JP2004503367A - 海水の脱塩方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、海水および塩水の脱塩、および燃焼装置からでる排気中の有害なＣＯ_２ガスの除去に関する。二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度の高い排気を処理室に導入し、海水を、塩分子を弱らせるための触媒として使用するアンモニアと混合した後、室の中にポンプで送り込み、最上部の近くにある多くの地点で細かい霧状のものとして散布し、そこで塩をＣＯ_２ガスに曝す。水中のアンモニアが塩分子（ＮａＣｌ）の内部結合を弱くし、Ｃｌ原子を吸引し、付加する。室中のＣＯ_２は塩分子のＮａ原子を吸引して付加し、結合をさらに弱くし、塩分子を分裂させる。二種類の重い固体が形成され、下にある清澄器中で除去される。塩１トンあたり大量の脱塩された海水は清澄器の上部から流れ、地域社会や農業に利用される。これによって、処理室から環境中に放出される前に、排気中の有害なＣＯ_２も除去される。固体のＮＨ_４Ｃｌはアンモニアを得るために再循環使用され、第二の固体ＮＨ_２ＣＯ_３は販売可能な生成物であり、本製法の経費を十二分に賄うことができる。

Description

【０００１】
本発明は海水または塩水の脱塩方法に関する。
【０００２】
発明の背景
地域社会、農業および工業には益々多くの水が必要とされているが、世界の多くの地域で入手が困難となっている。海水は塩を含むために利用できず、そして塩を除去するための既存の方法は、遅く、困難であり、経費がかかり、多くのエネルギーを必要とする。エネルギー消費は世界中で増加しているが、その大部分は石油、ガス、石炭、その他の有機物質の燃焼により行われており、これが環境を汚染している。
【０００３】
現在、世界中の環境科学者達が、現在発生し環境空気中に排出されている二酸化炭素（ＣＯ_２）の量を低減させ、ＣＯ_２ガスが有する有害な温室効果から環境を保護することを勧告している。そのため多くの国が、法的な必要条件として自国のＣＯ_２放出量低減に専心している。
【０００４】
従って、環境を汚染する恐れのある燃焼排気方法により生じるＣＯ_２を利用し、大量の海水の脱塩水を製造するための、低コストで、実用的な方法を提供する本発明は非常に重要である。他の方法は類似の化学物質を使用しているが、既存の方法では、これらの結果を同時に、経済的に達成できていない。特に、Ｅｒｎｅｓｔ Ｓｏｌｖａｙが１８６５年に改良したアンモニアソーダ灰製法では、塩化ナトリウム濃縮溶液をアンモニアで飽和させ、その中に二酸化炭素を通し、ソーダ灰を得る。
【０００５】
発明の概要
上記の、および他の目的および優位性は、海水を脱塩するための化学的方法および排気からＣＯ_２を除去することを含んでなる本発明により得られる。塩の分子（ＮａＣｌ）はＮａ原子とＣｌ原子との間に強い内部結合を有するが、これを二工程で分裂させる。
【０００６】
本発明による第一工程では、触媒であるアンモニアＮＨ_３を計量供給し、除去すべき塩を約３重量％含む海水と混合する。アンモニアは水と容易に混合し、非常に攻撃的な反応物分子を含むＮＨ_４ＯＨを形成する。これらの分子は強い引力を有し、海水中の塩分子のＣｌ原子を引き付ける。これによって内部結合が弱まり、塩がより攻撃され易くなる。
【０００７】
本方法による第二工程は、清澄器の上に配置された閉鎖処理室で行われる。ＣＯ_２濃度が高く、通常は大気中に排出され、環境を汚染する燃焼排ガスを本方法に使用する。ガスは片側にある入口を通って進入し、処理のために室の中に滞留する。滞留しているガスは他の側にある出口から排出される。海水混合物は処理室の中の、上部近くにある数多くの出口にポンプ輸送され、目詰まりしない霧状のものとして散布される。
【０００８】
ＣＯ_２ガス分子は塩のＮａ原子に引き付けられ、海水の霧の中にある塩分子をさらに弱め、分解する。二種類の重い固体が形成され、清澄器中で沈降し、下部流出口から除去される。
【０００９】
塩は海水中に約３％しか存在しないので、塩１トンあたり大量の脱塩された海水が清澄器の上部から流出する。次いで、脱塩された海水は地域社会、農業および工業に使用できる。脱塩された海水は、溶解しているアンモニアおよび他の海洋生物のための栄養であるプランクトン、その他の生物をなお含む。これらの栄養分は農地の肥沃化にも利用できる。あるいは、必要であれば、強力な通気や生物学的な処理により、あるいは目詰りしないフィルターにより、これらの物質を水から除去することができる。コロイド状物質は凝集し、スラッジまたはフィルターケーキとして回収される。
【００１０】
塩の分解およびＣＯ_２ガスの除去により生じる二種類の固体は、比重２．５３の炭酸ナトリウムＮａ_２ＣＯ_３および比重１．５３の塩化アンモニウムＮＨ_４Ｃｌである。
【００１１】
これら二種類の固体は、湿式サイクロン分離器、エアコンベヤ、および噴霧器、または他の手段により分離することができる。炭酸ナトリウムには成長市場と良好な価格とが存在する。これによって製法全体の経費が賄われ、脱塩された海水を無料で使用することができる。ＮＨ_４Ｃｌ中のアンモニウムは酸化カルシウムＣａＯで熱処理することにより再循環させるか、またはＮＨ_３およびＨＣｌに転化することができる。
【００１２】
キャリヤーとしての海水および３重量％の塩で１トンの塩を除去する塩分解反応に関する化学式（または等式）は下記式：

で表される。
記号Ｔは重量でトンを意味する。最後の列の数字は化学式で表す化合物の分子量を表す。
【００１３】
本発明による方法は、最上部プレートおよび円筒状壁を包含する処理室で行うことができ、処理室は、排水溜めを備えた円錐形の底部に接続された円筒状壁を有する清澄器の上に配置されている。数多くの散布スプレー出口を備えた入口パイプが、アンモニアと混合された海水を供給する。入口ダクトが、ＣＯ_２ガスを含む燃焼排気を処理室に供給する。出口ダクトは残留排ガスを除去する。
【００１４】
上部流堰および上部流パイプが脱塩された海水を排出する。スプラッシュボードおよびリング上部流カバーが水を捕獲し、はね散らし、塩をさらに除去する。パイプコンベヤが空気注入により下部流を排水溜めから除去するが、その際、空気注入は材料を混合し、排水溜めから引き上げ、分離装置の中に噴霧する。空気は分離装置の最上部から除去される。
【００１５】
特別な実施態様の説明
海水または他の塩水中で、その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で塩の分子分解および効果的な除去を利用する本発明の改良された処理方法または設備は、それぞれ清澄器上に配置された、縦列または平行に配置された一以上の閉鎖処理室で行われる連続的な化学製法により達成される。
【００１６】
発電所、炉、その他の燃焼装置において、ガス、石油または石炭を燃焼させた時に通常排出されるＣＯ_２ガス濃度の高い排気は、上空に達した時に環境に有害な影響を及ぼす。
【００１７】
排気は処理室に送られ、排気から除去されたＣＯ_２ガスがその処理に使用される。触媒としてアンモニアを塩とバランスの取れた量で海水に加え、混合し、塩の内部結合を弱めてから、海水を処理室にポンプで送り、最上部に近い多くの地点で細かい霧状のものとして散布する。細かい霧状のものは一以上のスプラッシュボードに当たり、そこでＣＯ_２ガスは強力な反応物として作用し、弱くなった塩分子に接続し、それらの分子を引き裂く。
【００１８】
塩、アンモニア、ＣＯ_２および水の原子から二種類の重い固体が生じ、除去される。つまり、炭酸ナトリウムおよび塩化アンモニウムの化合物である。
【００１９】
下部である清澄器では、脱塩された海水が清澄器の上部から排出され、重い固体が沈降し、下部流として除去され、回収される。
【００２０】
複数の処理室を様々な様式で使用することができる。二または三個以上の室を平行に配置する場合、それに比例して室面積平方メートルあたりの海水、塩、アンモニアおよびの流れが減少し、水の脱塩が増加する。
【００２１】
別の態様によれば、三個の類似した処理室を縦列に配置し、燃焼排気流が第一、第二および第三の順に流れ、次いで残留排気がそこから排出される場合、アンモニアと混合された海水を第二の室にポンプ輸送し、そこで処理することができる。
【００２２】
しかし、処理した海水がなお大量の塩を含む場合、アンモニアの量が十分であるかを確認し、第一処理室にポンプ輸送し、仕上げ処理を行って脱塩条件に適合させることができる。
【００２３】
必要であれば、ポンプ輸送された混合海水の一部を分岐させ、第三処理室中に噴霧して仕上げ処理を行い、残留ＣＯ_２ガスを除去することができる。
【００２４】
本発明の方法は、塩含有量が比較的均一な海水に主として使用する。海水は約３重量％の塩を含むが、この百分率は地域によって異なる。大量の真水が流入するフィヨルドや狭い湾では、塩の百分率が低下する。熱帯区域および浅い海では塩含有量がより高いが、一般的に４重量％を超えることはない。
【００２５】
海水中には、マグネシウム、カルシウムおよびカリウムがナトリウム塩と比較して非常に小さな比率で存在する。これらの金属はほとんどの生物細胞に必要であり、それらの一部は上記の方法により除去することができる。
【００２６】
海水は、他の海洋生物にとって重要な栄養分として作用するプランクトンおよび他の微生物も含んでいる。
【００２７】
これらの微生物は、脱塩した海水を不毛または準不毛の地域における農業に使用した場合に肥料としても作用し、カリフォルニア、香港および中近東における様に人口および需要（ｄｒａｕｇｈｔ）が増大している所では脱塩した海水が極めて貴重な資源になっている。アラブ諸国では、油田から排出される大量のガスが燃やされており、燃焼から生じるＣＯ_２ガスを本発明による方法により捕獲して除去し、大気汚染を防止することができる。ガスは発電用の燃料として使用できる。
【００２８】
大量の海水の脱塩という本発明による方法において、これらの排気を転換し、かつ有害なＣＯ_２ガスに使用し、その後に、脱塩した水を肥沃な農地の形成に利用できる。アンモニアは現在低コストで大量に生産されており、再循環使用の必要が無いか、またはコスト的に有利である。無論、目詰まりを回避し、信頼性のある製法を与えるために、本発明では海水以外の塩水も代替品として使用でき、最大２２％の塩濃度が使用されている。
【００２９】
本発明を特定の好ましい実施態様に関して説明したが、無論、当業者には明らかな様々な修正や変形は請求項の範囲内に入る。

Claims (4)

1. 海水または塩水の脱塩方法であって、
   アンモニア（ＮＨ_３）を前記水と混合し、有効量の水酸化アンモニウムＮＨ_４ＯＨを形成し、前記水中に存在するＮａＣｌ塩分子と反応させ、前記ＮａＣｌ分子中の結合を弱くすることと、
   閉鎖された処理室中の最上部近くで前記水を細かい霧状のものとして噴霧することと、
   前記噴霧した水を有効量のＣＯ_２燃焼排気に曝し、前記弱くした塩分子と反応させ、前記処理室の下にある清澄器中で炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）および塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）の固体を形成し除去し、固体を沈降させ下部流出口パイプを通して除去し、脱塩された水を前記清澄器から上部流として排出することを含んでなる、方法。
2. 前記処理室が、塩をさらに除去すのに、前記水を捕獲し、はね散らすためのスプラッシュボードを備えてなる、請求項１に記載の方法。
3. 処理中の目詰まりを回避するために、前記水の最大塩濃度が２２％である、請求項１に記載の方法。
4. 前記方法が、塩の除去を最大限にするために、縦列または平行に配置された二個以上の室で行われる、請求項１に記載の方法。