WO2011115437A2 - 알코올 워터 혼합 연료 - Google Patents

알코올 워터 혼합 연료 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an alcohol water mixed fuel having low soot generation and high calorie content.
  • the conventional alcohol fuel has various problems such as low calories, toxic gas generation, short combustion duration, and risk of fire due to careless handling due to liquefaction during combustion, and paraffin-based solid fuel is used as a substitute.
  • paraffin-based solid fuel is used as a substitute.
  • this also seems to be convenient because the paraffin is liquefied during combustion and odor is caused by combustion and carelessness or spillage is very large and solid, but its use is limited.
  • An object of the present invention is to provide an alcohol mixed fuel that can be used as an alternative energy fuel while at the same time obtaining a high calorie energy.
  • An object of the present invention is to provide an alcohol mixed fuel having low soot generation and good thermal power.
  • the alcohol mixed fuel of the present invention for achieving the above object includes methanol and ethanol, water, potassium dichromate and potassium permanganate as main components.
  • the weight of the methanol is preferably more than the weight of the ethanol.
  • 10 to 85 parts by weight of methanol, 5 to 35 parts by weight of ethanol, 1 to 20 parts by weight of acetone, 5 to 60 parts by weight of water, 0.3 to 10 parts by weight of potassium dichromate and permanganic acid Potassium is 0.1 to 5 parts by weight.
  • the alcohol mixed fuel further includes 3 to 10 parts by weight of toluene.
  • the alcohol mixed fuel is prepared by further comprising 0.1 to 5 parts by weight of hexane or 0.1 to 5 parts by weight of solvent.
  • Alcohol mixed fuel production method of the present invention for achieving the above object is 10 to 85 parts by weight of methanol, 5 to 35 parts by weight of ethanol, 1 to 20 parts by weight of acetone, 5 to 60 parts by weight of water, 0.3 to 10 parts by weight of dichromic acid Prepared by mixing potassium, 0.1 to 5 parts by weight of potassium permanganate.
  • a high calorie energy can be obtained and used as an alternative energy fuel.
  • the generation of soot is small and the thermal power is good.
  • 1 is a calorific value of an alcohol mixed fuel according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a freezing point of the alcohol mixed fuel according to an embodiment of the present invention.
  • the alcohol mixed fuel of the present invention is prepared by mixing acetone, water, potassium dichromate and potassium permanganate in alcohol as a main component, and may include at least one of toluene, hexane, and solvent as an additive.
  • the alcohol is a mixture of methanol and ethanol, and preferably, methanol has a content ratio of approximately twice that of ethanol.
  • composition ratio of the alcohol mixed fuel according to the present invention is as follows.
  • the ambient temperature of the flash point of methanol is -1 to 32 ° C.
  • 1/2 weight of ethanol is mixed with respect to methanol, lowering the flammability of methanol, and mixing water serving as a supporting agent.
  • acetone and potassium dichromate are mixed, acetone increases the calories and the mixing of the additives well, as well as providing explosive power by reaction with potassium dichromate.
  • Potassium dichromate is mixed to act as a catalyst to separate water particles into hydrogen and oxygen with strong explosive power by calorific enhancement and ignition with acetone.
  • potassium permanganate is mixed to prevent corrosion.
  • toluene and a small amount of hexane, solvent, and the like are mixed to enhance calories.
  • toluene, hexane and solvents are incidental additives in which at least one or more may be used selectively, the purpose of which is to increase calories.
  • water is decomposed into hydrogen and oxygen using primary thermal energy by combustion of methanol and ethanol and secondary thermal energy and chemical reaction by combustion (explosion) of acetone and potassium dichromate.
  • primary thermal energy by combustion of methanol and ethanol
  • secondary thermal energy and chemical reaction by combustion (explosion) of acetone and potassium dichromate.
  • Water particles are vaporized by the primary thermal energy of methanol and ethanol, which are the main fuels of the present invention, and the secondary reaction by the combustion of acetone and potassium dichromate. Diffuses to cause atomization, which aids in the complete combustion of the fuel.
  • water (H 2 O) acts as a supporting agent by causing a subsequent radical reaction, which is liberated with oxygen (O), hydrogen (H), and hydroxyl (OH). That is, at high temperature, water vapor decomposes to produce hydrogen radicals (H), and hydrogen radicals (H) combine with oxygen molecules (O 2) to form oxygen radicals (O) and water (1).
  • Oxygen radicals (O) generated in Formula 1 combine with hydrogen molecules in Formula 2 to form hydroxyl radicals (OH) and hydrogen radicals (H) (Formula 2).
  • hydroxyl radicals combine with hydrogen molecules to form water and hydrogen radicals.
  • water vapor (H 2 O) and hydrogen are combined to generate water and hydrogen radicals.
  • the reaction of the equation 1 ⁇ 4 proceeds in a complicated manner to promote combustion.
  • composition ratio of the alcohol mixed fuel according to an embodiment of the present invention.
  • SW bioenergy Alcohol mixed fuel
  • the calorific value, the nitrous oxide generation rate and the freezing point were measured with the alcohol mixed fuel (SW bioenergy; sample) having the composition ratio as described above, and the results are shown in FIGS. 1 to 3. 1 to 3, when the total calorific value was tested with the sample, the calorific value was 17,680 J / g, and the carbon dioxide generation rate was measured with 6.06% as the same sample. Finally, the freezing point was measured with the same sample, and the result was -45.0 ° C or lower.
  • the calorific value of 17,680 J / g indicates that the hydrogen is decomposed and the hydrogen is combusted, and carbon dioxide is generated at a small rate.
  • the calorific value may be reduced.
  • the calorific value may be increased, but the methanol content is reduced as the water is reduced. This increase in fuel cost can be increased. Therefore, in the alcohol mixed fuel of the present invention, the best calorific value is obtained when 30-40% of water is mixed.
  • Alcohol mixed fuel of the present invention described above is to allow alcohol to be used as an alternative energy of thermal power in various fields such as farms, industrials, etc., and high thermal power and soot generation can be reduced to 1/10 of general petroleum fuel. .

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Abstract

본 발명은 매연 발생이 적고 높은 열량을 갖는 알코올 혼합 연료에 관한 것으로, 본 발명의 알코올 혼합 연료는 10 내지 85 중량부의 메탄올, 5 내지 35 중량부의 에탄올, 1 내지 20 중량부의 아세톤, 5 내지 60 중량부의 물, 0.3 내지 10 중량부의 중크롬산칼륨, 0.1 내지 5 중량부의 과망간산칼륨을 포함한다. 상술한 알코올 혼합 연료는 높은 열량의 에너지를 얻음과 동시에 대체 에너지 연료로 활용할 수 있으며, 매연 발생이 적고 화력이 우수하다.

Description

알코올 워터 혼합 연료
본 발명은 매연 발생이 적고 높은 열량을 갖는 알코올 워터 혼합 연료에 관한 것이다.
종래의 알코올 연료는 낮은 열량, 유독가스 발생, 짧은 연소지속시간 및 연소시 액화로 인한 취급 부주의 시의 화재의 위험 등 여러가지 문제점을 가지고 있었고, 이를 대체할 수 있는 것으로는 파라핀계 고체연료가 사용되고 있기는 하나, 이것 역시 연소시 파라핀이 액화되어 연소함으로 악취가 나고 취급 부주의나 엎질러질 경우 화재의 위험성이 매우 크고 고체상이기 때문에 편리할 것 같으나 그 용도가 한정되는 결점이 있었다.
본 발명의 목적은 높은 열량의 에너지를 얻음과 동시에 대체 에너지 연료로 활용할 수 있는 알코올 혼합 연료를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 매연 발생이 적고 화력이 좋은 알코올 혼합 연료를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 알코올 혼합 연료는 주성분인 메탄올과 에탄올, 물, 그리고 중크롬산칼륨과 과망간산칼륨을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 메탄올의 중량은 상기 에탄올 중량보다 많은 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 메탄올은 10 내지 85 중량부, 에탄올은 5 내지 35 중량부, 아세톤은 1 내지 20 중량부, 물은 5 내지 60 중량부, 중크롬산칼륨은 0.3 내지 10 중량부 그리고 과망간산칼륨은 0.1 내지 5 중량부이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 알코올 혼합 연료는 3 내지 10 중량부의 토루엔을 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 알코올 혼합 연료는 0.1 내지 5 중량부의 헥산 또는 0.1 내지 5 중량부의 솔벤트를 더 포함하여 제조된다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 알코올 혼합 연료 제조 방법은 10 내지 85 중량부의 메탄올, 5 내지 35 중량부의 에탄올, 1 내지 20 중량부의 아세톤, 5 내지 60 중량부의 물, 0.3 내지 10 중량부의 중크롬산칼륨, 0.1 내지 5 중량부의 과망간산칼륨을 혼합하여 제조한다.
본 발명에 의하면, 높은 열량의 에너지를 얻음과 동시에 대체 에너지 연료로 활용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 매연 발생이 적고 화력이 좋다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 알코올 혼합 연료의 발열량.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 알코올 혼합 연료의 이산화탄소 발생율.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 알코올 혼합 연료의 어는점.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 알코올 혼합 연료를 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
본 발명의 알코올 혼합 연료는 주성분인 알코올에 아세톤, 물, 중크롬산칼륨, 과망간산칼륨을 혼합하여 제조하며, 첨가제로 토루엔, 헥산, 솔벤트 중에서 적어도 하나 이상을 포함시킬 수 있다.
여기서 알코올은 메탄올과 에탄올이 혼합된 것으로, 메탄올은 에탄올보다 대략 2배 정도 함량비를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 알코올 혼합 연료의 조성비는 다음과 같다.
[ 알코올 혼합 연료 ]
메탄올 ----------------------> 10 내지 85 중량부
에탄올 ----------------------> 5 내지 35 중량부
물 --------------------------> 5 내지 60 중량부
아세톤 ----------------------> 1 내지 20 중량부
중크롬산칼륨 ----------------> 0.3 내지 10 중량부
과망간산칼륨 ----------------> 0.1 내지 5 중량부
토루엔 ----------------------> 3 내지 10 중량부
헥산 ------------------------> 0.1 내지 5 중량부
솔벤트 ----------------------> 0.1 내지 5 중량부
참고적으로 메탄올의 인화점의 주변 온도는 -1∼32℃이다. 본 발명은 상기와 같은 메탄올을 대체 에너지로 활용하기 위하여 메탄올 대비 1/2 중량의 에탄올을 혼합하고, 메탄올의 인화성을 낮추고 조연제 역할을 하는 물을 혼합한다. 그리고, 가장 중요한 성분으로, 아세톤과 중크롬산칼륨이 혼합되는데, 아세톤은 열량을 높이고 첨가물들의 혼합이 잘되도록 하는 역활 뿐만 아니라, 중크롬산칼륨과의 반응에 의한 폭발력을 제공한다. 중크롬산칼륨은 열량 강화 및 아세톤과의 발화에 의해 강력한 폭발력으로 물입자를 수소와 산소로 분리하는 촉매제 역할을 위해 혼합된다. 그리고 과망간산칼륨은 부식 방지를 위해 혼합된다. 또한, 토루엔과 소량의 헥산 및 솔벤트 등은 열량 강화를 위해 혼합된다. 여기서, 토루엔, 헥산 그리고 솔벤트는 적어도 하나 이상이 선택적으로 사용될 수 있는 부수적인 첨가물로써, 그 용도는 열량을 높이기 위한 것이다.
본 발명에서는 메탄올과 에탄올의 연소에 의한 1차 열에너지와, 아세톤과 중크롬산칼륨의 연소(폭발)에 의한 2차 열에너지 및 화학반응을 이용하여 물을 수소와 산소로 분해한다. 즉, 일반적으로 물을 직접 분해하기 위하여는 수천도의 고온을 필요로 하지만 본 발명에서는 복수의 화학반응을 조합시킨 화학프로세스로 이것보다 저온의 열을 이용하여 물을 분해한다.
본 발명의 주 연료인 메탄올과 에탄올에 의한 1차 열에너지와, 아세톤과 중크롬산칼륨의 연소에 의한 2차 반응에 의하여 물입자가 기화하게 되고, 기화된 수증기는 그 부피가 증대되어 이 수증기가 연료를 확산시켜 무화현상을 일으켜 연료의 완전한 연소에 도움을 준다.
특히, 고온에서 물(H2O)은 산소(O), 수소(H), 수산기(OH)로 유리되는 다음과 같은 연속적인 유리기 반응(Radical reaction)을 일으켜서 조연제 역할을 하게 된다. 즉, 고온에서 수증기가 분해하여 수소레디칼(H)이 생기고 수소레디칼(H)은 산소분자(O2)와 화합하여 산소레디칼(O)과 물이 된다( 1 식). 1 식에서 생긴 산소레디칼(O)은 2 식에서 수소분자와 화합하여 수산기레디칼(OH)과 수소레디칼(H)이 된다(2식). 3식에서 수산기레디칼은 수소분자와 화합하여 물과 수소레디칼이 된다. 4식에 있어서도 수증기(H2O)와 수소가 화합하여 물과 수소레디칼을 생성시킨다. 이와 같이 1→4식의 반응은 복잡한 꼴로 진행되어 연소를 촉진시킨다.
아래는 본 발명의 일실시예에 따른 알코올 혼합 연료의 조성비이다.
[ 알코올 혼합 연료(SW바이오에너지) ]
메탄올 ----------------------> 50 중량부
에탄올 ----------------------> 5 중량부
물 --------------------------> 37 중량부
아세톤 ----------------------> 1 중량부
중크롬산칼륨 ----------------> 5 중량부
과망간산칼륨 ----------------> 0.1 중량부
토루엔 ----------------------> 3 중량부
헥산 ------------------------> 0.4 중량부
솔벤트 ----------------------> 0.5 중량부
상기와 같은 조성비를 갖는 알코올 혼합 연료(SW바이오에너지;시료)를 가지고 발열량과 아산화탄소 발생율 그리고 어는점을 측정하였으며, 그 결과들은 도 1 내지 도 3에 개시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 시료를 가지고 총발열량을 시험한 결과 발열량 17,680 J/g이 나왔으며, 동일한 시료를 가지고 이산화탄소 발생비율을 측정한 결과 6.06%가 나왔다. 마지막으로, 동일한 시료를 가지고 어는점을 측정한 결과 -45.0℃ 이하가 나왔다.
상기와 같이, 알코올 혼합 연료에 37%의 물이 포함되어 있음에도 불구하고 발열량 17,680 J/g이 나왔다는 것은 물에서 수소가 분해되어 수소가 연소된다는 것을 알 수 있고, 적은 비율로 이산화탄소가 발생된다는 것을 알 수 있다. 예컨대, 물이 40% 이상 혼합되는 경우 메탄올 함량이 감소되어 연료 단가가 낮아지는 장점이 있는 반면 발열량이 감소될 수 있고, 물이 30% 이하로 혼합되는 경우 발열량은 증가하겠지만 물이 줄어든 만큼 메탄올 함량이 증가됨으로 연료 단가가 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명의 알코올 혼합 연료에서 물은 30-40% 혼합되는 것이 가장 우수한 발열량을 얻을 수 있다.
상술한 본 발명의 알코올 혼합 연료는 알코올을 농가, 산업용 등 다방면에서 화력의 대체 에너지로 활용할 수 있도록 한 것으로, 높은 화력과 매연 발생이 일반 석유 연료의 1/10 수준으로 절감할 수 있는 장점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 알코올 워터 혼합 연료에 있어서,
    10 내지 85 중량부의 메탄올, 5 내지 35 중량부의 에탄올, 1 내지 20 중량부의 아세톤, 5 내지 60 중량부의 물, 0.3 내지 10 중량부의 중크롬산칼륨, 0.1 내지 5 중량부의 과망간산칼륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 알코올 워터 혼합 연료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알코올 워터 혼합 연료는
    0.1 내지 5 중량부의 헥산, 0.1 내지 5 중량부의 솔벤트, 3 내지 10 중량부의 토루엔 중에 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 알코올 워터 혼합 연료.
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