塩水の脱塩処理システムおよび塩水の脱塩処理方法
【課題】塩水を効率良く脱塩処理し、淡水の回収率を向上させること。
【解決手段】塩水の脱塩処理システム１は、複数の脱塩処理装置１０が多段に接続されて構成される。各脱塩処理装置１０は、ゲストガスのクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で塩水または前段の脱塩処理装置１０で生成した脱塩水とゲストガスとを接触させてクラスレートを生成するクラスレート生成槽２０と、クラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水を排出してクラスレートと濃縮塩水とを固液分離し、その後クラスレートを分解して脱塩水を生成するクラスレート分離・洗浄槽３０とを備え、クラスレート分離・洗浄槽３０は、後段の脱塩処理装置１０から排出された濃縮塩水を用いて、固液分離したクラスレートを洗浄しつつ加温して分解する。
【解決手段】塩水の脱塩処理システム１は、複数の脱塩処理装置１０が多段に接続されて構成される。各脱塩処理装置１０は、ゲストガスのクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で塩水または前段の脱塩処理装置１０で生成した脱塩水とゲストガスとを接触させてクラスレートを生成するクラスレート生成槽２０と、クラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水を排出してクラスレートと濃縮塩水とを固液分離し、その後クラスレートを分解して脱塩水を生成するクラスレート分離・洗浄槽３０とを備え、クラスレート分離・洗浄槽３０は、後段の脱塩処理装置１０から排出された濃縮塩水を用いて、固液分離したクラスレートを洗浄しつつ加温して分解する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩水を脱塩処理して淡水を得る塩水の脱塩処理システムおよび塩水の脱塩処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、クラスレートハイドレート（以下、単に「クラスレート」と呼ぶ。）の生成を利用して海水を淡水化する技術が提案されている（例えば、非特許文献１，２を参照）。ここで、海水の淡水化（脱塩処理）では、先ず、ゲストガスがクラスレートを生成する温度および圧力の下で海水とゲストガスとを接触させて、クラスレートを生成する。そして、生成したクラスレートと、このクラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水とを固液分離した後、クラスレートを分解する。
【０００３】
また、特許文献１には、ハイドレート生成槽を多段に接続し、海水を繰り返し脱塩処理する構成が開示されている。ここで、特許文献１では、クラスレートと固液分離された濃縮塩水は、ドレンとして系外に排出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１９８０５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本エネルギー学会大会講演要旨集，ハイドレート生成による塩水の淡水化に関する研究，吉岡裕之，P52-P53
【非特許文献２】Solar Engineering，Conceptual design of otec plants producing desalinated water with the gas hydrate method.，SYED M A，P625〜P631
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、固液分離したクラスレートをそのまま分解してしまうと、クラスレートと分離しきれずに周囲に残存する濃縮塩水によって、得られる脱塩水の塩分濃度が高くなってしまい、効率良く脱塩処理が行えない場合がある。このため、クラスレートと濃縮塩水とを固液分離した後、クラスレートを分解する前には、クラスレートを洗浄する工程が必要である。このクラスレートの洗浄は、一般に、回収された淡水を用いて行われており、淡水の回収率を低下させるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑み為されたものであって、塩水を効率良く脱塩処理し、淡水の回収率を向上させることができる塩水の脱塩処理システムおよび塩水の脱塩処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる塩水の脱塩処理システムは、複数の脱塩処理装置が多段に接続されて構成され、塩水に対する脱塩処理を前段の脱塩処理装置から順番に繰り返し行うことで前記塩水の塩分濃度を段階的に低下させて淡水を得る塩水の脱塩処理システムであって、前記脱塩処理装置は、所定のゲストガスのクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で前記塩水または前段の脱塩処理装置で生成した脱塩水と前記ゲストガスとを接触させてクラスレートを生成するクラスレート生成部と、前記クラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水を排出して前記クラスレートと前記濃縮塩水とを固液分離し、その後前記クラスレートを分解して脱塩水を生成する脱塩水生成部と、を備え、前記脱塩水生成部は、後段の脱塩処理装置から排出された濃縮塩水を用いて、前記固液分離した前記クラスレートを洗浄しつつ分解することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる塩水の脱塩処理方法は、所定のゲストガスのクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で塩水と前記ゲストガスとを接触させてクラスレートを生成し、該クラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水を排出して前記クラスレートと前記濃縮塩水とを固液分離した後、前記クラスレートを分解して脱塩水を生成する脱塩処理を繰り返し行うことで前記塩水の塩分濃度を段階的に低下させて淡水を得る脱塩処理方法であって、前記クラスレートを分解する際、後段の前記脱塩処理の過程で排出された前記濃縮塩水を用いて、前記クラスレートを洗浄しつつ分解することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、所定のゲストガスのクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で塩水とゲストガスとを接触させてクラスレートを生成し、このクラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水を排出してクラスレートと濃縮塩水とを固液分離した後、クラスレートを分解する際に、繰り返し行う脱塩処理の過程で排出された濃縮塩水であってクラスレートと固液分離された濃縮塩水よりも塩分濃度の低い濃縮塩水を用い、クラスレートを洗浄しつつ加温して分解することができる。したがって、塩水を効率良く脱塩処理し、淡水の回収率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施の形態における塩水の脱塩処理システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は、脱塩処理装置の構成を示す模式図である。
【図３】図３は、クラスレート生成工程を説明する説明図である。
【図４】図４は、クラスレート分離工程を説明する説明図である。
【図５】図５は、クラスレート分離工程を説明する説明図である。
【図６】図６は、クラスレート洗浄工程を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照し、本発明を実施するための形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００１３】
図１は、本実施の形態における塩水の脱塩処理システム１の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、塩水の脱塩処理システム１は、塩水（海水）を脱塩処理（淡水化処理）するための複数（ｎ個）の脱塩処理装置１０（１０−１-〜１０−ｎ）が多段に接続されて構成される。これらｎ個の脱塩処理装置１０はそれぞれ同様の構成を有し、最前段の脱塩処理装置１０−１から順番に海水タンク１１の塩水（海水）を繰り返し脱塩処理することで塩水の脱塩処理方法を実施し、塩水（海水）の塩分濃度を段階的に低下させて最終的に塩分濃度が十分に低い淡水を得る。
【００１４】
最前段の脱塩処理装置１０−１は、塩水ライン１４−１を介して海水タンク１１と接続され、脱塩処理装置１０−２〜１０−ｎは、それぞれ塩水ライン１４−２〜１４−ｎを介して前段の脱塩処理装置１０と接続されている。また、脱塩処理装置１０−１は、濃縮塩水ライン１５を介して濃縮塩水タンク１２と接続されている。また、脱塩処理装置１０−１〜１０−（ｎ−１）は、洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）を介して後段の脱塩処理装置１０と接続され、脱塩処理装置１０−ｎは、洗浄水ライン１６−ｎを介して淡水タンク１３と接続されている。そして、脱塩処理装置１０−ｎは、淡水ライン１７を介して淡水タンク１３と接続されている。
【００１５】
この塩水の脱塩処理システム１では、先ず、海水タンク１１に貯留されている例えば塩分濃度４％の塩水（海水）ＳＷが、塩水ライン１４−１を介して最前段の脱塩処理装置１０−１に供給される。ここで、海水タンク１１には、前処理によって濁質分が除去された塩水（海水）が貯留される。脱塩処理装置１０−１は、供給された塩水（海水）ＳＷを脱塩処理し、塩分濃度が４％よりも低い脱塩水（脱塩処理された塩水：塩分濃度Ｃ1％）ＰＷ−１を生成する。この脱塩処理装置１０−１での脱塩処理によって生成した脱塩水ＰＷ−１は、塩水ライン１４−２を介して不図示の脱塩水タンクに貯留された後、後段の脱塩処理装置１０−２に供給される。一方、脱塩処理に伴い生成した濃縮塩水ＤＷ−１（塩分濃度Ｃ1´％）は、濃縮塩水ライン１５を介して濃縮塩水タンク１２に排出される。
【００１６】
続いて、脱塩処理装置１０−２は、前段の脱塩処理装置１０−１から供給された脱塩水をさらに脱塩処理し、脱塩水（塩分濃度Ｃ2％）ＰＷ−２を生成する。この脱塩処理装置１０−２での脱塩処理によって生成した脱塩水ＰＷ−２は、塩水ライン１４−３を介して不図示の脱塩水タンクに貯留された後、後段の脱塩処理装置１０−３に供給される。一方、脱塩処理装置１０−２での脱塩処理に伴い生成した濃縮塩水（塩分濃度Ｃ´2％）ＤＷ−２は、洗浄水ライン１６−１を介して不図示の洗浄水タンクに排出・貯留された後に前段の脱塩処理装置１０−１に供給され、詳細を後述するように、脱塩処理装置１０−１での脱塩処理時に洗浄水として利用されるようになっている。なお、脱塩処理装置１０−２での脱塩処理時には、後段の脱塩処理装置１０−３での脱塩処理に伴い生成され、不図示の洗浄水タンクに貯留された濃縮塩水（塩分濃度Ｃ´3％）ＤＷ−３が洗浄水ライン１６−２を介して供給されるようになっており、洗浄水として利用される。
【００１７】
その後、脱塩処理装置１０−３以降の後段の脱塩処理装置１０が、順次同様にして前段の脱塩処理装置１０から供給された脱塩水を脱塩処理する。また、この脱塩処理時において、後段の脱塩処理装置１０から供給された濃縮塩水が洗浄水として利用される。
【００１８】
そして、最後段の脱塩処理装置１０−ｎには、前段の脱塩処理装置１０−（ｎ−１）での脱塩処理によって生成される脱塩水（塩分濃度Ｃn-1％）ＰＷ−（ｎ−１）が、不図示の脱塩水タンクから塩水ライン１４−ｎを介して供給される。この最後段の脱塩処理装置１０−ｎは、供給された脱塩水を脱塩処理し、上水のレベル（例えば塩分濃度０．１％）の淡水ＷＷを生成する。生成した淡水ＷＷは、淡水ライン１７を介して淡水タンク１３に導入されて貯留される。また、脱塩処理装置１０−ｎでの脱塩処理に伴い生成する濃縮塩水（塩分濃度Ｃ´n％）ＤＷ−ｎは、洗浄水ライン１６−（ｎ−１）を介して不図示の洗浄水タンクに排出・貯留された後、前段の脱塩処理装置１０−（ｎ−１）に供給される。なお、脱塩処理装置１０−ｎでの脱塩処理時には、洗浄水ライン１６−ｎを介して淡水タンク１３に貯留されている所定量（少量）の淡水ＷＷが供給される。すなわち、塩水の脱塩処理システム１での淡水ＷＷの収量のうちの一部（少量）が、脱塩処理装置１０−ｎでの脱塩処理において洗浄水として利用される。
【００１９】
このように、本実施の形態の塩水の脱塩処理システム１において、最前段の脱塩処理装置１０−１には、塩水ライン１４−１によって海水タンク１１の塩水（海水）ＳＷが供給され、脱塩処理装置１０−２〜１０−ｎには、塩水ライン１４−２〜１４−ｎによって前段の脱塩処理装置１０からの脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）が供給される。また、脱塩処理装置１０−１〜１０−（ｎ−１）には、洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）によって後段の脱塩処理装置１０から排出された濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎが供給され、脱塩処理装置１０−ｎには、洗浄水ライン１６−ｎによって淡水タンク１３の淡水ＷＷが供給される。ここで、各脱塩処理装置１０−１〜１０−ｎで生成される脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）および淡水ＷＷの塩分濃度は、脱塩水ＰＷ−１の塩分濃度（Ｃ1％）＞脱塩水ＰＷ−２の塩分濃度（Ｃ2％）＞脱塩水ＰＷ−３の塩分濃度（Ｃ3％）＞・・・＞脱塩水ＰＷ−（ｎ−１）の塩分濃度（Ｃn-1％）＞淡水ＷＷの塩分濃度（０．１％）である。また、脱塩処理装置１０−２〜１０−ｎでの脱塩処理時に生成されて前段の脱塩処理装置１０−１〜１０−（ｎ−１）での脱塩処理時に洗浄水として利用される濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎの塩分濃度、および脱塩処理装置１０−ｎでの脱塩処理時に洗浄水として利用される淡水ＷＷの塩分濃度は、濃縮塩水ＤＷ−２の塩分濃度（Ｃ´2）＞濃縮塩水ＤＷ−３の塩分濃度（Ｃ´3）＞濃縮塩水ＤＷ−４の塩分濃度（Ｃ´4）＞・・・＞濃縮塩水ＤＷ−ｎの塩分濃度（Ｃ´n）＞淡水ＷＷの塩分濃度（０．１％）である。
【００２０】
図２は、脱塩処理装置１０（１０−１〜１０−ｎ）の構成を示す模式図である。図２に示すように、脱塩処理装置１０は、クラスレート生成部としてのクラスレート生成槽２０と、脱塩水生成部としてのクラスレート分離・洗浄槽３０とが移送ライン４０を介して接続されて構成される。
【００２１】
クラスレート生成槽２０には、図１に示した塩水ライン１４−１〜１４−ｎを介し、海水タンク１１の塩水（海水）ＳＷ、または、前段の脱塩処理装置１０で生成され、前段側の不図示の脱塩水タンクに貯留された脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）が導入される。また、クラスレート生成槽２０は、ゲストガスを貯蔵する不図示のゲストガスタンクとゲストガスライン５０を介して接続されており、このゲストガスタンクのゲストガスＧがクラスレート生成槽２０に導入される。ゲストガスは、適宜選ぶこととしてよいが、例えば、二酸化炭素ガス（ＣＯ2）、キセノンガス（Ｘｅ）、ＨＦＣ等の代替フロン等が挙げられる。
【００２２】
また、クラスレート生成槽２０は、クラスレート生成槽２０に導入された塩水（海水）または脱塩水を攪拌するための攪拌装置２１と、このクラスレート生成槽２０に導入された塩水（海水）または脱塩水を冷却するための冷却コイル２２とを備える。このクラスレート生成槽２０は、断熱性を有する。
【００２３】
一方、クラスレート分離・洗浄槽３０には、移送ライン４０を介してクラスレート生成槽２０から後述するクラスレートを含む濃縮塩水が導入されるとともに、洗浄水ライン１６−１〜１６−ｎを介し、後段の脱塩処理装置１０での脱塩処理に伴い生成され、後段側の不図示の洗浄水タンクに貯留された濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎ、または、淡水タンク１３の淡水ＷＷが、洗浄水として導入される。そして、このクラスレート分離・洗浄槽３０においてクラスレートを洗浄し、固液分離することで生成した脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）または淡水ＷＷが、塩水ライン１４−２〜１４−ｎを介して後段側の不図示の脱塩水タンクに貯留され、または、淡水ライン１７を介して淡水タンク１３に貯留される。また、クラスレートと固液分離された濃縮塩水ＤＷ−１〜ＤＷ−ｎは、濃縮塩水ライン１５を介して濃縮塩水タンク１２に排出され、または、洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）を介して前段側の不図示の洗浄水タンクに排出されて貯留される。
【００２４】
このクラスレート分離・洗浄槽３０は、多孔質板３１を備え、この多孔質板３１によって内部空間が上下２つの空間Ｅ１１，Ｅ１３に仕切られて構成される。以下、上側の空間Ｅ１１を「上側空間Ｅ１１」と呼び、下側の空間Ｅ１３を「下側空間Ｅ１３」と呼ぶ。
【００２５】
ここで、クラスレート生成槽２０との間に配管される移送ライン４０は、クラスレート分離・洗浄槽３０の上部に接続され、クラスレート生成槽２０とクラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１との間を連通する。また、濃縮塩水タンク１２との間に配管される濃縮塩水ライン１５および前段の脱塩処理装置１０との間に配管される洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）は、クラスレート分離・洗浄槽３０の底部に接続され、クラスレート分離・洗浄槽３０の下側空間Ｅ１３と濃縮塩水タンク１２との間、または、クラスレート分離・洗浄槽３０の下側空間Ｅ１３と前段の脱塩処理装置１０（詳細には、前段の脱塩処理装置１０のクラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１）との間を連通する。なお、クラスレート分離・洗浄槽３０の下側空間Ｅ１３と前段の脱塩処理装置１０のクラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１との間の洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）には、不図示の洗浄水タンクが設けられる。そして、後段の脱塩処理装置１０との間に配管される塩水ライン１４−２〜１４−ｎおよび淡水タンク１３との間に配管される淡水ライン１７は、クラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１と後段の脱塩処理装置１０（詳細には、後段の脱塩処理装置１０のクラスレート生成槽２０）との間、または、クラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１と淡水タンク１３との間を連通し、そのクラスレート分離・洗浄槽３０側の端部が多孔質板３１の上面近傍に配置されている。なお、クラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１と後段の脱塩処理装置１０のクラスレート生成槽２０との間の塩水ライン１４−２〜１４−ｎには、不図示の脱塩水タンクが設けられる。
【００２６】
また、脱塩処理装置１０は、塩水ライン１４に設けられ、海水タンク１１の塩水（海水）ＳＷまたは前段側の不図示の脱塩水タンクの脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）を高圧化してクラスレート生成槽２０に圧送・導入する圧力ポンプ６０と、アウトガスライン７１を介してクラスレート生成槽２０と接続されたゲストガスホルダ７３と、海水タンク１１または前段側の不図示の脱塩水タンクとクラスレート生成槽２０との間の塩水ライン１４−１〜１４−ｎ、後段側の不図示の洗浄水タンクまたは淡水タンク１３とクラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１との間の洗浄水ライン１６−１〜１６−ｎ、クラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１と後段側の不図示の脱塩水タンクまたは淡水タンク１３との間の塩水ライン１４−２〜１４−ｎおよび淡水ライン１７、クラスレート分離・洗浄槽３０の下側空間Ｅ１３と濃縮塩水タンク１２または前段側の不図示の洗浄水タンクとの間の濃縮塩水ライン１５および洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）、移送ライン４０、ゲストガスライン５０、およびアウトガスライン７１の各ラインにそれぞれ設けられた制御弁８１〜８７と、脱塩処理装置１０の各部を制御して装置全体の動作を統括制御する制御部９０とを備える。
【００２７】
以上のように構成される各脱塩処理装置１０（１０−１〜１０−ｎ）は、クラスレートを生成し、生成したクラスレートとこのクラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水とを固液分離した後、クラスレートを分解することで脱塩処理を行う。ここで、クラスレートとは、水分子が作る籠型構造（ケージ）によってゲスト分子が包接された氷状の固体結晶であり、低温かつ高圧の条件下で生成する。具体的な温度および圧力の条件は、ゲストガスの種類によって異なる。例えば、二酸化炭素ガスを用いる場合、温度が０℃〜３℃程度、圧力が２ＭＰａ〜３ＭＰａ程度の条件下でクラスレートが生成する。一方、キセノンガスを用いる場合、温度が０℃〜５℃程度、圧力が０．２ＭＰａ程度の条件下でクラスレートが生成する。このクラスレートの生成に必要な所定の温度（クラスレート生成温度）およびクラスレートの生成に必要な所定の圧力（クラスレート生成圧力）の下で、海水タンク１１の塩水（海水）または前段の脱塩処理装置１０で生成された脱塩水とゲストガスとを接触させると、水分子のケージにゲストガスが取り込まれてクラスレートが生成する。また、クラスレートの生成に伴い、処理前の塩水（海水）または脱塩水よりも塩分濃度の高い濃縮塩水が生成する。このクラスレートを濃縮塩水と固液分離し、クラスレートを分解すると、処理前の塩水（海水）または脱塩水よりも塩分濃度の低い脱塩水が生成される。
【００２８】
この脱塩処理を実現するため、各脱塩処理装置１０は、クラスレート生成工程、クラスレート分離工程、およびクラスレート洗浄工程の各工程を行う。以下、各工程について順次説明する。なお、以下説明する各工程での脱塩処理装置１０の動作は、制御部９０が装置各部を制御することで実現される。
【００２９】
（クラスレート生成工程）
クラスレート生成工程では、クラスレート生成槽２０において、ゲストガスのクラスレート生成条件下、具体的には、クラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で塩水（海水）または脱塩水とゲストガスとを接触させて、クラスレートを生成する。
【００３０】
図３は、クラスレート生成工程を説明する説明図であり、クラスレート生成槽２０を含む脱塩処理装置１０の一部の構成を示している。クラスレート生成工程では、先ず、塩水ライン１４−１〜１４−ｎを介して海水タンク１１の塩水（海水）ＳＷまたは前段の脱塩処理装置１０からの脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）をクラスレート生成槽２０に導入するとともに、ゲストガスライン５０を介して不図示のゲストガスタンクのゲストガスＧをクラスレート生成槽２０に導入することで、クラスレート生成槽２０内の圧力をクラスレート生成圧力に調整する。
【００３１】
具体的には、制御部９０は、制御弁８５，８６，８７を閉止した状態で制御弁８１を開放する。そして、制御部９０は、圧力ポンプ６０を駆動して海水タンク１１の塩水（海水）ＳＷまたは前段の脱塩処理装置１０で生成されて不図示の脱塩水タンクに貯留された脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）を圧送し、所定量の塩水（海水）または脱塩水をクラスレート生成槽２０に導入する。その後、制御部９０は、制御弁８１を閉止する。また、制御部９０は、制御弁８６を開放してクラスレート生成槽２０へのゲストガスＧの導入を開始する。ここで、ゲストガスライン５０は、クラスレート生成槽２０へのゲストガスＧの導入位置が、クラスレート生成槽２０に導入される所定量の塩水（海水）または脱塩水の液面の高さより低くなるように接続されている。これにより、クラスレート生成槽２０に導入されたゲストガスは、クラスレート生成槽２０に導入された塩水（海水）または脱塩水内に気泡として放出される。
【００３２】
次に、制御部９０は、冷却コイル２２を駆動してクラスレート生成槽２０内の塩水（海水）または脱塩水を冷却し、クラスレート生成温度に調整しながら、攪拌装置２１を駆動してクラスレート生成槽２０内の塩水（海水）または脱塩水とゲストガスとを混合する。
【００３３】
また、このクラスレート生成工程において、制御部９０は、制御弁８７を適宜開閉することで、クラスレート生成槽２０の内部の圧力をクラスレート生成圧力に維持する。制御弁８７を開放した際にクラスレート生成槽２０から排出されたゲストガスは、アウトガスライン７１を介してゲストガスホルダ７３に導入されて回収される。
【００３４】
この結果、クラスレート生成槽２０では、図３に示すように、塩水（海水）または脱塩水とゲストガスとがクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で接触し、固体結晶のクラスレート１００が生成する。そして、生成したクラスレート１００が、このクラスレート１００の生成によって濃縮された濃縮塩水中に浮遊する。
【００３５】
以上のようにしてクラスレート生成工程を実施したならば、制御部９０は、制御弁８６を閉止してクラスレート生成槽２０へのゲストガスの導入を停止するとともに、制御弁８５を開放し、クラスレート生成槽２０内のクラスレート１００とこのクラスレート１００の生成によって濃縮された濃縮塩水との混合液ＭＷを移送ライン４０を介してクラスレート分離・洗浄槽３０に移送する。その後、制御部９０は、制御弁８５を閉止する。また、制御部９０は、制御弁８７を開放してクラスレート生成槽２０内に残存するゲストガスを排出し、アウトガスライン７１を介してゲストガスホルダ７３に導入して回収する。なお、ゲストガスホルダ７３に回収されたゲストガスは、各脱塩処理装置１０での別の脱塩処理で再利用される。
【００３６】
（クラスレート分離工程）
図４および図５は、クラスレート分離工程を説明する説明図であり、クラスレート分離・洗浄槽３０を含む脱塩処理装置１０の一部の構成を示している。クラスレート分離工程では、移送ライン４０を介してクラスレート生成槽２０から移送された混合液ＭＷをクラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１に導入し、この混合液のクラスレート１００および濃縮塩水を多孔質板３１によって重力により自然ろ過する。このクラスレート分離工程では、制御部９０は、制御弁８４を開放する。この結果、図４に示すように、クラスレート１００が上側空間Ｅ１１に残る一方、濃縮塩水は、多孔質板３１を透過して下側空間Ｅ１３へと流れ、最終的に、図５に示すように、クラスレート１００が濃縮塩水と固液分離される。下側空間Ｅ１３へと流れた濃縮塩水ＤＷ−１〜ＤＷ−ｎは、濃縮塩水ライン１５または洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）を介して濃縮塩水タンク１２または前段側の不図示の洗浄水タンクに導入される。
【００３７】
なお、ここでは、自然ろ過によってクラスレートと濃縮塩水とを固液分離することとしたが、下側空間Ｅ１３を減圧することで上側空間Ｅ１１内のクラスレートおよび濃縮塩水を減圧ろ過し、これらを固液分離するようにしてもよい。あるいは、上側空間Ｅ１１を加圧することで上側空間Ｅ１１内のクラスレートおよび濃縮塩水を加圧ろ過し、これらを固液分離するようにしてもよい。
【００３８】
（クラスレート洗浄工程）
前段のクラスレート分離工程では、濃縮塩水の表面張力によってクラスレートと濃縮塩水とを完全に固液分離できない場合がある。特に、クラスレートおよび濃縮塩水を自然ろ過する場合、これらを完全に固液分離するのは困難である。クラスレート洗浄工程では、多孔質板３１上のクラスレートを洗浄しつつ分解することで、脱塩水または淡水を生成する。図６は、クラスレート洗浄工程を説明する説明図であり、クラスレート分離・洗浄槽３０を含む脱塩処理装置１０の一部の構成を示している。
【００３９】
図６に示すように、このクラスレート洗浄工程では、制御部９０は、制御弁８２を開放し、後段の脱塩処理装置１０で生成されて不図示の洗浄水タンクに貯留された濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎまたは淡水タンク１３の淡水ＷＷを洗浄水ライン１６−１〜１６−ｎに設けられた不図示のポンプによって上側空間Ｅ１１に導入する。これにより、多孔質板３１上のクラスレート１００が洗浄されてクラスレート１００の周囲に残存する濃縮塩水が洗い流される。すなわち、クラスレート１００の周囲の濃縮塩水が導入された濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎまたは淡水ＷＷによって押し流されることで多孔質板３１を透過して下側空間Ｅ１３に流出し、その結果、クラスレート１００の周囲の濃縮塩水が、この濃縮塩水よりも塩分濃度の低い濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎまたは淡水ＷＷと置き換えられる。また、ここで導入される濃縮塩水や淡水は、後段の脱塩処理装置１０で脱塩処理されて不図示の洗浄水タンクや淡水タンク１３に貯留されていたものであり、常温程度の温度となっている。したがって、導入された濃縮塩水または淡水により、低温であるクラスレート生成温度で生成したクラスレート１００が加温されて分解し、脱塩水または淡水が生成する。制御部９０は、制御弁８３を開放し、生成した脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）または淡水ＷＷを、塩水ライン１４−２〜１４−ｎまたは淡水ライン１７に設けられた不図示のポンプによって不図示の脱塩水タンクまたは淡水タンク１３に導入する。
【００４０】
洗浄水として導入する濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎまたは淡水ＷＷの量は、クラスレートを洗浄し、分解するのに必要な量として予め設定しておく。なお、不図示の洗浄水タンクの濃縮塩水は、洗浄水として用いる量を残してクラスレート生成工程の前にクラスレート生成槽２０に導入することで、海水タンク１１の塩水（海水）または前段の脱塩処理装置１０からの脱塩水とともに再度脱塩処理するようにしてもよい。これによれば、淡水の回収率をより一層向上させることが可能となる。
【００４１】
以上説明したように、実施の形態１によれば、塩水（海水）または前段の脱塩処理装置１０からの脱塩水とゲストガスとをクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で接触させてクラスレートを生成し、クラスレートと濃縮塩水とを固液分離した後で、クラスレートを洗浄して周囲に残存する濃縮塩水を洗い流しつつ、クラスレートを加温して分解することができる。このとき、最後段の脱塩処理装置１０−ｎでは淡水タンク１３の淡水を洗浄水として用いるものの、この脱塩処理装置１０−ｎ以外の各脱塩処理装置１０では、その脱塩処理装置１０より後段の脱塩処理装置１０で生成されて排出された濃縮塩水を洗浄水として用いることができる。ここで、後段の脱塩処理装置１０からの濃縮塩水は、クラスレートの周囲に残存する濃縮塩水、すなわち、その脱塩処理装置１０での脱塩処理に伴い生成される濃縮塩水よりも塩分濃度が低く、洗浄効果がある。これによれば、各脱塩処理装置１０から排出される濃縮塩水を無駄なく利用してクラスレートを洗浄することができる。したがって、塩水を効率良く脱塩処理し、淡水の回収率を向上させることができる。
【００４２】
なお、上記した実施の形態では、最後段の脱塩処理装置１０−ｎを除く各脱塩処理装置１０での脱塩処理において、１つ後ろの脱塩処理装置１０で生成した濃縮塩水を洗浄水として利用することとした。これに対し、洗浄水として用いる濃縮塩水は、その脱塩処理装置１０での脱塩処理に伴い生成する濃縮塩水よりも塩分濃度の低いものであればよく、１つ後ろの脱塩処理装置１０で生成した濃縮塩水に限らず、後段のいずれかの脱塩処理装置１０で生成したものであればよい。このとき、離れた脱塩処理装置１０で生成された濃縮塩水ほど塩分濃度が低い。このため、より離れた脱塩処理装置１０で生成された濃縮塩水を洗浄水として用いるほど、クラスレートの洗浄効果をより向上させることができる。これによれば、脱塩処理をより効率良く行うことができるので、塩水の脱塩処理システム１の段数（脱塩処理装置１０の数）を減らすことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明の塩水の脱塩処理システムおよび塩水の脱塩処理方法は、塩水を効率良く脱塩処理し、淡水の回収率を向上させるのに適している。
【符号の説明】
【００４４】
１ 塩水の脱塩処理システム
１０（１０−１〜１０−ｎ） 脱塩処理装置
１１ 海水タンク
１２ 濃縮塩水タンク
１３ 淡水タンク
１４−１〜１４−ｎ 塩水ライン
１５ 濃縮塩水ライン
１６−１〜１６−ｎ 洗浄水ライン
１７ 淡水ライン
２０ クラスレート生成槽
２１ 攪拌装置
２２ 冷却コイル
３０ クラスレート分離・洗浄槽
３１ 多孔質板
４０ 移送ライン
５０ ゲストガスライン
６０ 圧力ポンプ
７１ アウトガスライン
７３ ゲストガスホルダ
８１〜８７ 制御弁
９０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩水を脱塩処理して淡水を得る塩水の脱塩処理システムおよび塩水の脱塩処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、クラスレートハイドレート（以下、単に「クラスレート」と呼ぶ。）の生成を利用して海水を淡水化する技術が提案されている（例えば、非特許文献１，２を参照）。ここで、海水の淡水化（脱塩処理）では、先ず、ゲストガスがクラスレートを生成する温度および圧力の下で海水とゲストガスとを接触させて、クラスレートを生成する。そして、生成したクラスレートと、このクラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水とを固液分離した後、クラスレートを分解する。
【０００３】
また、特許文献１には、ハイドレート生成槽を多段に接続し、海水を繰り返し脱塩処理する構成が開示されている。ここで、特許文献１では、クラスレートと固液分離された濃縮塩水は、ドレンとして系外に排出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１９８０５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本エネルギー学会大会講演要旨集，ハイドレート生成による塩水の淡水化に関する研究，吉岡裕之，P52-P53
【非特許文献２】Solar Engineering，Conceptual design of otec plants producing desalinated water with the gas hydrate method.，SYED M A，P625〜P631
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、固液分離したクラスレートをそのまま分解してしまうと、クラスレートと分離しきれずに周囲に残存する濃縮塩水によって、得られる脱塩水の塩分濃度が高くなってしまい、効率良く脱塩処理が行えない場合がある。このため、クラスレートと濃縮塩水とを固液分離した後、クラスレートを分解する前には、クラスレートを洗浄する工程が必要である。このクラスレートの洗浄は、一般に、回収された淡水を用いて行われており、淡水の回収率を低下させるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑み為されたものであって、塩水を効率良く脱塩処理し、淡水の回収率を向上させることができる塩水の脱塩処理システムおよび塩水の脱塩処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる塩水の脱塩処理システムは、複数の脱塩処理装置が多段に接続されて構成され、塩水に対する脱塩処理を前段の脱塩処理装置から順番に繰り返し行うことで前記塩水の塩分濃度を段階的に低下させて淡水を得る塩水の脱塩処理システムであって、前記脱塩処理装置は、所定のゲストガスのクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で前記塩水または前段の脱塩処理装置で生成した脱塩水と前記ゲストガスとを接触させてクラスレートを生成するクラスレート生成部と、前記クラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水を排出して前記クラスレートと前記濃縮塩水とを固液分離し、その後前記クラスレートを分解して脱塩水を生成する脱塩水生成部と、を備え、前記脱塩水生成部は、後段の脱塩処理装置から排出された濃縮塩水を用いて、前記固液分離した前記クラスレートを洗浄しつつ分解することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる塩水の脱塩処理方法は、所定のゲストガスのクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で塩水と前記ゲストガスとを接触させてクラスレートを生成し、該クラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水を排出して前記クラスレートと前記濃縮塩水とを固液分離した後、前記クラスレートを分解して脱塩水を生成する脱塩処理を繰り返し行うことで前記塩水の塩分濃度を段階的に低下させて淡水を得る脱塩処理方法であって、前記クラスレートを分解する際、後段の前記脱塩処理の過程で排出された前記濃縮塩水を用いて、前記クラスレートを洗浄しつつ分解することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、所定のゲストガスのクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で塩水とゲストガスとを接触させてクラスレートを生成し、このクラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水を排出してクラスレートと濃縮塩水とを固液分離した後、クラスレートを分解する際に、繰り返し行う脱塩処理の過程で排出された濃縮塩水であってクラスレートと固液分離された濃縮塩水よりも塩分濃度の低い濃縮塩水を用い、クラスレートを洗浄しつつ加温して分解することができる。したがって、塩水を効率良く脱塩処理し、淡水の回収率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施の形態における塩水の脱塩処理システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は、脱塩処理装置の構成を示す模式図である。
【図３】図３は、クラスレート生成工程を説明する説明図である。
【図４】図４は、クラスレート分離工程を説明する説明図である。
【図５】図５は、クラスレート分離工程を説明する説明図である。
【図６】図６は、クラスレート洗浄工程を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照し、本発明を実施するための形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００１３】
図１は、本実施の形態における塩水の脱塩処理システム１の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、塩水の脱塩処理システム１は、塩水（海水）を脱塩処理（淡水化処理）するための複数（ｎ個）の脱塩処理装置１０（１０−１-〜１０−ｎ）が多段に接続されて構成される。これらｎ個の脱塩処理装置１０はそれぞれ同様の構成を有し、最前段の脱塩処理装置１０−１から順番に海水タンク１１の塩水（海水）を繰り返し脱塩処理することで塩水の脱塩処理方法を実施し、塩水（海水）の塩分濃度を段階的に低下させて最終的に塩分濃度が十分に低い淡水を得る。
【００１４】
最前段の脱塩処理装置１０−１は、塩水ライン１４−１を介して海水タンク１１と接続され、脱塩処理装置１０−２〜１０−ｎは、それぞれ塩水ライン１４−２〜１４−ｎを介して前段の脱塩処理装置１０と接続されている。また、脱塩処理装置１０−１は、濃縮塩水ライン１５を介して濃縮塩水タンク１２と接続されている。また、脱塩処理装置１０−１〜１０−（ｎ−１）は、洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）を介して後段の脱塩処理装置１０と接続され、脱塩処理装置１０−ｎは、洗浄水ライン１６−ｎを介して淡水タンク１３と接続されている。そして、脱塩処理装置１０−ｎは、淡水ライン１７を介して淡水タンク１３と接続されている。
【００１５】
この塩水の脱塩処理システム１では、先ず、海水タンク１１に貯留されている例えば塩分濃度４％の塩水（海水）ＳＷが、塩水ライン１４−１を介して最前段の脱塩処理装置１０−１に供給される。ここで、海水タンク１１には、前処理によって濁質分が除去された塩水（海水）が貯留される。脱塩処理装置１０−１は、供給された塩水（海水）ＳＷを脱塩処理し、塩分濃度が４％よりも低い脱塩水（脱塩処理された塩水：塩分濃度Ｃ1％）ＰＷ−１を生成する。この脱塩処理装置１０−１での脱塩処理によって生成した脱塩水ＰＷ−１は、塩水ライン１４−２を介して不図示の脱塩水タンクに貯留された後、後段の脱塩処理装置１０−２に供給される。一方、脱塩処理に伴い生成した濃縮塩水ＤＷ−１（塩分濃度Ｃ1´％）は、濃縮塩水ライン１５を介して濃縮塩水タンク１２に排出される。
【００１６】
続いて、脱塩処理装置１０−２は、前段の脱塩処理装置１０−１から供給された脱塩水をさらに脱塩処理し、脱塩水（塩分濃度Ｃ2％）ＰＷ−２を生成する。この脱塩処理装置１０−２での脱塩処理によって生成した脱塩水ＰＷ−２は、塩水ライン１４−３を介して不図示の脱塩水タンクに貯留された後、後段の脱塩処理装置１０−３に供給される。一方、脱塩処理装置１０−２での脱塩処理に伴い生成した濃縮塩水（塩分濃度Ｃ´2％）ＤＷ−２は、洗浄水ライン１６−１を介して不図示の洗浄水タンクに排出・貯留された後に前段の脱塩処理装置１０−１に供給され、詳細を後述するように、脱塩処理装置１０−１での脱塩処理時に洗浄水として利用されるようになっている。なお、脱塩処理装置１０−２での脱塩処理時には、後段の脱塩処理装置１０−３での脱塩処理に伴い生成され、不図示の洗浄水タンクに貯留された濃縮塩水（塩分濃度Ｃ´3％）ＤＷ−３が洗浄水ライン１６−２を介して供給されるようになっており、洗浄水として利用される。
【００１７】
その後、脱塩処理装置１０−３以降の後段の脱塩処理装置１０が、順次同様にして前段の脱塩処理装置１０から供給された脱塩水を脱塩処理する。また、この脱塩処理時において、後段の脱塩処理装置１０から供給された濃縮塩水が洗浄水として利用される。
【００１８】
そして、最後段の脱塩処理装置１０−ｎには、前段の脱塩処理装置１０−（ｎ−１）での脱塩処理によって生成される脱塩水（塩分濃度Ｃn-1％）ＰＷ−（ｎ−１）が、不図示の脱塩水タンクから塩水ライン１４−ｎを介して供給される。この最後段の脱塩処理装置１０−ｎは、供給された脱塩水を脱塩処理し、上水のレベル（例えば塩分濃度０．１％）の淡水ＷＷを生成する。生成した淡水ＷＷは、淡水ライン１７を介して淡水タンク１３に導入されて貯留される。また、脱塩処理装置１０−ｎでの脱塩処理に伴い生成する濃縮塩水（塩分濃度Ｃ´n％）ＤＷ−ｎは、洗浄水ライン１６−（ｎ−１）を介して不図示の洗浄水タンクに排出・貯留された後、前段の脱塩処理装置１０−（ｎ−１）に供給される。なお、脱塩処理装置１０−ｎでの脱塩処理時には、洗浄水ライン１６−ｎを介して淡水タンク１３に貯留されている所定量（少量）の淡水ＷＷが供給される。すなわち、塩水の脱塩処理システム１での淡水ＷＷの収量のうちの一部（少量）が、脱塩処理装置１０−ｎでの脱塩処理において洗浄水として利用される。
【００１９】
このように、本実施の形態の塩水の脱塩処理システム１において、最前段の脱塩処理装置１０−１には、塩水ライン１４−１によって海水タンク１１の塩水（海水）ＳＷが供給され、脱塩処理装置１０−２〜１０−ｎには、塩水ライン１４−２〜１４−ｎによって前段の脱塩処理装置１０からの脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）が供給される。また、脱塩処理装置１０−１〜１０−（ｎ−１）には、洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）によって後段の脱塩処理装置１０から排出された濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎが供給され、脱塩処理装置１０−ｎには、洗浄水ライン１６−ｎによって淡水タンク１３の淡水ＷＷが供給される。ここで、各脱塩処理装置１０−１〜１０−ｎで生成される脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）および淡水ＷＷの塩分濃度は、脱塩水ＰＷ−１の塩分濃度（Ｃ1％）＞脱塩水ＰＷ−２の塩分濃度（Ｃ2％）＞脱塩水ＰＷ−３の塩分濃度（Ｃ3％）＞・・・＞脱塩水ＰＷ−（ｎ−１）の塩分濃度（Ｃn-1％）＞淡水ＷＷの塩分濃度（０．１％）である。また、脱塩処理装置１０−２〜１０−ｎでの脱塩処理時に生成されて前段の脱塩処理装置１０−１〜１０−（ｎ−１）での脱塩処理時に洗浄水として利用される濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎの塩分濃度、および脱塩処理装置１０−ｎでの脱塩処理時に洗浄水として利用される淡水ＷＷの塩分濃度は、濃縮塩水ＤＷ−２の塩分濃度（Ｃ´2）＞濃縮塩水ＤＷ−３の塩分濃度（Ｃ´3）＞濃縮塩水ＤＷ−４の塩分濃度（Ｃ´4）＞・・・＞濃縮塩水ＤＷ−ｎの塩分濃度（Ｃ´n）＞淡水ＷＷの塩分濃度（０．１％）である。
【００２０】
図２は、脱塩処理装置１０（１０−１〜１０−ｎ）の構成を示す模式図である。図２に示すように、脱塩処理装置１０は、クラスレート生成部としてのクラスレート生成槽２０と、脱塩水生成部としてのクラスレート分離・洗浄槽３０とが移送ライン４０を介して接続されて構成される。
【００２１】
クラスレート生成槽２０には、図１に示した塩水ライン１４−１〜１４−ｎを介し、海水タンク１１の塩水（海水）ＳＷ、または、前段の脱塩処理装置１０で生成され、前段側の不図示の脱塩水タンクに貯留された脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）が導入される。また、クラスレート生成槽２０は、ゲストガスを貯蔵する不図示のゲストガスタンクとゲストガスライン５０を介して接続されており、このゲストガスタンクのゲストガスＧがクラスレート生成槽２０に導入される。ゲストガスは、適宜選ぶこととしてよいが、例えば、二酸化炭素ガス（ＣＯ2）、キセノンガス（Ｘｅ）、ＨＦＣ等の代替フロン等が挙げられる。
【００２２】
また、クラスレート生成槽２０は、クラスレート生成槽２０に導入された塩水（海水）または脱塩水を攪拌するための攪拌装置２１と、このクラスレート生成槽２０に導入された塩水（海水）または脱塩水を冷却するための冷却コイル２２とを備える。このクラスレート生成槽２０は、断熱性を有する。
【００２３】
一方、クラスレート分離・洗浄槽３０には、移送ライン４０を介してクラスレート生成槽２０から後述するクラスレートを含む濃縮塩水が導入されるとともに、洗浄水ライン１６−１〜１６−ｎを介し、後段の脱塩処理装置１０での脱塩処理に伴い生成され、後段側の不図示の洗浄水タンクに貯留された濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎ、または、淡水タンク１３の淡水ＷＷが、洗浄水として導入される。そして、このクラスレート分離・洗浄槽３０においてクラスレートを洗浄し、固液分離することで生成した脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）または淡水ＷＷが、塩水ライン１４−２〜１４−ｎを介して後段側の不図示の脱塩水タンクに貯留され、または、淡水ライン１７を介して淡水タンク１３に貯留される。また、クラスレートと固液分離された濃縮塩水ＤＷ−１〜ＤＷ−ｎは、濃縮塩水ライン１５を介して濃縮塩水タンク１２に排出され、または、洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）を介して前段側の不図示の洗浄水タンクに排出されて貯留される。
【００２４】
このクラスレート分離・洗浄槽３０は、多孔質板３１を備え、この多孔質板３１によって内部空間が上下２つの空間Ｅ１１，Ｅ１３に仕切られて構成される。以下、上側の空間Ｅ１１を「上側空間Ｅ１１」と呼び、下側の空間Ｅ１３を「下側空間Ｅ１３」と呼ぶ。
【００２５】
ここで、クラスレート生成槽２０との間に配管される移送ライン４０は、クラスレート分離・洗浄槽３０の上部に接続され、クラスレート生成槽２０とクラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１との間を連通する。また、濃縮塩水タンク１２との間に配管される濃縮塩水ライン１５および前段の脱塩処理装置１０との間に配管される洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）は、クラスレート分離・洗浄槽３０の底部に接続され、クラスレート分離・洗浄槽３０の下側空間Ｅ１３と濃縮塩水タンク１２との間、または、クラスレート分離・洗浄槽３０の下側空間Ｅ１３と前段の脱塩処理装置１０（詳細には、前段の脱塩処理装置１０のクラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１）との間を連通する。なお、クラスレート分離・洗浄槽３０の下側空間Ｅ１３と前段の脱塩処理装置１０のクラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１との間の洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）には、不図示の洗浄水タンクが設けられる。そして、後段の脱塩処理装置１０との間に配管される塩水ライン１４−２〜１４−ｎおよび淡水タンク１３との間に配管される淡水ライン１７は、クラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１と後段の脱塩処理装置１０（詳細には、後段の脱塩処理装置１０のクラスレート生成槽２０）との間、または、クラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１と淡水タンク１３との間を連通し、そのクラスレート分離・洗浄槽３０側の端部が多孔質板３１の上面近傍に配置されている。なお、クラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１と後段の脱塩処理装置１０のクラスレート生成槽２０との間の塩水ライン１４−２〜１４−ｎには、不図示の脱塩水タンクが設けられる。
【００２６】
また、脱塩処理装置１０は、塩水ライン１４に設けられ、海水タンク１１の塩水（海水）ＳＷまたは前段側の不図示の脱塩水タンクの脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）を高圧化してクラスレート生成槽２０に圧送・導入する圧力ポンプ６０と、アウトガスライン７１を介してクラスレート生成槽２０と接続されたゲストガスホルダ７３と、海水タンク１１または前段側の不図示の脱塩水タンクとクラスレート生成槽２０との間の塩水ライン１４−１〜１４−ｎ、後段側の不図示の洗浄水タンクまたは淡水タンク１３とクラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１との間の洗浄水ライン１６−１〜１６−ｎ、クラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１と後段側の不図示の脱塩水タンクまたは淡水タンク１３との間の塩水ライン１４−２〜１４−ｎおよび淡水ライン１７、クラスレート分離・洗浄槽３０の下側空間Ｅ１３と濃縮塩水タンク１２または前段側の不図示の洗浄水タンクとの間の濃縮塩水ライン１５および洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）、移送ライン４０、ゲストガスライン５０、およびアウトガスライン７１の各ラインにそれぞれ設けられた制御弁８１〜８７と、脱塩処理装置１０の各部を制御して装置全体の動作を統括制御する制御部９０とを備える。
【００２７】
以上のように構成される各脱塩処理装置１０（１０−１〜１０−ｎ）は、クラスレートを生成し、生成したクラスレートとこのクラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水とを固液分離した後、クラスレートを分解することで脱塩処理を行う。ここで、クラスレートとは、水分子が作る籠型構造（ケージ）によってゲスト分子が包接された氷状の固体結晶であり、低温かつ高圧の条件下で生成する。具体的な温度および圧力の条件は、ゲストガスの種類によって異なる。例えば、二酸化炭素ガスを用いる場合、温度が０℃〜３℃程度、圧力が２ＭＰａ〜３ＭＰａ程度の条件下でクラスレートが生成する。一方、キセノンガスを用いる場合、温度が０℃〜５℃程度、圧力が０．２ＭＰａ程度の条件下でクラスレートが生成する。このクラスレートの生成に必要な所定の温度（クラスレート生成温度）およびクラスレートの生成に必要な所定の圧力（クラスレート生成圧力）の下で、海水タンク１１の塩水（海水）または前段の脱塩処理装置１０で生成された脱塩水とゲストガスとを接触させると、水分子のケージにゲストガスが取り込まれてクラスレートが生成する。また、クラスレートの生成に伴い、処理前の塩水（海水）または脱塩水よりも塩分濃度の高い濃縮塩水が生成する。このクラスレートを濃縮塩水と固液分離し、クラスレートを分解すると、処理前の塩水（海水）または脱塩水よりも塩分濃度の低い脱塩水が生成される。
【００２８】
この脱塩処理を実現するため、各脱塩処理装置１０は、クラスレート生成工程、クラスレート分離工程、およびクラスレート洗浄工程の各工程を行う。以下、各工程について順次説明する。なお、以下説明する各工程での脱塩処理装置１０の動作は、制御部９０が装置各部を制御することで実現される。
【００２９】
（クラスレート生成工程）
クラスレート生成工程では、クラスレート生成槽２０において、ゲストガスのクラスレート生成条件下、具体的には、クラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で塩水（海水）または脱塩水とゲストガスとを接触させて、クラスレートを生成する。
【００３０】
図３は、クラスレート生成工程を説明する説明図であり、クラスレート生成槽２０を含む脱塩処理装置１０の一部の構成を示している。クラスレート生成工程では、先ず、塩水ライン１４−１〜１４−ｎを介して海水タンク１１の塩水（海水）ＳＷまたは前段の脱塩処理装置１０からの脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）をクラスレート生成槽２０に導入するとともに、ゲストガスライン５０を介して不図示のゲストガスタンクのゲストガスＧをクラスレート生成槽２０に導入することで、クラスレート生成槽２０内の圧力をクラスレート生成圧力に調整する。
【００３１】
具体的には、制御部９０は、制御弁８５，８６，８７を閉止した状態で制御弁８１を開放する。そして、制御部９０は、圧力ポンプ６０を駆動して海水タンク１１の塩水（海水）ＳＷまたは前段の脱塩処理装置１０で生成されて不図示の脱塩水タンクに貯留された脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）を圧送し、所定量の塩水（海水）または脱塩水をクラスレート生成槽２０に導入する。その後、制御部９０は、制御弁８１を閉止する。また、制御部９０は、制御弁８６を開放してクラスレート生成槽２０へのゲストガスＧの導入を開始する。ここで、ゲストガスライン５０は、クラスレート生成槽２０へのゲストガスＧの導入位置が、クラスレート生成槽２０に導入される所定量の塩水（海水）または脱塩水の液面の高さより低くなるように接続されている。これにより、クラスレート生成槽２０に導入されたゲストガスは、クラスレート生成槽２０に導入された塩水（海水）または脱塩水内に気泡として放出される。
【００３２】
次に、制御部９０は、冷却コイル２２を駆動してクラスレート生成槽２０内の塩水（海水）または脱塩水を冷却し、クラスレート生成温度に調整しながら、攪拌装置２１を駆動してクラスレート生成槽２０内の塩水（海水）または脱塩水とゲストガスとを混合する。
【００３３】
また、このクラスレート生成工程において、制御部９０は、制御弁８７を適宜開閉することで、クラスレート生成槽２０の内部の圧力をクラスレート生成圧力に維持する。制御弁８７を開放した際にクラスレート生成槽２０から排出されたゲストガスは、アウトガスライン７１を介してゲストガスホルダ７３に導入されて回収される。
【００３４】
この結果、クラスレート生成槽２０では、図３に示すように、塩水（海水）または脱塩水とゲストガスとがクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で接触し、固体結晶のクラスレート１００が生成する。そして、生成したクラスレート１００が、このクラスレート１００の生成によって濃縮された濃縮塩水中に浮遊する。
【００３５】
以上のようにしてクラスレート生成工程を実施したならば、制御部９０は、制御弁８６を閉止してクラスレート生成槽２０へのゲストガスの導入を停止するとともに、制御弁８５を開放し、クラスレート生成槽２０内のクラスレート１００とこのクラスレート１００の生成によって濃縮された濃縮塩水との混合液ＭＷを移送ライン４０を介してクラスレート分離・洗浄槽３０に移送する。その後、制御部９０は、制御弁８５を閉止する。また、制御部９０は、制御弁８７を開放してクラスレート生成槽２０内に残存するゲストガスを排出し、アウトガスライン７１を介してゲストガスホルダ７３に導入して回収する。なお、ゲストガスホルダ７３に回収されたゲストガスは、各脱塩処理装置１０での別の脱塩処理で再利用される。
【００３６】
（クラスレート分離工程）
図４および図５は、クラスレート分離工程を説明する説明図であり、クラスレート分離・洗浄槽３０を含む脱塩処理装置１０の一部の構成を示している。クラスレート分離工程では、移送ライン４０を介してクラスレート生成槽２０から移送された混合液ＭＷをクラスレート分離・洗浄槽３０の上側空間Ｅ１１に導入し、この混合液のクラスレート１００および濃縮塩水を多孔質板３１によって重力により自然ろ過する。このクラスレート分離工程では、制御部９０は、制御弁８４を開放する。この結果、図４に示すように、クラスレート１００が上側空間Ｅ１１に残る一方、濃縮塩水は、多孔質板３１を透過して下側空間Ｅ１３へと流れ、最終的に、図５に示すように、クラスレート１００が濃縮塩水と固液分離される。下側空間Ｅ１３へと流れた濃縮塩水ＤＷ−１〜ＤＷ−ｎは、濃縮塩水ライン１５または洗浄水ライン１６−１〜１６−（ｎ−１）を介して濃縮塩水タンク１２または前段側の不図示の洗浄水タンクに導入される。
【００３７】
なお、ここでは、自然ろ過によってクラスレートと濃縮塩水とを固液分離することとしたが、下側空間Ｅ１３を減圧することで上側空間Ｅ１１内のクラスレートおよび濃縮塩水を減圧ろ過し、これらを固液分離するようにしてもよい。あるいは、上側空間Ｅ１１を加圧することで上側空間Ｅ１１内のクラスレートおよび濃縮塩水を加圧ろ過し、これらを固液分離するようにしてもよい。
【００３８】
（クラスレート洗浄工程）
前段のクラスレート分離工程では、濃縮塩水の表面張力によってクラスレートと濃縮塩水とを完全に固液分離できない場合がある。特に、クラスレートおよび濃縮塩水を自然ろ過する場合、これらを完全に固液分離するのは困難である。クラスレート洗浄工程では、多孔質板３１上のクラスレートを洗浄しつつ分解することで、脱塩水または淡水を生成する。図６は、クラスレート洗浄工程を説明する説明図であり、クラスレート分離・洗浄槽３０を含む脱塩処理装置１０の一部の構成を示している。
【００３９】
図６に示すように、このクラスレート洗浄工程では、制御部９０は、制御弁８２を開放し、後段の脱塩処理装置１０で生成されて不図示の洗浄水タンクに貯留された濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎまたは淡水タンク１３の淡水ＷＷを洗浄水ライン１６−１〜１６−ｎに設けられた不図示のポンプによって上側空間Ｅ１１に導入する。これにより、多孔質板３１上のクラスレート１００が洗浄されてクラスレート１００の周囲に残存する濃縮塩水が洗い流される。すなわち、クラスレート１００の周囲の濃縮塩水が導入された濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎまたは淡水ＷＷによって押し流されることで多孔質板３１を透過して下側空間Ｅ１３に流出し、その結果、クラスレート１００の周囲の濃縮塩水が、この濃縮塩水よりも塩分濃度の低い濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎまたは淡水ＷＷと置き換えられる。また、ここで導入される濃縮塩水や淡水は、後段の脱塩処理装置１０で脱塩処理されて不図示の洗浄水タンクや淡水タンク１３に貯留されていたものであり、常温程度の温度となっている。したがって、導入された濃縮塩水または淡水により、低温であるクラスレート生成温度で生成したクラスレート１００が加温されて分解し、脱塩水または淡水が生成する。制御部９０は、制御弁８３を開放し、生成した脱塩水ＰＷ−１〜ＰＷ−（ｎ−１）または淡水ＷＷを、塩水ライン１４−２〜１４−ｎまたは淡水ライン１７に設けられた不図示のポンプによって不図示の脱塩水タンクまたは淡水タンク１３に導入する。
【００４０】
洗浄水として導入する濃縮塩水ＤＷ−２〜ＤＷ−ｎまたは淡水ＷＷの量は、クラスレートを洗浄し、分解するのに必要な量として予め設定しておく。なお、不図示の洗浄水タンクの濃縮塩水は、洗浄水として用いる量を残してクラスレート生成工程の前にクラスレート生成槽２０に導入することで、海水タンク１１の塩水（海水）または前段の脱塩処理装置１０からの脱塩水とともに再度脱塩処理するようにしてもよい。これによれば、淡水の回収率をより一層向上させることが可能となる。
【００４１】
以上説明したように、実施の形態１によれば、塩水（海水）または前段の脱塩処理装置１０からの脱塩水とゲストガスとをクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で接触させてクラスレートを生成し、クラスレートと濃縮塩水とを固液分離した後で、クラスレートを洗浄して周囲に残存する濃縮塩水を洗い流しつつ、クラスレートを加温して分解することができる。このとき、最後段の脱塩処理装置１０−ｎでは淡水タンク１３の淡水を洗浄水として用いるものの、この脱塩処理装置１０−ｎ以外の各脱塩処理装置１０では、その脱塩処理装置１０より後段の脱塩処理装置１０で生成されて排出された濃縮塩水を洗浄水として用いることができる。ここで、後段の脱塩処理装置１０からの濃縮塩水は、クラスレートの周囲に残存する濃縮塩水、すなわち、その脱塩処理装置１０での脱塩処理に伴い生成される濃縮塩水よりも塩分濃度が低く、洗浄効果がある。これによれば、各脱塩処理装置１０から排出される濃縮塩水を無駄なく利用してクラスレートを洗浄することができる。したがって、塩水を効率良く脱塩処理し、淡水の回収率を向上させることができる。
【００４２】
なお、上記した実施の形態では、最後段の脱塩処理装置１０−ｎを除く各脱塩処理装置１０での脱塩処理において、１つ後ろの脱塩処理装置１０で生成した濃縮塩水を洗浄水として利用することとした。これに対し、洗浄水として用いる濃縮塩水は、その脱塩処理装置１０での脱塩処理に伴い生成する濃縮塩水よりも塩分濃度の低いものであればよく、１つ後ろの脱塩処理装置１０で生成した濃縮塩水に限らず、後段のいずれかの脱塩処理装置１０で生成したものであればよい。このとき、離れた脱塩処理装置１０で生成された濃縮塩水ほど塩分濃度が低い。このため、より離れた脱塩処理装置１０で生成された濃縮塩水を洗浄水として用いるほど、クラスレートの洗浄効果をより向上させることができる。これによれば、脱塩処理をより効率良く行うことができるので、塩水の脱塩処理システム１の段数（脱塩処理装置１０の数）を減らすことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明の塩水の脱塩処理システムおよび塩水の脱塩処理方法は、塩水を効率良く脱塩処理し、淡水の回収率を向上させるのに適している。
【符号の説明】
【００４４】
１ 塩水の脱塩処理システム
１０（１０−１〜１０−ｎ） 脱塩処理装置
１１ 海水タンク
１２ 濃縮塩水タンク
１３ 淡水タンク
１４−１〜１４−ｎ 塩水ライン
１５ 濃縮塩水ライン
１６−１〜１６−ｎ 洗浄水ライン
１７ 淡水ライン
２０ クラスレート生成槽
２１ 攪拌装置
２２ 冷却コイル
３０ クラスレート分離・洗浄槽
３１ 多孔質板
４０ 移送ライン
５０ ゲストガスライン
６０ 圧力ポンプ
７１ アウトガスライン
７３ ゲストガスホルダ
８１〜８７ 制御弁
９０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の脱塩処理装置が多段に接続されて構成され、塩水に対する脱塩処理を前段の脱塩処理装置から順番に繰り返し行うことで前記塩水の塩分濃度を段階的に低下させて淡水を得る塩水の脱塩処理システムであって、
前記脱塩処理装置は、
所定のゲストガスのクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で前記塩水または前段の脱塩処理装置で生成した脱塩水と前記ゲストガスとを接触させてクラスレートを生成するクラスレート生成部と、
前記クラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水を排出して前記クラスレートと前記濃縮塩水とを固液分離し、その後前記クラスレートを分解して脱塩水を生成する脱塩水生成部と、
を備え、
前記脱塩水生成部は、後段の脱塩処理装置から排出された濃縮塩水を用いて、前記固液分離した前記クラスレートを洗浄しつつ分解することを特徴とする塩水の脱塩処理システム。
【請求項２】
所定のゲストガスのクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で塩水と前記ゲストガスとを接触させてクラスレートを生成し、該クラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水を排出して前記クラスレートと前記濃縮塩水とを固液分離した後、前記クラスレートを分解して脱塩水を生成する脱塩処理を繰り返し行うことで前記塩水の塩分濃度を段階的に低下させて淡水を得る脱塩処理方法であって、
前記クラスレートを分解する際、後段の前記脱塩処理の過程で排出された前記濃縮塩水を用いて、前記クラスレートを洗浄しつつ分解することを特徴とする塩水の脱塩処理方法。
【請求項１】
複数の脱塩処理装置が多段に接続されて構成され、塩水に対する脱塩処理を前段の脱塩処理装置から順番に繰り返し行うことで前記塩水の塩分濃度を段階的に低下させて淡水を得る塩水の脱塩処理システムであって、
前記脱塩処理装置は、
所定のゲストガスのクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で前記塩水または前段の脱塩処理装置で生成した脱塩水と前記ゲストガスとを接触させてクラスレートを生成するクラスレート生成部と、
前記クラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水を排出して前記クラスレートと前記濃縮塩水とを固液分離し、その後前記クラスレートを分解して脱塩水を生成する脱塩水生成部と、
を備え、
前記脱塩水生成部は、後段の脱塩処理装置から排出された濃縮塩水を用いて、前記固液分離した前記クラスレートを洗浄しつつ分解することを特徴とする塩水の脱塩処理システム。
【請求項２】
所定のゲストガスのクラスレート生成温度およびクラスレート生成圧力の下で塩水と前記ゲストガスとを接触させてクラスレートを生成し、該クラスレートの生成に伴い生成した濃縮塩水を排出して前記クラスレートと前記濃縮塩水とを固液分離した後、前記クラスレートを分解して脱塩水を生成する脱塩処理を繰り返し行うことで前記塩水の塩分濃度を段階的に低下させて淡水を得る脱塩処理方法であって、
前記クラスレートを分解する際、後段の前記脱塩処理の過程で排出された前記濃縮塩水を用いて、前記クラスレートを洗浄しつつ分解することを特徴とする塩水の脱塩処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−３０１８７（Ｐ２０１２−３０１８７Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７２８７０（Ｐ２０１０−１７２８７０）
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
【Ｆターム（参考）】
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