JP2018043176A - Gas injection system and storage method in carbon dioxide ground - Google Patents

Gas injection system and storage method in carbon dioxide ground Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique to the residual gas in storage in the carbon dioxide ground.SOLUTION: High pressure water and carbon dioxide are fed to the lower part of a borehole 2 by a pump 6 and a compressor 7 from the surface, and the carbon dioxide micro-bubbled by a micro-bubble water generation part 15 is injected into an aquifer as micro-bubble water. On the other hand, the carbon dioxide (residual gas) not stored in the ground is generated. The residual gas rises through an exhaust line 16 and is recovered by an exhaust recovery tank 17. The carbon dioxide in the exhaust recovery tank 17 is fed to the ground once more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、地球温暖化抑止のための二酸化炭素地中貯留技術等に関する。   The present invention relates to a carbon dioxide underground storage technology for preventing global warming and the like.

地球温暖化抑止に向けて、二酸化炭素(CO2)排出量の削減が強く求められるようになっている。大気中への二酸化炭素排出量を削減策の一つとして、排出された二酸化炭素を大気中へ放出せずに、地中へ貯留する方法が検討されている。   Reduction of carbon dioxide (CO2) emissions has been strongly demanded to prevent global warming. As one of the measures for reducing the amount of carbon dioxide emitted into the atmosphere, a method of storing the discharged carbon dioxide in the ground without releasing it into the atmosphere is being studied.

粘土質等の不透水層より下層に存在する帯水層に二酸化炭素を溶解した状態で貯留することにより、注入後の二酸化炭素の地上へ漏出を防止できる。   By storing carbon dioxide in a dissolved aquifer below the impermeable layer of clay or the like, leakage of carbon dioxide after injection to the ground can be prevented.

さらに、二酸化炭素を安定的に貯留するため、マイクロバブル水に関する技術が注目されている。(たとえば、特許文献1または特許文献2)。   Furthermore, in order to stably store carbon dioxide, a technique related to microbubble water has attracted attention. (For example, Patent Document 1 or Patent Document 2).

マイクロバブル水とは、気体をマイクロサイズの微細気泡(マイクロバブル)とし、水に溶解させたものである。   Microbubble water is obtained by dissolving a gas into micro-sized fine bubbles (microbubbles).

マイクロバブルは浮力が小さいため、ブラウン運動をしながら溶液中に存在し、安定性が高い。また、同一の電荷を帯電することで、マイクロバブル同士は合体が起こりにくく、小さい状態のままを保つ。この点でも安定性が高い。さらに、マイクロバブルの自己加圧効果により二酸化炭素の溶解度も向上する。なお、強い毒性をもつ化学薬品を用いない点で、極めて安全性が高い。   Since microbubbles have low buoyancy, they exist in the solution while performing Brownian motion, and are highly stable. In addition, by charging the same charge, the microbubbles are unlikely to coalesce and remain small. This point is also highly stable. Furthermore, the solubility of carbon dioxide is improved by the self-pressurizing effect of the microbubbles. In addition, it is extremely safe because it does not use highly toxic chemicals.

すなわち、マイクロバブル水に溶解された二酸化炭素は、安定して効率よく帯水層に貯留される。   That is, the carbon dioxide dissolved in the microbubble water is stably and efficiently stored in the aquifer.

特開2010‐119962号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-199962 特開2016−016348号公報JP 2006-016348 A

しかしながら、上記の技術は、二酸化炭素が完全にマイクロバブル化され、すべて地中に注入されることを前提とするものであり、地中貯留されなった余剰ガスが発生することは考慮されていなかった。   However, the above technology is based on the premise that carbon dioxide is completely microbubbled and injected entirely into the ground, and it is not considered that surplus gas that has been stored underground is generated. It was.

したがって、余剰ガスを回収することやその際の課題等も検討されていなかった。   Therefore, the recovery of surplus gas and the problems at that time have not been studied.

本発明は上記課題を解決するものであり、二酸化炭素地中貯留における余剰ガスに対する技術を提供することを目的とする。   This invention solves the said subject, and it aims at providing the technique with respect to the surplus gas in carbon dioxide underground storage.

上記課題を解決する本発明は、気体をマイクロバブル水とし、不透水層より下層の帯水層に注入するとともに、帯水層に注入されなかった気体を地中より回収する気体注入システムである。   The present invention that solves the above problems is a gas injection system that uses microbubble water as a gas, injects the gas into the aquifer below the impermeable layer, and recovers the gas that has not been injected into the aquifer from the ground. .

上記課題を解決する本発明は、不透水層より下層の帯水層まで削孔されたボーリング孔内を遮蔽する遮蔽栓と、前記遮蔽栓により下方に形成される空間に、水を供給する水供給ラインと、前記遮蔽栓により下方に形成される空間に、気体を供給する気体供給ラインと、前記水および気体を混合撹拌し、マイクロバブル水を発生させるマイクロバブル水発生部と、前記空間から帯水層に注入されるマイクロバブル水のうち注入されなかった気体を地中より回収する排気ラインとを備える気体注入システムである。   The present invention that solves the above-described problems is a water blocking device that shields the inside of a borehole drilled from an impermeable layer to a lower aquifer, and water that supplies water to a space formed below by the shielding plug. From the supply line, a gas supply line that supplies gas to a space formed below by the shielding plug, a microbubble water generation unit that mixes and stirs the water and gas and generates microbubble water, and the space It is a gas injection system provided with the exhaust line which collect | recovers the gas which was not inject | poured from the ground among the microbubble water inject | poured into an aquifer.

本発明において、好ましくは、前記帯水層に注入されず回収される気体の圧力を制御する制御手段を備える。   In this invention, Preferably, the control means which controls the pressure of the gas collect | recovered without being inject | poured into the said aquifer is provided.

本発明において、好ましくは、前記帯水層に注入されず回収される気体の圧力が、前記帯水層に注入される圧力より低く、前記帯水層の間隙水圧より高くなるように制御する制御手段を備える。   In the present invention, preferably, control is performed so that the pressure of the gas recovered without being injected into the aquifer is lower than the pressure injected into the aquifer and higher than the pore water pressure of the aquifer. Means.

これにより、注入されなかった気体を回収する排気ラインからの地下水の噴発を防止できる。   Thereby, it is possible to prevent the groundwater from being ejected from the exhaust line for collecting the gas that has not been injected.

上記課題を解決する本発明は、二酸化炭素をマイクロバブル水とし、該マイクロバブル水を不透水層より下層の帯水層に注入し、帯水層に注入されなかった二酸化炭素を地表にて回収する二酸化炭素地中貯留方法である。   The present invention that solves the above-mentioned problems is to use carbon dioxide as microbubble water, inject the microbubble water into an aquifer below the impermeable layer, and collect carbon dioxide that has not been injected into the aquifer at the ground surface. This is a carbon dioxide underground storage method.

本発明により、地中貯留できなかった二酸化炭素(余剰ガス)を回収できる。   According to the present invention, carbon dioxide (surplus gas) that could not be stored underground can be recovered.

本実施形態の全体構成図である。It is a whole block diagram of this embodiment. ボーリング孔下端における詳細構成図である。It is a detailed block diagram in a boring hole lower end. 制御装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a control device. マイクロバブル化による効果についての説明図である。It is explanatory drawing about the effect by microbubble formation.

〜概要〜
まず、本実施形態にかかる気体注入システムの構成の一例について説明する。次いで、本実施形態にかかる気体注入システムを二酸化炭素の地中貯留に適用した場合の動作および制御について説明する。また、備考として本願発明に至った経緯について説明する。
~Overview~
First, an example of the configuration of the gas injection system according to the present embodiment will be described. Next, the operation and control when the gas injection system according to the present embodiment is applied to underground storage of carbon dioxide will be described. Further, as a remark, the background that led to the present invention will be described.

なお、マイクロバブル水には、気体が水に溶解した状態と微細気泡(マイクロバブル)状態とが混在する。また、微細気泡は自己圧潰により更に微細になり、溶解する。   Note that the microbubble water has a mixture of a gas dissolved in water and a fine bubble (microbubble) state. Further, the fine bubbles become finer and dissolve by self-crushing.

〜システム構成〜
図1は、本実施形態に係る気体注入システムの全体構成図である。図2は、ボーリング孔下端における詳細構成図である。
~System configuration~
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gas injection system according to the present embodiment. FIG. 2 is a detailed configuration diagram at the lower end of the boring hole.

気体注入システム1はボーリング孔2に設けられる。ボーリング孔2は、地表より不透水層3を貫通し、不透水層3より下層にある帯水層4まで削孔されている。   The gas injection system 1 is provided in the boring hole 2. The borehole 2 penetrates the impermeable layer 3 from the ground surface, and is drilled to the aquifer 4 below the impermeable layer 3.

不透水層とは、地下水が浸透しない、あるいは浸透しにくい地層であり、シルトや粘土などからなる。帯水層とは、地下水によって飽和している地層である。   The impermeable layer is a ground layer through which groundwater does not permeate or is difficult to permeate, and is made of silt or clay. An aquifer is a stratum saturated with groundwater.

ボーリング孔2の帯水層4に接する側面はストレーナとなっており、ボーリング孔2と帯水層4は連通している。   The side surface of the borehole 2 that contacts the aquifer 4 is a strainer, and the borehole 2 and the aquifer 4 are in communication.

気体注入システム1は、ポンプ6と、コンプレッサ7と、コンプレッサ8と、遮蔽栓11と、水供給ライン12と、気体供給ライン13と、マイクロバブル水発生部15と、排気ライン16と、排気回収タンク17と、弁18とを備えている。   The gas injection system 1 includes a pump 6, a compressor 7, a compressor 8, a shielding plug 11, a water supply line 12, a gas supply line 13, a microbubble water generator 15, an exhaust line 16, and exhaust recovery. A tank 17 and a valve 18 are provided.

遮蔽栓11は、ボーリング孔2下部に設けられる。遮蔽栓11は、例えばゴムパッカーであり、パッカー拡張ライン31を介して地表から供給される空気により膨らみ、空気圧によりボーリング孔内を遮蔽する。ボーリング孔2が深い場合は、SUSワイヤ32により所定の深度まで降ろし、液圧で膨らませた遮蔽栓11を吊支持する。   The shielding plug 11 is provided at the lower part of the boring hole 2. The shielding plug 11 is, for example, a rubber packer, which is inflated by air supplied from the ground surface via the packer extension line 31 and shields the inside of the borehole by air pressure. When the boring hole 2 is deep, the shield plug 11 lowered to a predetermined depth by the SUS wire 32 and inflated by the hydraulic pressure is suspended and supported.

遮蔽栓11により、ボーリング孔2下部では帯水層4に連続する空間が形成される。   By the shielding plug 11, a space continuous to the aquifer 4 is formed at the lower part of the borehole 2.

水供給ライン12および気体供給ライン13は、地表より遮蔽栓11を貫通して、ボーリング孔2下部に至る。水供給ライン12は、ポンプ6を介して地表から水をボーリング孔2下部に供給する。気体供給ライン13は、コンプレッサ7を介して地表から気体をボーリング孔2下部に供給する。   The water supply line 12 and the gas supply line 13 penetrate the shielding plug 11 from the ground surface and reach the lower part of the borehole 2. The water supply line 12 supplies water from the ground surface to the lower portion of the borehole 2 via the pump 6. The gas supply line 13 supplies gas from the ground surface to the lower portion of the boring hole 2 via the compressor 7.

水供給ライン12および気体供給ライン13は末端においてマイクロバブル水発生部15と接続している。ポンプ6は水を圧縮して高圧とする。コンプレッサ7は気体を圧縮して高圧とする。   The water supply line 12 and the gas supply line 13 are connected to the microbubble water generator 15 at the ends. The pump 6 compresses water to a high pressure. The compressor 7 compresses the gas to a high pressure.

マイクロバブル水発生部15は、水供給ライン12を介して供給される水と気体供給ライン13を介して供給される気体とを撹拌混合し、気体をマイクロバブルとし、マイクロバブル水をノズルより噴射する。   The micro-bubble water generating unit 15 stirs and mixes water supplied via the water supply line 12 and gas supplied via the gas supply line 13, turns the gas into microbubbles, and injects microbubble water from the nozzle. To do.

なお、本実施形態では、地中深部の高圧を利用したほうがマイクロバブル水を発生させるのに有利なため、水供給ライン12および気体供給ライン13とを用いて、地中深部にマイクロバブル水を発生させているが、地表にマイクロバブル水発生プラントを設置し、マイクロバブル水を地表から供給してもよい。地表にてマイクロバブル水を発生させる場合は、耐圧タンクが必要になる。   In addition, in this embodiment, since it is advantageous to generate | occur | produce microbubble water by using the high pressure of the underground deep part, using the water supply line 12 and the gas supply line 13, microbubble water is supplied to the deep underground part. Although generated, a microbubble water generation plant may be installed on the ground surface, and microbubble water may be supplied from the ground surface. When microbubble water is generated on the ground surface, a pressure tank is required.

排気ライン16は、ボーリング孔2下部より遮蔽栓11を貫通して、地表に設置された排気回収タンク17に至る。   The exhaust line 16 penetrates the shielding plug 11 from the lower part of the borehole 2 and reaches the exhaust recovery tank 17 installed on the ground surface.

なお、排気ライン16下端は、遮蔽栓11の直近下部かつ、水供給ライン12および気体供給ライン13下端(またはマイクロバブル水発生部15)より、上方になくてはならない。   Note that the lower end of the exhaust line 16 must be located immediately below the shielding plug 11 and above the lower ends of the water supply line 12 and the gas supply line 13 (or the microbubble water generator 15).

排気ライン16には、弁18が設けられている。また、排気ライン16の弁18より排気上流側(排気ライン16下側)にはコンプレッサ8が設けられている。弁18を閉じコンプレッサ8により排気ライン16を高圧とすることができる。   A valve 18 is provided in the exhaust line 16. A compressor 8 is provided on the exhaust upstream side (lower exhaust line 16 side) of the valve 18 of the exhaust line 16. The valve 18 is closed and the exhaust line 16 can be set to a high pressure by the compressor 8.

気体注入システム1は、センサ21〜28を有する。   The gas injection system 1 includes sensors 21 to 28.

圧力センサ21はポンプ6の出力側に設けられ、水供給圧P1を検知する。圧力センサ22はコンプレッサ7の出力側に設けられ、気体供給圧P1を検知する。   The pressure sensor 21 is provided on the output side of the pump 6 and detects the water supply pressure P1. The pressure sensor 22 is provided on the output side of the compressor 7 and detects the gas supply pressure P1.

圧力センサ23は排気ライン16の弁18より排気上流側に設けられ、排気圧P2を検知する。   The pressure sensor 23 is provided upstream of the valve 18 in the exhaust line 16 and detects the exhaust pressure P2.

圧力センサ24は、遮蔽栓11から吊支持され、ボーリング孔2下部での間隙水圧Pwを検知する。   The pressure sensor 24 is suspended and supported from the shielding plug 11 and detects the pore water pressure Pw at the lower portion of the boring hole 2.

流量センサ25はポンプ6の出力側に設けられ、水供給量を検知する。流量センサ26はコンプレッサ7の出力側に設けられ、気体供給量を検知する。流量センサ27は排気ライン16に設けられ、排気量を検知する。   The flow sensor 25 is provided on the output side of the pump 6 and detects the water supply amount. The flow sensor 26 is provided on the output side of the compressor 7 and detects the gas supply amount. The flow sensor 27 is provided in the exhaust line 16 and detects the exhaust amount.

気体・水感知センサ28は、排気ライン16下端相当位置に設けられ、当該位置が気体状態か液体状態かを感知する。なお、センサ28は、後述する圧力制御に不具合がないかの確認に用いる。   The gas / water detection sensor 28 is provided at a position corresponding to the lower end of the exhaust line 16 and detects whether the position is a gas state or a liquid state. The sensor 28 is used for confirming whether there is a problem in pressure control described later.

センサ21〜28の検出信号は、制御装置30に入力される。制御装置30は、これらの入力信号に基づき、ポンプ6、コンプレッサ7、コンプレッサ8、弁18を制御する(制御詳細後述)。   Detection signals from the sensors 21 to 28 are input to the control device 30. The control device 30 controls the pump 6, the compressor 7, the compressor 8, and the valve 18 based on these input signals (details of control will be described later).

〜二酸化炭素の地中貯留〜
気体注入システムを二酸化炭素の地中貯留に適用した場合の動作および制御について説明する。
~ Underground storage of carbon dioxide ~
The operation and control when the gas injection system is applied to the underground storage of carbon dioxide will be described.

ポンプ6により供給水を地下水圧Pwより若干高い圧力に調整する。コンプレッサ7により供給気体を地下水圧より若干高い圧力に調整する。供給水圧と供給気圧はほぼ同じP1となる。したがって、マイクロバブル水の供給圧はポンプ圧とほぼ同じになる。   The supply water is adjusted to a pressure slightly higher than the groundwater pressure Pw by the pump 6. The supply gas is adjusted to a pressure slightly higher than the groundwater pressure by the compressor 7. The supply water pressure and the supply atmospheric pressure are substantially the same P1. Therefore, the supply pressure of the microbubble water is almost the same as the pump pressure.

地表から、高圧の水と高圧の二酸化炭素をボーリング孔2下部に供給し、マイクロバブル水発生部15によりマイクロバブル水を発生させ、マイクロバブル水を帯水層に注入する。   From the ground surface, high pressure water and high pressure carbon dioxide are supplied to the lower part of the borehole 2, microbubble water is generated by the microbubble water generator 15, and the microbubble water is injected into the aquifer.

マイクロバブル化することにより、溶解度および安定性が向上する。帯水層4は水平方向に広がっており、これに沿って注入水は拡散する。これにより、二酸化炭素を安定的に効率よく地中貯留することができる。   By forming microbubbles, solubility and stability are improved. The aquifer 4 extends in the horizontal direction, and the injected water diffuses along this. Thereby, carbon dioxide can be stably and efficiently stored underground.

なお、帯水層4が炭酸塩を含む岩石であれば、弱酸性の注入水は自然に中和される。   If the aquifer 4 is a rock containing carbonate, the weakly acidic injected water is naturally neutralized.

しかしながら、供給された全ての二酸化炭素がマイクロバブル水発生部15によりマイクロバブルとなって地中に貯留されるわけでなく、大きなバブルはボーリング孔2を上昇する等、地中貯留できなかった二酸化炭素(余剰ガス)が発生する。   However, not all of the supplied carbon dioxide is stored in the ground as microbubbles by the microbubble water generation unit 15, and large bubbles are not stored in the ground, such as rising up the borehole 2. Carbon (surplus gas) is generated.

マイクロバブルにならなかった大きなバブルは、排気ライン16を上昇して排気回収タンク17に回収される。排気回収タンク17内の二酸化炭素は、再び地中に供給される。   Large bubbles that have not become microbubbles rise up the exhaust line 16 and are collected in the exhaust collection tank 17. The carbon dioxide in the exhaust recovery tank 17 is again supplied into the ground.

これにより、余剰ガスに伴う不具合を防止できる。   Thereby, the malfunction accompanying surplus gas can be prevented.

このとき、二酸化炭素供給量と二酸化炭素排気量の差が二酸化炭素貯留量となる。   At this time, the difference between the carbon dioxide supply amount and the carbon dioxide exhaust amount is the carbon dioxide storage amount.

〜圧力制御〜
余剰ガスを回収する際に、地下水の圧力Pwが高いと、地下水が排気ライン16を上昇して、余剰ガスを回収することが困難となる。
~ Pressure control ~
When the surplus gas is recovered, if the pressure Pw of the groundwater is high, it becomes difficult for the groundwater to move up the exhaust line 16 and recover the surplus gas.

そこで、本実施形態では、帯水層に注入されず回収される二酸化炭素の圧力P2が、帯水層に注入される圧力P1より低く、帯水層の間隙水圧Pwより高くなるように制御する。   Therefore, in the present embodiment, control is performed so that the pressure P2 of carbon dioxide recovered without being injected into the aquifer is lower than the pressure P1 injected into the aquifer and higher than the pore water pressure Pw of the aquifer. .

図3は、制御装置30の機能ブロック図である。以下、圧力制御について説明する。   FIG. 3 is a functional block diagram of the control device 30. Hereinafter, the pressure control will be described.

まず、P1の制御について説明する。P1の圧力をPwより高くする(P1>Pw)ことにより、マイクロバブル水が帯水層に注入される。ポンプ6およびコンプレッサ7の出力を増加すると注入圧力P1が増圧される。   First, the control of P1 will be described. By making the pressure of P1 higher than Pw (P1> Pw), microbubble water is injected into the aquifer. When the outputs of the pump 6 and the compressor 7 are increased, the injection pressure P1 is increased.

なお、P1の圧力をPwより高くする程、後述するP2制御の調整幅が広くなり、P2制御が容易になる。   Note that, as the pressure of P1 is made higher than Pw, the adjustment range of P2 control described later becomes wider and P2 control becomes easier.

次に、P2の制御について説明する。余剰ガスの圧力P2が間隙水圧Pwより低い場合(P2<Pw)は、P2の制御をおこなう。   Next, the control of P2 will be described. When the pressure P2 of the surplus gas is lower than the pore water pressure Pw (P2 <Pw), the control of P2 is performed.

弁18を閉じると、排気ライン16内に二酸化炭素が蓄積され、これに伴い余剰ガスの圧力P2も増加する。その結果、余剰ガスの圧力P2は間隙水圧Pwより高くなる。   When the valve 18 is closed, carbon dioxide is accumulated in the exhaust line 16, and the excess gas pressure P2 increases accordingly. As a result, the pressure P2 of the surplus gas becomes higher than the pore water pressure Pw.

弁18を閉じただけでは充分なP2増加が期待できない場合は、さらに、コンプレッサ8により増圧する。これに伴い余剰ガスの圧力P2も増加する。その結果、余剰ガスの圧力P2は間隙水圧Pwより高くなる。これにより、地下水の上昇を防止できる。   If a sufficient increase in P2 cannot be expected simply by closing the valve 18, the pressure is further increased by the compressor 8. Along with this, the pressure P2 of the surplus gas also increases. As a result, the pressure P2 of the surplus gas becomes higher than the pore water pressure Pw. Thereby, the rise of groundwater can be prevented.

このとき、コンプレッサ8の圧力を調整し、余剰ガスの圧力P2が、注入圧力P1より低い状態(P1>P2)を維持する。   At this time, the pressure of the compressor 8 is adjusted, and the state where the pressure P2 of the surplus gas is lower than the injection pressure P1 (P1> P2) is maintained.

マイクロバブル水発生装置15位置と排気管16下端の水頭差を確保すると、P1>P2を維持しやすい。   If the water head difference between the position of the microbubble water generator 15 and the lower end of the exhaust pipe 16 is secured, it is easy to maintain P1> P2.

さらに、気体回収時の制御について説明する。気体回収時には弁18を開く。このとき、余剰ガスの圧力P2が間隙水圧Pwより高い状態(P2>Pw)を維持する様にモニタリングをおこなう。余剰ガスの圧力P2が間隙水圧Pwより低くなる場合(P2<Pw)は、再び弁18を閉じ必要に応じてコンプレッサ8を介してP2を制御する。   Furthermore, control during gas recovery will be described. At the time of gas recovery, the valve 18 is opened. At this time, monitoring is performed so that the pressure P2 of the surplus gas is maintained higher than the pore water pressure Pw (P2> Pw). When the pressure P2 of the surplus gas becomes lower than the pore water pressure Pw (P2 <Pw), the valve 18 is closed again and P2 is controlled via the compressor 8 as necessary.

気体・水感知センサ28からの信号は圧力制御に不具合がないかの確認に用いる。制御装置30は、気体・水感知センサ28からの水感知信号に基づいて圧力制御に不具合があると判断し、警報を出力する。   The signal from the gas / water detection sensor 28 is used to check whether there is a problem in the pressure control. The control device 30 determines that there is a problem with the pressure control based on the water detection signal from the gas / water detection sensor 28 and outputs an alarm.

〜備考〜
本願発明者は、二酸化炭素のマイクロバブル化の効果の確認試験をおこなった。図4は、確認試験の結果についての説明図である。
~ Remarks ~
The inventor of the present application conducted a confirmation test of the effect of carbon dioxide microbubbles. FIG. 4 is an explanatory diagram of the result of the confirmation test.

図示上側は、マイクロバブル化していない二酸化炭素の溶解状況を示す。図示下側は、マイクロバブル化された二酸化炭素の溶解状況を示す。   The upper side of the figure shows the state of dissolution of carbon dioxide that has not been microbubbled. The lower side of the figure shows the state of dissolution of microbubbled carbon dioxide.

気体注入システム1の試験機を作成し、常温(約20℃)、深度2.5mの水圧の状況で、二酸化炭素を所定速度・所定時間、水に注入し、注気量と排気量を観測した。   A test machine for the gas injection system 1 was created, and carbon dioxide was injected into water at a normal temperature (about 20 ° C) and water pressure at a depth of 2.5 m for a predetermined speed and for a predetermined time. .

図示上側では、約2/3の二酸化炭素が排気されており、溶解された二酸化炭素は約1/3であった。これに対し、図示下側では、ほぼすべての二酸化炭素が溶解されており、マイクロバブル化により溶解度が飛躍的に向上することを確認した。   On the upper side of the figure, about 2/3 of carbon dioxide was exhausted, and dissolved carbon dioxide was about 1/3. On the other hand, on the lower side of the figure, almost all carbon dioxide was dissolved, and it was confirmed that the solubility was dramatically improved by microbubble formation.

一方で、マイクロバブル化しても無視できない量(図示では約1%以上)の余剰ガスが発生していることに着目した。試験機を実際の二酸化炭素の地中貯留に適用した場合も、無視できない量の余剰ガスが大気中に拡散するおそれがある。   On the other hand, attention was paid to the generation of surplus gas (approximately 1% or more in the figure) that cannot be ignored even when microbubbles are formed. Even when the test machine is applied to the actual storage of carbon dioxide, an excessive amount of surplus gas may diffuse into the atmosphere.

発明者は、余剰ガスが発生する原因について推測した。ところで、一般に、直径50μm以下の微細な気泡をマイクロバブルと呼ぶが、厳格な定義はない。マイクロバブル化する際に、気泡のサイズを均一に制御するのは困難であり、一定の割合で、比較的サイズの大きい気泡が発生する。サイズの大きな気泡は水中を上昇し気体に戻る。   The inventor has inferred the cause of excess gas generation. By the way, generally, fine bubbles having a diameter of 50 μm or less are called microbubbles, but there is no strict definition. When microbubbles are formed, it is difficult to uniformly control the size of bubbles, and relatively large bubbles are generated at a certain rate. Larger bubbles rise in water and return to gas.

またサイズの大きな気泡を地中に押し込もうとすると気体の抵抗のために透水性が阻害される。その結果、地中貯留の効率が低下するおそれがある。   In addition, when trying to push a large bubble into the ground, water permeability is hindered due to gas resistance. As a result, the efficiency of underground storage may be reduced.

発明者は、余剰ガスが発生しないようにマイクロバブルを生成するよりも、余剰ガス発生を許容し余剰ガスを回収した方が実用的であると考え、本願発明を着想した。   The inventor has conceived the present invention, considering that it is more practical to allow generation of excess gas and recover the excess gas than to generate microbubbles so as not to generate excess gas.

さらに、余剰ガスを回収する際に、水が排気ラインを上昇することにも着目し、本願発明を着想した。   Further, the present invention was conceived by paying attention to the fact that water rises in the exhaust line when recovering surplus gas.

1 気体注入システム
2 ボーリング孔に
3 不透水層
4 帯水層
11 遮蔽栓
12 水供給ライン
13 気体供給ライン
14 コンプレッサ
15 マイクロバブル水発生部
16 排気ライン
17 排気回収タンクと
18 弁
21〜24 圧力センサ
25〜27 流量センサ
28 気体・水感知センサ
30制御装置
31 パッカー拡張ライン
32 SUSワイヤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas injection system 2 Borehole 3 Impervious layer 4 Aquifer 11 Shield plug 12 Water supply line 13 Gas supply line 14 Compressor 15 Micro bubble water generation part 16 Exhaust line 17 Exhaust collection tank and 18 Valves 21-24 Pressure sensor 25-27 Flow sensor 28 Gas / water sensor 30 Controller 31 Packer expansion line 32 SUS wire

Claims (5)

気体をマイクロバブル水とし、不透水層より下層の帯水層に注入するとともに、
帯水層に注入されなかった気体を地中より回収する
ことを特徴とする気体注入システム。
The gas is micro-bubble water and injected into the aquifer below the impermeable layer,
A gas injection system that collects gas that has not been injected into the aquifer from the ground.
不透水層より下層の帯水層まで削孔されたボーリング孔内を遮蔽する遮蔽栓と、
前記遮蔽栓により下方に形成される空間に、水を供給する水供給ラインと、
前記遮蔽栓により下方に形成される空間に、気体を供給する気体供給ラインと、
前記水および気体を混合撹拌し、マイクロバブル水を発生させるマイクロバブル水発生部と、
前記空間から帯水層に注入されるマイクロバブル水に含まれる気体のうち注入されなかった気体を地中より回収する排気ラインと
を備えることを特徴とする気体注入システム。
A shielding plug that shields the borehole drilled from the impermeable layer to the lower aquifer,
A water supply line for supplying water to a space formed below by the shielding plug;
A gas supply line for supplying gas to a space formed below by the shielding plug;
A microbubble water generating unit for mixing and stirring the water and gas to generate microbubble water;
A gas injection system comprising: an exhaust line that recovers, from the ground, a gas that has not been injected among gases contained in microbubble water injected into the aquifer from the space.
前記帯水層に注入されず回収される気体の圧力を制御する制御手段
を備えることを特徴とする請求項1または2記載の気体注入システム。
3. The gas injection system according to claim 1, further comprising a control unit that controls a pressure of a gas recovered without being injected into the aquifer.
前記制御手段は、
前記帯水層に注入されず回収される気体の圧力が、前記帯水層に注入される圧力より低く、前記帯水層の間隙水圧より高くなるように制御する
ことを特徴とする請求項3記載の気体注入システム。
The control means includes
The pressure of the gas recovered without being injected into the aquifer is controlled so as to be lower than the pressure injected into the aquifer and higher than the pore water pressure of the aquifer. The gas injection system described.
二酸化炭素をマイクロバブルとし、水に溶解させマイクロバブル水とし、
前記マイクロバブル水を不透水層より下層の帯水層に注入するとともに、
帯水層に注入されなかった二酸化炭素を地中より回収する
ことを特徴とする二酸化炭素地中貯留方法。
Carbon dioxide is made into microbubbles, dissolved in water to make microbubble water,
Injecting the microbubble water into the aquifer below the impermeable layer,
A carbon dioxide underground storage method characterized in that carbon dioxide not injected into an aquifer is recovered from the ground.
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