JP2655818B2 - 気体二酸化炭素の海中溶解隔離方法及びその装置 - Google Patents

気体二酸化炭素の海中溶解隔離方法及びその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、火力発電所等の固定発
生源から多量に排出される気体二酸化炭素を地球環境保
全のために海中に溶解させて隔離する方法及びその装置
に関するものであり、更に具体的には、上記気体二酸化
炭素を浅海において海中に溶解させ、それを重力流沈降
により深海に隔離する気体二酸化炭素の海中溶解隔離方
法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、二酸化炭素の海洋隔離は、（ａ）
水深１０００ｍ以深に液体二酸化炭素を直接注入する
か、（ｂ）ドライアイスを直接投入することにより隔離
するというものであった。また、（ｃ）浅海（水深２０
０〜４００ｍ）に気体二酸化炭素を放出溶解させる方式
もあるが、海中に直に気体二酸化炭素を放出するという
ものであった。
【０００３】上記（ａ）及び（ｂ）の方式においては、
生物密度の高い水域を避けて深海に二酸化炭素を隔離す
ることができるが、二酸化炭素の液化エネルギー、液化
二酸化炭素の搬送エネルギー、液化二酸化炭素の投入エ
ネルギーとして、膨大なエネルギーが必要となる。例え
ば、火力発電所から排出される二酸化炭素の全量を上記
（ａ），（ｂ）方式により処理しようとすれば、エネル
ギーの消費量は現在の４０〜５０％増になる。
【０００４】一方、（ｃ）方式では、エネルギー消費量
を現在の１０〜２０％増に収めることができるが、気体
二酸化炭素の吹き込み部付近の海水の更新作用が低い場
合には、溶解効率が著しく低下する。また、生物密度の
高い水域の酸性化、これによって引き起こされる二次的
環境影響を避けることは不可能である。さらに、上記
（ａ），（ｂ），（ｃ）の各方式とも、液体二酸化炭素
あるいは気体二酸化炭素に付与した圧力エネルギーを全
て海洋に投棄する欠点を有している。以上のように、上
記現行の各方式は、エネルギー的にも環境的にも重大な
欠陥を有していると判断せざるを得ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる技術的
課題は、火力発電所等の固定発生源から多量に排出され
る気体二酸化炭素を地球環境保全のために海中に溶解さ
せて深海に隔離するための簡単で効率的な方法及び装置
を提供することにある。本発明の更に具体的な技術的課
題は、上記気体二酸化炭素を浅海において海中に溶解さ
せ、それに伴う密度増加を利用した重力流沈降により気
体二酸化炭素を深海に隔離できるようにした簡単で低コ
ストな手段を得ることにある。本発明の他の技術的課題
は、海中に保持した逆Ｕ字状ガスリフトを用いて、気体
二酸化炭素を溶解させる海水の更新作用を高め、溶解効
率の向上を図るようにした気体二酸化炭素の海中溶解隔
離方法及び装置を提供することにある。本発明の他の技
術的課題は、気体二酸化炭素に付与する圧力エネルギー
の回収を図り、低コストで気体二酸化炭素の隔離を行え
るようにした手段を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の海中溶解隔離方法は、短脚管と長脚管とを上
部で連結して逆Ｕ字状に形成した逆Ｕ字状ガスリフトに
おける上記短脚管をガスリフト溶解管として浅海に保持
し、その下端部から気体二酸化炭素を吹き込んで、その
溶解管中における上記気体二酸化炭素のガスリフト作用
により溶解管下端から海水を流入させると共に、その二
酸化炭素が溶解管の上端に達するまでにそれを海水中に
完全に溶解させ、上記逆Ｕ字状ガスリフトにおける長脚
管を、その下端が深海に開口する沈降管として、上記二
酸化炭素の溶解により密度増加した海水を深海に重力流
沈降させることを特徴とするものである。
【０００７】また、本発明の海中溶解隔離装置は、短脚
管と長脚管とを上部で連結して逆Ｕ字状に形成した逆Ｕ
字状ガスリフトを備え、上記逆Ｕ字状ガスリフトにおけ
る短脚管を浅海に保持するガスリフト溶解管として、そ
の下端部に気体二酸化炭素の吹き込み装置における送気
口を開口させると共に、その溶解管の下端を上記気体二
酸化炭素のガスリフト作用による海水の流入のために開
口させ、下端が深海に開口する上記長脚管を、ガスリフ
ト溶解管において二酸化炭素を溶解することにより密度
増加した海水を重力流沈降させるための沈降管としたこ
とを特徴とするものである。
【０００８】上記気体二酸化炭素の海中溶解隔離装置に
おいては、沈降管の管径をガスリフト溶解管よりも大径
にし、あるいは、ガスリフト溶解管及び沈降管の双方ま
たはいずれか一方に、それらの管中の海水の流れにより
回転するインペラを設けて、それをエネルギー回収装置
に接続し、さらに、ガスリフト溶解管には、逆流防止機
能を有すると共にその管内の流れを制御可能な単一また
は複数の制御弁を設けることができる。
【０００９】
【作用】上記構成を有する方法及び装置によって、火力
発電所等の固定発生源から多量に排出される気体二酸化
炭素を海中溶解隔離するに際しては、逆Ｕ字状に形成し
た逆Ｕ字状ガスリフトを海中に設置し、その逆Ｕ字状ガ
スリフトにおけるガスリフト溶解管を浅海に保持し、沈
降管の下端を深海に開口させる。この状態で、ガスリフ
ト溶解管の下端部に送気口を開口させた気体二酸化炭素
の吹き込み装置により、該ガスリフト溶解管に気体二酸
化炭素を吹き込むと、ガスリフト溶解管の下端から吸入
された海水がその溶解管中を気体二酸化炭素と共にガス
リフト作用により上昇し、気体二酸化炭素は溶解管の上
端に達するまでに海水中に完全に溶解する。このような
手段は、溶解させる海水の更新作用を高め、溶解効率の
向上を図るために有効である。
【００１０】上記二酸化炭素の溶解により密度増加した
海水は、逆Ｕ字状ガスリフトにおける上端の湾曲部を経
て、下端が深海に開口する沈降管内を重力流沈降し、そ
こに隔離される。上記気体二酸化炭素の海中溶解隔離に
際し、沈降管の管径をガスリフト溶解管よりも大径にす
ると、海水の流動に伴う圧力損失を低減させ、重力沈降
作用を促進させることができる。また、ガスリフト溶解
管及び沈降管に、それらの管中の海水の流れにより回転
するインペラを設けてエネルギー回収装置に接続する
と、二酸化炭素の圧力エネルギーを発電等により回収し
てエネルギーの消費量を大きく低減できるばかりでな
く、特に、上記ガスリフト溶解管に上記インペラを設け
ると、そのインペラの回転により二酸化炭素を微小化し
て、溶解を促進させることもできる。
【００１１】さらに、上記ガスリフト溶解管に、逆流防
止機能を有すると共にその管内の流れを制御可能な制御
弁を設けることにより、ガスリフト溶解管内への気体二
酸化炭素の吹き込み量との関係において、ガスリフト溶
解管と沈降管内における海水の流動のバランスをとり、
あるいは、運転開始時の流動の安定化を図ることができ
る。この制御弁の駆動には、上記エネルギー回収装置に
よって得られた電力を利用するのが有利である。
【００１２】このように、気体二酸化炭素を浅海におい
て海中に溶解させ、それに伴う密度増加を利用した重力
流沈降により気体二酸化炭素を深海に隔離するため、火
力発電所等から多量に排出される気体二酸化炭素を簡単
で効率的に深海に隔離することができ、地球環境保全の
ために有効に機能させることができる。
【００１３】
【実施例】図面は、本発明に係る気体二酸化炭素の海中
溶解隔離装置の構成を示すものである。図示した海中溶
解隔離装置は、火力発電所等の固定発生源から多量に排
出される気体二酸化炭素を海中に溶解させ、深海に隔離
するためのもので、短脚の管と長脚の管とを上部で連結
して逆Ｕ字状に形成した逆Ｕ字状ガスリフト１を備えて
いる。この逆Ｕ字状ガスリフト１は、それを海中に設置
し、短脚のガスリフト溶解管２を浅海に保持し、長脚の
沈降管３の下端を深海に開口させて使用するものであ
る。
【００１４】上記逆Ｕ字状ガスリフトにおけるガスリフ
ト溶解管２は、その下端部に、火力発電所等から送気管
５を通して送給される気体二酸化炭素を吹き込むための
吹き込み装置６を備え、その吹き込み装置６における送
気口をガスリフト溶解管下端部に開口させると共に、そ
の溶解管２の下端を、吹き込まれた気体二酸化炭素のガ
スリフト作用による海水の流入のために開口させてい
る。上記逆Ｕ字状ガスリフト１に対する気体二酸化炭素
の吹き込みは、吹き込み水深に相当する圧力と、固定発
生源からこの海中溶解隔離装置の設置位置まで気体二酸
化炭素を搬送する過程で発生する圧力損失に見合う元圧
をかけて送り込むことになる。
【００１５】一方、上端の湾曲部４を介してガスリフト
溶解管２に連結された上記沈降管３は、ガスリフト溶解
管２において二酸化炭素を溶解することにより密度増加
した海水を重力流沈降させるためのもので、その下端を
深海に開口させている。逆Ｕ字状ガスリフト１を海中に
設置するに際し、上記ガスリフト溶解管２は、その管長
を１００〜２００ｍ程度として、下端を水深２００〜４
００ｍに保持するのが望ましく、また、沈降管３はその
管長を１０００〜２０００ｍ程度とするのが望ましい。
【００１６】上記沈降管３は、その管径をガスリフト溶
解管２よりも大径にしているが、それにより海水の流動
に伴う圧力損失を低減させ、重力沈降作用を促進させる
ことができる。また、上記ガスリフト溶解管２及び沈降
管３には、それらの管中の海水の流れにより回転するイ
ンペラ１０，１１を設けて、それらをエネルギー回収装
置８，９にそれぞれ接続している。これらのインペラ及
びエネルギー回収装置は、二酸化炭素の圧力エネルギー
を発電等により回収してエネルギーの消費量を大きく低
減させるものであるが、上記ガスリフト溶解管２に設け
たインペラ１０は、その回転により吹き込まれた二酸化
炭素を微小化して、溶解を促進させるために有効なもの
である。なお、これらのインペラ及びエネルギー回収装
置は、ガスリフト溶解管２及び沈降管３の一方のみに設
けることもできる。
【００１７】さらに、上記ガスリフト溶解管２には、逆
流防止機能を有すると共にその管内の流れを制御可能な
制御弁１４，１５を、ガスリフト溶解管２の下端におけ
る海水の吸込口部及び同管２の上部設けている。これら
の制御弁１４，１５は、ガスリフト溶解管２内への気体
二酸化炭素の吹き込み量との関係において、ガスリフト
溶解管２と沈降管３内における海水の流動のバランスを
とり、あるいは、運転開始時の流動の安定化を図るため
のものである。この制御弁１４，１５を上記ガスリフト
溶解管２及び沈降管３内の流れの制御のために駆動する
場合に、上記エネルギー回収装置８，９によって得られ
た電力を利用するのが有利である。
【００１８】上記構成を有する装置によって、火力発電
所等から排出される気体二酸化炭素を海中溶解隔離する
に際しては、逆Ｕ字状に形成した逆Ｕ字状ガスリフト１
を海中に設置し、その逆Ｕ字状ガスリフト１におけるガ
スリフト溶解管２を浅海に保持し、沈降管３の下端を深
海に開口させ、この状態で、ガスリフト溶解管２の下端
部に送気口を開口させた吹き込み装置６により、該ガス
リフト溶解管２に気体二酸化炭素を吹き込むが、その吹
き込みに伴ってガスリフト溶解管２の下端から吸入され
た海水が、その溶解管２中を気体二酸化炭素と共にガス
リフト作用により上昇し、気体二酸化炭素は溶解管２の
上端に達するまでに海水中に完全に溶解する。このよう
にして気体二酸化炭素を海水に溶解させると、溶解させ
る海水が常に更新されるため、同じ海水に多量の気体二
酸化炭素を溶解させる場合に比して、溶解効率の向上を
図ることができる。
【００１９】上記二酸化炭素の溶解により密度増加した
海水は、逆Ｕ字状ガスリフト１における上端の湾曲部４
を経て、下端が深海に開口する沈降管３内を重力流沈降
し、そこに隔離される。このようにして、気体二酸化炭
素を浅海において海中に溶解させ、それに伴う密度増加
を利用した重力流沈降により気体二酸化炭素を深海に沈
降させると、火力発電所等から多量に排出される気体二
酸化炭素を簡単で効率的に深海に隔離することができ、
地球環境保全のために有効に機能させることができる。
【００２０】次に、本発明についての実験例及び計算例
を示す。この実験には、水深１４ｍの水槽を用い、逆Ｕ
字ガスリフトとしては、管路径５０ｍｍ、管長１２．６
ｍのもので、小型ではあるが実質的に図１と同構造のも
のを使用し、吹き込みガス流量は、約０．４Ｎｍ3 ／ｍ
ｉｎ（＝８００ｇ）とした。上記逆Ｕ字ガスリフトによ
る海水の更新作用は、最大で約０．１８3 ／ｍｉｎであ
った。
【００２１】この実験で得られた圧力損失や気泡上昇速
度を用いて、２００ｍ水深における数値計算を実施し
た。その結果、管路径１５０ｍｍ、溶解管長１００ｍで
海水更新量約１ｍ3 ／ｍｉｎ、二酸化炭素溶解量約１０
ｋｇ／ｍｉｎとなった。この時の海水の密度増加は約
１．６ｋｇ／ｍｉｎとなり、逆Ｕ字下降管内に十分な下
降流が形成される。また、二酸化炭素気泡から海水に与
えられる運動エネルギーは、単位質量流量当たり約０．
５Ｊとなる。この１０％がインペラを通して回収される
ものとすれば、装着された制御弁を作動させるに十分な
エネルギーが回収される。
【００２２】
【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれ
ば、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される気
体二酸化炭素を地球環境保全のために海中に溶解させて
深海に隔離するための簡単で効率的な方法及び装置を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気体二酸化炭素の海中溶解隔離装
置の構成図である。
【符号の説明】
１ 逆Ｕ字状ガスリフト ２ ガスリフト溶解管 ３ 沈降管 ５ 送気管 ６ 吹き込み装置 ８，９ エネルギー回収装置 １０，１１ インペラ １４，１５ 制御弁

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】短脚管と長脚管とを上部で連結して逆Ｕ字
    状に形成した逆Ｕ字状ガスリフトにおける上記短脚管を
    ガスリフト溶解管として浅海に保持し、その下端部から
    気体二酸化炭素を吹き込んで、その溶解管中における上
    記気体二酸化炭素のガスリフト作用により溶解管下端か
    ら海水を流入させると共に、その二酸化炭素が溶解管の
    上端に達するまでにそれを海水中に完全に溶解させ、 上記逆Ｕ字状ガスリフトにおける長脚管を、その下端が
    深海に開口する沈降管として、上記二酸化炭素の溶解に
    より密度増加した海水を深海に重力流沈降させる、こと
    を特徴とする気体二酸化炭素の海中溶解隔離方法。
  2. 【請求項２】短脚管と長脚管とを上部で連結して逆Ｕ字
    状に形成した逆Ｕ字状ガスリフトを備え、 上記逆Ｕ字状ガスリフトにおける短脚管を浅海に保持す
    るガスリフト溶解管として、その下端部に気体二酸化炭
    素の吹き込み装置における送気口を開口させると共に、
    その溶解管の下端を上記気体二酸化炭素のガスリフト作
    用による海水の流入のために開口させ、 下端が深海に開口する上記長脚管を、ガスリフト溶解管
    において二酸化炭素を溶解することにより密度増加した
    海水を重力流沈降させるための沈降管とした、ことを特
    徴とする気体二酸化炭素の海中溶解隔離装置。
  3. 【請求項３】請求項２に記載の気体二酸化炭素の海中溶
    解隔離装置において、 沈降管の管径をガスリフト溶解管よりも大径にした、 ことを特徴とする気体二酸化炭素の海中溶解隔離装置。
  4. 【請求項４】請求項２または３に記載の気体二酸化炭素
    の海中溶解隔離装置において、 ガスリフト溶解管及び沈降管の双方またはいずれか一方
    に、それらの管中の海水の流れにより回転するインペラ
    を設けて、それをエネルギー回収装置に接続した、こと
    を特徴とする気体二酸化炭素の海中溶解隔離装置。
  5. 【請求項５】請求項２ないし４のいずれかに記載の気体
    二酸化炭素の海中溶解隔離装置において、 ガスリフト溶解管に、逆流防止機能を有すると共にその
    管内の流れを制御可能な制御弁を設けた、ことを特徴と
    する気体二酸化炭素の海中溶解隔離装置。
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