(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下に貯留物質を貯留する貯留装置であって、
塩水性帯水層へ達する注入井と、
前記注入井へ二酸化炭素、二酸化炭素よりも水への溶解度が大きい物質およびメタンの内、少なくとも１種を含む貯留物質を圧送する圧送装置と、
前記注入井の先端近傍に設けられたセラミックス製の多孔質部材と、
を具備し、
前記注入井内へ圧送される貯留物質を、前記多孔質部材を介して前記塩水性帯水層へ注入することが可能であり、
前記多孔質部材から前記塩水性帯水層へ貯留物質が注入される際に、貯留物質のマイクロバブルを発生させ、
前記多孔質部材は、砥石であることを特徴とする貯留物質の貯留装置。
【請求項２】
地下に貯留物質を貯留する貯留装置であって、
塩水性帯水層へ達する注入井と、
前記注入井へ二酸化炭素、二酸化炭素よりも水への溶解度が大きい物質およびメタンの内、少なくとも１種を含む貯留物質を圧送する圧送装置と、
前記注入井の先端近傍に設けられたセラミックス製の多孔質部材と、
を具備し、
前記注入井内へ圧送される貯留物質を、前記多孔質部材を介して前記塩水性帯水層へ注入することが可能であり、
前記多孔質部材から前記塩水性帯水層へ貯留物質が注入される際に、貯留物質のマイクロバブルを発生させ、
前記多孔質部材より前記塩水性帯水層へ注入される前記貯留物質は、液体、気体またはこれらの混合状態であることを特徴とする貯留物質の貯留装置。
【請求項３】
前記多孔質部材は、セラミックス製の粒子と、前記粒子を結合する結合剤とを混合して焼成したものであり、孔径分布の最頻値が４０μｍ以下であり、孔径分布の半値全幅が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貯留物質の貯留装置。
【請求項４】
地下に貯留物質を貯留する貯留装置であって、
塩水性帯水層へ達する注入井と、
前記注入井へ二酸化炭素、二酸化炭素よりも水への溶解度が大きい物質およびメタンの内、少なくとも１種を含む貯留物質を圧送する圧送装置と、
前記注入井の先端近傍に設けられたセラミックス製の多孔質部材と、
を具備し、
前記注入井内へ圧送される貯留物質を、前記多孔質部材を介して前記塩水性帯水層へ注入することが可能であり、
前記多孔質部材から前記塩水性帯水層へ貯留物質が注入される際に、貯留物質のマイクロバブルを発生させ、
ガス田、油田またはオイルサンドのいずれかに達する生産井を更に具備し、
前記生産井からはガス、石油または重油を採取可能であることを特徴とする貯留物質の貯留装置。
【請求項５】
ガス田、油田またはオイルサンドのいずれかに前記貯留物質を注入し、前記貯留物質のマイクロバブルと、ガス、石油または重油とを溶解または懸濁状態とすることが可能であることを特徴とする請求項４記載の貯留物質の貯留装置。
【請求項６】
塩水性帯水層へ達する注入井の先端近傍に、セラミックス製の粒子と、前記粒子を結合する結合剤とを混合して焼成して形成され、孔径分布の最頻値が４０μｍ以下であり、孔径分布の半値全幅が１０μｍ以下である多孔質部材を設け、前記多孔質部材を介して前記塩水性帯水層へ二酸化炭素、二酸化炭素よりも水への溶解度が大きい物質およびメタンの内、少なくとも１種を含む貯留物質を注入し、前記貯留物質のマイクロバブルを生じさせることを特徴とする塩水性帯水層への貯留物質の貯留方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下の塩水性帯水層へ二酸化炭素を注入し、二酸化炭素、二酸化炭素よりも水への溶解度が大きい物質およびメタンの内、少なくとも１種を含む貯留物質を塩水性帯水層へ貯留するための、貯留物質の貯留装置および貯留物質の貯留方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、温室効果ガスとしての二酸化炭素に対し、大気中への排出量の低減が急務となっている。二酸化炭素の排出量を低減するためには、二酸化炭素自体の発生量を抑える方法の他に、二酸化炭素を地中へ貯留する方法が検討されている。【０００３】
年間１００万トン規模の大量の二酸化炭素を地中へ貯留する方法としては、地層内へ二酸化炭素を注入する方法がある。図１３は二酸化炭素貯留装置８０を示す図である。管体である注入井８７が二酸化炭素を貯留する貯留層９１まで延伸される。二酸化炭素タンク８１に貯蔵されている二酸化炭素は、圧送装置８３によって注入井８７を介して、貯留層９１へ注入される。【０００４】
この場合、貯留層９１内へ二酸化炭素を注入した後、二酸化炭素が地上へ浸み出してこないことが望ましい。したがって、図１３に示すように、貯留層９１上方に、背斜構造（上方への凸形状）を有するシール層８９の存在が必要である。シール層８９は、例えば粘土質等の二酸化炭素の通過しにくい地層である。【０００５】
地下に注入された二酸化炭素は、シール層８９によって地上に浸み出すことはない。しかし、このような上への凸形状のシール層８９を有する地層は限られた場所にしか存在せず、適用可能な場所が限定される。【０００６】
そこで、シール層８９が背斜構造ではなく単斜構造であるような場所でも適用可能な方法として、地下の塩水性帯水層に存在する地層水に二酸化炭素を溶解させ、地下水中に二酸化炭素を効率良く貯留する方法が検討されている。【０００７】
たとえば、二酸化炭素をマイクロバブル化し、水または海水中に分散させ、マイクロバブルが分散した水を海中に溶解させることで、二酸化炭素をハイドレートのマイクロ粒子にして海洋地底に投棄する方法がある（特許文献１）。【０００８】
また、帯水層の地層水を汲み上げ、二酸化炭素を微細気泡化して気液混合流体として帯水層へ注入する方法がある（特許文献２、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−５０１６７号公報
【特許文献２】特開２００８−６３６７号公報
【特許文献３】特開２００８−１９６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１に記載されたように、マイクロバブル化した後にハイドレート粒子にして海洋に貯留する方法においては、一般に１０℃をわずかに上回る二酸化炭素をハイドレート化するためには１０ＭＰａを超す高い圧力が必要となることから、その利用は１０℃以下の環境に限られると考えられ、より高温での環境下では効率良く二酸化炭素を貯留することが困難であるという問題がある。【００１１】
また、従来の旋回流の発生装置等による方法では、装置が複雑であり、地下環境でマイクロバブルを発生させるためには、よりシンプルな構造が要求される。【００１２】
また、特許文献２、特許文献３に記載された手法は、帯水層にある地層水を一旦汲み上げて気液混合状態にして、再び帯水層へ注入しており、注入井のほかに地層水を汲みあげるための揚水井や、揚水のためのポンプが必要となり、システム全体が大掛かりなものとなり、また、貯留のための動力もかさむといった問題がある。さらに、帯水層への注入圧力は、揚水井での吸い出し圧力とバランスさせる必要があり、揚水量と注入量とを一致させる必要があることから、二酸化炭素を有効に貯留できないという問題がある。【００１３】
ところで、上述したように、このような二酸化炭素等の貯留物質の地下への貯留は、貯留可能な場所が限られる。たとえば、浅すぎる場所への貯留は、貯留された貯留物質が人間の使用水に影響を及ぼすため望ましくない。【００１４】
一方、より深い場所（例えば８００ｍ以上の深度）へ貯留物質を注入する場合には、人間の使用する水への影響はなく、その圧力によって、貯留効率を高めることが可能な超臨界状態にすることも可能である。しかし、深い場所への貯留物質の貯留は、貯留場所できる場所が限定され、また、注入井などの設置工数等の問題がある。【００１５】
したがって、人間の使用する水に影響を及ぼさない範囲でより浅い範囲（４００〜６００ｍ深度）への貯留物質の貯留が可能であれば、貯留場所の選択範囲をより広げることができる。しかしながら、このような浅い場所への貯留では、その圧力によって超臨界状態での注入が困難であり、気体や液体状態での貯留物質の注入となる。このため、気体や液体状態の貯留物質をより効率良く貯留可能な方法が望まれる。【００１６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、二酸化炭素等の貯留物質を直接地下の比較的浅い塩水性帯水層へ注入し、塩水性帯水層に効率良く貯留物質を貯留させることが可能な貯留物質の貯留装置、および貯留物質の貯留方法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】
【００１７】
前述した目的を達成するため、第１の発明は、地下に貯留物質を貯留する貯留装置であって、塩水性帯水層へ達する注入井と、前記注入井へ二酸化炭素、二酸化炭素よりも水への溶解度が大きい物質およびメタンの内、少なくとも１種を含む貯留物質を圧送する圧送装置と、前記注入井の先端近傍に設けられたセラミックス製の多孔質部材と、を具備し、前記注入井内へ圧送される貯留物質を、前記多孔質部材を介して前記塩水性帯水層へ注入することが可能であり、前記多孔質部材から前記塩水性帯水層へ貯留物質が注入される際に、貯留物質のマイクロバブルを発生させ、前記多孔質部材は、砥石であることを特徴とする貯留物質の貯留装置である。
【００１８】
第２の発明は、地下に貯留物質を貯留する貯留装置であって、塩水性帯水層へ達する注入井と、前記注入井へ二酸化炭素、二酸化炭素よりも水への溶解度が大きい物質およびメタンの内、少なくとも１種を含む貯留物質を圧送する圧送装置と、前記注入井の先端近傍に設けられたセラミックス製の多孔質部材と、を具備し、前記注入井内へ圧送される貯留物質を、前記多孔質部材を介して前記塩水性帯水層へ注入することが可能であり、前記多孔質部材から前記塩水性帯水層へ貯留物質が注入される際に、貯留物質のマイクロバブルを発生させ、前記多孔質部材より前記塩水性帯水層へ注入される前記貯留物質は、液体、気体またはこれらの混合状態であることを特徴とする貯留物質の貯留装置である。
第３の発明は、地下に貯留物質を貯留する貯留装置であって、塩水性帯水層へ達する注入井と、前記注入井へ二酸化炭素、二酸化炭素よりも水への溶解度が大きい物質およびメタンの内、少なくとも１種を含む貯留物質を圧送する圧送装置と、前記注入井の先端近傍に設けられたセラミックス製の多孔質部材と、を具備し、前記注入井内へ圧送される貯留物質を、前記多孔質部材を介して前記塩水性帯水層へ注入することが可能であり、前記多孔質部材から前記塩水性帯水層へ貯留物質が注入される際に、貯留物質のマイクロバブルを発生させ、ガス田、油田またはオイルサンドのいずれかに達する生産井を更に具備し、前記生産井からはガス、石油または重油を採取可能であることを特徴とする貯留物質の貯留装置である。
【００１９】
前記多孔質部材は、セラミックス製の粒子と、前記粒子を結合する結合剤とを混合して焼成したものであり、孔径分布の最頻値が４０μｍ以下であり、孔径分布の半値全幅が１０μｍ以下であることが望ましい。
【００２０】
第１〜３の発明によれば、二酸化炭素等の貯留物質を注入する注入井の先端に多孔質部材が設けられ、貯留物質が多孔質部材を通過する際にマイクロバブルを発生させるため、貯留物質を効率良く塩水性帯水層へ溶解させることができる。
【００２１】
また、多孔質部材が、セラミックス製の粒子と、粒子を結合する結合剤とを混合して焼成したものであり、孔径分布の最頻値が４０μｍ以下であり、孔径分布の半値全幅が１０μｍ以下のものを用いれば、貯留物質を塩水性帯水層へより効率良く溶解させることができる。このような多孔質部材は、例えば粒子の５０％累積粒径が４０μｍ以下であり、かつ、粒子の５０％累積粒径の誤差が２．５μｍ以下であるセラミックス製の粒子と結合材とを混合焼成することで得ることができる。このような多孔質部材を用いれば、より確実にマイクロバブルを発生させることができ、このような多孔質部材としては、たとえば精密研磨用微粉からなるビトリファイド砥石が使用できる。なお、孔径分布の半値全幅とは、対象物質の孔径の分布として、微分細孔容積分布を縦軸、孔径（孔径の対数）を横軸とした場合に特定される孔径分布曲線において、微分細孔容積分布の最大値に対する半値での孔径分布幅をいう。【００２２】
また、多孔質部材より塩水性帯水層へ注入される貯留物質の状態としては、気体や液体またはこれらの混合状態とすることができるため、超臨界状態などの特殊な状態である必要がなく、このため、比較的浅い地下に貯留することもできる。したがって、貯留する場所の範囲の制約が少ない。なお、マイクロバブルとは１ｍｍ未満の気泡または液滴を指す。【００２３】
また、ガス田等からの生産井を用い、石油等を採取するとともに、石油等と同時に採取された水を貯留物質と混合して塩水性帯水層へ注入すれば、貯留物質を地中に貯留しながら石油等の増進回収ができる。この場合、ガス田、油田またはオイルサンドのいずれかに前記貯留物質を注入し、前記貯留物質のマイクロバブルと、ガス、石油または重油とを溶解または懸濁状態とすることができる。【００２４】
第４の発明は、塩水性帯水層へ達する注入井の先端近傍に、セラミックス製の粒子と、前記粒子を結合する結合剤とを混合して焼成して形成され、孔径分布の最頻値が４０μｍ以下であり、孔径分布の半値全幅が１０μｍ以下である多孔質部材を設け、前記多孔質部材を介して前記塩水性帯水層へ二酸化炭素、二酸化炭素よりも水への溶解度が大きい物質およびメタンの内、少なくとも１種を含む貯留物質を注入し、前記貯留物質のマイクロバブルを生じさせることを特徴とする塩水性帯水層への貯留物質の貯留方法である。
【００２５】
第４の発明によれば、二酸化炭素等の貯留物質を注入する注入井の先端に、セラミックス製の粒子と、粒子を結合する結合剤とを混合して焼成し、孔径分布の最頻値が４０μｍ以下であり、孔径分布の半値全幅が１０μｍ以下である多孔質部材が設けられるため、多孔質部材を通過する貯留物質がマイクロバブル化する。このため、貯留物質を塩水性帯水層へ効率良く溶解させることができる。なお、この際、貯留物質は気体、液体、またはこれらの混合状態で良く、超臨界状態などの特殊な状態である必要はない。したがって、貯留深さが比較的浅い範囲であっても貯留物質を貯留することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、二酸化炭素等の貯留物質を直接地下の比較的浅い塩水性帯水層へ注入し、塩水性帯水層に効率良く貯留物質を貯留させることが可能な貯留物質の貯留装置、および貯留物質の貯留方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】二酸化炭素貯留装置１を示す図。
【図２】フィルタ１３近傍の拡大図。
【図３】二酸化炭素貯留装置２０を示す図。
【図４】二酸化炭素貯留装置３０を示す図。
【図５】二酸化炭素貯留試験装置４０を示す図。
【図６】孔径分布曲線を示す模式図。
【図７（ａ）】ビトリファイド砥石フィルタ表面の走査電子顕微鏡写真を示す図。
【図７（ｂ）】ステンレスフィルタ表面の走査電子顕微鏡写真を示す図。
【図８（ａ）】マイクロバブル７５の発生状態を示す図。
【図８（ｂ）】マイクロバブル７５の発生状態を示す模式図。
【図９（ａ）】マイクロバブル化せず気泡７９が発生した状態を示す図。
【図９（ｂ）】マイクロバブル化せず気泡７９が発生した状態を示す模式図。
【図１０（ａ）】マイクロバブル７５の発生状態を示す図。
【図１０（ｂ）】マイクロバブル７５の発生状態を示す模式図。
【図１１（ａ）】マイクロバブル７５の発生状態を示す図。
【図１１（ｂ）】マイクロバブル７５の発生状態を示す模式図。
【図１２（ａ）】マイクロバブル７５の発生状態を示す図。
【図１２（ｂ）】マイクロバブル７５の発生状態を示す模式図。
【図１３】二酸化炭素貯留装置８０を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る二酸化炭素貯留装置１を示す図である。二酸化炭素貯留装置１は、主に二酸化炭素タンク３、圧送装置５、注入井９、フィルタ１３等から構成される。なお、以下の実施形態では、貯留物質として二酸化炭素の例を示すが、二酸化炭素よりも水への溶解度が大きいアセチレン、アンモニア、二酸化硫黄、塩化水素、塩素、硫化水素やメタン等のフレアガスであっても同様である。
【００２９】
工場等で排出された二酸化炭素は回収され、二酸化炭素タンク３に貯留される。なお、二酸化炭素発生源が隣接する場合には、二酸化炭素タンク３へ直接配管等を接続して貯留を行ってもよい。
【００３０】
二酸化炭素タンク３は圧送装置５と接続される。圧送装置５は、図示を省略したポンプ、圧力調整弁、バルブ、温度調整器等から構成される。圧送装置５には管体である注入井９が接合されている。注入井９は、地面７下に向けて延伸され、塩水性帯水層１１まで達するように設けられる。塩水性帯水層１１は、砂や砂利等とともに地下に存在する地層である。なお、塩水性帯水層１１の上部には図示を省略したシール層（いわゆるキャップロック）が存在する。
【００３１】
注入井９の先端には、多孔質部材であるフィルタ１３が設けられる。フィルタ１３としては、たとえばセラミックス製の粒子と、前記粒子を結合する結合剤とを混合して焼成した部材が使用できる。なお、フィルタ１３の孔径は、細かければよりマイクロバブルを発生させやすいが、流体の通過抵抗が大きくなるため、二酸化炭素の流量を大きくするための圧送装置５が大型化する。また、フィルタ１３の孔径を大きくすれば、流体の通過抵抗は小さくなるが、マイクロバブル化の効率が劣る。フィルタ１３の孔径としては、例えば２０〜４０μｍ程度のものが使用できる。
【００３２】
ここで、特に好ましいフィルタ１３としては、多孔質部材の孔径分布の最頻値が４０μｍ以下であり、そのばらつき（半値全幅）は１０μｍ以下であることが望ましい。このような多孔質部材としては、多孔質部材を構成するセラミックス製の粒子の５０％累積粒径が４０μｍ以下であり、かつ、粒子の５０％累積粒径の誤差が２．５μｍ以下である部材であり、たとえば、前記した粒子と結合剤とを混合・焼成して形成されたビトリファイド研削砥石（以下のＪＩＳで規定された＃３２０以上の砥石）である。
【００３３】
なお、粒子の累積粒度および粒径の誤差は日本工業規格ＪＩＳ  Ｒ６００１：１９９８の「４．粒径分布」およびＪＩＳ  Ｒ６００２：１９９８の「８．電気抵抗試験方法」（ＩＳＯ  ８４８６−１：１９９６、ＩＳＯ  ８４８６−２：１９９６）によるものである。また、フィルタ１３の孔径の測定は、ＪＩＳ  Ｒ１６５５：２００３に規定される水銀ポロシメータによるものである。
【００３４】
二酸化炭素タンク３内に貯留される二酸化炭素は、圧送装置５によって圧送される。圧送装置５は、二酸化炭素タンク３内の二酸化炭素をポンプで注入井９へ送り込む。この際、圧送装置５は、圧力調整弁、温度調整器等により、所定圧力、所定温度の状態で二酸化炭素を圧送することができる。
【００３５】
なお、圧送装置５は、例えば、二酸化炭素を超臨界状態で圧送することもできるが、本装置においては、二酸化炭素が気体、液体またはこれらの混合状態であっても効果を得ることができる。たとえば、二酸化炭素の圧送条件としては、二酸化炭素温度２０〜４０℃、圧力を２〜８ＭＰａとすればよい。これは、例えば２００〜８００ｍ深度に二酸化炭素を貯留する際に適した条件である。このような条件の二酸化炭素は、注入井９を矢印Ａ方向に送られ、注入井９の端部に設けられたフィルタ１３を通過して塩水性帯水層１１へ注入される。
【００３６】
図２は、注入井９の先端近傍を示す断面図である。注入井９の下端近傍の側面にはリング状のフィルタ１３が設けられる。なお、注入井９の下端（底面）は閉じられており、内部を流れる二酸化炭素はフィルタ１３から塩水性帯水層１１へ噴射される。注入井９内を通過した二酸化炭素は、フィルタ１３を通過して周囲の塩水性帯水層１１へ噴射される際、フィルタ１３によってマイクロバブル化する。
【００３７】
塩水性帯水層１１内へマイクロバブルとして注入された二酸化炭素は、噴射の際（図中矢印Ｂ）またはその後の浮上の際（図中矢印Ｃ）に塩水性帯水層１１内へ溶解する。二酸化炭素がマイクロバブル化することで、二酸化炭素の塩水性帯水層１１内への滞留時間が長くなり（マイクロバブル１５の塩水性帯水層１１内での浮上速度が極めて遅くなるため）、また、単位量当たりの塩水性帯水層１１との接触面積を大きくできるため、二酸化炭素の塩水性帯水層１１への溶解を極めて効率良く進行させることができる。
【００３８】
また、塩水性帯水層１１内をゆっくりと移動しながら塩水性帯水層１１へ溶解する二酸化炭素は、塩水性帯水層１１の周囲に存在する岩石鉱物等との化学反応によって、炭酸塩などの化合物を形成する。したがって、二酸化炭素は塩水性帯水層のみならず地下や海底下に炭酸化合物として固定することができる。
【００３９】
次に、本発明にかかる二酸化炭素の貯留方法の他の実施形態について説明する。図３は、二酸化炭素貯留装置２０を示す図である。なお、以下の実施の形態において、図１に示す二酸化炭素貯留装置１と同一の機能を果たす構成要素には、図１と同一番号を付し重複した説明を省略する。
【００４０】
二酸化炭素貯留装置２０は、二酸化炭素貯留装置１に対して、注入井９ａ、９ｂが複数設けられる点で異なる。地下に、浸透性の低い泥岩層と浸透性の高い砂岩層とが交互に存在するような砂泥互層が形成される場合には、塩水性帯水層１１ａ、１１ｂが存在するそれぞれの複数の砂岩層へ達するように、注入井９ａ、９ｂがそれぞれ設けられる。二酸化炭素貯留装置２０は、それぞれの注入井９ａ、９ｂによって、塩水性帯水層１１ａ、１１ｂへ二酸化炭素を同時に、または個別に注入することができる。したがって、効率良く二酸化炭素を塩水性帯水層１１ａ、１１ｂへ注入することができる。
【００４１】
図４は、二酸化炭素貯留装置３０を示す図である。二酸化炭素貯留装置３０は、二酸化炭素貯留装置１に対して、海面３１上へ設置される点で異なる。海底３３下方に存在する塩水性帯水層１１へ効率良く二酸化炭素を貯留するために、二酸化炭素貯留装置３０は海面３１へ設けられる。二酸化炭素貯留装置３０は、海底３３下の塩水性帯水層１１へ効率良く二酸化炭素を貯留することができる。また、二酸化炭素を二酸化炭素タンク３へ運搬する手段として船舶を用い、船舶から直接二酸化炭素を二酸化炭素タンク３へ補充することができる。
【実施例】
【００４２】
本発明にかかる貯留物質の貯留方法について、マイクロバブルの発生状況の確認を行った。図５は二酸化炭素貯留試験装置４０を示す図である。【００４３】
二酸化炭素貯留試験装置４０は、二酸化炭素タンク４１、圧力調整弁４５、５５、水タンク５１、シリンジポンプ４３、５３、圧力容器６３等から構成される。【００４４】
二酸化炭素タンク４１には二酸化炭素が貯留される。二酸化炭素タンク４１にはシリンジポンプ４３、圧力調整弁４５、バルブ４７が配管４９によって接続される。シリンジポンプ４３は、二酸化炭素を圧力容器６３へ圧送する。なお、二酸化炭素は圧力調整弁４５により任意の圧力に調整が可能であり、また図示を省略した温度調整器によって、圧力容器６３へ圧送される二酸化炭素を任意の温度に調整することができる。【００４５】
水タンク５１内には、水が充填される。水タンク５１には、シリンジポンプ５３、圧力調整弁５５、バルブ５７が配管５９によって接続される。シリンジポンプ５３は、水を圧力容器６３へ圧送する。なお、二酸化炭素と同様に、水は圧力調整弁５５により任意の圧力に調整が可能であり、また図示を省略した温度調整器によって、圧力容器６３へ圧送される水を任意の温度に調整することができる。【００４６】
配管５９は配管４９と接合される。したがって、バルブ４７、５７を調整することで、二酸化炭素単体または二酸化炭素と水の混合物を圧力容器６３へ圧送することができる（図中矢印Ｄ方向）。【００４７】
圧力容器６３と配管４９との接合部には、フィルタ６１が設けられる。フィルタ６１は直径５０ｍｍで５ｍｍ厚さの円板状の形状である。フィルタ６１は交換が可能であり、たとえば孔径を変更して試験を行うことができる。【００４８】
圧力容器６３には互いに対向する側面に照明窓６７および撮影窓７１が設けられる。照明窓６７および撮影窓７１は透明な窓であり、内部の様子を確認することができる。照明窓６７からは、外部に設置された照明６９によって内部が照射される。対向する位置に設けられた撮影窓７１の外部にはカメラ７３が設置される。カメラ７３は、照明６９によって照らされた圧力容器６３内の様子を撮影することができる。なお、カメラ７３はハイスピードカメラであり、フィルタ６１を通過して圧力容器６３内へ注入された二酸化炭素の状態を知ることができる。【００４９】
圧力容器６３内には、所定の圧力の水が充填されている。また、圧力容器６３には、排出弁６５が設けられる。排出弁６５は、圧力容器６３内へ二酸化炭素等が注入されても、圧力容器６３内が一定の圧力に保持されるように機能する。すなわち、注入された二酸化炭素等によって圧力が上昇すると、上昇した圧力が定常な状態となるように内部の水等を排出する。なお、圧力容器６３内の水が、模擬的な塩水性帯水層に該当する。【００５０】
二酸化炭素貯留試験装置４０を使用して、圧力容器６３内へ種々の状態で注入した二酸化炭素の状態を観察した。圧力容器６３へ注入する二酸化炭素としては、液体状態、気体状態、およびこれらの混合状態とした。フィルタ６１としては、孔径（規格）２０μｍおよび４０μｍのステンレス焼結フィルタと、孔径（規格）２８μｍおよび４０μｍのビトリファイド砥石を使用した。なお、孔径４０μｍ（規格）のステンレス焼結フィルタと、孔径２８μｍおよび４０μｍ（規格）のビトリファイド砥石を全自動細孔径分布測定装置（ＱＵＡＮＴＡ  Ｃｒｏｍｅ社製  Ｐｏｒｅ  Ｍａｓｔｅｒ  ６０−ＧＴ）にて測定した。結果を表１に示す。【００５１】
【表１】
0005380463.tif 000002
【００５２】
表１に示すように、ビトリファイド砥石は、呼び径に対してやや孔径が小さく、特に、半値全幅がステンレス焼結フィルタと比較して極めて小さい。すなわち、ビトリファイド砥石は孔径のばらつきが小さく、孔径のサイズがステンレス焼結フィルタに対して揃っていることが分かる。ここで、孔径分布の半値全幅とは、対象物質の孔径の分布として、微分細孔容積分布を縦軸、孔径（孔径の対数）を横軸とした場合に特定される孔径分布曲線において、微分細孔容積分布の最大値に対する半値での孔径分布幅をいう。図６は、孔径分布を示す模式図である。図６に示すように、孔径分布は、縦軸を微分細孔容積分布（−ｄＶ／ｄ（ｌｏｇＤ））とし、横軸に孔径をとることで得ることができる。微分細孔容積分布は、測定ポイントのばらつきおよび孔径の対数プロットを考慮して、孔径毎の細孔容積である差分細孔容積ｄＶを、孔径の対数扱いでの差分値ｄ（ｌｏｇＤ）で割った値である。半値全幅とは、図６に示す例では、分布曲線の最大微分細孔容積分布Ｆの半分の値Ｇにおける曲線の分布幅Ｈである。ビトリファイド砥石を用いれば、孔径分布のばらつき（半値全幅）は概ね１０μｍ以下とすることができる。このような孔径ばらつきとなるように、セラミックス製（アルミナおよびチタン酸化物）の粒子として、５０％累積粒径が４０μｍ以下であり、かつ、粒子の５０％累積粒径の誤差が２．５μｍ以下のものを用いた。なお、用いたビトリファイド砥石は、松永砥石株式会社製のアルミナ研削砥石である。【００５３】
図７（ａ）は、本発明にかかる孔径４０μｍのビトリファイド砥石、図７（ｂ）は孔径４０μｍのステンレス焼結フィルタのフィルタ表面の写真である。前述の通り、ビトリファイド砥石は、ステンレス焼結フィルタと比較して、同一孔径（規格）であっても孔径ばらつきが小さい。これは、ビトリファイド砥石の粒度ばらつき（２．５μｍ以下）が小さいためである。【００５４】
なお、試験においては前述のビトリファイド砥石の他にも、孔径１２μｍのビトリファイド砥石も使用した。このビトリファイド砥石は、孔径分布のメディアンが４．８７μｍ、モードが４．６３μｍとなっている。つまり、孔径分布の最頻値は孔径２８μｍおよび４０μｍのものよりさらに孔径が小さい。また、このビトリファイド砥石の孔径分布の半値全幅は２．０μｍとなっている。このビトリファイド砥石は、前述のビトリファイド砥石と同様に、孔径分布の最頻値が４０μｍ以下であり、孔径分布の半値全幅が１０μｍ以下という条件を満たす。【００５５】
なお、二酸化炭素単体の場合のほか、二酸化炭素と水との混合物を圧力容器６３へ注入した際の状態も確認した。【００５６】
表２は各試験の条件および結果を示す。表２において、「流量」、「温度」、「圧力」は、それぞれ圧力容器へ注入する二酸化炭素の流量、温度、圧力を示す。試験Ｎｏ．１〜１２、１９〜２４の二酸化炭素は気体状態である。試験Ｎｏ．１３〜１８は二酸化炭素が液体（または気体との混合）状態である。また、「フィルタ種類」において「ＳＵＳ焼結」はステンレス焼結フィルタであり、「砥石」はビトリファイド砥石であり、また、「フィルタ」はフィルタの孔径（規格）を示す。【００５７】
また、表２の試験Ｎｏ．２９〜３１には、二酸化炭素が気体状態であり、圧力容器内に海水を満たした状態で試験を行なった結果を示す。「海水濃度」には、圧力容器に満たされている水の海水濃度を示す。【００５８】
なお、圧力が４ＭＰａの条件は、貯留深度が４００ｍであることを想定しており、圧力が６ＭＰａの条件は、貯留深度が６００ｍであることを想定したものである。【００５９】
【表２】
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【００６０】
マイクロバブルの発生状況としては、１ｍｍ以上の気泡または液滴（以下、気体、液体もしくはその混合状態を問わず単に「気泡」と称する）が確認されても、１ｍｍ未満のマイクロバブルが多数発生すれば「◎」とした。また、発生した気泡のほとんどが１ｍｍ以上であっても、わずかながらにマイクロバブルが確認された場合には「△」とした。すべてが１ｍｍ以上の気泡である場合には「×」とした。【００６１】
表２において、試験Ｎｏ．１〜２８を比較すると分かるように、フィルタ孔径、流量、圧力を変化させた場合、フィルタ６１として砥石フィルタを用いた場合に（試験Ｎｏ．１〜２４）、マイクロバブルがよく発生した。一方、フィルタ６１としてステンレス焼結フィルタを用いた場合（試験Ｎｏ．２５〜２８）ではマイクロバブルは発生しなかった（少なかった）。【００６２】
図８（ａ）、図８（ｂ）は試験Ｎｏ．６におけるマイクロバブルの発生状況を示す例である。図８（ａ）はカメラ７３により撮影された映像であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の模式図である。なお、図中右側が圧力容器６３の下側であり、図中左側が圧力容器６３の上側である。【００６３】
図８（ｂ）に示すように、圧力容器６３の下方（図面向かって右側）より二酸化炭素を注入すると、二酸化炭素は圧力容器６３内の水中を矢印Ｅ方向へ噴射される。この際、多少の気泡７９が生じるものの、非常に細かなマイクロバブル７５が確認された。マイクロバブル７５は、図面向かって左側（圧力容器６３の上方）へ行くにつれて消滅するものも見られた。これは、マイクロバブルとなった二酸化炭素が水７７中に溶解したためである。【００６４】
同様に、図９（ａ）、図９（ｂ）は試験Ｎｏ．２８における二酸化炭素の状況を示す例である。図９（ａ）はカメラ７３により撮影された映像であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の模式図である。図中矢印Ｅは、二酸化炭素の注入方向である。【００６５】
ステンレス焼結フィルタが用いられた場合、注入された二酸化炭素はマイクロバブル化することなく、大きな気泡７９として水７７内へ注入された。気泡７７は、フィルタ６１から離脱すると即座に上方へ浮上した。したがって二酸化炭素はほとんど水７７へ溶解することはなかった。これは、ステンレス焼結フィルタが砥石フィルタと比較して、その孔径ばらつきが大きく、二酸化炭素が大きな孔を優先的に通過することから、細かなマイクロバブルの発生が抑制されたためである。【００６６】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）は試験Ｎｏ．９におけるマイクロバブルの発生状況を示す例である。図１０（ａ）はカメラ７３により撮影された映像であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の模式図である。【００６７】
図１０（ｂ）に示すように、フィルタ孔径を２８μｍとして、図中矢印Ｅ方向へ二酸化炭素を注入すると、例えば図８（ｂ）と比較して非常に細かなマイクロバブル７５が確認された。マイクロバブル７５は、図面向かって左側へ行くにつれて消滅した。これは、マイクロバブル７５となった二酸化炭素が水７７中に溶解したためである。【００６８】
試験Ｎｏ．２９〜３４は、圧力容器の内部を水ではなく所定の海水濃度で満たした場合の結果を示す。１２μｍビリファイド砥石において、海水濃度が５０％および１００％の条件であっても、マイクロバブルが多数発生した。なお、図１１（ａ）、図１１（ｂ）は試験Ｎｏ．３１におけるマイクロバブルの発生状況を示す例である。（図１１（ａ）、（ｂ）においては、図面下側が圧力容器６３の下方である。）【００６９】
なお、フィルタ孔径を小さくすると、低い圧力でもマイクロバブルを容易に発生させることができるが、流量が小さくなるため、注入量は減少する。これに対し、フィルタ孔径を大きくすると、より高い圧力で使用しないと、マイクロバブルの発生しにくくなるが、注入量を増大することができる。貯留する深さに応じて使用するフィルタの孔径を選択すれば良い。【００７０】
図１２（ａ）、図１２（ｂ）は砥石フィルタ上に砂岩層を設置して、４０℃、１０ＭＰａ、７ｍｌ／ｍｉｎの条件で二酸化炭素のマイクロバブル化を行った際のマイクロバブルの発生状況を示す例である。図１２（ａ）はカメラ７３により撮影された映像であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の模式図である。【００７１】
実際に二酸化炭素を貯留層に貯留するためには、フィルタより噴射された二酸化炭素の砂岩層を通過した後の帯水層でのバブル発生状況が問題となる。そこで、フィルタ６１上に砂岩層として多胡砂岩を設置して、砂岩層からでるバブルの発生状況を調査した。その結果、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すようにフィルタ６１上に多胡砂岩を設け、フィルタ６１および多胡砂岩を通過してもマイクロバブルが発生することが確認された。なお、同様に多胡砂岩に代えてベイリア砂岩を用いても同様にマイクロバブルの発生が確認された。【００７２】
このように、砥石を用いたフィルタ６１を介して、二酸化炭素を水７７中へ注入すると、二酸化炭素のマイクロバブル７５を容易に発生させることができる。二酸化炭素をマイクロバブル化することで、二酸化炭素が水７７へ効率良く溶解される。また、水と二酸化炭素を混合した場合であっても、フィルタ６１を介して水７７中へ注入すると、マイクロバブル化する。なお、本実施例においては、二酸化炭素の例を示したが、他の物質であっても、砥石フィルタを介して水中に噴射させれば同様にマイクロバブルを発生させることができる。特にアセチレン、アンモニア、二酸化硫黄、塩化水素、塩素、硫化水素においては、同じ温度圧力条件における溶解度が二酸化炭素よりも高く、相当な溶解促進効果が期待できる。【００７３】
以上本発明の実施の形態によれば、多孔質部材である砥石フィルタを介し、二酸化炭素を塩水性帯水層へ注入することで、塩水性帯水層内で二酸化炭素が効率良くマイクロバブル化し、このため、二酸化炭素は塩水性帯水層へ効率良く溶解するとともに、岩石等の成分であるＣａ、Ｍｇ、Ｎａ等との化学反応によって炭酸化合物として地下に固定することができる。【００７４】
二酸化炭素の状態は超臨界状態等に限られないため、適用できる条件が広く、適用場所の制限が少ない。さらに、地下の塩水性帯水層へ直接注入することが可能であるため、地下より塩水性帯水層の地層水を汲みあげる必要がなく、このため装置も小型化することができる。【００７５】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。【００７６】
たとえば、ガス田、油田、オイルサンドなどに達する生産井を設け、注入井によって、二酸化炭素等を当該地下に注入することで、生産井によってガス、石油、重油等の増進回収を行うことができる。現在のガス、石油、重油等の増進回収法においては、油等と二酸化炭素とが溶解または懸濁状態になるような高圧の二酸化炭素を圧入して、二酸化炭素と採掘する油等を混合させて増進回収を図っている。ただし、二酸化炭素と油等が元来溶解または懸濁状態になりにくく、実際には溶解または懸濁状態になる圧力が維持できる相当に深い場所に存在するガス田、油田、オイルサンドなどへ二酸化炭素を圧入しないと増進回収が図れていない。本発明をこういった増進回収に適用することで、圧入した二酸化炭素が微細気泡となり、従来よりも低い圧力で二酸化炭素と油等とが、より一層溶解または懸濁状態になりやすくなる。本発明をこういった増進回収に適用することで、これまで二酸化炭素と油等が溶解または懸濁状態になりにくく増進回収が図られていなかった比較的浅い範囲のガス田、油田、オイルサンドなどにおいても、ガス、石油、重油等の増進回収を行うことができる。【００７７】
また、この際に、生産井によって採取された油等と水の混合物から油等を回収した後、残りの水を二酸化炭素に混合して地下へ注入することで、過剰に採取した水を地下へ戻すことができ、このため地盤沈下等を抑制するとともに、塩水性帯水層へ効率良く二酸化炭素を注入することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１、２０、３０………二酸化炭素貯留装置
３………二酸化炭素タンク
５………圧送装置
７………地面
９………注入井
１１………塩水性帯水層
１３………フィルタ
１５………マイクロバブル
３１………海面
３３………海底
４０………二酸化炭素貯留試験装置
４１………二酸化炭素タンク
４３………シリンジポンプ
４５………圧力調整弁
４７………バルブ
４９………配管
５１………水タンク
５３………シリンジポンプ
５５………圧力調整弁
５７………バルブ
５９………配管
６１………フィルタ
６３………圧力容器
６５………排出弁
６７………照明窓
６９………照明
７１………撮影窓
７３………カメラ
７５………マクロバブル
７７………水
７９………気泡
８０………二酸化炭素貯留装置
８１………二酸化炭素タンク
８３………圧送装置
８５………地面
８７………注入井
８９………シール層
９１………貯留層
【図１】
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【図２】
0005380463.tif 000005
【図３】
0005380463.tif 000006
【図４】
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【図５】
0005380463.tif 000008
【図６】
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【図７（ａ）】
0005380463.tif 000010
【図７（ｂ）】
0005380463.tif 000011
【図８（ａ）】
0005380463.tif 000012
【図８（ｂ）】
0005380463.tif 000013
【図９（ａ）】
0005380463.tif 000014
【図９（ｂ）】
0005380463.tif 000015
【図１０（ａ）】
0005380463.tif 000016
【図１０（ｂ）】
0005380463.tif 000017
【図１１（ａ）】
0005380463.tif 000018
【図１１（ｂ）】
0005380463.tif 000019
【図１２（ａ）】
0005380463.tif 000020
【図１２（ｂ）】
0005380463.tif 000021
【図１３】
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