專利名稱：現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠，特別涉及這樣的現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠， 其具備利用自然能量的發(fā)電設(shè)備、并且在限定的一個區(qū)域內(nèi)綜合具備 電解廠、乙醇廠、蔬菜廠、魚貝類的養(yǎng)殖廠。
背景技術(shù)：
在世界各國中，都在加緊諸如能源、燒堿、輕金屬等能夠影響
國力的那些工業(yè)的復(fù)興。2006年，在圣彼得堡召開的俄羅斯峰會上， 各國元首發(fā)言的重點都放在抑制原油消費的對策上，作為盡早采用的 無石油化措施，可以列舉原子能、天然氣、太陽能等。這樣不使用化 石燃料而是要依靠自然能源的趨勢顯著提高。自然能源的發(fā)電可以依 靠風(fēng)力、水力(潮力)、波力、太陽光、太陽熱、地?zé)岬?，其中，關(guān) 于風(fēng)力發(fā)電，由于可以與地面垂直地設(shè)置風(fēng)車，因此其與其它自然能 源的發(fā)電相比，設(shè)置面積較小，而且不分晝夜都可以利用。在下述專 利文獻l、 2中公開了將該風(fēng)力發(fā)電用于壓力泵的電力上，該壓力泵 是為了采用反滲透裝置來處理未處理的水或海水。此外，在下述專利 文獻3中公開了將風(fēng)力發(fā)電用于以淡化海水為目的的抽取海水的泵 的電力上。另外，在下述專利文獻4中公開了將風(fēng)力發(fā)電用于通過電 解淡水而生產(chǎn)氫氣的電力上，其中所述淡水是通過海水淡化裝置而獲 得的。
潮流發(fā)電的能效更高?？梢愿鶕?jù)公式W=ApV3/2 (此處，A為 受流體面積，p為流體密度，V為流速)來計算從風(fēng)力或潮力等流體 獲得的能量(W)?？諝獾拿芏葹?.2 kg/m3，與此相比，水的密度 為1025 kg/m3。因此，如果將風(fēng)流轉(zhuǎn)換成水流，則可以獲得854倍的 能量。例如，在日本周邊有黑潮(日本海流)和對馬海流，其中，黑 潮為合適的潮流發(fā)電源，黑潮流經(jīng)卜力，海峽、足摺岬、室戶岬、潮
5岬、三宅島、御藏島，其寬度為250 km、水深為1000 m、流速為0.3 2m/秒。如上所述，水輪機的輸出與水流的立方成正比，因此潮流 發(fā)電具有吸引力。
人們傾向于認(rèn)為上述的風(fēng)力、流水力等流體能量對地球環(huán)境友 好，并且認(rèn)為它們是不會發(fā)生資源枯竭的合適的能源，但是它們都被 自然條件和地理條件所限制，因此根據(jù)氣象條件或地點，難以獲得所 希望的發(fā)電電力。于是，有人提出了在豐富存在有風(fēng)力能源或者潮流 和海流等流體能源的海洋上利用它們的多種方案。在下述專利文獻5 中公開了為了將海洋深層水抽取到浮游設(shè)置在海上的槽里而使用由 風(fēng)力發(fā)電所獲得的電力。在下述專利文獻6中公開了將風(fēng)力發(fā)電用于 通過電解的海水淡化過程中。在下述專利文獻7中公開了在設(shè)置在海 上的大型浮體結(jié)構(gòu)物中利用風(fēng)力發(fā)電、波力發(fā)電、海洋溫差發(fā)電等自 然能源的發(fā)電設(shè)備。在下述專利文獻8、 9中公開了在可以移動的海 上浮體上將通過電力而淡化的水進行電解從而產(chǎn)生氫氣和氧氣，其中 所述電力是由利用太陽熱的蒸汽輪機發(fā)電或波力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等而 獲得的。設(shè)置在海上的浮游體上或者浮體船的甲板上的風(fēng)車最好具有 對風(fēng)向沒有關(guān)系的無方向性。本發(fā)明人在下述專利文獻10、 11中公 開了通過風(fēng)力和潮力這兩種能源來獲得電力的垂直軸風(fēng)水車。
根據(jù)下述非專利文獻l，在瑞典，維持逐步廢除原子能發(fā)電這樣 的無原子能發(fā)電政策，并且對風(fēng)力發(fā)電的引入設(shè)定了高的目標(biāo)。據(jù)說， 在1970年，在能源需求中，對石油的依賴程度占到70%，但是其后 以石油危機為契機，推進無石油政策，現(xiàn)在對石油的依賴程度降低至 30%的水平。特別是，由于民政部門的暖氣和供給熱水用的熱能推進 了地域熱供給的普及以及向生物質(zhì)燃料的轉(zhuǎn)換，現(xiàn)在對石油的依賴程 度己經(jīng)降低至10%。據(jù)說，在這幾年中，向汽油中混合乙醇(5%) 得到推動，并且以含有85%的乙醇的E85、或使生物質(zhì)發(fā)酵而獲得的
沼氣等作為原料的汽車的普及化也得到推進。還清晰地記得這樣的事 件在2007年1月，美國的布什總統(tǒng)提出了使玉米發(fā)酵以制造生物 乙醇、并且到2017年將替代20%的汽油的方針，從而使玉米的谷物 價格暴漲。日本政府也提出了到2030年，將生物乙醇的生產(chǎn)量提高到600萬千升的方針。在下述非專利文獻2中公開了 RITE和本田
技研制備生物乙醇的方法，該方法為對棒狀桿菌的基因進行重組，
將纖維素等植物纖維替換成糖，由不能作為食物的木屑或雜草、稻桿
和麥桿等來制備生物乙醇。在下述非專利文獻3中公開了使細(xì)菌為以 往的IOO倍的方法，其中所述細(xì)菌使從甘蔗渣或木屑提取的糖和淀粉 發(fā)酵以提取乙醇。在下述專利文獻12中公開了一種制備乙醇的方法， 其特征在于，在能生成乙醇的細(xì)菌體內(nèi)的酶反應(yīng)條件下，從外部向反 應(yīng)培養(yǎng)基中添加NADH (還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)，在上述 化合物的存在下與能生成乙醇的細(xì)菌發(fā)生反應(yīng)，從而在反應(yīng)培養(yǎng)基中 產(chǎn)生乙醇，并收集所生成的乙醇。
在下述非專利文獻4中報道了采用反滲透膜等來淡化海水的曰 本技術(shù)己進入世界?，F(xiàn)在世界上有11億人不能夠充分地利用水，在 中國和中東，工業(yè)用水的不足成為經(jīng)濟增長障礙的主要原因。因此在 那些地域中緊急建設(shè)海水淡化工廠。但是，這些淡化海水的目的是獲 取真水，因此，目前將海水中的大約3%為鹽分的灌水作為廢液而被 排放入大海。
目前在日本，淡化海水的設(shè)施或生產(chǎn)諸如鎂等溶存于海水中的 金屬的設(shè)施等都被限制在沿岸地區(qū)的火力發(fā)電站周圍，這些溶存于海 水中的金屬被稱為是具有與鋁相同的電力的化石。關(guān)于鋁的生產(chǎn)，如 下述非專利文獻5所示，在日本，新型金屬的99%依賴于進口，精 煉新型金屬的工廠只有具備自家發(fā)電站的日本輕金屬的蒲原工廠(靜 岡縣)。金屬鈉也一樣，日本國內(nèi)的生產(chǎn)廠只有日本曹達的二本木工 廠(新瀉縣) 一處。日本的原型快增殖堆"6 & ^ W使用了約1700 噸的金屬鈉，但是全部是進口的。另一方面，以鹽作為原料的燒堿工 業(yè)，與硫酸工業(yè)一起，都是化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)工業(yè)，化學(xué)工業(yè)以這兩種 工業(yè)作為起點。根據(jù)2005年的統(tǒng)計，日本的燒堿生產(chǎn)量順利上升到 455萬噸。但是，原料鹽的100%依賴于進口鹽，因此其進口價格的 一半以上為運費。而且，由該鹽來生產(chǎn)燒堿時，電解需要大的電力， 因此燒堿事業(yè)部門在平成11年度的收益情況為5億日元的經(jīng)營虧損， 如果這樣的狀態(tài)持續(xù)下去，則會失去日本的燒堿、氯素工業(yè)的國際競爭力。如下述非專利文獻6所示，每生產(chǎn)1噸制品所使用的電力多達
約2500 kWh。作為對策，促進電力向深夜用電的轉(zhuǎn)移、新設(shè)或增設(shè) 自家發(fā)電設(shè)備、或者運輸船舶的大型化等成為緊急課題。在日本，一 直到昭和30年代，水銀法為食鹽電解法的主流，但是到昭和61年6 月止，已全面轉(zhuǎn)換為隔膜法或離子交換膜法。然而，如下述非專利文 獻7所示，制法簡易、且可以制備高純度燒堿的水銀法難以被舍棄， 并且如下述非專利文獻5所示，世界上的局勢至今仍是水銀法占主 流。
關(guān)于海洋深層水，根據(jù)非專利文獻8，海洋深層水是指具有與分 布在水深為200米以上的深海中的表層水不同的物理和化學(xué)性質(zhì)的 海水，其分布在大洋的深層，是指在地球上的兩處(北大西洋的格陵 蘭島海域和南極海)所形成的深層水(北大西洋亞深層水和南極底層 水)。這些深層水通過熱鹽循環(huán)、經(jīng)過約2000年使世界的海洋移動， 并且與以千年為單位的地球的氣候有著重要的關(guān)系。其物理性質(zhì)是低 溫、高鹽分、高密度，并且由于幾乎不受大氣影響，因此與表層水相 比，其變化很少。就化學(xué)性質(zhì)而言，由于太陽光不能夠充分到達，所 以浮游植物不能成長，而且由于也難以與表層水發(fā)生混合從而缺乏溶 存氧。此外，由于長期從表層沉降多種物質(zhì)，因此礦物質(zhì)和營養(yǎng)鹽豐 富。該海水有時在特定的海域中上升到表層，從而該特定的海域成為 生物生產(chǎn)性高的海域并成為好的漁場。利用深層水的營養(yǎng)鹽豐富且雜 菌非常少的特性，嘗試將其用于養(yǎng)殖業(yè)中。此外，人們正在研究深層 水在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用、發(fā)酵領(lǐng)域中的應(yīng)用、以及利用其與表層水的溫差 進行發(fā)電等。特別是，如果在酒和醬油、面包等發(fā)酵食品領(lǐng)域中使用
深層水，則可以獲得促進發(fā)酵、增加風(fēng)味、增加酒的酒精生產(chǎn)量的效 果。特別是，關(guān)于酒，根據(jù)日本的高知縣和企業(yè)的共同研究，發(fā)現(xiàn)海 洋深層水緩和了酵母的負(fù)面作用、并活化了酵母中的重要基因，這揭 示了在基因水平上科學(xué)地闡明可以制備香氣醇厚且美味的酒的機制。 此外，在下述非專利文獻9中記載了這樣的內(nèi)容生長繁殖在熱帶地 域到南極的水深為IOO米以下的海中的海洋細(xì)菌7力'J才夕'J才》， 不僅可以在普通的葉綠素進行光合作用的400 700納米的可見光下、而且還可以在700 800納米的近紅外線下進行光合作用，因此效率 提高5 %，因此，其有望作為二氧化碳的吸收體；目前認(rèn)為，在海中， 通過藻類等的光合作用每年有20億噸左右的二氧化碳被吸收，但是 根據(jù)該發(fā)現(xiàn)還可增加約2千萬噸，海的二氧化碳吸收量很有可能比目
前想到的情況還要大。在下述專利文獻13中公開了這樣的內(nèi)容用
在溶液中培育的人工苔蘚幼苗將植物工廠內(nèi)的二氧化碳固定以削減
二氧化碳。在下述專利文獻14中公開了這樣的內(nèi)容使用風(fēng)車作為 動力來源來抽出深層水，并將其排放到表層水中而作為漁場。在下述 專利文獻15中公開了這樣的內(nèi)容同樣使用風(fēng)車作為動力來抽出深 層水，并將其排放到表層水中而作為海洋牧場。在下述專利文獻16 中公開了這樣的內(nèi)容同樣使用風(fēng)車作為動力來源來抽出深層水，并 制造能使深層水在海水中滯留一定期間的滯留槽，將其作為漁場。在 下述專利文獻17中公開了采用深層水制備啤酒。
使用海洋深層水進行溫差發(fā)電是這樣的方法利用被太陽熱加 熱的海洋表層水與太陽光達不到的100米以下的冰冷海洋深層水之 間的溫差，將氟利昂和氨等易氣化的介質(zhì)用于熱交換，并在溫暖的表 層水中進行蒸發(fā)，使渦輪旋轉(zhuǎn)從而發(fā)電。在下述專利文獻18中公開 了利用海洋深層水與海洋表層水的溫差進行發(fā)電的方法。在下述專利
文獻19中公開了通過驅(qū)動利用風(fēng)力的泵來抽取溫差發(fā)電用深層水。
作為將熱電子發(fā)電元件利用于溫差發(fā)電中的報道，在下述專利文獻
20中公開了設(shè)置在溫差發(fā)電中的對振動和沖擊具有耐受性的熱電元 件的制造方法。在下述專利文獻21中公開了制造攜帶式小型溫差發(fā) 電用熱電子發(fā)電元件的方法。該熱電子發(fā)電元件(熱電元件)也可以 稱為珀爾帖(《^f工)元件，如果連接不同種類的半導(dǎo)體而導(dǎo)通電 流時， 一側(cè)的連接部發(fā)熱、而另一側(cè)的連接部吸熱。該現(xiàn)象是指將在 一側(cè)吸收的熱從另一側(cè)放出，如果逆轉(zhuǎn)電流的方向，則發(fā)熱和吸熱部 位也變成相反的。此外，如果使兩個連接面有溫差的話，則會出現(xiàn)電 勢差，從而起到溫差發(fā)電元件的作用。本申請發(fā)明人在下述非專利文
獻10中公開了這樣的內(nèi)容對熱電元件外加電壓，以使該熱電元件
的正弦波直流電壓從正電位變化成負(fù)電位，從而周期性地改變溫差，將該熱變化供給到巖石試樣上，從而制造巖石的熱常數(shù)測定裝置。此 外，在下述專利文獻22中公開了一種裝置，其中將熱電元件的一側(cè)
緊密連接到激光鏡上、將另一側(cè)用冷水冷卻，在這樣的狀態(tài)下向元件 中導(dǎo)通直流，由此冷卻激光鏡。另外，在下述非專利文獻11中公開
了這樣的內(nèi)容在該熱電元件的一側(cè)給予500 "以下的高溫、而使另
一側(cè)的溫度為IO(TC以下，將該溫差用于熱電子發(fā)電元件。
即使是食品自給率較高的日本，由于生產(chǎn)者的高齡化、勞力不 足等原因蔬菜進口也增加了。在經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)化的過程中，有著龐 大人口的中國正轉(zhuǎn)變?yōu)榧Z食進口國。此外，在日照時間極少的冬天的 北歐，在餐桌上很少看見綠色蔬菜。目前，在依靠自然能源的農(nóng)業(yè)中， 每個地域都具有因地制宜的充滿智慧的技術(shù)。但是，在擔(dān)憂世界人口 增加和糧食不足的今天，必須采用盡量不破壞自然環(huán)境的方法，并利 用盡可能的農(nóng)業(yè)適地。但是在這些情況下，產(chǎn)地受到限制，而且還受
天氣影響。參見下述非專利文獻12和植物工廠研究所的網(wǎng)頁，植物 工廠是指"利用環(huán)境控制和自動化等高技術(shù)進行植物全年生產(chǎn)的系
統(tǒng)"。植物工廠是這樣的工廠通過用計算機控制植物栽培環(huán)境，艮P，
溫度、光、二氧化碳、肥料等的給予量，由此，既不受天氣的影響，
又不需要人手，可以自動地生產(chǎn)作物。在下述專利文獻23中公開了
這樣的內(nèi)容在從植物的苗到成長期，用含有較多的紅外光的光線照 射而使植物體伸長；在成熟期，通過使紅外光變少，可以使收獲期提 前。在下述專利文獻24中公開了一種只反射可見光的防濕型照明器 具，其作為光合作用的光源，即使在高溫多濕環(huán)境下也可以長時間地
使用。在下述專利文獻25中公開了這樣的內(nèi)容將燃料電池用于植
物工廠的電力，通過太陽光發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電從而給電力消費對象提供
電力。在下述專利文獻26中公開了將配合有海洋深層水的鹵水的肥 料施加給蔬菜。
2007年1月22日在神戶市召開了養(yǎng)殖魚國際會議。根據(jù)下述非 專利文獻13，日本的奄美大島有很多崎嶇不平的海灣，其氣候?qū)儆?全年的水溫都不會降到20度以下的溫暖氣候。據(jù)說，為了養(yǎng)殖金槍 魚，在這里聚集了產(chǎn)業(yè)-大學(xué)-政府。選擇不發(fā)生赤潮的海域作為養(yǎng)殖場是理所當(dāng)然的事情。根據(jù)下述非專利文獻14的地球白皮書，每年 的夏天，在墨西哥灣岸上會出現(xiàn)沒有魚和海洋生物的巨大"死海"。出 現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是，溶存在海水中的氧濃度的水平非常低，所以海洋
生物不能生存，但是在全世界還有146個同樣的缺氧海域，在水溫高 的地方最容易發(fā)生，集中在美國的東海岸和歐洲的海上，但是據(jù)說在 中國、日本、巴西、澳大利亞、新西蘭的海岸也可以看到該現(xiàn)象。在 這些沿岸地域中出現(xiàn)缺氧區(qū)域，如果其外流到河流或海中，則受到在 肥料中含有的過于濃縮的氮和磷的刺激，植物性浮游生物和藻會發(fā)生 異常，從而魚和其它生命體會死去。據(jù)說，如果該植物性浮游生物死 掉的話，則會沉在水底并腐敗分解，但是在此過程中用盡了氧氣，因 此形成了低氧地帶。幾乎所有的海洋生物都不能在低氧地帶生存。可 以游泳的魚和其它生物只要離開了缺氧海域就可以了，但是甲貝類等 在低氧的水中移動不久后就會窒息而死。而且，在近海區(qū)域中魚養(yǎng)殖 業(yè)正在逐步盛行，營養(yǎng)成分堆積在沿岸水域中是其主要原因之一。為 了克服該弊端，解決問題的關(guān)鍵是減少由被排出的營養(yǎng)成分所導(dǎo)致的 水質(zhì)污染，從而恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能。在二十世紀(jì)七十年代以來，夾在 丹麥和瑞典之間的卡特加特海峽被低氧狀態(tài)、植物性浮游生物發(fā)生異 常、以及魚的大量死亡所困擾。1986年，受到挪威的龍蝦水產(chǎn)業(yè)崩 潰的觸發(fā)，丹麥政府主要通過減少來自廢水處理廠和工業(yè)的排水，使 水中的磷含量減少80%,并且將沿岸濕地帶再生并減少了農(nóng)場的肥 料使用量。有報道，由此制止住了植物性浮游生物的增殖，并且水中 的氧氣量得到增加。
現(xiàn)在，在日本建設(shè)中的海上風(fēng)力發(fā)電工程有三個。根據(jù)下述非 專利文獻15，在這其中，使用由風(fēng)車發(fā)電的電力而產(chǎn)生氫氣的方式 己被國立環(huán)境研究所和海上技術(shù)安全研究所所采用，而將由風(fēng)車發(fā)電 的電力直接供電到陸地上的方式已被東京大學(xué)和東京電力所采用。以 遠洋非系泊式帆船型風(fēng)力發(fā)電廠的構(gòu)思，按照從平成15年起5年間 的計劃來推進國立環(huán)境研究所所采用的方式。將風(fēng)車的功率假設(shè)為5 MW (葉輪直徑為120m)，將風(fēng)車的設(shè)備利用率設(shè)定為25%，將在 海上獲得的氫氣輸送到陸地上并消耗在燃料電池上，在這種情況下，如果將氫氣的轉(zhuǎn)換效率設(shè)定為50%，將燃料電池的能量效率設(shè)定為 60%的話，需要28萬8千臺風(fēng)車，計算其面積為12萬4千km2。
海上技術(shù)安全研究所所采用的方式是近海系泊式浮體式風(fēng)力發(fā) 電方式，在未設(shè)定水產(chǎn)業(yè)的、水深為100 200 m的日本近海上設(shè)置 系泊式浮體(長為187 m，寬為60 m)，從而進行風(fēng)力發(fā)電。在1 個浮體上設(shè)置2臺風(fēng)車。假設(shè)風(fēng)車的規(guī)定功率為5 MW (葉輪直徑為 120m)，并且通過直接電解海水來制備氫氣，但是，目前是將海水 淡化，并將其電解以制備氫氣。而且，將該氫氣與從陸地輸送來的 co2進行反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成甲烷。甲烷通過液化或壓縮氣化后輸送到陸 地。根據(jù)實際的風(fēng)況數(shù)據(jù)， 一年間的設(shè)備利用率達到40%的海域是 北海道西岸、東北日本海沖、房綜沖、伊豆沖這四處，合計相當(dāng)于 15,000 km2。按照1個浮體為10 MW的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備， 一年間的總 發(fā)電量為35,040 MWh，可以制備835 t的氫氣(電解效率約為80%)。 由此每年可以制備約1,650 t的甲烷(轉(zhuǎn)化率為99%)。這相當(dāng)于約 4,300輛一年行駛1萬km的汽車所用的燃料。氫氣的甲烷化反應(yīng)是 放熱反應(yīng)，因此可以發(fā)熱6.94x106 kWh。利用該熱，用蒸汽發(fā)電機 來發(fā)電，并將其作為電解用的電力而進行再利用。每1個浮體的建設(shè) 費用約為49億日元，按照30年償還期來計算，電費為11.7日元/kWh。
東京大學(xué)和東京電力所采用的方式是近海系泊式浮體式海上水 力發(fā)電方式，為了在關(guān)東地方的太平洋海面10km左右的地點進行浮 體式海上風(fēng)力發(fā)電，打算在平成17 18年度，進行海上風(fēng)況的評價、 浮體的設(shè)計、經(jīng)濟性的評價等。在1個浮體上建設(shè)3臺規(guī)定功率為 2.4 MW (葉輪直徑為92m)的風(fēng)車，風(fēng)車間的距離為180 m,浮體 由基礎(chǔ)浮體上的RC、鋼管制的聯(lián)接部件、拉緊纜索構(gòu)成。打算在風(fēng) 車塔和中央部的四個位置處進行系泊。 〈引用文獻的表示〉
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專利文獻3:日本特開平2004-290945號公報
專利文獻4:日本特開平2005-069125號公報專利文獻5:曰本特開平2002-059893號公報
專利文獻6:日本特開平2001-213388號公報
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專利文獻8:日本特開平2002-303454號公報
專利文獻9:日本特開平2005-145218號公報
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專利文獻日本特開平2003-206849號公報
專利文獻12:日本特開2004-344107號公報
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專利文獻14:日本特開2007-2721號公報
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專利文獻17:日本特開2003-169657號公報
專利文獻18:日本特開2005-280581號公報
專利文獻19:日本特開平7-63155號公報
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發(fā)明內(nèi)容
從經(jīng)濟性角度考慮，以往的能量資源的籌措被限制在資源豐富 的地方，如何將其經(jīng)濟地運輸?shù)较M地成為課題。但是，近代工業(yè)的 發(fā)展帶來了資源的過度開采，由此引起的世界資源的枯竭造成資源的 高價。幸虧日本的四面環(huán)海，考慮到200海里的大陸架外周，日本可 以成為資源豐富的國家。溶存于海水中的礦物資源，海流、潮汐等流
體能量資源，太陽熱、海底溫泉或海岸溫泉與水的溫差等熱能資源， 飲用水和工業(yè)用水也是海洋資源。本發(fā)明要解決的課題是構(gòu)建一種綜 合系統(tǒng)，S卩，不使用化石燃料而經(jīng)濟地回收這些無窮無盡的海洋資源， 并且將這些資源與陸運來的纖維材料或谷物進行發(fā)酵而制備燃料用乙醇或深層水啤酒；將通過酒精發(fā)酵而產(chǎn)生的二氧化碳作為原料來栽 培蔬菜；通過將由光合作用產(chǎn)生的氧氣在從海底或海中得到的海洋表 層水中進行鼓泡，從而提高海水的氧濃度，由此促進魚貝類的生長， 并且減少海洋的低氧地帶從而抑制發(fā)生赤潮。綜合生產(chǎn)廠的電力不使 用化石燃料，而是利用風(fēng)力、水力(潮力)、波力、太陽光、太陽熱、 地?zé)岬茸匀荒芰?。其中，風(fēng)力可以相對于地面和海面而垂直地設(shè)置， 因此與其它自然能源的發(fā)電設(shè)置相比，其設(shè)置面積小，而且不分晝夜 都可以利用。黑潮等潮流發(fā)電的發(fā)電效率非常高。即，與風(fēng)相比，.水 的密度大，因此，在水風(fēng)車發(fā)電中，如果將風(fēng)流換成水流，則可以獲 得854倍的能量。因此，潮流的流速為每秒1米時相當(dāng)于風(fēng)速為每秒 9.5米；潮流的流速為2米時相當(dāng)于風(fēng)速為19米。因此，只要將海洋 工廠的浮體船系泊在黑潮等潮流快的海上，就可以提高發(fā)電效率。此 外，在海洋深層水的溫差發(fā)電中，將以前的氟利昂或氨等產(chǎn)生的氣化 熱用于熱交換，并在表層水中蒸發(fā)這些氣體以旋轉(zhuǎn)渦輪而發(fā)電。如果 將該機械渦輪換成熱電子發(fā)電元件，則可以進行沒有驅(qū)動部的發(fā)電。 因此，為了獲得高的溫差，高溫側(cè)使用了高溫循環(huán)液體(其是由作為 被太陽熱或工廠廢熱加熱后的熱載體的石油制品、芳香族化合物、熔 解鹽、易熔金屬、有機硅油、硫酸和油等而獲得的)或水、或者電解 廠排出的熱水、作為溫泉水的海底溫泉或海岸溫泉、或者火山性溫泉 的溫泉水等溫水循環(huán)液體等，并且，低溫側(cè)使用了深層水或表層水、 或者江河水。用具有下列結(jié)構(gòu)的溫差發(fā)電裝置等補充電力，其中所述
結(jié)構(gòu)為太陽能熱水器由在甲板上排列的數(shù)個集熱管所構(gòu)成，或者由
設(shè)置在用透鏡或反射鏡等聚光設(shè)備而會聚的太陽光的焦線處的集熱 管所構(gòu)成，作為通過電力進行加熱的前工序，通過在集熱管中循環(huán)的 熱載體，來預(yù)加熱熔鹽電解過程的食鹽、食鹽和氯化鈣、氯化鎂、氯 化鉀、氯化鈣或燒堿等熔融鹽，然后，使其與抽上來的深罷水或海洋 表層水、或者江河水的冷水分別流入到具有二或三重管結(jié)構(gòu)的內(nèi)管和 外管中，在該內(nèi)管和外管的中間管上排列有半導(dǎo)體熱電子發(fā)電元件。 在將太陽光或風(fēng)力等干凈且可再生的能量轉(zhuǎn)換成氫氣、并通過 燃?xì)錅u輪機而獲得發(fā)電用燃料和運輸用燃料、城市煤氣等廣泛的領(lǐng)域中，進行研究開發(fā)。特別是，在海上，用由風(fēng)力發(fā)電而獲得的電力來 淡化海水，電解該水以產(chǎn)生氫氣，將該氫氣以液氫狀態(tài)儲藏在氣瓶中， 并且為了輸送到陸地上，對儲氫金屬和氣瓶的輕量化等進行開發(fā)研究。 在短時間內(nèi)需要大量氫的發(fā)電站或城市煤氣或者燃料電池充電工廠等 設(shè)施中，適合使用固態(tài)氫。金屬鈉的比重為0.971，比水還輕，而且， 如果保存在石油中，則很安全。因此，如果在海上制備的話，則可以 減少運輸費用和儲藏容器等費用。通過將該金屬鈉形成為液體后，與 水蒸氣或氧進行反應(yīng)，從而產(chǎn)生燃燒能量，可以用該燃燒能量進行發(fā) 電，但是，作為更簡單的方法，如果將向該金屬鈉中注入水而產(chǎn)生的 氫用于發(fā)電站或城市煤氣生產(chǎn)廠或者燃料電池充電設(shè)施中，則其燒堿 廢棄物可以供作純堿工業(yè)的原料并作為經(jīng)濟的純堿工業(yè)用原料。另一 方面，考慮到燒堿以及用于產(chǎn)生氫的金屬鈉的需求平衡，使用通過風(fēng) 力發(fā)電獲得的電力將燒堿進行熔鹽電解，從而可以構(gòu)建用于再次制備 金屬鈉的鈉燃料循環(huán)。與核燃料循環(huán)(對原子能發(fā)電站用完的核燃料 進行再處理以再次制備鈾和钚)相同，該鈉燃料循環(huán)是可以無限地制 造燃料的再利用體系。但是，本發(fā)明推薦的鈉燃料循環(huán)不像核燃料循 環(huán)那樣排出放射性廢棄物，因此是安全的。而且，與諸如鈾(其僅埋 藏在世界的有限區(qū)域中，并且埋藏量也少)之類的資源相比，鈉作為 食鹽而無窮無盡地存在于海水中，并且，其作為巖鹽而豐富地存在于 大陸上。雖然鈉燃料是資源豐富且在全世界中都可以供給的燃料，但 是在其處理過程中需要細(xì)心注意。該金屬鈉與水發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生 氫，該反應(yīng)熱甚至可引起燃燒。如果向油類(其是為了控制該燃燒或 氧化而放入的)中的鈉，從上面以噴霧式、點滴式或者脈沖式注入水 的話，則比油的比重大的水快速地通過油中。在此通過過程中，使水 與金屬鈉接觸而引起化學(xué)反應(yīng)。或者可通過超聲波振動來攪拌與油層 下部接觸的水層，使油和水的混合液與金屬鈉接觸，從而也會引起水 和金屬鈉的反應(yīng)。此外，還可以從多個高壓噴水口向油層中的金屬鈉 噴水。為了直接使金屬鈉與水發(fā)生反應(yīng)，可以從上面用控制棒壓下漂 浮在油層中的金屬鈉，從而使其與油層下的水進行反應(yīng)。為了進一步 引起劇烈的反應(yīng)，可以在氫、氬或氮等惰性氣體氣氛中抽油之后，向金屬鈉以噴射式、點滴式或者脈沖式注入水。通過這些反應(yīng)，可以從 反應(yīng)容器的上面得到氫，而從下面得到燒堿。此外，有這樣的結(jié)構(gòu) 在容器周圍設(shè)置冷卻套，當(dāng)反應(yīng)熱引起溫度急劇上升時使冷卻水流動。 反應(yīng)容器可以使用不銹鋼、聚乙烯、聚丙烯等耐腐蝕性材料。本發(fā)明 要解決的課題就是構(gòu)建這樣的循環(huán)體系。
當(dāng)供應(yīng)到金屬鈉中的水的量少時，即，在抽出油后，將水從容器 上面的噴水口注入到金屬鈉中的情況下，由于反應(yīng)熱導(dǎo)致產(chǎn)生高溫，
該溫度達到了所生成的氫的燃點以上(500 °C)。特別是，如果向反應(yīng)
體系中供給氧的話，則氫發(fā)生燃燒而產(chǎn)生高溫。為了利用該熱，使作 為一次冷卻劑的熱載體在反應(yīng)容器外周部的冷卻套中循環(huán)，用該熱使 作為二次冷卻水的水沸騰，由此可以使水蒸氣渦輪旋轉(zhuǎn)，從而用于發(fā) 電。另一方面，當(dāng)供應(yīng)到金屬鈉中的水量多時，即，用控制棒從上面 壓下漂浮在油層中的金屬鈉而使油層下的大量水與金屬鈉反應(yīng)時，由 于水的熱容量大，溫度并不會那么上升，因此可以穩(wěn)定地產(chǎn)生氫。當(dāng) 然，由于在水中沒有氧的供應(yīng)，因此氫不會燃燒。
鑒于上述問題，提出了本發(fā)明。即，本發(fā)明的目的包括作為不 受自然條件、地理條件或者氣象條件和場所制約的方法，在一個限定 的區(qū)域內(nèi)獲得所希望的發(fā)電電力和原料；由此，以海水或鹽湖水或者
巖鹽為原料，來制備真水、鈉、鎂、鈣、鉀、燒堿、氯、鹽酸、硫酸、
氫、氧等；將它們與陸運來的纖維素材料或谷物發(fā)酵，從而制造燃料 用乙醇或深層水啤酒；以酒精發(fā)酵后產(chǎn)生的二氧化碳為原料來栽培蔬
菜。在該蔬菜廠中，為了生產(chǎn)熱帶和亞熱帶植物，利用溫泉水。為此， 在溫水通道或者溫水容器的周圍圍繞金屬管道，其中所述溫水通道或 者溫水容器中流淌著溫泉水的一次熱水，而所述金屬管道中循環(huán)著二 次熱水，將該二次熱水用于所述蔬菜廠的暖器，該暖氣用于升高土壤 溫度和栽培溫度，從而栽培熱帶或亞熱帶植物。作為海上復(fù)合工廠(其 將該蔬菜廠中光合作用所產(chǎn)生的氧供應(yīng)于海水的氧濃度補充中，從而 養(yǎng)殖魚貝類)，提供可以降低生產(chǎn)、儲藏、運輸時的能量損失且改善 整個系統(tǒng)的效率的現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠。特別是，關(guān)于作為能量源的金屬 鈉的供給，除了海洋中的龐大的海水之外，大陸上存在的巖鹽和鹽湖也可以供給金屬鈉。巖鹽占世界食鹽生產(chǎn)量的3/4。利用這些陸地上 的鹽和陸地上的風(fēng)力發(fā)電、太陽光發(fā)電、太陽熱發(fā)電、太陽熱等自然 能量，通過熔鹽電解來直接制備金屬鈉、或者通過電解食鹽的水溶液 來生產(chǎn)氫氧化鈉，并將氫氧化鈉進一步進行熔鹽電解，從而間接地制 備金屬鈉。在世界中，既有諸如波羅的海之類的海上風(fēng)力豐富、且海 水的鹽濃度低(1%以下)的地區(qū)，又有淡水湖。將巖鹽運輸?shù)竭@些 地區(qū)，在那里制備金屬鈉。在大陸上，南美和北美或者歐洲等存在巖 鹽地帶和鹽湖，該地方常為風(fēng)力發(fā)電區(qū)域。2003年度的巖鹽生產(chǎn)國 包括美國(生產(chǎn)量為1630萬噸)、德國(生產(chǎn)量為1500萬噸)、 意大利(生產(chǎn)量為300萬噸)、西班牙(生產(chǎn)量為200萬噸)、英國 (生產(chǎn)量為150萬噸)、巴西(生產(chǎn)量為130萬噸)、巴基斯坦(生 產(chǎn)量為130萬噸)。此外，還廣泛分布在俄羅斯、中國、蒙古、伊朗、 摩洛哥、阿爾及利亞、利比亞、也門、阿根廷、哥倫比亞、厄瓜多爾、 秘魯、智利等各國。關(guān)于鹽湖，著名的有美國的密歇根湖和鹽湖、以 色列的死海、澳大利亞的Lefroy湖等，可以在這些地區(qū)的湖或巖鹽 發(fā)掘現(xiàn)場等制備金屬鈉，并將其陸運到消費地。這種兼具原材料和電 力能源的地區(qū)的制造系統(tǒng)，可以提供降低生產(chǎn)、儲藏、運輸時的能量 損失且改善整個系統(tǒng)效率的能量生產(chǎn)廠。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠， 其在一個限定的區(qū)域內(nèi)具備下列工廠電解廠，其具備利用自然能源 的發(fā)電設(shè)備(例如，利用風(fēng)力或潮流的流體能量發(fā)電、或者利用太陽 熱和海水的溫差熱電子發(fā)電、或者利用太陽電池的光發(fā)電，等)，并 且以海水、鹽湖水或巖鹽作為原料，生產(chǎn)真水、鈉、鎂、鈣、鉀、燒 堿、氯、鹽酸、硫酸、氫、氧等；乙醇廠，其利用在上述電解廠中生 產(chǎn)的真水、硫酸和燒堿來發(fā)酵纖維素材料或谷物，從而制備草酸或草 酸鈉，同時制造燃料用生物乙醇或者深層水啤酒或日本酒等酒精飲 料；蔬菜廠，其將在上述乙醇廠中生產(chǎn)的草酸或草酸鈉用作上述電解 廠的海水中的脫鈣劑，并且通過利用上述乙醇廠的發(fā)酵工序中所產(chǎn)生 的二氧化碳、上述電解廠中制備的真水、以及太陽光或人工光，進行 光合作用，從而生產(chǎn)蔬菜；養(yǎng)殖廠，其將上述光合作用中所產(chǎn)生的氧引入到海中，用于補充海水的氧濃度并抑制赤潮的發(fā)生，并且將向上 述電解廠中抽出的深層水中補充氧后得到的海水放流到表層水中，從 而作為魚貝類的養(yǎng)殖場或漁礁，來養(yǎng)殖魚貝類。本發(fā)明的現(xiàn)場綜合生 產(chǎn)廠可以設(shè)置在由漂浮在海洋上的多體或單體或者超大型浮式結(jié)構(gòu) 物所構(gòu)成的浮體船或浮游船內(nèi)、或者設(shè)置在沿岸結(jié)構(gòu)物內(nèi)或陸地上的 結(jié)構(gòu)物內(nèi)。
本發(fā)明的現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠是設(shè)置在大型雙體船或多體船、或者 單體船、潛水艇或超大型浮式結(jié)構(gòu)物、或者設(shè)置在沿岸結(jié)構(gòu)物或鄰接 海岸的陸地上的結(jié)構(gòu)物-內(nèi)的電解廠、乙醇廠、蔬菜廠以及養(yǎng)殖廠的綜 合工廠。例如，為了在海上從流體能量獲得大量的電力，可以在甲板 上下設(shè)置數(shù)臺無方向性的垂直軸風(fēng)水車或螺旋槳形水平軸風(fēng)水車，一 邊生產(chǎn)一邊在海上航行、或者浮游或系泊在資源提取現(xiàn)場。特別是， 在利用黑潮等海流而進行海流發(fā)電時，將船系泊。此外，為了進行海 流發(fā)電，與單體船相比，優(yōu)選多體船，通過在將兩個以上的船體連接 后的甲板上面設(shè)置數(shù)臺無方向性的垂直軸風(fēng)車，在甲板下面的表層海 面下設(shè)置數(shù)臺海流發(fā)電用垂直軸水車或螺旋槳形水平軸水車，從而進 行水車發(fā)電。另外，作為利用太陽光的發(fā)電，有這樣的溫差發(fā)電在 施加有帶通濾光片或冷調(diào)濾光片膜的反射鏡的背面上，放置太陽能電 池，被帶通濾光片膜反射的紅外線會聚在熱電子發(fā)電元件上，其與海 水的溫差用于溫差發(fā)電，其中，所述帶通濾光片或冷調(diào)濾光片膜可以
透過600 700納米波長的高密度太陽光(其是由具有凸面鏡或物鏡 作用的條形平面鏡會聚的)且反射700納米以上波長的紅外線，所述 太陽能電池通過用海水冷卻來提高發(fā)電效率。此處，通過在會聚太陽 光的物鏡上施加冷調(diào)濾光片膜(其可以透過波長600納米以下的可見 光，并且反射波長600納米以上的光)，從而可以將透過物鏡的可見 光用于蔬菜廠的光合作用。在熔鹽電解廠，作為熔融鹽的加熱補助方 式，可以使用溫水(其在遍布在甲板上的太陽能熱水器管道中循環(huán))、 或者高溫循環(huán)液體(其在設(shè)置在用透鏡或反射鏡等聚光設(shè)備來會聚的 太陽光的焦線處的集熱管中循環(huán))，所述高溫循環(huán)液體是由作為熱載 體的輕油或燈油等石油制品、二苯醚或二氯苯或烷基苯等芳香族化合物、硝酸鈉或硝酸鉀等熔解鹽、金屬鈉或汞或鉛或者鈉、鉀等易熔金 屬、有機硅油、硫酸和油等來獲得的。此外，通過具有下述結(jié)構(gòu)的溫 差發(fā)電裝置等而獲得的自然能源作為現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠用的電力，其中 所述溫差發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)包括使上述排出的熱載體與來自抽出的深 層水或海洋表層水的冷水分別流入到二重管結(jié)構(gòu)或三重管結(jié)構(gòu)的內(nèi) 管和外管、并且該內(nèi)管和外管的中間排列有半導(dǎo)體熱電子發(fā)電元件的 結(jié)構(gòu)；或者會聚后的太陽光通過吸熱層而照射在熱電子發(fā)電元件的一 面、且該熱電子發(fā)電元件的另一面流動著海水的結(jié)構(gòu)。另外，也可以 利用高溫液體(例如，海底溫泉或海岸溫泉、或者火山性溫泉等)與 江河水或海水之間的溫差，通過熱電子發(fā)電元件來發(fā)電。在日本，散 布著很多溫度為45 。C以上的高溫泉，包括海岸溫泉(例如，在夾 在沖繩本島或石垣島等東海與琉球諸島之間的沖繩海槽上散布著的 噴出30(TC以上熱水的海底溫泉、鹿兒島縣的指宿溫泉、和歌山縣的 白濱溫泉、伊豆半島的下賀茂溫泉、土肥溫泉等)、或者火山性溫泉
(例如，98"C以上的兵庫縣有馬溫泉、秋田縣玉川溫泉、新瀉縣松之 山溫泉、9(TC左右的和歌山縣湯的峰溫泉和群馬縣草津溫泉萬代、鹿 兒島縣霧島溫泉等)。這些溫泉水與江河水的冷水之間的溫差發(fā)電作 為熱能發(fā)電也是有效的。而且，用于溫差發(fā)電的溫泉水不用加水也可 用作源泉為100%的流淌溫泉。特別是在溫泉的情況下，與海洋水相 比，鈣離子多10倍到20倍，因此，為了容易地取出析出物，對于流 淌著高溫泉水的管道而言，在外管中不流淌溫泉水而在圓型的內(nèi)管中 流淌溫泉水，并且將石墨或氟樹脂等超疏水性材料用于內(nèi)壁上，從而 抑制結(jié)晶附著在管壁上。作為其它方法，在江河或溫水通道或者溫水 儲存容器(它們中均流淌著作為一次熱水的高溫溫泉水)的周圍或內(nèi) 部設(shè)置金屬管道(其中循環(huán)著作為二次熱水的水)，將該二次熱水供 于蔬菜廠的供暖用途，用于升高土壤溫度和栽培溫度，并且供于栽培 熱帶或亞熱帶植物的蔬菜廠或室內(nèi)的供暖。
在電解廠(其以海水為原料，生產(chǎn)真水、鈉、鎂、鈣、鉀、燒
堿、氯、鹽酸、硫酸、氫、氧等)，將海水通過反滲透膜制備真水后， 向剩余的約6%鹽分的灌水中，注入乙醇廠生產(chǎn)的草酸或草酸鈉，從而除去鈣。然后，向該濾液中，注入電解廠生產(chǎn)的燒堿，從而僅使鎂 鹽沉淀后，用電解廠生產(chǎn)的鹽酸進行中和而形成氯化鎂，然后進行熔 鹽電解，生產(chǎn)金屬鎂。另一方面，向濾液中注入電解廠生產(chǎn)的鹽酸， 使硫酸鈉形成為氯化鈉，將該濾液通過離子交換膜制備20%以上的 食鹽水，并通過電解來生產(chǎn)燒堿、以及作為副產(chǎn)物的氯、氫和氧。另 一方面，硫酸廢液通過反滲透膜濃縮后，用于乙醇廠的纖維素分解。 此處，向灌水中注入草酸或草酸納，從而析出草酸鈣，向析出的氯化 鈣中注入鹽酸，從而生成氯化鈣，進一步將所生成的氯化鈣以及通過 離子交換膜濃縮后的氯化鈉分別進行熱濃縮，并將約60%的氯化鈉 和約40%的氯化鈣形成的混合鹽在600。C左右進行熔鹽電解，然后冷 卻至110'C，不用經(jīng)過分離鈣和鈉而制備燒堿的過程，也可以直接制 備金屬鈉。
在乙醇廠，以電解廠抽出的海洋深層水與陸運來的淀粉或麥芽 等作為原料，進行酒精發(fā)酵，生產(chǎn)深層水啤酒和酒，用電解廠生產(chǎn)的 硫酸分解陸運來的鋸屑或廢材等纖維素材料，并將其與電解廠生產(chǎn)的 真水一起進行發(fā)酵，從而生產(chǎn)燃料用生物乙醇。通過酒精發(fā)酵而產(chǎn)生 的二氧化碳供作蔬菜廠的光合作用用的原料。此外，在電解廠，將草 酸鈉和草酸用作海水中的脫鈣劑，其中所述草酸鈉和草酸是通過將一
氧化碳吸收在燒堿中而生成的，所述一氧化碳是通過將二氧化碳和焦 炭加熱到紅熱而生成的，所述二氧化碳是通過向纖維素材料的一部分 中注入在電解廠中生產(chǎn)的燒堿而生成的、或者是通過酒精發(fā)酵而生成 的。
在蔬菜廠，用二氧化碳(其是在乙醇廠中產(chǎn)生的)、真水(其 是在電解廠中通過淡化海洋深層水或表層水而獲得的)、以及可見光 (其是被帶通濾光片除去的、不供于太陽光發(fā)電的光)或作為人工光
的熒光燈或發(fā)光二極管等進行光合作用；在養(yǎng)殖廠，將未曝光時所產(chǎn) 生的氧，用于海水的氧濃度補充及抑制赤潮的發(fā)生，并且，向在電解 廠中所抽出的深層水中補充氧氣，從而作為養(yǎng)殖場或漁礁來養(yǎng)殖魚貝 類。作為將氧溶存于海水中的手段，有這樣的方法在魚塘、漁礁、 海底或海中放入噴氧管，在該噴氧管的排氣口的海水界面上，鋪設(shè)疏水性多孔膜或海綿，調(diào)節(jié)水深和充氧壓力，從而在隔離海水和氣體的 狀態(tài)下，壓入氧氣。氧氣壓力依賴于海水的深度，水深每下降10米 壓力就增加約l氣壓，因此，在海面下10米深處，需要施加2氣壓 以上(l + l+a)的壓力，在100米深處，需要施加11氣壓以上(l + 10+a) 的壓力，在300米深處，需要施加31氣壓以上(l+30+a)的壓力。此 處，a是取決于多孔膜的孔徑的壓力。另一方面，在電解廠中所抽出 的海洋深層水供于溫差發(fā)電后，在用于蔬菜廠的寒冷地農(nóng)場室的冷卻 之后，將深層水分成兩個系統(tǒng)， 一個系統(tǒng)的深層水在電解廠淡化后作 為乙醇廠的啤酒或日本酒的原料、或者蔬菜廠的水培法的原料；另一 個系統(tǒng)的深層水放流到寒流中棲息的魚貝類魚塘、或者直接放流到海 洋的表層水中，從而作為具有暖流魚貝類或底棲魚或蝦和螃蟹等柵欄 的養(yǎng)殖場、或者在其周圍形成群集在營養(yǎng)豐富的深層水中的洄游魚的 自然漁場、漁礁。
在本發(fā)明中，作為金屬鈉的制法，采用兩種方法。第一個方法 為首先，通過電解食鹽、巖鹽或者來自鹽湖的食鹽水，制備燒堿， 然后，將其進行熔鹽電解，制備金屬鈉。選擇這種經(jīng)由燒堿而制備金 屬鈉的方法的原因是總成本低、并且在工廠內(nèi)其它很多工序中需要該 工序中作為副產(chǎn)物而生成的燒堿或鹽酸。通常，燒堿為純堿工業(yè)的起 始原料，并且有通過海上的水風(fēng)車發(fā)電或者陸地上的風(fēng)力發(fā)電而得的 豐富電力，因此，在本發(fā)明中，經(jīng)由燒堿來生產(chǎn)金屬鈉。第二個方法 為直接將食鹽進行熔鹽電解以生產(chǎn)鈉。特別是，在本發(fā)明中，為了 除去灌水中的鈣成分，向灌水中注入在乙醇廠中生產(chǎn)的草酸鈉，并向 該草酸鈣沉淀物中注入鹽酸，從而回收草酸并且使氯化鈣游離出來。
然而，如果將混合鹽(其是在氯化鈉中混入40%左右的作為的催化 劑的氯化鈣而形成的)進行熔鹽電解，則電解浴溫度從約800 'C下降 到約600 °C。該方法雖然不生成燒堿和氫等副產(chǎn)物，但是操作性和安 全性優(yōu)異，因此難以放棄該方法。將通過這兩種方法獲得的金屬鈉運 送到陸地上的供氫設(shè)施中，在那里將水和鈉進行反應(yīng)而產(chǎn)生氫，制備 氫之后的反應(yīng)殘余物一燒堿直接供作純堿工業(yè)的原料。即，可以免費 地供給作為純堿工業(yè)原料的燒堿。日本每年的燒堿消費量多， 一年為445萬噸，在世界上處于第三位，將其與1兆1千萬kWh的電力消 費量相比，電力消費量高得異乎尋常。為此，可以充分考慮到，在要 全面實施本發(fā)明時，可能會發(fā)生燒堿供給過剩的現(xiàn)象。因此，考慮到 供需平衡，抑制供給到純堿工業(yè)的燒堿量，并且，使用通過風(fēng)力發(fā)電 而獲得的電力，對反應(yīng)殘余物燒堿進行熔鹽電解，還可以構(gòu)建用于再 次制備金屬鈉的鈉燃料循環(huán)體系。與核燃料循環(huán)(對原子能發(fā)電站用 完的核燃料進行再處理以再次制備鈾和钚)相同，該鈉燃料循環(huán)是無 限地制造燃料的再利用體系，但是，本發(fā)明推薦的鈉燃料循環(huán)不像核 燃料循環(huán)那樣排出放射性廢棄物，因此是安全的。而且，鈾僅埋藏在 世界的有限地區(qū)，其埋藏量與化石燃料一樣是有限的，在今后十多年 有枯竭的危險。然而，與這些稀少資源相比，鈉作為食鹽而無窮無盡 地存在于海水中，并且在大陸上作為巖鹽而豐富地存在。如上所述， 鈉燃料是資源豐富且在全世界中都可以供給的燃料。此外，金屬鈉的 比重為0.971，比水還輕，可以保存在石油中，因此，可以降低產(chǎn)品的 儲藏和運輸時的能量損失。在發(fā)電站和城市煤氣生產(chǎn)廠或者燃料電池 充電設(shè)施等中，必要時，將金屬鈉與水進行反應(yīng)，可以瞬時產(chǎn)生大量 的氫，因此，不像通過電解水來獲得的氫那樣需要以液氫狀態(tài)填充在 重的氣瓶中進行輸送。因此，可以減輕運輸費，并且，可以將殘余物 燒堿供作純堿工業(yè)用的原料。但是，該金屬鈉與水發(fā)生劇烈反應(yīng)，該 反應(yīng)熱可引起氫的燃燒。特別是，金屬鈉與水或潮濕的空氣、或者二 氧化碳或鹵代烴等發(fā)生劇烈反應(yīng)。特別是，在氫氣發(fā)生裝置(其是在 金屬鈉中加入水而產(chǎn)生氫的裝置)中在反應(yīng)的控制和安全方面需要細(xì) 心注意。因此，氫氣發(fā)生裝置必須具備阻止由金屬鈉和水的反應(yīng)和反 應(yīng)熱而生成的氫的燃燒或氧化的結(jié)構(gòu)。為此，將鈉放入油類中，直接 從油層的上面滴下霧狀水，從而可以緩和地進行反應(yīng)。如果從幾個噴 嘴(彎嘴)滴水的話，則氫的生成量升高，因而如果從幾個高壓噴水 口向油層中的金屬鈉脈沖式地噴水，則在短時間內(nèi)鈉與水的接觸面積 變大，從而發(fā)生劇烈反應(yīng)。然而，即使向存在于油中的鈉注入水，不 參與反應(yīng)的水也會停留在油層的下面。于是，為了使該水與鈉發(fā)生反 應(yīng)，通過超聲振動來攪拌反應(yīng)容器整體，使油和水的混合液與金屬鈉接觸，從而活化水與金屬鈉的反應(yīng)。為了進一步使其與水直接發(fā)生反 應(yīng)，也可以用控制棒從上面壓下漂浮在油層中的金屬鈉而使其與油層 下的水直接反應(yīng)。為了進一步引起劇烈的反應(yīng)，在干燥后的氬或氮等 惰性氣體、或氫氣等氣氛下，從反應(yīng)容器中除去保護金屬鈉的油類， 然后，向金屬鈉中以噴射式、點滴式或者脈沖式直接注入水，從而可 以從反應(yīng)容器的上面得到氫，而從反應(yīng)容器的下面得到燒堿。此外， 有這樣的結(jié)構(gòu)在容器外周設(shè)置冷卻套，當(dāng)反應(yīng)熱引起溫度顯著上升 時使冷卻水流動。反應(yīng)容器可以使用不銹鋼、聚乙烯、聚丙烯等耐腐 蝕性材料。另一方面，與金屬鈉相同，通過熔鹽電解，也可以產(chǎn)生金 屬鎂(其可以與熱水發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生氫)，但是由海水生產(chǎn)的金屬鎂 的量不足鈉的11.2%。如果將該金屬鎂用作制氫原料，則還原作為其殘 余物的氧化物時需要龐大的費用。然而，生成氫之后的金屬鈉的殘余 物可以直接用作純堿工業(yè)的原料。因此，如果將金屬鈉專門用于制氫， 而將金屬鎂用作輕金屬合金材料的話，則二者產(chǎn)生的經(jīng)濟波及效應(yīng)大。
附圖的簡單說明

圖1是示出本發(fā)明的一種實施方案的概略結(jié)構(gòu)圖。圖2是溫差熱電子發(fā)電裝置的模式圖。圖3是采用太陽能熱水器的溫差熱電子發(fā)電系統(tǒng)的概略圖。
f圖4]圖4是采用圓筒形球面鏡的溫差熱電子發(fā)電系統(tǒng)的概略圖。圖5是采用條形平面鏡的溫差熱電子發(fā)電和太陽能電池發(fā) 電系統(tǒng)的概略圖。圖6是采用條形平面鏡的高熱電子發(fā)電和太陽能電池發(fā)電 系統(tǒng)的概略圖。圖7是電解廠中的生產(chǎn)流程圖(I)。圖8是乙醇廠中的生產(chǎn)流程圖。圖9是蔬菜廠中的生產(chǎn)流程圖。圖IO是魚貝類養(yǎng)殖廠中的生產(chǎn)流程圖。[圖ll]圖11是電解廠中的生產(chǎn)流程圖(II)。 [圖12]圖12是電解廠中的生產(chǎn)流程圖(III)。圖13是電解廠中的生產(chǎn)流程圖(IV)。 [圖14]圖14是電解廠中的生產(chǎn)流程圖(V)。 [圖15]圖15是電解廠中的生產(chǎn)流程圖(VI)。 [圖16]圖16是金屬鈉燃料循環(huán)系統(tǒng)圖。圖17是利用太陽熱的、用于熔鹽電解的熔融鹽預(yù)熱補助 系統(tǒng)圖。圖18是氫氣發(fā)生裝置概略圖。 [圖19]圖19是利用流淌溫泉水的蔬菜廠的取暖系統(tǒng)圖。 [圖20]圖20是利用反應(yīng)熱的水蒸氣發(fā)電用集熱容器。 [圖21]圖21是不存在油的氫氣發(fā)生裝置概略圖。
本發(fā)明的最佳實施方案
以下，通過圖1 21對本發(fā)明的幾個實施方案進行詳細(xì)說明。 圖1是示出本發(fā)明的一個實施方案的概略圖。如圖1所示，本 發(fā)明的現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠1包括電解廠2、乙醇廠3、蔬菜廠4、養(yǎng)殖 廠5，這些工廠2 5設(shè)置在漂浮在海洋上的浮體船、沿岸結(jié)構(gòu)物或 者鄰接海岸的陸地上的結(jié)構(gòu)物內(nèi)。通過風(fēng)或潮流等流體能源發(fā)電、溫 差發(fā)電、或利用太陽光的可見光的太陽能電池發(fā)電等而獲得的電力提 供于綜合生產(chǎn)廠1中，其中所述溫差發(fā)電為被太陽光的紅外線加熱 后的熱水或者海底溫泉或海岸溫泉等高溫泉水與海水或江河水之間 的溫差發(fā)電。本發(fā)明的綜合生產(chǎn)廠1的產(chǎn)品的主要原料為深層水和表 層水等海水，將其在電解廠2中進行分解，從而生產(chǎn)真水、鈉、鎂、 鈣、鉀、燒堿、氯、鹽酸、硫酸、氫、氧等。在電解廠2中，首先， 將用抽水泵抽出的海水通過反滲透膜而制備真水，然后向剩余的約6 %鹽分的灌水中，注入在乙醇廠3中生產(chǎn)的草酸或草酸鈉，除去鈣之 后，向該濾液中注入在電解廠2中生產(chǎn)的燒堿，從而只使鎂鹽沉淀后， 用在電解廠2中生產(chǎn)的鹽酸進行中和而形成氯化鎂，然后進行熔鹽電 解，生產(chǎn)金屬鎂。另一方面，向濾液中注入在電解廠2中生產(chǎn)的鹽酸，使硫酸鈉形成為氯化鈉，將該濾液通過離子交換膜而制備20%以上 的食鹽水。將其進行電解，從而生產(chǎn)燒堿、以及作為副產(chǎn)物的氯、氫 和氧。另一方面，將硫酸廢液通過反滲透膜濃縮后，在乙醇廠3中用 于纖維素分解。在乙醇廠3中，將在電解廠2中抽出的海洋深層水、 陸運來的淀粉或麥芽、或者大米或麥芽種子或玉米等作為原料，進行 酒精發(fā)酵，生產(chǎn)深層水啤酒或酒，同時用在電解廠2中生產(chǎn)的硫酸來 分解陸運來的鋸屑、廢材、或甘蔗渣等纖維素材料，并將其與在電解 廠2中生產(chǎn)的真水一起進行發(fā)酵，以生產(chǎn)燃料用生物乙醇。此處，在 電解廠2中，將草酸鈉或草酸用作海水或灌水中的脫鈣劑，其中所述 草酸鈉或草酸是通過將一氧化碳吸收在燒堿中而生成的，所述一氧化
碳是通過將二氧化碳和陸運來的焦炭加熱到紅熱后而生成的，所述二 氧化碳是通過使制造生物乙醇時所用的在陸運來的纖維素材料的一 部分與在電解廠2中生產(chǎn)的燒堿發(fā)生反應(yīng)而生成的、或者是通過酒精 發(fā)酵而生成的。通過該脫鈣處理，可以預(yù)先使供作熔鹽電解原料的氯 化鎂或氯化鈉的純度提高。另外，用二氧化碳(其是在乙醇廠3中通 過酒精發(fā)酵而產(chǎn)生的)、真水(其是在電解廠2中通過淡化海洋深層 水或表層水而獲得的)、以及可見光(其是被帶通濾光片或冷調(diào)濾光 片除去的、不供于太陽光發(fā)電的350 800納米波長的光)和由熒光 燈或發(fā)光二極管等產(chǎn)生的人工光，進行光合作用，以人工方式轉(zhuǎn)換晝 夜，從而不分晝夜地生產(chǎn)蔬菜。而且，在養(yǎng)殖廠5中，將未曝光時所 產(chǎn)生的氧用于補充海水的氧濃度并抑制赤潮的發(fā)生，并且，將氧氣溶 解在電解廠2所抽出的深層水中，將其放流到表層水中從而作為養(yǎng)殖 場或漁礁來養(yǎng)殖魚貝類。將電解廠2中所抽出的海洋深層水供于溫差 發(fā)電之后，在用于蔬菜廠4的寒冷地農(nóng)場室的冷卻之后，將深層水分 成兩個系統(tǒng)，一個系統(tǒng)的深層水通過在電解廠2中淡化之后作為乙醇 廠3的啤酒或日本酒的原料、或者作為蔬菜廠4的水培法的原料；另 一個系統(tǒng)的深層水通過放流到寒流中棲息的魚貝類魚塘中、或者直接 放流到海洋的表層水中，從而作為具有暖流魚貝類和底棲魚或蝦和螃 蟹等柵欄的養(yǎng)殖場、或者在其周圍形成群集在營養(yǎng)豐富的深層水中的 洄游魚的自然漁場、漁礁。圖2是溫差熱電子發(fā)電裝置概略圖。溫差熱電子發(fā)電裝置6具 有三重管結(jié)構(gòu)，其由內(nèi)管7、中間管8、外管9所構(gòu)成，在中間管8 上排列有熱電子發(fā)電元件10，用太陽能熱水器加熱后的溫水、或在 集熱管(其設(shè)置在用透鏡或反射鏡等聚光設(shè)備而會聚的太陽光的焦線 處)中加熱后的熱油或熱水、或者電解廠2排出的熱水、海底溫泉或 海岸溫泉的高溫泉水等高溫液體11，從彎嘴12流入，從彎嘴13流 出而回流到集熱部。同時，在電解廠2中抽出的深層水或來自海洋表 層水的冷水14從彎嘴15流入，并從彎嘴16流出。此處所使用的熱 電子發(fā)電元件為平面正方形，因此將內(nèi)管7的外壁成型為多角管面， 以使緊貼于熱電子發(fā)電元件的一面，另一面則通過導(dǎo)熱性粘合劑粘結(jié) 在中間管8的內(nèi)面上。此外，供給到溫差熱電子發(fā)電裝置6中的深層 水，在用于蔬菜廠4的寒冷地農(nóng)場室的冷卻之后，將深層水分成兩個 系統(tǒng)，一個系統(tǒng)的深層水在電解廠2中淡化之后作為乙醇廠3的啤酒 或日本酒的原料;另一個系統(tǒng)的深層水在養(yǎng)殖廠5中放流到寒流中棲 息的魚貝類魚塘中、或者直接放流到海洋的表層水中，從而作為具有 暖流魚貝類和底棲魚或蝦和螃蟹等柵欄的養(yǎng)殖場、或者在其周圍形成 群集在營養(yǎng)豐富的深層水中的洄游魚的自然漁場、漁礁。
圖3是利用太陽能熱水器的溫差熱發(fā)電裝置的概略圖。遍布在 甲板上的太陽能熱水器的集熱管17被太陽光18照射后，形成溫水 11，在集熱管17中巡回流動，并從溫差熱電子發(fā)電裝置6的高溫液 體入口12流入，從高溫液體出口13流出，然后通過循環(huán)泵19回流 到太陽能熱水器的集熱管中。另一方面，來自海洋深層水或海洋表層 水的冷水14從冷水入口 15流入，從冷水出口 16流出。通過該高溫 液體12與冷水14之間的溫差，進行熱電子發(fā)電。
圖4是利用圓筒形球面鏡的溫差熱發(fā)電系統(tǒng)的概略圖。作為植 物工廠中的光合作用的光源，安裝作為光入射天窗的圓筒形球面鏡 20，在該球面鏡20上施加冷調(diào)濾光片膜23，該膜可以透過可見光21 且反射800納米以上波長的光22。該膜可以施加在外側(cè)，也可以施 加在室內(nèi)側(cè)，此處涂布在室內(nèi)偵ij，以便能夠容易地水洗外側(cè)的玻璃面。 根據(jù)本申請發(fā)明人在日本特開昭53-5647號公報中公開的方法來制作圓筒形球面鏡20。入射的太陽光18中800納米以下的可見光通過 天窗20而用于植物的光合作用，被冷調(diào)濾光片膜23反射的熱線22 會聚在集熱管24處，該集熱管設(shè)置在太陽光的焦線處，受到太陽光 而進行熱轉(zhuǎn)換后的熱水或熱油等高溫液體11在集熱管24中巡回流 動，并從溫差熱電子發(fā)電裝置6的高溫液體入口 12流入，從高溫液 體出口 13流出，然后通過循環(huán)泵19回流到集熱管24中。另一方面， 來自海洋深層水或海洋表層水的冷水14從冷水入口 15流入，從冷水 出口 16流出。通過該高溫液體12與冷水14之間的溫差進行熱電子 發(fā)電。通過設(shè)置在天窗20 (圓筒型球面鏡)的四個-角落的用計算機 控制的驅(qū)動裝置25，可.以調(diào)整跟蹤太陽光的擺角。由此，作為反射 光的熱線22總是線聚光在集熱管24上，但是，透鏡具有彎月形結(jié)構(gòu)， 因此，用于植物工廠的光合作用的光的光量和照射地點幾乎不改變。 圖5是利用條形平面鏡的溫差熱發(fā)電和太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)的 概略圖。在植物工廠中，作為光合作用的光源，設(shè)置作為光入射天窗 的平面玻璃板26，在其上面平行排列條形反射鏡27，在該反射鏡上 施加有600納米以上的熱線被反射而不足600納米的光能夠透過的冷 調(diào)濾光片膜，通過用計算機控制的擺角驅(qū)動裝置來調(diào)整每個反射鏡的 擺角，并且入射的太陽光18被各個條形平面鏡27反射而會聚在焦線 面處，從而形成高密度光。此處排列有太陽能電池陣列28。在該太 陽能電池陣列28的前面緊貼有帶冷調(diào)濾光片的條形二軸凹面鏡29 (其反射800納米以上的光)，并且其背面上安裝有散熱器30 (冷 卻水)。該太陽能電池發(fā)電提供了綜合生產(chǎn)廠電力的一部分。被所述 帶有冷調(diào)濾光片的條形二軸凹面鏡29反射的紅外線31成為平行光 線，會聚到設(shè)置在平面玻璃板26的中央部的集熱管24處，通過太陽 光而進行熱轉(zhuǎn)換后的熱水或熱油等高溫液體11在集熱管24中巡回流 動，并從溫差熱電子發(fā)電裝置6的高溫液體入口 12流入，從高溫液 體出口 13流出，然后通過循環(huán)泵19回流到集熱管24中。另一方面， 來自海洋深層水或海洋表層水的冷水14從冷水入口 15流入，從冷水 出口 16流出。通過該高溫液體12與冷水14之間的溫差進行熱電子 發(fā)電。如本實施例所示，在利用太陽能電池來獲得電力的方法中，需要使600 750納米的光照射到太陽能電池上，因此，在蔬菜栽培過 程中，必要時，用人工光來補充600 800納米的光。
圖6是利用條形平面鏡的高熱電子發(fā)電和太陽能電池發(fā)電系統(tǒng) 的概略圖。在植物工廠中，作為光合作用的光源，設(shè)置作為光入射天 窗的平面玻璃板26，在其上面平行排列條形反射鏡27，該反射鏡施 加有600納米以上的熱線被反射且不足600納米的光能夠透過的冷調(diào) 濾光片膜，通過用計算機控制的擺角驅(qū)動裝置來調(diào)整每個反射鏡的擺 角，并且入射的太陽光18被各個條形平面鏡27反射而會聚在焦線面 處，從而形成高密度光。此處排列有太陽能電池陣列28。在該太陽 能電池陣列28的前面蒸鍍有冷調(diào)濾光片膜32 (其反射800納米以上 的光)，并且在其背面上設(shè)置有散熱器30 (冷卻水)。該太陽能電 池發(fā)電提供了綜合生產(chǎn)廠電力的一部分。被該冷調(diào)濾光片膜32反射 的紅外線31進一步被聚光，并通過設(shè)置在平面玻璃板26的中央部的 集熱板33，將約50(TC的熱傳遞到高溫?zé)犭娮影l(fā)電元件34上，在其 背面，冷水14從冷水入口 15流入，從冷水出口 16流出。通過該集 熱板33與冷水14之間的溫差來進行熱電子發(fā)電。如本實施例所示， 在利用太陽能電池來獲得電力的方法中，需要將600 750納米的光 照射到太陽能電池上，因此，在蔬菜栽培過程中，必要時，用人工光 來補充600 800納米的光。
圖7是電解廠中的生產(chǎn)流程圖。用抽水泵抽出深層水或表層水 等鹽分為約3%的海水35，施加高壓使海水通過反滲透膜36，從而 生產(chǎn)真水37。此處，為了分離不通過反滲透膜36的溶存有NaCl、 MgCl2、 MgS04、 NaBr、 CaS04、 KC1、 MgBr2等的鹽分為約6%的灌水 38中的Ca成分，向灌水中注入在乙醇廠3中生產(chǎn)的草酸鈉或草酸 39，從而沉淀除去草酸鈣(CaC204) 40。向該草酸鈣中注入在電解廠2 中生產(chǎn)的鹽酸41，回收草酸39，濃縮后的CaCl2通過熔鹽電解42而產(chǎn) 生金屬f5 43和氯44。另一方面，為了從Ca成分被除去后的濾液45 中分離得到鎂，注入在電解廠2中生產(chǎn)的燒堿46，從而沉淀分離出 氫氧化鎂47。向其中注入在電解廠2中生產(chǎn)的鹽酸41，形成氯化鎂 之后，進行熔鹽電解42，從而生產(chǎn)金屬鎂48。另一方面，為了從脫
29Mg后的濾液49中獲取硫酸，通過離子交換樹脂電透析50，來過濾分 離用電解廠2中所生產(chǎn)的鹽酸41進行中和后的濾液。另一方面，鹽 分為約20%的食鹽水51進一步被熱濃縮到30 %，然后進行水溶液電解 52，從而生產(chǎn)燒堿46。將該燒堿46的大部分再進一步進行熔鹽電解 42，從而生產(chǎn)金屬鈉54，并儲藏在石油中。作為該熔鹽電解42的副產(chǎn) 物，產(chǎn)生了氧氣55。此外，在水溶液電解52中，還產(chǎn)生了氯44、氫 56、以及氧55。使該氯氣44與氫氣56發(fā)生反應(yīng)以生成鹽酸41。另外， 將通過利用離子交換樹脂進行的電透析50而被排除的稀硫酸57，用反 滲透膜36進行濃縮，從而分離成濃硫酸58和真水37。此處，所產(chǎn)生 的氧氣55的大部分在養(yǎng)殖廠5中用于在海水中鼓泡。此處，向未通過 反滲透膜36的灌水38中注入草酸或草酸鈉39，但是，如果先將其注 入到海水35中進行脫鈣處理的話，則通過反滲透膜36而獲得的真水 的量增多，并且還可以獲得鹽分為6%以上的灌水。
圖8是乙醇廠中的生產(chǎn)流程圖。乙醇廠3的主要目的是確保在 蔬菜廠4的光合作用中所必需的大量二氧化碳，并通過酒精發(fā)酵來補 充該二氧化碳的來源。特別是，在飲用啤酒和酒中使用了淡水深層水 60 (其是通過反滲透膜使電解廠2中抽出的海洋深層水淡化而獲得 的)，利用陸運來的麥芽、大米、麥芽種子、玉米、淀粉等釀造用谷 物59中含有的酵母所分泌的淀粉酶以及麥芽糖酶，使淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)槠?萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖等，利用酒精分解酶一發(fā)酵酶，引起酒精 發(fā)酵61，并且在啤酒廠62中釀造深層水啤酒63，在酒廠64中釀造 深層水酒65。通過該酒精發(fā)酵61產(chǎn)生的二氧化碳66供于蔬菜廠4 的光合作用。另一方面，燃料用生物乙醇67中使用了淡水表層水68 (其是通過反滲透膜使電解廠2中抽出的海洋表層水淡化而獲得 的)，用電解廠2中生產(chǎn)的濃硫酸58，溶化陸運來的木材、鋸屑、 樹枝、甘蔗渣69等木質(zhì)生物材料中的纖維素材料70，進一步用稀硫 酸58將其分解成為糖，利用酵母分泌的酒精分解酶，進行酒精發(fā)酵 61，并經(jīng)過蒸餾脫水工序而生產(chǎn)生物乙醇67。此處，硫酸58可以回 收再利用。通過酒精發(fā)酵61而產(chǎn)生的二氧化碳66供于蔬菜廠4的光 合作用。另一方面，在乙醇廠3中，制備草酸鈉或草酸39，該草酸鈉或草酸39在電解廠2中作為用于除去海水中的鈣的試劑。在電解 廠2的脫鈣工序中使用草酸鈉39，其是通過將一氧化碳吸收在燒堿 中而生成的，所述一氧化碳是通過將二氧化碳和焦炭加熱到紅熱而生 成的，所述二氧化碳是通過使用淡水表層水68 (其是通過反滲透膜 使電解廠2中抽出的海洋表層水淡化而獲得的)并將電解廠2中生產(chǎn) 的燒堿46加入到陸運來的木材、鋸屑69等中而生成的、或者是通過 酒精發(fā)酵而生成的。
圖9是蔬菜廠4中的生產(chǎn)流程圖。蔬菜廠4的主要目的是將大 量的新鮮蔬菜提供到消費地，但是，向溶存氧缺乏的表層水中補充氧、
抑制赤潮的發(fā)生、以及消除海洋中的死海區(qū)也是重要的目的。為此， 將在蔬菜廠4的光合作用中產(chǎn)生的氧氣從養(yǎng)殖廠5返回到海水中。蔬 菜生產(chǎn)的必要因素是光合作用所需要的溫度、水、光、二氧化碳、以 及肥料。水使用的是深層淡水60或表層淡水68。在蔬菜廠4中，工 廠71采用水培法72，因此確保水很重要。在沿岸工廠73或鄰接海 岸的陸地工廠74中，也可以進行土壤栽培75。但是，為了抑制肥料 成分流失在海水中(其是海水中氧濃度缺乏的原因之一)，肥料的回 收76也很重要。在蔬菜廠，通過計算機控制栽培環(huán)境，因此，在生 產(chǎn)寒冷地蔬菜或高冷地蔬菜的地方，鋪設(shè)流淌海洋深層水的管道，必 要時，還可合并使用電冷卻器，從而將蔬菜室的溫度控制在15 'C以 下；在生產(chǎn)熱帶蔬菜的地方，鋪設(shè)流淌溫差發(fā)電用的高溫液體，從而 設(shè)定25 "左右的生長環(huán)境。在儲藏所收獲的蔬菜時，需要電冷卻器 或冷庫。在利用風(fēng)力或潮流等流體能量發(fā)電的蔬菜廠4中，可以不分 晝夜地生產(chǎn)蔬菜，而且在有風(fēng)雨時也可以生產(chǎn)蔬菜。這是不利用太陽 光線而是利用熒光燈或發(fā)光二極管等人工光77的完全受控制的蔬菜 廠。蔬菜在400 700納米的光下進行光合作用77，但是，種子發(fā)芽、 花分化、開花、子葉展開、葉綠素合成、節(jié)間伸長等，對波峰為430 納米和630納米的光有強光反應(yīng)，并且對波峰為650納米和700 750 納米的光有弱光反應(yīng)，因此必須根據(jù)生長狀況，來選擇照射波長。這 些光照射77、 二氧化碳66的供給量、人工光77的開關(guān)(其是為了 在光照射中止時不間斷地產(chǎn)生氧55)、以及多個蔬菜生產(chǎn)室是重要的。這樣，通過計算機控制蔬菜栽培環(huán)境，可以不受天氣、氣候的影
響，并且不需要人手，來生產(chǎn)蔬菜79。
圖IO是養(yǎng)殖廠中的生產(chǎn)流程圖。養(yǎng)殖廠5的主要目的是將蔬菜廠生產(chǎn)的氧55以鼓泡的方式加入到在電解廠中抽出的海洋深層水90中，然后放流92到表層水91的海面上，由此使溶存氧豐富，并且可以獲得營養(yǎng)豐富的漁場或溶存氧豐富的魚塘或漁礁。此外，通過使海中的氧鼓泡而增加表層水的溶存氧，從而可以抑制赤潮的發(fā)生、消除在沿岸和海灣等中正在擴展的沿岸水域死海區(qū)。作為將氧溶存在海水中的方法，有這樣的方法在魚塘、漁礁、海底或海中，鋪設(shè)噴氧管，在該噴氧管的排氣口的海水界面處，設(shè)置孔徑為3微米的多孔氟樹脂膜，當(dāng)將1氣壓的氧氣充入到管道中時，可以使氧氣噴到水深為5米處，但是在比該深度更深的深處，海水會返流到管道內(nèi)。因此，施加的充氧壓力必須為不會發(fā)生返流的壓力以上的壓力。a是根據(jù)多孔膜的孔徑而決定的值，因此，如果根據(jù)孔徑為3微米時的實測值a=0.5氣壓，則在海面下10米深處需要施加2.5氣壓以上(l + l+a)的壓力，在100米深處需要施加11.5氣壓以上(l + 10+a)的壓力，在300米深處需要施加31.5氣壓以上(l+30十a(chǎn))的壓力?？紤]到該充氧壓力和管道在海水中的深度，在近海的海洋工廠71中，將蔬菜廠4中生產(chǎn)的氧55加入到電解廠2中所抽出的海洋深層水90中，然后放流92到海中，從而在l(TC以上的海水中形成金槍魚、鰹魚、鮐魚、沙丁魚等暖流魚的自然漁礁94，或在不足l(TC的海水中形成鯡魚、鱈魚、鱒魚、鮭魚、師魚等寒流魚或金槍魚、鰹魚、鯡魚、秋刀魚等洄游魚的自然漁礁94。在海洋工廠71的船底下蓄水93而形成的魚塘中，進行魚類養(yǎng)殖95或者進行鮑魚和日本龍蝦等貝類和甲殼類等的養(yǎng)殖96。在比較淺的海底上的沿岸工廠73，通過將蔬菜廠4生產(chǎn)的氧55添加到海洋深層水90中然后放流92到海底，可以形成牙鲆、鯛魚、鱈魚、比目魚等底棲魚的漁礁97。在沿岸工廠73的周圍海洋，在筑有圍墻的自然魚塘98中進行師魚和金槍魚的養(yǎng)殖，或者在船底魚塘99中進行對蟲下和牡蠣等貝類和甲殼類的養(yǎng)殖99。在陸地工廠93的魚塘中，進行鰻魚和香魚等的內(nèi)水面養(yǎng)殖100。圖11是電解廠(II)中的生產(chǎn)流程圖。在圖7的電解廠(I)中，首先使用草酸39進行脫鈣40，但是在電解廠(II)中，首先進行鎂的分離。即，用抽水泵抽出深層水或表層水等鹽分為約3%的海水35，施加高壓使海水通過反滲透膜36，從而生產(chǎn)真水37。此處，為了從未通過反滲透膜36的、溶存有NaCl、 MgCl2、 MgS04、 NaBr、 CaS04、KC1、 MgBr2等的鹽分為約6%的灌水38中分離鎂，向其中注入電解廠2中生產(chǎn)的燒堿46，從而沉淀分離出氫氧化鎂47。向其中注入電解廠2中生產(chǎn)的鹽酸41而形成氯化鎂后，進行熔鹽電解42，從而生產(chǎn)金屬鎂48和氯氣44。另一方面，為了從脫鎂后的濾液49中獲取硫酸，通過離子交換樹脂電透析50，來過濾分離用電解廠2所生產(chǎn)的鹽酸41中和后的濾液，將由此生成的鹽分為約20%的食鹽水51進一步熱濃縮至30%，然后進行水溶液電解52，從而生產(chǎn)燒堿46。將該燒堿46的大部分進一步進行熔鹽電解42，從而生產(chǎn)金屬鈉54并儲藏在石油中。作為該熔鹽電解42的副產(chǎn)物，產(chǎn)生了氧氣55。此外，在水溶液電解52中，還產(chǎn)生了氯44、氫56、以及氧55。使該氯氣44與氫氣56發(fā)生反應(yīng)以生成鹽酸41。另外，為了分離Ca成分，向通過離子交換樹脂電透析50而被排出的硫酸和硫酸鈣的混合液101中，注入乙醇廠3中生產(chǎn)的草酸鈉或草酸39，從而沉淀除去草酸鈣(CaC204) 40。向該草酸鈣中注入電解廠2中生產(chǎn)的鹽酸41，回收草酸39，并將濃縮后的CaCl2通過熔鹽電解42而產(chǎn)生金屬鈣43和氯44。另一方面，通過反滲透膜36來濃縮Ca成分被除去后的濾液45中的稀硫酸57，從而分離得到濃硫酸58和真水37。此處所產(chǎn)生的氧氣55的大部分在養(yǎng)殖廠5中用于在海水中鼓泡。
圖12是電解廠(III)中的生產(chǎn)流程圖。在圖7的電解廠(I)中，首先使用草酸39進行脫鈣40，但是在電解廠(III)中，按照傳統(tǒng)的制鹽法，將通過反滲透膜而被排出的鹽分為約6%的灌水沸騰干燥102，以根據(jù)溶解度的差異來分離硫酸鈣。即，用抽水泵抽出深層水或表層水等鹽分為約3%的海水35，施加高壓使海水通過反滲透膜36，從而生產(chǎn)真水37。此處，將未通過反滲透膜36的、溶存有NaCl、MgCl2、 MgS04、 NaBr、 CaS04、 KC1、 MgBr2等的鹽分為約6%的灌水38進行沸騰干燥102，從而首先除去析出的硫酸鈣103。為了從Ca 離子被除去后的濾液45中分離鎂，向其中注入電解廠2中生產(chǎn)的燒 堿46，沉淀分離出氫氧化鎂47。向其中注入電解廠2中生產(chǎn)的鹽酸 41以形成氯化鎂，然后進行熔鹽電解42，從而生產(chǎn)金屬鎂48和氯氣 44。另一方面，用電解廠2中生產(chǎn)的鹽酸41，中和脫Mg后的NaCI 和KC1的混合濾液，形成約30%的食鹽水51，并將其進行水溶液電解 52，從而生產(chǎn)燒堿46。將該燒堿46的大部分進一步進行熔鹽電解42， 從而生產(chǎn)金屬鈉54并儲藏在石油中。作為該熔鹽電解42的副產(chǎn)物， 產(chǎn)生了氧氣55。此外，在水溶液電解52中，還產(chǎn)生了氯44、氫56、 以及氧55。將該氯氣44與氫氣56進行反應(yīng)以生產(chǎn)鹽酸41。此處所產(chǎn) 生的氧氣55的大部分在養(yǎng)殖廠5中用于在海水中鼓泡。
圖13是電解廠(IV)中的生產(chǎn)流程圖。在圖7的電解廠(I) 中，首先使用草酸39進行脫鈣40，但是在電解廠(IV)中，將通過 反滲透膜而被排出的鹽分為約6 %的灌水進一步采用離子交換樹脂 電透析法50處理，以制備鹽分為約20%的濃縮鹽水，然后采用傳統(tǒng) 的制鹽法進行沸騰干燥102，以分離出食鹽和鎂。即，用抽水泵抽出 深層水或表層水等鹽分為約3%的海水35，施加高壓使海水通過反滲 透膜36，從而生產(chǎn)真水37。此處，采用離子交換樹脂電透析法50， 從未通過反滲透膜36的、溶存有NaCl、MgCl2、MgSO,"NaBr、CaSO" KC1、 MgBG等的鹽分為約6%的灌水38中分離硫酸離子，從而除去 硫酸鎂和硫酸鈣104。 一方面，使從離子交換樹脂電透析膜50中抽 出的2%左右的鹽水通過反滲透膜36，從而生產(chǎn)真水37。另一方面， 將約20%的灌水沸騰干燥102，以形成約30%的食鹽水51，并將該食 鹽水51進行水溶液電解52，從而生產(chǎn)燒堿46。將該燒堿46的大部分 進一步進行熔鹽電解42，從而生產(chǎn)金屬鈉54并儲藏在石油中。作為該 熔鹽電解42的副產(chǎn)物，產(chǎn)生了氧氣55。此外，在水溶液電解52中， 還產(chǎn)生了氯44、氫56、以及氧55。將該氯氣44與氫氣56進行反應(yīng)以 生產(chǎn)鹽酸41。此外，為了從濾液45 (鹵水)中分離鎂，向其中注入電 解廠2中生產(chǎn)的燒堿46，從而沉淀分離出氫氧化鎂47。向其中注入 電解廠2中生產(chǎn)的鹽酸41以形成氯化鎂后，進行熔鹽電解42，從而生產(chǎn)金屬鎂48和氯氣44。此處所產(chǎn)生的氧氣55的大部分在養(yǎng)殖廠5中用于在海水中鼓泡。
圖14是電解廠(V)中的生產(chǎn)流程圖。在圖7的電解廠(I)中，首先使用草酸39進行脫鈣40，但是在電解廠(V)中，首先，采用離子交換樹脂電透析法50，將海水35制備成鹽分為20%的濃縮鹽水，然后根據(jù)傳統(tǒng)的制鹽法進行沸騰干燥102，從而分離出食鹽和鎂。即，用抽水泵抽出深層水或表層水等鹽分為約3%的海水35，采用離子交換樹脂電透析法50從其中分離出硫酸離子，從而除去硫酸鎂和硫酸鈣104。 一方面，使從離子交換樹脂電透析膜50中抽出的2%左右的鹽水通過反滲透膜36，從而生產(chǎn)真水37。另一方面，將約20°/。的灌水沸騰干燥102以形成約30%的食鹽水51，并將該食鹽水51進行水溶液電解52，從而生產(chǎn)燒堿46。將該燒堿46的大部分進一步進行熔鹽電解42，從而生產(chǎn)金屬鈉54并儲藏在石油中。作為該熔鹽電解42的副產(chǎn)物，產(chǎn)生了氧氣55。此外，在水溶液電解52中，還產(chǎn)生了氯44、氫56、以及氧55。將該氯氣44與氫氣56進行反應(yīng)而生產(chǎn)鹽酸41 。此外，為了從濾液45 (鹵水)中分離鎂，向其中注入電解廠2中生產(chǎn)的燒堿46，從而沉淀分離出氫氧化鎂47。向其中注入電解廠2中生產(chǎn)的鹽酸41以形成氯化鎂后，進行熔鹽電解42，從而生產(chǎn)金屬鎂48和氯氣44。此處所產(chǎn)生的氧氣55的大部分在養(yǎng)殖廠5中用于在海水中鼓泡。
圖15是電解廠(VI)中的生產(chǎn)流程圖。在圖7的電解廠(I)中，首先使用草酸鈉或草酸39進行脫鈣，使草酸鈣40沉淀，并向其中加入鹽酸41，將氯化鈣105進行熔鹽電解42，從而生產(chǎn)金屬鈣。而在電解廠(VI)中，將氯化鈣105用作在制備金屬鈉時所用的電解浴降溫劑。用抽水泵抽出深層水或表層水等鹽分為約3%的海水35，施加高壓使海水通過反滲透膜36,從而生產(chǎn)真水37。此處，為了從未通過反滲透膜36的、溶存有NaCl、 MgCl2、 MgS04、 NaBr、 CaS04、KC1、 MgBr2等的鹽分為約6%的灌水38中分離Ca成分，向灌水38中注入乙醇廠3中生產(chǎn)的草酸鈉或草酸39，從而沉淀除去草酸鈣(CaC2O4)40。向該草酸鈣中注入電解廠2中生產(chǎn)的鹽酸41，回收草酸39，進一步分別對濃縮后的氯化鈣105以及通過離子交換膜50而被濃 縮的氯化鈉51進行熱濃縮，并將約60%的氯化鈉和約40%的氯化韓 形成的混合鹽在約60(TC左右進行熔鹽電解42，然后利用鈉的熔點 (97.8TC)比鈣的熔點(839°C)低得多的性質(zhì)，將所生成的含有鈣 的鈉冷卻處理106至ll(TC，從而分離金屬鈣43和金屬鈉54，并將金 屬鈉54儲藏在石油中。另一方面，為了從Ca成分被除去后的濾液45 中分離鎂，向其中注入燒堿46，從而沉淀分離出氫氧化鎂47。向其 中注入鹽酸41以形成氯化鎂后，進行熔鹽電解42，從而生產(chǎn)金屬鎂 48。另一方面，將未通過離子交換膜50的硫酸57用反滲透膜濃縮后， 進一步進行蒸餾，從而生產(chǎn)濃硫酸58。
在本發(fā)明的一個實施方案中，圖1的綜合生產(chǎn)廠1是海洋上的工 廠，其構(gòu)建在浮體船上。例如，在將浮體船系泊在日本三宅島附近的 黑潮海域等潮流流速快的海域中時，在浮體船上安裝風(fēng)車用葉輪，在 浮體船下安裝水車用葉輪，由此來設(shè)置驅(qū)動發(fā)電機的發(fā)電設(shè)備。此外， 在將浮體船通過系泊機構(gòu)而系泊在固定位置的情況下，將風(fēng)車水車設(shè) 計成具有垂直旋轉(zhuǎn)軸的垂直旋轉(zhuǎn)軸型風(fēng)車水車，在浮體船上設(shè)置數(shù)臺 這種垂直旋轉(zhuǎn)軸型風(fēng)車水車，在各對風(fēng)車水車中， 一個風(fēng)車水車與另 一個風(fēng)車水車的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定為反向，并通過各個風(fēng)車水車的旋轉(zhuǎn)軸
來驅(qū)動發(fā)電機。在這種情況下，相互反向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)力可以抵消作用 于浮體船上的反作用力，因此不需要增強系泊浮體船的系泊機構(gòu)的機 械強度。因此，不僅可以設(shè)置在淺的海域中，而且也可以設(shè)置在比較 深的海域中，從而經(jīng)濟效果大。將這種浮體船工廠作為母船，就可以 制造以海洋深層水為中心的海上綜合生產(chǎn)廠。
在本發(fā)明的其它實施方案中，圖1的綜合生產(chǎn)廠是利用了原油油 輪的海上工廠。建設(shè)這樣的航海、公海工廠使用垂直旋轉(zhuǎn)軸型風(fēng)車， 將海洋的風(fēng)力轉(zhuǎn)換成電力，使用該電力，可以一邊制備真水、鈉、鎂、 鈣、鉀、燒堿、氯、鹽酸、硫酸、氫、氧等一邊繼續(xù)航行。該工廠中 生產(chǎn)的氫用于船舶的燃料。海上工廠僅由電解廠構(gòu)成，而不存在乙醇 廠、蔬菜廠以及養(yǎng)殖廠。例如，從日本起航而停泊在東中國海，在制 備真水的同時，制備Na、 Mg、 Cl2，在中國港口將包括所制備的Na、Mg、 Cl2在內(nèi)的貨物卸貨后，在南中國海和印度洋上，再次生產(chǎn)真水和Na、 Mg、 Cl2,并將它們在中東各國的港口卸貨。在中東，將原油裝入真水槽里而帶回到日本。在回國時，控制真水的儲藏，將所生產(chǎn)的真水通過電解來制氫并用于自己船的燃料，或者用氫和氯來制造鹽酸。在斯里蘭卡、新加坡、馬尼拉或臺灣，卸下氫和Cl2。此外，在日本的港口，卸下航海過程中所生產(chǎn)的氫、Cl2、 Na、 Mg和石油。該工廠是貿(mào)易船型航海、公海工廠。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，圖1的綜合生產(chǎn)廠是沿岸工廠，使用水平旋轉(zhuǎn)軸型風(fēng)車和垂直旋轉(zhuǎn)軸型風(fēng)車，將海洋的風(fēng)力轉(zhuǎn)換成電力。在水平旋轉(zhuǎn)軸型風(fēng)車中，將相互逆向旋轉(zhuǎn)的前后一對旋轉(zhuǎn)螺旋槳直接連接在發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)元件和定子上，在垂直旋轉(zhuǎn)軸型風(fēng)車中，將相互逆向旋轉(zhuǎn)的上下一對旋轉(zhuǎn)葉輪直接連接在發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)元件和定子上，通過它們的相對旋轉(zhuǎn)，可以獲得相當(dāng)于2倍流速的電能。該沿岸綜合生產(chǎn)廠是使用通過這些風(fēng)車而獲得的電力的、具有電解廠2、乙醇廠3、蔬菜廠4、以及養(yǎng)殖廠5的綜合生產(chǎn)廠1。例如，如果將設(shè)置地點定在瑞典的話，由于北歐(特別是冬天)的日照時間極短，蔬菜不能生長，當(dāng)然也不可以進行太陽光發(fā)電。特別是，在瑞典，推進無石油化政策，并且還保持無核化政策。此外，促進森林利用，鼓勵在耕地或未利用地栽培農(nóng)作物，并且推進通過生物質(zhì)材料的燃料和發(fā)電。在瑞典，豐富的能源是水和深林，但是不指望太陽光。然而，波羅的海，特別是哥特蘭島周邊的風(fēng)力豐富。海岸是淺灘，因此，與浮體結(jié)構(gòu)物相比，更適合的綜合生產(chǎn)廠1是扎根在海底的結(jié)構(gòu)物。但是，波羅的海的鹽分濃度低(為1%)，因此，在制備金屬鈉時，也可以使用進口巖鹽。在那里，由電解廠中抽出的表層海水來制備真水、鈉、燒堿、氯、鹽酸、硫酸、氫、氧等，同時將所生產(chǎn)的真水進行電解而制氫，并通過管道輸送到沿岸發(fā)電站。另一方面，將陸地上生產(chǎn)的木材、樹枝、草等纖維素材料進行硫酸處理后，進行發(fā)酵，從而釀造生物乙醇，并將該酒精發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的二氧化碳用于光合作用，將風(fēng)力發(fā)電獲得的電力用作發(fā)光二極管或熒光燈的光源，從而栽培蔬菜，通過該光合作用產(chǎn)生的氧供給到魚塘或漁礁以養(yǎng)魚，并且通過將氧返回到氧濃度低的海水中，可以用于抑制棘冠海星的出現(xiàn)和赤潮的發(fā)生。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，圖1的綜合生產(chǎn)廠是陸地工廠。 此處，與上述的實施方案相同，也可以使用水平旋轉(zhuǎn)軸型風(fēng)車和垂直 旋轉(zhuǎn)軸型風(fēng)車，將風(fēng)力轉(zhuǎn)換成電力。此外，還可以利用太陽光發(fā)電和 太陽熱發(fā)電。在施加有帶通濾光片或冷調(diào)濾光片膜的反射鏡或其背面 上，放置太陽能電池，被帶通濾光片膜反射的紅外線會聚在熱電子發(fā) 電元件上，利用其與海水的溫差而進行溫差發(fā)電，其中，所述帶通濾 光片或冷調(diào)濾光片膜可以透過600 700納米波長的高密度太陽光 (其是由具有凸面鏡或物鏡作用的條形平面鏡而會聚形成的)并反射
700納米以上波長的紅外線。此處，會聚太陽光的物鏡上如果蒸鍍有
冷調(diào)濾光片膜(600納米以下的可見光可以透過、而600納米以上波
長的光被反射)，透過物鏡的可見光可用于蔬菜廠的光合作用。使用 通過具有下述結(jié)構(gòu)的溫差發(fā)電裝置等的太陽光發(fā)電或通過風(fēng)車而獲
得的電力，驅(qū)動具有電解廠2、乙醇廠3、蔬菜廠4、養(yǎng)殖廠5的綜 合生產(chǎn)廠l，其中所述溫差發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)包括將溫水(其在遍布 在工廠屋頂上的太陽能熱水器管道中循環(huán))、或者熱油、熱水或電解 廠的熱排水或冷卻油等高溫液體(其集熱管中循環(huán)，該集熱管設(shè)置在 用透鏡或反射鏡等聚光設(shè)備而會聚的太陽光的焦線處)與冷水(其來 自抽出的深層水或海洋表層水)分別在三重管結(jié)構(gòu)的內(nèi)管和外管中流 動，并且在內(nèi)管和外管的中間排列有半導(dǎo)體熱電子發(fā)電元件的結(jié)構(gòu)； 或者會聚的太陽光通過吸熱層照射在熱電子發(fā)電元件的一面上、并且 在熱電子發(fā)電元件的另一面流動著海水的結(jié)構(gòu)。特別是，由于在靠近 岸的陸地上設(shè)置工廠，因此蔬菜廠4可以進行土壤栽培75。例如， 將設(shè)置地點定在壹岐。在那里，由電解廠抽出的表層海水來制備真水、 燒堿、食鹽、氫、氯、鹽酸、硫酸、氯化氫、鎂、鈉等。另一方面， 使在陸地上生產(chǎn)的麥芽或鋸屑等進行發(fā)酵，從而制造深層水啤酒或生 物乙醇，將該酒精發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二氧化碳用于光合作用，從而栽 培陸地蔬菜，將該光合作用中所產(chǎn)生的氧提供給魚塘或漁礁，從而養(yǎng) 殖魚。
將電解廠2中制備的金屬鈉、或者用巖鹽或鹽湖的食鹽而制備
38的金屬鈉放入石油容器中，直接將其輸送到發(fā)電站或城市煤氣生產(chǎn)廠 或燃料電池填充設(shè)施，必要時，將金屬鈉與水進行反應(yīng)，可以瞬時產(chǎn) 生大量的氫。因此，不必像通過電解水而獲得的氫那樣，需要以液氫 的狀態(tài)填充在重的氣瓶中以進行陸送。由此可以減少運輸費，并且將 殘余物燒堿供作純堿工業(yè)用原料。特別是，在發(fā)電站等大量消費地的 周邊，可以建設(shè)純堿工業(yè)。而且，通過將原子能發(fā)電站的核燃料轉(zhuǎn)換 成金屬鈉，期待可以獲得穩(wěn)定供給原料并且驅(qū)動安全這兩方面的效果。 此外，不要忘記的是發(fā)電站的燃料廢棄物可作為純堿工業(yè)的起始原料。 另一方面，與鈉相同，通過熔鹽電解，可以產(chǎn)生金屬鎂(其可以與熱 水進行反應(yīng)而產(chǎn)生氫)，但是從海水生產(chǎn)的金屬鎂的量不足鈉的11.2 %。如果將該金屬鎂用作制氫原料，則在對作為殘余物的氧化物進行還 原時需要龐大的費用。然而，生成氫之后的金屬鈉殘余物可直接用作 純堿工業(yè)的原料。根據(jù)需要，再次將該燒堿殘余物進行熔鹽電解而生 產(chǎn)金屬鈉，從而可以構(gòu)建無窮盡的燃料供給循環(huán)。因此，如果將金屬 鈉專門用于制氫，而將金屬鎂用作輕金屬合金材料的話，則二者產(chǎn)生 的經(jīng)濟波及效應(yīng)大。
圖16是金屬鈉燃料循環(huán)系統(tǒng)圖。在漂浮在海洋上的海上綜合生 產(chǎn)廠l中，從其現(xiàn)場抽出的海水中提取食鹽之后，利用通過甲板上的 風(fēng)力發(fā)電107而獲得的電力，將食鹽進行熔鹽電解42，從而生產(chǎn)金 屬鈉54。或者，在金屬鈉制備設(shè)施108中，利用通過巖鹽地帶附近 的風(fēng)力發(fā)電107而獲得的電力，將巖鹽進行熔鹽電解42，從而生產(chǎn) 金屬鈉54。將該金屬鈉運送到氫能發(fā)電站109后，向制氫裝置110 中的金屬鈉54中注入真水37，燃燒所產(chǎn)生的氫氣56而進行發(fā)電， 將作為廢棄物而產(chǎn)生的燒堿46運送到鈉再次制備廠111，利用通過 該再次制備廠附近的陸地風(fēng)力發(fā)電設(shè)施112或沿岸風(fēng)力發(fā)電設(shè)施113 而獲得的電力，在燒堿電解廠112中對燒堿46進行熔鹽電解，以再 次制備金屬鈉用作氫能發(fā)電用原料。
圖17是利用了太陽熱的、用于熔鹽電解的熔融鹽預(yù)熱補助系統(tǒng) 的圖。使用利用了圓筒形球面鏡的溫差熱電子發(fā)電系統(tǒng)(圖4)，將 由具有輕油的鈉、鉀等易熔金屬而獲得的高溫液體11 (其在集熱管24中循環(huán)，該集熱管設(shè)置在用圓筒形球面鏡20會聚的太陽光的焦線 處)作為熱載體流入到熔鹽電解爐42中， 一邊預(yù)熱熔融鹽116， 一 邊在電加熱114狀態(tài)下給電極115供電流，由此進行熔鹽電解，從而 制備金屬鈉54。此外，通過具有下述結(jié)構(gòu)的溫差發(fā)電裝置6進行溫 差發(fā)電后，通過循環(huán)泵19再次將熱載體輸送到太陽光集熱裝置的集 熱管24中，其中所述溫差發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)為使上述排出的熱載體 與來自抽出的深層水或海洋表層水的冷水14分別在二重管或三重管 結(jié)構(gòu)的內(nèi)管和外管中流動，并且在內(nèi)管和外管的中間排列有半導(dǎo)體熱 電子發(fā)電元件。另外，在不能夠期待太陽熱的情況下，將阻斷閥117 關(guān)閉從而停止熱載體的循環(huán)。
圖18是制氫裝置概略圖。該制氫裝置為用于以下用途的裝置-在輕油或燈油等油類中、或者在干燥的氫、氬或氮等氣體氣氛下，使 水和金屬鈉安全地進行反應(yīng)。該制氫裝置118由不銹鋼制的容器構(gòu) 成，在反應(yīng)容器的上部，設(shè)置有前室119和運送金屬鈉的門121 (其 帶有隔開反應(yīng)室的巻簾門120)，還設(shè)置有運送裝置122以連續(xù)地供 給保護在油中的作為燃料的金屬鈉。在制氫裝置118的內(nèi)壁頂部，設(shè)
置有氫氣取出口 123;氫、氬或氮等氣體的充入口 124;以及噴嘴
125以用于以噴射式、點滴式或者脈沖式來噴水。在容器內(nèi)壁周圍設(shè) 置有超聲波振動片126;在容器底部設(shè)置有取出燒堿水溶液的閥門127 和抽油閥門128。而且，還安裝有控制棒129，用于將油層中的金屬 鈉壓向下層的水層中。在該反應(yīng)容器內(nèi)，與反應(yīng)有關(guān)的鈉、水、燒堿、 氫的密度分別為氫(0.09)、輕油(0,8)、金屬鈉(0.97)、水(1.0)、 燒堿(2.13)。因此，反應(yīng)容器內(nèi)的物質(zhì)按照比重的大小排列的話， 聚集在容器下層的是比重最重的燒堿，燒堿的上面是水，水上面是鈉， 接著輕油浮在鈉上面，最上層是比重最輕的氫氣?？紤]到這些性質(zhì)， 如果相對增加輕油的量，則在燒堿水溶液的上面可以形成水層，在水 層上面可以形成輕油層。于是，金屬鈉在輕油中不接觸水而安全地漂 浮在油中，由此，所生成的氫氣就停留在輕油層的上面。如果利用這 樣的微小比重差異，則可以容易地控制化學(xué)反應(yīng)。向反應(yīng)容器118 中加入金屬鈉54和輕油130。如果從上面的噴嘴125向其中注入水131，則穿過輕油130的真水37的一部分與金屬鈉54接觸并反應(yīng)， 生成氫氣56，其穿過輕油130而上升，并從氫氣取出口 123排放到 反應(yīng)體系外而被回收。另一方面，反應(yīng)性生物燒堿46沉積在容器底 部，從取出閥門127排放到反應(yīng)體系外而被回收。為了控制水和金屬 鈉的反應(yīng)量，在反應(yīng)緩和的情況下，水從噴嘴125以噴霧狀噴出；如 果以水滴狀落下，則反應(yīng)變得劇烈；如果給水施加壓力后噴射、或脈 沖式噴射水，則反應(yīng)變得更加劇烈。但是，在任何一種情況下，加入 的水均不反應(yīng)，因此，用超聲波振動片126攪拌水層131和輕油層130， 使油和水的混合液與金屬鈉接觸，從而使水與金屬鈉的反應(yīng)活化。此 外，為了引發(fā)金屬鈉與水直接反應(yīng)，用控制棒129從上面壓下漂浮在 油層中的金屬鈉54，使其可以與油層130下面的水層37直接進行反 應(yīng)。如果在沒有油類的狀態(tài)下進行反應(yīng)，雖然可以期待最劇烈的反應(yīng)， 但是為了保護金屬鈉免受潮氣，需要從氣體充入口 124充入干燥的氬 或氮等惰性氣體、或者氫氣，同時從抽油閥門128排出反應(yīng)容器118 內(nèi)的輕油等油類130。在該狀態(tài)下，從噴嘴125向金屬鈉54中以噴射 式、點滴式或者脈沖式注入水，從反應(yīng)容器頂部的氫氣取出口 123回 收氫氣56，并且從容器底部的燒堿水溶液取出閥門127回收燒堿46。 或者，也可以在反應(yīng)容器中充滿真水37的狀態(tài)下，加入金屬鈉54。 此外，在容器周圍設(shè)置冷卻套，當(dāng)反應(yīng)熱引起溫度急劇上升時，從冷 卻水出入口 15、 16循環(huán)冷卻水。如圖20所示，利用該反應(yīng)熱可以用 于水蒸氣發(fā)電。當(dāng)向金屬鈉54中供給的水37的量少時，g口，抽油之 后，當(dāng)從容器上部的噴嘴125向金屬鈉中注水時，反應(yīng)熱導(dǎo)致產(chǎn)生高 溫，該溫度達到了所生成的氫的燃點以上(500 °C)。特別是，如果從 氣體充入口 124向反應(yīng)體系內(nèi)加入氧，則氫會燃燒而產(chǎn)生高溫。為了 利用該熱，通過載熱體出口 16和載熱體入口 15，使作為一次冷卻劑的 載熱體11在冷卻套U8中循環(huán)，從而使作為二次冷卻水的水沸騰(其 在循環(huán)體系的圖中未示出)，由此可以使水蒸氣渦輪旋轉(zhuǎn)以用于發(fā)電。 另一方面，當(dāng)供應(yīng)到金屬鈉中的水量多時，如圖21所示，在用控制棒 129從上面壓下漂浮在油層130中的金屬鈉54、使油層下的大量的水 37與金屬鈉54發(fā)生反應(yīng)時，由于水的熱容量大，溫度并不會那么上升，因此可以穩(wěn)定地產(chǎn)生氫。當(dāng)然，由于沒有向水中供應(yīng)氧，因此氫不會 燃燒。
圖19是利用了流淌溫泉水的蔬菜廠的取暖系統(tǒng)圖。在溫水通道 或者溫水容器132的周圍遍布金屬管道134，其中所述溫水通道或者 溫水容器中流淌著作為一次熱水131的高溫溫泉水，在所述金屬管道 中循環(huán)著作為二次熱水133的溫水，通過循環(huán)泵19將二次熱水133 用于熱帶或亞熱帶蔬菜廠中的取暖(其用于使土壤135的溫度或植物 栽培室136內(nèi)的栽培溫度升高)，并且從溫水容器132排出的溫度下 降的溫水137用作流淌溫泉水。特別是，根據(jù)植物的發(fā)芽期、生長期 或收獲期，用計算機控制各二次熱水133的溫度，從而控制土壤135 的溫度和栽培室136的溫度，而且在寒冷地、大雪地或高地等的溫泉 地，有效地利用溫泉水，以栽培蘆筍、甘蔗或玉米等。此外，在溫水 容器132的周圍設(shè)置熱電子發(fā)電元件10，在其背面流淌江水或雪融 水等冷水14，進行溫差發(fā)電，并用于栽培室136的光合作用用的照 明。特別是，為了植物的生長，將水或肥料供給到土壤中，因此避免 使用有腐蝕性的金屬管133，在土壤135的部分中最好使用氯乙烯等 塑料制的管138。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)先考慮了環(huán)境問題，并且可以降低 產(chǎn)品在儲藏、輸送時的能量損失，不僅如此，還可以提高整個系統(tǒng)的 能效，具體來說，利用海洋的潮流或風(fēng)力、或者陸地的風(fēng)力、或者太 陽光等自然能量，可以有效地產(chǎn)生大的電力，在海水抽取現(xiàn)場、或者 在巖鹽或鹽湖的食鹽提取現(xiàn)場制備金屬鈉，或者可以在海水抽取現(xiàn)場 制備真水、鈉、鎂、鈣、鉀、燒堿、氯、鹽酸、硫酸、氫、氧等，同 時將陸運來的麥芽或鋸屑等進行發(fā)酵，從而釀造深層水啤酒或生物乙 醇，將該酒精發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的二氧化碳用于光合作用以栽培蔬 菜，將該光合作用中產(chǎn)生的氧供給到魚塘或漁礁來養(yǎng)魚，并且將該氧 返回到氧濃度下降的海水中，從而抑制赤潮的發(fā)生等。因此，根據(jù)本 發(fā)明，不僅可以激活海外資源依存度高的國家的工業(yè)，而且可以獲得 激活世界能量經(jīng)濟的優(yōu)異效果。工業(yè)實用性
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一個各個部門的產(chǎn)品得以結(jié)合、以有效 地利用它們之間相互作用的綜合生產(chǎn)廠，具體來說，在海水抽取現(xiàn)場 有效地利用通過海洋的風(fēng)力或潮流等而獲得的電力，從而制備真水、 鈉、鎂、鈣、鉀、燒堿、氯、鹽酸、硫酸、氫、氧等，同時使陸運來 的麥芽或鋸屑等進行發(fā)酵，以釀造深層水啤酒或生物乙醇，將該酒精 發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二氧化碳用于光合作用以栽培蔬菜，將該光合作用 中所產(chǎn)生的氧供給到魚塘或漁礁來養(yǎng)魚，并且將該氧返回到氧濃度下 降的海水中以抑制赤潮的發(fā)生等。本發(fā)明-的綜合工廠可用作進行上述 所有生產(chǎn)的海上工廠或貨物船、或者停留在現(xiàn)場而繼續(xù)生產(chǎn)的母船、 或者沿岸的工廠或與海岸鄰接的陸地上的工廠。此外，本發(fā)明的綜合
生產(chǎn)廠，可以利用巖鹽或巖湖的食鹽、以及與巖鹽或巖湖的食鹽提取 現(xiàn)場鄰接的風(fēng)力發(fā)電、或者海洋或陸地上的風(fēng)力發(fā)電等而獲得的電力 來制備金屬鈉，可以降低生產(chǎn)、儲藏、輸送時的能量損失，并且可以 提高整個系統(tǒng)的效率。該現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠不僅可以消除世界資源枯竭 和資源高價的現(xiàn)象，而且不使用化石燃料就可以經(jīng)濟地制造無窮無 盡、干凈的、可再生的海洋資源，具有巨大的工業(yè)實用性。
權(quán)利要求
1.現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠，在一個限定的區(qū)域內(nèi)具備下列工廠電解廠，該電解廠具備利用自然能源的發(fā)電設(shè)備，并且以海水、鹽湖水或巖鹽為原料，生產(chǎn)真水、鈉、鎂、鈣、鉀、燒堿、氯、鹽酸、硫酸、氫、氧等；乙醇廠，利用上述電解廠所生產(chǎn)的真水、硫酸和燒堿使纖維素材料或谷物發(fā)酵，從而制備草酸或草酸鈉，同時還制備燃料用生物乙醇或酒精飲料；蔬菜廠，將上述乙醇廠所生產(chǎn)的草酸或草酸鈉用作上述電解廠中的海水的脫鈣劑，并且通過利用上述乙醇廠的發(fā)酵工序中所產(chǎn)生的二氧化碳、上述電解廠中制備的真水、以及太陽光或人工光進行光合作用，從而生產(chǎn)蔬菜；養(yǎng)殖廠，將上述光合作用過程中所產(chǎn)生的氧引入到海中，以補充海水的氧濃度并抑制赤潮的發(fā)生，并且向上述電解廠中所抽出的深層水中補充氧后、將得到的海水放流到表層水中，以作為養(yǎng)殖場或漁礁來養(yǎng)殖魚貝類。
2.權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠，其中，所述發(fā)電設(shè)備設(shè)置有具有下述結(jié)構(gòu)的溫差發(fā)電裝置使高溫循環(huán)液體或者溫水循環(huán)液體等與冷水分別流入到二重管或三重管結(jié)構(gòu)的內(nèi)管和外管中，并且在該內(nèi)管和外管之間的中間管上排列有半導(dǎo)體熱電子發(fā)電元件的結(jié)構(gòu)，其中，所述高溫循環(huán)液體是通過在太陽能熱水器中循環(huán)的溫水、或者在集熱管中循環(huán)的作為載熱體的石油制品、芳香族化合物、熔解鹽、易熔金屬、有機硅油、硫酸、油等而獲得的，所述集熱管設(shè)置在太陽光的焦線處，而所述太陽光是通過用透鏡或反射鏡等聚光設(shè)備而會聚的，所述溫水循環(huán)液體為電解廠的熱排水、作為溫泉水的海底溫泉或海岸溫泉、或者火山性溫泉的溫泉水等，所述冷水來自抽出的深層水或海洋表層水、或者江河水；或者，所述發(fā)電設(shè)備設(shè)置有具有下述結(jié)構(gòu)的溫差發(fā)電裝置會聚后的太陽光透過吸熱層照射熱電子發(fā)電元件的一面、而另一面流動著用于冷卻的水，未供于溫差發(fā)電的可見光被冷調(diào)濾光片或帶通濾光片等分波后用作上述蔬菜廠的光合作用用的光，供于溫差發(fā)電的深層水在用于上述蔬菜廠的寒冷地農(nóng)場室的冷卻之后，該深層水分成兩個系統(tǒng)， 一個系統(tǒng)的深層水在電解廠中進行淡水化后作為乙醇廠的啤酒或日本酒的原料；另一個系統(tǒng)的深層水放流到用于寒流魚貝類的魚塘中、或者直接放流到海洋的表層水中，作為具有暖流魚貝類或底棲魚、或者蝦或螃蟹等的具有柵欄的養(yǎng)殖場、或者在其周圍形成群集在營養(yǎng)豐富的深層水中的洄游魚的自然漁場或漁礁。
3. 權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠，其將一氧化碳用燒堿吸收而生成草酸或草酸鈉，并將該草酸或草酸鈉注入到海上電解廠的通過反滲透膜或離子交換膜而分離得到的灌水中，從而產(chǎn)生草酸鈣沉淀，通過反滲透膜或加熱來濃縮將所述草酸鈣沉淀除去之后而得到的濾液，從而制備硫酸，將該硫酸注入到木屑或鋸屑等中，與酒精發(fā)酵菌一起來制備燃料用生物乙醇，向所述草酸鈣沉淀物中注入鹽酸以分離得到氯化鈣和草酸，該氯化鈣用作用于制備金屬鈣的熔鹽電解用的原料、或者用作用于制備金屬鈉的熔鹽電解用催化劑，而且，草酸回收后再次用于沉淀分離灌水中的鈣，其中所述一氧化碳是通過將二氧化碳和焦炭加熱到紅熱后而生成的，所述二氧化碳是通過在所述乙醇廠中用燒堿對木屑或鋸屑等纖維素材料進行處理而生成的、或者是通過酒精發(fā)酵而產(chǎn)生的。
4. 權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠，其中為了將所述氧引入到海中，在放入到海中的噴氧管的排氣口的海水界面處設(shè)置疏水性多孔膜或海綿，從而將海水和氣體隔離開。
5. 權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠，其中將在所述電解廠中生產(chǎn)的金屬鈉儲藏、輸送、然后卸載，在發(fā)電站或城市煤氣生產(chǎn)廠、或者燃料電池設(shè)施等中，在制氫裝置內(nèi)部，使金屬鈉與水進行反應(yīng)而制備氫，并且將作為殘余物的燒堿提供給純堿工業(yè)用原料、或者進行熔鹽電解并形成用于再次制備金屬鈉的鈉燃料循環(huán)。
6. 權(quán)利要求5所述的現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠，其中通過具有下述構(gòu)造的制氫裝置來制備作為原材料的鈉其中，在所述制氫裝置內(nèi)部的反應(yīng)容器上部設(shè)置有用于加入包含在輕油或油類中的金屬鈉的加入口和氫取出口、以及用于以噴霧式、點滴式或者脈沖式噴水的噴嘴或彎嘴，在所述反應(yīng)容器的周圍設(shè)置有超聲振動片，在所述反應(yīng)容器的底部設(shè)置有取出燒堿水溶液的閥門，在所述反應(yīng)容器的上部設(shè)置有控制棒，該控制棒用于將油層中的金屬鈉壓向下層的水層中；為了使在油層中搖動的水或油層外的水等與金屬鈉進行反應(yīng)、或者在從反應(yīng)容器底部排出油的狀態(tài)下使水與金屬鈉直接進行反應(yīng)，設(shè)置有抽油閥門；并且在所述反應(yīng)容器的上部設(shè)置有充氣口和氫取出口，并在容器的外周設(shè)置有夾套。
7. 權(quán)利要求2所述的現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠，其中將所述熱載體用作在所述電解廠中進行的熔鹽電解廠的熔融鹽的加熱輔助，該熱載體在設(shè)置于太陽光的焦線處的集熱管中循環(huán)。
8. 權(quán)利要求2所述的現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠，其中在溫水通道或者溫水容器的周圍遍布金屬管道，其中，在所述溫水通道或者溫水容器中流淌著作為一次熱水的所述高溫溫泉水，在所述金屬管道中循環(huán)著作為二次熱水的水，將該二次熱水供于所述蔬菜廠的取暖以升高土壤溫度或栽培溫度，并且供于栽培熱帶或亞熱帶植物的蔬菜廠或室內(nèi)的取暖。
9. 權(quán)利要求1 8中任意一項所述的現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠，其中所述電解廠、乙醇廠、蔬菜廠和養(yǎng)殖廠設(shè)置在浮體船內(nèi)或浮游船上、或者設(shè)置在沿岸結(jié)構(gòu)物內(nèi)或陸地上的結(jié)構(gòu)物內(nèi)，所述浮體船由漂浮在海洋上的多體或單體或者超大型浮式結(jié)構(gòu)物構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及現(xiàn)場綜合生產(chǎn)廠，其使用由海上的風(fēng)力或潮流等獲得的電力，將海水電解，以制備真水、鈉、鎂、鈣、鉀、燒堿、氯、鹽酸、硫酸、氫、氧等；同時使陸運來的麥芽或鋸屑等發(fā)酵以釀造乙醇；由此產(chǎn)生的二氧化碳用于光合作用以栽培蔬菜；由此產(chǎn)生的氧供給到魚塘或漁礁以養(yǎng)殖魚；并且將該氧返回到氧濃度下降的海水中以抑制赤潮的發(fā)生。
文檔編號C02F1/46GK101680100SQ20088001562
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者村原正隆 申請人:株式會社慧武光·能源開發(fā)研究所