WO2024029569A1 - 分離膜モジュール - Google Patents

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WO2024029569A1
WO2024029569A1 PCT/JP2023/028296 JP2023028296W WO2024029569A1 WO 2024029569 A1 WO2024029569 A1 WO 2024029569A1 JP 2023028296 W JP2023028296 W JP 2023028296W WO 2024029569 A1 WO2024029569 A1 WO 2024029569A1
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WO
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reactor
flange
separation membrane
sweep gas
intermediate portion
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/028296
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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
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    • 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
    • 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).
  • An object of the present invention is to provide a separation membrane module that can suppress damage to a membrane structure.
  • the separation membrane module of the first aspect includes a cylindrical housing, a columnar membrane structure housed in the housing, an annular first flange surrounding a first end of the membrane structure, and a first flange of the membrane structure. and a first intermediate portion disposed between the end surface and the housing.
  • the separation membrane module of the second aspect according to the first aspect further includes a first bonding material inserted between each of the first flange and the first intermediate portion and the membrane structure.
  • the first intermediate portion is integral with the first flange.
  • each of the first intermediate part and the first flange is made of a ceramic material.
  • a separation membrane module according to a fifth aspect according to any one of the first to fourth aspects is provided between an annular second flange surrounding the second end of the membrane structure and the second end surface of the membrane structure and the housing. and a second intermediate portion located therein.
  • the separation membrane module of the sixth aspect according to the fifth aspect further includes a second bonding material inserted between each of the second flange and the second intermediate part and the membrane structure.
  • the second intermediate portion is integral with the second flange.
  • each of the second intermediate part and 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 4.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to modification example 4.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 7.
  • 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 4.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 7.
  • FIG. 11 is a sectional view of a separation membrane module according to Modification 10.
  • FIG. 12 is a sectional view of a separation membrane module according to Modification 10.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 11.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 11.
  • FIG. 15 is a sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 11.
  • FIG. 16 is a sectional view of a separation membrane module according to Modification 12.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to Modification 12.
  • FIG. 18 is a sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 13.
  • FIG. 19 is a sectional view of a separation membrane module according to Modification Example 13.
  • FIG. 20 is a sectional view of a separation membrane module according to Modification Example
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a separation membrane module 1. As shown in FIG. 1
  • the separation membrane module 1 includes a reactor 10, a housing 20, a first flange 30, a second flange 40, a first intermediate part 50, a second intermediate part 60, a first bonding material 70, and a second A bonding material 80 is provided.
  • 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 fixed by being sandwiched between the housing 20 and the second flange 40, 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 an inlet 22a into which source gas flows.
  • the raw material gas is supplied to the non-permeation side space S1 of the reactor 10 via the inlet 22a.
  • the central portion of the first end plate 22 has an enlarged diameter in the shape of a flange.
  • the first end plate 22 has a first opposing surface J1.
  • the first opposing surface J1 faces a first end surface F2 of the reactor 10 and an end surface K1 of the first flange 30, which will be described later.
  • the first opposing surface J1 is separated from each of the first end surface F2 of the reactor 10 and the end surface K1 of the first flange 30.
  • the first opposing surface J1 contacts the first end surface G2 of the cylinder body 21.
  • 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 an outlet 23a through which liquid fuel flows out. The liquid fuel is discharged to the outside from the non-permeation side space S1 of the reactor 10 via the outlet 23a.
  • the central portion of the second end plate 23 has an enlarged diameter in the shape of a flange.
  • the second end plate 23 has a second opposing surface J2.
  • the second opposing surface J2 faces a second end surface F3 of the reactor 10 and an end surface K2 of the second flange 40, which will be described later.
  • the second opposing surface J2 is separated from each of the second end surface F3 of the reactor 10 and the end surface K2 of the second flange 40.
  • the second opposing surface J2 contacts the second end surface G3 of the cylinder body 21.
  • 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 70.
  • 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 peripheral surface L1, and an inner peripheral surface M1.
  • the end surface K1 is the longitudinally outer surface of the first flange 30.
  • the end surface K1 faces the first opposing surface J1 of the first end plate 22. At least a portion of the end surface K1 may be in contact with the first 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 70 interposed therebetween.
  • the inner circumferential surface M1 may be in contact with a first intermediate portion 50, which will be described later.
  • 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 80.
  • 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.
  • the second flange 40 has an end surface K2, an outer peripheral surface L2, and an inner peripheral surface M2.
  • the end surface K2 is the longitudinally outer surface of the second flange 40.
  • 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 80.
  • the inner circumferential surface M2 may be in contact with a second intermediate portion 60, which will be described later.
  • 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 intermediate portion 50 is an annular thin plate member.
  • the first intermediate section 50 is arranged between the reactor 10 and the housing 20.
  • the first intermediate portion 50 is arranged between the first end surface F2 of the reactor 10 and the first opposing surface J1 of the first end plate 22. In this manner, by interposing the first intermediate portion 50 between the reactor 10 and the housing 20, direct contact of the reactor 10 with the first end plate 22 can be suppressed. Therefore, damage (chips, cracks, etc.) to the reactor 10 can be suppressed.
  • the first intermediate portion 50 is preferably bonded to the reactor 10 by a first bonding material 70.
  • the first intermediate portion 50 can be substantially integrated with the reactor 10, so that damage to the reactor 10 can be further suppressed.
  • the first intermediate portion 50 can be made of a ceramic material, a resin material, or a metal material.
  • the ceramic material the ceramic material forming the first flange 30 described above can be used.
  • the first intermediate portion 50 is preferably harder than the porous support 11 of the reactor 10 . Thereby, the reactor 10 can be further protected by the first intermediate portion 50, so that damage to the reactor 10 can be further suppressed.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. 1.
  • the first intermediate portion 50 has a facing surface P1, a contact surface Q1, a joint surface R1, and an inner circumferential surface U1.
  • the opposing surface P1 faces the housing 20.
  • the opposing surface P1 may be in contact with the opposing surface J1 of the first end plate 22.
  • the opposing surface P1 is flush with the end surface K1 of the first flange 30, but a step may be formed between the opposing surface P1 and the end surface K1.
  • the contact surface Q1 contacts the inner peripheral surface M1 of the first flange 30.
  • the bonding surface R1 is bonded to the first bonding material 70.
  • the inner circumferential surface U1 is flush with the inner circumferential surface U2 of the first end plate 22, but may not be flush with the inner circumferential surface U2.
  • each of the opposing surface P1, the contact surface Q1, and the joining surface R1 is planar, but at least one of them may be curved or bent in whole or in part.
  • the second intermediate portion 60 is an annular thin plate member.
  • the second intermediate section 60 is arranged between the reactor 10 and the housing 20.
  • the second intermediate portion 60 is arranged between the second end surface F3 of the reactor 10 and the second opposing surface J2 of the second end plate 23. In this manner, by interposing the second intermediate portion 60 between the reactor 10 and the second end plate 23, direct contact between the reactor 10 and the housing 20 can be suppressed. Therefore, damage (chips, cracks, etc.) to the reactor 10 can be suppressed.
  • the second intermediate portion 60 is preferably bonded to the reactor 10 by a second bonding material 80.
  • the second intermediate portion 60 can be substantially integrated with the reactor 10, so that damage to the reactor 10 can be further suppressed.
  • the second intermediate portion 60 can be made of a ceramic material, a resin material, or a metal material.
  • the ceramic material the ceramic material forming the second flange 40 described above can be used.
  • the second intermediate portion 60 is preferably harder than the porous support 11 of the reactor 10 . Thereby, the reactor 10 can be further protected by the second intermediate portion 60, so that damage to the reactor 10 can be further suppressed.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 1.
  • the second intermediate portion 60 has a facing surface P2, a contact surface Q2, a joint surface R2, and an inner circumferential surface U3.
  • the opposing surface P2 faces the housing 20.
  • the opposing surface P2 may be in contact with the opposing surface J2 of the second end plate 23.
  • the opposing surface P2 is flush with the end surface K2 of the second flange 40, but a step may be formed between the opposing surface P2 and the end surface K2.
  • the contact surface Q2 contacts the second flange 40.
  • the contact surface Q2 contacts the inner circumferential surface M2 of the second flange 40.
  • the bonding surface R2 is bonded to the second bonding material 80.
  • the inner circumferential surface U3 is flush with the inner circumferential surface U4 of the second end plate 23, but may not be flush with the inner circumferential surface U4.
  • each of the opposing surface P2, the contact surface Q2, and the joining surface R2 is planar, but at least one of them may be curved or bent in whole or in part.
  • the first bonding material 70 is inserted between the reactor 10 and each of the first flange 30 and the first intermediate portion 50 .
  • the first joining material 70 joins the first flange 30 to the reactor 10 and also joins the first intermediate portion 50 to the reactor 10 .
  • the first bonding material 70 is disposed in at least a portion of the gap between the first flange 30 and the reactor 10 and at least a portion of the gap between the first intermediate portion 50 and the reactor 10 . As shown in FIG. 2, the cross section of the first bonding material 70 is L-shaped.
  • the joined body of the first flange 30 and the reactor 10 joined by the first joining material 70 is a "separation membrane assembly" according to the present invention.
  • the first bonding material 70 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 80 is inserted between the reactor 10 and each of the second flange 40 and the second intermediate portion 60 .
  • the second joining material 80 joins the second flange 40 to the reactor 10 and also joins the second intermediate portion 60 to the reactor 10 .
  • the second bonding material 80 is disposed in at least a portion of the gap between the second flange 40 and the reactor 10 and at least a portion of the gap between the second intermediate portion 60 and the reactor 10 .
  • the second bonding material 80 has an L-shaped cross section.
  • the joined body of the second flange 40 and the reactor 10 joined by the second joining material 80 is a "separation membrane assembly" according to the present invention.
  • crystallized glass As the second bonding material 80, 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 process of assembling the separation membrane module 1 includes the process of producing a reactor assembly in which the first and second flanges 30 and 40 and the first and second intermediate parts 50 and 60 are joined to the reactor 10, and the process of assembling the reactor assembly in the housing 20. and a step of accommodating the.
  • 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 an intermediate portion, and a third step of heating the molded body of bonding material.
  • a molded body of the first bonding material 70 is formed at the first end 10a of the reactor 10
  • a molded body of the second bonding material 80 is formed at the second end 10b of the reactor 10.
  • the first flange 30 and the first intermediate part 50 are attached so as to surround the molded body of the first bonding material 70
  • the second flange 40 and the second intermediate part 50 are attached so as to surround the molded body of the second bonding material 80. Attach the intermediate section 60.
  • the first and second bonding materials 70, 80 are formed by heating the molded bodies of the first and second bonding materials 70, 80 to cause crystal growth or melting, and then lowering the temperature to room temperature.
  • a reactor assembly is completed in which the first and second flanges 30 and 40 and the first and second intermediate portions 50 and 60 are joined to the reactor 10 via the first and second joining materials 70 and 80.
  • 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 first intermediate portion 50 is inserted between the reactor 10 and the first end plate 22, it is possible to suppress the first end plate 22 from coming into direct contact with the reactor 10 in the sixth step. Therefore, damage to the reactor 10 can be suppressed.
  • the second intermediate portion 60 is interposed between the reactor 10 and the second end plate 23, it is possible to suppress the second end plate 23 from coming into direct contact with the reactor 10 in the sixth step. Therefore, damage to the reactor 10 can be suppressed.
  • 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 sweep gas discharge space S21 and a sweep gas supply space S22.
  • the flow stopper 90 prevents the sweep gas from directly flowing between the sweep gas exhaust space S21 and the sweep gas supply 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 slit 17 communicates with each second flow path 16 and the sweep gas discharge 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 sweep gas supply 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 sweep gas supply space S22 and the second slit 18, and then is taken into the second flow path 16 through the first slit 17.
  • the gas is then discharged to the outside from the sweep gas discharge port T4 via the sweep gas discharge space S21.
  • 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 sweep gas exhaust space S21 and the flow path length of the sweep gas in the sweep gas supply 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 sweep gas discharge space S21 from each of the two openings of the first slit 17 passes through the sweep gas discharge space S21 and is discharged to the outside from the sweep gas discharge port 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 to the sweep gas supply space S22 from the sweep gas supply port T3 passes through the sweep gas supply space S22 and flows into each of the two openings of the second slit 18.
  • the second extending 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 sweep gas supply space S22. It is preferable. Specifically, 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. Thereby, it is possible to suppress the deviation of the gas flow from the sweep gas supply port T3 to each opening of the second slit 18, so that the deviation of the sweep gas in the sweep gas supply space S22 can be suppressed.
  • 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 first flange 30 is separate from the first intermediate portion 50, but as shown in FIG. 7, the first flange 30 may be integrated with the first intermediate portion 50. good.
  • the ease of handling in the assembly process of the separation membrane module 1 can be improved.
  • the second flange 40 is separate from the second intermediate section 60, but as shown in FIG. 7, the second flange 40 is integrated with the second intermediate section 60. There may be.
  • the first flange 30 may be integrated with the first intermediate portion 50, or the second flange 30 may be integrated with the first intermediate portion 50.
  • 40 may be integral with the second intermediate portion 60.
  • the first intermediate portion 50 is arranged in the entire gap between the reactor 10 and the first end plate 22, but it may be arranged only in a part of the gap.
  • the first intermediate portion 50 may be a C-shaped thin plate member, a plurality of thin plate members spaced apart in the circumferential direction, or the like.
  • the second intermediate portion 60 is arranged in the entire gap between the reactor 10 and the second end plate 23, but it may be arranged in only a part of the gap. .
  • the first bonding material 70 is inserted between the first flange 30 and the first intermediate portion 50 and the reactor 10, but the first bonding material 70 is inserted between the first intermediate portion 50 and the reactor 10. may not be inserted. In this case, the first intermediate portion 50 may be in direct contact with the reactor 10.
  • the second bonding material 80 is inserted between the second flange 40 and the second intermediate portion 60 and the reactor 10, but the second bonding material 80 is inserted between the second intermediate portion 60 and the reactor 10. There may not be any insertion between them. In this case, the second intermediate portion 60 may be in direct contact with the reactor 10.
  • the inner circumferential surface U1 of the first intermediate portion 50 is flush with the inner circumferential surface U2 of the first end plate 22, but the present invention is not limited thereto. As shown in FIG. 9, the inner circumferential surface U1 of the first intermediate portion 50 may be located radially inner than the inner circumferential surface U2 of the first end plate 22. Alternatively, as shown in FIG. 10, the inner circumferential surface U1 of the first intermediate portion 50 may be located radially outward than the inner circumferential surface U2 of the first end plate 22.
  • the inner circumferential surface U3 of the second intermediate portion 60 is flush with the inner circumferential surface U4 of the second end plate 23, but this is not limitative. I can't. Although not shown, the inner circumferential surface U3 of the second intermediate portion 60 may be located radially inward than the inner circumferential surface U4 of the second end plate 23, or the inner circumferential surface U4 of the second end plate 23 It may be located radially outward.
  • 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.
  • 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 20a may be provided. Although three current plates 20a are provided in FIG. 11, the number of current plates 20a may be one, two, or four or more. The position of the current plate 20a 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. 11 and 12 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 20a may be provided to partially close the gap between each reactor 10 and the housing 20.
  • the number of current plates 20a may be one, two, or four or more.
  • the position of the current plate 20a 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. 13 to 15 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 fill a part of the gap between the reactor 100 and the housing 20.
  • a blocking rectifier plate 20b may be provided.
  • one current plate 20b is provided on each side of the flow stopper 90.
  • the rectifying plate 20b 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 20b 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 surface of the reactor 100. Separate into spaces.
  • the number and position of the current plates 20b 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. 16 and 17 can also be applied 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 20b may be provided to partially close the gap between the reactor 100 and the housing 20.
  • one current plate 20b is provided on each side of the flow stopper 90.
  • the rectifier plate 20b 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 20b 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 20b can be set as appropriate.
  • a portion of the sweep gas may pass through the flow stopper 90 . Note that, as shown in FIG. 19, 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. 18 to 20 can also be applied when a separation filter is used as the membrane structure instead of the reactor 100.

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Abstract

分離膜モジュールは、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、リアクタ１０の第１端面（Ｆ２）とハウジング（２０）との間に配置される第１中間部（５０）とを備える。

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、膜構造体がハウジングと直接接触すると膜構造体が破損してしまうため、膜構造体がハウジングと直接接触しない構成を採用することが望ましい。
　本発明は、膜構造体の破損を抑制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、膜構造体の第１端面とハウジングとの間に配置される第１中間部とを備える。
　第１態様に係る第２態様の分離膜モジュールは、第１フランジ及び前記第１中間部それぞれと前記膜構造体との間に介挿される第１接合材を更に備える。
　第１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、第１中間部は、前記第１フランジと一体である。
　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において、第１中間部及び第１フランジそれぞれは、セラミックス材料によって構成される。
　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は、膜構造体の第２端部を取り囲む環状の第２フランジと、膜構造体の第２端面とハウジングとの間に配置される第２中間部とを備える。
　第５態様に係る第６態様の分離膜モジュールは、第２フランジ及び第２中間部それぞれと膜構造体との間に介挿される第２接合材を更に備える。
　第５又は第６態様に係る第７態様の分離膜モジュールにおいて、第２中間部は、第２フランジと一体である。
　第５乃至第７態様のいずれかに係る第８態様の分離膜モジュールにおいて、第２中間部及び第２フランジそれぞれは、セラミックス材料によって構成される。
　第１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において、膜構造体は、リアクタである。
　第１乃至第８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、膜構造体は、分離フィルタである。
　本発明によれば、膜構造体の破損を抑制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４に係る分離膜モジュールの断面図である。 図８は、変形例４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７に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１１は、変形例１０に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１２は、変形例１０に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１３は、変形例１１に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１４は、変形例１１に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１５は、変形例１１に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１６は、変形例１２に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１７は、変形例１２に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１８は、変形例１３に係る分離膜モジュールの断面図である。 図１９は、変形例１３に係る分離膜モジュールの断面図である。 図２０は、変形例１３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中間部５０、第２中間部６０、第１接合材７０、及び第２接合材８０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と第２フランジ４０との間に挟まれることで固定されているが、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、原料ガスが流入する流入口２２ａを有する。原料ガスは、流入口２２ａを介してリアクタ１０の非透過側空間Ｓ１に供給される。
　第１エンドプレート２２の中央部分は、フランジ状に拡径されている。第１エンドプレート２２は、第１対向面Ｊ１を有する。第１対向面Ｊ１は、リアクタ１０の第１端面Ｆ２、及び後述する第１フランジ３０の端面Ｋ１と対向する。本実施形態において、第１対向面Ｊ１は、リアクタ１０の第１端面Ｆ２、及び第１フランジ３０の端面Ｋ１のそれぞれから離れている。第１対向面Ｊ１は、筒本体２１の第１端面Ｇ２に当接する。
　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、液体燃料が流出する流出口２３ａを有する。液体燃料は、流出口２３ａを介してリアクタ１０の非透過側空間Ｓ１から外部に排出される。
　第２エンドプレート２３の中央部分は、フランジ状に拡径されている。第２エンドプレート２３は、第２対向面Ｊ２を有する。第２対向面Ｊ２は、リアクタ１０の第２端面Ｆ３、及び後述する第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、リアクタ１０の第２端面Ｆ３、及び第２フランジ４０の端面Ｋ２のそれぞれから離れている。第２対向面Ｊ２は、筒本体２１の第２端面Ｇ３に当接する。
　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７０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。
　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。端面Ｋ１は、第１エンドプレート２２の第１対向面Ｊ１と対向する。端面Ｋ１の少なくとも一部は、第１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７０を介して、リアクタ１０の外周面Ｆ１と対向する。内周面Ｍ１は、後述する第１中間部５０に当接していてもよい。
　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８０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。
　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。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８０を介して、リアクタ１０の外周面Ｆ１と対向する。内周面Ｍ２は、後述する第２中間部６０に当接していてもよい。
　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中間部５０］
　第１中間部５０は、環状の薄板部材である。第１中間部５０は、リアクタ１０とハウジング２０との間に配置される。具体的には、第１中間部５０は、リアクタ１０の第１端面Ｆ２と第１エンドプレート２２の第１対向面Ｊ１との間に配置される。このように、リアクタ１０とハウジング２０との間に第１中間部５０が介挿されることによって、リアクタ１０が第１エンドプレート２２と直接接触することを抑制できる。そのため、リアクタ１０に損傷（欠けや割れなど）が生じることを抑制できる。
　図１に示すように、第１中間部５０は、第１接合材７０によってリアクタ１０に接合されていることが好ましい。これによって、第１中間部５０をリアクタ１０と実質的に一体化できるため、リアクタ１０に損傷が生じることをより抑制できる。
　第１中間部５０は、セラミックス材料、樹脂材料、金属材料によって構成することができる。セラミックス材料としては、上述した第１フランジ３０を構成するセラミックス材料を用いることができる。第１中間部５０は、リアクタ１０の多孔質支持体１１より硬いことが好ましい。これによって、リアクタ１０を第１中間部５０でより保護できるため、リアクタ１０の損傷をより抑制することができる。
　ここで、図２は、図１の部分拡大図である。図２に示すように、第１中間部５０は、対向面Ｐ１、当接面Ｑ１、接合面Ｒ１、及び内周面Ｕ１を有する。
　対向面Ｐ１は、ハウジング２０と対向する。対向面Ｐ１は、第１エンドプレート２２の対向面Ｊ１に当接していてもよい。本実施形態において、対向面Ｐ１は、第１フランジ３０の端面Ｋ１と面一であるが、対向面Ｐ１と端面Ｋ１との間には段差が形成されていてもよい。当接面Ｑ１は、第１フランジ３０の内周面Ｍ１に当接する。接合面Ｒ１は、第１接合材７０に接合される。本実施形態において、内周面Ｕ１は、第１エンドプレート２２の内周面Ｕ２と面一であるが、内周面Ｕ２と面一でなくてもよい。本実施形態において、対向面Ｐ１、当接面Ｑ１、及び接合面Ｒ１それぞれは平面状であるが、これらのうち少なくとも一つは全体的又は部分的に湾曲或いは屈曲していてもよい。
　［第２中間部６０］
　第２中間部６０は、環状の薄板部材である。第２中間部６０は、リアクタ１０とハウジング２０との間に配置される。具体的には、第２中間部６０は、リアクタ１０の第２端面Ｆ３と第２エンドプレート２３の第２対向面Ｊ２との間に配置される。このように、リアクタ１０と第２エンドプレート２３との間に第２中間部６０が介挿されることによって、リアクタ１０がハウジング２０と直接接触することを抑制できる。そのため、リアクタ１０に損傷（欠けや割れなど）が生じることを抑制できる。
　図１に示すように、第２中間部６０は、第２接合材８０によってリアクタ１０に接合されていることが好ましい。これによって、第２中間部６０をリアクタ１０と実質的に一体化できるため、リアクタ１０に損傷が生じることをより抑制できる。
　第２中間部６０は、セラミックス材料、樹脂材料、金属材料によって構成することができる。セラミックス材料としては、上述した第２フランジ４０を構成するセラミックス材料を用いることができる。第２中間部６０は、リアクタ１０の多孔質支持体１１より硬いことが好ましい。これによって、リアクタ１０を第２中間部６０でより保護できるため、リアクタ１０の損傷をより抑制することができる。
　ここで、図３は、図１の部分拡大図である。図３に示すように、第２中間部６０は、対向面Ｐ２、当接面Ｑ２、接合面Ｒ２、及び内周面Ｕ３を有する。
　対向面Ｐ２は、ハウジング２０と対向する。対向面Ｐ２は、第２エンドプレート２３の対向面Ｊ２に当接していてもよい。本実施形態において、対向面Ｐ２は、第２フランジ４０の端面Ｋ２と面一であるが、対向面Ｐ２と端面Ｋ２との間には段差が形成されていてもよい。当接面Ｑ２は、第２フランジ４０に当接する。当接面Ｑ２は、第２フランジ４０の内周面Ｍ２と当接する。接合面Ｒ２は、第２接合材８０に接合される。本実施形態において、内周面Ｕ３は、第２エンドプレート２３の内周面Ｕ４と面一であるが、内周面Ｕ４と面一でなくてもよい。本実施形態において、対向面Ｐ２、当接面Ｑ２、及び接合面Ｒ２それぞれは平面状であるが、これらのうち少なくとも一つは全体的又は部分的に湾曲或いは屈曲していてもよい。
　［第１接合材７０］
　第１接合材７０は、第１フランジ３０及び第１中間部５０それぞれとリアクタ１０との間に介挿される。第１接合材７０は、第１フランジ３０をリアクタ１０に接合するとともに、第１中間部５０をリアクタ１０に接合する。第１接合材７０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と、第１中間部５０及びリアクタ１０の隙間の少なくとも一部とに配置される。図２に示すように、第１接合材７０の断面はＬ字状である。
　なお、第１接合材７０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７０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８０］
　第２接合材８０は、第２フランジ４０及び第２中間部６０それぞれとリアクタ１０との間に介挿される。第２接合材８０は、第２フランジ４０をリアクタ１０に接合するとともに、第２中間部６０をリアクタ１０に接合する。第２接合材８０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と、第２中間部６０及びリアクタ１０の隙間の少なくとも一部とに配置される。図３に示すように、第２接合材８０の断面はＬ字状である。
　なお、第２接合材８０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８０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と第１及び第２中間部５０，６０と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、フランジ及び中間部を取り付ける第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７０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８０の成形体を形成する。第２工程では、第１接合材７０の成形体を取り囲むように第１フランジ３０及び第１中間部５０を取り付けるとともに、第２接合材８０の成形体を取り囲むように第２フランジ４０及び第２中間部６０を取り付ける。第３工程では、第１及び第２接合材７０，８０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７０，８０を形成する。以上により、第１及び第２接合材７０，８０を介して第１及び第２フランジ３０，４０と第１及び第２中間部５０，６０とがリアクタ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。
　リアクタ１０と第１エンドプレート２２との間に第１中間部５０が介挿されているため、第６工程において第１エンドプレート２２がリアクタ１０と直接接触することを抑制できる。そのため、リアクタ１０が損傷することを抑制できる。同様に、リアクタ１０と第２エンドプレート２３との間に第２中間部６０が介挿されているため、第６工程において第２エンドプレート２３がリアクタ１０と直接接触することを抑制できる。そのため、リアクタ１０が損傷することを抑制できる。
　（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との隙間を掃引ガス排出空間Ｓ２１と掃引ガス供給空間Ｓ２２とに区画する。流れ止め部９０は、掃引ガス排出空間Ｓ２１と掃引ガス供給空間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と掃引ガス排出空間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と掃引ガス供給空間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から掃引ガス供給空間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及び掃引ガス排出空間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、掃引ガス排出空間Ｓ２１内における掃引ガスの流路長と、掃引ガス供給空間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掃引ガス排出空間Ｓ２１に流出した掃引ガスは、掃引ガス排出空間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、掃引ガス排出空間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から掃引ガス供給空間Ｓ２２に供給された掃引ガスは、掃引ガス供給空間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から掃引ガス供給空間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、掃引ガス供給空間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］
　上記実施形態では、第１フランジ３０は、第１中間部５０と別体であることとしたが、図７に示すように、第１フランジ３０は、第１中間部５０と一体であってもよい。第１フランジ３０が第１中間部５０と一体である場合、分離膜モジュール１の組み立て工程における取扱い性を向上させることができる。
　同様に、上記実施形態では、第２フランジ４０は、第２中間部６０と別体であることとしたが、図７に示すように、第２フランジ４０は、第２中間部６０と一体であってもよい。
　また、図８に示すように、上記変形例２で説明したモノリス型の膜構造体を用いる場合においても、第１フランジ３０は第１中間部５０と一体であってもよいし、第２フランジ４０は、第２中間部６０と一体であってもよい。
　［変形例５］
　上記実施形態において、第１中間部５０は、リアクタ１０と第１エンドプレート２２との隙間の全体に配置されることとしたが、当該隙間の一部のみに配置されていてもよい。この場合、第１中間部５０としては、Ｃ字状の薄板部材や、周方向に離れて配置された複数の薄板部材などを用いることができる。
　同様に、上記実施形態において、第２中間部６０は、リアクタ１０と第２エンドプレート２３との隙間の全体に配置されることとしたが、当該隙間の一部のみに配置されていてもよい。
　［変形例６］
　上記実施形態において、第１接合材７０は、第１フランジ３０及び第１中間部５０それぞれとリアクタ１０との間に介挿されることとしたが、第１中間部５０とリアクタ１０との間には介挿されていなくてもよい。この場合、第１中間部５０は、リアクタ１０と直接接触していてもよい。
　同様に、上記実施形態において、第２接合材８０は、第２フランジ４０及び第２中間部６０それぞれとリアクタ１０との間に介挿されることとしたが、第２中間部６０とリアクタ１０との間には介挿されていなくてもよい。この場合、第２中間部６０は、リアクタ１０と直接接触していてもよい。
　［変形例７］
　上記実施形態では、図２に示すように、第１中間部５０の内周面Ｕ１は、第１エンドプレート２２の内周面Ｕ２と面一であることとしたが、これに限られない。図９に示すように、第１中間部５０の内周面Ｕ１は、第１エンドプレート２２の内周面Ｕ２よりも径方向内側に位置していてもよい。或いは、図１０に示すように、第１中間部５０の内周面Ｕ１は、第１エンドプレート２２の内周面Ｕ２よりも径方向外側に位置していてもよい。
　同様に、上記実施形態では、図３に示すように、第２中間部６０の内周面Ｕ３は、第２エンドプレート２３の内周面Ｕ４と面一であることとしたが、これに限られない。図示しないが、第２中間部６０の内周面Ｕ３は、第２エンドプレート２３の内周面Ｕ４よりも径方向内側に位置していてもよいし、第２エンドプレート２３の内周面Ｕ４よりも径方向外側に位置していてもよい。
　［変形例８］
　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９］
　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２０ａが設けられていてもよい。図１１では、整流板２０ａが３つ設けられているが、整流板２０ａ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２０ａの位置は適宜設定可能である。
　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１１及び図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１０］
　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１３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１４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２０ａが設けられていてもよい。図１４では、整流板２０ａが３つ設けられているが、整流板２０ａ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２０ａの位置は適宜設定可能である。なお、図１４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１５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１３～図１５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１１］
　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２０ｂ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２０ｂ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２０ｂ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２０ｂ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２０ｂ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１６及び図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。
　［変形例１２］
　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１８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１９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２０ｂが設けられていてもよい。図１９では、流れ止め部９０の両側に整流板２０ｂ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２０ｂ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２０ｂ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２０ｂ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１９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２０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１８～図２０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
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
４０　　第２フランジ
５０　　第１中間部
６０　　第２中間部
７０　　第１接合材
８０　　第２接合材

Claims (10)

  1. 　筒状のハウジングと、
    　前記ハウジングに収容され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、
    　前記膜構造体の第１端面前と記ハウジングとの間に配置される第１中間部と、
    を備える分離膜モジュール。
     
  2. 　前記第１フランジ及び前記第１中間部それぞれと前記膜構造体との間に介挿される第１接合材を更に備える、
    請求項１に記載の分離膜モジュール。
     
  3. 　前記第１中間部は、前記第１フランジと一体である、
    請求項１に記載の分離膜モジュール。
     
  4. 　前記第１中間部及び前記第１フランジそれぞれは、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。
     
  5. 　前記膜構造体の第２端部を取り囲む環状の第２フランジと、
    　前記膜構造体の第２端面と前記ハウジングとの間に配置される第２中間部と、
    を更に備える請求項１に記載の分離膜モジュール。
     
  6. 　前記第２フランジ及び前記第２中間部それぞれと前記膜構造体との間に介挿される第２接合材を更に備える、
    請求項５に記載の分離膜モジュール。
     
  7. 　前記第２中間部は、前記第２フランジと一体である、
    請求項５に記載の分離膜モジュール。
     
  8. 　前記第２中間部及び前記第２フランジそれぞれは、セラミックス材料によって構成される、
    請求項５に記載の分離膜モジュール。
     
  9. 　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。
     
  10. 　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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