KR100741640B1 - 상분리 방지 내연기관용 대체연료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관용 연료 조성물에 관한 것으로 전체 조성물에대하여 0.1∼45 중량%의 톨루엔, 0.1∼85중량%의 바이오메탄올, 에탄올 또는 이들의 혼합물, 5∼69중량%의 공업용 가솔린, 1∼75중량%의 공업용 가솔린 이외의 탄화수소 용제를 주요 성분으로 하고, 상분리 방지제로서 0.1∼9 중량%의 뷰틸셀로솔브(Butyl Cellosolve), 0.1∼11 중량%의 에틸셀로솔브(Ethyl Cellosolve), 0.001∼6 중량%의 로진산(Rosin Acid) 유도체,0.1∼13중량%의 이소프로판을, 0.1∼12중량%의 이소부탄올 중에서 선택되는 어느 한 성분 이상이 추가로 포항되는 연료 조성물을 제공한다.

본 발명의 내연기관용 연료는 기존의 연소 설비 개조 없이 사용 가능하데, 가솔린 보다 대기오염을 현저히 줄이면서도 연료로서의 동력성능을 제고하여 경제성을 지닌 대체연료로서 유용한 것이다.

알코올, 대체연료,내연기관.

Description

상분리 방지 내연기관용 대체연료 {Alternative Fuel Preventing Phase Separation for Internal Combustion Engines}

본 발명은 내연기관용 연료조성물에 관한 것으로 가솔린을 연료로 사용하는 엔진 뿐만 아니라 디젤 엔진에도 적용 가능한 대체연료로서의 내연기관용 연료 조성물을 제공하기 위한 것이다.

전 세계적으로 화석연료 고갈 및 환경오염 문제가 날로 심각해짐에 따라 세계는 지금 에너지 및 환경과 전쟁 중에 있다고 해도 과언이 아니다. 특히, 우리나라와 같이 석유자원이 없는 나라는 대체에너지의 개발에 관심을 두지않을 수 없으며, 날로 강화되어 가는 국제적 환경규제(교토의정서)의 흐름에 보조를 맞추기 위해서도 이제는 대체연료의 개발을 서두르지 아니할 수 없게되었다.

화석연료의 고갈 및 환경오염 문제를 극복하기 위하여 바이오매스 대체연료가 주목받고 있는 바, 대체연료의 후보군으로서 메탄올, 합합성메탄올,바이오에탄올, 바이오디젤이 새롭게 각광을 받고 있다. 그러나, 바이오에탄올이나 매탄올을 100% 단독으로 가솔린 엔진에 적용 시 동일 체적 당 발열량이 가솔린의 반 정도에 지나지 아니하여 동일거리 주행 시 두 배의 연료탱크 용량이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 발명된 것으로, 내연기관용의 연료유가 장기 보관 시 발생될 수 있는 미량의 물이라도 발생시키지않고 각 구성 성분이 충분히 섞여 노킹의 발생이나 연료의 연소 효율을 더욱 증가시킨 연료 조성물을 제공하는 것이다. 또한 본 발명은 알코올 성분을 함유함으로써 옥탄가가 향상되고 유해 배출가스를 저감시켜 환경오염 물질이 감소된 새로운 연료 조성물을 제공한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내연기관용 연료 조성를은 a)0.1∼45 중량%의 톨루엔, b) 0.1∼85 중량%의 바이오에탄올, 에탄올 또는 이들의 혼합물, c) 5∼69 중량%의 공업용 가솔린, d) 1∼75 중량%의 공업용가솔린 이외의 탄화수소 용제를 주요 성분으로 하고, 여기에 상분리 방지제로서 0.1∼9 중량%의 뷰틸셀로솔브(Butyl Cellosolve), 0.1∼11 중량%의 에틸셀로솔브(Elhyl Cellosolve), 0.001~6 중량%의 로진산(Rosin Acid) 유도체, 0.1∼13 중량%의 이소프로판을. 0.1∼12중량%의 이소부탄올중에서 선택되는 어느 한 성분 이상이 추가로 포함되는 연료 조성물을 제공한다. 본 발명의 조성비는 특별히 지적하지 않은 이상 전체조성물 에 대한 조성비이다.

본 발명의 또 다른 내연기관용 연료 조성물은 1∼19중량%의 아로마틱 탄화수소 혼합물을 추가적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료조성물을 제공한다.

특히 내연 기관용 연료 조성물 중에서 벤젠은 맹독성 발암 물질로 각 나라에서 1∼2.5중량%까지 사용하고 있으나 본 발명에서는 별도로 첨가 하지않고 있다, 그러나 기타 다른 조성물 중에서 벤젠 화합물이 극히 소량 함유 될 수도 있지만 본 발명에서는 벤젠 대신 우수한 폭발력을 유지하기 위해 다른 연료 조성물로 대체하여 사용 하고 있다.

상기의 내연기관용 연료 조성물은 더욱 바람직하게는 a) 10∼30 중량%의 톨루엔, b) 5∼20 중량%의 바이오에탄올, 에탄올 또는 이들의 혼합물,. c) 5∼50 중량%의 공업용 가솔린,d) 25∼55중량%의 공업용 가솔린이외의 탄화수소 용제, d) 2∼5 중량%의 뷰틸셀로솔브(Butyl Cellosolve),0.5∼6 중량%의 에틸셀로솔브(Ethyl Cellosolve), 0.5∼2 중량%의 로진산(Rosin Acid) 유도체, 2∼6 중량%의 이소프로판올, 2∼7 중량%의 이소부탄올 중에서 선택되는 어느 하나 이상 성분의 상분리 방지제, e) 3∼12 중량%의 아로마틱 탄화수소 혼합물을 더 포함하는 내연기관용 연료 조성물이다.

또한 본 발명은 상기 발명들의 구성요소에 더하여 전체 조성율에 ,0.05∼5 중량%의 부식 방지제를 필요에 의해 사용 할 수도 있다.

그리고 본 발명의 또 다른 방면에서는 0.01∼85중량%의 바이오디젤,공지의 디젤 또는 이들의 혼합물, 1∼43 중량%의 케로센, 1∼32 중량%의 하이신,1∼36 중 량%의 하이닌, 0.01∼5 중량%의 윤활기유 중에서 선택되는 어느 한 종류 이상의 성분을 더 포함하는 내연 기관용 연료 조성물이다. 이하는 본 발명의 각 구성 성분에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

또한 본 발명은 상기의 각 발명의 양태 각각에 0.01∼20중량%의 부탄 유도체, 0.01∼30 중량%의 펜탄 유도체, 0.01∼40 중량%의 헥산 유도체, 0.01∼45 중량%의 벤젠 유도체, 및 0.01∼20 중량%의 햅탄 유도체에서 선택되는 어느 하나 이상의 성분을 독립적으로 더 추가하는 것도 본 발명의 범주에 속한다. 본 발명에서 상기 벤젠 유도체, 부탄 유도체, 펜탄유도체, 헥산유도체, 헵탄유도체란 이들의 유도체 및 이성질체를 총칭하는 것으로 본 발명의 당업자에게는 자명한 것이므로 더 이상의 상세한 설명은 하지 않지만 예를 들면, 부탄유도체란, 부탄, 이소부탄, n-부탄, 2,2,3-트리메틸-부탄,2-메틸부탄, 2,3-디메틸부탄 등을 의미하며, 이와 같이 펜탄, 헥산. 벤젠 및 헵탄도 동일한 이성질체에 속하는 화합물을 총칭하는 것이다.

그리고 본 발명에서는 윤활기유를 사용 할 수 있다. 윤활기유는 2개의 물체가 서로 접촉해서 운동 할 때 그 운동을 방해하는 저항이 마찰인데, 이 마찰의 힘을 감소시키거나 마찰에 의해 발생하는 열을 제거할 목적으로 윤활기유를 사용 할 수 있다. 그 함량은 0.01∼5중량% 범위 내에서 사용하면 연비 향상과 마찰에의한 열을 감소시키는데 도움이 된다.

먼저 본 발명의 a)성분인 톨루엔은 엔진의 폭발력을 향상시키는데 사용되는 물질로서 전체 조성물에 대하여 0.1∼45 중량%, 바람직하게는 10∼30 중량%의 범위로 사용되는데, 상기 범위 아래로 사용하는 경우에는 충분한 엔진의 폭발력을 제공 할 수 없으며 상기 범위 이상의 경우에는 불완전 연소되어 매연을 많이 발생시킨다.

또한 본 발명에서 상기 a)성분에 자일렌을 추가하여 사용할 수도 있는데, 자일렌을 사용하는 경우에는 연료의 연소효율이 증가되어 연비가 향상되고 또한 매연의 발생량 등이 감소되는 효과를 가지는 물질로서 전체 조성물에 대하여 0.1∼45 중량%, 바람직하게는 10∼30 중량%로 사용 할 수 있다,

상기 자일렌 성분은 통상적으로 자일렌 이성질체 단독 또는 혼합된 자일렌 성분을 의미한다.

다음으로 본 발명의 b)성분인 에탄올, 바이오에탄올 또는 이들의 혼합물은 본 발명의 조성물에 따른 높은 옥탄가와 높은 압축비를 제공하는 것으로서 그 사용함량은 전체 조성물에 대하며 0.1∼85 중량%, 바람직하게는 5∼20 중량%의 범위로 사용하며, 상기 범위에 못 미치는 경우에는 충분한 옥탄가 상승효과와 압축비를 얻을 수 없고, 상기 범위를 상회하는 경우에는 연료 소모량이 많아진다

특히, 본 발명의 특징적인 부분으로서 청구범위를 100% 중량부에있어서 소수점 이하로부터 최고는 85중량% 까지 확대 기재한 이유는 발명의 양태 각각에 따라 내연 기관용 연료로서 효율을 극대화하기 위함이다,

가솔린은 일반적으로 항공가솔린과 자동차용가솔린, 공업용가솔린으로 분류 되고 있는데, 본 발명에서는 공업용 가솔린을 사용 하고 있다.

공업용가솔린(Industrial Gasoline, KSM2611)은 원유로부터 분리된 유분으로, 한국 산업규격(KS)의 용제 1호(벤진), 2호(고무휘발유), 3호(솔벤트 나프타). 4호(미네랄 스피릿), 5호(클리닝 솔벤트) 등을 사용할 수 있고, 상기 공업용 가솔린을 예로 들면 벤진(Benzine), 스투다드 솔벤트(Stoddard Solvent), Aromatic Solvent를 포함하고, 일반 관용 명칭으로 카나돌(Canadol), 이소파라핀 히드로 카본(Isoparsffin Hydro carbone), 리그로인(Ligroin), 미네랄 스피리트(Mineral Spirits), 나프타 리그로인(Naphtha Ligroin), 정제 솔벤트 나프타(Refined Solvent Naphtha), VM&P 나프타, 바니쉬마커 나프타(Vanish marker's Naphtha), 나프타 솔벤트(Naphtha Solvent), 나프타 스투다드 솔벤트(Naphfha Sfoddard Solvent), 화이트 스피릿(White Spirits), 스투다드 솔벤트 나프타(Stoddard Solvet Naphtha), 스투다드 솔벤트 유기솔벤트(Stoddard Solvent Orangic Solven대), 에나멜 신너(Enamel Thinner),미네랄신너(MineralThinner), 고무솔벤트(Rubber Solvent(Naphtha)), 바솔(Vasol) 등의 상품명으로 국제적으로 통용되고 있으며, 사용 함량은 5∼69 중량%, 더욱 좋게는 5∼50중량%로 사용하는 것이 목적으로 하는 효과를 가장 적절히 얻을 수 있고, 또한 불순물에 의한 내연기관에 부착된 노즐의 막힘 현상 등을 방지할 뿐만 아니라 저온 시동성이 향상된다.

본 발명의 상 분리 방지제는 연료를 장기 보관 시 수분이 발생하고 차량의 연료 주입 시 연료통에 응축되거나 또는 일부 투입되는 물이 다른 성분과 서로 분리되어 엔진에서 연료가 연소될 때 노킹을 발생시키거나 또는 연료의 효율을 떨어뜨리는 것을 방지하는 성분으로서, 본 발명에서는 0.1∼9 중량%의 뷰틸 셀로솔브, 0.1∼11 중량%의 에틸 셀로솔브, 0.001∼6중량%의 로진산 유도체, 0.1∼13중량%의 미소프로판을, 0.1∼12 중량%의 이소부탄올 중에서 선택되는 어느 한 성분 이상을 사용하는 것이 엔진의 수명 연장에 더욱 좋다. 더욱 좋게는 뷰틸 셀로솔브, 에틸셀로솔브 또는 로진산 유도체에서 선택되는 어느 한 성분 이상을 사용하는 경우 더욱 우수한 상분리 방지제의 역할을 하며 엔진의 수명을 담보할 수 있음을 장기 운전테스트에서 알 수 있었다.

이소프로판올은 본 발명의 주 연료원인 친수성 메탄올과 소수성 방향족 화합물과의 계면장력을 줄여 조성물 간 물리적 혼화성이 잘 되도록 하는 역할을 하는 성분으로 그 함량은 전체 조성물에 대하대 0.1∼13중량% 사용할 수 있다

이소부탄올은 상기 이소프로판올보다 상분리 면에서는 다소 미약한 효과를 보이지만 에탄올의 단점인 저온 시동성 개선과 특히 알코올류의 단점인 과다한 연료 소모량을 줄이며 연비 향상 및 배출가스 저감에 월등한 효과를 가지는 성분으로서 0.1∼12중량%의 범주 내에서 사용하면 내연기관용 연료로 서 특히 좋다.

본 발명에 사용되는 로진산은 송진을 증류하여 얻을 수 있는 로진에 함유되어 있는 유기산이다. 로진은 송진을 증류하여 얻는 천연 수지로서 주성분으로 아비에트산, 네오아비에트산, 레포피마르산, 히드로아비에트산, 피마르산, 덱스톤산 등을 함유한다.

공지의 탄화수소 용제 분류방법으로 탄화수소는 형태에 따른 분류방법과 증류범위에 의한 분류방법으로 나눌 수 있는데, 전자는 순수물질로서 대개 단일비점인 끓는점으로 나타내지고, 후자는 험합물로서 비정범위(Boiling Range)로 나타난다. 본 발명의 탄화수소 용제는 혼합물로서, 후자의 분류방법에 따라 Paraffin계 탄화수소, Cyclopaffin계 탄화수소, Aromatic계 탄화수소로 분류된다.

그러나 본 발명에 사용하는 탄화수소 용제인 d)성분은 탄소수 4∼15개를 가진 파라핀계 탄화수소가 주요 성분으로 함유되어 있고, 소량의 시클로파라핀 탄화수소 등이 혼합된 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 조성물을 제공한다.

상기 탄화수소 용제는 Hydrotreated light straight run(petroleum). Naphtha(petroleum), hydrotreated light Naphtha, 등으로 불리며, 상품명으로는 ExxonMobil의 1520 Naphtha, Exxol Hexane Fluid, GS-Caltex의Techsol-S, 킥솔, SK의 Solvent-1호 등이 통용되고 있다.

또한 본 발명에서는 연비 향상을 위하여 첨가하는 아로마틱 탄화수소 흔합믈은 C8∼C14알킬치환 벤젠 유도체 또는 이들의 혼합물을 사용 하는데. Aromatic계 탄화수소의 예로서는 아로마택-100(ExxonMobil), Ashland Inc 에서 생산하는 Hi-Sol 10등의 일반명칭이 있다.

상기의 아로마틱-100(ExxomMobil)은 에틸벤젤,1-메틸-3에틸벤젠, 1,3,5-트리메틸벤젠, 1,2,4-트리메틸벤젠, 1,2,3-트리메틸벤젠, 이소프로필벤젠, 프로필벤젠,큐멘(Cumene), 1-에틸-2-메틸벤젠, 인단, 1-에틸-2.4-디메틸벤젠, 1-메킬-3-에틸벤젠, 나프탈렌. 나프탈렌유도체, 인단, 인단유도체, 중에서 선택되는 2종 이상의 성분을 포함하는 방향족 탄화수소 혼합물이다.

구체적으로 예를 들면, 엑슨모빌의 아로마틱-100(Aromatic-100), Ashland Inc 에서 생산하는 Hi-Sol 10. SK의 Kocosol-100 이나 코코졸-150(SK), 테크솔-100(GS-칼텍스), 폴리에틸벤진, 헤비 아로마틱 나프타(Heavy Aromatic Naphtha), 하이프래쉬 아로마틱(High flash Aromatic), 쉘솔 R(Shellsol R)등의 일반명칭으로 판매되는 물질이다. 특히 아로마틱 탄화수소 혼합물은 착화성과 연비 향상을 시키기 위해 사용하는 것으로, 그 함량이 1 중량%이하이면 목적으로 기대하는 정도의 높은 연비 향상을 기대하기 어렵고, 19 중량%를 초과하면 연소 시 발열량이 제한되어 그을음이 많이 발생한다.

본 발명에서는 상기 발명의 내연기관용 연료 조성물에 내연기관의 부식을 방지하기 위해 통상적으로 첨가되는 부식방지제 성분을 추가로 사용할 수 있는데, 상기 부식방지제는 공개된 문헌에 여러 가지가 제시되어 있으므로 예를 들어 아미노페놀, 알킬아민(Alkyl Amine), 소르브산 칼륨(Potassium Sorbate), 에틸렌글리콜 아세테이트(Ethylene Glycol Acetate) 등에서 적절하게 선택하여 단독 또는 병행하여 사용 가능하다. 다만, 첨가되는 부식방지제의 함량은 0.05∼5 중량%가 바람직하데, 0.05 중량% 이하이면 목적으로 하는 부식방지 효과를 충분히 달성할 수 없고, 5 중량% 이상이면 부식방지제를 포함하는 대체연료로서의 경제성 및 효과에 문제가 생긴다.

본 발명에서는 바이오메탄올을 사용하는 경우에 바이오에탄올 성분 자체가 옥탄가 향상제로 사용할 수 있어 기존의 공해물질로 분류되던 MTBE를 사용하지 않고도 높은 옥탄가를 얻을 수 있지만, 각 나라의 특수성을 고려하여 MTBE, ETBE 또는 이들의 혼합물을 일부 추가하여 사용할 수도 있다. 옥탄가 향상제를 사용하는 경우에는 전체 조성물에 대하여 1 내지 17중량%를 사용하며, 좋게는 여름철에는 4∼8 중량%, 겨울철에는 8∼12 중량%를 사용하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에서는 b)성분인 에탄올, 바이오에탄올 또는 이들의 혼합물에 대하여 메탄올을 0.1∼85중량% 혼합하여 사용 가능하다. 그러나 메탄올을 단독으로 사용하는 경우에는 포름알데히드 생성과 부식우려 등이 있을 뿐만 아니라, 에탄올을 사용하는 것과 비교하며 엔진 성능이 떨어져 에탄올과 바이오에탄올 또는 이들의 혼합물과 혼합하여 사용하는 것이 성능 향상에 도움이 된다.

본 발명의 내연기관용 연료 조성물에 포함되는 에탄올은 순도 95%이상의 합성 에탄올을 사용할 수 있다. 물론 에탄올의 순도가 높을수록 불완전 연소 및 엔진 부식발생과 같은 우려를 최소화할 수 있으나, 무수 에탄올은 단가가 높아서 첨가량에 따라 연료로서의 경제성에 영향을 미친다. 또한 합성 에탄올의 단점을 극복하기 위해 천연에서 추출한 바이오에탄올을 사용할 수도있다. 즉, 바이오매스에 함유되어 있는 탄수화물(옥수수, 돼지감자,카사바 등)을 당으로 변환한 다음 이것을 알코올 발효시켜서 얻거나, 사탕수수나 사텅무우 등으로부터 직접 당을 추출하여 발효 후 얻은 바이오에탄올을 사용할 수 있다. 본 발명에서 바이오에탄올를 사용하는 경우에는 MTBE등의 옥탄가 향상제를 사용하지 않아도 충분한 옥탄가가 증가되는 부가적 효과를 가지므로 특히 좋다.

본 발명의 내연기관용 연료 조성물은 대기오염 배출을 낮추고, 특히 바이오대탄올을 사용하는 경우 배출가스 저감 및 환경오염 문제(지하수, 토양오염)를 해결할 수 있는 새로운 내연기관용 바이오 연료로서 옥탄가 향상제(대표적으로 MTBE)를 대체하는 장점을 가지고 있다. 따라서 본 발명의 또 다른 방면은 내연기관의 폐기물 배출을 낮추는 방법과 새로운 옥탄가 향상제와 관계가 있다. 그 중 단독적으로 혹은 이미 알고 있는 내연기관 연료와 본 발명의 내연기관용 연료 조성물을 혼 합하여 내연기관용 연료로 사용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 하나의 예로서는 상기 각각의 발명의 양태에서 바이오디젤을 전체 조성물 중에서 0.01∼85 중량% 추가하여 사용할 수 있다. 바이오 디젤은 통상적으로 디절 엔진에 주로 사용 하지만 가솔린 엔진에 소량을 사용하면 윤활 작용을 원활히 하여 연비 향상과 엔진의 수명을 연장하는 효과를 발휘하여 기존 가솔린을 사용할 때보다 더욱 우수한 효과를 나타낸다. 그러나 바이오디젤 함량이 과다 함유되면 응고되어 차의 오일 필터가 막힐 가능성과 시동력이 떨어지고 엔진 동력이 저하될 수 있어 좋지 않다. 그렇지만 디젤 엔진은 압축 폭발로 인해 동력이 발생 되므로 상기 범주 내에서 사용해도 무방하다.

또한 본 발명의 또 다른 하나의 예로서는 상기 발명의 각각의 양태에서 탄소수 1∼4개인 알코올류 중에서 선택된 어느 하나 이상의 알코올을 사용 할 수 있는데 디젤 엔진의 경우 상기 알코올을 소량 사용하면 산소량이 증가되어 폭발력을 증가 시킬 수 있고 또한 배출가스를 줄일 수 있어 좋다. 그러나 사용 함량은 5 중량% 범주 내에서 사용 가능하다, 특히 알코올을 적용 할 시에는 전체 조성물 중 탄소수가 많은 성분을 적당량 사용 하여 효과를 극대화 시켜야 한다. 이 또한 본 발명의 우수한 장점이라 할 수 있다.

또한 본 연료 조성물은 필요에 의해 1∼43 중량%의 케로센, 1∼32 중량%의 하이신, (삼성토탈(주)에서 생산하는 부생연료유 1호), 1∼36중량%의 하이닌 (삼성토탈(주)에서 생산하는 부생연료유 2호)중에서 어느 한 종류 이상의 성분을 추가적으로 포함하는 연료 조성물이다. 상기 하이신은 석유화학 공장에서 나프타 및 콘센 세이트(condensate)를 원료로 하며 제품을 생산하는 과정에서 생산되는 부산물로서 탄소수 9∼18개 정도의 중질 성분으로 구성되어 있으며 한국 산업규격(KS) 석유 및 석유 대체연료 사업법상 부생면료유 l호로 등록되어 있고, 업계에서는 하이신(Hi-Sene)으로 통용되고 있다.

상기 하이닌(C9+)도 석유 화학 공장에서 나프타를 원료로 하여 석유화학 제품을 생산 하는 과정에서 생산되는 제품으로서 부생 연료유 2호로 등록된 부산물이다. 상기 하이신과 하이닌은 부산물로서 내연기관용 대체원료로 활용하는 장점도 있지만 특히 하이닌(Hi-nine)의 경우 유동점이 -50도로서 겨울철 등 온도의 변화 없이 사용 가능하며 또한 황 성분이 낮아 연소 후 배기가스 중에 황산화물(SOX)이 적게 배출되는 장점이 있어 특히 좋다.

그리고 본 발명에서는 필요에 의해 탄소수 6∼26개의 지방족 알칸 및 지환족 알칸 성분을 1∼85중량% 임의적으로 부가하는 것도 본 발명에 포함된다. 더욱 구체적으로 설명하면 탄소수 6∼26개를 갖는 알칸, 그 알칸에 탄소수 1∼2개인 알칸이 곁사슬로 붙은 유도체, 톨루엔 그리고 탄소수가 5∼6개인 환형태 물질(cyclic compound)의 수소에 탄소수 1∼2개의 알칸이 치환된 유도체가 주를 이루고 있는 성분을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 조성물이다.

본 발명의 내연기관용 연료 조성물은 바로 내연기관 연료로 대제할 수 있다. 또한 내연기관용 연료는 휘발유 또는 디젤유에도 혼합하여 사용 가능하다. 이 구성은 본 발명에서의 또 다른 하나의 주제이다.

또한 본 발명의 연료 조성물은 가솔린 대체연료 및 첨가제로도 사용 가능하 다. 첨가제로 사용 할 경우 가솔린 전체 100중량% 중대서 본 연료 조성을 은 첨가량에 관계없이 사용해도 기존의 가솔린에 비해 연비 및 동력성능, 배출가스,소음 등에서 오히려 기존의 가솔린을 사용할 때보다 더욱 우수한 효과를 나타낸다.

본 발명의 내연기관용 연료 조성을 평가는 한국특허 등록번호 l0-0525362에 기재된 것과 동일한 방법인 유럽식 평가방법(ECE15+EUDC)으로 평가하였다. 비교대상 연료는 옥탄가 #93 무연 휘발유 연료를 사용하였다. 본 발명의 하기의 실시예 1 내지 6의 조성의 연료 조성물을 이용하였다. 이 때 차량은 ATK 엔진을 장착한 폭스바겐(VOLKSVAGEN)의 제타(JETTAFV7160Cix) 차량을 이용하여 측점법 GB18352.2-2001(주행시 배출가스 측정법), GB/T3845-93(시동시 배출가스 측정법), GB/Tl2543-90(자동차 동력성능 측정법), GB1495-2002(자동차 고속 주행시 차량외부 소음측정법)으로 평가, 분석하였다. 즉, 연료를 차량에 주입하고 200km를 주행한 후, 공회전중 배출가스 2차 측정, 주행시 배출가스 1차 측정, 연료 경제성 1차 측정, 동력성능 1차 측정, 소음을 1차 측정하였다.

[표 1] 테스트용 차량규격

[표 2] 테스트용 실험기기 및 설비

휘발유 품질기준 대비 한국석유품질관리원의 휘발유 성분분석 결과 및 본 연료조성물을 이용한 평가결과는 다음과 같다

특히. 본 발명에서는 별도의 옥탄가 향상제가 없음에도 불구하고 한국석유 품질관리원에서 성분 분석한 결과, 높은 옥탄가(97.6)를 가지는 것을 확인할 수 있었으며,특히 황 함량은 대폭 감소되었고, 인체에 치명적으로 유해한 벤젠은 미 검출 되었다.이 또한 본 발명의 우수한 장점이라 할 수 있다.

아래 조성에 따라 각 성분을 함께 혼합해서 본 발명의 내연면기관용 연료 조성물을 제조하여 연료의 성능 테스트를 하였으며,그 결과는 하기 표에 수록하였다.

[실시예 1]

1) 36중향%의 탄화수소 용제 (GS칼택스 생산Techsol-S)

2) 10중량%의 공업용가솔린(용제 1호)

2) 25 중량%의 톨루엔

3) 4 중량%의 아로마틱 탄화수소 혼합물 (SK의 Kocosol-100)

4) 2 중량%의 뷰틸셀로솔브

5) 10 중량%의 바이오에탄올

6) 1 중량%의 에틸셀로솔브

7) 2 중량%의 이소프로판올

8) 2 중량%의 이소부탄올

9) 5 중량%의 MTBE

10) 2 중량%의 케로센

11) 1 중량%의 하이신

[실시예 2]

실시예 1의 연료조성물 10 중량%와 93# 무연회발유 90 중량%를 혼합한 혼합연료를 제조하여 성능평가를 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성능평가를 실시하였다. 그 결과를 하기의 표에 수록하였다.

[실시예 3]

실시예 1의 연료조성물 40 중량%와 93# 무연휘발유 60 중량%를 혼합한 혼합연료를 제조하여 성능평가를 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성능평가를 실시하였다. 그 결과를 하기의 표에 수록하였다.

[비교예 1]

실시예 1의 연료조성물 대신에 93# 무연휘발유를 대체하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성능평가를 실시하였다. 그 결과를 하기의 표에 수록하였다.

[비교예 2]

실시예 1에서 바이오에탄올 대신에 메탄올을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였고 그 성능은 하기의 표에 수록하였다.

[실시예 4]

실시예 1에서 12 중량%의 톨루엔, 13 중량%의 자일렌 을 사용한 것을 제외하고는 동일 조성비로 구성한 연료 조성물을 성능평가 하였으며, 그 성능평가 결과를 하기의 표에 수록하였다.

[실시예 5]

실시예 1에서 MTBE대신에 ETBE를, 하이신 대신에 로진산 유도체를 각각 동일한 조성비로 구성된 것을 제외하고는 동일 조성비로 구성된 연료 조성물을 제조하여 성능평가 하였다.그 결과 본 발명의 연료는 출력과 시동 면에서 매우 우수한 효과를 가지는 것임을 알 수 있었다.

[실시예 6]

실시예 1에서 35.5 중량%의 탄화수소용제, 0.5 중량%의 바이오디젤을 사용한 것을 제외하고는 동일한 조성비로 구성된 연료 조성물을 사용하였다. 그 결과 배출가스 저감과 연비향상이 뚜렷하였다.

[표 3] JETTA(VOLKSVAGEN) 승용차 공회전중 배출가스 테스트 결과

GB18352.2-2001 방법에 따라 배출가스를 측정한 결과에 따르면 엔진 공회전 상태의 배출가스와 200km 주행한 후 배출가스 증가율은 없어 모두 공회전시 배출가스에서의 오염은 없었다.

[표 4] JETTA(VOLKSVAGEN) 승용차 오염물질 배출 및 연료 경제성 테스트결과

상기에서 보는 바와 같이 비교예 1(무연취발유) 보다 실시예 1 (바이오에탄올 함유)에서는 오염물질이 평균 35.71% 저감 되었고

연료소모량도 7.48%가 감소되었으며, 비교예 1(무연휘발유)보다 실시예 6(바 이오디젤 및 바이오에탄올 함유)에서는 오염물질이 평균 38.57% 저감되었고,연료소모량도 뚜렷하게 7.92%가 감소됨을 알 수 있었다.

[표 5] JETTA(VOLKSVAGEN) 승용차 동력성능 테스트 결과 (단위 : 초)

상기에서 보는 바와 같이 200km 주행한 후 기어를 4단 및 5단 가속 시 소요되는 시간은 일반 옥탄가 93의 무연휘발유(비교예 1)에 비하여 바이오에탄올 단독(실시 예 1)과 바이오메탄올 및 바이오디젤의 혼합물(실시예6)이 가속력이 빠름을 보여주고 있다.

[표 6] JETTA(VOLKSVAGEN)승용차 가속주행시 소음 측정

(1)비교예 1의 주행 200km이후 테스트 결과

(2)실시예 1의 주행 200km이후 테스트 결과

(3) 실시예 2의 주행 200km 이후 테스트 결과

(4) 실시예 3의 주행 200km 이후 테스트 결과

(5) 실시예 4의 주행 200km 이후 테스트 결과

(6) 실시예 5의 주행 200km 이후 테스트 결과

(7) 실시예 6의 주행 200km 이후 테스트 결과

상기의 소음측정 결과에서 보는 바와 같이 전체적으로 소음 감소 효과가 매우 우수함을 알 수 있다.

본 발명의 내연기관용 연료 조성물은 환경적인 측면에서 내연기관의 연료로 적용 시 기존의 가솔린 연료에 비하여 대기오염 물질의 생성 및 배출을 현저히 감소시키는 효과를 나타냈으며, 또한 에너지 효율 측면에서도 기존의 내연기관 연료에 비해 우수한 경제성 및 동력성능을 나타내고 또한 소음발생도 감소되었음을 알 수 있었다.

Claims (14)

1. a) 0.1∼45중량%의 톨루엔

   b) 0.1∼85중량%의 바이오 에탄올, 에탄올 또는 이들의 혼합물

   c) 5∼69 중량%의 공업용 가솔린

   d) 1∼75중량%의 공업용 가솔린 이외의 탄화수소 용제

   를 함유하는 내연 기관용 연료 조성물.
2. 제 1항에 있어서,

   전체 조성물의 함량에 대하며 a) 0.01∼20중량%의 부탄 유도체, b) 0.01∼30

   중량%의 펜탄 유도체, c) 0.01∼40 중량%의 헥산 유도체, d)0.01∼45 중량%의 벤젠 유도체, 및 e) 0.01∼20 중량%의 헵탄 유도체에서 선택되는 어느 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 조성물.
3. 제1항에 있어서,

   상기 탄화수소 용제는 탄소수 4∼15개를 가진 파라핀계 탄화수소를 주요 성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 조성물.
4. 제 1항에 있어서

   탄소수 6∼26개의 지방족알칸 및 지환족알칸 1∼85 중량%, 바이오디젤 0.01 ∼85중 량%,케로센 (Kerosens) 1 ∼43중량%,하이신 (Hi-Sene) 1 ∼32 중량%,하이닌(Hi-nine) 1∼36 중량%, 윤활기유 0.01∼5 중량% 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 성분을 더 포함 하는 내연 기관용 연료 조성물.
5. 제1항에 있어서,

   자일렌 0.1∼45 중량%를 추가적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 조성물.
6. 제1항에 있어서,

   아로마틱 탄화수소 혼합물 1∼19 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 조성물.
7. 제 1항에 있어서

   옥탄가 향상제인 MTBE, ETBE또는 이들의 혼합물 1 ∼ 17중량%를 더 포함 하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 조성물
8. 제1항에 있어서

   상기 연료 조성물은 전체 조성물 100중량%를 기준으로 0.1∼85 중량%의 메탄올을 추가적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 조성물.
9. 제 1 항에 있어서,

   뷰틸셀로솔브 0.1∼9 중량%, 에틸셀로솔브 0.1∼11 중량%, 로진산 유도체 0.001∼6 중량%, 0.1∼13 중량%의 이소프로판을, 0.1∼12 중량%의 이소부탄올 중에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 상분리 방지제로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 조성물.
10. 제 2항 내지 제 5항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서

    뷰틸셀로솔브 0.1∼9 중량%, 에틸셀로솔브 0.1∼11 중량%, 로진산 유도체 0.001∼6 중량%, 0.1∼13 중량%의 이소프로판을, 0.1∼12 중량%의 이소부탄올 중에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 상분리 방지제로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내면 기관용 연료 조성물
11. 제2항 내지 제 5항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서

    아로마틱 탄화수소 혼합물 1∼19 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 조성물.
12. 제2항 내지 제 5항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서

    옥탄가 향상제인 MTBE, ETBE또는 이들의 혼합물 1 ∼ 17중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내면 기관용 연료 조성물
13. 제1항 내지 제 5항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,

    상기 연료조성를은 전체 조성을 중 0.05∼5 중량%의 부식방지제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 조성물.
14. 제1항 내지 제9항 중에서 선택되는 어느 한 항에 기재된 상기 연료 조성물을 단독 또는 공지의 내연기관 연료 및 알코올 연료에 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 대체연료.