KR101241387B1 - 연료 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 연료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리이소부틸렌 0.1 내지 7 부피%; 폴리아민 0.05 내지 6 부피%; 알코올 0.5 내지 7 부피%; 및 석유계 용제 80 내지 95 부피%를 포함하는 연료 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 연료 조성물을 제공한다.

Description

연료 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 연료 조성물{COMPOSITION OF FUEL-ADDITIVE AND FUEL COMPOSITION COMPRISING THE SAME}

본 발명은 연료 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 연료 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 액상 연료에 첨가되어 연료의 연소 효율, 연비 등을 개선하고, 오염 물질 발생을 감소시킬 수 있는 연료 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 연료 조성물에 관한 것이다.

자동차 산업 분야에서는 지난 수십년간 연료의 효율을 향상시키고, 연료 연소 후 배출되는 오염 물질을 감소시키기 위한 연구가 계속되었다. 이는 석유 자원의 제한성 및 환경 보호의 관점에서 피할 수 없는 과제로 자동차 사업 분야에서 해결해야 할 핵심적인 과제 중 하나이다.

이와 같은 과제의 해결 방안 중 하나로, 연료의 연소 효율을 향상시키고, 배기 가스 배출을 감소시키기 위한 연료 첨가제 개발에 관한 연구들이 이루어져 왔다. 예를 들어, 엔진 내부의 퇴적을 방지하기 위한 퇴적 제어 첨가제나 유화제, 연료 유동제 강하제, 엔진 세정제, 윤활제 등과 같은 첨가제들이 연료와 함께 사용될 경우, 오염 물질 배출 감소나 연비 향상에 다소 효과가 있는 것으로 밝혀졌다.

그러나 이러한 종래의 엔진 첨가제들은 그 효과가 제한적이고, 오염 물질 감소와 연료 효율 개선에 있어서 만족할 만한 효과를 나타내지 못하고 있다. 따라서, 연료 효율 및 오염 물질 배출 감소 효과가 우수한 연료 첨가제의 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연료 효율 및 오염 물질 감소 효과가 우수한 연료 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 연료 조성물을 제공한다.

이를 위해, 본 발명은, 일 측면에서, 폴리이소부틸렌 0.1 내지 7 부피%; 폴리아민 0.05 내지 6 부피%; 알코올 0.5 내지 7 부피%; 및 석유계 용제 80 내지 95 부피%를 포함하는 연료 첨가제 조성물을 제공한다.

한편, 본 발명의 연료 첨가제 조성물은, 더 바람직하게는, 폴리이소부틸렌 0.4 내지 3 부피%; 폴리아민 0.1 내지 3 부피%; 알코올 1.0 내지 5 부피%; 및 석유계 용제 89 내지 98.5 부피%를 포함한다.

이때, 상기 폴리이소부틸렌은 점도평균분자량이 3만 내지 100만 정도인 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리아민은, 폴리옥시에틸렌계 아민인 것이 바람직하며, 폴리옥시에틸렌라우릴아민, 폴리옥시에틸렌올레릴아민 및 폴리옥시에틸렌스터릴아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 더 바람직하고, 폴리옥시에틸렌스터릴아민인 것이 가장 바람직하다.

한편, 상기 알코올은, 이로써 한정되는 것은 아니나, 메탄올, 에탄올 등과 같은 저급 알콜인 것이 바람직하며, 특히 메탄올인 것이 바람직하다.

또한, 상기 석유계 용제는, 이로써 한정되는 것은 아니나, 파라핀계 탄화수소인 것이 바람직하다.

다른 측면에서, 본 발명은 상기와 같은 연료 첨가제 조성물 및 연료를 포함하며, 상기 연료 첨가제 조성물 대 연료유의 부피비가 1: 100 ~ 1: 1500인 연료 조성물을 제공한다. 이때, 상기 연료는, 이로써 한정되는 것은 아니나, 디젤유, 중유, 경유 및 휘발유로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

본 발명의 연료 첨가제 조성물은 디젤유, 중유, 경유, 휘발유와 같은 액상 연료에 참가되어 연료의 연소 효율을 개선하고, 연료의 완전 연소를 유도하여 탄화수소, 일산화수소, 질소산화물과 같은 오염 물질의 배출을 현저하게 감소시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 연료 첨가제 조성물을 사용할 경우, 엔진 내부에 오염물이 축적되는 것이 방지되여, 연료 공급 시스템의 청정도가 향상되고, 엔진 소음이 감소하며, 연비가 형상되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 연료 첨가제 조성물을 난방용 연료에 사용할 경우에도, 높은 연소 온도, 완전 연소 및 그을름 발생 감소 및 연료 효율성 증대와 같은 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명자들은 석유 연료의 효율 및 오염 배출을 감소시키기 위한 연구를 거듭한 결과, 폴리이소부틸렌, 폴리아민, 알코올 및 석유계 용제를 포함하는 본 발명의 연료 첨가제 조성물을 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 연료 첨가제 조성물은 (1)폴리이소부틸렌, (2)폴리아민, (3)알코올 및 (4)석유계 용제를 포함한다.

상기 (1)폴리이소부틸렌은 연료의 점도를 증가시키기 위한 것으로, 연료의 점도가 증가하면, 연료계통이나 엔진에서 연료의 마찰 계수가 낮아지고, 그 결과 연료의 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 폴리이소부틸렌은 높은 비점과 낮은 열분해온도를 갖기 때문에, 연소 시에 발생하는 그을름 등에 흡착되었다가 열분해되면서 그을름을 제거하는 세정 기능을 수행한다. 일반적으로 디젤 엔진에서는 인젝터의 노즐이 고온의 연소 온도에 노출되어 있기 때문에, 연소시에 노즐 끝단에서 그을름이 발생하고, 그로 인해 노즐 막힘이 유발될 수 있는데, 본 발명의 연료 첨가제 조성물을 사용하면, 폴리이소부틸렌에 의해 그을름이 제거되기 때문에, 노즐 막힘을 방지할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 폴리이소부틸렌은 그 함량이 전체 연료 첨가제 조성물에 대하여 0.1 내지 7 부피% 정도, 보다 바람직하게는 0.4 내지 3 부피% 정도인 것이 바람직하다. 폴리이소부틸렌의 함량이 0.1 부피% 미만인 경우에는, 점도 증가 효과가 미미하고, 7 부피%를 초과할 경우, 조성물의 안정성에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

한편, 본 발명에서 사용되는 상기 폴리이소부틸렌은 점도평균분자량 (viscosity average molecular weight)이 3만 내지 100만 정도인 것이 바람직하다. 폴리이소부틸렌의 점도평균분자량이 3만 미만인 경우에는 연료의 점도 증가 효과가 미미하고, 100만을 초과할 경우, 조성물의 안정성에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

다음으로, 상기 (2)폴리아민은 액상 연료 내의 슬러지의 뭉침 현상을 방지하기 위한 것으로, 본 발명의 조성물의 경우 다양한 종류의 아민을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 폴리옥시에틸렌라우릴아민(polyoxyethylene lauryl amine), 폴리옥시에틸렌올레릴아민(polyoxyethylene oleryl amine) 또는 폴리옥시에틸렌스터릴아민(polyoxyethylene stearyl amine)과 같은 폴리옥시에틸렌계 아민이 사용될 수 있다. 이 중에서도 특히, 폴리옥시에틸렌계 아민이 바람직하다.

일반적으로 액상 석유 원료의 경우, 장기간 보관시에 액상 석유 원료에 포함된 불포화탄화수소의 이중 결합들이 서로 반응하면서 슬러지가 생성되기 쉽다. 이러한 슬러지들이 뭉쳐서 큰 덩어리로 생성될 경우, 노즐 막힘 현상 등이 발생하고, 그 결과 연료 효율이 떨어지고, 불완전 연소로 인한 오염 물질 발생이 증가하게 된다. 그러나, 연료 내에 폴리아민이 존재할 경우, 슬러지 뭉침 현상이 방지되기 때문에 노즐 막힘이 방지되고, 그 결과 연료 효율을 향상시키고, 오염 물질 발생을 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 연료 첨가제 조성물에 있어서, 상기 폴리아민은 그 함량이 전체 연료 첨가제 조성물에 대하여, 0.05 내지 6 부피% 정도인 것이 바람직하며, 0.1 내지 3.0부피% 정도인 것이 더욱 바람직하다. 폴리 아민의 함량이 0.05부피% 미만인 경우에는 효과가 미미하고, 6 부피%를 초과하는 경우에는 아민에 포함된 질소성분으로 자동차배기가스중 질소산화물 함량이 증가하는 문제점을 야기할 수 있다.

다음으로, 상기 (3)알코올은 연료의 효율적 분사를 돕기 위한 것으로, 이로써 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 프로판올과 같은 탄소수 10 이하의 저급 알코올을 사용할 수 있다. 이 중에서도 특히 메탄올이 바람직하다. 상기와 같은 알코올 성분은 연료에 혼합되어 연료의 표면 장력을 낮춤으로써, 노즐로부터 연료가 잘 분사되도록 하고, 그 결과 연료와 공기가 잘 혼합되도록 함으로써, 연료의 완전 연소에 도움을 준다.

한편, 본 발명의 연료 첨가제 조성물에 있어서, 상기 (3)알코올은 그 함량이 전체 연료 첨가제 조성물에 대하여, 0.5 내지 7부피% 정도인 것이 바람직하며, 1.0 내지 5.0부피% 정도인 것이 더욱 바람직하다. 알코올 함량이 0.5 부피% 미만인 경우에는 표면장력을 개선시키는 효과가 없고, 7 부피%를 초과할 경우는 첨가제 조성물의 불안정을 가져와 조성물의 분리현상이 발생할 수 있기 때문이다.

다음으로, 상기 (4) 석유계 용제는 연료와 연료 첨가제의 상용성을 향상시키기 위한 것으로, 폴리이소부틸렌 및 연료와 상용성이 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 있어서는, 상기 석유계 용제로 파라핀계 탄화수소를 사용할 수 있다. 이때 상기 석유계 용제는 그 함량이 80 내지 95 부피%, 더 바람직하게는 89 내지 98.5 부피% 정도인 것이 바람직하다.

상기와 같은 성분들을 포함하는 본 발명의 연료 첨가제 조성물은 폴리이소부틸렌을 제외한 각 성분을 함량대로 혼합하여 용액을 제조하고, 그 용액에 폴리이소부틸렌을 혼합시키는 방법으로 제조될 수 있다. 이때, 상기 폴리이소부틸렌의 혼합은 여러 단계로 나누어 진행되는 것이 바람직하며, 예를 들면, 상기 나머지 성분들이 혼합된 용액 1부피에 폴리이소부틸렌 1부피를 혼합하여 폴리이소부틸렌을 용해시키고, 여기에 추가로 나머지 성분들이 혼합된 용액을 추가하는 것을 반복하는 방법으로 본 발명의 연료 조성물을 제조할 수 있다. 이와 같이 폴리이소부틸렌과 나머지 성분들을 여러 단계로 나누어 혼합할 경우, 폴리이소부필렌이 보다 균질하게 용해될 수 있다.

또한, 본 발명은 연료 및 상기와 같은 본 발명의 연료 첨가제 조성물을 포함하는 연료 조성물을 제공한다.

이때 상기 연료로는 액상의 석유계 연료들이 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 디젤유, 경유, 중유, 휘발유 등이 사용될 수 있다. 한편, 연료 첨가제 조성물은 상기에서 설명한 바와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 본 발명의 상기 연료 조성물은 연료 첨가제 조성물 : 연료의 부피비가 1: 100 내지 1 : 1500 정도인 것이 바람직하다. 상기 비율이 1:100 미만인 경우에는 연료 첨가제농도가 높아져 연료의 기본 성능을 바꾸어 연료의 품질 저하를 가져

올 수 있고, 1:1500을 초과할 경우에는 첨가제농도가 낮아 기대하는 효과를 얻기 어렵기 때문이다.

상기와 같이, 본 발명의 연료 첨가제 조성물을 포함하는 연료 조성물은 장기간 저장해도 슬러지 뭉침으로 인한 노즐 막힘이 발생하지 않고, 완전 연소율이 높아 매연 발생이 현저하게 낮으며, 연비도 우수한 것으로 나타났다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더 자세히 설명한다.

실시예

폴리이소부틸렌 2.0 부피%, 폴리옥시에틸렌스터릴아민 0.5 부피%, 메탄올 5.0 부피% 및 석유계 용제(GS 칼텍스사, 상품명 kixxsol) 92.5 부피%를 혼합하여 연료 첨가제 조성물을 제조하였다.

상기 연료 첨가제 조성물 100ml를 디젤유 50L에 혼합하여, 연료 조성물을 제조하였다.

비교예

연료 첨가제 조성물을 혼합하지 않은 디젤유 50L를 준비하였다.

실험예 1

현대 자동차의 2007년 3월산 스타렉스 차량에 실시예의 연료 조성물을 주유한 다음, 배출가스 내의 매연 농도를 측정하였다. 상기 측정은 4,200rpm(이하, 제1모드), 3,800rpm(제2모드) 및 3,400rpm(제3모드)에서 각각 실시되었으며, 주유 10분 후 및 주유 3일 후에 각각 측정하였다. 또한, 비교를 위해 비교예의 디젤유를 동일한 자동차에 주유한 다음, 부하 검사를 통해 배출가스 내의 매연 농도를 측정하였다. 상기 측정은 4,200rpm(이하, 제1모드), 3,800rpm(제2모드) 및 3,400rpm(제3모드)에서 각각 실시되었다. 측정 결과는 하기 표 1에 기재하였다.

구분	비교예	실시예
		주유 10분 후	주유 3일 후
제1 모드	51%	39%	20%
제2 모드	45%	36%	15%
제3 모드	35%	29%	8%

상기 [표 1]에서 알 수 있듯이, 본 발명의 연료 첨가제 조성물을 혼합한 실시예의 연료 조성물을 사용한 경우에 비교예의 디젤유에 비해 매연 농도가 현저히 낮게 나타남을 알 수 있다. 특히, 실시예의 연료 조성물을 주유한 다음 3일 후에는 모든 모드에서 매연 농도가 법적 허용치인 30%보다 낮은 수치를 보이는 매우 만족스러운 결과를 얻을 수 있었다.

실험예 2

2000년 10월산 프런티어 1.3톤 차량에 실시예의 연료 조성물을 주유한 다음, 배출가스 내의 매연 농도를 측정하였다. 상기 측정은 4,000rpm(이하, 제1모드), 3,800rpm(제2모드) 및 3,600rpm(제3모드)에서 각각 실시되었으며, 주유 10분 후 및 주유 3일 후에 각각 측정하였다. 또한, 비교를 위해 비교예의 디젤유를 동일한 차에 주유한 다음, 부하 검사를 통해 배출가스 내의 매연 농도를 측정하였다. 또한, 각각의 경우의 최대 출력도 함께 측정하였다. 상기 매연 농도 측정은 4,000rpm(이하, 제1모드), 3,800rpm(제2모드) 및 3,600rpm(제3모드)에서 각각 실시되었으며, 측정 결과는 하기 표 2에 기재하였다.

구분	비교예	실시예
		주유 10분 후	주유 3일 후
제1 모드	16%	15%	9%
제2 모드	21%	18%	11%
제3 모드	19%	17%	9%
최대 출력	49Ps	53Ps	59Ps

상기 [표 2]에 기재된 바와 같이, 실시예의 연료 조성물을 사용할 경우, 비교예 1에 비해 출력은 약 8 ~ 17% 정도 증가하고, 매연 농도는 약 6% ~ 70% 정도 감소함을 알 수 있다.

실험예 3

현대 자동차의 2007년 3월산 스타렉스 차량에 실시예의 연료 조성물과 비교예의 디젤유을 주유한 다음, 시내 도로에서의 연비를 측정하였다. 측정 결과, 비교예의 디젤유를 주유하였을 때의 평균 시내 주행 연비는 6.5km/L였으나, 실시예의 연료 조성물을 주유하였을 때의 평균 시내 주행 연비는 9.2km/L로, 약 40% 가까운 연비 증가 효과를 얻을 수 있었다.

실험예 4

현태 자동차의 2009년 11월산 스타렉스에 실시예의 연료 조성물과 비교예의 디젤유을 주유한 다음, 연비를 측정하였다. 연비 측정은 시내도로와 고속도로에서 각각 이루어졌으며, 고속도로 1은 서울 ~ 대전간 고속도로이고, 고속도로 2는 서울 ~ 부산간 고속도로이다. 측정 결과는 하기 [표 3]에 기재하였다.

구분	비교예	실시예
시내 주행	8.52km/L	9.30km/L
고속도로 1	8.88km/L	10.94km/L
고속도로 2		12.32km/L

[표 3]에 의해, 실시예의 연료 조성물을 사용한 경우, 비교예의 디젤유를 사용한 경우에 비해 연비가 약 8 % ~ 23 %까지 증가하였음을 알 수 있다. 또한, 고속도로 2의 경우에서 보듯이, 실시예의 연료 조성물을 사용한 경우, 주행 거리가 길어질수록 연비 향상 효과가 더 우수해짐을 알 수 있다.

Claims (10)

1. 폴리이소부틸렌 0.1 내지 7 부피%;
   폴리아민 0.05 내지 6 부피%;
   메탄올 0.5 내지 7 부피%; 및
   석유계 용제 80 내지 95 부피%를 포함하는 연료 첨가제 조성물.
   
2. 제1항에 있어서,
   폴리이소부틸렌 0.4 내지 3 부피%;
   폴리아민 0.1 내지 3 부피%;
   메탄올 1.0 내지 5 부피%; 및
   석유계 용제 89 내지 98.5 부피%를 포함하는 연료 첨가제 조성물.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 폴리이소부틸렌은 점도평균분자량이 3만 내지 100만인 연료 첨가제 조성물.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 폴리아민은 폴리옥시에틸렌계 아민인 연료 첨가제 조성물.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 폴리옥시에틸렌계 아민은 폴리옥시에틸렌라우릴아민, 폴리옥시에틸렌올레릴아민 및 폴리옥시에틸렌스터릴아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 연료 첨가제 조성물.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 폴리아민은 폴리옥시에틸렌스터릴아민인 연료 첨가제 조성물.
   
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 석유계 용제는 파라핀계 탄화수소인 연료 첨가제 조성물.
   
9. 청구항 1 내지 6 및 8 중 어느 한 항의 연료 첨가제 조성물 및 연료를 포함하며,
   상기 연료 첨가제 조성물 대 연료의 부피비가 1: 100 ~ 1: 1500인 연료 조성물.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 연료는 디젤유, 중유, 경유 및 휘발유로부터 선택되는 1종 이상인 연료 조성물.