(57)【要約】【課題】被処理ガス中の二酸化炭素を効率的良く分離可能なＣＯ２分離装置及びＣＯ２分離方法を提供すること。【解決手段】本発明のＣＯ２分離装置は、被処理ガスＧ１を加温及び加湿により調湿する加温加湿部１１と、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜１２ａにより、加温加湿部１１から排出された被処理ガスＧ１から二酸化炭素を分離して精製ガスＧ３を得るガス分離部１２とを備える。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理ガスを加温及び加湿により調湿する第１の加温加湿部と、
二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、前記第１の加温加湿部から排出された前記被処理ガスから二酸化炭素を分離して精製ガスを得る第１のガス分離部とを備えたことを特徴とする、ＣＯ２分離装置。
【請求項２】
前記第１のガス分離部から排出された前記精製ガスを加温及び加湿して調湿する第２の加温加湿部と、
二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、前記第２の加温加湿部から排出された前記被処理ガス中に含まれる二酸化炭素を分離して除去する第２のガス分離部とを含む、請求項１に記載のＣＯ２分離装置。
【請求項３】
前記精製ガスに含まれる水分を凝縮して凝縮水として分離し、分離した凝縮水を前記加温加湿部に供給する水分分離部を備える、請求項１又は請求項２に記載のＣＯ２分離装置。
【請求項４】
前記二酸化炭素を同伴して排出するスイープガスを、前記ガス分離部に供給するスイープガス供給部を備えた、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＣＯ２分離装置。
【請求項５】
前記二酸化炭素を同伴して排出するスイープガスを、第１のガス分離部及び前記第２のガス分離部に並列に供給するスイープガス供給部を備えた、請求項２に記載のＣＯ２分離装置。
【請求項６】
被処理ガスに含まれる二酸化炭素を同伴して排出するスイープガスを加温及び加湿して調湿する加温加湿部と、
前記加温加湿部に前記スイープガスを供給するスイープガス供給部と、
二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素を前記加温加湿部で調湿された前記スイープガスに同伴して分離して精製ガスを得るガス分離部とを備えたことを特徴とする、ＣＯ２分離装置。
【請求項７】
二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素をスイープガスに同伴して分離する第１のガス分離部と、
前記第１のガス分離部に前記スイープガスを供給するスイープガス供給部と、
前記第１のガス分離部で分離された二酸化炭素を含むスイープガスを加温及び加湿して調湿する加温加湿部と、
前記二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、前記第１のガス分離部から排出された被処理ガス中に含まれる二酸化炭素を前記加温加湿部から排出された前記スイープガスに同伴して分離して精製ガスを得る第２のガス分離部とを備えたことを特徴とする、ＣＯ２分離装置。
【請求項８】
前記スイープガス供給部は、前記第１のガス分離部及び前記第２のガス分離部に並列に前記スイープガスを供給する、請求項７に記載のＣＯ２分離装置。
【請求項９】
前記加温加湿部は、前記被処理ガスを熱媒との熱交換により加温する熱交換部と、前記熱交換後の被処理ガスを加湿する水分供給部とを備える、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のＣＯ２分離装置。
【請求項１０】
前記加温加湿部は、前記被処理ガスを加温する熱交換部と、前記熱交換後の被処理ガスを充填塔内で加湿する水分供給部とを備える、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のＣＯ２分離装置。
【請求項１１】
前記熱媒に供給する熱源が、排ガスの排熱である、請求項９に記載のＣＯ２分離装置。
【請求項１２】
被処理ガスを加温加湿部での加温及び加湿により調湿する工程と、
二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、加温加湿部から排出された被処理ガスから二酸化炭素を分離して精製ガスを得る工程とを含むことを特徴とする、ＣＯ２分離方法。
【請求項１３】
被処理ガスに含まれる二酸化炭素を同伴して排出するスイープガスを加温加湿部で加温及び加湿して調湿する工程と、
二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素を調湿された前記スイープガスに同伴して分離して精製ガスを得る工程とを含むことを特徴とする、ＣＯ２分離方法。
【請求項１４】
二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有する第１のガス分離膜により、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素をスイープガスに同伴して分離する工程と、
分離された二酸化炭素を同伴したスイープガスを加温加湿部で加温及び加湿して調湿する工程と、
前記二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有する第２のガス分離膜により、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素を調湿された前記スイープガスに同伴して分離して精製ガスを得る工程とを含むことを特徴とする、ＣＯ２分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２分離装置及びＣＯ２分離方法に関し、例えば、ＣＯ２分離膜を用いたＣＯ２分離装置及びＣＯ２分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、親水性ポリマーを含むガス分離膜を備えた複数のガス分離膜を直列に連結したガス分離装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このガス分離装置においては、調湿装置によってガス分離膜に供給される被処理ガスの湿度を事前に調湿する。これにより、ガス分離装置は、ガス分離性能の低下を抑制して効率的にガス分離を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２００７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガス分離膜を用いたＣＯ２分離装置では、プロセスガスなどの被処理ガスの相対湿度が高いほどＣＯ２透過速度が向上する一方、被処理ガスに含まれる水蒸気のガス分離膜の透過に伴って相対湿度が低下するとＣＯ２透過速度が低下する。このため、ガス分離膜によって被処理ガスから二酸化炭素（ＣＯ２）を効率的に分離するためには、被処理ガスの調湿が重要であり、被処理ガスを効率良く加湿でき、ＣＯ２を効率的に分離可能なＣＯ２分離装置が望まれている。
【０００５】
本発明は、被処理ガス中の二酸化炭素を効率良く分離可能なＣＯ２分離装置及びＣＯ２分離方法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】
本発明のＣＯ２分離装置は、被処理ガスを加温及び加湿により調湿する第１の加温加湿部と、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、前記第１の加温加湿部から排出された前記被処理ガスから二酸化炭素を分離して精製ガスを得る第１のガス分離部とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、第１の加温加湿部でガス分離膜による二酸化炭素の分離に適した温度及び相対湿度に被処理ガスを調湿できるので、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素が効率良くガス分離膜の反応性物質と反応する。これにより、ガス分離膜によって被処理ガス中の二酸化炭素を効率良く分離できるので、被処理ガスを効率良く加湿でき、被処理ガス中の二酸化炭素を効率的に分離可能なＣＯ２分離装置を実現できる。
【０００８】
本発明のＣＯ２分離装置においては、前記第１のガス分離部から排出された前記精製ガスを加温及び加湿して調湿する第２の加温加湿部と、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、前記第２の加温加湿部から排出された前記被処理ガス中に含まれる二酸化炭素を分離して除去する第２のガス分離部とを含むことが好ましい。この構成により、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素を、第１のガス分離部及び第２のガス分離部のガス分離膜の２段階で分離できるので、被処理ガス中の二酸化炭素をより一層効率的に分離可能なＣＯ２分離装置を実現できる。
【０００９】
本発明のＣＯ２分離装置においては、前記精製ガスに含まれる水分を凝縮して凝縮水として分離し、分離した凝縮水を前記加温加湿部に供給する水分分離部を備えることが好ましい。この構成により、精製ガスに含まれる水分を凝縮した凝縮水を被処理ガスの調湿に用いることができるので、被処理ガスの調湿に用いるメークアップ水の削減が可能となり、より一層効率良く二酸化炭素を分離することが可能となる。
【００１０】
本発明のＣＯ２分離装置においては、前記二酸化炭素を同伴して排出するスイープガスを、前記ガス分離部に供給するスイープガス供給部を備えたことが好ましい。この構成により、ガス分離膜の透過側に供給されたスイープガスが、ガス分離膜で分離した二酸化炭素を同伴して排出するので、より一層効率良く二酸化炭素を分離することが可能となる。
【００１１】
本発明のＣＯ２分離装置においては、前記二酸化炭素を同伴して排出するスイープガスを、第１のガス分離部及び前記第２のガス分離部に並列に供給するスイープガス供給部を備えたことが好ましい。この構成により、第１のガス分離部及び前記第２のガス分離部のガス分離膜の透過側にそれぞれ供給されたまだ二酸化炭素を同伴していないスイープガスが、ガス分離膜で分離した二酸化炭素を同伴して排出するので、より一層効率良く二酸化炭素を分離することが可能となる。
【００１２】
本発明のＣＯ２分離装置は、被処理ガスに含まれる二酸化炭素を同伴して排出するスイープガスを加温及び加湿して調湿する加温加湿部と、前記加温加湿部に前記スイープガスを供給するスイープガス供給部と、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素を前記加温加湿部で調湿された前記スイープガスに同伴して分離して精製ガスを得るガス分離部とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、加温加湿部でガス分離膜による二酸化炭素の分離に適した温度及び相対湿度にスイープガスを調湿できるので、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素が効率良くガス分離膜の反応性物質と反応する。これにより、ＣＯ２分離装置は、ガス分離膜によって被処理ガス中の二酸化炭素を効率良く分離できるので、被処理ガスを効率良く加湿でき、被処理ガス中の二酸化炭素を効率的に分離可能となる。
【００１４】
本発明のＣＯ２分離装置は、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素をスイープガスに同伴して分離する第１のガス分離部と、前記第１のガス分離部に前記スイープガスを供給するスイープガス供給部と、前記第１のガス分離部で分離された二酸化炭素を含むスイープガスを加温及び加湿して調湿する加温加湿部と、前記二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、前記第１のガス分離部から排出された被処理ガス中に含まれる二酸化炭素を前記加温加湿部から排出された前記スイープガスに同伴して分離して精製ガスを得る第２のガス分離部とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、加温加湿部でガス分離膜による二酸化炭素の分離に適した温度及び相対湿度にスイープガスを調湿できるので、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素が効率良くガス分離膜の反応性物質と反応する。これにより、ＣＯ２分離装置は、ガス分離膜によって被処理ガス中の二酸化炭素を効率良く分離できるので、被処理ガスを効率良く加湿でき、被処理ガス中の二酸化炭素を効率的に分離可能となる。また、第１のガス分離部及び第２のガス分離部の２段階で被処理ガス中の二酸化炭素を除去するので、被処理ガス中の二酸化炭素を効率良く除去することができる。
【００１６】
本発明のＣＯ２分離装置においては、前記スイープガス供給部は、前記第１のガス分離部及び前記第２のガス分離部に並列に前記スイープガスを供給することが好ましい。この構成により、第１のガス分離部及び前記第２のガス分離部のガス分離膜の透過側にそれぞれに調湿されたまだ二酸化炭素を同伴していないスイープガスが供給されるので、それらのスイープガスがガス分離膜で分離した二酸化炭素を同伴して排出し、より一層効率良く二酸化炭素を分離することが可能となる。
【００１７】
本発明のＣＯ２分離装置においては、前記加温加湿部は、前記被処理ガスを熱媒との熱交換により加温する熱交換部と、前記熱交換後の被処理ガスを加湿する水分供給部とを備えることが好ましい。この構成により、ＣＯ２分離装置は、被処理ガスを効率良く加湿できるので、被処理ガス中の二酸化炭素を効率的に分離可能となる。
【００１８】
本発明のＣＯ２分離装置においては、前記加温加湿部は、前記被処理ガスを加温する熱交換部と、前記熱交換後の被処理ガスを充填塔内で加湿する水分供給部とを備えることが好ましい。この構成により、ＣＯ２分離装置は、被処理ガスを効率良く加湿できるので、被処理ガス中の二酸化炭素を効率的に分離可能となる。
【００１９】
本発明のＣＯ２分離装置においては、前記熱媒に供給する熱源が、排ガスの排熱であることが好ましい。この構成により、ＣＯ２分離装置は、排ガスの排熱を利用して被処理ガスを調湿できるので、被処理ガスを効率良く加湿でき、被処理ガス中の二酸化炭素を効率的に分離可能となる。
【００２０】
本発明のＣＯ２分離方法は、被処理ガスを加温加湿部での加温及び加湿により調湿する工程と、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、加温加湿部から排出された被処理ガスから二酸化炭素を分離して精製ガスを得る工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
この方法によれば、加温加湿部でガス分離膜による二酸化炭素の分離に適した温度及び相対湿度に被処理ガスを調湿できるので、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素が効率良くガス分離膜の反応性物質と反応する。これにより、ガス分離膜によって被処理ガス中の二酸化炭素を効率良く分離できるので、被処理ガスを効率良く加湿でき、被処理ガス中の二酸化炭素を効率的に分離可能となる。
【００２２】
本発明のＣＯ２分離方法は、被処理ガスに含まれる二酸化炭素を同伴して排出するスイープガスを加温加湿部で加温及び加湿して調湿する工程と、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜により、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素を調湿された前記スイープガスに同伴して分離して精製ガスを得る工程とを含むことを特徴とする。
【００２３】
この方法によれば、加温加湿部でガス分離膜による二酸化炭素の分離に適した温度及び相対湿度にスイープガスを調湿するので、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素が効率良くガス分離膜の反応性物質と反応する。これにより、ガス分離膜によって被処理ガス中の二酸化炭素を効率良く分離できるので、被処理ガスを効率良く加湿でき、被処理ガス中の二酸化炭素を効率的に分離可能となる。
【００２４】
本発明のＣＯ２分離方法は、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有する第１のガス分離膜により、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素をスイープガスに同伴して分離する工程と、分離された二酸化炭素を同伴したスイープガスを加温加湿部で加温及び加湿して調湿する工程と、前記二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有する第２のガス分離膜により、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素を調湿された前記スイープガスに同伴して分離して精製ガスを得る工程とを含むことを特徴とする。
【００２５】
この方法によれば、加温加湿部でガス分離膜による二酸化炭素の分離に適した温度及び相対湿度にスイープガスを調湿できるので、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素が効率良くガス分離膜の反応性物質と反応する。これにより、ＣＯ２分離方法は、ガス分離膜によって被処理ガス中の二酸化炭素を効率良く分離できるので、被処理ガスを効率良く加湿でき、被処理ガス中の二酸化炭素を効率的に分離可能となる。また、第１のガス分離部及び第２のガス分離部の２段階で被処理ガス中の二酸化炭素を除去するので、被処理ガス中の二酸化炭素を効率良く除去することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、被処理ガス中の二酸化炭素を効率良く分離可能なＣＯ２分離装置及びＣＯ２分離方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係るＣＯ２分離装置の模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係るＣＯ２分離装置の模式図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施の形態に係るＣＯ２分離装置の模式図である。
【図３】図３は、本発明の第３の実施の形態に係るＣＯ２分離装置の模式図である。
【図４】図４は、本発明の第４の実施の形態に係るＣＯ２分離装置の模式図である。
【図５】図５は、本発明の第５の実施の形態に係るＣＯ２分離装置の模式図である。
【図６】図６は、本発明の第６の実施の形態に係るＣＯ２分離装置の模式図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第７の実施の形態に係るＣＯ２分離装置の模式図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第７の実施の形態に係るＣＯ２分離装置の模式図である。
【図８】図８は、本発明の第８の実施の形態に係るＣＯ２分離装置の模式図である。
【図９】図９は、本発明の第９の実施の形態に係るＣＯ２分離装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明者らは、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜においては、被処理ガスの相対湿度が高いほど二酸化炭素の透過速度が向上する一方、水蒸気のガス分離膜の透過に伴い被処理ガスの相対湿度が低下すると二酸化炭素の透過速度が低下することに着目した。そして、本発明者らは、被処理ガスを加温加湿部による加温及び加湿によって調湿することにより、被処理ガスを効率良く加湿でき、被処理ガス中の二酸化炭素を効率的に分離可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２９】
以下、本発明の各実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係るＣＯ２分離装置１Ａの模式図である。
図１Ａに示すように、本実施の形態に係るＣＯ２分離装置１Ａは、分離対象ガスとなる被処理ガスＧ１が供給される加温加湿部（第１の加温加湿部）１１と、加温加湿部１１の後段に設けられたガス分離部１２と、ガス分離部１２にスイープガスＧ２を供給するスイープガス供給部１３とを備える。被処理ガスＧ１としては、二酸化炭素を含有するものであれば特に制限はなく、例えば、天然ガス、合成ガス、化学プラント及び製鉄プラントなどのプロセスガスが用いられる。なお、スイープガス供給部１３は、被処理ガスＧ１から二酸化炭素を分離できれば必ずしも設ける必要はない。
【００３１】
加温加湿部１１は、メークアップ水Ｗ１を噴霧する噴霧部１１ａと、噴霧部１１ａの下段に設けられ、熱媒Ｍが供給される熱交換部１１ｂと、熱交換部１１ｂの下段に設けられ、メークアップ水Ｗ１を貯留する貯留部１１ｃとを有する。貯留部１１ｃと噴霧部１１ａとの間には、貯留部１１ｃと噴霧部１１ａとの間でメークアップ水Ｗ１を循環する循環ラインＬ１が設けられている。循環ラインＬ１には、貯留部１１ｃに貯留されたメークアップ水Ｗ１を噴霧部１１ａに送液する送液ポンプＰ１が設けられている。また、循環ラインＬ１には、必要に応じて外部からメークアップ水Ｗ１が供給される。
【００３２】
加温加湿部１１は、熱交換部１１ｂの下段から供給された被処理ガスＧ１を熱交換部１１ｂで熱媒Ｍとの間で熱交換することにより所望の温度に加温する。また、加温加湿部１１は、加温した被処理ガスＧ１に噴霧部１１ａでメークアップ水Ｗ１と接触させることにより、加温した被処理ガスＧ１を所望の相対湿度に加湿する。加温加湿部１１は、加温及び加湿した被処理ガスＧ１をガス分離部１２に向けて排出する。加温加湿部１１は、被処理ガスＧ１中の二酸化炭素を効率良く分離する観点から、被処理ガスＧ１を５０℃以上２００℃未満に加温することが好ましく、８０℃以上１５０℃以下に加温することがより好ましく、１００℃以上１３０℃以下に加温することが更に好ましい。また、加温加湿部１１は、被処理ガスＧ１中の二酸化炭素を効率良く分離する観点から、被処理ガスＧ１を３０％ＲＨ以上１００％ＲＨ未満の相対湿度に加湿することが好ましく、６０％ＲＨ以上１００％ＲＨ未満の相対湿度に加湿することがより好ましく、９０％ＲＨ以上１００％ＲＨ未満の相対湿度に加湿することが更に好ましい。
【００３３】
ガス分離部１２は、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜１２ａを備える。このガス分離膜１２ａは、被処理ガスＧ１中に含まれる二酸化炭素を選択的に透過する。ガス分離膜１２ａは、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素と反応する反応性物質を含有するので、加温された被処理ガスＧ１を供給することにより被処理ガスＧ１中の二酸化炭素を選択的に透過することができる。ガス分離部１２は、ガス分離膜１２ａを透過した二酸化炭素（ＣＯ２）を被処理ガスＧ１と分離して外部に排出する。また、ガス分離部１２は、二酸化炭素が分離された被処理ガスＧ１を精製ガスＧ３として排出する。
【００３４】
ガス分離膜１２ａの親水性ポリマーとしては、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）−ＰＡＡ（ポリアクリル酸）共重合体と、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質とを有するものが好ましい。反応性物質は、例えば、下記式（１）で表される反応を生起させ得る物質をいう。反応性物質としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムなどのアルカリ金属の炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩又はアルカリ金属水酸化物が好ましく、アルカリ金属炭酸塩がより好ましい。これらの中でも炭酸ルビジウム又は炭酸セシウムが好ましく、炭酸セシウムがより好ましい。
ＣＯ２＋ＣＯ３２−＋Ｈ２Ｏ→２ＨＣＯ３−  ・・・・・・式（１）
【００３５】
ガス分離膜１２ａとしては、例えば、特開２０１４−２００７６７号公報に記載された構成を有するものを用いることができる。
【００３６】
スイープガス供給部１３は、スイープガスＧ２をガス分離部１２のガス分離膜１２ａのガス透過側の二酸化炭素に供給する。これにより、ガス分離部１２は、被処理ガスＧ１から分離された二酸化炭素をスイープガスＧ２に同伴させて除去することができるので、被処理ガスＧ１中から効率良く二酸化炭素を分離することができる。スイープガスＧ２としては、二酸化炭素を同伴して除去できるものであれば特に制限はなく、例えば、空気、酸素、ヘリウム、窒素、アルゴンなどが用いられる。
【００３７】
次に、ＣＯ２分離装置１Ａの全体動作について説明する。加温加湿部１１に導入された被処理ガスＧ１は、熱交換部１１ｂで熱媒Ｍと熱交換して所定温度に加温された後、噴霧部１１ａでメークアップ水Ｗ１が噴霧されて所定湿度に加湿されて調湿される。加温加湿部１１で調湿された被処理ガスＧ１は、ガス分離部１２に導入された後、被処理ガスＧ１中に含まれる二酸化炭素がガス分離膜１２ａによって分離されて精製ガスＧ３としてガス分離部１２の外部に排出される。ここでは、スイープガス供給部１３によってスイープガスＧ２をガス分離膜１２ａのガス透過側に導入することにより、二酸化炭素の分離効率が向上する。
【００３８】
なお、図１Ａに示した加温加湿部１１の構成は適宜変更可能である。図１Ｂは、第１の実施の形態に係るＣＯ２分離装置１Ｂの模式図である。図１Ｂに示すＣＯ２分離装置１Ｂは、加温加湿部１１として、充填塔１４と、充填塔１４の前段に設けられた熱交換器１５とを備える。充填塔１４は、メークアップ水Ｗ１を噴霧する噴霧部１４ａと、噴霧部１４ａの下段に設けられ、充填物が充填された充填部１４ｂと、充填部１４ｂの下段に設けられ、メークアップ水Ｗ１を貯留する貯留部１４ｃとを有する。
【００３９】
熱交換器１５は、被処理ガスＧ１を所望の温度に加温して充填塔１４に供給する。充填塔１４は、充填部１４ｂの下段から供給された被処理ガスＧ１に、噴霧部１４ａから噴霧されたメークアップ水Ｗ１を接触させることにより、熱交換器１５で加温された被処理ガスＧ１を所望の相対湿度に加湿して調湿し、調湿した被処理ガスＧ１をガス分離部１２に供給する。その他については、図１Ａに示したＣＯ２分離装置１Ａと同様であるので、説明を省略する。
【００４０】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、加温加湿部１１でガス分離膜１２ａでの二酸化炭素の分離に適した温度及び相対湿度に被処理ガスＧ１を調湿できるので、被処理ガスＧ１中に含まれる二酸化炭素が、効率良くガス分離膜１２ａの反応性物質と反応する。これにより、例えば、被処理ガスＧ１の温度を１２０℃としたときには、被処理ガスの相対湿度３０％ＲＨに対して、相対湿度を９０％ＲＨとすることにより、二酸化炭素の透過速度を向上して二酸化炭素透過度を約３倍にすることも可能となる。したがって、ＣＯ２分離装置１Ａは、ガス分離膜１２ａによって被処理ガスＧ１中の二酸化炭素を効率良く分離できるので、被処理ガスＧ１を効率良く加湿でき、被処理ガスＧ１中の二酸化炭素を効率的に分離可能となる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の各実施の形態においては、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、説明の重複を避ける。また、上述した第１の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付している。さらに、以下の各実施の形態は、適宜組み合わせて実施可能である。
【００４２】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るＣＯ２分離装置２の模式図である。
図２に示すように、本実施の形態に係るＣＯ２分離装置２は、被処理ガスＧ１が供給される第１の加温加湿部１１１と、第１の加温加湿部１１１の後段に設けられた第１のガス分離部１２１と、第１のガス分離部１２１にスイープガスを供給するスイープガス供給部１３と、第１のガス分離部１２１の後段に設けられた第２の加温加湿部１１２と、第２の加温加湿部１１２の後段に設けられた第２のガス分離部１２２とを備える。第１の加温加湿部１１１は、被処理ガスＧ１を加湿する充填塔１４１及び被処理ガスＧ１を加温する熱交換器１５１を備える。第２の加温加湿部１１２は、第１のガス分離部１２１で分離された処理ガスＧ５を加湿する充填塔１４２及び処理ガスＧ５を加温する熱交換器１５２を備える。
【００４３】
充填塔１４１は、メークアップ水Ｗ１１を噴霧する噴霧部１４１ａと、噴霧部１４１ａの下段に設けられ、充填物が充填された充填部１４１ｂと、充填部１４１ｂの下段に設けられ、メークアップ水Ｗ１１を貯留する貯留部１４１ｃとを有する。貯留部１４１ｃと噴霧部１４１ａとの間には、貯留部１４１ｃと噴霧部１４１ａとの間でメークアップ水Ｗ１１を循環する循環ラインＬ１１が設けられている。循環ラインＬ１１には、必要に応じて外部からメークアップ水Ｗ１１が供給される。循環ラインＬ１１には、貯留部１４１ｃに貯留されたメークアップ水Ｗ１１を噴霧部１４１ａに送液する送液ポンプＰ１１が設けられている。
【００４４】
熱交換器１５１は、被処理ガスＧ１を所望の温度に加温して充填塔１４１に供給する。加温後の被処理ガスＧ１の温度は、上述した第１の実施の形態と同様である。充填塔１４１は、充填部１４１ｂの下段から供給された被処理ガスＧ１に、噴霧部１４１ａから噴霧されたメークアップ水Ｗ１１を接触させることにより、熱交換器１５１で加温された被処理ガスＧ１を所望の相対湿度に加湿する。加湿後の被処理ガスＧ１の相対湿度は、上述した第１の実施の形態と同様である。充填塔１４１は、加温及び加湿した被処理ガスＧ１を第１のガス分離部１２１に向けて排出する。
【００４５】
第１のガス分離部１２１は、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜１２１ａを備える。このガス分離膜１２１ａは、被処理ガスＧ１中に含まれる二酸化炭素を選択的に透過する。ガス分離膜１２１ａは、被処理ガスＧ１中に含まれる二酸化炭素と反応する反応性物質を含有するので、加温された被処理ガスＧ１を供給することにより被処理ガスＧ１中の二酸化炭素を選択的に透過することができる。第１のガス分離部１２１は、ガス分離膜１２１ａを透過した二酸化炭素（ＣＯ２）を主成分として含有する透過ガスＧ４を被処理ガスＧ１から分離して第２のガス分離部１２２に供給する。また、第１のガス分離部１２１は、透過ガスＧ４が分離された被処理ガスＧ１を処理ガスＧ５として第２の加温加湿部１１２に供給する。ガス分離膜１２１ａの親水性ポリマーとしては、上述した第１の実施の形態に係るガス分離膜１２ａと同様のものを用いることができる。
【００４６】
スイープガス供給部１３は、スイープガスＧ２を第１のガス分離部１２１のガス分離膜１２１ａの透過側の二酸化炭素に供給する。これにより、第１のガス分離部１２１は、被処理ガスＧ１から分離された二酸化炭素をスイープガスＧ２に同伴させて透過ガスＧ４として除去することができるので、被処理ガスＧ１中から効率良く二酸化炭素を分離することができる。スイープガスＧ２としては、上述した第１の実施の形態と同様のものを用いることができる。
【００４７】
充填塔１４２は、メークアップ水Ｗ１２を噴霧する噴霧部１４２ａと、噴霧部１４２ａの下段に設けられ、充填物が充填された充填部１４２ｂと、充填部１４２ｂの下段に設けられ、メークアップ水Ｗ１２を貯留する貯留部１４２ｃとを有する。貯留部１４２ｃと噴霧部１４２ａとの間には、貯留部１４２ｃと噴霧部１４２ａとの間でメークアップ水Ｗ１２を循環する循環ラインＬ１２が設けられている。循環ラインＬ１２には、必要に応じて外部からメークアップ水Ｗ１２が供給される。循環ラインＬ１２には、貯留部１４２ｃに貯留されたメークアップ水Ｗ１２を噴霧部１４２ａに送液する送液ポンプＰ１２が設けられている。
【００４８】
熱交換器１５２は、処理ガスＧ５を所望の温度に加温して充填塔１４２に供給する。加温後の処理ガスＧ５の温度は、熱交換器１５１により加温後の被処理ガスＧ１の温度と同様である。充填塔１４２は、充填部１４２ｂの下段から供給された処理ガスＧ５に、噴霧部１４２ａから噴霧されたメークアップ水Ｗ１２を接触させることにより、熱交換器１５２で加温された処理ガスＧ５を所望の相対湿度に加湿する。加湿後の処理ガスＧ５の相対湿度は、充填塔１４１で加湿した被処理ガスＧ１の相対湿度と同様である。充填塔１４２は、加温及び加湿した処理ガスＧ５を第２のガス分離部１２２に供給する。
【００４９】
第２のガス分離部１２２は、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜１２２ａを備える。このガス分離膜１２２ａは、処理ガスＧ５中に含まれる二酸化炭素を選択的に透過する。ガス分離膜１２２ａは、処理ガスＧ５中に含まれる二酸化炭素と反応する反応性物質を含有するので、加温された透過ガスＧ４を供給することにより処理ガスＧ５中の二酸化炭素を選択的に透過することができる。また、ガス分離膜１２２ａは、親水性ポリマーを含有するので、相対湿度が高い透過ガスＧ４を供給することにより処理ガスＧ５中の二酸化炭素を効率良く透過させることができる。第２のガス分離部１２２は、第１のガス分離部１２１によって分離された処理ガスＧ５中の二酸化炭素（ＣＯ２）を処理ガスＧ５から分離して外部に排出する。また、第２のガス分離部１２２は、二酸化炭素が分離された処理ガスＧ５を精製ガスＧ３として外部に排出する。ガス分離膜１２２ａの親水性ポリマーとしては、上述した第１の実施の形態に係るガス分離膜１２２ａと同様のものを用いることができる。
【００５０】
次に、ＣＯ２分離装置２の全体動作について説明する。第１の加温加湿部１１１に導入された被処理ガスＧ１は、熱交換器１５１で熱交換されて所定温度に加温された後、噴霧部１４１ａでメークアップ水Ｗ１１が噴霧されて所定湿度に加湿されて調湿される。第１の加温加湿部１１１で調湿された被処理ガスＧ１は、第１のガス分離部１２１に導入された後、被処理ガスＧ１中に含まれる二酸化炭素を主成分とする透過ガスＧ４がガス分離膜１２１ａによって分離されて第２のガス分離部１２２に供給される。ここでは、スイープガス供給部１３によってスイープガスＧ２をガス分離膜１２１ａのガス透過側に導入することにより、二酸化炭素の分離効率が向上する。二酸化炭素が分離された処理ガスＧ５は、第２の加温加湿部１１２に供給される。
【００５１】
第２の加温加湿部１１２に供給された処理ガスＧ５は、熱交換器１５２で熱交換されて所定温度に加温された後、噴霧部１４２ａでメークアップ水Ｗ１２が噴霧されて所定湿度に加湿されて調湿される。第２の加温加湿部１１２で調湿された処理ガスＧ５は、第２のガス分離部１２２に導入された後、第２のガス分離部１２２で処理ガスＧ５中の二酸化炭素が分離される。第２のガス分離部１２２で二酸化炭素が分離された処理ガスＧ５は、精製ガスＧ３として排出される。
【００５２】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、被処理ガスＧ１に含まれる二酸化炭素を、第１のガス分離部１２１及び第２のガス分離部１２２のガス分離膜１２１ａ，１２２ａの２段階で分離できる。しかも、第１のガス分離部１２１と第２のガス分離部１２２との間の連結部で二酸化炭素を分離した処理ガスＧ５を第２の加温加湿部１１２で加温加湿して調湿する。これにより、水蒸気透過速度が特に高く、ガス分離膜１２２ａで処理ガスＧ５の相対湿度が低下しやすい第２のガス分離部１２２への処理ガスＧ５の導入前に加温及び加湿できるので、二酸化炭素の透過速度が回復して第２のガス分離部１２２でも処理ガスＧ５中の二酸化炭素を効率良く除去することが可能となる。したがって、ＣＯ２分離装置２によれば、被処理ガスＧ１中の二酸化炭素をより一層効率的に分離可能となる。
【００５３】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施の形態に係るＣＯ２分離装置３の模式図である。
図３に示すように、本実施の形態に係るＣＯ２分離装置３は、スイープガス供給部１３が、スイープガスＧ２を第１のガス分離部１２１及び第２のガス分離部１２２に対してそれぞれ並列に供給する。第１のガス分離部１２１は、被処理ガスＧ１から分離した二酸化炭素を外部に排出する。その他の構成については、上述した第２の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５４】
次に、ＣＯ２分離装置３の全体動作について説明する。第１の加温加湿部１１１に導入された被処理ガスＧ１は、熱交換器１５１で熱交換されて所定温度に加温された後、噴霧部１４１ａでメークアップ水Ｗ１１が噴霧されて所定湿度に加湿されて調湿される。第１の加温加湿部１１１で調湿された被処理ガスＧ１は、第１のガス分離部１２１に導入された後、被処理ガスＧ１中に含まれる二酸化炭素がガス分離膜１２１ａによって分離される。ここでは、スイープガス供給部１３によってスイープガスＧ２をガス分離膜１２１ａのガス透過側に導入することにより、二酸化炭素の分離効率が向上する。二酸化炭素が分離された処理ガスＧ５は、第２の加温加湿部１１２に供給される。
【００５５】
第２の加温加湿部１１２に供給された処理ガスＧ５は、熱交換器１５２で熱交換されて所定温度に加温された後、噴霧部１４２ａでメークアップ水Ｗ１２が噴霧されて所定湿度に加湿されて調湿される。第２の加温加湿部１１２で調湿された処理ガスＧ５は、第２のガス分離部１２２に導入された後、第２のガス分離部１２２で処理ガスＧ５中の二酸化炭素が分離される。ここでは、スイープガス供給部１３によってスイープガスＧ２をガス分離膜１２２ａのガス透過側に導入するので、二酸化炭素の分離効率が向上する。第２のガス分離部１２２で二酸化炭素が分離された処理ガスＧ５は、精製ガスＧ３として排出される。
【００５６】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、被処理ガスＧ１に含まれる二酸化炭素を、第１のガス分離部１２１及び第２のガス分離部１２２のガス分離膜１２１ａ，１２２ａの２段階で分離できる。しかも、第１のガス分離部１２１と第２のガス分離部１２２との間の連結部で二酸化炭素を分離した処理ガスＧ５を第２の加温加湿部１１２で加温加湿して調湿する。これにより、水蒸気透過速度が特に高く、ガス分離膜１２２ａで処理ガスＧ５の相対湿度が低下しやすい第２のガス分離部１２２への処理ガスＧ５の導入前に加温及び加湿できるので、二酸化炭素透過速度が回復して第２のガス分離部１２２でも処理ガスＧ５中の二酸化炭素を効率良く除去することが可能となる。また、ＣＯ２分離装置３では、スイープガスＧ２を第１のガス分離部１２１及び第２のガス分離部１２２にそれぞれ並列に供給するので、第１のガス分離部１２１及び第２のガス分離部１２２で高い二酸化炭素の分離効率を得ることができる。したがって、ＣＯ２分離装置３によれば、被処理ガスＧ１中の二酸化炭素をより一層効率的に分離可能となる。
【００５７】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明の第４の実施の形態に係るＣＯ２分離装置４の模式図である。
図４に示すように、本実施の形態に係るＣＯ２分離装置４は、ガス分離部１２の後段に設けられ、精製ガスＧ３が供給される熱交換器１６と、熱交換器１６の後段に設けられた水分分離部１７とを備える。水分分離部１７の底部１７ａと循環ラインＬ１との間には、水分分離部１７内に貯留した凝縮水Ｗ２を循環ラインＬ１に供給する供給ラインＬ２が設けられている。供給ラインＬ２には、供給ラインＬ２を介して凝縮水Ｗ２を循環ラインＬ１に供給する送液ポンプＰ２が設けられている。その他の構成については、上述した第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５８】
熱交換器１６は、ガス分離部１２で二酸化炭素が分離された精製ガスＧ３を冷却する。また、熱交換器１６は、冷却した精製ガスＧ３を水分分離部１７に供給する。水分分離部１７は、熱交換器１６で冷却された精製ガスＧ３中に含まれる水分を凝縮して凝縮水Ｗ２として分離する。また、水分分離部１７は、供給ラインＬ２を介して精製ガスＧ３から分離した凝縮水Ｗ２を加温加湿部１１の噴霧部１１ａに供給する。これにより、ＣＯ２分離装置４は、精製ガスＧ３から分離した凝縮水Ｗ２を被処理ガスＧ１の加湿に用いることができるので、メークアップ水Ｗ１の供給が困難な場合であっても、被処理ガスＧ１を効率良く調湿することが可能となる。
【００５９】
次に、ＣＯ２分離装置４の全体動作について説明する。加温加湿部１１に導入された被処理ガスＧ１は、上述した第１の実施の形態と同様にして、二酸化炭素が分離されて精製ガスＧ３となる。次に、得られた精製ガスＧ３は、熱交換器１６によって冷却された後、水分分離部１７に供給されて凝縮水Ｗ２が分離される。凝縮水Ｗ２が分離された精製ガスＧ３は、水分分離部１７から排出される。精製ガスＧ３から分離された凝縮水Ｗ２は、送液ポンプＰ２によって供給ラインＬ２を介して循環ラインＬ１に供給される。循環ラインＬ１に供給された凝縮水Ｗ２は、被処理ガスＧ１の調湿に用いられる。ここでは、凝縮水Ｗ２は、メークアップ水Ｗ１に代えて被処理ガスＧ１の調湿に用いてもよく、メークアップ水Ｗ１と共に被処理ガスＧ１の調湿に用いてもよい。
【００６０】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、精製ガスＧ３に含まれる水分を凝縮した凝縮水Ｗ２を被処理ガスＧ１の調湿に用いることができるので、被処理ガスＧ１の調湿に用いるメークアップ水Ｗ１の削減が可能となり、より一層効率良く二酸化炭素を分離することが可能となる。
【００６１】
（第５の実施の形態）
図５は、本発明の第５の実施の形態に係るＣＯ２分離装置５の模式図である。
図５に示すように、本実施の形態に係るＣＯ２分離装置５は、上述した第４の実施の形態に係るＣＯ２分離装置４に加えて、水分分離部１７の後段に設けられたガスタービン２０を備える。ガスタービン２０は、燃焼器２１と、圧縮器２２ａと、タービン２２ｂと、圧縮器２２ａとタービン２２ｂとを連結するタービン軸２２ｃとを備える。タービン２２ｂには、発電機２３が連結されている。ガスタービン２０の後段には、熱交換器２４が設けられている。熱交換器２４と加温加湿部１１の熱交換部１１ｂとの間には、熱媒Ｍを循環させる循環ラインＬ３３が設けられている。循環ラインＬ３３には、循環ラインＬ３３内の熱媒Ｍを送液する送液ポンプＰ２１が設けられている。
【００６２】
圧縮器２２ａは、空気を圧縮した圧縮空気を燃焼器２１に供給する。燃焼器２１は、精製ガスＧ３の排出ラインＬ３１から分岐された分岐ラインＬ３２を介して供給される精製ガスＧ３の一部と圧縮空気とを混合して燃焼させる。燃焼器２１は、精製ガスＧ３と圧縮空気との混合気を燃焼して燃焼排ガスＧ７を生成し、生成した燃焼排ガスＧ７をタービン２２ｂに供給する。タービン２２ｂに供給された燃焼排ガスＧ７は、発電機２３を回転駆動させた後に排出される。熱交換器２４は、タービン２２ｂから供給される燃焼排ガスＧ７と、循環ラインＬ３３内を循環する熱媒Ｍとの間の熱交換により熱媒Ｍを加熱する。その他については、上述した第４の実施の形態と同一のため説明を省略する。
【００６３】
次に、ＣＯ２分離装置５の全体動作について説明する。加温加湿部１１に導入された被処理ガスＧ１は、上述した第４の実施の形態と同様にして、二酸化炭素が分離されて精製ガスＧ３となる。また、精製ガスＧ３から分離された凝縮水Ｗ２は、メークアップ水Ｗ１と共に被処理ガスＧ１の調湿に用いられる。水分分離部１７から排出された精製ガスＧ３は、分岐ラインＬ３２を介してガスタービン２０に供給されて燃焼器２１で圧縮空気と共に燃焼する。燃焼器２１から排出された燃焼排ガスＧ７は、熱交換器２４で熱媒Ｍとの間で熱交換をして熱媒Ｍを加熱した後、熱交換器２４から排出される。燃焼排ガスＧ７によって加熱された熱媒Ｍは、循環ラインＬ３３を介して加温加湿部１１に供給されて熱交換部１１ｂで被処理ガスＧ１の加温に用いられる。
【００６４】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、精製ガスＧ３の一部を用いたガスタービン２０による発電時に発生する排熱を熱媒Ｍの加熱に用いるので、効率良く熱媒Ｍを加熱することが可能となる。
【００６５】
（第６の実施の形態）
図６は、本発明の第６の実施の形態に係るＣＯ２分離装置６の模式図である。
図６に示すように、本実施の形態に係るＣＯ２分離装置６は、上述した第４の実施の形態に係るＣＯ２分離装置４に加えて、空気と燃料Ｆとを燃焼させて燃焼排ガスＧ８を発生するボイラ３０を備える。ボイラ３０は、燃焼排ガスＧ８を加温加湿部１１の熱交換部１１ｂに供給して燃焼排ガスＧ８の熱によって熱交換部１１ｂを加熱する。水分分離部１７で分離された凝縮水Ｗ２には、メークアップ水Ｗ１が供給される。その他については、上述した第４の実施の形態と同一のため説明を省略する。
【００６６】
次に、ＣＯ２分離装置６の全体動作について説明する。加温加湿部１１に導入された被処理ガスＧ１は、ボイラ３０から加温加湿部１１の熱交換部１１ｂに供給された燃焼排ガスＧ８によって加温された後、上述した第４の実施の形態と同様にして、二酸化炭素が分離されて精製ガスＧ３となる。また、精製ガスＧ３から分離された凝縮水Ｗ２は、メークアップ水Ｗ１と共に被処理ガスＧ１の調湿に用いられる。
【００６７】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、被処理ガスＧ１の加温にボイラ３０で発生した燃焼排ガスＧ８の排熱を用いるので、熱媒Ｍを用いずに被処理ガスＧ１を加温することが可能となり、被処理ガスＧ１から効率良く二酸化炭素を分離することが可能となる。
【００６８】
なお、上述した第５の実施の形態及び第６の実施の形態においては、ガスタービンの燃焼排ガス及びボイラ３０の燃焼排ガスを被処理ガスＧ１の熱源として用いる例について説明したが、被処理ガスＧ１の熱源としては、例えば、天然ガスの改質に用いた排ガスを用いてもよい。
【００６９】
（第７の実施の形態）
図７Ａは、本発明の第７の実施の形態に係るＣＯ２分離装置７Ａの模式図である。
図７Ａに示すように、本実施の形態に係るＣＯ２分離装置７Ａは、スイープガス供給部１３が、加温加湿部１１の熱交換部１１ｂの下段にスイープガスＧ２を供給すると共に、ガス分離部１２に被処理ガスＧ１が供給される。その他の構成については、図１Ａに示したＣＯ２分離装置１Ａと同様であるので、説明を省略する。
【００７０】
加温加湿部１１は、熱交換部１１ｂの下段から供給されたスイープガスＧ２を熱交換部１１ｂで熱媒Ｍとの間で熱交換することにより所望の温度に加温する。また、加温加湿部１１は、加温したスイープガスＧ２に噴霧部１１ａでメークアップ水Ｗ１と接触させることにより、加温したスイープガスＧ２を所望の相対湿度に加湿する。加温加湿部１１は、加温及び加湿したスイープガスＧ２をガス分離部１２に供給する。加温加湿部１１は、スイープガスＧ２中の二酸化炭素を効率良く分離する観点から、スイープガスＧ２を５０℃以上２００℃未満に加温することが好ましく、８０℃以上２００℃未満に加温することがより好ましく、１００℃以上２００℃未満に加温することが更に好ましい。また、加温加湿部１１は、スイープガスＧ２中の二酸化炭素を効率良く分離する観点から、スイープガスＧ２を３０％以上１００％未満の相対湿度に加湿することが好ましく、６０％以上１００％未満の相対湿度に加湿することがより好ましく、９０％以上１００％未満の相対湿度に加湿することが更に好ましい。
【００７１】
ガス分離部１２は、二酸化炭素と可逆的に反応する反応性物質を含む親水性ポリマーを含有するガス分離膜１２ａを備える。このガス分離膜１２ａは、被処理ガスＧ１中に含まれる二酸化炭素を選択的に透過する。ガス分離膜１２ａは、被処理ガスＧ１中に含まれる二酸化炭素と反応する反応性物質を含有するので、加温されたスイープガスＧ２を供給することにより被処理ガスＧ１中の二酸化炭素を選択的に透過することができる。ガス分離部１２は、ガス分離膜１２ａを透過した二酸化炭素（ＣＯ２）を被処理ガスＧ１と分離して外部に排出する。また、ガス分離部１２は、二酸化炭素が分離された被処理ガスＧ１を精製ガスＧ３として排出する。
【００７２】
スイープガス供給部１３は、スイープガスＧ２を加温加湿部１１の熱交換部１１ｂの下部に供給する。これにより、ガス分離部１２は、加温加湿部１１からガス分離部１２のガス分離膜１２ａの透過側に供給されたスイープガスＧ２によって被処理ガスＧ１から分離された二酸化炭素を同伴させて除去することができるので、被処理ガスＧ１中から効率良く二酸化炭素を分離することができる。その他の構成については、上述した第１の実施の形態に係るＣＯ２分離装置１Ａと同様であるので、説明を省略する。
【００７３】
次に、ＣＯ２分離装置７Ａの全体動作について説明する。加温加湿部１１に導入されたスイープガスＧ２は、熱交換部１１ｂで熱媒Ｍと熱交換して所定温度に加温された後、噴霧部１１ａでメークアップ水Ｗ１が噴霧されて所定湿度に加湿されて調湿される。加温加湿部１１で調湿されたスイープガスＧ２は、ガス分離部１２のガス分離膜１２ａの透過側に導入された後、ガス分離膜１２ａによって分離された被処理ガスＧ１中に含まれる二酸化炭素を同伴して排出される。二酸化炭素が分離された被処理ガスＧ１は、精製ガスＧ３としてガス分離部１２の外部に排出される。
【００７４】
なお、図７Ａに示した加温加湿部１１の構成は適宜変更可能である。図７Ｂは、第７の実施の形態に係るＣＯ２分離装置７Ｂの模式図である。図７Ｂに示すＣＯ２分離装置７Ｂは、図７Ａに示した加温加湿部１１として、充填塔１４及び充填塔１４の前段に設けられた熱交換器１５を備える。充填塔１４は、メークアップ水Ｗ１を噴霧する噴霧部１４ａと、噴霧部１４ａの下段に設けられ、充填物が充填された充填部１４ｂと、充填部１４ｂの下段に設けられ、メークアップ水Ｗ１を貯留する貯留部１４ｃとを有する。
【００７５】
熱交換器１５は、スイープガスＧ２を加温して充填塔１４に供給する。充填塔１４は、充填部１４ｂの下段から供給されたスイープガスＧ２に、噴霧部１４ａから噴霧されたメークアップ水Ｗ１を接触させることにより、熱交換器１５で加温されたスイープガスＧ２を所望の相対湿度に加湿して調湿し、調湿したスイープガスＧ２をガス分離部１２に供給する。その他については、図１Ａに示したＣＯ２分離装置１Ａと同様であるので、説明を省略する。
【００７６】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、加温加湿部１１でガス分離膜１２ａによる二酸化炭素の分離に適した温度及び相対湿度にスイープガスＧ２を調湿できるので、被処理ガスＧ１中に含まれる二酸化炭素が効率良くガス分離膜１２ａの反応性物質と反応する。これにより、例えば、被処理ガスＧ１の温度を１２０℃としたときには、被処理ガスの相対湿度３０％ＲＨに対して、相対湿度を９０％ＲＨとすることにより、二酸化炭素の透過速度を向上して二酸化炭素透過度を約３倍にすることも可能となる。しかも、ガス分離膜１２ａの透過側に供給されるスイープガスＧ２を加湿するので、ガス分離膜１２ａ側のスイープガスＧ２の水蒸気分圧が上昇して被処理ガスＧ１が供給される原料側から透過側への水蒸気透過を防ぐことが可能となり、被処理ガスＧ１の相対湿度及び二酸化炭素の透過度を高く保つことができる。したがって、ＣＯ２分離装置７Ａは、ガス分離膜１２ａによって被処理ガスＧ１中の二酸化炭素を効率良く分離できるので、被処理ガスＧ１を効率良く加湿でき、被処理ガスＧ１中の二酸化炭素を効率的に分離可能となる。
【００７７】
（第８の実施の形態）
図８は、本発明の第８の実施の形態に係るＣＯ２分離装置８の模式図である。
図８に示すように、本実施の形態に係るＣＯ２分離装置８は、被処理ガスＧ１が供給され、被処理ガスＧ１に含まれる二酸化炭素を分離するガス分離膜１２１ａを備えた第１のガス分離部１２１と、第１のガス分離部１２１の後段に設けられた加温加湿部１１と、加温加湿部１１の後段に設けられ、処理ガスＧ５に含まれる二酸化炭素を分離するガス分離膜１２２ａを備えた第２のガス分離部１２２と、第１のガス分離部１２１にスイープガスＧ２を供給するスイープガス供給部１３とを備える。
【００７８】
第１のガス分離部１２１は、被処理ガスＧ１に含まれる二酸化炭素をガス分離膜１２１ａで分離する。また、第１のガス分離部１２１は、分離した二酸化炭素をスイープガス供給部１３によってガス分離膜１２１ａの透過側に供給されたスイープガスＧ２に同伴して排出する。第１のガス分離部１２１は、排出した二酸化炭素を含有する透過ガスＧ４を加温加湿部１１に供給する。
【００７９】
加温加湿部１１は、透過ガスＧ４を加温する熱交換器１５と、熱交換器１５で加温した透過ガスＧ４を加湿する充填塔１４とを備える。加温加湿部１１は、加温及び加湿により調湿した透過ガスＧ４を第２のガス分離部１２２に供給する。
【００８０】
第２のガス分離部１２２は、第１のガス分離部１２１から供給された処理ガスＧ５中に含まれる二酸化炭素を、ガス分離膜１２２ａの透過側に供給されて調湿された透過ガスＧ４に同伴して分離して排出する。また、第２のガス分離部１２２は、二酸化炭素を分離した処理ガスＧ５を精製ガスＧ３として排出する。その他の構成については、上記第７の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００８１】
次に、ＣＯ２分離装置８の全体動作について説明する。第１のガス分離部１２１に導入された被処理ガスＧ１は、ガス分離膜１２１ａによって二酸化炭素が分離された処理ガスＧ５として第２のガス分離部１２２に供給される。被処理ガスＧ１から分離された二酸化炭素は、スイープガスＧ２に同伴されて透過ガスＧ４として加温加湿部１１に供給される。加温加湿部１１に導入された透過ガスＧ４は、熱交換器１５で加温され、充填塔１４で加湿されて調湿された後、第２のガス分離部１２２に供給される。
【００８２】
第２のガス分離部１２２に供給された処理ガスＧ５は、ガス分離膜１２２ａで二酸化炭素が分離された後、精製ガスＧ３として第２のガス分離部１２２の外部に排出される。第２のガス分離部１２２に供給された透過ガスＧ４は、ガス分離膜１２２ａの透過側に導入された後、ガス分離膜１２２ａによって分離された処理ガスＧ５中に含まれる二酸化炭素を同伴して第２のガス分離部１２２の外部に排出される。
【００８３】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、被処理ガスＧ１が供給される第１のガス分離部１２１の透過側にスイープガスＧ２を供給するので、被処理ガスＧ１から分離された二酸化炭素をスイープガスＧ２に同伴して効率良く除去することができる。また、加温加湿部１１で二酸化炭素を含む透過ガスＧ４（スイープガスＧ２）を加温及び加湿するので、ガス分離膜１２２ａによる二酸化炭素の分離に適した温度及び相対湿度に調湿でき、処理ガスＧ５中に含まれる二酸化炭素が効率良くガス分離膜１２２ａの反応性物質と反応して分離できる。しかも、ガス分離膜１２２ａの透過側に供給される透過ガスＧ４（スイープガスＧ２）を加湿するので、ガス分離膜１２２ａ側の透過ガスＧ４（スイープガスＧ２）の水蒸気分圧が上昇して処理ガスＧ５が供給される原料側から透過側への水蒸気透過を防ぐことが可能となり、処理ガスＧ５の相対湿度及び二酸化炭素の透過度を高く保つことができる。これにより、ＣＯ２分離装置８は、ガス分離膜１２１ａによって被処理ガスＧ１中の二酸化炭素を効率良く分離でき、さらに透過ガスＧ４を効率良く加湿でき、ガス分離膜１２２ａによって処理ガスＧ５中の二酸化炭素を効率的に分離可能となる。
【００８４】
（第９の実施の形態）
図９は、本発明の第９の実施の形態に係るＣＯ２分離装置９の模式図である。
図９に示すように、本実施の形態に係るＣＯ２分離装置９では、スイープガス供給部１３は、加温加湿部１１にスイープガスＧ２を供給する。加温加湿部１１と第１のガス分離部１２１との間には、スイープガス供給ラインＬ４１が設けられ、加温加湿部１１と第２のガス分離部１２２との間には、スイープガス供給ラインＬ４２が設けられている。加温加湿部１１は、加温及び加湿により調湿したスイープガスＧ２を、スイープガス供給ラインＬ４１，Ｌ４２を介して第１のガス分離部１２１及び第２のガス分離部１２２に並列に供給する。第１のガス分離部１２１は、被処理ガスＧ１から分離した二酸化炭素を調湿されたスイープガスＧ２に同伴して第１のガス分離部１２１の外部に排出する。また、第２のガス分離部１２２は、処理ガスＧ５から分離した二酸化炭素を調湿されたスイープガスＧ２に同伴して第２のガス分離部１２２の外部に排出する。その他の構成については、上述した第８の実施の形態と同一であるので、説明を省略する。
【００８５】
次に、ＣＯ２分離装置９の全体動作について説明する。第１のガス分離部１２１に導入された被処理ガスＧ１は、ガス分離膜１２１ａによって二酸化炭素が分離された処理ガスＧ５として第２のガス分離部１２２に供給される。被処理ガスＧ１から分離された二酸化炭素は、加温加湿部１１で調湿されたスイープガスＧ２に同伴されて第１のガス分離部１２１の外部に排出される。加温加湿部１１に導入されたスイープガスＧ２は、熱交換器１５で加温され、充填塔１４で加湿されて調湿された後、第１のガス分離部１２１及び第２のガス分離部１２２に供給される。
【００８６】
第２のガス分離部１２２に供給された処理ガスＧ５は、ガス分離膜１２２ａで二酸化炭素が分離された後、精製ガスＧ３として第２のガス分離部１２２の外部に排出される。第２のガス分離部１２２に供給されたスイープガスＧ２は、ガス分離膜１２２ａの透過側に導入された後、ガス分離膜１２２ａによって分離された処理ガスＧ５中に含まれる二酸化炭素を同伴して第２のガス分離部１２２の外部に排出される。
【００８７】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、被処理ガスＧ１が供給される第１のガス分離部１２１及び第２のガス分離部１２２に加温加湿部１１で調湿したスイープガスＧ２を供給するので、ガス分離膜１２１ａ，１２２ａによる二酸化炭素の分離に適した温度及び相対湿度に調湿でき、被処理ガスＧ１及び処理ガスＧ５中に含まれる二酸化炭素が効率良くガス分離膜１２１ａ，１２２ａの反応性物質と反応して分離できる。しかも、ガス分離膜１２１ａ及びガス分離膜１２２ａの透過側に供給されるスイープガスＧ２を加湿するので、ガス分離膜１２１ａ及びガス分離膜１２２ａ側のスイープガスＧ２の水蒸気分圧が上昇して被処理ガスＧ１及び処理ガスＧ５が供給される原料側から透過側への水蒸気透過を防ぐことが可能となり、被処理ガスＧ１及び処理ガスＧ５の相対湿度及び二酸化炭素の透過度を高く保つことができる。これにより、ＣＯ２分離装置９は、ガス分離膜１２１ａ及びガス分離膜１２２ａによって被処理ガスＧ１及び処理ガスＧ５中の二酸化炭素を効率良く分離可能となる。
【符号の説明】
【００８８】
１Ａ，１Ｂ，２，３，４，５，６，７Ａ，７Ｂ，８，９  ＣＯ２分離装置
１１，１１１，１１２  加温加湿部
１１ａ  噴霧部
１１ｂ  熱交換部
１１ｃ  貯留部
１２，１２１，１２２  ガス分離部
１２ａ，１２１ａ，１２２ａ  ガス分離膜
１３  スイープガス供給部
１４，１４１，１４２  充填塔
１４ａ，１４１ａ，１４２ａ  噴霧部
１４ｂ，１４１ｂ，１４２ｂ  充填部
１４ｃ，１４１ｃ，１４２ｃ  貯留部
１５，１６  熱交換器
１７  水分分離部
１７ａ  底部
２０  ガスタービン
２１  燃焼器
２２ａ  圧縮器
２２ｂ  タービン
２２ｃ  タービン軸
２３  発電機
３０  ボイラ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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