(57)【要約】【課題】気泡による目詰まりを防止し地中での浸透性や拡散性を向上させ、二酸化炭素が地中の土粒子または岩石の隙間に安全確実に分散固定でき、二酸化炭素の気体を注入水に効率よく混合または溶解させることができる二酸化炭素の地中貯留方法及び地中貯留システムを提供する。【解決手段】本発明による二酸化炭素の地中貯留方法は、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、前記注入水を前記深部帯水層にとどくように設けられた注入井に脈動圧を加えて圧入する段階と、前記注入井の上部の前記圧入された注入水に二酸化炭素を微細気泡化して混合または溶解させることにより気液混合流体を作る段階と、を備える。【選択図】図１
2008307483.tif 000002
【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、
前記注入水を前記深部帯水層にとどくように設けられた注入井に脈動圧を加えて圧入する段階と、
前記注入井の上部の前記圧入された注入水に二酸化炭素を微細気泡化して混合または溶解させることにより気液混合流体を作る段階と、を備えたことを特徴とする二酸化炭素の地中貯留方法。
【請求項２】
前記気液混合流体に、注入井の底部に設置された起振装置によって振動エネルギーを加える段階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の地中貯留方法。
【請求項３】
深部帯水層の地下水を揚水井から汲み上げる汲上装置と、
汲み上げた前記地下水を注入水として、注入井に送り込む注入水圧入装置と、
前記注入水圧入装置と前記注入井の間に設けられ、前記注入水に脈動圧を加える低周波脈動発生装置と、
二酸化炭素を貯蔵タンクから前記注入井に送り込む気体圧入装置と、
前記深部帯水層にとどくように設けられた前記注入井の上部で、前記二酸化炭素を微細気泡化し、前記注入水に混合または溶解して気液混合流体を生成する微細気泡化装置と、を備えることを特徴とする二酸化炭素の地中貯留システム。
【請求項４】
前記微細気泡化装置は、前記二酸化炭素を斜め下方に噴射する噴射管を有し、回転する筒体で構成されることを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素の地中貯留システム。
【請求項５】
前記注入井の底部に、前記気液混合流体に振動エネルギーを加える起振装置がさらに備えられることを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素の地中貯留システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電所などのプラント施設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、二酸化炭素の地中への浸透性や拡散性を向上させた二酸化炭素の地中貯留方法及びその地中貯留システムに関する。
【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。この目標を達成することが急務であり、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」が策定され、部門別の温室効果ガス（二酸化炭素を主とする）の削減量が掲げられている。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％減とし、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、日本では二酸化炭素削減効果が期待できる産業部門での省エネ化が進んでいるので、産業界での新たな削減方策として、排出された二酸化炭素の地中や海中の貯留が検討されている。
【０００３】
温室効果ガスは、二酸化炭素、メタン、代替フロンなどがある。日本で排出される温室ガスは、９割以上が二酸化炭素である。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。二酸化炭素をシール層やキャップロック層の下側に大量に封じ込めるものである。しかし、二酸化炭素を気体や超臨界流体のままで大量に連続して地下に注入すると、固まり状態（プリューム）になりやすく、浸透性や拡散性に問題がある。また、気体や超臨界流体の二酸化炭素は水より軽いから、シール層やキャップロック層に隙間があると、地上側に漏れ出してくる心配がある。隙間の無いシール層やキャップロック層を確実に備えるような貯留に適する地層が、プラント施設の近くにない場合もある。二酸化炭素を効率よく処理でき、地中での浸透性や拡散性がよく、完全無欠なシール層やキャップロック層を備えていない一般の地質環境でも地中で安全確実に固定される処理方法が望まれている。
【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」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、気泡による目詰まりを防止し地中での浸透性や拡散性を向上させ、二酸化炭素が地中の土粒子または岩石の隙間に安全確実に分散固定でき、二酸化炭素の気体を注入水に効率よく混合または溶解させることができる二酸化炭素の地中貯留方法及び地中貯留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、本発明による請求項１に記載の二酸化炭素の地中貯留方法は、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、前記注入水を前記深部帯水層にとどくように設けられた注入井に脈動圧を加えて圧入する段階と、前記注入井の上部の前記圧入された注入水に二酸化炭素を微細気泡化して混合または溶解させることにより気液混合流体を作る段階と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２は、請求項１記載の発明であって、前記気液混合流体に、注入井の底部に設置された起振装置によって振動エネルギーを加える段階がさらに設けられることを特徴とする。
【０００８】
本発明による請求項３に記載の二酸化炭素の地中貯留システムは、深部帯水層の地下水を揚水井から汲み上げる汲上装置と、汲み上げた前記地下水を注入水として、注入井に送り込む注入水圧入装置と、前記注入水圧入装置と前記注入井の間に設けられ、前記注入水に脈動圧を加える低周波脈動発生装置と、二酸化炭素を貯蔵タンクから前記注入井に送り込む気体圧入装置と、前記深部帯水層にとどくように設けられた前記注入井の上部で、前記二酸化炭素を微細気泡化し、前記注入水に混合または溶解して気液混合流体を生成する微細気泡化装置と、を備え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、前記微細気泡化装置は、前記二酸化炭素を斜め下方に噴射する噴射管を有し、回転する筒体で構成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項５は、請求項３の発明であって、前記注入井の底部に、前記気液混合流体に振動エネルギーを加える起振装置がさらに備えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の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混合または溶解させ、気泡を多く含む気液混合流体を生成したので、深部帯水層の広い範囲に極めて早く拡散させることができる。二酸化炭素の気泡は、土粒子または岩石の隙間に入り込みやすいので、そこでトラップされ安定して固定化される。貯留する地層の上部にキャップ層などの遮蔽層を必要としない。注入水に低周波の脈動圧を加えたので、気液混合流体の流動性が向上し、静止圧だけで気液混合流体を深部帯水層に送り込むのに比較して、早く注入できる。脈動圧は微細気泡による目詰まりを防止する。注入井内の上部で微細気泡化を行うので、例えば、水圧が高い注入井底部で微細気泡化を行う場合に比較して、気泡の生成が容易で、二酸化炭素の気泡を多く含むボイド率（一定の体積に占める微細気泡の容積率）の高い気液混合流体を作ることができる。
【００１２】
請求項２によれば、注入井の底部に設置した起振装置によって気液混合流体に振動エネルギーが加えられる段階を設けたので、注入水に低周波の脈動圧と合わせて、気泡による目詰まりが防止され、気液混合流体を深部帯水層の広い範囲に拡散させることができる。
【００１３】
請求項３の二酸化炭素の地中貯留システムによれば、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混合または溶解させるので、多量の二酸化炭素を処理できる。このような気泡を多く含む気液混合流体は、土粒子または岩石の隙間への浸透性も良く、土粒子または岩石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を地中に固定できる。注入水圧入装置と注入井の間に低周波脈動発生装置を設けたので、気液混合流体の流動性が向上され、気液混合流体を効率よく深部帯水層に圧入できる。注入井内の上部に設けられた微細気泡化装置は、注入井底部の水圧に抗して気泡を生成する場合に比較し、気泡の発生が容易である。微細気泡は注入井上部から底部に進むにしたがって、漸増する水圧で形状が小さくなり、土粒子または岩石の隙間に入り込み易い。
【００１４】
請求項４によれば、微細気泡化装置は、回転する筒体で構成されるから、注入水に旋回流を与えることができる。すなわち深部帯水層への気液混合流体の流れに依存しないで気泡の発生ができる。二酸化炭素を斜め下方に噴射する噴射管は、筒体とケーシング管の間の注入水の流速の早い個所に設けられるので、注入水と二酸化炭素の圧力差を大きくするので、二酸化炭素の噴射が促進され、微細気泡が多く生成され、ボイド率の大きな気液混合流体を生成することができる。
【００１５】
請求項５によれば、注入井の底部に起振装置を設置したので、気液混合流体に加えられた振動エネルギーによって気泡の目詰まりが防止され、深部帯水層の広い範囲に気液混合流体を拡散させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明による二酸化炭素の地中貯留方法及びその地中貯留システムを説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は本発明による二酸化炭素の地中貯留システムの構成図である。二酸化炭素の貯留システム１００は、深部帯水層５０に達する揚水井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に到る注入井２１に、汲み上げた地下水５３を注入水５４として送り込む注入水圧入装置２と、注入水圧入装置２と注入井２１の間に設けられ、注入水５４に脈動圧を加える低周波脈動発生装置３と、外部のプラント施設３０の排気ガスなどから分離回収した二酸化炭素５５を注入井２１に送り込む気体圧入装置４と、注入井２１内の上部に設けられ、二酸化炭素５５を微細気泡化し、注入水５４に混合して気液混合流体５６を生成する微細気泡化装置５と、を備える。プラント施設３０は、具体的には火力発電所、ごみ焼却施設、石油精製施設、セメント施設などがある。
【００１８】
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層のことで、５００〜１２００ｍの深度での二酸化炭素の注入利用が考えられる。二酸化炭素５５は、注入井２１内の上部で微細気泡化され一部は注入水５４に溶け、一部は溶けずに気泡のまま気液混合流体５６となり、深部帯水層５０に圧入される。なお、地盤表面５８から深部帯水層５０に至るまでには多数の層があるが図示を省略している。
【００１９】
二酸化炭素５５は、微細気泡化して注入水５４に混合または溶解させれば、深部帯水層に広く拡散させることができる。微細気泡３４は、地下水５３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は、気体や超臨界流体の固まりとして地中に存在している場合より数１００〜数１０００倍も早い。加えて、微細気泡３４が土粒子または岩石の隙間に入り込むことで二酸化炭素が固定されるから、確実なシール層や不透水層が上方に存在しない一般の深部帯水層でも有効である。なお、１気圧、２５℃の二酸化炭素の重さは、１．８ｋｇ／ｍ３であるから、例えば、二酸化炭素が水１ｍ３に５０ｋｇ溶解することは、おおよそ１気圧２５℃の気体約２８ｍ３が１ｍ３の地下水で固定化されることである。
【００２０】
ここで二酸化炭素の固定は、つぎのようなプロセスでおきる。微細泡状で土粒子または岩石の微小な間隙に分散注入された二酸化炭素は、岩石鉱物の表面に吸着される場合や、毛細管効果により岩石中の残留ガスとしてトラップされるが、周囲の地下水に次第に溶解する。溶解した二酸化炭素は地下水中に豊富に含まれる各種イオンや周囲の鉱物と反応し、例えば、２ＣＯ２＋３Ｈ２Ｏ＋ＣａＳｉＯ３→Ｃａ２＋＋２ＨＣＯ３−＋Ｈ４ＳｉＯ４  （１）式のようにイオン化して、地下水中でより安定化する。さらに、Ｃａ２＋＋２ＨＣＯ３−  →ＣａＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ  （２）式という反応が起こり、ＣＯ２の半分は（１）式に戻るが、ＣａＣＯ３は炭酸塩化合物であるから、二酸化炭素はほぼ永久的に固定化される。
【００２１】
汲上装置１は、内管６と外管７からなる二重管８の揚水井２０、揚水ポンプ９、ジェット吸引部１０、集水タンク１１等からなる。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６に送り込み、ジェット吸引部１０で地下水５３を汲み上げ、注入水５４として集水タンク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。揚水ポンプ９に投入する水は、集水タンク１１に蓄えられた地下水を循環して再利用してもよい。
【００２２】
注入水圧入装置２は、注入井２１に注入水５４を圧送するための圧入ポンプ１２、圧力流量調整弁１３などからなる。圧力流量調整弁１３は、圧入ポンプ１２の注入水５４の圧入の抵抗が一定値を超えるような場合に、弁を開いて注入水５４を集水タンク１１に戻すものである。揚水井２０と注入井２１の間の距離は、通常５００ｍ〜１ｋｍ離されるので、集水タンク１１とは別にパイプラインで結んだ注水タンクを設け、注入水圧入装置２に組み入れてもよい。
【００２３】
深部帯水層から汲み上げた地下水は、かん水と呼ばれ、注入水として好ましい。かん水は、電解質イオンを多量に含むから、微細な気泡の消滅を抑制する作用がある。かん水は、海水の三分の一以上の塩分濃度があり、生活に利用できないので地域の理解を得やすい。かん水のある帯水層は、新生代の第三〜四紀の堆積盆の地層構造に広く分布している。かん水は、電解質イオンがその濃度に比例して気体の溶解度を低下させる（Ｓａｌｔｉｎｇ  ｏｕｔ現象）から、微細気泡３４の逸散を防止して微細気泡３４を高密度に生成できる。
【００２４】
低周波脈動発生装置３は、コントローラ１４、脈動発生器１５からなる。コントローラ１４は、脈動圧の周期、大きさを指定することができる。脈動圧は低周波で、具体的には０．５Ｈｚ〜３０Ｈｚである。脈動圧は低周波なので注入井２１の底部まで伝わる。脈動圧は、気液混合流体５６の流動性を高めるので、静的圧力だけで圧入するよりも効率がよい。
【００２５】
プラント施設３０は、一例として燃焼炉１６の排気ガスに含まれる二酸化炭素の分離回収装置１７を含む。化学吸収法によれば、二酸化炭素の濃度を９９％以上に濃縮することができるが、本微細気泡注入方式では二酸化炭素はもっと低くても注入に利用できる。回収した二酸化炭素を一時的に蓄えるタンクを設けてもよい。なお、大きな火力発電所では、年間２００〜３００万トンの二酸化炭素が排出される。
【００２６】
気体圧入装置４は、貯蔵タンク２４及びコンプレッサ２２などで構成される。なお、図示しないが、圧力調整弁、流量計、圧力計が取り付けられる。二酸化炭素５５は、パイプラインあるいはタンクローリ１８の輸送手段で貯蔵タンク２４まで送られるが、プラント施設３０と注入井２１との輸送距離および年間の地中貯留量による経済性を勘案して選択する。タンクローリ１８で二酸化炭素を運ぶ場合、二酸化炭素５５は高圧がかけられ液化された状態で運搬される。この場合、二酸化炭素５５は、液体から気体に戻されるので体積が数百倍に増える。
【００２７】
微細気泡化装置５は、注入井２１内の上部に設けられ、二酸化炭素５５を微細気泡化し、注入水５４に混合して気液混合流体５６を生成する。微細気泡化装置５は、挿入管２６に連結され、地上側の高速回転する回転駆動装置３１で回転される。ケーシング管２５と挿入管２６の間に注入水５４が圧入され、挿入管２６には二酸化炭素５５が圧入される。微細気泡化装置５で微細気泡３４が生成され、気液混合流体５６となって、ケーシング管６の底部側面のスリット３５から、深部帯水層５０に送り込まれる。
【００２８】
微細気泡３４は、注入井２１底部に向かって移動する間に、水圧が高くなっていくことにより気泡体積が漸減し、気泡生成時よりもさらに微細な気泡となる。より詳細には、微細気泡３４は、注入井２１の底部に移動する間に、圧力と温度の条件や二酸化炭素５５のガス純度により、気泡、液滴、あるいは超臨界流体泡へと相変化する。本発明は、このような微細な気泡の相変化を含むものである。注入井２１の位置や注入深度は、深部帯水層５０のサイト条件（地質構造、地圧、地熱温度）を踏まえて、気泡の相変化も考慮して決めることができる。
【００２９】
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６からの加圧水５７の流速を早めるため逆漏斗型としている。逆漏斗型の内部は負圧となるので地下水５３が吸い込まれる。吸い込まれた地下水５３は、内管６と外管７の間を上昇する。
【００３０】
図３は、詳細な微細気泡化装置の断面図である。微細気泡化装置５は、斜め下方に噴射する噴射管４１を側面に有し、回転駆動装置３１によって回転する挿入管２６に連結された筒体４０からなる。注入水５４は、筒体４０とケーシング管２５の狭い流路を通過するので流速が速められる。流速が速ければ圧力がその分低くなるので、二酸化炭素５５が微細気泡３４として引出し易い。生成された気液混合流体５６は、筒体４０の高速回転（例として５００〜３０００ｒｐｍ）に引きずられて回転され、噴射管４１で細分化される。そのため微細気泡３４の径は１０μｍ〜５０μｍと小さく、水中で消滅せずに長い時間滞留する。
【００３１】
気液混合流体５６のボイド率は３０〜５０％程度にできる。例えば、年間１０万トンの二酸化炭素を深部帯水層に微細気泡として地中貯留するには、約３００トン／日の二酸化炭素を汲み上げた地下水に混入させることになる。１日当たりの地下水の汲み上げ水量は、対象とする堆積盆の地質構造などにもよるが、実績では、孔隙率が３０〜４０％の地質構造の深部帯水層から地下水を平均的に１１００ｍ３／日汲み出せる。微細気泡内の二酸化炭素は高圧になるため密度が高くなり、また溶解も考慮すれば、圧力温度等の条件が良好であれば、１１００ｍ３の水に二酸化炭素３００トンを微細気泡の状態で混合注入できる。
【００３２】
揚水井から汲み上げた１１００ｍ３／日の地下水に、約３００トン／日の二酸化炭素を微細気泡化して混入させれば、たとえば深度１０００ｍ程度の深部帯水層に年間１０万トンの二酸化炭素を地中貯留することができる。世界の深部帯水層は、少なくとも２兆トンから３兆トンの二酸化炭素を地中貯留できると評価されるので、地球温暖化対策として十分な貯留ポテンシャルがある。
【００３３】
高いボイド率の気液混合流体５６を地層の隙間に送り込む際に、微細気泡３４による閉塞トラブルに陥りやすい。この対処法としては、地層の隙間空間を脈動させ、微細気泡３４を規則的に縮小や移動をさせながら注入する脈動化注入が有効である。脈動化注入により円滑に注入処理するための必須条件は、気泡径を５０μｍ（０．０５ｍｍ）以下の微細気泡３４を大量に生成することであり、ミリバブルが多いと、脈動化注入しても閉塞トラブルを回避できない。
【００３４】
図４は、低周波脈動発生装置３の構成図である。コントローラ１４は、例としてモータ２７と油圧シリンダ２８で構成される。モータ２７が回転すると油圧シリンダ２８のピストンが動き、グラフＧ１に示すような一定周期の油圧がかかる。この油圧で脈動発生器１５のゴム管２９の径を伸縮させる。油圧の大きさは油圧シリンダ２８の出口に電磁弁を設けて圧力を逃がすことで制御できる。モータ２７の回転を１２００ｒｐｍとすれば、周期は１秒間に２０回（２０Ｈｚ）となる。グラフＧ２に示すように、圧入ポンプ１２を出た注入水５４の圧力は、脈動圧が加えられて、注入水５４はグラフＧ３に示すような圧力となる。なお、低周波脈動発生装置３の上流側に、高負荷状態で圧力が伝達されないように逆止弁が設けられてもよい。脈動圧の振幅は、例として、注入水５４の水圧をＰαとすると、脈動後の水圧Ｐαｄは、振幅の係数を０．５とし、（Ｐα−０．５Ｐα）＜Ｐαｄ＜（Ｐα＋０．５Ｐα）とすることができる。Ｐαは、約１〜３ＭＰａ（＝約１０〜３０ｋｇ／ｃｍ２以上が望ましい。
【００３５】
通常、脈動圧の周波数は０．５〜３０Ｈｚとされる。ここでは気液混合流体であることも考慮するなら０．５〜１０Ｈｚが望ましい。例えば、気泡径１ｍｍの気泡の固有振動数ｆ０は約３ｋＨｚであり、気泡径が微細になるほど３ｋＨｚより高い周波数の固有振動数をもつ。気泡の固有周波数ｆ０より大きい高周波領域では、脈動圧の圧力波が気泡群を透過できずにその先まで伝わらない波のカットオフ現象が生じる。一方、周波数が１０Ｈｚを超えると気泡群を透過する圧力波のエネルギーが急激に低下する。従って、本システムでの脈動圧の周波数は、脈動波の透過力が強い１０Ｈｚ以下とした。なお、圧力波が気泡に到達後、圧力波の伝搬速度が遅くなる現象は、圧力波の伝搬エネルギーが気泡の縮小化エネルギーに転化されることによる。
【００３６】
図５は、注入井での注入水と気体である二酸化炭素の圧力関係図である。微細気泡化装置５の深度Ｌ１は、挿入管２６と一体化して回転させても構造上問題のない深度とすべきであり、５〜５０ｍが好ましい。深度Ｌ１での注入水５４の水圧をＰ１とする。また、注入井２１の底部のスリット３５までの深度をＬ０とする。さらに、深度をＬ０での水圧をＰ０とする。気液混合流体５６の場合、微細気泡３４による水圧減少（Ｐβ）があるから、その分（Ｐβ）は、注入水５４を加圧する。すなわち、注入水５４の注入圧力がＰαｄ＋Ｐβとする必要がある。この圧力から圧入ポンプ１２の吐出圧が決められる。Ｐβについては、静的な加圧状態での注入試験を現地で実施し、注入井２１の底部スリット３５付近の水圧測定を行い、微細気泡３４の生成量の変化に伴う水圧減少のキャリブレーションにより把握する。静的加圧の場合でも、注入試験で求めたキャリブレーション値のＰβには、微細気泡３４の浮力の影響のほかに微細気泡３４に吸収される静的な加圧エネルギーの減少分も含まれている。気体の二酸化炭素５５は、Ｌ１での注入水５４の圧力がＰ１＋Ｐαｄ＋Ｐβとなるので、これより大きな値となるようＰ１＋Ｐαｄ＋Ｐβ＋Ｃとする。Ｃは、約１〜３Ｍｐａ（＝約１０〜３０ｋｇ／ｃｍ２）とした。
【００３７】
図６は、注入井２１の底部に起振装置が設置された場合の構成図である。起振装置４９は、収納箱５２に収納された起振器５１、コイル６０、反力板６２、磁石５９からなる。起振装置４９は、注入井２１のケーシング管２５の底部に固められた１ｍ程度の高さのコンクリート４８の上に、３本の吊り下げワイヤ４７で降ろして設置する。吊り下げワイヤ４７に固定された電源コード４６によって電源が送られる。磁石５９を磁化してコンクリート４８の打設時に設けたアンカー付き埋め込みの鉄板６１に結合させる。磁石５９の磁力を遠隔制御で消すことにより、起振装置４９を地上に回収できる。ケーシング管２５には、水圧計４２、温度計４３、電気伝導率計４４が、深度に応じて配置される。Ａ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面におけるこれら計測器の配置例を図６右側に示す。
【００３８】
微細気泡３４は完全には液滴に相変化しないから、脈動化注入は不可欠である。地上側の低周波脈動発生装置３のみでは脈動化注入の効果が得にくい場合、スリット３５の近くの注入井２１の底部に起振装置４９を設置する。気液混合流体５６に、運動エネルギーを起振装置４９から与え、注入の際の微細気泡３４の閉塞を防ぐ補助的設備として併用する。スリット３５付近に設けた水圧計データによる脈動化水圧の挙動を確認しながら起振器５１の起振力を調整する。起振器５１は、比較的浅い地質構造を弾性波探査する際に使用される可変周波数型の電磁式バイブレーターでよく、高圧防水の収納箱５２に内蔵される。収納箱５２は複数本の耐腐食性のコイル６０で支えられており、コイル６０の下端側は電磁波の遮断性能が高い材質の反力板６２に固定されており、反力板６２と強力な磁力を発生させる磁石５９とは一体化構造になっている。
【００３９】
注入井２１内で二酸化炭素の微細気泡３４が注入水に溶解した量の把握は、あらかじめ注入井２１に注入する前の地下水について、新たに溶解する二酸化炭素重量と電気伝導率との関係をキャリブレーションにより求めておき、電気伝導率計４４で測定した電気伝導率に対して、キャリブレーション結果を用いて二酸化炭素の溶解量を推定する。
【００４０】
図７は、二酸化炭素の地中貯留方法のフローチャートである。符号Ｓ７０〜Ｓ７４は各段階を示す。Ｓ７０は深部帯水層から地下水を汲み上げる段階である。Ｓ７１は注入水を深部帯水層にとどく注入井に脈動圧を加えて圧入する段階である。Ｓ７２は、注入井の上部で、圧入された注入水に二酸化炭素を微細気泡化して混合し、気液混合流体を作る段階である。Ｓ７３は、気泡による閉塞が発生するかを判定する段階である。Ｓ７４は、Ｓ７３で閉塞が発生している場合、注入井の底部に起振装置を設置して振動エネルギーを気液混合流体に与え、微細気泡の移動を活発化させる段階である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、二酸化炭素の他の地球温暖化ガスの地中貯留に好適である。また、二酸化炭素を圧入して原油を取り出すＥＯＲ（原油増進回収法）にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】二酸化炭素の地中貯留システムの構成図である。（実施例１）
【図２】揚水井の二重管の断面図である。（実施例１）
【図３】微細気泡化装置の断面図である。（実施例１）
【図４】低周波脈動発生装置の構成図である（実施例１）
【図５】注入井での注入水と二酸化炭素の圧力関係図である。（実施例１）
【図６】注入井に起振装置が設置された場合の構成図である。（実施例１）
【図７】二酸化炭素の地中貯留方法のフローチャートである。（実施例１）
【符号の説明】
【００４３】
１    汲上装置
２    注入水圧入装置
３    注入水用の低周波脈動発生装置
４    気体圧入装置
５    微細気泡化装置
６    内管
７    外管
８    二重管
９    揚水ポンプ
１０    ジェット吸引部
１１    集水タンク
１２    圧入ポンプ
１３    圧力流量調整弁
１４    コントローラ
１５    脈動発生器
１６    燃焼炉
１７    分離回収装置
１８    タンクローリ
２０    揚水井
２１    注入井
２２    コンプレッサ
２４    二酸化炭素の貯蔵タンク
２５    ケーシング管
２６    挿入管
２７    モータ
２８    油圧シリンダ
２９    ゴム管
３０    プラント施設
３１    回転駆動装置
３４    微細気泡
３５    スリット
４０    筒体
４１    噴射管
４２    水圧計
４３    温度計
４４    電気伝導率計
４５    計測コード
４６    電源コード
４７    吊り下げワイヤ
４８    コンクリート
４９    起振装置
５０    深部帯水層
５１    起振器
５２    収納箱
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    磁石
６０    コイル
６１    鉄板
６２    反力板
Ｓ７０〜Ｓ７４    二酸化炭素の地中貯留方法の各段階
１００    二酸化炭素貯留システム
【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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