(57)【要約】【課題】水溶性天然ガスの回収に用いられている従来の方法では、生産井とは別に還元井を設けるので掘削費や地中埋設管が必要でコストが高くなる。また、１つの地中埋設管を用いる場合には、天然ガスを含む地層水の吸入口と天然ガスを分離した水の吐出口が一体となっているので、天然ガスを効率よく分離することができない。【解決手段】地層水の吸入口と上昇水流路が設けられた地中埋設管で天然ガス含有地層水を揚水し、該地層水をガスセパレータに通して天然ガスを回収後、天然ガス濃度が低下した地層水を揚水時と同じ地中埋設管、又はそれに接合若しくは近接した地中埋設管の下降水流路と吐出口を用いて揚水時と実質的に同じ地層に戻す天然ガス回収システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地層水を汲み上げる上昇水流管と還元水を戻す下降水流管とを、一体となって有する、又は近接して１つの生産井に有する地中埋設管と、
前記上昇水流管によって汲み上げられた地層水から天然ガスを回収するガスセパレータとを備え、
前記上昇水流管は、その下部に地層水を吸入する吸入口を有し、
前記下降水流管は、前記ガスセパレータによって天然ガスが回収されてガス濃度が低下した地層水である還元水を吐出する吐出口を、その下部の前記吸入口と異なる高さの位置において有することを特徴とする天然ガス回収システム。
【請求項２】
前記地中埋設管は、前記上昇水流管と前記下降水流管とを水平断面において一方とその逆方向とに仕切る隔壁を有することを特徴とする請求項１記載の天然ガス回収システム。
【請求項３】
前記地中埋設管は、前記上昇水流管を水平断面において内側の内管として有し、前記下流水流管をその外側の外管として有することを特徴とする請求項１記載の天然ガス回収システム。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の天然ガス回収システムで回収された天然ガスが燃料として供給される燃料電池で得られる電気を植物の育成に用いることを特徴とする植物工場。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガス含有地層水を循環させる途中で水溶性天然ガスを回収する天然ガス回収システム及び回収された天然ガスが付設した燃料電池の燃料として供給される植物工場に関する。
【背景技術】
【０００２】
南関東ガス田を代表とする水溶性天然ガス田には、メタンを主成分とする天然ガスが地層水（かん水とも言う）に溶け込んでおり、その可採埋蔵量は5000億ｍ3以上とも言われている。これらのガス田から天然ガスを回収する従来の方法は、地層水を生産井で揚水して天然ガスを気液分離により回収し、多くの場合、かん水にはヨウ素も含まれているので、薬剤を加えて溶存しているヨウ素を回収した後、揚水した地層水の10％程度を地盤沈下抑制のために生産井とは離れた場所にある還元井に圧入して戻すものである。この場合、100％の地層水を還元井に戻すことが地盤沈下を防ぐ上では望ましいが、地層圧に抗して地層水を還元するには動力費が必要なため、10％程度の還元が行われていて地盤沈下の危険性がある。また、ヨウ素回収時に薬剤を使用する上に、地層水が空気と接触してバクテリアが繁殖するなど、還元時の地層水は揚水時に比べて変質しているので、100％の還元を行うと地下水を汚染する怖れもある。
【０００３】
特許文献１には、揚水井においてガスリフト方式で揚水した地層水から気液分離タンクを用いて天然ガスを回収した後、還元井で還元水を揚水井よりも上部に戻すことで地盤沈下を防止するとともに、天然ガスの地表への漏洩を防止する方法が開示されている。しかしながら、揚水井と還元井を別々に設ける必要があり、掘削費や地中埋設管が必要でコストが高いという課題がある。
【０００４】
特許文献２には、内管と外管との二重管になった採取管を用いて、内管と外管との間のガス通路において地層水を自然上昇させて、分離部で天然ガスを分離した後、内管の中において水を自然落下させる天然ガス採取方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９３２９２号公報
【特許文献２】特開昭６０−２０８５９３号公報
【特許文献３】特開平７−２１３８８０号公報
【特許文献４】特開平９−１１７６４９号公報
【特許文献５】特開平１１−２２７０８７号公報
【特許文献６】特開２００１−３１４７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献２記載の天然ガス採取方法では、揚水井と還元井とが一体となっているものの、天然ガスを含む地層水の吸入口と天然ガスを分離した水の吐出口が一体となっているので、天然ガスを効率よく分離することができない。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、揚水井と還元井とを別々に設ける必要がなく、かつ、効率よく天然ガスを分離することができる天然ガス回収システム及びその天然ガス回収システムに併設される植物工場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】
【０００８】
本発明の天然ガス回収システムは、地層水を汲み上げる上昇水流管と還元水を戻す下降水流管とを、一体となって有する、又は近接して１つの生産井に有する地中埋設管と、前記上昇水流管によって汲み上げられた地層水から天然ガスを回収するガスセパレータとを備え、前記上昇水流管は、その下部に地層水を吸入する吸入口を有し、前記下降水流管は、前記ガスセパレータによって天然ガスが回収されてガス濃度が低下した地層水である還元水を吐出する吐出口を、その下部の前記吸入口と異なる高さの位置において有することを特徴とする。
【０００９】
また、前記地中埋設管は、前記上昇水流管と前記下降水流管とを水平断面において一方とその逆方向とに仕切る隔壁を有することを特徴とする。
【００１０】
また、前記地中埋設管は、前記上昇水流管を水平断面において内側の内管として有し、前記下流水流管をその外側の外管として有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の植物工場は、上記天然ガス回収システムで回収された天然ガスが燃料として供給される燃料電池で得られる電気を植物の育成に用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、天然ガス含有地層水の揚水時に使用する同じ地中埋設管、又はそれに接合若しくは近接した地中埋設管を用いて、天然ガス濃度が低下した地層水が還元されるので、生産井とは別に還元井を設ける必要が無くコストが安い。また、揚水時と実質的に同じ地層に、天然ガス回収後の地層水が戻されるので地盤沈下が起きない上に、揚水により地層圧が低下した実質的に同じ地層に地層水が戻されるので、地層圧に抗して圧入する動力費が少ない。さらに、地層水から得られる天然ガスを付設した燃料電池の燃料として供給し、該燃料電池で得られる電気、温水および排ガス中のＣＯ2を植物の育成に用いるので、植物工場の運転コストを低くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１による天然ガス回収システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例２による天然ガス回収システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１による天然ガス回収システムの構成を示す図である。本実施例の天然ガス回収システムは、地中埋設管２、揚水用水中ポンプ６、吸入口７、吐出口８、循環水ポンプ９、ガスセパレータ１０、天然ガス圧縮機１１、脱湿器１２及び天然ガス貯蔵タンク１３からなる。地中埋設管２は、水平断面において一方及びその逆方向に隔壁３によって上昇水流管４と下降水流管５とに仕切られている。吸入口７と吐出口８は通常地下150〜1500ｍくらいに位置しており、砂やシルトによる目詰まりを防ぐためにストレーナーケーシングで覆われている。吸入口７と吐出口８の高さが異なるのは、天然ガス濃度が低下した地層水を揚水時と実質的に同じ地層に戻すことにより、揚水する地層水中の天然ガス濃度が希釈されて低下することを避けるためである。ガスセパレータ１０の内部には、気液分離を効率良く行うために散水用又は噴霧用のノズルが通常設けられており、必要によりガスセパレータ１０の入口と上昇水流管４の出口との間に散水用又は噴霧用のポンプが設置される。また、ガスセパレータ１０には中空糸膜モジュールを用いてもよく、液体へのオゾンやＣＯ2の溶解用として、特許文献３〜６に開示されている公知のものが便利に用いられる。天然ガスを回収するには、揚水用水中ポンプ６によって揚水された地層水を通常中空糸膜モジュールに設けられた中空糸膜の内側を通過する流路に通す。
【００１６】
揚水用水中ポンプ６により吸入口７と上昇水流管４を介して天然ガスを含む地層水を揚水し、その地層水をガスセパレータ１０に通して天然ガスを回収後、天然ガス濃度が低下した地層水を循環水ポンプ９によって下降水流管５と吐出口８を介して揚水時と実質的に同じ地層に戻すことで、天然ガス含有地層水を循環させる。ガスセパレータ１０によって回収された天然ガスは、天然ガス圧縮機１１で吸引して圧縮後、脱湿器１２を経由して天然ガス貯蔵タンク１３に送って貯蔵し、家庭や工場の燃料として用いることができる。また植物工場１６に付設した燃料電池１４に燃料として供給し、得られる電気、温水及び排ガス中のＣＯ2（１５）を植物の育成用として植物工場１６で使用する。
【００１７】
例えば、試掘井により天然ガスの賦存が確認された場所に生産井を掘削し、地中埋設管２の吸入口７が地下500ｍ付近に位置するように埋設する。上昇水流管４の下部に設けられた吐出量が毎分500Ｌの揚水用水中ポンプ６を駆動して天然ガス含有地層水を揚水し、該地層水をガスセパレータ１０に送入して毎分4000Ｌ程度の天然ガスを分離する。得られた天然ガスを天然ガス圧縮機１１で吸引して0.5Ｍｐａ程度まで圧縮し、脱湿器１２を通して天然ガス貯蔵タンク１３に送り込む。
【００１８】
植物工場１６に付設するメタンガス改質機構を備えた電気出力が１ｋｗの定置用固体高分子型の燃料電池１４に、天然ガス貯蔵タンク１３内の天然ガスを燃料として供給し、発電して得られる電気、温水及び排ガス中のＣＯ2（１５）を植物工場１６で植物の育成に使用する。
【００１９】
天然ガスの濃度が低下した地層水は、上記のガスセパレータ１０を出た後に吐出量が毎分500Ｌの循環水ポンプ９に供給し、下降水流管５及び吐出口８を用いて揚水時と実質的に同じ地層に圧入する。
【実施例２】
【００２０】
図２は、本発明の実施例２による天然ガス回収システムの構成を示す図である。本実施例の天然ガス回収システムは、外管１７と内管１８からなる二重管構造の地中埋設管２を用いる。この場合、内管１８を外管１７よりも長くし、内管１８を上昇水流管とする場合には内管１８の下部に地層水の吸入口７と揚水用水中ポンプ６を設け、下降水流管とする外管１７の下部に吐出口８を設ける。逆に、外管１７を上昇水流管とする場合には、外管１７の下部に吸入口７と揚水用水中ポンプ６を設け、下降水流管とする内管１８の下部に吐出口８を設ける。この例によっても、実施例１と同様の作用効果を奏する。
【００２１】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
１つの生産井に、接合又は近接した２本の地中埋設管２を埋設し、第１の地中埋設管２の下部に吸入口７と揚水用水中ポンプ６を設けて上昇水流管４として使用し、第２の地中埋設管２の下部に吐出口８を設けて下降水流管５として使用してもよい。２本の地中埋設管２を接合又は近接させるには、溶接やバンド締めなどの公知の方法が便利に用いられる。
【００２２】
揚水用水中ポンプ６の代わりに、地表面１に設置された天然ガス圧縮機１１で生産した天然ガスの一部を加圧して地中埋設管２の上昇水流管４の下部に作用させるガスリフト方式で揚水してもよい。
【００２３】
燃料電池１４としては、公知のメタンガス改質機構を備えた定置用固体高分子型燃料電池（PEFC）が便利に用いられるが、固体酸化物型燃料電池（SOFC）を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１  地表面
２  地中埋設管
３  隔壁
４  上昇水流管
５  下降水流管
６  揚水用水中ポンプ
７  吸入口
８  吐出口
９  循環水ポンプ
１０  ガスセパレータ
１１  天然ガス圧縮機
１２  脱湿器
１３  天然ガス貯蔵タンク
１４  燃料電池
１５  電気、温水、ＣＯ2
１６  植物工場
１７  外管
１８  内管
【図１】
2014218806.tif 000003
【図２】
2014218806.tif 000004