(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管壁に貫通孔が形成された透過ガス集合管、ならびに、
酸性ガスを含む原料ガスが供給される供給ガス流路用部材と、前記供給ガス流路用部材を通過する原料ガス中の酸性ガスを分離して輸送する促進輸送膜および前記促進輸送膜を支持し分離した酸性ガスを通過させる多孔質支持体を有する酸性ガス分離層と、前記酸性ガス分離層を通過した酸性ガスが前記透過ガス集合管に向かって流れる透過ガス流路用部材とを積層してなる１以上の積層体を有する酸性ガス分離モジュールであって、
前記透過ガス流路用部材は、前記酸性ガス分離層の前記多孔質支持体側に積層され、かつ、一部が前記多孔質支持体に接着されており、
前記供給ガス流路用部材は、前記酸性ガス分離層の前記促進輸送膜側に積層され、かつ、前記透過ガス流路用部材と前記多孔質支持体とが接着された接着領域に対応する位置の少なくとも一部を固定領域として、前記酸性ガス分離層の前記促進輸送膜と固定化されており、
前記固定領域の面積が、前記接着領域の面積に対して５％〜５０％である酸性ガス分離モジュール。
【請求項２】
前記接着領域は、積層方向において、前記多孔質支持体への接着剤の染み込み率が１０％以上である膜保護部を有し、
前記供給ガス流路用部材と前記酸性ガス分離層とは、前記膜保護部に対応する位置の少なくとも一部を固定領域として固定化される請求項１に記載の酸性ガス分離モジュール。
【請求項３】
前記多孔質支持体は、前記促進輸送膜側の多孔質膜と、前記透過ガス流路用部材側の補助支持膜とを積層してなるものであり、
前記膜保護部において、前記多孔質膜の１０％以上の領域に前記接着剤が染み込んでいる請求項２に記載の酸性ガス分離モジュール。
【請求項４】
前記多孔質支持体は、１３０℃における熱収縮が２％以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸性ガス分離モジュール。
【請求項５】
前記供給ガス流路用部材が、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリフッ化ビニリデンから選ばれる１種以上の樹脂を含んでなる糸で形成された網目構造を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸性ガス分離モジュール。
【請求項６】
前記促進輸送膜は、前記原料ガス中の酸性ガスと反応するキャリア、および、このキャリアを担持する親水性化合物を含有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸性ガス分離モジュール。
【請求項７】
前記積層体は、前記促進輸送膜側を内側にして二つ折りにした酸性ガス分離層で、前記供給ガス流路用部材を挟んでなる挟持体に、前記透過ガス流路用部材を積層してなる構成を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の酸性ガス分離モジュール。
【請求項８】
１以上の前記積層体が、前記透過ガス集合管に巻き付けられてなる構成を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の酸性ガス分離モジュール。
【請求項９】
接着剤により、前記供給ガス流路用部材と、前記酸性ガス分離層の前記促進輸送膜とを固定化する請求項１〜８のいずれか１項に記載の酸性ガス分離モジュール。
【請求項１０】
超音波融着により、前記供給ガス流路用部材と、前記酸性ガス分離層の前記促進輸送膜とを固定化する請求項１〜９のいずれか１項に記載の酸性ガス分離モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ガスから酸性ガスを選択的に分離する、酸性ガス分離モジュールに関する。詳しくは、部材の熱収縮による酸性ガス分離膜の損傷を防止できる酸性ガス分離モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、原料ガス（被処理ガス）から、炭酸ガスなどの酸性ガスを選択的に分離する技術の開発が進んでいる。例えば、酸性ガスを選択的に透過する酸性ガス分離膜を用いて、原料ガスから酸性ガスを分離する酸性ガス分離モジュールが開発されている。
【０００３】
具体的には、特許文献１には、管壁に貫通孔が形成された、分離した酸性ガスを収集するための中心筒（中心透過物収集管）に、酸性ガス分離膜を含む積層体を多重に巻き付けてなる酸性ガス分離モジュールが開示されている。
この特許文献１に開示される酸性ガス分離モジュールは、酸性ガス分離膜として、いわゆる溶解拡散膜を用いる、溶解拡散型の酸性ガス分離モジュールである。この溶解拡散膜は、膜に対する酸性ガスと分離対象物質との溶解性、および、膜中の拡散性の差を利用して、原料ガスから酸性ガスを分離する。
【０００４】
また、特許文献２には、空間を酸性ガス分離膜で原料室と透過室とに分けて、原料室に原料ガス（ＣＯ2、Ｈ2およびＨ2Ｏからなる混合ガス）を供給し、酸性ガス分離膜で選択的に分離（透過）した酸性ガスを、透過室から取り出す酸性ガス分離モジュール（実験装置）が開示されている。
この特許文献２に開示される酸性ガス分離モジュールは、酸性ガス分離膜として、いわゆる促進輸送膜を用いる、促進輸送型の酸性ガス分離モジュールである。この促進輸送膜は、膜中に酸性ガスと反応するキャリアを有し、このキャリアによって酸性ガスを膜の反対側に輸送することで、原料ガスから酸性ガスを分離する。
【０００５】
このような酸性ガス分離モジュールにおいて、特許文献１に示されるような、酸性ガス分離膜や原料ガスの流路となるスペーサ等を積層した積層体を、分離した酸性ガスを収集する中心筒に巻回してなる（中心筒に巻き付けた）、いわゆるスパイラル型の酸性ガス分離モジュールは、酸性ガス分離膜の面積を非常に大きくできる。そのため、スパイラル型の酸性ガス分離モジュールは、効率の良い処理が可能で、非常に有力である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２１５８２４号公報
【特許文献２】特許第４６２１２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、スパイラル型の酸性ガス分離モジュールは、巻回された積層体の端面（積層体を巻回してなる略円柱の端面（上下面））から高温・高圧の原料ガスを供給する。スパイラル型の酸性ガス分離モジュールでは、原料ガスの流路となるスペーサ（供給ガス流路用部材）は、酸性ガス分離膜に挾持されるのみで固定されていない。そのため、高温の原料ガスの供給によって、酸性ガス分離膜を備えた積層体と供給ガス流路用部材との間で熱収縮の差が生じ、部材同士が擦れて欠陥が発生する場合がある。
【０００８】
酸性ガス分離膜に膜欠陥が生じてしまうと、酸性ガス分離モジュールの性能が低下してしまう。特に促進輸送型の酸性ガス分離モジュールは、高温での条件が必須であり、熱収縮が大きく、かつ、分離膜はゲル状の柔らかい膜であるため、擦れによる欠陥が顕著に生じるため、短期間で性能が低下してしまう場合が有る。
【０００９】
本発明の目的は、構成部材の熱収縮に起因する擦れによる欠陥の発生を抑制し、長期に渡って所定の性能を発現できる酸性ガス分離モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、供給ガス流路用部材が、酸性ガス分離層の促進輸送膜側に積層され、かつ、透過ガス流路用部材と多孔質支持体とが接着された接着領域に対応する位置の少なくとも一部を固定領域として、酸性ガス分離層の促進輸送膜と固定化されることにより、熱収縮に起因する擦れによる欠陥の発生を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明者は、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
【００１１】
（１）  管壁に貫通孔が形成された透過ガス集合管、ならびに、酸性ガスを含む原料ガスが供給される供給ガス流路用部材と、供給ガス流路用部材を通過する原料ガス中の酸性ガスを分離して輸送する促進輸送膜および促進輸送膜を支持し分離した酸性ガスを通過させる多孔質支持体を有する酸性ガス分離層と、酸性ガス分離層を通過した酸性ガスが透過ガス集合管に向かって流れる透過ガス流路用部材とを積層してなる１以上の積層体を有する酸性ガス分離モジュールであって、透過ガス流路用部材は、酸性ガス分離層の多孔質支持体側に積層され、かつ、一部が多孔質支持体に接着されており、供給ガス流路用部材は、酸性ガス分離層の促進輸送膜側に積層され、かつ、透過ガス流路用部材と多孔質支持体とが接着された接着領域に対応する位置の少なくとも一部を固定領域として、酸性ガス分離層の促進輸送膜と固定化される酸性ガス分離モジュール。
【００１２】
（２）  接着領域は、積層方向において、多孔質支持体への接着剤の染み込み率が１０％以上である膜保護部を有し、供給ガス流路用部材と酸性ガス分離層とは、膜保護部に対応する位置の少なくとも一部を固定領域として固定化される（１）に記載の酸性ガス分離モジュール。
（３）  多孔質支持体は、促進輸送膜側の多孔質膜と、透過ガス流路用部材側の補助支持膜とを積層してなるものであり、膜保護部において、多孔質膜の１０％以上の領域に接着剤が染み込んでいる（２）に記載の酸性ガス分離モジュール。
（４）  固定領域の面積が、接着領域の面積に対して５％〜５０％である（１）〜（３）のいずれかに記載の酸性ガス分離モジュール。
（５）  供給ガス流路用部材が、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリフッ化ビニリデンから選ばれる１種以上の樹脂を含んでなる糸で形成された網目構造を有する（１）〜（４）のいずれかに記載の酸性ガス分離モジュール。
【００１３】
（６）  促進輸送膜は、原料ガス中の酸性ガスと反応するキャリア、および、このキャリアを担持する親水性化合物を含有する（１）〜（５）のいずれかに記載の酸性ガス分離モジュール。
（７）  積層体は、促進輸送膜側を内側にして二つ折りにした酸性ガス分離層で、供給ガス流路用部材を挟んでなる挟持体に、透過ガス流路用部材を積層してなる構成を有する（１）〜（６）のいずれかに記載の酸性ガス分離モジュール。
（８）  １以上の積層体が、透過ガス集合管に巻き付けられてなる構成を有する（１）〜（７）のいずれかに記載の酸性ガス分離モジュール。
【００１４】
（９）  接着剤により、供給ガス流路用部材と、酸性ガス分離層の促進輸送膜とを固定化する（１）〜（８）のいずれかに記載の酸性ガス分離モジュール。
（１０）  超音波融着により、供給ガス流路用部材と、酸性ガス分離層の促進輸送膜とを固定化する（１）〜（９）のいずれかに記載の酸性ガス分離モジュール。
【発明の効果】
【００１５】
以下に示すように、本発明によれば、構成部材の熱収縮に起因する擦れによる欠陥の発生を抑制し、長期に渡って所定の性能を発現できる酸性ガス分離モジュールを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の酸性ガス分離モジュールの一例を一部切り欠いて示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す酸性ガス分離モジュールの積層体の概略断面図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、図１に示す酸性ガス分離モジュールの作製方法を説明するための概念図である。
【図４】図１に示す酸性ガス分離モジュールの作製方法を説明するための概念図である。
【図５】（Ａ）および（Ｂ）は、図１に示す酸性ガス分離モジュールの作製方法を説明するための概念図である。
【図６】図１に示す酸性ガス分離モジュールの作製方法を説明するための概念図である。
【図７】図１に示す酸性ガス分離モジュールの作製方法を説明するための概念図である。
【図８】図４に示す挟持体の一部を省略して示す概念図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線断面図である。
【図１０】本発明の酸性ガス分離モジュールの他の一例の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の酸性ガス分離モジュールについて、添付の図面に示される好適実施例を基に、詳細に説明する。
【００１８】
図１に本発明の酸性ガス分離モジュールの一例の一部切欠き概略斜視図を示す。
図１に示すように、酸性ガス分離モジュール１０は、基本的に、中心筒１２と、酸性ガス分離層２０、供給ガス流路用部材２４および透過ガス流路用部材２６を積層してなる積層体１４と、テレスコープ防止板１６とを有して構成される。なお、以下の説明では、酸性ガス分離モジュールを、単に、分離モジュールとも言う。
分離モジュール１０は、例えば、一酸化炭素、炭酸ガス（ＣＯ2）、水（水蒸気）および水素を含有する原料ガスＧから、酸性ガスＧｃとして炭酸ガスを分離するものである。
【００１９】
図１に示す分離モジュール１０は、いわゆるスパイラル型の分離モジュールである。すなわち、分離モジュール１０は、シート状の積層体１４を、複数、積層して中心筒１２に巻回して、積層体１４の巻回物の両端面に、中心筒１２を挿通してテレスコープ防止板１６を設けてなる構成を有する。また、巻回した積層体１４の最外周面は、ガス非透過性の被覆層１８で覆われている。
【００２０】
なお、以下の説明では、中心筒１２に巻回された、複数の積層体１４を積層した物の巻回物（すなわち、積層されて巻回された積層体１４による略円筒状物）を、便宜的に、スパイラル積層体１４ａとも言う。
【００２１】
このような分離モジュール１０において、酸性ガスを分離される原料ガスＧは、例えば図１中奥手側のテレスコープ防止板１６（その開口部１６ｄ）を通って、スパイラル積層体１４ａの端面に供給され、積層体１４内を流れつつ、酸性ガスＧｃを分離される。
また、積層体１４によって原料ガスＧから分離された酸性ガスＧｃは、中心筒１２から排出され、酸性ガスを分離された原料ガスＧ（以下、便宜的に残余ガスＧｒとする）は、スパイラル積層体１４ａの供給側とは逆側の端面から排出され、テレスコープ防止板１６（同前）を通って分離モジュール１０の外部に排出される。
【００２２】
中心筒（透過ガス集合管）１２は、原料ガスＧ供給側の端面が閉塞する円筒状の管で、周面には複数の貫通孔１２ａが形成される。
原料ガスＧから分離された酸性ガスＧｃは、後述する透過ガス流路用部材２６を通って、貫通孔１２ａから中心筒１２内に至り、中心筒１２の開放端１２ｂから排出される。
【００２３】
中心筒１２において、後述する接着剤層３０で封止される領域における開口率（中心筒１２の外周面に占める貫通孔１２ａの面積率）は、１．５〜８０％が好ましく、３〜７５％がより好ましく、５〜７０％がさらに好ましい。中でも、実用的な観点から、中心筒１２の開口率は、５〜２５％が、特に好ましい。
中心筒１２の開口率を上記範囲とすることにより、効率的に酸性ガスＧｃを収集することができ、また、中心筒１２の強度を高め、加工適性を十分に確保できる。
【００２４】
また、貫通孔１２ａは、直径０．５〜２０ｍｍの円形の孔であるのが好ましい。さらに、貫通孔１２ａは、中心筒１２の周壁に、均一に形成されるのが好ましい。
【００２５】
なお、中心筒１２には、必要に応じて、分離した酸性ガスＧｃを開放端１２ｂ側に流すためのガス（スイープガス）を供給する供給口（供給部）を設けてもよい。
【００２６】
積層体１４は、多孔質支持体２２上に促進輸送膜２１を形成してなる酸性ガス分離層２０と、供給ガス流路用部材２４と、透過ガス流路用部材とを積層したものであり、酸性ガス分離層２０で供給ガス流路用部材２４を挟持してなる挟持体３６と、透過ガス流路用部材２６とを積層してなる。
なお、図１において、符号３０は、酸性ガス分離層２０（多孔質支持体２２）と透過ガス流路用部材２６とを接着するものであり、これにより、透過ガス流路用部材２６を挟む積層体１４同士を接着する。
すなわち、分離モジュール１０においては、透過ガス流路用部材２６を挟む２つの酸性ガス分離層２０（促進輸送膜２１）と、透過ガス流路用部材２６および酸性ガス分離層２０（多孔質支持体２２）に含浸した接着剤層３０とによって、接着剤層３０の内側（面方向の内側）に、透過ガス流路用部材２６を内包する、中心筒１２側が開放するエンベロープ状の流路が形成される。これにより、透過ガス流路用部材２６における酸性ガスＧｃの流路を、中心筒１２側が開口するエンベロープ状にする。分離モジュール１０は、これにより、酸性ガス分離層２０を透過した酸性ガスＧｃが外部に流出するのを防止している。
【００２７】
また、符号３２（図２参照）は、酸性ガス分離層２０（促進輸送膜２１）と供給ガス流路用部材２４とを接着する接着剤層である。接着剤層３２は、供給ガス流路用部材２４に含浸され、酸性ガス分離層２０と供給ガス流路用部材２４とを接着する。
本発明の分離モジュール１０は、このように、供給ガス流路用部材２４を、酸性ガス分離層２０の促進輸送膜２１に接着等により固定化するものであり、酸性ガス分離層２０（多孔質支持体２２）と透過ガス流路用部材２６とが接着される接着位置に対応する位置の一部を固定領域とする。これにより、熱収縮に起因する擦れによる欠陥の発生を抑制できるものである。
【００２８】
前述のように、図示例の分離モジュール１０は、この積層体１４を、複数、積層して、中心筒１２に巻回して（巻き付けて）、略円筒状のスパイラル積層体１４ａを形成してなる構成を有する。
以下、便宜的に、この積層体１４の巻回に対応する方向を周方向（矢印ｙ方向）、周方向と直交する方向を幅方向（矢印ｘ方向）とする。なお、積層体１４は、一般的に、矩形のシート状物であるが、周方向は、通常、積層体１４の長手方向になる。
【００２９】
分離モジュール１０において、積層体１４は１枚でもよい。しかしながら、複数の積層体１４を積層することにより、酸性ガス分離層２０の膜面積を大きくして、１つのモジュールで分離する酸性ガスＧｃの量を向上できる。なお、酸性ガス分離層２０の膜面積の向上は、積層体１４の幅方向の長さを長くすることでも図れる。
積層体１４の積層数は、分離モジュール１０に要求される処理速度や処理量、分離モジュール１０の大きさ等に応じて、適宜、設定すればよい。ここで、積層する積層体１４の数は、５０以下が好ましく、４５以下がより好ましく、４０以下が特に好ましい。積層体１４の積層数を、この数とすることで、中心筒１２への積層体１４の巻回が容易になり、加工性を向上できる。
【００３０】
図２に、積層体１４の断面図を示す。前述のように、矢印ｘは幅方向、矢印ｙは周方向である。
図示例において、積層体１４は、二つ折りにした酸性ガス分離層２０の間に透過ガス流路用部材２４を挟み込んで挟持体３６とし（図４参照）、この挟持体３６に、透過ガス流路用部材２６を積層してなる構成を有する。この構成については、後に詳述する。
【００３１】
前述のように、分離モジュール１０において、原料ガスＧは、テレスコープ防止板１６（その開口部１６ｄ）を通って、スパイラル積層体１４ａの一方の端面から供給される。すなわち、原料ガスＧは、各積層体１４の幅方向（矢印ｘ方向）の端部（端面）に供給される。
図２に概念的に示すように、積層体１４の幅方向の端面に供給された原料ガスＧは、供給ガス流路用部材２４を幅方向に流れる。この流れの中で、酸性ガス分離層２０（促進輸送膜２１）に接触した酸性ガスＧｃは、原料ガスＧから分離されて、酸性ガス分離層２０を積層体１４の積層方向に通過して（促進輸送膜２１のキャリアによって積層方向に輸送されて）、透過ガス流路用部材２６に流入する。
透過ガス流路用部材２６に流入した酸性ガスＧｃは、透過ガス流路用部材２６を周方向（矢印ｙ方向）に流れて、中心筒１２に至り、中心筒１２の貫通孔１２ａから中心筒１２内に流入する。中心筒１２内に流入した酸性ガスＧｃは、中心筒１２を幅方向に流れて、開放端１２ｂから排出される。
また、酸性ガスＧｃを除去された残余のガスＧｒは、供給ガス流路用部材２４を幅方向に流れて、スパイラル積層体１４ａの逆側の端面から排出され、テレスコープ防止板１６（その開口部１６ｄ）を通って、分離モジュール１０の外部に排出される。
【００３２】
本発明の分離モジュール１０は、促進輸送型である。そのため、酸性ガス分離層２０は、促進輸送膜２１と、多孔質支持体２２とから構成される。
【００３３】
促進輸送膜２１は、少なくとも、供給ガス流路用部材２４を流れる原料ガスＧに含有される酸性ガスＧｃと反応するキャリア、および、このキャリアを担持する親水性化合物を含有する。このような促進輸送膜２１は、原料ガスＧから酸性ガスＧｃを選択的に透過させる機能（酸性ガスＧｃを選択的に輸送する機能）を有している。
促進輸送型の分離モジュールは、高温かつ高湿での使用が必要条件である。従って、促進輸送膜２１は、高温下（例えば、１００〜２００℃）でも、酸性ガスＧｃを選択的に透過させる機能を有する。また、原料ガスＧが水蒸気を含んでも、水蒸気を親水性化合物が吸湿して促進輸送膜２１が水分を保持することで、さらにキャリアが酸性ガスＧｃを輸送し易くなるので、溶解拡散膜を用いる場合に比べて分離効率が高まる。
【００３４】
促進輸送膜２１の膜面積は、分離モジュール１０の大きさ、分離モジュール１０に要求される処理能力等に応じて、適宜、設定すればよい。具体的には、０．０１〜１０００ｍ2が好ましく、０．０２〜７５０ｍ2がより好ましく、０．０２５〜５００ｍ2がさらに好ましい。中でも、促進輸送膜２１の膜面積は、実用的な観点から、１〜１００ｍ2が、特に好ましい。
促進輸送膜２１の膜面積を上記範囲とすることにより、膜面積に対して効率よく酸性ガスＧｃを分離でき、また、加工性も良好になる。
【００３５】
促進輸送膜２１の周方向の長さ（二つ折りする前の全長）も、分離モジュール１０の大きさや分離モジュール１０に要求される処理能力等に応じて、適宜、設定すればよい。具体的には、１００〜１００００ｍｍが好ましく、１５０〜９０００ｍｍがより好ましく、２００〜８０００ｍｍがさらにより好ましい。中でも、促進輸送膜２１の長さは、実用的な観点から、８００〜４０００ｍｍが、特に好ましい。
促進輸送膜２１の周方向の長さを、上記範囲とすることにより、膜面積に対して効率よく酸性ガスＧｃを分離することができ、さらに、積層体１４を巻回する際の巻きずれの発生が抑制され、加工性が容易となる。
なお、促進輸送膜の幅も、分離モジュール１０の幅方向のサイズに応じて、適宜、設定すれば良い。
【００３６】
促進輸送膜２１の厚さも、分離モジュール１０の大きさや分離モジュール１０に要求される処理能力等に応じて、適宜、設定すればよい。具体的には、１〜２００μｍが好ましく、２〜１７５μｍがより好ましい。
促進輸送膜２１の厚さを、上記範囲にすることにより、十分なガス透過性と分離選択性とを実現できる。
【００３７】
親水性化合物はバインダとして機能するものであり、促進輸送膜２１において、水分を保持して、キャリアによる二酸化炭素等のガスの分離機能を発揮させる。また、親水性化合物は、耐熱性の観点から、架橋構造を有するのが好ましい。
このような親水性化合物としては、親水性ポリマーが例示される。
【００３８】
親水性化合物は、水に溶けて塗布液を形成できると共に、促進輸送膜２１が高い親水性（保湿性）を有するのが好ましいという観点から、親水性が高いものが好ましい。
具体的には、親水性化合物は、生理食塩液の吸水量が０．５ｇ／ｇ以上の親水性を有することが好ましく、同１ｇ／ｇ以上の親水性を有することがより好ましく、同５ｇ／ｇ以上の親水性を有することがさらに好ましく、同１０ｇ／ｇ以上の親水性を有することが特に好ましく、さらには、同２０ｇ／ｇ以上の親水性を有することが最も好ましい。
【００３９】
親水性化合物の重量平均分子量は、安定な膜を形成し得る範囲で、適宜、選択すればよい。具体的には、２０，０００〜２，０００，０００が好ましく、２５，０００〜２，０００，０００がより好ましく、３０，０００〜２，０００，０００が特に好ましい。
親水性化合物の重量平均分子量を２０，０００以上とすることで、安定して十分な膜強度を有する促進輸送膜２１を得ることができる。
特に、親水性化合物が架橋可能基として−ＯＨを有する場合には、親水性化合物は、重量平均分子量が３０，０００以上であるのが好ましい。この際には、重量平均分子量は更に好ましくは４０，０００以上であり、より好ましくは、５０，０００以上である。また、親水性化合物が架橋可能基として−ＯＨを有する場合には、製造適性の観点から、重量平均分子量は、６，０００，０００以下であることが好ましい。
また、架橋可能基として−ＮＨ2を有する場合には、親水性化合物は、重量平均分子量が１０，０００以上であるものが好ましい。この際には、親水性化合物の重量平均分子量は、１５，０００以上であるのがより好ましく、２０，０００以上であるのが特に好ましい。また、親水性化合物が、架橋可能基として−ＮＨ2を有する場合には、製造適性の観点から、重量平均分子量は、１，０００，０００以下であるのが好ましい。
なお、親水性化合物の重量平均分子量は、例えば、親水性化合物としてＰＶＡを用いる場合には、ＪＩＳ Ｋ ６７２６に準じて測定した値を用いればよい。また、市販品を用いる場合には、カタログ、仕様書などで公称される分子量を用いればよい。
【００４０】
親水性化合物を形成する架橋可能基としては、耐加水分解性の架橋構造を形成し得るものが、好ましく選択される。
具体的には、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、アミノ基（−ＮＨ2）、塩素原子(−Ｃｌ）、シアノ基（−ＣＮ）、カルボキシ基（−ＣＯＯＨ）、および、エポキシ基等が例示される。これらの中でも、アミノ基およびヒドロキシ基が好ましく例示される。さらに、最も好ましくは、キャリアとの親和性およびキャリア担持効果の観点から、ヒドロキシ基が例示される。
【００４１】
親水性化合物としては、具体的には、単一の架橋可能基を有するものとしては、ポリアリルアミン、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリオルニチン、ポリリジン、ポリエチレンオキサイド、水溶性セルロース、デンプン、アルギン酸、キチン、ポリスルホン酸、ポリヒドロキシメタクリレート、ポリ−Ｎ−ビニルアセトアミドなどが例示される。最も好ましくはポリビニルアルコールである。また、親水性化合物としては、これらの共重合体も例示される。
【００４２】
また、複数の架橋可能基を有する親水性化合物としては、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体が例示される。ポリビニルアルコール−ポリアクリル塩共重合体は、吸水能が高い上に、高吸水時においてもハイドロゲルの強度が大きいため好ましい。
ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体におけるポリアクリル酸の含有率は、例えば１〜９５モル％、好ましくは２〜７０モル％、より好ましくは３〜６０モル％、特に好ましくは５〜５０モル％である。
なお、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体において、ポリアクリル酸は、塩であってもよい。この際におけるポリアクリル酸塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩の他、アンモニウム塩や有機アンモニウム塩等が例示される。
【００４３】
ポリビニルアルコールは市販品としても入手可能である。具体的には、ＰＶＡ１１７（クラレ社製）、ポバール（クラレ製）、ポリビニルアルコール（アルドリッチ社製）、Ｊ−ポバール（日本酢ビ・ポバール社製）等が例示される。分子量のグレードは種々存在するが、重量平均分子量が１３０，０００〜３００，０００のものが好ましい。
ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体（ナトリウム塩）も、市販品として入手可能である。例えば、クラストマーＡＰ２０（クラレ社製）が例示される。
【００４４】
なお、本発明の分離モジュール１０の促進輸送膜２１において、親水性化合物は、２種以上を混合して使用してもよい。
【００４５】
促進輸送膜２１における親水性化合物の含有量は、促進輸送膜２１を形成するためのバインダとして機能し、かつ、水分を十分に保持できる量を、親水性組成物やキャリアの種類等に応じて、適宜、設定すればよい。
具体的には、０．５〜５０質量％が好ましく、０．７５〜３０質量％がより好ましく、１〜１５質量％が特に好ましい。親水性化合物の含有量を、この範囲とすることにより、上述のバインダとしての機能および水分保持機能を、安定して、好適に発現できる。
【００４６】
親水性化合物における架橋構造は、熱架橋、紫外線架橋、電子線架橋、放射線架橋、光架橋等、従来公知の手法により形成できる。
好ましくは光架橋もしくは熱架橋であり、最も好ましくは熱架橋である。
【００４７】
また、促進輸送膜２１の形成には、親水性化合物と共に、架橋剤を用いるのが好ましい。すなわち、塗布法によって促進輸送膜２１を形成する際には、架橋剤を含む塗布組成物を用いるのが好ましい。
架橋剤としては、親水性化合物と反応し、熱架橋や光架橋等の架橋をし得る官能基を２以上有する架橋剤を含むものが選択される。また、形成された架橋構造は、耐加水分解性の架橋構造となるのが好ましい。
このような観点から、促進輸送膜２１の形成に利用される架橋剤としては、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、有機金属系架橋剤などが好適に例示される。より好ましくは多価アルデヒド、有機金属系架橋剤およびエポキシ架橋剤であり、中でも、アルデヒド基を２以上有するグルタルアルデヒドやホルムアルデヒドなどの多価アルデヒドが好ましい。
【００４８】
エポキシ架橋剤としては、エポキシ基を２以上有する化合物であり、４以上有する化合物も好ましい。エポキシ架橋剤は市販品としても入手可能であり、例えば、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル（共栄社化学株式会社製、エポライト１００ＭＦ等）、ナガセケムテックス社製ＥＸ−４１１、ＥＸ−３１３、ＥＸ−６１４Ｂ、ＥＸ−８１０、ＥＸ−８１１、ＥＸ−８２１、ＥＸ−８３０、日油株式会社製エピオールＥ４００などが例示される。
また、エポキシ架橋剤に類似する化合物として、環状エーテルを有するオキセタン化合物も、また、好ましく使用される。オキセタン化合物としては、官能基を２以上有する多価グリシジルエーテルが好ましく、市販品としては、例えばナガセケムテックス社製ＥＸ−４１１、ＥＸ−３１３、ＥＸ−６１４Ｂ、ＥＸ−８１０、ＥＸ−８１１、ＥＸ−８２１、ＥＸ−８３０、などが例示される。
【００４９】
多価グリシジルエーテルとしては、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、プロピレングリコールグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等が例示される。
【００５０】
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ポリグリセリン、プロピレングリコール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ポリオキシプロピル、オキシエチエンオキシプロピレンブロック共重合体、ペンタエリスリトール、ソビトール等が例示される。
【００５１】
多価イソシアネートとしては、例えば、２，４−トルイレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等が例示される。
多価アジリジンとしては、例えば、２，２−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス［３−（１−アシリジニル）プロピオネート］、１，６−ヘキサメチレンジエチレンウレア、ジフェニルメタン−ビス−４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジエチレンウレア等が例示される。
【００５２】
ハロエポキシ化合物としては、例えば、エピクロルヒドリン、α−メチルクロルヒドリン等が例示される。
多価アルデヒドとしては、例えば、グルタルアルデヒド、グリオキサール等が例示される。
多価アミンとしては、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ポリエチレンイミン等が例示される。
さらに、有機金属系架橋剤としては、例えば、有機チタン架橋剤、有機ジルコニア架橋剤等が例示される。
【００５３】
例えば、親水性化合物として、重量平均分子量が１３０，０００以上のポリビニルアルコールを用いる場合には、この親水性化合物と反応性が良好で、加水分解耐性も優れている架橋構造が形成可能である点から，エポキシ架橋剤やグルタルアルデヒドが好ましく利用される。
また、親水性化合物として、ポリビニールアルコール−ポリアクリル酸共重合体を用いる場合は、エポキシ架橋剤やグルタルアルデヒドが好ましく利用される。
また、親水性化合物として、重量平均分子量が１０，０００以上のポリアリルアミンを用いる場合には、この親水性化合物と反応性が良好で、加水分解耐性も優れている架橋構造が形成可能である点から、エポキシ架橋剤、グルタルアルデヒド、および、有機金属架橋剤が好ましく利用される。
さらに、親水性化合物として、ポリエチレンイミンやポリアリルアミンを用いる場合には、エポキシ架橋剤が好ましく利用される。
【００５４】
架橋剤の量は、促進輸送膜２１の形成に使用する親水性化合物や架橋剤の種類に応じて、適宜、設定すればよい。
具体的には、親水性化合物が有する架橋可能基量１００質量部に対して０．００１〜８０質量部が好ましく、０．０１〜６０質量部がより好ましく、０．１〜５０質量部が特に好ましい。架橋剤の含有量を上記範囲とすることにより、架橋構造の形成性が良好であり、かつ、形状維持性に優れる促進輸送膜を得ることができる。
また、親水性化合物が有する架橋可能基に着目すれば、架橋構造は、親水性化合物が有する架橋可能基１００ｍｏｌに対し、架橋剤０．００１〜８０ｍｏｌを反応させて形成されたものであるのが好ましい。
【００５５】
前述のように、分離モジュール１０の酸性ガス分離層２０において、促進輸送膜２１は、このような親水性化合物に加え、キャリアを含有する。
キャリアは、酸性ガス（例えば、炭酸ガス）と親和性を有し、かつ、塩基性を示す各種の水溶性の化合物である。具体的には、アルカリ金属化合物、窒素含有化合物および硫黄酸化物等が例示される。
なお、キャリアは、間接的に酸性ガスと反応するものでも、キャリア自体が、直接、酸性ガスと反応するものでもよい。
前者は、供給ガス中に含まれる他のガスと反応し、塩基性を示し、その塩基性化合物と酸性ガスが反応するものなどが例示される。より具体的には、スチーム（水分）と反応してＯＨ-を放出し、そのＯＨ-がＣＯ2と反応することで、促進輸送膜２１中に選択的にＣＯ2を取り込むことができる化合物であり、例えば、アルカリ金属化合物である。
後者は、キャリア自体が塩基性であるようなもので、例えば、窒素含有化合物や硫黄酸化物である。
【００５６】
アルカリ金属化合物としては、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等が例示される。ここで、アルカリ金属としては、セシウム、ルビジウム、カリウム、リチウム、および、ナトリウムから選ばれたアルカリ金属元素が好ましく用いられる。なお、本発明において、アルカリ金属化合物とは、アルカリ金属そのもののほか、その塩およびそのイオンも含む。
【００５７】
アルカリ金属炭酸塩としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、および、炭酸セシウム等が例示される。
アルカリ金属重炭酸塩としては、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、および、炭酸水素セシウム等が例示される。
さらに、アルカリ金属水酸化物としては、水酸化リチウム、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例示される。
これらの中でも、アルカリ金属炭酸塩が好ましく、また、酸性ガスとの親和性が良いという観点から、水に対する溶解度の高いカリウム、ルビジウム、および、セシウムを含む化合物が好ましい。
【００５８】
また、キャリアとしてアルカリ金属化合物を用いる際には、２種以上のキャリアを併用してもよい。
促進輸送膜２１中に２種以上のキャリアが存在することにより、膜中で異なるキャリアを距離的に離間させることができる。これにより、複数のキャリアの潮解性の違いによって、促進輸送膜２１の吸湿性に起因して、製造時等に促進輸送膜２１同士や、促進輸送膜２１と他の部材とが貼着すること（ブロッキング）を、好適に抑制できる。
また、ブロッキングの抑制効果を、より好適に得られる等の点で、２種以上のアルカリ金属化合物をキャリアとして用いる場合には、潮解性を有する第１化合物と、第１化合物よりも潮解性が低く比重が小さい第２化合物を含むのが好ましい。一例として、第１化合物としては炭酸セシウムが、第２化合物としては炭酸カリウムが、例示される。
【００５９】
窒素含有化合物としては、グリシン、アラニン、セリン、プロリン、ヒスチジン、タウリン、ジアミノプロピオン酸などのアミノ酸類、ピリジン、ヒスチジン、ピペラジン、イミダゾール、トリアジンなどのヘテロ化合物類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノプロパノールアミン、ジプロパノールアミン、トリプロパノールアミンなどのアルカノールアミン類、クリプタンド［２．１］、クリプタンド［２．２］などの環状ポリエーテルアミン類、クリプタンド［２．２．１］、クリプタンド［２．２．２］などの双環式ポリエーテルアミン類，ポルフィリン、フタロシアニン、エチレンジアミン四酢酸等が例示される。
さらに、硫黄化合物としては、シスチン、システインなどのアミノ酸類、ポリチオフェン、ドデシルチオール等が例示される。
【００６０】
促進輸送膜２１におけるキャリアの含有量は、キャリアや親水性化合物の種類等に応じて、適宜、設定すればよい。具体的には、０．３〜３０質量％が好ましく、０．５〜２５質量％がより好ましく、１〜２０質量％が特に好ましい。
促進輸送膜２１におけるキャリアの含有量を、上記範囲とすることにより、促進輸送膜２１を形成するための組成物（塗料）において、塗布前の塩析を好適に防ぐことができ、さらに、促進輸送膜２１が、酸性ガスの分離機能を確実に発揮できる。
【００６１】
促進輸送膜２１（促進輸送膜２１を形成するための組成物）は、このような親水性化合物、架橋剤およびキャリアに加え、必要に応じて、各種の成分を含有してもよい。
【００６２】
このような成分としては、ジブチルヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）等の酸化防止剤、炭素数３〜２０のアルキル基または炭素数３〜２０のフッ化アルキル基と親水性基とを有する化合物やシロキサン構造を有する化合物等の特定化合物、オクタン酸ナトリウムや１−ヘキサスルホン酸ナトリウム等の界面活性剤、ポリオレフィン粒子やポリメタクリル酸メチル粒子等のポリマー粒子等が例示される。
その他、必要に応じて、触媒、保湿（吸湿）剤、補助溶剤、膜強度調整剤、欠陥検出剤等を用いてもよい。
【００６３】
酸性ガス分離層２０は、このような促進輸送膜２１と、多孔質支持体２２とから構成される。
多孔質支持体２２は、酸性ガス透過性を有し、かつ、促進輸送膜２１を形成するための塗布組成物の塗布が可能（塗膜の支持が可能）であり、さらに、形成された促進輸送膜２１を支持するものである。
多孔質支持体２２の形成材料は、上記機能を発現できる物であれば、公知の各種の物が利用可能である。
【００６４】
ここで、本発明の分離モジュール１０において、酸性ガス分離層２０を構成する多孔質支持体２２は、単層であってもよいが、図２に示すように、多孔質膜２２ａと補助支持膜２２ｂとからなる２層構成であるのが好ましい。このような２構成を有することにより、多孔質支持体２２は、上記酸性ガス透過性、促進輸送膜２１となる塗布組成物の塗布および促進輸送膜２１の支持という機能を、より確実に発現する。
なお、多孔質支持体２２が単層である場合には、形成材料としては、以下に多孔質膜２２ａおよび補助支持膜２２ｂで例示する各種の材料が利用可能である。
【００６５】
この２層構成の多孔質支持体２２では、多孔質膜２２ａが促進輸送膜２１側となる。
多孔質膜２２ａとしては、ポリスルフォン、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン、セルロースなどのメンブレンフィルター膜、ポリアミドやポリイミドの界面重合薄膜、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や高分子量ポリエチレンの延伸多孔膜等が例示される。
中でも、ＰＴＦＥや高分子量ポリエチレンの延伸多孔膜は、高い空隙率を有し、酸性ガス（特に炭酸ガス）の拡散阻害が小さく、さらに、強度、製造適性などの観点から好ましい。その中でも、耐熱性を有し、また加水分解性の少ない等の点で、ＰＴＦＥの延伸多孔膜が、好適に利用される。
【００６６】
多孔質膜２２ａは、使用環境下において、水分を含有した促進輸送膜２１が多孔部分に浸み込み易くなり、かつ、膜厚分布や経時での性能劣化を引き起こさないために、疎水性であるのが好ましい。
また、多孔質膜２２ａは、孔の最大孔径が１μｍ以下であるのが好ましい。
さらに、多孔質膜２２ａの孔の平均孔径は、０．００１〜１０μｍが好ましく、０．００２〜５μｍがより好ましく、０．００５〜１μｍが特に好ましい。多孔質膜２２ａの平均孔径をこの範囲とすることにより、後述する接着剤の塗布領域は接着剤を十分に染み込ませ、かつ、多孔質膜２２ａが酸性ガスの通過の妨げとなることを好適に防止できる。
【００６７】
補助支持膜２２ｂは、多孔質膜２２ａの補強用に備えられるものである。
この支持膜は、要求される強度、耐延伸性および気体透過性を満たすものであれば、各種の物が利用可能である。例えば、不織布、織布、ネット、および、平均孔径が０．００１〜１０μｍのメッシュなどを、適宜、選択して用いることができる。
【００６８】
補助支持膜２２ｂも、前述の多孔質膜２２ａと同様、耐熱性を有し、また加水分解性の少ない素材からなることが好ましい。
不織布、織布、編布を構成する繊維としては、耐久性や耐熱性に優れる、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン、アラミド（商品名）などの改質ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素含有樹脂などからなる繊維が好ましい。メッシュを構成する樹脂材料も同様の素材を用いるのが好ましい。これらの材料のうち、安価で力学的強度の強いＰＰからなる不織布は、特に好適に例示される。
【００６９】
多孔質支持体２２が補助支持膜２２ｂを有することにより、力学的強度を向上させることができる。そのため、例えば、後述するロール・トゥ・ロールを利用する塗布装置においてハンドリングしても、多孔質支持体２２に皺がよることを防止でき、生産性を高めることもできる。
【００７０】
多孔質支持体２２は、薄すぎると強度に難がある。この点を考慮すると、多孔質膜２２ａの膜厚は５〜１００μｍ、補助支持膜２２ｂの膜厚は５０〜３００μｍが好ましい。
また、多孔質支持体２２を単層にする場合には、多孔質支持体２２の厚さは、３０〜５００μｍが好ましい。
【００７１】
また、多孔質支持体２２は、１３０℃における熱収縮が２％以上であるものも、好適に利用可能である。
なお、多孔質支持体２２が、前述の多孔質膜２２ａと補助支持膜２２ｂとの積層体のように、積層体構造を有する場合には、熱収縮率は、個々の構成部材ではなく、多孔質支持体２２を全体で見た場合の熱収縮率である。
さらに、本発明によれば、酸性ガス分離層２０（促進輸送膜２１および多孔質支持体２０）と、透過ガス流路用部材２６とを含めた全体（酸性ガス分離層２０と透過ガス流路用部材２６との積層体）を見た際に、１３０℃における熱収縮が２％以上であるものも、好適に利用可能である。
【００７２】
このような酸性ガス分離層２０は、促進輸送膜２１となる成分を含む液体状の塗布組成物（塗料／塗布液）を調製して、多孔質支持体２２に塗布して、乾燥する、いわゆる塗布法で作製できる。
すなわち、まず、親水性化合物、キャリア、および、必要に応じて添加するその他の成分を、それぞれ適量で水（常温水または加温水）に添加して十分することで、促進輸送膜２１となる塗布組成物を調製する。
この組成物の調製では、必要に応じて、攪拌しつつ加熱することで、各成分の溶解を促進させてもよい。また、親水性化合物を水に加えて溶解した後、キャリアを徐々に加えて攪拌することで、親水性化合物の析出（塩析）を効果的に防ぐことができる。
【００７３】
この組成物を多孔質支持体２２に塗布して、乾燥することで、酸性ガス分離層２０を作製する。
ここで、組成物の塗布および乾燥は、所定のサイズに切断されたカットシート状の多孔質支持体２２に行う、いわゆる枚葉式で行ってもよい。
好ましくは、酸性ガス分離層２０の作製は、いわゆるロール・トゥ・ロール（以下、ＲｔｏＲとも言う）によって行う。すなわち、長尺な多孔質支持体２２を巻回してなる送り出しロールから、多孔質支持体２２を送り出して、長手方向に搬送しつつ、調製した塗布組成物を塗布し、次いで、塗布した塗布組成物（塗膜）を乾燥して、多孔質支持体２２の表面に促進輸送膜２１を形成してなる酸性ガス分離層２０を作製し、作製した酸性ガス分離層２０を巻き取る。
【００７４】
ＲｔｏＲにおける多孔質支持体２２の搬送速度は、多孔質支持体２２の種類や塗布液の粘度等に応じて、適宜、設定すればよい。
ここで、多孔質支持体２２の搬送速度が速すぎると、塗布組成物の塗膜の膜厚均一性が低下するおそれがあり、遅過ぎると生産性が低下する。この点を考慮すると、多孔質支持体２２の搬送速度は、０．５ｍ／分以上が好ましく、０．７５〜２００ｍ／分がより好ましく、１〜２００ｍ／分が特に好ましい。
【００７５】
塗布組成物の塗布方法は、公知の方法が、各種、利用可能である。
具体的には、カーテンフローコーター、エクストルージョンダイコーター、エアードクターコーター、ブレードコーター、ロッドコーター、ナイフコーター、スクイズコーター、リバースロールコーター、バーコーター等が例示される。
【００７６】
塗布組成物の塗膜の乾燥も、公知の方法で行えばよい。一例として、温風による乾燥が例示される。
温風の風速は、ゲル膜反を迅速に乾燥させることができるともにゲル膜反が崩れない速度を、適宜、設定すればよい。具体的には、０．５〜２００ｍ／分が好ましく、０．７５〜２００ｍ／分がより好ましく、１〜２００ｍ／分が特に好ましい。
温風の温度は、多孔質支持体２２の変形などが生じず、かつ、ゲル膜反を迅速に乾燥させることができる温度を、適宜、設定すればよい。具体的には、膜面温度で、１〜１２０℃が好ましく、２〜１１５℃がより好ましく、３〜１１０℃が特に好ましい。
また、塗膜の乾燥には、必要に応じて、多孔質支持体２２の加熱を併用してもよい。
【００７７】
供給ガス流路用部材２４は、その幅方向の端部から、原料ガスＧを供給され、部材内を流れる原料ガスＧと、酸性ガス分離層２０とを接触させる。
このような供給ガス流路用部材２４は、前述のように二つ折りされた酸性ガス分離層２０のスペーサとして機能して、原料ガスＧの流路を構成する。また、供給ガス流路用部材２４は、原料ガスＧを乱流にするのが好ましい。この点を考慮すると、供給ガス流路用部材２４は、ネット状（メッシュ状）の部材が好ましい。
【００７８】
このような供給ガス流路用部材２４の形成材料としては、十分な耐熱性および耐湿性を有するものであれば、各種の材料が利用可能である。
一例として、紙、上質紙、コート紙、キャストコート紙、合成紙などの紙材料、セルロース、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、アラミド、ポリカーボネートなどの樹脂材料、金属、ガラス、セラミックスなどの無機材料等が、好適に例示される。
樹脂材料としては、具体的には、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリフッ化ビニリデン等が、好適に例示される。
【００７９】
供給ガス流路用部材２４の厚さは、原料ガスＧの供給量や要求される処理能力等に応じて、適宜、決定すれば良い。
具体的には、１００〜１０００μｍが好ましく、１５０〜９５０μｍがより好ましく、２００〜９００μｍが特に好ましい。
【００８０】
ここで、前述のとおり、供給ガス流路用部材２４は、酸性ガス分離層２０の多孔質支持体２２と透過ガス流路用部材２６とが接着される接着位置に対応する位置の一部を固定領域として、酸性ガス分離層２０の促進輸送膜２１に接着され固定化される。
この点については、後に詳述する。
【００８１】
透過ガス流路用部材２６は、キャリアと反応して酸性ガス分離層３２を透過した酸性ガスＧｃを、中心筒１２の貫通孔１２ａに流すための部材である。
前述のように、図示例において、積層体１４は、酸性ガス分離層２０を促進輸送膜２１を内側にして二つ折りにして、供給ガス流路用部材２４を挟み込んだ挟持体３６を有する。この挟持体３６に、透過ガス流路用部材２６を積層して、接着剤層３０で接着することにより、１つの積層体１４が構成される。
【００８２】
透過ガス流路用部材２６は、積層体１４間でスペーサとして機能して、積層体１４の巻回中心（内側）に向かって中心筒１２の貫通孔１２ａに至る、原料ガスＧから分離した酸性ガスＧｃの流路を構成する。また、この酸性ガスＧｃの流路を適正に形成するために、後述する接着剤層３０が浸透する必要が有る。この点を考慮すると、透過ガス流路用部材２６は、供給ガス流路用部材２４と同様、ネット状（メッシュ状）の部材が好ましい。
【００８３】
透過ガス流路用部材２６の形成材料は、十分な強度や耐熱性を有するものであれば、各種の材料が利用可能である。具体的には、エポキシ含浸ポリエステルなどポリエステル系の材料、ポリプロピレンなどポリオレフィン系材料、ポリテトラフルオロエチレンなどフッ素系の材料が、好適に例示される。
【００８４】
透過ガス流路用部材２６の厚さは、原料ガスＧの供給量や要求される処理能力等に応じて、適宜、決定すれば良い。
具体的には、１００〜１０００μｍが好ましく、１５０〜９５０μｍがより好ましく、２００〜９００μｍが特に好ましい。
【００８５】
前述のように、透過ガス流路用部材２６は、原料ガスＧから分離されて酸性ガス分離層２０を透過した酸性ガスＧｃの流路となる。
そのため、透過ガス流路用部材２６は、流れるガスに対しての抵抗が少ないのが好ましい。具体的には、空隙率が高く、圧をかけたときの変形が少なく、かつ、圧損が少ないのが好ましい。
【００８６】
透過ガス流路用部材２６の空隙率は、３０〜９９％が好ましく、３５〜９７．５％がより好ましく、４０〜９５％が特に好ましい。
また、圧をかけたときの変形は、引張試験を行ったときの伸度で近似できる。具体的には、１０Ｎ／１０ｍｍ幅の荷重をかけたときの伸度が５％以内であることが好ましく、４％以内であることがより好ましい。
さらに、圧損は、一定の流量で流した圧縮空気の流量損失で近似できる。具体的には、１５ｃｍ角の透過ガス流路用部材２６に、室温で１５Ｌ／分の空気を流した際に、流量損失が７．５Ｌ／分以内であるのが好ましく、７Ｌ／分以内であるのがより好ましい。
【００８７】
以下、積層体１４の積層方法、および、積層した積層体１４の巻回方法すなわちスパイラル積層体１４ａの作製方法を説明する。なお、以下の説明に用いる図３〜図６では、図面を簡潔にして構成を明確に示すために、供給ガス流路部材２４および透過ガス流路部材２６は、端面（端部）のみをネット状で示す。
【００８８】
まず、図３（Ａ）および（Ｂ）に概念的に示すように、中心筒１２の延在方向と透過ガス流路用部材２６の短手方向とを一致して、中心筒１２に、瞬間接着剤等の固定手段３４を用いて、透過ガス流路用部材２６の端部を固定する。
【００８９】
一方で、図４に概念的に示すように、前述のよう作製した酸性ガス分離層２０を、促進輸送膜２１を内側にして二つ折りにし、間に供給ガス流路用部材２４を挟み込む。すなわち、供給ガス流路用部材２４を、二つ折りにした酸性ガス分離層２０で挟持し接着した挟持体３６を作製する。なお、この際には、酸性ガス分離層２０は均等に二つ折りにするのではなく、図４に示すように、一方が、若干、長くなるように、二つ折りする。
また、供給ガス流路用部材２４による促進輸送膜２１の損傷を防止するために、酸性ガス分離層２０を二つ折りにした谷部に、二つ折りにしたシート状の保護部材（例えば、カプトンテープなど）を配置するのが好ましい。
【００９０】
さらに、二つ折りにした酸性ガス分離層２０の短い方の表面（多孔質支持体２２の表面）に、接着剤層３０となる接着剤３０ａを塗布する。
ここで、接着剤３０ａ（すなわち、接着剤層３０）は、図４に示すように、幅方向（矢印ｘ方向）の両端部近傍で、周方向（矢印ｙ方向）の全域に延在して帯状に塗布し、さらに、折り返し部と逆側の端部近傍で幅方向の全域に延在して帯状に塗布する。
【００９１】
次いで、図５（Ａ）および（Ｂ）に概念的に示すように、接着剤３０ａを塗布した面を透過ガス流路用部材２６に向け、かつ、折り返し側を中心筒１２に向けて、挟持体３６を、中心筒１２に固定した透過ガス流路用部材２６に積層し、透過ガス流路用部材２６と酸性ガス分離層２０（多孔質支持体２２）とを接着する。
【００９２】
さらに、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、積層した挟持体３６の上面（長い側の多孔質支持体２２の表面）に、接着剤層３０となる接着剤３０ａを塗布する。なお、以下の説明では、最初に固定手段３４で中心筒１２に固定された透過ガス流路用部材２６と逆側の方向を、上側とも言う。
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この面の接着剤３０ａも、先と同様、幅方向の両端部近傍で、周方向の全域に延在して帯状に塗布し、さらに、折り返し部と逆側の端部近傍で幅方向の全域に延在して帯状に塗布する。
【００９３】
次いで、図６に概念的に示すように、接着剤３０ａを塗布した挟持体３６の上に、透過ガス流路用部材２６を積層し、酸性ガス分離層２０（多孔質支持体２２）と透過ガス流路用部材２６とを接着し、積層体１４が形成される。
【００９４】
次いで、先と同様、図４に示すように、酸性ガス分離層２０で供給ガス流路用部材２４を挟み込んだ挟持体３６を作製して、接着剤層３０となる接着剤３０ａを塗布して、接着剤を塗布した側を下に向けて、最後に積層した透過ガス流路用部材２６と挟持体３６とを積層して、接着する。
さらに、先と同様、積層した挟持体３６の上面に、図５に示すように接着剤３０ａを塗布して、次いで、図６に示すように、その上に、透過ガス流路用部材２６を積層して、接着し、２層目の積層体１４を積層する。
【００９５】
以下、図４〜図６の工程を繰り返して、図７に概念的に示すように、所定数の積層体１４を積層する。
なお、この際においては、図７に示すように、積層体１４は、上方に行くにしたがって、次第に、周方向に中心筒１２から離間するように積層するのが好ましい。これにより、中心筒１２への積層体１４の巻回（巻き付け）を容易に行い、かつ、各透過ガス流路用部材２６の中心筒１２側の端部もしくは端部近傍が、好適に中心筒１２に当接できる。
【００９６】
所定数の積層体１４を積層したら、図７に示すように、中心筒１２の外周面に接着剤３８ａを、最初に中心筒１２に固定した透過ガス流路用部材２６の上面の中心筒１２と挟持体３６との間に接着剤３８ｂを、それぞれ、塗布する。
次いで、図７に矢印ｙｘで示すように、積層した積層体１４を巻き込むようにして、積層体１４を中心筒１２に巻回する（巻き付ける）。
巻き終わったら、最外周（すなわち、最初に中心筒１２に固定した最下層）の透過ガス流路用部材２６に、ひき出す方向（巻き絞める方向）の張力を掛けた状態で、所定時間、維持して、接着剤３０ａ等を乾燥させる。
所定時間が経過したら、最外周の透過ガス流路用部材２６を１周した位置で超音波融着等によって固定し、固定位置よりも外方の余分な透過ガス流路用部材２６を切断して、積層した積層体１４を中心筒に巻回してなるスパイラル積層体１４ａを完成する。
【００９７】
前述のように、原料ガスＧは、供給ガス流路用部材２４の端部から供給され、酸性ガスＧｃは、酸性ガス分離層２０を積層方向に通過して（輸送されて）、透過ガス流路用部材２６に流入し、透過ガス流路用部材２６内を流れて、中心筒１２に至る。
【００９８】
ここで、接着剤３０ａを塗布されるのは、多孔質支持体２２であり、また、接着剤３０ａによって接着されるのは、ネット状の透過ガス流路用部材２６である。従って、接着剤３０ａは、多孔質支持体２２および透過ガス流路用部材２６内に含浸し、両者の内部に接着剤層３０が形成される。
また、接着剤層３０（接着剤３０ａ）は、前述のように、幅方向の両端部近傍で、周方向の全域に延在して帯状に形成される。さらに、接着剤層３０は、この幅方向両端部近傍の接着剤３０を幅方向に横切るように、中心筒１２側となる折り返し部と逆側の端部近傍で幅方向の全域に延在して帯状に形成される。すなわち、接着剤層３０は、中心筒１２側を開放して、透過ガス流路用部材２６および多孔質支持体２２の外周を囲むように形成される。
これにより、積層体１４の透過ガス流路用部材２６には、中心筒１２側が開放するエンベロープ状の流路が形成される。従って、酸性ガス分離層２０を透過して透過ガス流路用部材２６に流入した酸性ガスＧｃは、外部に流出することなく、透過ガス流路用部材２６内を中心筒１２に向かって流れ、貫通孔１２ａから中心筒１２内に流入する。
【００９９】
ここで、供給ガス流路用部材２４と酸性ガス分離層２０との固定位置について、図８および図９を用いて説明する。
図８は、図４に示す挟持体３６を、酸性ガス分離層２０の一部を省略して示す図であり、図９は、図８に示す挟持体３６のＡ−Ａ線断面図である。
なお、図８および図９においては、説明のため、接着剤層３０、３２を各層上に示しているが、前述のとおり、接着剤層３２は、供給ガス流路用部材２４に含浸され、接着剤層３０は、多孔質支持体２２に含浸される。
前述のとおり、透過ガス流路用部材２６と酸性ガス分離層２０（多孔質支持体２２）との接着位置（接着領域）は、幅方向（矢印ｘ方向）の両端部近傍で、周方向（矢印ｙ方向）の全域に延在して帯状の領域と、折り返し部と逆側の端部近傍で幅方向の全域に延在して帯状の領域である（図４参照）。
これに対して、図８および図９に示すように、供給ガス流路用部材２４と酸性ガス分離層２０との固定位置は、この接着位置に対応する位置の一部に形成されている。図８中、符号３２で示す固定位置（固定領域）に、接着剤を塗布し接着剤層３２として、供給ガス流路用部材２４と酸性ガス分離層２０とを固定する。
なお、図示例では、供給ガス流路用部材２４は、その両面で、挟持される酸性ガス分離層２０に固定化されているが、片面のみで酸性ガス分離層２０に固定化されてもよい。
【０１００】
前述のとおり、促進輸送型の酸性ガス分離モジュールでは、高温の原料ガスを処理するため、供給ガス流路用部材が、酸性ガス分離膜に挾持されるのみで固定されていない場合には、酸性ガス分離膜と供給ガス流路用部材との間で熱収縮の差が生じて部材同士が擦れて膜面に欠陥が生じる。また、促進輸送型の分離膜（促進輸送膜）は、親水性のポリマーでキャリアを担持するものであるため、ゲル状の柔らかい膜である。そのため、熱収縮による擦れによって膜面に欠陥が顕著に生じるため、短期間で性能が低下してしまうという問題があった。
【０１０１】
これに対して、本発明の分離モジュールにおいては、供給ガス流路用部材２４が、酸性ガス分離層２０の促進輸送膜２１に固定化されるので、熱収縮を抑制して、供給ガス流路用部材２４と促進輸送膜２１とが擦れて欠陥が生じることを防止できるので、長期に渡って所定の性能を発現できる。
【０１０２】
ここで、供給ガス流路用部材２４を促進輸送膜２１に固定すると、固定化された部分の近傍で局所的に供給ガスＧの乱流が抑制され、供給ガスＧ中の成分の濃度分極が発生し、気体状の水分が凝集する。凝集した水分が促進輸送膜２１に接すると、キャリアの溶出を引き起こし、酸性ガスの分離効率の低下を引き起こす場合がある。
これに対して、本発明においては、供給ガス流路用部材２４と促進輸送膜２１とは、透過ガス流路用部材２６と多孔質支持体２２とが接着された接着領域に対応する位置の少なくとも一部を固定領域として、固定化される。透過ガス流路用部材２６が接着されて、多孔質支持体２２が封止された位置を固定位置として、供給ガス流路用部材２４を固定するので、固定化された部分の近傍でのキャリアの溶出を抑制することができ、酸性ガスの分離効率の低下を抑制できる。
【０１０３】
なお、供給ガス流路用部材２４と促進輸送膜２１とを固定化する固定領域の大きさは、透過ガス流路用部材２６と多孔質支持体２２とが接着された接着領域の大きさに対して、５〜５０％であるのが好ましい。
接着領域に対して固定領域の大きさが、５％未満の場合には、供給ガス流路用部材２４と促進輸送膜２１とを十分に固定化することができず、熱収縮を抑制できない恐れがある。そのため、５％以上とするのが好ましい。また、５０％超の場合には、原料ガスＧの流路が狭くなり、供給ガス流路用部材２４中に、原料ガスＧを好適に流すことができず、処理効率が低下するおそれがある。そのため、５０％以下とするのが好ましい。
【０１０４】
また、接着領域のうち、多孔質支持体２２への接着剤の染み込み率が１０％以上の領域を膜保護部３１として、この膜保護部３１に対応する位置の少なくとも一部を、供給ガス流路用部材２４と酸性ガス分離層２０（促進輸送膜２１）とを固定化する固定領域とすることが好ましい。
ここで、膜保護部３１とは、積層方向において、多孔質支持体２２への接着剤の染み込み率が１０％以上の領域とする。
なお、染み込み率は、積層方向における各部材中の孔部と非孔部との割合で、接着剤の染み込み率は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、または、光学顕微鏡で、接着剤塗布前後の積層体の断面を３視野観察し、接着剤塗布後の各膜、部材の穴の面積に対する、穴に充填されている接着剤の面積の割合を画像処理により求めて得るものとする。
膜保護部３１を固定領域とすることにより、高温運転時に、固定箇所に熱収縮の応力がかかり、固定化した部分の促進輸送膜２１に欠陥が発生した場合でも、多孔質支持体２２が封止されているために、圧力低下を防ぎ、分離性能が低下することを抑制できる。
【０１０５】
なお、図１０に示すように、多孔質支持体２２が、多孔質膜２２ａと補助支持体２２ｂとの２層構成の場合には、膜保護部３１においては、多孔質膜２２ａの１０％以上、特に３０％以上の領域に接着剤が染み込んでいることが好ましい。
促進輸送膜２１側に積層される多孔質膜２２ａが接着剤で封止されることにより、促進輸送膜２１に欠陥が発生した場合でも、より好適に、圧力の低下を防ぎ、分離性能が低下することを抑制できる。
なお、多孔質膜２２ａに接着剤を染み込ませるために、接着剤中には、各種溶剤や界面活性剤を含ませてもよい。多孔質膜２２ａに接着剤を染み込ませる方法としては、例えば、特開平３−６８４２８に記載の方法などを利用することができる。
【０１０６】
また、膜保護部３１における透過ガス流路用部材２６への接着剤の染み込み率には、特に限定はなく、例えば、透過ガス流路用部材２６への接着剤の染み込み率は１０％未満であってもよい。
【０１０７】
また、図示例においては、好ましい態様として、固定領域は、ｘ方向の両端部側、およびｙ方向の両端部側の計４カ所に形成されている。これにより、より好適に部材の熱収縮を抑制できる。
また、図示例においては、供給ガス流路用部材２４は、両面で酸性ガス分離層２０に固定化されるが、これに限定はされず、片面のみが酸性ガス分離層２０に固定化されてもよい。
【０１０８】
なお、図示例の分離モジュール１０においては、供給ガス流路用部材２４と促進輸送膜２１とを接着剤により固定化する構成としたが、これに限定はされず、超音波熱融着によって固定化してもよい。
超音波熱融着の方法としては、特に限定はなく、従来公知の方法を適宜、利用可能である。
【０１０９】
本発明の分離モジュール１０において、接着剤層３０（接着剤３０ａ）および接着剤層３２は、十分な接着力、耐熱性および耐湿性を有するものであれば、各種の公知の接着剤が利用可能である。
一例として、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、シリコン樹脂、尿素ホルムアミド樹脂等が好適に例示される。
【０１１０】
なお、接着剤層３０および接着剤層３２となる接着剤は、一度塗りでもよいが、好ましくは、最初はアセトン等の有機溶剤で希釈した接着剤を塗布し、その上に、接着剤のみを塗布するのが好ましい。また、この際には、有機溶剤で希釈した接着剤は幅広に塗布し、接着剤は、これよりも狭い幅で塗布するのが好ましい。
【０１１１】
本発明の分離モジュール１０において、このようにして作製されるスパイラル積層体１４ａの両端部には、テレスコープ防止板（テレスコープ防止部材）１６が配置される。
前述のように、テレスコープ防止板１６は、スパイラル積層体１４ａが原料ガスＧによって押圧されて、供給側の端面が入れ子状に押し込まれ、逆側の端面が入れ子状に突出する、いわゆるテレスコープ現象を防止するための部材である。
【０１１２】
図１に示すように、テレスコープ防止板１６は、円環状の外環部１６ａと、外環部１６ａの中に中心を一致して配置される円環状の内環部１６ｂと、外環部１６ａおよび内環部１６ｂを連結して固定するリブ（スポーク）１６ｃとを有して構成される。前述のように、積層体１４が巻回される中心筒１２は、内環部１６ｂを挿通する。
図示例において、リブ１６ｃは、外環部１６ａおよび内環部１６ｂの中心から、等角度間隔で放射状に設けられおり、外環部１６ａと内環部１６ｂとの間で、かつ、各リブ１６ｃの間隙が、原料ガスＧもしくは残余ガスＧｒが通過する開口部１６ｄとなっている。
テレスコープ防止板１６の開口率は、分離モジュール１０に要求される処理能力や供給される原料ガスＧの流量等に応じて、適宜、設定すればよい。
【０１１３】
本発明の分離モジュール１０において、テレスコープ防止板１６は、基本的に、従来、スパイラル型の分離モジュールに用いられている公知のものである。
従って、テレスコープ防止板１６の幅方向の形状は、図示例のように、外環部１６ａおよび内環部１６ｂと、両者を連結するリブ１６ｃを８本、等角度間隔で設けた形状（幅方向の面形状）以外にも、スパイラル型の分離モジュールに用いられる、各種の形状が利用可能である。
例えば、外環部１６ａと内環部１６ｂとを連結するリブを３本あるいは５本、放射状に等角度間隔で設けた形状、同リブを格子状に設けた形状、パンチングメタルのように貫通孔を多数有する形状なども、好適に利用可能である。
【０１１４】
また、図示例のテレスコープ防止板１６は、シンプルな円盤状であるが、本発明の分離モジュール１０は、これ以外にも、各種の形状が利用可能である。
例えば、内環部１６ｂが、スパイラル積層体１４ａと逆側に突出して筒部を有し、この筒部に、中心筒１２を挿入（嵌入）する構成であってもよい。また、この筒部に、分離モジュール１０の固定や連結等に用いられるリブやフランジを設けてもよい。
さらに、外環部１６ａに、スパイラル積層体１４ａ側に突出する円筒部を設け、この筒部にスパイラル積層体１４ａを挿入する構成であってもよい。この際には、後述する被覆層１８は、この円筒部を含んで、スパイラル積層体１４ａを被覆するのが好ましい。
【０１１５】
また、テレスコープ防止板１６の形成材料は、十分な強度と、耐熱性および耐湿性を有する、各種の材料が利用可能である。
具体的には、金属材料（例えば、ステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウム、アルミニウム合金、錫、錫合金等）、樹脂材料（例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ナイロン１２、ナイロン６６、ポリサルフィン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル・ブタジエン・スチレン樹脂、アクリル・エチレン・スチレン樹脂、エポキシ樹脂、ニトリル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等）、およびこれら樹脂の繊維強化プラスチック（例えば繊維としては、ガラス繊維、カーボン繊維、ステンレス繊維、アラミド繊維などで、特に長繊維が好ましい。具体例としては、例えばガラス長繊維強化ポリプロピレン、ガラス長繊維強化ポリフェニレンサルファイドなど）、並びに、セラミックス（例えばゼオライト、アルミナなど）等が好適に例示される。
なお、樹脂を用いる際には、ガラス繊維等で強化した樹脂を用いてもよい。
【０１１６】
被覆層１８は、スパイラル積層体１４ａの周面を覆って、この周面すなわちスパイラル積層体１４ａの端面以外から外部への原料ガスＧや残余ガスＧｒの排出を遮断するためのものである。
【０１１７】
被覆層１８は、原料ガスＧ等を遮蔽できる物が、各種、利用可能である。また、被覆層１８は、筒状の部材であってもよく、線材やシート状の部材を巻回して構成してもよい。
一例として、ＦＲＰ製の線材に、前述の接着部材４０や接着剤層３０に利用される接着剤を含浸して、接着剤を含浸した線材を、隙間無く、必要に応じて多重に、スパイラル積層体１４ａに巻き付けてなる被覆層１８が例示される。
なお、この際においては、必要に応じて、被覆層１８とスパイラル積層体１４ａとの間に、スパイラル積層体１４ａへの接着剤の染み込みを防止するためのカプトンテープ等のシート状部材を設けてもよい。
【０１１８】
以上、本発明の酸性ガス分離モジュールについて詳細に説明したは、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【実施例】
【０１１９】
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明の酸性ガス分離モジュールについて、より詳細に説明する。
【０１２０】
［実施例１］
＜酸性ガス分離層の作製＞
ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸共重合体（クラレ社製  クラストマーＡＰ-２０）を２．４質量％、架橋剤（和光純薬社製  ２５質量％グルタルアルデヒド水溶液）を０．０１質量％、含む水溶液を調製した。この水溶液に、１Ｍ塩酸をｐＨ１．５になるまで添加して、架橋させた。
架橋後、キャリアとしての、４０％炭酸セシウム水溶液（稀産金属社製）を炭酸セシウム濃度が５．０重量％になるように添加した。すなわち、本例では、炭酸セシウムが促進輸送膜２１のキャリアとなる。
【０１２１】
この塗布組成物を、多孔質支持体（ＰＰ不織布の表面に多孔質のＰＴＦＥを積層してなる積層体（ＧＥ社製））に塗布して、乾燥することで、促進輸送膜２１と多孔質支持体２２とからなる酸性ガス分離層２０を作製した。
【０１２２】
＜分離モジュールの作製＞
まず、図３に示すように、中心筒１２に、接着剤を用いて透過ガス流路用部材２６（トリコット編みのエポキシ含浸ポリエステル）を固定した。
【０１２３】
一方、作製した酸性ガス分離層２０を促進輸送膜２１を内側にして二つ折りした。二つ折りは、図４に示すように、一方の酸性ガス分離層２０が、若干、長くなるように行った。二つ折りした酸性ガス分離層２０の谷部にカプトンテープを貼り、膜谷部を補強した。
次いで、二つ折りした酸性ガス分離層２０に、供給ガス流路用部材２４（厚さ０．５ｍｍのポリプロピレン製ネット）を挟み込んで、高粘度（約４０Ｐａ・ｓ）のエポキシ樹脂からなる接着剤（ヘンケルジャパン社製  Ｅ１２０ＨＰ）を膜面の所定部分に塗布し、圧着して供給ガス流路用部材２４を酸性ガス分離層２０の促進輸送膜２１上に固定化して、挟持体３６を作製した。
【０１２４】
ここで、供給ガス流路用部材２４と酸性ガス分離層２０（促進輸送膜２１）との固定化の位置（固定領域）は、透過ガス流路用部材２６と酸性ガス分離層２０（多孔質支持体２２）とを接着する位置（接着領域）に対応する位置であって、接着領域の１０％の領域とした。
【０１２５】
この挟持体３６の酸性ガス分離層２０が短い方の多孔質支持体２２側に、図４に示すように、幅方向（矢印ｘ方向）の両端部近傍に、周方向（矢印ｙ方向）の全域に延在し、かつ、周方向の折り返し部と逆側の端部近傍に、幅方向の全域に延在して、高粘度（約４０Ｐａ・ｓ）のエポキシ系樹脂からなる接着剤３０ａ（ヘンケルジャパン社製  Ｅ１２０ＨＰ）を塗布した。
次いで、接着剤３０ａを塗布した側を下方に向けて、図５に示すように、挟持体３６と中心筒１２に固定した透過ガス流路用部材２６とを積層し、接着した。
次いで、透過ガス流路用部材２６に積層した挟持体３６の酸性ガス分離層２０の上面に、図５に示すように、幅方向の両端部近傍に、周方向の全域に延在し、かつ、周方向の折り返し部と逆側の端部近傍に、幅方向の全域に延在して、接着剤３０ａを塗布した。さらに、接着剤３０ａを塗布した酸性ガス分離層２０の上に、図６に示すように、透過ガス流路用部材２６を積層して、接着することにより、１層目の積層体１４を形成した。
【０１２６】
先と同様にして、図４に示す挟持体３６を、もう一つ作製し、同様に、短い側の酸性ガス分離層２０の多孔質支持体２２側に、同様に接着剤３０ａを塗布した。次いで、図５と同様に、接着剤３０ａを塗布した側を先に形成した１層目の積層体１４（その透過ガス流路用部材２６）に向けて、挟持体３６を、１層目の積層体１４（透過ガス流路用部材２６）の上に積層し、接着した。さらに、この挟持体３６の上面に、図５と同様に接着剤３０ａを塗布し、その上に、図６と同様に透過ガス流路用部材２６を積層して、接着することにより、２層目の積層体１４を形成した。
さらに、上記２層目と同様にして、２層目の積層体１４の上に、３層目の積層体１４を形成した。
【０１２７】
中心筒１２に固定した透過ガス流路用部材２６の上に、３層の積層体１４を積層した後、図７に示すように、中心筒１２の周面に接着剤３８ａを塗布し、さらに、中心筒１２と最下層の積層体１４との間の透過ガス流路用部材２６上に、接着剤３８ｂを塗布した。接着剤３８ａおよび３８ｂは、接着剤３０ａと同じ物を用いた。
次いで、図７の矢印ｙｘ方向に中心筒１２を回転することで、積層した３層の積層体１４を巻き込むようにして中心筒１２に多重に巻き付け、スパイラル積層体１４ａとした。
【０１２８】
さらに、スパイラル積層体１４ａの両端部に、内環部１６ｂに中心筒１２を挿通して、図１に示される形状（開口率９０％）の、厚さ２ｃｍのＳＵＳ製のテレスコープ防止板１６を取り付けた。
さらに、テレスコープ防止板１６の周面およびスパイラル積層体１４ａの周面に、ＦＰＲ樹脂テープを巻き付けて、封止することにより、被覆層１８を形成して、直径４ｃｍ、幅３０ｃｍの図１に示されるような分離モジュール１０を作成した。なお、被覆層１８の厚さは、５ｍｍとした。
【０１２９】
［実施例２］
固定領域を、接着領域に対応する位置であって、接着領域の４０％の領域とした以外は実施例１と同様にして分離モジュール１０を作製した。
【０１３０】
［実施例３］
透過ガス流路用部材２６と酸性ガス分離層２０（多孔質支持体２２）とを接着する際に、固定領域に対応する位置では、多孔質膜２２ａへの接着剤の染み込み率を約８０％とした以外は、すなわち、膜保護部３１に対応する位置を固定領域とした以外は、実施例１と同様にして分離モジュール１０を作製した。
【０１３１】
［実施例４］
透過ガス流路用部材２６と酸性ガス分離層２０（多孔質支持体２２）とを接着する際に、固定領域に対応する位置では、多孔質膜２２ａへの接着剤の染み込み率を約５０％とした以外は、すなわち、膜保護部３１に対応する位置を固定領域とした以外は、実施例２と同様にして分離モジュール１０を作製した。
【０１３２】
［実施例５］
供給ガス流路用部材２４と酸性ガス分離層２０（促進輸送膜２１）とを、超音波熱融着にて接着し、固定領域を接着領域に対応する位置であって、接着領域の５％の領域とした以外は実施例１と同様にして分離モジュール１０を作製した。
【０１３３】
［実施例６］
供給ガス流路用部材２４と酸性ガス分離層２０（促進輸送膜２１）とを、超音波熱融着にて接着し、固定領域を膜保護部３１に対応する位置であって、接着領域の５％の領域とした以外は実施例３と同様にして分離モジュール１０を作製した。
【０１３４】
［実施例７］
固定領域を、接着領域に対応する位置であって、接着領域の３％の領域とした以外は実施例１と同様にして分離モジュール１０を作製した。
【０１３５】
［実施例８］
固定領域を、接着領域に対応する位置であって、接着領域の５５％の領域とした以外は実施例１と同様にして分離モジュール１０を作製した。
【０１３６】
［実施例９］
固定領域を、膜保護部３１に対応する位置であって、接着領域の５５％の領域とした以外は実施例３と同様にして分離モジュール１０を作製した。
【０１３７】
［実施例１０］
透過ガス流路用部材２６と酸性ガス分離層２０（多孔質支持体２２）とを接着する際に、固定領域に対応する位置の一部では、多孔質膜２２ａへの接着剤の染み込み率を３０％とし、固定領域を、接着領域に対応し、その一部が膜保護部３１に対応する位置であって、接着領域の５５％の領域とした以外は、実施例１と同様にして分離モジュール１０を作製した。
【０１３８】
［比較例１］
固定領域を、接着領域以外の領域（非接着領域）に形成し、接着領域の１５％の大きさとした以外は実施例１と同様にして分離モジュール１０を作製した。
【０１３９】
［比較例２］
固定領域を、非接着領域に形成し、接着領域の５５％の大きさとした以外は実施例１と同様にして分離モジュール１０を作製した。
【０１４０】
［性能評価］
このようにして作製した実施例１〜１０および比較例１〜２の各分離モジュールに、原料ガスＧとして、Ｈ2：ＣＯ2：Ｈ2Ｏ＝４５：５：５０（分圧比）の混合ガスを、流量２．２Ｌ／ｍｉｎ、温度１３０℃、全圧３０１．３ｋＰａの条件で供給した。また、中心筒１２の原料ガス供給側の端部に、スイープガス供給用の貫通孔を形成して、ここから、スイープガスとして、流量０．６Ｌ／ｍｉｎのＡｒガスを供給した。
【０１４１】
（分離性能評価）
原料ガスの供給を開始した直後に、分離モジュールを透過してきたガス（酸性ガスＧｃおよび残余ガスＧｒ）をガスクロマトグラフで分析し、ＣＯ2透過速度（Ｐ（ＣＯ2））を算出した。
各実施例、比較例において、分離モジュールの作製および性能評価を５回実施し、以下の基準で評価した。なお、ＣＯ2透過速度の単位ＧＰＵは、１ＧＰＵ＝１×１０-6ｃｍ3（ＳＴＰ）／（ｓ・ｃｍ2・ｃｍＨｇ）である。
Ａ：ＣＯ2透過速度の平均値が３０ＧＰＵ以上
Ｂ：ＣＯ2透過速度の平均値が２０ＧＰＵ以上３０ＧＰＵ未満
Ｃ：ＣＯ2透過速度の平均値が２０ＧＰＵ未満
【０１４２】
（耐久性評価）
また、原料ガスの供給を開始から１０００時間経過した時点での、ＣＯ2透過速度（Ｐ（ＣＯ2））を算出し、開始直後と１０００時間経過後とのＣＯ2透過速度の変化率を算出し、以下の基準で評価した。
ＡＡ：変化率が１０％未満
Ａ：変化率が１０％以上２０％未満
Ｂ：変化率が２０％以上４０％未満
Ｃ：変化率が４０％以上
結果を、下記表に示す。
【０１４３】
【表１】
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【０１４４】
上記表１に示すように、供給ガス流路用部材が、酸性ガス分離層の促進輸送膜側に積層され、かつ、透過ガス流路用部材と多孔質支持体とが接着された接着領域に対応する位置の少なくとも一部を固定領域として、酸性ガス分離層の促進輸送膜と固定化される本発明の酸性ガス分離モジュールである実施例１〜１０は、比較例に対して、経時によるＣＯ2透過速度の変化が小さく、耐久性が向上していることがわかる。
また、実施例１〜４と実施例７〜１０との比較から、固定領域の割合を５％以上とすることにより、供給ガス流路用部材と促進輸送膜とを確実に固定化して耐久性を向上でき、また、固定領域の割合を５０％以下とすることで、原料ガスＧの流れを妨げることなく、処理能力の低下を抑制し、分離性能を高くすることができることがわかる。
また、実施例１、２と実施例３、４との比較等から、膜保護部に対応する位置を固定領域とすることにより、耐久性が向上することがわかる。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
水素ガスの製造や天然ガスの精製等に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【０１４６】
１０    （酸性ガス）分離モジュール
１２    中心筒
１２ａ  貫通孔
１４    積層体
１４ａ  スパイラル積層体
１６    テレスコープ防止板
１６ａ  外環部
１６ｂ  内環部
１６ｃ  リブ
１６ｄ  開口部
１８    被覆層
２０    酸性ガス分離層
２１    促進輸送膜
２２    多孔質支持体
２２ａ  多孔質膜
２２ｂ  補助支持膜
２４    供給ガス流路用部材
２６    透過ガス流路用部材
３０    接着剤層
３０ａ，３８ａ，３８ｂ  接着剤
３１    膜保護部
３２    接着剤層
３４    固定手段
３６    挟持体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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