JP6162308B1 - 塩類製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】海水中の塩類を、効率良く粗大な結晶に成長させること。【解決手段】バイオマスを燃料とするボイラー装置１０と、ボイラー装置１０の燃焼熱によって海水を濃縮し、塩類濃度が７％以上飽和濃度以下の濃縮海水Ｗを生成する海水濃縮部２０と、海水濃縮部２０で生成した濃縮海水Ｗを前記燃焼熱によって加熱し、濃縮海水Ｗ中の水分を蒸発させ、濃縮海水Ｗに浸漬したままの状態で塩類の結晶Ｃを成長させる結晶成長部３０と、結晶成長部３０で成長した塩類の結晶Ｃを乾燥させる結晶乾燥部４０と、を備えた塩類製造システムを構成する。【選択図】図１

Description

この発明は、海水から塩化ナトリウムなどの塩類を製造する塩類製造システムに関する。

食塩（塩化ナトリウムが主成分）、融雪剤（塩化カルシウムが主成分）、にがり（塩化マグネシウムが主成分）などの海水由来の塩類の製造には、従来、入浜式塩田、流下式枝条架式塩田などの塩田において行う方法、平釜を用いて海水を加熱蒸発する方法、イオン交換膜を用いる方法などが採用されてきた。例えば、入浜式塩田法は、海に隣接する塩田に碁盤目状の溝（浜溝）を形成し、潮の干満を利用して、この浜溝に海水を引き込む。この海水は、毛細管現象によって砂の表面に浸み出し、この表面に塩分を多く含む砂の層が形成される。この塩分を多く含む砂を集めて、海水とともに沼井（ぬい）と呼ばれる水路に投入する。この砂に含まれる塩分は、共に投入された海水中に溶け出し、海水の塩分濃度よりも高い塩分濃度の塩水（かん水）となる。このかん水を塩釜で加熱し、水分を蒸発させると、塩釜内に塩が残る。

この塩田から製造された食塩（天然天日塩）は、ミネラルなどのうまみ成分を含み高い品質を有している。その一方で、塩田には広い土地を必要とするため、実施場所の制約を受ける問題がある。しかも、雨天が少ない時期に行う必要があるなどの気象条件の制約も受け、年数回程度しか実施できない（安定供給が難しい）という問題もある。この実施場所や気象条件の制約を受けない方法として、海水を加熱して煮詰める平釜法やイオン交換膜法がある。しかしながら、平釜法は、海水中に僅か３％程度しか含まれない塩分を取り出すために、大量の燃料を用いて水を蒸発させなければならず、エネルギー効率上問題がある。また、イオン交換膜法は、塩化ナトリウム以外の、塩のうまみの元になるミネラル分を除去してしまうため、うまみのない塩辛いだけの塩となってしまう問題がある。

これらの問題を解決し得る方法の一つとして、例えば、特許文献１に示す淡水化システムを採用し得る。この淡水化システムは、主に海水から淡水を取り出すために用いられるが、淡水の副産物として塩化ナトリウムなどの塩類が生成される。この塩類は、海水由来の成分をそのまま含むため、うまみを有している。また、逆浸透膜によって海水の濃度を高める工程を経るため、海水をそのまま煮詰める平釜法と比較して、必要なエネルギーを削減することができる。

特開２０１４−１１７６５３号公報

特許文献１に示す淡水化システムにおいては、逆浸透膜を透過した濃縮塩水の塩分濃度は、５．５〜６％とそれほど高くないため（特許文献１の段落［００２９］）、この濃縮塩水を製塩装置に通したときの食塩回収効率を高めるのは困難である。また、この製塩装置においては、ローラにより回転するベルトに付着した濃縮塩水が液面上で乾燥し、析出した塩を回収するが（本文献の図４）、この塩が濃縮塩水中で成長する時間がほとんど与えられないため、小粒の塩しか生成することができない。このため、少なくとも１ｍｍの直径が必要な融雪剤などの塩類を製造する工程には適用できないという問題がある。

そこで、この発明は、海水中の塩類を、効率良く粗大な結晶に成長させることを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、バイオマスを燃料とするボイラー装置と、前記ボイラー装置の燃焼熱によって海水を濃縮し、塩類濃度が７％以上飽和濃度以下の濃縮海水を生成する海水濃縮部と、前記海水濃縮部で生成した前記濃縮海水を前記燃焼熱によって加熱し、濃縮海水中の水分を蒸発させ、当該濃縮海水に浸漬したままの状態で塩類の結晶を成長させる結晶成長部と、前記結晶成長部で成長した塩類の結晶を乾燥させる結晶乾燥部と、を備えた塩類製造システムを構成した。

このように、バイオマスを燃料とするボイラー装置の燃焼熱を用いることで海水を速やかに濃縮することにより、塩類濃度を７％以上飽和濃度以下の濃度に高めて、結晶成長部での塩類の結晶成長を速やかに行うことができる。また、濃縮海水に浸漬したままの状態で塩類の結晶を成長させるようにしたので、この結晶を容易に粗大化することができる。この塩類濃度は、１５％以上飽和濃度以下とするのがさらに好ましく、２５％以上飽和濃度以下とするのがさらに好ましく、２８％以上飽和濃度以下とするのがさらに好ましい。

前記構成においては、前記濃縮海水から取り出した塩類の結晶に、当該濃縮海水を噴射する成長促進部、をさらに備えた構成とするのが好ましい。このように、ある程度の大きさに成長した塩類の結晶に、濃縮海水を噴射することにより、この結晶をさらに大きくすることができ、商品価値をさらに高めることができる。

前記各構成においては、前記結晶成長部が、側壁と天井を有する結晶成長室であって、前記側壁または前記天井の少なくとも一部が、当該結晶成長室外の太陽光を透過可能な素材からなる構成とすることができる。このように構成することにより、この太陽光を透過可能な素材から太陽光を取り込んで、結晶成長室（結晶成長部）の室温を上昇させ、濃縮海水からの水分の蒸発を促進することができる。これにより、塩類の結晶の成長をさらに早めることができる。

前記各構成においては、前記結晶成長部が、前記濃縮海水中に設けられた搬送装置と、当該搬送装置の搬送速度を制御する搬送速度制御部とを有し、前記搬送装置による搬送中に、塩類の結晶が所定の大きさに成長するように、当該搬送速度制御部が、前記搬送速度を制御する構成とすることができる。このように、搬送速度を制御することにより、結晶成長部において、塩類の結晶を所定の大きさに成長させることができる。

あるいは、前記結晶成長部が、前記濃縮海水中に設けられ、当該濃縮海水中に沈んでいる塩類の結晶を掃引して回収する回収装置を有する構成とすることもできる。このように、回収装置を設けることにより、濃縮海水中で所定の大きさに成長した塩類の結晶を容易かつ確実に回収することができる。

前記各構成においては、前記結晶乾燥部が、スクリュフィーダ式の乾燥装置を有する構成とすることができる。このように、スクリュフィーダ式の乾燥装置を用いることにより、塩類の結晶を速やかに乾燥して、回収までの時間を短縮することができる。

この発明においては、バイオマスを用いたボイラー装置で、海水を濃縮し、塩類の結晶が濃縮海水に浸漬したままの状態とすることにより、この結晶を速やかに粗大化することができる。

この発明に係る塩類製造システムの一実施形態を示す全体図 図１に示す塩類製造システムの結晶成長部を示す図 図２に示す結晶成長部の他例を示す図 図１に示す塩類製造システムの結晶乾燥部を示す図

この発明に係る塩類製造システムの一実施形態を図１に示す。この塩類製造システムは、海水から、食塩、融雪剤、にがりなどの塩類を所定の大きさ（例えば１ｍｍ以上）の結晶状態として生成するためのシステムであり、ボイラー装置１０、海水濃縮部２０、結晶成長部３０、および、結晶乾燥部４０を主要な構成要素としている。

海水濃縮部２０には、ポンプ１を用いて海Ｓから汲み上げた海水をろ過する第一濾過器２、第二濾過器３と、ろ過した海水を一時的に貯めておく貯水槽４が併設されている。各濾過器２、３および貯水槽４には、ドレン管２ａ、３ａ、４ａが設けられるとともに、送水管５によって、海水濃縮部２０まで順次接続されている。

ボイラー装置１０は、バイオマスを燃料としている。このバイオマスとして、木材チップを採用することができる。この木材チップは、森林の整備において大量に発生する間伐材を加工することによって得られる。このように、間伐材を使用することで、環境負荷を抑制しつつボイラー装置１０を低コストで稼働することができる。ボイラー装置１０から発生した燃焼熱は、海水濃縮部２０において利用されるほか、この燃焼熱によって発生した水蒸気により、発電を行うことができる。この電力は、後述するベルトコンベア３３などの装置を駆動するために用いられるほか、余剰電力は売電することも可能である。また、ボイラー装置１０から発生した灰は、農業用土壌改良剤（肥料）などとして利用することができる。

海水濃縮部２０は、ボイラー装置１０に併設されており、このボイラー装置１０の燃焼熱によって海水を濃縮して濃縮海水Ｗを生成する機能を有している。この濃縮海水Ｗの濃度は、生成する塩類の種類によって異なり、例えば、食塩（塩化ナトリウムが主成分）の場合は、塩類濃度が７％以上飽和濃度以下、好ましくは１５％以上飽和濃度以下、さらに好ましくは２５％以上２８％以下とされる。また、にがり（塩化マグネシウムが主成分）の場合は、１５％以上飽和濃度以下、好ましくは２５％以上飽和濃度以下、さらに好ましくは２８％以上飽和濃度以下とされる。濃縮海水Ｗは、濃縮管２１を通って結晶成長部３０に送られる。

図２に示す結晶成長部３０は、海水濃縮部２０で生成した濃縮海水Ｗを前記燃焼熱によって加熱し、濃縮海水Ｗ中の水分を蒸発させ、この濃縮海水Ｗ中に溶けている塩類の結晶Ｃを成長させる機能を有している。この成長は、塩類の結晶Ｃが常に濃縮海水Ｗに浸漬したままの状態で行われる。このように、結晶成長を濃縮海水Ｗに浸漬したままの状態で行うことにより、この結晶を粗大化することが可能となり、少なくとも１ｍｍの直径が必要な融雪剤などに適した結晶Ｃを容易に製造することができる。

結晶成長部３０は、側壁と天井を有する結晶成長室３０となっており、外気とは隔離されている。このように、外気と隔離することにより、埃などの不純物が塩類の結晶Ｃに混じるのを防止して、結晶Ｃの高品質化を図ることができる。また、側壁には、換気装置３１が設けられおり、室内温度などを適宜調整できるようになっている。この結晶成長室３０の側壁および天井は、結晶成長室３０外の太陽光を透過可能なガラスから構成されている。このように、側壁などをガラスで構成して太陽光を導入することにより、濃縮海水Ｗ中の水分の蒸発を促進して、結晶成長を一層スムーズに行うことができる。

結晶成長室３０は、ボイラー装置１０と導熱管３２によって接続されている。ボイラー装置１０からこの導熱管３２を経由して燃焼熱が結晶成長室３０に送られるとともに、結晶成長室３０の天井などから太陽光が導入されることにより、この結晶成長室３０の室温は４０℃程度以上に維持される。これにより、濃縮海水Ｗ中の水分の蒸発を促進して、結晶成長を一層スムーズに行うことができる。

なお、この実施形態においては、結晶成長室３０の側壁および天井の全面をガラスで構成したが、側壁または天井の少なくとも一部をガラスで構成した態様としてもよい。また、その素材はガラスに限定されず、太陽光を透過可能な素材であれば、樹脂などの他の素材を採用することもできる。また、結晶成長室３０の床面は、強化ガラス、ステンレス、アクリル樹脂、コンクリート、大理石、繊維強化樹脂（ガラス繊維強化樹脂など）などによって構成されている。

結晶成長室３０に導入された濃縮海水Ｗ中には、搬送装置３３が設けられるとともに、この搬送装置３３には、搬送速度制御部３４が併設されている。搬送装置３３として、ベルトコンベア３３が採用されており、このベルトコンベア３３上で濃縮海水Ｗが結晶化するとともに、その搬送中に結晶Ｃが次第に成長するようになっている。搬送速度制御部３４は、搬送装置３３による搬送中に、結晶Ｃが所定の大きさ（例えば１ｍｍ）まで成長するように、この搬送装置３３の搬送速度を制御する機能を有する。すなわち、搬送速度制御部３４で、搬送装置３３の搬送速度を大きくするように制御すると、結晶Ｃの大きさは小さくなる一方で、搬送装置３３の搬送速度を小さくするように制御すると、結晶Ｃの大きさは大きくなる。

この搬送装置３３のローラには、ボイラー装置１０によって発電した電力を受けて発熱するヒータ（図示せず）が併設されている。このヒータに通電することにより、濃縮海水Ｗの蒸発を促進して、結晶Ｃを一層粗大化することができる。

この搬送装置３３の終端部には、結晶成長室３０で成長した結晶Ｃを結晶乾燥室４０に送るための移送装置３５が設けられている。この移送装置３５として、ベルトコンベア３５が採用されている。

この移送装置３５には、結晶促進部３６が併設されている。結晶促進部３６は、結晶成長室３０内の濃縮海水Ｗを汲み上げるポンプ３６ａと、汲み上げた濃縮海水Ｗを噴射するシャワー部３６ｂとを有している。シャワー部３６ｂから噴射した濃縮海水Ｗは、移送装置３３上の結晶Ｃに向けて直接噴射される。このように、結晶Ｃに濃縮海水Ｗを噴射することにより、この結晶Ｃをさらに大きく成長させることができ、商品価値をさらに高めることができる。なお、この結晶促進部３６は、必須の構成要素ではなく、適宜、省略することもできる。

結晶成長室３０の他例を図３に示す。この構成においては、結晶成長室３０に導入された濃縮海水Ｗ中に、回収装置３７が設けられている。この回収装置３７は、濃縮海水Ｗ中に沈んでいる塩類の結晶Ｃを掃引して回収する機能を有している。この回収装置３７による結晶Ｃの回収は、人手によって行ってもよいし、回収装置３７に駆動装置（図示せず）を設け、所定時間間隔ごとにこの駆動装置を駆動して自動的に行ってもよい。回収した結晶Ｃは、上記と同様に、この結晶Ｃを結晶乾燥室４０に送るための移送装置３５に送られる。結晶成長室３０の床面は、強化ガラス、ステンレス、アクリル樹脂、コンクリート、大理石、繊維強化樹脂（ガラス繊維強化樹脂など）などによって構成されている。この床面に、さらに砂を敷設することによって、塩類の結晶化を促進させることもできる。

図４に示す結晶乾燥部４０は、結晶成長部３０で成長した塩類の結晶Ｃを乾燥させる機能を有する。結晶乾燥部４０は、側壁と天井を有する結晶乾燥室４０となっている。その側壁には、換気装置４１が設けられおり、室内温度などを適宜調整できるようになっている。この結晶乾燥部４０は、ボイラー装置１０と導熱管４２によって接続されている。ボイラー装置１０からこの導熱管４２を経由して燃焼熱が結晶乾燥室４０に送られることにより、この結晶乾燥室４０の室温は６０℃程度以上に維持される。これにより、結晶中の水分を速やかに蒸発させて、乾燥した結晶Ｃ（水分が３％以下）を得ることができる。

結晶Ｃは、結晶乾燥室４０に設けられた搬送装置４３で搬送される。この搬送装置４３として、ベルトコンベア４３が採用されている。この搬送装置４３のローラには、ボイラー装置１０によって発電した電力を受けて発熱するヒータ（図示せず）が併設されている。このヒータに通電することにより、結晶Ｃを加熱して、その乾燥を促進することができる。

搬送装置４３には、スクリュフィーダ式の乾燥装置４４が併設されている。結晶Ｃは、この搬送装置４３での搬送中に乾燥装置４４に通される。乾燥した結晶Ｃは、搬送装置４５によって、製品容器４６に搬送される。この乾燥装置４４を設けることにより、短い装置全長で速やかに結晶Ｃの乾燥を行うことができる。なお、このスクリュフィーダ式の乾燥装置４４は、必須の構成要素ではなく、適宜、省略することもできる。

上記の実施形態はあくまでも一例であって、海水中の塩類を、効率良く粗大な結晶Ｃに成長させる、という本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、ボイラー装置１０、海水濃縮部２０、結晶成長部３０、および、結晶乾燥部４０の構成は適宜変更することができる。また、上記の装置内温度も適宜変更することができる。

１ ポンプ
２ 第一濾過器
３ 第二濾過器
４ 貯水槽
５ 送水管
１０ ボイラー装置
２０ 海水濃縮部
２１ 濃縮管
３０ 結晶成長部（結晶成長室）
３１ 換気装置
３２ 導熱管
３３ 搬送装置（ベルトコンベア）
３４ 搬送速度制御部
３５ 移送装置（ベルトコンベア）
３６ 結晶促進部
３６ａ ポンプ
３６ｂ シャワー部
３７ 回収装置
４０ 結晶乾燥部（結晶乾燥室）
４１ 換気装置
４２ 導熱管
４３ 搬送装置（ベルトコンベア）
４４ 乾燥装置
４５ 搬送装置
４６ 製品容器
Ｓ 海
Ｗ 濃縮海水
Ｃ 結晶

Claims (5)

1. バイオマスを燃料とするボイラー装置（１０）と、
   前記ボイラー装置（１０）の燃焼熱によって海水を濃縮し、塩類濃度が７％以上飽和濃度以下の濃縮海水（Ｗ）を生成する海水濃縮部（２０）と、
   前記海水濃縮部（２０）で生成した前記濃縮海水（Ｗ）を前記燃焼熱によって加熱し、濃縮海水（Ｗ）中の水分を蒸発させ、当該濃縮海水（Ｗ）に浸漬したままの状態で塩類の結晶（Ｃ）を成長させる結晶成長部（３０）と、
   前記結晶成長部（３０）で成長した塩類の結晶（Ｃ）を乾燥させる結晶乾燥部（４０）と、
   を備え、
   前記濃縮海水（Ｗ）から取り出した塩類の結晶（Ｃ）に、当該濃縮海水（Ｗ）を噴射する成長促進部（３６）、
   をさらに備えた塩類製造システム。
2. バイオマスを燃料とするボイラー装置（１０）と、
   前記ボイラー装置（１０）の燃焼熱によって海水を濃縮し、塩類濃度が７％以上飽和濃度以下の濃縮海水（Ｗ）を生成する海水濃縮部（２０）と、
   前記海水濃縮部（２０）で生成した前記濃縮海水（Ｗ）を前記燃焼熱によって加熱し、濃縮海水（Ｗ）中の水分を蒸発させ、当該濃縮海水（Ｗ）に浸漬したままの状態で塩類の結晶（Ｃ）を成長させる結晶成長部（３０）と、
   前記結晶成長部（３０）で成長した塩類の結晶（Ｃ）を乾燥させる結晶乾燥部（４０）と、
   を備え、
   前記結晶成長部（３０）が、前記濃縮海水（Ｗ）中に設けられた搬送装置（３３）と、当該搬送装置（３３）の搬送速度を制御する搬送速度制御部（３４）とを有し、前記搬送装置（３３）による搬送中に、塩類の結晶（Ｃ）が所定の大きさに成長するように、当該搬送速度制御部（３４）が前記搬送速度を制御する塩類製造システム。
3. バイオマスを燃料とするボイラー装置（１０）と、
   前記ボイラー装置（１０）の燃焼熱によって海水を濃縮し、塩類濃度が７％以上飽和濃度以下の濃縮海水（Ｗ）を生成する海水濃縮部（２０）と、
   前記海水濃縮部（２０）で生成した前記濃縮海水（Ｗ）を前記燃焼熱によって加熱し、濃縮海水（Ｗ）中の水分を蒸発させ、当該濃縮海水（Ｗ）に浸漬したままの状態で塩類の結晶（Ｃ）を成長させる結晶成長部（３０）と、
   前記結晶成長部（３０）で成長した塩類の結晶（Ｃ）を乾燥させる結晶乾燥部（４０）と、
   を備え、
   前記結晶成長部（３０）が、前記濃縮海水（Ｗ）中に設けられ、当該濃縮海水（Ｗ）中に沈んでいる塩類の結晶（Ｃ）を掃引して回収する回収装置（３７）を有する塩類製造システム。
4. 前記結晶成長部（３０）が、側壁と天井を有する結晶成長室（３０）であって、前記側壁又は前記天井の少なくとも一部が、当該結晶成長室（３０）外の太陽光を透過可能な素材からなる請求項１から３のいずれか１項に記載の塩類製造システム。
5. 前記結晶乾燥部（４０）が、スクリュフィーダ式の乾燥装置（４４）を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の塩類製造システム。

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