본 발명은 감압 및 상 분리를 이용하여 현열 회수 효율을 개선한 이산화탄소 분리장치에 관한 것이다. 이러한 감압 및 상 분리를 이용하여 현열 회수 효율을 개선한 이산화탄소 분리장치는, 배가스가 유입되며, 상기 배가스에 포함된 이산화탄소와 흡수제를 반응시키는 흡수탑; 상기 이산화탄소와 상기 흡수제가 반응한 이산화탄소리치흡수제(CO2-rich-Solution)가 이동하는 제1 배관; 상기 제1 배관에 마련되며, 상기 이산화탄소리치흡수제의 압력이 감압되어 열교환이 수행되고, 상기 이산화탄소리치흡수제의 상(Phase)이 기체 및 액체로 분리되는 감압 및 상 분리부; 기체 상태의 상기 이산화탄소리치흡수제와 액체 상태의 상기 이산화탄소리치흡수제가 유입되며, 상기 이산화탄소리치흡수제로부터 이산화탄소를 분리하는 탈거탑; 상기 이산화탄소가 분리된 린흡수제(Lean Solution)가 이동하도록, 상기 탈거탑과 상기 감압 및 상 분리부를 연결하는 제2 배관; 상기 탈거탑에 상기 이산화탄소리치흡수제로부터 이산화탄소가 분리되도록 열을 제공하는 재열기;를 포함하여서, 상기 린흡수제가 상기 감압 및 상 분리부로 유입되고, 상기 이산화탄소리치흡수제는 상기 린흡수제의 열에 의해 기체와 액체로 상 분리된 후에 상기 탈거탑으로 유입되는 것을 특징으로 한다.