KR100474401B1

KR100474401B1 - 연료 조성물

Info

Publication number: KR100474401B1
Application number: KR10-2001-0052277A
Authority: KR
Inventors: 히로요시 후루가와
Original assignee: 히로요시 후루가와
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2005-03-07
Also published as: KR20030020013A

Abstract

기존 차량의 내연기관에 그대로 사용할 수 있으며, 기존 차량의 주행 성능에 필적하는 주행 성능을 확보할 수 있으며, 기존 차량에 비하여 배출되는 유해물질이 감소된 신규의 연료 조성물이 개시된다. 본 발명의 연료 조성물은 실질적으로 알콜 및 에테르를 포함하여 이루어지며, 구체적으로 30 내지 70 중량%의 알콜 및 70 내지 30 중량%의 에테르를 포함한다. 또한, 본 발명의 연료 조성물은 알콜의 탄소수는 8 내지 24의 범위 내의 것을 선택하여 사용하며, 상기 에테르의 탄소수는 2 내지 20의 범위 내의 것을 선택하여 사용할 수 있다.

Description

연료 조성물{Fuel Composition}

본 발명은 연료 조성물에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 대기 오염을 감소시킬 수 있는 차량용의 연료 조성물에 관한 것이다.

20세기 후반의 경제성장을 지지해주었던 화석 연료 베이스의 에너지 시스템, 자유화와 세계화의 흐름 속에서 비대화되고 동시에 배기가스를 확산시켜왔던 물류 시스템 등의 결과, 배기가스 중의 질소산화물(NOx)과 유황산화물(SOx), 하이드로카본 (HC), 일산화탄소(CO) 등에 기인하는 대기 오염이 심각하게 되었다.

또한, 화석 연료의 연소에 의하여 불가피하게 발생되는 이산화탄소(CO₂)의 배출량이 그대로 지구 규모로 증가가 계속된다면, 기후 변화에 대하여 중대한 영향을 미친다는 예측이 점점 더 확실해지고 있으며, 세계적으로 주목되어오기에 이르렀다.

특히, 가솔린이나 디젤 등의 차량용 연료는 세계적으로 석유의 가장 큰 소비 항목의 하나임과 동시에 이들 차량용 연료의 소비에 의해 배출되는 배기가스는 대기오염의 큰 요인이 되고 있었다.

이러한 가운데 미국, 브라질, 스웨덴에서는 대기오염의 개선을 향하여 알콜 연료를 사용하는 등 배기가스 문제에 대한 관심이 점점 커지게 되었다. 일본에서도 가솔린의 대체 에너지로서 배기가스 제로의 전기자동차와 솔라카(Solar Car)를 시작으로, 저공해의 수소와 메탄올, 천연가스 자동차 등의 연구개발이 진행되고 있지만, 기존의 차량에 비하여 초기 비용과 주행 비용이 매우 높다는 것 외에도 차의 성능 및 환경 정화에 있어서도 큰 기대를 할 수 없는 실정이었다.

한편, 화석연료인 석유는 언젠가 고갈되는 것이며, 그 사용의 확대는 지속가능한 것이 아니라 이해하면서도 공급량은 계속 증가되고 있는 실정이다.

또한, 알콜류로써 대표되는 메탄올은 분자구조상 기존 차량에 사용되어지는 일부의 석유제품에 대하여 악영향을 주며, 성질상 수용성액체이기 때문에 기존의 차량에 탑재되어 있는 엔진 및 연료공급계에 그대로 사용하기에는 매우 곤란한 실정이다.

본 발명의 목적은, 이러한 차량용 연료의 상황하에서, 기존 차량의 내연기관에 그대로 사용할 수 있으며, 기존 차량의 주행 성능에 필적하는 주행 성능을 확보할 수 있으며, 기존 차량에 비하여 배출되는 유해물질이 감소된 신규의 연료 조성물을 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 연료 조성물은, 알콜 및 에테르를 포함하여 이루어진다. 바람직하게는, 상기 알콜은 식물을 발효시킴으로써 얻을 수 있는 바이오마스 알콜을 적어도 일정량 만큼 혼합하여 사용하여 이산화탄소의 배기량을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 연료 조성물에는 실질적으로 알콜과 에테르로 이루어지지만, 알콜과 에테르 중에 불순물 또는 첨가물이 함유될 수도 있다.

한편, 상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양에 따른 연료 조성물은, 30 내지 70 중량%의 알콜 및 70 내지 30 중량%의 에테르를 포함하여 이루어지며, 보다 바람직하게는 50 내지 70 중량%의 알콜 및 50 내지 30 중량%의 에테르를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 알콜의 탄소수는 8 내지 24의 범위 내의 것을 선택하여 사용하며, 상기 에테르의 탄소수는 2 내지 20의 범위 내의 것을 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 연료 조성물의 평균 탄소수는 10 내지 16의 범위 내로 할 수 있다.

한편, 상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 태양에 따른 연료 조성물은, 8 내지 24의 탄소수를 갖는 알콜 및 2 내지 20의 탄소수를 갖는 에테르를 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 연료 조성물의 평균 탄소수는 10 내지 16의 범위 내인 것이 바람직하며, 상기 연료 조성물은 50 내지 70 중량%의 알콜 및 50 내지 30 중량%의 에테르를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 종래의 차량의 내연기관을 그대로 사용할 수 있으면서도 종래의 차량에 필적하는 주행 성능을 확보할 수 있으며, 종래의 경유 등의 연료 조성물에 비하여 대기 오염 가스의 배출량이 감소된다.

이하, 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 첨부하는 특허청구범위의 기술적 사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다. 따라서, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 보다 완전하도록 하며, 당업자에게 본 발명의 범주를 보다 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다

본 발명의 연료 조성물은 실질적으로 알콜 및 에테르를 포함한다.

본 발명의 연료 조성물에서 상기 알콜은 R-OH(단, R은 탄화수소기이다)의 일반식으로 나타나는 알콜이며, 지방족 알콜 및 방향족 알콜을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 바람직하게는 지방족 알콜을 사용하며, 8 내지 24의 탄소수를 가지는 알콜에서 적절히 선택하여 사용할 수 있으며, 예를 들어 옥탄올(octanol), 2-프로필-1-펜탄올(2-prophyl-1-pentanol), 2-에틸-1-헥산올(2-ethyl-1-hexanol), 1-노난올(1-nonanol), 2.6-디메틸-4-헵탄올(2.6-dimethyl-4-hepanol), 2-디칸올(2-decanol), 1-테트라디칸올(1-tetradecanol), 1-옥타디칸올 (1-octadecanol), 1-에이코산올(1-eicosanol) 등을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 에테르는 R-O-R'(단,R 및 R'는 각기 탄화수소기이다)의 일반식으로 나타내는 화합물이며, 본 발명의 연료 조성물에서 상기 에테르는 2 내지 20의 탄소수를 가지는 지방족 또는 방향족 에테르에서 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 연료 조성물에서는 상기 알콜로써, 바이오마스(biomass) 알콜을 적어도 일정량 만큼 혼합하여 사용할 수 있다. 바이오마스 알콜은 식물을 발효시킴으로써 얻어질 수 있는 알콜로써, 식물은 스스로 사멸한 후에 발생하는 이산화탄소량이 생전에 그 량 만큼의 산소를 이미 방출한다는 사실으로부터, 식물에 의해 얻어지는 바이오마스 알콜의 연소에 의한 이산화탄소는 배출량으로 계산되지 않으므로 결국 바이오마스 알콜 연료를 예를 들어, 20 중량% 만큼 사용한다면 20 중량%의 이산화탄소의 발생을 억제할 수 있는 것이다. 이러한 식물성 알콜을 사용함으로써 배출가스를 정화시켜 대기 오염을 감소시킬 수 있을 뿐더러, 차량에 포함되는 고무 등의 제품에 대한 부식이 억제될 수 있다.

한편, 본 발명의 연료 조성물에서 상기 범위의 탄소수에 해당하는 알콜 및 에테르를 사용하여 그 연료 조성물의 평균 탄소수를 10 내지 16의 범위가 되도록 하는 것이 연료 조성물의 연소 성능 및 주행 성능면에서 바람직하다.

한편, 상기 본 발명의 연료 조성물에서 알콜은 50 내지 70 중량%의 범위가 되도록 하며, 상기 에테르는 50 내지 30 중량%의 범위가 되도록 함으로써 연소 성능 및 주행 성능등을 확보할 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 연료 조성물에는 상기 알콜 및 에테르만으로 제조할 수도 있으나, 알콜이나 에테르 중에 연료 조성물의 일정한 특성을 향상시킬 수 있는 불순물 또는 첨가물을 함유시킬 수도 있다.

이하, 본 발명을 보다 구체화한 실시예에 대하여 살펴보고, 그에 대한 각종 분석결과를 설명한다.

본 실시예에서 상기 알콜로써 탄소수 18인 이소스테아릴알콜을 사용하였으며, 상기 에테르로써 탄소수 8인 디부틸에테르를 사용하였으며, 다음의 3가지 종류의 시료를 제작한 후, 그에 대한 분석을 실시하였다.

시료1 : 70 중량%의 이소스테아릴알콜 + 30 중량%의 디부틸에테르

시료2 : 60 중량%의 이소스테아릴알콜 + 40 중량%의 디부틸에테르

시료3 : 50 중량%의 이소스테아릴알콜 + 50 중량%의 디부틸에테르

상기 시료1, 시료2 및 시료3에 대하여 인화점, 증류성상, 유동점, 잔류탄소분, 세탄지수, 동점도, 유황분, 밀도, 메즈마리점, 발화점 및 비점에 대한 분석을 실시하였으며, 그 결과는 표1에서와 같다.

시료항목	시료1	시료2	시료3	분석실험방법
인 화 점 (PMF℃)	-	36.0	-	JIS K 2265.6
증류성상 (90% 유출온도℃)	328.0	328.0	327.5	JIS K 2254.4
유동점 (℃)	-	-40.0이하	-	JIS K 2269.3
잔류탄소분 (10% 잔유질량%)	-	＜0.01	-	JIS K 2270.5
세탄지수	68.8	73.4	36.1	JIS K 2280.8
동점도 (30℃ mm²/s)	-	4.280	-	JIS K 2283.5
유황분 (질량%)	-	＜0.001	-	JIS K 2541.4
밀도 (15℃ g/cm³)	0.8210	0.8142	0.8073	JIS K 2249.4
메즈마리점 (℃)	-	-35이하	-	JIS K 2288
발화점 (℃)	-	184	-	ASTM E 659
비점 (℃)	-	185	-	JIS K 2233.7.1

표1에서 시료2의 경우 각 분석값들이 연료 조성물로써 양호한 것을 알 수 있다.

다음으로, 시료2에 대하여 액상 확인분석을 한 결과, 온도 25.0℃, 습도 47%, 기압 1011 hPa의 시험조건에서 20℃의 항온조 온도에서 90초 이내 액상임을 확인할 수 있었다.

또한, 시료2에 대하여 인화점 측정시험을 25.0℃, 습도 47%, 기압 1011 hPa의 시험조건하에서 다크 밀폐식 방법에 의해 실시한 결과, 1회차에서 설정온도 37.0 ℃에서 측정치가 37.0℃이며, 2회차에서 설정온도 37.0℃에서 측정치가 37.0℃로써 평균치가 37.0℃이었다. 또한, 시료2에 대하여 JIS K 2283.5의 측정방법으로 37.0℃에서 동점도를 2회 측정한 결과, 모두 4 mm²/s의 결과를 얻었다.

다음으로, 시료2와 종래의 시판되는 경유에 대하여 고무침적시험을 실시하였으며, 그 시험 결과는 아래의 표2 내지 표4에 나타내었다.

시험대상으로 한 고무의 재질로써, NBR 70°Hs, 2원 FKM 80°Hs 및 3원 FKM 80°Hs를 사용하였으며, 침적시험은 JIS K 6258법에 의해 실시하였으며, 침적조건은 온도 23±2℃, 시간 24시간이었으며, 인장시험편은 아령상으로 하였다.

항 목	단위	NBR 70°Hs	2원 FKM 80°Hs	3원 FKM 80°Hs
경도	-	A74	A80	A79
인장강도	MPa	13.2	13.6	14.5
신율	%	560	190	250

항 목	단위	NBR 70°Hs	2원 FKM 80°Hs	3원 FKM 80°Hs
경도	-	A73	A81	A79
경도변화	-	-1	+1	±0
체적율변화	%	±0	±0	±0
인장강도	MPa	13.2	12.9	14.7
신율	%	550	180	260
인장강도변화율		±0	-5	+1
신율변화율		-2	-5	+4

항 목	단위	NBR 70°Hs	2원 FKM 80°Hs	3원 FKM 80°Hs
경도	-	A75	A81	A80
경도변화	-	+1	+1	+1
체적율변화	%	±0	±0	±0
인장강도	MPa	13.1	12.8	15.4
신율	%	550	170	260
인장강도변화율		-1	-6	+6
신율변화율		-2	-11	+4

표2는 시험을 위해 선정된 침적고무들에 대한 상태를 시험한 결과이며, 표3은 본 발명의 시료2에 대한 침적시험 결과이며, 표4는 종래의 시판되는 경유에 대한 침적시험 결과이다.

표3 및 표4를 대비해 보면, 침적고무 NBR 70°Hs에 대하여 경도는 시료2의 경우 -1만큼 감소한 데 비하여 종래의 경유의 경우 +1만큼 증가하였음을 알 수 있으며, 체적변화율은 양자의 경우 모두 변함이 없으며, 인장강도는 시료2의 경우 13.2로써 변함이 없으나 경유의 경우에는 13.1로 감소하였으며, 신율은 양자 모두 550%로써 10% 감소하였음을 알 수 있었으며, 인장강도 변화율은 시료2의 경우 변화가 없었으나 경유의 경우 -1% 만큼 감소하였으며, 신율 변화율은 양자 모두 -2% 만큼 감소하였음을 알 수 있다.

또한, 침적고무 2원 FKM 80°Hs에 대하여는, 경도는 시료2의 경우 +1만큼 증가하였으며 종래의 경유의 경우도 +1만큼 증가하였음을 알 수 있으며, 체적변화율은 양자의 경우 모두 변함이 없으며, 인장강도는 시료2의 경우 12.9로 감소하였으며 경유의 경우에도 12.8로 감소하였으며, 신율은 시료2의 경우 10% 감소하였으며 경유의 경우 20% 감소하였음을 알 수 있었으며, 인장강도 변화율은 시료2의 경우 -5%만큼 감소하였으나 경유의 경우 -6% 만큼 감소하였으며, 신율 변화율은 시료2의 경우 -5%만큼 감소하였으나 경유의 경우 -11% 만큼 감소하였음을 알 수 있다.

또한, 침적고무 3원 FKM 80°Hs에 대하여는, 경도는 시료2의 경우 변화가 없었으나 종래의 경유의 경우 +1만큼 증가하였음을 알 수 있으며, 체적변화율은 양자의 경우 모두 변함이 없으며, 인장강도는 시료2의 경우 14.7로 증가하였으며 경유의 경우에도 15.4로 증가하였으며, 신율은 시료2의 경우 10% 증가하였으며 경유의 경우에도 10% 증가하였음을 알 수 있었으며, 인장강도 변화율은 시료2의 경우 +1%만큼 증가하였으나 경유의 경우 +6% 만큼 증가하였으며, 신율 변화율은 양자 모두 +4%만큼 증가하였음을 알 수 있다.

이상의 침적시험 결과로부터 본 발명의 연료 조성물의 경우 종래의 차량에 사용되는 고무제품에 대하여 매우 안정함을 알 수 있다.

다음으로, 시료2와 대조물로써 종래의 시판되는 경유를 사용하여 종래의 시판되는 디젤엔진에서의 배기가스를 동일조건에서 채취하여 배기가스분석을 수행하였으며, 그 측정 결과는 아래의 표5에 나타내었다.

배기가스는 2001년 6월 16일 11:23 에서 16:15 사이에 채취하였으며, 채취시 날씨는 맑았으며, 기온은 25.0℃, 습도는 66%이었다. 배기가스중에서 N₂는 가스크로마토그라피법(TCD)에 의해 분석하였으며, O₂및 CO₂는 오르자트법에 의해 분석하였고, CO에 대하여는 적외선 흡수법에 의해 분석하였으며, HC에 대하여는 탄화수소계법에 의해 분석하였으며, NOx 및 SOx에 대하여는 이온크로마토그라피법에 의해 분석하였으며, 포름알데히드와 아세트알데히드에 대하여는 고속액체 크로마토그라피법(HPLC)에 의해 분석하였으며, 기타 표5에 나타나는 알데히드에 대해서는 가스크로마토그라피법에 의해 분석하였다.

항 목	단 위	경 유	시료2
N₂	v/v %	76.7	77.1
O₂		18.8	18.4
CO₂		1.2	1.4
CO		0.02	0.01
HC※(메탄환산)	v/v ppm	＜10	＜10
NOx		310	250
SOx		1.7	0.08
포름알데히드		＜0.002	＜0.002
아세트알데히드		＜0.002	＜0.002
프로피온알데히드		＜0.002	＜0.002
노르말부틸알데히드		＜0.001	＜0.001
이소부틸알데히드		＜0.0009	＜0.0009
노르말바렐알데히드		＜0.002	＜0.002
이소바렐알데히드		＜0.0005	＜0.0005

표5에서 알 수 있는 바와 같이, 시료2를 사용한 배기가스에서는 종래의 시판되는 경유에 비하여 질소가스 및 이산화탄소는 약간 증가하였으나, 산소가스, 일산화탄소, 질소산화물 및 유황산화물 등은 현저히 감소하였으며, 하이드로카본이나 알데히드류는 거의 대동소이함을 알 수 있다.

이상의 분석결과로부터 본 발명에 따른 연료 조성물에 의하면 대기오염을 주로 일으키는 일산화탄소, 질소산화물 및 유황산화물이 현저히 감소하여 배출가스의 정화에 큰 효과를 발휘한다.

다음으로, 시료2와 대조물로써 종래의 시판되는 경유를 사용하여 금속부식 시험을 실시하였으며, 그 시험 결과는 아래의 표6에 나타내었다.

시험방법은 본 발명의 시료2 및 시판되는 경유로 각기 가득찬 용기내에 금속판을 침적시킨 후, 밀폐시키고 20℃에서 2주간 차광하여 보존한 후, 시험 전후의 중량변화율과 외관을 관찰하였다.

시험에 사용된 금속판의 재질은 다음과 같다.

강판 : JIS G 3141(SPCC~SB), 기계가공 + #400연마

동판 : JIS H 3100(C1100P), 기계가공 + #400연마

알루미늄판 : JIS H 5202(AC2A), 기계가공 + #400연마

금속판	시료2 (단위 %)	경유 (단위 %)
강판	±0.1 미만	±0.1 미만
동판	±0.1 미만	±0.1 미만
알루미늄판	±0.1 미만	±0.1 미만

표6에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 시료2의 경우와 시판되는 경유의 경우 모두 시험 전후 중량변화율(%)이 ±0.1% 미만으로써 매우 작음을 알 수 있으며, 외관을 관찰한 결과 시료2에 침적된 경우 동판의 경우에만 약간 황색을 띠었으나 그외에는 변화가 없었다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 기준으로 상세히 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예들에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변형 실시할 수 있음은 물론이다. 즉, 첨부하는 특허청구범위에 속하는 한, 본 발명의 연료 조성물에 사용되는 알콜류나 에테르류는 다양하게 선택하여 사용할 수 있으며, 그 조성물의 조성비도 다양하게 선택하여 사용할 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 연료 조성물은 종래에 시판되는 디젤 연료의 주성분인 탄화수소를 함유하고 있지 않기 때문에 종래의 디젤 내연기관에 그대로 적용할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 종래의 내연기관에서 연료로 사용한 경우 그의 배기가스 중의 일산화탄소, 질소산화물, 유황산화물 등이 현저히 감소되어 대기오염을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 연료조성물은 종래의 엔진 등에 적용하여 양호한 연소성능과 주행 성능등을 발휘할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

삭제
60 중량%의 알콜 및 40 중량%의 에테르를 포함하여 이루어지며, 상기 알콜의 탄소수는 18이며, 상기 에테르의 탄소수는 8이고,

상기 알콜은 이소스테아릴알콜이며, 상기 에테르는 디부틸에테르임을 특징으로 하는 연료 조성물.
삭제
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