(57)【要約】  【課題】高効率かつ簡便に混合ガスから酸性ガスを分離することができる酸性ガス分離装置を提供する。  【解決手段】酸性ガス分離装置１００は、酸性ガス５２を含有する混合ガス５０を供給するガス供給部１０と、混合ガス５０に向けてイオン液体６０を静電噴霧し、酸性ガス５２をイオン液体６０に吸収させる静電噴霧部２０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸性ガスを含有する混合ガスを供給するガス供給部と、
前記混合ガスに向けてイオン液体を静電噴霧し、前記酸性ガスを前記イオン液体に吸収させる静電噴霧部と、を備える、
酸性ガス分離装置。
【請求項２】
前記静電噴霧部が、
前記イオン液体を供給する液体供給部と、
前記液体供給部から供給された前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する液体噴出部と、
前記液体噴出部に対向して配置される対向電極と、
前記液体噴出部と前記対向電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、を有する、
請求項１に記載の酸性ガス分離装置。
【請求項３】
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記液体噴出部を有する、
請求項２に記載の酸性ガス分離装置。
【請求項４】
前記静電噴霧部が、
前記イオン液体を供給する液体供給部と、
前記液体供給部から供給された前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する第一液体噴出部と、
前記第一液体噴出部に対向して配置され、前記液体供給部から供給された前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する第二液体噴出部と、
前記第一液体噴出部と前記第二液体噴出部との間に電圧を印加する電圧印加部と、を有する、
請求項１に記載の酸性ガス分離装置。
【請求項５】
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第一液体噴出部と、
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第二液体噴出部と、を有する
請求項４に記載の酸性ガス分離装置。
【請求項６】
前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体から、前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離するイオン液体再生部を備える、
請求項１〜５の何れか一項に記載の酸性ガス分離装置。
【請求項７】
前記イオン液体再生部で分離された前記イオン液体を、前記静電噴霧部に送る送液部を備える、
請求項６に記載の酸性ガス分離装置。
【請求項８】
前記液体供給部が、前記イオン液体のうち第一イオン液体を供給する第一液体供給部と、前記イオン液体のうち第二イオン液体を供給する第二液体供給部とを有し、
前記第一液体噴出部が、前記第一液体供給部から供給された前記第一イオン液体を前記混合ガスに噴出し、
前記第二液体噴出部が、前記第二液体供給部から供給された前記第二イオン液体を前記混合ガスに噴出する、
請求項４に記載の酸性ガス分離装置。
【請求項９】
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第一液体噴出部と、
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第二液体噴出部と、を有する
請求項８に記載の酸性ガス分離装置。
【請求項１０】
前記酸性ガスを吸収した前記第一イオン液体から、前記酸性ガスと前記第一イオン液体とを分離するとともに、前記酸性ガスを吸収した前記第二イオン液体から、前記酸性ガスと前記第二イオン液体とを分離し、前記第一イオン液体と前記第二イオン液体とを混合することなく、前記第一イオン液体と前記第二イオン液体とを回収するイオン液体再生部を備える、
請求項８又は９に記載の酸性ガス分離装置。
【請求項１１】
前記イオン液体再生部で回収された前記第一イオン液体を、前記静電噴霧部に送る第一送液部と、
前記イオン液体再生部で回収された前記第二イオン液体を、前記静電噴霧部に送る第二送液部と、を備える、
請求項１０に記載の酸性ガス分離装置。
【請求項１２】
前記酸性ガスが二酸化炭素であり、
前記混合ガスに含有される前記二酸化炭素の濃度が３体積％以下である、
請求項１〜１１の何れか一項に記載の酸性ガス分離装置。
【請求項１３】
酸性ガスを含有する混合ガスを供給するガス供給工程と、
前記混合ガスに向けてイオン液体を静電噴霧し、前記酸性ガスを前記イオン液体に吸収させる静電噴霧工程と、を有する、
酸性ガス分離方法。
【請求項１４】
前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体から、前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離するイオン液体再生工程を有する、
請求項１３に記載の酸性ガス分離方法。
【請求項１５】
前記イオン液体再生工程で分離された前記イオン液体を、前記静電噴霧工程に送る送液工程を有する、
請求項１４に記載の酸性ガス分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合ガスから酸性ガスを分離する装置、及び、混合ガスから酸性ガスを分離する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸性ガス、特に二酸化炭素を分離回収する技術は、天然ガスを原料とする水素やメタンの製造、宇宙空間や海中などの閉鎖状態にある住環境の維持等に必要であり、また、温暖化ガス排出量の削減の観点から火力発電所や製鉄所などの大量排出源を対象として盛んに研究されている。また、窒素酸化物、硫黄酸化物、硫化水素、無機酸や有機酸等の二酸化炭素以外の酸性ガスの除去も産業的・社会的に重要な技術である。酸性ガス分離技術としては、物理吸収法、化学吸収法、膜分離法、吸着法などが知られている。
【０００３】
このうち、化学吸収法は、酸性ガスと化学反応する吸収液を用いた酸性ガス分離技術である。例えば、酸性ガスを含む気体を室温付近で吸収液に接触させ、酸性ガスを吸収液に化学的に吸収させ、酸性ガス濃度が減少した気体と酸性ガスを吸収した吸収液とを分離する。そして、分離した吸収液を昇温することで酸性ガスを吸収液から放散させて酸性ガスを回収する。また、酸性ガスを放散した吸収液は再生され、再び酸性ガスの分離回収に利用される。
【０００４】
この化学吸収法として、アミン化合物やアルカリ金属塩を含む水溶液を、二酸化炭素の化学吸収液として用いる方法が提案されている。例えば、特許文献１には、吸収液としてモノエタノールアミン水溶液を使用する二酸化炭素の分離方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１８４８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の二酸化炭素の分離方法では、二酸化炭素の吸収速度が低く、効率的に二酸化炭素を分離できていないという問題がある。特に、二酸化炭素の濃度が低い場合に、この問題は顕著である。また、二酸化炭素を分離するための設備として、数十メートルの高さにもおよぶ吸収塔を必要とし、設備投資のための負担が大きい。
【０００７】
本件は、上記の課題に鑑みて創案されたものであり、高効率で混合ガスから酸性ガスを分離することができる酸性ガス分離装置を提供することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用及び効果であって、従来の技術では得られない作用及び効果を奏することも、本件の他の目的として位置づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本件は、以下の具体的態様を提供する。
〔１〕酸性ガスを含有する混合ガスを供給するガス供給部と、
前記混合ガスに向けてイオン液体を静電噴霧し、前記酸性ガスを前記イオン液体に吸収させる静電噴霧部と、を備える酸性ガス分離装置。
【０００９】
〔２〕前記静電噴霧部が、
前記イオン液体を供給する液体供給部と、
前記液体供給部から供給された前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する液体噴出部と、
前記液体噴出部に対向して配置される対向電極と、
前記液体噴出部と前記対向電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、を有する〔１〕に記載の酸性ガス分離装置。
【００１０】
〔３〕前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記液体噴出部を有する〔２〕に記載の酸性ガス分離装置。
【００１１】
〔４〕前記静電噴霧部が、
前記イオン液体を供給する液体供給部と、
前記液体供給部から供給された前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する第一液体噴出部と、
前記第一液体噴出部に対向して配置され、前記液体供給部から供給された前記イオン液体を前記混合ガスに噴出する第二液体噴出部と、
前記第一液体噴出部と前記第二液体噴出部との間に電圧を印加する電圧印加部と、を有する〔１〕に記載の酸性ガス分離装置。
【００１２】
〔５〕前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第一液体噴出部と、
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第二液体噴出部と、を有する〔４〕に記載の酸性ガス分離装置。
【００１３】
〔６〕前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体から、前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離するイオン液体再生部を備える、〔１〕〜〔５〕の何れか一つに記載の酸性ガス分離装置。
【００１４】
〔７〕前記イオン液体再生部で分離された前記イオン液体を、前記静電噴霧部に送る送液部を備える、〔６〕に記載の酸性ガス分離装置。
【００１５】
〔８〕前記液体供給部が、前記イオン液体のうち第一イオン液体を供給する第一液体供給部と、前記イオン液体のうち第二イオン液体を供給する第二液体供給部とを有し、
前記第一液体噴出部が、前記第一液体供給部から供給された前記第一イオン液体を前記混合ガスに噴出し、
前記第二液体噴出部が、前記第二液体供給部から供給された前記第二イオン液体を前記混合ガスに噴出する、
〔４〕に記載の酸性ガス分離装置。
【００１６】
〔９〕前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第一液体噴出部と、
前記電圧印加部に対し並列に接続される複数の前記第二液体噴出部と、を有する
〔８〕に記載の酸性ガス分離装置。
【００１７】
〔１０〕前記酸性ガスを吸収した前記第一イオン液体から、前記酸性ガスと前記第一イオン液体とを分離するとともに、前記酸性ガスを吸収した前記第二イオン液体から、前記酸性ガスと前記第二イオン液体とを分離し、前記第一イオン液体と前記第二イオン液体とを混合することなく、前記第一イオン液体と前記第二イオン液体とを回収するイオン液体再生部を備える、
〔８〕又は〔９〕に記載の酸性ガス分離装置。
【００１８】
〔１１〕前記イオン液体再生部で回収された前記第一イオン液体を、前記静電噴霧部に送る第一送液部と、
前記イオン液体再生部で回収された前記第二イオン液体を、前記静電噴霧部に送る第二送液部と、を備える、
〔１０〕に記載の酸性ガス分離装置。
【００１９】
〔１２〕前記酸性ガスが二酸化炭素であり、
前記混合ガスに含有される前記二酸化炭素の濃度が３体積％以下である、〔１〕〜〔１１〕の何れか一つに記載の酸性ガス分離装置。
【００２０】
〔１３〕酸性ガスを含有する混合ガスを供給するガス供給工程と、
前記混合ガスに向けてイオン液体を静電噴霧し、前記酸性ガスを前記イオン液体に吸収させる静電噴霧工程と、を有する酸性ガス分離方法。
【００２１】
〔１４〕前記酸性ガスを吸収した前記イオン液体から、前記酸性ガスと前記イオン液体とを分離するイオン液体再生工程を有する、〔１３〕に記載の酸性ガス分離方法。
【００２２】
〔１５〕前記イオン液体再生工程で分離された前記イオン液体を、前記静電噴霧工程に送る送液工程を有する、〔１４〕に記載の酸性ガス分離方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、酸性ガスを含有する混合ガスにイオン液体が静電噴霧されることで、イオン液体が微小液滴化され、比表面積が大きくなる。その結果、イオン液体と酸性ガスとの接触面積が増大し、酸性ガスがイオン液体に効率よく化学吸収されるため、高効率で混合ガスから酸性ガスを分離することができる。また、本発明によれば、吸収塔などの酸性ガスを分離するための設備が小さくなり、設備投資を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係る酸性ガス分離装置の構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る酸性ガス分離方法のプロセスフローを示す模式図である。
【図３】本実施形態の第一変形例に関する酸性ガス分離装置の要部を示す模式図である。
【図４】本実施形態の第二変形例に関する酸性ガス分離装置の要部を示す模式図である。
【図５】本実施形態の第三変形例に関する酸性ガス分離装置の要部を示す模式図である。
【図６】第一実施例に係る酸性ガス分離装置の構成を示す模式図である。
【図７】第一実施例において計測された印加電圧に対する液滴径の分布を示すグラフである。
【図８】第一実施例において５．５ｋＶ（ＤＣ）印加時の液滴径の分布を示すグラフである。
【図９】第一実施例におけるイオン液体静電噴霧時のチャンバ内圧力変化を示すグラフである。
【図１０】第一実施例におけるイオン液体静電噴霧による二酸化炭素除去量の経時変化を示すグラフである。
【図１１】第一実施例におけるイオン液体静電噴霧による二酸化炭素吸収速度の経時変化を示すグラフである。
【図１２】第二実施例に係る酸性ガス分離装置の構成を示す模式図である。
【図１３】第二実施例におけるイオン液体静電噴霧による二酸化炭素濃度の経時変化を示すグラフである。
【図１４】第二実施例におけるイオン液体静電噴霧時の印加電圧に対する二酸化炭素濃度を示すグラフである。
【図１５】イオン液体１ｍｏｌ当たりの二酸化炭素除去量の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本実施形態に係る酸性ガス分離装置は、酸性ガスを含有する混合ガスに向けてイオン液体を静電噴霧することにより、混合ガスに含まれる酸性ガスを分離するための装置である。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。
【００２６】
［１．構成］
図１に示すように、酸性ガス分離装置１００は、酸性ガス５２を含有する混合ガス５０を供給するガス供給部１０、混合ガス５０に向けてイオン液体６０を静電噴霧し、酸性ガス５２をイオン液体６０に吸収させる静電噴霧部２０、酸性ガス５２を吸収したイオン液体６０（６１）から酸性ガス５２とイオン液体６０（６２）とを分離するイオン液体再生部３０、及び、イオン液体再生部３０で分離されたイオン液体６０（６２）を静電噴霧部２０に送る送液部４０を備える。
以下において、まず、混合ガス５０とイオン液体６０の説明をし、次いで、酸性ガス分離装置１００を構成するガス供給部１０、静電噴霧部２０、イオン液体再生部３０、及び送液部４０を順に説明する。
【００２７】
＜混合ガス＞
混合ガス５０は、酸性ガス５２を含有するガス状の混合物であり、酸性ガス５２と非酸性ガス５１との混合物であることが好ましい。また、混合ガス５０は、水やばいじん等のガス以外の他の成分を含んでいてもよい。
【００２８】
酸性ガス５２としては、例えば、二酸化炭素；硫化水素；一酸化硫黄、二酸化硫黄（亜硫酸ガス）、三酸化硫黄などの硫黄酸化物；一酸化窒素、二酸化窒素、亜酸化窒素（一酸化二窒素）、三酸化二窒素、四酸化二窒素、五酸化二窒素などの窒素酸化物；塩酸、硝酸、リン酸、硫酸などの無機酸類；カルボン酸、スルホン酸、炭酸などの有機酸類；などが挙げられる。これらの酸性ガス５２の中でも、本実施形態に係る酸性ガス分離装置１００は、二酸化炭素の分離に特に優れている。
また、非酸性ガス５１としては、例えば、水素、メタン、窒素、酸素や一酸化炭素などが挙げられる。
なお、混合ガス５０に含有される酸性ガス５２、非酸性ガス５１やガス以外の他の成分の種類及び組成は特に限定されない。
【００２９】
＜イオン液体＞
イオン液体６０は、カチオンとアニオンとを組み合わせてなる溶融塩であり、室温近傍以下に融点を有する塩をいう。イオン液体６０は、蒸気圧が極めて低く不揮発性であること、優れた熱安定性及び化学安定性を有していることや、イオン伝導度が高いこと等の特徴を有している。本実施形態で使用するイオン液体６０は、使用温度範囲で液体であり、酸性ガス５２の吸収性を有するものであれば、特に限定されない。
【００３０】
イオン液体６０としては、公知または市販のものを使用することができ、例えば、イオン液体６０は以下に示すアニオンとカチオンとからなる。
アニオンとしては、塩化物イオン（Ｃｌ−）、臭化物イオン（Ｂｒ−）、ヨウ化物イオン（Ｉ−）、ヘキサフルオロホスフェート（ＰＦ６−）、テトラフルオロボレート（ＢＦ４−）、ｐ−トルエンスルホナート（ｐ−ＣＨ３−Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−）、トリフルオロメタンスルホナート（ＣＦ３ＳＯ３−）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド［（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−］、ジシアナミド［（ＮＣ）２Ｎ−］、トリス（トリフルオロメチルスルフォニル）メチド[（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−］、酢酸イオン（ＣＨ３ＣＯＯ−）、トリフルオロ酢酸イオン（ＣＦ３ＣＯＯ−）等から１種類以上が選択される。
【００３１】
カチオンとしては、ピリジニウム、ピリミジニウム、ピラゾリウム、ピロリジニウム、ピペリジニウム、イミダゾリウム等の窒素含有環状カチオン化合物及びそれらの誘導体；テトラアルキルアンモニウムのアミン系カチオン及びそれらの誘導体；ホスホニウム、トリアルキルスルホニウム、テトラアルキルホスホニウム等のホスフィン系カチオン及びそれらの誘導体；リチウムカチオン及びその誘導体等から1種以上が選択される。
【００３２】
さらに、イオン液体６０としては、アニオンとカチオンのどちらか、もしくは両方に、二酸化炭素と化学反応する置換基を有することが望ましい。
二酸化炭素と化学反応するアニオンとしては、酢酸アニオン（ＣＨ３ＣＯＯ−）などのカルボン酸アニオン、グリシンアニオン（ＮＨ２ＣＨ２ＣＯＯ−）などアミノ酸アニオン、メトキシド（ＣＨ３Ｏ−）などのアルコキシドなどが挙げられる。
また、二酸化炭素と化学反応するカチオンとしては、前記のカチオンで１級、２級及び３級アミノ基を有するもの等が挙げられる。
【００３３】
＜ガス供給部＞
ガス供給部１０は、酸性ガス分離装置１００の内部空間に混合ガス５０の供給を行う。ガス供給部１０はガス供給流路１０ａを備えている。ガス供給流路１０ａには、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）、混合ガス５０を排出するベント（ＶＥＮＴ）、混合ガス５０の流れる方向等を調整するバルブ、圧縮機や予冷器等を設けることができる。本実施形態では、ガス供給流路１０ａは、酸性ガス分離装置１００の一部を構成するチャンバ１００ａに接続され、ガス供給流路１０ａにより混合ガス５０が酸性ガス分離装置１００の内部空間に案内される。
【００３４】
ガス供給部１０は、酸性ガス５２と非酸性ガス５１とを混合した混合ガス５０を予め充填した容器として構成される。また、酸性ガス５２を充填した容器と、非酸性ガス５１を充填した容器とでガス供給部１０を構成し、それぞれの容器から導入されたガス５１，５２を、酸性ガス分離装置１００の内部空間で混合することもできる。
【００３５】
＜静電噴霧部＞
静電噴霧部２０は、混合ガス５０に向けてイオン液体６０の静電噴霧を行う。つまり、静電噴霧部２０では、帯電し微細化されたイオン液体６０（以下、「微小液滴」ということがある）が、酸性ガス分離装置１００の内部空間に充填された混合ガス５０に向けて噴霧排出され、酸性ガス５２を吸収する。したがって、静電噴霧部２０にて、混合ガス５０から酸性ガス５２が分離され、酸性ガス５２を吸収したイオン液体６０（以下、「リッチ吸収液６１」という）と、酸性ガス５２が除去又は低減されたガス（以下、「処理ガス」ということがある）５３とが得られる。
【００３６】
ここで、酸性ガス５２が除去された処理ガス５３とは、酸性ガス５２を実質的に含有しないガスのことをいい、具体的には、処理ガス５３に含有される酸性ガス５２の濃度が、好ましくは１体積％以下、より好ましくは０．１体積％以下である。なお、混合ガス５０が酸性ガス５２と非酸性ガス５１とからなる場合、酸性ガス５２が除去された処理ガス５３は非酸性ガス５１と実質的に同一である。
また、酸性ガス５２が低減された処理ガス５３とは、ガス供給部１０から静電噴霧部２０に案内される混合ガス５０に含有される酸性ガス５２の濃度よりも、その濃度が低減されたガスをいう。
【００３７】
処理ガス５３とリッチ吸収液６１とを分離する方法は特に限定されない。例えば、分級機と気液分離機とを用いることができる。
【００３８】
静電噴霧される微小液滴の粒径は特に限定されず、例えば、０．１５〜５μｍである。微小液滴の粒径（液滴径）は、動的光散乱法によりパーティクルアナライザ等の粒径測定装置を用いて計測することができる。
【００３９】
また、静電噴霧部２０は、具体的には、イオン液体６０を供給する液体供給部２１と、液体供給部２１から供給されたイオン液体６０を混合ガス５０に噴出する液体噴出部２２と、液体噴出部２２に対向して配置される対向電極２３と、液体噴出部２２と対向電極２３との間に電圧を印加する電圧印加部２４とを備えている。
液体噴出部２２と対向電極２３との間に電圧を印加すると、界面に作用する静電気力が液体噴出部２２の端部におけるイオン液体６０の表面張力を上回った時点で対向電極２３に対向する液体噴出部２２の端部においてイオン液体６０によりテイラーコーンＴが形成され、静電噴霧現象が生じる。この静電噴霧現象は、電界による静電気力がテイラーコーン先端から液糸を生成し，液糸が分裂することにより，微小液滴化されたイオン液体６０を噴霧排出する現象である。排出された液滴中のイオン間に作用するクーロン力が液滴の表面張力よりも大きくなるとレイリー分裂を起こし、液滴は分裂し，微細化がより促進される。つまり、液体噴出部２２の端部において、帯電したイオン液体６０が、ナノサイズにまで微細化された帯電微粒子、すなわち微小液滴となり、対向電極２３からのクーロン力によって引き寄せられ、酸性ガス分離装置１００の内部空間に噴霧排出される。この微小液滴は、微粒子状態になる前と比較して比表面積が大きくなり、酸性ガス分離装置１００の内部空間に充填された混合ガス５０に接触しやすくなるため、混合ガス５０に含まれる酸性ガス５２を効率よく化学吸収することができる。
【００４０】
なお、処理ガス５３が酸性ガス５２を含有する場合、つまり、酸性ガス５２の含有量が低減されたガス５３の場合には、このガス５３を上記ガス供給部１０に導入し、再度、酸性ガス分離装置１００を用いて酸性ガス５２を分離してもよい。処理ガス５３をガス供給部１０に導入するには、処理ガス５３をガス供給部１０に案内する流路を設ければよい。
【００４１】
（液体供給部）
液体供給部２１は、液体供給流路２１ａを介して液体噴出部２２にイオン液体６０を供給する。液体供給部２１は、イオン液体６０を貯留する槽と、槽から液体噴出部２２にイオン液体６０を供給するポンプとを備える。例えば、ポンプが密閉状態にある槽に空気を供給することにより、イオン液体６０が液体噴出部２２に押し出される。
なお、液体供給部２１は、必ずしもポンプによりイオン液体６０を供給するものでなくてもよい。例えば、液体供給部２１は、エアパルス方式のディスペンサーにより構成することができる。エアパルス方式のディスペンサーは、一定時間に電磁弁を開閉することにより、レギュレータを通して減圧した一定圧力の窒素等のガスを、イオン液体６０を封入したシリンジなどの容器に導き、イオン液体６０を押し出す装置である。
【００４２】
液体供給部２１から液体噴出部２２に供給されるイオン液体６０の量（以下、「イオン液体流量」ともいう）により、液体噴出部２２から酸性ガス分離装置１００の内部空間に静電噴霧されるイオン液体６０の量が調整される。イオン液体流量は、後述する液体噴出部２２におけるノズル２２ａの内径や、ノズル２２ａと対向電極２３との距離にあわせて適宜調整され、特に限定されるものではないが、本実施形態では、１．０〜１０．０ｍＬ／ｈである。
【００４３】
（液体噴出部）
液体噴出部２２は、液体供給部２１から供給されたイオン液体６０を、酸性ガス分離装置１００の内部空間に導入された混合ガス５０にむけて噴出する。液体噴出部２２は、イオン液体６０を噴出する側の端部にノズル２２ａを有する。
【００４４】
ノズル２２ａは電圧印加部２４に接続されており、このノズル２２ａによって液体供給部２１から送られてくるイオン液体６０は帯電される。ノズル２２ａは、他方の端部（イオン液体６０を噴出する側の端部と反対側の端部）で液体供給流路２１ａに接続されている。ノズル２２ａの材質は特に限定されないが、例えば、溶融シリカ、ポリマー樹脂、ＳＵＳ等の金属などを用いて構成される。
【００４５】
ノズル２２ａの形状は特に限定されないが、本実施形態では、円筒形状のノズル２２ａを用いている。このようなノズル２２ａの内径は特に限定されないが、例えば、１０〜１０００μｍである。また、ノズル２２ａの外径は特に限定されないが、例えば、３０〜３０００μｍである。
【００４６】
（対向電極）
対向電極２３は、液体噴出部２２に対向して配置される。つまり、対向電極２３はノズル２２ａの軸線の延長線上に配置されており、ノズル２２ａから離間されている。
【００４７】
対向電極２３の材質は、特に限定されない。液体噴出部２２（ノズル２２ａ）との間に電界を形成し、電界によりノズル２２ａの端部からイオン液体６０を酸性ガス分離装置１００の内部空間に噴霧排出させる観点からは、対向電極２３は金属又は導電性樹脂等により形成されることが好ましい。また、イオン液体６０を効率よく噴霧排出させるためには電気抵抗の低い金属や導電性樹脂で対向電極２３を形成することがより好ましい。さらに、対向電極２３にはノズル２２ａから噴霧排出されたイオン液体６０が付着することがあるため、イオン液体６０に対する耐食性に優れたタングステン、モリブデン、アルミニウム、ステンレス及びニッケル合金等で対向電極２３を形成することが特に好ましい。
【００４８】
ノズル２２ａの端部と対向電極２３との距離は、両者の間に形成される電界強度に大きな影響を与える。また、両者の距離は、酸性ガス分離装置１００の内部空間における微小液滴の滞在時間にも影響を与えるものと推測される。例えば、両者の距離を小さくすると、ノズル２２ａへの印加電圧を低減することができる。一方、両者の距離が小さすぎると、対向電極２３に対するコロナ放電やアーク放電が誘発されやすくなるとともに、微小液滴の滞在時間が少なくなるため酸性ガス５２の除去量が減少する傾向にある。したがって、これらの相反する特性を最適化すべく、使用するノズル２２ａ及び対向電極２３の材質、ノズル２２ａの内径・外径やイオン液体流量に応じて適宜調整する必要がある。本実施形態では、ノズル２２ａの端部と対向電極２３と距離は、１〜１０ｍｍであることが好ましい。この範囲の距離であれば、コロナ放電やアーク放電が抑制され、酸性ガス５２の除去量に優れると共に、ノズル２２ａへの印加電圧を低減することができる。
【００４９】
また、対向電極２３は、ノズル２２ａの端部との電界強度を高めると共に、液滴が対向電極２３に付着せずに内部空間に噴霧排出されるように、開口部２３ａを有する。電界の偏りを防止する観点から、開口部２３ａの中心は、ノズル２２ａの軸線の延長線上となるように配置されることが好ましい。
【００５０】
対向電極２３及び開口部２３ａの形状は特に限定されない。本実施形態では、板状の対向電極２３を用い、この対向電極２３に円形状の開口部２３ａを形成している。開口部２３ａの直径は、ノズル２２ａの内径・外径、ノズル２２ａと対向電極２３との距離やイオン液体流量に関係しているため、これらの条件にあわせて適宜調整される。本実施形態では、開口部２３ａの直径は５〜３０ｍｍであることが好ましい。
【００５１】
（電圧印加部）
電圧印加部２４は、液体噴出部２２と対向電極２３との間に電圧を印加する。通常、電圧は直流であり、本実施形態では４〜１０ｋＶとすることができる。電圧は、対向電極２３に対してノズル２２ａ側がプラスとなるように印加することが好ましい。ノズル２２ａ側がプラスとなるように電圧が印加されると、対向電極２３は反対の電荷を有することになる。そのため、図１におけるノズル２２ａと対向電極２３との位置関係を、例えば、水平方向にしたり、また、両者の位置関係を上下反対にしても、静電噴霧された微小液滴は、液体噴出部２２から対向電極２３に向かって、チャンバ１００ａの内部空間に拡散する。
【００５２】
また、液体噴出部２２と対向電極２３との間に電圧を印加し続けると、対向電極２３に微小液滴が堆積し、コロナ放電やアーク放電が誘発されやすくなることがある。そのため、静電噴霧開始から所定時間経過後に、対向電極２３をクリーニングし、堆積した微小液滴を除去してもよい。また、静電噴霧開始から所定時間経過後に、液体噴出部２２と対向電極２３とに印加する電圧を逆にしてもよい。
【００５３】
電圧印加部２４から電圧が供給されると、ノズル２２ａの端部にイオン液体６０のテイラーコーンＴが形成され、静電噴霧現象が生じる。電圧印加部２４としては、公知のものを用いることができる。
【００５４】
＜イオン液体再生部＞
イオン液体再生部３０は、リッチ吸収液６１から、酸性ガス５２と、一部又は全部の酸性ガス５２が除去され再生されたイオン液体６０（以下、「リーン吸収液６２」ということがある）とを分離する。本実施形態では、チャンバ１００ａに接続された回収流路３０ａにより、リッチ吸収液６１がイオン液体再生部３０に案内され、イオン液体再生部３０にて、酸性ガス５２とリーン吸収液６２とが分離される。つまり、イオン液体再生部３０では、リッチ吸収液６１から酸性ガス５２を放散させて、酸性ガス５２が回収されると共に、リーン吸収液６２としてイオン液体６０が再生される。リーン吸収液６２は、液体供給部２１に導入され、酸性ガス５２を含有する混合ガス５０の分離に再度使用することができる。
【００５５】
リッチ吸収液６１から酸性ガス５２を放散させる方法は特に限定されない。例えば、リッチ吸収液６１を加熱及び／又は減圧する方法が挙げられる。
【００５６】
リッチ吸収液６１を加熱する場合、酸性ガス５２の吸収が行われたチャンバ１００ａの内部空間の温度よりも５〜１００℃高い温度条件に設定することにより、酸性ガス５２を放散させることができる。より好ましくは１００℃以下、特に好ましくは４０〜８０℃の温度条件で酸性ガス５２の放散を行うと、イオン液体６０の再生エネルギーを低減でき、酸性ガス５２を放散させるために１００℃以上の高温条件を必要とした従来技術と比較して省エネルギーである。
【００５７】
また、リッチ吸収液６１を減圧する場合、酸性ガス５２の吸収が行われたチャンバ１００ａの内部空間の圧力よりも低圧条件に設定することにより、酸性ガス５２を放散することができる。リッチ吸収液６１を減圧する際の温度は特に限定されないが、チャンバ１００ａの内部空間の温度、すなわち室温近傍（２５℃±１０℃）又は室温（２５℃）以上であることが好ましい。
【００５８】
イオン液体再生部３０を構成する装置は、吸収した酸性ガス５２が放散され、イオン液体６０が再生されれば特に限定されない。なお、回収流路３０ａには、酸性ガス５２とリーン吸収液６２との分離を促進するために、予熱器等を配置することができる。
【００５９】
＜送液部＞
送液部４０は、イオン液体再生部３０で分離されたリーン吸収液６２を、静電噴霧部２０、具体的には液体供給部２１に案内する。静電噴霧部２０に導入されたリーン吸収液６２、つまり、イオン液体６０は、酸性ガス５２を含有する混合ガス５０の分離に再度使用される。イオン液体６０は不揮発性かつ化学安定性を有するため、再利用に好適である。そして、イオン液体６０を再利用することで、経済的に優れた酸性ガス５２の分離サイクルを形成することができる。
【００６０】
また、送液部４０には、ポンプ、熱交換器、予冷器等を配置してもよい。送液部４０としては、公知のものを用いることができる。
【００６１】
［２．プロセスフロー］
つづいて、図２を参照して、酸性ガス５２を分離する方法（酸性ガス分離方法）を説明する。この分離方法は、上述した酸性ガス分離装置１００と同様の構成を有する酸性ガス分離装置１００Ａによって、混合ガス５０から酸性ガス５２を分離する方法である。
図２に示すように、この酸性ガス分離装置１００Ａは、吸収塔と放散塔とを備えている。酸性ガス分離装置１００Ａを利用した分離方法では、ガス供給工程、静電噴霧工程、イオン液体再生工程、及び送液工程の順に各工程を実施する。
【００６２】
ガス供給工程では、混合ガス５０がガス供給部（図示しない）から、吸収塔に供給される。混合ガス５０はガス供給流路１０ａに案内されて吸収塔の下部における側壁から内部空間に導入される。ガス供給流路１０ａには、混合ガス５０の種類に応じて圧縮機や予冷器を配置することができる。
【００６３】
吸収塔では、静電噴霧工程が行われ、混合ガス５０に含有される酸性ガス５２が分離される。具体的には、吸収塔の上方に、イオン液体６０を供給するための液体供給部、及びイオン液体を噴出するための液体噴出部が設けられ、吸収塔の下方には、対向電極が設けられる。そして、液体噴出部と対向電極との間に電圧が印加されることで、吸収塔の下部から導入された混合ガス５０に向けてイオン液体が静電噴霧され、混合ガス５０に含有される酸性ガス５２が微小液滴化したイオン液体に選択的に吸収される。その結果、酸性ガス５２を吸収したイオン液体としてリッチ吸収液６１が得られる。一方、酸性ガス５２が除去又は低減されたガスは、処理ガス５３として、吸収塔の上部から外部に排出される。つまり、吸収塔では、リッチ吸収液６１と処理ガス５３との気液分離が行われる。
【００６４】
また、リッチ吸収液６１は回収流路３０ａにより放散塔に案内されて、イオン液体再生工程が行われる。具体的には、放散塔においてリッチ吸収液６１が加熱されることで、リッチ吸収液６１に含まれる酸性ガス５２が放散され、放散塔の上部から外部に排出される。そして、一部又は全部の酸性ガス５２が除去され再生されたイオン液体として、リーン吸収液６２が得られる。加熱方法としては、蒸気や高温水を放散塔の内部に循環させる方法のほか、ヒーターなどの加熱手段を用いることができる。
【００６５】
送液工程では、リーン吸収液６２が吸収塔の上方に設けられた液体供給部に案内され、混合ガス５０に向けて静電噴霧されるイオン液体として再び利用される。つまり、イオン液体は、吸収塔と放散塔との間を循環している。なお、リーン吸収液６２が案内される流路４０ａには、ポンプ、熱交換器や予冷器等を配置することができる。
【００６６】
［３．作用及び効果］
上述したように本実施形態に係る酸性ガス分離装置１００，１００Ａが構成されるため、以下の作用及び効果を得ることができる。
（１）イオン液体６０を静電噴霧することで、イオン液体６０を微小液滴とすることができる。このような微小液滴は比表面積が大きく、混合ガス５０に含有される酸性ガス５２との接触面積を増やすことができるため、酸性ガス５２の吸収速度に優れる。つまり、酸性ガス分離装置１００を用いることで、簡便なプロセスで混合ガス５０から酸性ガス５２を選択的に効率よく分離することができる。
したがって、少量のイオン液体６０で、混合ガス５０から大量の酸性ガス５２を吸収・分離することができる。また、従来の酸性ガス分離装置で必要とされた数十メートルの高さにおよぶ吸収塔を小さくすることができるため、設備投資にかかるコストを低減することができるとともに、省スペースである。
【００６７】
（２）酸性ガス５２を吸収したイオン液体６０、つまり、リッチ吸収液６１は、１００℃未満に加熱するだけで酸性ガス５２を放散することができる。そのため、従来技術と比較して、混合ガス５０からの酸性ガス５２の回収を、省エネルギーで行うことができる。
【００６８】
（３）また、酸性ガス５２を放散したイオン液体６０、つまり、リーン吸収液６２は、再度、酸性ガス５２の分離に用いることができるため、経済性に優れる。
【００６９】
（４）さらに、本実施形態に係る酸性ガス分離装置１００，１００Ａによれば、例えば、混合ガス５０に含有される酸性ガス５２の濃度が３体積％以下の場合であっても、微小液滴化されたイオン液体６０が酸性ガス５２を選択的に化学吸収することで、混合ガス５０から酸性ガス５２を効率よく分離することができる。酸性ガス５２、特に二酸化炭素の濃度が３体積％以下の環境として宇宙空間等の閉鎖状態にある住環境が挙げられる。つまり、本実施形態に係る酸性ガス分離装置１００，１００Ａは、このような住環境に好適に用いることができる。酸性ガス分離に関する従来吸収法は、一般に二酸化炭素ガスの濃度が３％超の混合ガス５０に適用することを想定しており、低濃度の二酸化炭素ガスを含有する混合ガス５０から二酸化炭素ガスを分離することは意図されていない。
【００７０】
［４．変形例］
上記の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、上記の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。上記の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。以下に、上記の実施形態に係る酸性ガス分離装置１００の変形例を説明する。なお、ここで説明する点を除いては、上記の実施形態と同様の構成である。これらの構成については、同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７１】
（１）例えば、図３に示すように、酸性ガス分離装置１００Ｂでは、上記の酸性ガス分離装置１００における対向電極２３に替えて、液体噴出部（第一液体噴出部）２２に対向するように、第二液体噴出部２２’が配置される。第一液体噴出部２２からは第一液体供給部２１により供給された第一イオン液体６０が噴出され、第二液体噴出部２２’からは第二液体供給部２１’により供給された第二イオン液体６０’が噴出される。第一イオン液体６０と第二イオン液体６０’とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。
また、第二液体噴出部２２’は、第二イオン液体６０’を噴出する側の端部にノズル２２ａ’を有する。そして、第二液体噴出部２２’の他方の端部は液体供給流路２１ａ’を介して第二液体供給部２１’に接続されている。そして、電圧印加部２４により、第一液体噴出部２２と第二液体噴出部２２’との間に電圧が印加される。
【００７２】
つまり、酸性ガス分離装置１００Ｂにおける静電噴霧部２０Ｂは、第一液体供給部２１、第二液体供給部２１’、第一液体噴出部２２、第二液体噴出部２２’、及び電圧印加部２４を有する。静電噴霧部２０Ｂでは、一対の液体噴出部２２，２２’から微小液滴化されたイオン液体６０，６０’が静電噴霧されるため、酸性ガス５２の除去量をより大きくすることができ、混合ガス５０に含まれる酸性ガス５２の分離をさらに効率よく行うことができる。
【００７３】
酸性ガス分離装置１００Ｂでは、酸性ガス５２を吸収した第一イオン液体６０（第一リッチ吸収液６１）と、酸性ガス５２を吸収した第二イオン液体６０’（第二リッチ吸収液６１’）とはイオン液体再生部３０に案内される。イオン液体再生部３０では、第一リッチ吸収液６１から酸性ガス５２を放散させて、第一リーン吸収液６２として第一イオン液体６０が再生される。また、第二リッチ吸収液６１’から酸性ガス５２を放散させて、第二リーン吸収液６２’として第二イオン液体６０’が再生される。
【００７４】
ここで、第一イオン液体６０と第二イオン液体６０’とが同一の場合には、各液体供給部２１，２１’から各液体噴出部２２，２２’に供給されたイオン液体流量に応じて、第一リーン吸収液６２や第二リーン吸収液６２’が、送液部４０，４０’により第一液体供給部２１又は第二液体供給部２１’に案内される。
一方、第一イオン液体６０と第二イオン液体６０’とが異なる場合には、通常、第一リッチ吸収液６１と第二リッチ吸収液６１’とは、混合されない状態で、イオン液体再生部３０に案内される。そして、各リッチ吸収液６１，６１’から酸性ガス５２が放散され、第一リーン吸収液６２として第一イオン液体６０が、第二リーン吸収液６２’として第二イオン液体６０’がそれぞれ再生・回収される。イオン液体再生部３０において第一リーン吸収液６２と第二リーン吸収液６２’とは混合されることなく、第一リーン吸収液６２は第一送液部４０により第一液体供給部２１に導入され、第二リーン吸収液６２’は第二送液部４０’により第二液体供給部２１’に導入される。なお、イオン液体再生部３０に第一リッチ吸収液６１と第二リッチ吸収液６１’とが混合液の状態で案内される場合には、イオン液体再生部３０において各リッチ吸収液６１，６１’から酸性ガス５２を放散させ、第一リーン吸収液６２と第二リーン吸収液６２’との混合液を得る。そして、この混合液をイオン液体再生部３０からイオン液体回収部（図示しない）に案内し、イオン液体回収部において、各リーン吸収液６２，６２’を抽出等の公知の手段により分離すればよい。
【００７５】
また、第一イオン液体６０と第二イオン液体６０’とが同一の場合には、第一液体供給部２１と第二液体供給部２１’を一つにまとめて、装置の簡略化を図ってもよい。
【００７６】
また、酸性ガス分離装置１００Ｂでは、第一液体噴出部２２と第二液体噴出部２２’との間に、対向電極を配置してもよい。この場合、第一液体噴出部２２と第二液体噴出部２２’に同じ電圧が印加され、第一液体噴出部２２と対向電極との間、及び、第二液体噴出部２２’と対向電極との間に電界が形成される。この対向電極は、上記の実施形態で詳述した対向電極と同様である。
対向電極と各液体噴出部２２，２２’との距離は同一であってもよいし、異なっていてもよい。対向電極と各液体噴出部２２，２２’との距離は、使用するノズル２２ａ，２２ａ’及び対向電極の材質、ノズル２２ａ，２２ａ’の内径・外径や各液体噴出部２２，２２’から噴出されるイオン液体流量に応じて適宜調整することができる。
【００７７】
（２）また、上記の酸性ガス分離装置１００におけるノズル２２ａを複数配置し、電圧印加部２４に対して複数のノズル２２ａを並列に接続することができる。この場合、各ノズル２２ａに対向する対向電極２３を複数配置してもよいし、各ノズル２２ａに対向するように一つの対向電極２３を配置してもよい。図４には、電圧印加部２４に対して並列に接続された４つのノズル２２ａ１〜２２ａ４と、これらのノズル２２ａ１〜２２ａ４に対向する一つの対向電極２３とを配置した酸性ガス分離装置１００Ｃの要部を示す。なお、対向電極２３には、ノズル２２ａ１〜２２ａ４の各軸線の延長線上に開口部２３ａ１〜２３ａ４が形成されている。酸性ガス分離装置１００Ｃによれば、一つの電圧印加部２４で一度に複数のノズルに電圧を印加することができるため、酸性ガス５２の除去量を大きくすることができ、混合ガス５０に含まれる酸性ガス５２の分離を効率よく行うことができる。
【００７８】
（３）また、酸性ガス分離装置１００Ｂにおける対向する一対のノズル２２ａ，２２ａ’を複数配置し、電圧印加部に対してそれぞれのノズル２２ａ,２２ａ’を並列に接続してもよい。図５には、電圧印加部２４に対して並列に接続された４つのノズル２２ａ１〜２２ａ４と、ノズル２２ａ１〜２２ａ４に対向させつつ、電圧印加部２３に対して並列に接続された４つのノズル２２ａ１’〜２２ａ４’とを配置した酸性ガス分離装置１００Ｄの要部を示す。酸性ガス分離装置１００Ｄによれば、一つの電圧印加部２４で一度に複数の対向するノズルに電圧を印加することができるため、酸性ガス５２の除去量をより大きくすることができ、混合ガス５０に含まれる酸性ガス５２の分離をさらに効率よく行うことができる。なお、酸性ガス分離装置１００Ｄにおいても、酸性ガス分離装置１００Ｂと同様に、複数の対向するノズルの間に、対向電極を配置することができる。
【００７９】
また、上記の酸性ガス分離装置１００，１００Ａ〜１００Ｄは、混合ガス５０から酸性ガス５２を分離する用途のほか、埃やウィルス等の除去・吸着に用いることができる。
【実施例】
【００８０】
以下、本発明の実施例を述べるが、本発明の範囲はその趣旨を超えない限り、以下の例に限定されるものではない。
【００８１】
＜第一実施例＞
第一実施例では、図６に示す酸性ガス分離装置１００Ｅを用いた。この装置１００Ｅは、溶融シリカ製のノズル２２ａ（円筒形状、内径：１００μｍ、外径：３７５μｍ）と、ノズル２２ａの軸線上に配置したＳＵＳ製の対向電極２３（円形状の開口部２３ａの直径：１０ｍｍ）とを備えている。この装置１００Ｅを用い、チャンバ１００ａの内部空間に予め充填した二酸化炭素に、イオン液体６０を以下の条件で静電噴霧した。
【００８２】
（条件）
・イオン液体流量：３．０ｍＬ／ｈ
・ノズル２２ａの端部と対向電極２３との距離：６ｍｍ
【００８３】
なお、イオン液体６０としては、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアセテートを用いた。イオン液体６０の物性を以下の表１に示す。
【００８４】
【表１】
2019171255.tif 000003
【００８５】
印加電圧を２．５ｋＶ、３ｋＶ、３．５ｋＶ、４ｋＶ、４．５ｋＶ、５ｋＶ、５．５ｋＶ、６ｋＶ、６．５ｋＶとし、それぞれの印加電圧に対する液滴径の分布を動的光散乱法により計測した。具体的には、チャンバ１００ａの下部に設けた排出口１００ｂに配置したパーティクルアナライザ（WELAS2070、PALAS）を用いて、液滴径の分布を計測した。結果を図７に示す。
【００８６】
図７から、印加電圧が４ｋＶ以下では、液滴径の分布がほとんど変化していないことがわかる。つまり、印加電圧が４ｋＶ以下では、静電噴霧により微小液滴化したイオン液体６０が得られていない。
一方、印加電圧が４ｋＶを超えると、液滴径の分布に変化がみられる。つまり、印加電圧が４ｋＶを超えると、静電噴霧によりイオン液体６０を微小液滴化することができる。
なお、印加電圧が５．５ｋＶを超えると、計測される微小液滴の数が減少している。これは、印加電圧が大きくなると、装置１００Ｅの内部空間において微小液滴が広範囲に噴霧されるため、排出口１００ｂに配置されたパーティクルアナライザで計測することができる微小液滴の数が減少したためと推測される。
【００８７】
つまり、この酸性ガス分離装置１００Ｅでは、印加電圧が５．５ｋＶ以下のときに微小液滴を安定的に計測することができる。
したがって、以下の評価では、印加電圧の上限を５．５ｋＶとした。
印加電圧が５．５ｋＶのときの液滴径の分布を図８に示す。図８から、印加電圧が５．５ｋＶのときは、粒径が約２８０ｎｍの微小液滴を多く得られることがわかる。
【００８８】
（静電噴霧時におけるチャンバ内の圧力変化）
図６に示す酸性ガス分離装置１００Ｅにおいて、印加電圧が０ｋＶ、３．５ｋＶ、５．５ｋＶのときのチャンバ１００ａの内部空間における圧力及び温度の経時的な変化を、圧力センサー（ＡＰ−４４，ＫＥＹＥＮＣＥ）及び熱電対温度計（Ｋ熱電対、アズワン）を用いて測定した。結果を図９に示す。
【００８９】
図９から、チャンバ１００ａの内部空間に充填された二酸化炭素にイオン液体６０が接触すると、二酸化炭素がイオン液体６０に吸収・除去されるため、内部空間の圧力が低減することがわかる（印加電圧０．０ｋＶ参照）。また、印加電圧が大きくなると、イオン液体６０が微小液滴化され、比表面積が大きくなるため、二酸化炭素の吸収速度が向上し、その結果、二酸化炭素の除去量が大きくなり、チャンバ１００ａの内部空間の圧力が経時的に低減している（印加電圧３．５ｋＶ、５．５ｋＶ参照）。
【００９０】
なお、印加電圧が０ｋＶのときに比べ、印加電圧が３．５ｋＶのときにチャンバ１００ａの内部空間の圧力が経時的に低減する理由は以下のとおりである。
印加電圧が０ｋＶのとき、イオン液体６０は大径の液滴状（粒径：約２ｍｍ）となり、ノズル２２ａから滴下される。一方、印加電圧が３．５ｋＶのとき、イオン液体６０は微小液滴化されずに、ノズル２２ａから対向電極２３に向かって線状に延びる。つまり、液糸が生成される。ノズル２２ａから対向電極２３に向かって線状に延びたイオン液体６０（液糸状のイオン液体６０）は、大径の液滴状のイオン液体６０よりも比表面積が大きくなり、二酸化炭素に接触する面積が増えるため、二酸化炭素の吸収速度が向上し、その結果、二酸化炭素の除去量が向上する。
また、印加電圧が５．５ｋＶのときには、イオン液体６０が微小液滴化されるため、印加電圧が３．５ｋＶのときよりも、二酸化炭素に接触する面積が増える。したがって、二酸化炭素の吸収速度がより向上し、その結果、二酸化炭素の除去量がより向上する。
【００９１】
（静電噴霧時におけるチャンバ内の二酸化炭素除去量の経時変化）
チャンバ１００ａの内部空間における圧力変化から、イオン液体６０による二酸化炭素除去量の経時的な変化を算出した。結果を図１０に示す。
【００９２】
図１０から、印加電圧が大きくなると、微小液滴化されたイオン液体６０の数が増大し、二酸化炭素の吸収速度が大きくなるため、二酸化炭素の除去量が向上することがわかる。印加電圧が５．５ｋＶのときは、印加電圧が０ｋＶのときと比較して、二酸化炭素の除去量が約３倍向上している。
【００９３】
（静電噴霧時における二酸化炭素吸収速度の経時変化）
イオン液体６０による二酸化炭素除去量の経時的な変化から、二酸化炭素の吸収速度の経時的な変化を算出した。結果を図１１に示す。
【００９４】
図１１から、印加電圧が大きいほど二酸化炭素の吸収速度が大きいことがわかる。経時的に吸収速度が小さくなる理由は、二酸化炭素の除去に伴い、チャンバ１００ａの内部空間の圧力が低下するため、イオン液体６０に物理吸収される二酸化炭素の量が低減するためと考えられる。
【００９５】
＜第二実施例＞
第二実施例では、図１２に示す酸性ガス分離装置１００Ｆを用いた。この装置１００Ｆは、ガス供給部１０Ａ，１０Ｂを備えている。また、この装置１００Ｆは、ガス供給部１０Ａ，１０Ｂからチャンバ１００ａの内部空間に混合ガス５０を案内するガス供給流路１０ａと、チャンバ１００ａの内部空間から処理ガス５３を排出し、ガス供給流路１０ａに接続するガス排出流路１０ｂとを備えている。また、チャンバ１００ａ内に、内部空間の容積を調整する目的でスペーサが配置されている。
【００９６】
ガス供給部１０Ａには、窒素と二酸化炭素が充填されており、ガス供給部１０Ｂには、窒素が充填されている。これらのガス供給部１０Ａ，１０Ｂから供給されるガスの量を調整し、チャンバ１００ａの内部空間に、濃度０．９９６体積％の二酸化炭素を含有する混合ガス５０を供給した。なお、ノズル２２ａ、対向電極２３、イオン液体６０及び静電噴霧条件は第一実施例と同じである。
【００９７】
（静電噴霧時におけるチャンバ内の二酸化炭素濃度の経時変化）
この酸性ガス分離装置１００Ｆを用い、混合ガス５０が装置１００Ｆの内部を流動する雰囲気下において、二酸化炭素濃度の経時変化を計測した。
【００９８】
図１３には、イオン液体６０をノズル２２ａから噴出していない状態で、窒素充填したチャンバ内に濃度０．９９６体積％の二酸化炭素を送り込んだ時のチャンバ出口での二酸化炭素濃度の経時変化をＢａｔｃｈとして示した。また、図１３には、濃度０．９９６体積％の二酸化炭素を所定の流量で流しながら、印加電圧を０ｋＶ、３．５ｋＶ、４．５ｋＶ、５．５ｋＶとしたときのチャンバ出口における二酸化炭素濃度の経時変化を示した。なお、二酸化炭素の濃度は、ガス排出流路１０ｂに配置した赤外線ＣＯ２アナライザ（横河電機株式会社、IR200）を用いて計測した。
【００９９】
イオン液体６０をノズル２２ａから噴出していない状態でのチャンバ内における二酸化炭素濃度の経時変化（Ｂａｔｃｈ）をみると、混合ガス５０の供給開始から約２０分経過後に、二酸化炭素濃度が略一定となる。つまり、混合ガス５０の供給開始から約２０分経過後に、チャンバ１００ａの内部空間に、濃度０．９９６体積％の二酸化炭素を含有する混合ガス５０が充満したことがわかる。
また、図１３では、静電噴霧開始から約２０分を経過すると、二酸化炭素の濃度が略一定となっている。この理由は、一定の二酸化炭素濃度で供給され続ける混合ガス５０から、装置１００Ｆを用いたイオン液体６０の静電噴霧により除去することができる二酸化炭素の量（除去量）が一定になるためである。
【０１００】
（印加電圧に対する二酸化炭素濃度）
また、印加電圧に対する二酸化炭素の濃度を図１４に示す。この濃度は、チャンバ１００ａの内部空間の二酸化炭素濃度が安定した、混合ガス供給開始から約２０分経過した時点以降の二酸化炭素の濃度の平均値である。
【０１０１】
図１３および図１４から、印加電圧が大きいほど、混合ガス５０に含有される二酸化炭素の濃度が減少しているため、イオン液体６０の静電噴霧により二酸化炭素の除去量が向上することがわかる。
【０１０２】
＜考察＞
第一実施例では、密閉容器内における二酸化炭素吸収能の評価を行った。静電噴霧による二酸化炭素除去量は、電圧を印加しない場合と比べて大きくなり、イオン液体流量を３．０ｍＬ／ｈとし、５．５ｋＶの電圧をノズルと対向電極との間（距離６ｍｍ）に印加した場合において、３倍程度向上した。これは、イオン液体の静電噴霧により生成された比表面積の大きな微小液滴により、イオン液体の表面での二酸化炭素吸収反応（化学吸収）が促進されたためであり、二酸化炭素吸収における本技術の有効性が示された。
【０１０３】
また、第二実施例では、二酸化炭素濃度を０．９９６体積％とした二酸化炭素／窒素混合気を用い、流動下での二酸化炭素吸収能の評価を行った。イオン液体流量を３ｍＬ／ｈとし、電圧を印加しない場合には、二酸化炭素濃度は０．９９６体積％から０．８０体積％に減少する。一方、５．５ｋＶの電圧をノズルと対向電極との間（距離６ｍｍ）に印加した場合には、二酸化炭素濃度が０．９９６体積％から０．５１体積％まで減少し、イオン液体の静電噴霧による顕著な二酸化炭素分離吸収効果が得られた。本実験により、化学吸収法におけるイオン液体静電噴霧の有効性が示された。
【０１０４】
＜第三実施例＞
イオン液体６０として表１に記載の１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアセテートを用い、図６に示す酸性ガス分離装置１００Ｅにより、印加電圧０ｋＶ、４．０ｋＶ、６．２ｋＶのときのイオン液体１ｍｏｌ当たりに吸収される二酸化炭素の量（二酸化炭素ローディング率）の経時変化を測定した。結果を図１５に示す。
なお、二酸化炭素の除去量は、第一実施例と同様に、チャンバ１００ａの内部空間における圧力変化から算出した。また、静電噴霧の条件は以下のとおりであり、チャンバ内の雰囲気は２０℃、０．１ＭＰａとした。
（条件）
・イオン液体流量：２．０ｍＬ／ｈ
・ノズル２２ａの端部と対向電極２３との距離：６ｍｍ
【０１０５】
印加電圧が６．２ｋＶにおいて、静電噴霧開始から６０分経過後の二酸化炭素ローディング率は０．２７７であった。なお、図１５中の点線は、別途実験により求めた同条件における二酸化炭素ローディング率の平衡値（０．２８）である。
つまり、印加電圧を大きくすると、二酸化炭素ローディング率が平衡値に近づくことがわかる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０      ガス供給部
２０      静電噴霧部
２１      液体供給部
２２      液体噴出部
２３      対向電極
２４      電圧印加部
３０      イオン液体再生部
４０      送液部
５０      混合ガス
５１      非酸性ガス
５２      酸性ガス
５３      処理ガス
６０      イオン液体
６１      リッチ吸収液
６２      リーン吸収液
１００    酸性ガス分離装置
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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