액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas)를 연료(Fuel)로 하는 차량의 실제 운행단계에서 시동 꺼짐 현상 등이 발생한다는 소비자 민원이 접수 된 바 있으며, 최근 유통과정에서 녹 등의 이물질로 인한 소비자 피해 가능성이 제기되어 LPG 잔류물질(Residue) 항목에 대한 관리 필요성이 대두되었다. 본 연구에서는 LPG 국내생산 및 수입사 제품과 실제로 유통되고 있는 LPG의 잔류물질 특성을 연구하였다. LPG 잔류물질을 GC-MS를 사용하여 정성분석을 하였고, ICP-OES를 이용하여 무기물 성분을 분석하였다. GC-MS 분석결과 고무 제조공정을 용이하게 하기 위해 고무에 소량 배합하는 가소제(Plasticizer) 등이 분석되었다. 또한 ICP-OES를 이용한 무기물 분석결과 주로 LPG 생산 시 사용되는 소포제 등에서 유래된 것으로 추정되는 Si와 충전시설 등에 사용되는 그리스 첨가제 성분 등으로 추정되는 P와 Zn도 일부 검출되었다. 본 연구에서 분석된 LPG 잔류물질에 대해서는 녹 등을 유발할 수 있는 성분이 검출되지 않았지만 가소제 및 그리스 첨가제 성분이 LPG 연료계통에 영향을 줄 수 있으므로 적정품질의 고무류 사용과 저비점 그리스 첨가제 사용 확대가 필요할 것으로 보인다.
액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas)를 연료(Fuel)로 하는 차량의 실제 운행단계에서 시동 꺼짐 현상 등이 발생한다는 소비자 민원이 접수 된 바 있으며, 최근 유통과정에서 녹 등의 이물질로 인한 소비자 피해 가능성이 제기되어 LPG 잔류물질(Residue) 항목에 대한 관리 필요성이 대두되었다. 본 연구에서는 LPG 국내생산 및 수입사 제품과 실제로 유통되고 있는 LPG의 잔류물질 특성을 연구하였다. LPG 잔류물질을 GC-MS를 사용하여 정성분석을 하였고, ICP-OES를 이용하여 무기물 성분을 분석하였다. GC-MS 분석결과 고무 제조공정을 용이하게 하기 위해 고무에 소량 배합하는 가소제(Plasticizer) 등이 분석되었다. 또한 ICP-OES를 이용한 무기물 분석결과 주로 LPG 생산 시 사용되는 소포제 등에서 유래된 것으로 추정되는 Si와 충전시설 등에 사용되는 그리스 첨가제 성분 등으로 추정되는 P와 Zn도 일부 검출되었다. 본 연구에서 분석된 LPG 잔류물질에 대해서는 녹 등을 유발할 수 있는 성분이 검출되지 않았지만 가소제 및 그리스 첨가제 성분이 LPG 연료계통에 영향을 줄 수 있으므로 적정품질의 고무류 사용과 저비점 그리스 첨가제 사용 확대가 필요할 것으로 보인다.
Recently, it was emerged to need the necessity of LPG residues management due to the finding some substances such as rust. This study is performed to investigate the characteristics of LPG residues in the production and distribution stage of LPG. For the qualitative analysis of LPG residues, it was ...
Recently, it was emerged to need the necessity of LPG residues management due to the finding some substances such as rust. This study is performed to investigate the characteristics of LPG residues in the production and distribution stage of LPG. For the qualitative analysis of LPG residues, it was operated to be set up the analysis conditions(the flow rate, etc) of GC-MS and was performed to analyze the component of LPG residues. From the analysis result using GC-MS, it was shown that the component of LPG residues was turned out the plasticizer to be used in the rubber manufacturing process. The inorganic components of LPG residues were analyzed using ICP-OES. At the results of inorganic analysis, it was shown that the Si element was detected, which was presumably derived from defoamers used mainly in the LPG production. Also, the P and Zn element, which are estimated to be components of grease additives used for filling facilities, were also partially detected. No trace of rusting was detected in the LPG residues in the production and distribution stages analyzed in this study. But, as plasticizers and grease additives can affect to the LPG fuel system in vehicles, it will be necessary to use the proper quality of rubber and to expand the use of low boiling grease additives.
Recently, it was emerged to need the necessity of LPG residues management due to the finding some substances such as rust. This study is performed to investigate the characteristics of LPG residues in the production and distribution stage of LPG. For the qualitative analysis of LPG residues, it was operated to be set up the analysis conditions(the flow rate, etc) of GC-MS and was performed to analyze the component of LPG residues. From the analysis result using GC-MS, it was shown that the component of LPG residues was turned out the plasticizer to be used in the rubber manufacturing process. The inorganic components of LPG residues were analyzed using ICP-OES. At the results of inorganic analysis, it was shown that the Si element was detected, which was presumably derived from defoamers used mainly in the LPG production. Also, the P and Zn element, which are estimated to be components of grease additives used for filling facilities, were also partially detected. No trace of rusting was detected in the LPG residues in the production and distribution stages analyzed in this study. But, as plasticizers and grease additives can affect to the LPG fuel system in vehicles, it will be necessary to use the proper quality of rubber and to expand the use of low boiling grease additives.
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제안 방법
5 L씩 채취하였다. 1호와 3호는 국내생산 및 수입사 제품으로 각 상표별 시료에 대해 분석했으며, 2호는 실제 유통되고 있는 LPG 충전소시료로 각 상표별 2건씩 분석하였다. LPG 잔류물질은 ASTM D2158[15] 시험방법에 따라 100mL 대비 LPG 시료의 양을 10배로 하여 1000mL의 LPG 시료를 상온에서 완전히 기화시켜 얻었으며 관련 사진은 Figure 1과 같다.
999 %) 헬륨 (He)을 사용하였으며 Table 3에 GC-MS 분석조건을 나타내었다. Agilent ChemStation software를 이용하여 GC 조작과 데이터수집 및 해석을 수행하였다.
LPG 잔류물질의 무기물 성분 분석을 위해 ICP-OES(Inductive Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy)를 통해 정성분석 하였으며, 시료의 특성을 고려하여 지용성 및 수용성 용매를 이용한 두 가지 방법으로 모두 측정하였다. 지용성 용매분석의 경우 PerkinElmer Optima 2100DV(PerkinElmer Inc, USA)를 사용하였으며 Table 4에 분석조건을 나타내었다.
본 연구는 LPG 차량의 시동 꺼짐 등에 대한 소비자 민원제기에 따라 LPG 잔류물질의 관리 필요성이 대두되어 생산, 수입 및 유통단계의 LPG 시료를 채취하였으며 1000mL의 LPG 기화 후 얻은 LPG 잔류물질 성분분석을 통해 아래와 같은 결론을 얻었다.
상온에서 기화 후 각 상표별 남아있는 LPG 잔류물질의 무게를 측정하였다. 잔류물질의 무게는 Table 9에서 보듯이 최소 0.
지용성 용매는 등유 (Kerosene), 수용성 용매는 증류수(Water)를 사용하였다. 수용성 용매로 분석하기 위해 LPG 잔류 물질에 질산을 첨가하고 Anton-paar Microwave 3000(Anton Paar GmbH, Austria)을 이용한 전처리 후 분석하였다.
최근 LPG 연료의 유통과정에서 녹 등 이물질로 인한 피해 가능성이 제기되어, LPG 잔류물질에 대한 관리기준 도입 필요성이 대두됨에 따라본 연구에서는 생산 및 유통단계 LPG 연료의 품질기준에 따른 분석과 LPG 잔류물질에 대한 성분분석 및 잔류물질 내의 무기물 성분에 대하여 분석하였다.
대상 데이터
분석용 GC Column은 DB-35MS(15 m × 0.25 ㎜ × 0.25µm, Agilent Technologies, USA)를 사용하였다.
시험분석을 위한 LPG는 국내생산 및 수입사를 대상으로 생산 및 유통단계의 LPG 1호, 2호, 3호를 가스용 시료 용기를 사용하여 약 1.5 L씩 채취하였다. 1호와 3호는 국내생산 및 수입사 제품으로 각 상표별 시료에 대해 분석했으며, 2호는 실제 유통되고 있는 LPG 충전소시료로 각 상표별 2건씩 분석하였다.
25µm, Agilent Technologies, USA)를 사용하였다. 운반기체(Carrier gas)는 고순도(99.999 %) 헬륨 (He)을 사용하였으며 Table 3에 GC-MS 분석조건을 나타내었다. Agilent ChemStation software를 이용하여 GC 조작과 데이터수집 및 해석을 수행하였다.
수용성 용매분석의 경우 Leeman Prodigy(Teledyne Technologies, USA)를 사용하였고 Table 5에 분석조건을 나타내었다. 지용성 용매는 등유 (Kerosene), 수용성 용매는 증류수(Water)를 사용하였다. 수용성 용매로 분석하기 위해 LPG 잔류 물질에 질산을 첨가하고 Anton-paar Microwave 3000(Anton Paar GmbH, Austria)을 이용한 전처리 후 분석하였다.
이론/모형
본 연구에 사용된 LPG 연료의 품질적합 여부를 확인하기 위하여 Table 2의 시험방법에 따라 분석하였다. ASTM D 2163[12]에 따라 성분을 분석하였으며, 황 함량은 ASTM D 6667[13], 증기압 및 밀도는 KS M 8973[14], 잔류물질은 ASTM D 2158[15]에 따라 시험하였다. 동판부식과 수분은 본 연구에서는 제외하였다.
LPG 시험방법은 Table 2와 같으며 한국산업표준(KS), 미국재료시험협회(ASTM) 또는 국제표준화기구(ISO) 시험방법을 따른다. 본 연구에 사용된 LPG 연료의 품질적합 여부를 확인하기 위하여 Table 2의 시험방법에 따라 분석하였다.
1호와 3호는 국내생산 및 수입사 제품으로 각 상표별 시료에 대해 분석했으며, 2호는 실제 유통되고 있는 LPG 충전소시료로 각 상표별 2건씩 분석하였다. LPG 잔류물질은 ASTM D2158[15] 시험방법에 따라 100mL 대비 LPG 시료의 양을 10배로 하여 1000mL의 LPG 시료를 상온에서 완전히 기화시켜 얻었으며 관련 사진은 Figure 1과 같다.
1. 1000 mL의 LPG 시료의 잔류물질의 무게는 0.01g 미만으로 매우 소량이었으며 GC-MS scan 모드 정성분석 결과 주로 가소제(Plasticizer)가 검출되었다. 가소제는 총 3종 Benzenesulfonic acid butyl amide (BBS), Bis(2-ethylhexyl) adipate(DEHA), Bis(2-ethylhexyl) phthalate(DEHP)로 분석되었으며 LPG 연료의 생산 공정, 유통단계에서 사용된 고무류 사용이 주요 원인이 될 수 있다
2. LPG 잔류물질의 무기물 분석결과에서 Si, P, Zn이 매우 소량으로 검출되었으며 주로 Si 성분이 많았다. 검출된 Si의 경우 LPG 충전소에서 수거된 그리스의 주요성분이 Si로 분석된 결과를 통해 LPG 충전소에서 충전 시 기밀유지용으로 사용하고 있는 Si계 그리스(Grease) 및 LPG 생산 시 사용되는 소포제로 추정되며 P와 Zn은 충전시설 등에 사용되는 그리스에 첨가되는 극압 첨가제 등의 첨가제 성분으로 추정된다.
GC-MS 스펙트럼 분석결과 총 3개의 화합물이 검출되었다. LPG 잔류물질의 주요 성분은 Phthalate, Adipate, Amide 종류의 고비점 화합물인 가소제 (Plasticizer) 3종 Benzenesulfonic acid butyl amide(BBS), Bis(2-ethylhexyl) adipate(DEHA), Bis(2-ethylhexyl) phthalate(DEHP)로 분석되었다. 가소제 3종의 구조식은 Figure 5에서 나타내었다.
LPG 품질기준에 따른 조성, 황함량, 증기압, 밀도에 대한 분석결과 품질기준에 적합하였다. LPG 1호의 분석결과는 Table 6에 나타내었으며 프로판(C3 탄화수소, Propane)의 함량이 90% 이상임을 확인할 수 있다.
후속연구
3. 본 연구에서는 국내 생산, 수입 및 유통단계 LPG에 대한 LPG 잔류물질을 분석하였고 그 결과, 본 연구의 24건의 LPG 잔류물질에서는 녹 등을 유발할 수 있는 성분은 검출되지 않았지만 가소제 및 그리스 첨가제 성분이 LPG 연료계통에 영향을 줄 수 있으므로 적정품질의 고무류 사용과 저비점 그리스 첨가제 사용 확대가 필요할 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
액화석유가스(LPG)의 장점은?
세계적으로 액화석유가스(LPG)는 청정성, 안정성 및 자동차 연료로서의 장점 때문에 오래전부터 사용되어 왔다. LPG와 관련된 기술개발도 꾸준히 이루어져 왔으나, 2016년까지 증가했던 LPG 수요가 감소로 전환되었다[1].
LPG 잔류물질 성분분석 결과 어떤 성분들이 차체에 영향을 주었는가?
3. 본 연구에서는 국내 생산, 수입 및 유통단계 LPG에 대한 LPG 잔류물질을 분석하였고 그 결과, 본 연구의 24건의 LPG 잔류물질에서는 녹 등을 유발할 수 있는 성분은 검출되지 않았지만 가소제 및 그리스 첨가제 성분이 LPG 연료계통에 영향을 줄 수 있으므로 적정품질의 고무류 사용과 저비점 그리스 첨가제 사용 확대가 필요할 것으로 보인다
LPG 연료의 특징은?
겨울용의 경우 프로판(C3 탄화수소, Propane) 비중이 여름용보다 크게 차지하고 있다[2]. LPG 연료는 청정성으로 인해 규제물질인 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 등이 매우 적게 배출되고 미세입자 (PM) 배출량이 극히 낮은 수준이며[3,4] 자동차 배출가스 중 유해물질인 알데히드, 벤젠 등도 가솔린이나 디젤 차량에 비해 현저히 적은 양이 배출되고 있다. 청정연료인 천연가스와 같이 저공해 성을 보이고 있는 연료로 사용되고 있으며 2017년 국내 LPG 소비량은 108,961천 배럴(Barrel)로 1차 에너지 중 가장 많이 소비되고 있는 석유제품인 납사(Naphtha), 자동차용 경유, LPG, 휘발유 중에서 13.
참고문헌 (18)
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