JP5825007B2

JP5825007B2 - Gas separation membrane module

Info

Publication number: JP5825007B2
Application number: JP2011207538A
Authority: JP
Inventors: 豊金築; 叙彦福田; 谷原　望; 望谷原
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP2013066849A

Description

本発明は、中空糸膜を利用してガス分離を行うガス分離膜モジュールに関し、特には、いわゆるボアフィードタイプのモジュールにおいてガス分離をより効率的に実施することができるガス分離膜モジュールに関する。 The present invention relates to a gas separation membrane module that performs gas separation using a hollow fiber membrane, and more particularly to a gas separation membrane module that can perform gas separation more efficiently in a so-called bore feed type module.

従来、選択的透過性を有する分離膜を用いてガス分離（例えば、酸素分離、窒素分離、水素分離、水蒸気分離、二酸化炭素分離、有機蒸気分離等）を行う分離膜モジュールとしては、プレートおよびフレーム型、チューブラー型、中空糸型などがある。そのなかでも、中空糸型のガス分離膜モジュールは、単位体積当たりの膜面積がもっとも大きいという利点を有するだけでなく、耐圧性、自己支持性の点においても優れているので、工業的に有利であり、広範囲に利用されている。 Conventionally, as a separation membrane module for performing gas separation (for example, oxygen separation, nitrogen separation, hydrogen separation, water vapor separation, carbon dioxide separation, organic vapor separation, etc.) using a separation membrane having selective permeability, plates and frames are used. Types, tubular types, hollow fiber types, and the like. Among them, the hollow fiber type gas separation membrane module not only has the advantage that the membrane area per unit volume is the largest, but also is excellent in terms of pressure resistance and self-supporting properties, so it is industrially advantageous. It is widely used.

中空糸型のガス分離膜モジュールは、一般に、選択的透過性を有する多数の中空糸膜からなる中空糸束を有する中空糸エレメントと、それを収容する中空のケーシングとを備えている。中空糸エレメントの中空糸束は、その一端または両端が、樹脂の硬化板（管板）によって固定されている。また、ケーシングには、混合ガス入口、透過ガス出口、および未透過ガス出口等が設けられている。 A hollow fiber type gas separation membrane module generally includes a hollow fiber element having a hollow fiber bundle composed of a number of hollow fiber membranes having selective permeability, and a hollow casing for accommodating the hollow fiber element. One end or both ends of the hollow fiber bundle of the hollow fiber element are fixed by a cured resin plate (tube plate). The casing is provided with a mixed gas inlet, a permeate gas outlet, a non-permeate gas outlet, and the like.

効率的なガス分離を目的として、例えば特許文献１には、混合ガスが中空糸膜内に供給されるいわゆるボアフィード型のモジュールにおいて、中空糸束の一部をフィルム部材で被覆し、キャリアガスの流れと混合ガスの流れが中空糸膜を挟んで向流となるように構成されたガス分離膜モジュールが開示されている。 For the purpose of efficient gas separation, for example, in Patent Document 1, in a so-called bore-feed type module in which a mixed gas is supplied into a hollow fiber membrane, a part of a hollow fiber bundle is covered with a film member, and a carrier gas A gas separation membrane module is disclosed in which the flow of the gas and the flow of the mixed gas are counterflows with the hollow fiber membrane interposed therebetween.

特開２０００−２６２８３８JP2000-262838

上述した特許文献１のガス分離膜モジュールではキャリアガスの流れ方向を規制することでガス分離の効率化を図ることが可能であるが、ボアフィードタイプであって、かつ、キャリアガス（パージガス）を利用しないものにおいても、ガス分離の効率を改善することは重要である。本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ボアフィードタイプのモジュールにおいてガス分離をより効率的に実施することができるガス分離膜モジュール提供することにある。 In the gas separation membrane module of Patent Document 1 described above, it is possible to improve the efficiency of gas separation by regulating the flow direction of the carrier gas. However, the gas separation membrane module is a bore feed type and uses a carrier gas (purge gas). It is important to improve the efficiency of gas separation even if it is not used. This invention is made | formed in view of the said subject, The objective is to provide the gas separation membrane module which can implement gas separation more efficiently in a bore feed type module.

上記目的を達成するための本発明のガス分離膜モジュールは下記の通りである：
ガス分離性能を有する多数の中空糸膜が集束された中空糸束と、
混合ガス入口、透過ガス出口、および未透過ガス出口を有し、前記中空糸束が内部に配置されるケーシングと、
前記中空糸束の両端部を固定する２つの管板と、を備え、
前記混合ガス入口から導入された混合ガスを前記中空糸膜内に供給し、その混合ガスの一部を透過させることでガス分離を行う分離膜モジュールであって、
（ｉ）前記中空糸膜を透過した透過ガスを排出するためのパージガスを供給するための構造は設けられておらず、
（ｉｉ）前記中空糸束の外周面に巻き付けられたガス不透過性（実質的にガス不透過性のものも含む）のフィルム部材であって、その一方の端部が混合ガス供給方向下流側の前記管板に実質的に当接し他方の端部が混合ガス供給方向上流側の前記管板から離れるように配置されているフィルム部材を、さらに備える、ガス分離膜モジュール。 The gas separation membrane module of the present invention for achieving the above object is as follows:
A hollow fiber bundle in which a large number of hollow fiber membranes having gas separation performance are focused,
A casing having a mixed gas inlet, a permeate gas outlet, and a non-permeate gas outlet, in which the hollow fiber bundle is disposed;
Two tube plates for fixing both ends of the hollow fiber bundle,
A separation membrane module that performs gas separation by supplying a mixed gas introduced from the mixed gas inlet into the hollow fiber membrane and allowing a part of the mixed gas to pass therethrough,
(I) There is no structure for supplying a purge gas for discharging the permeated gas that has passed through the hollow fiber membrane,
(Ii) a gas-impermeable (substantially gas-impermeable) film member wound around the outer peripheral surface of the hollow fiber bundle, one end of which is downstream in the mixed gas supply direction A gas separation membrane module, further comprising: a film member that substantially contacts the tube plate and is disposed so that the other end portion is separated from the tube plate on the upstream side in the mixed gas supply direction.

本発明によれば、中空糸束に巻かれたフィルム部材によって透過ガスの流れ方向が規制され、混合ガスの供給方向と逆向きに流れることとなるため（詳細後述）、ボアフィードタイプのモジュールにおいてガス分離をより効率的に実施することが可能となる。 According to the present invention, the flow direction of the permeate gas is regulated by the film member wound around the hollow fiber bundle and flows in the direction opposite to the supply direction of the mixed gas (described in detail later). Gas separation can be performed more efficiently.

本発明の一形態に係るガス分離膜モジュールの基本的な構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the basic composition of the gas separation membrane module which concerns on one form of this invention. 図１の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 図１のモジュールにおけるケーシングの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the casing in the module of FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施の一形態について説明する。図１は、本実施形態のガス分離膜モジュールの基本的な構成を模式的に示す断面図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a basic configuration of a gas separation membrane module of the present embodiment.

図１に示すガス分離膜モジュール６０１はボアフィードタイプのものであり、多数の中空糸膜６１４が集束された中空糸束６１５と、それを収容するケーシング６１０と、中空糸束６１５の両端部に設けられた管板６２１、６２２とを備えている。 A gas separation membrane module 601 shown in FIG. 1 is of a bore feed type, and includes a hollow fiber bundle 615 in which a large number of hollow fiber membranes 614 are converged, a casing 610 for housing the bundle, and both ends of the hollow fiber bundle 615. And provided tube plates 621 and 622.

中空糸膜６１４は従来公知のものを利用可能であり、ガス分離性能を有するものであればどのような素材のものでも構わない。一例として、高分子材料特にポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリカーボネートなどの常温（２３℃）でガラス状の高分子材料からなるものは、ガス分離性能が良好であるので、好適である。 A conventionally known hollow fiber membrane 614 can be used, and any material can be used as long as it has gas separation performance. As an example, polymer materials, particularly those made of glassy polymer materials at room temperature (23 ° C.) such as polyimide, polysulfone, polyetherimide, polyphenylene oxide, polycarbonate, etc. are preferable because of good gas separation performance. .

中空糸束６１５は、例えば１００〜１，０００，０００本程度の中空糸膜６１４を集束したものである。集束された中空糸束６１５の形状には特に制限はないが、製造の容易さおよびケーシングの耐圧性の観点から一例として円柱状が好ましい。図１では中空糸膜６１４が実質的に平行に配列されている形態を例示しているが、各中空糸膜が交叉配列されている形態であってもよい。 The hollow fiber bundle 615 is obtained by focusing, for example, about 100 to 1,000,000 hollow fiber membranes 614. Although there is no restriction | limiting in particular in the shape of the bundled hollow fiber bundle 615, A cylindrical shape is preferable as an example from a viewpoint of the ease of manufacture and the pressure resistance of a casing. Although FIG. 1 illustrates a form in which the hollow fiber membranes 614 are arranged substantially in parallel, a form in which the hollow fiber membranes are arranged in a crossing manner may be used.

中空糸膜６１４によって分離される混合ガスは、特に限定されるものではないが、例えば、分離膜に対する透過速度の比が２以上である透過性の大きいガスと透過性の小さいガスとを含むガス混合物であってもよい。本実施形態のガス分離膜モジュール６０１は、様々な態様で、混合ガスから特定ガス成分を分離するのに用いることができる。例えば、各種ガスの除湿、各種ガスの加湿、窒素富化または酸素富化などを行うものであってもよい。 The mixed gas separated by the hollow fiber membrane 614 is not particularly limited. For example, a gas containing a gas having a high permeability and a gas having a low permeability having a permeation rate ratio of 2 or more with respect to the separation membrane. It may be a mixture. The gas separation membrane module 601 of this embodiment can be used to separate a specific gas component from a mixed gas in various modes. For example, dehumidification of various gases, humidification of various gases, nitrogen enrichment, or oxygen enrichment may be performed.

管板６２１、６２２は、ケーシング断面形状に対応して円盤状に設けられており、各中空糸膜６１４の開口が保持された状態で中空糸束６１５の端部を固着するものである。管板６２１、６２２は、ポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、あるいは、エポキシ樹脂やウレタン樹脂などからなる熱硬化性樹脂であってもよい。管板６２１、６２２は、多数の中空糸膜６１４を一体に固着する役割を果たす。また、中空糸膜６１４どうしの間、および、中空糸束６１５とケーシング６１０の内面の間を密封する役割を果たす。図１に示すように、ケーシング６１０と２つの管板６２１、６２２とによって１つの密閉空間６１８（後述するように透過ガス排出口６１０ｃを有する）が形成され、この密閉空間６１８内には中空糸膜６１４を透過した透過ガスが導入される。さらに、ケーシング６１０および管板６２１とによって混合ガス空間６１９ａが形成され、ケーシング６１０および管板６２２によって未透過ガス空間６１９ｂが形成される。なお、管板６２１、６２２とケーシング６１０の内面との間の密封のために、他のシーリング手段が設けられていてもよい。 The tube plates 621 and 622 are provided in a disc shape corresponding to the cross-sectional shape of the casing, and fix the ends of the hollow fiber bundles 615 while the openings of the hollow fiber membranes 614 are held. The tube plates 621 and 622 may be a thermoplastic resin such as polyethylene or polypropylene, or a thermosetting resin made of an epoxy resin or a urethane resin. The tube plates 621 and 622 play a role of fixing a large number of hollow fiber membranes 614 together. Further, it plays a role of sealing between the hollow fiber membranes 614 and between the hollow fiber bundle 615 and the inner surface of the casing 610. As shown in FIG. 1, a casing 610 and two tube plates 621 and 622 form one sealed space 618 (having a permeated gas discharge port 610c as described later), and a hollow fiber is formed in the sealed space 618. A permeated gas that has passed through the membrane 614 is introduced. Further, the mixed gas space 619 a is formed by the casing 610 and the tube plate 621, and the non-permeated gas space 619 b is formed by the casing 610 and the tube plate 622. Note that other sealing means may be provided for sealing between the tube plates 621 and 622 and the inner surface of the casing 610.

なお、管板６２１、６２２のためのエポキシ樹脂としては、例えば窒素膜モジュールの場合には、特公平２−３６２８７等に記載されたようなものを利用可能であり、また、有機蒸気分離モジュールの場合にはＷＯ２００９／０４４７１１等に記載されたようなものを利用可能である。 As the epoxy resin for the tube plates 621 and 622, for example, in the case of a nitrogen membrane module, the one described in JP-B-2-36287 can be used. In this case, those described in WO2009 / 0444711 can be used.

ケーシング６１０は、図１に示すように、全体として略円筒状に設けられている。ケーシング６１０は、上流側（図の左側）に混合ガスをケーシング６１０内に導入するための混合ガス入口６１０ａを有し、下流側（図の右側）に未透過ガス出口６１０ｂを有し、側壁部に透過ガス出口６１０ｃを有している。透過ガス出口６１０ｃの数は、１つであってもよいし複数であってもよい。複数の透過ガス出口６１０ｃがケーシング６１０の側壁部に沿って等間隔で配置されていてもよい。透過ガス出口６１０ｃは、この例では、上流側の管板６２１に近い位置（具体的には、後述するフィルム部材６３１が存在しない中空糸束６１５の露出部分Ａ１の位置）に形成されている。 As shown in FIG. 1, the casing 610 is provided in a substantially cylindrical shape as a whole. The casing 610 has a mixed gas inlet 610a for introducing a mixed gas into the casing 610 on the upstream side (left side in the figure), and has an unpermeated gas outlet 610b on the downstream side (right side in the figure). Has a permeate gas outlet 610c. The number of permeate gas outlets 610c may be one or plural. A plurality of permeate gas outlets 610 c may be arranged at equal intervals along the side wall portion of the casing 610. In this example, the permeate gas outlet 610c is formed at a position close to the upstream tube plate 621 (specifically, a position of an exposed portion A1 of the hollow fiber bundle 615 where a film member 631 described later does not exist).

混合ガス入口６１０ａから導入された混合ガスは、管板６２１の端面から各中空糸膜６１４内に入り込み、その内部を下流側に向かって流れる。この際、混合ガスのうち一部が中空糸膜６１４外へと透過し、その透過ガスは密閉空間６１８内に送り込まれ、次いで、透過ガス出口６１０ｃを介してケーシング外へと排出される。一方、中空糸膜を透過しない未透過ガスはそのまま中空糸膜６１４内を下流側に向かって流れ、下流側の端面から膜外へと送り出され、次いで、未透過ガス出口６１０ｂを介してケーシング外へと排出される。 The mixed gas introduced from the mixed gas inlet 610a enters each hollow fiber membrane 614 from the end face of the tube plate 621, and flows through the inside toward the downstream side. At this time, a part of the mixed gas permeates out of the hollow fiber membrane 614, the permeated gas is sent into the sealed space 618, and then discharged out of the casing through the permeated gas outlet 610c. On the other hand, the non-permeated gas that does not permeate the hollow fiber membrane flows through the hollow fiber membrane 614 toward the downstream side, and is sent out of the membrane from the downstream end face, and then the outside of the casing through the non-permeable gas outlet 610b. Is discharged.

なお、図１ではケーシング６１０を模式的に示しているが、具体的には図３のようなケーシングの構成であってもよい。この例では、ケーシング６１０は、両端部が開口した円筒状部材６１１と、その両端部に取り付けられたキャップ６１２、６１３を有している。筒状部材６１１およびキャップ６１２、６１３は一例として金属製、プラスチック製、またはセラミック製であってもよい。各キャップ６１２、６１３に混合ガス入口６１０ａ、未透過ガス出口６１０ｂがそれぞれ形成されている。一例として、混合ガス入口６１０ａおよび未透過ガス出口６１０ｂは、キャップ６１２、６１３の中心部（キャップ正面方向から見て中心部）に形成されていてもよい。 In addition, in FIG. 1, although the casing 610 is shown typically, the structure of a casing as shown in FIG. 3 may be sufficient. In this example, the casing 610 includes a cylindrical member 611 having both ends opened, and caps 612 and 613 attached to the both ends. As an example, the cylindrical member 611 and the caps 612 and 613 may be made of metal, plastic, or ceramic. A mixed gas inlet 610a and an unpermeated gas outlet 610b are formed in the caps 612 and 613, respectively. As an example, the mixed gas inlet 610a and the non-permeated gas outlet 610b may be formed at the center of the caps 612 and 613 (center as viewed from the front of the cap).

図１、図２に示すように、本実施形態のガス分離膜モジュール６０１においては中空糸束６１５の外周にフィルム部材６３１が巻かれている。フィルム部材６３１は、その一方の端部６３１ａが管板６２２に実質的に当接し、他方の端部６３１ｂが管板６２１から所定の距離だけ離れるように配置されている。図１において、フィルム部材６３１によって覆われていない中空糸束６１５の領域は符号Ａ１（露出部分）で示されている。フィルム部材６３１は、中空糸束の外表面の５０％〜９５％、好ましくは７５％〜９２％を覆うように構成されていてもよい。また、フィルム部材６３１は、両端部がそれぞれの管板に近接して中空糸束の外表面全体を覆い、管板６２１の近傍においてフィルム部材６３１に１つまたは複数の穴を開けるように構成されていてもよい。 As shown in FIGS. 1 and 2, in the gas separation membrane module 601 of this embodiment, a film member 631 is wound around the outer periphery of the hollow fiber bundle 615. The film member 631 is disposed such that one end 631a thereof substantially contacts the tube plate 622 and the other end 631b is separated from the tube plate 621 by a predetermined distance. In FIG. 1, the area | region of the hollow fiber bundle 615 which is not covered with the film member 631 is shown by code | symbol A1 (exposed part). The film member 631 may be configured to cover 50% to 95%, preferably 75% to 92%, of the outer surface of the hollow fiber bundle. Further, the film member 631 is configured such that both end portions thereof are close to the respective tube plates and cover the entire outer surface of the hollow fiber bundle, and one or more holes are formed in the film member 631 in the vicinity of the tube plate 621. It may be.

なお、フィルム部材の端部が「実質的に当接する」とは、（ｉ）フィルム端部が管板に完全に当接している場合と、（ｉｉ）例えば製造上の都合等により、フィルム端部と管板との間に僅かな隙間が生じた状態でフィルム端部が管板に近接している場合との両方を意図する。一方で、管板がエポキシ樹脂などの場合、フィルム端部が管板内に入り込んでいると（例えば、フィルム端部を管板に埋設させて管板を硬化させた場合など）、その部分を起点として管板が割れたり損傷が生じたりするおそれがある。そのため、フィルム端部が管板内部に入り込まないように構成されていることが好ましい。 The end of the film member “substantially abuts” means that (i) the end of the film is completely in contact with the tube plate, and (ii) the end of the film, for example, due to manufacturing reasons. Both the case where the film edge part adjoins to a tube sheet in the state where the slight clearance gap produced between the part and the tube sheet is intended. On the other hand, when the tube plate is made of epoxy resin or the like, if the film end is in the tube plate (for example, if the film end is embedded in the tube plate and the tube plate is cured) As a starting point, the tube sheet may be broken or damaged. Therefore, it is preferable that the film end portion is configured not to enter the inside of the tube sheet.

フィルム部材６３１は、実質的にガス不透過性の材質であればいかなるものであってもよい。なお、「実質的にガス不透過性」とは、フィルム部材６３１のガス透過が充分に小さく、ガスの流路を規制できる事を意味する。例えば、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル等のプラスチックフィルムであってもよい。中でもポリイミドは、耐熱性、耐溶剤性、加工性の点で好ましい。プラスチックフィルムの他にも、アルミニウムやステンレス等の金属箔であってもよい。フィルムの厚みは、数十μｍ〜数ｍｍの範囲内であってもよい。フィルム部材６３１は、一枚のフィルムの側縁どうしを固着することで筒状に形成されたものであってもよいし、または、継ぎ目のない筒状部材を使用してもよい。フィルムどうしを固着する手段としては、例えば接着剤、テープ等を利用することができる。 The film member 631 may be any material as long as it is a substantially gas-impermeable material. Note that “substantially gas impermeability” means that the gas permeation of the film member 631 is sufficiently small and the gas flow path can be regulated. For example, a plastic film such as polyimide, polyethylene, polypropylene, polyamide, or polyester may be used. Among these, polyimide is preferable in terms of heat resistance, solvent resistance, and processability. In addition to the plastic film, a metal foil such as aluminum or stainless steel may be used. The thickness of the film may be in the range of several tens of μm to several mm. The film member 631 may be formed in a cylindrical shape by fixing side edges of one film, or a seamless cylindrical member may be used. As means for fixing the films together, for example, an adhesive, a tape, or the like can be used.

仮にフィルム部材６３１が配置されていない場合、図２の矢印ｆ３に示すように中空糸膜６１４からの透過ガスの進行方向は十字流方向（すなわち、中空糸膜６１４と交差する方向）となる。一方、本実施形態のように中空糸束６１５にフィルム部材６３１が巻かれている場合、透過ガスの散逸が防止され、透過ガスは矢印ｆ２に示すように混合ガスの供給方向ｆ１に対して向流となる方向に流れることとなる。 If the film member 631 is not arranged, the traveling direction of the permeated gas from the hollow fiber membrane 614 is the cross flow direction (that is, the direction intersecting the hollow fiber membrane 614) as indicated by an arrow f3 in FIG. On the other hand, when the film member 631 is wound around the hollow fiber bundle 615 as in this embodiment, dissipation of the permeated gas is prevented, and the permeated gas is directed to the mixed gas supply direction f1 as indicated by an arrow f2. It will flow in the direction of the flow.

上述のように構成された本実施形態の分離膜モジュールの使用方法の一例を以下に説明する。なお、本実施形態のモジュールの使用方法は下記に限定されるものではない。 An example of a method for using the separation membrane module of the present embodiment configured as described above will be described below. In addition, the usage method of the module of this embodiment is not limited to the following.

まず、混合ガスを混合ガス入口６１０ａからケーシング６１０内の混合ガス空間６１９ａに導入する。導入されたその混合ガスは、管板６２１の端面から各中空糸膜６１４内に入り込み、その内部を下流側に向かって移動する。このときに、中空糸膜６１４内の圧力が密閉空間６１８の圧力より高いことが好ましく、例えば、混合ガスを０．０１ＭＰａＧ〜１０ＭＰａＧの圧力で供給すること、密閉空間６１８を減圧状態にすることなどが好適である。この際、混合ガスの一部が中空糸膜６１４を選択的に透過し、中空糸膜６１４外の密閉空間６１８へと送出される。一方、未透過のガスはそのまま中空糸膜６１４内を下流側に向かって流れ、下流側の端面から中空糸膜６１４外の未透過ガス空間６１９ｂへと送出される。 First, the mixed gas is introduced into the mixed gas space 619a in the casing 610 from the mixed gas inlet 610a. The introduced mixed gas enters the hollow fiber membranes 614 from the end face of the tube plate 621 and moves toward the downstream side. At this time, the pressure in the hollow fiber membrane 614 is preferably higher than the pressure in the sealed space 618. For example, the mixed gas is supplied at a pressure of 0.01 MPaG to 10 MPaG, the sealed space 618 is brought into a reduced pressure state, and the like. Is preferred. At this time, part of the mixed gas selectively permeates through the hollow fiber membrane 614 and is sent to the sealed space 618 outside the hollow fiber membrane 614. On the other hand, the non-permeated gas flows as it is in the hollow fiber membrane 614 toward the downstream side, and is sent from the end surface on the downstream side to the non-permeated gas space 619b outside the hollow fiber membrane 614.

中空糸膜６１４を透過したガスは、ケーシング６１０内の密閉空間６１８内に導入され
る。図２に示すように、特にフィルム部材６３１が巻かれた領域では、フィルム部材６３１の作用により透過ガスの散逸が防止され、透過ガスは、混合ガスの供給方向ｆ１とは逆向きの矢印ｆ２方向に流れる。次いで、透過ガスは、透過ガス出口６１０ｃ（図１参照）を介してケーシング６１０の外部へと排出される。未透過のガスは中空糸膜６１４の下流側端部から送出された後、未透過ガス出口６１０ｂを介して外部へと排出される。 The gas that has passed through the hollow fiber membrane 614 is introduced into the sealed space 618 in the casing 610. As shown in FIG. 2, especially in the region where the film member 631 is wound, the permeation of the permeated gas is prevented by the action of the film member 631, and the permeated gas is in the direction of the arrow f2 opposite to the mixed gas supply direction f1. Flowing into. Next, the permeate gas is discharged to the outside of the casing 610 through the permeate gas outlet 610c (see FIG. 1). The unpermeated gas is sent from the downstream end of the hollow fiber membrane 614 and then discharged to the outside through the non-permeated gas outlet 610b.

以上説明した本実施形態の分離膜モジュール６０１によれば、フィルム部材６３１によって透過ガスの散逸が防止されるとともに、透過ガスは混合ガス供給方向に対して向流方向に流れることとなるため、ガスの分離効率の向上を図ることができる。 According to the separation membrane module 601 of the present embodiment described above, the film member 631 prevents permeation of the permeated gas, and the permeated gas flows in a countercurrent direction with respect to the mixed gas supply direction. The separation efficiency can be improved.

以下、フィルム部材が巻かれている場合と巻かれていない場合のガス分離膜モジュールの応答についてシミュレーションした結果を示す。表１は、モジュールの応答を示しており、「型式Ａ（十字流）」はフィルム部材が巻かれていないものであり、「型式Ｂ（向流）」はフィルム部材が巻かれたものである。温度はｔ＝２５℃、混合ガスの供給圧力はＰＦ＝０．７ＭＰａＧとして計算した。なお、ここでは、混合ガスとして空気を供給し、窒素富化空気を製品として得る分離膜モジュールについてシミュレーションした。この窒素富化空気は、中空糸膜内を通ってその下流側端部から排出された未透過ガスとして取り出される。表中の供給圧力および供給流量は、それぞれ混合ガスである空気の供給圧力及び流量を、製品濃度および製品流量は、それぞれ未透過ガスとして得られる製品の窒素富化空気の窒素濃度及び流量を、回収率は、供給した混合ガスのうち、製品の未透過ガスとして得られた割合（（製品流量／供給流量）＊１００）を示す。 Hereinafter, the result of simulating the response of the gas separation membrane module when the film member is wound and when the film member is not wound is shown. Table 1 shows the response of the module. “Type A (Cross flow)” indicates that the film member is not wound, and “Type B (countercurrent)” indicates that the film member is wound. . The temperature was calculated as t = 25 ° C., and the supply pressure of the mixed gas was calculated as PF = 0.7 MPaG. Here, a simulation was performed on a separation membrane module that supplies air as a mixed gas and obtains nitrogen-enriched air as a product. This nitrogen-enriched air passes through the hollow fiber membrane and is taken out as an unpermeated gas discharged from its downstream end. The supply pressure and supply flow rate in the table are the supply pressure and flow rate of air, which is a mixed gas, and the product concentration and product flow rate are the nitrogen concentration and flow rate of the nitrogen-enriched air of the product obtained as an unpermeated gas, respectively. The recovery rate indicates a ratio ((product flow rate / supply flow rate) * 100) obtained as an unpermeated gas of the product in the supplied mixed gas.

表１に示す通り、同じ供給流量ＦＦでは（ケース１、２を参照）、フィルム部材が巻かれたケース２のものの方が製品濃度ＸＲを高くできる。一方、同じ製品濃度ＸＲでは（ケース１、３を参照）、フィルム部材が巻かれたケース３のものの方が製品流量ＦＲおよび回収率を高くできる。すなわち、これらの結果から、フィルム部材を巻くことがガス分離の効率化に有効であることが分かる。 As shown in Table 1, with the same supply flow rate FF (see cases 1 and 2), the product concentration XR can be increased in the case 2 in which the film member is wound. On the other hand, at the same product concentration XR (see cases 1 and 3), the product flow rate FR and the recovery rate can be increased in the case 3 in which the film member is wound. That is, from these results, it can be seen that winding the film member is effective in increasing the efficiency of gas separation.

６０１ガス分離膜モジュール
６１０ケーシング
６１０ａ混合ガス入口
６１０ｂ未透過ガス出口
６１０ｃ透過ガス出口
６１１筒状部材
６１２、６１３キャップ
６１４中空糸膜
６１５中空糸束
６１８密封空間
６１９ａ混合ガス空間
６１９ｂ未透過ガス空間
６２１、６２２管板
６３１フィルム部材
６３１ａ、６３１ｂ端部
Ａ１露出部分 601 Gas separation membrane module 610 Casing 610a Mixed gas inlet 610b Non-permeated gas outlet 610c Permeated gas outlet 611 Cylindrical member 612, 613 Cap 614 Hollow fiber membrane 615 Hollow fiber bundle 618 Sealed space 619a Mixed gas space 619b Unpermeated gas space 621, 622 Tube plate 631 Film member 631a, 631b End A1 Exposed portion

Claims

ガス分離性能を有する多数の中空糸膜が集束された中空糸束と、
混合ガス入口、透過ガス出口、および未透過ガス出口を有し、前記中空糸束が内部に配
置されるケーシングと、
エポキシ樹脂で形成され、前記中空糸束の両端部を固定する２つの管板と、を備え、
前記混合ガス入口から導入された混合ガスを前記中空糸膜内に供給し、その混合ガスの
一部を透過させることでガス分離を行う分離膜モジュールであって、
（ｉ）前記中空糸膜を透過した透過ガスを排出するためのパージガスを供給するための構
造は設けられておらず、
（ｉｉ）前記中空糸束の外周面に巻き付けられたガス不透過性のフィルム部材であって、
その一方の端部が混合ガス供給方向下流側の前記管板に実質的に当接し他方の端部が混合
ガス供給方向上流側の前記管板から離れるように配置されているフィルム部材を、さらに
備え、
前記フィルム部材の前記一方の端部が前記管板の内部に入り込まないように構成されて
いる、向流型のガス分離膜モジュール。 A hollow fiber bundle in which a large number of hollow fiber membranes having gas separation performance are focused,
A casing having a mixed gas inlet, a permeate gas outlet, and a non-permeate gas outlet, in which the hollow fiber bundle is disposed;
Two tube plates formed of an epoxy resin and fixing both ends of the hollow fiber bundle,
A separation membrane module that performs gas separation by supplying a mixed gas introduced from the mixed gas inlet into the hollow fiber membrane and allowing a part of the mixed gas to pass therethrough,
(I) There is no structure for supplying a purge gas for discharging the permeated gas that has passed through the hollow fiber membrane,
(Ii) a gas impermeable film member wound around the outer peripheral surface of the hollow fiber bundle,
A film member arranged such that one end thereof is substantially in contact with the tube plate on the downstream side in the mixed gas supply direction and the other end portion is separated from the tube plate on the upstream side in the mixed gas supply direction; Prepared,
A counterflow type gas separation membrane module configured such that the one end of the film member does not enter the inside of the tube sheet.

前記透過ガス出口が、
前記フィルム部材が存在しない前記中空糸束の露出部分を囲む前記ケーシングの一部に
設けられている、請求項１に記載のガス分離膜モジュール。 The permeate gas outlet
The gas separation membrane module according to claim 1, wherein the gas separation membrane module is provided in a part of the casing surrounding an exposed portion of the hollow fiber bundle where the film member does not exist.

前記フィルム部材が、一方の前記管板から他方の管板までの領域において、前記中空糸
束の外表面の５０％〜９５％を覆うように構成されている、請求項１または２に記載のガ
ス分離膜モジュール。 The said film member is comprised so that 50%-95% of the outer surface of the said hollow fiber bundle may be covered in the area | region from one said tube sheet to the other tube sheet. Gas separation membrane module.

前記フィルム部材の材質がポリイミドである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガ
ス分離膜モジュール。 The gas separation membrane module according to any one of claims 1 to 3, wherein a material of the film member is polyimide.