KR20050053845A

KR20050053845A - 원적외선 공법에 의한 바이오 알코올, 바이오 연료 및이들의 제조방법

Info

Publication number: KR20050053845A
Application number: KR1020030087081A
Authority: KR
Inventors: 이정랑; 백우현; 이성식; 이혁수
Original assignee: (주)베노스코리아
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2005-06-10
Also published as: KR100555787B1; CN100467569C; CN1624075A

Abstract

본 발명은 원적외선 공법에 의한 바이오 알코올, 바이오 연료 및 이들의 제조방법에 관한 것으로, 식물성 바이오 에탄올을 원적외선 공법으로 바이오 알코올화 하고, 얻어진 식물성 바이오 에탄올에 이소프로필알코올 및 이소부틸알코올, 이소옥탄 및 이소헥산, 개질제, 에테르 및 식물성 조연제 등의 첨가제를 혼합 교반하고 원적외선을 복사하여 얻거나, 혹은 상기 식물성 바이오 에탄올과 메탄올을 혼합하고, 여기에 각종 첨가제를 혼합 교반하고 원적외선을 복사하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 원적외선 공법에 의한 바이오 알코올, 바이오 연료 및 이들의 제조방법이다.

상기 바이오 연료는 기존의 화석연료 대신에 식물성 원료를 사용함으로써 친환경적이며, 원적외선 공법을 적용하여 알코올 분자를 활성화시켜 알코올 에너지 파워를 높이고, 주정이 아닌 연료용 바이오 알코올로 개질, 활성화시킴으로써, 원유를 증류하여 얻은 기존의 가솔린보다 품질이나 성능이 우수하고 공해물질의 배출을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

원적외선 공법에 의한 바이오 알코올, 바이오 연료 및 이들의 제조방법{BIO ALCOHOL AND BIO FUEL BY FAR INFRARED THERAPY, AND MANUFACTURING METHODS THEREOF}

본 발명은 원적외선 공법에 의한 바이오 알코올, 바이오 연료 및 이들의 제조방법에 관한 것으로, 식물성 에탄올을 원적외선 공법으로 알코올 분자를 활성화시켜 주정용 알코올을 연료용으로 사용할 수 있도록 알코올 에너지 파워를 높여 바이오 알코올로 개질화시키고, 이 개질된 알코올을 다시 원적외선 공법으로 활성화시켜 바이오 알코올을 얻는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 상기 식물성 바이오 에탄올과 이소프로필알코올 및 이소부틸알코올, 이소옥탄 및 이소헥산, 개질제, 에테르 및 식물성 조연제를 혼합 교반하고 원적외선을 복사하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 식물성 바이오 에탄올과 메탄올을 혼합하고, 여기에 소정의 첨가제를 첨가하여 얻어지는 것으로, 상기 식물성 바이오 에탄올과 메탄올, 이소프로필알코올 및 이소부틸알코올, 이소옥탄 및 이소펜탄, 텍솔, 에테르 및 식물성 조연제를 혼합 교반하고 원적외선을 복사하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 바이오 연료는 기존의 화석연료 대신에 식물성 원료를 사용함으로써 친환경적이며, 원적외선 공법을 적용하여 분자를 활성화시킴으로써, 원유를 증류하여 얻은 기존의 가솔린보다 품질이나 성능이 우수하고 공해물질의 배출을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

통상, 기관의 내부에서 연료를 연소하여 열 에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 내연기관에 사용되는 연료로서 가솔린(휘발유)가 사용되고 있다.

상기 가솔린은 원유를 증류하거나 열적, 화학적 처리하여 얻는, 끓는 점이 30~200℃ 범위의 각종 탄화수소의 혼합체를 지칭하는 것으로, 성질과 상태, 그 처리방법에 따라 파라핀계, 올레핀계, 나프텐계, 방향족계 등으로 분류되고, 제조방법에 따라 직류 가솔린, 분해 가솔린, 중합 가솔린, 천연 가솔린, 인조 가솔린, 개질 가솔린 등으로 분류된다.

또한, 용도에 따라 공업용 가솔린, 자동차용 가솔린, 항공기용 가솔린 등으로 구분되는데, 상기 자동차용 가솔린은 통상 직류 가솔린에 분해 가솔린, 개질 가솔린 등을 섞고, 다시 옥탄가를 높이기 위해 안티노크제나 안정제를 첨가한다.

이러한 자동차용 연료로서 연구되고 있는 한 분야가 알코올을 이용한 대체연료 분야로서, 미국에서는 이미 1800년 초부터 검토가 시작되어 1979년에는 에탄올 10%를 혼합한 가솔린이 시판되게 되고, 80년대에 들어서는 미 전역에 상당한 파급효과를 보이면서, 현재는 미국 전체 자동차 연료 가운데 에탄올 첨가비율이 7% 이상을 차지하는 등, 점차 사용이 확대되어 가는 추세이다.

일반적으로, 알코올 연료는 가솔린에 비해 휘발성이 낮은 온도에서도 점화되는 등의 잇점은 있으나, 가솔린에 비해 발열량이 낮아 발열량을 높이기 위하여 방향족 원료인 톨루엔이나 크실렌 등을 첨가하는 경우가 많아 공해를 유발한다.

또한, 알코올 연료는 가솔린 연료에 비해 산소 함량이 높아 불완전 연소 시에는 내연기관의 패킹부나 엔진 기계부를 가열시켜 기계 고장의 원인이 되기도 하고, 산성화 작용에 의거 차량이나 비철금속 부품과 각종 파이프류 등을 부식시켜, 차량의 내연기관의 고장을 일으키는 원인이 되기도 하며, 저온 상태에서는 시동이 잘 걸리지 않아, 불가피하게 불완전 연소한 포름알데히드나 메틸포르메이트 등의 탄화물질을 배출하게 되어 환경을 오염시킬 수 있다.

한편, 최근에는 각종 방법을 통해 여러가지 연료용 첨가제가 등장하고는 있으나 그 제조방법이 조잡하고 연속성이 없으며, 공해를 유발하고 효과에 있어서도 만족할 만한 성과를 얻지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명에서는 상기 종래의 문제점을 개선한 것으로, 본 발명의 제1의 목적은, 통상의 식물성 에탄올을 원적외선 공법으로 알코올 분자를 활성화시켜 에너지 파워가 높은, 연료용으로 적합한 바이오 알코올을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2의 목적은 식물성 바이오 에탄올에 각종 첨가제를 혼합 교반하고 원적외선을 복사함으로써, 대체 연료로서의 물성이 개선된 바이오 연료를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제3의 목적은 상기 식물성 바이오 에탄올과 메탄올을 혼합하고, 여기에 각종 첨가제를 혼합 교반하고 원적외선을 복사함으로써, 메탄올을 혼합한 대체 연료로서의, 물성이 개선된 메탄올 혼합 바이오 연료를 제공하는 것이다.

이하, 본 발명의 구성에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 제1의 발명은, 통상의 식물성 에탄올을 원적외선 공법으로 알코올 분자를 활성화시켜 주정용 알코올을 연료용으로 사용할 수 있도록 알코올 에너지 파워를 높여 바이오 알코올로 개질화시키고, 이 개질된 알코올을 다시 원적외선 공법으로 활성화시켜 바이오 알코올을 얻는 것을 특징으로 한다.

상기 식물성 에탄올로서는 주정과 같은 통상의 식물성 에탄올이 바람직하고, 그 외에 카사바, 사탕무우, 감자, 황부자, 도토리, 옥수수와 같은 농산물이나 야생초로부터 얻어지는 에탄올도 사용 가능하다.

또한, 상기 본 발명에서 적용하는 원적외선 공법이란, 소정의 원적외선 장치를 사용하여 식물성 에탄올을 개질화한 다음, 보관 저장하는 저장탱크내에서도 상기 장치를 사용하여 다시 활성화시키는 것이다.

여기서 사용하는 원적외선 장치는 원통형으로서, 알루미늄 판으로 만든 반사원통의 안쪽에, 원적외선을 발생할 수 있는 항균 세라믹볼과 보석이나 토르말린 등의 에너지 광석 및 고성능 자석을 넣고 밀봉한 것이다.

본 발명의 제2의 발명은, 상기 식물성 바이오 에탄올 60~80 중량%와 이소프로필알코올 및 이소부틸알코올 3~8 중량%, 이소옥탄 및 이소헥산 7~13 중량%, 개질제 5~9 중량%, 에테르 2~4 중량% 및 식물성 조연제 3~6 중량%를 혼합 교반하고 원적외선을 복사하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 식물성 바이오 에탄올과 각종 첨가제의 배합 순서는 특별하지는 않으나, 작업의 효율성 면에서 이소프로필알코올을 비롯한 각종 첨가제를 소정의 비율로 먼저 혼합한 후, 상기 식물성 바이오 에탄올에 일시에 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 구성 성분의 첨가량의 비율은 여러 번의 시험결과 얻어진 것으로, 식물성 바이오 에탄올의 함량이 60 중량% 미만이면 발열량이 낮아지고 첨가의 효과가 적어지며, 반대로 80 중량%를 넘게 되면 산소함량이 많은 알코올의 특성상 불완전 연소의 위험이 있어 좋지 않다.

상기 이소프로필알코올 및 이소부틸알코올은 발란스 성분으로 첨가되는 것으로, 2 성분 중 어느 하나의 성분만으로 구성할 수도 있되, 그 전체적인 함량은 3~8 중량%가 좋다.

또한, 이소옥탄 및 이소헥산은 옥탄가의 향상을 위해 첨가되는 성분으로, 이 역시 2 성분 중 어느 하나의 성분만으로 구성할 수도 있되, 그 전체적은 함량은 7~13 중량%가 좋으며, 옥탄가를 위해 함량을 너무 높이게 되면 노킹의 문제가 발생하기 쉽고, 다른 성분의 첨가량이 그 만큼 줄어들게 되어, 상기의 범위를 유지하는 것이 좋다.

개질제의 첨가량은 5~9 중량%가 좋은데, 5 중량% 미만에서는 전체적인 개질의 효과가 미미하고, 9 중량%를 넘어도 다른 성분의 첨가량이 줄어들게 되어 바람직하지 않으며, 옥탄가의 증진제로서도 역할하는 에테르는 2~4 중량%가 바람직하다.

또한, 상기 식물성 조연제의 첨가량이 3 중량% 미만이면, 불완전 연소물질로 인해 포름알데히드나 메틸포르메이트를 많이 발생시킬 수 있어 좋지 않고, 상대적으로 고가인 식물성 조연제를 너무 많이 첨가하여도 비경제적이어서 그 범위는 3~6 중량%가 바람직하다.

상기 본 발명의 제2의 발명에서도, 식물성 바이오 에탄올과 각종 첨가제를 첨가, 혼합하는 과정과 보관하는 과정에서 원적외선 공법을 적용하여 바이오 연료의 성능을 향상시킨다.

한편, 본 발명의 제3의 발명은, 상기 식물성 바이오 에탄올과 메탄올을 혼합하여 얻어지는 것으로, 상기 식물성 바이오 에탄올 25~35 중량%와 메탄올 35~45 중량%, 이소프로필알코올 및 이소부틸알코올 4~8 중량%, 이소옥탄 및 이소펜탄 5~12 중량%, 텍솔 6~10 중량%, 에테르 2~4 중량% 및 식물성 조연제 3~6 중량%를 혼합 교반하고 원적외선을 복사하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 식물성 바이오 에탄올에 첨가하는 메탄올의 함량이 35 중량% 미만이면 경제적이면서 발열량을 높이려는 소기의 효과가 줄어들게 되고, 반대로 45 중량% 이상이면 상대적으로 에탄올의 첨가량이 줄어 경제적이기는 하나, 공해가 많이 발생하여 바람직하지 않다.

또한, 상기 텍솔은 솔벤트 성분으로서, 그 함량은 6~10 중량%가 바람직하고, 그 범위를 벗어나게 되면, 상대적으로 고가인 다른 성분을 그 만큼 늘려야 하거나, 아니면 소정의 기능을 하는 다른 성분의 함량을 줄여야 하므로 바람직하지 않다.

상기 본 발명의 제3의 발명에서도, 식물성 바이오 에탄올과 메탄올의 혼합물에 각종 첨가제를 첨가, 혼합하고 보관하는 과정에 원적외선 공법을 적용하게 되는데, 이 때에도 내부에 항균 세라믹볼과 보석이나 토르말린 등의 에너지 광석 및 고성능 자석을 넣고, 외부를 알루미늄 판으로 성형한 원통형의 원적외선 장치를 사용한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 좀더 상세하게 설명한다.

실시예 1(바이오 알코올 제조)

통상의 식물성 에탄올에 소정의 원적외선 장치를 담그고, 반응탱크 외부에 장착된 모터를 통해 상기 원적외선 장치를 회전시켰다.

따라서, 상기 원적외선 장치가 회전하면서 교반을 가속화함과 동시에, 장치의 내부로부터 원적외선의 기본적인 특성인 복사, 심달력, 공명흡수 작용이 일어나, 구성 분자의 진동운동을 가속하여 분자를 활성화시키고, 분자내에 큰 에너지를 발생시키게 되었다.

이와 같이 본 발명의 원적외선 장치를 사용하여, 4시간 이상 바이오 원적외선을 발생시킴으로써, 식물성 에탄올을 본 발명의 연료용 바이오 알코올로 개질화시킬 수 있었다.

즉, 원적외선 공법으로 알코올 분자를 활성화시켜 주정용 알코올을 연료용으로 사용할 수 있도록 알코올 에너지 파워를 높여 바이오 알코올로 개질화시키고, 이 개질된 알코올을 다시 원적외선 공법으로 활성화시켜 바이오 알코올을 얻는 것이다.

이와 같이 하여 얻어진 식물성 바이오 연료에 대하여, 본 발명의 원적외선 처리 전과 처리 후의 에너지장의 변화를 CCD카메라로 촬영하여 도1에 나타낸다.

도면에서와 같이, 본 발명의 원적외선 처리 전에 비해, 처리 후의 에너지장이 월등하게 크게 되었음을 알 수 있어, 원적외선 공법에 의하여 에너지가 활성화 되었음을 확인할 수 있다.

실시예 2(바이오 연료 제조)

우선, 혼합, 반응탱크에 상기 실시예 1 에서 얻은 식물성 바이오 에탄올 70 중량%를 넣고 각종 첨가제를 첨가 혼합한다.

상기 첨가제로서 이소프로필알코올 2 중량%, 이소부틸알코올 3 중량%, 이소옥탄 5 중량%, 이소헥산 5 중량%, 개질제 7 중량%, 에테르 3 중량% 및 식물성 조연제(SP-100) 5 중량%를 혼합하고 교반하여, 상기 식물성 바이오 에탄올에 일시에 첨가한다.

이 때, 상기 혼합, 반응탱크에는 상기 실시예 1에서 사용한 소정의 원적외선 장치를 담그고, 반응탱크 외부에 장착된 모터를 통해 상기 원적외선 장치를 회전시켜 에너지를 활성화시켰다.

상기 반응은 약간 발열 반응이지만, 특별한 냉각장치를 필요로 할 정도는 아니며, 교반에도 그다지 특별히 어려운 점은 없었다.

이와 같이하여 얻어진 바이오 연료에 대하여 국가공인 유류검사기관인 (주)고려검정공사(Kimsco)에서 시험한 검사성적서를 하기 표1에 나타낸다.

시험항목	휘발유 규격	본 발명 연료	시험기준
Benzene, vol%	Max 2	0.13	ASTM D5134
Oleffin, vol%	Max 23	0.83	〃
Aromatic, vol%	Max 35	18.53	〃
Sulfur, ppm	Max 200	7.2	ASTM D5453
R.V.P(37.8℃, Kpa)	Max 82	43	ASTM D323
Phosphorus, g/l	Max 0.0013	0.0001	ASTM D3231
Density, 15/4℃	-	0.7901	ASTM D4052
W/Sediment, vol%	Max 0.01	Less than 0.01	ASTM D2709
Copper Corrosion,50℃,3hrs	Max 1.0	1-a	ASTM D130
Induction Period, Min	Min 480	MT 720	ASTM D525
Existent Gum,mg/100ml	Max 5.0	2.0	ASTM D381
R.O.N	91-94	116.1	ASTM D2699
Distillation Range, ℃I.B.P10%50%90%F.B.PResidue, ml	-Max 70Max 125Max 175Max 225Max 2.0	49.459.568.1126.3164.91.0	ASTM D86
Color	Yellow	Transparent	Visual
Doctor Test	Sweet	Sweet	ASTM D-4952
Alcohol Content, vol%	-	57.0	ASTM D-4815

상기 표에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바이오 연료는 각종 휘발유 규격에 적합함은 물론, 구체적인 수치에 있어서도 각종 휘발유 규격을 충분히 만족시키고 있다.

또한, 상기 실시예 2 에서 진행되는 각 과정의 변화를 도표화하여 도2에 나타내었는데, 도2는 본 발명의 바이오 연료 제조시의 GDV(Gas Discharge Visualization)변화를 나타내는 그래프이다.

상기 GDV 기술은 알코올 에너지장이 전자기장과의 상호작용을 통해 발광하는 것을 영상화하여 컴퓨터를 이용해 분석하는 기술이다.

도2 중, A는 통상의 식물성 에탄올, B는 실시예 1 에서 얻은 바이오 에탄올, C는 상기 B에 첨가제를 첨가한 상태의 혼합물, D는 이것을 다시 원적외선 공법으로 활성화한 실시예 2 의 결과물이다.

도면에서와 같이, A에서 1300 정도였던 에너지장의 면적이, 소정의 원적외선 공법을 적용한 이후에 1600까지 상승하였다.(B)

상기 B에서는 첨가제를 혼합하여야 하기 때문에, C에서 1500까지 내려간 후, 다시 본 발명의 원적외선 공법을 적용한 D에서 1700 정도까지 상승하고 있다.

즉, 통상의 식물성 알코올을 바이오 연료화하면서, 에너지장의 면적이 증가하고 있는 사실을 확인할 수 있는바, 본 발명의 원적외선 공법의 효과를 감지할 수 있다.

한편, 도3은 일반 에탄올 연료 제조시의 GDV변화를 나타내는 그래프로서, E는 일반 식물성 에탄올, F는 여기에 본 발명에서와 동일한 첨가제를 첨가한 경우, G는 이것을 다시 본 발명의 원적외선 장치를 사용하여 F를 활성화시킨 경우이다.

상기 도3을 살펴보면, 일반 식물성 에탄올(E)의 에너지장의 면적은 도2에서와 같이 1300정도이나, 여기에 첨가제를 첨가하면 1200으로 약간 하강하다가, 본 발명에서와 같은 원적외선 공법을 적용하면 다시 1400부근으로 상승함을 알 수 있다.

따라서, 상기 도2와 도3을 비교 관찰하면, 동일한 식물성 에탄올이라도, 먼저 활성화시킨 상태에서 첨가제를 첨가한 다음, 다시 활성화시킨 예(도2)가, 단순히 첨가제만 첨가시킨 예(도3)에 비하여 훨씬 효과적이라는 사실을 알 수 있고, 결국, 본 발명의 우수성을 확인할 수 있는 것이다.

실시예 3(메탄올 혼합 바이오 연료 제조)

상기 실시예 1에서 얻은 식물성 바이오 에탄올과 일반 메탄올을 혼합하여 알코올의 주성분을 구성하되, 상기 식물성 바이오 에탄올 30 중량%와 일반 메탄올 40 중량%를 혼합하고, 여기에 각종 첨가제를 첨가 혼합한다.

상기 첨가제로서는 이소프로필알코올 3 중량%, 이소부틸알코올 3 중량%, 이소옥탄 6 중량%, 이소펜탄 2 중량%, 텍솔 8 중량%, 에테르 3 중량% 및 식물성 조연제 5 중량%를 혼합하고 교반하여, 상기 식물성 바이오 에탄올과 메탄올의 혼합물에 일시에 첨가한다.

여기서도 상기 실시예 1,2에서와 같이, 식물성 바이오 에탄올과 메탄올의 혼합물에 각종 첨가제를 혼합 교반할 때는, 반응탱크 내부에 원적외선 장치를 설치하여 원적외선 공법을 적용하며, 혼합 후 보관시에도 동일한 공법을 적용한다.

이렇게 하여 얻어진 메탄올 혼합 바이오 연료에 대해서도, 상기 실시예 2의 방법과 같은 방법으로 변화되는 에너지장을 확인한 결과, 처리 후의 에너지장의 변화가 월등하여 본 발명의 우수성을 확인할 수 있다.

한편, 상기 본 발명의 실시예에서는 식물성 원료인 에탄올을 이용하여 원적외선 공법을 적용한 예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명은 여기에 한정되지 않고, 기타 무공해 혹은 저공해 원료를 사용하여 원적외선 공법을 적용한 경우도 본 발명의 기술적 사상과 유사하여 본 발명의 범주에 속한다 하겠다.

이상 설명한 바와 같이, 상기 본 발명에 따르면, 통상의 식물성 에탄올을 원적외선 공법을 적용하여 식물성 바이오 에탄올을 얻고, 상기 식물성 바이오 에탄올과 각종 첨가제를 혼합 교반하고 원적외선을 복사함으로써, 대체 연료로서의 물성이 개선된 바이오 연료를 얻을 수 있으며, 또한, 상기 식물성 바이오 에탄올과 메탄올에 각종 첨가제를 혼합 교반하고 원적외선을 복사함으로써, 메탄올을 혼합한 바이오 대체 연료를 얻을 수 있어, 관련 분야에의 이용 및 응용이 기대된다 하겠다.

도1은 바이오 알코올 제조 전,후의 CCD카메라 촬영결과

도2는 본 발명의 바이오 연료 제조시의 GDV변화를 나타내는 그래프

도3은 일반 에탄올 연료 제조시의 GDV변화를 나타내는 그래프

Claims

통상의 식물성 에탄올을 원적외선 공법으로 개질화하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 연료용 바이오 알코올
상기 제1항의 식물성 바이오 에탄올 60~80 중량%와 이소프로필알코올 및 이소부틸알코올 3~8 중량%, 이소옥탄 및 이소헥산 7~13 중량%, 개질제 5~9 중량%, 에테르 2~4 중량% 및 식물성 조연제 3~6 중량%를 혼합 교반하고 원적외선을 복사하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 원적외선 공법에 의한 바이오 연료의 제조방법
상기 제2항의 방법으로 얻어진 바이오 연료
상기 제1항의 식물성 바이오 에탄올 25~35 중량%와 일반 메탄올 35~45 중량%, 이소프로필알코올 및 이소부틸알코올 4~8 중량%, 이소옥탄 및 이소펜탄 5~12 중량%, 텍솔 6~10 중량%, 에테르 2~4 중량% 및 식물성 조연제 3~6 중량%를 혼합 교반하고 원적외선을 복사하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 원적외선 공법에 의한 바이오 연료의 제조방법
상기 제4항의 방법으로 얻어진 바이오 연료