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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024117567
(43)【公開日】2024-08-29
(54)【発明の名称】ガス分離装置
(51)【国際特許分類】
B01D 53/04 20060101AFI20240822BHJP
【ＦＩ】
B01D53/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023023730
(22)【出願日】2023-02-17
(71)【出願人】
【識別番号】000003609
【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】100160691
【弁理士】
【氏名又は名称】田邊 淳也
(74)【代理人】
【識別番号】100157277
【弁理士】
【氏名又は名称】板倉 幸恵
(72)【発明者】
【氏名】小宅 教文
(72)【発明者】
【氏名】山本 征治
(72)【発明者】
【氏名】今川 晴雄
(72)【発明者】
【氏名】永田 哲治
【テーマコード（参考）】
4D012
【Ｆターム（参考）】
4D012CA03
4D012CB16
4D012CB17
4D012CD07
4D012CE01
4D012CF01
4D012CF02
(57)【要約】
【課題】混合ガスから特定ガスを分離するガス分離装置において、得られる特定ガス純度の向上と、混合ガスからの特定ガス回収率の向上と、を図る。
【解決手段】ガス分離装置は、混合ガスに含まれる特定ガスを第１濃度に濃縮する第１分離器と、第１分離器よりも下流側に設けられ、特定ガスを第１濃度よりも高い第２濃度に濃縮する第２分離器と、第１分離器から特定ガスを脱離させる第１脱離部と、第２分離器から特定ガスを脱離させる第２脱離部と、を備え、第１分離器と、第２分離器とは、それぞれ、特定ガスを吸着する吸着材が収容された吸着塔を有しており、第１分離器が有する吸着塔の数は、第２分離器が有する吸着塔の数よりも多い。
【選択図】図２
【解決手段】ガス分離装置は、混合ガスに含まれる特定ガスを第１濃度に濃縮する第１分離器と、第１分離器よりも下流側に設けられ、特定ガスを第１濃度よりも高い第２濃度に濃縮する第２分離器と、第１分離器から特定ガスを脱離させる第１脱離部と、第２分離器から特定ガスを脱離させる第２脱離部と、を備え、第１分離器と、第２分離器とは、それぞれ、特定ガスを吸着する吸着材が収容された吸着塔を有しており、第１分離器が有する吸着塔の数は、第２分離器が有する吸着塔の数よりも多い。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガス分離装置であって、
混合ガスに含まれる特定ガスを第１濃度に濃縮する第１分離器と、
前記第１分離器よりも下流側に設けられ、前記特定ガスを前記第１濃度よりも高い第２濃度に濃縮する第２分離器と、
前記第１分離器から前記特定ガスを脱離させる第１脱離部と、
前記第２分離器から前記特定ガスを脱離させる第２脱離部と、
を備え、
前記第１分離器と、前記第２分離器とは、それぞれ、前記特定ガスを吸着する吸着材が収容された吸着塔を有しており、
前記第１分離器が有する前記吸着塔の数は、前記第２分離器が有する前記吸着塔の数よりも多い、ガス分離装置。
混合ガスに含まれる特定ガスを第１濃度に濃縮する第１分離器と、
前記第１分離器よりも下流側に設けられ、前記特定ガスを前記第１濃度よりも高い第２濃度に濃縮する第２分離器と、
前記第１分離器から前記特定ガスを脱離させる第１脱離部と、
前記第２分離器から前記特定ガスを脱離させる第２脱離部と、
を備え、
前記第１分離器と、前記第２分離器とは、それぞれ、前記特定ガスを吸着する吸着材が収容された吸着塔を有しており、
前記第１分離器が有する前記吸着塔の数は、前記第２分離器が有する前記吸着塔の数よりも多い、ガス分離装置。
【請求項2】
請求項１に記載のガス分離装置であって、
前記第１分離器が有する前記吸着塔の数をＮ（Ｎは任意の自然数）とし、
前記第１分離器の各前記吸着塔において、前記混合ガス中の前記特定ガスを前記吸着材に吸着させる吸着工程の時間をｔａｄｓ１としたとき、
前記第１分離器は、Ｎ×ｔａｄｓ１を１サイクルとして、前記特定ガスの吸着と脱離とを繰り返し、
前記第２分離器は、前記第１分離器の吸着工程の時間ｔａｄｓ１を１サイクルとして、前記特定ガスの吸着と脱離とを繰り返す、ガス分離装置。
前記第１分離器が有する前記吸着塔の数をＮ（Ｎは任意の自然数）とし、
前記第１分離器の各前記吸着塔において、前記混合ガス中の前記特定ガスを前記吸着材に吸着させる吸着工程の時間をｔａｄｓ１としたとき、
前記第１分離器は、Ｎ×ｔａｄｓ１を１サイクルとして、前記特定ガスの吸着と脱離とを繰り返し、
前記第２分離器は、前記第１分離器の吸着工程の時間ｔａｄｓ１を１サイクルとして、前記特定ガスの吸着と脱離とを繰り返す、ガス分離装置。
【請求項3】
請求項２に記載のガス分離装置であって、
前記第１分離器の各前記吸着塔において、前記吸着材から前記特定ガスを脱離させる脱離工程の時間をｔｄｅｓ１とし、
前記第２分離器の前記吸着塔において、前記混合ガス中の前記特定ガスを前記吸着材に吸着させる吸着工程の時間をｔａｄｓ２としたとき、
前記第１分離器における脱離工程の時間ｔｄｅｓ１と、前記第２分離器における吸着工程の時間ｔａｄｓ２とが等しい、ガス分離装置。
前記第１分離器の各前記吸着塔において、前記吸着材から前記特定ガスを脱離させる脱離工程の時間をｔｄｅｓ１とし、
前記第２分離器の前記吸着塔において、前記混合ガス中の前記特定ガスを前記吸着材に吸着させる吸着工程の時間をｔａｄｓ２としたとき、
前記第１分離器における脱離工程の時間ｔｄｅｓ１と、前記第２分離器における吸着工程の時間ｔａｄｓ２とが等しい、ガス分離装置。
【請求項4】
請求項３に記載のガス分離装置であって、
前記第１濃度は、前記第１分離器からの排出ガスに占める前記特定ガスの濃度であり、
前記第１分離器は、前記第１濃度を１０％以上、かつ、８５％以下とする、ガス分離装置。
前記第１濃度は、前記第１分離器からの排出ガスに占める前記特定ガスの濃度であり、
前記第１分離器は、前記第１濃度を１０％以上、かつ、８５％以下とする、ガス分離装置。
【請求項5】
請求項４に記載のガス分離装置であって、
前記第１分離器は、前記第１濃度を２５％以上、かつ、７０％以下とする、ガス分離装置。
前記第１分離器は、前記第１濃度を２５％以上、かつ、７０％以下とする、ガス分離装置。
【請求項6】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガス分離装置であって、
前記第２濃度は、前記第２分離器からの分離ガスに占める前記特定ガスの濃度であり、
前記第２分離器は、前記第２濃度を９５％以上とする、ガス分離装置。
前記第２濃度は、前記第２分離器からの分離ガスに占める前記特定ガスの濃度であり、
前記第２分離器は、前記第２濃度を９５％以上とする、ガス分離装置。
【請求項7】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガス分離装置であって、
前記混合ガスからの前記特定ガスの回収率が９５％以上である、ガス分離装置。
前記混合ガスからの前記特定ガスの回収率が９５％以上である、ガス分離装置。
【請求項8】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガス分離装置であって、
前記第２分離器が有する前記吸着塔の数は１である、ガス分離装置。
前記第２分離器が有する前記吸着塔の数は１である、ガス分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガス分離装置に関する。
【背景技術】
【0002】
図１は、背景技術及び課題の説明図である。二酸化炭素（ＣＯ2）、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、水蒸気（Ｈ2Ｏ）等を含む混合ガスから、二酸化炭素を分離して再利用する技術が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。図１（Ａ）は、このような技術を実現するためのガス分離装置の一例を示す。ガス分離装置は、混合ガスの供給を受けて、混合ガスに含まれる二酸化炭素を濃縮・分離し、主として二酸化炭素を含む分離ガスと、主として二酸化炭素以外のガスを含む廃棄ガスと、を排出する。ここで、混合ガス中の二酸化炭素ガス量Ａは、分離ガス中の二酸化炭素ガス量Ｂと、廃棄ガス中の二酸化炭素ガス量Ｃとの和である（Ａ＝Ｂ＋Ｃ）。なお、図１（Ａ）において「Ｄ」は、分離ガス中の二酸化炭素以外のガス量を意味する。
【0003】
ガス分離装置では、分離ガス中の二酸化炭素濃度（以降「二酸化炭素純度」とも呼ぶ）の向上と、混合ガスからの二酸化炭素回収率の向上と、を図ることが求められていた。ここで、二酸化炭素純度（分離ガス中の二酸化炭素濃度）は、分離ガスに占める二酸化炭素ガスの濃度を意味し、図１（Ａ）において「Ｂ／（Ｂ＋Ｄ）」で表される。また、二酸化炭素回収率は、ガス分離装置によって回収された二酸化炭素量を意味し、図１（Ａ）において「Ｂ／Ａ」もしくは「（１－Ｃ）／Ｂ」で表される。なお、二酸化炭素純度、及び、二酸化炭素回収率を％表記とする場合、得られた各値に１００を乗じればよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第８１２８７３４号明細書
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】Haghpanah R, Nilam R, Rajendran A, Farooq S, and Karimi I.A, Cycle synthesis and optimization of a VSA process for postcombustion CO2 capture, AIChE Journal 59(12), Dec 2013, 4735-4748.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１には、４つの吸着塔を備える１段目の分離器の下流側に、４つの吸着塔を備える２段目の分離器を配置し、１段目及び２段目の分離器を同一のサイクル時間で動作させることで、得られる二酸化炭素純度の向上と、混合ガスからの二酸化炭素回収率の向上とを図る技術が記載されている。しかし、特許文献１に記載の技術は、１段目の分離器からの排出ガスが連続的であることが前提となっているため、１段目の分離器から間欠的にガスが排出されるような工程編成（例えば、１段目の分離器において、窒素ガスをパージするＬｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程や、Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程後のガスを再投入するＨｅａｖｙ Ｒｅｆｌｕｘ工程等を組み込んだ工程編成）とした場合、１段目及び２段目の分離器を同一のサイクル時間で動作させることができず、機能しないという課題があった。
【0007】
非特許文献１には、通常の４ステップ圧力スイング法を、５ステップや６ステップの高度な圧力スイングにすることで、分離エネルギや体格を増大させずに、二酸化炭素の二酸化炭素純度の向上と、混合ガスからの二酸化炭素回収率の向上とを図る技術が記載されている。しかし、非特許文献１に記載の技術では、供給される混合ガス中の二酸化炭素濃度が低い（例えば、１０％以下）場合には、得られる二酸化炭素純度が頭打ちするという課題があった。図１（Ｂ）には、混合ガス中の二酸化炭素濃度が１．５％の混合ガスに対して、５ステップ圧力スイング法を用いて、様々な条件下で二酸化炭素を分離した際の、二酸化炭素純度及び二酸化炭素回収率のシミュレーション結果を示す。図１（Ｂ）から明らかなように、混合ガス中の二酸化炭素濃度が低い場合、得られる二酸化炭素純度はおよそ０．９（９０％）で頭打ちし、図１（Ｂ）において太枠矩形で示す高純度かつ高回収率（二酸化炭素純度９５％かつ二酸化炭素回収率９５％）は達成できない。これは、吸着材が二酸化炭素だけでなく、窒素などの二酸化炭素以外のガスを吸着することによって、サイクルを高度化しても二酸化炭素純度に限界があることに起因する。
【0008】
ガス分離装置において、得られる二酸化炭素純度は高いほど好ましく、後工程において圧縮を行ったり、メタン（ＣＨ4）へと化学反応させる場合には、二酸化炭素純度は９５％以上であることが好ましい。また、混合ガスからの二酸化炭素回収率も高いほど好ましく、１００％であることが理想的であるものの、エネルギ効率やガス分離装置の体格を考慮すると、二酸化炭素回収率は９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましい。
【0009】
なお、このような課題は、二酸化炭素、酸素、窒素、水蒸気等を含む混合ガスから、二酸化炭素を分離する技術に限らず、異なる種類のガスを含む混合ガスから、特定ガスを分離する技術の全般に共通に共通する。
【0010】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、混合ガスから特定ガスを分離するガス分離装置において、得られる特定ガス純度の向上と、混合ガスからの特定ガス回収率の向上と、を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【0012】
（１）本発明の一形態によれば、ガス分離装置が提供される。このガス分離装置は、混合ガスに含まれる特定ガスを第１濃度に濃縮する第１分離器と、前記第１分離器よりも下流側に設けられ、前記特定ガスを前記第１濃度よりも高い第２濃度に濃縮する第２分離器と、前記第１分離器から前記特定ガスを脱離させる第１脱離部と、前記第２分離器から前記特定ガスを脱離させる第２脱離部と、を備え、前記第１分離器と、前記第２分離器とは、それぞれ、前記特定ガスを吸着する吸着材が収容された吸着塔を有しており、前記第１分離器が有する前記吸着塔の数は、前記第２分離器が有する前記吸着塔の数よりも多い。
【0013】
この構成によれば、１段目の第１分離器によって混合ガス中の特定ガスを第１濃度に濃縮した後で、２段目の第２分離器によって特定ガスを第２濃度に濃縮する。このように、２段構成にされた分離器によって特定ガスの濃縮を行うことによって、１段構成の分離器を用いる場合と比較して、混合ガス中の特定ガス濃度が低い場合であっても、得られる特定ガス純度の向上と、混合ガスからの特定ガス回収率の向上とを図ることが可能となる。また、１段目の第１分離器が有する吸着塔の数は、２段目の第２分離器が有する吸着塔の数よりも多い。このため、１段目の分離器から間欠的にガスが排出されるような工程編成（例えば、１段目の分離器において、窒素ガスをパージするＬｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程や、Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程後のガスを再投入するＨｅａｖｙ Ｒｅｆｌｕｘ工程等を組み込んだ工程編成）を採用できる。
【0014】
（２）上記形態のガス分離装置において、前記第１分離器が有する前記吸着塔の数をＮ（Ｎは任意の自然数）とし、前記第１分離器の各前記吸着塔において、前記混合ガス中の前記特定ガスを前記吸着材に吸着させる吸着工程の時間をｔａｄｓ１としたとき、前記第１分離器は、Ｎ×ｔａｄｓ１を１サイクルとして、前記特定ガスの吸着と脱離とを繰り返し、前記第２分離器は、前記第１分離器の吸着工程の時間ｔａｄｓ１を１サイクルとして、前記特定ガスの吸着と脱離とを繰り返してもよい。
この構成によれば、１段目の第１分離器は、Ｎ×ｔａｄｓ１を１サイクルとして、特定ガスの吸着と脱離とを繰り返し、２段目の第２分離器は、第１分離器の吸着工程の時間ｔａｄｓ１を１サイクルとして、特定ガスの吸着と脱離とを繰り返す。すなわち、第２分離器は、第１分離器のサイクル時間の１／Ｎ（１／塔数）で動作する。このようにすれば、１段目の第１分離器と、２段目の第２分離器との間に、中間タンク等のバッファを設けることなく、第１分離器と第２分離器とを連携して動作させることができる。この結果、ガス分離装置の構成をシンプルにして、装置の大型化を抑制し、低コスト化を図ることができる。
この構成によれば、１段目の第１分離器は、Ｎ×ｔａｄｓ１を１サイクルとして、特定ガスの吸着と脱離とを繰り返し、２段目の第２分離器は、第１分離器の吸着工程の時間ｔａｄｓ１を１サイクルとして、特定ガスの吸着と脱離とを繰り返す。すなわち、第２分離器は、第１分離器のサイクル時間の１／Ｎ（１／塔数）で動作する。このようにすれば、１段目の第１分離器と、２段目の第２分離器との間に、中間タンク等のバッファを設けることなく、第１分離器と第２分離器とを連携して動作させることができる。この結果、ガス分離装置の構成をシンプルにして、装置の大型化を抑制し、低コスト化を図ることができる。
【0015】
（３）上記形態のガス分離装置において、前記第１分離器の各前記吸着塔において、前記吸着材から前記特定ガスを脱離させる脱離工程の時間をｔｄｅｓ１とし、前記第２分離器の前記吸着塔において、前記混合ガス中の前記特定ガスを前記吸着材に吸着させる吸着工程の時間をｔａｄｓ２としたとき、前記第１分離器における脱離工程の時間ｔｄｅｓ１と、前記第２分離器における吸着工程の時間ｔａｄｓ２とが等しくてもよい。
この構成によれば、１段目の第１分離器における脱離工程の時間ｔｄｅｓ１と、２段目の第２分離器における吸着工程の時間ｔａｄｓ２とが等しいため、第１分離器と第２分離器とをより一層連携して動作させることができる。
この構成によれば、１段目の第１分離器における脱離工程の時間ｔｄｅｓ１と、２段目の第２分離器における吸着工程の時間ｔａｄｓ２とが等しいため、第１分離器と第２分離器とをより一層連携して動作させることができる。
【0016】
（４）上記形態のガス分離装置において、前記第１濃度は、前記第１分離器からの排出ガスに占める前記特定ガスの濃度であり、前記第１分離器は、前記第１濃度を１０％以上、かつ、８５％以下としてもよい。
この構成によれば、１段目の第１分離器は、第１濃度を１０％以上、かつ、８５％以下とするため、混合ガス中の特定ガス濃度が低い場合であっても、得られる特定ガス純度の向上と、混合ガスからの特定ガス回収率の向上とを図ることが可能となる。
この構成によれば、１段目の第１分離器は、第１濃度を１０％以上、かつ、８５％以下とするため、混合ガス中の特定ガス濃度が低い場合であっても、得られる特定ガス純度の向上と、混合ガスからの特定ガス回収率の向上とを図ることが可能となる。
【0017】
（５）上記形態のガス分離装置において、前記第１分離器は、前記第１濃度を２５％以上、かつ、７０％以下としてもよい。
この構成によれば、１段目の第１分離器は、第１濃度を２５％以上、かつ、７０％以下とするため、混合ガス中の特定ガス濃度が低い場合であっても、得られる特定ガス純度の向上と、混合ガスからの特定ガス回収率の向上とを図ると共に、分離エネルギを低減することができる。
この構成によれば、１段目の第１分離器は、第１濃度を２５％以上、かつ、７０％以下とするため、混合ガス中の特定ガス濃度が低い場合であっても、得られる特定ガス純度の向上と、混合ガスからの特定ガス回収率の向上とを図ると共に、分離エネルギを低減することができる。
【0018】
（６）上記形態のガス分離装置において、前記第２濃度は、前記第２分離器からの分離ガスに占める前記特定ガスの濃度であり、前記第２分離器は、前記第２濃度を９５％以上としてもよい。
この構成によれば、２段目の第２分離器は、第２濃度を９５％以上とするため、得られる特定ガス純度を、後工程（例えば、特定ガスの圧縮工程、特定ガスを用いた燃料製造工程等）での利用にあたって好ましい純度まで高純度化できる。
この構成によれば、２段目の第２分離器は、第２濃度を９５％以上とするため、得られる特定ガス純度を、後工程（例えば、特定ガスの圧縮工程、特定ガスを用いた燃料製造工程等）での利用にあたって好ましい純度まで高純度化できる。
【0019】
（７）上記形態のガス分離装置において、前記混合ガスからの前記特定ガスの回収率が９５％以上であってもよい。
この構成によれば、混合ガスからの特定ガスの回収率が９５％以上であるため、混合ガスからの特定ガス回収率を高くできる。
この構成によれば、混合ガスからの特定ガスの回収率が９５％以上であるため、混合ガスからの特定ガス回収率を高くできる。
【0020】
（８）上記形態のガス分離装置において、前記第２分離器が有する前記吸着塔の数は１であってもよい。
この構成によれば、２段目の第２分離器が有する吸着塔の数は１であるため、ガス分離装置の構成をシンプルにして、装置の大型化を抑制し、低コスト化を図ることができる。
この構成によれば、２段目の第２分離器が有する吸着塔の数は１であるため、ガス分離装置の構成をシンプルにして、装置の大型化を抑制し、低コスト化を図ることができる。
【0021】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ガス分離装置、多段に配置された分離器を含むガス分離システム、ガス分離装置を備える燃料製造装置（例えば、メタン製造装置）これら装置及びシステムの制御装置、制御方法、これら装置及びシステムを制御するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】背景技術及び課題の説明図である。
【図2】本発明の一実施形態としてのガス分離装置の構成を例示した説明図である。
【図3】ガス分離装置の工程図である。
【図4】各吸着塔における工程遷移を示す図である。
【図5】二酸化炭素回収率に関するシミュレーション結果を示す図である。
【図6】第１比較例のガス分離装置について説明する図である。
【図7】第２比較例のガス分離装置について説明する図である。
【図8】第３比較例のガス分離装置について説明する図である。
【図9】第１分離器における濃縮エネルギに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図10】ガス分離装置における分離エネルギに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図11】第２実施形態のガス分離装置の構成を例示した説明図である。
【図12】第２実施形態のガス分離装置の工程図である。
【図13】第１分離器の第１吸着塔における工程遷移を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
＜第１実施形態＞
図２は、本発明の一実施形態としてのガス分離装置１の構成を例示した説明図である。ガス分離装置１は、二酸化炭素（ＣＯ2）、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、水蒸気（Ｈ2Ｏ）等を含む「混合ガス」から、二酸化炭素を分離して、二酸化炭素を多く含む「分離ガス」を排出する。混合ガスには、例えば、工場などからの燃焼排ガスを利用できる。分離ガスは、例えば、燃料としてのメタン（ＣＨ4）の生成のための原料として利用できる。本実施形態において、二酸化炭素は「特定ガス」に相当する。なお、以降の実施形態では、二酸化炭素、酸素、窒素、水蒸気等を含む混合ガスから、二酸化炭素を分離するガス分離装置１について説明するが、ガス分離装置１は、異なる種類のガスを含む混合ガスから、二酸化炭素とは異なる特定ガスを分離するように構成されてもよい。
図２は、本発明の一実施形態としてのガス分離装置１の構成を例示した説明図である。ガス分離装置１は、二酸化炭素（ＣＯ2）、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、水蒸気（Ｈ2Ｏ）等を含む「混合ガス」から、二酸化炭素を分離して、二酸化炭素を多く含む「分離ガス」を排出する。混合ガスには、例えば、工場などからの燃焼排ガスを利用できる。分離ガスは、例えば、燃料としてのメタン（ＣＨ4）の生成のための原料として利用できる。本実施形態において、二酸化炭素は「特定ガス」に相当する。なお、以降の実施形態では、二酸化炭素、酸素、窒素、水蒸気等を含む混合ガスから、二酸化炭素を分離するガス分離装置１について説明するが、ガス分離装置１は、異なる種類のガスを含む混合ガスから、二酸化炭素とは異なる特定ガスを分離するように構成されてもよい。
【0024】
ガス分離装置１は、第１分離器１０と、第１分離器１０よりも下流側に設けられた第２分離器２０と、第１脱離部３１と、第２脱離部３２と、制御装置５０と、を備えている。第１分離器１０は、外部から混合ガスの供給を受け、混合ガスに含まれる二酸化炭素を第１濃度に濃縮する１段目の分離器である。第１脱離部３１は、第１分離器１０から二酸化炭素を脱離させるための真空ポンプである。第２分離器２０は、１段目の第１分離器１０から混合ガスの供給を受け、混合ガスに含まれる二酸化炭素を、第１濃度よりも高い第２濃度に濃縮する２段目の分離器である。第２脱離部３２は、第２分離器２０から二酸化炭素を脱離させるための真空ポンプである。このように、本実施形態のガス分離装置１は、真空ポンプ３１，３２を利用した圧力スイング法によって二酸化炭素の脱離を行う。
【0025】
第１分離器１０は、複数（図示の例では３つ）の吸着塔１０ａ～１０ｃを備えている。各吸着塔１０ａ～１０ｃは、それぞれ、円筒形状の筐体の内部に、第１吸着材１００が収容された構成を有する。第１吸着材１００は、特定ガスとしての二酸化炭素を吸着する吸着材である。第１吸着材１００としては、ゼオライト、活性炭、金属有機構造体（ＭＯＦ：Metal Organic Frameworks）等を使用できる。ここで、第１分離器１０に収容される第１吸着材１００としては、低濃度域の吸着性能が高い吸着材（例えば、ゼオライト、低濃度域の吸着性能を向上させるよう調整したＭＯＦ等）が使用されることが好ましい。
【0026】
第１分離器１０の吸着塔１０ａ～１０ｃには、それぞれ、複数の流路１１ａ～１１ｃ，１２ａ～１２ｃ，１３ａ～１３ｃ，１４ａ～１４ｃ，１５，１６が接続されている。以降、各流路について、第１吸着塔１０ａを例示して説明する。
【0027】
混合ガス流路１１ａは、外部に設けられた工場やタンク等から、第１吸着塔１０ａに対して混合ガスを供給するための流路である。混合ガス流路１１ａには、流路の開閉やガス流量の調整をするための弁が設けられている。混合ガス流路１１ｂ，ｃは、接続先が第２吸着塔１０ｂ、第３吸着塔１０ｃである点を除き、混合ガス流路１１ａと同様の構成を有する。
【0028】
排出ガス流路１２ａは、第１吸着塔１０ａからの排出ガスであって、排出ガス中の二酸化炭素が第１濃度まで濃縮されたガスを排出するための流路である。排出ガス流路１２ａは、第１脱離部３１の上流側に接続されている。排出ガス流路１２ａには、流路の開閉やガス流量の調整をするための弁が設けられている。排出ガス流路１２ｂ，ｃは、接続先が第２吸着塔１０ｂ、第３吸着塔１０ｃである点を除き、排出ガス流路１２ａと同様の構成を有する。
【0029】
循環流路１３ａは、第１脱離部３１から排出されたガスを、混合ガス流路１１ａへと戻すための流路である。循環流路１３ａには、流路の開閉やガス流量の調整をするための弁が設けられている。循環流路１３ｂ，ｃは、接続先が第２吸着塔１０ｂ、第３吸着塔１０ｃである点を除き、循環流路１３ａと同様の構成を有する。
【0030】
廃棄ガス流路１４ａは、第１吸着塔１０ａからの廃棄ガスであって、二酸化炭素以外のガスを多く含むガスを外部に廃棄するための流路である。廃棄ガス流路１４ａには、流路の開閉やガス流量の調整をするための弁が設けられている。廃棄ガス流路１４ｂ，ｃは、接続先が第２吸着塔１０ｂ、第３吸着塔１０ｃである点を除き、廃棄ガス流路１４ａと同様の構成を有する。
【0031】
バイパス流路１５は、廃棄ガス流路１４ａと廃棄ガス流路１４ｃとを接続する流路である。バイパス流路１６は、廃棄ガス流路１４ａと廃棄ガス流路１４ｂ、及び、廃棄ガス流路１４ｂと廃棄ガス流路１４ｃとを接続する流路である。バイパス流路１５と、バイパス流路１６とには、それぞれ、流路の開閉やガス流量の調整をするための弁が設けられている。
【0032】
第２分離器２０は、第１分離器１０の吸着塔数よりも少ない数（図示の例では１つ）の吸着塔２０ａを備えている。吸着塔２０ａは、円筒形状の筐体の内部に、第２吸着材２００が収容された構成を有する。第２吸着材２００は、特定ガスとしての二酸化炭素を吸着する吸着材である。第２吸着材２００としては、ゼオライト、活性炭、金属有機構造体（ＭＯＦ）等を使用できる。ここで、第２分離器２０に収容される第２吸着材２００としては、高濃度域の吸着性能が高い吸着材（例えば、活性炭、高濃度域の吸着性能を向上させるよう調整したＭＯＦ等）が使用されることが好ましい。
【0033】
第２分離器２０の吸着塔２０ａには、複数の流路２１，２２，２４，２５，４１，４２が接続されている。
【0034】
混合ガス流路２１は、第１脱離部３１よりも下流側において、第１分離器１０と第２分離器２０とを接続している。混合ガス流路２１は、第１分離器１０からの排出ガスであって、排出ガス中の二酸化炭素が第１濃度まで濃縮されたガスを、吸着塔２０ａ（第２分離器２０）へと供給するための流路である。混合ガス流路２１には、流路の開閉やガス流量の調整をするための弁が設けられている。
【0035】
排出ガス流路２２は、吸着塔２０ａからの排出ガスであって、排出ガス中の二酸化炭素が、第１濃度よりも高い第２濃度まで濃縮されたガスを排出するための流路である。排出ガス流路２２は、第２脱離部３２に接続されている。排出ガス流路２２には、流路の開閉やガス流量の調整をするための弁が設けられている。
【0036】
循環流路２３は、吸着塔２０ａから排出されたガスを、吸着塔２０ａへと戻すための流路である。循環流路２３には、流路の開閉やガス流量の調整をするための弁が設けられている。
【0037】
廃棄ガス流路２４は、吸着塔２０ａからの廃棄ガスであって、二酸化炭素以外のガスを含むガスを外部に廃棄するための流路である。廃棄ガス流路２４には、流路の開閉やガス流量の調整をするための弁が設けられている。
【0038】
分離ガス流路４１は、吸着塔２０ａ（第２分離器２０）からの排出ガスであって、排出ガス中の二酸化炭素が第２濃度まで濃縮されたガスを排出するための流路である。分離ガス流路４１は、第２脱離部３２の下流側に接続されている。分離ガス流路４１から排出されるガスは、ガス分離装置１によって生成される「分離ガス」に相当し、この分離ガスを用いて、後工程での燃料生成（例えばメタン生成）が行われる。分離ガス流路４１には、流路の開閉やガス流量の調整をするための弁が設けられている。
【0039】
廃棄ガス流路４２は、吸着塔２０ａ（第２分離器２０）からの廃棄ガスを外部に廃棄するための流路である。廃棄ガス流路４２は、第２脱離部３２の下流側に接続されている。廃棄ガス流路４２には、流路の開閉やガス流量の調整をするための弁が設けられている。
【0040】
制御装置５０は、各流路１１ａ～１１ｃ，１２ａ～１２ｃ，１３ａ～１３ｃ，１４ａ～１４ｃ，１５，１６，２１，２２，２４，２５，４１，４２上に設けられた弁の開閉を行うことにより、流路上のガス流通有無、及び、ガスの流量を制御するコンピュータである。制御装置５０は、上述した各弁の開閉によって、以下に説明する各工程を実行する。
【0041】
図３は、ガス分離装置１の工程図である。図４は、各吸着塔における工程遷移を示す図である。図４（Ａ）は、第１分離器１０の第１吸着塔１０ａにおける工程遷移を表し、図４（Ｂ）は、第２分離器２０の吸着塔２０ａにおける工程遷移を表す。
【0042】
第１分離器１０の吸着塔１０ａ～１０ｃでは、以下に示す工程ａ１～ａ５が実行される。図３及び図４（Ａ）を参照しつつ各工程について説明する。
（ａ１）吸着工程Ａｄｓ：吸着塔１０ａ～１０ｃに混合ガスを供給し、吸着塔１０ａ～１０ｃの第１吸着材１００に二酸化炭素を吸着させる工程。二酸化炭素吸着後のガスの少なくとも一部は、廃棄ガスとして排出される。二酸化炭素吸着後のガスの残部は、Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程において使用される。
（ａ２）Ｈｅａｖｙ Ｒｅｆｌｕｘ工程ＨＲ：Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程からの出ガスを、循環流路１３ａ～１３ｃを介して吸着塔１０ａ～１０ｃに供給し、第１吸着材１００に二酸化炭素を再吸着させる工程。二酸化炭素吸着後のガスは、廃棄ガスとして排出される。
（ａ３）脱離工程Ｄｅｓ：第１脱離部３１を用いて、吸着塔１０ａ～１０ｃの第１吸着材１００から二酸化炭素を脱離させる工程。脱離された二酸化炭素を多く含む排出ガスは、混合ガス流路２１を介して第２分離器２０へと供給される。
（ａ４）Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程ＬＲ：吸着工程を終えたガスのうちの窒素ガスを、バイパス流路１５及びバイパス流路１６を介して吸着塔１０ａ～１０ｃに供給し、吸着塔１０ａ～１０ｃの内部をパージする工程。
（ａ５）圧力回復工程Ｐｒ：第１脱離部３１により減圧状態となった吸着塔１０ａ～１０ｃの内部圧力を、所定圧力（例えば大気圧）まで回復させる工程。
（ａ１）吸着工程Ａｄｓ：吸着塔１０ａ～１０ｃに混合ガスを供給し、吸着塔１０ａ～１０ｃの第１吸着材１００に二酸化炭素を吸着させる工程。二酸化炭素吸着後のガスの少なくとも一部は、廃棄ガスとして排出される。二酸化炭素吸着後のガスの残部は、Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程において使用される。
（ａ２）Ｈｅａｖｙ Ｒｅｆｌｕｘ工程ＨＲ：Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程からの出ガスを、循環流路１３ａ～１３ｃを介して吸着塔１０ａ～１０ｃに供給し、第１吸着材１００に二酸化炭素を再吸着させる工程。二酸化炭素吸着後のガスは、廃棄ガスとして排出される。
（ａ３）脱離工程Ｄｅｓ：第１脱離部３１を用いて、吸着塔１０ａ～１０ｃの第１吸着材１００から二酸化炭素を脱離させる工程。脱離された二酸化炭素を多く含む排出ガスは、混合ガス流路２１を介して第２分離器２０へと供給される。
（ａ４）Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程ＬＲ：吸着工程を終えたガスのうちの窒素ガスを、バイパス流路１５及びバイパス流路１６を介して吸着塔１０ａ～１０ｃに供給し、吸着塔１０ａ～１０ｃの内部をパージする工程。
（ａ５）圧力回復工程Ｐｒ：第１脱離部３１により減圧状態となった吸着塔１０ａ～１０ｃの内部圧力を、所定圧力（例えば大気圧）まで回復させる工程。
【0043】
第２分離器２０の吸着塔２０ａでは、以下に示す工程ｂ１～ｂ４が実行される。図３及び図４（Ｂ）を参照しつつ各工程について説明する。
（ｂ１）吸着工程Ａｄｓ：吸着塔２０ａに混合ガス（第１分離器１０からの排出ガス）を供給し、吸着塔２０ａの第２吸着材２００に二酸化炭素を吸着させる工程。二酸化炭素吸着後のガスは、廃棄ガスとして排出される。
（ｂ２）排出工程Ｅｖａｃ：吸着塔２０ａ内部の窒素ガスを、第２脱離部３２によって吸引して、廃棄ガス流路４２を介して排出する工程。
（ｂ３）脱離工程Ｄｅｓ：第２脱離部３２を用いて、吸着塔２０ａの第２吸着材２００から二酸化炭素を脱離させる工程。脱離されたガスは分離ガスとして、分離ガス流路４１を介して外部へと排出される。
（ｂ４）圧力回復工程Ｐｒ：第２脱離部３２により減圧状態となった吸着塔２０ａの内部圧力を、所定圧力（例えば大気圧）まで回復させる工程。
（ｂ１）吸着工程Ａｄｓ：吸着塔２０ａに混合ガス（第１分離器１０からの排出ガス）を供給し、吸着塔２０ａの第２吸着材２００に二酸化炭素を吸着させる工程。二酸化炭素吸着後のガスは、廃棄ガスとして排出される。
（ｂ２）排出工程Ｅｖａｃ：吸着塔２０ａ内部の窒素ガスを、第２脱離部３２によって吸引して、廃棄ガス流路４２を介して排出する工程。
（ｂ３）脱離工程Ｄｅｓ：第２脱離部３２を用いて、吸着塔２０ａの第２吸着材２００から二酸化炭素を脱離させる工程。脱離されたガスは分離ガスとして、分離ガス流路４１を介して外部へと排出される。
（ｂ４）圧力回復工程Ｐｒ：第２脱離部３２により減圧状態となった吸着塔２０ａの内部圧力を、所定圧力（例えば大気圧）まで回復させる工程。
【0044】
図３上段に示すように、第１分離器１０では、吸着工程Ａｄｓ、Ｈｅａｖｙ Ｒｅｆｌｕｘ工程ＨＲ、脱離工程Ｄｅｓ、Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程ＬＲ、圧力回復工程Ｐｒを１サイクルとして、この列挙順（換言すれば、ａ１～ａ５の順）で、各工程が繰り返し実行される。なお、図３上段では図示の便宜上、１サイクルのみ記載している。
【0045】
第１分離器１０では、各吸着塔１０ａ～１０ｃでそれぞれ異なる工程が実行されるように、工程の実行順序がずらされている。図示の例では、時刻ｔ１から、第１吸着塔１０ａでは吸着工程Ａｄｓが開始され、第２吸着塔１０ｂではＬｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程ＬＲが開始され、第３吸着塔１０ｃではＨｅａｖｙ Ｒｅｆｌｕｘ工程ＨＲが開始される。
【0046】
第１分離器１０の吸着塔１０ａ～１０ｃにおける吸着工程Ａｄｓの実行時間を「ｔａｄｓ１」としたとき、ｔａｄｓ１は１／３サイクル時間であり、第１分離器１０は３×ｔａｄｓ１を１サイクルとして二酸化炭素の吸着と脱離を繰り返す。このため、図３に示すように、第１吸着塔１０ａ、第２吸着塔１０ｂ、第３吸着塔１０ｃの順に連続的に吸着工程Ａｄｓが実行されることとなり、第１分離器１０は、外部からの混合ガスを連続的に受け入れることができる。一方、第１分離器１０の吸着塔１０ａ～１０ｃにおける脱離工程Ｄｅｓの実行時間を「ｔｄｅｓ１」としたとき、ｔｄｅｓ１は、１／３サイクル時間よりも短い。このため、第１分離器１０からは、間欠的に（連続しない状態で）、第２分離器２０へと排出ガスが供給される。
【0047】
図３下段に示すように、第２分離器２０では、吸着工程Ａｄｓ、排出工程Ｅｖａｃ、脱離工程Ｄｅｓ、圧力回復工程Ｐｒを１サイクルとして、排出工程Ｅｖａｃを最初にして（換言すれば、ｂ２～ｂ４，ｂ１の順で）、各工程が繰り返し実行される。
【0048】
第２分離器２０の１サイクル時間は、第１分離器１０における吸着工程Ａｄｓの実行時間ｔａｄｓ１と等しく、第１分離器１０の１／３サイクル時間である。換言すれば、第２分離器２０は、第１分離器１０における吸着工程Ａｄｓの実行時間ｔａｄｓ１を１サイクルとして、二酸化炭素の吸着と脱離を繰り返す。また、第２分離器２０の吸着塔２０ａにおける吸着工程Ａｄｓの実行時間を「ｔａｄｓ２」としたとき、ｔａｄｓ２は、第１分離器１０における脱離工程Ｄｅｓの実行時間ｔｄｅｓ１と等しい。そして、図３に示すように、第２分離器２０では、吸着工程Ａｄｓが各サイクルの最後に実行されることによって、第２分離器２０における吸着工程Ａｄｓの実施タイミングと、第１分離器１０における脱離工程Ｄｅｓの実施タイミングとが等しい。このため、第１分離器１０から第２分離器２０へと間欠的に排出ガスが供給される場合であっても、間欠的に供給された排出ガスを第２分離器２０において吸着させることができ、第１分離器１０と第２分離器２０との間にバッファ（中間タンク等）を要することなく、ガスを連続処理できる。
【0049】
なお、本実施形態において「等しい」とは、厳密に一致する場合に限らず、制御誤差に起因した相違や、余裕時間に起因した相違を許容する。なお、第１分離器１０がＮ（Ｎは任意の自然数）個の吸着塔を備える場合は、上述の説明で「１／３」とした部分を「１／Ｎ」と読み替えた上で、同様に構成すればよい。例えば、第１分離器１０が２個の吸着塔を備える場合は「１／３」を「１／２」と読み替えればよい。この点は、第１分離器１０が４個以上の場合であっても同様である。
【0050】
上述の通り、第１分離器１０は、混合ガス中の二酸化炭素を第１濃度に濃縮し、第２分離器２０は、第１分離器１０からの排出ガス中の二酸化炭素を、第１濃度よりも高い第２濃度に濃縮する。「第１濃度」は、第１分離器１０からの排出ガス（換言すれば、混合ガス流路２１を流れるガス、脱離工程Ｄｅｓによる排出ガス）に占める二酸化炭素の濃度として定義できる。第１濃度は、任意に定めることができるが、１０％以上、かつ、８５％以下とすることが好ましい。さらに第１濃度は、２５％以上、かつ、７０％以下とすることがより好ましい。
【0051】
「第２濃度」は、第２分離器２０からの分離ガス（換言すれば、分離ガス流路４１を流れるガス、脱離工程Ｄｅｓによる排出ガス）に占める二酸化炭素の濃度として定義できる。第２濃度は、任意に定めることができるが、９５％以上とすることが好ましい。なお、第２濃度は、図１（Ａ）で説明した「二酸化炭素純度」に相当し、「分離ガス中の二酸化炭素ガス量Ｂ／（分離ガス中の二酸化炭素ガス量Ｂ＋分離ガス中の二酸化炭素以外のガス量Ｄ）」で表すことができる。
【0052】
また、ガス分離装置１は、混合ガスからの二酸化炭素の回収率が９５％以上であることが好ましい。ここで「二酸化炭素回収率」は、ガス分離装置１によって回収された二酸化炭素量を意味し、図１（Ａ）で説明したように、「分離ガス中の二酸化炭素ガス量Ｂ／混合ガス中の二酸化炭素ガス量Ａ」もしくは「（１－廃棄ガス中の二酸化炭素ガス量Ｃ）／分離ガス中の二酸化炭素ガス量Ｂ」で表される。
【0053】
図５は、二酸化炭素回収率に関するシミュレーション結果を示す図である。図５では、図２～図４で説明した本実施形態のガス分離装置１、及び、比較例としてのガス分離装置１ｘ，１ｙ，１ｚのそれぞれについて、二酸化炭素回収率に関するシミュレーションを行った。まず、図６～図８を用いて、比較例のガス分離装置１ｘ，１ｙ，１ｚについて説明する。
【0054】
図６は、第１比較例のガス分離装置１ｘについて説明する図である。図６（Ａ）は、ガス分離装置１ｘの構成を示し、図６（Ｂ）は、ガス分離装置１ｘの工程図を示す。ガス分離装置１ｘは、４ステップ圧力スイング法によって二酸化炭素の脱離を行う装置であり、図６（Ａ）に示すように、１段の分離器（吸着塔１１０ａ，１１０ｂ）により構成されている。ガス分離装置１ｘでは、図６（Ｂ）に示すように、吸着工程Ａｄｓ、排出工程Ｅｖａｃ、脱離工程Ｄｅｓ、圧力回復工程Ｐｒを１サイクルとして、この列挙順に各工程が繰り返し実行される。
【0055】
図７は、第２比較例のガス分離装置１ｙについて説明する図である。図７（Ａ）は、ガス分離装置１ｙの構成を示し、図７（Ｂ）は、ガス分離装置１ｙの工程図を示す。ガス分離装置１ｙは、５ステップ圧力スイング法によって二酸化炭素の脱離を行う装置であり、図７（Ａ）に示すように、１段の分離器（吸着塔１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ）により構成されている。ガス分離装置１ｙでは、図７（Ｂ）に示すように、吸着工程Ａｄｓ、Ｈｅａｖｙ Ｒｅｆｌｕｘ工程ＨＲ、脱離工程Ｄｅｓ、Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程ＬＲ、圧力回復工程Ｐｒを１サイクルとして、この列挙順に各工程が繰り返し実行される。
【0056】
図８は、第３比較例のガス分離装置１ｚについて説明する図である。図８（Ａ）は、ガス分離装置１ｚの構成を示し、図８（Ｂ）は、ガス分離装置１ｚの工程図を示す。ガス分離装置１ｚは、４ステップ圧力スイング法によって二酸化炭素の脱離を行う装置であり、図８（Ａ）に示すように、２段の分離器により構成されている。１段目の分離器は、吸着塔１１０ａ，１１０ｂを有し、２段目の分離器は、吸着塔１２０ａ，１２０ｂを有している。ガス分離装置１ｚでは、図８（Ｂ）に示すように、吸着工程Ａｄｓ、排出工程Ｅｖａｃ、脱離工程Ｄｅｓ、圧力回復工程Ｐｒを１サイクルとして、この列挙順に各工程が繰り返し実行される。ガス分離装置１ｚでは、１，２段目の分離器で実行される工程内容及びサイクル時間が同じである。
【0057】
図５では、本実施形態のガス分離装置１、及び、比較例としてのガス分離装置１ｘ，１ｙ，１ｚのそれぞれについて、二酸化炭素回収率９５％を達成するために必要な分離エネルギ（ＧＪ／ｔ－ＣＯ２）と、二酸化炭素回収率９５％を満たす条件下における二酸化炭素純度とを、それぞれ有限体積法によって算出し、縦軸と横軸にプロットした。なお、二酸化炭素純度９５％以上が得られる場合（ガス分離装置１の例）は、二酸化炭素純度を９５％に固定し、二酸化炭素回収率９５％かつ二酸化炭素純度９５％を得るための最小エネルギを算出した。
【0058】
図５からは、本実施形態のガス分離装置１は、二酸化炭素回収率９５％を達成するために必要な分離エネルギが、比較例のガス分離装置１ｘ，１ｙ，１ｚと比べて最も小さいことがわかる。また、本実施形態のガス分離装置１は、二酸化炭素回収率９５％を満たす条件下における二酸化炭素純度が、比較例のガス分離装置１ｘ，１ｙ，１ｚと比べて最も高いことがわかる。すなわち、本実施形態のガス分離装置１は、比較例のガス分離装置１ｘ，１ｙ，１ｚと比較して、二酸化炭素の高回収率を低エネルギで実現した上で、さらに二酸化炭素の高純度化を図ることができる。
【0059】
図９は、第１分離器１０における濃縮エネルギに関するシミュレーション結果を示す図である。図９では、第１分離器１０のみを用いて、横軸にプロットされた各第１濃度（％）まで二酸化炭素の濃縮を行った場合に要する濃縮エネルギ（ＧＪ／ｔ－ＣＯ２）を、それぞれ有限体積法によって算出し、プロットした。ここで、外部から第１分離器１０へと供給される混合ガス中の二酸化炭素濃度は１．５％とし、第１分離器１０による二酸化炭素回収率は９９％とした。なお、図９の縦軸は、ガス分離装置１全体ではなく、第１分離器１０のみのエネルギを示すため、分離エネルギと呼ばず、濃縮エネルギと呼んでいる。
【0060】
【0061】
図１０は、ガス分離装置１における分離エネルギに関するシミュレーション結果を示す図である。図１０では、１段目の第１分離器１０によって横軸にプロットされた各第１濃度（％）まで二酸化炭素の濃縮を行い、かつ、２段目の第２分離器２０によって第２濃度（すなわち二酸化炭素純度）が９５％となるまで二酸化炭素の濃縮を行った場合に要する分離エネルギ（ＧＪ／ｔ－ＣＯ２）を、それぞれ有限体積法によって算出し、プロットした。ここで、外部からガス分離装置１（第１分離器１０）へと供給される混合ガス中の二酸化炭素濃度は１．５％とし、ガス分離装置１による二酸化炭素回収率は９５％とした。
【0062】
図１０からは、第１分離器１０における第１濃度を１０％以上、かつ、８５％以下とすることで、１段構成の圧力スイング法では達成できなかった二酸化炭素純度９５％、かつ、二酸化炭素回収率は９５％を達成できることがわかる。また、第１分離器１０における第１濃度を、図１０において破線枠で囲んだ２５％以上、かつ、７０％以下の範囲内とすれば、ガス分離装置１全体としての分離エネルギを最小化できる。ガス分離装置１全体として、高純度かつ高回収率を達成した上での最小分離エネルギは、およそ３．６（ＧＪ／ｔ－ＣＯ２）であり、図９から導き出される１段のみ（第１分離器１０のみ）で分離を行った場合の４．１８（ＧＪ／ｔ－ＣＯ２）よりも小さい。
【0063】
以上のように、第１実施形態のガス分離装置１は、１段目の第１分離器１０によって混合ガス中の特定ガス（二酸化炭素）を第１濃度に濃縮した後で、２段目の第２分離器２０によって特定ガス（二酸化炭素）を第２濃度に濃縮する。特定ガス（二酸化炭素）を吸着する吸着材は、特定ガスだけではなく、特定ガス以外のガス（例えば、窒素、水蒸気等）も吸着する。このため、混合ガス中の特定ガス濃度が低い（例えば、１０％以下である）場合、吸着材が特定ガス以外のガスを多く吸着してしまい、ガス分離装置１により得られる特定ガス純度（二酸化炭素純度）の向上と、混合ガスからの特定ガス回収率（二酸化炭素回収率）の向上とが難しい。この点、本実施形態のガス分離装置１は、２段構成にされた分離器１０，２０によって特定ガスの濃縮を行うことによって、１段構成の分離器を用いる場合と比較して、混合ガス中の特定ガス濃度が低い場合であっても、得られる特定ガス純度（二酸化炭素純度）の向上と、混合ガスからの特定ガス回収率（二酸化炭素回収率）の向上とを図ることが可能となる（図５，９，１０）。
【0064】
また、ガス分離装置では一般に、特定ガス純度（二酸化炭素純度）、混合ガスからの特定ガス回収率（二酸化炭素回収率）、単位体積あたりの特定ガス分離エネルギ、及び分離器の体格がトレードオフの関係にある。例えば、大きな分離エネルギを加えると、吸着材における特定ガス吸着量と脱離量との差を大きくできるため、吸着材の吸着性能を十分に活用できるため、特定ガス純度及び特定ガス回収率を向上させると共に、分離器の体格を小さくできる一方、分離エネルギが増大する。また、ゆっくりと特定ガスの吸着及び脱離を行えば、分離エネルギを小さくし、かつ、特定ガス純度及び特定ガス回収率を向上できる一方、分離器を大きくする必要が生じる（分離器の体格が大型化する）。さらに、特定ガス回収率の向上は、分離器から特定ガスが漏れ出る前に吸着工程を終了し、吸脱着を繰り返すことで実現できるものの、この場合、特定ガスを吸着していない吸着材が存在することとなり、特定ガス純度が低下する。また、特定ガス純度の向上は、分離器内の吸着材すべてに特定ガスを吸着させることで実現できるものの、この場合、特定ガスが分離器から流出するため、特定ガス回収率が低下する。このようなトレードオフを解消するために、ガス分離装置では、特定ガスの単純な吸脱着だけではなく、窒素ガスをパージするＬｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程や、Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程後のガスを再投入するＨｅａｖｙ Ｒｅｆｌｕｘ工程等を組み込んだ高度な工程編成が採用されている。この点、本実施形態のガス分離装置１では、１段目の第１分離器１０が有する吸着塔１０ａ，１０ｂ，１０ｃの数は、２段目の第２分離器２０が有する吸着塔２０ａの数よりも多い。このため、ガス分離装置１において、１段目の分離器１０から間欠的にガスが排出されるような工程編成（例えば、１段目の分離器において、窒素ガスをパージするＬｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程や、Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程後のガスを再投入するＨｅａｖｙ Ｒｅｆｌｕｘ工程等を組み込んだ工程編成、図３）を採用できる。
【0065】
さらに、本実施形態のガス分離装置１では、１段目の第１分離器１０は、Ｎ×ｔａｄｓ１を１サイクルとして、特定ガス（二酸化炭素）の吸着と脱離とを繰り返し、２段目の第２分離器２０は、第１分離器１０の吸着工程の時間ｔａｄｓ１を１サイクルとして、特定ガス（二酸化炭素）の吸着と脱離とを繰り返す（図３）。すなわち、第２分離器２０は、第１分離器１０のサイクル時間の１／Ｎ（１／塔数）で動作する。このようにすれば、１段目の第１分離器１０と、２段目の第２分離器２０との間に、中間タンク等のバッファを設けることなく、第１分離器１０と第２分離器２０とを連携して動作させることができる。この結果、ガス分離装置１の構成をシンプルにして、装置の大型化を抑制し、低コスト化を図ることができる。
【0066】
さらに、本実施形態のガス分離装置１では、１段目の第１分離器１０における脱離工程の時間ｔｄｅｓ１と、２段目の第２分離器２０における吸着工程の時間ｔａｄｓ２とが等しいため、第１分離器１０と第２分離器２０とをより一層連携して動作させることができる（図３）。
【0067】
さらに、本実施形態のガス分離装置１では、１段目の第１分離器１０は、第１分離器１０からの排出ガスに占める特定ガスの濃度（第１濃度）を１０％以上、かつ、８５％以下とするため、混合ガス中の特定ガス濃度が低い場合であっても、得られる特定ガス純度の向上と、混合ガスからの特定ガス回収率の向上とを図ることが可能となる（図１０）。
【0068】
さらに、本実施形態のガス分離装置１では、１段目の第１分離器１０は、第１分離器１０からの排出ガスに占める特定ガスの濃度（第１濃度）を２５％以上、かつ、７０％以下とするため、混合ガス中の特定ガス濃度が低い場合であっても、得られる特定ガス純度の向上と、混合ガスからの特定ガス回収率の向上とを図ると共に、分離エネルギを低減することができる（図１０：破線枠内）。
【0069】
さらに、本実施形態のガス分離装置１では、２段目の第２分離器２０は、第２分離器２０からの分離ガスに占める特定ガスの濃度（第２濃度、二酸化炭素純度）を９５％以上とするため、得られる特定ガス純度を、後工程（例えば、特定ガスの圧縮工程、特定ガスを用いた燃料製造工程等）での利用にあたって好ましい純度まで高純度化できる。
【0070】
さらに、本実施形態のガス分離装置１では、混合ガスからの特定ガスの回収率が９５％以上であるため、混合ガスからの特定ガス回収率を高くできる。
【0071】
さらに、本実施形態のガス分離装置１では、２段目の第２分離器２０が有する吸着塔の数は１（図２：吸着塔２０ａ）であるため、ガス分離装置１の構成をシンプルにして、装置の大型化を抑制し、低コスト化を図ることができる。
【0072】
＜第２実施形態＞
図１１は、第２実施形態のガス分離装置１Ａの構成を例示した説明図である。第２実施形態のガス分離装置１Ａは、第１実施形態で説明した構成において、第１分離器１０に代えて第１分離器１０Ａを備え、制御装置５０に代えて５０Ａを備える。第１分離器１０Ａは、２つの吸着塔１０ａ，１０ｂを備えており、第１実施形態で説明したバイパス流路１６、混合ガス流路１１ｃ、排出ガス流路１２ｃ、循環流路１３ｃ、及び廃棄ガス流路１４ｃを備えていない。制御装置５０Ａは、各流路上に設けられた各弁の開閉によって、図１２及び図１３に説明する各工程を実行する。
図１１は、第２実施形態のガス分離装置１Ａの構成を例示した説明図である。第２実施形態のガス分離装置１Ａは、第１実施形態で説明した構成において、第１分離器１０に代えて第１分離器１０Ａを備え、制御装置５０に代えて５０Ａを備える。第１分離器１０Ａは、２つの吸着塔１０ａ，１０ｂを備えており、第１実施形態で説明したバイパス流路１６、混合ガス流路１１ｃ、排出ガス流路１２ｃ、循環流路１３ｃ、及び廃棄ガス流路１４ｃを備えていない。制御装置５０Ａは、各流路上に設けられた各弁の開閉によって、図１２及び図１３に説明する各工程を実行する。
【0073】
図１２は、第２実施形態のガス分離装置１Ａの工程図である。図１３は、第１分離器１０Ａの第１吸着塔１０ａにおける工程遷移を表す図である。第１分離器１０Ａの吸着塔１０ａ，１０ｂでは、第１実施形態で説明した吸着工程Ａｄｓが、次のａ１１，ａ１２に示す２工程に分かれている。
（ａ１１）第１吸着工程Ａｄｓ：吸着塔１０ａ，１０ｂに混合ガスを供給し、吸着塔１０ａ，１０ｂの第１吸着材１００に二酸化炭素を吸着させる工程。二酸化炭素吸着後のガスの少なくとも一部は、廃棄ガスとして排出される。二酸化炭素吸着後のガスの残部は、Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程において使用される。
（ａ１２）吸着及びＨｅａｖｙ Ｒｅｆｌｕｘ工程Ａｄｓ＋ＨＲ：吸着塔１０ａ，１０ｂに混合ガスを供給すると共に、Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程からの出ガスを、循環流路１３ａ，１３ｂを介して吸着塔１０ａ，１０ｂに供給し、第１吸着材１００に二酸化炭素を吸着させる工程。二酸化炭素吸着後のガスは、廃棄ガスとして排出される。
（ａ１１）第１吸着工程Ａｄｓ：吸着塔１０ａ，１０ｂに混合ガスを供給し、吸着塔１０ａ，１０ｂの第１吸着材１００に二酸化炭素を吸着させる工程。二酸化炭素吸着後のガスの少なくとも一部は、廃棄ガスとして排出される。二酸化炭素吸着後のガスの残部は、Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程において使用される。
（ａ１２）吸着及びＨｅａｖｙ Ｒｅｆｌｕｘ工程Ａｄｓ＋ＨＲ：吸着塔１０ａ，１０ｂに混合ガスを供給すると共に、Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｆｌｕｘ工程からの出ガスを、循環流路１３ａ，１３ｂを介して吸着塔１０ａ，１０ｂに供給し、第１吸着材１００に二酸化炭素を吸着させる工程。二酸化炭素吸着後のガスは、廃棄ガスとして排出される。
【0074】
図１２に示すように、第１分離器１０Ａでは、吸着工程Ａｄｓの開始後と、終了前とにおいてそれぞれ第１吸着工程Ａｄｓが実行される。そして、これら第１吸着工程Ａｄｓの間に、吸着及びＨｅａｖｙ Ｒｅｆｌｕｘ工程Ａｄｓ＋ＨＲが実行される。第２実施形態の例でも、第２分離器２０の１サイクル時間は、第１分離器１０Ａにおける吸着工程Ａｄｓの実行時間ｔａｄｓ１と等しく、第１分離器１０Ａの１／２サイクル時間である。換言すれば、第２分離器２０は、第１分離器１０Ａにおける吸着工程Ａｄｓの実行時間ｔａｄｓ１を１サイクルとして、二酸化炭素の吸着と脱離を繰り返す。また、第２分離器２０の吸着塔２０ａにおける吸着工程Ａｄｓの実行時間ｔａｄｓ２は、第１分離器１０Ａにおける脱離時間Ｄｅｓの実行時間ｔｄｅｓ１と等しい。そして、図１２に示すように、第２分離器２０では、吸着工程Ａｄｓが各サイクルの最初に実行されることによって、第２分離器２０における吸着工程Ａｄｓの実施タイミングと、第１分離器１０Ａにおける脱離工程Ｄｅｓの実施タイミングとが等しい。このため、第１分離器１０Ａから第２分離器２０へと間欠的に排出ガスが供給される場合であっても、間欠的に供給された排出ガスを第２分離器２０において吸着させることができ、第１分離器１０Ａと第２分離器２０との間にバッファ（中間タンク等）を要することなく、ガスを連続処理できる。
【0075】
このように、第１分離器１０Ａに設けられる吸着塔の数は任意に変更できる。また、第２分離器２０に設けられる吸着塔の数についても同様に、第２分離器２０の吸着塔数が、第１分離器１０Ａの吸着塔数よりも少ない限りにおいて、任意に変更してよい。例えば、第１分離器１０Ａの吸着塔数＝６、第２分離器２０の吸着塔数＝２とすれば、第１実施形態で説明したと同様の工程編成でガスを処理できる。例えば、第１分離器１０Ａの吸着塔数＝４、第２分離器２０の吸着塔数＝２とすれば、第２実施形態で説明したと同様の工程編成でガスを処理できる。このような第２実施形態のガス分離装置１Ａにおいても、上述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0076】
＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。また、上記実施形態において、ハードウェアによって実現されるとした構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されるとした構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。また、上記実施形態において、ハードウェアによって実現されるとした構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されるとした構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
【0077】
［変形例１］
上記実施形態では、ガス分離装置１，１Ａの構成の一例を示した。しかし、ガス分離装置の構成は種々の変形が可能である。例えば、二酸化炭素の脱離手段（第１脱離部３１、第２脱離部３２）として、真空ポンプを用いた圧力スイング法を用いる場合を例示したが、二酸化炭素の脱離手段としては、熱による温度差を利用した温度スイング法や、圧力と熱を併用した温度圧力スイング法を採用してもよい。温度スイング法の場合、第１脱離部３１及び第２脱離部３２として、熱供給装置を用いればよい。温度圧力スイング法の場合、第１脱離部３１及び第２脱離部３２として、真空ポンプと熱供給装置とを用いればよい。
上記実施形態では、ガス分離装置１，１Ａの構成の一例を示した。しかし、ガス分離装置の構成は種々の変形が可能である。例えば、二酸化炭素の脱離手段（第１脱離部３１、第２脱離部３２）として、真空ポンプを用いた圧力スイング法を用いる場合を例示したが、二酸化炭素の脱離手段としては、熱による温度差を利用した温度スイング法や、圧力と熱を併用した温度圧力スイング法を採用してもよい。温度スイング法の場合、第１脱離部３１及び第２脱離部３２として、熱供給装置を用いればよい。温度圧力スイング法の場合、第１脱離部３１及び第２脱離部３２として、真空ポンプと熱供給装置とを用いればよい。
【0078】
例えば、第１分離器１０，１０Ａ及び第２分離器２０の吸着塔に収容される第１吸着剤１００、第２吸着材２００には、同じものを用いてもよく、異なるものを用いてもよい。
【0079】
例えば、第１分離器１０，１０Ａにおける第１濃度は、１０％よりも小さくてもよく、８５％よりも大きくてもよい。例えば、第２分離器２０における第２濃度は、９５％よりも小さくてもよい。例えば、ガス分離装置１，１Ａにおける特定ガス回収率は、９５％よりも小さくてもよい。
【0080】
［変形例２］
上記実施形態では、ガス分離装置１，１Ａにおいて実行される工程編成の一例を示したしかし、工程編成は種々の変更が可能である。例えば、第１分離器１０，１０Ａにおける吸着工程の時間ｔａｄｓ１と、第２分離器２０の１サイクル時間とは相違していてもよい。例えば、第１分離器１０，１０Ａにおける脱離工程の時間ｔｄｅｓ１と、第２分離器２０における吸着工程の時間ｔａｄｓ２と、は相違してもよい。
上記実施形態では、ガス分離装置１，１Ａにおいて実行される工程編成の一例を示したしかし、工程編成は種々の変更が可能である。例えば、第１分離器１０，１０Ａにおける吸着工程の時間ｔａｄｓ１と、第２分離器２０の１サイクル時間とは相違していてもよい。例えば、第１分離器１０，１０Ａにおける脱離工程の時間ｔｄｅｓ１と、第２分離器２０における吸着工程の時間ｔａｄｓ２と、は相違してもよい。
【0081】
以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。
【0082】
本発明は、以下の形態としても実現することが可能である。
［適用例１］
ガス分離装置であって、
混合ガスに含まれる特定ガスを第１濃度に濃縮する第１分離器と、
前記第１分離器よりも下流側に設けられ、前記特定ガスを前記第１濃度よりも高い第２濃度に濃縮する第２分離器と、
前記第１分離器から前記特定ガスを脱離させる第１脱離部と、
前記第２分離器から前記特定ガスを脱離させる第２脱離部と、
を備え、
前記第１分離器と、前記第２分離器とは、それぞれ、前記特定ガスを吸着する吸着材が収容された吸着塔を有しており、
前記第１分離器が有する前記吸着塔の数は、前記第２分離器が有する前記吸着塔の数よりも多い、ガス分離装置。
［適用例２］
適用例１に記載のガス分離装置であって、
前記第１分離器が有する前記吸着塔の数をＮ（Ｎは任意の自然数）とし、
前記第１分離器の各前記吸着塔において、前記混合ガス中の前記特定ガスを前記吸着材に吸着させる吸着工程の時間をｔａｄｓ１としたとき、
前記第１分離器は、Ｎ×ｔａｄｓ１を１サイクルとして、前記特定ガスの吸着と脱離とを繰り返し、
前記第２分離器は、前記第１分離器の吸着工程の時間ｔａｄｓ１を１サイクルとして、前記特定ガスの吸着と脱離とを繰り返す、ガス分離装置。
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載のガス分離装置であって、
前記第１分離器の各前記吸着塔において、前記吸着材から前記特定ガスを脱離させる脱離工程の時間をｔｄｅｓ１とし、
前記第２分離器の前記吸着塔において、前記混合ガス中の前記特定ガスを前記吸着材に吸着させる吸着工程の時間をｔａｄｓ２としたとき、
前記第１分離器における脱離工程の時間ｔｄｅｓ１と、前記第２分離器における吸着工程の時間ｔａｄｓ２とが等しい、ガス分離装置。
［適用例４］
適用例１から適用例３のいずれか一項に記載のガス分離装置であって、
前記第１濃度は、前記第１分離器からの排出ガスに占める前記特定ガスの濃度であり、
前記第１分離器は、前記第１濃度を１０％以上、かつ、８５％以下とする、ガス分離装置。
［適用例５］
適用例１から適用例４のいずれか一項に記載のガス分離装置であって、
前記第１分離器は、前記第１濃度を２５％以上、かつ、７０％以下とする、ガス分離装置。
［適用例６］
適用例１から適用例５のいずれか一項に記載のガス分離装置であって、
前記第２濃度は、前記第２分離器からの分離ガスに占める前記特定ガスの濃度であり、
前記第２分離器は、前記第２濃度を９５％以上とする、ガス分離装置。
［適用例７］
適用例１から適用例６のいずれか一項に記載のガス分離装置であって、
前記混合ガスからの前記特定ガスの回収率が９５％以上である、ガス分離装置。
［適用例８］
適用例１から適用例７のいずれか一項に記載のガス分離装置であって、
前記第２分離器が有する前記吸着塔の数は１である、ガス分離装置。
［適用例１］
ガス分離装置であって、
混合ガスに含まれる特定ガスを第１濃度に濃縮する第１分離器と、
前記第１分離器よりも下流側に設けられ、前記特定ガスを前記第１濃度よりも高い第２濃度に濃縮する第２分離器と、
前記第１分離器から前記特定ガスを脱離させる第１脱離部と、
前記第２分離器から前記特定ガスを脱離させる第２脱離部と、
を備え、
前記第１分離器と、前記第２分離器とは、それぞれ、前記特定ガスを吸着する吸着材が収容された吸着塔を有しており、
前記第１分離器が有する前記吸着塔の数は、前記第２分離器が有する前記吸着塔の数よりも多い、ガス分離装置。
［適用例２］
適用例１に記載のガス分離装置であって、
前記第１分離器が有する前記吸着塔の数をＮ（Ｎは任意の自然数）とし、
前記第１分離器の各前記吸着塔において、前記混合ガス中の前記特定ガスを前記吸着材に吸着させる吸着工程の時間をｔａｄｓ１としたとき、
前記第１分離器は、Ｎ×ｔａｄｓ１を１サイクルとして、前記特定ガスの吸着と脱離とを繰り返し、
前記第２分離器は、前記第１分離器の吸着工程の時間ｔａｄｓ１を１サイクルとして、前記特定ガスの吸着と脱離とを繰り返す、ガス分離装置。
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載のガス分離装置であって、
前記第１分離器の各前記吸着塔において、前記吸着材から前記特定ガスを脱離させる脱離工程の時間をｔｄｅｓ１とし、
前記第２分離器の前記吸着塔において、前記混合ガス中の前記特定ガスを前記吸着材に吸着させる吸着工程の時間をｔａｄｓ２としたとき、
前記第１分離器における脱離工程の時間ｔｄｅｓ１と、前記第２分離器における吸着工程の時間ｔａｄｓ２とが等しい、ガス分離装置。
［適用例４］
適用例１から適用例３のいずれか一項に記載のガス分離装置であって、
前記第１濃度は、前記第１分離器からの排出ガスに占める前記特定ガスの濃度であり、
前記第１分離器は、前記第１濃度を１０％以上、かつ、８５％以下とする、ガス分離装置。
［適用例５］
適用例１から適用例４のいずれか一項に記載のガス分離装置であって、
前記第１分離器は、前記第１濃度を２５％以上、かつ、７０％以下とする、ガス分離装置。
［適用例６］
適用例１から適用例５のいずれか一項に記載のガス分離装置であって、
前記第２濃度は、前記第２分離器からの分離ガスに占める前記特定ガスの濃度であり、
前記第２分離器は、前記第２濃度を９５％以上とする、ガス分離装置。
［適用例７］
適用例１から適用例６のいずれか一項に記載のガス分離装置であって、
前記混合ガスからの前記特定ガスの回収率が９５％以上である、ガス分離装置。
［適用例８］
適用例１から適用例７のいずれか一項に記載のガス分離装置であって、
前記第２分離器が有する前記吸着塔の数は１である、ガス分離装置。
【符号の説明】
【0083】
１，１Ａ…ガス分離装置
１ｘ，１ｙ，１ｚ…ガス分離装置（比較例）
１０，１０Ａ…第１分離器
１０ａ…第１吸着塔
１０ｂ…第２吸着塔
１０ｃ…第３吸着塔
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…混合ガス流路
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…排出ガス流路
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…循環流路
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…廃棄ガス流路
１５，１６…バイパス流路
２０…第２分離器
２０ａ…吸着塔
２１…混合ガス流路
２２…排出ガス流路
２３…循環流路
２４…廃棄ガス流路
３１…第１脱離部
３２…第２脱離部
４１…分離ガス流路
４２…廃棄ガス流路
５０，５０Ａ…制御装置
１００…第１吸着材
２００…第２吸着材
１ｘ，１ｙ，１ｚ…ガス分離装置（比較例）
１０，１０Ａ…第１分離器
１０ａ…第１吸着塔
１０ｂ…第２吸着塔
１０ｃ…第３吸着塔
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…混合ガス流路
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…排出ガス流路
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…循環流路
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…廃棄ガス流路
１５，１６…バイパス流路
２０…第２分離器
２０ａ…吸着塔
２１…混合ガス流路
２２…排出ガス流路
２３…循環流路
２４…廃棄ガス流路
３１…第１脱離部
３２…第２脱離部
４１…分離ガス流路
４２…廃棄ガス流路
５０，５０Ａ…制御装置
１００…第１吸着材
２００…第２吸着材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】