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TWI698274B - 螺旋形酸性氣體分離膜元件、酸性氣體分離膜模組，以及酸性氣體分離裝置 - Google Patents

螺旋形酸性氣體分離膜元件、酸性氣體分離膜模組，以及酸性氣體分離裝置 Download PDF

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Abstract

本發明的螺旋形酸性氣體分離膜元件(1)，係具備包含分離膜(2)、供應側流道材料(3)與元件構成層(例如穿透側流道材料(4))的積層體捲繞在有孔的中心管(5)上之捲繞體。存在於上述分離膜(2)的寬度方向兩端部的密封部(25)，係以接著劑密封，並可比以往更有效率地自混合氣體分離酸性氣體，而且可實現節能化。

Description

螺旋形酸性氣體分離膜元件、酸性氣體分離膜模組，以及酸性氣體分離裝置
本發明係有關由至少含有酸性氣體的混合氣體分離該酸性氣體之螺旋形酸性氣體分離膜元件、酸性氣體分離膜模組，以及酸性氣體分離裝置。
由製造氫氣或尿素等大型工廠所合成之合成氣體、或天然氣或廢氣等至少含有酸性氣體的混合氣體，作為分離二氧化碳(CO2)等酸性氣體之製程，可實現節能化，近年以氣體膜分離製程倍受矚目。
至今已提出各種有關在此種氣體膜分離製程所使用的氣體分離膜及膜分離裝置，可列舉例如專利文獻1所述之二氧化碳分離裝置或專利文獻2所述之二氧化碳氣體分離膜等。
使用氣體分離膜的酸性氣體分離膜元件，已知有例如在具有數孔的中心管，具備使分離膜、供應側流道材料與穿透側流道材料以積層狀態捲繞的捲繞體，同 時具備用以避免混合氣體(供應側流體)與已分離的穿透氣體(穿透側流體)之混合的密封部之螺旋形酸性氣體分離膜元件。
在以往的螺旋形酸性氣體分離膜元件中，用以形成上述密封部之技術，大多採用將接著劑滲染至構成該膜元件的構件中的方法。例如在專利文獻3中係揭示在補強材片中必須密封的部份，從該補強材片側對存在氣體穿透性片之側，使接著劑朝深度的方向滲染而密封。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利公報「特許第5443773號(2014年3月19日發行)」
[專利文獻2]日本專利公報「特許第5598630號(2014年10月1日發行)」
[專利文獻3]日本專利公報「特開2014-94369號公報(2014年5月22日發行)」公開)」
不過，在迄今所提出的螺旋形酸性氣體分離膜元件之密封技術中，在使接著劑滲染的構件與接著劑之間存在相容性的問題，在所使用的構件及接著劑的種類或組合上有限制。因此，尋求開發出無關構件及接著劑的種類或組合，而可更廣泛地使用之密封技術。
本發明的主要目的，係提供一種新穎的密封技術。同時，本發明的其他目的在於提供使用該技術而可達成比以往更高之氣密性的螺旋形酸性氣體分離膜元件、酸性氣體分離膜模組，以及酸性氣體分離裝置。另外，本發明的其他目的，係提供螺旋形酸性氣體分離膜元件、酸性氣體分離膜模組，以及酸性氣體分離裝置，該螺旋形酸性氣體分離膜元件係可比以往更有效率地從至少含有酸性氣體的混合氣體中分離該酸性氣體，而且可實現節省能源化。
為解決上述問題，故本發明包含以下的發明。
<1>一種螺旋形酸性氣體分離膜元件，係具備：分離膜、供應側流道材料及穿透側流道材料以積層狀態捲繞在有孔之中心管上之捲繞體；該分離膜係具有包含與酸性氣體進行可逆反應的酸性氣體載體與酸性氣體分離膜用樹脂的分離機能層、及由多孔膜所構成的支撐層；其中，上述穿透側流道材料係至少在兩端寬度方向比上述分離膜大，在上述分離膜的寬度方向兩端部，具備填補穿透側流道材料與分離膜之間的段差之密封部。
<2>如<1>項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其係更具備選自由積層在分離膜與供應側流道材料之間的1個以上之保護層、及積層在分離膜的穿透面側的1個以上的補強用多孔膜所構成之群組中的1個以上之層。
<3>如<1>或<2>項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中上述密封部為接著劑層。
<4>如<3>項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中上述接著劑層含有環氧系接著用樹脂。
<5>如<1>至<4>項中任一項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中上述支撐層為含氟之樹脂之多孔膜。
<6>如<1>至<5>項中任一項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其係在選自由上述穿透側流道材料、積層在分離膜與供應側流道材料之間的1個以上之保護層、及積層在分離膜的穿透面側的1個以上之補強用多孔膜所構成之群組中的1個以上之元件構成層的寬度方向兩端部，進一步具備另一密封部，該另一密封部係使接著劑滲透至從該元件構成層的寬度方向使兩端將分離膜的寬度方向兩端部朝厚度方向延長所得的虛假線之連續區域中。
<7>如<6>項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中在上述另一密封部中，使上述接著劑滲透至較分離膜的寬度方向兩端部朝厚度方向延長所得的虛假線之更寬度方向內側為止。
<8>如<1>至<7>項中任一項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中上述保護層係已藉由親水化處理劑處理寬度方向端部。
<9>如<1>至<8>項中任一項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其更含有已使接著劑滲透於上述支撐層的寬度方向兩端部的密封部。
<10>如<9>項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中，已使接著劑滲透於上述支撐層的寬度方向兩端部的密封部為已藉由親水化處理劑處理。
<11>如<8>或<10>項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中親水化處理劑為界面活性劑。
<12>一種酸性氣體分離膜模組，其中在殼體(housing)內至少具備1個<1>至<11>項中任一項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件。
<13>一種酸性氣體分離裝置，其係至少具備1個<12>項所述之酸性氣體分離膜模組。
<14>一種密封方法，其係使用在螺旋形酸性氣體分離膜元件上之密封方法，該螺旋形酸性氣體分離膜元件具備：分離膜、供應側流道材料及穿透側流道材料以積層狀態捲繞在有孔的中心管之捲繞體；該分離膜係具有包含與酸性氣體進行可逆反應的酸性氣體載體與酸性氣體分離膜用樹脂之分離機能層、及由多孔膜所構成之支撐層；其中，上述穿透側流道材料係至少在端寬度方向比上述分離膜大，以填補上述穿透側流道材料與分離膜之段差之方式，將接著劑塗布在上述分離膜的寬度方向兩端部。
<15>如<14>項所述之密封方法，其中上述螺旋形酸性氣體分離膜元件更具備選自由積層在分離膜與供應側流道材料之間的1個以上之保護層、及積層在分離膜的穿透面側上的1個以上補強用多孔膜所構成之群組中的1個以上。
<16>如<14>或<15>項所述之密封方法，其中，在選 自由上述穿透側流道材料、積層在分離膜與供應側流道材料之間的1個以上之保護層、及積層在分離膜的穿透面側上的1個以上之補強用多孔膜所構成之群組中的1個以上之元件構成層的寬度方向兩端部，以使接著劑滲透至從該元件構成層的寬度方向兩端使分離膜的寬度方向兩端部朝厚度分向延長所得的虛假線之連續區域之方式，塗布接著劑。
<17>如<14>至<16>項中任一項所述之密封方法，其中更包含在上述支撐層的寬度方向兩端部塗布接著劑的步驟。
<18>如<14>至<17>項中任一項所述之密封方法，其中在塗布接著劑之前，藉由親水化處理劑處理上述保護層或支撐層的至少一層之寬度方向兩端部。
<19>如<18>項所述之密封方法，其中前述親水化處理劑為界面活性劑。
若藉由本發明，例如可形成與構件及接著劑的種類或組合無關的密封部。同時，可提供達成比以往更高氣密性的螺旋形酸性氣體分離膜元件、酸性氣體分離膜模組以及酸性氣體分離裝置。本發明的螺旋形酸性氣體分離膜元件、酸性氣體分離膜模組及酸性氣體分離裝置，係具有高氣密性，可比以往更有效率地從至少含有酸性氣體的混合氣體分離該酸性氣體，而且可奏實現節能化的效果。
1‧‧‧螺旋形酸性氣體分離膜元件
2‧‧‧分離膜
3‧‧‧供應側流道材料
4‧‧‧穿透側流道材料
5、5’‧‧‧中心管
6‧‧‧膜葉
7‧‧‧積層體
9‧‧‧接著部
10‧‧‧區間
15、15’‧‧‧殼體
20‧‧‧分離機能層
21‧‧‧支撐層
22‧‧‧補強用多孔膜
23‧‧‧保護層
23a‧‧‧保護層a
23b‧‧‧保護層b
25‧‧‧密封部
26‧‧‧防滲入膠帶
27‧‧‧接著劑滲透部
30‧‧‧孔
31‧‧‧供應口
32‧‧‧排放口(開口部)
33‧‧‧排放口
35‧‧‧壓力計
M‧‧‧酸性氣體分離膜模組
第1圖係展開並顯示本發明的酸性氣體分離膜模組具備的捲繞體構造，設置一部分切口部份的概略透視圖(改變學術論文：Ind.Eng.Chem.Res.2002,41,1393-1411中的第3圖的一部份)。
第2圖係表示上述酸性氣體分離膜模組的結構，設置一些切口部份的概略透視圖。
第3圖係表示展開上述捲繞體的結構，(a)係概略剖面圖、(b)係概略平面圖。
第4圖係說明試驗裝置之概略側面圖，該試驗裝置係進行上述酸性氣體分離膜模組具備的螺旋形酸性氣體分離膜元件之氣密試驗。
第5圖係表示實施例1的螺旋形酸性氣體分離膜元件之密封結構的概略剖面圖。
第6圖係表示實施例2的螺旋形酸性氣體分離膜元件之密封結構的概略剖面圖。
第7圖係表示實施例3的螺旋形酸性氣體分離膜元件之密封結構的概略剖面圖。
第8圖係表示比較例1的螺旋形酸性氣體分離膜元件之密封結構的概略剖面圖。
第9圖係表示螺旋形酸性氣體分離膜元件的密封結構之概略剖面圖。
第10圖係表示螺旋形酸性氣體分離膜元件的其他密 封結構之概略剖面圖。
第11圖係表示螺旋形酸性氣體分離膜元件的另一其他密封結構之概略剖面圖。
第12圖(a)至(f)的任一圖，均是說明以構成上述捲繞體的分離膜與穿透側流道材料所形成之穿透側的空間部份具備區間時，該區間的形狀之概略平面圖。
第13圖係表示實施例4的螺旋形酸性氣體分離膜元件之密封結構的概略剖面圖。
第14圖係表示實施例5的螺旋形酸性氣體分離膜元件之密封結構的概略剖面圖。
第15圖係表示實施例6的螺旋形酸性氣體分離膜元件之密封結構的概略剖面圖。
第16圖係表示實施例7的螺旋形酸性氣體分離膜元件之密封結構的概略剖面圖。
第17圖係表示實施例8的螺旋形酸性氣體分離膜元件之密封結構的概略剖面圖。
以下，詳細說明有關本發明的一實施形態。又，本申請案中「A至B」，係表示「A以上、B以下」。
<螺旋形酸性氣體分離膜元件>
本發明的螺旋形酸性氣體分離膜元件之構成，係在具備分離膜、供應側流道材料及穿透側流道材料以積層狀態捲繞在有孔的中心管上之捲繞體；該分離膜係具有：包含與酸性氣體進行可逆反應的酸性氣體載體與酸性氣體分離 膜用樹脂之分離機能層、及由多孔膜所構成之支撐層；其中，上述穿透側流道材料至少在兩端寬度方向比上述分離膜大，在上述分離膜的寬度方向兩端部具備填補穿透側流道材料與分離膜之段差的密封部。
上述螺旋形酸性氣體分離膜元件，亦可進一步具備選自由積層在分離膜與供應側流道材料之間的1個以上之保護層、積層在分離膜的穿透面側的1個以上之補強用多孔膜所構成之群組中的1個以上之保護層及/或多孔膜。
上述元件構成層係由選自積層在分離膜與供應側流道材料之間的保護層、積層在分離膜的穿透面側之補強支撐層、及穿透流道材料之群組中的至少1個層所構成。上述元件構成層係以包含穿透流道材料為佳。
本申請案中所謂酸性氣體，係指二氧化碳或硫化氫等顯示酸性的氣體。在以下的具體說明中，係舉出二氧化碳(CO2)為一例作為酸性氣體。
以下，一邊參照第1圖及第2圖，一邊說明螺旋形酸性氣體分離膜元件的構成。如第1圖及第2圖所示，本發明所包含的螺旋形酸性氣體分離膜元件1，係具備分離膜2、供應側流道材料3及穿透側流道材料4以積層狀態捲繞在有孔的中心管5上之捲繞體。
上述捲繞體，雖然可為圓筒狀，也可為方筒狀，但就考量收納至殼體中，以圓筒狀為佳。
螺旋形酸性氣體分離膜元件1，係以不使捲 繞體擴展方式例如以補強用膠帶或防嵌進板(ATD)等固定構件固定捲繞體而構成。補強用膠帶係藉由捲繞在捲繞體的外周，防止捲繞體的退繞。防嵌進板係安裝在捲繞體的兩端部上，在該螺旋形酸性氣體分離膜元件之使用中，可防止該捲繞體的嵌進現象之發生。又，為確保對於施加在該螺旋形酸性氣體分離膜元件上的內壓及外壓所致之負荷的強度，在該捲繞體的外周上可進一步捲繞補強材。上述補強材可列舉例如在玻璃纖維中含浸環氧樹脂之補強材等。環氧樹脂係在捲繞補強材之後進行硬化為佳。
〔分離膜2〕
分離膜2係至少由含有與酸性氣體可逆反應的酸性氣體載體與酸性氣體分離膜用樹脂之分離機能層20、及由支撐該分離機能層20的多孔膜所構成之支撐層21構成(第9圖至第11圖)。
分離膜2係具備可穿透CO2等酸性氣體及水蒸氣，另一方面不易穿透其他氣體的性質，藉由利用氣體分子對膜的溶解性與在膜中的擴散性之差的溶解/擴散機制，加上使用與酸性氣體可逆反應的酸性氣體載體，形成酸性氣體與酸性氣體載體的反應生成物而促進特定酸性氣體的穿透之促進輸送機制，實現特定酸性氣體的高穿透選擇性。分離膜2可依濕度而改變酸性氣體的穿透量，濕度越高，酸性氣體的穿透量越多。
(酸性氣體分離膜用樹脂)
下述反應式(1)，係表示酸性氣體為二氧化碳(CO2)，使 用碳酸銫(Cs2CO3)作為酸性氣體載體(CO2載體)時的CO2與CO2載體之反應。又，反應式(1)中的記號「
Figure 105116599-A0202-12-0011-18
」，係表示此反應為可逆反應。
CO2+Cs2CO3+H2O
Figure 105116599-A0202-12-0011-19
2 CsHCO3…(1)
如上述反應式(1)所示，由於CO2與CO2載體之可逆反應中必須有水，故構成分離機能層20的酸性氣體分離膜用樹脂，係以具有羥基或離子交換基等親水性基之顯示親水性的親水性樹脂為佳，並以親水性樹脂的分子鏈彼此間藉交聯具有網狀結構以顯示高的保水性之交聯型親水性樹脂為更佳。為施加大的壓力差作為酸性氣體穿透分離膜2用之推進力，就分離膜2所要求的耐壓強度之觀點而言，係以含有交聯型親水性樹脂作為構成分離機能層20的酸性氣體分離膜用樹脂為佳。
形成親水性樹脂的聚合物，係以例如具有丙烯酸烷酯、甲基丙烯酸烷酯、脂肪酸的乙烯酯或源自該等的衍生物之結構單元為佳。顯示此種親水性的聚合物，可舉出將丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、甲基丙烯酸、乙酸乙烯酯等單體聚合而成之聚合物，具體上，係具有羧基作為離子交換基的聚丙烯酸、聚衣康酸、聚巴豆酸、聚甲基丙烯酸等具有羥基的聚乙烯醇等，該等的共聚物之丙烯酸-乙烯醇共聚物、丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物、丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物、甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物等。其中，並以丙烯酸的聚合物之聚丙烯酸、甲基丙烯酸的聚合物之聚甲基丙烯酸、使乙酸乙烯酯的聚合物水解 而成之聚乙烯醇、使丙烯酸甲酯與乙酸乙烯酯的共聚物皂化而成之丙烯酸鹽-乙烯醇共聚物、丙烯酸與甲基丙烯酸的共聚物之丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物為更佳，以聚丙烯酸與丙烯酸鹽-乙烯醇共聚物為又更佳。
交聯型親水性樹脂係可使顯示親水性的聚合物與交聯劑反應而調製，也可使顯示親水性的聚合物之原料的單體與交聯性單體共聚合而調製。上述交聯劑或上述交聯性單體，並無特別的限制，可使用以往已知的交聯劑或交聯性單體。
上述交聯劑可列舉例如環氧交聯劑、多元縮水甘油基醚、多元醇、多元異氰酸酯、多元氮丙啶、鹵環氧化合物、多元醛、聚胺、有機金屬系交聯劑、金屬系交聯劑等以往已知的交聯劑。上述交聯性單體可列舉例如二乙烯苯、N,N’-亞甲基雙丙烯醯胺、三羥甲基丙烷三烯丙基醚、新戊四醇四烯丙基醚等以往已知的交聯性單體。交聯方法可使用例如熱交聯、紫外線交聯、電子束交聯、放射線交聯、光交聯等方法，或日本特開2003-268009號公報、日本特開平7-88171號公報所述之方法等以往已知的方式。
(酸性氣體載體)
分離機能層20係包含：酸性氣體分離膜用樹脂(例如親水性樹脂)、與酸性氣體為例如CO2時，選自由鹼金屬碳酸鹽、鹼金屬碳酸氫鹽及鹼金屬氫氧化物所構成的鹼金屬化合物之群組中的至少1種化合物(以下，稱為「CO2載 體」)。此CO2載體係存在於含有上述酸性氣體分離膜用樹脂的分離機能層20內，可藉由與溶解於存在分離機能層20的水中之CO2可逆反應，發揮使該CO2選擇性穿透的角色。CO2載體係以選自由Na、K、Rb及Cs所構成之群組中的至少1個鹼金屬之碳酸鹽、碳酸氫鹽或氫氧化物為佳。鹼金屬碳酸鹽可列舉例如碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銣及碳酸銫等。鹼金屬碳酸氫鹽可列舉例如碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫銣及碳酸氫銫等。鹼金屬氫氧化物可列舉例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銣及氫氧化銫等。CO2載體係以顯示潮解性的鹼金屬碳酸鹽或鹼金屬氫氧化物為佳，並以對水的溶解度高之碳酸銫或氫氧化銫為更佳。
分離機能層20中，除了來自CO2載體的鹼金屬陽離子以外，也含有使用於親水性樹脂具有的例如離子交換基(例如羧基)之中和反應中的鹼金屬陽離子等各種的鹼金屬陽離子。分離機能層20中所含有的此等所有鹼金屬陽離子之含量，係相對於親水性樹脂具有的離子交換基之總量，以1莫耳當量至6莫耳當量之範圍為佳，並以1.5莫耳當量至5莫耳當量之範圍更佳。若鹼金屬陽離子之含量未達1莫耳當量，有分離機能層20的製膜性變差之虞。另一方面，若鹼金屬陽離子之含量超過6莫耳當量，有不能獲得分離機能層20所期望的CO2之選擇穿透性之虞。
(添加劑)
分離膜2具備的分離機能層20之形成所使用的塗布液(如後述)，係除了構成該分離機能層20之與酸性氣體可逆 反應之酸性氣體載體與酸性氣體分離膜用樹脂以外，也可更添加例如酸性氣體的水合反應觸媒或後述的界面活性劑等作為添加劑。上述酸性氣體的水合反應觸媒係可提高酸性氣體與載體的反應速率。
上述酸性氣體的水合反應觸媒，係以含有側氧酸化合物為佳，尤其以含有選自14族元素、15族元素及16族元素之中的至少1個元素之側氧酸化合物而構成為佳，以含有亞碲酸化合物、亞硒酸化合物、亞砷酸化合物及鄰矽酸化合物之中的至少1個而構成為更佳。
(支撐層21)
分離膜2係在穿透側流道材料4側具備支撐層21，該支撐層21係含有不形成膜穿透的氣體成份之擴散阻力且氣體穿透性高的多孔膜。在假設分離膜2適用的製造氫氣或尿素等大型工廠之製程中，由於分離膜2的使用溫度為100℃以上，故構成分離膜2的上述多孔膜等構件之耐熱性，係以100℃以上為佳。本申請案中「100℃以上的耐熱性」，係指即使將多孔膜等構件保存在100℃以上的溫度條件下2小時之後，也可維持該構件的保存前之形態，並可以目視確認不受熱收縮或熱熔融所產生之捲曲。
構成上述支撐層21的多孔膜之材質，可列舉例如聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴系樹脂、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯等含氟樹脂、聚苯硫醚(PPS)、聚醚碸、聚醚醚酮(PEEK)、聚醯亞胺、高分子量聚酯、耐熱性聚醯胺、芳香族聚醯胺、聚碳酸酯等樹脂材料； 金屬、玻璃、陶瓷等無機材料；等。就撥水性及耐熱性而言，此等材料之中，以PTFE、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯等含氟樹脂、PPS、聚醚碸、PEEK、聚醯亞胺、陶瓷為佳，並且從容易獲得微小孔徑、及因提高空孔率而使分離的能源效率佳等理由，以PTFE為更佳。
在多孔膜的厚度上，雖然無特別的限制，但就機械強度而言，通常以10μm至3,000μm的範圍為佳，並以10μm至500μm的範圍為更佳，以15μm至150μm的範圍又更佳。在多孔膜的細孔之平均孔徑上，雖然無特別的限制，但以10μm以下為佳，並以0.005至1.0μm的範圍為更佳。多孔膜的孔隙率係以5%至99%的範圍為佳，並以30%至90%的範圍為更佳。
在上述支持層21，為提高後述的接著劑對上述支撐層的寬度方向端部區域之滲透性，也可在塗布接著劑之前對其寬度方向端部施加親水化處理。上述親水化處理係例如可使用與後述的界面活性劑相同的界面活性劑，而處理上述支撐層的寬度方向端部來執行。
(分離膜2的製造方法)
以下說明分離膜2的製造方法。分離膜2的製造，係由第1步驟(塗布液製作步驟)、第2步驟(塗布步驟)及第3步驟(乾燥步驟)的3步驟所構成。第2步驟及第3步驟，係以一邊進行連續運送支撐層21，一邊使用輥對輥(roll to roll)方式的塗布機或乾燥機為佳。詳細說明各步驟。
首先，作為第1步驟(塗布液製作步驟)，藉 由至少將酸性氣體分離膜用樹脂與CO2載體溶解於溶劑中而製作塗布液。
上述溶劑係可列舉例如水、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇等醇等質子性極性溶劑；甲苯、二甲苯、己烷等無極性溶劑；丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁酮等酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺等非質子性極性溶劑；等。溶劑可單獨使用1種，也可在相溶的範圍中將2種以上組合使用。此等溶劑之中，以含有選自由水、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇等醇所構成之群組中的至少1種之溶劑為佳，並以含有水的溶劑為更佳。
在上述塗布液中，也可視需要而添加界面活性劑。藉由在塗布液中添加界面活性劑，將該塗布液塗布在由多孔膜所構成的支撐層21上時，可使界面活性劑局部分布在藉塗布液所形成之分離機能層20與支撐層21的界面上，與支撐層21的濕濡性會提升，並可改善膜厚的色紋等。界面活性劑並無特別的限制，可使用例如聚氧乙烯聚氧丙烯二醇類、聚氧乙烯烷基苯醚類、聚氧乙烯烷基醚類、氟系界面活性劑、聚矽氧系界面活性劑等以往已知的界面活性劑。界面活性劑可單獨使用1種，也可將2種以上組合使用。
其次，作為第2步驟(塗布步驟)，係將製成的上述塗布液塗布在支撐層21的一側面上，形成塗膜。第2步驟中的塗布液之溫度，雖然只依照組成或濃度而適宜 決定即可，但溫度太高時，有溶劑從塗布液多量蒸發而使組成或濃度變化，或在塗膜殘留蒸發痕之虞，故以15℃以上為佳，並以室溫(20℃)以上為更佳，且以低於使用的溶劑之沸點5℃以下的溫度範圍為佳。例如，使用水作為溶劑時，第2步驟中的塗布液之溫度，係以15℃至95℃的溫度範圍為佳。
將塗布液塗布在支撐層21的方法，並無特別的限制，可列舉例如旋轉塗布法、棒塗布、模頭塗布、刮刀塗布、空氣刀塗布、凹板塗布、輥輪塗布、噴塗塗布、浸漬塗布、缺角輪塗佈法、吻塗法、網版印刷、噴墨印刷等。塗布液的塗布量係以每單位面積重量(每單位面積的固形份量)為1g/m2至1,000g/m2的範圍為佳，並以5g/m2至750g/m2的範圍為更佳，而以10g/m2至500g/m2的範圍又更佳。每單位面積重量的調節，可以塗膜的形成速度(例如支撐層21的運送速度)或塗布液的濃度、塗布液的吐出量等進行控制。同時，塗布液對支撐層21的塗布，亦可成為條紋狀或圓點狀的塗布。
第3步驟(乾燥步驟工程)係自所形成的塗膜去除溶劑。溶劑的去除方法，並無特別的限制，雖然可採用以往已知的方法，但藉由使所加熱的空氣等通風而將溶劑蒸發去除，使塗膜乾燥的方法為佳。具體上，例如，只要將塗布物(已形成塗膜的支撐層21)搬入已調節至預定溫度及預定濕度的通風乾燥爐中，自溶劑使塗膜蒸發去除即可。藉此，形成分離機能層20。
塗膜的乾燥溫度係只要依照塗布液的溶劑與支撐層21的多孔膜之種類而適宜決定即可。通常，以設為比溶劑的凝固點高，且比多孔膜的熔點低之溫度為佳，一般是以80℃至200℃的範圍為適宜。
第3步驟係進行至塗膜中所含有的溶劑成為預定濃度以下。具體上，係以進行第3步驟至分離機能層20中所含有的溶劑之量成為1重量%至34重量%的範圍為佳。
分離機能層20的膜厚，雖然可依分離膜2所需要的分離性能而適宜選擇，但通常是以0.1μm至600μm的範圍為佳，並以0.5μm至400μm的範圍為更佳，以1μm至200μm的範圍為尤佳。
對於所形成的分離機能層20之露出面，也可藉由重複進行上述第2步驟及第3步驟1次以上，而積層分離機能層20。藉此，可防止有因塗布塗布液時的塗膜之色紋等所形成之虞的分離機能層20之針孔。重複操作第2步驟及第3步驟時的塗布液之組成或塗布量等塗布條件及乾燥條件，係在各別的分離機能層20之積層中，可為互異，也可為相同。
藉由進行上述第1步驟、第2步驟及第3步驟，可製造螺旋形酸性氣體分離膜元件1具備的分離機能層20。
〔供應側流道材料3〕
供應側流道材料3係以具備作為形成混合氣體的流道 空間(以下，亦稱為「供應側的空間部份」)之流道材料的機能、與可在混合氣體產生亂流的機能為佳，故以網狀的流道材料為合適。藉由網孔之形狀而改變混合氣體的流道，故供應側流道材料3中的網孔之單元格子的形狀，只要依照目的而選自例如菱形、平行四邊形等形狀即可。供應側流道材料3，雖然無特別的限制，但因分離膜2在100℃以上的溫度條件下使用，故以具有耐熱性的材料為佳，例如，可適宜使用與作為上述多孔膜的材質而舉出之材料相同的材料。具體上，係以PTFE、PPS、聚醚碸、PEEK、聚醯亞胺、金屬為佳，並以PTFE、PPS、PEEK、金屬為更佳。
可以供應側流道材料3所形成的流道空間，係為將混合氣體導入於捲繞體的內部而形成。因此，混合氣體可由供應側流道材料3的側面方向連續供應至捲繞體內。
也可在捲繞體中的分離膜2與供應側流道材料3之間，具備保護用多孔膜作為保護層。此保護層，係在螺旋形酸性氣體分離膜元件1的製造中將捲繞體緊縮時，可發揮防止該分離機能層20上造成損害的任務，該損害是因構成分離膜2的分離機能層20與供應側流道材料3之間產生的位移而致。上述保護用多孔膜，只要是與供應側流道材料3之間的摩擦少，且氣體穿透性良好的材質即可，雖然無特別的限制，但因分離膜2是在100℃以上的溫度條件下使用，故以具有耐熱性的材料為佳，例如，可 適用與作為形成分離膜2的支撐層21之多孔膜之材質而舉出的材料相同的材料。上述保護用多孔膜，可適宜選擇使用例如平均孔徑0.001μm以上、10μm以下的不織布、織布、網等。保護層，也可以是積層1種以上的多孔膜之結構。
上述保護層(保護用多孔膜)中，如欲提高後述的接著劑對上述保護層的寬度方向端部區域之滲透性，也可在塗布接著劑之前對其寬度方向端部施加親水化處理。上述親水化處理，係例如使用與上述的界面活性劑相同的界面活性劑，進行處理上述保護層的寬度方向端部。
〔穿透側流道材料4〕
穿透側流道材料4，係以具備作為形成穿透分離膜2的穿透氣體(包含酸性氣體及水蒸氣)的流道空間(以下，亦稱為「穿透側的空間部份」)之流道材料的機能與可在酸性氣體中產生亂流的機能為佳，故以網狀的流道材料為適合。因網孔形狀可改變穿透氣體的流道，故穿透側流道材料4中的網孔之單元格子形狀，只要配合目的選自例如菱形、平行四邊形等形狀即可。穿透側流道材料4的材質，雖然無特別的限制，但因分離膜2是在100℃以上的溫度條件下使用，故以具有耐熱性之材料為佳，例如，可適用與作為上述多孔膜的材質而舉出之材料相同的材料。具體上，係以PTFE、PPS、聚醚碸、PEEK、聚醯亞胺、金屬為佳，並以PTFE、PPS、PEEK、金屬為更佳。
以穿透側流道材料4所形成的穿透側之空 間部份，係為將已穿透分離膜2的穿透氣體導入中心管5內而形成。
上述供應側流道材料3及上述穿透側流道材料4，較佳係具備：可促進所供應的混合氣體及已穿透分離膜2的穿透氣體之亂流(膜面的表面更新)而增加混合氣體中所含有的酸性氣體之膜穿透速度的機能；及，儘可能減少所供應的混合氣體之壓力損失的機能。
在捲繞體中的分離膜2與穿透側流道材料4之間，也可進一步含有補強用多孔膜22。此補強用多孔膜22係以積層在上述分離膜2的支撐層21側之面為佳。補強用多孔膜22係發揮賦予分離膜2可承耐以下負荷的強度之角色，該負荷為：在分離膜2的製膜時施加在支撐層21的張力負荷、在具備分離膜2的螺旋形酸性氣體分離膜元件之製造時施加在該分離膜2上的張力負荷、以及自混合氣體分離酸性氣體時施加在該分離膜2上的壓力負荷。又，此補強用多孔膜22的結構及材質，係只要具有耐壓強度與耐延伸性，氣體穿透性良好即可，並無特別的限制，可適宜選擇使用例如平均孔徑0.001μm以上、10μm以下的不織布、織布、網等。此等材質之中，與由酸性氣體分離膜用樹脂組成物所構成的分離機能層20或支撐層21相同，以由具有耐熱性的材質所構成者為佳。
〔密封結構〕
本發明的螺旋形酸性氣體分離膜元件，係具備密封部25，該密封部25係穿透側流道材料4至少兩端在寬度方向 (與中心管5平行的方向)比分離膜2大，在分離膜2之寬度方向兩端部，可補填積層穿透側流道材料4與分離膜2時產生的段差。
雖然無特別的限制，但可大致區分為以下3種：(A)分離機能層20在支撐層21的寬度方向兩端部覆蓋支撐層21的側面部(厚度方向的剖面部)之結構；(B)分離機能層20與支撐層21在寬度方向具有相同的寬度，使兩端部對齊並積層的結構；及(C)分離機能層20在寬度方向寬度較支撐層21狹窄，分離機能層20積層在比支撐層21更內側的結構。本說明書中，「寬度方向末端部」係指使各層朝寬度方向延長時，使供應側流道材料3的寬度方向端部與穿透側流道材料4的寬度方向端部，安放在縱向(厚度方向)連接的直線上之部份。
利用第5圖至第7圖、第9圖至第11圖，說明上述(A)至(C)的各結構。第6圖、第7圖係例示具備保護層23與補強用多孔膜22作為保護層的情形，但支撐層21具有充分的強度時，也可省略補強用多孔膜22，或在膜元件製造時不會對分離機能層20造成損傷時，也可省略保護層23。
上述(A)的結構之一例，係如第6圖、第9圖表示。
第9圖係表示穿透側流道材料4至少在寬度方向比分離膜2大，且分離機能層20在支撐層21的寬度方向兩端部中覆蓋支撐層21的側面部(厚度方向的剖面部) 之結構。
第6圖係表示第9圖表示的密封結構的形態之變形例。此密封結構的形態係表示下述的結構：在第9圖中的分離膜元件之構成層，在供應側流道材料3與分離膜2之間追加具備保護層23、及在分離膜2與穿透側流道材料4之間追加具備補強用多孔膜22，該保護層23與補強用多孔膜22具有至寬度方向末端部的寬度。即，該保護層23與補強用多孔膜22係具有與供應側流道材料3及穿透側流道材料4大致相等的寬度。第6圖中，係表示使用後述的防滲入膠帶26的情形。
上述(B)的結構之一例，係第5圖、第7圖、第10圖所示。
第10圖係表示具有穿透側流道材料4至少比分離膜4大，且分離機能層20與支撐層21在寬度方向具有相同的寬度的結構。
第7圖係表示第10圖所示的密封結構之形態中的變形例。此密封結構的形態係表示下述的結構：在第10圖中的分離膜元件之構成層上，在供應側流道材料3與分離膜2之間追加具備保護層23，在分離膜2與穿透側流道材料4之間追加具備補強用多孔膜22，補強用多孔膜22與覆蓋分離機能層20的整個表面之該保護層23，具有至寬度方向末端部的寬度。即，該保護層23與補強用多孔膜22，係具有與供應側流道材料3及穿透側流道材料4大致相等的寬度。第7圖中，係表示使用後述的防滲入膠帶 26的情形。
第5圖係表示第10圖所示的密封結構之形態中，使用後述的防滲入膠帶26的情形。
上述(C)的結構之一例，係第11圖所示。
第11圖係表示具有穿透側流道材料4比分離膜2至少在寬度方向大，且分離機能層20在寬度方向比支撐層21的寬度狹窄之結構。
就確保高的氣密性而言，上述(A)至(C)的結構之中，(A)之結構比其他的結構較宜使用。
本發明中的密封，係藉由在密封部25中，以接著劑填補穿透側流道材料4與分離膜2之段差而進行。接著劑的塗布係例如可在積層分離膜元件的各構成層之後的階段中，可以將接著劑由寬度方向末端部朝分離膜2的寬度方向端部壓入的方式來進行，也可在積層分離膜元件的各構成層之階段中，以接觸於分離膜2的寬度方向端部之方式添加接著劑之方式來進行。較佳係以在積層分離膜元件的各構成層之階段中，以接觸於分離膜2的寬度方向端部之方式盛裝接著劑之方式來進行。
將上述接著劑壓入至密封部25時或盛裝時的接著劑之黏度，從防止因接著劑擴展而密封部25的形成成為不完全的觀點，以5,000cP至50,000cP的範圍為佳，並以20,000cP至50,000cP的範圍更佳。
上述接著劑係只要可接觸分離機能層20的寬度方向兩端部填補已設置的密封部25而接著之材質即 可，雖然無特別的限制，但因分離膜2在100℃以上的溫度條件下使用，故以兼具耐熱性與耐濕性的材料為佳。上述接著劑，可列舉例如環氧樹脂、氯乙烯共聚物、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物、氯乙烯-丙烯腈共聚物、丁二烯-丙烯腈共聚物、聚醯胺樹脂、聚乙烯基丁縮醛、聚酯、纖維素衍生物(硝化纖維素等)、苯乙烯-丁二烯共聚物、各種合成橡膠系樹脂、酚樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、酚氧樹脂、聚矽氧樹脂、尿素甲醯胺樹脂等。此等化合物之中，以環氧樹脂(環氧系接著劑用樹脂)與聚矽氧樹脂為佳，並以環氧樹脂為更佳。上述接著劑，就使用時的黏度調整或硬化後的強度提高之目的，也可含有無機或有機的充填劑。上述環氧樹脂，只要為含有以胺類或酸酐等進行硬化的環氧基之化合物即可，就硬化方式而言，可為一液硬化型，也可為二液混合型，就硬化溫度而言，可為加熱硬化型，也可為常溫硬化型。
為提高氣密性，除了上述密封以外，使接著劑滲入穿透側流道材料4中為較佳。在分離膜元件的構成層中含有補強用多孔膜22時，使接著劑滲入補強用多孔膜22中為較佳。在分離膜元件的構成層中含有保護層23時，使接著劑滲入至保護層23中為較佳。此時，接著劑的滲入，亦可在積層分離膜元件的各構成層之後的階段，自穿透側流道材料4的寬度方向末端部側進行，也可在積層分離膜元件的各構成層的階段，自穿透側流道材料4、補強用多孔膜22或保護層23的表面進行。即，本發明的螺 旋形酸性氣體分離膜元件中，在上述元件構成層的寬度方向兩端部，將分離膜的寬度方向兩端部從該元件構成層的寬度方向兩端部至朝厚度方向延長所得的虛擬線之連續而成之區域中，含有已滲透接著劑的密封部之接著劑滲透部27為佳(參照第13圖至第17圖)。此時，為提高上述接著劑對上述元件構成層(例如保護層等)的寬度方向端部區域之滲透性，以事前對該寬度方向端部施加上述親水化處理為佳。
接著劑的滲入，係只要為可防止氣體在穿透側流道材料4、補強用多孔膜22或保護層23流通而使分離膜元件的供應側與穿透側中的氣體直接混合之範圍中進行即可，並無特別的限制。例如，可考量自穿透側流道材料4、補強用多孔膜22、保護層23的寬度方向末端部涵蓋超過分離機能層20的寬度方向兩端部之範圍，使接著劑滲入的形態。即，本發明的螺旋形酸性氣體分離膜元件中，可認為含有密封部的形態，該密封部係藉由上述接著劑的摻入，滲透至上述元件構成層的接著劑滲透至比將分離膜的寬度方向兩端部朝厚度方向延長所得的虛擬線更寬度方向內側。
更且，在本發明的螺旋形酸性氣體分離膜元件中，也可在上述支撐層21的寬度幅方向兩端部含有已滲透接著劑之密封部。此時，為提高上述接著劑對上述支撐層21的寬度方向端部區域之滲透性，係以在塗布接著劑之前，對該寬度方向端部，亦即上述支撐層21中的已滲透 上述接著劑之密封部，施加上述的親水化處理為佳。
為防止塗布在密封部25的接著劑滲入供應側流道材料3的內部，妨礙氣體對以供應側流道材料3所形成的空間部份之進出，可在分離機能層20與供應側流道材料3之間插入防止滲入膠帶26。例如，第5圖、第6圖、第7圖係分別表示在供應側流道材料3與密封部25之間、在供應側流道材料3與保護層23之間、和保護層23與密封部25之間使用防滲入膠帶26的情形。
防滲入膠帶26，雖然無特別的限制，但以具有耐熱性的材料為佳，並以具有100℃以上的耐熱性之材料更佳。為確保其功能，故期望防滲入膠帶26係對接著劑為無滲透性的材炓。防滲入膠帶26的材質，雖然可列舉例如聚醯亞胺、PTFE、玻璃纖維、聚酯等，但並不侷限於此等材質。可由市售購得的防滲入膠帶26，可使用例如SINGLE COATED TAPES/SC-6000或SINGLE COATED TAPES/SC-6001(均是Custom Adhesive Product公司製)等。又，防滲入膠帶26係在螺旋形酸性氣體分離膜元件的使用時可去除，也可殘留。
本發明中的密封技術，不論支撐層21的材質，均可廣泛地使用在螺旋形酸性氣體分離膜元件之密封。亦即，將以往的接著劑滲入支撐層而進行的密封方法中，如藉由支撐層21的材質而不滲入接著劑時，無法進行適當的密封。在此種情形中，必須將接著劑替換成可滲入支撐層21的接著劑，或替換成滲入對象之支撐層21的材 質。
因此，在本發明中，因可藉由將接著劑埋入密封部25而密封，故不需考量接著劑與支撐層21的相適性，即可容易進行密封。同時，本發明中，因超出接著劑與支撐層21之特定組合的限制，故螺旋形酸性氣體分離膜元件中可使用最適的接著劑或支撐層。例如使用疏水性的接著劑時，支撐層21等係可為親水性，也可為疏水性，使用親水性的接著劑時，支撐層21係可為親水性，也可為疏水性。本申請案中，「疏水性」是指在25℃中的水之接觸角為90°以上。
(分離膜積層體)
捲繞體係以不使含有所供應的混合氣體與穿透分離膜2的酸性氣體之穿透氣體混合之方式構成。具體上，構成捲繞體的膜葉(分離膜積層體)，係具備將長形矩形的分離膜2以插入長形矩形之供應側流道材料3之方式，將分離機能層20設為內側而對折之結構(例如0.5m至1.5m×0.5m至1.5m左右的大小)。即，膜葉係成為以一片分離膜2挾住供應側流道材料3的結構。也可以插入長形矩形之供應側流道材料3的狀態，以分離機能層20為內側而配置兩片長形矩形之分離膜2以形成膜葉，取代將一片分離膜2對折形成膜葉。此時，將二片分離膜的一端部接著，外觀上，形成為一片。
膜葉係可藉由接著劑與穿透側流道材料4接著，藉此，構成積層體7，藉由分離膜2，隔開以穿透側 流道材料4所形成之穿透側的空間部份、及以供應側流道材料3所形成之供應側的空間部份。
上述接著劑係只要為可接著膜葉的材質即可，亦即可接著分離膜2與穿透側流道材料4旳材質，雖然無特別的限刖，但因分離膜2是在100℃以上的溫度條件下使用，故以兼備耐熱性與耐濕性的材料為佳。上述接著劑係可列舉例如環氧樹脂、氯乙烯共聚物、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物、氯乙烯-丙烯腈共聚物、丁二烯-丙烯腈共聚物、聚醯胺樹脂、聚乙烯基丁縮醛、聚酯、纖維素衍生物(硝化纖維素等)、苯乙烯-丁二烯共聚物、各種合成橡膠系樹脂、酚樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、酚氧樹脂、聚矽氧樹脂、尿素甲醯胺樹脂等。此等材料之中，並以環氧樹脂(環氧系接著劑用樹脂)與聚矽氧樹脂為佳，而以環氧樹脂為更佳。塗布在分離膜2等之時的接著劑之黏度，就防止因接著劑的擴展而使接著部變大，且分離膜2中的有效面積變小而言，係以5,000cP至50,000cP的範圍為佳，並以20,000cP至50,000cP的範圍為更佳。將分離膜2與穿透側流道材料4接著的方法，並不侷限於使用接著劑的方法。
第12圖之(a)至(f)的任一圖，係以構成上述捲繞體的分離膜2與穿透側流道材料4所形成的穿透側之空間部分具備區間時，說明該區間的形狀之概略平面圖。如第12圖所示，在上述空間部份，也可視需要而形成導入穿透氣體流(第12圖中以虛線表示)帶狀的區間10。亦即， 上述空間部份，也可具備將穿透氣體之流道例如C字型(第12圖(a))或鑰型(1)(第12圖(b))、S字型(第12圖(c))、鑰型(2)(第12圖(d))、N字型(第12圖(e))導入之帶狀區間10。
藉由設置區間10，供應至分離膜2的混合氣體除了酸性氣體之外也含有水蒸氣，使該混合氣體的濕度越高中的酸性氣體之穿透量變多時，酸性氣體之分離效率可維持高的狀態。此係因穿透分離膜2的穿透氣體所含有的水蒸氣，在對應於上述供應側之空間部份的上游側之上述穿透側之空間部份(第12圖(a)至(f)各別的下側)中無法立即收集至中心管5中，而被導入於對應於上述供應側之空間部份的下游側之上述穿透側的空間部份(第12圖(a)至(f)各別的上側)，故可減少上述供應側的空間部份與上述穿透側的空間部份中之濕度低的區域，可使混合氣體及穿透分離膜2的穿透氣體保濕。
區間10也可形成為使穿透氣體的流道之上游側窄、且下游側變寬的S字型(第12圖(f))。藉此，可使在上述穿透側之空間部份流通的穿透氣體之每單位截面積的體積流量(線速度)，在空間全域中幾乎為一定。
上述區間10的個數，雖然無特別的限制，但為更有效率地利用分離膜2，以少者為佳，並以1或2個為更佳。區間10的寬度，雖然無特別的限制，但為更有效率地利用分離膜2，係以細者為佳。區間10的長度，雖然無特別的限制，但為防止使穿透分離膜2的穿透氣體所含有的水蒸氣在到達對應於上述供應側的空間部份之下游 側的上述穿透側之空間部份之前收集到中心管5中，以不形成穿透氣體立即收集到中心管5的流道之長度為佳。因此，上述區間10係以形成帶狀為佳。上述空間部份中的區間10之形成方向(緃向)，可為與中心管5平行的方向，也可為與中心管5垂直的方向。區間10的形成方法，雖然無特別的限制，但若使用接著分離膜2與穿透側流道材料4的上述接著劑而形成時，可在分離膜2與穿透側流道材料4的接著之同時形成區間10，故效率性佳。因此，上述區間10係以使用環氧系接著劑用樹脂而形成帶狀為佳。
〔中心管5〕
中心管5係將穿透分離膜2的穿透氣體收集後，自螺旋形酸性氣體分離膜元件1排放用之導管。中心管5的材質，雖然無特別的限制，但因分離膜2是在100℃以上的溫度條件下使用，故以具有耐熱性的材料為佳，同時，因使分離膜2等捲繞在外圍複數次而形成捲繞體，故以具有機械強度的材料為佳。中心管5的材質，可適用例如不銹鋼等。中心管5的直徑或長度、壁厚係只要依照螺旋形酸性氣體分離膜元件1的大小、膜葉之片數、穿透氣體之量、中心管5所要求的機械強度等而適宜設定即可。
上述中心管5係在捲繞體為圓筒狀時，以圓管為佳，捲繞體為方形筒狀時，以方形管為佳。
上述中心管5係具有可使以上述穿透側流道材料4所形成的穿透側之空間部份與該中心管5內部的空間部份連通之孔群。各孔的大小，只要考量中心管5所 要求的機械強度而決定即可。因此，無法將1個孔的大小變大時，只要將孔數增多即可。
上述孔群係只要使積層狀態的分離膜之整個寬度，亦即涵蓋積層體7的整個寬度而以均勻的間隔形成即可，但如以構成上述捲繞體的分離膜2與穿透側流道材料4所形成的穿透側之空間部份具備區間10時，以在上述中心管5中的任一方之端部側，具體上，以構成螺旋形酸性氣體分離膜元件1時局部分布在對應於上述供應側的空間部份流通之混合氣體的流道方向之下游側的端部側而形成為佳。具體上，在上述穿透側的空間部份形成區間10時，中心管5中的孔群之形成位置，係使上述積層狀態的分離膜2之寬度(平行於混合氣體的流道方向之長度)設為W時，以局部存在於距離位在上述一方的端部側之上述積層狀態的分離膜2之寬度方向端部0.05W(=0.05×W)以上0.4W(=0.4W)以下的範圍為佳，並以局部存在於0.05W(=0.05×W)以上、0.3W(=0.3W)以下的範圍為更佳。
在上述穿透側的空間部份形成區間10時，藉由以局部存在於中心管5中的上述位置而形成之孔群收集穿透氣體，與中心管5的整個區域形成孔群時比較，由於使存在於以穿透側流道材料4所形成的空間部份之水蒸氣收集至中心管5為止耗費時間，故可使混合氣體及穿透氣體保濕，並使酸性氣體的分離效率維持高的狀態。
<酸性氣體分離膜模組>
第1圖係表示展開具備本發明的酸性氣體分離膜模組 之捲繞體之結構，且設置一部分切口部份的概略透視圖。第2圖係表示上述酸性氣體分離膜模組的結構，且設置一部分展開部份的概略透視圖。本發明的酸性氣體分離膜模組，係在殼體(容器)15內至少具備1個第1圖及第2圖表示的螺旋形酸性氣體分離膜元件1。
如第2圖所示，本發明的螺旋形酸性氣體分離膜模組之一例的酸性氣體分離膜模組M，係例如在不銹鋼製的殼體15內至少具備1個螺旋形酸性氣體分離膜元件1，該螺旋形酸性氣體分離膜元件1係具有包含分離膜2、供應側流道材料3與穿透側流道材料4的積層體7，捲繞在形成複數個孔(孔群)30的中心管5的周圍之捲繞體。
一邊參照第3圖，一邊如下表示本發明的螺旋形酸性氣體分離膜元件及酸性氣體分離膜模組之一例的螺旋形酸性氣體分離膜元件1及酸性氣體分離膜模組M的製造方法(製造步驟)。以下的說明，係表示具備第3圖中未圖示的元件構成層之分離膜元件結構的形態，該元件構成層是由穿透側流道材料4、保護層23及補強用多孔膜22形成。
第3圖係表示展開本發明的酸性氣體分離膜模組具備之捲繞體，表示(a)是概略的剖面圖，(b)是概略的平面圖。
首先，以接著劑等將長形的穿透側流道材料4之縱向的前端部固定在中心管5的外壁上。
接著，在保護層23具有至寬度方向末端部 的寬度之結構時，係藉由以接著劑填補穿透側流道材料4與分離膜2之段差而形成密封部25。
另一方面，保護層23不具有至寬度方向末端部的寬度之結構時，係藉由使用防滲入膠帶26而形成密封部25。防滲入膠帶26係為防止接著劑浸入以供應側流道材料3所形成的空間部份，妨害氣體進出該空間部份而使用。同時，只要為保護層23使接著劑滲入的材質，也可在供應側流道材料3與密封部25之間使用防滲入膠帶26。
關於接著劑及防滲入膠帶26以及其使用方法，係與在(密封結構)之項所述者相同。
而且，為保持高的氣密性，進一步可使接著劑滲入至穿透側流道材料4及補強用多孔膜22為較佳之形態。
接著，在使上述所製作的分離機能層20作為內側而對折之長形分離膜2上，製作複數個插入長形供應側流道材料3的膜葉6。
其次，在已固定在中心管的外壁上之穿透側流道材料4上，積層1個膜葉6。此時，將膜葉6中對折的折疊部份朝向中心管5側，同時該折疊部份以後面僅穿透側流道材料4捲繞在中心管5之方式，遠離穿透側流道材料4的上述前端部(固定在中心管5之外壁的端部)。亦即，在穿透側流道材料4中的中心管5附近，使未積層膜葉6的區域殘留。
其次，在上述膜葉6中的露出面(與穿透側 流道材料4背向之面)上塗布接著劑。具體上，係沿著膜葉6中的寬度方向(與中心管5並行的方向)之兩端部及長度方向(與中心管垂直的方向)的一端部(遠離中心管5之側)而呈帶狀塗布接著劑。並且，可視需要而在形成區間10的位置呈帶狀塗布接著劑。然後，在上述露出面使新的穿透側流道材料4及另一膜葉6依序積層而使其黏合。藉此，形成接著部9而形成以穿透側流道材料4所形成的穿透側之空間部份與視需要的區間10。此時，上述積層之新的穿透側流道材料4及另一膜葉6之面積，係等於或小於先前所積層的穿透側流道材料4及膜葉6之面積。上述積層之新的穿透側流道材料4，係以其長度方向之端部中接近中心管5之側，以與先前所積層的膜葉6之長度方向之端部中接近中心管5之側對齊之方式積層為佳。上述另一膜葉6係以後面僅穿透側流道材料4捲繞在中心管5之方式，比先前所積層的穿透側流道材料4遠離中心管5。
並且，在上述另一膜葉6中的露出面塗布接著劑，同樣地使新的穿透側流道材料4及另一膜葉6依序積層而使其黏合。上述另一膜葉6中的露出面塗布接著劑的位置，係可為與塗布在先前所積層的膜葉6中之露出面上的接著劑之位置重疊的位置，也可為一部份不重疊的位置。藉由如此的方式重複操作膜葉6等的積層，可貼合預定數的膜葉6而形成積層體7。
然後，在最後積層的膜葉6之露出面上塗布接著劑。具體上，係沿著膜葉6中的寬度方向之兩端部及 長度方向的一端部(遠離中心管5之側)而呈帶狀塗布接著劑。並且，可視需要而在形成區間10的位置上呈帶狀塗布接著劑。而且，以覆蓋中心管5的孔30之方式，將積層體7捲繞在該中心管5的周圍，將以穿透側流道材料4所形成的空間作為以中心管5的外壁封閉之空間，形成捲繞體。積層體7係以一邊施加張力，一邊捲繞在中心管5的周圍為佳。同時，開始將積層體7捲繞在中心管5之時，係以事先在未積層膜葉6的穿透側流道材料4之區域的寬度方向之端部上，塗布接著劑為佳。
然後，在捲繞體的外圍捲繞補強用膠帶而固定，防止捲繞體的退捲。同時，在捲繞體的兩端部上安裝防嵌進板，以防止螺旋形酸性氣體分離膜元件的使用中捲繞體的嵌進現象。並且，在該捲繞體巻的外圍進一步捲繞補強材。藉此，可製造螺旋形酸性氣體分離膜元件1。
將至少1個上述螺旋形酸性氣體分離膜元件1收納至殼體15內，藉由在該殼體15上安裝混合氣體用之進出口及穿透氣體用之進出口，可製造酸性氣體分離膜模組M。
<螺旋形酸性氣體分離膜元件的使用方法>
使用本發明的螺旋形酸性氣體分離膜元件1時，係將螺旋形酸性氣體分離膜元件1設置在殼體15內，而構成酸性氣體分離膜模組M。同時，以構成上述捲繞體的分離膜2與穿透側流道材料4所形成的穿透側之空間部份具備區 間10時，局部存在於中心管5中的複數個孔30(孔群)之側的端部，位在以供應側流道材料3所形成的供應側之空間部份流通的混合氣體之流道方向的下游側之方式，將螺旋形酸性氣體分離膜元件1設置在殼體15內，而構成酸性氣體分離膜模組M。以下，說明如此做法所構成的酸性氣體分離膜模組M及螺旋形酸性氣體分離膜元件的使用方法。
(酸性氣體分離方法)
至少含有酸性氣體的混合氣體，係連續供應至供應口31(第2圖中以箭頭A表示)，供應口31係酸性氣體分離膜模組M的上游側中之供應側流道材料3所形成的供應側之空間部份，穿透分離膜2的穿透氣體，係通過以穿透側流道材料4所形成的穿透側之空間部份，通過孔30而從中心管5的排放口(開口部)32連續地收集(第2圖中以箭頭B表示)，殘留的混合氣體係從酸性氣體分離膜模組M的下游側中之供應側流道材料3所形成的供應側之空間部份的排放口33連續地排放(第2圖中以箭頭C表示)。藉此，可使酸性氣體比以往更有效率地從至少含有酸性氣體的混合氣體中分離。
螺旋形酸性氣體分離膜元件1的排列與個數，可依照所希望的酸性氣體之回收率(=穿透氣體中的酸性氣體之流量/混合氣體中之酸性氣體之流量×100)而決定。亦即，在殼體15內具備1個螺旋形酸性氣體分離膜元件1之酸性氣體分離膜模組，為可達成所希望的酸性氣體之回收率的個數，將其並聯或串聯地排列即可。此處，並 聯的排列，係指至少將混合氣體分配導入於複數個酸性氣體分離膜模組M中的供應側空間部份之供應口；串聯的排列，係指至少將從前段的酸性氣體分離膜模組M中的排放口所排出的混合氣體或穿透氣體，導入於後段的酸性氣體分離膜模組中之供應側的供應口空間部份。
例如，將複數個螺旋形酸性氣體分離膜元件1並聯排列時，就螺旋形酸性氣體分離膜元件1的收容效率而言，將在殼體15內具備二個螺旋形酸性氣體分離膜元件1之複數個酸性氣體分離膜模組M並聯地排列為佳。此時，該殼體15係以具備三個混合氣體用之出入口為佳(另外，至少具備1個穿透氣體用之出口)。
具體上，係使二個螺旋形酸性氣體分離膜元件1外觀上串聯地配置在該殼體15內，將混合氣體並聯地供應至上述二個螺旋形酸性氣體分離膜元件1中，排出未穿透分離膜2的混合氣體之結構為佳。亦即，使用上述構成的酸性氣體分離膜模組M時，係以從三個出入口中之一個(入口)供應混合氣體，從殘留的二個(出口)取出未穿透分離膜2的混合氣體，或是從三個進出口中之二個(入口)供應混合氣體，從殘留的一個(出口)取出未穿透分離膜2的混合氣體為佳。
<酸性氣體分離裝置>
本發明的酸性氣體分離裝置，係至少具備1個上述構成的酸性氣體分離膜模組M。酸性氣體分離裝置係藉由具備上述構成的酸性氣體分離膜模組M，故該酸性氣體可比 以往更有效率地從至少含有酸性氣體及水蒸氣的混合氣體中分離，而且可實現節能化。
本發明並非侷限於上述的各實施形態者，可在申請專利範圍項表示的範圍中做各種的變更，將不同實施形態中分別所揭示的技術性手段適宜組合而得的實施形態，也包含在本發明的技術範圍中。並且，藉由將各實施形態中分別揭示的技術性手段組合，可形成新的技術特徴。
〔實施例〕
以下，藉由實施例更詳細說明本發明，但本發明並非侷限於此等實施例者。
(螺旋形酸性氣體分離膜元件1的氣密試驗)
如第4圖表示，以螺旋形酸性氣體分離膜元件1之分離膜隔開該螺旋形酸性氣體分離膜元件1中的供應側空間部份之供應口31側與中心管的排放口32側之方式，將螺旋形酸性氣體分離膜元件1固定在試驗裝置N中的不銹鋼製之殼體15’內。中心管的排放口32側係導出於殼體15’的外部，另一側則塞住。螺旋形酸性氣體分離膜元件1中的供應側空間部份之供應口31側與另一側(排放口側)，係在殼體15’內開放。亦即，使供應至該殼體15’中的氣體，從該螺旋形酸性氣體分離膜元件1中的供應側空間部份之兩端(供應口側與排放口側)流入該螺旋形酸性氣體分離膜元件1的內部。
將氮氣(N2)供應至殼體15’內的鋼瓶透過閥 門而安裝的同時，也安裝測定該殼體15’內的壓力之壓力計35。
將室溫(20℃)的N2氣體供應至殼體15’內，在螺旋形酸性氣體分離膜元件1的供應口31側與另一側上，施加1500kPaG(G係表示表壓)的壓力。以壓力計35確認該壓力。另一方面，中心管的排放口32側之壓力是調節成大氣壓。
然後，保持此狀態，藉由以上述壓力計35測定殼體15’內的壓力之隨時間變化，進行螺旋形酸性氣體分離膜元件1的氣密試驗，進行螺旋形酸性氣體分離膜元件1的N2氣體穿透性能評估。具體上，依據所測定的壓力之時間變化，計算出N2的穿透(mol/m2s kPa)，只要該穿透為5×10-8mol/m2s kPa以下，即為合格。亦即，評估保持螺旋形酸性氣體分離膜元件1之氣密性。
〔實施例1〕
使用丙烯酸-乙烯醇共聚物(CH2=CH(COOH)與CH2=CH(OH)之共聚物)的Cs鹽型(Cs鹽型係指上述「COOH」成為「COOCs」之鹽)，作為構成分離膜2的分離機能層20之酸性氣體分離用樹脂。使用碳酸銫(Cs2CO3)作為酸性氣體載體。
使用PTFE多孔膜(住友電工精密高分子(股)製；商品名：POREFLON‧HP-010-50；厚度：50μm、細孔徑：0.1μm)，作為分離膜2的支撐層21。
如下述製作成分離機能層20。首先，在水 80g中，加入日本特許第5598630號公報所述之製造方法中所獲得的丙烯酸-乙烯醇共聚物之Cs鹽型3g及碳酸銫7g，攪拌、混合而獲得塗布液(第1步驟)。碳酸銫對上述共聚物之量比係2.3(g-碳酸銫/g-共聚物)。將上述塗布液塗布在PTFE多孔膜而形成塗膜(第2步驟)。塗布液的塗布量係每單位面積重量為100g/m2。
將已形成上述塗膜的PTFE多孔膜以溫度120℃左右乾燥3分鐘，製作成分離膜(第3步驟)。
使用上述分離膜而製作螺旋形酸性氣體分離膜元件。
使用PPS網(50×50網孔)(迪歐(Dio)化成(股)製；商品名：50-150PPS)作為供應側流道材料3。使用PPS網3層(50×50網孔/60×40網孔/50×50網孔)(迪歐化成(股)製；商品名：50-150PPS及60(40)-150PPS)作為穿透側流道材料4。使用二液混合型環氧接著劑(阿里姆哥產品(Aremco Products)(美國)製；黏度：45,000cP)作為形成膜葉6之接著部用之接著劑。以插入供應側流道材料3的方式，藉由將分離機能層20設為內側而對折，以接著劑接著分離膜2而形成膜葉6。
就中心管5而言，係使用積層狀態的分離膜之整個寬度，亦即，以涵蓋積層體7的整個寬度而以均勻的間隔形成20個孔30之外徑1英吋的不銹鋼製中心管5。亦即，使用涵蓋積層體7的整個寬度以均勻的間隔形成10個孔30並聯排列成2列的中心管5’(第2圖中，可看到僅 有10個孔，殘留的10個孔係存在於挾著中心軸的相反側之外壁上)。各孔30的直徑係設為3mm，鄰接排成一列的孔30彼此間的間隔係設為25.4mm。
採用上述螺旋形酸性氣體分離膜元件的製造方法(製造步驟)(參照上述的說明)，製成螺旋形酸性氣體分離膜元件。使用二液混合型環氧系接著劑(阿里姆哥產品(Aremco Products)(美國)製；黏度：45,000cP)，作為用以將穿透側流道材料4接著在中心管5之接著劑。使用已含浸二液混合型環氧系接著劑(阿里姆哥產品(美國)製；黏度：5,000cP)的玻璃纖維，作為該螺旋形酸性氣體分離膜元件中的外周之補強用材。使用二液混合型環氧系接著劑(阿里姆哥產品(美國)製；黏度：45,000cP)，作為用以密封密封部25之接著劑。密封結構的形成，係在積層分離膜元件的各構成層之階段中，以接觸於分離膜2的寬度方向端部的方式進行盛裝接著劑。此時，以不使接著劑滲入供應側流道材料3內的方式，在供應側流道材料3與密封部25之間使用防滲入膠帶26。同時，使接著劑滲入於穿透側流道材料4的表面而密封。此時的接著劑，係使用二液混合型環氧系接著劑(阿里姆哥產品(美國)製；黏度：45,000cP)。將所獲得的密封結構表示於第5圖中。
所獲得的螺旋形酸性氣體分離膜元件之直徑為4英吋(102mm)、長度為15英吋(381mm)。
進行上述螺旋形酸性氣體分離膜元件的氣密試驗，與下述比較例1的螺旋形酸性氣體分離膜元件之 N2的滲透比較。其結果，確認出在比較例1中未保持氣密性，另一方面在實施例1中，係保持氣密性(評估10次的試驗中，9次試驗保持氣密性)。因此，可知藉由使用接著劑而使設在分離機能層20的寬度方向兩端部的密封部25密封，可提高氣密性。
〔實施例2〕
與實施例1相同的操作，製造密封結構變更成第6圖表示的結構之螺旋形酸性氣體分離膜元件。具體上，係在實施例1的分離膜元件中，分離機能層20在支撐層21的寬度方向兩端部中覆蓋支撐層21的側面部(厚度方向的剖面部)，且，在供應側流道材料3與分離膜2之間具備保護層23，在分離膜2與穿透側流道材料4之間具備補強用多孔膜22的構成。
進行該螺旋形酸性氣體分離膜元件的氣密試驗，與下述比較例1的螺旋形酸性氣體分離膜元件之N2的滲透比較。其結果，確認出在比較例1中未保持氣密性，另一方面在實施例2中，係保持氣密性(評估10次的試驗中，10次之試驗保持氣密性)。因此，可知藉由使用接著劑，將設在分離機能層20的寬度方向兩端部的密封部25密封，可提高氣密性。
〔實施例3〕
與實施例1相同的操作，製造密封結構變更成第7圖表示的結構之螺旋形酸性氣體分離膜元件。具體上，係在實施例1的分離膜中，作成於供應側流道材料3與分離膜 2之間具備保護層23，在分離膜2與穿透側流道材料4之間具備補強用多孔膜22的構成。進行該螺旋形酸性氣體分離膜元件的氣密試驗，與下述比較例1的螺旋形酸性氣體分離膜元件之N2的滲透比較。其結果，確認出在比較例1中未保持氣密性，另一方面在實施例3中，係保持氣密性(評估10次的試驗中，10次之試驗保持氣密性)。因此，可知藉由使用接著劑，將分離機能層20的寬度方向兩端部形成的密封部25密封，可提高氣密性。
〔比較例1〕
與實施例1相同的操作，製造密封結構變更成第8圖表示的結構之螺旋形酸性氣體分離膜元件。具體上，係在實施例1的分離膜中，作成於供應側流道材料3與分離膜2之間具備保護層23，於分離膜2與穿透側流道材料4之間具備補強用多孔膜22的構成。在比較例1中，由於不存在穿透側流道材料4與分離膜2之段差，故不進行接著劑的盛裝，而僅以從穿透側流道材料4及補強用多孔膜22的寬度方向末端部滲入接著劑而密封。此時的接著劑，係使用二液混合型環氧系接著劑(阿里姆哥產品(美國)製；黏度：45,000cP)。然後，進行該螺旋形酸性氣體分離膜元件的氣密試驗。其結果，確認出未能保持氣密性(10次的試驗中，無保持氣密性的試驗)。此氣密試驗結果，以掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察該螺旋形酸性氣體分離膜元件的剖面時，可確認出作為支撐層的上述多孔膜上並無上述接著劑滲入，而所供應的N2氣體不透過分離膜而通過該多孔 膜，洩漏至中心管的排放口32側之故。
〔實施例4〕
使用丙烯酸-乙烯醇共聚物(CH2=CH(COOH)與CH2=CH(OH)之共聚物)的Cs鹽型(Cs鹽型，係指上述「COOH」成為「COOCs」之鹽)，作為構成分離膜2的分離機能層20之酸性氣體分離用樹脂。使用碳酸銫(Cs2CO3)作為酸性氣體載體。
使用PTFE多孔膜(住友電工精密高分子(股)製；商品名：POREFLON/HP-010-50；厚度：50μm、細孔徑：0.1μm)作為分離膜2的支撐層21。
如下述製作成分離機能層20。首先，在水80g中，加入日本特許第5598630號公報所述之製造方法中獲得的丙烯酸-乙烯醇共聚物之Cs鹽型3g及碳酸銫7g，攪拌、混合，而製得塗布液(第1步驟)。碳酸銫對上述共聚合物之量比為2.3(g-碳酸銫/g-共聚物)。將上述塗布液塗布在PTFE多孔膜而形成塗膜(第2步驟)。塗布液的塗布量係每單位面積重量成為100g/m2。
使已形成上述塗膜的PTFE多孔膜在溫度120℃左右乾燥3分鐘，藉此，製作成分離膜(第3步驟)。
使用上述分離膜而製作成螺旋形酸性氣體分離膜元件。
使用PPS網(50×50網孔)(迪歐化成(股)製；商品名：50-150PPS)作為供應側流道材料3。此外，在供應側流道材料3與分離膜2之間設置保護層23。使用PPS 不織布(廣瀬製紙(股)製；每單位面積重量80g/m2)作為保護層23。使用PPS網3層(50×50網孔/60×40網孔/50×50網孔)(迪歐化成(股)製；商品名：50-150PPS及60(40)-150PPS)作為穿透側流道材料4。此外，在穿透側流道材料4與分離膜2之間設置補強用多孔膜22。使用PPS不織布(廣瀬製紙(股)製；每單位面積重量80g/m2)作為補強用多孔膜22。使用二液混合型環氧系接著劑(阿里姆哥產品(美國)製；黏度：45,000cP)作為用以形成膜葉6的接著部之接著劑。以插入供應側流道材料3的方式，將分離機能層20設為內側而對折，以接著劑使分離膜2及保護層23接著，形成膜葉6。
使用積層狀態的分離膜之整個寬度，亦即使用涵蓋積層體7的整個寬度而以均勻的間隔形成20個孔30的外徑1英吋之不銹鋼製的中心管5作為中心管5。亦即，使用涵蓋積層體7的整個寬度以均勻的間隔形成10個孔30並聯排列成2列的中心管5’(第2圖中，可看到僅有10個孔，殘留的10個孔是存在於挾著中心軸的相反側之外壁上)。各孔30的直徑係設為3mm，鄰接排成一列的孔30之間的間隔係設為25.4mm。
採用上述的螺旋形酸性氣體分離膜元件之製造方法(製造方法)(參照上述說明)，製造螺旋形酸性氣體分離膜元件。使用二液混合型環氧系接著劑(阿里姆哥產品(美國)製；黏度：45,000cP)，作為用以將穿透側流道材料4接著在中心管5之接著劑。使用已含浸二液混合型環氧系 接著劑(阿里姆哥產品(美國)製；黏度：5,000cP)之玻璃纖維，作為該螺旋形酸性氣體分離膜元件中的外周之補強用材。使用二液混合型環氧系接著劑(阿里姆哥產品(美國)製；黏度：45,000cP)，作為用以密封密封部25之接著劑。密封結構的形成係在積層分離膜元件的各構成層之階段中，以接觸在分離膜2的寬度方向端部的方式盛裝接著劑，同時滲透至保護層23與補強用多孔膜22的接著劑，以至比分離膜2的寬度方向兩端部份朝厚度方向延長所得的虛擬線更寬度方向內側的方式盛裝接著劑。此時，以不使接著劑滲入供應側流道材料3的方式，在供應側流道材料3與保護層23之間使用防滲入膠帶26。同時，以使接著劑滲入穿透側流道材料4的表面而密封。此時的接著劑，係使用二液混合型環氧系接著劑(阿里姆哥產品(美國)製；黏度：45,000cP)。將所獲得的密封結構表示於第13圖。
所獲得的螺旋形酸性氣體分離膜元件之直徑為4英吋(102mm)、長度為15英吋(381mm)。
進行上述螺旋形酸性氣體分離膜元件的氣密試驗，與下述比較例1的螺旋形酸性氣體分離膜元件之N2的滲透比較。其結果，確認出在比較例1中未保持氣密性，另一方面在實施例4中，係保持氣密性(評估10次的試驗中，10次之試驗保持氣密性)。並且在氣密試驗後，將已進行該氣密試驗的螺旋形酸性氣體分離膜元件解體，以顯微鏡觀察密封部剖面時，確認出接著劑滲透部27對元 件構成層，係滲透至比分離膜2的寬度方向兩端部份朝厚度方向延長所得的虛擬線之更寬度方向內側。
因此，可知使用接著劑，將設在分離機能層20的寬度方向兩端部上的密封部25密封，並且對元件構成層設置接著劑滲透部27，可提高氣密性。
〔實施例5〕
與實施例4相同的操作，製造密封結構變更成第14圖表示的結構之螺旋形酸性氣體分離膜元件。具體上，係在實施例4的分離膜元件中製作分離膜2後，除了從分離膜2的支撐層21側將含有界面活性劑的水溶液塗布於分離膜2的寬度方向端部，進行1小時的自然乾燥，使支撐層21的端部親水化以外，其餘係與實施例4相同的製造。就界面活性劑而言，係使用非離子性界面活性劑(AGC SEMICHEMCAL(清美化學)(股)製：SURFLON S-242)，以重量比1：1的比例將該界面活性劑與水混合，作成水溶液者。進行該螺旋形酸性氣體分離膜元件的氣密試驗，與上述比較例1的螺旋形酸性氣體分離膜元件之N2的滲透比較。其結果，確認出在比較例1中未保持氣密性，另一方面在實施例5中，係保持氣密性(評估10次的試驗中，10次之試驗保持氣密性)。並且在氣密試驗後，將已進行該氣密試驗的螺旋形酸性氣體分離膜元件解體，以顯微鏡觀察密封部剖面時，如第14圖所示，確認出第13圖所示之密封結構以外，接著劑也滲透至支撐層21的端部區域中。因此，可知使用接著劑，將設在分離機能層20的寬度方向兩 端部的密封部25密封，並且對元件構成層設置接著劑滲透部27，可提高氣密性。
〔實施例6〕
與實施例4相同的操作，製造密封結構變更成第15圖表示的結構之螺旋形酸性氣體分離膜元件。具體上，係在實施例4的分離膜元件中，使保護層23設為2層結構。此處，將構成保護層23的各別層稱為保護層a、保護層b。就保護層而言，使用PPS不織布與PTFE多孔膜(住友電工精密高分子(股)製；商品名：POREFLON‧HP-010-50；厚度：50μm、細孔徑：0.1μm)，PTFE多孔膜係設為與分離膜2相同的寬度。進行該螺旋形酸性氣體分離膜元件的氣密試驗，與上述比較例1的螺旋形酸性氣體分離膜元件之N2的滲透比較。其結果，確認出在比較例1中未保持氣密性，另一方面在實施例6中，係保持氣密性(評估10次的試驗中，10次試驗保持氣密性)。並且在氣密試驗後，將已進行該氣密試驗的螺旋形酸性氣體分離膜元件解體，在以顯微鏡觀察密封部剖面時，雖然未滲透至PTFE多孔膜的保護層部份內，但接著劑滲透部27對於其他的元件構成層，係滲透至比分離膜2的寬度方向兩端部份朝厚度方向延長所得的虛擬線更寬度方向內側。因此，可知使用接著劑，將設在分離機能層20的寬度方向兩端部的密封部25密封，並且對元件構成層設置接著劑滲透部27，可提高氣密性。
〔實施例7〕
與實施例6相同的操作，製造密封結構變更成第16圖表示的結構之螺旋形酸性氣體分離膜元件。具體上，在實施例6的分離膜元件中，除了PTFE多孔膜的保護層之端部經界面活性劑親水化以外，係與實施例6相同的操作製得。親水化處理的方法，係進行與實施例5相同的操作。進行該螺旋形酸性氣體分離膜元件的氣密試驗，與上述比較例1的螺旋形酸性氣體分離膜元件之N2的滲透比較。其結果，確認出在比較例1中未保持氣密性，另一方面在實施例7中，係保持氣密性(評估10次的試驗中，10次之試驗保持氣密性)。並且在氣密試驗後，將已進行該氣密試驗的螺旋形酸性氣體分離膜元件解體，在以顯微鏡觀察密封部剖面時，接著劑滲透部27對元件構成層，係滲透至比分離膜2的寬度方向兩端部份朝厚度方向延長所得的虛擬線更寬度方向內側。因此，可知使用接著劑，將設在分離機能層20的寬度方向兩端部的密封部25密封，並且對元件構成層設置接著劑滲透部27，可提高氣密性。
〔實施例8〕
與實施例6相同的操作，製造密封結構變更成第17圖表示的結構之螺旋形酸性氣體分離膜元件。具體上，在實施例6的分離膜元件中，除了PTFE多孔膜的保護層與支撐層21之各別的端部經界面活性劑親水化以外，係與實施例6相同的操作製得。親水化處理的方法，係進行與實施例5相同的操作。進行該螺旋形酸性氣體分離膜元件的氣密試驗，與上述比較例1的螺旋形酸性氣體分離膜元件 之N2的滲透比較。其結果，確認出在比較例1中未保持氣密性，另一方面在實施例8中，係保持氣密性(評估10次的試驗中，10次之試驗保持氣密性)。並且在氣密試驗後，將已進行該氣密試驗的螺旋形酸性氣體分離膜元件解體，在以顯微鏡觀察密封部剖面時，接著劑滲透部27對元件構成層及支撐層21，係滲透至比分離膜2的寬度方向兩端部份朝厚度方向延長所得的虛擬線更寬度方向內側。因此，可知使用接著劑，將設在分離機能層20的寬度方向兩端部的密封部25密封，並且對元件構成層設置接著劑滲透部27，可提高氣密性。
〔結論〕
由實施例1至8與比較例1的比較結果，在分離機能層的寬度方向兩端部中，具有上述密封部的螺旋形酸性氣體分離膜元件與不具有上述密封部的螺旋形酸性氣體分離膜元件比較，可顯示更優異的氣密性。
〔產業上應用的可能性〕
本發明的螺旋形酸性氣體分離膜元件、酸性氣體分離膜模組及酸性氣體分離裝置，由於具有高氣密性，可比以往更有效率地從至少含有酸性氣體的混合氣體中分離該酸性氣體，而且可實現節能化，故可廣泛的利用於分離CO2等酸性氣體之製程中，該等酸性氣體係至少含在製造氫氣或尿素等大型工廠所合成的合成氣體、或天然氣體或排放氣體等。
1‧‧‧螺旋形酸性氣體分離膜元件
2‧‧‧分離膜
3‧‧‧供應側流道材料
4‧‧‧穿透側流道材料
5‧‧‧中心管
9‧‧‧接著部

Claims (19)

  1. 一種螺旋形酸性氣體分離膜元件，係具備：分離膜、供應側流道材料及穿透側流道材料以積層狀態捲繞在有孔之中心管上之捲繞體；該分離膜係具有包含與酸性氣體進行可逆反應的酸性氣體載體與酸性氣體分離膜用樹脂的分離機能層、及由多孔膜所構成的支撐層，其中，上述穿透側流道材料係至少在兩端寬度方向比上述分離膜大，在上述分離膜的寬度方向兩端部，具備填補穿透側流道材料與分離膜之段差的密封部，上述密封部為接著劑層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其係更具備選自由積層在分離膜與供應側流道材料之間的1個以上之保護層、及積層在分離膜之穿透面側上的1個以上的補強用多孔膜所構成之群組中的1個以上之層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中，上述接著劑層含有環氧系接著用樹脂。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中，上述支撐層為含氟之樹脂之多孔膜。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中，在選自由上述穿透側流道材料、積層在分離膜與供應側流道材料之間的1個以上之保護層、 及積層在分離膜之穿透面側的1個以上之補強用多孔膜所構成之群組中的1個以上之元件構成層的寬度方向兩端部，進一步具備另一密封部，該另一密封部係使接著劑滲透至從該元件構成層的寬度方向兩端使分離膜的寬度方向兩端部朝厚度方向延長所得的虛擬線之連續區域中。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中，在上述另一密封部中，使上述接著劑滲透至較分離膜的寬度方向兩端部朝厚度方向延長所得的虛擬線更寬度方向內側為止。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中，上述保護層係已藉由親水化處理劑處理寬度方向端部。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中，親水化處理劑為界面活性劑。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其係更含有已使接著劑滲透於上述支撐層的寬度方向兩端部的密封部。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中，已使接著劑滲透於上述支撐層的寬度方向兩端部的密封部係已藉由親水化處理劑處理。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件，其中，親水化處理劑為界面活性劑。
  12. 一種酸性氣體分離膜模組，係在殼體內至少具備1個 申請專利範圍第1至11項中任一項所述之螺旋形酸性氣體分離膜元件。
  13. 一種酸性氣體分離裝置，係至少具備1個申請專利範圍第12項所述之酸性氣體分離膜模組。
  14. 一種密封方法，係使用在螺旋形酸性氣體分離膜元件上之密封方法，該螺旋形酸性氣體分離膜元件係具備：分離膜、供應側流道材料及穿透側流道材料以積層狀態捲繞在有孔的中心管之捲繞體；該分離膜係具有包含與酸性氣體進行可逆反應的酸性氣體載體與酸性氣體分離膜用樹脂之分離機能層、及由多孔膜所構成之支撐層；上述穿透側流道材料至少在兩端寬度方向比上述分離膜大，以填補上述穿透側流道材料與分離膜之段差的方式，將接著劑塗布在上述分離膜的寬度方向兩端部。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之密封方法，其中上述螺旋形酸性氣體分離膜元件更具備選自由積層在分離膜與供應側流道材料之間的1個以上之保護層、及積層在分離膜之穿透面側上的1個以上之補強用多孔膜所形成之群組中的1個以上。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之密封方法，其係：在選自由上述穿透側流道材料、積層在分離膜與供應側流道材料之間的1個以上之保護層、及積層在分離膜之穿透面側的1個以上之補強用多孔膜所構成之群組中 的1個以上之元件構成層的寬度方向兩端部，以使接著劑滲透至從該元件構成層的寬度方向兩端使分離膜的寬度方向兩端部朝厚度分向延長所得的虛擬線之連續區域之方式，塗布接著劑。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之密封方法，係更包含在上述支撐層的寬度方向兩端部塗布接著劑的步驟。
  18. 如申請專利範圍第14至17項中任一項所述之密封方法，其中，在塗布接著劑之前，藉由親水化處理劑處理上述保護層或支撐層的至少一層之寬度方向兩端部。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之密封方法，其中，前述親水化處理劑為界面活性劑。
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