[发明专利]酸性气体分离用复合体的制造方法和制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有酸性气体分离功能的酸性气体分离用复合体的制造方法和制造装置。

背景技术

近年来，选择性分离混合气体中的酸性气体的技术开发正在进行。特别是，选择性分离二氧化碳的技术的开发正在进行。例如，开发了如下的技术：作为全球变暖的对策，回收并浓缩废气中的二氧化碳的技术；根据水蒸气重整将烃重整为氢和一氧化碳(CO)，进一步，使一氧化碳和水蒸气发生反应生成二氧化碳和氢，通过可选择性地使二氧化碳透过的膜将二氧化碳排除，从而得到以氢为主成分的燃料电池用等的气体的技术。

另一方面，二氧化碳的分离通常广泛使用基于胺类的反复进行吸附和释放的胺吸收法。但是，该方法需要较大的设备设置面积，而且在吸附/释放时需要反复进行升压/降压和降温/升温，具有需要大量能量的缺点。此外，系统的能力在设计时被决定，一旦制作得到系统，该系统能力的缩放并非易事。与此相对，膜分离法中，利用以分离膜区分的2个区域的二氧化碳分压自然地进行分离，具有能量消耗少、且设置面积紧凑的优点。此外，系统能力的缩放也可以利用过滤器单元的增减来对应，因此其可以是伸缩性优异的系统，近年来，备受瞩目。

膜分离法中所用的二氧化碳分离用复合体大致分为促进输送膜和溶解扩散膜，所谓促进输送膜，在支撑体上的二氧化碳分离层中含有二氧化碳载体，利用该载体将二氧化碳输送至膜的相反侧；所谓溶解扩散膜，利用二氧化碳分离层中二氧化碳和二氧化碳以外的分离对象气体(以下，简称为“分离对象物质”)之间的溶解性和在膜中的扩散性的差别来进行分离。

溶解扩散膜基于二氧化碳和分离对象物质之间在该膜中的溶解性和该膜中的扩散性的差别来进行分离，因此若决定膜的材质和物性，则其分离程度唯一确定，且膜厚越薄，混合气体的透过速度越大。因此，溶解扩散膜通常使用层分离法、界面聚合法等制造方法制造成膜厚为1μm以下的薄膜。

与此相对，促进输送膜利用膜中的二氧化碳载体使二氧化碳的溶解度大幅度增大，以高浓度进行膜中的二氧化碳的输送，所以通常与溶解扩散膜相比，具有二氧化碳相对于分离对象物质的分离程度高，且二氧化碳的透过速度快的优点。此外，从膜中的二氧化碳浓度为高浓度的方面出发，膜中的二氧化碳的扩散速度受限是罕见的，从提高与分离对象物质的分离程度的意义出发，促进输送膜优选设为10μm以上的厚膜。

例如，专利文献1记载了一种二氧化碳分离用复合体的制造方法，其中，将未交联的乙烯醇-丙烯酸盐共聚物水溶液在二氧化碳透过性支撑体上涂布成膜状，在该支撑体上形成未交联的乙烯醇-丙烯酸盐共聚物水溶液的液膜后，加热该液膜使其发生交联，由此制成不溶于水的膜，使该不溶于水的膜中吸收含有二氧化碳载体(与二氧化碳具有亲和性的物质)的水溶液制成水凝胶膜。

专利文献2记载了一种二氧化碳分离用复合体的制造方法，其中，在含有聚乙烯醇-聚丙烯酸共聚物和碱金属碳酸盐的涂布液中添加琼脂等凝胶剂，将在50℃以上制备的涂布液涂布于支撑体上后，冷却液膜使其固化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平7-102310号公报

专利文献2：日本特开2012-143711号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中记载的二氧化碳分离用复合体的制造方法中，至少需要下述三个工序：在二氧化碳透过性支撑体上涂布不含有二氧化碳载体的乙烯醇-丙烯酸盐共聚物水溶液的工序、进行加热交联而形成不溶于水的膜的工序和使该不溶于水的膜中吸收含有二氧化碳载体的水溶液的工序。因此，存在下述课题：生产效率差，生产成本高，且各工序的偏差重叠，作为二氧化碳分离用复合体的性能的变动不可避免变大。

此外，在专利文献2中记载的具有CO₂促进输送膜的二氧化碳分离用复合体的制造方法中，在含有聚乙烯醇-聚丙烯酸共聚物等亲水性化合物和碱金属碳酸盐等载体的水溶液中添加凝胶剂，因此需要凝胶剂的导入工序、涂膜的冷却工序。因此，制造工序往往变长，工序的简化、效率化成为课题。