KR20100052465A - 독립적으로 제조된 혼합원료로부터 제조된 항공기용 케로센 - Google Patents

Abstract

비석유계 공급원료로부터 유래된, 이소파라핀과 n-파라핀으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하는 제1 혼합원료, 및 사이클로알칸 및 방향족으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하는 제2 혼합원료를 포함하는 항공기용 케로센. 항공기용 케로센의 제조 방법으로서, 1종 이상의 비석유계 공급원료로부터 유래된, 이소파라핀과 n-파라핀으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하는 제1 혼합원료를 제조하는 단계; 사이클로알칸 및 방향족으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하는 제2 혼합원료를 제조하는 단계; 및 상기 제1 혼합원료의 적어도 일부와 상기 제2 혼합원료의 적어도 일부를 혼합하여 항공기용 케로센을 제조하는 단계를 포함하는, 제조 방법.

Description

독립적으로 제조된 혼합원료로부터 제조된 항공기용 케로센{AVIATION-GRADE KEROSENE FROM INDEPENDENTLY PRODUCED BLENDSTOCKS}

연방정부지원에 의한 연구 또는 개발에 대한 진술

본 발명은 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)에 의해 수여된 계약과제명 W911NF-07-C-0046으로 정부지원을 받아 수행되었다.

본 발명은 일반적으로 항공기용 고세탄(high-cetane) 케로센 연료에 관한 것이다. 본 명세서에는 특히 비석유계 공급원료(feedstock)로부터 부분적으로 또는 전적으로 제조된 항공기용 케로센 연료가 개시되어 있다. 구체적으로, 본 명세서에 개시된 케로센 연료는 2종 이상의 독립적으로 제조된 혼합원료(blendstock)를 포함하는데, 제1 혼합원료는 주로 비석유계 공급원료로부터 유래된 이소파라핀과 n-파라핀(I/N)을 포함하며, 제2 혼합원료는 주로 석유 또는 비석유계 공급원료로부터 유래된 사이클로알칸 및 방향족(C/A)을 포함한다. 일부 구현예에 있어서, 종래의 석유 유래 연료에 대해 드롭-인 혼화성(drop-in compatibility) 및 합목적성 목적에 적합한 혼화성을 가지며, 항공기 터빈 연료로서 이용되기에 적합한 케로센 연료는 95 부피% 이하의 I/N 혼합원료와 35 부피% 이하의 C/A 혼합원료를 포함한다.

일반적인 용어, "케로센"은 약 293℉ 내지 572℉(145℃ 내지 300℃) 범위에서 비등하며 주로 C8-C16 범위의 탄화수소로 구성된, 원유의 유분(fraction)을 의미하는 것으로 사용된다. 케로센은 중간 증류물(middledistillate)로서 알려진 석유 물질의 그룹에서 가벼운 쪽에 위치한다.

예를 들어, 미국에서 고세탄 케로센의 주된 용도는 민간 항공기(Jet A 또는 Jet A-1) 또는 군용 항공기(JP-8 또는 JP-5)의 터빈 연료이다. 케로센계 연료들은 성능 규격(performance specification)에 있어서 서로 다르다. Jet A 및 Jet A-1은 케로센 타입 연료이다. Jet A와 Jet A-1의 주된 물리적인 차이점은 동결점( 실험실 테스트에서 왁스 크리스탈이 사라지는 온도) 이다. 주로 미국에서 사용되는 Jet A는 -40℃ 이하의 동결점을 가져야 하는 반면, Jet A-1은 -47℃ 이하의 동결점을 가져야 한다. Jet A는 보통 정전기 분산 첨가제를 포함하지 않는 반면, Jet A-1은 흔히 이러한 첨가제를 필요로 한다. 이들 두 가지 연료 간에는 또 다른 차이점도 존재하며, 전체 규격이 각각 ASTM D1655 및 Def Stan 91-91/5 스탠더드에 정리되어 있다.

JP-5 및 JP-8과 같은 군용 터빈 연료는 각각 Mil-DTL-5624 및 Mil-DTL-83133으로 정의된다. 이러한 연료들은 상업용의 제트 연료보다 더 엄격한 규격으로 제조된 케로센 타입 연료이다. 이 연료들은 또한 독특한 성능 증진용 첨가제를 함유한다. 세계적으로 많은 국가에서, 예를 들어 러시아에서 TS-1 프리미엄 케로센, TS-1 레귤러 케로센, 및 T-1 레귤러 케로센에 대한 것과 같이, 다양한 스탠더드를 발행했다. 이러한 모든 항공기용 케로센에 대한 원유 유분은 기본적으로 300℉ 내지 500℉(149℃ 내지 260℃)의 범위로 제한되며, 주어진 온도에서 회수율을 기준으로 추가적인 규격이 존재한다. 탄화수소는 주로 C8-C16의 범위에 있다.

원유의 용이한 이용가능성으로 인해 다양한 유형의 엔진의 기본 연료로서 케로센에 대한 전술한 규격의 설정이 조장되었으며, 따라서 이러한 규격을 가진 케로센으로 주행되도록 엔진들이 최적화되어 왔다. 따라서, 석유 공급의 신뢰성과 이용성에 대한 염려가 제기되어 왔다. 이러한 염료는 대체물에 대한 연구를 촉진했다. 석탄, 혈암(shale), 타르 모래, 및 바이오매스, 특히 식물성 바이오매스와 같은 재생 자원으로부터 유래된 액체가 제안되었다. 그러나, 이러한 공정을 통해서는 현재의 제트 연료 규격에 적합한 항공기용 케로센을 적절하게 제조하지 못하였다.

비석유계 공급원료로부터 적절한 항공기용 케로센을 얻을 수 없었기 때문에 생성물의 다운스트림 공정의 개발이 촉진되었다. 예를 들어, 미국 특허 4,645,585는 석탄 열분해 및 석탄 수첨반응으로부터 유래된 것들과 같은 고방향족 중질유의 수소화처리(hydroprocessing)를 통해 신규의 연료 혼합물을 제조하는 것에 대해 기재하고 있다.

WO 2005/001002 A2는 안정하고, 황 함량이 낮고, 고파라핀성이며 중간정도로 불포화된 증류 연료 혼합원료를 포함하는 증류 연료에 관한 것이다. 이러한 고파라핀성의 중간정도로 불포화된 증류 연료 혼합원료는, 생성물의 안정성을 증진시키기 위해 중간 정도의 양의 불포화물이 형성되거나 또는 유지되는 조건 하에 수소화처리된 Fischer-Tropsch-유래의 생성물로부터 제조된다.

항공기용 케로센에 대한 여러 가지 물리적인 성질들이 조화될 수 있고 심지어는 뛰어나다고 하더라도, 전술한 수소화처리 및 추가적인 고품질화 처리에 의해 제조된 연료는 전형적인 석유 유래의 케로센의 주요 탄화수소 성분의 일부를 결여하고 있기 때문에 종래의 석유 유래의 항공기용 케로센과 합목적적으로 함께 사용되지 않는다.

여러 가지 다양한 탄화수소 성분의 보다 양호한 모델링에 대한 시도가 바이올리 등에 의해 이루어졌다(Violi, A.: Yan, S.: Eddings, E.g.; Sarofim, A.F.; Granata, S.; Faravelli, T.; Ranzi, E.; Combust. Sci. Technol. 2002, 174 (11-12) 399-417). 바이올리 등은 하기 몰조성으로 공지의 탄화수소로 된 6종 화합물의 혼합물로서 JP-8을 개발링하였다: 10% 이소옥탄(C₈H₁₈), 20% 메틸사이클로헥산(C₇H₁₄), 15% m-자일렌(C₈H₁₀), 30% n-도데칸(C₁₂H₂₆), 5% 테트랄린(C₁₀H₁₂), 및20% 테트라데칸(C₁₄H₃₀). 이러한 대용 혼합물은 실제 JP-8 연료의 휘발성과 발연점(smoke point)을 모방하고 있다. 그러나, 연료를 단지 6종 화합물의 혼합물로 줄이는 이러한 방법은 JP-8의 필요한 모든 성능 규격을 재현하지는 못한다.

미국특허출원 2006/0138025에서는 다른 방법이 시도되었는데, 이 출원은 Fischer-Tropsch-유래 생성물과 석유 유래 생성물의 블렌드를 포함하는 증류 연료 또는 증류 연료 혼합원료에 관한 것이며, 이것은 다시 방향족을 보존하는 조건하에서 수소화분해처리(hydrocracking)된다. 이러한 방법은 씰 스웰(seal swell) 및 밀도와 같은, 일부 석유계 공급원료에서 요구되는 일부 특성을 제공할 수 있기는 하지만, 동결점 규격과 같은 필적할만한 특성을 달성할 수 있는 능력은 떨어뜨린다.

따라서, 안전한 국내 자원으로부터 제조되는 청정 연료용으로 기존의 석유계 항공기용 케로센과 혼합되어 또는 이를 대체하여 사용될 수 있으며, 미래에 대한 가교로서 환경적으로 민감한 공정의 이용을 가능하게 하는 연료 및 공정에 대한 지속적인 필요성이 존재한다.

본 발명은 기존의 석유계 항공기용 케로센과 함께 또는 이를 대체하여 사용될 수 있는 연료 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 항공기용 케로센은: 비석유계 공급원료로부터 유래된 이소파라핀과 n-파라핀으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하는 제1 혼합원료와, 사이클로알칸 및 방향족으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하는 제2 혼합원료를 포함한다. 구현예에 있어서, 제2 혼합원료는 비석유계 공급원료를 포함하는 공급원료로부터 유래된다. 결과적으로 형성되는 혼합물이 석유계 유래의 제트 연료의 연료 등급 규격을 충족시키도록, 상기 항공기용 케로센은 석유계 제트 연료와 임의의 비율로 혼합될 수 있는 것이 바람직하다. 구현예에 있어서, 항공기용 케로센은 최대 95 부피%의 제1 혼합원료와 최대 35 부피%의 제2 혼합원료를 포함한다.

구체적인 구현예에 있어서, 항공기용 케로센은 95 부피% 이하의 제1 혼합원료와 약 0 내지 30 부피%의 사이클로알칸 및 약 0 내지 약 15 부피%의 방향족을 포함한다. 구현예에 있어서, 95 부피% 이하의 제1 혼합원료와 약 0 내지 30 부피%의 사이클로알칸 및 약 0 내지 약 15 부피%의 방향족을 포함하는 상기 케로센이 항공기용으로 합목적성 목적에 적합한 요건을 만족시킨다. 구현예에 있어서, 50 중량% 이상의 케로센은 석탄, 천연 개스 또는 이들의 조합으로부터 유래된다. 구현예에 있어서, 제2 혼합원료는 석탄, 바이오매스, 오일-혈암, 타르, 오일 모래, 또는 이들의 조합으로부터 유래된다. 구현예에 있어서, 50 중량% 이상의 케로센이 바이오매스로부터 유래된다. 구현예에서 10 중량% 이상의 케로센이 크랙킹 처리되지 않은 바이오 오일로부터 유래된다.

본 발명은 또한 항공기용 케로센을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은: 1종 이상의 비석유계 공급원료로부터 유래된, 이소파라핀과 n-파라핀으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하는 제1 혼합원료를 제조하는 단계; 사이클로알칸 및 방향족으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하는 제2 혼합원료를 제조하는 단계; 및 상기 제1 혼합원료의 적어도 일부와 상기 제2 혼합원료의 적어도 일부를 혼합하여 항공기용 케로센을 제조하는 단계를 포함한다. 항공기용 케로센을 제조하는 방법의 구현예에 있어서, 상기 제1 및 제2 혼합원료는 독립적으로 제조된다. 상기 방법의 구현예에 있어서, 비석유계 공급원료는 석탄, 천연 개스, 바이오매스, 식물성 오일, 바이오매스 열분해 바이오 오일, 생물학적 유래의 오일 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다.

본 발명의 방법의 일부 구현예에 있어서, 제1 혼합원료의 적어도 일부가 간접 액화공정을 통해 제조된다. 간접 액화공정은 천연 개스, 석탄, 바이오매스 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 공급원료를 Fischer-Tropsch 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 케로센은 간접 액화공정을 통해 제조된 제1 혼합원료를 최대 약 90 부피%까지 포함할 수 있다.

항공기용 케로센을 제조하기 위한 방법의 구현예에 있어서, 상기 적어도 하나의 비석유계 공급원료는 트리글리세리드 및/또는 지방산 공급원료를 포함한다. 케로센은 약 65 내지 약 75 부피%의 제1 혼합원료를 포함하며, 상기 적어도 하나의 비석유계 공급원료는 트리글리세리드 및/또는 지방산 공급원료를 포함한다. 구현예에 있어서, 제2 혼합원료는 촉매공정에 의한 고리화 및/또는 제1 혼합원료의 일부의 개질공정에 의해 제조되며, 상기 적어도 하나의 비석유계 공급원료는 트리글리세리드 및/또는 지방산 공급원료를 포함한다. 케로센은 약 65 부피%의 제1 혼합원료를 포함하며, 이때 상기 적어도 하나의 비석유계 공급원료는 트리글리세리드 및/또는 지방산 공급원료를 포함하며; 또한 촉매반응에 의한 고리화 및/또는 제1 혼합원료의 일부의 개질에 의해 제조되는 제2 혼합원료를 약 35 부피% 포함한다.

일부 구현예에서, 케로센은 트리글리세리드 및/또는 지방산 공급원료의 촉매반응에 의해 제조된 제1 혼합원료 약 70 부피% 및, 사이클로알칸-고함량 물질의 열분해공정을 통해 제조된 제2 혼합원료 약 30 부피%를 포함한다.

항공기용 케로센을 제조하기 위한 방법의 구현예에 있어서, 제2 혼합원료는 석탄, 오일 혈암, 오일 모래, 타르, 바이오매스, 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 공급원료의 열분해공정을 통해 제조된다. 일부 구현예에서, 천연 개스, 석탄, 및/또는 바이오매스의 Fischer-Tropsch 처리공정을 통해 제조된 제1 혼합원료 약 80 부피%와 석탄 타르 유분의 열분해공정을 통해 제조된 제2 혼합원료 약 20 부피%를 포함할 수 있다.

항공기용 케로센을 제조하기 위한 방법의 구현예에 있어서, 제2 혼합원료는 직접 액화공정을 통해 제조된다. 일부 구현예에서, 케로센은 직접 액화공정을 통해 제조된 제2 혼합원료를 약 25 부피% 포함한다. 구체적인 구현예에 있어서, 케로센은 천연 개스, 석탄, 및/또는 바이오매스의 Fischer-Tropsch 처리공정을 통해 제조된 제1 혼합원료를 약 75 부피% 포함한다.

항공기용 케로센을 제조하기 위한 방법의 구현예에 있어서, 제2 혼합원료는 바이오매스 유래의 리그닌 공급원료로부터 제조된다. 케로센은 바이오매스 유래의 리그닌 공급원로부터 제조된 제2 혼합원료를 약 25 내지 약 30 부피% 포함할 수 있다.

일부 구현예에 있어서, 케로센은 바이오매스 유래의 리그닌의 열분해공정을 통해 제조된 제2 혼합원료 약 30 부피%와, 천연 개스, 석탄, 및/또는 바이오매스의 Fischer-Tropsch 처리공정을 통해 제조된 제1 혼합원료 약 70 부피%를 포함한다.

항공기용 케로센을 제조하기 위한 방법의 구현예에 있어서, 상기 방법은 합목적성 목적으로 사용되기 위한 요건, ASTM 요건 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 요건에 대해 상기 항공기용 케로센을 테스트하는 단계를 더 포함한다. 일부 구현예에 있어서, 상기 방법은 합목적성 목적으로 사용되기 위한 요건, ASTM 요건 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 요건을 충족시키기 위해 케로센 중의 제1 혼합원료와 제2 혼합원료의 비율을 조정하는 단계를 더 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 방법은 합목적성 목적으로 사용되기 위한 요건, ASTM 요건 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 요건을 충족시키기 위해 제2 혼합원료 중의 사이클로알칸과 방향족의 양을 조정하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 안전하게 자국내에서 입수가능한 비석유계 및/또는 재생 자원으로부터 기존의 석유계 항공기용 케로센과 혼합되어 또는 이를 대체하여 사용될 수 있는 청정 연료를 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 대한 보다 상세한 설명을 위해 첨부된 도면이 참조된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 이소파라핀/n-파라핀(I/N) 혼합원료를 제조하는데 적합한 간접 액화공정의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 사이클로알칸/방향족(C/A) 혼합원료를 제조하는데 적합한 열분해공정의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 사이클로알칸/방향족(C/A) 혼합원료를 제조하는데 적합한 직접 액화공정의 개략도이다.
도 4는 기체 크로마토그래피 결과를 비교한 것으로서, 아랫쪽의 그래프는 FT(천연 개스로부터의 FT 공정에 의한 액체 연료)에 대한 것이고, 윗쪽의 그래프는 연료 샘플 A에대한 것으로서 연료 샘플 A는 2종의 별개의 혼합원료와 기술적인 공정을 이용하여 제조된 것이다: (1) FT 기술 및 천연 개스 공급원료로부터 제조된 이소파라핀계 케로센(IPK), 및 (2) 석유 공급원료로부터 제조된 방향족/사이클로파라핀계 혼합원료.
도 5는 기체 크로마토그래피 결과를 비교한 것으로서, 아랫쪽의 그래프는 전형적인 JP-8에 대한 것이고, 윗쪽의 그래프는 연료 샘플 C에 대한 것으로서 연료 샘플 C는 2종의 별개의 혼합원료와 기술적인 공정을 이용하여 제조된 것이다: (1) 곡물유 공급원료로부터 제조된 이소파라핀계 케로센(IPK), 및 (2) 곡물유 공급원료로부터 제조된 방향족/사이클로파라핀계 혼합원료.

명명법에 대한 설명

본 명세서에 사용된 용어, "I/N 혼합원료"는 95 중량% 이상의 이소파라핀, n-파라핀 또는 이들의 혼합물을 포함하는 물질을 의미한다.

본 명세서에 사용된 용어, "C/A 혼합원료"는 95 중량% 이상의 사이클로알칸, 방향족 또는 이들의 혼합물을 포함하는 물질을 의미한다.

본 명세서에 사용된 용어, "항공기용 케로센" 또는 "제트 연료"는 Mil-DTL-5624 및 Mil-DTL-83133에 의해 각각 정의되며, JP-5 및 JP-8과 같은 군용 터빈 연료용 규격 또는 전체 규격은 ASTM D1655 및 Def Stan 91-91/5 스탠더드에 각각 기재되어 있는, Jet A 또는 Jet A-1과 같은 민간 항공기용 제트 연료용 규격을 가진 케로센 타입의 연료를 의미한다. 세계적으로 시대가 달라짐에 따라 변화될 수 있는 한편 상기 정의에 속하는 것으로 간주되는 여러가지 유사한 규격들이 존재한다.

본 명세서에서 사용된, "합목적성 목적을 위한 요건(fit-for-purpose requireemnts)"이라는 용어는 군용 또는 ASTM 스탠더드에 반드시 기재되어 있지는 않지만 제트 엔진내에서의 성능 및 안정성, 연료 취급, 분배 및 저장 과정에서의 성능 및 안정성 면에서 중요한 연료 성질 요건을 의미한다. 이러한 요건의 예로는 항공기 연료 및 엔진 시스템 구조물 재료와의 연료 조화성, 광범위한 지상 환경에서의 컴프레션 점화(터빈 대비) 엔진에서의 적절한 연료 성능, 및 예를 들어 터빈 엔진내 탄성 씰부에서의 스웰링과 관련하여 있을 수 있는 연료 성능 요건을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 "드롭-인 혼화성(drop-in compatibility)" 이란 용어는 결과적으로 생성되는 혼합물이 연료 등급 규격과 동급의 석유계 제트 연료로 의도된 목적으로 사용되기 위한 요건을 충족시키도록 임의의 비율(즉, 0 내지 100%)로 석유계 제트 연료와 혼합될 수 있는 항공기용 케로센을 의미한다.

상세한 설명

I. 개요

본 발명은 기존의 석유계 연료를 대체 또는 이와 혼합하여 사용될 수 있으며 국내에서 입수가능한 비석유계 및/또는 재생 공급원료로부터의 연료의 생산을 가능하게 하는 연료 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명의 항공기용 제트 연료의 제조 방법에 따르면, 특정의 최종 사용 요건을 충족시키기 위해 연료 조제물에 폭넓은 융통성이 확보될 수 있다. I/N-C/A 연료는 주로 직쇄형(n-형) 및 분지쇄형(iso-형) 파라핀, 사이클로알칸 및/또는 방향족의 연료 성분의 혼합물을 포함한다.

항공기용 케로센에 대한 규격을 만족시키기 위해서는, 물리적인 성질에는 부정적인 영향을 주는 화학성질을 가진 복잡한 연료 혼합물이 필요하다. 예를 들어, 탄소 체인의 길이가 길수록 휘발성을 감소시키고 밀도를 증가시키지만, 고도 비행에 허용되는 수준 위로 동결점을 증가시킨다. 이러한 특성들을 에너지 밀도, 발화점, 점도, 발연점, 씰 스웰 용량, 및 기타 특성들과 조화를 이루도록 하려면 단일의 비석유계 자원으로는 연료 조제물을 만들기가 어렵다.

본 발명의 항공기용 케로센은 2개 이상의 독립적으로 제조되는 혼합원료로 부터 제조되는데, 제1 혼합원료는 비석유계 공급원료로부터 유래된 이소파라핀과 n-파라핀(I/N)으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하며, 제2 혼합원료는 석유계 또는 비석유계 공급원료로부터 유래된 사이클로알칸 및 방향족(C/A)으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함한다. 일부 구현예에 있어서, 최종 가공된 I/N-C/A 제트 연료는 95 부피% 이하의 I/N 혼합원료와 35 부피% 이하의 C/A 혼합원료를 포함한다.

II. 케로센

석유계 케로센은 원유의 상압 증류("스트레이트-런" 케로센이라 함) 또는 중질 석유 스트림의 크랙킹("크랙킹" 케로센이라 함)으로부터 얻어질 수 있다. 이러한 케로센은 다양한 공정에 의해 후속 처리되어 예를 들어 방향족 탄화수소, 황, 질소 또는 올레핀계 물질 등과 같은 바람직하지 않은 물질의 농도를 감소시키거나 이러한 물질을 제거한다. 이러한 추가 공정은 또한 성분 조성의 차이를 줄이고 성능을 증진시킬 수 있는 성분(예를 들어, 사이클로알칼 및 이소파라핀)을 농화시킨다. 실제로, 사용되는 주 공정은 수첨탈황공정(수소를 첨가하여 황 성분을 제거하는 처리공정), 부식성 소다용액에 의한 세정공정(황 성분을 제거하기 위함), 및 수소화공정(예 들어, 올레핀, 황, 금속 및/또는 질소 성분을 제거하기 위함) 이다. 크랙킹 공정에서 형성될 수 있는 방향족은 용매 추출공정을 통해 제거된다. 예를 들어, 수첨탈황처리된 케로센은 케로센 범위의 석유 원료를 수소로 처리하여 유기 황을 황화수소로 전환시킴으로써 제조되며, 이때 유기 황은 제거된다. 후속 처리에 의해 스트레이트-런 케로센과 크랙킹 케로센 간의 구별이 흐려질 수 있다.

케로센들은 조성면에서 유사하기는 하지만 특정 케로센 범위의 정제 스트림의 정확한 조성은 케로센이 유래된 원유와 케로센의 제조를 위해 사용된 정제 공정에 의존한다. 케로센은 복잡한 탄화수소 혼합물이므로, 이러한 부류의 물질들은 전형적으로 상세한 조성 데이터에 의해 정의되지 않고 대신 공정 히스토리, 물리적인 성질 및 생성물 용도, ASTM 및 이와 유사한 규격에 의해 정의된다.

이러한 부류의 스트림에 대한 상세한 조성상의 정보는 제한되어 있다. 대표적인 케로센 범위 정제 스트림과 연료에 대한 일반적인 조성에 대한 정보가 표 1에 나타나 있는데, 표 1은 이러한 부류의 물질들이 물리적인 성질 및 조성면에서 유사하다는 사실을 보여주고 있다. 원유 소스 또는 공정 히스토리와 관계 없이 케로센의 주요 성분은 분지쇄 및 직쇄 파라핀(iso- 및 n-알칸) 및 나프텐(사이클로파라핀 또는 사이클로알칸)을 포함하며, 이들은 통상적으로 최종 연료의 75 부피% 이상을 차지한다. 알킬벤젠(단일 고리) 및 알킬나프탈렌(이중 고리)와 같은, 비점 범위 내의 방향족 탄화수소는 통상 케로센 생성물의 25 부피%를 초과하지 않는다. 올레핀은 통상 5 부피% 이하로 존재한다. 케로센의 증류 범위는, 벤젠(비점: 80℃)과 n-헥산(비점: 69℃) 농도가 일반적으로 0.01 질량% 미만이 되도록 하는 범위이다. 3-7개의 융합-고리 폴리사이클릭 방향족 화합물(PAC)의 비점은 스트레이트-런 케로센의 비점보다 더 높다. 결국, 케로센에서 발견되는 PAC의 농도는, 이용가능한 분석방법의 검출 한계보다 낮지는 않더라도, 매우 낮은 수준이다. 수첨탈황 케로센의 상세한 분석결과가 이를 나타내며, 표 2에 나타나 있는 바와 같다.

III. I/N 혼합원료

본 발명의 I/N-C/A 혼합 연료는 비석유계 공급원료로부터 유래된 이소파라핀과 n-파라핀으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하는 하나 이상의 I/N 혼합원료를 포함한다. 최종의 I/N-C/A 제트 연료는 95 부피% 이하의 I/N 혼합원료를 포함한다. 일부 구현예에 있어서, I/N 혼합원료는 분자당 8-16개의 탄소 원자를 함유하는 이소파라핀 및/또는 n-파라핀(C8 - C16 화합물)을 포함한다. 일부 구현예에 있어서, 이러한 화합물들은 합성 개스의 Fischer-Tropsch 축합, 식물성 오일의 열촉매공정, 열분해, 액화 및 기체-액체 처리공정 등과 같은 화학공정을 통해 직접 제조된다.

일부 구현예에서, I/N 혼합원료는 하기 공급원료 중의 하나 또는 그 조합으로부터 유래된 것이다: 천연 개스, 석탄, 바이오매스, 식물성 오일, 바이오매스 열분해 바이오 오일, 및 기타 생물학적 유래의 오일. I/N 혼합원료는 여러가지 방법에 의해 제조될 수 있다. 구체적인 구현예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, I/N 혼합원료를 제조하기 위해 간접 액화공정이 이용된다. 간접 액화공정에서는, 석탄 또는 바이오매스와 같은 공급원료(10)가 증기(20) 및/또는 오일(30)과 함께 기화기(40)에서 기화된다. 기화기의 배출물(50)은 일산화탄소, 수소, 이산화탄소, 황화수소 및/또는 암모니아를 포함할 수 있다. 기화기의 배출물(50)은 단계(60)에서 정제되고 고품질화되며, 예를 들어 황화수소, 암모니아 및/또는 이산화탄소를 포함하는 오염물 스트림(70)은 제거된다. 주로 일산화탄소와 수소를 포함하는 합성 개스 스트림(80)은 액화공정(90)을 거쳐 액화 생성물(100)을 만들어낸다. 일부 구현예에서, 액화 생성물(100)은 촉매에 의한 Fischer-Tropsch(F-T) 공정에 의해 합성개스(80)로부터 합성된다. Fischer-Tropsch 반응에 의해서는 다양한 범위의 산화 화합물, 특히 탄소수가 C₁-C₃(개스) 내지 C₃₅₊(고체 왁스) 범위인 알콜 및 파라핀이 생산된다. 이러한 Fischer-Tropsch 반응 생성물은 C8-C16 파라핀과 이성화반응을 통해 C8-C16 이소파라핀을 포함하는 증류 연료를 제공하며, 이들은 우수한 세탄수(cetane number)와 매우 낮은 황 및 방향족 함량을 가지고 있다. 이러한 성질로 인해 F-T 생성물이 I/N 혼합원료로서 이용되기에 적절하다. 그러나, 적절한 사이클로알칸 및 방향족의 부족으로 인해 Fischer-Tropsch 증류 연료는 전형적으로 군용 및 ASTM 규격 및 합목적성 목적으로 사용되기 위한 요건을 충족시킬 수 없다. 그러므로, 아래에서 보다 상세히 설명되어 있는 바와 같이, I/N 혼합원료는 C/A 혼합원료와 혼합되어 항공기용 I/N-C/A 연료를 만들어낸다. 일부 구현예에 있어서, I/N 혼합원료는 95 부피% 이하의 I/N 혼합원료를 포함하며, 대안으로서는 천연 개스, 석탄 및/또는 바이오매스의 Fischer-Tropsch 공정에 의해 제조된 I/N 혼합원료를 약 90 부피% 포함한다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 천연 개스, 석탄 및/또는 바이오매스의 Fischer-Tropsch 공정에 의해 제조된 I/N 혼합원료를 약 80 부피% 포함한다. 또 다른 구현예에서는, I/N-C/A 연료는 천연 개스, 석탄 및/또는 바이오매스의 Fischer-Tropsch 공정에 의해 제조된 I/N 혼합원료를 약 70 부피% 포함한다.

일부 구현예에서, I/N 혼합원료는 트리글리세리드 및/또는 지방산 공급원료로부터 제조된다. I/N 혼합원료 n-파라핀은 예를 들어: (1) 지방산과 글리세롤로의 트리글리세리드의 촉매분해반응, (2) 글리세롤 제거, 및 (3) 지방산으로부터의 산소 제거(예를 들어 촉매에 의한 탈카르복시화반응 및/또는 환원반응)에 의한 n-파라핀 생산을 통해 제조될 수 있다. I/N 혼합원료 이소파라핀은 (4) 이러한 n-파라핀의 일부를 이소파라핀으로 전환시키는 촉매이성화반응에 의해 제조될 수 있다.

일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 트리글리세리드 공급원료의 촉매공정에 의해 제조된 혼합원료를 약 65 부피% 내지 약 95 부피% 포함한다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 트리글리세리드 공급원료의 촉매공정에 의해 제조된 I/N 혼합원료를 약 75 부피% 포함한다. 또 다른 구현예에서, I/N-C/A 연료는 트리글리세리드 공급원료의 촉매공정에 의해 제조된 I/N 혼합원료를 약 80 부피% 포함한다. 또 다른 구현예에서, I/N-C/A 연료는 트리글리세리드 공급원료의 촉매공정에 의해 제조된 I/N 혼합원료를 약 80 부피% 내지 약 90 부피% 포함한다.

IV. C/A 혼합원료

전술한 바와 같이, I/N 혼합원료는 전형적으로 최소 요건보다 낮은 밀도를 가지고 있다. 예를 들어, I/N 혼합원료는 전형적으로 0.775 kg/l의 MIL-DTL-83133의 최소 요건 규격보다 낮은 밀도를 가지고 있으며, -47℃보다 낮은 동결점 최대 요건을 넘어서거나 아주 근소하게 넘어서는 동결점을 가지고 있다. I/N-C/A 연료가 스탠더드(예를 들어 MIL-DTL-83133 규격) 밀도, 동결점 및 발화점 요건을 충족시키는 것이 바람직하기 때문에 본 발명의 I/N-C/A 연료는 필요한 밀도 및 콜드-플로우 성능을 얻기 위해 1종 이상의 독립적으로 제조된 C/A 혼합원료를 더 포함한다. C/A 혼합원료는 사이클로알칸 및 방향족으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함한다. 항공기용 I/N-C/A 연료는 방향족과 사이클로알칸의 적절한 혼합물을 포함하고 있어서, 그 결과 형성되는 고세탄 케로센 연료의 필수적인 밀도 및 동결점 규격이 충족된다. 일부 구현예에서, C/A 혼합원료의 탄화수소는 석유계 공급원료로부터 유래된다. 일부 구현예에서, C/A 혼합원료의 탄화수소는 비석유계 공급원료로부터 유래된다. 일부 구현예에서, C/A 혼합원료의 탄화수소는 석유계 및 비석유계 공급원료의 조합으로부터 유래된다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 35 부피% 이하의 C/A 혼합원료를 포함한다.

일부 구현예에서, C/A 혼합원료는 방향족을 포함한다. 일부 구현예에서, C/A 혼합원료는 필요한 밀도를 제공하는 C9 내지 C15 방향족으로 구성된 군으로부터 주로 선택되는 방향족을 포함한다. 일부 구현예에서, 방향족은 주로 알킬화된 벤젠 화합물을 포함한다. 밀도를 제공하는 것 외에도, 방향족은 유리한 씰 스웰링에 기여하며, 필요한 윤활성과 점도를 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, C/A 혼합원료는 약 15 부피% 미만의 방향족을 포함한다. 일부 구현예에서, C/A 혼합원료는 약 0 내지 약 15 부피%의 방향족을 포함한다.

일부 구현예에서, C/A 혼합원료는 사이클로알칸을 포함한다. 일부 구현예에서, C/A 혼합원료는 발화점을 불리하게 낮추지 않고 동결점을 감소시키는 (방향족 부가시 동결점이 높아지는 것과는 반대로) C9 내지 C15 사이클로알칸으로 구성된 군으로부터 주로 선택되는 사이클로알칸을 포함한다. 일부 구현예에서, C/A 혼합원료는 약 30 부피% 미만의 사이클로알칸을 포함한다. 일부 구현예에서, C/A 혼합원료가 0% 사이클로알칸을 포함하도록 C/A 혼합원료를 위한 방향족을 선택함으로써(즉, 고밀도 및 저동결점을 가진 것) I/N-C/A의 적절한 동결점이 얻어진다. 일부 구현예에서, C/A 혼합원료는 약 0 내지 약 30 부피%의 사이클로알칸을 포함한다. 일부 구현예에서, 제트 연료급 I/N-C/A 연료는 이소파라핀과 n-파라핀으로부터 선택된 95 부피% 이하의 파라핀과 약 0 내지 약 30 부피%의 사이클로알칸과 약 0 내지 약 15 부피%의 방향족을 포함한다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 약 95 부피%의 I/N 혼합원료와 약 5 부피%의 고밀도 저동결점 방향족을 포함한다.

C/A 혼합원료는 하기 공급원료 중의 하나 또는 그 조합으로부터 제조될 수 있으며, 하기 원료로만 제한되는 것은 아니다: 석유, 오일 혈암, 오일 모래, 천연 개스, 석탄, 바이오매스, 식물성 오일, 바이오매스 열분해 바이오 오일 및 기타 생물학적 유래의 오일. 일부 구현예에서, 항공기용 I/N-C/A 케로센은 사이클로알칸과 방향족으로부터 선택된 탄화수소를 50 중량% 이상 포함하며, 상기 탄화수소는 석탄, 바이오매스 또는 이들의 조합으로부터 유래된다.

C/A 혼합원료는 여러 가지 방법에 의헤 제조될 수 있다. 도 2는 열분해공정(산소 부족 조건하에서의 가열)을 통해 C/A 혼합원료를 제조하는 구현예를 나타낸다. 열분해공정은 당해 기술분야의 당업자들에게 알려져 있는 임의의 방법에 의해 수행될 수 있다. 적절한 열분해 공급원료(110)는 석탄, 오일 혈암, 오일 모래, 바이오매스 및 이들의 조합을 포함하며, 이들로만 한정되는 것은 아니다. 개스(140) 및 건류탄/재/미네랄(130)이 제거된다. 열분해 오일 증기가 응축되고, 결과 형성되는 열분해 오일(150)이 당업자에게 알려져 있는 방법에 따라 수소화처리된다. 일부 구현예에서, 질소, 황, 산소 및 금속으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 오염물의 농도를 줄이기 위해 촉매수소화반응이 이용된다. 일부 구현예에서, 열분해 오일(150)이 수소(180)로 처리되고, 열분해 오일(150) 중의 황 및/또는 질소의 농도가 예를 들어 황화수소 및/또는 암모니아를 포함하는 개스 스트림(170)의 제거에 의해 감소된다. 수소화공정(160)을 통해, 오염물이 줄어든 액체 생성물(190)이 얻어진다. 이러한 공정단계는 당업자에게 알려져 있는, 다양한 액체 연료를 제조하기 위한 정제공정에서 원유의 고품질화공정에 이용되는 공정단계와 유사하다. 표 3은 전형적인 비점 범위 및 주요 탄화수소 성분을 기초로 한, 열분해된 석탄 타르 유분들의 비교 데이터를 나타낸다.

특히, 약 700℃보다 낮은 온도에서 저온 타르 및 경유가 아역청탄 또는 역청탄으로부터 페놀, 피리딘, 파라핀 및/또는 올레핀을 포함하는 액체의 암갈색 오일로서 형성된다. 이 오일은 불균질이며, 어떠한 성분도 전체 질량의 일부를 형성할 뿐이다. 갈탄 타르도 최대 10%까지 파라핀 왁스를 함유할 수 있으며, 따라서, 생성물은 버터형 균일성을 가지며 6℃ 내지 8℃의 높은 온도에서 고화된다. 700℃ 정도의 고온에서 형성되는 주된 고온 타르 증기는 보다 균질이다. 경유는 주로 벤젠, 톨루엔 및 자일렌(BTX)이고, 타르는 다중축합된 방향족을 높은 비율로 함유하는 역청탄과 유사한 점성 혼합물이다. 대체로, 열분해 타르 및 오일은 적절한 최종 연료 제품은 아니다. 일반적으로 이들은 불안정하고, 온도가 높아지면 중합되어 점성이 더욱 높아진다. 재 및 미네랄물질(130)은 열분해공정(120)에서 제거되며, 이는 발열량을 증가시키지만, 황과 질소는 열분해공정(120)에서 완전히 제거되지는 않는다. 수소화공정(160) 및 황 및/또는 질소를 스트림(170) 중에 황화수소 및/또는 암모니아로서 연료로부터 제거하는 공정을 통해 보다 안정하고 유용한 생성물이 얻어진다. 이러한 공정단계들은 전술한 바와 같이 천연 원유의 고품질화공정에 이용되는 다양한 정제공정단계와 유사하다. 수소처리된 액체 생성물(190)은 당업자에게 알려져 있는 임의의 방법에 의해 추가로 정제 및 고품질화되어 C/A 혼합원료가 포함된 사이클로알칸 및 방향족의 혼합물로 만들어진다.

일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 석탄 타르 유분의 열분해공정에 의해 제조된 C/A 혼합원료를 약 20 부피% 포함한다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 천연 개스, 석탄, 및/또는 바이오매스의 Fischer-Tropsch 공정을 통해 제조된 I/N 혼합원료 약 80 부피%와, 석탄 타르 유분의 열분해공정을 통해 제조된 C/A 혼합원료 약 20 부피%를 포함한다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 오일 혈암 또는 오일 모래 공급원료로부터 유래된 사이클로파라핀-고함량 물질의 열분해공정을 통해 제조된 C/A 혼합원료를 약 30 부피% 포함한다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 트리글리세리드 공급원료의 촉매공정에 의해 제조된 I/N 혼합원료 약 70 부피%와, 오일 혈암 또는 오일 모래 공급원료로부터 유래된 사이클로파라핀-고함량 물질의 열분해공정을 통해 제조된 C/A 혼합원료 약 30 부피%를 포함한다.

도 3에 도시된 본 발명의 또 다른 구현예에서, C/A 혼합원료를 제조하기 위해 액화 공급원료(210)의 직접 액화공정(220)이 이용된다. 액화 공급원료(210)는 예를 들어 석탄 및/또는 바이오매스를 포함할 수 있다. 이 공정에는 2가지의 기본적인 단계가 존재한다: 수첨액화단계 및 용매 추출단계. 수첨액화단계에서는 석탄(210)이 재순환된 석탄 오일(230) 및 수소(240)와 함께 혼합되어 고압 촉매반응기(220)로 공급되고, 이 반응기에서 석탄(210)의 수소화반응이 일어난다. 용매 추출단계, 즉 용매 정제단계에서는, 석탄(210) 및 수소(240)가 수소(240)를 석탄(210)에 전달하는 재순환된 석탄-유래 용매(230)에 고압에서 용해된다. 상분리(260) 단계에서, 석탄 액체(250)로부터 개스(270)와 재(280)가 제거되고, 추가적으로 정제단계에 의해 세정되고 고품질화되어 액체 연료(290)가 생성된다. 용매 정제단계에서는, 수소 전달이 낮은 수준으로 이루어지고, 비교적 청정한 고체 연료인 "용매에 의해 정제된 석탄"(290)이 얻어진다. 열분해공정에서와 마찬가지로, 화합물은 자연계에 존재하는 석탄 타르 및 고방향족과 유사하다. 당업자에게 알려져 있는 바와 같은 수소화공정 및 선택적인 촉매공정이 수행되어 C/A 혼합원료를 제공하는 사이클로알칸과 방향족의 혼합물이 만들어진다.

일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 석탄 공급원료의 직접 액화공정에 의해 제조된 C/A 혼합원료를 약 20 부피% 포함한다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 천연 개스, 석탄, 및/또는 바이오매스의 Fischer-Tropsch 공정을 통해 제조된 I/N 혼합원료 약 80 부피%와, 석탄 공급원료의 직접 액화공정에 의해 제조된 C/A 혼합원료 약 20 부피%를 포함한다.

일 구현예에 있어서, C/A 혼합원료는 석유 공급원료로부터의 C9-C15 사이클로알칸으로 구성된 군으로부터 선택된 사이클로알칸의 분리(예를 들어 증류 또는 추출에 의함)에 의해 얻어진 사이클로알칸을 포함한다. 일 구현예에 있어서, C/A 혼합원료는 석유 공급원료로부터의 C9-C15 단일 고리 방향족 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 방향족 화합물의 분리(예를 들어 증류 또는 추출에 의함)에 의해 얻어진 방향족 화합물을 포함한다. 적절한 석유 공급원료는 사이클로알칸이 원천적으로 풍부한 오일 모래 및/또는 오일 혈암 유래의 생성물이다.

일 구현예에 있어서, C/A 혼합원료는 촉매고리화 반응 및/또는 전술한 바와 같은 트리글리세리드 및/또는 지방산 공급원료로부터 제조된 I/N 혼합원료의 개질공정에 의해 제조된다. 이러한 실시예에서, I/N 혼합원료는: (1) 지방산과 글리세롤로의 트리글리세리드의 촉매분해반응, (2) 글리세롤 제거, 및 (3) 지방산으로부터의 산소 제거(촉매에 의한 탈카르복시화반응 및/또는 환원반응)에 의한 n-파라핀 생산, 및 필요한 정도에 따라 (4) 이러한 n-파라핀의 일부를 이소파라핀으로 전환시키는 촉매이성화반응에 의해 제조될 수 있다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 트리글리세리드 공급원료의 촉매공정에 의해 제조된 C/A 혼합원료를 약 35 부피% 포함한다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 트리글리세리드 공급원료의 촉매공정에 의해 제조된 I/N 혼합원료 약 65 부피%와, 트리글리세리드 공급원료의 촉매공정에 의해 제조된 C/A 혼합원료 약 35 부피%를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, C/A 혼합원료는 바이오매스 유래의 리그닌 공급원료로부터 제조된다. C/A 혼합원료는 리그닌 바이오매스 유래의 공급원료의 촉매탈중합공정과, 이어서 필요에 따라 원하는 비율(예를 들어, JP-8 품질등급)의 사이클로알칸과 방향족을 생성하는 수소화공정을 통해 제조될 수 있다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 바이오매스 유래의 리그닌으로부터 제조된 C/A 혼합원료를 약 20 부피%를 포함한다. 또 다른 구현예에서, I/N-C/A 연료는 바이오매스 유래의 리그닌으로부터 제조된 C/A 혼합원료를 약 15 부피%를 포함한다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 천연 개스, 석탄, 및/또는 바이오매스의 Fischer-Tropsch 공정을 통해 제조된 I/N 혼합원료 약 80 부피%와, 바이오매스 유래의 리그닌의 열분해공정에 의해 제조된 C/A 혼합원료 약 20 부피%를 포함한다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 트리글리세리드 공급원료의 촉매공정에 의해 제조된 I/N 혼합원료 약 85 부피%와, 리그닌의 촉매공정에 의해 제조된 C/A 혼합원료 약 15 부피%를 포함한다.

V. I/N-C/A 연료

최종적으로 얻은 I/N-C/A 연료는 대응되는 석유계 연료와 드롭-인 혼화성(drop-in compatibility)을 가질 수 있는데, 즉 I/N-C/A 연료는 대응되는 석유계 연료와 0 내지 100 부피%의 임의의 비율로 혼합될 수 있다. 본 발명의 I/N-C/A 연료는 연료 성분(이소파라핀, n-파라핀, 사이클로알칸 및/또는 방향족을 포함함)의 혼합물이며, 이러한 성분들 중의 적어도 2가지는 I/N-C/A 연료를 제조하기 위해 별개의 분리된 공정으로부터 유래된 것이다. 일부 실시예에서, 항공기용 I/N-C/A 케로센 연료의 50 중량% 이상이 석탄, 천연 개스 또는 이들의 조합으로부터 유래된 것이다. 일부 실시예에서, 50 중량% 이상의 I/N-C/A 연료가 바이오매스로부터 유래된 것이다. 일부 구현예에서, 10 중량% 이상의 I/N-C/A 연료가 크랙킹처리되지 않은 바이오 오일로부터 유래된 것이다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 약 70 보다 큰 세탄수(cetane number)를 가진다.

일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 Jet A 및 또는 다른 민간 제트 연료용 규격과 부합된다. 일부 구현예에서, I/N-C/A 연료는 JP-8 및 다른 군용 제트 연료 규격으로부터 선택된 군용 제트 연료용 규격과 부합된다.

미국 군대 및 ASTM(American Society for Testing and Materials) 국제 항공기용 제트 연료 규격에 열거되어 있는 연료 성질 및 성능 요건을 충족시키는 것 외에도, 본 발명의 구현예에 따른 I/N-C/A 혼합 연료는 다양한 연료 성능 및 재료 혼화성 문제를 해소하기 위해 미국 군대에서 정한 합목적성 목적(fit-for-purpose)에 적합한 요건도 충족시킨다. 전술한 바와 같이, 합목적성 목적을 위한 요건은 군용 또는 ASTM 스탠더드에 반드시 기재되어 있지는 않지만 제트 엔진내에서의 성능 및 안정성, 연료 취급, 분배 및 저장 과정에서의 성능 및 안정성 면에서 중요한 연료 성질 요건을 의미한다. 이러한 합목적성 목적에 적합한 요건의 예로는 항공기 연료 및 엔진 시스템 구조물 재료와의 연료 조화성, 광범위한 지상 환경에서의 컴프레션 점화(터빈 대비) 엔진에서의 적절한 연료 성능, 및 예를 들어 터빈 엔진내 탄성 씰부에서의 스웰링과 관련하여 있을 수 있는 연료 성능 요건을 포함한다. 이러한 합목적성 목적에 적합한 요건은 공급원료의 성질과 ASTM 스탠더드 외에도 C/A 혼합원료에 대한 I/N 혼합원료의 최적비율을 결정하는 데에도 이용된다.

VI. 실시예

실시예 1: 연료 샘플 A

이소파라핀 및 n- 파라핀 탄화수소를 함유하는 천연 개스로부터 제조된 FT 연료는 JP-8 군용 규격(MIL-DTL-83133E)의 밀도 요건에 부합되지 않았다. 이 실시예에서, 탄소 체인의 길이가 8-16개의 탄소원자 범위에 있는 방향족 탄화수소를 함유하는 방향족 탄화수소 액체의 혼합물을 23 중량%의 농도가 되도록 FT 연료와 혼합하였다. MIL-DTL-83133E에 기재된 규격과 비교하여 연료 샘플 A로부터 얻은 결과가 표 4에 기재되어 있다.

표 4에 기재된 데이터에서 알 수 있는 바와 같이, 생성된 연료는 0.778 g/ml의 밀도를 가지고 있어서 MIL-DTL-83133E에 의해 정해진 0.775의 최소 규격 요건을 달성하는 한편 상기 규격 내에 포함된 모든 파라미터와 부합된다. 샘플 A와 전형적인 FT 연료에 대한 개스 크로마토그래피 분석 결과가 도 4에 나타나 있다.

실시예 2: 연료 샘플 B

실시예 1에서 사용된 것과 동일한 FT 연료 82 중량%를 8 중량%의 혼합된 방향족 액체 및 10 중량%의 사이클로파라핀 액체와 혼합하였다. 주요 규격의 파라미터에 대한 연료 샘플 B의 데이터가 표 5에 기재되어 있다.

표 5의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 생성된 연료 샘플 B는 밀도가 0.779 g/ml이며, MIL-DTL-83133E 연료 규격에 부합되는 규격을 가지고 있었다.

실시예 3: 연료 샘플 C

n- 및 이소-파라핀 탄화수소로 구성된 탄화수소 혼합원료와, 방향족 탄화수소와 사이클로파라핀 탄화수소의 혼합물로 구성된 탄화수소 혼합원료로 된 2가지 혼합원료를 곡물유로부터 전적으로 제조한 다음 혼합하여 MIL-DTL-83133E의 요건에 부합되는 연료 샘플을 얻었다. 이 실시예에서, 상기 연료 혼합원료는 개별적으로는 그 어느 것도 상기 규격이 요구하는 물리적인 특성을 가지고 있지 않았지만, n- 및 이소-파라핀 혼합원료 44%와 방향족 및 사이클로파라핀 혼합원료 66%의 비율로 혼합함으로써 생성되는 연료가 필요한 특성을 갖는 것으로 나타났다. MIL-DTL-83133E에 기재된 규격 파라미터와 비교하여 연료 샘플 A로부터 얻은 결과가 표 6에 기재되어 있다. 샘플 C와 전형적인 JP-8 연료에 대한 개스 크로마토그래피 분석 결과가 도 5에 나타나 있다.

위에서는 본 발명의 바람직한 구현예에 대해 설명하였지만, 그것의 변형예가 본 발명의 개시내용의 원리 및 교시사항을 벗어남이 없이 당해 기술분야의 당업자들에 의해 이루어질 수 있다. 본 명세서에 기재된 구현예들은 예시일 뿐이며, 제한적인 의도로 기재된 것은 아니다. 본 명세서에 기재된 본 발명에 대해 여러 가지 변경 및 변화가 가능하며, 이러한 변경 및 변화는 본 발명의 범위 내에 포함된다. 수치 범위 또는 수치 한계가 명시적으로 기재되어 있는 경우, 이러한 명시적인 범위 또는 한계는 명시적으로 기재된 범위 또는 한계 내에 속하는 수단위의 반복적인 범위 또는 한계를 포함하는 것으로 이해되어야 한다(예를 들어, 약 1 내지 약 10이란 2, 3, 4 등을 포함하며, 0.10보다 크다고 하는 것은 0.11, 0.12, 0.13 등을 포함한다). 청구하고자 하는 임의의 구성요소에 대해 "선택적으로"라는 용어는 이 구성요소가 필요할 수도 있고 또는 필요하지 않을 수도 있다는 것을 의미하는 의도로 사용된다. 이러한 두 가지 경우 모두 청구하고자 하는 범위에 속하는 것으로 의도된다. 포함, 함유, 소유 등과 같은 넓은 의미의 용어를 사용한 경우에는 구성된, 필연적으로 구성된, 실질적으로 구성된 등과 같은 좁은 의미의 용어도 뒷받침하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 보호범위는 전술한 발명의 상세한 설명에 의해 제한되지 않으며 후술하는 청구항에 의해서 정해지며, 청구항에 기재된 구성의 모든 균등물을 포함한다. 각각의 청구항은 본 발명의 구현예로서 발명의 상세한 설명에 포함된다. 그러므로, 청구항은 추가적인 설명부분이기도 하며 또한 본 발명의 바람직한 구현예에 대한 부가적인 사항이다. 참고문헌, 특히 본 출원의 우선일 이후에 간행되었을 수 있는 참고문헌에 대한 기재사항은 그 참고문헌이 본 발명에 대한 종래기술임을 인정하는 것은 아니다. 모든 특허, 특허출원 및 본 명세서에 인용된 간행물의 개시내용들은, 본 명세서에 기재된 내용에 대해 예시적이고, 절차적이거나 그 밖에 보충적인 상세한 사항을 제공하는 정도로, 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.

10, 210: 석탄 바이오매스
40: 기화공정
60: 정제 및 고품질화공정
90, 220: 액화공정
120: 열분해공정
160: 수소화공정
260; 분리공정

Claims (33)

1. 비석유계 공급원료로부터 유래된, 이소파라핀과 n-파라핀으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하는 제1 혼합원료, 및
   사이클로알칸 및 방향족으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하는 제2 혼합원료
   를 포함하는 항공기용 케로센.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 혼합원료는 비석유계 공급원료를 포함하는 공급원료로부터 유래된, 항공기용 케로센.
3. 제1항에 있어서, 결과적으로 형성되는 혼합물이 석유계 유래의 제트 연료의 연료 등급 규격(fuel grade specification)을 충족시키도록, 석유계 제트 연료와 임의의 비율로 혼합가능한, 항공기용 케로센.
4. 제3항에 있어서, 95 부피% 이하의 상기 제1 혼합원료와, 35 부피% 이하의 상기 제2 혼합원료를 포함하는, 항공기용 케로센.
5. 제4항에 있어서, 95 부피% 이하의 상기 제1 혼합원료와, 약 0 내지 30 부피%의 사이클로알칸 및 약 0 내지 약 15 부피%의 방향족을 포함하는, 항공기용 케로센.
6. 제5항에 있어서, 합목적성 목적에 적합한 요건을 만족시키는, 항공기용 케로센.
7. 제6항에 있어서, 50 중량% 이상의 케로센은 석탄, 천연 개스 또는 이들의 조합으로부터 유래된, 항공기용 케로센.
8. 제6항에 있어서, 상기 제2 혼합원료는 석탄, 바이오매스, 오일-혈암, 타르, 오일 모래, 또는 이들의 조합으로부터 유래된, 항공기용 케로센.
9. 제6항에 있어서, 50 중량% 이상의 케로센이 바이오매스로부터 유래된, 항공기용 케로센.
10. 제1항에 있어서, 10 중량% 이상의 케로센이 크랙킹 처리되지 않은 바이오 오일로부터 유래된, 항공기용 케로센.
11. 항공기용 케로센의 제조 방법으로서,
    1종 이상의 비석유계 공급원료로부터 유래된, 이소파라핀과 n-파라핀으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하는 제1 혼합원료를 제조하는 단계;
    사이클로알칸 및 방향족으로 구성된 군으로부터 선택된 탄화수소를 주로 포함하는 제2 혼합원료를 제조하는 단계; 및
    상기 제1 혼합원료의 적어도 일부와 상기 제2 혼합원료의 적어도 일부를 혼합하여 항공기용 케로센을 제조하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 혼합원료는 독립적으로 제조되는, 제조 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 비석유계 공급원료는 석탄, 천연 개스, 바이오매스, 식물성 오일, 바이오매스 열분해 바이오 오일, 생물학적 유래의 오일 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는, 제조 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 제1 혼합원료가 간접 액화공정을 통해 제조되는, 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 간접 액화공정은 천연 개스, 석탄, 바이오매스 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 공급원료를 Fischer-Tropsch 처리하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 케로센은 상기 제1 혼합원료를 약 90 부피% 이하의 양으로 포함하는, 제조 방법.
17. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비석유계 공급원료는 트리글리세리드 및/또는 지방산 공급원료를 포함하는, 제조 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 케로센은 약 65 내지 약 75 부피%의 상기 제1 혼합원료를 포함하는, 제조 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 케로센은 트리글리세리드 및/또는 지방산 공급원료의 촉매공정에 의해 제조된 제1 혼합원료 약 70 부피%, 및 사이클로알칸-고함량 물질의 열분해공정을 통해 제조된 제2 혼합원료 약 30 부피%를 포함하는, 제조 방법.
20. 제18항에 있어서, 상기 제2 혼합원료는 상기 제1 공급원료의 일부의 촉매고리화공정 및/또는 개질공정을 통해 제조되는, 제조 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 케로센은 약 65 부피%의 상기 제1 혼합원료와 약 35 부피%의 상기 제2 혼합원료를 포함하는, 제조 방법.
22. 제11항에 있어서, 상기 제2 혼합원료는 석탄, 오일 혈암, 오일 모래, 타르, 바이오매스, 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 공급원료의 열분해공정을 통해 제조되는, 제조 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 케로센은 천연 개스, 석탄, 및/또는 바이오매스의 Fischer-Tropsch 공정을 통해 제조된 제1 혼합원료 약 80 부피%와, 석탄 타르 유분의 열분해공정을 통해 제조된 제2 혼합원료 약 20 부피%를 포함하는, 제조 방법.
24. 제11항에 있어서, 상기 제2 혼합원료는 직접 액화공정을 통해 제조되는, 제조 방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 케로센은 상기 제2 혼합원료를 약 25 부피% 포함하는, 제조 방법.
26. 제25항에 있어서, 상기 케로센은 천연 개스, 석탄, 및/또는 바이오매스의 Fischer-Tropsch 공정을 통해 제조된 상기 제1 혼합원료를 약 75 부피% 포함하는, 제조 방법.
27. 제11항에 있어서, 상기 제2 혼합원료는 바이오매스 유래의 리그닌 공급원료로부터 제조되는, 제조 방법.
28. 제27항에 있어서, 상기 케로센은 상기 제2 혼합원료를 약 25 내지 약 30 부피% 포함하는, 제조 방법.
29. 제28항에 있어서, 상기 케로센은 바이오매스 유래의 리그닌의 열분해공정을 통해 제조된 제2 혼합원료 약 30 부피%와, 천연 개스, 석탄, 및/또는 바이오매스의 Fischer-Tropsch 공정을 통해 제조된 제1 혼합원료 약 70 부피%를 포함하는, 제조 방법.
30. 제28항에 있어서, 상기 케로센은 상기 제2 혼합원료 약 25 부피%와, 트리글리세리드 공급원료의 촉매공정에 의해 제조된 제1 혼합원료 약 75 부피%를 포함하는, 제조 방법.
31. 제12항에 있어서, 합목적성 목적으로 사용되기 위한 요건, ASTM 요건 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 요건에 대해 상기 항공기용 케로센을 테스트하는 단계를 더 포함하는, 제조 방법.
32. 제31항에 있어서, 합목적성 목적으로 사용되기 위한 요건, ASTM 요건 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 요건을 충족시키기 위해 상기 케로센 중의 상기 제1 혼합원료와 상기 제2 혼합원료의 비율을 조정하는 단계를 더 포함하는, 제조 방법.
33. 제31항에 있어서, 합목적성 목적으로 사용되기 위한 요건, ASTM 요건 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 요건을 충족시키기 위해 상기 제2 혼합원료 중의 사이클로알칸과 방향족의 양을 조정하는 단계를 더 포함하는, 제조 방법.

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