KR890001028B1 - 내연기관의 액체연료 첨가용 공해방지제 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 액체연료 첨가용 공해방지제

본 발명은 각종 내연기관에 사용하는 액체연료에 첨가 사용할때 공해를 줄이면서 연소가 잘되고, 열량이 높으면서 내연기관 자체에 무리를 주지않는 고급의 연료가 되고, 일산화탄소, 매연, 아황산가스 납(Pb)성분의 배출등 공해를 줄일수 있으면서 각종 중금속(Cd,Cu,Fe,Mn,Ni,Pb,Zn)등이 검출되지 않도록한 내연기관의 액체연료 첨가용 공해방지제에 관한 것이다.

종래에는 가솔린의 대체연료로서 물과 과산화수소 및 메탄올을 주재로한 것과 메탄올과 방향족 성분인 벤젠, 톨루엔, 키실렌, 물등을 적정량 혼합하고 기타 유화제, 계면활성제 및 부식과 산화 방지제등 수종을 첨가하여 제조 하는것등이 다수 안출되고 그중 일부는 공고된 바 있다. 그러나 이들은 가솔린을 대신한 대체연료로 사용하기에는 경제성이 없고 엔진가동에 균형을 이루지 못하며, 내연기관에 손상을 가져오고 사용시 독성이 있어서 장기적으로 사용할 경우에는 여러가지 비위생적인 문제점이 있고 특히 이들 원료 자체가 주로 석유화학제품에서 제조된 것이므로 석유 부존 자원이 없는 국내에서는 경제성의 측면에서 볼때 대체성이 없으며 일부에서는 솔벤트와 톨루엔만을 혼합한 유사 가솔린이 시중에 음성적으로 거래되어오고 있는 실정에 있으나 이는 공해방지의 측면에서 볼때 극히 안전성이 없었던 것이다.

이상의 문제점들을 해결 및 개량하고자 발명하여 출원공고된 본원 출원인의 가솔린 첨가용 조연제가 활용되고 있다. 그러나 이는 그 발명 목적를 석유계의 자원에 의존하지 않고 주로 석탄, 무연탄 또는 알콜의 경우 각종 식물성 생체 자원에서 제조될수 있는 원료를 주재로 하였기 때문에 장기적인 안목에서 볼때 대체성과 경제성이 있으나 현 단계에서는 원료확보에 문제점이 따르게 되었으며 석유정재 과정에서 파생되는 벤젠 톨루엔과 석유계 가스를 원료로 하여 제조한 메탄올등을 사용할 경우에는 메탄올, 톨루엔은 안전성이 없으나 연소과정에서는 각종 공해를 가솔린에 비하여 상당히 감소시킬수 있는 공해방지 효과는 현저히 양호하지만 원료 자체가 수입 원유에 의존하여 제조한다는 문제점이 따르게 되었다.

특히 상기한 지금까지 알려진 각종 가솔린 첨가제나 조연제, 대체연료등은 전술한 문제점외에도 내연기관의 고무제품 및 합성수지제 부품을 산화, 또는 부식시키는 결함은 배제할 수가 없었으며, 이로 인하여 가솔린 자체에 혼합 또는 첨가하여 사용할 경우에는 고무호오스와 합성수지제 부품들에 부식과 산화를 극히 미세하게 미치게되어 가솔린 단독 사용때와 거의 같은 수준이지만 가솔린을 대신하여 단독으로 사용할 경우에는 고무호오스 수지제 부품들에 주는 부식과 산화는 극심할 정도였고 특히 위 제품들은 자의든지(자연발생) 타의든지 소량의 물(5% 전후)이 첨가될 경우에는 가솔린과 메탄올등이 백탁과 분리현상이 발생하여 사용치 못하였던 것이다.

그러나 여기서 일단 대체 사용시에 가솔린에 옥탄가 상승제로서 첨가되는 안정제나 4에칠연(Pb)을 규격량 만큼 첨가할 경우에는 전술한 부식과 산화의 문제점은 해결될 수가 있는 것이나 4에칠연은 독성이 강해 배기 공해로 인해 인체에 미치는 치명적인 매독성 때문에 첨가할 수가 없는 것이다.

본 발명은 부식, 산화방지 및 유화안정 옥탄가 상승제등을 감안하여 조성함으로서 가솔린에 희석 사용하거나 단독으로 사용할때 내연기관의 부식, 산화방지 및 옥탄가 상승을 가솔린과 동일하게 맞추어야할 필료성에 따른 것이며 특히 미량의 물이 포함되어도 연소에 이상이 없도록 한것이다.

본 발명자는 이와같은 각종 문제점들을 염두에 두고 주로 가솔린과 디젤유, 벙커C유 등에도 희석하여 사용하도록 장기간 동안 각종 연구와 실험을 거듭하여 소기의 목적을 달성할 수 있게 된것으로서 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에서 석유제품이 아닌 석탄제품에서 생산되는 조경유를 정제하여 얻는 톨루엔과 벤젠 및 생체자원인 식물성에서 추출하는 에칠알콜을 주원료로 하여, 다음 부식방지제와 산화방지제 및 유화제와 옥탄가 상승제 및 기타 (대전방지제, 방청제, 빙결방지제, 청정제, 침적물 개량제, 금속불활성제, 디젤유, 경유, 중유등에는 매연방지제)필요와 요구에 따라서 적량 혼합하여 제조하는데 먼저 주재와 부재가 공히 석유제품에서 파생되거나 제조된것을 사용하면 극히 제조에 편리함을 기할수가 있으나, 본 발명에서는 석유제품을 사용할 경우, 석유사업법에 저촉이 될뿐 아니라 장기적인 안목으로 볼때 수입 대체의 효과도 얻을수 있다는 관점에서 주재나 부재를 근본적으로 석탄 화학 제품이나 생체 자원에 의한 식물성 알콜등을 이용하여 연구된 것이며, 석탄제품과 식물성 알콜을 주재와 부재로(주, 부재가 바뀌어도 상관없음)하여 개발된 것으로서 이들의 주, 부재의 제조에 관하여 먼저 언급하고자 하면 첫째 ; 석탄으로서 콕크스를 제조하는 회사와 연계하여 원료를 제조할 수가 있을뿐 아니라 동시에 메칠알콜도 제조할 수 있게 된다. 현재 국내에서는 석탄으로서 석탄화학 제품회사를 경영하고 있는 일부 기업에서는 콕크스 외에도 콜타르, 조경유(벤젠, 톨루엔, 키시렌등), 카본블랙, 나프타렌 및 타르산 개질핏치, 농약원료등을 생산하여 연간 막대한 생산 흑자를 기록하고 있고 또 전국 여러곳에 석탄으로서 콕크스를 제조하는 공장시설이 있으나 이들 공장은 코우크스 외에는 제조하지 않고 있으므로 이들 공장에 얼마간의 시설투자를 하여 얻어지는 조경유등과 메칠알콜등으로 제조할 수 있게 된다. 둘째 ; 공업용 메탄을 외에 인체에 무해한 식물성 알콜, 즉 에탄올을 제조 사용할 경우 부식과 산화방지제 및 매연 방지제는 물론 방청제, 대전 방지제등의 첨가를 줄이거나 생략할 수 있는 잇점이 있기는 하지만 에탄올을 제조하는데 가장 중요한 것은 경제성이 따라야 하고 이 경제성 문제에 있어서는 볏짚, 고구마, 감자, 수입품 파피오카등이 있으나 제조과정이 8단계를 거쳐야 하고 4-6일의 소요기간등으로 경제성이 없으나 최근에 JA라는 (학명이 Helianthus)감자가 뿌리와 줄기등으로(220kg으로 200 I/D이 알콜생산) 절반 값으로 알콜을 생산할 수 있다는 학계의 발표와 실제실험에 의해 식물성 알콜(에탄올)을 이용하면 시설비가 적게 들면서 심각한 공해방지에 크게 이바지 할 수 있도록 기여하면서 이렇게 될 경우 대체에너지 개발효과도 얻을 수 있게 되는 것이다.

위와 같이 석탄제품의 조경유에서 정제되는 벤젠, 톨루엔 및 생체자원에서 제조된 알콜등과 기타 부식, 산화 방지제, 청정제, 옥탄가 상승제등을 적정량 조성하여 저질 가솔린, 보통가솔린, 공업용 가솔린등에 2%이상 15%이하로 첨가하여 사응하면 공해의 주범인 일산화탄소, 매연, 아황산가스등의 배출이 대폭 줄어드는 것은 물론 Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn등 중금속 검출이 없고 공해중 일산화탄소나 매연등은 약 80%이상의 감소를 가져 왔으며 가격면에 있어서도 첨가량 만큼의 가격이 줄어지며 주행거리(Km/l)가 약 2-11%(첨가량에 따라서 증감됨)연장되는 효과도 얻어지게 된다. 여기서 라이트 아르마틱스는 톨루엔 및 키실렌과 동성이며 헤비아르마틱스는 구체적 명칭은 디스파졸이라 불리 용제로 사용되고 석탄산, 벤젠과 거의 동일하며 알콜은 메탄올 또는 에탄올 양쪽이거나 어느 한쪽이든 관계 없으나 주로 에칠 알코올을 전제로 하여 조성비를 설명하고자 한다.

석탄산 조평유에서 정재한 톨루엔 54%, 벤젠 30%, 알콜 16%로 조성하고 N-부치렌, N-부타놀, 디이소부타놀 페닐디아민계, 석유설폰산염 알킬아미노린산염 0.3%와, 주로 산화방지에 효과가 있는 페놀계(노닐페놀, 하이드록시페놀, 파리옥칠페놀, 2.6-디-티-부칠페놀중 택일) 0.3%, 계면활성제를 겸하는 유화안정제로는 제2부 타놀, 디이소부치렌, 알킬페놀(상품명 : 트리톤엑스 45-166), 트리탄올아민 0.4%를 첨가한 다음, 부가적으로 옥탄가 상승제는 파라핀계(이소파라핀, 니트로파라핀, 니트로메탄중 택일)나 훌후릴알콜 또는 에텔(Ether)을 각 0.5%씩 첨가하여 혼합 조성한 101을 (여기서 파라핀계 및 훌후릴알콜, 에텔을 첨가하지 않고 알콜 1%를 대용할 수 있다) 가솔린 901에 혼합하여 1200cc-1900cc엔진에 주입하여 (본 발명 101+가솔린 901=1001)실험한 바 주행력, 출력, 마력, 회전력등이 양호하였으며, 특히 녹킹현상이 전혀 없이 주행거리가 고급 가솔린과 거의 유사하였으며, 보통 가솔린에 비하여 약 2-11%정도 주행거리가 연장되고 동시에 공해가 종류별로 20-90%까지 감소됨을 확인할 수 있었다. 배기공해의 주범인 일산화탄소가 가장 많이 감소되고(서행시 20%이하 고속 주행 100km시 70-90%감소) 매연과 아황산 가스는 약 40-60%정도 감소되었으며 같은 방법으로 가솔린에 소량인 2%첨가하여 공인기관에서 실험한바 가솔린 원래의 배출되는 배기가스(일산화탄소, 매연, 아황산가스)에 비하여 상당량의 공해배출이 감소됨을 알게 되었다. 참고로 본 발명의 조성물을 가솔린에 2%첨가하여 실험한 결과는 다음과 같다.

″가″배출가스 및 에너지 소비효율 실험

위 실험은 1986년 생산되어 55916km를 주행한 로얄 XQ로 실험한 것임(첨가전은 본 발명 조성물 2%를 첨가하지 않은 가솔린 단독임)

″나″중금속 배출실험(본 조성물 단독 실험)

원자흡광 광도법으로 분석한 결과 Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn등은 검출되지 않았음.

위 실험 가, 나항은 국립환경 연구원에서 실험한 결과임.

위 실험에서 1000km 누적 주행후 정지 가동시 Co 가스, Hc가 약간 상승한 것으로 나타나고 1000km 주행시험시 Hc, HcHo가 약간 상승하게 나타났으나 전반적으로 본 발명 조성물을 가솔린에 2%만 첨가할 경우 Co가스, Hc,Hox등은 감소되고 에너지 소비효율에 있어서는 약 0.20%가 증가(주행거리가 연장됨)됨을 알수 있다. 따라서 2%이상(15% 이하) 첨가할 경우 상당한 효과를 기대할 수 있는 것이다.

종래에 일반적으로 음성적 거래되는 톨루엔 및 솔벤트만을 혼합하여 사용하는 유사 가솔린은 현재까지 동판부식, 고무호오스, 기화기의 후로드, 고무박킹 및 P.V.C파이프등의 부식, 산화등을 방지할 수 없었기 때문에 내연기관의 고무호오스, 기화기의 호로드 고무박킹, P.V.C부품등을 자주 교체하여야 하는 문제와 과다한 매연 발생 및 여과기의 청소를 자주 해야하는 번거로움과 공해의 심각도 등을 감수하여 왔으며 내연 기관의 수명에 미치는 영향면에서 고려할때도 바람직하지 못하였으며 특히 메탄올을 첨가하는 대체연료나 첨가제등은 잘 선택된 유화제, 안정제, 계면활성제등을 첨가하여 제조하였을때는 백탁이 발생되거나 유리되지 않으나 내연기관의 연료탱크에 주입하였을 경우에 내기와 외기의 온도차에서 자연 발생되는 수분과 탱크내부에 자연발생적으로 생성되는 물이 침전되어 있을 경우에는 알콜이 수분자 물에 순간적으로 합쳐서 백탁이 발생하고 물과 알콜은 아래로 침전되어 첨가된 알콜은 물에 가깝도록(수성화시킴) 변화하여 내연기관의 가동을 불가능하게 하고 겨울철에 빙결과 부식 및 산화의 문제가 발생하였던 것이다. 현재까지 각종 대체연료와 첨가제인 조연제 명목으로 개발되어 사용되고 있는 대체연료나 조연제에서는 이와 같은 몇가지 치명적인 문제점 때문에 효과적으로 사용할 수 없었으며 이를 아직가지 해결할만한 연구와 시도가 이루어지지 않고 있었으며 이들은 특히 수입원유에서 파생되는 석유제품을 사용하는데 거부반응과 문제점이 따르게 되었던 것이다. 그리고 또 다른 하나는 폐탄올을 첨가하는 대체연료나 첨가제등은 물이 있는 상태에서는 가솔린과 적정 비율로 혼합하여 안정을 기했다 해도 사용도중(예를 들어 혼합된 201중 101 사용하고 101남은 상태에서) 다시 가솔린을 주입할 경우에도 백탁이 발생하고 부분적인 분리현상이 일어나서 새로 주입한 가솔린까지 사용할 수 없는 결과가 초래되는 문제점도 있게되며, 이는 혼합의 기술이 부족하고 혼합에 안정을 기하지 않은 탓이다.

본 발명자는 이와같은 고무제품, 합성수지제품, 금속표면의 부식 산화 및 용해문제 해결과 알콜과 물과 가솔린 혼합의 불안정 및 백탁 발생과 부분 분리현상의 문제해결과 부수적으로 빙결방지 청정, 매연과 공해방지, 옥탄가상승 및 연비에 효과가 있도록 집중적으로 연구와 실험을 하였다. 알콜은 수용성이므로 톨루엔, 벤젠등과의 혼합조성은 가능하지만 이를 가솔린과 혼합할 경우 혼합비율의 초과나 적정비율이 맞지 않을때는 별도의 유화 또는 잘 선택된 안정제를 첨가하지 않고는 백탁, 분리, 부식등의 불안정의 요소 때문에 고도한 기술과 반복, 되풀이 되는 실질적인 실험에 의하여 적정한 안정을 기하게되면 공해배출 감소와 완전 연소 효과가 있고 부수적으로 경제적인 잇점이 따르는 것이다. 즉 고무제품; 합성수지제품, 금속표면등의 부식과 산화방지제에는 지금까지 알려진 알킬아미노린산염, 아미놀알콜, 시클로헥사놀, 부타놀, 부치렌등이 알려져 있고 분리방지제로서는 음이온 또는 양이온 유화제, 계면활성제, 아민아마이드계, 직쇠알킬 벤젠등이 있으나 이들을 수십차 첨가하여 실험하여 보았으나 3%이하 첨가일때는 효과가 없고 3%이상 약 10%까지 첨가하였을 경우에는 다소 효과가 있었으나 이는 경제적인 측면에서 볼때 오히려 주원료에 비하여 고가이므로 비경제적인 문제가 따르게 되어 실용적이 되지 못하였다. 이점에 비추어 경제성이 있도록 해결하려 하였으나 실제 실험에서는 효과가 없고 실패하였으며 본 발명에서 요구하는 주된 목적을 찾아서 각종 연구와 실험에서 소기의 목적을 달성할 수 있었던 것으로서 부식과 산화방지에 가장 이상적인 것으로서는 지금까지 알려지지 않은 N-부치렌, N-부타놀, 디이소부타놀, 페닐디아민계, 석유설폰산염, 알킬아미노린산염 0.2-0.3%와 주로 산화방지에 효과가 있는, 페놀계(노닐페놀 2.6-디-티-부틸페놀-하이드록시페놀 파라옥칠페놀.) 0.2-0.3%정도를 첨가하는 것이 이상적이고 계면활성제를 겸하는 유화안정제로는 제2부타놀(산화 방지제를 겸함) 디이소 부치렌, 알킬페놀(비이온활성제계통으로 상품명은 트리톤 엑스 45-166)트리탄올아민(에탄놀아민) 약 0.3-0.4%를 혼합 사용하는 것이 적합하고 옥탄가 상승제로는 (옥탄가 상승제는 첨가하지 않아도 사용상에 문제점이나 지장이 있는 것은 아니다)이소프로필벤젠, 2.24-트리메칠펜탄, 부탄, 펜탄, 2-메칠부탄과 2-메칠펜탄, 에틸벤젠, 또는 파라핀계(이소파라핀, 니트로파라핀, 니트로메탄)와 훌후킬알콜, 에틸(Ether)중 에틸벤젠 50%와 2-메칠부탄이나 2-메칠펜탄 50%를 혼합한 것을 1%이하의 기타 아민의 린산염과 폴리부텐아민, N-부칠알콜 극소량(이는 첨가하지 않아도 됨)을 원료 조성비에 첨가하여 공해방지제를 조성하여 약 80일 동안에 걸쳐서 수십차 실시하여 입증되었으며, 특히 유리방지와 이층으로 분리현상의 방지로서는 이소부치렌, 포리옥시에치렌의 비이온활성제와 디부칠 나후타린 설포 네이드, 산화에칠렌계의 축합물, 디이소부치렌과 제2부 타놀이 우수하였고 제2부 계면활성제 및 산화방지제로서도 효과가 있었으며 그리고 석유설폰산염, 류화유등의 양이온 계면활성제, 트리탄올 아민등의 음이온 타놀은 계면활성제가 가장 이상적이였고 약 0.1-0.9%(또는 5-100ppm)정도의 바륨계 또는 바륨을 포함하는 유기화합물을 첨가하는 경우에는 디젤유나 벙커 C 유등에 50% 이하 즉 2-5% 첨가 사용할때 불완전연소가 없고 매연 배출의 현저한 감소가 육안으로 식별 되었다.

다음 실험 실시에는 정확한 실험에는 아니지만 본 발명자 임의로 측정 실험하여 본 실시예의 도표이다.

실시예도표

보통 가솔린 단독 사용시에는 Co가스 1.9%, Hc는 145ppm 매연은 0.8%, 주행거리 11.0Km/1이다.

위표는 1400cc 엔진 일때는 옥탄가 상승제, 유화제등의 첨가 없이도 양호함.

위 실시에는 정확한 측정이 아니며 원료의 순도차에 따라서 달라진다.

Claims (1)

1. 석탄산톨루엔 약 54%, 석탄산벤젠 약 30%, 알콜 약 16%를 조성한 것에, N-부치렌 또는 동성의 부식과 산화방지제 약 0.3%, 페놀계 0.3%, 계면활성제 겸용 유화안정제 또는 디이소 부치렌 0.4% 및 옥탄가 상승제 극소량을 첨가 조성하여서된 내연기관의 액체 연료 첨가용 공해 방지제.