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公開番号2024089644
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-03
出願番号2023210975
出願日2023-12-14
発明の名称流体分離膜エレメント
出願人東レ株式会社
代理人
主分類B01D 63/02 20060101AFI20240626BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】いかなる膜であっても、膜が伸縮する条件で膜の欠陥や破断を生じない流体分離膜エレメントを提供することを課題とする。
【解決手段】複数本の中空糸状無機膜がエレメント筒に収納されてなる流体分離膜エレメントにおいて、前記中空糸状無機膜の少なくとも一端部が樹脂aを含むポッティング部Aを有し、前記樹脂aの100℃におけるヤング率が0.1MPa以上1.1GPa以下である、流体分離膜エレメント。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数本の中空糸状無機膜がエレメント筒に収納されてなる流体分離膜エレメントにおいて、前記中空糸状無機膜の少なくとも一端部が樹脂層ａを含むポッティング部Ａを有し、前記樹脂層ａの１００℃におけるヤング率が０．１ＭＰａ以上１．１ＧＰａ以下である、流体分離膜エレメント。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記樹脂層ａと前記中空糸状無機膜の１００℃におけるヤング率が以下の式１を満たす、請求項１に記載の流体分離膜エレメント。
Ｙ１＜Ｙ２・・・式１
［式１において、Ｙ１は樹脂層ａの１００℃におけるヤング率［ＧＰａ］を表し、Ｙ２は中空糸状無機膜の１００℃におけるヤング率［ＧＰａ］を表す］
【請求項３】
前記中空糸状無機膜の一端のポッティング部Ａにおいて、前記エレメント筒に収納されてなるすべての前記中空糸状無機膜が前記樹脂層ａ中に存在する請求項１に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項４】
前記中空糸状無機膜の一端のポッティング部Ａにおいて、当該中空糸状無機膜の中空部が封止材で封止されてなる請求項１に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項５】
前記封止材の１００℃におけるヤング率が０．１ＭＰa以上１．１ＭＰａ以下である請求項４に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項６】
前記ポッティング部Ａに隣接するストッパーを有する請求項１に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項７】
前記ポッティング部Ａにおいて、前記中空糸状無機膜の中空部が封止材で封止されてなり、封止材の１００℃におけるヤング率が１．５ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下である、請求項６に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項８】
前記中空糸状無機膜の他端部が樹脂層ｂを含むポッティング部Ｂを有し、
前記樹脂層ｂの１００℃におけるヤング率が１．５ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下である、請求項１に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項９】
複数本の中空糸状無機膜がエレメント筒に収納されてなる流体分離膜エレメントにおいて、前記中空糸状無機膜の一端部の中空部が封止材で封止されてなり、前記中空糸状無機膜の他端部がポッティング部Ｃを有する流体分離膜エレメントであって、前記中空糸状無機膜の中空部が封止された一端部が樹脂層ｃを含み、前記中空糸状無機膜同士および前記中空糸状無機膜と前記エレメント筒が前記樹脂層ｃを介して直接結合していない流体分離膜エレメント。
【請求項１０】
前記樹脂層ｃの１００℃におけるヤング率が１．５ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下である、請求項９に記載の流体分離膜エレメント。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体分離膜エレメントに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
各種混合ガスや混合液体から特定の成分を選択的に分離・精製する手法として、膜分離法がある。膜分離法は、分離膜の供給側と透過側で生じる圧力差や濃度差を駆動力とするため、他の流体分離法と比較して省エネルギーな手法として注目されている。
【０００３】
例えば天然ガス精製プラントでは、主成分であるメタンガスに含まれる不純物の二酸化炭素を分離・除去するが、膜分離法を活用することで天然ガス原ガスの数ＭＰａ以上の高い噴出圧力を分離・精製に利用できる。
【０００４】
膜分離法における分離膜は、容器に両端部を固定した分離膜エレメントとして使用されるが、膜に欠陥や破断が生じると、欠陥や破断からのリークによって著しく分離性が低下する。膜の欠陥や破断を抑制する方法としては、エレメント内に充填された分離膜の端部をコーティング剤で被覆して強度を向上させる方法（特許文献１参照）や、長さ方向に炭素含有率が異なる２以上の部分領域を有する中空糸状炭素膜を用いる方法（特許文献２参照）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１４－２２６６１８号公報
特開２０１７－１３００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、モジュールケース内に中空糸膜束が収容された中空糸膜モジュールであって、前記中空糸膜束を構成する中空糸膜が、その少なくとも一端部側から長さＬ１の範囲が合成樹脂製のコーティング剤で被覆されているものであり、さらに前記中空糸膜束が、合成樹脂製のコーティング剤で被覆された中空糸膜端部側から長さＬ２の範囲において接着剤で一体化されたものであり、前記合成樹脂製のコーティング剤が熱硬化性樹脂接着剤および熱可塑性樹脂接着剤から選ばれるものであり、前記の長さＬ１とＬ２の関係がＬ１＞Ｌ２である、中空糸膜モジュールが開示されている。しかしながら、特許文献１の方法は、コーティングされた膜の端部が接着剤で固定されているため、膜が伸縮する運転条件では、伸縮による膜への歪みが緩和できず、欠陥や破断が生じる課題があった。また、膜端部へのコーティングや前処理といったプロセスの増加に伴い、膜モジュールのコストアップにつながる課題があった。
【０００７】
特許文献２には、長さ方向に炭素含有率が異なる２以上の部分領域を有する中空糸状炭素膜を用いた分離膜モジュールが開示されている。しかしながら、特許文献２の方法では、連続プロセスでの焼成が困難であり、バッチ焼成によるコストアップにつながる課題があった。また、中空糸状炭素膜の両端が硬化性樹脂によって結束されており、各膜の伸縮率のバラツキが生じた際に、それぞれ独立には破断や欠陥を抑制できない課題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、膜の性状にかかわらず膜が伸縮する運転条件で欠陥や破断を生じにくい流体分離膜エレメント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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
複数本の中空糸状無機膜がエレメント筒に収納されてなる流体分離膜エレメントにおいて、前記中空糸状無機膜の少なくとも一端部が樹脂層ａを含むポッティング部Ａを有し、前記樹脂層ａの１００℃におけるヤング率が０．１ＭＰａ以上１．１ＧＰａ以下である、流体分離膜エレメント。
【００１０】
複数本の中空糸状無機膜がエレメント筒に収納されてなる流体分離膜エレメントにおいて、前記中空糸状無機膜の一端部の中空部が封止されてなり、前記中空糸状無機膜の他端部がポッティング部Ｃを有する、流体分離膜エレメント。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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