[发明专利]气体分离膜

说明书

本发明提供一种气体分离膜，其用于对含有凝聚性气体的混合原料气体进行提纯，分离能力优异，并且凝聚性气体气氛下的气体透过速度可长时间保持高速状态。所述气体分离膜，其是用于对含有凝聚性气体的混合原料气体进行提纯的气体分离膜，其中，该气体分离膜在多孔性基材膜上具有分离活性层，沿着该气体分离膜的膜厚方向剖面上的该多孔性基材膜与该分离活性层的边界线，该多孔性基材膜不具有致密层、或者具有其厚度不足1μm且平均孔径不足0.01μm的致密层，并且，设该多孔性基材膜的自该分离活性层侧起至2μm深的平均孔径为A、至10μm深的平均孔径为B时，A为0.05μm以上0.5μm以下，并且比例A/B大于0且为0.9以下。

技术领域

本发明涉及用于对含有凝聚性气体的混合原料气体进行提纯的气体分离膜。

背景技术

与蒸馏法、高压吸附法等相比，利用气体分离膜进行气体的分离和浓缩是能源效率优异、且安全性高的方法。作为先驱性的实用例，例如，可以举出氨制造工艺中的氢分离等。如下述专利文献1、2、3所记载那样，最近，关于利用气体分离膜从合成气体、天然气体等中除去并回收温室效应气体二氧化碳的方法，也在积极地进行研究。

气体分离膜的常见形态为在基材膜的表面上形成有分离活性层(分离层)的形态。该形态对于对膜赋予某种程度的强度、同时使其具有较多的气体透过量来说是有效的。该情况下的分离层是指仅由气体分离性高分子构成的层。

气体分离膜的性能以透过速度和分离系数为指标来表示。透过速度由下式表示：

透过速度＝(气体分离性高分子的透过系数)/(分离层的厚度)

由上式可知，为了获得透过速度大的膜，需要尽可能降低分离层的厚度。分离系数由希望分离的两种气体的透过速度之比来表示，是依赖于气体分离性高分子的材料的值。

基材膜的孔对气体来说是足够大的孔，所以通常基材膜自身不具有分离气体的能力，据认为其作为支撑分离活性层的支撑体发挥功能。

烯烃分离膜是从2种以上的混合气体中分离乙烯、丙烯、1-丁烯、2-丁烯、异丁烯、丁二烯等烯烃成分的膜。除了烯烃之外，该混合气体主要含有乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷等烷烃。混合气体中的烯烃和烷烃的分子尺寸相近，所以通常溶解扩散分离机构中的分离系数小。另一方面已知，烯烃与银离子、铜离子等具有亲和性，形成络合物，所以烯烃可通过利用了该络合物的形成的促进输送透过机构从混合气体中分离出来。

促进输送透过机构是指利用目的气体与膜的亲和性的分离机构。膜可以自身具有与气体的亲和性，也可以在膜中掺杂与气体具有亲和性的成分。

促进输送透过机构中，通常可得到高于溶解扩散分离机构的分离系数。用于烯烃分离的促进透过机构中，为了得到与烯烃的高亲和性，需要金属种为离子。因此，分离活性层必须含有水、离子液体等，因而，通常分离活性层具有凝胶膜的形态。

已知有利用与烯烃分离膜类似的促进输送透过机构分离二氧化碳的技术(二氧化碳分离膜)。二氧化碳通常与氨基具有亲和性，所以其是利用了该亲和性的分离技术。该二氧化碳分离膜也在膜中含有水、离子液体等，分离活性层大多也是凝胶膜的形态。

通常，在促进输送透过机构中，分离活性层中的水分减少时，不能维持与烯烃、二氧化碳等目的气体成分的亲和性，目的气体成分的透过性显著降低。因此，维持含有水分的状态在维持分离活性层的性能方面是重要的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2014/157069号

专利文献2：日本特开2011-161387号公报

专利文献3：日本特开平9-898号公报

专利文献4：日本专利第5507079号公报