JPS59222225A - 地熱エネルギ−の回収方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、地熱貯留層からの地熱エネルギーの回収方法
お、Ｌびその装置に関する。さらに詳しくは、地熱によ
りメタノールを分解して得られるＣＯ，Ｉ−［２／ｆ１
．合ガスをメタノールに再生し、この時発生する反応熱
を回収する地熱エネルギーの回収方法およびその装置に
関する。

我国は、豊富な地熱エネルギーを有しており、地熱エネ
ルギーは、化石エネルギーに続く新しいエネルギー資源
としてその重要性を増しつつある。

地熱の利用法は、通常２つに大別される。１つは、地中
に存在する高温水を、蒸気・熱水として取出し、これか
ら蒸気を分離して、タービンを回し発電するものであり
、他の１つは、直接利用と呼ばれ、熱水・蒸気そのもの
を融雪、冷暖房、給湯、農作物栽培に利用するものであ
る。しかしながら、地熱の直接利用は、比較的熱源の近
くでしか行なうことができす、地域的に限定される。し
たがって、大規模な地熱利用を計るためには、地熱エネ
ルギーを輸送に便利な電気エネルギーに変換する地熱発
電が好ましい。

地熱発電は、現在まで各種形式の蒸気タービンにもとづ
き、いくつかの方式が提案されている。

しかしながら、これら従来の方法は、全て地Ｆより汲み
出した蒸気と熱水からなる二相流を蒸気と熱水とに分離
し、その蒸気により蒸気タービンを駆動するものであっ
て、多くの技術的問題点を有している。例えば、これら
従来方法では、地底深部より長い経路を通して高温流体
を地］−まで搬送しなければならず、途中で地層との熱
交換によって、輸送流体が冷却され、地上で高い温度、
乾き度の蒸気を得る事が困難である。また、地底に存在
する高温水貯留層の規模は、通常それほど大きくないた
め、長期間にわたって、安定に地底より多量の蒸気を得
るためには、地」二より熱水を地下に返送しつづけなけ
ればならない。さらに、地底から汲み」二けた蒸気には
Ｉ−Ｔ２５など多くの有害な腐食物質が含まれているの
で、タービン、パイプ、バルブ等、機器の腐食が激しく
、このため高価な材料を使用する必要がある。また、地
下より汲み」−けた高温流体は、蒸気、熱水からなる二
相流となっているので輸送及流路の分岐、集合などプロ
セス中での取扱いが難しく、また特別の配慮を要する。

本発明者らは、前記従来の地熱発電による地熱エネルギ
ーの回収方法における諸問題を解決すべく、鋭意検討を
行なった結果、メタノールの合成、分解反応を利用し、
地熱エネルギーを化学エネルギーに変換して地−１−へ
搬送して用いるこ吉により効率よく地熱エネルギーを利
用しうろことを見出し本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、地下の地熱貯留層において、地熱
を熱源としてメタノールをメタノール分解反応に付し、
得られたＣ０１ｌＬ２を地上にてメタノール合成に付し
て、反応熱を回収することにより効率よく地熱エネルギ
ーを得る地熱エネルギーの回収方法およびその装置を提
供するものである。

本発明は、次式： ％式％ で表わされる可逆反応を利用する。

地下の地熱貯留層では、周囲の地熱エネルギーを吸収し
て、メタノール分解反応器内で反応が右側に進行し、一
方、地上のメタノール合成反応器内では反応が左側に進
行して生成熱を生じ、高圧水を加熱して、高圧蒸気を得
る。地」−と地下の両反応器間の経路では、反応ガスは
周囲の温度によって冷却、加熱され、地表付近および地
上では、はぼ常温で搬送される。

以下に本発明を具体側にもとづき、さらに詳しく説明す
る。第１図は、本発明の地熱エネルギー回収装置の一興
体例を示すフロー図であって、本具体例では、反応熱に
より生じた高圧蒸気により発電を行なう。本発明に用い
られる装置は、地上に配置されたメタノール合成反応器
（１）、該反応器（１）より生成したメタノールの供給
を受け、これを分解する地Ｆの地熱貯留層に配置された
メタノール分解反応器（２）およびこれらの付属機器よ
りなる。

ます、メタノール合成反応器（１）により合成されたメ
タノールは、冷却器（３）により冷却され、一旦メタノ
ールタン幻４）に貯蔵される。該メタノールは、複数の
分配弁（５）を経て、対応する地下のメタノール分解反
応器（２＋　、（２１、＋２１へ移送される。

該分解反応器（２）は、地表（６）から地下の地熱貯留
層に回り打込まれた５〜１５インチ径のケーシングパイ
プ（７）の下部に設置される。

第２図は、該分解反応器（２）の縦断面図、第３図は、
そのＡ−Ａ横断面図である。該反応器（２）は、略円筒
形をなし、反応器外殻（８）と、触媒固定床（９）を有
する反応内容器ｔＩＯ］吉からなる。該反応内容器１１
０）は、円筒形をなしており、地上に設置された前記分
配弁（５）に連通ずる輸送内管（１１）がその底部まで
伸びて、地熱により予熱されたＣＪ−ｒ３０Ｔ（を該反
応内容器（１０）内の触媒固定床（９）下部へ供給する
。また反応内容器（１０）の上部は、地上へ反応生成物
ＣＯ１■（２を送る輸送外管（１２）に連通しており、
該輸送外管（１２１は前記輸送内管を包囲し二重管構造
を形成する。

さらに、反応内容器（１０）内には、内管（１１）と平
行に、ヒートパイプ（１３）が同心円状に設置され、外
殻（８）と該反応内容器（１０）との間の空間（１滲と
ともにダウサムなどの加熱媒体が充填されており、外殻
（８）外部から吸収した地熱を反応内容器（１０）内の
反応ガスおよび触媒へ効率よく伝える。

該分解反応器においては、周囲の地層からの地熱の移動
が、反応の律速となるので地層から外殻（８）への伝熱
効率の向−１−が重要である。地層内に熱水分が多く、
地上からの水の注入がなくても坑底が高温水で満たされ
ている場合は、比較的旨い伝熱効率が保たれるが、熱水
が不足する場合は、ケーシングパイプ（７）内、分解反
応器（２）外側に水を注入するのがよい。注入された水
は、坑底に熱水となって溜まり、一部は坑井からさらに
地層内へと浸み込み総括的に地層から反応器への伝熱効
率が向上する。

触媒固定床（９）へ供給されたメタノールガスは、該固
定床（９）を上昇しつつ、前記加熱媒体を介して外部の
地熱により加熱され、ＣＯと■■２とに分解される。

代表的なメタノール分解反応条件は、５〜５゜ａｃｍ、
　　２５０〜３５０℃である。周囲の温度が低い場合は
、分解反応の効率を高めるため、全圧を下げるなど、最
適反応条件を選択する。

その触媒としては、Ｚｎ、　Ｃｕ、　Ｎｉ５Ｆｅ、　Ｍ
ｇなどの金属または、その酸化物が用いられる。

されたメタノール合成反応器（１）に返送される。地−
１−に返送されたＣ０１Ｉ秘の混合ガ′スは、まずコン
プレッサー（１５）により加圧され、メタノールタンク
（４）内の未凝縮気体とともに予熱器（１６）にて予熱
されたのち、メタノール合成反応器（１）に導入される
。

メタノール生成反応は、前記のごとく、高発熱反応であ
って、生じた反応熱を高圧水に吸収させ高圧水蒸気とし
て回収し、発電に用いる。本発明における合成反応器は
、２通りの形式のものを用いることができる。１つは、
熱交換型反応器であり、触媒を充填した反応管が高圧水
を満たしたタンク内に設置されており、反応熱は、反応
管壁を通じて高圧水へ伝えられる。他の１つは、多段式
反応器であり、触媒層を通ってメタノールに転換された
生成ガスの一部を反応器入口へ再循環して、断熱反応に
伴なう急激な温度」−昇を防止する。該多段式反応器で
は、反応器を出た高温ガスを反応器と別個に設けた熱交
換器に導入して反応熱の回収が行なわれる。

代表的なメタノール合成反応条件は、２５〜１０１００
ａｉ　２００〜３００℃である。

また、その触媒としては、Ｃｕ、　Ｚｎ、　Ｃｒなどの
酸化物が用いられる。

ここで、メタノール合成反応器（１）における反応熱は
、ボイラー水タンク（１ηよりポンプ（１８）にて送ら
れたボイラー水を加熱して高温水蒸気を発生し、該蒸気
は、蒸気タービン（１９）に送られて発電を行なった後
、復水器（２０）によってａ縮されタンクにもどる。

以」−のごとく、本発明によれば、 （１）熱エネルギーが、化学エネルギーに変換されて搬
送されるので、輸送管中での熱交換に起因するエネルギ
ー損失が生じない。従って、非常に深い地熱層からも効
率よくエネルギーを回収することができ、地上で高い温
度の熱エネルギーを得ることができ、生成蒸気も高圧で
乾き度の高いものとなる。さらに、地上のエネルギー回
収機器を坑井付近ではなく、立地条件のよい地点に任意
に選んで設置することができる。

（１１）地下より直接に熱水を汲み上げないので、熱水
を再び地下へ還元するための設備が不要となり、また、
地熱貯留層の構造が変化しないので、熱水分の減少など
に伴なう地層温度の低下など不安定因子が少ない。

（ｆｉｌｌ地上で生成される水蒸気は、専用に処理され
たボイラー供給水を用いることができ、蒸気中の不純物
によるタービン、パイプ、バルブ等の腐食は、極度に低
減され、従来の地熱発電のように、専用に開発された機
器を用いる必要はなく、汎用品を用いうる、などの効果
が得られる。

したがって、多数の坑井内に比較的小さな分解反応器を
設置し、これより送られるＧｏ、Ｈ２混合ガスを地上の
設備に集め、単一の大型合成反応器で処理し、再び合成
したメタノールを各坑井の分解反応器へ分配することが
できる。これにより、合成反応器、タービン、発電機な
どの地上設備は、スケールメリットを生かした効率の高
い設備とすることができる。

以下に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。

実施例 第１図のフローを有する装置を用いて、以下の条件によ
り、地熱エネルギーを回収し、発電を行なった。

分解反応器　　処理ｆｆｆｊｌ　：　２９００　Ｎｒｒ
ｔ３／ｈｒ２７基 合成反応器　　大型反応器　　１基 発生水蒸気量は、４０　Ｋ９／ｃｄＧ　（２５０℃）で
あり、発電量は、２０，０ＯＯＫＷであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用いられる装置の一具体例を示すフ
ロー図、第２図は、分解反応器の縦断面図、第３図は、
第２図のＡ−Ａ断面図である。 図中の主な符号は、つぎのとおりである。 ｌ・・・合成反応器、２・・・分解反応器、９・・・触
媒固定床、１０・・反応内容器、１９・・・蒸気タービ
ン。 特許出願人株式会社　神戸製鋼所 代理人弁理士青山　葆外２名 第２図 第３図 ＝１４１−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）地下の地熱貯留層において、地熱を熱源としてメ
   タノールをメタノール分解反応に付し、得られたＣＯ，
   ｌ−１２を地」二にてメタノール合成反応に付して、反
   応熱を回収することを特徴とする地熱エネルギーの回収
   方法。
2. （２）地下に設置され、地熱を熱源としてメタノールを
   分解して、ＣＯ１■■２を生成するメタノール分解反応
   器と、地上に設置され、前記メタノール分解反応器と連
   接して該反応器より搬送された分解ガスを用いてメタノ
   ール合成を行ない、これに伴なう反応熱を回収するメタ
   ノール合成反応器とを備えることを特徴とする地熱エネ
   ルギーの回収装置。