(57)【要約】      （修正有）【課題】第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水溶液を用いて気体の捕集、放出を行う。【解決手段】ゲスト分子の水溶液を気体と接触させ、０℃より高い温度で冷却して、気体を捕集した水和物を生成させ、更にその水和物が前記水溶液又は水に分散又は懸濁してなるスラリーを生成させる第１の工程と、第１の工程で生成されたスラリーを加熱し、その中の水和物を融解させて、その水和物が捕集していた気体を放出させ、前記ゲスト分子の水溶液を生成させる第２の工程を有し、第１の工程において生成されたスラリーの一部又は全部と第２の工程において生成された前記ゲスト分子の水溶液の一部又は全部とを熱交換させ、該熱交換で冷却された前記ゲスト分子の水溶液を前記第１の工程のゲスト分子の水溶液の一部又は全部として利用し、前記熱交換によって加熱されたスラリーを前記第２の工程のスラリーの一部又は全部として利用する気体を捕集し放出する方法。【選択図】図１
2010012420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し放出する方法であって、
前記ゲスト分子の水溶液を気体と接触させ、０℃より高い温度で冷却することにより、気体を捕集した水和物を生成させ、更にその水和物が前記水溶液又は水に分散又は懸濁してなるスラリーを生成させる第１の工程と、
第１の工程において生成されたスラリーを加熱し、その中の水和物を融解させることにより、その水和物が捕集していた気体を放出させるとともに、前記ゲスト分子の水溶液を生成させる第２の工程とを有し、
第１の工程において生成されたスラリーの一部又は全部と第２の工程において生成された前記ゲスト分子の水溶液の一部又は全部とを熱交換させ、該熱交換によって冷却された前記ゲスト分子の水溶液を前記第１の工程におけるゲスト分子の水溶液の一部又は全部として利用し、前記熱交換によって加熱されたスラリーを前記第２の工程におけるスラリーの一部又は全部として利用するようにしたことを特徴とする気体を捕集し放出する方法。
【請求項２】
第１の工程は、前記ゲスト分子の水溶液と気体とを混合又は攪拌するとともに７℃以下の温度で冷却する工程を有し、第２の工程は、第１の工程において生成されたスラリーを１５℃以上の温度で加熱する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の気体を捕集し放出する方法。
【請求項３】
第１の工程は、前記ゲスト分子の水溶液と気体とを混合又は攪拌するとともに１５℃以上の温度で冷却する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の気体を捕集し放出する方法。
【請求項４】
前記ゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩又はテトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気体を捕集し放出する方法。
【請求項５】
第１の工程において前記ゲスト分子の水溶液を冷却するために用いられる熱エネルギーの一部又は全部が、冷熱を予め保有している領域から取り出される熱エネルギーであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気体を捕集し放出する方法。
【請求項６】
第２の工程において水和物のスラリーを加熱するために用いられる熱エネルギーの一部又は全部が、大気又はその他の外部若しくは周囲の環境から伝達される熱エネルギーであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の気体を捕集し放出する方法。
【請求項７】
第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し放出する方法であって、
前記ゲスト分子の水溶液を気体と接触させ、１５℃以上の温度で冷却することにより、気体を捕集した水和物を生成させ、更にその水和物が前記水溶液又は水に分散又は懸濁してなるスラリーを生成させる第１の工程と、
第１の工程において生成されたスラリーを加熱し、その中の水和物を融解させることにより、その水和物が捕集していた気体を放出させるとともに、前記ゲスト分子の水溶液を生成させる第２の工程と、を有することを特徴とする気体を捕集し放出する方法。
【請求項８】
前記ゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩又はテトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含むことを特徴とする請求項７に記載の気体を捕集し放出する方法。
【請求項９】
第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し放出する装置であって、
前記ゲスト分子の水溶液を気体と接触させ、０℃より高い温度で冷却し、これにより気体を捕集した水和物を生成し、更にその水和物が前記水溶液又は水に分散又は懸濁してなるスラリーを生成する気体捕集装置と、
該気体捕集装置において生成したスラリーを加熱し、そのスラリーの中の水和物を融解し、これにより気体を放出するとともに、前記ゲスト分子の水溶液を生成する気体放出装置と、
該気体放出装置内で生成した前記ゲスト分子の水溶液の一部又は全部と前記気体捕集装置内で生成したスラリーの一部又は全部との熱交換を行う熱交換装置と、
該熱交換装置によって冷却された前記ゲスト分子の水溶液を前記気体捕集装置に供給する第１供給装置と、
前記熱交換装置によって加熱された前記スラリーを前記気体放出装置に供給する第２供給装置と、を備えることを特徴とする気体を捕集し放出する装置。
【請求項１０】
前記ゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩又はテトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含むことを特徴とする請求項９に記載の気体を捕集し放出する装置。
【請求項１１】
前記気体捕集装置内で前記ゲスト分子の水溶液を冷却するために用いられる熱エネルギーの一部又は全部が、液化天然ガスの貯蔵設備、井戸又は地下水を貯蔵する地層から取り出した熱エネルギーであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の気体を捕集し放出する装置。
【請求項１２】
前記気体放出装置内で水和物のスラリーを加熱するために用いられる熱エネルギーの一部又は全部が、大気又はその他の外部若しくは周囲の環境から伝達される熱エネルギーであることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の気体を捕集し放出する装置。
【請求項１３】
第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し放出する装置であって、
前記ゲスト分子の水溶液を気体と接触させ、１５℃以上の温度で冷却し、これにより気体を捕集した水和物を生成し、更にその水和物が前記水溶液又は水に分散又は懸濁してなるスラリーを生成する気体捕集装置と、
該気体捕集装置において生成したスラリーを加熱し、そのスラリーの中の水和物を融解し、これにより気体を放出するとともに、前記ゲスト分子の水溶液を生成する気体放出装置と、を備えることを特徴とする気体を捕集し放出する装置。
【請求項１４】
前記ゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩又はテトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含むことを特徴とする請求項１３に記載の気体を捕集し放出する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し放出する技術に関し、詳しくは、第四級アンモニウム塩を溶質として含む水溶液を気体と接触させるとともに、０℃より高い温度で冷却することにより、気体を捕集した水和物を生成させ、さらにその水和物を水溶液又は水に分散又は懸濁させることにより、水和物のスラリーを生成させる第１の工程と、第１の工程において生成された水和物のスラリーを加熱することにより、その中の水和物を融解させ、これにより第１の工程において生成された水和物から気体を放出させるとともに、第四級アンモニウム塩を溶質として含む水溶液を生成させる第２の工程とを有する方法及びこの方法を実現するための装置に関する。
【０００２】
なお、本発明において、次に掲げる用語の意味又は解釈は以下のとおりとする。この用語の意味又は解釈は、本発明の技術的範囲が均等の範囲にまで及ぶことを妨げるものではない。
（１）  「水和物」とは、包接水和物の略称である。ホストまたはホスト物質と呼ばれる分子又は化合物（即ち、ホスト分子）が構成するトンネル形、層状、網状、籠状などの構造（包接格子）内に、ゲスト物質と呼ばれる他の分子または化合物（即ち、ゲスト分子）が入り込む又は取り込まれることで形成され、生成される物質を包接化合物という。ゲスト分子の例としては、テトラｎブチルアンモニウム塩、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩、トリｎブチル・ペンチルアンモニウム塩等のアルキルアンモニウム塩に代表される第四級アンモニウム塩、アルキルホスホニウム塩、アルキルスルホニウム塩などがある。ホスト分子の例としては水やシクロデキストリンがある。ホスト分子が水である包接化合物が包接水和物である。本発明における「水和物」には、準包接水和物が含まれる。
（２）  包接水和物のゲスト分子の水溶液、より詳しくは一種又は二種以上のゲスト分子を溶質とし、水を溶媒とする水溶液を、「ゲスト分子の水溶液」と略称する場合がある。
（３）  「水和物のスラリー」とは、水和物がそのゲスト分子の水溶液又は水溶媒の中に分散又は懸濁してスラリー状を呈するに至ったものをいう。水和物が少量であっても（換言すれば水和物の存在比率が低くても）当該水溶液又は水溶媒に分散又は懸濁しているのであれば、それは「水和物のスラリー」に該当する。なお、「水和物のスラリー」を、文脈上又は便宜上単に「スラリー」という場合がある。
（４）「水和物生成温度」とは、水和物のゲスト分子の水溶液を冷却したとき、その水溶液の中で水和物が生成する温度をいう。
【背景技術】
【０００３】
第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を気体の分離剤として使用し、気体の分離や濃縮に利用する技術について検討されている（特許文献１乃至３、非特許文献１及び２）。
【特許文献１】特許３８２６１７６号公報
【特許文献２】特開２００６−１１７４８５号公報
【特許文献３】特開２００６−２０６６３５号公報
【非特許文献１】Antoin Chapoy, Ross Anderson, and Bahman Tohidi, “Low-PressureMolecular Hydrogen Storage in Semi-clathrate Hydrates of Quaternary AmmoniumCompounds” Journal of American Chemical Society 2007, 129, pp. 746-747.
【非特許文献２】Nguyen Hong Duc, Fabien Chauvy, Jean-Michel Herri,“CO2capture by hydrate crystallization - A potential solution for gas emission ofsteelmaking industry,” Available online 30 November 2006,インターネット＜URL：http://www.emse.fr/spin/depscientifiques/GENERIC/hydrates/publications/abstract2006a.htm＞＜URL：http://www.aseanenvironment.info/Abstract/43005208.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、いずれの従来技術も研究段階であって、現実的な適用に耐え得る段階にはない。第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を気体の分離剤として使用する上で、現実的な適用に耐え得る技術が充足すべき必要条件の一つは、第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し、水和物から捕集した気体を放出することで、所望の気体を分離するとともに、当該ゲスト分子を回収するというサイクルがより効率的又は経済的に実現されることである。特許文献３及び４に記載の技術は、この必要条件を充足し得る候補の一つといえそうであるが、全体としてエネルギー効率が十分とはいえず、改善の余地がある。
また、従来、気体の分離や濃縮に利用可能な水和物のゲスト分子として、第四級アンモニウム塩に属する多くの物質名が挙げられている。しかし、実際に研究対象として採用されている第四級アンモニウム塩は、ハロゲン化テトラｎブチルアンモニウム（特に臭化テトラｎブチルアンモニウム（TBAB）や水酸化テトラｎブチルアンモニウム（TBAOH）、フッ化テトラｎブチルアンモニウム（TBAF））に概ね限定されているといってよい。
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、気体を分離するために第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し放出する技術であって、気体の捕集、放出と、ゲスト分子を回収するサイクルを効率的又は経済的に実現し得るものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための、本発明の第１の形態に係る気体を捕集し放出する方法は、第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し放出する方法であって、前記ゲスト分子の水溶液を気体と接触させ、０℃より高い温度で冷却することにより、気体を捕集した水和物を生成させ、更にその水和物が前記水溶液又は水に分散又は懸濁してなるスラリーを生成させる第１の工程と、第１の工程において生成されたスラリーを加熱し、その中の水和物を融解させることにより、その水和物が捕集していた気体を放出させるとともに、前記ゲスト分子の水溶液を生成させる第２の工程とを有し、第１の工程において生成されたスラリーの一部又は全部と第２の工程において生成された前記ゲスト分子の水溶液の一部又は全部とを熱交換させ、該熱交換によって冷却された前記ゲスト分子の水溶液を前記第１の工程におけるゲスト分子の水溶液の一部又は全部として利用し、前記熱交換によって加熱されたスラリーを前記第２の工程におけるスラリーの一部又は全部として利用するようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の第２の形態に係る気体を捕集し放出する方法は、第１の形態に係る方法であって、第１の工程において前記ゲスト分子の水溶液と接触させる気体を、その接触前に冷却する気体冷却工程を有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の第３の形態に係る気体を捕集し放出する方法は、第１又は第２のいずれかの形態に係る方法であって、第１の工程が、前記ゲスト分子の水溶液と気体とを混合又は攪拌するとともに７℃以下の温度で冷却する工程を有し、第２の工程が、第１の工程において生成されたスラリーを１５℃以上の温度で加熱する工程を有することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第４の形態に係る気体を捕集し放出する方法は、第１の形態に係る方法であって、第１の工程が、前記ゲスト分子の水溶液と気体とを混合又は攪拌するとともに１５℃以上の温度で冷却する工程を有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第５の形態に係る気体を捕集し放出する方法は、第１乃至第４のいずれかの形態に係る方法であって、前記ゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩又はテトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含むことを特徴とするものである。
ゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩又はテトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含む水溶液であれば、水和物生成温度を０℃より高い温度又は１５℃以上の温度に調整し易く、従って本発明に係る気体を捕集し放出する方法を容易に構成することができる。
テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩の典型例は、臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウムである。臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウムの水和物の調和融点は３０℃であり、その水溶液の冷却を行う際（即ち水和物を生成させる際）、０℃より高い温度又は１５℃以上の温度で冷却することにより水和物を生成させることができるので、格段の冷却装置を必要とせず、エネルギーの節減に資することができ、効率的又は経済的である。
【００１１】
本発明においては、ゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含む水溶液であることも好ましいが、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩以外の第四級アンモニウム塩の一つとしては、テトラｎブチルアンモニウム塩であることが好ましい。テトラｎブチルアンモニウム塩は比較的安価で入手し易いので、経済的に優れた気体を捕集し放出する方法を構成することができる。（第９、１４、１９の形態についても同様である。）
テトラｎブチルアンモニウム塩の典型例は、臭化テトラｎブチルアンモニウムである。臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウムと臭化テトラｎブチルアンモニウムを溶質として含む水溶液であれば、水和物生成温度を０℃より高い温度又は１５℃以上の温度に調整し易く、従って本発明に係る気体を捕集し放出する方法を容易に構成することができる。
【００１２】
本発明の第６の形態に係る気体を捕集し放出する方法は、第１乃至第５のいずれかの形態に係る方法であって、第１の工程において前記ゲスト分子の水溶液を冷却するために用いられる熱エネルギーの一部又は全部が、冷熱を予め保有している領域から取り出される熱エネルギーであることを特徴とするものである。
なお、「冷熱を予め保有している領域」とは、ゲスト分子の水溶液の温度を水和物生成温度以下にするために必要な熱エネルギーの一部又は全部の供給源となる、熱エネルギーの蓄積している物理的に確定できる場所、区域又は空間をいい、蓄熱槽（又は蓄冷槽）、蓄熱装置（又は蓄冷装置）、蓄熱材（又は蓄冷材）を収容する容器などが典型例であるが、より具体的には、井戸、地下水を貯蔵した地層又は貯水槽、液化天然ガスの貯蔵設備又は搬送設備（搬送用配管を含む）、大気（又は外気）或いは外部若しくは周辺の環境が含まれる（第７、第８及び第１６の各形態参照）。
【００１３】
本発明の第７の形態に係る気体を捕集し放出する方法は、第１乃至第６のいずれかの形態に係る方法であって、第２の工程において水和物のスラリーを加熱するために用いられる熱エネルギーの一部又は全部が、大気又はその他の外部若しくは周囲の環境から伝達される熱エネルギーであることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第８の形態に係る気体を捕集し放出する方法は、第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し放出する方法であって、前記ゲスト分子の水溶液を気体と接触させ、１５℃以上の温度で冷却することにより、気体を捕集した水和物を生成させ、更にその水和物が前記水溶液又は水に分散又は懸濁してなるスラリーを生成させる第１の工程と、第１の工程において生成されたスラリーを加熱し、その中の水和物を融解させることにより、その水和物が捕集していた気体を放出させるとともに、前記ゲスト分子の水溶液を生成させる第２の工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第９の形態に係る気体を捕集し放出する方法は、第８の形態に係る方法であって、前記ゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩又はテトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含むことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第１０の形態に係る気体を捕集し放出する装置は、第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し放出する装置であって、前記ゲスト分子の水溶液を気体と接触させ、０℃より高い温度で冷却し、これにより気体を捕集した水和物を生成し、更にその水和物が前記水溶液又は水に分散又は懸濁してなるスラリーを生成する気体捕集装置と、該気体捕集装置において生成したスラリーを加熱し、そのスラリーの中の水和物を融解し、これにより気体を放出するとともに、前記ゲスト分子の水溶液を生成する気体放出装置と、該気体放出装置内で生成した前記ゲスト分子の水溶液の一部又は全部と前記気体捕集装置内で生成したスラリーの一部又は全部との熱交換を行う熱交換装置と、該熱交換装置によって冷却された前記ゲスト分子の水溶液を前記気体捕集装置に供給する第１供給装置と、前記熱交換装置によって加熱された前記スラリーを前記気体放出装置に供給する第２供給装置と、を備えることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第１１の形態に係る気体を捕集し放出する装置は、第１０の形態に係る装置であって、前記気体捕集装置内で前記ゲスト分子の水溶液と接触させる気体を、その接触前に冷却する冷却装置を備えることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第１２の形態に係る気体を捕集し放出する装置は、第１０又は第１１のいずれかの形態に係る装置であって、前記気体捕集装置内で前記ゲスト分子の水溶液と気体とを混合又は攪拌するとともに７℃以下の温度で冷却し、前記気体放出装置内で水和物のスラリーを１５℃以上の温度で加熱することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第１３の形態に係る気体を捕集し放出する装置は、第１０乃至第１２のいずれかの形態に係る装置であって、前記気体捕集装置内で前記ゲスト分子の水溶液と気体とを混合又は攪拌するとともに１５℃以上の温度で冷却することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第１４の形態に係る気体を捕集し放出する装置は、第１０乃至第１３のいずれかの形態に係る装置であって、前記ゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩又はテトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含むことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第１５の形態に係る気体を捕集し放出する装置は、第１０乃至第１４のいずれかの形態に係る装置であって、前記気体捕集装置内で前記ゲスト分子の水溶液を冷却するために用いられる熱エネルギーの一部又は全部が、冷熱を予め保有している領域から取り出した熱エネルギーであることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の第１６の形態に係る気体を捕集し放出する装置は、第１５の形態に係る装置であって、前記冷熱を予め保有している領域が液化天然ガスの貯蔵設備、井戸又は地下水を貯蔵する地層であることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第１７の形態に係る気体を捕集し放出する装置は、第１０乃至第１６のいずれかの形態に係る装置であって、前記気体放出装置内で水和物のスラリーを加熱するために用いられる熱エネルギーの一部又は全部が、大気又はその他の外部若しくは周囲の環境から伝達される熱エネルギーであることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の第１８の形態に係る気体を捕集し放出する装置は、第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し放出する装置であって、前記ゲスト分子の水溶液を気体と接触させ、１５℃以上の温度で冷却し、これにより気体を捕集した水和物を生成し、更にその水和物が前記水溶液又は水に分散又は懸濁してなるスラリーが生成する気体捕集装置と、該気体捕集装置において生成したスラリーを加熱し、そのスラリーの中の水和物を融解し、これにより気体を放出するとともに、前記ゲスト分子の水溶液を生成する気体放出装置と、を備えることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の第１９の形態に係る気体を捕集し放出する装置は、第１８の形態に係る装置であって、前記ゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩又はテトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含むことを特徴とするものである。
【００２６】
なお、本発明の各形態において、第四級アンモニウム塩をゲスト分子とする水和物を用いて気体を捕集する際、その捕集を起こり易くするためには圧力をかけることが望ましい。この場合、圧力は２ＭＰａ未満（通常は１ＭＰａ以下であり、好ましくは０．１〜０．７ＭＰａ程度）の圧力で足り、特段の高圧は不要である（特許文献１乃至３参照）。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し、捕集した気体を放出することで気体を分離するとともに、当該ゲスト分子を回収するというサイクルがより効率的又は経済的に実現できる、従って現実的な適用に耐え得る技術を提供することができる。
また、本発明によれば、第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し、捕集した気体を放出することで気体を分離するとともに、前記水和物のスラリーと当該ゲスト分子の水溶液との熱交換を行い、エネルギー消費を低減するというサイクルを実現できる、従って現実的な適用に耐え得る技術を提供することができる。
【００２８】
さらに、本発明において、第四級アンモニウム塩をゲスト分子とする水和物の水和物生成温度が０〜３０℃の範囲に属する場合には、その程度（たかだか０〜３０℃前後）の温度調整により、気体の捕集と放出を制御できるので、エネルギー消費が少なく、経済的な気体分離を実現することができる。例えば、外気温が水和物生成温度より高い場合は、当該ゲスト分子の水溶液を冷却して水和物に気体を捕集させ、外気の熱エネルギーを利用して水和物の少なくとも一部を融解させ、これにより気体を放出させることができる。また、外気温が水和物生成温度より低い場合は、外気の熱エネルギーを利用して当該ゲスト分子の水溶液を冷却させ、これにより水和物の少なくとも一部に気体を捕集させ、加熱により水和物を融解させ、気体を放出させることができる。いずれの場合も、外気の熱エネルギーを利用するため、エネルギー消費が相対的に少なくなり、経済的な気体分離が可能になる。
本発明の各形態が奏する作用効果は、以下のとおりである。
【００２９】
本発明の第１の形態によれば、気体を捕集させた後の包接水和物のスラリーであって、気体を放出させる前のものの一部又は全部（換言すれば、第１の工程において生成されたスラリーであって、第２の工程において加熱される前のもの）と、気体を放出した後のゲスト分子の水溶液であって、気体を捕集させる前のものの一部又は全部（換言すれば、第２の工程において生成された水溶液であって、第１の工程において冷却される前のもの）とを熱交換させるので、第１の工程における冷却に要するエネルギーと第２の工程における加熱に要するエネルギーを節減することができる。また、ゲスト分子の水溶液と熱交換するものが、流動性に富む水和物のスラリーであるので、上記のような熱交換は比較的容易であり、連続的に行うことが可能である。従って、熱交換を通じて、気体を捕集し放出する際に、エネルギーを連続的に節減することができる。
【００３０】
ゲスト分子の水溶液を冷却する際、水溶液が温かな気体と接触すると、水溶液の温度上昇が起こり、水和物の生成効率、従って気体の捕集効率が低下してしまう。これに対し、本発明の第２の形態によれば、捕集対象の気体を予め冷却する気体冷却工程を有するので、ゲスト分子の水溶液を冷却する際、水溶液が冷却された気体と接触するので、水溶液の温度上昇が抑制され又は温度低下が起こり、包接水和物の生成効率、従って気体の捕集効率が高まる。
【００３１】
ゲスト分子の水溶液を冷却した場合、水和物生成温度未満に冷却しても包接水和物が直ちに生成してこない現象、即ち過冷却現象が起こることがある。過冷却現象が起こると、気体の捕集が予定通りに起こらず、過冷却が想定外の場所で解除された場合には、配管の内壁面、熱交換器の伝熱面等への包接水和物の付着を招来し、圧力損失の増大や設備・機器の動作不全を招来するといった問題が生じる。これに対し、本発明の第３の形態によれば、第１の工程においてゲスト分子の水溶液と気体とを混合又は攪拌するので、過冷却が速やかに解除され、生成した包接水和物が水又はゲスト分子の水溶液に分散又は懸濁し流動性の高いスラリーになり、上記の問題は生じ難くなる。また、この第４の形態には、第１の工程におけるゲスト分子の水溶液を冷却する温度が０℃より高く７℃以下であり、第２の工程における水和物のスラリーの加熱温度が１５℃以上であるので、１年間のうち、外気温が７℃以下になる季節（例えば冬季）においては、格段の冷却装置を必要とすることなく又は冷却装置が必要な場合であってもその冷却装置の運転負荷を軽減しつつ、外気の熱エネルギーを利用して第１の工程を実行することができ、外気温が１５℃以上になる季節（例えば春季や夏季）においては、格段の加熱装置を必要とすることなく又は加熱装置が必要な場合であってもその加熱装置の運転負荷を軽減しつつ、外気の熱エネルギーを利用して第２の工程を実行することができる。これにより、エネルギー消費が相対的に少なくなり、効率的且つ経済的で、従ってより現実的な適用に耐え得る気体捕集と放出とが可能になる。
【００３２】
本発明の第４の形態に係る気体を捕集し放出する方法は、第１の工程における水溶液を冷却する温度が１５℃以上なので、例えば１年間のうち、外気温が１５℃以上になる季節（例えば春季や夏季）においては、外気の熱エネルギーを利用して水溶液を、格段の冷却装置を必要とすることなく又は冷却装置が必要な場合であってもその冷却装置の運転負荷を軽減しつつ、水溶液を冷却することができ、エネルギーを節減できる。捕集対象の気体を予め冷却する気体冷却工程を実行する場合においても同様であり、格段の冷凍装置を必要とするまでもない又は冷凍装置の運転負荷を軽減することができる。
【００３３】
本発明の第５の形態によれば、第１の工程において冷却されるゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩又はテトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含むものなので、水和物生成温度を好ましい温度に設定することができるので、本発明の種々の形態（例えば第３の形態）に対応可能なゲスト分子の水溶液や水和物のスラリーを準備することができ、延いては本発明の実効性を高めることができる。
【００３４】
ゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩又はテトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含む水溶液であれば、水和物生成温度を０℃より高い温度又は１５℃以上の温度に調整し易く、従って本発明に係る気体を捕集し放出する方法を容易に構成することができる。
テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩の典型例は、臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウムである。臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウムの水和物の調和融点は３０℃であり、その水溶液の冷却を行う際（即ち水和物を生成させる際）、０℃より高い温度又は１５℃以上の温度で冷却することにより水和物を生成させることができるので、格段の冷却装置を必要とせず、又は冷却装置が必要な場合であってもその冷却装置の運転負荷を軽減することができるため、エネルギーの節減に資することができ、効率的又は経済的である。
【００３５】
本発明においては、ゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含む水溶液であることも好ましいが、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩以外の第四級アンモニウム塩の一つとしては、テトラｎブチルアンモニウム塩であることが好ましい。テトラｎブチルアンモニウム塩は比較的安価で入手し易いので、経済的に優れた気体を捕集し放出する方法を構成することができる。（第９、１４、１９の形態についても同様である。）
テトラｎブチルアンモニウム塩の典型例は、臭化テトラｎブチルアンモニウムである。臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウムと臭化テトラｎブチルアンモニウムを溶質として含む水溶液であれば、水和物生成温度を０℃より高い温度又は１５℃以上の温度に調整し易く、従って本発明に係る気体を捕集し放出する方法を容易に構成することができる。
【００３６】
本発明の第６の形態によれば、第１の工程において前記ゲスト分子の水溶液を冷却するために用いられる熱エネルギーの一部又は全部が、冷熱を予め保有している領域から取り出される熱エネルギーであるので、その冷却のための熱エネルギーを特に創り出す必要がなく、エネルギーの節減に資することができる。
【００３７】
本発明の第７の形態によれば、第２の工程において水和物のスラリーを加熱するために用いられる熱エネルギーの一部又は全部が、大気又はその他の外部若しくは周囲の環境から伝達される熱エネルギーであるので、加熱のための熱エネルギーを特に創り出す必要がなく、エネルギーの節減に資することができる。
【００３８】
本発明の第８の形態によれば、第１の工程における水溶液を冷却する温度が１５℃以上なので、例えば１年間のうち、外気温が１５℃以上になる季節（例えば春季や夏季）においては、水溶液を、格段の冷却装置を必要とすることなく又は冷却装置が必要な場合であってもその冷却装置の運転負荷を軽減しつつ、外気の熱エネルギーを利用して水溶液を冷却することができる。これにより、エネルギー消費が相対的に少なくなり、効率的且つ経済的で、従ってより現実的な適用に耐え得る気体捕集が可能になる。また、第１の形態において不可欠であった熱交換の工程を省略できるので、気体を捕集し放出する際に、エネルギーを連続的に節減することができる。
【００３９】
本発明の第９の形態によれば、ゲスト分子の水溶液が、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩又はテトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩を含む二以上の種類の第四級アンモニウム塩を溶質として含むものなので、水和物生成温度を好ましい温度に設定することができるので、第８の形態に係る方法に対応可能なゲスト分子の水溶液や水和物のスラリーを準備することができ、延いては本発明の実効性を高めることができる。
【００４０】
本発明の第１０の形態によれば、第１の形態に係る方法が実行される装置を実現することができる。この場合、第１、第２及び熱交換の各工程は、それぞれ、気体捕集装置、気体放出装置及び熱交換装置において実行される。
【００４１】
本発明の第１１の形態によれば、第２の形態に係る方法が実行される装置を実現することができる。この場合、気体冷却工程は、冷却装置において実行される。
【００４２】
本発明の第１２の形態によれば、第３の形態に係る方法が実行される装置を実現することができる。
【００４３】
本発明の第１３の形態によれば、第４の形態に係る方法が実行される装置を実現することができる。
【００４４】
本発明の第１４の形態によれば、第５の形態に係る方法が実行される装置を実現することができる。
【００４５】
本発明の第１５形態によれば、第６の形態に係る方法が実行される装置を実現することができる。
【００４６】
本発明の第１６の形態によれば、「冷熱を予め保有している領域」が液化天然ガスの貯蔵設備、井戸又は地下水を貯蔵する地層である第１５の形態を実現することができる。「冷熱を予め保有している領域」が液化天然ガスの貯蔵設備、井戸又は地下水を貯蔵する地層であれば、それ自体が冷源として機能し得るものであるので、ゲスト分子の水溶液を冷却するための熱エネルギーを創り出すための格段の装置、設備等を設ける必要がなく、エネルギー及び設備コストの節減に資することができる。
【００４７】
本発明の第１７の形態によれば、第７の形態に係る方法が実行される装置を実現することができる。
【００４８】
本発明の第１８の形態によれば、第８の形態に係る方法が実行される装置を実現することができる。この場合、第１及び第２の各工程は、それぞれ、気体捕集装置及び気体放出装置において実行される。
【００４９】
本発明の第１９の形態によれば、第９の形態に係る方法が実行される装置を実現することができる。
なお、本発明の各形態において好適なゲスト分子は、テトラisoペンチルアンモニウム塩又は、テトラisoペンチルアンモニウム塩とその他の第４級アンモニウム塩（特に、テトラｎブチルアンモニウム塩に代表されるアルキルアンモニウム塩）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、実施形態により発明を詳細に説明する。なお、本発明の技術的範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
【００５１】
［実施の形態１］
図１は本発明に係る気体を捕集し放出する装置を、気体分離装置として実現した場合の機器構成を説明する説明図である。
本実施の形態に係る気体分離装置は、第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて、捕集目的の成分である気体Ａを含む混合気体から気体Ａを分離して捕集し、捕集した気体Ａを放出するための装置であり、図１に示すように、気体冷却装置１、気体捕集装置３、熱交換装置５、気体放出装置７を備えている。
なお、第四級アンモニウム塩の例としては臭化テトラisoペンチルアンモニウム（TiPAB）が挙げられ、臭化テトラisoペンチルアンモニウム（TiPAB）と他の第四級アンモニウム塩を含む２種類以上の混合物でもよい。他の第四級アンモニウム塩としては、臭化テトラｎブチルアンモニウム（TBAB）が好ましい。
以下、各装置の構成をさらに詳細に説明する。
【００５２】
＜気体冷却装置＞
気体冷却装置１は、導入された混合気体と気体捕集装置３から導入した冷却された残気体とを熱交換させ混合気体を予め冷却する。
【００５３】
＜気体捕集装置＞
気体捕集装置３は、熱交換装置５から導入した第四級アンモニウム塩の水溶液と予め冷却された混合気体を混合し、０℃より高い温度で冷却し、気体Ａを含む水和物を生成させることによって混合気体から気体Ａを捕集する。そして、気体捕集装置３は、水和物のスラリーを生成する機能を有している。
このような機能を有する気体捕集装置３は、図２に示すように、混合器９、水和物スラリー生成器１１、分離器１３を備えている。以下、これらの各機器について説明する。
【００５４】
〔混合器〕
熱交換装置５から第四級アンモニウム塩の水溶液（以下、単に「水溶液」という場合がある）の供給を受け、この水溶液に混合気体を供給してこれらを混合する。
水溶液への混合気体の供給は相対的なものであり、水溶液に向けて気体を放出する場合は勿論、混合気体に向けて水溶液を放出する場合もこれに該当する。前者の典型例は、水溶液が存在する領域への当該領域外からの気体のバブリングであり、その場合、気泡粒径は小さいほど好ましい。これを実現する混合器９の一つの態様としては、混合器９が水溶液を充填したタンクからなり気体が微細な気泡として水溶液中に分散されるようなものがある。この場合、気液接触面積が大きく取れるように気泡径は小さいほうが好ましい。
後者すなわち混合気体に向けて水溶液を放出する場合の典型例は、気体が存在する領域への当該領域外からの水溶液の噴霧であり、その場合水溶液滴径は小さいほど好ましい。これを実現する混合器９の態様として、気体を充填した容器内に水溶液をスプレーノズルにより噴霧して気体と接触させ水溶液に気体を溶解させるようなものがある。
前者、後者のいずれの場合においても、水溶液への気体の供給は、気体と水溶液との接触面積をより高める手法により行われることが好ましい。
【００５５】
混合器９によって第四級アンモニウム塩の水溶液に混合気体が混合された後、混合流体はポンプによって水和物スラリー生成器１１に送られる。
【００５６】
〔水和物スラリー生成器〕
水和物スラリー生成器１１は、冷却機能を備えており、混合器９で混合された第四級アンモニウム塩の水溶液と混合気体を含む水溶液を冷却して気体Ａと第四級アンモニウム塩をゲストとして含む水和物を生成し、その水和物が水溶液又は水に分散又は懸濁してなる水和物スラリーを生成する。冷却機能としては冷媒を供給して冷却する熱交換器を備えることが好ましい。
【００５７】
水和物スラリー生成器１１において、水溶液を冷却する冷却温度は０℃より高い温度とする。つまり生成するスラリーの温度が０℃より高い温度になるようにする。冷却温度を０℃より高い温度で冷却するようにすれば、冷媒を供給するために用いる装置として、冷凍機または外気と冷水とで熱交換させるクーリングタワーを用いることができ、容易に冷熱を得て冷媒を供給することができる。特に第四級アンモニウム塩としてTiPABを用いた場合は15℃以上で水和物が生成できるので、外気の熱エネルギーを利用することが可能であり、より経済的な手法を選択することができる。
なお、水和物スラリー生成器１１には攪拌機構を設けるのが好ましい。
【００５８】
水和物スラリー生成器１１においては、冷却によって水和物が生成され、生成された水和物が攪拌されることにより、水和物粒子が水溶液に分散した水和物スラリーが生成される。また、水溶液が攪拌されながら冷却されることにより過冷却が速やかに解除されるので、水和物スラリーを効率よく生成できる。
また、水和物スラリー生成器１１においては、混合気体のうち水和物に捕集されなかった残りの部分が存在するが、これは残気体として後述の分離器１３によって水和物スラリーと分離され、気体捕集装置３から排出される。
【００５９】
〔分離器〕
分離器１３は、水和物スラリー生成器１１から水和物スラリーと未反応の残気体の供給を受けて前記未反応の残気体を分離する。
分離器１３の形式は任意であり、例えばサイクロンセパレータなどを利用することができるが、分離した残気体中へのスラリー液滴混入を可能な限り少なくするため、例えば衝突分離式のミストセパレータを併せて用いることが望ましい。
分離器１３で分離された残気体は、冷却されているため冷熱を有している。そこで、この残気体の有する冷熱を利用するために残気体は気体冷却装置１に送られる。気体冷却装置１に送られた残気体は、気体冷却装置１において、混合気体と熱交換して混合気体を予め冷却するために利用される。
【００６０】
＜熱交換装置＞
熱交換装置５は、気体捕集装置３で生成された水和物スラリーを導入し、導入された水和物スラリーと気体放出装置７から導入した水溶液とを熱交換させ、加熱されたスラリーと、冷却された水溶液を生成する。
なお、冷却された水溶液は図示しない第１供給装置（具体的には、例えば配管とポンプ）により、気体捕集装置３に供給される。また、加熱されたスラリーは図示しない第２供給装置（具体的には、例えば配管とポンプ）により、気体放出装置７に供給される。
【００６１】
＜気体放出装置＞
気体放出装置７は、加熱機能を備えており、熱交換装置５で加熱された水和物スラリーを導入し、これをさらに加熱して、水和物を融解させ水溶液を生成し、水和物に捕集されていた気体Ａを放出させる。加熱機能としては熱媒を供給して加熱する熱交換器を備えることが好ましい。
気体Ａと水溶液からなる混合流体は第２分離器に導入され、水溶液と気体Ａとに分離され、水溶液は熱交換装置５に送られる。分離された気体Ａは排出され、適宜貯槽等に貯留されるか、又は次の処理プロセスに導入される。
【００６２】
図３は気体分離装置を構成する各装置の機能と各装置を通過する気体、水溶液、スラリーの様子を模式的に示したものである。以下においては、上記のように構成された気体分離装置によって混合気体から気体Ａを分離する方法を、図３を参照しながら説明する。
捕集目的の成分である気体Ａを含む混合気体を気体冷却装置１に導入し、混合気体と気体捕集装置３から導入した冷却された残気体（図３の破線矢印参照）とを熱交換させ混合気体を予め冷却する。分離する目的成分としての気体Ａは、例えば二酸化炭素が挙げられる。
【００６３】
気体冷却装置１において冷却された混合気体は、気体捕集装置３に導入され、混合器９によって第四級アンモニウム塩の水溶液と混合され、水溶液に溶解される。
る。混合器９によって第四級アンモニウム塩の水溶液に混合気体が溶解された後、混合流体はポンプによって水和物スラリー生成器１１に送られる。水和物スラリー生成器１１においては、混合流体を冷媒との熱交換などにより０℃よりも高い温度で冷却して気体Ａと第四級アンモニウム塩をゲストとして含む水和物を生成する。水和物スラリー生成器１１内で攪拌が行われることにより、水和物粒子が水溶液に分散した水和物スラリーが生成される。
水和物スラリー生成器１１で生成された水和物スラリーと未反応の残気体が分離器１３に供給され、水和物スラリーと未反応の残気体が分離される（図２参照）。分離された水和物スラリーは熱交換装置５に導入される。他方、分離器１３で分離された残気体は、気体冷却装置１に導入されて混合気体を予め冷却するように利用される。
なお、残気体に気体Ａが残存している場合には、例えば残存量が一定以下になるまで、混合気体として再循環して利用することができる。
【００６４】
水和物スラリー生成器１１において混合流体を冷却するために用いられる熱エネルギーの一部又は全部が、冷熱を予め保有している領域から取り出される熱エネルギーであることが好ましい。
冷熱を予め保有している領域の典型例としては、蓄熱槽（又は蓄冷槽）、蓄熱装置（又は蓄冷装置）、蓄熱材（又は蓄冷材）を収容する容器などがあるが、より具体的には、井戸、地下水を貯蔵した地層又は貯水槽、液化天然ガスの貯蔵設備又は搬送設備（搬送用配管を含む）、大気（又は外気）或いは外部若しくは周辺の環境が含まれる。冷熱を予め保有している領域から取り出される熱エネルギーを利用するので、混合流体の冷却のための熱エネルギーを特に創り出す必要がなく、エネルギーの節減に資することができる。
【００６５】
分離器１３で分離された水和物スラリーは、熱交換装置５に導入される（図３参照）。熱交換装置５においては、導入した水和物スラリーと気体放出装置７から導入した水溶液とを熱交換する（図３参照）。水和物スラリーは水溶液より温度が低いことから、水溶液との熱交換により温度が上昇して加熱された水和物スラリーとなり、逆に水溶液は冷却されて冷却された水溶液となる。
【００６６】
加熱された水和物スラリーは気体放出装置７に導入され、気体放出装置７においてさらに加熱される（図３参照）。この加熱によって、水和物が融解し、水和物に捕集されていた気体Ａが放出される。気体Ａが放出されることにより、気体放出装置７には気体Ａと水溶液からなる混合流体が存在することになり、この混合流体は図示しない第２分離器に導入され、水溶液と気体Ａとに分離される（図３参照）。分離された水溶液は熱交換装置５に送られ、分離された気体Ａは排出され、適宜貯槽等に貯留されるか、又は次の処理プロセスに導入される。
【００６７】
気体放出装置において水和物スラリーを加熱するために用いられる熱エネルギーの一部又は全部が、大気又はその他の外部若しくは周囲の環境から伝達される熱エネルギーであることが好ましい。
これにより、加熱のための熱エネルギーを特に創り出す必要がなく、エネルギーの節減に資することができる。
【００６８】
上記の実施の形態によれば、第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し、捕集した気体を放出することで気体を分離するとともに、当該ゲスト分子を回収するというサイクルが効率的又は経済的に実現できる。
また、本実施の形態においては、第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて気体を捕集し、捕集した気体を放出することで気体を分離するとともに、熱交換装置５によって水和物のスラリーと水溶液との熱交換を行い、エネルギー消費を低減するというサイクルを実現しており、現実的な適用に耐え得る気体分離装置となっている。
【００６９】
なお、上記の実施の形態においては、気体捕集装置３に別途設けた混合器９によって混合気体と水溶液を混合するようにしたが、混合器９を省略して水和物スラリー生成器１１内の水溶液に混合気体を供給することにより、水溶液と混合気体を混合するようにしてもよい。
【００７０】
［実施の形態２］
図４は本発明に係る気体を捕集し放出する装置を、気体分離装置として実現した場合の機器構成を説明する説明図である。
実施の形態２に係る気体分離装置は、実施の形態１のものと同様に、第四級アンモニウム塩をゲスト分子として含む水和物を用いて、捕集目的である気体Ａを含む混合気体から気体Ａを分離して捕集し、捕集した気体Ａを放出するための装置である。ただ、実施の形態１と異なる点は、図４に示すように、実施の形態１の装置構成として存在していた気体冷却装置及び熱交換装置を省き、気体捕集装置１５において１５℃以上の温度で水溶液を冷却して水和物が生成できるようにゲスト分子の水溶液を選択した点である。
【００７１】
実施の形態２において選択する第四級アンモニウム塩の水溶液としては、臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウム(TiPAB)の水溶液または臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウムを含むニ以上の種類の第四級アンモニウム塩の水溶液が好ましい。臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウムの調和融点は３０℃であり、水和物生成温度を１５℃以上の温度に調整することが容易であるからである。
臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウム以外の第四級アンモニウム塩の一つとしては、臭化テトラｎブチルアンモニウムであることが好ましい。臭化テトラｎブチルアンモニウムは比較的安価で入手し易いので、臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウムと臭化テトラｎブチルアンモニウムとを適切に配合することにより、水和物生成温度を１５℃以上の温度に調整することが容易であるとともに経済的に優れた気体を捕集し放出する方法を構成することができる。
以下、実施の形態２の各装置の構成を詳細に説明する。なお、各装置は実施の形態１で説明したものと基本的に同様のものであるので、以下においては実施の形態２の各装置が実施の形態１に示したものと同様であるかどうかを示すと共に特に異なる点があればこれについて説明する。
【００７２】
＜気体捕集装置＞
気体捕集装置１５は、気体放出装置１７から導入した第四級アンモニウム塩の水溶液と混合気体を混合し、１５℃より高い温度で冷却し、気体Ａを含む水和物を生成させることによって混合気体から気体Ａを捕集する。そして、気体捕集装置１５は、水和物のスラリーを生成させる機能を有している。
このような機能を有する気体捕集装置１５は、実施の形態１で説明したのと同様に、混合器、水和物スラリー生成器、分離器を備えている（図２参照）。
【００７３】
〔混合器〕
実施の形態１に示したものと同様である。
【００７４】
〔水和物スラリー生成器〕
水和物スラリー生成器は、冷却機能を備えており、混合器で混合された第四級アンモニウム塩の水溶液と混合気体を含む水溶液を冷却して気体Ａと第四級アンモニウム塩をゲストとして含む包接水和物を生成する。この点は、実施の形態１のものと同様である。
【００７５】
実施の形態２の水和物スラリー生成器においては、水溶液を冷却する冷却温度は１５℃より高い温度とする。つまり生成するスラリーの温度が１５℃より高い温度になるようにする。冷却温度を１５℃より高い温度で冷却するようにすれば、例えば１年間のうち、外気温が１５℃以上になる季節（例えば春季や夏季）においては、水溶液を、格段の冷却装置を必要とすることなく又は冷却装置が必要な場合であってもその冷却装置の運転負荷を軽減しつつ、外気の熱エネルギーを利用して水溶液を冷却することができる。
なお、水和物スラリー生成器には攪拌機構を設けるのが好ましい。
水和物スラリー生成器においては、冷却によって包接水和物が生成され、攪拌が行われることにより、包接水和物粒子が水溶液に分散した水和物スラリーが生成される。
【００７６】
〔分離器〕
分離器は、実施の形態１のものと同様である。
【００７７】
＜気体放出装置＞
気体放出装置１７は、実施の形態１のものと同様である。
【００７８】
図５は気体分離装置を構成する各装置の機能と各装置を通過する気体、水溶液、スラリーの様子を模式的に示したものである。以下においては、上記のように構成された気体分離装置によって混合気体から気体Ａを分離する方法を、図５を参照しながら説明する。
捕集目的である気体Ａ、例えば二酸化炭素を含む混合気体を気体捕集装置１５に導入し（図５参照）、混合器によって第四級アンモニウム塩の水溶液と混合し、混合気体を水溶液に溶解する。
混合器によって第四級アンモニウム塩の水溶液に混合気体が溶解された後、混合流体はポンプによって水和物スラリー生成器に送られる。水和物スラリー生成器においては、混合流体を１５℃より高い温度で冷却して気体Ａと第四級アンモニウム塩をゲストとして含む包接水和物を生成する。生成器内で攪拌が行われることにより、包接水和物粒子が水溶液に分散した水和物スラリーが生成される。
水和物スラリー生成器で生成された水和物スラリーと未反応の残気体が分離器に供給され、水和物スラリーと未反応の残気体が分離される。この残気体に気体Ａが残存している場合には、例えば残存量が一定以下になるまで、混合気体として再循環して利用する。
分離された水和物スラリーは、気体放出装置１７に導入され、気体放出装置１７においてさらに加熱される（図５参照）。この加熱によって、水和物が融解し、水和物に捕集されていた気体Ａが放出される。気体Ａが放出されることにより、気体放出装置１７には気体Ａと水溶液からなる混合流体が存在することになり、この混合流体は図示しない第２分離器に導入され、水溶液と気体Ａとに分離される。分離された水溶液は熱交換装置に送られ、分離された気体Ａは排出され、適宜貯槽等に貯留されるか、又は次の処理プロセスに導入される。
【００７９】
実施の形態２においては、第四級アンモニウム塩の水溶液として上記のものを用いることにより、水和物生成温度を１５℃以上の温度に調整し易く、下記の効果がある。
すなわち、実施の形態２によれば、気体捕集装置１５における水溶液を冷却する温度が１５℃以上なので、例えば１年間のうち、外気温が１５℃以上になる季節（例えば春季や夏季）においては、水溶液を、格段の冷却装置を必要とすることなく又は冷却装置が必要な場合であってもその冷却装置の運転負荷を軽減しつつ、外気の熱エネルギーを利用して水溶液を冷却することができる。これにより、エネルギー消費が相対的に少なくなり、効率的且つ経済的で、従ってより現実的な適用に耐え得る気体捕集が可能になる。また、実施形態１において不可欠であった熱交換装置を省略できるので、気体を捕集し放出する際に、エネルギーを連続的に節減することができる。
【実施例】
【００８０】
図３４示す気体捕集装置と気体放出装置を用いて、特定の気体を含む混合気体から該気体を分離する実験を行った。
実験方法、用いた試験水溶液、試験混合気体は以下の通りである。
【００８１】
［気体分離実験方法］
混合器を兼ねた水和物スラリー生成器に第四級アンモニウム塩の水溶液（以下試験水溶液という）を充填する。この試験水溶液を充填した水和物スラリー生成器に混合気体を導入し３０℃にて0.5MPaに昇圧した状態で混合気体供給配管に設けたバルブを閉じ、水和物スラリー生成器の熱交換部に冷媒を供給し、水和物スラリー生成器内部の液相部を攪拌しながら30℃から試験温度（15℃、20℃）にまで冷却する。
冷却により第四級アンモニウム塩と気体を含む水和物が生成され、気体が捕集されることにより水和物スラリー生成器内部の圧力が徐々に低下する。
水和物スラリー生成器内部の圧力低下が終了した後、水和物スラリー生成器内から残留している残気体を抜き出し、残気体のガス組成をガスクロマトグラフにより測定した。また、水和物スラリー生成器から水和物スラリーを抜き出し気体放出装置へ導入し、熱交換部に熱媒体を供給して水和物スラリーを加熱して水和物を融解し、捕集した気体を放出させる。そして、放出された気体（回収気体という）を抜き出し、回収気体のガス組成をガスクロマトグラフにより測定した。
【００８２】
［試験水溶液］
（１）臭化テトラisoペンチルアンモニウム(TiPAB)５ｗｔ％水溶液
（２）臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウム(TiPAB)２．５ｗｔ％と臭化テトラｎブチルアンモニウム(TBAB)２．５ｗｔ％の混合水溶液
（３）比較例として、臭化テトラｎブチルアンモニウム(TBAB)５ｗｔ％の混合水溶液
【００８３】
［試験混合気体］
二酸化炭素を５％含む混合気体（例えば高炉ガスを模擬した混合気体）
分離対象ガスは、二酸化炭素である。
【００８４】
実験結果を表１に示す。
【表１】
2010012420.tif 000003
【００８５】
表１に示すように、臭化テトラisoペンチルアンモニウム(TiPAB)５ｗｔ％水溶液又は臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウム(TiPAB)２．５ｗｔ％と臭化テトラｎブチルアンモニウム(TBAB)２．５ｗｔ％の混合水溶液を用いて、目的気体の捕集と放出を行うことにより、混合気体から二酸化炭素を選択的に捕集し回収気体中の二酸化炭素濃度を高めて濃縮できることを確認できた。
また、冷却温度が低いほど目的気体を多く捕集できることを確認できた。
他方、比較例の臭化テトラｎブチルアンモニウム(TBAB)５ｗｔ％の水溶液を用いた場合、水溶液への二酸化炭素の溶解により、回収気体中の二酸化炭素濃度が試験混合気体の実験前の濃度より若干高くなるが、冷却温度が２０℃または１５℃の条件では、臭化テトラｎブチルアンモニウムの水和物が生成せず、水和物を生成することにより目的気体を捕集することはできなかったか、捕集できたかどうか明確に確認できなかった。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る気体分離装置の説明図である。
【図２】図１に示した気体分離装置の一部の詳細説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１における気体分離方法の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る気体分離装置の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２における気体分離方法の説明図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  気体冷却装置
３  気体捕集装置
５  熱交換装置
７  気体放出装置
９  混合器
１１  水和物スラリー生成器
１３  分離器
１５  気体捕集装置
１７  気体放出装置
【図１】
2010012420.tif 000004
【図２】
2010012420.tif 000005
【図３】
2010012420.tif 000006
【図４】
2010012420.tif 000007
【図５】
2010012420.tif 000008