JP2002275481A - 炭化水素系燃料組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
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８
９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１５容量％以下、好ましくは１０容量％以上１
５容量％以下である。芳香族成分の含有量は、ＪＩＳ
Ｋ２５３６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７
０℃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 ２
２５４」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（ＭＴＢ
Ｅ）、エチルターシャリーブチルエーテル（ＥＴＢ
Ｅ）、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／ｃ
ｍ^３、特には０．７０５〜０．７１７ｇ／ｃｍ^３、ＪＩ
Ｓ Ｋ２２６１「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、
原油を常圧蒸留した直留ナフサ、直留ナフサを脱硫処
理した脱硫ナフサ、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、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、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、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、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】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】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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｚ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リサーチ法オクタン価が８９以上、芳香
   族分が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１０
   ０℃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. 【請求項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。