(57)【要約】【課題】炭層又は地下有機物・化石有機物を含む地下の岩体をできるだけ低コストで且つ安全に有効利用することができる非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法及び非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法を提供する。【解決手段】地上から地下の炭層又は地下有機物・化石有機物を含む地下の岩体１へ超臨界二酸化炭素を圧入し、これにより当該炭層又は地下有機物・化石有機物を含む地下の岩体１から抽出された揮発成分を地上へ回収することにより、炭層又は地下有機物・化石有機物を含む地下の岩体を採掘することなく且つ非燃焼方式で有効利用する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下の炭層をガス化して回収する非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法であって、
地上から地下の炭層へ超臨界二酸化炭素を圧入し、これにより当該炭層から抽出された揮発成分を地上へ回収することを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法。
【請求項２】
請求項１において、前記揮発成分と共に存在する二酸化炭素を前記炭層中へ浸透させて固定化させるようにすることを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記炭層から抽出された前記揮発成分を圧入された二酸化炭素と共に当該炭層中へ浸透させて、当該炭層へ前記二酸化炭素を吸着させて固定化すると共に前記揮発成分をガス化させ、これにより生成した炭化水素系ガスを回収するようにすることを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法。
【請求項４】
請求項３において、前記揮発成分が前記炭層中でガス化する反応を促進するガス化促進剤を地上から当該炭層中へ導入することを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法。
【請求項５】
請求項４において、前記ガス化促進剤として、微生物及び酵素の少なくとも一方を用いることを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記炭層から抽出された前記揮発成分の回収に先立って当該炭層に吸着されていたメタンを回収することを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかにおいて、前記炭層へ前記超臨界二酸化炭素を圧入する際に当該炭層に割れ目が形成されるようにして当該超臨界二酸化炭素の浸透性を向上させることを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかにおいて、前記超臨界二酸化炭素と共に砂を前記炭層へ圧入することを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法。
【請求項９】
地下有機物・化石有機物をガス化して回収する非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法であって、
地上から地下有機物・化石有機物を含む地下の岩体へ超臨界二酸化炭素を圧入し、これにより当該岩体に含まれる地下有機物・化石有機物から抽出された揮発成分を地上へ回収することを特徴とする非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法。
【請求項１０】
請求項９において、前記地下有機物・化石有機物が、天然に埋没した生物遺骸及び排泄物、又はこれら生物遺骸及び排泄物が圧力、熱及び微生物の少なくとも一種の作用で変質して生じた炭質物、油質物及び炭化水素の少なくとも一種、又は人為的に地下空隙及び空洞中に注入されたバイオマス及び有機廃棄物の少なくとも一種、又はこれらの複合物であることを特徴とする非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０において、前記揮発成分と共に存在する二酸化炭素を前記岩体中へ浸透させて固定化させるようにすることを特徴とする非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１の何れかにおいて、前記揮発成分が前記岩体中でガス化する反応を促進するガス化促進剤を地上から当該岩体中へ導入することを特徴とする非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法。
【請求項１３】
請求項１２において、前記ガス化促進剤として、微生物及び酵素の少なくとも一方を用いることを特徴とする非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超臨界二酸化炭素を利用して地下の炭層又は地下有機物・化石有機物を含む地下の岩体をガス化して回収する非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法及び非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、国際的な石油の需要は、中国、韓国などの東南アジア地区を中心とした発展途上国の著しいエネルギー需要の伸びによりさらに増大しており、供給原油の重質化は避けられず、我が国でも重質油の処理について、種々の研究開発が行われている。例えば、重質残渣油の改質、水素化分解、熱分解、ガス化、溶剤脱瀝などの軽質化、さらには軽質化された後に残る超重質残渣油の有効利用などについて研究されている。また、タールサンド油、オイルシェール油などの新しい重質油の処理技術についても研究されている。
【０００３】
一方、オイルショック以来、再び、石炭の利用が強く望まれるようになってきているが、そのままエネルギー源として使用する場合には環境汚染を防ぐ技術が必要である。そこで、従来より、石炭液化技術などが開発されているが、固体から液体にするまでには、状態を高温・高圧に保つ大掛かりな装置が必要であり、生産的ランニングコストが高いという問題があり、現在のところ、コストではとても石油に太刀打ちできないという問題がある。
【０００４】
このような技術背景において、近年、超臨界流体、特に、超臨界水を用いて重質油や石炭を有効利用しようという研究が盛んに行われている。これは超臨界流体が高い溶解性と反応溶媒としての性質を併せ持つ点に着目したものであり、例えば、ゴイヌク褐炭やゴイヌクオイルシェール油を超臨界水や超臨界水に２０％テトラリンを加えた混合液などで処理し、液体、アスファルテン及びプレアスファルテン、さらには気体を回収したという報告がある（非特許文献１、非特許文献２参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｍｉｓｓａｌ　Ｐ．；Ｃａｎｅｌ　Ｍ．Ｅｄｏｅｌ　Ｅｒｄｇａｓ　Ｋｏｈｌｅ，１０９，６，１９９３，ｐｐ．２７０−２７４
【非特許文献２】
三輪成；超臨界流体高度利用特別研究会「ワーキンググループ活動成果報告書」（１９９５）ｐ．１５０
【特許文献１】
特開平６−２８８１７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように超臨界流体で処理する場合にも、高温・高圧状態を保持する大掛かりな装置が必要であるという問題がある。また、再び石炭を利用しようとすると、多くの地域で閉鎖となった炭鉱を再び開発しなければならないという問題もある。
【０００７】
一方、地下の炭層にメタンが吸着内蔵されていることに着目し、地下の炭層に炭酸ガスを注入し、炭層メタンを回収すると共に炭酸ガスを固定化しようとする技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、この場合には、炭層に吸着内蔵されているメタンを回収するのみで、炭層自体の利用にはなってはいないという問題がある。
【０００９】
なお、地下の炭層をそのまま利用する方法として、地下の炭層に火を着けて不完全燃焼させることによりガス化するという方法がロシアで行われているが、一酸化炭素などの環境に有害な物質が多量に含有されるため、他の地域では実用化できないという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、炭層又は地下有機物・化石有機物を含む地下の岩体をできるだけ低コストで且つ安全に有効利用することができる非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法及び非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために研究を重ねた結果、火力発電所等の廃ガスからアミン法で形成される高純度の二酸化炭素は３１．１℃、７．３９ＭＰａという比較的穏和な条件で超臨界状態になることに着目し、このような超臨界二酸化炭素を利用すれば石炭を地下に埋蔵したまま、地下の炭層から揮発成分を抽出・回収することができ、且つ二酸化炭素は地下の炭層に固定化できるということを知見し、本発明を完成させた。
【００１２】
かかる本発明の第１の態様は、地下の炭層をガス化して回収する非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法であって、地上から地下の炭層へ超臨界二酸化炭素を圧入し、これにより当該炭層から抽出された揮発成分を地上へ回収することを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法にある。
【００１３】
かかる第１の態様では、地下の炭層へ超臨界二酸化炭素を圧入して浸透させて揮発成分を抽出することにより、炭層を採掘することなく且つ非燃焼方式で有効利用することができる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記揮発成分と共に存在する二酸化炭素を前記炭層中へ浸透させて固定化させるようにすることを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法にある。
【００１５】
かかる第２の態様では、超臨界二酸化炭素の圧入により炭層から抽出された、二酸化炭素と共に存在する揮発成分から、二酸化炭素のみを炭層に固定化させることにより揮発成分を取り出すことができ、且つ不要な二酸化炭素を地下に固定化することができる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記炭層から抽出された前記揮発成分を圧入された二酸化炭素と共に当該炭層中へ浸透させて、当該炭層へ前記二酸化炭素を吸着させて固定化すると共に前記揮発成分をガス化させ、これにより生成した炭化水素系ガスを回収するようにすることを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法にある。
【００１７】
かかる第３の態様では、超臨界二酸化炭素により抽出された揮発成分を炭層中の微生物等によりガス化させた後、炭化水素系ガスとして回収するので、回収した後の利用までの処理が容易となる。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記揮発成分が前記炭層中でガス化する反応を促進するガス化促進剤を地上から当該炭層中へ導入することを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法にある。
【００１９】
かかる第４の態様では、ガス化促進剤を導入することにより、炭層中での揮発成分のガス化を促進し、揮発成分の有効利用を促進することができる。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記ガス化促進剤として、微生物及び酵素の少なくとも一方を用いることを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法にある。
【００２１】
かかる第５の態様では、炭層中へ微生物又は酵素を導入することにより、炭層中での揮発成分のガス化を促進することができる。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記炭層から抽出された前記揮発成分の回収に先立って当該炭層に吸着されていたメタンを回収することを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法にある。
【００２３】
かかる第６の態様では、炭層中に超臨界二酸化炭素を圧入し始めてから揮発成分が回収できるようになるまでに長期間かかるが、その比較的初期段階でメタンを回収することにより、炭層を比較的早期に有効利用することができる。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記炭層へ前記超臨界二酸化炭素を圧入する際に当該炭層に割れ目が形成されるようにして当該超臨界二酸化炭素の浸透性を向上させることを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法にある。
【００２５】
かかる第７の態様では、超臨界二酸化炭素が炭層に形成された割れ目から炭層中へ有効に浸透し、揮発成分の抽出を有効に行うことができる。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記超臨界二酸化炭素と共に砂を前記炭層へ圧入することを特徴とする非燃焼方式原位置炭層ガス化回収方法にある。
【００２７】
かかる第８の態様によれば、超臨界二酸化炭素と共に砂を圧入することにより、炭層へ微小な割れ目を形成することができ、また、炭層が収縮しそうな段階で注入すると浸透性を維持したまま収縮が防止され、これに起因する地盤沈下を防ぐことができる。
【００２８】
本発明の第９の態様は、地下有機物・化石有機物をガス化して回収する非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法であって、地上から地下有機物・化石有機物を含む地下の岩体へ超臨界二酸化炭素を圧入し、これにより当該岩体に含まれる地下有機物・化石有機物から抽出された揮発成分を地上へ回収することを特徴とする非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法にある。
【００２９】
かかる第９の態様では、地下有機物・化石有機物を含む地下の岩体へ超臨界二酸化炭素を圧入して浸透させて揮発成分を抽出することにより、採掘することなく、地下有機物・化石有機物から抽出された揮発成分を非燃焼方式でガス化回収することができる。
【００３０】
本発明の第１０の態様は、第９の態様において、前記地下有機物・化石有機物が、天然に埋没した生物遺骸及び排泄物、又はこれら生物遺骸及び排泄物が圧力、熱及び微生物の少なくとも一種の作用で変質して生じた炭質物、油質物及び炭化水素の少なくとも一種、又は人為的に地下空隙及び空洞中に注入されたバイオマス及び有機廃棄物の少なくとも一種、又はこれらの複合物であることを特徴とする非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法にある。
【００３１】
かかる第１０の態様では、地下に埋もれる天然に埋没した生物遺骸及び排泄物、又はこれら生物遺骸及び排泄物が圧力、熱及び微生物の少なくとも一種の作用で変質して生じた炭質物、油質物及び炭化水素の少なくとも一種、又は人為的に地下空隙及び空洞中に注入されたバイオマス及び有機廃棄物の少なくとも一種から揮発成分を回収することができる。
【００３２】
本発明の第１１の態様は、第９又は１０の態様において、前記揮発成分と共に存在する二酸化炭素を前記岩体中へ浸透させて固定化させるようにすることを特徴とする非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法にある。
【００３３】
かかる第１１の態様では、超臨界二酸化炭素の圧入により岩体から抽出された、二酸化炭素と共に存在する揮発成分から、二酸化炭素のみを岩体に固定化させることにより揮発成分を取り出すことができ、且つ不要な二酸化炭素を地下に固定化することができる。
【００３４】
本発明の第１２の態様は、第９〜１１の何れかの態様において、前記揮発成分が前記岩体中でガス化する反応を促進するガス化促進剤を地上から当該岩体中へ導入することを特徴とする非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法にある。
【００３５】
かかる第１２の態様では、ガス化促進剤を導入することにより、地下有機物・化石有機物中での揮発成分のガス化を促進し、揮発成分の有効利用を促進することができる。
【００３６】
本発明の第１３の態様は、第１２の態様において、前記ガス化促進剤として、微生物及び酵素の少なくとも一方を用いることを特徴とする非燃焼方式地下有機物・化石有機物原位置ガス化回収方法にある。
【００３７】
かかる第１３の態様では、地下有機物・化石有機物中へ微生物又は酵素を導入することにより、岩体中での揮発成分のガス化を促進することができる。
【００３８】
かかる本発明は、二酸化炭素が比較的超臨界状態になりやすく、超臨界二酸化炭素を地下の炭層に接触させることにより、非燃焼方式原位置により炭層から揮発成分を抽出することができ、また、注入した二酸化炭素は炭層に固定化することができるので、揮発成分のみを回収することができ、さらに、揮発成分は炭層を浸透させることによりガス化させて回収することができるという多くの新たな知見により実現されたものであり、地下の炭層を採掘することなくあるいは採掘不可能な地下深部の炭層を、燃焼方式のように有害物質を出すことなく環境に優しい方式で有効利用することができるという効果を奏する。また、同時に、オゾン層破壊等により問題となっている二酸化炭素を地下に固定化することができるという効果も奏する。
【００３９】
また、地下有機物・化石有機物である泥炭やオイルサンド等は、石炭と同様にメタンガスなどの揮発成分にガス化させることができ、同様に超臨界二酸化炭素を用いて揮発成分としてエネルギーとして回収可能である。なお、泥炭やオイルサンド等の地下有機物・化石有機物は、石炭と比較すると品位が落ちるが、石炭の数十倍と予測されるように、資源量が多いので、これらを有効活用することによりエネルギー問題を解決することが可能である。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００４１】
本発明では、まず、地下の炭層に直接、超臨界二酸化炭素を圧入し、石炭と超臨界二酸化炭素とを反応させて揮発成分を抽出する。
【００４２】
本発明で炭層とは、地下に存在する石炭からなる地層（石炭層）をいい、その種類は特に限定されない。炭層としては、れき青炭、亜れき青炭、褐炭、亜炭、無煙炭などを挙げることができるが、れき青炭が最も揮発成分が多く最適である。
【００４３】
本発明においては、炭層に到達した際に超臨界二酸化炭素とするためには高圧が必要であり、また、炭層自体が圧入された超臨界二酸化炭素の圧力に耐えなければならないので、ある程度の深さにある炭層である必要がある。従って、深度５００ｍ〜３０００ｍ程度の炭層、好ましくは１０００ｍ前後の炭層を対象とする。すなわち、二酸化炭素が炭層に圧入されて浸透していくときに超臨界二酸化炭素となるような高圧を確保するためには深度が大きい方が好ましく、この点からは５００ｍ以上の深度を有するのがよい。また、地下４００ｍ以上となると、炭層を含む岩盤の圧力（静岩圧）は通常８ＭＰａ以上であるので、超臨界二酸化炭素の圧力に十分耐えることができる。
【００４４】
本発明において、超臨界二酸化炭素とは、超臨界状態となった二酸化炭素であり、９９．９％以上の二酸化炭素は、温度３１．１℃以上、圧力７．３９ＭＰａ以上の条件下で超臨界状態となる。炭層に超臨界二酸化炭素を圧入するとは、少なくとも炭層と接触する段階で超臨界二酸化炭素となっていればよく、地上から超臨界二酸化炭素となっている必要はない。従って、炭層に圧入された際に上記条件を越えていればよいことになる。勿論、地上から超臨界二酸化炭素であってもよい。
【００４５】
本発明では、高純度の二酸化炭素を所定の圧力及び温度で注入することにより、超臨界二酸化炭素を炭層に圧入する。高純度とは９９％以上であり、好ましくは９９．９％以上である。なお、９９％以下でもさらに高温高圧とすれば超臨界二酸化炭素とすることができるが、注入条件が過酷になるので、９９％以上の高純度二酸化炭素を用いるのが好ましい。
【００４６】
このような高純度の二酸化炭素は、火力発電所や工場の廃ガスから分離回収することができる。このような設備からの二酸化炭素の分離回収は現在でも行われており、回収された二酸化炭素は場合によっては海中や地中に投棄されるものであるが、本発明ではこのような二酸化炭素をそのまま、あるいは純度を多少高めて利用することができる。なお、高純度の二酸化炭素は、モノエタノールアミン等のアミンに吸収させて回収するアミン法により比較的容易に得ることができる。
【００４７】
本発明では、炭層に到達する二酸化炭素注入管を設置し、少なくとも炭層に圧入される際に超臨界状態となる圧力及び温度で高純度二酸化炭素を圧入する。圧入条件は、炭層の深さ等により異なるが、例えば、深度５００ｍの場合、注入圧力は１０ＭＰａで温度は４０℃程度でよいと考えられる。この場合、注入された二酸化炭素は、圧入点では注入圧及び温度と同程度であって超臨界状態となるが、圧入点から数十メートル離れると５ＭＰａ及び３０℃程度に低下すると予想される。また、深度１０００ｍの場合、注入圧力は１５ＭＰａで温度は５０℃程度でよいと考えられる。この場合、注入された二酸化炭素は、圧入点では、注入圧及び温度と同じであって超臨界状態となり、また、圧入点から数十メートル離れても１０ＭＰａ及び４０℃程度であり、未だ超臨界状態を維持していると予想される。さらに、深度３０００ｍの場合、注入圧力は３５ＭＰａで温度は１００℃程度でよいと考えられる。この場合、注入された二酸化炭素は、圧入点では、注入圧及び温度と同じ程度で超臨界状態であり、また、圧入点から数十メートル離れても、３０ＭＰａ及び９０℃程度に低下するだけであり、超臨界状態を維持していると予想される。
【００４８】
このように炭層に超臨界二酸化炭素を圧入し、浸透させることにより、石炭から揮発成分が抽出される。超臨界二酸化炭素により石炭からタールなどの揮発成分を抽出する技術自体は知られているが、二酸化炭素を超臨界状態として石炭に接触させるために、高温高圧に耐える大型装置を必要とし、また、抽出された揮発成分に多量の二酸化炭素が混入してしまうため、抽出した揮発成分の有効利用が困難である等の大きな問題があった。しかしながら、本発明では、地下の炭層に直接超臨界二酸化炭素を浸透させるという手法を採用することにより、高温高圧に耐える大型装置が必要なく、また、炭層に浸透させた二酸化炭素は当該炭層へ固定化することにより除去できるので、揮発成分の回収も比較的容易に行うことができるという利点がある。
【００４９】
本発明において、超臨界二酸化炭素の炭層への圧入は、炭層のできるだけ全体へ超臨界二酸化炭素を有効に浸透させるように行うものであればその方法は特に限定されない。例えば、超臨界二酸化炭素の圧入は、一カ所から行ってもよいし、複数箇所から行ってもよく、また、圧入点から炭層全体へ浸透していくように、圧入点の周囲の炭層に多数の割れ目を形成するように圧入するのが好ましい。すなわち、二酸化炭素の圧入の初期段階では圧力を高めることにより炭層を粉砕して多数の割れ目を形成するようにするのが好ましい。また、必要に応じて砂などを混入させて割れ目の閉塞を防ぎ、二酸化炭素を長い期間にわたり広い範囲に浸透するようにするのが好ましい。
【００５０】
超臨界二酸化炭素の圧入点と揮発成分の回収点とは二酸化炭素が炭層に吸着して取り除かれるに十分な距離（少なくとも数十ｍ）以上離す必要がある。例えば、炭層の深部に超臨界二酸化炭素を圧入して同一領域の浅部から揮発成分を回収するようにしてもよいし、平面的に延びる炭層の一端から超臨界二酸化炭素を圧入して離れた領域の他端から揮発成分を回収するようにしてもよく、深部から浅部まで傾斜して平面的に延びる炭層である場合には深部の領域で圧入して浅部で揮発成分を回収するようにするのが好ましい。
【００５１】
超臨界二酸化炭素により抽出された揮発成分は地下水と共存した状態で回収してもよいが、ガス化したものを回収するようにしてもよい。何れの場合も炭層を浸透させた後に回収することにより、混合状態で存在した二酸化炭素のみが炭層に選択的に吸着・固定化されて除去され、二酸化炭素の含有量が低減した又は除去された揮発成分を回収することができる。
【００５２】
また、抽出された揮発成分は、炭層中を浸透していく際に微生物の作用によりガス化されるので、ガス化された後に、メタンなどの炭化水素系ガスとして回収するのが好ましい。このようにガス化させて炭化水素系ガスとして回収するためには、長い間炭層中を浸透させた後に回収する必要があるが、このガス化を促進するために、ガス化促進剤を地上から導入するようにしてもよい。
【００５３】
ここで、ガス化促進剤とは、タールなどの揮発成分を分解してガス化させる微生物や酵素などであり、比較的高温で活動できる嫌気性微生物であり、例えば、Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ　ＴｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍやＭｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ　Ｊａｎｎａｓｃｈｉｉなどのメタン生成菌が好適である。メタン生成菌以外の嫌気性微生物としては、メタン生成菌の補助的な役割をするもので、メタン生成はできないが中間段階の有機酸や水素を生産するものとして、水素生成酢酸生成細菌と総称される細菌群などを挙げることができる。
【００５４】
なお、ガス化促進剤の導入方法は特に限定されず、抽出された揮発成分と接触するように存在させるようにすればよく、二酸化炭素注入管を使用して導入するようにしてもよいし、別途注入管を設けて導入するようにしてもよい。
【００５５】
さらに、本発明では、揮発成分、特に揮発成分がガス化した炭化水素系ガスを回収できるようになるまでの間、炭層中に天然に吸着されているメタンを得ることができるという利点がある。すなわち、超臨界二酸化炭素の導入を開始した後、揮発成分、特に炭化水素系ガスを回収できるようになるまで比較的長い期間を必要とするが、それまでの間、天然の吸着メタンガスを得ることにより、比較的早期から有用ガスの供給を開始することができるという利点がある。
【００５６】
本発明方法により得ることができる炭化水素系ガスをメタン量として推定すると、例えば、メタン吸着量が多い北海道石狩炭田の石炭と同等として推定すると、初期の吸着メタンの回収においては石炭１ｔ当たり最大１２．５立方メートルのメタン量であるが、その後、超臨界二酸化炭素で抽出し且つガス化して回収する場合を考えると、石炭１ｔ当たり推定５３４立法メートル程度のメタン量を回収できると推定できるので、吸着メタンの回収のみと比較しても４０倍以上のメタンを回収することができるという利点がある。
【００５７】
さらに、炭層に選択的に吸着された二酸化炭素は、長期間経過後には好熱性メタン生成菌によりメタン化されるので、地下に注入した二酸化炭素もメタンとして順次回収することができる。
【００５８】
なお、本発明方法により揮発成分を抽出し続けていくと炭層が収縮して地盤沈下が発生する虞がある場合がある。このような場合、圧入する二酸化炭素に砂を混入して炭層中に砂を導入するようにすればよい。砂は炭層中の隙間に充填されて炭層の収縮を防止するが、二酸化炭素が浸透されるための割れ目は開いたまま残るので、浸透性が維持されたまま地盤沈下が防止されるという効果を奏する。
【００５９】
以上説明したように、本発明方法は、炭層に超臨界二酸化炭素を導入して石炭をメタンガス等の揮発成分にガス化して回収するものであるが、石炭以外に泥炭、オイルサンド、オイルシェール、ガスシェール、枯渇油田等の地下有機物・化石有機物のメタンガス化に適用可能である。
【００６０】
ここで、本発明方法が適用可能な地下有機物・化石有機物は、生物の遺骸や排泄物が地下深くに埋もれて形成されたものである。すなわち、生物の遺骸や排泄物が砂や泥と一緒に海底や湖沼底に堆積し、次第に地下深くに埋もれると、圧力、温度が上昇し、さらに、地下の微生物による発酵作用が働き、生物の遺骸や排泄物などの有機物は次第に変質し、石炭や石油に変化するが、その途中で種々の中間体も生成する。例えば、石炭に成りかけであり、植物と石炭の中間のものが泥炭（ピート）であり、例えば、北海道の湿原に存在する。また、これに似たものは亜炭などと呼ばれて東京や大阪などの各地の数百万年以内くらいの若い堆積物中に多量に埋もれている。一方、石油に成りかけの油質物が砂岩や頁炭の粒子の隙間に溜まっているものが、オイルサンドやオイルシェールである。これらは油質物の粘性が高く、岩石粒子の微細な隙間に入って粒子と密着しているため、回収し難く、資源としての利用はほとんど進んでいない。また、一般の油田でも、粘性の低い軽質油などはほとんど回収されるが、アスファルト分などの粘性の高い重質油は地下岩石の隙間に閉じこめられて回収し難いため、枯渇油田層として地下に残っており、人工的なオイルサンドに似た状態となっている。なお、オイルサンドはカナダやベネズエラに多く存在し、オイルシェールは、中国などに大量に存在する。また、枯渇油田は古い産油国に多いが、日本にも多く存在する。さらに、このような化石有機物や、その変化した炭質物、油質物は、さらに、温度・圧力・微生物の作用で分解して、二酸化炭素やメタンに分解し、地下に生息するメタン生成菌により究極的にはメタンガスに変化して地下に存在するが、このようなメタンガスやメタンガスに変わる途上のものをガスシェールという。
【００６１】
本発明方法が適用可能な地下有機物・化石有機物は、このような泥炭、オイルサンド、オイルシェール、ガスシェール、枯渇油田等の地下有機物・化石有機物をいい、これらは、上述した炭層への超臨界二酸化炭素注入と同様に処理することにより、揮発成分、好適にはメタンガスとして回収可能である。また、同様に、地下の砂層や炭層に注入した有機廃棄物やバイオマスも同様なプロセスでメタンガスなどの揮発成分として回収可能である。
【００６２】
すなわち、本発明方法によると、自然のプロセスのままでは長期間を要するガス化を、超臨界二酸化炭素を岩体に注入して岩石粒子の隙間から有機物・炭質物・油質物などの揮発成分を抽出し、微生物による分解を促進する、また、必要に応じて嫌気性細菌や酵母エキスなどのガス化促進剤を添加してガス化を促進することができ、また、頁岩などの岩体、炭質物による二酸化炭素の選択吸着により、揮発成分をメタンなどの炭化水素ガス富化状態とすることができ、さらには、好熱性メタン生成菌による二酸化炭素のメタン化によって、メタンガスなどの揮発性ガスを非燃焼方式で得ることができるという効果を奏する。
【００６３】
なお、枯渇油層は、石油を数百万年以上も貯留してきた実績があり、二酸化炭素貯留の場として最適であるが、採取しきれない原油が半分以上も残されているので、二酸化炭素を圧入すると原油が劣化して資源破壊になるという反対意見があったが、本発明方法を適用すると、超臨界二酸化炭素を圧入することにより残留原油も揮発成分としてガス化して回収することができるので、資源の有効利用につながるという効果を奏する。
【００６４】
また、本発明方法を適用すると、石炭以外に泥炭、オイルサンド、オイルシェール、ガスシェール、枯渇油田等の資源を有効利用しつつ、二酸化炭素貯留の場として利用でき、温暖化防止に著しい効果を奏する。
【００６５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００６６】
図１は、本発明方法を実施する一実施形態に係る非燃焼方式原位置炭層ガス化回収システムを概念的に示す図である。
【００６７】
図１に示すように、本実施形態の非燃焼方式原位置炭層ガス化回収システムでは、地下の炭層１へ超臨界二酸化炭素を圧入して当該炭層１から揮発成分を抽出する揮発成分抽出手段として、地表２から炭層１へ貫通する二酸化炭素注入管１１と、この二酸化炭素注入管１１から所定の圧力で二酸化炭素を炭層１中へ注入する二酸化炭素注入装置１２とを具備する。
【００６８】
ここで、二酸化炭素注入装置１２は、所定の純度の二酸化炭素を所定の圧力で炭層１へ注入することにより、炭層１に超臨界二酸化炭素を注入するものである。すなわち、二酸化炭素は、少なくもと炭層１に注入される際に超臨界状態となっていればよく、地上で超臨界状態である必要はないが、勿論、地上から超臨界二酸化炭素であってもよい。
【００６９】
例えば、圧入点の炭層１の深度が１０００ｍ程度とした場合、例えば、９９．９％純度の二酸化炭素を注入圧力１５ＭＰａ、温度５０℃程度で注入する。
【００７０】
二酸化炭素注入装置１２に隣接して、ガス化促進剤注入管２１及びガス化促進剤注入装置２２が設けられている。このガス化促進剤注入装置２２を用いてメタン生成菌などのガス化促進剤を導入する。メタン生成菌などのガス化促進剤の耐性が高いため、ガス化促進剤注入管２１を省略して、ガス化促進剤注入装置２２から二酸化炭素注入管１１へガス化促進剤を注入することも可能である。
【００７１】
ここで、超臨界二酸化炭素やガス化促進剤の導入は連続的に行ってもよいが、一般的には断続的に行えばよく、導入条件、導入間隔等は炭層１の種類、状態によって設計する。
【００７２】
また、二酸化炭素注入装置１２及びガス化促進剤注入装置２２から比較的離れた比較的浅部の位置に、揮発成分回収管３１及び揮発成分回収装置３２が設けられている。なお、炭層１は、二酸化炭素注入管１１が挿入された比較的深部から揮発成分回収管３１が挿入された比較的浅部まで斜めに存在しているものとしている。
【００７３】
ここで、揮発成分回収装置３２では、初期においては、炭層１に吸着されていたメタンが、その後においては、炭層１から抽出され、炭層１を浸透していく間に揮発成分がガス化されることにより生成された炭化水素系ガスが、それぞれ回収される。
【００７４】
なお、揮発成分回収装置３２は、自然に出てくるガスを回収するものでも、吸引等することにより強制的にガスを回収するものでもよい。
【００７５】
このような非燃焼方式原位置炭層ガス化回収システムを用いたガス回収方法の手順を図２に概念的に示す。図２（ａ）に示す状態では、炭層１中に天然メタン４１が吸着されており、吸引により炭層から遊離された天然メタン４１のみが回収される。また、二酸化炭素注入管１１から超臨界二酸化炭素４２が導入されている。図２（ｂ）に示す状態では、導入された超臨界二酸化炭素４２が炭層１中へ浸透されていき、これにより炭層１から揮発成分４３が抽出され、また、浸透されていった二酸化炭素４４が、炭層に吸着されていた天然メタン４１と置換されて炭層１に固定化される。これにより、揮発成分回収管３１からは徐々にメタン４５が回収される。さらに、図２（ｃ）に示す状態では、抽出された揮発成分４３が炭層１中を浸透していき、メタン生成菌などによりガス化されてガス４６となり、炭化水素系ガス４７として回収される。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、地上から地下の炭層又は地下有機物・化石有機物を含む地下の岩体へ超臨界二酸化炭素を圧入し、これにより当該炭層又は地下有機物・化石有機物を含む地下の岩体から揮発成分を抽出し、これを地上へ回収することができるので、非燃焼方式原位置で、低コストで且つ安全に炭層又は地下有機物・化石有機物を含む地下の岩体を非燃焼方式で有効利用することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る非燃焼方式原位置ガス化回収システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例に係る非燃焼方式原位置ガス化回収システムを用いたガス回収の状態を概念的に示す図である。
【符号の説明】
１　炭層
１１　二酸化炭素注入管
１２　二酸化炭素注入装置
２１　ガス化促進剤注入管
２２　ガス化促進剤注入装置
３１　揮発成分回収管
３２　揮発成分回収装置
【図１】
2004003326.tif 000003
【図２】
2004003326.tif 000004