(57)【要約】【課題】主触媒の失活による反応率の低下が防止され、かつ主改質に必要な量の主触媒を供給し得る燃料改質システムを提供する。【解決手段】炭化水素を含有する原燃料を改質して改質燃料を得るための燃料改質システムであって、主触媒が充填された主触媒充填層であって、原燃料が主触媒充填層を通過するときに、主触媒が原燃料中に溶解することにより主触媒が原燃料に供給される、主触媒充填層と、原燃料に空気を供給する空気供給部と、主触媒および空気が供給された原燃料を改質反応に付すための改質槽とを含み、改質槽は改質槽内に配置された助触媒を備え、主触媒は、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物を含み、助触媒は、担体に有機コバルト化合物が担持されてなる助触媒粒子を含む、燃料改質システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を含有する原燃料を改質して改質燃料を得るための燃料改質システムであって、
主触媒が充填された主触媒充填層であって、原燃料が主触媒充填層を通過するときに、主触媒が原燃料中に溶解することにより主触媒が原燃料に供給される、主触媒充填層と、
原燃料に空気を供給する空気供給部と、
主触媒および空気が供給された原燃料を改質反応に付すための改質槽と
を含み、
改質槽は改質槽内に配置された助触媒を備え、
主触媒は、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物を含み、
助触媒は、担体に有機コバルト化合物が担持されてなる助触媒粒子を含む、燃料改質システム。
【請求項２】
主触媒充填層を加熱する加熱手段を更に含む、請求項１に記載の燃料改質システム。
【請求項３】
主触媒充填層内の温度が、改質槽内の温度よりも低い、請求項１または２に記載の燃料改質システム。
【請求項４】
改質槽内の温度が７０〜１００℃である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項５】
主触媒充填層内の温度における原燃料に対するＮ−ヒドロキシイミド化合物の溶解度が、原燃料１００重量部に対して、０．００１〜０．０５重量部である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項６】
Ｎ−ヒドロキシイミド化合物が、Ｎ−ヒドロキシフタルイミドおよび／またはＮ−ヒドロキシコハク酸イミドである、請求項５に記載の燃料改質システム。
【請求項７】
有機コバルト化合物が酢酸コバルトおよび／または安息香酸コバルトである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項８】
改質槽の上流において、原燃料と空気とを混合する予備混合器を更に含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項９】
改質槽において得られた改質混合物を、改質燃料としての凝縮相と、気相とに分離する気液分離器を更に含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項１０】
原燃料を収容し、主触媒充填層に原燃料を供給する原燃料タンクと、
改質燃料を収容する改質燃料タンクと、
原燃料タンクおよび改質燃料タンクにそれぞれ接続された燃焼室と
を含む、請求項９に記載の燃料改質システム。
【請求項１１】
気液分離器において得られる気相を燃焼室に供給する気相供給ラインを更に含む、請求項１０に記載の燃料改質システム。
【請求項１２】
改質燃料タンク内の改質燃料を、改質槽の上流において原燃料に添加する改質燃料循環ラインを更に含む、請求項１０または１１に記載の燃料改質システム。
【請求項１３】
原燃料タンクの原燃料を燃焼室に供給する原燃料バイパスラインを更に含む、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項１４】
主触媒充填層が交換可能である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項１５】
原燃料がガソリンである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の燃料改質システムを用いて原燃料から改質燃料を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料改質システム、より詳細には、ガソリン等の原燃料を改質して改質燃料を得るためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリン等の燃料について、内燃機関での効率（圧縮比、アンチノッキング性等）の向上、ひいては燃費の向上やＣＯ２排出量削減等を目的として、燃料のオクタン価を高めるための改質が行われている。例えば、特許文献１には、燃料中の炭化水素を、空気を用いて改質してアルコールを生成させる燃料改質システムが開示されている。特許文献１において、改質反応に用いる改質触媒は、燃料中の炭化水素から水素原子を引き抜いてアルキルラジカルを生成させる主触媒と、アルキルラジカルと酸素から生成するアルキルヒドロペルオキシドを還元してアルコールを生成させる助触媒とで構成されるものであり、主触媒としてＮ−ヒドロキシイミド基含有化合物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５９２５３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の燃料改質システムにおいて、改質触媒は、多孔質担体と、多孔質担体の表面に担持された主触媒および助触媒とを含んで構成され、この固体状の改質触媒が、改質器の内部に充填される。換言すると、主触媒および助触媒はともに、改質器の内部に固定される。しかし、主触媒として用いられるＮ−ヒドロキシイミド基含有化合物は熱により失活しやすい傾向がある。そのため、特許文献１の燃料改質システムを用いて燃料の改質を連続的に行った場合、改質反応の反応率（燃料の転化率）が時間とともに低下するおそれがあった。
【０００５】
本発明者らの研究により、改質反応に付す前の燃料（原燃料）に主触媒を添加し、この主触媒が添加された原燃料を改質槽に供給することにより、上述の主触媒の失活による反応率の低下の問題を解決し得ることが判明した。かかる方法によれば、主触媒が改質槽に連続的に供給されるので、主触媒が改質器内に固定される場合におこる主触媒の失活の問題は起こり得ない。
【０００６】
しかし、主触媒として用いられるＮ−ヒドロキシイミド化合物は、原燃料であるガソリン等に対する溶解度が低いため、改質に必要な量の主触媒を原燃料に添加することは困難であった。
【０００７】
本発明は、主触媒の失活による反応率の低下が防止され、かつ改質に必要な量の主触媒を供給し得る燃料改質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】
本発明者らは、上述した問題について鋭意検討を行った結果、主触媒が充填された主触媒充填層を改質槽の上流に配置し、原燃料が主触媒充填層を通過した後に改質槽に導入されるようにシステムを構成することにより、主触媒の失活に起因する反応率の低下を防止し得ると同時に、改質に必要な量の主触媒を供給し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
本発明の一の要旨によれば、炭化水素を含有する原燃料を改質して改質燃料を得るための燃料改質システムであって、
主触媒が充填された主触媒充填層であって、原燃料が主触媒充填層を通過するときに、主触媒が原燃料中に溶解することにより主触媒が原燃料に供給される、主触媒充填層と、
原燃料に空気を供給する空気供給部と、
主触媒および空気が供給された原燃料を改質反応に付すための改質槽と
を含み、
改質槽は改質槽内に配置された助触媒を備え、
主触媒は、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物を含み、
助触媒は、担体に有機コバルト化合物が担持されてなる助触媒粒子を含む、燃料改質システムが提供される。
【００１０】
本発明の一の態様において、燃料改質システムは、主触媒充填層を加熱する加熱手段を更に含んでよい。
【００１１】
本発明の一の態様において、主触媒充填層内の温度は改質槽内の温度よりも低いことが好ましい。
【００１２】
本発明の一の態様において、改質槽内の温度は７０〜１００℃であってよい。
【００１３】
本発明の一の態様において、主触媒充填層内の温度における原燃料に対するＮ−ヒドロキシイミド化合物の溶解度は、原燃料１００重量部に対して、０．００１〜０．０５重量部であってよい。
【００１４】
本発明の上記態様において、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物は、Ｎ−ヒドロキシフタルイミドおよび／またはＮ−ヒドロキシコハク酸イミドであってよい。
【００１５】
本発明の一の態様において、有機コバルト化合物は、例えば、酢酸コバルトおよび／または安息香酸コバルトであってよい。
【００１６】
本発明の一の態様において、燃料改質システムは、改質槽の上流において、原燃料と空気とを混合する予備混合器を更に含んでよい。
【００１７】
本発明の一の態様において、燃料改質システムは、改質槽において得られた改質混合物を、改質燃料としての凝縮相と、気相とに分離する気液分離器を更に含んでよい。
【００１８】
本発明の上記態様において、燃料改質システムは、原燃料を収容し、主触媒充填層に原燃料を供給する原燃料タンクと、
改質燃料を収容する改質燃料タンクと、
原燃料タンクおよび改質燃料タンクにそれぞれ接続された燃焼室と
を含んでよい。
【００１９】
本発明の上記態様において、燃料改質システムは、気液分離器において得られる気相を燃焼室に供給する気相供給ラインを更に含んでよい。
【００２０】
本発明の上記態様において、燃料改質システムは、改質燃料タンク内の改質燃料を、改質槽の上流において原燃料に添加する改質燃料循環ラインを更に含んでよい。
【００２１】
本発明の上記態様において、燃料改質システムは、原燃料タンクの原燃料を燃焼室に供給する原燃料バイパスラインを更に含んでよい。
【００２２】
本発明の一の態様において、主触媒充填層が交換可能であってよい。
【００２３】
本発明の一の態様において、原燃料はガソリンであってよいが、必ずしもこれに限定されない。
【００２４】
本発明の更にもう１つの要旨によれば、本発明の燃料改質システムを用いて原燃料から改質燃料を製造する方法もまた提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、原燃料が主触媒充填層を通過するときに主触媒の溶解度に応じて主触媒が原燃料中に溶解することにより、主触媒が連続的に改質槽に供給されることとなり、主触媒が改質器内に固定される場合におこる主触媒の失活の問題は起こり得ない。さらに、本発明によれば、原燃料が主触媒充填層を通過するときに主触媒が原燃料中に溶解することにより、改質に必要な量の主触媒を原燃料に供給し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本発明の一の実施形態に係る燃料改質システムを説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の一の実施形態について図面を参照しながら詳述するが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。
【００２８】
本発明の一の実施形態に係る燃料改質システムは、炭化水素を含有する原燃料を改質して改質燃料を得るための燃料改質システムであり、少なくとも、主触媒充填層と、空気供給部と、改質槽とを含む。
【００２９】
より詳細には、図１に示すように、本実施形態に係る燃料改質システム１は、主触媒が充填された主触媒充填層２と、原燃料に空気を供給する空気供給部３と、主触媒および空気が供給された原燃料を改質反応に付すための改質槽４とを含む。原燃料が主触媒充填層２を通過するときに、主触媒が原燃料中に溶解することにより主触媒が原燃料に供給される。改質槽４は、改質槽４内に配置された助触媒を備える。主触媒は、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物を含み、助触媒は、担体に有機コバルト化合物が担持されてなる助触媒粒子を含む。
【００３０】
主触媒充填層２は、図１に示すように、改質槽４（および存在する場合には予備混合器５）の上流に配置される。主触媒充填層２の構成は特に限定されるものではなく、任意の適切な構成を適用してよい。例えば、主触媒充填層２には主触媒がそのまま充填されていてよく、あるいは主触媒を含浸させた吸着材が充填されていてもよい。燃料改質システム１は、主触媒充填層２を加熱する加熱手段（図示せず）を更に含んでよい。加熱手段は、例えば、温水ジャケット、ヒーター等であってよいが、これに限定されない。加熱手段を用いて主触媒充填層２を加熱することにより、原燃料に溶出する主触媒の量の調節がより一層容易になる。
【００３１】
本実施形態に係る燃料改質システム１は、改質槽４の上流において、原燃料と空気とを混合する予備混合器５を更に含むことが好ましい。予備混合器５で原燃料と空気とを混合して得られる予備混合物を改質槽４に供給することにより、改質反応をより一層効率よく進行させることができる。
【００３２】
また、本実施形態に係る燃料改質システム１は、改質槽４において得られた改質混合物を、改質燃料としての凝縮相と気相とに分離する気液分離器６を更に含んでよい。この場合、燃料改質システム１は、原燃料を収容し、改質槽４に原燃料を供給する原燃料タンク７と、改質燃料を収容する改質燃料タンク８と、原燃料タンク７および改質燃料タンク８にそれぞれ接続された燃焼室９とを含んでよい。また、燃料改質システム１は、気液分離器６において得られる気相を燃焼室９に供給する気相供給ライン６０２を更に含んでもよい。更に、燃料改質システム１は、改質燃料タンク８内の改質燃料を、改質槽４の上流において原燃料に添加する改質燃料循環ライン８０２を更に含んでよい。なお、本明細書において、用語「ライン」は、特段説明のない限り、１つまたは２つ以上の通路や配管等であってよく、あるいは２つの部材間が直接接続された開口部等であってもよい。
【００３３】
原燃料は、少なくとも１種の炭化水素系化合物を含むものであればよい。原燃料の詳細については後述する。原燃料は、例えばガソリンであってよい。原燃料がガソリンである場合、本実施形態に係る燃料改質システム１によって高オクタン価を有する改質ガソリンを得ることができる。
【００３４】
以下、本実施形態に係る燃料改質システムを用いて原燃料から改質燃料を製造する方法について説明することにより、燃料改質システム１について更に詳述する。
【００３５】
まず、改質対象である原燃料を原燃料タンク７に貯留する。原燃料は、少なくとも１種の炭化水素系化合物を含むものであればよい。かかる原燃料は、例えば脂肪族化合物、芳香族化合物等を含み得、脂肪族化合物は、パラフィン系炭化水素、オレフィン系炭化水素、ナフテン系炭化水素などであり得、芳香族化合物は、少なくとも１つの芳香族環を含む炭化水素であり得、これらは、置換基および／またはヘテロ原子を有していても、有していなくてもよい。オクタン価（ＲＯＮ： Research Octane Number）は、直鎖状脂肪族化合物より分岐状脂肪族化合物（イソオレフィン、イソパラフィン等）のほうが高く、分岐状脂肪族化合物より芳香族化合物のほうが更に高い。原燃料中の脂肪族化合物の含有量および芳香族化合物の含有量は特に限定されず、原燃料の用途、法令および規格等に応じて適宜設定され得る。加えて、原燃料は、脂肪族化合物および芳香族化合物のほか、比較的少量の他の成分を有していてもよい。
【００３６】
本実施形態に係る燃料改質システム１において使用可能な原燃料として、例えばガソリンが挙げられる。ガソリンは、一般的に、２，２，４−トリメチルペンタン（ＲＯＮ＝１００）、ｎ−ヘプタン（ＲＯＮ＝０）およびトルエン（ＲＯＮ＝１２０）の３成分から主に構成されるが、ガソリンに含まれ得る成分はこれらに限定されるものではない。また、原燃料は、ガソリン添加剤として既知のものを含んでいてもよい。
【００３７】
原燃料タンク７に貯留した原燃料は、制御部（図示せず）により、例えばバルブ等を操作して、ライン７０１を通じて主触媒充填層２に供給される。原燃料は、任意の適切な状態で主触媒充填層２に供給してよい。例えば、原燃料は、主触媒充填層２に気体状態または気液混合状態で供給してよく、主触媒充填層２において原燃料の一部または全部が液化してもよい。また、例えば、原燃料は、必要に応じて凝縮器（図示せず）にて凝縮させた後、主触媒充填層２に液体状態で供給してもよい。
【００３８】
主触媒充填層２に供給された原燃料は主触媒充填層２の内部を通過する。このとき、主触媒が原燃料中に溶解することにより主触媒が原燃料に供給される。主触媒充填層２において、主触媒は、原燃料に対する溶解度に応じて、原燃料に溶存し得る量のみが原燃料に供給される。そのため、改質槽４における改質反応に必要とされる量の主触媒を原燃料に供給し得ると同時に、システム１の流路において主触媒が析出するのを防止することができ、その結果、システムの効率を向上させることができる。
【００３９】
本実施形態に係る燃料改質システム１は、主触媒充填層２を加熱する加熱手段を更に含んでよい。加熱手段を用いて主触媒充填層２を加熱することにより、原燃料に溶出する主触媒の量の調節がより一層容易になる。また、加熱手段を用いて主触媒充填層２を加熱することにより、主触媒の溶出量を増加させることができ、改質反応の反応率をより一層向上させることができる。さらに、加熱手段を用いて主触媒充填層２の温度を一定に保つことにより、一定量の主触媒を安定して改質槽４に供給することができる。
【００４０】
主触媒充填層２を加熱するのに必要な熱の供給は、任意の適切な態様で実施することができる。一般的に、燃焼室９で発生する熱を除去するために、冷却媒体を通路内で循環させて、冷却媒体との熱交換により燃焼室９が冷却され得る。この冷却媒体を通す通路を主触媒充填層２に近接して配置して、燃焼室９で発生する熱が冷却媒体を介して主触媒充填層２に供給されるようにしてよい。あるいは、燃焼室９からの排ガスを排出するためのライン９０１を主触媒充填層２に近接して配置して、排ガスの有する熱が主触媒充填層２に供給されるようにしてもよい。また、あるいは、燃焼室９で発生する熱が熱伝導性部材を介して主触媒充填層２に伝導するようにシステムを構成してもよい。上述した熱の供給態様は、単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
【００４１】
主触媒は、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物を含む。Ｎ−ヒドロキシイミド化合物としては、例えば、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド、Ｎ，Ｎ’−ジヒドロキシピロメリット酸ジイミド、Ｎ−ヒドロキシグルタルイミド、Ｎ−ヒドロキシ−１，８−ナフタレンジカルボン酸イミド、Ｎ，Ｎ’−ジヒドロキシ−１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、およびかかるＮ−ヒドロキシイミド化合物のヒドロキシル基に保護基を導入することにより得られる化合物等が挙げられる。
【００４２】
主触媒として用いられるＮ−ヒドロキシイミド化合物は、主触媒充填層内の温度における原燃料に対する溶解度が高いことが好ましい。主触媒の溶解度が高いほど、原燃料中に溶出する主触媒の量が増加し、改質槽における改質反応を更に効率よく進行させることができる。主触媒充填層内の温度における原燃料に対するＮ−ヒドロキシイミド化合物の溶解度は、例えば、原燃料１００重量部に対して、０．００１〜０．０５重量部であってよい。原燃料に対する溶解度が原燃料１００重量部に対して、０．００１重量部以上であると、改質槽における改質反応を効率よく進行させることができる。原燃料に対する溶解度の上限は特に限定されるものではないが、溶解度が原燃料１００重量部に対して０．０５重量部程度であれば、改質反応を効率よく進行させるのに十分な量の主触媒を改質槽４に供給することができる。Ｎ−ヒドロキシフタルイミドおよびＮ−ヒドロキシコハク酸イミドは、原燃料に対する溶解度が比較的高い。従って、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物は、Ｎ−ヒドロキシフタルイミドおよび／またはＮ−ヒドロキシコハク酸イミドであることが好ましい。
【００４３】
主触媒充填層２内の温度は、改質槽４内の温度よりも低いことが好ましい。かかる温度条件の下では、主触媒充填層２において原燃料中に溶出した主触媒は、改質槽４の内部において原燃料中に溶存したまま存在し得るので、主触媒の析出を好適に抑制することができる。その結果、システムの効率が更に向上し得る。改質槽４内の温度については後述する。
【００４４】
なお、本実施形態にかかる燃料改質システム１において、主触媒充填層２が交換可能であることが好ましい。かかる構成を採用することにより、主触媒が消費された主触媒充填層２を、新たな主触媒充填層２と交換して、システム１を永続的に使用することができる。燃料改質システム１は、主触媒充填層２が交換可能であるように適宜設計され得る。
【００４５】
空気は、空気供給部３によって原燃料に供給される。図１において、空気供給部３は空気タンク３１と空気供給ライン３０１とで構成されるが、本実施形態に係る燃料改質システムはこの構成に限定されるものではない。空気タンク３１に空気が貯留される。空気タンク３１に貯留される空気は、空気供給ライン３０１を通じて原燃料に供給される。空気は改質反応において酸化剤としてはたらく。本実施形態に係る燃料改質システムは、主触媒としてＮ−ヒドロキシイミド化合物を使用し、助触媒として担体に有機コバルト化合物が担持されてなる助触媒粒子を使用するので、空気を酸化剤として用いることができる。そのため、酸化剤として酸素および／またはオゾンを用いる場合と比較して設備コストを低減することができる。
【００４６】
別法として、外部環境に存在する空気を、空気供給ライン３０１を通じて直接原燃料に供給してもよい。この場合、空気タンク３１は不要である。
【００４７】
空気は、改質槽４に供給される前の原燃料に供給される。すなわち、空気は改質槽４の上流において原燃料に供給される。空気を供給する箇所は、改質槽４の上流であれば特に限定されず、任意の地点において供給してよい。例えば、空気は、ライン７０１またはライン２０１の途中において、すなわちライン７０１またはライン２０１上の一の地点において原燃料に供給してよい。この場合、空気供給ライン３０１はライン７０１またはライン２０１に接続される。空気は、間欠的または連続的に原燃料に供給されてよい。
【００４８】
燃料改質システム１が図１に示すように予備混合器５を含む場合、空気はライン７０１またはライン２０１の途中において原燃料に供給してよいが、予備混合器５において原燃料に供給してもよい。この場合、空気供給ライン３０１は、予備混合器５に接続される。
【００４９】
主触媒充填層２をでた原燃料は、ライン２０１を通じて予備混合器５に移送される。なお、図１に示す燃料改質システム１は予備混合器５を含むが、本実施形態に係る燃料改質システムにおいて予備混合器は必須の構成要素ではなく、燃料改質システムは予備混合器を含まなくてもよい。燃料改質システム１が予備混合器５を含まない場合、主触媒充填層２をでた原燃料は、ライン２０１を通じて直接改質槽４に移送される。
【００５０】
燃料改質システム１が予備混合器５を含む場合、予備混合器５において、原燃料と空気とが予備混合される。予備混合器５において予備混合を行うことにより、改質槽における改質反応をより一層効率よく進行させることができる。
【００５１】
予備混合器５としては、混合すべき原燃料の形態に応じて任意の適切な混合器を適用することができ、例えば気液混合器を用いてよい。気液混合器は、特に限定されないが、例えば、マイクロバブル発生装置を用いてよい。なお、マイクロバブルとは、発生時の気泡直径が５０μｍ以下（一般に１０〜４０μｍ）の気泡をいう。本実施形態においてマイクロバブル発生装置を予備混合器として用いた場合、空気のマイクロバブルに含まれる酸素は原燃料に溶解しやすくなるため、改質槽４における改質反応を効率よく進行させることができる。
【００５２】
マイクロバブル発生装置としては、加圧溶解方式および二相流旋回方式などの任意の方式のマイクロバブル発生装置を使用してよく、市販のマイクロバブル発生装置（マイクロバブル発生器）を使用してもよい。例えば、液体供給口、気体吸入口および気液混合物吐出口を備えるデバイスであって、気液混合部と、液体供給口側から気液混合部に向かってデバイス内の流路断面が次第に小さくなるノズル（スロート）部と、気液混合部から気液混合物吐出口側に向かってデバイス内の流路断面が次第に大きくなるディフューザ部とを更に備え、液体供給口から供給された液体がノズル部に通されて加圧され、気体吸入口から吸入された気体と気液混合部にて混合され、その後、これらの混合物がディフューザ部を通じて減圧されて、気液混合物吐出口から吐出されるように構成されたデバイスを備える装置を使用できる。
【００５３】
予備混合器５において混合された原燃料、主触媒および空気の混合物は、次いで、ライン５０１を通じて改質槽４に供給される。なお、上述したように、燃料改質システムが予備混合器を含まない場合、原燃料タンク７から出た原燃料は、主触媒充填層２を通過して主触媒が供給され、かつ空気供給部３によって空気が供給された後、ライン２０１を通じて改質槽４に直接供給される。
【００５４】
改質槽４において、原燃料が、酸化剤である空気による酸化反応（改質反応）に付される。これにより、原燃料中の脂肪族化合物が酸化され、対応する酸化物が生成する。酸化物としては、例えば、アルコール、ケトン、アルデヒド、カルボン酸、ヒドロペルオキシドなどが挙げられる。かかる酸化物は、元の脂肪族化合物よりも高いオクタン価（ＲＯＮ）を有する。そのため、改質反応により高オクタン価を有する改質ガソリンを得ることができる。
【００５５】
上述の酸化反応（改質反応）は触媒によって促進される。本実施形態に係る燃料改質システムにおいて、触媒は、主触媒と、助触媒とで構成される。主触媒は、上述したように、改質槽４の上流において原燃料に供給される。助触媒は、改質槽４の内部に配置される。改質槽４における助触媒の存在形態は特に限定されるものではなく、例えば、改質槽４の内表面の少なくとも一部に助触媒が固定されていてよく、かつ／または改質槽４の少なくとも一部の空間に助触媒が充填されていてよい。助触媒は、典型的には不均一触媒であるが、これに限定されない。
【００５６】
本実施形態に係る燃料改質システムにおいて使用可能な助触媒は、担体に有機コバルト化合物が担持されてなる助触媒粒子を含む。
【００５７】
有機コバルト化合物としては、例えば、コバルトの有機酸塩（例えば、酢酸塩、プロピオン酸塩、青酸塩、ナフテン酸塩、ステアリン酸塩；メタンスルホン酸塩、エタンスルホン酸塩、オクタンスルホン酸塩、ドデカンスルホン酸塩などのアルキルスルホン酸塩（例えば、Ｃ６−１８アルキルスルホン酸塩）；ベンゼンスルホン酸塩、ｐ−トルエンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、デシルベンゼンスルホン酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩などのアルキル基で置換されていてもよいアリールスルホン酸塩（例えば、Ｃ６−１８アルキル−アリールスルホン酸塩））、有機コバルト錯体等が挙げられる。錯体を構成する配位子としては、ＯＨ（ヒドロキソ）、アルコキシ（メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシなど）、アシル（アセチル、プロピオニルなど）、アルコキシカルボニル（メトキシカルボニル、エトキシカルボニルなど）、アセチルアセトナト、シクロペンタジエニル基、ハロゲン原子（塩素、臭素など）、ＣＯ、ＣＮ、酸素原子、Ｈ２Ｏ（アコ）、ホスフィン（トリフェニルホスフィンなどのトリアリールホスフィンなど）のリン化合物、ＮＨ３（アンミン）、ＮＯ、ＮＯ２（ニトロ）、ＮＯ３（ニトラト）、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ピリジン、フェナントロリンなどの窒素含有化合物などが挙げられる。
【００５８】
具体的には、有機コバルト化合物は、酢酸コバルトおよび／または安息香酸コバルトであってよい。
【００５９】
担体としては、無機担体や、ハメットの酸度関数（Ｈ０）が−９以下である担体などを用いてよい。無機担体としては、例えば、ゼオライト、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ−アルミナ（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３）、活性炭などが挙げられる。ハメットの酸度関数（Ｈ０）が−９以下である担体は、少なくとも表面のＨ０が−９以下のものであればよく、例えば、濃硫酸を固体（例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ゼオライト、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３、ポリマー、グラファイト、金属など）上に担持した硫酸固体担持物、固体強酸、固体超強酸（Ｈ０が−１１．９３よりも小さい酸）などが挙げられる。なかでも、かかる担体としては、工業的に入手が容易である硫酸化ジルコニア、フッ素化スルホン酸系樹脂（例えば、「ナフィオン（登録商標）」等のスルホン酸基を有するパーフルオロビニルエーテルモノマーとテトラフルオロエチレンとの共重合体など）を好適に使用することができる。
【００６０】
改質反応の温度は、使用する主触媒および助触媒の種類等によって異なり得るが、比較的低温で、例えば常圧下にて１００℃以下の温度で進行させることが可能である。改質槽内の温度は、好ましくは７０〜１００℃、より好ましくは８０〜９０℃である。本実施形態に係る燃料改質システム１は、主触媒としてＮ−ヒドロキシイミド化合物を使用し、かつ助触媒として有機コバルト化合物を使用することにより、かかる温和な温度条件で改質反応を進行させることができる。
【００６１】
改質槽４は、多管式反応器等の流通式反応器であってよい。流通式反応器を用いることにより、改質反応を連続的に実施することができる。より詳細には、改質槽４はフローリアクターであってよい。フローリアクターの流路の内径は、例えば０．３〜３ｍｍ、好ましくは０．４〜１．８ｍｍ、更に好ましくは０．７〜１．６ｍｍである。フローリアクターの流路の長さは、反応速度等に応じて適宜選択され得るが、例えば０．１〜２０ｍ、好ましくは０．３〜１０ｍである。また、改質槽４は、モノリス型触媒反応器であってよい。モノリスとは、骨格（材料部分）と空間（流路部分）とが連続的に一体型となった構造をいい（共連続体とも称す）、空間は連続した貫通孔となっている。モノリス型触媒反応器において、流路部分（空間）の内径（孔径）は、例えば０．５〜２５ｍｍ、好ましくは０．８〜１０ｍｍ、より好ましくは０．８〜５ｍｍであり、流路部分（空間）の長さは、反応速度等に応じて適宜選択され得るが、例えば０．０５〜２０ｍ、好ましくは０．０５〜１ｍである。フローリアクターやモノリス型触媒反応器は熱効率に優れており、反応熱の除熱が容易で、ホットスポットの形成を効果的に防止できるという利点を有する。さらに、モノリス型触媒反応器は、気液接触効率および気液混合物と触媒との接触効率に優れ、酸化反応効率を著しく向上させ得るという利点を有する。
【００６２】
なお、本実施形態に係る燃料改質システム１が予備混合器５を含む場合、予備混合器５と改質槽４とは、別々に構成されてよく、あるいは一体的に構成されてもよい。予備混合器５と改質槽４とが一体的に構成される場合、装置構成を簡略化することができる。予備混合器５と改質槽４とが別々に構成される場合、予備混合器５において得られる予備混合物は、ライン５０１を通じて改質槽４に移送されてよい。
【００６３】
改質槽４において改質反応を進行させるのに必要な熱の供給は、任意の適切な態様で実施することができる。一般的に、燃焼室９で発生する熱を除去するために、冷却媒体を通路内で循環させて、冷却媒体との熱交換により燃焼室９が冷却され得る。この冷却媒体を通す通路を改質槽４に近接して配置して、燃焼室９で発生する熱が冷却媒体を介して改質槽４に供給されるようにしてよい。本実施形態によれば、改質反応を比較的低温で（例えば１００℃以下の温度で）進行させ得るので、冷却媒体の有する熱を利用して酸化反応に必要な熱を供給することが可能である。あるいは、燃焼室９からの排ガスを排出するためのライン９０１を改質槽４に近接して配置して、排ガスの有する熱が改質槽４に供給されるようにしてもよい。また、あるいは、燃焼室９で発生する熱が熱伝導性部材を介して改質槽４に伝導するようにシステムを構成してもよい。上述した熱の供給態様は、単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
【００６４】
改質槽４における改質反応を経て得られる改質混合物は、改質反応の生成物を含み、さらに未反応の原燃料成分を含み得る。また、原燃料中に溶解した状態で改質槽４に供給された主触媒は、改質槽４の内部において溶存したままで存在し、改質混合物中に溶解した状態で改質槽４を出る。このように、主触媒は改質槽４の内部で溶存状態を維持することができるので、主触媒の析出を防止することができ、その結果、システム１の効率を向上させることができる。改質混合物は、気液分離器６において気相と凝縮相とに分離してよい。気液分離器６としては、任意の適切な装置を用い得る。本実施形態に係る燃料改質システム１が気液分離器６を含む場合、改質混合物は、改質槽４からライン４０１を通じて気液分離器６に移送されてよい。改質混合物は、気液分離器６において、気相と、改質燃料としての凝縮相とに分離される。凝縮相は、主触媒を更に含む。
【００６５】
気液分離器６において気相と凝縮相とに分離するのに熱を要する場合、かかる熱の供給は、任意の適切な態様で実施できる。一般的に、燃焼室９で発生する熱を除去するために、冷却媒体を通路内で循環させて、冷却媒体との熱交換により燃焼室９が冷却され得るが、かかる冷却媒体が通される通路を気液分離器６に近接して配置して、燃焼室９で発生する熱が冷却媒体を介して気液分離器６に供給されるようにしてよい。あるいは、燃焼室９からの排ガスを排出するためのライン９０１を気液分離器６に近接して配置して、排ガスの有する熱が気液分離器６に供給されるようにしてもよい。また、あるいは、燃焼室９で発生する熱が熱伝導性部材を介して気液分離器６に伝導するようにシステムを構成してもよい。上述した熱の供給態様は、単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
【００６６】
このようにして気液分離器６において得られる改質燃料（凝縮相）は、改質燃料タンク８に一旦貯留され得る。この場合、気液分離器６において得られた改質燃料は、ライン６０１を通じて改質燃料タンク８に移送されてよい。一方、本実施形態において必須ではないが、気液分離器６において得られる気相は、気相供給ライン６０２を通じて後述する燃焼室９に移送されてよい。また、本実施形態において必須ではないが、改質燃料タンク８内に貯留される改質燃料は、その一部または全部を、改質燃料循環ライン８０２を通じて原燃料に戻してもよい。例えば、改質槽４における改質反応の反応率（原燃料の転化率）が低い場合、改質燃料の一部または全部を原燃料に戻して更に改質反応に付すことにより、原燃料の転化率を高くすることができる。改質燃料が原燃料に戻される地点（改質燃料が原燃料に加えられる地点）は、改質槽４の上流であれば特に限定されず、任意の適切な地点において改質燃料を原燃料に加えてよい。例えば、図１に示すようにライン７０１の途中において改質燃料を原燃料に戻してよく、あるいは予備混合器５において、またはライン２０１もしくはライン５０１の途中において改質燃料を原燃料に加えてもよい。換言すると、改質燃料循環ライン８０２は、ライン７０１、予備混合器５またはライン５０１のいずれかに接続されてよい。
【００６７】
以上のようにして改質燃料が製造される。かかる改質燃料は、改質燃料タンク８からライン８０１を通じて燃焼室９に供給され得、燃料として使用され得る。また、原燃料タンク７の原燃料も、原燃料バイパスライン７０２を通じて燃焼室９に供給され得、燃料として使用され得る。さらに、気液分離器６において取り出される気相もまた、気相供給ライン６０２を通じて燃焼室に供給され得、燃料として使用され得る。原燃料タンク７から燃焼室９への原燃料の供給、改質燃料タンク８から燃焼室９への改質燃料の供給、および気液分離器６から燃焼室９への気相の供給は、システムの制御部（図示せず）により、例えばバルブ等の操作を通じて制御することができ、原燃料、改質燃料および気相のうちいずれか１つを選択的に、または２以上を所定の割合で同時に、燃焼室９に供給して使用することができる。
【００６８】
燃焼室９において、改質燃料ならびに場合により原燃料および気相を含む燃料は燃焼され、排ガスが生成する。燃焼室９において生成した排ガスは、ライン９０１および排ガス浄化触媒９１を通ってシステム外に排出され得る（９０２）。
【００６９】
本実施形態に係る燃料改質システムによれば、主触媒が連続的に原燃料に供給されるので主触媒の失活の問題を回避することができる。また、本実施形態に係る燃料改質システムによれば、改質に必要な量の主触媒を原燃料に供給し得る。更に、本実施形態に係る燃料改質システムによれば、主触媒は、原燃料に溶存し得る量のみ原燃料に供給されるので、主触媒の析出を防止することができ、その結果、システムの効率を向上させることができる。
【００７０】
本実施形態にかかる燃料改質システム１の用途は特に限定されず、炭化水素系化合物を含む燃料を改質するために幅広く使用可能である。
【００７１】
以上、本発明の一の実施形態に係る燃料改質システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されず、種々の改変が可能である。例えば、予備混合器５は本発明に必須ではなく、改質槽４における改質反応が適切に進行し得る限り、原燃料および空気を改質槽４に直接供給してもよい。また、気液分離器６および改質燃料タンク８は本発明に必須ではなく、改質槽４から取り出される改質混合物は（そのままで、または必要に応じて凝縮された後に）、気液分離器６および改質燃料タンク８を経ることなく、燃焼室９に直接移送されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係る燃料改質システムは、ガソリン等の燃料を効果的に改質して高オクタン価化するのに利用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１…燃料改質システム
２…主触媒充填層
２０１…ライン
３…空気供給部
３１…空気タンク
３０１…空気供給ライン
４…改質槽
４０１…ライン
５…予備混合器
５０１…ライン
６…気液分離器
６０１…ライン
６０２…気相供給ライン
７…原燃料タンク
７０１…ライン
７０２…原燃料バイパスライン
８…改質燃料タンク
８０１…ライン
８０２…改質燃料循環ライン
９…燃焼室
９１…排ガス浄化触媒
９０１…ライン
９０２…排ガス
【図１】
2018131980.tif 000003