(57)【要約】【課題】二酸化炭素を効率よく還元して炭化水素を生成することができる炭化水素製造方法および炭化水素製造装置を提供する。【解決手段】二酸化炭素を溶解させた液体もしくは水６に、超音波振動あるいは液体中への高圧液体の噴射によりキャビテーション７を発生させ、キャビテーション気泡崩壊時の高温高圧場により二酸化炭素を還元して炭化水素を生成させる。このとき、キャビテーションを発生させる容器を密閉し、容器から流出する液体の流量を制限して容器内の圧力を高めてもよい。【選択図】図１
2009126794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を溶解させた液体に、超音波振動あるいは前記液体中への高圧液体の噴射によりキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡崩壊時の高温高圧場により前記二酸化炭素を還元して炭化水素を生成させることを、特徴とする炭化水素製造方法。
【請求項２】
液体中にオリフィスを通して液体を噴射して、前記オリフィス近傍の低圧場に二酸化炭素を吸引させながらキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡崩壊時の高温高圧場により前記二酸化炭素を還元して炭化水素を生成させることを、特徴とする炭化水素製造方法。
【請求項３】
前記キャビテーションを発生させる容器内の前記オリフィス下流に対向面を設けることを、特徴とする請求項２記載の炭化水素製造方法。
【請求項４】
前記キャビテーションを発生させる容器を密閉し、前記容器から流出する液体の流量を制限して前記容器内の圧力を高めることを、特徴とする請求項１、２または３記載の炭化水素製造方法。
【請求項５】
前記液体が水であり、キャビテーション気泡崩壊時に水素が生成されることを、特徴とする請求項１、２、３または４記載の炭化水素製造方法。
【請求項６】
二酸化炭素を溶解させた液体に、超音波振動あるいは前記液体中への高圧液体の噴射によりキャビテーションを発生させる発生手段と、
前記キャビテーションを発生させる容器を密閉し、前記容器から流出する液体の流量を制限して前記容器内の圧力を高める保圧手段とを、
有することを特徴とする炭化水素製造装置。
【請求項７】
液体中にオリフィスを通して液体を噴射してキャビテーションを発生させる発生手段と、
前記オリフィス近傍の低圧場に二酸化炭素を吸引させる吸引手段と、
前記キャビテーションを発生させる容器を密閉し、前記容器から流出する液体の流量を制限して前記容器内の圧力を高める保圧手段とを、
有することを特徴とする炭化水素製造装置。
【請求項８】
前記容器内の前記オリフィス下流に対向面を設けるキャビテーション発生促進手段を、有することを特徴とする請求項７記載の炭化水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素の還元ならびに分解、および二酸化炭素の還元による炭化水素製造方法および炭化水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の利用による二酸化炭素の発生は地球の温暖化をもたらし、深刻な環境問題となっている。燃焼などによって生じた二酸化炭素を還元して炭化水素あるいは炭素を生成し、燃料として再利用できれば、化石燃料を消費せずに済むので、地球温暖化問題の対策の一つとなり得る。
【０００３】
二酸化炭素の還元あるいは分解、および二酸化炭素からの炭化水素の生成については種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１、２、３、４参照）。二酸化炭素を効率的に還元するために、還元剤や触媒が開発されている（例えば、特許文献１、３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２４５２１１号公報
【特許文献２】特開平１１−２９３１４号公報
【特許文献３】特開２００６−２１９８９号公報
【特許文献４】特開２００６−２１６４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、二酸化炭素の還元あるいは分解、および二酸化炭素から炭化水素を生成するには、その化学反応に要する活性化エネルギーが必要であり、そのために特許文献１乃至４に記載のような従来の方法では、還元や炭化水素にする二酸化炭素以上の二酸化炭素を発生してしまうという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、二酸化炭素を効率よく還元して炭化水素を生成することができる炭化水素製造方法および炭化水素製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、本発明に係る炭化水素製造方法は、二酸化炭素を溶解させた液体に、超音波振動あるいは前記液体中への高圧液体の噴射によりキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡崩壊時の高温高圧場により前記二酸化炭素を還元して炭化水素を生成させることを、特徴とする。
【０００８】
この特徴によれば、キャビテーション気泡崩壊時に生じる局所的な高温高圧ならびにこの高温高圧時において生じる水素により二酸化炭素が還元され、炭素あるいは炭化水素を生成することができる。
【０００９】
キャビテーションは、沸騰と同様に水中に存在する微細な気泡が核（キャビテーション核）となって液体から気体に相変化する現象である。ただし、キャビテーションは、流速の増大に伴って液体の圧力が飽和蒸気圧まで減少して気体になる現象なので、流速が低下して圧力が回復すると気泡が収縮して液体に戻る。この収縮がごく短時間に生じるので、気泡内は断熱圧縮に近い状態となり、気泡内は高温高圧になる。二酸化炭素を溶解した液体では、溶解した二酸化炭素を核としてキャビテーションが発生するので、キャビテーション気泡の崩壊時の二酸化炭素は、この高温高圧により分解される。
【００１０】
本発明に係る炭化水素製造方法は、液体中にオリフィスを通して液体を噴射して、前記オリフィス近傍の低圧場に二酸化炭素を吸引させながらキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡崩壊時の高温高圧場により前記二酸化炭素を還元して炭化水素を生成させてもよい。この場合、還元する二酸化炭素を予め液体に溶解することなく、直接的にキャビテーションが発生する領域に二酸化炭素を供給して、二酸化炭素から炭化水素を生成することができる。
【００１１】
また、本発明に係る炭化水素製造方法は、前記キャビテーションを発生させる容器内の前記オリフィス下流に対向面を設けてもよい。この場合、対向面でキャビテーション気泡が崩壊するために、キャビテーション噴流の衝突圧力により気泡の崩壊が促進され、二酸化炭素からの炭化水素の生成が促進される。対向面がオリフィスに近い場合には、オリフィスと対向面の間のせん断層でキャビテーションの発生が促進され、キャビテーションを効率よく発生して、二酸化炭素からの炭化水素を効率よく生成できる。
【００１２】
本発明に係る炭化水素製造方法は、前記キャビテーションを発生させる容器を密閉し、前記容器から流出する液体の流量を制限して前記容器内の圧力を高めることが好ましい。この場合、キャビテーション気泡の崩壊場の圧力が高まると、キャビテーション気泡の収縮速度が大きくなり、キャビテーション気泡崩壊時の高温高圧場の温度ならびに圧力が高まり、キャビテーション気泡の崩壊時の二酸化炭素の分解を促進することができる。
【００１３】
本発明に係る炭化水素製造方法は、前記液体が水であり、キャビテーション気泡崩壊時に水素が生成されることが好ましい。水中で発生したキャビテーション気泡の崩壊時には、以下のような反応が生じる。
H2O → H・ ＋ OH・
H・ ＋ OH・ → H2O
2 H・ → H2 
2 OH・ → H2O2
2 OH・ → O・ ＋ H2O
2 O・ → O2
1/2 O・ ＋2 H・ → H2O
O・ ＋ H2O → H2O2
液体が水の場合、このキャビテーション気泡の崩壊時に生じる水素および水素ラジカルと、二酸化炭素とが反応して炭化水素を生成することができる。
【００１４】
本発明に係る炭化水素製造装置は、二酸化炭素を溶解させた液体に、超音波振動あるいは前記液体中への高圧液体の噴射によりキャビテーションを発生させる発生手段と、前記キャビテーションを発生させる容器を密閉し、前記容器から流出する液体の流量を制限して前記容器内の圧力を高める保圧手段とを、有することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る炭化水素製造装置は、本発明に係る炭化水素製造方法を実施するのに好適に使用される。この特徴によれば、キャビテーション気泡崩壊時に生じる局所的な高温高圧ならびにこの高温高圧時において生じる水素により二酸化炭素が還元され、炭素あるいは炭化水素を生成することができる。また、キャビテーション気泡の崩壊場の圧力が高まると、キャビテーション気泡の収縮速度が大きくなり、キャビテーション気泡崩壊時の高温高圧場の温度ならびに圧力が高まり、キャビテーション気泡の崩壊時の二酸化炭素の分解を促進することができる。
【００１６】
本発明に係る炭化水素製造装置は、液体中にオリフィスを通して液体を噴射してキャビテーションを発生させる発生手段と、前記オリフィス近傍の低圧場に二酸化炭素を吸引させる吸引手段と、前記キャビテーションを発生させる容器を密閉し、前記容器から流出する液体の流量を制限して前記容器内の圧力を高める保圧手段とを、有していてもよい。この場合、還元する二酸化炭素を予め液体に溶解することなく、直接的にキャビテーションが発生する領域に二酸化炭素を供給して、二酸化炭素から炭化水素を生成することができる。
【００１７】
また、本発明に係る炭化水素製造装置は、前記容器内の前記オリフィス下流に対向面を設けるキャビテーション発生促進手段を、有していてもよい。この場合、対向面でキャビテーション気泡が崩壊するために、キャビテーション噴流の衝突圧力により気泡の崩壊が促進され、二酸化炭素からの炭化水素の生成が促進される。対向面がオリフィスに近い場合には、オリフィスと対向面の間のせん断層でキャビテーションの発生が促進され、キャビテーションを効率よく発生して、二酸化炭素からの炭化水素を効率よく生成できる。
【００１８】
本発明に係る炭化水素製造方法および炭化水素製造装置は、二酸化炭素を溶解させた水を、密閉できる容器内に貯留し、当該容器内に水または二酸化炭素を溶解させた水を噴射し、当該容器から流出する水の流量を制限して当該容器内の圧力を高めた状態において、キャビテーションを発生させて二酸化炭素を還元してもよい。この場合、キャビテーション気泡の崩壊場の圧力が高まるとキャビテーション気泡の収縮速度が大きくなり、キャビテーション気泡崩壊時の高温高圧場の温度ならびに圧力が高まり、キャビテーション気泡の崩壊時に発生する水素ならびに水素ラジカルの発生濃度が高まり、この水素および水素ラジカルと二酸化炭素からの炭化水素の生成反応が促進される。
【００１９】
本発明に係る炭化水素製造方法および炭化水素製造装置は、水を、密閉できる容器内に貯留し、当該容器内にオリフィスを通して水を噴射し、オリフィス近傍の低圧場に二酸化炭素を吸引させて、当該容器から流出する水の流量を制限して当該容器内の圧力を高めた状態において、キャビテーションを発生させて二酸化炭素を還元してもよい。この場合、オリフィス近傍の低圧部に二酸化炭素を供給することにより、加圧したキャビテーション場に二酸化炭素を予め加圧することなく吸引させて、効率よく二酸化炭素から炭化水素を生成できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、二酸化炭素を効率よく還元して炭化水素を生成することができる炭化水素製造方法および炭化水素製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係わる本発明の炭化水素製造方法および炭化水素製造装置の構成図を示す。炭化水素製造装置は、超音波振動子１と、超音波振動子１に連結して先端を細く絞ることにより超音波振動の振幅を増大させる超音波振幅増大ホーン２と、液体を貯留するための液体貯留タンク３と、二酸化炭素を溶解した液体もしくは水６である。二酸化炭素の溶解は、二酸化炭素導入管４を通して二酸化炭素導入管４の先端に取り付けた細孔を有する二酸化炭素バブラー５から、二酸化炭素の気泡を液体もしくは水６に発生させて行う。超音波振幅増大ホーン２の先端にキャビテーション７が発生して、キャビテーション７の気泡が崩壊した後に存在する残留気泡８中に炭化水素が生成される。この残留気泡８を炭化水素回収ロート９を用いて収集して、炭化水素回収管１０により炭化水素を回収する。なお、炭化水素回収ロート９は、タンク表面全体を覆うことにより効率よく炭化水素を回収できる。
【００２２】
図２は、第２実施形態に係わる本発明の炭化水素製造方法および炭化水素製造装置の構成図を示す。二酸化炭素を二酸化炭素導入管１１を通して二酸化炭素導入管１１の先端に取り付けた細孔を有する二酸化炭素バブラー１２から、液体貯留タンク１３に貯留した液体もしくは水１４に二酸化炭素を溶解させる。二酸化炭素を溶解した液体もしくは水１４を、管１５を通してポンプ１６により加圧して、管１７から噴射用ノズル１８を通して、液体貯留タンク１９に貯留した液体もしくは水２０中に噴射する。キャビテーション２１まわりの残留気泡２２に生じた炭化水素を、炭化水素回収ロート２３を用いて収集して、炭化水素回収管２４により炭化水素を回収する。
【００２３】
図３は、第３実施形態に係わる本発明の炭化水素製造方法および炭化水素製造装置の構成図を示す。二酸化炭素を二酸化炭素導入管１１を通して二酸化炭素導入管１１の先端に取り付けた細孔を有する二酸化炭素バブラー１２から，液体貯留タンク１３に貯留した液体もしくは水１４に二酸化炭素を溶解させる。二酸化炭素を溶解した液体もしくは水１４を、管１５を通してポンプ１６により加圧して、管１７から噴射用ノズル１８を通して、耐圧タンク２５に貯留した液体もしくは水２６中に噴射する。耐圧タンク２５は管２７とバルブ２８とを介して液体貯留タンク１９に連結され、バルブ２８の流量を絞ることにより耐圧タンク２５内の圧力が大となる。キャビテーション２１まわりに生じた残留気泡２２は、管２７とバルブ２８とを通って、液体貯留タンク１９に貯留された液体もしくは水２０内に放出される。放出された残留気泡２２を、炭化水素回収ロート２３を用いて収集して、炭化水素回収管２４により炭化水素を回収する。
【００２４】
図４は、第４実施形態に係わる本発明の炭化水素製造方法および炭化水素製造装置の構成図を示す。液体貯留タンク１９から管３１を通して水をポンプ１６に供給し、管３２を通してオリフィス３０から耐圧タンク２５に貯留した液体もしくは水２６中に高圧水を噴射してキャビテーション２１を発生させ、二酸化炭素導入管２９を通してオリフィス３０の近傍のキャビテーション噴流による低圧部に二酸化炭素を供給する。耐圧タンク２５は管２７とバルブ２８とを介して液体貯留タンク１９に連結され、バルブ２８の流量を絞ることにより耐圧タンク２５内の圧力が大となる。キャビテーション２１まわりに生じた残留気泡２２は、管２７とバルブ２８とを通って、液体貯留タンク１９に貯留された液体もしくは水２０内に放出される。放出された残留気泡２２を、炭化水素回収ロート２３を用いて収集して、炭化水素回収管２４により炭化水素を回収する。
【００２５】
図５は、第５実施形態に係わる本発明の炭化水素製造方法および炭化水素製造装置の構成図を示す。液体貯留タンク１９から管３１を通して水をポンプ１６に供給し、管３２を通してオリフィス３０から耐圧タンク２５に貯留した液体もしくは水２６中に、対向面３３に向けて高圧水を噴射してキャビテーション２１を発生させ、二酸化炭素導入管２９を通してオリフィス３０の近傍のキャビテーション噴流による低圧部に二酸化炭素を供給する。オリフィス３０と対向面３３との距離が短い場合には、対向面３３との間にキャビテーション３４が発生する。耐圧タンク２５は管２７とバルブ２８とを介して液体貯留タンク１９に連結され、バルブ２８の流量を絞ることにより耐圧タンク２５内の圧力が大となる。キャビテーション２１まわりに生じた残留気泡２２は、管２７とバルブ２８とを通って、液体貯留タンク１９に貯留された液体もしくは水２０内に放出される。放出された残留気泡２２を、炭化水素回収ロート２３を用いて収集して、炭化水素回収管２４により炭化水素を回収する。
【００２６】
図６、図７、図８は、高圧水の噴射によりオリフィス３０の近傍に生じる低圧部への二酸化炭素の供給方法の例を示す。
【実施例１】
【００２７】
二酸化炭素を溶解した水に20kHzの超音波振動子を用いてキャビテーションを発生させて、残留気泡を回収した。炭化水素を分析した結果、残留気泡中に1ppmのメタンの発生を確認した。
【実施例２】
【００２８】
二酸化炭素を溶解した水を20MPaに加圧して、直径0.4mmのオリフィスから0.18MPaの加圧容器（容量120cc）に噴射してキャビテーションを発生させて、残留気泡を回収した。その結果、残留気泡中に3ppmのメタンの発生を確認した。
【実施例３】
【００２９】
二酸化炭素を溶解した水を0.3MPaに加圧して、直径1.6mmのオリフィスから加圧容器（容量120cc）内の距離0.8mmに設置した対向面に噴射してキャビテーションを発生させて、残留気泡を回収した。その結果、残留気泡中に2ppmのメタンの発生を確認した。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態の炭化水素製造方法および炭化水素製造装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態の炭化水素製造方法および炭化水素製造装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態の炭化水素製造方法および炭化水素製造装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態の炭化水素製造方法および炭化水素製造装置の概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態の炭化水素製造方法および炭化水素製造装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第４または第５実施形態の炭化水素製造方法および炭化水素製造装置の、ポンプで加圧した液体をオリフィスを通して噴射する場合に、オリフィス下流近傍の低圧部に二酸化炭素を吸引させる構成を示す、一部を拡大した断面図である。
【図７】本発明の第４または第５実施形態の炭化水素製造方法および炭化水素製造装置の、ポンプで加圧した液体をオリフィスを通して噴射する場合に、オリフィススロート内部の低圧部に二酸化炭素を吸引させる構成を示す、一部を拡大した断面図である。
【図８】本発明の第４または第５実施形態の炭化水素製造方法および炭化水素製造装置の、ポンプで加圧した液体をオリフィスを通して噴射する場合に、オリフィス側面の低圧部に二酸化炭素を吸引させる構成を示す、一部を拡大した断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    超音波振動子
２    超音波振幅増大ホーン
３、１３、１９    液体貯留タンク
４、１１、２９    二酸化炭素導入管
５、１２    二酸化炭素バブラー
６、１４、２０、２６    液体もしくは水
７、２１、３４    キャビテーション
８、２２    残留気泡
９、２３    炭化水素回収ロート
１０、２４  炭化水素回収管
１５、１７、２７、３１、３２  管
１６  ポンプ
１８  噴射用ノズル
２５  耐圧タンク
２８  バルブ
３０  オリフィス
３３  対向面
【図１】
2009126794.tif 000003
【図２】
2009126794.tif 000004
【図３】
2009126794.tif 000005
【図４】
2009126794.tif 000006
【図５】
2009126794.tif 000007
【図６】
2009126794.tif 000008
【図７】
2009126794.tif 000009
【図８】
2009126794.tif 000010