JP4993198B2 - Rock immersion reactor - Google Patents
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Description
本発明は、多種類の鉱物からなる岩石、あるいは粉末化させた岩石を酸性溶液に浸漬させた際の反応を検証する浸漬反応装置に関し、特に、二酸化炭素溶解溶液を浸漬させた岩石の反応を検証することで二酸化炭素地中貯留における実環境への影響の評価に用いて好適なものである。 The present invention relates to an immersion reaction apparatus for verifying a reaction when rocks made of various kinds of minerals or powdered rocks are immersed in an acidic solution, and in particular, the reaction of rocks immersed in a carbon dioxide-dissolved solution. By verifying it, it is suitable for evaluation of the impact on the real environment in carbon dioxide geological storage.
近年、地球温暖化を緩和するために様々な取り組みがなされており、例えば省エネ化や、二酸化炭素（以下；ＣＯ２）の排出を抑制することなどが行われている。このような取り組みの一つとして、工場や発電所等から排出されるＣＯ２を地中に貯留して（ＣＯ２地中貯留）ＣＯ２の排出量を削減する技術がある（例えば、特許文献１参照）。 In recent years, various efforts have been made to mitigate global warming. For example, energy saving and suppression of carbon dioxide (hereinafter referred to as CO 2 ) emissions have been performed. As one of such efforts, there is a technology for storing CO 2 discharged from factories, power plants, etc. in the ground (CO 2 underground storage) to reduce CO 2 emission (for example, patent document) 1).
ＣＯ２地中貯留の実施の際には、ＣＯ２は地下の帯水層に圧入され、帯水層に含まれる地下水は貯留されたＣＯ２の影響により酸性のＣＯ２飽和溶解溶液へと変化することになる。ＣＯ２飽和溶解溶液はＣＯ２の圧入停止後においても、長期間に亘り地下に貯留され、地下水中に混入して来る。ＣＯ２が地中貯留された岩盤内、周辺の地下水は酸性になり、周辺の帯水層中の地下水を構成する岩石では化学反応が生じ、人間が利用する地下水資源に影響を及ぼし、人間の普段の生活へ影響が及ぶこととなる虞があるため、ＣＯ２との反応によってのみ溶出しやすくなる元素を特定すること・溶出メカニズムを解明することが急務の課題となっている。 In the practice of the CO 2 geological storage is, CO 2 is pressed into underground aquifers, and changes to acidic CO 2 saturation solubility solution by ground water influence of CO 2 stored included in the aquifer Will do. The CO 2 saturated dissolution solution is stored underground for a long time even after the CO 2 injection stop, and is mixed into the ground water. In the bedrock where CO 2 is stored underground, the surrounding groundwater becomes acidic, and the rocks that make up the groundwater in the surrounding aquifer cause a chemical reaction, affecting the groundwater resources used by humans. Since there is a possibility that the daily life may be affected, it is an urgent task to identify elements that can be easily eluted only by reaction with CO 2 and to clarify the elution mechanism.
このような検討は実際に試験的にＣＯ２を地下に圧入し、圧入を停止してから一定期間経過後、地中貯留されたＣＯ２飽和溶解溶液により変化した地下の岩石を採取し、採取した岩石の態様を観察することで可能である。しかしながら試験的とは云え地下数百メートルにＣＯ２を貯留し、貯留後から長期間地下水、岩石を採取し、ＣＯ２の影響のみを明らかにするには、多大な費用と地下水、岩石を実環境のままで採取する技術が必要となり、多くの問題が発生する。 In such a study, CO 2 was actually injected into the ground experimentally, and after a certain period of time after the injection was stopped, the underground rock changed by the CO 2 saturated solution was collected and collected. It is possible by observing the mode of the rock that has been removed. However, even though it is experimental, CO 2 is stored several hundred meters below ground, groundwater and rocks are collected for a long time after storage, and only the effects of CO 2 are clarified. There are many problems that need to be collected in the environment.
更に、ＣＯ２地中貯留を行う場所やＣＯ２を貯留する深度によって、地下の温度・圧力が様々であり、同種の岩石にＣＯ２飽和溶解溶液を反応させても、温度環境の異なる場所の岩石の状態を再現することができない。このため、ＣＯ２地中貯留の際に、温度や圧力の条件が異なる種々の実環境に応じて、地下の岩石がどのように変化を正確に把握できないのが現状であった。 Furthermore, the underground temperature and pressure vary depending on the CO 2 underground storage location and the CO 2 storage depth. Even if the CO 2 saturated solution is reacted with the same type of rock, The rock condition cannot be reproduced. For this reason, at the time of CO 2 underground storage, it is the present situation that how the underground rock cannot accurately grasp changes according to various real environments with different temperature and pressure conditions.
本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、酸性溶液と岩石とを実環境の状況に応じて反応させる試験を実施できる岩石の浸漬反応装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said condition, and it aims at providing the immersion reaction apparatus of the rock which can implement the test which makes an acidic solution and a rock react according to the condition of a real environment.
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の岩石の浸漬反応装置は、岩石と実環境に即した溶液とが貯留される収納容器と、前記収納容器に収納された岩石の温度を設定する温度制御手段と、前記収納容器にバルブを介して接続され、二酸化炭素ガスを圧入する二酸化炭素ガスタンクとを備え、前記岩石は、二酸化炭素を地下に貯留するために調査される場所から採掘されたものであり、前記温度制御手段は、前記収納容器に収納された岩石の温度を実環境に応じた温度に設定し、前記収納容器には、前記二酸化炭素ガスタンクから前記バルブを介して圧入された二酸化炭素ガスが溶解した二酸化炭素飽和溶解溶液が貯留され、前記バルブが閉じて前記収納容器外部から遮断された状態で当該二酸化炭素飽和溶解溶液に前記岩石が浸漬されることを特徴とする岩石の浸漬反応装置にある。 The rock immersion reactor of the present invention according to claim 1 for achieving the above object comprises a storage container storing a rock and a solution adapted to a real environment, and a temperature of the rock stored in the storage container. A temperature control means for setting and a carbon dioxide gas tank connected to the storage container via a valve and for injecting carbon dioxide gas , the rock is mined from a place to be investigated for storing carbon dioxide underground The temperature control means sets the temperature of the rock stored in the storage container to a temperature according to the actual environment, and press-fits the storage container from the carbon dioxide gas tank through the valve. The carbon dioxide saturated solution with dissolved carbon dioxide gas is stored, and the rock is immersed in the carbon dioxide saturated solution with the valve closed and shut off from the outside of the storage container. In immersion reactor rock, characterized in that it is.
請求項１に係る本発明では、収納容器に収納される岩石は、収納容器外部の雰囲気とは遮断された状態でＣＯ ２ 飽和溶解溶液に浸漬される。これにより、収納容器に収納された岩石は、温度、圧力、雰囲気条件を地下の実環境と同等の条件で浸漬させることができるため、ＣＯ ２ が地下に貯留される地層においてＣＯ ２ 飽和溶解溶液との相互作用によって生じる岩石の変化を実験室内の収納容器内で再現することができる。本明細書、特許請求の範囲に記載の岩石とは、固形状の岩石及び岩石を粉砕した粉末を総称したものである。
また、本発明では、収納容器に収納された岩石は、温度制御手段により、実環境と同じ温度が掛けられる。これにより、実環境において生じる酸性溶液と岩石との反応を収納容器内で高精度に再現することができ、実環境において酸性溶液が岩石へ与える化学的影響を明らかにすることが可能となる。
なお、請求項１に係る岩石の浸漬反応装置において、温度制御手段により設定される「実環境に応じた温度」は、当該温度よりも高い温度、あるいは当該温度よりも低い温度であってもよい。具体的には、実際にＣＯ ２ 地中貯留のために地中に圧入されるＣＯ ２ によって地中温度が貯留前の温度より上昇すること、あるいは地下水中への溶解に伴い降下することが予想されるため、これに応じた分だけ「実環境に応じた温度」よりも高い温度、あるいは低い温度にする。
このように、温度制御手段が「実環境に応じた温度」よりも高い温度、あるいは低い温度で温度設定すると、収納容器に収納された岩石は、実環境前後の温度で酸性溶液に曝される。これにより、岩石と酸性溶液の間で生ずる相互作用を温度の違いによって引き起こされる傾向として捉らえることができ、実環境において生じる反応を収納容器内で明らかに起こる現象として予測することが可能となる。
二酸化炭素を地下に貯留するために調査される場所としては、ＣＯ ２ が地下に貯留される地層などがある。
In the present invention according to claim 1, the rock stored in the storage container is immersed in the CO 2 saturated solution in a state of being blocked from the atmosphere outside the storage container. As a result, the rock stored in the storage container can be immersed under the same temperature, pressure, and atmospheric conditions as the actual underground environment. Therefore, in the formation where CO 2 is stored underground , the CO 2 saturated solution The rock changes caused by the interaction with can be reproduced in the storage container in the laboratory. The rocks described in the present specification and claims are a general term for solid rocks and powders obtained by pulverizing rocks.
In the present invention, the rock stored in the storage container is subjected to the same temperature as the actual environment by the temperature control means. As a result, the reaction between the acidic solution and the rock generated in the actual environment can be accurately reproduced in the storage container, and the chemical influence of the acidic solution on the rock in the actual environment can be clarified.
In the rock immersion reaction apparatus according to claim 1, the "temperature according to the actual environment" set by the temperature control means may be a temperature higher than the temperature or a temperature lower than the temperature. . Specifically, actually expected that underground temperature may be higher than the temperature before storage, or to drop due to the dissolution of the underground water by the CO 2 is pressed into the ground for CO 2 geological storage Therefore, the temperature is set higher or lower than the “temperature corresponding to the actual environment” by an amount corresponding to this.
Thus, when the temperature control means sets the temperature at a temperature higher or lower than the “temperature according to the actual environment”, the rock stored in the storage container is exposed to the acidic solution at a temperature around the actual environment. . As a result, the interaction between the rock and the acidic solution can be regarded as a tendency caused by the difference in temperature, and the reaction that occurs in the real environment can be predicted as a phenomenon that occurs clearly in the storage container. Become.
As a place to be investigated for storing carbon dioxide underground, there is a formation in which CO 2 is stored underground.
請求項２に係る本発明の岩石の浸漬反応装置は、請求項１に記載の岩石の浸漬反応装置において、前記二酸化炭素ガスタンクには、ピストン及び該ピストンの変位量を測定する歪みゲージ式変換器が設けられ、前記収納容器には、当該収納容器内の圧力を測定する圧力ゲージが設けられていることを特徴とする。 The rock immersion reactor of the present invention according to claim 2 is the rock immersion reactor according to claim 1, wherein the carbon dioxide gas tank includes a piston and a strain gauge transducer for measuring a displacement of the piston. The storage container is provided with a pressure gauge for measuring the pressure in the storage container .
請求項２に係る本発明では、収納容器内の溶液に溶解した二酸化炭素ガスの溶解量が得られる。 In the present invention according to claim 2, the amount of carbon dioxide gas dissolved in the solution in the storage container can be obtained.
請求項３に係る本発明の岩石の浸漬反応装置は、請求項１又は請求項２に記載の岩石の浸漬反応装置において、前記収納容器内には、磁力により回動する攪拌子が設けられていることを特徴とする。The rock immersion reactor of the present invention according to claim 3 is the rock immersion reactor according to claim 1 or 2, wherein a stirrer that is rotated by magnetic force is provided in the storage container. It is characterized by being.
請求項３に係る本発明では、攪拌子により二酸化炭素飽和溶解溶液が攪拌される。In the present invention according to claim 3, the carbon dioxide saturated solution is stirred by the stirrer.
本発明の岩石の浸漬反応装置は、酸性溶液と岩石、あるいは岩石を粉砕し粉末状にした供試体とを実環境の状況に則して反応させることができる岩石の浸漬反応装置となる。 The rock immersion reactor of the present invention is a rock immersion reactor capable of reacting an acidic solution and rock, or a specimen obtained by pulverizing and pulverizing a rock, in accordance with the actual environment.
〈実施形態１〉
以下本発明の実施形態例を図面に基づいて説明する。図１には本発明の一実施形態例に係る岩石の浸漬反応装置の全体構成、図２には二酸化炭素が地下に貯留された状態の概略断面、図４には浸漬反応装置内の岩石の変化の態様を示してある。なお、図示の実施形態例は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
<Embodiment 1>
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the overall configuration of a rock immersion reactor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a schematic cross-section of carbon dioxide stored underground, and FIG. 4 shows the rock in the immersion reactor. The mode of change is shown. The illustrated embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the following description.
図１に基づいて浸漬反応装置の全体構成を説明する。 Based on FIG. 1, the whole structure of an immersion reaction apparatus is demonstrated.
図１に示すように、収納容器１０が設置されている。収納容器１０は内部に任意の形状の岩石、あるいは岩石を粉砕した粉（以下；供試体２０）が収納されるように形成された円筒形状の容器である。供試体２０は収納容器１０に収納できる形状に任意に整形され、収納容器１０に収納されている。収納容器１０の開口には、温度２００℃まで耐えることのできるバイトンゴム（登録商標）製のＯリング１３が取付けられ、蓋１１が収納容器１０の開口を塞いだ状態でＯリング１３を介して係止されている。収納容器１０及び収納容器１０に係止された蓋１１の外周にはリング状の固定部材１２が嵌合されている。なお、収納容器１０及び蓋１１は、耐熱・耐酸腐食の合金、例えばニッケルを主成分とするハステロイ（登録商標）で形成されている。 As shown in FIG. 1, the storage container 10 is installed. The storage container 10 is a cylindrical container formed so as to store a rock of an arbitrary shape or a powder obtained by pulverizing the rock (hereinafter referred to as a specimen 20). The specimen 20 is arbitrarily shaped into a shape that can be stored in the storage container 10 and stored in the storage container 10. A Viton Rubber (registered trademark) O-ring 13 capable of withstanding temperatures up to 200 ° C. is attached to the opening of the storage container 10, and the lid 11 is engaged via the O-ring 13 with the opening of the storage container 10 closed. It has been stopped. A ring-shaped fixing member 12 is fitted to the outer periphery of the storage container 10 and the lid 11 locked to the storage container 10. The storage container 10 and the lid 11 are made of a heat and acid resistant corrosion alloy, for example, Hastelloy (registered trademark) whose main component is nickel.
収納容器１０の底部には、攪拌子１５が配置されており、攪拌子１５はマグネティックスターラ（図示せず）の磁力により回動し、収納容器１０に貯留された酸性溶液であるＣＯ２飽和溶解溶液４１を攪拌する。 A stirrer 15 is disposed at the bottom of the storage container 10, and the stirrer 15 is rotated by the magnetic force of a magnetic stirrer (not shown) and is saturated with CO 2, which is an acidic solution stored in the storage container 10. Solution 41 is stirred.
メッシュ台１６は、供試体２０を支持するものである。具体的には、メッシュ台１６は平板部材である台座部と、台座部に取付けられた複数の脚部とから構成されている。 The mesh base 16 supports the specimen 20. Specifically, the mesh base 16 includes a pedestal portion that is a flat plate member and a plurality of leg portions attached to the pedestal portion.
メッシュ台１６の台座部の上面には、供試体２０が載置され、台座部の下方には、攪拌子１５の回動を阻害しない程度の空間が形成されている。また、台座部には、厚さ方向に貫通する貫通孔が複数個設けられており、攪拌子１５により攪拌されるＣＯ２飽和溶解溶液４１の通り道となっている。この貫通孔は、ＣＯ２飽和溶解溶液４１の攪拌を円滑にするために設けられている。 The specimen 20 is placed on the upper surface of the pedestal portion of the mesh base 16, and a space that does not hinder the rotation of the stirrer 15 is formed below the pedestal portion. The pedestal portion is provided with a plurality of through holes penetrating in the thickness direction, and serves as a passage for the CO 2 saturated solution 41 stirred by the stirrer 15. This through hole is provided to facilitate stirring of the CO 2 saturated solution 41.
蓋１１には配管３１が挿通され、収納容器１０には配管３１を介してＣＯ２ガスタンク３０が接続され、ＣＯ２ガスタンク３０にはＣＯ２ガス４０が充填されている。所定の圧力でＣＯ２ガスタンク３０に充填されたＣＯ２ガス４０は配管３１を通って収納容器１０の内部に圧入される。また、配管３１にはバルブ３２が介装されている。 Pipe 31 is inserted through the lid 11, CO 2 gas tank 30 is connected through a pipe 31 to the container 10, CO 2 gas 40 to the CO 2 gas tank 30 is filled. CO 2 gas 40 filled in the CO 2 gas tank 30 at a predetermined pressure is pressed into the interior of the container 10 through the pipe 31. Further, a valve 32 is interposed in the pipe 31.
収納容器１０内にあらかじめ用意された実環境に即した溶液が貯留されており、バルブ３２が開放されると、収納容器１０内にＣＯ２ガス４０が圧入され、当該溶液にＣＯ２ガス４０が溶解してＣＯ２飽和溶解溶液４１が作成される。所定のＣＯ２ガスが圧入された後にはバルブ３２は閉止される。これにより収納容器１０内部には、バルブ３２を開放しない限りＣＯ２飽和溶解溶液４１の出入りができない閉鎖環境が構築される。なお、ＣＯ２ガスの溶解量はＣＯ２ガスタンク３０に取り付けられたピストンの直径とピストンの変位量をひずみゲージ式変換器によって計算する。 Container and 10 within is the solution stored in line with previously prepared real environment, when the valve 32 is opened, CO 2 gas 40 is press-fitted in the receiving container 10, CO 2 gas 40 to the solution By dissolution, a CO 2 saturated solution 41 is prepared. After a predetermined CO 2 gas is injected, the valve 32 is closed. As a result, a closed environment in which the CO 2 saturated solution 41 cannot enter and exit unless the valve 32 is opened is constructed inside the storage container 10. Incidentally, the amount of dissolved CO 2 gas is calculated by gage transducer strain diameter and displacement of the piston of the piston attached to the CO 2 gas tank 30.
収納容器１０内の圧力は、ＣＯ２ガスタンク３０に圧入されたＣＯ２ガス４０の圧力で、圧力値は圧力ゲージ１４により測定して表示し、記録する。 The pressure of the container 10 at a pressure of CO 2 gas 40 that is pressed into the CO 2 gas tank 30, the pressure value is displayed as measured by pressure gauge 14, and records.
さらに収納容器１０には、内部に収容された供試体２０の温度を実環境に応じた温度に設定する温度制御手段としての温度制御装置５１が備えられている。温度の制御は収納容器１０の外周のヒータ５０により行われ、ヒータ５０は温度制御装置５１からの制御信号に基づいて任意の温度に設定され、供試体２０の温度を所定温度に設定する。温度制御装置５１が設定する供試体２０の所定温度は、実環境に応じた温度と実環境前後の任意の温度が用いられる。実環境に応じた温度としては、例えば、供試体２０を採掘した場所における採掘前の供試体２０の温度の実測値であり、温度の影響を明らかにするために、実測値より高い温度と低い温度を用いる。 Furthermore, the storage container 10 is provided with a temperature control device 51 as temperature control means for setting the temperature of the specimen 20 accommodated therein to a temperature corresponding to the actual environment. The temperature is controlled by a heater 50 on the outer periphery of the storage container 10, and the heater 50 is set to an arbitrary temperature based on a control signal from the temperature control device 51, and sets the temperature of the specimen 20 to a predetermined temperature. As the predetermined temperature of the specimen 20 set by the temperature control device 51, a temperature corresponding to the actual environment and an arbitrary temperature before and after the actual environment are used. The temperature according to the actual environment is, for example, an actual measurement value of the specimen 20 before mining at the location where the specimen 20 is mined, and in order to clarify the influence of the temperature, the temperature is higher and lower than the actual measurement value. Use temperature.
上記構成の岩石の浸漬反応装置では、供試体２０は蓋１１によって密閉された収納容器１０の内部に収納され、ＣＯ２ガスタンク３０からのＣＯ２ガス４０が貯留された後、バルブ３２が閉止される。これにより、供試体２０は、収納容器１０の外部からの影響を受けることなくＣＯ２飽和溶解溶液４１に浸漬される。 Immersion reactor rocks above configuration, the specimen 20 is accommodated in the container 10 which is sealed by a lid 11, after the CO 2 gas 40 from CO 2 gas tank 30 is stored, the valve 32 is closed The Thereby, the specimen 20 is immersed in the CO 2 saturated solution 41 without being affected by the outside of the storage container 10.
このように、収納容器１０外部から遮断された状態で供試体２０はＣＯ２飽和溶解溶液４１に浸漬されるので、供試体２０とＣＯ２飽和溶解溶液４１との化学反応以外の要因によって、ＣＯ２飽和溶解溶液４１の状態、例えばｐＨや圧力に影響が及ばない。岩石の浸漬反応装置を用いた試験は、ＣＯ２飽和溶解溶液４１による供試体２０の反応と、まったく同じ温度、圧力条件でＣＯ２を含まない溶液による供試体２０の反応とを比較することでＣＯ２飽和溶解溶液４１の供試体２０に与える化学、物理的影響を調査することで成り立つ。ＣＯ２地中貯留を想定した場合、供試体２０がＣＯ２飽和溶解溶液４１に浸漬され続ける状況を収納容器１０の中で再現することで、ＣＯ２地中貯留においてＣＯ２が地中貯留される地下の環境に与える環境影響を検討し、評価、予測することができる。 Thus, since the test piece 20 is immersed in the CO 2 saturated solution 41 while being cut off from the outside of the storage container 10, the CO 2 is caused by factors other than the chemical reaction between the test sample 20 and the CO 2 saturated solution 41. The state of the two- saturated dissolved solution 41, for example, pH or pressure is not affected. The test using the rock immersion reactor was performed by comparing the reaction of the specimen 20 with the CO 2 saturated solution 41 and the reaction of the specimen 20 with a solution containing no CO 2 under exactly the same temperature and pressure conditions. This is achieved by investigating the chemical and physical effects of the CO 2 saturated solution 41 on the specimen 20. Assuming the CO 2 sequestration, by reproducing the situation in which the specimen 20 is continuously immersed in the CO 2 saturation solubility solution 41 in the container 10, CO 2 is geological storage in CO 2 sequestration It is possible to examine, evaluate and predict the environmental impact on the underground environment.
また、温度制御装置５１の制御によりヒータ５０が所望の温度に調整され、収納容器１０に収納された供試体２０の温度が実環境に応じた温度に維持される。例えば、ＣＯ２地中貯留を想定した場合、貯留される深度の温度環境に応じた温度に供試体２０の温度を維持する。これにより、実環境に則して供試体２０のＣＯ２飽和溶解溶液４１による反応状況を収納容器１０の中で再現できる。さらに、貯留したときの温度の上昇、漏洩した場合の温度の低下なども考慮して、貯留前の所定の深度の温度（実環境での温度）とは異なる、前後の温度も収納容器１０の中で再現できる。 Further, the heater 50 is adjusted to a desired temperature under the control of the temperature control device 51, and the temperature of the specimen 20 stored in the storage container 10 is maintained at a temperature according to the actual environment. For example, when CO 2 underground storage is assumed, the temperature of the specimen 20 is maintained at a temperature corresponding to the temperature environment of the stored depth. This enables reproducing the reaction conditions by CO 2 saturation solubility solution 41 of the specimen 20 in the container 10 with reference to the real environment. Further, considering the temperature rise at the time of storage, the temperature drop at the time of leakage, etc., the temperature before and after the temperature of the storage container 10 is different from the temperature at a predetermined depth before storage (temperature in the actual environment). Can be reproduced in.
また、収納容器１０のＣＯ２ガス４０の圧力は、ＣＯ２ガスタンク３０により実環境に応じた圧力に維持されている。例えば、供試体２０を採掘した場所における水圧を供試体２０の間隙に掛かる水圧の実測値としてＣＯ２ガス４０により作用させることができる。 The pressure of the CO 2 gas 40 in the storage container 10 is maintained at a pressure according to the actual environment by the CO 2 gas tank 30. For example, the water pressure at the place where the specimen 20 is mined can be caused to act by the CO 2 gas 40 as an actual measurement value of the water pressure applied to the gap between the specimens 20.
図２に基づいてＣＯ２地中貯留の状況を説明する。 The state of CO 2 underground storage will be described based on FIG.
図２に示すように、地表から不透水層１０２を貫通して帯水層１００に達する縦穴１０１が掘削され、地上には、ＣＯ２を縦穴１０１に圧送する圧送装置１０３が設置されている。帯水層１００は地下水が存在する地層であり、圧送装置１０３によりＣＯ２飽和溶解溶液が帯水層１００に圧送されて貯留され、不透水層１０２により地上への流出が阻止されている。 As shown in FIG. 2, a vertical hole 101 that penetrates the impermeable layer 102 from the ground surface and reaches the aquifer 100 is excavated, and a pumping device 103 that pumps CO 2 into the vertical hole 101 is installed on the ground. The aquifer 100 is a formation in which groundwater exists, and the CO 2 saturated solution is pumped and stored in the aquifer 100 by the pumping device 103, and outflow to the ground is prevented by the impermeable layer 102.
例えば、工場や発電所から排出されるＣＯ２が圧送装置１０３により縦穴１０１から帯水層１００に圧送されると、ＣＯ２は超臨界状態となり水と同様な程度の粘性で水に比べて密度が大きい物体となり、その場に留まり地中に貯留される。この状態では反応は生じないが貯留したＣＯ２が移動を始めた場合、ＣＯ２は周辺の地下水に溶け、地下水は酸性溶液であるＣＯ２飽和溶解溶液となる。酸性溶液と岩盤の反応では方解石の溶解、斜長石の溶解などの溶解反応が生じ、岩石の間隙が大きくなり、地下水が移動し易くなる。 For example, when CO 2 discharged from a factory or power plant is pumped from the vertical hole 101 to the aquifer 100 by the pumping device 103, the CO 2 is in a supercritical state and has a viscosity similar to that of water and a density compared to water. Becomes a large object and stays there and is stored in the ground. In this state, no reaction occurs, but when the stored CO 2 starts to move, CO 2 dissolves in the surrounding ground water, and the ground water becomes a CO 2 saturated solution that is an acidic solution. In the reaction between the acidic solution and the rock mass, dissolution reactions such as dissolution of calcite and plagioclase occur, which increases the gap between the rocks and facilitates movement of groundwater.
ＣＯ２を地下に貯留する場所によっては、岩石１０４の温度は様々であり、また、帯水層１００の深度によっては、岩石１０４に掛かる圧力も様々である。上述した浸漬反応装置は、このように実環境によって異なる温度・圧力を再現して供試体２０（図１参照）にＣＯ２飽和溶解溶液を浸漬するので、岩石１０４で生じる化学反応を実環境に則して精度よく再現できる。 The temperature of the rock 104 varies depending on the location where CO 2 is stored underground, and the pressure applied to the rock 104 varies depending on the depth of the aquifer 100. The immersion reaction apparatus described above reproduces the temperature and pressure that vary depending on the actual environment and immerses the CO 2 saturated solution in the specimen 20 (see FIG. 1). It can be reproduced with high accuracy.
本実施形態に係る岩石の浸漬反応装置により、供試体２０に一定期間ＣＯ２飽和溶解溶液４１を浸漬した後、収納容器１０から取り出した供試体２０は、組成、色、間隙率、密度、比表面積等に関して試験前の供試体の物性との比較のために用いられる。試験前後での組成や物性を比較することで、ＣＯ２により多大な影響を受ける供試体２０であるか否かを判断することができる。他に、ＣＯ２地中貯留のために地中に圧入されるＣＯ２によって地中温度が貯留前の温度より上昇すること、あるいは地下水中への溶解に伴い降下することが予想されるため、実環境の前後の温度を用いた試験を行うことで、任意の温度における元素の溶解速度を見積もることが可能となり、ＣＯ２地中貯留時に起こる多様な温度変化とその後のＣＯ２上昇時に起こる温度の降下現象にも応じたＣＯ２環境影響の測定が可能となる。 After immersing the CO 2 saturated solution 41 in the specimen 20 for a certain period by the rock immersion reactor according to this embodiment, the specimen 20 taken out from the storage container 10 has a composition, color, porosity, density, and ratio. It is used for comparison with the physical properties of the specimen before the test with respect to the surface area and the like. By comparing the composition and physical properties before and after the test, it can be determined whether or not the specimen 20 is greatly affected by CO 2 . In addition, it is expected that the underground temperature will rise from the temperature before storage due to CO 2 injected into the ground for CO 2 underground storage, or it will decrease with dissolution in groundwater, By conducting tests using temperatures before and after the actual environment, it becomes possible to estimate the dissolution rate of elements at any temperature, and various temperature changes that occur during CO 2 underground storage and the temperatures that occur when CO 2 rises thereafter It is possible to measure the CO 2 environmental influence according to the descent phenomenon.
また、図２に示す岩石１０４がＣＯ２飽和溶解溶液に浸漬されると、ＣＯ２飽和溶解溶液中のカルシウム（Ｃａ）やマグネシウム（Ｍｇ）等が溶液に対して過飽和となり、地下水に溶解したＣＯ２が減圧により脱ガスをするならば、地下水はアルカリ性となり、あるいはＣＯ２飽和溶解溶液が他のアルカリ地下水と混合するならばＣＯ２飽和溶解溶液のｐHは酸性からアルカリ性へと変化し、次第にＣＯ3 2-が形成され炭酸塩鉱物が晶出し不透水層１０２の割れ目や間隙を塞ぐと考えられる。 Further, when the rock 104 shown in FIG. 2 is immersed in CO 2 saturation solubility solution, CO 2 calcium saturated lysis solution (Ca) and magnesium (Mg) or the like becomes supersaturated with respect to the solution, and dissolved in groundwater CO if 2 is degassed by vacuum, groundwater becomes alkaline, or pH of the CO 2 saturated lysis solution other alkaline groundwater and if mixing CO 2 saturation solubility solution turned into alkaline from acidic gradually CO 3 2- is formed, and the carbonate mineral is crystallized, and it is considered that the cracks and gaps of the impermeable layer 102 are closed.
このような場合、図３（ａ）に示す供試体２０の割れ目又は間隙２０ａには、温度低下と圧力低下させることにより、図３（ｂ）に示すように炭酸塩鉱物２０ｂが晶出する。したがって、上述した岩石の浸漬反応装置では、岩石１０４の割れ目や間隙が炭酸塩鉱物により塞がれることを、実環境に則して精度よく再現でき、岩石１０４の割れ目や間隙がどの程度の期間で塞がれるかを評価することができる。 In such a case, the carbonate mineral 20b is crystallized in the crack or gap 20a of the specimen 20 shown in FIG. 3 (a) by lowering the temperature and pressure as shown in FIG. 3 (b). Therefore, in the above-described rock immersion reactor, it is possible to accurately reproduce that the cracks and gaps of the rock 104 are blocked with carbonate minerals according to the actual environment, and how long the cracks and gaps of the rock 104 are. It can be evaluated whether it is blocked by.
〈他の実施形態〉
実施形態１では、ＣＯ２溶液に岩石を浸漬させるべく一つの収納容器１０を用いたが、本発明ではこのような形態に限定されない。図４は、他の実施形態に係る岩石の浸漬反応装置の全体構成図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
<Other embodiments>
In the first embodiment, the single storage container 10 is used to immerse the rock in the CO 2 solution, but the present invention is not limited to such a form. FIG. 4 is an overall configuration diagram of a rock immersion reaction apparatus according to another embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as Embodiment 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図４に示すように、２つの収納容器１０には、それぞれ供試体２０が収納されている。一方の収納容器１０には実施形態１と同様にＣＯ２ガスタンク３０が接続され、他方の収納容器１０Ａには蒸留水タンク３０Ａが接続されている。蒸留水タンク３０Ａには蒸留水が貯留されており、収納容器１０Ａ内に蒸留水４１Ａを供給できるようになっている。 As shown in FIG. 4, the specimen 20 is stored in each of the two storage containers 10. A CO 2 gas tank 30 is connected to one storage container 10 as in the first embodiment, and a distilled water tank 30A is connected to the other storage container 10A. Distilled water is stored in the distilled water tank 30A, and the distilled water 41A can be supplied into the storage container 10A.
かかる構成の浸漬反応装置では、収納容器１０，１０Ａは共に温度制御装置５１により同一の温度に制御されるようになっており、また、所定の圧力が掛かるようになっている。したがって、収納容器１０に収納された供試体２０は、ＣＯ２飽和溶解溶液４１に浸漬され、収納容器１０Ａに収納された供試体２０Ａは蒸留水４１Ａに浸漬される。すなわち、ＣＯ２を含む溶液による変化と、ＣＯ２を含まない溶液とを比較することができ、ＣＯ２溶液が岩石に与える影響を評価することができる。 In the immersion reaction apparatus having such a configuration, the storage containers 10 and 10A are both controlled to the same temperature by the temperature control device 51, and a predetermined pressure is applied. Therefore, the specimen 20 stored in the storage container 10 is immersed in the CO 2 saturated solution 41, and the specimen 20A stored in the storage container 10A is immersed in distilled water 41A. That is, a change with a solution containing a CO 2, can be compared with a solution containing no CO 2, CO 2 solution can be evaluated the effect on the rock.
このように、本発明の岩石の浸漬反応装置は、複数の収納容器を具備し、そのうち一方の収納容器では二酸化炭素を含む溶液で供試体を浸漬し、他方の収納容器では二酸化炭素を含まない溶液で供試体を浸漬することで、供試体への二酸化炭素の影響をより詳しく調査することもできる。例えば、実環境において酸性溶液に浸漬された供試体と同等の条件、あるいはその前後の条件の下で、酸性溶液に浸漬されて反応を起こした供試体を取り出すことができる。これにより、実環境でＣＯ２飽和溶解溶液の影響だけで地下の岩石がどのように化学、物理的に変化するかの分析ができることになる。 Thus, the rock immersion reaction apparatus of the present invention comprises a plurality of storage containers, one of which contains the specimen immersed in a solution containing carbon dioxide, and the other storage container does not contain carbon dioxide. By immersing the specimen in the solution, the influence of carbon dioxide on the specimen can be investigated in more detail. For example, it is possible to take out a specimen that has been immersed in an acidic solution and caused a reaction under conditions equivalent to or before and after the specimen immersed in an acidic solution in an actual environment. As a result, it is possible to analyze how the underground rock changes chemically and physically only by the influence of the CO 2 saturated solution in an actual environment.
なお、各収納容器１０，１０Ａに異なる温度を設定してもよい。例えば収納容器１０を相対的に低温に、収納容器１０Ａを相対的に高温に設定することができる。これにより、地中の多様な温度環境をより柔軟に模擬することができる。 In addition, you may set different temperature to each storage container 10 and 10A. For example, the storage container 10 can be set to a relatively low temperature, and the storage container 10A can be set to a relatively high temperature. Thereby, various underground temperature environments can be simulated more flexibly.
本発明は、酸性溶液を岩石に浸漬させた際の反応を検証する浸漬反応装置の産業分野で利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized in the industrial field | area of the immersion reaction apparatus which verifies reaction when an acidic solution is immersed in a rock.
１０，１０Ａ 収納容器
１１ 蓋
１２ 固定部材
１３ Ｏリング
１４ 圧力ゲージ
１５ 攪拌子
１６ メッシュ台
２０，２０Ａ 供試体
３０ 二酸化炭素（ＣＯ２）ガスタンク
３１ 配管
３２ バルブ
４０ 二酸化炭素（ＣＯ２）ガス
４１ ＣＯ２飽和溶解溶液
５０ ヒータ
５１ 温度制御装置
１００ 帯水層
１０１ 縦穴
１０２ 不透水層
１０３ 圧送装置
１０４ 岩石
10, 10A Storage container 11 Lid 12 Fixing member 13 O-ring 14 Pressure gauge 15 Stirrer 16 Mesh base 20, 20A Specimen 30 Carbon dioxide (CO 2 ) gas tank 31 Pipe 32 Valve 40 Carbon dioxide (CO 2 ) gas 41 CO 2 Saturated dissolved solution 50 Heater 51 Temperature control device 100 Aquifer layer 101 Vertical hole 102 Impermeable layer 103 Pumping device 104 Rock
Claims (3)
前記収納容器に収納された岩石の温度を設定する温度制御手段と、
前記収納容器にバルブを介して接続され、二酸化炭素ガスを圧入する二酸化炭素ガスタンクとを備え、
前記岩石は、二酸化炭素を地下に貯留するために調査される場所から採掘されたものであり、
前記温度制御手段は、前記収納容器に収納された岩石の温度を実環境に応じた温度に設定し、
前記収納容器には、前記二酸化炭素ガスタンクから前記バルブを介して圧入された二酸化炭素ガスが溶解した二酸化炭素飽和溶解溶液が貯留され、前記バルブが閉じて前記収納容器外部から遮断された状態で当該二酸化炭素飽和溶解溶液に前記岩石が浸漬される
ことを特徴とする岩石の浸漬反応装置。 A storage container for storing rocks and solutions suitable for the real environment ;
Temperature control means for setting the temperature of the rock stored in the storage container;
A carbon dioxide gas tank connected to the storage container via a valve and press-fitted with carbon dioxide gas ;
The rock is mined from a location that is investigated to store carbon dioxide underground.
The temperature control means sets the temperature of the rock stored in the storage container to a temperature according to the actual environment,
The storage container stores a carbon dioxide saturated solution obtained by dissolving carbon dioxide gas injected from the carbon dioxide gas tank through the valve, and the valve is closed and shut off from the outside of the storage container. The rock is immersed in a saturated solution of carbon dioxide
A rock immersion reactor characterized by that.
前記二酸化炭素ガスタンクには、ピストン及び該ピストンの変位量を測定する歪みゲージ式変換器が設けられ、
前記収納容器には、当該収納容器内の圧力を測定する圧力ゲージが設けられている
ことを特徴とする岩石の浸漬反応装置。 The rock immersion reactor according to claim 1,
The carbon dioxide gas tank is provided with a piston and a strain gauge type transducer for measuring the displacement of the piston,
The rock immersion reaction apparatus , wherein the storage container is provided with a pressure gauge for measuring the pressure in the storage container .
前記収納容器内には、磁力により回動する攪拌子が設けられている
ことを特徴とする岩石の浸漬反応装置。 In the rock immersion reactor according to claim 1 or 2 ,
A rock immersion reactor characterized in that a stirrer that rotates by magnetic force is provided in the storage container .
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