特許 7119334 分離膜モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-08

(45)【発行日】2022-08-17

(54)【発明の名称】分離膜モジュール

(51)【国際特許分類】

   B01D 63/06 20060101AFI20220809BHJP

【ＦＩ】

B01D63/06

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2017206294

(22)【出願日】2017-10-25

(65)【公開番号】P2019076845

(43)【公開日】2019-05-23

【審査請求日】2020-10-09

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006035

【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504117958

【氏名又は名称】独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構

(74)【代理人】

【識別番号】100086911

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 剛

(72)【発明者】

【氏名】野口 直樹

(72)【発明者】

【氏名】国司 洋介

【審査官】中村 泰三

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１５５０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４６－０１２８７７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２００７－０４４６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１３９０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－１０２４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２７３１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０５７７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１４４８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１５５０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１３７４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ２７／００－３５／３４、４６／００－９０、６１／００－７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｆ１６Ｊ １５／００

(57)【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
を有し、
被処理流体が該ハウジング内を一端側から他端側に流れ、管状分離膜を透過した流体が該管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、
該管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
該エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板の一方の板面から突出している分離膜モジュールにおいて、
該支持板の一方の板面に差込穴が設けられ、前記エンド管が該差込穴に差し込まれており、
該エンド管の端面と差込穴の底面との間がガスケットでシールされており、
前記管状分離膜は上下方向に設置されており、前記エンド管は該管状分離膜の下端に接続されていることを特徴とする分離膜モジュール。

【請求項2】

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
を有し、
被処理流体が該ハウジング内を一端側から他端側に流れ、管状分離膜を透過した流体が該管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、
該管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
該エンド管の先端側は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に連結されている分離膜モジュールにおいて、
該エンド管は、先端近傍にフランジ部が設けられると共に、該フランジ部よりも先端側に突出する差込部を有しており、
前記支持板に設けられた差込用貫通孔に該差込部が挿通されており、
該差込用貫通孔の管状分離膜側にガスケット設置凹部が設けられており、
該ガスケット設置凹部の底面と前記フランジ部との間にガスケットが挟持されていることを特徴とする分離膜モジュール。

【請求項3】

前記差込部の先端側の外周面に雄ネジが設けられており、該雄ネジにナットが締め込まれることにより、前記エンド管と前記支持板とが固定されていることを特徴とする請求項２記載の分離膜モジュール。

【請求項4】

前記ナットと前記支持板との間にスプリング部材が介在されていることを特徴とする請求項３記載の分離膜モジュール。

【請求項5】

前記スプリング部材が、スプリングワッシャーであり、該スプリングワッシャーと前記支持板との間にワッシャーが介在されていることを特徴とする請求項４記載の分離膜モジュール。

【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分離膜モジュールが知られている。この分離膜モジュールに用いる管状分離膜は、管状の多孔質セラミック支持体と、該支持体の外周面に設けられたゼオライト等からなる多孔質の分離膜とを有する。溶液や混合気体等の流体から特定の成分を分離するためには、溶液の流体を分離膜エレメントの一方（外面）に接触させて、もう一方（内面）を減圧することにより、特定の成分を気化させ分離する方法や、溶液を気化させて気体状態で分離膜に接触させて、非接触面側を減圧して特定成分を分離する方法、加圧状態の混合気体を分離膜に接触させて特定の成分を分離する方法などが知られている。

【0003】

特許文献１（特にその図６（ａ））に、上下方向に配置された筒状のハウジングと、該ハウジング内に上下方向に配置された複数の管状分離膜とを有し、該管状分離膜の下端部にエンド管が接続され、該エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板の上面から突出しており、該支持板の上面に差込穴が設けられ、前記エンド管が該差込穴に差し込まれており、該エンド管の下端面と差込穴の底面との間がＯリングでシールされている分離膜モジュールが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－１５５０９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

管状分離膜の下端に接続されたエンド管を支持板の差込穴に差し込み、エンド管の下端面と差込穴の底面との間をＯリングでシールする特許文献１の構造にあっては、エンド管の下端面にＯリング装着用の溝を形成する必要があり、エンド管の製作に手間がかかる。また、Ｏリングに加えられる管状分離膜やエンド管の荷重が大きいと、Ｏリングが潰れすぎてエンド管の下端面が差込穴の底面に直に当たるようになってシール性能が低下するおそれがある。また、エンド管底面の溝にＯリングを嵌入する態様（図6ａ）では、エンド管が鉛直から僅かにでも傾いた場合にも、Ｏリングによるシール性能が低下するおそれがある。この問題はエンド管の外径と差込穴の内径を精密に合わせることで解決されるが、この場合、エンド管にグリース等の潤滑剤を塗布する必要があり、潤滑剤の成分が揮発して分離膜に付着することで、分離性能が低下する問題がある。

【0006】

さらに、分離膜がセラミック系等の脆い素材の場合、長尺の脆い分離膜と一体化したエンド管にガスケットを嵌める作業、ならびに、ガスケットを嵌めた数百本のエンド管を、分離膜にストレスを加えないように差込穴に送入する作業を、天然ガス生産プラントの建設現場で実施することは、著しく困難である。

【0007】

本発明は、管状分離膜の一端に接続されたエンド管と支持板との間のシール性能が良好であると共に、広い温度領域で使用可能であり、エンド管の製造も、分離膜モジュールの組み立ても容易である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】

【0008】

本発明（第１発明）の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を有し、被処理流体が該ハウジング内を一端側から他端側に流れ、管状分離膜を透過した流体が該管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、該管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、該エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板の一方の板面から突出している分離膜モジュールにおいて、該支持板の一方の板面に差込穴が設けられ、前記エンド管が該差込穴に差し込まれており、該エンド管の端面と差込穴の底面との間がガスケットでシールされていることを特徴とするものである。

【0009】

本発明（第２発明）の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を有し、被処理流体が該ハウジング内を一端側から他端側に流れ、管状分離膜を透過した流体が該管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、該管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、該エンド管の先端側は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に連結されている分離膜モジュールにおいて、該エンド管は、先端近傍にフランジ部が設けられると共に、該フランジ部よりも先端側に突出する差込部を有しており、前記支持板に設けられた差込用貫通孔に該差込部が挿通されており、該差込用貫通孔の管状分離膜側にガスケット設置凹部が設けられており、該ガスケット設置凹部の底面と前記フランジ部との間にガスケットが挟持されていることを特徴とするものである。

【0010】

本発明の一態様では、前記差込部の先端側の外周面に雄ネジが設けられており、該雄ネジにナットが締め込まれることにより、前記エンド管と前記支持板とが固定されている。

【0011】

本発明の一態様では、前記ナットと前記支持板との間にスプリングワッシャーが介在されている。

【0012】

本発明の一態様では、前記スプリングワッシャーと支持板との間にワッシャーが介在されている。

【0013】

本発明の一態様では、前記管状分離膜は上下方向に設置されており、前記エンド管は該管状分離膜の下端に接続されている。

【発明の効果】

【0014】

本発明（第１発明）の分離膜モジュールにあっては、支持板に設けた差込穴にエンド管を差し込むことによりエンド管が支持板に接続される。本発明では、エンド管の端面と差込穴の底面との間に介在されたガスケットによってエンド管と支持板との間のシールが行われる。管状分離膜及び支持板から加えられる荷重が大きくても、またエンド管が若干傾いたりしても、エンド管の端面と差込穴の底面との間にガスケットが介在し、かつエンド管端面及び差込穴底面がガスケットに十分に押し付けられるので、エンド管と支持板との間のシール性能が良好である。

【0015】

本発明（第２発明）の分離膜モジュールにあっては、支持板に設けた差込用貫通孔にエンド管の差込部を差し込むことによりエンド管が支持板に接続される。本発明では、エンド管のフランジ部とガスケット設置凹部の底面との間に介在されたガスケットによってエンド管と支持板との間のシールが行われる。管状分離膜及び支持板から加えられる荷重が大きくても、またエンド管が若干傾いたりしても、フランジ部とガスケット設置凹部の底面との間にガスケットが介在し、かつフランジ部及びガスケット設置凹部がガスケットに十分に押し付けられるので、エンド管と支持板との間のシール性能が良好である。

【0016】

本発明では、エンド管にＯリング装着溝を設ける必要がないから、エンド管の製造も容易である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施の形態に係る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】エンド管及び支持板の拡大断面図である。

【図5】図４の一部の拡大図である。

【図6】実施の形態に係る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7】別の実施の形態におけるエンド管及び支持板の拡大断面図である。

【図8】図７の分解図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１～６を参照して、本発明の一実施の形態に係る分離膜モジュールについて説明する。

【0019】

この分離膜モジュール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６Ａ及び上端に取り付けられたトップカバー６Ｂ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）７及び第２のバッフル（整流板）８等を有する。第１のバッフル７は支持板５の上側に配置されている。

【0020】

この実施の形態では、ハウジング２の下端及び上端側とボトムカバー６Ａ及びトップカバー６Ｂの外周縁にそれぞれ外向きのフランジ２ａ，２ｂ，６ｂ，６ｃが設けられ、ボルト（図示略）によってこれらが固定されている。支持板５の周縁部は、フランジ２ａ，６ｂ間にガスケット（図示略）を介して挟持されている。

【0021】

この実施の形態では、管状分離膜３の下端にエンド管４が連結されている。管状分離膜３の上端にエンドプラグ２０が連結されている。なお、図１～３では、管状分離膜は７本のみ示されているが、実際は図４のように多数本設けられている。

【0022】

図１では、管状分離膜３は一本物となっているが、図６の通り、複数本、例えば２本の管状分離膜３がジョイント管１７を介して連結されてもよい。このジョイント管１７は、管軸方向に貫通する貫通孔を有する。ジョイント管１７の両端側（上端側と下端側）は、管状分離膜３内に差し込まれる小径部となっている。管状分離膜３をジョイント管に対して平行に設置することと、シール性能の向上を目的に小径部の外周面には溝が周回して設け、Ｏリング（図示略）が装着してもよい。

【0023】

また、ジョイント管１７の両端側の小径部同士の間は大径部となっており、小径部と大径部との境界部は段差面となっている。この段差面と管状分離膜３の端面との間にもＯリングもしくはガスケットが介在されている。ジョイント管１７と管状分離膜３は、Ｏリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリングを使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。

【0024】

ハウジング２の下部の外周面に被処理流体の流入口９が設けられ、上部の外周面に被処理流体の流出口１０が設けられている。流入口９は、支持板５と第１のバッフル７との間の室１１に臨むように設けられている。流出口１０は、第２のバッフル８の上側の室１２に臨むように設けられている。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。

【0025】

底部の支持板５から複数のロッド１４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の下端には雄ねじが刻設されており、支持板５の雌ねじ穴に螺着されている。バッフル７，８はロッド１４に外嵌された鞘管１４Ａ，１４Ｂ（図４）によって所定高さに支持されている。鞘管１４Ａは、支持板５とバッフル７との間に配置されている。鞘管１４Ｂは、バッフル７，８間に配置されている。バッフル８は、鞘管１４Ｂの上端面に載設され、ロッド１４の上端に螺着されたナットによって固定されている。バッフルの数はこの実施の形態によらず、３以上のバッフルを使用してもよい。

【0026】

バッフル７，８の外周面とハウジング２の内周面との間には、Ｏリング、Ｖパッキン、Ｃリングなどのシール部材が介在され、ハウジング２の外周部を優先的にガスが流れないようにしてもよい。

【0027】

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、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体が各挿通孔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、エンド管４及びエンドプラグ２０の直径（外径）よりも大きく、挿通孔７ａ，８ａの内周面と、エンド管４及びエンドプラグ２０の外周面との間に全周にわたって間隙があいている。

【0028】

支持板５の上面側には、管状分離膜３に連結されたエンド管４の下端が差し込まれた差込穴５ａが設けられている。差込穴５ａは、円柱形であり、支持板５の上面から厚み方向の途中まで延在している。差込穴５ａの穴底は、小孔５ｂと大孔５ｃ（もしくは大孔５ｃがなく小孔５のみでもよい）とを介して支持板５の下側の流出室１６に臨んでいる。

【0029】

エンド管４の下端面と差込穴５の底面５ｔとの間にガスケット３０が介在されている。ガスケット３０は円板形であり、中央部に開口３１が設けられている。エンド管４の直径が５．０～２５．０ｍｍ程度である場合、ガスケット３０の厚みは０．２～５．０ｍｍ特に０．５～２．０ｍｍ程度が好ましい。ガスケット３０の材質はシリーコンゴム・天然ゴム・バイトン・パーフロロエラストマー・テトラフルオロエチレン系樹脂などの高分子系材料、膨張黒鉛および、膨張黒鉛とステンレス板の複合体等素材からなるガスケット、さらに、金属チューブとコイルスプリングの複合体からなるいわゆる金属ガスケットが例示されるが、これに限定されない。

【0030】

各エンド管４の管孔４ａは、開口３１、小孔５ｂ及び大孔５ｃを介して、ボトムカバー６Ａと支持板５との間の流出室１６に連通している。ボトムカバー６Ａには、分離された透過流体の取出口６ａが設けられている。

【0031】

図５の通り、エンド管４の上端部は小径部４ｇとなっており、管状分離膜３の下部に差し込まれている。この小径部４ｇにはエンド管４ｇと管状分離膜３の中心が合うように外周面に周設された溝にＯリング３２が装着してもよい。また、管状分離膜３の下端面とエンド管４の段差面との間にもＯリングもしくはガスケット３３が介在されている。エンド管４と管状分離膜３の接続部は、上記のようなＯリング等を使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリング等を使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。

【0032】

管状分離膜３の上端にエンドプラグ２０が連結されている。エンドプラグ２０は円柱状またはこれの一部を削った形状であり、管状分離膜３の上端を封止している。エンドプラグ２０の下端には、管状分離膜３内に差し込まれた小径部が設けられている。エンドプラグ２０と管状分離膜３との間はＯリングによってシールされている。図示は省略するが、このエンドプラグ２０と管状分離膜３とのシール構造は、前記エンド管４と管状分離膜３とのシール構造と同様のものとなっている。また、エンドプラグ２０と管状分離膜３は、Ｏリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリングを使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。

【0033】

この実施の形態では、管状分離膜３の上端側にエンドプラグ２０を配置しているので、ガスケット３０に対し、エンドプラグ２０、管状分離膜３、及びエンド管４の荷重がかかっている。そのため、エンド管４の下端面及び差込穴底面５ｔがガスケット３０に密着し、良好なシール性能が得られる。管状分離膜３等の重量が大きい場合であっても、エンド管４の下端面と差込穴底面５ｔとの間にガスケット３０が必ず介在するので、シール性能が良好である。また、エンド管４が若干傾いても、エンド管４の下端面の全体がガスケット３０に密着した状態に保たれるので、良好なシール性能が得られる。

【0034】

なお、本発明では、エンド管４及び支持板５を管状分離膜３の上端側に配置し、エンドプラグ２０を管状分離膜３の下端側に配置してもよい。この場合、エンドプラグ２０を上方に付勢するためのスプリング等の付勢部材を設けることにより、エンド管上端面及び差込穴底面がガスケット３０に押し付けられるように荷重を加えることが好ましい。

【0035】

この実施の形態では、差込穴５ａにエンド管４の下端部を差し込むだけでエンド管４と支持板５とを気密ないし液密状に容易に連結することができる。この差込穴５ａが円柱形であるので、支持板５に差込穴５ａを穿設する作業は容易であり、支持板５の製作も容易である。また、エンド管４にＯリング装着溝を穿設する作業も不要である。さらに、上記の付勢部材を設けることにより、エンド管４と差し込み穴５ａとの嵌め合い公差を緩くしてもエンド管４はガスケット３０に対し鉛直に接し、エンド管４が傾くことによるシールの悪化が生じにくくなる。従って、分離膜モジュールの製作工期の短縮及び製作コストの低減を図ることができる。

【0036】

また、分離工程では管状分離膜３の外側が内側より高圧になるため、その圧力差により管状分離膜３には鉛直下方向に力が働く。この力はエンド管４に伝わりエンド管４がガスケット３０に密着する力となりシール性がより良好となる。

【0037】

この実施の形態では、ガスケット３０をエンド管４の下端面と底面５ｔとの間に介在させたので、差込穴５ａの内周面とエンド管４の外周面との間に隙間があっても、エンド管４を鉛直に保つことが容易である。

【0038】

この分離膜モジュール１において、被処理流体は流入口９からハウジング２の室１１内に導入され、バッフル７の挿通孔７ａの内周面とエンド管４の外周面との間の間隙を通って主室１３に流入し、主室１３を通った後、バッフル８の挿通孔８ａとエンドプラグ２０との間隙を通って室１２に流出する。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内から流出室１６及び取出口６ａを介して取り出される。透過しなかった流体は、流出口１０から分離膜モジュール１外に流出する。

【0039】

主室１３内の流れと管状分離膜３内の流れは並流であっても、向流であっても差し支えなく、被処理流体の流入口９と流出口１０とは入れ替えても差し支えない。

【0040】

分離膜モジュール１は、図１のようにトップカバー６Ｂ側を上にして使用してもよく、またボトムカバー６Ａ側を上にして使用しても差し支えない。また、ボトムカバー６Ａとトップカバー６Ｂを結ぶ方向が略水平方向となるように、分離膜モジュール１を横置きに設置して使用しても差し支えない。

【0041】

この実施の形態では、管状分離膜３を平行に多数本配列設置しており、膜面積が大きいので、効率良く膜分離が行われる。

【0042】

この実施の形態では、管状分離膜３の上下両端に連結されたエンド管４とエンドプラグ２０がそれぞれバッフル７，８の挿通孔７ａ，８ａに差し込まれている。そのため、管状分離膜３が振動ないし揺動してエンド管４及びエンドプラグ２０が挿通孔７ａ，８ａの内周面に当接してもゼオライト膜が損傷することがなく、長期にわたって安定して運転を行うことができる。

【0043】

図７，８を参照して、本発明における他の実施の形態を説明する。

【0044】

本実施の形態では、支持板５０に設けられた差込用貫通孔５１は、支持板５０を貫通するように設けられるとともに、ガスケット３０を設置するためのガスケット設置凹部５２が、管状分離膜側にザグリ加工で形成される。該凹部５２は差込用貫通孔５１よりも大径である。

【0045】

エンド管４０は、先端（下端）近傍にフランジ部４１を備えている。また、エンド管４０は、フランジ部４１よりも下方に突出するように差込部４２を有する。差込部４２は差込用貫通孔５１を突き抜ける長さを有している。差込部４２の下端直近の外周面に雄ネジ４３が設けられている。

【0046】

図８に示されるように、水平に保持された支持板５０のガスケット設置凹部５２に、ガスケット３０を嵌め込んだ後、分離膜３、エンドプラグ２０等を組み付けたエンド管４０を差込用貫通孔５１に挿通させ、ガスケット３０を、凹部５２の底面とフランジ部４１との間で挟み付ける。

【0047】

次いで、支持板５０の下面から突出した差込部４２にワッシャー６１及びスプリング部材として、端部のバリとワッシャー外周および内周のコーナー部をＲ加工したスプリングワッシャー６２を嵌めた後、ナット６３を雄ネジ４３に螺着し、締め込む。これにより、エンド管４０が支持板５０に固定される。また、凹部５２の底面とフランジ部４１との間がガスケット３０でシールされる。

【0048】

この実施の形態では、分離膜モジュールの運転温度が１００℃以上変動する場合、支持板５０と、エンド管４０を同一素材とすることで、熱膨張による寸法変動を吸収することができる。また、ナット６３を２個締め込むダブルナット構造としたことにより、ゆるみが防止される。

【0049】

なお、スプリングワッシャーは、通常、端部のバリを基材喰い込ませることで、ゆるみ防止機能を発揮するが、この実施の形態では、ワッシャー６１とナット６３との間に介在される、スプリングワッシャー６２は、端部のバリを除去し、外周と内周をＲ加工することで、スプリングワッシャーがナット６３、あるいはワッシャー６１に食い込むことが防止される。これによりスプリングワッシャー６２は、ワッシャー６１およびナット６３の表面を滑動可能となり、スプリング部材として差込部４２に対し、図面下方に向けた張力をより有効に発生させるため、ガスケット自体の体積変化ならびに圧縮永久歪による寸法変化を吸収することが可能となる。

【0050】

図７，８の実施の形態は、図１～６に示した実施の形態に比べて、構造ならびに組み立て作業が複雑になる反面、ガスケット３０は、ガスケット設置凹部５２内に、フランジ４１の底面と、差込部５１で限定された空間に配置されるため、ガスケット３０に加わる圧力の設定が容易になる。また、ガスケット３０の変形が抑制され、シリコーンゴムやフッ素系ゴム等の高分子系エラストマでも、変形が限定され、比較的高い温度でも安定したシール性が維持可能になる。また、エンド管４０が支持板５０に対し、フランジ部４１とワッシャー６１、スプリングワッシャー６２及びナット６３によって固定されるため、エンド管４０を吊り下げる等、設置の自由度が増すとともに、分離膜内外の圧力を逆転させることが可能になり、より運転の自由度が増加する。さらに、ガスケット３０が変形しても、スプリング部材としてのスプリングワッシャー６２が、スプリングとして、差込部４２に対し、図面下方に向けた張力を発生し続けるため、ガスケット３０に適切な圧力がかかり続けるため、シールが安定する。なお、図７，８の実施例は、既存の分離膜モジュールの改造等で、スペース的な制約が大きな場合に実施するものであり、このような制約がない条件下では、差込部４２を延長し、ここにスプリングワッシャーに変わる圧縮コイルバネを挿入することで、より、自由度の高い設計が可能となる。また、本態様では、差込部が圧縮コイルバネに早秋されるため、差込部がガイドとなるため、コイル内周と差込部外周の間の間隙を０．０５～２ｍｍとなるように設定することで、圧縮コイルばねの座屈が防止されるため、差込部に掛ける張力がより安定する。

【0051】

以下、本発明の分離膜モジュールを構成するエンド管４，４０、エンドプラグ２０及び管状分離膜３の好適な材料等について説明する。

【0052】

エンド管４，４０及びエンドプラグ２０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。バッフル７，８及びジョイント管１７の材質は、通常、ステンレスなどの金属材料であるが、分離条件における耐熱性と供給、透過成分に対する耐性があれば特に限定されず、用途によっては、樹脂材料など他の材質に変更可能である。

【0053】

管状分離膜３は、好ましくは、管状の多孔質支持体と、該多孔質支持体の外周面に形成された無機分離膜としてのゼオライト膜とを有する。この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や金属焼結体の無機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２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下の範囲が好ましい。

【0054】

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。

【0055】

ここでいう酸素ｎ員環を有するゼオライトのｎの値は、ゼオライト骨格を形成する酸素とＴ元素で構成される細孔の中で最も酸素の数が大きいものを示す。例えば、ＭＯＲ型ゼオライトのように酸素１２員環と８員環の細孔が存在する場合は、酸素１２員環のゼオライトとみなす。

【0056】

酸素６－１０員環構造を有する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。

【0057】

ゼオライト膜は、ゼオライトが単独で膜となったものでも、前記ゼオライトの粉末をポリマーなどのバインダー中に分散させて膜の形状にしたものでも、各種支持体上にゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体でもよい。ゼオライト膜は、一部アモルファス成分などが含有されていてもよい。

【0058】

ゼオライト膜の厚さとしては、特に制限されるものではないが、通常、０．１μｍ以上であり、好ましくは０．６μｍ以上、さらに好ましくは１．０μｍ以上である。また通常１００μｍ以下であり、好ましくは６０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下の範囲である。

【0059】

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。

【0060】

管状分離膜３の外径は、好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは６ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１８ｍｍ以下、さらに好ましくは１６ｍｍ以下である。外径が小さすぎると管状分離膜の強度が十分でなく壊れやすくなることがあり、大きすぎるとモジュール当りの膜面積が低下する。

【0061】

管状分離膜３のうちゼオライト膜で覆われた部分の長さは好ましくは２０ｃｍ以上、好ましくは２００ｃｍ以下である。

【0062】

本発明の分離膜モジュールにおいて、管状分離膜は、単管式でも多管式でもよく、通常１～３０００本、特に５０～８５０本配置され、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。なお、管状分離膜はジョイント管１７によって連結されなくてもよい。また、図による説明では分離膜モジュール１は縦向きに設置するようになっているが、横向きや傾けて使用してもよい。

【0063】

本発明の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。

【0064】

分離または濃縮には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。

【0065】

本発明において、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、気体の混合物としては、例えば、二酸化炭素、酸素、窒素、水素、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、トルエンなどの芳香族系化合物、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。

【0066】

本発明の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。

【0067】

本発明の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。

【0068】

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く、モジュール間を連結して集合させて排出しても良い。

【符号の説明】

【0069】

１ 分離膜モジュール
２ ハウジング
３ 管状分離膜
４，４０ エンド管
５，５０ 支持板
５ａ 差込穴
５ｔ 差込穴の底面
６Ａ ボトムカバー
６Ｂ トップカバー
６ａ 取出口
７，８ バッフル
７ａ，８ａ 挿通孔
９ 流入口
１０ 流出口
１１，１２ 室
１３ 主室
１４ ロッド
１６ 流出室
１７ ジョイント管
２０ エンドプラグ
３０ ガスケット
４１ フランジ部
４２ 差込部
５１ 差込用貫通孔
５２ ガスケット設置凹部
６１ ワッシャー
６２ スプリングワッシャー
６３ ナット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】