JP2009056418A - 岩石の反応装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸性溶液に浸漬された岩石の溶解により形成される酸性反応溶液を岩石に連続して透水させた場合に生じる反応を再現することができる岩石の反応装置を提供する。
【解決手段】第１試料１２０Ａを浸漬させる二酸化炭素溶解溶液を貯留する第１収納容器１１０Ａと、第２試料２０Ａが収納される第２収納容器１０Ａと、第３試料１２０Ｂを浸漬させる蒸留水を貯留する第３収納容器１１０Ｂと、第４試料２０Ｂが収納される第４収納容器１０Ｂと、第１試料１２０Ａと前記二酸化炭素溶解溶液との反応で作製された酸性反応溶液を第２収納容器１０Ａへ圧送させ、第３試料１２０Ｂと前記蒸留水との反応で作製された反応溶液を第４収納容器１０Ｂへ圧送させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸性溶液と岩石との反応を検証する反応装置に関し、特に、岩石、あるいは岩石の粉末を二酸化炭素溶解溶液に浸漬させた後の溶液を取り出し、続いて岩石に透水させ地下深部で生じる岩石の反応を検証することで二酸化炭素地中貯留における実環境への影響の評価に用いて好適なものである。

近年、地球温暖化を緩和するために様々な取り組みがなされており、例えば省エネ化や、二酸化炭素（以下；ＣＯ_２）の排出を抑制することなどが行われている。このような取り組みの一つとして、工場や発電所等から排出されるＣＯ_２を地中に貯留して（ＣＯ_２地中貯留）ＣＯ_２の排出量を削減する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

図４は、ＣＯ_２が地下に貯留された状態の概略断面図である。図４に基づいてＣＯ_２地中貯留が実施される地下環境について説明する。図に示すように、地表から不透水層２０２を貫通して帯水層２００に達する縦穴２０１が掘削され、地上には、二酸化炭素を縦穴２０１に圧送する圧送装置２０３が設置されている。帯水層２００は地下水が存在する地層であり、圧送装置２０３によりＣＯ_２が帯水層２００に圧送されて貯留され、不透水層２０２により地上への流出が阻止されている。

ここで、不透水層２０２を構成する岩石２０４に割れ目２０４ａが生じている状態で、圧送装置２０３から帯水層２００にＣＯ_２を圧送し続けると、ＣＯ_２が割れ目２０４ａから地表側に向けて漏れ出す虞がある。地下に貯留されるＣＯ_２は、地下の帯水層２００で酸性のＣＯ_２溶解溶液となることから、長期間、地下にＣＯ_２溶解溶液が貯留されると、ＣＯ_２との反応により岩石から溶出した元素等が割れ目２０４ａを介して地上の人間の生活圏に影響を及ぼす虞がある。このため、ＣＯ_２地中貯留の実施に先立ち、ＣＯ_２溶解溶液と岩石の反応が地下環境に及ぼす影響を評価・検討することは不可欠となっている。

一方、地中貯留されたＣＯ_２が地下水に溶解した場合には、地下の岩石から溶出したカルシウム等からなる炭酸塩鉱物に過飽和となった溶液が存在する。圧送装置２０３によるＣＯ_２の圧送を停止した状態では、実環境において炭酸塩鉱物に過飽和となれば炭酸塩鉱物は割れ目２０４ａに沈殿して、割れ目２０４ａを塞ぐと考えられる。さらに、ＣＯ_２が混入し酸性溶液となった地下水がアルカリ性地下水と混合、あるいは地表付近での急激な減圧によりＣＯ_２が地下水から遊離する場合、地下水中の炭酸イオンの溶存量が増加し、炭酸塩鉱物が形成される。この結果は地下深部では、岩盤の溶解と沈殿が繰り返され、岩盤に穴が開きＣＯ_２が漏れ出す場合と、逆に不透水層２０２からＣＯ_２が地表側に漏れ出すことを防ぐシール機能が回復することを示している。

たとえ、圧送装置２０３によるＣＯ_２の地中貯留が完了したのち、岩盤の溶解が進み不透水層２０２の割れ目２０４ａを介してＣＯ_２が漏洩したとしても、割れ目２０４ａが閉塞されるならば、ＣＯ_２地中貯留により地表にＣＯ_２が漏れ出すリスクを回避できる可能性がある。このため、ＣＯ_２溶解溶液と反応した岩石の状況を分析することでＣＯ_２の地表への漏れ出しを回避するための技術を確立することが考えられる。

実際には、試験的にＣＯ_２の地中貯留を行い、一定期間後、ＣＯ_２の地中貯留を停止し、更に一定期間経過後、ＣＯ_２溶液により変化した地下の岩石を採取し、採取した岩石の態様を観察することで、岩石の割れ目の閉塞が生じるかを証明することができる。しかし、地下７００〜８００メートル以深（超臨界ＣＯ_２が生成する深度）から割れ目が閉塞している岩石を特定することは困難であるし、仮に特定できたとしても、それを採取するためと採取後には貯留したＣＯ_２が流出しないように岩盤内に大掛かりな作業を要してしまい、現実的でない。

特開２００４−２３７１６７号公報（請求項７等）

本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、酸性溶液に浸漬された岩石の溶解により形成される酸性反応溶液を岩石に連続して透水させた場合に生じる反応を再現することができる岩石の反応装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の岩石の反応装置は、第１岩石を浸漬させる酸性溶液を貯留する第１収納容器と、第２岩石が収納される第２収納容器と、前記第１収納容器と前記第２収納容器とを接続する接続配管を介して、前記第１岩石と前記酸性溶液との反応で作製された酸性反応溶液を第２収納容器へ圧送させる圧送手段とを具備することを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、第１収納容器に収納された第１岩石を酸性溶液に浸漬させ、第１岩石と酸性溶液との反応により得られる酸性反応溶液を第２収納容器に収納された第２岩石に通水させる。これにより、酸性溶液に浸漬された第１岩石の溶解により形成される酸性反応溶液を第２岩石に連続して透水させた場合に生じる反応を再現することができる。

そして、請求項２に係る本発明の岩石の反応装置は、請求項１に記載の岩石の反応装置において、前記接続配管には、フィルターが取り付けられていることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、第１収納容器内で生産された酸性反応溶液はフィルターを介して第２収納容器へ圧送される。このため実環境に応じＣＯ_２貯留により形成される地下水を第２収納容器内に連続的に通過させることができ実環境をもっとも正確に再現できる。

請求項３に係る本発明の岩石の反応装置は、請求項１又は請求項２に記載の岩石の反応装置において、前記第１収納容器に収納された第１岩石及び前記第２収納容器に収納された第２岩石の温度を設定する温度制御手段を備え、前記温度制御手段は、前記第１収納容器に収納された第１岩石及び前記第２収納容器に収納された第２岩石の温度を実環境に応じた温度に設定することを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、第１収納容器及び第２収納容器に収納された第１岩石及び第２岩石は、温度制御手段により、実環境に応じた任意の温度（その前後の任意の温度、さらに明らかに低い温度も含まれる。）に設定、安定に制御される。これにより、収納容器内で生じる反応溶液は実環境で生成される地下水を厳密に再現し、地下深部で促進する化学反応を模擬することができることとなる。

また、請求項４に係る本発明の岩石の反応装置は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の岩石の反応装置において、前記第１岩石及び前記第２岩石は、二酸化炭素が地下に貯留される場地層から採掘されるものであり、反応に用いられる前記酸性溶液は、二酸化炭素溶解溶液であることを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、二酸化炭素を地中貯留する場合におけるＣＯ_２飽和溶解溶液と岩石の反応により生成される酸性反応溶液の組成変化と間隙率、透水性の変化を分析することができる。

請求項５に係る本発明の岩石の反応装置は、第１岩石を浸漬させる二酸化炭素溶解溶液を貯留する第１収納容器と、第２岩石が収納される第２収納容器と、第３岩石を浸漬させる蒸留水を貯留する第３収納容器と、第４岩石が収納される第４収納容器と、前記第１収納容器と前記第２収納容器とを接続する第１接続配管を介して、前記第１岩石と前記二酸化炭素溶解溶液との反応で作製された酸性反応溶液を第２収納容器へ圧送させる第１圧送手段と、前記第３収納容器と前記第４収納容器とを接続する第２接続配管を介して、前記第３岩石と前記蒸留水との反応で作製された反応溶液を第４収納容器へ圧送させる第２圧送手段とを具備することを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、第１収納容器においては二酸化炭素溶解溶液、第３収納容器においては二酸化炭素を含まない溶液である蒸留水が用いられる。

第１収納容器では第１岩石が二酸化炭素溶解溶液に浸潰されることにより、第１岩石と二酸化炭素溶解溶液とに化学反応が生じ、第２収納容器では、前記化学反応により第１収納容器内で発生した酸性反応溶液を第２岩石に通水させた後、最終段階で通水を停止、排水圧と温度を低下させることで、第２岩石において炭酸塩鉱物を晶出させる。これにより、溶液の貯留により停滞する二酸化炭素溶解溶液と第１岩石とを反応させ、引き続き、第２岩石に連続して酸性反応溶液を通過させることで、実現象で起こる貯留時の閉鎖環境とＣＯ_２移動時の開放環境を連続的に構築することができ、実現象をもっとも正確に再現することができる。

一方、第３収納容器では、ＣＯ_２を含まない蒸留水と第３岩石とに化学反応が生じ、第４収納容器では、前記化学反応により第３収納容器内で発生した反応溶液を第４岩石に通水させる。このように、二酸化炭素溶解溶液を用いる第１収納容器及び第２収納容器と、蒸留水を用いる第３収納容器及び第４収納容器とで並列して岩石の反応を行うので、ＣＯ_２の岩石に対する影響の程度を比較することができる。

本発明の岩石の反応装置は、高温下で酸性溶液に浸漬させた岩石から溶出する元素を含有する酸性反応溶液を、引き続き岩石に通水させ酸性反応溶液と岩石の間で化学反応をおこさせ、その後に温度を変化させて形成される溶液と岩石の組成と物性の調査を行い、これと同様、同時に酸性溶液を含まない溶液と岩石を反応させ、酸性溶液の有る場合と無い場合で酸性溶液と岩石の組成と物性を比較するために反応を起こさせることができる岩石の反応装置となる。

以下本発明の実施形態例を図面に基づいて説明する。図１には本発明の一実施形態例に係る岩石の反応システムの概略構成、図２には本発明の一実施形態例に係る岩石の反応装置の全体構成、図３には第１収納容器の断面を示してある。なお、図示の実施形態例は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。

図１に基づいて岩石の反応装置の概略構成を説明する。
図１に示すように、反応装置を構成する各部材は、岩石に反応させる溶液の種別によりＡ系統、Ｂ系統の２つに大別される。Ａ系統は、第１収納容器１１０Ａと第２収納容器１０Ａとを備えており、各収納容器１０Ａ、１１０Ａにはそれぞれ第１試料１２０Ａ、第２試料２０Ａが収納されている。また、第１収納容器１１０Ａには純水が貯留されており、試料は純水に浸漬されている。なお、ここでいう試料とは、岩石、あるいは岩石を粉末にした岩石粉である。また、第１収納容器１１０ＡにはＣＯ_２ガスタンク１３０Ａが接続されている。

ＣＯ_２ガスタンク１３０Ａからは、その内部に貯留されたＣＯ_２ガスが第１収納容器１１０Ａに圧入される。圧入されたＣＯ_２は、第１収納容器１１０Ａに貯留した純水を酸性溶液であるＣＯ_２飽和溶解溶液に変化させ、第１試料１２０Ａは当該ＣＯ_２飽和溶解溶液に浸漬される。第１試料１２０Ａからは種々の成分がＣＯ_２飽和溶解溶液に溶出し、当該成分を含むＣＯ_２飽和溶解溶液（反応溶液）が、ＣＯ_２ガスタンク１３０ＡからのＣＯ_２ガスの圧力により第２収納容器１０Ａに圧送される。圧送されたＣＯ_２飽和溶解溶液は、第２収納容器１０Ａの第２試料２０Ａに透水し、採水シリンジ７０Ａを介して採取される。このように、ＣＯ_２ガスタンク１３０Ａは、第１収納容器１１０Ａに対するＣＯ_２ガス供給源として機能すると共に、第１収納容器１１０Ａ内のＣＯ_２飽和溶解溶液を第２収納容器１０Ａに圧送する第１圧送手段としても機能している。

Ｂ系統は、Ａ系統と同じ構成からなり、第３収納容器１１０Ｂと第４収納容器１０Ｂとを備えており、各収納容器１０Ｂ、１１０Ｂにはそれぞれ第３試料１２０Ｂ、第４試料２０Ｂが収納されている。また、第３収納容器１１０Ｂには蒸留水タンク１３０Ｂからの純水が貯留されており、第３試料１２０Ｂは純水に浸漬されている。また、第３収納容器１１０Ｂには窒素ガス（Ｎ_２）タンク１６０が接続されており、反応溶液を圧送する圧力源に使用される。

蒸留水タンク１３０Ｂからの蒸留水が第３収納容器１１０Ｂに供給されると、第３試料１２０Ｂは蒸留水に浸漬され、種々の成分が蒸留水に溶出し、当該成分を含む蒸留水（反応溶液）が作製される。そして、Ｎ_２ガスタンク１６０からのＮ_２ガス圧力により第３収納容器内１１０Ｂの蒸留水が第４収納容器１０Ｂに圧送されるようになっている。圧送された蒸留水は、第４収納容器１０Ｂの第４試料２０Ｂに透水し、採水シリンジ７０Ｂに採取される。

このように、岩石の反応システムでは、Ａ系統ではＣＯ_２飽和溶解溶液、Ｂ系統では蒸留水を用いているので、試料の反応がＣＯ_２の有無にどの程度影響されるかを検証することが可能となっている。

Ａ系統の構成のうち、Ｂ系統の構成と相違する点は、ＣＯ_２ガスタンク１３０Ａが蒸留水タンク１３０Ｂに置き換わり、Ｎ_２ガスタンク１６０が付加された点である。すなわち、構成としては第１収納容器１１０Ａと第３収納容器１１０Ｂとは同一であり、第２収納容器１０Ａと第４収納容器１０Ｂとは同一であり、岩石の反応に用いる溶液がＣＯ_２溶液であるか、ＣＯ_２を含まない溶液であるかが異なっている。したがって、Ａ系統の構成について詳細に説明し、Ｂ系統の構成についてはＡ系統の構成と同様であるとする。

図２、図３に基づいて反応装置の全体構成を説明する。
図２、図３に示すように、第１収納容器１１０Ａは内部に第１試料１２０Ａが収納されるように形成された円筒形状の容器である。第１収納容器１１０Ａには、台座１２２を介して第１試料１２０Ａが収納されており、台座１２２の下方には攪拌子１２１が設置されている。攪拌子１２１は磁気回転式のスターラ（図示せず）の磁力により回動し、第１収納容器１１０Ａに貯留されたＣＯ_２飽和溶解溶液１４１を攪拌する。

台座１２２は、第１試料１２０Ａを支持するものである。具体的には、台座１２２は平板部材である台座部と、台座部に取り付けられた複数の脚部とから構成されている。

台座１２２の台座部の上面には、第１試料１２０Ａが載置され、台座部の下方には、攪拌子１２１の回動を阻害しない程度の空間が確保されている。また、台座部には、厚さ方向に貫通する貫通孔が複数個設けられており、攪拌子１２１により攪拌されるＣＯ_２飽和溶解溶液１４１の通り道となっている。この貫通孔は、ＣＯ_２飽和溶解溶液１４１の攪拌を円滑にするために設けられている。

第１収納容器１１０Ａの開口には、Ｏリング１１３が取り付けられ、蓋１１１が第１収納容器１１０Ａの開口を塞いだ状態で係止されている。第１収納容器１１０Ａ及び第１収納容器１１０Ａに係止された蓋１１１の外周にはリング状の固定部材１１２が嵌合されている。このようにして、第１収納容器１１０Ａ内は密閉空間が形成されるようになっている。なお、第１収納容器１１０Ａ及び蓋１１１は、耐熱・耐食の合金、例えばニッケルを主成分とするハステロイC（登録商標）で形成されている。

また、蓋１１１には配管１３１が挿通され、第１収納容器１１０Ａには配管１３１を介してＣＯ_２ガスタンク１３０Ａが接続されている。

第１収納容器１１０Ａ内には、あらかじめ用意された実環境に即した溶液が貯留されており、配管１３１に介装されたバルブ１３２が開放されると、第１収納容器１１０Ａ内にＣＯ_２ガスが圧入され、当該溶液にＣＯ_２ガスが溶解してＣＯ_２飽和溶解溶液１４１が作成される。所定のＣＯ_２ガスが圧入された後にはバルブ１３２は閉止される。これにより第１収納容器１１０Ａ内部には、バルブ１３２を開放しない限りＣＯ_２飽和溶解溶液１４１の出入りができない閉鎖環境が構築される。

また、第１収納容器１１０Ａ内の圧力は、ＣＯ_２ガスタンク１３０Ａで加圧するこの圧力により、実環境に応じた圧力に制御される。また、第１収納容器１１０Ａには、圧力ゲージ１４が取り付けられており、圧力ゲージ１４は、そのＣＯ_２ガスの圧力値を測定して表示し、記録する。

そして、第１収納容器１１０Ａには、内部に収容された第１試料１２０Ａの温度を環境に応じた温度に設定するプログラム制御できる温度制御手段が備えられている。即ち、第１収納容器１１０Ａの外周のヒータ１５０は、温度制御装置５１からの制御信号に基づいて任意の温度に設定され、第１収納容器１１０Ａの第１試料１２０Ａの温度を所定温度に設定する。温度制御装置５１が設定する第１試料１２０Ａの所定温度は、実環境に応じた温度と実環境の温度変化に応じた温度を予想した温度が用いられる。実環境に応じた温度としては、例えば、第１試料１２０Ａを採掘した地層における温度の実測値を用い、実環境の温度変化に応じた温度を予想した温度は、実環境の温度以下の温度で実環境〜表層気温までの温度を用いることができる。

第２収納容器１０Ａは、第２試料２０Ａを収納している。第１収納容器１１０Ａで形成されたＣＯ_２飽和溶解溶液１４１は第１試料１２０Ａを構成する元素を含んでおり、第２試料２０Ａには、第１収納容器１１０ＡからのＣＯ_２飽和溶解溶液１４１が圧送されるように構成されている。以下、第１試料１２０Ａを構成する元素が含まれたＣＯ_２飽和溶解溶液１４１を酸性反応溶液と称する。

詳言すると、第１収納容器１１０Ａと第２収納容器１０Ａとは接続配管３１で接続されており、また、圧送手段として用いられるＣＯ_２ガスタンク１３０ＡからＣＯ_２ガスを第１収納容器１１０Ａに供給することにより、第１収納容器１１０Ａ内のＣＯ_２ガスの圧力を上昇させ、その圧力で酸性反応溶液を第１収納容器１１０Ａから第２収納容器１０Ａに圧送する。

また、第２収納容器１０Ａに圧送される一部の酸性反応溶液は接続配管３１に接続された採水シリンジ８０により採取され、採取された酸性反応溶液は、第１試料１２０Ａと反応した溶液として分析される。

第２収納容器１０Ａの下部からは接続配管３１を介して第１収納容器１１０Ａで生産された酸性反応溶液が圧送される。この酸性反応溶液は第１収納容器１１０Ａ、およびＣＯ_２ガスタンク１３０Ａの中に酸性反応溶液に溶存しきれないＣＯ_２ガスが残留しているため、ＣＯ_２に飽和した酸性反応溶解溶液となっている。一方、第２収納容器１０Ａには配管３３を介してピストンシリンダ３２が接続され、第２試料２０Ａを透水した酸性反応溶液がピストンシリンダ３２によって一定水圧を保ったままで排出される。ピストンシリンダ３２の前にはＴ字継ぎ手７３を介して採水シリンジ７０Ａが設けられ、第１試料１２０Ａ、および第２試料２０Ａと反応した溶液が分析のために採取される。

このように、第１収納容器１１０Ａから接続配管３１を介して第２試料２０Ａの下側から上側に向かって酸性反応溶液が通過するため、第２試料２０Ａは接続配管３１から供給される酸性反応溶液と完全に接触することができる。

第２収納容器１０Ａの筒部には配管４１を介して圧力調整手段としての圧縮シリンダ４０が接続されている。第２収納容器１０Ａの内面と遮断部材２５との間には流体としてのイオン交換水２６が封入され、イオン交換水２６は圧縮シリンダ４０により所定圧力で第２収納容器１０Ａの内面と遮断部材２５との間に封入される。これにより、遮断部材２５により囲まれた第２試料２０Ａにはイオン交換水２６の圧力によって所定圧力が掛けられた状態に調節される。

ここで、圧縮シリンダ４０により設定される圧力は、酸性反応溶液に含まれるＣＯ_２が実験を行う温度において第２収納容器１０Ａ内で気化しない圧力以上とし、ＣＯ_２ガスタンク１３０Ａに注入したＣＯ_２ガスの圧送圧力よりも十分に（最低でも１割以上）大きい圧力であって、酸性反応溶液が第２試料２０Ａの中を確実に通水する圧力に調節させる。

第２試料２０Ａが収納される筒状の第２収納容器１０Ａの上面及び下面にはボルト２８、ナット２９があり、ボルト２８の頂部（上側のボルト２８の下端、下側のボルト２８の上端）にはナット部材２７がそれぞれ固定されている。ナット部材２７の対向面にはフィルター２１がそれぞれ配され、フィルター２１の間に円柱状の第２試料２０Ａの端面が挟持される。ナット２９の調整により、ボルト２８を介してナット部材２７同士の間隔が調整され、フィルター２１の間に第２試料２０Ａが挟持されて固定される。

そして、ボルト２８には貫通流路６１が形成されている。下側のボルト２８の貫通流路６１には接続配管３１が接続され、上側のボルト２８の貫通流路６１には配管３３が接続されている。なお、フィルター２１、ナット部材２７、ボルト２８及びナット２９は耐熱・耐食の合金、例えばハステロイＣ（登録商標）で形成されている。ほかの配管はすべて酸性溶液との反応で金属成分が混入しないようにPEEKを使用している。

遮断部材２５は、テフロン（登録商標）製のシールテープ２２、バイトンゴム（登録商標）（フッ素ゴム）製のスリーブ２３及び熱収縮チューブ２４から構成される。即ち、第２試料２０Ａ及びフィルター２１の周囲にシールテープ２２が巻き付けられ、第２試料２０Ａの端面にフィルター２１が固定された状態になる。シールテープ２２の周囲には筒状のスリーブ２３が嵌合され、筒状のスリーブ２３の外周側に熱収縮チューブ２４が被せられている。スリーブ２３の上端開口及び下端開口はフィルター２１を覆った状態でナット部材２７に弾性接着剤で接着され、第２試料２０Ａの上面及び下面が外部と遮断される。

遮断部材２５が第２試料２０Ａを取り囲み、遮断部材２５の熱収縮チューブ２４と第２収納容器１０Ａの内面との間にイオン交換水２６が充填される。第２試料２０Ａは熱収縮チューブ２４、スリーブ２３及びシールテープ２２の３つの遮蔽材を介して所定の圧力が掛けられる。そして、遮断部材２５により第２試料２０Ａが完全に覆われるので、第２試料２０Ａを通水する酸性反応溶液とイオン交換水２６とが混合することがない。

そして、第２収納容器１０Ａの外周には第２試料２０Ａの温度を実環境に応じた温度（その前後の任意の温度も含まれる。）に応じた温度にプログラム制御できる温度制御手段が備えられている。即ち、第２収納容器１０Ａの外周には複数のヒータ５０が上下方向に間隔を空けて取り付けられている。各ヒータ５０は、温度制御装置５１からの制御信号に基づいてそれぞれが任意の温度に設定され、第２試料２０Ａの温度は所定温度に設定される。

これにより、第２収納容器１０Ａに収納される岩石は、実環境の状況に則した温度・圧力でＣＯ_２飽和溶解溶液１４１に透水される。ＣＯ_２地中貯留を想定した場所における温度・圧力環境で、第２試料２０ＡのＣＯ_２による侵食状況等の反応状況を第２収納容器１０Ａの中で再現することが可能となっている。

また、図２に示すように、第１収納容器１１０Ａには第２収納容器１０Ａが接続されている。

第１収納容器１１０Ａと第２収納容器１０Ａを結ぶ配管、バルブは耐熱、耐食性のあるPEEKでできている。第１収納容器１１０Ａと第２収納容器１０Ａを結ぶ接続配管３１には途中に第１収納容器１１０Ａ内からの第１試料１２０Ａの混入を防ぐためのフィルター（図示せず）が設けられている。このフィルターはハステロイC（登録商標）でできており、接続配管３１の内部で金属などにより酸性反応溶液は変質しない。

この接続により、ＣＯ_２地中貯留を想定した場合、ＣＯ_２地中貯留を実施し終えた後から、ＣＯ_２が地下水中に溶解し移動を始めた状況を連続的に模擬することが可能となっている。

更に、ＣＯ_２ガスタンク１３０には、制御手段としての制御装置９０が接続されており、制御装置９０は、ＣＯ_２ガスタンク１３０から第１収納容器１１０ＡへのＣＯ_２ガスの供給を制御する。そして、第１収納容器１１０Ａ内で所定の酸性反応溶液が生産された後、第２収納容器１０Ａへの酸性反応溶液の圧送を行う場合、制御装置９０は、ＣＯ_２ガスタンク１３０に対しＣＯ_２ガスを供給し、第１収納容器１１０Ａから第２収納容器１０Ａへ酸性反応溶液の供給を継続させる。なお、Ｂ系統については、制御装置９０は、Ｎ_２ガスタンク１６０から第３収納容器１１０ＢへのＮ_２ガスの供給を制御する。すなわち、第３収納容器１１０Ｂ内でＣＯ_２飽和溶解溶液１４１が生産された後、第４収納容器１０ＢへのＣＯ_２飽和溶解溶液１４１の圧送を行う場合、制御装置９０は、第３収納容器１１０Ｂに対しＮ_２ガスを供給し、第３収納容器１１０Ｂから第４収納容器１０ＢへＣＯ_２飽和溶解溶液１４１の供給を継続させる。

上記構成の岩石の反応装置では、第１収納容器１１０Ａにおける酸性反応溶液の浸漬による第１試料１２０Ａの反応に引き続き、第２収納容器１０ＡにおけるＣＯ_２飽和溶解溶液１４１からなる酸性反応溶液の圧送が行われ、閉鎖環境での反応試験からその溶液を用いて開放環境での反応試験が開始される。さらに、第３収納容器１１０Ｂと第４収納容器１０Ｂで行われる反応実験はＣＯ_２を含まないため、ＣＯ_２の有無が反応に与える相違を比較することができる。このように、岩石の反応システムでは、Ａ系統（図１参照）においてＣＯ_２を含む酸性反応溶液を通水しながら行う反応実験と、Ｂ系統（図１参照）においてＣＯ_２を含まない反応溶液を通水しながら行う２つの異なる反応実験ができる。

一般に、岩石中の元素がＣＯ_２飽和溶解溶液に溶出されると、岩石は脆く、穴があく。岩石の溶解が進み岩盤は溶けるが、溶け出した元素が溶液中で濃度を増すと鉱物に飽和した溶液からはその飽和鉱物が生成する。岩石に含まれる炭酸塩鉱物は、酸性のＣＯ_２溶液との反応で溶解し易く、アルカリ性のＣＯ_２溶液内では沈殿し易くなる。炭酸塩鉱物の生成を促進させ、岩石に生じた割れ目を炭酸塩鉱物で閉塞するためには、アルカリ性地下水の存在、もしくは酸性のＣＯ_２飽和溶解溶液をアルカリ性に変えるための酸性のＣＯ_２溶液中のＣＯ_２の遊離が必要となる。上記構成の岩石の反応装置は、このことを検証するのに用いて有用なものである。すなわち、すべての反応が終了した第２収納容器１０Ａ、第４収納容器１０Ｂにおいて温度を保持したままで圧力を低下させ、ＣＯ_２の溶液からの遊離を促し反応溶液から第２試料２０Ａ、第４試料２０Ｂの中に炭酸塩鉱物を沈殿させることができる。

例えば、上記構成の岩石の反応装置を用いた結果、第２試料２０Ａの間隙に第４試料２０Ｂの間隙に認められない炭酸塩鉱物が発見された場合、ＣＯ_２存在下では炭酸塩鉱物により早く割れ目や岩石の間隙が閉塞することがこのような検証結果から判明することになる。

実際にＣＯ_２を地下に圧入するに際し、ＣＯ_２飽和溶解溶液が地表に漏れ出すことが防止され、結果的に長期に亘ってＣＯ_２の圧入を行い得るという判断をし得る。

本発明は、酸性溶液を岩石に透水させた際の反応及び岩石を酸性溶液に浸漬させた際の反応を比較検証する反応装置の産業分野で利用することができる。

本発明の一実施形態例に係る岩石の反応システムの概略構成図である。 本発明の一実施形態例に係る岩石の反応装置の全体構成図である。 反応セルの断面図である。 二酸化炭素が地下に貯留された状態の概略断面図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ 第２収納容器
１４ 圧力ゲージ
２０ 岩石
２０Ａ 第２試料
２０Ｂ 第４試料
２１ フィルター
２２ シールテープ
２３ スリーブ
２４ 熱収縮チューブ
２５ 遮断部材
２６ イオン交換水
２７ ナット部材
２８ ボルト
２９ ナット
３１ 接続配管
３２ ピストンシリンダ
３３ 配管
４０ 圧縮シリンダ
４１ 配管
５０ ヒータ
５１ 温度制御装置
６１ 貫通流路
７０Ａ、７０Ｂ、８０ 採水シリンジ
７３ Ｔ字継ぎ手
９０ 制御装置
１１０Ａ 第１収納容器
１１０Ｂ 第３収納容器
１１１ 蓋
１１２ 固定部材
１１３ リング
１２０ 岩石
１２０Ａ 第１試料
１２０Ｂ 第３試料
１２１ 攪拌子
１２２ 台座
１３０ ガスタンク
１３０Ａ 二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスタンク
１３０Ｂ 蒸留水タンク
１３１ 配管
１３２ バルブ
１４１ ＣＯ_２飽和溶解溶液
１５０ ヒータ
１６０ 窒素ガス（Ｎ_２）タンク
２００ 帯水層
２０１ 縦穴
２０２ 不透水層
２０３ 圧送装置
２０４ 岩石

Claims (5)

1. 第１岩石を浸漬させる酸性溶液を貯留する第１収納容器と、
   第２岩石が収納される第２収納容器と、
   前記第１収納容器と前記第２収納容器とを接続する接続配管を介して、前記第１岩石と前記酸性溶液との反応で作製された酸性反応溶液を第２収納容器へ圧送させる圧送手段とを具備することを特徴とする岩石の反応装置。
2. 請求項１に記載の岩石の反応装置において、前記接続配管には、フィルターが取り付けられていることを特徴とする岩石の反応装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の岩石の反応装置において、前記第１収納容器に収納された第１岩石及び前記第２収納容器に収納された第２岩石の温度を設定する温度制御手段を備え、前記温度制御手段は、前記第１収納容器に収納された第１岩石及び前記第２収納容器に収納された第２岩石の温度を実環境に応じた温度に設定することを特徴とする岩石の反応装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の岩石の反応装置において、前記第１岩石及び前記第２岩石は、二酸化炭素が地下に貯留される場地層から採掘されるものであり、反応に用いられる前記酸性溶液は、二酸化炭素溶解溶液であることを特徴とする岩石の反応装置。
5. 第１岩石を浸漬させる二酸化炭素溶解溶液を貯留する第１収納容器と、
   第２岩石が収納される第２収納容器と、
   第３岩石を浸漬させる蒸留水を貯留する第３収納容器と、
   第４岩石が収納される第４収納容器と、
   前記第１収納容器と前記第２収納容器とを接続する第１接続配管を介して、前記第１岩石と前記二酸化炭素溶解溶液との反応で作製された酸性反応溶液を第２収納容器へ圧送させる第１圧送手段と、
   前記第３収納容器と前記第４収納容器とを接続する第２接続配管を介して、前記第３岩石と前記蒸留水との反応で作製された反応溶液を第４収納容器へ圧送させる第２圧送手段とを具備することを特徴とする岩石の反応装置。