(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、主触媒を収容し、原燃料に主触媒を供給するための主触媒供給部と、原燃料に空気を供給する空気供給部と、原燃料を改質反応に付すための改質槽であって、主触媒および空気が供給された原燃料が改質槽の入口に供給される、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有する主触媒粒子を含み、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、
主触媒を収容し、原燃料に主触媒を供給するための主触媒供給部と、
原燃料に空気を供給する空気供給部と、
原燃料を改質反応に付すための改質槽であって、主触媒および空気が供給された原燃料が改質槽の入口に供給される、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有する主触媒粒子を含み、
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】
主触媒粒子の平均粒径が助触媒粒子の平均粒径より小さい、請求項１に記載の燃料改質システム。
【請求項３】
主触媒粒子の平均粒径が３０μｍ以下である、請求項１または２に記載の燃料改質システム。
【請求項４】
主触媒粒子の平均粒径が１〜１０μｍである、請求項３に記載の燃料改質システム。
【請求項５】
改質槽内の温度が７０〜１００℃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の融点が１００℃以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項７】
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である、請求項６に記載の燃料改質システム。
【請求項８】
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１〜７のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項９】
改質槽が、該改質槽の少なくとも出口にフィルタを備え、該フィルタの孔径は、主触媒粒子の粒径よりも大きく且つ助触媒粒子の粒径よりも小さい、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】
主触媒供給部が、主触媒を収容する主触媒タンクと、主触媒タンク内の主触媒を原燃料に供給する主触媒供給ラインとを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項１１】
改質槽の上流において、原燃料と、主触媒および／または空気とを混合する予備混合器を更に含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項１２】
改質槽の出口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１〜１１のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項１３】
原燃料を収容し、改質槽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１２に記載の燃料改質システム。
【請求項１４】
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１３に記載の燃料改質システム。
【請求項１５】
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１３または１４に記載の燃料改質システム。
【請求項１６】
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１３〜１５のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項１７】
原燃料がガソリンである、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の燃料改質システム。
【請求項１８】
請求項１〜１７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、粒子状の主触媒（主触媒粒子）を原燃料に添加した後、この主触媒粒子を含有する原燃料を改質槽に供給して改質反応に付すことにより、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（以下、本明細書において単に「燃料改質システム」ともいう）であって、
主触媒を収容し、原燃料に主触媒を供給するための主触媒供給部と、
原燃料に空気を供給する空気供給部と、
原燃料を改質反応に付すための改質槽であって、主触媒および空気が供給された原燃料が改質槽の入口に供給される、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有する主触媒粒子を含み、
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、主触媒粒子の平均粒径は、助触媒粒子の平均粒径より小さくてよい。
【００１１】
本発明の一の態様において、主触媒粒子の平均粒径は３０μｍ以下であってよく、更に、１〜１０μｍであってよい。
【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、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物の融点は１００℃以上であってよい。
【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、例えばＮ−ヒドロキシフタル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、改質槽は、改質槽の少なくとも出口にフィルタを備えてよい。この態様において、フィルタの孔径は、主触媒粒子の粒径よりも大きく且つ助触媒粒子の粒径よりも小さくてよい。
【００１７】
本発明の一の態様において、主触媒供給部は、主触媒を収容する主触媒タンクと、主触媒タンク内の主触媒を原燃料に供給する主触媒供給ラインとを含んでよい。
【００１８】
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、主触媒および／または空気とを混合する予備混合器を更に含んでよい。
【００１９】
本発明の一の態様において、燃料改質システムは、改質槽の出口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。
【００２０】
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、改質槽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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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】
【００２６】
本発明によれば、粒子状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、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、主触媒を粒子の形態で原燃料に添加することにより、原燃料に対する主触媒の溶解度に関わらず、改質反応に必要な量の主触媒を改質槽に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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】
【００２８】
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。
【００２９】
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、主触媒供給部と、空気供給部と、改質槽とを含む。
【００３０】
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、主触媒を収容し、原燃料に主触媒を供給するための主触媒供給部２と、原燃料に空気を供給する空気供給部３と、原燃料を改質反応に付すための改質槽４であって、主触媒および空気が供給された原燃料が改質槽の入口に供給される、改質槽４とを含む。改質槽４は、改質槽４内に配置された助触媒を備える。
【００３１】
助触媒は改質槽４の内部に保持される。助触媒を保持する方法は、特に限定されるものではなく、任意の適切な方法を採用してよい。例えば、改質槽の少なくとも出口にフィルタを配置することにより助触媒を保持してよい。なお、改質槽にフィルタを配置する場合、フィルタは、改質槽の出口に加えて入口に配置されてよい。また、改質槽がフィルタを備えるか否かに関わらず、燃料改質システムは、システムの流路の任意の地点において任意の数のフィルタを有してよい。
【００３２】
主触媒供給部２は、図１に示すように、主触媒を収容する主触媒タンク２１と、主触媒タンク内の主触媒を原燃料に供給する主触媒供給ライン２０１とを含むものであってよい。主触媒供給部２は、供給される主触媒の形態に応じてポンプおよび／または分散器等を更に含んでよく、例えば、スラリー状の主触媒（主触媒スラリー）を原燃料に供給する場合、主触媒供給部２はスラリーポンプを含んでよい。尤も、主触媒供給部２は上述の構成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。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】
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、主触媒および／または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、主触媒および／または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。
【００３４】
また、本実施形態に係る燃料改質システム１は、改質槽４の出口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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
原燃料タンク７に貯留した原燃料を、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を通じて予備混合器５に移送する。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、原燃料タンク７に貯留した原燃料は、ライン７０１を通じて直接改質槽４に移送される。
【００４０】
原燃料は、任意の適切な状態で予備混合器５（または改質槽４に直接）供給してよい。例えば、原燃料は、予備混合器５に気体状態または気液混合状態で供給してよく、予備混合器５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、予備混合器５に液体状態で供給してもよい。
【００４１】
主触媒は、主触媒供給部２によって原燃料に供給される。図１において、主触媒供給部２は主触媒タンク２１と主触媒供給ライン２０１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。主触媒タンク２１に主触媒が貯留される。主触媒タンク２１に貯留される主触媒を、主触媒供給ライン２０１を通じて原燃料に供給する。このように主触媒を予め添加した原燃料が改質槽に供給されることにより、すなわち、主触媒が改質槽に連続的に供給されることにより、主触媒が改質槽内に固定される場合に起こり得る失活の問題を回避することができる。
【００４２】
主触媒は、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物を含有する主触媒粒子を含む。主触媒であるＮ−ヒドロキシイミド化合物は粒子（固体）の状態で原燃料に添加され、この粒子状態（固体状態）のＮ−ヒドロキシイミド化合物を含有する原燃料が改質槽に供給される。このように、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物が固体状態を保持したままで改質槽に供給されるので、原燃料に対する主触媒の溶解度に関わらず、改質反応に必要な量の主触媒を原燃料に供給することができる。また、ガソリン等の原燃料に対するＮ−ヒドロキシイミド化合物の溶解は一般に低いので、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物の原燃料への溶解および溶解したＮ−ヒドロキシイミド化合物の再析出が抑制される。その結果、システムの効率が向上し得る。
【００４３】
主触媒粒子の粒径は、特に限定されるものではなく、システムの構成に応じて適宜調節してよい。例えば、主触媒の粒径は、システムの構成要素（改質槽４、存在する場合には気液分離器、改質燃料タンクおよび燃焼室、ならびにこれらを接続するライン等）を通過し得るように調節してよい。このように粒径を調節することで、システムの効率が向上し得る。
【００４４】
主触媒粒子の平均粒径は、助触媒粒子の平均粒径より小さくてよい。この場合、主触媒粒子は、助触媒粒子が内部に配置された改質槽４を通過しやすくなり、システムの効率が更に向上し得る。なお、本明細書において、「平均粒径」は、体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ５０）を意味する。
【００４５】
主触媒粒子の平均粒径は、用いられる助触媒粒子の平均粒径や改質反応条件等にもよるが、３０μｍ以下であってよく、例えば１〜１０μｍであってよい。
【００４６】
燃料改質システム１がシステムの流路内にフィルタを備える場合、主触媒粒子の粒径はフィルタの孔径よりも小さいことが好ましい。例えば、改質槽４が、助触媒を保持するために改質槽４の少なくとも出口にフィルタを備える場合、主触媒粒子の粒径はフィルタの孔径よりも小さいことが好ましい。この場合、主触媒粒子によるフィルタの目詰まりを抑制することができ、システムの効率をより一層向上させることができる。
【００４７】
なお、本明細書において、「フィルタの孔径よりも小さい粒径を有する」とは、粒子の大部分がフィルタの孔径よりも小さい粒径を有することを意味する。具体的には、体積基準の累積９０％粒子径（Ｄ９０）がフィルタの孔径よりも小さいことを意味する。同様に、「フィルタの孔径よりも大きい粒径を有する」とは、粒子の大部分がフィルタの孔径よりも大きい粒径を有することを意味し、具体的には、体積基準の累積９０％粒子径（Ｄ９０）がフィルタの孔径よりも小さいことを意味する。フィルタの孔径については後述する。
【００４８】
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。
【００４９】
後述するように、改質槽４における改質反応は、１００℃以下で実施され得る。主触媒粒子に含まれるＮ−ヒドロキシイミド化合物の融点が改質反応時の温度より低いと、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物の融解および再析出を抑制することができ、システムの効率をより一層向上させることができる。したがって、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物の融点は、１００℃以上であることが好ましい。具体的には、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（融点：２３１℃）であることが好ましい。Ｎ−ヒドロキシフタルイミドを含有する主触媒粒子を用いた場合、改質槽４において主触媒粒子は固体のままで存在し得る。また、常温から改質反応時の温度までの温度範囲において、原燃料に対するＮ−ヒドロキシイミド化合物の溶解度の変化が小さいことが好ましく、上述の温度範囲において溶解度が実質的に一定であることがより好ましい。この場合、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物の溶解および再析出をより一層効果的に抑制することができ、システムの効率をより一層向上させることができる。
【００５０】
主触媒は、主触媒粒子に加えて、分散剤等の添加剤を含んでよい。主触媒は、粉末状態で原燃料に供給してよく、あるいは主触媒粒子を含有するスラリーの状態で供給してもよい。
【００５１】
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含有する主触媒粒子を使用し、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。
【００５２】
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。
【００５３】
主触媒および空気は、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、主触媒および空気は、改質槽４の上流において原燃料に供給される。主触媒および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、主触媒および空気は、ライン７０１の途中において、すなわちライン７０１上の一の地点において原燃料に供給してよい。この場合、主触媒供給ライン２０１および空気供給ライン３０１はライン７０１に接続される。主触媒および空気は、間欠的または連続的に原燃料に供給されてよい。
【００５４】
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、主触媒および空気はライン７０１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、主触媒供給ライン２０１および空気供給ライン３０１は、予備混合器５に接続される。
【００５５】
本実施形態において、主触媒および空気の両方がライン７０１の途中において原燃料に供給されてよく、主触媒および空気の両方が予備混合器５において原燃料に供給されてよく、あるいは、主触媒および空気のいずれか一方がライン７０１の途中において原燃料に供給され、他方が予備混合器５において原燃料に供給されてよい。主触媒および空気は、同時に原燃料に供給してよく、いずれか一方を先に供給してもよい。
【００５６】
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、主触媒と、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。
【００５７】
予備混合器５としては、混合すべき原燃料および主触媒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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、原燃料は、原燃料タンク７から、ライン７０１の途中において主触媒および空気が供給された後、ライン７０１を通じて改質槽４に直接供給される。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
助触媒粒子の平均粒径は特に限定されるものではなく、助触媒粒子を改質槽４内に保持する方法や改質反応条件等に応じて適宜調節してよい。具体的には、助触媒粒子の平均粒径は、２００〜８００μｍであってよい。
【００６７】
改質槽４が、助触媒を保持するために改質槽４の少なくとも出口にフィルタを備える場合、助触媒粒子の粒径はフィルタの孔径よりも大きいことが好ましい。この場合、助触媒粒子は改質槽４の内部に保持され、改質槽４の外部への流出が防止される。フィルタの孔径は特に限定されるものではなく、使用する主触媒粒子および助触媒粒子の粒径等に応じて適宜設定してよい。フィルタの孔径は、４０〜１００μｍ程度、例えば約５０μｍであってよい。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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、上述したように主触媒粒子は粒子状態（固体状態）のままで改質槽４を通過することができるので、改質混合物は主触媒粒子を含有する。このように主触媒粒子が改質槽４を通過し得、改質槽４の内部に蓄積されにくいので、燃料改質システム１の効率が向上し得る。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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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）。
【００７７】
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、主触媒が粒子の形態で原燃料に添加されることにより、原燃料に対する主触媒の溶解度に関わらず、改質反応に必要な量の主触媒を改質槽に供給することができる。更に、主触媒は粒子の形態を保持したまま改質槽を通過することができるので、システムの効率が向上し得る。
【００７８】
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。
【００７９】
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、主触媒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】
【００８０】
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】
【００８１】
１…燃料改質システム
２…主触媒供給部
２１…主触媒タンク
２０１…主触媒供給ライン
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】
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