特許 5851886 地熱利用システム、シリカライト合成方法、並びに炭酸リチウム回収方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5851886

(24)【登録日】2015年12月11日

(45)【発行日】2016年2月3日

(54)【発明の名称】地熱利用システム、シリカライト合成方法、並びに炭酸リチウム回収方法

(51)【国際特許分類】

   F03G 4/00 20060101AFI20160114BHJP

   C01B 37/02 20060101ALI20160114BHJP

   C01D 7/00 20060101ALI20160114BHJP

【ＦＩ】

   F03G4/00 511

   F03G4/00 501

   F03G4/00 551

   C01B37/02

   C01D7/00 Z

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-44430(P2012-44430)

(22)【出願日】2012年2月29日

(65)【公開番号】特開2013-180912(P2013-180912A)

(43)【公開日】2013年9月12日

【審査請求日】2015年1月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】中川 義淑

(72)【発明者】

【氏名】永石 尚昭

(72)【発明者】

【氏名】西 敏郎

【審査官】 山口 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−２６６１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−２２７７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１３５７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１７１５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１４２９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０９９０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２７０７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 上田晃ら，含窒素カチオン系化合物添加による澄川地熱水中のシリカ回収，日本地熱学会誌，２０００年１０月２５日，第２２巻，２４９〜２５８ページ

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ３３／００−３９／５４

Ｃ０１Ｄ１／００−１７／００

Ｆ０３Ｇ４／００−４／０６

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

生産井からの地熱流体を気水分離器により蒸気及び熱水に分離し、前記分離した蒸気を利用してタービンを駆動させ発電を行い、前記分離した熱水を還元井から地下に還元する地熱利用システムであって、
界面活性剤を添加する界面活性剤添加手段、及び、沈降した固形物を収集する固形物収集手段を有し、地下に還元する前の前記分離した熱水からシリカ成分を回収するシリカ回収装置と、
鋳型剤及び前記シリカ回収装置で回収されたシリカ成分からシリカライトを合成するシリカライト合成炉と、
を備え、
前記シリカライト合成炉の反応熱源として、前記生産井からの地熱流体を利用した加熱手段を有する地熱利用システム。

【請求項2】

前記界面活性剤添加手段から添加される界面活性剤が、カチオン高分子化合物である請求項１に記載の地熱利用システム。

【請求項3】

前記鋳型剤が、結晶化調整剤または構造規定剤である請求項１または請求項２に記載の地熱利用システム。

【請求項4】

マンガン酸化物を用いたイオン交換酸化物法により前記シリカ回収装置を経由した熱水からリチウムを炭酸リチウムとして回収するリチウム回収装置を更に備え、
前記リチウム回収装置が、
前記シリカ回収装置を経由した熱水にマンガン酸化物を添加し、前記熱水からリチウムマンガン酸化物を生成させるマンガン酸化物添加手段と、
前記リチウムマンガン酸化物に炭酸ナトリウムを添加する炭酸ナトリウム添加手段と、
沈降した固形物を収集する固形物収集手段と、
を備える請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の地熱利用システム。

【請求項5】

前記気水分離器が、界面活性剤を添加する界面活性剤添加手段、及び、沈降した固形物を収集する固形物収集手段を備える請求項１または請求項２に記載の地熱利用システム。

【請求項6】

生産井からの地熱流体を気水分離器により蒸気及び熱水に分離し、前記分離した蒸気を利用してタービンを駆動させ発電を行い、前記分離した熱水を還元井から地下に還元する地熱利用システムにおいてシリカライトを合成する方法であって、
界面活性剤を添加する界面活性剤添加ステップ、及び、沈降した固形物を収集する固形物収集ステップを有し、地下に還元する前の前記分離した熱水からシリカ成分を回収するシリカ回収工程と、
鋳型剤、及び、前記シリカ回収工程で回収されたシリカ成分を、前記生産井からの地熱流体を利用した加熱手段により加熱し、シリカライトを合成する合成工程と、
を備えるシリカライト合成方法。

【請求項7】

生産井からの地熱流体を気水分離器により蒸気及び熱水に分離し、前記分離した蒸気を利用してタービンを駆動させ発電を行い、前記分離した熱水を還元井から地下に還元する地熱利用システムにおいて炭酸リチウムを回収する方法であって、
マンガン酸化物を用いたイオン交換酸化物法により、請求項６に記載のシリカ回収工程を経た熱水からリチウムを炭酸リチウムとして回収するリチウム回収工程を備え、
前記リチウム回収工程が、
前記シリカ回収工程を経た熱水にマンガン酸化物を添加し、前記熱水からリチウムマンガン酸化物を生成させるマンガン酸化物添加ステップと、
前記リチウムマンガン酸化物に炭酸ナトリウムを添加する炭酸ナトリウム添加ステップと、
沈降した固形物を収集する固形物収集ステップと、
を備える炭酸リチウム回収方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生産井からの地熱流体を利用して発電を行う地熱利用システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、自然エネルギー利用発電が注目される中、地熱発電も注目されている。地熱発電は、地中から地熱流体を噴出させ、該噴出させた地熱流体から分離された水蒸気を用いてタービンを駆動させて発電するものである。従来の地熱発電プラントでは、発電に利用した地熱流体をそのまま還元井に戻す。

【0003】

地熱流体には、一般的に溶融性シリカ（シリカモノマー）が数１００ｐｐｍの濃度で含まれている。シリカモノマーは、温度の低下に伴ってシリカポリマーに成長し、析出してシリカスケールとなり凝集する。シリカスケールは、地熱発電プラントを構成する熱水配管、タービン内部や環元井の閉塞の原因となるため、対策が求められている。

【0004】

特許文献１には、表面がプラスに帯電したγ−アルミナ担体及びカチオン系界面活性剤により地熱流体からポリケイ酸を回収する方法及装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４６２５１７７号公報（請求項１、段落［０００６］）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の装置は、γ−アルミナ担体が数％、及びカチオン系界面活性剤が数１０ｐｐｍ必要である上、設備構成が複雑となる。よって、更なる設備の簡素化が求められる。また、特許文献１に記載のシリカ回収装置で回収されるシリカ成分は、そのままで処理をするには産業廃棄物となり、廃棄コストの負担が発生する。

【0007】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、より単純な構成のシリカ回収装置を用いて、地下に還元される前の熱水中からシリカ成分を収集するとともに、収集したシリカ成分の廃棄コストを低減できる地熱利用システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の地熱利用システムは以下の手段を採用する。
本発明は、生産井からの地熱流体を気水分離器により蒸気及び熱水に分離し、前記分離した蒸気を利用してタービンを駆動させ発電を行い、前記分離した熱水を還元井から地下に還元する地熱利用システムであって、界面活性剤を添加する界面活性剤添加手段、及び、沈降した固形物を収集する固形物収集手段を有し、地下に還元する前の前記分離した熱水からシリカ成分を回収するシリカ回収装置と、鋳型剤及び前記シリカ回収装置で回収されたシリカ成分からシリカライトを合成するシリカライト合成炉と、を備える地熱利用システムを提供する。

【0009】

上記発明によれば、シリカ回収装置を設けることにより、分離した熱水に含まれるシリカ成分を回収することができる。これにより、地下に還元される熱水に含有されるシリカ量が減少するため、還元井へのシリカの付着を抑制して還元井の閉塞を抑制し、還元井の追堀までの寿命を延長することができる。シリカ回収装置は、界面活性剤添加手段を有し、分離した熱水に界面活性剤を添加することができる。熱水に所定量の界面活性剤を含有させると、重合シリカが生成され、溶解性シリカ（シリカモノマー）と分離して沈降する。沈降した重合シリカは、固形物収集手段により収集され得る。また、シリカ回収装置は、溶解度差を用いてシリカ成分を分離するために熱水の温度を下げるシステムとは異なり、熱水の温度を下げることなくシリカ成分を回収可能であるため、熱水の温度を変化させる熱交換器も不要となり、配管や環元井へ流れる熱水に含まれる不純物の析出抑制に好ましい。

【0010】

重合シリカは産業廃棄物であるため、そのままでは廃棄に新たに費用が発生するが、上記発明によれば、回収されたシリカ成分をシリカライト合成炉でシリカライトとすることができる。シリカライトは廃棄物ではなく、ゼオライト吸着剤として高価で市場に流通しており、有用で価値のある資源になるので、シリカライトの回収・運搬には新たな費用を発生させずに、さらには利益を発生することも可能となる。

【0011】

上記発明の一態様において、前記界面活性剤添加手段から添加される界面活性剤が、カチオン高分子化合物であることが好ましい。

【0012】

界面活性剤としてカチオン高分子化合物を選定することで、他の界面活性剤を用いた場合と比較して少ない使用量でシリカ成分を回収することが可能となる。

【0013】

上記発明の一態様において、前記シリカライト合成炉の反応熱源として、前記生産井からの地熱流体を利用した加熱手段を有する。

【0014】

シリカ成分と鋳型剤との合成反応において、反応温度は１５０℃程度が適温とされている。生産井からの地熱流体は、一般に１５０℃以上であるため、これを利用することで、別途加熱手段を設けずに、シリカライト合成を促進させることができる。

【0015】

上記発明の一態様において、前記鋳型剤が、結晶化調整剤または構造規定剤であることが好ましい。

【0016】

上記発明の一態様において、地熱利用システムは、マンガン酸化物を用いたイオン交換酸化物法により前記シリカ回収装置を経由した熱水からリチウムを炭酸リチウムとして回収するリチウム回収装置を更に備え、前記リチウム回収装置が、前記シリカ回収装置を経由した熱水にマンガン酸化物を添加し、前記熱水からリチウムマンガン酸化物を生成させるマンガン酸化物添加手段と、前記リチウムマンガン酸化物に炭酸ナトリウムを添加する炭酸ナトリウム添加手段と、沈降した固形物を収集する固形物収集手段と、を備えることが好ましい。

【0017】

さらに、地熱流体には、一般的にリチウムなど希少金属が数１０ｐｐｍから数１００ｐｐｍの濃度で含まれ、例えば海水より桁違いに高い濃度である。
地熱流体から分離した熱水から直接にイオン交換酸化物法を用いてリチウムを回収しようとすると、シリカ成分が多く含まれるため高濃度シリカが同時に析出してリチウムの回収が困難となる。上記発明の一態様によれば、シリカ回収装置を経由した熱水は、シリカ成分が大きく除去されているため、リチウムを容易に回収することが可能となる。また、イオン交換酸化物法は、熱水の温度を下げることなく実施できるため、熱水の温度を変化させる熱交換器も不要でとなり、配管や環元井へ流れる熱水に含まれる不純物の析出抑制に好ましい。また、イオン交換酸化物法は、リチウムの回収率が高いという利点がある。

【0018】

上記発明の一態様において、前記気水分離器が、界面活性剤を添加する界面活性剤添加手段、及び、沈降した固形物を収集する固形物収集手段を備えていても良い。

【0019】

上記発明の一態様によれば、気水分離器は、生産井からの地熱流体を蒸気及び熱水に気水分離するだけでなく、生産井からの地熱流体からシリカ成分を除くことができる。それにより、タービンへ導入する水蒸気からシリカ成分を削減できるため、タービンのノズルや翼、シール部分に付着しやすかったシリカスケールの発生を大きく抑制することが可能となり、メンテナンス周期や部品交換寿命を延長することが可能となる。

【0020】

また、本発明は、生産井からの地熱流体を気水分離器により蒸気及び熱水に分離し、前記分離した蒸気を利用してタービンを駆動させ発電を行い、前記分離した熱水を還元井から地下に還元する地熱利用システムにおいてシリカライトを合成する方法であって、界面活性剤を添加する界面活性剤添加ステップ、及び、沈降した固形物を収集する固形物収集ステップを有し、地下に還元する前の前記分離した熱水からシリカ成分を回収するシリカ回収工程と、鋳型剤、及び、前記シリカ回収工程で回収されたシリカ成分を、前記生産井からの地熱流体を利用した加熱手段により加熱し、シリカライトを合成する合成工程と、を備えるシリカライト合成方法を提供する。

【0021】

また、本発明は、生産井からの地熱流体を気水分離器により蒸気及び熱水に分離し、前記分離した蒸気を利用してタービンを駆動させ発電を行い、前記分離した熱水を還元井から地下に還元する地熱利用システムにおいて炭酸リチウムを回収する方法であって、マンガン酸化物を用いたイオン交換酸化物法により、請求項７に記載のシリカ回収工程を経た熱水からリチウムを炭酸リチウムとして回収するリチウム回収工程を備え、前記リチウム回収工程が、前記シリカ回収工程を経た熱水にマンガン酸化物を添加し、前記熱水からリチウムマンガン酸化物を生成させるマンガン酸化物添加ステップと、前記リチウムマンガン酸化物に炭酸ナトリウムを添加する炭酸ナトリウム添加ステップと、沈降した固形物を収集する固形物収集ステップと、を備える炭酸リチウム回収方法を提供する。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、シリカ回収装置を設けることで、還元井へのシリカの付着を抑制することができる。それにより、還元井の寿命を延ばすことが可能となる。回収されたシリカは、シリカライト合成炉でシリカライトとされ、有用な資源となる。
本発明の一態様によれば、シリカ回収装置の後段にリチウム回収装置を設けることで、回収されたリチウムは有用な資源となる。
本発明の一態様によれば、シリカ回収装置を気水分離器に設けることで、タービン内部へのシリカスケールの発生を大きく抑制が可能となり、メンテナンス周期や部品交換寿命を延長することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】第１実施形態に係る地熱利用システムの概略構成図である。

【図2】第２実施形態に係る地熱利用システムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に、本発明に係る地熱利用システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
図１に、本実施形態に係る地熱利用システム１の概略構成図を示す。地熱利用システム１は、気水分離器２、第１発電部３、第２発電部４、シリカ回収装置５、及びシリカライト合成炉６を備えている。また、地熱利用システム１は、シリカ回収装置５の後段にリチウム回収装置７が設けられていることが好ましい。

【0025】

気水分離器２は、生産井８から噴出した地熱流体（蒸気及び熱水）を、蒸気及び熱水に分離する。生産井８から噴出した地熱流体の温度は、１５０℃以上とされる。分離された蒸気は、第１発電部３へと導かれる。分離された熱水は、第２発電部４へと導かれる。

【0026】

第１発電部３は、蒸気タービン９、復水器１０、及び冷却塔１１から構成されている。気水分離器２で分離された蒸気は、まず、蒸気タービン９内へと導かれ、タービンを駆動させて発電を行う。仕事を終えて蒸気タービン９を出た蒸気は、復水器１０において凝縮されて復水となった後、冷却塔１１へと送られ更に冷却される。冷却塔１１からの排水は、復水器９における冷却用の散水として使用される。

【0027】

第２発電部４は、蒸発器１２、熱媒タンク１３、熱媒蒸気タービン１４、復水器１５、及び冷却塔１６から構成されている。蒸発器１２には熱媒タンク１３より熱媒１７が供給される。熱媒１７は、分離された熱水の熱により蒸発可能な低沸点媒体とされる。熱媒１７の大気圧での沸点は７０℃〜１００℃程度とされる。熱媒１７としてはイソペンタン、アンモニア、またはフルオロカーボンなどが使用できる。気水分離器２で分離された熱水は蒸発器１２の熱水経路１８へと導かれ、蒸発器１２内にある熱媒１７を蒸発させる。蒸発した熱媒は、熱媒蒸気タービン１４内へと導かれ、タービンを駆動させて発電を行う。復水器１５中には冷却水循環経路１９が設けられている。仕事を終えて熱媒蒸気タービンを出た熱媒蒸気は、復水器１５において凝縮された後、熱媒タンク１７へと戻される。冷却塔１６では、冷却水循環経路１９に供給するための冷却水が冷却されている。冷却水は、ポンプ２０により冷却塔１６から冷却水循環経路１９へと送られる。

【0028】

蒸発器１２の熱水経路１８の出口には、環元井２１を介して地下に熱水を環元するための環元経路２２が接続されている。熱水経路１８の出口における熱水（温水）の温度は、熱回収の観点からは極力低い温度としたいところであるが、シリカの含有量により変わり、本実施形態ではシリカスケールの析出抑制のためには、１０６℃程度以上であることが好ましい。上記温度とすることで、環元経路２２（配管）及び還元井２１でのシリカスケールの発生を抑制しながら、熱水（温水）の温度エネルギーを利用することができる。

【0029】

環元経路２２は途中で分岐され、地下に還元する前の熱水（温水）をシリカ回収装置５へと導くことができる。分岐部Ｂにはバルブ２３が設けられており、熱水（温水）の流路を切り替えることができる。分岐部Ｂとシリカ回収装置５との間には、熱交換部２４が設けられていてもよい。熱交換部２４によって、シリカ回収装置５から排出さる熱水（温水）を熱交換により適宜加熱することで、熱水（温水）に残存するシリカ成分によるシリカスケールの発生を大幅に抑制することが可能である。

【0030】

シリカ回収装置５は、熱水貯留容器２５、界面活性剤添加手段２６、撹拌手段２７、及び固形物収集手段２８から構成されている。界面活性剤添加手段２６には界面活性剤が収容されており、熱水貯留容器２５内に所定量の界面活性剤を添加することができる。界面活性剤は、溶解性シリカの重合を促進させ得る化合物であり、カチオン高分子化合物が選択されることが好ましい。カチオン高分子化合物は、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（商品名：シャロール（登録商標） ＤＣ−９０２Ｐなど）などとされる。

【0031】

撹拌手段２７は、撹拌翼などとされ、熱水貯留容器２５内に導かれた熱水（温水）を撹拌可能に設けられている。

【0032】

固形物収集手段２８は、複数の回転部材２９と網状ベルト３０とを備えるコンベアなどとされる。網状ベルト３０は複数の回転部材２９の周りに配置され、回転部材２９を回転させることにより移動してゆくことができる。網状ベルト３０は、腐食性の優れたステンレス系材料や、耐食性と高温耐久性を有するエンジニアリングプラスチック材（テフロン、ＰＥＥＫなど）で表面を保護したものなどとされる。複数の回転部材２９は、熱水貯留容器２５内に導かれた熱水（温水）中に生成された固形物が網状ベルト３０上に堆積付着でき、且つ、堆積付着した固形物を熱水貯留容器２５外へと運び出せるよう配置されている。

【0033】

シリカ回収装置５に導かれた熱水（温水）は、熱水貯留容器２５内にプールされる。プールされた熱水（温水）は、所定濃度の界面活性剤が含有されるよう界面活性剤添加手段２６から界面活性剤が添加されるとともに、撹拌手段２７により穏やかに撹拌されて界面活性剤が全体に行き届くようにする。これにより、熱水（温水）に含まれる溶解性シリカから重合シリカが生成される。凝集した重合シリカは、固形物として熱水（温水）中で沈殿し、熱水貯留容器床面を移動する網状ベルト３０に堆積付着する。堆積付着した重合シリカは、熱水貯留容器２５外へと搬送され、乾燥させる。網状ベルト３０に堆積付着した乾燥した重合シリカは、振動を加える、または、ヘラ上のものでそぎ取ることで容易に回収することができる。固形のシリカ成分が収集された後、熱水（温水）はシリカ回収装置５から排出される。
固形のシリカ成分収集と、シリカ回収装置５からの熱水（温水）排出は、所定の時間（数１０分から１時間程度）毎にバッチ式運用を行っても良いし、所定の滞在時間（数１０分から１時間程度）を得られるような流量で排出されても良い。熱水貯留容器２５内のプールできる容積は、所定時間もしくは所定滞在時間を設けることが出来るような大きな容積を保有し、本実施形態では数１００ｔｏｎの熱水貯留容積となるよう、複数系統のシリカ回収装置５で構成している。

【0034】

また、所定濃度の界面活性剤の添加としては、例えば、シリカが約５００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ含まれている地下に還元する前の熱水（温水）（１００℃〜１１０℃）をシリカ回収装置５内に導く。熱水貯留容器２５内の熱水（温水）に、界面活性剤濃度が１０ｐｐｍ〜２０ｐｐｍとなるようシャロール ＤＣ−９０２Ｐを添加し、撹拌すると、約３０％の回収率でシリカ成分（重合シリカ）を回収できる。なお、シャロール ＤＣ−９０２Ｐは、１０ｐｐｍ〜２０ｐｐｍ程度で回収率が飽和する。

【0035】

シリカ回収装置５から排出された熱水（温水）は、ポンプ３１などによりリチウム回収装置７に導かれることが好ましい。リチウム回収装置７は、熱水貯留容器３２、マンガン酸化物添加手段３３、撹拌手段３４、熱水貯留容器４２、ＨＣｌ添加手段４３、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）添加手段４４、撹拌手段４５、及び固形物収集手段４８から構成されている。マンガン酸化物添加手段３３は、熱水貯留容器４２に接続されており、熱水貯留容器４２で含まれるマンガン酸化物を熱水貯留容器３２内に添加することができる。撹拌手段３４は、撹拌翼などとされ、熱水貯留容器３２内に導かれた熱水（温水）を撹拌可能に設けられている。

【0036】

固形物収集手段４８は、複数の回転部材４６、および網状ベルト４７を備えたコンベアなどとされる。網状ベルト４７は複数の回転部材４６の周りに配置され、回転部材４６を回転させることにより移動してゆくことができる。網状ベルト４７は、腐食性の優れたステンレス系材料や、耐食性及び高温耐久性を有するエンジニアリングプラスチック材（テフロン、ＰＥＥＫなど）で表面を保護したものなどとされる。複数の回転部材４６は、熱水貯留容器４２内に導かれた熱水（温水）中に生成された固形物が網状ベルト４７上に堆積付着でき、且つ、堆積付着した固形物を熱水貯留容器４２外へと運び出せるよう配置されている。
前段階で、シリカ回収装置５でシリカ成分が回収され、溶融シリカが大幅に減縮されているので、リチウム回収装置７では、シリカ成分の析出による阻害が少なく安定してリチウムの回収を行うことができる。

【0037】

リチウム回収装置７に導かれた熱水（温水）は、熱水貯留容器３２内にプールされ、イオン交換酸化物法によりリチウムマンガン酸化物として吸収する。
詳細には、プールされた熱水（温水）は、所定濃度のマンガン酸化物（Ｈ^＋ＭｎＯ_ｘ）がマンガン酸化物添加手段３３により添加されるとともに、撹拌手段３４により穏やかに撹拌されＨ^＋ＭｎＯ_ｘが全体に行き届くようにする。これにより、反応式（１）が生じ、熱水（温水）に含まれるリチウムからリチウムマンガン酸化物（Ｌｉ^＋ＭｎＯ_ｘ）を形成して沈殿する。
Ｌｉ^＋＋Ｈ^＋ＭｎＯ_ｘ→Ｌｉ^＋ＭｎＯ_ｘ＋Ｈ^＋・・・（１）
沈殿したＬｉ^＋ＭｎＯ_ｘは熱水貯留容器４２にバルブ４１を動作させて移動し、炭酸リチウムとして安定化させて回収される。詳細には、プールされた熱水（温水）は、所定濃度のＮａ_２ＣＯ_３が含有されるよう炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）添加手段４４からＮａ_２ＣＯ_３が添加されるとともに、撹拌手段４５により穏やかに撹拌されＮａ_２ＣＯ_３が全体に行き届くようにする。また、Ｌｉ^＋ＭｎＯ_ｘはＨＣｌを添加して、Ｈ^＋ＭｎＯ_ｘと再分離して、その後に炭酸リチウムとして回収される。これにより、反応式（２）及び反応式（３）が生じ、熱水（温水）に含まれるリチウムから炭酸リチウムとして安定化させて回収される。
Ｌｉ^＋ＭｎＯ_ｘ＋ＨＣｌ→Ｈ^＋ＭｎＯ_ｘ＋Ｌｉ^＋＋Ｃｌ⁻・・・（２）
２Ｌｉ^＋＋２Ｃｌ⁻＋Ｎａ_２ＣＯ_３→Ｌｉ_２ＣＯ_３＋２ＮａＣｌ・・・（３）

【0038】

上記で生成された炭酸リチウムは、固形物として熱水（温水）中で沈殿し、熱水貯留容器床面を移動する網状ベルト４７に堆積付着する。堆積付着した炭酸リチウムは、熱水貯留容器４２外に搬送し、乾燥させる。乾燥させた網状ベルト４７に堆積付着した炭酸リチウムは、振動を加える、または、ヘラ上のものでそぎ取ることで容易に回収することができる。炭酸リチウムが収集された後、熱水（温水）はリチウム回収装置７から排出される。
また、Ｌｉ^＋ＭｎＯ_ｘにＨＣｌを添加して再分離したＨ^＋ＭｎＯ_ｘはマンガン酸化物添加手段３３より熱水貯留容器３２に回送される。また、ＮａＣｌは環境に問題なければ還元井２１から地中に戻してもよいし、ろ過装置で分離回収してもよい。
リチウム回収装置７からの熱水（温水）排出は、所定の時間（数１０分程度）毎にバッチ式運用を行っても良いし、所定の滞在時間（数１０分程度）を得られるような流量で排出されても良い。熱水貯留容器３２、４２のプールできる容積は、所定時間もしくは所定滞在時間を設けることが出来るような大きな容積を保有し、本実施形態では数１０ｔｏｎの熱水貯留容積となるよう、複数系統のリチウム回収装置７で構成している。

【0039】

リチウム回収装置７から排出された熱水（温水）は、熱交換部２４により適宜加温した後、還元経路２２の分岐部Ｂよりも下流側へと送られる。環元経路２２に送られる熱水（温水）の溶融性シリカの濃度は大幅に減少しているが、その熱水（温水）の温度はシリカ成分がスケール化しないよう９０℃から１０５℃程度が好ましい。なお、熱水の加温は、生産井８から噴出される地熱流体を加えて行われても良い。

【0040】

例えば、リチウムが約３０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ含まれているシリカ回収装置から排出された熱水（温水）をリチウム回収装置７内に導く。熱水貯留容器３２内の熱水（温水）に、イオン交換酸化物法によりリチウムマンガン酸化物として吸収することで、Ｌｉの回収率を向上させ、Ｎａ_２ＣＯ_３を適量添加し、緩やかに撹拌すると、約６０％の回収率でリチウムを回収できる。
リチウムの回収にはイオン交換樹脂を利用するものがあるが、熱水（温水）を冷却してイオン交換樹脂のダメージを抑制する必要があるので、この際に残留している溶融性シリカが析出してイオン交換樹脂の性能を低下させるとともに寿命を短縮する。これに対して本実施形態は熱水（温水）のままでリチウムを回収することができるので、残留している溶融性シリカの析出がなく好ましい。

【0041】

シリカ回収装置５で回収された固形のシリカ成分は、シリカライト合成炉６に搬送される。シリカライト合成炉６は、鋳型剤及び重合シリカを混合させてシリカライトを合成する合成炉である。鋳型剤としては、結晶化調整剤や構造規定剤として用いられるテトラプロピルアンモニウムブロミドなどを選択すると良い。シリカライト合成炉６は、約１５０℃の熱源が必要であるが、この熱源として生産井８からの地熱流体を利用した加熱手段を有する。該加熱手段は、生産井８から噴出した地熱流体の一部をシリカライト合成炉内の加熱管３８へと導き、シリカライト合成炉６で鋳型及び重合シリカを水熱加温することができる。加熱に使用された地熱流体（温水）は、環元経路２２の分岐部Ｂよりも下流側へと送られる。

【0042】

本実施形態の地熱利用システム１によれば、シリカ回収装置５は特許文献１のようにγ−アルミナ担体を用いないため、より単純な装置構成とすることができる。また、高温状態のまま熱水（温水）からシリカ成分を収集できるため、低温下に伴うシリカスケールの発生を抑制できる。

【0043】

回収された重合シリカは、付加価値の高いシリカライトに合成され、高い回収率で収集され得る。これにより、重合シリカの廃棄コストが無用となる上、シリカライトを化学反応に有用な吸着剤として販売することもできる。合成反応の促進には、生産井８からの地熱流体による熱を利用するため、別途熱源を設ける必要がなく、電力消費を抑えられるので、シリカライトの製造コストを低減できる。

【0044】

また、シリカ回収装置５でシリカ成分が大きく除かれた排水をリチウム回収装置７に導くことで、高濃度のシリカ成分による反応阻害が抑制されるため、熱水（温水）から容易にリチウムを回収することができる。リチウム回収装置７では、イオン交換酸化物法によりリチウムが効率よく収集される。イオン交換酸化物法は、イオン交換樹脂を使用しないため、温度の制約が無く、高い回収率でリチウムを回収することができる。回収されたリチウムは、付加価値の高い原料であるため、炭酸リチウムとして安定化させて販売することができる。

【0045】

〔第２実施形態〕
本実施形態に係る地熱利用システム１０１は、気水分離器にシリカ回収機能を付与した以外は、第１実施形態と同様の構成とされる。図２に、本実施形態に係る地熱利用システムの概略構成図を示す。同図において、第１実施形態と同様の構成は同じ符号を付与した。

【0046】

本実施形態に係る気水分離器１０２は、生産井８から噴出した地熱流体（蒸気及び熱水）を、蒸気及び熱水に分離するとともに、シリカ成分を回収することができる。気水分離器１０２は、地熱流体貯留容器１０３、界面活性剤添加手段１０４、撹拌手段１０５、及び固形物収集手段１０６から構成されている。

【0047】

地熱流体貯留容器１０３には、上部に地熱流体供給口１０７及び蒸気排出口１０８、下部に熱水排出口１０９が設けられている。
界面活性剤添加手段１０４には界面活性剤が収容されており、地熱流体貯留容器１０３内に所定量の界面活性剤を添加することができる。界面活性剤は、溶解性シリカの重合を促進させ得る化合物であり、カチオン高分子化合物が選択されることが好ましい。カチオン高分子化合物は、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（商品名：シャロール（登録商標） ＤＣ−９０２Ｐなど）などとされる。

【0048】

撹拌手段１０５は、撹拌翼などとされ、地熱流体貯留容器１０３内に導かれた地熱流体を撹拌可能に設けられている。

【0049】

固形物収集手段１０６は、複数の回転部材１１０と網状ベルト１１１とを備えるコンベアなどとされる。網状ベルト１１１は複数の回転部材１１０の周りに配置され、回転部材１１０を回転させることにより移動する。網状ベルト１１１は、腐食性の優れたステンレス系材料や、耐食性及び高温耐久性を有するエンジニアリングプラスチック材（テフロン、ＰＥＥＫなど）で表面を保護したものなどとされる。複数の回転部材１１０は、地熱流体貯留容器１０３内に導かれた地熱流体中に生成された固形物が網状ベルト１１１上に堆積付着でき、且つ、堆積付着した固形物を地熱流体貯留容器１０３外へと運び出せるよう配置されている。

【0050】

気水分離器１０２に導かれた地熱流体は、地熱流体貯留容器１０３内にプールされる。プールされた地熱流体は、所定濃度の界面活性剤が含有されるよう界面活性剤添加手段１０４から界面活性剤が添加されるとともに、撹拌手段１０５により穏やかに撹拌されて界面活性剤が全体に行き届くとうにする。これにより、地熱流体に含まれる溶解性シリカから重合シリカが生成される。凝集した重合シリカは、固形物として熱水中で沈殿し、地熱流体貯留容器床面を移動する網状ベルトに堆積付着する。堆積付着した重合シリカは、地熱流体貯留容器１０３外へと搬送され、乾燥させる。網状ベルト１１１に堆積付着した乾燥した重合シリカは、振動を加える、または、ヘラ上のものでそぎ取ることで容易に回収することができる。回収された重合シリカは、図示しない搬送手段によりシリカライト合成炉６へ搬送される。

【0051】

地熱流体貯留容器１０３内に導かれた地熱流体は、上記のようにシリカ成分が回収されると同時に、蒸気と熱水とに分離される。分離された蒸気は、蒸気排出口１０８から排出され第１発電部３へと導かれる。分離された熱水は熱水排出口１０９から排出され、第２発電部４へと導かれる。

【0052】

本実施形態によれば、上記構成の気水分離器１０２であれば、地熱流体の温度が高いままで、シリカ成分を回収することができる。気水分離器１０２によりシリカ成分を回収できるため、蒸気タービン９へ導入する水蒸気に含まれるシリカ成分を大幅に低減できる。それにより、蒸気タービン９内部のノズルや翼、シール部分に付着しやすかったシリカスケールの発生を大きく抑制することが可能となる。

【0053】

なお、第１実施形態及び第２実施形態において、シリカ回収装置５及びリチウム回収装置６から排出される熱水を還元経路２２へと戻したが、該熱水は約９０℃〜１００℃であるため、近隣設備の冷暖房設備または給湯設備にも活用することが可能である。

【符号の説明】

【0054】

１，１０１ 地熱利用システム
２，１０２ 気水分離器
３ 第１発電部
４ 第２発電部
５ シリカ回収装置
６ シリカライト合成炉
７ リチウム回収装置
８ 生産井
９ 蒸気タービン
１０，１５ 復水器
１１，１６ 冷却塔
１２ 蒸発器
１３ 熱媒タンク
１４ 熱媒蒸気タービン
１７ 熱媒
１８ 熱水経路
１９ 冷却水循環経路
２０，３１ ポンプ
２１ 環元井
２２ 還元経路
２３ バルブ
２４ 熱交換部
２５，３２，４２ 熱水貯留容器
２６，１０４ 界面活性剤添加手段
２７，３４，４５，１０５ 撹拌手段
２８，４８，１０６ 固形物収集手段
２９，４６，１１０ 回転部材
３０，４７，１１１ 網状ベルト
３３ マンガン酸化物添加手段
３８ 加熱管
４１ バルブ
４３ ＨＣｌ添加手段
４４ Ｎａ_２ＣＯ_３添加手段
１０３ 地熱流体貯留容器
１０７ 地熱流体供給口
１０８ 蒸気排出口
１０９ 熱水排出口

【図1】

【図2】