JP6416023B2 - Scale suppression method and apparatus - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、熱交換器、配管内などに付着するスケールを抑制する方法、およびその装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a heat exchanger, a method for suppressing scales adhering to piping, and an apparatus therefor.

一般に、ボイラや冷却塔、地熱発電等の分野においては、カルシウム、鉄、シリカ成分などを含有する熱水を配管に通水する必要があり、長時間連続運転を行ううちに、配管内壁にスケールが発生することが知られている。   In general, in the fields of boilers, cooling towers, geothermal power generation, etc., it is necessary to pass hot water containing calcium, iron, silica components, etc. through the pipes. Is known to occur.

カルシウムスケールや鉄スケールについては清缶剤が開発されており、条件を整えて薬剤注入することで、ある程度スケールを防止したり、発生したスケールを洗浄・除去することができる。   For calcium and iron scales, canning agents have been developed. By adjusting the conditions and injecting chemicals, scales can be prevented to some extent, and the generated scales can be washed and removed.

しかし、シリカスケールについては有効な方法が少なく、現在までのところ、広く実用化されるに到っていない。例えば、シリカ成分が低濃度であればイオン交換樹脂を用いてケイ酸を除去することで対応されているが、イオン交換樹脂は高価であり、使用できる状況は限られている。また、ボイラ・冷却塔など循環系の運用では、濃縮による濃度上昇を監視して、一部排水と注水による希釈を行うことで、スケール析出を抑制している。   However, there are few effective methods for silica scale, and so far, it has not been widely put into practical use. For example, if the silica component is in a low concentration, it can be dealt with by removing silicic acid using an ion exchange resin, but the ion exchange resin is expensive and the situation where it can be used is limited. Moreover, in the operation of circulation systems such as boilers and cooling towers, the concentration increase due to concentration is monitored, and dilution by partial drainage and water injection is performed to suppress scale deposition.

また、地熱発電所のような、数100mg/Lの高濃度のシリカを含有し、時間あたり数百m以上の大水量を運用する環境においては、析出するシリカも膨大な量になって、配管閉塞、還元井の閉塞へと至る。結果として、通水量の低下、すなわち得られるエネルギー量の低下より、発電量の低下を引き起こす為、電力事業者にとっての重要な課題である。 Moreover, in an environment that contains high-concentration silica of several hundred mg / L, such as a geothermal power plant, and operates a large amount of water of several hundred m 3 or more per hour, the amount of precipitated silica is enormous. It leads to blockage of piping and reduction well. As a result, it is an important issue for electric power companies because it causes a decrease in the amount of power generation due to a decrease in the amount of water flow, that is, a decrease in the amount of energy obtained.

地熱発電所における従来技術としては、フラッシュ(気水分離)後の水を滞留させ、硫酸注入をしてpHを低下させてシリカを析出しにくくする方法があるが、還元井内の地中でCa等と反応して固形化し、井戸の寿命を短くする問題がある。また、シリカの濃度と飽和溶解度等から算出される、スケールが発生しない高温域で還元井へ送水する方法もあるが、低温までの熱利用を行うことを目的とするバイナリ型の地熱発電においては適用が難しい。   As a conventional technique in a geothermal power plant, there is a method of retaining water after flushing (air-water separation) and injecting sulfuric acid to lower pH to make it difficult to precipitate silica. There is a problem that it solidifies by reacting with the like and shortens the life of the well. In addition, there is a method of water supply to the reduction well in a high temperature range where scale does not occur, calculated from the silica concentration and saturation solubility, etc., but in the binary type geothermal power generation for the purpose of using heat to low temperatures Difficult to apply.

シリカの種晶を投入し、表面にシリカを析出させる方法では、スケール原因となるモノケイ酸の濃度で飽和溶解度を下回らせることが難しく、熱交換器通過時に水温が低下するバイナリ型では熱交換器へのスケール析出を防止することは難しい。凝集剤を投入するものもあるが、スケール原因となる地熱水中のモノケイ酸は分子量が小さく、多量の凝集剤を必要とする。   In the method of adding silica seed crystals and precipitating silica on the surface, it is difficult to lower the saturation solubility at the concentration of monosilicic acid that causes scale, and in the binary type where the water temperature decreases when passing through the heat exchanger, the heat exchanger It is difficult to prevent scale deposition on the surface. Although some flocculants are added, monosilicic acid in geothermal water, which causes scale, has a low molecular weight and requires a large amount of flocculant.

特許登録第4020288号公報Patent registration No. 4020288 特許登録第5563854号公報Patent registration No. 5563854

「鉄−シリカ無機高分子凝集斉の特性と水処理性」江原他 2000.11 第8回衛生工学シンポジウム“Characteristics of Iron-Silica Inorganic Polymer Aggregation and Water Treatment” Ehara et al. 2000.11 8th Sanitation Engineering Symposium

上述した地熱発電におけるシリカスケール抑制技術においては、効率よく十分にスケール防止ができないことが課題であった。本発明の実施形態によるスケール抑制方法は、上述した課題を解決するためになされたものであり、シリカスケールが発生しにくい水を得ることで、スケール抑制を図ることを目的とする。   In the above-described silica scale suppression technology in geothermal power generation, the problem is that scale cannot be prevented efficiently and sufficiently. The scale suppression method according to the embodiment of the present invention has been made to solve the above-described problem, and aims to suppress scale by obtaining water in which silica scale is hardly generated.

以下、本発明の実施形態によるスケール抑制方法および装置の好ましい一具体例について、必要に応じて図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a preferred specific example of a scale suppression method and apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as necessary.

前記の通り、地熱発電等の分野においては、カルシウム、鉄、シリカ成分などを含有する熱水を配管に通水する必要があり、長時間連続運転を行ううちに、配管内壁にスケールが発生することが知られている。   As described above, in the field of geothermal power generation and the like, it is necessary to pass hot water containing calcium, iron, silica components, etc. through the pipe, and scale is generated on the inner wall of the pipe during continuous operation for a long time. It is known.

スケールの発生は、通水した熱水温度が急激に低下する場所において顕著である。このようなスケールの発生は、例えば、地熱発電、特に地熱バイナリーサイクル発電、において観察することができる。   The occurrence of scale is remarkable in a place where the temperature of the hot water that has passed through rapidly decreases. The occurrence of such a scale can be observed, for example, in geothermal power generation, particularly geothermal binary cycle power generation.

図1は、地熱バイナリーサイクル発電の概要を示す図面である。
図1において、生産井1より得られた地熱熱水は、蒸発器と呼ばれる熱交換器2において低沸点媒体との熱交換が行われる。低沸点媒体に熱エネルギーを奪われた地熱熱水は、還元井3を通じて、地中深くに吐出される。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of geothermal binary cycle power generation.
In FIG. 1, the geothermal hot water obtained from the production well 1 is subjected to heat exchange with a low boiling point medium in a heat exchanger 2 called an evaporator. The geothermal hot water deprived of thermal energy by the low boiling point medium is discharged deeply into the ground through the reduction well 3.

一方、低沸点媒体は、熱交換器2において地熱熱水より熱エネルギーを奪い、その熱でガス化されて圧力が上昇する。低沸点媒体のガスは、タービン4を回し、タービン4に連結された発電機5を回して、電力を発生させる。その後の低沸点媒体は、凝縮器6に通されて、熱を奪われて液化される過程で圧力が低下する。
以上が、地熱発電における基本プロセスである。
On the other hand, the low boiling point medium takes heat energy from the geothermal hot water in the heat exchanger 2 and is gasified by the heat to increase the pressure. The gas of the low boiling point medium turns the turbine 4 and turns the generator 5 connected to the turbine 4 to generate electric power. Thereafter, the low-boiling point medium is passed through the condenser 6, and the pressure is reduced in the process of being deprived of heat and liquefied.
The above is the basic process in geothermal power generation.

上述のプロセスの中で、スケールが発生しやすい箇所は、主に三箇所存在する。
第一に、熱水が生産井1の内部から地上へ湧き上がってくる段階である。ここでは、熱水の湧出に伴い、地熱熱水の温度・圧力が低下することがきっかけとなり、炭酸カルシウムを主成分とするスケールが発生しやすいとされている。
第二に、熱交換器2の内部である。ここでは、低沸点媒体との熱交換により急速に熱水の温度が降下し、アモルファスシリカやカルシウムを主成分とするスケールが発生することが知られている。
第三に、熱交換器2以降の還元配管である。ここでも継続的に熱水の温度は下がり続けるため、アモルファスシリカなどのスケールが発生する。
In the process described above, there are mainly three places where scales are likely to occur.
The first is the stage in which hot water springs up from the inside of the production well 1 to the ground. Here, it is said that a scale mainly composed of calcium carbonate is likely to occur due to a decrease in the temperature and pressure of the geothermal hot water accompanying the hot water.
Second, the inside of the heat exchanger 2. Here, it is known that the temperature of hot water drops rapidly due to heat exchange with a low boiling point medium, and a scale mainly composed of amorphous silica or calcium is generated.
Third, it is a reduction pipe after the heat exchanger 2. Again, since the temperature of the hot water continues to decrease, a scale such as amorphous silica is generated.

地熱発電の方式として一般的なフラッシュシステムと比べたバイナリシステム特有の課題としては、比較的温度域が低く200℃以下の熱水を用いることが多いことから、発電設備内部でシリカスケールが発生しやすいことが挙げられる。シリカスケールは、強固に設備内部に固着し、酸によって比較的容易に溶解するカルシウムスケールなどよりも薬品洗浄性が悪く、設備寿命を縮める原因となったり、井戸の閉塞・呑込み量低下に伴う発電量の低下を招いたりする。   As a problem specific to binary systems compared to general flash systems as a method of geothermal power generation, hot water with a relatively low temperature range and 200 ° C or less is often used, so silica scale is generated inside the power generation equipment. It is easy to mention. Silica scale is firmly fixed inside the equipment and has poor chemical cleaning properties, such as calcium scale, which dissolves relatively easily with acid, shortening the equipment life, and accompanying well clogging / reduction in wells The power generation amount may be reduced.

ここで、シリカスケールの発生メカニズムについて、簡単に記載する。
地熱熱水中には、シリカスケールの元になるケイ酸〔Si(OH)〕が含まれている。ケイ酸は、温度やpH、共存する塩により飽和溶解度が変化する。公開されている地熱熱水の成分分析結果を参照すると、地熱熱水中にはSiO換算として、少なくとも数100mg/L、多いところでは1000mg/Lを超えるシリカ成分が含まれる。
Here, the generation mechanism of silica scale will be briefly described.
The geothermal hot water contains silicic acid [Si (OH) 4 ] that is the basis of silica scale. Silicic acid changes in saturation solubility depending on temperature, pH, and coexisting salt. Referring to the published analysis results of geothermal hot water, the geothermal hot water contains a silica component of at least several hundred mg / L, more than 1000 mg / L in terms of SiO 2 .

上述のバイナリシステムにおいては、湧出した熱水の温度が概ね150℃〜200℃程度、還元される熱水の温度が100℃〜150℃程度の範囲の熱水を運用することが多く、熱交換器で熱水の温度降下が起きる。温度降下に伴い、ケイ酸の飽和溶解度が溶解濃度を下回ると、ケイ酸が過飽和状態となり、スケールが析出するとされる。   In the binary system described above, the hot water is often used in a temperature range of about 150 ° C to 200 ° C and the temperature of the hot water to be reduced is about 100 ° C to 150 ° C. The temperature of hot water drops in the vessel. When the saturation solubility of silicic acid falls below the dissolution concentration as the temperature drops, the silicic acid becomes supersaturated and the scale is deposited.

過飽和状態となったケイ酸は、時間に応じて形態を変化させる。すなわち、重合する。   Silicic acid that has become supersaturated changes its form according to time. That is, it polymerizes.

2Si(OH) → (OH)Si−O−Si(OH)+HO ・・・式(1)
ケイ酸(Si(OH))の反応を模式的に式(1)に示した。この式(1)のように、ケイ酸のOH基部分が脱水縮合する。この反応を重ねることで、ケイ酸は分子量を増大させ、ポリケイ酸となる。
2Si (OH) 4 → (OH) 3 Si—O—Si (OH) 3 + H 2 O Formula (1)
The reaction of silicic acid (Si (OH) 4 ) is schematically shown in Formula (1). As in this formula (1), the OH group portion of silicic acid undergoes dehydration condensation. By repeating this reaction, silicic acid increases the molecular weight and becomes polysilicic acid.

ポリケイ酸は、やがて配管表面に付着し、付着したものをきっかけにして配管表面を覆うように生長する。初めはゲル状に付着するが、時間が経つにつれ、次第に強固に固着するようになる。
シリカスケールは上記のようにして発生するが、陽イオンの共存がシリカスケールの発生に影響を与えるとの研究がある。そこで、以下のように検討を行った。
The polysilicic acid eventually adheres to the pipe surface and grows so as to cover the pipe surface using the adhering material as a trigger. At first, it adheres in the form of a gel, but as time passes, it gradually becomes firmly fixed.
Although silica scale is generated as described above, there is a study that the coexistence of cations affects the generation of silica scale. Therefore, the following examination was conducted.

1700mg−SiO/Lのケイ酸液を調製し、よく溶解させた後に、硫酸を用いてpH8へ調整し、過飽和のケイ酸液を得た。この過飽和ケイ酸液を用いて、90℃で3週間循環通水した配管には、スケールは見られなかった。そこで、過飽和ケイ酸液を一部分取し、塩化カルシウム溶液を添加・撹拌したところ、析出物を得られたので、観察した。 A 1700 mg-SiO 2 / L silicic acid solution was prepared and dissolved well, and then adjusted to pH 8 with sulfuric acid to obtain a supersaturated silicic acid solution. No scale was found in the pipe that was circulated at 90 ° C. for 3 weeks using this supersaturated silicate solution. Therefore, a part of the supersaturated silicic acid solution was taken, and when a calcium chloride solution was added and stirred, a precipitate was obtained and observed.

図2は、上記の析出によって得られた沈殿物を乾燥し、電子顕微鏡(SEM)で観察した像であって、図2Aは、カルシウム添加濃度が1mmol/Lである場合について、図2Bは、カルシウム添加濃度が10mmol/Lである場合について、図2Cは、カルシウム添加濃度が100mmol/Lである場合について、示すものである。   FIG. 2 is an image obtained by drying the precipitate obtained by the above precipitation and observing with an electron microscope (SEM). FIG. 2A shows a case where the calcium addition concentration is 1 mmol / L, and FIG. FIG. 2C shows the case where the calcium addition concentration is 10 mmol / L, and FIG. 2C shows the case where the calcium addition concentration is 100 mmol / L.

カルシウム添加濃度が1mmol/Lである場合および10mmol/Lである場合、アモルファスシリカ(SiO)が主体であり(図2A、図2B)、カルシウム添加濃度が100mmol/Lである場合、一部硫酸カルシウムが析出した(図2C)。カルシウム添加濃度が1mmol/Lである場合および10mmol/Lである場合、微細なゲル状粒子が析出し(図2A、図2B)、100mmol/Lである場合、針状結晶化した硫酸カルシウムと、不定形部分としてシリカが観察された(図2C)。これらの結果から、カルシウム添加によってアモルファスシリカが析出することと、濃度に応じて析出物の組成が変化することを導きだせる。
同様の試験を鉄(III)イオンについても同様に行った。
When the calcium addition concentration is 1 mmol / L and 10 mmol / L, amorphous silica (SiO 2 ) is mainly used (FIGS. 2A and 2B), and when the calcium addition concentration is 100 mmol / L, a part of sulfuric acid Calcium precipitated (FIG. 2C). When the calcium addition concentration is 1 mmol / L and 10 mmol / L, fine gel particles are precipitated (FIG. 2A, FIG. 2B), and when 100 mmol / L, acicular crystallized calcium sulfate, Silica was observed as an amorphous part (FIG. 2C). From these results, it can be derived that amorphous silica is precipitated by the addition of calcium and that the composition of the precipitate is changed depending on the concentration.
A similar test was performed on iron (III) ions in the same manner.

そして、イオン(カルシウムイオンおよび鉄イオン)の添加量と、シリカ沈殿量について整理した(図3)。ケイ酸とカルシウムが単純にケイ酸カルシウムを形成するとSi/Ca比は0.5〜1であるが、実際には特にカルシウムイオン添加量が少ない領域で、相対的に多くのシリカが沈殿している。鉄についても同様である。この現象は、以下のモデルにより説明できる。   Then, the amount of added ions (calcium ions and iron ions) and the amount of precipitated silica were arranged (FIG. 3). When silicate and calcium simply form calcium silicate, the Si / Ca ratio is 0.5 to 1, but in practice, a relatively large amount of silica is precipitated, particularly in a region where the amount of calcium ion addition is small. Yes. The same applies to iron. This phenomenon can be explained by the following model.

すなわち、地熱熱水中に溶解したケイ酸は、温度低下により過飽和となると、重合してポリケイ酸となる。ポリケイ酸は、共存する多価陽イオンにより架橋され、分子量が大きくなる。分子量が大きくなると、いわゆる分子間力による凝集作用も働くようになり、固形物化が促進され、配管に付着しやすくなる。すなわち、多価の陽イオンの存在は、スケール生成を早めることとなる。   That is, silicic acid dissolved in geothermal hot water is polymerized to polysilicic acid when it becomes supersaturated due to a decrease in temperature. Polysilicic acid is cross-linked by coexisting polyvalent cations and has a large molecular weight. When the molecular weight is increased, an aggregating action by so-called intermolecular force also works, so that solidification is promoted and it is easy to adhere to the pipe. That is, the presence of multivalent cations will accelerate scale generation.

本発明の実施形態は、地熱熱水から生じるスケール抑制方法に関する。
したがって、本発明の実施形態によるスケール抑制方法は、
地熱熱水に薬剤を添加することでスケール生成を抑制する方法であって、
Caイオンと結合する薬剤1と、シリカコロイドの分散を促進する薬剤2と、シリカコロイドの生成を促進する薬剤3とのうち、少なくとも2種以上の薬剤を併用すること、を特徴とするものである。
Embodiments of the present invention relate to a method for suppressing scale resulting from geothermal hot water.
Therefore, the scale suppression method according to the embodiment of the present invention is:
A method for suppressing scale formation by adding a chemical to geothermal hot water,
It is characterized in that at least two or more kinds of agents are used in combination among the agent 1 that binds to Ca ions, the agent 2 that promotes the dispersion of the silica colloid, and the agent 3 that promotes the formation of the silica colloid. is there.

そして、本発明の実施形態によるスケールの抑制装置は、Caイオンと結合する薬剤1、ケイ酸およびシリカコロイドの分散を促進する薬剤2、シリカコロイドの生成を促進する薬剤3とのうち、少なくとも2種以上の薬剤を、地熱熱水に添加する装置を具備すること、を特徴とする。   The scale suppressing device according to the embodiment of the present invention includes at least two of the agent 1 that binds to Ca ions, the agent 2 that promotes dispersion of silica and silica colloid, and the agent 3 that promotes the formation of silica colloid. It is characterized by comprising a device for adding more than one kind of medicine to geothermal hot water.

本発明の実施形態によるスケール抑制方法によれば、所定の薬剤の添加によって、地熱熱水がスケール原因物質を析出しにくく、しかも仮に析出しても配管等への付着・蓄積しにくい性質にすることができる。   According to the scale suppression method according to the embodiment of the present invention, the addition of a predetermined chemical makes it difficult for geothermal hot water to deposit scale-causing substances, and even if temporarily deposited, makes it difficult to adhere to and accumulate on pipes and the like. be able to.

このことから、本発明の実施形態によれば、各種の地熱利用システムにおいて従来発生していたスケールによってもたらされていた種々の問題点を解決することができる。   From this, according to embodiment of this invention, the various problems which were brought about by the scale which generate | occur | produced conventionally in various geothermal utilization systems can be solved.

このような本発明の実施形態によるスケール抑制方法は、地熱発電システム、特に地熱バイナリーサイクル発電において、その効果が顕著である。   Such a scale suppression method according to the embodiment of the present invention has a remarkable effect in a geothermal power generation system, particularly in a geothermal binary cycle power generation.

そして、本発明の実施形態によるスケール抑制方法は、単に、地熱熱水の地上部分の流路におけるスケールの発生を抑制するだけではなくて、地熱熱水が地上に噴出する前あるいは地中に還元された後においてもスケールによる問題を予防ないし抑制できるものである。   The scale suppression method according to the embodiment of the present invention not only suppresses the generation of scale in the flow path of the ground portion of the geothermal hot water but also reduces it before the geothermal hot water is jetted to the ground or into the ground. Even after being applied, problems due to scale can be prevented or suppressed.

地熱バイナリーサイクル発電の概要を示す図面。Drawing which shows the outline of geothermal binary cycle power generation. 過飽和ケイ酸液に塩化カルシウム溶液を添加して得られた析出物の電子顕微鏡写真。An electron micrograph of a precipitate obtained by adding a calcium chloride solution to a supersaturated silicic acid solution. スケール析出における陽イオンの影響を表す図面。Drawing showing the influence of cations on scale deposition. 本発明の実施形態によるスケール抑制方法を説明する図面。6 is a diagram illustrating a scale suppression method according to an embodiment of the present invention. 薬剤2によるケイ酸重合物の分子量変化を示す図面。The figure which shows the molecular weight change of the silicic acid polymer by the chemical | medical agent 2. FIG. 実施例1において確認された、管内の状況(薬剤添加なし)を示す光学顕微鏡写真。FIG. 2 is an optical micrograph showing the situation inside the tube (without addition of a drug) confirmed in Example 1. FIG. 実施例1において確認された、管内に付着したスケールの走査型電子顕微鏡(SEM)写真。The scanning electron microscope (SEM) photograph of the scale adhering in the pipe | tube confirmed in Example 1. FIG. 実施例1において確認された、管内の状況(薬剤添加あり)を示す光学顕微鏡写真。The optical micrograph which shows the condition (with chemical | medical agent addition) confirmed in Example 1 in a pipe | tube. 実施例2において確認された、薬剤1の添加効果ならびに薬剤2の添加効果を表す図面。The figure showing the addition effect of the chemical | medical agent 1 and the addition effect of the chemical | medical agent 2 confirmed in Example 2. FIG.

<スケール抑制方法>
本発明の実施形態によるスケール抑制方法は、
地熱熱水に薬剤を添加することでスケール生成を抑制する方法であって、
Caイオンと結合する薬剤1と、シリカコロイドの分散を促進する薬剤2と、シリカコロイドの生成を促進する薬剤3とのうち、少なくとも2種以上の薬剤を併用すること、を特徴とするものである。
<Scale suppression method>
A scale suppression method according to an embodiment of the present invention includes:
A method for suppressing scale formation by adding a chemical to geothermal hot water,
It is characterized in that at least two or more kinds of agents are used in combination among the agent 1 that binds to Ca ions, the agent 2 that promotes the dispersion of the silica colloid, and the agent 3 that promotes the formation of the silica colloid. is there.

このような本発明の実施形態によるスケール抑制方法は、好ましくは、例えば、「地熱発電システム」に適用可能なものであって、特に、「地中から生産井を通して採取された地熱熱水から熱エネルギーを取り出した後、その地熱熱水を還元井を通じて地中へ戻す地熱発電システムにおける前記地熱熱水の流路に発生するスケール」を抑制できる方法である。   Such a scale suppression method according to an embodiment of the present invention is preferably applicable to, for example, a “geothermal power generation system”, and in particular, “heat from geothermal hot water collected from the ground through a production well. This is a method that can suppress the “scale generated in the flow path of the geothermal hot water in the geothermal power generation system that returns the geothermal hot water to the ground through the reduction well after extracting the energy”.

なお、地熱熱水から取り出した「熱エネルギー」の利用形態としては、他の材料(固体、液体、気体の単独またはそれらの混合物)等の加熱を挙げることができ、また、地熱熱水からの「熱エネルギー」の取り出し装置としては、例えば熱交換器等を挙げることができる。例えば、加熱対象が低沸点溶媒であり、地熱熱水からの「熱エネルギー」の取り出しと低沸点媒体の加熱が共通の熱交換器で行われる地熱発電システムは、例えば「地熱バイナリーサイクル発電システム」を一つの具体例として包含する。   In addition, as a utilization form of “thermal energy” taken out from geothermal hot water, heating of other materials (solid, liquid, gas alone or a mixture thereof) can be exemplified. Examples of the “heat energy” extraction device include a heat exchanger. For example, a geothermal power generation system in which the object to be heated is a low boiling point solvent and the extraction of “thermal energy” from geothermal hot water and the heating of the low boiling point medium are performed in a common heat exchanger is, for example, a “geothermal binary cycle power generation system”. Is included as a specific example.

したがって、上記の地熱発電システムの具体的としては、好ましくは、「地熱バイナリーサイクル発電システム」を挙げることができる。ここで、「地熱バイナリーサイクル発電」とは、「地熱流体の熱エネルギーを熱交換器において低沸点媒体などのほかの流体に伝え、加熱、気化された媒体でタービンを駆動する発電サイクル」(JIS B0127 (2102) 7106)を言うものである。   Therefore, a specific example of the geothermal power generation system is preferably a “geothermal binary cycle power generation system”. Here, “geothermal binary cycle power generation” means “electric power generation cycle in which the heat energy of geothermal fluid is transferred to other fluids such as low-boiling-point media in a heat exchanger, and the turbine is driven by a heated and vaporized medium” (JIS B0127 (2102) 7106).

図4は、本発明の実施形態によるスケール抑制方法を「地熱バイナリーサイクル発電システム」へ適用した場合について示すものである。
図4において、生産井1より得られた地熱熱水は、熱交換器2において低沸点媒体との熱交換が行われる。低沸点媒体に熱エネルギーを奪われた地熱熱水は、還元井3を通じて、地中深くに吐出される。なお、熱交換器2と還元井3との途中には、必要に応じて、シリカ分離器7を設けることができる。上記の生産井1、熱交換器2、シリカ分離器7および還元井3は、地熱熱水が流通する配管8によって接続されている。
FIG. 4 shows a case where the scale suppression method according to the embodiment of the present invention is applied to a “geothermal binary cycle power generation system”.
In FIG. 4, the geothermal hot water obtained from the production well 1 is subjected to heat exchange with a low boiling point medium in the heat exchanger 2. The geothermal hot water deprived of thermal energy by the low boiling point medium is discharged deeply into the ground through the reduction well 3. In addition, the silica separator 7 can be provided in the middle of the heat exchanger 2 and the reduction well 3 as needed. The production well 1, the heat exchanger 2, the silica separator 7, and the reduction well 3 are connected by a pipe 8 through which geothermal hot water flows.

一方、低沸点媒体は、熱交換器2において地熱熱水より熱エネルギーを奪い、その熱でガス化されて圧力が上昇する。低沸点媒体のガスは、タービン4を回し、タービン4に連結された発電機5を回して、電力を発生させる。その後の低沸点媒体は、凝縮器6に通されて、熱を奪われて液化される過程で圧力が低下する。   On the other hand, the low boiling point medium takes heat energy from the geothermal hot water in the heat exchanger 2 and is gasified by the heat to increase the pressure. The gas of the low boiling point medium turns the turbine 4 and turns the generator 5 connected to the turbine 4 to generate electric power. Thereafter, the low-boiling point medium is passed through the condenser 6, and the pressure is reduced in the process of being deprived of heat and liquefied.

この図4には、薬剤1の添加位置A、薬剤3の添加位置Bおよび薬剤2の添加位置Cが示されている。なお、薬剤1、薬剤2、薬剤3のうち、いずれかの薬剤を用いない場合、その薬剤の添加位置を省略できることは言うまでもない。また、薬剤1、薬剤2、薬剤3のそれぞれの薬剤の添加位置は、一箇所である必要はなく、複数箇所に設けることができる。   In FIG. 4, the addition position A of the medicine 1, the addition position B of the medicine 3, and the addition position C of the medicine 2 are shown. Needless to say, when any one of the drug 1, the drug 2, and the drug 3 is not used, the addition position of the drug can be omitted. Moreover, the addition position of each of the drug 1, the drug 2, and the drug 3 does not need to be one, and can be provided at a plurality of positions.

発明の実施形態によるスケール抑制方法では、まず、地熱熱水に薬剤1を添加する。
薬剤1は、Caイオンと結合する薬剤である。この薬剤1は、主にカルシウムや鉄などの多価陽イオンの効果を減殺する作用を有する。すなわち、イオン結合などでこれらの陽イオンと結合するものであって、例えばカルボキシル基やホスホン酸基、スルホン酸などを分子内に含む、有機高分子化合物を用いることができる。
In the scale suppression method according to the embodiment of the invention, first, the drug 1 is added to the geothermal hot water.
The drug 1 is a drug that binds to Ca ions. This drug 1 mainly has an action of reducing the effects of polyvalent cations such as calcium and iron. That is, an organic polymer compound that binds to these cations by an ionic bond or the like and contains, for example, a carboxyl group, a phosphonic acid group, a sulfonic acid, or the like in the molecule can be used.

このような薬剤1の好ましい具体例としては、(1)カルボキシル基を含む化合物、好ましくは、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、アクリル酸/マレイン酸共重合体等、(2)リン酸基を含む化合物、好ましくは、ヒドロキシエチジレンジホスホン酸等、(3)スルホン酸を含む化合物、好ましくは、ポリアクリル酸重合体の一部にスルホン酸を共重合させたもの等を挙げることができる。また、カルシウムスケール抑制剤として市販されているものを用いることができる。   Preferable specific examples of such a drug 1 include (1) a compound containing a carboxyl group, preferably polyacrylic acid, polymaleic acid, an acrylic acid / maleic acid copolymer, etc. (2) a compound containing a phosphate group Preferably, hydroxyethylidylenediphosphonic acid and the like (3) compounds containing sulfonic acid, preferably those obtained by copolymerizing a part of polyacrylic acid polymer with sulfonic acid, and the like. Moreover, what is marketed as a calcium scale inhibitor can be used.

これらの中で最も好ましいものは、ポリアクリル酸であって、地熱熱水に含まれるCaイオンと当量以上の官能基量を含むように添加するものである。   Among these, polyacrylic acid is most preferable, and is added so as to include a functional group amount equal to or more than the Ca ion contained in the geothermal hot water.

地熱熱水への薬剤1の添加は、薬剤2の添加および薬剤3の添加よりも前であればよい。このことから、薬剤1は、図4に具体的に示されるように、添加位置Aのような生産井1の坑内に添加することが最も好ましい。   Addition of the drug 1 to the geothermal hot water may be prior to the addition of the drug 2 and the addition of the drug 3. Therefore, it is most preferable that the drug 1 is added into the well of the production well 1 such as the addition position A as specifically shown in FIG.

薬剤1の添加量は、地熱熱水に含まれるCaイオンに対して、当量以上の該当官能基量を含むようにすることが望ましい。また、添加した結果として遊離状態のカルシウムイオン濃度が10mg/Lを下回るようにすることが望ましい。遊離状態のカルシウムイオン濃度は、フタレインなどを用いた比色法により測定することができる。薬剤1の添加量が上記範囲内であることにより、カルシウムとシリカの反応をきっかけとしたスケールの析出を抑制することができる。   As for the addition amount of the chemical | medical agent 1, it is desirable to make it contain the amount of applicable functional groups more than an equivalent with respect to Ca ion contained in geothermal hot water. Moreover, it is desirable that the calcium ion concentration in the free state is less than 10 mg / L as a result of the addition. The calcium ion concentration in the free state can be measured by a colorimetric method using phthalein or the like. When the addition amount of the chemical | medical agent 1 exists in the said range, precipitation of the scale triggered by the reaction of calcium and silica can be suppressed.

添加後は、配管内で撹拌し、薬剤の分散を促進することが望ましく、スタティックミキサーなども用いてよいが、圧力の損失を生じる為、過剰にならないよう注意が必要である。   After the addition, it is desirable to promote the dispersion of the drug by stirring in the pipe, and a static mixer or the like may be used. However, since pressure loss occurs, care must be taken not to make it excessive.

なお、薬剤1は、地熱熱水のCaイオン濃度が低い場合には、その添加量を低減することができ、場合により、その添加を省略することができる。   In addition, when the Ca ion density | concentration of geothermal hot water is low, the chemical | medical agent 1 can reduce the addition amount, and the addition can be abbreviate | omitted by the case.

続いて、薬剤3を添加する。
薬剤3は、シリカコロイドの生成を促進する薬剤である。この薬剤3は、地熱熱水中のケイ酸の重合を促進する機能を有する。薬剤3には、例えば予め重合させたケイ酸、すなわちポリケイ酸を用いることで、地熱熱水中のケイ酸の重合を促進することができる。
Subsequently, drug 3 is added.
The drug 3 is a drug that promotes the formation of silica colloid. This medicine 3 has a function of promoting polymerization of silicic acid in geothermal hot water. For example, silicic acid that has been polymerized in advance, that is, polysilicic acid, can be used for the chemical 3 to promote polymerization of silicic acid in geothermal hot water.

液中でのケイ酸の重合に伴う分子量分布の変化は、初期は均等に重合が進行し、全体的に分子量が増加して一次粒子が形成されることと、その後に一次粒子同士が重合して更に大きな分子量を持つ群のダブルピークとなると、理解することができる。   The change in molecular weight distribution associated with the polymerization of silicic acid in the liquid is that the polymerization proceeds uniformly in the initial stage, the molecular weight increases as a whole to form primary particles, and then the primary particles polymerize. It can be understood that it becomes a double peak of a group having a larger molecular weight.

ここで、薬剤3のように予め重合させて分子量を増大させたポリケイ酸を過飽和となる地熱熱水に添加すると、既に大きな分子量を持つポリケイ酸に更にケイ酸が重合されることで、比較的短い時間で分子量10万以上の大きなポリケイ酸群と分子量1万以下の小さなポリケイ酸群とを形成することができる(図5)。図5は、90℃、pH8の800mg−SiO/Lの溶液に、20mg−SiO/Lのポリケイ酸を添加・撹拌した後に、遠心分離フィルタ(分画分子量1万、10万、100万)で分画し、それぞれの濾液のシリカ濃度を測定したものから描いた、シリカの分子量分布である。ポリケイ酸を添加することで、分子量10万以上のポリケイ酸群と、分子量1万以下ポリケイ酸群とが形成され、間の1万〜10万の群は検出されなかった。すなわち、薬剤3により、ケイ酸の分子量を制御することが可能である。薬剤3により分子量を大きくすることは、分子数を減らす効果を持つ。すなわち、後述する薬剤2が標的とする分子の数を削減することができ、薬剤2の効果を押し上げる。 Here, when polysilicic acid previously polymerized and increased in molecular weight as in Drug 3 is added to supersaturated geothermal hot water, silicic acid is further polymerized into polysilicic acid having a large molecular weight, A large polysilicic acid group having a molecular weight of 100,000 or more and a small polysilicic acid group having a molecular weight of 10,000 or less can be formed in a short time (FIG. 5). FIG. 5 shows that after adding 20 mg-SiO 2 / L polysilicic acid to an 800 mg-SiO 2 / L solution at 90 ° C. and pH 8 and stirring, a centrifugal filter (fractionated molecular weight 10,000, 100,000, 1,000,000) ) And the molecular weight distribution of silica drawn from the measurement of the silica concentration of each filtrate. By adding polysilicic acid, a polysilicic acid group having a molecular weight of 100,000 or more and a polysilicic acid group having a molecular weight of 10,000 or less were formed, and a group of 10,000 to 100,000 was not detected. In other words, the molecular weight of silicic acid can be controlled by the drug 3. Increasing the molecular weight with the drug 3 has the effect of reducing the number of molecules. That is, the number of molecules targeted by the drug 2 described later can be reduced, and the effect of the drug 2 is increased.

薬剤3の添加量は、地熱熱水に含まれるケイ酸濃度に対して、SiO濃度換算で好ましくは1%〜10%、特に好ましくは2〜5%である。薬剤3の添加量が上記範囲内であることにより、ケイ酸分子量の増大、およびポリケイ酸分子数の減少という効果を容易に得ることができる。 The addition amount of the medicine 3 is preferably 1% to 10%, particularly preferably 2 to 5%, in terms of SiO 2 concentration, with respect to the silicic acid concentration contained in the geothermal hot water. When the addition amount of the medicine 3 is within the above range, the effects of increasing the silicic acid molecular weight and decreasing the number of polysilicic acid molecules can be easily obtained.

続いて、薬剤2を添加する。
薬剤2は、シリカコロイドの分散を促進する機能を有する。薬剤2によって、地熱熱水中の微小粒子を均一に分散される。この薬剤2は、前述の薬剤3などにより重合したポリケイ酸の配管への付着を防止する作用を有する。
Subsequently, drug 2 is added.
The drug 2 has a function of promoting the dispersion of the silica colloid. By the chemical | medical agent 2, the microparticle in geothermal hot water is disperse | distributed uniformly. This medicine 2 has an action of preventing the polysilicic acid polymerized by the aforementioned medicine 3 or the like from adhering to the pipe.

薬剤2としては、(1)陰イオン界面活性剤、好ましくはポリアクリル酸、アルキルスルホン酸等、(2)陽イオン界面活性剤、好ましくは四級アンモニウム塩等、(3)陰イオン性高分子分散剤、好ましくはナフタレンスルホン酸ホルマリン重合物等、(4)分子内で分極する構造により分散効果を得る仕組みの分散剤、好ましくはポリビニルピロリドンやその共重合体などを用いることが望ましい。これらの中で最も好ましいものは、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸である。   Examples of the drug 2 include (1) an anionic surfactant, preferably polyacrylic acid, alkylsulfonic acid and the like, (2) a cationic surfactant, preferably quaternary ammonium salt, and the like (3) an anionic polymer. It is desirable to use a dispersant, preferably a naphthalene sulfonic acid formalin polymer or the like, and (4) a dispersant having a mechanism for obtaining a dispersion effect by a structure polarized in the molecule, preferably polyvinylpyrrolidone or a copolymer thereof. Of these, polyvinyl pyrrolidone and polyacrylic acid are most preferred.

薬剤2を添加することにより、微小粒子として熱水中に存在するスケール原因物質が配管表面へ付着するのを抑制するほか、配管表面に既に付着したスケールに対して更にスケール付着が進むことを抑制できる。   Addition of chemical 2 prevents the scale-causing substances present in the hot water as fine particles from adhering to the pipe surface, and further prevents the scale from adhering to the scale already adhering to the pipe surface. it can.

薬剤2の添加は、例えば薬剤1の添加の後、薬剤3の添加前に行うことができる。この場合、薬剤2の添加は、図4の添加位置Bのように、地熱熱水が生産井1から湧出した後の地上部分で行うことが好ましい。   The addition of the drug 2 can be performed after the addition of the drug 1 and before the addition of the drug 3, for example. In this case, it is preferable to add the chemical | medical agent 2 in the ground part after the geothermal hot water springs out from the production well 1 like the addition position B of FIG.

薬剤2の添加量は、地熱熱水中のケイ酸濃度に対して、好ましくは1%〜20%、特に好ましくは2%〜5%である。薬剤2の添加量が上記範囲内であることにより、シリカの分散性向上による付着抑制という効果を容易に得ることができる。   The addition amount of the medicine 2 is preferably 1% to 20%, particularly preferably 2% to 5% with respect to the silicic acid concentration in the geothermal hot water. When the addition amount of the chemical | medical agent 2 exists in the said range, the effect of adhesion suppression by the dispersibility improvement of a silica can be acquired easily.

薬剤3の添加は、薬剤1の添加後、熱交換処理の前に行うことができる。ただし、薬剤3を添加するとポリケイ酸が形成され、それ自体はスケール生成を促進する方向である為、薬剤3の添加の際には、地熱熱水中に薬剤2が存在していることが望ましい。   The addition of the medicine 3 can be performed after the addition of the medicine 1 and before the heat exchange treatment. However, when the drug 3 is added, polysilicic acid is formed, which itself promotes scale formation. Therefore, when the drug 3 is added, the drug 2 is preferably present in the geothermal hot water. .

薬剤2と薬剤3の添加順序は、一般に薬剤2添加後に薬剤3とする方が、プロセス内を広くカバーすることができる。しかしながら、薬剤3により十分にケイ酸の重合を進めてから分散剤を添加する方が、分散効果を高く得られるので、熱交換器内部へのスケール付着は少なく抑えることができる。よって、薬剤2と薬剤3の添加順序は、プラント設計の思想に合わせて適宜選択することができる。   In general, the order of adding the drug 2 and the drug 3 can cover the process more widely when the drug 3 is added after the drug 2 is added. However, if the dispersing agent is added after sufficiently proceeding the polymerization of the silicic acid with the chemical 3, a higher dispersion effect can be obtained, so that the scale adhesion inside the heat exchanger can be suppressed to a small extent. Therefore, the addition order of the chemical | medical agent 2 and the chemical | medical agent 3 can be suitably selected according to the thought of plant design.

薬剤1〜3のいずれか2種以上が添加された地熱熱水は、スケール原因物質が析出しにくく、しかも析出しても配管へ付着・堆積しにくい性質を得たため、熱交換器内でのスケール発生を少なく抑えることができる。
次いで、この薬剤添加済の地熱熱水は、図4のように還元井3を通じて地中へ戻すことができる。
The geothermal hot water to which any two or more of the chemicals 1 to 3 are added has the property that the substance causing the scale is difficult to deposit, and even if it is deposited, it is difficult to adhere to and accumulate on the piping. Scale generation can be reduced.
Next, the chemical-added geothermal hot water can be returned to the ground through the reduction well 3 as shown in FIG.

地上の還元配管でのスケール析出に関しては、前述の薬剤添加で抑制を図ることができるが、地中、すなわち還元井3以降、地中の水脈における閉塞においては、必ずしもその限りではない。還元井3から地中に排水された還元熱水は、地中の砂礫などを通じて貯留層へ浸透していく。還元井の呑込み水量低下は、還元坑井配管へのスケール付着による流路の閉塞の他、地中の熱水貯留層への浸透が悪くなることとされているが、地中の反応についてはサイトごとに現象が異なることから想定・対策が難しい。硫酸を添加して熱水のpHを下げ、ケイ酸の重合を遅らせる手法があるが、過飽和のケイ酸が存在する限り、通常、時間が経てばいずれ析出する。   The scale deposition on the ground reduction pipe can be suppressed by the above-mentioned addition of the chemicals, but it is not necessarily limited in the ground, that is, the blockage of the ground water vein after the reduction well 3. The reduced hot water drained from the reduction well 3 into the ground penetrates into the reservoir through underground gravel. The reduction in the amount of water contained in the reduction well is said to be due to the blockage of the flow path due to the scale adhering to the reduction well pipe, and the penetration into the underground hot water reservoir will be worsened. Is difficult to assume and countermeasures because the phenomenon varies from site to site. There is a method of adding sulfuric acid to lower the pH of hot water to delay the polymerization of silicic acid, but as long as supersaturated silicic acid is present, it usually precipitates over time.

そこで、地熱熱水を還元井3から地中へ戻すまでに、地熱熱水からシリカを除去することが好ましい。このために、図4に示した通り、シリカ分離器7を設けて、過飽和分のシリカを熱水中から除去することが望ましい。   Therefore, it is preferable to remove silica from the geothermal hot water before the geothermal hot water is returned from the reduction well 3 to the ground. For this purpose, as shown in FIG. 4, it is desirable to provide a silica separator 7 to remove supersaturated silica from hot water.

ここまでのプロセスで、過飽和分のシリカは、分子量10万以上のコロイド化していることから、具体的な分離装置は、薬剤による凝集、膜分離、重力沈降、加圧浮上などの浮上分離などやそれらの組み合わせを用いることができる。分離膜としては、高温・耐圧性に優れたセラミクス膜を用いることができるほか、この段階では既に100〜120℃付近まで熱水温度が低下してきていることが多く、有機膜をも用いることができる。凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウムやポリ硫酸鉄などのアルミ系、鉄系の凝結剤の他、高分子凝集剤を併用することで、分離性を高くすることができる。なお、凝結剤は、分子量10万以上のコロイド群を重点的に凝集させることができるので、効率的である。   In the process so far, the supersaturated silica is colloidalized with a molecular weight of 100,000 or more. Therefore, a specific separation apparatus can be used for flotation separation such as agglomeration by a drug, membrane separation, gravity sedimentation, and pressure flotation. Combinations thereof can be used. As the separation membrane, a ceramic membrane excellent in high temperature and pressure resistance can be used, and in this stage, the hot water temperature has already decreased to around 100 to 120 ° C., and an organic membrane is also used. it can. As the flocculant, separability can be enhanced by using a polymer flocculant in addition to aluminum-based and iron-based flocculants such as polyaluminum chloride and polyiron sulfate. The coagulant is efficient because it can concentrate a colloid group having a molecular weight of 100,000 or more.

以上のように、本発明の実施形態によるスケール抑制方法は、好ましくは、例えば、「地熱発電システム」に適用可能なものであって、特に、「地中から生産井を通して採取された地熱熱水から熱エネルギーを取り出した後、その地熱熱水を還元井を通じて地中へ戻す地熱発電システムにおける前記地熱熱水の流路(特に、熱交換器の内部の流路)に発生するスケール」を抑制できる方法である。   As described above, the scale suppression method according to the embodiment of the present invention is preferably applicable to, for example, a “geothermal power generation system”, and in particular, “geothermal hot water collected from the ground through a production well. The scale generated in the geothermal hot water flow path (especially the flow path inside the heat exchanger) in the geothermal power generation system that returns the geothermal hot water to the ground through the reduction well after extracting the thermal energy from It can be done.

本発明の好ましい実施形態としては、前記のシリカコロイドの分散を促進する薬剤2と、前記のシリカコロイドの生成を促進する薬剤3とを併用するスケール抑制方法、および
前記のCaイオンと結合する薬剤1と、前記のシリカコロイドの分散を促進する薬剤2と、前記のシリカコロイドの生成を促進する薬剤3とを併用するスケール抑制方法を挙げることができる。
As a preferred embodiment of the present invention, a scale inhibiting method that uses the agent 2 that promotes the dispersion of the silica colloid and the agent 3 that promotes the formation of the silica colloid, and the agent that binds to the Ca ion. 1 and a scale inhibiting method using the drug 2 that promotes the dispersion of the silica colloid and the drug 3 that promotes the formation of the silica colloid.

<スケールの抑制装置>
本発明の実施形態によるスケールの抑制装置は、Caイオンと結合する薬剤1と、シリカコロイドの分散を促進する薬剤2と、シリカコロイドの生成を促進する薬剤3とのうち、少なくとも2種以上の薬剤を、地熱熱水に添加する装置を具備すること、を特徴とする。
<Scale suppression device>
The scale suppressing device according to the embodiment of the present invention includes at least two or more kinds of agents 1 that bind to Ca ions, agents 2 that promote the dispersion of silica colloid, and agents 3 that promote the formation of silica colloid. A device for adding a drug to geothermal hot water is provided.

このようなスケールの抑制装置の好ましい一具体例としては、(イ)地中から地熱熱水を採取する装置、(ロ)地熱熱水から熱エネルギーを取り出す装置、(ハ)地熱熱水を地中へ戻す装置、(ニ)Caイオンと結合する薬剤1、シリカコロイドの分散を促進する薬剤2、シリカコロイドの生成を促進する薬剤3とのうち、少なくとも2種以上の薬剤を、地熱熱水に添加する装置、および(ホ)前記の(イ)〜(ニ)に地熱熱水を流通させる装置を具備するもの、を挙げることができる。   As a preferred specific example of such a scale restraining device, (a) a device for collecting geothermal hot water from the ground, (b) a device for extracting thermal energy from the geothermal hot water, and (c) geothermal hot water for geothermal hot water. At least two or more kinds of agents among the device for returning to the inside, (d) the agent 1 that binds to Ca ions, the agent 2 that promotes the dispersion of the silica colloid, and the agent 3 that promotes the formation of the silica colloid, And (e) those having a device for circulating geothermal hot water in (i) to (d) above.

ここで、(イ)地中から地熱熱水を採取する装置としては、図4に示される生産井1を挙げることができ、(ロ)地熱熱水から熱エネルギーを取り出す装置としては、図4に示される熱交換器2を挙げることができ、(ハ)地熱熱水を地中へ戻す装置としては、図4に示される還元井3を挙げることができ、(ニ)Caイオンと結合する薬剤1、シリカコロイドの分散を促進する薬剤2、シリカコロイドの生成を促進する薬剤3とのうち、少なくとも2種以上の薬剤を、地熱熱水に添加する装置としては、図4に示される薬剤1の添加位置A、薬剤3の添加位置Bおよび薬剤2の添加位置Cを挙げることができ、(ホ)前記の(イ)〜(ニ)に地熱熱水を流通させる装置としては、図4に示される配管8等を挙げることができる。   Here, (b) As an apparatus for collecting geothermal hot water from the ground, the production well 1 shown in FIG. 4 can be cited. (B) As an apparatus for extracting thermal energy from geothermal hot water, FIG. (C) As an apparatus for returning geothermal hot water to the ground, the reduction well 3 shown in FIG. 4 can be cited, and (d) it binds with Ca ions. As an apparatus for adding at least two or more kinds of agents among the agent 1, the agent 2 that promotes the dispersion of the silica colloid, and the agent 3 that promotes the formation of the silica colloid, the agent shown in FIG. The addition position A of 1, the addition position B of the medicine 3, and the addition position C of the medicine 2 can be cited. (E) As an apparatus for circulating geothermal hot water to the above (a) to (d), FIG. The pipe 8 shown in FIG.

本発明の実施形態によるスケールの抑制装置は、上記の(イ)〜(ホ)に加えて、更に(ヘ)地熱熱水からスケールを除去する装置を具備するものが好ましい。なお、この場合、前記の「(ホ)前記の(イ)〜(ニ)に地熱熱水を流通させる装置」は、「(ホ)前記の(イ)〜(ヘ)に地熱熱水を流通させる装置」に変更される。この(ヘ)地熱熱水からスケールを除去する装置としては、図4に示されるシリカ分離器7を挙げることができる。   In addition to the above (a) to (e), the apparatus for suppressing a scale according to the embodiment of the present invention preferably further comprises (f) an apparatus for removing scale from the geothermal hot water. In this case, “(e) the device for distributing geothermal hot water to (i) to (d)” described above is “(e) circulating geothermal hot water to (i) to (f) above”. It is changed to "device to let". As an apparatus for removing scale from this (f) geothermal hot water, there can be mentioned a silica separator 7 shown in FIG.

<実施例1>
90℃の模擬地熱水を循環させ、一部に試験体としてSUS316L製の管を接続し、スケール発生について観察した。循環期間は3週間であり、初期のケイ酸濃度は500mg−SiO/L、カルシウム濃度は14mg/L、pHは8.5とした。
<Example 1>
A simulated geothermal water of 90 ° C. was circulated, and a pipe made of SUS316L was connected to a part as a test body, and the generation of scale was observed. The circulation period was 3 weeks, the initial silicic acid concentration was 500 mg-SiO 2 / L, the calcium concentration was 14 mg / L, and the pH was 8.5.

循環後の管内を光学顕微鏡によって観察した。結果は、図6に示される通りである。なお、図6Aは、観察倍率25倍で観察したときのものであり、図6Bは、図6A中の四角で囲まれた領域を観察倍率100倍で観察したときのものである。図6Aおよび図6Bに示されるように、管内表面には白色の析出物が付着していた。   The inside of the tube after the circulation was observed with an optical microscope. The result is as shown in FIG. 6A is a view when observed at an observation magnification of 25 times, and FIG. 6B is a view when an area surrounded by a square in FIG. 6A is observed at an observation magnification of 100 times. As shown in FIGS. 6A and 6B, white precipitates were attached to the inner surface of the tube.

上記の析出物を採取して、それを走査型電子顕微鏡(SEM)によって観察した、結果は、図7に示される通りである。さらに、元素分析を行った結果、主成分がSi、Oであり、わずかにCaおよびFe(装置からの溶出と考えられる)が含まれることがわかった。すなわち、付着物はシリカスケールであり、本試験条件では、シリカスケールの析出が進行していくことがわかった。   The above precipitate was collected and observed with a scanning electron microscope (SEM). The result is as shown in FIG. Furthermore, as a result of elemental analysis, it was found that the main components are Si and O, and that Ca and Fe (considered to be eluted from the apparatus) are slightly contained. That is, the deposit was silica scale, and it was found that precipitation of silica scale proceeds under the present test conditions.

続いて、再び90℃の模擬地熱水を循環させ、一部に試験体としてSUS316L製の管を接続し、スケール発生について観察した。循環期間は3週間であり、初期のケイ酸濃度は500mg−SiO/L、カルシウム濃度は14mg/L、pHは8.5とした点は上記条件と同様である。今回は、薬剤1としてポリアクリル酸ナトリウム液を用い、薬剤2としてポリビニルピロリドン液を用い、それぞれ50ppm、20ppmを添加した。 Subsequently, simulated geothermal water at 90 ° C. was circulated again, and a SUS316L tube was connected to a part as a test body, and the occurrence of scale was observed. The circulation period is 3 weeks, the initial silicic acid concentration is 500 mg-SiO 2 / L, the calcium concentration is 14 mg / L, and the pH is 8.5. This time, a sodium polyacrylate solution was used as the drug 1 and a polyvinyl pyrrolidone solution was used as the drug 2, and 50 ppm and 20 ppm were added, respectively.

循環後の管内を光学顕微鏡によって観察した。結果は、図8に示される通りである。なお、図8Aは、観察倍率25倍で観察したときのものであり、図8Bは、図8A中の四角で囲まれた領域を観察倍率100倍で観察したときのものである。   The inside of the tube after the circulation was observed with an optical microscope. The result is as shown in FIG. 8A is a view when observed at an observation magnification of 25 times, and FIG. 8B is a view when an area surrounded by a square in FIG. 8A is observed at an observation magnification of 100 times.

本試験においては、シリカスケール付着は見られなかった。すなわち、薬剤により、シリカスケールの配管への付着を抑制できることが確認できた。   In this test, silica scale adhesion was not observed. That is, it was confirmed that the adhesion to the silica scale pipe can be suppressed by the chemical.

<実施例2>
初期のケイ酸濃度500mg−SiO/L、カルシウム濃度14mg/L、pHは8.5、90℃の模擬地熱水へ、薬剤1、薬剤2を2:1で添加・混合した。上記混合後、遠心分離可能な限外ろ過膜(分画分子量3000)により熱水の濾液を得た。ろ過前後のシリカ、カルシウム濃度を計測した。遊離カルシウムについてはフタレインを用いた比色法、溶解性シリカについてはモリブデン青による比色法、その他のカルシウムとシリカについては、ICP発光法によりCa、Si濃度を計測し必要に応じて換算した。
<Example 2>
Drugs 1 and 2 were added to and mixed with simulated geothermal water at an initial silicic acid concentration of 500 mg-SiO 2 / L, calcium concentration of 14 mg / L, pH of 8.5, and 90 ° C. at a ratio of 2: 1. After the above mixing, a hot water filtrate was obtained with an ultrafiltration membrane (fractionation molecular weight 3000) that can be centrifuged. The silica and calcium concentrations before and after filtration were measured. For free calcium, the colorimetric method using phthalein, for soluble silica, the colorimetric method using molybdenum blue, and for other calcium and silica, the concentrations of Ca and Si were measured by ICP emission method and converted as necessary.

図9Aでは、カルシウム濃度を示した。
薬剤1の濃度が上昇するにつれて遊離カルシウム濃度が低下する。一方、分子量3000以上の画分が増えていることから、薬剤がカルシウムと結合したことにより、反応性を失ったことがわかる。薬剤1はろ過により分離され、濾液には含まれない。
FIG. 9A shows the calcium concentration.
As the concentration of drug 1 increases, the free calcium concentration decreases. On the other hand, since the fraction having a molecular weight of 3000 or more is increased, it can be seen that the reactivity has been lost due to the binding of the drug to calcium. Drug 1 is separated by filtration and is not included in the filtrate.

図9Bでは、シリカ濃度を示した。
薬剤2の濃度が上昇すると、溶解性シリカ(ケイ酸モノマー、ダイマーが検出される)濃度が一旦上昇し、下降する。その動きと対照的に連動して、分子量3000以下の小さなシリカコロイドが減少し、増加する。薬剤2は分散剤であり、シリカと強固な結合は作らないことから、薬剤2の添加により、シリカの重合速度を遅くする効果を得られていることがわかる。薬剤2はろ過により分離され、濾液には含まれない。分子量3000以上の画分が増加して減少しているのは、薬剤に巻き込まれてろ過により分離されるシリカ量の増加と、重合が遅くなることによる全体的な分子量の低下による減少と考えられる。すなわち、実施例1に示したスケール抑制効果を重合速度の低下という観点から裏付けている。
FIG. 9B shows the silica concentration.
When the concentration of the drug 2 is increased, the concentration of soluble silica (silicate monomer and dimer is detected) once increases and then decreases. In contrast to the movement, small silica colloids with a molecular weight of 3000 or less are reduced and increased. Since drug 2 is a dispersant and does not form a strong bond with silica, it can be seen that the addition of drug 2 has an effect of slowing the polymerization rate of silica. Drug 2 is separated by filtration and is not included in the filtrate. The fraction with a molecular weight of 3000 or more increases and decreases because of an increase in the amount of silica that is involved in the drug and separated by filtration, and a decrease due to a decrease in the overall molecular weight due to slow polymerization. . That is, the scale suppression effect shown in Example 1 is supported from the viewpoint of a decrease in polymerization rate.

1 生産井
2 熱交換器
3 還元井
4 タービン
5 発電機
6 凝縮器
7 シリカ分離器
8 配管
A 薬剤1の添加位置
B 薬剤3の添加位置
C 薬剤2の添加位置
1 Production Well 2 Heat Exchanger 3 Reduction Well 4 Turbine 5 Generator 6 Condenser 7 Silica Separator 8 Piping A Addition Position of Drug 1 B Addition Position of Drug 3 C Addition Position of Drug 2

Claims (10)

地熱熱水に薬剤を添加することでスケール生成を抑制する方法であって、地中から生産井を通して採取された地熱熱水から熱エネルギーを取り出した後、その地熱熱水を還元井を通じて地中へ戻す地熱発電システムにおける前記地熱熱水の流路に発生するスケールの抑制方法であり、
(1)ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、アクリル酸/マレイン酸共重合体から選ばれるカルボキシル基を含む化合物、(2)ヒドロキシエチジレンジホスホン酸を含むリン酸基を有する化合物、(3)ポリアクリル酸重合体の一部にスルホン酸を共重合させスルホン酸を含む化合物、のいずれかから選択されるCaイオンと結合する薬剤1と、
(1)四級アンモニウム塩を含む陽イオン界面活性剤、(2)ポリビニルピロリドンまたはその共重合体を含む分散剤、のいずれかから選択されるシリカコロイドの分散を促進する薬剤2と、
ポリケイ酸を含むシリカコロイドの生成を促進する薬剤3とのうち、
少なくとも2種以上の薬剤を併用することを特徴とする、スケール抑制方法。
A method to suppress the scale formation by adding chemicals to the geothermal hot water, and after extracting thermal energy from the geothermal hot water collected through the production well from the ground, the geothermal hot water is passed through the reduction well A method for suppressing scale generated in the geothermal hot water flow path in the geothermal power generation system
(1) a compound containing a carboxyl group selected from polyacrylic acid, polymaleic acid, and acrylic acid / maleic acid copolymer, (2) a compound having a phosphate group containing hydroxyethylidenediphosphonic acid, and (3) polyacrylic A drug 1 that binds to a Ca ion selected from any one of a compound containing a sulfonic acid obtained by copolymerizing a sulfonic acid with a part of the acid polymer;
An agent 2 that promotes dispersion of a silica colloid selected from any one of (1) a cationic surfactant containing a quaternary ammonium salt, and (2) a dispersant containing polyvinylpyrrolidone or a copolymer thereof;
Among the agents 3 that promote the production of silica colloid containing polysilicic acid ,
A method for suppressing scale, comprising using at least two kinds of drugs in combination.
前記のシリカコロイドの分散を促進する薬剤2と、前記のシリカコロイドの生成を促進する薬剤3とを併用する、請求項1に記載のスケール抑制方法。   The scale suppression method according to claim 1, wherein the agent 2 that promotes the dispersion of the silica colloid and the agent 3 that promotes the formation of the silica colloid are used in combination. 前記のCaイオンと結合する薬剤1と、前記のシリカコロイドの分散を促進する薬剤2と、前記のシリカコロイドの生成を促進する薬剤3とを併用する、請求項1に記載のスケール抑制方法。   The scale suppression method according to claim 1, wherein the agent 1 that binds to the Ca ions, the agent 2 that promotes the dispersion of the silica colloid, and the agent 3 that promotes the formation of the silica colloid are used in combination. 前記の薬剤1が、前記の地熱熱水に含まれるCaイオンと当量以上の陰イオンを含むものである、請求項1または3に記載のスケール抑制方法。 The scale suppression method according to claim 1 or 3 , wherein the drug 1 contains an anion equal to or more than an equivalent of Ca ion contained in the geothermal hot water. 前記の薬剤1、薬剤2および薬剤3の添加順序が、薬剤1、薬剤3、薬剤2の順番である、請求項1、3、4のいずれか1項に記載のスケール抑制方法。 The scale suppression method according to any one of claims 1 , 3 , and 4 , wherein the order of adding the drug 1, the drug 2, and the drug 3 is the order of the drug 1, the drug 3, and the drug 2. 前記の薬剤1の添加を、前記の生産井の坑内で行う、請求項1、3〜5のいずれか1項に記載のスケール抑制方法。 The scale suppression method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the addition of the drug 1 is performed in the well of the production well. 前記の薬剤1、薬剤2および薬剤3の添加を、前記の地熱熱水が熱交換器に流入する前に行う、請求項1〜のいずれか1項に記載のスケール抑制方法。 The scale suppression method according to any one of claims 1 to 6 , wherein the addition of the drug 1, the drug 2, and the drug 3 is performed before the geothermal hot water flows into the heat exchanger. 前記の地熱熱水から熱エネルギーを取り出した後、その地熱熱水を還元井から地中へ戻すまでに、前記の地熱熱水からシリカを除去する、請求項1〜のいずれか1項に記載のスケール抑制方法。 After removing the heat energy from the geothermal hot water, before returning the geothermal heat water from the reinjection wells into the ground, to remove the silica from the geothermal hot water, to any one of claims 1-7 The scale suppression method as described. (1)ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、アクリル酸/マレイン酸共重合体から選ばれるカルボキシル基を含む化合物、(2)ヒドロキシエチジレンジホスホン酸を含むリン酸基を有する化合物、(3)ポリアクリル酸重合体の一部にスルホン酸を共重合させスルホン酸を含む化合物、のいずれかから選択されるCaイオンと結合する薬剤1と、
(1)四級アンモニウム塩を含む陽イオン界面活性剤、(2)ポリビニルピロリドンまたはその共重合体を含む分散剤、のいずれかから選択されるシリカコロイドの分散を促進する薬剤2と、
ポリケイ酸を含むシリカコロイドの生成を促進する薬剤3とのうち、
少なくとも2種以上の薬剤を、地熱熱水に添加する装置を具備することを特徴とする、スケール抑制装置。
(1) a compound containing a carboxyl group selected from polyacrylic acid, polymaleic acid, and acrylic acid / maleic acid copolymer, (2) a compound having a phosphate group containing hydroxyethylidenediphosphonic acid, and (3) polyacrylic A drug 1 that binds to a Ca ion selected from any one of a compound containing a sulfonic acid obtained by copolymerizing a sulfonic acid with a part of the acid polymer;
An agent 2 that promotes dispersion of a silica colloid selected from any one of (1) a cationic surfactant containing a quaternary ammonium salt, and (2) a dispersant containing polyvinylpyrrolidone or a copolymer thereof;
Among the agents 3 that promote the production of silica colloid containing polysilicic acid ,
A scale suppression device comprising a device for adding at least two kinds of chemicals to geothermal hot water.
(イ)地中から地熱熱水を採取する装置、(ロ)地熱熱水から熱エネルギーを取り出す装置、(ハ)地熱熱水を地中へ戻す装置、(ニ)前記のCaイオンと結合する薬剤1、前記のシリカコロイドの分散を促進する薬剤2、前記のシリカコロイドの生成を促進する薬剤3とのうち、少なくとも2種以上の薬剤を、地熱熱水に添加する装置、および(ホ)前記の(イ)〜(ニ)に地熱熱水を流通させる装置を具備することを特徴とする、請求項に記載のスケール抑制装置。 (B) A device for collecting geothermal hot water from the ground, (b) A device for extracting thermal energy from the geothermal hot water, (c) A device for returning the geothermal hot water to the ground, (d) Combined with the Ca ions drug 1, drug 2 to facilitate the dispersion of the colloidal silica, of an agent 3 to promote the production of the colloidal silica, at least two or more agents are added to the geothermal hot water apparatus, and (e) The scale suppression device according to claim 9 , further comprising a device that circulates geothermal hot water in the (i) to (d).
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