JPWO2017002203A1

JPWO2017002203A1 - 炭素系燃料製造プラント及びコンテナ型炭素系燃料製造簡易プラント

Info

Publication number: JPWO2017002203A1
Application number: JP2017525725A
Authority: JP
Inventors: 薫宇野
Original assignee: Eco Prana Co Ltd
Current assignee: Eco Prana Co Ltd
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2018-04-12
Also published as: WO2017002203A1

Abstract

それぞれ配管内にキャビテーション発生リング１０を内蔵した、石油の分子を分断するための石油微細化処理部２００、水の分子を分断するための水微細化処理部３００、石油微細化処理部２００と水微細化処理部３００とによって分断された油分子と水分子とを結合させる燃料生成処理部４００を、有し、燃料生成処理部４００で生成された炭素系生成物に含まれる水分を分離する水分離処理部５００と、水分離処理部５００で分離された水分を水微細化処理部３００に還流させる還流処理部６００とを更に備え、石油微細化処理部２００、水微細化処理部３００、燃料生成処理部４００、水分離処理部５００、還流処理部６００を、コンテナハウジング１７に内装するとともに、石油微細化処理部２００の給油口２３、水微細化処理部３００の給水口３２、水分離処理部５００で水分が分離された最終炭素系燃料の排出口５１を、コンテナハウジング１７の外方に設けている。

Description

本発明は、石油と水を原料として高品質な炭素系燃料を製造する炭素系燃料製造プラント及びコンテナ型炭素系燃料製造簡易プラントに関する。

従来、限りある天然資源である石油の代替品となる炭素系燃料の製造方法が種々提案されている。
例えば、一酸化炭素と水素とから触媒反応を用いて液体炭化水素を合成し炭素系燃料を精製するフィッシャー・トロプシュ法では、出発物質となる一酸化炭素や水素を、メタン等の炭化水素をガス化する水蒸気改質法を用いて生成しており、この水蒸気改質法は、高温の水蒸気による熱反応を利用している。

また、下記特許文献１には、一酸化炭素と水素との反応を利用して、液化石油ガス成分及びガソリン成分の少なくとも一方を含有する炭化水素を製造する方法が開示されている。この方法では、一酸化炭素と水素と、２３０℃以上の温度及び０．１ＭＰａ以上の圧力を有する流体とを混合し、この混合物を触媒に接触させ、混合物中の一酸化炭素と水素とを反応させて炭化水素を製造するようにしている。

さらに有機化合物と水とを反応させて反応生成物を製造する方法としては、下記特許文献２が挙げられる。ここには、有機化合物（グリシジルエーテル等）と亜臨界水（１００℃以上３７４℃未満で且つ液体状態である水）との混合流体から、反応生成物（すなわち合成石油）を製造する方法が開示されている。
この方法では、混合流体の反応場の温度を１５０℃〜３７４℃程度とし、反応場の圧力を０．１〜３０ＭＰａ程度として、反応生成物を製造している。

特開２００８−１９５７７３号公報特開２００７−１７６８５９号公報

しかしながら、炭素系燃料の製造に際して、上記フィッシャー・トロプシュ法では、高温の水蒸気を生成することが必要となる。また、上記特許文献１に記載されている方法では、少なくとも２３０℃以上の高温の流体を用いる必要がある。さらに上記特許文献２に記載されている方法では、反応場の温度を１５０℃〜３７４℃程度にしており、少なくとも反応場を高温の状態に保つ必要がある。
つまり、上記の方法は、いずれも高温にするための熱エネルギーが必要となるため、石油の代替品を製造するために石油を消費することが問題となる。また、このような高温の熱処理を実現させるためには、必然的に大掛かりな設備と場所、時間が必要となる上、二酸化炭素の削減にも寄与できないため、環境・資源保全の観点からも多くの矛盾点が認められる。

そこで、熱エネルギーを必要としない方法として、出発物質や中間物質を微細化させ、これら微細化した物質を反応させて炭素系燃料を製造する方法も提案されている。
しかしながら、この場合においても、ホモジナイザー等の攪拌機によって出発物質や中間物質を粉砕したり、ラインミキサー等でこれら物質を攪拌したりして物理的な微細化を図ることが必要となるため、攪拌機等で繰り返し粉砕するための動力が必要となる。またバッチ式を採用して撹拌処理を繰り返し行った場合でも、微細化の精度が安定しなかったり、分子を分断するほどの微細化ができなかったりといった問題があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、石油と水を原料として簡単な方法によって高品質で燃焼効率の高い炭素系燃料を製造する炭素系燃料製造プラント及びコンテナ型炭素系燃料製造簡易プラントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による炭素系燃料製造プラントは、給油口を設けるとともに、配管内にキャビテーション発生リングを内蔵した、石油の分子を分断するための石油微細化処理部と、給水口を設けるとともに、配管内にキャビテーション発生リングを内蔵した、水の分子を分断するための水微細化処理部と、配管内にキャビテーション発生リングを内蔵し、前記石油微細化処理部と、前記水微細化処理部とによって分断された油分子と水分子とを結合させる燃料生成処理部と、この燃料生成処理部で生成された炭素系生成物の水分を分離する水分離処理部と、この水分離処理部で水分が分離されたあとの最終炭素系燃料を排出させる排出口と、この水分離処理部で分離された水分を前記水微細化処理部に還流させる還流処理部とを備えたことを特徴とする。

また本発明によるコンテナ型炭素系燃料製造簡易プラントは、配管内にキャビテーション発生リングを内蔵した、石油の分子を分断するための石油微細化処理部と、配管内にキャビテーション発生リングを内蔵した、水の分子を分断するための水微細化処理部と、配管内にキャビテーション発生リングを内蔵し、前記石油微細化処理部と、前記水微細化処理部とによって分断された油分子と水分子とを結合させる燃料生成処理部と、この燃料生成処理部で生成された炭素系生成物の水分を分離する水分離処理部と、この水分離処理部で分離された水分を前記水微細化処理部に還流させる還流処理部とを備え、前記石油微細化処理部、前記水微細化処理部、前記燃料生成処理部、前記水分離処理部、前記還流処理部とをコンテナハウジング内に内装するとともに、前記石油微細化処理部の給油口、前記水微細化処理部の給水口、前記水分離処理部で水分が分離されたあとの最終炭素系燃料の排出口を、コンテナハウジングの外方に設けていることを特徴とする。

本発明では、石油と水を原料としてキャビテーション現象を利用した新規かつ簡単な方法で炭素系燃料を製造できる。特に、燃料生成処理部で生成された炭素系生成物から水分を除去する工程を加えれば、長期保存、安定した燃焼が可能な高品質の最終炭素系燃料が得られる。また炭素系生成物から分離した水分を原料として再利用するので、プラントからその水分が排水されず、原材料のゼロエミッション化が図れ、排水処理設備等を別途用意する必要もない。そのため設置費用も抑えられる。
またプラントの構成要素をコンテナハウジングに内装した構成とすれば、一般的なコンテナの海上輸送、陸上輸送と同様に、プラント一式を完成形態のまま簡単に輸送できる。また現場での据付も、非常に簡単になる。

本発明の実施形態の一例を示す概略図である。本発明の実施形態の他例を示す概略図である。（ａ）及び（ｂ）はいずれも本発明に係る炭素系燃料の基本製造方法の一例を示す工程図である。本発明に係る炭素系燃料の製造装置の一例の概略図である。（ａ）はキャビテーション発生リングの一例の概略平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線矢視概略縦断面図である。（ａ）は、キャビテーション発生リングの別例の概略平面図、（ｂ）はそのＹ−Ｙ線矢視概略縦断面図である。本発明に係る炭素系燃料の製造装置の別例の概略図である。（ａ）は、キャビテーション処理前の気泡を模式的に示す概略図、（ｂ）は、キャビテーション処理後のナノバブルを模式的に示す概略図である。

以下に本発明の実施形態の一例とされる炭素系燃料製造プラントの基本構成を説明する。

本発明に係る炭素系燃料の基本的な製造方法、すなわち原料である石油及び水をそれぞれキャビテーションによって微細化し、それらの微細化された石油分子、水分子をキャビテーションによって結合させて新たな炭素系生成物とする方法では、その生成された炭素系生成物に含有される水分は、原料とした水の１〜５０％程度になる。この生成物はそのまま燃料として燃やすことが可能ではあるが、本実施形態は、この基本的な製造方法に、生成物から水分を除去する工程を付加することで、長期保存等しても水分が分離しない高品質な炭素系燃料を得ることを目的としたものである。

図１は、そのような炭化系燃料製造プラント１００Ｂの基本ブロック図である。
炭素系燃料製造プラント１００Ｂは、給油口２３を設けるとともに、配管２０内にキャビテーション発生リング１０を内蔵した、石油の分子を分断するための石油微細化処理部２００と、給水口３２を設けるとともに、配管３０内にキャビテーション発生リング１０を内蔵した、水の分子を分断するための水微細化処理部３００と、配管４０内にキャビテーション発生リング１０を内蔵し、石油微細化処理部２００と、水微細化処理部３００とによって分断された油分子と水分子とを結合させて炭素系生成物９を生成する燃料生成処理部４００と、燃料生成処理部４００で生成された炭素系生成物９の水分を分離する水分離処理部５００と、水分離処理部５００で水分が分離されたあとの最終炭素系燃料９Ａを排出させる排出口５１と、この水分離処理部５００で分離された水分４Ａを水微細化処理部３００に還流させる還流処理部６００とを備える。
水分離処理部５００は、炭素系生成物９から水分を分離できればその構成に特段の制限はない。油水分離には、例えば油、水の比重差を利用する方式、液液分離フィルターを用いる方式等があるが、いずれも水分離処理部として用いることができる。
還流処理部６００は、給水口３２から供給された水４と、水分離処理部５００で分離された水分４Ａとを混合し、その混合物を、給油口２３から供給された石油２に対して規定の容量％を保つように制御して水微細化処理部３００に供給する機能を有する。還流処理部６００は、具体的には、混合タンクと、混合タンクの水準に応じて給水口３２を自動開閉するフロート弁とで構成してもよい（図示なし）。
この実施形態では、燃料生成処理部４００で生成された炭素系生成物９から水分４Ａを除去することで、長期保存、安定した燃焼が可能な高品質な最終炭素系燃料９Ａが得られる。また炭素系生成物９から分離した水分４Ａを原料として再利用するので、炭素系燃料製造プラント１００Ｂからその水分４Ａが排水されず、排水処理設備等を別途用意する必要もない。そのため設備費用も抑えられる。

更に本発明の実施形態の他例とされるコンテナ型炭素系燃料製造簡易プラントの基本構成を説明する。この実施形態は前記と同様の炭素系燃料製造プラント一式を輸送用のコンテナハウジングに収容したものである。
図２はそのようなコンテナ型炭素系燃料製造簡易プラントの基本ブロック図である。図５に共通する要素には同一の参照符号を付けている。
コンテナ型炭素系燃料製造簡易プラント１００Ｃは、配管２０内にキャビテーション発生リング１０を内蔵した、石油の分子を分断するための石油微細化処理部２００と、配管３０内にキャビテーション発生リング１０を内蔵した、水の分子を分断するための水微細化処理部３００と、配管４０内にキャビテーション発生リング１０を内蔵し、石油微細化処理部２００と、水微細化処理部３００とによって分断された油分子と水分子とを結合させて炭素系生成物を生成する燃料生成処理部４００と、燃料生成処理部４００で生成された炭素系生成物９から水分を分離する水分離処理部５００と、水分離処理部５００で分離された水分４Ａを水微細化処理部３００に還流させる還流処理部６００とを備え、石油微細化処理部２００、水微細化処理部２００、燃料生成処理部４００、水分離処理部５００、還流処理部６００とをコンテナハウジング１７に内装するとともに、石油微細化処理部２００の給油口２３、水微細化処理部３００の給水口３２、水分離処理部５００で水分４Ａが分離されたあとの最終炭素系燃料９Ａを排出させる排出口５１を、コンテナハウジング１７の外方に設けている。
コンテナハウジング１７のサイズ等に特段の制限はないが、一般的な２０フィートコンテナ、４０フィートコンテナ等を用いてもよい。プラントを構成する各処理部及び配管類は輸送時の故障を防止するため耐震性を有する方法でコンテナハウジング１７に固定するとよい。
この実施形態では、一般的なコンテナの海上輸送、陸上輸送と同様に、プラント一式を完成形態のまま簡単に輸送できる。また現場での据付も、基礎上にコンテナハウジング１７を固定して、給水設備、給油設備、最終炭素系燃料の蓄積設備（図示なし）と配管接続するだけで済むので、非常に簡単になる。
なおコンテナ型炭素系燃料製造簡易プラント１００Ｃは、投入した石油量、水量、製造された最終炭素系燃料等の履歴データを蓄積しネットワーク等を通じて所定のセンター装置に通知するデータ処理通信部を更に備え、センター装置からのリモート運転を可能にしてもよい。そうした場合、センター装置は、コンテナ型炭素系燃料製造簡易プラント１００Ｃの稼動状態を常時把握し、契約業者にメンテナンスを自動要請する等して、コンテナ型炭素系燃料製造簡易プラント１００Ｃの無人運転も可能になる。

次いで本発明に係る炭素系燃料の基本製造方法について説明する。
第一の基本製造方法１は、図３（ａ）に示すように、石油２と水４から炭素系生成物９を製造する方法であり、石油２の分子を分断する石油の微細化工程Ａと、水４の分子を分断する水の微細化工程Ｂと、これら工程において分断された分子同士を結合させて炭素系生成物９とする燃料生成工程Ｃと、を備えている。
また基本製造方法１は、図４に示すように、キャビテーション発生リング（リング）１０を備えた石油微細化処理部２００と、リング１０を備えた水微細化処理部３００と、リング１０を備えた燃料生成処理部４００とを備えた炭素系燃料製造プラント１００によって実施される。

石油の微細化工程Ａでは、第１のキャビテーション発生リング（第１リング）１０を、石油２が流通する配管２０の途中に設置し、第１リング１０内に、石油２を高圧で通過させることで、第１リング１０内にキャビテーションを生じさせて、石油２の分子を分断するようにしている。
具体的には、複数の第１リング１０を備えた石油微細化処理部２００を用いて石油２の分子の分断を行っている。また、配管２０に設けたポンプ２１によって、石油２を第１リング１０内に高圧で通過させるようにしている。

石油２は、この石油の微細化工程Ａで処理されることによって、石油２の分子が分断されて、分断された石油の分子を含んだ石油（ナノ化された石油）３となる。
このように石油２が微細化工程Ａで処理されると、石油２の分子は、その分子内における炭素同士の結合の一部（１箇所又は複数箇所）が分断されて高反応性の低分子となると考えられる。すなわち分断された石油の分子に含まれる炭素数は、分断前の石油２の分子に含まれる炭素数よりも小さくなっていると推察できる。
石油２としては、炭化水素を主成分とした種々の石油系燃料を用いることができる。例えば、炭素数１０〜２０程度の軽油や、ｃ重油、ａ重油、炭素数４〜１０程度のガソリン等を用いてもよい。また、種々の分子構造とされたものを用いることができ、例えば、パラフィン系、オレフィン系、ナフテン系、芳香族系等のものを用いることができる。なお、用いる石油２としては、生成物９の高い収率をもたらす点で、パラフィン系のものが望ましい。

水の微細化工程Ｂでは、第２のキャビテーション発生リング（第２リング）１０を、水４が流通する配管３０の途中に設置し、第２リング１０内に、水４を高圧で通過させることで、第２リング１０内にキャビテーションを生じさせて、水４の分子を分断するようにしている。
具体的には、複数の第２リング１０を備えた水微細化処理部３００を用いて水４の分子の分断を行っている。また、配管３０に設けたポンプ３１によって、水４を第２リング１０内に高圧で通過させるようにしている。

水４は、この水の微細化工程Ｂで処理されることによって、水４の分子が分断されて、分断され活性化された水の分子を含んだ水（ナノ化された水）５となる。この水４の分子の分断によって、水４の分子から水素原子や酸素原子が切り出されて、分断された水の分子（つまり、水素原子のみ又は酸素原子のみから構成される分子や、一部の水素原子や酸素原子を欠いた状態の分子等）が生じるものと考えられる。
水４としては、例えば、水道水や、井戸水等の自然水、蒸留水、イオン交換水、逆浸透処理を施した水、磁気処理や電気分解処理等を施した水、ミネラル成分を含有した水等、種々のものを用いることができる。
なお、上記では「ナノ化された石油３（水５）」のように「ナノ化」という表現を用いているが、これは、分断され活性化された分子（４ａ）を含んだ石油３（水５）であることを概念的に表現するために、便宜上用いたものである。

燃料生成工程Ｃでは、石油の微細化工程Ａにおいて分断された石油の分子と、水の微細化工程Ｂにおいて分断された水の分子との混合物８が流通する配管４０の途中に、第３のキャビテーション発生リング（第３リング）１０を設置し、第３リング内１０に、混合物８を高圧で通過させることで、第３リング１０内にキャビテーションを生じさせて、分断された石油の分子と分断された水の分子とを結合して炭素系生成物９（炭化水素を主成分とする生成物）を生成するようにしている。
この製造方法１において使用される水４の含有量（容量％）（水４と石油２の混合物における水４の含有量）は、例えば、３０〜５０等としてもよい。
また、上記した工程Ａ、Ｂ、Ｃの処理を受ける前のいずれかの液体（石油２、水４、混合物８）に、適宜、公知の添加剤を加えるようにしてもよい。このように添加剤を加えることによって、燃料生成工程Ｃにおける、分断された石油の分子と水の分子同士の結合反応が促進されると考えられる。なお分断された石油の分子と分断された水の分子との結合反応の際に反応熱が発生し、反応前よりも約１０℃ほど温度が上昇する。

燃料生成工程Ｃは具体的には、複数の第３リング１０を備えた燃料生成処理部４００を用いて、分断された石油の分子と分断された水の分子とを結合して炭素系生成物９を生成するようにしている。また、配管４０に設けたポンプ４１によって、上記混合物８を第３リング１０内に高圧で通過させるようにしている。
混合物８がこの燃料生成工程Ｃで処理されると、混合物８中に存在する分断された石油の分子と分断された水の分子とが結合して新たな炭素系生成物９が生成される。具体的には、単一又は複数の分断された石油の分子（炭素数が元の石油２の分子よりも小となった分子）と、単一又は複数の分断された水の分子（水素原子のみ又は酸素原子のみから構成される分子や、一部の水素原子や酸素原子を欠いた状態の分子等）とが結合して石油２とは異なる構造の分子が生成されるものと考えられる。

この炭素系生成物９の水分含有量は比較的少ないので、そのまま燃料として使用しても問題はないが、炭素系生成物９から水分を分離除去すれば、原材料のゼロエミッションが可能となる。

次に、前記製造方法１（炭素系燃料製造プラント１００）に使用されるリング１０について説明する。
当該リング１０は、液体（石油２、水４、混合物８）が流通する配管２０、３０、４０の一部に設置して使用されるものである。
このリング１０は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、円筒部１１の内部に液体（石油２、水４、混合物８）の流通路１６を形成するようにして、円筒部１１の内周面から中心に向かって複数の突起部１２、１３を突出させた構造とされている。この円筒部１１内に液体を高圧で通過させることで、円筒部１１内にキャビテーションが生じる。
リング１０内を通過させる液体の圧力は、１〜１０ＭＰ程度とすればよく、液体の流速は、１５０ｍ／ｍｉｎ以上とすればよい。この液体の圧力や流速は、効果的なキャビテーションを発生させるために、適宜調整するようにしてもよく、例えば、液体の温度や粘度等に応じて調整するようにしてもよい。

リング１０は、略同寸同形状とされた複数の突起部１２（図例では４個）と、複数の突起部１３（図例では４個）を有し、突起部１３の突出寸法が突起部１２よりも大とされている。
また、リング１０の複数の突起部１２、１３は、それぞれキノコ状の形状とされており、これらの頭部１２ａ、１３ａのサイズを二種類以上の組み合わせとしている。図例では、頭部１２ａ、１３ａの形状を略円盤状とし、１２ａと１３ａの二種類の頭部を有したリング１０を例示している。

頭部１２ａ、１３ａのサイズは、互いの突起部１２、１３に干渉しない程度とすればよい。また、頭部１２ａ、１３ａのサイズは、図例のものに限定されず、三種類や四種類等の異なるサイズの頭部を用いるようにしてもよい。
また、リング１０の円筒部１１の内径は、例えば、１０〜５０ｍｍとしてもよく、円筒部１１の幅寸法（液体の流通方向に沿う寸法）は、例えば、５〜３０ｍｍとしてもよい。突起部１２、１３の突出寸法は、それぞれの突起部１２、１３が干渉しない寸法とすればよく、例えば、円筒部１１の内径の１／１０〜１／２程度の寸法としてもよい。
また、リング１０としては、酸化アルミニウムやジルコニア等の酸化物系等のセラミックからなるものとしてもよく、または、ステンレス鋼等の金属製のもの、合成樹脂からなるもの等としてもよい。

リング１０としては、図５（ａ）及び（ｂ）に示す形状の突起部１２、１３を有したものに限られず、図６（ａ）及び（ｂ）に示すような形状の突起部１４、１５を有したリング１０Ａとしてもよい。
図６（ａ）及び（ｂ）では、断面視して山形状の突起部１４と、円筒状の突起部１５とを備えたリング１０Ａを示している。
なお、突起部はこれらの形状に限定されることはなく、種々の形状のものとすることができる。

上記のように形成されたリング１０の円筒部１１内に、液体（石油２、水４）をポンプ２１、３１によって高圧で通過させると、液体は、円筒部１１内の流通路１６の突起部１２、１３によって狭められた部分で加速され圧力が瞬間的に低下した状態となる。
こうして液体の圧力が飽和蒸気圧より低くなると、液体の中に存在する１００μｍ以下の微小な気泡核を核として液体が沸騰したり、溶存気体の遊離が生じたりし、これにより小さな気泡（真空マイクロバブル）が多数生成される。すなわち円筒部１１内にキャビテーション現象が生じる。

液体は突起物１２、１３によって狭められた部分を通り抜けると減速されて、その液体の圧力は飽和蒸気圧よりも高くなる。すると真空マイクロバブルは急激に圧縮され最後には消滅する。その際には真空マイクロバブル周囲の液体が真空マイクロバブルの中心に向かって殺到し、真空マイクロバブルが消滅する瞬間に、殺到した液体が中心で衝突する。これにより、強い圧力波（衝撃波）、高熱が局所的に発生してその近傍の液体の分子に作用し、その分子内の原子の結合が切断されて、分子が分断されるものと考えられる。つまり、このキャビテーションによって、液体（石油２及び水４）の分子がナノ化レベルまで分断され活性化されるものと考えられる。

また、上記構成とされたリング１０の円筒部１１内に、分断された水の分子と分断された石油の分子との混合物８をポンプ４１によって高圧で通過させると、混合物８は、突起部１２、１３によって狭められた部分で加速され圧力が瞬間的に低下した状態となる。
これにより、上記と同様に、真空マイクロバブルが混合物８中に多数生成され、これら真空マイクロバブルの消滅時に強い圧力波（衝撃波）、高熱が局所的に発生する。
この衝撃波、高熱がその近傍の混合物８内の分断された水の分子及び分断された石油の分子に対して作用する。このような衝撃波、高熱と、これら分断された分子同士が結合した結果、炭素系生成物９が生成されるものと考えられる。

なお、リング１０を、二種類以上のサイズの頭部１２ａ、１３ａを組み合わせた構成とすれば、真空マイクロバブルを効率的に発生させることができ、より効率的に石油２と水４の分子を分断することができるとともに、より効率的にこれら分断された分子同士を結合させることができる。

前記石油微細化処理部２００、水微細化処理部３００、及び燃料生成処理部４００は、互いに連結、分離が可能とされた複数個のリング１０を連結させて構成してもよい。これら複数のリング１０を、互いの筒内部が連通するように連結させて、これら装置２００、３００、４００を構成している。
各処理部２００、３００、４００を構成するリング１０の連結個数を適宜増減させることで、キャビテーションの発生量を増減させることが可能となる。リング１０の連結個数を増やせば、キャビテーションの発生量が増加し、上記した衝撃波、高熱の発生領域が増えるので、石油２と水４の分子の分断度合いを高めることができるとともに、これら分断された分子同士の結合度合いを高めることができる。一方、リング１０の連結個数を減らせば、石油２と水４の分子の分断度合い、及び分断された分子同士の結合度合いを低くすることができる。

つまり、このようにキャビテーションの発生量を調整することによって、石油２と水４の分子の分断度合い、及び分断された分子同士の結合度合いを調整することができる。従って、石油２や水４、混合物８の温度や粘度等によって、石油２と水４の分子の分断度合いや、分断された分子同士の結合度合いが変動することがあるが、最適な分断度合い及び結合度合いとすべく、リング１０の連結個数を適宜増減させて、キャビテーションの発生量を調整することができる。

ポンプ２１、３１、４１としては、液体（石油２、水４、混合物８）を高圧で配管２０、３０、４０内を流通させることができるものであればよく、種々の構成とされたものを用いることができる。ポンプ２１、３１、４１としては、例えば、プランジャーポンプやギアポンプ、カスケードポンプ等を用いるようにしてもよい。
また、配管２０、３０、４０としては、高圧の液体（石油２、水４、混合物８）の流通に耐え得る構成とされたものであればよく、例えば、鉄や銅等の金属製のものや、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂からなるもの等を用いてもよい。また、配管２０、３０、４０の径は、例えば、１〜２０ｍｍとしてもよい。

次に、前記製造方法１（炭素系燃料製造プラント１００）によって試験製造した炭素系生成物９の成分を分析した結果を示す。
分析会社：日鉄住金テクノロジー株式会社
報告書発行日：平成２５年５月２０日
目的：炭素系生成物についてＧＣ／ＭＳ分析（ガスクロマトグラフ質量分析）を行い、その成分を把握する。
試料：２０１３年３月４日に製造した炭素系生成物。
分析方法：
（試料調整）水とパラフィン系燃料とから炭素系生成物（水の含有量＝３０（容量％））を製造し、約０．１ｇの炭素系生成物をアセトンで希釈し、１０ｍＬに定容したものを、分析試料とした。
（分析装置）
ＧＣ装置（ガスクロマトグラフ装置）：ＨＰ６８９０（ＨＰ（ヒューレット・パッカード）社製）
カラム＝ＵＡ−５２８．５ｍ×０．２５ｍｍ×０．２５μｍ、昇温条件＝４０℃（５ｍｉｎ）→１０．０℃／ｍｉｎ→１５０℃→２０．０℃／ｍｉｎ→３２０℃（５ｍｉｎ）、キャリアガス＝Ｈｅ、カラム流量＝１．２ｍＬ／ｍｉｎ、注入口温度＝２８０℃、ｓｐｌｉｔ２０：１
ＭＳ装置（質量分析装置）：ＨＰ５９７３（ＨＰ社製）
マスレンジｍ／ｚ＝２９．０〜５５０．０（スキャン測定）、インターフェイス温度＝３２０℃
分析結果：
ＧＣ／ＭＳ分析によるクロマトグラム及びピーク成分のマスペクトル検索結果によれば、試料をアセトンで希釈した液からは、飽和炭化水素（Ｃ９Ｈ２０〜Ｃ２７Ｈ５６）やカルボン酸エステル（パルミチン酸メチル、オレイン酸メチル）と考えられるピークを強く検出した。

考察：
当該炭素系燃料の製造方法１によって、処理前には存在していなかったカルボン酸エステル（パルミチン酸メチル、オレイン酸メチル）が新たに生成されている。これらカルボン酸エステルの生成メカニズムとしては、キャビテーションによって分断された石油２の分子に、クラスターの細分化され、分断され活性化した水の分子４ａ由来の酸素が結合することによって、これらカルボン酸エステルが生成されたものと考えられる。

次に、当該炭素系燃料の製造方法１（炭素系燃料製造プラント１００）によって製造した炭素系生成物９のＣＨＮ分析の結果を示す。
測定会社：株式会社ニチユ・テクノ
報告書発行日：２０１４年２月１７日
測定試料：水と石油とから製造した炭素系生成物（水の含有量＝４０（容量％））
測定結果：

考察：
この炭素系生成物は、炭素原子や水素原子の他に、酸素原子が含まれていることが示されている。この炭素系生成物の酸素原子は、水の分子に由来するものであることが示唆される。

前記製造方法１、製造プラント１００、及びキャビテーション発生リング（リング）１０によれば、効率的に石油の分子と水の分子の微細化を行い、石油と水から炭素系生成物を製造することができる。
つまり、リング１０は、円筒部１１と突起部１２、１３とを備えた簡易な構造体でありながらも、該リング１０内で生じたキャビテーションによって石油２や水４といった液体の分子を分断することができる。
また、前記製造方法１、製造プラント１００によれば、このように簡易な構造とされたリング１０を用いて、該リング１０内で生じたキャビテーションによって石油２の分子と水４の分子を分断し、さらにこれら分断された石油の分子と水の分子とを結合させて炭素系生成物９を製造することができる。

また、このようにキャビテーションによって石油２の分子と水４の分子を分断して炭素系生成物９を製造するものであるので、例えば、石油２や水４に対して、これら液体に共振する周波数の波動を当てて分子の分断を行うようにした場合等と比べて、比較的確実に精度よく分子を分断することができる。また、このように、分子の分断の精度を高めることができるので、結果として、炭素系生成物９の品質が安定化し、収率も向上する。

また、石油２の分子と水４の分子の分断や、分断された石油の分子と水の分子との結合の工程において、高温の熱エネルギーや高圧力の付与等が不要なので、高温高圧処理のための大掛かりな設備や場所等が不要となる。また、高温の熱エネルギーが不要となるので、石油の代替品を製造するために石油を消費するというような非効率な状況をなくすことができる。
また、炭素系生成物９の原料に水４を使用しているので、従来と比べて燃料を合成する際の製造コストを大幅に削減することができる。また、従来の燃料と比べて、製造された炭素系生成物９中の炭化水素の含有率が低いので、炭素系生成物９の燃焼時に発生する二酸化炭素量を削減することができ、地球温暖化等の環境問題の解決の糸口になり得る。また、現状と比べて、水４の含有量の分だけ、石油の使用量を減らすことができるので、限りある天然資源である石油の有効利用を図ることができる。

次に、本発明に係る他の製造方法１Ａについて説明する。
製造方法１Ａは、図３（ｂ）に示すように、水の微細化工程Ｂにおいて処理される前の水４に多数の気泡７を含ませる気液混合工程Ｄを備えている。
この炭素系燃料の製造方法１Ａは、図７に示すように、気液混合装置２２を備えた炭素系燃料の製造プラント１００Ａによって実施される。
この気液混合工程Ｄでは、第１のキャビテーション発生リング１０（第１リング）より上流の水４が流通する配管３０に気体６を混入して、水４に多数の気泡７を含ませるようにしている。
この気泡７を含んだ水４を第１リング１０内に高圧で通過させることで、第１リング１０内にキャビテーションが生じ、このキャビテーションの作用によって、水４の分子が分断されるとともに、気泡７がナノサイズに微細化されてナノバブル７ａが生成される。

図８（ａ）には、ナノサイズに微細化される前の気泡７を示し、図８（ｂ）には、ナノバブル７ａを示している。気泡７のサイズは、２００〜２０００μｍ程度であり、ナノバブル７ａのサイズは、１００〜５００ｎｍ程度である。
第１リング１０内に生じたキャビテーションによって、水４の中に真空マイクロバブルが生成されるが、この真空マイクロバブルが、水４の中に生成された気泡７に衝突することによって、気泡７が瞬時にナノバブル７ａに破壊（微細化）される。
この破壊の際に急激な断熱圧縮反応が起こり、ナノバブル７ａの中で超高圧、超高温の極限反応場が形成されるものと考えられる。この極限反応場がナノバブル７ａの周囲の水４に作用することによって、水４の分子が効率的に分断されるようになると考えられる。

また、製造方法１Ａは、図３（ｂ）に示したように、燃料生成工程Ｃにおいて生成された炭化系生成物の分子結合を安定化させる安定化工程Ｅを、さらに備えている。
この安定化工程Ｅでは、前記生成物を磁気ミキサー４３内に通過させて、生成物の分子結合を安定化させるようにしている。
生成物を磁気ミキサー４３内に通過させると、生成物にマイナスイオンが付与される。これにより、マイナスイオン同士の反発作用によって、生成物同士がくっつき難くなる。
なお、磁気ミキサー４３としては、生成物に対してマイナスイオンを付与することのできるものであればよく、種々の構成とされたものを用いることができる。

製造方法１Ａは、水の微細化工程Ｂにおいて処理される前の水４に多数の気泡７を含ませる気液混合工程Ｄを備えているので、キャビテーションによって水４の中に生じた真空マイクロバブルが、気泡７に衝突して、気泡７を瞬時にナノバブル７ａに破壊し、これにより急激な断熱圧縮現象が生じるので、ナノバブル７ａの周囲の水４の分子が効率的に分断される。
製造方法１Ａは、分断された石油の分子と分断された水の分子とが結合して生じた生成物の分子結合を安定化させる安定化工程Ｅを、さらに備えており、この安定化工程Ｅにおいて、炭素系生成物を磁気ミキサー４３内に通過させることによって、炭素系生成物にマイナスイオンが付与され、これにより、炭素系生成物の分子同士がくっつき難くなり、これらが結合することを抑制することができる。これにより、炭素系生成物の分子結合が安定化するので、炭素系生成物９の品質を安定させることができる。
なお、製造方法１Ａでは、気液混合工程Ｄと安定化工程Ｅとを備えた例を示しているが、これらの工程Ｄ、Ｅのいずれか一方を備えたものとしてもよい。

なおここに示した気液混合装置、磁気ミキサーは、図１に示した炭化系燃料製造プラント、図２に示したコンテナ型炭素系燃料製造簡易プラントに対しても同様に組み込むことができる。

１、１Ａ炭素系燃料の製造方法
Ａ石油の微細化工程
Ｂ水の微細化工程
Ｃ炭素系燃料生成工程
Ｄ気液混合工程
Ｅ安定化工程
２石油
４水
４Ａ分離された水分
６気体
７気泡
８混合物
９炭素系燃料
１０、１０Ａキャビテーション発生リング
１１円筒部
１２、１３、１４、１５突起部
１６流通路
１７コンテナハウジング
２０、３０、４０配管
２３給油口
３２給水口
３３気液混合装置
５１排出口
４３磁気ミキサー
１００、１００Ａ、１００Ｂ炭素系燃料製造プラント
１００Ｃコンテナ型炭素系燃料製造簡易プラント
２００石油微細化処理部
３００水微細化処理部
４００燃料生成処理部
５００水分離処理部
６００還流処理部

Claims

給油口を設けるとともに、配管内にキャビテーション発生リングを内蔵した、石油の分子を分断するための石油微細化処理部と、
給水口を設けるとともに、配管内にキャビテーション発生リングを内蔵した、水の分子を分断するための水微細化処理部と、
配管内にキャビテーション発生リングを内蔵し、前記石油微細化処理部と、前記水微細化処理部とによって分断された油分子と水分子とを結合させる燃料生成処理部と、
この燃料生成処理部で生成された炭素系生成物に含まれている水分を分離する水分離処理部と、
この水分離処理部で水分が分離されたあとの最終炭素系燃料を排出させる排出口と、この水分離処理部で分離された水分を前記水微細化処理部に還流させる還流処理部とを備えたことを特徴とする、炭素系燃料製造プラント。
配管内にキャビテーション発生リングを内蔵した、石油の分子を分断するための石油微細化処理部と、
配管内にキャビテーション発生リングを内蔵した、水の分子を分断するための水微細化処理部と、
配管内にキャビテーション発生リングを内蔵し、前記石油微細化処理部と、前記水微細化処理部とによって分断された油分子と水分子とを結合させる燃料生成処理部と、
この燃料生成処理部で生成された炭素系生成物に含まれている水分を分離する水分離処理部と、
この水分離処理部で分離された水分を前記水微細化処理部に還流させる還流処理部とを備え、
前記石油微細化処理部、前記水微細化処理部、前記燃料生成処理部、前記水分離処理部、前記還流処理部とをコンテナハウジング内に内装するとともに、前記石油微細化処理部の給油口、前記水微細化処理部の給水口、前記水分離処理部で水分が分離されたあとの最終炭素系燃料の排出口を、コンテナハウジングの外方に設けている、コンテナ型炭素系燃料製造簡易プラント。