저장물질의 저장장치 및 저장물질의 저장방법 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
申请号 | KR1020117004150 | 申请日 | 2009-08-12 | 公开(公告)号 | KR1020110040949A | 公开(公告)日 | 2011-04-20 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
申请人 | 도쿄 가스 가부시키가이샤; | 发明人 | 카메야마,히로미치; 니시오,스스무; 쉬에,지키우; 마츠오카,토시후미; | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
摘要 | 주입 웰(9)의 선단에는 필터(13)가 형성된다. 이산화탄소 탱크(3) 내에 저장되는 이산화탄소는 압송장치(5)에 의해 압송된다. 압송 장치(5)는 이산화탄소 탱크(3) 내의 이산화탄소를 펌프로 주입 웰(9)에 보낸다. 이때 이산화탄소는 압송장치 내에서 압력 조정 밸브, 온도 조정기 등에 의해 소정 압력 이상 또한 소정 온도 이상 상태로 유지되어 초임계 상태가 된다. 초임계 상태가 된 이산화탄소는 주입 웰(9)에서 화살표 A 방향으로 보내지고 주입 웰(9)의 단부에 형성된 필터(13)을 통과해 염수성 대수층(11)에 주입된다. 염수성 대수층(11)에 주입된 이산화탄소는 마이크로 버블화된다. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
权利要求 | 지하에 저장물질을 저장하는 저장장치로서, 염수성 대수층에 이르는 주입 웰; 상기 주입 웰에 이산화탄소, 이산화탄소보다 물에 대한 용해도가 큰 물질 및 메탄 중 적어도 1종을 포함하는 저장물질을 압송하는 압송장치; 및 상기 주입 웰의 선단 근방에 형성된 다공질 부재를 구비하며, 상기 주입 웰 내에 압송되는 저장물질을 상기 다공질 부재를 통해 상기 염수성 대수층에 주입하는 것이 가능하고, 상기 다공질 부재로부터 상기 염수성 대수층에 주입되는 저장물질은 초임계 상태인 것을 특징으로 하는 저장물질의 저장장치. 제1항에 있어서, 상기 다공질 부재로부터 상기 염수성 대수층에 저장물질이 주입될 때, 저장물질의 마이크로 버블이 발생하는 것을 특징으로 하는 저장물질의 저장장치. 제1항에 있어서, 상기 다공질 부재는 세라믹스제의 입자와 상기 입자를 결합하는 결합제를 혼합하여 소성한 것이고, 구멍 지름 분포의 최빈값이 40㎛ 이하이며, 구멍 지름 분포의 반값 전폭이 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 저장물질의 저장장치. 제1항에 있어서, 상기 다공질 부재는 스테인리스제 소결 필터인 것을 특징으로 하는 저장물질의 저장장치. 제1항에 있어서, 가스전, 유전 또는 오일샌드 중 어느 하나에 이르는 생산 웰을 더 구비하고, 상기 생산 웰로부터는 가스, 석유 또는 중유를 채취 가능한 것을 특징으로 하는 저장물질의 저장장치. 제5항에 있어서, 상기 생산 웰에서 분리된 물을 상기 주입 웰에 압송되는 저장물질과 혼합하고, 상기 저장물질과 상기 물의 혼합물을 상기 염수성 대수층에 주입 가능한 것을 특징으로 하는 저장물질의 저장장치. 염수성 대수층에 이르는 주입 웰의 선단 근방에 다공질 부재를 형성하고, 상기 다공질 부재를 통해 상기 염수성 대수층에 초임계 상태의 저장물질을 주입하는 것을 특징으로 하는 염수성 대수층으로의 저장물질의 저장방법. 제7항에 있어서, 상기 다공질 부재에 의해, 상기 염수성 대수층 내로 저장물질의 마이크로 버블을 발생시키는 것을 특징으로 하는 염수성 대수층으로의 저장물질의 저장방법. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
说明书全文 |
|
메디안 | 모드 | 반값 전폭 | |
40㎛ SUS 소결 필터 | 37.9 | 38.4 | 18 |
28㎛ 비트리파이드 숫돌 | 17.3 | 17.8 | 6 |
40㎛ 비트리파이드 숫돌 | 30.0 | 28.5 | 9 |
(단위: ㎛)
표 1에 나타내는 바와 같이, 비트리파이드 숫돌은 공칭지름에 대해 약간 구멍 지름이 작고, 특히 반값 전폭이 스테인리스 소결 필터에 비해 매우 작다. 즉, 비트리파이드 숫돌은 구멍 지름의 격차가 작고, 구멍 지름의 사이즈가 스테인리스 소결 필터에 대해 맞춰져 있는 것을 알 수 있다. 여기서 구멍 지름 분포의 반값 전폭이란 대상 물질의 구멍 지름의 분포로서 미분세공 용적분포를 세로축, 구멍 지름(구멍 지름의 로그)을 가로축으로 한 경우에 특정되는 구멍 지름 분포곡선에 있어서, 미분세공 용적분포의 최대치에 대한 반값에서의 구멍 지름 분포폭을 말한다. 도 6은 구멍 지름 분포를 나타내는 모식도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이 구멍 지름 분포는 세로축을 미분세공 용적분포(-dV/d(logD))로 하고, 가로축을 구멍 지름으로 함으로써 얻을 수 있다. 미분세공 용적분포는 측정 포인트의 편차 및 구멍 지름의 로그 플롯을 고려하여 구멍 지름별 세공 용적인 차분세공 용적(dV)을 구멍 지름의 로그취급에서의 차분치(d)(logD)로 나눈 값이다. 반값 전폭이란 도 6에 나타내는 예에서는 분포곡선의 최대 미분세공 용적분포(F)의 절반의 값(G)에서의 곡선의 분포폭(H)이다. 비트리파이드 숫돌을 이용하면 구멍 지름 분포의 편차(반값 전폭)는 대체로 10㎛ 이하로 할 수 있다. 이러한 구멍 지름 편차가 되도록 세라믹스제(알루미나 및 티탄 산화물)의 입자로서 50% 누적 입경이 40㎛ 이하이며, 또한 입자의 50% 누적 입경의 오차가 2.5㎛ 이하인 것을 이용했다. 또한 이용한 비트리파이드 숫돌은 Matsunaga Stone Co.,Ltd. 제조 알루미나 연삭숫돌이다.
도 7A는 구멍 지름 40㎛의 비트리파이드 숫돌, 도 7B는 구멍 지름 40㎛의 스테인리스 소결 필터의 필터 표면 사진이다. 상술한 바와 같이 비트리파이드 숫돌은 스테인리스 소결 필터와 비교하여 동일 구멍 지름(규격)이어도 구멍 지름 편차가 작다. 이것은 비트리파이드 숫돌의 입도 편차(2.5㎛ 이하)가 작기 때문이다.
또한 이산화탄소 개별체인 경우 외에 이산화탄소와 물의 혼합물을 압력 용기(63)에 주입했을 때의 상태를 확인했다. 또한 압력 용기(63)에 주입된 이산화탄소의 상태로는 마이크로 버블이 어느 정도 발생했는지를 관찰했다.
표 2는 각 시험의 조건 및 결과를 나타낸다. 표 2에 있어서 "유량", "온도", "압력"은 각각 압력 용기에 주입하는 이산화탄소의 유량, 온도, 압력을 나타내고, 이때의 이산화탄소의 상태가 CO 2 상태이다. "CO 2 상태"에서의 "초임계"란 초임계 상태의 이산화탄소인 것을 나타낸다. 또 "필터 종류"에 있어서 "SUS 소결"은 스테인리스 소결 필터이며, "숫돌"은 비트리파이드 숫돌이며, 또 "필터"는 필터의 구멍 지름(규격)을 나타내고, "물의 혼입"이 "있음"인 경우는 물 탱크(51)로부터의 물을 이산화탄소와 혼합하여 압력 용기(63)에 주입하는 경우를 나타낸다.
시험 No. | 유량 (ml/min) | 온도 (℃) | 압력 (MPa) | CO 2 상태 | 필터 종류 | 필터 ㎛ | 물의 혼입 | 마이크로 버블 발생 상황 | |
1 | 비교예 | 2 | 24 | 5 | 기체 | SUS 소결 | 20 | 없음 | C |
2 | 비교예 | 2 | 24 | 8 | 액체 | SUS 소결 | 20 | 없음 | C |
3 | 본 발명 | 2 | 40 | 10 | 초임계 | SUS 소결 | 20 | 없음 | A |
4 | 본 발명 | 10 | 40 | 10 | 초임계 | SUS 소결 | 20 | 없음 | A |
5 | 본 발명 | 20 | 40 | 10 | 초임계 | SUS 소결 | 20 | 없음 | A |
6 | 본 발명 | 40 | 40 | 10 | 초임계 | SUS 소결 | 20 | 없음 | A |
7 | 본 발명 | 10 | 40 | 10 | 초임계 | SUS 소결 | 20 | 있음 | B |
8 | 본 발명 | 20 | 40 | 10 | 초임계 | SUS 소결 | 20 | 있음 | A |
9 | 본 발명 | 40 | 40 | 10 | 초임계 | SUS 소결 | 20 | 있음 | B |
10 | 비교예 | 2 | 24 | 5 | 초임계 | SUS 소결 | 40 | 없음 | C |
11 | 비교예 | 2 | 24 | 8 | 기체 | SUS 소결 | 40 | 없음 | C |
12 | 본 발명 | 2 | 40 | 10 | 액체 | SUS 소결 | 40 | 없음 | A |
13 | 본 발명 | 5 | 40 | 10 | 초임계 | SUS 소결 | 40 | 없음 | A |
14 | 본 발명 | 10 | 40 | 10 | 초임계 | SUS 소결 | 40 | 없음 | A |
15 | 본 발명 | 1 | 40 | 8 | 초임계 | 숫돌 | 28 | 없음 | S |
16 | 본 발명 | 5 | 40 | 8 | 초임계 | 숫돌 | 28 | 없음 | S |
17 | 본 발명 | 10 | 40 | 8 | 초임계 | 숫돌 | 28 | 없음 | S |
18 | 본 발명 | 1 | 40 | 10 | 초임계 | 숫돌 | 28 | 없음 | S |
19 | 본 발명 | 5 | 40 | 10 | 초임계 | 숫돌 | 28 | 없음 | S |
20 | 본 발명 | 10 | 40 | 10 | 초임계 | 숫돌 | 28 | 없음 | S |
21 | 본 발명 | 1 | 40 | 8 | 초임계 | 숫돌 | 40 | 없음 | S |
22 | 본 발명 | 5 | 40 | 8 | 초임계 | 숫돌 | 40 | 없음 | S |
23 | 본 발명 | 10 | 40 | 8 | 초임계 | 숫돌 | 40 | 없음 | S |
24 | 본 발명 | 1 | 40 | 10 | 초임계 | 숫돌 | 40 | 없음 | S |
25 | 본 발명 | 5 | 40 | 10 | 초임계 | 숫돌 | 40 | 없음 | S |
26 | 본 발명 | 10 | 40 | 10 | 초임계 | 숫돌 | 40 | 없음 | S |
마이크로 버블의 발생 상황으로는 1mm 이상의 기포(초임계 상태를 포함) 또는 액체방울(이하, 기체, 액체 혹은 초임계 상태에 관계없이 간단히 "기포"라 한다)이 확인되어도 1mm 미만의 마이크로 버블이 다수 발생하면 "A"로 했다. 또 발생한 기포의 대부분이 1mm 이상이라 해도 약간이라도 마이크로 버블이 확인된 경우에는 "B"로 했다. 모두 1mm 이상의 기포인 경우에는 "C"로 했다. 또 A와 비교해도 특히 균일하고 대량의 마이크로 버블이 관찰된 것을 "S"로 했다.
표 2에 있어서, 시험 No. 1∼3을 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 필터 구멍 지름을 20㎛로 하여 동일한 유량(2ml/min)으로 한 경우, 초임계 상태의 이산화탄소를 주입한 경우에(시험 No. 3) 마이크로 버블이 잘 발생했다. 한편 기체 상태의 이산화탄소(시험 No. 1) 및 액체 상태의 이산화탄소(시험 No. 2)에서는 마이크로 버블은 발생하지 않았다. 또 초임계 상태의 이산화탄소는 유량을 10ml∼40ml로 증가시켜도 마이크로 버블화했다(시험 No. 4∼6).
도 8A, 도 8B는 시험 No. 5에서의 마이크로 버블의 발생 상황을 나타내는 예이다. 도 8A는 카메라(73)에 의해 촬영된 영상이며, 도 8B는 도 8A의 모식도이다. 또한 도면 중 우측이 압력 용기(63)의 하측이고, 도면 중 좌측이 압력 용기(63)의 상측이다.
도 8B에 나타내는 바와 같이, 압력 용기(63)의 하방(도면을 보았을 때 우측)으로부터 이산화탄소를 주입하면, 이산화탄소는 압력 용기(63) 내의 물 속에서 화살표 E 방향으로 분사된다. 이때 다소의 기포(79)가 생기지만, 매우 미세한 마이크로 버블(75)이 확인되었다. 마이크로 버블(75)은 도면을 보았을 때 좌측(압력 용기(63)의 상방)으로 갈수록 소멸되었다. 이것은 마이크로 버블이 된 이산화탄소가 물(77) 속에 용해되었기 때문이다.
마찬가지로 도 9A, 도 9B는 시험 No. 2에서의 이산화탄소의 상황을 나타내는 예이다. 도 9A는 카메라(73)에 의해 촬영된 영상이며, 도 9B는 도 9A의 모식도이다. 도면 중 화살표 E는 이산화탄소의 주입 방향이다.
액체 상태로 주입된 이산화탄소는, 마이크로 버블화하는 일 없이 큰 기포(79)로서 물(77) 속에 주입되었다. 기포(77)는 필터(61)로부터 이탈하면 곧바로 상방으로 부상했다. 따라서 이산화탄소는 거의 물(77)에 용해되는 일은 없었다.
또 표 2에 나타내는 바와 같이 시험 No. 10∼12와 같이 필터 구멍 지름을 40㎛로 한 경우에도, 초임계 상태의 이산화탄소에서는 마이크로 버블화했다. 한편 기체 및 액체 상태에서는 마이크로 버블은 발생하지 않았다. 또 초임계 상태의 이산화탄소는 유량을 5ml∼10ml로 증가시켜도 마이크로 버블화했다(시험 No. 13∼14).
도 10A, 도 10B는 시험 No. 14에서의 마이크로 버블의 발생 상황을 나타내는 예이다. 도 10A는 카메라(73)에 의해 촬영된 영상이며, 도 10B는 도 10A의 모식도이다.
도 10B에 나타내는 바와 같이 도면 중 화살표 E 방향으로 이산화탄소를 주입하면 다소의 기포(79)가 생기지만, 매우 미세한 마이크로 버블(75)이 확인되었다. 마이크로 버블(75)은 도면을 보았을 때 좌측으로 갈수록 소멸되었다. 이것은 마이크로 버블(75)이 된 이산화탄소가 물(77) 속에 용해되었기 때문이다.
그리고, 시험 No. 7∼9와 같이 물을 혼입시킨 경우에도, 초임계 상태의 이산화탄소에서는 마이크로 버블화했다. 물을 혼입하는 것에 의해 마이크로 버블의 발생은 약간 억제되지만, 유량 20ml/min에서는 충분히 마이크로 버블이 발생했다. 또 유량 10ml/min, 40ml/min의 경우에서는 예를 들어 시험 No. 4, 6과 각각 비교해 마이크로 버블의 발생량은 줄어들었지만, 일부는 마이크로 버블이 되었다.
도 11A, 도 11B는 시험 No. 20에서의 마이크로 버블의 발생 상황을 나타낸 예이다. 도 11A는 카메라(73)에 의해 촬영된 영상이고 도 11B는 도 11A의 모식도이다.
필터로서 숫돌을 이용한 것은 상술한 스테인리스 소결 필터를 이용한 것보다 더 균일하고 대량의 마이크로 버블의 발생이 확인되었다. 이것은 숫돌 필터의 입도의 편차가 작고 균일한 구멍 지름을 가지고 있기 때문이다. 숫돌을 이용함으로써 스테인리스 필터보다 균일한 구멍 지름 분포가 되기 때문에, 보다 마이크로 버블의 발생이 촉진된다.
도 12A, 도 12B는 숫돌 필터 상에 사암층을 설치하여 40℃, 10MPa, 7ml/min의 조건으로 이산화탄소를 마이크로 버블화했을 때의 마이크로 버블의 발생 상황을 나타내는 예이다. 도 12A는 카메라(73)에 의해 촬영된 영상이며, 도 12B는 도 12A의 모식도이다.
실제로 이산화탄소를 저장층에 저장하기 위해서는, 필터로부터 분사된 이산화탄소에 대해 사암층을 통과한 후 대수층에서의 버블 발생 상황이 문제가 된다. 그래서 필터(61) 상에 사암층으로서 다고사암을 설치하여 사암층으로부터 나오는 버블의 발생 상황을 조사했다. 그 결과, 도 12A, 도 12B에 나타내는 바와 같이 필터(61) 상에 다고사암을 설치하여 필터(61) 및 다고사암을 통과해도 마이크로 버블이 발생하는 것이 확인되었다. 또한 마찬가지로 다고사암 대신에 베레아사암을 이용해도 마찬가지로 마이크로 버블의 발생이 확인되었다.
이와 같이 필터(61)를 통해 특히 초임계 상태의 이산화탄소를 물(77) 속에 주입하면, 이산화탄소의 마이크로 버블(75)을 용이하게 발생시킬 수 있다. 이산화탄소를 마이크로 버블화함으로써 이산화탄소가 물(77)에 효율적으로 용해된다. 또 물과 혼합한 경우에도 초임계 상태의 이산화탄소를 필터(61)를 통해 물(77) 속에 주입하면, 마이크로 버블화되는 것을 알 수 있다. 또한 본 실시예에서는 이산화탄소의 예를 나타냈지만, 다른 물질이라 해도 초임계 상태로 필터를 통해 물 속에 분사시키면 마찬가지로 마이크로 버블을 발생시킬 수 있다. 특히 아세틸렌, 암모니아, 이산화황, 염화수소, 염소, 황화수소에 있어서는 동일한 온도 압력 조건에서의 물에 대한 용해도가 이산화탄소보다 높아 상당한 용해 촉진 효과를 기대할 수 있다.
이상 본 발명의 실시의 형태에 의하면, 다공질 부재인 필터를 통해 특히 초임계 상태의 이산화탄소를 염수성 대수층에 주입함으로써 염수성 대수층 내에서 이산화탄소가 효율적으로 마이크로 버블화되고, 이 때문에 이산화탄소는 염수성 대수층에 효율적으로 용해됨과 함께 암석 등의 성분인 Ca, Mg 등과의 화학 반응에 의해 탄산 화합물로서 지하에 고정할 수 있다.
이산화탄소의 초임계 상태는 하이드레이트에 비해 적용할 수 있는 조건이 넓기 때문에 압입 사이트의 선정에 제한이 적다. 그리고 지하의 염수성 대수층에 직접 주입하는 것이 가능하기 때문에 지하로부터 염수성 대수층의 지층수를 퍼 올릴 필요가 없고, 이 때문에 장치도 소형화할 수 있다.
이상 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태를 설명했으나, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시형태에 좌우되지 않는다. 당업자라면 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서 각종 변경예 또는 수정예를 생각해 낼 수 있는 것은 명백하며, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예를 들어 가스전, 유전, 오일샌드 등에 이르는 생산 웰을 형성하고 주입 웰에 의해 이산화탄소 등을 그 지하에 주입함으로써 생산 웰에 의해 가스, 석유, 중유 등을 증진회수할 수 있다. 또한, 이때 생산 웰에 의해 채취된 기름 등과 물의 혼합물로부터 기름 등을 회수한 후 나머지 물을 이산화탄소에 혼합해 지하에 주입함으로써 과잉 채취한 물을 지하에 되돌릴 수 있어, 이 때문에 지반침하 등을 억제함과 동시에 염수성 대수층에 효율적으로 이산화탄소를 주입할 수 있다.
1, 20, 30: 이산화탄소 저장장치 3: 이산화탄소 탱크
5: 압송장치 7: 지면
9: 주입 웰 11: 염수성 대수층
13: 필터 15: 마이크로 버블
31: 해면 33: 해저
40: 이산화탄소 저장 시험 장치 41: 이산화탄소 탱크
43: 시린지 펌프 45: 압력 조정 밸브
47: 밸브 49: 배관
51: 물 탱크 53: 시린지 펌프
55: 압력 조정 밸브 57: 밸브
59: 배관 61: 필터
63: 압력 용기 65: 배출 밸브
67: 조명창 69: 조명
71: 촬영창 73: 카메라
75: 매크로 버블 77: 물
79: 기포 80: 이산화탄소 저장장치
81: 이산화탄소 탱크 83: 압송장치
85: 지면 87: 주입 웰
89: 시일층 91: 저장층