JP2018003797A - Fuel reforming system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料改質システムに関する。詳しくは、炭化水素を主体とする燃料を改質してアルコールを生成させることで燃料のオクタン価を向上できる燃料改質システムに関する。 The present invention relates to a fuel reforming system. More specifically, the present invention relates to a fuel reforming system that can improve the octane number of fuel by reforming a fuel mainly composed of hydrocarbons to produce alcohol.
予め混合した燃料と空気の混合気を点火プラグによる火花点火で燃焼させるガソリンエンジンでは、点火プラグから離隔した未燃焼の混合気(エンドガス)が自着火することで、ノッキングが生じることが知られている。ノッキングは、エンジンの圧縮比を高めると生じ易くなるため、近年の高圧縮比エンジンでは、ノッキングの抑制が強く求められている。 In a gasoline engine that burns a premixed fuel / air mixture by spark ignition with an ignition plug, it is known that knocking occurs when the unburned mixture (end gas) separated from the ignition plug self-ignites. Yes. Since knocking is likely to occur when the compression ratio of the engine is increased, suppression of knocking is strongly demanded in recent high compression ratio engines.
ノッキングを抑制する方法としては、点火時期を遅角する方法が挙げられる。しかしながら、点火時期を遅角すると、エンジンの熱効率が低下する。そのため、高圧縮比エンジンにおいても、ノッキングを抑制しつつ高い熱効率が得られる技術の開発が望まれる。 As a method for suppressing knocking, there is a method of retarding the ignition timing. However, if the ignition timing is retarded, the thermal efficiency of the engine decreases. Therefore, it is desired to develop a technology capable of obtaining high thermal efficiency while suppressing knocking even in a high compression ratio engine.
ところで、ノッキングは燃料のオクタン価を高めることで抑制できるため、オクタン価の高い燃料として、ガソリン中にエタノール等のアルコールを予め混合したアルコール含有燃料が一部の地域で広く用いられている。また、このようなアルコール含有燃料の普及に伴い、外部から給油されたアルコール含有燃料を、車両上で高ガソリン濃度の燃料と高アルコール濃度の燃料とに分離する技術の開発が進められている。ガソリンとアルコールとでは、例えばオクタン価や発熱量等の燃料物性において種々の相違点があるため、外部から給油されたアルコール含有燃料をそのまま利用するよりも、車両上で分離し、用途に応じてガソリンとアルコールとを使い分けた方が好ましいからである。ところが、エンジンの要求に応じた分離は容易ではないのが現状である。 By the way, since knocking can be suppressed by increasing the octane number of the fuel, an alcohol-containing fuel in which alcohol such as ethanol is mixed in advance with gasoline is widely used as a fuel having a high octane number in some areas. In addition, with the widespread use of such alcohol-containing fuels, development of technology for separating alcohol-containing fuel supplied from the outside into a fuel with a high gasoline concentration and a fuel with a high alcohol concentration on a vehicle is underway. There are various differences in fuel properties such as octane number and calorific value between gasoline and alcohol. For example, gasoline and alcohol are separated on the vehicle rather than using the alcohol-containing fuel supplied from the outside as it is. This is because it is preferable to properly use alcohol and alcohol. However, at present, separation according to engine requirements is not easy.
一方、N−ヒドロキシフタルイミド(NHPI)等の炭素ラジカル生成触媒を用いて、炭化水素をアルコールに変換させる合成方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。この合成方法を車両上で利用できれば、エンジンの要求に応じて、ガソリン中に含まれる炭化水素をオクタン価の高いアルコールに変換でき、高オクタン価のアルコールをエンジンに供給できると考えられる。 On the other hand, a synthesis method has been proposed in which hydrocarbons are converted into alcohols using a carbon radical-generating catalyst such as N-hydroxyphthalimide (NHPI) (for example, see Non-Patent Document 1). If this synthesis method can be used on a vehicle, it is considered that hydrocarbons contained in gasoline can be converted into alcohol having a high octane number and alcohol having a high octane number can be supplied to the engine according to the demand of the engine.
しかしながら、上述の合成方法を利用した燃料改質システムでは、改質反応によって燃料や改質燃料に溶解し難い成分が生成し、該成分が下流側のフィルタやインジェクタで析出することで、詰まりが生じるおそれがあった。 However, in the fuel reforming system using the synthesis method described above, the reforming reaction generates a fuel or a component that is difficult to dissolve in the reformed fuel, and the component is precipitated by a downstream filter or injector, thereby clogging. There was a risk of it occurring.
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、改質反応によって生成する燃料や改質燃料に溶解し難い成分の析出による詰まりを抑制できる燃料改質システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a fuel reforming system capable of suppressing clogging due to precipitation of components that are difficult to dissolve in fuel generated by reforming reaction or reformed fuel. .
上記目的を達成するため本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、改質反応によって生成する安息香酸が詰まりの原因であることを突き止め、この安息香酸をエステル化して燃料や改質燃料に溶解し易い安息香酸エステルに変換させることにより、詰まりを抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to achieve the above object, the present inventors have conducted intensive research and found that benzoic acid produced by the reforming reaction is the cause of clogging, and this benzoic acid is esterified and dissolved in fuel and reformed fuel. The present inventors have found that clogging can be suppressed by converting to a benzoic acid ester that is easy to do, and have completed the present invention.
具体的には、本発明は、炭化水素を主体とする燃料(例えば、後述のガソリン)を、空気を用いて改質してアルコールを生成させるための改質触媒(例えば、後述の改質触媒151)を有する改質器(例えば、後述の改質器15)と、前記改質器の下流側に配置され、前記改質触媒による改質反応で生成する安息香酸をエステル化して安息香酸エステルとするための固体酸触媒を有するエステル化装置(例えば、後述のエステル化装置30)と、を備える燃料改質システム(例えば、後述の燃料改質システム1)を提供する。
Specifically, the present invention relates to a reforming catalyst (for example, a later-described reforming catalyst) for reforming a hydrocarbon-based fuel (for example, later-described gasoline) using air to generate alcohol. 151) and a benzoic acid ester formed by esterifying benzoic acid, which is disposed downstream of the reformer and formed by a reforming reaction using the reforming catalyst. There is provided a fuel reforming system (for example, a fuel reforming system 1 described later) including an esterification apparatus (for example, an
本発明では、炭化水素を主体とする燃料を、空気を用いて改質してアルコールを生成させるための改質触媒を有する改質器の下流側に、改質反応で生成する安息香酸をエステル化して安息香酸エステルとするための固体酸触媒を有するエステル化装置を設ける。
これにより、燃料を改質したときに生成する燃料や改質燃料に溶け難い安息香酸を、改質反応で生成したアルコールと反応させて燃料や改質燃料に可溶な安息香酸エステルに変換することにより、安息香酸の析出を抑制できる。従って、本発明に係る燃料改質システムによれば、フィルタやインジェクタの詰まりを抑制でき、より効率良く燃料を改質できる。
In the present invention, benzoic acid produced by the reforming reaction is esterified on the downstream side of the reformer having a reforming catalyst for reforming the fuel mainly composed of hydrocarbon using air to produce alcohol. An esterification apparatus having a solid acid catalyst for converting to a benzoic acid ester is provided.
As a result, the benzoic acid that is not easily dissolved in the reformed fuel or the fuel that is generated when the fuel is reformed is reacted with the alcohol generated in the reforming reaction to be converted into a benzoic acid ester that is soluble in the fuel or the reformed fuel. Thereby, precipitation of benzoic acid can be suppressed. Therefore, according to the fuel reforming system of the present invention, clogging of the filter and the injector can be suppressed, and the fuel can be reformed more efficiently.
前記エステル化装置は、前記改質器の下流端に近接して配置されることが好ましい。 It is preferable that the esterification apparatus is disposed close to the downstream end of the reformer.
この発明では、エステル化装置を改質器の下流端に近接して配置する。即ち、エステル化装置を改質器の直下に配置する。これにより、改質反応によって生じる熱をエステル化反応に利用できるため、より効率良く安息香酸をエステル化できる。 In the present invention, the esterification apparatus is disposed close to the downstream end of the reformer. That is, the esterification apparatus is disposed immediately below the reformer. Thereby, since heat generated by the reforming reaction can be used for the esterification reaction, benzoic acid can be esterified more efficiently.
前記固体酸触媒は、硫酸化ジルコニア、ヘテロポリ酸、活性アルミナ及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。 The solid acid catalyst is preferably at least one selected from the group consisting of sulfated zirconia, heteropolyacid, activated alumina, and zeolite.
この発明では、固体酸触媒として、硫酸化ジルコニア、ヘテロポリ酸、活性アルミナ及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも1種を用いる。これにより、エステル化装置において安息香酸を確実にエステル化できる。 In the present invention, as the solid acid catalyst, at least one selected from the group consisting of sulfated zirconia, heteropolyacid, activated alumina, and zeolite is used. Thereby, benzoic acid can be reliably esterified in the esterification apparatus.
前記改質触媒は、N−ヒドロキシイミド基含有化合物からなる主触媒と、遷移金属化合物からなる助触媒と、を含んで構成されることが好ましい。 The reforming catalyst preferably includes a main catalyst composed of an N-hydroxyimide group-containing compound and a promoter composed of a transition metal compound.
この発明では、改質触媒として、N−ヒドロキシイミド基含有化合物からなる主触媒と、遷移金属化合物からなる助触媒と、を含んで構成される改質触媒を用いる。これにより、改質反応で生じるアルコールを利用してより確実に安息香酸をエステル化できる。 In this invention, a reforming catalyst including a main catalyst composed of an N-hydroxyimide group-containing compound and a promoter composed of a transition metal compound is used as the reforming catalyst. Thereby, benzoic acid can be esterified more reliably using the alcohol generated by the reforming reaction.
本発明によれば、改質反応によって生成する燃料や改質燃料に溶解し難い成分の析出による詰まりを抑制できる燃料改質システムを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel reforming system which can suppress the clogging by precipitation of the component which is hard to melt | dissolve in the fuel produced | generated by reforming reaction or reformed fuel can be provided.
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料改質システム1の構成を示す図である。本実施形態の燃料改質システム1は、図示しない車両に搭載され、車両上で図示しないエンジンの要求に応じて、燃料中に含まれる炭化水素をアルコールに改質して、エンジンに供給する。
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel reforming system 1 according to an embodiment of the present invention. The fuel reforming system 1 according to this embodiment is mounted on a vehicle (not shown), and reforms hydrocarbons contained in the fuel into alcohol according to the demand of the engine (not shown) on the vehicle and supplies the alcohol to the engine.
本実施形態の燃料改質システム1では、燃料としてガソリンを用い、酸化剤として空気を用いる。即ち、本実施形態の燃料改質システム1は、空気中の酸素による酸化反応を利用してガソリンを改質することから、例えば分解反応等を利用した改質と比べて低温で温和な条件下で改質が可能である。そのため、システム構成を簡易化でき、車両上でのオンデマンド運転に適する。 In the fuel reforming system 1 of the present embodiment, gasoline is used as the fuel and air is used as the oxidant. That is, since the fuel reforming system 1 of the present embodiment reforms gasoline using an oxidation reaction by oxygen in the air, for example, under conditions that are milder at a lower temperature than reforming using a decomposition reaction or the like. Modification is possible. Therefore, the system configuration can be simplified and it is suitable for on-demand driving on a vehicle.
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、空気導入部11と、燃料タンク12と、燃料導入部13と、混合器14と、改質器15と、エステル化装置30と、凝縮器16と、燃料供給部17と、気液分離器18と、気相供給部19と、改質燃料タンク部20と、改質燃料供給部21と、を含んで構成される。この燃料改質システム1では、後述するように改質器15により、炭化水素を主体とする燃料を空気を用いて改質してアルコールを生成させる。生成された改質燃料は、凝縮器16を介して改質燃料タンク部20に貯留され、該改質燃料タンク部20から改質燃料ポンプ211により改質燃料供給管212を通してエンジン燃料供給系に供給される。
As shown in FIG. 1, the fuel reforming system 1 according to the present embodiment includes an
空気導入部11は、後述する混合器14の上流に設けられ、混合器14内に酸化剤としての空気を導入する。
空気導入部11は、空気導入管110の上流側から順に、空気フィルタ111と、空気ポンプ112と、空気流量計113と、空気バルブ114と、を備える。
空気導入部11は、空気ポンプ112を駆動することで、空気フィルタ111を介して外気から空気を取り込む。また、空気導入部11は、空気バルブ114を開弁することで、取り込んだ空気を混合器14内に導入する。
The
The
The
空気流量計113で検出された空気流量に基づいて、図示しない電子制御ユニット(以下、「ECU」という。)により、空気バルブ114の開度が調整され、この開度調整によって混合器14内への空気の導入量が調整される。
Based on the air flow rate detected by the
燃料供給部17は、燃料ポンプ171と、燃料供給管172と、図示しないインジェクタと、を備える。燃料供給部17は、燃料ポンプ171を駆動することで、燃料供給管172及びインジェクタを介して、燃料タンク12内に貯留されたガソリンを図示しないエンジンの気筒内又は吸気ポート内に供給する。エンジンへのガソリン供給量は、ECUによりインジェクタの噴射量を調整することによって制御される。
The fuel supply unit 17 includes a
燃料導入部13は、後述する混合器14の上流に設けられ、混合器14内に燃料のガソリンを導入する。
燃料導入部13は、燃料導入管130の上流側から順に、改質ポンプ131と、燃料流量計132と、燃料バルブ133と、を備える。燃料導入部13は、改質ポンプ131を駆動するとともに燃料バルブ133を開弁することで、燃料タンク12内に貯留されたガソリンを混合器14内に導入する。
The
The
燃料流量計132で検出された燃料流量に基づいて、ECUにより燃料バルブ133の開度が調整され、この開度調整によって混合器14内へのガソリンの導入量が調整される。
Based on the fuel flow rate detected by the
この燃料改質システム1では、上述の空気導入部11及び燃料導入部13により、混合器14に空気及び燃料を供給する供給装置10が構成される。
この供給装置10では、ECUの管理下で空気導入部11及び燃料導入部13が連係して動作し、混合器14に供給される空気及び燃料の導入量の調整が行われる。
In the fuel reforming system 1, the
In the
この調整が行われるため、混合器14に供給される空気及び燃料は、該燃料の割合が22重量パーセント以上となる。この割合は、爆発限界よりも燃料過濃な領域に該当する。従って、過度に急な反応が起こるおそれが極小となり、ガソリンをアルコールに変換する変換プロセスが安定したものとなる。
Since this adjustment is performed, the ratio of the fuel and the air and fuel supplied to the
混合器14は、改質器15の上流側に設けられる。また、混合器14は、例えば、空気導入管110と混合器14の接続部を小孔に形成することで、小さな空気泡を生成するように構成されていてもよい。また、混合器14は、空気の強い流れで渦を発生させるように構成されていてもよい。或いはまた、混合器14は、その内部に粒子状の物質又は多孔質物質が配されて、この粒子状の物質又は多孔質物質によって、供給装置10から供給された空気と燃料とが、流れの分散、変転、転換(回転)を生じて、均一に混合されるように構成されていてもよい。
更にまた、混合器14は、スタティックミキサを備え、これにより空気と燃料とが均一に混合されるように構成されていてもよい。
なお、混合器14は、図示しないヒータを備えており、ガソリン及び空気を所定の温度まで昇温しながら混合することで、ガソリンと空気の混合流体を生成する。
The
Furthermore, the
The
改質器15は、混合器14から供給される混合気中のガソリンの主成分である炭化水素を、混合気中の空気を用いて改質してアルコールを生成させる。具体的には、改質器15としては、流通反応器及び完全混合反応器のいずれであってもよい。
The
ここで、流通反応器とは、混合器14から導入されたガソリンと空気の混合気が、その前後に供給された混合気と反応器内部で混合されることなく、ピストンのように押し流されながら改質されて流出する反応器を意味する。そのため、流通反応器では、反応器から流出する流体の組成と反応器内部の流体の組成は相違し、混合気の反応器内部における滞在時間のばらつきが小さい特性を有する。
これに対して、完全混合反応器とは、混合器14から導入されたガソリンと空気の混合気が、改質器内で反応物と均一に混合されて改質される反応器を意味する。そのため、完全混合反応器では、反応器から流出する流体の組成と反応器内部の流体の組成は同一であり、混合器の反応器内部における滞在時間のばらつきが大きい特性を有する。
Here, the flow reactor is a mixture of gasoline and air introduced from the
On the other hand, the complete mixing reactor means a reactor in which a mixture of gasoline and air introduced from the
図1に示すように、改質器15には、図示しない温度センサと、改質器15内を冷却するための冷却部153と、が設けられる。冷却部153は、温度センサの検出温度に基づいてECUにより制御され、図示しないエンジンの冷却水を改質器15に供給することで改質器15を冷却する。エンジン冷却水の温度は、70℃〜100℃が好ましい。エンジン冷却水の温度が70℃未満では改質反応速度が小さく、100℃を超えるとエンジン冷却水の使用が難しくなる。なお、冷却部153は、改質反応が進行して改質器15内の温度が高温の場合には、エンジン冷却水で改質器15を冷却するが、改質反応の初期で改質器15内の温度が低温の場合には、逆にエンジン冷却水で改質器15を暖める作用をもたらす。
As shown in FIG. 1, the
また、改質器15は、ガソリン中に主体的に含まれる炭化水素を、酸化剤としての空気を用いて改質し、アルコールを生成させる改質触媒151を備える。具体的には、改質器15は、円筒状のケーシング152と、ケーシング152内に充填された固体状の改質触媒151と、を備える。
The
固体状の改質触媒151は、小球状の多孔質担体と、該多孔質担体の表面に担持された主触媒及び助触媒と、を含んで構成される。主触媒及び助触媒は、均一に混合された状態で、小球状の多孔質担体の表面に担持される。このように本実施形態の改質触媒151は、多孔質担体が小球状であることにより、その表面に担持される主触媒及び助触媒の表面積が増大し、燃料のガソリンや酸化剤の空気との接触面積が増大する。
The solid reforming
小球状の多孔質担体としては、例えば、シリカビーズ、アルミナビーズ、シリカアルミナビーズ等が用いられる。中でも、シリカビースが好ましく用いられる。多孔質担体の粒径は、好ましくは3μm〜500μmである。 As the small spherical porous carrier, for example, silica beads, alumina beads, silica alumina beads and the like are used. Of these, silica beads are preferably used. The particle size of the porous carrier is preferably 3 μm to 500 μm.
主触媒は、ガソリン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能力を有する。具体的には、主触媒としては、N−ヒドロキシイミド基を有するN−ヒドロキシイミド基含有化合物が用いられる。中でも、N−ヒドロキシフタルイミド(以下、「NHPI」という。)又はNHPI誘導体が好ましく用いられる。 The main catalyst has the ability to extract alkyl atoms from hydrocarbons in gasoline to generate alkyl radicals. Specifically, an N-hydroxyimide group-containing compound having an N-hydroxyimide group is used as the main catalyst. Among these, N-hydroxyphthalimide (hereinafter referred to as “NHPI”) or an NHPI derivative is preferably used.
助触媒は、アルキルラジカル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能力を有する。具体的には、助触媒としては、遷移金属化合物が用いられる。中でも、コバルト化合物、マンガン化合物及び銅化合物からなる群より選ばれる化合物が好ましく用いられる。コバルト化合物としては酢酸コバルト(II)等が用いられ、マンガン化合物としては酢酸マンガン(II)等が用いられ、銅化合物としては塩化銅(I)等が用いられる。 The cocatalyst has the ability to reduce an alkyl hydroperoxide generated from an alkyl radical to produce an alcohol. Specifically, a transition metal compound is used as the promoter. Among these, a compound selected from the group consisting of a cobalt compound, a manganese compound, and a copper compound is preferably used. Cobalt acetate (II) or the like is used as the cobalt compound, manganese (II) acetate or the like is used as the manganese compound, and copper (I) chloride or the like is used as the copper compound.
上記主触媒及び助触媒の多孔質担体への担持方法については、従来公知の含浸法等が採用される。例えば、主触媒及び助触媒を所定の混合比で含有するスラリーを調製した後、調製したスラリー中に小球状の多孔質担体を浸漬させる。次いで、スラリー中から多孔質担体を引き上げ、多孔質担体の表面に付着した余分なスラリーを除去した後、所定の条件で乾燥する。これにより、多孔質担体の表面に主触媒及び助触媒が均一に担持された改質触媒151が得られる。
As a method for supporting the main catalyst and the cocatalyst on the porous carrier, a conventionally known impregnation method or the like is employed. For example, after preparing a slurry containing a main catalyst and a promoter in a predetermined mixing ratio, a small spherical porous carrier is immersed in the prepared slurry. Next, the porous carrier is pulled up from the slurry to remove excess slurry adhering to the surface of the porous carrier, and then dried under predetermined conditions. Thereby, the reforming
ここで、改質器15内で進行する改質反応について、以下に詳しく説明する。
先ず、本実施形態の改質反応は、下記の反応式(1)に示すように、ガソリン中の炭化水素から水素原子が引き抜かれてアルキルラジカルが生成する水素引き抜き反応により開始される。この水素引き抜き反応は、主触媒、ラジカル及び酸素分子等の作用により進行する。
Here, the reforming reaction that proceeds in the
First, as shown in the following reaction formula (1), the reforming reaction of the present embodiment is initiated by a hydrogen abstraction reaction in which hydrogen atoms are extracted from hydrocarbons in gasoline to generate alkyl radicals. This hydrogen abstraction reaction proceeds by the action of the main catalyst, radicals, oxygen molecules and the like.
次いで、水素引き抜き反応により生成したアルキルラジカルは、下記の反応式(2)に示すように、酸素分子と結合してアルキルペルオキシラジカルを生成する。 Next, as shown in the following reaction formula (2), the alkyl radical generated by the hydrogen abstraction reaction is combined with oxygen molecules to generate an alkyl peroxy radical.
次いで、反応式(2)により生成したアルキルペルオキシラジカルは、下記の反応式(3)に示すように、ガソリン中に含まれる炭化水素から水素原子を引き抜いて、アルキルヒドロペルオキシドを生成する。 Next, as shown in the following reaction formula (3), the alkyl peroxy radical generated by the reaction formula (2) pulls out hydrogen atoms from hydrocarbons contained in gasoline to generate an alkyl hydroperoxide.
次いで、反応式(3)により生成したアルキルヒドロペルオキシドは、下記の反応式(4)に示すように、助触媒の作用によりアルコールに還元される。 Next, as shown in the following reaction formula (4), the alkyl hydroperoxide produced by the reaction formula (3) is reduced to an alcohol by the action of a promoter.
また、反応式(3)により生成したアルキルヒドロペルオキシドは、下記の反応式(5)に示すように、助触媒又は熱の作用によりアルコキシラジカルとヒドロキシラジカルとに分解する。 Moreover, the alkyl hydroperoxide produced | generated by Reaction formula (3) decomposes | disassembles into an alkoxy radical and a hydroxy radical by the effect | action of a promoter or a heat | fever, as shown in following Reaction formula (5).
次いで、反応式(5)により生成したアルコキシラジカルは、ガソリン中に含まれる炭化水素から水素原子を引き抜いて、アルコールを生成する。 Subsequently, the alkoxy radical produced | generated by Reaction formula (5) draws out a hydrogen atom from the hydrocarbon contained in gasoline, and produces | generates alcohol.
以上のようにして、ガソリン中に主体的に含まれる炭化水素が酸化改質され、アルコールに変換される。より詳しくは、ガソリン中に含まれる炭化水素は炭素数が4〜10の炭化水素であるため、これら炭化水素が、炭素数4〜10のアルコールに変換される。このようにして、本実施形態の燃料改質システム1では、ガソリンのオクタン価を向上できるようになっている。 As described above, hydrocarbons mainly contained in gasoline are oxidized and reformed and converted to alcohol. More specifically, since hydrocarbons contained in gasoline are hydrocarbons having 4 to 10 carbon atoms, these hydrocarbons are converted into alcohols having 4 to 10 carbon atoms. Thus, in the fuel reforming system 1 of this embodiment, the octane number of gasoline can be improved.
凝縮器16は、改質器15の下流に設けられ、改質器15で生成した生成ガスを、改質燃料を主体とする凝縮相と、気相とに分離する。凝縮器16は、車両の走行により生じる外気走行風により、改質器15の出口から流出する生成ガスを冷却することで、凝縮相と気相とに分離する。なお、凝縮相の物質には、アルコールを主成分とする改質燃料の他に副生成物の水等が含まれ、気相の物質には、窒素、酸素、その他の副生成物のガス成分等が含まれる。
The
凝縮器16の上流部には、固相物質の透過を阻止するフィルタ160が配置される。このフィルタ160としては、例えば不織布やステンレスメッシュ等の金属網を用いることができる。このフィルタ160により、固相物質が液相物質(改質燃料)に混入するのが抑制される。
A
気液分離器18内に流入する生成ガスのうち液相(凝縮相)となった改質燃料(アルコールを主成分とする燃料)は重力により、気液分離器18の底部側に設定された改質燃料タンク部20に貯留される。
改質燃料タンク部20に貯留された改質燃料は、ECUの制御下で所要に応じて、改質燃料供給部21を通じてエンジン燃料供給系に供給される。
Of the produced gas flowing into the gas-
The reformed fuel stored in the reformed
一方、気液分離器18内に流入した生成ガスのうち気相となった物質は、気液分離器18の上方に設けられた気相供給部19から、エンジンの気筒内での燃焼に供される。
気相供給部19は、凝縮器16で分離された気相物質を、エンジンの吸気ポート内に供給する。気相供給部19は、エンジンの吸気ポートに接続された気相供給管191を備える。凝縮器16で分離された気相物質は、気相供給管191を介して、エンジンの吸気ポート内に供給される。
On the other hand, the substance in the gas phase out of the generated gas flowing into the gas-
The gas
改質燃料タンク部20は、凝縮器16で分離された凝縮相中の改質燃料を貯留する。改質燃料タンク部20は、改質器15によりガソリンを改質することで生成した改質燃料のアルコールを、一時的に貯留するバッファタンクとして機能する。
The reformed
改質燃料供給部21は、改質燃料タンク部20に貯留された改質燃料を、エンジンの気筒内又は吸気ポート内に供給する。改質燃料供給部21は、改質燃料ポンプ211と、改質燃料供給管212と、図示しないインジェクタと、を備える。改質燃料供給部21は、改質燃料ポンプ211を駆動することで、改質燃料供給管212及びインジェクタを介して、改質燃料を図示しないエンジンの吸気ポート内に供給する。アルコール供給量は、ECUによりインジェクタの噴射量を調整することで制御される。
The reformed
ところで、本実施形態の燃料改質システム1では、改質器15の下流側にエステル化装置30が配置される。より詳しくは、エステル化装置30が、改質器15の下流端に近接する位置、即ち改質器15の直下に配置される。エステル化装置30は、改質器15で生成される生成ガス中に含まれる安息香酸を、エステル化して安息香酸エステルに変換させる。
By the way, in the fuel reforming system 1 of the present embodiment, the
エステル化装置30は、改質触媒151による改質反応で生成する安息香酸をエステル化して安息香酸エステルとするための固体酸触媒を備える。固体の酸触媒を用いることにより、エステル化装置30内への充填が容易となっている。
固体酸触媒としては、硫酸化ジルコニア、ヘテロポリ酸、活性アルミナ及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。
The
As the solid acid catalyst, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of sulfated zirconia, heteropolyacid, activated alumina, and zeolite.
上述の固体酸触媒を備えるエステル化装置30に改質器15で生成した生成ガスが流入すると、生成ガス中に含まれる安息香酸とアルコールが固体酸触媒の作用により反応する。具体的には、以下の反応式(7)に示すエステル化反応が進行する。これにより、燃料及び改質燃料に溶解し難い安息香酸が、燃料及び改質燃料に溶解し易い安息香酸エステルに変換される。このとき、エステル化反応は所定の高温条件下でなければ進行しないところ、本実施形態ではエステル化装置30が改質器15の直下に配置されているため、改質反応により生じる熱をそのままエステル化反応に利用できる。また、反応式(7)に示すように安息香酸エステル以外に水も同時に生成するところ、生成した水は改質燃料とともにエンジン燃料供給系に供給されても問題は無い。
When the product gas generated by the
以上の構成を備える本実施形態の燃料改質システム1は、ECUにより制御され、以下のように動作する。
先ず、エンジンの運転状態に応じて、ガソリンの改質が必要であると判断された場合には、エンジン冷却水の温度が所定温度以上であるか否かを判別する。エンジン始動直後でエンジン冷却水の温度が所定温度未満であるときには、前回改質時に凝縮器16の改質燃料タンク部20内に貯留された改質燃料を、改質燃料ポンプ211によりエンジンの吸気ポート内に供給する。
The fuel reforming system 1 of the present embodiment having the above configuration is controlled by the ECU and operates as follows.
First, when it is determined that gasoline reform is required according to the operating state of the engine, it is determined whether or not the temperature of the engine cooling water is equal to or higher than a predetermined temperature. Immediately after the engine is started, when the temperature of the engine cooling water is lower than the predetermined temperature, the reformed fuel stored in the reformed
エンジン冷却水の温度が所定温度以上の場合は、燃料バルブ133及び空気バルブ114を開弁する。次いで、改質ポンプ131により、燃料タンク12からガソリンを圧送して混合器14内に導入する。同時に、空気ポンプ112により、空気フィルタ111を通過した空気を混合器14内に導入する。
When the temperature of the engine cooling water is equal to or higher than a predetermined temperature, the
次いで、混合器14内に導入されたガソリンと空気を、所定温度に暖めながら均一に混合して混合流体とした後、改質器15内に供給する。改質器15内に供給された混合流体中のガソリンの主成分である炭化水素は、改質触媒151の作用により上述の反応式(1)〜(6)が進行することで、アルコールに変換される。このとき、温度センサでモニターされた温度に基づいて、エンジン冷却水の供給を制御する。これにより、改質器15内の温度が所望の適正温度に維持される。
Next, the gasoline and air introduced into the
次いで、改質器15で生成した改質後の生成ガスは、エステル化装置30に導入され、生成ガス中に含まれる安息香酸とアルコールが固体酸触媒の作用によりエステル化反応する。これにより、燃料及び改質燃料に溶解し難い安息香酸が、燃料及び改質燃料に溶解し易い安息香酸エステルに変換され、フィルタ160等の詰まりが抑制される。
Next, the reformed product gas generated in the
次いで、改質器15で生成した改質後の生成ガスを、凝縮器16で凝縮相と気相とに分離し、この改質燃料は改質燃料タンク部20に貯留される。改質燃料タンク部20内の改質燃料は、改質燃料ポンプ211によりエンジンの吸気ポート内に供給する。一方、分離された気相物質は、気相供給部19を通してエンジンの吸気ポートに導入することで、エンジンの気筒内での燃焼に供される。
Next, the reformed product gas generated by the
なお、エンジンの運転状態に応じて、ガソリンの改質が不要であると判断された場合には、先ず、空気ポンプ112を停止して空気バルブ114を閉弁する。その後、改質器15内がガソリンで満たした後に、改質ポンプ131を停止して燃料バルブ133を閉弁し、混合器14内へのガソリンの供給を停止する。これにより、システム停止中に、改質器15内に残存した酸素により改質反応が進行してしまう事態が回避される。
If it is determined that gasoline reforming is not necessary according to the operating state of the engine, first, the
本実施形態の燃料改質システム1によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、ガソリンを空気を用いて改質してアルコールを生成させるための改質触媒151を有する改質器15の下流側に、改質反応で生成する安息香酸をエステル化して安息香酸エステルとするための固体酸触媒を有するエステル化装置30を設けた。
これにより、燃料を改質したときに生成する燃料や改質燃料に溶け難い安息香酸を、改質反応で生成したアルコールと反応させて燃料や改質燃料に可溶な安息香酸エステルに変換することにより、安息香酸の析出を抑制できる。従って、本実施形態に係る燃料改質システム1によれば、凝縮器16に設けられたフィルタ160や改質燃料供給部21に設けられたインジェクタの詰まりを抑制でき、より効率良く燃料を改質できる。
According to the fuel reforming system 1 of the present embodiment, the following effects are exhibited.
In this embodiment, benzoic acid produced by the reforming reaction is esterified on the downstream side of the
As a result, the benzoic acid that is not easily dissolved in the reformed fuel or the fuel that is generated when the fuel is reformed is reacted with the alcohol generated in the reforming reaction to be converted into a benzoic acid ester that is soluble in the fuel or the reformed fuel. Thereby, precipitation of benzoic acid can be suppressed. Therefore, according to the fuel reforming system 1 according to the present embodiment, clogging of the
また本実施形態では、エステル化装置30を改質器15の下流端に近接して配置した。即ち、エステル化装置30を改質器15の直下に配置した。これにより、改質反応によって生じる熱をエステル化反応に利用できるため、より効率良く安息香酸をエステル化できる。
In the present embodiment, the
また本実施形態では、固体酸触媒として、硫酸化ジルコニア、ヘテロポリ酸、活性アルミナ及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも1種を用いるとともに、改質触媒として、N−ヒドロキシイミド基含有化合物からなる主触媒と、遷移金属化合物からなる助触媒と、を含んで構成される改質触媒を用いた。
これにより、改質反応で生じるアルコールを利用して、エステル化に有効な上述の固体酸触媒の作用により、エステル化装置30において安息香酸をより確実にエステル化できる。
In this embodiment, at least one selected from the group consisting of sulfated zirconia, heteropolyacid, activated alumina, and zeolite is used as the solid acid catalyst, and the main catalyst composed of an N-hydroxyimide group-containing compound is used as the reforming catalyst. A reforming catalyst comprising a catalyst and a promoter composed of a transition metal compound was used.
Thereby, benzoic acid can be more reliably esterified in the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
上記実施形態では、燃料としてガソリンを用いたがこれに限定されない。例えば、エタノール等のアルコールを含有するアルコール含有ガソリンを用いた場合であっても、上記実施形態と同様の効果が奏される。 In the above embodiment, gasoline is used as the fuel, but the present invention is not limited to this. For example, even when alcohol-containing gasoline containing alcohol such as ethanol is used, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
また上記実施形態では、安息香酸をエステル化するためのエステル化装置30を改質器15の直下に配置したが、これに限定されない。例えば、改質器の出口部(下流側端部)にエステル化装置を一体化させてもよい。具体的には、例えば改質触媒が充填された複数の反応管を備える改質器を用いる場合に、該反応管の出口部に蓋のように配置される多孔質体に固体酸触媒を配置してもよい。この場合には、エステル化装置のためにスペースを別途設ける必要がなくなり、スペースを有効活用でき、システムを小型化できる。
Moreover, in the said embodiment, although the
1 燃料改質システム
15 改質器
100 エステル化装置
151 改質触媒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記改質器の下流側に配置され、前記改質触媒による改質反応で生成する安息香酸をエステル化して安息香酸エステルとするための固体酸触媒を有するエステル化装置と、を備える燃料改質システム。 A reformer having a reforming catalyst for reforming hydrocarbon-based fuel using air to produce alcohol;
A fuel reformer, comprising: an esterification device which is disposed downstream of the reformer and has a solid acid catalyst for esterifying benzoic acid produced by a reforming reaction by the reforming catalyst into a benzoic acid ester system.
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JP2016135435A JP2018003797A (en) | 2016-07-07 | 2016-07-07 | Fuel reforming system |
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