KR100242667B1

KR100242667B1 - 고농도 혼합 알콜연료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100242667B1
Application number: KR1019970003542A
Authority: KR
Inventors: 정종현
Original assignee: 정종현
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 2000-02-01
Also published as: KR19980067488A

Abstract

본 발명은 고농도 혼합 알코올연료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기존 가솔린 차량의 엔진구조를 변화시키지 않고 그대로 사용할 수 있고, 가솔린보다 염가로 제조할 수 있으며, 배기가스중의 공해를 줄여 공해방지에 일조할 수 있는 고농도 혼합 알코올연료에 관한 것이다. 본 발명에 따른 혼합 알코올연료는 메탄올(또는 에탄올), 계면활성제의 기능을 하는 I.P.A(이소프로필알코올), 저온시동성을 향상시키시 위한 부탄올, 폭발력을 향상시키기 위한 톨루엔 및 개질가솔린을 각각 30∼40 중량％, 10∼20 중량％, 3∼7 중량％, 20∼30 중량％, 15∼25 중량％ 의 비율로, 특히 바람직하게는 메탄올(또는 에탄올) 35 중량％, I.P.A(이소프로필알코올) 15 중량％, 부탄올 5 중량％, 톨루엔 25 중량％ 및 개질가솔린 20 중량％ 로 조성한 상부 인화점 -18℃∼-20℃정도의 것으로, 이는 상온과 대기압하에서 메탄올에 I.P.A, 부탄올, 톨루엔, 개질가솔린을 순차적으로 혼합하여 제조됨을 특징으로 한다.

Description

고농도 혼합 알코올연료 및 그 제조방법

본 발명은 고농도 혼합 알코올연료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기존 가솔린 차량의 엔진구조를 변화시키지 않고도 그대로 사용할 수 있고, 가솔린보다 염가로 제조할 수 있으며, 배기가스중의 공해를 줄여 공해방지에 일조 할 수 있도록 한 것으로, 알코올의 단점을 개선시킬 수 있는 I.P.A, 부탄올, 톨루엔 및 개질가솔린을 혼합하여 제조한 것으로, 옥탄가 125이상의 고농도 혼합 알코올연료를 제공한 것이다.

종래 가솔린대용으로 알코올을 내연기관의 연료로 사용하는 방법 및 그 연료의 제조방법은, 본 출원인의 특허공고 제79-1846호, 동공고 제86-422호 및 동공고 제89-4344호 등에 개시되어 있는데, 이러한 기존의 제조방법에 대한 개략적인 설명과 각각의 문제점을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 출원인의 특허공고 제79-1846호는 내연기관의 공기흡입기의 흡입구를 가솔린기관의 1/5크기로 하고, 메탄올 또는 에탄올과 같은 알코올에 폭발력을 향상시키기 위한 3%의 과산화수소수(H₂O₂)를 7 : 3 으로 혼합하여 가솔린기관의 연료로 사용할 수 있도록 한 방법으로, 이와 같은 방법에 의하여 제조된 알코올연료는 알코올단독으로 사용할 경우보다 과산화수소수에 의하여 폭발력이 향상되어 가솔린을 연료로 했을 때와 같은 효과를 얻을 수는 있었으나, 기존의 가솔린엔진을 탑재한 차량에 그대로 사용할 경우 공연비가 맞지 않게 되어 가솔린기관의 구조를 완전히 개조하지는 않더라도 흡기 매니폴드의 흡입구와 스로틀밸브의 지름을 축소시켜 주어야 했으므로 차주에게 부담을 주게 되었을 뿐만 아니라, 가솔린과 혼용할 수 없게 되는 문제점이 있었으므로 이의 보급효과가 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

또, 특허공고 제86-422호에 개시된 메탄올과 고급알코올 혼합물은 그 청구범위에 기재되어 있듯이, 이산화탄소(CO₂)와 불활성가스의 존재하에 0.1 대 20의 H₂: CO의 몰비로 H₂와 CO를 300∼500℃의 온도에서 반응시켜 메탄올과 고급알코올 혼합물을 제조하는 방법에 있어서, 2,000∼16,000㎪의 압력하에서 크롬과 아연 그리고 적어도 하나의 알칼리급속을 기제로 한 촉매의 존재하에 수득하도록 한 것으로, 이는 기존의 열역학 이론에 따라 메탄올과 고급알코올의 혼합물은 17,000∼35,000㎪정도의 고압하에서 조작할 때만 가능하다는 것을 파괴하고 메탄올과 고급알코올을 비교적 저압하에서도 생산할 수 있고, 혼합물의 고급알코올 함량도 공지의 방법으로 고압하에서 수득한 것보다 높아, 물을 용해시켜서 가솔린에 첨가시 공지된 혼합물보다 우수한 한편, 감압하에서 생성되기 때문에 이들의 생산비가 저렴하다는 장점을 갖고 있었다.

그러나, 상기한 혼합물은 가솔린을 전체적으로 대체하는 것이 아니고 가솔린에 다양한 퍼센트로 혼합하여 사용하는 일종의 보조제 또는 첨가제 기능을 발휘하는 것으로, 이는 가솔린대체의 효율이 저하되는 단점이 있었고, 또한, 이의 제조시에는 크롬 아연 및 적어도 하나의 알칼리금속을 기제로 한 촉매를 포함한 반응영역에서 수소와 일산화탄소 및 이산화탄소와 불활성기체를 300∼500℃의 고온 및 2,000∼16,000㎪의 압력하에서 주입하여야 하는 까다로운 공정조건이 주어져야 하는 문제점이 있었다.

또한, 동공고 제89-4344호에 개시된 메탄올과 고급알코올 혼합물의 제조방법은 330℃∼460℃, 특히 360℃∼440℃의 온도에서, 가능하면 CO₂및 비활성물질의 존재하에 0.2∼10, 특히 0.5∼3의 H₂: CO 몰비율로 H₂및 CO를 반응대역으로 공급하는 것을 포함하는 메탄올 및 고급알코올 제조방법에 있어서, 2,000∼3,000㎪의 압력하에, 그리고 5,000∼30,000 GHSV의 공간속도로 조작하는 것을 특징으로 하며, 더욱이 아연, 크롬, 동, 하나나 그 이상의 알칼리금속 특히, 칼륨 그리고 몰리브덴, 망간, 탄타니움, 세륨, 알루미늄, 타타니움 및 바니다움으로부터 선택한 하나나 그 이상의 금속들로 구성된 촉매시스템을 사용하는 것을 특징으로 하는 제조방법으로서, 이는 상기 특허공고 제86-422호와 마찬가지로 특정의 조성을 가지는 촉매를 사용하여야 한다는 점, 특정한 온도 및 압력조건하에서 조작하여야 한다는 점 및 가스혼합물을 특정한 공간속도로 조작하여야 하는 등의 문제점이 여전히 남아있게 되었다.

본 발명은 상기한 기존의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존 가솔린 차량의 엔진구조를 변화시키지 않고 그대로 가솔린연료를 대체하여 사용할 수 있고, 특정한 온도 및 압력조건을 필요로 하지 않는 극히 간단한 조작조건을 가진 상태에서 용이하게, 그리고 높은 알코올 혼합비율로써 기존의 알코올연료 및 가솔린보다 염가로 제작할 수 있으며, 유해 배기가스를 줄일 수 있는 고농도 혼합 알코올연료 및 그 제조방법을 제공하는데 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 메탄올(또는 에탄올)을 주성분으로 하는 알코올연료에 있어서, 메탄올(또는 에탄올), 계면활성제 역할을 하는 I.P.A(이소프로필알코올), 저온시동성을 높이기 위한 부탄올, 폭발력을 향상시키기 위한 톨루엔, 개질가솔린을 각각 30∼40 중량％, 10∼20 중량％, 3∼7 중량％, 20∼30 중량％, 15∼25 중량％의 비율로 조성한 고농도 혼합 알코올연료를 제공한 것으로, 특히, 메탄올 35중량％에 I.P.A 15 중량％, 부탄올 5 중량％, 톨루엔 25 중량％, 개질가솔린 20 중량％를 상온 및 대기압하에서 순차적으로 혼합하여서 제조됨을 특징으로 하는 것으로, 이에 의하면 상부 인화점 -18℃∼-20℃ 정도의 옥탄가 125이상의 고효율연료를 얻을 수 있고, 완전연소가 가능하여 출력증가 및 기존의 가솔린에 비해 배기가스를 50％이하로 줄일 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 메탄올(또는 에탄올)을 주성분으로 하는 알코올연료에 있어서, 메탄올(또는 에탄올), 계면활성제 역할을 하는 I.P.A(이소프로필알코올), 저온시동성을 높이기 위한 부탄올, 폭발력을 향상시키기 위한 톨루엔 및 개질가솔린을 각각 30∼40 중량％, 10∼20 중량％, 3∼7 중량％, 20∼30 중량％, 15∼25 중량％의 비율로 조성한 상부 인화점 -18℃∼-20℃ 정도의 고농도 혼합 알코올연료를 제공한 것으로, 이는 메탄올에 상기 화학재료를 순차적으로 혼합하여 제조됨을 특징으로 한다.

본 발명은 가솔린에 비해 응고점이 낮고 비중이 크고 연소범위가 넓으면서 발열량이 낮아 그 자체로서는 자동차연료로서 출력이 부족한 메탄올(또는 에탄올)에 상기한 화학재료를 특정한 비율로 혼합함으로써 가솔린과 거의 동등한, 어떤 면에서는 더 우수한 성능을 발휘할 수 있는 연료를 제조할 수 있도록 한 것이다.

메탄올을 가솔린차량의 연료로 사용하기 위하여는 폭발혼합기의 상부인화점을 가솔린정도로 낮추는 것이 기본과제인데, 본 발명에서는 이를 위하여 부탄올과 톨루엔을 특정비율로 혼합 사용함으로써 혼합연료의 상부인화점을 약 -18℃∼-20℃ 정도로 낮추어 안정성을 가지도록 만들었으며, 증기압을 약 0.705㎏/㎝로 조정할 수 있도록 하였다.

또, 출력을 증가시키기 위하여 옥탄가를 125이상으로 증가시켰으며, 세계적으로 문제가 되고 있는 배기가스의 발생량을 대폭 줄였다.

또한, 본 발명은 메탄올의 발열량이 부족하여 출력이 낮으므로 연비가 나빠서 경제성이 없던 것을 톨루엔의 첨가에 의하여 해결하여 혼합연료를 완전 연소시키고 연비를 향상시켜 경제성을 높였으며, 완전연소로 인한 배기가스 배출량을 대폭 낮출 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명에서는 메탄올의 약점인 저온시동성을 해결하기 위하여 부탄올을 첨가하여 저온시동성을 좋게 하였으며, 응고점을 가솔린보다 낮추어 추운 지방에서의 사용성이 가솔린보다 좋도록 하였고, 더운 지방에서 사용할 경우에는 혼합되는 부탄올 대신 메탄올(또는 에탄올)을 그 비율만큼 더 혼합하여 사용하면 된다.

한편, 메탄올은 수용성이기 때문에 비수용성 액체와의 분리현상을 막아 장기간 보관시에도 안정성을 유지하기 위하여 계면활성제의 기능을 하는 I.P.A(이소프로필알코올)를 첨가함으로써 보관시의 변질을 막고 안정성을 강화하여 가솔린과 같은 취급방법으로써 편리하게 저장 취급할 수 있도록 하였다.

[실시예]

메탄올과 계면활성작용을 위한 I.P.A(이소프로필알코올) 및 부탄올과 톨루엔을 하기의 비율로 순차적으로 혼합시킨다.

메탄올(또는 에탄올) 35 중량％

이소프로필알코올(I.P.A) 15 중량％

부탄올(BUTANOL) 5 중량％

톨루엔(TOLUEN) 25 중량％

개질가솔린 20 중량％

상기 물질의 혼합시에는 이를 적당한 용기(탱크)내에서 상온과 대기압하에서 순차적으로 혼합하되, 각 물질의 혼합시마다 전체적이고 충분한 교반이 이루어지도록 적당한 교반장치를 사용할 수 있다.

상기 실시예에 의한 알코올연료의 성상을 신 일본검정협회가 가솔린의 성상기준치와 대비한 표는 다음과 같다.

상기 연료성상비교표에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하여 제조된 혼합연료는 비중이 기존의 가솔린(0.7∼0.8)에 가까운 약 0.805∼0.815로 개선되었으며, 인화점은 -18℃∼ -20℃ 정도로 안정성을 갖추고 있고, 발화점도 기존의 휘발유와 거의 같은 수준으로 조정되어 있으며, 증기압은 0.705로써 가솔린의 기준치인 0.45∼0.80의 범위내에 위치하여 안정적인 수준이 유지되어 있다.

또한, 동판부식시험에 있어서는 본 발명의 혼합연료가 기존의 가솔린보다 부식시키는 정도가 낮아 우수한 것으로 판명되었으며, 실제그을음수도 기존의 가솔린보다 낮은 것으로 판명되었다.

상기 실시예에 의한 혼합연료를 일본차량검정협회에서 크라운 3000CC(소화 63년식)토요다 E-MS125 원동기형식 6M에 사용한 결과 및 가솔린의 차량시험결과는 다음의 표 2와 같다.

상기 차량시험결과표에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 가솔린과 거의 동등한 연비를 갖고 있음을 알 수 있는데, 이는 제조원가가 가솔린에 비해 싼 점을 감안한다면 상대적으로 저렴한 비용으로 차량운행이 가능하며, 알코올 및 각종 혼합물질은 완전연소가 가능하고 연소범위가 넓으므로 출력증가 및 배기가스를 기존의 가솔린차량보다 50％이하로 줄일 수 있었고, 또한, -20℃의 조건하에서도 시동성이 양호하였으며 가솔린을 사용하였을 때보다도 연소조건이 양호하여 엔진자체의 발열량이 낮아 엔진에 무리가 없었고 카본의 발생이 없어 엔진 및 엔진오일의 수명이 길어지며 진동 및 소음도 저하되었음을 확인할 수 있었다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 메탄올(또는 에탄올)에 계면활성제의 기능을 하는 I.P.A(이소프로필알코올), 저온시동성을 향상시키기 위한 부탄올, 폭발력을 향상시키기 위한 톨루엔 및 개질가솔린을 특정비율로 순차적으로 혼합시킨 것으로, 본 발명의 혼합연료는 저렴한 제조원가로 제조하여 기존의 가솔린을 대체할 수 있으며, 알코올의 완전연소로 인한 배기가스의 감소에 의하여 공해방지에 효과가 있고, 차량의 흡기매니폴드나 흡입구를 개조할 필요 없이 기존의 차량에 그대로 적용해도 가솔린과 거의 동등한 출력을 낼 수 있으며, 가솔린보다 응고점이 낮아 저온지방에서의 시동성이 확보되는 등의 유용한 효과를 갖는다.

Claims

메탄올(또는 에탄올)을 주성분으로 하는 알코올연료에 있어서, 메탄올(또는 에탄올), 계면활성제 역할을 하는 I.P.A(이소프로필알코올), 저온시동성을 높이기 위한 부탄올, 폭발력을 향상시키기 위한 톨루엔 및 개질가솔린이 각각 30∼40 중량％, 10∼20 중량％, 3∼7 중량％, 20∼30 중량％, 15∼25 중량％ 의 비율로 조성된 것을 특징으로 하는 상부 인화점 -18℃∼-20℃ 정도의 고농도 혼합 알코올연료.
메탄올(또는 에탄올)을 주성분으로 하는 알코올연료의 제조방법에 있어서, 메탄올(또는 에탄올), 계면활성제 역할을 하는 I.P.A(이소프로필알코올), 저온시동성을 높이기 위한 부탄올, 폭발력을 향상시키기 위한 톨루엔 및 개질가솔린이 각각 30∼40 중량％, 10∼20 중량％, 3∼7 중량％, 20∼30 중량％, 15∼25 중량％ 의 비율로 순차적으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 상부 인화점 -18℃∼-20℃ 정도의 고농도 혼합 알코올연료의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 알코올연료는 메탄올(또는 에탄올) 35 중량％, I.P.A(이소프로필알코올) 15 중량％, 부탄올 5 중량％, 톨루엔 25 중량％ 및 개질가솔린 20 중량％로 조성된 것을 특징으로 하는 고농도 혼합 알코올연료.