(57)【要約】【課題】脂肪族化合物および芳香族化合物の双方を含む燃料を酸化反応により効果的に改質することのできる燃料改質装置を提供する。【解決手段】燃料改質装置において、少なくとも１種の脂肪族化合物および少なくとも１種の芳香族化合物を含む原燃料を、脂肪族化合物を含む第１燃料と、芳香族化合物を含む第２燃料とに、第２燃料中の芳香族化合物含有率が第１燃料中の芳香族化合物含有率より高くなるように分離する分離器と、第１燃料を酸化剤による酸化反応に付して、これにより生じる反応混合物を得る反応器と、第２燃料と反応混合物および／または反応混合物に由来する第３燃料との混合物を改質燃料として収容する改質燃料タンクとを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を改質して改質燃料を得るための装置であって、
少なくとも１種の脂肪族化合物および少なくとも１種の芳香族化合物を含む原燃料を、脂肪族化合物を含む第１燃料と、芳香族化合物を含む第２燃料とに、第２燃料中の芳香族化合物含有率が第１燃料中の芳香族化合物含有率より高くなるように分離する分離器と、
第１燃料を酸化剤による酸化反応に付して、これにより生じる反応混合物を得る反応器と、
第２燃料と反応混合物および／または反応混合物に由来する第３燃料との混合物を改質燃料として収容する改質燃料タンクと
を備える装置。
【請求項２】
オゾン発生器を更に備え、酸素または酸素を含有するガスをオゾン発生器に通じて得られる酸素およびオゾンを反応器における酸化反応に付すように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
分離器にて分離された第１燃料を酸化剤と混合し、これにより得られる混合物を反応器に供給する予備混合部を更に備える、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
添加剤を収容する添加剤タンクを更に備え、予備混合部が、添加剤タンクから供給される添加剤と共に、第１燃料および酸化剤を混合するように構成されている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
添加剤が触媒および／またはラジカル発生剤を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
予備混合部が反応器と一体的に構成されている、請求項３〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
反応器がフローリアクターである、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
反応器の内表面の少なくとも一部に触媒が固定されている、および／または反応器内の少なくとも一部の空間に触媒が充填されている、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
反応器にて得られた反応混合物を凝縮操作に付して、これにより生じる凝縮物を第３燃料として得る凝縮器を更に備える、請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
原燃料を収容し、分離器に原燃料を供給するように接続された原燃料タンクと、
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、
原燃料タンクから燃焼室への原燃料の供給および改質燃料タンクから燃焼室への改質燃料の供給を制御する制御部と
を更に備える、請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
燃焼室から排出されるガスが窒素酸化物を含み、窒素酸化物を反応器における酸化反応に付すように構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
燃焼室を冷却する冷却媒体が通される通路であって、燃焼室で発生する熱が冷却媒体を介して反応器に供給されるように配置されている通路を更に備える、請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
燃焼室から排出されるガスが通される通路であって、ガスの有する熱が反応器に供給されるように配置されている通路を更に備える、請求項１０〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
燃焼室で発生する熱を反応器に伝導する熱伝導性部材を更に備える、請求項１０〜１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
原燃料がガソリンである、請求項１〜１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
車載用である、請求項１〜１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の装置を備える車両。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれかに記載の装置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、燃料改質装置、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装置に関する。
【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、原燃料を脱水素反応に付して、高オクタン価燃料と水素とを生じる燃料改質装置が知られている（特許文献１参照）。また、原燃料をロジウム触媒および酸素の存在下にてパラフィン類をオレフィン類に変換し、またはオレフィン類を芳香族炭化水素に変換することにより高オクタン価化する燃料改質装置も知られている（特許文献２参照）。更に、燃料中の炭化水素等の酸化を促進することによる燃料改質に利用可能な方法として、所定の環状イミド骨格を有するイミド化合物を触媒として使用して、酸素およびオゾンの存在下で酸化反応を行う方法が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４０６２４号公報
【特許文献２】特開２００８−２６１３３０号公報
【特許文献３】国際公開第２０１５／００８７２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
炭化水素を主成分とする燃料は、脂肪族化合物および芳香族化合物の双方を含み得る。かかる燃料を酸化反応により改質する場合において、最終的に得られる改質燃料のオクタン価を一層高めることが望ましい。
【０００５】
本発明は、脂肪族化合物および芳香族化合物の双方を含む燃料を酸化反応により効果的に改質することのできる燃料改質装置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】
【０００６】
本発明者の研究により、脂肪族化合物および芳香族化合物の双方を含む燃料を酸化反応により改質する場合、脂肪族化合物よりも芳香族化合物のほうが酸化が進行し易く、このため、脂肪族化合物の酸化を十分に進行させようとすると、芳香族化合物が過剰に酸化され、芳香族化合物の一部はＣＯ２まで酸化されてしまい、気体としてロスされていること、また、芳香族化合物の大部分が芳香族カルボン酸にまで酸化されてしまい、かかる芳香族カルボン酸は溶解性が低いので液体状態の燃料中で析出してくることが判明した。本発明者は、かかる独自の知見に基づいて更に鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明の１つの要旨によれば、原燃料を改質して改質燃料を得るための装置（本明細書において単に「燃料改質装置」とも言う）であって、
少なくとも１種の脂肪族化合物および少なくとも１種の芳香族化合物を含む原燃料を、脂肪族化合物を含む第１燃料と、芳香族化合物を含む第２燃料とに、第２燃料中の芳香族化合物含有率が第１燃料中の芳香族化合物含有率より高くなるように分離する分離器と、
第１燃料を酸化剤による酸化反応に付して、これにより生じる反応混合物を得る反応器と、
第２燃料と反応混合物および／または反応混合物に由来する第３燃料との混合物を改質燃料として収容する改質燃料タンクと
を備える装置が提供される。
【０００８】
本発明の１つの態様において、燃料改質装置は、オゾン発生器を更に備えていてよく、酸素または酸素を含有するガスをオゾン発生器に通じて得られる酸素およびオゾンを反応器における酸化反応に付すように構成され得る。
【０００９】
本発明の１つの態様において、燃料改質装置は、分離器にて分離された第１燃料を酸化剤と混合し、これにより得られる混合物を反応器に供給する予備混合部を更に備えていてよい。
【００１０】
本発明の上記態様において、燃料改質装置は、添加剤を収容する添加剤タンクを更に備えていてよく、予備混合部は、添加剤タンクから供給される添加剤と共に、第１燃料および酸化剤を混合するように構成され得る。かかる添加剤は、触媒および／またはラジカル発生剤を含んでいてよいが、これに限定されない。
【００１１】
本発明の上記態様において、予備混合部は、反応器と一体的に構成されていてよい。あるいは、予備混合物は、反応器と別個に構成されていてもよい。
【００１２】
本発明の１つの態様において、反応器がフローリアクターである。
【００１３】
本発明の１つの態様において、反応器の内表面の少なくとも一部に触媒が固定されていてよく、および／または反応器内の少なくとも一部の空間に触媒が充填されていてよい。
【００１４】
本発明の１つの態様において、燃料改質装置は、反応器にて得られた反応混合物を凝縮操作に付して、これにより生じる凝縮物を第３燃料として得る凝縮器を更に備えていてよい。
【００１５】
本発明の１つの態様において、燃料改質装置は、
原燃料を貯留し、分離器に原燃料を供給するように接続された原燃料タンクと、
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、
原燃料タンクから燃焼室への原燃料の供給および改質燃料タンクから燃焼室への改質燃料の供給を制御する制御部と
を更に備えていてよい。
【００１６】
本発明の上記態様において、燃焼室から排出されるガスは窒素酸化物を含み得、燃料改質装置が、かかる窒素酸化物を反応器における酸化反応に付すように構成されていてよい。
【００１７】
本発明の上記態様において、燃料改質装置は、燃焼室を冷却する冷却媒体が通される通路であって、燃焼室で発生する熱が冷却媒体を介して反応器に供給されるように配置されている通路を更に備えていてよい。
【００１８】
本発明の上記態様において、燃料改質装置は、燃焼室から排出されるガスが通される通路であって、ガスの有する熱が反応器に供給されるように配置されている通路を更に備えていてよい。
【００１９】
本発明の上記態様において、燃料改質装置は、燃焼室で発生する熱を反応器に伝導する熱伝導性部材を更に備えていてよい。
【００２０】
本発明の１つの態様において、原燃料はガソリンであり得るが、必ずしもこれに限定されない。
【００２１】
本発明の燃料改質装置は、車載用として好適に利用可能である。よって、本発明のもう１つの要旨によれば、本発明の燃料改質装置を備える車両もまた提供される。
【００２２】
本発明の更にもう１つの要旨によれば、本発明の燃料改質装置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】
【００２３】
本発明によれば、原燃料を分離器にて脂肪族化合物に富む第１燃料と、芳香族化合物に富む第２燃料とに分離し、これら燃料のうち第１燃料のみを反応器にて酸化反応に付し、その後、これら燃料の混合物を改質燃料として改質燃料タンクに収容しているので、元々オクタン価が比較的高い芳香族化合物は実質的に酸化反応に付さず、オクタン価が比較的低い脂肪族化合物を選択的に酸化反応に付して高オクタン価化して、最終的にこれらを一緒にすることができ、この結果、全体として効果的に燃料を改質することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明の１つの実施形態における燃料改質装置を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明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。
【００２６】
本発明の燃料改質装置は、少なくとも、原燃料を第１燃料と第２燃料とに分離する分離器と、分離器にて分離された第１燃料を酸化反応に付す反応器と、分離器にて分離された第２燃料と反応器にて得られた反応混合物および／またはこれに由来する第３燃料との混合物を改質燃料として収容する改質燃料タンクとを備える。
【００２７】
より詳細には、図１に示すように、本実施形態の燃料改質装置３０は、原燃料を収容する原燃料タンク１と、原燃料を第１燃料と第２燃料とに分離する分離器３と、分離器にて分離された第１燃料を少なくとも酸化剤と予備混合する予備混合部７と、その後、酸化反応に付す反応器９と、反応器９にて得られる反応混合物を凝縮させる凝縮器１０と、反応混合物の凝縮物を第３燃料として収容する第３燃料タンク１１と、分離器３にて分離された第２燃料を収容する第２燃料タンク５と、第２燃料と第３燃料との混合物を改質燃料として収容する改質燃料タンク１７とを備える。ここで、分離器３と改質燃料タンク１７との間は概略的には２つの並列なラインで接続されており、１つは、第１燃料が通されるライン４ａ〜４ｂであって、そのライン上に予備混合部７、反応器９、凝縮器１０および第３燃料タンク１１が直列接続的に配置され得、もう１つは、第２燃料が通されるライン６ａ〜６ｂであって、そのライン上に第２燃料タンク５が配置され得る（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も、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）。原燃料タンク１は、分離器３にライン２を通じて接続され、また、燃焼室１９にライン２０を通じて接続され得る。改質燃料タンク１７はライン１８を通じて燃焼室１９に接続され得る。燃焼室１９への燃料供給は、好ましくは制御部２１によって制御される。燃焼室１９には、燃焼により生じるガス（排ガス）を排出するためのライン（通路）２２が設けられる。更に、本実施形態の燃料改質装置３０は、第１燃料に添加剤を添加するための添加剤タンク１３と、第１燃料に酸化剤を供給するためのオゾン発生器１５とを備え得る。なお、燃料改質装置３０には、燃料等の各物質を移送するためのポンプ等（図示せず）が必要に応じて適宜備えられることに留意されたい。
【００２８】
かかる本実施形態の燃料改質装置３０は車載用であってよく、自動車等の車両（図示せず）に備えられ得る。この場合、原燃料タンク１は、車両の外部から燃料が供給されるタンクに対応し得、燃焼室１９は車両エンジンの燃焼室に対応し得、その近傍に配置される通路を流れる冷却媒体により冷却され得る。
【００２９】
以下、本実施形態の燃料改質装置３０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、燃料改質装置３０について更に詳述する。
【００３０】
まず、改質対象である原燃料を原燃料タンク１に貯留する。原燃料は、少なくとも１種の脂肪族化合物および少なくとも１種の芳香族化合物を含むものであればよい。かかる原燃料は炭化水素系の燃料であってよく、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。
【００３１】
本実施形態の燃料改質装置３０が自動車等の車両に備えられる場合、原燃料はガソリンであってよい。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）、トルエン（ＲＯＮ＝１２０）の三成分から主に構成されるが、これに限定されない。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。
【００３２】
原燃料タンク１に貯留した原燃料を、制御部２１により、例えばバルブ等を操作して（図中、一点鎖線にて模式的に示す）、ライン２を通じて分離器３に移送する。
【００３３】
分離器３にて、原燃料は、脂肪族化合物を含む第１燃料と、芳香族化合物を含む第２燃料とに、第２燃料中の芳香族化合物含有率が第１燃料中の芳香族化合物含有率より高くなるように分離される（本明細書を通じて、第１燃料を脂肪族化合物に富む燃料、第２燃料を芳香族化合物に富む燃料とも言うものとする）。第１燃料は脂肪族化合物を主成分とするものであり得、実質的に脂肪族化合物からなることが好ましい。第１燃料中の脂肪族化合物含有率は、高いほど好ましく、例えば７０重量％以上、特に９０重量％以上であり得、第１燃料中の芳香族化合物含有率は、低いほど好ましく、例えば３０重量％未満、特に１０重量％未満であり得る。第２燃料は芳香族化合物を主成分とするものであり得、実質的に芳香族化合物からなることが好ましい。第２燃料中の芳香族化合物含有率は、高いほど好ましく、例えば７０重量％以上、特に９０重量％以上であり得、第２燃料中の脂肪族化合物含有率は、低いほど好ましく、例えば３０重量％未満、特に１０重量％未満であり得る。
【００３４】
分離器３は、原燃料を上記のように第１燃料と第２燃料とに分離し得るものであれば、任意の適切な分離器を用いることができる。
例えば、芳香族化合物と脂肪族化合物との沸点差により分離する気液分離器を用いてよい。沸点差により分離する場合、例えば、原燃料を加熱して噴霧（エアブロー等）することにより、比較的高沸点の芳香族化合物に富む第２燃料を液滴で回収し、比較的低沸点の脂肪族化合物に富む第１燃料を気相で分離することができる。
また、例えば、芳香族化合物と脂肪族化合物との膜透過性差により分離する膜分離器を用いてよい。膜透過性差により分離する場合、例えば、パーベパレーション法（透過気化膜分離法）により、用いる分離膜の種類、温度および圧力等に応じて、脂肪族化合物に富む第１燃料と、芳香族化合物に富む第２燃料とに分離することができる。かかる分離法として、既知の技術、例えば、特開２０１０−１５１０４１号、特開２０１３−４０５６９号に記載の技術を適用してよい。
【００３５】
分離器３にて原燃料を第１燃料と第２燃料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１９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１９が冷却され得るが、かかる冷却媒体が通される通路を分離器３に近接して配置して、燃焼室１９で発生する熱が冷却媒体を介して分離器３に供給されるようにしてよい。あるいは、燃焼室１９からの排ガスを排出するための通路２２を分離器３に近接して配置して、排ガスの有する熱が分離器３に供給されるようにしてもよい。また、あるいは、燃焼室１９で発生する熱を、熱伝導性部材を介して分離器３に伝導するようにしてもよい。これら熱の供給態様は、単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
【００３６】
分離器３にて分離された芳香族化合物に富む第２燃料は、分離器３からライン６ａを通じて抜き出され、第２燃料タンク５に（通常は液体状態で）一旦貯留され得る。
【００３７】
他方、分離器３にて分離された脂肪族化合物に富む第１燃料は、分離器３からライン４ａを通じて抜き出され、予備混合部７に移送される。第１燃料は、予備混合部７に任意の適切な状態で供給され得る。例えば、第１燃料は、予備混合部７に気体状態または気液混合状態で供給されてよく、予備混合部７にて一部または全部が液化してもよい。また例えば、第１燃料は、必要であれば凝縮器（図示せず）にて凝縮させた後、予備混合部７に液体状態で供給されてもよい。
【００３８】
予備混合部７において、第１燃料は、少なくとも酸化剤および場合により他の物質と混合され得る。他の物質は、特に限定されないが、好ましくは後述する酸化反応に寄与する物質、例えばラジカル発生剤および／または触媒等であってよい。
【００３９】
酸化剤は、脂肪族化合物と反応して脂肪族化合物に酸素元素を導入することが可能な物質であればよい。具体的には、酸化剤として、例えば、酸素、オゾン、パーオキサイドなどを用いることができる。
【００４０】
ラジカル発生剤（または開始剤）には、ラジカルを発生させ得る任意の物質を用いてよい。例えばオゾンは、酸化剤かつラジカル発生剤として、本実施形態に好ましく利用され得る。
【００４１】
また、例えば、国際公開第２０１５／００８７２９号に開示されるような環状イミド骨格を有するイミド化合物は、脂肪族化合物に対して触媒的サイクルによりラジカル発生させ得るので、ラジカル発生剤かつ触媒として、本実施形態に好ましく利用され得る。かかるイミド化合物としては、脂肪族多価カルボン酸無水物又は芳香族多価カルボン酸無水物から誘導されるＮ−ヒドロキシイミド化合物（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−１，８；４，５−ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド等）、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】
また、例えば、硝酸、窒素酸化物、アゾ化合物およびニトロキシ化合物等からなる群より選択される少なくとも一種の窒素含有化合物もラジカル発生剤として利用可能である。窒素酸化物は、例えば、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、三酸化二窒素（Ｎ２Ｏ３）、四酸化二窒素（Ｎ２Ｏ４）、五酸化二窒素（Ｎ２Ｏ５）等であり得る。アゾ化合物（アゾ系ラジカル発生剤）としては、例えば、ジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）、２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）、２，２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、４，４’−アゾビス（４−シアノ吉草酸）、２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩、２，２’−アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］二塩酸塩、１，１’−アゾビス（シクロヘキサン−１−カルボニトリル）、４，４’−アゾビス（４−シアノペンタノイックアシッド）、２，２’−アゾビス（イソ酪酸メチル）、２，２’−アゾビス（イソ酪酸エチル）等を挙げることができる。ニトロキシ化合物（ニトロキシ系ラジカル発生剤）としては、例えば、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１−オキシル、９−アザビシクロ［３．３．１］ノナン−Ｎ−オキシル、２−アザアダマンタン−Ｎ−オキシル、１−メチル−２−アザアダマンタン−Ｎ−オキシル、１，３−ジメチル−２−アザアダマンタン−Ｎ−オキシル等を挙げることができる。
【００４３】
本実施形態においては、酸素または酸素を含有するガス（例えば空気）をライン１２ａからオゾン発生器１５に通じ、これにより得られる酸素およびオゾンをライン１２ｂから予備混合部７に供給するように、燃料改質装置３０が構成されている。酸素は酸素（Ｏ２）ガスの形態で、オゾンはオゾン（Ｏ３）ガスの形態で、予備混合部７に一緒に供給され得る。本実施形態では、酸化剤として酸素およびオゾンを共存させて使用するため、非常に優れた酸化力で第１燃料（脂肪族化合物）を酸化することができる。
【００４４】
更に、本実施形態においては、必要に応じて、添加剤タンク１３から添加剤がライン８を経て第１燃料に、間欠的または連続的に添加され得る。なお、図示する態様では添加剤タンク１３からのライン８が予備混合部７に接続されているが、第１燃料に添加剤が添加され得る限りかかる態様に限定されず、使用する添加剤の種類等に応じて、任意の適切な箇所で添加され得る。
【００４５】
添加剤タンク１３に収容される添加剤は、特に限定されないが、例えば触媒および／またはラジカル発生剤を含んでいてよい。具体的には、添加剤は、上述したような環状イミド骨格を有するイミド化合物であってよい（本実施形態を限定するものではないが、かかるイミド化合物は、例えば脂肪族化合物が液体状態にある場合、これに溶解し得、酸化反応における均一触媒かつラジカル発生剤として機能し得る）。あるいは、またはこれに加えて、添加剤は、上述したような硝酸、窒素酸化物、アゾ化合物およびニトロキシ化合物等の窒素含有化合物であってもよい。
【００４６】
また、本実施形態に必須ではないが、燃焼室１９からの排出ガスに含まれる窒素酸化物をラジカル発生剤として利用でき、かかる窒素酸化物を含む排出ガスの少なくとも一部を（そのままで、または該排出ガスから窒素酸化物を分離して）ライン２４から予備混合部７に供給し、ひいては、反応器９における酸化反応に付すように、燃料改質装置３０が構成されていてもよい。
【００４７】
予備混合部７には、混合すべき第１燃料および酸化剤（ならびに必要に応じて添加剤）の状態に応じて任意の適切な混合器を適用でき、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。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）の気泡を言う。本実施形態のように、酸素をオゾン共存下で使用する場合、酸素とオゾンとを含むマイクロバブルは液体に溶解し易くなるため、酸化反応が効率よく進行し得る。
【００４８】
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。
【００４９】
予備混合部７にて混合された第１燃料および酸化剤（ならびに必要に応じて添加剤）の混合物は、次いで、反応器９に供給される。
【００５０】
この反応器９において、第１燃料（脂肪族化合物に富む燃料）が、酸化剤による酸化反応に付される。これにより、反応基質である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。
【００５１】
この酸化反応は、触媒および／またはラジカル発生剤により促進され得る。触媒および／またはラジカル発生剤は、第１燃料に上述のように予め混合されていてよいが、これに代えて、または加えて、反応器９に予め仕込まれていてよい。例えば、反応器９の内表面の少なくとも一部に触媒が固定されていてよく、および／または反応器９内の少なくとも一部の空間に触媒が充填されていてよい。反応器９に予め仕込まれる触媒は、典型的には不均一触媒であるが、これに限定されない。
【００５２】
反応器９に予め仕込まれる触媒は、例えば、遷移金属を任意の形態で有するものであってよい。遷移金属としては、周期表３〜１２族の金属元素、より詳細には、周期表３族元素（Ｓｃ、ランタノイド元素、アクチノイド元素など）、４族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなど）、５族元素（Ｖなど）、６族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど）、７族元素（Ｍｎなど）、８族元素（Ｆｅ、Ｒｕなど）、９族元素（Ｃｏ、Ｒｈなど）、１０族元素（Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔなど）、１１族元素（Ｃｕなど）、１２族元素（Ｚｎなど）などが挙げられる。好ましい遷移金属には、例えばＣｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ｚｒなどが挙げられる。
【００５３】
かかる遷移金属のうち、Ｃｏ、Ｍｎ、ＺｒおよびＭｏから選択される少なくとも１種の金属は、任意の形態で、上述した環状イミド骨格を有するイミド化合物と組み合わせて使用されることが好ましいが、これに限定されない。
【００５４】
より詳細には、遷移金属は、単体で用いられ得るほか、遷移金属を含有する化合物または合金、あるいは遷移金属を単体、化合物またはイオンの形態で担体に担持した形態で用いられ得る。
【００５５】
遷移金属を含有する化合物としては、上記のような遷移金属の水酸化物、酸化物（複合酸化物を含む）、ハロゲン化物（フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物）、オキソ酸塩（例えば、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、炭酸塩など）、イソポリ酸の塩、ヘテロポリ酸の塩などの無機化合物；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）；錯体などの有機化合物が挙げられる。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。
【００５６】
遷移金属を含有する合金としては、上記のような遷移金属を少なくとも１種含有する合金、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）などであってよい。
【００５７】
遷移金属を単体、化合物またはイオンの形態で担持する担体は、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得る。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。
【００５８】
酸化反応の温度は、使用する酸化剤、ラジカル発生剤および触媒等の種類等により異なり得るが、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。
【００５９】
反応器９は、流通式反応器であってよい。これにより、酸化反応を連続的に実施することができる。
【００６０】
より詳細には、反応器９はフローリアクターであってよく、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であり、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、反応器９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言い（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、熱効率に優れる（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）。更に、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。
【００６１】
予備混合部７と反応器９とは、別々に構成されていても、一体的に構成されていてもよい。これらが一体的に構成される場合、装置構成を簡素化できる。
【００６２】
反応器９にて酸化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できる。一般的に、燃焼室１９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１９が冷却され得るが、かかる冷却媒体が通される通路を反応器９に近接して配置して、燃焼室１９で発生する熱が冷却媒体を介して反応器９に供給されるようにしてよい。本実施形態によれば、酸化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１９からの排ガスを排出するための通路２２を反応器９に近接して配置して、排ガスの有する熱が反応器９に供給されるようにしてもよい。また、あるいは、燃焼室１９で発生する熱を、熱伝導性部材を介して反応器９に伝導するようにしてもよい。これら熱の供給態様は、単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
【００６３】
以上のようにして反応器９での酸化反応を経て得られた反応混合物は、燃料（未反応の脂肪族化合物および／または酸化反応による生成物を含む）が部分的に気相に存在し得るため、凝縮器１０にて凝縮操作に付される。凝縮器１０には、任意の適切な凝縮器を用い得る。
【００６４】
このようにして凝縮器１０にて得られた反応混合物の凝縮物は、第３燃料として第３燃料タンク１１に一旦貯留され得る。本実施形態に必須ではないが、凝縮器１０内のガス成分（ケトン、アルデヒド、アルコール等を含み得る）は、例えばライン１４を通じて燃焼室１９へ移送してもよい。また、本実施形態に必須ではないが、第３燃料タンク１１内の第３燃料（反応混合物の凝縮物）は、例えば酸化反応が十分でないとき等は、その一部または全部を、ライン１６を通じて予備混合部７に戻してもよい。
【００６５】
その後、第２燃料タンク５内の第２燃料をライン６ｂより、第３燃料タンク１１内の第３燃料をライン４ｂより、改質燃料タンク１７にそれぞれ移送して、改質燃料タンク１７にて混合し、これらの混合物を改質燃料として得る。第２燃料を第２燃料タンク５に一旦貯留し、第３燃料を第３燃料タンク１１に一旦貯留することにより、改質燃料が必要となった場合に所望の割合で混合することができる。
【００６６】
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１７からライン１８を通じて燃焼室１９に供給されて、燃料として使用される。また、原燃料タンク１の原燃料も、ライン２０を通じて燃焼室１９に供給されて、燃料として使用され得る。原燃料タンク１から燃焼室１９への原燃料の供給および改質燃料タンク１７から燃焼室１９への改質燃料の供給は、制御部２１により、例えばバルブ等の操作（図中、一点鎖線にて模式的に示す）を通じて制御することができ、原燃料および改質燃料のうち一方を選択的に、または、両方を所定の割合で同時に、燃焼室１９に供給して使用することができる。
【００６７】
本実施形態の燃料改質装置３０によれば、原燃料を分離器３にて脂肪族化合物に富む第１燃料と、芳香族化合物に富む第２燃料とに分離し、これら燃料のうち第１燃料のみを反応器９にて酸化反応に付し、その後、これら燃料を改質燃料タンク１７にて混合しているので、元々オクタン価が比較的高い芳香族化合物は実質的に酸化反応に付さず、オクタン価が比較的低い脂肪族化合物を選択的に酸化反応に付して高オクタン価化して、最終的にこれらを一緒にすることができ、この結果、全体として効果的に燃料を改質することができる。本実施形態の燃料改質装置３０によれば、芳香族化合物が酸化反応に付されることを効果的に防止でき、これにより、芳香族化合物が気体としてロスされることを防止できるとともに、得られる改質燃料中での析出物の発生を防止することができる。
【００６８】
本実施形態の燃料改質装置３０は車載用であり得るが、これに限定されず、脂肪族化合物および芳香族化合物の双方を含む燃料を改質するために幅広く利用可能である。
【００６９】
以上、本発明の１つの実施形態における燃料改質装置について説明したが、本発明は種々の改変が可能である。例えば、予備混合部７は、本発明に必須ではなく、反応器９での反応が適切に進行し得る限り、第１燃料および酸化剤（ならびに必要に応じて添加剤）を反応器９に直接供給してもよい。また、第２燃料タンク５は本発明に必須でなく、分離器３からライン６ａを通じて排出された第２燃料は、第２燃料タンク５を経ること無く、改質燃料タンク１７に直接移送されてもよい。同様に、第３燃料タンク１１は本発明に必須でなく、反応器９から排出された反応混合物は（そのままで、または必要に応じて凝縮された後に）、第３燃料タンク１１を経ること無く、改質燃料タンク１７に直接移送されてもよい。
【００７０】
また、上記の実施形態において、酸化反応のための酸化剤、触媒およびラジカル発生剤について説明したが、これらは例示に過ぎず、改質対象である原燃料の成分、最終的に得られる改質燃料に対して所望される特性、酸化反応条件等に応じて、任意の組み合わせで使用してよく、また、その他の任意の適切な物質を使用してもよい。例えば、上記の実施形態では、国際公開第２０１５／００８７２９号に開示されるような環状イミド骨格を有するイミド化合物は、添加剤タンク１３から第１燃料に添加するものとしたが、このことは本発明に必須ではない。かかるイミド化合物を反応器に予め仕込んでおき、この反応器において、分離器にて分離した第１燃料を気相ないし気液混相状態で、酸化剤の存在下にてイミド化合物と接触させるようにしてもよい。更に、触媒およびラジカル発生剤は、本発明に必須ではなく、反応器において脂肪族化合物が酸化剤により酸化され得る限り、触媒および／ラジカル発生剤を省略してよい点に留意されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の燃料改質装置は、脂肪族化合物および芳香族化合物の双方を含むガソリン等の燃料を効果的に高オクタン価するために利用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１…原燃料タンク
２、４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂ、８、１２ａ、１２ｂ、１４、１６、１８…ライン
３…分離器
５…第２燃料タンク
７…予備混合部
９…反応器
１０…凝縮器
１１…第３燃料タンク
１３…添加剤タンク
１５…オゾン発生器
１７…改質燃料タンク
１９…燃焼室
２０、２２、２４…ライン
２１…制御部
３０…燃料改質装置
【図１】
2016210923.tif 000003