KR100751645B1 - 연료 첨가제 포뮬레이션 및 이를 사용하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에는 개선된 연료 첨가제 포뮬레이션, 연료 포뮬레이션을 사용하는 방법 및 제조하는 방법이 기술된다. 본 발명의 개선된 연료 첨가제는 니트로파라핀의 혼합물(니트로메탄, 니트로에탄 및 니트로프로판을 포함), 및 시판되는 개질된 에스테르 오일 및/또는 가용화제, 및/또는 톨루엔의 배합물을 포함한다. 니트로파라핀에 대한 에스테르 오일 및/또는 가용화제 및/또는 톨루엔의 비는 20부피% 미만이고, 니트로파라핀은 첨가제의 잔량을 포함하는 것이 바람직하다. 첨가제 포뮬레이션을 제조하는 방법 및 사용하는 방법이 또한 제공된다.

Description

연료 첨가제 포뮬레이션 및 이를 사용하는 방법 {IMPROVED FUEL ADDITIVE FORMULATION AND METHOD OF USING SAME}
발명의 분야
본 발명은 내부 연소 엔진을 위한 개선된 연료 첨가제 포뮬레이션(formulation), 및 이것을 제조하고 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 연료 첨가제는, 특히 자동차용의 개선된 모터 연료를 제공한다. 본 발명의 포뮬레이션은 가솔린 또는 디젤 연료 엔진, 및 자동차, 트럭, 및 다양한 다른 엔진 용도에 유용하다. 바람직한 구체예에서, 본 발명은 배출물을 감소시키고 성능 및 환경 보건 및 안전성을 개선하며 모터 연료와 관련된 독성 물질의 위험을 감소시키기 위한 첨가제 포뮬레이션, 및 상기 포뮬레이션을 제조하고 사용하는 방법이다.
발명의 배경
상당 기간 동안, 많은 회사 및 사람들은 내부 연소 엔진의 성능을 개선시키고 유해한 환경적 효과를 감소시키고자 노력해 왔다. 미국에서 자동차 사용의 증가는 자동차 배출물의 감소를 상쇄하였기 때문에, 입법자, 단속자, 석유 및 자동차 업계 및 기타 집단들은 차로 인한 대기 오염을 다루기 위한 새로운 방법을 모색해 왔다. 이러한 노력의 일환으로서, 이들 집단은 점점 연료 및 연료 첨가제의 개질에 촛점을 맞추고 있다. 아마, 대기 오염 억제와 관련된 가장 잘 알려진 연료 개 질은 가솔린으로부터 노킹방지 화합물로 사용되는 납을 제거하는 것이다.
1990년 개정된 대기 보전법(Clean Air Act)에는 독성 대기 오염 물질 및 하절기 오존 오염을 유발하는 배출물의 배출을 감소시키기 위한 개질된 가솔린 프로그램, 및 동절기에 일산화탄소가 문제가 되는 지역의 일산화탄소 배출을 감소시키기 위한 산소화된 가솔린 프로그램을 포함하는 새로운 연료 프로그램이 포함되어 있다. 미국 환경 보호청(EPA) 및 캘리포니아 대기 자원국(CARB)과 같은 환경 기관들은 많은 연료 개질 노력을 강요하는 많은 법규들을 공포하였다. 자동차 제조업체 및 석유 회사의 연합은 연료 포뮬레이션을 개선시키기 위한 기술을 널리 검토하여 "자동차/석유(Auto/Oil)" 연구로 지칭되는 것을 내놓았다. 상기 자동차/석유 연구의 데이터는, 허용되는 가솔린 포뮬레이션에 대한 CARB 모형과 같은 일부 규제적인 접근방법에 대한 기초를 형성하였다.
산소화된 가솔린 프로그램에 관하여, 가장 통상적으로 사용되는 산소첨가제는 바이오매스(미국에서는 대개 곡물 또는 옥수수)로부터 제조되는 에탄올, 및 대개 천연 가스로부터 제조되는 메탄올로부터 제조된 메틸 3차 부틸 에테르(MTBE)이다. 에탄올 및 MTBE와 같은 산소첨가제는 엔진 노킹을 억제하는 경향의 기준인 연료의 옥탄가를 증가시킨다. 또한, MTBE는 가솔린과 잘 혼합되며 기존의 가솔린 파이프라인 배급망을 통해 용이하게 수송된다[참조: American Petroleum Institute website: Issues and Research Papers (http://www.api.org/newsroom.cgi) "Questions About Ethanol" and "MTBE Questions and Answers"; and "Achieving Clean Air and Water: The Report of the Blue Ribbon Panel on Oxygenates in Gasoline"].
개질된 가솔린은 배기 및 증발물로 인한 대기 오염을 감소시키고, 생성되는 배출물의 광화학 반응성을 감소시키기 위하여 혼합되어 왔다. 개질된 가솔린은 EPA의 행정관에 의해 인증되고, 2중량% 이상의 산소첨가제를 포함하여야 한다(소위 "산소 강제(oxygen mandate)"). 에탄올 및 MTBE는 모두 개질된 가솔린 제조에 사용된다.
에탄올(및 기타 알코올계 연료) 및 MTBE는 현저한 단점을 갖고 있다. 에탄올계 연료 포뮬레이션은 성능이 증가되고 배출이 감소되며 환경적으로 안전한 요망되는 조합을 이끌어내지 못한다. 이들은 실질적으로 직류(straight-run) 가솔린 보다 성능이 우수하지 않으며 연료의 비용을 증가시킨다.
에탄올 또는 MTBE를 가솔린에 첨가하면 연료의 에너지 함유량이 희석된다. 에탄올은 MTBE 보다 에너지 함유량이 낮으며, 직류 가솔린보다 에너지 함유량이 낮다. 에탄올은 동일한 부피의 가솔린의 에너지 함유량의 약 67%만을 함유하며 동일한 부피의 MTBE의 에너지 함유량의 약 81%만을 함유한다. 따라서, 동일한 거리를 이동하는데 더 많은 연료가 필요하여, 연료 비용이 높아지고 연료 경제성이 낮아진다. 또한, 에탄올/가솔린 블렌드에 더해지는 가솔린의 휘발성은 블렌드중의 알코올의 증가된 휘발성을 상쇄시키기 위해 추가로 감소되어야 한다.
에탄올은 비용 효율적인 것으로 알려져 있지 않으며 공급이 제한받기 쉽다. 공급 제한, 배급 문제, 및 농업 조건에 대한 의존성으로 인해, 에탄올은 고가이다. 미국 석유 협회는, 1999년도에 에탄올이 에너지가 동일한 양의 가솔린 가격의 약 2 배인 것으로 보고하였다. 농업 정책 또한 에탄올 공급 및 가격에 영향을 미친다.
에탄올은 또한 물에 대한 친화성이 석유 제품보다 크다. 이것은 잔류 수분량을 항상 함유하는 석유 파이프라인으로 수송될 수 없다. 대신, 에탄올은 통상 트럭으로 수송되거나, 가솔린이 제조되는 장소에서 제조된다. 에탄올은 또한 부식성이 있다. 또한, 보다 고농도에서는, 엔진이 에탄올 블렌드를 사용하기 위해 변형되어야 한다.
에탄올은 또한 다른 단점이 있다. 에탄올은 직류 가솔린에 비해 증기압이 높다. 에탄올의 높은 증기압은 130°F를 초과하는 온도에서 연료 증발을 증가시켜, 휘발성 유기화합물(VOC) 배출을 증가시킨다. EPA는 VOC 배출이 에탄올 블렌드에 있어서 현저히 증가할 것으로 단정하였다[참조: Reformulated Gasoline Final Rule, 59 Fed. Reg. 7716, 7719 (1994)].
마지막으로, 많은 연구들이 음료로서 에탄올의 건강상의 효과에 대해 촛점을 맞추고 있으나, 연료 첨가제로서의 에탄올의 용도를 다룬 연구는 거의 없었다. 에탄올은 그 환경 동태 및 노출 가능성의 관점에서 충분히 평가된 적이 없었다.
MTBE 또한 단점이 있다. MTBE는 처음에는 옥탄가를 증가시키기 위해 가솔린에 첨가되었다. 1990년 대기보전법 개정에 따라, MTBE는 대기 오염을 감소시키기 위해 산소첨가제로서 보다 대량으로 첨가되었다. 불행히도, MTBE는 이제 미국 전역에서 배출(즉, 지하 가솔린 저장 탱크의 누출, 누출 사고, 수송중 누출, 자동차 사고로 인한 연료 배출 등)로 인해 지하수의 오염물로서 제시되고 있다.
MTBE는 특히 물에 용해되기 때문에 지하수 오염물로서 문제가 된다. 이것은 매우 이동성이고, 토양 입자에 달라붙지 않으며, 쉽게 분해되지 않는다. MTBE는 약 20년 동안 옥탄 증가제로서 사용되어 왔다. 따라서, MTBE에 의해 제기되는 환경 및 보건상의 위험은 가솔린의 경우와 유사하다. 일부 당국에서는 모든 누출되는 지하 연료 저장 탱크 지점의 65%가 MTBE의 배출을 수반하는 것으로 추정하고 있다. MTBE는 31개 주에서 9,000개의 커뮤니티 상수도를 오염시킬 수 있는 것으로 예측된다. 캘리포니아 대학 연구에 따르면, MTBE는 캘리포니아주에서만 10,000개 이상의 지하수 지점에 영향을 미친 것으로 나타났다. 문제의 전말은 추가 10년 동안에도 알려지지 않을 수 있다[참조: "MTBE, to What Extent Will Past Releases Contaminate Community Water Supply Wells?," ENVIRONMENTAL SCIENCE AND TECHNOLOGY, at 2-9 (May 1, 2000)].
EPA는 또한 MTBE가 적어도 흡입되는 경우에는 발암성이 있는 것으로 단정하였다. MTBE의 다른 달갑지 않은 환경적 특성은 매우 저농도(ppb)에서도 혐오스러운 냄새와 맛을 갖는다는 것이다. 이러한 단점 때문에, 미국 정부는 MTBE를 가솔린 첨가제로서 사용을 금지할 것을 고려중이다. 1999년 9월, EPA는 MTBE 사용을 줄이거나 단계적으로 제거할 것을 권장하였다. 일부 주에서는 MTBE 사용을 정지시키거나 줄일 계획이다. 캘리포니아주는 2002년까지 이를 단계적으로 없앨 계획을 하고 있고, 메인주는 이미 대기질 기준을 충족하는 다른 방법을 찾을 수 있다면 MTBE 사용을 중지해도 좋다는 EPA의 허가를 받았다. EPA는 또한 동절기에 가솔린에 MTBE 사용을 중지한다는 뉴저지주의 요청을 승인하였다.
MTBE로 인한 환경적 위협은 동일한 부피의 직류 가솔린의 경우보다 훨씬 클 수 있다. 가장 위험한 것으로 고려되는 가솔린의 성분은 방향족 탄화수소, 즉 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 및 크실렌(통칭, "BTEX")이다. BTEX 방향족 탄화수소의 식수 오염 허용 한계는 최저이다. 에탄올과 MTBE는 모두 그 자신의 독성과는 별도로, BTEX 화합물에 의한 환경 위험성을 증가시킨다. 에탄올과 MTBE는 가솔린에서 BTEX 화합물에 대한 공용매(co-solvent)로서 작용한다. 결과적으로, 에탄올 및/또는 MTBE를 함유하는 가솔린 오염원으로부터 BTEX 플룸(plume)은 산소첨가제를 함유하지 않는 것보다 멀리 그리고 빠르게 이동한다.
BTEX 방향족 화합물은 MTBE 보다 물에 대한 용해도가 비교적 낮다. BTEX 화합물은 토양 및 지하수에 누출될 때 그 자리에서(in situ) 생분해되는 경향이 있다. 이는 적어도 어느 정도 자연적인 약화를 제공한다. 그러나, BTEX 화합물에 비해, MTBE는 1차수 이상에 의해 현저히 낮은 속도로, 10배 이상 느리게 생분해된다. 일부 당국에서는 MTBE가 최초의 오염물 수준의 수% 미만으로 분해되는 데 필요한 시간은 약 10년인 것으로 추정하고 있다.
다른 구상들은 청정 연소 -- 개질된 -- 가솔린(RFG)을 포뮬레이션화하기 위한 노력을 포함하였다. 예를 들어, 유니온 오일 컴파니 오브 캘리포니아(UNOCAL)는 다양한 RFG 포뮬레이션을 포함하는 많은 미국 특허를 확보하였다[참조: Jessup, et al., U.S. Pat. No. 5,288,393, for Gasoline Fuel (Feb. 22, 1994); Jessup, et al., U.S. Pat. No. 5,593,567, for Gasoline Fuel (Jan. 14, 1997); Jessup, et al., U.S. Pat. No. 5,653,866, for Gasoline Fuel (Aug. 5, 1997); Jessup, et al., U.S. Pat. No. 5,837,126 for Gasoline Fuel, (Nov. 17, 1998); Jessup, et al., U.S. Pat. No. 6,030,521 for Gasoline Fuel (Feb. 29, 2000)]. UNOCAL 특허는 가솔린의 블렌딩에서 많은 종말점을 명시하고 있고, 선택된 오염물, 즉 일산화탄소(CO); 질소 산화물(NOx); 불완전연소 탄화수소(HC); 및 기타 배출물의 배출을 감소시키는 것을 취지로 하고 있다.
UNOCAL은 이미 RFG 특허중의 하나를 실시하였다[참조: Union Oil Company of California v. Atlantic Richfield, et al., 34 F.Supp.2d 1208 (C.D. Cal. 1998); and Union Oil Company of California v. Atlantic Richfield, et al., 34 F.Supp.2d 1222 (C.D. Cal. 1998)]. 미지방법원 판결은 UNOCAL의 특허받은 RFG 포뮬레이션에 대해 상당한 로얄티 요금(갤론당 5 ¾센트)를 설정하였다. 이는 영향을 받은 업계에서 모터 연료의 비용을 현저히 상승시켰다. 상기 판결은 항소시에 지지되었으나[Union Oil Company of California v. Atlantic Richfield, et al., 208 F.3d 989, 54 USPQ2d 1227 (Fed. Cir. 2000)], 미대법원은 재심을 부인하였다.
역사적으로, 모터 연료의 정제 및 판매의 마진은 좁아지는 경향이 있고, 전형적으로 갤론당 수센트 미만이다[참조: Alexi Barrionuevo, "Stumped at the Pump? Look Deep into the Refinery," WALL STREET JOURNAL, B1 (May 26, 2000)]. RFG는 정제업자에 추가의 비용을 부담시킨다. 이러한 포뮬레이션은 직류 가솔린에 비해 완제품의 가격을 증가시킨다[참조: Memorandum from Lawrence Kumins, Specialist in Energy Policy, Resources, Science and Industry Division, Library of Congress, to Members of Congress, "Midwest Gasoline Price Increases (Jun. 16, 2000)]. UNOCAL의 갤론당 5 ¾센트의 로얄티 요금은 RFG에 대해 상당 금액의 추가 비용을 부담시킨다.
이러한 많은 문제들이 이러한 다양한 대체품 각각의 유효성이나 비용 효율성을 손상시켰다. 알코올은 개선된 모터 연료에 대한 성능 및 배출 필요를 해결하지 못하였다. MTBE는 허용되지 않는 환경(토양 및 지하수) 및 공중 보건상의 문제점을 가져온다[참조: Methyl Tertiary Butyl Ether (MTBE), 65 Fed.Reg. 16093 (2000) (to be codified at 40 C.F.R. pt. 755) (proposed Mar. 24, 2000)]. 개질된 가솔린은 논란이 있으며 고가이다. 따라서, 성능을 증가시키면서(또는 적어도 성능을 손상시키지 않으면서), 모터 연료로부터의 배출 및 환경 및 공중 보건상의 위험성을 감소시키는 개선된 가솔린 포뮬레이션에 대한 요구는 상당히 크며 충족되지 않고 있다. 본 발명은 이러한 요구를 충족시킨다.
본 발명은 특히 자동차에서 내부 연소 엔진의 성능을 증가시키고 이로부터의 배출을 감소시키기 위하여 니트로파라핀 및 에스테르 오일의 독특한 배합물을 사용한다. 니트로파라핀은 상이한 엔진에 사용되는 종래의 연료 포뮬레이션에 사용되어 왔으나, 본 발명의 결과는 달성한 적은 없다. 예를 들어, 니트로파라핀은 모델 엔진, 터빈 엔진, 및 기타 특수 엔진에서 연료 및/또는 연료 첨가제로서 오랫동안 사용되어 왔다. 니트로메탄 및 니트로에탄은 취미생활자에 의해 사용되어 왔다. 니트로파라핀은 또한 에너지 함유량이 극도로 높기 때문에, 자동차 가속 경주, 및 다른 경주 용도로 널리 사용되어 왔다.
그러나, 자동차용 모터 연료에서 니트로파라핀의 사용은 몇가지 뚜렷한 단점이 있다. 첫째로, 일부 니트로파라핀은 폭발성이며 상당한 위험을 가져온다. 둘 째로, 니트로파라핀은 일반적 가솔린 보다는 현저히 고가이어서, 자동차용으로는 사용되지 않는다. 셋째로, 니트로파라핀은 자동차용 엔진과는 매우 상이한 특수 엔진에서 일반적으로 사용되어 왔다. 넷째로, 니트로파라핀의 높은 에너지 함유량은 엔진의 변형, 니트로파라핀과 연료 둘 모두의 수송, 저장 및 취급에 추가의 관리를 필요로 한다. 또한, 일부 연료 용도에서, 니트로파라핀은 겔화되는 경향이 있었다. 니트로파라핀은 높은 가격 및 극도로 높은 에너지 함유량으로 인해 자동차용 연료로서는 사용되지 못하였다. 또한, 극도의 휘발성 및 니트로메탄으로부터의 폭발 위험 때문에 자동차용 모터 연료로서 사용하지 않도록 교시되었다.
이러한 단점에도 불구하고, 니트로파라핀을 함유하는 연료 포뮬레이션에 대해 특허가 허여되어 왔다. 이들중 하나인 엔진 연료에 대한 마이클(Michaels)의 미국 특허 제 3,900,297호(1975. 8.19) 특허는 니트로파라핀 조성물을 포함하는 엔진용 연료 포뮬레이션을 기술하고 있다. 마이클은 니트로파라핀 포뮬레이션이 왕복운동하는 내부 연소 엔진에서 조기 점화(pre-ignition)하는 경향이 있음을 언급하고 있다. 또한, 마이클은 니트로파라핀이 탄화수소중에 쉽게 혼화되지 않음을 언급하고 있다.
마이클은 탄화수소에서의 니트로파라핀의 용해도를 증가시키기 위한 포뮬레이션을 기술하고 청구하고 있다. 마이클은 니트로파라핀이 합성 에스테르 윤활유를 포함시킴으로써 가솔린에 용해될 수 있다는 것을 청구하고 있다. 마이클은 비점이 140 내지 400°F인 시판되는 모든 가솔린이 적합한 것으로 명시하고 있다. 마이클은 자신이 특정한 수준으로 에스테르 윤활유를 포함시키면 "그렇지 않을 경우 혼화되지 않는 니트로알칸/가솔린 블렌드가 완전히 혼화될 것"이라고 주장한다[참조: Michaels '297 patent, at Col. 2, II. 27-28].
마이클은 자신의 발명에서 에스테르 윤활유를 포함시키는 장점중의 하나는 상부 실린더 윤활을 제공하는 점이라고 하기와 같이 명시하고 있다: "왕복운동하는 연소 엔진용 연료 조성물중에 에스테르 윤활제를 포함시키는 것은 엔진 내부에서 내부 윤활을 제공하여 엔진 마모를 감소시키고 엔진 효율성을 개선시킨다는 추가의 장점을 갖는다"[참조: Michaels, '297 patent at Col. 2, II. 31-35]. "본(마이클의) 발명의 연료 조성물에 사용하기에 적합한 타입의 에스테르 윤활제는 현대 제트 엔진에서 "합성 오일"로서 널리 사용되어온 것들을 포함한다. 이들은 에스테르 타입의 국방 규격(Military Specifications) MIL-L-7808 및 MIL-L-9236을 충족하는 시판되는 합성 윤활유를 포함한다. 본 발명의 조성물에 사용하기에 적합한 시판되는 합성 윤활유의 특정예는 텍사코 SATO No. 7730 합성 항공기 터빈 오일(Texaco SATO No. 7730 Synthetic Aircraft Turbine Oil), 몬산토 스카이루브 No. 450 제트 20 엔진 오일(Monsanto Skylube No. 450 Jet 20 Engine Oil), 및 [모빌] II 터빈 오일을 포함한다"[참조: Michaels '297 patent, at Col. 3, II. 11-21]. 마이클은 많은 에스테르 오일의 화학적 포뮬레이션을 기술하고 있다[참조: Michaels '297 patent, at Col. 3, II. 11 to Col. 6, II. 42]. 본 발명의 에스테르 윤활유는 마이클의 '297 특허에서 기술된 것들 및 본 발명의 목적을 달성하기에 적합한 임의의 다른 에스테르 오일을 제한없이 포함한다.
마이클은 하기와 같이 명시하고 있다: "상기 설명한 시판되는 에스테르 오일 은 대개 성능을 개선시키기 위한 첨가제를 윤활제로서 함유하고 있고, 이 첨가제는 본(마이클의) 연료 조성물에서 이러한 오일의 성능에 통상적으로 불리한 영향을 미치지 않는다. 일반적으로, 용이하게 사용할 수 있기 때문에, 시판되는 합성 에스테르 터빈 오일 형태의 에스테르 오일을 사용하는 것이 바람직하다"[참조: Michaels '297 patent, at Col. 4, II. 44-50]. 마이클은 이러한 에스테르 오일에서 시판되는 통상적인 첨가제를 단지 포함시키는 것만이 아니라, 명백히 이를 선호하고 있다.
시판되는 에스테르 오일에 일반적으로 포함되는 이들 첨가제에는 난연제가 있다. 이들 난연제는 니트로파라핀의 혼화성을 손상시키지 않고 오일의 연소를 억제하여, 에스테르 오일이 상부 실린더를 윤활시키도록 한다.
마이클은 하기와 같이 명시하고 있다: "에스테르 오일은 균질한 액체 연료 조성물을 제공하는 데 필요한 최소량으로 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 양 미만으로 사용하면, 액체 성분이 물리적으로 층분리된 불균질한 조성물이 생성되며, 과량의 에스테르 오일을 사용하는 것은 낭비이고 엔진내에 과도한 탄소 침착, 점화전의 오손 및 일반적으로 불만족스러운 엔진 작동을 초래할 수 있다. 조성물의 균질성을 달성하기 위해 필요한 에스테르 오일의 정확한 양을 결정하는 일반적인 법칙은 규정될 수 없으며, 이는 이러한 양은 가솔린, 니트로알칸 및 에스테르 오일의 타입 및 가솔린 및 니트로알칸이 조성물에 혼입되는 비율과 같은 변수에 따라 다르기 때문이다. … 일반적인 지침으로서, 1 내지 4부의 에스테르 오일 대 8부의 니트로알칸 비율로 에스테르 오일을 사용하면, 통상적으로 균질한 블렌드를 제공할 것이다"[참조: Michaels '297 patent, at Col. 5, II. 47 to Col. 6, II. 2].
마이클이 첨가제 또는 연료에 대하여 유일하게 기술한 것은 하기와 같이 균질한 블렌드를 제공하는 데 적합한 에스테르 오일의 양을 결정하는 방법에 관한 것이다: "에스테르 오일의 필요량은, 통상의 성질을 간단히 실험하여, 예를 들어 먼저 니트로알칸을 목적하는 양으로 가솔린에 첨가한 다음, 에스테르 오일을 소량 나누어 첨가한 후, 각 첨가후에 균질한 블렌드를 수득할 때까지 철저히 혼합하여, 용이하게 결정할 수 있다"[참조: Michaels, '297 patent, at Col. 5, II. 61-66]. 대조적으로, 본 발명의 방법 및 이 방법에 의해 수득된 생성물은 마이클의 것과는 상이하다.
마이클은 그의 발명이 연소 효율성을 개선시킨다고 하기와 같이 주장하고 있다: "본 발명의 연료를 사용하는 장점은 높은 마력을 산출하는 높은 BTU의 에너지 생성 및 청정 연소로 인해 연료 소모가 낮다는 점이며, 이는 (니트로알칸과 이들의 혼합물의) 첨가된 블렌드가, 글로우 플러그 엔진과 관련하여, 연소 효율성을 개선시키기 때문이다"[참조: Michaels '297 patent at Col. 6, II. 29-34]. 마이클은 "동일한 잇점이 이러한 연료가 다른 내부 연소 엔진이나 제트 엔진에 사용되는 경우 일어날 수 있다"라고 추측하고 있다[참조: Michaels '297 patent, at Col. 6, ll. 34-36]. 그러나, 마이클은 이러한 추측을 뒷받침할만한 데이터를 제시하지 않고 있다. 또한, 마이클은 마이클 연료의 높은 BTU 함유량과 높은 연료 효율성은 별도로 하고, 마력의 증가나 배출의 감소는 증명하고 있지 않다.
마이클은 5 내지 96부피%의 가솔린 및 95 내지 5부피%의 첨가제를 포함하는 연료를 청구하고 있다. 마이클의 첨가제는 10 내지 90%의 니트로파라핀과 90 내지 10%의 에스테르 윤활유를 포함한다. 마이클은 그의 연료가 첨가제와 가솔린의 균질한 블렌드임을 청구하고 있다. 마이클은 그의 결과가 니트로파라핀을 가솔린에 용해시키는 에스테르 윤활유의 능력 때문으로 보고 있다. 마이클의 성분들은 블렌드이며 서로 반응하지 않는다. 이들은 단순한 혼합물이다.
본원의 발명자들은 마이클에 의해 기술되고 청구된 포뮬레이션이 자동차용 모터 연료로서 사용되었다고는 생각하지 않는다. 마이클은 자동차용 연료 첨가제를 판매하였으나, 본원의 발명자들은 마이클이 판매한 첨가제가 그의 '297 특허에 기재된 첨가제와는 상이하였을 것으로 생각한다.
마이클의 연료는 0.5 내지 81.5부피%의 니트로알칸을 포함한다. 이렇게 높은 수준에서, 마이클의 포뮬레이션은 자동차용이 아님을 강력하게 시사한다. 니트로알칸의 에너지 함유량은 자동차용으로는 너무 높다. 마이클 자신은 모델 엔진, 터빈, 제트 엔진, 및 기타 특수 용도에 대한 실시예만을 제공하였다. 당업자는 마이클이 가능한 자동차 연료를 제시한 것으로는 이해하지 못할 것이다. 높은 니트로알칸 수준은 자동차 엔진을 손상시키거나 파괴할 것이다.
마이클의 첨가제의 가격은 가솔린의 가격보다 상당히 높다. 심지어 5부피%의 농도에서, 마이클의 교시내용에 따라 블렌딩된 완제 포뮬레이션의 가격은 동일한 부피의 가솔린의 가격보다 수십배는 아니더라도, 수배는 높을 것이다. 마이클이 95부피% 이하 범위로 교시한 고농도에서, 가격은 매우 비싸다. 마이클의 연료는 자동차용으로는 비용효율적이지 않다.
1985년 이전에, 유사한 조성물이 모쉬 탈(Moshe Tal)이라는 사람에 의해, TK-7이라는 법인을 통해 판매되었다. 탈씨는 상기 포뮬레이션을 "ULX-15"로 판매하였다. 1985년에서 1987년 3월까지, 탈은 '297 특허에 따라 제조된 것으로 보고된 포뮬레이션을 에너젝스(Energex)라는 무역 회사에 공급하였다. 에너젝스는 이 제품을 FIELD AND STREAM과 같은 "아웃도어(outdoor)" 매거진에 광고함으로써 미국 서부 지역 전역에서 활발하게 판매하였다. 에너젝스 중역들은 낚시 경기와 같은 다양한 이벤트에 참석하여 낚시배 엔진에 사용하기 위한 에너젝스/TK-7 제품을 1회 이상 실물로 선전하였다. 에너젝스/TK-7 포뮬레이션은 좁은 비자동차 업계로만 판매가 제한되었다. 마이클은 후에 에너젝스/TK-7 포뮬레이션이 그의 '297 특허에 의해 포함됨을 주장하였다.
본원의 발명자들은 에너젝스/TK-7 포뮬레이션은 하기 표 1에 나타낸 조성으로 이루어진 것으로 생각한다:
"에너젝스/TK-7" 포뮬레이션
성분 포뮬레이션의 부피 (전체중의 부)
2-니트로프로판 35-38
니트로에탄 3-4
니트로메탄 1-2
모빌 제트 II™ ½-1
알코올(메탄올 또는 이소프로필) 1-2
전체 40 ½-47

1986년에, 마이클이라고 신분을 밝힌 사람이 에너젝스와 연락을 취하였고, 에너젝스의 첨가제가 마이클의 '297 특허를 침해한다고 주장하였다. 에너젝스 중역중의 한 사람인 돈 영(Don Young)은 1986년 뉴욕에서 마이클와 만났다. 영은 마이클의 '297 첨가제의 제조법의 일부를 조사하였다. '297 특허에는 혼합 공정이 개시되어 있지 않지만, 영은 '297 조성물의 제조법이 특이적인 혼합 과정을 필요로 한다고 이해하였다. 에너젝스와 마이클은 에너젝스가 그 포뮬레이션을 계속 판매하기로 합의를 하였다.
본원의 발명자들은 에너젝스/TK-7 첨가제가 가솔린 및 디젤 연료 선외 모터 엔진용으로 판매된 것으로 보고 있다. 1 또는 2갤론의 디젤 연료를 디젤 포뮬레이션에 첨가하였다. 본원의 발명자들은 이 시기로부터(1987년 3월 이전에) 마이클 포뮬레이션의 어떠한 성능 시험도 알고 있지 않다. 1987년에, 에너젝스는 빈털털이가 되어 파산 선고를 받고 판매를 중지하였다. TK-7 제품은 1987년 3월부터 1988년 5월까지 판매되지 않았다.
1988년 5월, 영은 상기 제품을 약간 개질된 형태로 하여 "PbFree"사의 이름으로 판매하였다. PbFree는 마이클의 감독하에 더블유.알. 그레이스(W.R. Grace)로부터 제품을 확보하였다. PbFree는 상기 포뮬레이션을 "TGS"로서 판매하였다. PbFree가 판매한 첨가제의 TGS 포뮬레이션은 에너젝스/TK-7 포뮬레이션과 실질적으로 동일하였다:
PbFree "TGS" 포뮬레이션 (1988 ∼ 1990)
성분 포뮬레이션의 부피 (전체중의 부)
2-니트로프로판 35-38
니트로에탄 3-4
니트로메탄 1-2
모빌 제트 II™ ½-1
알코올(메탄올 또는 이소프로필) 1-2
전체 40 ½-47

본원의 발명자들은 1985년에서 1987년까지 분명히 판매된 에너젝스/TK-7 포뮬레이션에 대한 성능 데이터가 없는 것으로 알고 있으나, PbFree TGS 포뮬레이션에 대한 성능 시험은 1989년에서 1990년 사이에 수행되었다.
일반적으로, 모터 연료 시험은 매우 변동되기 쉬워, 정확하게 정의된 시험 파라미터와 제어를 필요로 한다. 가솔린은 조성이 극도로 가변적이다. 연료의 제어는 엔진 성능 시험으로부터 통계적으로 유의한 결과를 확보하는 데 필수적이다[참조: Annual Book of ASTM Standards 2000, Section Five: Petroleum Products, Lubricants, and Fossil Fuels, Volume 05.04, Petroleum Products and Lubricants (IV): D 5966-latest; American National Standards Institute (ANSI), "Automotive Fuels--Diesel--Requirement and Test Methods", Publication No. SS-EN 590, and "Automotive Fuels--Unleaded petrol--Requirements and Test Methods," Publication No. SS-EN 228; Society of Automotive Engineers (SAE), "Automotive Gasolines," Publication No. J312199807 (July 1998)].
유사한 조건하에서 동일한 포뮬레이션의 상이한 주행은 측정되는 배출 변수에 따라 5 내지 17%로 변화할 수 있다. 변동은 또한 성능 시험에서 수집된 데이터에 고유한 것이다. 차량은 성능이 상이하고, 동일한 차량이라도 매일 그 성능이 변화한다. "공칭적으로 동일한 차들"간의 변동은 많은 유사한 차량에서 동일한 연료를 사용한 반복된 횟수의 시험에 대한 평균값의 약 10 내지 27%일 수 있다[참조: The Effects of Aromatics, MTBE, Olefins and T90 on Mass Exhaust Emissions from Current and Older Vehicles--The Auto/Oil Quality Improvement Research Program. Society of Automobile Engineers (SAE) Technical Paper Series 912322, International Fuels and Lubricants Meeting and Exposition, Toronto, Canada (Oct. 7-10, 1991)]. 동일한 연료를 사용한 동일한 차량의 반복 시험에서, 결과는 평균값의 약 5 내지 17%로 변화할 수 있다(SAE, 1991). 습도와 같은 대기 조건이 또한 변동을 가져올 수 있다(SAE, 1991).
1989년에서 1990년까지 TGS 제품의 시험은 엔진 성능 시험의 신뢰성에 대해 일반적으로 인정되는 요건조차 충족하지 않았다. 따라서, TGS 시험 데이터의 변동은 5 내지 17% 보다 훨씬 높을 것으로 예측된다.
TGS 제품의 예비 시험은 네브라스카 대학과 클리블랜드 주립 대학에서 1989년에서 1990년에 수행되었다. 모두 소형 "파일럿(pilot)" 연구였다. 두 연구 기관에서는 초기 결과를 확인하기 위해 보다 적극적인 시험을 권장하였다. 본원의 발명자들은 이러한 결정적인 시험은 결코 수행되지 않았다고 생각한다.
클리블랜드 주립대학의 물리학과 로날드 헤이브론(Ronald Haybron) 교수는 1989년에 TGS 제품의 예비 평가를 수행하였다. 그는 하나의 차량을 시험하였고 일반적으로 인정되는 시험 기준에 의해 요구되는 표준 연료 포뮬레이션이 아닌 규정(87 옥탄) 무연 펌프 가솔린을 사용하였다. 동일한 측면에서(예를 들어 동일한 엔진 속도에서) 데이터가 측정되지 않았다. 과정, 적은 샘플수, 및 적합한 제어의 부재라는 이러한 한계로 인해 상기 클리블랜드주 연구로부터 어떠한 신뢰성있는 결론도 내리기 어렵다.
클리블랜드주 연구는 연료 갤론당 0.1온스의 첨가제 농도로 첨가제를 시험하였다. 이는 마이클의 '297 특허에서 명시되고 청구된 수준 미만인 첨가제의 농도이다. 마이클은 5 내지 95%(갤론당 6.25온스 내지 121.6온스) 또는 그 이상의 첨가제 농도를 기술하고 있다. 클리블랜드주 시험은 이러한 범위을 벗어나서 수행되었다. 상기 결과가 통계적으로 유의하지는 않지만, 헤이브론 교수는 대조 연구(well-controlled study)의 변동 이내에서 8 내지 20%의 마력의 개선 및 8 내지 10%의 일산화탄소 배출 감소를 주장하였다.
네브라스카 대학의 피터 젠킨스(Peter Jenkins) 교수는 이러한 결과를 재현하지 못하였다. 네브라스카 대학 기계공학과에서는 "TGS 연료 첨가제"에 대해 시험을 수행하였다. 네브라스카 시험은 첨가제의 각 농도에 대해 동일한 엔진 속도에서 데이터를 평가하였다. 그러나, 펌프 가스(표준 87 옥탄)를 또한 대조 참조 연료 대신에 사용하였다. 단지 2대의 차량만을 시험하였다. 일부 평가는 첨가제의 보다 고농도에서 개선을 나타냈지만(즉, 갤론당 0.5온스), 이것은 시험한 최저 농도에서, 있다고 해도 거의 차이를 나타내지 않았다(갤론당 0.1온스). 젠킨슨 교수는 상기 시험이 연료 소비의 10 내지 14% 개선을 입증하며, 이러한 값은 대조 연구의 변동 이내임을 주장하였다. 다른 파라미터에 대해서는 거의 또는 전혀 개선이 없었다.
1990년에, PbFree는 포뮬레이션을 변형하였으나, 계속하여 표 3에서 확인되는 조성을 갖는 첨가제를 판매하였다:
PbFree 포뮬레이션 (1990 ∼ 1998)
성분 포뮬레이션의 부피 (전체중의 부로 표시)
2-니트로프로판 28
니트로에탄 11-15
니트로메탄 6-15
모빌 제트 II™ 1
전체 46-59

본원의 발명자들은 PbFree사가 1991년에 리즈웨이 트럭킹 컴파니(Leaseway Trucking Company)와 쿠민스 엔진스 코포레이션(Cummins Engines Corporation)에 상기 제품을 판매하려고 했다고 생각한다. 이때, 상기 포뮬레이션은 마이클의 감독하에 더블유.알. 그레이스에 의해 공급되었다.
본원의 발명자들은 PbFree사가 브리감 영 대학(BYU)의 공학부에 시험을 위해 상기 제품을 제공하였다고 생각한다. 상기 제품은 마이클에 의해 제공되었다. 본원의 발명자들은 PbFree사 조성물이 BYU 시험에서 성능을 개선하거나 배출을 감소시키는 데 실패한 것으로 알고 있다.
1992년에, 마이클은 PbFree사에 제품 공급을 중단하였다. 영은 마이클의 '297 특허와 같이 공개적으로 입수가능한 정보원으로부터 마이클의 포뮬레이션을 복제하려고 하였다. 영은 '297 특허만으로는 마이클의 포뮬레이션을 복제할 수 없었으나, 1986년에 마이클이 첨가제를 제조한다는 영의 발견에 근거하여, 영은 특수한 혼합 단계가 필수적인 것으로 단정하였다. 영은 많은 방법 -- 교반, 폐쇄된 배럴내에서 성분 회전, 및 "써모에어레이션(thermoaeration)"-- 으로 실험하였고 판매용 첨가제 포뮬레이션을 제공할 수 있었다. 이들 혼합 과정은 마이클의 '297 특허에는 기술되어 있지 않다.
영은 1998년까지 "PbFree" 포뮬레이션으로서 상기 확인된 포뮬레이션을 계속 제조 판매하였고, 1998년 PbFree사는 작업을 중단하였다. 본원의 발명자들은 이 기간 동안 PbFree 포뮬레이션의 성능에 관한 시험이 없었던 것으로 알고 있다. 1998년에, 영은 엔바이로켐 엘엘씨(Envirochem, LLC, "Envirochem") 명의로 상기 첨가제를 판매하기 시작하였다. 엔바이로켐의 "EChem" 포뮬레이션은 표 4에서 확인된다:
엔바이로켐 "EChem" 포뮬레이션 (1998 ∼ 1999)
성분 포뮬레이션의 부피 (전체중의 부로 표시)
니트로프로판(1 또는 2) 29
니트로에탄 10
니트로메탄 10
톨루엔 5
모빌 제트 II™ 1
전체 55

마이클로부터 얻은 종래의 포뮬레이션(즉, 상기 ULX-15, TGS, PbFree, 및 EChem 포뮬레이션)에 부가하여, 다른 발명자들은 니트로파라핀 및 톨루엔 및/또는 에스테르 오일을 포함하는 첨가제를 개시하고 청구하였다. 이러한 많은 종래의 공지된 포뮬레이션들은 모델 엔진 연료 또는 윤활제로서 사용하기 위한 것이었다[참조: Brodhacker, U.S. Pat. No. 2,673,793 for Model Engine Fuel (Mar. 30, 1954); Hartley, U.S. Pat. No. 5,880,075 for Synthetic Biodegradable Lubricants and Functional Fluids (Mar. 9, 1999); and Tiffany, U.S. Pat. No. 5,942,474 for Two-Cycle Ester Based Synthetic Lubricating Oil (Aug. 24, 1999)]. 본원의 발명자들이 알고 있는 이들중 2개 특허는 연료 첨가제로서 사용하기 위한 니트로파라핀 및 에스테르 오일/톨루엔 포뮬레이션의 용도를 개시하고 있다[참조: Gorman, U.S. Pat. No. 4,330,304 for Fuel Additive (May 18, 1982); and Simmons, U.S. Pat. No. 4,073,626 for Hydrocarbon Fuel Additive and Process of Improving Hydrocarbon Fuel Combustion (Feb. 14, 1978)].
고르만(Gorman)은 첨가제의 3 내지 65중량%로 니트로프로판, 니트로에탄, 니트로메탄, 및 기타 물질을 포함하는 니트로파라핀의 혼합물을 기술하고 있다. 고르만은 또한 프로필렌 옥사이드, 3차-부틸 히드로퍼옥사이드, 니트로프로판 1 및 2, 및 아세트산 무수물과 함께 톨루엔이 본 발명을 초과하는 74중량%의 농도로 존재하는 포뮬레이션을 기술하고 있다[참조: Gorman, '304 Patent, Col. 9, II. 53].
사이몬스(Simmons)는 1부의 방향족 니트로산의 철염, 10 내지 100부의 니트로파라핀, 및 톨루엔일 수 있는 용매로 이루어진 혼합물을 기술하고 있다. 사이몬스는 에스테르 오일의 사용은 개시하고 있지 않다. 사이몬스의 일부 실시예에서는, 염을 용매 없이 연료에 직접 첨가한다. 사이몬스 실시예의 2개 이상에서, 용매는 연료 블렌드의 약 4분의 1이며, 이는 본 발명의 톨루엔 및/또는 에스테르 오일의 농도를 초과한다.
고르만도 사이몬스도, 다른 공지된 종래의 포뮬레이션중 어느 것도, 배출물을 감소시키는 본 발명의 독특한 잇점은 물론이고 본 발명의 니트로파라핀, 및 에스테르 오일 및/또는 톨루엔의 범위를 기술하고 있지 않다. 종래의 공지된 포뮬레이션은 본 발명과는 상이한 방법에 의해 제조되었다. 많은 종래의 공지된 포뮬레이션은 본 발명의 경우 보다 고농도로 연료에 사용된다. 그러나, 본 발명은 보다 낮은 첨가제 농도에서 배출물을 감소시킨다. 또한, 본 발명은 가솔린, 가솔린 및 MTBE, 가솔린 및 에탄올, 및 가솔린/에탄올/MTBE 포뮬레이션을 포함하는 많은 연료와 함께 사용될 수 있다.
2000년 1월에, 엔바이로켐의 자산이 본원의 양수인인 매그넘 엔바이론멘탈 테크놀로지스, 인크.(Magnum Environmental Technologies, Inc.)로서 사업하는 퍼스트 스탠포드 엔바이로켐 인크.(First Stanford Envirochem, Inc.)에 매각되었다. 본원의 발명자들은 종래의 공지된 포뮬레이션을 연구하여 개선시키기 위해 노력을 기울였다. 이러한 노력의 결과, 본원의 출원인은 새로운 포뮬레이션과, 이를 제조하고 사용하는 방법을 발명하였다.
본원의 발명자들은 EChem 포뮬레이션을 연구하기 시작하였다. 2000년 1월에 배출물 시험국(ETS)이 수행한 연구에서는, EChem 포뮬레이션이 표준 무연 가솔린 및 표준 가솔린+11% MTBE 둘 모두에 필적하거나 약간 불량한 성능을 나타내었으나, 가솔린에 비해 일산화탄소 배출을 감소시켰고, 가솔린+MTBE에 비해 NOx 배출을 감소시켰으며, 둘 모두에 비해 연료 효율성을 개선시킨 것으로 밝혀졌다.
본 발명은 상당한 측면에서 종래의 공지된 포뮬레이션, 및 알코올계(에탄올) 및 MTBE 연료 첨가제와는 상이하며, 종래의 공지된 포뮬레이션 보다 양호한 성능을 나타낸다. 본 발명의 한 구체예는 표 5에 기술되어 있다:
"MAZ 100" 포뮬레이션
성분 포뮬레이션의 부피 (전체중의 부)
1-니트로프로판 29
니트로에탄 10
니트로메탄 10
톨루엔 5
개질된 에스테르 오일 윤활제 1
전체 55

본원의 발명자들은 상기 포뮬레이션 및 본 발명의 조성물을 제조하는 방법에 많은 특별한 변화를 가하였다. 본원의 발명자들은 이들 변화가 관찰된 개선을 가져온 것으로 생각한다.
종래의 포뮬레이션은 2-니트로프로판, 또는 1-니트로프로판 및 2-니트로프로판의 배합물을 사용하였으나, 본원의 발명자들은 바람직하게는 이 포뮬레이션으로부터 2-니트로프로판을 제거한다. 2-니트로프로판은 공지된 발암물질이다. 이의 제거는 제품의 취급 안전성을 개선시킨다.
시판되는 에스테르 오일을 사용한 종래의 공지된 포뮬레이션과는 달리, 본원의 발명자들은 트리크레실 포스페이트를 제거하거나, 도입하지 않도록 에스테르 오일을 바람직하게 개질시킨다. 트리크레실 포스페이트는 공지된 신경독소이다. 또한, 트리크레실 포스페이트는 난연성이 있다. 본원의 발명자들은 이러한 개질이 특히 저온 시동시, 보다 낮은 첨가제 농도에서 배출물 감소라는 측면에서 본 발명에서 성능을 개선시키는 것으로 생각한다. 또한, 보다 안전한 제품 취급이 가능해진다.
본원의 발명자들은 바람직하게 톨루엔을 포뮬레이션에 첨가한다. 본 발명자들은 톨루엔이 가솔린중에 니트로파라핀을 에멀션화하거나 좀더 용해시켜 배출물을 감소시킬 수 있는 것으로 생각한다.
본원의 발명자들은 바람직하게는 에스테르 오일의 양을 대부분의 공지된 종래의 첨가제 미만 수준으로 낮춘다. 이것은 또한 배출물을 감소시키는 것으로 밝혀졌다.
본원의 발명자들은 바람직하게는 니트로메탄의 농도를 낮춘다. 니트로메탄은 또한 공지된 신경독소이다. 니트로메탄의 감소는 독성을 감소시키고 배출물을 감소시킨다.
본 발명은 바람직하게는 대부분의 공지된 종래의 포뮬레이션에 비해 연료에 보다 낮은 전체 농도로 사용된다. 이것은 또한 배출물을 감소시키고 독성을 감소시킨다.
본 발명은 종래의 포뮬레이션이 시험되지 않거나, 유효하지 않거나, 본 발명 의 잇점의 독특한 조합을 나타내지 못하는 농도에서, 성능을 개선시키고, 물질 취급 요건을 감소시키며, 환경 및 공중 보건 및 안전성 위험 및 배출을 낮춘다.
종래의 공지된 포뮬레이션이 성능 또는 배출의 개선을 제공하였음이 신뢰성있게 입증된 적은 없었다. 반면, 본 발명은 낮은 첨가제 농도에서 잇점을 달성한다. 따라서, 본 발명은 오랫동안 자각되었으나, 해결되지 않은, 환경적으로 안전하고 개선된 연료 첨가제에 대한 필요성을 충족한다. 본원의 발명자들이 인식하고 있는 종래의 포뮬레이션은 특히 저온 시동시 배출물을 감소시키지 않는다. 종래의 공지된 포뮬레이션은 본 발명을 제시하고 있지 않다.
발명의 목적
본 발명의 한 목적은 공지된 첨가제에 전형적인 첨가제 농도에서 개선된 성능을 제공하고, 보다 저농도에서 배출물을 감소시키면서, 종래의 공지된 첨가제 및 모터 연료와 관련된 많은 문제점이 회피된 모터 연료를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 공지된 모터 연료에 비해 개선된 성능을 나타내면서, 종래의 공지된 모터 연료와 관련된 많은 문제점이 회피된 모터 연료를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 종래의 공지된 모터 연료에 비해 배출물을 감소시키면서, 종래의 공지된 모터 연료와 관련된 많은 문제점이 회피된 모터 연료를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 에탄올 및 MTBE와 같은 산소첨가제에 대한 대체물 또는 보충물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 배출물을 감소시키는, 에탄올 및 MTBE와 같은 산소첨가제에 대한 대체물 또는 보충물을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 저온 시동시 배출물을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전체 탄화수소 배출을 감소시키는 개선된 연료 포뮬레이션을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비메탄계 탄화수소 배출을 감소시키는 개선된 포뮬레이션을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 일산화탄소 배출을 감소시키는 개선된 연료 포뮬레이션을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 NOx 형성을 감소시키는 개선된 연료 포뮬레이션을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 오존 형성을 감소시키는 개선된 연료 포뮬레이션을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 오존 형성에 대한 전구체의 형성을 감소시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저온 시동시 탄화수소 배출을 감소시키는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 저온 시동시 일산화탄소 배출을 감소시키는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 저온 시동시 NOx 배출을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 저온 시동시 오존 형성을 감소시키는 것이다.
본 발명의 추가의 목적 및 장점은 일부는 하기 설명에서 설명되며, 일부는 본 발명의 설명으로부터 명백하거나 본 발명의 실시에 의해 알 수 있다. 본 발명의 목적 및 장점은 첨부된 청구의 범위에서 특히 지적된 조합 및 수단에 의해 상세하게 실현될 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1은 표준 참조 연료인 인돌렌에 대한 본 발명의 첨가제(MAZ 100)을 포함하는 연료의 배출 개선 백분율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 MTBE에 대한 본 발명의 첨가제(MAZ 100)을 포함하는 연료의 배출 개선 백분율을 나타내는 그래프이다.
도 3은 RFG에 대한 본 발명의 첨가제(MAZ 100)을 포함하는 연료의 배출 개선 백분율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 표준 참조 연료인 인돌렌에 대한 종래 기술, 즉 MTBE를 포함하는 연료의 배출 개선 백분율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 표준 참조 연료인 인돌렌에 대한 종래 기술, 즉 RFG의 배출 개선 백분율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 표준 참조 연료인 인돌렌에 대해, 각각 본 발명(MAZ 100), 및 종래 기술인 MTBE 및 RFG를 포함하는 연료의 배출 개선 백분율을 나타내는 그래프이다.
발명의 간단한 요약
본 발명은 개선된 연료 첨가제 포뮬레이션 및 이것을 제조하고 사용하는 방법을 포함한다. 본원에서 구체화된 바와 같이, 본 발명은 니트로파라핀 및 에스테 르 오일 및/또는 가용화제 및/또는 방향족 탄화수소를 포함하는 연료용 첨가제 포뮬레이션, 및 상기 첨가제를 포함하는 연료를 포함하며, 상기 연료는 보일러, 터빈, 또는 내부 연소 엔진에서 연소될 때 상기 첨가제를 함유하지 않는 연료에 비해 배출물이 감소된다.
다른 구체예에서, 본 발명은 1-니트로프로판, 2-니트로프로판, 니트로에탄, 및 니트로메탄으로 구성된 군으로부터 선택된 0 내지 99부피%의 니트로파라핀을 포함하는 제 1 성분; 에스테르 오일 윤활제 및/또는 하나 이상의 화학적으로 상대적으로 극성인 말단과 하나 이상의 화학적으로 상대적으로 비극성인 말단을 갖는 가용화제, 및 방향족 탄화수소로 구성된 군으로부터 선택된, 첨가제 포뮬레이션의 실질적 잔량을 포함하는 제 2 성분을 포함하는 연료용 첨가제 포뮬레이션, 또는 상기 첨가제를 포함하는 연료를 포함하며, 상기 첨가제 포뮬레이션은 전체 탄화수소, 비메탄계 탄화수소, 일산화탄소, NOx, 및 오존 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 배출물의 배출을 감소시킨다. 방향족 탄화수소는 벤젠의 지방족 유도체, 벤젠, 크실렌, 또는 톨루엔을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
추가의 구체예에서, 본 발명은 약 10 내지 약 30부피%의 니트로메탄; 약 10 내지 약 30부피%의 니트로에탄; 약 40 내지 약 60부피%의 1-니트로프로판; 약 2 내지 약 8부피%의 톨루엔; 및 약 1 내지 약 3부피%의 개질된 에스테르 오일 또는 가용화제를 포함하는, 모터 연료용 첨가제 포뮬레이션 및 상기 첨가제를 포함하는 연료를 포함한다.
다른 구체예에서, 본 발명은 혼합 용기에 약 1부의 트리크레실 포스페이트가 실질적으로 제거된 개질된 에스테르 오일 또는 가용화제를 첨가하고; 약 5부의 톨루엔을 첨가하며; 에스테르 오일 또는 가용화제 및 톨루엔을 주위 온도 및 압력에서 약 10분 동안 정치시키고; 약 10부의 니트로메탄을 에스테르 오일 또는 가용화제 및 톨루엔 혼합물에 첨가하고; 약 10부의 니트로에탄을 상기 혼합물에 첨가하고; 약 29부의 1-니트로프로판을 상기 혼합물에 첨가하고; 혼합물을 낮은 압력 및 주위 온도에서 좁은 게이지 튜브를 통해 서서히 폭기(aeration)시키는 것을 포함하여, 연료 첨가제 포뮬레이션을 제조하는 방법을 포함한다. 본원에서 구체화된 바와 같이, 본 발명은 또한 본 발명의 방법에 의해 제조된 첨가제를 포함한다. 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 제조된 첨가제를 포함하는 연료, 및 연료로서의 상기 첨가제 및 연료 제품의 용도를 추가로 포함한다.
연료는 보일러, 터빈, 내부 연소 엔진을 포함하는 이에 한정되지 않는 모든 유형의 동력 유닛, 또는 임의의 기타 유형의 적당한 용도에 사용될 수 있다.
전술한 개괄적인 설명 및 후술하는 상세한 설명은 예시적 및 설명을 위한 것일 뿐이며, 청구된 발명을 제한하는 것이 아니다. 본원에 참고문헌으로 포함되고 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 상세한 설명과 함께 본 발명의 특정 구체예를 예시하며, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
바람직한 구체예의 상세한 설명
첨부된 표 및 그래프의 데이터에 의해 예시되고 첨부된 청구의 범위에 의해 기술된 바와 같이, 본 발명은 니트로파라핀, 및 가용화제를 포함하는, 내부 연소 엔진용 모터 연료용 연료 첨가제이다. 본원에서 구체화된 바와 같이, 가용화제는 에스테르 오일, 알코올, 아민 및/또는 방향족 탄화수소를 포함하나 이에 한정되지 않는 다양한 에스테르일 수 있다. 본 발명은 개선된 연료 첨가제 포뮬레이션 및 이 포뮬레이션을 제조하고 사용하는 방법을 포함한다.
본원의 발명자들은 에스테르 오일 및/또는 기타 가용화제 및/또는 방향족 탄화수소 성분의 도입 및 본 발명의 혼합 과정에 의해 가솔린 및/또는 디젤 연료중의 니트로파라핀의 안정한 혼합물을 제조하는 새로운 방법을 개발하였다. 본원의 발명자들은 에스테르 오일이 본 발명에 따라 개질되거나, 다른 적당한 가용화제가 사용되는 경우 낮은 첨가제 농도가 배출물을 감소시킴을 발견하였다. 상세하게는, 에스테르 오일은 시판되는 에스테르 오일의 트리크레실 포스페이트를 제거하거나, 도입하지 않도록 개질되며, 가용화제는 하나 이상의 화학적으로 극성인 말단 및 하나 이상의 화학적으로 비극성인 말단을 갖는다. 독성은 성분의 제거, 개질 및/또는 대체에 의해, 그리고 배출을 감소시키면서 연료중의 첨가제 농도를 감소시킴에 의해 감소되었다.
이러한 배출 감소는 다양한 성분의 제거, 도입, 개질, 또는 감소에 의해 달성되었다. 예를 들어, 트리크레실 포스페이트가 시판되는 에스테르 오일로부터 제거되거나 도입되지 않았고, 가용화제가 에스테르 오일을 대체하였고, 2-니트로프로판이 종래의 공지된 포뮬레이션으로부터 감소 또는 제거되었으며, 에스테르 오일 및/또는 가용화제 및 니트로메탄의 농도는 종래의 공지된 특정 포뮬레이션에 비해 감소하였고/거나, 연료중의 첨가제의 전체 농도는 종래의 공지된 발명들에서 전형적으로 사용된 것 보다 더 낮은 수준으로 감소되었다.
본원의 발명자들은 통상적으로 매우 폭발성이고 위험한 니트로메탄의 용해도가 연료 혼합물의 성분으로서(c. 170mg/l) 도입되는 경우, 대략 가솔린 탄화수소의 용해도(c. 120mg/l)로, 그리고 가솔린중의 10% MTBE의 블렌드의 비교적 높은 수용해도(5000mg/l) 보다 현저히 낮게 감소된다는 것을 발견하였다. 본원의 발명자들은 제품을 안전하게 제조하면서 우수한 배출 감소능을 유지하기 위해서는 포뮬레이션의 다양한 성분간의 주의깊은 균형화가 필요함을 발견하였다.
본원의 발명자들은 배출에 관한 본 발명의 유익한 효과에 기여하는 것으로 생각되는 많은 개선점을 개발하였다.
첫째, 본 발명의 에스테르 오일 성분은 시판되는 형태로부터 개질된 에스테르 오일을 포함한다. 본 발명에서, 에스테르 오일은 종래의 공지된 포뮬레이션에서와 같이 마찰을 감소시키기 위한 상부 실린더 윤활을 위할 뿐만 아니라, 가솔린중의 니트로파라핀의 혼화성을 증가시키기 위하여 존재한다. 시판되는 에스테르 오일은 전형적으로 다양한 첨가제 패키지를 포함한다. 첨가제는 에스테르 오일에 내연소성, 내식성, 안정성 및 광범위한 다른 성질과 같은 다양한 특성을 부여하는 다양한 물질들을 포함하는 것이 일반적이다. 본 발명 이전의 공지된 종래의 포뮬레이션 및 종래의 발명자들은 에스테르 오일이 시판되는 에스테르 오일 제품에 존재하는 첨가제를 포함하는 시판되는 형태로 사용될 것임을 교시하고 있다.
그러나, 많은 이들 첨가제는 독성이 높고 환경 오염물질로서 알려져 있다. 또한, 일부는 난연성과 같이, 연료 포뮬레이션에서 바람직하지 않은 성질을 부여한다. 이러한 난연제의 기능은 에스테르 오일의 연소를 방지함으로써 에스테르 오일 을 보존시키는 것이다. 이러한 방식으로, 에스테르 오일은 상부 실린더를 윤활시키기 위해 사용가능하다. 마이클을 포함하는 일부 종래의 발명자들은 이러한 성질을 보유함으로 인한 잇점을 명시적으로 교시하였다. 또한, 에스테르 오일은 본 발명에서는 저농도(즉, 바람직하게는 첨가제 포뮬레이션의 약 1.8부피%, 또는 연료의 0.00142부피%)로 존재하므로, 당업자는 시판되는 에스테르 오일의 난연성이 본 발명의 성능에 대해 미치는 영향은 있다고 해도 무시해도 좋은 정도임을 예측할 것이다.
그러나, 본원의 발명자들은, 각각의 종래의 공지된 포뮬레이션과는 달리, 에스테르 오일의 첨가제 패키지를 개질하여 예기치못한 유리한 성질을 얻었다. 본원의 발명자들은 시판되는 에스테르 오일(모빌 제트 II 오일)을 연구하여, 첨가제 성분중의 하나 -- 트리크레실 포스페이트 --를 에스테르 오일로부터 제거하였다. 트리크레실 포스페이트는 독성이 있으나, 모빌 제트 II 오일의 시판 포뮬레이션에 존재한다. 시판되는 에스테르 오일을 사용한다는 마이클의 교시와는 대조적으로, 본원의 발명자들은 본 발명의 에스테르 오일을 개질시켜 이러한 독성 성분을 실질적으로 제거하였다. 본원의 발명자들은 트리크레실 포스페이트를 화학적으로 제거하고/거나 이를 첨가하지 않는 것이 본 발명에 유리한 방식으로 에스테르 오일을 개질시킨 것으로 생각한다. 트리크레실 포스페이트를 제거하거나 도입시키지 않도록 에스테르 오일을 개질시키는 방법은 당업자의 지식 수준의 범위내에 있다. 본 발명의 다른 특징들과 함께, 본원의 발명자들은 성능 및 배출물을 감소시키는 능력이 본 발명에 의해 예기치못한 정도로 개선되었음을 발견하였다.
첨가제중의 에스테르 오일, 및 연료중의 첨가제는 본 발명에서 저농도로 존재하기 때문에, 당업자는 특히 마이클의 교시내용의 관점에서 에스테르 오일의 한 성분의 제거가 연료의 성능 또는 배출물을 감소시키는 능력에 영향을 미치지 않을 것임을 예측할 것이다. 그러나, 본원의 발명자들은 본 발명으로부터의 이러한 잇점을 정확히 관찰하였다. 본원의 발명자들은 에스테르 오일의 트리크레실 포스페이트 성분의 제거가 여러가지 가능한 임의의 방식, 즉 새로운 조성물을 형성하거나; 어떤 방식으로 에스테르 오일 또는 하나 이상의 성분을 개질하거나; 니트로파라핀을 연료중에 에멀션화시키거나 현탁시키거나; 이온 반응의 형태에 의하거나; 메틸화 반응의 형태에 의하거나; 또는 본 발명의 하나 이상의 성분의 용해도에 영향을 미침으로써, 영향을 미쳤을 것으로 생각한다. 발명자들은 연구를 계속하고 있다.
당업자는 발명이 완성된 시점에서 본 발명의 잇점을 예측하지 못하였을 것이다. 난연제의 제거는 교환을 수반한다. 난연제의 존재는 에스테르 오일이 연소에서 보존되어 증가된 상부 실린더 윤활을 제공할 수 있게 한다. 마이클와 같은 종래의 발명자들은 그들의 첨가제의 개선된 성능의 적어도 일부가 에스테르 오일로 인한 개선된 상부 실린더 윤활 때문인 것으로 생각하였다. 반면, 본원의 발명자들은 개선된 상부 실린더 윤활이 본 발명에는 난연제의 제거로 인한 잇점 만큼 중요한 것이 아님을 발견하였다. 마이클은 상부 실린더 윤활을 개선시키는 것과 관련된 마력 및 연료 효율성의 증가에 촛점을 맞추고 있으나, 본원의 발명자들은 배출, 및 특히 저온 시동시 배출물을 감소시키고자 한다. 이 점에서, 에스테르 오일로부터 트리크레실 포스페이트의 제거는 예기치못한 유리한 결과를 가져온다. 또한, 가용화제는 에스테르 오일 대신 사용될 수 있다. 가용화제는 다음 페이지에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
둘째, 2-니트로프로판은 본 발명의 특정 구체예에서 제거된다. 오히려, 본 발명의 이들 구체예에서는 1-니트로프로판이 2-니트로프로판 대신 사용된다. 2-니트로프로판은 독성이 있다. 2-니트로프로판을 제거하고 덜 독성인 1-니트로프로판으로 대체하는 것은 독성물질에 대한 잠재적인 노출을 감소시켜 안전성을 증가시킨다. 이에 반해, 마이클의 포뮬레이션과 같은 종래의 공지된 포뮬레이션은 전적으로 2-니트로프로판만을 사용하였다. 다른 사람들은 1-니트로프로판과 2-니트로프로판을 전혀 구별하지 못하였다.
셋째, 본원의 발명자들은 바람직하게는 니트로파라핀에 대한 에스테르 오일의 비를 감소시켰다. 이것은 에스테르 오일의 연소로 인한 배출물을 감소시킨다. 니트로파라핀에 대한 에스테르 오일의 비는 많은 종래의 공지된 포뮬레이션에서 사용된 수준 미만의 수준으로 감소되었다. 마이클은 에스테르 오일을 첨가제 포뮬레이션의 10 내지 90% 수준으로 사용할 것을 교시하고 있으나, 이에 반해 본 발명에서 바람직한 범위는 약 10% 미만이고 보다 바람직하게는 약 2% 미만이다. 마이클은 상부 실린더 윤활을 제공하고 균질한 연료를 제조하기 위하여 보다 고농도의 에스테르 오일이 필요하였다고 교시하였다. 그는 가능한 엔진 고장을 방지하기 위하여 25%의 에스테르 오일 최대 농도를 권장한다. 본원의 발명자들은 마이클의 범위의 하한 보다 훨씬 낮은 농도에서 유리한 효과를 얻었다.
넷째, 본 발명의 특정 구체예에서 톨루엔이 엔진 연소를 증가시키고 배출을 개선하기 위해 첨가되었다. 톨루엔은 가솔린의 한 성분이다. 톨루엔은 가솔린중에 니트로파라핀을 에멀션화시키고/거나 그 용해도를 개선시켜 에스테르 오일의 필요량을 감소시킨다. 이러한 대체는 본원의 발명자들이 보다 높은 배출 성분(에스테르 오일)을 보다 낮은 배출 성분(톨루엔)으로 대체하도록 한다. 이 과정에서, 톨루엔은 니트로파라핀을 첨가제, 및 궁극적으로 연료에 적절히 에멀션화시킨다. 본원의 발명자들은 톨루엔이 본 발명에서 에스테르 오일의 효과를 증가시키고 증강시켜 가솔린에서의 니트로파라핀의 용해도를 증가시킴을 발견하였다.
다섯째, 본원의 발명자들은 바람직하게는 포뮬레이션중의 니트로메탄의 양을 제한하였다. 니트로메탄은 위험할 뿐만 아니라 독성이 높다. 이것은 상당한 폭발 위험 및 신체 안전성에 대한 위험을 준다. 니트로메탄의 농도를 제한하면 상기 위험이 감소되고 첨가제의 독성 및 첨가제가 사용되는 연료의 독성이 낮아진다.
성분들의 독성은 이전 특허에서는 고려하지 않았다. 본 발명자들은 본 발명의 포뮬레이션에 여러 변형을 가하여 포뮬레이션 중의 독성 성분에 의해 제기될 건강 위험을 감소시켰다. 또한, 본 발명자들은 포뮬레이션을 변형시켜 본 발명을 사용하는 엔진으로부터의 배출물을 감소시켰다. 본 발명의 연료중의 첨가제 패키지의 저농도는 이러한 목적을 달성시킨다. 종래 특허에 개시된 종래 공지된 포뮬레이션에 이용된 고농도는 NOX, 불완전연소 니트로파라핀, 및 총 탄화수소 및 비메탄계 탄화수소의 배출을 크게 할 것이다. 또한, 그것은 오존의 형성을 증가시킬 것이다. 이것은 통상 종래 공지된 포뮬레이션에서 발견되는, 에스테르 오일의 고농 도 및 니트로파라핀의 고농도 모두에 기인한다. 종래 공지된 포뮬레이션에 개시된 에스테르 오일 및 니트로메탄의 비교적 고농도에서, 연료는 실질적으로 보다 독성일 것이고, 지하수에 보다 큰 위험을 제기할 것이다. 배출물, 특히 독성 물질의 배출이 일반적으로 증가할 것이다. 본 발명자들은 에스테르 오일 및 니트로메탄의 저농도에서만 배출물이 감소한다는 것을 발견하였다.
여섯째, 본 발명자들은 본 발명의 포뮬레이션의 생산 방법을 조직화하였다. 종래 공지된 첨가제는 소량으로, 회분 방식으로, 종종 생산 표준의 이점이 없이, 그리고, 생산 품질 관리에 거의 주의하지 않고 제조되었다.
본 발명의 공정과 대조적으로, 가솔린이 유형별로 다양하고, 예를 들어 가용 원유, 정제소 작업 및 연중 시기와 같은 다중 변수에 의존하여, 동일 정제소로부터 생산된 것이라도 매우 다양하기 때문에, 마이클은 에스테르 오일 또는 가용화제의 양에 대하여 일반적 규칙이 없다고 설명한다. 마이클의 접근법은 적당한 균질한 연료가 블렌딩되는 것을 보장하기 위하여 연속적인 모니터링을 요구한다. 에스테르 오일, 니트로파라핀 및 가솔린의 적당한 블렌드를 결정하기 위한 마이클의 접근법은, 니트로파라핀이 가솔린에 첨가되고 나서, 충분한 에스테르 오일이 점증적으로 가솔린에 첨가될 것을 요구한다. 특히, 마이클은, 소량의 에스테르 오일의 첨가후에 혼합하고, 부가적 양의 에스테르 오일을 첨가하고, 연료중에 균질한 블렌드가 수득될 때까지 이 공정을 반복할 것을 요구한다. 마이클은 본 발명자들에 의해 개시되고 청구된 가용화제의 사용을 개시하고 있지 않다.
따라서, 마이클의 연료는 회분 공정으로 혼합되어야 한다. 대조적으로, 본 발명은 그러한 제한이 없다. 본 발명은 임의의 연료에 첨가될 수 있다. 더욱이, 그것은 표준 양으로 첨가될 수 있으며, 균질한 연료를 제조하기 위하여 연속적인 조정이 요구되지 않는다. 따라서, 본 발명은 생산-규모 작업을 위해 용이하게 표준화될 수 있는 회분 공정 또는 연속 공정으로 첨가제를 제조 및 블렌딩할 수 있다.
본 발명자들은 바람직한 생산 규모 공정이 하기 단계를 포함할 것으로 기대한다:
1. 깨끗한 스테인레스 스틸 용기내에서;
2. 55 갤론의 첨가제 당, 1 갤론의 개질된 에스테르 오일(이로부터 실질적으로 모든 트리크레실 포스페이트가 제거됨) 또는 가용화제를 첨가한다;
3. 5 갤론의 톨루엔을 첨가한다;
4. 성분을 주위 온도에서 10분간 정치시키고, 혼합하지 않는다;
5. 10 갤론의 니트로메탄을 첨가한다;
6. 10 갤론의 니트로에탄을 첨가한다;
7. 29 갤론의 1-니트로프로판을 첨가한다;
8. 주위 온도에서, 낮은 압력에서 좁은 튜브를 통해 폭기하여 혼합하고, 혼합 용기를 주위 대기압으로 통기시킨다;
9. 벤트(bent) 내의 응축기를 사용하여 니트로메탄 증발물을 회수한다;
10. 첨가제 포뮬레이션을 사용전까지 저장한다;
11. 첨가제를, 바람직하게는 가솔린에서 연료 1갤론당 0.1온스(0.07812%)의 농도로, 바람직하게는 디젤 연료에서 연료 1갤론당 0.2온스(0.15624%)의 농도로 모터 연료(가솔린, 가솔린 및 MTBE, 가솔린 및 에탄올, 및/또는 가솔린 및 에탄올 및 MTBE)과 혼합한다.
본 발명자들은 본 발명의 뜻밖의 결과가 적어도 부분적으로 상기 개시된 바와 같은 성분의 가공 및 첨가 순서 때문인 것으로 믿는다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 바람직하게는 혼합 단계가 10 내지 15분 동안 좁은 직경의 튜브(직경 1/4" - 3/8")를 통해 낮은 압력(10 psig)에서 공기를 버블링시켜 수행된다.
본 발명의 첨가제 포뮬레이션을 생산하기 위해 성분을 혼합하는 방식에 변형 및 변경이 가해질 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 혼합 용기는 에폭시 라이닝 강철 또는 임의의 적당한 재료일 수 있다. 반응성 중간체 또는 반응 생성물이 형성되는 정도까지는, 성분간의 임의의 추가적 반응을 초래하지 않거나, 대안적으로 발생할 수 있는 임의의 반응을 용이하게 하거나 촉매하지 않도록, 혼합 용기를 위한 재료의 선택이 제어될 수 있다. 더욱이, 공정은 회분 또는 연속 방식으로 수행될 수 있다. 연속 방식에서, 체류 시간은 상기 보류 시간을 달성하기 위하여 조정될 수 있다. 더욱이, 톨루엔 및 에스테르 오일이 회분 또는 연속 방식으로 개별적으로 혼합될 수 있다. 유사하게, 니트로메탄 및 니트로에탄 성분을 혼합하여 니트로메탄의 재료 취급 어려움을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 청구의 범위 및 등가물의 범주에 속하는 한, 성분을 혼합시키는 방법의 변경 및 교환을 포함할 것이다.
본 발명의 포뮬레이션을 제조하는 방법은 성분이 적절히 혼합되고, 그렇지 않은 경우에 공정 중에 발생하는 기체 방출(off-gassing)을 감소시키는 것을 보장하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 본 발명자들은 공정중에 방출되는 니트로메탄을 회수하기 위하여 단순한 응축기를 사용한다.
일곱째, 본 발명자들은, 마이클에 의해 공개된 "균질한" "블렌드"와 대조하여 본 포뮬레이션이 바람직하게는 포뮬레이션의 다양한 성분의 상호작용에 의해 형성된 하나 이상의 반응 생성물을 포함할 수 있다고 기대한다. 대안적으로, 에스테르 오일의 개질은 에스테르 오일 성분의 조성을 변화시켰을 수 있다. 추가의 대안으로서, 본 발명자들은 연료중에 니트로파라핀, 에스테르 오일 및/또는 톨루엔을 에멀션화하거나 현탁시킬 수 있다. 이온 반응 또는 메틸화 반응이 일어났을 수 있거나, 성분의 배합이 다른 성분중에서 하나 이상의 성분의 용해도에 영향을 줄 수 있다. 본 발명자들은 이것들을 계속적으로 평가하여 본 발명의 이러한 잠재적인 상호작용의 정확한 성질을 발견하고자 한다.
마지막으로, 본 발명은 종래 공지된 포뮬레이션보다 더 낮은 농도의 첨가제로 배출물 감소 및 성능 증가를 달성한다. 임의의 반응 생성물, 반응성 중간체 또는 본 발명의 성분간의 상호작용의 존재는 완전히 별도로 하여, 본 발명은 여러 면에서 종래 공지된 포뮬레이션과 다르다. 마이클은 니트로파라핀과 에스테르 오일을 10 내지 90% 대 90% 내지 10%의 비율로 배합한데 반하여, 본 발명은 이들을 상기 범위 밖의 비율 즉, 에스테르 오일 대 니트로파라핀을 약 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만으로 배합하였다. 보다 상세하게는, 본 발명은 에스테르 오일 대 니트로파라핀 비율을 약 10% 미만으로 제한할 것이다. 본 발명의 다른 바람직한 구체예에서, 에스테르 오일 대 니트로파라핀의 부피 비율은 약 2% 미만 즉, 약 1.8%일 것이다.
본 발명의 연료의 갤론당 사용된 첨가제의 양은 마이클에 의해 교시된 양보다 상당히 작다. 마이클은 첨가제를 가솔린 양의 5% 내지 95% 수준으로 포함시킨데 반하여, 본 발명의 첨가제는 통상적으로 약 20% 미만의 양으로 사용된다. 보다 상세하게는, 첨가제의 양은 일반적으로 10% 미만, 즉 5%이다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 첨가제의 양은 바람직하게는 약 0.1% 미만, 즉 약 0.08% (또는 연료의 갤론당 0.1 온스의 첨가제로 유지된다.
본 발명은 연료 첨가제 포뮬레이션 및 이것을 제조하고 사용하는 방법을 포함한다. 본 발명의 연료 첨가제 포뮬레이션은 바람직하게는 1-니트로프로판, 니트로에탄, 니트로메탄, 톨루엔 및 에스테르 오일 및/또는 가용화제를 포함한다. 본 발명이 자동차 및 다른 내부 연소 엔진용 모터 연료로 사용될 경우에, 본 발명은 바람직하게는 가솔린중에 0.01부피% 내지 약 5부피% 미만의 첨가제를 포함한다.
상기 범위에서, 마이클의 연료에서 니트로파라핀의 양은 본 발명의 범위를 훨씬 초과한다. 마이클의 발명은 니트로파라핀을 0.5% 내지 85.5% 포함하는 반면에, 본 발명의 연료에서 니트로파라핀의 양은 통상적으로 0.064부피% 내지 7.6부피%이고, 바람직하게는 0.5부피% 미만이다.
본 발명은 한편으로는 에스테르 오일 및/또는 톨루엔과 다른 한편으로는 니트로파라핀의 연속적인 배합 범위를 포함한다. 본 발명자들은 본 발명의 에스테르 오일 및 톨루엔의 작용이 니트로파라핀이 가솔린과 반응하거나, 가솔린과 에멀 션화되거나 가솔린중에 용해되도록 하는 것이라고 생각한다. 톨루엔 및/또는 에스테르 오일이 사용될 수 있다. 바람직하게는 둘 모두가 사용된다. 하기 표는 본 발명의 톨루엔/에스테르 대 니트로파라핀의 범위의 일부를 한정없이 제시한다.
본 발명의 첨가제 중의 톨루엔/에스테르 오일 대 니트로파라핀의 비율
톨루엔 및/또는 에스테르 오일 (부피%) 니트로파라핀
0 ≤x ≤c.20% c.80 ≤x ≤c.100%
0 ≤x ≤c.15% c.85 ≤x ≤c.100%
0 ≤x ≤c.10% c.90 ≤x ≤c.100%
0 ≤x ≤c.5% c.95 ≤x ≤c.100%
c.0.1 ≤x ≤c.10% c.90 ≤x ≤c.99.9%
c.0.1 ≤x ≤c.5% c.95 ≤x ≤c.99.9%
c.0.5 ≤x ≤c.3.5% c.96.5 ≤x ≤c.99.5%
c.0.5 ≤x ≤c.2.5% c.97.5 ≤x ≤c.99.5%
c.1.0 ≤x ≤c.2.5% c.97.5 ≤x ≤c.99.0%

본 발명은 하나 이상의 니트로파라핀을 포함한다. 본원에서 구체화된 바와 같이, 본 발명의 니트로파라핀에는 니트로메탄, 니트로에탄, 및/또는 니트로프로판이 포함된다. 각각은 나머지와 배합되어 존재하거나 나머지를 제외하고 존재할 수 있다. 예를 들어, 니트로메탄, 니트로에탄 및 니트로프로판 각각은 표 6에서 확인된 바와 같이 본 발명의 니트로파라핀 성분의 0% 내지 100%일 수 있다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 니트로메탄은 바람직한 니트로파라핀이다. 바람직하게는, 니트로메탄은 첨가제의 니트로파라핀 분획의 20% 내지 40%로서 존재하고, 보다 바람직하게는 첨가제 포뮬레이션의 20%로서 존재한다. 표 7은 본 발명의 니트로파라핀의 범위의 일부를 한정없이 도시한다.
본 발명의 첨가제의 니트로파라핀 성분 중의 여러 니트로파라핀의 상대비
니트로메탄 니트로에탄 니트로프로판
0 ≤X ≤100% 0 ≤X ≤100% 0 ≤X ≤100%
c. 10 ≤X ≤c. 50% c. 0 ≤X ≤c. 90% 내지 c. 0 ≤X ≤c. 50% c. 0 ≤X ≤c. 90% 내지 c. 0 ≤X ≤c. 50%
c. 20 ≤X ≤c. 40% c. 0 ≤X ≤c. 80% 내지 c. 0 ≤X ≤c. 60% c. 0 ≤X ≤c. 80% 내지 c. 0 ≤X ≤c. 60%
c.20 c. 0 ≤X ≤c. 80% c. 0 ≤X ≤c. 80%
c.20 c. 20 c. 60
c.10 c. 0 ≤X ≤c. 90% c. 0 ≤X ≤c. 90%
c.10 c.10 c.80

본 발명자들은, 본 발명의 효과에 있어서 니트로메탄의 영향이 다른 니트로파라핀보다 더 중요하다고 생각하나, 니트로메탄은 니트로에탄 및/또는 니트로프로판보다 물질 취급, 환경적 위험 및 공중 보건 위험의 측면에서 상대적으로 더 위험하다. 니트로메탄의 독성이 보다 크다. 더욱이, 니트로메탄은 폭발 위험이 커서 휘발성 화합물을 취급하는 당업자에게 널리 공지된 조심스런 물질 취급 단계를 필요로 한다. 신체적 손상 위험 및/또는 폭발 위험을 감소시키기 위하여 일반적으로 허용되는 물질 취급 절차가 수반되는 것이 본 발명을 수행하는데 필수적이다.
상기 연속적인 조성 범위에 근거하여, 본 발명의 주요 성분의 특정 범위가 한정없이 표 8에 도시된다.
본 발명의 성분
성분 첨가제의 부피% 부피%
1-니트로프로판 0 ≤x ≤80% 0 ≤x ≤0.0624
니트로에탄 0 ≤x ≤80% 0 ≤x ≤0.0624
니트로메탄 0 ≤x ≤80% 0 ≤x ≤0.0624
톨루엔 0 ≤x ≤20% 0 ≤x ≤0.0156
에스테르 오일 0 ≤x ≤20% 0 ≤x ≤0.0156

여러 니트로파라핀의 상대적인 양은 톨루엔 및 에스테르 오일의 상대적인 양이 서로를 보완하는 것처럼 서로를 보완하도록 조절된다. 한편으로 니트로파라핀과 다른 한편으로 에스테르 오일 및 톨루엔의 상대적인 양은 또한 서로를 보완하도록 조절된다. 표 8에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 성분의 비율은 공지된 포뮬레이션의 성분 범위 미만이다.
본 발명의 한 가지 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명은 다음과 같은 포뮬레이션을 포함한다:
본 발명의 한 가지 바람직한 구체예의 포뮬레이션
성분 부 연료에 대한 비율
1-니트로프로판 29 0.026
니트로에탄 10 0.009
니트로메탄 10 0.009
톨루엔 5 0.00455
에스테르 오일 1 0.00091

본 발명의 에스테르 오일은 난연제를 거의 포함하지 않거나 전혀 포함하지 않는다. 본 발명자들은 이러한 변경으로 인해 본 발명이 저온 시동시의 배출물을 감소시킬 수 있다고 믿는다. 특히, 다양한 공업용의 첨가제 함유 에스테르 오일이 장기간에 걸쳐 널리 사용되고 있는 사실에 비추어보면, 이러한 결과는 의외였다. 그러나, 본 발명자들은 이러한 변경이 연소를 통한 상부 실린더 윤활 감소 및 에스테르 오일의 손실면에서의 임의의 부정적 효과를 보충하고도 남을 정도로 저온 시동 배출물을 개선시켜준다는 것을 발견하였다.
본 발명자들은 본 발명의 성능을 다수의 공지된 포뮬레이션과 비교하는 일련의 실험을 수행하였다. 이들 포뮬레이션은 하기 실시예에서 확인된다.
실시예 1
인돌렌을 표준 참조 연료로서 사용하였다. 인돌렌을 필립스 케미컬 컴패니 (Philips Chemical Company)로부터 구입하였다: UTG 96 (0BPU9601).
실시예 2
인돌렌을 EChem과 블렌딩하였다. 인돌렌은 상기 실시예 1의 표준 참조 연료였다. 본 발명을 시험하는 데에 사용하는 EChem 포뮬레이션은 돈 영으로부터 입수하였다. EChem 포뮬레이션은 다음과 같이 제조하였다: 1갤론의 시판되는 모빌 제트 II 오일과 5갤론의 톨루엔을, 플러싱된 에폭시 라이닝 강철 드럼에서 합치고; 톨루엔/에스테르 오일 혼합물을 10분간 정치시키고; 10갤론의 니트로메탄을 첨가하고; 10갤론의 니트로에탄을 첨가하고; 29갤론의 1-니트로프로판을 첨가하고; 낮은 압력 및 주위 온도에서 성분들을 좁은 튜브를 통해 폭기시켜서 첨가제를 생성시킨 다. EChem 첨가제를 연료 1갤론당 0.1온스의 속도로 인돌렌에 첨가하였다.
실시예 3
본 발명의 MAZ 100 포뮬레이션을 다음과 같이 제조하였다:
1. 에폭시 라이닝 55갤론 드럼을 플러싱시키고;
2. 1갤론의 에스테르 오일(트리크레실 포스페이트 첨가제가 없는, 개질된 모빌 제트 II 오일)을 첨가하고;
3. 5갤론의 톨루엔을 첨가하고;
4. 에스테르 오일 및 톨루엔을 주위 온도 및 압력에서 10분간 정치시키고;
5. 10갤론의 니트로메탄을 혼합물에 첨가하고;
6. 10갤론의 니트로에탄을 혼합물에 첨가하고;
7. 29갤론의 1-니트로프로판을 혼합물에 첨가하고;
8. 낮은 압력 및 주위 온도에서 혼합 용기를 주위 대기압으로 통기시키면서 좁은 튜브를 통해 서서히 폭기시킴으로써 성분들을 혼합한 후;
9. MAZ 100 첨가제 포뮬레이션을 시험할 때까지 저장하고;
10. 인돌렌 1갤론 당 MAZ 100 첨가제 0.1온스의 농도(0.07812%)로 첨가제를 참조 모터 연료(인돌렌)와 혼합하였다.
실시예 4
인돌렌을 실시예 1에서와 같이 필립스 케미컬 컴패니(Phillips Chemical Company)로부터 구입하였다. MTBE를 11%로 첨가하였다.
실시예 5
RFG II를 필립스 케미컬 컴패니로부터 입수하였다. 시험에 사용한 RFG 포뮬레이션은 캘리포니아 P-II CERT 연료 (0CPCP201) 이었다.
본 발명자들은 본 발명의 포뮬레이션과 그 밖의 연료를 수 차례 비교하였다. 그 결과를 하기 표 10 내지 13에 나타내었다.
MAZ 100 포뮬레이션 : 배출물 시험 결과
(1마일 당 배출된 g) 인돌렌 EChem 1 MAZ 100
일산화탄소 2.090 2.142 2.056
NOx 0.562 0.565 0.546
전체 탄화수소 0.311 0.310 0.256
비메탄계 탄화수소 0.284 0.282 0.229
오존 0.965 1.016 0.775

MAZ 100 포뮬레이션 대 EChem 1 포뮬레이션 : 인돌렌에 대한 개선율
EChem 1 MAZ 100 차
일산화탄소 -2% 2% 4%
NOx -1% 3% 4%
전체 탄화수소 0 18% 18%
비메탄계 탄화수소 1% 19% 18%
오존 -5% 20% 25%

MAZ 100을 샤시 동력계(chassis dynamometer)를 사용하는 1992 플리머스 보이저(Plymouth Voyager)에서 시험하였다. 시험은 연방 시험 프로토콜(FTP)에 따라 더 유니버시티 오브 캘리포니아(the University of California, Riverside)의 컬리지 오브 엔지니어링 센터 포 엔바이론멘탈 리서치 앤드 테크놀로지(College of Engineering Center for Environmental Research and Technology; CE-CERT) 시설에서 수행하였다. 전체 4가지 연료를 시험하여 가솔린에서의 첨가제의 성능을 평가하였다. 시험된 4가지 연료는 다음과 같았다: (연료 1) 인돌렌; (연료 2) 0.1부피%의 MAZ 100이 함유된 인돌렌; (연료 3) 11부피%의 MTBE가 함유된 인돌렌; 및 (연료 4) 페이스 (Phase) II 페더럴 (Federal) RFG.
본 발명의 MAZ 100 포뮬레이션은 시험 개시 전에 매그넘 엔바이론멘탈 테크놀로지스, 인크.(Magnum Environmental Technologies, Inc.) 직원에 의해 제조되었다. 이들 직원은 니트로메탄, 니트로에탄 및 1-니트로프로판을 앵거스 케미칼스 (Angus Chemicals)로부터 입수하였고, 합성 에스테르 오일(TCP가 함유되지 않은 모빌 제트 2)을 모빌 케미칼 컴패니(Mobil Chemical Company)로부터 입수하였으며, 톨루엔을 반 워터스 & 로저스 케미칼 디스트리뷰터스(Van Waters & Rogers Chemical Distributors)로부터 입수하였다. 이들 직원은 10부의 니트로메탄, 10부의 니트로에탄, 29부의 1-니트로프로판, 5부의 톨루엔 및 1부의 에스테르 오일을, MAZ 100 첨가제 형성에 대해 상기 기술된 방식으로 혼합하였다. 이러한 재료는 CE-CERT로 공급되어, CE-CERT에서의 시험을 수행하는 데에 사용되었다.
CE-CERT는 필립스 케미컬 컴퍼니(Phillips Chemical Company)로부터 공인된 인돌렌(UTG96) 및 공인된 페이스 II 캘리포니아 RFG를 획득하였다. 상용 등급 MTBE(95% MTBE)를 ARCO로부터 CE-CERT에 의해 입수하였다. 매그넘 엔바이론멘탈 테크놀로지스(Magnum Environmental Technologies)는 "MAZ 100" 첨가제를 공급하였다. CE-CERT 직원은 시험을 수행하기 전에 "MAZ 100" 첨가제 또는 MTBE를 적당한 공인된 가솔린과 블렌딩함으로써 4가지 시험 연료중 2가지(상기 연료 2 및 연료 3)를 제조하였다. CE-CERT 직원은 0.1부피%의 MAZ 100을 인돌렌에 넣고 생성된 시험 연료를 혼합함으로써 연료 2를 제조하였다. CE-CERT 직원은 11 부피%의 MTBE를 인돌렌에 넣고 생성된 시험 연료를 혼합함으로써 연료 3를 제조하였다. 연료 1 및 연료 4에는 혼합이 필요하지 않았다.
각 연료를 연방 시험 프로토콜에 따라 1992 보이저(Voyager)에서 시험하였다. 시험을 각 연료에 대해 3회 반복하였다. 각 시험 주행 동안, 배기물 샘플을 태들러 백(Tedlar bag)에 수집하였고, 각 백의 내용물을 (1) 일산화탄소(CO); (2) 질소 산화물(NOx); (3) 비메탄계 탄화수소; 및 (4) 각 시험 연료에 대해 잠재적인 오존 형성을 예측할 수 있는 오존 형성을 위한 전구체인 휘발성 유기 화합물(VOC)의 존재에 대해 분석하였다.
연방 시험 프로토콜은 3가지 단계로 구성되어 있다: 단계 1은 저온 시동에 해당하고; 단계 2는 엔진 속도가 변하는 일시적 단계에 해당하고; 단계 3은 고온 시동 단계에 해당한다. 배기물 샘플을 각 시험 주행 동안 별도의 백에 FTP의 각각의 3가지 단계 동안 수집하였다. 저온 시동에 해당하는 제 1 단계는 각 시험 주행에 대해 백 1에 수집하였다. 일시적 단계에 해당하는 배기물 샘플을 각 시험 주행에 대해 백 2에 수집하였다. 고온 시동 단계에 해당하는 배기물 샘플을 각 시험 주행에 대해 백 3에 수집하였다.
4가지 시험 연료 모두를 동일한 1992 플리머스 보이저(Plymouth Voyager)에 서 시험하였고, 결과가 현재의 시험 연료를 나타냄을 보증하기 위해 충분한 부피의 시험 연료를 차량 연료 시스템을 통해 린싱하고 극소량의 이전의 시험 연료를 배출 제거시켰다. 또한, 사용된 각 시험 연료를 화학적으로 분석하여 시험 연료에 존재하는 탄화수소 및 그 밖의 화합물을 입증하였다.
각 시험 연료에 대해 측정된 CO, NOx, 비메탄계 탄화수소 및 잠재적인 오존 형성을 기록하였고 4가지 연료 모두에 대해 비교하였다. 본 발명자들은 본 발명의 포뮬레이션을 다른 연료와 수없이 많이 비교하였다. 결과를 하기 표 12 및 표 13에 기재하였다. 본 발명은 "MAZ 100"에 대한 정보에 의해 설명된다:
MAZ 100 포뮬레이션 : 배출 시험의 결과 (g/마일)
인돌렌 인돌렌 + 11% MTBE RFG II 인돌렌 + MAZ 100
일산화탄소 2.090 2.488 2.121 2.056
NOx 0.562 0.593 0.527 0.546
전체 탄화수소 0.311 0.237 0.287 0.256
비메탄계 탄화수소 0.284 0.213 0.255 0.229
오존 0.966 N/A* 0.807 0.775
* 결과 없음.
상기 정보에 기초하여, 다음과 같은 배출 개선 백분율을 관찰하였다:
MAZ 100 포뮬레이션 : 인돌렌과 비교한 배출 개선
인돌렌 + 11% MTBE RFG II 인돌렌 + MAZ 100
일산화탄소 -19% -1% 2%
NOx -5% 6% 3%
전체 탄화수소 24% 8% 18%
비메탄계 탄화수소 25% 10% 19%
오존 N/A* 16% 20%
* 결과 없음.
사용된 시험 차량에 있어서, 본 발명은 수많은 기준에 대해 참조 연료 및 MTBE 보다 우수한 결과를 생성하였다. 본 발명자들은 본 발명의 결과가 배출에 대한 첨가제의 유리한 효과를 최소화하는 산소 비율 및 타이밍이 되도록 연료를 신속하게 조절할 수 있는 산소 센서 및 진보된 컴퓨터 엔진 제어장치가 차량에 장착된,대략 1994년 이후 제조된 차량을 사용하여 재현될 수 없다고 생각한다. 그렇지만, 본 발명자들은 1992 차량에서 본 발명의 유리한 효과는 본 발명의 유리한 효과를 달성하지 못한 이전에 공지된 포뮬레이션에 비해 본 발명의 개질 및 변화에 기인한다고 생각한다.
다양한 개질 및 변화가 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어남이 없이 본 발명의 구조 및 배치로 제조될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구항의 범위 및 이의 등가물 내에 속한다면 본 발명에 본 발명의 개질 및 변화를 포함시키고자 한다. 예를 들어, 첨가제 포뮬레이션은 니트로파라핀 및 가용화제를 포함하여 제조될 수 있다.
첨부한 표 및 그래프에서의 데이터에 의해 입증되고, 첨부한 청구항에서 기술되는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 구체예는 니트로파라핀 및 가용화제를 포함하는, 내부 연소 엔진의 모터 연료를 위한 연료 첨가제이며, 여기서 가용화제는 1종 이상의 화학적으로 극성인 말단 및 1종 이상의 화학적으로 비극성인 말단을 포함한다. 화학적으로 극성인 말단은 에테르기 또는 임의의 다른 화학적으로 극성인 기를 포함할 수 있다. 화학적으로 비극성인 말단은 탄화수소기 또는 임의의 다른 적합한 화학적으로 비극성인 기를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예는 니트로파라핀 및 에스테르 화합물을 포함하는, 내부 연소 엔진용 모터 연료를 위한 연료 첨가제이며, 여기서 에스테르 화합물은 1종 이상의 화학적으로 극성인 말단 및 1종 이상의 화학적으로 비극성인 말단을 포함한다. 화학적으로 극성인 말단은 에테르기 또는 임의의 다른 적합한 화학적으로 극성인 기를 포함할 수 있다. 화학적으로 비극성인 말단은 탄화수소기 또는 임의의 다른 적합한 화학적으로 비극성인 기를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예는 니트로파라핀 및 간단한 에스테르 화합물을 포함하는, 내부 연소 엔진의 모터 연료를 위한 연료 첨가제이며, 여기서 간단한 에스테르 화합물은 1종 이상의 화학적으로 극성인 말단 및 1종 이상의 화학적으로 비극성인 말단을 포함한다. 화학적으로 극성인 말단은 에테르기 또는 임의의 다른 적합한 화학적으로 극성인 기를 포함할 수 있다. 화학적으로 비극성인 말단은 탄화수소기 또는 임의의 다른 적합한 화학적으로 비극성인 기를 포함할 수 있다. 간단한 에스테르 화합물은 에테르 알코올 및 일염기산, 또는 간단한 에스테르 화합물을 생성시키는 임의의 다른 적합한 반응물을 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 간단한 에스테르 화합물은 간단한 에테르 알코올 에스테르일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예는 니트로파라핀 및 아미노 알칸 화합물을 포함하는, 내부 연소 엔진용 모터 연료를 위한 연료 첨가제이며, 여기서 아미노 알칼 화합물은 1종 이상의 화학적으로 극성인 말단 및 1종 이상의 화학적으로 비극성인 말단을 포함한다. 화학적으로 극성인 말단은 아미노기 또는 임의의 다른 적합한 화학적으로 극성인 기를 포함할 수 있다. 화학적으로 비극성인 말단은 탄화수소기를 포함하거나, 다른 적합한 화학적으로 비극성인 기를 포함할 수 있다. 아미노 알칸 화합물은 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure 112003002877832-pct00001
상기 식에서, R1 및 R2는 수소, 알킬(메틸, 에틸, 프로필 또는 다른 적합한 기) 또는 아릴중 하나이고, n은 1 내지 8일 수 있다. 또한, 탄화수소 주쇄는 분지될 수 있다. 상기 화합물은 또한 알킬 또는 아릴 치환기를 갖는 두개 이상의 아미노기를 함유할 수 있다. 에테르, 에스테르 및 아미노기의 다양한 조합을 함유하는 화합물은 또한 가솔린의 니트로알칸에 대한 가용화제로서 유용할 것으로 기대된다.
본 발명의 바람직한 구체예에 있어서, 아미노 알칸 화합물은 추가로 하기 화 합물을 포함한다:
Figure 112003002877832-pct00002
상기 식에서, n=6인 경우는 (1-메틸아미노헵탄);
Figure 112003002877832-pct00003
1-디메틸아미노-3-헥사노일옥시프로판;
Figure 112003002877832-pct00004
1-(N-에틸-N-메틸)아미노-2-프로일옥시에탄 및
Figure 112003002877832-pct00005
1-(N-에틸-N-메틸)아미노-2-옥시-펜타노일옥시에틸 에테르이다.
간단한 에테르 알코올 에스테르는 당업자들에게 공지된 몇몇 경로에 의해 합성될 수 있다. 산 클로라이드 경로는 합성이 비교적 신속하고 우수한 수율을 달성하기에 용이하기 때문에 이러한 에스테르의 벌크를 합성하는데 선택되었다. 그러나, 이러한 경로는 출발물질인 산 클로라이드가 상응하는 산에 비해 상당히 더 고가이기 때문에 상업적인 제조에는 선택되지 않을 것이다. 또한, 산 클로라이드 합성은 에테르, 휘발성 및 폭발성 화합물의 사용을 포함한다.
동일한 에스테르를 수득하는 바람직한 상업적인 경로는 산 수지 촉매 상에서 알코올을 상기 산과 직접 반응시키는 것이다. 이러한 경로는 반응 동안에 공업 화학에서 통상적인 방법인 물의 제거, 수회의 여과 및 증류 단계를 포함한다.
하기에서는 아민의 존재하에 두개의 알코올 및 두개의 산 클로라이드를 사용하여 이러한 에스테르를 제조하는 6개의 추가의 실시예를 기술하고 있다. 실시예 12는 산 수지 촉매의 존재 하에서 산을 알코올에 첨가하는 직접 반응 경로를 사용하여 이러한 에스테르 중 하나를 합성하는 것을 기술하고 있다. 실시예 12에서, 산 촉매는 회수되며, 재사용가능하여, n-옥탄이 증류에 의해 회수된다. 따라서, 실시예 12는 이러한 에스테르를 수득하는 보다 경제적이고 안전한 경로이다.
실시예 6
n-옥탄산(C8)의 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르(카르비톨(carbitol)™)
에스테르의 제조
자기 교반기, 온도계 및 부가 깔대기가 구비된 3ℓ들이 플라스크에 147g의 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르, 111g의 트리에틸 아민 및 200ml의 디에틸 에테르를 충전하였다. 이후, 플라스크를 냉수욕에 부분적으로 침지시켰다. 이후, 부가 깔대기에 163g의 n-옥타노일 클로라이드를 충전하고, 교반하면서 산 클로라이드를 플라스크에 첨가하였다. 전체 혼합물을 교반하면서 2시간 동안 수욕에서 유지시켜 발열 반응을 약화시켰다. 발열 반응이 약화된 후, 플라스크를 1시간 더 냉수 중에 유지시켰다. 이후, 이 반응 혼합물을 여과하여 아민 히드로클로라이드 고체를 분리하였다. 이후, 여액을 약 200mm 압력 하에 가열된 수욕으로부터 진공 스트리핑시켰다. 이후, 잔류물을 2% 황산나트륨 수용액으로 1회 추출하고, 고체 무수 황산나트륨 상에서 건조시키고, 여과하여 최종 생성물을 수득하였다.
실시예 7
n-헥산산(C6)의 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르 에스테르의 제조
자기 교반기, 온도계 및 부가 깔대기가 구비된 3ℓ들이 플라스크에 147g의 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르, 111g의 트리에틸 아민 및 200ml의 디에틸 에테르를 충전하였다. 이후, 플라스크를 냉수욕에 부분적으로 침지시켰다. 이후, 부가 깔대기에 163g의 n-헥사노일 클로라이드를 충전시키고, 교반하면서 산 클로라이드를 플라스크에 첨가하였다. 전체 혼합물을 교반하면서 2시간 동안 수욕에서 유지시켜 발열 반응을 약화시켰다. 발열 반응이 약화된 후, 플라스크를 1시간 더 냉수 중에 유지시켰다.
이후, 이 반응 혼합물을 여과하여 아민 히드로클로라이드 고체를 분리하였다. 이후, 여액을 약 200mm 압력 하에 가열된 수욕으로부터 진공 스트리핑시켰다. 이후, 잔류물을 2% 황산나트륨 수용액으로 1회 추출하고, 고체 무수 황산나트륨 상에서 건조시키고, 여과하여 최종 생성물을 수득하였다.
실시예 8
n-헥산산의 에틸렌 글리콜 에틸 에테르(셀로솔브(cellosolve)™) 에스테르의
제조
자기 교반기, 온도계 및 부가 깔대기가 구비된 3ℓ들이 플라스크에 147g의 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르, 111g의 트리에틸 아민 및 200ml의 디에틸 에테르를 충전하였다. 이후, 플라스크를 냉수욕 중에 부분적으로 침지시킨 후, 부가 깔대기에 163g의 n-헥사노일 클로라이드를 충전하고, 교반시키면서 산 클로라이드를 플라스크에 첨가하였다. 전체 혼합물을 교반시키면서 2시간 동안 수욕 중에 유지시켜, 발열 반응을 약화시켰다. 발열 반응이 약화된 후에, 플라스크를 1시간 더 냉수 중에 유지시켰다.
이후, 상기 반응 혼합물을 여과하여 아민 히드로클로라이드 고체를 제거하고 나서, 여액을 가열된 수욕으로부터 대략 200mm 압력에서 진공 스트리핑시켰다. 이후, 잔류물을 2% 황산나트륨 수용액을 사용하여 1회 추출하고, 고체 무수 황산나트륨 상에서 건조시키고 여과하여 최종 생성물을 수득하였다.
실시예 9
n-옥탄산의 에톡시 에틸 에테르 에스테르의 제조
자기 교반기, 온도계 및 부가 깔대기가 장착된 3ℓ들이 플라스크에 147g의 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르, 111g의 트리에틸 아민 및 200㎖의 디에틸 에테르를 충전하고 나서, 플라스크를 냉수욕 중에 부분적으로 침지시켰다. 이후, 부가 깔대기에 163g의 n-헥사노일 클로라이드를 충전하고, 교반시키면서 산 클로라이드를 플라스크에 첨가하였다. 전체 혼합물을 교반시키면서 2시간 동안 수욕 중에 유지시켜, 발열 반응을 약화시켰다. 발열 반응이 약화된 후에, 플라스크를 1시간 더 냉수 중에 유지시켰다.
이후, 반응 혼합물을 여과시켜 아민 히드로클로라이드 고체를 제거하고 나서, 여액을 가열된 수욕으로부터 대략 200mm 압력에서 진공 스트리핑시켰다. 이후, 잔류물을 2% 황산나트륨 수용액을 사용하여 1회 추출하고, 고체 무수 황산나트륨 상에서 건조시키고 여과하여 최종 생성물을 수득하였다.
실시예 10
n-옥탄산과 n-헥산산의 혼합물을 사용한
에톡시 에테르 에스테르의 제조
자기 교반기, 온도계 및 부가 깔대기가 장착된 3ℓ들이 플라스크에 147g의 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르, 111g의 트리에틸 아민 및 200㎖의 디에틸 에테르를 충전하였다. 이후, 플라스크를 냉수욕 중에 부분적으로 침지시키고 나서, 부가 깔대기에 81.5g의 n-옥타노일 클로라이드 및 81.5g의 n-헥사노일 클로라이드를 충전하고, 교반시키면서 2시간 동안 산 클로라이드를 플라스크에 첨가하여, 발열 반응을 약화시켰다. 발열 반응이 약화된 후에, 플라스크를 1시간 더 냉수 중에 유지시켰다.
이후, 반응 혼합물을 여과시켜 아민 히드로클로라이드 고체를 제거하고 나서, 여액을 가열된 수욕으로부터 대략 200mm 압력에서 진공 스트리핑시켰다. 이후, 잔류물을 2% 황산나트륨 수용액을 사용하여 1회 추출하고, 고체 무수 황산나트륨 상에서 건조시키고 여과하여 최종 생성물을 수득하였다.
실시예 11
n-옥탄산 및 n-헥산산의 혼합물을 사용한
디에틸렌 글리콜 에틸 에테르 에스테르의 제조
자기 교반기, 온도계 및 부가 깔대기가 장착된 3ℓ들이 플라스크에 147g의 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르, 111g의 트리에틸 아민 및 200㎖의 디에틸 에테르를 충전하였다. 이후, 플라스크를 냉수욕 중에 부분적으로 침지시키고 나서, 부가 깔대기에 81.5g의 n-옥타노일 클로라이드 및 81.5g의 n-헥사노일 클로라이드를 충전하고, 교반시키면서 산 클로라이드를 플라스크에 첨가하였다. 전체 혼합물을 교반시키면서 2시간 동안 수욕 중에 유지시켜, 발열 반응을 약화시켰다. 발열반응이 약화된 후에, 플라스크를 몇시간 더 냉수 중에 유지시켰다.
이후, 반응 혼합물을 여과시켜 아민 히드로클로라이드 고형물을 분리하고 나서, 여액을 가열된 수욕으로부터 대략 200mm 압력에서 진공 스트리핑시켰다. 이후, 잔류물을 2% 황산나트륨 수용액으로 1회 추출하고, 고체 무수 황산나트륨 상에서 건조시키고 여과하여 최종 생성물을 수득하였다.
실시예 12
직접적인 에스테르화에 의한
n-옥탄산의 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르 에스테르의 제조
기계 교반기, 온도계, 부가 깔대기 및 딘-스타크(Dean-Stark) 증류 어댑터가 장착된 5ℓ들이의 반응 플라스크에 1600㎖의 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 1260㎖의 옥탄산, 600㎖의 n-옥탄 및 79.6g의 시판되는 앰버리스트(Amberlist) 촉매 수지(폴리스티렌 황산)를 충전하였다.
반응 혼합물을 환류시켜 1366㎖의 물을 상기 반응으로부터 1.5시간에 걸쳐서 제거시켰다. 이후, 상기 플라스크를 수욕 중에서 실온으로 냉각시키고 나서, 반응 생성물을 여과하여 촉매 수지를 제거하였다. 이후, 반응 생성물을 냉수로 2회, 그리고 0.5몰의 수산화나트륨으로 1회 세척한 다음, 냉수로 다시 2회 세척하였다. 이후, 상기 물질을 125mm 압력 및 125℃ 온도에서 진공 스트리핑시켰다.
최종 생성물의 순도를 (적정에 의한) 비누화값(saponification number)을 측정함으로써 결정하였다. 생성물의 비누화값은 이론치 216mg KOH/g에 대해서 221mg KOH/g이었다.
간단한 혼합 실험으로 혼화 및 용해 효과를 실험적으로 측정하였다. 이러한 실험은, 시판되는 가솔린 및 가솔린을 시뮬레이션하기 위해 업계에서 사용되는 합성 "기준물질"인 인돌렌 모두에 관한 것으로서, 상기 가용화제를 사용하여 이들을 니트로파라핀과 혼합시킴으로써 수행된다. 용해도 실험은 하기 방식으로 수행되었다.
각각의 실험에 동일한 크기의 시험 튜브(13 * 100mm)를 사용하였다. 각각의 시험 튜브에, 5cc의 가솔린 또는 인돌렌을 첨가하였다. 가솔린은 텍사코(Texaco)로부터 시판되고 있는 최저 등급의 무연 가솔린이다. 인돌렌은 매그넘 엔바이론멘탈 테크놀로지스(Magnum Environmental Technologies)로부터 시판되는 것을 사용하였다. 모빌 제트 II 오일도 또한 매그넘 엔바이론멘탈 테크놀로지스로부터 시판되는 것을 사용하였다.
가솔린 또는 인돌렌 함유 시험 튜브에 1cc의 니트로메탄과 0.2cc의 톨루엔(표 14 및 15), 또는 니트로메탄만(표 16 및 17) 첨가하였다. 니트로메탄과 톨루엔 모두는 알드리히 케미칼(Aldrich Chemical)로부터 얻은 것이다. 이러한 첨가 후, 각각의 시험 튜브를 3회 뒤집어서 적절히 혼합하였다.
혼합 후, 각각의 시험 튜브는 비용해성을 나타내는 두가지 상의 액체를 나타내었다.
특정 가용화제를 각각의 시험 튜브에 적가하였다. 가용화제를 각각 적가한 후, 시험 튜브를 3회 뒤집고, 15분 동안 정치시켜 평형을 이루게 하였다. 상분리가 나타나지 않을 때까지 가용화제를 계속 첨가하여, 완전히 용해시켰다. 따라서, 표 14의 결과를 보면, 혼합물을 가용화시키는데 PPL 가용화제 272-60은 21적이 필요하며, PPL 가용화제 305-35는 26적, 모빌 제트 Ⅱ 오일은 39적이 필요하였다.
용해도 실험 : 가솔린
실시예 # PPL# 산 알코올 가솔린 cc 톨루엔 cc 니트로메탄 cc # 적수*
1 272-60 C8 카르비톨 5 0.2 1 21
2 305-18 C6 카르비톨 5 0.2 1 22
3 305-17 C6 셀로솔브 5 0.2 1 21
4 305-19 C8 셀로솔브 5 0.2 1 23
5 305-24 C6-C8 혼합 셀로솔브 5 0.2 1 20
6 305-20 C6-C8 혼합 카르비톨 5 0.2 1 20
7 305-35 C8 카르비톨 5 0.2 1 26
모빌 제트 오일 5 0.2 1 39

용해도 실험 : 인돌렌
실시예 # PPL# 산 알코올 가솔린 cc 톨루엔 cc 니트로메탄 cc # 적수*
1 272-60 C8 카르비톨 5 0.2 1 22
2 305-18 C6 카르비톨 5 0.2 1 21
3 305-17 C6 셀로솔브 5 0.2 1 20
4 305-19 C8 셀로솔브 5 0.2 1 22
5 305-24 C6-C8 혼합 셀로솔브 5 0.2 1 25
6 305-20 C6-C8 혼합 카르비톨 5 0.2 1 19
7 305-35 C8 카르비톨 5 0.2 1 25
모빌 제트 오일 5 0.2 1 36

용해도 실험 : 가솔린
실시예 # PPL# 산 알코올 가솔린 cc 톨루엔 cc 니트로메탄 cc # 적수*
1 272-60 C8 카르비톨 5 0 1 14
2 305-18 C6 카르비톨 5 0 1 14
3 305-17 C6 셀로솔브 5 0 1 15
4 305-19 C8 셀로솔브 5 0 1 14
5 305-24 C6-C8 혼합 셀로솔브 5 0 1 14
6 305-20 C6-C8 혼합 카르비톨 5 0 1 14
7 305-35 C8 카르비톨 5 0 1 14
모빌 제트 오일 5 0 1 18

용해도 실험 : 인돌렌
실시예 # PPL# 산 알코올 가솔린 cc 톨루엔 cc 니트로메탄 cc # 적수*
1 272-60 C8 카르비톨 5 0 1 11
2 305-18 C6 카르비톨 5 0 1 10
3 305-17 C6 셀로솔브 5 0 1 11
4 305-19 C8 셀로솔브 5 0 1 11
5 305-24 C6-C8 혼합 셀로솔브 5 0 1 10
6 305-20 C6-C8 혼합 카르비톨 5 0 1 11
7 305-35 C8 카르비톨 5 0 1 11
모빌 제트 오일 5 0 1 16

본 발명자들은 하나 이상의 화학적으로 극성인 말단 및 하나 이상의 화학적으로 비극성인 말단을 포함하는 가용화제의 도입 및 본 발명의 혼합 공정에 의해 가솔린 및/또는 디젤 연료중의 니트로파라핀의 안정한 혼합물을 생성시키는 신규한 방법을 개발하였다. 본 발명자들은 저농도의 연료 첨가제가 배출물을 감소시킨다는 점을 발견하였다. 성분을 제거하고, 변형시키고/거나 대체함으로써, 그리고, 배물물을 감소시키면서 연료에서 첨가제의 농도를 감소시킴으로써, 독성을 감소시켰다.
본 발명의 구성 및 형태에서 다양한 변경 및 변형이 본 발명의 범위 또는 사상에서 벗어나지 않으면서 수행될 수 있음이 당업자에게는 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 이것의 상응하는 범위내에 속하는 본 발명의 변경 및 변형을 포함한다.

Claims (144)

  1. 니트로파라핀, 가용화제, 및 방향족 탄화수소를 포함하는 연료용 첨가제 포뮬레이션(formulation)으로서, 연료가 상기 첨가제를 함유하지 않는 연료에 비해 배출물이 감소되는 첨가제 포뮬레이션.
  2. 제 1항에 있어서, 가용화제가 상대적 극성 및 비극성 말단을 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  3. 제 1항에 있어서, 가용화제가 에스테르 오일, 에스테르 알코올, 단순한 에스테르 알코올, 에스테르 에테르 알코올, 및 에스테르 아민으로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  4. 제 1항에 있어서, 니트로파라핀이 1-니트로프로판, 2-니트로프로판, 니트로에탄, 및 니트로메탄으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 벤젠의 지방족 유도체를 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  7. 제 1항에 있어서, 방향족 탄화수소가 벤젠, 에틸 벤젠, 크실렌, 및 톨루엔으로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  8. 1-니트로프로판, 2-니트로프로판, 니트로에탄, 및 니트로메탄으로 구성된 군으로부터 선택된 약 0 내지 99부피%의 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 포함하는 제 1 성분; 에스테르 오일, 에스테르 알코올, 단순한 에스테르 알코올, 및 에스테르 아민으로 구성된 군으로부터 선택된 첨가제 포뮬레이션의 실질적 잔량의 1종 이상의 성분을 포함하는 제 2 성분; 및 방향족 탄화수소를 포함하는 연료용 첨가제 포뮬레이션으로서,
    전체 탄화수소, 비메탄계 탄화수소, 일산화탄소, NOx, 및 오존 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물을 감소시키기 위한 포뮬레이션.
  9. 제 8항에 있어서, 제 1 성분이 20 내지 40부피%의 니트로메탄; 및 1-니트로프로판, 2-니트로프로판, 및 니트로에탄으로 구성된 군으로부터 선택된 60 내지 80부피%의 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  10. 제 8항에 있어서, 20부피% 미만의 방향족 탄화수소 및 10부피% 미만의 에스 테르 오일을 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  11. 제 8항에 있어서, 보일러, 터빈, 및 내부 연소 엔진으로 구성된 군으로부터 선택된 동력 유닛에 사용하기에 적합함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  12. 제 11항에 있어서, 내부 연소 엔진이 가솔린 엔진 및 디젤 엔진으로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  13. 제 1항에 있어서, 배출물 감소가 일산화탄소, NOx, 전체 탄화수소, 비메탄계 탄화수소, 및 오존 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물의 감소를 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  14. 제 1항 또는 제 8항에 있어서, 가용화제가, 배기 배출물 및 탄화수소 배출물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물을 감소시키기 위해 첨가제 포뮬레이션의 약 2부피% 미만으로 포함됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  15. 제 1항 또는 제 8항에 있어서, 니트로파라핀 성분이 포뮬레이션의 약 10부피% 미만으로 포함됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  16. 니트로파라핀, 가용화제, 및 방향족 탄화수소를 포함하는 첨가제 포뮬레이션을 포함하는, 자동차로부터 배출물을 감소시키기 위한 연료로서, 상기 첨가제를 함유하지 않는 모터 연료에 비해 배출물이 감소되는 연료.
  17. 제 16항에 있어서, 가용화제가 상대적 극성 및 비극성 말단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  18. 제 16항에 있어서, 가용화제가 에스테르 오일, 에스테르 알코올, 단순한 에스테르 알코올, 에스테르 에테르 알코올, 및 에스테르 아민으로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 연료.
  19. 제 16항에 있어서, 니트로파라핀이 1-니트로프로판, 2-니트로프로판, 니트로에탄, 및 니트로메탄으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  20. 삭제
  21. 제 16항에 있어서, 벤젠의 지방족 유도체를 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  22. 제 16항에 있어서, 방향족 탄화수소가 벤젠, 에틸 벤젠, 크실렌, 및 톨루엔으로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 연료.
  23. 1-니트로프로판, 2-니트로프로판, 니트로에탄, 및 니트로메탄으로 구성된 군으로부터 선택된 약 0 내지 99부피%의 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 포함하는 제 1 성분; 에스테르 오일, 에스테르 알코올, 단순한 에스테르, 에스테르 에테르 알코올, 및 에스테르 아민으로 구성된 군으로부터 선택된 첨가제 포뮬레이션의 잔량의 1종 이상의 성분을 포함하는 제 2 성분을 포함하는 첨가제 포뮬레이션을 포함하는, 자동차로부터 배출물을 감소시키기 위한 연료로서,
    첨가제가 연료중 약 5부피% 미만의 최종 농도로 연료에 첨가되고,
    첨가제 포뮬레이션이 전체 탄화수소, 비메탄계 탄화수소, 일산화탄소, NOx, 및 오존 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물을 감소시키는 연료.
  24. 제 23항에 있어서, 제 1 성분이 20 내지 40부피%의 니트로메탄; 및 1-니트로프로판, 2-니트로프로판, 및 니트로에탄으로 구성된 군으로부터 선택된 60 내지 80부피%의 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  25. 제 23항에 있어서, 에스테르 오일 및 톨루엔을 포함하는 첨가제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  26. 제 23항에 있어서, 20부피% 미만의 톨루엔 및 10부피% 미만의 에스테르 오일을 포함하는 첨가제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  27. 제 16항 또는 제 23항에 있어서, 포뮬레이션이 보일러, 터빈, 및 내부 연소 엔진으로 구성된 군으로부터 선택된 동력 유닛에 사용하기에 적합함을 특징으로 하는 연료.
  28. 제 27항에 있어서, 내부 연소 엔진이 가솔린 엔진 및 디젤 엔진으로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 연료.
  29. 제 16항에 있어서, 배출물 감소가 일산화탄소, NOx, 전체 탄화수소, 비메탄계 탄화수소, 및 오존 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물의 감소를 포함함을 특징으로 하는 연료.
  30. 제 16항 또는 제 23항에 있어서, 가용화제가, 배기 배출물 및 탄화수소 배출물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물을 감소시키기 위해 첨가제 포뮬레이션의 약 2부피% 미만으로 포함됨을 특징으로 하는 연료.
  31. 제 16항 또는 제 23항에 있어서, 니트로파라핀이 포뮬레이션의 약 10부피% 미만으로 포함됨을 특징으로 하는 연료.
  32. 2-니트로프로판을 실질적으로 함유하지 않는 니트로파라핀; 및 첨가제 최종 부피의 약 10% 미만을 차지하는 가용화제를 포함하는 모터 연료용 첨가제 포뮬레이션로서,
    가용화제가 하나 이상의 화학적으로 상대적 극성 말단 및 하나 이상의 화학적으로 상대적 비극성 말단을 함유하고,
    연료가 상기 첨가제를 함유하지 않는 모터 연료에 비해 배출물이 감소되는 첨가제 포뮬레이션.
  33. 제 32항에 있어서, 니트로파라핀이 1-니트로프로판, 니트로에탄, 및 니트로메탄으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  34. 1-니트로프로판, 니트로에탄, 및 니트로메탄으로 구성된 군으로부터 선택된 약 0 내지 99부피%의 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 포함하는 제 1 성분; 및 하나 이상의 화학적으로 상대적 극성 말단 및 하나 이상의 화학적으로 상대적 비극성 말단을 포함하는 가용화제로 구성된 군으로부터 선택된 첨가제 포뮬레이션의 실질적 잔량의 1종 이상의 성분을 포함하는 제 2 성분을 포함하는 모터 연료용 첨가제 포뮬레이션으로서,
    첨가제가 연료중 약 5부피% 미만의 최종 농도로 연료에 첨가되고,
    전체 탄화수소, 비메탄계 탄화수소, 일산화탄소, NOx, 및 오존 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물을 감소시키는 포뮬레이션.
  35. 제 34항에 있어서, 제 1 성분이 20 내지 40부피%의 니트로메탄, 및 1-니트로프로판 및 니트로에탄으로 구성된 군으로부터 선택된 60 내지 80부피%의 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  36. 제 34항에 있어서, 20부피% 미만의 방향족 탄화수소 및 10부피% 미만의 가용화제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  37. 약 10 내지 약 30부피%의 니트로메탄;
    약 10 내지 약 30부피%의 니트로에탄;
    약 40 내지 약 60부피%의 1-니트로프로판;
    약 2 내지 약 8부피%의 톨루엔; 및
    하나 이상의 화학적으로 상대적 극성 말단 및 하나 이상의 화학적으로 상대적 비극성 말단을 포함하는 약 0.5 내지 약 3부피%의 가용화제를 포함하는 모터 연료용 첨가제 포뮬레이션.
  38. 제 37항에 있어서, 약 20부피%의 니트로메탄, 약 20부피%의 니트로에탄, 및 약 60부피%의 1-니트로프로판을 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  39. 제 37항에 있어서, 약 10부피%의 톨루엔 및 약 2부피%의 가용화제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  40. 제 32항, 제 34항 또는 제 37항중 어느 한 항에 있어서, 방향족 탄화수소를 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  41. 제 32항, 제 34항 또는 제 37항중 어느 한 항에 있어서, 벤젠의 지방족 유도체를 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  42. 제 40항에 있어서, 방향족 탄화수소가 벤젠, 에틸 벤젠, 크실렌, 및 톨루엔으로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  43. 제 32항, 제 34항 또는 제 37항중 어느 한 항에 있어서, 보일러, 터빈, 및 내부 연소 엔진으로 구성된 군으로부터 선택된 동력 유닛에 사용하기에 적합함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  44. 제 32항, 제 34항 또는 제 37항중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 화학적으로 상대적 극성 말단이 에테르기 및 아민기로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  45. 제 32항, 제 34항 또는 제 37항중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 화학적으로 상대적 비극성 말단이 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, 및 지방족 탄화수소기로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  46. 제 32항, 제 34항 또는 제 37항중 어느 한 항에 있어서, 가용화제가 에스테르, 에스테르 알코올, 단순한 에스테르 알코올, 단순한 에테르 알코올 에스테르, 에테르 및 에스테르 아민 화합물로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  47. 제 46항에 있어서, 에스테르가 에테르 알코올과 일염기산의 반응에 의해 제조됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  48. 제 46항에 있어서, 에스테르가 에테르 알코올, 산 클로라이드, 및 아민의 반응에 의해 제조됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  49. 제 32항, 제 34항 또는 제 37항중 어느 한 항에 있어서, 가용화제가 아미노 알칸 화합물임을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  50. 제 32항, 제 34항 또는 제 37항중 어느 한 항에 있어서, 가용화제가 하기 화학식의 아미노 알칸 화합물임을 특징으로 하는 포뮬레이션:
    Figure 112006054197624-pct00006
    상기 식에서,
    R1은 수소, 알킬기, 및 아릴기로 구성된 군으로부터 선택되고;
    R2는 수소, 알킬기, 및 아릴기로 구성된 군으로부터 선택되고;
    n은 1 내지 8이다.
  51. 제 32항 또는 제 37항에 있어서, 배출물 감소가 일산화탄소, NOx, 전체 탄화수소, 비메탄계 탄화수소, 및 오존 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물 감소를 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  52. 제 32항, 제 34항 또는 제 37항중 어느 한 항에 있어서, 가용화제가, 배기 배출물 및 탄화수소 배출물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물을 감소시키기 위해 첨가제 포뮬레이션의 약 2부피% 미만으로 포함됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  53. 제 32항, 제 34항 또는 제 37항중 어느 한 항에 있어서, 니트로파라핀이 포뮬레이션의 약 10부피% 미만으로 포함됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  54. 혼합 용기에 하나 이상의 화학적으로 상대적 극성 말단 및 하나 이상의 화학적으로 상대적 비극성 말단을 포함하는 약 1부의 가용화제를 첨가하는 단계;
    가용화제를 주위 온도 및 압력에서 10분 동안 정치시키는 단계;
    약 10부의 니트로메탄을 가용화제 혼합물에 첨가하는 단계;
    약 10부의 니트로에탄을 상기 혼합물에 첨가하는 단계;
    약 29부의 1-니트로프로판을 상기 혼합물에 첨가하는 단계;
    상기 혼합물을 낮은 압력 및 주위 온도에서 좁은 게이지 튜브를 통해 서서히 폭기시키는 단계; 및
    첨가제를 저장하는 단계를 포함하여 연료용 첨가제 포뮬레이션을 제조하는 방법.
  55. 제 54항에 있어서, 가용화제를 정치시키는 단계 전에 약 5부의 톨루엔을 첨가하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  56. 제 54항의 방법에 의해 제조된 첨가제.
  57. 제 54항의 방법에 의해 제조된 첨가제를 포함하는 모터 연료.
  58. 제 54항의 방법에 의해 제조된 첨가제를 모터 연료 갤론당 약 0.1온스의 농도로 포함하는 모터 연료.
  59. 제 54항의 방법에 의해 제조된 첨가제를 포함하는 차량용 연료.
  60. 2-니트로프로판을 실질적으로 함유하지 않는 니트로파라핀; 및 하나 이상의 화학적으로 상대적 극성 말단 및 하나 이상의 화학적으로 상대적 비극성 말단을 포함하고, 첨가제의 약 10% 미만의 농도인 가용화제를 포함하는 첨가제를 포뮬레이션화하고,
    상기 첨가제를 연료에 대해 약 1 내지 99부피%의 농도로 연료에 첨가하는 것을 포함하는, 차량으로부터 배출물을 감소시키기 위한 연료.
  61. 제 60항에 있어서, 니트로파라핀이 1-니트로프로판, 니트로에탄, 및 니트로메탄으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  62. 1-니트로프로판, 니트로에탄, 및 니트로메탄으로 구성된 군으로부터 선택된 약 0 내지 99부피%의 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 포함하는 제 1 성분; 및 하나 이상의 화학적으로 상대적 극성 말단 및 하나 이상의 화학적으로 상대적 비극성 말단을 포함하는 가용화제로 구성된 군으로부터 선택된 첨가제 포뮬레이션의 실질적 잔량의 1종 이상의 성분을 포함하는 제 2 성분을 포함하는 첨가제를 포뮬레이션화하는 것을 포함하는, 자동차로부터 배출물을 감소시키기 위한 연료로서,
    첨가제가 연료중 약 5부피% 미만의 최종 농도로 연료에 첨가되고,
    첨가제 포뮬레이션이 전체 탄화수소, 비메탄계 탄화수소, 일산화탄소, NOx, 및 오존 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물을 감소시키는 연료.
  63. 제 62항에 있어서, 제 1 성분이 20 내지 40부피%의 니트로메탄, 및 1-니트로프로판, 및 니트로에탄으로 구성된 군으로부터 선택된 60 내지 80부피%의 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  64. 제 62항에 있어서, 20부피% 미만의 톨루엔 및 10부피% 미만의 가용화제를 포함하는 첨가제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  65. 약 10 내지 약 30부피%의 니트로메탄;
    약 10 내지 약 30부피%의 니트로에탄;
    약 40 내지 약 60부피%의 1-니트로프로판;
    약 2 내지 약 8부피%의 톨루엔; 및
    하나 이상의 화학적으로 상대적 극성 말단 및 하나 이상의 화학적으로 상대적 비극성 말단을 포함하는 약 1 내지 약 3부피%의 가용화제를 포함하는 첨가제를 포뮬레이션화하고,
    상기 첨가제를 연료에 첨가하는 것을 포함하는, 자동차로부터 배출물을 감소시키기 위한 연료.
  66. 제 65항에 있어서, 약 20부피%의 니트로메탄, 약 20부피%의 니트로에탄, 및 약 60부피%의 1-니트로프로판을 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  67. 제 65항에 있어서, 약 10부피%의 톨루엔 및 약 2부피%의 가용화제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  68. 제 60항, 제 62항 또는 제 65항중 어느 한 항에 있어서, 방향족 탄화수소를 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  69. 제 60항, 제 62항 또는 제 65항중 어느 한 항에 있어서, 벤젠의 지방족 유도체를 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  70. 제 68항에 있어서, 방향족 탄화수소가 벤젠, 에틸 벤젠, 크실렌, 및 톨루엔으로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 연료.
  71. 제 60항, 제 62항 또는 제 65항중 어느 한 항에 있어서, 포뮬레이션이 보일러, 터빈, 및 내부 연소 엔진으로 구성된 군으로부터 선택된 동력 유닛에 사용하기에 적합함을 특징으로 하는 연료.
  72. 제 60항, 제 62항 또는 제 65항중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 화학적으로 상대적 극성 말단이 에테르기 및 아민기로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 연료.
  73. 제 60항, 제 62항 또는 제 65항중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 화학적으로 상대적 비극성 말단이 탄화수소기, 방향족 탄화수소기, 및 지방족 탄화수소기로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 연료.
  74. 제 60항, 제 62항 또는 제 65항중 어느 한 항에 있어서, 가용화제가 에스테르 알코올, 단순한 에스테르 알코올, 단순한 에스테르 에테르 알코올, 및 에스테르 아민 화합물로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 연료.
  75. 제 74항에 있어서, 에스테르가 에테르 알코올과 일염기산의 반응에 의해 제조됨을 특징으로 하는 연료.
  76. 제 74항에 있어서, 에스테르가 에테르 알코올, 산 클로라이드, 및 아민의 반응에 의해 제조됨을 특징으로 하는 연료.
  77. 제 60항, 제 62항 또는 제 65항중 어느 한 항에 있어서, 가용화제가 아미노 알칸 화합물임을 특징으로 하는 연료.
  78. 제 60항, 제 62항 또는 제 65항중 어느 한 항에 있어서, 가용화제가 하기 화학식의 아미노 알칸 화합물임을 특징으로 하는 연료:
    Figure 112006054197624-pct00007
    상기 식에서,
    R1은 수소, 알킬기, 및 아릴기로 구성된 군으로부터 선택되고;
    R2는 수소, 알킬기, 및 아릴기로 구성된 군으로부터 선택되고;
    n은 1 내지 8이다.
  79. 제 71항에 있어서, 내부 연소 엔진이 가솔린 엔진 및 디젤 엔진으로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 연료.
  80. 제 60항, 제 62항 또는 제 65항중 어느 한 항에 있어서, 배출물 감소가 일산화탄소, NOx, 전체 탄화수소, 비메탄계 탄화수소, 및 오존 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물 감소를 포함함을 특징으로 하는 연료.
  81. 제 60항, 제 62항 또는 제 65항중 어느 한 항에 있어서, 에스테르 오일이, 배기 배출물 및 탄화수소 배출물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물을 감소시키기 위해 첨가제 포뮬레이션의 약 2부피% 미만으로 포함됨을 특징으로 하는 연료.
  82. 제 60항, 제 62항 또는 제 65항중 어느 한 항에 있어서, 니트로파라핀이 포뮬레이션의 약 10부피% 미만으로 포함됨을 특징으로 하는 연료.
  83. 2-니트로프로판을 실질적으로 함유하지 않는 니트로파라핀 및 에스테르 오일을 포함하는 모터 연료용 첨가제 포뮬레이션으로서,
    첨가제가 연료중 약 5부피% 미만의 최종 농도로 연료에 첨가되고,
    연료가 내부 연소 엔진에서 연소될 때 상기 첨가제를 함유하지 않는 모터 연료에 비해 배출물이 감소되는 첨가제 포뮬레이션.
  84. 제 83항에 있어서, 니트로파라핀이 1-니트로프로판, 니트로에탄, 및 니트로메탄으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  85. 제 83항에 있어서, 니트로파라핀이 약 10 내지 40부피%의 니트로메탄을 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  86. 제 83항에 있어서, 에스테르 오일이 실질적으로 트리크레실 포스페이트를 함유하지 않음을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  87. 제 83항에 있어서, 방향족 탄화수소를 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  88. 제 87항에 있어서, 방향족 탄화수소가 톨루엔임을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  89. 제 83항에 있어서, 포뮬레이션이 연료 갤론당 약 0.5온스 미만의 농도로 연료에 첨가됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  90. 1-니트로프로판, 니트로에탄, 및 니트로메탄으로 구성된 군으로부터 선택된 0 내지 80부피%의 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 포함하는 제 1 성분; 및 트리크레실 포스페이트를 제거하도록 개질된 에스테르 오일 및 톨루엔으로 구성된 군으로부터 선택된 첨가제 포뮬레이션의 잔량의 1종 이상의 성분을 포함하는 제 2 성분을 포함하는 모터 연료용 첨가제 포뮬레이션으로서,
    첨가제가 연료중 약 5부피% 미만의 최종 농도로 연료에 첨가되고,
    첨가제 포뮬레이션이 전체 탄화수소, 비메탄계 탄화수소, 일산화탄소, NOx, 및 오존 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물을 감소시키는 포뮬레이션.
  91. 제 90항에 있어서, 제 1 성분이 20 내지 40부피%의 니트로메탄; 및 1-니트로프로판, 및 니트로에탄으로 구성된 군으로부터 선택된 60 내지 80부피%의 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  92. 제 90항에 있어서, 제 1 성분이 약 10 내지 40부피%의 니트로메탄을 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  93. 제 90항에 있어서, 제 2 성분이 트리크레실 포스페이트를 제거하도록 개질된 에스테르 오일이고, 톨루엔인 제 3 성분을 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  94. 제 90항에 있어서, 20부피% 미만의 톨루엔 및 10부피% 미만의 에스테르 오일을 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  95. 제 90항에 있어서, 연료 갤론당 약 0.5온스 미만의 농도로 연료에 첨가됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  96. 제 90항에 있어서, 내부 연소 엔진에 사용됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  97. 약 10 내지 약 30부피%의 니트로메탄;
    약 10 내지 약 30부피%의 니트로에탄;
    약 40 내지 약 60부피%의 1-니트로프로판;
    약 2 내지 약 8부피%의 톨루엔; 및
    트리크레실 포스페이트가 실질적으로 전부 제거된 약 1 내지 약 3부피%의 개질된 에스테르 오일을 포함하는 모터 연료용 첨가제 포뮬레이션으로서,
    첨가제가 연료중 약 5부피% 미만의 최종 농도로 연료에 첨가된 포뮬레이션.
  98. 제 97항에 있어서, 약 20부피%의 니트로메탄, 약 20부피%의 니트로에탄, 및 약 60부피%의 1-니트로프로판을 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  99. 제 97항에 있어서, 약 10부피%의 톨루엔 및 약 2부피%의 개질된 에스테르 오일을 추가로 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  100. 제 97항에 있어서, 연료 갤론당 약 0.5온스 미만의 농도로 연료에 첨가됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  101. 제 97항에 있어서, 내부 엔소 엔진에 사용되어 내부 연소 엔진의 배출물을 감소시킴을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  102. 제 83항, 제 96항 또는 제 101항중 어느 한 항에 있어서, 내부 연소 엔진이 가솔린 엔진 및 디젤 엔진으로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  103. 제 83항 또는 제 101항에 있어서, 배출물 감소가 일산화탄소, 전체 탄화수소, 비메탄계 탄화수소, NOx, 및 오존 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물의 감소를 포함함을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  104. 제 83항, 제 90항 또는 제 97항중 어느 한 항에 있어서, 에스테르 오일이, 배기 배출물 및 탄화수소 배출물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물을 감소시키기 위해 첨가제 포뮬레이션의 약 2부피% 미만으로 포함됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  105. 제 83항, 제 90항 또는 제 97항중 어느 한 항에 있어서, 니트로파라핀 성분이, 첨가제 포뮬레이션의 독성을 감소시키기 위하여 포뮬레이션의 약 10부피% 미만으로 포함됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  106. 제 83항, 제 90항 또는 제 97항중 어느 한 항에 있어서, 니트로파라핀 성분이, 연료 마일리지 및 연료 경제성으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 증가시키기 위해 포뮬레이션의 약 10부피% 초과로 포함됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  107. 니트로파라핀, 에스테르 오일, 및 방향족 탄화수소를 포함하는, 내부 연소 엔진에 사용하기 위한 모터 연료용 첨가제 포뮬레이션으로서, 연료가 내부 연소 엔진에서 연소될 때 상기 첨가제를 함유하지 않는 모터 연료에 비해 배출물이 감소되는 포뮬레이션.
  108. 제 107항에 있어서, 방향족 탄화수소가 톨루엔임을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  109. 2-니트로프로판을 실질적으로 함유하지 않는 약 10부피% 미만의 농도의 니트로파라핀; 및 에스테르 오일을 포함하는 모터 연료용 첨가제 포뮬레이션으로서, 연료가 내부 연소 엔진에서 연소될 때 상기 첨가제를 함유하지 않는 모터 연료에 비해 배출물이 감소되는 포뮬레이션.
  110. 2-니트로프로판을 실질적으로 함유하지 않는 약 90부피% 초과의 농도의 니트로파라핀; 및 에스테르 오일을 포함하는 모터 연료용 첨가제 포뮬레이션으로서, 연료가 내부 연소 엔진에서 연소될 때 상기 첨가제를 함유하지 않는 모터 연료에 비해 배출물이 감소되는 포뮬레이션.
  111. 2-니트로프로판을 실질적으로 함유하지 않는 니트로파라핀; 및 에스테르 오일을 포함하는 모터 연료용 첨가제 포뮬레이션으로서,
    첨가제가 연료중 약 5부피% 미만의 최종 농도로 연료에 첨가되고,
    연료가 내부 연소 엔진에서 연소될 때 상기 첨가제를 함유하지 않는 모터 연료에 비해 배출물이 감소되는 포뮬레이션.
  112. 2-니트로프로판을 실질적으로 함유하지 않는 니트로파라핀; 및 약 10부피% 미만 농도의 에스테르 오일을 포함하는 모터 연료용 첨가제 포뮬레이션으로서, 연료가 내부 연소 엔진에서 연소될 때 상기 첨가제를 함유하지 않는 모터 연료에 비해 배출물이 감소되는 포뮬레이션.
  113. 약 10 내지 40부피%의 니트로메탄을 포함하고 2-니트로프로판을 실질적으로 함유하지 않는 니트로파라핀; 포뮬레이션의 약 2부피% 미만이고, 트리크레실 포스페이트를 실질적으로 함유하지 않는 에스테르 오일; 및 톨루엔을 포함하는 모터 연료용 첨가제 포뮬레이션으로서,
    첨가제가 연료중 약 5부피% 미만의 최종 농도로 연료에 첨가되고,
    연료가 내부 연소 엔진에서 연소될 때 상기 첨가제를 함유하지 않는 모터 연료에 비해 배출물이 감소되는 포뮬레이션.
  114. 혼합 용기에 트리크레실 포스페이트가 실질적으로 전부 제거된 약 1부의 개질된 에스테르 오일을 첨가하는 단계;
    약 5부의 톨루엔을 첨가하는 단계;
    에스테르 오일 및 톨루엔을 주위 온도 및 압력에서 10분 동안 정치시키는 단계;
    약 10부의 니트로메탄을 에스테르 오일 및 톨루엔 혼합물에 첨가하는 단계;
    약 10부의 니트로에탄을 상기 혼합물에 첨가하는 단계;
    약 29부의 1-니트로프로판을 상기 혼합물에 첨가하는 단계;
    상기 혼합물을 낮은 압력 및 주위 온도에서 좁은 게이지 튜브를 통해 서서히 폭기시키는 단계; 및
    첨가제를 저장하는 단계를 포함하여 연료용 첨가제 포뮬레이션을 제조하는 방법.
  115. 제 114항의 방법에 의해 제조된 첨가제.
  116. 제 114항의 방법에 의해 제조된 첨가제를 포함하는 모터 연료.
  117. 제 114항의 방법에 의해 제조된 첨가제를 모터 연료 갤론당 약 0.1온스의 농도로 포함하는 모터 연료.
  118. 제 114항의 방법에 의해 제조된 첨가제를 포함하는 자동차용 모터 연료.
  119. 2-니트로프로판을 실질적으로 함유하지 않는 니트로파라핀; 및 에스테르 오일을 포함하는 첨가제를 포뮬레이션화하고,
    첨가제를 연료 갤론당 약 0.5온스 미만의 농도로 연료에 첨가하는 것을 포함하는,
    자동차로부터 배출물을 감소시키기 위한 연료.
  120. 제 119항에 있어서, 니트로파라핀이 1-니트로프로판, 니트로에탄, 및 니트로메탄으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  121. 제 119항에 있어서, 방향족 탄화수소를 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  122. 제 121항에 있어서, 방향족 탄화수소가 톨루엔임을 특징으로 하는 연료.
  123. 1-니트로프로판, 니트로에탄, 및 니트로메탄으로 구성된 군으로부터 선택된 0 내지 80부피%의 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 포함하는 제 1 성분; 및 트리크레실 포스페이트를 제거하도록 개질된 에스테르 오일 및 톨루엔으로 구성된 군으로부터 선택된 첨가제 포뮬레이션의 잔량의 1종 이상의 성분을 포함하는 제 2 성분을 포함하는 첨가제를 포뮬레이션화하는 것을 포함하는, 자동차로부터 배출물을 감소시키기 위한 연료로서,
    포뮬레이션이 연료 갤론당 포뮬레이션 약 0.5온스 미만의 농도로 연료에 첨가되고,
    첨가제 포뮬레이션이 전체 탄화수소, 비메탄계 탄화수소, 일산화탄소, NOx, 및 오존 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물을 감소시키는 연료.
  124. 제 123항에 있어서, 제 1 성분이 20 내지 40부피%의 니트로메탄; 및 1-니트로프로판 및 니트로에탄으로 구성된 군으로부터 선택된 60 내지 80부피%의 1종 이상의 니트로파라핀 성분을 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  125. 제 123항에 있어서, 제 1 성분이 약 10 내지 40부피%의 니트로메탄을 포함함을 특징으로 하는 연료.
  126. 제 123항에 있어서, 제 2 성분이 트리크레실 포스페이트를 제거하도록 개질된 에스테르 오일이고, 톨루엔인 제 3 성분을 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  127. 제 123항에 있어서, 20부피% 미만의 톨루엔 및 10부피% 미만의 에스테르 오일을 포함하는 첨가제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  128. 제 123항에 있어서, 첨가제가 연료중 약 5부피% 미만의 농도로 연료에 첨가됨을 특징으로 하는 연료.
  129. 약 10 내지 약 30부피%의 니트로메탄;
    약 10 내지 약 30부피%의 니트로에탄;
    약 40 내지 약 60부피%의 1-니트로프로판;
    약 2 내지 약 8부피%의 톨루엔; 및
    트리크레실 포스페이트가 실질적으로 전부 제거된 약 1 내지 약 3부피%의 개질된 에스테르 오일을 포함하는 첨가제를 포뮬레이션화하고,
    첨가제를 연료중 약 5부피% 미만의 최종 농도로 연료에 첨가하는 것을 포함하는,
    자동차로부터 배출물을 감소시키기 위한 연료.
  130. 제 129항에 있어서, 약 20부피%의 니트로메탄, 약 20부피%의 니트로에탄, 및 약 30부피%의 1-니트로프로판을 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  131. 제 129항에 있어서, 약 10부피%의 톨루엔 및 트리크레실 포스페이트가 실질적으로 전부 제거된 약 2부피%의 개질된 에스테르 오일을 추가로 포함함을 특징으로 하는 연료.
  132. 제 129항에 있어서, 첨가제가 연료의 갤론당 약 0.5온스 미만의 포뮬레이션 농도로 연료에 첨가됨을 특징으로 하는 연료.
  133. 제 119항, 제 123항 또는 제 129항중 어느 한 항에 있어서, 포뮬레이션이 내부 연소 엔진에서 사용됨을 특징으로 하는 포뮬레이션.
  134. 제 133항에 있어서, 내부 연소 엔진이 가솔린 엔진 및 디젤 엔진으로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 연료.
  135. 제 119항, 제 123항 또는 제 129항중 어느 한 항에 있어서, 배출물 감소가 일산화탄소, NOx, 전체 탄화수소, 비메탄계 탄화수소, 및 오존 전구체로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물의 감소를 포함함을 특징으로 하는 연료.
  136. 제 119항, 제 123항 또는 제 129항중 어느 한 항에 있어서, 에스테르 오일이, 배기 배출물 및 탄화수소 배출물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 배출물을 감소시키기 위해 첨가제 포뮬레이션의 약 2부피% 미만으로 포함됨을 특징으로 하는 연료.
  137. 제 119항, 제 123항 또는 제 129항중 어느 한 항에 있어서, 니트로파라핀 성분이, 첨가제 포뮬레이션의 독성을 감소시키기 위하여 포뮬레이션의 약 10부피% 미만으로 포함됨을 특징으로 하는 연료.
  138. 제 119항, 제 123항 또는 제 129항중 어느 한 항에 있어서, 니트로파라핀 성분이, 연료 마일리지 및 연료 경제성으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 증가시키기 위해 포뮬레이션의 약 10부피% 초과로 포함됨을 특징으로 하는 연료.
  139. 약 10 내지 40부피%의 니트로메탄을 포함하는 니트로파라핀; 포뮬레이션의 약 2부피% 미만이고, 트리크레실 포스페이트를 실질적으로 함유하지 않는 에스테르 오일; 및 톨루엔을 포함하는 첨가제를 포뮬레이션화하고,
    첨가제를 연료중 약 5부피% 미만의 농도로 연료에 첨가하는 것을 포함하는,
    자동차로부터 배출물을 감소시키기 위한 연료.
  140. 니트로파라핀, 에스테르 오일, 및 방향족 탄화수소를 포함하는 첨가제를 포뮬레이션화하고,
    첨가제를 연료중 약 5부피% 미만의 농도로 연료에 첨가하는 것을 포함하는,
    자동차로부터 배출물을 감소시키기 위한 연료.
  141. 제 140항에 있어서, 방향족 탄화수소가 톨루엔임을 특징으로 하는 연료.
  142. 2-니트로프로판을 실질적으로 함유하지 않는 약 10부피% 미만의 농도의 니트로파라핀; 및 에스테르 오일을 포함하는 첨가제를 포뮬레이션화하고,
    첨가제를 연료중 약 5부피% 미만의 농도로 연료에 첨가하는 것을 포함하는,
    자동차로부터 배출물을 감소시키기 위한 연료.
  143. 2-니트로프로판을 실질적으로 함유하지 않는 약 90부피% 초과의 농도의 니트로파라핀; 및 에스테르 오일을 포함하는 첨가제를 포뮬레이션화하고,
    첨가제를 연료중 약 5부피% 미만의 농도로 연료에 첨가하는 것을 포함하는,
    자동차로부터 배출물을 감소시키기 위한 연료.
  144. 2-니트로프로판을 실질적으로 함유하지 않는 니트로파라핀; 및 약 10부피% 미만 농도의 에스테르 오일을 포함하는 첨가제를 포뮬레이션화하고,
    첨가제를 연료중 첨가제 약 5부피% 미만의 농도로 연료에 첨가하는 것을 포함하는,
    자동차로부터 배출물을 감소시키기 위한 연료.
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