KR100762107B1 - 식용유를 원료로 한 바이오디젤의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 식용유를 바이오 디젤로 변환시키기 위해 투입하게 되는 메탄올에 의해 생성된 불순물인 글리세린과 비누 성분 및 잔류 메탄올을 분리시켜 배출처리함에 있어 폐수 생성이 없고 처리공정이 단순한 바이오 디젤의 제조방법을 제공하는데 있다

이를 위해 본 발명은 식용유로부터 바이오 디젤을 제조하는 방법에 있어서, 메탄올과 가성소다를 교반시켜 메독사이드를 형성하는 공정과;

상기 메독사이드와 식용유를 교반기에 투입하여 교반하는 공정과;

상기 교반된 액을 원심분리기에 투입하여 바이오 디젤과 불순물을 분리시켜 글리세린과 비누 성분등의 불순물을 분리 배출하는 불순물 분리 배출 공정과;

상기 불순물 분리 배출 공정을 통해 남은 바이오디젤 속에 잔류하는 불순물인 글리세린과 비누성분을 분리시키기 위해 바이오 디젤에 대한 중량비로 0.5~5%의 규산 마그네슘을 투입하여 규산마그네슘이 글리세린과 비누 성분의 분자들과 결합하여 고체 덩어리를 형성하여 석출시키게 되는 불순물 석출 공정과;

상기 불순물 석출 공정을 거친 바이오 디젤과 불순물을 이송중 고체 덩어리인 불순물을 걸러내고 액상인 바이오 디젤만 통과시켜 바이오 디젤 완제품을 얻게 되는 필터링 공정;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바이오 디젤, 식용유, 규산마그네슘

Description

식용유를 원료로 한 바이오디젤의 제조방법{Bio diesel manufacturing method using cooking oil as materials}

도 1은 본 발명에 의한 식용유를 원료로 한 바이오 디젤 제조방법을 나타낸 도면

도 2는 종래 식용유를 원료로 한 바이오 디젤의 제조 방법을 나타낸 도면

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 교반기 2 : 교반기

3 : 원심분리기 4 : 배출라인

5 : 증류기 6 : 불순물석출기

7 : 필터장치

본 발명은 식물성 대체 에너지인 바이오디젤의 제조방법에 관한 것이다.

최근 고유가와 화석에너지 고갈에 따른 대안과, 심각한 지구 온난화 및 환경 오염 유발 등으로 인해 석유 자원을 대체 할 수 있는 대체 에너지 개발의 중요성이 증대하고 있다.

석유나 석탄을 대체할 수 있는 에너지로는 풍력과 조력을 이용한 에너지 또는 태양열 발전이나 수력 발전 및 원자력 에너지 등이 있으나, 수력 발전의 경우 댐 건설에 따른 대규모 수몰과 주민들의 이주 문제 및 또다른 환경 문제를 유발하며, 원자력 발전의 경우 운전 비용이 가장 저렴하고 대규모 발전이 가능하나 방사선 폐기물의 처리 및 보관 문제와 안전성 측면에서 주민들의 동의를 받기 어려워 보급 확대에 제동이 걸리고 있으며, 풍력이나 조력 및 태양열을 이용하여 얻는 에너지는 무공해 천연 에너지이기는 하나 그로부터 얻을 수 있는 에너지의 크기가 작고 자연 현상의 변화에 따라 에너지 수급이 불안정하다는 문제가 있다.

한편, 석유 자원의 상당 부분은 수송 분야에서 사용되어지고 있는데, 자동차 엔진의 동력원으로서 경제성 측면 및 고출력을 얻을 수 있다는 점에서 현재 석유를 전면적으로 대체할 만한 다른 에너지원 및 새로운 에너지를 사용하는 동력 수단의 보편적 보급은 아직까지 요원한 실정이며, 매장량이 유한한 석유 자원의 고갈을 최대한 늦추면서 그때까지 새로운 에너지원을 확보할 수 있으냐는 인류의 미래와도 밀접한 관련성을 가지고 있다.

이때문에 최근 식물성 기름을 이용하여 디젤엔진에 사용하는 경유를 대체할 수 있는 소위 바이오 디젤 이라는 에너지에 대한 관심이 증대되고 있는바, 현재의 고유가 하에서 그의 경제성이 어느 정도 확보된 것으로 보고 있다.

바이오디젤은 식물성 기름을 주원료로 한 것으로, 그 속에는 연료 성분으로서는 부적합한 불순물인 글리세린과 비누 성분들이 다량 포함되어 있어, 미정제된 상태하에서는 엔진의 연료로서 사용하기가 곤란하므로 에스테르화 반응을 통하여 불순물을 제거하고 소위 순수한 바이오 디젤을 얻으므로서 경유를 대체하여 디젤 엔진의 연료로서 사용할 수 있게 한 대체 에너지원으로서, 주 원료인 식물성 기름으로서는 대두, 현미, 옥수수, 해바라기, 유채, 쌀겨, 팜유 등 100% 식물에서 추출된 식용유이며, 이들 식물들은 반복해서 재배되어지는 것이어서 지하에 매장되어 있는 것을 채굴하게 되는 석유 자원과는 달리 고갈의 우려가 없으며, 또 폐식용유나 동물성 지방등도 재생하여 첨가 활용 할 수 있는데, 석유 추출물인 경유와 바이오 디젤의 물성이 비슷하여 경유에 혼합하여 디젤 엔진의 연료로 사용하므로써 석유 자원의 고갈시기를 늦출 수 있는 장점이 있어 현재 바이오 디젤에 대한 중요성이 크게 부각되고 있다.

본래 LPG나 LNG등의 경유 대체연료의 경우 디젤 엔진을 오토 사이클인 스파크 점화 방식으로 개조해주어야 하는 이유로 상당한 추가 비용이 소요되나, 바이오 디젤은 경유와 물성이 극히 유사하고 옥탄가가 높아 디젤 엔진의 압축 착화에 의한 연소가 가능하여 기존 엔진의 개조 없이 사용이 가능하며, 독성이 없고 인체에 무해하며 경유보다 발화점이 높아 저장 및 수송등에 있어 안전성이 높고 취급이 용이한 장점을 가지고 있다.

이러한 바이오 디젤은 식물성 오일(식용유)에 약 12%의 메탈올(또는 메탄올과 가성소다를 혼합한 메독사이드)을 혼합하여 고르게 교반한 후 분리 공정과 순도를 높이기 위한 정제공정을 거치게 되면 바이오디젤과 비누성분을 포함한 글리세린을 얻게 되며, 최종적으로 글리세린과 비누 성분 및 물등의 불순물을 분리제거하면 순수한 바이오디젤을 얻게 되는 것이다.

상기한 바이오 디젤을 얻기 위한 종래의 제조방법을 도 2에 나타내었다.

메탄올과 가성소다를 교반기(11)를 통해 교반하여 메독사이드(methoxide)를 만든 후 다시 교반기(12)에 투입하고 여기에 식용유를 가하여 교반하면, 식용유와 메독사이드가 반응하여 바이오 디젤과 글리세린 및 비누 고형 성분이 형성된다.

이들 생성물들을 원심분리기(13)에 공급하여 원심분리시키면 각각의 비중 차이에 의해 바이오 디젤과 글리세린 및 비누 성분이 분리되며, 분리되어진 글리세린과 비누 성분은 배출하고, 바이오 디젤은 교반기(14)에 투입하고, 또 그 교반기(14)에 바이오디젤량의 2배 정도의 물을 투입하여 교반시키면(세척공정), 바이오디젤안에 포함되어 있는 글리세린과 비누성분 및 메탄올 성분이 물에 용해되어지며, 이 용액을 원심분리기(15)에 투입하여 다시 분리시키면 물에 용해된 글리세린 등의 잡성분이 분리되어져 이들 잡성분을 포함한 폐수용액은 배출라인으로 배출하고, 이와같이 물을 가하여 글리세린 등의 잡성분을 물에 용해시켜 분리 배출하는 세척 공정을 2~3회 반복하여 실시한 후 최종적으로 히터장치인 증류기(16)를 작동시켜 바이오디젤 속에 잔류하는 1~2% 정도의 물을 증발시켜 날려보내는 증류공정을 실시하므로써 바이오 디젤 완제품을 얻고 있다.

그러나 상기한 종래 제조방법은 물에 의한 세척 공정을 실시하여야 하므로 글리세린과 메탄올 성분 및 비누 성분이 물에 녹아 COD 수치가 높아진 폐수가 되어 배출하게 되므로써, 별도의 폐수 처리기를 구비하여 정화배출하여야 하므로 폐수 처리에 따른 막대한 추가 설비 비용이 필요하고 또 충분한 공업 용수를 필요로 하며, 물을 증류시키는데 많은 에너지가 사용되는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 식용유를 바이오 디젤로 변환시키기 위해 투입하게 되는 메탄올에 의해 생성된 불순물인 글리세린과 비누 성분 및 잔류 메탄올을 분리시켜 배출처리함에 있어 폐수 생성이 없고 처리공정이 단순한 바이오 디젤의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 식용유로부터 바이오 디젤을 제조하는 방법에 있어서, 메탄올과 가성소다를 교반시켜 메독사이드를 형성하는 공정과;

상기 메독사이드와 식용유를 교반기에 투입하여 교반하는 공정과;

상기 교반된 액을 원심분리기에 투입하여 바이오 디젤과 불순물을 분리시켜 글리세린과 비누 성분등의 불순물을 분리 배출하는 불순물 분리 배출 공정과;

상기 증류 공정을 통해 남은 바이오디젤 속에 잔류하는 불순물인 글리세린과 비누성분을 분리시키기 위해 바이오 디젤에 대한 중량비로 0.5~5%의 규산 마그네슘을 투입하여 규산마그네슘이 글리세린과 비누 성분의 분자들과 결합하여 고체 덩어리를 형성하여 석출시키게 되는 불순물 석출 공정과;

상기 불순물 석출 공정을 거친 바이오 디젤과 불순물을 이송중 고체 덩어리인 불순물을 걸러내고 액상인 바이오 디젤만 통과시켜 바이오 디젤 완제품을 얻게 되는 필터링 공정;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 의하면 상기 필터링 공정에 앞서 메탄올의 비등점인 67℃ 이상의 온도를 가해 바이오 디젤속의 잔류 메탄올 성분을 증발시켜 날려 버리는 증류 공정을 실시하게 되는 것을 특징으로 한다.

이하에 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 바이오 디젤의 제조방법을 나타낸 도면이다.

바이오 디젤을 제조하기 위해서는 교반기(1)에 메탄올(methanol)과 가성소다를 투입하여 고르게 교반시켜 메독사이드(methoxide)를 생성시켜 다시 교반기(2)에 투입하며, 그 교반기(2)에 식용유, 예를 들면 대두, 현미, 옥수수, 해바라기, 유채, 쌀겨 등에서 추출되는 식용유를 투입하여 고르게 교반시킨다.

식용유를 메탄올과 교반시키게 되면 식용유속의 불순물들이 메탄올이 포함된 메독사이드 성분과 반응하여 글리세린과 비누 성분이 형성되어지게 되며, 이 상태에서 원심분리기(3)에 투입하게 되면 비중 차이에 의해서 글리세린과 비누성분이 분리되면서 바이오디젤이 형성되게 되며, 분리된 고형 성분인 글리세린과 비누성분은 배출라인(4)을 통해 배출하고, 바이오디젤은 증류기(5)에 투입하여 메탄올을 증류시키기 위해 증발점 온도인 67℃ 이상의 온도를 가하여 바이오디젤에 함유된 메탄올 성분을 증류시켜 날려버리게 된다.

그러나 증류 공정을 거치더라도 바이오 디젤속에는 여전히 글리세린과 비누 성분의 불순물이 포함되어 있기 때문에 불순물 석출 공정을 실시하게 되는데, 불순물 석출장치(6)에 바이오 디젤과 그에 대한 중량비로 0.5~5%의 규산마그네슘(고체상태로 일종의 횟가루)을 투입하게 되며, 규산마그네슘이 바이오 디젤 속에 함유된 글리세린과 비누 성분과 반응하여 그들의 분자들이 결합하여 고체 덩어리를 형성하 여 석출하게 된다.

불순물 덩어리가 석출된 바이오 디젤은 다음 단계로 필터장치(7)에 투입하여 필터링 공정을 실시한다.

필터장치(7)를 거치게 되면 고체 덩어리로 석출된 불순물들이 걸러지고 액상인 바이오 디젤만 통과하여 배출되며, 필터장치(7)를 통과하면 최종적으로 높은 순도를 가진 바이오 디젤이 얻어지게 되며, 이 바이오 디젤은 주유소등에 공급하여 기존의 경유에 일정 비율을 섞어 사용하거나 또는 100% 바이오 디젤을 엔진의 연소 연료로 사용하게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 종래 바이오 디젤에 다량의 물을 교반하여 세척 공정을 반복하여 실시하는 대신 물을 매질로서 전혀 사용치 아니하고 규산마그네슘을 불순물이 함유된 중간 제조 상태의 바이오 디젤에 혼합시켜 교반하므로서 규산마그네슘이 불순물인 글리세린과 비누 성분과 반응하여 고체 덩어리로 석출되어지게 되어 이를 필터장치를 거쳐 고체 덩어리를 걸러내면 순수한 바이오 디젤이 만들어지게 되는데, 이로써 종래 물에 의한 복수회의 세척 공정 실시시의 폐수 배출 문제 및 다량의 공업용수의 소요 문제가 해소되며, 이와같이 고체 덩어리의 불순물이 석출되므로 폐수의 배출이 없어 환경 친화적이고 배출물의 처리가 간편하며, 공정의 간편화로 생산성이 높고 제조비용이 감소되며, 종래와는 달리 물을 증류시킬 필요가 없고 물보다 비등점이 낮은 메탄올의 증류 공정을 실시하게 되므로써 증류 온도가 낮아 에너지 소모가 적은 등 많은 잇점이 있다.

Claims (2)

1. 식용유로부터 바이오 디젤을 제조하는 방법에 있어서, 메탄올과 가성소다를 교반시켜 메독사이드를 형성하는 공정과;

   상기 메독사이드와 식용유를 교반기에 투입하여 교반하는 공정과;

   상기 교반된 액을 원심분리기에 투입하여 바이오 디젤과 불순물을 분리시켜 글리세린과 비누 성분등의 불순물을 분래 배출하는 불순물 분리 배출 공정과;

   메탄올의 비등점인 67℃이상의 온도로 가열시켜 메탄올을 증발시키는 증류 공정과;

   상기 증류 공정을 통해 남은 바이오디젤 속에 잔류하는 불순물인 글리세린과 비누성분을 분리시키기 위해 바이오 디젤에 대한 중량비로 0.5~5%의 규산 마그네슘을 투입하여 규산마그네슘이 글리세린과 비누 성분의 분자들과 결합하여 고체 덩어리를 형성하여 석출시키게 되는 불순물 석출 공정과;

   상기 불순물 석출 공정을 거친 바이오 디젤과 불순물을 이송중 고체 덩어리인 불순물을 걸러내고 액상인 바이오 디젤만 통과시켜 바이오 디젤 완제품을 얻게 되는 필터링 공정;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오 디젤의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 필터링 공정에 앞서 메탄올의 비등점인 67℃ 이상의 온도를 가해 바이 오 디젤 속의 잔류 메탄올 성분을 증발시켜 날려버리는 증류 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 바이오 디젤의 제조방법.

Images