JP2002349793A - 液化二酸化炭素貯蔵・排出装置および液化二酸化炭素海中投入システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液化二酸化炭素の輸送効率が高く、ポンプに
よる液化二酸化炭素の排出に支障が生じることがなく、
またドライアイス発生による閉塞のおそれがない液化二
酸化炭素の貯蔵・排出装置と、それを備えた液化二酸化
炭素海中投入システムを提供する。 【解決手段】 液化二酸化炭素貯蔵・排出装置を、液化
二酸化炭素が供給されるとともに所定の貯蔵温度にタン
ク内温度が維持される液化二酸化炭素の貯蔵タンク、液
化二酸化炭素を貯蔵タンクから排出する排出ポンプ、貯
蔵タンクの所定の貯蔵圧力を維持するように貯蔵圧力と
同圧力の窒素ガスを貯蔵タンクに供給する窒素ガス供給
手段を備え、窒素ガス供給手段は同貯蔵圧力において排
出ポンプの所定の排出容量と同じ容積以上の窒素ガス供
給能力を有するように設定されてなるように構成した。
また、万が一のタンク内圧力の低下に備え、タンク内圧
力を検知した場合、排出ポンプを自動停止する機構とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液化二酸化炭素を
貯蔵し、支障なく排出するための装置およびそれを備え
た液化二酸化炭素海中投入システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大気中の炭酸ガス濃度の増大によ
る地球温暖化問題が世界的な解決課題となっており、そ
の対策の一つとして、発電等により発生した燃焼排ガス
中の炭酸ガスを分離回収し、これを海中に投入し大気中
の炭酸ガス濃度の増大を抑制することが検討されてい
る。

【０００３】その一つの方式としては、炭酸ガス（二酸
化炭素）を液化して液化二酸化炭素を生成し、さらにド
ライアイス（固体炭酸ガス）化して、海中に投入するも
のがある。

【０００４】しかしこの方式は、炭酸ガス固体化設備の
コストが大きいことのほかに、ドライアイスを生成する
段階で、冷却固化のために一旦生成した液化二酸化炭素
の多くの部分を気化させる必要が生じること、海中投入
の段階でも多くの部分のドライアイスが気化し、大気中
に逸散する炭酸ガスが発生すること等、生成時のエネル
ギーと工程上の効率、海中投入時の損失の点で、未だ多
くの課題を残している。

【０００５】そこで、炭酸ガスを固化せず、液化二酸化
炭素の状態で、所定の深度、温度の海中に投入管を介し
て投入する方式が検討されている。

【０００６】以下、液化二酸化炭素海中投入システムの
一般的なシステム構成の概要を、図２に示し説明する。
図２において、１は火力発電所設備であり、火力発電所
設備１で発生した炭酸ガスを含んだ燃焼排ガスから、炭
酸ガス回収・処理装置２において炭酸ガスが回収され、
さらに液化され、液化二酸化炭素ａとして陸上貯蔵タン
ク３に一時貯蔵される。

【０００７】４は指定海域に留まるように設けられた洋
上浮体設備であり、洋上浮体設備４からは海中に投入管
５が垂下されている。液化二酸化炭素は陸上貯蔵タンク
３近傍の岸壁から液化二酸化炭素輸送船６に積み込まれ
て洋上浮体設備４まで海上輸送される。

【０００８】洋上浮体設備４に係留された液化二酸化炭
素輸送船６から、液化二酸化炭素ａは投入管５を通じ
て、海中へ投入される。投入管５の下端の深度は、液化
二酸化炭素が気化せず、海水に溶け込み或いは水和物と
なって海水中に留まり、あるいは沈下することができる
水圧と温度が得られるように設定される。

【０００９】二酸化炭素は、一般に図３に示すように、
圧力と温度に対応して、気体、液体、固体の状態となる
ことが知られている。図中横軸は等間隔目盛で温度を示
し、縦軸は対数目盛で圧力を示している。

【００１０】３図中Ａ−Ｂ−ＣおよびＢ−Ｄの２本の線
によって、状態が３つの区分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に分かれて
いるが、Ａ−Ｂ−Ｄの左上の区分（Ｘ）の状態では固
体、Ｄ−Ｂ−Ｃの右上の区分（Ｙ）の状態では液体、Ａ
−Ｂ−Ｃの右下の区分（Ｚ）では気体である。

【００１１】Ｂは三重点であり、約５．３気圧、約−５
７°Ｃである。またＢ−Ｃの線は、各温度における液化
二酸化炭素の飽和圧力線である。

【００１２】したがって、液化二酸化炭素の貯蔵、海上
輸送において貯蔵タンク７内の温度Ｔと圧力Ｐは、上記
区分（Ｙ）の中に入るように設定される。例えば、図中
Ｆ点であれば、温度Ｔ＝約−５０°Ｃ、圧力Ｐ＝約７ｋ
ｇｆ／ｃｍ² 、Ｇ点であれば、Ｔ＝約−２０°Ｃ、Ｐ＝
約２０ｋｇｆ／ｃｍ² 、Ｈ点であれば、Ｔ＝約−２°
Ｃ、Ｐ＝約３８ｋｇｆ／ｃｍ² であり、設備の設計上、
使用上の条件により設定される。（勿論、上記Ｆ、Ｇ、
Ｈ点に限定されるものではない。） 前述のように、液化二酸化炭素ａを投入管５で圧送する
に際しては、液化二酸化炭素輸送船６の貯蔵タンク７か
ら、ポンプ８によって（あるいは洋上浮体設備４に中継
タンクが有る場合は中継タンクから洋上浮体設備４のポ
ンプによって）、前記海中投入条件に合わせた所定の圧
力で投入管５に液化二酸化炭素を排出することとなる
が、液化二酸化炭素ａの排出に伴い、ポンプ８の吸込み
側である貯蔵タンク７においては液位が低下し、貯蔵タ
ンク７内の圧力が低下する。

【００１３】例えば、図３中Ｇ点、温度Ｔ＝約−２０°
Ｃ、圧力Ｐ＝約２０ｋｇｆ／ｃｍ²で液化二酸化炭素を
貯蔵していた時、排出によって貯蔵タンク７内の圧力Ｐ
が低下し、図中矢印Ｇ’のように状態が変化すると、そ
の温度Ｔにおける液化二酸化炭素の飽和圧力より圧力Ｐ
が低くなる。

【００１４】従来の液化二酸化炭素の貯蔵・排出装置に
おいては、そこで貯蔵タンク７内で圧力Ｐがその時の温
度Ｔに対応した飽和圧力にバランスするまで液化二酸化
炭素の気化が生じることとなり、その結果、気化した炭
酸ガスにより圧力が回復し再度圧力Ｐが飽和圧力とな
る。

【００１５】したがって従来の液化二酸化炭素の貯蔵・
排出装置では、貯蔵タンク内は炭酸ガスでその時の温度
Ｔに対応した飽和圧力に加圧された状態で運転されるも
のとなるが、そのため、以下のような問題が生じること
になった。

【００１６】（１）貯蔵タンク内で気化し充満した炭酸
ガスは、ポンプで排出できないので、貯蔵タンク内の二
酸化炭素の残量が増大し、液化二酸化炭素の輸送効率が
低下し、液化二酸化炭素海中投入システムにおいて投入
能力が低下する。

【００１７】（２）液化二酸化炭素の海中投入のように
大容量の排出を行なう場合、ポンプの吸込み量に対して
飽和圧力へのバランスが間に合わなくなり易く、ポンプ
の吸込み部で気化が生じて、ポンプの動作が不安定とな
り、さらにポンプによる液化二酸化炭素の圧送ができな
くなり、液化二酸化炭素海中投入システムにおいて海中
への投入が不可能となる。

【００１８】（３）液化二酸化炭素の一部が急激に気化
すると、気化熱により周囲の二酸化炭素から熱を奪うた
め、貯蔵タンク、配管内等にドライアイスが生成され、
貯蔵タンク、配管等が閉塞される危険があり、液化二酸
化炭素海中投入システムにおいて液化二酸化炭素の海中
への投入が不可能となる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の装置における問題を解消し、液化二酸化炭素の
輸送効率が高く、ポンプによる液化二酸化炭素の排出に
支障が生じることがなく、またドライアイス発生による
閉塞のおそれがない液化二酸化炭素の貯蔵・排出装置
と、それを備えた液化二酸化炭素海中投入システムを提
供することを課題とするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】（１）本発明は、上記の
課題を解決するためになされたものであり、その第１の
手段として、液化二酸化炭素が供給されるとともに所定
の貯蔵温度にタンク内温度が維持される液化二酸化炭素
の貯蔵タンク、液化二酸化炭素を前記貯蔵タンクから排
出する排出ポンプ、前記貯蔵タンクの所定の貯蔵圧力を
維持するように同貯蔵圧力と同圧力の窒素ガスを前記貯
蔵タンクに供給する窒素ガス供給手段を備え、前記窒素
ガス供給手段は同貯蔵圧力において前記排出ポンプの所
定の排出容量と同じ容積以上の窒素ガス供給能力を有す
るように設定されてなることを特徴とする液化二酸化炭
素貯蔵・排出装置を提供する。

【００２１】上記のように構成された第１の手段によれ
ば、排出ポンプが貯蔵タンクから所定の排出容量で液化
二酸化炭素の排出を行なった場合、窒素ガス供給手段か
らは貯蔵圧力と同圧力の窒素ガスが同容量貯蔵タンクに
供給されるので、貯蔵タンク内圧力は低下することなく
貯蔵圧力が維持されて液化二酸化炭素の不測の気化が防
がれ、貯蔵タンクの気相部分は窒素ガスで殆ど占められ
て貯蔵タンク内に残留する炭酸ガスが減じられ。

【００２２】また、液化二酸化炭素の気化が生じないの
で、排出ポンプの吸込み側の気化による吸込みの不安定
または吸込み不能の事態は回避することができ、二酸化
炭素の過冷却によってドライアイスが生じることが防止
される。

【００２３】（２）第２の手段としては、第１の手段の
液化二酸化炭素貯蔵・排出装置において、前記排出ポン
プは前記貯蔵タンク内の圧力が設定した所定の最低圧力
より低下したとき停止するように制御されてなることを
特徴とする液化二酸化炭素貯蔵・排出装置を提供する。

【００２４】第２の手段によれば、第１の手段の作用に
加え、貯蔵タンク内の圧力が所定の最低圧力に達したら
排出ポンプを停止するので、不測の急激な液化二酸化炭
素の気化が防止できる。

【００２５】（３）また、第３の手段として、第１の手
段または第２の手段の液化二酸化炭素貯蔵・排出装置を
備えてなることを特徴とする液化二酸化炭素海中投入シ
ステムを提供する。

【００２６】第３の手段によれば、液化二酸化炭素海中
投入システムにおいて、第１の手段または第２の手段の
作用を奏することができるほか、液化二酸化炭素の気化
による液化二酸化炭素輸送船等の貯蔵タンクでの輸送効
率の低下が防止され、液化二酸化炭素の不測の気化によ
って液化二酸化炭素の海中への投入が不可能になるおそ
れがなくなる。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１に基づき本発明の実施の一形
態にかかる液化二酸化炭素の貯蔵・排出装置を説明す
る。図１は本実施の形態の液化二酸化炭素の貯蔵・排出
装置の構成概要説明図である。

【００２８】図１において、１０は液化二酸化炭素ａの
貯蔵タンクであり、図示しない供給ラインから液化二酸
化炭素ａが供給されるとともに、温度検出器１１の検知
するタンク内温度Ｔに基づき、図示しない温度調整装置
により所定の貯蔵温度Ｔｏにタンク内温度Ｔが維持され
ている（Ｔ＝Ｔｏ） 。

【００２９】また、貯蔵タンク１０の貯蔵圧力Ｐｏは、
貯蔵温度Ｔｏに対応した液化二酸化炭素ａの飽和圧力よ
り高く設定されている１２は液化二酸化炭素ａを貯蔵タ
ンク１０から排出する排出ポンプであり、ポンプ制御装
置１３により制御される電動モータ１４により駆動され
る。１５ａ、１５ｂは排出ポンプ１２の前後に設けられ
る開閉弁である。

【００３０】１６は貯蔵タンク１０内の圧力Ｐを検出す
る圧力検出器であり、圧力検出信号１６ａはポンプ制御
装置１３に入力される。

【００３１】１７は窒素ガス供給装置であり、圧力調整
弁１８を介して、貯蔵タンク１０の液化二酸化炭素ａの
貯蔵圧力Ｐｏの窒素ガスｃを貯蔵タンク１０に供給する
ように構成され、具体的には窒素ガスボンベ、または窒
素ガス発生装置等により構成される。

【００３２】圧力調整弁１８は、貯蔵タンク１０におけ
る貯蔵温度Ｔｏに対応した液化二酸化炭素ａの飽和圧力
より高く設定した貯蔵圧力Ｐｏで、窒素ガス供給装置１
７からの窒素ガスｃを貯蔵タンク１０に供給するように
設定できるもので、窒素ガス供給装置１７とともに貯蔵
タンク１０への窒素供給手段を構成する。なお、１９
ａ、１９ｂは圧力調整弁１８の前後に設けられる開閉弁
である。

【００３３】従って、貯蔵タンク１０内の液化二酸化炭
素ａの貯蔵温度Ｔｏと貯蔵圧力Ｐｏは、図３中、Ｙの領
域内に設定されるものであり、例えば図３中Ｇ点で示し
た、Ｔｏ＝約−２０°Ｃ、Ｐｏ＝約２０ｋｇｆ／ｃｍ²
である。

【００３４】また、窒素ガス供給装置１７及び圧力調整
弁１８の窒素ガス供給容量（貯蔵圧力Ｐｏにおける容
積）は少なくとも、貯蔵タンク１０から液化二酸化炭素
ａを排出する排出ポンプの所定の排出容量と同じ容積以
上のものとしてある。

【００３５】圧力検出器１６は、貯蔵タンク１０内の圧
力が安全上設定された所定の最低圧力Ｐｍｉｎに達する
と圧力検出信号１６ａを発し、圧力検出信号１６ａを入
力したポンプ制御装置１３は、電動モータ１４を停止さ
せ、急激な液化二酸化炭素ａの気化状態が発生すること
を防止するものであり、安全装置として備えられる。

【００３６】所定の最低圧力Ｐｍｉｎは、例えば、貯蔵
温度Ｔｏにおける飽和圧力に設定されてもよく、また温
度条件にかかわらず液化二酸化炭素の状態を維持できな
くなる三重点の圧力約５．３ｋｇｆ／ｃｍ² を考慮して
設定してもよく、運転条件、環境条件等に合わせて決定
される。

【００３７】なお、圧力検出器１６は、所定の最低圧力
Ｐｍｉｎを設定した単なる圧力スイッチとし、圧力検出
信号１６ａは圧力スイッチからのＯＮ／ＯＦＦ信号であ
ってもよい。

【００３８】上記のように構成された本実施の形態の液
化二酸化炭素の貯蔵・排出装置においては、排出ポンプ
１２が稼働し、貯蔵タンク１０から所定の排出容量で液
化二酸化炭素ａの排出を行なった場合、窒素ガス供給装
置１７からは圧力調整弁１８を介して常時貯蔵圧力Ｐｏ
の窒素ガスｃが貯蔵タンク１０に供給されるので、貯蔵
タンク１０内の液化二酸化炭素ａの減量容積は同容積の
窒素ガスｃによって補われ、貯蔵タンク内圧力は低下す
ることなく窒素ガスｃの加圧で貯蔵圧力Ｐｏが維持され
る。

【００３９】窒素ガス供給装置１７及び圧力調整弁１８
は上記のように貯蔵圧力Ｐｏにおいて液化二酸化炭素の
貯蔵タンク１０から所定の排出容量と同じ容積以上の窒
素ガス供給容量を備えているので、窒素ガスｃの供給が
足りず、貯蔵タンク１０内の圧力が低下し、液化二酸化
炭素ａが不測の気化を開始し、従来例で説明したような
気化に伴う問題を起こす、ということはない。

【００４０】したがって、貯蔵タンク内圧力が、貯蔵温
度Ｔｏにおける飽和圧力以下に減圧することはなく、液
化二酸化炭素ａの気化は生じない。貯蔵タンク１０の気
相部分は、一部初期的に発生した炭酸ガスｂを少量含む
他は、液化二酸化炭素ａの排出が進行しても貯蔵温度Ｔ
ｏ、貯蔵圧力Ｐｏの窒素ガスで殆ど占められ、排出完了
時点で貯蔵タンク１０内に残留する炭酸ガスｂの問題は
実質的に生じない。

【００４１】また、液化二酸化炭素ａの気化が生じない
ので、排出ポンプ１２の吸込み側の気化による吸込みの
不安定または吸込み不能の事態は回避することができ
る。

【００４２】さらに、気化による二酸化炭素の過冷却に
よってドライアイスが生じる事もないから、ドライアイ
スによる貯蔵タンク１０、排出ポンプ１２、その他配管
類の閉塞のおそれがなくなる。

【００４３】また、貯蔵タンク１０内の圧力が所定の最
低圧力Ｐｍｉｎに達したら排出ポンプ１２を停止するよ
うに安全装置が設定されるので、不測の急激な液化二酸
化炭素の気化が防止でき、安全性と信頼性を高めること
ができる。

【００４４】したがって、本実施の形態の液化二酸化炭
素の貯蔵・排出装置を液化二酸化炭素海中投入システム
に備えた場合は、図２に示す液化二酸化炭素海中投入シ
ステムにおいて、図２中上述の従来の貯蔵タンク７、ポ
ンプ８等に代えて、上記実施の形態の液化二酸化炭素の
貯蔵・排出装置を備えた液化二酸化炭素海中投入システ
ムが構成されるので、液化二酸化炭素ａの気化による液
化二酸化炭素輸送船や中継の各貯蔵タンクでの輸送効率
の低下が防止され、液化二酸化炭素ａの不測の気化によ
って液化二酸化炭素の海中への投入が不可能になるおそ
れがなくなり、信頼性の高い液化二酸化炭素海中投入シ
ステムを構築できる。

【００４５】また、本実施の形態の液化二酸化炭素の貯
蔵・排出装置は液化二酸化炭素海中投入システムにおい
て、液化二酸化炭素輸送船６の貯蔵タンク７とポンプ８
に限らず、陸上貯蔵タンクとそこからの液化二酸化炭素
の排出装置、あるいは洋上浮体設備に中継タンクが有る
場合は中継タンクとその排出ポンプ等にも適用できるも
のである。

【００４６】なお、本発明の説明にあたり、液化二酸化
炭素海中投入システムの液化二酸化炭素輸送船６の、従
来の貯蔵タンク７とポンプ８を例に問題点、課題を説明
したが、本発明の課題は液化二酸化炭素の貯蔵・排出装
置一般に共通のものであり、本発明は液化二酸化炭素海
中投入システムに限らず、液化二酸化炭素の貯蔵・排出
装置一般に適用できるものである。

【００４７】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
もよいことは言うまでもない。

【００４８】

【発明の効果】（１）請求項１の発明によれば、液化二
酸化炭素貯蔵・排出装置を、液化二酸化炭素が供給され
るとともに所定の貯蔵温度にタンク内温度が維持される
液化二酸化炭素の貯蔵タンク、液化二酸化炭素を前記貯
蔵タンクから排出する排出ポンプ、前記貯蔵タンクの所
定の貯蔵圧力を維持するように同貯蔵圧力と同圧力の窒
素ガスを前記貯蔵タンクに供給する窒素ガス供給手段を
備え、前記窒素ガス供給手段は同貯蔵圧力において前記
排出ポンプの所定の排出容量と同じ容積以上の窒素ガス
供給能力を有するように設定されてなるように構成した
ので、排出ポンプが貯蔵タンクから所定の排出容量で液
化二酸化炭素の排出を行なった場合、窒素ガス供給手段
からは貯蔵圧力と同圧力の窒素ガスが同容量貯蔵タンク
に供給されるため、貯蔵タンク内圧力は低下することな
く貯蔵圧力が維持されて液化二酸化炭素の不測の気化が
防がれ、貯蔵タンクの気相部分は窒素ガスで殆ど占めら
れて貯蔵タンク内に残留する炭酸ガスが減じられ、液化
二酸化炭素の貯蔵・排出の効率が向上する。

【００４９】また、液化二酸化炭素の気化が生じないの
で、排出ポンプの吸込み側の気化による吸込みの不安定
または吸込み不能の事態は回避することができ、二酸化
炭素の過冷却によってドライアイスが生じることが防止
されるので、ドライアイスによる貯蔵タンク、排出ポン
プ、その他配管類の閉塞のおそれがなくなる。

【００５０】（２）請求項２の発明によれば、請求項１
に記載の液化二酸化炭素貯蔵・排出装置において、前記
排出ポンプは前記貯蔵タンク内の圧力が設定した所定の
最低圧力より低下したとき停止するように制御されてな
るように構成したので、請求項１の発明の効果に加え、
貯蔵タンク内の圧力が所定の最低圧力に達したら排出ポ
ンプを停止するため、不測の急激な液化二酸化炭素の気
化が防止でき、安全性と信頼性を高めることができる。

【００５１】（３）また、請求項３の発明によれば、液
化二酸化炭素海中投入システムを、請求項１または請求
項２に記載の液化二酸化炭素貯蔵・排出装置を備えてな
るように構成したので、液化二酸化炭素海中投入システ
ムにおいて請求項１または請求項２び発明の効果を奏す
ることができるほか、液化二酸化炭素の気化による液化
二酸化炭素輸送船等の貯蔵タンクでの輸送効率の低下が
防止され、液化二酸化炭素の不測の気化によって液化二
酸化炭素の海中への投入が不可能になるおそれがなくな
り、信頼性の高い液化二酸化炭素海中投入システムが構
築される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態にかかる液化二酸化炭素
の貯蔵・排出装置の構成概要説明図である。

【図２】液化二酸化炭素海中投入システムの一般的な構
成概要説明図である。

【図３】二酸化炭素の圧力と温度に対応した、気体、液
体、固体の状態説明図である。

【符号の説明】

１ 火力発電所設備 ２ 炭酸ガス回収・処理装置 ３ 陸上貯蔵タンク ４ 洋上浮体設備 ５ 投入管 ６ 液化二酸化炭素輸送船 １０ 貯蔵タンク １１ 温度検出器 １２ 排出ポンプ １３ ポンプ制御装置 １４ 電動モータ １６ 圧力検出器 １７ 窒素ガス供給装置 １８ 圧力調整弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3E072 AA03 CA03 DB01 GA30 4G075 AA04 AA46 AA61 BB03 BD03 BD15 CA01 CA05 CA65 CA66 CA74 DA01 EB01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液化二酸化炭素が供給されるとともに所
   定の貯蔵温度にタンク内温度が維持される液化二酸化炭
   素の貯蔵タンク、液化二酸化炭素を前記貯蔵タンクから
   排出する排出ポンプ、前記貯蔵タンクの所定の貯蔵圧力
   を維持するように同貯蔵圧力の窒素ガスを前記貯蔵タン
   クに供給する窒素ガス供給手段を備え、前記窒素ガス供
   給手段は同貯蔵圧力において前記排出ポンプの所定の排
   出容量と同じ容積以上の窒素ガス供給能力を有するよう
   に設定されてなることを特徴とする液化二酸化炭素貯蔵
   ・排出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液化二酸化炭素貯蔵・
   排出装置において、前記排出ポンプは前記貯蔵タンク内
   の圧力が設定した所定の最低圧力より低下したとき停止
   するように制御されてなることを特徴とする液化二酸化
   炭素貯蔵・排出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の液化二
   酸化炭素貯蔵・排出装置を備えてなることを特徴とする
   液化二酸化炭素海中投入システム。