JP3940885B2 - 炭化水素系燃料組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車などの燃料に関し、ガソリン内燃機関用の燃料として環境に配慮したものであり、同時に、燃料を水蒸気改質して取り出した水素により燃料電池を駆動するための燃料電池用燃料としても適した炭化水素系燃料組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用の動力源として、燃料電池と電動モータの組み合わせが注目されている。燃料電池の燃料として水素を用いる場合、水素自体では貯蔵、運搬が難しい。このため、取り扱いが容易な炭化水素燃料、アルコールなどの液体燃料を水蒸気改質して水素を取り出し、燃料電池用の燃料として用いる技術が注目されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
自動車の水素源としてこのような液体燃料を用いる場合、現在のいわゆるガソリンスタンドのように多くの供給所を分散して配置し、その供給所に燃料を配送することが必要となる。しかし、水蒸気改質により効率よく水素を取り出すためには、現状のガソリン機関用燃料（いわゆるガソリン）とは異なった、特性が要求される。そのため、ガソリン自動車用燃料とは別に燃料電池用炭化水素燃料のための石油精製プロセス、貯蔵タンク、配送機器、給油装置などを設ける必要があり、これらを製油所に増設し、かつ、ガソリンスタンドなどの配送・供給施設を増設するには多大な投資が必要となる。燃料電池自動車の普及過程では、現状のガソリン機関用ガソリンと比べて燃料の使用量も少ないため、燃料電池用燃料の製造・配送コストは相対的に高いものとなる。
【０００４】
また、ガソリン機関と燃料電池の両者の動力源を用いた自動車では、それぞれの燃料用に２種類の燃料タンクが必要となる。さらに、同一の給油所において、ガソリン機関用燃料と燃料電池用炭化水素燃料の両者を取り扱う場合には、間違えて給油する危険性もある。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、全体的な供給コストが低く、かつ、取り扱い上の問題を生じない燃料電池用燃料を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ガソリン機関用燃料と燃料電池用炭化水素燃料に共用できる燃料を開発することで、上述の目的を達成できることに想到し、本発明を完成した。本発明による炭化水素系燃料組成物は、リサーチ法オクタン価が８９以上、芳香族分が１０容量％以上１５容量％以下、硫黄分が１ｐｐｍ以下、５％留出温度が２５℃以上、５０％留出温度が７５℃以上１００℃以下、９５％留出温度が１９０℃以下、かつ、水素と炭素の原子比（Ｈ／Ｃ比）が２．０以下である。特に、沸点が２５℃〜１９０℃であるアルコールまたはエーテルを５〜３０重量％、炭化水素を７０〜９５重量％含有することが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による炭化水素系燃料組成物は、リサーチ法オクタン価が８９以上、好ましくは８９以上１００以下、さらに好ましくは８９以上９２以下である。低すぎる場合は、ガソリン機関運転時、とりわけ登坂加速時にノッキングしやすくなるので好ましくない。リサーチ法オクタン価は、ＪＩＳ Ｋ ２２８０「オクタン価試験方法」により測定できる。
【０００８】
本発明による炭化水素系燃料組成物は、芳香族分が１０容量％以上１５容量％以下である。芳香族成分の含有量は、ＪＩＳＫ２５３６の「燃料炭化水素成分試験方法（蛍光指示薬吸着法）」により測定できる。
【０００９】
本発明による炭化水素系燃料組成物は、硫黄分が１質量ｐｐｍ以下、好ましくは０．５質量ｐｐｍ以下である。硫黄分は、ＪＩＳ Ｋ ２５４１の「微量電量滴定式酸化法」により測定できる。
【００１０】
本発明による炭化水素系燃料組成物は、５％留出温度が２５℃以上、５０％留出温度が７０℃以上１００℃以下、９５％留出温度が１９０℃以下である。５％留出温度は２５℃以上、好ましくは４０〜５０℃である。これ未満では、燃料の取り扱い上の制約が多くなる。３０％留出温度は４０〜８０℃、特には５５〜７０℃が、ガソリン機関運転時の加速性の点から好ましい。５０％留出温度は、加速性能、特に車両冷機時の加速性能の点から、７０〜１００℃、好ましくは８０〜９５℃とする。５０％留出温度が１００℃を越えると、車両冷機時の加速性能が悪化する。また、５０％留出温度が７０℃未満であると、加速性能が悪化するばかりでなく、ベーパーロック、パーコレーションなどを生じ、耐熱性能に対して悪影響を与たり、気化器仕様車では気化器氷結等発生の懸念がある。７０％留出温度は９５〜１２０℃、特には１０５〜１１５℃が好ましい。９５％留出温度は、車両冷機時の加速性能および排ガス性能の点から、１９０℃以下、好ましくは１５０〜１７０℃とする。５％留出温度などの蒸留性状は、「ＪＩＳ Ｋ ２２５４」の「燃料油蒸留試験方法」で規定された方法によって測定できる。
【００１１】
本発明による炭化水素系燃料組成物は、水素と炭素の原子比（Ｈ／Ｃ比）が２．０以上、好ましくは２．０〜２．２、さらに好ましくは２．０〜２．１である。Ｈ／Ｃ比が２．０未満では、水蒸気改質より取り出す水素量が少なくなる。Ｈ／Ｃ比が２．２を超えると、ガソリン内燃機関用の燃料として燃費が低下する。水素と炭素の原子比（Ｈ／Ｃ比）は、燃料組成物を元素分析することにより特定することができる。
【００１２】
本発明による炭化水素系燃料組成物には、沸点が２５℃〜１９０℃であるアルコールまたはエーテルを５〜３０重量％、好ましく１０〜２０重量％を含有させることができる。このようなアルコールとしては、エタノール、プロパノール、ブタノールなどが挙げられ、エーテルとしてはメチル−ｔ−ブチルエーテル、エチル−ｔ−ブチルエーテル、メチル−ｓｅｃ−ブチルエーテル、ｔ−アミルメチルエーテルなどが挙げられる。特には、オクタン価も高く、水蒸気改質の効率もよいことから、メチルターシャリーブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、エチルターシャリーブチルエーテル（ＥＴＢＥ）、ターシャリーアミルメチルエーテル（ＴＡＭＥ）などが好ましく用いられる。
【００１３】
さらに、本発明による炭化水素系燃料組成物は、１５℃での密度が０．７０〜０．７５ｇ／ｃｍ^３、特には０．７０５〜０．７１７ｇ／ｃｍ^３、ＪＩＳ Ｋ ２２６１「石油製品−自動車ガソリン及び航空燃料油−実在ガム試験方法−噴射蒸発法」による未洗実在ガムが２ｍｇ／１００ｍＬ以下であることが好ましい。
【００１４】
本発明による炭化水素系燃料組成物は、▲１▼原油を常圧蒸留した直留ナフサ、▲２▼直留ナフサを脱硫処理した脱硫ナフサ、▲３▼脱硫重質ナフサを接触改質処理して得られる改質ガソリン、▲４▼軽油から減圧軽油までの石油留分や重油間接脱硫装置から得られる間脱軽油、重油直接脱硫装置から得られる直脱重油、常圧残さ油などを接触分解して得られる接触分解ガソリン基材、▲５▼低級オレフィンとイソブタンを酸触媒下で反応させて得られるアルキレート、▲６▼軽質ナフサを接触処理し、異性化してオクタン価を高めたアイソメレート、▲７▼原油や各種の２次精製装置から回収されるＬＰＧ留分や軽質ナフサなどを精密蒸留して得られるブタン、イソペンタンなどを適宜選択して適宜の割合で混合して製造することができる。また、石油系原料以外に、石炭や天然ガスからフィッシャ−トロプシュ合成により得られるパラフィン系炭化水素を原料として用いることもできる。
【００１５】
▲４▼接触分解ガソリン基材は、灯軽油から常圧残油に至る広範囲の石油留分、好ましくは重質軽油や減圧軽油を、流動接触分解法によって無定形シリカアルミナ、ゼオライトなどの固体酸触媒で分解して得られるリサーチオクタン価８９〜９２、初留点が２５〜４０℃、９０％留出温度が７０〜９０℃であることが好ましい。接触分解装置は、例えば石油学会編「新石油精製プロセス」に記載のあるＵＯＰ接触分解法、フレキシクラッキング法、ウルトラ・オルソフロー法、テキサコ流動接触分解法などの流動接触分解法、ＲＣＣ法、ＨＯＣ法などの残油流動接触分解法などがある。
【００１６】
▲５▼アルキレートは、イソブタンおよび低級オレフィン（ブテン、プロピレンなど）を、酸触媒（硫酸、フッ化水素酸、塩化アルミニウムなど）の存在下で反応させることによって、得られるものであり、イソオクタンを６０容量％以上含有するものが好ましく、特にこのうちリサーチ法オクタン価が９２以上のものを好ましく使用できる。
【００１７】
本発明による炭化水素系燃料組成物には、必要に応じて公知の燃料添加剤を配合することができる。これらの配合量は適宜選べるが、通常は添加剤の合計量として０．１重量％以下とすることが好ましい。本発明の炭化水素系燃料組成物で使用可能な添加剤を例示すれば、アミン系、フェノール系、アミノフェノール系などの酸化防止剤、シッフ型化合物、チオアミド型化合物などの金属不活性化剤、有機リン系化合物などの表面着火防止剤、コハク酸イミド、ポリアルキルアミン、ポリエーテルアミンなどの清浄分散剤、多価アルコールやそのエーテルなどの氷結防止剤、有機酸のアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩、高級アルコールの硫酸エステルなどの助燃剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤などの帯電防止剤、アルケニルコハク酸エステルなどのさび止め剤、キニザリン、クマリンなどの識別剤、アゾ染料などの着色剤を挙げることができる。
【００１８】
【実施例】
以下に本発明を実施例に基いて、より具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００１９】
実施例の製造に用いた基材である、アルキレート、直留軽質ナフサ、イソペンタン留分、改質ガソリンおよび重質接触分解ガソリンの性状を表１に示す。これらの基材を表２の配合量で配合し、供試油１〜４を調製した。比較に用いた市販レギュラーガソリンを供試油５として、その特性を表２に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
〔排出ガス試験〕 供試油１〜４について、１０・１５モードで排出ガス試験を行い、一酸化炭素、全炭化水素および窒素酸化物濃度とした。試験車両としては、本田技研工業株式会社製の「アコード」（弁形式：ＯＨＣ、圧縮比：９．４、排気量：１．８Ｌ、燃料供給方式：ＰＦＩ）を用いた。測定結果を表３に示す。
【００２３】
【表３】

【００２４】
〔加速性試験〕 １／４スロットル開度で０から１２０ｋｍ／ｈまで加速するために必要な時間を測定し、加速性を評価した。冷機時加速性は、恒温室に試験車両を置き、２５℃の一定温度で一昼夜放置した後、シャーシダイナモ（負荷条件は、ロードロードに設定）上で試験車のエンジンを始動させ、加速時間を測定した。暖機時加速性は、十分に暖機した後にエンジンを再始動させ、同様にして試験した。実験の精度を高めるため、評価対象の供試油と供試油５（市販ガソリン）をそれぞれ交互に５回測定し、供試油５による加速時間を１００％とした相対値の平均を％単位で求めた。その結果を表３に示す。
【００２５】
【発明の効果】
本発明による炭化水素系燃料組成物は、リサーチ法オクタン価が８９以上、芳香族分が１０容量％以上１５容量％以下、硫黄分が１ｐｐｍ以下、５％留出温度が２５℃以上、５０％留出温度が７０℃以上１００℃以下、９５％留出温度が１９０℃以下、かつ、水素と炭素の原子比（Ｈ／Ｃ比）が２．０以上であるため、水蒸気改質装置を備えた燃料電池に用いることができるとともに、ガソリン機関用燃料としても利用することができる。このため、供給経路を単純化でき、間違って使用されることもない。さらに、ガソリン機関用燃料としても、排気ガス特性に優れるものであり、環境に対する影響を少なくすることが可能となる。

Claims (2)

1. リサーチ法オクタン価が８９以上、芳香族分が１０容量％以上１５容量％以下、硫黄分が１ｐｐｍ以下、５％留出温度が２５℃以上、５０％留出温度が７０℃以上１００℃以下、９５％留出温度が１９０℃以下、かつ、水素と炭素の原子比（Ｈ／Ｃ比）が２．０以上、である炭化水素系燃料組成物。
2. 沸点が２５℃〜１９０℃であるアルコールまたはエーテルを５〜３０重量％、炭化水素を７０〜９５重量％含有する請求項１記載の炭化水素系燃料組成物。