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(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】2024-06-03
(45)【発行日】2024-06-11
(54)【発明の名称】分離装置、および、分離装置の運転方法
(51)【国際特許分類】
B01D 63/00 20060101AFI20240604BHJP
B01D 69/12 20060101ALI20240604BHJP
B01D 71/02 20060101ALI20240604BHJP
C01B 39/48 20060101ALI20240604BHJP
【ＦＩ】
B01D63/00
B01D69/12
B01D71/02
B01D71/02 500
C01B39/48
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020107788
(22)【出願日】2020-06-23
(65)【公開番号】P2021016858
(43)【公開日】2021-02-15
【審査請求日】2023-01-19
(31)【優先権主張番号】P 2019133576
(32)【優先日】2019-07-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110847
【弁理士】
【氏名又は名称】松阪 正弘
(74)【代理人】
【識別番号】100136526
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 勉
(74)【代理人】
【識別番号】100136755
【弁理士】
【氏名又は名称】井田 正道
(72)【発明者】
【氏名】野田 憲一
【審査官】本間 友孝
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－１７７５３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平０５－０３３８３１（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１９－０８４４９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－１０２７１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１０２８７１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２００４／０６７１３３（ＷＯ，Ａ２）
【文献】特開２００４－０４４８７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１７１６３１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｄ ５３／２２
Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２
Ｃ０２Ｆ １／４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
分離装置であって、多孔質の支持体と前記支持体の表面上に形成された分離膜とを備える分離膜複合体と、
前記分離膜複合体を内部に収容する外筒と、
前記外筒を内部に収容する外装体と、
前記外装体の周囲の温度よりも高温の流体を前記外筒の内部に供給する供給部と、
を備え、
前記外筒は、
前記流体のうち前記分離膜複合体を透過した透過物質以外の物質である不透過物質を前記外筒の外部へと排出する第１排出ポートと、
前記流体のうち前記透過物質を前記外筒の外部へと排出する第２排出ポートと、
を備え、
前記第１排出ポートおよび前記第２排出ポートはそれぞれ、前記外装体の内部において前記外筒上に設けられ、
前記外筒から排出された前記透過物質および前記不透過物質のうち一方の物質は、前記外装体の内部における前記外装体と前記外筒との間の空間である外装空間へ、前記外筒の前記第１排出ポートおよび前記第２排出ポートの一方である導入ポートを介して導入可能であり、
前記外装体は、前記導入ポートにより前記外装空間へ導入された前記一方の物質を前記外装体の外部へと排出可能な外装体排出ポートを備え、
前記外装体と前記導入ポートと前記外装体排出ポートとにより囲まれる空間であるポート間空間に、前記分離膜複合体の５０体積％以上が含まれ、
前記ポート間空間は、前記外装体の内部空間であって、互いに平行な導入ポート平面と外装体排出ポート平面とにより挟まれる空間であり、
前記導入ポート平面は、前記外筒の前記導入ポートの中心と前記外装体排出ポートの中心とを結ぶ直線に対して鉛直、かつ、前記導入ポートの中心を通る平面であり、
前記外装体排出ポート平面は、前記直線に対して鉛直、かつ、前記外装体排出ポートの中心を通る平面であることを特徴とする分離装置。
【請求項2】
請求項１に記載の分離装置であって、前記外装空間は、前記分離膜の主面の少なくとも法線方向に存在することを特徴とする分離装置。
【請求項3】
請求項１または２に記載の分離装置であって、前記外筒は、
少なくとも一方の端部に開口を有する筒部と、
前記開口の周囲において前記筒部から外側へと広がるフランジ部と、
前記開口を覆った状態で前記フランジ部に固定されることにより前記開口を密封する蓋部と、
を備えることを特徴とする分離装置。
【請求項4】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の分離装置であって、前記一方の物質は前記透過物質であることを特徴とする分離装置。
【請求項5】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の分離装置であって、前記外筒に供給されるよりも前の前記流体を加熱する加熱部をさらに備えることを特徴とする分離装置。
【請求項6】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の分離装置であって、前記供給部により供給される前記流体の温度が７０℃以上であることを特徴とする分離装置。
【請求項7】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の分離装置であって、前記外装体の周囲に配置されて前記外装体の外表面の少なくとも一部を断熱する断熱部をさらに備えることを特徴とする分離装置。
【請求項8】
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の分離装置であって、前記分離膜はゼオライト膜であることを特徴とする分離装置。
【請求項9】
請求項８に記載の分離装置であって、前記ゼオライト膜を構成するゼオライトの最大員環数は８以下であることを特徴とする分離装置。
【請求項10】
請求項８または９に記載の分離装置であって、前記流体は、水素、ヘリウム、窒素、酸素、水、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、アンモニア、硫黄酸化物、硫化水素、フッ化硫黄、水銀、アルシン、シアン化水素、硫化カルボニル、Ｃ１～Ｃ８の炭化水素、有機酸、アルコール、メルカプタン類、エステル、エーテル、ケトンおよびアルデヒドのうち、１種類以上の物質を含むことを特徴とする分離装置。
【請求項11】
多孔質の支持体と前記支持体の表面上に形成された分離膜とを備える分離膜複合体と、前記分離膜複合体を内部に収容する外筒と、前記外筒を内部に収容する外装体と、を備える分離装置の運転方法であって、前記外筒は、
前記分離膜複合体を透過した透過物質以外の物質である不透過物質を前記外筒の外部へと排出する第１排出ポートと、
前記透過物質を前記外筒の外部へと排出する第２排出ポートと、
を備え、
前記第１排出ポートおよび前記第２排出ポートはそれぞれ、前記外装体の内部において前記外筒上に設けられ、
前記外筒から排出された前記透過物質および前記不透過物質のうち一方の物質は、前記外装体の内部における前記外装体と前記外筒との間の空間である外装空間へ、前記外筒の前記第１排出ポートおよび前記第２排出ポートの一方である導入ポートを介して導入可能であり、
前記外装体は、前記導入ポートにより前記外装空間へ導入された前記一方の物質を前記外装体の外部へと排出可能な外装体排出ポートを備え、
前記外装体と前記導入ポートと前記外装体排出ポートとにより囲まれる空間であるポート間空間に、前記分離膜複合体の５０体積％以上が含まれ、
前記ポート間空間は、前記外装体の内部空間であって、互いに平行な導入ポート平面と外装体排出ポート平面とにより挟まれる空間であり、
前記導入ポート平面は、前記外筒の前記導入ポートの中心と前記外装体排出ポートの中心とを結ぶ直線に対して鉛直、かつ、前記導入ポートの中心を通る平面であり、
前記外装体排出ポート平面は、前記直線に対して鉛直、かつ、前記外装体排出ポートの中心を通る平面であり、
前記分離装置の運転方法は、
ａ）前記外装体の周囲の温度よりも高温の流体を前記外筒の内部に供給する工程と、
ｂ）前記透過物質および前記不透過物質のうち前記一方の物質を、前記導入ポートを介して前記外装空間へと導入する工程と、
ｃ）前記一方の物質を、前記ポート間空間を通過するようにして前記外装空間から排出する工程と、
を備えることを特徴とする分離装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、分離装置、および、分離装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、多孔質支持体上にゼオライト膜を形成してゼオライト膜複合体とすることにより、ゼオライトの分子篩作用を利用した特定の分子の分離や分子の吸着等の用途について、様々な研究や開発が行われている。
【0003】
例えば、特許文献１、２では、ゼオライト膜を利用して、混合ガスを分離する技術が提案されている。特許文献３では、１００℃～６５０℃という高温下でガス分離を行うガス分離体固定構造体の使用方法が開示されている。
【0004】
特許文献４～６では、水と有機溶剤とを含む混合液から水を分離する分離膜モジュールが開示されている。当該分離膜モジュールでは、円筒状のモジュール本体の内部に複数の管状の膜分離部材が配置される。各膜分離部材は、管状のゼオライト分離膜と、分離膜の周囲を取り囲む外筒とを備える。混合液は、分離膜と外筒との間の円筒状の空間を流れる。混合液中の水は、分離膜を径方向内方へと透過して分離膜の内側の空間を通過し、モジュール本体から排出される。混合液中の有機溶剤は、分離膜と外筒との間の空間を通過し、モジュール本体から排出される。
【0005】
非特許文献１では、二重円筒管群が真空容器内に収容されている二重円筒型の分離膜モジュールが開示されている。各二重円筒管では、外筒と内筒（ゼオライト膜）との間の円筒状の空間に供給蒸気が流され、ゼオライト膜と親和性のある成分が、内筒を径方向内方へと透過する。内筒の内側へと透過した蒸気は、外筒端部（すなわち、内筒の一方だけ開放された端部）から真空容器内へと流出し、当該蒸気の流出方向近傍に設けられた排出口から吸引されて真空容器外へと排出される。当該モジュールでは、供給蒸気の凝縮を防止するために、真空容器にヒーターが設けられる。
【0006】
特許文献７には、ハウジング内にガス分離膜エレメントを備えた分離膜モジュールと、分離膜モジュールを収容する筐体と、筐体内の温度を調製する熱源部と、を備えるガス分離装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２００３－１５９５１８号公報
【文献】特開２０１５－０４４１６２号公報
【文献】特開２０１１－１８９３３５号公報
【文献】特開２００９－０３９６５４号公報
【文献】特開２００９－０６６５０３号公報
【文献】特開２００９－２２６３７４号公報
【文献】特開２０１９－０８４４９７号公報
【非特許文献】
【0008】
【文献】M. Kondo et.al., Separation and Purification Technology, 32 (2003) p191-198
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところで、上述のような分離膜モジュールにおいて高温下で流体の分離を行う場合、流体が流れる外筒からの放熱等を考慮して、モジュールに供給される流体を予め分離温度よりも高温に加熱しておく必要がある。あるいは、非特許文献１や特許文献７のように、ヒーター等の外部熱源によりモジュールや筐体内の加熱を行う必要がある。このため、流体の加熱に多大なエネルギーが必要となり、流体の分離に要するエネルギーが増大する。特に、外筒またはモジュール本体が、フランジ構造を有する場合、放熱面積が大きくなるため、上述の放熱は大きくなる。したがって、流体の分離に要するエネルギーがより増大する。
【0010】
また、非特許文献１では、ゼオライト膜を透過し外筒から真空容器内へと流出した蒸気を速やかに排出できるように、真空容器の排出口は、蒸気が流出する外筒端部の近傍に設けられている。このため、ゼオライト膜を透過した蒸気は、外筒の外表面とほとんど接触することなく、真空容器の外に向かって流れる。したがって、非特許文献１の分離膜モジュールでは、外部への放熱による外筒の温度低下を抑制する効果は小さい。
【0011】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高温下における流体の分離に要するエネルギーを低減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、分離装置に向けられている。本発明の好ましい一の形態に係る分離装置は、多孔質の支持体と前記支持体の表面上に形成された分離膜とを備える分離膜複合体と、前記分離膜複合体を内部に収容する外筒と、前記外筒を内部に収容する外装体と、前記外装体の周囲の温度よりも高温の流体を前記外筒の内部に供給する供給部と、を備える。前記外筒は、前記流体のうち前記分離膜複合体を透過した透過物質以外の物質である不透過物質を前記外筒の外部へと排出する第１排出ポートと、前記流体のうち前記透過物質を前記外筒の外部へと排出する第２排出ポートと、を備える。前記第１排出ポートおよび前記第２排出ポートはそれぞれ、前記外装体の内部において前記外筒上に設けられる。前記外筒から排出された前記透過物質および前記不透過物質のうち一方の物質は、前記外装体の内部における前記外装体と前記外筒との間の空間である外装空間へ、前記外筒の前記第１排出ポートおよび前記第２排出ポートの一方である導入ポートを介して導入可能である。前記外装体は、前記導入ポートにより前記外装空間へ導入された前記一方の物質を前記外装体の外部へと排出可能な外装体排出ポートを備える。前記外装体と前記導入ポートと前記外装体排出ポートにより囲まれる空間であるポート間空間に、前記分離膜複合体の５０体積％以上が含まれる。前記ポート間空間は、前記外装体の内部空間であって、互いに平行な導入ポート平面と外装体排出ポート平面とにより挟まれる空間である。前記導入ポート平面は、前記外筒の前記導入ポートの中心と前記外装体排出ポートの中心とを結ぶ直線に対して鉛直、かつ、前記導入ポートの中心を通る平面である。前記外装体排出ポート平面は、前記直線に対して鉛直、かつ、前記外装体排出ポートの中心を通る平面である。
【0013】
好ましくは、前記外装空間は、前記分離膜の主面の少なくとも法線方向に存在する。
【0014】
好ましくは、前記外筒は、少なくとも一方の端部に開口を有する筒部と、前記開口の周囲において前記筒部から外側へと広がるフランジ部と、前記開口を覆った状態で前記フランジ部に固定されることにより前記開口を密封する蓋部と、を備える。
【0016】
好ましくは、前記一方の物質は前記透過物質である。
【0017】
好ましくは、前記分離装置は、前記外筒に供給されるよりも前の前記流体を加熱する加熱部をさらに備える。
【0018】
好ましくは、前記供給部により供給される前記流体の温度が７０℃以上である。
【0019】
好ましくは、前記分離装置は、前記外装体の周囲に配置されて前記外装体の外表面の少なくとも一部を断熱する断熱部をさらに備える。
【0020】
好ましくは、前記分離膜はゼオライト膜である。
【0021】
好ましくは、前記ゼオライト膜を構成するゼオライトの最大員環数は８以下である。
【0022】
好ましくは、前記流体は、水素、ヘリウム、窒素、酸素、水、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、アンモニア、硫黄酸化物、硫化水素、フッ化硫黄、水銀、アルシン、シアン化水素、硫化カルボニル、Ｃ１～Ｃ８の炭化水素、有機酸、アルコール、メルカプタン類、エステル、エーテル、ケトンおよびアルデヒドのうち、１種類以上の物質を含む。
【0023】
本発明は、多孔質の支持体と前記支持体の表面上に形成された分離膜とを備える分離膜複合体と、前記分離膜複合体を内部に収容する外筒と、前記外筒を内部に収容する外装体と、を備える分離装置の運転方法にも向けられている。前記外筒は、前記分離膜複合体を透過した透過物質以外の物質である不透過物質を前記外筒の外部へと排出する第１排出ポートと、前記透過物質を前記外筒の外部へと排出する第２排出ポートと、を備える。前記第１排出ポートおよび前記第２排出ポートはそれぞれ、前記外装体の内部において前記外筒上に設けられる。前記外筒から排出された前記透過物質および前記不透過物質のうち一方の物質は、前記外装体の内部における前記外装体と前記外筒との間の空間である外装空間へ、前記外筒の前記第１排出ポートおよび前記第２排出ポートの一方である導入ポートを介して導入可能である。前記外装体は、前記導入ポートにより前記外装空間へ導入された前記一方の物質を前記外装体の外部へと排出可能な外装体排出ポートを備える。前記外装体と前記導入ポートと前記外装体排出ポートとにより囲まれる空間であるポート間空間に、前記分離膜複合体の５０体積％以上が含まれる。前記ポート間空間は、前記外装体の内部空間であって、互いに平行な導入ポート平面と外装体排出ポート平面とにより挟まれる空間である。前記導入ポート平面は、前記外筒の前記導入ポートの中心と前記外装体排出ポートの中心とを結ぶ直線に対して鉛直、かつ、前記導入ポートの中心を通る平面である。前記外装体排出ポート平面は、前記直線に対して鉛直、かつ、前記外装体排出ポートの中心を通る平面である。本発明の好ましい一の形態に係る分離装置の運転方法は、ａ）前記外装体の周囲の温度よりも高温の流体を前記外筒の内部に供給する工程と、ｂ）前記透過物質および前記不透過物質のうち前記一方の物質を、前記導入ポートを介して前記外装空間へと導入する工程と、ｃ）前記一方の物質を、前記ポート間空間を通過するようにして前記外装空間から排出する工程と、を備える。
【発明の効果】
【0024】
本発明では、高温下における流体の分離に要するエネルギーを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】第１の実施の形態に係る分離装置を示す図である。
【図2】ゼオライト膜複合体の断面図である。
【図3】ゼオライト膜複合体の拡大断面図である。
【図4】分離装置を示す図である。
【図5】流体の分離の流れを示す図である。
【図6】第２の実施の形態に係る分離装置を示す図である。
【図7】分離装置を示す図である。
【図8】流体の分離の流れの一部を示す図である。
【図9】他の分離装置を示す図である。
【図10】他の分離装置を示す図である。
【図11】他の分離装置を示す図である。
【図12】他の分離装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る分離装置２の概略構造を示す図である。図１では、一部の構成の断面における平行斜線を省略している（図４、図６、図７、図９～１２においても同様）。分離装置２は、流体（すなわち、ガスまたは液体）から、後述するゼオライト膜複合体１に対する透過性が高い物質を分離させる装置である。分離装置２における分離は、例えば、透過性が高い物質を流体から抽出する目的で行われてもよく、透過性が低い物質を濃縮する目的で行われてもよい。
【0027】
上述の流体は、１種類のガス、もしくは、複数種類のガスを含む混合ガスであってもよく、１種類の液体、もしくは、複数種類の液体を含む混合液であってもよく、ガスおよび液体の双方を含む気液二相流体であってもよい。
【0028】
流体は、例えば、水素（Ｈ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水（Ｈ２Ｏ）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素酸化物、アンモニア（ＮＨ３）、硫黄酸化物、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、フッ化硫黄、水銀（Ｈｇ）、アルシン（ＡｓＨ３）、シアン化水素（ＨＣＮ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ）、Ｃ１～Ｃ８の炭化水素、有機酸、アルコール、メルカプタン類、エステル、エーテル、ケトンおよびアルデヒドのうち、１種類以上の物質を含む。
【0029】
窒素酸化物とは、窒素と酸素の化合物である。上述の窒素酸化物は、例えば、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、亜酸化窒素（一酸化二窒素ともいう。）（Ｎ２Ｏ）、三酸化二窒素（Ｎ２Ｏ３）、四酸化二窒素（Ｎ２Ｏ４）、五酸化二窒素（Ｎ２Ｏ５）等のＮＯＸ（ノックス）と呼ばれるガスである。
【0030】
硫黄酸化物とは、硫黄と酸素の化合物である。上述の硫黄酸化物は、例えば、二酸化硫黄（ＳＯ２）、三酸化硫黄（ＳＯ３）等のＳＯＸ（ソックス）と呼ばれるガスである。
【0031】
フッ化硫黄とは、フッ素と硫黄の化合物である。上述のフッ化硫黄は、例えば、二フッ化二硫黄（Ｆ－Ｓ－Ｓ－Ｆ，Ｓ＝ＳＦ２）、二フッ化硫黄（ＳＦ２）、四フッ化硫黄（ＳＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）または十フッ化二硫黄（Ｓ２Ｆ１０）等である。
【0032】
Ｃ１～Ｃ８の炭化水素とは、炭素が１個以上かつ８個以下の炭化水素である。Ｃ３～Ｃ８の炭化水素は、直鎖化合物、側鎖化合物および環式化合物のうちいずれであってもよい。また、Ｃ２～Ｃ８の炭化水素は、飽和炭化水素（すなわち、２重結合および３重結合が分子中に存在しないもの）、不飽和炭化水素（すなわち、２重結合および／または３重結合が分子中に存在するもの）のどちらであってもよい。Ｃ１～Ｃ４の炭化水素は、例えば、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、ノルマルブタン（ＣＨ３（ＣＨ２）２ＣＨ３）、イソブタン（ＣＨ（ＣＨ３）３）、１－ブテン（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２ＣＨ３）、２－ブテン（ＣＨ３ＣＨ＝ＣＨＣＨ３）またはイソブテン（ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）２）である。
【0033】
上述の有機酸は、カルボン酸またはスルホン酸等である。カルボン酸は、例えば、ギ酸（ＣＨ２Ｏ２）、酢酸（Ｃ２Ｈ４Ｏ２）、シュウ酸（Ｃ２Ｈ２Ｏ４）、アクリル酸（Ｃ３Ｈ４Ｏ２）または安息香酸（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯＨ）等である。スルホン酸は、例えばエタンスルホン酸（Ｃ２Ｈ６Ｏ３Ｓ）等である。当該有機酸は、鎖式化合物であってもよく、環式化合物であってもよい。
【0034】
上述のアルコールは、例えば、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）、イソプロパノール（２－プロパノール）（ＣＨ３ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ３）、エチレングリコール（ＣＨ２（ＯＨ）ＣＨ２（ＯＨ））またはブタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＨ）等である。
【0035】
メルカプタン類とは、水素化された硫黄（ＳＨ）を末端に持つ有機化合物であり、チオール、または、チオアルコールとも呼ばれる物質である。上述のメルカプタン類は、例えば、メチルメルカプタン（ＣＨ３ＳＨ）、エチルメルカプタン（Ｃ２Ｈ５ＳＨ）または１－プロパンチオール（Ｃ３Ｈ７ＳＨ）等である。
【0036】
上述のエステルは、例えば、ギ酸エステルまたは酢酸エステル等である。
【0037】
上述のエーテルは、例えば、ジメチルエーテル（（ＣＨ３）２Ｏ）、メチルエチルエーテル（Ｃ２Ｈ５ＯＣＨ３）またはジエチルエーテル（（Ｃ２Ｈ５）２Ｏ）等である。
【0038】
上述のケトンは、例えば、アセトン（（ＣＨ３）２ＣＯ）、メチルエチルケトン（Ｃ２Ｈ５ＣＯＣＨ３）またはジエチルケトン（（Ｃ２Ｈ５）２ＣＯ）等である。
【0039】
上述のアルデヒドは、例えば、アセトアルデヒド（ＣＨ３ＣＨＯ）、プロピオンアルデヒド（Ｃ２Ｈ５ＣＨＯ）またはブタナール（ブチルアルデヒド）（Ｃ３Ｈ７ＣＨＯ）等である。
【0040】
以下の説明では、分離装置２により分離される流体は、複数種類のガスを含む混合物質（すなわち、混合ガス）であるものとして説明する。
【0041】
分離装置２は、ゼオライト膜複合体１と、封止部２１と、外筒２２と、２つのシール部材２３と、外装体２４と、供給部２６と、第１回収部２７と、第２回収部２８とを備える。ゼオライト膜複合体１、封止部２１およびシール部材２３は、外筒２２の内部に収容される。外筒２２は、外装体２４の内部に収容される。供給部２６、第１回収部２７および第２回収部２８は、外装体２４の外部に配置される。
【0042】
図２は、ゼオライト膜複合体１の断面図である。図３は、ゼオライト膜複合体１の一部を拡大して示す断面図である。ゼオライト膜複合体１は、多孔質の支持体１１と、支持体１１上に形成された分離膜であるゼオライト膜１２と、を備える分離膜複合体である。ゼオライト膜１２とは、少なくとも、支持体１１の表面にゼオライトが膜状に形成されたものであって、有機膜中にゼオライト粒子を分散させただけのものは含まない。また、ゼオライト膜１２は、構造や組成が異なる２種類以上のゼオライトを含んでいてもよい。図２では、ゼオライト膜１２を太線にて描いている。図３では、ゼオライト膜１２に平行斜線を付す。また、図３では、ゼオライト膜１２の厚さを実際よりも厚く描いている。
【0043】
支持体１１はガスおよび液体を透過可能な多孔質部材である。図２に示す例では、支持体１１は、一体成形された一繋がりの柱状の本体に、長手方向（すなわち、図２中の左右方向）にそれぞれ延びる複数の貫通孔１１１が設けられたモノリス型支持体である。図２に示す例では、支持体１１は略円柱状である。各貫通孔１１１（すなわち、セル）の長手方向に垂直な断面は、例えば略円形である。図２では、貫通孔１１１の径を実際よりも大きく、貫通孔１１１の数を実際よりも少なく描いている。ゼオライト膜１２は、貫通孔１１１の内側面上に形成され、貫通孔１１１の内側面を略全面に亘って被覆する。
【0044】
支持体１１の長さ（すなわち、図２中の左右方向の長さ）は、例えば１０ｃｍ～２００ｃｍである。支持体１１の外径は、例えば０．５ｃｍ～３０ｃｍである。隣接する貫通孔１１１の中心軸間の距離は、例えば０．３ｍｍ～１０ｍｍである。支持体１１の表面粗さ（Ｒａ）は、例えば０．１μｍ～５．０μｍであり、好ましくは０．２μｍ～２．０μｍである。なお、支持体１１の形状は、例えば、ハニカム状、平板状、管状、円筒状、円柱状または多角柱状等であってもよい。支持体１１の形状が管状または円筒状である場合、支持体１１の厚さは、例えば０．１ｍｍ～１０ｍｍである。
【0045】
支持体１１の材料は、表面にゼオライト膜１２を形成する工程において化学的安定性を有するのであれば、様々な物質（例えば、セラミックまたは金属）が採用可能である。本実施の形態では、支持体１１はセラミック焼結体により形成される。支持体１１の材料として選択されるセラミック焼結体としては、例えば、アルミナ、シリカ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化ケイ素、炭化ケイ素等が挙げられる。本実施の形態では、支持体１１は、アルミナ、シリカおよびムライトのうち、少なくとも１種類を含む。
【0046】
支持体１１は、無機結合材を含んでいてもよい。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１つを用いることができる。
【0047】
支持体１１の平均細孔径は、例えば０．０１μｍ～７０μｍであり、好ましくは０．０５μｍ～２５μｍである。ゼオライト膜１２が形成される表面近傍における支持体１１の平均細孔径は０．０１μｍ～１μｍであり、好ましくは０．０５μｍ～０．５μｍである。平均細孔径は、例えば、水銀ポロシメータ、パームポロシメータまたはナノパームポロシメータにより測定することができる。支持体１１の表面および内部を含めた全体における細孔径の分布について、Ｄ５は例えば０．０１μｍ～５０μｍであり、Ｄ５０は例えば０．０５μｍ～７０μｍであり、Ｄ９５は例えば０．１μｍ～２０００μｍである。ゼオライト膜１２が形成される表面近傍における支持体１１の気孔率は、例えば２０％～６０％である。
【0048】
支持体１１は、例えば、平均細孔径が異なる複数の層が厚さ方向に積層された多層構造を有する。ゼオライト膜１２が形成される表面を含む表面層における平均細孔径および焼結粒径は、表面層以外の層における平均細孔径および焼結粒径よりも小さい。支持体１１の表面層の平均細孔径は、例えば０．０１μｍ～１μｍであり、好ましくは０．０５μｍ～０．５μｍである。支持体１１が多層構造を有する場合、各層の材料は上記のものを用いることができる。多層構造を形成する複数の層の材料は、同じであってもよく、異なっていてもよい。
【0049】
ゼオライト膜１２は、微細孔（マイクロ孔）を有する多孔膜である。ゼオライト膜１２は、複数種類の物質が混合した流体から、分子篩作用を利用して特定の物質を分離する分離膜として利用可能である。ゼオライト膜１２では、当該特定の物質に比べて他の物質が透過しにくい。換言すれば、ゼオライト膜１２の当該他の物質の透過量は、上記特定の物質の透過量に比べて小さい。
【0050】
ゼオライト膜１２の厚さは、例えば０．０５μｍ～３０μｍであり、好ましくは０．１μｍ～２０μｍであり、さらに好ましくは０．５μｍ～１０μｍである。ゼオライト膜１２を厚くすると分離性能が向上する。ゼオライト膜１２を薄くすると透過速度が増大する。ゼオライト膜１２の表面粗さ（Ｒａ）は、例えば５μｍ以下であり、好ましくは２μｍ以下であり、より好ましくは１μｍ以下であり、さらに好ましくは０．５μｍ以下である。
【0051】
ゼオライト膜１２に含まれるゼオライト結晶の平均細孔径（以下、単に「ゼオライト膜１２の平均細孔径」とも呼ぶ。）は、好ましくは０．２ｎｍ以上かつ０．８ｎｍ以下であり、より好ましくは、０．３ｎｍ以上かつ０．５ｎｍ以下であり、さらに好ましくは、０．３ｎｍ以上かつ０．４ｎｍ以下である。ゼオライト膜１２の平均細孔径とは、ゼオライト膜１２を構成するゼオライト結晶の細孔の最大直径（すなわち、酸素原子間距離の最大値である長径）と、当該長径に略垂直な方向における細孔の直径（すなわち、短径）との算術平均である。ゼオライト膜１２の平均細孔径は、ゼオライト膜１２が形成される表面近傍における支持体１１の平均細孔径よりも小さい。
【0052】
ゼオライト膜１２を構成するゼオライトの最大員環数がｎである場合、ｎ員環細孔の短径と長径の算術平均を平均細孔径とする。ゼオライトが、ｎが等しい複数のｎ員環細孔を有する場合には、全てのｎ員環細孔の短径と長径の算術平均をゼオライトの平均細孔径とする。なお、ｎ員環とは、細孔を形成する骨格を構成する酸素原子の数がｎ個であって、各酸素原子が後述のＴ原子と結合して環状構造をなす部分のことである。また、ｎ員環とは、貫通孔（チャンネル）を形成しているものをいい、貫通孔を形成していないものは含まない。ｎ員環細孔とは、ｎ員環により形成される細孔である。ゼオライト膜１２に含まれるゼオライトの最大員環数は、８以下（例えば、６または８）であることが好ましい。
【0053】
ゼオライト膜の平均細孔径は当該ゼオライトの骨格構造によって一義的に決定され、国際ゼオライト学会の“Ｄａｔａｂａｓｅ ｏｆ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”［ｏｎｌｉｎｅ］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｚａ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｏｒｇ／ｄａｔａｂａｓｅｓ／＞に開示されている値から求めることができる。
【0054】
ゼオライト膜１２は、例えば、ＤＤＲ型のゼオライトである。換言すれば、ゼオライト膜１２は、国際ゼオライト学会が定める構造コードが「ＤＤＲ」であるゼオライトにより構成されたゼオライト膜である。この場合、ゼオライト膜１２を構成するゼオライトの固有細孔径は、０．３６ｎｍ×０．４４ｎｍであり、平均細孔径は、０．４０ｎｍである。
【0055】
ゼオライト膜１２を構成するゼオライトの種類は特に限定されないが、例えば、ＡＥＩ型、ＡＥＮ型、ＡＦＮ型、ＡＦＶ型、ＡＦＸ型、ＢＥＡ型、ＣＨＡ型、ＤＤＲ型、ＥＲＩ型、ＥＴＬ型、ＦＡＵ型（Ｘ型、Ｙ型）、ＧＩＳ型、ＬＥＶ型、ＬＴＡ型、ＭＥＬ型、ＭＦＩ型、ＭＯＲ型、ＰＡＵ型、ＲＨＯ型、ＳＡＴ型、ＳＯＤ型等のゼオライトであってよい。より好ましくは、例えば、ＡＥＩ型、ＡＦＮ型、ＡＦＶ型、ＡＦＸ型、ＣＨＡ型、ＤＤＲ型、ＥＲＩ型、ＥＴＬ型、ＧＩＳ型、ＬＥＶ型、ＬＴＡ型、ＰＡＵ型、ＲＨＯ型、ＳＡＴ型等のゼオライトである。さらに好ましくは、例えば、ＡＥＩ型、ＡＦＮ型、ＡＦＶ型、ＡＦＸ型、ＣＨＡ型、ＤＤＲ型、ＥＲＩ型、ＥＴＬ型、ＧＩＳ型、ＬＥＶ型、ＰＡＵ型、ＲＨＯ型、ＳＡＴ型等のゼオライトである。
【0056】
ゼオライト膜１２を構成するゼオライトは、Ｔ原子（すなわち、ゼオライトを構成する酸素四面体（ＴＯ４）の中心に位置する原子）として、例えばアルミニウム（Ａｌ）を含む。ゼオライト膜１２を構成するゼオライトとしては、Ｔ原子がケイ素（Ｓｉ）のみ、もしくは、ＳｉとＡｌとからなるゼオライト、Ｔ原子がＡｌとリン（Ｐ）とからなるＡｌＰＯ型のゼオライト、Ｔ原子がＳｉとＡｌとＰとからなるＳＡＰＯ型のゼオライト、Ｔ原子がマグネシウム（Ｍｇ）とＳｉとＡｌとＰとからなるＭＡＰＳＯ型のゼオライト、Ｔ原子が亜鉛（Ｚｎ）とＳｉとＡｌとＰとからなるＺｎＡＰＳＯ型のゼオライト等を用いることができる。Ｔ原子の一部は、他の元素に置換されていてもよい。
【0057】
ゼオライト膜１２は、例えば、Ｓｉを含む。ゼオライト膜１２は、例えば、Ｓｉ、ＡｌおよびＰのうちいずれか２つ以上を含んでいてもよい。ゼオライト膜１２は、アルカリ金属を含んでいてもよい。当該アルカリ金属は、例えば、ナトリウム（Ｎａ）またはカリウム（Ｋ）である。ゼオライト膜１２がＳｉ原子およびＡｌ原子を含む場合、ゼオライト膜１２におけるＳｉ／Ａｌ比は、例えば１以上かつ１０万以下である。Ｓｉ／Ａｌ比は、ゼオライト膜１２に含有されるＡｌ元素に対するＳｉ元素のモル比率である。当該Ｓｉ／Ａｌ比は、好ましくは５以上、より好ましくは２０以上、さらに好ましくは１００以上であり、高ければ高いほど好ましい。後述する原料溶液中のＳｉ源とＡｌ源との配合割合等を調整することにより、ゼオライト膜１２におけるＳｉ／Ａｌ比を調整することができる。
【0058】
２０℃～４００℃におけるゼオライト膜１２のＣＯ２の透過量（パーミエンス）は、例えば１００ｎｍｏｌ／ｍ２・ｓ・Ｐａ以上である。また、２０℃～４００℃におけるゼオライト膜１２のＣＯ２の透過量／ＣＨ４漏れ量比（パーミエンス比）は、例えば１００以上である。当該パーミエンスおよびパーミエンス比は、ゼオライト膜１２の供給側と透過側とのＣＯ２の分圧差が１．５ＭＰａである場合のものである。
【0059】
次に、ゼオライト膜複合体１の製造の流れの一例について説明する。ゼオライト膜複合体１が製造される際には、まず、ゼオライト膜１２の製造に利用される種結晶が準備される。種結晶は、例えば、水熱合成にてＤＤＲ型のゼオライトの粉末が生成され、当該ゼオライトの粉末から取得される。当該ゼオライトの粉末はそのまま種結晶として用いられてもよく、当該粉末を粉砕等によって加工することにより種結晶が取得されてもよい。
【0060】
続いて、種結晶を分散させた溶液に多孔質の支持体１１を浸漬し、種結晶を支持体１１に付着させる。あるいは、種結晶を分散させた溶液を、支持体１１上のゼオライト膜１２を形成させたい部分に接触させることにより、種結晶を支持体１１に付着させる。これにより、種結晶付着支持体が作製される。種結晶は、他の手法により支持体１１に付着されてもよい。
【0061】
種結晶が付着された支持体１１は、原料溶液に浸漬される。原料溶液は、例えば、Ｓｉ源および構造規定剤（Structure-Directing Agent、以下「ＳＤＡ」とも呼ぶ。）等を、溶媒に溶解させることにより作製する。原原料溶液の溶媒には、例えば、水、または、エタノール等のアルコールが用いられる。原料溶液に含まれるＳＤＡは、例えば有機物である。ＳＤＡとして、例えば、１－アダマンタンアミンを用いることができる。
【0062】
そして、水熱合成により当該種結晶を核としてＤＤＲ型のゼオライトを成長させることにより、支持体１１上にＤＤＲ型のゼオライト膜１２が形成される。水熱合成時の温度は、好ましくは１２０～２００℃であり、例えば１６０℃である。水熱合成時間は、好ましくは１０～１００時間であり、例えば３０時間である。
【0063】
水熱合成が終了すると、支持体１１およびゼオライト膜１２を純水で洗浄する。洗浄後の支持体１１およびゼオライト膜１２は、例えば８０℃にて乾燥される。支持体１１およびゼオライト膜１２を乾燥した後に、ゼオライト膜１２を加熱処理することによって、ゼオライト膜１２中のＳＤＡをおよそ完全に燃焼除去して、ゼオライト膜１２内の微細孔を貫通させる。これにより、上述のゼオライト膜複合体１が得られる。
【0064】
図１に示す分離装置２の封止部２１は、ゼオライト膜複合体１の支持体１１の長手方向（すなわち、図１中の左右方向）の両端部に取り付けられ、支持体１１の長手方向両端面、および、当該両端面近傍の外側面を被覆して封止する部材である。封止部２１は、支持体１１の当該両端面からのガスの流入および流出を防止する。封止部２１は、例えば、ガラスまたは樹脂により形成された板状部材である。封止部２１の材料および形状は、適宜変更されてよい。なお、封止部２１には、支持体１１の複数の貫通孔１１１と重なる複数の開口が設けられているため、支持体１１の各貫通孔１１１の長手方向両端は、封止部２１により被覆されていない。したがって、当該両端から貫通孔１１１へのガス等の流入および流出は可能である。
【0065】
外筒２２の形状は限定されないが、例えば略円筒状の筒状部材である。外筒２２は、例えばステンレス鋼または炭素鋼により形成される。外筒２２の長手方向は、ゼオライト膜複合体１の長手方向に略平行である。外筒２２の長手方向の一方の端部（すなわち、図１中の左側の端部）には供給ポート２２１が設けられ、他方の端部には第１排出ポート２２２が設けられる。外筒２２の側面には、第２排出ポート２２３が設けられる。供給ポート２２１には、供給部２６が接続される。第１排出ポート２２２には、第１回収部２７が接続される。外筒２２の内部空間は、外筒２２の周囲の空間から隔離された密閉空間である。
【0066】
図１に示す例では、外筒２２は、筒部２２４と、２つのフランジ部２２５と、２つの蓋部２２６とを備える。筒部２２４は、長手方向の両端部に開口を有する略円筒状の部位である。２つのフランジ部２２５はそれぞれ、筒部２２４の上記２つの開口の周囲において、筒部２２４から径方向外側へと広がる略円環板状の部位である。筒部２２４および２つのフランジ部２２５は、一繋がりの部材である。２つの蓋部２２６はそれぞれ、筒部２２４の上記２つの開口を覆った状態で、２つのフランジ部２２５にボルト締め等により固定される。これにより、筒部２２４の当該２つの開口は、気密に封止される。
【0067】
上述の供給ポート２２１は、図１中の左側の蓋部２２６に設けられる。第１排出ポート２２２は、図１中の右側の蓋部２２６に設けられる。第２排出ポート２２３は、筒部２２４の長手方向の略中央に設けられる。なお、外筒２２では、筒部２２４は、長手方向の一方の端部にのみ開口を有していてもよい。この場合、フランジ部２２５および蓋部２２６は、長手方向の当該一方側にのみ設けられる。
【0068】
２つのシール部材２３は、ゼオライト膜複合体１の長手方向両端部近傍において、ゼオライト膜複合体１の外側面と外筒２２の内側面との間に、全周に亘って配置される。各シール部材２３は、ガスが透過不能な材料により形成された略円環状の部材である。シール部材２３は、例えば、可撓性を有する樹脂により形成されたＯリングである。シール部材２３は、ゼオライト膜複合体１の外側面および外筒２２の内側面に全周に亘って密着する。図１に示す例では、シール部材２３は、封止部２１の外側面に密着し、封止部２１を介してゼオライト膜複合体１の外側面に間接的に密着する。シール部材２３とゼオライト膜複合体１の外側面との間、および、シール部材２３と外筒２２の内側面との間は、シールされており、ガスの通過はほとんど、または、全く不能である。
【0069】
外装体２４の形状は限定されないが、例えば長手方向の両端部が閉鎖された略円筒状の部材である。外装体２４は、例えばステンレス鋼または炭素鋼により形成される。外装体２４の長手方向は、ゼオライト膜複合体１および外筒２２の長手方向に略平行である。外装体２４の内部空間は、外装体２４の周囲の空間から隔離された密閉空間である。外装体２４の内部空間では、外筒２２が図示省略の支持部材等により、外装体２４の内側面から離間して支持される。外筒２２は、外装体２４の内部空間において、径方向略中央かつ長手方向略中央に配置される。したがって、外装体２４の内部において、外装体２４と外筒２２との間に空間２４０（以下、「外装空間２４０」とも呼ぶ。）が形成される。外装体２４の内側面と外筒２２の筒部２２４の外側面との間では、外装空間２４０の径方向の幅は、周方向の全周に亘って略均一である。
【0070】
なお、図１に示す例では、外筒２２の全体が外装体２４の内部に収容されるが、外筒２２の一部は外装体２４から外部に露出していてもよい。換言すれば、外筒２２は部分的に外装体２４の内部に収容されていればよい。例えば、外筒２２の筒部２２４全体が外装体２４の内部に収容され、外筒２２の筒部２２４以外の部位は、外装体２４から外部に露出してもよい。この場合、外装空間２４０は、筒部２２４の外側面の少なくとも法線方向に存在する。換言すれば、外装空間２４０は、ゼオライト膜複合体１のゼオライト膜１２の主面の少なくとも法線方向（すなわち、支持体１１の貫通孔１１１の内側面の少なくとも法線方向）に存在する。
【0071】
外筒２２の供給ポート２２１は、外装体２４を気密に貫通する配管を介して、供給部２６に接続される。外筒２２の第１排出ポート２２２は、外装体２４を気密に貫通する配管を介して第１回収部２７に接続される。外筒２２の第２排出ポート２２３は、外装体２４の内部空間に向けて開口している。外筒２２内において第２排出ポート２２３へと導かれたガスは、第２排出ポート２２３から外装空間２４０へと排出される。すなわち、図１に示す例では、第２排出ポート２２３は、外装空間２４０へガスを導入可能な導入ポートである。外装空間２４０内のガスは、外装体２４の長手方向の端部（例えば、図１中の左側の端部）に設けられた外装体排出ポート２４１を介して、外装体２４の外部へと排出される。外装体排出ポート２４１には、第２回収部２８が接続される。
【0072】
なお、外筒２２の第２排出ポート２２３は、外装体２４の内部空間にて延びて外装体２４を気密に貫通する配管を介して第２回収部２８に接続されていてもよい。この場合、バルブ等により、第２排出ポート２２３からのガスの送出先が切り替えられることにより、第２排出ポート２２３は、上述の配管を介して第２回収部２８に接続される状態と、外装体２４の内部空間に向けて開口する導入ポートとして機能する状態との間で切り替えられる。なお、この場合、外装体排出ポート２４１は、第２回収部２８に接続されていてもよいし、接続されていなくてもよい。第２排出ポート２２３が、上記配管を介して第２回収部２８に接続された状態では、第２排出ポート２２３から排出されたガスは、外装空間２４０に供給されることなく外装体２４の外部へと排出される。すなわち、外筒２２の第２排出ポート２２３から排出されるガスは、第２排出ポート２２３（すなわち、導入ポート）を介して外装空間２４０へと導入可能であるが、外装空間２４０に導入されない状態とすることもできる。
【0073】
また、第２排出ポート２２３から排出されるガスのうち、一部は第２排出ポート２２３を介して外装空間２４０に導入され、残りは外装空間２４０に導入されることなく外装体２４から排出されてもよい。外装体２４に設けられる外装体排出ポート２４１の数は、１つであってもよく、２つ以上であってもよい。各外装体排出ポート２４１は、必要に応じて開または閉とすることができる。外装体２４に複数の外装体排出ポート２４１が設けられている場合、外装空間２４０へと導入されたガスは、１つ以上の外装体排出ポート２４１から外装体２４の外部へと排出されればよい。
【0074】
分離装置２では、図４中において平行斜線を付して示す空間２４３に、ゼオライト膜複合体１の少なくとも一部が含まれる。当該空間２４３は、外装体２４と、導入ポート（図４に示す例では、第２排出ポート２２３）と、外装体排出ポート２４１とにより囲まれる空間であり、以下、「ポート間空間２４３」とも呼ぶ。分離装置２では、ゼオライト膜複合体１の少なくとも一部がポート間空間２４３に含まれるように、導入ポートと外装体排出ポート２４１とが配置される。好ましくは、ポート間空間２４３には、ゼオライト膜複合体１の５０体積％以上が含まれる。
【0075】
ここで、ポート間空間２４３とは、外装体２４の内部空間であって、導入ポート平面２４４と外装体排出ポート平面２４５とにより挟まれる空間である。導入ポート平面２４４は、外筒２２の導入ポートの略中心と外装体排出ポート２４１の略中心とを結ぶ直線２４６に対して鉛直、かつ、導入ポートの略中心を通る平面である。外装体排出ポート平面２４５は、上記直線２４６に対して鉛直、かつ、外装体排出ポート２４１の略中心を通る平面である。すなわち、ポート間空間２４３は、平行である導入ポート平面２４４と外装体排出ポート平面２４５との間の空間で、かつ、外装体２４の内部に含まれる空間である。
【0076】
分離装置２において、１つの外装体２４およびその内部に、外装体排出ポート２４１および／または導入ポートが複数設けられている場合、上述のポート間空間２４３は、外装体排出ポート２４１と導入ポートとの全ての組み合わせにそれぞれ対応する全てのポート間空間の集合である。すなわち、上述のポート間空間２４３は、１つの外装体２４およびその内部に設けられたいずれかの外装体排出ポート２４１と導入ポートとの組み合わせにおいて求められる全てのポート間空間を含む。なお、ポート間空間２４３の容積を求める際には、当該全てのポート間空間の集合において、各ポート間空間の重複部分を重複して容積計上することはない。
【0077】
供給部２６は、混合ガスを、供給ポート２２１を介して外筒２２の内部空間に供給する。供給部２６は、例えば、外筒２２に向けて混合ガスを圧送するブロワーまたはポンプを備える。当該ブロワーまたはポンプは、外筒２２に供給する混合ガスの圧力を調節する圧力調節部を備える。供給部２６には、外筒２２に供給されるよりも前の混合ガスを加熱する加熱部２６１が設けられる。加熱部２６１は、例えば、電気ヒーターを備える。第１回収部２７は、例えば、外筒２２から導出されたガスを貯留する貯留容器、または、当該ガスを移送するブロワーもしくはポンプを備える。第２回収部２８は、例えば、外装体２４から導出されたガスを貯留する貯留容器、または、当該ガスを移送するブロワーもしくはポンプを備える。
【0078】
次に、図５を参照しつつ、分離装置２による混合ガスの分離の流れ（すなわち、分離装置２の運転方法）の一例について説明する。混合ガスの分離が行われる際には、まず、上述の分離装置２が用意されることにより、ゼオライト膜複合体１が準備される。続いて、供給部２６により、ゼオライト膜１２に対する透過性が異なる複数種類のガスを含む混合ガスが、外筒２２の内部空間に供給される（ステップＳ１１）。例えば、混合ガスの主成分は、ＣＯ２およびＣＨ４である。混合ガスには、ＣＯ２およびＣＨ４以外のガスが含まれていてもよい。
【0079】
供給部２６から外筒２２の内部空間に供給される混合ガスの圧力（すなわち、導入圧）は、例えば、０．１ＭＰａ～２０．０ＭＰａである。供給部２６から供給される混合ガスの温度は、外装体２４の周囲の温度（すなわち、外装体２４の外側の温度）よりも高温である。供給部２６から供給される混合ガスの温度は、例えば、３０℃～２５０℃であり、好ましくは５０℃～２５０℃であり、より好ましくは７０℃～２００℃である。当該混合ガスは、加熱部２６１により加熱されることにより外装体２４の周囲の温度よりも高温とされてもよく、元々、外装体２４の周囲の温度よりも高温であってもよい。
【0080】
供給部２６から外筒２２に供給された混合ガスは、矢印２５１にて示すように、ゼオライト膜複合体１の図１中の左端から、支持体１１の各貫通孔１１１内に導入される。混合ガス中の透過性が高いガス（例えば、ＣＯ２であり、以下、「高透過性物質」と呼ぶ。）は、各貫通孔１１１の内側面上に設けられたゼオライト膜１２、および、支持体１１を透過して支持体１１の外側面から導出される。これにより、高透過性物質が、混合ガス中の透過性が低いガス（例えば、ＣＨ４であり、以下、「低透過性物質」と呼ぶ。）から分離される（ステップＳ１２）。
【0081】
ゼオライト膜複合体１を透過して支持体１１の外側面から導出されたガス（以下、「透過物質」と呼ぶ。）は、矢印２５３にて示すように、第２排出ポート２２３を介して外筒２２から外装空間２４０へと導かれる（ステップＳ１３）。外筒２２から外装空間２４０に導入された透過物質は、外装空間２４０の略全体に亘って拡散し、外筒２２の外表面および外装体２４の内表面と直接的に接触しつつ外装体排出ポート２４１に向かって流れる。分離装置２では、外装体２４の周囲の温度よりも高温の透過物質が外装空間２４０に充填されることにより、外部への放熱による外筒２２の温度低下を抑制することができる。外装空間２４０を流れる透過物質は、矢印２５４にて示すように、外装体排出ポート２４１を介して外装空間２４０から外装体２４の外部へと排出され、第２回収部２８により回収される（ステップＳ１４）。第２回収部２８により回収されるガスの圧力（すなわち、透過圧）は、例えば、約１気圧（０．１０１ＭＰａ）である。
【0082】
図１に示す例では、第２排出ポート２２３から外筒２２の外部へと排出される透過物質の排出方向２５３（すなわち、透過物質の外装空間２４０への導入方向２５３）は、外筒２２の外側面の法線方向（すなわち、上述の長手方向に垂直な径方向）に略平行な方向である。また、外装体排出ポート２４１から外装体２４の外部へと排出される透過物質の排出方向２５４は、上述の長手方向に略平行な方向である。したがって、透過物質の外装空間２４０への導入方向２５３と、外装空間２４０からの排出方向２５４との成す角度は、約９０度である。分離装置２では、当該角度は、０度以上かつ１８０度以下の範囲で適宜変更されてよい。
【0083】
また、混合ガスのうち、ゼオライト膜複合体１を透過したガス以外のガス（以下、「不透過物質」と呼ぶ。）は、支持体１１の各貫通孔１１１を図１中の左側から右側へと通過する。不透過物質は、矢印２５２にて示すように、第１排出ポート２２２を介して外筒２２および外装体２４の外部へと排出され、第１回収部２７により回収される。第１排出ポート２２２を介して第１回収部２７により回収されるガスの圧力は、例えば、導入圧と略同じ圧力である。不透過物質には、上述の低透過性物質以外に、ゼオライト膜１２を透過しなかった高透過性物質が含まれていてもよい。
【0084】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る分離装置について説明する。図６は、本発明の第２の実施の形態に係る分離装置２ａの概略構造を示す図である。分離装置２ａでは、外筒２２の第１排出ポート２２２と第１回収部２７との接続態様、および、第２排出ポート２２３と第２回収部２８との接続態様が、図１に示すものとは異なる。分離装置２ａの他の構成は、図１に示す分離装置２と略同様であり、以下の説明では、分離装置２ａの構成のうち分離装置２の構成と対応する構成に同符号を付す。
【0085】
図６に示すように、分離装置２ａでは、外筒２２の第２排出ポート２２３は、外装空間２４０に向けて開口されておらず、外装体２４を気密に貫通する配管を介して、外装体２４の外部に配置される第２回収部２８と接続されている。したがって、第２排出ポート２２３から排出された透過物質は、外装空間２４０に導入されることなく、第２回収部２８により回収される。
【0086】
一方、外筒２２の第１排出ポート２２２は、外装空間２４０に向けて開口されている。また、外装体排出ポート２４１には第１回収部２７が接続されている。第１排出ポート２２２から外装空間２４０へと排出された不透過物質は、外装体排出ポート２４１に向かって外装空間２４０の内部を流れる。すなわち、図６に示す例では、第１排出ポート２２２は、外装空間２４０へガスを導入可能な導入ポートである。不透過物質は、外装体排出ポート２４１を介して外装体２４の外部へと排出され、第１回収部２７により回収される。
【0087】
なお、外筒２２の第１排出ポート２２２は、外装体２４の内部空間にて延びて外装体２４を気密に貫通する配管を介して第１回収部２７に接続されていてもよい。この場合、バルブ等により、第１排出ポート２２２からのガスの送出先が切り替えられることにより、第１排出ポート２２２は、上述の配管を介して第１回収部２７に接続される状態と、外装体２４の内部空間に向けて開口する導入ポートとして機能する状態との間で切り替えられる。なお、この場合、外装体排出ポート２４１は、第１回収部２７に接続されていてもよいし、接続されていなくてもよい。第１排出ポート２２２が、上記配管を介して第１回収部２７に接続された状態では、第１排出ポート２２２から排出されたガスは、外装空間２４０に供給されることなく外装体２４の外部へと排出される。すなわち、外筒２２の第１排出ポート２２２から排出されるガスは、第１排出ポート２２２（すなわち、導入ポート）を介して外装空間２４０へと導入可能であるが、外装空間２４０に導入されない状態とすることもできる。
【0088】
また、第１排出ポート２２２から排出されるガスのうち、一部は第１排出ポート２２２を介して外装空間２４０に導入され、残りは外装空間２４０に導入されることなく外装体２４から排出されてもよい。上述のように、外装体２４に設けられる外装体排出ポート２４１の数は、１つであってもよく、２つ以上であってもよい。各外装体排出ポート２４１は、必要に応じて開または閉とすることができる。外装体２４に複数の外装体排出ポート２４１が設けられている場合、外装空間２４０へと導入されたガスは、１つ以上の外装体排出ポート２４１から外装体２４の外部へと排出されればよい。
【0089】
分離装置２ａでは、図７中において平行斜線を付して示すポート間空間２４３ａに、ゼオライト膜複合体１の少なくとも一部が含まれる。ポート間空間２４３ａは、上述のように、外装体２４と、導入ポート（図７に示す例では、第１排出ポート２２２）と、外装体排出ポート２４１とにより囲まれる空間である。換言すれば、ポート間空間２４３ａは、外装体２４の内部空間であって、導入ポート平面２４４ａ（外筒２２の導入ポートの略中心と外装体排出ポート２４１の略中心とを結ぶ直線２４６ａに対して鉛直、かつ、導入ポートの略中心を通る平面）と外装体排出ポート平面２４５ａ（外筒２２の導入ポートの略中心と外装体排出ポート２４１の略中心とを結ぶ直線２４６ａに対して鉛直、かつ、外装体排出ポート２４１の略中心を通る平面）とにより挟まれる空間である。分離装置２ａでは、ゼオライト膜複合体１の少なくとも一部がポート間空間２４３ａに含まれるように、導入ポートと外装体排出ポート２４１とが配置される。好ましくは、ポート間空間２４３ａには、ゼオライト膜複合体１の５０体積％以上が含まれる。
【0090】
分離装置２ａによる混合ガスの分離の流れは、図５中のステップＳ１３～Ｓ１４に代えて、図８に示すステップＳ２３～Ｓ２４が行われる点を除き、分離装置２による混合ガスの分離の流れと略同様である。分離装置２ａでは、まず、外装体２４の周囲の温度よりも高温の混合ガスが、供給部２６により外筒２２の内部空間に供給される（図５：ステップＳ１１）。
【0091】
外筒２２に供給された混合ガスは、矢印２５１にて示すように、支持体１１の各貫通孔１１１内に導入される。混合ガス中の高透過性物質は、各貫通孔１１１の内側面上に設けられたゼオライト膜１２、および、支持体１１を透過して支持体１１の外側面から導出される。これにより、高透過性物質が低透過性物質から分離される（図５：ステップＳ１２）。
【0092】
ゼオライト膜複合体１を透過した透過物質は、矢印２５３にて示すように、第２排出ポート２２３を介して外筒２２および外装体２４の外部へと排出され、第２回収部２８により回収される。第２回収部２８により回収されるガスの圧力（すなわち、透過圧）は、例えば、約１気圧（０．１０１ＭＰａ）である。
【0093】
一方、混合ガスのうち透過物質以外の不透過物質は、支持体１１の各貫通孔１１１を通過し、矢印２５２にて示すように、第１排出ポート２２２を介して外筒２２から外装空間２４０へと導かれる（図８：ステップＳ２３）。外筒２２から外装空間２４０に導入された不透過物質は、外装空間２４０の略全体に亘って拡散し、外筒２２の外表面および外装体２４の内表面と直接的に接触しつつ外装体排出ポート２４１に向かって流れる。分離装置２ａでは、外装体２４の周囲の温度よりも高温の不透過物質が外装空間２４０に充填されることにより、外部への放熱による外筒２２の温度低下を抑制することができる。外装空間２４０を流れる不透過物質は、矢印２５４にて示すように、外装体排出ポート２４１を介して外装空間２４０から外装体２４の外部へと排出され、第１回収部２７により回収される（図８：ステップＳ２４）。第１回収部２７により回収されるガスの圧力は、例えば、導入圧と略同じ圧力である。不透過物質には、上述の低透過性物質以外に、ゼオライト膜１２を透過しなかった高透過性物質が含まれていてもよい。
【0094】
図６に示す例では、第１排出ポート２２２から外筒２２の外部へと排出される不透過物質の排出方向２５２（すなわち、不透過物質の外装空間２４０への導入方向２５２）は、上述の長手方向に略平行、かつ、図６中の右向きの方向である。また、外装体排出ポート２４１から外装体２４の外部へと排出される不透過物質の排出方向２５４は、上述の長手方向に略平行、かつ、図６中の左向きの方向である。したがって、不透過物質の外装空間２４０への導入方向２５２と、外装空間２４０からの排出方向２５４との成す角度は、約１８０度である。分離装置２ａでは、当該角度は、０度以上かつ１８０度以下の範囲で適宜変更されてよい。
【0095】
以上に説明したように、分離装置２，２ａは、分離膜複合体（すなわち、ゼオライト膜複合体１）と、外筒２２と、外装体２４と、供給部２６とを備える。ゼオライト膜複合体１は、多孔質の支持体１１と、支持体１１上に形成された分離膜（すなわち、ゼオライト膜１２）とを備える。外筒２２は、ゼオライト膜複合体１を内部に収容する。外装体２４は、外筒２２を内部に収容する。供給部２６は、流体を外筒２２の内部に供給する。当該流体は、外装体２４の周囲の温度よりも高温である。外筒２２は、第１排出ポート２２２と、第２排出ポート２２３とを備える。第１排出ポート２２２は、流体のうち、ゼオライト膜複合体１を透過した透過物質以外の物質である不透過物質を外筒２２の外部へと排出する。第２排出ポート２２３は、流体のうち透過物質を外筒２２の外部へと排出する。
【0096】
外筒２２から排出された透過物質および不透過物質のうち一方の物質は、外装体２４の内部における外装体２４と外筒２２との間の空間である外装空間２４０へ導入ポート（すなわち、第２排出ポート２２３または第１排出ポート２２２）を介して導入可能である。このように、分離装置２，２ａでは、外装体２４の周囲の温度よりも高温の上記一方の物質が外装空間２４０を流れることにより、周囲への放熱による外筒２２の温度低下を抑制することができる。これにより、外筒２２の内部の流体、透過物質および不透過物質の温度低下を抑制することができる。その結果、高温下における流体の分離に要するエネルギーを低減することができる。なお、当該一方の物質は、分離装置２では透過物質であり、分離装置２ａでは不透過物質である。外筒２２の温度低下をより抑制できることから、外装空間２４０を流れる物質の圧力は大気圧以上であることが好ましい。また、外装体２４の構造をより簡便・安価にできることから、外装空間２４０を流れる物質の圧力は１０気圧以下であることが好ましい。
【0097】
上述のように、分離装置２，２ａでは、外装体２４は、上記導入ポートにより外装空間２４０へ導入された当該一方の物質を排出可能な外装体排出ポート２４１を備える。また、外装体２４と導入ポートと外装体排出ポート２４１とにより囲まれる空間（すなわち、ポート間空間２４３，２４３ａ）に、ゼオライト膜複合体１の少なくとも一部が含まれる。これにより、外筒２２から導入ポートを介して外装空間２４０に導入されて外装体２４の外部へと向かう上記一方の物質が、外装空間２４０において、一方向に短い距離だけ流れるのではなく、外筒２２を囲むように比較的複雑な経路で比較的長い距離を流れる。その結果、外筒２２から周囲への放熱をさらに抑制することができる。したがって、高温下における流体の分離に要するエネルギーをさらに低減することができる。
【0098】
上述のように、外装空間２４０は、ゼオライト膜１２の主面の少なくとも法線方向に存在することが好ましい。これにより、外筒２２の外側面が外装空間２４０に覆われるため、外筒２２から周囲への放熱を効率良く抑制することができる。
【0099】
上述のように、外筒２２は、筒部２２４と、フランジ部２２５と、蓋部２２６とを備えることが好ましい。筒部２２４は、少なくとも一方の端部に開口を有する。フランジ部２２５は、当該開口の周囲において、筒部２２４から外側へと広がる。蓋部２２６は、当該開口を覆った状態でフランジ部２２５に固定されることにより、当該開口を密封する。当該構造を有する外筒２２では、フランジ部２２５からの放熱により、外筒２２の温度低下が比較的大きくなる可能性がある。したがって、外筒２２の温度低下を抑制することができる分離装置２，２ａは、上記構造を有する外筒２２を備える分離装置に特に適している。
【0100】
上述のように、外装体２４と上記導入ポートと外装体排出ポート２４１とにより囲まれる空間（すなわち、ポート間空間２４３，２４３ａ）には、ゼオライト膜複合体１の５０体積％以上が含まれることが好ましい。これにより、外筒２２から周囲への放熱をより一層抑制することができ、高温下における流体の分離に要するエネルギーをより一層低減することができる。
【0101】
上述のように、分離装置２では、上記一方の物質は透過物質である。このように、不透過物質に比べて低圧である透過物質を外装空間２４０に導入することにより、外装体２４の構造を簡素化（例えば、小型化および／または軽量化）することができる。
【0102】
上述のように、分離装置２，２ａは、外筒２２に供給されるよりも前の流体を加熱する加熱部２６１をさらに備えることが好ましい。これにより、分離装置２，２ａに供給される前の流体が低温である場合であっても、分離装置２，２ａにおいて、高温下における流体の分離を容易に実現することができる。なお、加熱部２６１としては、電気ヒーター、熱交換器、ヒートポンプ等の様々なものを採用可能である。
【0103】
上述のように、供給部２６により供給される流体の温度は７０℃以上であることが好ましい。分離装置２，２ａでは、上述のように、外筒２２の温度低下を抑制することができるため、分離装置２，２ａの構造は、供給部２６から供給される流体の温度が比較的高い場合（すなわち、流体と外装体２４の周囲との温度差が大きい場合）に特に適している。
【0104】
上述のように、分離膜複合体の分離膜は、ゼオライト膜１２であることが好ましい。このように、固有細孔径を有するゼオライト膜１２を分離膜として利用することにより、分離膜における透過対象物質の選択的透過を好適に実現し、当該透過対象物質を流体から効率良く分離することができる。
【0105】
また、ゼオライト膜１２を構成するゼオライトの最大員環数は８以下であることが好ましい。これにより、分子径が比較的小さいＨ２、ＣＯ２等の透過対象物質の選択的透過を好適に実現し、当該透過対象物質を流体から効率良く分離することができる。
【0106】
上述のように、分離装置２，２ａの運転方法は、外装体２４の周囲の温度よりも高温の流体を外筒２２の内部に供給する工程（ステップＳ１１）と、流体中の分離膜複合体（すなわち、ゼオライト膜複合体１）を透過した透過物質、および、流体中の透過物質以外の物質である不透過物質のうち一方の物質を、外装体２４の内部における外装体２４と外筒２２との間の空間である外装空間２４０へと導入する工程（ステップＳ１３，Ｓ２３）と、当該一方の物質を、分離膜（すなわち、ゼオライト膜１２）の主面の法線方向に存在する外装空間２４０の少なくとも一部を通過するようにして外装空間２４０から排出する工程（ステップＳ１４，Ｓ２４）と、を備える。これにより、上述のように、周囲への放熱による外筒２２の温度低下を抑制することができ、その結果、高温下における流体の分離に要するエネルギーを低減することができる。
【0107】
図１に示す分離装置２では、外装空間２４０において、外筒２２の外側面と外装体２４の内側面との間の空間に仕切り板が設けられ、外筒２２の周囲を長手方向に螺旋状に延びる流路が形成されてもよい。当該流路は、外筒２２よりも右側の空間と左側の空間とを接続する。第２排出ポート２２３から排出された比較的高温の透過物質は、当該流路流れることにより、外筒２２の外側面の略全体と直接的に接触する。これにより、外筒２２から周囲への放熱を抑制することができるため、高温下における流体の分離に要するエネルギーを低減することができる。なお、上述の流路は、必ずしも螺旋状である必要はない。例えば、外筒２２の外側面から径方向外方に広がる仕切り板、および、外装体２４の内側面から径方向内方に広がる仕切り板が、長手方向に交互に配置されることにより、ラビリンス状（いわゆる、ジグザグ状）の流路が形成されてもよい。分離装置２ａにおいても同様である。
【0108】
上述の分離装置２では、図９に示すように、外装体２４の周囲に配置されて外装体２４の外表面の少なくとも一部を断熱する断熱部２４２が設けられてもよい。これにより、外装体２４から周囲への放熱を抑制することができるため、高温下におけるゼオライト膜複合体１による流体の分離に要するエネルギーをさらに低減することができる。断熱部２４２は、外装体２４の外表面の略全体を断熱することがさらに好ましい。これにより、外装体２４から周囲への放熱をより一層抑制することができる。図６に示す分離装置２ａにおいても同様である。なお、断熱部２４２は、例えば、外装体２４の外表面を被覆するグラスウールまたはセルロースファイバ等の断熱材である。また、断熱部２４２は、外装体２４の周囲に配置された別の外装体であってもよい。断熱部２４２としては、当該断熱材以外の様々なものが採用可能である。
【0109】
図１０は、他の好ましい分離装置２ｂの概略構造を示す図である。分離装置２ｂでは、外装体２４の内部に２つの外筒２２が収容される。２つの外筒２２の内部の構造は上述の外筒２２と略同じである。図１０中の左側の外筒２２では、供給ポート２２１は供給部２６に接続され、第２排出ポート２２３は外装空間２４０に向けて開口している。図１０中の左側の外筒２２の第１排出ポート２２２は、右側の外筒２２の供給ポート２２１に接続される。当該第１排出ポート２２２から排出された不透過物質は、右側の外筒２２に供給され、右側の外筒２２において高透過性物質の分離が再度行われる。右側の外筒２２の第１排出ポート２２２は第１回収部２７に接続され、第２排出ポート２２３は外装空間２４０に向けて開口している。すなわち、図１０に示す例では、２つの第２排出ポート２２３が、外装空間２４０へガスを導入可能な導入ポートである。
【0110】
２つの外筒２２から外装空間２４０に導入された比較的高温（すなわち、外装体２４の周囲の温度よりも高温）の透過物質は、当該２つの外筒２２の外側面および外装体２４の内側面と直接的に接触しつつ外装空間２４０を流れ、外装体排出ポート２４１を介して外装体２４の外部へと排出されて第２回収部２８により回収される。これにより、周囲への放熱による２つの外筒２２の温度低下を抑制することができ、その結果、高温下における流体の分離に要するエネルギーを低減することができる。
【0111】
なお、各第２排出ポート２２３は、外装体２４の内部空間にて延びて外装体２４を気密に貫通する配管を介して第２回収部２８に接続されていてもよい。この場合、バルブ等により、各第２排出ポート２２３からのガスの送出先が切り替えられることにより、各第２排出ポート２２３は、上述の配管を介して第２回収部２８に接続される状態と、外装体２４の内部空間に向けて開口する導入ポートとして機能する状態との間で切り替えられる。
【0112】
また、分離装置２ｂのポート間空間２４３ｂには、２つの外筒２２の中のゼオライト膜複合体１の少なくとも一部が含まれる。これにより、上述のように、外筒２２から周囲への放熱をさらに抑制することができ、その結果、高温下における流体の分離に要するエネルギーをさらに低減することができる。好ましくは、ポート間空間２４３ｂには、ゼオライト膜複合体１の５０体積％以上（すなわち、ゼオライト膜複合体１の１本分の体積以上）が含まれる。これにより、高温下における流体の分離に要するエネルギーをより一層低減することができる。なお、分離装置２ｂでは、３つ以上の外筒２２が外装体２４の内部に収容されてもよい。
【0113】
図１１は、他の好ましい分離装置２ｃの概略構造を示す図である。分離装置２ｃでは、図１０に示す分離装置２ｂと同様に、外装体２４の内部に２つの外筒２２が収容される。２つの外筒２２の内部の構造は上述の外筒２２と略同じである。図１１中の左側の外筒２２では、供給ポート２２１は供給部２６に接続され、第２排出ポート２２３は第２回収部２８に接続されている。図１１中の左側の外筒２２の第１排出ポート２２２は、右側の外筒２２の供給ポート２２１に接続される。当該第１排出ポート２２２から排出された不透過物質は、右側の外筒２２に供給され、右側の外筒２２において高透過性物質の分離が再度行われる。右側の外筒２２の第１排出ポート２２２は外装空間２４０に向けて開口しており、第２排出ポート２２３は第２回収部２８に接続されている。すなわち、図１１に示す例では、右側の外筒２２の第１排出ポート２２２が、外装空間２４０へガスを導入可能な導入ポートである。
【0114】
２つの外筒２２を通過して右側の外筒２２の第１排出ポート２２２から外装空間２４０に導入された比較的高温（すなわち、外装体２４の周囲の温度よりも高温）の不透過物質は、当該２つの外筒２２の外側面および外装体２４の内側面と直接的に接触しつつ外装空間２４０を流れ、外装体排出ポート２４１を介して外装体２４の外部へと排出されて第１回収部２７により回収される。これにより、周囲への放熱による２つの外筒２２の温度低下を抑制することができ、その結果、高温下における流体の分離に要するエネルギーを低減することができる。
【0115】
なお、右側の外筒２２の第１排出ポート２２２は、外装体２４の内部空間にて延びて外装体２４を気密に貫通する配管を介して第１回収部２７に接続されていてもよい。この場合、バルブ等により、右側の外筒２２の第１排出ポート２２２からのガスの送出先が切り替えられることにより、当該第１排出ポート２２２は、上述の配管を介して第１回収部２７に接続される状態と、外装体２４の内部空間に向けて開口する導入ポートとして機能する状態との間で切り替えられる。
【0116】
また、分離装置２ｃのポート間空間２４３ｃには、２つの外筒２２の中のゼオライト膜複合体１の少なくとも一部が含まれる。これにより、上述のように、外筒２２から周囲への放熱をさらに抑制することができ、その結果、高温下における流体の分離に要するエネルギーをさらに低減することができる。好ましくは、ポート間空間２４３ｃには、ゼオライト膜複合体１の５０体積％以上（すなわち、ゼオライト膜複合体１の１本分の体積以上）が含まれる。これにより、高温下における流体の分離に要するエネルギーをより一層低減することができる。なお、分離装置２ｃでは、３つ以上の外筒２２が外装体２４の内部に収容されてもよい。
【0117】
図１２は、他の好ましい分離装置２ｄの概略構造を示す図である。分離装置２ｄでは、外筒２２ｄの内部に、円筒型のゼオライト膜複合体１ｄが収容される。ゼオライト膜複合体１ｄは、略円筒状の支持体１１ｄと、支持体１１ｄの外側面に形成されたゼオライト膜１２ｄとを備える。ゼオライト膜複合体１ｄでは、図１２中の左側の端部は封止部２１ｄにより被覆されており、支持体１１ｄの内側の流路１１１ｄ（以下、「内部流路１１１ｄ」とも呼ぶ。）を含めて、ガスの流入および流出は不能である。一方、図１２中の右側の端部は、支持体１１ｄの端面のみが封止部２１ｄにより被覆されており、内部流路１１１ｄは開口している。したがって、内側流路内のガスは、当該開口からゼオライト膜複合体１ｄの外部へと流出可能である。シール部材２３ｄは、ゼオライト膜複合体１ｄの図１２中の右側の端部近傍において、ゼオライト膜複合体１ｄの外側面と外筒２２ｄの内側面との間に配置される。
【0118】
外筒２２ｄの図１２中の左側の端部には供給ポート２２１ｄが設けられ、右側の端部には第２排出ポート２２３ｄが設けられる。また、外筒２２ｄの外側面には第１排出ポート２２２ｄが設けられる。外筒２２ｄは、外装体２４の内部に収容されている。供給ポート２２１ｄは、外装体２４を貫通する配管により供給部２６に接続される。第１排出ポート２２２ｄは、外装体２４を貫通する配管により第１回収部２７に接続される。第２排出ポート２２３ｄは、外装体２４と外筒２２ｄとの間の外装空間２４０に向けて開口する。すなわち、図１２に示す例では、第２排出ポート２２３ｄが、外装空間２４０へガスを導入可能な導入ポートである。
【0119】
ゼオライト膜複合体１ｄを透過した透過物質は、支持体１１ｄの内部流路１１１ｄを流れ、矢印２５３にて示すように、第２排出ポート２２３ｄを介して外筒２２ｄから外装空間２４０へと導かれる。外筒２２ｄから外装空間２４０に導入された透過物質は、外装空間２４０の略全体に亘って拡散し、外筒２２ｄの外表面および外装体２４の内表面と直接的に接触しつつ外装体排出ポート２４１に向かって流れる。外装空間２４０を流れる透過物質は、矢印２５４にて示すように、外装体排出ポート２４１を介して外装空間２４０から外装体２４の外部へと排出され、第２回収部２８により回収される。
【0120】
なお、第２排出ポート２２３ｄは、外装体２４の内部空間にて延びて外装体２４を気密に貫通する配管を介して第２回収部２８に接続されていてもよい。この場合、バルブ等により、第２排出ポート２２３ｄからのガスの送出先が切り替えられることにより、第２排出ポート２２３ｄは、上述の配管を介して第２回収部２８に接続される状態と、外装体２４の内部空間に向けて開口する導入ポートとして機能する状態との間で切り替えられる。
【0121】
図１２に示す例では、外筒２２ｄの外部へとガスを排出する第２排出ポート２２３ｄ（すなわち、導入ポート）は、図１２中の外装体２４内の右部に位置し、透過物質の排出方向２５３（すなわち、透過物質の外装空間２４０への導入方向２５３）は、上述の長手方向に略平行、かつ、図１２中の右向きの方向である。また、外装体２４の外部へとガスを排出する外装体排出ポート２４１は、図１２中の外装体２４の左側に位置し、透過物質の排出方向２５４は、上述の長手方向に略平行、かつ、図１２中の左向きの方向である。したがって、分離装置２ｄの外装体２４と、第２排出ポート２２３ｄと、外装体排出ポート２４１とにより囲まれるポート間空間２４３ｄには、ゼオライト膜複合体１ｄの全体が含まれる。なお、ポート間空間２４３ｄには、ゼオライト膜複合体１ｄの少なくとも一部が含まれていればよい。これにより、分離装置２ｄにおいても、上記と同様に、高温下における流体の分離に要するエネルギーを低減することができる。好ましくは、ポート間空間２４３ｄには、ゼオライト膜複合体１ｄの５０体積％以上が含まれる。これにより、高温下における流体の分離に要するエネルギーをより一層低減することができる。
【0122】
分離装置２ｄでは、外筒２２ｄの第１排出ポート２２２ｄが外装空間２４０に向かって開口し、第２排出ポート２２３ｄは外装体２４を気密に貫通する配管を介して第２回収部２８に接続されていてもよい。この場合、外装体排出ポート２４１は第１回収部２７に接続される。この場合も、ポート間空間にゼオライト膜複合体１ｄの少なくとも一部が含まれることより、上述のように、高温下における流体の分離に要するエネルギーを低減することができる。なお、分離装置２ｄでは、分離装置２ｂ，２ｃと略同様に、２つ以上の外筒２２ｄが外装体２４の内部に収容されてもよい。
【0123】
上述の分離装置２，２ａ～２ｄ、および、上述の分離装置の運転方法では、様々な変更が可能である。
【0124】
例えば、供給部２６により供給される流体の温度は、外装体２４の周囲の温度よりも高温であれば、７０℃未満であってもよい。また、流体を加熱する加熱部２６１は省略されてもよい。
【0125】
外筒２２の形状は様々に変更されてよく、例えば、フランジ部２２５は設けられなくてもよい。外筒２２ｄにおいても同様である。
【0126】
外筒２２は、複数のゼオライト膜複合体１を内部に収容していてもよい。この場合、ポート間空間２４３には、当該複数のゼオライト膜複合体１のうちいずれかのゼオライト膜複合体１の一部が含まれていればよい。外筒２２ｄにおいても同様である。
【0127】
外装体２４は、さらに別の外装体によって囲まれていてもよい。また、外装体２４は、複数の外装体を内部に収容していてもよい。
【0128】
分離装置２では、外装体２４が外筒２２の少なくとも一部を内部に収容していれば、外装空間２４０は必ずしもゼオライト膜１２の法線方向に存在する必要はない。分離装置２ａ～２ｄにおいても同様である。
【0129】
ゼオライト膜１２を構成するゼオライトの最大員環数は８よりも大きくてもよい。
【0130】
分離装置２では、ゼオライト膜１２に代えて、ゼオライト以外の無機物により形成される無機膜、または、無機膜以外の膜が、分離膜として支持体１１上に形成されていてもよい。分離装置２ａ～２ｄにおいても同様である。
【0131】
分離装置２，２ａ～２ｄでは、上記説明にて例示した物質以外の物質が、流体から分離されてもよい。
【0132】
分離装置２，２ａ～２ｄは、結果的に実現される高透過性物質と低透過性物質との分離を目的とするのではなく、ゼオライト膜複合体１に高温の高透過性物質を透過させることを目的として使用されてもよい。
【0133】
分離装置２，２ａ～２ｄに供給される流体は、複数種類のガスまたは液体を含む混合物質でなくてもよい。
【0134】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【産業上の利用可能性】
【0135】
本発明の分離装置およびその運転方法は、様々な流体の分離に利用可能である。
【符号の説明】
【0136】
１，１ｄ ゼオライト膜複合体
２，２ａ～２ｄ 分離装置
１１，１１ｄ 支持体
１２，１２ｄ ゼオライト膜
２２，２２ｄ 外筒
２４ 外装体
２６ 供給部
２２１，２２１ｄ 供給ポート
２２２，２２２ｄ 第１排出ポート
２２３，２２３ｄ 第２排出ポート
２２４ 筒部
２２５ フランジ部
２２６ 蓋部
２４０ 外装空間
２４３，２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ ポート間空間
２６１ 加熱部
Ｓ１１～Ｓ１４，Ｓ２３～Ｓ２４ ステップ
２，２ａ～２ｄ 分離装置
１１，１１ｄ 支持体
１２，１２ｄ ゼオライト膜
２２，２２ｄ 外筒
２４ 外装体
２６ 供給部
２２１，２２１ｄ 供給ポート
２２２，２２２ｄ 第１排出ポート
２２３，２２３ｄ 第２排出ポート
２２４ 筒部
２２５ フランジ部
２２６ 蓋部
２４０ 外装空間
２４３，２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ ポート間空間
２６１ 加熱部
Ｓ１１～Ｓ１４，Ｓ２３～Ｓ２４ ステップ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】