[发明专利]沸石分离膜构件、其制造方法、混合流体的分离方法以及混合流体分离装置

说明书

技术领域

本发明关于分离流体的沸石分离膜构件、其制造方法、混合流体的分离方法以及混合流体分离装置。

背景技术

以往，沸石膜、碳膜、二氧化钛膜等会被用作设置于多孔载体表面的分离膜。例如，公开有多孔载体规定位置上配置了作为分离膜的沸石膜的分离膜构件。

关于通过沸石膜进行膜分离，近年来，用于有机溶剂或生物乙醇脱水的膜已得到实用化。但是，关于其他用途，例如，生物乙醇制造工序中乙醇与水的分离(乙醇浓缩)、石油化学·石油精制工序中燃料成分的C6以上的直链烃与侧链烃、直链烃与芳香族烃的分离、化学工序中直链烃与无机气体的分离等，目前尚在为实用化进行开发。

作为使用了MFI型沸石膜的膜分离，公开有从乙醇与水的混合液中分离乙醇(专利文献1、2)。

专利文献3、非专利文献1中公开有，选择性透过对二甲苯、阻止邻二甲苯与间二甲苯的二甲苯同分异构体的分离。

专利文献4中公开了直链烃与侧链烃的分离，专利文献5公开了直链烃与芳香族烃的分离。

作为沸石膜实用化的重要课题，可举出，透过性与分离性的兼备。专利文献4、5中公开有，作为解决该课题的一个方法，使用尺寸大于沸石晶体固有细孔的细孔或间隙。

对于大于沸石晶体固有细孔的细孔，非专利文献2记载了其尺寸为数nm左右。此外，非专利文献2、3中公开有，具有细孔大于沸石晶体的固有细孔的沸石膜，可分离碳原子数为4的烃同分异构体——直链的丁烷(正丁烷)与侧链的丁烷(异丁烷)。

专利文献

专利文献1：国际公开第2007/058387号手册

专利文献2：国际公开第2007/058388号手册

专利文献3：日本专利特表2002-537990号公报

专利文献4：日本专利特开2002-348579号公报

专利文献5：日本专利特开2008-188564号公报

非专利文献

非专利文献1：H.Sakai，T.Tomita，T.Takahashi，Separation Purification Technology，25(2001)297-306

非专利文献2：野村 幹弘、“シリカライト膜の透過機構と粒界制御に関する研究(关于纯硅膜的透过构造与晶界控制的研究)”东京大学工学部化学系统工学科博士论文、(1998年)

非专利文献3：J.Coronas，R.D.Noble，J.L.Falconer，“Separation of C4 and C6 Isomers in ZSM-5 Tubular Membranes”，Ind.Eng.Chem.Res.，37(1998)166-176

非专利文献4：J.Coronas，J.L.Falconer，R.D.Noble，“C haracterization and Pemeation Properties of ZSM-5 Tublar Membranes”，AIChE Journal，July(1997)Vol.43 No.7 1797-1812

用膜对气体或液体进行分离，所知的有，通过膜的细孔进行分子筛分(分子筛效果)、根据膜与分子的亲和性差异(吸附效果)进行。因此，分离气体或液体，膜的细孔与透过的各分子的大小的关系是很重要的。对于分离对象的气体或液体，膜的细孔过大的情况下，虽然透过性会提升，但会丧失分子筛效果或吸附效果，分离性下降。另一方面，对于分离对象的气体或液体，膜的细孔过小的情况下，什么都无法透过，或者虽然分离性提升、但透过性下降。

因此，膜分离时，对于需要分离的系，将膜的细孔控制在恰当范围是很重要的，为了兼备高透过性与高分离性，必须将膜的细孔控制在不会令分离性下降的程度内、最大限度提升透过性的大小。

沸石膜中，作为兼备透过性和分离性的方法，专利文献4、5公开了利用尺寸大于沸石晶体固有细孔的间隙或细孔。专利文献4公开了通过具备有1nm以下的沸石晶体固有细孔外还具备有1nm～10nm的细孔的沸石膜，使碳原子数为4和碳原子数为5的直链与侧链的烃分离。专利文献5公开了使用沸石的细孔以及/或晶界、使碳原子数为7的直链与芳香族烃分离。