JP6089251B2

JP6089251B2 - 火力発電所の温排海水と高温廃熱の利用方法

Info

Publication number: JP6089251B2
Application number: JP2013082118A
Authority: JP
Inventors: 村原正隆
Original assignee: M Hikari and Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: M Hikari and Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-04-10
Also published as: JP2014202199A

Description

火力発電所の廃棄温海水と高温廃熱を利用したエネルギー資源回収方法に関する。

我が国の原発や火力発電所は沿岸に設備されている。理由は、海水を冷却水として使うからである。その量は“超莫大”で、2008年度の統計によると、原子力発電量を除いた火力発電量は1.79億kWすなわち、100万kWの発電機が179基在ることに匹敵する。この火力発電所で冷却水として海水を1秒間に40トン必要であるから、約7,200トン/秒が使われ、1日で約6億トンが海に捨てられていることになる。東京ドームの容積が120万トンであるから、日本中で1日で東京ドーム約500杯分の海水が利用されずに海に捨てられていることに成る。これら火力発電所で冷却水としてくみ上げた海水が約７℃上昇したのち海に戻される。この排海水に蓄熱されたエネルギーの有効利用が必要であることは勿論であるが、休み無く莫大な量の高温海水が海に戻されることは、海の生態系や地球の温暖化に重大な影響を与えていると考える。

原子力発電所の温排海水の熱を直接利用する試みとして、株式会社日立エンジニアリングサービスの金子らは特許文献１「発電所の融雪装置」（特許公開２００３−３２８３０９）において、発電施設から出る温排海水を、海水ポンプで、発電所施設内に敷設された融雪配管に圧送して除雪を行うことを開示している。鹿島建設株式会社の小山らは特許文献２「土壌加温緑化法」（特許公開平１０−２９５−１９７）において、非透水性の断熱性発泡資材で囲まれた植栽エリア内の下層部を廃熱水を循環させて、土壌を加温することにより、冬季の公園やグリーンベルト、花壇、屋上、水辺などを緑化することが開示されている。株式会社日立製作所の千野らは特許文献３「凝縮器」（特許公開平５−６４７０３）において、発電所の復水器からの温排海水を減圧して凝縮させ、純水製造する方法を開示している。株式会社東芝の伊藤らは特許文献４「養殖システム」（特許公開２００３−２８４４４９）において、原発の復水器からの温排海水で、別途汲みあげた海洋深層水を加温して、海洋水産物を養殖育成することを開示している。株式会社東芝の伊藤らは特許文献５「風力発電プラント」（特許公開２００４−４４５０８）において、原子力発電プラントの外部電源が喪失した場合にも、風力発電を非常用電源として機能させることが開示されている。本願発明者は、特許文献６「オンサイト統合工場」（WO 2008/142995）および非特許文献１「“風力よ”エタノール化からトウモロコシを救え＜風力発電による海洋資源回収と洋上工場」と非特許文献２の「Climate Change and sustainable Development (第19章)」において、海水から化石燃料の代替エネルギー源としての金属ナトリウムを回収する製造工程で、真水、塩酸、硫酸、マグネシウムを副産物として得、かつ主製造物の金属ナトリウムに水を注ぎ、発生させた水素で、水素燃焼発電を行い、この加水分解で生成する副産物の苛性ソーダを化学工業薬品とし、あるいはこの苛性ソーダを再度溶融塩電気分解してナトリウムを再生産することにより、核燃料サイクルと同じように燃料の再供給の必要が無い、水素/ナトリウム燃料サイクルについて開示している。

「発電所の融雪装置」（特許公開２００３−３２８３０９）「土壌加温緑化法」（特許公開平１０−２９５−１９７）「凝縮器」（特許公開平５−６４７０３）「養殖システム」（特許公開２００３−２８４４４９）「風力発電プラント」（特許公開２００４−４４５０８）「オンサイト統合工場」（WO 2008/142995）

村原正隆・関和市「"風力よ"エタノール化からトウモロコシを救え」パワー社出版（２００７年１２月発行） Masataka Murahara「Climate Change and sustainable Development (Chapter 19)」Edited by Ruth A. Reck, Ph.D. , Linton Atlantic Books, Ltd.（２０１０年３月発行） Masataka Murahara「Fuelling the Future/ New energy source manufactured from warm seawater discharge at nuclear power plant <sodium production for hydrogen power generation>」Edited by A.Mendez-Vilas, Brown Walker Press Boca Raton, 429-433p (2012)

原発を海岸に建設する理由は原子炉の冷却水が得やすいためである。一般に、1基の発電機で100万kWの電力を得るために必要とする海水量は、原発で70トン/秒、火力発電で40トン/秒。したがって、原発では1日約600万トンは東京ドーム5杯分、火力発電所の346万トンは東京ドームの3杯分に相当する。しかもその廃海水に蓄熱された温度は7℃以上。この大量な高温海水が魚貝類や気象に与える影響は計り知れないし、豊富な蓄熱された媒体を利用しないのも非経済的である。本発明が解決しようとすることは、原子力発電所も火力発電所であるからこれら火力発電所の廃海水量を減らし、かつ廃海水温度を下げ、しかも廃海水に蓄熱されたエネルギーを化石燃料の代替エネルギーと成る金属ナトリウム製造に利用することである。

原発1基から廃出される温熱海水は、1日600万トンあり、その温排海水には760万キロカロリーの熱エネルギーが蓄熱されている。この熱を利用しなければならない。さらに、600万トンの海水には、単純計算すると真水540万トン、ナトリウム6.5万トン、硫酸1.7万トン、マグネシウム7.7千トンが含まれている。さらに海水を7℃上昇させるための蓄熱エネルギーは420億kcalである。非特許文献３によると、現在の市価を考慮して夫々の資源を単純計算すると、真水5.4億円、ナトリウム975億円、硫酸12億円、マグネシウム31億円および海水の蓄熱エネルギーは石油換算すると3.4億円と、合計原発１基で１日約1,000億円が利用されず、海に棄てられていることになる。原発50基ならばその50倍である。原発を除いた火力発電所は180倍である。従って、日本全国の火力発電所で、1日10兆円が利用されずに海に棄てられている計算に成る。したがって、この温排海水のエネルギーを有効利用して、金属ナトリウムを製造することが本発明の最大の課題である。金属ナトリウムは水を注げば瞬時に大量の水素を発生する固体であるから、本願発明では“水素の元”と命名する。この水素の元を原発や火力発電から廃棄される海水から製造し、この水素の元を火力発電所で水素燃焼発電に供することにより海に廃棄する温排海水を極減させ、かつそれを電力エネルギーである“水素の元”を低価格で生産することである。

原発や火力発電所が海岸に建設される理由は、冷却海水が得られるためである。しかし電力を都市圏の電力消費地に送るためには送電線が必要である。これを、原発の目的を“ナトリウムの製造”に限定すれば、発生した電力を首都圏の電力消費地に送る送電線の必要はない。従って、冷却海水が得られる場所ならば無人島でも孤島でも良い。原発の立地を居住地域とは隔離し、そこで海水からナトリウムを製造し、陸地の電力消費地に輸送し、ナトリウムに水を加え、水素を発生させ、電力消費地の火力発電所で水素発電を行えば、二酸化炭素も放射能もないクリーンな生活環境を創成することができる。

火力発電所や原発で温排海水を海に大量に放水することは、生物環境や地球の温暖化に重大な影響を与える。原発の復水器を冷却するために使われた排海水の放水口での温度は7℃以上である。そこで出来うることなら、この温度差を“ゼロ”に収斂させて、生物環境や地球の温暖化防止することが必要である。

海水を濃縮し、食塩を30％にすると水溶液電気分解で苛性ソーダを製造することができる。このためには復水器からの温排海水の温度を100℃にすれば、減圧せずに蒸留水を回収し、かつ高濃度の濃縮塩を回収することができる。一般に海水を煮詰めると108℃で硫酸カルシウムの析出が始まり、180℃で塩が析出し、塩化マグネシウムがろ液として分離できる。したがって、温排海水の温度を100℃にすれば海水中の水は蒸留水として、塩は濃縮塩として別途エネルギーを使わずに回収ができる。そこで復水器内で水蒸気を水に還元させる手段と冷却水としての海水を濃縮する手段とに役割分担させるために、復水器内で冷却水としての海水を貫流させる冷却用細管系統を、冷却水の排出温度により復水器内の中央部上下で、低温冷却水が排出される下部細管部と高温冷却水が排出される上部細管部に二分割し、上部細管部を貫流される温海水はタービン回転後の水蒸気と復水器内で熱交換した後50℃-100℃の高温海水として排出される。更に、この高温海水を減圧蒸留して真水及び濃縮塩水(20-30%)を得る。この濃縮塩水を電気分解工場に移送し、不純物としてのカルシウムイオン、マグネシウムイオン及びイオン交換膜で硫酸イオンを分離した後、そのろ液を水溶液電解して苛性ソーダを製造する。この苛性ソーダを脱水後、溶融塩電解して金属ナトリウムを製造する。一方、復水器のタービン側では水蒸気の圧力は70気圧で温度は280℃であるが、復水器を出て原子炉に戻る水の気圧は極端に低く、温度は50℃以下である。したがって、下部細管部を貫流する冷却海水は冷却のみの目的に供し、復水器内での使用後は温排海水として海に放水される。

請求項１記載の発明は、石炭火力、石油火力、LNG火力、バイオマス火力あるいは原子力などの火力発電所の燃焼ボイラーの中を循環する水を蒸発させて、水蒸気を作りこの水蒸気の力でタービンを回すために、復水器で水蒸気を冷却して気圧差を発生させ、その気圧差でタービンの回転で発電機を駆動するのが火力発電である。水蒸気発生器から発生した水蒸気は、発電用タービンを回転させた後、水蒸気を水に戻す役割を持つ復水器に導入され、復水器の中で冷却されて水に変換された後、復水器の出口から出て、夫々の発熱源に戻る。一般に、水が100℃で気体に成ると体積は約1200倍膨張し、さらに高温になれば、さらに膨張する。ところが、その水蒸気を100℃以下に冷やせば水に変わり、体積は1/1200以下に戻る。この気圧差がタービンを回し、その水蒸気が水に戻った後、ボイラーに戻す。このタービンを回すための水蒸気は、「液体＋熱→水蒸気→タービンの回転運動に変換→水蒸気＋冷却→液体」の工程を繰り返す。この「“＋熱”」が燃料棒やボイラーである。「“＋冷却”」が復水器（2次冷却水）の役目である。この２次冷却水に海水を用いるため日本の原発や火力発電所は海岸に隣接している。この冷却水としての海水の量が発電量100kW当たり40トン/秒が必要である。1日あたり345万トンである。この海水には単純計算すると真水310万トン、ナトリウム3.7万トン、硫酸0.98万トン、マグネシウム4.4千トンが含まれている。さらに海水を7℃上昇させるための蓄熱エネルギーは241億kcalが蓄えられている。これらミネラルを回収する目的で、本発明ではこの復水器の中に冷却水として海水を貫流される冷却用細管系統が、冷却水の温度により復水器内の中央部上下で低温冷却水が移送される下部細管部と高温冷却水が移送される上部細管部に二分割させた位置に設備され、下部細管部を貫流する冷却海水は冷却のみの目的に供し、復水器内での使用後は温排海水として海に放水する。一方、上部細管部を貫流される高温海水は、50℃-100℃に蓄熱された後、減圧蒸留して、望ましくは多段式フラッシュ蒸留缶で減圧蒸留して蒸留水として回収する。同時に脱水された温海水は、20〜30％の濃縮海水として回収され、この濃縮海水は苛性ソーダ製造用に供される。一般に火力発電所の発電効率は40〜50%で、50%以上の熱エネルギーが棄てられている。そこで本発明では、火力発電所のガスタービンの前段を流れる超高温ガス（800℃以上）または後段から排気される高温ガス（800〜600℃）あるいは蒸気タービンの後段から排気される中高温ガス（600〜300℃）の温度雰囲気内に熱媒が充填されたパイプを備え、そのパイプの中の熱媒を介して卑金属塩を融解して、極力ジュール熱発生のための電力供給を抑制し、その分廃熱を利用して溶融塩を形成させている。本発明での主原料は海洋塩であるので、先ず発電用蒸気タービンの後段から排気される中高温ガス（600〜300℃）の廃熱で製塩を行い備蓄し、発電所の深夜電力や余剰電力とガスタービンの前段を流れる超高温ガス（800℃以上）または後段から排気される高温ガス（800〜600℃）で直接塩を融解させて、金属ナトリウム、水素化ナトリウム、金属マグネシウムなどを製造する。また我が国で唯一自給率100%を誇る石灰岩は、格好なエネルギー源金属カルシウムや水素化カルシウムの原料である。これらの炭酸カルシウムは、石灰岩として、廃材としては鉄鋼スラグ、貝殻や甲殻類あるいは温泉水に含有する。とくに鉄鋼スラグの廃熱はこれらの融解熱としても使用できる。これら鉄鋼スラグや火力発電所の廃熱を熱媒ヒーターで融解させるために、溶融塩炉と廃熱源とをパイプで繋ぎこのパイプの中に熱媒を循環させて熱媒を介して、卑金属溶融塩を作り、少ない電力でエネルギー資源を回収することが本発明の特徴である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の超高温ガスとは水素酸素燃焼にかかわる1700℃以上を意味する。火力発電所の熱効率は、世界で、日本が最も高く、４５％である。原子力発電の場合は、３０％と低い。木材チップを燃やして発電する木質バイオマス発電では更に低い20％である。一方、発電効率向上の努力も続けられ、2007年には1500℃級のLNGコンバインドサイクル発電で約59%が達成され、2016年には燃焼室の温度を1600℃級にして効率61%を目指している。ただこれでも、燃料がLNGだから二酸化炭素排出は免れない。ところが、水素の燃焼温度は3,000℃と高く、燃焼エネルギーは水素２ｇで、286 kJ（H₂+1/2O₂=H₂O+286 kJ）、化石燃料を代表する炭素（C）の燃焼エネルギーは炭素12ｇで394 kJ（C+O₂=CO₂+394 kJ）なので、同じ重さで比較すると水素は炭素の4.4倍のエネルギーを有し、かつ、炭素の燃焼のように二酸化炭素(CO₂)は発生せず、廃棄物は水（H₂O）のみである。これが地球環境にやさしいクリーンエネルギーとして脚光を浴びる理由である。我が国では、NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）が水素の効率的利用およびガスタービン発電システムの効率向上を目指し、秋田県田代町の三菱重工ロケットエンジン試験場において、1,700℃級ガスタービンの燃焼試験に成功している。この水素燃焼タービンは燃焼系に水素ガスと酸素ガスを入れるため、発生するガスは水蒸気のみで窒素酸化物は発生しない。ガスタービン入り口のガス温度を1,700℃まで上げることで発電効率を70％も夢でない。しかし温度が1700℃以上に成るとガスタービンの熱耐性がそこまで追いつかない。そこで水素ガスとLNGの混合などで燃焼温度を低く抑える試みが行われている。
そこで本発明では、水素―酸素燃焼室とガスタービンの間に熱緩衝域として熱媒ヒーターを配備して該タービンの熱風を緩和して熱破壊を回避させ、かつ、その吸熱による800℃以上の高温を利用して塩を直接溶融した状態で電気分解して卑金属または水素化卑金属を製造している。

請求項３記載の発明は、請求項1記載の卑金属がナトリウムまたはカルシウム或はマグネシウムであるが、この理由は、本発明での主原料は海洋塩であるので、先ず中高温ガス（600〜300℃）の廃熱で製塩を行い備蓄し、発電所の深夜電力や余剰電力とガスタービンの前段を流れる超高温ガス（1600〜1200℃）または後段から排気される高温ガス（1200〜600℃）で直接塩を融解させて、金属ナトリウム、水素化ナトリウム、金属マグネシウムなどを製造する。また我が国で唯一自給率100%を誇る石灰岩は、格好なエネルギー源金属カルシウムや水素化カルシウムの原料である。これら石灰石中には約56%の炭酸カルシウム(CaCO₃)が含まれているが、更に、多い95〜98%以上含まれているのが貝殻である。この貝殻は石灰岩のような鉄分やアルミニウムなどの不純物は全く無く至って純粋な炭酸カルシウムである。例えば帆立貝を例に取ると、国内では年間21万トンが廃棄物として出るが、水素化カルシウム(CaH₂)製造として有望である。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載の高温ガスは、該タービンの後段に備えた熱媒の吸熱による600℃〜800℃の範囲の高温であり、食塩を直接融解するには800℃以上必要であるが、融解温度を下げる目的で、塩化ナトリウム(NaCl)を約60%と塩化カルシウム(CaCl₂)を約40%の混合塩にすると融点が200℃降下して600℃で溶融塩ができるために、、該タービンの後段に備えた熱媒の吸熱による600℃〜800℃の範囲の廃熱を利用する。

請求項５に記載の発明は、請求項１記載の中高温ガスは、蒸気タービンの後段から排気される300℃内外の中高温ガスは比較的低温排ガスのため、熱媒も油でよく、海洋塩の脱水分離、塩水の電気分解により生成した苛性ソーダの脱水、希硫酸の脱水など化合物の脱水用に好都合な温度である。

請求項６に記載の発明は、高温用熱媒としての易融金属としてHg、Na、Na-K、Li、Pb、Pb-Biなどがあうが、鉛(Pb)以外は危険性を伴う金属である。この鉛はこれら易融金属の中で最も価格が安く、扱いも楽である。ただし、鉛が液体である温度範囲が350〜900（1,750）℃であるから、予め加熱を施し、溶融状態にしておかねば熱媒ヒーターとして働かない。そこで請求項1記載の熱媒として鉛(Pb)を使用するに際し、熱媒ヒーターのパイプを、２または３重管構造にして、始動段階では、内管にPbを流し、中管にはHTS（NaNO₂, NaNO₃,KNO₃ などの混合物：200〜500℃）を流し、外管に油を循環させる。

請求項７に記載の発明は、請求項1記載の製法で生成した第2属金属または第1属及び2属金属の水素化物は高融点であるため自然冷却を余儀なくされる。しかし、この廃熱が勿体無い。そこでこれらの熱を熱媒ヒーターで吸熱し、この廃熱で塩水の脱水を行い製塩を行う。

請求項８に記載の発明は、福島県や宮城県などの津波災害を受けた地域の休眠中の原子力発電所を地域復興に役立たせるための提案である。原発1基から廃出される温熱海水は、1日600万トンあり、その温排海水には760万キロカロリーの熱エネルギーが蓄熱されている。この熱を利用しなければならない。さらに、600万トンの海水には、単純計算すると真水540万トン、ナトリウム6.5万トン、硫酸1.7万トン、マグネシウム7.7千トンが含まれている。さらに海水を7℃上昇させるための蓄熱エネルギーは420億kcalである。非特許文献３によると、現在の市価を考慮して夫々の資源を単純計算すると、真水5.4億円、ナトリウム975億円、硫酸12億円、マグネシウム31億円および海水の蓄熱エネルギーは石油換算すると3.4億円と、合計原発１基で１日約1,000億円が利用されず、海に棄てられていることになる。これが福島第2原発では４基(440万kW)、女川原発では3基(217.4万kW)が休眠中で有る。とくに福島第2原発は、福島第1原発の廃炉作業用電力供給にも役立つと考える。そこで地域で復興に利用できる発電量を考慮して、復水器から廃棄される温排海水の一部をフラッシュ減圧蒸留して得られた蒸留水を地区割り壁で仕切り、昼夜となく広範囲な塩害土壌の洗浄を行い、夜間は昼間製造した食塩を深夜電力と原子炉の廃熱とで溶融塩電気分解を行い金属ナトリウムを生産し備蓄又は電池用に販売し、昼間は電力を首都圏に送配電する一方、原子炉の廃熱を用い、深夜電力で製造する金属ナトリウム用原料としての食塩を製造する。

請求項９に記載の発明は、津波災害や放射能汚染地域から出た木材や伐採された樹木チップを処理するバイオマス火力発電所を無人島に設立することを提案する。バイオマス発電所の立地場所は原発と異なり火山島でも良い。一般には発電所は生産した電力を消費地に輸送するために、送電線を必要とした。ところが発電所の設置目的を“ナトリウムの備蓄”に限定すれば、電力を首都圏の電力消費地に輸送する送電線の必要はない。また島であれば原料の海水に事欠かない。木材チップの放射能汚染の心配も問題にならない。当該発電所の復水器から排出される温海水から得た蒸留水は飲料水や工業用水として近隣諸国にタンカーで移送すれば国際貢献に繋がる。またナトリウムは電力用燃料として備蓄することができる。一般に、バイオマス発電の効率は高々20%であり、80%が廃熱として大気中に捨てられている。この廃熱を金属ナトリウムや苛性ソーダあるいは製塩に利用して効率を９０％にあげることが、福島の出稼ぎ発電所であると考える。

上記のように、本発明によれば、原子力発電や火力発電で冷却のために汲み上げた海水の有効利用の方法として、海に戻される莫大な量の温熱海水に蓄熱された熱エネルギーを廃熱すること無く、その熱で蒸留水と濃縮海水を回収し、その濃縮海水を、発電で得られた電力を用い、電気分解して、化石燃料の代替エネルギーと成り得る金属ナトリウムを製造することができる。そして金属ナトリウムを備蓄して、火力発電所で加水分解により発生させた水素で水素燃焼発電を行い、廃棄物として得られる苛性ソーダは化学工業用薬品として供給する。さらに金属ナトリウム製造過程で得られる副産物の真水、塩酸、硫酸、マグネシウムは従来大電力を用いて製造していた製品である。これが只同然で得られるのだから経済効果大である。とくに海水の濃縮物から得られる金属ナトリウムは石油の代替エネルギーとして、枯渇の心配もなく、地域偏存も無いエネルギー資源として、資源戦争の無い世界建設に貢献すると考える。

火力発電所の廃棄温海水および廃熱を利用するための系統概略図。

以下、本発明の効果的な実施の形態を図１に基づいて詳細に説明する。

図1は火力発電所の廃棄温海水および廃熱を利用するための系統概略図である(請求項1の説明図)。
本願発明は、火力発電の水素燃焼コンバインドサイクル発電で得られた熱風でガスタービンを回転し、かつボイラーで発生した熱により得られた水蒸気で水蒸気タービンを回転して発電機を駆動して発電するものである。先ず、耐熱温度が1,700℃以上のタービンを有する水素燃焼コンバインドサイクル発電施設は、水素発生施設25で備蓄金属ナトリウム22に真水15を滴下して発生した水素25を、水素燃焼コンバインドサイクル発電施設23に送り、酸素26と共に燃焼器27で燃焼させる。この水素発生施設24の中に石油（軽油又は灯油）30は金属ナトリウム22の加水分解を制御するための触媒としての働きも有している。コンバインドサイクル発電の特徴は、同じ出力の蒸気タービンより始動時間が短く、かつガスタービンの排気からも熱を回収するため、熱効率が高い。燃焼器27で燃焼した水素25と酸素26の高温ガスはガスタービン28を回転させて発電機21を駆動させてガスタービン発電を行った後、ボイラーを加熱した後、排ガスは圧縮機29で圧縮された後再び燃焼室に戻る。他方、ボイラー19で作られた水蒸気で、蒸気タービン20を回転させて発電機21を回転させて水蒸気タービン発電を行う。水蒸気タービン20を駆動させた水蒸気は、水蒸気入り口１から復水器２に入り低温海水出口３から出て、夫々の発熱源に戻る1次冷却水４のループと、海から汲みあげた海水（2次冷却水）５は上部細管６と下部細管７の2方向に分かれ、下部細管7を貫流した冷たい海水（2次冷却水）５は温排海水８となり海に放水される。他方、真水と濃縮海水を回収するための海水（2次冷却水）５は上部細管６に入る前に、フラッシュ減圧蒸留缶９の中の凝縮用コイル10を通り、上部細管６に入り、1次冷却水４で加熱され50〜100℃の高温海水11に蓄熱されてフラッシュ減圧蒸留缶９に入る。このフラッシュ減圧蒸留缶９は、高温海水11の温度に応じた飽和水蒸気圧に対応し減圧され、50℃では100mmHg、80℃では350mmHg、90℃では510mmHg、100℃では760mmHg(1気圧)の気圧で発生した水蒸気（濃縮塩水からの水蒸気）12はコイル10で冷却され、凝縮して露結した蒸留水13は真水受け皿14で集められ真水（蒸留水）15が得られる。一方減圧蒸留により脱水された高温海水（50〜100℃）11は約20〜30%の高濃度濃縮塩水16になり、硫酸製造工場（電気分解工場）17に送られる。この20〜30%濃縮塩水は脱Ca,脱Mg,イオン交換膜で硫酸を分離して希硫酸18を製造する。
火力発電での発電効率は高々50%で、40〜50%の熱が廃棄されている。そこで本発明では、火力発電所のガスタービンの前段を流れる超高温ガス（800℃以上）または後段から排気される高温ガス（800〜600℃）あるいは蒸気タービンの後段から排気される中高温ガス（600〜300℃）の温度雰囲気内に熱媒が充填されたパイプを備え、そのパイプの中の熱媒を介して卑金属塩を融解して、極力ジュール熱発生のための電力供給を抑制し、その分廃熱を利用して溶融塩を形成させている。本発明での主原料は海洋塩であるので、先ず発電用蒸気タービン20の後段から排気される中高温ガス（600〜300℃）の廃熱を中高温熱媒ヒーター35で吸収した熱を製塩工場36に送り、熱媒ヒーター37で濃縮海洋塩38を脱水してNaCl、CaCl₂、MgCl₂を分別回収する。この製塩工場で製造した食塩は備蓄され、必要に応じて金属ナトリウムや苛性ソーダ用原料として供給する。同時に中高温熱媒ヒーター35の廃熱は苛性ソーダ製造工場（食塩水の電気分解）39において、製塩工場36で製造した食塩に水15を加えて調合した30%食塩水を80℃内外で水溶液電気分解を行い苛性ソーダ32を製造する。一般に深夜は電力が余る。そこで深夜電力や余剰電力を用い、ガスタービンの前段を流れる超高温ガス（800℃以上）を用いるために33で吸熱した熱媒（Pb）を介して高温溶融塩電気分解工場40に送り、製塩工場36で製造した食塩を超高温溶融塩熱媒ヒーター33により溶融塩電気分解炉42を加熱して金属ナトリウム22を製造する。他方ガスタービン28の後段から排気される高温ガス（800〜600℃）の廃熱を高温熱媒ヒーター34で吸収して高温溶融塩電気分解工場41に送り、苛性ソーダ32を溶融塩電気分解するか食塩と塩化カルシウムの混合塩を溶融塩電気分解して共に金属ナトリウム22を製造する。またこの工場で製造した金属ナトリウム22に水素25を化合させて水素化金属43を製造する。同様に金属マグネシウムも製造する。また我が国で唯一自給率100%を誇る石灰岩から、金属カルシウムや水素化カルシウムを製造する。

石油や石炭が燃料として君臨できた理由は、それらが軽く、かつ長期貯蔵や長距離輸送ができたからである。しかし、石油も石炭も可採年数は限られ、しかも二酸化炭素を排出する。これとは対照的に、水素は可採年数が無限で、二酸化炭素を出さず、クリーンで環境にも優しい燃料である。ところが、水素自身は軽いにも拘らず、水素を貯蔵する容器（ボンベ）や吸蔵合金が重過ぎて運搬には不向きである。そこで、“水素”を“水素の元（ナトリウム）”に変換した。このナトリウムは、海水や岩塩として世界中に広く分布し、枯渇の心配も偏存の心配も無い。一方、原子力発電や火力発電では、冷却のために汲み上げた莫大な量の海水が、高温のまま海洋放棄されている。この蓄熱された熱エネルギーを利用し、蒸留水と濃縮海水を回収し、その濃縮海水を、電気分解して、化石燃料の代替エネルギーとしての金属ナトリウムを製造備蓄して、電力需要時に火力発電所で発生させた水素で水素燃焼発電を行う。廃棄物として得られる苛性ソーダは化学工業用薬品として供給する。さらに金属ナトリウム製造過程で得られる副産物の真水、塩酸、硫酸、マグネシウムは従来大電力を用いて製造していた製品である。これが只同然で得られため経済効果大である。とくに海水から得られる金属ナトリウムは石油の代替エネルギーとして、枯渇の心配もなく、地域偏存も無い電力を生み出す資源として、我が国の産業へ多大の貢献ができる。

１水蒸気入り口
２復水器
３低温海水出口
４夫々の発熱源に戻る1次冷却水
５海から汲みあげた海水（2次冷却水）
６上部細管
７下部細管
８温排海水
９フラッシュ減圧蒸留缶
１０凝縮用コイル
１１高温海水（50〜100℃）
１２水蒸気（濃縮塩水からの水蒸気）
１３凝縮して露結した蒸留水
１４真水受け皿
１５真水
１６高濃度濃縮塩水（20〜30%）
１７硫酸製造工場（電気分解工場）
１８希硫酸
１９ボイラー
２０蒸気タービン
２１発電機
２２金属ナトリウム(Na)
２３水素燃焼コンバインドサイクル発電施設
２４水素発生施設
２５水素
２６酸素
２７燃焼器
２８ガスタービン
２９圧縮機
３０軽油
３１苛性ソーダ
３２苛性ソーダ貯蔵庫
３３超高温熱媒ヒーター
３４高温熱媒ヒーター
３５中高温熱媒ヒーター
３６製塩工場
３７製塩用熱媒ヒーター
３８濃縮海洋塩
３９苛性ソーダ製造工場（食塩水の電気分解）
４０超高温溶融塩電気分解工場
４１高温溶融塩電気分解工場（NaOH or 食塩塩化カルシウム混合塩）
４２溶融塩電気分解炉
４３水素化金属
４４塩酸

Claims

火力発電所の復水器から廃棄される温海水あるいは鉄鋼スラグ中の石灰岩または貝殻または甲殻類などに含有する炭酸カルシウムを、火力発電所のタービン駆動の廃熱または余熱を用いて周期表1属または2属元素から成る卑金属または水素化金属を水溶液電気分解または溶融塩電気分解により電解生成するに際し、火力発電所のガスタービンの前段を流れる超高温ガスまたは後段から排気される高温ガスで巡回パイプ内の熱媒ヒーターを介して溶融塩電気分解炉内の卑金属塩を加熱させ卑金属溶融塩を形成し、and火力発電所の蒸気タービンの後段から排気される中高温ガスを巡回パイプ内の熱媒ヒーターで、海洋塩または苛性ソーダまたは希硫酸の脱水分離あるいは製塩を行うことを特徴とする廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
請求項１記載の超高温ガスを前記タービンの前段に備えた超高温熱媒ヒーターに吸熱させて該タービンへの熱風を緩和して熱破壊を回避させ、かつ、その吸熱による800℃以上の高温を利用して卑金属塩を直接溶融した状態で電気分解して卑金属または水素化卑金属を製造することを特徴とする請求項１記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
請求項1記載の卑金属がナトリウムまたはカルシウム或はマグネシウムであることを特徴とする請求項１および請求項２記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
請求項１記載の高温ガスは600℃〜800℃の範囲の高温であり、この廃熱を高温熱媒ヒーターで吸収し、食塩および塩化カルシウム混合塩または苛性ソーダあるいは石灰岩や貝殻または甲殻類などに含有する炭酸カルシウムを直接融解した状態で電気分解して金属ナトリウムまたは水素化ナトリウムあるいは金属カルシウム又は水素化カルシウムを製造することを特徴とする請求項１および請求項２および請求項3記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
請求項１記載の中高温ガスは、蒸気タービンの後段から排気される300℃〜600℃の範囲の中高温ガスを巡回パイプ内の熱媒（油）で、海洋塩の脱水分離または製塩、あるいは濃縮塩水の電気分解により製造した苛性ソーダまたは希硫酸などの脱水を行うことを特徴とする請求項１記載の廃棄温海水および炭酸カルシウムを含有物からエネルギー資源の回収方法。
請求項1記載の熱媒として鉛(Pb)を使用するに際し、鉛が液体である温度範囲が350〜1,750℃だから、熱媒ヒーターのパイプを３重管構造にして、始動段階で内管のPbを液体にしておくために、中管に200〜500℃の温度範囲の熱媒HTS（NaNO₂, NaNO₃,KNO₃ の混合物）を流し、かつ外管に300℃内外の温度範囲の油を予熱として循環させることを特徴とする請求項１記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
請求項1記載の製法で生成した金属や水素化金属を冷却する際に、冷却のための廃熱を
熱媒ヒーターで濃縮海水を脱水して製塩を行うことを特徴とする請求項１記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
原子力発電所を地域復興に役立たせるために、復水器から排出された温海水から得た蒸留水で塩害土壌の洗浄を行い、夜間は昼間製造した食塩を深夜電力と原子炉の廃熱とで溶融塩電気分解を行い金属ナトリウムを生産し、かつ原子炉の廃熱を用い塩を製造することを特徴とする請求項１記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
木材や伐採された樹木チップをバイオマス火力発電所に輸送し、当該発電所の復水器から排出される温海水から得た蒸留水は飲料水や工業用水とし、得られた電力と廃熱とを製塩と金属ナトリウム製造に用いることを特徴とする請求項１記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。