -B 2 O 3 type, or SiO 2 -MgO-Al 2 O 3 type crystallized glass can be used.
  • crystallized glass is one in which the ratio of the "volume occupied by the crystalline phase" to the total volume (crystallinity) is 60% or more, and the "volume occupied by the amorphous phase and impurities to the total volume” is 60% or more. ” means glass with a percentage of less than 40%.
  • the second bonding material 60 is inserted between the second flange 40 and the reactor 10.
  • the second bonding material 60 bonds the second flange 40 to the reactor 10.
  • the second bonding material 60 is disposed in at least a portion of the gap between the second flange 40 and the reactor 10.
  • the second bonding material 60 is preferably separated from the housing 20 (specifically, the second end plate 23). This can prevent the second bonding material 60 from interfering with the housing 20 and being damaged.
  • the joined body of the second flange 40 and the reactor 10 joined by the second joining material 60 is a "separation membrane assembly" according to the present invention.
  • crystallized glass As the second bonding material 60, crystallized glass, amorphous glass, brazing material, ceramics, or the like can be used, and crystallized glass is particularly preferable in consideration of heat resistance and pressure resistance.
  • the assembly process of the separation membrane module 1 includes a process of producing a reactor assembly in which the first and second flanges 30 and 40 are joined to the reactor 10, and a process of accommodating the reactor assembly in the housing 20.
  • the process of producing the reactor assembly includes a first step of forming a molded body of bonding material, a second step of attaching a flange, and a third step of heating the molded body of bonding material.
  • a molded body of the first bonding material 50 is formed at the first end 10a of the reactor 10
  • a molded body of the second bonding material 60 is formed at the second end 10b of the reactor 10.
  • the first flange 30 is attached so as to surround the molded body of the first bonding material 50
  • the second flange 40 is attached so as to surround the molded body of the second bonding material 60.
  • the first and second bonding materials 50, 60 are formed by heating the molded bodies of the first and second bonding materials 50, 60 to cause crystal growth or melting, and then lowering the temperature to room temperature.
  • the step of housing the reactor assembly includes a fourth step of inserting the reactor assembly, a fifth step of attaching the elastic member, and a sixth step of connecting the end plates.
  • the fourth step after inserting the reactor assembly into the cylinder body 21, both ends of the reactor assembly are aligned.
  • the first to fourth elastic members 26a to 26d are fitted into the first to fourth recesses H1 to H4 of the cylinder body 21.
  • the sixth step the first end plate 22 is connected to the cylinder body 21 by the fixing member 27, and the second end plate 23 is connected to the cylinder body 21 by the fixing member 28.
  • the positions of the first and second flanges 30 and 40 relative to the reactor 10 in the longitudinal direction can be freely set, so that they do not interfere with the first and second end plates 22 and 23.
  • First and second flanges 30, 40 can be attached at the locations.
  • the distance between the end surface K1 of the first flange 30 and the end surface K2 of the second flange 40 in the longitudinal direction is equal to or less than the distance between the opposing surface J1 of the first end plate 22 and the opposing surface J2 of the second end plate 23 in the longitudinal direction. Good to have.
  • the housing 20 does not interfere with the reactor 10 and the first and second flanges 30, 40, so there is no need to prepare multiple types of housings 20 with different longitudinal dimensions.
  • the reactor 10 which is an example of a membrane structure, is of a tubular type, but it may be of a monolith type. Further, when a separation filter is used as the membrane structure, the separation filter may be of a tubular type or a monolith type.
  • the monolith type means a shape having a plurality of cells penetrating in the longitudinal direction, and is a concept that includes a honeycomb type.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a separation membrane module 1a including a monolithic reactor 100. However, in FIG. 4, only the reactor 100 is shown in a side view.
  • the separation membrane module 1a is the same as the separation membrane module 1 according to the embodiment above, except that it further includes a flow stopper 90 and a reactor 100 instead of the reactor 10. Note that in the reactor 100 as well, the catalyst stopper 14 has an arbitrary configuration.
  • the flow stopper 90 is formed in an annular shape.
  • the flow stopper 90 is arranged between the reactor 100 and the housing 20.
  • the flow stopper 90 divides the gap between the reactor 100 and the housing 20 into a first permeation side space S21 and a second permeation side space S22.
  • the flow stopper 90 prevents the sweep gas from directly flowing between the first permeation side space S21 and the second permeation side space S22.
  • the flow stopper 90 only needs to be able to directly suppress the flow of the sweep gas, and does not need to seal the space between the reactor 100 and the housing 20.
  • the flow stopper 90 can be made of, for example, expanded graphite, rubber, resin, metal, or the like.
  • the reactor 100 has a plurality of first channels 15, a plurality of second channels 16, a first slit 17, and a second slit 18.
  • the first flow path 15 passes through the reactor 100 in the longitudinal direction.
  • the first flow path 15 is open to the first and second end faces F2 and F3.
  • the above-mentioned separation membrane 12 is formed on the inner surface of the first channel 15 .
  • the inside of the separation membrane 12 is a non-permeable side space S1.
  • the above-mentioned catalyst 13 is arranged in the non-permeation side space S1.
  • the second flow path 16 is formed inside the reactor 100.
  • the second flow path 16 extends along the longitudinal direction.
  • the second flow path 16 is closed at the first and second end faces F2 and F3.
  • the first slit 17 is formed at the first end 100a of the reactor 100.
  • the first slits 17 radially penetrate each second flow path 16 and open to the outer peripheral surface F1. Therefore, the first slits 17 communicate with each second flow path 16 and the first permeation side space S21.
  • the second slit 18 is formed at the second end 100b of the reactor 100.
  • the second slits 18 penetrate each second flow path 16 in the radial direction and open to the outer peripheral surface F1. Therefore, the second slits 18 communicate with each second flow path 16 and the second permeation side space S22.
  • the raw material gas When the raw material gas is supplied to the first flow path 15, the raw material gas is converted into liquid fuel by the action of the catalyst 13, and water vapor, which is a product of the conversion reaction, passes through the separation membrane 12 and passes through the second flow path. 16.
  • the water vapor that has flowed into the second flow path 16 is taken into the sweep gas that flows into the second flow path 16 from the sweep gas supply port T3 via the second permeation side space S22 and the second slit 18, and then passes through the first slit. 17 and the first permeation side space S21, the sweep gas is discharged to the outside from the sweep gas discharge port T4.
  • the sweep gas supply port T3 and the sweep gas discharge port T4 are arranged on a straight line intersecting the axis of the reactor 10 in cross-sectional view.
  • the flow path length of the sweep gas in the first permeation side space S21 and the flow path length of the sweep gas in the second permeation side space S22 can be made equal, so that it is possible to suppress the flow of the sweep gas from becoming uneven.
  • the positional relationship between the sweep gas supply port T3 and the sweep gas discharge port T4 can be changed as appropriate.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG. 4.
  • the first slit 17 passes through the reactor 100 in a straight line and opens on both sides of the reactor 100.
  • the first slit 17 has two openings formed on the outer peripheral surface F1.
  • the sweep gas flowing out into the first permeation side space S21 from each of the two openings of the first slit 17 passes through the first permeation side space S21 and is discharged to the outside from the sweep gas outlet T4.
  • the first extending direction in which the first slit 17 extends inside the reactor 100 is inclined or perpendicular to the exhaust direction of the sweep gas discharged to the outside from the sweep gas exhaust port T4.
  • the angle ⁇ 1 of the first extending direction with respect to the discharge direction is preferably 45 degrees or more and 135 degrees or less.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line BB in FIG. 4.
  • the second slit 18 passes through the inside of the reactor 100 in a straight line and opens on both sides of the reactor 100.
  • the second slit 18 has two openings formed in the outer peripheral surface F1.
  • the sweep gas supplied from the sweep gas supply port T3 to the second permeation side space S22 passes through the second permeation side space S22 and flows into each of the two openings of the second slit 18.
  • the second extension direction in which the second slit 18 extends inside the reactor 100 is inclined or perpendicular to the supply direction of the sweep gas supplied from the sweep gas supply port T3 to the second permeation side space S22.
  • the angle ⁇ 2 of the second extending direction with respect to the supply direction is preferably 45 degrees or more and 135 degrees or less.
  • the separation membrane 12 is in contact with the catalyst 13, but a buffer layer may be interposed between the separation membrane 12 and the catalyst 13.
  • the buffer layer can be composed of a ceramic material or an organic polymeric material. Silica, alumina, chromia, etc. can be used as the ceramic material.
  • PTFE, PVA, PEG, etc. can be used as the organic polymer material.
  • the separation membrane 12 is configured to allow water vapor, which is a product of the conversion reaction from raw material gas to liquid fuel, to permeate therethrough, but the present invention is not limited thereto.
  • the separation membrane 12 may allow liquid fuel itself, which is a product of a conversion reaction from raw material gas to liquid fuel, to permeate therethrough. Even in this case, the reaction equilibrium of the above formula (1) can be shifted to the product side.
  • the separation membrane 12 allows liquid fuel to pass through, the reaction equilibrium is shifted to the product side even when liquid fuel is generated by a reaction in which water vapor is not produced as a by-product (for example, H 2 + CO ⁇ CH 3 OH). can be done.
  • a part of the reactor 10 is inserted into the second opening 20b, but as shown in FIG. It may not be inserted into the .
  • the sweep gas supply port T3 and the sweep gas discharge port T4 may be arranged on the same side of the reactor 10 when viewed from the side, or they may fill a part of the gap between the reactor 10 and the housing 20.
  • a blocking rectifying plate 20c may be provided. Although three current plates 20c are provided in FIG. 8, the number of current plates 20c may be one, two, or four or more. The position of the current plate 20c can be set as appropriate.
  • the housing 20 does not have the sweep gas supply port T3, and the sweep gas may not be supplied into the housing 20.
  • the products separated by the separation membrane 12 of the reactor 10 flow out of the housing 20 from the sweep gas outlet T4.
  • the position of the sweep gas outlet T4 can be set as appropriate.
  • FIGS. 8 and 9 can also be applied when a separation filter is used as the membrane structure instead of the reactor 10.
  • a plurality of reactors 10 may be accommodated within the housing 20.
  • a rectifying plate 20c may be provided to partially close the gap between each reactor 10 and the housing 20.
  • the number of current plates 20c may be one, two, or four or more.
  • the position of the current plate 20c can be set as appropriate.
  • the sweep gas supply port T3 and the sweep gas discharge port T4 may be arranged on the same side of the reactor 10 in a side view.
  • the housing 20 does not have the sweep gas supply port T3, and the sweep gas may not be supplied into the housing 20.
  • the products separated by the separation membrane 12 of the reactor 10 flow out of the housing 20 from the sweep gas outlet T4.
  • the position of the sweep gas outlet T4 can be set as appropriate.
  • FIGS. 10 to 12 are also applicable to the case where a separation filter is used as the membrane structure instead of the reactor 10.
  • the sweep gas supply port T3 and the sweep gas discharge port T4 may be arranged on the same side of the reactor 100 when viewed from the side, or they may be disposed in a part of the gap between the reactor 100 and the housing 20.
  • a blocking rectifying plate 20d may be provided.
  • one current plate 20d is provided on each side of the flow stopper 90.
  • the rectifying plate 20d on the side of the sweep gas supply port T3 divides the space on the side of the sweep gas supply port T3 into a space where the sweep gas mainly flows into the second slit 18 of the reactor 100 and a space where the sweep gas flows into the side of the reactor 100. Separate into spaces.
  • the rectifier plate 20d on the side of the sweep gas outlet T4 divides the space on the side of the sweep gas outlet T4 into a space where the sweep gas mainly flows out from the first slit 17 of the reactor 100 and a space where the sweep gas flows out from the side of the reactor 100. Separate into spaces.
  • the number and position of the current plates 20d can be set as appropriate. Further, a portion of the sweep gas may pass through the flow stopper 90 .
  • the housing 20 does not have the sweep gas supply port T3, and the sweep gas may not be supplied into the housing 20.
  • the products separated by the separation membrane 12 of the reactor 100 flow out of the housing 20 from the sweep gas outlet T4.
  • the position of the sweep gas outlet T4 can be set as appropriate.
  • FIGS. 13 and 14 are also applicable when a separation filter is used as the membrane structure instead of the reactor 100.
  • a plurality of reactors 100 may be accommodated within the housing 20.
  • a rectifying plate 20d that partially closes the gap between the reactor 100 and the housing 20 may be provided.
  • one current plate 20d is provided on each side of the flow stopper 90.
  • the rectifying plate 20d on the side of the sweep gas supply port T3 divides the space on the side of the sweep gas supply port T3 into a space where the sweep gas mainly flows into the second slit 18 of the reactor 100 and a space where the sweep gas flows into the side of the reactor 100. Separate into spaces.
  • the rectifier plate 20d on the side of the sweep gas outlet T4 divides the space on the side of the sweep gas outlet T4 into a space where the sweep gas mainly flows out from the first slit 17 of the reactor 100 and a space where the sweep gas flows out from the side of the reactor 100. Separate into spaces.
  • the number and position of the current plates 20d can be set as appropriate.
  • a portion of the sweep gas may pass through the flow stopper 90 . Note that, as shown in FIG. 16, the sweep gas supply port T3 and the sweep gas discharge port T4 may be arranged on the same side of the reactor 100 in a side view.
  • the housing 20 does not have the sweep gas supply port T3, and the sweep gas may not be supplied into the housing 20.
  • the products separated by the separation membrane 12 of the reactor 100 flow out of the housing 20 from the sweep gas outlet T4.
  • the position of the sweep gas outlet T4 can be set as appropriate.
  • FIGS. 15 to 17 can also be applied when a separation filter is used as the membrane structure instead of the reactor 100.

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Abstract

分離膜モジュール（１）は、筒状のハウジング（２０）と、ハウジング（２０）に収容され、長手方向に延びる柱状のリアクタ（１０）と、リアクタ（１０）の第１端部（１０ａ）を取り囲む環状の第１フランジ（３０）とを備える。長手方向において、リアクタ（１０）の第１端面（Ｆ２）は、第１フランジ（３０）の端面（Ｋ１）より外側に位置する。

Description

分離膜モジュール
　本発明は、分離膜モジュールに関する。
　従来、ハウジングとハウジングに収容される柱状の膜構造体とを備える分離膜モジュールが知られている。膜構造体としては、混合流体から所定成分を分離膜で分離するように構成された分離フィルタ（例えば、特許文献１参照）や、原料ガスから液体燃料への転化反応の生成物を分離膜で分離するように構成されたリアクタ（例えば、特許文献２参照）などが挙げられる。
国際公開第２０１８／１８００９５号 特開２０１８－００８９４０号公報
　ところで、分離膜を透過した透過成分を回収するための透過側空間を膜構造体とハウジングとの間に設ける必要があるため、膜構造体の端部にフランジを取り付ける必要がある。
　一方で、膜構造体の長手寸法は、膜構造体の製造上のばらつきのため変動しうるため、膜構造体の長手寸法が設計値より長くなる場合がある。その場合、膜構造体を収容できるようハウジングの長手寸法も長くするとすれば極めて煩雑である。
　本発明は、膜構造体の長手寸法に関わらず膜構造体を収容可能な分離膜モジュールを提供することを目的とする。
　第１態様の分離膜モジュールは、筒状のハウジングと、ハウジングに収容され、長手方向に延びる柱状の膜構造体と、膜構造体の第１端部を取り囲む環状の第１フランジとを備える。長手方向において、膜構造体の第１端面は、第１フランジの端面より外側に位置する。
　第１態様に係る第２態様の分離膜モジュールにおいて、ハウジングは、膜構造体の軸心を中心とする第１開口を有し、長手方向に垂直な径方向において、膜構造体の外周面は、第１開口の内周面より内側に位置する。
　第１態様又は第２態様に係る第３態様の分離膜モジュールにおいて、膜構造体の一部は、第１開口に挿入される。
　第１乃至第３態様のいずれかに係る第４態様の分離膜モジュールは、膜構造体と第１フランジとの間に介挿される第１接合材を更に備える。第１接合材は、ハウジングから離れている。
　第１乃至第４態様のいずれかに係る第５態様の分離膜モジュールにおいて、第１フランジは、セラミックス材料によって構成される。
　第１乃至第５態様のいずれかに係る第６態様の分離膜モジュールは、膜構造体の第２端部を取り囲む環状の第２フランジを更に備える。膜構造体の第２端面は、長手方向において、第２フランジの端面より外側に位置する。
　第６態様に係る第７態様の分離膜モジュールにおいて、ハウジングは、膜構造体の軸心を中心とする第２開口を有し、径方向において、膜構造体の外周面は、第２開口の内周面より内側に位置する。
　第６態様又は第７態様に係る第８態様の分離膜モジュールにおいて、膜構造体の一部は、第２開口に挿入される。
　第６乃至第８態様のいずれかに係る第９態様の分離膜モジュールは、膜構造体と第２フランジとの間に介挿される第２接合材を更に備える。第２接合材は、ハウジングから離れている。
　第６乃至第９態様のいずれかに係る第１０態様の分離膜モジュールにおいて、第２フランジは、セラミックス材料によって構成される。
　第１乃至第１０態様のいずれかに係る第１１態様の分離膜モジュールにおいて、膜構造体は、リアクタである。
　第１乃至第１０態様のいずれかに係る第１２態様の分離膜モジュールにおいて、膜構造体は、分離フィルタである。
　本発明によれば、膜構造体の長手寸法に関わらず膜構造体を収容可能な分離膜モジュールを提供することができる。
図１は、実施形態に係る分離膜モジュールの断面図である。 図２は、図１の部分拡大図である。 図３は、図１の部分拡大図である。 図４は、変形例２に係る分離膜モジュールの断面図である。 図５は、図４のＡ－Ａ断面図である。 図６は、図４のＢ－Ｂ断面図である。 図７は、変形例５に係る分離膜モジュールの断面図である。 図８は、変形例７に係る分離膜モジュールの断面図である。 図９は、変形例７に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１０は、変形例８に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１１は、変形例８に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１２は、変形例８に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１３は、変形例９に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１４は、変形例９に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１５は、変形例１０に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１６は、変形例１０に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１７は、変形例１０に係る分離膜モジュールの断面図である。
　（分離膜モジュール１）
　実施形態に係る分離膜モジュール１について説明する。図１は、分離膜モジュール１の構成を模式的に示す断面図である。図２及び図３それぞれは、図１の部分拡大図である。
　図１に示すように、分離膜モジュール１は、リアクタ１０、ハウジング２０、第１フランジ３０、第２フランジ４０、第１接合材５０、及び第２接合材６０を備える。リアクタ１０は、本発明に係る「膜構造体」の一例である。
　［リアクタ１０］
　リアクタ１０は、ハウジング２０内に収容される。リアクタ１０は、長手方向に延びる柱状に形成される。リアクタ１０の外形は特に限られないが、例えば、円柱状、楕円柱状、多角柱状とすることができる。
　リアクタ１０は、原料ガスを液体燃料へ転化させるための所謂メンブレンリアクタである。原料ガスは、少なくとも水素及び二酸化炭素を含有する。原料ガスは、一酸化炭素を含有していてよい。原料ガスは、いわゆる合成ガス（Ｓｙｎｇａｓ）であってよい。液体燃料は、常温常圧で液体状態の燃料、又は、常温加圧状態で液化可能な燃料である。常温常圧で液体状態の燃料としては、例えばメタノール、エタノール、ＣｎＨ２（ｍ－２ｎ）（ｍは９０未満の整数、ｎは３０未満の整数）で表される液体燃料、及びこれらの混合物が挙げられる。常温加圧状態で液化可能な燃料としては、例えばプロパン、ブタン、及びこれらの混合物などが挙げられる。
　例えば、水素及び二酸化炭素を含有する原料ガスを触媒存在下で接触水素化することでメタノールを合成する際の反応式（１）は次の通りである。
　ＣＯ２＋３Ｈ２　⇔　ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ　　（１）
　上記反応は平衡反応であり、リアクタ１０は、転化反応の生成物である水蒸気を分離することによって反応平衡を生成物側にシフトさせることができる。転化効率及び反応速度を高めるには、高温高圧下（例えば、１８０℃以上、２ＭＰａ以上）で転化反応が実施されることが好ましい。液体燃料は、合成された時点では気体状態であり、少なくともリアクタ１０から流出するまでは気体状態のまま維持される。リアクタ１０は、所望の液体燃料の合成条件に適した耐熱性及び耐圧性を有することが好ましい。
　本実施形態に係るリアクタ１０は、所謂チューブラ型である。図１に示すように、リアクタ１０は、外周面Ｆ１、第１端面Ｆ２、及び第２端面Ｆ３を有する。外周面Ｆ１は、柱状のリアクタ１０の側面である。外周面Ｆ１は、第１端面Ｆ２及び第２端面Ｆ３それぞれに繋がる。第１端面Ｆ２は、柱状のリアクタ１０の一端面である。第１端面Ｆ２には、第１開口Ｔ１が形成される。原料ガスは、第１開口Ｔ１からリアクタ１０の内部に流入する。第２端面Ｆ３は、柱状のリアクタ１０の他端面である。第２端面Ｆ３には、第２開口Ｔ２が形成される。液体燃料は、第２開口Ｔ２からリアクタ１０の外部に流出する。
　リアクタ１０は、第１端部１０ａ及び第２端部１０ｂを有する。第１端部１０ａは、長手方向におけるリアクタ１０の一端部である。第１端部１０ａは、上述した第１端面Ｆ２を含む。第２端部１０ｂは、長手方向におけるリアクタ１０の他端部である。第２端部１０ｂは、上述した第２端面Ｆ３を含む。
　ここで、リアクタ１０は、多孔質支持体１１、分離膜１２、触媒１３、及び触媒止め１４によって構成される。
　多孔質支持体１１は、長手方向に延びる筒状に形成される。多孔質支持体１１は、多孔質材料によって構成される。多孔質材料としては、セラミック材料、金属材料、樹脂材料、及びこれらの複合部材などを用いることができ、特にセラミック材料が好適である。セラミック材料の骨材としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）、ムライト（Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）、セルベン及びコージェライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８）、及びこれらのうち２以上を含む複合材料などを用いることができ、入手容易性、坏土安定性及び耐食性を考慮するとアルミナが好適である。セラミック材料の無機結合材としては、チタニア、ムライト、易焼結性アルミナ、シリカ、ガラスフリット、粘土鉱物、易焼結性コージェライトのうち少なくとも一つを用いることができる。ただし、セラミック材料は、無機結合材を含んでいなくてもよい。
　多孔質支持体１１の平均細孔径は、５μｍ以上２５μｍ以下とすることができる。多孔質支持体１１の平均細孔径は、水銀圧入法によって測定することができる。多孔質支持体１１の気孔率は、２５％以上５０％以下とすることができる。多孔質材料の平均粒径は、１μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。平均粒径とは、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いた断面微構造観察によって測定される３０個の測定対象粒子（無作為選択）の最大直径の算術平均値である。
　分離膜１２は、多孔質支持体１１によって支持される。分離膜１２は、長手方向に延びる筒状に形成される。分離膜１２の内側は、原料ガスが供給される非透過側空間Ｓ１である。非透過側空間Ｓ１は、第１開口Ｔ１と第２開口Ｔ２との間の空間である。本実施形態において、分離膜１２は、多孔質支持体１１の内表面上に配置されているが、多孔質支持体１１の外表面上に配置されていてもよい。
　分離膜１２は、原料ガスから液体燃料への転化反応の生成物である水蒸気を透過させる。これにより、平衡シフト効果を利用して上記式（１）の反応平衡を生成物側にシフトさせることができる。
　分離膜１２は、１００ｎｍｏｌ／（ｓ・Ｐａ・ｍ２）以上の水蒸気透過係数を有することが好ましい。水蒸気透過係数は、既知の方法（Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．，４０，１６３－１７５（２００１）参照）で求めることができる。
　分離膜１２は、１００以上の分離係数を有することが好ましい。分離係数が大きいほど、水蒸気を透過しやすく、かつ水蒸気以外の成分（水素、二酸化炭素及び液体燃料など）を透過させにくい。分離係数は、既知の方法（「Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　２３９　（２０２０）　１１６５３３」のＦｉｇ．１参照）で求めることができる。
　分離膜１２としては、無機膜を用いることができる。無機膜は、耐熱性、耐圧性、耐水蒸気性を有するため好ましい。無機膜としては、例えばゼオライト膜、シリカ膜、アルミナ膜、或いは、これらの複合膜などが挙げられる。特に、シリコン元素（Ｓｉ）とアルミニウム元素（Ａｌ）とのモル比（Ｓｉ／Ａｌ）が１．０以上３．０以下であるＬＴＡ型のゼオライト膜は、水蒸気透過性に優れているため好適である。
　触媒１３は、分離膜１２の内側、すなわち非透過側空間Ｓ１に配置される。触媒１３は、非透過側空間Ｓ１に充填されていることが好ましいが、分離膜１２の表面に層状又は島状に配置されていてもよい。触媒１３は、上記式（１）に示した原料ガスから液体燃料への転化反応を促進させる。
　触媒１３には、原料ガスから液体燃料への転化反応に適した既知の触媒を用いることができる。触媒１３としては、例えば、金属触媒（銅、パラジウムなど）、酸化物触媒（酸化亜鉛、ジルコニア、酸化ガリウムなど）、及び、これらを複合化した触媒（銅－酸化亜鉛、銅－酸化亜鉛－アルミナ、銅－酸化亜鉛－酸化クロム－アルミナ、銅－コバルト－チタニア、及びこれらにパラジウムを修飾した触媒など）が挙げられる。
　触媒止め１４は、第２端面Ｆ３に形成された第２開口Ｔ２を覆うように配置される。触媒止め１４は、第２開口Ｔ２から触媒１３が漏れ出ることを止める。触媒止め１４は、触媒１３が漏れ出ることを止めつつ、液体燃料の流出を妨げない構成を有する。触媒止め１４としては、例えば網状部材、有孔板などを用いることができる。なお、本実施形態において、触媒止め１４は、ハウジング２０に取り付けられているが、リアクタ１０の第２端面Ｆ３に取り付けられていてもよい。
　ただし、触媒１３の漏出が生じにくい場合（例えば、触媒１３が分離膜１２の表面に層状又は島状に配置されている場合など）には、リアクタ１０は触媒止め１４を有していなくてよい。
　リアクタ１０では、非透過側空間Ｓ１に供給される原料ガスが触媒１３の作用によって液体燃料に転化されるとともに、転化反応の生成物である水蒸気が分離膜１２及び多孔質支持体１１を通過して後述する透過側空間Ｓ２に分離される。
　［ハウジング２０］
　ハウジング２０は、全体として筒状に形成される。ハウジング２０は、リアクタ１０を収容する。ハウジング２０は、高温高圧下（例えば、１８０℃以上、２ＭＰａ以上）での転化反応に耐えうる構造を有する。原料ガス及び／又は掃引ガスが水素を含んでいる場合、ハウジング２０の構成材料は、水素脆化に耐性を有することが好ましい。ハウジング２０は、主に金属材料（ステンレス鋼など）によって構成することができる。
　図１に示すように、ハウジング２０は、筒本体２１、第１エンドプレート２２、及び第２エンドプレート２３によって構成される。
　筒本体２１は、長手方向に延びる筒状に形成される。筒本体２１の両端部は、フランジ状に拡径されている。
　筒本体２１は、内周面Ｇ１、第１端面Ｇ２、第２端面Ｇ３、掃引ガス供給口Ｔ３、及び掃引ガス排出口Ｔ４を有する。
　内周面Ｇ１は、リアクタ１０の外周面Ｆ１と対向し、かつ、外周面Ｆ１から離れている。内周面Ｇ１と外周面Ｆ１との隙間は、転化反応の生成物である水蒸気を回収するための透過側空間Ｓ２である。
　内周面Ｇ１の一端には、環状の第１凹部Ｈ１が形成されている。第１凹部Ｈ１には、環状の第１弾性部材２６ａが配置される。第１弾性部材２６ａとしては、例えば、膨張黒鉛やゴム製のＯリングなどを用いることができる。第１弾性部材２６ａは、後述する第１フランジ３０に密着する。これによって、筒本体２１と第１フランジ３０との間がシールされる。
　内周面Ｇ１の他端には、環状の第２凹部Ｈ２が形成されている。第２凹部Ｈ２には、環状の第２弾性部材２６ｂが配置される。第２弾性部材２６ｂとしては、例えば、膨張黒鉛やゴム製のＯリングなどを用いることができる。第２弾性部材２６ｂは、後述する第２フランジ４０に密着する。これによって、筒本体２１と第２フランジ４０との間がシールされる。
　第１端面Ｇ２には、環状の第１凹部Ｈ３が形成される。第１凹部Ｈ３には、第３弾性部材２６ｃが配置される。第３弾性部材２６ｃとしては、例えば、膨張黒鉛やゴム製のＯリングなどを用いることができる。第３弾性部材２６ｃは、第１エンドプレート２２に密着する。これによって、筒本体２１と第１エンドプレート２２との間がシールされる。
　第２端面Ｇ３には、環状の第２凹部Ｈ４が形成される。第２凹部Ｈ４には、第４弾性部材２６ｄが配置される。第４弾性部材２６ｄとしては、例えば、膨張黒鉛やゴム製のＯリングなどを用いることができる。第４弾性部材２６ｄは、第２エンドプレート２３に密着する。これによって、筒本体２１と第２エンドプレート２３との間がシールされる。
　掃引ガス供給口Ｔ３及び掃引ガス排出口Ｔ４それぞれは、透過側空間Ｓ２に繋がる。掃引ガスは、掃引ガス供給口Ｔ３から透過側空間Ｓ２に供給される。掃引ガスは、透過側空間Ｓ２において水蒸気を取り込むとともに転化反応に伴う反応熱を吸収する。掃引ガスは、掃引ガス排出口Ｔ４から水蒸気とともに排出される。掃引ガスとしては、水素および/または二酸化炭素を用いることができる。また、掃引ガスとしては、不活性ガス（例えば窒素）や空気などを用いてもよい。本実施形態では、掃引ガス供給口Ｔ３及び掃引ガス排出口Ｔ４が断面視において斜めに対向しているが、掃引ガス供給口Ｔ３及び掃引ガス排出口Ｔ４それぞれの位置は適宜変更可能である。
　第１エンドプレート２２は、環状の板部材である。第１エンドプレート２２は、リアクタ１０の軸心を中心とする第１開口２０ａを有する。第１開口２０ａの形状は特に限られず、円形や多角形などにすることができる。第１エンドプレート２２のうち第１開口２０ａを取り囲む部分は、フランジ状に拡径されている。
　図１及び図２に示すように、第１エンドプレート２２は、対向面Ｊ１及び内周面Ｕ１を有する。
　対向面Ｊ１は、後述する第１フランジ３０の端面Ｋ１と対向する。本実施形態において、対向面Ｊ１は、第１フランジ３０の端面Ｋ１から離れている。対向面Ｊ１は、第１フランジ３０の端面Ｋ１の少なくとも一部に当接していてもよい。対向面Ｊ１は、筒本体２１の第１端面Ｇ２に当接する。対向面Ｊ１には、環状の第３凹部Ｈ５が形成されている。
　内周面Ｕ１は、対向面Ｊ１に連なる。内周面Ｕ１は、筒状である。内周面Ｕ１は、径方向（長手方向に垂直な方向）において、リアクタ１０の外周面Ｆ１より外側に位置する。本実施形態において、リアクタ１０の一部（具体的には、第１端部１０ａの端）は、第１開口２０ａに挿入されている。そのため、内周面Ｕ１は、径方向において、リアクタ１０の外周面Ｆ１の一部と対向する。
　なお、径方向における外側とは、径方向においてリアクタ１０の軸心から離れる側を意味し、径方向における内側とは、径方向においてリアクタ１０の軸心に近づく側を意味する。
　第１エンドプレート２２は、複数の固定部材２７によって筒本体２１に接続される。固定部材２７は、例えばボルトとナットによって構成される。第１エンドプレート２２は、第３弾性部材２６ｃに密着する。
　第２エンドプレート２３は、環状の板部材である。第２エンドプレート２３は、リアクタ１０の軸心を中心とする第２開口２０ｂを有する。第２開口２０ｂの形状は特に限られず、円形や多角形などにすることができる。第２エンドプレート２３のうち第２開口２０ｂを取り囲む部分は、フランジ状に拡径されている。
　図１及び図３に示すように、第２エンドプレート２３は、対向面Ｊ２及び内周面Ｕ２を有する。
　対向面Ｊ２は、後述する第２フランジ４０の端面Ｋ２と対向する。本実施形態において、第２対向面Ｊ２は、第２フランジ４０の端面Ｋ２から離れている。対向面Ｊ２は、第２フランジ４０の端面Ｋ２の少なくとも一部に当接していてもよい。対向面Ｊ２は、筒本体２１の第２端面Ｇ３に当接する。第２当接面Ｊ２には、環状の第４凹部Ｈ６が形成されている。
　内周面Ｕ２は、対向面Ｊ２に連なる。内周面Ｕ２は、筒状である。内周面Ｕ２は、径方向において、リアクタ１０の外周面Ｆ１より外側に位置する。本実施形態において、リアクタ１０の一部（具体的には、第２端部１０ｂの端）は、第２開口２０ｂに挿入されている。そのため、内周面Ｕ２は、径方向において、リアクタ１０の外周面Ｆ１の一部と対向する。
　第２エンドプレート２３は、複数の固定部材２８によって筒本体２１に接続される。固定部材２８は、例えばボルトとナットによって構成される。第２エンドプレート２３は、第４弾性部材２６ｄに密着する。
　［第１フランジ３０］
　第１フランジ３０は、リアクタ１０に装着される。第１フランジ３０は、第１接合材５０によってリアクタ１０に接合されている。第１フランジ３０は、リアクタ１０と筒本体２１との間に透過側空間Ｓ２を形成するためのスペーサとして機能する。第１フランジ３０は、環状に形成される。第１フランジ３０は、リアクタ１０の第１端部１０ａを取り囲む。第１フランジ３０は、筒本体２１の一端部に嵌め込まれる。第１フランジ３０は、リアクタ１０の第１端部１０ａを筒本体２１から離れた位置で支持する。これによって、リアクタ１０と筒本体２１との間に透過側空間Ｓ２が形成される。
　図１及び図２に示すように、第１フランジ３０は、端面Ｋ１、外周面Ｌ１及び内周面Ｍ１を有する。
　端面Ｋ１は、第１フランジ３０のうち長手方向外側の面である。長手方向において、端面Ｋ１は、リアクタ１０の第１端面Ｆ２より内側に位置する。換言すれば、長手方向において、リアクタ１０の第１端面Ｆ２は、第１フランジ３０の端面Ｋ１より外側に位置する。従って、長手方向において第１フランジ３０がリアクタ１０と干渉しないため、長手方向における第１フランジ３０のリアクタ１０に対する位置を自由に設定することができる。そのため、リアクタ１０の長手寸法が設計値より長い場合であっても、リアクタ１０の長手寸法に関わらずリアクタ１０をハウジング２０に収容することができる。その結果、長手寸法の異なる複数種類のハウジング２０を準備する必要がないため、分離膜モジュール１のコストダウンが図られる。
　なお、長手方向における外側とは、長手方向におけるリアクタ１０の中心から離れる側を意味し、長手方向における内側とは、長手方向におけるリアクタ１０の中心に近づく側を意味する。
　また、端面Ｋ１は、第１エンドプレート２２の対向面Ｊ１と対向する。端面Ｋ１の少なくとも一部は、対向面Ｊ１に当接してもよい。本実施形態において、端面Ｋ１は平面状である。外周面Ｌ１は、第１フランジ３０のうち径方向外側の面である。外周面Ｌ１は、筒本体２１の内周面Ｇ１と対向するとともに、第１弾性部材２６ａに密着する。外周面Ｌ１は、内周面Ｇ１に当接してもよい。内周面Ｍ１は、外周面Ｌ１の反対側に設けられる。内周面Ｍ１は、第１接合材５０を介して、リアクタ１０の外周面Ｆ１と対向する。
　第１フランジ３０は、緻密質なセラミックス材料によって構成される。セラミックス材料としては、例えばアルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、コージェライト、及びこれらのうち２以上を含む複合材料などを用いることができる。第１フランジ３０は、気密性及び液密性を有する必要がある。そのため、第１フランジ３０の気孔率は、１０.０％以下が好ましく、５.０％以下がより好ましい。
　［第２フランジ４０］
　第２フランジ４０は、リアクタ１０に装着される。第２フランジ４０は、第２接合材６０によってリアクタ１０に接合されている。第２フランジ４０は、第１フランジ３０の反対側に配置される。第２フランジ４０は、リアクタ１０と筒本体２１との間に透過側空間Ｓ２を形成するためのスペーサとして機能する。第２フランジ４０は、環状に形成される。第２フランジ４０は、リアクタ１０の第２端部１０ｂを取り囲む。第２フランジ４０は、筒本体２１の他端部に嵌め込まれる。第２フランジ４０は、リアクタ１０の第２端部１０ｂを筒本体２１から離れた位置で支持する。これによって、リアクタ１０と筒本体２１との間に透過側空間Ｓ２が形成される。
　図１及び図２に示すように、第２フランジ４０は、端面Ｋ２、外周面Ｌ２及び内周面Ｍ２を有する。
　端面Ｋ２は、第２フランジ４０のうち長手方向外側の面である。長手方向において、端面Ｋ２は、リアクタ１０の第２端面Ｆ３より内側に位置する。換言すれば、長手方向において、リアクタ１０の第２端面Ｆ３は、第２フランジ４０の端面Ｋ２より外側に位置する。従って、長手方向において第２フランジ４０がリアクタ１０と干渉しないため、長手方向における第１フランジ３０のリアクタ１０に対する位置を自由に設定することができる。そのため、リアクタ１０の長手寸法が設計値より長い場合であっても、リアクタ１０の長手寸法に関わらずリアクタ１０をハウジング２０に収容することができる。その結果、長手寸法の異なる複数種類のハウジング２０を準備する必要がないため、分離膜モジュール１のコストダウンが図られる。
　また、端面Ｋ２は、第２エンドプレート２３の第２対向面Ｊ２と対向する。端面Ｋ２の少なくとも一部は、第２対向面Ｊ２に当接してもよい。本実施形態において、端面Ｋ２は平面状である。外周面Ｌ２は、第２フランジ４０のうち径方向外側の面である。外周面Ｌ２は、筒本体２１の内周面Ｇ１と対向するとともに、第２弾性部材２６ｂに密着する。外周面Ｌ２は、内周面Ｇ１に当接してもよい。内周面Ｍ２は、外周面Ｌ２の反対側に設けられる。内周面Ｍ２は、第２接合材６０を介して、リアクタ１０の外周面Ｆ１と対向する。
　第２フランジ４０は、緻密質なセラミックス材料によって構成される。セラミックス材料としては、例えばアルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、コージェライト、及びこれらのうち２以上を含む複合材料などを用いることができる。第２フランジ４０は、気密性及び液密性を有する必要がある。そのため、第２フランジ４０の気孔率は、１０．０％以下が好ましく、５．０％以下がより好ましい。
　［第１接合材５０］
　第１接合材５０は、第１フランジ３０とリアクタ１０との間に介挿される。第１接合材５０は、第１フランジ３０をリアクタ１０に接合する。第１接合材５０は、第１フランジ３０及びリアクタ１０の隙間の少なくとも一部に配置される。
　第１接合材５０は、ハウジング２０（具体的には、第１エンドプレート２２）から離れていることが好ましい。これによって、第１接合材５０がハウジング２０と干渉して損傷することを抑制できる。
　なお、第１接合材５０によって接合された第１フランジ３０とリアクタ１０との接合体は、本発明に係る「分離膜アセンブリ」である。
　第１接合材５０としては、結晶化ガラス、非晶質ガラス、ろう材、或いはセラミックスなどを用いることができ、耐熱性及び耐圧性を考慮すると結晶化ガラスが特に好ましい。
　結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２－ＣａＯ系、ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２－ＭｇＯ系、ＳｉＯ２－ＺｎＯ－ＢａＯ系、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３－ＣａＯ系、またはＳｉＯ２－ＭｇＯ－ＣａＯ系、ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２－ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３系の結晶化ガラスを用いることができる。なお、本明細書において、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスを意味する。
　［第２接合材６０］
　第２接合材６０は、第２フランジ４０とリアクタ１０との間に介挿される。第２接合材６０は、第２フランジ４０をリアクタ１０に接合する。第２接合材６０は、第２フランジ４０及びリアクタ１０の隙間の少なくとも一部に配置される。
　第２接合材６０は、ハウジング２０（具体的には、第２エンドプレート２３）から離れていることが好ましい。これによって、第２接合材６０がハウジング２０と干渉して損傷することを抑制できる。
　なお、第２接合材６０によって接合された第２フランジ４０とリアクタ１０との接合体は、本発明に係る「分離膜アセンブリ」である。
　第２接合材６０としては、結晶化ガラス、非晶質ガラス、ろう材、或いはセラミックスなどを用いることができ、耐熱性及び耐圧性を考慮すると結晶化ガラスが特に好ましい。
　［分離膜モジュール１の組み立て］
　分離膜モジュール１の組み立て工程は、リアクタ１０に第１及び第２フランジ３０，４０が接合されたリアクタアセンブリを作製する工程と、ハウジング２０にリアクタアセンブリを収容する工程とを備える。
　リアクタアセンブリを作製する工程は、接合材の成形体を形成する第１工程と、フランジを取り付ける第２工程と、接合材の成形体を加熱する第３工程とを有する。第１工程では、リアクタ１０の第１端部１０ａに第１接合材５０の成形体を形成するとともに、リアクタ１０の第２端部１０ｂに第２接合材６０の成形体を形成する。第２工程では、第１接合材５０の成形体を取り囲むように第１フランジ３０を取り付けるとともに、第２接合材６０の成形体を取り囲むように第２フランジ４０を取り付ける。第３工程では、第１及び第２接合材５０，６０の成形体を加熱して結晶成長又は溶融させた後、室温まで降温させることによって第１及び第２接合材５０，６０を形成する。以上により、第１及び第２接合材５０，６０を介して第１及び第２フランジ３０，４０がリアクタ１０に接合されたリアクタアセンブリが完成する。
　次に、リアクタアセンブリを収容する工程は、リアクタアセンブリを挿入する第４工程と、弾性部材を取り付ける第５工程と、エンドプレートを接続する第６工程とを有する。第４工程では、リアクタアセンブリを筒本体２１に挿入した後、リアクタアセンブリの両端の位置合わせを行う。第５工程では、筒本体２１の第１乃至第４凹部Ｈ１～Ｈ４に第１乃至第４弾性部材２６ａ～２６ｄを嵌め込む。第６工程では、固定部材２７によって第１エンドプレート２２を筒本体２１に接続するとともに、固定部材２８によって第２エンドプレート２３を筒本体２１に接続する。以上により、リアクタアセンブリがハウジング２０に収容された分離膜モジュール１が完成する。
　ここで、第２工程では、上述した通り、長手方向における第１及び第２フランジ３０，４０それぞれのリアクタ１０に対する位置を自由に設定できるため、第１及び第２エンドプレート２２，２３と干渉しない位置に第１及び第２フランジ３０，４０を取り付けることができる。長手方向における第１フランジ３０の端面Ｋ１と第２フランジ４０の端面Ｋ２との間隔は、長手方向における第１エンドプレート２２の対向面Ｊ１と第２エンドプレート２３の対向面Ｊ２との間隔以下であればよい。その結果、第４工程では、ハウジング２０がリアクタ１０及び第１及び第２フランジ３０，４０と干渉しないため、長手寸法の異なる複数種類のハウジング２０を準備する必要がない。
　（実施形態の変形例）
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　［変形例１］
　上記実施形態では、膜構造体としてリアクタ１０を用いる場合について説明したが、膜構造体としては分離フィルタを用いることができる。分離フィルタは、水蒸気を透過させる分離膜１２の代わりに、混合流体に含まれる所望成分を透過させる分離膜が用いられる点と、触媒１３を備えていない点とを除けば、リアクタ１０と同様の構成を有する。また、本発明では、膜構造体として分離フィルタを用いるとしても、高温高圧条件で用いられることが想定されている。
　なお、膜構造体として分離フィルタを用いる場合には、反応熱が生じず温度コントロールを行う必要性が低いため、掃引ガス排出口Ｔ４側を掃引ガス供給口Ｔ３側よりも減圧させることによって、分離膜を透過した成分を掃引ガス排出口Ｔ４から排出させてもよい。
　［変形例２］
　上記実施形態において、膜構造体の一例であるリアクタ１０はチューブラ型であることとしたが、モノリス型であってもよい。また、膜構造体として分離フィルタを用いる場合、分離フィルタは、チューブラ型であってもよいし、モノリス型であってもよい。モノリス型とは、長手方向に貫通した複数のセルを有する形状を意味し、ハニカム型を含む概念である。
　図４は、モノリス型のリアクタ１００を備える分離膜モジュール１ａの構成を模式的に示す断面図である。ただし、図４において、リアクタ１００だけは側面図が図示されている。
　分離膜モジュール１ａは、流れ止め部９０を更に備えている点、及びリアクタ１０に代えてリアクタ１００を備えている点以外は上記実施形態に係る分離膜モジュール１と同じである。なお、リアクタ１００においても、触媒止め１４は任意の構成である。
　流れ止め部９０は、環状に形成される。流れ止め部９０は、リアクタ１００とハウジング２０との間に配置される。流れ止め部９０は、リアクタ１００とハウジング２０との隙間を第１透過側空間Ｓ２１と第２透過側空間Ｓ２２とに区画する。流れ止め部９０は、第１透過側空間Ｓ２１と第２透過側空間Ｓ２２との間を掃引ガスが直接的に流れることを抑制する。流れ止め部９０は、掃引ガスが直接的に流れを抑えることができればよく、リアクタ１００とハウジング２０との間を密封していなくてよい。流れ止め部９０は、例えば膨張黒鉛、ゴム、樹脂、金属などによって構成することができる。
　リアクタ１００は、複数の第１流路１５、複数の第２流路１６、第１スリット１７、及び第２スリット１８を有する。
　第１流路１５は、リアクタ１００を長手方向に貫通する。第１流路１５は、第１及び第２端面Ｆ２，Ｆ３に開口している。第１流路１５の内表面には上述した分離膜１２が形成される。分離膜１２の内側は、非透過側空間Ｓ１である。非透過側空間Ｓ１には上述した触媒１３が配置される。
　第２流路１６は、リアクタ１００の内部に形成される。第２流路１６は、長手方向に沿って延びる。第２流路１６は、第１及び第２端面Ｆ２，Ｆ３において閉口している。
　第１スリット１７は、リアクタ１００の第１端部１００ａに形成される。第１スリット１７は、各第２流路１６を径方向に貫通するとともに外周面Ｆ１に開口する。従って、第１スリット１７は、各第２流路１６と第１透過側空間Ｓ２１とに連通する。
　第２スリット１８は、リアクタ１００の第２端部１００ｂに形成される。第２スリット１８は、各第２流路１６を径方向に貫通するとともに外周面Ｆ１に開口する。従って、第２スリット１８は、各第２流路１６と第２透過側空間Ｓ２２とに連通する。
　第１流路１５に原料ガスが供給されると、触媒１３の作用によって原料ガスが液体燃料に転化されるとともに、転化反応の生成物である水蒸気が分離膜１２を通過して第２流路１６に流入する。第２流路１６に流入した水蒸気は、掃引ガス供給口Ｔ３から第２透過側空間Ｓ２２及び第２スリット１８を介して第２流路１６に流入する掃引ガスに取り込まれた後、第１スリット１７及び第１透過側空間Ｓ２１を介して掃引ガス排出口Ｔ４から外部に排出される。
　なお、本変形例では、掃引ガス供給口Ｔ３及び掃引ガス排出口Ｔ４が、断面視においてリアクタ１０の軸心と交差する直線上に配置されている。これによって、第１透過側空間Ｓ２１内における掃引ガスの流路長と、第２透過側空間Ｓ２２内における掃引ガスの流路長とを同等にできるため、掃引ガスの流れが偏ることを抑制できる。ただし、掃引ガス供給口Ｔ３及び掃引ガス排出口Ｔ４それぞれの位置関係は適宜変更可能である。
　図５は、図４のＡ－Ａ断面図である。図５に示すように、第１スリット１７は、一直線状にリアクタ１００の内部を貫通し、リアクタ１００の両側に開口する。第１スリット１７は、外周面Ｆ１に形成される２つの開口を有する。第１スリット１７の２つの開口それぞれから第１透過側空間Ｓ２１に流出した掃引ガスは、第１透過側空間Ｓ２１内を通過して掃引ガス排出口Ｔ４から外部に排出される。
　ここで、リアクタ１００の内部を第１スリット１７が延びる第１延在方向は、掃引ガス排出口Ｔ４から外部に排出される掃引ガスの排出方向に対して傾斜又は直交していることが好ましい。具体的には、排出方向に対する第１延在方向の角度θ１は、４５度以上１３５度以下が好ましい。これによって、第１スリット１７の各開口部から掃引ガス排出口Ｔ４へのガス流れの偏りを抑制できるため、第１透過側空間Ｓ２１における掃引ガスの偏流を抑制できる。
　図６は、図４のＢ－Ｂ断面図である。図６に示すように、第２スリット１８は、一直線状にリアクタ１００の内部を貫通し、リアクタ１００の両側に開口する。第２スリット１８は、外周面Ｆ１に形成される２つの開口を有する。掃引ガス供給口Ｔ３から第２透過側空間Ｓ２２に供給された掃引ガスは、第２透過側空間Ｓ２２内を通過して第２スリット１８の２つの開口それぞれに流入する。
　ここで、リアクタ１００の内部を第２スリット１８が延びる第２延在方向は、掃引ガス供給口Ｔ３から第２透過側空間Ｓ２２に供給される掃引ガスの供給方向に対して傾斜又は直交していることが好ましい。具体的には、供給方向に対する第２延在方向の角度θ２は、４５度以上１３５度以下が好ましい。これによって、掃引ガス供給口Ｔ３から第２スリット１８の各開口部へのガス流れの偏りを抑制できるため、第２透過側空間Ｓ２２における掃引ガスの偏流を抑制できる。
　［変形例３］
　上記実施形態において、分離膜１２が触媒１３に接触することとしたが、分離膜１２と触媒１３との間に緩衝層が介挿されていてもよい。緩衝層は、触媒１３を分離膜１２から物理的に隔離することによって、触媒が反応熱で高温になったときに、触媒１３との接触点を起点とするクラックが分離膜１２に生じることを抑制できる。緩衝層は、セラミック材料又は有機高分子材料によって構成することができる。セラミック材料としては、シリカ、アルミナ、クロミアなどを用いることができる。有機高分子材料としては、ＰＴＦＥ、ＰＶＡ、ＰＥＧなどを用いることができる。
　［変形例４］
　上記実施形態において、分離膜１２は、原料ガスから液体燃料への転化反応の生成物である水蒸気を透過させることとしたが、これに限られない。分離膜１２は、原料ガスから液体燃料への転化反応の生成物である液体燃料自体を透過させてもよい。この場合においても、上記式（１）の反応平衡を生成物側にシフトさせることができる。
　また、分離膜１２が液体燃料を透過させる場合には、水蒸気が副成されない反応（例えば、Ｈ２＋ＣＯ　⇔　ＣＨ３ＯＨ）によって液体燃料を生成するときにおいても、反応平衡を生成物側にシフトさせることができる。
　［変形例５］
　上記実施形態において、リアクタ１０の一部が第１開口２０ａに挿入されることとしたが、図７に示すように、リアクタ１０の長手寸法が短ければ、リアクタ１０が第１開口２０ａに挿入されないこともありうる。
　同様に、上記実施形態において、リアクタ１０の一部が第２開口２０ｂに挿入されることとしたが、図７に示すように、リアクタ１０の長手寸法が短ければ、リアクタ１０が第２開口２０ｂに挿入されないこともありうる。
　［変形例６］
　上記実施形態に係る分離膜モジュール１（図１参照）では、掃引ガス供給口Ｔ３及び掃引ガス排出口Ｔ４が側面視において斜めに対向しており、掃引ガスが掃引ガス供給口Ｔ３から掃引ガス排出口Ｔ４に向かって流通することとしたが、これに限られない。
　例えば、図８に示すように、掃引ガス供給口Ｔ３及び掃引ガス排出口Ｔ４は、側面視においてリアクタ１０の同じ側に配置されていてもよいし、リアクタ１０とハウジング２０の隙間の一部を塞ぐ整流板２０ｃが設けられていてもよい。図８では、整流板２０ｃが３つ設けられているが、整流板２０ｃの数は１つでも２つでも、或いは、４つ以上でもよい。整流板２０ｃの位置は適宜設定可能である。
　また、図９に示すように、ハウジング２０は掃引ガス供給口Ｔ３を有しておらず、ハウジング２０内に掃引ガスが供給されなくてもよい。この場合、リアクタ１０の分離膜１２によって分離された生成物は、掃引ガス排出口Ｔ４からハウジング２０の外部に流出する。掃引ガス排出口Ｔ４の位置は適宜設定可能である。
　なお、図８及び図９の構成は、リアクタ１０の代わりに分離フィルタを膜構造体として用いる場合にも適用可能である。
　［変形例７］
　上記実施形態に係る分離膜モジュール１（図１参照）では、ハウジング２０内にリアクタ１０が１つだけ収容されることとしたが、これに限られない。
　例えば、図１０に示すように、ハウジング２０内には複数のリアクタ１０を収容してもよい。
　また、図１１に示すように、各リアクタ１０とハウジング２０の隙間の一部を塞ぐ整流板２０ｃが設けられていてもよい。図１１では、整流板２０ｃが３つ設けられているが、整流板２０ｃの数は１つでも２つでも、或いは、４つ以上でもよい。整流板２０ｃの位置は適宜設定可能である。なお、図１１に示すように、掃引ガス供給口Ｔ３及び掃引ガス排出口Ｔ４は、側面視においてリアクタ１０の同じ側に配置されていてもよい。
　また、図１２に示すように、ハウジング２０は掃引ガス供給口Ｔ３を有しておらず、ハウジング２０内に掃引ガスが供給されなくてもよい。この場合、リアクタ１０の分離膜１２によって分離された生成物は、掃引ガス排出口Ｔ４からハウジング２０の外部に流出する。掃引ガス排出口Ｔ４の位置は適宜設定可能である。
　なお、図１０～図１２の構成は、リアクタ１０の代わりに分離フィルタを膜構造体として用いる場合にも適用可能である。
　［変形例８］
　上記変形例２に係る分離膜モジュール１ａ（図４参照）では、掃引ガス供給口Ｔ３及び掃引ガス排出口Ｔ４が側面視において斜めに対向していることとしたが、これに限られない。
　例えば、図１３に示すように、掃引ガス供給口Ｔ３及び掃引ガス排出口Ｔ４は、側面視においてリアクタ１００の同じ側に配置されていてもよいし、リアクタ１００とハウジング２０の隙間の一部を塞ぐ整流板２０ｄが設けられていてもよい。図１３では、流れ止め部９０の両側に整流板２０ｄが１つずつ設けられている。掃引ガス供給口Ｔ３側の整流板２０ｄは、掃引ガス供給口Ｔ３側の空間を、掃引ガスが主にリアクタ１００の第２スリット１８に流入するスペースと、掃引ガスがリアクタ１００の側面から流入するスペースとに分ける。掃引ガス排出口Ｔ４側の整流板２０ｄは、掃引ガス排出口Ｔ４側の空間を、掃引ガスが主にリアクタ１００の第１スリット１７から流出するスペースと、掃引ガスがリアクタ１００の側面から流出するスペースとに分ける。ただし、整流板２０ｄの数及び位置は適宜設定可能である。また、掃引ガスの一部は、流れ止め部９０の内部を通過してもよい。
　また、図１４に示すように、ハウジング２０は掃引ガス供給口Ｔ３を有しておらず、ハウジング２０内に掃引ガスが供給されなくてもよい。この場合、リアクタ１００の分離膜１２によって分離された生成物は、掃引ガス排出口Ｔ４からハウジング２０の外部に流出する。掃引ガス排出口Ｔ４の位置は適宜設定可能である。
　なお、図１３及び図１４の構成は、リアクタ１００の代わりに分離フィルタを膜構造体として用いる場合にも適用可能である。
　［変形例９］
　上記変形例２に係る分離膜モジュール１ａ（図４参照）では、ハウジング２０内にリアクタ１００が１つだけ収容されることとしたが、これに限られない。
　例えば、図１５に示すように、ハウジング２０内には複数のリアクタ１００を収容してもよい。
　また、図１６に示すように、リアクタ１００とハウジング２０の隙間の一部を塞ぐ整流板２０ｄが設けられていてもよい。図１６では、流れ止め部９０の両側に整流板２０ｄが１つずつ設けられている。掃引ガス供給口Ｔ３側の整流板２０ｄは、掃引ガス供給口Ｔ３側の空間を、掃引ガスが主にリアクタ１００の第２スリット１８に流入するスペースと、掃引ガスがリアクタ１００の側面から流入するスペースとに分ける。掃引ガス排出口Ｔ４側の整流板２０ｄは、掃引ガス排出口Ｔ４側の空間を、掃引ガスが主にリアクタ１００の第１スリット１７から流出するスペースと、掃引ガスがリアクタ１００の側面から流出するスペースとに分ける。ただし、整流板２０ｄの数及び位置は適宜設定可能である。また、掃引ガスの一部は、流れ止め部９０の内部を通過してもよい。なお、図１６に示すように、掃引ガス供給口Ｔ３及び掃引ガス排出口Ｔ４は、側面視においてリアクタ１００の同じ側に配置されていてもよい。
　また、図１７に示すように、ハウジング２０は掃引ガス供給口Ｔ３を有しておらず、ハウジング２０内に掃引ガスが供給されなくてもよい。この場合、リアクタ１００の分離膜１２によって分離された生成物は、掃引ガス排出口Ｔ４からハウジング２０の外部に流出する。掃引ガス排出口Ｔ４の位置は適宜設定可能である。
　なお、図１５～図１７の構成は、リアクタ１００の代わりに分離フィルタを膜構造体として用いる場合にも適用可能である。
１　　　分離膜モジュール
１０　　リアクタ
１０ａ　第１端部
１０ｂ　第２端部
Ｆ１　　外周面
Ｆ２　　第１端面
Ｆ３　　第２端面
２０　　ハウジング
２０ａ　第１開口
Ｕ１　　内周面
２０ｂ　第２開口
Ｕ２　　内周面
２１　　筒本体
２２　　第１エンドプレート
２３　　第２エンドプレート
３０　　第１フランジ
Ｋ１　　端面
４０　　第２フランジ
Ｋ２　　端面
５０　　第１接合材
６０　　第２接合材

Claims (12)

  1. 　筒状のハウジングと、
    　前記ハウジングに収容され、長手方向に延びる柱状の膜構造体と、
    　前記膜構造体の第１端部を取り囲む環状の第１フランジと、
    を備え、
    　前記長手方向において、前記膜構造体の第１端面は、前記第１フランジの端面より外側に位置する、
    分離膜モジュール。
  2. 　前記ハウジングは、前記膜構造体の軸心を中心とする第１開口を有し、
    　前記膜構造体の外周面は、前記長手方向に垂直な径方向において、前記第１開口の内周面より内側に位置する、
    請求項１に記載の分離膜モジュール。
  3. 　前記膜構造体の一部は、前記第１開口に挿入される、
    請求項２に記載の分離膜モジュール。
  4. 　前記膜構造体と前記第１フランジとの間に介挿される第１接合材を更に備え、
    　前記第１接合材は、前記ハウジングから離れている、
    請求項１に記載の分離膜モジュール。
  5. 　前記第１フランジは、セラミックス材料によって構成される、
    請求項１に記載の分離膜モジュール。
  6. 　前記膜構造体の第２端部を取り囲む環状の第２フランジを更に備え、
    　前記膜構造体の第２端面は、前記長手方向において、前記第２フランジの端面より外側に位置する、
    請求項１乃至５のいずれかに記載の分離膜モジュール。
  7. 　前記ハウジングは、前記膜構造体の軸心を中心とする第２開口を有し、
    　前記径方向において、前記膜構造体の外周面は、前記第２開口の内周面より内側に位置する、
    請求項６に記載の分離膜モジュール。
  8. 　前記膜構造体の一部は、前記第２開口に挿入される、
    請求項７に記載の分離膜モジュール。
  9. 　前記膜構造体と前記第２フランジとの間に介挿される第２接合材を更に備え、
    　前記第２接合材は、前記ハウジングから離れている、
    請求項６に記載の分離膜モジュール。
  10. 　前記第２フランジは、セラミックス材料によって構成される、
    請求項６に記載の分離膜モジュール。
  11. 　前記膜構造体は、リアクタである、
    請求項１に記載の分離膜モジュール。
  12. 　前記膜構造体は、分離フィルタである、
    請求項１に記載の分離膜モジュール。
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