KR100766572B1 - 바이오디젤 연료조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지속적으로 지구상에서 생산이 가능한 식물성오일 및 동물성오일들을 원료로 사용하는 바이오디젤의 연료로서의 특성을 향상시키기 위하여 과불화알칸을 포함하는 바이오디젤 연료조성물에 관한 것으로서, 통상의 바이오디젤 100중량부에 대하여 탄소수 5 내지 8의 과불화알칸 1 내지 20중량부 및 MTBE 0.5 내지 25중량부를 혼합하여 이루어짐을 특징으로 하며, 상기 과불화알칸은 그의 물성에 기인하는 동결방지작용과 세척작용 및 상기 세척작용에 기인하는 방청작용, 방부작용을 제공하며, 그에 따라 본 발명에 따른 바이오디젤 연료조성물이 디젤엔진의 연료로 사용하기에 적절하다는 장점을 갖는다.

바이오디젤, 디젤엔진, 연료조성물, 과불화알칸, MTBE

Description

바이오디젤 연료조성물 {Biodiesel fuel composition}

본 발명은 바이오디젤 연료조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지속적으로 지구상에서 생산이 가능한 식물성오일 및 동물성오일들을 원료로 사용하는 바이오디젤의 연료로서의 특성을 향상시키기 위하여 과불화알칸을 포함하는 바이오디젤 연료조성물에 관한 것이며, 상기 과불화알칸은 그의 물성에 기인하는 동결방지작용과 세척작용 및 상기 세척작용에 기인하는 방청작용, 방부작용을 제공한다.

각종 연료 및 산업원료로 많이 쓰이는 석유는 화석연료의 일종으로 그 자원이 한정되어 있다는 데에 문제가 있고, 기존 유전에서의 채굴로 인한 소모 및 새로운 유전의 개발의 한계 등으로 점차 고갈되고 있는 실정이며, 그에 따라 가격도 계속적으로 상승하고 있다. 따라서 에너지의 개발이 시급히 요청되고 있으며, 이는 전세계적인 추세이다. 대체에너지로는 태양열발전, 풍력발전, 조력발전, 지열발전 등이 거론되고 있으며, 또 개발되고 있으나, 이들은 주로 에너지로서 전기를 생산하는 것과 관련되어 있다. 한편, 에너지의 개발 중에는 수송유, 즉 자동차 등의 구동을 위한 대체연료의 개발 역시 시급히 요청되고 있다.

대체연료의 개발 중 진척이 있는 분야로 바이오디젤과 개스홀(가솔린 즉, 휘 발유와 에탄올 등의 알코올의 혼합물로 된 연료)이 언급되고 있다.

바이오디젤은 지속적으로 지구상에서 생산이 가능한 식물성오일 및 동물성오일들을 원료로 사용할 수 있으며, 가정용 및 공업용으로 사용되고 난 후의 폐식용유 등도 일정하게 재처리함으로써, 황분이 적고, 수분 및 침전물이 적어, 연소 시 먼지, 황산화물, 불완전연소분 등의 공해물질을 거의 배출하지 않는다는 장점을 가지고 있다. 그러나 바이오디젤은 착화점이 높고, 저온에서는 시동이 걸리지 않는 등의 단점이 있다. 이는 바이오디젤이 식물성오일 및 동물성오일들을 원료로 사용하고 있으며, 이들 천연의 오일류들은 상온에서 액체상태이기는 하나, 다종다양한 성분들로 이루어지며, 에스테르화 또는 열분해 등에 의해 저분자량으로 개질되기는 하나, 여전히 고분자량의 오일성분들을 포함하며, 또한 미량이기는 하나, 왁스 등을 포함하고 있어 기화기 등에 왁스의 침적을 초래하여 출력의 저하 및 저온에서의 시동 불능 등을 야기시키는 원인이 된다.

본 발명의 목적은 지속적으로 지구상에서 생산이 가능한 식물성오일 및 동물성오일들을 원료로 사용하는 바이오디젤의 연료로서의 특성을 향상시키기 위하여 과불화알칸을 포함하는 바이오디젤 연료조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 바이오디젤 연료조성물은, 통상의 바이오디젤 100중량부에 대하여 탄소수 5 내지 8의 과불화알칸 1 내지 20중량부 및 MTBE 0.5 내지 25중량부를 혼합하여 이루어진다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 바이오디젤 연료조성물은, 통상의 바이오디젤 100중량부에 대하여 탄소수 5 내지 8의 과불화알칸 1 내지 20중량부 및 MTBE 0.5 내지 25중량부를 혼합하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기에서 바이오디젤은 본 발명의 출원일 현재 국내외 유수의 제조업자들에 의해 상용적으로 공급될 것을 목적으로 생산 및 사용되고 있는 것으로 이해될 수 있다. 대한민국에서는 신한에너지와 제일 대체에너지 등의 회사에서 상용화된 바이오디젤을 구입하여 사용할 수 있다. 화석연료인 통상의 디젤유 역시 유기체의 탄화물에 불과한 것이기는 하나, 지중에 묻혀 오랫동안 탄화작용을 받아 생성되는 것으로서, 그 부존량이 한정되어 있고, 채굴과 정제에 많은 노력과 비용이 들어가는 것임에 비하여, 바이오디젤은 유기체를 가공하여 디젤유를 직접 만들어 낸 것으로서, 그 재료는 콩과식물 또는 쌀과 같은 일반작물 또는 폐오일 등을 원료로 하여 만들어지며, 주로 대규모 재배가 가능한 북미지역에서 대체연료로서의 가치를 인정받아 이미 오래 전부터 실용화연구가 진행되어 왔던 것으로 근래에 상용화를 위한 후발연구가 진행 중인 대체연료의 일종이다. 바이오디젤 역시 알코올 연료의 경우와 같이 원유를 정제하는 것이 아닌 원재료 변환으로 만들어지므로 불필요한 화합물(황, 납 등)이 적은 친환경적인 연료라 할 수 있다. 이 연료는 트랜스-에스테르화(trans-esterification) 과정을 이용하여 만들어지는데, 식물성기름이 촉매인 메틸알콜을 이용하여 유지(에스테르) 형태로 변환되고, 그 유지에서 “글리세린”을 제거하면 바이오디젤이 남게 되는 공정이며, 이러한 가공 디젤유는 엔진 변경 없이 일반 디젤유와 20 : 80의 중량비로 혼합, 사용될 수 있다. 바이오디젤의 분류는 ‘B’와 혼합율을 함께 표기한다. 예를 들어, ‘B100’은 100% 바이오디젤을, ‘B20’은 바이오디젤이 20% 혼합된 것을 의미한다.

특히 본 발명에서는 글리세린이나 왁스 등이 충분히 제거되지 않은 상태에서 디젤엔진에 투입되어 사용되는 경우, 글리세린이나 왁스 등이 기화기 등에 침적되어 기화기를 폐색시키거나 연료 기화량을 감소시켜 정격출력을 내지 못하게 하는 등의 문제점을 해결하기 위하여 바이오디젤에 첨가제로서 과불화알칸을 더 혼합시킨 조성물을 제공하는 것에 의해 상기한 바의 종래의 바이오디젤의 문제점을 해결함을 특징으로 하는 것이다.

상기 과불화알칸은 바이오디젤을 사용하는 경우에서 특히 기화기 등에서의 침적문제를 해결하고, 디젤연료의 분무성을 개선시키는 기능을 한다. 탄소-불소 결합이 매우 강하여 자외선에 의해 불소 라디칼이 방출되지 않기 때문에, 과불화알칸(perfluoroalkane)은 오존층을 파괴하지 않는다. 비록, 그 안정성과 장기간의 보존성 등과 관련된 문제점들이 있기는 하나, 실제로 일부 과불화알칸들은 미합중국 환경 보호 위원회(US Environmental Protection Agency)에 의해 염화불화탄소(CFC ; chlorofluorocarbons)를 대체하는 냉매제로 승인받았다. 또한, 과불화알칸은 낮은 융점과 비점을 가지고 있으며, 전자제품의 세척제로도 널리 사용되고 있으며, 증발 후 잔류물을 남기지 않는다. 또한, 상기 과불화알칸은 그의 물성에 기인하는 동결방지작용과 세척작용 및 상기 세척작용에 기인하는 방청작용, 방부작용을 제공한다. 상기 과불화알칸으로는 퍼플루오로펜탄(perfluoropentane, m.p. ; -10 ℃, b.p. ; 29.2℃), 퍼플루오로헥산(perfluorohexane, m.p. ; -87.1℃, b.p. ; 56.6℃), 퍼플루오로헵탄(perfluoroheptane, m.p. ; -78℃, b.p. ; 82.5℃) 또는 퍼플루오로옥탄(perfluorooctane, b.p. ; 29.2℃) 또는 이들의 혼합물이 될 수 있다. 상기 과불화알칸이 상기 바이오디젤 100중량부에 대해 1중량부 미만으로 사용되는 경우, 상기한 바와 같은 기화기의 막힘 현상 예방이 충분치 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 20중량부를 초과하는 경우, 경제적이지 못하며, 연료로서의 총열량의 부족이 있을 수 있어 역시 엔진의 정격출력이 얻어지지 못하게 되는 문제점이 있을 수 있다.

상기 MTBE는 기존의 가솔린 등의 연료에서 노킹억제를 위해 사용되는 물질로서, 전세계적으로 가솔린의 생산을 위해 막대한 양으로 생산되는 물질로서, 옥탄가를 높여 노킹을 방지하고, 그에 따라 내연기관에서 정상적인 착화 및 폭발이 일어나도록 기능한다. 상기 MTBE가 상기 바이오디젤 100중량부에 대해 0.5중량부 미만으로 사용되는 경우, 노킹억제 효과가 충분치 못하게 되어 내연기관의 정상적인 운전이 어려워지는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 25중량부를 초과하는 경우, 원가면에서 경제적이지 못하다.

또한, 본 발명에 따른 바이오디젤 연료조성물에는 통상의 디젤유 첨가제들이 더 포함될 수 있다. 이러한 디젤유 첨가제들의 예로서는 산화방지제, 금속활성 저하제, 동결방지제, 녹방지제, 조기발화 방지제, 기통 윤활제, 청정제 등을 들 수 있으며, 이들은 당업자에게는 상용적으로 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있으며, 이들의 첨가량 역시 당업자에게는 용이하게 실시할 수 있을 정도로 이해될 수 있는 것이다. 또한 사메틸납 또는 사에틸납과 같은 안티노킹제가 더 추가될 수도 있다.

상기 산화방지제는 가솔린이 산화할 때 생성되는 검질을 방지하기 위한 것으로서, 페놀유도체 또는 아미노페놀 유도체가 주로 사용되며, 연료조성물 총량에 대해 0.01 내지 0.1중량부의 양으로 더 포함될 수 있다.

상기 금속활성 저하제는 금속, 특히 구리, 황화구리 등 극히 미량이라도 산화능력이 큰 금속들의 활성을 억제하여 연료조성물의 산화를 방지하는 기능을 하며, 주로 N,N′-디살리실리덴-2′-아미노프로판 등이 사용된다.

상기 동결방지제는 겨울철 또는 혹한기에 동결을 방지하여 유동성을 확보하기 위한 것으로서, 통상 글리세린 등과 같은 고급알코올류 또는 아닐롤이라는 아닐린-알코올 혼합액이 사용된다.

상기 녹방지제는 금속에 녹이 형성되는 것을 방지하는 기능을 하며, 술폰산암모늄 또는 유기인 화합물이 사용된다.

상기 조기발화 방지제는 산화납이 생기거나 탄소가 침적하는 것을 방지하여 조기발화를 억제하는 기능을 하며, 코발트 및 크롬의 나프텐산 비누 등이 사용된다.

기통 윤활제는 기통 부위의 윤활성을 강화시켜 마모를 방지하는 기능을 하며, 통상 경질(輕質) 윤활유가 사용된다.

상기 청정제는 기화기의 스로틀밸브 주변에 부착되는 침적물을 제거하는 기능을 하며, 계면활성제가 주로 사용된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.

실시예

상용화된 바이오디젤(대한민국 소재 신한에너지 제품) 100중량부와, 과불화옥탄 10중량부 및 MTBE 10중량부를 혼합하여 본 발명에 따른 바이오디젤 연료조성물을 수득하였다. MTBE는 미국 소재 베이커사의 제품을 구입하여 그대로 사용하였다.

시험예

본 발명에 따른 연료조성물을 디젤엔진이 장착된 통상의 승용자동차(배기량 2995cc)에 주유한 후, 시동 및 주행시험을 거친 결과, 통상의 디젤유의 주유 시와 동일하게 시동이 걸리고, 안정적인 주행이 가능함을 확인할 수 있었다.

따라서 본 발명에 따른 바이오디젤 연료조성물이 내연기관, 특히 일반 디젤승용차의 디젤엔진에 주유되어 수송유로서 기능할 수 있음을 확인할 수 있었다.

따라서 본 발명에 의하면 지속적으로 지구상에서 생산이 가능한 식물성오일 및 동물성오일들을 원료로 사용하는 바이오디젤의 연료로서의 특성을 향상시키기 위하여 과불화알칸을 포함하는 바이오디젤 연료조성물을 제공하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명 백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (2)

1. 통상의 바이오디젤 100중량부에 대하여 탄소수 5 내지 8의 과불화알칸 1 내지 20중량부 및 MTBE 0.5 내지 25중량부를 혼합하여 이루어지고,

   상기 과불화알칸은 퍼플루오로펜탄(perfluoropentane), 퍼플루오로헥산(perfluorohexane), 퍼플루오로헵탄(perfluoroheptane), 퍼플루오로옥탄(perfluorooctane) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 바이오디젤 연료조성물.
2. 제1항에 있어서,

   산화방지제, 금속활성 저하제, 동결방지제, 녹방지제, 조기발화 방지제, 기통 윤활제, 착색제, 청정제 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 통상의 가솔린 첨가제들이 더 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 바이오디젤 연료조성물.