KR100374257B1 - 알코올 연료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가솔린을 대체할 수 있는 알코올 연료 조성물에 관한 것으로 , 상기 연료 조성물은 메탄올 또는 에탄올 40 내지 45 중량%, 이소프로필알코올 10 내지 15 중량%, 부탄올 10 내지 15 중량%, 톨루엔 30 내지 35 중량%, 및 비방향족 라피네이트(Non Aromatic Raffinate) 5 내지 10 중량%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하고, 필요에 따라서는 상기 연료 조성물은 이소펜탄 1 내지 20 중량%를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는데, 이러한 조성을 갖는 연료는 가솔린과 거의 같은 연비를 갖으면서도 배기가스의 배출이 거의 없고 저온에서도 시동이 잘 걸리므로 추운 지방에서도 무난히 사용할 수 있으며, 결뉴현상과 같은 문제점이 없으므로 보관과 유통이 용이하고, 폭발력 내지 착화성도 우수함과 아울러, 차량의 흡기 매니폴드 또는 흡입구를 개조할 필요 없이 기존의 차량에 그대로 적용해도 가솔린과 거의 동등한 출력을 낼 수 있다

Description

알코올 연료 조성물{ALCOHOLIC FUEL COMPOSITION}

본 발명은 알코올 연료 조성물에 관한 것으로, 특히 본 발명의 발명자에 의하여 출원되고 등록된 대한민국특허 제0242667호 『고농도 혼합 알코올 연료 및 그 제조방법』에 기재된 알코올 연료에서 폭발력 내지 착화성을 향상시키고, 장기간 보관시 연료 구성성분이 서로 분리되는 현상(결뉴(結紐)현상)을 방지하기 위하여 상기 알코올 조성물은 메탄올 또는 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올, 톨루엔, 및 비방향족 라피네이트(Non Aromatic Raffinate)을 포함하여 이루어진다.

상기 대한민국특허 제0242667호의 알코올 연료는 메탄올 또는 에탄올 30 내지 40 중량％, 이소프로필알코올 10 내지 20 중량％, 부탄올 3 내지 7 중량％, 톨루엔 20 내지 30 중량％, 및 개질가솔린 15 내지 25 중량％로 이루어져 있어, 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 있다는 장점을 갖고 있었다.

그러나 상기 특허의 알코올 연료는 장기간 보관시 개질가솔린과 다른 구성물질들이 서로 분리되는 문제로 인하여 유통과 보관이 어려울 뿐 아니라, 폭발력 내지 착화성에 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 대한민국특허 제0242667호의 알코올 연료에서 발생된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

상기 특허의 장점을 모두 지니면서도, 단점으로 부각된 결뉴현상을 없애고 폭발력 내지 착화성을 향상시킬 수 있는 알코올 연료 조성물을 제공하여, 고갈되어 가고 있는 화석 연료를 대체할 수 있으면서도 공해발생 물질의 배출을 현저히 감소시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 알코올 연료 조성물은 메탄올 또는 에탄올 40 내지 45 중량%, 이소프로필알코올 10 내지 15 중량%, 부탄올 10 내지 15 중량%, 톨루엔 30 내지 35 중량%, 및 비방향족 라피네이트(Non Aromatic Raffinate) 5 내지 10 중량%를 포함하여 이루어진다.

상기 이소프로필알코올은 계면활성제로 작용하고, 상기 부탄올은 저온에서 용이하게 엔진이 시동되도록 하기 위한 것이고, 상기 톨루엔은 폭발력을 향상시키기 위한 것이고, 상기 비방향족 라피네이트는 상기 대한민국특허 제0242667호의 혼합연료에서 개질가솔린 대신에 첨가되어 개질가솔린으로 인한 결뉴현상을 방지하고 폭발력 내지 착화성을 향상시키기 위한 것이다. 여기서 비방향족 라피네이트(Non Aromatic Raffinate)는 통상적으로 납사를 분해하여 에틸렌을 생산하는 과정에서 생성된 분해가솔린(RPG)으로부터 방향족 화학제품인 벤젠(B), 톨루엔(T), 크실렌(X)을 추출하는 공정 상에서 부산물로 생산되는 것으로 흔히 용제로서 사용되는 것입니다.

또한 본 발명에 따른 알코올 연료조성물에는 필요에 따라서 상기 조성물의 전체 중량에 대하여 이소펜탄 1 내지 20 중량%를 더 포함하여 이루어 질 수 있다. 상기 이소펜탄은 본 발명 연료의 연소시 열량을 증가시키기 위한 것이다.

이러한 조성을 갖는 본 발명의 알코올 연료 조성물은 가솔린에 비해 낮은 응고점, 높은 비중, 넓은 연소범위, 낮은 발열량을 갖고 있어 그 자체로서는 자동차 연료로서 부적당한 메탄올 또는 에탄올에 상기한 화학물질들을 일정 비율로 혼합시킴으로써 가솔린과 거의 같거나 보다 우수한 성능을 발휘할 수 있다.

메탄올을 가솔린차량의 연료로 사용하기 위해서는 혼합기의 상부인화점을 가솔린정도로 낮추는 것이 기본 과제인데, 본 발명에서는 이를 위하여 부탄올과 톨루엔을 특정비율로 혼합 사용함으로써 혼합연료의 상부인화점을 약 -18℃ 내지 -20℃정도로 낮추어 안정성을 갖도록 만들었으며, 증기압을 약 0.705㎏/㎠ 조정할 수 있도록 하였다.

또한 출력을 증가시키기 위하여 본 발명에 따른 연료 조성물의 옥탄가를 125이상으로 증가시켰으며, 세계적으로 문제가 되고 있는 배기가스의 발생량을 대폭 줄였다.

그리고 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.

이와 더불어, 본 발명에서는 메탄올의 약점인 저온시동성을 해결하기 위하여 부탄올을 첨가하여 저온시동성을 좋게 함과 아울러, 부탄올로 인하여 응고점을 가솔린보다 낮출 수 있어 추운 지방에서도 사용할 수 있도록 하였고, 더운 지방에서 사용할 경우에는 혼합되는 부탄올 대신 메탄올 또는 에탄올을 그 비율만큼 더 혼합하여 사용하면 된다.

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

이하, 본 발명에 따른 알코올 연료 조성물은 다음 실시예들을 통하여 보다 명확하게 이해될 수 있다.

[실시예 1] 알코올 연료의 제조

본 발명에 따른 알코올 연료에 대하여 성상 및 차량 시험을 위하여 아래 <표 1>과 같은 조성을 갖는 연료를 제조하였다. 연료 제조시에는 상온과 대기압하에서순차적으로 각 구성물질을 혼합시키되, 전체적으로 충분한 혼합되도록 교반시켜 주었다.

[표 1]알코올 연료 시료 조성비

물 질	조 성 비 (연료 5ℓ중 각 구성물질의 중량비)
메탄올	40 중량%
이소프로필알코올	10 중량%
이소부탄올	10 중량%
톨루엔	30 중량%
비방향족 라피네이트	10 중량%

[실시예 2] 알코올 연료의 성상

상기 <표 1>에서와 같이 제조된 알코올 연료에 대한 성상 시험을 대한민국 공인 검사기관인 KIMSCO(Korean Inspectors Marine Surveyors Corporation)에서 테스트를 실행하였는데, 그 결과를 아래 <표 2>에 나타내었다.

[표 2]성상 검사

검사항목(Test Items)	가솔린품질기준(Limits)	검사결과(Test Results)	검사방법(Test Method)
옥탄가(R.O.N)	91~94	134	ASTM D-2699
유출온도(Distillation,℃)10%50%90%종말점(F.B.P)잔류량(Residue, ㎖)	70 이하125 이하175 이하225 이하2.0 이하	64.169.499.3116.41.2	ASTM D-86
물과 침전물(WS, Vol.%)	0.01 이하	0.005	ASTM D-2709
동판부식(50℃, 3시간 동안)(Copper Strip Corrosion)	1 이하	1 이하	ASTM D-130
증기압(R.V.P, at 37.5℃, kpa)	44 ~ 82	70.5	ASTM D-323
산화 안정도(Induction Peroid(mins))	480 이상	720 이상	ASTM D-525
세척현존 검Washed Extent Gum(mg/100ml)	5.0 이하	1.0	ASTM D-381
황함유량(질량ppm)	200 이하	1.0	ASTM D-1266
방향족 함유량(부피%)(Aromatics)	35 이하	30.5	ASTM D-5134
벤젠 함유량(부피%)	2 이하	0.0	ASTM D-5134
올레핀 함유량(부피%)(Oleffins)	23 이하	0.00	ASTM D-5134
인 화 점	- 43℃	-18℃ ∼ -20℃	ASTM D-287
발 화 점	300℃	300℃ ∼ 400℃	ASTM D-2155
비 중	0.7 ∼ 0.8	0.804 ∼ 0.815	ASTM D-5693

상기 <표 2>에서 기준치는 가솔린에 대한 품질기준치이다. 상기 연료성상비교표에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하여 제조된 혼합연료는 비중이 기존의 가솔린(0.7∼0.8)에가까운 약 0.804∼0.815로 개선되었으며, 인화점은 -18℃∼ -20℃ 정도로 안정성을 갖추고 있고, 발화점도 기존의 휘발유와 거의 같은 수준으로 조정되어 있으며, 증기압은 0.705㎏/㎠로서 가솔린의 기준치인 0.45∼0.80의 범위 내에 위치하여 안정적인 수준이 유지되어 있다. 또한, 동판부식시험에 있어서는 본 발명의 연료 조성물이 기존의 가솔린보다 부식시키는 정도가 낮아 우수한 것으로 판명되었다.

[실시예 3] 차량 시험

상기 <표 1>에서와 같이 제조된 알코올 연료에 대한 차량시험을 일본차량검정협회에서 닛산 로렐 2000cc 로마르야 RB20BE 6기통을 사용하여 실시하였고, 그 결과를 아래 <표 3>에 나타내었다.

[표 3]차량시험결과

항 목	가솔린 연소시	본 발명의 연료 연소시
10mode 연비	8.6km	8.4km
배기가스 중일산화탄소 함량	0.02 중량%	0.01 중량%
배기가스 중탄화수소 함량	9ppm	6.5ppm

상기 <표 2>에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 알코올 연료는 가솔린과거의 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 있고, 또한, -20℃의 조건하에서도 시동성이 양호하였으며 가솔린을 사용하였을 때보다도 연소조건이 양호하여 엔진자체의 발열량이 낮아 엔진에 무리가 없었고 탄화수소의 발생이 적으므로 엔진 및 엔진오일의 수명이 길어지며 진동 및 소음도 저하되었음을 확인할 수 있었다.

이상의 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 알코올 연료 조성물은 가솔린과 거의 같은 연비를 갖으면서도 배기가스의 배출이 거의 없고 저온에서도 시동이 잘 걸리므로 추운 지방에서도 무난히 사용할 수 있으며, 결뉴현상과 같은 문제점이 없으므로 보관과 유통이 용이하고, 폭발력 내지 착화성도 우수함과 아울러, 차량의 흡기 매니폴드 또는 흡입구를 개조할 필요 없이 기존의 차량에 그대로 적용해도 가솔린과 거의 동등한 출력을 낼 수 있다는 효과를 갖는다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 예를 통하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (2)

1. 메탄올 또는 에탄올을 주성분으로 하는 알코올연료에 있어서,

   메탄올 또는 에탄올 40 내지 45 중량%, 이소프로필알코올 10 내지 15 중량%, 부탄올 10 내지 15 중량%, 톨루엔 30 내지 35 중량%, 및 비방향족 라피네이트(Non Aromatic Raffinate) 5 내지 10 중량%를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 알코올 연료 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 알코올 연료 조성물의 전체 중량에 대하여 이소펜탄 1 내지 20 중량%를 더 첨가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 알코올 연료 조성물.