低純度水からの高純度水の製造方法及び製造装置
【課題】本発明に係る低純度水から高純度水の製造方法は、海水を用いてガスハイドレートを経由して淡水を得る技術の問題点を究明し、その解決を図り、それを基にして、海水に限定せず、汚水を含めた低純度水から高純度水を得る。
【解決手段】ガスハイドレートを形成することのできる一種若しくは二種以上のガスと低純度水とを、低純度水の氷点より高い温度であって且つガスハイドレートを形成する条件下で接触させて、低純度水に懸濁する固体のガスハイドレートを得る工程と、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレート形成過程で用いた低純度水を脱水し、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄水で洗浄する工程と、ガスハイドレート状態よりも高温あるいは低圧にすることにより、ガスハイドレートをガスと高純度水にする工程と、をこの順序で行なう。
【解決手段】ガスハイドレートを形成することのできる一種若しくは二種以上のガスと低純度水とを、低純度水の氷点より高い温度であって且つガスハイドレートを形成する条件下で接触させて、低純度水に懸濁する固体のガスハイドレートを得る工程と、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレート形成過程で用いた低純度水を脱水し、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄水で洗浄する工程と、ガスハイドレート状態よりも高温あるいは低圧にすることにより、ガスハイドレートをガスと高純度水にする工程と、をこの順序で行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低純度水からの高純度水の製造方法及び製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、世界的に真水が不足している。他方、地球上には海水、汚水など、不純物の多い水は十分にある。このような低純度水から真水のような高純度水を得ることは強く要望されている中で、海水からの淡水化については、幾つかの技術が知られているが、いずれも技術的に難がある。
【０００３】
海水の淡水化技術としては、熱源を用いて海水を加熱して蒸気を取り出し、その蒸気を冷却して淡水を得る蒸発法と、膜を用いて海水中の塩分を分離する膜法、その他の技術がある。
【０００４】
このうち、蒸発法は、水を蒸発させるために大量の熱が必要であり、また、高温海水による装置の腐食という問題がある。
【０００５】
また、膜法は耐塩性、耐久性に優れ且つ海水中の塩分を通さない半透膜としての材料に難点があるとともに、海水を逆浸透膜モジュールに入れる前に、通常６〜７ＭＰａの圧力まで加圧する必要があるという欠点が存在する。
【０００６】
その他の技術としては、例えば、凍結法、太陽熱利用法、ガスハイドレート法（特開平１１−３１９８０５号公報）があるが、まだ開発段階にあり、飲料水として実用化されたとの情報は得られていない。
【０００７】
ここでガスハイドレートとは、クラスレートハイドレートとも呼ばれ、水分子がその水素結合により形成する籠状の結晶格子の中に、ハイドレート形成ガス分子が取り込まれたガス水和物であり、一定の温度と圧力の条件下で形成される氷状固体包接物である。
【０００８】
ここでガスハイドレートの形成する温度が低いほど圧力は低く済むものの、水の氷点以下の温度では水が氷になることでハイドレートの形成速度が水の場合と比べ遅い。そこで、氷点温度が−４℃に下げられる海水を用いて、海水の氷点温度より少し高い温度でハイドレートを形成する。即ち、このような条件でハイドレートを形成するようなガスを選択して、ハイドレートを作り、ハイドレートの籠状結晶を構成する分子が純粋な水であることを利用して、ハイドレートから淡水を得ようとするものである。
【０００９】
ところが、この技術は今に至っても実用化されていない。着想としては素晴らしいのであるが、工業化に至り得ない問題がある。
【００１０】
また、E.Dendy Sloan Jr. Clathrate Hydrate of Natural Gases Third Edition 2007の中で幾つかの淡水化技術が挙げられているが、これも実用化に到っていない。この中には１５年にわたって海水からの淡水化を研究している報告もあり、その困難さが明らかである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−３１９８０５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】E.Dendy Sloan Jr. Clathrate Hydrate of Natural Gases Third Edition 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、海水を用いてガスハイドレートを経由して淡水を得る技術の問題点を究明し、その解決を図り、それを基にして、海水に限定せず、汚水を含めた低純度水から高純度水を得ることにある。
【００１４】
それとともに、飲料水として使用可能なレベルの水を得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は以下の諸知見を基にしてなされたものである。すなわち、特許文献１を追試してみたところ、塩分濃度が若干低下した程度の水に過ぎず、飲料水として使用できるものではなく、淡水化を多段階で行なっても同様であることが分かった。
【００１６】
尚、本発明でいう、「低純度水」とは、海水とか汚水のような不純物の多い水を意味し、「高純度水」とは低純度水より純度の高い水という意味で用いており、高純度水が真水のような飲料水に限定されるものではない。
【００１７】
また、既述の先行技術においては、海水に対するものとして淡水という表現を用いているが、本発明では海水の淡水化に限定されない。淡水の代わりに高純度水という表現を用いている。海水の淡水化に限れば、淡水と高純度水とは同じ意味である。
【００１８】
本発明は、長年、ガスハイドレートから得られる水についての基礎的研究から得られたものである。ガスハイドレートは結晶成長で数百ミクロン程度の大きさになるが、そこまで行かないものもある。
【００１９】
一方、ガスハイドレートの籠状結晶の集まりからなる結晶構造について、I型の場合、一辺の大きさが１２Åの立方晶系であり、II型の場合、一辺の大きさが１７．３Åの立方晶系であり、Ｈ型の場合、ａが１２．３Å、ｃが１０．２Åの六方晶系である。
【００２０】
したがって、ガスハイドレートは、このような結晶構造の集まりになっているわけである。仮に、ガスハイドレートが直径５０ミクロンの球として、結晶の大きさを１５Åの立方晶系と仮定すると、少なくとも何兆個もの結晶が存在することになる。
【００２１】
結晶の中には当然ながら、水分子とガスしか存在してなく、結晶の外側に塩分がはじき出される。結晶成長が比較的ゆっくり行われれば、塩分の析出は外側に析出されていくものの、急激な結晶成長であれば、微結晶の間に塩分が残される可能性は否定できない。
【００２２】
一方、ガスハイドレートの内部にある塩分を洗浄で洗い出すことは至難の業である。しかしながら、発明者が検討したところによれば、ガスハイドレートを十分に洗浄すれば、飲料水として使用可能な程度の高純度の水が得られることが分かった。これに対して、先行技術での洗浄は甚だ不十分であり、洗浄方法さえ適切なものを採用すれば、飲料水として使用可能な程度の高純度の水が得られる。
【００２３】
さらに、低純度水から飲料水になり得る程度の高純度水を得るのには、高純度水で洗浄する必要があるが、洗浄に用いる高純度水を得られる高純度水より少なくする必要がある。この要請に応えつつ、上記知見を基に、本発明者らは、下記発明をなすに至った。
【００２４】
（１）第１の低純度水から高純度水の製造方法は、ガスハイドレートを形成することのできる一種若しくは二種以上のガスと低純度水とを、低純度水の氷点より高い温度であって且つガスハイドレートを形成する条件下で接触させて、低純度水に懸濁する固体のガスハイドレートを得る工程と、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレート形成過程で用いた低純度水を脱水し、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄水で洗浄する工程と、ガスハイドレート状態よりも高温あるいは低圧にすることにより、ガスハイドレートをガスと高純度水にする工程と、をこの順序で行なうことを特徴としている。
【００２５】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水より数倍以上の量の、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。また、その過程で得られる排水は農業用水、工業用水、生活用水等として使用可能である。
【００２６】
（２）第２の低純度水から高純度水の製造方法は、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する工程における洗浄水が、始めは低純度水であり、徐々に若しくは順次、純度の高い水を用いることを特徴としている。
【００２７】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００２８】
（３）第３の低純度水から高純度水の製造方法は、ガスハイドレートに付着する成分を低純度水で洗浄する工程が、新たな低純度水とガスハイドレートとの攪拌工程と、低純度水に懸濁するガスハイドレート中の低純度水を排出する工程とを有するとともに、この２工程が一回若しくは繰り返しなされることを特徴としている。
【００２９】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００３０】
（４）第４の低純度水から高純度水の製造方法は、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する工程における洗浄水の最終段階での高純度水での洗浄が、ガスハイドレートを網目状基板上に堆積させ、若しくは下方から送り込むとともに、高純度水をガスハイドレートの上から流しつつ、高純度水より比重の軽いガスハイドレートが水の浮力により浮くことを利用して上層のガスハイドレートを洗浄の場から除くことを特徴としている。
【００３１】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、ガスハイドレートが水より比重の軽い場合においては、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００３２】
（５）第５の低純度水から高純度水の製造方法は、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する工程における洗浄水の最終段階での高純度水での洗浄が、網目状基板上に薄板状にガスハイドレートを敷き、上から高純度水による噴霧をし、洗浄後の高純度水を網目状基板の網目より排水させることを特徴としている。
【００３３】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００３４】
（６）第６の低純度水から高純度水の製造方法は、低純度水が海水であることを特徴としている。
【００３５】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水より数倍以上の量の、飲料水として使用可能な程度の高純度水が海水より得られる。
【００３６】
（７）第７の低純度水から高純度水の製造方法は、低純度水が汚水であることを特徴としている。
【００３７】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水より数倍以上の量の、飲料水として使用可能な程度の高純度水が汚水より得られる。
【００３８】
（８）第１の低純度水から高純度水の製造装置は、ガスハイドレートの原料の供給手段と、ガスハイドレートの原料をガスハイドレート形成条件下でガスハイドレートを形成するガスハイドレート形成槽と、ガスハイドレート形成槽と兼用若しくは別個に用意され、ガスハイドレート形成時に用いられた低純度水を脱水し、形成されたガスハイドレートを洗浄水で洗浄する洗浄槽と、洗浄されたガスハイドレートがそれまで保持していたガスハイドレート状態よりも、高温又は低圧にして高純度水を得るガスハイドレート分解槽と、を備えてなることを特徴としている。
【００３９】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水より数倍以上の量の、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００４０】
（９）第２の低純度水から高純度水の製造装置は、洗浄槽が、形成されたガスハイドレートを低純度水で洗浄する洗浄槽と、低純度水で洗浄されたガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置と、を備えてなることを特徴としている。
【００４１】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００４２】
（１０）第３の低純度水から高純度水の製造装置は、ガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置が、ガスハイドレートを網目状基板上に堆積させ、若しくは下方から送り込むとともに、高純度水をガスハイドレートの上から流しつつ、高純度水より比重の軽いガスハイドレートを洗浄槽の側壁上方に設けられた排出口よりガスハイドレートを単独または水とともにガスハイドレート分解槽に移送することを特徴としている。
【００４３】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００４４】
（１１）第４の低純度水から高純度水の製造装置は、ガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置が、網目状基板上に薄板状にガスハイドレートを敷き、上から高純度水による噴霧をし、洗浄後の高純度水を網目状基板の網目より排水させることを特徴としている。
【００４５】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００４６】
（１２）第５の低純度水から高純度水の製造装置は、網目状基板がベルトコンベア式になっていることを特徴としている。
【００４７】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、連続的に高純度水が得られる。
【００４８】
（１３）第６の低純度水から高純度水の製造装置は、洗浄槽が洗浄槽の下方に攪拌羽根と攪拌軸とを有し、洗浄槽の上方中心部に漏斗部、漏斗下部から洗浄槽側壁より次工程に連通する連通口とを有し、攪拌により洗浄されたガスハイドレートは漏斗の上端から漏斗、連通口を通じて次工程に移ることを特徴としている。
【００４９】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置は、ガスハイドレート形成条件を実質的に維持する条件下で、形成されたガスハイドレートがスムーズに移行させることができる。
【００５０】
（１４）第７の低純度水から高純度水の製造装置は、ガスハイドレートを形成する原料ガスが送入される内管と形成されたガスハイドレートを通す外管よりなり、深海まで到達する長さを有し、内管先端付近には内管と外管との間へガスが抜ける穴を有するとともに外筒先端に海水を通す多孔膜があり、先端部でガスハイドレートが形成される二重管と、ガスハイドレート形成時に用いられた海水を脱水し、形成されたガスハイドレートを洗浄水で洗浄する洗浄槽と、洗浄されたガスハイドレートを、それまで保持していたガスハイドレート状態よりも高温又は低圧にすることにより高純度水を得るガスハイドレート分解槽と、を備えてなることを特徴としている。
【００５１】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、ガスハイドレートを海中で形成させることができる。
【００５２】
（１５）第８の低純度水から高純度水の製造装置は、洗浄槽が、形成されたガスハイドレートを低純度水で洗浄する洗浄槽と、低純度水で洗浄されたガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置と、を備えてなることを特徴としている。
【００５３】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、ガスハイドレートを海中で形成させることができるとともに、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、海水とか汚水などの低純度水から飲料水になり得る程度、数値でいえば１００ｐｐｍ以下の不純物に抑えられる高純度水が工業的に得られる。ちなみに平均的な水道水は４０〜２００ｐｐｍであり、名水の天然水・湧水、理想的な飲料水は３９ｐｐｍ以下である。また、その過程で得られる排水は農業用水、工業用水、生活用水等として使用可能である。しかも、適切に行う限り、本発明に用いた洗浄水に対し、飲料用水として使用可能な高純度水の量は数倍以上得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明を実施する一形態を示す半図解式縦断面図である。
【図２】本発明を実施する別の一形態を示す半図解式縦断面図である。
【図３】本発明を実施するさらに別の一形態を示す半図解式縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明の製造方法について説明する。本発明の製造方法では、ガスハイドレートを公知の方法により得る。
【００５７】
ガスハイドレートを得るのには、ガスハイドレートを形成することのできる一種若しくは二種以上のガスと低純度水とを、低純度水の氷点より高い温度であって且つガスハイドレートを形成する条件下で接触させることによって得ることができる。
【００５８】
ガスハイドレートは、よく知られているように、ガスハイドレートの構造がI型とII型の場合、ハイドレート相と氷相と水相とガス相の４重点（Ｑ１）と、ハイドレート相と水相と液化ガス相とガス相の４重点（Ｑ２）との間における温度と圧力で形成される。
【００５９】
ガスハイドレートの構造がＨ型の場合には、ハイドレート相と氷相と水相とガス相と炭化水素の液体相の５重点（Ｑ１）と、Ｈ型ハイドレート相と氷相と水相とガス相と炭化水素の液体相の５重点（Ｑ２）との間における温度と圧力で形成される。
【００６０】
したがって、ガスの選択に伴い、ガスハイドレートを形成する温度と圧力が制限される。より正確に言えば、これら4重点（Ｑ１とＱ２）の間、あるいは５重点（Ｑ１とＱ２）の間の平衡温度より過冷却な温度でガスハイドレートが形成される。本発明でいうガスハイドレートの形成条件とは、このような過冷却状態を指す。また、ガスハイドレートの形成は、発熱反応であるので、この点からも過冷却にする必要がある。
【００６１】
また、ある種のガスについては、常圧で安定なガスハイドレート構造をとる温度が知られている（例えば、非特許文献の表２．５）。
【００６２】
また、通常、水の存在下において、ガスハイドレートの形成は低温ほど低圧力で形成できるが、水が固体になる条件下では反応速度が遅くなるので、水の氷点以下では実用的ではない。この点から、海水は塩水であるので、氷点降下が起き、ガスハイドレードの形成条件は塩分のない水に較べて、広く選択可能である。
【００６３】
この点から、海水を水の原料として用いる場合には、海水の氷点より高く、且つ圧力が低い条件でガスハイドレートができるガスが好適である。具体的には５ＭＰａ以下、中でも３ＭＰａ以下、特に好ましくは２ＭＰａ以下でガスハイドレートを形成するガスが装置コストの面から用いられる。
【００６４】
このような観点から、ブタン、イソブタン、プロパン、シクロプロパン、テトラヒドロフラン、プロピレン、塩素、ＣＨ３ＣＨＦ２、ＣＨ３ＣＣｌＦ２などは非常に低い圧力でガスハイドレートができる点で好ましい。尚、ガスは循環して使えるので、コストをあまり考慮する必要がない。
【００６５】
得られたガスハイドレートの物性面から考えると以下のようなことが云える。先ず、ガスハイドレートの粒径は海水との分離性、輸送の容易性から粒径の大きいものが好ましい。例えば、メタンハイドレートの平均粒径は５０〜１５０μｍであり、この点で好ましい。
【００６６】
また、ガスハイドレート中のゲスト分子であるガスの占める割合よりも、ホスト分子である水の占める割合が多い方が当然ながら好ましい。
【００６７】
また、ある種のガスハイドレート、例えば、メタンとか炭酸ガスのハイドレートにおいては、ハイドレートの安定領域を超えた条件下である期間、特異な自己保存（Anomalous Self-Preservation）が観察される。
【００６８】
メタンについていえば、ガスハイドレートの特異な保存状況（Anomalous preservation regime）から外れても、２８０°Ｋで約１０分程度はガスハイドレートの５０％のものがガスハイドレート状態を維持する（非特許文献１の図３．３６参照）ので、圧力を常圧にして、処理をすることができるという操作上の容易性を有する。この点でメタンとか炭酸ガスなどの特異的な自己保存現象が観察されるガスは効果的なものとして挙げられる。
【００６９】
ガスハイドレートはガスを結晶核として結晶生成を起こすが、本発明においては、できるだけガスハイドレートの大きさが大きいほど、洗浄効率が良いので、結晶成長を促進させることが好ましい。結晶成長を促進させる上で、水スプレー方式よりも気液攪拌方式の方が好ましい。なお、ガスはガスハイドレートを形成しないガスが包含されていても差し支えなく、ガスハイドレートを形成することのできるガスは一種であっても、二種以上であってもよい。
【００７０】
ガスハイドレート形成過程で用いられた、例えば海水のような、低純度水は、ガスハイドレートの外壁に析出した不純物により、かなりの程度、高濃度の不純物を溶解している。したがって、ガスハイドレートを形成した後、ガスハイドレート形成過程で用いられた低純度水は脱水される。その際、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつなされる。
【００７１】
次に、本発明の製造方法は、前記ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する。
【００７２】
洗浄水としては、始めは低純度水であり、徐々に若しくは順次、純度の高い水を用いるのが好ましい。低純度水が海水の場合、最初は海水（平均的には３．５％程度の塩分濃度）を洗浄水とし、次いで２０００ｐｐｍ程度の塩水を洗浄水とし、最後に５０ｐｐｍ程度の塩水を洗浄水とするのが一例である。その場合でも、最初は低純度水を用いてできる限り、ガスハイドレート形成体の外壁に付着する塩分を除くのが望ましい。
【００７３】
原理的には、洗浄水が低純度水（海水）であれば、海水による洗浄により、ガスハイドレート外壁に付着する塩分は、海水の塩分濃度程度にまで下げることが可能である。そのようなレベルにするのには、ガスハイドレートと低純度水との両方が流動する攪拌とかガスハイドレートがほぼ固定されていて低純度水が例えば、噴霧、流水のような流動状態になることが必要であって、これによってガスハイドレート形成体の外壁に付着する成分が除かれる。
【００７４】
液を交換することなく、攪拌させたのでは液中の濃度が高まってしまい、効率的でないので、攪拌後の液を攪拌槽から排出させ、新たな低純度水を攪拌槽に導入し、攪拌するという過程を繰り返すのがよい。このような洗浄で、低純度水の不純物濃度より若干高い濃度の不純物が付着したままの状態となったガスハイドレートが得られる。
【００７５】
洗浄により、ガスハイドレート構造をできるだけ残しながらガスハイドレートに付着する成分をできるだけ除去する。ガスハイドレート構造を残すためには、洗浄過程における温度、圧力は依然として平均的にはガスハイドレート状態を実質的に維持する条件下に置かれるべきであるが、ガスハイドレートに付着する成分を除去する洗浄水の温度は、水の溶解性を高めるべく、高い温度が好まれる。
【００７６】
両者のバランスの中で、洗浄水の温度は選択される。ガスハイドレート状態を実質的に維持する条件下とは、メタンとか炭酸ガスなどが示す特異な保存状況も包含するため、本発明において、「ガスハイドレート状態を実質的に維持」とは、洗浄水とガスハイドレートを混合する過程で洗浄水の熱でガスハイドレートが部分的に壊れることは勿論、５０％程度までガスハイドレートが壊れる状態までを意味する。この意味で、前述の特異的な自己保存現象が観察されるガスは、洗浄工程の要する時間によっては当初から、場合によっては途中から、そのような特異的な自己保存現象が観察される条件で洗浄を行うことが可能であり、利便性が高い。
【００７７】
また、このような観点から、ガスハイドレートを形成するゲスト分子としてはＱ２が高いものとか、Ｑ２がない場合、若しくは知られていない場合には、低圧且つ０℃以上の温度でガスハイドレートを形成するものが好適である。
【００７８】
前者の場合には、好ましくは２℃以上、より好ましくは３℃以上、特に好ましくは５℃以上でガスハイドレートを形成するものが用いられ、後者の場合には、好ましくは５ＭＰａ以下、より好ましくは３ＭＰａ以下、特に好ましくは１ＭＰａ以下でガスハイドレートを形成するものが用いられる。
【００７９】
そのようなものを例示すると、塩素（Ｑ２のＴ＝２８．３℃、Ｐ＝０．８４ＭＰａ）、炭酸ガス（Ｑ２のＴ＝９．９℃、Ｐ＝４．４４ＭＰａ）、エチレンオキサイド、テトラヒドロフラン、シクロプロパン（Ｑ２のＴ＝１６．２１℃、Ｐ＝０．５５９ＭＰａ）、ＣＨ３ＣＨＦ２（Ｑ２のＴ＝１４．９０℃、Ｐ＝０．４３０ＭＰａ）、ＣＨ３ＣＣｌＦ２（Ｑ２のＴ＝１３．０９℃、Ｐ＝０．２２９ＭＰａ）、Ｃ３Ｈ８（Ｑ２のＴ＝５．８℃、Ｐ＝０．５５６ＭＰａ）、Ｈ２Ｓ（Ｑ２のＴ＝２９．７℃、Ｐ＝２．２３９ＭＰａ）、Ｃ２Ｈ４（Ｑ２のＴ＝１４．８℃、Ｐ＝３．３９ＭＰａ）が挙げられる。中でも低圧で可能な、塩素、シクロプロパン、ＣＨ３ＣＨＦ２、ＣＨ３ＣＣｌＦ２、Ｃ３Ｈ８や、上述の特異的な自己保存が観察されるメタン、炭酸ガスが特に好ましい。
【００８０】
次に、前記ガスハイドレート形成条件を実質的に維持しつつ、ガスハイドレートに付着する成分を高純度水で洗浄するのが好ましい。ここで高純度水としては、いきなり、不純物が１００ｐｐｍ以下のような水を用いるのではなく、徐々に若しくは順次、純度の高い水を使用して洗浄するのがよい。
【００８１】
このようにすることで、洗浄後の水を有効利用することが可能であるとともに、純度の高い水を少量使って、飲料水として使用可能な高純度水を大量に得ることが可能である。
【００８２】
洗浄方法も、低純度水以外の水を用いるときには、攪拌よりも、洗浄水の使用量を少なくする洗浄方法が必要である。その一つの方法としては、ガスハイドレートを網目状基板上に堆積させ、若しくは下方から送り込むとともに、高純度水をガスハイドレートの上から流しつつ、高純度水より比重の軽いガスハイドレートが水の浮力により浮くことを利用して上層のガスハイドレートを洗浄の場から除く方法である。この場合、高純度水は噴霧状のように細かい水滴状にしてガスハイドレートに均一に洗い流す方式が好ましい。また、別の方法としては、網目状基板上に薄板状にガスハイドレートを敷き、上から高純度水による噴霧をし、洗浄後の高純度水を網目状基板の網目より排水させる方法が挙げられる。また下方から送り込む方式の場合には、先に洗浄に用いた水とともに送り込み、その浮力を利用するのがよい。
【００８３】
次に、ガスハイドレート状態の温度或いは圧力を、より高温あるいは低圧にすることにより、ガスハイドレートをガスと高純度水にする。ガスは循環使用してもよいし、環境に差し支えなければ、大気中に放出してもよい。
【００８４】
次に本発明製造装置の好適な態様について、添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明を実施する一形態を示す半図解式縦断面図である。ここでは低純度水として、海水の場合で説明する。
【００８５】
ガスハイドレートを形成する原料である海水は、海水貯蔵タンク１から、あるいは直接、定量ポンプ２を経由して、必要に応じて、クーラー３で冷却されてガスハイドレート形成槽４へ送られる。例えば、シクロプロパンをガスハイドレートの原料とする場合には、２．８℃、常圧で安定なガスハイドレートが得られる（非特許文献１の表２．５参照）ので、製造する場所、季節によってはクーラー３を不要とする。また、塩素をガスハイドレートの原料とする場合には、９．７℃、常圧で安定なガスハイドレートが得られる（非特許文献１の表２．５参照）ので、これまた、製造する場所、季節によってはクーラー３を不要とする。しかも、塩素であるから、得られた水の殺菌も併せて行える効果もある。
【００８６】
また、ガスハイドレートを形成するもう一つの原料であるガスは、ガスボンベ５から、必要に応じて、コンプレッサー６を経由して、クーラー７で冷却されてガスハイドレート形成槽４へ送られ、ガスハイドレート形成槽４の下方に設けられたガス噴出管８から噴出する。
【００８７】
ガスハイドレート形成槽４でガスハイドレートが形成できる温度と圧力の条件下に置かれ、攪拌手段９でガスと海水が攪拌混合されてガスハイドレートが形成される。
【００８８】
ガスハイドレートが形成されてくると、ガスハイドレートは海水と比重が異なるので、その違いにより分離することができる。例えば、メタンガスハイドレートの場合には０．９４であり、海水より比重が小さいので、ガスハイドレート形成槽４の中で海水の表面に浮上してくる。これに対し、ジメチルペンタンの場合には１．２９１（計算値）であり、逆に海水より比重が大きいので、沈む。この違いに応じて対応していく必要がある。
【００８９】
海水より比重が小さい場合には、形成されたガスハイドレートは海水とともに、ガスハイドレート形成槽４から次の工程である、ガスハイドレートに付着する塩分を低純度水（海水）で洗浄する、洗浄槽１０に連通口１１を経由して移される。
【００９０】
逆に、海水より比重が大きい場合には、海水とガスハイドレートとの分離は遠心分離で除き、次の処理に用いられる液と混合されて次の処理槽に移される。この方法は海水より比重が小さい場合でも採用できる方法である。
【００９１】
生成したガスハイドレートを低純度水で洗浄する洗浄槽１０には、攪拌手段１３の他に、攪拌後の低純度水の排出口１４と、新たな低純度水の取入口１５とを有する。
【００９２】
ガスハイドレート形成槽４でのガスハイドレート形成過程において攪拌されている場合、ガスハイドレート表面に析出する塩分をある程度溶解しているので、ガスハイドレート形成過程での海水はかなりの塩分濃度であり、さらに塩分を溶解する余力は乏しいので、洗浄槽１０において、ガスハイドレート形成過程での海水が同伴されている場合には、ガスハイドレート状態を実質的に維持する条件下で排出口１４からこの海水のみを排出させる。
【００９３】
排出口１４を閉じ、低純度水（海水）を取入口１５から取り入れ、ガスハイドレート表面に析出している塩分を、低純度水（海水）でできる限り、溶解させるべく、攪拌した後、攪拌混合で塩分が高濃度になった低純度水を排出口１４から排出し、また新たな低純度水を取り入れて攪拌することを繰り返す。攪拌の代わりに流水で洗浄してもよい。無論、これらの操作はガスハイドレート状態を実質的に維持する条件下でなされる。
【００９４】
攪拌混合しても塩分濃度の上昇が認め難くなったところで、ハイドレートを海水とともにボール弁１６より、次の工程である、中純度水で洗浄する洗浄装置１７へ移す。
【００９５】
中純度水で洗浄する洗浄装置１７は、ベルトコンベアとして回転する網目状基板１８と、中純度水噴霧装置１９と、連通管２０と、排出口２１とよりなる。ここで中純度水とは、低純度水より純度が高い水であるが、後述の高純度水より純度の低い水であるという意味で用いている。
【００９６】
中純度水としては、後述の、純度の高い高純度水で洗浄した後の排液が通常そのまま使用されるが、必要に応じ、本発明で得られた高純度水の一部や低純度水をさらに混ぜた混合液が混合槽２２で作られる。
【００９７】
ボール弁１６より中純度水で洗浄する洗浄装置１７へ洗浄液とともに移されたガスハイドレートは、ベルトコンベアとして回転する網目状基板１８上に敷かれる。必要に応じ、網目状基板１８を振動させることで、ガスハイドレートは薄板状にほぼ均一に網目状基板１８上に敷かれる。
【００９８】
ガスハイドレートはその上から中純度水噴霧装置１９より噴霧される中純度水により洗浄され、ベルトコンベアの端から連通管２０を経由し高純度水で洗浄する洗浄装置２３に移される。他方、洗浄に用いた液は排出口２１より排出される。中純度水で洗浄する洗浄槽１７のこれらの操作も、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつある条件下でなされる。
【００９９】
高純度水で洗浄する洗浄装置２３は、中純度水噴霧装置１９と同様に、ベルトコンベアとして回転する網目状基板２４と、高純度水噴霧装置２５と、連通管２６と、排出口２７とよりなる。ここで高純度水とは、製造される高純度水と同程度の純度の高い水である。
【０１００】
連通管２０により高純度水で洗浄する洗浄装置２３に移ったガスハイドレートは、ベルトコンベアとして回転する網目状基板２４上に落下する。必要に応じ、網目状基板２４を振動させることで、ガスハイドレートは薄板状にほぼ均一に網目状基板２４上に敷かれる。ガスハイドレートはその上から高純度水噴霧装置２５より噴霧される高純度水により洗浄され、ベルトコンベアの端から連通管２６を経由しガスハイドレート分解槽２８に移される。
【０１０１】
他方、洗浄に用いた液は網目状基板２４の網目より排出されて、高純度水で洗浄する洗浄装置２３の底に溜まり、排出口２７よりポンプで揚水されて混合槽２２に移され、攪拌装置２９により、洗浄液中の塩分濃度を均一化した上で、中純度水で洗浄する洗浄装置１７の洗浄液の原料になる。
【０１０２】
ガスハイドレート分解槽２８ではガスハイドレート条件から外すことにより、ガスハイドレートを分解させることができる。
【０１０３】
具体的にはガスハイドレートをガスと水に分解することが可能な温度、圧力条件下に置かれる。得られた水は淡水タンク２４へ移され、ガスは図示していないが、環境を汚さないものであれば、放出してもよいし、循環使用されてもよい。循環使用する場合にはガスボンベ５は不要であり、ガスの排気口からコンプレッサーを経由してクーラー７に戻される。
【０１０４】
ガスハイドレートの比重が1より小さい場合には、洗浄槽としては、図２に示すような構造のものであってもよい。洗浄槽１０，１７が、洗浄槽の下方に攪拌羽根３１と攪拌軸３２とを有し、洗浄槽の上方中心部に漏斗部３３、漏斗下部３４から洗浄槽側壁より次工程に連通する連通口３５とを有し、攪拌により洗浄されたガスハイドレートは漏斗の上端から漏斗、連通口を通じて次工程に移るようにしてもよい。以上の説明では、ガスハイドレート形成槽４と、ガスハイドレートに付着する塩分を低純度水で洗浄する洗浄槽１０を別々にする場合であるが、洗浄槽１０は形成槽４と兼用してもよい。
【０１０５】
上記説明は陸上においてガスハイドレートを形成させる例で述べたが、ガスハイドレートの形成を海中で行なってもよい。その装置を図３に基づいて説明する。図３は、深海に送り込まれたガスハイドレート形成管１００の先端部を示す半図解式縦断面図である。ここで本発明で「深海」とは、海水温度が１０℃以下の所を指す。その深さは当然ながら緯度によって異なる。
【０１０６】
海水温度が低いほど、ガスハイドレート形成条件に必要とされる温度にまで冷却に要する温度は少なくて済むが、反面、水深が大きなものになるので、送入ガスの圧力もそれに応じて大きくなるから、その得失で適宜の深さが選択される。深海に送り込まれたガスハイドレート形成管１００は、内管１０１と外管１０２の二重管となっている。このうち、外筒１０２は深海まで到達する長さを有し、外筒１０２の先端には海水を通す多孔膜１０４がある。
【０１０７】
また、内管１０１は、ガスハイドレートを形成する原料ガスの加圧貯蔵タンク（図示せず）より、ガスハイドレートを形成する原料ガスがガスハイドレート形成管１００の先端部に向けて送入される。
【０１０８】
ここで、内管１０１の先端付近には内管から外筒との間へガスが抜ける孔１０３を複数有する。多孔膜１０４からは海水が高い圧力で外筒１０２と内管１０１の間の空間１０５に入り込んでくる。
【０１０９】
他方、内管１０１からはガスが孔１０３から空間１０５に入り込んでくる。この空間１０５の圧力、温度がガスハイドレートの形成条件にあれば、ガスハイドレートが形成される。即ち、この空間１０５はガスハイドレート形成場である。このような観点から温度はある程度低い海水が好都合である。
【０１１０】
形成されたガスハイドレートは多孔膜１０４から浸入してくる海水の圧力と内管から孔１０３を通じて浸入してくるガスにより、内管１０１と外筒１０２の間の空間を通って上方に向かって浮上する。次いで、ガスハイドレートは海水に同伴されて、低純度水で洗浄する洗浄槽８へ送られる。これ以後は先に説明したものと同様であるので、説明を省略する。
【０１１１】
以上の説明はいずれも海水で行なったが、汚水の場合でも同様に適用できる。汚水の場合は含まれているものが塩分以外のものもあり、それらがガスハイドレート外壁に付着しているので、それらをできるだけ除去する手段を適宜選択する必要がある。その中で水溶性の成分については海水の場合と同様な方法が採用できる。
【０１１２】
一般的にいえば、フィルターなどで除けるものはフィルターで除いた後、タンク１の中で相分離するものは静置あるいは遠心分離などの方法により水溶性成分を含む水相と、油性成分を含む油相に分離し、水相については海水の場合と同様な方法が採用される。これに対し、有機物など非水溶性のものを含む油相は、例えば燃料にするとか、特定成分が燃料以外の用途に有用である場合には、それ以外を吸着剤などの手段を用いて除くなどの方法がとられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明によれば、海水、汚水などの低純度水から飲料水になり得る程度の高純度水を得ることができる。その過程で得られる排水は農業用水、工業用水、生活用水等として使用可能である。その製造工程で使われるガスは再利用することができ、環境への負荷もない。
【符号の説明】
【０１１４】
１・・・海水貯蔵タンク
２・・・定量ポンプ
３・・・クーラー
４・・・ガスハイドレート形成槽
５・・・ガスボンベ
６・・・コンプレッサー
７・・・クーラー
８・・・ガス噴出管
９・・・攪拌手段
１０・・・低純度水で洗浄する洗浄槽
１１・・・連通口
１３・・・攪拌手段
１４・・・攪拌後の低純度水の排出口
１５・・・新たな低純度水の取入口
１６・・・ボール弁
１７・・・中純度水で洗浄する洗浄装置
１８・・・ベルトコンベアとして回転する網目状基板
１９・・・中純度水噴霧装置
２０・・・連通管
２１・・・排出口
２２・・・混合槽
２３・・・高純度水で洗浄する洗浄装置
２４・・・ベルトコンベアとして回転する網目状基板
２５・・・高純度水噴霧装置
２６・・・連通管
２７・・・排出口
２８・・・ガスハイドレート分解槽
２９・・・攪拌装置
３０・・・淡水タンク
３１・・・攪拌羽根
３２・・・攪拌軸
１０１・・・内管
１０２・・・外筒
１０３・・・孔
１０４・・・多孔膜
１０５・・・空間（ガスハイドレート形成場）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低純度水からの高純度水の製造方法及び製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、世界的に真水が不足している。他方、地球上には海水、汚水など、不純物の多い水は十分にある。このような低純度水から真水のような高純度水を得ることは強く要望されている中で、海水からの淡水化については、幾つかの技術が知られているが、いずれも技術的に難がある。
【０００３】
海水の淡水化技術としては、熱源を用いて海水を加熱して蒸気を取り出し、その蒸気を冷却して淡水を得る蒸発法と、膜を用いて海水中の塩分を分離する膜法、その他の技術がある。
【０００４】
このうち、蒸発法は、水を蒸発させるために大量の熱が必要であり、また、高温海水による装置の腐食という問題がある。
【０００５】
また、膜法は耐塩性、耐久性に優れ且つ海水中の塩分を通さない半透膜としての材料に難点があるとともに、海水を逆浸透膜モジュールに入れる前に、通常６〜７ＭＰａの圧力まで加圧する必要があるという欠点が存在する。
【０００６】
その他の技術としては、例えば、凍結法、太陽熱利用法、ガスハイドレート法（特開平１１−３１９８０５号公報）があるが、まだ開発段階にあり、飲料水として実用化されたとの情報は得られていない。
【０００７】
ここでガスハイドレートとは、クラスレートハイドレートとも呼ばれ、水分子がその水素結合により形成する籠状の結晶格子の中に、ハイドレート形成ガス分子が取り込まれたガス水和物であり、一定の温度と圧力の条件下で形成される氷状固体包接物である。
【０００８】
ここでガスハイドレートの形成する温度が低いほど圧力は低く済むものの、水の氷点以下の温度では水が氷になることでハイドレートの形成速度が水の場合と比べ遅い。そこで、氷点温度が−４℃に下げられる海水を用いて、海水の氷点温度より少し高い温度でハイドレートを形成する。即ち、このような条件でハイドレートを形成するようなガスを選択して、ハイドレートを作り、ハイドレートの籠状結晶を構成する分子が純粋な水であることを利用して、ハイドレートから淡水を得ようとするものである。
【０００９】
ところが、この技術は今に至っても実用化されていない。着想としては素晴らしいのであるが、工業化に至り得ない問題がある。
【００１０】
また、E.Dendy Sloan Jr. Clathrate Hydrate of Natural Gases Third Edition 2007の中で幾つかの淡水化技術が挙げられているが、これも実用化に到っていない。この中には１５年にわたって海水からの淡水化を研究している報告もあり、その困難さが明らかである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−３１９８０５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】E.Dendy Sloan Jr. Clathrate Hydrate of Natural Gases Third Edition 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、海水を用いてガスハイドレートを経由して淡水を得る技術の問題点を究明し、その解決を図り、それを基にして、海水に限定せず、汚水を含めた低純度水から高純度水を得ることにある。
【００１４】
それとともに、飲料水として使用可能なレベルの水を得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は以下の諸知見を基にしてなされたものである。すなわち、特許文献１を追試してみたところ、塩分濃度が若干低下した程度の水に過ぎず、飲料水として使用できるものではなく、淡水化を多段階で行なっても同様であることが分かった。
【００１６】
尚、本発明でいう、「低純度水」とは、海水とか汚水のような不純物の多い水を意味し、「高純度水」とは低純度水より純度の高い水という意味で用いており、高純度水が真水のような飲料水に限定されるものではない。
【００１７】
また、既述の先行技術においては、海水に対するものとして淡水という表現を用いているが、本発明では海水の淡水化に限定されない。淡水の代わりに高純度水という表現を用いている。海水の淡水化に限れば、淡水と高純度水とは同じ意味である。
【００１８】
本発明は、長年、ガスハイドレートから得られる水についての基礎的研究から得られたものである。ガスハイドレートは結晶成長で数百ミクロン程度の大きさになるが、そこまで行かないものもある。
【００１９】
一方、ガスハイドレートの籠状結晶の集まりからなる結晶構造について、I型の場合、一辺の大きさが１２Åの立方晶系であり、II型の場合、一辺の大きさが１７．３Åの立方晶系であり、Ｈ型の場合、ａが１２．３Å、ｃが１０．２Åの六方晶系である。
【００２０】
したがって、ガスハイドレートは、このような結晶構造の集まりになっているわけである。仮に、ガスハイドレートが直径５０ミクロンの球として、結晶の大きさを１５Åの立方晶系と仮定すると、少なくとも何兆個もの結晶が存在することになる。
【００２１】
結晶の中には当然ながら、水分子とガスしか存在してなく、結晶の外側に塩分がはじき出される。結晶成長が比較的ゆっくり行われれば、塩分の析出は外側に析出されていくものの、急激な結晶成長であれば、微結晶の間に塩分が残される可能性は否定できない。
【００２２】
一方、ガスハイドレートの内部にある塩分を洗浄で洗い出すことは至難の業である。しかしながら、発明者が検討したところによれば、ガスハイドレートを十分に洗浄すれば、飲料水として使用可能な程度の高純度の水が得られることが分かった。これに対して、先行技術での洗浄は甚だ不十分であり、洗浄方法さえ適切なものを採用すれば、飲料水として使用可能な程度の高純度の水が得られる。
【００２３】
さらに、低純度水から飲料水になり得る程度の高純度水を得るのには、高純度水で洗浄する必要があるが、洗浄に用いる高純度水を得られる高純度水より少なくする必要がある。この要請に応えつつ、上記知見を基に、本発明者らは、下記発明をなすに至った。
【００２４】
（１）第１の低純度水から高純度水の製造方法は、ガスハイドレートを形成することのできる一種若しくは二種以上のガスと低純度水とを、低純度水の氷点より高い温度であって且つガスハイドレートを形成する条件下で接触させて、低純度水に懸濁する固体のガスハイドレートを得る工程と、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレート形成過程で用いた低純度水を脱水し、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄水で洗浄する工程と、ガスハイドレート状態よりも高温あるいは低圧にすることにより、ガスハイドレートをガスと高純度水にする工程と、をこの順序で行なうことを特徴としている。
【００２５】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水より数倍以上の量の、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。また、その過程で得られる排水は農業用水、工業用水、生活用水等として使用可能である。
【００２６】
（２）第２の低純度水から高純度水の製造方法は、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する工程における洗浄水が、始めは低純度水であり、徐々に若しくは順次、純度の高い水を用いることを特徴としている。
【００２７】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００２８】
（３）第３の低純度水から高純度水の製造方法は、ガスハイドレートに付着する成分を低純度水で洗浄する工程が、新たな低純度水とガスハイドレートとの攪拌工程と、低純度水に懸濁するガスハイドレート中の低純度水を排出する工程とを有するとともに、この２工程が一回若しくは繰り返しなされることを特徴としている。
【００２９】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００３０】
（４）第４の低純度水から高純度水の製造方法は、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する工程における洗浄水の最終段階での高純度水での洗浄が、ガスハイドレートを網目状基板上に堆積させ、若しくは下方から送り込むとともに、高純度水をガスハイドレートの上から流しつつ、高純度水より比重の軽いガスハイドレートが水の浮力により浮くことを利用して上層のガスハイドレートを洗浄の場から除くことを特徴としている。
【００３１】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、ガスハイドレートが水より比重の軽い場合においては、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００３２】
（５）第５の低純度水から高純度水の製造方法は、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する工程における洗浄水の最終段階での高純度水での洗浄が、網目状基板上に薄板状にガスハイドレートを敷き、上から高純度水による噴霧をし、洗浄後の高純度水を網目状基板の網目より排水させることを特徴としている。
【００３３】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００３４】
（６）第６の低純度水から高純度水の製造方法は、低純度水が海水であることを特徴としている。
【００３５】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水より数倍以上の量の、飲料水として使用可能な程度の高純度水が海水より得られる。
【００３６】
（７）第７の低純度水から高純度水の製造方法は、低純度水が汚水であることを特徴としている。
【００３７】
本発明の低純度水から高純度水の製造方法によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水より数倍以上の量の、飲料水として使用可能な程度の高純度水が汚水より得られる。
【００３８】
（８）第１の低純度水から高純度水の製造装置は、ガスハイドレートの原料の供給手段と、ガスハイドレートの原料をガスハイドレート形成条件下でガスハイドレートを形成するガスハイドレート形成槽と、ガスハイドレート形成槽と兼用若しくは別個に用意され、ガスハイドレート形成時に用いられた低純度水を脱水し、形成されたガスハイドレートを洗浄水で洗浄する洗浄槽と、洗浄されたガスハイドレートがそれまで保持していたガスハイドレート状態よりも、高温又は低圧にして高純度水を得るガスハイドレート分解槽と、を備えてなることを特徴としている。
【００３９】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水より数倍以上の量の、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００４０】
（９）第２の低純度水から高純度水の製造装置は、洗浄槽が、形成されたガスハイドレートを低純度水で洗浄する洗浄槽と、低純度水で洗浄されたガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置と、を備えてなることを特徴としている。
【００４１】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００４２】
（１０）第３の低純度水から高純度水の製造装置は、ガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置が、ガスハイドレートを網目状基板上に堆積させ、若しくは下方から送り込むとともに、高純度水をガスハイドレートの上から流しつつ、高純度水より比重の軽いガスハイドレートを洗浄槽の側壁上方に設けられた排出口よりガスハイドレートを単独または水とともにガスハイドレート分解槽に移送することを特徴としている。
【００４３】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００４４】
（１１）第４の低純度水から高純度水の製造装置は、ガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置が、網目状基板上に薄板状にガスハイドレートを敷き、上から高純度水による噴霧をし、洗浄後の高純度水を網目状基板の網目より排水させることを特徴としている。
【００４５】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【００４６】
（１２）第５の低純度水から高純度水の製造装置は、網目状基板がベルトコンベア式になっていることを特徴としている。
【００４７】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、連続的に高純度水が得られる。
【００４８】
（１３）第６の低純度水から高純度水の製造装置は、洗浄槽が洗浄槽の下方に攪拌羽根と攪拌軸とを有し、洗浄槽の上方中心部に漏斗部、漏斗下部から洗浄槽側壁より次工程に連通する連通口とを有し、攪拌により洗浄されたガスハイドレートは漏斗の上端から漏斗、連通口を通じて次工程に移ることを特徴としている。
【００４９】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置は、ガスハイドレート形成条件を実質的に維持する条件下で、形成されたガスハイドレートがスムーズに移行させることができる。
【００５０】
（１４）第７の低純度水から高純度水の製造装置は、ガスハイドレートを形成する原料ガスが送入される内管と形成されたガスハイドレートを通す外管よりなり、深海まで到達する長さを有し、内管先端付近には内管と外管との間へガスが抜ける穴を有するとともに外筒先端に海水を通す多孔膜があり、先端部でガスハイドレートが形成される二重管と、ガスハイドレート形成時に用いられた海水を脱水し、形成されたガスハイドレートを洗浄水で洗浄する洗浄槽と、洗浄されたガスハイドレートを、それまで保持していたガスハイドレート状態よりも高温又は低圧にすることにより高純度水を得るガスハイドレート分解槽と、を備えてなることを特徴としている。
【００５１】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、ガスハイドレートを海中で形成させることができる。
【００５２】
（１５）第８の低純度水から高純度水の製造装置は、洗浄槽が、形成されたガスハイドレートを低純度水で洗浄する洗浄槽と、低純度水で洗浄されたガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置と、を備えてなることを特徴としている。
【００５３】
本発明の低純度水から高純度水の製造装置によれば、ガスハイドレートを海中で形成させることができるとともに、製造に使用する飲料水として使用可能な程度の高純度水の使用がより一層抑制され、飲料水として使用可能な程度の高純度水が得られる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、海水とか汚水などの低純度水から飲料水になり得る程度、数値でいえば１００ｐｐｍ以下の不純物に抑えられる高純度水が工業的に得られる。ちなみに平均的な水道水は４０〜２００ｐｐｍであり、名水の天然水・湧水、理想的な飲料水は３９ｐｐｍ以下である。また、その過程で得られる排水は農業用水、工業用水、生活用水等として使用可能である。しかも、適切に行う限り、本発明に用いた洗浄水に対し、飲料用水として使用可能な高純度水の量は数倍以上得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明を実施する一形態を示す半図解式縦断面図である。
【図２】本発明を実施する別の一形態を示す半図解式縦断面図である。
【図３】本発明を実施するさらに別の一形態を示す半図解式縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明の製造方法について説明する。本発明の製造方法では、ガスハイドレートを公知の方法により得る。
【００５７】
ガスハイドレートを得るのには、ガスハイドレートを形成することのできる一種若しくは二種以上のガスと低純度水とを、低純度水の氷点より高い温度であって且つガスハイドレートを形成する条件下で接触させることによって得ることができる。
【００５８】
ガスハイドレートは、よく知られているように、ガスハイドレートの構造がI型とII型の場合、ハイドレート相と氷相と水相とガス相の４重点（Ｑ１）と、ハイドレート相と水相と液化ガス相とガス相の４重点（Ｑ２）との間における温度と圧力で形成される。
【００５９】
ガスハイドレートの構造がＨ型の場合には、ハイドレート相と氷相と水相とガス相と炭化水素の液体相の５重点（Ｑ１）と、Ｈ型ハイドレート相と氷相と水相とガス相と炭化水素の液体相の５重点（Ｑ２）との間における温度と圧力で形成される。
【００６０】
したがって、ガスの選択に伴い、ガスハイドレートを形成する温度と圧力が制限される。より正確に言えば、これら4重点（Ｑ１とＱ２）の間、あるいは５重点（Ｑ１とＱ２）の間の平衡温度より過冷却な温度でガスハイドレートが形成される。本発明でいうガスハイドレートの形成条件とは、このような過冷却状態を指す。また、ガスハイドレートの形成は、発熱反応であるので、この点からも過冷却にする必要がある。
【００６１】
また、ある種のガスについては、常圧で安定なガスハイドレート構造をとる温度が知られている（例えば、非特許文献の表２．５）。
【００６２】
また、通常、水の存在下において、ガスハイドレートの形成は低温ほど低圧力で形成できるが、水が固体になる条件下では反応速度が遅くなるので、水の氷点以下では実用的ではない。この点から、海水は塩水であるので、氷点降下が起き、ガスハイドレードの形成条件は塩分のない水に較べて、広く選択可能である。
【００６３】
この点から、海水を水の原料として用いる場合には、海水の氷点より高く、且つ圧力が低い条件でガスハイドレートができるガスが好適である。具体的には５ＭＰａ以下、中でも３ＭＰａ以下、特に好ましくは２ＭＰａ以下でガスハイドレートを形成するガスが装置コストの面から用いられる。
【００６４】
このような観点から、ブタン、イソブタン、プロパン、シクロプロパン、テトラヒドロフラン、プロピレン、塩素、ＣＨ３ＣＨＦ２、ＣＨ３ＣＣｌＦ２などは非常に低い圧力でガスハイドレートができる点で好ましい。尚、ガスは循環して使えるので、コストをあまり考慮する必要がない。
【００６５】
得られたガスハイドレートの物性面から考えると以下のようなことが云える。先ず、ガスハイドレートの粒径は海水との分離性、輸送の容易性から粒径の大きいものが好ましい。例えば、メタンハイドレートの平均粒径は５０〜１５０μｍであり、この点で好ましい。
【００６６】
また、ガスハイドレート中のゲスト分子であるガスの占める割合よりも、ホスト分子である水の占める割合が多い方が当然ながら好ましい。
【００６７】
また、ある種のガスハイドレート、例えば、メタンとか炭酸ガスのハイドレートにおいては、ハイドレートの安定領域を超えた条件下である期間、特異な自己保存（Anomalous Self-Preservation）が観察される。
【００６８】
メタンについていえば、ガスハイドレートの特異な保存状況（Anomalous preservation regime）から外れても、２８０°Ｋで約１０分程度はガスハイドレートの５０％のものがガスハイドレート状態を維持する（非特許文献１の図３．３６参照）ので、圧力を常圧にして、処理をすることができるという操作上の容易性を有する。この点でメタンとか炭酸ガスなどの特異的な自己保存現象が観察されるガスは効果的なものとして挙げられる。
【００６９】
ガスハイドレートはガスを結晶核として結晶生成を起こすが、本発明においては、できるだけガスハイドレートの大きさが大きいほど、洗浄効率が良いので、結晶成長を促進させることが好ましい。結晶成長を促進させる上で、水スプレー方式よりも気液攪拌方式の方が好ましい。なお、ガスはガスハイドレートを形成しないガスが包含されていても差し支えなく、ガスハイドレートを形成することのできるガスは一種であっても、二種以上であってもよい。
【００７０】
ガスハイドレート形成過程で用いられた、例えば海水のような、低純度水は、ガスハイドレートの外壁に析出した不純物により、かなりの程度、高濃度の不純物を溶解している。したがって、ガスハイドレートを形成した後、ガスハイドレート形成過程で用いられた低純度水は脱水される。その際、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつなされる。
【００７１】
次に、本発明の製造方法は、前記ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する。
【００７２】
洗浄水としては、始めは低純度水であり、徐々に若しくは順次、純度の高い水を用いるのが好ましい。低純度水が海水の場合、最初は海水（平均的には３．５％程度の塩分濃度）を洗浄水とし、次いで２０００ｐｐｍ程度の塩水を洗浄水とし、最後に５０ｐｐｍ程度の塩水を洗浄水とするのが一例である。その場合でも、最初は低純度水を用いてできる限り、ガスハイドレート形成体の外壁に付着する塩分を除くのが望ましい。
【００７３】
原理的には、洗浄水が低純度水（海水）であれば、海水による洗浄により、ガスハイドレート外壁に付着する塩分は、海水の塩分濃度程度にまで下げることが可能である。そのようなレベルにするのには、ガスハイドレートと低純度水との両方が流動する攪拌とかガスハイドレートがほぼ固定されていて低純度水が例えば、噴霧、流水のような流動状態になることが必要であって、これによってガスハイドレート形成体の外壁に付着する成分が除かれる。
【００７４】
液を交換することなく、攪拌させたのでは液中の濃度が高まってしまい、効率的でないので、攪拌後の液を攪拌槽から排出させ、新たな低純度水を攪拌槽に導入し、攪拌するという過程を繰り返すのがよい。このような洗浄で、低純度水の不純物濃度より若干高い濃度の不純物が付着したままの状態となったガスハイドレートが得られる。
【００７５】
洗浄により、ガスハイドレート構造をできるだけ残しながらガスハイドレートに付着する成分をできるだけ除去する。ガスハイドレート構造を残すためには、洗浄過程における温度、圧力は依然として平均的にはガスハイドレート状態を実質的に維持する条件下に置かれるべきであるが、ガスハイドレートに付着する成分を除去する洗浄水の温度は、水の溶解性を高めるべく、高い温度が好まれる。
【００７６】
両者のバランスの中で、洗浄水の温度は選択される。ガスハイドレート状態を実質的に維持する条件下とは、メタンとか炭酸ガスなどが示す特異な保存状況も包含するため、本発明において、「ガスハイドレート状態を実質的に維持」とは、洗浄水とガスハイドレートを混合する過程で洗浄水の熱でガスハイドレートが部分的に壊れることは勿論、５０％程度までガスハイドレートが壊れる状態までを意味する。この意味で、前述の特異的な自己保存現象が観察されるガスは、洗浄工程の要する時間によっては当初から、場合によっては途中から、そのような特異的な自己保存現象が観察される条件で洗浄を行うことが可能であり、利便性が高い。
【００７７】
また、このような観点から、ガスハイドレートを形成するゲスト分子としてはＱ２が高いものとか、Ｑ２がない場合、若しくは知られていない場合には、低圧且つ０℃以上の温度でガスハイドレートを形成するものが好適である。
【００７８】
前者の場合には、好ましくは２℃以上、より好ましくは３℃以上、特に好ましくは５℃以上でガスハイドレートを形成するものが用いられ、後者の場合には、好ましくは５ＭＰａ以下、より好ましくは３ＭＰａ以下、特に好ましくは１ＭＰａ以下でガスハイドレートを形成するものが用いられる。
【００７９】
そのようなものを例示すると、塩素（Ｑ２のＴ＝２８．３℃、Ｐ＝０．８４ＭＰａ）、炭酸ガス（Ｑ２のＴ＝９．９℃、Ｐ＝４．４４ＭＰａ）、エチレンオキサイド、テトラヒドロフラン、シクロプロパン（Ｑ２のＴ＝１６．２１℃、Ｐ＝０．５５９ＭＰａ）、ＣＨ３ＣＨＦ２（Ｑ２のＴ＝１４．９０℃、Ｐ＝０．４３０ＭＰａ）、ＣＨ３ＣＣｌＦ２（Ｑ２のＴ＝１３．０９℃、Ｐ＝０．２２９ＭＰａ）、Ｃ３Ｈ８（Ｑ２のＴ＝５．８℃、Ｐ＝０．５５６ＭＰａ）、Ｈ２Ｓ（Ｑ２のＴ＝２９．７℃、Ｐ＝２．２３９ＭＰａ）、Ｃ２Ｈ４（Ｑ２のＴ＝１４．８℃、Ｐ＝３．３９ＭＰａ）が挙げられる。中でも低圧で可能な、塩素、シクロプロパン、ＣＨ３ＣＨＦ２、ＣＨ３ＣＣｌＦ２、Ｃ３Ｈ８や、上述の特異的な自己保存が観察されるメタン、炭酸ガスが特に好ましい。
【００８０】
次に、前記ガスハイドレート形成条件を実質的に維持しつつ、ガスハイドレートに付着する成分を高純度水で洗浄するのが好ましい。ここで高純度水としては、いきなり、不純物が１００ｐｐｍ以下のような水を用いるのではなく、徐々に若しくは順次、純度の高い水を使用して洗浄するのがよい。
【００８１】
このようにすることで、洗浄後の水を有効利用することが可能であるとともに、純度の高い水を少量使って、飲料水として使用可能な高純度水を大量に得ることが可能である。
【００８２】
洗浄方法も、低純度水以外の水を用いるときには、攪拌よりも、洗浄水の使用量を少なくする洗浄方法が必要である。その一つの方法としては、ガスハイドレートを網目状基板上に堆積させ、若しくは下方から送り込むとともに、高純度水をガスハイドレートの上から流しつつ、高純度水より比重の軽いガスハイドレートが水の浮力により浮くことを利用して上層のガスハイドレートを洗浄の場から除く方法である。この場合、高純度水は噴霧状のように細かい水滴状にしてガスハイドレートに均一に洗い流す方式が好ましい。また、別の方法としては、網目状基板上に薄板状にガスハイドレートを敷き、上から高純度水による噴霧をし、洗浄後の高純度水を網目状基板の網目より排水させる方法が挙げられる。また下方から送り込む方式の場合には、先に洗浄に用いた水とともに送り込み、その浮力を利用するのがよい。
【００８３】
次に、ガスハイドレート状態の温度或いは圧力を、より高温あるいは低圧にすることにより、ガスハイドレートをガスと高純度水にする。ガスは循環使用してもよいし、環境に差し支えなければ、大気中に放出してもよい。
【００８４】
次に本発明製造装置の好適な態様について、添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明を実施する一形態を示す半図解式縦断面図である。ここでは低純度水として、海水の場合で説明する。
【００８５】
ガスハイドレートを形成する原料である海水は、海水貯蔵タンク１から、あるいは直接、定量ポンプ２を経由して、必要に応じて、クーラー３で冷却されてガスハイドレート形成槽４へ送られる。例えば、シクロプロパンをガスハイドレートの原料とする場合には、２．８℃、常圧で安定なガスハイドレートが得られる（非特許文献１の表２．５参照）ので、製造する場所、季節によってはクーラー３を不要とする。また、塩素をガスハイドレートの原料とする場合には、９．７℃、常圧で安定なガスハイドレートが得られる（非特許文献１の表２．５参照）ので、これまた、製造する場所、季節によってはクーラー３を不要とする。しかも、塩素であるから、得られた水の殺菌も併せて行える効果もある。
【００８６】
また、ガスハイドレートを形成するもう一つの原料であるガスは、ガスボンベ５から、必要に応じて、コンプレッサー６を経由して、クーラー７で冷却されてガスハイドレート形成槽４へ送られ、ガスハイドレート形成槽４の下方に設けられたガス噴出管８から噴出する。
【００８７】
ガスハイドレート形成槽４でガスハイドレートが形成できる温度と圧力の条件下に置かれ、攪拌手段９でガスと海水が攪拌混合されてガスハイドレートが形成される。
【００８８】
ガスハイドレートが形成されてくると、ガスハイドレートは海水と比重が異なるので、その違いにより分離することができる。例えば、メタンガスハイドレートの場合には０．９４であり、海水より比重が小さいので、ガスハイドレート形成槽４の中で海水の表面に浮上してくる。これに対し、ジメチルペンタンの場合には１．２９１（計算値）であり、逆に海水より比重が大きいので、沈む。この違いに応じて対応していく必要がある。
【００８９】
海水より比重が小さい場合には、形成されたガスハイドレートは海水とともに、ガスハイドレート形成槽４から次の工程である、ガスハイドレートに付着する塩分を低純度水（海水）で洗浄する、洗浄槽１０に連通口１１を経由して移される。
【００９０】
逆に、海水より比重が大きい場合には、海水とガスハイドレートとの分離は遠心分離で除き、次の処理に用いられる液と混合されて次の処理槽に移される。この方法は海水より比重が小さい場合でも採用できる方法である。
【００９１】
生成したガスハイドレートを低純度水で洗浄する洗浄槽１０には、攪拌手段１３の他に、攪拌後の低純度水の排出口１４と、新たな低純度水の取入口１５とを有する。
【００９２】
ガスハイドレート形成槽４でのガスハイドレート形成過程において攪拌されている場合、ガスハイドレート表面に析出する塩分をある程度溶解しているので、ガスハイドレート形成過程での海水はかなりの塩分濃度であり、さらに塩分を溶解する余力は乏しいので、洗浄槽１０において、ガスハイドレート形成過程での海水が同伴されている場合には、ガスハイドレート状態を実質的に維持する条件下で排出口１４からこの海水のみを排出させる。
【００９３】
排出口１４を閉じ、低純度水（海水）を取入口１５から取り入れ、ガスハイドレート表面に析出している塩分を、低純度水（海水）でできる限り、溶解させるべく、攪拌した後、攪拌混合で塩分が高濃度になった低純度水を排出口１４から排出し、また新たな低純度水を取り入れて攪拌することを繰り返す。攪拌の代わりに流水で洗浄してもよい。無論、これらの操作はガスハイドレート状態を実質的に維持する条件下でなされる。
【００９４】
攪拌混合しても塩分濃度の上昇が認め難くなったところで、ハイドレートを海水とともにボール弁１６より、次の工程である、中純度水で洗浄する洗浄装置１７へ移す。
【００９５】
中純度水で洗浄する洗浄装置１７は、ベルトコンベアとして回転する網目状基板１８と、中純度水噴霧装置１９と、連通管２０と、排出口２１とよりなる。ここで中純度水とは、低純度水より純度が高い水であるが、後述の高純度水より純度の低い水であるという意味で用いている。
【００９６】
中純度水としては、後述の、純度の高い高純度水で洗浄した後の排液が通常そのまま使用されるが、必要に応じ、本発明で得られた高純度水の一部や低純度水をさらに混ぜた混合液が混合槽２２で作られる。
【００９７】
ボール弁１６より中純度水で洗浄する洗浄装置１７へ洗浄液とともに移されたガスハイドレートは、ベルトコンベアとして回転する網目状基板１８上に敷かれる。必要に応じ、網目状基板１８を振動させることで、ガスハイドレートは薄板状にほぼ均一に網目状基板１８上に敷かれる。
【００９８】
ガスハイドレートはその上から中純度水噴霧装置１９より噴霧される中純度水により洗浄され、ベルトコンベアの端から連通管２０を経由し高純度水で洗浄する洗浄装置２３に移される。他方、洗浄に用いた液は排出口２１より排出される。中純度水で洗浄する洗浄槽１７のこれらの操作も、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつある条件下でなされる。
【００９９】
高純度水で洗浄する洗浄装置２３は、中純度水噴霧装置１９と同様に、ベルトコンベアとして回転する網目状基板２４と、高純度水噴霧装置２５と、連通管２６と、排出口２７とよりなる。ここで高純度水とは、製造される高純度水と同程度の純度の高い水である。
【０１００】
連通管２０により高純度水で洗浄する洗浄装置２３に移ったガスハイドレートは、ベルトコンベアとして回転する網目状基板２４上に落下する。必要に応じ、網目状基板２４を振動させることで、ガスハイドレートは薄板状にほぼ均一に網目状基板２４上に敷かれる。ガスハイドレートはその上から高純度水噴霧装置２５より噴霧される高純度水により洗浄され、ベルトコンベアの端から連通管２６を経由しガスハイドレート分解槽２８に移される。
【０１０１】
他方、洗浄に用いた液は網目状基板２４の網目より排出されて、高純度水で洗浄する洗浄装置２３の底に溜まり、排出口２７よりポンプで揚水されて混合槽２２に移され、攪拌装置２９により、洗浄液中の塩分濃度を均一化した上で、中純度水で洗浄する洗浄装置１７の洗浄液の原料になる。
【０１０２】
ガスハイドレート分解槽２８ではガスハイドレート条件から外すことにより、ガスハイドレートを分解させることができる。
【０１０３】
具体的にはガスハイドレートをガスと水に分解することが可能な温度、圧力条件下に置かれる。得られた水は淡水タンク２４へ移され、ガスは図示していないが、環境を汚さないものであれば、放出してもよいし、循環使用されてもよい。循環使用する場合にはガスボンベ５は不要であり、ガスの排気口からコンプレッサーを経由してクーラー７に戻される。
【０１０４】
ガスハイドレートの比重が1より小さい場合には、洗浄槽としては、図２に示すような構造のものであってもよい。洗浄槽１０，１７が、洗浄槽の下方に攪拌羽根３１と攪拌軸３２とを有し、洗浄槽の上方中心部に漏斗部３３、漏斗下部３４から洗浄槽側壁より次工程に連通する連通口３５とを有し、攪拌により洗浄されたガスハイドレートは漏斗の上端から漏斗、連通口を通じて次工程に移るようにしてもよい。以上の説明では、ガスハイドレート形成槽４と、ガスハイドレートに付着する塩分を低純度水で洗浄する洗浄槽１０を別々にする場合であるが、洗浄槽１０は形成槽４と兼用してもよい。
【０１０５】
上記説明は陸上においてガスハイドレートを形成させる例で述べたが、ガスハイドレートの形成を海中で行なってもよい。その装置を図３に基づいて説明する。図３は、深海に送り込まれたガスハイドレート形成管１００の先端部を示す半図解式縦断面図である。ここで本発明で「深海」とは、海水温度が１０℃以下の所を指す。その深さは当然ながら緯度によって異なる。
【０１０６】
海水温度が低いほど、ガスハイドレート形成条件に必要とされる温度にまで冷却に要する温度は少なくて済むが、反面、水深が大きなものになるので、送入ガスの圧力もそれに応じて大きくなるから、その得失で適宜の深さが選択される。深海に送り込まれたガスハイドレート形成管１００は、内管１０１と外管１０２の二重管となっている。このうち、外筒１０２は深海まで到達する長さを有し、外筒１０２の先端には海水を通す多孔膜１０４がある。
【０１０７】
また、内管１０１は、ガスハイドレートを形成する原料ガスの加圧貯蔵タンク（図示せず）より、ガスハイドレートを形成する原料ガスがガスハイドレート形成管１００の先端部に向けて送入される。
【０１０８】
ここで、内管１０１の先端付近には内管から外筒との間へガスが抜ける孔１０３を複数有する。多孔膜１０４からは海水が高い圧力で外筒１０２と内管１０１の間の空間１０５に入り込んでくる。
【０１０９】
他方、内管１０１からはガスが孔１０３から空間１０５に入り込んでくる。この空間１０５の圧力、温度がガスハイドレートの形成条件にあれば、ガスハイドレートが形成される。即ち、この空間１０５はガスハイドレート形成場である。このような観点から温度はある程度低い海水が好都合である。
【０１１０】
形成されたガスハイドレートは多孔膜１０４から浸入してくる海水の圧力と内管から孔１０３を通じて浸入してくるガスにより、内管１０１と外筒１０２の間の空間を通って上方に向かって浮上する。次いで、ガスハイドレートは海水に同伴されて、低純度水で洗浄する洗浄槽８へ送られる。これ以後は先に説明したものと同様であるので、説明を省略する。
【０１１１】
以上の説明はいずれも海水で行なったが、汚水の場合でも同様に適用できる。汚水の場合は含まれているものが塩分以外のものもあり、それらがガスハイドレート外壁に付着しているので、それらをできるだけ除去する手段を適宜選択する必要がある。その中で水溶性の成分については海水の場合と同様な方法が採用できる。
【０１１２】
一般的にいえば、フィルターなどで除けるものはフィルターで除いた後、タンク１の中で相分離するものは静置あるいは遠心分離などの方法により水溶性成分を含む水相と、油性成分を含む油相に分離し、水相については海水の場合と同様な方法が採用される。これに対し、有機物など非水溶性のものを含む油相は、例えば燃料にするとか、特定成分が燃料以外の用途に有用である場合には、それ以外を吸着剤などの手段を用いて除くなどの方法がとられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明によれば、海水、汚水などの低純度水から飲料水になり得る程度の高純度水を得ることができる。その過程で得られる排水は農業用水、工業用水、生活用水等として使用可能である。その製造工程で使われるガスは再利用することができ、環境への負荷もない。
【符号の説明】
【０１１４】
１・・・海水貯蔵タンク
２・・・定量ポンプ
３・・・クーラー
４・・・ガスハイドレート形成槽
５・・・ガスボンベ
６・・・コンプレッサー
７・・・クーラー
８・・・ガス噴出管
９・・・攪拌手段
１０・・・低純度水で洗浄する洗浄槽
１１・・・連通口
１３・・・攪拌手段
１４・・・攪拌後の低純度水の排出口
１５・・・新たな低純度水の取入口
１６・・・ボール弁
１７・・・中純度水で洗浄する洗浄装置
１８・・・ベルトコンベアとして回転する網目状基板
１９・・・中純度水噴霧装置
２０・・・連通管
２１・・・排出口
２２・・・混合槽
２３・・・高純度水で洗浄する洗浄装置
２４・・・ベルトコンベアとして回転する網目状基板
２５・・・高純度水噴霧装置
２６・・・連通管
２７・・・排出口
２８・・・ガスハイドレート分解槽
２９・・・攪拌装置
３０・・・淡水タンク
３１・・・攪拌羽根
３２・・・攪拌軸
１０１・・・内管
１０２・・・外筒
１０３・・・孔
１０４・・・多孔膜
１０５・・・空間（ガスハイドレート形成場）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスハイドレートを形成することのできる一種若しくは二種以上のガスと低純度水とを、低純度水の氷点より高い温度であって且つガスハイドレートを形成する条件下で接触させて、低純度水に懸濁する固体のガスハイドレートを得る工程と、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレート形成過程で用いた低純度水を脱水し、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄水で洗浄する工程と、ガスハイドレート状態よりも高温あるいは低圧にすることにより、ガスハイドレートをガスと高純度水にする工程と、をこの順序で行ない、
前記洗浄水は、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレートの外壁に付着した不純物を除去できる条件に置かれていることを特徴とする低純度水から高純度水の製造方法。
【請求項２】
ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する工程における洗浄水が、始めは低純度水であり、徐々に若しくは順次、純度の高い水を用いることを特徴とする請求項１に記載の低純度水から高純度水の製造方法。
【請求項３】
ガスハイドレートに付着する成分を低純度水で洗浄する工程が、新たな低純度水とガスハイドレートとの攪拌工程と、低純度水に懸濁するガスハイドレート中の低純度水を排出する工程とを有するとともに、この２工程が一回若しくは繰り返しなされる請求項２に記載の低純度水から高純度水の製造方法。
【請求項４】
ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する工程における洗浄水の最終段階での高純度水での洗浄が、ガスハイドレートを網目状基板上に堆積させ、若しくは下方から送り込むとともに、高純度水をガスハイドレートの上から流しつつ、高純度水より比重の軽いガスハイドレートが水の浮力により浮くことを利用して上層のガスハイドレートを洗浄の場から除く請求項２または３に記載の低純度水から高純度水の製造方法。
【請求項５】
ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する工程における洗浄水の最終段階での高純度水での洗浄が、網目状基板上に薄板状にガスハイドレートを敷き、上から高純度水による噴霧をし、洗浄後の高純度水を網目状基板の網目より排水させる請求項２または３に記載の低純度水から高純度水の製造方法。
【請求項６】
低純度水が海水である請求項１〜５のいずれか一項に記載の低純度水からの高純度水の製造方法。
【請求項７】
低純度水が汚水である請求項１〜５のいずれか一項に記載の低純度水からの高純度水の製造方法。
【請求項８】
ガスハイドレートの原料の供給手段と、ガスハイドレートの原料をガスハイドレート形成条件下でガスハイドレートを形成するガスハイドレート形成槽と、ガスハイドレート形成槽と兼用若しくは別個に用意され、ガスハイドレート形成時に用いられた低純度水を脱水し、形成されたガスハイドレートを洗浄水で洗浄する洗浄槽と、洗浄されたガスハイドレートがそれまで保持していたガスハイドレート状態よりも高温又は低圧にして高純度水を得るガスハイドレート分解槽と、を備え、
前記洗浄水は、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレートの外壁に付着した不純物を除去できる条件に置かれていることを特徴とする低純度水からの高純度水の製造装置。
【請求項９】
洗浄槽が、形成されたガスハイドレートを低純度水で洗浄する洗浄槽と、低純度水で洗浄されたガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置と、を備えてなる請求項８の低純度水からの高純度水の製造装置。
【請求項１０】
ガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置が、ガスハイドレートを網目状基板上に堆積させ、若しくは下方から送り込むとともに、高純度水をガスハイドレートの上から流しつつ、高純度水より比重の軽いガスハイドレートを洗浄槽の側壁上方に設けられた排出口よりガスハイドレートを単独または水とともにガスハイドレート分解槽に移送する請求項９に記載の低純度水からの高純度水の製造装置。
【請求項１１】
ガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置が、網目状基板上に薄板状にガスハイドレートを敷き、上から高純度水による噴霧をし、洗浄後の高純度水を網目状基板の網目より排水させる請求項９に記載の低純度水からの高純度水の製造装置。
【請求項１２】
網目状基板がベルトコンベア式になっている請求項１１に記載の低純度水から高純度水の製造装置。
【請求項１３】
洗浄槽が、洗浄槽の下方に攪拌羽根と攪拌軸とを有し、洗浄槽の上方中心部に漏斗部、漏斗下部から洗浄槽側壁より次工程に連通する連通口とを有し、攪拌により洗浄されたガスハイドレートは漏斗の上端から漏斗、連通口を通じて次工程に移る請求項８または９に記載の低純度水から高純度水の製造装置。
【請求項１４】
ガスハイドレートを形成する原料ガスが送入される内管と形成されたガスハイドレートを通す外管よりなり、深海まで到達する長さを有し、内管先端付近には内管と外管との間へガスが抜ける穴を有するとともに外筒先端に海水を通す多孔膜があり、先端部でガスハイドレートが形成される二重管と、ガスハイドレート形成時に用いられた海水を脱水し、形成されたガスハイドレートを洗浄水で洗浄する洗浄槽と、洗浄されたガスハイドレートを、それまで保持していたガスハイドレート状態よりも高温又は低圧にすることにより高純度水を得るガスハイドレート分解槽と、を備え、
前記洗浄水は、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレートの外壁に付着した不純物を除去できる条件に置かれていることを特徴とする海水からの高純度水の製造装置。
【請求項１５】
洗浄槽が、形成されたガスハイドレートを低純度水で洗浄する洗浄槽と、低純度水で洗浄されたガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置と、を備えてなることを特徴とする請求項１４に記載の海水からの高純度水の製造装置。
【請求項１】
ガスハイドレートを形成することのできる一種若しくは二種以上のガスと低純度水とを、低純度水の氷点より高い温度であって且つガスハイドレートを形成する条件下で接触させて、低純度水に懸濁する固体のガスハイドレートを得る工程と、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレート形成過程で用いた低純度水を脱水し、ガスハイドレートに付着する成分を洗浄水で洗浄する工程と、ガスハイドレート状態よりも高温あるいは低圧にすることにより、ガスハイドレートをガスと高純度水にする工程と、をこの順序で行ない、
前記洗浄水は、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレートの外壁に付着した不純物を除去できる条件に置かれていることを特徴とする低純度水から高純度水の製造方法。
【請求項２】
ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する工程における洗浄水が、始めは低純度水であり、徐々に若しくは順次、純度の高い水を用いることを特徴とする請求項１に記載の低純度水から高純度水の製造方法。
【請求項３】
ガスハイドレートに付着する成分を低純度水で洗浄する工程が、新たな低純度水とガスハイドレートとの攪拌工程と、低純度水に懸濁するガスハイドレート中の低純度水を排出する工程とを有するとともに、この２工程が一回若しくは繰り返しなされる請求項２に記載の低純度水から高純度水の製造方法。
【請求項４】
ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する工程における洗浄水の最終段階での高純度水での洗浄が、ガスハイドレートを網目状基板上に堆積させ、若しくは下方から送り込むとともに、高純度水をガスハイドレートの上から流しつつ、高純度水より比重の軽いガスハイドレートが水の浮力により浮くことを利用して上層のガスハイドレートを洗浄の場から除く請求項２または３に記載の低純度水から高純度水の製造方法。
【請求項５】
ガスハイドレートに付着する成分を洗浄する工程における洗浄水の最終段階での高純度水での洗浄が、網目状基板上に薄板状にガスハイドレートを敷き、上から高純度水による噴霧をし、洗浄後の高純度水を網目状基板の網目より排水させる請求項２または３に記載の低純度水から高純度水の製造方法。
【請求項６】
低純度水が海水である請求項１〜５のいずれか一項に記載の低純度水からの高純度水の製造方法。
【請求項７】
低純度水が汚水である請求項１〜５のいずれか一項に記載の低純度水からの高純度水の製造方法。
【請求項８】
ガスハイドレートの原料の供給手段と、ガスハイドレートの原料をガスハイドレート形成条件下でガスハイドレートを形成するガスハイドレート形成槽と、ガスハイドレート形成槽と兼用若しくは別個に用意され、ガスハイドレート形成時に用いられた低純度水を脱水し、形成されたガスハイドレートを洗浄水で洗浄する洗浄槽と、洗浄されたガスハイドレートがそれまで保持していたガスハイドレート状態よりも高温又は低圧にして高純度水を得るガスハイドレート分解槽と、を備え、
前記洗浄水は、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレートの外壁に付着した不純物を除去できる条件に置かれていることを特徴とする低純度水からの高純度水の製造装置。
【請求項９】
洗浄槽が、形成されたガスハイドレートを低純度水で洗浄する洗浄槽と、低純度水で洗浄されたガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置と、を備えてなる請求項８の低純度水からの高純度水の製造装置。
【請求項１０】
ガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置が、ガスハイドレートを網目状基板上に堆積させ、若しくは下方から送り込むとともに、高純度水をガスハイドレートの上から流しつつ、高純度水より比重の軽いガスハイドレートを洗浄槽の側壁上方に設けられた排出口よりガスハイドレートを単独または水とともにガスハイドレート分解槽に移送する請求項９に記載の低純度水からの高純度水の製造装置。
【請求項１１】
ガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置が、網目状基板上に薄板状にガスハイドレートを敷き、上から高純度水による噴霧をし、洗浄後の高純度水を網目状基板の網目より排水させる請求項９に記載の低純度水からの高純度水の製造装置。
【請求項１２】
網目状基板がベルトコンベア式になっている請求項１１に記載の低純度水から高純度水の製造装置。
【請求項１３】
洗浄槽が、洗浄槽の下方に攪拌羽根と攪拌軸とを有し、洗浄槽の上方中心部に漏斗部、漏斗下部から洗浄槽側壁より次工程に連通する連通口とを有し、攪拌により洗浄されたガスハイドレートは漏斗の上端から漏斗、連通口を通じて次工程に移る請求項８または９に記載の低純度水から高純度水の製造装置。
【請求項１４】
ガスハイドレートを形成する原料ガスが送入される内管と形成されたガスハイドレートを通す外管よりなり、深海まで到達する長さを有し、内管先端付近には内管と外管との間へガスが抜ける穴を有するとともに外筒先端に海水を通す多孔膜があり、先端部でガスハイドレートが形成される二重管と、ガスハイドレート形成時に用いられた海水を脱水し、形成されたガスハイドレートを洗浄水で洗浄する洗浄槽と、洗浄されたガスハイドレートを、それまで保持していたガスハイドレート状態よりも高温又は低圧にすることにより高純度水を得るガスハイドレート分解槽と、を備え、
前記洗浄水は、ガスハイドレート状態を実質的に維持しつつ、ガスハイドレートの外壁に付着した不純物を除去できる条件に置かれていることを特徴とする海水からの高純度水の製造装置。
【請求項１５】
洗浄槽が、形成されたガスハイドレートを低純度水で洗浄する洗浄槽と、低純度水で洗浄されたガスハイドレートを高純度水で洗浄する洗浄装置と、を備えてなることを特徴とする請求項１４に記載の海水からの高純度水の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−５６５０７（Ｐ２０１１−５６５０７Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３６１４７（Ｐ２０１０−２３６１４７）
【出願日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【分割の表示】特願２０１０−５２２７７１（Ｐ２０１０−５２２７７１）の分割
【原出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（５０４２２９８１５）株式会社ＣＤＭコンサルティング (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【分割の表示】特願２０１０−５２２７７１（Ｐ２０１０−５２２７７１）の分割
【原出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（５０４２２９８１５）株式会社ＣＤＭコンサルティング (12)
【Ｆターム（参考）】
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