(57)【要約】【課題】安価かつ容易に高圧ガスを貯蔵できる高圧ガスの貯蔵方法およびタンクを提供する。【解決手段】二酸化炭素の貯蔵方法は、海底Ｓ１または海中Ｓ２に第２タンク６を設置する設置工程と、第２タンク６内に二酸化炭素を注入する注入工程と、を備えている。海底Ｓ１または海中Ｓ２に設置された第２タンク６は、二酸化炭素を貯蔵するタンク本体６１と、タンク本体６１に取り付けられた浮上防止材６２と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水底または水中にタンクを設置する設置工程と、
前記タンク内に高圧ガスを注入する注入工程と、
を備えたことを特徴とする高圧ガスの貯蔵方法。
【請求項２】
前記設置工程では、前記タンク内に水を注入した後、水底または水中に前記タンクを設置することを特徴とする請求項１に記載の高圧ガスの貯蔵方法。
【請求項３】
前記注入工程では、高圧ガスを圧入することにより、前記タンク外へ水を排出することを特徴とする請求項２に記載の高圧ガスの貯蔵方法。
【請求項４】
少なくとも前記注入工程前に、前記タンクに浮上防止材を取り付けることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の高圧ガスの貯蔵方法。
【請求項５】
水底または水中に設置されたタンクであって、
高圧ガスを貯蔵するタンク本体と、
前記タンク本体に取り付けられた浮上防止材と、
を備えたことを特徴とするタンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガスの貯蔵方法およびタンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策として、二酸化炭素を地中に貯留する方法が注目されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、火力発電所等から排出される二酸化炭素を回収し、沖合の貯留地付近まで船舶で輸送し、海底下の地層中に貯留する方法が開示されている。
【０００４】
このような地中貯留方法では、船舶への積載前と地層中への貯留前に高圧の二酸化炭素をタンクに一時的に貯蔵する場合がある。船舶への積載前に利用されるタンクは、地上または地下に設置され、地層中への貯留前に利用されるタンクは、海上に設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−７８２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
地上や海上にタンクを設置し、タンクに高圧の二酸化炭素を貯蔵すると、タンク内外の圧力差が大きくなるため、タンクの壁厚を大きくしたり、高強度材料でタンクを作製したりして耐圧性能を高める必要がある。そのため、タンクの製造コストが嵩む。特に、タンクを大容量化するほど、より高い耐圧性能が求められるので、製造コストが嵩む。
【０００７】
地下にタンクを設置する場合には、地盤を堀削する必要があるため、タンクの設置コストが嵩むとともに、タンクの設置作業が煩雑となる。
【０００８】
本発明は、このような観点から創案されたものであり、安価かつ容易に高圧ガスを貯蔵できる高圧ガスの貯蔵方法およびタンクを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、本発明に係る高圧ガスの貯蔵方法は、水底または水中にタンクを設置する設置工程と、前記タンク内に高圧ガスを注入する注入工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る高圧ガスの貯蔵方法によれば、高圧ガスの圧力が内圧としてタンクに作用し、水圧が外圧としてタンクに作用するため、地上または海上にタンクを設置する場合に比べて、タンク内外の圧力差が小さくなる。このため、タンク自体の耐圧性能を軽減することが可能となり、タンクの製造コストを低減できる。また、水底または水中にタンクを設置するだけでよいため、地盤を堀削する必要がなく、タンクの設置コストを低減できるとともに、タンクの設置作業が容易となる。
【００１１】
また、前記設置工程では、前記タンク内に水を注入した後、水底または水中に前記タンクを設置することが好ましい。このようにすると、水が重りとなり、タンクを沈めやすくなる。
【００１２】
また、前記注入工程では、高圧ガスを圧入することにより、前記タンク外へ水を排出することが好ましい。このようにすると、高圧ガスの圧力によりタンク内の水を迅速に押し出すことができる。
【００１３】
また、少なくとも前記注入工程前に、前記タンクに浮上防止材を取り付けることが好ましい。このようにすると、水底または水中にタンクを確実に設置できる。
【００１４】
前記の課題を解決するために、本発明に係るタンクは、水底または水中に設置されたタンクであって、高圧ガスを貯蔵するタンク本体と、前記タンク本体に取り付けられた浮上防止材と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るタンクによれば、高圧ガスの圧力が内圧としてタンクに作用し、水圧が外圧としてタンクに作用するため、地上または海上にタンクを設置する場合に比べて、タンク内外の圧力差が小さくなる。このため、タンク自体の耐圧性能を軽減することが可能となり、タンクの製造コストを低減できる。また、水底または水中にタンクを設置するだけでよいため、地盤を堀削する必要がなく、タンクの設置コストを低減できるとともに、タンクの設置作業が容易となる。さらに、浮上防止材を備えるので、水底または水中にタンクを確実に設置できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る高圧ガスの貯蔵方法およびタンクによれば、安価かつ容易に高圧ガスを貯蔵できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るタンクを備えた二酸化炭素の地中貯留システムを説明するための説明図である。
【図２】実施形態に係るタンクの設置状態を示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る二酸化炭素の貯蔵方法を説明するための図であり、（ａ）は注水工程を示す側面図であり、（ｂ）は沈設工程を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る二酸化炭素の貯蔵方法について、図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
本実施形態に係る二酸化炭素の貯蔵方法の説明に先立って、二酸化炭素の地中貯留システムについて説明する。
【００２０】
図１に示すように、二酸化炭素の地中貯留システム１００は、排出源１から排出される二酸化炭素を回収し、沖合の貯留地付近まで輸送し、貯留対象層９に貯留するためのシステムである。
地中貯留システム１００は、分離回収装置２と、第１昇圧装置３と、第１タンク４と、船舶５と、第２タンク６と、第２昇圧装置７と、圧入井８とを備えている。
【００２１】
分離回収装置２は、排出源１の排気ガスに含まれる二酸化炭素を分離して回収するための装置である。分離回収装置２は、陸上に設置された排出源１に付設されている。排出源１は、例えば火力発電所、ゴミ焼却施設、製鉄所、石油精製施設、セメント工場等である。
【００２２】
第１昇圧装置３は、分離回収装置２で回収された二酸化炭素を昇圧して液化するための装置である。第１昇圧装置３は、陸上に設置されている。第１昇圧装置３は、例えばコンプレッサ等から成る。
【００２３】
第１タンク４は、第１昇圧装置３で液化された二酸化炭素を一時的に貯蔵するための中空容器である。第１タンク４は、陸上に設置されている。第１タンク４の形状や材質等は、特段限定されるものではないが、本実施形態の第１タンク４は、中空円柱状の鋼製タンクである。
【００２４】
船舶５は、第１タンク４から沖合の貯留地付近まで二酸化炭素を輸送するための輸送手段である。二酸化炭素は、液化された状態で輸送される。なお、二酸化炭素の輸送手段として、例えばパイプライン等を使用してもよい。船舶５については、後に詳しく説明する。
【００２５】
第２タンク６は、船舶５で輸送されてきた二酸化炭素を一時的に貯蔵するための中空容器である。第２タンク６は、沖合の貯留地付近の海底Ｓ１（図２参照）に設置されている。第２タンク６は、例えば水深１００ｍ〜１０００ｍの海域に設置される。第２タンク６内には、液体状態かつ高圧の二酸化炭素（高圧ガス）が貯蔵される。すなわち、海底Ｓ１が低温環境下にあるため、第２タンク６内の二酸化炭素の液体状態を保持しやすくなっている。
【００２６】
第２タンク６の耐圧性能は、第１タンク４よりも低く設定してもよい。すなわち、海底Ｓ１付近の水圧が外圧として第２タンク６に作用するので、陸上に設置される第１タンク４に比べて、第２タンク６内外の圧力差が小さくなり、ひいては、第２タンク６の耐圧性能を軽減することが可能となる。第２タンク６内に貯蔵された二酸化炭素は、排出管１２（図２参照）を通じて第２昇圧装置７へと排出される。第２タンク６については、後に詳しく説明する。
【００２７】
第２昇圧装置７は、第２タンク６から排出された二酸化炭素を昇圧するための装置である。図示は省略するが、第２昇圧装置７は、着底式または浮体式の海洋構造物に設置されている。第２昇圧装置７は、例えばコンプレッサ等から成る。第２昇圧装置７で昇圧された二酸化炭素は、図示せぬ圧送管を通じて圧入井８へと圧送される。
【００２８】
圧入井８は、海底Ｓ１にボーリングを行うことにより貯留対象層９に到達するように形成されたボーリング孔である。第２タンク６から圧送されてきた二酸化炭素は、圧入井８を通じて貯留対象層９に圧入（注入）される。
【００２９】
次に、図２を参照して、船舶５および第２タンク６について更に詳しく説明する。
【００３０】
船舶５は、二酸化炭素を貯蔵するためのガスタンク５１と、水を貯蔵するための水タンク５２とを有している。水タンク５２には、後記するようにタンク本体６１内の水が排水される。水タンク５２に排水された水は、再利用してもよい。なお、水タンク５２自体を省略してもよい。この場合には、排水された水を所定の方法で処理し、海に放流してもよい。
【００３１】
第２タンク６は、タンク本体６１と、タンク本体６１の外面に取り付けられた浮上防止材６２とを備えている。
【００３２】
タンク本体６１の形状や材質等は、特段限定されるものではないが、本実施形態のタンク本体６１は、中空円柱状の鋼製タンクである。タンク本体６１は、長さ方向（軸線方向）が横方向を指向する横置きで海底Ｓ１に設置されている。なお、後記するように第２タンク６の設置時（二酸化炭素の注入前）には、タンク本体６１内に水が注入される。
【００３３】
タンク本体６１は、第１接続部６１ａ、第２接続部６１ｂおよび第３接続部６１ｃを有している。なお、第１接続部６１ａ、第２接続部６１ｂおよび第３接続部６１ｃの配置は、図示のものに限定されることなく適宜変更してよい。
【００３４】
第１接続部６１ａは、ガスタンク５１からタンク本体６１内へ二酸化炭素を注入する際に使用されるものである。図２に示す第１接続部６１ａは、タンク本体６１の上部外周面から上向きに突設されている。第１接続部６１ａは、注入管１０を介して、船舶５のガスタンク５１に接続されている。注入管１０としては、例えばライザーパイプ等が用いられる。
【００３５】
なお、注入管１０は、第１接続部６１ａに常時接続し、船舶５が到着する度にガスタンク５１に接続してもよいし、または、ガスタンク５１に常時接続し、船舶５が到着する度に第１接続部６１ａに接続してもよい。前者の場合には、注入管１０の船舶側端部を海上に引き上げて海洋構造物に載置してもよいし、または、注入管１０を海底Ｓ１や海中Ｓ２に沈めておき、船舶５が到着する度に拾い上げてもよい。
【００３６】
第２接続部６１ｂは、タンク本体６１から水タンク５２内へ水を排水する際に使用されるものである。図２に示す第２接続部６１ｂは、タンク本体６１の軸方向の一端面（左側面）から横向きに突設されている。第２接続部６１ｂは、タンク本体６１の上下方向の中間部よりも下方に（タンク本体６１の底部外周面付近に）位置している。第２接続部６１ｂは、排水管１１を介して、船舶５の水タンク５２に接続されている。
【００３７】
なお、排水管１１は、第２接続部６１ｂに常時接続し、船舶５が到着する度に水タンク５２に接続してもよいし、または、水タンク５２に常時接続し、船舶５が到着する度に第２接続部６１ｂに接続してもよい。前者の場合には、排水管１１の船舶側端部を海上に引き上げて海洋構造物に載置してもよいし、または、排水管１１を海底Ｓ１や海中Ｓ２に沈めておき、船舶５が到着する度に拾い上げてもよい。
【００３８】
第３接続部６１ｃは、タンク本体６１から第２昇圧装置７へ二酸化炭素を排出する際に使用されるものである。図２に示す第３接続部６１ｃは、タンク本体６１の軸方向の他端面（右側面）から横向きに突設されている。第３接続部６１ｃは、タンク本体６１の上下方向の中間部よりも上方に（タンク本体６１の上部外周面付近に）位置している。第３接続部６１ｃは、排出管１２を介して、第２昇圧装置７に接続されている。
【００３９】
浮上防止材６２は、第２タンク６に作用する浮力に抗し、第２タンク６の浮き上がりを防止するためのものである。浮上防止材６２とタンク本体６１の総重量は、沈設状態の第２タンク６に作用する浮力よりも大きく設定される。第２タンク６の浮き上がりを防止できれば、浮上防止材６２の形状や材質等は、特段限定されるものではない。浮上防止材６２として、例えば、土砂、岩石、重量物、アンカー等を用いてもよいし、これらの中から適宜組み合わせたものを用いてもよい。
【００４０】
本実施形態に係る地中貯留システム１００は、基本的に以上のように構成されるものであり、次に、図２および図３を参照して、本実施形態に係る二酸化炭素の貯蔵方法について説明する。
【００４１】
本実施形態に係る二酸化炭素の貯蔵方法は、第２タンク６（タンク本体６１）を海底Ｓ１に設置する設置工程と、海底Ｓ１に設置された第２タンク６（タンク本体６１）内に二酸化炭素を注入する注入工程とを備えている。
【００４２】
図３に示す設置工程は、注水工程と、沈設工程とを含んでいる。
なお、第２タンク６（タンク本体６１）は、陸上で作製された後、空の状態のまま図示せぬ運搬船により貯留地付近まで曳航される。
【００４３】
図３（ａ）に示す注水工程は、貯留地付近の海上において、タンク本体６１内に注水する工程である。注水工程では、図示せぬ海洋構造物や船からタンク本体６１内に水を注入してもよいし、海からタンク本体６１内に海水を注入してもよい。このとき、配管１３により水の供給源とタンク本体６１とを接続する。図３（ａ）に示す配管１３の一端部は、第１接続部６１ａに接続され、図示せぬ他端部は、供給源に接続される。注水作業の完了後には、第１接続部６１ａから配管１３を抜脱する。
【００４４】
この注水工程を行うと、水が重りとなり、タンク本体６１を沈めやすくなる。
なお、タンク本体６１内全体に水を入れて（すなわちタンク本体６１内を満水状態として）、入れた水に圧力をかけると、タンク本体６１内全体に内圧が作用し、二酸化炭素の注入前においても、タンク本体６１内外の圧力差を小さくできる。
【００４５】
図３（ｂ）に示す沈設工程は、注水されたタンク本体６１を海底Ｓ１に沈設する工程である。タンク本体６１の沈設作業には、例えば起重機船１４を使用する。
本実施形態では、沈設工程後に、タンク本体６１に浮上防止材６２（図２参照）を取り付ける。なお、浮上防止材６２は、少なくとも注入工程前までに取り付けておけばよい。例えば、陸上でタンク本体６１に浮上防止材６２を取り付けて曳航してもよいし、海上でタンク本体６１に浮上防止材６２を取り付けてから沈設してもよい。
【００４６】
図２に示す注入工程では、まず注入管１０により第１接続部６１ａとガスタンク５１とを相互に接続し、排水管１１により第２接続部６１ｂと水タンク５２とを相互に接続する。
続いて、船舶５のガスタンク５１内からタンク本体６１内へ高圧の二酸化炭素を注入（圧入）する。二酸化炭素を注入すると、二酸化炭素の圧力により、タンク本体６１内の水が押し出される。すなわち、二酸化炭素の注入と水の排水を同時に行うことができる。押し出された水は、排水管１１を通じて水タンク５２内へと排水される。
なお、二酸化炭素の圧力を利用することなく、船舶５に搭載されたポンプ等により水を汲み上げてから、二酸化炭素を注入してもよい。この場合には、水を汲み上げる前に、浮上防止材６２を取り付けて、水が無くてもタンク本体６１が浮き上がらないようにする。
【００４７】
タンク本体６１内の水が二酸化炭素に入れ替わった後、二酸化炭素の注入を停止する。二酸化炭素の容量が少ない場合には、水の一部を排水せずに残したり、海水を加えたりして、タンク本体６１内全体に内圧が作用する状態を維持してもよい。
【００４８】
以上の工程を経て、二酸化炭素が第２タンク６内に貯蔵される。なお、第２タンク６のメンテナンス作業には、例えばＲＯＶ（Remotely Operated Vehicle）やＡＵＶ（Autonomous Underwater Vehicle）等が使用される。
【００４９】
以上説明した本実施形態に係る二酸化炭素の貯蔵方法によれば、二酸化炭素を貯蔵する第２タンク６を海底Ｓ１に設置することにより、二酸化炭素の圧力が内圧としてタンク本体６１に作用し、水圧が外圧としてタンク本体６１に作用するため、地上または海上にタンクを設置する場合に比べて、タンク本体６１内外の圧力差が小さくなる。このため、タンク本体６１自体の耐圧性能を軽減することが可能となり、タンク本体６１の製造コストを低減できる。
また、第２タンク６を海底Ｓ１に設置するだけでよいため、地盤を堀削する必要がなく、第２タンク６の設置コストを低減できるとともに、第２タンク６の設置作業が容易となる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、タンク本体６１内に注水した後、タンク本体６１を海底Ｓ１に設置するため、水が重りとなり、タンク本体６１を沈めやすくなる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、高圧の二酸化炭素ガスを圧入するため、二酸化炭素の高い圧力により、タンク本体６１内の水を迅速に押し出すことができる。
特に、本実施形態によれば、二酸化炭素の注入口である第１接続部６１ａをタンク本体６１の上部外周面に設け、排水口である第２接続部６１ｂをタンク本体６１の底部外周面付近に設けているため、タンク本体６１内の水がスムーズに押し出されやすくなる。
【００５２】
タンク本体６１は、水よりも比重が軽い二酸化炭素が貯蔵される中空容器であるため、タンク本体６１のみでは海面上に浮き上がるおそれがある。これに対し、本実施形態によれば、タンク本体６１に浮上防止材６２を取り付けているため、第２タンク６を海底Ｓ１に確実に設置できる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施できるのはいうまでもない。
本実施形態では、高圧の二酸化炭素を貯蔵する場合を例示したが、二酸化炭素以外の高圧ガスを貯蔵する場合にも本発明を適用することができる。例えば、発電に利用する圧縮空気、天然ガス、液化石油ガス等を貯蔵する場合にも本発明を適用することができる。また、貯蔵される二酸化炭素等は、気体または液体のいずれの状態であってもよい。
【００５４】
本実施形態では、第２タンク６を海底Ｓ１に設置したが、第２タンク６を海底Ｓ１から離間した状態で海中Ｓ２に設置してもよい。この場合には、例えば海洋構造物に設置された楊重装置や吊り材等により第２タンク６を海中Ｓ２に吊下げ支持してもよい。
【００５５】
本実施形態では、第１タンク４および第２タンク６として、中空円柱状の鋼製タンクを用いたが、第１タンク４および第２タンク６の形状や材質等を限定する趣旨ではない。第１タンク４および第２タンク６として、例えば球形状や角形状等のタンクを用いてもよいし、鉄筋コンクリート製タンク（ＲＣタンク）やプレストレストコンクリート製タンク（ＰＣタンク）等を用いてもよい。ＰＣタンクを用いる場合には、二酸化炭素によるＰＣ鋼材の腐食を防ぐために、耐ＣＯ2セメントを使用するのが望ましい。
【００５６】
本実施形態では、第２タンク６を海底Ｓ１に設置したが、第１タンク４に対して本発明を適用することができる。すなわち、第１タンク４を海底Ｓ１または海中Ｓ２に設置してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１００  地中貯留システム
６      第２タンク（タンク）
６１    タンク本体
６２    浮上防止材
Ｓ１    海底（水底）
Ｓ２    海中（水中）
【図１】
2017032004.tif 000003
【図２】
2017032004.tif 000004
【図３】
2017032004.tif 000005