二氧化碳分離用復(fù)合體、二氧化碳分離用組件以及二氧化碳分離用復(fù)合體的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及二氧化碳分離用復(fù)合體、二氧化碳分離用組件以及二氧化碳分離用復(fù) 合體的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，選擇性分離混合氣體中的二氧化碳的技術(shù)的開(kāi)發(fā)正在推進(jìn)。例如，作為地 球溫室化對(duì)策，人們開(kāi)發(fā)出了回收尾氣中的二氧化碳進(jìn)行濃縮的技術(shù)；以及下述形成二氧 化碳分離用復(fù)合體的技術(shù)，該二氧化碳分離用復(fù)合體用于以下情況：通過(guò)水蒸氣重整將烴 改質(zhì)為氫和一氧化碳（CO)，進(jìn)一步使一氧化碳與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成二氧化碳與氫，利用 二氧化碳的選擇性透過(guò)膜來(lái)排除二氧化碳，從而得到以氫為主成分的氣體，該氣體用于燃 料電池等。為了以小體積處理更多的氣體而緊密地填充了二氧化碳分離用復(fù)合體的二氧化 碳分離用組件具備作為使氣體透過(guò)的流路材的支撐體、含有二氧化碳載體的二氧化碳分離 膜、和具有氣體透過(guò)性的多孔質(zhì)膜，在氣體通過(guò)支撐體的空隙的途中，氣體中的二氧化碳因 二氧化碳分離膜的功能而被分離、除去。
[0003] 例如，在日本特公平7-102310號(hào)公報(bào)中記載了一種作為促進(jìn)傳輸膜的二氧化碳 分離凝膠膜，其由使具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的乙烯醇-丙烯酸鹽共聚物吸收包含二氧化碳載體的水 溶液而形成的水凝膠膜構(gòu)成。
[0004] 此外，在W02009/093666號(hào)公報(bào)中記載了一種二氧化碳促進(jìn)傳輸膜層積體，其由 下述結(jié)構(gòu)構(gòu)成：在將疏水性多孔膜和親水性多孔膜重疊而成的雙層結(jié)構(gòu)的多孔膜的親水性 多孔膜上涂布包含乙烯醇-丙烯酸鹽共聚物和碳酸銫之類的二氧化碳載體的水溶液，在親 水性多孔膜中形成包含乙烯醇-丙烯酸鹽共聚物和二氧化碳載體的水凝膠膜，并在其上重 疊疏水性多孔膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明要解決的課題
[0006] 日本特公平7-102310號(hào)公報(bào)中記載的水凝膠膜用于在加壓下從包含大量水蒸氣 的高流量的氣體分離二氧化碳的方法，因此，水凝膠膜因來(lái)自水蒸氣的冷凝水而劣化，二氧 化碳分離能力降低。
[0007] 在W02009/093666號(hào)公報(bào)中記載的用兩個(gè)多孔膜夾持水凝膠膜而成的二氧化碳 促進(jìn)傳輸膜層積體中，冷凝水被疏水性多孔膜所排斥，并記載了可防止冷凝水浸入水凝膠 膜中。若可防止這種冷凝水浸入水凝膠膜中的情況，則水凝膠膜的劣化減少，可抑制二氧化 碳分離能力的降低。
[0008] 但是，W02009/093666號(hào)公報(bào)中記載的二氧化碳促進(jìn)傳輸膜層積體由于在親水性 多孔膜中也形成了水凝膠膜，因此該部分的氣體透過(guò)性降低，二氧化碳分離能力無(wú)法令人 滿意。此外，由于不使用供給氣體流路用部件，因此也不存在因使用供給氣體流路用部件而 引起的問(wèn)題。
[0009] 本發(fā)明是考慮到這樣的狀況而進(jìn)行的，其課題在于提供一種二氧化碳分離用復(fù)合 體，該二氧化碳分離用復(fù)合體的二氧化碳分離能力當(dāng)然優(yōu)異，而且可抑制二氧化碳分離能 力因在加壓（例如幾百kPa以上、進(jìn)而例如IMPa以上）環(huán)境下由包含水蒸氣的高流量的氣 體分離二氧化碳的過(guò)程中生成的上述水蒸氣來(lái)源的冷凝水而降低，并且可通過(guò)多孔質(zhì)保護(hù) 層和供給氣體流路材所引起的紊流效果而使二氧化碳分離能力提高。此外，本發(fā)明的課題 在于提供使用了上述二氧化碳分離用復(fù)合體的二氧化碳分離用組件以及二氧化碳分離用 復(fù)合體的制造方法。
[0010] 用于解決課題的方案
[0011] 解決上述課題的本發(fā)明如下所示。
[0012] 〈1> 一種二氧化碳分離用復(fù)合體，其依次具備氣體透過(guò)性支撐體、包含吸水性聚合 物和二氧化碳載體的二氧化碳分離層、平均厚度為1 μπι以上500 μπι以下的水蒸氣透過(guò)性 的多孔質(zhì)保護(hù)層、和供給氣體流路用部件。
[0013] 〈2>如〈1>所述的二氧化碳分離用復(fù)合體，其中，上述多孔質(zhì)保護(hù)層的平均孔徑為 0· 005 μπι 以上 1000 μπι 以下。
[0014] 〈3>如〈1>或〈2>所述的二氧化碳分離用復(fù)合體，其中，上述多孔質(zhì)保護(hù)層的空孔 率為3%以上90%以下。
[0015] 〈4>如〈1>?〈3>中任一項(xiàng)所述的二氧化碳分離用復(fù)合體，其中，上述多孔質(zhì)保護(hù) 層由選自聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚甲基戊烯、聚苯硫醚、聚醚砜、聚丙烯、聚砜、聚丙烯 腈、聚酰亞胺以及聚酰胺中的至少一種物質(zhì)構(gòu)成。
[0016] 〈5>如〈1>?〈4>中任一項(xiàng)所述的二氧化碳分離用復(fù)合體，其中，上述多孔質(zhì)保護(hù) 層和上述供給氣體流路用部件被相互粘結(jié)。
[0017] 〈6>如〈1>?〈5>中任一項(xiàng)所述的二氧化碳分離用復(fù)合體，其中，上述供給氣體流 路用部件具有100 μπι以上1000 μπι以下的平均厚度。
[0018] 〈7>-種二氧化碳分離用組件，其包含以螺旋狀卷纏于有孔的中空狀中心管的 〈1>?〈6>中任一項(xiàng)所述的二氧化碳分離復(fù)合體。
[0019] 〈8>-種二氧化碳分離用復(fù)合體的制造方法，其包括以下工序：二氧化碳分離層 形成工序，在氣體透過(guò)性支撐體上涂布包含吸水性聚合物和二氧化碳載體的水溶液，進(jìn)行 干燥而形成二氧化碳分離層；和多孔質(zhì)保護(hù)層形成工序，在上述二氧化碳分離層上層積平 均厚度為I ym以上500 μπι以下的水蒸氣透過(guò)性的多孔質(zhì)保護(hù)層。
[0020] 〈9> 一種二氧化碳分離用復(fù)合體的制造方法，其包括以下工序：二氧化碳分離層 形成工序，在氣體透過(guò)性支撐體上涂布包含吸水性聚合物和二氧化碳載體的水溶液，干燥 而形成二氧化碳分離層；多孔質(zhì)保護(hù)層形成工序，在上述二氧化碳分離層上層積平均厚度 為1 μπι以上500 μπι以下的水蒸氣透過(guò)性的多孔質(zhì)保護(hù)層；和供給氣體流路用部件形成工 序，在上述多孔質(zhì)保護(hù)層上粘接供給氣體流路用部件。
[0021] 發(fā)明的效果
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種二氧化碳分離用復(fù)合體，該二氧化碳分離用復(fù)合體的 二氧化碳分離能力當(dāng)然優(yōu)異，而且可抑制二氧化碳分離能力因在加壓環(huán)境下由包含水蒸氣 的高流量的氣體分離二氧化碳的過(guò)程中生成的上述水蒸氣來(lái)源的冷凝水而降低，并且可通 過(guò)多孔質(zhì)保護(hù)層和供給氣體流路材所引起的紊流效果而使二氧化碳分離能力提高。
[0023] 此外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供使用了上述二氧化碳分離用復(fù)合體的二氧化碳分離 用組件以及二氧化碳分離用復(fù)合體的制造方法。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的二氧化碳分離用復(fù)合體的截面圖。
[0025] 圖2是示出用于實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的二氧化碳分離用復(fù)合體的制造方 法的一個(gè)實(shí)施方式的制造裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0026] 圖3是示出用于實(shí)施本發(fā)明的另一實(shí)施方式的二氧化碳分離用復(fù)合體的制造方 法的一個(gè)實(shí)施方式的制造裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0027] 圖4是示出組裝了本發(fā)明的二氧化碳分離用復(fù)合體的螺旋型二氧化碳分離用組 件的一個(gè)實(shí)施方式的、設(shè)有部分切口（切*9欠§)而成的示意性結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的二氧化碳分離用復(fù)合體和二氧化碳分離用復(fù)合體的制 造方法進(jìn)行說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖中，各圖中相同符號(hào)表示相同的構(gòu)成，有時(shí)省略重 復(fù)的說(shuō)明。
[0029] 〈二氧化碳分離用復(fù)合體〉
[0030] 圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的二氧化碳分離用復(fù)合體的截面圖。
[0031] 如圖1所示，本發(fā)明的二氧化碳分離用復(fù)合體10為如下結(jié)構(gòu)：二氧化碳分離層14 的一個(gè)面被氣體透過(guò)性支撐體12所保護(hù)，且另一個(gè)面被平均厚度為1 μ m以上500 μ m以下 的水蒸氣透過(guò)性的多孔質(zhì)保護(hù)層16所保護(hù)，同時(shí)在該多孔質(zhì)保護(hù)層16上設(shè)有供給氣體流 路用部件18。
[0032] 此外，二氧化碳分離層14包含吸水性聚合物和二氧化碳載體而構(gòu)成。在使用該二 氧化碳分離用復(fù)合體10分離供給氣體中所含有的二氧化碳的情況下，供給氣體20首先被 供給至二氧化碳分離用復(fù)合體10的供給氣體流路用部件18。此時(shí)，供給氣體20在供給氣 體流路用部件18中沿著箭頭20A的方向流動(dòng)的過(guò)程中，如箭頭20A、20B、20C所表示的那樣 分流、擴(kuò)散，接下來(lái)，如此分流、擴(kuò)散的供給氣體進(jìn)而如箭頭20D所表示的那樣被多孔質(zhì)保 護(hù)層16分流、擴(kuò)散，之后與二氧化碳分離層16接觸。被供給氣體流路用部件18和多孔質(zhì) 保護(hù)層16分流、擴(kuò)散的供給氣體20與二氧化碳分離層14以大面積接觸，供給氣體20所含 有的二氧化碳高效地吸收、擴(kuò)散至二氧化碳分離層14。因此，供給氣體20所含有的二氧化 碳被高效地分離。
[0033] 此外，即使在供給氣體20所含有的水蒸氣在本發(fā)明的二氧化碳分離用復(fù)合體10 的供給氣體流路用部件18中結(jié)露而成為冷凝水的情況下，平均厚度為1 μπι以上500 ym 以下的水蒸氣透過(guò)性的多孔質(zhì)保護(hù)層16也可成為阻隔而防止冷凝水浸入二氧化碳分離層 14。另外，假如即使水蒸氣在二氧化碳分離層14中成為了冷凝水，如上所述，供給氣體20 也因供給氣體流路用部件18和多孔質(zhì)保護(hù)層16這兩個(gè)層而分流、擴(kuò)散，因此冷凝水的體積 微小，且冷凝水不會(huì)在局部的部位形成，因而二氧化碳分離層14的劣化極少。其結(jié)果，可得 到即使長(zhǎng)時(shí)間使用也可抑制二氧化碳分離能力降低的二氧化碳分離用復(fù)合體10。
[0034] 本發(fā)明的二氧化碳分離用復(fù)合體10依次包括氣體透過(guò)性支撐體12、包含吸水性 聚合物和二氧化碳載體的二氧化碳分離層14、平均厚度為I ym以上500 μπι以下的水蒸氣 透過(guò)性的多孔質(zhì)保護(hù)層16、和供給氣體流路用部件18。
[0035] 〈〈二氧化碳分離層》
[0036] 二氧化碳分離層14是包含吸水性聚合物和二氧化碳載體而構(gòu)成的層，優(yōu)選由均 質(zhì)膜構(gòu)成。通過(guò)為均質(zhì)膜，可以維持高的二氧化碳分離能力，因而優(yōu)選。此處，"均質(zhì)膜"是 指構(gòu)成二氧化碳分離層14的成分為均勻混合的狀態(tài)的膜，還包括粗略來(lái)看為均勻的大致 均勻的狀態(tài)的膜。
[0037] 1.吸水性聚合物
[0038] 吸水性聚合物起到粘結(jié)劑的作用，在用于二氧化碳分離層時(shí)，可保持水而發(fā)揮出 二氧化碳載體所產(chǎn)生的二氧化碳的分離功能。從可以溶于水而形成涂布液、并且二氧化碳 分離層具有高吸水性（保濕性）的方面考慮，吸水性聚合物優(yōu)選吸水性高的物質(zhì)，相對(duì)于吸 水性聚合物本身的質(zhì)量，優(yōu)選吸