二酸化炭素深海投入方法及び装置
【課題】 二酸化炭素スラリーを安定的に海水中へ放出できる二酸化炭素深海投入方法及び装置を提供する。
【解決手段】 二酸化炭素深海投入装置１は、ドライアイスと液体二酸化炭素とを混合して二酸化炭素スラリーを形成する混合装置５０を備える。二酸化炭素スラリーは、混合装置５０から延びる二酸化炭素スラリー投入管５１を通って海水中に投入される。同管５１の下端にはノズル６０が設けられている。さらに、装置１は、液体二酸化炭素を０℃以上に加温する熱交換器２０と、加温された液体二酸化炭素を所定の深さまで送る高温液体二酸化炭素投入管２１とを備える。ノズル６０は、二酸化炭素スラリー投入管５１の下端外周を囲むとともに、同管よりも長い外管を有する。二酸化炭素スラリー投入管５１と外管との間に、高温液体二酸化炭素投入管２１の下端が接続しており、二酸化炭素スラリー投入管５１の先端の周囲から、０℃以上の液体二酸化炭素が放出される。
【解決手段】 二酸化炭素深海投入装置１は、ドライアイスと液体二酸化炭素とを混合して二酸化炭素スラリーを形成する混合装置５０を備える。二酸化炭素スラリーは、混合装置５０から延びる二酸化炭素スラリー投入管５１を通って海水中に投入される。同管５１の下端にはノズル６０が設けられている。さらに、装置１は、液体二酸化炭素を０℃以上に加温する熱交換器２０と、加温された液体二酸化炭素を所定の深さまで送る高温液体二酸化炭素投入管２１とを備える。ノズル６０は、二酸化炭素スラリー投入管５１の下端外周を囲むとともに、同管よりも長い外管を有する。二酸化炭素スラリー投入管５１と外管との間に、高温液体二酸化炭素投入管２１の下端が接続しており、二酸化炭素スラリー投入管５１の先端の周囲から、０℃以上の液体二酸化炭素が放出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所の排ガスなどから回収された二酸化炭素を液化して海底に沈めて処理する二酸化炭素深海投入方法及びそのための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素を液化して深海の海底に貯留する二酸化炭素の処理方法は、地球温暖化を防止する有効な対策として注目されている（例えば特許文献１参照）。この方法においては、液体二酸化炭素を密度的に安定な深度３５００ｍ以深の海底に送り込むことが必要とされている。二酸化炭素は深度５００ｍ相当の圧力で液化し、その密度は圧力とともに増大し、深度２７００ｍ相当では熱的平衡状態で海水と同密度になり、それ以深では海水よりも密度が大きくなる。したがって、二酸化炭素を、深度２７００ｍまで送り込むことができれば、それより下へは二酸化炭素は自重により自然に沈降する。
【０００３】
二酸化炭素を深度２７００ｍまで送り込む方法としては、液体二酸化炭素とドライアイスとを混合したスラリーを、深度５００ｍ程度の浅海に放出し、二酸化炭素スラリー塊として沈降する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。液体二酸化炭素の密度は１．２ｇ／ｃｍ３、ドライアイスの密度は１．５ｇ／ｃｍ３であるので、スラリー塊の密度は周囲の海水よりも大きく、自重により自然に沈降する。なお、二酸化炭素スラリーの温度は液体二酸化炭素とドライアイスとの共存温度である−５６℃程度と低温であるため、氷によって被覆され、周囲の海水からの伝熱が抑制される。このため、密度的に安定な深度２７００ｍに到達するまで、スラリー塊の温度は低温に維持されると推定されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２２８１２２
【特許文献２】特開２００４−１１３９２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の液体二酸化炭素とドライアイスとを混合したスラリーを放出する方法では、スラリーを深度５００ｍ程度の浅海に放出する際に、同深度まで延びる投入管を使用し、同管の先端から海水中に放出している。この際、前述のように二酸化炭素スラリーは非常に低温であるため、投入管の先端が冷却され、海水が冷却された先端部と接触して氷結し、管の先端が閉塞されるおそれがある。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、液体二酸化炭素とドライアイスとを混合した二酸化炭素スラリーを安定的に海水中へ放出できる二酸化炭素深海投入方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の二酸化炭素深海投入方法は、 低温高密度状態とした液体二酸化炭素を、二酸化炭素投入管中を通して海中の所定の深さまで送り、 該投入管の下端から前記液体二酸化炭素を海中に放出し、 放出した液体二酸化炭素を、液体二酸化炭素が熱的平衡状態で海水と等密度となる深さまで熱的非平衡状態を保持させつつ沈降させ、 その後、自然沈降させて海底に二酸化炭素を投入する方法であって、 前記液体二酸化炭素投入管の下端に、該管外周を囲む、二重管型ノズルを設けるとともに、該ノズル外管部から０℃以上の高温液体二酸化炭素を放出することにより、前記液体二酸化炭素投入管（内管）先端の氷結を防止することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、低温の液体二酸化炭素が投入される投入管の先端の周囲から、０℃以上の液体二酸化炭素が放出されるので、低温液体二酸化炭素で冷却された同管の先端付近が海水と触れることを防ぐことができる。このため、海水が氷結して投入管を閉塞するような事態を避けることができ、低温の液体二酸化炭素を安定して放出できる。
【０００９】
本発明の第２の二酸化炭素深海投入方法は、 低温高密度状態とした液体二酸化炭素とドライアイスとを混合した二酸化炭素スラリーを、二酸化炭素スラリー投入管中を通して海中の所定の深さまで送り、 該投入管の下端から前記二酸化炭素スラリーを海中に放出し、 放出した二酸化炭素スラリーを、液体二酸化炭素が熱的平衡状態で海水と等密度となる深さまで熱的非平衡状態を保持させつつ沈降させ、 その後、自然沈降させて海底に二酸化炭素を投入する方法であって、 前記二酸化炭素スラリー投入管の下端に、該管外周を囲む、二重管型ノズルを設けるとともに、該ノズル外管部から０℃以上の高温液体二酸化炭素を放出することにより、前記液体二酸化炭素投入管（内管）先端の氷結を防止することを特徴とする。
【００１０】
液体二酸化炭素とドライアイスとを混合した二酸化炭素スラリーを投入管で送れば、ドライアイスの潜熱により二酸化炭素の温度が上がりにくくなる。例えば、−５０℃程度を長時間維持することができるので、スラリーを密度的に安定な深度まで安定して沈降させることができる。
【００１１】
本発明の第１の二酸化炭素深海投入装置は、 液体二酸化炭素受入れ貯蔵容器と、 該貯蔵容器から液体二酸化炭素を所定の深さまで送る液体二酸化炭素投入管と、 該液体二酸化炭素投入管の下端に設けられたノズルと、 前記容器内の液体二酸化炭素を０℃以上に加温する二酸化炭素加温装置と、 加温された液体二酸化炭素（高温液体二酸化炭素）を所定の深さまで送る高温液体二酸化炭素投入管と、を備え、 前記ノズルが、前記液体二酸化炭素投入管の下端外周を囲むとともに、該管よりも長い外管を有し、前記液体二酸化炭素投入管と外管との間に、前記高温液体二酸化炭素投入管の下端が接続していることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の二酸化炭素深海投入装置は、 液体二酸化炭素受入れ貯蔵容器と、 該貯蔵容器内の液体二酸化炭素を用いてドライアイスを製造する装置と、 前記容器内の液体二酸化炭素とドライアイスとを混合して二酸化炭素スラリーとする装置と、 該装置から二酸化炭素スラリーを所定の深さまで送る二酸化炭素スラリー投入管と、 前記二酸化炭素スラリー投入管の下端に設けられたノズルと、 前記容器内の液体二酸化炭素を０℃以上に加温する二酸化炭素加温装置と、 加温された液体二酸化炭素（高温液体二酸化炭素）を所定の深さまで送る高温液体二酸化炭素投入管と、を備え、 前記ノズルが、前記二酸化炭素スラリー投入管の下端外周を囲むとともに、該管よりも長い外管を有し、前記二酸化炭素スラリー投入管と外管との間に、前記高温液体二酸化炭素投入管の下端が接続していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、二酸化炭素（スラリーを含む）投入管の先端付近に高温液体二酸化炭素が放出されているので、冷却された同投入管の先端付近が海水と接触し、海水が氷結して管を閉塞する事態を避けることができる。したがって、液体二酸化炭素を安定的に海中に放出できる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る二酸化炭素深海投入装置の構成を説明する配管図である。
図２は、図１の二酸化炭素深海投入装置の二酸化炭素スラリー投入管の先端付近の構造を示す側面断面図である。
二酸化炭素深海投入装置１は、図１に示すように、液体二酸化炭素受入れ貯蔵容器１０と、液体二酸化炭素を０℃以上に加温する二酸化炭素加温装置（熱交換器）２０と、加温された液体二酸化炭素（高温液体二酸化炭素）を所定の深さまで送る高温液体二酸化炭素投入管２１と、貯蔵容器１０内の液体二酸化炭素を用いてドライアイスを製造する装置４０と、液体二酸化炭素とドライアイスとを混合して二酸化炭素スラリーとする装置５０と、同装置から二酸化炭素スラリーを所定の深さまで送る二酸化炭素スラリー投入管５１と、を主に備える。これらの装置は、海上に設置される海洋構造物又は船舶に搭載される。そして、この海洋構造物から、長さが５００ｍの高温液体二酸化炭素投入管２１と、二酸化炭素スラリー投入管５１が水中に懸垂されている。二酸化炭素スラリー投入管５１の先端には、ノズル６０が設けられている。
【００１５】
貯蔵容器１０には、火力発電所等の大規模な二酸化炭素発生源において排気ガスから分離・回収された二酸化炭素が、専用の輸送船２によって輸送され、−５６℃、０．５ＭＰaの温度・圧力条件下で貯蔵されている。
【００１６】
貯蔵容器１０から延びる配管１１の途中には、液体二酸化炭素ポンプ１２が設けられている。配管１１は、同ポンプ１２の先で、３方向に分岐しており、各々の分岐配管１３、１４、１５は、各々熱交換器２０、ドライアイス製造装置４０、ドライアイス混合装置５０に延びている。
【００１７】
第１の分岐配管１３は、途中にバルブ１６を介して凝縮器３０を経て熱交換器２０に延びている。熱交換器２０は冷媒循環配管２６を有し、同配管２６には、冷媒容器２７、冷媒ポンプ２８、蒸発器２９が順に設けられている。この熱交換器２０においては、冷媒ポンプ２８を稼動させて冷媒容器２７中の冷媒を蒸発器２９に送り、海水を熱源として溶媒を蒸発させ、発生した溶媒ガスを熱交換器２０に送って、同熱交換器２０に送られた液体二酸化炭素を加温する。熱交換器２０で冷却された溶媒は、冷媒ポンプ２８により循環される。
【００１８】
熱交換器２０には高温二酸化炭素投入管２１が接続している。高温二酸化炭素投入管２１は、長さが５００ｍ程度であり、海水中に垂下されている。同投入管２１は、複数本（例えば４本）とすることができ、二酸化炭素スラリー投入管５１の周囲に、同管５１と平行に配設されている（図１には１本のみ図示）。なお、高温二酸化炭素投入管２１と二酸化炭素スラリー投入管５１とを二重管とすることもできる。各投入管２１の途中にはバルブ２２が設けられている。熱交換器２０からは、さらに別の配管２３がドライアイス混合装置５０に延びている。同配管２３の途中にはバルブ２４が設けられている。
凝縮器３０は、後述するドライアイス製造装置４０と配管４２で接続している。また、凝縮器３０には、上流の分岐配管１３に接続する循環配管３１が設けられている。同配管３１の途中にはバルブ３２が設けられている。
【００１９】
第２の分岐配管１４は、途中にバルブ１７を介してドライアイス製造装置４０に延びている。同装置４０で製造されたドライアイスは、スクリューコンベア等の搬送装置４１でドライアイス混合装置５０に送られる。また、同装置４０で発生した二酸化炭素ガスは、配管４２を通って圧縮器４３に送られた後、前述の凝縮器３０に送られる。
【００２０】
第３の分岐配管１５は、途中に２個のバルブ１８、１９を介してドライアイス混合装置５０に接続している。同装置５０内でドライアイスと液体二酸化炭素が混合される。
【００２１】
ドライアイス混合装置５０からは、スラリー投入管５１が、前述の高温液体二酸化炭素投入管２１と平行に海水中に延びている。スラリー投入管５１は長さが５００ｍ程度であり、外面は断熱層５１ａ（図２参照）で覆われている。図２に示すように、スラリー投入管５１の先端は露出しており、同先端にはノズル６０が取り付けられている。ノズル６０は二重管型で、スラリー投入管５１（内管ともいう）の先端を取り囲む大径の外管６１を備える。この外管６１は内管５１よりも長く形成されている。内管５１と外管６１との間の環状空間Ｓは、高温液体二酸化炭素投入管２１と連通している。
【００２２】
この液体二酸化炭素深海投入装置１の運転方法を説明する。
運転開始前は、全てのバルブ１６、１７、１８、１９、２２、２４、３２は閉鎖されている。まず、バルブ１６を開放し、液体二酸化炭素ポンプ１２を稼動させて、貯蔵容器１０から液体二酸化炭素をくみ出す。続いて、冷媒循環配管２６において、冷媒ポンプ２８を稼動して冷媒容器２７中の冷媒を蒸発器２９に送り、海水を熱源として冷媒を蒸発させる。発生した溶媒ガスは熱交換器２０に送られて、同熱交換器２０に送られた液体二酸化炭素を加温する。熱交換器２０で冷却された溶媒は冷媒ポンプ２８により配管２６内を循環し、再使用される。
【００２３】
液体二酸化炭素の温度が０℃以上となると、まず、バルブ２４を開放して、この高温液体二酸化炭素を配管２３を通してドライアイス混合装置５０を経て二酸化炭素スラリー投入管５１に注入する。これにより、同投入管５１内の海水が押出され、管内に高温液体二酸化炭素の液柱を形成する。これは、−５６℃の液体二酸化炭素を直接管内に注入することによる管内の海水の凍結を防ぐためである。
【００２４】
次に、バルブ２４を閉鎖してバルブ２２を開放し、高温液体二酸化炭素投入管２１に高温液体二酸化炭素を注入し、同投入管２１及びノズル６０内部を高温液体二酸化炭素で充満させる。
【００２５】
その後、バルブ１７を開放して、一部の液体二酸化炭素を分岐配管１４からドライアイス製造装置４０に導入し、ドライアイスを製造する。製造されたドライアイスは、搬送手段４１でドライアイス混合装置５０に搬送され、同装置５０から二酸化炭素スラリー投入管５１に投入される。同投入管５１には既に高温液体二酸化炭素が導入されており、ドライアイスと液体二酸化炭素が混合して二酸化炭素スラリーを生じる。また、これにより管５１内の温度が低下し始める。
【００２６】
なお、ドライアイス製造装置４０で生じた二酸化炭素ガスは、配管４２を通って圧縮機４３で昇圧された後、凝縮器３０に投入されて液化される。液化後、バルブ３２を開放して分岐配管１３に合流させる。
【００２７】
ドライアイスの投入により二酸化炭素スラリー投入管５１内の温度が−５６℃まで低下したら、バルブ１８及び１９を開放し、貯蔵容器１０内の液体二酸化炭素を、配管１１、１５を通してドライアイス混合装置５０に送る。同時に、ドライアイス製造装置４０からドライアイスをドライアイス混合装置５０に送り、同装置５０内で液体二酸化炭素と混合して二酸化炭素スラリーを形成させる。この二酸化炭素スラリーは、投入管５１を通ってノズル６０から海中に放出される。
【００２８】
この際、図２に示すように、高温液体二酸化炭素投入管２１から、ノズル６０の外管６１と二酸化炭素スラリー投入管５１の先端との間の空間Ｓを通って０℃以上の液体二酸化炭素が放出されている。外管６１は内管５１よりも長く形成されているので、放出された液体二酸化炭素は、外管６１の内側に沿って下降した後、外管６１の外側に回りこんで上昇する。このような構成により、内部の二酸化炭素スラリーで冷却されている投入管５１の先端は、周囲や下端付近に０℃以上の液体二酸化炭素が存在するため、ほとんど海水と触れない。したがって、低温のスラリーを放出しても投入管５１の先端で氷結が発生せず、投入管５１が閉塞することを防ぐことができる。
【００２９】
運転を停止する際は、まず、ドライアイス製造装置４０の稼動を停止し、ドライアイス及び液体二酸化炭素の投入を停止する。そして、バルブ２４を少しずつ開放して徐々に二酸化炭素スラリー投入管５１に高温液体二酸化炭素を注入し、管内の温度を０℃以上とした後、全てのバルブを閉じて、その他の機器の運転を停止する。
【００３０】
図３は、本発明の第２実施の形態に係る二酸化炭素深海投入装置の構成を説明する配管図である。
図１の二酸化炭素深海投入装置１は、液体二酸化炭素とドライアイスとを混合して生成した二酸化炭素スラリーを深海に送り込むものであるが、この例では液体二酸化炭素をそのままで深海に送り込む装置１´について説明する。図３において、図１と同じ作用・構成を有する部品・部材は、図１と同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
つまり、図１の装置における、二酸化炭素スラリーを生成するためのドライアイス製造装置４０や同装置４０に伴う配管など（配管１４、バルブ１７、配管４２、圧縮機４３、凝縮器３０、配管３１、バルブ３２）が不要になる。また、ドライアイスと液体二酸化炭素とを混合するドライアイス混合装置５０が不要となる。
【００３２】
そして、貯蔵容器１０から延びる配管１１から分岐した配管の一つ１５（第３の分岐配管）が、液体二酸化炭素投入管７１に接続している。液体二酸化炭素投入管７１は、海水中に延びて、ノズル６０に接続している。また、この液体二酸化炭素投入管７１には、熱交換器２０から延びて分岐した配管２３が接続している。
【００３３】
この液体二酸化炭素深海投入装置１´の運転方法を説明する。
運転開始前は、全てのバルブ１６、１８、１９、２２、２４は閉鎖されている。まず、バルブ１６を開放し、液体二酸化炭素ポンプ１２を稼動させて、貯蔵容器１０から液体二酸化炭素をくみ出す。続いて、冷媒循環配管２６において、冷媒ポンプ２８を稼動して冷媒容器２７中の冷媒を蒸発器２９に送り、海水を熱源として冷媒を蒸発させる。発生した溶媒ガスは熱交換器２０に送られて、同熱交換器２０に送られた液体二酸化炭素を加温する。熱交換器２０で冷却された溶媒は冷媒ポンプ２８により配管２６内を循環し、再使用される。
【００３４】
液体二酸化炭素の温度が０℃以上となると、まず、バルブ２４を開放して、この高温液体二酸化炭素を配管２３を通して液体二酸化炭素投入管７１に注入する。これにより、同投入管７１内の海水が押出され、管内に高温液体二酸化炭素の液柱を形成する。これは、−５６℃の液体二酸化炭素を直接管内に注入することによる管内の海水の凍結を防ぐためである。
【００３５】
次に、バルブ２４を閉鎖してバルブ２２を開放し、高温液体二酸化炭素投入管２１に高温液体二酸化炭素を注入し、同投入管２１及びノズル６０内部を高温液体二酸化炭素で充満させる。
【００３６】
その後、バルブ１８及び１９を開放し、貯蔵容器１０内の液体二酸化炭素を、配管１１、１５を通して液体二酸化炭素投入管７１に送る。この液体二酸化炭素は同投入管７１を通ってノズル６０から海中に放出される。この際、前述の例と同様に、内部の液体二酸化炭素で冷却されている投入管７１の先端は、周囲や下端付近に０℃以上の液体二酸化炭素が存在するため、ほとんど海水と触れない。したがって、低温の液体二酸化炭素を放出しても投入管７１の先端で氷結が発生せず、投入管７１が閉塞することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る二酸化炭素深海投入装置の構成を説明する配管図である。
【図２】図１の二酸化炭素深海投入装置の二酸化炭素スラリー投入管の先端付近の構造を示す側面断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る二酸化炭素深海投入装置の構成を説明する配管図である。
【符号の説明】
【００３８】
１、１´ 二酸化炭素深海投入装置 ２ 輸送船
１０ 貯蔵容器
１１、１３、１４、１５、２３、３１、４２ 配管
１６、１７、１８、１９、２２、２４、３２ バルブ
１２ 液体二酸化炭素ポンプ ２１ 高温液体二酸化炭素投入管
２６ 冷媒循環配管 ２７ 冷媒容器
２８ 冷媒ポンプ ２９ 蒸発器
３０ 凝縮器 ４０ ドライアイス製造装置
４３ 圧縮器 ５０ ドライアイス混合装置
５１ 二酸化炭素スラリー投入管
６０ ノズル ６１ 外管
７１ 液体二酸化炭素投入管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所の排ガスなどから回収された二酸化炭素を液化して海底に沈めて処理する二酸化炭素深海投入方法及びそのための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素を液化して深海の海底に貯留する二酸化炭素の処理方法は、地球温暖化を防止する有効な対策として注目されている（例えば特許文献１参照）。この方法においては、液体二酸化炭素を密度的に安定な深度３５００ｍ以深の海底に送り込むことが必要とされている。二酸化炭素は深度５００ｍ相当の圧力で液化し、その密度は圧力とともに増大し、深度２７００ｍ相当では熱的平衡状態で海水と同密度になり、それ以深では海水よりも密度が大きくなる。したがって、二酸化炭素を、深度２７００ｍまで送り込むことができれば、それより下へは二酸化炭素は自重により自然に沈降する。
【０００３】
二酸化炭素を深度２７００ｍまで送り込む方法としては、液体二酸化炭素とドライアイスとを混合したスラリーを、深度５００ｍ程度の浅海に放出し、二酸化炭素スラリー塊として沈降する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。液体二酸化炭素の密度は１．２ｇ／ｃｍ３、ドライアイスの密度は１．５ｇ／ｃｍ３であるので、スラリー塊の密度は周囲の海水よりも大きく、自重により自然に沈降する。なお、二酸化炭素スラリーの温度は液体二酸化炭素とドライアイスとの共存温度である−５６℃程度と低温であるため、氷によって被覆され、周囲の海水からの伝熱が抑制される。このため、密度的に安定な深度２７００ｍに到達するまで、スラリー塊の温度は低温に維持されると推定されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２２８１２２
【特許文献２】特開２００４−１１３９２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の液体二酸化炭素とドライアイスとを混合したスラリーを放出する方法では、スラリーを深度５００ｍ程度の浅海に放出する際に、同深度まで延びる投入管を使用し、同管の先端から海水中に放出している。この際、前述のように二酸化炭素スラリーは非常に低温であるため、投入管の先端が冷却され、海水が冷却された先端部と接触して氷結し、管の先端が閉塞されるおそれがある。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、液体二酸化炭素とドライアイスとを混合した二酸化炭素スラリーを安定的に海水中へ放出できる二酸化炭素深海投入方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の二酸化炭素深海投入方法は、 低温高密度状態とした液体二酸化炭素を、二酸化炭素投入管中を通して海中の所定の深さまで送り、 該投入管の下端から前記液体二酸化炭素を海中に放出し、 放出した液体二酸化炭素を、液体二酸化炭素が熱的平衡状態で海水と等密度となる深さまで熱的非平衡状態を保持させつつ沈降させ、 その後、自然沈降させて海底に二酸化炭素を投入する方法であって、 前記液体二酸化炭素投入管の下端に、該管外周を囲む、二重管型ノズルを設けるとともに、該ノズル外管部から０℃以上の高温液体二酸化炭素を放出することにより、前記液体二酸化炭素投入管（内管）先端の氷結を防止することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、低温の液体二酸化炭素が投入される投入管の先端の周囲から、０℃以上の液体二酸化炭素が放出されるので、低温液体二酸化炭素で冷却された同管の先端付近が海水と触れることを防ぐことができる。このため、海水が氷結して投入管を閉塞するような事態を避けることができ、低温の液体二酸化炭素を安定して放出できる。
【０００９】
本発明の第２の二酸化炭素深海投入方法は、 低温高密度状態とした液体二酸化炭素とドライアイスとを混合した二酸化炭素スラリーを、二酸化炭素スラリー投入管中を通して海中の所定の深さまで送り、 該投入管の下端から前記二酸化炭素スラリーを海中に放出し、 放出した二酸化炭素スラリーを、液体二酸化炭素が熱的平衡状態で海水と等密度となる深さまで熱的非平衡状態を保持させつつ沈降させ、 その後、自然沈降させて海底に二酸化炭素を投入する方法であって、 前記二酸化炭素スラリー投入管の下端に、該管外周を囲む、二重管型ノズルを設けるとともに、該ノズル外管部から０℃以上の高温液体二酸化炭素を放出することにより、前記液体二酸化炭素投入管（内管）先端の氷結を防止することを特徴とする。
【００１０】
液体二酸化炭素とドライアイスとを混合した二酸化炭素スラリーを投入管で送れば、ドライアイスの潜熱により二酸化炭素の温度が上がりにくくなる。例えば、−５０℃程度を長時間維持することができるので、スラリーを密度的に安定な深度まで安定して沈降させることができる。
【００１１】
本発明の第１の二酸化炭素深海投入装置は、 液体二酸化炭素受入れ貯蔵容器と、 該貯蔵容器から液体二酸化炭素を所定の深さまで送る液体二酸化炭素投入管と、 該液体二酸化炭素投入管の下端に設けられたノズルと、 前記容器内の液体二酸化炭素を０℃以上に加温する二酸化炭素加温装置と、 加温された液体二酸化炭素（高温液体二酸化炭素）を所定の深さまで送る高温液体二酸化炭素投入管と、を備え、 前記ノズルが、前記液体二酸化炭素投入管の下端外周を囲むとともに、該管よりも長い外管を有し、前記液体二酸化炭素投入管と外管との間に、前記高温液体二酸化炭素投入管の下端が接続していることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の二酸化炭素深海投入装置は、 液体二酸化炭素受入れ貯蔵容器と、 該貯蔵容器内の液体二酸化炭素を用いてドライアイスを製造する装置と、 前記容器内の液体二酸化炭素とドライアイスとを混合して二酸化炭素スラリーとする装置と、 該装置から二酸化炭素スラリーを所定の深さまで送る二酸化炭素スラリー投入管と、 前記二酸化炭素スラリー投入管の下端に設けられたノズルと、 前記容器内の液体二酸化炭素を０℃以上に加温する二酸化炭素加温装置と、 加温された液体二酸化炭素（高温液体二酸化炭素）を所定の深さまで送る高温液体二酸化炭素投入管と、を備え、 前記ノズルが、前記二酸化炭素スラリー投入管の下端外周を囲むとともに、該管よりも長い外管を有し、前記二酸化炭素スラリー投入管と外管との間に、前記高温液体二酸化炭素投入管の下端が接続していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、二酸化炭素（スラリーを含む）投入管の先端付近に高温液体二酸化炭素が放出されているので、冷却された同投入管の先端付近が海水と接触し、海水が氷結して管を閉塞する事態を避けることができる。したがって、液体二酸化炭素を安定的に海中に放出できる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る二酸化炭素深海投入装置の構成を説明する配管図である。
図２は、図１の二酸化炭素深海投入装置の二酸化炭素スラリー投入管の先端付近の構造を示す側面断面図である。
二酸化炭素深海投入装置１は、図１に示すように、液体二酸化炭素受入れ貯蔵容器１０と、液体二酸化炭素を０℃以上に加温する二酸化炭素加温装置（熱交換器）２０と、加温された液体二酸化炭素（高温液体二酸化炭素）を所定の深さまで送る高温液体二酸化炭素投入管２１と、貯蔵容器１０内の液体二酸化炭素を用いてドライアイスを製造する装置４０と、液体二酸化炭素とドライアイスとを混合して二酸化炭素スラリーとする装置５０と、同装置から二酸化炭素スラリーを所定の深さまで送る二酸化炭素スラリー投入管５１と、を主に備える。これらの装置は、海上に設置される海洋構造物又は船舶に搭載される。そして、この海洋構造物から、長さが５００ｍの高温液体二酸化炭素投入管２１と、二酸化炭素スラリー投入管５１が水中に懸垂されている。二酸化炭素スラリー投入管５１の先端には、ノズル６０が設けられている。
【００１５】
貯蔵容器１０には、火力発電所等の大規模な二酸化炭素発生源において排気ガスから分離・回収された二酸化炭素が、専用の輸送船２によって輸送され、−５６℃、０．５ＭＰaの温度・圧力条件下で貯蔵されている。
【００１６】
貯蔵容器１０から延びる配管１１の途中には、液体二酸化炭素ポンプ１２が設けられている。配管１１は、同ポンプ１２の先で、３方向に分岐しており、各々の分岐配管１３、１４、１５は、各々熱交換器２０、ドライアイス製造装置４０、ドライアイス混合装置５０に延びている。
【００１７】
第１の分岐配管１３は、途中にバルブ１６を介して凝縮器３０を経て熱交換器２０に延びている。熱交換器２０は冷媒循環配管２６を有し、同配管２６には、冷媒容器２７、冷媒ポンプ２８、蒸発器２９が順に設けられている。この熱交換器２０においては、冷媒ポンプ２８を稼動させて冷媒容器２７中の冷媒を蒸発器２９に送り、海水を熱源として溶媒を蒸発させ、発生した溶媒ガスを熱交換器２０に送って、同熱交換器２０に送られた液体二酸化炭素を加温する。熱交換器２０で冷却された溶媒は、冷媒ポンプ２８により循環される。
【００１８】
熱交換器２０には高温二酸化炭素投入管２１が接続している。高温二酸化炭素投入管２１は、長さが５００ｍ程度であり、海水中に垂下されている。同投入管２１は、複数本（例えば４本）とすることができ、二酸化炭素スラリー投入管５１の周囲に、同管５１と平行に配設されている（図１には１本のみ図示）。なお、高温二酸化炭素投入管２１と二酸化炭素スラリー投入管５１とを二重管とすることもできる。各投入管２１の途中にはバルブ２２が設けられている。熱交換器２０からは、さらに別の配管２３がドライアイス混合装置５０に延びている。同配管２３の途中にはバルブ２４が設けられている。
凝縮器３０は、後述するドライアイス製造装置４０と配管４２で接続している。また、凝縮器３０には、上流の分岐配管１３に接続する循環配管３１が設けられている。同配管３１の途中にはバルブ３２が設けられている。
【００１９】
第２の分岐配管１４は、途中にバルブ１７を介してドライアイス製造装置４０に延びている。同装置４０で製造されたドライアイスは、スクリューコンベア等の搬送装置４１でドライアイス混合装置５０に送られる。また、同装置４０で発生した二酸化炭素ガスは、配管４２を通って圧縮器４３に送られた後、前述の凝縮器３０に送られる。
【００２０】
第３の分岐配管１５は、途中に２個のバルブ１８、１９を介してドライアイス混合装置５０に接続している。同装置５０内でドライアイスと液体二酸化炭素が混合される。
【００２１】
ドライアイス混合装置５０からは、スラリー投入管５１が、前述の高温液体二酸化炭素投入管２１と平行に海水中に延びている。スラリー投入管５１は長さが５００ｍ程度であり、外面は断熱層５１ａ（図２参照）で覆われている。図２に示すように、スラリー投入管５１の先端は露出しており、同先端にはノズル６０が取り付けられている。ノズル６０は二重管型で、スラリー投入管５１（内管ともいう）の先端を取り囲む大径の外管６１を備える。この外管６１は内管５１よりも長く形成されている。内管５１と外管６１との間の環状空間Ｓは、高温液体二酸化炭素投入管２１と連通している。
【００２２】
この液体二酸化炭素深海投入装置１の運転方法を説明する。
運転開始前は、全てのバルブ１６、１７、１８、１９、２２、２４、３２は閉鎖されている。まず、バルブ１６を開放し、液体二酸化炭素ポンプ１２を稼動させて、貯蔵容器１０から液体二酸化炭素をくみ出す。続いて、冷媒循環配管２６において、冷媒ポンプ２８を稼動して冷媒容器２７中の冷媒を蒸発器２９に送り、海水を熱源として冷媒を蒸発させる。発生した溶媒ガスは熱交換器２０に送られて、同熱交換器２０に送られた液体二酸化炭素を加温する。熱交換器２０で冷却された溶媒は冷媒ポンプ２８により配管２６内を循環し、再使用される。
【００２３】
液体二酸化炭素の温度が０℃以上となると、まず、バルブ２４を開放して、この高温液体二酸化炭素を配管２３を通してドライアイス混合装置５０を経て二酸化炭素スラリー投入管５１に注入する。これにより、同投入管５１内の海水が押出され、管内に高温液体二酸化炭素の液柱を形成する。これは、−５６℃の液体二酸化炭素を直接管内に注入することによる管内の海水の凍結を防ぐためである。
【００２４】
次に、バルブ２４を閉鎖してバルブ２２を開放し、高温液体二酸化炭素投入管２１に高温液体二酸化炭素を注入し、同投入管２１及びノズル６０内部を高温液体二酸化炭素で充満させる。
【００２５】
その後、バルブ１７を開放して、一部の液体二酸化炭素を分岐配管１４からドライアイス製造装置４０に導入し、ドライアイスを製造する。製造されたドライアイスは、搬送手段４１でドライアイス混合装置５０に搬送され、同装置５０から二酸化炭素スラリー投入管５１に投入される。同投入管５１には既に高温液体二酸化炭素が導入されており、ドライアイスと液体二酸化炭素が混合して二酸化炭素スラリーを生じる。また、これにより管５１内の温度が低下し始める。
【００２６】
なお、ドライアイス製造装置４０で生じた二酸化炭素ガスは、配管４２を通って圧縮機４３で昇圧された後、凝縮器３０に投入されて液化される。液化後、バルブ３２を開放して分岐配管１３に合流させる。
【００２７】
ドライアイスの投入により二酸化炭素スラリー投入管５１内の温度が−５６℃まで低下したら、バルブ１８及び１９を開放し、貯蔵容器１０内の液体二酸化炭素を、配管１１、１５を通してドライアイス混合装置５０に送る。同時に、ドライアイス製造装置４０からドライアイスをドライアイス混合装置５０に送り、同装置５０内で液体二酸化炭素と混合して二酸化炭素スラリーを形成させる。この二酸化炭素スラリーは、投入管５１を通ってノズル６０から海中に放出される。
【００２８】
この際、図２に示すように、高温液体二酸化炭素投入管２１から、ノズル６０の外管６１と二酸化炭素スラリー投入管５１の先端との間の空間Ｓを通って０℃以上の液体二酸化炭素が放出されている。外管６１は内管５１よりも長く形成されているので、放出された液体二酸化炭素は、外管６１の内側に沿って下降した後、外管６１の外側に回りこんで上昇する。このような構成により、内部の二酸化炭素スラリーで冷却されている投入管５１の先端は、周囲や下端付近に０℃以上の液体二酸化炭素が存在するため、ほとんど海水と触れない。したがって、低温のスラリーを放出しても投入管５１の先端で氷結が発生せず、投入管５１が閉塞することを防ぐことができる。
【００２９】
運転を停止する際は、まず、ドライアイス製造装置４０の稼動を停止し、ドライアイス及び液体二酸化炭素の投入を停止する。そして、バルブ２４を少しずつ開放して徐々に二酸化炭素スラリー投入管５１に高温液体二酸化炭素を注入し、管内の温度を０℃以上とした後、全てのバルブを閉じて、その他の機器の運転を停止する。
【００３０】
図３は、本発明の第２実施の形態に係る二酸化炭素深海投入装置の構成を説明する配管図である。
図１の二酸化炭素深海投入装置１は、液体二酸化炭素とドライアイスとを混合して生成した二酸化炭素スラリーを深海に送り込むものであるが、この例では液体二酸化炭素をそのままで深海に送り込む装置１´について説明する。図３において、図１と同じ作用・構成を有する部品・部材は、図１と同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
つまり、図１の装置における、二酸化炭素スラリーを生成するためのドライアイス製造装置４０や同装置４０に伴う配管など（配管１４、バルブ１７、配管４２、圧縮機４３、凝縮器３０、配管３１、バルブ３２）が不要になる。また、ドライアイスと液体二酸化炭素とを混合するドライアイス混合装置５０が不要となる。
【００３２】
そして、貯蔵容器１０から延びる配管１１から分岐した配管の一つ１５（第３の分岐配管）が、液体二酸化炭素投入管７１に接続している。液体二酸化炭素投入管７１は、海水中に延びて、ノズル６０に接続している。また、この液体二酸化炭素投入管７１には、熱交換器２０から延びて分岐した配管２３が接続している。
【００３３】
この液体二酸化炭素深海投入装置１´の運転方法を説明する。
運転開始前は、全てのバルブ１６、１８、１９、２２、２４は閉鎖されている。まず、バルブ１６を開放し、液体二酸化炭素ポンプ１２を稼動させて、貯蔵容器１０から液体二酸化炭素をくみ出す。続いて、冷媒循環配管２６において、冷媒ポンプ２８を稼動して冷媒容器２７中の冷媒を蒸発器２９に送り、海水を熱源として冷媒を蒸発させる。発生した溶媒ガスは熱交換器２０に送られて、同熱交換器２０に送られた液体二酸化炭素を加温する。熱交換器２０で冷却された溶媒は冷媒ポンプ２８により配管２６内を循環し、再使用される。
【００３４】
液体二酸化炭素の温度が０℃以上となると、まず、バルブ２４を開放して、この高温液体二酸化炭素を配管２３を通して液体二酸化炭素投入管７１に注入する。これにより、同投入管７１内の海水が押出され、管内に高温液体二酸化炭素の液柱を形成する。これは、−５６℃の液体二酸化炭素を直接管内に注入することによる管内の海水の凍結を防ぐためである。
【００３５】
次に、バルブ２４を閉鎖してバルブ２２を開放し、高温液体二酸化炭素投入管２１に高温液体二酸化炭素を注入し、同投入管２１及びノズル６０内部を高温液体二酸化炭素で充満させる。
【００３６】
その後、バルブ１８及び１９を開放し、貯蔵容器１０内の液体二酸化炭素を、配管１１、１５を通して液体二酸化炭素投入管７１に送る。この液体二酸化炭素は同投入管７１を通ってノズル６０から海中に放出される。この際、前述の例と同様に、内部の液体二酸化炭素で冷却されている投入管７１の先端は、周囲や下端付近に０℃以上の液体二酸化炭素が存在するため、ほとんど海水と触れない。したがって、低温の液体二酸化炭素を放出しても投入管７１の先端で氷結が発生せず、投入管７１が閉塞することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る二酸化炭素深海投入装置の構成を説明する配管図である。
【図２】図１の二酸化炭素深海投入装置の二酸化炭素スラリー投入管の先端付近の構造を示す側面断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る二酸化炭素深海投入装置の構成を説明する配管図である。
【符号の説明】
【００３８】
１、１´ 二酸化炭素深海投入装置 ２ 輸送船
１０ 貯蔵容器
１１、１３、１４、１５、２３、３１、４２ 配管
１６、１７、１８、１９、２２、２４、３２ バルブ
１２ 液体二酸化炭素ポンプ ２１ 高温液体二酸化炭素投入管
２６ 冷媒循環配管 ２７ 冷媒容器
２８ 冷媒ポンプ ２９ 蒸発器
３０ 凝縮器 ４０ ドライアイス製造装置
４３ 圧縮器 ５０ ドライアイス混合装置
５１ 二酸化炭素スラリー投入管
６０ ノズル ６１ 外管
７１ 液体二酸化炭素投入管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温高密度状態とした液体二酸化炭素を、二酸化炭素投入管中を通して海中の所定の深さまで送り、
該投入管の下端から前記液体二酸化炭素を海中に放出し、
放出した液体二酸化炭素を、液体二酸化炭素が熱的平衡状態で海水と等密度となる深さまで熱的非平衡状態を保持させつつ沈降させ、
その後、自然沈降させて海底に二酸化炭素を投入する方法であって、
前記液体二酸化炭素投入管の下端に、該管外周を囲む、二重管型ノズルを設けるとともに、該ノズル外管部から０℃以上の高温液体二酸化炭素を放出することにより、前記液体二酸化炭素投入管（内管）先端の氷結を防止することを特徴とする二酸化炭素深海投入方法。
【請求項２】
低温高密度状態とした液体二酸化炭素とドライアイスとを混合した二酸化炭素スラリーを、二酸化炭素スラリー投入管中を通して海中の所定の深さまで送り、
該投入管の下端から前記二酸化炭素スラリーを海中に放出し、
放出した二酸化炭素スラリーを、液体二酸化炭素が熱的平衡状態で海水と等密度となる深さまで熱的非平衡状態を保持させつつ沈降させ、
その後、自然沈降させて海底に二酸化炭素を投入する方法であって、
前記二酸化炭素スラリー投入管の下端に、該管外周を囲む、二重管型ノズルを設けるとともに、該ノズル外管部から０℃以上の高温液体二酸化炭素を放出することにより、前記液体二酸化炭素投入管（内管）先端の氷結を防止することを特徴とする二酸化炭素深海投入方法。
【請求項３】
液体二酸化炭素受入れ貯蔵容器と、
該貯蔵容器から液体二酸化炭素を所定の深さまで送る液体二酸化炭素投入管と、
該液体二酸化炭素投入管の下端に設けられたノズルと、
前記貯蔵容器内の液体二酸化炭素を０℃以上に加温する二酸化炭素加温装置と、
加温された液体二酸化炭素（高温液体二酸化炭素）を所定の深さまで送る高温液体二酸化炭素投入管と、を備え、
前記ノズルが、前記液体二酸化炭素投入管の下端外周を囲むとともに、該管よりも長い外管を有し、前記液体二酸化炭素投入管と外管との間に、前記高温液体二酸化炭素投入管の下端が接続していることを特徴とする二酸化炭素深海投入装置。
【請求項４】
液体二酸化炭素受入れ貯蔵容器と、
該貯蔵容器内の液体二酸化炭素を用いてドライアイスを製造する装置と、
前記貯蔵容器内の液体二酸化炭素とドライアイスとを混合して二酸化炭素スラリーとする装置と、
該装置から二酸化炭素スラリーを所定の深さまで送る二酸化炭素スラリー投入管と、
前記二酸化炭素スラリー投入管の下端に設けられたノズルと、
前記貯蔵容器内の液体二酸化炭素を０℃以上に加温する二酸化炭素加温装置と、
加温された液体二酸化炭素（高温液体二酸化炭素）を所定の深さまで送る高温液体二酸化炭素投入管と、を備え、
前記ノズルが、前記二酸化炭素スラリー投入管の下端外周を囲むとともに、該管よりも長い外管を有し、前記二酸化炭素スラリー投入管と外管との間に、前記高温液体二酸化炭素投入管の下端が接続していることを特徴とする二酸化炭素深海投入装置。
【請求項１】
低温高密度状態とした液体二酸化炭素を、二酸化炭素投入管中を通して海中の所定の深さまで送り、
該投入管の下端から前記液体二酸化炭素を海中に放出し、
放出した液体二酸化炭素を、液体二酸化炭素が熱的平衡状態で海水と等密度となる深さまで熱的非平衡状態を保持させつつ沈降させ、
その後、自然沈降させて海底に二酸化炭素を投入する方法であって、
前記液体二酸化炭素投入管の下端に、該管外周を囲む、二重管型ノズルを設けるとともに、該ノズル外管部から０℃以上の高温液体二酸化炭素を放出することにより、前記液体二酸化炭素投入管（内管）先端の氷結を防止することを特徴とする二酸化炭素深海投入方法。
【請求項２】
低温高密度状態とした液体二酸化炭素とドライアイスとを混合した二酸化炭素スラリーを、二酸化炭素スラリー投入管中を通して海中の所定の深さまで送り、
該投入管の下端から前記二酸化炭素スラリーを海中に放出し、
放出した二酸化炭素スラリーを、液体二酸化炭素が熱的平衡状態で海水と等密度となる深さまで熱的非平衡状態を保持させつつ沈降させ、
その後、自然沈降させて海底に二酸化炭素を投入する方法であって、
前記二酸化炭素スラリー投入管の下端に、該管外周を囲む、二重管型ノズルを設けるとともに、該ノズル外管部から０℃以上の高温液体二酸化炭素を放出することにより、前記液体二酸化炭素投入管（内管）先端の氷結を防止することを特徴とする二酸化炭素深海投入方法。
【請求項３】
液体二酸化炭素受入れ貯蔵容器と、
該貯蔵容器から液体二酸化炭素を所定の深さまで送る液体二酸化炭素投入管と、
該液体二酸化炭素投入管の下端に設けられたノズルと、
前記貯蔵容器内の液体二酸化炭素を０℃以上に加温する二酸化炭素加温装置と、
加温された液体二酸化炭素（高温液体二酸化炭素）を所定の深さまで送る高温液体二酸化炭素投入管と、を備え、
前記ノズルが、前記液体二酸化炭素投入管の下端外周を囲むとともに、該管よりも長い外管を有し、前記液体二酸化炭素投入管と外管との間に、前記高温液体二酸化炭素投入管の下端が接続していることを特徴とする二酸化炭素深海投入装置。
【請求項４】
液体二酸化炭素受入れ貯蔵容器と、
該貯蔵容器内の液体二酸化炭素を用いてドライアイスを製造する装置と、
前記貯蔵容器内の液体二酸化炭素とドライアイスとを混合して二酸化炭素スラリーとする装置と、
該装置から二酸化炭素スラリーを所定の深さまで送る二酸化炭素スラリー投入管と、
前記二酸化炭素スラリー投入管の下端に設けられたノズルと、
前記貯蔵容器内の液体二酸化炭素を０℃以上に加温する二酸化炭素加温装置と、
加温された液体二酸化炭素（高温液体二酸化炭素）を所定の深さまで送る高温液体二酸化炭素投入管と、を備え、
前記ノズルが、前記二酸化炭素スラリー投入管の下端外周を囲むとともに、該管よりも長い外管を有し、前記二酸化炭素スラリー投入管と外管との間に、前記高温液体二酸化炭素投入管の下端が接続していることを特徴とする二酸化炭素深海投入装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−７８２２８（Ｐ２００９−７８２２８Ａ）
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４９６６６（Ｐ２００７−２４９６６６）
【出願日】平成１９年９月２６日（２００７．９．２６）
【出願人】（５０１２０４５２５）独立行政法人海上技術安全研究所 (185)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２６日（２００７．９．２６）
【出願人】（５０１２０４５２５）独立行政法人海上技術安全研究所 (185)
【Ｆターム（参考）】
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