JP2010239962A - Method for producing methane gas using carbon dioxide - Google Patents

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洋二郎 池川
Takamichi Nakamura
孝道 中村
Yuki Ito
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out both immobilization of carbon dioxide and production of a methane gas without depending on methane hydrate layers. <P>SOLUTION: The method for producing a methane gas includes a step of forming a methane gas-producing layer 4 by adding a microorganism group containing at least methane-generating bacteria in a space 22 of a stratum 1 under a temperature-pressure condition for generating methane gas by methane producing bacteria, a step of forming a seal layer 2 of carbon dioxide hydrate 21 by injecting an emulsion 20 into the space 22 of the stratum 1 shallower than the methane gas-producing layer 4 under a temperature-pressure condition in which carbon dioxide becomes to be the hydrate, wherein the emulsion is prepared by dispersing microparticles 23 of liquid carbon dioxide 12a smaller than the space 22 in water 24, a step of injecting liquid carbon dioxide 3 as a methane gas-producing source material into the space 22 of the stratum 1 between the methane gas-producing layer 4 and the seal layer 2, and a step of recovering the methane gas 5 generated in the methane gas-producing layer 4 on the ground. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、メタンガスの生産方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、二酸化炭素の固定化とメタンガスの生産の両立を図ることのできるメタンガスの生産方法に関する。   The present invention relates to a method for producing methane gas. More specifically, the present invention relates to a methane gas production method capable of achieving both carbon dioxide fixation and methane gas production.

近年、地球温暖化が世界的な問題となっている。地球温暖化は、温室効果ガスである二酸化炭素の増加が主たる要因であると言われている。そこで、地球温暖化を防止すべく、二酸化炭素の排出量を抑制するための技術や、二酸化炭素を大気に放出せずに回収して有効活用を図る技術が各種提案されている。   In recent years, global warming has become a global problem. Global warming is said to be caused mainly by an increase in carbon dioxide, a greenhouse gas. In order to prevent global warming, various techniques have been proposed for suppressing carbon dioxide emissions and techniques for recovering carbon dioxide without releasing it into the atmosphere for effective use.

大気に放出せずに回収した二酸化炭素を有効活用する技術としては、例えば、新たなエネルギー資源として注目されている地中のメタンハイドレート層に二酸化炭素を導入し、メタンハイドレート中のメタンを二酸化炭素に置換することによって二酸化炭素をハイドレート層に固定化しつつ、天然ガス（メタンガス）を地表に取り出して回収する方法が知られている（特許文献１）。   As a technology for effectively utilizing the carbon dioxide recovered without being released into the atmosphere, for example, carbon dioxide is introduced into the underground methane hydrate layer, which is attracting attention as a new energy resource, and the methane in the methane hydrate is A method is known in which natural gas (methane gas) is extracted from the ground surface and recovered while carbon dioxide is fixed to the hydrate layer by substitution with carbon dioxide (Patent Document 1).

メタンハイドレートが安定している条件は同時に二酸化炭素ハイドレートが安定している条件でもある。そこで、特許文献１に記載の方法では、メタンハイドレート層に貫通する注入管を通して気体状または液体状の二酸化炭素を送入することにより、二酸化炭素ハイドレートを生成させて二酸化炭素を固定化し、同時に二酸化炭素ハイドレートの生成熱によってメタンハイドレートを分解するようにしている。そして、分解により生じたメタンガスは、注入管とは別に地上からメタンハイドレート層に貫通して設置された排出管により地上に取り出して回収するようにしている。   Conditions under which methane hydrate is stable are also conditions under which carbon dioxide hydrate is stable. Therefore, in the method described in Patent Document 1, by sending gaseous or liquid carbon dioxide through an injection tube penetrating the methane hydrate layer, carbon dioxide hydrate is generated to fix the carbon dioxide, At the same time, methane hydrate is decomposed by the heat of formation of carbon dioxide hydrate. Then, the methane gas generated by the decomposition is taken out from the ground and collected by a discharge pipe installed through the methane hydrate layer separately from the injection pipe.

特許文献１に記載の方法によれば、メタンハイドレート層が存在する海洋堆積層において、二酸化炭素の固定化とエネルギー資源として利用可能なメタンガスの回収とを両立して行うことができる。   According to the method described in Patent Document 1, in the marine sedimentary layer in which the methane hydrate layer exists, both fixation of carbon dioxide and recovery of methane gas that can be used as an energy resource can be performed at the same time.

特開平６−７１１６１JP-A-6-71161

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、メタンハイドレート層が存在していない海洋堆積層では実施することができない。地球上には、メタンハイドレート層が存在しない海洋堆積層も広範囲に存在しており、特許文献１に記載の方法では、このような海洋堆積層を有効利用できない。   However, the method described in Patent Document 1 cannot be performed on an oceanic sedimentary layer in which no methane hydrate layer exists. On the earth, there are a wide range of marine sedimentary layers in which no methane hydrate layer exists, and the marine sedimentary layer cannot be effectively used by the method described in Patent Document 1.

また、特許文献１に記載の方法では、メタンハイドレート層に含まれるメタンを回収しているが、メタンハイドレート層は無尽蔵に存在するものではなく、いずれは枯渇してしまう。したがって、二酸化炭素の固定化とエネルギー資源として利用可能なメタンガスの回収とを長期的に両立させていく上では、資源として限りのあるメタンハイドレートに依存することなく、二酸化炭素を原料としてメタンを新たに生産する技術の確立が望まれる。   Further, in the method described in Patent Document 1, methane contained in the methane hydrate layer is recovered, but the methane hydrate layer does not exist inexhaustively and eventually will be exhausted. Therefore, in order to achieve both carbon immobilization and recovery of methane gas that can be used as an energy resource in the long term, methane can be produced using carbon dioxide as a raw material without depending on methane hydrate, which has limited resources. Establishment of new production technology is desired.

そこで、本発明は、メタンハイドレート層に依存することなく、二酸化炭素の固定化とメタンガスの生産とを両立して行うことを可能とする方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method that enables both the fixation of carbon dioxide and the production of methane gas to be performed without depending on the methane hydrate layer.

かかる課題を解決するため、請求項１記載の二酸化炭素を利用したメタンガスの生産方法は、メタン生成細菌がメタンガスを生成する温度・圧力条件下の地層の間隙に、メタン生成細菌を少なくとも含む微生物群を添加してメタンガス生産層を形成する工程と、メタンガス生産層よりも浅部で、且つ二酸化炭素がハイドレートとなる温度・圧力条件下の地層の間隙に、この間隙よりも小さな液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを注入して二酸化炭素ハイドレートのシール層を形成する工程と、メタンガス生産層とシール層との間の地層の間隙に、メタンガス生成原料としての液体二酸化炭素を注入する工程と、メタンガス生産層で生成されたメタンガスを地上に回収する工程とを含むようにしている。   In order to solve this problem, the method for producing methane gas using carbon dioxide according to claim 1 is a group of microorganisms containing at least methanogenic bacteria in the gap between the formations under temperature and pressure conditions where methanogenic bacteria produce methane gas. To form a methane gas production layer and a liquid carbon dioxide smaller than this gap in the gap between the formation and the shallow part of the methane gas production layer and under the temperature and pressure conditions where carbon dioxide becomes hydrate. Liquid carbon dioxide as a raw material for methane gas generation is injected into the formation gap between the methane gas production layer and the seal layer by injecting an emulsion in which fine particles are dispersed in water to form a carbon dioxide hydrate seal layer. And a step of collecting the methane gas generated in the methane gas production layer on the ground.

メタンガス生成原料として注入された液体二酸化炭素は、海水より密度が小さく、浮上しやすい。しかしながら、二酸化炭素ハイドレートのシール層を形成することにより、メタンガス生成原料として注入された液体二酸化炭素は海洋底へ漏洩することがない。   Liquid carbon dioxide injected as a raw material for generating methane gas is smaller in density than seawater and easily floats. However, by forming a carbon dioxide hydrate seal layer, liquid carbon dioxide injected as a methane gas production raw material does not leak to the ocean floor.

また、メタンガス生成原料として注入された液体二酸化炭素が海水と接触すると、この液体二酸化炭素が海水に徐々に溶け出す。二酸化炭素が溶解した海水は、二酸化炭素が溶解していない海水（通常海水）と比較して比重が大きくなる。したがって、二酸化炭素が溶解した海水は徐々に沈降する。その結果、メタンガス生産層のメタン生成細菌に二酸化炭素が供給され、メタンガス生産層でメタンガスが生成される。   Further, when liquid carbon dioxide injected as a methane gas production raw material comes into contact with seawater, the liquid carbon dioxide gradually dissolves into seawater. Seawater in which carbon dioxide is dissolved has a higher specific gravity than seawater in which carbon dioxide is not dissolved (normal seawater). Therefore, seawater in which carbon dioxide is dissolved gradually settles. As a result, carbon dioxide is supplied to the methane-producing bacteria in the methane gas production layer, and methane gas is produced in the methane gas production layer.

メタンガス生産層で生成されたメタンガスもまた、液体二酸化炭素と同様に、浮上する。しかしながら、二酸化炭素ハイドレートのシール層を形成することにより、メタンガスは海洋底へ漏洩することがない。しかも、メタンガスは液体二酸化炭素よりも軽く、二酸化炭素ハイドレートのシール層の直下に捕集される。したがって、これを地上に回収することで、メタンガスを得ることができる。   Methane gas generated in the methane gas production layer also rises like liquid carbon dioxide. However, by forming a carbon dioxide hydrate seal layer, methane gas does not leak to the ocean floor. In addition, methane gas is lighter than liquid carbon dioxide and is collected directly under the carbon dioxide hydrate seal layer. Therefore, methane gas can be obtained by collecting this on the ground.

ここで、メタン生成細菌がメタンガスを生成する温度・圧力条件下の地層の間隙に、メタン生成細菌を少なくとも含む微生物群を添加してメタンガス生産層を形成することなく、地層に元々生息しているメタン生成細菌を少なくとも含む微生物群を利用してもよい。即ち、本発明のメタンガス生産方法は、メタン生成細菌を少なくとも含む微生物群が生息している地層よりも浅部で、且つ二酸化炭素がハイドレートとなる温度・圧力条件下の地層の間隙に、この間隙よりも小さな液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを注入して二酸化炭素ハイドレートのシール層を形成する工程と、メタン生成細菌が生息している地層とシール層との間の地層の間隙に、メタンガス生成原料としての液体二酸化炭素を注入する工程と、メタン生成細菌が生息している地層で生成されたメタンガスを地上に回収する工程とを含むようにしてもよい。   Here, methanogens originally inhabit the formation without adding a group of microorganisms containing at least methanogenic bacteria to the gaps between the formations under the temperature and pressure conditions where methane-producing bacteria produce methane gas. A group of microorganisms containing at least methanogenic bacteria may be used. That is, the methane gas production method of the present invention is shallower than the formation inhabited by the microbial group including at least the methanogenic bacteria, and in the formation gap under the temperature and pressure conditions where carbon dioxide becomes hydrate. A process of forming a carbon dioxide hydrate seal layer by injecting an emulsion in which liquid carbon dioxide particles smaller than the gap are dispersed in water, and a formation between the stratum inhabited by the methanogenic bacteria and the seal layer A step of injecting liquid carbon dioxide as a methane gas generating raw material into the gap and a step of recovering the methane gas generated in the formation where the methane-producing bacteria inhabit may be included.

本発明によれば、メタンハイドレート層に依存することなく、二酸化炭素の固定化とメタンガスの生産とを両立して行うことが可能となる。したがって、メタンハイドレート層を有しない海洋堆積層等を有効活用して、温室効果ガスである二酸化炭素を固定化して利用しつつ、メタンガスを新たに生産することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to achieve both the fixation of carbon dioxide and the production of methane gas without depending on the methane hydrate layer. Accordingly, it is possible to newly produce methane gas while effectively utilizing carbon dioxide, which is a greenhouse gas, by effectively utilizing a marine sedimentary layer that does not have a methane hydrate layer.

本発明の二酸化炭素を利用したメタンガスの生成方法の工程概略図である。It is process schematic of the production | generation method of the methane gas using the carbon dioxide of this invention. 本発明の二酸化炭素を利用したメタンガスの生成方法を海洋堆積層に適用した場合に形成される環境を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the environment formed when the production | generation method of the methane gas using the carbon dioxide of this invention is applied to an ocean sedimentary layer. 二酸化炭素ハイドレートの生成の様子を示す構成概略図である。It is a structure schematic which shows the mode of the production | generation of a carbon dioxide hydrate. 二酸化炭素ハイドレートの相平衡図である。It is a phase equilibrium diagram of carbon dioxide hydrate. エマルジョン注入井の上端部分を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the upper end part of an emulsion injection well. エマルジョン注入井の下端部分を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the lower end part of an emulsion injection well. 間隙に液体二酸化炭素を微粒化せずに注入した場合における二酸化炭素ハイドレートの生成の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the production | generation of a carbon dioxide hydrate when liquid carbon dioxide is inject | poured without atomizing in the gap | interval. 二酸化炭素ハイドレートのシール層を蜂の巣状に形成する場合の概略図である。It is the schematic in the case of forming the carbon dioxide hydrate seal layer in a honeycomb shape. 海底下堆積物層での細菌の活動による二酸化炭素からのメタン生成の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the methane production | generation from a carbon dioxide by the activity of the bacteria in a submarine sediment layer. エマルジョンを製造する装置の一例を示す断面図（Ａ−Ａ断面）である。It is sectional drawing (AA cross section) which shows an example of the apparatus which manufactures an emulsion. エマルジョンを製造する装置の一例を示す断面図（Ｂ−Ｂ断面）である。It is sectional drawing (BB cross section) which shows an example of the apparatus which manufactures an emulsion. エマルジョンを製造する装置の一例を示す平面図（Ｃ−Ｃ平面）である。It is a top view (CC plane) which shows an example of the apparatus which manufactures an emulsion. エマルジョンを製造する装置の一例を示す平面図（Ｄ−Ｄ平面）である。It is a top view (DD plane) which shows an example of the apparatus which manufactures an emulsion. エマルジョンを製造するの装置の他の例を示す断面図（Ａ−Ａ断面）である。It is sectional drawing (AA cross section) which shows the other example of the apparatus of manufacturing an emulsion. エマルジョンを製造する装置の他の例を示す断面図（Ｂ−Ｂ断面）である。It is sectional drawing (BB cross section) which shows the other example of the apparatus which manufactures an emulsion. エマルジョンを製造する装置の他の例を示す平面図（Ｃ−Ｃ平面）である。It is a top view (CC plane) which shows the other example of the apparatus which manufactures an emulsion. エマルジョンを製造する装置の他の例を示す平面図（Ｄ−Ｄ平面）である。It is a top view (DD plane) which shows the other example of the apparatus which manufactures an emulsion.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図１に本発明の二酸化炭素を利用したメタンガスの生産方法の工程概略図を示す。本発明の二酸化炭素を利用したメタンガスの生産方法は、大まかには、メタンガス生産層を形成する工程（Ｓ１）と、二酸化炭素ハイドレートのシール層を形成する工程（Ｓ２）と、メタンガス生成原料としての液体二酸化炭素を注入する工程（Ｓ３）と、メタンガスを地上に回収する工程（Ｓ４）とを含むものである。尚、Ｓ１〜Ｓ４までの工程の順序は、メタンガス生成原料としての液体二酸化炭素を注入する工程（Ｓ３）の前に、二酸化炭素ハイドレートのシール層を形成する工程（Ｓ１）が行われていればよい。即ち、工程の順序は、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４には限定されず、Ｓ２→Ｓ１→Ｓ３→Ｓ４としてもよく、Ｓ２→Ｓ３→Ｓ１→Ｓ４としてもよい。   FIG. 1 shows a process schematic diagram of a method for producing methane gas using carbon dioxide according to the present invention. The method for producing methane gas using carbon dioxide according to the present invention roughly includes a step of forming a methane gas production layer (S1), a step of forming a carbon dioxide hydrate seal layer (S2), and a raw material for producing methane gas. The step of injecting liquid carbon dioxide (S3) and the step of recovering methane gas on the ground (S4) are included. The order of the steps S1 to S4 is that the step (S1) of forming a carbon dioxide hydrate seal layer is performed before the step (S3) of injecting liquid carbon dioxide as a methane gas generating raw material. That's fine. That is, the order of the steps is not limited to S1, S2, S3, S4, and may be S2, S1, S3, S4, or S2, S3, S1, S4.

本発明の二酸化炭素を利用したメタンガス生産方法を適用する対象は、通水性の地層からなる海洋堆積層である。即ち、海水が通過する間隙を有する地層を対象としている。この間隙は、固相（例えば、砂粒子）の間の隙間であり、実質的には液相（水、海水）が占める領域である。ただし、本発明の適用対象は、通水性の地層からなる海洋堆積層に限定されるものではなく、通水性の湖底地層に適用できる場合もある。   The object to which the methane gas production method using carbon dioxide of the present invention is applied is an oceanic sedimentary layer composed of a water-permeable formation. That is, it is intended for a formation having a gap through which seawater passes. This gap is a gap between solid phases (for example, sand particles), and is substantially an area occupied by a liquid phase (water, seawater). However, the application target of the present invention is not limited to the marine sedimentary layer composed of a water-permeable formation, and may be applicable to a water-permeable lake bottom formation.

本発明の二酸化炭素を利用したメタンガス生産方法を海洋堆積層に適用することにより形成される環境を図２に示す。地層１中には、二酸化炭素ハイドレートのシール層２と、メタンガス生産層４とが形成されている。海上にはプラットホーム９が設けられており、プラットホーム９から海底に注入井７と生産井８が降ろされている。注入井７は、シール層２とメタンガス生産層４の間の地層１まで達している。生産井８の下端はシール層４の直下の地層１まで達している。   FIG. 2 shows an environment formed by applying the methane gas production method using carbon dioxide of the present invention to an ocean sedimentary layer. A carbon dioxide hydrate seal layer 2 and a methane gas production layer 4 are formed in the formation 1. A platform 9 is provided on the sea, and an injection well 7 and a production well 8 are lowered from the platform 9 to the bottom of the sea. The injection well 7 reaches the formation 1 between the seal layer 2 and the methane gas production layer 4. The lower end of the production well 8 reaches the formation 1 immediately below the seal layer 4.

注入井８から注入される液体二酸化炭素３は地層１の間隙水（海水）に徐々に溶解する。液体二酸化炭素３が溶解した海水は、液体二酸化炭素３が溶解していない海水と比較して比重が大きくなる。その結果、液体二酸化炭素３が溶解した海水は、メタンガス生産層４に沈降して、メタンガス生産層４に二酸化炭素が供給される。メタン生産層４では、この二酸化炭素を原料としてメタンガス５が生成される。メタンガス５は浮上してシール層２の直下の地層１の間隙に存在する海水に溶解し、あるいは気泡の状態で留まる。生産井８の上端は図示しないポンプに接続されており、地層１の間隙を埋めていた海水ごとメタンガスを汲み上げることができる。生産井８によって汲み上げられたメタンガスは海水と分離された後、例えば、タンカー２７を利用して火力発電所２６に輸送され発電に使用される。また、火力発電所２６から発生した二酸化炭素は、プラットホーム９に輸送されて液化された後、注入井７からシール層２とメタンガス生産層４の間の地層１に注入される。尚、二酸化炭素の液化は、火力発電所２６で行うようにしてもよい。   The liquid carbon dioxide 3 injected from the injection well 8 is gradually dissolved in the pore water (seawater) in the formation 1. Seawater in which liquid carbon dioxide 3 is dissolved has a higher specific gravity than seawater in which liquid carbon dioxide 3 is not dissolved. As a result, the seawater in which the liquid carbon dioxide 3 is dissolved settles in the methane gas production layer 4 and carbon dioxide is supplied to the methane gas production layer 4. In the methane production layer 4, methane gas 5 is generated using this carbon dioxide as a raw material. The methane gas 5 rises and dissolves in seawater existing in the gap between the formations 1 immediately below the seal layer 2 or remains in a bubble state. The upper end of the production well 8 is connected to a pump (not shown) and can pump up methane gas together with the seawater filling the gaps in the formation 1. The methane gas pumped up by the production well 8 is separated from seawater and then transported to the thermal power plant 26 using, for example, the tanker 27 and used for power generation. Carbon dioxide generated from the thermal power plant 26 is transported to the platform 9 and liquefied, and then injected from the injection well 7 into the formation 1 between the seal layer 2 and the methane gas production layer 4. Carbon dioxide liquefaction may be performed at the thermal power plant 26.

以下、工程Ｓ１〜Ｓ４について、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, steps S1 to S4 will be described in more detail.

メタンガス生産層４を形成する工程（Ｓ１）は、メタン生成細菌がメタンガス５を生成する温度・圧力条件下の地層１の間隙に、メタン生成細菌を少なくとも含む微生物群を添加することにより行われる。   The step (S1) of forming the methane gas production layer 4 is performed by adding a group of microorganisms containing at least the methanogenic bacteria to the gap in the formation 1 under the temperature and pressure conditions where the methanogenic bacteria produce the methane gas 5.

海面から海底面までの温度は、その深度が深くなるに従って低下する。これに対し、海洋堆積層は、その深度が深くなるに従って、地球深部の熱に起因して温度が上昇する。図２に示すように、深度が１０００ｍ深くなると、地層温度が約３０℃上昇する。したがって、ある深度の地層においては、微生物が好適に生息し得る温度となる領域が存在する。例えば、図２に示されるように、海面から深度５００ｍの領域に海底面を有する地層の場合、海底面から深度１０００ｍ〜１５００ｍの領域（海面から深度１５００ｍ〜２０００ｍの領域）において、地層温度が３０℃〜５０℃となる。したがって、この領域においては、微生物が好適に生息し得る温度となる。   The temperature from the sea surface to the sea floor decreases as the depth increases. In contrast, as the depth of the marine sedimentary layer increases, the temperature rises due to heat in the deep part of the earth. As shown in FIG. 2, when the depth is increased by 1000 m, the formation temperature rises by about 30 ° C. Therefore, in a stratum at a certain depth, there is a region where the temperature is at which microorganisms can suitably live. For example, as shown in FIG. 2, in the case of a stratum having a sea bottom in a region 500 m deep from the sea surface, the stratum temperature is 30 in a region 1000 m to 1500 m deep from the sea bottom (a region 1500 m to 2000 m deep from the sea surface). ℃ -50 ℃. Therefore, in this region, the temperature is such that microorganisms can suitably live.

そこで、このように、微生物が好適に生息し得る温度の領域に、メタン生成細菌を少なくとも含む微生物群を添加する。   Thus, in this way, a group of microorganisms containing at least methanogenic bacteria is added to a temperature range where microorganisms can suitably live.

微生物群を添加する方法としては、例えば、微生物群を海水または水に懸濁させ、海上に設けられたプラットホームに微生物注入井（不図示）を設け、この微生物注入井を微生物が好適に生息し得る温度の領域まで降ろす。そして、この微生物注入井から微生物群の懸濁液を注入し、地層１の間隙水（海水）に拡散させ、微生物群を生息させるようにすればよい。   As a method for adding the microbial group, for example, the microbial group is suspended in seawater or water, and a microbial injection well (not shown) is provided on a platform provided on the sea. Lower to the temperature range you want. Then, a suspension of microbial groups may be injected from the microbial injection well and diffused into the pore water (seawater) of the formation 1 to inhabit the microbial groups.

ここで、メタンガス生産層４においてメタンガスが生産されるメカニズムについて、温度が３０〜５０℃、圧力が５〜２０ＭＰａ程度で、嫌気環境にある海底下堆積物層において、微生物の活動により、二酸化炭素からメタンガスが生産される流れを図９に示す。図９において、堆積物層に含まれる有機物（有機酸、炭化水素）の発酵・分解や硫酸還元により発生する水素と、人工的に供給される二酸化炭素からメタンガスが生産される。   Here, regarding the mechanism by which methane gas is produced in the methane gas production layer 4, the temperature is 30 to 50 ° C., the pressure is about 5 to 20 MPa, and the subseafloor sediment layer in an anaerobic environment is activated from carbon dioxide by the activity of microorganisms. FIG. 9 shows a flow in which methane gas is produced. In FIG. 9, methane gas is produced from hydrogen generated by fermentation / decomposition or sulfate reduction of organic substances (organic acids, hydrocarbons) contained in the sediment layer and artificially supplied carbon dioxide.

メタンガスの生成は、例えば深地下で支配的に存在するとされているメタン生成菌（例えば、水素資化性メタン生成古細菌であるMethanobacterium spp.に属する一部近縁種(Moser et al. 2005. Appl. Environ. Microbiol. 71, 8773-8783)）により行われる。   Methane gas is produced, for example, by methanogens (eg, partly related species belonging to Methanobacterium spp., A hydrogen-utilizing methanogenic archaea (Moser et al. 2005. Appl. Environ. Microbiol. 71, 8773-8783)).

また、深地下環境において支配的に存在するとされている硫酸還元菌（例えば、Desulfotomaculum spp.に属する一部近縁種(Moser et al. 2005. Appl. Environ. Microbiol. 71, 8773-8783）が水素発生に、さらに好圧性従属栄養細菌（Shewanella profunda）や耐圧性乳酸発酵細菌（Mariniactibacillus piezotolerans）などの近縁種が硫酸還元菌の基質や水素の供給に寄与する。   In addition, sulfate-reducing bacteria (eg, Mosel et al. 2005. Appl. Environ. Microbiol. 71, 8773-8783) belonging to Desulfotomaculum spp. In addition to hydrogen generation, closely related species such as pressure-resistant heterotrophic bacteria (Shewanella profunda) and pressure-resistant lactic acid-fermenting bacteria (Mariniactibacillus piezotolerans) contribute to the supply of sulfate-reducing bacteria substrates and hydrogen.

ここに近縁種とは、微生物の持つ16S rRNA(small subunit ribosomal RNA)遺伝子配列が概ね９５％以上の同一性を示すものである。有機物及び微生物は、メタンガスの生産の活性が継続するように微生物注入井から適時供給する。メタンガスの生産の活性は、初期の有機物や微生物の状態、メタンガス生産層に供給される有機物や二酸化炭素の量、メタンガス生産量と経過時間との関係から総合的に評価する．   Here, closely related species are those in which the 16S rRNA (small subunit ribosomal RNA) gene sequence possessed by the microorganism shows approximately 95% or more identity. The organic matter and microorganisms are supplied from the microbial injection well in a timely manner so that the activity of producing methane gas is continued. The activity of methane gas production is comprehensively evaluated from the state of the initial organic matter and microorganisms, the amount of organic matter and carbon dioxide supplied to the methane gas production layer, and the relationship between the amount of methane gas production and the elapsed time.

尚、南海トラフや日本海の海底堆積物からは硫酸還元菌であるDesulfovibrio profundus(Bale et al. 1997. Int. J. Syst. Bacteriol. 47, 515-521.)、メタン生成菌であるMethanoculleus submarinus(Mikucki et al. 2003. Appl. Environ. Microbiol. 69, 3311-3316.)、好圧性従属栄養細菌Shewanella profunda(Toffin et al. 2004. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 54, 1943-1949.)、耐圧性乳酸発酵細菌Mariniactibacillus piezotolerans(Toffin et al. 2005. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 55, 345-351.)などが単離されている。したがって、海底堆積物中では、これらの微生物による海底堆積物中の有機物の分解、及びそれに伴う硫酸還元とメタンガス生成とが行われているものと推定される。   Desulfovibrio profundus (Bale et al. 1997. Int. J. Syst. Bacteriol. 47, 515-521.), A methanogen, Methanoculleus submarinus (Mikucki et al. 2003. Appl. Environ. Microbiol. 69, 3311-3316.), A thermophilic heterotrophic bacterium Shewanella profunda (Toffin et al. 2004. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 54, 1943-1949 .), A pressure-resistant lactic acid-fermenting bacterium, Mariniactibacillus piezotolerans (Toffin et al. 2005. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 55, 345-351.). Therefore, it is presumed that in the marine sediment, organic matter in the marine sediment is decomposed by these microorganisms, and sulfuric acid reduction and methane gas production are performed accordingly.

硫酸還元菌（Desulfovibrio profundus）は、海底堆積物より単離され、０．１〜４０ＭＰａ(至適圧力１０〜１５ＭＰａ）の圧力下、１５〜６５℃(至適温度２５℃付近)の温度範囲で増殖が可能である。乳酸及びピルビン酸を基質に硫酸還元を行い酢酸及び水素を発生させる。したがって、この硫酸還元菌をメタンガス生産層４において用いることで、硫酸還元を行うことができる。   Sulfate-reducing bacteria (Desulfovibrio profundus) are isolated from seabed sediments, and in the temperature range of 15 to 65 ° C (optimum temperature around 25 ° C) under a pressure of 0.1 to 40 MPa (optimum pressure of 10 to 15 MPa) Proliferation is possible. Sulfate reduction is performed using lactic acid and pyruvic acid as substrates to generate acetic acid and hydrogen. Therefore, sulfate reduction can be performed by using this sulfate-reducing bacterium in the methane gas production layer 4.

メタン生成細菌（Methanoculleus submarinus）は、海底下２５０ｍの堆積物より単離され、１０〜５０℃(至適温度４３℃)の温度範囲で増殖が可能である。増殖可能な圧力範囲については、水深９５０ｍに相当する深さの堆積物から単離されていることから５０ＭＰａ程度までの耐圧性を備えているものと考えられる。このメタン生成細菌は、水素と二酸化炭素またはギ酸を利用しメタンガスを生成をする水素資化性メタン生成古細菌である。したがって、このメタン生成細菌をメタンガス生産層４において用いることで、メタンガス５の生産を行うことができる。   The methanogenic bacterium (Methanoculleus submarinus) is isolated from sediments 250 m below the seabed and can grow in a temperature range of 10 to 50 ° C. (optimum temperature 43 ° C.). About the pressure range which can be proliferated, since it is isolated from the sediment of the depth corresponding to the water depth of 950 m, it is thought that it has the pressure | voltage resistance to about 50 MPa. This methanogenic bacterium is a hydrogen-utilizing methanogenic archaea that produces methane gas using hydrogen and carbon dioxide or formic acid. Therefore, the methane gas 5 can be produced by using the methane producing bacteria in the methane gas production layer 4.

ここで、上記の通り、水素は硫酸還元菌によって発生されるが、有機酸や低級の炭化水素といった有機物の分解または発酵に付随することでも発生する。また、深地下環境においては、量は限定されるが地球内部熱エネルギーによる水の分解によって発生する水素がエネルギー源であると考えられている(Anderson et al. 1998. Science. 281, 976-977, Newman et al. 2002.Science. 296, 1071-1077)。これらの水素を利用することでメタン生成反応が起こることが予想される(Chapelle et al. 2002. Nature. 415, 312-315)。   Here, as described above, hydrogen is generated by sulfate-reducing bacteria, but it is also generated by accompanying decomposition or fermentation of organic substances such as organic acids and lower hydrocarbons. In the deep underground environment, hydrogen generated by the decomposition of water by the Earth's internal thermal energy is considered to be an energy source although the amount is limited (Anderson et al. 1998. Science. 281, 976-977). , Newman et al. 2002. Science. 296, 1071-1077). It is expected that a methanogenic reaction will occur using these hydrogens (Chapelle et al. 2002. Nature. 415, 312-315).

したがって、メタン生成細菌を利用してメタンガス５を生成する場合、メタン生成細菌に対し、二酸化炭素と水素とを供給する必要があるが、水素を外部から供給せずとも、海洋堆積層の内部に存在している水素あるいは海洋堆積層の内部で発生する水素を利用してメタンガス５を生成できる場合もある。または、硫酸還元菌とメタン生成細菌の双方をメタンガス生産層４に投入し、硫酸還元菌が生成する水素をメタン生成細菌に供給してメタンガスを生産するようにしてもよい。また、メタン生成細菌を含む古細菌（アーキア）類を添加して有機物等の基質からメタンガスを生成する連鎖関係を形成するようにしてもよい。ここで、地上にて行われているメタン発酵は、有機性廃棄物（バイオマス）を地層中に送り込むことで、メタン発酵の活性を継続させている。そこで、このような有機性廃棄物、例えば、し尿、生ゴミ、食品残渣、動物の糞尿、汚泥などの有機物（高ＢＯＤ）を含む廃棄物や廃水をメタン生成細菌に与えながらメタン生産を行わせることもできる。また、メタン発酵の事例がある限定的なものとして製紙工場廃水やドイツで実績がある廃油、農産・畜産廃棄物などをメタン生成細菌に与えながらメタン生産を行わせることもできる。さらに、溶存有機物成分を含む廃棄物処分場からの浸出液をメタン生成細菌に与えながらメタン生産を行わせることもできる。   Therefore, when producing methane gas 5 using methanogenic bacteria, it is necessary to supply carbon dioxide and hydrogen to the methanogenic bacteria. In some cases, methane gas 5 can be generated by using existing hydrogen or hydrogen generated in the marine sedimentary layer. Alternatively, both sulfate-reducing bacteria and methane-producing bacteria may be introduced into the methane gas production layer 4, and hydrogen produced by the sulfate-reducing bacteria may be supplied to the methane-producing bacteria to produce methane gas. Further, archaea (archia) containing methanogenic bacteria may be added to form a chain relationship for generating methane gas from a substrate such as organic matter. Here, the methane fermentation performed on the ground continues the activity of methane fermentation by sending organic waste (biomass) into the formation. Therefore, methane production is carried out while giving such organic waste, for example, waste and waste water containing organic matter (high BOD) such as human waste, food waste, food residue, animal manure, sludge, etc. to the methanogenic bacteria. You can also. In addition, methane production can be carried out while giving methane-producing bacteria to paper mill wastewater, waste oil proven in Germany, agricultural / livestock waste, etc. as a limited example with methane fermentation. Furthermore, methane production can be performed while giving leachate from a waste disposal site containing dissolved organic matter components to methanogenic bacteria.

ここで、上記の通り、嫌気環境にある海底下堆積物層においては、微生物の活動により、二酸化炭素からメタンガスが生産され得ることから、メタン生成細菌を少なくとも含む微生物群を地層の間隙に添加してメタンガス生産層４を人為的に形成することなく、既にメタンガス生産層として機能しているあるいはメタンガス生産層として機能させ得る地層を本発明において使用することも可能である。メタン生成細菌等の古細菌（アーキア）は海洋底の浅部から数千ｍの深度においても発見されていることから、メタン生成細菌がメタンガスを生成する温度・圧力条件下の地層には、メタン生成細菌を含む微生物群（古細菌類）が元々生息している可能性が高く、この地層がメタン生産層として機能し得る。例えば、メタンハイドレート層よりも深部の地層には、メタンハイドレートの生成源となるメタンガスを生成していた微生物群が存在しているはずであるから、メタンハイドレートの採掘後にこの地層をメタン生産層として二酸化炭素を供給することで、この地層に存在するメタン生成細菌さらにはメタンガス生成に関与する一連の微生物群を活性化させてメタンガスを生成させることができる。また、このような地層にさらにメタン生成細菌等の微生物を適宜添加して、メタンガス生成が効率よく起こるように調整するようにしてもよいし、このような地層に存在するメタン生成細菌等の微生物を増殖させてメタンガス生成能を総合的に高めるようにしてもよい。例えば、このような地層に、微生物の餌となる物質や栄養源、有機性廃棄物（バイオマス）、廃油、農産・畜産廃棄物、溶存有機物成分を含む廃棄物処分場からの浸出液を一時的にあるいは継続的に供給することで、メタン生成細菌等の微生物を増殖させて、メタンガス生成能を総合的に高め得る。換言すれば、メタン生成細菌等の微生物を活性化させて、メタンガスを生産速度を向上させることができる。   Here, as described above, in the submarine sediment layer in an anaerobic environment, methane gas can be produced from carbon dioxide by the activity of microorganisms. Therefore, a group of microorganisms including at least methanogenic bacteria is added to the gap between the formations. Thus, it is possible to use in the present invention a formation that already functions as a methane gas production layer or can function as a methane gas production layer without artificially forming the methane gas production layer 4. Since archaea such as methanogens (Archia) have been discovered even at a depth of several thousand meters from the shallow part of the ocean floor, there are methane in the formation under temperature and pressure conditions where methanogens produce methane gas. There is a high possibility that microbial groups including archaebacteria (archaebacterium) originally inhabit, and this formation can function as a methane production layer. For example, in the formation deeper than the methane hydrate layer, there must be a group of microorganisms that produced methane gas, which is the source of methane hydrate. By supplying carbon dioxide as a production layer, methane gas can be generated by activating methanogenic bacteria existing in this formation and a series of microbial groups involved in methane gas production. Moreover, microorganisms such as methanogenic bacteria may be appropriately added to such a formation so that methane gas generation occurs efficiently, or microorganisms such as methanogenic bacteria existing in such a formation. The methane gas generating ability may be comprehensively increased by growing the methane gas. For example, in such a stratum, leachate from a waste disposal site containing substances and nutrient sources, organic waste (biomass), waste oil, agricultural / livestock waste, dissolved organic matter components temporarily serving as microorganism food Or by supplying continuously, microorganisms, such as methanogenic bacteria, can be propagated and methane gas producing ability can be improved comprehensively. In other words, microorganisms such as methanogenic bacteria can be activated to improve the production rate of methane gas.

本発明によれば、注入井８から注入される液体二酸化炭素３はシール層２とメタンガス生産層４との間の地層１の間隙水（海水）に徐々に溶解し、メタンガス生産層４に沈降することから、メタンガス生産層４に二酸化炭素が一時に大量に供給されることがない。したがって、メタンガス生産層４に生息する微生物の機能を失活させることなく、微生物に二酸化炭素を緩やかに供給してその活性を維持し、効率良くメタンガスを生成することができる。尚、上記微生物はあくまでも例示であり、メタンガス生産層４においてメタンの生成に寄与しうるあらゆる微生物を利用することができる。   According to the present invention, the liquid carbon dioxide 3 injected from the injection well 8 is gradually dissolved in the pore water (seawater) in the formation 1 between the seal layer 2 and the methane gas production layer 4 and settles in the methane gas production layer 4. Therefore, a large amount of carbon dioxide is not supplied to the methane gas production layer 4 at a time. Therefore, without deactivating the function of microorganisms that inhabit the methane gas production layer 4, carbon dioxide can be slowly supplied to the microorganisms to maintain their activity, and methane gas can be generated efficiently. In addition, the said microorganisms are an illustration to the last, and all the microorganisms which can contribute to the production | generation of methane in the methane gas production layer 4 can be utilized.

尚、メタン生成細菌等の微生物の餌となる物質や栄養源、有機性廃棄物（バイオマス）、廃油、農産・畜産廃棄物、溶存有機物成分を含む廃棄物処分場からの浸出液は、メタンガス生成原料としての液体二酸化炭素を注入する工程（Ｓ３）において、液体二酸化炭素に混合して液体二酸化炭素と共に注入するようにしてもよい。この場合には、メタンガス生産層４にこれらの物質が徐々に沈降して供給され、上記と同様、メタン生成細菌等の微生物を活性化させて、メタンガスを生産速度を向上させることができる。   In addition, leachate from waste disposal sites that contain substances and nutrient sources, organic waste (biomass), waste oil, agricultural / livestock waste, dissolved organic matter components, etc. that feed on microorganisms such as methane-producing bacteria In the step (S3) of injecting liquid carbon dioxide, the liquid carbon dioxide may be mixed and injected together with the liquid carbon dioxide. In this case, these substances are gradually settled and supplied to the methane gas production layer 4 and, like the above, microorganisms such as methanogenic bacteria can be activated to improve the production rate of methane gas.

次に、二酸化炭素ハイドレートのシール層２を形成する工程（Ｓ２）は、二酸化炭素がハイドレートとなる温度・圧力条件下の地層１の間隙に、この間隙よりも小さな液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを注入することにより行われる。   Next, in the step (S2) of forming the carbon dioxide hydrate seal layer 2, fine particles of liquid carbon dioxide smaller than the gap are formed in the gaps of the formation 1 under the temperature and pressure conditions where carbon dioxide becomes hydrate. This is done by injecting an emulsion dispersed in water.

シール層２は、メタンガス生成原料として注入される液体二酸化炭素３が浮上して海洋底に漏洩するのを防ぐ目的と、メタンガス生産層４で生成されたメタンガス５が浮上して海洋底に漏洩するのを防ぎつつ、シール層２の直下の地層１の間隙にメタンガス５を捕集する目的で設けられる。このように、本発明によれば、シール層２を二酸化炭素を利用して形成しているので、シール層２の形成の段階から二酸化炭素の固定化に寄与できる。   The purpose of the sealing layer 2 is to prevent the liquid carbon dioxide 3 injected as a methane gas generating raw material from floating and leaking to the ocean floor, and the methane gas 5 generated in the methane gas production layer 4 floats and leaks to the ocean floor. It is provided for the purpose of collecting methane gas 5 in the gap between the formations 1 immediately below the seal layer 2 while preventing this. Thus, according to the present invention, since the seal layer 2 is formed using carbon dioxide, it can contribute to the fixation of carbon dioxide from the stage of forming the seal layer 2.

地層１の間隙に液体二酸化炭素を微粒化して注入した場合における二酸化炭素ハイドレートの生成の様子を図３に示す。図３中の符号２５は地層１の固相である。エマルジョン２０の分散媒としては、二酸化炭素分子を閉じ込める結晶を生成する水あるいは海水２４を利用している。   FIG. 3 shows how carbon dioxide hydrate is generated when liquid carbon dioxide is atomized and injected into the gap of the formation 1. Reference numeral 25 in FIG. 3 is a solid phase of the formation 1. As a dispersion medium for the emulsion 20, water or seawater 24 that generates crystals that trap carbon dioxide molecules is used.

二酸化炭素ハイドレートのシール層２は、二酸化炭素がハイドレートとなる温度・圧力条件下の地層１の間隙２２に、液体二酸化炭素を、間隙２２よりも小さな微粒子２３にして分散媒２４に分散させてエマルジョン２０として注入し、二酸化炭素のハイドレート２１を生成させることにより形成される。   The carbon dioxide hydrate seal layer 2 disperses liquid carbon dioxide in the dispersion medium 24 as fine particles 23 smaller than the gap 22 in the gap 22 of the formation 1 under the temperature and pressure conditions where carbon dioxide becomes hydrate. And formed as an emulsion 20 to produce hydrate 21 of carbon dioxide.

二酸化炭素がハイドレート２１となる温度・圧力条件について、図４に二酸化炭素ハイドレートの相平衡図を示す。図４の曲線Ａ以下の領域は、二酸化炭素ハイドレート２１の安定領域、曲線Ｂの左側の領域は水が固体になる領域、曲線Ｂの右側の領域は水が液体になる領域である。曲線Ａからも明らかなように、海面から深度５００ｍ以深の地層においては、地層温度が１０℃を超えない領域であれば二酸化炭素ハイドレート２１が安定に存在しうる。しかしながら、二酸化炭素ハイドレート２１のシール層２が形成される領域は、この範囲に限定されるものではなく、海面から深度５００ｍよりも浅部の地層であっても、曲線Ａにより示される二酸化炭素ハイドレート２１の安定領域の範囲内であれば、二酸化炭素ハイドレート２１のシール層２を形成することが可能である。   FIG. 4 shows a phase equilibrium diagram of carbon dioxide hydrate with respect to temperature and pressure conditions in which carbon dioxide becomes hydrate 21. The area below curve A in FIG. 4 is the stable area of carbon dioxide hydrate 21, the area on the left side of curve B is the area where water becomes solid, and the area on the right side of curve B is the area where water becomes liquid. As is apparent from the curve A, in the formation having a depth of 500 m or more from the sea surface, the carbon dioxide hydrate 21 can exist stably if the formation temperature does not exceed 10 ° C. However, the region in which the seal layer 2 of the carbon dioxide hydrate 21 is formed is not limited to this range, and the carbon dioxide indicated by the curve A, even if the formation is shallower than 500 m from the sea surface. As long as it is within the stable region of the hydrate 21, the seal layer 2 of the carbon dioxide hydrate 21 can be formed.

ここで、海底の地層１に二酸化炭素ハイドレート２１のシール層２を形成する方法についてさらに具体的に説明する。海上にはプラットホーム９が設けられており、プラットホーム９から海底にエマルジョン注入井６が降ろされている。エマルジョン注入井６の下端は、二酸化炭素ハイドレート２１が生成する温度・圧力条件下の地層１まで達している。   Here, the method of forming the sealing layer 2 of the carbon dioxide hydrate 21 on the seabed 1 will be described more specifically. A platform 9 is provided on the sea, and the emulsion injection well 6 is lowered from the platform 9 to the seabed. The lower end of the emulsion injection well 6 reaches the formation 1 under the temperature and pressure conditions where the carbon dioxide hydrate 21 is generated.

エマルジョン注入井６は、例えば図５に示すように、外管１０内に内管１１を配置した二重管構造を成している。内管１１の上端は液体二酸化炭素タンク１２に接続されており、内管１１内は液体二酸化炭素１２ａが流れる通路になっている。液体二酸化炭素タンク１２に貯蔵されている液体二酸化炭素１２ａは、例えば火力発電所、製鉄所、セメント工場等から排出された二酸化炭素を回収し、液化したものである。また、内管１１の先端には、図６に示すように、液体二酸化炭素１２ａを地層１中の間隙２２よりも小さな微粒子２３として外管１０で囲われた流路内に噴霧するスプレーノズル１３が設けられている。ノズル１３内で液体二酸化炭素１２ａの高速流を作り、せん断や衝突の効果で液体二酸化炭素１２ａを微粒化する。ノズル１３によって液体を微粒化する方法は霧吹きでも使用されている一般的な方法であるが、ノズル１３の前後の液体二酸化炭素１２ａの圧力差を１ＭＰａ〜数１０ＭＰａにすることでノズル１３内の液体二酸化炭素１２ａの流速を音速程度にし、これによってノズル１３から噴霧する液体二酸化炭素１２ａの微粒子２３の粒径をμｍオーダー以下にすることが可能である。ここで、噴霧時の液体二酸化炭素１２ａの微粒子２３の平均粒径は二酸化炭素ハイドレート２１が形成される地層１中の隙間即ち固相間の隙間２２よりも小さくすることが必要である。エマルジョンになる液体二酸化炭素の微粒子の粒径は自ずと定まり、通常、地層の間隙よりも小さなものとなることから、液体二酸化炭素を水に分散させたエマルジョンとすれば、液体二酸化炭素の微粒子の粒径は自ずと地層の間隙よりも小さくなるが、具体的には数μｍ〜１００μｍとすればよく、数μｍ〜３０μｍ程度にすることが好ましい。この場合には、ハイドレートが生成させる地層１中の間隙２２よりも十分に小さな粒径の微粒子となると考えられる。なお、内管１１の液体二酸化炭素タンク１２の近傍位置には、液体二酸化炭素１２ａの圧力を計測する圧力計１５が設けられている。   For example, as shown in FIG. 5, the emulsion injection well 6 has a double tube structure in which an inner tube 11 is arranged in an outer tube 10. The upper end of the inner pipe 11 is connected to a liquid carbon dioxide tank 12, and the inner pipe 11 is a passage through which the liquid carbon dioxide 12a flows. The liquid carbon dioxide 12a stored in the liquid carbon dioxide tank 12 is obtained by collecting and liquefying carbon dioxide discharged from, for example, a thermal power plant, an iron mill, a cement factory, or the like. As shown in FIG. 6, a spray nozzle 13 that sprays liquid carbon dioxide 12 a as fine particles 23 smaller than the gaps 22 in the formation 1 into a flow path surrounded by the outer tube 10 is provided at the tip of the inner tube 11. Is provided. A high-speed flow of the liquid carbon dioxide 12a is created in the nozzle 13, and the liquid carbon dioxide 12a is atomized by the effects of shearing and collision. The method of atomizing the liquid by the nozzle 13 is a general method that is also used in spraying, but the liquid in the nozzle 13 is set by changing the pressure difference between the liquid carbon dioxide 12a before and after the nozzle 13 to 1 MPa to several tens of MPa. By making the flow rate of the carbon dioxide 12a about the speed of sound, the particle size of the fine particles 23 of the liquid carbon dioxide 12a sprayed from the nozzle 13 can be reduced to the order of μm or less. Here, the average particle diameter of the fine particles 23 of the liquid carbon dioxide 12a during spraying needs to be smaller than the gap in the formation 1 where the carbon dioxide hydrate 21 is formed, that is, the gap 22 between the solid phases. The particle size of the liquid carbon dioxide particles that become the emulsion is naturally determined and is usually smaller than the gap between the formations. Therefore, if the liquid carbon dioxide is dispersed in water, the particle size of the liquid carbon dioxide particles Although the diameter is naturally smaller than the gap between the formations, specifically, the diameter may be several μm to 100 μm, and preferably about several μm to 30 μm. In this case, it is considered that fine particles having a particle diameter sufficiently smaller than the gap 22 in the formation 1 generated by the hydrate are obtained. A pressure gauge 15 for measuring the pressure of the liquid carbon dioxide 12a is provided in the vicinity of the liquid carbon dioxide tank 12 of the inner pipe 11.

外管１０の上端は海洋３１から海水２４を汲み上げて吐出させるポンプ１４の吐出口に接続されており、外管１０と内管１１の間は海水２４が流れる通路になっている。外管１０と内管１１の間の海水２４の流れの中にノズル１３から液体二酸化炭素の微粒子２３を噴霧することで、液体二酸化炭素を間隙２２よりも小さな微粒子２３として海水２４に分散させた二酸化炭素と水からなるエマルジョン２０を地層１に注入する直前に作り出すことができる。海洋３１からの海水２４の汲み上げは、吸い上げ管１４ａの長さを調整することで、海底までの任意の深さから行われる。尚、外管１０は例えばドリルロッドであり、内管１１のスプレーノズル１３が装備されている先端よりも先において、生成された二酸化炭素と水からなるエマルジョン２０を地層１内に均等に注入するための注入口１０ａを周面に多数有している。   An upper end of the outer pipe 10 is connected to a discharge port of a pump 14 that pumps and discharges seawater 24 from the ocean 31, and a passage through which the seawater 24 flows is provided between the outer pipe 10 and the inner pipe 11. By spraying the liquid carbon dioxide particles 23 from the nozzle 13 into the flow of the seawater 24 between the outer tube 10 and the inner tube 11, the liquid carbon dioxide was dispersed in the seawater 24 as particles 23 smaller than the gap 22. An emulsion 20 composed of carbon dioxide and water can be produced immediately before being injected into the formation 1. The pumping of the seawater 24 from the ocean 31 is performed from an arbitrary depth up to the seabed by adjusting the length of the suction pipe 14a. The outer tube 10 is, for example, a drill rod, and the generated emulsion 20 composed of carbon dioxide and water is evenly injected into the formation 1 before the tip of the inner tube 11 equipped with the spray nozzle 13. There are a large number of injection ports 10a on the peripheral surface.

これによって、エマルジョン２０の水と二酸化炭素の質量比は地層１に注入する前にエマルジョン注入井６内で二酸化炭素ハイドレート２１を生成する目的に応じた好適な割合に調整が可能となる。また、エマルジョン２０の分散媒として使う海水あるいは水２４の温度若しくは液体二酸化炭素１２ａの温度を調整することで、二酸化炭素ハイドレート２１を生成しようとする地層１の温度条件や地層１の温度上昇条件などに対して二酸化炭素ハイドレート２１を生成しかつ安定させるに最適な温度のエマルジョン２０として注入することも可能となる。例えば、海水２４を採取する深度を変えれば、必要な温度の水あるいは海水２４が容易に得られる。   Thus, the mass ratio of water and carbon dioxide in the emulsion 20 can be adjusted to a suitable ratio according to the purpose of generating the carbon dioxide hydrate 21 in the emulsion injection well 6 before being injected into the formation 1. Further, by adjusting the temperature of the seawater or water 24 used as the dispersion medium of the emulsion 20 or the temperature of the liquid carbon dioxide 12a, the temperature condition of the formation 1 and the temperature increase condition of the formation 1 which are to generate the carbon dioxide hydrate 21 For example, the carbon dioxide hydrate 21 can be produced and injected as an emulsion 20 having an optimum temperature for stabilizing the carbon dioxide hydrate 21. For example, if the depth at which the seawater 24 is collected is changed, water or seawater 24 having a necessary temperature can be easily obtained.

エマルジョン注入井６から注入されたエマルジョン２０は、地層１の間隙２２を埋めている海水を押し退けながら間隙２２に進入し、均質な割合で液体二酸化炭素１２ａと海水２４が間隙に行き渡る。即ち、エマルジョン２０中の液体二酸化炭素１２ａは地層１中の間隙２２よりも小さな微粒子２３とされているので、液体二酸化炭素１２ａが水２４と同様に移動を妨げられることなく地層１中の間隙２２に容易に進入し、移動を妨げられることなく均一な分布で分散する。このため、地層１中の間隙２２に広い範囲にわたって液体二酸化炭素１２ａを二酸化炭素ハイドレート２１の生成に適した水と二酸化炭素の割合であるいはそれに近い割合で均質に分散させることができ、二酸化炭素ハイドレート２１を広い範囲にわたって均質に生成することができる。   The emulsion 20 injected from the emulsion injection well 6 enters the gap 22 while pushing away the seawater filling the gap 22 in the formation 1, and the liquid carbon dioxide 12a and the seawater 24 reach the gap at a uniform rate. That is, since the liquid carbon dioxide 12 a in the emulsion 20 is made into fine particles 23 that are smaller than the gap 22 in the formation 1, the liquid carbon dioxide 12 a is not obstructed from moving like the water 24, and the gap 22 in the formation 1. Easily disperse in a uniform distribution without hindering movement. For this reason, the liquid carbon dioxide 12a can be uniformly dispersed in the gap 22 in the formation 1 over a wide range at a ratio of water and carbon dioxide suitable for generating the carbon dioxide hydrate 21 or at a ratio close thereto. Hydrate 21 can be produced uniformly over a wide range.

また、液体二酸化炭素１２ａが微粒子２３とされているので、液体二酸化炭素１２ａと海水２４との接触面積が増加する。例えば、液体二酸化炭素１２ａの微粒子２３が球状であると、半径が１／１０になると、単位体積当たりの粒子数は１０００倍、各微粒子の表面積は１／１００となり、単位体積当たりの表面積の和は１０倍になる。例えば、微粒子２３の半径が１ｍｍの時の表面積を基準とすると、微粒子の直径を０．０１ｍｍあるいは、０．００１ｍｍにすると、単位体積当たりの表面積の和は、それぞれ１００倍あるいは１０００倍となる。このように、液体二酸化炭素１２ａと海水２４との接触面積を増加させることができるので、反応速度を速めて二酸化炭素ハイドレート２１を迅速に生成することができる。   Moreover, since the liquid carbon dioxide 12a is the fine particles 23, the contact area between the liquid carbon dioxide 12a and the seawater 24 increases. For example, when the fine particles 23 of the liquid carbon dioxide 12a are spherical, when the radius is 1/10, the number of particles per unit volume is 1000 times, and the surface area of each fine particle is 1/100, which is the sum of the surface areas per unit volume. Becomes 10 times. For example, on the basis of the surface area when the radius of the fine particles 23 is 1 mm, when the diameter of the fine particles is 0.01 mm or 0.001 mm, the sum of the surface areas per unit volume is 100 times or 1000 times, respectively. Thus, since the contact area of the liquid carbon dioxide 12a and the seawater 24 can be increased, the carbon dioxide hydrate 21 can be generated quickly by increasing the reaction rate.

ちなみに、図７に地層１中の間隙２２に液体二酸化炭素１２ａを微粒子２３とせずに１００％に近い濃度の液体二酸化炭素１２ａのまま注入した場合の様子を示す。この場合には、間隙２２を埋めている海水２４を液体二酸化炭素１２ａで押し退けながら間隙２２に進入するため、液体二酸化炭素１２ａと海水２４とはその境界でのみ接触し、その内側では液体二酸化炭素のみがあるいは海水２４のみがそれぞれ存在することとなるので、ハイドレート生成反応に適した割合の水と二酸化炭素を間隙２２において均質に分布させることは不可能に近いものとなる。   Incidentally, FIG. 7 shows a state in which the liquid carbon dioxide 12a is injected into the gap 22 in the formation 1 as the liquid carbon dioxide 12a having a concentration close to 100% without forming the fine particles 23. In this case, since the seawater 24 filling the gap 22 is pushed into the gap 22 while being pushed away by the liquid carbon dioxide 12a, the liquid carbon dioxide 12a and the seawater 24 are in contact only at the boundary, and inside the liquid carbon dioxide Therefore, it is almost impossible to uniformly distribute water and carbon dioxide in a ratio suitable for the hydrate formation reaction in the gap 22.

また、本発明においては、液体二酸化炭素１２ａは地層１の間隙２２よりも小さな微粒子２３にされて予めエマルジョン２０として供給されるため、エマルジョン注入井６から地層１中の間隙２２に注入されるエマルジョン２０中の液体二酸化炭素１２ａと水との混合割合を変化させることでエマルジョン２０の単位量当たりの発熱量を制御することが可能となる。例えば、エマルジョン注入井６の液体二酸化炭素１２ａの流量と海水２４の流量の割合を調節することで、エマルジョン２０中の液体二酸化炭素１２ａと海水２４との混合割合を変化させてエマルジョン２０の単位量当たりの発熱量を制御することができる。   In the present invention, since the liquid carbon dioxide 12a is made into fine particles 23 smaller than the gap 22 in the formation 1 and supplied in advance as the emulsion 20, the emulsion injected from the emulsion injection well 6 into the gap 22 in the formation 1 By changing the mixing ratio of the liquid carbon dioxide 12a in 20 and water, it becomes possible to control the calorific value per unit amount of the emulsion 20. For example, by adjusting the ratio of the flow rate of the liquid carbon dioxide 12a and the flow rate of the seawater 24 in the emulsion injection well 6, the mixing ratio of the liquid carbon dioxide 12a and the seawater 24 in the emulsion 20 is changed to change the unit amount of the emulsion 20 The amount of heat generated per hit can be controlled.

また、ハイドレートを構成する二酸化炭素分子の数と水分子の数との割合は化学量論的に決まっている。したがって、エマルジョン２０中の液体二酸化炭素１２ａと海水２４との混合割合を、二酸化炭素ハイドレート２１を構成する二酸化炭素の分子数と水分子数の割合に近づけるとエマルジョン２０の単位量当たりの二酸化炭素ハイドレート２１の生成量が増加し、発熱量も増加する。逆に、エマルジョン２０中の液体二酸化炭素１２ａと海水２４との混合割合を、二酸化炭素ハイドレート２１を構成する二酸化炭素の分子数と水分子数の割合から遠ざけるとエマルジョン２０の単位量当たりの二酸化炭素ハイドレート２１の生成量が減少し、発熱量も減少する。したがって、エマルジョン２０中の液体二酸化炭素と海水２４との混合割合を変化させることで二酸化炭素ハイドレート２１の生成時の単位量当たりの発熱量を制御することができる。そして、二酸化炭素ハイドレート２１の生成時のエマルジョン２０の単位量当たりの発熱量を制御することで、地層１の温度上昇を制御することができる。この地層１の温度制御により、二酸化炭素ハイドレート２１の生成が生じる温度に維持することができる。   Further, the ratio of the number of carbon dioxide molecules and the number of water molecules constituting the hydrate is determined stoichiometrically. Therefore, when the mixing ratio of the liquid carbon dioxide 12a and the seawater 24 in the emulsion 20 is close to the ratio of the number of carbon dioxide molecules and the number of water molecules constituting the carbon dioxide hydrate 21, the carbon dioxide per unit amount of the emulsion 20 The amount of hydrate 21 generated increases and the amount of heat generated also increases. Conversely, if the mixing ratio of the liquid carbon dioxide 12a and the seawater 24 in the emulsion 20 is kept away from the ratio of the number of molecules of carbon dioxide and the number of water molecules constituting the carbon dioxide hydrate 21, the amount of carbon dioxide per unit amount of the emulsion 20 is increased. The production amount of the carbon hydrate 21 is reduced and the calorific value is also reduced. Therefore, by changing the mixing ratio of the liquid carbon dioxide and the seawater 24 in the emulsion 20, it is possible to control the heat generation amount per unit amount when the carbon dioxide hydrate 21 is generated. And the temperature rise of the formation 1 can be controlled by controlling the calorific value per unit amount of the emulsion 20 when the carbon dioxide hydrate 21 is generated. By controlling the temperature of the formation 1, the temperature at which the carbon dioxide hydrate 21 is generated can be maintained.

また、本発明においては、エマルジョン注入井６から地層１の間隙２２に注入されるエマルジョン２０中の液体二酸化炭素１２ａの微粒子２３の粒径を変化させることで二酸化炭素ハイドレート２１の生成速度を制御している。例えば、エマルジョン注入井６のノズル１３を交換することで、エマルジョン２０中の液体二酸化炭素１２ａの微粒子２３の粒径を変化させて二酸化炭素ハイドレート２１の生成速度を制御することができる。   In the present invention, the production rate of the carbon dioxide hydrate 21 is controlled by changing the particle diameter of the fine particles 23 of the liquid carbon dioxide 12a in the emulsion 20 injected from the emulsion injection well 6 into the gap 22 of the formation 1. is doing. For example, by changing the nozzle 13 of the emulsion injection well 6, the particle size of the fine particles 23 of the liquid carbon dioxide 12a in the emulsion 20 can be changed to control the production rate of the carbon dioxide hydrate 21.

エマルジョン５中の液体二酸化炭素１２ａの微粒子２３の粒径を小さくすると、液体二酸化炭素１２ａの単位量当たりの表面積、換言すると液体二酸化炭素１２ａと海水２４との接触面積が増加するので二酸化炭素ハイドレート２１の生成速度が大きくなる。また、エマルジョン２０中の液体二酸化炭素１２ａの微粒子２３の粒径を大きくすると、液体二酸化炭素１２ａと海水２４との接触面積が減少するので二酸化炭素ハイドレート２１の生成速度が小さくなる。このように、液体二酸化炭素１２ａの微粒子２３の粒径を変化させることで二酸化炭素ハイドレート２１の生成速度を制御することができる。   When the particle size of the fine particles 23 of the liquid carbon dioxide 12a in the emulsion 5 is reduced, the surface area per unit amount of the liquid carbon dioxide 12a, in other words, the contact area between the liquid carbon dioxide 12a and the seawater 24 increases, so carbon dioxide hydrate. 21 generation speed is increased. Further, when the particle size of the fine particles 23 of the liquid carbon dioxide 12a in the emulsion 20 is increased, the contact area between the liquid carbon dioxide 12a and the seawater 24 is reduced, so the generation rate of the carbon dioxide hydrate 21 is reduced. Thus, the production rate of the carbon dioxide hydrate 21 can be controlled by changing the particle diameter of the fine particles 23 of the liquid carbon dioxide 12a.

尚、シール層２を形成する面積については、メタンガス生成原料として注入される液体二酸化炭素３と、メタンガス生産層４で生成されるメタンガス５とが海洋底に漏洩するのを防ぐ十分な面積とすればよい。例えば、一度のエマルジョン注入で半径２５ｍのシール層ができるとすると、図８に示すように蜂の巣状に、例えば１２７回注入を行うことで、半径２５０ｍのシール層を形成することができる。   The area for forming the seal layer 2 should be sufficient to prevent the liquid carbon dioxide 3 injected as a methane gas production raw material and the methane gas 5 produced in the methane gas production layer 4 from leaking to the ocean floor. That's fine. For example, assuming that a seal layer with a radius of 25 m can be formed by one emulsion injection, a seal layer with a radius of 250 m can be formed by injecting, for example, 127 times in a honeycomb shape as shown in FIG.

また、シール層２はドーム状に形成することが好適である。この場合には、メタンガス５をドームの頂点付近に捕集することができ、メタンガス５を回収し易くなる。   The seal layer 2 is preferably formed in a dome shape. In this case, the methane gas 5 can be collected near the top of the dome, and the methane gas 5 can be easily recovered.

次に、メタンガス生成原料としての液体二酸化炭素を注入する工程（Ｓ３）は、シール層２とメタンガス生産層４との間の地層１の間隙２２に、メタンガス生成原料としての液体二酸化炭素３を注入することにより行われる。この工程で注入された液体二酸化炭素３は、海水に溶解して沈降することにより、メタンガス生産層４に供給される。   Next, in the step (S3) of injecting liquid carbon dioxide as a methane gas generating raw material, liquid carbon dioxide 3 as a methane gas generating raw material is injected into the gap 22 of the formation 1 between the seal layer 2 and the methane gas production layer 4. Is done. The liquid carbon dioxide 3 injected in this step is supplied to the methane gas production layer 4 by dissolving and sedimenting in seawater.

メタンガス生成原料としての液体二酸化炭素３は、図２に示す注入井７により注入される。   Liquid carbon dioxide 3 as a methane gas production raw material is injected by an injection well 7 shown in FIG.

ここで、液体二酸化炭素３は、浮上方向とは垂直の方向に拡散し難いことから、シール層２とメタンガス生産層４との間の地層１の間隙２２に注入すれば、シール層２から液体に酸化炭素が漏洩する虞は殆どないが、シール層２の下部近傍、より好適には、シール層の直下に注入することで、浮上方向とは垂直方向に液体二酸化炭素３が拡散するのを確実に防ぐことができる。したがって、液体二酸化炭素の海底面への漏洩をより確実に防止できる。   Here, since the liquid carbon dioxide 3 is difficult to diffuse in a direction perpendicular to the flying direction, if the liquid carbon dioxide 3 is injected into the gap 22 of the formation 1 between the seal layer 2 and the methane gas production layer 4, the liquid carbon dioxide 3 is liquid from the seal layer 2. There is almost no risk of carbon oxide leaking into the liquid, but liquid carbon dioxide 3 is diffused in a direction perpendicular to the flying direction by being injected near the lower portion of the seal layer 2, more preferably directly under the seal layer. It can be surely prevented. Therefore, leakage of liquid carbon dioxide to the sea bottom can be prevented more reliably.

尚、この工程では、メタンガス生成原料としての液体二酸化炭素３を微粒子化して水または海水に分散させたエマルジョンの状態で注入せずに、１００％に近い濃度の液体二酸化炭素３をそのまま注入している。したがって、液体二酸化炭素３と海水とはその境界でのみ接触し、液体二酸化炭素３の海水への溶け込みはこの境界でのみ生じることとなる。その結果、液体二酸化炭素３はシール層２とメタンガス生産層４との間の地層１の間隙水（海水）に徐々に溶解し、メタンガス生産層４に沈降することから、メタンガス生産層４に二酸化炭素が一時に大量に供給されることがない。したがって、メタンガス生産層４に生息する微生物の機能を失活させることなく、微生物に二酸化炭素を緩やかに供給してその活性を維持し、効率良くメタンガス５を生成することができる。   In this step, liquid carbon dioxide 3 as a methane gas generating raw material is atomized and injected in the form of an emulsion dispersed in water or seawater, and liquid carbon dioxide 3 having a concentration close to 100% is injected as it is. Yes. Therefore, the liquid carbon dioxide 3 and seawater contact only at the boundary, and the dissolution of the liquid carbon dioxide 3 into the seawater occurs only at this boundary. As a result, the liquid carbon dioxide 3 gradually dissolves in the pore water (seawater) in the formation 1 between the seal layer 2 and the methane gas production layer 4 and settles in the methane gas production layer 4. Carbon is not supplied in large quantities at a time. Therefore, without deactivating the function of the microorganisms that inhabit the methane gas production layer 4, carbon dioxide can be gently supplied to the microorganisms to maintain their activity, and the methane gas 5 can be efficiently generated.

メタンガス５を地上に回収する工程（Ｓ４）は、メタンガス生産層４で生成され、シール層２の直下の地層１の間隙２２に捕集されたメタンガス５を、図２に示す生産井８により回収する。   In the step (S4) of collecting the methane gas 5 on the ground, the methane gas 5 generated in the methane gas production layer 4 and collected in the gap 22 of the formation 1 immediately below the seal layer 2 is collected by the production well 8 shown in FIG. To do.

メタンガス生産層４で生成されたメタンガス５は、液体二酸化炭素３よりも軽いため、液体二酸化炭素３より上の地層１の間隙２２まで浮上する。このとき、メタンガス５はこの地層１の間隙２２に気泡の状態で留まるか、あるいは海水に溶解する。したがって、この地層１の間隙２２の海水ごと生産井８により汲み上げることにより、メタンガス５を回収することができる。   Since the methane gas 5 generated in the methane gas production layer 4 is lighter than the liquid carbon dioxide 3, it rises to the gap 22 of the formation 1 above the liquid carbon dioxide 3. At this time, the methane gas 5 stays in a bubble state in the gap 22 of the formation 1 or dissolves in seawater. Therefore, the methane gas 5 can be recovered by pumping together the seawater in the gap 22 of the formation 1 with the production well 8.

尚、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、エマルジョンを生成する際に、例えば図１０〜図１３に示す装置を使用しても良い。   For example, when producing an emulsion, for example, an apparatus shown in FIGS. 10 to 13 may be used.

この装置１０１は、密閉構造の容器１０２を間隙よりも小さな微細孔を有する多孔質体１０３ａを少なくとも一部に含む部材１０３によって区画して水供給領域１０２ａとエマルジョン排出領域１０２ｃと水供給領域１０２ａ及びエマルジョン排出領域１０２ｃに挟まれた液体二酸化炭素供給領域１０２ｂを形成し、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂには第一の供給部１０５を備え、水供給領域１０２ａには第二の供給部１０６を備え、エマルジョン排出領域１０２ｃには排出部１０７を備え、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂには、水供給領域１０２ａからエマルジョン排出領域１０２ｃに向けて水を流通する流通路１０４が１または２以上設けられ、多孔質体１０３ａは流通路１０４の少なくとも一部に備えられ、第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると共に第二の供給部１０６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けることにより、液体二酸化炭素を多孔質体１０３ａを介して流通路１０４を流れる水に圧入して微粒化して分散させ、流通路１０４からエマルジョン排出領域１０２ｃに向けてエマルジョンが供給され、排出部１０７からエマルジョンを排出して地層の間隙に注入するものとしている。尚、符号１１０はパッカー用の水圧管である。   This apparatus 101 divides a sealed container 102 by a member 103 including at least a part of a porous body 103a having fine pores smaller than a gap, and supplies a water supply region 102a, an emulsion discharge region 102c, a water supply region 102a, and A liquid carbon dioxide supply region 102b sandwiched between emulsion discharge regions 102c is formed, the liquid carbon dioxide supply region 102b includes a first supply unit 105, the water supply region 102a includes a second supply unit 106, The emulsion discharge region 102c is provided with a discharge unit 107, and the liquid carbon dioxide supply region 102b is provided with one or more flow passages 104 through which water flows from the water supply region 102a toward the emulsion discharge region 102c. The body 103a is provided in at least a part of the flow passage 104, and the first supply unit 105 By continuing to supply liquid carbon dioxide to the liquid carbon dioxide supply region 102b and continuing to supply water from the second supply unit 106 to the water supply region 102a, the liquid carbon dioxide is allowed to flow through the flow passage 104 through the porous body 103a. The emulsion is injected into flowing water, atomized and dispersed, and the emulsion is supplied from the flow passage 104 toward the emulsion discharge region 102c. The emulsion is discharged from the discharge portion 107 and injected into the gap of the formation. Reference numeral 110 denotes a water pressure pipe for a packer.

本実施形態において、密閉構造の容器１０２は円柱形状としてその上部にスリットを設けて排出部１０７とし、容器１０２の上面から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに向けて供給管を差し込んで第一の供給部１０５とし、容器１０２の上面から水供給領域に向けて供給管を差し込んで第二の供給部１０６としている。第一の供給部１０５の供給管の液体二酸化炭素供給領域１０２ｂ内にはスリットが設けられて、このスリットから液体二酸化炭素供給領域１０２ｂへ液体二酸化炭素を供給するようにしている。但し、排出部１０７はスリットではなく、網状としても良いし、複数の排出管をエマルジョン排出領域１０２ｃから容器１０２の外側に向けて配置するようにしてもよい。また、第一の供給部１０５の供給管の液体二酸化炭素供給領域１０２ｂ内についても、スリットではなく、網状としてもよいし、単純にスリットや網を設けることなく供給管の下端から液体二酸化炭素を供給するようにしてもよい。尚、容器１０２の形状についても円柱形状には限定されず、例えば四角柱等の多角柱状としてもよい。また、容器１０２の材質は例えばステンレス鋼とすればよいが、これに限定されるものではない。   In this embodiment, the sealed container 102 has a cylindrical shape and is provided with a slit in the upper part thereof to form a discharge part 107, and a supply pipe is inserted from the upper surface of the container 102 toward the liquid carbon dioxide supply region 102b to form a first supply part. 105, and a supply pipe is inserted from the upper surface of the container 102 toward the water supply region to form the second supply unit 106. A slit is provided in the liquid carbon dioxide supply region 102b of the supply pipe of the first supply unit 105, and liquid carbon dioxide is supplied from the slit to the liquid carbon dioxide supply region 102b. However, the discharge unit 107 may be a net instead of a slit, and a plurality of discharge pipes may be arranged from the emulsion discharge region 102 c toward the outside of the container 102. Also, the liquid carbon dioxide supply region 102b of the supply pipe of the first supply unit 105 may be a net instead of a slit, or liquid carbon dioxide may be supplied from the lower end of the supply pipe without simply providing a slit or a net. You may make it supply. The shape of the container 102 is not limited to a cylindrical shape, and may be a polygonal column such as a quadrangular column. The material of the container 102 may be stainless steel, for example, but is not limited to this.

また、本実施形態では、第一の供給部１０５の供給管と第二の供給部１０６の供給管の双方とも、容器１０２の下面を貫通しているが、これは本発明の装置を縦に複数並べて抗井内に配置することを想定したものであり、縦に複数並べたときの最下段の装置については、第一の供給部１０５の供給管と第二の供給部１０６の供給管の双方とも、容器１０２の下面を貫通させずに、容器１０２の下面で閉じておき、各装置内での水と液体二酸化炭素の十分な供給を確保する必要がある。したがって、例えば抗井内で本発明の装置を１つしか用いない場合には、容器１０２の下面は閉じておく必要がある。   Further, in this embodiment, both the supply pipe of the first supply unit 105 and the supply pipe of the second supply unit 106 penetrate the lower surface of the container 102, but this makes the apparatus of the present invention vertically. It is assumed that a plurality of them are arranged in the well, and both the supply pipe of the first supply unit 105 and the supply pipe of the second supply unit 106 are used for the lowermost apparatus when a plurality of units are arranged vertically. In both cases, it is necessary to close the lower surface of the container 102 without penetrating the lower surface of the container 102 to ensure sufficient supply of water and liquid carbon dioxide in each apparatus. Therefore, for example, when only one device of the present invention is used in the well, the lower surface of the container 102 needs to be closed.

また、本実施形態において、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂには、水供給領域１０２ａからエマルジョン排出領域１０２ｃに向けて水を流通する流通路１０４が１または２以上設けられ、多孔質体１０３ａは流通路１０４の全面に設けられている。具体的には、多孔質体１０３ａからなる複数の管をそれぞれ接触しないように平行に並べて流通路１０４が形成されている。部材１０３は例えば容器１０２と同じステンレス鋼であり、Ｏリング１１１によって液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの気密性が確保されている。   In the present embodiment, the liquid carbon dioxide supply region 102b is provided with one or more flow passages 104 through which water flows from the water supply region 102a toward the emulsion discharge region 102c, and the porous body 103a has a flow passage. 104 is provided on the entire surface. Specifically, the flow path 104 is formed by arranging a plurality of tubes made of the porous body 103a in parallel so as not to contact each other. The member 103 is, for example, the same stainless steel as the container 102, and the airtightness of the liquid carbon dioxide supply region 102 b is ensured by the O-ring 111.

ここで、流通路１０４は少なくとも１つあれば、エマルジョンの製造は可能であるが、水に分散する液体二酸化炭素微粒子の量は少なくなる。逆に流通路１０４の数を多くすればするほど、水に分散する液体二酸化炭素微粒子の量を多くすることができる。つまり、流通路１０４の数によって、エマルジョンを構成する水と液体二酸化炭素微粒子の比を制御することができる。また、本実施形態では、流通路１０４の全面に多孔質体１０３ａを備えるようにしているが、少なくとも一部に多孔質体１０３ａが備えられていれば、エマルジョンの製造は可能である。但し、流通路１０４に備えられている多孔質体１０３ａの面積が小さくなればなるほど、水に分散する液体二酸化炭素微粒子の量は少なくなる。つまり、流通路４に備えられている多孔質体１０３ａの面積によって、エマルジョンを構成する水と液体二酸化炭素微粒子の比を制御することもできる。   Here, if there is at least one flow passage 104, the emulsion can be produced, but the amount of liquid carbon dioxide fine particles dispersed in water is reduced. Conversely, as the number of the flow passages 104 is increased, the amount of liquid carbon dioxide fine particles dispersed in water can be increased. That is, the ratio of water and liquid carbon dioxide fine particles constituting the emulsion can be controlled by the number of flow passages 104. Further, in this embodiment, the porous body 103a is provided on the entire surface of the flow passage 104. However, if the porous body 103a is provided at least in part, an emulsion can be manufactured. However, the smaller the area of the porous body 103a provided in the flow passage 104, the smaller the amount of liquid carbon dioxide particles dispersed in water. That is, the ratio of the water and the liquid carbon dioxide fine particles constituting the emulsion can be controlled by the area of the porous body 103a provided in the flow passage 4.

尚、本実施形態のように、管状の流通路１０４をそれぞれ接触させることなく平行に複数並べて配置するようにすることで、容器１０２の容積に対して液体二酸化炭素が水に圧入される領域を最大限に増やすことができる。つまり、このように構成することで、装置をコンパクトなものとしながらもその機能を最大限に発揮させることができる。したがって、抗井内で用いられる装置のように、限られた容積内で用いられる装置として極めて好適なものとなる。   Note that, as in this embodiment, by arranging a plurality of tubular flow passages 104 in parallel without contacting each other, an area where liquid carbon dioxide is pressed into water with respect to the volume of the container 102 can be obtained. It can be increased to the maximum. That is, with this configuration, the function can be maximized while the apparatus is compact. Therefore, it becomes very suitable as an apparatus used in a limited volume like an apparatus used in a well.

ここで、多孔質体１０３ａとしては、二酸化炭素をハイドレート化して固定化する対象の地層の間隙よりも小さな微細孔を有するものであれば特に限定されるものではないが、シラス多孔質ガラスを用いることが好適である。シラス多孔質ガラスは、０．０５〜２５０μｍの微細孔を有するものが入手可能であり、地層の間隙の大きさに適した微細孔を有するものを選択しやすいという利点がある。但し、材質はシラス多孔質ガラスに限定されるものではなく、アルミナ等の無機材料や高分子材料といった新規または既知の材質の多孔質体を適宜用いることができる。尚、シラス多孔質ガラスのようなガラス素材は、引っ張り応力よりも圧縮応力に対して強いことから、本実施形態のように液体二酸化炭素を管の外側から圧入して圧縮応力がかかる場合には、管の強度面においても有利なものとなる。但し、仮に管の内側から液体二酸化炭素を圧入して引っ張り応力がかかったとしても、本発明における管としての使用には十分耐えうる。   Here, the porous body 103a is not particularly limited as long as the porous body 103a has fine pores smaller than the gap of the target formation to be hydrated and fixed, but shirasu porous glass is used. It is preferable to use it. Shirasu porous glass is available with a fine pore size of 0.05 to 250 μm, and has an advantage that it is easy to select a fine pore shape suitable for the size of the gap in the formation. However, the material is not limited to shirasu porous glass, and a new or known porous material such as an inorganic material such as alumina or a polymer material can be used as appropriate. In addition, since a glass material such as shirasu porous glass is more resistant to compressive stress than tensile stress, when compressive stress is applied by pressing liquid carbon dioxide from the outside of the tube as in this embodiment. This is also advantageous in terms of the strength of the tube. However, even if liquid carbon dioxide is injected from the inside of the tube and a tensile stress is applied, the tube can be sufficiently used in the present invention.

本実施形態において、エマルジョンの製造は以下のようにして行われる。第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂが液体二酸化炭素で満たされ、さらに供給を続けることで、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの液体二酸化炭素が加圧される。一方、第二の供給部１０６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けると、水供給領域１０２ａが水で満たされ、さらに供給を続けることで、水が流通路１０４を通過してエマルジョン排出領域１０２ｃに移動する。そして、エマルジョン排出領域１０２ｃが水で満たされると排出部１０７から水が排出される。したがって、第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると共に第二の供給部１０６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けることにより、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの圧力が流通路４内の圧力よりも高くなる。その結果、液体二酸化炭素が多孔質体１０３ａを介して流通路４内を流れる水に圧入される。これにより、液体二酸化炭素は地層の間隙よりも小さな微粒子となって水に分散し、エマルジョンが製造される。液体二酸化炭素の微粒子は、水が水供給領域１０２ａからエマルジョン排出領域１０２ｃに向けて流通路１０４内を流通する間に徐々に分散されて、流通路１０４の出口で最も液体二酸化炭素微粒子の分散量が高まり、エマルジョン排出領域１０２ｃに排出される。そして、エマルジョン排出領域１０２ｃに排出されたエマルジョンは、排出部１０７から排出されて地層の間隙に注入される。   In the present embodiment, the production of the emulsion is performed as follows. When the liquid carbon dioxide is continuously supplied from the first supply unit 105 to the liquid carbon dioxide supply region 102b, the liquid carbon dioxide supply region 102b is filled with the liquid carbon dioxide and further supplied, whereby the liquid carbon dioxide supply region 102b is supplied. Liquid carbon dioxide is pressurized. On the other hand, if water is continuously supplied from the second supply unit 106 to the water supply region 102a, the water supply region 102a is filled with water, and further supplied, so that the water passes through the flow passage 104 and the emulsion discharge region. Move to 102c. When the emulsion discharge area 102c is filled with water, the water is discharged from the discharge unit 107. Therefore, by continuing to supply liquid carbon dioxide from the first supply unit 105 to the liquid carbon dioxide supply region 102b and continuing to supply water from the second supply unit 106 to the water supply region 102a, the liquid carbon dioxide supply region 102b. Becomes higher than the pressure in the flow passage 4. As a result, liquid carbon dioxide is press-fitted into the water flowing in the flow passage 4 through the porous body 103a. As a result, the liquid carbon dioxide is dispersed in water as fine particles smaller than the gaps in the formation, and an emulsion is produced. The fine particles of liquid carbon dioxide are gradually dispersed while water flows through the flow passage 104 from the water supply region 102 a toward the emulsion discharge region 102 c, and the amount of liquid carbon fine particles dispersed most at the outlet of the flow passage 104. Is increased and discharged to the emulsion discharge region 102c. And the emulsion discharged | emitted by the emulsion discharge area | region 102c is discharged | emitted from the discharge part 107, and is inject | poured into the space | gap of a formation.

このように、本実施形態においては、液体二酸化炭素と水を流通させるだけで、エマルジョンを製造し、地層の間隙に注入することができる。したがって、装置の構成を極めて単純なものとできるので、故障等の発生率を低下させることができ、高い信頼性をもって長期間安定にエマルジョンを製造し、地層の間隙に注入することができる。   Thus, in the present embodiment, an emulsion can be produced and injected into the gap of the formation by simply circulating liquid carbon dioxide and water. Therefore, since the configuration of the apparatus can be made extremely simple, the occurrence rate of failures and the like can be reduced, and an emulsion can be produced stably with high reliability for a long period of time and injected into the gaps in the formation.

ここで、二酸化炭素ハイドレートを生成する対象となる地層の圧力が抗井の圧力よりも高いと、エマルジョンの地層の間隙への注入ができない場合がある。このような場合には、液体二酸化炭素と水の流量を高めたり、供給圧力を高めることによって、エマルジョンの圧力を地層の圧力よりも高めることで、地層の間隙へのエマルジョンの注入が可能となる。   Here, if the pressure of the formation that is the target for generating carbon dioxide hydrate is higher than the pressure of the well, there is a case where the emulsion cannot be injected into the gap of the formation. In such a case, it is possible to inject the emulsion into the formation gap by increasing the flow rate of liquid carbon dioxide and water or increasing the supply pressure to increase the pressure of the emulsion above the formation pressure. .

次に、本発明のエマルジョンの製造・注入装置の実施形態の他の例を図１４〜図１７に示す。この装置１０１は、密閉構造の容器１０２を地層の間隙よりも小さな微細孔を有する多孔質体１０３ａを少なくとも一部に含む部材１０３によって区画して液体二酸化炭素供給領域１０２ｂと水供給領域１０２ａとを形成し、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂには第一の供給部１０５を備え、水供給領域１０２ａには第二の供給部１０６と排出部１０７とを備え、第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると共に第二の供給部１０５から水供給領域１０２ａに水を供給し続けることにより、液体二酸化炭素を多孔質体１０３ａを介して水に圧入し微粒化して分散させ、排出部１０７からエマルジョンを排出して地層の間隙に注入するものとしている。   Next, other examples of the embodiment of the emulsion production / injection apparatus of the present invention are shown in FIGS. This apparatus 101 divides a container 102 having a sealed structure by a member 103 including at least a part of a porous body 103a having fine pores smaller than a gap between the formations, thereby separating a liquid carbon dioxide supply region 102b and a water supply region 102a. The liquid carbon dioxide supply region 102b is provided with a first supply unit 105, the water supply region 102a is provided with a second supply unit 106 and a discharge unit 107, and liquid carbon dioxide is supplied from the first supply unit 105. By continuing to supply liquid carbon dioxide to the supply region 102b and continuing to supply water from the second supply unit 105 to the water supply region 102a, the liquid carbon dioxide is pressed into water through the porous body 103a and atomized. It is assumed that the emulsion is discharged from the discharge unit 107 and injected into the gaps in the formation.

本実施形態において、密閉構造の容器１０２は円柱形状としてその上部にスリットを設けて排出部１０７とし、容器１０２の上面から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに向けて供給管を差し込んで第一の供給部１０５とし、容器１０２の上面から水供給領域に向けて供給管を差し込んで第二の供給部１０６としている。第二の供給部１０６の供給管の下方にはスリットが設けられて、このスリットから水供給領域１０２ａへ水を供給するようにしている。但し、排出部１０７はスリットではなく、網状としても良いし、複数の排出管を容器２の外側に向けて配置するようにしてもよい。また、第二の供給部１０６についても、スリットではなく、網状としてもよいし、単純にスリットや網を設けることなく供給管の下端から水を供給するようにしてもよい。尚、容器１０２の形状についても、円柱形状には限定されず、例えば四角柱等の多角柱状としてもよい。また、容器１０２の材質は例えばステンレス鋼とすればよいが、これに限定されるものではない。   In this embodiment, the sealed container 102 has a cylindrical shape and is provided with a slit in the upper part thereof to form a discharge part 107, and a supply pipe is inserted from the upper surface of the container 102 toward the liquid carbon dioxide supply region 102b to form a first supply part. 105, and a supply pipe is inserted from the upper surface of the container 102 toward the water supply region to form the second supply unit 106. A slit is provided below the supply pipe of the second supply unit 106, and water is supplied from the slit to the water supply region 102a. However, the discharge unit 107 may be a net instead of a slit, and a plurality of discharge pipes may be arranged toward the outside of the container 2. Also, the second supply unit 106 may have a mesh shape instead of a slit, or water may be supplied from the lower end of the supply pipe without simply providing a slit or a mesh. The shape of the container 102 is not limited to a cylindrical shape, and may be a polygonal column shape such as a square column. The material of the container 102 may be stainless steel, for example, but is not limited to this.

また、本実施形態においても、第一の供給部１０５の供給管と第二の供給部１０６の供給管の双方とも、容器１０２の下面を貫通しているが、これはこの装置を縦に複数並べて抗井内に配置することを想定したものであり、縦に複数並べたときの最下段の装置については、第一の供給部１０５の供給管と第二の供給部１０６の供給管の双方とも、容器１０２の下面を貫通させずに、容器１０２の下面で閉じておき、各装置内での水と液体二酸化炭素の十分な供給を確保する必要がある。したがって、例えば抗井内で本発明の装置を１つしか用いない場合には、容器１０２の下面は閉じておく必要がある。   Also in the present embodiment, both the supply pipe of the first supply unit 105 and the supply pipe of the second supply unit 106 penetrate the lower surface of the container 102. Assuming that they are arranged side by side in the well, both the supply pipe of the first supply unit 105 and the supply pipe of the second supply unit 106 are used for the lowermost apparatus when a plurality of devices are arranged vertically. It is necessary to close the lower surface of the container 102 without penetrating the lower surface of the container 102 to ensure a sufficient supply of water and liquid carbon dioxide in each apparatus. Therefore, for example, when only one device of the present invention is used in the well, the lower surface of the container 102 needs to be closed.

また、本実施形態において、部材１０３には、水供給領域１０２ａ側に突出させた液体二酸化炭素を流通可能な中空の突起部１１２が１または２以上設けられ、多孔質体１０３ａは突起部１１２の少なくとも一部に備えられるものとしている。図１４〜図１７では、複数の突起部１１２を備え、突起部１１２が多孔質体１０３ａからなる管と、管の頂部を閉塞する部材１０３とで構成されている。部材１０３は例えば容器１０２と同じステンレス鋼であり、Ｏリング１１１によって液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの気密性が確保されている。   Further, in the present embodiment, the member 103 is provided with one or more hollow protrusions 112 through which the liquid carbon dioxide protruded toward the water supply region 102 a can be circulated, and the porous body 103 a is formed of the protrusions 112. It is supposed to be provided at least in part. 14 to 17, a plurality of protrusions 112 are provided, and the protrusion 112 includes a tube made of a porous body 103 a and a member 103 that closes the top of the tube. The member 103 is, for example, the same stainless steel as the container 102, and the airtightness of the liquid carbon dioxide supply region 102 b is ensured by the O-ring 111.

尚、本実施形態のように、突起部１１２をそれぞれ接触させることなく平行に複数並べて配置するようにすることで、容器１０２の容積に対して液体二酸化炭素が水に圧入される領域を最大限に増やすことができる。つまり、このように構成することで、装置をコンパクトなものとしながらもその機能を最大限に発揮させることができる。したがって、抗井内で用いられる装置のように、限られた容積内で用いられる装置として極めて好適なものとなる。但し、突起部１１２を備える形態に限定されるものではない。例えば、突起部１１２を設けずに部材１０３を平坦なものとしてその一部あるいは全面を多孔質体１０３ａとして液体二酸化炭素を圧入するようにしても、水に対する液体二酸化炭素微粒子の量は減少するものの、エマルジョンは製造は可能である。つまり、部材１０３の形状を加工して水と多孔質体１０３の接触面積（液体二酸化炭素と多孔質体１０３との接触面積）を増減させることによって、水に対する液体二酸化炭素微粒子の量を制御することができる。   In addition, as in this embodiment, by arranging a plurality of protrusions 112 in parallel without contacting each other, the region where the liquid carbon dioxide is injected into water with respect to the volume of the container 102 is maximized. Can be increased. That is, with this configuration, the function can be maximized while the apparatus is compact. Therefore, it becomes very suitable as an apparatus used in a limited volume like an apparatus used in a well. However, it is not limited to the form provided with the protrusion 112. For example, even if liquid carbon dioxide is injected by using a part 103 or a whole surface of the member 103 as a porous body 103a without providing the protrusion 112, and the liquid carbon dioxide is injected, the amount of liquid carbon dioxide particles with respect to water is reduced. An emulsion can be produced. That is, by processing the shape of the member 103 to increase or decrease the contact area between the water and the porous body 103 (the contact area between the liquid carbon dioxide and the porous body 103), the amount of liquid carbon dioxide fine particles relative to water is controlled. be able to.

ここで、多孔質体１０３ａとしては、二酸化炭素をハイドレート化して固定化する対象の地層の間隙よりも小さな微細孔を有するものであれば特に限定されるものではないが、シラス多孔質ガラスを用いることが好適である。シラス多孔質ガラスは、０．０５〜２５０μｍの微細孔を有するものが入手可能であり、地層の間隙の大きさに適した微細孔を有するものを選択しやすいという利点がある。但し、材質はシラス多孔質ガラスに限定されるものではなく、アルミナ等の無機材料や高分子材料といった新規または既知の材質の多孔質体を適宜用いることができる。   Here, the porous body 103a is not particularly limited as long as the porous body 103a has fine pores smaller than the gap of the target formation to be hydrated and fixed, but shirasu porous glass is used. It is preferable to use it. Shirasu porous glass is available with a fine pore size of 0.05 to 250 μm, and has an advantage that it is easy to select a fine pore shape suitable for the size of the gap in the formation. However, the material is not limited to shirasu porous glass, and a new or known porous material such as an inorganic material such as alumina or a polymer material can be used as appropriate.

本実施形態において、エマルジョンの製造は以下のようにして行われる。第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂが液体二酸化炭素で満たされ、さらに供給を続けることで、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの液体二酸化炭素が加圧される。一方、第二の供給部１０６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けると、水供給領域１０２ａに水が徐々に溜まって最終的には水で満たされ、排出部１０７から水が排出される。したがって、第一の供給部１０５から液体二酸化炭素供給領域１０２ｂに液体二酸化炭素を供給し続けると共に第二の供給部６から水供給領域１０２ａに水を供給し続けることにより、液体二酸化炭素供給領域１０２ｂの圧力が水供給領域１０２ａの圧力よりも高くなる。その結果、液体二酸化炭素が多孔質体１０３ａを介して水供給領域１０２ａ内の水（突起部１１２と突起部１１２の間に存在する水）に圧入される。これにより、液体二酸化炭素は地層の間隙よりも小さな微粒子となって水に分散し、エマルジョンが製造される。液体二酸化炭素の微粒子は、水が突起部１１２と突起部１１２の間の下端から上端を流通する間に徐々に分散されて、容器１０２の上方に排出される。そして、このエマルジョンが排出部１０７から排出されて地層の間隙に注入される。   In the present embodiment, the production of the emulsion is performed as follows. When the liquid carbon dioxide is continuously supplied from the first supply unit 105 to the liquid carbon dioxide supply region 102b, the liquid carbon dioxide supply region 102b is filled with the liquid carbon dioxide and further supplied, whereby the liquid carbon dioxide supply region 102b is supplied. Liquid carbon dioxide is pressurized. On the other hand, if water is continuously supplied from the second supply unit 106 to the water supply region 102a, water gradually accumulates in the water supply region 102a and is finally filled with water, and water is discharged from the discharge unit 107. . Therefore, by continuing to supply liquid carbon dioxide from the first supply unit 105 to the liquid carbon dioxide supply region 102b and continuing to supply water from the second supply unit 6 to the water supply region 102a, the liquid carbon dioxide supply region 102b. Becomes higher than the pressure in the water supply region 102a. As a result, liquid carbon dioxide is pressed into water in the water supply region 102a (water existing between the protrusion 112 and the protrusion 112) through the porous body 103a. As a result, the liquid carbon dioxide is dispersed in water as fine particles smaller than the gaps in the formation, and an emulsion is produced. The fine particles of liquid carbon dioxide are gradually dispersed while water flows from the lower end to the upper end between the protrusions 112 and 112, and are discharged above the container 102. And this emulsion is discharged | emitted from the discharge part 107, and is inject | poured into the space | gap of a formation.

このように、本実施形態においても、液体二酸化炭素と水を流通させるだけで、エマルジョンを製造し、地層の間隙に注入することができる。したがって、装置の構成を極めて単純なものとできるので、故障等の発生率を低下させることができ、高い信頼性をもって長期間安定にエマルジョンを製造し、地層の間隙に注入することができる。   Thus, also in the present embodiment, an emulsion can be produced and injected into the gaps of the formation by simply circulating liquid carbon dioxide and water. Therefore, since the configuration of the apparatus can be made extremely simple, the occurrence rate of failures and the like can be reduced, and an emulsion can be produced stably with high reliability for a long period of time and injected into the gaps in the formation.

ここで、二酸化炭素ハイドレートを生成する対象となる地層の圧力が抗井の圧力よりも高いと、エマルジョンの地層の間隙への注入ができない場合がある。このような場合には、液体二酸化炭素と水の流量を高めたり、供給圧力を高めることによって、エマルジョンの圧力を地層の圧力よりも高めることで、地層の間隙へのエマルジョンの注入が可能となる。   Here, if the pressure of the formation that is the target for generating carbon dioxide hydrate is higher than the pressure of the well, there is a case where the emulsion cannot be injected into the gap of the formation. In such a case, it is possible to inject the emulsion into the formation gap by increasing the flow rate of liquid carbon dioxide and water or increasing the supply pressure to increase the pressure of the emulsion above the formation pressure. .

また、エマルジョンを生成させることによって、単位容積中のＣＯ２量（濃度）を効率的に最適な状態に制御することができる。そこで、エマルジョンを生成することで単位容積中のＣＯ２量を制御して微生物に負荷を与えない範囲で直接メタン生産層に供給することで、メタン生産を行うようにしてもよい。 Further, by generating an emulsion, the amount (concentration) of CO 2 in a unit volume can be efficiently controlled to an optimal state. Therefore, methane production may be performed by controlling the amount of CO 2 in a unit volume by generating an emulsion and supplying it directly to the methane production layer within a range that does not give a load to microorganisms.

また、エマルジョンを生成することで単位容積中のＣＯ２量を制御して微生物に負荷を与えない範囲で直接メタン生産層に供給すると共に、この際に同時に微生物群を添加したり、微生物に各種物質等を供給するようにしてもよい。または、ＣＯ２とは独立して微生物群や微生物への各種供給物質をエマルジョン状としてメタン生産層に供給するようにしてもよい。 In addition, by controlling the amount of CO 2 in the unit volume by producing an emulsion and supplying it directly to the methane production layer within a range that does not give a load to the microorganism, at the same time, a microorganism group is added or various microorganisms are added to the microorganism. Substances may be supplied. Alternatively, the various feed materials to the microorganisms and microorganisms may be supplied to the methane production layer as an emulsion-like independent of the CO 2.

さらに、シール層の下層に液体二酸化炭素を供給する代わりに、単位容積中のＣＯ２量（濃度）を制御したエマルジョンを供給してもよい。この場合にも、液体二酸化炭素はシール層とメタンガス生産層との間の地層の間隙水（海水）に徐々に溶解し、メタンガス生産層に沈降することから、メタンガス生産層に二酸化炭素が一時に大量に供給されることがない。したがって、メタンガス生産層に生息する微生物の機能を失活させることなく、微生物に二酸化炭素を緩やかに供給してその活性を維持し、効率良くメタンガスを生成することができる。 Furthermore, instead of supplying liquid carbon dioxide to the lower layer of the seal layer, an emulsion in which the amount (concentration) of CO 2 in a unit volume is controlled may be supplied. In this case as well, liquid carbon dioxide gradually dissolves in the pore water (seawater) in the formation between the seal layer and the methane gas production layer, and settles in the methane gas production layer. It is not supplied in large quantities. Therefore, without deactivating the function of microorganisms that inhabit the methane gas production layer, carbon dioxide can be slowly supplied to the microorganisms to maintain their activity, and methane gas can be generated efficiently.

本発明によれば、産業上利用可能な炭素の循環システムが成立する。二酸化炭素ハイドレート２１のシール層２が生成される温度・圧力条件を満たす海域は、関東以北の日本の海域だけでも、２０万ｋｍ２存在すると考えられている。間隙率５０％の海洋堆積層の地層に、メタン生成原料としての液体二酸化炭素を１００ｍ厚さとなるよう注入すると、二酸化炭素の注入可能量は１０００億ｍ３となる。実際にメタン生産に利用可能な領域がこのうち５％であると仮定しても、二酸化炭素の注入可能量は５０億ｍ３である。これに対し、日本の二酸化炭素排出量は、４００万トン／年である。したがって、二酸化炭素は１０００年以上注入可能なことになる。 According to the present invention, an industrially usable carbon circulation system is established. The sea area that satisfies the temperature and pressure conditions for generating the seal layer 2 of the carbon dioxide hydrate 21 is considered to exist at 200,000 km 2 only in the sea area of Japan from north of Kanto. If liquid carbon dioxide as a methane generating raw material is injected into the formation of a marine sediment layer with a porosity of 50% to a thickness of 100 m, the amount of carbon dioxide that can be injected becomes 100 billion m 3 . Even if it is assumed that the area that can actually be used for methane production is 5% of this, the injectable amount of carbon dioxide is 5 billion m 3 . In contrast, Japan's carbon dioxide emissions are 4 million tons / year. Therefore, carbon dioxide can be injected for over 1000 years.

また、メタンの生成速度を、地層間隙率を考慮して、０．０５ｃｃ／Ｌ／ｈ、生産容積を２０万ｍ３とすると、年間のメタン生産量は８７６億ｍ３となる。この量は、ほぼわが国の年間天然ガス消費量である８２０億ｍ３に匹敵する。 In addition, if the generation rate of methane is 0.05 cc / L / h and the production volume is 200,000 m 3 considering the formation porosity, the annual methane production will be 87.6 billion m 3 . This amount is almost equal to Japan's annual natural gas consumption of 82 billion m 3 .

したがって、本発明により、地球温暖化の主要因たる二酸化炭素を積極的に利用して、新たなエネルギー資源としてのメタンガスを長期に亘って獲得することが可能となる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to acquire methane gas as a new energy resource over a long period of time by actively using carbon dioxide, which is a main cause of global warming.

１ 地層
２ シール層
３ メタン生成原料としての液体二酸化炭素
４ メタンガス生産層
５ メタンガス
１２ａ 液体二酸化炭素
２０ エマルジョン
２３ 微粒子
２４ 水、海水
２１ 二酸化炭素ハイドレート
２２ 間隙 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Formation 2 Seal layer 3 Liquid carbon dioxide 4 as methane production raw material 4 Methane gas production layer 5 Methane gas 12a Liquid carbon dioxide 20 Emulsion 23 Fine particles 24 Water, seawater 21 Carbon dioxide hydrate 22 Crevice

Claims (2)

メタン生成細菌がメタンガスを生成する温度・圧力条件下の地層の間隙に、前記メタン生成細菌を少なくとも含む微生物群を添加してメタンガス生産層を形成する工程と、
前記メタンガス生産層よりも浅部で、且つ二酸化炭素がハイドレートとなる温度・圧力条件下の地層の間隙に、前記間隙よりも小さな液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを注入して二酸化炭素ハイドレートのシール層を形成する工程と、
前記メタンガス生産層と前記シール層との間の地層の間隙に、メタンガス生成原料としての液体二酸化炭素を注入する工程と、
前記メタンガス生産層で生成された前記メタンガスを地上に回収する工程と、
を含むことを特徴とする二酸化炭素を利用したメタンガスの生産方法。 A step of forming a methane gas production layer by adding a group of microorganisms containing at least the methanogenic bacteria to a gap in a formation under temperature and pressure conditions where the methanogen produces methane gas;
An emulsion in which fine particles of liquid carbon dioxide smaller than the gap are dispersed in water is injected into the gap between the formations at a temperature shallower than the methane gas production layer and under the temperature and pressure conditions where carbon dioxide becomes hydrate. Forming a carbon dioxide hydrate seal layer;
Injecting liquid carbon dioxide as a methane gas generating raw material into a gap in the formation between the methane gas production layer and the seal layer;
Recovering the methane gas generated in the methane gas production layer to the ground;
A method for producing methane gas using carbon dioxide, characterized by comprising: メタン生成細菌を少なくとも含む微生物群が存在している地層よりも浅部で、且つ二酸化炭素がハイドレートとなる温度・圧力条件下の地層の間隙に、前記間隙よりも小さな液体二酸化炭素の微粒子を水に分散させたエマルジョンを注入して二酸化炭素ハイドレートのシール層を形成する工程と、
前記メタン生成細菌が生息している地層と前記シール層との間の地層の間隙に、メタンガス生成原料としての液体二酸化炭素を注入する工程と、
前記メタン生成細菌が生息している地層で生成された前記メタンガスを地上に回収する工程と、
を含むことを特徴とする二酸化炭素を利用したメタンガスの生産方法。 Liquid carbon dioxide particles smaller than the gap are formed in the gap between the formation where the microbial group containing at least methanogenic bacteria exists and in the formation gap under the temperature and pressure conditions where carbon dioxide becomes hydrate. Injecting an emulsion dispersed in water to form a carbon dioxide hydrate seal layer;
Injecting liquid carbon dioxide as a methane gas generating raw material into a gap between the stratum where the methanogenic bacteria live and the seal layer;
Recovering the methane gas produced in the formation inhabited by the methanogenic bacteria to the ground;
A method for producing methane gas using carbon dioxide, characterized by comprising:
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