(57)【要約】  スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント（１）は、分離膜（２）、供給側流路材（３）、透過側流路材（４）が積層状態で中心管（５）に巻回された巻回体を備えている。中心管（５）が有する、透過側流路材（４）で形成される透過側の空間部分と中心管（５）の内部の空間部分とを連通させる孔群は、中心管（５）における何れか一方の端部側に偏在している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸性ガスと可逆的に反応する酸性ガスキャリアと、酸性ガス分離膜用樹脂とを含む分離機能層と、多孔膜からなる支持層とを有する分離膜、供給側流路材、および透過側流路材が積層状態で中心管に巻回された巻回体を備えるスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントにおいて、
上記中心管が、上記透過側流路材で形成される透過側の空間部分と当該中心管の内部の空間部分とを連通させる孔群を有し、
上記孔群が、上記中心管における何れか一方の端部側に偏在していることを特徴とするスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント。
【請求項２】
上記孔群が、上記積層状態の分離膜の幅をＷとしたとき、上記一方の端部側に位置する上記積層状態の分離膜の幅方向端部から０．０５Ｗ以上、０．４Ｗ以下の範囲に偏在していることを特徴とする請求項１に記載のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント。
【請求項３】
上記透過側流路材で形成される透過側の空間部分に、上記分離膜を透過した透過ガスの流れを導く仕切りを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント。
【請求項４】
上記仕切りが、エポキシ系接着剤用樹脂を用いて帯状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントをハウジング内に少なくとも一つ備えることを特徴とする酸性ガス分離膜モジュール。
【請求項６】
上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントをハウジング内に二つ備え、当該ハウジングは混合ガス用の出入口を三つ備えていることを特徴とする請求項５に記載の酸性ガス分離膜モジュール。
【請求項７】
請求項５または６に記載の酸性ガス分離膜モジュールを少なくとも一つ備えることを特徴とする酸性ガス分離装置。
【請求項８】
請求項１から４の何れか１項に記載のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの使用方法であって、
上記中心管における孔群が偏在している側の端部が上記供給側流路材で形成される空間部分を流れる混合ガスの流路方向の下流側に位置するように、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントをハウジング内に設置することを特徴とするスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも酸性ガスを含む混合ガスから当該酸性ガスを分離するスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント、酸性ガス分離膜モジュール、および酸性ガス分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素や尿素等を製造する大規模プラントで合成される合成ガス、或いは天然ガスや排ガス等の、少なくとも酸性ガスを含む混合ガスから、二酸化炭素（ＣＯ２）等の酸性ガスを分離するプロセスとして、省エネルギー化を実現することができることから、ガス膜分離プロセスが近年注目されている。【０００３】
このようなガス膜分離プロセスで用いられるガス分離膜および膜分離装置は、これまでに種々提案されており、例えば、特許文献１に記載の二酸化炭素分離装置や特許文献２に記載の炭酸ガス分離膜等が挙げられる。【０００４】
ガス分離膜を用いた酸性ガス分離膜エレメントとしては、例えば、複数の孔を有する中心管に、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で巻回された巻回体を備えると共に、混合ガス（供給側流体）と分離した透過ガス（透過側流体）との混合を避けるために封止部を備えたスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントが知られている。【０００５】
従来のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントは、混合ガスの流れ方向と分離膜を透過した透過ガスの流れ方向とが互いに略十字となっており、当該透過ガスを中心管に直ちに集めることができるように、当該中心管の表面に孔が均一に分布している構造となっている。従来のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントでは、混合ガスと分離膜を透過した透過ガスとに含まれる酸性ガスの分圧差を維持して分離膜での分離効率を向上させるために、中心管にスイープ用流体の供給口および排出口が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特許公報「特許第５４４３７７３号（２０１４年３月１９日発行）」
【特許文献２】日本国特許公報「特許第５５９８６３０号（２０１４年１０月１日発行）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
酸性ガスの選択的透過に促進輸送機構を利用する分離膜は、湿度によって酸性ガスの透過量が変化し、湿度が高いほど、酸性ガスの透過量が多くなる。しかしながら、混合ガスから酸性ガスを膜分離するプロセスにおいて、従来のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントでは、分離膜を透過した透過ガスに含まれる水蒸気が酸性ガスと共に中心管に直ちに集められてしまうために、分離膜での酸性ガスの分離効率が低下するという課題がある。【０００８】
さらに、中心管からスイープ流体として水蒸気を供給する従来のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントにおいては、高い熱エネルギーを有する水蒸気を供給するための供給源を用意すると共に、当該水蒸気の圧力，温度，流量等を調節する調節工程が必要となり、ガス膜分離プロセスの省エネルギー化を実現することが難しい。【０００９】
つまり、従来のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントには改良の余地があり、省エネルギー化を実現し、かつ、分離膜での酸性ガスの分離効率を向上させることが求められている。【００１０】
本発明は上記課題を考慮してなされた発明であり、その主たる目的は、少なくとも酸性ガスおよび水蒸気を含む混合ガスから当該酸性ガスを従来よりも効率的に分離することができ、しかも省エネルギー化を実現することができるスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント、酸性ガス分離膜モジュール、および酸性ガス分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は以下の発明を含む。
＜１＞  酸性ガスと可逆的に反応する酸性ガスキャリアと、酸性ガス分離膜用樹脂とを含む分離機能層と、多孔膜からなる支持層とを有する分離膜、供給側流路材、および透過側流路材が積層状態で中心管に巻回された巻回体を備えるスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントにおいて、上記中心管が、上記透過側流路材で形成される透過側の空間部分と当該中心管の内部の空間部分とを連通させる孔群を有し、上記孔群が、上記中心管における何れか一方の端部側に偏在していることを特徴とするスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント。
＜２＞  上記孔群が、上記積層状態の分離膜の幅をＷとしたとき、上記一方の端部側に位置する上記積層状態の分離膜の幅方向端部から０．０５Ｗ以上、０．４Ｗ以下の範囲に偏在していることを特徴とする＜１＞に記載のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント。
＜３＞  上記透過側流路材で形成される透過側の空間部分に、上記分離膜を透過した透過ガスの流れを導く仕切りを備えていることを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント。
＜４＞  上記仕切りが、エポキシ系接着剤用樹脂を用いて帯状に形成されていることを特徴とする＜３＞に記載のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント。
＜５＞  ＜１＞から＜４＞の何れか１項に記載のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントをハウジング内に少なくとも一つ備えることを特徴とする酸性ガス分離膜モジュール。
＜６＞  上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントをハウジング内に二つ備え、当該ハウジングは混合ガス用の出入口を三つ備えていることを特徴とする＜５＞に記載の酸性ガス分離膜モジュール。
＜７＞  ＜５＞または＜６＞に記載の酸性ガス分離膜モジュールを少なくとも一つ備えることを特徴とする酸性ガス分離装置。
＜８＞  ＜１＞から＜４＞の何れか１項に記載のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの使用方法であって、上記中心管における孔群が偏在している側の端部が上記供給側流路材で形成される空間部分を流れる混合ガスの流路方向の下流側に位置するように、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントをハウジング内に設置することを特徴とするスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの使用方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント、酸性ガス分離膜モジュール、および酸性ガス分離装置は、少なくとも酸性ガスおよび水蒸気を含む混合ガスから当該酸性ガスを従来よりも効率的に分離することができ、しかも省エネルギー化を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る酸性ガス分離膜モジュールが備える巻回体の構造を展開して示す、一部切り欠き部分を設けた概略の斜視図である（学術文献：Ind. Eng. Chem. Res. 2002, 41, 1393-1411におけるFigure 3の一部を改変）。
【図２】上記酸性ガス分離膜モジュールの構造を示す、一部展開部分を設けた概略の斜視図である。
【図３】（ａ）から（ｆ）のいずれも、上記巻回体を構成する分離膜と透過側流路材とで形成される透過側の空間部分が仕切りを備えている場合の、当該仕切りの形状を説明する概略の平面図である。
【図４】上記巻回体の構造を展開して示す、（ａ）は概略の断面図であり、（ｂ）は概略の平面図である。
【図５】上記酸性ガス分離膜モジュールが備えるスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの気密試験を行う試験装置を説明する概略の側面図である。
【図６】上記酸性ガス分離膜モジュールが備えるスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を測定する測定装置を説明する概略の側面図である。
【図７】実施例１のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの中心管を示す概略の正面図である。
【図８】比較例１のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの中心管を示す概略の正面図である。
【図９】実施例３のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの中心管を示す概略の正面図である。
【図１０】実施例４のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの巻回体の構造を展開して示す概略の正面図である。
【図１１】実施例５のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの巻回体の構造を展開して示す概略の正面図である。
【図１２】実施例６のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの巻回体の構造を展開して示す概略の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態に関して、詳細に説明する。尚、本出願において「Ａ〜Ｂ」とは、「Ａ以上、Ｂ以下」であることを示している。
【００１５】
＜スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント＞
本発明に係るスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントは、酸性ガスと可逆的に反応する酸性ガスキャリアと、酸性ガス分離膜用樹脂とを含む分離機能層と、多孔膜からなる支持層とを有する分離膜、供給側流路材、および透過側流路材が積層状態で中心管に巻回された巻回体を備えるスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントであり、上記中心管が、上記透過側流路材で形成される透過側の空間部分と当該中心管の内部の空間部分とを連通させる孔群を有し、上記孔群が、上記中心管における何れか一方の端部側に偏在している構成である。
【００１６】
本出願において酸性ガスとは、二酸化炭素や硫化水素等の、酸性を示すガスを指す。以下の具体的な説明では、酸性ガスとして二酸化炭素（ＣＯ２）を一例に挙げることとする。
【００１７】
スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの構成を、図１および２を参照しながら、以下に説明する。図１および２に示すように、本発明に係るスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１は、酸性ガスと可逆的に反応する酸性ガスキャリアと、酸性ガス分離膜用樹脂とを含む分離機能層と、多孔膜からなる支持層とを有する分離膜２、供給側流路材３、および透過側流路材４が積層状態で中心管５に巻回された巻回体を備えている。
【００１８】
上記巻回体は、円筒状であってもよく、角筒状であってもよいが、ハウジングへの収納を考慮すれば、円筒状であることが好ましい。
【００１９】
スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１は、巻回体が広がらないように例えば補強用テープやテレスコープ防止板（ＡＴＤ）等の固定部材で巻回体を固定することによって構成されている。補強用テープは、巻回体の外周に巻き付けられることにより、巻回体の巻き戻しを防ぐ。テレスコープ防止板は、巻回体の両端部に取り付けられ、当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの使用中における当該巻回体のテレスコープ現象の発生を防ぐ。当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントに掛かる内圧および外圧による負荷に対する強度を確保するために、当該巻回体の外周に補強材がさらに巻き付けられている。上記補強材としては、例えば、ガラスファイバーにエポキシ樹脂を含浸した補強材等が挙げられる。エポキシ樹脂は、補強材を巻き付けた後に硬化することが好ましい。
【００２０】
〔分離膜２〕
分離膜２は、酸性ガスと可逆的に反応する酸性ガスキャリアと、酸性ガス分離膜用樹脂とを含む分離機能層、および当該分離機能層を支持する、多孔膜からなる支持層から少なくとも構成されている。
【００２１】
分離膜２は、ＣＯ２等の酸性ガスおよび水蒸気を透過する一方、他のガスを透過し難い性質を備え、ガス分子の膜への溶解性と膜中での拡散性との差を利用した溶解・拡散機構に加えて、酸性ガスと可逆的に反応する酸性ガスキャリアを用い、酸性ガスと酸性ガスキャリアとの反応生成物を形成して特定の酸性ガスの透過を促進する促進輸送機構により、特定の酸性ガスの高い透過選択性を実現している。分離膜２は、湿度によって酸性ガスの透過量が変化し、湿度が高いほど、酸性ガスの透過量は多くなる。
【００２２】
（酸性ガス分離膜用樹脂）
下記反応式（１）は、酸性ガスが二酸化炭素（ＣＯ２）であり、酸性ガスキャリア（ＣＯ２キャリア）として炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３）を使用した場合における、ＣＯ２とＣＯ２キャリアとの反応を示している。尚、反応式（１）中の記号「⇔」は、この反応が可逆反応であることを示す。
【００２３】
ＣＯ２ ＋ Ｃｓ２ＣＯ３＋ Ｈ２Ｏ ⇔ ２ＣｓＨＣＯ３  …（１）
上記反応式（１）に示されるように、ＣＯ２とＣＯ２キャリアとの可逆反応には水が必要であるため、分離機能層を構成する酸性ガス分離膜用樹脂としては、水酸基やイオン交換基等の親水性基を有する親水性樹脂が好ましく、親水性樹脂の分子鎖同士が架橋により網目構造を有することで高い保水性を示す架橋型親水性樹脂がより好ましい。酸性ガスが分離膜２を透過するための推進力として大きな圧力が印加されるため、分離膜２に要求される耐圧強度の観点からも、分離機能層を構成する酸性ガス分離膜用樹脂として、架橋型親水性樹脂を含むことが好ましい。
【００２４】
親水性樹脂を形成する重合体は、例えば、アクリル酸アルキルエステル、メタクリル酸アルキルエステル、脂肪酸のビニルエステル、またはそれらの誘導体に由来する構造単位を有していることが好ましい。このような親水性を示す重合体としては、アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、メタクリル酸、酢酸ビニル等の単量体を重合してなる重合体が挙げられ、具体的には、イオン交換基としてカルボキシル基を有するポリアクリル酸、ポリイタコン酸、ポリクロトン酸、ポリメタクリル酸等、並びに、水酸基を有するポリビニルアルコール等、それらの共重合体であるアクリル酸−ビニルアルコール共重合体、アクリル酸−メタクリル酸共重合体、アクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体、メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体等が挙げられる。この中でも、アクリル酸の重合体であるポリアクリル酸、メタクリル酸の重合体であるポリメタクリル酸、酢酸ビニルの重合体を加水分解したポリビニルアルコール、アクリル酸メチルと酢酸ビニルとの共重合体を鹸化したアクリル酸塩−ビニルアルコール共重合体、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体であるアクリル酸−メタクリル酸共重合体がより好ましく、ポリアクリル酸およびアクリル酸塩−ビニルアルコール共重合体がさらに好ましい。
【００２５】
架橋型親水性樹脂は、親水性を示す重合体を架橋剤と反応させて調製してもよいし、親水性を示す重合体の原料となる単量体と架橋性単量体とを共重合させて調製してもよい。上記架橋剤または上記架橋性単量体としては、特に限定はなく、従来公知の架橋剤または架橋性単量体を使用することができる。
【００２６】
上記架橋剤としては、例えば、エポキシ架橋剤、多価グリシジルエーテル、多価アルコール、多価イソシアネート、多価アジリジン、ハロエポキシ化合物、多価アルデヒド、多価アミン、有機金属系架橋剤、金属系架橋剤等の、従来公知の架橋剤が挙げられる。上記架橋性単量体としては、例えば、ジビニルベンゼン、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル等の、従来公知の架橋性単量体が挙げられる。架橋方法としては、例えば、熱架橋、紫外線架橋、電子線架橋、放射線架橋、光架橋等の方法や、特開２００３−２６８００９号公報、特開平７−８８１７１号公報に記載されている方法等、従来公知の手法を使用することができる。
【００２７】
（酸性ガスキャリア）
分離機能層は、酸性ガス分離膜用樹脂（例えば親水性樹脂）と、酸性ガスが例えばＣＯ２の場合には、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、およびアルカリ金属水酸化物からなるアルカリ金属化合物の群より選ばれる少なくとも一つの化合物（以下、「ＣＯ２キャリア」と記す）とを含む。このＣＯ２キャリアは、上記酸性ガス分離膜用樹脂を含む分離機能層内に存在し、分離機能層に存在する水に溶解したＣＯ２と可逆的に反応することで当該ＣＯ２を選択的に透過する役割を果たしている。ＣＯ２キャリアは、Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，およびＣｓからなる群より選ばれる少なくとも一つのアルカリ金属の炭酸塩、重炭酸塩または水酸化物であることが好ましい。具体的には、アルカリ金属炭酸塩としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、および炭酸セシウム等が挙げられる。アルカリ金属重炭酸塩としては、例えば、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸ルビジウム、および重炭酸セシウム等が挙げられる。アルカリ金属水酸化物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、および水酸化セシウム等が挙げられる。ＣＯ２キャリアとしては、潮解性を示すアルカリ金属炭酸塩またはアルカリ金属水酸化物が好ましく、水への溶解度が高い炭酸セシウムまたは水酸化セシウムがより好ましい。
【００２８】
分離機能層中には、ＣＯ２キャリアに由来するアルカリ金属カチオンの他に、親水性樹脂が有するイオン交換基（例えばカルボキシル基）の中和反応に用いられたアルカリ金属カチオン等の、種々のアルカリ金属カチオンが含まれている。分離機能層に含まれるこれら全てのアルカリ金属カチオンの含有量は、親水性樹脂が有するイオン交換基の総量に対して、１モル当量〜６モル当量の範囲が好ましく、１．５モル当量〜５モル当量の範囲がより好ましい。アルカリ金属カチオンの含有量が１モル当量未満であると、分離膜２の製膜性が悪くなるおそれがある。一方、アルカリ金属カチオンの含有量が６モル当量を超えると、分離機能層の所期のＣＯ２の選択透過性が得られないおそれがある。
【００２９】
（添加剤）
分離膜２が備える分離機能層の形成に使用される塗工液（後述する）には、当該分離機能層を構成する、酸性ガスと可逆的に反応する酸性ガスキャリアと、酸性ガス分離膜用樹脂との他に、例えば、酸性ガスの水和反応触媒や後述する界面活性剤等を添加剤としてさらに添加してもよい。上記酸性ガスの水和反応触媒は、酸性ガスとキャリアとの反応速度を向上させる。
【００３０】
上記酸性ガスの水和反応触媒としては、オキソ酸化合物を含んで構成される触媒が好ましく、特に、１４族元素、１５族元素、および１６族元素の中から選択される少なくとも一つの元素のオキソ酸化合物を含んで構成される触媒が好ましく、さらに、亜テルル酸化合物、亜セレン酸化合物、亜ヒ酸化合物、およびオルトケイ酸化合物のうちの少なくとも一つを含んで構成される触媒がより好ましい。
【００３１】
（支持層）
分離膜２は、膜透過したガス成分の拡散抵抗とならない、ガス透過性の高い多孔膜を含む支持層を透過側流路材４側に備えている。上記支持層は、疎水性を備えた多孔膜（疎水性多孔膜）であることが好ましい。酸性ガスと可逆的に反応する酸性ガスキャリアと、酸性ガス分離膜用樹脂とを含む分離機能層を、多孔膜からなる支持層の一方の面に接して積層して分離膜２を形成することにより、分離機能層内の水分が支持層の細孔に浸入することを抑制することができるので、分離膜２の膜性能の低下を抑制することができる。
【００３２】
分離膜２の適用が想定される水素や尿素等を製造する大規模プラントでのプロセスでは、分離膜２の使用温度が１００℃以上となるため、分離膜２を構成する上記多孔膜等の部材の耐熱性は、１００℃以上であることが好ましい。本出願において「疎水性」とは、２５℃における水の接触角が９０°以上であることを意味する。本出願において「１００℃以上の耐熱性」とは、多孔膜等の部材を１００℃以上の温度条件下に２時間保存した後においても当該部材の保存前の形態が維持され、熱収縮或いは熱溶融による、目視で確認し得るカールが生じないことを意味する。
【００３３】
上記支持層を構成する多孔膜の材質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド、高分子量ポリエステル、耐熱性ポリアミド、アラミド、ポリカーボネート等の樹脂材料；金属、ガラス、セラミックス等の無機材料；等が挙げられる。これらの中でも、撥水性および耐熱性の面から、ＰＴＦＥ、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂、ＰＰＳ、ポリエーテルスルホン、ＰＥＥＫ、ポリイミド、セラミックスが好ましく、さらに、微小孔径を得やすいこと、気孔率を高くできるために分離のエネルギー効率が良いこと等の理由から、ＰＴＦＥがより好ましい。
【００３４】
多孔膜の厚さに、特に限定はないが、機械的強度の観点からは、通常、１０μｍ〜３０００μｍの範囲が好ましく、１０μｍ〜５００μｍの範囲がより好ましく、１５μｍ〜１５０μｍの範囲がさらに好ましい。多孔膜の細孔の平均孔径に、特に限定はないが、１０μｍ以下が好ましく、０．００５μｍ〜１．０μｍの範囲がより好ましい。多孔膜の空孔率は、５％〜９９％の範囲が好ましく、３０％〜９０％の範囲がより好ましい。
【００３５】
支持層は、補強用多孔膜をさらに含んでいてもよい。この補強用多孔膜は、上記多孔膜における分離機能層と接していない側の面に積層されていることが好ましい。補強用多孔膜は、分離膜２の製膜時において支持層に掛かる張力負荷、分離膜２を備えたスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの製造時において当該分離膜２に掛かる張力負荷、並びに混合ガスから酸性ガスを分離するときにおいて分離膜２に掛かる圧力負荷、等に耐え得る強度を分離膜２に付与する役割を果たす。この補強用多孔膜の構造および材質は、耐圧強度と耐延伸性とを有し、ガス透過性が良好であれば、特に制限はなく、例えば、平均孔径が０．００１μｍ以上、１０μｍ以下である不織布、織布、ネット等を適宜選択して用いることができる。これらの中でも、酸性ガスと可逆的に反応する酸性ガスキャリアと、酸性ガス分離膜用樹脂とを含む分離機能層や多孔膜と同様に、耐熱性を有する素材からなることが好ましい。
【００３６】
（分離膜２の製造方法）
分離膜２の製造方法を以下に説明する。分離膜２の製造は、第１工程（塗工液作製工程）、第２工程（塗布工程）、および第３工程（乾燥工程）の３工程からなる。第２工程および第３工程は、支持層を連続的に搬送しながら行う、ロール・トゥ・ロール(Roll-to-Roll)方式の塗工機や乾燥機を用いることが好ましい。各工程を詳細に説明する。
【００３７】
先ず、第１工程（塗工液作製工程）として、少なくとも酸性ガス分離膜用樹脂とＣＯ２キャリアとを媒質に溶解することによって塗工液を作製する。
【００３８】
上記媒質としては、例えば、水、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール等のアルコール等のプロトン性極性媒質；トルエン、キシレン、ヘキサン等の無極性媒質；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性媒質；等が挙げられる。媒質は、１種類を単独で用いてもよく、相溶する範囲で２種類以上を併用してもよい。これらの中でも、水、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール等のアルコールからなる群から選択される少なくとも一つが含まれる媒質が好ましく、水が含まれる媒質がより好ましい。
【００３９】
上記塗工液には、必要に応じて界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤を塗工液に添加することにより、当該塗工液を多孔膜からなる支持層に塗布したときに、塗工液によって形成される分離機能層と支持層との界面に界面活性剤が偏在し、疎水性の支持層との濡れ性が向上し、膜厚のムラ等が改善される。界面活性剤としては、特に限定はなく、例えば、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール類、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤等の従来公知の界面活性剤を使用することができる。界面活性剤は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を併用してもよい。
【００４０】
次に、第２工程（塗布工程）として、作製した上記塗工液を支持層の一方の側の面に塗布し、塗膜を形成する。第２工程における塗工液の温度は、組成や濃度に応じて適宜決定すればよいが、温度が高すぎると塗工液から媒質が多量に蒸発して組成や濃度が変化したり、塗膜に蒸発痕が残ったりするおそれがあるので、１５℃以上であることが好ましく、室温（２０℃）以上であることがより好ましく、かつ、使用している媒質の沸点よりも５℃以下の温度範囲が好ましい。例えば、媒質として水を用いた場合には、第２工程における塗工液の温度は、１５℃〜９５℃の温度範囲が好ましい。
【００４１】
塗工液を支持層に塗布する方法としては、特に制限はなく、例えばスピンコート法、バー塗布、ダイコート塗布、ブレード塗布、エアナイフ塗布、グラビアコート、ロールコーティング塗布、スプレー塗布、ディップ塗布、コンマロール法、キスコート法、スクリーン印刷、インクジェット印刷等が挙げられる。塗工液の塗布量は、目付け量（単位面積当たりの固形分量）が１ｇ／ｍ２〜１０００ｇ／ｍ２の範囲が好ましく、５ｇ／ｍ２〜７５０ｇ／ｍ２の範囲がより好ましく、１０ｇ／ｍ２〜５００ｇ／ｍ２の範囲がさらに好ましい。目付け量の調節は、塗膜の形成速度（例えば、支持層の搬送速度）や塗工液の濃度、塗工液の吐出量等で制御することができる。また、塗工液の支持層への塗布は、ストライプ状やドット状になるようにしてもよい。
【００４２】
第３工程（乾燥工程）として、形成した塗膜から媒質を除去する。媒質の除去方法には、特に限定はなく、従来公知の方法を採用することができるものの、加熱された空気等を通風させることによって媒質を蒸発除去させ、塗膜を乾燥させる方法が好ましい。具体的には、例えば、所定温度および所定湿度に調節された通風乾燥炉に塗布物（塗膜を形成した支持層）を搬入して、塗膜から媒質を蒸発除去すればよい。これにより分離機能層が形成される。
【００４３】
塗膜の乾燥温度は、塗工液の媒質と支持層である多孔膜の種類とに応じて適宜決定すればよい。通常、媒質の凝固点よりも高く、かつ、多孔膜の融点よりも低い温度とするのが好ましく、一般に、８０℃〜２００℃の範囲が好適である。
【００４４】
第３工程は、塗膜に含まれる媒質が所定濃度以下になるまで行う。具体的には、分離機能層に含まれる媒質の量が１重量％〜３４重量％の範囲になるまで、第３工程を行うことが好ましい。
【００４５】
分離機能層の膜厚は、分離膜２に必要な分離性能によって適宜選択されるものの、通常、０．１μｍ〜６００μｍの範囲が好ましく、０．５μｍ〜４００μｍの範囲がより好ましく、１μｍ〜２００μｍの範囲が特に好ましい。
【００４６】
形成された分離機能層における露出面に対して、上記第２工程および上記第３工程を１回以上繰り返すことにより、分離機能層を積層してもよい。これにより、塗工液を塗布するときの塗膜のムラ等により形成されるおそれがある分離機能層のピンホールを防ぐことができる。第２工程および第３工程を繰り返すときの、塗工液の組成や塗布量等の塗工条件および乾燥条件は、それぞれの分離機能層の積層において、互いに異なっていてもよく、同一であってもよい。
【００４７】
上記第１工程、第２工程および第３工程を行うことにより、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１が備える分離膜２が製造される。
【００４８】
〔供給側流路材３〕
供給側流路材３は、混合ガスの流路空間（以下、「供給側の空間部分」と記す場合がある）を形成する流路材としての機能と、混合ガスに乱流を生じさせる機能とを備えていることが好ましいことから、網状の流路材が好適である。網目の形状によって混合ガスの流路が変わることから、供給側流路材３における網目の単位格子の形状は、目的に応じて、例えば、菱形、平行四辺形等の形状から選択すればよい。供給側流路材３の材質は、特に限定はないが、分離膜２が１００℃以上の温度条件下で使用されることから、耐熱性を有する材料が好ましく、例えば、上記多孔膜の材質として挙げた材料と同様の材料を好適に用いることができる。具体的には、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ、ポリエーテルスルホン、ＰＥＥＫ、ポリイミド、金属が好ましく、さらには、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、金属がより好ましい。
【００４９】
供給側流路材３で形成される流路空間は、混合ガスを巻回体の内部に導くために形成されている。従って、混合ガスは、供給側流路材３の側面方向から巻回体内に連続的に供給される。
【００５０】
巻回体における分離膜２と供給側流路材３との間に、保護用多孔膜が保護層として備えられていてもよい。この保護層は、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１の製造時において巻回体を締め付けるときに、分離膜２を構成する分離機能層と供給側流路材３との間に生じるズレによって当該分離機能層にダメージが生じることを防止する役割を果たす。上記保護用多孔膜は、供給側流路材３との摩擦が少なく、かつ、ガス透過性が良好な材質であればよく、特に限定はないが、分離膜２が１００℃以上の温度条件下で使用されることから、耐熱性を有する材料が好ましく、例えば、分離膜２の支持層を形成する多孔膜の材質として挙げた材料と同様の材料を好適に用いることができる。上記保護用多孔膜は、例えば、平均孔径が０．００１μｍ以上、１０μｍ以下である不織布、織布、ネット等を適宜選択して用いることができる。保護層は、１種類以上の多孔膜を積層した構造であってもよい。
【００５１】
〔透過側流路材４〕
透過側流路材４は、分離膜２を透過した酸性ガスおよび水蒸気を含む透過ガスの流路空間（以下、「透過側の空間部分」と記す場合がある）を形成する流路材としての機能と、透過ガスに乱流を生じさせる機能とを備えていることが好ましいことから、網状の流路材が好適である。網目の形状によって透過ガスの流路が変わることから、透過側流路材４における網目の単位格子の形状は、目的に応じて、例えば、菱形、平行四辺形等の形状から選択すればよい。透過側流路材４の材質は、特に限定はないが、分離膜２が１００℃以上の温度条件下で使用されることから、耐熱性を有する材料が好ましく、例えば、上記多孔膜の材質として挙げた材料と同様の材料を好適に用いることができる。具体的には、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ、ポリエーテルスルホン、ＰＥＥＫ、ポリイミド、金属が好ましく、さらには、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、金属がより好ましい。
【００５２】
透過側流路材４で形成される透過側の空間部分は、分離膜２を透過した透過ガスを中心管５に導くために形成されている。
【００５３】
そして、上記供給側流路材３および上記透過側流路材４は、供給される混合ガス、および分離膜２を透過した透過ガスの乱流（膜面の表面更新）を促進して混合ガスに含まれる酸性ガスの膜透過速度を増加させる機能と、供給される混合ガスの圧力損失をできるだけ小さくする機能とを備えていることが好ましい。
【００５４】
（分離膜積層体）
巻回体は、供給された混合ガスと分離膜２を透過した酸性ガスおよび水蒸気を含む透過ガスとが混合しないように構成されている。具体的には、巻回体を構成する膜リーフ（分離膜積層体）は、長尺の矩形状の分離膜２を、長尺の矩形状の供給側流路材３を挟み込むようにして、分離機能層を内側にして二つ折りにした構造（例えば０．５ｍ〜１．５ｍ×０．５ｍ〜１．５ｍ程度の大きさ）を備えている。つまり、膜リーフは、供給側流路材３を一枚の分離膜２で挟んだ構造となっている。一枚の分離膜２を二つ折りにして膜リーフを形成する代わりに、長尺の矩形状の供給側流路材３を挟み込んだ状態で二枚の長尺の矩形状の分離膜２を、分離機能層を内側にして配置して膜リーフを形成してもよい。この場合には、二枚の分離膜２の一端部を接着して、見かけ上、一枚となるようにする。
【００５５】
膜リーフは、透過側流路材４と接着剤によって接着されることにより、積層体７を構成し、分離膜２によって、透過側流路材４で形成される透過側の空間部分と、供給側流路材３で形成される供給側の空間部分とを隔てている。
【００５６】
上記接着剤は、膜リーフ、つまり分離膜２と透過側流路材４とを接着することができる材質であればよく、特に限定はないが、分離膜２が１００℃以上の温度条件下で使用されることから、耐熱性と耐湿性とを兼ね備えた材料が好ましい。上記接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂、塩化ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール、ポリエステル、セルロース誘導体（ニトロセルロース等）、スチレン−ブタジエン共重合体、各種の合成ゴム系樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノキシ樹脂、シリコーン樹脂、尿素ホルムアミド樹脂等が挙げられる。これらの中でも、エポキシ樹脂（エポキシ系接着剤用樹脂）とシリコーン樹脂が好ましく、エポキシ樹脂がより好ましい。さらに、上記接着剤には、使用時の粘度調整や硬化後の強度向上を目的として、無機あるいは有機の充填剤が含まれていてもよい。上記エポキシ樹脂は、アミン類や酸無水物等で硬化するエポキシ基を含有する化合物であればよく、硬化方式の観点からは一液硬化型であっても二液混合型であってもよく、硬化温度の観点からは加熱硬化型であっても常温硬化型であってもよい。分離膜２等に塗布するときの接着剤の粘度は、接着剤が広がることによって接着部９が大きくなり、分離膜２における有効面積が小さくなることを防ぐ観点から、５，０００ｃＰ〜５０，０００ｃＰの範囲が好ましく、２０，０００ｃＰ〜５０，０００ｃＰの範囲がより好ましい。分離膜２と透過側流路材４とを接着する方法は、接着剤を用いる方法に限定されない。
【００５７】
図３は、（ａ）から（ｆ）のいずれも、上記巻回体を構成する分離膜２と透過側流路材４とで形成される透過側の空間部分が仕切りを備えている場合の、当該仕切りの形状を説明する概略の平面図である。図３に示すように、上記空間部分には、必要に応じて、透過ガスの流れ（図３において破線で示している）を導く帯状の仕切り１０が形成されていてもよい。つまり、上記空間部分は、透過ガスの流路を例えばＣ字型（図３（ａ））やカギ型（１）（図３（ｂ））、Ｓ字型（図３（ｃ））、カギ型（２）（図３（ｄ））、Ｎ字型（図３（ｅ））に導く帯状の仕切り１０を備えていてもよい。
【００５８】
仕切り１０を設けることにより、分離膜２を透過した透過ガスに含まれる水蒸気が、上記供給側の空間部分の上流側に対応する上記透過側の空間部分（図３（ａ）から（ｆ）の各々の下側）において直ちに中心管５に収集されず、上記供給側の空間部分の下流側に対応する上記透過側の空間部分（図３（ａ）から（ｆ）の各々の上側）に導かれるため、上記供給側の空間部分と上記透過側の空間部分とにおける湿度が低い領域を減少させることができる。従って、混合ガスおよび分離膜２を透過した透過ガスが保湿され、酸性ガスの分離効率が高い状態で維持される。
【００５９】
仕切り１０は、透過ガスの流路の上流側が狭く、下流側が広くなるようなＳ字型（図３（ｆ））に形成してもよい。これにより、上記透過側の空間部分を流れる透過ガスの単位断面積当たりの体積流量（線速度）を空間全域でほぼ一定にすることができる。
【００６０】
上記仕切り１０の個数は、特に限定はないが、分離膜２をより効率的に用いるためには、少ない方が好ましく、一つまたは二つがより好ましい。仕切り１０の幅は、特に限定はないが、分離膜２をより効率的に用いるために、細い方が好ましい。仕切り１０の長さは、特に限定はないが、分離膜２を透過した透過ガスに含まれる水蒸気が上記供給側の空間部分の下流側に対応する上記透過側の空間部分に至る前に中心管５に収集されることを防止するために、透過ガスが直ちに中心管５に収集されてしまう流路が形成されない長さであることが好ましい。従って、上記仕切り１０は、帯状に形成されていることが好ましい。上記空間部分における仕切り１０の形成方向（長手方向）は、中心管５と平行な方向であってもよく、中心管５と直交する方向であってもよい。仕切り１０の形成方法は、特に限定はないが、分離膜２と透過側流路材４とを接着する上記接着剤を用いて形成すると、分離膜２と透過側流路材４との接着と同時に仕切り１０を形成することができるため、効率的で好ましい。従って、上記仕切り１０は、エポキシ系接着剤用樹脂を用いて帯状に形成されていることが好ましい。
【００６１】
〔中心管５〕
中心管５は、分離膜２を透過した透過ガスを収集して、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１から排出するための導管である。中心管５の材質は、特に限定はないが、分離膜２が１００℃以上の温度条件下で使用されることから、耐熱性を有する材料が好ましく、また、分離膜２等が外周に複数回巻き付けられることによって巻回体が形成されることから、機械的強度を有する材料が好ましい。中心管５の材質としては、例えば、ステンレス等が好適に用いられる。中心管５の直径や長さ、肉厚は、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１の大きさ、膜リーフの枚数、透過ガスの量、中心管５に要求される機械的強度等に応じて適宜設定すればよい。
【００６２】
上記中心管５は、巻回体が円筒状である場合には円管であることが好ましく、巻回体が角筒状である場合には角管であることが好ましい。
【００６３】
上記中心管５は、上記透過側流路材４で形成される透過側の空間部分と当該中心管５内部の空間部分とを連通させる孔群を有している。各孔の大きさは、中心管５に要求される機械的強度を考慮して決定すればよい。従って、一つの孔の大きさを大きくすることができない場合には、孔の数を多くすればよい。
【００６４】
上記孔群は、上記中心管５における何れか一方の端部側、具体的には、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１を構成したときに上記供給側の空間部分を流れる混合ガスの流路方向の下流側にあたる端部側に偏在して形成されている。具体的には、中心管５における孔群の形成位置は、上記積層状態の分離膜２の幅（混合ガスの流路方向に平行な長さ）をＷとしたとき、上記一方に位置する上記積層状態の分離膜２の幅方向端部から０．０５Ｗ（＝０．０５×Ｗ）以上、０．４Ｗ（＝０．４×Ｗ）以下の範囲に偏在していることが好ましく、０．０５Ｗ（＝０．０５×Ｗ）以上、０．３Ｗ（＝０．３×Ｗ）以下の範囲に偏在していることがより好ましい。
【００６５】
中心管５における上記範囲に偏在して形成されている孔群によって透過ガスを収集することにより、中心管５の全域に孔群が形成されている場合と比較して、透過側流路材４で形成される空間部分に存在する水蒸気が中心管５に収集されるまでに時間が掛かるので、混合ガスおよび透過ガスが保湿され、酸性ガスの分離効率が高い状態で維持される。
【００６６】
＜酸性ガス分離膜モジュール＞
図１は、本発明に係る酸性ガス分離膜モジュールが備える巻回体の構造を展開して示す、一部切り欠き部分を設けた概略の斜視図である。図２は、上記酸性ガス分離膜モジュールの構造を示す、一部展開部分を設けた概略の斜視図である。本発明に係る酸性ガス分離膜モジュールは、図１および２に示すスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１をハウジング（容器）１５内に少なくとも一つ備えている。
【００６７】
図２に示すように、酸性ガス分離膜モジュールＭは、分離膜２と供給側流路材３と透過側流路材４との積層体７が、複数の孔（孔群）３０が形成されている中心管５の周囲に巻回された巻回体を有するスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１を、例えばステンレス製のハウジング１５内に少なくとも一つ備えている。
【００６８】
本発明に係るスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１および酸性ガス分離膜モジュールＭの製造方法（製造工程）を、図４を参照しながら以下に示す。
【００６９】
図４は、本発明に係る酸性ガス分離膜モジュールが備える巻回体の構造を展開して示す、（ａ）は概略の断面図であり、（ｂ）は概略の平面図である。
【００７０】
先ず、接着剤等で、長尺の透過側流路材４の長手方向の一端部を中心管５の外壁に固定する。
【００７１】
また、分離機能層を内側にして二つ折りにした長尺の分離膜２に、長尺の供給側流路材３を挟み込んだ膜リーフ６を複数、作製する。
【００７２】
次に、中心管５の外壁に固定した透過側流路材４に、一つの膜リーフ６を積層する。このとき、膜リーフ６における二つ折りにした折り目部分を中心管５側に向けると共に、当該折り目部分は、後で透過側流路材４だけが中心管５に巻き付けられるように、透過側流路材４の上記先端部（中心管５の外壁に固定された端部）から離す。つまり、透過側流路材４における中心管５の近傍に、膜リーフ６が積層されない領域が残るようにする。透過側流路材４における中心管５近傍の膜リーフ６が積層されない領域に、中心管５の孔３０群に連通する透過側の空間部分を形成する部分を除いて、接着剤を塗布することが好ましい。
【００７３】
次いで、上記膜リーフ６における露出面（透過側流路材４と背向する面）に接着剤を塗布する。具体的には、膜リーフ６における幅方向（中心管５に並行な方向）の両端部、および長さ方向（中心管５に直交する方向）の一端部（中心管５から遠い側）に沿って帯状に接着剤を塗布する。さらに、必要に応じて、仕切り１０を形成する位置に帯状に接着剤を塗布する。その後、上記露出面に新たな透過側流路材４および別の膜リーフ６をこの順に積層して貼り合せる。これにより、接着部９が形成されて透過側流路材４で形成される透過側の空間部分と、仕切り１０とが形成される。このとき、上記積層する新たな透過側流路材４および別の膜リーフ６の面積は、先に積層した透過側流路材４および膜リーフ６の面積と等しいか小さい。上記積層する新たな透過側流路材４は、その長さ方向の端部のうち中心管５に近い側が、先に積層した膜リーフ６の長さ方向の端部のうち中心管５に近い側と揃うように積層されることが好ましい。上記別の膜リーフ６は、後で透過側流路材４だけが中心管５に巻き付けられるように、先に積層した透過側流路材４よりも中心管５から離す。
【００７４】
そして、上記別の膜リーフ６における露出面に接着剤を塗布し、同様に新たな透過側流路材４および別の膜リーフ６をこの順に積層して貼り合せる。上記別の膜リーフ６における露出面に接着剤を塗布する位置は、先に積層した膜リーフ６における露出面に塗布した接着剤の位置と重なる位置であってもよく、一部が重ならない位置であってもよい。このようにして膜リーフ６等の積層を繰り返すことにより、所定数の膜リーフ６等を貼り合せ、積層体７を形成する。
【００７５】
その後、最後に積層した膜リーフ６の露出面に接着剤を塗布する。具体的には、膜リーフ６における幅方向の両端部、および長さ方向の一端部（中心管５から遠い側）に沿って帯状に接着剤を塗布する。さらに、必要に応じて、仕切り１０を形成する位置に帯状に接着剤を塗布する。そして、中心管５の孔３０を覆うようにして、当該中心管５の周囲に積層体７を巻き付け、透過側流路材４で形成される透過側の空間部分を中心管５の外壁で閉じた空間として、巻回体を形成する。積層体７は、張力を掛けながら中心管５の周囲に巻き付けることが好ましい。
【００７６】
その後、巻回体の外周に補強用テープを巻き付けて固定し、巻回体の巻き戻しを防ぐ。また、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの使用中における巻回体のテレスコープ現象を防ぐために、テレスコープ防止板を巻回体の両端部に取り付ける。さらに、当該巻回体の外周に補強材をさらに巻き付ける。これにより、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１が製造される。
【００７７】
上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１を少なくとも一つハウジング１５内に収納し、当該ハウジング１５に混合ガス用の出入口および透過ガス用の出口を取り付けることにより、酸性ガス分離膜モジュールＭが製造される。
【００７８】
＜スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの使用方法＞
本発明に係るスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１を使用するときには、中心管５における複数の孔３０（孔群）が偏在している側の端部が供給側流路材３で形成される供給側の空間部分を流れる混合ガスの流路方向の下流側に位置するように、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１をハウジング１５内に設置して、酸性ガス分離膜モジュールＭを構成する。以下、このようにして構成した酸性ガス分離膜モジュールＭ、および、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの使用方法を説明する。
【００７９】
（酸性ガス分離方法）
少なくとも酸性ガスおよび水蒸気を含む混合ガスは、酸性ガス分離膜モジュールＭの上流側における供給側流路材３で形成される供給側の空間部分の供給口３１に連続的に供給され（図２において矢印Ａで示している）、分離膜２を透過した透過ガスは、透過側流路材４で形成される透過側の空間部分を通過し、孔３０を通じて中心管５の排出口（開口部）３２から連続的に収集され（図２において矢印Ｂで示している）、残りの混合ガスは、酸性ガス分離膜モジュールＭの下流側における供給側流路材３で形成される供給側の空間部分の排出口３３から連続的に排出される（図２において矢印Ｃで示している）。これにより、少なくとも酸性ガスおよび水蒸気を含む混合ガスから当該酸性ガスを従来よりも効率的に分離することができる。
【００８０】
スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１の配列および個数は、所望する酸性ガスの回収率（＝（透過ガス中の酸性ガスの流量／混合ガス中の酸性ガスの流量）×１００）に応じて決めることができる。例えば、ハウジング１５内に一つのスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１を備えた酸性ガス分離膜モジュールを、所望する酸性ガスの回収率を達成することができる個数用意し、並列もしくは直列に配列すればよい。ここで、「並列に配列する」とは、少なくとも混合ガスを分配して複数の酸性ガス分離膜モジュールＭにおける供給側空間部分の供給口に導入することを意味し、「直列に配列する」とは、少なくとも前段の酸性ガス分離膜モジュールＭにおける排出口から排出された混合ガス若しくは透過ガスを、後段の酸性ガス分離膜モジュールにおける供給側空間部分の供給口に導入することを意味している。
【００８１】
例えば、複数のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１を並列に配列する場合には、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１の収容効率の面から、ハウジング１５内にスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１を二つ備えた複数の酸性ガス分離膜モジュールＭを並列に配列することが好ましい。この場合には、当該ハウジング１５は、混合ガス用の出入口を三つ備えていることが好ましい（別途、透過ガス用の出口を少なくとも一つ備えている）。具体的には、二つのスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１を当該ハウジング１５内に見かけ上、直列に配置し、混合ガスを上記二つのスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１に並列に供給し、分離膜２を透過しなかった混合ガスを排出する構造とすることが好ましい。つまり、上記構成の酸性ガス分離膜モジュールＭを使用する場合には、三つの出入口のうちの一つ（入口）から混合ガスを供給し、残りの二つ（出口）から分離膜２を透過しなかった混合ガスを取り出すか、または、三つの出入口のうちの二つ（入口）から混合ガスを供給し、残りの一つ（出口）から分離膜２を透過しなかった混合ガスを取り出すことが好ましい。
【００８２】
＜酸性ガス分離装置＞
本発明に係る酸性ガス分離装置は、上記構成の酸性ガス分離膜モジュールＭを少なくとも一つ備えている。酸性ガス分離装置は、上記構成の酸性ガス分離膜モジュールＭを備えることにより、少なくとも酸性ガスおよび水蒸気を含む混合ガスから当該酸性ガスを従来よりも効率的に分離することができ、しかも省エネルギー化を実現することができる。
【００８３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態に関しても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【実施例】
【００８４】
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。【００８５】
（スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１の気密試験）
図５に示すように、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１における供給側空間部分の供給口３１側と中心管の排出口３２側とが当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１の分離膜で隔てられるように、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１を、試験装置Ｎにおけるステンレス製のハウジング１５’内に固定した。中心管の排出口３２側はハウジング１５’の外部に導出し、他方側は閉栓した。スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１における供給側空間部分の供給口３１側と他方側（排出口側）は、ハウジング１５’内に開放した。即ち、当該ハウジング１５’に供給したガスを、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１における供給側空間部分の両端（供給口側と排出口側）とから、当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１の内部に流入させた。【００８６】
ハウジング１５’内に窒素（Ｎ２）ガスを供給するボンベを、バルブを介して取り付けると共に、当該ハウジング１５’内の圧力を測定する圧力計３５を取り付けた。【００８７】
ハウジング１５’内に、室温（２０℃）のＮ２ガスを供給して、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１の供給口３１側と他方側に、１５００ｋＰａＧ（Ｇはゲージ圧を示す）の圧力を加えた。当該圧力は圧力計３５で確認した。一方、中心管の排出口３２側の圧力は大気圧に調節した。【００８８】
その後、この状態を保ち、上記圧力計３５でハウジング１５’内の圧力の時間変化を測定することにより、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１の気密試験を行い、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１のＮ２ガス透過性能評価を行った。具体的には、測定した圧力の時間変化に基づいて、Ｎ２のパーミアンス（ｍｏｌ／ｍ２・ｓ・ｋＰａ）を算出し、当該パーミアンスが５×１０−８ｍｏｌ／ｍ２・ｓ・ｋＰａ以下であれば合格とした。つまり、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１の気密性が保たれていると評価した。【００８９】
（スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１のＣＯ２分離量の測定）
図６に示すように、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１における供給側空間部分の供給口３１側と排出口３３側とが隔てられるように、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１を、測定装置Ｐにおけるステンレス製のハウジング１５’内に固定した。スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１は、中心管における孔群が偏在している側の端部が排出口３３側に位置するように、ハウジング１５’内に設置した。当該ハウジング１５’内には、上記供給側空間部分の供給口３１側と排出口３３側とを隔てることができるように、シール部材４０を取り付けた。中心管の排出口３２側はハウジング１５’の外部に導出し、他方側は閉栓した。【００９０】
ハウジング１５’内におけるスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１における供給側空間部分の供給口３１側に、混合ガスを供給することができるように、窒素（Ｎ２）ガスを供給するボンベと、炭酸ガス（ＣＯ２）を供給するボンベと、水蒸気（スチーム）を供給する配管とを、バルブおよび流量計を介して取り付けた。ハウジング１５’内におけるスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１の排出口３３側には、配管４１を取り付けた。上記配管４１には、気液分離器４３および背圧調整器４４をこの順で接続した。中心管の排出口３２側はハウジング１５’の外部に導出して、配管４２を取り付けた。上記配管４２には、気液分離器４５および背圧調整器４６をこの順で接続した。配管４１の端部は開放し、配管４２の端部はガスクロマトグラフ測定装置４７に接続した。図６において、「ＭＦＣ」はマスフローコントローラを示し、「ＦＣ」はフローコントローラを示しており、これらコントローラは共に流量を調整する機器である。【００９１】
｛透過側流路材で形成される空間部分に仕切りが形成されていない場合｝
上述した構成の測定装置Ｐを用いて、以下の条件で、透過側流路材で形成される空間部分に仕切りが形成されていない場合における、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１のＣＯ２分離量を測定した。【００９２】
先ず、ハウジング１５’内の温度を１１０℃に調節した。次に、ハウジング１５’内に、ＣＯ２：６２ｍｏｌ％、Ｎ２：１５ｍｏｌ％、およびＨ２Ｏ：２３ｍｏｌ％からなる、温度が１１０℃に調節された混合ガス（湿度８０％ＲＨ）を、０．１Ｎｍ３／ｈｒの供給量で連続的に供給した。上記混合ガスの圧力（気液分離器４３でスチームを凝縮させて除去した後の圧力）は、供給側流路材で形成される空間部分で連通している排出口３３側に取り付けた配管４１に接続した背圧調整器４４によって、５００ｋＰａＡ（Ａは絶対圧）に調整した。中心管の排出口３２側に取り付けた配管４２に接続した背圧調整器４６によって、分離膜を透過した透過ガスの圧力（気液分離器４５でスチームを凝縮させて除去した後の圧力）を、１０１ｋＰａＡ（大気圧）に調整した。【００９３】
透過ガスの流量を、背圧調整器４６の後に設置した流量計（図６に図示していない）で測定した。当該透過ガスに含まれるＣＯ２の濃度を、ガスクロマトグラフ測定装置４７を用いて測定した。得られた測定値から、透過ガスに含まれるＣＯ２の流量を算出した。算出した値を、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１のＣＯ２分離量（単位：ｋｇ−ＣＯ２／ｈｒ／スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント）とした。【００９４】
｛透過側流路材で形成される空間部分に仕切りが形成されている場合｝
上述した構成の測定装置Ｐを用いて、以下の条件で、透過側流路材で形成される空間部分に仕切りが形成されている場合における、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１のＣＯ２分離量を測定した。【００９５】
先ず、ハウジング１５’内の温度を１１８℃に調節した。次に、ハウジング１５’内に、ＣＯ２：５２ｍｏｌ％、Ｎ２：２２ｍｏｌ％、およびＨ２Ｏ：２６ｍｏｌ％からなる、温度が１１８℃に調節された混合ガス（湿度８５％ＲＨ）を、０．１Ｎｍ３／ｈｒの供給量で連続的に供給した。上記混合ガスの圧力（気液分離器４３でスチームを凝縮させて除去した後の圧力）は、供給側流路材で形成される空間部分で連通している排出口３３側に取り付けた配管４１に接続した背圧調整器４４によって、５００ｋＰａＡ（Ａは絶対圧）に調整した。排出口３２側に取り付けた配管４２に接続した背圧調整器４６によって、分離膜を透過した透過ガスの圧力（気液分離器４５でスチームを凝縮させて除去した後の圧力）を、１６０ｋＰａＡに調整した。【００９６】
透過ガスの流量を、背圧調整器４６の後に設置した流量計（図６に図示していない）で測定した。当該透過ガスに含まれるＣＯ２の濃度を、ガスクロマトグラフ測定装置４７を用いて測定した。得られた測定値から、透過ガスに含まれるＣＯ２の流量を算出した。算出した値を、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント１のＣＯ２分離量（単位：ｋｇ−ＣＯ２／ｈｒ／スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント）とした。【００９７】
〔実施例１〕  仕切りが形成されていないスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント
分離膜の分離機能層を構成する重合体として、アクリル酸−ビニルアルコール共重合体（ＣＨ２＝ＣＨ（ＣＯＯＨ）とＣＨ２＝ＣＨ（ＯＨ）との共重合体）のＣｓ塩型（Ｃｓ塩型とは、上記「ＣＯＯＨ」が「ＣＯＯＣｓ」となっている塩を指す）を用いた。酸性ガスキャリアとして、炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３）を用いた。【００９８】
分離膜の支持層として、疎水性ＰＴＦＥ多孔膜（住友電工ファインポリマー（株）製；商品名：ポアフロン・ＨＰ−０１０−５０； 厚さ：５０μｍ、細孔径：０．１μｍ）を用いた。補強用多孔膜として、上記疎水性ＰＴＦＥ多孔膜における分離機能層を形成する面の裏面に、ＰＰＳ製の不織布（廣瀬製紙（株）製；商品名：ＰＳ００８０）を貼り付けた。【００９９】
分離機能層を、以下の通りに作製した。先ず、水８０ｇに、特許第５５９８６３０号公報に記載の製造方法にて得られたアクリル酸−ビニルアルコール共重合体のＣｓ塩型３ｇ、および炭酸セシウム７ｇを加えて攪拌して混合することにより、塗工液を得た（第１工程）。上記共重合体に対する炭酸セシウムの量比は、２．３（ｇ−炭酸セシウム／ｇ−共重合体）であった。上記塗工液を、疎水性ＰＴＦＥ多孔膜に塗布して塗膜を形成した（第２工程）。塗工液の塗布量は、目付け量が１００ｇ／ｍ２となるようにした。【０１００】
上記塗膜を形成した疎水性ＰＴＦＥ多孔膜を温度６０℃で５分間以上、半乾燥させた後、得られた分離機能層の露出面に、保護層として、ＰＰＳ製の不織布（廣瀬製紙（株）製；商品名：ＰＳ００８０）を積層した。その後、さらに上記疎水性ＰＴＦＥ多孔膜を温度１２０℃程度で３分間以上、乾燥させることにより、分離膜を作製した（第３工程）。【０１０１】
上記分離膜を用いてスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントを作製した。【０１０２】
供給側流路材として、ＰＰＳネット（５０×５０ｍｅｓｈ）（ダイオ化成（株）製；商品名：５０−１５０ＰＰＳ）を用いた。透過側流路材として、ＰＰＳネット３層（５０×５０ｍｅｓｈ／６０×４０ｍｅｓｈ／５０×５０ｍｅｓｈ）（ダイオ化成（株）製；商品名：５０−１５０ＰＰＳおよび６０（４０）−１５０ＰＰＳ）を用いた。膜リーフの接着部を形成するための接着剤として、二液混合型エポキシ系接着剤（粘度：４５，０００ｃＰ）を用いた。分離膜を、供給側流路材を挟み込むようにして、分離機能層を内側にして二つ折りにして接着剤によって接着することにより、膜リーフを形成した。【０１０３】
中心管として、外径１インチのステンレス製の管を用いた。図７に示すように、中心管５における、供給側流路材で形成される供給側の空間部分を流れる混合ガスの流路方向の下流側に位置する端部側（図７では右側）に偏在するようにして６つの孔３０を形成した。即ち、中心管５の外壁における中心軸を挟んだ対称位置にそれぞれ三つの孔３０を形成した（図７では三つの孔だけが見えており、残りの三つの孔は中心軸を挟んだ反対側の外壁に存在する）。【０１０４】
各孔３０の直径は３ｍｍとし、隣接する一列に並んだ孔３０同士の間隔は１２．７ｍｍとした。上記６つの孔３０は、積層状態の分離膜の幅、即ち積層体７の幅をＷ（３４１ｍｍ）としたとき、上記端部側（図７では右側）から最も離れた孔３０の中心が、上記端部側における積層体７の端部から０．１８Ｗの位置になるように設けた。【０１０５】
上述したスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの製造方法（製造工程）（上記説明を参照）を採用して、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントを製造した。透過側流路材を中心管に接着するための接着剤として、二液混合型エポキシ系接着剤（粘度：４５，０００ｃＰ）を用いた。当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントにおける外周の補強材として、二液混合型エポキシ系接着剤（粘度：５，０００ｃＰ）を含浸したガラスファイバーを用いた。【０１０６】
得られたスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの直径は４インチ（１０２ｍｍ）であり、長さは１５インチ（３８１ｍｍ）であった。上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの気密試験を行ったところ、気密性が保たれていることが確認された。【０１０７】
上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を測定して、下記比較例１のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量と比較した。混合ガスの流量は、４．５Ｎｍ３／ｈｒ・ｍ２とした。その結果、比較例１のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を１００としたとき、上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量は１０５であった。従って、中心管に形成される孔群を、供給側流路材で形成される供給側の空間部分を流れる混合ガスの流路の下流側に位置する端部側に偏在させることにより、ＣＯ２の分離効率が向上することが分かった。表１に、当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントにおける中心管に備わる孔群の構造とＣＯ２分離量とをまとめて示す。【０１０８】
〔比較例１〕
実施例１と同様にして、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントを製造した。但し、図７に示した中心管５に替えて、積層状態の分離膜の幅全体、即ち積層体７の幅全域に亘って均一な間隔で２０個の孔３０を形成した、外径１インチのステンレス製の中心管５’を用いた。即ち、積層体７の幅全域に亘って均一な間隔で１０個の孔３０が並んだ列を２列形成した中心管５’を用いた（図８では一方の一列に並んだ孔を模式的に示しており、他の一列に並んだ孔は中心管５’の中心軸を挟んだ反対側の外壁に存在する）。各孔３０の直径は３ｍｍとし、隣接する一列に並んだ孔３０同士の間隔は２５．４ｍｍとした。混合ガスの流量を４．５Ｎｍ３／ｈｒ・ｍ２として、上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を測定した。表１に、当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントにおける中心管に備わる孔群の構造とＣＯ２分離量とをまとめて示す。【０１０９】
〔実施例２〕
実施例１で製造したスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を、混合ガスの流量を０．３Ｎｍ３／ｈｒ・ｍ２に変更して測定して、下記比較例２のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量と比較した。その結果、比較例２のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を１００としたとき、上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量は１３１であった。従って、中心管に形成される孔群を、供給側流路材で形成される透過側の空間部分を流れる混合ガスの流路方向の下流側に位置する端部側に偏在させることにより、ＣＯ２の分離効率が向上することが分かった。表２に、当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントにおける中心管に備わる孔群の構造とＣＯ２分離量とをまとめて示す。【０１１０】
〔比較例２〕
比較例１で製造したスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を、混合ガスの流量を０．３Ｎｍ３／ｈｒ・ｍ２に変更して測定した。表２に、当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントにおける中心管に備わる孔群の構造とＣＯ２分離量とをまとめて示す。【０１１１】
〔実施例３〕
実施例１と同様にして、膜リーフを形成した。但し、供給側流路材として、ＰＰＳネット（５０×５０ｍｅｓｈ）（ダイオ化成（株）製；商品名：５０−１５０ＰＰＳ）を用いた。透過側流路材として、ＰＰＳネット２層（６０×４０ｍｅｓｈ／６０×４０ｍｅｓｈ）（ダイオ化成（株）製；商品名：６０（４０）−１５０ＰＰＳ）を用いた。【０１１２】
中心管として、外径１インチのステンレス製の管を用いた。図９に示すように、中心管５における、供給側流路材で形成される空間部分を流れる混合ガスの流路方向の下流側に位置する端部側（図９では右側）に偏在するようにして６つの孔３０を形成した。即ち、中心管５の外壁における中心軸を挟んだ対称位置にそれぞれ三つの孔３０を形成した（図９では三つの孔だけが見えており、残りの三つの孔は中心軸を挟んだ反対側の外壁に存在する）。【０１１３】
各孔３０の直径は３ｍｍとし、隣接する一列に並んだ孔３０同士の間隔は１２．７ｍｍとした。上記６つの孔３０は、積層状態の分離膜の幅、即ち積層体７の幅をＷ（２１４ｍｍ）としたとき、上記端部側（図９では右側）から最も離れた孔３０の中心が、上記端部側における積層体７の端部から０．２８Ｗの位置になるように設けた。【０１１４】
上述したスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの製造方法（製造工程）（上記説明を参照）を採用して、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントを製造した。【０１１５】
透過側流路材を中心管に接着するための接着剤として、二液混合型エポキシ系接着剤（粘度：４５，０００ｃＰ）を用いた。当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントにおける外周の補強材として、二液混合型エポキシ系接着剤（粘度：５，０００ｃＰ）を含浸したガラスファイバーを用いた。【０１１６】
得られたスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの直径は２インチ（５１ｍｍ）であり、長さは１０インチ（２５４ｍｍ）であった。上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントの気密試験を行ったところ、気密性が保たれていることが確認された。【０１１７】
上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を測定して、実施例４〜６のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量と比較した。混合ガスの流量は、０．１Ｎｍ３／ｈｒ・ｍ２とした。表３に、当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントにおける中心管に備わる孔群および透過側の空間部分の仕切りの構造とＣＯ２分離量とをまとめて示す。【０１１８】
〔実施例４〕  仕切りが形成されているスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント
実施例３と同様にして、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントを製造した。但し、上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントには、図１０に示すように、透過側流路材４で形成される透過側の空間部分に仕切り１０を三つ形成した。仕切り１０を形成するための接着剤として、膜リーフの接着部を形成するための接着剤を転用した（二液混合型エポキシ系接着剤（粘度：４５，０００ｃＰ））。【０１１９】
上記仕切り１０は、その長さが、積層状態の分離膜の幅、即ち積層体７の幅をＷとしたとき、混合ガスの流路方向（図１０の下から上の方向）の上流側に位置する端部側（図１０では下側）から０．６Ｗの位置まで達するように形成した。また、上記仕切り１０は、その位置（中心線）が、積層状態の分離膜の長さ、即ち積層体７の長さ（但し、透過側流路材４だけが中心管５に巻き付けられるように残した部分を除く）をＬとしたとき、中心管５から０．１６Ｌ、０．３４Ｌ（０．１６Ｌ＋０．１８Ｌ）、０．５２Ｌ（０．１６Ｌ＋０．１８Ｌ＋０．１８Ｌ）の位置となるように、中心管５と平行に形成した。各仕切り１０の幅は、１３ｍｍとした。【０１２０】
上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を測定して、実施例３のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量と比較した。混合ガスの流量は、０．１Ｎｍ３／ｈｒ・ｍ２とした。その結果、実施例３のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を１００としたとき、上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量は１１３であった。従って、透過側流路材で形成される空間部分に仕切りを形成することにより、ＣＯ２の分離効率が向上することが分かった。表３に、当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントにおける中心管に備わる孔群および透過側の空間部分の仕切りの構造とＣＯ２分離量とをまとめて示す。【０１２１】
〔実施例５〕
実施例３と同様にして、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントを製造した。但し、上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントには、図１１に示すように、透過側流路材４で形成される透過側の空間部分に仕切り１０を二つ形成した。仕切り１０を形成するための接着剤として、膜リーフの接着部を形成するための接着剤を転用した（二液混合型エポキシ系接着剤（粘度：４５，０００ｃＰ））。【０１２２】
積層状態の分離膜の幅、即ち積層体７の幅をＷとしたとき、中心管５に近い側の上記仕切り１０は、その長さが、混合ガスの流路方向（図１１の下から上の方向）の下流側に位置する端部側（図１１では上側）から０．６Ｗの位置まで達するように形成し、中心管５から遠い側の上記仕切り１０は、その長さが、混合ガスの流路の上流側に位置する端部側（図１１では下側）から０．６Ｗの位置まで達するように形成した。また、積層状態の分離膜の長さ、即ち積層体７の長さ（但し、透過側流路材４だけが中心管５に巻き付けられるように残した部分を除く）をＬとしたとき、中心管５に近い側の上記仕切り１０は、その位置（中心線）が、中心管５から０．２３Ｌの位置となるように、中心管５から遠い側の上記仕切り１０は、その位置（中心線）が、中心管５から０．４６Ｌ（０．２３Ｌ＋０．２３Ｌ）の位置となるように、それぞれ中心管５と平行に形成した。各仕切り１０の幅は、１３ｍｍとした。【０１２３】
上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を測定して、実施例３のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量と比較した。混合ガスの流量は、０．１Ｎｍ３／ｈｒ・ｍ２とした。その結果、実施例３のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を１００としたとき、上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量は１１１であった。従って、透過側流路材で形成される透過側の空間部分に仕切りを形成することにより、ＣＯ２の分離効率が向上することが分かった。表３に、当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントにおける中心管に備わる孔群および透過側の空間部分の仕切りの構造とＣＯ２分離量とをまとめて示す。【０１２４】
〔実施例６〕
実施例３と同様にして、スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントを製造した。但し、上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントには、図１２に示すように、透過側流路材４で形成される透過側の空間部分に仕切り１０を二つ形成した。仕切り１０を形成するための接着剤として、膜リーフの接着部を形成するための接着剤を転用した（二液混合型エポキシ系接着剤（粘度：４５，０００ｃＰ））。【０１２５】
積層状態の分離膜の長さ、即ち積層体７の長さ（但し、透過側流路材４だけが中心管５に巻き付けられるように残した部分を除く）をＬとしたとき、中心管５に近い側の上記仕切り１０は、その長さが、透過側流路材４だけが中心管５に巻き付けられるように残した部分を除いた積層体７の中心管５に近い端部から０．３８Ｌの位置まで達するように形成し、中心管５から遠い側の上記仕切り１０は、その長さが、積層体７の先端部から接着部９を除いて０．３８Ｌの位置（積層体７の先端部からは０．６７Ｌ）まで達するように形成した。また、積層状態の分離膜の幅、即ち積層体７の幅をＷとしたとき、中心管５に近い側の上記仕切り１０は、その位置（中心線）が、混合ガスの流路方向の下流側に位置する端部側（図１２では上側）から０．３７Ｗの位置となるように、中心管５から遠い側の上記仕切り１０は、その位置（中心線）が、混合ガスの流路方向の上流側に位置する端部側（図１２では下側）から０．３７Ｗの位置となるように、それぞれ中心管５と直交するように形成した。各仕切り１０の幅は、１３ｍｍとした。【０１２６】
上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を測定して、実施例３のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量と比較した。混合ガスの流量は、０．１Ｎｍ３／ｈｒ・ｍ２とした。その結果、実施例３のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量を１００としたとき、上記スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントのＣＯ２分離量は１６７であった。従って、透過側流路材で形成される透過側の空間部分に仕切りを形成することにより、ＣＯ２の分離効率が向上することが分かった。表３に、当該スパイラル型酸性ガス分離膜エレメントにおける中心管に備わる孔群および透過側の空間部分の仕切りの構造とＣＯ２分離量とをまとめて示す。【０１２７】
【表１】
2016194832.tif 000003
【０１２８】
【表２】
2016194832.tif 000004
【０１２９】
【表３】
2016194832.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明のスパイラル型酸性ガス分離膜エレメント、酸性ガス分離膜モジュール、および酸性ガス分離装置は、少なくとも酸性ガスおよび水蒸気を含む混合ガスから当該酸性ガスを従来よりも効率的に分離することができ、しかも省エネルギー化を実現することができるので、水素や尿素等を製造する大規模プラントで合成される合成ガス、或いは天然ガスや排ガス等の、少なくとも酸性ガスおよび水蒸気を含む混合ガスから、ＣＯ２等の酸性ガスを分離するプロセスにおいて広範に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３１】
１    スパイラル型酸性ガス分離膜エレメント
２    分離膜
３    供給側流路材
４    透過側流路材
５    中心管
６    膜リーフ
７    積層体
９    接着部
１０    仕切り
１５    ハウジング
３０    孔
Ｍ    酸性ガス分離膜モジュール
【図１】
2016194832.tif 000006
【図２】
2016194832.tif 000007
【図３】
2016194832.tif 000008
【図４】
2016194832.tif 000009
【図５】
2016194832.tif 000010
【図６】
2016194832.tif 000011
【図７】
2016194832.tif 000012
【図８】
2016194832.tif 000013
【図９】
2016194832.tif 000014
【図１０】
2016194832.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
2016194832.tif 000018
2016194832.tif 000019
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