KR100798605B1

KR100798605B1 - 유색 원료유지로부터 바이오디젤의 제조공정 중 불균일계흡착제를 이용한 바이오디젤의 정제방법

Info

Publication number: KR100798605B1
Application number: KR1020060089935A
Authority: KR
Inventors: 박돈희; 정귀택
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2008-01-28

Abstract

본 발명은 정제되지 않은 폐식용유와 같은 원료유지로부터 제조한 조바이오디젤(crude biodiesel)을 불균일계 흡착제 하에서 탈색, 이물질의 제거, 그리고 지방산 알킬에스테르의 함량을 증진시키는 정제공정에 의한 바이오디젤의 정제방법에 관한 것이다.

바이오디젤, 불균일계 촉매, 탈색, 이물질 제거, 지방산 알킬에스테르, 정제공정

Description

유색 원료유지로부터 바이오디젤의 제조공정 중 불균일계 흡착제를 이용한 바이오디젤의 정제방법{Purification method of biodiesel using heterogenous adsorbent in biodiesel producing process from colored crude oi}

도 1은 유채원유로부터 제조된 탈색 후처리 공정 전·후의 바이오디젤 사진이다.

도 2는 유채원유로부터 제조된 탈색 후처리 공정 전·후의 바이오디젤의 지방산 메틸에스테르 함량을 비교한 것이다.

도 3은 본 발명을 적용한 바이오디젤의 후처리 공정도의 예이다.

본 발명은 유색(有色) 원료유지로부터 제조한 바이오디젤의 정제공정에 있어서, 과량의 알콜이 제거되고 글리세린이 층분리 된 정제되지 않은 조바이오디젤(crude biodiesel)을 불균질계 흡착제 하에서 탈색, 이물질의 제거, 그리고 지방산 알킬에스테르의 함량을 증진시키는 정제공정에 의한 바이오디젤의 정제방법에 관한 것이다.

바이오디젤은 수송용 연료의 목적으로 생산되는 대체에너지 중에서 전 세계 적으로 가장 광범위하게 사용되고 있는 에너지원 중에 하나이다. 최근에 들어 원유가격의 상승, 화석연료의 고갈, 환경 문제 등이 야기되면서 화석연료의 대체물로서 간주되는 바이오디젤에 관한 관심이 전 세계적으로 크게 높아지고 있다. 디젤 기관에 적합한 바이오디젤을 생산하기 위해서는 일반적으로 식물성 유지이나 동물성 지방을 여러 방법에 의해 화석연료로부터 얻어지는 페트로디젤과 비슷한 특성을 갖도록 구조변형을 일으켜야 한다.

바이오디젤의 생산은 산 또는 알카리 촉매하에서 동ㅇ식물성 유지와 알콜을 반응시키면 에스테르화합물과 글리세롤이 생성된다. 에스테르화 반응 후 미 반응 알콜은 회수하여 재사용하고 글리세롤은 층 분리에 의해 회수하고, 미반응 촉매(알카리인 경우)는 산으로 중화하여 염으로 전환시킨 후, 물로 세척하여 제거한다. 마지막으로 남은 에스테르화합물은 건조과정을 거쳐 바이오디젤로 사용하게 된다. 현재 대부분 상용화 공정에서는 유지 작물로부터 추출한 식물성 유지를 원료로 사용하고 있다. 모든 종류의 알콜이 사용되지만 생산 단가를 낮추기 위해 가장 값싼 메탄올이 주로 사용되고 있다.

본 발명과 관련된 종래기술로서 대한민국 공개특허공보 제 2004-0092930호(식물성오일을 이용한 청정 바이오디젤 연료 및 그 제조 방법)는 산·알칼리 촉매를 사용하여 에스테르화 한 후 바이오디젤을 생산한 후 부가적으로 발생하는 염기 등의 부산물을 제거하기 위하여 glycolic acid류를 사용하여 정제하는 방법에 관한 것이다. 또한 대한민국 등록특허공보 제 2005-0490116호(대체연료 생산방법 및 그 장치)는 폐식용유 및 폐동식물성유지를 디젤엔진 및 경유보일러의 연료로서 사용가 능하도록 재생하는 대체연료 생산방법 및 그 장치에 관한 것으로, 폐조패류 껍질 알갱이 층을 이용하여 폐유지 중의 각종 화합물을 물리적 흡착 제거하여 정제하여 대체연료를 생산하는 방법에 관한 것이다.

결국, 본원발명과 같이 불균질계 흡착제를 사용하여 조바이오디젤에 존재하는 색소물질 등의 부산물을 제거하고 바이오디젤의 순도를 높이는 기술은 아직 실제적으로 확립되어 있지 않은 실정이다.

바이오디젤의 품질규격에는 색도에 대한 기준은 아직 정해져 있지 않으나, 심리적인 이유로 맑은 바이오디젤의 제조가 바람직하다. 본 발명에서는 정제되지 않은 원료유지로부터 바이오디젤의 제조공정 중 후처리 정제부분에서 불균질계 흡착제를 사용하여 색소물질 등의 불순물을 제거하여 최종적으로 생산된 바이오디젤의 순도를 높여 제품의 품질과 경제성을 높일 수 있다.

본 발명은 유색의 원료유지로부터 제조한 바이오디젤의 정제공정에 있어서, 과량의 알콜이 제거되고 글리세린이 층분리 된 정제되지 않은 조바이오디젤(crude biodiesel)을 흡착제 하에서 탈색, 이물질의 제거, 그리고 지방산 알킬에스테르의 함량 증진시키는 정제공정에 의한 바이오디젤의 정제방법에 관한 것이다.

본 발명에 사용한 불균질계 흡착제는 수 나노∼수 밀리미터 입자크기의 활성백토(산성백토), 점토, 제올라이트, 활성탄, 규조토, 벤토나이트, 알루미나, 실리카라이트(silicalite), 석탄회, 고탄소 fly-ach, 분자체, 질석, 퍼라이트, π-착화 합결합 흡착제, 탄소나노튜브, 필라드클레이, 고분자수지, 분자체탄소(CMS), 산화마그네슘, 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 규산나트륨, 규산칼륨, 탄산칼슘 중 선택된 어느 하나 또는 여러 종류를 혼합하여 60∼1,500℃의 온도 범위 내에서 소성 한 후, 0.1∼20 mm의 입자로 성형하여 사용할 수 있다.

본 발명에 사용한 불균질계 흡착제는 조바이오디젤 중량에 대하여 1∼50%의 비율로 사용할 수 있다.

본 발명에 사용한 조바이오디젤은 전처리공정(탈색공정)이 수행되지 않은 유색의 유채유, 대두유, 옥수수유, 팜유, 코코넛유, 자트로파유(Jatropa oil), 라드(lard oil), 평지유, 아마인유, 해바라기유, 면실유, 미강유, 피마자유, 올리브유, 우지(牛脂), 돈지(豚脂), 양지(陽地), 어유(魚油), 경유(鯨油), 폐식용유 중에서 선택된 어느 하나 또는 혼합물을 사용하여 제조한 조바이오디젤(crude biodiesel)을 원료로 사용할 수 있다.

본 발명은 조바이오디젤은 30∼120℃에서 0.1∼10시간 동안 회분식반응기 또는 관형반응기(PFR)에서 반응시켜 정제된 바이오디젤을 생산할 수 있다.

한편 본 발명은 위와 같은 방법에 의해 제조한 바이오디젤을 포함한다.

이하 본 발명을 다음의 실시예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일부 실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

전처리되지 않은 유채원유(crude rapeseed oil)를 사용하여 바이오디젤을 생산하여 얻은 시료를 활성백토를 사용하여 후처리 정제공정을 수행한 결과를 아래의 도1에 나타내었다. 반응 전의 유채원유는 중간 정도의 갈색을 띄었으며, 유채원유 바이오디젤(BD100)은 약한 녹갈색을 띄었다. 반응 후 알콜을 제거시키고 글리세린을 층분리하여 얻은 유채원유 바이오디젤(BD100)을 활성백토로 후처리 공정을 수행한 결과 엷은 노란색의 맑은 바이오디젤을 얻을 수 있었다. 후처리 전·후의 바이오디젤 시료에 대하여 가스크로마토그래피를 이용하여 KS 표준방법인 "지방 및 오일 유도체－지방산 메틸에스테르(FAME)－에스테르 및 리놀렌산 메틸에스테르 함량 분석 방법 (KS M 2413：2004)"에 의하여 분석하였다. 분석한 결과 도2에 나타낸 것과 같이 탈색 전의 바이오디젤 시료보다 후처리 공정 후의 바이오디젤 시료에서 지방산 메틸에스테르의 순도가 증가하였다.

본 발명에 의해 불균질계 흡착제를 사용하여 조바이오디젤을 정제하면 유색물질의 제거 및 고순도의 바이오디젤을 제조할 수 있다. 또한 종래의 바이오디젤 제조방법보다 폐수의 발생량을 낮출 수 있고 환경오염을 줄일 수 있다.

Claims

유색의 원료유지로부터 제조한 바이오디젤의 정제공정에 있어서, 과량의 알콜이 제거되고 글리세린이 층분리 된 정제되지 않은 조바이오디젤(crude biodiesel)을 불균질계 흡착제 하에서 탈색, 이물질의 제거, 그리고 지방산 알킬에스테르의 함량을 증진시키는 정제공정에 의한 바이오디젤의 정제방법.
제1항에 있어서, 불균질계 흡착제는 수 나노∼수 밀리미터 입자크기의 활성백토(산성백토), 점토, 제올라이트, 활성탄, 규조토, 벤토나이트, 알루미나, 실리카라이트(silicalite), 석탄회, 고탄소 fly-ach, 분자체, 질석, 퍼라이트, π-착화합결합 흡착제, 탄소나노튜브, 필라드클레이, 고분자수지, 분자체탄소(CMS), 산화마그네슘, 황산마그네슘, 탄산마그네슘, 규산나트륨, 규산칼륨, 탄산칼슘 중 선택된 어느 하나 또는 여러 종류를 혼합하여 60∼1,500℃의 온도 범위 내에서 소성 한 후, 0.1∼20 mm의 입자로 성형하여 얻음을 특징으로 하는 바이오디젤의 정제방법.
제1항에 있어서, 불균질계 흡착제는 상기 조바이오디젤 중량에 대하여 1∼50%를 사용함을 특징으로 하는 바이오디젤의 정제방법.
제1항에 있어서, 원료유지는 전처리공정(탈색공정)이 수행되지 않은 유색의 유채유, 대두유, 옥수수유, 팜유, 코코넛유, 자트로파유(Jatropa oil), 라드(lard oil), 평지유, 아마인유, 해바라기유, 면실유, 미강유, 피마자유, 올리브유, 우지(牛脂), 돈지(豚脂), 양지(陽地), 어유(魚油), 경유(鯨油), 폐식용유 중에서 선택된 어느 하나 또는 혼합물을 사용하여 제조한 조바이오디젤(crude biodiesel)을 원료로 사용함을 특징으로 하는 바이오디젤의 정제방법.
제1항에 있어서, 불균질계 흡착제는 회분식반응기 또는 관형반응기(PFR)에 넣어 반응온도 30∼120℃에서 0.1∼10시간 동안 반응하여 조바이오디젤을 정제함을 특징으로 하는 바이오디젤의 정제방법.
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