KR102095362B1 - 연료용 알코올 조성물, 이를 포함하는 젤형 알코올 연료와 알코올 혼합연료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에탄올을 주성분으로 하는 연료용 알코올 조성물과 이를 포함하는 젤형 연료 및 알코올 혼합연료에 관한 것이다. 본 발명의 연료용 알코올 조성물은 (A) 성분으로 에탄올 90~99.5중량%와, (B) 성분으로 탄소수 3 이상의 알코올을 포함하는 혼합물 0.5 내지 10중량%를 포함한다. 본 발명은 기존의 알코올 연료와 젤형 알코올 연료가 지닌 낮은 발열량 문제, 증점제로 인한 연소막 형성과 같은 기술적 문제 및 경제성 문제를 모두 해결한 것으로서, 본 발명의 연료용 알코올 조성물, 이를 포함하는 젤형 알코올 연료와 알코올 혼합연료는 기존 알코올 연료는 물론 다양한 형태의 기존 연료를 대체하여 널리 사용될 수 있다.

Description

연료용 알코올 조성물, 이를 포함하는 젤형 알코올 연료와 알코올 혼합연료 {Alcohol composition for fuel, gel-type alcohol fuel and mixed fuel comprising it}

본 발명은 연료용 알코올 조성물에 관한 것으로, 특히 에탄올을 주성분으로 하는 연료용 알코올 조성물과 이를 포함하는 젤형 연료 및 알코올 혼합연료에 관한 것이다.

종래의 알코올 연료는 강한 휘발성으로 인하여 유독가스가 발생하고, 저장 안정성이 낮으며, 연소 지속시간이 짧고, 액상이라 연소시 취급 부주의로 인한 화재의 위험성이 높은 점 등 여러 가지 문제가 있었다.

이러한 액상 알코올 연료를 대체하기 위하여 파라핀계 고체연료가 사용되고 있으나, 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 않아 화재의 위험성이 낮은 장점이 있다. 따라서 젤형 알코올 연료는 종래의 액상 연료 또는 고체상 연료가 가진 문제점을 어느 정도 개선할 수 있으므로 널리 사용되고 있다.

그러나 종래의 젤형 알코올 연료에는 비용이 저렴한 메탄올이 주로 사용되고 있는데, 메탄올 자체가 유독물이고, 연소시 메탄산(포름산)과 같은 유해물질을 발생시키는 문제가 있다. 또한, 메탄올은 분자량이 작아 열량이 낮고 연소시간이 상대적으로 짧은 단점이 있다. 따라서 메탄올이 주성분인 젤형 연료에서 열량을 증가시키기 위하여 연소열이 큰 탄소수 2 이상의 알코올을 혼합하는 방법을 시도하기도 하는데, 이 경우 통상 사용하는 저분자량의 단순 알킬아민을 중화증점제로 이용하면 젤 형성능력이 불량하고 생성된 젤의 일부가 고온에서 파괴되는 등 젤 형성능에 문제가 있다. 그리고 이러한 젤 형성능의 문제는 증점제의 사용량 증가에 따른 문제 및 다른 첨가제의 사용을 초래하여 알코올 비용 외에도 결과적으로 다른 비용을 높이는 문제가 있다. 따라서 현재 상용화된 젤형 알코올 연료는 알코올 성분으로 대부분 메탄올만 100% 이용하고 있는 실정이다.

일반적으로 알코올 타입의 젤형 연료를 형성할 때에는 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 유기 알칼리와 같은 중화제를 사용하여 중화시키는 방법이 제안되고 있다. 알코올 농도를 90% 이상으로 높게 유지시키는 경우에는 폴리옥시에틸렌알킬아민과 같은 고분자 체인을 가지는 유기 알칼리를 사용하여 분산상의 안정성을 높인다.

대한민국 특허등록 제0156372호에서는 아크릴다가산 중합체에 폴리옥시에틸렌알킬아민을 중화안정제로 사용하여 고농도의 알코올 연료 조성물로 안정한 점도유지와 저장 안정성을 확보하고 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 여전히 연소 안정성이 떨어지고 고점성의 투명한 연료조성물이 불안정해져서 고분자 조성물이 석출될 수 있는 문제점이 있다.

대한민국 특허공고 제1993-0010572호 대한민국 특허등록 제10-0156372호 대한민국 특허등록 제10-0738811호 대한민국 특허등록 제10-0789586호 대한민국 특허등록 제10-1111442호 대한민국 특허등록 제10-1315993호 대한민국 특허등록 제10-1535603호 영국 등록특허 제2,401,374호

본 발명은 종래 메탄올을 주성분으로 하는 연료용 알코올이 유독물이고 연소시 메탄산과 같은 유해물질을 발생시키고 발열량이 낮은 문제점을 해결하기 위하여 비유독물인 에탄올을 주성분으로 하면서 다른 미량성분의 함유로 발열량을 높인 연료용 알코올 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서는 상기 연료용 알코올 조성물을 젤화시킨, 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 열량을 증가시키기 위해 탄소수 2 이상의 알코올을 메탄올에 혼합하여 젤화시킬 경우 통상 사용하는 저분자량의 단순 알킬아민을 중화증점제로 이용하면 젤 형성능력이 불량하고 생성된 젤의 일부가 고온에서 파괴되는 등 젤 형성능에 문제가 있다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하고 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는,

(A)성분으로 에탄올 90~99.5중량%와,

(B)성분으로 하기 (a) 내지 (c)를 함유하는 혼합물 0.5 내지 10중량%, 또는 하기 (b) 내지 (d)를 함유하는 혼합물 0.5 내지 10중량%를 포함하는, 연료용 알코올 조성물을 제공한다:

(a) 프로필 알코올류(5~25중량%), 부틸 알코올류(15~25중량%) 및 아밀 알코올류(60~70중량%)를 포함하는 탄소수 3 이상의 혼합 알코올

(b) 물

(c) 메탄올

(d) 퓨젤유.

상기 연료용 알코올 조성물은 액체형, 젤형, 고체형 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 상기 연료용 알코올 조성물 70~99중량%, 물 0~30중량%, 카르복시비닐 폴리머 0.5~3.0중량%, 알칸올 아민 화합물 0.5~6.0중량%를 포함하는, 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료를 제공한다.

바람직하게는, 상기 연료용 알코올 조성물은 크루드 에탄올을 90중량% 이상 포함할 수 있다. 상기 크루드 에탄올은, 바람직하게는 전분질계, 목질계, 해조류계 바이오매스 중 하나 이상의 원료를 발효시켜 에탄올을 생산하는 과정에서 얻어지는 것이다.

본 발명의 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료는, 첨가제로 착색제, 방향제, 소취제, 탈취제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료는, 메탄올, 프로판올, 부탄올, 아세톤, 헥산 및 메틸에틸케톤 중에서 선택된 1종 이상의 유기용제를 젤형 연료 중 5~30중량%로 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에서는,

상기 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료와, 상기 조성물을 담는 용기와, 상기 용기 내부에 구비된 불연성 또는 가연성 망을 포함하는 젤형 연료 패키지를 제공한다.

또한, 본 발명에서는,

상기 연료용 알코올 조성물 50~95중량%와,

숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상이고 분말상, 과립상 및 괴상 중 어느 하나 이상의 형상을 갖는 고체연료 5~50중량%를 포함하는 알코올 혼합연료를 제공한다.

또한, 본 발명에서는,

상기 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료 50~95중량%와,

숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상이고 분말상, 과립상 및 괴상 중 어느 하나 이상의 형상을 갖는 고체연료 5~50중량%를 포함하는 알코올 혼합연료를 제공한다.

본 발명의 연료용 알코올 조성물은 종래의 메탄올 대신 에탄올을 주성분으로 하면서 탄소수 3 내지 5의 알코올, 메탄올, 퓨젤유, 물 등을 0.5 내지 10중량%로 함유하여, 메탄올은 물론 에탄올만 사용하는 경우에 비해서도 발열량이 크게 높은 효율적인 알코올 연료가 된다. 또한, 종래 별도의 정제과정을 거치지 않고는 특별한 활용처가 없어 이용률이 낮았던 크루드 에탄올을 90중량% 이상 포함시켜 상기 연료용 알코올 조성물을 구성하면 경제성 또한 매우 높아질 수 있다.

본 발명의 연료용 알코올 조성물은 젤 형성능 또한 매우 우수하므로 젤화시켜 에탄올을 주성분으로 하는 발열량 높은 젤형 연료로 이용될 수 있다. 또한, 이러한 젤형 연료로의 이용과 관련하여, 본 발명에서는 탄소수 2 이상의 알코올을 젤화시키기 위해 증점제(카르복시비닐 폴리머)의 사용량이 늘어날 경우 나타날 수 있는 연료 표면의 연소막(재) 형성문제를 용기 내부에 망을 구비시킨 젤형 연료 패키지를 제공함으로써 해결한다.

본 발명은 기존의 알코올 연료와 젤형 알코올 연료가 지닌 낮은 발열량 문제, 증점제로 인한 연소막 형성과 같은 기술적 문제 및 경제성 문제를 모두 해결한 것으로서, 본 발명의 연료용 알코올 조성물, 이를 포함하는 젤형 알코올 연료와 알코올 혼합연료는 기존 알코올 연료는 물론 다양한 형태의 기존 연료를 대체하여 다양한 산업분야에서 널리 사용될 수 있다.

도 1은 젤형 연료가 담긴 용기(캔)에 원형 망이 삽입되어 있는 본 발명의 젤형 연료 패키지 사진이다.
도 2 내지 4는 원형 망이 삽입된 캔에서의 시간 경과에 따른 연소 상태를 보여주는 사진으로, 도 2는 60분 경과, 도 3은 100분 경과, 도 4는 240분 경과 후의 사진이다.

본 발명의 연료용 알코올 조성물은

(A)성분으로 에탄올 90~99.5중량%와, (B)성분으로 혼합물 0.5 내지 10중량%를 포함한다.

상기 (B)성분은 (a) 프로필 알코올류(5~25중량%), 부틸 알코올류(15~25중량%) 및 아밀 알코올류(60~70중량%)를 포함하는 탄소수 3 이상의 혼합 알코올; (b) 물; 및 (c) 메탄올을 포함하거나, 또는 상기 (B)성분은 (b) 물; (c) 메탄올; (d) 퓨젤유를 포함한다.

본 발명자들은 다양한 시도와 연구를 통해 순수 에탄올 성분만 사용하는 경우에 비해 탄소수 3 내지 5의 알코올, 메탄올, 퓨젤유, 물 등을 0.5 내지 10중량%로 함유할 때가 발열량이 높아지고. 젤화도 잘되며, 젤화시켜 얻은 젤형 알코올 연료 또한 우수함을 알게 되었다.

상기 탄소수 3 이상의 혼합 알코올은 프로필 알코올류 5~25중량%, 부틸 알코올류 15~25중량% 및 아밀 알코올류 60~70중량%를 포함한다. 이때 프로필 알코올류는 노말 프로판올, 이소프로판올 등 탄소수 3의 알코올을 모두 포함하는 의미이다. 상기 부틸 알코올류는 노말 부탄올, 이소부탄올 등 탄소수 4의 알코올을 모두 포함하는 의미이다. 상기 아밀 알코올류는 노말 펜탄올, 이소펜탄올 등 탄소수 5의 알코올을 모두 포함하는 의미이다.

본 발명의 연료용 알코올 조성물은 바람직한 일 실시예에서 크루드 에탄올을 90% 이상 포함하면서 위 조성을 만족할 수 있다.

에탄올은 일반적으로 에틸렌을 직접 또는 간접 수화하는 공정을 거쳐 생산하거나 곡물류나 목재류 또는 해조류와 같은 바이오매스의 발효공정을 거쳐 생산한다. 사탕수수, 옥수수, 감자나 고구마 등과 같은 곡물류의 당질계나 전분계(Starchy) 또는 볏짚이나 나무 등과 같은 목재류의 목질계(Lignocellulosic) 바이오매스(Biomass)를 원료로 사용하여 전처리-당화-발효 과정을 거쳐 바이오 에탄올을 제조할 경우, 발효조 내 물 농도가 높아 발효 후 처음 얻어지는 브로스(Broth) 내 에탄올은 에탄올 함량이 5~10중량% 수준으로 매우 낮다. 그러나 최종 제품으로서의 에탄올은 목적에 따라 95.0~99.5중량% 이상의 고순도가 요구되므로 이후 상품화를 위해 여러 단계의 정제과정을 거치게 된다. 이렇게 발효과정을 통해 생산되는 에탄올은 발효 후 1차 분리(정제)과정을 통하여 에탄올 함량 95% 정도의 크루드(Crude) 에탄올이 얻어지는데, 이 크루드 에탄올은 에탄올 및 각종 부산물을 포함하고 있다. 본 발명에서 "크루드 에탄올"은 바이오메스 발효를 통해 에탄올을 생산하는 과정에서 중간에 얻어지는, 에탄올 함량 95% 정도의 각종 부산물을 포함하는 형태의 크루드 에탄올로 정의된다. 이러한 크루드 에탄올은 별도의 복잡한 정제과정을 거치지 않으므로 정제과정을 거친 상품화된 에탄올에 비하여 가격이 매우 저렴하나, 포함된 부산물로 인해 그동안 잘 이용되지 못하고 있었다.

본 발명자들은 이러한 크루드 에탄올에 부산물로 탄소수 3 이상의 알코올과 미량의 메탄올 등이 함유되어 있는 것을 확인하고, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 연료용 알코올 조성물의 90중량% 이상을 크루드 에탄올로 조성할 수 있음을 발견하였다. 크루드 알코올의 상태에 따라 연료용 알코올 조성물의 90~100중량%까지 크루드 에탄올로 조성할 수 있다. 크루드 에탄올을 사용할 때 부족한 성분은 필요에 따라 추가하여 연료용 알코올 조성물을 구성할 수 있다. 이렇게 크루드 에탄올을 사용하여 본 발명의 연료용 알코올 조성물을 구성하면, 에탄올을 주성분으로 하면서도 원가가 저렴하여 경제성이 매우 좋아질 수 있다.

본 발명의 연료용 알코올 조성물에 사용되는 크루드 에탄올은, 전분질계, 목질계, 해조류계 바이오매스 중 하나 이상의 원료를 발효시켜 에탄올을 생산하는 과정에서 얻어지는 것임이 바람직하다.

본 발명의 연료용 알코올 조성물을 젤화시킨, 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료는, 상기와 같은 본 발명의 연료용 알코올 조성물 70~99중량%, 물 0~30중량%, 카르복시비닐 폴리머 0.5~3.0중량%, 알칸올 아민 화합물 0.5~6.0중량%를 포함한다.

젤형 연료 중 물은 젤 형태를 형성하고 유지하며, 점도와 연소속도를 조절하기 위하여 사용한다. 물은 젤형 연료 중에 0~40중량% 포함되며, 바람직하게는 0~30중량%, 더욱 바람직하게는 10~30중량%로 포함될 수 있다. 물의 양이 너무 많으면 상대적으로 알코올의 함량이 줄어들어 발열량이 감소할 수 있다. 또, 통상 물의 양이 너무 적으면 젤화에 영향을 주어 젤의 형태 유지가 어려움 문제점이 있으나, 본 발명의 경우 탄소수 8~14의 알킬기에 하이드록시기가 포함된 아민 화합물을 중화증점제로 사용함으로써 물 함량 5중량% 이하로도 적당한 점도 및 젤 형태 유지가 가능하며, 심지어는 물을 0%로 전혀 포함하지 않는 경우에도 젤 형태 유지가 가능하다.

젤형 연료 중 카르복시비닐 폴리머(carboxylvinyl polymer)는 젤형 연료에서 아민과 반응하여 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.

상기 카르복시비닐 폴리머로는 분자량 900,000~4,500,000의 범위를 갖는 고분자로서 폴리아크릴산의 공중합체 또는 교차 중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 카르복시비닐 폴리머는 젤형 연료 중에 0.5~3.0중량%로 포함되는 것이 바람직한데, 카르복시비닐 폴리머의 함량이 너무 낮은 경우에는 젤형 연료의 흐름성이 높아 젤형성이 어려워질 수 있고, 함량이 너무 높은 경우에는 너무 고점도의 젤을 형성하거나 연소시 불순물이 발생할 수 있기 때문이다.

알칸올 아민(alkanol amine) 화합물은 알코올 연료 조성물에서 카르복시비닐 폴리머의 카르복시기와 중화반응을 하여 젤을 형성하는 중화증점제이다. 본 발명의 조성물에서 알칸올 아민 화합물은 탄소수 8~14의 분지형 알킬(branched alkyl)기에 하이드록시(hydroxy)기가 포함된 3차 아민 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이다. 대표적인 예로는 트리이소프로판올 아민 등이 있다.

상기 알칸올 아민은 바람직하게는 모노에탄올 아민(Monoethanol amine) 또는 디에탄올 아민(Diethanol amine) 1몰(mole)에 프로필렌옥사이드(Propylene oxide) 2몰~4몰을 반응시켜 얻을 수 있으나, 제조방법이 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 방법으로 얻을 경우 상기 알칸올 아민은 생성된 단일 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 사용될 수 있다. 또한, 상기 반응을 통하여 생성된 혼합물도 혼합물 단독으로 사용되거나, 또는 다른 알칸올 아민이나 다른 알칸올 아민 생성반응의 혼합물과 혼합 사용될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 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 알코올의 휘발성을 낮추어주고 장기적 안정성을 유지하는 역할을 한다.

상기 알칸올 아민 화합물은 보다 바람직하게는 하기 화학식 1 내지 5의 화합물 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이다.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식 5]

알칸올 아민은 젤형 연료 전체 중량 중에 0.5~3.0 중량% 포함되는 것이 바람직하며, 카르복시비닐 폴리머 100 중량부를 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.

상기와 같이 제조된 본 발명의 젤형 연료는 pH 값이 6~9인 것이 바람직하다.

본 발명에서 젤형 연료는 착색제를 추가로 포함할 수 있다. 착색제, 방향제, 소취제, 탈취제 등의 첨가를 더 포함할 수 있다.

착색제로는 통상적으로 상압 하에서 비등점이 220℃ 이하인 방향족 화합물이 사용되며, 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 연료 중에 0.0001~0.005 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 착색제의 함량이 너무 적을 경우 착색효과가 미미하고, 너무 많을 경우 연소효율이 저하될 수 있다. 방향제, 소취제, 탈취제 같은 첨가제는 당해 분야에서 공지된 성분을 공지된 사용량에 따라 사용할 수 있다. 바람직하게는 방향제, 소취제, 탈취제는 각각 젤형 연료 중에 0.0001~0.005 중량%로 포함될 수 있다.

본 발명의 젤형 연료의 제조방법을 설명한다. 먼저, 본 발명의 연료용 알코올 조성물 70~99중량%, 물 0~26중량%, 카르복시비닐 폴리머 0.5~3.0중량%를 혼합 및 교반하여 분산액을 제조하고, 상기 분산액에 물 0~4중량%와 알칸올아민 0.5~6.0중량%를 혼합 및 교반하여 젤형 조성물을 제조하고, 제조된 젤형 조성물을 충진기를 이용하여 용기에 주입하고 밀봉하는 방법으로 젤형 연료로 제조되는 것이 바람직하다.

추가성분으로 착색제를 사용하는 경우에는, 크루드 에탄올 70~99중량%, 물 0~26중량%, 카르복시비닐 폴리머 0.5~3.0중량%를 혼합 및 교반하여 분산액을 제조하고, 상기 분산액에 0.0001~0.005중량%의 착색제를 혼합 및 교반하여 분산액을 얻고, 상기 분산액에 물 0~4중량%와 알칸올아민 0.5~6.0중량%를 혼합 및 교반하여 젤형 조성물을 제조하고, 제조된 젤형 조성물을 충진기를 이용하여 용기에 주입하고 밀봉하는 방법에 의하여 젤형 연료로 제조되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 젤형 연료와, 상기 젤형 연료를 담는 용기와, 상기 용기 내부에 구비된 불연성 또는 가연성 망을 포함하는 젤형 연료 패키지가 제공된다.

탄소수 2 이상의 알코올 함량이 높아질 경우 일정 점도 이상의 젤화를 위해 증점제의 사용량 증가가 필요하다. 본 발명에서도 점도 40,000cPs 이상을 유지하기 위하여 카르복시비닐 폴리머의 사용량을 늘리는데, 이 경우 제조된 젤형 알코올 연료의 연소 시 젤형 알코올 연료 표면에 연소막(재)이 형성되어 이로 인해 화력이 약해지고 완전히 연소되지 않고 미연소 잔류량(약 20% 정도)이 남는 문제가 나타날 수 있다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 젤형 알코올 연료가 담기는 용기 내부에 망을 삽입함으로써 미연소 잔류량이 남지 않고 완전히 연소될 수 있도록 한다(도 1 내지 4 참조). 이렇게 용기 내에 망이 삽입되면 시간당 연소효율도 높아질 수 있다. 상기 망은 알코올 연료와 함께 연소되는 가연성 소재나 연소되지 않는 금속 등의 비가연성 소재가 모두 사용 가능하다. 환경 문제를 고려할 때는 금속 등의 비가연성 소재를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료는, 화력을 높이기 위해, 메탄올, 프로판올, 부탄올, 아세톤, 헥산 및 메틸에틸케톤 중에서 선택된 1종 이상의 유기용제를 젤형 연료 중 5~30중량%로 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 10~20중량%로 더 포함할 수 있다. 메탄올, 프로판올, 부탄올, 아세톤, 헥산 및 메틸에틸케톤은 통상 화력을 높이는데 사용되는 화합물로, 화력을 높이기 위해 에탄올에 함께 혼합되어 젤을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에서는,

상기 연료용 알코올 조성물 50~95중량%와,

숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상이고 분말상, 과립상 및 괴상 중 어느 하나 이상의 형상을 갖는 고체연료 5~50중량%를 포함하는 알코올 혼합연료가 제공된다. 혼합된 고체연료는 발열시간 및 발열양을 증가시키는 작용을 할 수 있다.

[ 실시예 ]

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1~4>

알코올 종류에 따른 아민 화합물의 첨가량

실시예에서는 (A)성분으로 에탄올 96.5중량%와, (B)성분으로 (a) 프로필 알코올류(5~25중량%), 부틸 알코올류(15~25중량%) 및 아밀 알코올류(60~70중량%)를 포함하는 탄소수 3 이상의 혼합 알코올; (b) 물; 및 (c) 메탄올을 3.5중량%로 포함하는 크루드 에탄올을 연료용 알코올 조성물로 사용하였다. 여기에 카르복시비닐 폴리머로는 카보머940(Carbomr 940)을 사용하고, 아민 화합물로 상기 화학식 1의 화합물[(2-hydroxyethyl)-bis-(2-hydroxypropyl)amine]을 사용하여 젤형 알코올을 만들었다. 비교예에서는 순도 99.0% 정제 에탄올과 순도 99.0% 메탄올을 사용하였다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예의 순도 99.0% 정제 에탄올과 99.0%의 메탄올 그리고 실시예의 연료용 알코올 조성물이 점도 50,000cPs를 갖는 젤형 연료를 제조할 때 사용되는 아민화합물의 양은 연료용 알코올 조성물에 적용하였을 때는 99.0% 정제 에탄올에 적용하였을 때보다 약 2배 적게 사용되고 99.0% 메탄올에 사용하였을 때보다 약 1.6배 적게 사용되는 것을 확인할 수 있어 본 발명의 연료용 알코올 조성물의 젤 형성능이 99.0% 정제 에탄올 및 99.0% 메탄올보다도 우수한 것을 확인할 수 있었다.

< 실시예 5~8>

카르복시비닐 폴리머 함량 변화에 따른 아민 화합물의 첨가량

연료용 알코올 조성물은 상기 실시예 1~4와 동일하게 사용하였다. 여기에 카르복시비닐 폴리머의 함량을 변화시키면서 아민 화합물을 부가하여 일정한 점도를 갖는 젤형 연료를 제조하였다. 각 조성을 하기 표 2에 나타내었다.

상기 표 2의 결과에서, 동일 함량(알코올 80%)의 연료용 알코올 조성물과 99.0% 정제 에탄올 그리고 99.0%의 메탄올이 카르복시비닐 폴리머의 함량 변화에 따른 비슷한 점도를 갖는 젤형 연료를 제조할 때 아민 화합물의 사용량은 본 발명의 연료용 알코올 조성물에 적용할 때가 99.0% 정제 에탄올과 99.0% 메탄올에 적용할 때보다 1.6배~2배 정도 적게 사용되는 것을 확인할 수 있었다.

< 실험예 1>

발열량 실험

실시예 1과 동일한 연료용 알코올 조성물과 99.0% 정제 에탄올 그리고 99.0% 메탄올을 사용하여 젤형 연료를 제조하여 연소실험을 하여 발열량을 측정하였다.

시료로는 상기 실시예 1과 비교예 1 그리고 비교예 1-1의 조성물을 사용하였다. 점도 50,000cPs를 갖는 각 조성물을 연소하여 발열량을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.

상기 표 3의 결과에서, 본 발명에서 젤형 연료는 99.0% 정제 에탄올을 사용한 젤형 연료보다 약 12% 정도 발열량이 높고 99.0% 메탄올을 사용한 젤형 연료보다는 약 37% 정도 발열량이 높은 것을 확인할 수 있었다.

< 실험예 2>

포장용기에 원형망 삽입에 따른 연소 실험

실시예 1과 동일한 연료용 알코올 조성물 80.06%, 물 18.17%, 카르복시비닐 폴리머와 중화증점제 1.77%를 사용하여 젤형 알코올 연료를 제조하였다. 20L 원형 포장용기(캔)에 이렇게 제조된 젤형 알코올 연료 16kg을 넣고, 도 1과 같이 다른 20L 원형 포장용기(캔)에는 같은 젤형 알코올 연료 16kg을 넣은 후 원형 망을 삽입하였다. 두 젤형 알코올 연료를 점화하여 연소 실험을 실시하여 그 결과를 표 4에 나타내었다. 도 2 내지 4는 원형 망을 삽입한 캔에서의 시간 경과에 따른 연소 상태를 보여주는 사진이다.

상기 표 4의 결과에서, 시간당 열량은 원형망을 사용하였을 때 약 12,600kcal/h로 원형망을 사용하지 않은 샘플 대비 14.3% 높은 것을 확인할 수 있다. 또한 원형망을 사용하지 않은 샘플은 연소가 완전히 이루어지지 않는 경향이 상당히 높다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 삭제
3. 연료용 알코올 조성물 70~99중량%;
   물 0~29중량%;
   분자량 900,000~4,500,000의 범위를 갖는 고분자로서 폴리아크릴산의 공중합체 또는 교차 중합체인 카르복시비닐 폴리머 0.5~3.0중량%; 및
   탄소수 4~14의 알킬기에 하이드록시기가 포함된 아민 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 알칸올 아민 화합물 0.5~6.0중량%를 포함하고,
   상기 연료용 알코올 조성물은,
   (A)성분으로 에탄올 90~99.5중량%와,
   (B)성분으로 (a) 노말 프로판올 및 이소프로판올을 포함하는 프로필 알코올류 5~25중량%, 노말 부탄올 및 이소부탄올을 포함하는 부틸 알코올류 15~25중량%, 그리고 노말 펜탄올 및 이소펜탄올을 포함하는 아밀 알코올류 60~70중량%를 포함하는 탄소수 3 이상의 혼합 알코올; (b) 물; (c) 메탄올 및 (d) 퓨젤유 중 (a) 내지 (c)를 함유하는 혼합물 0.5~10중량% 또는 (b) 내지 (d)를 함유하는 혼합물 0.5~10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제3항에 있어서,
   상기 알칸올 아민은 카르복시비닐 폴리머 100 중량부를 기준으로 70~200중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는, 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료.
7. 제3항에 있어서,
   상기 연료용 알코올 조성물은 크루드 에탄올을 90중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는, 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료.
8. 제7항에 있어서,
   상기 크루드 에탄올은 전분질계, 목질계, 해조류계 바이오매스 중 하나 이상의 원료를 발효시켜 에탄올을 생산하는 과정에서 얻어지는 것을 특징으로 하는, 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료.
9. 제7항에 있어서,
   첨가제로 착색제, 방향제, 소취제, 탈취제 중 하나 이상을 더 포함하는, 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료.
10. 제3항의 젤형 연료 70~95중량%와,
    메탄올, 프로판올, 부탄올, 아세톤, 헥산 및 메틸에틸케톤 중에서 선택된 1종 이상의 유기용제 5~30중량%를 포함하는, 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 연료.
11. 제3항 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의 젤형 연료;
    상기 젤형 연료를 담는 용기; 및
    상기 용기 내부에 구비된 불연성 또는 가연성 망을 포함하는, 젤형 연료 패키지.
12. 삭제
13. 제3항 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의 젤형 연료 50~95중량%와,
    숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상이고 분말상, 과립상 및 괴상 중 어느 하나 이상의 형상을 갖는 고체연료 5~50중량%를 포함하는, 알코올 혼합연료.

Images