JP5062527B2 - 高圧用炭酸ガス細泡化装置及びこれを用いた炭酸ガスの地中貯留システム - Google Patents
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Description
IPCC、"IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage"、Chapter 5、2005年、CambridgeUniversity Press 大関真一、嘉納康二、"「二酸化炭素地中貯留」事業の実現にむけて〜石油・天然ガス上流技術への期待〜"、「石油・天然ガスレビュー」、独立行政法人 石油天然ガス・金属鉱物資源機構、2006.7、vol.40 No.4、p57-70
炭酸ガスを液体又は超臨界状態まで圧縮する炭酸ガス圧縮装置と、海水及び/又は水からなる溶媒を圧縮・搬送する圧送ポンプとを設け、
前記溶媒を所定の高流速で流した主流管路の内部に前記炭酸ガスの供給管路を配設するか、前記主流管路を外嵌する前記炭酸ガスの供給管路を配設し、前記溶媒と炭酸ガスとを仕切る管路壁面に細孔を形成し、前記主流管路を流れる溶媒のせん断力によって前記炭酸ガスを細泡化しながら混入させる高圧用炭酸ガス細泡化装置を設置し、
前記高圧用炭酸ガス細泡化装置の後段に、密閉された容器の下部に、前記細泡化された炭酸ガスが混入された溶媒の注入口が形成されるとともに、前記容器の上部に前記炭酸ガス溶解水が吐出される吐出口が形成され、前記容器内に粒状の充填材が充填されて構成された1又は複数の溶解槽を設置し、
前記溶解槽から吐出された炭酸ガス溶解水を地中の帯水層に圧入するために地表面から前記帯水層まで貫通した注入井を設置したことを特徴とする炭酸ガスの地中貯留システムが提供される。
炭酸ガスを液体又は超臨界状態まで圧縮する炭酸ガス圧縮装置と、海水及び/又は水からなる溶媒を圧縮・搬送する圧送ポンプと、前記圧縮された炭酸ガス及び溶媒が注入され、前記溶媒に前記炭酸ガスを溶解させて炭酸ガス溶解水とする1又は複数の溶解槽と、生成された炭酸ガス溶解水を地中の帯水層に圧入するために地表面から前記帯水層まで貫通した注入井とから構成され、
前記溶解槽は、密閉された容器の下部に、前記炭酸ガス圧縮装置から送られた炭酸ガスが注入される炭酸ガス注入口と、前記溶媒圧送ポンプから送られた溶媒が注入される溶媒注入口とが形成されるとともに、前記容器の上部に前記炭酸ガス溶解水が吐出される吐出口が形成され、前記容器内に粒状の充填材が充填されて構成され、
前記溶解槽から注入井に至る流路の途中に、送給された炭酸ガス溶解水の全量に対して、未溶解の炭酸ガスと、炭酸ガスが飽和濃度で溶解した状態の炭酸ガス溶解水とを分離する分離槽と、該分離槽で分離された炭酸ガスを圧送する炭酸ガス圧送装置を設置するとともに、この炭酸ガス圧送装置の後段に、前記炭酸ガス溶解水を所定の高流速で流した主流管路の内部に、前記炭酸ガス圧送装置から圧送された炭酸ガスの供給管路を配設するか、前記主流管路を外嵌するように前記炭酸ガス圧送装置から圧送された炭酸ガスの供給管路を配設し、前記炭酸ガス溶解水と炭酸ガスとを仕切る管路壁面に細孔を形成し、前記主流管路を流れる炭酸ガス溶解水によるせん断力によって前記炭酸ガスを細泡化しながら混入させる高圧用炭酸ガス細泡化装置を設置したことを特徴とする炭酸ガスの地中貯留システムが提供される。
ス細泡化装置7、これを利用した炭酸ガスの貯留システム1の順で詳述する。
図1〜図3に基づいて、高圧用炭酸ガス細泡化装置7(以下、単に細泡化装置という。)について詳述する。この細泡化装置7は、液体又は超臨界状態まで圧縮した炭酸ガスを細泡化して溶媒中に混入させることにより、接触面積の増大化により炭酸ガスの溶解を促進させるためのものである。この細泡化装置7は、単独で使用されるか、好ましくは後述の実施例のように、溶解槽4と組み合わせて使用される。
図1に示される第1形態例に係る細泡化装置7Aは、後述の例示した2つの炭酸ガス地中貯留システムの内、第1構成パターンの場合は海水及び/又は水を溶媒とし、第2構成パターンの場合は炭酸ガス溶解水を溶媒として、これらの溶媒を所定の高流速で流した主流管路30に対して、これを外嵌する炭酸ガス供給管路31を配設し、前記溶媒と炭酸ガスとを仕切る管路壁面、図示例の場合は主流管路30の管路壁面に細孔30a、30a…を形成し、前記主流管路30を流れる溶媒のせん断力によって、液体又は超臨界状態まで圧縮した炭酸ガスを細泡化しながら混入させるものである。
図2及び図3に示される第2形態例に係る細泡化装置7B、7Cは、溶媒を所定の高流速で流した主流管路30の内部に、炭酸ガス供給管路31を配設し、前記溶媒と炭酸ガスとを仕切る管路壁面、図示例の場合は炭酸ガス供給管路31の管路壁面に細孔31a、31a…を形成し、前記主流管路30を流れる溶媒のせん断力によって液体又は超臨界状態まで圧縮した炭酸ガスを細泡化しながら混入させるものである。
図4に示される炭酸ガスの地中貯留システム1Aは、炭酸ガスの大規模な排出源等から分離・回収した炭酸ガスを、飽和濃度レベル付近の高い濃度で溶媒(海水又は水)に溶解させた状態で地中の帯水層に封じ込め、長期的かつ安定的に貯留・隔離するためのものである。
本地中貯留システム1Aは、同図4に示されるように、炭酸ガスを液体又は超臨界状態まで圧縮する炭酸ガス圧縮装置2と、海水及び/又は水からなる溶媒を圧縮・搬送する圧送ポンプ3と、前記液体又は超臨界状態まで圧縮された炭酸ガスを細泡化して溶媒中に混入させる細泡化装置7,7…と、該細泡化装置7、7…によって細泡化された炭酸ガスが混入された溶媒が注入され、前記溶媒に前記炭酸ガスを溶解させて炭酸ガス溶解水とする複数の溶解槽4、4…と、生成された炭酸ガス溶解水を地中の帯水層に圧入するために地表面から前記帯水層まで貫入させた注入井5とから主に構成される。なお、本形態例では、前記溶解槽4は、炭酸ガスの溶解を促進するため複数設置したが、処理能力に応じた数とすればよい。
(1)所定の炭酸ガス及び溶媒の流量及び溶解槽の形状において、充填材の平均粒径に対する炭酸ガス溶解量の関係。
(2)充填材の平均粒径に対する溶解槽の圧力損失の関係。
次に、図7及び図8に基づいて、第2構成パターンに係る地中貯留システム1Bについて述べる。
本実施例2−1では、本地中貯留システム1による前記細泡化装置7での溶解効果、前記溶解槽4での溶解効果を定量的に検証するための実験を行った。
実験は、ケース1:溶解槽4の充填材無し及び細泡化装置7無し、ケース2:溶解槽4の充填材無し及び細泡化装置7有り、ケース3:溶解槽4の充填材有り及び細泡化装置7有りの3ケースとし、(1)試験圧力:15MPa、試験温度:29℃、(炭酸ガス/塩水)重量比:約8%、(2)試験圧力:15MPa、試験温度:33℃、(炭酸ガス/塩水)重量比:約8%の2種類について溶解試験を行った。
本実施例2−2では、前記細泡化装置7による溶解促進効果の検証実験を行った。
上記実施例2−2の実験結果を下式(1)に示すウェーバー数Weを用いて整理し直して、図21に示されるように、縦軸を総括容量係数比Kxa(B)/Kxa(NB)[ここに、Kxa(B):細泡化装置有りの総括容量係数、Kxa(NB):細泡化装置無しの総括容量係数]、横軸をウェーバー係数Weとするグラフを得た。
Claims (7)
- 炭酸ガスを溶媒に溶解させた状態で地中の帯水層に圧入し、貯留・隔離するための炭酸ガスの地中貯留システムであって、
炭酸ガスを液体又は超臨界状態まで圧縮する炭酸ガス圧縮装置と、海水及び/又は水からなる溶媒を圧縮・搬送する圧送ポンプとを設け、
前記溶媒を所定の高流速で流した主流管路の内部に前記炭酸ガスの供給管路を配設するか、前記主流管路を外嵌する前記炭酸ガスの供給管路を配設し、前記溶媒と炭酸ガスとを仕切る管路壁面に細孔を形成し、前記主流管路を流れる溶媒のせん断力によって前記炭酸ガスを細泡化しながら混入させる高圧用炭酸ガス細泡化装置を設置し、
前記高圧用炭酸ガス細泡化装置の後段に、密閉された容器の下部に、前記細泡化された炭酸ガスが混入された溶媒の注入口が形成されるとともに、前記容器の上部に前記炭酸ガス溶解水が吐出される吐出口が形成され、前記容器内に粒状の充填材が充填されて構成された1又は複数の溶解槽を設置し、
前記溶解槽から吐出された炭酸ガス溶解水を地中の帯水層に圧入するために地表面から前記帯水層まで貫通した注入井を設置したことを特徴とする炭酸ガスの地中貯留システム。 - 前記溶解槽から注入井に至る流路の途中に、送給された炭酸ガス溶解水の全量に対して、未溶解の炭酸ガスと、炭酸ガスが飽和濃度で溶解した状態の炭酸ガス溶解水とを分離する分離槽が配設されるとともに、分離された前記未溶解炭酸ガスを前記炭酸ガス圧縮装置と溶解槽との中間流路に戻す炭酸ガス圧送装置が配設された請求項1記載の炭酸ガスの地中貯留システム。
- 炭酸ガスを溶媒に溶解させた状態で地中の帯水層に圧入し、貯留・隔離するための炭酸ガスの地中貯留システムであって、
炭酸ガスを液体又は超臨界状態まで圧縮する炭酸ガス圧縮装置と、海水及び/又は水からなる溶媒を圧縮・搬送する圧送ポンプと、前記圧縮された炭酸ガス及び溶媒が注入され、前記溶媒に前記炭酸ガスを溶解させて炭酸ガス溶解水とする1又は複数の溶解槽と、生成された炭酸ガス溶解水を地中の帯水層に圧入するために地表面から前記帯水層まで貫通した注入井とから構成され、
前記溶解槽は、密閉された容器の下部に、前記炭酸ガス圧縮装置から送られた炭酸ガスが注入される炭酸ガス注入口と、前記溶媒圧送ポンプから送られた溶媒が注入される溶媒注入口とが形成されるとともに、前記容器の上部に前記炭酸ガス溶解水が吐出される吐出口が形成され、前記容器内に粒状の充填材が充填されて構成され、
前記溶解槽から注入井に至る流路の途中に、送給された炭酸ガス溶解水の全量に対して、未溶解の炭酸ガスと、炭酸ガスが飽和濃度で溶解した状態の炭酸ガス溶解水とを分離する分離槽と、該分離槽で分離された炭酸ガスを圧送する炭酸ガス圧送装置を設置するとともに、この炭酸ガス圧送装置の後段に、前記炭酸ガス溶解水を所定の高流速で流した主流管路の内部に、前記炭酸ガス圧送装置から圧送された炭酸ガスの供給管路を配設するか、前記主流管路を外嵌するように前記炭酸ガス圧送装置から圧送された炭酸ガスの供給管路を配設し、前記炭酸ガス溶解水と炭酸ガスとを仕切る管路壁面に細孔を形成し、前記主流管路を流れる炭酸ガス溶解水によるせん断力によって前記炭酸ガスを細泡化しながら混入させる高圧用炭酸ガス細泡化装置を設置したことを特徴とする炭酸ガスの地中貯留システム。 - 前記炭酸ガス圧送装置と前記供給管路との間に、前記炭酸ガス圧送装置から圧送された炭酸ガスを分岐する分岐装置が配置されるとともに、前記分岐装置にて前記炭酸ガスのうち前記細泡化装置から前記帯水層までの経路で溶解可能な量を分岐して前記供給管路に圧送し、前記炭酸ガスのうち残りの量を前記溶解槽に戻すようにしてある請求項3記載の炭酸ガスの地中貯留システム。
- 前記溶解槽に充填される粒状の充填材として、砂、砕石、ラシヒリング、サドルの内のいずれか又は組み合わせとする請求項1〜4いずれかに記載の炭酸ガスの地中貯留システム。
- 前記溶解槽に充填される粒状の充填材は、充填材の種類ごとに、炭酸ガス及び溶媒の流量及び前記溶解槽の形状に基づいて定められる炭酸ガス溶解量と前記溶解槽における圧力損失とから決定される最適な平均粒径とする請求項1〜5いずれかに記載の炭酸ガスの地中貯留システム。
- 前記溶解槽において、前記充填材の充填領域内に、流路を仕切るように多数の開孔が形成された整流板が1又は複数設けられている請求項1〜6いずれかに記載の炭酸ガスの地中貯留システム。
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