新規な高効率ガス分離用促進輸送膜の提案と地球環境保全への適用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350417
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 寺本 正明 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (60026086)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松宮 紀文 財団法人地球環境産業技術研究機構, 企画調査部, 調査役 ; 松山 秀人 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (50181798)
• Keywords: 促進輸送膜 / 中空糸膜モジュール / ガス分離 / 二酸化炭素 / 地球温暖化 / アミン / 阻外濾過膜 / 熱誘起相分離法

Research Abstract

多孔膜の原料ガス側(高圧側)に透過物質と可逆的に反応するキャリヤーの溶液(膜液)を原料ガスとともに連続的に供給し、膜液を透過側(低圧側)に透過させる方式の新規なガス分離用促進輸送膜を提案し、これを燃焼排ガス中の温室効果ガスであるCO_2の分離・回収・濃縮に適用し、以下の成果を得た。
1.熱誘起相分離法を用いて、エバールやポリエチレン等のポリマーより、種々の分画特性を有する中空糸多孔膜を作製し、製膜条件と膜の細孔構造、液透過特性の関係を明らかにした。
2.中空糸膜モジュールを作製し、原料ガス(CO_2/N_2混合ガス)とCO_2のキャリヤー溶液(9種類のアミンの水溶液)をモジュールの下部から膜の内側に供給し、中空糸膜の外側を減圧にして膜の内側から外側に透過した液からCO_2を放散させて濃縮CO_2を回収した。原料ガスの中空糸内での滞留時間が0.28sと短いにもかかわらず、CO_2が1.5〜15%から98.5〜99.8%まで一挙に濃縮でき、CO_2回収率は50〜90%であった。N_2に対するCO_2の選択性は約5000、CO_2の透過速度は1.2x10^<-3>cm^3/(cm^2・s・cmHg)であり、既往の促進輸送膜や高分子膜と比較して格段に高い。
3.上記の予備的な実験結果を基に、本方式のエネルギー消費量を既往のガス吸収法と比較した結果、本方式が優れていることが判明した。本方式は、燃焼排ガス中のCO_2の分離・回収・濃縮のみならず、石油化学プロセス等での酸性ガスやオレフィンガスの省エネルギー的な分離濃縮へ適用可能であることが示唆された。
4.実験に用いたアミンによるCO_2の吸収・放散特性について文献調査し、2.での実験結果を考察した。また、新規なアミンについてはガス収着装置による測定を行いつつある。

Research Products

• [Publications] Masaaki Teramoto: "Separation and enrichment of carbon dioxide by capillary membrane module with permeation of carrier solution"Separation and Purification Technology. 30巻・3号. 215-227 (2003)
• [Publications] 尚 孟弦: "熱誘起相分離法によるポリエチレン/ビニルアルコール共重合体中空糸膜の作製と膜特性評価"化学工学会第68年会講演要旨集. 講演番号R301. (2003)
• [Publications] Masaaki Teramoto: "Removal of carbon dioxide by novel tubular-type gas absorber"Proc. CHISA 2002(15th International Congress of Chemical and Process Engineering). Summary 2. 60-61 (2002)
• [Publications] Masaaki Teramoto: "Ethylene/ethane separation by facilitated transport membrane accompanied by permeation of aqueous silver nitrate solution"Separation and Purification Technology. 28巻・2号. 117-124 (2002)
• [Publications] Masaaki Teramoto: "Facilitated transport of CO_2 through liquid membrane accompanied by permeation of carrier solution"Separation and Purification Technology. 27巻・1号. 25-31 (2002)
• [Publications] Masaaki Teramoto: "Removal and enrichment of CO_2 by novel facilitated transport membrane using capillary membrane module with permeation of carrier solution"Proceedings of Sixth International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies (GHGT-6). (Elsevier Scienceから3月に刊行予定). (2003)