WO2001077264A1 - Combustible a utiliser dans une pile a combustible - Google Patents

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fuel cell
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Kenichirou Saitou
Iwao Anzai
Osamu Sadakane
Michiro Matsubara
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Nippon Oil Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel used for a fuel cell system.
  • hydrogen is advantageous in that it does not require a special reformer, but because it is a gas at room temperature, it has problems with storage and mounting on vehicles, etc. Special equipment is required. Also, there is a high risk of bow I fire, so care must be taken when handling.
  • methanol is advantageous in that it is relatively easy to reform hydrogen, but it has a small power generation capacity per weight s and is toxic.
  • special equipment is required for storage and supply. As described above, no fuel has yet been developed to achieve the full potential of the fuel cell system.
  • the fuel for a fuel cell system it is often the power generation amount per weight, it generation amount of C 0 2 emissions per often, that overall fuel consumption of the fuel cell system is good, the evaporation gas (Ebapoemi, Soshiyon) Low power, reforming catalyst, water gas shift reaction catalyst, carbon monoxide removal catalyst, fuel cell stack, etc., low deterioration of fuel cell system, long lasting initial capacity, short system startup time, short power s, stable storage
  • fuel cells must have good handling characteristics such as the firing point of the bow I. In a fuel cell system, it is important to keep the fuel and reformer at a given temperature.
  • an object of the present invention is to provide a fuel suitable for a fuel cell system satisfying the above-mentioned required properties in a well-balanced manner. Disclosure of the invention
  • the present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that a fuel containing a specific amount of an oxygen-containing compound is suitable for a fuel cell system. That is, the fuel for a fuel cell system according to the present invention includes:
  • the content of hydrocarbon compounds having 4 carbon atoms is 15% by volume or less, the content of hydrocarbon compounds having 5 carbon atoms is 5% by volume or more, and Content of the hydrocarbon compound is 10% by volume or more.
  • distillation end point is 55. It has a distillation property of not less than C and not more than 150 ° C.
  • Sulfur content is 50 ppm by mass or less based on the total amount of fuel.
  • the saturated content is 30% by volume or more based on the total amount of hydrocarbon oil.
  • the olefin content is 35% by volume or less based on the total amount of hydrocarbon oil.
  • the aromatic content is 50% by volume or less based on the total amount of hydrocarbon oil.
  • the ratio of the paraffin content in the saturated content is 60% by volume or more.
  • the proportion of branched paraffin in the paraffin content is 30% by volume or more.
  • the liquid has a heat capacity of 2.6 kJZkg ° C or less at 1 atmosphere and 15 ° C.
  • Latent heat of vaporization is 400 KJ / kg or less.
  • Reid vapor pressure is 1 OkPa or more and less than 1 OOkPa.
  • the octane number of the research method is 101.0 or less.
  • the oxidation stability is 240 minutes or more.
  • FIG. 1 is a flowchart of a steam reforming fuel cell system used for evaluating fuel for a fuel cell system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart of a partial oxidation fuel cell system used for evaluating fuel for a fuel cell system of the present invention.
  • the oxygen-containing compound contained in a specific amount is an alcohol having 2 to 4 carbon atoms.
  • ethers having 2 to 8 carbon atoms Specifically, for example, methanol, ethanol, dimethyl ether, methyl tertiary butyl ether (MTB).
  • T AM E tertiary amyl ethyl ether
  • the content of these oxygenated compounds is based on the total amount of oxygen based on the fuel efficiency of the fuel cell system as a whole, the small amount of THC in the exhaust gas, and the short startup time of the system. It is necessary in terms of element is 0.5 mass% or more, further when you consider the balance between power generation and C 0 2 generation amount per power generation amount per weight, requires 4 0 wt% or less Yes, preferably 20% by mass or less, and 3% by mass or less.
  • the fuel cell fuel system of the present invention it generation amount of good force per weight in shall such only oxygen-containing compound as described above is large, and the like that the power generation amount of C 0 2 emissions per is large, oxygen-containing
  • the mixture is preferably a mixture of a compound and a hydrocarbon oil, and more preferably 5% by volume or more based on the total amount of the fuel.
  • the amount of the hydrocarbon compound having a specific number of carbon atoms contained in the hydrocarbon oil is not limited, but the following are preferable.
  • the content of compound is not limited, the content of hydrocarbon compounds having 4 carbon atoms relative to the total amount of hydrocarbon oil (V (C 4)), it suppressing the amount of evaporation gas (fuel vapor E mission) From the viewpoint of good handling properties such as a flash point, the content is preferably 15% by volume or less, more preferably 10% by volume or less, and most preferably 5% by volume or less.
  • the content of carbon 5-carbon compounds is not limited, the content of hydrocarbon compounds with 5 carbons (V (C s )) based on the total amount of hydrocarbon oil is Since the amount of power generation is large, the amount of power generation per amount of CO 2 ′ generated, and the fuel efficiency of the fuel cell system as a whole is good, it is preferable that the volume be 5% by volume or more, and 10% by volume or more. More preferably, the content is more preferably 15% by volume or more, even more preferably 20% by volume or more, and more preferably 25% by volume or more. More preferably, the capacity is most preferably 30% by volume or more.
  • the content of hydrocarbon compounds with 6 carbon atoms is not limited, but the content of hydrocarbon compounds with 6 carbon atoms (V (C 6 )) based on the total amount of hydrocarbon oil indicates that the amount of power generation per weight is large. , C0 that power generation amount per 2 generation amount is large, since the fuel economy of the entire fuel cell system is good, etc., more preferably it forces preferably 10 volume% or more and 15 vol% or more, 20 volumes %, More preferably at least 25% by volume, even more preferably at least 30% by volume.
  • the content of the hydrocarbon compound having 7 or 8 carbon atoms is not particularly limited, but is usually the total amount (V (C 7 + C 8
  • the total amount of hydrocarbon compounds with 10 or more carbon atoms (V (C 10 +)) power S 20% by volume based on the total amount of hydrocarbon oil Or less, more preferably 10% by volume or less, and most preferably 5% by volume or less.
  • V (C 4 ), V (C 5 ), V (C 6 ), V (C 7 + C 8 ), and V (C io +) described above are determined by the gas chromatography method shown below. Value.
  • the initial distillation point (initial boiling point 0) is preferably from 24 ° C to 40 ° C, more preferably from 26 ° C. 10% by volume distillation temperature (T 10 ) Force s'25 ° C or more and 50 ° C or less C or more is more preferable.
  • 90% by volume distillation temperature (T 90 ) is 45 ° C
  • the temperature is preferably 130 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower, even more preferably 80 ° C. or lower.
  • the distillation end point is preferably 55 ° C or more and 150 ° C or less, and more preferably 130 ° C or less, and even more preferably 100 ° C or less.
  • the bow I becomes flammable, and the evaporative gas (THC) power S is likely to be generated, causing a problem in handling.
  • THC evaporative gas
  • T 10 10 % by volume distillation temperature
  • Tso 90 volume% distillation temperature
  • an upper limit of the distillation end point is often power generation amount per weight
  • C0 power generation per 2 generation amount is large
  • fuel efficiency is good as the entire fuel cell system
  • discharge It is specified in terms of low THC in the gas, short system startup time, low degradation of the reforming catalyst, and sustained initial performance.
  • the 30% by volume distillation temperature (T 3 ), the 50% by volume distillation temperature (T 5 ), and the 70% by volume distillation temperature (T 7 ) of the fuel of the present invention are not limited.
  • the 30% by volume distillation temperature ( ⁇ 3 ) is preferably 30 ° C or more and 60 ° C or less, and the 50% by volume distillation temperature (T 5 ) is 35 ° C or more and 70%. C is preferable, and the 70% by volume distillation temperature (T 7 ) is preferably 35 ° C or more and 60 ° C or less.
  • distillation initial boiling point of above (initial boiling point 0), 10 volume% distillation temperature (T 1C)), 30 volume% distillation temperature (T 3.), 50 volume% distillation temperature (T Omicron) (. ⁇ 7) (. ⁇ 9) 70 volume% distillation temperature, 90 vol% distillation temperature, distillation endpoint, JISK 2254 - a distillation characteristics which are "petroleum products distillation test method" Yotsute measurement.
  • the sulfur content of the fuel of the present invention the deterioration of the fuel cell system such as a reforming catalyst, a water gas shift reaction catalyst, a carbon monoxide removal catalyst, a fuel cell stack, etc. is small and the initial capacity S is small.
  • the fuel is preferably 50 mass ppm or less, more preferably 30 mass ppm or less, even more preferably 10 mass ppm or less, and more preferably 1 mass ppm, based on the total amount of fuel. Is even more preferable, and the force is most preferably 0.1 mass ppm or less.
  • the sulfur content measured by JISK 2541 “Sulfur content test method for crude oil and petroleum products” is less than 1 ppm by mass.
  • Means sulfur content measured by ASTM D4045-96 “Standard Test Method for Sulfur in Petroleum Products by Hydrogenolysis and Rateometric Colorimetr”.
  • the content of each of the saturated component, the olefin component and the aromatic component is not particularly limited, but the saturated component (V (S)) is 30% by volume or more based on the total amount of hydrogenated carbon oil.
  • the content (V (0)) is preferably 35% by volume or less, and the aromatic content (V (Ar)) is preferably 50% by volume or less.
  • V (S) is often power generation amount per weight, it generation per C0 2 generation amount is large, it overall fuel consumption of the fuel cell system is good, it THC in the exhaust gas is not small, the system Starting time force S Due to shortness, etc., it should be at least 30% by volume, preferably at least 40% by volume, more preferably at least 50% by volume, even more preferably at least 60% by volume. Is even more preferred, more preferably 70% by volume or more, even more preferably 80% by volume or more, even more preferably 90% by volume or more, and 95% by volume. % Force is the most preferable.
  • V (0) is often power generation amount per weight, it generation per C0 2 generation amount is large, the deterioration of the reforming catalyst can last reduced initial resistance capability S long, that good storage stability
  • it is preferably 35% by volume or less, more preferably 25% by volume or less, still more preferably 20% by volume or less, and more preferably 15% by volume or less. It is even more preferred that it be less than 10% by volume.
  • the power is preferably 50% by volume or less, more preferably 45% by volume or less. %, Still more preferably 35% by volume or less, even more preferably 30% by volume or less, even more preferably 20% by volume or less. More preferably, it is even more preferably 10% by volume or less, 5 volumes % Is most preferable.
  • V (S), V (0) and V (A r) are all values measured by the fluorescent indicator adsorption method of JIS K 2 536 “Petroleum products-hydrocarbon type test method”.
  • the ratio of the paraffin content in the saturated component is preferably at least 60% by volume, more preferably at least 65% by volume, and even more preferably at least 70% by volume. More preferably, it is even more preferably 80% by volume or more, even more preferably 85% by volume or more, even more preferably 90% by volume or more, and more preferably 95% by volume or more. Is most preferred.
  • the above-mentioned saturated content and paraffin content are values determined by the above-described gas chromatography method.
  • the proportion of branched paraffins in the paraffins are often power generation amount per weight, it generation amount of C 0 2 emissions per many, of the entire fuel cell system It is preferable that the proportion of branched paraffin in the paraffin is 30% by volume or more, and 50% by volume because of good fuel economy, low THC in exhaust gas S, short system startup time s, etc. %, And more preferably 70% by volume or more.
  • the above-mentioned paraffin content and the amount of branched paraffin are values determined by the above-mentioned gas chromatography method.
  • the heat capacity of the fuel is not limited at all. However, since the fuel efficiency of the fuel cell system as a whole is good, the heat capacity of the liquid at 1 atm and 15 ° C is 2.6 kJZkg. ⁇ C or less is preferable.
  • the latent heat of vaporization of the fuel there is no limitation on the latent heat of vaporization of the fuel. Since the fuel efficiency of the entire pond system is good, it is preferable that the latent heat of evaporation be AOOKJZkg or less.
  • the reed vapor pressure (RVP) of the fuel is preferably 10 kPa or more, and the handleability such as the flash point is good. Since the amount of evaporative gas (evaporation) can be kept low, a power of less than 100 kPa is preferable. 40 kPa or more and less than 100 kPa are more preferable, and 60 kPa or more and less than 100 kPa are even more preferable.
  • “lead vapor pressure (RVP)” means the vapor pressure (lead vapor pressure (RVP)) measured by JIS K 2258 “Crude oil and fuel oil vapor pressure test method (lead method)”.
  • the octane number (RON) of the fuel by the research method there is no limitation on the octane number (RON) of the fuel by the research method, but the power generation per weight is large, the cost of the fuel cell system as a whole is good, and the THC power in the exhaust gas is high. s' is small, the starting time of the system is short, and the like.
  • the octane number of the research method (RON) means the octane number of the research method measured by JISK 2280 “Test method of octane number and seun number”.
  • the oxidation stability of the fuel is not limited, but is preferably 240 minutes or more from the viewpoint of storage stability.
  • the oxidation stability is the oxidation stability measured by JIS K 2287 "Gasoline oxidation stability test method (induction period method)".
  • the density of the fuel there is no limitation on the density of the fuel, but the amount of power generation per weight is large, the fuel efficiency of the fuel cell system as a whole is good, the THC power in the exhaust gas is small, and the system is started. etc. that the time power short, in view of the deterioration of the reforming catalyst can last reduced initial resistance capacity 5 'long, 0. 78 gZcm 3 below the force s good Good.
  • the density means the density measured by JISK2249 “Density test method for crude oil and petroleum products and density / mass / volume conversion table”.
  • the method for producing the fuel of the present invention Specifically, for example, it is produced by mixing one or more oxygen-containing compounds and, if necessary, a hydrocarbon oil.
  • hydrocarbon oil examples include light naphtha obtained by distilling crude oil at normal pressure, heavy naphtha obtained by distilling crude oil at normal pressure, desulfurized light naphtha obtained by desulfurizing light naphtha, and heavy naphtha.
  • the base material for producing the fuel of the present invention are decomposed into carbon monoxide and hydrogen and then obtained by F-T (Fischer-Tropsch) synthesis. It is manufactured using one or more base materials such as a light fraction of GTL (Gas to Liquids) and desulfurized LPG obtained by desulfurizing LPG. It can also be produced by mixing one or more of the above-mentioned base materials and then desulfurizing them by hydrogen emission or adsorption, etc. Among these, those preferable as the base material for producing the fuel of the present invention are preferred.
  • Examples include: light naphtha, desulfurized light naphtha, isomerized gasoline, desulfurized alkylate obtained by desulfurizing alkylate, desulfurized hydrocarbon such as isobutane, and low sulfur alkylate obtained by desulfurized lower-olefin, light weight of cracked gasoline Desulfurized light cracked gasoline obtained by desulfurizing the fraction, gasoline fraction of GTL, desulfurized LPG obtained by desulfurizing LPG, etc.
  • the fuel for the fuel cell system of the present invention includes a colorant for identification, an antioxidant for improving oxidative stability, a metal deactivator, a corrosion inhibitor for corrosion prevention, and cleanliness of the fuel line. Additives such as a detergent for maintaining the lubrication and a lubricity improver for improving the lubricity can be added.
  • the colorant is preferably 1 Oppm or less, more preferably 5 ppm or less.
  • the antioxidant is preferably 3 OOppm or less, more preferably 200 ppm or less, still more preferably 10 Oppm or less, and most preferably 1 Oppm or less.
  • the metal deactivator is preferably 50 ppm or less, more preferably 30 ppm or less, more preferably 1 ppm or less, more preferably 5 ppm or less, most preferably 5 ppm or less.
  • the corrosion inhibitor is preferably 50 ppm or less, more preferably 30 ppm or less, 1 Oppm or less, and the power S is still more preferably 5 ppm.
  • the detergent is preferably at most 300 ppm, more preferably at most 200 pm, most preferably at most 100 ppm.
  • the lubricity improver is preferably 300 ppm or less, more preferably 20,0 ppm or less, and even more preferably 100 ppm or less.
  • the fuel of the present invention is used as a fuel for a fuel cell system.
  • the fuel cell system according to the present invention includes a fuel reformer, a carbon monoxide purifying device, a fuel cell, and the like, and the fuel of the present invention is suitably used for any fuel cell system.
  • the fuel reformer is for reforming the fuel to obtain hydrogen, which is the fuel of the fuel cell.
  • a reformer specifically, for example,
  • a steam reforming reformer that mixes heated and vaporized fuel with steam and reacts by heating in a catalyst such as copper, nickel, platinum, ruthenium, etc., to obtain a product containing hydrogen as a main component.
  • a partially oxidized reformer that mixes heated and vaporized fuel with air and reacts with or without a catalyst such as copper, nickel, platinum, ruthenium, etc. to obtain a product containing hydrogen as a main component.
  • the carbon monoxide purifier removes carbon monoxide contained in the gas generated by the above reformer and becomes a catalyst poison of the fuel cell.
  • a selective oxidation reactor that converts carbon monoxide into carbon dioxide by mixing the reformed gas with compressed air and reacting it in a catalyst such as platinum or ruthenium is mentioned. used.
  • Specific fuel cells include, for example, polymer electrolyte fuel cells (PEFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), molten carbonate fuel cells (MCFC), and solid oxide fuel cells (SOFC) And the like.
  • PEFC polymer electrolyte fuel cells
  • PAFC phosphoric acid fuel cells
  • MCFC molten carbonate fuel cells
  • SOFC solid oxide fuel cells
  • the fuel cell system as described above is used for electric vehicles, conventional hybrid vehicles with an engine and electricity, portable power supplies, distributed power supplies, home power supplies, cogeneration systems, and the like.
  • Table 1 shows the properties and the like of the base materials used for each fuel in the examples and comparative examples.
  • Table 2 shows the properties of each fuel used in Examples and Comparative Examples.
  • the fuel and water were vaporized by electric heating and led to a reformer, which was filled with a noble metal catalyst and maintained at a specified temperature with an electric heater, to generate reformed gas rich in hydrogen.
  • the temperature of the reformer was set to the lowest temperature at which reforming was completely performed in the initial stage of the test (the lowest temperature at which the reformed gas did not contain THC power S).
  • the reformed gas is guided to a carbon monoxide treatment device (water gas shift reaction) together with water vapor to convert carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide, and the generated gas is guided to a polymer electrolyte fuel cell for power generation Was performed.
  • a carbon monoxide treatment device water gas shift reaction
  • Fig. 1 shows a flowchart of the steam reforming type fuel cell system used for the evaluation.
  • the fuel was gasified by electric heating, and the preheated air was charged with a precious metal catalyst and led to a reformer maintained at 110 ° C with an electric heater to generate hydrogen-rich reformed gas. .
  • the reformed gas is led to a carbon monoxide treatment device (water gas shift reaction) together with water vapor to convert carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide, and the generated gas is guided to a polymer electrolyte fuel cell to generate electricity.
  • a carbon monoxide treatment device water gas shift reaction
  • Fig. 2 shows the chart of the partial oxidation fuel cell system used for the evaluation.
  • Evaluation H 2 CO in the reformed gas generated from the reformer immediately after the start of the test, were measured for C 0 2, THC amount. Also, H 2, CO, fuel C 0 2, immediately after the evaluation test started was measured for THC content and start 1 0 0 hour after the reformed gas generated from over Shahi carbon treatment apparatus immediately after the start of the evaluation test was measured the amount of power generated by the battery, the amount of fuel consumed, and the amount of CO 2 emitted from the fuel cell. The amount of heat (preheat amount) required to guide each fuel to a predetermined reformer temperature was calculated from the heat capacity and latent heat of vaporization.
  • the performance degradation rate of the catalyst (the amount of power generated 100 hours after the start of the test, the amount of power generated immediately after the start of the test), the thermal efficiency (the amount of power generated immediately after the start of the test) Z fuel calorific value) and preheat amount ratio (preheat amount Z power generation amount) were calculated.
  • the performance degradation rate of the catalyst the amount of power generated 100 hours after the start of the test, the amount of power generated immediately after the start of the test
  • the thermal efficiency the amount of power generated immediately after the start of the test
  • Z fuel calorific value the amount of power generated immediately after the start of the test
  • preheat amount ratio preheat amount Z power generation amount
  • a sample filling hose was attached to the filler port of a 20 liter gasoline carrying can, and the attachment part was completely sealed. Each liter was filled with 5 liters of fuel while the can bleed valve was kept open. After filling, the air vent valve was closed and left for 30 minutes. After standing, an activated carbon adsorption device was attached to the tip of the air release valve, and the valve was opened. Immediately, 10 liters of each fuel was supplied from the fuel port. Five minutes after the oil filling, the air release valve was left open and the activated carbon was allowed to absorb steam, and then the weight increase of the activated carbon was measured. The test was performed at a constant temperature of 25 ° C. Each fuel was filled in a pressure-resistant sealed container together with oxygen, heated to 100 ° C., allowed to stand for 24 hours while maintaining the temperature, and evaluated by the real gum test method specified in JIS K2261.
  • Table 3 shows the measured values' calculated values.
  • the fuel for a fuel cell system containing a specific amount of the oxygen-containing compound of the present invention can obtain electric energy with a small performance deterioration ratio at a high output, and is a fuel that satisfies various performances for a fuel cell. is there.

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Description

燃料電池システム用燃料 技術分野
本発明は、 燃料電池システムに用いられる燃料に関する。 明
背景技術，
田
近年、 将来の地球環境に対する危機感の高まりから、 地球にやさしいエネルギ —供紿システムの開発力 s求められている。 特に、 地球温暖ィヒ防止のための C O 2 の低減、 T H C (排出ガス中の未反応の炭化水素） 、 N O x、 P M (排出ガス中 の粒子状物質：すす、 燃料'潤滑油の高沸点 ·高分子の未燃成分） 等有害物質の 低減を、 高度に達成すること力要求されている。 そのシステムの具体例としては 、 従来のオット一'ディーゼルシステムに代わる自動車動力システム、 あるいは 火力に代わる発電システム力挙げられる。
そこで、 理想に近いエネルギー効率を持ち、 基本的には H 2 0と C 0 2 し力 >排 出しない燃料電池が、 社会の要望に応えるにもつとも有望なシステムと期待され ている。 そして、 このようなシステムの達成のためには、 機器の技術開発だけで はなく、 それに最適な燃料の開発が必要不可欠である。
従来、 燃料電池システム用の燃料としては、 水素、 メタノ一ル、 炭化水素系燃 料が考えられている。
燃料電池システム用の燃料として、 水素は、 特別の改質装置を必要としない点 で有利であるが、 常温で気体のため、 貯蔵性並びに車両等への搭載性に問題があ り、 供給に特別な設備が必要である。 また弓 I火の危険性も高く取り扱いに注意が 必要である。
一方、 メタノールは、 水素への改質力 匕較的容易である点で有利であるが、 重 量あたりの発電量力 s小さく、 有毒のため取り扱いにも注意力 5 '必要である。 また、 腐食性があるため、 貯蔵 ·供紿に特殊な設備が必要でぁる。 このように、 燃料電池システムの能力を充分に発揮させるための燃料は未だ開 発されていない。 特に、 燃料電池システム用燃料としては、 重量当りの発電量が 多いこと、 C 0 2発生量当りの発電量が多いこと、 燃料電池システム全体として の燃費が良いこと、 蒸発ガス （エバポエミ、ソシヨン） 力少ないこと、 改質触媒、 水性ガスシフト反応触媒、 一酸化炭素除去触媒、 燃料電池スタック等、 燃料電池 システムの劣化が小さく初期性能力長時間持続できること、 システムの起動時間 力 s短いこと、 貯蔵安定性や弓 I火点など取り扱い性力良好なことなどが求められる なお、 燃料電池システムでは、 燃料および改質器を所定の温度に保つことカ泌 要なため、 発電量からそれに必要な熱量 （予熱及び反応に伴う吸発熱をバランス させる熱量） を差し引いた ¾電量力^ 燃料電池システム全体の発電量となる。 し たがって、 燃料を改質させるために必要な温度が低い方が予熱量が小さく有利に なり、 更にシステムの起動時間力短く有利になり、 また燃料の予熱に必要な重量 当りの熱量力 、さいことも必要である。 予熱が十分でない場合、 排出ガス中に未 反応の炭化水素 ( T H C) が多くなり、 重量当りの発電量を低下させるだけでな く、 大気汚染の原因となる可能性がある。 逆に言えば、 同一システムを同一温度 で稼働させた場合に、 排出ガス中の T H C力少なく、 水素への変換率が高い方が 有利である。 '
本発明は、 このような状況を鑑み、 上記したような要求性状をバランス良く満 たした燃料電池システムに適した燃料を提供することを目的とする。 発明の開示
本発明者らは、 上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、 含酸素化合物 を特定量含有する燃料が、 燃料電池システムに適していることを見出した。 すなわち、 本発明に係る燃料電池システム用燃料は、 .
( 1 ) 含酸素化合物を酸素元素換算で燃料全量を基準として 0. 5〜4 0質量％ 含有する燃料電池システム用燃料である。
上記含酸素化合物を特定量含有する燃料電池システム用燃料は、 更に、 以下の ような付加的要件を満たすものがより好ましい。 ( 2 ) 炭化水素油を燃料全量を基準として 5容量％以上含有する。
(3) 炭化水素油全量を基準として、 炭素数 4の炭化水素化合物の含有量が 15 容量％以下であり、 炭素数 5の炭化水素化合物の含有量が 5容量％以上であり、 炭素数 6の炭化水素化合物の含有量が 10容量％以上である。
( 4 ) 蒸留初留点が 24 °C以上 40 °C以下、 10容量％留出温度が 25 °C以上 5 0 °C以下、 90容量％留出温度が 45 °C以上 130。C以下、 蒸留終点が 55。C以 上 150 °C以下の蒸留性状からなる。
(5) 硫黄分含有量が、 燃料全量を基準として 50質量 ppm以下である。
(6) 飽和分が、 炭化水素油全量を基準として 30容量％以上である。
(7) ォレフィン分が、 炭化水素油全量を基準として 35容量％以下である。
( 8 ) 芳香族分が、 炭化水素油全量を基準として 50容量％以下である。
(9) 飽和分中のパラフィン分の割合が 60容量％以上である。
(10) パラフィン分中の分岐型パラフィンの割合が 30容量％以上である。
(1 1) 液体で、 1気圧、 15°Cにおける熱容量が、 2. 6kJZkg°C以下で ある。
(12) 蒸発潜熱が、 400 K J/k g以下である。
(13) リード蒸気圧が、 1 OkPa以上 1 OOkPa未満である。
(14) リサーチ法オクタン価が、 101. 0以下である。
( 15 ) 酸化安定度が、 240分以上である。
(16) 密度が、 0. 78g/cm3以下である。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の燃料電池システム用燃料の評価に用いた水蒸気改質型燃料 電池システムのフローチャートである。 第 2図は、 本発明の燃料電池システム用 燃料の評価に用いた部分酸化型燃料電池システムのフローチャートである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の内容をさらに詳細に説明する。
本発明において、 特定量含有する含酸素化合物とは、 炭素数 2〜4のアルコー ル類、 炭素数 2〜8のエーテル類等を意味する。 具体的には例えば、 メタノール 、 エタノール、 ジメチルエーテル、 メチルターシャリーブチルェ—テル （M T B
E ) 、 ェチルターシャリーブチルエーテル、 夕一シャリーアミルメチルエーテル
( T AM E ) 、 ターシャリーアミルェチルエーテル等力 S挙げられる。
これら含酸素ィヒ合物の含有量は、 燃料電池システム全体としての燃費が良いこ と、 排出ガス中の T H C量が少ないこと、 システムの起動時間力短いことなどか ら、 燃料全量基準で酸素元素換算で 0. 5質量％以上であることが必要であり、 さらに重量当りの発電量並びに C 0 2発生量当りの発電量とのバランスを考慮す ると、 4 0質量％以下が必要であり、 2 0質量％以下が好ましく、 3質量％以下 力 s最も好ましい。
本発明の燃料電池システム用燃料としては、 上記した含酸素化合物のみからな るものでも良い力 重量当りの発電量が多いこと、 C 02発生量当りの発電量が 多いことなどから、 含酸素化合物と炭化水素油との混合物であることが好ましく 、 炭化水素油の配合量が燃料全量を基準として 5容量％以上であることがより好 ましい。
本発明において炭化水素油との混合物とした場合に、 炭化水素油中に含まれる 特定の炭素数の炭化水素化合物量は制限されないが、 次のようなものが好ましい 炭素数 4の炭化水素ィヒ合物の含有量は制限されないが、 炭化水素油全量を基準 とした炭素数 4の炭化水素化合物の含有量 （V ( C4 ) ) は、 蒸発ガス （エバポ ェミッション） の量を低く押さえることができ、 引火点等の取扱性が良い点から 、 1 5容量％以下であること力好ましく、 1 0容量％以下であることがより好ま しく、 5容量％以下であること力 s最も好ましい。
炭素数 5の炭ィヒ水素ィヒ合物の含有量は制限されないが、 炭化水素油全量を基準 とした炭素数 5の炭化水素化合物の含有量 （V ( C s ) ) は、 重量当りの発電量 が多いこと、 C O 2'発生量当りの発電量が多いこと、 燃料電池システム全体とし ての燃費が良いこと等から、 5容量％以上であること力好ましく、 1 0容量％以 上であることがより好ましく、 1 5容量％以上であることがさらに好ましく、 2 0容量％以上であることがさらにより好ましく、 2 5容量％以上であることがよ り一層好 しく、 30容量％以上であること力最も好ましい。
炭素数 6の炭化水素化合物の含有量は制限されないが、 炭化水素油全量を基準 とした炭素数 6の炭化水素化合物の含有量 （V (C6 ) ) は、 重量当りの発電量 が多いこと、 C02発生量当りの発電量が多いこと、 燃料電池システム全体とし ての燃費が良いこと等から、 10容量％以上であること力好ましく、 15容量％ 以上であることがより好ましく、 20容量％以上であることがさらに好ましく、 25容量％以上であることがさらにより好ましく、 30容量％以上であることが 最も好ましい。
また、 本発明においては、 炭素数 7および 8の炭ィヒ水素化合物の含有量につい て特に制限はないが、 炭化水素油全量を基準として通常合計量 （V (C7 +C8
) ) として 20容量％未満のもの力好ましく用いられる。
また、 本発明においては、 炭素数 10以上の炭化水素化合物の含有量について 特に制限はないが、 C02発生量当りの発電量が多いこと、 燃料電池システム全 体としての燃費が良いこと、 改質触媒の劣化が小さく初期性能力 S長時間持続でき ることなどから、 炭化水素油全量を基準として炭素数 10以上の炭化水素化合物 の合計量 (V (C10+ ) ) 力 S 20容量％以下であること力 s、好ましく、 10容量％ 以下であることがより好ましく、 5容量％以下であること力最も好ましい。
なお、 上記した V (C4 ) 、 V (C5 ) 、 V (C6 ) , V (C7+C8 ) , V ( C io+ ) 、 は、 以下に示すガスクロマトグラフィー法により定量される値である 。 すなわち、 カラムにはメチルシリコンのキヤビラリ一力ラム、 キャリアガスに はヘリウムまたは窒素を、 検出器には水素イオン化検出器 （F I D) を用い、 力 ラム長 25~5 Om、 キャリアガス流量 0. 5〜1. 5ミリリットル/ mi n、 分割比 1 ： 50〜1 ： 250、 注入口温度 150〜250t；、 初期カラム温度— 10〜10°C、 終期カラム温度 150〜250°C、 検出器温 150〜250°Cの 条件で測定した値である。
また 本発明の燃料において、 蒸留性状は特に制限されないが、 次のようなも の力 s好ましい。 蒸留初留点 （初留点 0) が 24°C以上 40°C以下が好ましく、 2 6°C以上がより好ましい。 10容量％留出温度 (T10) 力 s'25°C以上 50°C以下 力 s好ましく、 30。C以上がより好ましい。 90容量％留出温度 (T90) が 45°C 以上 130°C以下が好ましく、 100°C以下がより好ましく、 80°C以下がさら により好ましい。 蒸留終点が 55°C以上 150°C以下力 S好ましく、 130°C以下 がより好ましく、 100°C以下がさらにより好ましい。
蒸留初留点 （初留点 0 ) カ いと、 弓 I火性カ犒くなり、 また蒸発ガス （ T H C ) 力 S発生し易くなり、 取扱性に問題がある。 1 0容量％留出温度 (T10) につい ても同様であり、 上記規定値より低いと、 引火性力 s、高くなり、 また蒸発ガス （Τ HC) 力 S発生し易くなり、 取扱性に問題がある。
一方、 90容量％留出温度 (Tso) 及び蒸留終点の上限値は、 重量当りの発電 量が多い、 C02発生量当りの発電量が多い、 燃料電池システム全体としての燃 費が良い、 排出ガス中の THCが少ない、 システムの起動時間が短い、 改質触媒 の劣化が小さく初期性能が持続できるなどの点から規定される、
また、 本発明の燃料の 30容量％留出温度 （T 3。) 、 50,容量％留出温度 （T 5。）、 70容量％留出温度 （T7。） については何ら制限はないが、 30容量％留 出温度 （Τ3。） は 30°C以上 60°C以下力 s好ましく、 50容量％留出温度 （T5。 ) は 35°C以上 70。C以下が好ましく、 70容量％留出温度 （T7。） は 35°C以 上 60°C以下力 s好ましい。
なお、 上記した蒸留初留点 （初留点 0) 、 10容量％留出温度 （T1C)) 、 30 容量％留出温度 （T3。） 、 50容量％留出温度 (Τ Ο) 、 70容量％留出温度 （ Τ7。） 、 90容量％留出温度 （Τ9。） 、 蒸留終点は、 J I S K 2254 「石 油製品—蒸留試験方法」 よつて測定される蒸留性状である。
また、 本発明の燃料の硫黄分含有量については何ら制限はないが、 改質触媒、 水性ガスシフト反応触媒、 一酸化炭素除去触媒、 燃料電池スタック等、 燃料電池 システムの劣化が小さく初期性能力 S長時間持続できることなどから、 燃料全量基 準で、 50質量 ppm以下であること力好ましく、 30質量 ppm以下であるこ とがより好ましく、 10質量 ppm以下であることがさらにより好ましく、 1質 量 ppm以下であることがさらにより一層好ましく、 0. 1質量 ppm以下であ ること力 s最も好ましい。
ここで、 硫黄分とは、 1質量 ppm以上の場合、 J I S K 2541 「原油 及び石油製品一硫黄分試験方法」 により測定される硫黄分を、 1質量 ppm未満 の塌合、 ASTM D4045-96 「Standard Test Method for Sulfur in Petroleum Products by Hydrogenolysis and Rateometric Colorimetr 」 によ り測定される硫黄分を意味している。
本発明において、 飽和分、 ォレフィン分および芳香族分の各含有量にはなんら 制限はないが、 炭ィヒ水素油全量を基準として、 飽和分 （V (S) ) は 30容量％ 以上、 ォレフィン分 （V (0) ) は 35容量％以下、 芳香族分 （V (Ar) ) は 50容量％以下であること力 $ '好ましい。 以下、 これらを個別に説明する。
V (S) は、 重量当りの発電量が多いこと、 C02発生量当りの発電量が多い こと、 燃料電池システム全体としての燃費が良いこと、 排出ガス中の THCが少 ないこと、 システムの起動時間力 S短いことなどから、 30容量％以上であること 力 s好ましく、 40容量％以上であることがより好ましく、 50容量％以上である ことがさらにより好ましく、 60容量％以上であることがさらにより一層好まし く、 70容量％以上であることがさらにより一層好ましく、 80容量％以上でぁ ることがさらにより一層好ましく、 90容量％以上であることがさらにより一層 好ましく、 95容量％以上であること力 S最も好ましい。
V (0) は、 重量当りの発電量が多いこと、 C02発生量当りの発電量が多い こと、 改質触媒の劣化が小さく初期性能力 S長時間持続できること、 貯蔵安定性が 良好なことなどから、 炭化水素油全量を基準として、 35容量％以下であること 力 s好ましく、 25容量％以下であることがより好ましく、 20容量％以下である ことがさらにより好ましく、 15容量％以下であることがさらにより一層好まし く、 10容量％以下であること力 S最も好ましい。
V (Ar) は、 重量当りの発電量が多いこと、 C02発生量当りの発電量が多 いこと、 燃料電池システム全体としての燃費力 S良いこと、 排出ガス中の THCが 少ないこと、 システムの起動時間力 s、短いこと、 己質触媒の劣化が小さく初期性能 力 s長時間持続できることなどから、 50容量％以下であること力 s好ましく、 45 容量％以下であることがより好ましく、 40容量％以下であることがさらにより 好ましく、 35容量％以下であることがさらにより一層好ましく、 30容量％以 下であることがさらにより一層好ましく、 20容量％以下であることがさらによ り一層好ましく、 10容量％以下であることがさらにより一層好ましく、 5容量 %以下であること力 S最も好ましい。
そして、 上記硫黄分の好ましい範囲と上記芳香族分の好ましい範囲力二つなが らに満足すること 、 改質触媒の劣化が小さく初期性能を長く維持できることか ら、 最も好ましい。
上記の V ( S ) 、 V ( 0 ) および V (A r ) は、 全て J I S K 2 5 3 6 「 石油製品—炭化水素タイプ試験方法」 の蛍光指示薬吸着法により測定される値で ある。
また、 本発明において、 燃料の飽和分中のパラフィン分の割合については何ら 制限はないが、 Η 2発生量が多く、 重量当りの発電量が多いこと、 C 0 2発生量 当りの発電量が多いことなどから、 飽和分中のパラフィン分の割合が 6 0容量％ 以上であること力 s好ましく、 6 5容量％以上であることがより好ましく、 7 0容 量％以上であることがさらにより好ましく、 8 0容量％以上であること力さらに より一層好ましく、 8 5容量％以上であることがさらにより一層好ましく、 9 0 容量％以上であることがさらにより一層好ましく、 9 5容量％以上であることが 最も好ましい。
上記の飽和分およびパラフィン分は、 上記したガスクロマトグラフィー法によ り定量された値である。
また、 上記パラフィン分中の分岐型パラフィンの割合については何ら制限はな レヽが、 重量当りの発電量が多いこと、 C 02発生量当りの発電量が多いこと、 燃 料電池システム全体としての燃費力良いこと、 排出ガス中の T H C力 S少ないこと 、 システムの起動時間力 s短いことなどから、 パラフィン分中の分岐型パラフィン の割合が 3 0容量％以上であることが好ましく、 5 0容量％以上であることがよ り好ましく、 7 0容量％以上であること力 S最も好ましい。
上記のパラフィン分および分岐型パラフィンの量は、 上記したガスクロマトグ ラフィ一法により定量された値である。
また、 本発明において、 燃料の熱容量については何ら制限はないが、 燃料電池 システム全体としての燃費力良いことから、 液体で、 1気圧、 1 5 °Cにおける熱 容量が、 2 . 6 k JZk g^C以下が好ましい。
また、 本発明において、 燃料の蒸発潜熱については何ら制限はない力^ 燃料電 池システム全体としての燃費が良いことから、 蒸発潜熱が、 AOOKJZkg以 下が好ましい。
これら熱容量及び蒸発潜熱は、 上記したガスクロマトグラフィ一法により定量 された各成分毎の含有量と、 「Technical Data Book-Petroleum Refining] の 「 Vol.l,Ghap.l General Data, Table 1G1」 に記載されている各成分ごとの単位重 量当たりの数値を基に計算で求める。
また、 本発明において、 燃料のリード蒸気圧 (RVP) については何ら制限は ないが、 重量当りの発電量の点から、 10 k P a以上が好ましく、 引火点等の取 扱性が良いこと、 蒸発ガス （エバポミッション） の量を低く抑えることができる ことから、 100 kP a未満力好ましい。 40 kP a以上 100 kP a未満がよ り好ましく、 60kPa以上 1 OOkPa未満がさらにより好ましい。 ここで、 リ一ド蒸気圧 （RVP) とは、 J I S K 2258 「原油及び燃料油蒸気圧試 験方法 （リード法） 」 により測定される蒸気圧 （リード蒸気圧 (RVP) を意味 する。
また、 本発明において、 燃料のリサーチ法オクタン価 （RON) については何 ら制限はないが、 重量当りの発電量が多く、 燃料電池システム全体としての璣費 力 s良いこと、 排出ガス中の THC力 s'少ないこと、 システムの起動時間力短いこと などから、 改質触媒の劣化が小さく初期性能力 s長時間持続できるなどの点から、 101. 0以下力好ましい。 ここで、 リサーチ法オクタン価 （RON) とは、 J I S K 2280 「オクタン価及びセ夕ン価試験方法」 により測定されるリサ ーチ法オクタン価を意味する。
また、 本発明において、 燃料の酸化安定度については何ら制限はないが、 貯蔵 安定性の点から、 240分以上力好ましい。 ここで、 酸化安定度は J I S K 2287 「ガソリン酸化安定度試験方法 （誘導期間法） 」 によって測定した酸化 安定度である。
また、 本発明において、 燃料の密度については何ら制限はないが、 重量当りの 発電量が多く、 燃料電池システム全体としての燃費力 s良いこと、 排出ガス中の T HC力少ないこと、 システムの起動時間力短いことなどから、 改質触媒の劣化が 小さく初期性能力5'長時間持続できるなどの点から、 0. 78 gZcm3以下力 s好 ましい。 ここで、 密度とは、 J I S K 2 2 4 9 「原油及び石油製品の密度試 験方法並びに密度 ·質量 ·容量換算表」 により測定される密度を意味する。 本発明の燃料の製造方法については、 特に制限はない。 具体的には例えば、 含 酸素化合物を 1種または 2種以上、 必要に応じて炭化水素油を混合して製造され る。
炭化水素油としては、 具体的には例えば、 原油を常圧蒸留して得られる軽質ナ フサ、 原油を常圧蒸留して得られる重質ナフサ、 軽質ナフサを脱硫した脱硫軽質 ナフサ、 重質ナフサを脱硫した脱硫重質ナフサ、 軽質ナフサを異性化装置でイソ パラフィンに転ィヒして得られる異性ィヒガソリン、 イソブタン等の炭ィヒ水素に低級 ォレフィンを付カロ （アルキル化） することによって得られるアルキレート、 アル キレートを脱硫処理した脱硫アルキレート、 脱硫されたィソブタン等の炭化水素 と脱硫された低級ォレフィンによる低硫黄アルキレート、 接触改質法で得られる 改質ガソリン、 改質ガソリンょり芳香族分を抽出した残分であるラフィネート、 改質ガソリンの軽質留分、 改質ガソリンの中重質留分、 改質ガソリンの重質留分 、 接触分解法、 水素化分解法等で得られる分解ガソリン、 分解ガソリンの軽質留 分、 分解ガソリンの重質留分、 分解ガゾリンを脱硫処理した脱硫分解ガソリン、 分解ガソリンの軽質留分を脱硫処理した脱硫軽質分解ガソリン、 分解ガソリンの 重質留分を脱硫処理した脱硫重質分解ガソリン、 天然ガス等を一酸化炭素と水素 に分解した後に F— T (Fischer-Tropsch ) 合成で得られる 「G T L (Gas to Liquids) 」 の軽質留分、 L P Gを脱硫処理した脱硫 L P G、 等の基材を 1種ま たは 2種以上を用いて製造される。 また、 上記の基材を 1種または 2種以上を混 合した後に、 水素ィヒあるいは吸着等によって脱硫することによつても製造できる これらの中でも、 本発明の燃料の製造基材として好ましいものとしては、 軽質 ナフサ、 脱硫軽質ナフサ、 異性化ガソリン、 アルキレートを脱硫処理した脱硫ァ ルキレー卜、 脱硫されたィソブタン等の炭化水素と脱硫された低級ォレフィンに よる低硫黄アルキレート、 分解ガソリンの軽質留分を脱硫処理した脱硫軽質分解 ガソリン、 G T Lの輊質留分、 L P Gを脱硫処理した脱硫 L P G、 等力挙げられ る。 本発明の燃料電池システム用燃料には、 識別のために着色剤、 酸化安定度向上 のために酸化防止剤、 金属不活性化剤、 腐食防止のための腐食防止剤、 燃料ライ ンの清浄性維持のために清浄剤、 潤滑性向上のための潤滑性向上剤等の添加剤を 添加することもできる。
しカゝし、 改質触媒の劣化が小さく初期性能力 S長時間維持できることから、 着色 剤は 1 Oppm以下が好ましく、 5 ppm以下がより好ましい。 同様の理由によ り、 酸化防止剤は 3 OOpp m以下が好ましく、 200 p p m以下がより好まし く、 10 Oppm以下が更により好ましく、 1 Oppm以下が最も好ましい。 同 様の理由により金属不活性化剤は 50 p p m以下が好ましく、 30 p p m以下が より好ましく、 1 Oppm以下力 S更により好ましく、 5 ppm以下力 s最も好まし レ、。 また、 同様に改質触媒の劣化が小さく初期性能を長時間維持できることから 、 腐食防止剤は 50 p pm以下が好ましく、 30 p pm以下がより好ましく、 1 Oppm以下力 S更により好ましく、 5 ppm以下が最も好ましい。 同様の理由に より清浄剤は 300ppm以下が好ましく、 200pm以下がより好ましく、 1 00 p pm以下がもっとも好ましい。 同様の理由により潤滑性向上剤は 300 p pm以下が好ましく、 20,0 ppm以下がより好ましく、 100pm以下がもつ とも好ましい。
本発明の燃料は、 燃料電池システム用燃料として用いられる。 本発明でいう燃 料電池システムには、 燃料の改質器、 一酸化炭素浄化装置、 燃料電池等が含まれ るが、 本発明の燃料は如何なる燃料電池システムにも好適に用いられる。
燃料の改質器は、 燃料を改質して燃料電池の燃料である水素を得るためのもの である。 改質器としては、 具体的には、 例えば、
(1) 加熱気化した燃料と水蒸気を混合し、 銅、 ニッケル、 白金、 ルテニウム等 の触媒中で加熱反応させることにより、 水素を主成分とする生成物を得る水蒸気 改質型改質器、
(2) 加熱気化した燃料を空気と混合し、 銅、 ニッケル、 白金、 ルテニウム等の 触媒中または無触媒で反応させることにより、 水素を主成分とする生成物を得る 部分酸化型改質器、
(3) 加熱気化した燃料を水蒸気及び空気と混合し、 銅、 ニッケル、 白金、 ルテ ユウム等の触媒層前段にて、 （ 2 ) .の部分酸化型改質を行ない、 後段にて部分酸 化反応の熱発生を利用して、 （ 1 ) の水蒸気型改質を行なうことにより、 水素を 主成分とする生成物を得る部分酸ィヒ .水蒸気改質型改質器、
等が挙げられる。
一酸化炭素浄化装置とは、 上記の改質装置で生成されたガスに含まれ、 燃料電 池の触媒毒となる一酸化炭素の除去を行なうものであり、 具体的には、
(1) 改質ガスと加熱気化した水蒸気を混合し、 銅、 ニッケル、 白金、 ルテユウ ム等の触媒中で反応させることにより、 一酸化炭素と水蒸気より二酸化炭素と水 素を生成物として得る水性ガスシフト反応器、，
(2) 改質ガスを圧縮空気と混合し、 白金、 ルテニウム等の触媒中で反応させる ことにより、 一酸化炭素を二酸化炭素に変換する選択酸化反応器等が挙げられ、 これらを単独または組み合わせて使用される。
燃料電池としては、 具体的には、 例えば、 固体高分子型燃料電池 (PEFC) 、 リン酸型燃料電池 （PAFC) 、 溶融炭酸塩型燃料電池 (MCFC) 、 固体酸 化物型燃料電池 (SOFC)等が挙げられる。
また、 上記したような燃料電池システムは、 電気自動車、 従来エンジンと電気 のハイプリッド自動車、 可搬型電源、 分散型電源、 家庭用電源、 コ一ジエネレー シヨンシステム等に用いられる。 実施例
実施例および比較例の各燃料に用いた基材の性状等を第 1表に示す。
また、 実施例および比較例に用いた各燃料の性状等を第 2表に示す。
第 1表
Figure imgf000015_0001
13
差替え用紙（規則 26) 第 1表 （続き）
Figure imgf000016_0001
14
差替え用紙（規則 26) 実施例 1
Figure imgf000017_0001
15
差替え用紙（規則 26) 第 2表 （続き）
Figure imgf000018_0001
16
差替え用紙（規則 26) これら各燃料について、 燃料電池システム評価試験、 蒸発ガス試験、 貯蔵安定 性試験を行なった。
燃料電池システム評価試験
( 1 ) 水蒸気改質型
燃料と水を電気加熱により気化させ、 貴金属系触媒を充填し電気ヒーターで所 定の温度に維持した改質器に導き、 水素分に富む改質ガスを発生させた。
改質器の温度は、 試験の初期段階において改質カ完全に行なわれる最低の温度 (改質ガスに T H C力 S含まれない最低温度） とした。
改質ガスを水蒸気と共に一酸ィヒ炭素処理装置 （水性ガスシフト反応） に導き、 改質ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換した後、 生成したガスを固体高分子 型燃料電池に導き発電を行なった。
評価に用いた水蒸気改質型の燃料電池システムのフローチャートを第 1図に示 す。
( 2 ) 部分酸化型
燃料を電気加熱により気ィヒさせ、 予熱した空気と共に貴金属系触媒を充填し電 気ヒーターで 1 1 0 0 °Cに維持した改質器に導き、 水素分に富む改質ガスを発生 させた。
改質ガスを水蒸気と共に一酸化炭素処理装置 （水性ガスシフト反応） に導き、 改質ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換した後、 生成したガスを固体高分子 型燃料電池に導き発電を行なった。
評価に用いた部分酸化型の燃料電池システムのフ口一チャートを第 2図に示す
( 3 ) 評価方法
評価試験開始直後に改質器から発生する改質ガス中の H 2 、 C O、 C 02 、 T H C量について測定を行った。 同じく、 評価試験開始直後にー謝ヒ炭素処理装置 から発生する改質ガス中の H 2 、 C O、 C 02 、 T H C量について測定を行った 評価試験開始直後および開始 1 0 0時間後の燃料電池における発電量、 燃料消 費量、 並びに燃料電池から排出される C O 2量について測定を行なった。 各燃料を所定の改質器温度にまで導くために要する熱量 （予熱量） は、 熱容量 、 蒸発潜熱から計算した。
また、 これら測定値 ·計算値および燃料発熱量から、 5戈質触媒の性能劣化割合 (試験開始 1 0 0時間後の発電量 Z試験開始直後の発電量） 、 熱効率 （試験開始 直後の発電量 Z燃料発熱量） 、 予熱量割合 （予熱量 Z発電量） を計算した。 . 蒸発ガス試験
2 0リツトルのガソリン携行缶の給油口に試料充填用ホ一スを装着し、 装着部 を完全にシールした。 缶の空気抜きバルブは開けたまま、 各燃料を 5リットル充 填じた。 充填後に空気抜きバルブを閉め、 3 0分間放置した。 放置後、 空気抜き バルブの先に活性炭吸着装置を取付けてバルブを開けた。 直ちに紿油口から各燃 料を 1 0リツトル給油した。 台油後 5分間、 空気抜きバルブを開けたまま放置し 活性炭に蒸気を吸収させ、 その後に活性炭の重量増を測定した。 なお、 試験は 2 5 °Cの一定温度下で行なつた。 各燃料を耐圧密閉容器に酸素と共に充填し、 1 0 0 °Cに加熱、 温度を保ったま ま 2 4時間放置した後、 J I S K 2 2 6 1に定める実在ガム試験法にて評価を 行なった。
各測定値'計算値を第 3表に示す。
評価結果
水蒸気改質法による発電
(改質器温度 =最適改質器温度 1 ))
最適改質器温度 1 ) °c 620 610 440 405 電気エネルギー KJ/燧料 kg 初期性能 29370 29530 24920 20860
100時間後 29350 29500 24900 20850 性能劣化割合 1 00時間後 0.07% 0.10% 0.08% 0.05% 熱効率 2) 初期性能 68% 68% 71% 78%
G02発生量 kg/燃料 kg 初期性能 2.970 2.956 2.496 1.911
G02当リエネルキ'一 KJ/G02- kg 初期性能 9889 9990 9984 10916 予 旦 3) KJ/燃料 kg 1281 1309 950 1431 予熱量割合 4) 4.4% 4.4% 3.8% 6.9% 部分酸化改質法による発電 (改質器温度 1100°C)
電気エネルギー KJ/撚料 kg 初期性能 14550 1477Π 12460 11320
1 00時間後 14540 14750 12450 11310 性能劣化割合 1 00時間後 n U. mU /o%/ 0.14% U.Uo7o U.U9% 熱効率 2) ネ刀 sq†生 H 34% 34% 35% 42%
C02発生量 kg/燃料 kg 初期性能 2.972 2.958 2.498 1.912
C02当リエネルキ *一 KJ/C02-kg 初期性能 4896 4993 4988 5921 予熱: a KJ/燃料 kg 2026 2077 1925 2391 予熱量割合 4) 13.9% 14.1% 15.4% 21.1% 蒸発ガス試験
蒸発ガス発生量 g/test 18.1 28.9 5.9 貯蔵安定度試験
実在ガム mg/1 00ml 1 1 1
1 )改質ガス中に THCが含まれない最低温度
2)電気エネルギーノ'燃料発熱量
3)燃料を所定の改質器温度に導くために必要な熱量
4)予熱量 Z電気エネルギー
19
差替え用紙（規則 26) 第 3表（続き） 実施例 5比較例 1比較例 2 評価結果
水蒸気改質法による発電
(改質器温度-最適改質器温度 1 ))
最適改質器温度1) °c 320 680 300 電気工ネルギ一 KJ/燃料 kg 初期性能 20850 30260 17140
1 00時間後 20840 30240 17130 性能劣化割合 1 00時間後 0.05% 0.07% 0.06% 熱効率 2) 初期性能 72% 68% 86%
C02発生量 kg/撚料 kg 初期性能 1.912 3.064 1.374
C02当リエネルキ *一 KJ/C02 - kg 初期性能 10905 9876 12475 予熱量 3) KJ/燃料 kg 410 1391 1484 予熱量割合 4) 2.0% 4.6% 8.7% 部分酸化改質法による発電 (改質器温度 1100°C)
電気エネルギー KJ/燃料 kg 初期性能 11330 14970 10280
1 00時間後 1 13 0 10 7Π 性能劣化割合 1 00時間後 0.09% 0.13% 0.10% 熱効率 2) 初期性能 39% 33% 52%
C02発生量 kg/燃料 kg 初期性能 1.91 U o.Uoo l. /4
C02当りエネルキ'一 KJ/G02- kg 初期性能 5932 4884 7482 予熱量 3) KJ/燃料 kg 1493 2047 2585 予熱量割合 4) 13.2% 13 7% 25 1 % 発力 試験
蒸発ガス発生量 g/test 21.5 貯蔵安定度試験
実在ガム mg/1 00ml 2
1 )改質ガス中に THCが含まれない最低温度
2)電気エネルギー Z燃料発熱量
3)燃料を所定の改質器温度に導くために必要な熱量
4)予熱量ノ電気エネルギー
20
差替え用紙（規則 26) 産業上の利用の可能性
上記の通り、 本発明の含酸素化合物を特定量含有する燃料電池システム用燃料 は、 性能劣化割合の少ない電気エネルギーを高出力で得ることができる他、 燃料 電池用として各種性能を満足する燃料である。

Claims

請 求 の 範 囲
I . 含酸素化合物を酸素元素換算で燃料全量を基準として 0 . 5〜4 0質量％ 含有する燃料電池システム用燃料。
2 . 炭化水素油を燃料全量を基準として 5容量％以上含有する請求の範囲第 1 項記載の燃料電池システム用燃料。
3 . 炭化水素油全量を基準として、 炭素数 4の炭化水素化合物の含有量が 1 5 容量％以下であり、 炭素数 5の炭化水素化合物の含有量が 5容量％以上であり、 炭素数 6の炭ィヒ水素化合物の含有量が 1 0容量％以上である請求の範囲第 2項記 載の燃料電池システム用燃料。
4 . 蒸留初留点が 2 4 °C以上 4 0 °C以下、 1 0容量％留出温度が 2 5 °C以上 5 0 °C以下、 9 0容量％留出温度が 4 5 °C以上 1 3 0 °C以下、 蒸留終点が 5 5 °C以 上 1 5 0 °C以下の蒸留性状である請求の範囲第 2項記載の燃料電池システム用燃 料。
5 . 硫黄分含有量が、 燃料全量を基準として 5 0質量 p p m以下である請求の 範囲第 1項〜第 4項の何れかに記載の燃料電池システム用燃料。
6 . 飽和分が、 炭化水素油全量を基準として 3 0容量％以上である請求の範囲 第 1項〜第 5項の何れカに記載の燃料電池システム用燃料。
7 . ォレフィン分が、 炭化水素油全量を基準として 3 5容量％以下である請求 の範囲第 1項〜第 6項の何れかに記載の燃料電池システム用燃料。
8 . 芳香族分が、 炭化水素油全量を基準として 5 0容量％以下である請求の範 囲第 1項〜第 7項の何れカゝに記載の燃料電池システム用燃料。
9 . 飽和分中のパラフィン分の割合が 6 0容量％以上である請求の範囲第 1項 〜第 8項の何れかに記載の燃料電池システム用燃料。
1 0 . パラフィン分中の分岐型パラフィンの割合が 3 0容量％以上である請求 の範囲第 1項〜第 9項の何れかに記載の燃料電池システム用燃料。
I I . 液体で、 1気圧、 1 5 °Cにおける熱容量が、 2 . 6 k J/k g °C以下で ある請求の範囲第 1項〜第 1 0項の何れかに記載の燃料電池システム用燃料。
1 2 . 蒸発潜熱が、 4 0 0 K JZk g以下である請求の範囲第 1項〜第 1 1項 の何れかに記載の燃料電池システム用燃料。
13. リード蒸気圧が、 1 OkPa以上 1 OOkPa未満である請求の範囲第 1項〜第 12項の何れかに記載の燃料電池システム用燃料。
14. リサーチ法オクタン価が、 101. 0以下である請求の範囲第 1頊〜第 13項の何れかに記載の燃料電池システム用燃料。
15. 酸化安定度が、 240分以上である請求の範囲第 1項〜第 14項の何れ かに記載の燃料電池システム用燃料。
16. 密度が、 0. 78 gZc m3以下である請求の範囲第 1項〜第 15項の 何れかに記載の燃料電池システム用燃料。
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