KR102429914B1 - 친환경 겔화 또는 고화 알코올 연료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 겔화 또는 고화 연료의 제조를 위한 연료 조성물에 대한 것으로서, 에탄올, 이소프로필알코올을 포함하는 1가 알코올 10 내지 85%; 아세톤을 포함하는 케톤류; 이소프로필아세테이트 및 이소노말아세테이트를 포함하는 에스테르류로부터 선택되는 적어도 하나의 열량증가제 10 내지 85중량%; 셀룰로오스계 점증제 0.01 내지 5중량%; 및 물 4 내지 30중량%를 포함하며, 겔상 또는 고상인, 알코올 연료 조성물을 제공한다.

Description

친환경 겔화 또는 고화 알코올 연료 조성물{GEL OR SOLID ALCOHOL FUEL COMPOSITION}

본 발명은 친환경 겔화 또는 고화 알코올 연료 조성물에 관한 것이다.

겨울철 콘크리트양생을 위한 난방연료나, 야외 활동시 불쏘시개 역할로서, 겔화 또는 고화의 알코올 연료가 사용되고 있다.

알코올류를 겔화 또는 고화시켜 만든 반고체상 겔화 연료는, 종래 사용되던 메탄올 연료에서 발생되고 있는 낮은 저장 안정성, 낮은 발열량, 짧은 연소시간 등의 문제점들을 감안하여 개발된 연료이다. 또, 종래 메탄올 연료를 대체하기 위하여 제조된 고체 파라핀계 고체 연료를 대체하여 제조된 연료이기도 하다.

상기 겔화 또는 고화 연료는, 종래 메탄올 연료나 고체 파라핀계 고체 연료에서 발생되는 제반 문제들을 해결하고, 특히, 고화연료는 엎질러진다 해도 점결성이 있기 때문에 쉽사리 유출되지 않아 화재 위험성 등이 매우 적으므로, 보다 안전하게 사용할 수 있다.

또, 연소시 발열량을 증대시키고, 이로 인해 연소시간을 대폭 증대되었으며, 직접연소가 가능하다는 측면에서 종래 알려지고 있는 메탄올 연료나 고체 파라핀계 고체연료들에 비하여 진일보된 연료라고 할 수 있다.

그러나, 종래 제공되고 있는 겔화 또는 고화 연료는 대부분의 성분이 메탄올 또는 에탄올 등의 알코올로 구성되고, 점증제로서 카보머(carbomer, 카보풀)를 소량 혼합하여 사용하여 왔는데, 이러한 겔화 또는 고화 연료는 발열량이 낮아, 발열량 상승의 필요성에 대한 요구가 제기되고 있다. 또한, 상기 메탄올은 유독물로 분류되는 성분으로서 사용량에 제한이 있다.

한편, 종래의 겔화 또는 고화 알코올 연료는 겔화 과정에서 점증제를 첨가한 후에 장시간 교반하는 과정을 필요로 한다. 특히, 점증제로서 일반적으로 사용되고 있는 카보머는 물에 첨가하여 사용하는데, 상기 카보머를 물에 첨가하는 경우에는 교반 과정에서 가열하여야 하는 필요성이 있다. 또, 카보머는 pH에도 민감한 특성이 있다. 이에, 점도 상승을 위하여 많은 시간이 요구됨은 물론, 승온 및 pH를 유지하여야 하는 것도 필요하여 제조공정상 생산성 저하를 초래하며, 나아가, 비용 증대를 초래한다.

본 발명은 일 구현예로서, 종래의 겔화 또는 고화 알코올 연료에 대하여 열량을 상승시키고, 이로 인해 연료 연소시간을 증대시켜 연료 사용량 감소를 도모할 수 있는 겔화 또는 고화 알코올 연료를 제공하고자 한다.

또한, 메탄올과 같은 유독물을 포함하지 않는 연료를 제공하고자 한다.

나아가, 본 발명은 재생 연료를 사용할 수 있어, 환경 친화적인 겔화 또는 고화 연료를 제공하고자 한다.

본 발명은 에탄올, 이소프로필알코올을 포함하는 1가 알코올 10 내지 85%; 아세톤을 포함하는 케톤류; 및 이소프로필아세테이트 및 이소노말아세테이트를 포함하는 에스테르류로부터 선택되는 적어도 하나의 열량 증가제 10 내지 85중량%; 셀룰로오스계 점증제 0.01 내지 5중량%; 및 물 4 내지 30중량%를 포함하며, 겔상 또는 고상인, 알코올 연료 조성물을 제공한다.

상기 셀룰로오스계 점증제는 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 및 하이드록시프로필메틸 셀룰로오스 중 적어도 하나일 수 있다.

상기 연료 조성물은 탈크, 탈크, 탄산칼륨, 티타늄 옥사이드, 중탄산칼슘 및 경탄산칼슘으로부터 선택되는 적어도 하나의 지연제를 0.01 내지 5중량%의 함량으로 더 포함할 수 있다.

상기 연료 조성물은 산화제로 과산화물 0.01 내지 6중량%를 더 포함할 수 있다.

상기 연료 조성물은 NaOH, KOH 및 알코올에 녹인 NaOH로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 반응개시제를 0.01 내지 1중량% 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 겔화 또는 고화 알코올 연료의 열량이 높으며, 연소시간을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 연료 조성물은 메탄올과 같은 유독물을 포함하지 않으며, 연료 조성물에 재생 성분을 사용하여 환경 친화적이다.

본 발명은 종래의 겔화 또는 고화 알코올 연료에 비하여 열량과 연소 지속시간이 증가된 연료 조성물을 제공하고자 하는 것이다. 이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 겔화 또는 고화 알코올 연료 조성물은 1가 알코올을 포함한다. 상기 1가 알코올은 연료로서 기능하기 위한 주연료 성분이다. 상기 1가 알코올로는 에탄올 또는 이소프로필알코올과 같은 일가 알코올을 포함할 수 있다. 상기 알코올은 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있으며, 이들을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 1가 알코올은 본 발명의 연료 조성물의 주 성분으로서, 10중량% 이상의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 1차 알코올의 함량이 10중량% 미만인 경우에는 열량 감소를 초래할 수 있다. 상기 1차 알코올은 85중량% 이하의 함량으로 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 1가 알코올을 연료의 주성분으로 사용하는 경우에는 통상 열량이 18.2MJ/L의 정도다. 그러나, 이와 같은 범위의 열량을 갖는 경우에는 특히 겨울철 콘크리트 양생을 위한 난방연료 등으로 사용하는 경우 열량이 불충분하여 다량의 겔화 또는 고화 알코올 연료를 사용하여야 하는 문제가 있다.

이에, 본 발명은 열량의 증가를 위하여 케톤류 또는 에스테르류 등의 열량증가제를 더 포함할 수 있다. 상기 열량증가제는 본 발명의 연료 조성물에 있어서 1가 알코올과 함께 또 다른 주 연료 성분으로서 역할을 수행하며, 열량을 증가시키는 효과를 제공한다.

상기 열량증가제로서, 케톤류는 아세톤을 들 수 있으며, 에스테르류로는 이소프로필아세테이트, 이소노말아세테이트를 들 수 있다. 이들은 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 열량증가제는 고열량을 제공하면서, 나아가 재생 성분의 사용량을 높일 수 있으며, 비점을 유지시키는 역할를 또한 제공한다.

상기 열량증가제는 10중량% 이상의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 제2 주연료 성분의 함량이 10중량% 미만인 경우에는 열량 증가 효과가 적다. 상기 제2 주연료 성분은 이에 한정하는 것은 아니지만, 85중량% 이하의 함량으로 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 겔화 또는 고화 알코올 연료 조성물은 겔화 또는 고화를 위한 점증제를 포함한다. 상기 점증제는 본 발명의 연료조성물의 점도를 상승시켜 겔화 또는 고화되도록 함으로써 넘어지더라도 화재 발생을 억제할 수 있다.

상기 점증제는 겔화 또는 고화 연료의 점증을 위하여 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있는 것으로서, 셀룰로오스, 유동파라핀 등을 들 수 있다.

상기 점증제로서 적합한 셀룰로오스로는 예를 들어, 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스 및 하이드록시프로필메틸 셀룰로오스 및 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 점증제로서 셀룰로오스계는 점증하는데 시간이 15분 내지 30시간 소요되고, 점증 후 추가 투입되는 재료에 대하여도 점성을 띄도록 한다.

이러한 점증제 중에서 셀룰로오스를 사용하는 것이 본 발명에서는 보다 바람직하다. 상기 셀룰로오스를 점증제로 사용할 때, 이하에서 설명하는 반응 개시제를 소량 적용하는 경우, 일반적으로 점도 증가에 소요되는 시간에 비하여 현저하게 신속히 점도를 상승시킬 수 있어, 점성 증가를 위한 시간을 단축시킬 수 있으며, 나아가, 점도 상승을 위하여 온도를 상승시키는 등의 별도의 조작이 요구되지 않는다.

상기 점증제는 상기 겔화 또는 고화 알코올 연료 조성물 100중량% 중에 0.01 내지 5중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 점증제는 0.1중량%, 0.5중량%, 1중량% 이상 포함할 수 있고, 4.5중량%, 4중량%, 3중량% 이하의 함량으로 포함할 수 있다.

상기 점증제의 함량이 0.01중량% 미만으로 사용되는 경우에는 점도가 너무 미약한 문제가 있고, 연소가 빨라 연료의 사용시간이 단축되어 다량의 연소 사용이 요구될 수 있으며, 점증제 함량을 증가시킬수록 연소시간을 증가시킬 수 있으나, 5중량%를 초과하여 포함하는 경우에는 제조상 고화되어 용기에 담을 때 작업상 어려움을 야기하는 문제가 있다. 상기한 바와 같은 함량 범위 내에서 점증제 사용량을 적절히 조절함으로써 겔화 또는 고화의 알코올 연료를 제조하거나, 고화의 알코올 연료를 제조할 수 있으며, 연료의 연소시간을 증가시킬 수 있어 바람직하다.

본 발명의 겔화 또는 고화 알코올 연료 조성물은 과산화물을 포함할 수 있다. 상기 과산화물은 본 발명에 따른 겔화 또는 고화 알코올 연료가 완전 연소되는 것을 돕는 역할을 수행한다. 특히, 주 연료로 사용되는 1가 알코올 또는 제2 주성분은 불완전 연소가 일어날 수 있는데, 상기 과산화물에 의해 1가 알코올 또는 제2 주연료 성분이 완전 연소하는 것을 도울 수 있다. 상기 과산화물은 구체적으로 과산화수소일 수 있다.

상기 과산화물은 0.5 내지 6중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 과산화물의 함량이 0.5중량% 미만이면 연료의 완전 연소를 돕기 어려우며, 6중량%를 초과하면 유독물로 분류될 수 있다.

본 발명의 겔화 또는 고화 연료 조성물은 물을 또한 포함할 수 있다. 상기 물은 4 내지 30중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 물의 함량이 4중량% 미만이면 점증이 잘 일어나지 않으며, 30중량%를 초과하는 경우에는 연소성이 저하될 수 있다.

본 발명에서 제공하는 연료 조성물은 연료의 주성분으로서 1가 알코올과 제2 주연료 성분과 함께 포함하면서 셀룰로오스 점증제를 포함함으로써 열량 증대를 도모할 수 있다. 기존 메탄올을 사용하는 경우에는 48,000Kcal의 열량 및 17리터 연소시 6 내지 7시간 정도의 연소 지속시간을 나타내지만, 본 발명에 따른 겔화 또는 고화 알코올 연료는 89,300 내지 116,000Kcal의 열량 및 17리터 연소시 8 내지 16시간의 연소 지속시간을 제공할 수 있다. 따라서, 1가 알코올과 함께 제2 주연료 성분을 포함하지 않는 종래의 연료를 사용하는 경우에 비하여 본 발명의 연료 조성물에 의한 겔화 또는 고화 연료는 현저히 높은 열량 및 지속시간을 제공할 수 있다.

나아가, 본 발명에 의해 얻어지는 겔화 연료는 점도가 1,000 내지 10,000cps의 범위를 갖는 것으로서, 비중이 0.85 내지 1.125(25℃/25℃)이고, pH가 7 내지 8.5의 값을 갖는다.

본 발명의 연료 조성물은 지연제를 더 포함할 수 있다. 상기 지연제는 겔화 또는 고화 연료 조성물의 연소를 지연시켜 보다 장시간 연소를 가능하게 하는 것으로서, 탈크, 탄산칼륨, 티타늄 옥사이드 및 탄산칼슘류로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 탄산칼슘류로는 예를 들어, 중탄산칼슘 및 경탄산칼슘을 들 수 있다. 이들 지연제는 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있고, 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 지연제는 0.01 중량% 이상, 예를 들어, 0.05중량% 이상, 0.1중량% 이상, 0.5중량% 이상, 1 중량% 이상 또는 2 중량% 이상 포함할 수 있으며, 5중량% 이하, 예를 들어, 4중량% 이하, 3중량% 이하의 함량으로 포함할 수 있다.

상기 지연제의 함량이 0.01중량% 미만인 경우에는 지연제의 사용으로 인한 연소 지연의 효과를 얻을 수 없으며, 5중량%를 초과하는 경우에는 추가 사용으로 인한 효과의 상승을 기대하기 어렵다.

상기와 같은 연료 조성물을 혼합하고, 점도를 증가시켜 겔화 또는 고화함으로써 겔화 또는 고화 알코올 연료를 제조할 수 있다. 상기 점도 증가를 위하여는 통상적으로 사용되는 바와 같이 교반함으로써 수행할 수 있다. 상기 교반은 상온에서 수행할 수 있음은 물론, 45℃ 이하의 온도로 가열한 상태에서 교반함으로써 점도를 상승시킬 수 있다. 이때, 상기 교반은 통상 15분 이상, 예를 들어, 30분 내지 1시간 수행할 수 있다.

상기 겔화 또는 고화 알코올 연료의 제조에 있어서는 본 발명의 연료 조성물은 반응개시제를 더 포함할 수 있다. 상기 반응개시제는 상기 겔화 또는 고화 알코올 연료 조성물을 겔화 또는 고화시키기 위한 반응을 촉진하여, 단시간에 알코올 연료 조성물의 겔화 또는 고화를 도모할 수 있다. 이에 의해 겔화 또는 고화 알코올 연료의 제조 시간을 대폭 단축할 수 있으며, 나아가, 겔화를 위하여 필요에 따라 요구되는 가열 공정을 생략할 수 있다. 따라서, 겔화 알코올 연료의 생산성 향상 및 제조단가 감소 효과를 얻을 수 있다. 이와 같은 효과는 특히 점증제로서 셀룰로오스계를 사용하는 경우에 얻을 수 있다.

상기 반응개시제로는 NaOH 및 KOH와 같은 강염기, 알코올에 녹인 NaOH 등을 사용할 수 있다. 상기 반응개시제는 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이들 반응개시제를 첨가하는 경우에는 투입 시부터 겔화 반응이 일어나며, 3분 이하, 예를 들어, 5 내지 90초 또는 5 내지 50초의 시간 동안 교반함으로써 겔화 또는 고화를 도모할 수 있다.

상기 반응개시제는 0.01 내지 1중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 반응개시제의 함량이 0.01중량% 미만으로 포함하는 경우에는 반응개시 속도 상승의 효과가 미미하고, 1중량%를 초과하는 경우에는 반응개시제가 점증제와 반응을 하여 연소에 방해를 준다, 상기 범위 내에서 투입하는 것이 바람직하다.

필요에 따라 고화 연료를 제조하고자 하는 경우에 투입될 수 있는 고화제는 상기 반응개시제와 함께 투입될 수 있다.

본 발명의 겔화 알코올 연료는 겔화 이전 또는 이후에 과산화수소를 추가로 투입하는 것만으로도 교반을 통해 일정한 겔 상태를 유지할 수 있다.

본 발명의 겔화 또는 고화 연료 조성물에 있어서, 각 성분들은 특별히 한정하지 않으나, 재생 성분을 사용할 수 있다. 재생 성분을 사용함으로써 경제적임은 물론, 환경 친화적이어서, 보다 바람직하다.

나아가, 본 발명의 연료 조성물은 메탄올이나, 메틸에틸케톤과 같은 유독물을 포함하지 않아, 환경친화적이며, 인체에 유해하지 않아 바람직하다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명에 대한 일 예를 나타내는 것으로서, 이에 의해 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1

물 50㎖에 재생 이소프로필알코올 425㎖, 아세톤 425㎖, 하이드록시에틸 셀룰로오스 5g을 투입하여 5분간 교반하였다.

교반을 유지하면서 수산화나트륨 0.05g 투입한 후 20분 교반하여 젤형 연료를 제조하였다.

이에 의해 얻어진 겔화 연료에 대하여 분석하고, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.

이때, 발열량 및 연소시간은 겔화 연료 17L를 기준으로 측정한 값이다.

비교예 1

물 200ml에 카보필 2g을 투입하고, 약 30분 교반하여 점증제 용액을 준비하였다. 상기 점증제 용액을 메탄올 800㎖에 교반한 후 약 45℃로 가열하면서 30분간 추가로 교반하여 겔화 연료를 제조하였다.

이에 의해 얻어진 겔화 연료의 물성을 측정하고, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.

이때, 발열량 및 연소시간은 겔화 연료 17L를 기준으로 측정한 값이다.

평가항목	시간당 발열량	색상	점도(cps)	비중(25℃/25℃)	연소시간(hr)	pH
실시예 1	약 75,900Kcal	흰색	5000	0.803	8이상	7.8
비교예 1	약 48,000Kcal	투명색	약 1000	약 0.832	약 7	8

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 겔화 연료는 종래의 겔화 연료에 비하여 발열량이 현저히 우수하며, 연소시간 또한 현저히 증가하였음을 알 수 있다.

Claims (5)

1. 에탄올, 이소프로필알코올을 포함하는 1가 알코올 10 내지 85%;
   이소프로필아세테이트 및 이소노말아세테이트로부터 선택되는 적어도 하나의 열량 증가제 10 내지 85중량%;
   셀룰로오스계 점증제 0.01 내지 5중량%; 및
   물 4 내지 30중량%를 포함하며, 겔상 또는 고상인, 알코올 연료 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 셀룰로오스계 점증제는 하이드록시메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 및 하이드록시프로필메틸 셀룰로오스 중 적어도 하나인, 알코올 연료 조성물.
3. 제1항에 있어서, 탈크, 탈크, 탄산칼륨, 티타늄 옥사이드, 중탄산칼슘 및 경탄산칼슘으로부터 선택되는 적어도 하나의 지연제를 0.01 내지 5중량%의 함량으로 더 포함하는, 알코올 연료 조성물.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, NaOH, KOH 및 알코올에 녹인 NaOH 중 적어도 하나의 반응개시제를 0.01 내지 1중량% 더 포함하는, 알코올 연료 조성물.