KR20120081469A

KR20120081469A - 연료 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 연료 조성물

Info

Publication number: KR20120081469A
Application number: KR1020110002819A
Authority: KR
Inventors: 석종호
Original assignee: 석종호
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2012-07-19
Also published as: KR101287026B1

Abstract

본 발명은 식물성 오일 80 내지 95 부피%; 스테아레이트 0.1 내지 5 부피%; 알코올 2 내지 10부피%; 및 폴리아민 0.1 내지 5 부피%를 포함하는 연료 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 연료 조성물에 관한 것이다.

Description

연료 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 연료 조성물{FUEL-ADDITIVE COMPOSITION AND FUEL COMPOSITION COMPRISING THE SAME}

본 발명은 연료 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 연료 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 액상 연료에 첨가되어 연료의 연소 효율, 연비 등을 개선하고, 오염 물질 발생을 감소시킬 수 있는 연료 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 연료 조성물에 관한 것이다.

자동차 산업 분야에서는 지난 수십년간 연료의 효율을 향상시키고, 연료 연소 후 배출되는 오염 물질을 감소시키기 위한 연구가 계속되었다. 이는 석유 자원의 제한성 및 환경 보호의 관점에서 피할 수 없는 과제로 자동차 사업 분야에서 해결해야 할 핵심적인 과제 중 하나이다.

이와 같은 과제의 해결 방안 중 하나로, 연료의 연소 효율을 향상시키고, 배기 가스 배출을 감소시키기 위한 연료 첨가제 개발에 관한 연구들이 이루어져 왔다. 예를 들어, 엔진 내부의 퇴적을 방지하기 위한 퇴적 제어 첨가제나 유화제, 연료 유동제 강하제, 엔진 세정제, 윤활제 등과 같은 첨가제들이 연료와 함께 사용될 경우, 오염 물질 배출 감소나 연비 향상에 다소 효과가 있는 것으로 밝혀졌다.

그러나 이러한 종래의 엔진 첨가제들은 그 효과가 제한적이고, 오염 물질 감소와 연료 효율 개선에 있어서 만족할 만한 효과를 나타내지 못하고 있다. 따라서, 연료 효율 및 오염 물질 배출 감소 효과가 우수한 연료 첨가제의 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연료 효율 및 오염 물질 감소 효과가 우수한 연료 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 연료 조성물을 제공한다.

이를 위해, 본 발명은 일 측면에서, 식물성 오일 80 내지 95 부피%; 스테아레이트 0.1 내지 5 부피%; 알코올 2 내지 10부피%; 및 폴리아민 0.1 내지 5 부피%를 포함하는 연료 첨가제 조성물을 제공한다.

한편, 본 발명의 연료 첨가제 조성물은, 더 바람직하게는, 식물성 오일 85 내지 95 부피%; 스테아레이트 0.1 내지 2.5 부피%; 알코올 2 내지 8.5 부피%; 및 폴리아민 0.15 내지 4 부피%를 포함한다.

이때, 상기 식물성 오일은, 바람직하게는, 대두유, 메틸 올레이트 및 메틸 팔미테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 가장 바람직하게는 에폭시화 대두유(Epoxidized Soybean)일 수 있다.

또한, 상기 스테아레이트는, 바람직하게는, 리튬 스테아레이트, 나트륨 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 알루미늄 스테아레이트, 칼륨 스테아레이트 및 칼슘 스테아레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 가장 바람직하게는 리튬 스테아레이트일 수 있다.

또한, 상기 알코올은 탄소수 10 이하의 저급 알코올인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 메탄올일 수 있다.

또한, 상기 폴리 아민은, 바람직하게는 폴리옥시에틸렌라우릴아민, 폴리옥시에틸렌올레릴아민 및 폴리옥시에틸렌스터릴아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있음, 가장 바람직하게는 폴리옥시에틸렌스터릴 아민일 수 있다.

본 발명의 상기 연료 첨가제 조성물에 있어서, 상기 식물성 오일은 에폭시화 대두유(Epoxidized Soybean)이고, 상기 스테아레이트는 리튬 스테아레이트이며, 상기 알코올은 메탄올이고, 상기 폴리아민은 폴리옥시에틸렌스터릴 아민인 것이 특히 바람직하다.

다른 측면에서, 본 발명은 연료 첨가제 조성물 및 석유계 연료를 1: 100 내지 1:1500의 부피비로 포함하며, 상기 연료 첨가제 조성물은 식물성 오일 80 내지 95 부피%; 스테아레이트 0.1 내지 5 부피%, 알코올 2 내지 10부피% 및 폴리아민 0.1 내지 5 부피%를 포함하는 연료 조성물을 제공한다.

이때, 상기 연료 첨가제 조성물에 있어서, 상기 식물성 오일은 에폭시화 대두유(Epoxidized Soybean)이고, 상기 스테아레이트는 리튬 스테아레이트이며, 상기 알코올은 메탄올이고, 상기 폴리아민은 폴리옥시에틸렌스터릴 아민인 것이 특히 바람직하며, 상기 석유계 연료는 디젤유, 중유, 경유 및 휘발유로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

본 발명의 연료 첨가제 조성물은 디젤유, 중유, 경유, 휘발유와 같은 액상 연료에 첨가되어 연료의 연소 효율을 개선하고, 연료의 완전 연소를 유도하여 탄화수소, 일산화수소, 질소산화물과 같은 오염 물질의 배출을 현저하게 감소시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 연료 첨가제 조성물을 사용할 경우, 엔진 내부에 오염물이 축적되는 것이 방지되어, 연료 공급 시스템의 청정도가 향상되고, 엔진 소음이 감소하며, 연비가 형상되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 연료 첨가제 조성물을 난방용 연료에 사용할 경우에도, 높은 연소 온도, 완전 연소 및 그으름 발생 감소 및 연료 효율성 증대와 같은 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명자들은 석유계 연료의 효율을 향상시키고, 오염 물질 배출을 감소하기 위한 연구를 거듭한 결과, 식물성 오일, 스테아레이트, 알코올 및 폴리 아민을 특정 부피 비율로 포함하는 본 발명의 연료 첨가제 조성물을 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 연료 첨가제 조성물은 (1) 식물성 오일 (2) 스테아레이트 (3) 알코올 및 (4) 폴리아민을 포함한다.

상기 (1)식물성 오일은 석유계 연료의 열 분해를 촉진하여, 완전 연소 및 매연 저감을 유도하기 위한 성분으로, 본 발명의 식물성 오일로는, 예를 들면, 대두유, 메틸 올레이트, 메틸 팔미테이트 등이 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 이 중에서도, 대두유, 특히 에폭시화 대두유(Epoxidized Soybean Oil)가 바람직하다. 에폭시화 대두유는 전체 무게의 6% 가량의 산소를 포함하고 있어, 석유계 연료에 혼합하여 사용할 경우, 연소실에서 1차적으로 에폭시화 대두유의 열 분해가 일어나고, 에폭시화 대두유의 열 분해로 인해 석유계 연료의 열분해를 촉진된다. 또한, 에폭시화 대두유는 점도 지수가 매우 높고, 산소를 포함하고 있기 때문에 금속 면에 대한 흡착 성질이 매우 강하여, 엔진의 실린더와 피스톤과의 마찰 계수를 낮춰주기 때문에 엔진 마모를 줄여 엔진 수명을 연장시키고, 엔진 부품의 마모로 인한 고장 발생을 감소시킨다. 또한, 마찰 계수 감소에 따라 동력 손실을 줄임으로써 연비를 개선하는 효과도 있다.

한편, 상기 식물성 오일은 전체 연료 첨가제 조성물에 대하여 80 내지 95 부피%, 더 바람직하게는 85 내지 95 부피%의 함량으로 첨가된다. 식물성 오일의 함량이 80 부피% 미만인 경우에는 산소 함량 감소로 첨가제 기능이 떨어지고, 95 부피%를 초과할 경우에는 점도가 높아 상온에서 사용이 어렵기 때문이다.

다음으로, (2)스테아레이트는 엔진 및 연료 공급 시스템에 윤활 기능을 부여하기 위한 것으로, 본 발명에서는 상기 스테아레이트로 리튬 스테아레이트, 나트륨 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 알루미늄 스테아레이트, 칼륨 스테아레이트 또는 칼슘 스테아레이트를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 이 중에서도 특히 리튬 스테아레이트를 사용하는 것이 바람직한데, 리튬 스테아레이트의 경우, 리튬이 연소 촉매로 작용하여 매연을 방지하는 기능을 동시에 수행할 수 있다는 장점이 있다.

상기 스테아레이트는 전체 연료 첨가제 조성물에 대하여 0.1 내지 5 부피%, 더 바람직하게는, 0.1 내지 3,5 부피%의 함량으로 첨가된다. 스테아레이트의 함량이 0.1 부피% 미만인 경우에는, 매연 저감율이 낮고 윤활특성이 저하될 수 있으며, 5 부피%를 초과할 경우에는 매연 증가의 원인으로 작용할수 있기 때문이다.

다음으로, (3)알코올은 연료의 효율적 분사를 돕기 위한 것으로, 본 발명에서는, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 프로판올과 같은 탄소수 10 이하의 저급 알코올을 사용하는 것이 바람직하다. 이 중에서도 특히 메탄올이 바람직하다. 상기와 같은 알코올 성분은 연료에 혼합되어 연료의 표면 장력을 낮춤으로써, 노즐로부터 연료가 잘 분사되도록 하고, 그 결과 연료와 공기가 잘 혼합되도록 함으로써, 연료의 완전 연소에 도움을 준다.

한편, 본 발명의 연료 첨가제 조성물에 있어서, 상기 (3)알코올은 그 함량이 전체 연료 첨가제 조성물에 대하여, 2 내지 10 부피% 정도인 것이 바람직하며, 2 내지 8.5 부피% 정도인 것이 더욱 바람직하다. 알코올 함량이 2 부피% 미만인 경우에는 표면장력을 개선시키는 효과가 없고, 10 부피%를 초과할 경우는 첨가제 조성물의 불안정을 가져와 조성물의 분리현상이 발생할 수 있기 때문이다.

다음으로, (4)폴리아민은 액상 연료 내의 슬러지의 뭉침 현상을 방지하기 위한 것으로, 본 발명의 조성물의 경우 다양한 종류의 아민을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 폴리옥시에틸렌라우릴아민(polyoxyethylene lauryl amine), 폴리옥시에틸렌올레릴아민(polyoxyethylene oleryl amine) 또는 폴리옥시에틸렌스터릴아민(polyoxyethylene stearyl amine)과 같은 폴리옥시에틸렌계 아민이 사용될 수 있다. 이 중에서도 특히, 폴리옥시에틸렌계 아민이 바람직하다.

일반적으로 액상 석유 원료의 경우, 장기간 보관시에 액상 석유 원료에 포함된 불포화탄화수소의 이중 결합들이 서로 반응하면서 슬러지가 생성되기 쉽다. 이러한 슬러지들이 뭉쳐서 큰 덩어리로 생성될 경우, 노즐 막힘 현상 등이 발생하고, 그 결과 연료 효율이 떨어지고, 불완전 연소로 인한 오염 물질 발생이 증가하게 된다. 그러나, 연료 내에 폴리아민이 존재할 경우, 슬러지 뭉침 현상이 방지되기 때문에 노즐 막힘이 방지되고, 그 결과 연료 효율을 향상시키고, 오염 물질 발생을 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 연료 첨가제 조성물에 있어서, 상기 폴리아민은 그 함량이 전체 연료 첨가제 조성물에 대하여, 0.1 내지 5 부피% 정도인 것이 바람직하며, 0.15 내지 4 부피% 정도인 것이 더욱 바람직하다. 폴리 아민의 함량이 0.1 부피% 미만인 경우에는 효과가 미미하고, 5 부피%를 초과하는 경우에는 아민에 포함된 질소성분으로 자동차배기가스중 질소산화물 함량이 증가하는 문제점을 야기할 수 있다.

한편, 본 발명의 연료 첨가제 조성물은 상기 성분들이외에 조성물의 물성을 해하지 않는 범위에서 조성물의 물성을 향상시키기 위한 임의의 성분들을 추가로 포함할 수 있다.

상기와 같은 성분들을 포함하는 본 발명의 연료 첨가제 조성물은 상기한 각각의 성분들을 혼합하여 제조될 수 있으며, 이때 상기 성분들의 혼합은 동시에, 또는 시간차를 두고 순차적으로 진행될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 연료 첨가제 조성물은 식물성 오일 및 스테아레이트를 혼합, 교반하여 반응시킨 후, 여기에 폴리아민과 알코올을 혼합하는 방법으로 제조될 수 있다.

보다 구체적으로는, 본 발명의 연료 첨가제 조성물은, 예를 들면, 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.

에폭시화 대두유와 같은 식물성 오일을 반응기에 넣고 교반하면서 온도를 50℃까지 승온한다. 여기에 Li-스테아레이트와 같은 스테아레이트를 첨가한 후, 스테아레이트가 잘 용해될 수 있도록 증류수를 넣고, 반응기 온도를 90℃까지 천천히 올린다. 반응 온도를 90℃로 2시간을 유지하고, 반응 온도를 90℃에서 120℃로 올려서 반응액 중에 포함된 물을 완전히 증발시킨다. 그런 다음, 온도를 상온으로 떨어뜨린 후 반응 용액을 교반하면서, 그 액에 폴리 옥시 에틸렌 스터릴아민과 같은 폴리아민과 메탄올과 같은 알코올을 각 성분비로 혼합하여 제조한다.

다음으로, 본 발명의 연료 조성물에 대해서 설명한다.

본 발명의 연료 조성물은, 상기한 본 발명의 연료 첨가제 조성물과, 석유계 연료를 포함한다. 이때 상기 연료 첨가제 조성물 : 석유계 연료의 혼합 비율은 부피 비로 1: 100 내지 1:1500 정도인 것이 바람직하다. 연료 첨가제 조성물과 석유계 연료의 비율이 1:100 미만인 경우에는 연료 첨가제농도가 높아져 연료의 기본 성능을 바꾸어 연료의 품질 저하를 가져올 수 있고, 1:1500을 초과할 경우에는 첨가제농도가 낮아 기대하는 효과를 얻기 어렵기 때문이다.

한편, 연료 첨가제 조성물의 성분 및 조성은 상기한 바와 동일하다. 즉, 식물성 오일 80 내지 95 부피%; 스테아레이트 0.1 내지 5 부피%, 알코올 2 내지 10부피% 및 폴리아민 0.1 내지 5 부피%를 포함한다. 이 중에서도 특히, 상기 식물성 오일로 에폭시화 대두유(Epoxidized Soybean), 상기 스테아레이트로 리튬 스테아레이트, 상기 알코올로 메탄올, 상기 폴리아민으로 폴리옥시에틸렌스터릴 아민을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 석유계 연료로는 디젤유, 중유, 경유 또는 휘발유 등이 사용될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 연료 조성물을 사용하면, 연료 효율이 향상되고, 오염 물질 배출이 현저히 감소하는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더 자세히 설명한다.

실시예 1

에폭시화 대두유 93 부피%, Li-스테아레이트 0.2 부피%, 메탄올 6 부피%, 폴리옥시에틸렌스터릴아민 0.8 부피%를 혼합하여 연료 첨가제 조성물을 제조하였다.

상기 연료 첨가제 조성물 50ml를 휘발유 50L에 혼합하여 연료 조성물을 제조하였다.

비교예 1

연료 첨가제 조성물을 혼합하지 않은 휘발유 50L를 준비하였다.

실험예 1

현대 자동차의 2000년 2월산 엑쎈트 차량에 실시예 1의 연료 조성물을 주유한 다음, 배출 가스 내의 매연 농도를 측정하였다. 매연 농도는 배출 가스 내의 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물의 농도를 주유 10분이 경과한 후에 측정하는 방법으로 수행되었다.

또한, 비교를 위해 동일한 차량에 비교예 1의 연료를 주유한 다음, 동일한 방법으로 배출 가스 내의 매연 농도를 측정하였다.

측정 결과는 하기 표 1에 도시하였다.

검사항목	허용 기준	실시예 1	비교예 1
일산화탄소(CO)	1.70%	0%	0%
탄화수소(HC)	260ppm	18ppm	43ppm
질소 산화물(NOx)	1,990ppm	688ppm	467ppm

실험예 2

2006년 10월산 BMW 차량에 실시예 1의 연료 조성물을 주유한 다음, 배출 가스 내의 매연 농도 측정 및 주행 거리 테스트를 수행하였다. 매연 농도는 배출 가스 내의 일산화탄소 및 탄화수소 농도를 주유 10분이 경과한 후에 측정하는 방법으로 수행되었다.

또한, 비교를 위해 동일한 차량에 비교예 1의 연료를 주유한 다음, 동일한 방법으로 배출 가스 내의 매연 농도 측정 및 주행 거리 테스트를 수행하였다.

측정 결과는 하기 표 2에 도시하였다.

검사항목	허용 기준	실시예 1	비교예 1
일산화탄소(CO)	1.00%	0.60%	0.90%
탄화수소(HC)	120ppm	102ppm	115ppm
주행거리		10.3Km	8.8Km

상기 [표 1] 및 [표 2]를 통해, 본 발명의 연료 첨가제 조성물을 연료에 첨가한 실시예 1을 사용한 경우, 비교예 1을 사용한 경우보다 매연 농도가 낮고, 연비가 약 17.0% 정도 증가하였음을 알 수 있다.

실시예 2

에폭시화 대두유 94 부피%, Li-스테아레이트 0.3 부피%, 메탄올 4.9 부피%, 폴리옥시에틸렌스터릴아민 0.8 부피%를 혼합하여 연료 첨가제 조성물을 제조하였다. 상기 연료 첨가제 조성물 600ml를 디젤유 300L에 혼합하여 연료 조성물을 제조하였다.

비교예 2

연료 첨가제 조성물을 혼합하지 않은 디젤유 300L를 준비하였다.

실험예 3

현대 자동차의 1998년 10월산 에어로시티 버스에 실시예 2의 연료 조성물을 주유한 다음, 일주일동안 연비 테스트를 실시하였다. 또한, 비교를 위해 동일 차량에 비교예 2의 연료를 주입한 후 연비 테스트를 실시하였다. 측정 결과는 하기 [표 3]에 기재하였다.

	실시예 2	비교예 2
주행 거리	1,396.7Km	1,464.1Km
연료 사용량	225.2L	298.2L
연비	6.2Km/L	4.91Km/L

[표 3]을 통해 실시예 2의 연료 조성물을 사용할 경우, 비교예 2의 연료를 사용하는 경우보다, 연비가 약 26% 가량 저감됨을 알 수 있다.

실험예 4

현대 자동차의 2009년 11월산 스타렉스에 실시예 2의 연료 조성물을 주유한 다음, 시내와 고속도로에서 각각 연비 테스트를 실시하였다. 또한, 비교를 위해 동일 차량에 비교예 2의 연료를 주입한 후 동일한 방법으로 연비 테스트를 실시하였다. 측정 결과는 하기 [표 4]에 기재하였다.

	실시예 2		비교예 2
	시내주행	고속도로 주행	시내주행	고속도로 주행
주행거리	1,092.1Km	2050.8Km	1,005.1Km	2064Km
연료 사용량	116.2L	176.3L	124.59L	217.5L
연비	9.4Km/L	11.63Km/L	8.06Km/L	9.48Km/L

상기 [표 4]를 통해 알 수 있듯이, 실시예 2의 연료 조성물을 사용한 경우에 비교예 2의 연료를 사용한 경우에 비해 시내주행에서는 16.6%, 고속도록 주행에서는 약 22.6%의 연료 저감 효과가 있음을 알 수 있다.

Claims

식물성 오일 80 내지 95 부피%;
스테아레이트 0.1 내지 5 부피%;
알코올 2 내지 10부피%; 및
폴리아민 0.1 내지 5 부피%를 포함하는 연료 첨가제 조성물.
제1항에 있어서,
식물성 오일 85 내지 95 부피%;;
스테아레이트 0.1 내지 2.5 부피%;
알코올 2 내지 8.5 부피%; 및
폴리아민 0.15 내지 4 부피%를 포함하는 연료 첨가제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 식물성 오일은 대두유, 메틸 올레이트 및 메틸 팔미테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 연료 첨가제 조성물.
제3항에 있어서,
상기 식물성 오일은 에폭시화 대두유(Epoxidized Soybean)인 연료 첨가제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스테아레이트는 리튬 스테아레이트, 나트륨 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 알루미늄 스테아레이트, 칼륨 스테아레이트 및 칼슘 스테아레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 연료 첨가제 조성물.
제5항에 있어서,
상기 스테아레이트는 리튬 스테아레이트인 연료 첨가제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 알코올은 탄소수 10 이하의 저급 알코올인 연료 첨가제 조성물.
제7항에 있어서,
상기 알코올은 메탄올인 연료 첨가제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 폴리 아민은 폴리옥시에틸렌라우릴아민, 폴리옥시에틸렌올레릴아민 및 폴리옥시에틸렌스터릴아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 연료 첨가제 조성물.
제9항에 있어서,
상기 폴리아민은 폴리옥시에틸렌스터릴 아민인 연료 첨가제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 식물성 오일은 에폭시화 대두유(Epoxidized Soybean)이고,
상기 스테아레이트는 리튬 스테아레이트이며,
상기 알코올은 메탄올이고,
상기 폴리아민은 폴리옥시에틸렌스터릴 아민인 연료 첨가제 조성물.
연료 첨가제 조성물 및 석유계 연료를 1: 100 내지 1:1500의 부피비로 포함하며,
상기 연료 첨가제 조성물은 식물성 오일 80 내지 95 부피%; 스테아레이트 0.1 내지 5 부피%, 알코올 2 내지 10부피% 및 폴리아민 0.1 내지 5 부피%를 포함하는 연료 조성물.
제12항에 있어서,
상기 식물성 오일은 에폭시화 대두유(Epoxidized Soybean)이고,
상기 스테아레이트는 리튬 스테아레이트이며,
상기 알코올은 메탄올이고,
상기 폴리아민은 폴리옥시에틸렌스터릴 아민인 연료 조성물.
제12항에 있어서,
상기 석유계 연료는 디젤유, 중유, 경유 및 휘발유로부터 선택되는 1종 이상인 연료 조성물.