酸性气体分离用层积体和具备该层积体的酸性气体分离用组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有酸性气体分离功能的酸性气体分离用层积体和具备该层积体的 酸性气体分离用组件。
【背景技术】
[0002] 近年来，选择性地分离混合气体中的酸性气体的技术开发正在推进。例如，正在开 发通过选择性地透过酸性气体的酸性气体分离膜从原料气体中分离酸性气体的酸性气体 分离用组件。
[0003] 分离膜大致分为:通过分离膜中的载体将酸性气体传输至膜的相反侧、即所谓的 促进传输膜;和利用酸性气体和分离对象物质对于膜的溶解性和在膜中的扩散性之差进行 分离的所谓的溶解扩散膜。
[0004] 作为具备这种分离膜的分离膜组件，使用了螺旋卷式、平膜型、中空纤维型等各种 形式的膜组件。例如，专利文献1中公开了在中心管的周围卷绕分离膜、供给侧流路用部件 和透过侧流路用部件的螺旋卷式膜组件，专利文献2中公开了平膜型膜组件。
[0005]螺旋卷式膜组件通常如下制造:交替堆叠在将分离膜对折后的之间配置有供给侧 流路用部件的叶片和透过侧流路用部件，为了防止供给侧流体与透过侧流体的混合，在分 离膜与透过侧流路用部件的层积体的周边部之中的三个边上涂布接合剂制作分离膜单元， 将一个或两个以上该单元以螺旋卷状卷绕在中心管(流体集合管)的周围，对所得到的圆筒 状卷绕体的两个端部进行修整(端面整理加工），由此进行制造。
[0006] 平膜型组件如下得到：在透过侧流路用部件的单面或双面配置分离膜，同样地在 该层积体周边部之中的三个边涂布接合剂制作分离膜单元，将未涂布接合剂的一个边接合 于流体集合管而成。
[0007] 从防止供给侧流体与透过侧流体的混合、提高分离性能的观点出发，在任何组件 中通过接合剂形成的密封部都是极为重要的。
[0008] 由该密封部得到的密封精度不充分时，分离性能会下降，因此已经对高精度的密 封方法、接合剂的填充率和接合宽度进行了一些研究(专利文献3、4等）。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1:日本特开平11-226366号公报 [0012] 专利文献2:日本特开平11-216341号公报 [0013] 专利文献3:日本特开2009-18239号公报 [0014] 专利文献4:日本特开平3-68428号公报
【发明内容】
[0015]发明要解决的课题
[0016] 分离对象物质为气体(gas)的情况下，运转时要远比液体的情况容易泄漏，而且在 具备促进传输膜的酸性气体分离用组件中，由于从含有水蒸气这样的原料气体中分离酸性 气体，分离膜(促进传输膜）的粘性下降。另外，供给气体具有大气压以上的压力，供给气体 侧与透过气体侧之间产生压差，该压差会作用于粘性降低后的分离膜。进一步，在空孔内填 充有接合剂的密封部与密封部以外的部分之间由于作用有压差时的力学强度不同，因此容 易在两者的边界引起应力集中。由于边界上作用有大的应力，可零散地观察到分离膜上产 生缺陷。
[0017] 另外，如上文中已述，螺旋卷式组件的情况下，使用在以对折的方式折叠的分离膜 之间夹着供给流体用流路部件的叶片，但以对折的方式折叠的分离膜有时在弯折部产生损 伤(产生缺陷）。
[0018] 分离膜的缺陷导致供给流体与透过流体的混合，成为分离性能下降的原因。
[0019] 本发明的目的在于提供适用于酸性气体分离用组件的酸性气体分离层积体和具 备该层积体的酸性气体分离用组件，可以抑制分离膜中产生缺陷。
[0020] 用于解决问题的手段
[0021] 本发明的酸性气体分离用层积体具备复合体膜和透过气体流路用部件，所述复合 体膜包含多孔质支撑体和酸性气体分离促进传输膜，所述多孔质支撑体是多孔质膜与辅助 支撑膜层积而成的，所述酸性气体分离促进传输膜配置在多孔质支撑体的多孔质膜侧，其 含有可与原料气体中的酸性气体反应的载体和担载载体的亲水性化合物，所述透过气体流 路用部件是面向多孔质支撑体的辅助支撑膜而层积的，其可流通透过酸性气体分离促进传 输膜后的酸性气体，所述酸性气体分离用层积体的特征在于，在多孔质支撑体的层积方向 具备多孔质膜中以10 %以上的渗入率渗入有接合剂且辅助支撑膜中的接合剂渗入率小于 多孔质膜中的渗入率的膜保护部。
[0022] "接合剂渗入率"是指多孔质膜、辅助支撑膜和气体流路用部件各自中的接合剂对 空隙(孔)的填充率。
[0023] 接合剂渗入率如下求得：利用SEM(扫描电子显微镜）或光学显微镜以三个视野观 察接合剂涂布后的层积体的截面(切出三个截面，对一个截面观察一个膜保护部），通过图 像处理求得接合剂涂布后的各膜、部件的空洞中填充的接合剂相对于空洞面积的比例，以 此作为渗入率。
[0024]优选在层积体的周边具备在多孔质膜中以渗入率60%以上渗透有接合剂且分别 在辅助支撑膜和透过气体流路用部件中以多孔质膜中的渗入率以上的渗入率渗透有接合 剂而形成的密封部，膜保护部以与密封部相邻的方式形成。
[0025]此处，从层积体的端部起，对于每0.01mm宽度，根据多孔质膜、辅助支撑膜和透过 气体流路用部件的各部中的接合剂对孔面积的填充面积求出接合剂渗入率，将多孔质膜中 的接合剂渗入率为60%以上且辅助支撑膜中的接合剂渗入率大于多孔质膜的渗入率的区 域特定为密封部。
[0026] 在密封部中，接合剂在辅助支撑膜和气体流路用部件中的渗入率优选为80 %以 上。
[0027] 无需在层积体的整个周边设置密封部，在周边之中需要密封的部分设置即可。密 封部宽度在层积体的面方向上可以不均匀，但是不论在任何位置均期望为5mm以上。
[0028] 优选具备在以酸性气体分离促进传输膜为内侧向长度方向对折的复合体膜的酸 性气体分离促进传输膜之间配置的供给气体流路用部件，并且在与供给气体流路用部件的 端部所接触的酸性气体分离促进传输膜的部分重叠的部分、即对折的复合体膜的弯折部形 成膜保护部。
[0029] 多孔质膜优选包含氟系树脂材料。
[0030] 多孔质膜特别优选包含聚四氟乙烯。
[0031] 接合剂优选包含环氧系树脂。
[0032] 本发明的酸性气体分离用层积体中，优选在多孔质膜与酸性气体分离促进传输膜 之间具有中间层。
[0033] 上述中间层优选为有机硅树脂。
[0034] 本发明的酸性气体分离用组件是具备透过气体集合管、本发明的酸性气体分离用 层积体，而且酸性气体分离用层积体的未形成有密封部的透过气体流路用部件连接于透过 气体集合管而成的。
[0035] 本发明的酸性气体分离用组件可以为螺旋卷式组件，也可以为平膜型组件。
[0036]发明效果
[0037] 本发明的酸性气体分离用层积体具备在与促进传输膜相接触的多孔质膜中渗透 有接合剂而形成的膜保护部，因而在安装在酸性气体分离用组件中以供使用时，可以保护 产生应力集中而容易在促进传输膜中产生缺陷的部分，抑制缺陷的产生，并且在已产生缺 陷的情况下可以抑制供给气体的透过，因此可以抑制组件分离性能的下降。
【附图说明】
[0038] 图1A是示出本发明的酸性气体分离用层积膜的一个实施方式的示意性立体图。 [0039]图1B是用于说明本发明的酸性气体分离用层积膜的效果的图。
[0040]图1C是示出本发明的酸性气体分离用层积膜的密封部的形状示例的图。
[0041]图1D是示出本发明的酸性气体分离用层积膜的密封部和应力缓冲部的形状示例 的图。
[0042]图1E是示出本发明的酸性气体分离用层积膜的设计变更示例的图。
[0043]图2A是示出酸性气体分离用层积膜的制造工序的局部截面图。
[0044]图2B是示出继图2A后的酸性气体分离用层积膜的制造工序的局部截面图。
[0045]图2C是示出继图2B后的酸性气体分离用层积膜的制造工序的局部截面图。
[0046]图2D是示出继图2C后的酸性气体分离用层积膜的制造工序的局部截面图。
[0047]图3A是示出使用缝口模头的接合剂的涂布方法的图。
[0048]图3B是示出使用缝口模头的接合剂的另一涂布方法的图。
[0049]图4A是示出使用印台（只夕^7°)的接合剂的涂布方法的俯视图。
[0050] 图4B是示出使用印台的接合剂的涂布方法的侧面图。
[0051] 图5是示出本发明的一个实施方式的螺旋卷式组件的局部切口示意性构成图。 [0052]图6是示出在透过气体集合管上卷绕层积体前的状态的图。
[0053]图7是示出透过气体集合管上卷绕有层积体的圆筒状卷绕体的一部分的截面图。 [0054]图8A是示出螺旋卷式组件制造工序的图。
[0055] 图8B是示出继图8A后的螺旋卷式组件制造工序的图。
[0056] 图8C是示出继图8B后的螺旋卷式组件制造工序的图。
[0057]图8D是示出继图8C后的螺旋卷式组件制造工序的图。
[0058]图8E是示出继图8D后的螺旋卷式组件制造工序的图。
[0059]图8F是示出继图8E后的螺旋卷式组件制造工序的图。
[0060]图8G是示出继图8F后的螺旋卷式组件制造工序的图。
[0061 ]图8H是示出继图8G后的螺旋卷式组件制造工序的图。
[0062] 图81是示出图8H的81-81截面的图。
[0063]图9是示出继图8H后的螺旋卷式组件制造工序的图。
[0064] 图10是示出螺旋卷式组件制造工序的变形例的图。
[0065] 图11是示出本发明的一个实施方式的平面型组件的示意性立体图。
[0066]图12是示出图11中所示的平面型组件的XII-XII线截面图。
【具体实施方式】
[0067]下面，参照【附图说明】本发明的实施方式。需要说明的是，在下面的附图中，对相同 或具有相应功能的部件(构成要素)标注相同符号来适当省略说明。
[0068][酸性气体分离用层积体]
[0069] 图1A是示出本发明的实施方式涉及的酸性气体分离用层积体1的层积构成的示意 性立体图，图1B为层积体1的端部的放大截面图。
[0070] 如图1A所示，本实施方式的酸性气体分离用层积体1具备气体分离复合膜(下文中 称为气体分离膜）1〇和透过气体流路用部件6,该气体分离复合膜10包含多孔质支撑体4和 酸性气体分离促进传输膜5，该多孔质支撑体4由多孔质膜2与辅助支撑膜3层积而成，该酸 性气体分离促进传输膜5配置在多孔质支撑体4的多孔质膜2侧，其含有可与原料气体(供给 气体）中的酸性气体直接或间接反应的载体和担载载体的亲水性化合物，该透过气体流路 用部件6配置在多孔质支撑体4的辅助支撑膜3侧，其可流通透过分离促进传输膜5和多孔质 支撑体4后的酸性气体。
[0071] 并且，在矩形状的层积体1的周边（四个边)之中除一个边以外的三个边的多孔质 支撑体4与透过气体流路用部件6中，设置有用于密封气体流入的密封部7和与密封部7相邻 的应力缓冲部9。膜保护部9具有预防促进传输膜5中产生缺陷，并且在促进传输膜5中已产 生缺陷的情况下抑制供给气体泄漏至透过气体流路用部件6侧的功能。
[0072]密封部7是多孔质支撑体4和流路用部件6中渗入有接合剂8而构成的部分，其是在 层积方向上，多孔质支撑体4的多孔质膜2中以60%以上的渗入率渗入有接合剂8,并且在辅 助支撑膜3和流路用部件6中，以多孔质膜2中的渗入率以上的渗入率渗入有接合剂8的部 分。密封部7的宽度x(下面称作密封宽度X)从层积体1的端部起优选为5mm以上。
[0073] 如果在从层积体1的端部起至5mm以上的范围形成密封部7,则具有充分的密封功 能。另一方面，若密封宽度X变长而使密封部区域增大，则用于气体分离的有效区域变窄，因 此密封宽度X以5mm以上且不过长为宜。密封宽度X优选为5mm~70mm、特别优选为10mm~ 50mm 〇
[0074] 另外，接合剂不一定以均匀的宽度扩散，因此密封部7的密封宽度X也可像图1C示 出的示意图那样