KR102037233B1 - 젤형 알코올 연료와 고체연료를 포함하는 혼합연료 조성물 및 혼합연료의 제조방법 - Google Patents

젤형 알코올 연료와 고체연료를 포함하는 혼합연료 조성물 및 혼합연료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 젤형 알코올 연료 50~95중량%와, 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상의 고체연료 5~50중량%를 포함하는 혼합연료 조성물 및 혼합연료의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 혼합연료는 연소시 대류열을 발생하여 신속한 보온효과를 가지는 젤형 알코올 연료와 복사열을 발생하여 효율적인 열전달효과와 지속적인 보온효과를 갖는 고체연료를 혼합하여 사용함으로써, 안전성, 저장성, 연소성, 발열량, 취급 및 사용 용이성, 비(非)누설성, 젤 형성능 등이 우수하고, 장시간 연소가 가능하고 열전달 성능이 우수하다.

Description

젤형 알코올 연료와 고체연료를 포함하는 혼합연료 조성물 및 혼합연료의 제조방법 {Blending fuel composition comprising gel-type alcohol fuel and solid fuel and producing method of blending fuel}
본 발명은 혼합연료 조성물 및 혼합연료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 젤형 알코올 연료와 고체연료를 포함하여 안전성, 저장성, 연소성, 발열량, 취급 및 사용 용이성, 비(非)누설성, 젤 형성능, 열전달 성능 등이 우수하고 장시간 연소가 가능한 혼합연료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 알코올 연료는 강한 휘발성으로 인하여 유독가스가 발생하고, 저장 안정성이 낮으며, 연소 지속시간이 짧고, 액상이라 연소시 취급 부주의로 인한 화재의 위험성이 높은 등 여러 가지 문제점이 있었다.
이러한 액상 알코올 연료를 대체하기 위하여 파라핀계 고체연료가 사용되고 있지만, 파라핀계 고체연료도 연소시 그 성분 중 일부가 액화되어 취급 부주의나 엎지르는 경우 액상 알코올과 같이 화재의 위험성이 높고, 유동성이 없는 고체상이기 때문에 그 용도가 제한되는 문제가 있다.
알코올을 젤화시킨 젤형 알코올 연료는 고체상 연료에 비하여 유동성이 있고 액상 연료에 비해서는 유동성이 낮으므로, 용기파손, 취급 부주의 또는 엎지르는 경우에도 연료가 쉽게 유출되지 않으므로 화재의 위험성이 낮다. 따라서 젤형 알코올 연료는 종래의 액상 연료 또는 고체상 연료가 가진 문제점을 어느 정도 개선할 수 있으므로 널리 사용되고 있다.
그러나 젤형 알코올 연료는 20ℓ 용기 기준으로 연소시간이 10시간 이하로 상대적으로 짧고, 젤형의 알코올이 연소하면서 발생하는 대류열을 이용하는 것이므로 대류열만으로는 열전달 능력에 한계가 있다. 따라서 젤형 알코올 연료를 사용할 경우, 장시간 보온이 필요할 때는 중간에 연료를 교체하여야 하고 필요에 다른 추가 보온수단이 강구되기도 한다. 특히, 동절기에 건축물을 축조하는 경우, 콘크리트 양생시나 마감작업 등으로 계속적인 보온이 필요할 경우에는 일반적으로 오후 5시에서 다음날 아침 8시까지 효율적이고 지속적으로 보온을 유지해야 하는데, 젤형 알코올 연료는 연소시간이 짧으므로 중간에 연료의 교체가 필요한다. 이러한 연료교체는 인력의 추가 배치와 그에 따른 인건비가 상승 및 야간에 행해지는 추가작업으로 인한 사고의 위험을 초래한다.
종래의 젤형 알코올 연료를 제조하는 방법으로는 고급지방산염을 이용하는 방법{미국 특허 제4,436,525호, 일본국 특허공보 (소)50-36841 및 (소)51-8961}, 디벤질리덴 솔비톨을 이용하는 방법{일본국 특허공보 (소) 61-195194}, 니트로셀룰로오스를 이용하는 방법(대한민국 특허등록 제73-131호), 아크릴산 중합체를 이용하는 방법{일본국 특허공보 (소) 60-44344} 등이 있다.
고급지방산염 또는 디벤질리덴 솔비톨을 사용하여 제조한 젤형 알코올 연료는 거의 고체상이 된다. 특히 고급 지방산염의 경우에는 금속함량이 많아서 대기 중 수분의 영향을 많이 받으므로 소요의 열량을 얻을 수 없으며, 연소 후 회분이 많아 실용적 가치가 낮은 것으로 평가되고 있다.
니트로셀룰로오스를 이용하여 젤형 알코올 연료를 제조하는 방법의 경우에는, 니트로셀룰로오스 자체가 가열이나 충격에 민감한 폭발물이기 때문에 극히 위험하며, 여름철에는 자연분해와 동시에 분해열에 의한 발화 내지 폭발의 위험성이 상존하기 때문에 제조시나 연료로 사용시 매우 주의를 해야 한다.
아크릴산 중합체는 화장품 원료로 사용되고 양호한 점성의 젤을 형성한다는 점에서 젤형 연료의 제조에 사용되고 있다. 그러나 아크릴산 중합체를 사용하여 젤형 알코올 연료를 제조하는 경우 암모니아, 트리에탄올아민, 디에틸아민 등과 같은 비교적 저분자량의 단순 유기아민계 염기를 중화증점제로 반드시 사용해야 한다는 문제가 있다. 이들 저분자량의 단순 유기아민계 중화증점제는 유독성이고 자극성이며, 그 증기는 피부를 자극하여 염증을 유발하게 되므로 젤형 알코올 연료 제조시나 이러한 연료의 취급시에 항상 주의를 해야 하는 어려움이 있다.
또한, 열량이 부족한 메탄올이 주성분인 젤형 연료에서 열량을 증가시키기 위하여 연소열이 큰 탄소 원자수 2개 이상의 알코올을 혼합하여 젤화시키는 경우, 저분자량의 단순 알킬아민을 중화증점제로 첨가하게 되면 젤 형성능력이 불량할 뿐만 아니라 생성된 젤의 일부가 고온에서 파괴되는 문제점이 있다.
일반적으로 알코올 타입의 젤형 연료 조성물을 형성할 때 고점성의 젤을 유지하기 위해서는 하이드록시에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스나 셀룰로오스 검, 아크릴다가산 중합체, 스테아린산 나트륨염 등의 젤 조성 고분자 화합물을 조성물 중 1~3 중량%로 사용한다.
또한, 젤형 연료조성물을 형성하기 위해서는 고분자 화합물의 분산을 최대로 유지해야 하므로, 이를 위해 수산화나트륨, 탄산나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨 등의 무기알칼리나 암모니아수, 트리에탄올 아민 등의 유기알칼리와 같은 중화제를 사용하여 중화시키는 방법이 제안되고 있다. 알코올 농도를 90% 이상으로 높게 유지시키는 경우에는 폴리옥시에틸렌알킬아민과 같은 고분자 체인을 가지는 유기알칼리를 사용하여 분산상의 안정성을 높인다.
대한민국 특허등록 제0156372호에서는 아크릴다가산 중합체에 폴리옥시에틸렌알킬아민을 중화안정제로 사용하여 고농도의 알코올 연료 조성물로 안정한 점도유지와 저장 안정성을 확보하는 특징을 보여주고 있다. 그러나 알코올 농도가 95% 이상, 특히 97% 이상에서도 젤형 고점도 알코올 연료 조성물의 저장 안정성을 높이고, 젤 조성물인 고분자 첨가물질의 농도를 1%, 특히 0.5% 범위 내에서 젤을 유지하고 고점성의 연료조성물을 안정화시키기 위해서는, 보다 안정한 고분자 분산제의 사용이 요구된다.
또한, 영국특허등록 제2,401,374호에서는 젤형 고점도 연료 조성물의 연소 안정성을 높이고 화재나 화상 등의 위험성을 낮추면서 선명한 불꽃을 형성하고 흐름성을 낮추기 위하여 다양한 첨가물을 첨가하고 있다. 그러나 이 경우에도 연소 안정성이 떨어지고 고점성의 투명한 연료조성물이 불안정해져서 고분자 조성물이 석출될 수 있는 문제점이 있다.
대한민국 특허공고 제1993-0010572호 대한민국 특허등록 제10-0156372호 대한민국 특허등록 제10-1111442호 대한민국 특허등록 제10-1315993호 대한민국 특허등록 제10-1535603호 대한민국 특허공개 제10-2017-0069544호 대한민국 특허공개 제10-2009-0112275호 대한민국 특허공개 제10-1999-0031109호
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 안전성, 저장성, 연소성, 발열량, 취급 및 사용 용이성, 비(非)누설성, 젤 형성능 등이 우수하고, 장시간 연소가 가능하며 열전달 성능이 우수한, 젤형 알코올 연료를 포함하는 혼합연료와 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명에서는, 젤형 알코올 연료의 문제점인 상대적으로 짧은 연소시간을 연장시키고 열전달 및 보온력을 보다 상승시킬 수 있는, 젤형 알코올 연료와 고체연료를 포함하는 혼합연료와 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 젤을 잘 형성하고 유지 및 안정화시킬 수 있으며, 특히 고체연료를 포함하는 상태에서도 젤을 잘 유지 및 안정화시킬 수 있는 혼합연료 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
pH 6~9의 젤형 알코올 연료 50~95중량%와,
숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상이며, 분말상, 과립상 및 괴상 중에서 선택된 1종 이상의 형상을 갖는 고체연료 5~50중량%를 포함하는 혼합연료 조성물을 제공한다.
상기 조성물에서, 상기 고체연료는 가연성 포장용기에 담겨 밀봉된 상태로 상기 젤형 알코올 연료 중에 포함되는 것이 바람직하다.
상기 조성물에서, 상기 젤형 알코올 연료는 알코올 70~99중량%, 물 0~29.5중량% 및 카르복시비닐 폴리머 0.5~1중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 조성물에서, 상기 알코올은 탄소수 1~5의 알코올 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 조성물에서, 상기 카르복시비닐 폴리머는 분자량 900,000~4,500,000의 범위를 갖는 고분자로서 폴리아크릴 산의 공중합체 또는 교차 중합체인 것이 바람직하다.
상기 조성물에서, 상기 젤형 알코올 연료는 알코올, 물 및 카르복시비닐 폴리머로 이루어진 조성물 100중량%에 대하여 알칸올 아민 0.5~3중량%를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 조성물에서, 상기 알칸올 아민은,
트리이소프로판올 아민을 포함하거나, 또는
모노에탄올 아민 또는 트리이소프로판올 아민 1몰에 프로필렌 옥사이드 2~4몰을 반응시켜 생성된 화합물, 또는 이 반응의 최종생성물과 중간생성물을 포함하는 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 조성물에서, 상기 젤형 알코올 연료는 젤형 알코올 연료 100중량%에 대하여 0.0001~0.005중량%의 착색제를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은,
알코올을 젤화시켜 pH 6~9의 젤형 알코올 연료를 제조하는 단계; 및
상기 젤형 알코올 연료 50~95중량%와, 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상이며 분말상, 과립상 및 괴상 중에서 선택된 1종 이상의 형상을 갖는 고체연료 5~50중량%를 혼합하는 단계를 포함하는 혼합연료의 제조방법을 제공한다.
상기 제조방법에서, 상기 고체연료는 가연성 포장용기에 담겨 밀봉된 것임이 바람직하다.
또한, 본 발명은,
숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상이며 분말상, 과립상 및 괴상 중에서 선택된 1종 이상의 형상을 갖는 고체연료 5~50중량%와 알코올 연료 조성물 50~95중량%을 혼합하는 단계; 및
상기 혼합된 고체연료와 알코올 연료 조성물 중의 알코올을 젤화시키는 단계를 포함하는 혼합연료의 제조방법을 제공한다.
상기 제조방법에서, 상기 고체연료는 가연성 포장용기에 담겨 밀봉된 것임이 바람직하다.
본 발명의 혼합연료는 연소시 대류열을 발생하여 신속한 보온효과를 가지는 젤형 알코올 연료와 복사열을 발생하여 효율적인 열전달효과와 지속적인 보온효과를 갖는 고체연료를 혼합하여 사용함으로써, 안전성, 저장성, 연소성, 발열량, 취급 및 사용 용이성, 비(非)누설성, 젤 형성능 등이 우수하고, 장시간 연소가 가능하고 열전달 성능이 우수하다. 특히 20ℓ 용기기준으로 12시간 이상 장시간 연소가 가능하고 열전달 성능이 우수하므로 경제적으로도 매우 뛰어난 효과가 있다.
따라서 본 발명의 혼합연료는 콘크리트 양생용, 캠핑용, 조리용 등 다양한 분야에서 연료로 이용될 수 있다.
본 발명의 혼합연료 조성물은 젤형 알코올 연료와, 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상의 고체연료를 포함한다.
혼합연료에서 젤형 알코올 연료는 연소시 대류열을 발생하여 신속한 보온효과를 가지고, 고체연료는 복사열을 발생하여 효율적인 열전달효과와 지속적인 보온효과를 갖는다.
상기 조성물은 젤형 알코올 연료 50~95중량%와 고체연료 5~50중량%를 포함하는 것이 바람직하며, 젤형 알코올 연료 70~95중량%와 고체연료 5~30중량%를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 젤형 알코올 연료와 고체연료를 4:1의 중량비로 혼합하는 것이 특히 바람직하다.
상기 젤형 알코올 연료는 공지의 젤형 알코올 연료의 제조방법에 따라 제조하거나 상품화된 젤형 알코올 연료를 사용할 수 있다.
본 발명의 젤형 알코올 연료는 pH 값이 6~9인 것이 바람직하다.
상기 젤형 알코올 연료는 알코올 70~99중량%, 물 0~29.5중량% 및 카르복시비닐 폴리머 0.5~1중량%를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
상기 알코올은 탄소수 1~5의 저급 알코올 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 이러한 알코올의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 펜탄올 등이 있다. 비용적인 면에서 메탄올을 사용하는 것이 일반적이지만 사용목적에 따라 에탄올을 사용할 수도 있다. 알코올은 젤형 알코올 연료용 조성물 중에 70~99중량% 포함되며, 바람직하게는 80~99중량%, 보다 바람직하게는 90~99중량% 포함될 수 있다.
물은 젤 형태를 형성하고 유지하며, 점도와 연소속도를 조절하기 위하여 사용한다. 물은 젤형 알코올 연료용 조성물 중에 0~29.5중량% 포함되며, 바람직하게는 0~19.5중량%, 보다 바람직하게는 1~6중량%로 포함될 수 있다. 물의 양이 너무 많으면 상대적으로 알코올의 함량이 줄어들어 발열량이 감소할 수 있고, 물의 양이 너무 적으면 젤화에 영향을 주어 젤의 형태 유지가 어려운 문제점이 있다.
카르복시비닐 폴리머는 젤형 알코올 연료에서 최종적으로 젤을 형성하는 기본 물질이다. 카르복시비닐 폴리머는 알코올, 물 또는 알코올과 물의 혼합물에 분산되어 점도를 높여 젤을 형성하는 젤화제로 작용하며, 함량에 따라 고점도의 젤을 형성할 수 있어 알코올 연료의 흐름성, 비누설성 및 안정성에 중요한 역할을 한다.
카르복시비닐 폴리머로는 분자량 900,000~4,500,000의 범위를 갖는 고분자로서 폴리아크릴산의 공중합체 또는 교차 중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 카르복시비닐 폴리머는 젤형 알코올 연료용 조성물 중에 0.5~1중량% 포함되는 것이 바람직한데, 카르복시비닐 폴리머의 함량이 너무 낮은 경우에는 젤형 알코올 연료의 흐름성이 높아 젤형성이 어려워질 수 있고, 함량이 너무 높은 경우에는 너무 고점도의 젤을 형성하거나 연소시 불순물이 발생할 수 있기 때문이다.
상기 젤형 알코올 연료는, 알코올, 물 및 카르복시비닐 폴리머로 이루어진 조성물 100중량%에 대해 알칸올 아민 0.5~3중량%를 더 포함할 수 있다.
알칸올 아민은 젤형 알코올 연료용 조성물에서 카르복시비닐 폴리머의 카르복시기와 중화반응을 하여 젤을 형성하는 중화증점제이다. 알칸올 아민은 탄소수 8~14의 분지형 알킬기에 하이드록시기가 포함된 3차 아민 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 대표적인 예로는 트리이소프로판올 아민 등이 있다.
상기 알칸올 아민은 트리이소프로판올 아민 또는 모노에탄올 아민 1몰(mole)에 프로필렌 옥사이드 2~4몰을 반응시켜 생성된 것을 사용하는 것이 보다 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 방법으로 알칸올 아민을 제조하는 경우 생성된 단일 알칸올 아민 화합물을 분리 정제하여 사용할 수도 있지만, 반응 과정에서 생성되는 중간 화합물, 다가 하이드록시기를 가진 화합물의 다른 위치 하이드록시기와 모노에탄올 아민의 결합화합물 등의 부산물을 모두 포함하는 형태의 혼합물로도 사용할 수 있다. 또한, 상기 반응을 통하여 생성된 혼합물도 혼합물 단독으로 사용하거나, 또는 다른 알칸올 아민이나 다른 알칸올 아민 생성반응의 혼합물과 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 알칸올 아민, 즉 탄소수 8~14의 분지형 알킬기에 하이드록시기가 포함된 3차 아민은, 분자크기가 작아서 카르복시비닐 폴리머의 카르복시기와 중화반응을 할 때 입체장애가 없어 효율적으로 중화반응을 할 수 있으므로 분자크기가 큰 화합물에 비하여 사용량이 적어지게 된다. 또한, 중화반응 후 생성된 젤 형성물이 분지형 알킬기로 인하여 효율적으로 분산되며 하이드록시기가 알코올과 상호작용을 하게 되어 젤형 알코올 연료의 휘발성을 낮추어주고 장기적 안정성을 유지하는 역할을 한다.
알칸올 아민은 알코올, 물 및 카르복시비닐 폴리머로 이루어진 조성물 100중량%에 대해 0.5~3중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 카르복시비닐 폴리머 100중량부를 기준으로 80~180중량부로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 조성물 중 알칸올 아민의 양이 너무 적으면 젤 형성이 어려울 뿐만 아니라 젤형 알코올 연료가 산성을 띄게 되어 장기 보존성이 떨어지고 금속 용기를 부식시키게 되며, 반대로 너무 많으면 젤 형성이 파괴되어 흐름성이 높아지고 과다한 알칸올 아민 사용으로 인해 연소시 잔류물이 증가하는 단점이 있다.
알칸올 아민을 중화증점제로 사용하면 물의 함량이 5중량% 이하인 경우에도 적당한 점도 및 젤 형태 유지가 가능하며, 심지어는 물을 전혀 포함하지 않는 경우에도 젤 형태를 유지할 수 있다.
상기 젤형 알코올 연료는 착색제를 더 포함할 수 있다. 착색제로는 통상적으로 상압 하에서 비등점이 220℃ 이하인 방향족 화합물을 사용하며, 착색제의 예로는 톨루엔, 크실렌, 트리메틸벤젠 등의 알킬벤젠류; 메톡시 벤젠, 에톡시 벤젠 등의 페닐 에테르류; 안식향산 메틸, 초산 페닐 등의 에스테르류 등이 있다. 착색제는 젤형 알코올 연료의 연소시 불꽃이 색을 가지게 하여 연소의 진행여부를 용이하게 확인할 수 있게 한다. 착색제는 젤형 알코올 연료 100중량%에 대하여 0.0001~0.005중량% 포함되는 것이 바람직하다. 착색제의 함량이 너무 적을 경우 착색효과가 미미하고, 함량이 너무 많을 경우 연소효율이 저하될 수 있다.
상기 조성의 젤형 알코올 연료는, 알코올 70~99중량%, 물 0~29.5중량% 및 카르복시비닐 폴리머 0.5~1중량%를 혼합 및 교반하여 제조한다. 알칸올 아민을 추가적으로 포함하는 경우에는, 상기 알코올, 물 및 카르복시비닐 폴리머로 이루어진 조성물 100중량%에 대하여 알칸올 아민 0.5~3중량%를 혼합 및 교반하여 젤형 알코올 연료를 제조할 수 있다.
착색제를 사용하는 경우에는, 상기 젤형 알코올 연료 100중량%에 대하여 0.0001~0.005중량%의 착색제를 혼합하여 교반한다. 알칸올 아민을 사용하는 경우에는 알칸올 아민을 혼합하기 전에 착색제를 혼합하는 것이 바람직하다.
젤형 알코올 연료를 제조하는 바람직한 방법의 한 예는, 알코올 70~95중량%, 물 0~25.5중량% 및 카르복시비닐 폴리머 0.5~1중량%를 혼합하여 교반하는 단계, 혼합 후 폴리머가 완전히 분산된 분산액에 분산액 총 중량에 대하여 0.0001~0.005중량%의 착색제를 혼합하여 교반하는 단계, 및 혼합 후 착색제가 완전히 용해 또는 분산된 분산액에 물 1~4중량%와 알칸올아민 0.5~3중량%의 혼합액을 투입하고 교반하는 단계를 포함한다.
고체연료로는 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상을 사용한다.
고체연료는 분말상, 과립상(granule) 및 괴상 중 선택된 1종 이상의 형상을 사용할 수 있으며, 괴상으로 사용하는 것이 보다 바람직하다. 괴상 숯을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
상기 고체연료는 그대로 젤형 알코올 연료에 혼합하거나 가연성 포장용기에 넣어 밀봉한 상태로 젤형 알코올 연료에 혼합하여 사용할 수 있다. 고체연료를 포장하는 가연성 포장용기는 비닐, 비닐코팅이 된 종이, 방수성 섬유 등 다양한 종류를 사용할 수 있으며, 가연성과 방수성을 지닌 소재로서 밀봉 가능한 것이면 모두 사용 가능하다.
고체연료와 젤형 알코올 연료가 직접 접촉할 경우 젤형 알코올 연료가 다시 액체 상태로 변할 수 있으므로, 고체연료와 젤형 알코올 연료가 직접 접촉하는 시간을 줄여주는 것이 바람직하다. 따라서, 가장 바람직하게는 고체연료를 가연성 포장용기에 넣어 밀봉한 상태로 젤형 알코올 연료와 혼합한다.
상기 젤형 알코올 연료와 고체연료를 밀폐된 제품용기에 넣어 혼합연료 제품을 제조한다. 밀폐된 제품용기는 연료의 포장에 사용되는 통상의 밀폐용기를 사용할 수 있으며, 대표적인 예로는 20ℓ 규격의 캔(can)용기가 있다.
본 발명의 혼합연료 조성물은, 젤형 알코올 연료 50~95중량%와 고체연료 5~50중량%, 보다 바람직하게는 젤형 알코올 연료 70~95중량%와 고체연료 5~30중량%를 혼합하여 제조한다.
본 발명의 혼합연료는 젤형 알코올 연료를 고체연료와 혼합하여 제조하거나, 알코올 연료 조성물을 고체연료와 혼합한 후 젤화시켜 제조할 수 있다.
즉, 본 발명의 혼합연료는,
알코올을 젤화시켜 젤형 알코올 연료를 제조하는 단계; 및 상기 젤형 알코올 연료 50~95중량%와, 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상의 고체연료 5~50중량%를 혼합하는 단계를 포함하는 방법, 또는
숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상의 고체연료 5~50중량%와 젤형 알코올 연료용 조성물 50~95중량%을 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 고체연료와 젤형 알코올 연료용 조성물 중의 알코올을 젤화시키는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조될 수 있다.
상기 혼합연료를 용기에 투입하고 밀봉하여 용기에 포장된 혼합연료를 제조한다.
젤형 알코올 연료와 고체연료를 혼합하여 용기에 포장된 혼합연료를 제조하는 방법으로는,
젤형 알코올 연료에 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상의 고체연료를 투입하여 분산시킨 후 충진기를 이용하여 용기에 주입하고 밀봉하는 방법, 또는
젤형 알코올 연료를 용기에 주입하기 전, 주입 중 또는 주입 후에 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상의 고체연료를 용기에 투입하고 밀봉하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다.
젤화되지 않은 알코올 연료 조성물과 고체연료를 혼합한 후 젤화시켜 용기에 포장된 혼합연료를 제조하는 방법은, 젤형 알코올 연료용 조성물을 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상의 고체연료와 혼합한 후 젤화시켜 용기에 투입하고 밀봉하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 혼합연료를 제조하는 방법의 바람직한 한 예는, 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택되고 분말상, 과립상 및 괴상 중 어느 하나의 형상을 갖는 고체연료 5~50중량부와, 알코올 70~95중량%, 물 0~25.5중량%, 카르복시비닐 폴리머 0.5~1중량%로 이루어진 젤형 알코올 연료 50~95중량부를 혼합하고 교반하는 단계; 혼합 후 폴리머가 완전히 분산된 분산액에 젤형 알코올 연료 총 중량에 대하여 0.0001~0.005 중량%의 착색제를 혼합하고 교반하는 단계; 혼합 후 착색제가 완전히 용해 또는 분산된 혼합액에 젤형 알코올 연료 총 중량에 대하여 물 1~4중량%와 알칸올 아민 0.5~3중량%의 혼합액을 투입하고 교반하는 단계; 및 충진기를 이용하여 용기에 주입하고 밀봉하는 단계를 포함한다.
상기 방법들에서 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상의 고체연료는 가연성 포장용기에 넣어 밀봉된 상태일 수 있다.
가연성 포장용기에 밀봉된 고체연료를 사용하여 용기에 포장된 혼합연료를 제조하는 방법은, 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상의 고체연료 5~50중량%를 가연성 포장용기에 넣어 밀봉하는 단계; 상기 밀봉된 고체연료를 혼합연료용 용기에 투입하는 단계; 및 상기 용기에 젤형 알코올 연료 50~95중량%를 주입하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
[ 실시예 ]
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
젤형 알코올의 제조
알코올로는 메탄올을 사용하고, 카르복시비닐 폴리머로는 카보머 940(Carbomer 940)을 사용하였으며, 알칸올 아민으로는 (2-하이드록시-에틸)-비스-(2-하이드록시-프로필)-아민[(2-hydroxy-ethyl)-bis-(2-hydroxy-propyl)-amine]을 사용하였다.
< 실시예 1>
메탄올 240g(80중량%), 물 58.5g(19.5중량%), 카르복시비닐 폴리머 1.5g(0.5중량%) 및 (2-하이드록시-에틸)-비스-(2-하이드록시-프로필)-아민 2.03g을 혼합하여 젤형 알코올 연료를 제조하였다.
< 실시예 2>
메탄올 252g(84중량%), 물 46.5g(15.5중량%), 카르복시비닐 폴리머 1.5g(0.5중량%) 및 (2-하이드록시-에틸)-비스-(2-하이드록시-프로필)-아민 2.03g을 혼합하여 젤형 알코올 연료를 제조하였다.
< 실시예 3>
메탄올 270g(90중량%), 물 28.5g(9.5중량%), 카르복시비닐 폴리머 1.5g(0.5중량%) 및 (2-하이드록시-에틸)-비스-(2-하이드록시-프로필)-아민 2.68g을 혼합하여 젤형 알코올 연료를 제조하였다.
< 실시예 4>
메탄올 285g(95중량%)과 물 13.5g(4.5중량%), 카르복시비닐 폴리머 1.5g(0.5중량%)를 사용하고, 아민 화합물로 (2-하이드록시-에틸)-비스-(2-하이드록시-프로필)-아민[(2-hydroxy-ethyl)-bis-(2-hydroxy-propyl)-amine] 2.75g을 혼합하여 젤형 알코올 연료를 제조하였다.
< 실시예 5>
메탄올 255g(85중량%), 물 43.5g(14.5중량%), 카르복시비닐 폴리머 1.5g(0.5중량%) 및 (2-하이드록시-에틸)-비스-(2-하이드록시-프로필)-아민 2.03g을 혼합하여 젤형 알코올 연료를 제조하였다.
< 실시예 6>
메탄올 255g(85중량%), 물 42.9g(14.3중량%), 카르복시비닐 폴리머 2.1g(0.7중량%) 및 (2-하이드록시-에틸)-비스-(2-하이드록시-프로필)-아민 2.73g을 혼합하여 젤형 알코올 연료를 제조하였다.
< 실시예 7>
메탄올 255g(85중량%), 물 42.3g(14.1중량%), 카르복시비닐 폴리머 2.7g(0.9중량%) 및 (2-하이드록시-에틸)-비스-(2-하이드록시-프로필)-아민 3.12g을 혼합하여 젤형 알코올 연료를 제조하였다.
< 실시예 8>
메탄올 255g(85중량%), 물 42.0g(14.0중량%), 카르복시비닐 폴리머 3.0g(1.0중량%) 및 (2-하이드록시-에틸)-비스-(2-하이드록시-프로필)-아민 3.84g을 혼합하여 젤형 알코올 연료를 제조하였다.
혼합연료의 제조
< 실시예 9>
고체연료로는 과상형태의 숯을 사용하고 젤 알코올 연료로는 실시예 2의 젤 알코올 연료를 사용하였다.
20ℓ용량의 캔용기에 과상형태의 숯 3kg을 넣고 상기 실시예 2의 젤 알코올 연료 12kg을 부가하여 총 15kg의 혼합연료를 제조하였다.
상기 괴상형태의 숯은 부피 11~120mL 범위를 갖는 괴상(실시예에 사용된 숯 1개의 형상은 부피 22mL로 원형:지름 6cm 높이 3cm)으로 위에서 보면 원형이고 옆에서 보면 타원형이었다.
< 실시예 10>
고체연료로는 괴상형태의 숯을 사용하고 젤 알코올 연료로는 실시예 2의 젤 알코올 연료를 사용하였다.
괴상형태의 숯 3kg을 비닐백에 포장하였다. 20ℓ용량의 캔용기에 비닐백으로 포장된 괴상형태의 숯 3kg을 넣고 실시예 2의 젤 알코올 연료 12kg을 부가하여 총 15kg의 혼합연료를 제조하였다.
< 실시예 11>
고체연료로는 분말형태의 숯을 사용하고 젤 알코올 연료로는 실시예 2의 알코올 연료를 사용하였다.
분말형태의 숯 3kg을 비닐백에 포장하였다. 20ℓ용량의 캔용기에 비닐백으로 포장된 분말형태의 숯 3kg을 넣고 실시예 2의 젤 알코올 연료 12kg을 부가하여 총 15kg의 혼합연료를 제조하였다.
< 실시예 12>
고체연료로는 괴상형태의 숯을 사용하고 젤 알코올 연료로는 실시예 3의 알코올 연료를 사용하였다.
괴상형태의 숯 3kg을 비닐백에 포장하였다. 20ℓ용량의 캔용기에 비닐백으로 포장된 괴상형태의 숯 3kg을 넣고 실시예 3의 젤 알코올 연료 12kg을 부가하여 총 15kg의 혼합연료를 제조하였다.
< 실시예 13>
고체연료로는 괴상형태의 숯을 사용하고 젤 알코올 연료로는 실시예 4의 알코올 연료를 사용하였다.
괴상형태의 숯 3kg을 비닐백에 포장하였다. 20ℓ용량의 캔용기에 비닐백으로 포장된 괴상형태의 숯 3kg을 넣고 실시예 4의 젤 알코올 연료 12kg을 부가하여 총 15kg의 혼합연료를 제조하였다.
< 비교예 1>
20ℓ용량의 캔에 실시예 2의 젤 알코올 연료 15kg을 넣어 일반적인 젤 알코올 연료를 제조하였다.
< 실험예 1>
본 발명의 혼합연료의 성능을 다음과 같이 확인하였다.
본 발명의 시료로는 상기 실시예 9와 실시예 10의 혼합연료를 사용하였고, 비교예 1로는 실시예 2에서 얻은 젤 알코올 연료를 사용하였다.
각 연료의 연소시간과 연소시간당 단가를 확인하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
시료 구성성분(kg) 총량(kg) 연소시간(시) 연소시간당 단가
(원/시)
젤형 알코올 숯
실시예 9 12.0 3.0 15.0 12.0 1,833*
실시예 10 12.0 3.0 15.0 12.0 1,834
실시예 11 12.0 3.0 15.0 10.0 2,200
실시예 12 12.0 3.0 15.0 11.5 1,913
실시예 13 12.0 3.0 15.0 11.0 2,000
비교예 1 15.0 0.0 15.0 8.5 2,353**
※실시예 9의 시판가격은 15kg 제품 기준으로 22,000원임.
※※비교예 1의 시판가격은 15kg 제품 기준으로 20,000원임.
상기 표 1의 결과에서와 같이, 동일하게 15kg의 연료를 연소시켰을 때 본 발명의 혼합연료는 연소시간이 12시간으로 8.5시간인 기존의 젤형 알코올 연료에 비하여 3.5시간 더 오래 연소하였고 연소시간당 단가도 22.1% 저렴한 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 혼합연료는 안전성, 저장성, 연소성, 발열량, 취급 및 사용 용이성, 비누설성 및 젤 형성능이 우수하고, 장시간 연소가 가능하고 열전달 성능이 우수하며 경제적이므로, 콘크리트 양생용, 캠핑용, 조리용 등 다양한 분야에서 연료로 이용될 수 있다. 또한, 분말형태의 고체연료를 사용했을 때는 연소시간이 다소 줄어드는 것을 확인할 수 있고 젤형 알코올 연료의 알코올 함량이 증가해도 연소시간이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

Claims (12)

  1. 알코올 70~99중량%, 물 0~29.5중량% 및 카르복시비닐 폴리머 0.5~1중량%를 포함하고 pH 6~9인 젤형 알코올 연료 50~95중량%와,
    숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상으로 분말상, 과립상 및 괴상 중에서 선택된 1종 이상의 형상을 가지는 고체연료 5~50중량%를 포함하고,
    상기 고체연료는 가연성 포장용기에 담겨 밀봉된 상태로 상기 젤형 알코올 연료 중에 포함된 것을 특징으로 하는 혼합연료 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 카르복시비닐 폴리머는 분자량 900,000~4,500,000의 범위를 갖는 고분자로서 폴리아크릴 산의 공중합체 또는 교차 중합체인 것을 특징으로 하는 혼합연료 조성물.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 알코올은 탄소수 1~5의 알코올 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 혼합연료 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 젤형 알코올 연료는 알코올, 물 및 카르복시비닐 폴리머로 이루어진 조성물 100중량부에 대하여 알칸올 아민 0.5~3중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합연료 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 알칸올 아민은 트리이소프로판올 아민을 포함하거나, 또는
    모노에탄올 아민 또는 트리이소프로판올 아민 1몰에 프로필렌 옥사이드 2~4몰을 반응시켜 생성된 화합물, 또는 이 반응의 최종생성물과 중간생성물을 포함하는 혼합물인 것을 특징으로 하는 혼합연료 조성물.
  8. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 젤형 알코올 연료는 젤형 알코올 연료 100중량부에 대하여 0.0001~0.005중량부의 착색제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합연료 조성물.
  9. 알코올 70~99중량%, 물 0~29.5중량% 및 카르복시비닐 폴리머 0.5~1중량%를 포함하는 알코올 연료를 젤화시켜 pH 6~9의 젤형 알코올 연료를 제조하는 단계; 및
    상기 젤형 알코올 연료 50~95중량%와, 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상으로 분말상, 과립상 및 괴상 중에서 선택된 1종 이상의 형상을 가지고 가연성 포장용기에 담겨 밀봉된 고체연료 5~50중량%를 혼합하는 단계를 포함하는 혼합연료의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상으로 분말상, 과립상 및 괴상 중에서 선택된 1종 이상의 형상을 가지고 가연성 포장용기에 담겨 밀봉된 고체연료 5~50중량%와, 알코올 70~99중량%, 물 0~29.5중량% 및 카르복시비닐 폴리머 0.5~1중량%를 포함하는 알코올 연료 조성물 50~95중량%을 혼합하는 단계; 및
    상기 혼합된 고체연료와 알코올 연료 조성물 중의 알코올을 젤화시키는 단계를 포함하는 혼합연료의 제조방법.
  12. 삭제
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