水蒸汽选择透过膜及使用该透过膜从混合气体中分离水蒸汽的方法技术

一种含有交联的亲水性聚合物的水蒸汽选择透过膜。水蒸汽选择透过膜可以进一步含有选自由铯化合物、钾化合物和铷化合物组成的组中的至少1种碱金属化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水蒸汽选择透过膜及使用该透过膜从混合气体中分离水蒸汽的方法
本专利技术涉及水蒸汽选择透过膜及使用该透过膜从混合气体中分离水蒸汽的方法。
技术介绍
作为从含有水蒸汽的混合气体中选择性地分离水蒸汽的方法，提出了使用具有由金属有机化合物或金属无机化合物制造的凝胶层的分离膜作为水蒸汽选择透过膜的方法(专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2004-50129号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题以往的水蒸汽选择透过膜在水蒸汽的透过速度及用于使水蒸汽在CO2等其他气体共存下选择性地透过的选择性方面不一定充分。因此，本专利技术的目的在于提供能够使水蒸汽以高透过速度和高选择性透过的水蒸汽选择透过膜。用于解决问题的方法本专利技术的水蒸汽选择透过膜含有交联的亲水性聚合物。该水蒸汽选择透过膜优选还含有碱金属化合物。或者，本专利技术的水蒸汽选择透过膜可以含有亲水性聚合物和碱金属化合物。根据上述本专利技术的水蒸汽选择透过膜，能够使水蒸汽以高透过速度和高选择性透过。从提高水蒸汽的透过速度和选择性的观点出发，上述碱金属化合物可以含有选自由铯化合物、钾化合物和铷化合物组成的组中的至少1种。在碱金属化合物包含铯化合物的情况下，以亲水性聚合物和碱金属化合物的合计质量为基准的铯的浓度可以为0.003摩尔/g以下。在碱金属化合物包含钾化合物和/或铷化合物的情况下，以亲水性聚合物和碱金属化合物的合计质量为基准的钾和铷的合计浓度可以为0.005摩尔/g以下。在另一侧面，本专利技术涉及一种从混合气体中分离水蒸汽的方法。本专利技术的方法具备通过使含有水蒸汽的混合气体中的水蒸汽透过上述本专利技术的水蒸汽选择透过膜而从混合气体中分离水蒸汽的工序。例如，优选向水蒸汽选择透过膜的一个表面侧供给含有水蒸汽的混合气体，使水蒸汽选择透过膜的另一个表面侧的水蒸汽的分压低于混合气体中的水蒸汽的分压，由此使水蒸汽透过水蒸汽选择透过膜。此时，可以在实质上不使用吹扫气的条件下使该水蒸汽选择透过膜的另一个表面侧的水蒸汽的分压低于混合气体的水蒸汽的分压。根据本专利技术的方法，能够以高透过速度和高选择性从含有水蒸汽的混合气体中分离水蒸汽。本专利技术的水蒸汽选择透过膜能够使水蒸汽以相对于CO2而言高的选择性透过，因此，在从含有水蒸汽和CO2气体的混合气体中分离水蒸汽时，本专利技术的方法特别有用。专利技术效果根据本专利技术的水蒸汽选择透过膜，能够使水蒸汽以高透过速度和高选择性透过。本专利技术的水蒸汽选择透过膜即使在超过100℃的高温下也能够发挥高的透过速度和选择性。另外，本专利技术的水蒸汽选择透过膜为有机膜，与无机膜相比，还具有成形加工容易、每单位膜面积的成本低等优点。附图说明图1是表示具备水蒸汽选择透过膜的膜层叠体的一个实施方式的截面图。图2是表示具备水蒸汽选择透过膜的气体处理装置的一个实施方式的截面图。图3是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与温度的关系的图。图4是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Cs浓度的关系的图。图5是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Cs浓度的关系的图。图6是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Cs浓度的关系的图。图7是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Cs浓度的关系的图。图8是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Cs浓度的关系的图。图9是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与K浓度的关系的图。图10是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与K浓度的关系的图。图11是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Rb浓度的关系的图。图12是表示水蒸汽透过率与温度的关系及水蒸汽/CO2选择性与Rb浓度的关系的图。图13是表示水蒸汽透过率与供给(Feed)侧压力的关系及水蒸汽/CO2选择性与供给侧压力的关系的图。具体实施方式下面，对本专利技术的优选实施方式详细地进行说明。但是，本专利技术并不限定于以下的实施方式。图1是表示具备水蒸汽选择透过膜的膜层叠体的一个实施方式的截面图。图1所示的膜层叠体10由水蒸汽选择透过膜1和设置在水蒸汽选择透过膜1的两侧的多孔膜2a和2b构成。水蒸汽选择透过膜1具有含有交联的亲水性聚合物的凝胶状亲水性聚合物层。亲水性聚合物层为亲水性聚合物进行交联而形成三维网状结构的水凝胶。水凝胶大多具有通过吸收水而溶胀的性质。亲水性聚合物从例如聚乙烯醇-聚丙烯酸盐共聚物(PVA-PAA盐共聚物)、聚乙烯醇、聚丙烯酸、壳聚糖、聚乙烯胺、聚烯丙胺和聚乙烯吡咯烷酮中选择。PVA-PAA盐共聚物的水凝胶和聚乙烯醇的水凝胶的交联度可以利用戊二醛等二醛化合物和/或甲醛等醛化合物进一步进行调节。本领域技术人员有时也将PVA-PAA盐共聚物称为PVA-PAA共聚物。亲水性聚合物层优选含有选自由铯化合物、钾化合物和铷化合物组成的组中的至少1种碱金属化合物。该碱金属化合物作为促进水分的选择性透过的载体发挥作用。碱金属化合物例如为选自铯(Cs)、钾(K)和铷(Rb)中的碱金属的氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、羧酸盐(醋酸盐等)或氯化物。亲水性聚合物层可以在含有选自铯化合物、钾化合物和铷化合物中的碱金属化合物的基础上进一步含有锂化合物和/或钠化合物。在碱金属化合物包含铯化合物的情况下，以亲水性聚合物和碱金属化合物的合计质量为基准的铯的浓度优选为0.003摩尔/g以下。在碱金属化合物包含钾化合物和/或铷化合物的情况下，以亲水性聚合物和碱金属化合物的合计质量为基准的钾和铷的合计浓度优选为0.005摩尔/g以下。通过使水蒸汽选择透过膜中的碱金属的浓度在这些数值范围内，能够使水蒸汽相对于CO2以更高的选择性透过。但是，在这些浓度的计算中，锂化合物和钠化合物的质量不包括在碱金属化合物的合计质量中。选自由铯化合物、钾化合物和铷化合物组成的组中的至少1种碱金属的浓度的下限没有特别限制，优选以亲水性聚合物和碱金属化合物的合计质量为基准计为0.001摩尔/g以上。水蒸汽选择透过膜1可以具有含有未交联的亲水性聚合物和选自由铯化合物、钾化合物和铷化合物组成的组中的至少1种碱金属化合物的亲水性聚合物层。此时使用的亲水性聚合物例如从聚乙烯醇、聚丙烯酸、壳聚糖、聚乙烯胺、聚烯丙胺和聚乙烯吡咯烷酮中选择。作为碱金属化合物，可以使用与上述同样的碱金属化合物。碱金属的优选的浓度范围也与上述同样。水蒸汽选择透过膜1优选由上述亲水性聚合物层和多孔膜构成且亲水性聚合物层中的至少一部分填充在多孔膜中。该多孔膜优选具有亲水性。作为亲水性的多孔膜，可以列举例如：亲水化的聚四氟乙烯多孔膜(亲水性PTFE多孔膜)、亲水性的陶瓷多孔膜(氧化铝多孔膜等)。多孔膜2a、2b优选具有疏水性。作为疏水性的多孔膜，可以列举例如未进行亲水化的聚四氟乙烯多孔膜(疏水性PTFE多孔膜)。多孔膜2a、2b未必一定设置。膜层叠体10可以通过例如下述方法来制造，所述方法具备：准备含有亲水性聚合物和根据需要含有的碱金属化合物及溶解这些物质的水的浇注溶液的工序；在一个多孔膜2a上形成浇注溶液的膜的工序；对浇注溶液的膜进行干燥而形成亲水性聚合物层的工序；以及在亲水性聚合物层上设置另一个多孔膜2b的工序。浇注溶液可以通过将亲水性聚合物和碱金属化合物溶解在水中来准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水蒸汽选择透过膜，其含有交联的亲水性聚合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.26 JP 2010-1671351.一种水蒸汽选择透过膜，其含有亲水性聚合物和选自由铯化合物、钾化合物和铷化合物组成的组中的至少1种碱金属化合物，碱金属化合物为碱金属的氢氧化物、碳酸盐或羧酸盐，所述亲水性聚合物是从聚乙烯醇-聚丙烯酸盐共聚物、聚丙烯酸、壳聚糖、聚乙烯胺、聚烯丙胺和聚乙烯吡咯烷酮中选择的交联的亲水性聚合物，所述水蒸汽选择透过膜是在从混合气体中分离水蒸汽的方法中使用的水蒸汽分离用膜，所述方法具备如下工序：在使所述水蒸汽选择透过膜的水蒸汽透过率高于所述水蒸汽选择透过膜的CO2透过率的同时，使含有水蒸汽和CO2的混合气体中的水蒸汽透过水蒸汽选择透过膜，由此，从所述混合气体中分离水蒸汽。2.如权利要求1所述的水蒸汽选择透过膜，其中，所述碱金属化合物包含铯化合物，且以所述亲水性聚合物和所述碱金属化合物的合计质量为基准的铯的浓度为0.003...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈田治，神尾英治，花井伸彰，小滨美和子，
申请(专利权)人：株式会社新生能源研究，
类型：发明
国别省市：日本;JP