KR100699086B1

KR100699086B1 - 연료첨가제

Info

Publication number: KR100699086B1
Application number: KR1020060122711A
Authority: KR
Inventors: 윤부경
Original assignee: 윤부경
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2007-03-23
Anticipated expiration: 2026-12-06

Abstract

본 발명은 휘발유 또는 경유, 등유용 연료첨가제에 관한 것이다. 본 발명의 연료첨가제는 하기 [화학식 1] 및 [화학식 2]의 화합물과 몰리브덴을 함유함을 특징으로 한다.

본 발명의 연료첨가제는 다량의 산소를 함유하여 연료의 불완전 연소를 방지함으로써 엔진의 출력을 증가시키고, 윤활성을 지닌 몰리브덴이 마찰조절제의 역할을 하여, 연료의 효율을 높이고 연소기관의 수명을 연장하며 대기오염을 방지하는 효과를 나타낸다.

연료 첨가제, 몰리브덴, 점화개선제, 윤활제, 폴리알케닐 숙신이미드.

Description

연료첨가제 {Fuel additive}

연료첨가제란 탄소와 수소만으로 구성된 물질을 제외한 화학물질로서 자동차의 연료에 소량을 첨가함으로써 자동차의 성능을 향상시키거나 자동차 배출물질을 저감시키는 화학물질을 의미하며 첨가제의 종류에 따라서 그 사용목적을 달리하고 있다.

일반적으로는 불완전연소로 인해 생성되는 탄소퇴적물(Carbon Deposit)로 인한 차량의 성능저하, 배기가스 증가, 노킹문제, 연료소비증가, 수명단축 등의 제반문제들을 개선하기 위하여 사용되며 주된 기능으로는 엔진 내의 퇴적물을 제거하거나 엔진청정기능의 강화 및 배출가스 저감작용, 연비향상작용 등을 들 수 있다.

이러한 연료 첨가제는 가솔린, 경유, 중유와 같은 액상연료는 물론 유연탄 등 다양한 연료에까지 그 저변이 확대되고 있음에도 불구하고, 종래의 연료 첨가제는 고가의 화합물을 사용하거나 그 제조방법이 복잡하고, 취급이 불편하여 실용성이 부족하거나 다량 사용할 경우 오히려 연료 절감 효과가 없어지거나 황산화물, 일산화탄소(CO)와 같은 매연물질이 다량 발생하는 등의 문제가 있었다.

이와 같은 연료첨가제의 문제점을 해결하기 위하여 국내외에서 활발하게 기 술 개발이 이루어지고 있다. 선행기술의 몇몇 자료들은 연료 첨가제로서 란탄족 화합물들의 이용을 개시하고 있다. 유럽 특허출원 제0187488호, 프랑스 특허 제2490669호, 유럽 특허출원 제0722481호 및 제0832172호에는 세탄을 연료첨가제에 첨가하는 것이 제시되어 있고, 폴리실록산(polysiloxane), 옥시알킬레이트화 폴리실록산 및 식물성 또는 동물성 기름 기원의 지방산 아미드로부터 선택된 발포 억제제를 사용한 예는 유럽 특허출원 제0861182호, 제0663000호 및 제0736590호에 제시되어 있다.

예를 들면, 프랑스특허 제2172797호는 연소 보조제로서 유용한 희토류로부터 제조된, 특히 세륨으로부터 제조된 유기산염들을 개시하고 있다. 또한 미국특허 제 4264335호는 가솔린으로 발화된 내부 연소엔진에서의 옥탄 필요량을 억제시키기 위한 세륨 2-에틸헥사노에이트의 사용을 개시하고 있다. 세륨 2-에틸헥사노에이트는 세륨옥타노에이트보다 가솔린 내에서 더 가용성인 것으로 밝혀졌다.

미국특허 제5240896호는 희토류 산화물을 포함하는 세라믹물질의 이용을 개시하고 있다. 세라믹물질은 연료 내에서 비가용성으로, 고체 세라믹과 접촉시 액체연료의 연소가 가속화됨을 주장하고 있다. 또한, 국내공개특허공보 제10-1987-0008008호에는 고분자 실록산을 함유하는 화합물을 저급알코올과 반응시켜 열효율이 높고 공해물질발생을 감소시키는 연료유 개질제 조성물에 대한 기술이 제시되어 있다. 그러나, 위의 선행기술에 개시된 연료 첨가제들 중 세륨과 같은 란탄족 원소의 유기산염들은 비교적 적은 비용을 가지고 대량으로 구입할 수 있지만, 내부 연소엔진을 위한 연료에 사용하기에는 적합하지 않으며, 일반적으로 높은 점성이 있 는 액체 또는 저용융점의 고체들로 이들 화합물들을 연료 내로 도입하기가 어렵고, 취급이 곤란한 점이 단점으로 지적되고 있고, 연료 성능을 개선하면서 동시에 오염기준까지 만족시킬 수 있는 제품은 없었다.

이에 연료가 보다 완전하게 연소를 할 수 있도록 도와주고, 배기가스의 조성을 개선하여 오염물질을 발생을 최소화할 수 있는 연료첨가제가 요구되는 실정이다.

본 발명의 연료첨가제는 산소 및 탄소를 다량 함유한 고분자 실록산(Siloxane)계통의 화합물과 다량이 산소를 함유하는 헤테로시클릭 화합물을 첨가함으로써 완전연소를 유도하여 발열량을 증진시키는 한편, 대기오염 방지하고, 몰리브덴 화합물의 윤활효과에 의해 엔진에 무리를 주지않아 연소기관의 수명을 연장하며, 연료청정제 및 점화개선제의 첨가로 연료의 장기간 보관에도 산화 등에 의한 변질을 방지하고 쉽게 시동을 걸 수 있는 등 종래의 연료첨가제가 갖는 결점을 보완, 개선한 특징이 있다.

본 발명자는 상기와 같은 문제들을 해결하기 위하여 다년간 연구한 결과 [화학식 1]의 산소를 다량 함유한 고분자 실록산(Siloxane) 계통의 화합물 및 [화학식 2]을 갖는 화합물에 몰리브덴 화합물을 특정의 비율로 혼합함으로 연료유의 연소 중에 [화학식 1] 및 [화학식 2]의 화합물에 함유된 산소에 의해 완전연소가 이루어져 연료의 효율적인 연소를 촉진시킬 뿐만 아니라 상기 화합물의 안정된 분자 구조 에 의해 통상의 산화방지제의 사용하지 아니함으로써, 연료의 저장, 운송과정에서 품질노화방지를 위해 사용해 왔던 산화방지제 등이 노즐 선단에 침적물을 생성하는 문제점들을 해결하여 연료의 절약은 물론, 연소기관의 부식을 방지와 엔진의 수명을 연장하고, 대기오염 방지에도 효과가 있는 내연기관용 연료 첨가제를 제공하고자 한다.

본 발명의 연료 첨가제 조성물은 옥탄가를 향상시키기 위하여 하기의 [화학식 1]의 화합물 및 하기의 [화학식 2]의 화합물, 윤활성을 향상시키기 위하여 유기 몰리브덴, 청정제 및 점화개선제 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 첨가제이다.

[화학식 1]

(상기 화학식 1에서 n은 4 내지 6의 정수이고 R¹은 탄소수 2-6의 알킬기임)

상기 [화학식 1]의 화합물은 Si가 직쇄 결합된 구조를 갖는 액상물로서 표면장력이 매우 낮고 윤활성이 뛰어나며, 파리핀계 탄화수소와 유사한 구조를 가지고 있어 휘발유, 경유, 등유 등과 잘 혼합될 뿐 아니라 기포발생 억제작용도 우수하다. 또한, 완전연소를 유도하므로 불완전연소에 의한 매연물질, 특히 아황산가스, 일산화탄소의 발생이 대폭 감소되고 동시에 단위용량당 발열량도 크게 증대되는 효과를 지닌다. 즉, 연료의 연소가 일어나는 내연기관 내에서의 산소 공급은 외부에서 유입된 산소의 확산을 통한 것이므로 전체적인 부분에서 고르게 충분한 산소가 공급되기는 어렵고, 이로 인하여 불완전 연소가 발생한다. 그러나, 본 발명에 의한 연료첨가제는 분자내에 다량의 산소를 함유하고 있으므로, 연료유와 혼합하여 함께 연소되는 과정 중 공급되는 산소의 부족분을 보충해주므로 완전연소를 유도하며, 결과적으로 공해방지와 발열량증대의 효과를 나타낸다.

[화학식 2]

(상기 화학식 2에서 R²는 CH₃, C₂H₅, C₃H₇ 중에서 선택되고, R³는 C₂H₅, C₃H₇, C₄H₉, C₅H₁₁중에서 선택된다.)

상기 [화학식 2]의 헤테로시클릭 화합물은 화합물 내에 산소분자를 다량 함유하고 있어 연료의 완전 연소를 유도하므로 대기 오염을 방지한다.

또한, 본 발명의 연료첨가제는 윤활성을 갖는 유기 몰리브덴과 청정제의 기능을 갖는 폴리알케닐 숙신이미드 및 점화개선제를 함유함을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용하는 유기 몰리브덴은 반더빌트 케미칼 캄파니(Vanderbilt Chemical Co.)에서 "몰리반(Molyvan 822)"으로 시판되고 있다.

본 발명에서 청정제로 폴리알케닐 숙신이미드를 사용한다. 폴리알케닐 숙신이미드는 이염기성 산 무수물과 폴리옥시알킬렌 디아민, 하이드로카빌 폴리아민 또는 이 둘의 혼합물과의 반응 생성물을 포함한다. 전형적으로, 숙신이미드는 폴리알케닐기로 치환되나 폴리알케닐기는 폴리옥시알킬렌 디아민 또는 하이드로카빌 폴리아민 상에서 찾을 수 있다. 폴리알케닐 숙신이미드는 또한 당해 분야에 공지되어있으며, 대표적인 예는 US-A-3443918호, EP-A-208560호, DE-OLS 3126404호, US-A-4234435호, US-A-4810261호, US-A-4852993호, US-A-4968321호, US-A-4,985,047 호, US-A-5061291호 및 US-A-5147414호를 포함하여 다양한 특허 문헌에 개시되어 있다.

본 발명에 사용된 점화개선제는 2-에틸헥실 니트레이트, 사이클로헥실 니트레이트, 디-3급-부틸 퍼옥사이드로 이들 점화개선제는 당해 분야에 공지되어있다.

본 발명의 연료첨가제 조성 비율은

1. [화학식 1]의 화합물 30-60중량%

2. [화학식 2]의 화합물 30-60중량%

3. 유기 몰리브덴 분말 1-3중량%

4. 청정제 3-5중량%

5. 점화개선제 1-2중량%로 조성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연료첨가제는 가솔린(휘발유) 60ℓ당 200-400㎖을 첨가하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 가솔린(휘발유) 60ℓ당 350㎖을 첨가한다.

[실시예 1]

[화학식 1]의 화합물(R¹은 CH₃, n은 5이다) 60ℓ에 [화학식 2]의 화합물(R¹, R²는 C₂H₅) 29ℓ과 유기 몰리브덴 분말 1.5g, 폴리알케닐 숙신이미드 2g 및 2-에틸헥실 니트레이트 20㎖을 첨가한 후 이들을 10분간 혼합하여 연료첨가제를 얻었다.

[실험예 1] 연비측정 실험

본 발명의 실시예 1의 연료첨가제를 연료에 첨가한 차량과, 연료첨가제를 사용하지 않은 차량에 대하여 연비를 측정하였으며 그 결과는 표 1과 같다. 표 1의 실험 차량으로는 NF 소나타 2005산(6기통, 2000㏄, auto)를 사용하였고, 속도는 90Km/h로 정속주행하였으며, 본 발명의 첨가제를 휘발유 50ℓ에 대하여 320㎖ 첨가하였다.

[표 1]

본 발명의 첨가제 사용여부	주행거리	연료소비량	연비	주행도로
사용	428㎞	32ℓ	13.4㎞/ℓ	경부고속도로
미사용	428㎞	40ℓ	10.7㎞/ℓ	경부고속도로

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 첨가제를 사용한 차량은 첨가제를 사용하지 아니한 차량에 비하여 연료소비가 약 25% 향상되었다.

[실험예 2] 적합성 검사

본 발명의 첨가제 조성물에 대하여 연료 첨가제로서의 적합성을 확인하기 위하여 한국석유 품질원에 연료검사시험을 의뢰하였으며, 결과는 하기 표 2와 같다.

[표 2]

시험 항목	기준	시험결과
방향족 화합물	35 이하(부피%)	30(부피%)
벤젠	2 이하(부피%)	1.5(부피%)
올레핀	23 이하(부피%)	20(부피%)
황화합물	200ppm 이하	105ppm
인 화합물	0.0013(g/ℓ)이하	0.0004(g/ℓ)

[실험예 3] 유해물질 배출실험

본 발명의 첨가제를 사용한 연료와 사용하지 않은 연료에 대하여 하이드로 카본(HC), 일산화탄소(CO), 질소화합물(NOx) 및 황화합물(SOx)의 배출량에 대한 실험결과는 표 3과 같다. 주행거리 및 사용차량 및 첨가제 사용량 등은 실험예 1과 동일하다.

[표 3]

본 발명의 첨가제 사용여부	HC(g/㎞)	CO(g/㎞)	NOx (g/㎞)	SOx(g/㎞)
사용	0.08	0.46	0.26	0.21
미사용	0.10	0.75	0.34	0.33

또한, 본 발명의 연료첨가제를 가솔린 엔진 자동차의 연료뿐 아니라, 디젤엔진 자동차의 연료(경유), 또는 가정용 난방원료인 등유에 첨가 혼입했을 경우에도, 상기와 유사한 결과를 얻을 수 있는 것으로 판명되었다.

본 발명의 연료첨가제를 기존의 가솔린 연료에 적절히 첨가할 경우 다량의 산소를 함유하고 있어 연료의 완전연소를 유도하므로 연료의 효율이 높아지며, 연소기관의 부식을 방지하여 엔진의 수명을 연장하고, 유해물질의 방출을 줄임으로써 대기오염 방지하는 효과가 있다.

Claims

하기의 성분을 함유함을 특징으로 하는 연료 첨가제

(A) [화학식 1]의 화합물 30-60중량%,

(B) [화학식 2]의 화합물 30-60중량%,

(C) 유기 몰리브덴 분말 1-3중량%,

(D) 청정제 3-5중량%,

(E) 점화개선제 1-2중량%.

[화학식 1]

(상기 [화학식 1]에서 n은 4-6의 정수이고 R¹은 탄소수 2-6의 알킬기임)

[화학식 2]

(상기 [화학식 2]에서 R²는 CH₃, C₂H₅, C₃H₇중에서 선택되고, R³는 C₂H₅, C₃H₇, C₄H₉ C₅H₁₁중에서 선택됨)
제1항에 있어서, 청정제가 폴리알케닐 숙신이미드인 것을 특징으로 하는 연료첨가제.
제1항에 있어서, 점화개선제로 2-에틸헥실 니트레이트를 사용함을 특징으로 하는 연료첨가제.
제1항의 연료첨가제를 가솔린(휘발유) 60ℓ당 200-400㎖을 첨가하는 것을 특징으로 하는 연료첨가제의 혼합방법.