(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放流管を海中に吊り下げた船を航走して前記放流管を傾斜させて曳航しながら、液体二酸化炭素を前記放流管に送り込んで前記放流管に形成した放流孔から海中へ放流する希釈放流装置において、
前記放流管の内部に海水が存在している状態において海水と二酸化炭素とが接触する接触部に対応する位置に、この接触部を加熱する加熱器として電気ヒータを備えたことを特徴とする二酸化炭素の海洋への希釈放流装置。
【請求項２】
前記加熱器は昇降可能である請求項１記載の二酸化炭素の海洋への希釈放流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回収した二酸化炭素を海中に放流して海水に溶し込む二酸化炭素の海洋への希釈放流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、地球温暖化が大きな問題となっており、これに伴い地球規模での気候変動を引き起こす可能性があると指摘される温室効果をもった二酸化炭素（ＣＯ２  ）の大気中における濃度の上昇を抑えることが特に重要となってきている。そして、この対策のひとつとして火力発電所などで排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素を回収して海洋へ送り込むことによって、長期に亘って二酸化炭素を大気から隔離する構想が提案されているが、その成立にあたっては二酸化炭素を送り込む海洋において新たな環境影響を引き起こさないようにすることが必要となっている。
【０００３】
二酸化炭素送り込みによる海洋環境への影響を小さくするシステムとして、次に述べる２種類のシステムが提案されている。その一つは貯蓄型と称されるもので、二酸化炭素を深海底のくぼみのような場所に集中して溜めることにより影響範囲を特定の場所に限定して局所化しようとする方法である。
【０００４】
もう一つのシステムは、溶解拡散型と称されるもので、二酸化炭素を海水中に溶し込んで薄く希釈し広く拡散させて海水中の二酸化炭素の濃度の上昇を抑制しようとする方法であり、本来海水中に溶解している二酸化炭素の濃度がある程度上昇するにとどまるという考え方に基くものである。
【０００５】
この溶解拡散型における具体的な方法として、船舶により液体二酸化炭素の放流点を移動させて海中の中層にて液体二酸化炭素を放流する中層希釈放流方式が挙げられている。この方式について図４ないし図６を参照して説明する。図４は中層希釈放流方式のシステムを模式的に示す説明図、図５（ａ）は同方式における希釈放流装置を模式的に示す説明図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＺ部を拡大して示す図、図６は二酸化炭素を放流管から放流して形成された液滴の状態を示す説明図である。
【０００６】
この中層希釈放流方式は、陸上プラント１で燃焼排ガスから分離、回収した二酸化炭素を液化し、その液化ガスを貯溜タンク２ａに充填して液化ガス運搬船２にて所定の海域まで海上輸送し、そこで貯溜タンク２ａの内部の液体二酸化炭素を作業船３に搭載した貯溜タンク３ａに移し替える。液体二酸化炭素は例えば圧力が６ａｔｍ、温度が−５５℃とする。図７は二酸化炭素の相状態を示す線図であるが、この線図で判るように前記圧力６ａｔｍ、温度を−５５℃は液体二酸化炭素を経済的に得ることができる条件である。作業船３は深さ２０００ｍないし２５００ｍの海中に吊り下げる大変長い鋼管などからなる放流管４を備え、この放流管４は下端面が閉塞されるとともに下端部の周壁には複数の放流孔５が上下方向に間隔を存して同列に並べて形成されている。そして、液体二酸化炭素を貯溜タンク３ａから放流管４に送り込んで放流管４の下端部に上下方向に並んで形成した複数個の放流孔５から海中に放流する。作業船３は放流管４の孔５から液体二酸化炭素を海中に放流しつつ前進することにより、液体二酸化炭素の放流点を局所に限定せず移動させて液体二酸化炭素の希釈を増進させている。なお、運搬船２と作業船３とは別なものであっても、また両者が兼用するものであっても良い。ＳＬは海面である。
【０００７】
放流管４から放流された液体二酸化炭素の状態は、現状の知見から次のように想定される。放流管４の孔５から海中へ放流された液体二酸化炭素６はすぐに海水に溶け込まないで、放流管４が後流に生成して残して行く渦８による変動流場９の中で多数の液滴７となって分散してほぼ均一に海水と混合される。放流管４は作業船３の航走により海水の抵抗を受けて海流との相対的な流速によって船航走方向に向かって後面側へ傾斜し、その背後に軸線とほぼ平行な回転軸をもつ後流渦を連続的に生成しながら進んでいく。渦８のパターンは放流管の形状、表面の状態および寸法や移動速度などの条件によって異なるが、外径数１０ｃｍの管が数ノットの速度で進む場合には、通常進行方向に向かって管左右両側から入れ替わり渦が発生して変動流場９を後に残していき、その中で液体二酸化炭素と海水とが混合すると考えられる。
【０００８】
そして、液体二酸化炭素の液滴７は放流管４の後流からさらに周辺の海水に溶け込みながら緩やかに海水中を上昇していく。すなわち、液体二酸化炭素の液滴７は海水中を上昇しながら海水に溶け込んでいくことによって直径が小さくなっていく。そして、液滴７がある高さまで上昇する過程で液体二酸化炭素は全て海水中に溶け込んでしまい液滴７が消滅する。
【０００９】
中層希釈放流方式は、海面から約２０００ｍないし２５００ｍの深さ（中層）の海中で液体二酸化炭素の放流を行うものである。すなわち、２０００ｍより上層の海中で液体二酸化炭素の放流を行うと、放流された液体二酸化炭素が全て海水に溶け込まない内に液滴が海面に達する可能性があり、約２０００ｍないし２５００ｍの深さの海中で液体二酸化炭素の放流を行なうと液滴が海面に達する前に全ての液体二酸化炭素を海水に溶け込ませることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように中層希釈放流方式を採用した希釈放流装置は、液体二酸化炭素を海洋へ放流して隔離する上で大変有望な装置と考えられているが、この希釈放流装置には次に述べる問題がある。
【００１１】
液体二酸化炭素の放流管４への送り込みを開始する時点では、海中に吊り下げられた放流管４の内部には放流孔５を通して海水が入っている。この状態で放流管４の内部において海水と液体二酸化炭素とが接触し、または海水と気体二酸化炭素とが接触すると、図７から判るように温度と圧力条件によっては海水と液体二酸化炭素とが接触する接触部、水と気体二酸化炭素とが接触する接触部に固体状の水和物（クラスレート）が生成され、この水和物により放流管４の内部が閉塞される可能性がある。この結果、放流管４の内部が閉塞されて液体二酸化炭素の下降が阻止されて液体二酸化炭素の海中への放流が困難になる。
【００１２】
本発明は前記事情に基いてなされたもので、放流管内部における海水と液体二酸化炭素との接触部、海水と気体二酸化炭素との接触部の状態を制御して液体二酸化炭素の放流を良好に行なえる二酸化炭素の海洋への希釈放流装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の二酸化炭素の海洋への希釈放流装置は、放流管を海中に吊り下げた船を航走して前記放流管を傾斜させて曳航しながら、液体二酸化炭素を前記放流管に送り込んで前記放流管に形成した放流孔から海中へ放流する希釈放流装置において、
前記放流管の内部に海水が存在している状態において海水と二酸化炭素とが接触する接触部に対応する位置に、この接触部を加熱する加熱器として電気ヒータを備えたことを特徴とする。
【００１４】
なお、ここで海水と二酸化炭素とが接触する接触部とは、海水と液体二酸化炭素とが接触する接触部と、海水と気体二酸化炭素とが接触する接触部をいうものである。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の二酸化炭素の海洋への希釈装置において、前記加熱器は昇降可能であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
本発明の発明者は、放流管の内部に液体二酸化炭素を送り込むに際して、放流管の内部に入っている海水と液体二酸化炭素が接触接触すると、その接触部で海水が氷結して送り込みに支障をきたすので、この事態の発生を回避するために、はじめに常温の気体二酸化炭素を放流管内部に送り込んでその圧力に応じた位置まで下降させ、その位置で海水と接触する気体二酸化炭素を周囲温度により凝固させて液体化させ、その後に液体二酸化炭素を定常の送り込みとして放流管に送り込んで海中へ放流する方法を提案している。この方法において、海水と気体二酸化炭素が接触し、また気体二酸化炭素が周囲温度により凝固して液体二酸化炭素と海水とが接触した場合、この接触部に水和物が発生することが考えられる。以下に説明する各実施の形態は、この状態を対象にして水和物の形成を抑えるものである。
【００２０】
なお、本発明の発明者はまた液体二酸化炭素の送り込みを停止する際にも気体二酸化炭素を放流管に送り込む方法を提案しているが、この場合にも前記と同様な状態が生じるので、本発明を対象にすることができる、
第１の実施の形態について図１を参照して説明する。
【００２１】
図１はこの実施の形態にかかわる希釈放流装置を模式的に示す図で、この希釈放流装置は前述した図４ないし図６にて示す液体二酸化炭素を中層希釈放流方式により海洋へ放流する装置を対象としており、図１において図５と同じ部分は同じ符号を付して示している。すなわち、図中３は作業船、３ａは作業船３に搭載された液体二酸化炭素を貯溜するタンク、４は作業船３に取付けられて海中に吊り下げられタンク３ａに貯溜された液体二酸化炭素を上端から送り込んで流して海中へ放出する放流管である。放流管４は２０００ｍないし２５００ｍの中層の海中で傾斜して曳航することが可能な長さを有しており、図示しないが下端部に送り込まれた液体二酸化炭素を海中に放出する多数の放流孔５が形成されている。
【００２２】
そして、放流管４においてこの放流管４の内部に入っている海水１０と液体二酸化炭素６とが接触する接触部に対応する箇所には、放流管４を外側から囲む環状をなす加熱器２１が設置固定してある。この加熱器２１は次に述べる位置に設置する。放流管４の内部に液体二酸化炭素６を送り込むに際して、始めに気体二酸化炭素６Ａを放流管４内部に送り込み、気体二酸化炭素６Ａが放流管４の内部に入っている海水１０と接触しながら気体二酸化炭素６Ａの圧力に応じた深さ位置まで海水１０を押し下げて停止する。ここで、海水１０と接触する気体二酸化炭素６Ａは周囲温度により凝固して液体化した場合、この液体二酸化炭素６と海水１０とが接触する接触部に対応する箇所に加熱器２１が設置される。この接触部の位置は気体二酸化炭素の圧力に応じて決り、例えば気体二酸化炭素が６ａｔｍ，２０℃で送り込むと接触部は深さ６００ｍの位置になる。
【００２３】
この接触部で液体二酸化炭素６と海水１０とが接触すると固体状の水和物が形成され、この水和物により放流管４の内部が閉塞される。図７の線図におけるＡ線に示すように液体二酸化炭素６と海水１０とが接触して水和物が形成される温度は、４５ａｔｍ以上の場合には１０℃であり、４５ａｔｍ未満の場合には気圧の低下とともに１０℃より徐々に低下していく。そこで、加熱器２１は接触部における液体二酸化炭素６と海水１０とを温度１０℃を越えるように加熱して水和物の発生を抑える。なお液体二酸化炭素を４５ａｔｍ以上に保持する。
【００２４】
この実施の形態の加熱器２１は熱源として電気ヒータ２２を搭載したもので、作業船３に搭載した電源２４にケーブル２３を介して接続されている。また、放流管４においてこの放流管４の内部に入っている海水１０と液体二酸化炭素６とが接触する接触部に対応する箇所には、ここの温度を測定するために図示しない温度計が設けられており、この温度計による温度情報は加熱器２１が加熱する動作を制御するために用いられる。なお、電気ヒータ２２は加熱器２１に搭載しても良い。
【００２５】
このように構成された希釈放流装置は、海上で作業船３を航走して放流管４を傾斜しながら曳航し、作業船３に搭載したタンク３ａに貯溜した液体二酸化炭素を放流管４を通して海中へ放流する。放流を行なう前には放流管４の内部に海水が入っている。まず、放流開始に際して始めに所定圧力および温度例えば６ａｔｍおよび２０℃の気体二酸化炭素６Ａを送り込むと、気体二酸化炭素６Ａは放流管４の内部に入っている海水１０と接触しながら下降して気体二酸化炭素６Ａの圧力に応じた深さ位置、例えば６００ｍまで海水１０を押し下げて停止する。海水１０と接触する気体二酸化炭素６Ａは周囲温度により凝固して液体化して液体二酸化炭素６となる。
【００２６】
一方、放流開始時には、液体二酸化炭素６と海水１０との接触部の位置に対応して放流管４に設置した加熱器２１の電気ヒータ２２に、作業船３に設けた電源２４からケーブル２３を介して電力を供給する。電力を受けた電気ヒータ２２は発熱して放流管４の周壁を介して放流管４の内部にある液体二酸化炭素６と海水１０との接触部を加熱する。この加熱温度は水和物の形成を抑える温度、すなわち前述したように１０℃を越える温度に加熱する。これにより放流管４における液体二酸化炭素６と海水１０との接触部で、両者の接触による水和物の形成を抑えて、水和物が放流管４の内部を閉塞して液体二酸化炭素の流通を阻害することを防止できる。
【００２７】
また、海水１０と気体二酸化炭素とが接触することについても同様に構成し、作用して放流管４において海水１０と気体二酸化炭素とが接触した場合に加熱器がこの接触部を加熱して水和物の発生を抑える。
【００２８】
図２は、加熱器の形態を異ならせた第２の実施の形態における希釈放流装置を模式的に示す図である。図２において図１と同じ部分は同じ符号を付して示している。この実施の形態では、放流管４における海水１０と液体二酸化炭素６との接触部を加熱する加熱器として海水を熱源とする加熱器２５を用いており、この加熱器２５は放流管４の外部に設置固定され海水入口と海水出口を有する加熱器本体２６と、この加熱器本体２５に海水入口から海水を送り込むポンプ２７と、このポンプ２７の吸込み口に接続されて海洋の海面ＳＬ近くの海水（海水として一番温度が高い部分）を取り入れる吸水管２８を備えている。吸水管２８は放流管４に沿わせて保持する。ポンプ２７は図示しないがケーブルを介して作業船に設けた制御器に接続されて駆動を制御されるようになっている。
【００２９】
そして、ポンプ２７を駆動して海洋の海面ＳＬ近くの海水を吸水管２８より取り入れて加熱器本体２６の内部に吸い込む。加熱器本体２６内部の海水は放流管４における海水１０と液体二酸化炭素６との接触部を加熱して、この接触部を水和物の形成を抑える温度まで上昇させる。この加熱により温度低下した加熱器本体２６の海水は海中へ吐出する。このような加熱器２５は海水を熱源とするために経済性が大変高いという利点がある。
【００３０】
また、海水１０と気体二酸化炭素とが接触することについても同様に構成し、作用して放流管４において海水１０と気体二酸化炭素とが接触した場合に加熱器がこの接触部を加熱して水和物の発生を抑える。
【００３１】
図３は、加熱器の形態を異ならせた第２の実施の形態における希釈放流装置を模式的に示す図である。図３において図１と同じ部分は同じ符号を付して示している。この実施の形態は加熱器を昇降できるように設置したもので、加熱器としては第１の実施の形態の加熱器２１および第２の実施の形態の加熱器２５のいずれでも良いが、ここで第２の実施の形態の加熱器２５を用いている。加熱器２５の加熱器本体２６を放流管４に適宜な手段により昇降可能に設置するとともに、例えば加熱器本体２６に自身で昇降する図示しない昇降機構を搭載する。また、作業船３に搭載した制御器３１からケーブル３２を介して加熱器本体２６へ電力および信号を供給して昇降機構を駆動し、加熱器本体２６を放流管４に沿って昇降させる。加熱器２５は予め予想される海水１０と液体二酸化炭素６との接触部に対応した位置を中心として昇降できるようにする。
【００３２】
そして、放流管４の上端入口に設けた圧力計および流量計３３により放流管４に送り込む気体二酸化炭素６Ａの圧力および流量を計測し、その計測信号を制御器３１に送る。制御器３１は放流管４に送り込む気体二酸化炭素６Ａの圧力変動および流量に応じた海水１０と液体二酸化炭素６との接触部の位置変動を推定して、昇降機構を駆動して加熱器本体２６を推定した接触部位置に位置するように昇降する。このようにすれば加熱器２５を常に海水１０と液体二酸化炭素６との接触部の位置に位置させることができる。
【００３３】
なお、加熱器は作業船３に設けた昇降機構によりワイヤなどを介して昇降させるようにしても良い。また、海水１０と液体二酸化炭素６との接触部の位置は、接触部近傍における海水１０と液体二酸化炭素６の密度が変化する位置（接触部位置）が変動すること、あるいは海水１０と液体二酸化炭素６の光の屈折率が変化する位置（接触部位置）が変動することを夫々利用して検出することも可能である。
【００３４】
また、海水１０と気体二酸化炭素とが接触することについても同様に構成し、作用して放流管４において海水１０と気体二酸化炭素とが接触した場合に加熱器がこの接触部を加熱して水和物の発生を抑える。
【００３５】
なお、本発明は前述した実施の形態に限定されず、種々変形して実施することができる。例えば加熱器は化学反応を熱源としても良い。前述した実施の形態では放流管への液体二酸化炭素送り込み開始時を対象にしたが、前述したように送り込み停止時も対象にして加熱器により海水と液体二酸化炭素との接触部、海水と気体二酸化炭素との接触部を加熱する場合も含むことができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の二酸化炭素の海洋への希釈放流装置によれば、放流管の内部に海水が存在している状態において海水と液体二酸化炭素とが接触する接触部、海水と気体二酸化炭素とが接触する接触部を加熱器が加熱して、この接触部における水和物の形成を抑えて水和物が放流管の内部を閉塞して液体二酸化炭素の流通を阻害することを防止できるので良好な二酸化炭素の放流を行なうことができる。
【００３７】
また、本発明によれば、加熱器に適切な熱源を提供できる。さらに、本発明によれば、海水と液体二酸化炭素との接触部位置、海水と気体二酸化炭素との接触部位置の変動に応じて加熱器を昇降させて常に接触部に対応する位置に位置させて、接触部を良好に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかわる希釈放流装置を模式的に示す図。
【図２】第２の実施の形態にかかわる希釈放流装置を模式的に示す図。
【図３】第３の実施の形態にかかわる希釈放流装置を模式的に示す図。
【図４】二酸化炭素の海洋への放流システムを示す図。
【図５】二酸化炭素の海洋への希釈放流装置を模式的に示す図。
【図６】希釈放流装置により海中に放流された液体二酸化炭素の状態を模式的に示す図。
【図７】二酸化炭素の相状態を示す線図。
【符号の説明】
３…作業船、
４…放流管、
５…放流孔、
６…液体二酸化炭素、
７…液滴、
２１…加熱器、
２２…電気ヒ−タ、
２５…加熱器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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