特開 2022-190154 多管式分離膜モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022190154

(43)【公開日】2022-12-22

(54)【発明の名称】多管式分離膜モジュール

(51)【国際特許分類】

   B01D 63/06 20060101AFI20221215BHJP

【ＦＩ】

B01D63/06

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022178063

(22)【出願日】2022-11-07

(62)【分割の表示】P 2018083212の分割

【原出願日】2018-04-24

(71)【出願人】

【識別番号】000006035

【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086911

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100144967

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 隆之

(72)【発明者】

【氏名】野口 直樹

(72)【発明者】

【氏名】冨永 浩次

(72)【発明者】

【氏名】清水 史也

(72)【発明者】

【氏名】菊池 肇

(57)【要約】

【課題】エンドプレートの直径を小さくすることができる多管式分離膜モジュールを提供する。
【解決手段】筒状のハウジング２と、ハウジング２の長手方向に配置された複数の管状分離膜３と、管状分離膜３を支持する支持板５と、該支持板５と平行に配置され、管状分離膜が挿通された挿通孔７ａ，８ａを有するバッフル７，８とを有する。支持板５とバッフル８との間に流入室１２が形成されている。流入室１２を取り巻くように流入チャンバ２０が設けられ、流入口９から流入した被処理流体が流入チャンバ２０内を周方向に流れた後、各開口２１から流入室１２に流入する。ハウジング２の下端の内向きフランジにボトムカバーが連結されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状のハウジングと、
該ハウジング内に該ハウジングの長手方向に配置された複数の管状分離膜と、
該ハウジング内の一端側に配置され、該管状分離膜の一端側を支持する支持板と、
該ハウジングの該一端側を閉じるエンドプレートとを有する多管式分離膜モジュールにおいて、
該ハウジングの該一端側に内向きにフランジが設けられ、該エンドプレートと該ハウジングが該フランジで連結されていることを特徴とする多管式分離膜モジュール。

【請求項2】

前記エンドプレートと前記フランジがボルトによって連結固定されている、請求項１に記載の多管式分離膜モジュール。

【請求項3】

前記管状分離膜が挿通された挿通孔を有し、該ハウジング内において該支持板と略平行に配置されたバッフルを備えており、
該バッフルによって該ハウジング内に流入室が形成され、被処理流体が該流入室から各管状分離膜に沿って流出する請求項１又は２の多管式分離膜モジュール。

【請求項4】

前記ハウジングは、筒軸心方向を上下方向として設置されており、該ハウジングの下端に前記エンドプレートが配置されている請求項１ないし３のいずれか１項の多管式分離膜モジュール。

【請求項5】

前記ハウジングは円筒状であり、
前記エンドプレートの直径と、前記ハウジングの外径が略等しい、請求項４に記載の多管式分離モジュール。

【請求項6】

前記ハウジングの上端に外向きのトップフランジが設けられ、該トップフランジにトップ側エンドプレートが連結されている請求項４又は５の多管式分離膜モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は溶液や混合気体等の流体から一部の成分を分離するために用いられる多管式分離膜モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

溶液又は混合気体中の成分を分離するための機器として多管式分離膜モジュールが知られている。この多管式分離膜モジュールとして、筒状のハウジングと、該ハウジング内に該ハウジングの長手方向に配置された複数の管状分離膜と、該ハウジング内の一端側に配置され、該管状分離膜の一端側を支持する支持板と、該管状分離膜が挿通された挿通孔を有し、該ハウジング内において該支持板と略平行に配置されたバッフルとを有し、該バッフルによって該ハウジング内に流入室が形成され、被処理流体が該流入室から各管状分離膜に沿って流出する多管式分離膜モジュールが知られている（特許文献１）。

【0003】

特許文献１の多管式分離膜モジュールにあっては、円筒状ハウジングの底部に配置されたエンドプレート（特許文献１ではボトムカバー）は、該円筒状ハウジングの下端に外向き鍔状に設けられたフランジに連結されている。

【0004】

かかるエンドプレート取付構造によると、外向きに張り出したフランジの幅分だけボトムカバーの直径が大きいものとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－１３５１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、エンドプレートの直径を小さくすることができる多管式分離膜モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の多管式分離膜モジュールは、筒状のハウジングと、該ハウジング内に該ハウジングの長手方向に配置された複数の管状分離膜と、該ハウジング内の一端側に配置され、該管状分離膜の一端側を支持する支持板と、該ハウジングの該一端側を閉じるエンドプレートとを有する多管式分離膜モジュールにおいて、該ハウジング該一端側に内向きにフランジが設けられ、前記エンドプレートが該フランジに連結されていることを特徴とする。

【0008】

本発明の一態様では、前記該管状分離膜が挿通された挿通孔を有し、該ハウジング内において該支持板と略平行に配置されたバッフルを備えており、該バッフルによって該ハウジング内に流入室が形成され、被処理流体が該流入室から各管状分離膜に沿って流出する。

【0009】

発明の一態様では、前記ハウジングは、筒軸心方向を上下方向として設置されており、該ハウジングの下端に前記エンドプレートが配置されている。

【0010】

本発明の一態様では、前記ハウジングの上端に外向きのトップフランジが設けられ、該トップフランジにトップ側エンドプレートが連結されている。

【発明の効果】

【0011】

本発明の多管式分離膜モジュールにあっては、円筒状ハウジングの一端のフランジを内向きに設けたので、エンドプレートの直径が小さいものとなる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態に係る多管式分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図である。

【図2】図１のII－II線断面図である。

【図3】図１のIII－III線断面図である。

【図4】図１のIV－IV線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１～３を参照して、本発明の一実施の形態に係る多管式分離膜モジュール１について説明する。

【0014】

この多管式分離膜モジュール１は、筒軸心方向を上下方向とした円筒状ハウジング２と、ハウジング２の軸心線と平行方向に配置された複数の管状分離膜３と、ハウジング２内の下部に設けられた支持板５と、ハウジング２の下端に取り付けられたボトムカバー（ボトム側エンドプレート）６と、支持板５と平行にハウジング２内の下部及び上部にそれぞれ配置された第１のバッフル（整流板）８及び第２のバッフル（整流板）７と、円筒状ハウジング２の上端に取り付けられたトップカバー（トップ側エンドプレート）３０等を有する。第１のバッフル８は支持板５の上側に配置されている。この多管式分離膜モジュールを構成する部材は通常はＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステンレス材が好適である。

【0015】

ハウジング２の下部を囲むように流入チャンバ２０が設けられている。この流入チャンバ２０は、ハウジング２と同軸の円筒部２０ａと、該円筒部２０ａの上端及び下端から内向きに設けられた鍔部２０ｂ，２０ｃとを有している。この鍔部２０ｂ，２０ｃの内周縁がハウジング２の外周面に溶接等により固着されている。

【0016】

流入チャンバ２０の円筒部２０ａに被処理流体の流入口９が設けられている。図２の通り、ハウジング２には、ハウジング２の直径方向に対峙して２個の開口２１，２１が設けられている。開口２１，２１を結ぶ方向は、流入口９とハウジング２の軸心とを結ぶ方向と直交方向となっている。流入口９より流入される被処理流体が管状分離膜またはそれに付属する部材に直射状に当ることを回避するようにハウジング２が位置していればよい。本実施の形態の場合、開口２１は、支持板５と第１のバッフル８との間の流入室１２に臨むように設けられている。

【0017】

ハウジング２の上部を囲むように流出チャンバ４０が設けられている。この流出チャンバ４０は、ハウジング２と同軸の円筒部４０ａと、該円筒部４０ａの上端及び下端から内向きに設けられた鍔部４０ｂ，４０ｃとを有している。この鍔部４０ｂ，４０ｃの内周縁がハウジング２の外周面に溶接等により固着されている。

【0018】

流出チャンバ４０の円筒部４０ａに非透過流体の流出口５０が設けられている。図４の通り、ハウジング２には、ハウジング２の直径方向に対峙して２個の開口４１，４１が設けられている。開口４１，４１を結ぶ方向は、流出口５０とハウジング２の軸心とを結ぶ方向と直交方向となっている。

【0019】

ハウジング２の上端に、外向きのトップフランジ３１が設けられており、トップカバー３０が該フランジ３１にボルト（図示略）によって連結されている。トップカバー３０とバッフル７との間が排出室１１となっている。開口４１は、この排出室１１に臨むように設けられている。

【0020】

バッフル７，８間は膜分離を行うための主室１３となっている。各バッフル７，８には、管状分離膜３を挿通させるための円形の挿通孔７ａ，８ａが設けられており、管状分離膜３が各挿通孔７ａ，８ａに挿通されている。挿通孔７ａ，８ａの口径は、管状分離膜３の直径（外径）よりも大きく、挿通孔７ａ，８ａの内周面と管状分離膜３のエンドピース３ｄ及びボスピース３ｃの外周面との間に全周にわたって間隙があいている。

【0021】

支持板５は、ハウジング２の内周面から突設された凸部２ｔによって支持されている。支持板５には、管状分離膜３のボスピース３ｃを支持するための開口５ａが設けられている。ボスピース３ｃは、開口５ａに差し込まれており、ボスピース３ｃの外周面と各開口５ａの内周面との間は気密にシールされている。

【0022】

各管状分離膜３の下端側のボスピース３ｃは、ボトムカバー６と支持板５との間の流出室１６に向って開放している。ボトムカバー６には、分離された透過流体の取出口６ａが設けられている。

【0023】

この実施の形態では、ハウジング２の下端側に、内向きのフランジ２ａが設けられ、ボルト（図示略）によってボトムカバー（ボトム側エンドプレート）６が該フランジ２ａに連結固定されている。

【0024】

支持板５から複数のロッド１４（図２，３）が立設され、該ロッド１４にバッフル７，８が支持されている。ロッド１４の下端は支持板５に対しナットなどによって固着されている。バッフル７，８はロッド１４に対しピンなどの係止部材（図示略）によって所定高さに支持されている。

【0025】

支持板５及びバッフル７，８の材料としては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステンレス材が好適であるが、これに限定されない。

【0026】

管状分離膜３は、管状の多孔質支持体の外周面にゼオライト膜が形成された本体３ａと、該本体３ａの下端に同軸状に連設されたボスピース３ｃと、本体３ａの上端に同軸状に連設されたエンドピース３ｄとを有する。

【0027】

ボスピース３ｃは筒状であり、管状分離膜３内を流出室１６に連通させている。エンドピース３ｄは、管状分離膜３の上端を封止している。ボスピース３ｃ及びエンドピース３ｄは気密を保つために、例えば熱収縮フィルムによって本体３ａに連結されている。

【0028】

管状分離膜３のうちエンドピース３ｄがバッフル７の挿通孔７ａに挿通され、ボスピース３ｃがバッフル８の挿通孔８ａ及び支持板５の開口５ａに挿通されている。ボスピース３ｃ及びエンドピース３ｄの材料としては金属、セラミックスなど、流体を透過させないものが例示されるが、これに限定されない。

【0029】

上記管状の多孔質支持体の材質としては、シリカ、α－アルミナ、γ－アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などを含むセラミックス焼結体の無機多孔質支持体や金属焼結体の多孔質支持体が挙げられる。その中でもアルミナ、シリカ、ムライトのうち少なくとも１種を含む無機多孔質支持体が好ましい。多孔質支持体表面が有する平均細孔径は特に制限されるものではないが、細孔径が制御されているものが好ましく、通常０．０２μｍ以上、好ましくは０．０５μｍ以上、さらに好ましくは０．１μｍ以上であり、通常３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下の範囲が好ましい。

【0030】

多孔質支持体の表面においてゼオライトを結晶化させゼオライト膜を形成させる。
ゼオライト膜を構成する主たるゼオライトは、通常、酸素６－１０員環構造を有するゼオライトを含み、好ましくは酸素６－８員環構造を有するゼオライトを含む。

【0031】

ゼオライトの一例を挙げれば、ＡＥＩ、ＡＥＬ、ＡＦＧ、ＡＮＡ、ＢＲＥ、ＣＡＳ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＡＣ、ＤＤＲ、ＤＯＨ、ＥＡＢ、ＥＰＩ、ＥＳＶ、ＥＵＯ、ＦＡＲ、ＦＲＡ、ＦＥＲ、ＧＩＳ、ＧＩＵ、ＧＯＯ、ＨＥＵ、ＩＭＦ、ＩＴＥ、ＩＴＨ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＬＩＯ、ＬＯＳ、ＬＴＮ、ＭＡＲ、ＭＥＰ、ＭＥＲ、ＭＥＬ、ＭＦＩ、ＭＦＳ、ＭＯＮ、ＭＳＯ、ＭＴＦ、ＭＴＮ、ＭＴＴ、ＭＷＷ、ＮＡＴ、ＮＥＳ、ＮＯＮ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＲＯ、ＲＴＥ、ＲＴＨ、ＲＵＴ、ＳＧＴ、ＳＯＤ、ＳＴＦ、ＳＴＩ、ＳＴＴ、ＴＥＲ、ＴＯＬ、ＴＯＮ、ＴＳＣ、ＴＵＮ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＶＳＶ、ＷＥＩ、ＹＵＧ等がある。

【0032】

ただし、本発明はゼオライト膜以外の分離膜を有した管状分離膜を用いてもよい。

【0033】

このように構成された多管式分離膜モジュール１において、被処理流体は流入口９から流入チャンバ２０及び開口２１を介して流入室１２内に導入され、バッフル８の挿通孔８ａの内周面と管状分離膜３の外周面との間の間隙を通って主室１３に流入する。管状分離膜３を透過しなかった非透過流体は、主室１３から、バッフル７の挿通孔７ａと管状分離膜３との間隙を通って排出室１１に流出し、開口４１及び流出チャンバ４０を経て流出口５０から多管式分離膜モジュール１外に流出する。

【0034】

主室１３を流れる間に被処理流体の一部の成分が管状分離膜３を透過して管状分離膜３から流出室１６に流入し、取出口６ａを介して取り出される。

【0035】

この実施の形態では、流入口９から流入チャンバ２０内に流入した被処理流体は、二手に別れ、それぞれ、該流入チャンバ２０内をハウジング２の外周面に沿って約１／４周流れた後、２個の開口２１からそれぞれ流入室１２内に流入する。このため、被処理流体が流入口９から高流速で流入チャンバ２０内に流入しても、この高流速の被処理流体が管状分離膜３に直射状に当たることがなく、管状分離膜３の劣化が防止される。また、被処理流体が流入チャンバ２０から２個の開口２１を介して流入室１２内に流入するので、被処理流体が各管状分離膜３にほぼ均等に分配される。また、非透過流体の流出側にも環状の流出チャンバ４０を設け、排出室１１内から２個の開口４１によって非透過流体を流出させるようにしているので、主室１３の上部から排出室１１への非透過流体の流れも略均等化される。これにより、主室１３内の各管状分離膜３で均等に流体分離処理が行われ、モジュール全体として効率よく分離処理が行われる。

【0036】

この実施の形態では、ハウジング２の下端のフランジ２ａが内向きとなっているので、ボトムカバー６の直径が小さくて足り、ボトムカバー６の重量が軽減され経済的にも有利である。

【0037】

この実施の形態では、トップフランジ３１を外向きとしているので、トップカバー３０を取り外した状態で、管状分離膜３やバッフル７，８、支持板５をハウジング２の上方から容易に出し入れすることができる。

【0038】

本発明の多管式分離膜モジュールにおいて、バッフル７，８間の距離は通常４０ｃｍ～２ｍ程度である。また、管状分離膜は通常１本以上、好ましくは２本以上、通常５０００本以下、好ましくは３０００本以下配置され、管状分離膜同士の最短距離は、２ｍｍ～１０ｍｍとなるように配置されることが好ましい。ハウジングの大きさ、管状分離膜の本数は処理する流体量によって適宜変更されるものである。

【0039】

本発明の多管式分離膜モジュールにおいて、分離または濃縮の対象となる被処理流体としては、分離膜によって分離または濃縮が可能な複数の成分からなる気体または液体の混合物であれば特に制限はなく、如何なる混合物であってもよいが、気体の混合物に使用することが好ましい。

【0040】

分離または濃縮の対象となる混合物が、例えば、有機化合物と水との混合物（以下これを、「含水有機化合物」と略称することがある。）の場合、水選択性が高いゼオライト膜を用いると、混合物から水を分離することが可能であり、有機化合物を元の混合物中で濃縮するパーベーパレーション法（浸透気化法）、ベーパーパーミエーション法（蒸気透過法）と呼ばれる分離または濃縮方法を用いることができる。パーベーパレーション法は、液体の混合物をそのまま分離膜に導入する分離または濃縮方法であるため、分離または濃縮を含むプロセスを簡便なものにすることができる。

【0041】

本発明は、分離または濃縮の対象となる混合物が、複数の成分からなる気体の混合物である場合に好適である。気体の混合物としては、例えば、二酸化炭素、酸素、窒素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ノルマルブタン、イソブタン、１－ブテン、２-ブテン、イソブテン、六フッ化硫黄、ヘリウム、一酸化炭素、一酸化窒素、水などから選ばれる少なくとも１種の成分を含むものが挙げられる。これらの気体成分からなる混合物のうち、パーミエンスの高い気体成分は、分離膜を透過し分離され、パーミエンスの低い気体成分は供給ガス側に濃縮される。

【0042】

本発明の多管式分離膜モジュールは、流体量、あるいは目的の分離度、濃縮度によって連結して使用することができる。流体量が多い場合または目的の分離度・濃縮度が高く１つのモジュールでは処理が十分できない場合には出口から出た流体をさらにもう一つのモジュールの入口に入るように配管を接続して使用することが好ましい。また、分離度、濃縮度に応じてさらに連結して目的の分離度・濃縮度とすることができる。

【0043】

本発明の多管式分離膜モジュールを並列に設置して流体を分岐してガスを供給してもよい。この時さらに並列したそれぞれのモジュールに直列でモジュールを設置することもできる。並列としたモジュールを直列とする場合、供給ガス量が直列方向に低下し線速が低下するので、適宜線速を保つように並列の設置数を減少させることが好ましい。

【0044】

モジュールを直列に配置する場合の透過した成分はモジュール毎に排出しても良いし、モジュール間を連結して集合して排出しても良い。モジュール間を連結させる場合には下流側のモジュールの透過成分を上流側のモジュールの透過成分に合流させて流す方が好ましい。

【符号の説明】

【0045】

１ 多管式分離膜モジュール
２ ハウジング
２ａ フランジ
３ 管状分離膜
５ 支持板
６ ボトムカバー
６ａ 取出口
７，８ バッフル
７ａ，８ａ 挿通孔
９ 流入口
１１ 排出室
１２ 流入室
１３ 主室
１４ ロッド
１６ 流出室
２０ 流入チャンバ
２１ 開口
３０ トップカバー
４０ 流出チャンバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】