KR100636699B1 - 연료 첨가제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료내에 최소한 하나의 미립자로 된 란탄족 산화물, 특히 세륨 산화물의 일정량을 분산시키는 것을 포함하는, 연료 연소장치내, 특히 내부 연소엔진내에서의 연료의 연소시의 효율을 향상시키는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 연료내에서 란탄족 산화물 분산에 적합한 정제들, 캡슐들, 조성물들 및 액체 연료 첨가제들에 관한 것이다.

Description

연료 첨가제{A FUEL ADDITIVE}
본 발명은, 연소공정들의 효율을 향상시키기 위한 방법 및/또는 해로운 방출물들을 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 연료내에 란탄족(희토류) 산화물을 분산시키는 데에 적합한 조성물, 정제, 캡슐 또는 액체 연료 첨가제에 관한 것이다.
란탄족 화합물들, 특히 세륨의 유기금속 화합물들은 연소를 돕기 때문에, 연료에 유용한 첨가제들로서 알려져 있다. 이 화합물들은 연료 오일내에 항상 존재하는 아스팔텐상에 흡착되는 것으로 생각된다. 연소공정 동안, 아스팔텐의 연소시 희토류 산화물들의 촉매효과로 인해 금속 산화물이 생성되고, 이들은 연소 동안 방출된 연소되지 않은 고체성분들의 양을 감소시킨다. 따라서, 연료내 유기금속 란탄족 첨가제들은 연소를 개선시키고, 해로운 방출물을 감소시키는 효과를 가진다.
선행기술의 몇몇 자료들은 연료 첨가제로서 란탄족 화합물들의 이용을 개시하고 있다. 예를 들면, 프랑스특허 제 2,172,797호는 연소 보조제로서 유용한 희토류로부터 제조된, 특히, 세륨으로부터 제조된 유기산염들을 개시하고 있다. 희토류 화합물들은 연료내에서 가용성인 것이 밝혀졌으므로, 희토류 화합물들의 유기산염들의 이용이 필요했다.
미국특허 제 4,264,335호는 가솔린으로 발화된 내부 연소엔진에서의 옥탄 필요량을 억제시키기 위한 세륨 2-에틸헥사노에이트의 사용을 개시하고 있다. 세륨 2-에틸헥사노에이트는 세륨옥타노에이트보다 가솔린내에서 더 가용성인 것으로 밝혀졌다.
미국특허 제 5,240,896호는 희토류 산화물을 포함하는 세라믹물질의 이용을 개시하고 있다. 세라믹물질은 연료내에서 비가용성이다. 액체연료의 연소가 고체 세라믹과 접촉시 가속화됨을 주장하고 있다.
유럽특허 제 0485551호는 공기유입을 통해 내부 연소엔진의 연소실로 직접 희토류 산화물의 건조입자들을 운반하는 장치를 개시하고 있다.
일반적으로, 선행기술에 개시된 연료 첨가제들은 연료내에서 가용성인 희토류 원소들의 유기산염들을 사용한다. 이들 화합물들은 연소실내에서 희토류 산화물들로 전환되는 것으로 생각된다. 따라서, 희토류 산화물들은 활성이 있는 촉매화합물들이다.
세륨과 같은 란탄족 원소의 유기산염들은 일반적으로 높은 점성이 있는 액체 또는 저용융점의 고체들이다. 이들 화합물들은 편리한 방법으로 연료내로 도입하기가 원래 어렵다. 또한, 이런 물질들은 제조하는 데 비용이 많이 들고, 취급이 어렵다.
란탄족 산화물들은 비교적 적은 비용을 가지고 대량으로 구입할 수 있지만, 내부 연소엔진을 위한 연료에 사용하기에는 적합하지 않은 것으로 여겨진다. 일반적으로, 연료 시스템내, 그리고 내부 연소엔진의 연소실내에 분산된 미립자로 된 물질을 가지지 않는 것이 바람직하다. 미립자로 된 물질들은 연료필터들을 막고, 또한 엔진의 피스톤과 연료실에 악영향을 미치는 연마제로서의 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 세륨 산화물은 연마제로서 특히 잘 알려져 있다.
본 발명의 목적은, 선행기술에 개시된 방법들보다 비용이 저렴하고, 더욱 편리한 내부 연소엔진의 연소효율을 향상시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.
따라서 본 발명은, 연료가 연료 연소장치내에서 소화시의 효율을 향상시키는 방법 및/또는 연료 연소장치내에서 소화시 연료에 의해 생성된 방출물들을 감소시키는 방법을 제공하며, 상기 방법은 연료내에 최소한 하나의 미립자로 된 란탄족 산화물의 일정량을 분산시키는 것을 포함한다.
본 발명의 방법이 채용될 때, 연료 연소장치는, 예를 들면, 보일러, 용광로, 제트엔진 또는 내부 연소엔진일 수 있다. 상기 란탄족 산화물의 분산물을 포함하는 연료는 내부 연소엔진의 연소실 또는 화실 또는 버너유니트의 노즐헤드로 운반된다. 바람직하게는, 연료 연소장치는 내부 연소엔진이다. 내부 연소엔진은 스파크 점화엔진과 압축 점화엔진을 포함하는 어떤 형태의 것일 수 있다. 마찬가지로, 연료는 휘발유/가솔린(둘 다 가연성 및 비가연성), 디젤 및 LPG(액체 석유가스)연료를 포함하는 어떤 형태의 것일 수 있다.
본 발명의 방법이 사용될 때, 특히 내부 연소엔진에 사용될 때, 해로운 오염물의 양은 감소된다. 이 오염물들은, 예를 들면, CO, CO2, 탄화수소류(HCs) 및 NOx 를 포함한다. 해로운 오염물들의 양의 감소는 몇몇 차량에서 촉매 전환제에 대한 필요성을 배제할 수 있다. 또한, 해로운 오염물들의 양의 감소는, 예를 들면, 로듐, 백금 및 팔라듐과 같은 귀금속들을 필요로 하는 촉매전환제의 사용과 비교시, 본 발명의 방법을 사용하여 상당히 낮은 비용으로 실시될 수 있다.
또한 본 발명의 방법은, 예를 들면, 내부 연소엔진("엔진")내 연소효율을 개선시킨다. 따라서, 엔진은 분사장치와 연소실내 탄소축적의 감소, 파워와 토크(torque)의 증가, 엔진소모의 감소, 연료소비의 감소 및 대부분의 엔진들에서 발생되는 부분적인 비점화(misfire) 수의 감소라는 점에서 이점을 가질 것이다. 추가적인 이점은 윤활유소비 감소와 오일 수명연장을 포함한다. 촉매 전환제가 존재시, 란탄족 산화물의 퇴적물을 통해 촉매의 재충전 및 촉매에 유입되는 미연소 탄화수소의 감소로 인해, 촉매 전환제의 수명도 연장된다. 현존하는 차량들, 비가연성 연료를 사용하는 차량에까지도 적용할 수 있다는 것이 본 발명의 방법의 중요한 장점이다. 또한, 부드러운 밸브시트로 인해 비가연성 연료를 사용할 수 없는 자동차들도 본 발명의 방법을 채용하므로써 비가연성 연료를 사용할 수 있을 것이다. 예를 들면, 연료내의 세륨 산화물은 밸브시트 후퇴를 방지하는 데 있어서, 테트라에틸납과 동일한 보호성질을 제공할 것이다. 또한, 세륨 산화물은 옥탄개선제로서 작용하므로써 엔진의 옥탄 필요량을 억제시킬 수 있다.
여기에서 사용된 용어, "란탄족"은 원자번호 58∼71인 희토류 원소들중의 어느 하나를 포함하며, 또한 스칸디움, 이트륨과 란탄을 포함한다.
바람직하게는, 란탄족 산화물은 세륨, 란탄, 네오디뮴 및 프라세오디뮴으로 부터 선택된 란탄족을 포함한다. 바람직하게는, 란탄족 산화물은 CeO2이다.
여기에서 사용된 용어 "분산"은 액체 매질내의 고체 입자들의 안정한 현탁액 또는 에멀젼을 의미하거나, 액체 매질내에 용해된 고체의 용액을 의미한다. 용어 "분산"은 처음에는 분산되지만, 그 다음 침전되는 고체입자들을 포함하는 액체는 포함하지 않는다.
란탄족 산화물의 미립자성질은 연료내에서 이들의 분산성을 촉진한다. 연료에 첨가된 란탄족 산화물의 입자들은 응집체가 아닌 분리된 입자들이다. 따라서, 여기에서 사용된 용어 "입자크기"는 본래의 입자크기를 뜻한다. 바람직하게는, 란탄족 산화물의 평균 입자크기는 1nm∼100미크론 범위내이다. 더욱 바람직하게는, 평균 입자크기는 1nm∼5미크론 범위내, 더더욱 바람직하게는 1nm∼0.5미크론 범위내, 더욱 바람직하게는 1nm∼50nm, 더더욱 바람직하게는 1nm∼10nm 범위내이다.
란탄족 산화물의 입자크기는 연료내에서 분산되는 정도에 영향을 미친다. 일반적으로, 작은 입자들이 큰 입자들보다 연료내에서 더 쉽게 분산되기 때문에, 작은 평균 입자크기(5미크론 미만)가 바람직하다.
란탄족 산화물의 입자들은 기계적 그라인딩(grinding)과 같은 공지된 기술방법에 의해 제조될 수 있다. 그라인더(grinder)는 그라인드될 때 란탄족 산화물에 대해 고주파수, 저진폭 진동을 부여할 수 있다. 당기술분야에 공지된 다른 적당한 방법들은 증기응축, 연소합성, 열화학적 합성, 졸-겔(sol-gel) 공정 및 화학침전법을 포함한다. 란탄족 산화물의 입자들의 제조에 바람직한 방법들은 기계적으로 활성화된 화학공정(mechanically activated chemical processing)(미국특허 제 6,203,768호 참조)과 플라즈마 증기합성법(미국특허 제 5,874,684호, 제 5,514,349호 및 제 5,460,701호 참조)이다.
바람직하게는, 입자들은 대개는 회전타원형이다.
란탄족 산화물의 입자크기는 레이저 회절분석법 또는 초음파 분광법과 같은 편리한 방법에 의해 측정될 수 있다.
필요한 란탄족 산화물의 양은 란탄족 산화물 입자들의 총표면적과 연료탱크 용량에 따라서 달라질 수 있다. 따라서, 입자크기가 작을수록 필요한 란탄족 산화물의 양도 적어지는데, 이는 입자들이 작을수록 표면적 대 체적의 비율이 높으며, 매우 반응성이 있는 이들의 고도로 압박된 표면원자들로 인해 강화된 촉매활성을 가지기 때문이다. 바람직하게는, 란탄족 산화물의 입자들은 최소한 약 20m2/g, 더욱 바람직하게는 약 50m2/g, 더더욱 바람직하게는 최소한 약 80m2/g의 표면적을 갖는다. 바람직하게는, 연료에 첨가되는 란탄족 산화물의 양은, 농도로 0.1∼400ppm이다. 더욱 바람직하게는, 란탄족 산화물의 농도는 0.1∼100ppm, 더욱 바람직하게는 1∼50ppm이고, 더더욱 바람직하게는 1∼10ppm의 범위내이다.
플라즈마 증기 합성법으로 제조된 세륨 산화물의 입자들은 고온에서 이들의 높은 표면적을 유지하는 것으로 밝혀졌다. 고온이라 함은 내부 연소엔진의 전형적인 연소온도를 뜻한다. 일반적으로, 대부분의 입자들에서 표면적은 고온에서는 감소하는 경향이 있다. 그러나, 플라즈마 증기합성법 또는 기계적으로 활성화된 화학공정에 의해 제조된 세륨 산화물의 입자들은 고온에서도 표면적을 손실하지 않는다는 것이 본 발명의 또 다른 장점이다. 이는 1∼10ppm과 같은 낮은 농도에서도 이들을 사용가능하게 한다.
본 발명의 한 구체예에서, 란탄족 산화물들은 란탄족 화합물의 표면에 친유성을 부여하는 물질로 피복된다. 친유성 피복은 연료내 란탄족 산화물들의 분산을 돕고, 또한 입자들의 응집 방지를 돕는다. 몇몇 경우에 있어서, 친유성 피복은 연료내에서 란탄족 화합물의 완전한 용해를 가능하게 한다. 친유성 피복은 또한 연료탱크에 저장되는 동안, 란탄족 산화물 입자들이 연료와 반응하는 것을 예방한다. 저장되는 동안, 란탄족 산화물의 반응은 연료내에 고체퇴적물들을 남기므로 아주 바람직하지 못하다.
입자들은 당기술분야에서 공지된 적당한 피복방법으로 피복될 수 있다. 적당한 피복방법들은 미국특허 제 5,993,967호와 제 6,033,781호에 개시되어 있다.
란탄족 산화물의 표면을 피복하는 데 사용되는 물질은 바람직하게는 계면활성제이다. 계면활성제 분자의 소유성 부분은 란탄족 산화물 입자내에 끼워지고, 이때 계면활성제의 친유성 부분은 연료와 상호반응하게 된다.
바람직하게는, 계면활성제는 낮은 HLB(친수성/친유성 밸런스)를 가지고 있다. 낮은 HLB를 갖는 계면활성제는 일반적으로 높은 HLB를 갖는 계면활성제들보다 더욱 오일에 가용적이다. 적합한 낮은 HLB를 갖는 계면활성제들은 당업자들에게는 아주 분명할 것이다. 바람직하게는, 계면활성제의 HLB는 7 또는 그 이하이며, 더욱 바람직하게는 4 또는 그 이하이다. 낮은 HLB를 갖는 계면활성제들의 예는, 도데세닐숙신산 무수물(DDSA), 스테아린산, 올레인산, 소르비탄 트리스테아레이트와 글리 세롤 모노스테아레이트와 같은 최소한 하나의 C10∼C30의 알킬기를 갖는 알킬카르복실산, 무수물들 및 에스테르들이다. 낮은 HLB를 갖는 계면활성제들의 다른 예는 루브리졸R OS11211과 같은 최소한 하나의 C10∼C30의 히드록시알킬기를 갖는 히드록시알킬카르복실산들과 에스테르들이다. 더욱 바람직하게는, 란탄족 산화물을 피복하는 데 사용되는 물질은 도데세닐숙신산 무수물(DDSA) 또는 올레인산이다.
본 발명의 이 구체예에서, 연료내에 분산된 란탄족 산화물의 피복된 입자들은 내부 연소엔진의 연소실에 들어가면 즉시 파괴된다. 친유성 피복은 연소실내에서 빨리 분해되므로, 란탄족 산화물의 촉매활성도가 손상되지 않는다.
본 발명의 방법에서, 란탄족 산화물 이외의 다른 물질들도 연료에 첨가될 수 있다. 이들 다른 물질들은 연료내에서 모두가 분산되어야만 하고, 연소공정 또는 블록필터를 방해하지 않아야 한다. 적합한 물질들은 당기술분야에 잘 알려진 또 다른 연소 보조제들을 포함한다. 또 다른 연소 보조제들의 예는 망간, 철, 코발트, 니켈, 바륨, 스트론튬, 칼슘 및 리튬의 화합물들을 포한한다. 이러한 연소 보조제들은 미국특허 제 6,096,104호와 제 4,568,360호에 개시되어 있고, 그 내용은 본 명세서에 참고문헌으로 포함된다.
또한, 방향과 같은 화합물들도 본 발명의 방법에서 연료에 첨가될 수 있다. 적합한 방향의 예는 자스민오일, 바닐라오일 및 유칼리나무오일을 포함한다.
바람직하게는, 연료는 내부 연소엔진의 사용에 적합한 것이다. 이러한 연료들의 예는, 휘발유/가솔린, 디젤 또는 LPG(액체 석유가스)연료를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 상기와 같이 최소한 하나의 란탄족 산화물과 연료내에서 분산가능한 최소한 하나의 정제화 보조제를 포함하는, 연료내에서 최소한 하나의 란탄족 산화물의 분산에 적합한 정제가 제공된다. 여기에서 사용되는 용어 "정제"는 압축된 물질의 통상적인 의미의 고체정제이다.
정제를 만들기 위한 공지된 방법들은 주로 수용성 약제들과 원리적으로 관련이 있다. 이런 방법들은 당기술분야에 잘 알려져 있으며, 셀룰로오스, 락토오스, 실리카, 폴리비닐피롤리돈 및 구연산과 같은 정제화 보조제의 사용에 의해 예시된다. 이들 및 다른 정제화 보조제들은 미국특허 제 5,840,769호와 제 5,137,730호에 개시되어 있다.
그러나, 이들 공지된 정제화 보조제는 연료내에서 분산될 수 있는 란탄족 산화물 정제들의 제조에는 부적합하다. 마그네슘스테아레이트, 메틸셀룰로오스 또는 실리카 등과 같은 결합제들의 사용은 연료내에서 분산되지 않는 정제, 또는 정제가 연료내에서 분산된 후 결합제(들)이 침전하는 정제들을 만든다. 이런 정제들은, 고체 퇴적물이 블록필터를 막거나 피스톤과 연소실에서 축적되기 때문에, 연료 첨가제로 사용하기에 부적합하다.
바람직하게는, 본 발명의 이러한 측면의 정제에 사용된 정제화 보조제는 C7∼C30의 알킬카르복실산, C6∼C30의 방향족 화합물 또는 중합체성 정제화 보조제이다. 더욱 바람직하게는, 정제화 보조제는 테트라데카노익산이다.
정제화 보조제가 중합체일 때에는, 스티렌의 중합체들 또는 공중합체들, C1 ∼C6의 알킬치환된 스티렌들과 C1∼C6의 알킬메타크릴레이트들이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 중합체로 된 정제화 보조제는 폴리(t-부틸스티렌), 폴리(이소부틸 메타크릴레이트) 또는 폴리(n-부틸 메타크릴레이트)이다.
여기에서 사용된 용어 "알킬"은 분지 또는 비분지, 시클릭 또는 비시클릭, 포화 또는 불포화(예, 알케닐 또는 알키닐)히드로카르빌 라디칼을 의미한다.
여기에서 사용된 용어 "방향족 화합물"은 벤젠 또는 나프탈렌과 같은 하나 또는 그 이상의 C1∼C6의 알킬기(들)로 선택적으로 치환된 방향족 탄화수소 화합물을 의미한다. 본 발명에서 정제화 보조제로 사용하기에 적합한 치환된 방향족 화합물의 예는 듀렌(1,2,4,5-테트라메틸벤젠)이다.
바람직하게는, 본 발명의 정제내 란탄족 산화물의 양은, 정제의 총중량을 기준으로 1∼99.99중량% 범위내이다. 더욱 바람직하게는, 란탄족 산화물의 양은 30∼80중량% 범위내이고, 더욱 바람직하게는 40∼60중량% 범위내이다. 더욱 바람직한 정제내 란탄족 산화물의 양은 약 50중량%이다.
바람직하게는, 본 발명의 정제내 정제화 보조제의 양은 정제의 총중량을 기준으로 0.01∼99중량% 범위내이다. 더욱 바람직하게는, 정제화 보조제의 양은 20∼70중량% 범위내이고, 더더욱 바람직하게는 40∼60중량%이다. 더욱 바람직한 정제내 정제화 보조제의 양은 약 50중량%이다.
본 발명의 정제는 상기와 같은 란탄족 산화물과 상기와 같은 정제화 보조제를 포함하는 조성물에 직접적인 압축력을 적용하므로써 얻어질 수 있다. 정제가 직 접적인 압축으로 얻어질 때, 단일 스트로크 프레스(stroke press) 또는 회전 헤드 프레스(head press)가 채용될 수 있다. 또한, 정제는 사출성형 또는 정상 다이 몰딩(die moulding)에 의해 얻어질 수가 있다. 정제화를 위한 이들 및 다른 방법들은 당업자들에게 잘 알려져 있을 것이다. 일반적으로, 조성물로부터 정제들을 형성할 수 있는 범위내에서, 정제내 란탄족 산화물의 양을 최대화시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 구체예에서는, 연료내에서 최소한 하나의 란탄족 산화물의 분산에 적합한 캡슐, 외부 케이스를 포함하는 정제 및 케이스 안에 포함된 물질이 제공되며, 여기에서 외부 케이스는 상기와 같은 최소한 하나의 정제화 보조제를 포함하고, 케이스 안에 포함된 물질은 최소한 하나의 란탄족 산화물을 포함한다.
캡슐들은 약제들의 전달체로 잘 알려져 있다. 일반적으로, 외부 케이스는 그 안에 포함된 물질을 동봉하는 데 사용되는 두개의 부분을 갖고 있다. 외부 케이스는 일반적으로 그 안에 포함된 물질을 액체매질로 방출시킬 수 있도록 분산성이 있어야 한다. 따라서 본 발명에서, 캡슐의 외부 케이스는 내부 연료엔진용 연료와 같은 연료내에서 분산성이 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에서는, 유기 액체매질내에 상기와 같은 최소한 하나의 피복된 란탄족 산화물의 분산물을 포함하는, 연료내에서 최소한 하나의 란탄족 산화물의 분산에 적합한 액체 연료 첨가제가 제공된다. 바람직하게는, 란탄족 산화물은 상기와 같이, DDSA 또는 올레인산과 같은 친유성 피복으로 피복된다. 액체 연료 첨가제는 연료의 벌크 공급물들에 혼합되거나, 예를 들면, 자동차의 연료탱크에 첨가될 액체 첨가제를 한번에 첨가하는 형태로 제공될 수 있다. 액체 연료 첨가제는 상기와 같은 낮은 HLB를 갖는 계면활성제와 같은 안정화 계면활성제들을 추가적으로 포함할 수 있다.
따라서, 란탄족 산화물은 유동(loose) 분말, 정제, 캡슐 또는 액체 연료 첨가제의 형태일 수 있다. 이들은 수동으로(예, 연료보급시, 연료탱크에 첨가) 또는 적절한 양의 란탄족 산화물을 연료에 자동적으로 투입하는 데에 이용할 수 있는 적당한 기계적 또는 전기적 장치의 도움으로 연료에 투입될 수 있다.
본 발명은 또한 내부 연소엔진과 연료 시스템을 포함하는 장치에 관한 것으로서, 여기에서 상기 연료 시스템은 연료를 포함하는 연료탱크와, 상기 연료탱크로부터 상기 연료를 상기 내부 연료엔진으로 이송하기 위한 장치를 포함하고, 상기 연료는 그 안에 분산된 최소한 하나의 란탄족 산화물을 갖는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 장치는 배, 비행기, 또는 모터카(자동차), 화물차 또는 모터사이클과 같은 모터차량이다.
본 발명의 특정 구체예는 이하의 실시예에 의해 설명될 것이다.
실시예 1
정제는 직접 압착에 의해 세륨 산화물과 테트라데카노익산으로부터 제조되었다. 정제내 세륨 산화물의 양은 60중량%이었다. 정제내 테트라데카노익산의 양은 40중량%이었다. 세륨 산화물의 입자크기는 약 0.3㎛이었다. 이 입자크기는 표준 질소흡착법으로 측정한 바로는, 약 20㎡/g의 표면적을 가진다. 세륨 산화물은 기계적 그라인딩에 의해 제조되었다.
정제를 비가연성 휘발유로 주행되는, 1988년식 메트로 1300cc차의 연료탱크 에 첨가하여, 연료내 세륨 산화물의 농도가 약 30ppm이 되게 했다.
자동차를 정상 작동시켰을 때, 연료소비는 약 40% 정도 감소되었다. 게다가, 쵸크(choke)의 사용은 상당히 감소되었고, 자동차의 전체적인 성능은 매우 개선되었다.
실시예 2
정제는 실시예 1에 따라 제조되었다. 정제를 비가연성 연료로 주행되는, 1990년식 petrol Ford Transit의 연료탱크에 첨가하여, 연료내 세륨 산화물의 농도가 약 30ppm이 되게 했다. 정제를 첨가하기 전, 자동차의 엔진은 핑킹(pinking)으로 인한 문제가 있는 것으로 알려져 있었다.
정상적으로 10마일을 주행한 후, 핑킹은 근절되었다. 게다가, 자동차의 성능도 상당히 개선되었다.
실시예 3
정제는 실시예 1에 따라 제조되었다. 정제를 비가연성 연료로 주행되는, 1987년식 Mercedes 300E 2.8L의 연료탱크에 첨가하여, 연료내 세륨 산화물의 농도가 약 30ppm이 되게 하였다.
정제를 첨가하기 전, 하기의 방출수준이 배기가스로부터 측정되었다;
CO - 0.15%, 탄화수소 - 211ppm, CO2 - 14.37%.
정제를 첨가한 후, 하기의 방출수준이 측정되었다;
CO - 0.01%, 탄화수소 - 50ppm, CO2 - 13.97%.
실시예 4
세륨 산화물 입자들을 스테아린산으로 피복했다. 정제는 다이몰딩에 의해 피복된 세륨 산화물 입자들과 폴리(이소부틸메타크릴레이트)로부터 제조되었다. 정제내 피복된 세륨 산화물 입자들의 양은 30중량%이었다. 정제내 폴리(이소부틸메타크릴레이트)의 양은 70중량%이었다. 세륨 산화물의 입자크기는 약 0.3㎛이었다. 이 입자크기는 표준 질소흡착법으로 측정한 바로는, 약 20㎡/g의 표면적을 가진다. 세륨 산화물은 기계적 그라인딩으로 제조되었다.
정제를 1986년식 Ford Sierra 1.8L의 연료탱크에 첨가하여 연료내 세륨 산화물의 농도가 30ppm이 되게 하였다. 자동차는 이미 가연성 연료를 사용하고 있었으며, 비가연성 연료의 사용을 위해 특별히 개조되지는 않았다.
자동차는 세륨 산화물 정제의 첨가후, 어떠한 관찰가능한 문제점들 없이 비가연성 연료를 사용할 수 있었다. 또한, 자동차의 성능과 연료 경제성은 증가되었다. 게다가, 대형트럭을 견인시, 더 많은 토크를 이용할 수 있었다.
실시예 5
정제는 실시예 4에 따라 제조되었다. 정제를 비가연성 연료로 주행되는, 1997년식 Ford scorpio에 세륨 산화물의 농도가 30ppm인 수준에서 사용하였다.
자동차의 연료 경제성은 10∼12% 증가되었으며, 차의 성능은 상당히 개선되었다.
실시예 6
DDSA로 피복된 세륨 산화물을 디젤연료에 4ppm의 농도로 첨가하였다. 피복전 세륨 산화물의 평균 입자크기는 10nm이었다. 이 입자크기는 표준 질소흡착법으로 측정한 바로는, 약 80㎡/g의 표면적을 가진다. 입자들을 플라즈마 증기 합성법으로 만들었다. 연료를 다이나모미터와 매연 방출장비가 붙어 있는 정지 디젤엔진에 사용하였다. 투입량의 연료를 첨가한 후, 증가된 토크와 파워를 관찰하였다. 또한, 매연용량은 1000∼2000rpm에서 제로(zero)로 감소되었다. 2000∼2500rpm에서, 매연은 30% 감소하였다.
실시예 7
DDSA로 피복된 세륨 산화물을 1998년식 Jaguar S type 3.0 자동차에 4ppm의 농도로 첨가하였다. 피복전 세륨 산화물의 입자크기는 5nm이었다. 이 입자크기는 표준 질소흡착법으로 측정한 바로는, 약 150㎡/g의 표면적을 가진다. 입자들은 플라즈마 증기 합성법으로 제조되었다. 평균 연료 경제성은 피복된 세륨 산화물이 연료에 첨가된 후, 27.1mpg에서 30.5mpg로 증가되었다.
상기 실시예들은 자동차의 연료에 본 발명의 란탄족 산화물을 첨가시 이들의 성능을 개선시키고, 핑킹을 감소시키며, 방출을 감소시킴을 분명히 예시한다. 또한, 필터의 블로킹 또는 지나친 피스톤 마모는 관찰되지 않았다.
물론, 본 발명은 단지 실시예에 의해서만 설명되었으며, 상세한 내용의 변형이 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다.

Claims (29)

  1. 연료 연소장치내에서의 연료의 연소시의 효율을 향상시키는 방법으로서, 상기 방법은 연료내에 최소한 하나의 미립자로 된 란탄족 산화물을 분산시키는 것을 포함하고, 상기에서 상기 란탄족 산화물은 알킬카르복실산 무수물로 피복된 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 최소한 하나의 란탄족 산화물은 세륨, 란탄, 네오디뮴 및 프라세오디뮴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 란탄족 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 최소한 하나의 란탄족 산화물은 CeO2인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 최소한 하나의 란탄족 산화물은 입자크기가 1∼50nm 범위내인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 최소한 하나의 란탄족 산화물은 플라즈마 증기합성법 또는 기계적으로 활성화된 화학공정에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 란탄족 산화물은 도데세닐 숙신산 무수물로 피복된 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 알킬카르복실산 무수물로 피복된 최소한 하나의 미립자로 된 란탄족 산화물과, 연료내에서 분산가능한 정제화 보조제를 포함하는, 연료내에서 최소한 하나의 란탄족 산화물의 분산에 적합한 정제.
  9. 제 8항에 있어서, 정제화 보조제는 C7∼C30의 알칼카르복실산, C6∼C30의 방향족 화합물 및 중합체로 된 정제화 보조제들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 정제.
  10. 제 9항에 있어서, 정제화 보조제는 테트라데카노익산인 것을 특징으로 하는 정제.
  11. 제 8항에 있어서, 란탄족 산화물의 양은 정제의 총중량을 기준으로 1∼99.99중량% 범위내인 것을 특징으로 하는 정제.
  12. 제 8항에 있어서, 정제화 보조제의 양은 정제의 총중량을 기준으로 0.01∼99중량% 범위내인 것을 특징으로 하는 정제.
  13. 알킬카르복실산 무수물로 피복된 미립자로 된 란탄족 산화물과, 연료내에서 분산가능한 정제화 보조제를 포함하는 조성물을 제조하는 단계와, 상기 조성물에 직접적인 압축력을 적용하는 단계를 포함하는, 제 8항에 따른 정제의 제조방법.
  14. 알킬카르복실산 무수물로 피복된 미립자로 된 란탄족 산화물과, 연료내에서 분산가능한 정제화 보조제를 포함하는 조성물.
  15. 외부 케이스와 그 안에 포함된 물질을 포함하는, 연료내에서 최소한 하나의 란탄족 산화물의 분산에 적합한 캡슐로서, 상기 외부 케이스는 연료내에서 분산가능한 최소한 하나의 정제화 보조제를 포함하고, 그 안에 포함된 물질은 알킬카르복실산 무수물로 피복된 최소한 하나의 미립자로 된 란탄족 산화물을 포함하는 캡슐.
  16. 유기 액체매질내에 알킬카르복실산 무수물로 피복된 최소한 하나의 미립자로 된 란탄족 산화물의 분산물을 포함하는, 연료내에서 최소한 하나의 란탄족 산화물의 분산에 적합한 액체 연료 첨가제.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 연료 연소장치는 내부 연소엔진인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 연료내에 분산된 란탄족 산화물은 제 8항에 따른 정제, 제 15항에 따른 캡슐, 또는 제 16항에 따른 액체 연료 첨가제의 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 연료내에 분산된 정제, 캡슐 또는 액체 연료 첨가제의 양은 연료내의 란탄족 산화물 농도가 1∼10ppm 범위내가 되는 양인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 내부 연소엔진과 연료 시스템을 포함하는 장치로서, 상기 연료 시스템은 연료를 포함하는 연료탱크와, 상기 연료를 상기 연료탱크로부터 상기 내부 연소엔진으로 전달하는 장치를 포함하고, 상기 연료는 그 안에 분산된 알킬카르복실산 무수물로 피복된 최소한 하나의 미립자로 된 란탄족 산화물을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 연료 연소장치내에서의 연료의 연소시 연료에 의해 생성되는 방출물을 감소시키는 방법으로서, 상기 방법은 연료내에 최소한 하나의 미립자로 된 란탄족 산화물을 분산시키는 것을 포함하고, 상기에서 상기 란탄족 산화물은 알킬카르복실산 무수물로 피복된 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 최소한 하나의 란탄족 산화물은 세륨, 란탄, 네오디뮴 및 프라세오디뮴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 란탄족 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 최소한 하나의 란탄족 산화물은 CeO2인 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 21항에 있어서, 상기 최소한 하나의 란탄족 산화물은 입자크기가 1∼50nm 범위내인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 21항에 있어서, 상기 최소한 하나의 란탄족 산화물은 플라즈마 증기합성법 또는 기계적으로 활성화된 화학공정에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 21항에 있어서, 상기 란탄족 산화물은 도데세닐 숙신산 무수물로 피복된 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 21항에 있어서, 상기 연료 연소장치는 내부 연소엔진인 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 연료내에 분산된 란탄족 산화물은 제 8항에 따른 정제, 제 15항에 따른 캡슐, 또는 제 16항에 따른 액체 연료 첨가제의 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 연료내에 분산된 정제, 캡슐 또는 액체 연료 첨가제의 양은 연료내의 란탄족 산화물 농도가 1∼10ppm 범위내가 되는 양인 것을 특징으로 하는 방법.
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