JP6194054B2 - 一部の効用機に部分的に酸を投入する多重効用淡水化装置及びこれを用いた淡水化方法 - Google Patents

Description

本発明は、高温の一部の効用機に部分的に酸を投入する多重効用淡水化装置及びこれを用いた淡水化方法に係り、より詳しくは、高温部Ｈに相当する効用機にのみ部分的に酸を更に投入して、スケール抑制剤とともに供給水のスケール及び腐食のリスクを極力抑えることにより、多重効用淡水化装置の塩水の最高の温度（ｔｏｐ ｂｒｉｎｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＴＢＴ）を上昇させる技術に関する。

一般に、海水の淡水化（Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ）設備は、海水及び汚水などから生活用水や工業用水として用いられる淡水を生産する設備であり、多段フラッシュ蒸留（Ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅ Ｆｌａｓｈ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ：ＭＳＦ）法、多重効用蒸留（Ｍｕｌｔｉ−ｅｆｆｅｃｔ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ：ＭＥＤ）法などが汎用される。これらに加えて、膜ろ過法として圧力を用いる逆滲透（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ：ＲＯ）法などが用いられるが、近年では、上述した色々な方法のうち２以上の方法を組み合わせて淡水の生産量及び効率性を高めるためのハイブリッドタイプなども用いられている。

中でも、多重効用蒸留法による淡水化設備は、多数の段を有する効用機が配備され、各段の内部空間である熱交換空間には、内部に高温の蒸気が通過し、且つ、外部に供給水が噴霧される複数の熱交換チューブが設けられる。
また、各効用機は、１段目から蒸気供給管に繋がれて蒸気が順次に供給されるようになっており、各効用機において生成される生産水は、淡水回収管に流れ込んで淡水ポンプにより排出され、濃縮水排出管を介して高濃度の濃縮水が外部に排出されるようになっている。

まず、１段目の効用機１００Ａに高温の蒸気が供給され、噴霧ノズルを介して供給水が噴霧されながら熱交換チューブの表面において熱交換が行われる。これにより、効用機の内部の熱交換空間において蒸気が生成されるとともに、熱交換チューブの内部の蒸気が凝縮されて淡水が生成され、生成された蒸気は、蒸気供給管を介して次段の効用機１００Ｂに対する熱源として働いて最下流の効用機１００Ｎに至るまで連続的な熱交換が行われる。

従来の多重効用蒸留（ＭＥＤ）法、若しくは多段フラッシュ蒸留（ＭＳＦ）法などの淡水化設備においては、供給水に含まれている硬度物質により形成されるスケールを防ぐために各種の試みがなされてきた。酸を処理してスケールの形成を抑えるための方法が講じられたが、これは、腐食に対するリスクがあるという問題があり、しかも、脱炭／脱気設備の付設を余儀なくされるが故に追加的な電力消耗などの問題があるため業界に嫌われる方法であり、高分子系のスケール防止剤の開発により姿を消した。

しかしながら、新たに開発されたスケール防止剤だけでは、複数の効用機のうち、特に、上流側の「高温部」に相当する効用機に対するスケール形成のリスクを完全に解消することができず、淡水化設備の塩水の最高の温度（ＴＢＴ）を所定のレベル以上に高く設定して運転することができない結果、相対的に全体の設備の経済性や効率性に劣っているという問題があった。

この理由から、特許文献１（「淡水化装置及び淡水化方法」、２０１２年０２月１２日付け公開）などでは、淡水化設備の前段にナノフィルタ（ＮＦ）、逆滲透膜（ＲＯ ｍｅｍｂｒａｎｅ）などを設けてスケール生成物質を予め取り除くことにより、淡水化設備の塩水の最高温度を高める方案を提示したが、この場合、追加的な前処理のための大規模設備が必要になるため、全体の工程のＣＡＰＥＸ及びＯＰＥＸを上昇させてしまい、非効率的であるという問題があった。

大韓民国公開特許公報第２０１０−００１６５１９号公報

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、全体の効用機に高分子系のスケール抑制剤を注入する一方で、相対的に高温部に相当する効用機にのみ部分的に酸を注入することにより、腐食及びスケールに対する危険性を極力抑えながらも淡水化設備の塩水の最高温度を極大化させる淡水化装置及び淡水化方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一実施形態による多重効用淡水化装置は、複数の熱交換チューブが内部の熱交換空間に配置され、前記熱交換チューブの内部に高温の蒸気が通過され、外部の表面に供給水が供給されて蒸気と供給水との間の熱交換により供給水から蒸気及び濃縮水が生成される直列接続型の複数の効用機１００と、前記複数の効用機１００のそれぞれに前記供給水を並列的に供給する供給水配管２００と、を備え、外部から高温の蒸気が前記複数の効用機１００のうち最上流に配置される効用機１００Ａに供給され、熱交換により供給水から生成される蒸気が隣り合う効用機１００Ｂに供給されて最下流に配置される効用機１００Ｎに至るまで連続的な熱交換が行われ、前記供給水配管２００には、外部から流入する供給水にスケールの生成を抑えるための添加剤を投入するための少なくとも一つ以上の添加剤投入部２１０と、流入する供給水を加熱するための少なくとも一つ以上の予熱器２２０と、が配備され、前記添加剤投入部２１０は、高分子系のスケール抑制剤を投入する少なくとも一つ以上の第１の投入部２１１と、酸を投入する少なくとも一つ以上の第２の投入部２１２と、を備え、前記第１の投入部２１１及び第２の投入部２１２は、それぞれ別々の供給水配管２００Ａ、２００Ｂにそれぞれ配備され、前記第１の投入部２１１が配備される供給水配管２００にのみ前記予熱器２２０が配備されることを特徴とする。

好ましくは、前記添加剤投入部２１０は、高分子系のスケール抑制剤を投入する少なくとも一つ以上の第１の投入部２１１と、酸を投入する少なくとも一つ以上の第２の投入部２１２と、を備える。

また、好ましくは、前記酸は、硫酸、硝酸、又はリン酸をはじめとする無機酸、カルボキシル基又はスルホン酸基をはじめとする有機酸、又はこれらの混合物から選ばれる。
このとき、好ましくは、前記第１の投入部２１１は、前記供給水配管２００上における前記第２の投入部２１２よりも上流側に配備される。

更に、好ましくは、前記第１の投入部２１１から投入されるスケール抑制剤は、複数の効用機１００の全てに供給される供給水に投入され、前記第２の投入部２１２から投入される酸は、高温部Ｈに相当する効用機１００に供給される供給水にのみ投入され、前記高温部Ｈは、最上流に配置される効用機１００Ａを有する上流側の一部の効用機１００である。

このとき、好ましくは、前記高温部Ｈは、供給水が炭酸カルシウムに飽和されたときのｐＨ値（ｐＨ_ｓ）及び測定される供給水のｐＨ値（ｐＨ_ｆ）により算出された供給水に対するスケール又は腐食の形成の憂慮度を示す硬度指数の温度による傾向性に基づいて指定される所定のレベル以上にスケールの形成の憂慮が高くなる少なくとも一つ以上の効用機１００である。

このとき、好ましくは、前記硬度指数は、下式１により算出される前記ｐＨ_ｓ値及び前記ｐＨ_ｆ値に基づいて下式２により算出されるライザー安定指数（ＲＳＩ）値、又は下式３により算出されるランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）値である。

［数１］
ｐＨ_ｓ＝−ｌｏｇＫ_２ ^ＳＷ＋ｌｏｇＫ_ｓｐ−ｌｏｇＴＡ−ｌｏｇ［Ｃａ^２＋］ …式１
（式中、Ｋ_２ ^ＳＷは、炭酸の２次解離定数であり、前記Ｋ_ｓｐは、供給水内のカルサイトの溶解度積定数であり、前記［Ｃａ^＋２］は、供給水内のカルシウムイオンの濃度であり、前記ＴＡは、合計のアルカリ度である。）

［数２］
ＲＳＩ＝２ｐＨ_ｓ−ｐＨ_ｆ …式２
［数３］
ＬＳＩ＝ｐＨ_ｆ−ｐＨ_ｓ …式３

また、好ましくは、前記高温部Ｈは、塩水の温度が８６〜１１０℃の最上流効用機１００Ａを有する一部の上流側の効用機１００であるか、或いは、塩水の温度が６５〜９０℃の最上流効用機１００Ａを有する一部の上流側の効用機１００である。
更に、好ましくは、前記第２の投入部２１２の下流側の前記供給水配管２００の上には、脱炭装置２３０及び／又は脱気装置２４０が配備される。

更にまた、好ましくは、前記第２の投入部２１２は、前記供給水配管２００の上に複数配備されて、前記高温部Ｈに相当する複数の効用機１００に投入される酸の量を調節する。
更にまた、好ましくは、前記第１の投入部２１１及び第２の投入部２１２は、それぞれ別々の供給水配管２００Ａ、２００Ｂにそれぞれ配備され、前記第１の投入部２１１が配備される供給水配管２００にのみ前記予熱器２２０が配備される。

また、上記目的を達成するためになされた本発明の一実施形態による多重効用淡水化方法は、複数の熱交換チューブが内部の熱交換空間に配置され、前記熱交換チューブの内部に高温の蒸気が通過され、外部の表面に供給水が供給されて蒸気と供給水との間の熱交換により供給水から蒸気及び濃縮水が生成される直列接続型の複数の効用機１００と、前記複数の効用機１００のそれぞれに前記供給水を並列的に供給する供給水配管２００と、を備え、外部から高温の蒸気が前記複数の効用機１００のうち最上流に配置される効用機１００Ａに供給され、熱交換により供給水から生成される蒸気が隣り合う効用機１００Ｂに供給されて最下流に配置される効用機１００Ｎに至るまで連続的な熱交換が行われ、前記供給水配管２００には、外部から流入する供給水にスケールの生成を抑えるための添加剤を投入するための少なくとも一つ以上の添加剤投入部２１０と、流入する供給水を加熱するための少なくとも一つ以上の予熱器２２０と、が配備され、前記添加剤投入部２１０は、高分子系のスケール抑制剤を投入する少なくとも一つ以上の第１の投入部２１１と、酸を投入する少なくとも一つ以上の第２の投入部２１２と、を備え、前記第１の投入部２１１及び第２の投入部２１２は、それぞれ別々の供給水配管２００Ａ、２００Ｂにそれぞれ配備され、前記第１の投入部２１０が配備される供給水配管２００にのみ前記予熱器２２０が配備された多重効用淡水化ＭＥＤ装置Ａを用いる淡水化方法であって、
前記供給水に高分子系のスケール抑制剤を投入する第１の添加剤投入ステップと、前記スケール抑制剤が投入された供給水に酸を投入する第２の添加剤投入ステップと、前記供給水を前記複数の効用機１００のそれぞれに並列的に供給する供給水供給ステップと、を含むことを特徴とする多重効用淡水化方法。

好ましくは、前記第１の添加剤投入ステップにおいて投入されるスケール抑制剤は、複数の効用機１００の全てに供給される供給水に投入され、前記第２の添加剤投入ステップにおいて投入される酸は、高温部Ｈに相当する効用機１００に供給される供給水にのみ投入され、前記高温部Ｈは、最上流に配置される効用機１００Ａを有する上流側の一部の効用機１００である。

また、好ましくは、前記高温部Ｈは、供給水が炭酸カルシウムに飽和されたときのｐＨ値（ｐＨ_ｓ）及び測定される供給水のｐＨ値（ｐＨ_ｆ）により算出された供給水に対するスケール又は腐食の形成の憂慮度を示す硬度指数の温度による傾向性に基づいて指定される所定のレベル以上にスケールの形成の憂慮が高くなる少なくとも一つ以上の効用機１００である。

このとき、好ましくは、前記硬度指数は、下式１により算出される前記ｐＨ_ｓ値及び前記ｐＨ_ｆ値に基づいて下式２により算出されるライザー安定指数（ＲＳＩ）値、又は下式３により算出されるランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）値である。

［数１］
ｐＨ_ｓ＝−ｌｏｇＫ_２ ^ＳＷ＋ｌｏｇＫ_ｓｐ−ｌｏｇＴＡ−ｌｏｇ［Ｃａ^２＋］ …式１
（式中、Ｋ_２ ^ＳＷは、炭酸の２次解離定数であり、前記Ｋ_ｓｐは、供給水内のカルサイトの溶解度積定数であり、前記［Ｃａ^＋２］は、供給水内のカルシウムイオンの濃度であり、前記ＴＡは、合計のアルカリ度である。）

［数２］
ＲＳＩ＝２ｐＨ_ｓ−ｐＨ_ｆ …式２
［数３］
ＬＳＩ＝ｐＨ_ｆ−ｐＨ_ｓ …式３

更に、好ましくは、前記高温部Ｈは、塩水の温度が８６〜１１０℃の最上流の効用機１００Ａを有する一部の上流側の効用機１００であり、前記高温部Ｈは、塩水の温度が６５〜９０℃の最上流の効用機１００Ａを有する一部の上流側の効用機１００である。

更にまた、好ましくは、前記第２の添加剤投入ステップは、前記スケール抑制剤及び酸が投入された供給水から二酸化炭素及び／又は空気を除去する脱炭／脱気ステップを更に含む。

更にまた、好ましくは、前記第２の添加剤投入ステップにおいて前記供給水に複数回酸を投入して前記高温部Ｈに相当する複数の効用機１００に投入される酸の量を調節する。
更にまた、好ましくは、本発明の一実施形態による多重効用淡水化方法は、前記複数の効用機１００の全体又は一部から回収される前記濃縮水の全部又は一部を前記供給水側に回収して前記効用機１００に再供給するリサイクルステップを更に含む。

好ましくは、外部から前記最上流に配置される効用機１００Ａに供給される高温の蒸気が供給水との熱交換により凝縮されて形成される凝縮水を他の効用機１００の凝縮水とは別途に分離して回収する。

以上述べたように、本発明の高温の一部の効用機に部分的に酸を投入する多重効用淡水化装置及びこれを用いた淡水化方法は、比較的に簡単な方法を用いて効果的に淡水化装置内のスケール及び腐食に対するリスクを極力抑え、塩水の最高温度（ＴＢＴ）を上昇させて蒸気の消耗量及び蒸発器の材料費を節減する他、設備の熱エネルギー効率を極大化させるという効果がある。

本開示の上記及び他の態様は、添付図面とともに説明する前記実施形態の以下の記載を参照することにより明らかになり、容易に理解されるであろう。
本発明の一実施形態による多重効用淡水化装置Ａの概略的な工程図である。 本発明の他の実施形態による多重効用淡水化装置Ａの概略的な工程図である 本発明の更に他の実施形態による多重効用淡水化装置Ａの概略的な工程図である。 本発明の第１の実施形態により高温部Ｈの塩水の温度範囲を算定するための温度によるライザー安定指数（ＲＳＩ）値を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態により高温部Ｈの塩水の温度範囲を算定するための温度によるライザー安定指数（ＲＳＩ）値を示すグラフである。 本発明の一実施形態による多重効用淡水化方法に対する工程流れ図（フローチャート）である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施の形態について詳細に説明する。 本発明の具体的な実施形態について、添付図面と結び付いて詳細に説明する。本明細書において言及されている用語の技術的な意味は辞書的な意味に優先し、本明細書に記載の技術的な意味及び当該技術分野において通常の知識を有する者により理解される意味として優先的に解釈さるべきである。

本明細書の全体に亘って、ある部材が他の部材の「上」にあるとしたとき、これは、ある部材が他の部材に接している場合だけではなく、両部材の間に更に他の部材が存在する場合も含む。

本明細書の全体に亘って、ある部分がある構成要素を「備える」としたとき、これは、特に断りのない限り、ある他の構成要素を排除することを意味するわけではなく、他の構成要素を更に備えることを意味する。

「第１の」、「第２の」などの用語は、ある構成要素を他の構成要素から区別するためのものであり、これらの用語により権利範囲が限定されてはならない。例えば、第１の構成要素は第２の構成要素と命名され、同様に、第２の構成要素も第１の構成要素と命名される。

各ステップにおいて、識別符号は、説明の便宜のために用いられるものであり、識別符号は、各ステップの順序を説明するものではなく、各ステップは、文脈上明らかに特定の順序を記載しない限り、明記された順序とは異なる順序に行われる。すなわち、各ステップは、明記された順序に従って行われてもよく、実質的に同時に行われてもよく、明記された順序とは反対の順序に従って行われてもよい。

本発明は、まず、直列接続型の複数の効用機と、これらのそれぞれに供給水を並列的に供給する供給水配管と、を備える多重効用淡水化装置を提供する。図１は、本発明の好適な一実施形態による多重効用淡水化装置Ａの工程概略図である。

複数の効用機１００は、複数の熱交換チューブが内部の熱交換空間に配置され、これらの内部に外部（蒸気源）から高温の蒸気が通過され、外部の表面には供給水が供給されて蒸気と供給水との間の熱交換により、供給水から蒸気及び濃縮水が生成される。

これらの複数の効用機１００を備える多重効用淡水化装置は、多段フラッシュ蒸留（ＭＳＦ）器又は多重効用蒸留（ＭＥＤ）器を備え、多段フラッシュ蒸留器の場合には、脱気装置を更に備えることが好ましい。

具体的に、複数の効用機１００のうち最上流に配置されて直接的に外部の蒸気が供給される効用機１００Ａに供給水が供給され、これから生成される蒸気は、隣り合う次の効用機１００Ｂの熱交換チューブの内部に供給されて再び熱交換が行われ、最終的に最下流に配置される効用機１００Ｎに至るまで連続的な熱交換が行われる。

このとき、供給水配管２００には、外部から流入する供給水にスケールの生成を抑えるための添加剤を投入するための少なくとも一つ以上の添加剤投入部２１０が配備され、流入した供給水を加熱するための少なくとも一つ以上の予熱２２０が配備される。
添加剤投入部２１０は、高分子系のスケール抑制剤を投入する少なくとも一つ以上の第１の投入部２１１と、酸を投入する少なくとも一つ以上の第２の投入部２１２と、を備える。

前記高分子系のスケール抑制剤として公知の高分子重合体が用いられるが、アクリル酸重合体を用いることが好ましい。このときに用いられるアクリル酸重合体は、全てのエチレン性不飽和単量体を基準として３０重量％以下、好ましくは、２０重量％以下、更に好ましくは、１０重量％以下のエチレン性不飽和共単量体を重合単位として含むが、好適なエチレン性不飽和共単量体の例としては、メタクリル酸、マレイン酸、マレイン酸無水物、ビニルスルホン酸、アルリスルホン酸及び２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸及びこの塩が挙げられ、更にこれらの共単量体の混合物が挙げられる。

このとき、第１の投入部２１１は、第２の投入部２１２よりも供給水配管２２０上における上流側に配備され、これにより、第１の投入部２１１を介して全ての効用機１００Ａ〜１００Ｎに供給される供給水にスケール抑制剤が投入される一方で、第２の投入部２１２を介して最上流の効用機１００Ａを有する一部の高温部Ｈに相当する効用機１００にのみ部分的にスケール抑制剤とともに酸が投入される。

このように高温部Ｈにのみ制限的に酸を投入することにより、腐食に対するリスクなしに効果的に高い温度に設定した効用機１００に対してもスケール形成のリスクが極力抑えられるので、全体の設備の最高の塩水の温度（ＴＢＴ）を上昇させて運転することができて蒸気の消耗量及び蒸発器の材料費が節減され、蒸発器及びチューブの材質として高温部Ｈにのみ限定的に高い等級のものが使用できて経済性に富むので、別途の追加設備なしにも全体のシステムの熱効率が極大化される。

このときに用いられる酸は、様々な無機酸又は有機酸の内から選ばれる少なくとも一種以上であり、特に限定されない。無機酸としては、硫酸、硝酸、リン酸などが用いられ、有機酸としては、酢酸、シュウ酸、酒石酸、安息香酸などカルボキシル基を含む有機酸又はスルホン酸基を含む有機酸が適切に選ばれて用いられ、更にこれらの混合物も使用可能である。

効率よく酸を投入して全体の設備のスケール及び腐食に対するリスクを極力抑えて塩水の最高温度を上昇させるためには、温度区間を分けて高温部Ｈの効用機１００をどのように設定するかが主な問題になる。

高温部Ｈは、供給水が炭酸カルシウムに飽和されたときのｐＨ値である「ｐＨ_ｓ」値及びリアルタイム的に測定される供給水のｐＨ値である「ｐＨ_ｆ」（ｆは、供給水の略字である）により算出される「供給水に対するスケール又は腐食の形成の憂慮度」を示す硬度指数を用いて設定する。

具体的に、硬度指数は、温度が上昇することに伴い、次第に腐食の憂慮度は下がるのに対し、スケールの形成の憂慮度は上がる傾向にあるが、最下流の効用機１００Ｎから上流側に進むにつれて塩水の温度が上昇して所定のレベル以上にスケールの形成の憂慮が高くなる効用機１００を基準として、その上流側の効用機１００を包括して高温部Ｈとして指定することが好ましい。

このため、下流側の相対的に低温部に相当する効用機１００に対しては、スケール抑制剤の投入を通じて腐食に対するリスクとともに所定のレベルまでスケールの形成に対するリスクを減らしながらも、高温部に相当する効用機１００に供給される供給水には更に酸を投入することにより、スケールの形成に対するリスクが更に極力抑えられるので、より高い塩水の温度で最上流の効用機１００Ａを運転することが可能になる。

硬度指数としては、ｐＨ_ｓ値及びｐＨ_ｆ値に基づいて算出される種々の指数が採用され、好ましくは、下式１により算出されるｐＨ_ｓ値に基づいて下式２により計算されるライザー安定指数（ＲＳＩ）値、又は下式３により算出されるランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）値が用いられる。これらに加えて、Ｐｕｃｋｏｒｉｕｓスケーリング指数（Ｐｕｃｋｏｒｉｕｓ Ｓｃａｌｉｎｇ Ｉｎｄｅｘ：ＰＳＩ）などの他の炭酸飽和指数も使用可能である。

ｐＨ_ｓ＝−ｌｏｇ（Ｋ_２ ^ＳＷ）＋ｌｏｇ（Ｋ_ｓｐ）−ｌｏｇ（ＴＡ）−ｌｏｇ（［Ｃａ^２＋］） …式１
（式中、Ｋ_２ ^ＳＷは、炭酸の２次解離定数であり、前記Ｋ_ｓｐは、供給水内のカルサイトの溶解度積定数であり、前記［Ｃａ^＋２］は、供給水内のカルシウムイオンの濃度であり、前記ＴＡは、合計のアルカリ度である。）

ＲＳＩ＝２ｐＨ_ｓ−ｐＨ_ｆ …式２
ＬＳＩ＝ｐＨ_ｆ−ｐＨ_ｓ …式３

代表的に、ライザー安定指数（ＲＳＩ）値について説明すると、計算されたライザー安定指数（ＲＳＩ）値が６〜７になるときに比較的に安定的な形の供給水であると認められ、ライザー安定指数（ＲＳＩ）値が上がるにつれて腐食のリスクが高くなり、ライザー安定指数（ＲＳＩ）値が下がるにつれてスケールの形成のリスクが次第に高くなる。

このようなライザー安定指数（ＲＳＩ）値は、温度に依存的なｐＨ_ｓ値により温度が上がるにつれて線形的に下がり、現在の供給水のｐＨ値（ｐＨ_ｆ）が上がるにつれて温度によるライザー安定指数（ＲＳＩ）値のグラフがｙ軸（ライザー安定指数（ＲＳＩ）値）の（−）方向に平行に移動し、現在の供給水のｐＨ値（ｐＨ_ｆ）が下がるにつれてｙ軸の（＋）方向に平行に移動する。

したがって、通常、８内外のｐＨ値を有する海水を基準としたとき、低温部に相当する下流側の効用機１００に対しては、スケールの形成の憂慮度を投入されるスケール抑制剤だけである程度打ち消すことができ、所定の温度以上の高温部に相当する効用機１００に対しては、酸を更に投入して温度によるライザー安定指数（ＲＳＩ）値に対するグラフをｙ軸の（＋）方向に平行に移動させてライザー安定指数（ＲＳＩ）値が６〜７というより安定的な領域に収まるように制御することにより、高温部Ｈの効用機１００のスケールに対するリスクが極力抑えられ、これにより、より高い温度に高温部Ｈが設定できて上昇された塩水の最高温度で運転することが可能になる。

一方、酸を投入する第２の投入部２１２の下流側の供給水配管２００の上には、酸の投入により生成される二酸化炭素及び空気を取り除くための脱炭装置２３０及び脱気装置２４０が配備される。これらの脱炭装置２３０及び脱気装置２４０は別々のユニットにより構成され、一つのユニットにおいて２種類の役割を果たすように統合されたユニットにより構成されてもよい。酸の投入だけでスケールを制御しなければならなかった従来の設備に比べて、高温部Ｈに供給される流量に対してのみ酸を投入すればよいので、脱炭装置２３０や脱気装置２４０をはじめとしてブースタポンプなどの設備のコンパクト化が図られて経済性に富んでいる。

このように、塩水の最高温度（ＴＢＴ）の上昇及び酸の投入により更に生成される二酸化炭素（ＣＯ_２）などは、再石灰化プラントなどの後処理設備において利用可能である。
第１の投入部２１１や第２の投入部２１２を供給水配管２００の上に複数備えるか、或いは、たとえ単一の第１の投入部２１１や第２の投入部２１２を供給水配管２００の上に設けたとしても、複数の個所に投入可能な配管を設けるなどして、供給水に投入されるスケール抑制剤の量や酸の量を調節することにより、源水の条件に応じて変わる状況に対応してスケール及び腐食に対するリスクをリアルタイムにて制御することができるが、源水の条件をモニタリングする位置は、供給水配管２００における予熱器２２０の前段及び／又は後段から適切に選べばよい。

また、図２に示すように、温度区間による効用機１００の分類を、高温部Ｈだけではなく、中温部及び低温部などと同じ方式を用いて更に行って、中温部に相当する効用機１００にはスケール抑制剤を再び投入するように制御する。このように、効用機１００を複数の群に分けて、温度や塩度などによるスケール形成のリスクに適するようにスケール抑制剤及び酸の投入量を制御して効果的に設備を運転する。

更に、図３に示すように、一つの供給水配管２００の上に第１の投入部２１１及び第２の投入部２１２をこの順に設けるか、或いは、別々の供給水配管２００Ａ、２００Ｂに第１の投入部２１１及び第２の投入部２１２を設けることにより、高温部Ｈに投入される供給水と、高温部Ｈではない効用機１００に投入される供給水の流量や温度などを一層効率よく管理する。この場合、高温部Ｈではない効用機１００に投入される供給水配管２００Ａの上にのみ予熱器２２０を設けて熱の効率をなお一層最適化させる。

一方、供給水の状態や運転条件に応じてスケール形成のリスクがやや低い場合には、スケール抑制剤成分又は酸成分が含まれて効用機１００から排出される濃縮水の全部又は一部を供給水側に回収（リサイクル）してここに含まれているスケール抑制剤及び酸成分を再活用することにより、第１の投入部２１１及び第２の投入部２１２におけるスケール抑制剤及び酸の使用量が低減される。具体的には、酸処理の施されている高温部Ｈ側の効用機１００の濃縮水を再び高温部Ｈに投入される供給水配管２００側に回収して活用してもよく、低温部に相当する効用機１００の濃縮水の一部を循環させて最初の供給水配管２００側から再び投入してもよい。

また、一般的に、発電プラントなどにおいて生成される外部の熱源から高温の蒸気が供給される場合、蒸気内に含まれている各種の有害物質や添加物などにより淡水化設備の最終処理水が汚れる虞があるため、発電プラント及び多重効用淡水化設備が組み合わせられたハイブリッド設備は、主として飲用水化を保証するためにスチームトランスフォーマを備えなければならない。しかしながら、本発明は、外部から直接的に蒸気が供給される最上流の効用機１００Ａ内に形成される凝縮水を他の効用機１００とは別途に分離して回収してスチームトランスフォーマの役割を行わせることにより、熱蒸気圧縮機（ＴＶＣ）やスチームトランスフォーマを除外し、その結果、負荷が変更され易く、しかも、熱の損失が極力抑えられる。

以下、本発明の高温の一部の効用機に部分的に酸を投入する多重効用淡水化装置及びこれを用いた淡水化方法についての実施形態について説明する。しかしながら、これは、本発明の最適な一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想をいずれも代弁するものではないため、本発明の出願時点においてこれらに代え得る種々の均等物及び変形例があり得ることを理解しなければならない。

［第１実施形態］
＜高温部Ｈの塩水の温度に８６〜１１０℃を設定＞
一般に、スケール形成が懸念されるため、多重効用蒸留（ＭＥＤ）設備においては、運転可能な塩水の最高温度が約７０℃未満に制限されてきたが、本発明においては、部分的な酸の投入により多重効用蒸留（ＭＥＤ）設備の塩水の最高の温度を少なくとも５℃以上と大幅に上昇させることができ、海水の条件や酸の投入量、システムの設計などに応じて塩水の最高の温度を約７５〜１３０℃のレベルまで上昇させることができる。

具体的に、本発明の第１の実施形態により塩水の温度が８６〜１１０℃の上流側の効用機１００を高温部Ｈに設定して多重効用淡水化装置Ａを運転することができる。

図４を参照すると、酸が投入されていない通常の海水は約８．２のｐＨ値を示すが、約８６℃のレベルに至ってからはライザー安定指数（ＲＳＩ）値が下がってスケール形成のリスクをスケール抑制剤投入だけで十分に打ち消すことができなくなる。この領域に相当する効用機１００から高温部Ｈに設定して腐食のリスクがない程度に適正な量の酸を投入することになるが、海水のｐＨ値を約５．６のレベルまで下げると、スケール形成のリスクが極力抑えられて安定的に運転可能になるので、塩水の最高の温度を約１１０℃のレベルまで上昇させることができる。

［第２の実施形態］
＜高温部Ｈの塩水の温度に６５〜９０℃を設定＞
一方、本発明は、第２の実施形態により高温部Ｈの塩水の温度をやや下げても、それに適したレベルの酸の投入量及び投入時点などが効率よく算出可能である。
具体的に、塩水の温度が約６５〜９０℃の上流側の効用機１００を高温部Ｈに設定して多重効用淡水化装置Ａを運転することができるが、約６５℃の塩水の温度の前後で高くなったスケール形成のリスクを酸の投入により安定的な区間に調節することにより、スケール及び腐食のリスクなしに効率よく設備が運転可能になる。

また、上述した実施形態に本発明の技術的な思想が限定されるものではなく、上述した実施形態は単に本発明の技術的な特徴を理解し易いように例示的に提示されたものに過ぎないため、本発明の技術的な思想は、特許請求の範囲の記載及びこれらと均等な範囲を網羅する。なお、上述した実施形態により本発明の技術的な効果及びメリットが限定されるものではないということはいうまでもない。

Ａ：多重効用淡水化装置
Ｈ：高温部
１００（１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｎ） 効用機
２００（２００Ａ、２００Ｂ） 供給水配管
２１０ 添加剤投入部
２１１ 第１の投入部
２１２ 第１の投入部
２２０ 予熱器
２３０ 脱炭装置
２４０ 脱気装置

Claims (18)

1. 複数の熱交換チューブが内部の熱交換空間に配置され、前記熱交換チューブの内部に高温の蒸気が通過され、外部の表面に供給水が供給されて蒸気と供給水との間の熱交換により供給水から蒸気及び濃縮水が生成される直列接続型の複数の効用機（１００）と、
   前記複数の効用機（１００）のそれぞれに前記供給水を並列的に供給する供給水配管（２００）と、
   を備え、
   外部から高温の蒸気が前記複数の効用機（１００）のうち最上流に配置される効用機（１００Ａ）に供給され、熱交換により供給水から生成される蒸気が隣り合う効用機（１００Ｂ）に供給されて最下流に配置される効用機（１００Ｎ）に至るまで連続的な熱交換が行われ、
   前記供給水配管（２００）には、外部から流入する供給水にスケールの生成を抑えるための添加剤を投入するための少なくとも一つ以上の添加剤投入部（２１０）と、流入する供給水を加熱するための少なくとも一つ以上の予熱器（２２０）と、が配備され、
   前記添加剤投入部（２１０）は、高分子系のスケール抑制剤を投入する少なくとも一つ以上の第１の投入部（２１１）と、酸を投入する少なくとも一つ以上の第２の投入部（２１２）と、を備え、
   前記第１の投入部（２１１）及び第２の投入部（２１２）は、それぞれ別々の供給水配管（２００Ａ、２００Ｂ）にそれぞれ配備され、前記第１の投入部（２１１）が配備される供給水配管（２００）にのみ前記予熱器（２２０）が配備されることを特徴とする多重効用淡水化装置。
2. 前記第１の投入部（２１１）は、前記供給水配管（２００）上における前記第２の投入部（２１２）よりも上流側に配備されることを特徴とする請求項１に記載の多重効用淡水化装置。
3. 前記第１の投入部（２１１）から投入されるスケール抑制剤は、複数の効用機（１００）の全てに供給される供給水に投入され、前記第２の投入部（２１２）から投入される酸は、高温部（Ｈ）に相当する効用機（１００）に供給される供給水にのみ投入され、
   前記高温部（Ｈ）は、最上流に配置される効用機（１００Ａ）を有する上流側の一部の効用機（１００）であることを特徴とする請求項１に記載の多重効用淡水化装置。
4. 前記高温部（Ｈ）は、供給水が炭酸カルシウムに飽和されたときのｐＨ値（ｐＨ_ｓ）及び測定される供給水のｐＨ値（ｐＨ_ｆ）により算出された供給水に対するスケール又は腐食の形成の憂慮度を示す硬度指数の温度による傾向性に基づいて指定される所定のレベル以上にスケールの形成の憂慮が高くなる少なくとも一つ以上の効用機（１００）であり、
   前記硬度指数は、下式１により算出される前記ｐＨ_ｓ値及び前記ｐＨ_ｆ値に基づいて下式２により算出されるライザー安定指数（ＲＳＩ）値、又は下式３により算出されるランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）値であることを特徴とする請求項３に記載の多重効用淡水化装置。
   ［数１］
   ｐＨ_ｓ＝−ｌｏｇ（Ｋ_２ ^ＳＷ）＋ｌｏｇ（Ｋ_ｓｐ）−ｌｏｇ（ＴＡ）−ｌｏｇ（［Ｃａ^２＋］）
   ・・・・・・式１
   （式中、Ｋ_２ ^ＳＷは、炭酸の２次解離定数であり、前記Ｋ_ｓｐは、供給水内のカルサイトの溶解度積定数であり、前記［Ｃａ^＋２］は、供給水内のカルシウムイオンの濃度であり、前記ＴＡは、合計のアルカリ度である。）
   ［数２］
   ＲＳＩ＝２ｐＨ_ｓ−ｐＨ_ｆ ・・・・・・式２
   ［数３］
   ＬＳＩ＝ｐＨ_ｆ−ｐＨ_ｓ ・・・・・・式３
5. 前記高温部（Ｈ）は、塩水の温度が８６〜１１０℃の最上流効用機（１００Ａ）を有する一部の上流側の効用機（１００）であることを特徴とする請求項３に記載の多重効用淡水化装置。
6. 前記高温部（Ｈ）は、塩水の温度が６５〜９０℃の最上流効用機（１００Ａ）を有する一部の上流側の効用機（１００）であることを特徴とする請求項３に記載の多重効用淡水化装置。
7. 前記第２の投入部（２１２）の下流側の前記供給水配管（２００）の上には、脱炭装置（２３０）及び／又は脱気装置（２４０）が配備されることを特徴とする請求項１に記載の多重効用淡水化装置。
8. 前記第２の投入部（２１２）は、前記供給水配管（２００）の上に複数配備されて、前記高温部（Ｈ）に相当する複数の効用機（１００）に投入される酸の量を調節することを特徴とする請求項３に記載の多重効用淡水化装置。
9. 複数の熱交換チューブが内部の熱交換空間に配置され、前記熱交換チューブの内部に高温の蒸気が通過され、外部の表面に供給水が供給されて蒸気と供給水との間の熱交換により供給水から蒸気及び濃縮水が生成される直列接続型の複数の効用機（１００）と、
   前記複数の効用機（１００）のそれぞれに前記供給水を並列的に供給する供給水配管（２００）と、
   を備え、
   外部から高温の蒸気が前記複数の効用機（１００）のうち最上流に配置される効用機（１００Ａ）に供給され、熱交換により供給水から生成される蒸気が隣り合う効用機（１００Ｂ）に供給されて最下流に配置される効用機（１００Ｎ）に至るまで連続的な熱交換が行われ、
   前記供給水配管（２００）には、外部から流入する供給水にスケールの生成を抑えるための添加剤を投入するための少なくとも一つ以上の添加剤投入部（２１０）と、流入する供給水を加熱するための少なくとも一つ以上の予熱器（２２０）と、が配備され、
   前記添加剤投入部（２１０）は、高分子系のスケール抑制剤を投入する少なくとも一つ以上の第１の投入部（２１１）と、酸を投入する少なくとも一つ以上の第２の投入部（２１２）と、を備え、
   前記第１の投入部（２１１）及び第２の投入部（２１２）は、それぞれ別々の供給水配管（２００Ａ、２００Ｂ）にそれぞれ配備され、前記第１の投入部（２１１）が配備される供給水配管（２００）にのみ前記予熱器（２２０）が配備された多重効用淡水化（ＭＥＤ）装置（Ａ）を用いる淡水化方法であって、
   前記供給水に高分子系のスケール抑制剤を投入する第１の添加剤投入ステップと、
   前記スケール抑制剤が投入された供給水に酸を投入する第２の添加剤投入ステップと、
   前記供給水を前記複数の効用機（１００）のそれぞれに並列的に供給する供給水供給ステップと、
   を含むことを特徴とする多重効用淡水化方法。
10. 前記高分子系のスケール抑制剤は、エチレン性不飽和共単量体を重合単位として含むアクリル酸重合体であり、
    前記酸は、硫酸、硝酸又はリン酸をはじめとする無機酸、カルボキシル基又はスルホン酸基をはじめとする有機酸、又はこれらの混合物から選ばれることを特徴とする請求項９に記載の多重効用淡水化方法。
11. 前記第１の添加剤投入ステップにおいて投入されるスケール抑制剤は、複数の効用機（１００）の全てに供給される供給水に投入され、前記第２の添加剤投入ステップにおいて投入される酸は、高温部（Ｈ）に相当する効用機（１００）に供給される供給水にのみ投入され、
    前記高温部（Ｈ）は、最上流に配置される効用機（１００Ａ）を有する上流側の一部の効用機（１００）であることを特徴とする請求項９に記載の多重効用淡水化方法。
12. 前記高温部（Ｈ）は、供給水が炭酸カルシウムに飽和されたときのｐＨ値（ｐＨ_ｓ）及び測定される供給水のｐＨ値（ｐＨ_ｆ）により算出された供給水に対するスケール又は腐食の形成の憂慮度を示す硬度指数の温度による傾向性に基づいて指定される所定のレベル以上にスケールの形成の憂慮が高くなる少なくとも一つ以上の効用機（１００）であり、
    前記硬度指数は、下式１により算出される前記ｐＨ_ｓ値及び前記ｐＨ_ｆ値に基づいて下式２により算出されるライザー安定指数（ＲＳＩ）値、又は下式３により算出されるランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）値であることを特徴とする請求項１１に記載の多重効用淡水化方法。
    ［数１］
    ｐＨ_ｓ＝−ｌｏｇ（Ｋ_２ ^ＳＷ）＋ｌｏｇ（Ｋ_ｓｐ）−ｌｏｇ（ＴＡ）−ｌｏｇ（［Ｃａ^２＋］） ・・・・・・・・・・・・・・・ 式１
    （式中、Ｋ_２ ^ＳＷは、炭酸の２次解離定数であり、前記Ｋ_ｓｐは、供給水内のカルサイトの溶解度積定数であり、前記［Ｃａ^２＋］は、供給水内のカルシウムイオンの濃度であり、前記ＴＡは、合計のアルカリ度である。）
    ［数２］
    ＲＳＩ＝２ｐＨ_ｓ−ｐＨ_ｆ ・・・・・・式２
    ［数３］
    ＬＳＩ＝ｐＨ_ｆ−ｐＨ_ｓ ・・・・・・・式３
13. 前記高温部（Ｈ）は、塩水の温度が８６〜１１０℃の最上流の効用機（１００Ａ）を有する一部の上流側の効用機（１００）であることを特徴とする請求項１１に記載の多重効用淡水化方法。
14. 前記高温部（Ｈ）は、塩水の温度が６５〜９０℃の最上流の効用機（１００Ａ）を有する一部の上流側の効用機（１００）であることを特徴とする請求項１１に記載の多重効用淡水化方法。
15. 前記第２の添加剤投入ステップは、前記スケール抑制剤及び酸が投入された供給水から二酸化炭素及び／又は空気を除去する脱炭／脱気ステップを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の多重効用淡水化方法。
16. 前記第２の添加剤投入ステップにおいて前記供給水に複数回酸を投入して前記高温部（Ｈ）に相当する複数の効用機（１００）に投入される酸の量を調節することを特徴とする請求項１１に記載の多重効用淡水化方法。
17. 前記複数の効用機（１００）の全体又は一部から回収される前記濃縮水の全部又は一部を前記供給水側に回収して前記効用機（１００）に再供給するリサイクルステップを更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の多重効用淡水化方法。
18. 外部から前記最上流に配置される効用機（１００Ａ）に供給される高温の蒸気が供給水との熱交換により凝縮されて形成される凝縮水を他の効用機（１００）の凝縮水とは別途に分離して回収することを特徴とする請求項１０に記載の多重効用淡水化方法。

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