KR810001417B1 - 가솔린 첨가용 조연제 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가솔린 첨가용 조연제

본 발명은 원유에서 정제하여 만든 가솔린 중 주로 가격이 저렴한 저질의 가솔린이나 보통가솔린, 재생유등에 별도 혼합비로 조성된 조연제를 약 15-30% 첨가함으로서 경제적인 측면에서 가격이 저렴하면서 고급 가솔린 성능과 유사하고 내연기관의 연료로 사용할 때에 배기가스중 일산화탄소를 대폭 줄이고 4에틸납(鉛) 성분을 줄일수 있으며 내연기관에 무리를 가하지 않으면서 정숙한 상태로 사용할 수 있도록 한 가솔린 첨가용 조연제에 관한 것이다.

본 발명은 국가적인 차원에서 추진하고 있는 에너지 개발 장려에 편승하여 본 발명자는 가솔린을 사용하는 내연기관 즉 자동차의 엔진 기관용 연료나 각종 고(高)에너지 발생장치에 사용하는 주 에너지원으로 꼽히고 있는 가솔린 중 성능이 낮은 저질이나 보통 가솔린의 문제점을 해결하고 합당한 고 에너지화로 첨가혼합토록 개발함에 있어 첫째:저질, 보통가솔린에 본 조연제를 첨가하므로서 일산화탄소와 4에틸납(鉛)등 유해물질의 발생으로 인하여 날로 심각해지는 공해로부터 환경을 보호할 수 있으며, 둘째:본 저질 가솔린 첨가제중 가솔린의 성분에 연소시에 발생하는 중합체 및 이물질(異物質)의 부착침적으로 성능저하 및 기관마모로 인한 시간적, 경제적 손실을 극소화하면서 최고급 가솔린의 열량과 옥탄가 및 효능을 동일 또는 능가할 수 있도록하여 내연기관용 연료에 사용하는 보통 가솔린의 열량, 옥탄가등을 높이는 조연제로 첨가사용할 수 있고 세째:본 조연제의 주원료가 국내생산이 가능하고 경제성의 측면에서 볼 때 장기적인 공급이 원활하여 재생유나 저질, 보통가솔린등에 첨가하므로 고급 가솔린의 성능과 동등하면서 가격이 저렴하여, 연소과정에서 발생하는 공해도를 감소시킬 수 있도록 발명한 것으로서, 본 발명에서 부수적으로 요망되는 사항은 네째:조연제를 저질유나 보통유에 첨가함으로서 불완전 연소가스의 배출이 없고 연소의 안전성이 좋아야하고, 다섯째:단위 중량당의 발열량이 높고, 여섯째:저장용기에 손상을 입히지 않으며 외부의 충격에 안전하며 휘발성에 의한 증발(Vapour) 삼투(渗透:Percolation)등의 위험이 없으며, 에너지 발생장치의 금속재질에 대하여 활성(活性)이 없을 것과, 일곱째:혼합하여 이동시에 유동 및 펌핑(Pumping)에 지장이 없고 증기압이 낮아 동절기 시동이 곤란한 문제가 야기되지 않아야하며, 여덟째:조연제를 보통 휘발유등에 첨가 사용할 때 모든 유해가스 및 4에틸납(鉛)이, 고급휘발유의 연소시에 발생하는 기준치 보다 낮아야하고, 시동시 또는 주행시 착화에 연속성이 우수하고 작동의 중지후 기관내의 잔류 압력에 의한 발화의 계속성등이 없어야하며, 아홉째:비상시에는 가솔린을 대신하여 별개로도 사용할 수 있어야 한다는 등의 문제가 해결되어야 하는 것이다. 즉 본 발명의 조연제를 첨가함으로서 고급 가솔린의 연소시보다 정숙, 안전하여 소음이 없어야함은 물론 통상의 휘발유에 옥탄가 상승제로서 첨가하는 독성의 4에틸납을 첨가하지 않아도 본 조연제 15-30%를 첨가할때 옥탄가 상승을 4에틸납 첨가시 보다 양호하다는 극히 필수적인 효과가 따라야하는 점이다.

상기 열거한 것중 어느 하나도 충족치 못하는 경우에는 저질 가솔린이나 보통가솔린등에 첨가하는 옥탄가 상승제를 겸하는 조연제로서의 효용가치가 없기 때문이다.

본 발명에서 일반 승용차, 소형차등의 엔진에 치중하여 연구와 실험을 하여본바, 저렴한 가격으로 량산 가능하고 가솔린등에 조연제로서 첨가 사용하여 소모율이 적어서 경제적이고 기관(엔진)내의 연소실에 카본(탄소탄매)의 부착이 없고 기관 각부의 수명이 본래의 고급 가솔린 사용시보다 저조하지 않고 오히려 양호하였으며 윤활유가 희석되지 않고 점도를 장기간 유지시켜 실린더의 마모가 극소하고 옥탄가 상승제를 겸함으로서 4에틸납 첨가시보다 오히려 엔진가동하고 연소시에 발생하는 일산화탄소와 4에틸납의 배출공해가 감소됨을 확인하였다.

즉, 통상의 휘발유는 인체에 치명적인 독성을 가진 유독성의 4에틸납의 기준치가 0.3%이상 심한 경우에는 171mg/1까지 함유되어 있고, 일산화탄소가 심하게 배출되고 있으나 본 조연제는 4에틸납의 함유가 없어 검출되지 않았으며 연소시 일산화탄소의 발생이 없고 4에틸납의 검출이 전혀 없었거나 최대 발생량이 2.2mg/l에 지나지 않는 것이다.

특히 저질 가솔린, 보통가솔린등에 혼합이 잘되어 같은 연료 탱크에 사용할 수 있으며 원래의 내연기관(엔진)의 구조를 변경하지 않고 그대로 사용할 수 있는등 만족할만한 본 발명 조연제를 조성하기에 이른 것이다.

종래에 메탄올을 가솔린 제조시에 직접 혼합하여 메틴올 가솔린으로 사용케한 것이 문헌상으로 알려져 있으나 메탄올을 가솔린에 혼합할 경우 무수상태는 양호하나 미량의 물이라도 포함될때는 백탁(白濁)이 생기며, 가솔린과 메탄올이 각기 2층으로 분리되는 폐단이 발생되어 안정화를 이룰수가 없었기 때문에 방향족 탄화수소와 고급알콜류등 다수종을 함께 가솔린에 직접 혼합하는 메탄올함유 가솔린의 안정화 방법이 있다.

이는 주로 시크로헥사놀, 부타놀, 이소푸로필알콜, 원유유분, 메탄올등의 방향족을 함유시킨 가솔린에 적정 비율로서 혼합케한 메탄올 가솔린으로서 사용중인 가솔린에 첨가하는 첨가제가 아니고 가솔린에 메탄올을 혼합함에 있어 무수상태거나 아니거나 간에 안정화를 기하기 위하여 방향족 탄화수소류, 고급알콜류등을 적정비율로 첨가하는 것으로서 메탄올을 함유하는 가솔린에 상용제와 가솔린의 비점범위와 탄소수 3개 이상의 고급 알콜류와 가솔린의 비점범위인 방향족 탄화수소류를 다량 함유한 용제류를 병용혼합하여 가솔린에 메탄올을 혼합할 때 안정화에 목적을 둔것으로서 백탁과 2층으로 분리됨을 방지할 수 있고 공해방지에 기여할 수 있는 효과와 안정화, 옥탄가 상승등의 문제점을 해결할 수 있도록 한 것이다. 그러나 근본적으로 본 발명과 같이 이미 만들어진 보통 가솔린이나 저질가솔린에 첨가제로서의 조연제가 아니다.

본 발명은 이와 같은 가솔린 제조시에 메탄올을 직접 혼합하면서 용제류의 고급알콜, 상용제인 방향족 탄화수소류를 혼합하여 메탄을 가솔린을 제조하여 백탁발생과 2층으로 분리되지 않도록한 안정화 방법과는 또 다른것으로서, 저질, 보통가솔린등에 사용시 15-30%를 첨가함으로서 일산화탄소 발생과 4에틸납 성분의 배기를 대폭 감소시키고 가령 옥탄가 상승제인 4에틸납을 첨가하지 않은 상태의 가솔린에 본 조연제를 첨가할 경우에는 옥탄가 상승제의 역할을 겸할 수 있음은 물론 가솔린에 본 조연제를 첨가하였을 때는 기존 가솔린에 비해 주행거리가 길고 녹킹이 없으며 소음 및 공해를 감소시킬 수 있는 것이다.

특히 선진외국에서는 이미 오래전부터 가솔린의 규격에 공해의 주범이며, 인체에 치명적인 독성을 가진 4에틸납을 첨가하지 않도록 하고 옥탄가 상승제로서 다른 용제등을 첨가 사용하고 있으나 현재까지 국내에서는 K.S.규격에 이와 같이 4에틸납 또는 4메틸납이 인간의 수명을 단축시키고 인체에 치명적인 독성이 있음을 잘알면서 4에틸납은 가솔린의 규격에 옥탄가 상승제로 첨가하여 사용하고 있는 실정에 있다. 그러나 옥탄가 상승제로서 이를 대신 할 만한 것이 연구되지 못한데에 기인되며, 본 발명 조연제는 이를 대신할 수 있음은 물론 가솔린에 15-30%정도 첨가 사용함으로 옥탄가 상승과 인화성, 착화성, 휘발성등의 안정과 사용시 일산화탄소의 배기감소와 납성분의 배출이 감소되여 공해도에 기여할 수 있고 특히 혼합제조가 간편하고 가격이 극히 저렴함은 물론 원료자체가 전량 원유에 의존하지 않으면서 석탄의 부산물등 국내에서 자급할 수 있는 것이며 메탄올, 벤젠, 틀루엔등의 혼합 비율의 적정을 기한것으로서 이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

잘 알려있는 알콜중에 가격이 비교적 저렴한 메탄올(CH₃OH) 약 60-70%와 물과는 혼합하지 않으며 기름, 알콜올 잘 용해시키는 벤젠(C₆H₆) 약 20-30%와 틀루엔 약 9-18%를 혼합하고 과망강산가리 약 1%를 혼합하여 1차 조성시킨 다음 불화수소를 극소량(0.2-1%)을 첨가시켜(여기서 금속부식방지제를 0.2-1% 첨가시켜도 된다) 제조하는데 불화수소는 폭발력을 증진시키고 조연제 자체에서 혼합, 분산, 폭발, 연소의 행정에서 강력한 추진력을 발휘하며 과망강산가리(KMnO₄)는 흑사색의 광택이 있는 능주상의 결정체로서 물에 잘 녹으며, 용량분석, 유기합성용, 살균소득용, 산화제등으로 쓰이고 있으나 본 조연제에서는 연소시 200℃의 열에 도달할 때 산소를 발생시켜 연소를 촉진하는 효과가 있게 되는데 벤젠의 함량이 줄어질 때 효과적이며 본 조연제는 단독으로 사용할 경우 그 발열량이 고급가솔린에 비하여 높고 벤젠과 과망강산가리의 배합중량비에 따라서 열량과 연소효과를 조절할 수 있고 기관의 부식은 물론 녹킹현상이 실험에서 전무하다는 결과를 얻게 되었다.

벤젠의 첨가량이 증가할 경우에는 불화수소를 극소량 첨가하는 것이 유리하며 벤젠의 첨가량을 적게할 때는 소량 첨가하는 것이 좋다.

이상에서 합성된 본 조연제에 산화방지제를 첨가하거나 금속부식 방지제(Alkatergec, CSC 또는 시판상 품명:하이크론)를 0.2-0.5% 정도를 첨가한 다음 저질가솔린 보통 가솔린에 15-30%첨가 사용하거나 단독 사용시에 기관내부의 산화 부식등을 결정적으로 방지하게 된다.

본 조연제는 특히 기존의 저질 또는 보통가솔린과 혼합안정화가 필요없이 혼합이 잘되기 때문에 첨가제로 사용상 편리한 점을 구비하였으며, 본 조연제의 소비율도 가솔린과 15:85, 30:70%로 하였을 때 경제성이 있으며 윤활유의 점도가 오래 유지되며, 배기밸브 및 밸브시드의 부식이 없고 주행시험결과 정숙(소음이 없다) 원활하다는 결과를 얻게 되었다.

[실시예 1]

1차로 순도가 95% 이상의 메탄올 60%와 과망강산가리 2%순도 90% 이상의 벤젠 30%와 톨루엔 7%를 혼합하여 금속부식 및 산화방지제 0.5%를 최종적으로 첨가시켜 혼합된 액체조연제를 제조한다. 이때에 시중에 시판상품명 하이크론을 0.5%정도 첨가하면 더욱 좋게된다. 여기서 벤젠을 30%이상으로 첨가할 경우에는 연소시 산소발생으로 연소촉진효과를 내도록 첨가하는 과망강산가리의 첨가량을 줄일수 있고 불화수소의 첨가가 불필요하며 20%이하로 첨가할 경우에는 폭발력, 연소촉진효과를 상승시키기위해 첨가하여야 한다.

과망강산가리(KMnO₄)는 메탄올(CH₃OH)의 악취를 제거하는 목적과 본 조연제에 첨가함으로 연소시 20℃로 연소될 때 산소가 발생하여 연소를 촉진시키며 연소촉진효과는 문헌상으로 입증된 바 있다. 불화수소는 극소량 혼합할 경우에는 기폭제 역할을 하게된다. 일반시중에서는 불산이라 칭하며 액상으로 판매되고 있다.

이와 같이 제조된 본 발명 조연제를 저질유와 보통유등에 15% 내지 30% 사이의 비율로 혼합하여 사용한 결과 4기통의 승용차의 주행실험에서 (20ℓ로서) 220-240km까지 주행하였으며, 고급 가솔린보다 오히려 정숙도에서는 우수하여 경제적이었다. 즉 기관의 성능시험에서 최고급 가솔린 단독으로 사용할때와 거의 같은 상태로 운전되었고 가솔린에 비하여 승용차나 소형차량의 운행에는 하등의 지장을 받지 않음을 확인하게 되었으며, 특히 보통휘발유(가솔린)단독으로 사용할 경우에는 4에틸납이 171mg/ℓ 검출되어 공해도가 심하나 본 조연제는 일산화탄소의 발생이 없고 4에틸납의 검출이 최대치가 2.2mg/ℓ밖에 검출되지 않았으며 가솔린과 7:3으로 혼합 사용할 경우 더욱 끔은 일산화탄소가 발생되어 공해도에 기여하는바 극히 양호하다.

위에서와 같이 연료 사용소비율이 낮다는 이점을 가지고 있고 이에 따라 흡배기밸브 및 밸브시이드의 부식은 발견되지 않았으며 일산화탄소의 배출은 거의 없었으며 4에틸납 성분은 가솔린에 비해 경감되었다.

또한 본 조연제 단독 또는 보통유에 첨가하여 교비시험한 결과 다음과 같은 성적표를 얻었다.

시험성적 A

※ 여기서 조연제가 15% 이상 첨가할수록 잔류량의 수치는 낮아진다.

시험성적 B

이상의 시험은 본 조연제 단독 또는 보통유(저질유) 등과 혼합하여 시험한 결과이며 이로서 K.S. 규격치에 적합한 것이 판명되었으며 특히 공해의 적이라 할 수 있는 4에틸납의 분석성분을 살펴보면

위 분석에 본 조연제서는 4에틸납의 함량이 거의 없고 저질 또는 재생유나 보통유에 첨가하여 사용할 경우에는 4에틸납 발생과 Co가스 발생의 공해를 조연제 첨가량의 비례로 감소될 수 있다는 확신을 얻게되었다.

조연제 단독 또는 혼합 사용함으로서 저질유, 보통유의 연소효과를 높일수 있고 공해를 줄일 수 있다는 결과를 얻게 되었으며, 시험성적 A는 본 조연제 단독실험과 보통유 85%와 조연제 15%를 첨가한 상태의 시험성적이며, B는 본조연제 단독 실험과 보통 휘발유 단독 실험 및 본 조연제 30%와 보통휘발유 70%를 첨가한 비교성적표로서 본 조연제를 첨가함으로서 잔류량이 감소되는 등 효과적임을 알수있게 된다.

[실시예 2]

1차 메탄올 60% 과망강산가리 1.5%를 혼합하고, 2차로 순도 90%의 벤젠 20%, 톨루엔 18%를 혼합하고, 3차로 알케텍스:알케테크등의 금속부식방지제 0.2%와 불화수소 0.1% 및 소독겸세정제인 하이크론을 0.2%혼합후 초음파기로 혼합한 조연제를 4사이클엔진에 시험한 결과 실시예 1과 거의 동일한 결과를 가져왔으나 옥탄가가 저조한 상태이며 저질가솔린 70%와 본조연제 30%를 혼합한 20리터로서 주행실험한 결과 220km를 주행할 수 있었고 아무런 이상이 발견되지 않았으며 오히려 가솔린 단독이나 조연제 단독으로 사용시보다 소음이 없고 정숙하면서 강력한 힘을 얻게됨을 알게 되었다.

[실시예 3]

에탄올 60%, 벤젠 29%, 톨루엔 9% 및 과망강산가리 1.0% 부식방지제 0.5%, 세정제를 각기 0.5%정도의 적량만을 혼합한 조연제 30%와 보통유 70%로 혼합하여 4기통 승용차에 20ℓ실험한바, 주행가속시에는 극히 쾌적하고 소음이 전혀 없었으며 20ℓ로서 240km까지 주행하였으나, 아무런 이상이 발견되지 않았다. 경사진 비탈길을 오를 때 힘이 강하였으며 고급 가솔린 보다 정숙도에 있어서는 우수한 결과를 얻게 된이다. 여기서 참고로 보통가솔린(휘발유) 201로 승용차의 주행실험에서 140km-160ℓ200km 주행하였으며, 고급가솔린은 201로 200km 주행하였다.

[실시예 4]

메탄올 60%, 벤젠 20%, 톨루엔 16%, 과망강산가리 2%, 블화수소 0.2%를 혼합하고 세정제 1%, 산화부식방제 0.8%를 혼합한 조연제를 가솔린 70%와 30%의 비율로 첨가하여 4싸이클엔진에 사용해 본 결과 220km 주행하였고 실시예 3과 동일하였으나 약간의 녹킹현상이 일어났으며 정숙도에 있어서는 차이가 없었다.

[실시예 5]

메탄올 60%, 벤젠 30%, 톨루엔 8%, 과망강산가리 1.0%를 혼합하고 부식방지제 0.4% 및 세정제를 0.6% 혼합한 조연제를 가솔린 70%, 와조연제 30%를 첨가하여 실시예 4와 같이 행한바 230km 주행하였다.

다소 저조한 상태이나 녹킹이 없고 정숙도에 있어서도 극히 양호하였으며 소모율은 또한 양호한 상태였다.

[실시예 6]

메탄올 60%, 벤젠 20%, 톨루엔 19%, 과망강산가리 0.3%를 혼합하고 불화수소 0.1%, 세정제 0.3% 산화와 부식방지제를 각기 0.3%씩을 혼합한 조연제를 가솔린 85%, 조연제 15%로 첨가하여 실험한 결과 약간의 녹킹현상은 있고 엔진소음이 보통가솔린 사용시보다는 정숙하였다.

[주행실험 예]

메탄올 60% 벤젠 25%, 톨루엔 14.6% 과망강산가리 0.3% 불화수소 0.1를 혼합한 조연제에 시중에서 판매되는 가솔린 50%와 혼합한 20ℓ로서 4기통승용차에 주입하고 주행시험한 결과 주행가속력이 양호하고 녹킹이 없었으나 정차시에 엔진시동이 꺼졌으며,

위험량의 조연제 30%와 가솔린 70%로서 혼합한 20ℓ로서 주행실험한 바 녹킹이 없고 쾌적하며 소음이 없고 단지 서행시 엔진시동이 2-3회 꺼지는 점이 있었으나 강원도 한계령의 고개길을 넘어가고 넘어오는 실험에서 강력한 힘을 받아서 대체적으로 고급 가솔린과 비슷하였다.

이상 실시예에서 얻어진 결론은, 메탄올, 벤젠톨루엔등의 혼합에서 벤젠의 함량이 줄어질 경우에는 과망강산가리를 적정량 첨가하여 연소촉진효과를 상승시킬 필요가 있으며 불화수소는 벤젠 함량 20%이하로 할 경우에 첨가함이 양호하다는 결과를 얻게되었다. 단 불화수소 과망산가리는 조연제 단독으로 사용할 필요가 있을 때는 첨가하지 않아도 별 이상이 없다.

실시예에 의한 조성중량비를 가솔린에 첨가사용한 상태의 효과를 도표로 표시하면

위표의 혼합비는 가솔린 대 조연제의 첨가 혼합비이며 공히 %임.

위표에서 실시예 1-6까지의 혼합비가 가장 이상적이며 기타 수차에 걸친 여러형태의 혼합비를 택하여 실시예로 실험하였으나 양호하지 못한 상태이고 동절기와 하절기를 분리하여 첨가 혼합비율의 적정을 기함에 따라 기온의 차이에 구애받지 않게 할 필요성도 따른다.

상술한 바와 같이 본 발명 조연제는 저질유, 보통유등에 약 15-30% 첨가 사용한 결과 목적하는 바와 같이 녹크현상이 없고 일산화탄소 및 4에틸납 성분의 배출이 10-30% 감소되는 결과를 얻게되었으며, 본 조연제를 하절기에는 가솔린에 50%까지 첨가 사용하여 본 바에 의하여도 양호한 결과를 얻을 수 있었든 효과적인 것이다.

Claims (1)

1. 상술한 바와 같이 메탄올 60-70%, 벤젠 20-30%, 톨루엔 9-18% 혼합한 것에 과망강산가리 0.3-2% 불화수소 0.1-0.3%, 부식방지제극소량을 첨가하여서된 가솔린 첨가용 조연제.