WO2022030267A1

WO2022030267A1 - ガス分離システム及び混合ガスの分離方法

Info

Publication number: WO2022030267A1
Application number: PCT/JP2021/027422
Authority: WO
Inventors: 輝一井原; 真哉西山; 賢輔谷; 卓哉福村; 慎片桐
Original assignee: 日東電工株式会社
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2022-02-10
Also published as: CN116056778A; JPWO2022030267A1; US20230294039A1; EP4194076A1

Abstract

本発明は、混合ガスを分離するために必要なエネルギーを低減することに適したガス分離システムを提供する。本発明のガス分離システム１００は、二酸化炭素及び窒素を含む混合ガス７０を第１透過ガス８０と第１非透過ガス８１とに分離する第１分離膜ユニット１０と、第１透過ガス８０を第２透過ガス９０と第２非透過ガス９１とに分離する第２分離膜ユニット２０と、第１分離膜ユニット１０の透過側空間を減圧する第１減圧装置５０と、第２分離膜ユニット２０の透過側空間を減圧する第２減圧装置５２と、を備える。

Description

ガス分離システム及び混合ガスの分離方法

　本発明は、ガス分離システム及び混合ガスの分離方法に関する。

　工場や発電所などでは、例えば、燃料を燃焼させることによって得られたエネルギーが利用される。通常、燃料を燃焼させると、二酸化炭素及び窒素を含む排出ガスが生じる。環境規制などの観点から、排出ガスからは、二酸化炭素が取り除かれることが望ましい。

　二酸化炭素を含む混合ガスから二酸化炭素を分離する方法として、膜分離法が開発されている。膜分離法は、混合ガスに含まれる二酸化炭素を吸収剤に吸収させて分離する吸収法と比べて、運転コストを抑えながら二酸化炭素を効率的に分離することができる。

　膜分離法では、高い精度で混合ガスを分離するために、複数の分離膜ユニットを組み合わせたガス分離システムが利用されることがある。例えば、特許文献１には、膜分離法を利用して、供給ストリームを分離する供給ストリーム分離段階、及び、供給ストリーム分離段階で得られた第一透過ストリームをさらに分離する透過物分離段階を備えた機器が開示されている。特許文献２には、混合ガスを分離する第１ガス分離膜ユニット、及び、第１ガス分離膜ユニットから排出された未透過ガスを分離する第２ガス分離膜ユニットを備えたガス分離システムが開示されている。

特表２０１８－５１１４７２号公報特開２０１３－１２８８６８号公報

　従来のガス分離システムでは、混合ガス、特に二酸化炭素及び窒素を含む排出ガス、を分離する場合、エネルギーの消費量が大きい傾向がある。

　そこで本発明は、混合ガスを分離するために必要なエネルギーを低減することに適したガス分離システムを提供することを目的とする。

　本発明者らは、鋭意検討した結果、ガス分離システムに供給される混合ガスを大きく昇圧した場合に、混合ガスを分離するために必要なエネルギーが大きく増加することを新たに見出した。本発明者らは、この知見に基づいて検討を進め、本発明を完成するに至った。

　本発明は、
　二酸化炭素及び窒素を含む混合ガスを第１透過ガスと第１非透過ガスとに分離する第１分離膜ユニットと、
　前記第１透過ガスを第２透過ガスと第２非透過ガスとに分離する第２分離膜ユニットと、
　前記第１分離膜ユニットの透過側空間を減圧する第１減圧装置と、
　前記第２分離膜ユニットの透過側空間を減圧する第２減圧装置と、
を備えた、ガス分離システムを提供する。

　さらに本発明は、
　二酸化炭素及び窒素を含む混合ガスを第１分離膜ユニットに供給し、前記第１分離膜ユニットの透過側空間を減圧することによって、前記混合ガスを第１透過ガスと第１非透過ガスとに分離する第１分離工程と、
　前記第１透過ガスを第２分離膜ユニットに供給し、前記第２分離膜ユニットの透過側空間を減圧することによって、前記第１透過ガスを第２透過ガスと第２非透過ガスとに分離する第２分離工程と、
を含む、混合ガスの分離方法を提供する。

　本発明によれば、混合ガスを分離するために必要なエネルギーを低減することに適したガス分離システムを提供できる。

本発明の一実施形態にかかるガス分離システムの構成図である。第１分離膜ユニットの一例を示す概略断面図である。第１分離膜の一例を示す断面図である。第２分離膜ユニットの一例を示す概略断面図である。関係式（Ａ）を説明するためのグラフである。第１分離膜ユニットの別の一例を示す概略断面図である。ガス分離システムの別の一例を示す構成図である。ガス分離システムのさらに別の一例を示す構成図である。第３分離膜ユニットの一例を示す概略断面図である。従来のガス分離システムの構成図である。従来のガス分離システムの構成図である。

　以下、本発明の詳細を説明するが、以下の説明は、本発明を特定の実施形態に制限する趣旨ではない。

＜ガス分離システム＞
　図１に示すように、本実施形態のガス分離システム１００は、第１分離膜ユニット１０、第２分離膜ユニット２０、第１減圧装置５０及び第２減圧装置５２を備える。第１分離膜ユニット１０は、第１分離膜を用いて、二酸化炭素及び窒素を含む混合ガスについて膜分離を行う膜分離装置である。第１分離膜ユニット１０が有する第１分離膜は、混合ガスを第１透過ガスと第１非透過ガスとに分離することができる。第２分離膜ユニット２０は、第２分離膜を用いて、第１分離膜ユニット１０から排出された第１透過ガスについて膜分離を行う膜分離装置である。第２分離膜ユニット２０が有する第２分離膜は、第１透過ガスを第２透過ガスと第２非透過ガスとに分離することができる。

　混合ガスは、例えば、主成分ガス及び副成分ガスを含む。主成分ガスは、混合ガスに重量比で最も多く含まれたガスを意味する。副成分ガスは、混合ガスに含まれるガスのうち、主成分ガス以外のガスを意味する。混合ガスは、例えば、主成分ガスとして窒素を含み、かつ副成分ガスとして二酸化炭素を含む。混合ガスの一例としては、天然ガス（都市ガス）、プロパンガスなどの燃料（化石燃料）が燃焼することによって生じた排出ガスが挙げられる。ただし、混合ガスは、排出ガスに限定されず、空気であってもよい。

　第１分離膜ユニット１０の第１分離膜は、例えば、混合ガスに含まれる副成分ガス、詳細には副成分ガスに含まれる少なくとも１つのガス、を優先的に透過させることができる。そのため、第１分離膜によって分離された第１透過ガスは、混合ガスよりも副成分ガスの含有率が高く、かつ混合ガスよりも主成分ガスの含有率が低い。一方、第１非透過ガスは、混合ガスよりも副成分ガスの含有率が低く、かつ混合ガスよりも主成分ガスの含有率が高い。なお、本明細書では、説明を容易にするために、第１透過ガスにおける「主成分ガス」及び「副成分ガス」の名称は、分離前の混合ガスでの含有率に基づいて定める。例えば、第１透過ガスにおいて、混合ガスでの副成分ガス（例えば二酸化炭素）の含有率が、混合ガスでの主成分ガス（例えば窒素）の含有率より高い場合であっても、混合ガスでの副成分ガスを第１透過ガスの「副成分ガス」と呼び、かつ混合ガスでの主成分ガスを第１透過ガスの「主成分ガス」と呼ぶ。

　第２分離膜ユニット２０の第２分離膜は、例えば、第１透過ガスに含まれる副成分ガス、詳細には副成分ガスに含まれる少なくとも１つのガス、を優先的に透過させることができる。そのため、第２分離膜によって分離された第２透過ガスは、第１透過ガスよりも副成分ガスの含有率が高く、かつ第１透過ガスよりも主成分ガスの含有率が低い。一方、第２非透過ガスは、第１透過ガスよりも副成分ガスの含有率が低く、かつ第１透過ガスよりも主成分ガスの含有率が高い。なお、本明細書では、第１透過ガスと同様に、第２透過ガス及び第２非透過ガスにおける「主成分ガス」及び「副成分ガス」の名称は、第１分離膜で分離する前の混合ガスでの含有率に基づいて定める。

　第１減圧装置５０は、第１分離膜ユニット１０の透過側空間を減圧することができる。言い換えると、第１減圧装置５０によって、第１分離膜ユニット１０の供給側空間と透過側空間との間において、差圧を生じさせる、又は、差圧を増加させることができる。第１減圧装置５０の具体例は、ポンプである。第１減圧装置５０は、真空ポンプなどの真空装置であることが好ましい。真空ポンプは、典型的には気体輸送式の真空ポンプであり、往復運動式の真空ポンプや回転式の真空ポンプなどが挙げられる。往復運動式の真空ポンプとしては、ダイヤフラム型や揺動ピストン型の真空ポンプが挙げられる。回転式の真空ポンプとしては、液封ポンプ；油回転ポンプ（ロータリポンプ）；メカニカルブースターポンプ；ルーツ型、クロー型、スクリュー型、ターボ型、スクロール型などの各種ドライポンプなどが挙げられる。第１減圧装置５０としてのポンプは、回転数などを変化させるための可変速機構を備えていてもよい。可変速機構の例は、ポンプのモータを駆動するインバータである。可変速機構でポンプの回転数などを制御することによって、第１分離膜ユニット１０の透過側空間の圧力を適切に調整することができる。

　第１減圧装置５０は、複数のポンプの集合体であってもよい。すなわち、第１減圧装置５０は、複数のポンプのそれぞれによって第１分離膜ユニット１０の透過側空間を減圧できる構成を有していてもよい。この構成によれば、稼働するポンプの数を調整することによって、第１分離膜ユニット１０の透過側空間の圧力を適切に調整することができる。

　第２減圧装置５２は、第２分離膜ユニット２０の透過側空間を減圧することができる。言い換えると、第２減圧装置５２によって、第２分離膜ユニット２０の供給側空間と透過側空間との間において、差圧を生じさせる、又は、差圧を増加させることができる。第２減圧装置５２の具体例は、ポンプである。第２減圧装置５２は、真空ポンプなどの真空装置であることが好ましい。真空ポンプとしては、第１減圧装置５０について上述したものを用いることができる。第２減圧装置５２としてのポンプは、回転数などを変化させるための可変速機構を備えていてもよい。可変速機構の例は、ポンプのモータを駆動するインバータである。可変速機構でポンプの回転数などを制御することによって、第２分離膜ユニット２０の透過側空間の圧力を適切に調整することができる。

　第２減圧装置５２は、複数のポンプの集合体であってもよい。すなわち、第２減圧装置５２は、複数のポンプのそれぞれによって第２分離膜ユニット２０の透過側空間を減圧できる構成を有していてもよい。この構成によれば、稼働するポンプの数を調整することによって、第２分離膜ユニット２０の透過側空間の圧力を適切に調整することができる。

　ガス分離システム１００は、混合ガス供給経路３０をさらに備えている。混合ガス供給経路３０は、第１分離膜ユニット１０の混合ガス入口（入口１３ａ）に接続されており、混合ガスを貯蔵しているタンク（図示せず）などから第１分離膜ユニット１０に混合ガスを供給するための経路である。混合ガス供給経路３０は、混合ガスの発生源に直接接続されていてもよく、当該発生源から第１分離膜ユニット１０に混合ガスを連続的に供給する構成であってもよい。混合ガス供給経路３０には、第１分離膜ユニット１０の供給側空間を加圧する加圧装置５４が配置されていてもよく、配置されていなくてもよい。加圧装置５４としては、例えば、コンプレッサ、ブロワー及び背圧弁が挙げられる。加圧装置５４は、例えば、第１分離膜ユニット１０に供給される混合ガスを昇圧することによって、第１分離膜ユニット１０の供給側空間を加圧することができる。

　混合ガス供給経路３０には、混合ガスの組成を測定するためのガスセンサが配置されていてもよい。このガスセンサは、例えば、混合ガスにおける二酸化炭素の含有率を検出することができる。ガスセンサは、第１分離膜ユニット１０の入口１３ａ付近に配置されていることが好ましい。ガスセンサを用いて、第１分離膜ユニット１０に供給される混合ガスの組成を測定することによって、第１分離膜ユニット１０の運転条件、特に第１分離膜ユニット１０の透過側空間の減圧度、を適切に設定することができる。

　ガス分離システム１００は、透過ガス供給経路３２をさらに備えている。透過ガス供給経路３２は、第１分離膜ユニット１０の透過ガス出口（出口１４ａ）及び第２分離膜ユニット２０の透過ガス入口（入口２３ａ）に接続され、第１分離膜ユニット１０から第２分離膜ユニット２０に第１透過ガスを供給するための経路である。透過ガス供給経路３２には、第１減圧装置５０が配置されている。

　透過ガス供給経路３２は、第１分離膜ユニット１０から第１減圧装置５０まで延びている第１部分３２ａと、第１減圧装置５０から第２分離膜ユニット２０まで延びている第２部分３２ｂとを有する。第１減圧装置５０は、第１部分３２ａを通じて、第１分離膜ユニット１０の透過側空間を減圧することができる。第１減圧装置５０は、例えば、第１部分３２ａを通過した第１透過ガスを吸引し、当該第１透過ガスを第２部分３２ｂに排出する。第１減圧装置５０は、例えば、第１部分３２ａを通過したガスをガス分離システム１００の外部に排出しないように構成されている。第１減圧装置５０は、例えば、第１部分３２ａ及び第２部分３２ｂのみに接続されている。第１減圧装置５０が複数のポンプの集合体である場合、透過ガス供給経路３２の第１部分３２ａは、分岐し、複数のポンプの入口のそれぞれに接続されていてもよい。同様に、透過ガス供給経路３２の第２部分３２ｂは、分岐し、複数のポンプの出口のそれぞれに接続されていてもよい。

　第２部分３２ｂには、第１減圧装置５０から排出された第１透過ガスを昇圧する加圧装置（図示せず）が配置されていてもよく、配置されていなくてもよい。この加圧装置によれば、第２分離膜ユニット２０の供給側空間を加圧することができる。加圧装置としては、例えば、コンプレッサ、ブロワー及び背圧弁が挙げられる。第２部分３２ｂには、第１透過ガスの組成を測定するためのガスセンサが配置されていてもよい。このガスセンサは、例えば、第１透過ガスにおける二酸化炭素の含有率を検出することができる。ガスセンサは、第２分離膜ユニット２０の入口２３ａ付近に配置されていることが好ましい。ガスセンサを用いて、第２分離膜ユニット２０に供給される第１透過ガスの組成を測定することによって、第２分離膜ユニット２０の運転条件、特に第２分離膜ユニット２０の透過側空間の減圧度、を適切に設定することができる。

　透過ガス供給経路３２には、第１透過ガスを捕集する捕集器などのタンクや、経路の開閉を行う開閉弁が配置されていないことが好ましい。特に、透過ガス供給経路３２に捕集器が配置されていない場合、第１分離膜ユニット１０から排出された第１透過ガスを連続的に第２分離膜ユニット２０に供給することができる。このような構成によれば、単位時間当たりの混合ガスの処理量を容易に増加させることができる。一例として、透過ガス供給経路３２は、第１減圧装置５０及び配管のみから構成されていてもよい。

　ガス分離システム１００は、第１排出経路３４をさらに備えている。第１排出経路３４は、第１分離膜ユニット１０の非透過ガス出口（出口１３ｂ）に接続されており、第１分離膜ユニット１０から第１非透過ガスを排出するための経路である。第１排出経路３４には、第１排出経路３４から第１非透過ガスを排出するための開口（排出口４２）が形成されている。ガス分離システム１００が第１非透過ガスを貯蔵するタンク（図示せず）をさらに備えており、第１排出経路３４が当該タンクに接続されていてもよい。

　ガス分離システム１００は、第２排出経路３６及びタンク６０をさらに備えている。第２排出経路３６は、第２分離膜ユニット２０の透過ガス出口（出口２４ａ）及びタンク６０の入口に接続されており、第２分離膜ユニット２０からタンク６０に第２透過ガスを送るための経路である。タンク６０は、第２分離膜ユニット２０から送られた第２透過ガスを貯蔵することができる。第２排出経路３６には、第２減圧装置５２が配置されている。

　第２排出経路３６は、第２分離膜ユニット２０から第２減圧装置５２まで延びている第１部分３６ａと、第２減圧装置５２からタンク６０まで延びている第２部分３６ｂとを有する。第２減圧装置５２は、第１部分３６ａを通じて、第２分離膜ユニット２０の透過側空間を減圧することができる。第２減圧装置５２は、例えば、第１部分３６ａを通過した第２透過ガスを吸引し、当該第２透過ガスを第２部分３６ｂに排出する。第２減圧装置５２は、例えば、第１部分３６ａを通過したガスをガス分離システム１００の外部に排出しないように構成されている。第２減圧装置５２は、例えば、第１部分３６ａ及び第２部分３６ｂのみに接続されている。第２減圧装置５２が複数のポンプの集合体である場合、第２排出経路３６の第１部分３６ａは、分岐し、複数のポンプの入口のそれぞれに接続されていてもよい。同様に、第２排出経路３６の第２部分３６ｂは、分岐し、複数のポンプの出口のそれぞれに接続されていてもよい。

　ガス分離システム１００は、第３排出経路３８をさらに備えている。第３排出経路３８は、第２分離膜ユニット２０の非透過ガス出口（出口２３ｂ）に接続されており、第２分離膜ユニット２０から第２非透過ガスを排出するための経路である。第３排出経路３８は、合流位置４０において混合ガス供給経路３０に合流していてもよい。図１において、第３排出経路３８は、加圧装置５４に接続されており、加圧装置５４において混合ガス供給経路３０に合流している。第３排出経路３８が混合ガス供給経路３０に合流していることによって、例えば、第２分離膜ユニット２０で分離しきれなかった副成分ガスを含む第２非透過ガスを再利用することができる。

　ガス分離システム１００の経路のそれぞれは、特に言及がない限り、例えば、金属製又は樹脂製の配管で構成されている。

　ガス分離システム１００は、ガス分離システム１００の各部材を制御する制御器（図示せず）をさらに備えていてもよい。制御器は、例えば、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置などを含むＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。制御器には、ガス分離システム１００を適切に運転するためのプログラムが格納されている。詳細には、制御器は、例えば、第１減圧装置５０及び第２減圧装置５２の動作を制御することができる。制御器は、ガスセンサから情報を受け取り、当該情報に基づいて、減圧装置５０及び５２の運転条件を決定してもよい。

　一例として、制御器は、混合ガス供給経路３０から第１分離膜ユニット１０に混合ガスが供給された場合に、第１分離膜ユニット１０の透過側空間が減圧されるように第１減圧装置５０を制御する。詳細には、制御器は、第１分離膜ユニット１０に混合ガスが供給されている間、第１分離膜ユニット１０の透過側空間を減圧し続けるように第１減圧装置５０を制御する。同様に、制御器は、透過ガス供給経路３２から第２分離膜ユニット２０に第１透過ガスが供給された場合に、第２分離膜ユニット２０の透過側空間が減圧されるように第２減圧装置５２を制御する。詳細には、制御器は、第２分離膜ユニット２０に第１透過ガスが供給されている間、第２分離膜ユニット２０の透過側空間を減圧し続けるように第２減圧装置５２を制御する。なお、ガス分離システム１００は、制御器を備えていなくてもよい。ガス分離システム１００において、作業員が、減圧装置５０及び５２のオンオフを切り替えることによって、減圧装置５０及び５２の動作を制御してもよい。

　本実施形態のガス分離システム１００は、例えば、連続式システムである。本明細書において、連続式システムとは、開閉弁などによって、ガス分離システム１００を構成する経路を閉じることなく、混合ガスを連続的に処理することが可能なシステムを意味する。言い換えると、ガス分離システム１００は、混合ガスを第１分離膜ユニット１０で処理するとともに、第１分離膜ユニット１０で得られた第１透過ガスについて、タンクなどに捕集せずに、直ちに第２分離膜ユニット２０で処理することが可能である。このように、本実施形態のガス分離システム１００は、連続運転が可能である。連続式システムとして機能するガス分離システム１００は、混合ガスが連続的に供給される用途、特に排出ガスの処理、に適している。

　ガス分離システム１００では、例えば、（Ｉ）第１減圧装置５０によって第１分離膜ユニット１０の透過側空間を減圧しながら、混合ガスを第１透過ガスと第１非透過ガスとに分離する、及び、（ＩＩ）第２減圧装置５２によって第２分離膜ユニット２０の透過側空間を減圧しながら、第１透過ガスを第２透過ガスと第２非透過ガスとに分離する、の少なくとも１つが成立する。ガス分離システム１００では、上記の要件（Ｉ）及び（ＩＩ）の両方が成立することが好ましい。

［第１分離膜ユニット］
　図２に示すとおり、第１分離膜ユニット１０は、第１分離膜１１及びタンク１２を備える。タンク１２は、第１室１３及び第２室１４を有する。第１室１３内の空間が供給側空間に相当し、第２室１４内の空間が透過側空間に相当する。第１分離膜１１は、タンク１２の内部に配置されている。タンク１２の内部において、第１分離膜１１は、第１室１３と第２室１４とを隔てている。第１分離膜１１は、タンク１２の１対の壁面の一方から他方まで延びている。

　第１室１３は、入口１３ａ及び出口１３ｂを有する。第２室１４は、出口１４ａを有する。第１室１３の入口１３ａは、混合ガス７０を第１分離膜ユニット１０に供給するための開口である。第２室１４の出口１４ａは、混合ガス７０が第１分離膜１１を透過することによって得られた第１透過ガス８０を第１分離膜ユニット１０から排出するための開口である。第１室１３の出口１３ｂは、第１分離膜１１を透過しなかった混合ガス７０（第１非透過ガス８１）を第１分離膜ユニット１０から排出するための開口である。入口１３ａ、出口１３ｂ及び出口１４ａのそれぞれは、例えば、タンク１２の壁面に形成されている。

（第１分離膜）
　第１分離膜１１は、例えば、混合ガス７０に含まれる副成分ガスを優先的に透過させることができる。以下では、一例として、混合ガス７０に含まれる酸性ガス、特に二酸化炭素、を優先的に透過させることができる第１分離膜１１について説明する。

　図３に示すとおり、第１分離膜１１は、例えば、分離機能層１を備えている。第１分離膜１１は、分離機能層１を支持する多孔性支持体３、及び、分離機能層１と多孔性支持体３との間に配置されている中間層２をさらに備えていてもよい。中間層２は、例えば、分離機能層１及び多孔性支持体３のそれぞれに直接接している。

　第１分離膜１１の膜面積は、混合ガス７０を分離するための条件に応じて適宜設定できる。

（分離機能層）
　分離機能層１は、混合ガス７０に含まれる酸性ガスを優先的に透過させることができる層である。好ましい一形態では、分離機能層１は、樹脂を含む。分離機能層１に含まれる樹脂としては、例えば、ポリエーテルブロックアミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、酢酸セルロース樹脂、シリコーン樹脂及びフッ素樹脂が挙げられる。分離機能層１は、好ましくはポリエーテルブロックアミド樹脂を含む。この形態において、分離機能層１は、好ましくは、実質的に樹脂からなる。本明細書において、「実質的に～からなる」は、言及された材料の本質的特徴を変更する他の成分を排除することを意味し、例えば９５％以上、さらには９９％以上が当該材料により構成されていることを意味する。

　別の好ましい一形態では、分離機能層１は、イオン液体を含む。分離機能層１は、例えば、イオン液体を含むダブルネットワークゲルを有する。ダブルネットワークゲルは、互いに独立した２種類の網目構造を備えるゲルである。ダブルネットワークゲルは、例えば、主として有機材料により構成された第１網目構造、主として無機材料により構成された第２網目構造、及び、イオン液体を含む。本明細書において、「主として構成された」は、５０ｗｔ％以上、さらには７０ｗｔ％以上が当該材料により構成されていることを意味する。

　第１網目構造を構成するための有機材料は、例えば、ポリアクリルアミド（特に、ポリジメチルアクリルアミドなどのポリジアルキルアクリルアミド）などの重合体を含む。有機材料に含まれる重合体は、アクリルアミド誘導体に由来する構造単位を有し、さらに架橋構造を含んでいてもよい。架橋構造を含む重合体は、公知の方法によって作製することができる。例えば、まず、Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステル基を有する構造単位を有するプレポリマーを準備する。Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステル基を有する構造単位は、例えば、Ｎ－アクリルオキシスクシンイミドに由来する。次に、プレポリマーとアミン系架橋剤とを反応させることによって、架橋構造を含む重合体を得ることができる。アミン系架橋剤は、２つ以上の第一級アミノ基を有する化合物であり、例えばエチレングリコールビス（３－アミノプロピル）エーテルである。

　第２網目構造は、複数の粒子のネットワークを含んでいてもよい。複数の粒子のネットワークは、例えば、複数の粒子が水素結合によって互いに結合することによって形成されている。第２網目構造に含まれる粒子は、後述するナノ粒子として例示する粒子であってもよい。一例として、第２網目構造に含まれる粒子は、シリカ粒子である。

　本実施形態において、具体的なイオン性液体としては、例えば、イミダゾリウム、ピリジニウム、アンモニウム又はホスホニウムと、炭素数１以上の置換基とを有するイオン性液体等が挙げられる。

　イミダゾリウムと炭素数１以上の置換基とを有するイオン性液体において、炭素数１以上の置換基としては、炭素数１以上２０以下のアルキル基、炭素数３以上１４以下のシクロアルキル基、炭素数６以上２０以下のアリール基等が挙げられ、これらは更にヒドロキシ基、シアノ基、アミノ基、一価のエーテル基等で置換されていてもよい（例えば、炭素数１以上２０以下のヒドロキシアルキル基等）。

　炭素数１以上２０以下のアルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、ｎ－ブチル基、ｎ－ペンチル基、ｎ－ヘキシル基、ｎ－ヘプチル基、ｎ－オクチル基、ｎ－ノニル基、ｎ－デシル基、ｎ－ウンデシル基、ｎ－ドデシル基、ｎ－トリデシル基、ｎ－テトラデシル基、ｎ－ペンタデシル基、ｎ－ヘキサデシル基、ｎ－ヘプタデシル基、ｎ－オクタデシル基、ｎ－ノナデシル基、ｎ－エイコサデシル基、ｉ－プロピル基、ｓｅｃ－ブチル基、ｉ－ブチル基、１－メチルブチル基、１－エチルプロピル基、２－メチルブチル基、ｉ－ペンチル基、ネオペンチル基、１，２－ジメチルプロピル基、１，１－ジメチルプロピル基、ｔ－ペンチル基、２－エチルヘキシル基、１，５－ジメチルヘキシル基等が挙げられ、これらは更にヒドロキシ基、シアノ基、アミノ基、一価のエーテル基等で置換されていてもよい。

　上述のアルキル基は、シクロアルキル基によって置換されていてもよい。シクロアルキル基によって置換されたアルキル基の炭素数は、例えば、１以上２０以下である。シクロアルキル基によって置換されたアルキル基としては、シクロプロピルメチル基、シクロブチルメチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルプロピル基等が挙げられ、これらは更にヒドロキシ基、シアノ基、アミノ基、一価のエーテル基等で置換されていてもよい。

　炭素数３以上１４以下のシクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロドデシル基、ノルボルニル基、ボルニル基、アダマンチル基等が挙げられ、これらは更にヒドロキシ基、シアノ基、アミノ基、一価のエーテル基等で置換されていてもよい。

　炭素数６以上２０以下のアリール基としては、フェニル基、トルイル基、キシリル基、メシチル基、アニシル基、ナフチル基、ベンジル基等が挙げられ、これらは更にヒドロキシ基、シアノ基、アミノ基、一価のエーテル基等で置換されていてもよい。

　イミダゾリウムおよび炭素数１以上の置換基を有する化合物は、さらに、アルキル基等の置換基を有してもよく、対アニオンと塩を形成してもよい。対アニオンとしては、アルキルスルフェート、トシレート、メタンスルホネート、アセテート、ビス（フルオロスルホニル）イミド、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、チオシアネート、ジシアンアミド、トリシアノメタニド、テトラシアノボレート、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、ハライド等が挙げられ、ガス分離性能の観点から、ビス（フルオロスルホニル）イミド、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、ジシアンアミド、トリシアノメタニド、テトラシアノボレートが好ましい。

　イミダゾリウム及び炭素数１以上の置換基を有するイオン性液体としては、具体的には、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムビス（フルオロスルホニル）イミド、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムジシアンアミド、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムブロミド、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムクロライド、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスホネート、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムテトラクロロフェレート、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムヨーダイド、１－ブチル－２，３－ジメチルイミダゾリウムクロリド、１－ブチル－２，３－ジメチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、１－ブチル－２，３－ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、１－ブチル－２，３－ジメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、１－ブチル－２，３－ジメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムトリフルオロ（トリフルオロメチル）ボレート、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムトリブロミド、１，３－ジメシチルイミダゾリウムクロライド、１，３－ビス（２，６－ジイソプロピルフェニル）イミダゾリウムクロライド、１，３－ジイソプロピルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１，３－ジ－ｔｅｒｔ－ブチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１，３－ジシクロヘキシルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１，３－ジシクロヘキシルイミダゾリウムクロライド、１，２－ジメチル－３－プロピルイミダゾリウムヨーダイド、１－ヘキシル－３－メチルイミダゾリウムクロライド、１－ヘキシル－３－メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、１－ヘキシル－３－メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１－ヘキシル－３－メチルイミダゾリウムブロミド、１－メチル－３－プロピルイミダゾリウムヨーダイド、１－メチル－３－ｎ－オクチルイミダゾリウムブロミド、１－メチル－３－ｎ－オクチルイミダゾリウムクロライド、１－メチル－３－ｎ－オクチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、１－メチル－３－[６－（メチルスルフィニル）ヘキシル]イミダゾリウムｐ－トルエンスルホネート、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムトリシアノメタニド、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート、１－（２－ヒドロキシエチル）－３－メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド等が挙げられる。

　なかでも、ガス分離性能の観点から、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムビス（フルオロスルホニル）イミド（［ＥＭＩ］［ＦＳＩ］）、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムジシアンアミド（［ＥＭＩ］［ＤＣＡ］）、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムトリシアノメタニド（［ＥＭＩ］［ＴＣＭ］）、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート（［ＥＭＩ］［ＴＣＢ］）、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（［Ｃ₄ｍｉｍ］［ＴＦ₂Ｎ］）、１－（２－ヒドロキシエチル）－３－メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（［Ｃ₂ＯＨｉｍ］［ＴＦ₂Ｎ］）が特に好ましい。

　ダブルネットワークゲルを作製する方法は、特に限定されず、例えば、E.Kamio et al.,Adv.Mater,29,1704118(2017)に開示された方法を利用することができる。

　ダブルネットワークゲルにおけるイオン液体の含有率は、例えば５０ｗｔ％以上であり、好ましくは６０ｗｔ％以上であり、より好ましくは７０ｗｔ％以上であり、さらに好ましくは８０ｗｔ％以上である。イオン液体の含有率が高ければ高いほど、分離機能層１は、混合ガスに含まれる酸性ガスを優先的に透過させることができる。イオン液体の含有率の上限値は、特に限定されず、例えば９５ｗｔ％である。

　ダブルネットワークゲルにおける主として有機材料により構成された第１網目構造の含有率は、例えば１ｗｔ％以上であり、好ましくは５ｗｔ％以上であり、より好ましくは１０ｗｔ％以上である。第１網目構造の含有率の上限値は、例えば１５ｗｔ％である。ダブルネットワークゲルにおける主として無機材料により構成された第２網目構造の含有率は、ダブルネットワークゲルの強度を向上させる観点から、例えば１ｗｔ％以上である。第２網目構造の含有率の上限値は、例えば５ｗｔ％である。ダブルネットワークゲルの重量に対する第１網目構造の重量と第２網目構造の重量との合計値の比率は、例えば２ｗｔ％以上であり、好ましくは５ｗｔ％以上であり、より好ましくは１０ｗｔ％以上である。この比率は、好ましくは２０ｗｔ％以下である。この形態において、分離機能層１は、好ましくは、実質的にダブルネットワークゲルからなる。

　分離機能層１の厚さは、例えば５０μｍ以下であり、好ましくは２５μｍ以下であり、より好ましくは１５μｍ以下である。分離機能層１の厚さは、場合によっては、１０μｍ以下であってもよく、５．０μｍ以下であってもよく、２．０μｍ以下であってもよい。分離機能層１の厚さは、０．０５μｍ以上であってもよく、０．１μｍ以上であってもよい。

（中間層）
　中間層２は、例えば、樹脂を含み、樹脂（マトリクス）に分散したナノ粒子をさらに含んでいてもよい。ナノ粒子は、マトリクス内で互いに離間していてもよく、部分的に凝集していてもよい。マトリクスの材料は、特に限定されず、例えば、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン樹脂；ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂；ポリエチレンオキシドなどのエポキシ樹脂；ポリイミド樹脂；ポリスルホン樹脂；ポリトリメチルシリルプロピン、ポリジフェニルアセチレンなどのポリアセチレン樹脂；ポリメチルペンテンなどのポリオレフィン樹脂が挙げられる。マトリクスは、シリコーン樹脂を含むことが好ましい。

　ナノ粒子は、無機材料を含んでいてもよく、有機材料を含んでいてもよい。ナノ粒子に含まれる無機材料としては、例えば、シリカ、チタニア及びアルミナが挙げられる。ナノ粒子は、シリカを含むことが好ましい。

　中間層２の厚さは、特に限定されず、例えば５０μｍ未満であり、好ましくは４０μｍ以下であり、より好ましくは３０μｍ以下である。中間層２の厚さの下限値は、特に限定されず、例えば１μｍである。中間層２は、例えば、５０μｍ未満の厚さを有する層である。

（多孔性支持体）
　多孔性支持体３は、中間層２を介して分離機能層１を支持する。多孔性支持体３としては、例えば、不織布；多孔質ポリテトラフルオロエチレン；芳香族ポリアミド繊維；多孔質金属；焼結金属；多孔質セラミック；多孔質ポリエステル；多孔質ナイロン；活性化炭素繊維；ラテックス；シリコーン；シリコーンゴム；ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド及びポリフェニレンオキシドからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む透過性（多孔質）ポリマー；連続気泡又は独立気泡を有する金属発泡体；連続気泡又は独立気泡を有するポリマー発泡体；シリカ；多孔質ガラス；メッシュスクリーンなどが挙げられる。多孔性支持体３は、これらのうちの２種以上を組み合わせたものであってもよい。

　多孔性支持体３は、例えば０．０１～０．４μｍの平均孔径を有する。多孔性支持体３の厚さは、特に限定されず、例えば１０μｍ以上であり、好ましくは２０μｍ以上であり、より好ましくは５０μｍ以上である。多孔性支持体３の厚さは、例えば３００μｍ以下であり、好ましくは２００μｍ以下であり、より好ましくは１５０μｍ以下である。

（第１分離膜の製造方法）
　第１分離膜１１は、例えば、次の方法によって作製することができる。まず、中間層２の材料を含む塗布液を調製する。次に、多孔性支持体３の上に、中間層２の材料を含む塗布液を塗布し、塗布膜を形成する。塗布液の塗布方法は、特に限定されず、例えばワイヤーバーなどを利用できる。ワイヤーバーのワイヤー線径、塗布液における中間層２の材料の濃度を調整することによって、形成される中間層２の厚さを調整することができる。なお、多孔性支持体３を塗布液に浸漬させることによって塗布膜を形成してもよい。次に、塗布膜を乾燥し、中間層２を形成する。塗布膜の乾燥は、例えば、加熱条件下で行うことができる。塗布膜の加熱温度は、例えば５０℃以上である。塗布膜の加熱時間は、例えば１分以上であり、５分以上であってもよい。

　中間層２の表面には必要に応じて易接着処理を施すことができる。易接着処理として、下塗り剤の塗布、コロナ放電処理、プラズマ処理などの表面処理が施されてもよい。

　次に、分離機能層１の材料を含む塗布液を調整する。中間層２の上に分離機能層１の材料を含む塗布液を塗布し、塗布膜を得る。この塗布膜を乾燥し、分離機能層１を形成する。塗布液の塗工方法、及び乾燥条件は、中間層２について上述した方法及び条件を用いることができる。なお、分離機能層１の材料を含む塗布液の塗布は、スピンコートによって行ってもよい。これにより、第１分離膜１１が得られる。

　第１分離膜１１の作製方法は、上記の方法に限定されない。例えば、次の方法によっても第１分離膜１１を作製することができる。例えば、分離機能層１の材料を含む塗布液を転写フィルムの上に塗布して塗布膜を得る。塗布膜を乾燥することによって分離機能層１が形成される。次に、中間層２の材料を含む塗布液を分離機能層１の上に塗工して乾燥することによって、中間層２を形成する。中間層２及び分離機能層１の積層体を多孔性支持体３に転写する。これにより、第１分離膜１１が得られる。

（第１分離膜の特性）
　第１分離膜１１を透過する酸性ガスの透過速度は、特に限定されない。一例として、第１分離膜１１を透過する二酸化炭素の透過速度Ｔ₁は、例えば５０ＧＰＵ以上であり、好ましくは１００ＧＰＵ以上であり、より好ましくは１５０ＧＰＵ以上であり、さらに好ましくは２００ＧＰＵ以上であり、特に好ましくは３００ＧＰＵ以上である。透過速度Ｔ₁の上限値は、特に限定されず、例えば５００ＧＰＵである。ただし、ＧＰＵは、１０^-6・cm³(STP)/(sec・cm²・cmHg)を意味する。cm³(STP)は、１気圧、０℃での二酸化炭素の体積を意味する。

　透過速度Ｔ₁は、次の方法によって算出できる。まず、第１分離膜１１の一方の面（例えば第１分離膜１１の分離機能層側の主面１１ａ）に隣接する空間に、二酸化炭素及び窒素からなる混合ガスを供給する。これにより、第１分離膜１１の他方の面（例えば第１分離膜１１の多孔性支持体側の主面１１ｂ）に隣接する空間において、第１分離膜１１を透過した透過ガスが得られる。透過ガスの組成、透過ガスの重量などを測定する。測定結果から透過速度Ｔ₁を算出できる。上記の操作において、混合ガスにおける二酸化炭素の濃度は、標準状態（０℃、１０１ｋＰａ）で５０ｖｏｌ％である。第１分離膜１１の一方の面に隣接する空間に供給される混合ガスは、温度が３０℃であり、圧力が０．１ＭＰａである。

　上記の方法によれば、第１分離膜１１を透過する窒素の透過速度Ｔ₂も算出することができる。透過速度Ｔ₂は、例えば２５ＧＰＵ以下であり、好ましくは１５ＧＰＵ以下であり、より好ましくは５ＧＰＵ以下である。透過速度Ｔ₂の下限値は、特に限定されず、例えば１ＧＰＵである。

　上記の透過速度Ｔ₁の測定条件において、第１分離膜１１の窒素に対する二酸化炭素の分離係数αは、例えば１５以上であり、好ましくは２０以上であり、より好ましくは３０以上であり、さらに好ましくは４０以上であり、特に好ましくは５０以上である。分離係数αの上限値は、特に限定されず、例えば１００である。分離係数αは、以下の式から算出することができる。ただし、下記式において、Ｘ_A及びＸ_Bは、それぞれ、混合ガスにおける二酸化炭素の体積比率及び窒素の体積比率である。Ｙ_A及びＹ_Bは、それぞれ、第１分離膜１１を透過した透過ガスにおける二酸化炭素の体積比率及び窒素の体積比率である。
分離係数α＝（Ｙ_A／Ｙ_B）／（Ｘ_A／Ｘ_B）

［第２分離膜ユニット］
　図４に示すとおり、第２分離膜ユニット２０は、第２分離膜２１及びタンク２２を備える。タンク２２は、第３室２３及び第４室２４を有する。第３室２３内の空間が供給側空間に相当し、第４室２４内の空間が透過側空間に相当する。第２分離膜２１は、タンク２２の内部に配置されている。タンク２２の内部において、第２分離膜２１は、第３室２３と第４室２４とを隔てている。第２分離膜２１は、タンク２２の１対の壁面の一方から他方まで延びている。

　第３室２３は、入口２３ａ及び出口２３ｂを有する。第４室２４は、出口２４ａを有する。第３室２３の入口２３ａは、第１透過ガス８０を第２分離膜ユニット２０に供給するための開口である。第４室２４の出口２４ａは、第１透過ガス８０が第２分離膜２１を透過することによって得られた第２透過ガス９０を第２分離膜ユニット２０から排出するための開口である。第３室２３の出口２３ｂは、第２分離膜２１を透過しなかった第１透過ガス８０（第２非透過ガス９１）を第２分離膜ユニット２０から排出するための開口である。入口２３ａ、出口２３ｂ及び出口２４ａのそれぞれは、例えば、タンク２２の壁面に形成されている。

　第２分離膜２１は、例えば、第１透過ガス８０に含まれる副成分ガスを優先的に透過させることができる。第２分離膜２１としては、第１分離膜１１として例示した分離膜を用いることができる。第２分離膜２１の膜面積は、第１透過ガス８０を分離するための条件に応じて適宜設定できる。

　第２分離膜２１は、膜面積を除き、第１分離膜１１と同じであってもよく、異なっていてもよい。一例として、第１分離膜１１及び第２分離膜２１からなる群より選ばれる少なくとも１つは、分離機能層の材料として、ポリエーテルブロックアミド樹脂又はイオン液体を含んでいてもよく、第１分離膜１１及び第２分離膜２１の両方が、分離機能層の材料として、ポリエーテルブロックアミド樹脂又はイオン液体を含むことが好ましい。

　なお、ガス分離システム１００が備える第１分離膜ユニット１０及び第２分離膜ユニット２０は、流通式（連続式）の膜分離方法に適している。ただし、これらの分離膜ユニットは、バッチ式の膜分離方法に用いられてもよい。

［混合ガスの分離方法］
　本実施形態において、混合ガス７０の分離方法は、第１分離膜ユニット１０を用いた第１分離工程と、第２分離膜ユニット２０を用いた第２分離工程とを含む。

　第１分離工程は、例えば、次のように実施される。まず、混合ガス供給経路３０を通じて、混合ガス７０を第１分離膜ユニット１０の第１室１３（供給側空間）に供給する。混合ガス７０は、例えば、昇圧されずに、測定環境における大気圧（例えば１０１ｋＰａ）で第１室１３に供給される。ただし、混合ガス７０は、その圧力が７００ｋＰａを超えない範囲で、加圧装置５４によって昇圧されてもよい。この程度に混合ガス７０を昇圧することによって、混合ガス７０を分離するために必要なエネルギーを低減しつつ、混合ガス７０の分離に必要な第１分離膜１１の膜面積を低減できる傾向がある。混合ガス７０の圧力、すなわち第１分離膜ユニット１０の供給側空間内の圧力、は、例えば１０１ｋＰａ以上であってもよく、１５０ｋＰａ以上であってもよく、２００ｋＰａ以上であってもよく、３００ｋＰａ以上であってもよく、４００ｋＰａ以上であってもよい。混合ガス７０の圧力の上限値は、６００ｋＰａであってもよく、５００ｋＰａであってもよい。なお、本明細書において、特に言及のない限り、「圧力」は、絶対圧を意味する。

　上述のとおり、混合ガス７０は、二酸化炭素及び窒素を含む。典型的には、混合ガス７０は、主成分ガスとして窒素を含み、かつ副成分ガスとして二酸化炭素を含む。ただし、本実施形態のガス分離システム１００は、上記の組成以外の混合ガス７０の分離に用いることもできる。例えば、主成分ガスは、水素、メタンなどの非極性ガスやヘリウムなどの不活性ガスから選ばれる１種のガスであってもよい。場合によっては、主成分ガスは、二酸化炭素などの酸性ガスから選ばれる１種のガスであってもよい。混合ガス７０は、副成分ガスとして、二酸化炭素に代えて又は二酸化炭素とともに、二酸化炭素以外の酸性ガスや酸素を含んでいてもよい。二酸化炭素以外の酸性ガスとしては、例えば、硫化水素、硫化カルボニル、硫黄酸化物（ＳＯ_x）、シアン化水素、窒素酸化物（ＮＯ_x）などが挙げられる。場合によっては、混合ガス７０は、副成分ガスとして、窒素、水素、メタン、酸素などの非極性ガスやヘリウムなどの不活性ガスを含んでいてもよい。一例として、混合ガスは、主成分ガスとして水素を含み、かつ副成分ガスとして二酸化炭素を含んでいてもよい。混合ガスは、主成分ガスとしてメタンを含み、かつ副成分ガスとして二酸化炭素を含んでいてもよい。

　混合ガス７０における主成分ガス（例えば窒素）の含有率は、例えば５０ｗｔ％以上であり、好ましくは６０ｗｔ％以上であり、より好ましくは７０ｗｔ％以上であり、さらに好ましくは７５ｗｔ％以上であり、特に好ましくは８０ｗｔ％以上であり、とりわけ好ましくは８５ｗｔ％以上であり、９０ｗｔ％以上であってもよく、場合によっては、９５ｗｔ％以上であってもよく、９９ｗｔ％以上であってもよい。混合ガス７０における主成分ガスの含有率の上限値は、特に限定されず、例えば９９．９ｗｔ％であり、９９ｗｔ％であってもよく、９５ｗｔ％であってもよい。混合ガス７０における副成分ガス（例えば二酸化炭素）の含有率は、例えば５０ｗｔ％未満であり、好ましくは４０ｗｔ％以下であり、より好ましくは３０ｗｔ％以下であり、さらに好ましくは２５ｗｔ％以下であり、特に好ましくは２０ｗｔ％以下であり、とりわけ好ましくは１５ｗｔ％以下であり、１０ｗｔ％以下であってもよく、場合によっては、５ｗｔ％以下であってもよく、１ｗｔ％以下であってもよい。混合ガス７０における副成分ガスの含有率の下限値は、特に限定されず、例えば０．１ｗｔ％であり、１ｗｔ％であってもよく、５ｗｔ％であってもよい。混合ガス７０における副成分ガス、特に二酸化炭素、の含有率は、５ｗｔ％以上であることが好ましい。本明細書では、特に断りのない限り、「含有率」は、標準状態（０℃、１０１ｋＰａ）での値を意味する。

　混合ガス７０における二酸化炭素の含有率Ｃ_CO2（ｗｔ％）、及び、混合ガス７０における窒素の含有率Ｃ_N2（ｗｔ％）は、下記関係式（１）を満たしていてもよい。関係式（１）が満たされる場合、ガス分離システム１００で必要とされるエネルギーを大きく低減できる傾向がある。
　Ｃ_CO2＜Ｃ_N2／４　　（１）

　次に、第１分離膜ユニット１０の第１室１３に混合ガス７０を供給した状態で、第２室１４内（透過側空間）を減圧する。詳細には、第１減圧装置５０を用いて、出口１４ａを通じて、第２室１４内を減圧する。透過側空間内の圧力は、例えば７０ｋＰａ以下であり、好ましくは５０ｋＰａ以下であり、より好ましくは３０ｋＰａ以下であり、さらに好ましくは１０ｋＰａ以下であり、特に好ましくは５ｋＰａ以下である。透過側空間内の圧力は、第１減圧装置５０の運転に必要なエネルギー（動力）を考慮して、１ｋＰａ以上であってもよく、２ｋＰａ以上であってもよく、５ｋＰａ以上であってもよい。

　第２室１４内を減圧することによって、供給側空間と透過側空間との間に差圧が生じる、又は、差圧が増加する。これにより、混合ガス７０が第１分離膜１１によって分離され、第１透過ガス８０が第２室１４に供給される。混合ガス７０の分離が行われている間、第２室１４内は、第１減圧装置５０によって減圧され続けてもよい。第１分離膜ユニット１０の供給側空間と透過側空間との差圧は、ガス分離システム１００が消費するエネルギーを低減する観点から、例えば５００ｋＰａ以下、好ましくは４００ｋＰａ以下、より好ましくは３００ｋＰａ以下、さらに好ましくは２００ｋＰａ以下、特に好ましくは１００ｋＰａ以下に調整される。第１分離膜ユニット１０の供給側空間と透過側空間との差圧の下限値は、特に限定されず、例えば１０ｋＰａである。

　第２室１４に供給された第１透過ガス８０は、透過ガス供給経路３２の第１部分３２ａを通過し、例えば、第１減圧装置５０に吸引される。第１減圧装置５０は、例えば、吸引した第１透過ガス８０を透過ガス供給経路３２の第２部分３２ｂに排出する。第１透過ガス８０が第２部分３２ｂに供給されるため、第２部分３２ｂ内の圧力は、通常、測定環境における大気圧程度に維持される。第１透過ガス８０は、第２部分３２ｂを通じて、第２分離膜ユニット２０に供給される。

　上述のとおり、第１分離膜ユニット１０の第１分離膜１１は、例えば、混合ガス７０に含まれる副成分ガスを優先的に透過させる。そのため、第１分離工程によって得られた第１透過ガス８０は、混合ガス７０に比べて副成分ガスの含有率が高い。第１分離工程によって得られた第１透過ガス８０における副成分ガス（例えば二酸化炭素）の含有率は、特に限定されず、例えば３０ｗｔ％～８０ｗｔ％である。混合ガス７０における副成分ガスの含有率（ｗｔ％）に対する第１透過ガス８０における副成分ガスの含有率（ｗｔ％）の比は、特に限定されず、例えば２～１０である。

　一方、混合ガス７０における主成分ガスの濃度は、第１室１３の入口１３ａから出口１３ｂに向かって徐々に上昇する。第１室１３で処理された混合ガス７０（第１非透過ガス８１）における主成分ガス（例えば窒素）の含有率は、例えば９５ｗｔ％以上であり、好ましくは９７ｗｔ％以上であり、より好ましくは９８ｗｔ％以上であり、さらに好ましくは９９ｗｔ％以上である。第１非透過ガス８１は、出口１３ｂを通じて、第１分離膜ユニット１０の外部に排出される。第１非透過ガス８１は、第１排出経路３４を通じて、排出口４２から排出される。

　第２分離工程は、例えば、次のように実施される。まず、透過ガス供給経路３２の第２部分３２ｂを通じて、第１透過ガス８０を第２分離膜ユニット２０の第３室２３（供給側空間）に供給する。第１透過ガス８０は、例えば、昇圧されずに、測定環境における大気圧（例えば１０１ｋＰａ）で第３室２３に供給される。ただし、第１透過ガス８０は、その圧力が７００ｋＰａを超えない範囲で、第２部分３２ｂに配置された加圧装置によって昇圧されてもよい。第１透過ガス８０の圧力、すなわち第２分離膜ユニット２０の供給側空間内の圧力、は、例えば１０１ｋＰａ以上であってもよく、１５０ｋＰａ以上であってもよく、２００ｋＰａ以上であってもよく、３００ｋＰａ以上であってもよく、４００ｋＰａ以上であってもよい。第１透過ガス８０の圧力の上限値は、６００ｋＰａであってもよく、５００ｋＰａであってもよい。

　次に、第２分離膜ユニット２０の第３室２３に第１透過ガス８０を供給した状態で、第４室２４内（透過側空間）を減圧する。詳細には、第２減圧装置５２を用いて、出口２４ａを通じて、第４室２４内を減圧する。透過側空間内の圧力は、例えば７０ｋＰａ以下であり、好ましくは５０ｋＰａ以下であり、より好ましくは３０ｋＰａ以下であり、さらに好ましくは１０ｋＰａ以下であり、特に好ましくは５ｋＰａ以下である。透過側空間内の圧力は、第２減圧装置５２の運転に必要なエネルギー（動力）を考慮して、１ｋＰａ以上であってもよく、２ｋＰａ以上であってもよく、５ｋＰａ以上であってもよく、１０ｋＰａ以上であってもよく、１５ｋＰａ以上であってもよく、２０ｋＰａ以上であってもよく、３０ｋＰａ以上であってもよい。

　第４室２４内を減圧することによって、供給側空間と透過側空間との間に差圧が生じる、又は、差圧が増加する。これにより、第１透過ガス８０が第２分離膜２１によって分離され、第２透過ガス９０が第４室２４に供給される。第１透過ガス８０の分離が行われている間、第４室２４内は、第２減圧装置５２によって減圧され続けてもよい。第２分離膜ユニット２０の供給側空間と透過側空間との差圧は、ガス分離システム１００が消費するエネルギーを低減する観点から、例えば５００ｋＰａ以下、好ましくは４００ｋＰａ以下、より好ましくは３００ｋＰａ以下、さらに好ましくは２００ｋＰａ以下、特に好ましくは１００ｋＰａ以下に調整される。第２分離膜ユニット２０の供給側空間と透過側空間との差圧の下限値は、特に限定されず、例えば１０ｋＰａである。

　第４室２４に供給された第２透過ガス９０は、第２排出経路３６の第１部分３６ａを通過し、例えば、第２減圧装置５２に吸引される。第２減圧装置５２は、例えば、吸引した第２透過ガス９０を第２排出経路３６の第２部分３６ｂに排出する。第２透過ガス９０は、第２部分３６ｂを通じて、タンク６０に送られる。

　上述のとおり、第２分離膜ユニット２０の第２分離膜２１は、例えば、第１透過ガス８０に含まれる副成分ガスを優先的に透過させる。そのため、第２分離工程によって得られた第２透過ガス９０は、第１透過ガス８０に比べて副成分ガスの含有率が高い。第２分離工程によって得られた第２透過ガス９０における副成分ガス（例えば二酸化炭素）の含有率は、特に限定されず、例えば８０ｗｔ％以上であり、好ましくは８５ｗｔ％以上であり、より好ましくは９０ｗｔ％以上であり、さらに好ましくは９５ｗｔ％以上である。第１透過ガス８０における副成分ガスの含有率（ｗｔ％）に対する第２透過ガス９０における副成分ガスの含有率（ｗｔ％）の比は、特に限定されず、例えば１．２～３である。

　一方、第１透過ガス８０における主成分ガスの濃度は、第３室２３の入口２３ａから出口２３ｂに向かって徐々に上昇する。第３室２３で処理された第１透過ガス８０（第２非透過ガス９１）における主成分ガス（例えば窒素）の含有率は、特に限定されず、例えば６０ｗｔ％～９０ｗｔ％である。第２非透過ガス９１は、出口２３ｂを通じて、第２分離膜ユニット２０の外部に排出される。

　本実施形態の分離方法において、第１分離工程及び第２分離工程は、連続して行うことが好ましい。すなわち、第１分離工程で分離された第１透過ガス８０は、タンクなどに捕集されずに、ただちに第２分離工程に供されることが好ましい。第１分離工程及び第２分離工程を連続して行うことによって、単位時間当たりの混合ガス７０の処理量を容易に増加させることができる。

　なお、分離膜ユニット（第１分離膜ユニット１０又は第２分離膜ユニット２０）の分離膜が副成分ガスを優先的に透過させる形態では、分離膜ユニットに供給されたガスにおける副成分ガスの含有率が高ければ高いほど、分離膜ユニットの透過側空間を減圧することによって、分離膜ユニットの供給側空間と透過側空間における副成分ガスの分圧差を容易に拡大することができる。そのため、分離膜ユニットに供給されたガスにおける副成分ガスの含有率が高い場合、分離膜ユニットの透過側空間の圧力をある程度高く設定することによって、分離膜ユニットによる分離性能を大きく低下させずに、減圧装置（第１減圧装置５０又は第２減圧装置５２）の運転に必要なエネルギー（動力）を低減することができる。このように、分離膜ユニットの透過側空間の圧力は、分離膜ユニットに供給されるガスの組成、特に副成分ガスの含有率、に応じて調整することが好ましい。

　一例として、本実施形態の分離方法では、副成分ガスが二酸化炭素である場合、（ｉ）第１分離工程において、第１分離膜ユニット１０の透過側空間の圧力をＰ（ｋＰａ）と表示し、混合ガス７０における二酸化炭素の含有率をｘ（ｗｔ％）と表示したときに、以下の関係式（Ａ）を満たす、及び、（ｉｉ）第２分離工程において、第２分離膜ユニット２０の透過側空間の圧力をＰ（ｋＰａ）と表示し、第１透過ガス８０における二酸化炭素の含有率をｘ（ｗｔ％）と表示したときに、関係式（Ａ）を満たす、の少なくとも１つが成立してもよい。
　０．２ｅ^0.0536x≦Ｐ≦０．５５ｅ^0.0536x　　（Ａ）

　図５は、関係式（Ａ）を説明するためのグラフである。このグラフにおいて、横軸は、分離膜ユニットに供給されたガスにおける二酸化炭素の含有率ｘを示している。縦軸は、分離膜ユニットの透過側空間の圧力Ｐを示している。本発明者らの検討によると、圧力Ｐを関係式（Ａ）が満たされる範囲に調整することによって、分離膜ユニットの分離性能を大きく低下させずに、減圧装置の動力を低減することができる。詳細には、二酸化炭素の含有率ｘに基づいて、圧力Ｐを関係式（Ａ）が満たされる範囲に設定することによって、分離膜ユニットが備える分離膜について、ガスの分離に必要な膜面積を大きく増加させずに、減圧装置の動力を低減できる傾向がある。分離膜ユニットの透過側空間の圧力Ｐ（ｋＰａ）と、分離膜ユニットに供給されるガスにおける二酸化炭素の含有率ｘ（ｗｔ％）は、以下の関係式（Ｂ）を満たしていてもよい。
　Ｐ＝０．４１１６ｅ^0.0536x　　（Ｂ）

　関係式（Ｂ）は、分離膜ユニットの分離性能を大きく低下させずに、減圧装置の動力を低減することに適した、二酸化炭素の含有率ｘと透過側空間の圧力Ｐとの関係を示した式である。関係式（Ｂ）は、詳細には、シミュレーションの結果に基づいて作成された近似曲線である。

　関係式（Ａ）及び（Ｂ）からわかるとおり、二酸化炭素の含有率ｘが高ければ高いほど、透過側空間の圧力Ｐを高く設定することができる。通常、第１透過ガス８０における二酸化炭素の含有率は、混合ガス７０における二酸化炭素の含有率よりも高い。そのため、第２分離工程における第２分離膜ユニット２０の透過側空間の圧力Ｐ２は、第１分離工程における第１分離膜ユニット１０の透過側空間の圧力Ｐ１と同じ又は当該圧力Ｐ１より高くてもよい。圧力Ｐ２は、圧力Ｐ１より高いことが好ましい。

　第１分離工程及び第２分離工程において、分離膜ユニットの透過側空間の圧力Ｐは、分離膜ユニットに供給されるガスの組成、特に二酸化炭素の含有率ｘ、の変化に応じて経時的に変化させてもよい。分離膜ユニットに供給されるガスの組成に応じて、透過側空間の圧力Ｐを常に適切な値に調整することによって、減圧装置の動力を効果的に低減することができる。分離膜ユニットに供給されるガスの組成の変化は、例えば、分離膜ユニットの入口付近に配置されたガスセンサによって検出することができる。

　本実施形態の分離方法は、例えば、第２非透過ガス９１と混合ガス７０とを混合する混合工程をさらに含む。混合工程は、第３排出経路３８を通じて、第２非透過ガス９１を混合ガス供給経路３０の合流位置４０に送ることによって実施することができる。混合工程によれば、第２非透過ガス９１を再利用することができ、主成分ガス及び副成分ガスの回収率を向上できる傾向がある。

　本実施形態の混合ガス７０の分離方法によれば、例えば、副成分ガスが濃縮された第２透過ガス９０と、主成分ガスが濃縮された第１非透過ガス８１とを回収することができる。この分離方法による副成分ガス（例えば二酸化炭素）の回収率は、特に限定されず、例えば８０％以上であり、好ましくは９０％以上である。主成分ガスの回収率は、特に限定されず、例えば９０％以上であり、好ましくは９５％以上である。なお、二酸化炭素が濃縮された第２透過ガス９０は、例えば、ドライアイスなどの製造に利用することができる。窒素が濃縮された第１非透過ガス８１は、例えば、工業用途で利用可能である。

　従来のガス分離システムでは、通常、供給される混合ガスは、少なくとも７００ｋＰａ以上に大きく昇圧される。このことは、特許文献１の実施例において、作動圧力が少なくとも７ｂａｒ以上に設定されていることからも明らかである。しかし、混合ガスを昇圧する形態では、分離膜ユニット中の分離膜を透過しない非透過ガスも昇圧される。この場合、非透過ガスを昇圧するために消費されたエネルギーが無駄になる。本実施形態のガス分離システム１００では、減圧装置５０及び５２のそれぞれによって、分離膜ユニット１０及び２０の透過側空間を減圧して分離工程を行うことができるため、供給側空間を大きく加圧する必要がない。供給側空間の加圧によるエネルギーの無駄を省くことができるため、本実施形態のガス分離システム１００は、混合ガス７０を分離するために必要なエネルギーを低減することに適している。特に、第１分離膜ユニット１０の第１分離膜１１が混合ガス７０中の副成分ガスを優先的に透過させる場合、ガス分離システム１００は、混合ガス７０を分離するために必要なエネルギーを顕著に低減できる傾向がある。

［第１分離膜ユニットの変形例］
　ガス分離システム１００において、第１分離膜ユニット１０は、図６に示すようなスパイラル型の膜エレメントであってもよい。図６の第１分離膜ユニット１５は、中心管１６及び積層体１７を備えている。積層体１７が第１分離膜１１を含んでいる。

　中心管１６は、円筒形状を有している。中心管１６の表面には、中心管１６の内部に第１透過ガス８０を流入させるための複数の孔又はスリットが形成されている。中心管１６の材料としては、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ樹脂）、ポリサルフォン樹脂（ＰＳＦ樹脂）などの樹脂；ステンレス鋼、チタンなどの金属が挙げられる。中心管１６の内径は、例えば２０～１００ｍｍの範囲にある。

　積層体１７は、第１分離膜１１の他に、供給側流路材１８及び透過側流路材１９をさらに含む。積層体１７は、中心管１６の周囲に巻回されている。第１分離膜ユニット１５は、外装材（図示せず）をさらに備えていてもよい。

　供給側流路材１８及び透過側流路材１９としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）又はエチレン－クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）からなる樹脂製のネット、織物又は編物を用いることができる。

　第１分離膜ユニット１５を用いた膜分離は、例えば、次の方法によって行われる。まず、巻回された積層体１７の一端に混合ガス７０を供給する。中心管１６の内部の空間を減圧する。これにより、積層体１７の第１分離膜１１を透過した第１透過ガス８０が中心管１６の内部に移動する。第１透過ガス８０は、中心管１６を通じて外部に排出される。第１分離膜ユニット１５で処理された混合ガス７０（第１非透過ガス８１）は、巻回された積層体１７の他端から外部に排出される。

　なお、ガス分離システム１００において、第２分離膜ユニット２０は、第１分離膜ユニット１５と同様の構成を有するスパイラル型の膜エレメントであってもよい。

＜ガス分離システムの変形例＞
　ガス分離システム１００は、複数の第１分離膜ユニット１０を備えていてもよい。図７に示される本実施形態のガス分離システム１１０は、２つの第１分離膜ユニット１０ａ及び１０ｂを有する。ガス分離システム１１０では、混合ガス供給経路３０は、分岐位置４４において、第１部分３０ａ及び第２部分３０ｂに分岐している。透過ガス供給経路３２は、第３部分３２ｃをさらに有する。ガス分離システム１１０は、第４排出経路３５をさらに備えている。以上を除き、本実施形態のガス分離システム１１０の構造は、ガス分離システム１００の構造と同じである。したがって、ガス分離システム１００と本実施形態のガス分離システム１１０とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。

　混合ガス供給経路３０における分岐位置４４は、例えば、合流位置４０（及び加圧装置５４）よりも下流側、すなわち合流位置４０と第１分離膜ユニット１０ａとの間、に位置する。第１部分３０ａは、分岐位置４４から第１分離膜ユニット１０ａの混合ガス入口（入口１３ａ）まで延びている。第１部分３０ａを通じて、第１分離膜ユニット１０ａに混合ガス７０を供給することができる。第２部分３０ｂは、分岐位置４４から第１分離膜ユニット１０ｂの混合ガス入口（入口１３ｃ）まで延びている。第２部分３０ｂを通じて、第１分離膜ユニット１０ｂに混合ガス７０を供給することができる。

　透過ガス供給経路３２の第３部分３２ｃは、第１分離膜ユニット１０ｂの透過ガス出口（出口１４ｂ）から第１減圧装置５０まで延びている。第１減圧装置５０は、第１部分３２ａを通じて、第１分離膜ユニット１０ａの透過側空間を減圧するとともに、第３部分３２ｃを通じて、第１分離膜ユニット１０ｂの透過側空間を減圧することができる。第１減圧装置５０は、例えば、第３部分３２ｃを通過した第１透過ガスを吸引し、当該第１透過ガスを第２部分３２ｂに排出する。このように、ガス分離システム１１０において、第１減圧装置５０が複数の第１分離膜ユニット１０に共用されていてもよい。第１減圧装置５０が複数の第１分離膜ユニット１０に共用されている形態は、減圧装置の設置面積を低減し、スペースを確保することに適している。さらに、この形態によれば、バルブなどの部材を省略することができ、コスト面でも有利である。第１減圧装置５０が複数の第１分離膜ユニット１０に共用されている場合、ガス分離システム１１０は、混合ガス７０を分離するために必要なエネルギーをさらに低減することにも適している。ただし、ガス分離システム１１０は、複数の第１減圧装置５０を備えるとともに、複数の第１減圧装置５０が、それぞれ、複数の第１分離膜ユニット１０の透過側空間を減圧できるように構成されていてもよい。

　第４排出経路３５は、第１分離膜ユニット１０ｂの非透過ガス出口（出口１３ｄ）に接続されており、第１分離膜ユニット１０ｂから第１非透過ガスを排出するための経路である。第４排出経路３５には、第４排出経路３５から第１非透過ガスを排出するための開口（排出口４６）が形成されている。ガス分離システム１１０が第１非透過ガスを貯蔵するタンク（図示せず）をさらに備えており、第１排出経路３４及び第４排出経路３５のそれぞれが当該タンクに接続されていてもよい。

　ガス分離システム１１０において、複数の第１分離膜ユニット１０は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。ガス分離システム１１０が複数の第１分離膜ユニット１０を有することによって、混合ガス７０を処理する分離膜（第１分離膜１１）の膜面積を容易に増加させることができる。

＜ガス分離システムの別の変形例＞
　図８は、変形例のガス分離システム１２０の構成図を示している。図８に示すように、ガス分離システム１２０は、第３分離膜ユニット２５、第３減圧装置５６、第５排出経路３７及び第６排出経路３９をさらに備えている。第２排出経路３６は、第３分離膜ユニット２５の透過ガス入口（入口２８ａ）に接続されている。以上を除き、ガス分離システム１２０の構造は、図１のガス分離システム１００の構造と同じである。

　第３分離膜ユニット２５は、第３分離膜を用いて、第２分離膜ユニット２０から排出された第２透過ガスについて膜分離を行う膜分離装置である。第３分離膜ユニット２５が有する第３分離膜は、第２透過ガスを第３透過ガスと第３非透過ガスとにさらに分離することができる。

　第３分離膜ユニット２５の第３分離膜は、例えば、第２透過ガスに含まれる副成分ガス、詳細には副成分ガスに含まれる少なくとも１つのガス、を優先的に透過させることができる。そのため、第３分離膜によって分離された第３透過ガスは、第２透過ガスよりも副成分ガスの含有率が高く、かつ第２透過ガスよりも主成分ガスの含有率が低い。一方、第３非透過ガスは、第２透過ガスよりも副成分ガスの含有率が低く、かつ第２透過ガスよりも主成分ガスの含有率が高い。なお、本明細書では、第１透過ガスと同様に、第３透過ガス及び第３非透過ガスにおける「主成分ガス」及び「副成分ガス」の名称は、第１分離膜で分離する前の混合ガスでの含有率に基づいて定める。

　第３減圧装置５６は、第３分離膜ユニット２５の透過側空間を減圧することができる。言い換えると、第３減圧装置５６によって、第３分離膜ユニット２５の供給側空間と透過側空間との間において、差圧を生じさせる、又は、差圧を増加させることができる。第３減圧装置５６の具体例は、ポンプである。第３減圧装置５６は、真空ポンプなどの真空装置であることが好ましい。真空ポンプとしては、第１減圧装置５０について上述したものを用いることができる。第３減圧装置５６としてのポンプは、回転数などを変化させるための可変速機構を備えていてもよい。可変速機構の例は、ポンプのモータを駆動するインバータである。可変速機構でポンプの回転数などを制御することによって、第３分離膜ユニット２５の透過側空間の圧力を適切に調整することができる。

　第３減圧装置５６は、複数のポンプの集合体であってもよい。すなわち、第３減圧装置５６は、複数のポンプのそれぞれによって第３分離膜ユニット２５の透過側空間を減圧できる構成を有していてもよい。この構成によれば、稼働するポンプの数を調整することによって、第３分離膜ユニット２５の透過側空間の圧力を適切に調整することができる。

　上述のとおり、第２排出経路３６は、第３分離膜ユニット２５の入口２８ａに接続されている。第２排出経路３６は、第２分離膜ユニット２０から第３分離膜ユニット２５に第２透過ガスを供給するための経路として機能する。第２排出経路３６の第２部分３６ｂには、第２減圧装置５２から排出された第２透過ガスを昇圧する加圧装置（図示せず）が配置されていてもよく、配置されていなくてもよい。この加圧装置によれば、第３分離膜ユニット２５の供給側空間を加圧することができる。加圧装置としては、例えば、コンプレッサ、ブロワー及び背圧弁が挙げられる。第２部分３６ｂには、第２透過ガスの組成を測定するためのガスセンサが配置されていてもよい。このガスセンサは、例えば、第２透過ガスにおける二酸化炭素の含有率を検出することができる。ガスセンサは、第３分離膜ユニット２５の入口２８ａ付近に配置されていることが好ましい。ガスセンサを用いて、第３分離膜ユニット２５に供給される第２透過ガスの組成を測定することによって、第３分離膜ユニット２５の運転条件、特に第３分離膜ユニット２５の透過側空間の減圧度、を適切に設定することができる。

　第２排出経路３６には、第２透過ガスを捕集する捕集器などのタンクや、経路の開閉を行う開閉弁が配置されていないことが好ましい。特に、第２排出経路３６に捕集器が配置されていない場合、第２分離膜ユニット２０から排出された第２透過ガスを連続的に第３分離膜ユニット２５に供給することができる。このような構成によれば、単位時間当たりの混合ガス７０の処理量を容易に増加させることができる。一例として、第２排出経路３６は、第２減圧装置５２及び配管のみから構成されていてもよい。

　第５排出経路３７は、第３分離膜ユニット２５の透過ガス出口（出口２９ａ）及びタンク６０の入口に接続されており、第３分離膜ユニット２５からタンク６０に第３透過ガスを送るための経路である。タンク６０は、第３分離膜ユニット２５から送られた第３透過ガスを貯蔵することができる。第５排出経路３７には、第３減圧装置５６が配置されている。

　第５排出経路３７は、第３分離膜ユニット２５から第３減圧装置５６まで延びている第１部分３７ａと、第３減圧装置５６からタンク６０まで延びている第２部分３７ｂとを有する。第３減圧装置５６は、第１部分３７ａを通じて、第３分離膜ユニット２５の透過側空間を減圧することができる。第３減圧装置５６は、例えば、第１部分３７ａを通過した第３透過ガスを吸引し、当該第３透過ガスを第２部分３７ｂに排出する。第３減圧装置５６は、例えば、第１部分３７ａを通過したガスをガス分離システム１２０の外部に排出しないように構成されている。第３減圧装置５６は、例えば、第１部分３７ａ及び第２部分３７ｂのみに接続されている。第３減圧装置５６が複数のポンプの集合体である場合、第５排出経路３７の第１部分３７ａは、分岐し、複数のポンプの入口のそれぞれに接続されていてもよい。同様に、第５排出経路３７の第２部分３７ｂは、分岐し、複数のポンプの出口のそれぞれに接続されていてもよい。

　第６排出経路３９は、第３分離膜ユニット２５の非透過ガス出口（出口２８ｂ）に接続されており、第３分離膜ユニット２５から第３非透過ガスを排出するための経路である。第６排出経路３９は、合流位置４１において透過ガス供給経路３２、詳細には透過ガス供給経路３２の第２部分３２ｂ、に合流していてもよい。第６排出経路３９が透過ガス供給経路３２に合流していることによって、例えば、第３分離膜ユニット２５で分離しきれなかった副成分ガスを含む第３非透過ガスを再利用することができる。

　ガス分離システム１２０が制御器を備えている場合、制御器は、例えば、第３減圧装置５６の動作を制御することもできる。一例として、制御器は、第２排出経路３６から第３分離膜ユニット２５に第２透過ガスが供給された場合に、第３分離膜ユニット２５の透過側空間が減圧されるように第３減圧装置５６を制御する。詳細には、制御器は、第３分離膜ユニット２５に第２透過ガスが供給されている間、第３分離膜ユニット２５の透過側空間を減圧し続けるように第３減圧装置５６を制御する。ガス分離システム１２０では、例えば、（ＩＩＩ）第３減圧装置５６によって第３分離膜ユニット２５の透過側空間を減圧しながら、第２透過ガスを第３透過ガスと第３非透過ガスとに分離する、が成立する。

　本実施形態のガス分離システム１２０は、第２分離膜ユニット２０の下流側に、第３分離膜ユニット２５及び第３減圧装置５６がさらに配置された構成を有している。ガス分離システム１２０において、第３分離膜ユニット２５の下流側には、分離膜ユニット及び減圧装置の組み合わせがさらに配置されていてもよい。第３分離膜ユニット２５の下流側に配置された分離膜ユニット及び減圧装置の組み合わせの数は、分離対象の混合ガス７０の組成によって適切に設定することができる。ガス分離システム１２０が制御器を備えている場合、制御器は、例えば、第３分離膜ユニット２５の下流側に配置された各減圧装置の動作を制御する。

［第３分離膜ユニット］
　図９に示すとおり、第３分離膜ユニット２５は、第３分離膜２６及びタンク２７を備える。タンク２７は、第５室２８及び第６室２９を有する。第５室２８内の空間が供給側空間に相当し、第６室２９内の空間が透過側空間に相当する。第３分離膜２６は、タンク２７の内部に配置されている。タンク２７の内部において、第３分離膜２６は、第５室２８と第６室２９とを隔てている。第３分離膜２６は、タンク２７の１対の壁面の一方から他方まで延びている。

　第５室２８は、入口２８ａ及び出口２８ｂを有する。第６室２９は、出口２９ａを有する。第５室２８の入口２８ａは、第２透過ガス９０を第３分離膜ユニット２５に供給するための開口である。第６室２９の出口２９ａは、第２透過ガス９０が第３分離膜２６を透過することによって得られた第３透過ガス９５を第３分離膜ユニット２５から排出するための開口である。第５室２８の出口２８ｂは、第３分離膜２６を透過しなかった第２透過ガス９０（第３非透過ガス９６）を第３分離膜ユニット２５から排出するための開口である。入口２８ａ、出口２８ｂ及び出口２９ａのそれぞれは、例えば、タンク２７の壁面に形成されている。

　第３分離膜２６は、例えば、第２透過ガス９０に含まれる副成分ガスを優先的に透過させることができる。第３分離膜２６としては、第１分離膜１１として例示した分離膜を用いることができる。第３分離膜２６の膜面積は、第２透過ガス９０を分離するための条件に応じて適宜設定できる。

　第３分離膜２６は、膜面積を除き、第１分離膜１１又は第２分離膜２１と同じであってもよく、異なっていてもよい。一例として、第１分離膜１１、第２分離膜２１及び第３分離膜２６からなる群より選ばれる少なくとも１つは、分離機能層の材料として、ポリエーテルブロックアミド樹脂又はイオン液体を含んでいてもよく、第１分離膜１１、第２分離膜２１及び第３分離膜２６のそれぞれが、分離機能層の材料として、ポリエーテルブロックアミド樹脂又はイオン液体を含むことが好ましい。

　なお、第３分離膜ユニット２５は、流通式（連続式）の膜分離方法に適している。ただし、第３分離膜ユニット２５は、バッチ式の膜分離方法に用いられてもよい。第３分離膜ユニット２５は、第１分離膜ユニット１５について上述したスパイラル型の膜エレメントであってもよい。

［混合ガスの分離方法］
　本実施形態において、混合ガス７０の分離方法は、上述の第１分離工程及び第２分離工程に加えて、第３分離膜ユニット２５を用いた第３分離工程をさらに含む。

　第３分離工程は、例えば、次のように実施される。まず、第２排出経路３６の第２部分３６ｂを通じて、第２透過ガス９０を第３分離膜ユニット２５の第５室２８（供給側空間）に供給する。第２透過ガス９０は、例えば、昇圧されずに、測定環境における大気圧（例えば１０１ｋＰａ）で第５室２８に供給される。ただし、第２透過ガス９０は、その圧力が７００ｋＰａを超えない範囲で、第２部分３６ｂに配置された加圧装置によって昇圧されてもよい。第２透過ガス９０の圧力、すなわち第３分離膜ユニット２５の供給側空間内の圧力、は、例えば１０１ｋＰａ以上であってもよく、１５０ｋＰａ以上であってもよく、２００ｋＰａ以上であってもよく、３００ｋＰａ以上であってもよく、４００ｋＰａ以上であってもよい。第２透過ガス９０の圧力の上限値は、６００ｋＰａであってもよく、５００ｋＰａであってもよい。

　次に、第３分離膜ユニット２５の第５室２８に第２透過ガス９０を供給した状態で、第６室２９内（透過側空間）を減圧する。詳細には、第３減圧装置５６を用いて、出口２９ａを通じて、第６室２９内を減圧する。透過側空間内の圧力は、例えば７０ｋＰａ以下であり、好ましくは５０ｋＰａ以下であり、より好ましくは３０ｋＰａ以下であり、さらに好ましくは１０ｋＰａ以下であり、特に好ましくは５ｋＰａ以下である。透過側空間内の圧力は、第３減圧装置５６の運転に必要なエネルギー（動力）を考慮して、１ｋＰａ以上であってもよく、２ｋＰａ以上であってもよく、５ｋＰａ以上であってもよく、１０ｋＰａ以上であってもよく、１５ｋＰａ以上であってもよく、２０ｋＰａ以上であってもよく、３０ｋＰａ以上であってもよい。

　第６室２９内を減圧することによって、供給側空間と透過側空間との間に差圧が生じる、又は、差圧が増加する。これにより、第２透過ガス９０が第３分離膜２６によって分離され、第３透過ガス９５が第６室２９に供給される。第２透過ガス９０の分離が行われている間、第６室２９内は、第３減圧装置５６によって減圧され続けてもよい。第３分離膜ユニット２５の供給側空間と透過側空間との差圧は、ガス分離システム１２０が消費するエネルギーを低減する観点から、例えば５００ｋＰａ以下、好ましくは４００ｋＰａ以下、より好ましくは３００ｋＰａ以下、さらに好ましくは２００ｋＰａ以下、特に好ましくは１００ｋＰａ以下に調整される。第３分離膜ユニット２５の供給側空間と透過側空間との差圧の下限値は、特に限定されず、例えば１０ｋＰａである。

　第６室２９に供給された第３透過ガス９５は、第５排出経路３７の第１部分３７ａを通過し、例えば、第３減圧装置５６に吸引される。第３減圧装置５６は、例えば、吸引した第３透過ガス９５を第５排出経路３７の第２部分３７ｂに排出する。第３透過ガス９５は、第２部分３７ｂを通じて、タンク６０に送られる。

　上述のとおり、第３分離膜ユニット２５の第３分離膜２６は、例えば、第２透過ガス９０に含まれる副成分ガスを優先的に透過させる。そのため、第３分離工程によって得られた第３透過ガス９５は、第２透過ガス９０に比べて副成分ガスの含有率が高い。第３分離工程によって得られた第３透過ガス９５における副成分ガス（例えば二酸化炭素）の含有率は、特に限定されず、例えば８０ｗｔ％以上であり、好ましくは８５ｗｔ％以上であり、より好ましくは９０ｗｔ％以上であり、さらに好ましくは９５ｗｔ％以上である。第２透過ガス９０における副成分ガスの含有率（ｗｔ％）に対する第３透過ガス９５における副成分ガスの含有率（ｗｔ％）の比は、特に限定されず、例えば１．２～３である。

　一方、第２透過ガス９０における主成分ガスの濃度は、第５室２８の入口２８ａから出口２８ｂに向かって徐々に上昇する。第５室２８で処理された第２透過ガス９０（第３非透過ガス９６）における主成分ガス（例えば窒素）の含有率は、特に限定されず、例えば６０ｗｔ％～９０ｗｔ％である。第３非透過ガス９６は、出口２８ｂを通じて、第３分離膜ユニット２５の外部に排出される。

　本実施形態の分離方法において、第１分離工程～第３分離工程は、連続して行うことが好ましい。すなわち、第２分離工程で分離された第２透過ガス９０は、タンクなどに捕集されずに、ただちに第３分離工程に供されることが好ましい。第１分離工程～第３分離工程を連続して行うことによって、単位時間当たりの混合ガス７０の処理量を容易に増加させることができる。

　なお、第３分離膜ユニット２５の透過側空間の圧力は、第３分離膜ユニット２５に供給される第２透過ガス９０の組成、特に副成分ガスの含有率、に応じて調整してもよい。一例として、本実施形態の分離方法では、副成分ガスが二酸化炭素である場合、第３分離工程において、第３分離膜ユニット２５の透過側空間の圧力をＰ（ｋＰａ）と表示し、第２透過ガス９０における二酸化炭素の含有率をｘ（ｗｔ％）と表示したときに、上述した関係式（Ａ）が満たされていてもよく、関係式（Ｂ）が満たされていてもよい。

　第３分離工程における第３分離膜ユニット２５の透過側空間の圧力Ｐ３は、第２分離工程における第２分離膜ユニット２０の透過側空間の圧力Ｐ２と同じ又は当該圧力Ｐ２より高くてもよい。圧力Ｐ３は、圧力Ｐ２より高いことが好ましい。

　第３分離工程において、第３分離膜ユニット２５の透過側空間の圧力Ｐ３は、第３分離膜ユニット２５に供給されるガスの組成、特に二酸化炭素の含有率ｘ、の変化に応じて経時的に変化させてもよい。第３分離膜ユニット２５に供給されるガスの組成に応じて、透過側空間の圧力Ｐ３を常に適切な値に調整することによって、第３減圧装置５６の動力を効果的に低減することができる。第３分離膜ユニット２５に供給されるガスの組成の変化は、例えば、第３分離膜ユニット２５の入口２８ａ付近に配置されたガスセンサによって検出することができる。

　本実施形態の分離方法は、例えば、第３非透過ガス９６と第１透過ガス８０とを混合する第２混合工程をさらに含む。第２混合工程は、第６排出経路３９を通じて、第３非透過ガス９６を透過ガス供給経路３２の合流位置４１に送ることによって実施することができる。第２混合工程によれば、第３非透過ガス９６を再利用することができ、主成分ガス及び副成分ガスの回収率を向上できる傾向がある。

　本実施形態の混合ガス７０の分離方法によれば、例えば、副成分ガスが濃縮された第３透過ガス９５と、主成分ガスが濃縮された第１非透過ガス８１とを回収することができる。この分離方法による副成分ガス（例えば二酸化炭素）の回収率は、特に限定されず、例えば８０％以上であり、好ましくは９０％以上である。主成分ガスの回収率は、特に限定されず、例えば９０％以上であり、好ましくは９５％以上である。

　ガス分離システム１２０を用いた本実施形態の混合ガス７０の分離方法は、副成分ガスの含有率が低い混合ガス７０の分離に適している。詳細には、本実施形態の混合ガス７０の分離方法は、副成分ガス、特に二酸化炭素、の含有率が１ｗｔ％以下である混合ガス７０（例えば、空気）の分離に適している。

　以下に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（分離膜Ａ）
　まず、シリコーン溶液（モメンティブパフォーマンスマテリアルズ社製ＹＳＲ３０２２）１０ｇを１４０ｇのノルマルデカン（三協化学社製）で希釈し、２質量％のシリコーン溶液を作製した。作製したシリコーン溶液に限外ろ過膜（日東電工製　ＮＴＵ－３１７５Ｍ）を５秒浸漬し、４０秒液切りを行い、１２０℃の乾燥機で２分乾燥させる工程を２度行い、限外ろ過膜上に厚さ２μｍのシリコーン層（中間層）を形成した。形成したシリコーン層の表面については、テーブル式コロナ処理装置（春日電機製）を用いて１Ｊ／ｃｍ²の強度で親水化処理を行った。

　次に、ポリエーテルブロックアミド（アルケマ社製のPebax MH1657）２ｇを７０質量％のイソプロパノール水溶液９８ｇに投入し、８０℃で３時間攪拌することで、２質量％のPebax溶液を作製した。作製した溶液をシリコーン層の上に展開し、２０００ｒｐｍの回転数で４０秒間スピンコートを行った。次に、得られた塗布膜を６０℃のオーブンで３０分乾燥させることで分離機能層が形成された。これにより、分離膜Ａを得た。

（分離膜Ｂ）
　ポリエーテルブロックアミドを含む塗布液に代えて、ダブルネットワークゲルを含む塗布液を用いたことを除いて、分離膜Ａと同じ方法によって、分離膜Ｂを作製した。ダブルネットワークゲルは、第１網目構造、第２網目構造及びイオン液体を含んでいた。第１網目構造は、ジメチルアクリルアミドに由来する構造単位を有し、さらに架橋構造を含む重合体によって構成されていた。第２網目構造は、シリカ粒子（アエロジル社製のＡＥＲＯＳＩＬ２００）により構成されていた。イオン液体としては、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムジシアンアミド（ＥＭＩ－ＤＣＡ）を用いた。ダブルネットワークゲルにおける第１網目構造の含有率は１５ｗｔ％であり、第２網目構造の含有率は５ｗｔ％であり、イオン液体の含有率は８０ｗｔ％であった。

（分離膜Ｃ）
　イオン液体として、ＥＭＩ－ＤＣＡに代えて、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムトリシアノメタニド（ＥＭＩ－Ｃ（ＣＮ）₃）を用いたことを除いて、分離膜Ｂと同じ方法によって分離膜Ｃを作製した。

［分離膜の特性評価］
　次に、以下の方法によって、分離膜Ａ～Ｃのそれぞれについて、二酸化炭素の透過速度Ｔ₁、窒素の透過速度Ｔ₂、及び、窒素に対する二酸化炭素の分離係数α（ＣＯ₂／Ｎ₂）を測定した。まず、分離膜を金属セル中にセットし、リークが発生しないようにＯリングでシールした。次に、分離膜の分離機能層側の主面に混合ガスが接触するように、金属セル内に混合ガスを注入した。混合ガスは、実質的に二酸化炭素及び窒素からなっていた。混合ガスにおける二酸化炭素の濃度は、標準状態で５０ｖｏｌ％であった。金属セル内に注入された混合ガスの温度は、３０℃であった。混合ガスの圧力は、０．１ＭＰａであった。これにより、分離膜の多孔性支持体側の主面から透過ガスが得られた。得られた透過ガスの組成、透過ガスの重量などに基づいて、二酸化炭素の透過速度Ｔ₁、窒素の透過速度Ｔ₂及び分離係数αを算出した。結果を表１に示す。

（計算例１～１９）
　次に、分離膜Ａ～Ｃを用いて、図１に示すガス分離システムを運転したときのシミュレーションを行った。詳細には、分離膜ユニットの運転条件、分離膜ユニットで用いた分離膜の種類、混合ガスの組成、第２透過ガスの組成などを予め決定して、この場合に、ガス分離システムを用いて混合ガスを分離するために必要なエネルギー及び分離膜の膜面積を計算した。より詳細には、Schlumberger社製のプロセスモデリングソフトSymmetryを用いて、図１における減圧装置５０及び５２の動力、並びに、分離膜１１及び２１の膜面積を計算した。

　計算例１～１９では、分離膜ユニットの供給側空間の圧力や、用いた分離膜の種類を変更して、その影響を確認した。例えば、計算例１において、分離膜１１及び２１の性能は、表１に示した分離膜Ａの値（透過速度Ｔ₁：１３０．３ＧＰＵ、選択性α：３７．２）に設定した。分離膜ユニット１０及び２０のそれぞれについて、供給されるガスの圧力（供給側空間の圧力）を大気圧（１０１．３３ｋＰａ）に設定し、透過側空間の圧力をほとんど真空の値（１ｋＰａ）に設定した。第１分離膜ユニット１０に供給される混合ガスに含まれる二酸化炭素のガス流量を３００ｔ／年（３４．２５ｋｇ／ｈｒ）に設定し、二酸化炭素の含有率を１０ｗｔ％に設定し、混合ガスの温度を２５℃に設定した。さらに、最終的に得られた第１非透過ガス及び第２透過ガスの温度を２５℃に設定し、これらの圧力を１０１．３３ｋＰａに設定した。第２透過ガスについては、二酸化炭素の含有率を９５ｗｔ％に設定し、その回収率を９０％（３０．８２ｋｇ／ｈｒ）に設定した。減圧装置５０及び５２の断熱効率は、一般的な値である７０％に設定した。結果を表２及び３に示す。

（計算例２０～２５）
　次に、特許文献１に開示されたガス分離システムを運転したときのシミュレーションを行った。詳細には、図１０に示すガス分離システム２００を運転して混合ガスを分離することを想定した。

　ガス分離システム２００は、第１分離膜ユニット２１０、第２分離膜ユニット２２０及び第３分離膜ユニット２２５を備えている。第１分離膜ユニット２１０及び第２分離膜ユニット２２０は、それぞれ、図１のガス分離システム１００の第１分離膜ユニット１０及び第２分離膜ユニット２０に対応している。図１０の第３分離膜ユニット２２５は、第３分離膜を用いて、第１分離膜ユニット２１０から排出された第１非透過ガスについて膜分離を行う膜分離装置である。第３分離膜は、第１非透過ガスを第３透過ガスと第３非透過ガスとに分離することができる。

　ガス分離システム２００は、混合ガス供給経路２３０、透過ガス供給経路２３２、第１排出経路２３４、第２排出経路２３６、第３排出経路２３８、第４排出経路２３７及び第５排出経路２３９を備えている。混合ガス供給経路２３０は、第１分離膜ユニット２１０に混合ガスを供給するための経路である。混合ガス供給経路２３０には、コンプレッサＣＰ１及び熱交換器Ｃ１が配置されている。コンプレッサＣＰ１によって、混合ガスを昇圧することができる。

　透過ガス供給経路２３２は、第１分離膜ユニット２１０から第２分離膜ユニット２２０に第１透過ガスを供給するための経路である。透過ガス供給経路２３２には、減圧装置が配置されていない。第１排出経路２３４は、第１分離膜ユニット２１０から第３分離膜ユニット２２５に第１非透過ガスを送るための経路である。

　第２排出経路２３６は、第２分離膜ユニット２２０から第２透過ガスを排出するための経路である。第２排出経路２３６には、減圧装置ＣＰ２及び熱交換器Ｃ２が配置されている。

　第３排出経路２３８は、第２分離膜ユニット２２０から第２非透過ガスを排出するための経路である。第３排出経路２３８は、合流位置２４０において混合ガス供給経路２３０に合流しており、第２非透過ガスを混合ガス供給経路２３０に送ることができる。

　第４排出経路２３７は、第３分離膜ユニット２２５から第３非透過ガスを排出するための経路である。第５排出経路２３９は、第３分離膜ユニット２２５から第３透過ガスを排出するための経路である。第５排出経路２３９は、合流位置２４０において混合ガス供給経路２３０に合流しており、第３透過ガスを混合ガス供給経路２３０に送ることができる。

　ガス分離システム２００において、分離膜ユニットの運転条件、分離膜ユニットで用いた分離膜の種類、混合ガスの組成、第２透過ガスの組成などを予め決定して、この場合に、ガス分離システム２００を用いて混合ガスを分離するために必要なエネルギー及び分離膜の膜面積を計算した。計算には、Schlumberger社製のプロセスモデリングソフトSymmetryを用いた。計算例２０～２５では、第１分離膜ユニット２１０及び第３分離膜ユニット２２５における分離膜の膜面積の比率や、用いた分離膜の種類を変更して、その影響を確認した。結果を表４に示す。

（計算例２６～２８）
　次に、特許文献２に開示されたガス分離システムを運転したときのシミュレーションを行った。詳細には、図１１に示すガス分離システム２５０を運転して混合ガスを分離することを想定した。ガス分離システム２５０は、第２分離膜ユニット２２０、第２排出経路２３６及び第３排出経路２３８を備えていないことを除き、図１０のガス分離システム２００と同じ構成を有している。

　ガス分離システム２５０において、分離膜ユニットの運転条件、分離膜ユニットで用いた分離膜の種類、混合ガスの組成、第１透過ガスの組成などを予め決定して、この場合に、ガス分離システム２５０を用いて混合ガスを分離するために必要なエネルギー及び分離膜の膜面積を計算した。計算には、Schlumberger社製のプロセスモデリングソフトSymmetryを用いた。計算例２６～２８では、用いた分離膜の種類を変更して、その影響を確認した。結果を表５に示す。

　表２～５からわかるとおり、第１分離膜ユニット及び第２分離膜ユニットのそれぞれの透過側空間を減圧できる構成を有する本実施形態のガス分離システムによれば、従来のガス分離システム２００及び２５０に比べて、混合ガスを分離するために必要なエネルギーを低減できる。特に、計算例１～１０などからわかるとおり、本実施形態のガス分離システムでは、７００ｋＰａを超えない範囲で第１分離膜ユニットの供給側空間内を加圧することによって、混合ガスを分離するために必要なエネルギーを低減しつつ、必要な分離膜の膜面積も低減することができる。

（計算例２９～３９）
　計算例１～１９と同様に、図１に示すガス分離システムを運転したときのシミュレーションを行った。計算例２９～３９では、第２透過ガスの組成や混合ガスの組成を変更して、その影響を確認した。結果を表６に示す。

（計算例４０～４５）
　計算例２０～２５と同様に、図１０に示すガス分離システム２００を運転したときのシミュレーションを行った。計算例４０～４５では、第２透過ガスの組成や混合ガスの組成を変更して、その影響を確認した。結果を表７に示す。

（計算例４６～５０）
　計算例２６～２８と同様に、図１１に示すガス分離システム２５０を運転したときのシミュレーションを行った。計算例４６～５０では、第１透過ガスの組成や混合ガスの組成を変更して、その影響を確認した。結果を表８に示す。

　ガス分離システムにおいて、混合ガスを分離するために必要なエネルギーは、透過ガスの組成や混合ガスの組成、特に混合ガスの組成、に大きく依存する。表６～８に記載された計算例について、上記のガスの組成が同一の条件で比較すると、第１分離膜ユニット及び第２分離膜ユニットのそれぞれの透過側空間を減圧できる構成を有する本実施形態のガス分離システムによれば、従来のガス分離システム２００及び２１０に比べて、混合ガスを分離するために必要なエネルギーを低減できることがわかる。

（計算例５１～５８）
　計算例１と同様に、図１に示すガス分離システムを運転したときのシミュレーションを行った。計算例５１～５８では、計算例１の条件から、第１分離膜ユニット又は第２分離膜ユニットの透過側空間の圧力を変更して、その影響を確認した。結果を表９に示す。

（計算例５９～７２）
　計算例３３と同様に、計算例５９～７２について、図１に示すガス分離システムを運転したときのシミュレーションを行った。計算例５９～７２では、計算例３３の条件から、第１分離膜ユニット又は第２分離膜ユニットの透過側空間の圧力を変更して、その影響を確認した。結果を表１０及び１１に示す。

　表９～１１からわかるとおり、第１分離膜ユニット又は第２分離膜ユニットの透過側空間の圧力を適切に設定することによって、混合ガスを分離するために必要な分離膜の膜面積を大きく増加させずに、必要なエネルギーを低減することができる。この効果は、分離膜ユニットの透過側空間の圧力Ｐが上述の関係式（Ａ）を満たす計算例で顕著であると言える。

（計算例７３～７７）
　計算例１と同様に、計算例７３について、図１に示すガス分離システムを運転したときのシミュレーションを行った。さらに、計算例７４～７７では、図８に示すガス分離システムを運転したときのシミュレーションを行った。計算例７４～７７のシミュレーションは、計算例１などと同様の方法で行った。なお、計算例７４～７７では、第２透過ガスの組成に代えて、第３透過ガスの組成を予め決定した。計算例７３～７７では、混合ガスの組成を変更して、その影響を確認した。結果を表１２に示す。

　表１２からわかるとおり、本実施形態のガス分離システムによれば、二酸化炭素の含有率が非常に低い混合ガスについても分離を行うことができる。

　本実施形態のガス分離システムは、混合ガス、特に二酸化炭素及び窒素を含む排出ガス、を分離することに適している。

Claims

　二酸化炭素及び窒素を含む混合ガスを第１透過ガスと第１非透過ガスとに分離する第１分離膜ユニットと、
　前記第１透過ガスを第２透過ガスと第２非透過ガスとに分離する第２分離膜ユニットと、
　前記第１分離膜ユニットの透過側空間を減圧する第１減圧装置と、
　前記第２分離膜ユニットの透過側空間を減圧する第２減圧装置と、
を備えた、ガス分離システム。
　連続式システムである、請求項１に記載のガス分離システム。
　（Ｉ）前記第１減圧装置によって前記第１分離膜ユニットの前記透過側空間を減圧しながら、前記混合ガスを前記第１透過ガスと前記第１非透過ガスとに分離する、及び、（ＩＩ）前記第２減圧装置によって前記第２分離膜ユニットの前記透過側空間を減圧しながら、前記第１透過ガスを前記第２透過ガスと前記第２非透過ガスとに分離する、の少なくとも１つが成立する、請求項１又は２に記載のガス分離システム。
　前記混合ガスは、主成分ガス及び副成分ガスを含み、
　前記第１透過ガスは、前記混合ガスよりも前記副成分ガスの含有率が高く、
　前記第１非透過ガスは、前記混合ガスよりも前記副成分ガスの含有率が低い、請求項１～３のいずれか１項に記載のガス分離システム。
　前記第２透過ガスは、前記第１透過ガスよりも前記副成分ガスの含有率が高く、
　前記第２非透過ガスは、前記第１透過ガスよりも前記副成分ガスの含有率が低い、請求項４に記載のガス分離システム。
　前記混合ガスは、前記主成分ガスとして窒素を含み、かつ前記副成分ガスとして二酸化炭素を含む、請求項４又は５に記載のガス分離システム。
　前記混合ガスにおける二酸化炭素の含有率Ｃ_CO2（ｗｔ％）、及び、前記混合ガスにおける窒素の含有率Ｃ_N2（ｗｔ％）が下記関係式（１）を満たす、請求項１～６のいずれか１項に記載のガス分離システム。
　Ｃ_CO2＜Ｃ_N2／４　　（１）
　前記混合ガスにおける二酸化炭素の含有率が５ｗｔ％以上である、請求項１～７のいずれか１項に記載のガス分離システム。
　前記第２透過ガスにおける二酸化炭素の含有率が８０ｗｔ％以上であり、
　前記第１非透過ガスにおける窒素の含有率が９５ｗｔ％以上である、請求項１～８のいずれか１項に記載のガス分離システム。
　前記第１分離膜ユニット及び前記第２分離膜ユニットに接続され、前記第２分離膜ユニットに前記第１透過ガスを供給するための透過ガス供給経路をさらに備え、
　前記第１減圧装置が前記透過ガス供給経路に配置されている、請求項１～９のいずれか１項に記載のガス分離システム。
　前記透過ガス供給経路には、前記第１透過ガスを捕集する捕集器が配置されていない、請求項１０に記載のガス分離システム。
　前記透過ガス供給経路は、前記第１減圧装置及び配管のみから構成されている、請求項１０又は１１に記載のガス分離システム。
　複数の前記第１分離膜ユニットを備えた、請求項１～１２のいずれか１項に記載のガス分離システム。
　前記第１減圧装置が複数の前記第１分離膜ユニットに共用されている、請求項１３に記載のガス分離システム。
　前記第１分離膜ユニットに接続され、前記第１分離膜ユニットに前記混合ガスを供給するための混合ガス供給経路と、
　前記第２分離膜ユニットに接続され、前記第２分離膜ユニットから前記第２非透過ガスを排出するための排出経路と、
をさらに備え、
　前記排出経路は、合流位置において、前記混合ガス供給経路に合流している、請求項１～１４のいずれか１項に記載のガス分離システム。
　前記第１分離膜ユニットは、前記混合ガスを分離する第１分離膜を有し、
　前記第２分離膜ユニットは、前記第１透過ガスを分離する第２分離膜を有し、
　前記第１分離膜及び前記第２分離膜からなる群より選ばれる少なくとも１つは、ポリエーテルブロックアミド樹脂又はイオン液体を含む、請求項１～１５のいずれか１項に記載のガス分離システム。
　二酸化炭素及び窒素を含む混合ガスを第１分離膜ユニットに供給し、前記第１分離膜ユニットの透過側空間を減圧することによって、前記混合ガスを第１透過ガスと第１非透過ガスとに分離する第１分離工程と、
　前記第１透過ガスを第２分離膜ユニットに供給し、前記第２分離膜ユニットの透過側空間を減圧することによって、前記第１透過ガスを第２透過ガスと第２非透過ガスとに分離する第２分離工程と、
を含む、混合ガスの分離方法。
　前記第１分離工程において、前記第１分離膜ユニットの供給側空間と前記透過側空間との差圧を４００ｋＰａ以下に調整する、請求項１７に記載の分離方法。
　（ｉ）前記第１分離工程において、前記第１分離膜ユニットの前記透過側空間の圧力をＰ（ｋＰａ）と表示し、前記混合ガスにおける二酸化炭素の含有率をｘ（ｗｔ％）と表示したときに、以下の関係式（Ａ）を満たす、及び、（ｉｉ）前記第２分離工程において、前記第２分離膜ユニットの前記透過側空間の圧力をＰ（ｋＰａ）と表示し、前記第１透過ガスにおける二酸化炭素の含有率をｘ（ｗｔ％）と表示したときに、前記関係式（Ａ）を満たす、の少なくとも１つが成立する、請求項１７又は１８に記載の分離方法。
　０．２ｅ^0.0536x≦Ｐ≦０．５５ｅ^0.0536x　　（Ａ）
　前記第２分離工程における前記第２分離膜ユニットの前記透過側空間の圧力は、前記第１分離工程における前記第１分離膜ユニットの前記透過側空間の圧力と同じ又は当該圧力より高い、請求項１７～１９のいずれか１項に記載の分離方法。
　前記混合ガスは、燃料が燃焼することによって生じた排出ガスである、請求項１７～２０のいずれか１項に記載の分離方法。