二酸化炭素地中貯留の処理方法及びその処理システム
【課題】低コストで効率のよい二酸化炭素の地中貯留を可能とする処理方法及びその処理システムを提供する。
【解決手段】本発明による二酸化炭素地中貯留の処理方法は、深部帯水層の地下水を揚水井から地上に汲み上げて注入水を作る段階と、プラント施設の排気ガスから分離回収された二酸化炭素を微細気泡化して注入水に混合して気液混合流体を作る段階と、気液混合流体を注入井から深部帯水層に注入する段階とを有する。好ましくは、注入水に陽イオン形成材を溶解する段階と、陽イオン形成材が溶解された注入水を前記深部帯水層の上部でそれまでの注入位置より上方に注入する段階が設けられる。
【解決手段】本発明による二酸化炭素地中貯留の処理方法は、深部帯水層の地下水を揚水井から地上に汲み上げて注入水を作る段階と、プラント施設の排気ガスから分離回収された二酸化炭素を微細気泡化して注入水に混合して気液混合流体を作る段階と、気液混合流体を注入井から深部帯水層に注入する段階とを有する。好ましくは、注入水に陽イオン形成材を溶解する段階と、陽イオン形成材が溶解された注入水を前記深部帯水層の上部でそれまでの注入位置より上方に注入する段階が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼炉または焼却炉等から発生する排気ガス中の二酸化炭素の地中貯留に係り、より詳しくは、二酸化炭素を超臨界流体にする設備を必要としない二酸化炭素の処理方法及びその処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策として、日本は、２００８年〜１２年の温室ガスの平均排出量を１９９０年比で、６％削減することが義務付けられている。しかし、２００２年度の国内排出量は７．６％増えており、このままでは目標達成は困難な状況にある。そこで政府は、現行の温暖化対策を大幅に強化した「京都議定書目標達成計画」を決定し、エネルギーを利用することで排出されるＣＯ２を部門別にどれくらい減らせば良いかの目標を掲げている。２０１０年度は９０年度比で、発電所などのエネルギー転換部門は１６．１％減、産業部門は８．６％減とする一方、運輸部門は１５．１％増、業務・その他部門は１５％増、家庭部門は６％増以下としている。しかし、日本は最も二酸化炭素（ＣＯ２）削減効果の期待できる産業部門で省エネ化が進んでいるので、これ以上の二酸化炭素削減にはかなりのコスト高を伴うという問題を抱えている。
【０００３】
温室効果ガスは、二酸化炭素やメタン、代替フロンなど全部で６種類あるが、日本で排出されている温室ガスは、９割以上が二酸化炭素となっている。米国、ＥＵでは温室ガス削減の有力な手法として二酸化炭素の地中貯留に取り組んでいるが、日本では、地中貯留は地質条件、地震問題などから不適と思われている。すなわち、従来の二酸化炭素の地中貯留は、超臨界流体（高温高圧下での液体と気体の区別がつかない状態を指す）の二酸化炭素を堅固なシール層やキャップロック層の下に封じ込めることにあったが、国内では経済性があり貯留に適する場所を見出しにくい状況にある。
【０００４】
特許文献１の「製鉄所設備を用いた二酸化炭素分離回収システムの運用方法」には、製鉄所の副生ガスから二酸化炭素を分離回収するシステムが示されている。製鉄所で分離回収された二酸化炭素は、パイプなどの輸送手段で固定化設備へ供給され、固定化設備から地中帯水層への注入、枯渇ガス田への注入、または海洋貯留することによって固定化することが提案されている。特許文献２の「ガス液化沈降装置」には、高圧をかけて液化した二酸化炭素と海水を交互に圧送して、深海に送り込むことが記載されている。
【特許文献１】特開２００４−２３７１６７号公報
【特許文献２】特開２０００−２２７０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、低コストで効率のよい二酸化炭素の地中貯留を可能とする処理方法及びその処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の本発明による二酸化炭素地中貯留の処理方法は、深部帯水層の地下水を揚水井から地上に汲み上げて注入水を作る段階と、プラント施設の排気ガスから分離回収された二酸化炭素を微細気泡化して前記注入水に混合して気液混合流体を作る段階と、前記気液混合流体を注入井から深部帯水層に注入する段階とを含むことを特徴とする。
【０００７】
請求項２は、請求項１記載の発明であって、前記注入水に陽イオン形成材を溶解する段階と、前記陽イオン形成材が溶解された前記注入水を前記深部帯水層の上部でそれまで注入された位置より上方に注入する段階とがさらに設けられることが好ましい。
【０００８】
請求項３に記載の本発明による二酸化炭素地中貯留の処理システムは、深部帯水層に達する揚水井と、前記揚水井から地下水を汲み上げる汲上装置と、前記深部帯水層に達する注入井と、前記汲み上げた地下水を注入水として前記注入井に送り込む液体注入装置と、プラント施設の排気ガスから分離回収された二酸化炭素を前記注入井に送り込む気体注入装置と、前記注入井の内部に前記二酸化炭素を微細気泡化するノズルとが備えられ、前記二酸化炭素を前記ノズルで微細気泡化し前記注入水に溶け込ませるとともに、前記二酸化炭素の微細気泡と前記注入水との気液混合流体を前記深部帯水層に注入することを特徴とする。
【０００９】
請求項４は、請求項３記載の発明であって、前記注入井には、外管と内管からなる二重管が設けられ、前記外管と前記内管の間に前記注入水が送り込まれ、前記内管に前記二酸化炭素が送り込まれるように構成することが好ましい。
【００１０】
請求項５は、請求項４記載の発明であって、前記ノズルは、外径が前記外管の内径に等しく、前記内管の先端に取り付けられるとともに、その内部に一端が前記ノズル上部の前記外管と前記内管の間に開口し他端が前記ノズル下部に開口する注入水噴射管と、一端が前記ノズル上部の前記内管に開口し他端が前記注入水噴射管の中間部に連通する二酸化炭素噴射管とが形成されていることが好ましい。
【００１１】
請求項６は、請求項５記載の発明であって、前記内管の昇降装置及び陽イオン形成材溶解装置がさらに備えられ、前記深度帯水層に達するように設置された前記内管及び前記ノズルが前記深度帯水層の上部の位置に引き上げられ、陽イオン形成材が溶解された注入水が、前記気液混合流体のそれまでに注入された位置より上方に注入されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明による二酸化炭素地中貯留の処理方法によれば、深部帯水層から汲み上げた地下水に、二酸化炭素を微細気泡化してあるいは超臨界流体として溶け込ませる場合、深部帯水層の圧力と温度のもとでは、水１ｍ３（重さ１０００ｋｇ）に対して二酸化炭素は５０ｋｇ程度が溶解するが、微細気泡化された二酸化炭素は、注入後に固まり状態（プリューム）となる超臨界流体に比べて、深部帯水層に広く拡散させることができ、地下水との接触面積が格段に大きいので、二酸化炭素の溶解速度も速めることができる。溶解速度は微細気泡の方が、超臨界流体より、数１００〜数１０００倍も早い。このような微細気泡は、油田のようなキャップロック層（シール層または不透水層）がない地層でも、土粒子の隙間に入り込んで二酸化炭素が固定されることになる。なお、１気圧、０℃の二酸化炭素の重さは、１．９８ｋｇ／ｍ３であるから、例えば、この二酸化炭素が水１ｍ３に５０ｋｇ溶解することは、約２５ｍ３の気体が１ｍ３の地下水で固定化できる計算になる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、注入水に陽イオン形成材、例えば、石炭灰、消石灰、高炉スラグあるいは水ガラス等を溶解し、帯水層の上部の位置であって気液混合流体を注入した位置の上方に注入するようにしたから、深部帯水層に注入した微細気泡が陽イオンと反応して炭酸塩化合物のバリアが生成され、これにより二酸化炭素の上方への拡散経路を遮断することができる。つまり、人工シール層を形成することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明による二酸化炭素地中貯留の処理システムによれば、深部帯水層から汲み上げた地下水に、二酸化炭素を微細気泡化して溶け込ませるようにしたから、より多くの二酸化炭素を注入水に溶かすことができる。また、溶けなかった二酸化炭素は注入水との気液混合流体として深部帯水層に送り込める。このような微細気泡は、土粒子の隙間に入り込み、土粒子の鉱物と反応して例えば炭酸塩鉱物に変化するから二酸化炭素が固定されることになる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、注入井に二重管を使用したので、注入水と二酸化炭素を注入井の底部に同時に送り込むことができる。これにより注入井の中で瞬時に気液混合流体を生成することにつなげる。地上に特別の混合装置は必要ない。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、注入水噴射管に二酸化炭素噴射管を連通させたノズルを使用したので、効率よく二酸化炭素の気泡を作ることができる。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、二重管から内管を昇降させる昇降装置及び陽イオン形成材溶解装置を備えたから、注入した気液混合流体の上方に例えば消石灰の陽イオン層を形成できる。従って、深部帯水層に注入した微細気泡が仮に上昇しても、陽イオンと反応した炭酸塩化合物のバリアが生成されているため、二酸化炭素の上方への拡散経路が遮断される。すなわち人工シール層を形成することができる。なお、外管の中間部に設けられる新しいスリットは、内管及びノズルを引き上げた後、必要とする箇所に穿孔する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明による二酸化炭素の処理方法及びその処理システムを説明する。図７は一般的な地中の層構造を示す図である。深部帯水層５０は、細かい砂層などからなり水資源には向かない塩水で飽和された透水層である。ここでは地中１０００ｍ程度の深さを想定し深部とした。また、深部帯水層５０の上には不透水層５１がある。二酸化炭素の深部帯水層への貯留は、つぎのような反応式で表わすことができる。二酸化炭素を水に溶かすと、ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＝Ｈ２ＣＯ３となる。これがイオン化して、Ｈ２ＣＯ３＝Ｈ＋ ＋ ＨＣＯ３−となる。これが土粒子と反応して、例えばＣａＳｉＯ３ ＋ ＨＣＯ３−＝ＣａＣＯ３＋ＳｉＯ２＋Ｈ２Ｏとなる。ＣａＣＯ３は炭酸塩化合物であるから、二酸化炭素が固定化されたことを示す。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明による二酸化炭素地中貯留の処理システムを示す構成図である。二酸化炭素の処理システム１００は、深部帯水層５０に達する揚水井２０と、揚水井２０から地下水５３を汲み上げる汲上装置１と、深部帯水層５０に達する注入井２１と、汲み上げた地下水５３を注入水５４として注入井２１に送り込む液体注入装置２と、外部のプラント施設３の排気ガスから分離回収された二酸化炭素５５を注入井２１に送り込む気体注入装置４と、注入井２１の内部に二酸化炭素５５を微細気泡化するノズル５とが備えられる。二酸化炭素５５は、ノズル５で微細気泡化し注入水５４に溶け込ませるとともに、二酸化炭素５５と注入水５４との気液混合流体５６を深部帯水層５０に注入する。プラント施設３は、具体的には火力発電所、ごみ焼却施設などがあげられる。地盤表面５８から例えば地下１０００ｍの深部帯水層５０に至るまでには多数の層があるが、ここでは略して１層で表示している。
【００２０】
揚水井２０には内管６ａと外管７ａからなる二重管８ａを備える。汲上装置１は、揚水ポンプ９、ジェット吸引部１０、貯水タンク１１、送水ポンプ１２及び二重管８ａなどからなる。地下水５３を汲み上げるため、揚水ポンプ９で加圧水５７を内管６ａに送り込み、ジェット吸引部１０で地下水５３を汲み上げて、貯水タンク１１に蓄える。ジェット吸引部１０は、加圧水５７の流速を早めて負圧を作り出し、地下水５３を吸い込むものである。揚水ポンプ９に投入する水は、貯水タンク１１に蓄えられた地下水を循環して利用するようにしてもよい。貯水タンク１１には、地下水５３に含まれるメタンなどを回収する有用ガス抽出装置２９が装備されてもよい。
【００２１】
液体注入装置２は、注水タンク１３、注入井２１に注入水５４を送るための注水ポンプ１４及び地下水の不純物質を取り除くフィルタ１５、陽イオン形成材溶解装置３０などで構成される。揚水井２０と注入井２１の間の距離は、５００ｍ〜１ｋｍ程度とされるので、貯水タンク１１と注水タンク１３とはパイプラインで結ばれる。陽イオン形成材溶解装置３０は、注水タンク１３に陽イオン形成材を投入する装置である。陽イオン形成材は、例えば、石炭灰、高炉スラグ、消石灰、水ガラス等が知られる。二酸化炭素は、時間をかけて陽イオン形成材と反応し、炭酸塩化合物となって固形化する。深部帯水層５０の上部の不透水層が弱く補強したい場合や、観測井の結果に基づいて緊急に行なうこともできる。すなわち、長期的な二酸化炭素の深部帯水層貯留の安定化を図ることができる。
【００２２】
プラント施設３は、燃焼炉または焼却炉１６、この燃焼炉または焼却炉１６から出た排気ガスに含まれる二酸化炭素を分離回収する装置１７、二酸化炭素を冷却する装置１８、除湿する装置１９、コンプレッサ２２ａ及び二酸化炭素を一時蓄える送り側二酸化炭素貯蔵タンク２３などで構成される。大きな火力発電所などでは年間１００万トンのＣＯ２が排出される。二酸化炭素の地中貯留はこのような大量の二酸化炭素の処理に適する。
【００２３】
気体注入装置４は、送り側二酸化炭素貯蔵タンク２３から送り出された二酸化炭素を蓄える受け側二酸化炭素貯蔵タンク２４及びコンプレッサ２２ｂ、２２ｃなどで構成される。
【００２４】
液体注入装置２と気体注入装置４には、図１に示すように、流量調整弁２５ａ、２５ｂ、圧力調整弁２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、流量計２７、圧力計２８ａ、２８ｂが取り付けられる。プラント施設３と注入井２１が近い場合は、パイプラインで送り側二酸化炭素貯蔵タンク２３と受け側二酸化炭素貯蔵タンク２４を結ぶことができる。遠い場合は、タンクローリで輸送してもよい。二酸化炭素を分離回収する装置１７において、化学吸収法によれば、二酸化炭素の濃度を９０％以上に濃縮することができる。
【００２５】
注入井２１は、内管６ｂと外管７ｂからなる二重管８ｂを備える。内管６ｂは、二酸化炭素５５が送り込まれ、外管７ｂと内管６ｂの間に注入水５４が送り込まれるから、二重管８ｂは液体注入装置２と気体注入装置４で兼用のものである。二重管８ｂを使用しない構成も可能であるが、二重管８ｂを使用した場合、深部帯水層５０の深部で気液混合流体５６を作ることができる。内管６ｂの先端にはノズル５が設けられ、ここから、二酸化炭素５５を気泡にして注入水５４に噴射し、気液混合流体５６を作る。気液混合流体５６は、圧力で外管７ｂの底部に設けられたスリットから深部帯水層５０に拡散される。
【００２６】
気液混合流体５６は、気体を含まない液体のみの場合と比較して、浸透性を高めることができる。気体が微細気泡である場合、微細気泡は固まりにはなりにくいので、気液混合流体５６は、深部帯水層５０に良好に拡散できる。その過程で微細気泡は一部消滅するが、他は砂粒子の隙間に入り込んで固定される。二酸化炭素を超臨界流体として注入する場合、固まり（プリューム）が発達するが、このようなこともない。
【００２７】
図２は、揚水井の二重管の断面図である。ジェット吸引部１０は、内管６ａからの加圧水の流速を早めるため逆漏斗型としている。逆漏斗型の内部では負圧となるので地下水５３を吸い込むことができる。吸い込まれた地下水５３は、内管６ａと外管７ａの間を上昇する。揚水ポンプ９は、揚水井２０の深さが１０００ｍなら、この高さまで揚水できる性能が必要である。
【００２８】
図３は、注入井の二重管の断面図である。二重管８ｂの地上部には、昇降装置３１が装着される。昇降装置３１は、内管６ｂの先端に装着された吊下げ金具４０、やぐら３６の頂部の滑車ブロック、滑車ブロックから伸びる滑車３９、地上に据え付けられたウィンチ（巻き上げ機）３７、巻き上げ巻き戻しのワイヤロープ３８などからなる。これにより内管６ｂ及び内管６ｂの先端に取り付けられたノズル５を上昇または下降させて、気液混合流体５６を注入井の底部に限らず、その上方にも注入することができる。なお、上方での注入に際しては、外管７ｂに注入用のスリットを新たに設ける必要があるので、内管６ｂ及びノズル５をいったん地上に引き上げ、爆薬を使って外管７ｂに穿孔することができる。この位置まで、再度、内管６ｂとノズル５を降ろしてセットした後、注入を行なう手順になる。
【００２９】
ノズル５によって注入水５４の中に二酸化炭素の気泡を作るには、空気を水中に微細気泡として放出するのと同じ方法が適用できる。これには、インジェクター方式、旋回流方式、キャビテーション方式などがある。ここでは、構造が簡単なインジェクター方式を採用し、二重管に適するようにノズルを構成した。ノズル５は、外径が外管７ｂの内径に等しく、内管６ｂの先端に取り付けられる。ノズル５の内部には、一端が外管７ｂと内管６ｂの間に開口し、他端が下部に開口する傾斜した注入水噴射管３２が設けられる。また、一端が上部の内管６ｂに開口し、他端が注入水噴射管３２の中間部に連通する二酸化炭素噴射管３３が設けられる。注入水噴射管３２と二酸化炭素噴射管３３は複数組が設けられる。ノズル５はかご４１を含む。かご４１は、側面に貫通孔が設けられ、底に底板が設けられる。底板は、それより下に気液混合流体５６が流れないようにするもので、外管７ｂに新しくあけたスリット３５を使用する場合に好適に機能する。
【００３０】
注入水噴射管３２の流路が狭いので、注入水５４の流速が速く、これに連通する二酸化炭素噴射管３３と連通する部分が負圧となり、二酸化炭素５５が気泡３４となって引き込まれる。外管７ｂの底部の断面積は、その上部の内管６ｂのある部分より大きいから、注入水５４は大幅に減圧される。そのため、キャビテーションによる微細気泡の発生が促進される。ここでの微細気泡の径の大きさは数ｍｍから０．０１ｍｍ程度である。気泡の径が５０μｍ以下のいわゆるマイクロバブルの発生装置を使用してもよい。
【００３１】
注入井２１の底部のスリット３５までの深さをＬ０とする。その点での深部帯水層の抵抗圧をＰ０とすると、気泡がない場合の注入水５４はＰ０＋Ｐαとなる。Ｐαは最大で１．０ＭＰａ程度である。気液混合流体５６の場合、気泡３４による水圧減少（Ｐβ）があるから、その分（Ｐβ）は加圧する必要がある。よって、注入水５４の圧力はＰ０＋Ｐα＋Ｐβとする必要がある。この圧力から注水ポンプ１４の吐出圧が決められる。二酸化炭素５５は加圧しなくても、ノズル５で注入水噴射管３２側に引き込まれる。二酸化炭素５５の混入量を増加させたい場合、若干の加圧を行なってもよい。以上のように、本システムによれば、二酸化炭素を超臨界流体にするための高温高圧設備は必要ない。
【００３２】
図４は、揚水井と注入井の配置図である。二酸化炭素の注入井２１の配置と数量は、貯留しようとする二酸化炭素の総量、注入速度、対象とする深度帯水層の貯留量、浸透性などによってプロジェクト毎に決められる。図４では、２期に渡って二酸化炭素の貯留を行なう場合を示す。第１期の貯留は、注入井２１ａ、２１ｂを使用し、これを囲むように、揚水井２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇを使用する。第２期の貯留は地盤浸透の偏りに留意して、注入井２１ｃ、２１ｄを使用し、これを囲むように、揚水井２０ｂ、２０ｉ、２０ｃ、２０ｅ、２０ｈ、２０ｆ、２０ｇを使用する。揚水井は、貯留状態のモニタ井戸としても活用する。揚水井２０の深部帯水層からの吸出し圧力と、注入井２１の深部帯水層への注入圧力をバランスさせることが必要である。
【００３３】
図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。地盤表面５８の下の非貯留層５９は、二酸化炭素の貯留に適さない層を示す。また、深部帯水層が複数あるような場合、まず、深い方の深部帯水層５０ａに二酸化炭素の貯留を行なう。その後、深部帯水層５０ａの上部に陽イオン形成材を注入し、その上の深部帯水層５０ｂの二酸化炭素貯留を行ない、深部帯水層５０ｂの上部に陽イオン形成材を注入する。なお、不透水層５１ａが厚く堅固であるような場合、深部帯水層５０ａの上部への陽イオン形成材の注入は省略してもよい。揚水井、注水井は、注入全作業が完了後、そのまま残されて、モニタリングの観測井戸として使用される。
【００３４】
図６は、二酸化炭素地中貯留の処理手順をフローチャートで表現したものである。符号６０〜６４は各処理段階を示す。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、二酸化炭素の地中貯留に関するものであるが、他の地球温暖化ガスの地中貯留にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による二酸化炭素地中貯留の処理システムの構成図である。（実施例１）
【図２】揚水井を構成する二重管の断面図である。（実施例１）
【図３】注入井を構成する二重管の断面図である。（実施例１）
【図４】揚水井と注入井の配置図である。（実施例１）
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。（実施例１）
【図６】本発明による二酸化炭素地中貯留の処理手順を示すフローチャートである。（実施例１）
【図７】一般的な地中の層構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 汲上装置
２ 液体注入装置
３ プラント施設
４ 気体注入装置
５ ノズル
６ａ、６ｂ 内管
７ａ、７ｂ 外管
８ａ、８ｂ 二重管
９ 揚水ポンプ
１０ ジェット吸引部
１１ 貯水タンク
１２ 送水ポンプ
１３ 注水タンク
１４ 注水ポンプ
１５ フィルタ
１６ 燃焼炉または焼却炉
１７ 二酸化炭素の分離回収装置
１８ 冷却装置
１９ 除湿装置
２０、２０ａ〜２０ｉ 揚水井
２１、２１ａ〜２１ｄ 注入井
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ コンプレッサ
２３ 送り側二酸化炭素貯蔵タンク
２４ 受け側二酸化炭素貯蔵タンク
２５ａ、２５ｂ 流量調整弁
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 圧力調整弁
２７ 流量計
２８ａ、２８ｂ 圧力計
２９ 有用ガス抽出装置
３０ 陽イオン形成材溶解装置
３１ 昇降装置
３２ 注入水噴射管
３３ 二酸化炭素噴射管
３４ 気泡
３５ スリット
３６ やぐら
３７ ウィンチ
３８ ワイヤロープ
３９ 滑車
４０ 吊下げ金具
４１ かご
５０ 深部帯水層
５０ａ、５０ｂ 個別の深部帯水層
５１ 不透水層
５１ａ、５１ｂ 個別の不透水層
５３ 地下水
５４ 注入水
５５ 二酸化炭素
５６ 気液混合流体
５７ 加圧水
５８ 地盤表面
５９ 非貯留層
６０〜６４ 二酸化炭素の処理段階
１００ 二酸化炭素の処理システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼炉または焼却炉等から発生する排気ガス中の二酸化炭素の地中貯留に係り、より詳しくは、二酸化炭素を超臨界流体にする設備を必要としない二酸化炭素の処理方法及びその処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策として、日本は、２００８年〜１２年の温室ガスの平均排出量を１９９０年比で、６％削減することが義務付けられている。しかし、２００２年度の国内排出量は７．６％増えており、このままでは目標達成は困難な状況にある。そこで政府は、現行の温暖化対策を大幅に強化した「京都議定書目標達成計画」を決定し、エネルギーを利用することで排出されるＣＯ２を部門別にどれくらい減らせば良いかの目標を掲げている。２０１０年度は９０年度比で、発電所などのエネルギー転換部門は１６．１％減、産業部門は８．６％減とする一方、運輸部門は１５．１％増、業務・その他部門は１５％増、家庭部門は６％増以下としている。しかし、日本は最も二酸化炭素（ＣＯ２）削減効果の期待できる産業部門で省エネ化が進んでいるので、これ以上の二酸化炭素削減にはかなりのコスト高を伴うという問題を抱えている。
【０００３】
温室効果ガスは、二酸化炭素やメタン、代替フロンなど全部で６種類あるが、日本で排出されている温室ガスは、９割以上が二酸化炭素となっている。米国、ＥＵでは温室ガス削減の有力な手法として二酸化炭素の地中貯留に取り組んでいるが、日本では、地中貯留は地質条件、地震問題などから不適と思われている。すなわち、従来の二酸化炭素の地中貯留は、超臨界流体（高温高圧下での液体と気体の区別がつかない状態を指す）の二酸化炭素を堅固なシール層やキャップロック層の下に封じ込めることにあったが、国内では経済性があり貯留に適する場所を見出しにくい状況にある。
【０００４】
特許文献１の「製鉄所設備を用いた二酸化炭素分離回収システムの運用方法」には、製鉄所の副生ガスから二酸化炭素を分離回収するシステムが示されている。製鉄所で分離回収された二酸化炭素は、パイプなどの輸送手段で固定化設備へ供給され、固定化設備から地中帯水層への注入、枯渇ガス田への注入、または海洋貯留することによって固定化することが提案されている。特許文献２の「ガス液化沈降装置」には、高圧をかけて液化した二酸化炭素と海水を交互に圧送して、深海に送り込むことが記載されている。
【特許文献１】特開２００４−２３７１６７号公報
【特許文献２】特開２０００−２２７０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、低コストで効率のよい二酸化炭素の地中貯留を可能とする処理方法及びその処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の本発明による二酸化炭素地中貯留の処理方法は、深部帯水層の地下水を揚水井から地上に汲み上げて注入水を作る段階と、プラント施設の排気ガスから分離回収された二酸化炭素を微細気泡化して前記注入水に混合して気液混合流体を作る段階と、前記気液混合流体を注入井から深部帯水層に注入する段階とを含むことを特徴とする。
【０００７】
請求項２は、請求項１記載の発明であって、前記注入水に陽イオン形成材を溶解する段階と、前記陽イオン形成材が溶解された前記注入水を前記深部帯水層の上部でそれまで注入された位置より上方に注入する段階とがさらに設けられることが好ましい。
【０００８】
請求項３に記載の本発明による二酸化炭素地中貯留の処理システムは、深部帯水層に達する揚水井と、前記揚水井から地下水を汲み上げる汲上装置と、前記深部帯水層に達する注入井と、前記汲み上げた地下水を注入水として前記注入井に送り込む液体注入装置と、プラント施設の排気ガスから分離回収された二酸化炭素を前記注入井に送り込む気体注入装置と、前記注入井の内部に前記二酸化炭素を微細気泡化するノズルとが備えられ、前記二酸化炭素を前記ノズルで微細気泡化し前記注入水に溶け込ませるとともに、前記二酸化炭素の微細気泡と前記注入水との気液混合流体を前記深部帯水層に注入することを特徴とする。
【０００９】
請求項４は、請求項３記載の発明であって、前記注入井には、外管と内管からなる二重管が設けられ、前記外管と前記内管の間に前記注入水が送り込まれ、前記内管に前記二酸化炭素が送り込まれるように構成することが好ましい。
【００１０】
請求項５は、請求項４記載の発明であって、前記ノズルは、外径が前記外管の内径に等しく、前記内管の先端に取り付けられるとともに、その内部に一端が前記ノズル上部の前記外管と前記内管の間に開口し他端が前記ノズル下部に開口する注入水噴射管と、一端が前記ノズル上部の前記内管に開口し他端が前記注入水噴射管の中間部に連通する二酸化炭素噴射管とが形成されていることが好ましい。
【００１１】
請求項６は、請求項５記載の発明であって、前記内管の昇降装置及び陽イオン形成材溶解装置がさらに備えられ、前記深度帯水層に達するように設置された前記内管及び前記ノズルが前記深度帯水層の上部の位置に引き上げられ、陽イオン形成材が溶解された注入水が、前記気液混合流体のそれまでに注入された位置より上方に注入されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明による二酸化炭素地中貯留の処理方法によれば、深部帯水層から汲み上げた地下水に、二酸化炭素を微細気泡化してあるいは超臨界流体として溶け込ませる場合、深部帯水層の圧力と温度のもとでは、水１ｍ３（重さ１０００ｋｇ）に対して二酸化炭素は５０ｋｇ程度が溶解するが、微細気泡化された二酸化炭素は、注入後に固まり状態（プリューム）となる超臨界流体に比べて、深部帯水層に広く拡散させることができ、地下水との接触面積が格段に大きいので、二酸化炭素の溶解速度も速めることができる。溶解速度は微細気泡の方が、超臨界流体より、数１００〜数１０００倍も早い。このような微細気泡は、油田のようなキャップロック層（シール層または不透水層）がない地層でも、土粒子の隙間に入り込んで二酸化炭素が固定されることになる。なお、１気圧、０℃の二酸化炭素の重さは、１．９８ｋｇ／ｍ３であるから、例えば、この二酸化炭素が水１ｍ３に５０ｋｇ溶解することは、約２５ｍ３の気体が１ｍ３の地下水で固定化できる計算になる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、注入水に陽イオン形成材、例えば、石炭灰、消石灰、高炉スラグあるいは水ガラス等を溶解し、帯水層の上部の位置であって気液混合流体を注入した位置の上方に注入するようにしたから、深部帯水層に注入した微細気泡が陽イオンと反応して炭酸塩化合物のバリアが生成され、これにより二酸化炭素の上方への拡散経路を遮断することができる。つまり、人工シール層を形成することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明による二酸化炭素地中貯留の処理システムによれば、深部帯水層から汲み上げた地下水に、二酸化炭素を微細気泡化して溶け込ませるようにしたから、より多くの二酸化炭素を注入水に溶かすことができる。また、溶けなかった二酸化炭素は注入水との気液混合流体として深部帯水層に送り込める。このような微細気泡は、土粒子の隙間に入り込み、土粒子の鉱物と反応して例えば炭酸塩鉱物に変化するから二酸化炭素が固定されることになる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、注入井に二重管を使用したので、注入水と二酸化炭素を注入井の底部に同時に送り込むことができる。これにより注入井の中で瞬時に気液混合流体を生成することにつなげる。地上に特別の混合装置は必要ない。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、注入水噴射管に二酸化炭素噴射管を連通させたノズルを使用したので、効率よく二酸化炭素の気泡を作ることができる。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、二重管から内管を昇降させる昇降装置及び陽イオン形成材溶解装置を備えたから、注入した気液混合流体の上方に例えば消石灰の陽イオン層を形成できる。従って、深部帯水層に注入した微細気泡が仮に上昇しても、陽イオンと反応した炭酸塩化合物のバリアが生成されているため、二酸化炭素の上方への拡散経路が遮断される。すなわち人工シール層を形成することができる。なお、外管の中間部に設けられる新しいスリットは、内管及びノズルを引き上げた後、必要とする箇所に穿孔する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明による二酸化炭素の処理方法及びその処理システムを説明する。図７は一般的な地中の層構造を示す図である。深部帯水層５０は、細かい砂層などからなり水資源には向かない塩水で飽和された透水層である。ここでは地中１０００ｍ程度の深さを想定し深部とした。また、深部帯水層５０の上には不透水層５１がある。二酸化炭素の深部帯水層への貯留は、つぎのような反応式で表わすことができる。二酸化炭素を水に溶かすと、ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＝Ｈ２ＣＯ３となる。これがイオン化して、Ｈ２ＣＯ３＝Ｈ＋ ＋ ＨＣＯ３−となる。これが土粒子と反応して、例えばＣａＳｉＯ３ ＋ ＨＣＯ３−＝ＣａＣＯ３＋ＳｉＯ２＋Ｈ２Ｏとなる。ＣａＣＯ３は炭酸塩化合物であるから、二酸化炭素が固定化されたことを示す。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明による二酸化炭素地中貯留の処理システムを示す構成図である。二酸化炭素の処理システム１００は、深部帯水層５０に達する揚水井２０と、揚水井２０から地下水５３を汲み上げる汲上装置１と、深部帯水層５０に達する注入井２１と、汲み上げた地下水５３を注入水５４として注入井２１に送り込む液体注入装置２と、外部のプラント施設３の排気ガスから分離回収された二酸化炭素５５を注入井２１に送り込む気体注入装置４と、注入井２１の内部に二酸化炭素５５を微細気泡化するノズル５とが備えられる。二酸化炭素５５は、ノズル５で微細気泡化し注入水５４に溶け込ませるとともに、二酸化炭素５５と注入水５４との気液混合流体５６を深部帯水層５０に注入する。プラント施設３は、具体的には火力発電所、ごみ焼却施設などがあげられる。地盤表面５８から例えば地下１０００ｍの深部帯水層５０に至るまでには多数の層があるが、ここでは略して１層で表示している。
【００２０】
揚水井２０には内管６ａと外管７ａからなる二重管８ａを備える。汲上装置１は、揚水ポンプ９、ジェット吸引部１０、貯水タンク１１、送水ポンプ１２及び二重管８ａなどからなる。地下水５３を汲み上げるため、揚水ポンプ９で加圧水５７を内管６ａに送り込み、ジェット吸引部１０で地下水５３を汲み上げて、貯水タンク１１に蓄える。ジェット吸引部１０は、加圧水５７の流速を早めて負圧を作り出し、地下水５３を吸い込むものである。揚水ポンプ９に投入する水は、貯水タンク１１に蓄えられた地下水を循環して利用するようにしてもよい。貯水タンク１１には、地下水５３に含まれるメタンなどを回収する有用ガス抽出装置２９が装備されてもよい。
【００２１】
液体注入装置２は、注水タンク１３、注入井２１に注入水５４を送るための注水ポンプ１４及び地下水の不純物質を取り除くフィルタ１５、陽イオン形成材溶解装置３０などで構成される。揚水井２０と注入井２１の間の距離は、５００ｍ〜１ｋｍ程度とされるので、貯水タンク１１と注水タンク１３とはパイプラインで結ばれる。陽イオン形成材溶解装置３０は、注水タンク１３に陽イオン形成材を投入する装置である。陽イオン形成材は、例えば、石炭灰、高炉スラグ、消石灰、水ガラス等が知られる。二酸化炭素は、時間をかけて陽イオン形成材と反応し、炭酸塩化合物となって固形化する。深部帯水層５０の上部の不透水層が弱く補強したい場合や、観測井の結果に基づいて緊急に行なうこともできる。すなわち、長期的な二酸化炭素の深部帯水層貯留の安定化を図ることができる。
【００２２】
プラント施設３は、燃焼炉または焼却炉１６、この燃焼炉または焼却炉１６から出た排気ガスに含まれる二酸化炭素を分離回収する装置１７、二酸化炭素を冷却する装置１８、除湿する装置１９、コンプレッサ２２ａ及び二酸化炭素を一時蓄える送り側二酸化炭素貯蔵タンク２３などで構成される。大きな火力発電所などでは年間１００万トンのＣＯ２が排出される。二酸化炭素の地中貯留はこのような大量の二酸化炭素の処理に適する。
【００２３】
気体注入装置４は、送り側二酸化炭素貯蔵タンク２３から送り出された二酸化炭素を蓄える受け側二酸化炭素貯蔵タンク２４及びコンプレッサ２２ｂ、２２ｃなどで構成される。
【００２４】
液体注入装置２と気体注入装置４には、図１に示すように、流量調整弁２５ａ、２５ｂ、圧力調整弁２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、流量計２７、圧力計２８ａ、２８ｂが取り付けられる。プラント施設３と注入井２１が近い場合は、パイプラインで送り側二酸化炭素貯蔵タンク２３と受け側二酸化炭素貯蔵タンク２４を結ぶことができる。遠い場合は、タンクローリで輸送してもよい。二酸化炭素を分離回収する装置１７において、化学吸収法によれば、二酸化炭素の濃度を９０％以上に濃縮することができる。
【００２５】
注入井２１は、内管６ｂと外管７ｂからなる二重管８ｂを備える。内管６ｂは、二酸化炭素５５が送り込まれ、外管７ｂと内管６ｂの間に注入水５４が送り込まれるから、二重管８ｂは液体注入装置２と気体注入装置４で兼用のものである。二重管８ｂを使用しない構成も可能であるが、二重管８ｂを使用した場合、深部帯水層５０の深部で気液混合流体５６を作ることができる。内管６ｂの先端にはノズル５が設けられ、ここから、二酸化炭素５５を気泡にして注入水５４に噴射し、気液混合流体５６を作る。気液混合流体５６は、圧力で外管７ｂの底部に設けられたスリットから深部帯水層５０に拡散される。
【００２６】
気液混合流体５６は、気体を含まない液体のみの場合と比較して、浸透性を高めることができる。気体が微細気泡である場合、微細気泡は固まりにはなりにくいので、気液混合流体５６は、深部帯水層５０に良好に拡散できる。その過程で微細気泡は一部消滅するが、他は砂粒子の隙間に入り込んで固定される。二酸化炭素を超臨界流体として注入する場合、固まり（プリューム）が発達するが、このようなこともない。
【００２７】
図２は、揚水井の二重管の断面図である。ジェット吸引部１０は、内管６ａからの加圧水の流速を早めるため逆漏斗型としている。逆漏斗型の内部では負圧となるので地下水５３を吸い込むことができる。吸い込まれた地下水５３は、内管６ａと外管７ａの間を上昇する。揚水ポンプ９は、揚水井２０の深さが１０００ｍなら、この高さまで揚水できる性能が必要である。
【００２８】
図３は、注入井の二重管の断面図である。二重管８ｂの地上部には、昇降装置３１が装着される。昇降装置３１は、内管６ｂの先端に装着された吊下げ金具４０、やぐら３６の頂部の滑車ブロック、滑車ブロックから伸びる滑車３９、地上に据え付けられたウィンチ（巻き上げ機）３７、巻き上げ巻き戻しのワイヤロープ３８などからなる。これにより内管６ｂ及び内管６ｂの先端に取り付けられたノズル５を上昇または下降させて、気液混合流体５６を注入井の底部に限らず、その上方にも注入することができる。なお、上方での注入に際しては、外管７ｂに注入用のスリットを新たに設ける必要があるので、内管６ｂ及びノズル５をいったん地上に引き上げ、爆薬を使って外管７ｂに穿孔することができる。この位置まで、再度、内管６ｂとノズル５を降ろしてセットした後、注入を行なう手順になる。
【００２９】
ノズル５によって注入水５４の中に二酸化炭素の気泡を作るには、空気を水中に微細気泡として放出するのと同じ方法が適用できる。これには、インジェクター方式、旋回流方式、キャビテーション方式などがある。ここでは、構造が簡単なインジェクター方式を採用し、二重管に適するようにノズルを構成した。ノズル５は、外径が外管７ｂの内径に等しく、内管６ｂの先端に取り付けられる。ノズル５の内部には、一端が外管７ｂと内管６ｂの間に開口し、他端が下部に開口する傾斜した注入水噴射管３２が設けられる。また、一端が上部の内管６ｂに開口し、他端が注入水噴射管３２の中間部に連通する二酸化炭素噴射管３３が設けられる。注入水噴射管３２と二酸化炭素噴射管３３は複数組が設けられる。ノズル５はかご４１を含む。かご４１は、側面に貫通孔が設けられ、底に底板が設けられる。底板は、それより下に気液混合流体５６が流れないようにするもので、外管７ｂに新しくあけたスリット３５を使用する場合に好適に機能する。
【００３０】
注入水噴射管３２の流路が狭いので、注入水５４の流速が速く、これに連通する二酸化炭素噴射管３３と連通する部分が負圧となり、二酸化炭素５５が気泡３４となって引き込まれる。外管７ｂの底部の断面積は、その上部の内管６ｂのある部分より大きいから、注入水５４は大幅に減圧される。そのため、キャビテーションによる微細気泡の発生が促進される。ここでの微細気泡の径の大きさは数ｍｍから０．０１ｍｍ程度である。気泡の径が５０μｍ以下のいわゆるマイクロバブルの発生装置を使用してもよい。
【００３１】
注入井２１の底部のスリット３５までの深さをＬ０とする。その点での深部帯水層の抵抗圧をＰ０とすると、気泡がない場合の注入水５４はＰ０＋Ｐαとなる。Ｐαは最大で１．０ＭＰａ程度である。気液混合流体５６の場合、気泡３４による水圧減少（Ｐβ）があるから、その分（Ｐβ）は加圧する必要がある。よって、注入水５４の圧力はＰ０＋Ｐα＋Ｐβとする必要がある。この圧力から注水ポンプ１４の吐出圧が決められる。二酸化炭素５５は加圧しなくても、ノズル５で注入水噴射管３２側に引き込まれる。二酸化炭素５５の混入量を増加させたい場合、若干の加圧を行なってもよい。以上のように、本システムによれば、二酸化炭素を超臨界流体にするための高温高圧設備は必要ない。
【００３２】
図４は、揚水井と注入井の配置図である。二酸化炭素の注入井２１の配置と数量は、貯留しようとする二酸化炭素の総量、注入速度、対象とする深度帯水層の貯留量、浸透性などによってプロジェクト毎に決められる。図４では、２期に渡って二酸化炭素の貯留を行なう場合を示す。第１期の貯留は、注入井２１ａ、２１ｂを使用し、これを囲むように、揚水井２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇを使用する。第２期の貯留は地盤浸透の偏りに留意して、注入井２１ｃ、２１ｄを使用し、これを囲むように、揚水井２０ｂ、２０ｉ、２０ｃ、２０ｅ、２０ｈ、２０ｆ、２０ｇを使用する。揚水井は、貯留状態のモニタ井戸としても活用する。揚水井２０の深部帯水層からの吸出し圧力と、注入井２１の深部帯水層への注入圧力をバランスさせることが必要である。
【００３３】
図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。地盤表面５８の下の非貯留層５９は、二酸化炭素の貯留に適さない層を示す。また、深部帯水層が複数あるような場合、まず、深い方の深部帯水層５０ａに二酸化炭素の貯留を行なう。その後、深部帯水層５０ａの上部に陽イオン形成材を注入し、その上の深部帯水層５０ｂの二酸化炭素貯留を行ない、深部帯水層５０ｂの上部に陽イオン形成材を注入する。なお、不透水層５１ａが厚く堅固であるような場合、深部帯水層５０ａの上部への陽イオン形成材の注入は省略してもよい。揚水井、注水井は、注入全作業が完了後、そのまま残されて、モニタリングの観測井戸として使用される。
【００３４】
図６は、二酸化炭素地中貯留の処理手順をフローチャートで表現したものである。符号６０〜６４は各処理段階を示す。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、二酸化炭素の地中貯留に関するものであるが、他の地球温暖化ガスの地中貯留にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による二酸化炭素地中貯留の処理システムの構成図である。（実施例１）
【図２】揚水井を構成する二重管の断面図である。（実施例１）
【図３】注入井を構成する二重管の断面図である。（実施例１）
【図４】揚水井と注入井の配置図である。（実施例１）
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。（実施例１）
【図６】本発明による二酸化炭素地中貯留の処理手順を示すフローチャートである。（実施例１）
【図７】一般的な地中の層構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 汲上装置
２ 液体注入装置
３ プラント施設
４ 気体注入装置
５ ノズル
６ａ、６ｂ 内管
７ａ、７ｂ 外管
８ａ、８ｂ 二重管
９ 揚水ポンプ
１０ ジェット吸引部
１１ 貯水タンク
１２ 送水ポンプ
１３ 注水タンク
１４ 注水ポンプ
１５ フィルタ
１６ 燃焼炉または焼却炉
１７ 二酸化炭素の分離回収装置
１８ 冷却装置
１９ 除湿装置
２０、２０ａ〜２０ｉ 揚水井
２１、２１ａ〜２１ｄ 注入井
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ コンプレッサ
２３ 送り側二酸化炭素貯蔵タンク
２４ 受け側二酸化炭素貯蔵タンク
２５ａ、２５ｂ 流量調整弁
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 圧力調整弁
２７ 流量計
２８ａ、２８ｂ 圧力計
２９ 有用ガス抽出装置
３０ 陽イオン形成材溶解装置
３１ 昇降装置
３２ 注入水噴射管
３３ 二酸化炭素噴射管
３４ 気泡
３５ スリット
３６ やぐら
３７ ウィンチ
３８ ワイヤロープ
３９ 滑車
４０ 吊下げ金具
４１ かご
５０ 深部帯水層
５０ａ、５０ｂ 個別の深部帯水層
５１ 不透水層
５１ａ、５１ｂ 個別の不透水層
５３ 地下水
５４ 注入水
５５ 二酸化炭素
５６ 気液混合流体
５７ 加圧水
５８ 地盤表面
５９ 非貯留層
６０〜６４ 二酸化炭素の処理段階
１００ 二酸化炭素の処理システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
深部帯水層の地下水を揚水井から地上に汲み上げて注入水を作る段階と、
プラント施設の排気ガスから分離回収された二酸化炭素を微細気泡化して前記注入水に混合して気液混合流体を作る段階と、
前記気液混合流体を注入井から前記深部帯水層に注入する段階とを含むことを特徴とする二酸化炭素地中貯留の処理方法。
【請求項２】
前記注入水に陽イオン形成材を溶解する段階と、前記陽イオン形成材が溶解された前記注入水を前記深部帯水層の上部でそれまでの注入位置より上方に注入する段階とがさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素地中貯留の処理方法。
【請求項３】
深部帯水層に達する揚水井と、
前記揚水井から地下水を汲み上げる汲上装置と、
前記深部帯水層に達する注入井と、
前記汲み上げた地下水を注入水として前記注入井に送り込む液体注入装置と、
プラント施設の排気ガスから分離回収された二酸化炭素を前記注入井に送り込む気体注入装置と、
前記注入井の内部に前記二酸化炭素を微細気泡化するノズルとが備えられ、
前記二酸化炭素を前記ノズルで微細気泡化し前記注入水に溶け込ませるとともに、前記二酸化炭素の微細気泡と前記注入水との気液混合流体を前記深部帯水層に注入することを特徴とする二酸化炭素地中貯留の処理システム。
【請求項４】
前記注入井には、外管と内管からなる二重管が設けられ、前記外管と前記内管の間に前記注入水が送り込まれ、前記内管に前記二酸化炭素が送り込まれるように構成したことを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素地中貯留の処理システム。
【請求項５】
前記ノズルは、外径が前記外管の内径に等しく、前記内管の先端に取り付けられるとともに、その内部に一端が前記ノズル上部の前記外管と前記内管の間に開口し他端が前記ノズル下部に開口する注入水噴射管と、一端が前記ノズル上部の前記内管に開口し他端が前記注入水噴射管の中間部に連通する二酸化炭素噴射管とが形成されていることを特徴とする請求項４に記載の二酸化炭素地中貯留の処理システム。
【請求項６】
前記内管の昇降装置及び陽イオン形成材溶解装置がさらに備えられ、前記深度帯水層に達するように設置された前記内管及び前記ノズルが前記深度帯水層の上部の位置に引き上げられ、陽イオン形成材が溶解された注入水が、前記気液混合流体のそれまでに注入された位置より上方に注入されることを特徴とする請求項５に記載の二酸化炭素地中貯留の処理システム。
【請求項１】
深部帯水層の地下水を揚水井から地上に汲み上げて注入水を作る段階と、
プラント施設の排気ガスから分離回収された二酸化炭素を微細気泡化して前記注入水に混合して気液混合流体を作る段階と、
前記気液混合流体を注入井から前記深部帯水層に注入する段階とを含むことを特徴とする二酸化炭素地中貯留の処理方法。
【請求項２】
前記注入水に陽イオン形成材を溶解する段階と、前記陽イオン形成材が溶解された前記注入水を前記深部帯水層の上部でそれまでの注入位置より上方に注入する段階とがさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素地中貯留の処理方法。
【請求項３】
深部帯水層に達する揚水井と、
前記揚水井から地下水を汲み上げる汲上装置と、
前記深部帯水層に達する注入井と、
前記汲み上げた地下水を注入水として前記注入井に送り込む液体注入装置と、
プラント施設の排気ガスから分離回収された二酸化炭素を前記注入井に送り込む気体注入装置と、
前記注入井の内部に前記二酸化炭素を微細気泡化するノズルとが備えられ、
前記二酸化炭素を前記ノズルで微細気泡化し前記注入水に溶け込ませるとともに、前記二酸化炭素の微細気泡と前記注入水との気液混合流体を前記深部帯水層に注入することを特徴とする二酸化炭素地中貯留の処理システム。
【請求項４】
前記注入井には、外管と内管からなる二重管が設けられ、前記外管と前記内管の間に前記注入水が送り込まれ、前記内管に前記二酸化炭素が送り込まれるように構成したことを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素地中貯留の処理システム。
【請求項５】
前記ノズルは、外径が前記外管の内径に等しく、前記内管の先端に取り付けられるとともに、その内部に一端が前記ノズル上部の前記外管と前記内管の間に開口し他端が前記ノズル下部に開口する注入水噴射管と、一端が前記ノズル上部の前記内管に開口し他端が前記注入水噴射管の中間部に連通する二酸化炭素噴射管とが形成されていることを特徴とする請求項４に記載の二酸化炭素地中貯留の処理システム。
【請求項６】
前記内管の昇降装置及び陽イオン形成材溶解装置がさらに備えられ、前記深度帯水層に達するように設置された前記内管及び前記ノズルが前記深度帯水層の上部の位置に引き上げられ、陽イオン形成材が溶解された注入水が、前記気液混合流体のそれまでに注入された位置より上方に注入されることを特徴とする請求項５に記載の二酸化炭素地中貯留の処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−６３６７（Ｐ２００８−６３６７Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７８３４５（Ｐ２００６−１７８３４５）
【出願日】平成１８年６月２８日（２００６．６．２８）
【出願人】（５０２１５２４０３）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（５９２１３１９０６）みずほ情報総研株式会社 (187)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２８日（２００６．６．２８）
【出願人】（５０２１５２４０３）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（５９２１３１９０６）みずほ情報総研株式会社 (187)
【Ｆターム（参考）】
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