KR20030044161A

KR20030044161A - 가솔린 엔진용 알콜 혼합연료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20030044161A
Application number: KR1020010074809A
Authority: KR
Inventors: 성정숙
Original assignee: 성정숙
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2003-06-09

Abstract

본 발명은 메탄올을 주원료로 하는 가솔린 엔진용 알콜 혼합연료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 메탄올(또는 에탄올) 30~40 중량%, 계면활성제 역할을 하는 I.P.A(이소프로필알콜) 10~20 중량%, 저온 시동성을 높이기 위한 부탄올 3~7 중량%, 폭발력을 향상시키기 위한 톨루엔 20~30 중량%, 개질가솔린 15~25 중량%를 상온 및 대기압하에서 순차적으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 종래의 알콜 혼합연료는 개질가솔린을 15~25 중량% 이상 사용하는 것이므로 가솔린을 완전 대체하는 연료가 아닌 가솔린의 사용을 80 중량%정도 절감하는 정도의 연료라 할 수 있어 여전히 가솔린의 의존도가 높게 되는 문제가 있었던 바, 메탄올 40~50 중량%, 모스탄올 10~20 중량%, 톨루엔 5~10 중량%, 자이렌 5~10 중량%, 나프타 10~20 중량%, 클루드펜탄, 10~20 중량%, 그리고 C₉ ⁺5~10 중량%를 상온 및 대기압하에서 혼합하여 가솔린 엔진용 알콜 혼합연료를 제조하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 의하면 가솔린 엔진을 장착한 차량 등에 아무런 개조나 별도의 장치 없이도 비교적 가격이 저렴한 본 발명의 알콜 혼합연료를 사용할 수 있게 될 뿐 아니라 가솔린을 임의의 비율로 혼합하여 사용할 수도 있게 되고, 유해물질과 유해한 배출가스를 저감할 수 있게 되어 환경보호에 이바지할 수 있게 되며, 기존 알콜 혼합연료의 단점인 저온시동성, 주행성 및 폭발력을 대폭 개선할 수 있게 되고, 금속부식성 및 고무인장성 등을 크게 낮출 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

Description

가솔린 엔진용 알콜 혼합연료 및 그 제조방법 {Methanal-Reformed Fuel for Gasoline Engine and The Method of Manufacture}

본 발명은 메탄올을 주원료로 하는 가솔린 엔진용 알콜 혼합연료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 메탄올이 가진 금속부식성을 가솔린과 같은 수준, 혹은 그 이하로 낮추어 기존 가솔린 차량의 엔진구조를 변경시키지 않고서도 배기가스 배출량을 줄이며 가솔린과 함께 혹은 혼합연료 자체만으로 사용할 수 있도록 한 것에 관한 것이다.

본 발명은 자동차 연료, 특히 가솔린 엔진을 장착한 차량의 연료에 관계하는 것인 바, 가솔린의 원료인 석유자원은 점차 고갈되고 있어 최근 들어 이를 대체하기 위한 대체연료에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있고 그 결과로 일부의 대체연료를 현재 상용화되고 있는 실정이다.

종래에 있어서 가솔린 엔진의 구조를 변경하지 않고 가솔린 대용의 대체연료를 사용할 수 있도록 하는 기술은 특허등록번호 제10-0242667호에 개시되어 있는데, 이러한 기존의 제조방법에 대한 개략적인 설명과 문제점을 설명하면 다음과 같다.

즉, "고농도 혼합 알콜연료 및 그 제조방법"을 명칭으로 하는 상기 발명은 메탄올(또는 에탄올) 30~40 중량%, 계면활성제 역할을 하는 I.P.A(이소프로필알콜) 10~20 중량%, 저온 시동성을 높이기 위한 부탄올 3~7 중량%, 폭발력을 향상시키기 위한 톨루엔 20~30 중량%, 개질가솔린 15~25 중량%를 상온 및 대기압하에서 순차적으로 혼합하는 것을 특징을 하는 것으로, 이 종래의 발명은 비교적 저렴한 제조원가로 대체연료를 제조할 수 있고, 알콜의 완전연소로 배기가스를 감소시킬 수 있으며, 차량의 흡기 매니폴드나 흡입구 등을 개조할 필요 없이 기존 차량에 그대로 적용하여도 가솔린과 거의 동등한 출력을 낼 수 있고, 가솔린보다 응고점이 낮아 저온지방에서 시동성이 확보되는 등의 효과가 있다고는 하지만 개질가솔린을 15~25 중량% 이상 사용하는 것이므로 가솔린을 완전 대체하는 연료가 아닌 가솔린의 사용을 80 중량%정도 절감하는 정도의 연료라 할 수 있어 여전히 가솔린의 의존도가 높게 되는 문제가 있는 것이었다.

본 발명은 상기 종래의 고농도 혼합 알콜연료 및 그 제조방법의 제결함을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 별도의 장치나 구조 변경 없이 가솔린 엔진의 연료로 사용할 수 있도록 함은 물론 기존 연료인 가솔린을 완전 대체할 수 있도록 하는 가솔린 엔진용 알콜 혼합연료 및 그 제조방법을 제공하는 데에 있는 것이다.

아울러 본 발명은 그 다른 목적이 알콜 혼합연료의 장점인 저가의 자동차용 연료를 실현할 수 있도록 하고, 배기가스 및 공해물질의 배출을 극소화할 수 있도록 하는 동시에 알콜 혼합연료의 단점인 저온시동성, 주행성 및 폭발력을 개선할수 있도록 하고, 금속부식성 및 고무인장성 등을 낮출 수 있도록 하는 가솔린 엔진용 알콜 혼합연료 및 그 제조방법을 제공하는 데에 있는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 메탄올을 주성분으로 하는 알콜 혼합연료를 구성함에 있어서, 메탄올과 모스탄올, 톨루엔, 자이렌, 나프타, 클루드펜탄, C₉ ⁺를 각각 일정비율로 혼합하는 것을 특징으로 하며, 이하 그 구체적인 기술내용을 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 본 발명은 알콜 혼합연료는 메탄올 40~50 중량%, 모스탄올 10~20 중량%, 톨루엔 5~10 중량%, 자이렌 5~10 중량%, 나프타 10~20 중량%, 클루드펜탄, 10~20 중량%, 그리고 C₉ ⁺5~10 중량%를 상온 및 대기압하에서 혼합하여서 제조됨을 특징으로 하는 것이다.

상기에서 메탄올의 첨가비율이 높으면 배기가스 배출량이 줄어들게 되지만 부식성에 대한 저항력이 약해지게 되고, 메탄올의 첨가비율이 낮으면 배기가스의 배출량이 많게 되고 제조원가가 상승하게 되는 문제가 있게 된다.

그리고 모스탄올의 첨가비율이 높으면 상부인화점을 맞추기가 힘들게 되고, 모스탄올의 첨가비율이 낮으면 저온시동성에 문제를 유발할 수 있게 되며, 톨루엔의 첨가비율이 높을 경우 폭발력이 기준치보다 상회하여 폭발의 위험이 있게 되고, 톨루엔의 첨가비율이 낮으면 폭발력 저하뿐 아니라 주행성에 나쁜 영향을 미치게된다.

또한 자이렌의 첨가비율이 너무 높거나 낮게 되면 가속성에 나쁜 영향을 미치게 되며, 클루드펜탄과 C₉ ⁺의 첨가비율이 높을 경우 배기가스량이 기준보다 증가하게 되고, 클루드펜탄과 C₉ ⁺의 첨가비율이 낮을 경우 연비 및 주행성에 나쁜 영향을 미치게 된다.

본 발명은 알콜 혼합연료를 가솔린 엔진 장착차량의 연료로 사용하기 위하여 상기 화학재료들을 특정한 비율로 혼합하여 일산화탄소(Co), 질소산화물(No_x)등의 유해 배기가스의 배출을 줄이고, 유해물질의 배출을 억제하며, 가솔린과 같은 폭발력을 유지하고, 저온시동성 및 주행성을 높일 수 있도록 하였다.

메탄올을 가솔린 차량의 연료로 사용하기 위해서는 우선 메탄올의 부식성을 완화하여 가솔린 엔진의 금속성분을 부식시키지 않도록 하여야 하고, 고무인장에 있어서도 문제가 없어야 하는 바, 본 발명에 있어서는 클루드펜탄 등을 일정비율 혼합하여 금속부식성과 고무인장성의 문제를 해결하였다.

또한 메탄올을 가솔린 차량의 연료로 사용하기 위하여 상부인화점을 가솔린과 비슷하게 낮추고 출력을 높여야 하므로 본 발명에서는 이를 위하여 모스탄올과 톨루엔 및 자이렌을 일정비율 혼합하여 사용함으로써 상부인화점을 약 -18^oC∼-21^oC 정도로 낮추어 안정성을 가지도록 하였다.

아울러 본 발명에 있어서는 가솔린 품질기준에 적합하도록 연료성상을 맞추기 위하여 나프타, 클루드펜탄, C₉ ⁺등을 혼합하여 사용하도록 하였다.

본 발명에 있어서 화학원료의 혼합비율이 범위가 넓은 것은 기온차에 따라 원료의 조성비를 조절함으로써 자동차 운행시 최적의 효과를 내기 위한 것이다.

[실시예]

바람직하게는 메탄올과 모스탄올, 톨루엔, 자이렌, 클루드펜탄, 나프타, C₉ ⁺를 다음과 같은 비율로 혼합한다.

메탄올 43 중량%

모스탄올 15 중량%

톨루엔 6 중량%

자이렌 6 중량%

클루드펜탄 10 중량%

나프타 15 중량%

C₉ ⁺5 중량%

상기와 같이 혼합한 본 발명의 알콜 혼합연료의 성상을 한국석유품질연구소와 국립환경원자동차공해연구소, 그리고 한국화학시험연구원에 의뢰하여 가솔린의 품질기준과 비교한 결과는 다음과 같다.

<품질기준 검사결과>

	가솔린 기준치	본 발명의알콜 혼합연료	비고
	보통	본 발명의알콜 혼합연료	비고	고급
옥탄값	91~94	94이상	106.3
증류성상	10%유출온도(^oC)	70이하	50.5
	50%유출온도(^oC)	125이하	67.6
	90%유출온도(^oC)	175이하	111.7
	종말점(^oC)	225이하	184.5
	잔유량(부피%)	2.0이하	0.5
동판부식(50^oC, 3h)	1이하	1이하
증기압(37.8^oC,kpa)	44~82	69
산화안정도(분)	480 이상	pass
세척현존검(mg/100mg)	5.0 이하	1
황분(질량ppm)	200 이하	60
납함량(g/l)	0.013 이하	불검출
인함량(g/l)	0.0013 이하	0.0001
방향족화합물 함량(부피%)	35 이하	21.46
벤젠함량(부피%)	2 이하	0.4
올레핀함량(부피%)	23 이하	6.8

이상의 결과에 나타난 바와 같이 본 발명의 알콜 혼합연료는 옥탄값이 106.3으로 고급 가솔린 연료의 기준에 적합하며, 동판부식시험결과에 나타난 바와 같이 부식성의 문제도 해결하였고, 배기가스 검사성적을 통한 황 및 납 등의 유해물질배출량 역시 감소되는 것으로 나타났다.

또한 본 발명의 알콜 혼합연료를 단독으로 사용하지 않고, 가솔린과 혼합하여 사용하는 경우에도 우수한 공해저감효과를 얻을 수 있게 되는 바, 국립환경연구원자동차공해연구소에 의뢰하여 가솔린에 본 발명의 알콜 혼합연료를 6:4의 비율로 첨가한 연료를 연소하여 배기가스 유해물질 배출농도와 배출가스농도를 가솔린만을 연소한 것과 비교한 결과는 다음과 같다.

<유해물질 검사결과>

측정물질	AL	Fe	Ni	Cd	Mn	Cu	Zn	Cr	Pb	P
첨가후농도(mg/l)	불검출	불검출	불검출	불검출	0.335	불검출	불검출	불검출	불검출	0.0001이하

<배출가스 검사결과>

시험항목	배출가스농도(CVS-75)	매연	비고
시험항목	CO(g/km)	HC(g/km)	Nox(g/km)	PM(g/km)	(%)
첨가전	1.76	0.16	0.07	-	-
첨가후	1.15	0.12	0.06	-	-
증감 %	↓ 34.7	↓25.0	↓25.0	-	-

이상과 같은 검사결과를 통하여 가솔린과 본 발명의 알콜 혼합연료를 혼합하여 사용하는 경우에도 우수한 유해물질 저감 효과 및 배출가스 저감효과를 갖고 있는 것으로 판명되었다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 일정량의 메탄올에 저온시동성과 폭발력을 향상시키기 위하여 일정량의 모스탄올을 첨가하고, 가속성 및 주행성을 보완하기 위하여 일정량의 톨루엔 및 자이렌, 나프타, 클루드펜탄, C₉ ⁺등을 혼합한 것으로, 본 발명에 의하면 가솔린 엔진을 장착한 차량 등에 아무런 개조나 별도의 장치 없이도 비교적 가격이 저렴한 본 발명의 알콜 혼합연료를 사용할 수 있게 될 뿐 아니라 가솔린을 임의의 비율로 혼합하여 사용할 수도 있게 되고, 유해물질과 유해한 배출가스를 저감할 수 있게 되어 환경보호에 이바지할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있게 되며, 아울러 기존 알콜 혼합연료의 단점인 저온시동성, 주행성 및 폭발력을 대폭 개선할 수 있게 되고, 금속부식성 및 고무인장성 등을 크게 낮출 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims

메탄올 40~50 중량%, 모스탄올 10~20 중량%, 톨루엔 5~10 중량%, 자이렌 5~10 중량%, 나프타 10~20 중량%, C₉ ⁺5~10 중량%, 클루드펜탄 10~20 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진용 알콜 혼합연료.
메탄올 40~50 중량%, 모스탄올 10~20 중량%, 톨루엔 5~10 중량%, 자이렌 5~10 중량%, 나프타 10~20 중량%, C₉ ⁺5~10 중량%, 클루드펜탄 10~20 중량%를 상온 대기압하에서 혼합하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진용 알콜 혼합연료의 제조방법.