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JP7627153B2 - Seawater Desalination Plant - Google Patents
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亮 中村
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Description

本発明は、海水を淡水化する海水淡水化装置に関する。 The present invention relates to a seawater desalination device that desalinates seawater.

従来、海水を淡水化する技術として、多段フラッシュ(MSF: Multi-Stage Flash)法が利用されている。多段フラッシュ法は、海水を加熱して水を蒸発(フラッシュ)させ、蒸発した水(水蒸気)を冷却して凝縮する工程を複数回実行する。このため、多段フラッシュ法は、加熱に要する熱エネルギーが莫大となり、また、凝縮によって外部に廃棄される熱エネルギーも莫大となる。したがって、多段フラッシュ法は、加熱に要するコストが嵩むだけでなく、地球温暖化の要因ともなっている。 Conventionally, the Multi-Stage Flash (MSF) method has been used as a technology for desalinating seawater. In the Multi-Stage Flash method, seawater is heated to evaporate (flash), and the evaporated water (steam) is cooled and condensed, a process that is repeated multiple times. As a result, the Multi-Stage Flash method requires an enormous amount of thermal energy for heating, and also wastes an enormous amount of thermal energy to the outside due to condensation. Therefore, the Multi-Stage Flash method not only requires high heating costs, but is also a factor in global warming.

そこで、逆浸透膜に高圧の海水を通過させる逆浸透(RO: Reverse Osmosis)法が開発されている(例えば、特許文献1)。 As a result, the reverse osmosis (RO) method has been developed, in which high-pressure seawater is passed through a reverse osmosis membrane (see, for example, Patent Document 1).

特開2020-203258号公報JP 2020-203258 A

上記逆浸透法では、淡水の回収率が30%程度と低い。そこで、淡水の回収率を向上できる技術の開発が希求されている。 The reverse osmosis method described above has a low freshwater recovery rate of around 30%. Therefore, there is a need to develop technology that can improve the freshwater recovery rate.

本発明は、このような課題に鑑み、淡水の回収率を向上させることが可能な海水淡水化装置を提供することを目的としている。 In view of these problems, the present invention aims to provide a seawater desalination device that can improve the recovery rate of freshwater.

上記課題を解決するために、本発明に係る海水淡水化装置は、海水と二酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、キセノン、および、クリプトンのうちのいずれか1または複数のガスとを混合して混合液を生成する混合部と、ガスハイドレートおよび結晶塩化物の共晶温度に混合液を冷却して、ガスハイドレート、結晶塩化物、および、塩水を含む固気液混合物を生成する生成部と、固気液混合物を、ガスハイドレートと、結晶塩化物と、塩水とに分離する分離部と、分離部によって分離されたガスハイドレートを加熱して、ガスと水とに分解する分解部と、を備え、生成部は、混合液と冷媒とを熱交換させ、分解部は、生成部において熱交換された冷媒と、ガスハイドレートとを熱交換させる。 In order to solve the above problems, the seawater desalination apparatus of the present invention includes a mixing unit that mixes seawater with one or more gases selected from the group consisting of carbon dioxide, methane, ethane, propane, butane, ethylene, xenon, and krypton to produce a mixed liquid; a production unit that cools the mixed liquid to the eutectic temperature of the gas hydrate and the crystalline chloride to produce a solid-gas-liquid mixture containing the gas hydrate, the crystalline chloride, and brine; a separation unit that separates the solid-gas-liquid mixture into gas hydrate, the crystalline chloride, and brine ; and a decomposition unit that heats the gas hydrate separated by the separation unit to decompose it into gas and water, wherein the production unit exchanges heat between the mixed liquid and a refrigerant, and the decomposition unit exchanges heat between the refrigerant heat-exchanged in the production unit and the gas hydrate .

また、上記海水淡水化装置は、分離部によって分離された塩水を混合部に返送する返送ポンプを備えてもよい。
上記課題を解決するために、本発明に係る他の海水淡水化装置は、海水と、二酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、キセノン、および、クリプトンのうちのいずれか1または複数のガスとを混合して混合液を生成する混合部と、ガスハイドレートおよび結晶塩化物の共晶温度に混合液を冷却して、ガスハイドレート、結晶塩化物、および、塩水を含む固気液混合物を生成する生成部と、固気液混合物を、ガスハイドレートと、結晶塩化物と、塩水とに分離する分離部と、分離部によって分離された塩水を混合部に返送する返送ポンプと、を備える。
The seawater desalination apparatus may further include a return pump that returns the salt water separated by the separation section to the mixing section.
In order to solve the above problems, another seawater desalination apparatus according to the present invention includes a mixing unit that mixes seawater with one or more gases selected from the group consisting of carbon dioxide, methane, ethane, propane, butane, ethylene, xenon, and krypton to produce a mixed liquid, a production unit that cools the mixed liquid to the eutectic temperature of the gas hydrate and the crystalline chlorides to produce a solid-gas-liquid mixture containing the gas hydrate, the crystalline chloride, and brine, a separation unit that separates the solid-gas-liquid mixture into the gas hydrate, the crystalline chloride, and brine, and a return pump that returns the brine separated by the separation unit to the mixing unit.

また、上記海水淡水化装置は、塩水より塩化ナトリウム濃度が低い淡水を分離部に供給して、塩水の層の上方に淡水の層を形成する淡水供給部を備えてもよい。 The seawater desalination apparatus may also include a freshwater supply section that supplies freshwater having a lower sodium chloride concentration than saltwater to the separation section to form a layer of freshwater above the saltwater layer.

本発明によれば、淡水の回収率を向上させることが可能となる。 The present invention makes it possible to improve the recovery rate of freshwater.

海水淡水化装置の概略的な構成を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a seawater desalination apparatus. 前処理部の概略的構成を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a pre-processing unit. 混合部、生成部、および、冷媒冷却部の概略的構成を説明する図である。2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a mixing section, a generating section, and a refrigerant cooling section. FIG. 分離部の概略的構成を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a separation unit. 分解部の概略的構成を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a decomposition unit. 精製部の概略的構成を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a purification section. 塩水中の塩化ナトリウム濃度と、ハイドレートの生成温度および氷結温度との関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the sodium chloride concentration in salt water and the hydrate formation temperature and freezing temperature.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 The preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the attached drawings. The dimensions, materials, and other specific values shown in the embodiment are merely examples to facilitate understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In this specification and drawings, elements having substantially the same functions and configurations are given the same reference numerals to avoid duplicated explanations, and elements not directly related to the present invention are not illustrated.

[海水淡水化装置100]
図1は、海水淡水化装置100の概略的な構成を説明する図である。なお、図1中、実線の矢印は、海水、固気液混合物SL、二酸化炭素ハイドレートH、分解水、混合ガスMG、および、循環塩水Jの流れを示す。また、図1中、破線の矢印は、冷媒の流れを示す。図1に示すように、海水淡水化装置100は、前処理部110と、混合部210と、生成部220と、冷媒冷却部310と、分離部410と、冷熱回収部510と、分解部610と、精製部710と、中央制御部810とを含む。
[Seawater desalination device 100]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a seawater desalination apparatus 100. In FIG. 1, solid arrows indicate the flows of seawater, solid-gas-liquid mixture SL, carbon dioxide hydrate H, decomposition water, mixed gas MG, and circulating salt water J. In FIG. 1, dashed arrows indicate the flow of a refrigerant. As shown in FIG. 1, the seawater desalination apparatus 100 includes a pretreatment section 110, a mixing section 210, a generation section 220, a refrigerant cooling section 310, a separation section 410, a cold heat recovery section 510, a decomposition section 610, a purification section 710, and a central control section 810.

前処理部110は、海水から夾雑物を取り除く。混合部210は、海水と混合ガスMGとを混合する。冷媒冷却部310は、冷媒を冷却する。生成部220は、海水および混合ガスMGの混合液を冷媒で冷却して、二酸化炭素ハイドレートHおよび結晶塩化物を生成する。分離部410は、生成部220によって生成された固気液混合物SLから二酸化炭素ハイドレートHおよび結晶塩化物を分離する。冷熱回収部510は、二酸化炭素ハイドレートHの冷熱を海水で回収して、混合部210に導く。分解部610は、二酸化炭素ハイドレートHを水と混合ガスMGに分解する。精製部710は、二酸化炭素ハイドレートHが分解することによって得られる分解水(水)を生成する。 The pretreatment section 110 removes impurities from the seawater. The mixing section 210 mixes seawater and mixed gas MG. The refrigerant cooling section 310 cools the refrigerant. The production section 220 cools the mixed liquid of seawater and mixed gas MG with a refrigerant to produce carbon dioxide hydrate H and crystalline chlorides. The separation section 410 separates carbon dioxide hydrate H and crystalline chlorides from the solid-gas-liquid mixture SL produced by the production section 220. The cold heat recovery section 510 recovers the cold heat of the carbon dioxide hydrate H with seawater and guides it to the mixing section 210. The decomposition section 610 decomposes the carbon dioxide hydrate H into water and mixed gas MG. The purification section 710 produces decomposed water (water) obtained by decomposing the carbon dioxide hydrate H.

中央制御部810は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部810は、ROM(Read Only Memory:読み出し専用メモリ)からCPU自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。中央制御部810は、プログラム、ワークエリアとしてのRAM(Random Access Memory:読み書き可能なメモリ)や他の電子回路と協働して海水淡水化装置100全体を管理および制御する。 The central control unit 810 is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (Central Processing Unit). The central control unit 810 reads programs and parameters for operating the CPU itself from a ROM (Read Only Memory). The central control unit 810 manages and controls the entire seawater desalination apparatus 100 in cooperation with programs, a RAM (Random Access Memory) as a work area, and other electronic circuits.

以下、前処理部110、混合部210、生成部220、冷媒冷却部310、分離部410、冷熱回収部510、分解部610、精製部710について詳述する。 The pretreatment section 110, mixing section 210, generation section 220, refrigerant cooling section 310, separation section 410, cold heat recovery section 510, decomposition section 610, and purification section 710 are described in detail below.

[前処理部110]
図2は、前処理部110の概略的構成を説明する図である。図2中、実線の矢印は、海水および淡水の流れを示す。
[Preprocessing unit 110]
Fig. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the pre-treatment unit 110. In Fig. 2, solid arrows indicate the flows of seawater and fresh water.

図2に示すように、前処理部110は、粗精製部112と、海水昇圧ポンプ114と、逆浸透膜濾過器116と、浄水精製部118と、海水供給管120とを含む。 As shown in FIG. 2, the pretreatment section 110 includes a crude purification section 112, a seawater boost pump 114, a reverse osmosis membrane filter 116, a water purification section 118, and a seawater supply pipe 120.

粗精製部112は、海水(例えば、2℃以上28℃以下)の夾雑物を除去するとともに、海水を殺菌する。粗精製部112は、例えば、フィルタおよび殺菌灯で構成される。 The rough purification unit 112 removes impurities from seawater (e.g., 2°C to 28°C) and sterilizes the seawater. The rough purification unit 112 is composed of, for example, a filter and a germicidal lamp.

海水昇圧ポンプ114の吸入側は、粗精製部112に接続される。海水昇圧ポンプ114の吐出側は、逆浸透膜濾過器116に接続される。海水昇圧ポンプ114は、粗精製部112によって夾雑物が取り除かれ、殺菌された海水を昇圧して(例えば、5.6MPa)、逆浸透膜濾過器116に導く。 The suction side of the seawater boost pump 114 is connected to the crude purification section 112. The discharge side of the seawater boost pump 114 is connected to the reverse osmosis membrane filter 116. The seawater boost pump 114 pressurizes (to, for example, 5.6 MPa) the seawater that has been sterilized and has had impurities removed by the crude purification section 112, and directs it to the reverse osmosis membrane filter 116.

逆浸透膜濾過器116は、海水から淡水を一部(海水昇圧ポンプ114から導かれた海水の約30%)回収する。回収された淡水は、浄水精製部118に導かれる。浄水精製部118は、淡水を浄化する。浄化された淡水は、飲料水等として利用される。 The reverse osmosis membrane filter 116 recovers a portion of the fresh water from the seawater (approximately 30% of the seawater delivered from the seawater boost pump 114). The recovered fresh water is delivered to the water purification section 118. The water purification section 118 purifies the fresh water. The purified fresh water is used as drinking water, etc.

一方、逆浸透膜濾過器116において、淡水が一部回収された海水(海水昇圧ポンプ114から導かれた海水の約70%)は、例えば、2.7MPaに減圧され、海水供給管120を通じて混合部210に導かれる。海水供給管120は、逆浸透膜濾過器116と混合部210とを接続する配管である。海水供給管120には、安全弁124、流量調整弁126、および、冷熱回収部510が設けられる。 Meanwhile, in the reverse osmosis membrane filter 116, the seawater from which some of the fresh water has been recovered (approximately 70% of the seawater led from the seawater boost pump 114) is depressurized to, for example, 2.7 MPa and led to the mixing section 210 through the seawater supply pipe 120. The seawater supply pipe 120 is a pipe that connects the reverse osmosis membrane filter 116 and the mixing section 210. The seawater supply pipe 120 is provided with a safety valve 124, a flow rate adjustment valve 126, and a cold heat recovery section 510.

[混合部210]
図3は、混合部210、生成部220、および、冷媒冷却部310の概略的構成を説明する図である。図3中、実線の矢印は、海水、固気液混合物SL、二酸化炭素ハイドレートH、混合ガスMG、および、循環塩水Jの流れを示す。また、図3中、破線の矢印は、冷媒の流れを示す。
[Mixing section 210]
Fig. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of the mixing section 210, the generation section 220, and the refrigerant cooling section 310. In Fig. 3, solid arrows indicate the flows of seawater, the solid-gas-liquid mixture SL, the carbon dioxide hydrate H, the mixed gas MG, and the circulating salt water J. In Fig. 3, dashed arrows indicate the flow of the refrigerant.

図3に示すように、海水は、海水供給管120を通じて、前処理部110から混合部210に導かれる。また、海水は、海水供給管120の通過過程において、後述する冷熱回収部510によって冷却される。混合ガスMGは、ゲスト供給管432を通じて、分離部410から混合部210に導かれる。混合ガスMGは、二酸化炭素および窒素からなる。混合ガスMG中の二酸化炭素濃度は、例えば、98mol%であり、窒素濃度は、例えば、2mol%である。循環塩水Jは、循環塩水供給管442を通じて、分離部410から混合部210に導かれる。 As shown in FIG. 3, seawater is guided from the pretreatment section 110 to the mixing section 210 through the seawater supply pipe 120. In addition, the seawater is cooled by the cold heat recovery section 510 described later while passing through the seawater supply pipe 120. The mixed gas MG is guided from the separation section 410 to the mixing section 210 through the guest supply pipe 432. The mixed gas MG is composed of carbon dioxide and nitrogen. The carbon dioxide concentration in the mixed gas MG is, for example, 98 mol%, and the nitrogen concentration is, for example, 2 mol%. The circulating salt water J is guided from the separation section 410 to the mixing section 210 through the circulating salt water supply pipe 442.

混合部210は、海水と、混合ガスMGと、循環塩水J(-13.6℃)とを混合(気液混合)する。混合部210は、例えば、螺旋型のライン混合器(流体の流れで回転し流体が撹拌される混合器)である。混合部210は、液相(海水)において混合ガスMGの気泡(例えば、粒径10μm以上40μm以下のマイクロバブル)が実質的に均等に分布するようなミキサーで構成される。混合部210内の圧力は、例えば、2.7MPaである。混合部210は、海水供給管120から導かれた海水と、後述する分離部410から導かれた混合ガスMGと循環塩水Jとを混合する。 The mixing section 210 mixes (gas-liquid mixing) seawater, mixed gas MG, and circulating salt water J (-13.6°C). The mixing section 210 is, for example, a spiral line mixer (a mixer that rotates with the flow of fluid to agitate the fluid). The mixing section 210 is configured with a mixer that distributes bubbles of the mixed gas MG (for example, microbubbles with a particle size of 10 μm to 40 μm) substantially evenly in the liquid phase (seawater). The pressure inside the mixing section 210 is, for example, 2.7 MPa. The mixing section 210 mixes seawater introduced from the seawater supply pipe 120 with the mixed gas MG and circulating salt water J introduced from the separation section 410 described below.

そうすると、混合ガスMGに含まれる二酸化炭素と、海水に含まれる水とによって、二酸化炭素ハイドレートHが生成される。二酸化炭素と水(海水)とのハイドレート生成反応は、気液界面で進行する。したがって、混合部210が、混合ガスMGのマイクロバブルを海水と混合することにより、混合ガスMGと海水との接触面積を大きくすることができ、ハイドレート生成反応を促進させることが可能となる。 As a result, carbon dioxide hydrate H is produced by the carbon dioxide contained in the mixed gas MG and the water contained in the seawater. The hydrate production reaction between carbon dioxide and water (seawater) proceeds at the gas-liquid interface. Therefore, by the mixing section 210 mixing the microbubbles of the mixed gas MG with seawater, the contact area between the mixed gas MG and the seawater can be increased, making it possible to promote the hydrate production reaction.

また、ハイドレート生成反応は、発熱反応である。したがって、混合部210が混合ガスMGと海水との接触面積を大きくすることにより、反応熱を効率よく除去することができる。これにより、ハイドレート生成反応を促進させることが可能となる。 The hydrate formation reaction is an exothermic reaction. Therefore, by increasing the contact area between the mixed gas MG and seawater in the mixing section 210, the reaction heat can be efficiently removed. This makes it possible to promote the hydrate formation reaction.

また、分離部410から導かれる循環塩水Jの量は、前処理部110から導かれる海水の5倍以上10倍以下である。後述する生成部220において、混合部210で生成された固気液混合物SLを冷却すると、迅速に二酸化炭素ハイドレートHが生成される。そうすると、固気液混合物SL中の水が減少して塩化ナトリウム(NaCl)の濃度が上昇する。塩化ナトリウムの濃度が共晶濃度(例えば、24.5質量%)に達すると、塩化ナトリウム二水和物(NaCl・2HO、結晶塩化物)が析出する。そこで、循環塩水Jの量を海水の5倍以上10倍以下とすることにより、生成部220において、生成される固体量(二酸化炭素ハイドレートHおよび塩化ナトリウム二水和物)を10質量%以下とすることができる。これにより、固気液混合物送出管222の閉塞を防止することが可能となる。 In addition, the amount of the circulating salt water J led from the separation section 410 is 5 to 10 times the amount of seawater led from the pretreatment section 110. In the generation section 220 described later, when the solid-gas-liquid mixture SL produced in the mixing section 210 is cooled, carbon dioxide hydrate H is rapidly produced. Then, the amount of water in the solid-gas-liquid mixture SL decreases and the concentration of sodium chloride (NaCl) increases. When the concentration of sodium chloride reaches a eutectic concentration (for example, 24.5 mass%), sodium chloride dihydrate (NaCl.2H 2 O, crystalline chloride) precipitates. Therefore, by setting the amount of the circulating salt water J to 5 to 10 times the amount of seawater, the amount of solids (carbon dioxide hydrate H and sodium chloride dihydrate) produced in the generation section 220 can be set to 10 mass% or less. This makes it possible to prevent the solid-gas-liquid mixture delivery pipe 222 from being blocked.

[生成部220]
生成部220内の圧力は、例えば、2.7MPaである。生成部220は、固気液混合物送出管212を通じて混合部210から導かれた固気液混合物SLを、二酸化炭素ハイドレートHおよび結晶塩化物の共晶温度(圧力が2.7MPaの場合、-9.6℃)に冷却する。本実施形態において、生成部220は、固気液混合物SLと冷媒とを熱交換させる熱交換器である。生成部220は、固気液混合物SLを冷却し、冷媒を加熱する。生成部220によって冷却されることで、固気液混合物SLにおいてハイドレート生成反応がさらに進行する。これにより、生成部220において、さらに二酸化炭素ハイドレートHが生成される。生成部220によって生成された、二酸化炭素ハイドレートH、混合ガスMG、結晶塩化物、および、共晶濃度の塩水を含む固気液混合物SLは、固気液混合物送出管222を通じて分離部410に導かれる。
[Generation unit 220]
The pressure in the generation section 220 is, for example, 2.7 MPa. The generation section 220 cools the solid-gas-liquid mixture SL introduced from the mixing section 210 through the solid-gas-liquid mixture delivery pipe 212 to the eutectic temperature of the carbon dioxide hydrate H and the crystalline chlorides (−9.6° C. when the pressure is 2.7 MPa). In this embodiment, the generation section 220 is a heat exchanger that exchanges heat between the solid-gas-liquid mixture SL and a refrigerant. The generation section 220 cools the solid-gas-liquid mixture SL and heats the refrigerant. The hydrate generation reaction further progresses in the solid-gas-liquid mixture SL by being cooled by the generation section 220. As a result, the carbon dioxide hydrate H is further generated in the generation section 220. The solid-gas-liquid mixture SL containing the carbon dioxide hydrate H, the mixed gas MG, the crystalline chlorides, and the saltwater of the eutectic concentration, which is generated by the generation section 220, is introduced to the separation section 410 through the solid-gas-liquid mixture delivery pipe 222.

また、生成部220の長さ(固気液混合物SLの通過な長さ)は、例えば、60m以上80m以下である。これにより、二酸化炭素ハイドレートHの生成率を80%以上とすることができる。 The length of the production section 220 (the length through which the solid-gas-liquid mixture SL passes) is, for example, 60 m or more and 80 m or less. This allows the production rate of carbon dioxide hydrate H to be 80% or more.

[冷媒冷却部310]
冷媒冷却部310は、バッファタンク320と、冷媒圧縮機330と、冷却器340と、バッファタンク350とを備える。
[Refrigerant cooling section 310]
The refrigerant cooling unit 310 includes a buffer tank 320 , a refrigerant compressor 330 , a cooler 340 , and a buffer tank 350 .

バッファタンク320は、冷媒返送管322を通じて生成部220に接続される。また、バッファタンク320は、冷媒返送管324を通じて分離部410に接続される。バッファタンク320は、冷媒返送管322を通じて生成部220から導かれる気体状態の冷媒、および、冷媒返送管324を通じて分離部410から導かれる気体状態の冷媒を貯留する。冷媒冷却部310は、バッファタンク320を備えることにより、冷媒圧縮機330の吸入圧の変動、および、吸入量の変動を抑えることができる。 The buffer tank 320 is connected to the generation unit 220 through the refrigerant return pipe 322. The buffer tank 320 is also connected to the separation unit 410 through the refrigerant return pipe 324. The buffer tank 320 stores the gaseous refrigerant led from the generation unit 220 through the refrigerant return pipe 322, and the gaseous refrigerant led from the separation unit 410 through the refrigerant return pipe 324. By including the buffer tank 320, the refrigerant cooling unit 310 can suppress fluctuations in the suction pressure and suction volume of the refrigerant compressor 330.

冷媒圧縮機330の吸入側は、バッファタンク320に接続される。冷媒圧縮機330の吐出側は、冷却器340および分解部610に接続される。冷媒圧縮機330は、冷媒を昇圧する。冷媒圧縮機330によって圧縮された冷媒は、冷却器340および分解部610に導かれる。 The suction side of the refrigerant compressor 330 is connected to the buffer tank 320. The discharge side of the refrigerant compressor 330 is connected to the cooler 340 and the decomposition section 610. The refrigerant compressor 330 pressurizes the refrigerant. The refrigerant compressed by the refrigerant compressor 330 is guided to the cooler 340 and the decomposition section 610.

冷却器340は、冷媒圧縮機330によって昇圧された冷媒を冷却して凝縮する。冷却器340は、例えば、空冷装置、または、水冷装置で構成される。 The cooler 340 cools and condenses the refrigerant pressurized by the refrigerant compressor 330. The cooler 340 is, for example, an air-cooling device or a water-cooling device.

バッファタンク350は、冷却器340によって凝縮された冷媒(液体)、および、分解部610において凝縮された冷媒(液体)を貯留する。冷媒冷却部310は、バッファタンク350を備えることにより、冷媒(液体)の脈動(流量の変動、および、圧力の変動)を吸収することができる。 The buffer tank 350 stores the refrigerant (liquid) condensed by the cooler 340 and the refrigerant (liquid) condensed in the decomposition section 610. By including the buffer tank 350, the refrigerant cooling section 310 can absorb pulsations of the refrigerant (liquid) (fluctuations in flow rate and pressure).

冷媒供給管360は、冷媒圧縮機330の吐出側と分解部610(分解熱交換器622)とを接続する。冷媒供給管360には、流量調整弁362が設けられる。中央制御部810は、後述する分解部610の分解熱交換器622を通過する冷媒によって二酸化炭素ハイドレートHが分解されるように、流量調整弁362の開度を調整する。冷媒返送管364は、分解部610とバッファタンク350とを接続する。 The refrigerant supply pipe 360 connects the discharge side of the refrigerant compressor 330 to the decomposition section 610 (decomposition heat exchanger 622). A flow control valve 362 is provided on the refrigerant supply pipe 360. The central control unit 810 adjusts the opening of the flow control valve 362 so that carbon dioxide hydrate H is decomposed by the refrigerant passing through the decomposition heat exchanger 622 of the decomposition section 610 described below. The refrigerant return pipe 364 connects the decomposition section 610 to the buffer tank 350.

冷媒供給管370は、バッファタンク350と生成部220とを接続する。冷媒供給管370には、流量調整弁372が設けられる。中央制御部810は、生成部220における固気液混合物SLの温度が共晶温度(-9.6℃)となるように、流量調整弁372の開度を調整する。 The refrigerant supply pipe 370 connects the buffer tank 350 and the generation unit 220. A flow rate control valve 372 is provided on the refrigerant supply pipe 370. The central control unit 810 adjusts the opening of the flow rate control valve 372 so that the temperature of the solid-gas-liquid mixture SL in the generation unit 220 becomes the eutectic temperature (-9.6°C).

冷媒供給管380は、バッファタンク350と分離部410とを接続する。冷媒供給管380には、流量調整弁382が設けられる。中央制御部810は、後述する分離部410の固気液分離器412における固気液混合物SLの温度が共晶温度(例えば、-9.6℃)となるように、流量調整弁382の開度を調整する。 The refrigerant supply pipe 380 connects the buffer tank 350 and the separation unit 410. A flow rate control valve 382 is provided on the refrigerant supply pipe 380. The central control unit 810 adjusts the opening of the flow rate control valve 382 so that the temperature of the solid-gas-liquid mixture SL in the solid-gas-liquid separator 412 of the separation unit 410 (described later) becomes the eutectic temperature (e.g., -9.6°C).

[分離部410]
図4は、分離部410の概略的構成を説明する図である。図4中、実線の矢印は、液体、および、固体の流れを示す。図4中、破線の矢印は、気体の流れを示す。図4中、一点鎖線の矢印は、冷媒の流れを示す。また、図4中、破線は、塩水と淡水との界面を示し、一点鎖線は、淡水と気相(混合ガスMG)との界面を示す。
[Separation unit 410]
Fig. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of the separation unit 410. In Fig. 4, solid arrows indicate the flow of liquid and solid. In Fig. 4, dashed arrows indicate the flow of gas. In Fig. 4, dashed arrows indicate the flow of refrigerant. In Fig. 4, dashed lines indicate the interface between salt water and fresh water, and dashed lines indicate the interface between fresh water and the gas phase (mixed gas MG).

図4に示すように、分離部410は、固気液分離器412と、熱交換器420と、脱水機422と、乾燥機424と、循環圧縮機430と、返送ポンプ440と、遊離水希釈器450と、脱水機460と、ゲスト供給部470とを含む。 As shown in FIG. 4, the separation section 410 includes a solid-gas-liquid separator 412, a heat exchanger 420, a dehydrator 422, a dryer 424, a circulation compressor 430, a return pump 440, a free water diluter 450, a dehydrator 460, and a guest supply section 470.

固気液分離器412は、円筒形状の容器である。固気液分離器412は、大径部412a、縮径部412b、小径部412cを含む。大径部412aは、円筒形状である。縮径部412bは、大径部412aの上端に連続する。縮径部412bは、下端から上端に向かうに従って径が漸減する。小径部412cは、縮径部412bの上端に連続する。小径部412cは、大径部412aよりも小径である。 The solid-gas-liquid separator 412 is a cylindrical container. The solid-gas-liquid separator 412 includes a large diameter portion 412a, a reduced diameter portion 412b, and a small diameter portion 412c. The large diameter portion 412a is cylindrical. The reduced diameter portion 412b is continuous with the upper end of the large diameter portion 412a. The diameter of the reduced diameter portion 412b gradually decreases from the lower end to the upper end. The small diameter portion 412c is continuous with the upper end of the reduced diameter portion 412b. The small diameter portion 412c has a smaller diameter than the large diameter portion 412a.

大径部412aの内部には、噴出部414が設けられる。噴出部414は、混合ガスMGを噴出する。 A jet portion 414 is provided inside the large diameter portion 412a. The jet portion 414 jets out the mixed gas MG.

固気液混合物送出管222は、生成部220と、固気液分離器412(大径部412a)における噴出部414の下方とを接続する。したがって、生成部220から導かれた固気液混合物SLは、固気液分離器412における噴出部414の下方に供給される。 The solid-gas-liquid mixture delivery pipe 222 connects the generation section 220 to the lower part of the ejection section 414 in the solid-gas-liquid separator 412 (large diameter section 412a). Therefore, the solid-gas-liquid mixture SL guided from the generation section 220 is supplied to the lower part of the ejection section 414 in the solid-gas-liquid separator 412.

熱交換器420は、大径部412a内の固気液混合物SLを共晶温度(例えば、-9.6℃)に冷却する。熱交換器420には、冷媒供給管380および冷媒返送管324が接続される。熱交換器420は、冷媒冷却部310から導かれた冷媒と固気液混合物SLとを熱交換して、固気液混合物SLを冷却する。これにより、大径部412a内において、ハイドレート生成反応がさらに促進される。そして、固気液混合物SLの温度が共晶温度(例えば、-9.6℃)となると、固気液混合物SLに含まれる塩水における塩化ナトリウムの濃度が共晶濃度(例えば、24.5質量%)に到達し、結晶塩化物が析出する。 The heat exchanger 420 cools the solid-gas-liquid mixture SL in the large diameter section 412a to the eutectic temperature (e.g., -9.6°C). The refrigerant supply pipe 380 and the refrigerant return pipe 324 are connected to the heat exchanger 420. The heat exchanger 420 exchanges heat between the refrigerant guided from the refrigerant cooling section 310 and the solid-gas-liquid mixture SL to cool the solid-gas-liquid mixture SL. This further promotes the hydrate generation reaction in the large diameter section 412a. Then, when the temperature of the solid-gas-liquid mixture SL reaches the eutectic temperature (e.g., -9.6°C), the concentration of sodium chloride in the salt water contained in the solid-gas-liquid mixture SL reaches the eutectic concentration (e.g., 24.5 mass%), and crystalline chloride precipitates.

そして、固気液分離器412内において、固気液混合物SLが、二酸化炭素ハイドレートHと、結晶塩化物と、塩水とに比重差で分離される。具体的に説明すると、二酸化炭素ハイドレートHの比重は、1.15である。また、塩水の比重は、1.20である。結晶塩化物の比重は、1.69である。なお、詳しくは後述するが、固気液分離器412には、塩水よりも塩化ナトリウム濃度が低い淡水(比重1.0)が供給される。このため、塩水と淡水とが比重差で分離される。つまり、固気液分離器412内において、塩水で構成される下層、淡水で構成される上層(-5℃以上0℃以下)、淡水の上方に位置する気相が形成される。なお、本実施形態において、上層と下層との界面(図4中、破線で示す)が、小径部412cに形成されるように、固気液分離器412が設計される。 Then, in the solid-gas-liquid separator 412, the solid-gas-liquid mixture SL is separated into carbon dioxide hydrate H, crystalline chloride, and salt water due to the difference in specific gravity. Specifically, the specific gravity of carbon dioxide hydrate H is 1.15. The specific gravity of salt water is 1.20. The specific gravity of crystalline chloride is 1.69. As will be described in detail later, fresh water (specific gravity 1.0) with a lower sodium chloride concentration than salt water is supplied to the solid-gas-liquid separator 412. Therefore, salt water and fresh water are separated due to the difference in specific gravity. In other words, in the solid-gas-liquid separator 412, a lower layer composed of salt water, an upper layer (-5°C or higher and 0°C or lower) composed of fresh water, and a gas phase located above the fresh water are formed. In this embodiment, the solid-gas-liquid separator 412 is designed so that the interface between the upper layer and the lower layer (indicated by a dashed line in FIG. 4) is formed at the small diameter portion 412c.

したがって、固気液分離器412において、二酸化炭素ハイドレートHは、淡水(上層)と塩水(下層)との界面上(図4中、破線で示す)に浮上し、結晶塩化物は、塩水中に沈降する。なお、二酸化炭素ハイドレートHの約4%は、淡水(上層)に位置し、約96%は、塩水中に位置する。また、二酸化炭素ハイドレートHには、未反応の微小な気泡が付着するため、二酸化炭素ハイドレートHの見かけの比重は軽くなる。したがって、二酸化炭素ハイドレートHは、4%以上、上層(淡水)に位置することになる。なお、固気液分離器412内において、二酸化炭素ハイドレートHの遊離水(随伴水)が、塩水から淡水に十分に置換される程度に、上層における二酸化炭素ハイドレートHの滞留時間が長くなるように、固気液分離器412は設計される。 Therefore, in the solid-gas-liquid separator 412, the carbon dioxide hydrate H floats to the interface between the fresh water (upper layer) and the salt water (lower layer) (shown by the dashed line in FIG. 4), and the crystalline chloride sinks into the salt water. Approximately 4% of the carbon dioxide hydrate H is located in the fresh water (upper layer), and approximately 96% is located in the salt water. Also, since unreacted tiny air bubbles adhere to the carbon dioxide hydrate H, the apparent specific gravity of the carbon dioxide hydrate H becomes lighter. Therefore, 4% or more of the carbon dioxide hydrate H is located in the upper layer (fresh water). The solid-gas-liquid separator 412 is designed so that the residence time of the carbon dioxide hydrate H in the upper layer is long enough to sufficiently replace the free water (associated water) of the carbon dioxide hydrate H from salt water to fresh water in the solid-gas-liquid separator 412.

そして、不図示の液面計(比重計)によって、淡水で構成される上層に浮上した二酸化炭素ハイドレートHの位置が検出され、上層に位置する二酸化炭素ハイドレートH(-5℃以上0℃以下)は、小径部412cに設けられた排出ノズルを通じて、遊離水希釈器450に導かれる。このため、二酸化炭素ハイドレートHには、塩水がほとんど随伴されず、淡水が随伴されることになる。これにより、後段の分解部610において生成される水の塩化ナトリウム濃度を低減することができる。 Then, the position of the carbon dioxide hydrate H that has risen to the upper layer composed of fresh water is detected by a liquid level gauge (specific gravity meter) not shown, and the carbon dioxide hydrate H located in the upper layer (-5°C or higher and 0°C or lower) is guided to the free water diluter 450 through a discharge nozzle provided in the small diameter section 412c. Therefore, the carbon dioxide hydrate H is accompanied by almost no salt water, but only fresh water. This makes it possible to reduce the sodium chloride concentration of the water generated in the subsequent decomposition section 610.

なお、混合ガスMGは、二酸化炭素に加えて、水への溶解度が極めて小さい窒素を少量含む。このため、二酸化炭素が、二酸化炭素ハイドレートHの生成条件(温度、圧力、二酸化炭素成分率)以内にある限り、二酸化炭素ハイドレートHが生成され続ける。つまり、混合ガスMG中の二酸化炭素がハイドレート生成限界分率に低下するまで、二酸化炭素は二酸化炭素ハイドレートHに転化する。 In addition to carbon dioxide, the mixed gas MG contains a small amount of nitrogen, which has an extremely low solubility in water. Therefore, as long as the carbon dioxide is within the conditions for the formation of carbon dioxide hydrate H (temperature, pressure, carbon dioxide content), carbon dioxide hydrate H will continue to be formed. In other words, carbon dioxide will be converted to carbon dioxide hydrate H until the carbon dioxide in the mixed gas MG falls to the critical fraction for hydrate formation.

二酸化炭素ハイドレートHの生成反応は、二酸化炭素と水との気液界面の気相中で進行し、また、生成された二酸化炭素ハイドレートHは、反応場から分離される。このため、二酸化炭素ハイドレートHの生成条件下において、二酸化炭素ハイドレートHは連続的に析出され、気相中の二酸化炭素濃度は、ハイドレート生成限界濃度まで低下する。 The reaction to form carbon dioxide hydrate H proceeds in the gas phase at the gas-liquid interface between carbon dioxide and water, and the formed carbon dioxide hydrate H is separated from the reaction site. Therefore, under the conditions for forming carbon dioxide hydrate H, carbon dioxide hydrate H is continuously precipitated, and the carbon dioxide concentration in the gas phase decreases to the limit concentration for hydrate formation.

残存した二酸化炭素は、二酸化炭素ハイドレートHに転化しない水に平衡溶解する。このため、後述する返送ポンプ440によって塩水が混合部210に返送されると、塩水中に溶解する二酸化炭素濃度は、ハイドレート生成限界濃度と略平衡した溶解濃度に収束する。したがって、固気液分離器412から排出される二酸化炭素ハイドレートHおよび随伴水中の二酸化炭素濃度は、この溶解濃度となる。 The remaining carbon dioxide dissolves in equilibrium in the water that is not converted to carbon dioxide hydrate H. Therefore, when the saltwater is returned to the mixing section 210 by the return pump 440 described below, the carbon dioxide concentration dissolved in the saltwater converges to a dissolution concentration that is approximately in equilibrium with the hydrate formation limit concentration. Therefore, the carbon dioxide concentrations in the carbon dioxide hydrate H and associated water discharged from the solid-gas-liquid separator 412 are this dissolution concentration.

一方、沈降した結晶塩化物は、脱水機422によって脱水される。脱水機422によって脱水された結晶塩化物は、乾燥機424で乾燥される。一方、脱水機422によって生じた塩水は、海水供給管120を通じて、混合部210に返送される。乾燥機424によって乾燥された結晶塩化物(塩化ナトリウム)は、製品として出荷される。 Meanwhile, the settled crystalline chloride is dehydrated by the dehydrator 422. The crystalline chloride dehydrated by the dehydrator 422 is dried by the dryer 424. Meanwhile, the salt water produced by the dehydrator 422 is returned to the mixing section 210 through the seawater supply pipe 120. The crystalline chloride (sodium chloride) dried by the dryer 424 is shipped as a product.

また、脱水機422と海水供給管120とを接続する配管には、流量調整弁426が設けられる。中央制御部810は、脱水機422の脱水効率を維持するように、流量調整弁426の開度を調整する。 A flow control valve 426 is provided in the piping connecting the dehydrator 422 and the seawater supply pipe 120. The central control unit 810 adjusts the opening of the flow control valve 426 so as to maintain the dehydration efficiency of the dehydrator 422.

また、固気液分離器412内で分離された、未反応の混合ガスMGは、循環圧縮機430によって混合部210および噴出部414に返送される。 In addition, the unreacted mixed gas MG separated in the solid-gas-liquid separator 412 is returned to the mixing section 210 and the ejection section 414 by the circulation compressor 430.

循環圧縮機430の吸入側は、固気液分離器412における小径部412cの上部に接続される。循環圧縮機430の吐出側は、アキュムレータ430aを介して、ゲスト供給管432に接続される。ゲスト供給管432は、循環圧縮機430と混合部210とを接続する配管である。ゲスト供給管432には、流量調整弁434が設けられる。中央制御部810は、固気液分離器412内の物質収支を等しくすべく、注入された淡水量と海水中の未反応の水の合計量がプラスとなるように(つまり、固気液分離器412内において、水がすべて二酸化炭素ハイドレートHとならないように)、流量調整弁434の開度を調整する。混合部210、生成部220、および、固気液分離器412における、二酸化炭素ハイドレートHの転化率は、80%以上90%以下である。このため、10%以上20%以下の未反応の水が淡水とともに遊離水希釈器450に排出される。したがって、中央制御部810は、固気液分離器412内の噴出部414の上方の塩水の層の比重が一定になるように、流量調整弁434の開度を調整する。 The suction side of the circulation compressor 430 is connected to the upper part of the small diameter section 412c in the solid-gas-liquid separator 412. The discharge side of the circulation compressor 430 is connected to the guest supply pipe 432 via the accumulator 430a. The guest supply pipe 432 is a pipe that connects the circulation compressor 430 and the mixing section 210. The guest supply pipe 432 is provided with a flow control valve 434. The central control unit 810 adjusts the opening degree of the flow control valve 434 so that the total amount of injected fresh water and the unreacted water in the seawater is positive (i.e., so that not all the water becomes carbon dioxide hydrate H in the solid-gas-liquid separator 412) in order to equalize the material balance in the solid-gas-liquid separator 412. The conversion rate of carbon dioxide hydrate H in the mixing section 210, the generation section 220, and the solid-gas-liquid separator 412 is 80% or more and 90% or less. Therefore, 10% to 20% of the unreacted water is discharged together with the fresh water to the free water diluter 450. Therefore, the central control unit 810 adjusts the opening of the flow control valve 434 so that the specific gravity of the saltwater layer above the ejection section 414 in the solid-gas-liquid separator 412 is constant.

ゲスト循環管436は、ゲスト供給管432における流量調整弁434と混合部210との間と、噴出部414とを接続する配管である。ゲスト循環管436には、流量調整弁438が設けられる。 The guest circulation pipe 436 is a pipe that connects the flow rate control valve 434 in the guest supply pipe 432 to the mixing section 210 and the ejection section 414. A flow rate control valve 438 is provided in the guest circulation pipe 436.

固気液混合物送出管222から導かれる固気液混合物SLは、共晶温度(-9.6℃)となっているため、二酸化炭素ハイドレートHがこのまま上昇して淡水の層(上層)に到達すると、淡水の層が氷結してしまう。そこで、噴出部414を通じて、混合ガスMGを固気液分離器412に供給することで、固気液分離器412において二酸化炭素ハイドレートHの生成反応をさらに促進する。これにより、二酸化炭素ハイドレートHの反応熱によって、淡水の層の温度を-5℃以上0℃以下に維持することができる。中央制御部810は、固気液分離器412に導かれる混合ガスMGの量が、上層の温度を-5℃以上0℃以下にするために必要な量(例えば、約10%)となるように、流量調整弁438の開度を調整する。 Since the solid-gas-liquid mixture SL led from the solid-gas-liquid mixture delivery pipe 222 is at the eutectic temperature (-9.6°C), if the carbon dioxide hydrate H continues to rise and reaches the freshwater layer (upper layer), the freshwater layer will freeze. Therefore, by supplying the mixed gas MG to the solid-gas-liquid separator 412 through the ejection part 414, the reaction of producing carbon dioxide hydrate H in the solid-gas-liquid separator 412 is further promoted. As a result, the temperature of the freshwater layer can be maintained at -5°C or higher and 0°C or lower by the reaction heat of the carbon dioxide hydrate H. The central control unit 810 adjusts the opening of the flow control valve 438 so that the amount of mixed gas MG led to the solid-gas-liquid separator 412 is the amount necessary to keep the temperature of the upper layer at -5°C or higher and 0°C or lower (for example, about 10%).

なお、上層に位置する二酸化炭素ハイドレートHは、一部分解されるが、噴出部414から供給された混合ガスMGによって生成される二酸化炭素ハイドレートHで補填される。 The carbon dioxide hydrate H located in the upper layer is partially decomposed, but is replenished with carbon dioxide hydrate H generated by the mixed gas MG supplied from the ejection part 414.

また、噴出部414から混合ガスMGを噴出させることにより、上層の二酸化炭素ハイドレートHを振動させることができる。これにより、二酸化炭素ハイドレートHの遊離水の淡水への置換を促進させることが可能となる。 In addition, by ejecting the mixed gas MG from the ejection portion 414, the carbon dioxide hydrate H in the upper layer can be vibrated. This makes it possible to promote the replacement of free water in the carbon dioxide hydrate H with fresh water.

また、固気液分離器412内で分離された塩水(例えば、-9.6℃)は、返送ポンプ440によって混合部210に返送される。返送ポンプ440の吸入側は、固気液分離器412における噴出部414の下方に接続される。返送ポンプ440の吐出側は、循環塩水供給管442に接続される。循環塩水供給管442は、返送ポンプ440と混合部210とを接続する配管である。循環塩水供給管442は、流量調整弁444が設けられる。中央制御部810は、混合部210に導かれる塩水(循環塩水J)の量が、海水の5倍以上10倍以下となるように、流量調整弁444の開度を調整する。 The saltwater (e.g., -9.6°C) separated in the solid-gas-liquid separator 412 is returned to the mixing section 210 by the return pump 440. The suction side of the return pump 440 is connected below the ejection section 414 in the solid-gas-liquid separator 412. The discharge side of the return pump 440 is connected to a circulating saltwater supply pipe 442. The circulating saltwater supply pipe 442 is a pipe that connects the return pump 440 and the mixing section 210. The circulating saltwater supply pipe 442 is provided with a flow control valve 444. The central control unit 810 adjusts the opening of the flow control valve 444 so that the amount of saltwater (circulating saltwater J) introduced to the mixing section 210 is between 5 and 10 times the amount of seawater.

遊離水希釈器450には、二酸化炭素ハイドレートHと、二酸化炭素ハイドレートHに随伴される淡水および塩水とが導かれる。遊離水希釈器450は、比重差によって、二酸化炭素ハイドレートHと、塩化ナトリウム濃度が低い塩水(以下、「薄い塩水」とする)とを分離する。 The carbon dioxide hydrate H and the fresh water and salt water accompanying the carbon dioxide hydrate H are introduced to the free water diluter 450. The free water diluter 450 separates the carbon dioxide hydrate H from salt water with a low sodium chloride concentration (hereinafter referred to as "dilute salt water") based on the difference in specific gravity.

遊離水希釈器450内において、薄い塩水は、上層に滞留する。また、二酸化炭素ハイドレートHと、遊離水(塩化ナトリウム濃度が高い塩水(以下、「濃い塩水」とする))との混合物は、下層に滞留する。 In the free water diluter 450, weak salt water remains in the upper layer. Also, a mixture of carbon dioxide hydrate H and free water (salt water with a high sodium chloride concentration (hereinafter referred to as "strong salt water")) remains in the lower layer.

不図示の液面計(比重計)は、薄い塩水の層と、二酸化炭素ハイドレートHの層との界面を検知する。滞留水排出ポンプ452(淡水供給部)は、遊離水希釈器450内における薄い塩水の層と、二酸化炭素ハイドレートHの層との界面が一定位置になるように、薄い塩水を吸引する。吸引された薄い塩水の一部は、三方弁454を通じて、海水供給管120に導かれる。また、吸引された薄い塩水の残部は、接続管456、三方弁458を通じて、遊離水希釈器450と、固気液分離器412に返送される。 A liquid level gauge (specific gravity meter) not shown detects the interface between the thin saltwater layer and the carbon dioxide hydrate H layer. The stagnant water discharge pump 452 (fresh water supply unit) draws in the thin saltwater so that the interface between the thin saltwater layer in the free water diluter 450 and the carbon dioxide hydrate H layer remains at a constant position. A portion of the drawn in thin saltwater is guided to the seawater supply pipe 120 through the three-way valve 454. The remainder of the drawn in thin saltwater is returned to the free water diluter 450 and the solid-gas-liquid separator 412 through the connecting pipe 456 and the three-way valve 458.

一方、脱水機460は、遊離水希釈器450内における薄い塩水の層と、二酸化炭素ハイドレートHの層との界面が一定位置になるように、二酸化炭素ハイドレートHおよび遊離水を吸引し、落圧(0.07MPa程度)するとともに、脱水する。脱水機460は、例えば、随伴水を30質量%以下にする。脱水機460によって脱水された二酸化炭素ハイドレートHは、冷熱回収部510に導かれる。一方、脱水機460で生じた随伴水(濃い塩水)は、海水供給管120に返送される。なお、脱水機460と海水供給管120とを接続する配管には、流量調整弁462が設けられる。中央制御部810は、脱水機460の脱水効率を維持するように、流量調整弁462の開度を調整する。 On the other hand, the dehydrator 460 sucks in the carbon dioxide hydrate H and the free water, reduces the pressure (to about 0.07 MPa), and dehydrates the carbon dioxide hydrate H and the free water so that the interface between the thin saltwater layer in the free water diluter 450 and the carbon dioxide hydrate H layer is at a constant position. The dehydrator 460 reduces the produced water to 30 mass% or less, for example. The carbon dioxide hydrate H dehydrated by the dehydrator 460 is guided to the cold heat recovery section 510. On the other hand, the produced water (thick saltwater) generated by the dehydrator 460 is returned to the seawater supply pipe 120. A flow control valve 462 is provided in the piping connecting the dehydrator 460 and the seawater supply pipe 120. The central control unit 810 adjusts the opening of the flow control valve 462 so as to maintain the dehydration efficiency of the dehydrator 460.

ゲスト供給部470は、混合ガスMGを固気液分離器412に導く。ゲスト供給部470は、窒素ボンベ472と、二酸化炭素ボンベ474と、ゲスト供給管476と、窒素供給管478とを含む。窒素ボンベ472は、窒素を貯蔵する。二酸化炭素ボンベ474は、二酸化炭素を貯蔵する。ゲスト供給管476は、二酸化炭素ボンベ474と、固気液分離器412の小径部412cの気相が形成される箇所とを接続する配管である。ゲスト供給管476には、安全弁476a、流量調整弁476bが設けられる。窒素供給管478は、窒素ボンベ472と、ゲスト供給管476における流量調整弁476bと、固気液分離器412との間とを接続する配管である。窒素供給管478には、安全弁478a、流量調整弁478bが設けられる。 The guest supply unit 470 guides the mixed gas MG to the solid-gas-liquid separator 412. The guest supply unit 470 includes a nitrogen cylinder 472, a carbon dioxide cylinder 474, a guest supply pipe 476, and a nitrogen supply pipe 478. The nitrogen cylinder 472 stores nitrogen. The carbon dioxide cylinder 474 stores carbon dioxide. The guest supply pipe 476 is a pipe that connects the carbon dioxide cylinder 474 to the location where the gas phase is formed in the small diameter portion 412c of the solid-gas-liquid separator 412. The guest supply pipe 476 is provided with a safety valve 476a and a flow rate control valve 476b. The nitrogen supply pipe 478 is a pipe that connects the nitrogen cylinder 472, the flow rate control valve 476b in the guest supply pipe 476, and the solid-gas-liquid separator 412. The nitrogen supply pipe 478 is provided with a safety valve 478a and a flow rate control valve 478b.

[冷熱回収部510]
冷熱回収部510は、脱水された二酸化炭素ハイドレートH(-5℃以上0℃以下)と、海水供給管120を通過する海水(2℃以上28℃以下)とを熱交換させる。これにより、海水が4℃程度に冷却される。したがって、海水の冷却に要するコストを低減することができる。
[Cold heat recovery section 510]
The cold heat recovery section 510 exchanges heat between the dehydrated carbon dioxide hydrate H (-5°C or higher and 0°C or lower) and seawater (2°C or higher and 28°C or lower) passing through the seawater supply pipe 120. This causes the seawater to be cooled to about 4°C. Therefore, the cost required for cooling the seawater can be reduced.

また、冷熱回収部510により、二酸化炭素ハイドレートHが加熱される。これにより、二酸化炭素ハイドレートHの一部が分解され、水(分解水)が生成される。したがって、分解水が潤滑液として機能し、冷熱回収部510から分解部610への二酸化炭素ハイドレートHの移送を容易に行うことができる。 The carbon dioxide hydrate H is also heated by the cold heat recovery section 510. This causes a portion of the carbon dioxide hydrate H to decompose, producing water (decomposition water). The decomposition water therefore functions as a lubricating liquid, facilitating the transfer of the carbon dioxide hydrate H from the cold heat recovery section 510 to the decomposition section 610.

[分解部610]
分解部610は、分離部410によって分離された二酸化炭素ハイドレートHを加熱して、二酸化炭素と水とに分解する。図5は、分解部610の概略的構成を説明する図である。図5中、実線の矢印は、二酸化炭素ハイドレートH、二酸化炭素、および、分解水の流れを示す。図5中、破線の矢印は、冷媒の流れを示す。また、図5中、破線は、水と二酸化炭素との界面を示す。
[Decomposition unit 610]
The decomposition section 610 heats the carbon dioxide hydrate H separated by the separation section 410 to decompose it into carbon dioxide and water. Fig. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of the decomposition section 610. In Fig. 5, solid arrows indicate the flows of the carbon dioxide hydrate H, carbon dioxide, and decomposed water. In Fig. 5, dashed arrows indicate the flow of the refrigerant. Also, in Fig. 5, the dashed line indicates the interface between the water and carbon dioxide.

図5に示すように、分解部610は、分解器620と、回収圧縮機630とを含む。 As shown in FIG. 5, the decomposition section 610 includes a decomposer 620 and a recovery compressor 630.

分解器620は、円筒形状の容器である。分解器620の内部には、分解熱交換器622が設けられる。分解熱交換器622は、分解器620内の二酸化炭素ハイドレートHと、冷媒冷却部310から導かれた冷媒とを熱交換させる。分解熱交換器622は、冷媒の凝縮熱によって、二酸化炭素ハイドレートHを加熱する。 The decomposer 620 is a cylindrical container. Inside the decomposer 620, a decomposition heat exchanger 622 is provided. The decomposition heat exchanger 622 exchanges heat between the carbon dioxide hydrate H in the decomposer 620 and the refrigerant guided from the refrigerant cooling section 310. The decomposition heat exchanger 622 heats the carbon dioxide hydrate H by the heat of condensation of the refrigerant.

除熱(冷却)された冷媒は、液トラップ366において一旦貯留された後、冷媒返送管364を通じて、バッファタンク350に返送される。 The refrigerant from which heat has been removed (cooled) is temporarily stored in the liquid trap 366 and then returned to the buffer tank 350 through the refrigerant return pipe 364.

一方、冷媒によって加熱された二酸化炭素ハイドレートHは、二酸化炭素と水(分解水)とに分解される。したがって、分解器620内において、二酸化炭素が上層を形成し、分解水が下層を形成する。 On the other hand, the carbon dioxide hydrate H heated by the refrigerant is decomposed into carbon dioxide and water (decomposed water). Therefore, in the decomposer 620, the carbon dioxide forms an upper layer and the decomposed water forms a lower layer.

分解器620の下層に滞留した分解水は、精製部710に導かれる。 The decomposition water that accumulates in the lower layer of the decomposer 620 is led to the purification section 710.

一方、分解器620の上層に滞留した二酸化炭素は、回収圧縮機630によって、分離部410のゲスト供給管432に導かれる。これにより、分解水を脱気して、分解水に溶解された二酸化炭素をとり除くことができる。また、分解器620の上層に滞留した二酸化炭素を分離部410に返送することにより、二酸化炭素を99%回収することが可能となる。 Meanwhile, the carbon dioxide remaining in the upper layer of the decomposer 620 is guided by the recovery compressor 630 to the guest supply pipe 432 of the separation section 410. This allows the decomposition water to be degassed and the carbon dioxide dissolved in the decomposition water to be removed. In addition, by returning the carbon dioxide remaining in the upper layer of the decomposer 620 to the separation section 410, it is possible to recover 99% of the carbon dioxide.

回収圧縮機630の吸入側は、分解器620における上部に接続される。回収圧縮機630の吐出側は、分離部410のゲスト供給管432に接続される。また、回収圧縮機630と分離部410のゲスト供給管432とを接続する配管には、流量調整弁632が設けられる。 The suction side of the recovery compressor 630 is connected to the upper part of the decomposer 620. The discharge side of the recovery compressor 630 is connected to the guest supply pipe 432 of the separation section 410. In addition, a flow control valve 632 is provided in the piping connecting the recovery compressor 630 and the guest supply pipe 432 of the separation section 410.

[精製部710]
図6は、精製部710の概略的構成を説明する図である。図6中、実線の矢印は、水の流れを示す。
[Refining section 710]
Fig. 6 is a diagram for explaining a schematic configuration of the purification section 710. In Fig. 6, solid arrows indicate the flow of water.

図6に示すように、精製部710は、分解水昇圧ポンプ712と、逆浸透膜濾過器720と、浄水精製部722と、淡水供給ポンプ726とを含む。 As shown in FIG. 6, the purification section 710 includes a decomposition water boost pump 712, a reverse osmosis membrane filter 720, a clean water purification section 722, and a fresh water supply pump 726.

分解水昇圧ポンプ712は、分解部610の分解熱交換器622で生成された分解水(水)を昇圧して逆浸透膜濾過器720に導く。分解水昇圧ポンプ712の吸入側は、分解熱交換器622の底部に接続される。分解水昇圧ポンプ712の吐出側は、逆浸透膜濾過器720に接続される。 The decomposition water boost pump 712 boosts the pressure of the decomposition water (water) generated in the decomposition heat exchanger 622 of the decomposition section 610 and guides it to the reverse osmosis membrane filter 720. The suction side of the decomposition water boost pump 712 is connected to the bottom of the decomposition heat exchanger 622. The discharge side of the decomposition water boost pump 712 is connected to the reverse osmosis membrane filter 720.

逆浸透膜濾過器720は、分解水から塩分濃度80ppm以下の淡水を回収する。回収された淡水は、浄水精製部722に導かれる。浄水精製部722は、淡水を浄化する。浄化された淡水は、飲料水等として利用される。 The reverse osmosis membrane filter 720 recovers fresh water with a salinity of 80 ppm or less from the decomposed water. The recovered fresh water is led to the water purification section 722. The water purification section 722 purifies the fresh water. The purified fresh water can be used as drinking water, etc.

一方、逆浸透膜濾過器720において、淡水が回収された分解水の一部は、三方弁724を通じて、滞留水排出ポンプ452(淡水供給部)が吐出する薄い塩水とともに、分離部410の固気液分離器412の小径部412cに淡水として返送される。具体的に説明すると、淡水供給ポンプ726(淡水供給部)の吸入側は、三方弁724に接続され、吐出側は、分離部410の接続管456に接続される。したがって、淡水供給ポンプ726は、淡水が回収された分解水の一部を固気液分離器412および遊離水希釈器450に導く。 Meanwhile, in the reverse osmosis membrane filter 720, a portion of the decomposition water from which fresh water has been recovered is returned as fresh water to the small diameter section 412c of the solid-gas-liquid separator 412 of the separation section 410 through the three-way valve 724 together with the thin salt water discharged by the retained water discharge pump 452 (fresh water supply section). To be more specific, the suction side of the fresh water supply pump 726 (fresh water supply section) is connected to the three-way valve 724, and the discharge side is connected to the connection pipe 456 of the separation section 410. Therefore, the fresh water supply pump 726 guides a portion of the decomposition water from which fresh water has been recovered to the solid-gas-liquid separator 412 and the free water diluter 450.

また、淡水が回収された分解水の残り(3%以上5%以下)は、三方弁624を通じて外部に廃棄される。 In addition, the remaining decomposition water after fresh water is recovered (3% to 5%) is discharged to the outside through the three-way valve 624.

[起動方法]
続いて、海水淡水化装置100の起動方法を説明する。まず、中央制御部810は、前処理部110の海水昇圧ポンプ114を駆動して、固気液分離器412に海水(原料)を充填する。そして、固気液分離器412の小径部412cに設けられた排出ノズルのわずかに下方まで海水が充填されたら、中央制御部810は、海水昇圧ポンプ114の駆動を停止する。そして、中央制御部810は、返送ポンプ440を駆動して、固気液分離器412内の海水を循環させる。また、中央制御部810は、ゲスト供給部470を駆動して、固気液分離器412に混合ガスMGを供給するとともに、循環圧縮機430を駆動して、混合ガスMGを混合部210に供給する。
[How to start]
Next, a method of starting up the seawater desalination apparatus 100 will be described. First, the central control unit 810 drives the seawater boost pump 114 of the pretreatment unit 110 to fill the solid-gas-liquid separator 412 with seawater (raw material). Then, when the seawater is filled up to a position slightly below the discharge nozzle provided in the small diameter portion 412c of the solid-gas-liquid separator 412, the central control unit 810 stops driving the seawater boost pump 114. Then, the central control unit 810 drives the return pump 440 to circulate the seawater in the solid-gas-liquid separator 412. In addition, the central control unit 810 drives the guest supply unit 470 to supply the mixed gas MG to the solid-gas-liquid separator 412, and drives the circulation compressor 430 to supply the mixed gas MG to the mixing unit 210.

続いて、中央制御部810は、冷媒冷却部310を駆動する。なお、中央制御部810は、生成部220において、一定速度で二酸化炭素ハイドレートHが析出される、つまり、一定速度で塩水中の塩化ナトリウム濃度が増加するように、冷媒冷却部310を制御する。 Next, the central control unit 810 drives the refrigerant cooling unit 310. The central control unit 810 controls the refrigerant cooling unit 310 so that the carbon dioxide hydrate H is precipitated at a constant rate in the generation unit 220, that is, so that the sodium chloride concentration in the salt water increases at a constant rate.

そして、循環塩水Jの温度が、共晶温度(-9.6℃)、循環塩水Jの塩化ナトリウム濃度が24.5質量%に到達したら、中央制御部810は、海水昇圧ポンプ114を起動し、通常運転に切り換える。また、中央制御部810は、冷媒冷却部310、循環圧縮機430、返送ポンプ440を通常運転に切り換える。 When the temperature of the circulating salt water J reaches the eutectic temperature (-9.6°C) and the sodium chloride concentration of the circulating salt water J reaches 24.5% by mass, the central control unit 810 starts the seawater boost pump 114 and switches to normal operation. The central control unit 810 also switches the refrigerant cooling unit 310, the circulation compressor 430, and the return pump 440 to normal operation.

なお、海水(原料)の比重は、二酸化炭素ハイドレートHよりも小さい。このため、二酸化炭素ハイドレートHの生成初期では、固気液分離器412内において、海水(原料)は二酸化炭素ハイドレートHの上部に浮上する。つまり、二酸化炭素ハイドレートHの生成初期において、二酸化炭素ハイドレートHは、海水(原料)の下部に沈降する。一方、固気液分離器412内において、ハイドレート生成反応が進行するにつれ、海水(原料)中の水が二酸化炭素ハイドレートHに転化する。そうすると、固気液分離器412内の海水の塩分濃度が上昇する。固気液分離器412内の海水(塩水)の塩分濃度が、約19質量%程度(平衡温度-4℃)となると、海水(塩水)と二酸化炭素ハイドレートHとの比重が等しくなり、二酸化炭素ハイドレートHが海水(塩水)に懸濁された一相状態となる。ハイドレート生成反応がさらに進行すると、海水(塩水)の塩分濃度がさらに上昇し、海水(塩水)の比重が増加する。そうすると、海水(塩水)が二酸化炭素ハイドレートHの下部に沈降する。このため、固気液分離器412内の海水(塩水)が共晶温度に到達するまでに生成される二酸化炭素ハイドレートHを固気液分離器412の下部に滞留させておき、循環塩水Jへの二酸化炭素ハイドレートHの混入を低減する。したがって、循環塩水Jの排出口は、固気液分離器412の底部から約20体積%上方の位置に設けられるとよい。 The specific gravity of seawater (raw material) is smaller than that of carbon dioxide hydrate H. Therefore, in the early stage of the generation of carbon dioxide hydrate H, the seawater (raw material) rises to the top of the carbon dioxide hydrate H in the solid-gas-liquid separator 412. In other words, in the early stage of the generation of carbon dioxide hydrate H, the carbon dioxide hydrate H sinks to the bottom of the seawater (raw material). Meanwhile, as the hydrate generation reaction progresses in the solid-gas-liquid separator 412, the water in the seawater (raw material) is converted to carbon dioxide hydrate H. Then, the salinity of the seawater in the solid-gas-liquid separator 412 increases. When the salinity of the seawater (salt water) in the solid-gas-liquid separator 412 reaches about 19% by mass (equilibrium temperature -4°C), the specific gravities of the seawater (salt water) and the carbon dioxide hydrate H become equal, and the carbon dioxide hydrate H is suspended in the seawater (salt water) in a one-phase state. As the hydrate formation reaction progresses further, the salinity of the seawater (salt water) increases further, and the specific gravity of the seawater (salt water) increases. This causes the seawater (salt water) to sink to the bottom of the carbon dioxide hydrate H. For this reason, the carbon dioxide hydrate H generated before the seawater (salt water) in the solid-gas-liquid separator 412 reaches the eutectic temperature is retained in the bottom of the solid-gas-liquid separator 412, reducing the mixing of the carbon dioxide hydrate H into the circulating salt water J. Therefore, the outlet for the circulating salt water J should be located at a position about 20% by volume above the bottom of the solid-gas-liquid separator 412.

以上説明したように、本実施形態に係る海水淡水化装置100は、海水から二酸化炭素ハイドレートHを生成し、二酸化炭素ハイドレートHを分解することで、海水のほとんどすべてを淡水に変換することができる。したがって、海水淡水化装置100は、逆浸透法のみを採用する技術と比較して、淡水の回収率を向上させることが可能となる。したがって、海水淡水化装置100は、ゼロエミッションを達成することができる。また、海水淡水化装置100は、ほぼ無排水化(ZLD:Zero Liquid Discharge)を図ることが可能となる。 As described above, the seawater desalination apparatus 100 according to this embodiment can convert almost all of the seawater into freshwater by generating carbon dioxide hydrate H from seawater and decomposing the carbon dioxide hydrate H. Therefore, the seawater desalination apparatus 100 can improve the recovery rate of freshwater compared to a technology that employs only reverse osmosis. Therefore, the seawater desalination apparatus 100 can achieve zero emissions. In addition, the seawater desalination apparatus 100 can achieve almost zero liquid discharge (ZLD).

また、上記したように、海水淡水化装置100は、混合部210、生成部220、冷媒冷却部310、および、分離部410を備え、海水および混合ガスMGを冷却して二酸化炭素ハイドレートHおよび結晶塩化物を並行して生成する。図7は、塩水中の塩化ナトリウム濃度と、二酸化炭素ハイドレートHの生成温度および氷結温度との関係を示す図である。図7中、横軸は、塩水中の塩化ナトリウム濃度[wt%(質量%)]を示す。図7中、縦軸は、温度[℃]を示す。また、図7中、実線は、二酸化炭素ハイドレートHの生成温度を示し、破線は氷結温度を示し、一点鎖線は塩化ナトリウムの飽和溶解度を示す。つまり、実線と一点鎖線の交点は、二酸化炭素ハイドレートHと塩化ナトリウム二水和物の共晶点(共晶温度)であり、破線と一点鎖線の交点は、氷と塩化ナトリウム二水和物の共晶点(共晶温度)である。 As described above, the seawater desalination apparatus 100 includes the mixing section 210, the production section 220, the refrigerant cooling section 310, and the separation section 410, and cools the seawater and the mixed gas MG to produce carbon dioxide hydrate H and crystalline chloride in parallel. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the sodium chloride concentration in saltwater and the production temperature and freezing temperature of carbon dioxide hydrate H. In FIG. 7, the horizontal axis shows the sodium chloride concentration [wt% (mass%)] in saltwater. In FIG. 7, the vertical axis shows temperature [°C]. In FIG. 7, the solid line shows the production temperature of carbon dioxide hydrate H, the dashed line shows the freezing temperature, and the dashed line shows the saturated solubility of sodium chloride. In other words, the intersection of the solid line and the dashed line is the eutectic point (eutectic temperature) of carbon dioxide hydrate H and sodium chloride dihydrate, and the intersection of the dashed line and the dashed line is the eutectic point (eutectic temperature) of ice and sodium chloride dihydrate.

図7に示すように、塩化ナトリウム濃度に拘わらず、二酸化炭素ハイドレートHハイドレートの生成温度は、氷結温度(氷点)よりも高い。このため、混合部210、生成部220、および、分離部410において、氷結に優先して、二酸化炭素ハイドレートHが生成される。 As shown in FIG. 7, regardless of the sodium chloride concentration, the production temperature of carbon dioxide hydrate H hydrate is higher than the freezing temperature (freezing point). Therefore, in the mixing section 210, the production section 220, and the separation section 410, carbon dioxide hydrate H is produced in preference to freezing.

また、二酸化炭素ハイドレートHハイドレートの生成温度は、氷結温度よりも高いため、海水を氷結させる場合と比較して、海水淡水化装置100は、冷媒冷却部310による冷媒の冷却負荷を低減することができる。 In addition, since the production temperature of carbon dioxide hydrate H hydrate is higher than the freezing temperature, the seawater desalination apparatus 100 can reduce the cooling load of the refrigerant by the refrigerant cooling unit 310 compared to freezing seawater.

また、上記したように、混合部210、生成部220、および、分離部410は、二酸化炭素ハイドレートHと結晶塩化物との共晶温度に維持される。したがって、海水淡水化装置100は、二酸化炭素ハイドレートHと結晶塩化物とを並行して製造することができる。 As described above, the mixing section 210, the production section 220, and the separation section 410 are maintained at the eutectic temperature of the carbon dioxide hydrate H and the crystalline chlorides. Therefore, the seawater desalination apparatus 100 can produce the carbon dioxide hydrate H and the crystalline chlorides in parallel.

また、上記したように、海水淡水化装置100は、海水昇圧ポンプ114、混合部210、生成部220、分離部410、分解部610、および、精製部710を備える。これにより、海水淡水化装置100は、淡水および塩を連続して製造することが可能となる。 As described above, the seawater desalination apparatus 100 includes a seawater boost pump 114, a mixing section 210, a generating section 220, a separating section 410, a decomposing section 610, and a purifying section 710. This enables the seawater desalination apparatus 100 to continuously produce fresh water and salt.

また、上記したように、二酸化炭素および窒素(混合ガスMG)は、不燃性である。このため、海水淡水化装置100は、安全に運転することが可能となる。 In addition, as described above, carbon dioxide and nitrogen (mixed gas MG) are non-flammable. This allows the seawater desalination device 100 to be operated safely.

また、上記したように、海水淡水化装置100は、冷媒冷却部310と分解熱交換器622とを備える。これにより、二酸化炭素ハイドレートHによって冷媒を冷却することができる。したがって、二酸化炭素ハイドレートHの反応熱を除去するためのエネルギーを低減することが可能となる。また、分解部610は、冷媒の熱で二酸化炭素ハイドレートHを分解することができる。これにより、海水淡水化装置100は、二酸化炭素ハイドレートHの分解に要する熱エネルギーを削減することが可能となる。 As described above, the seawater desalination apparatus 100 is equipped with a refrigerant cooling section 310 and a decomposition heat exchanger 622. This allows the refrigerant to be cooled by the carbon dioxide hydrate H. This makes it possible to reduce the energy required to remove the heat of reaction of the carbon dioxide hydrate H. Furthermore, the decomposition section 610 can decompose the carbon dioxide hydrate H using the heat of the refrigerant. This allows the seawater desalination apparatus 100 to reduce the thermal energy required to decompose the carbon dioxide hydrate H.

また、上記したように、海水淡水化装置100は、冷熱回収部510を備える。これにより、二酸化炭素ハイドレートHによって海水を冷却することができる。これにより、海水淡水化装置100は、海水の冷却に要するエネルギーを削減することが可能となる。 As described above, the seawater desalination apparatus 100 is also equipped with a cold heat recovery section 510. This allows seawater to be cooled by carbon dioxide hydrate H. This allows the seawater desalination apparatus 100 to reduce the energy required to cool seawater.

また、上記したように、海水淡水化装置100は、返送ポンプ440を備える。これにより、海水淡水化装置100は、結晶塩化物および分解水の回収率を向上させることができる。 As described above, the seawater desalination apparatus 100 is also equipped with a return pump 440. This allows the seawater desalination apparatus 100 to improve the recovery rate of crystalline chlorides and decomposed water.

また、上記したように、固気液分離器412には、淡水が供給される。これにより、二酸化炭素ハイドレートHの随伴水を塩水から淡水に置換することができる。これにより、二酸化炭素ハイドレートHを分解した結果得られる、分解水の塩化ナトリウム濃度を低減することが可能となる。 Furthermore, as described above, fresh water is supplied to the solid-gas-liquid separator 412. This allows the associated water of the carbon dioxide hydrate H to be replaced from salt water to fresh water. This makes it possible to reduce the sodium chloride concentration in the decomposition water obtained as a result of decomposing the carbon dioxide hydrate H.

また、上記したように、固気液分離器412は、小径部412cを備え、淡水と塩水との界面が小径部412cとなる。これにより、遊離水希釈器450に導かれる、二酸化炭素ハイドレートHと遊離水(随伴水)との組成の変動を抑制することができる。 As described above, the solid-gas-liquid separator 412 has a small diameter portion 412c, and the interface between the fresh water and salt water becomes the small diameter portion 412c. This makes it possible to suppress fluctuations in the composition of the carbon dioxide hydrate H and the free water (produced water) that are led to the free water diluter 450.

また、上記したように、混合部210、生成部220、固気液分離器412は、2.7MPaである。これにより、安価な部品を採用することができ、海水淡水化装置100自体の製作コストを低減することが可能となる。 As described above, the mixing section 210, the generation section 220, and the solid-gas-liquid separator 412 are all at 2.7 MPa. This allows inexpensive parts to be used, reducing the manufacturing cost of the seawater desalination device 100 itself.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the attached drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such an embodiment. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modified or revised examples within the scope of the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.

例えば、上記実施形態において、前処理部110が、逆浸透膜濾過器116を備える場合を例に挙げた。しかし、逆浸透膜濾過器116は、必須の構成ではない。 For example, in the above embodiment, the pretreatment unit 110 is provided with a reverse osmosis membrane filter 116. However, the reverse osmosis membrane filter 116 is not a required component.

また、上記実施形態において、分解熱交換器622が二酸化炭素ハイドレートHと熱交換させることで冷却された冷媒によって、生成部220が混合液を冷却する場合を例に挙げた。しかし、二酸化炭素ハイドレートHの分解と、混合液の冷却とは、別の熱媒体や機器で行われてもよい。例えば、二酸化炭素ハイドレートHの分解は、燃焼排ガスとの熱交換で行われてもよい。また、混合液の冷却は、LNGとの熱交換で行われてもよい。 In the above embodiment, the generation unit 220 cools the mixed liquid with the refrigerant cooled by the decomposition heat exchanger 622 exchanging heat with the carbon dioxide hydrate H. However, the decomposition of the carbon dioxide hydrate H and the cooling of the mixed liquid may be performed by different heat media or equipment. For example, the decomposition of the carbon dioxide hydrate H may be performed by heat exchange with the combustion exhaust gas. Furthermore, the cooling of the mixed liquid may be performed by heat exchange with LNG.

また、上記実施形態において、海水淡水化装置100が返送ポンプ440を備える場合を例に挙げた。しかし、返送ポンプ440は、必須の構成ではない。 In the above embodiment, the seawater desalination apparatus 100 is provided with a return pump 440. However, the return pump 440 is not a required component.

また、上記実施形態において、固気液分離器412に淡水を供給する構成を例に挙げた。しかし、固気液分離器412に淡水が供給されずともよい。 In the above embodiment, a configuration in which fresh water is supplied to the solid-gas-liquid separator 412 is given as an example. However, fresh water does not have to be supplied to the solid-gas-liquid separator 412.

また、上記実施形態において、生成部220が生成するハイドレートのゲスト物質として二酸化炭素を例に挙げた。しかし、ハイドレートのゲスト物質に限定はない。例えば、ゲスト物質として、二酸化炭素に代えて、または、加えて、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、キセノン、および、クリプトンのうちのいずれか1または複数を用いてもよい。 In the above embodiment, carbon dioxide is used as an example of the guest substance of the hydrate generated by the generation unit 220. However, there is no limitation on the guest substance of the hydrate. For example, instead of or in addition to carbon dioxide, any one or more of methane, ethane, propane, butane, ethylene, xenon, and krypton may be used as the guest substance.

また、上記実施形態において、分離部410(固気液分離器412)が、固気液混合物SLを、二酸化炭素ハイドレートHと、結晶塩化物と、塩水とに比重差で分離する構成を例に挙げた。しかし、分離部410(固気液分離器412)は、遠心分離機で構成されてもよい。つまり、分離部410(固気液分離器412)は、固気液混合物SLを、二酸化炭素ハイドレートHと、結晶塩化物と、塩水とに遠心分離してもよい。これにより、海水淡水化装置100を船内等に設けることが可能となる。 In the above embodiment, the separation unit 410 (solid-gas-liquid separator 412) separates the solid-gas-liquid mixture SL into carbon dioxide hydrate H, crystalline chlorides, and salt water based on the difference in specific gravity. However, the separation unit 410 (solid-gas-liquid separator 412) may be configured with a centrifuge. In other words, the separation unit 410 (solid-gas-liquid separator 412) may centrifuge the solid-gas-liquid mixture SL into carbon dioxide hydrate H, crystalline chlorides, and salt water. This makes it possible to install the seawater desalination device 100 on board a ship, etc.

100 海水淡水化装置
210 混合部
220 生成部
410 分離部
440 返送ポンプ
452 滞留水排出ポンプ(淡水供給部)
610 分解部
726 淡水供給ポンプ(淡水供給部)
100 Seawater desalination apparatus 210 Mixing section 220 Generation section 410 Separation section 440 Return pump 452 Accumulated water discharge pump (freshwater supply section)
610 Decomposition section 726 Fresh water supply pump (fresh water supply section)

Claims (4)

海水と二酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、キセノン、および、クリプトンのうちのいずれか1または複数のガスとを混合して混合液を生成する混合部と、
ガスハイドレートおよび結晶塩化物の共晶温度に前記混合液を冷却して、前記ガスハイドレート、前記結晶塩化物、および、塩水を含む固気液混合物を生成する生成部と、
前記固気液混合物を、前記ガスハイドレートと、前記結晶塩化物と、前記塩水とに分離する分離部と、
前記分離部によって分離された前記ガスハイドレートを加熱して、ガスと水とに分解する分解部と、
を備え
前記生成部は、前記混合液と冷媒とを熱交換させ、
前記分解部は、前記生成部において熱交換された前記冷媒と、前記ガスハイドレートとを熱交換させる海水淡水化装置。
a mixing section that mixes seawater with one or more gases selected from the group consisting of carbon dioxide, methane, ethane, propane, butane, ethylene, xenon, and krypton to generate a mixed liquid;
a generating unit that generates a solid-gas-liquid mixture containing the gas hydrate, the crystalline chloride, and salt water by cooling the mixed liquid to a eutectic temperature of the gas hydrate and the crystalline chloride;
A separation section that separates the solid-gas-liquid mixture into the gas hydrate, the crystalline chloride, and the salt water;
a decomposition section that heats the gas hydrate separated by the separation section to decompose the gas hydrate into gas and water;
Equipped with
The generating unit exchanges heat between the mixed liquid and a refrigerant,
The decomposition section is a seawater desalination apparatus that exchanges heat between the refrigerant that has been heat exchanged in the production section and the gas hydrate .
前記分離部によって分離された前記塩水を前記混合部に返送する返送ポンプを備える請求項1に記載の海水淡水化装置。 The seawater desalination apparatus according to claim 1 , further comprising a return pump that returns the salt water separated by the separation section to the mixing section. 海水と二酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、キセノン、および、クリプトンのうちのいずれか1または複数のガスとを混合して混合液を生成する混合部と、
ガスハイドレートおよび結晶塩化物の共晶温度に前記混合液を冷却して、前記ガスハイドレート、前記結晶塩化物、および、塩水を含む固気液混合物を生成する生成部と、
前記固気液混合物を、前記ガスハイドレートと、前記結晶塩化物と、前記塩水とに分離する分離部と、
前記分離部によって分離された前記塩水を前記混合部に返送する返送ポンプと、
を備える海水淡水化装置。
a mixing section that mixes seawater with one or more gases selected from the group consisting of carbon dioxide, methane, ethane, propane, butane, ethylene, xenon, and krypton to generate a mixed liquid;
a generating unit that generates a solid-gas-liquid mixture containing the gas hydrate, the crystalline chloride, and salt water by cooling the mixed liquid to a eutectic temperature of the gas hydrate and the crystalline chloride;
A separation section that separates the solid-gas-liquid mixture into the gas hydrate, the crystalline chloride, and the salt water;
A return pump that returns the salt water separated by the separation section to the mixing section;
A seawater desalination device comprising:
前記塩水より塩化ナトリウム濃度が低い淡水を前記分離部に供給して、前記塩水の層の上方に前記淡水の層を形成する淡水供給部を備える請求項1からのいずれか1項に記載の海水淡水化装置。 The seawater desalination apparatus according to claim 1 , further comprising a freshwater supply unit that supplies freshwater having a lower sodium chloride concentration than the saltwater to the separation unit to form a layer of freshwater above the layer of saltwater.
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