KR100930050B1 - 바이오디젤 부산물인 글리세린의 정제기술 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오 디젤 공장으로부터 부산물로 생산되는 저 순도 글리세린을 99% 이상의 고 순도 글리세린으로 정제하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 원료 중의 비누성분을 산 처리하여 중화시키는 단계; 글리세린 성분보다 비점이 낮은 가벼운 물질을 분무식 증류법으로 증발시키는 단계; 진공 하에서 180~250℃의 고온으로 글리세린을 증류하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바이오 디젤, 저 순도 글리세린, 증류

Description

바이오디젤 부산물인 글리세린의 정제기술{METHOD FOR PURIFYING THE GLYCERIN FROM BIO-DIESEL PLANT}

본 발명은 저 순도 글리세린의 정제 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바이오 디젤 공장으로부터 부산물로 생산되는 저 순도 글리세린을 99% 이상의 고 순도 글리세린으로 정제하기 위한 방법에 관한 것이다.

바이오 디젤 산업은 지구 환경 보호를 위하여 범세계적으로 증가하고 국내에서도 급격한 증가 추세에 있다. 바이오 디젤을 생산하는 경우 필수적으로 글리세린이 부산물로서 생산되는데 바이오 디젤의 생산 공장이 증가함에 따라 생산되는 글리세린의 양도 많아지고 있다.

일반적으로 글리세린은 94%이상의 순도로 정제되어 의약품, 화장품, 식품 및 사료 배합용, 기타 공업용으로 다양하게 사용할 수 있다. 그러나, 바이오 디젤 공장에서 부산물로 생산되는 글리세린은 생산공장에 따라 순도가 낮고 여러 종류의 불순물이 많아서 바로 사용할 수가 없다. 따라서, 저 순도의 글리세린을 고 순도 글리세린으로 정제하여 사용하여야 하지만 현재 사용되고 있는 정제기술로는 품질 수준과 생산성이 낮기 때문에 대부분의 저 순도 글리세린을 저렴한 가격으로 수출 하고 있는 실정이다.

현재 사용되고 있는 글리세린의 정제는, 원료를 원심 분리하거나 수세 분리시킨 후 진공조(vessel)에서 먼저 가벼운 물질을 증발 시키고, 다시 진공고온으로 증류하여 배취(Batch)식으로 생산하거나 또는 박막 증발기를 사용하여 진공 고온에서 정제하는 방법을 채택하고 있으나 진공조의 가열 부분에서 글리세린의 열 변화 및 낮은 증류 효율성으로 인하여 변색, 변질 및 생산성 저하를 가져오기 때문에 생산 수율이 낮을 뿐만 아니라 중소 규모의 바이오 디젤 업체에서는 경쟁력도 매우 낮고 경제성도 없는 실정이다.

따라서, 글리세린의 정제과정에서 품질을 저하시키지 않으며 적은 에너지로도 연속적으로 많은 양을 처리하여 생산성을 높임으로서 경쟁력을 제공하는 글리세린의 정제 방법이 요구되고 있다.

본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 연구한 결과 글리세린의 성분들이 고온에서 장시간 유지될 경우 열 분해로 인하여 변질됨을 발견하였으며, 진공조의 고온 코일이나 탱크 벽면에 붙어서 잘 유동하지 못하는 글리세린의 탄소 체인이 끊어지거나 탄화되어 품질과 수율이 떨어지며, 박막 증발기의 낮은 정제 효율이 생산성을 떨어지게 한다는 사실을 발견하였다. 또한, 배취(Batch) 운전에 의해 쉽게 혼입된 산소 때문에 이차적인 산화 반응으로 불량제품이 발생하게 되고 품질도 저하시킨다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 글리세린 원료의 정제시 품질을 저하시키는 요인을 제거하고, 적은 에너지를 사용하여 연속적으로 많은 양의 글리세린을 처리할 수 있는 정제방법을 제공하여 생산성을 높이고 경쟁력을 갖는 글리세린을 생산하도록 하는데 목적이 있다.

이러한 본 발명은,

바이오 디젤 공장에서 부산물로 생산되는 저 순도 글리세린의 정제 방법에 있어서,

원료중의 비누성분을 산 처리하여 중화시키는 단계;

글리세린 성분보다 비점이 낮은 가벼운 물질을 분무식 증류법으로 증발시키는 단계;

진공 하에서 180~250℃의 고온으로 글리세린을 증류하는 단계;

를 포함하는 저 순도 글리세린의 정제 방법임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 분무식 증류 방식이 외부에 열교환기를 설치하여 강제 순환식 펌프에 의한 것임을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 글리세린을 증류하는 단계가 패킹 또는 트레이 증류탑 및 강제 순환식 열교환에 의한 것임을 특징으로 한다.

본 발명은 글리세린의 정제 후 증류탑 상부의 폐열을 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 고 효율 저 비용으로 순도 99.5% 이상의 글리세린을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 불량 제품 발생률도 30% 이상 감소시킬 수 있으며, 탄화수소계 성분의 열분해를 방지함으로서 탈취 공정이 불필요한 이점이 있다.

일반적으로 바이오디젤 공장에서 생산되는 부산물은 주로 글리세린 50~90% 및 비누성분 5~20%이고 기타 지방산, 메틸에스테르, 메탄올, 수분 등으로 다양하게 이루어져 있어서 고 순도로 정제하는 기술이 쉽지 않을 뿐만 아니라 구성 성분 중에 점도가 높은 성분이 들어있어서 비점이나 비중 차이를 이용한 증류방법으로는 규모, 시간, 비용 및 순도 면에서 경제성이 떨어지는 상태이다.

따라서 본 발명은 먼저 바이오 디젤 공장에서 생산되는 부산물(이하 원료라 함) 중에 들어있는 비누성분을 산 처리하여 중화 반응시킨다. 이때 사용되는 산은 원료의 비누성분을 중화시킬 수 있는 어떠한 산이라도 가능한데 바람직하게는 염산이다.

이후, 순수 글리세린 성분을 기준으로 비점이 낮은 가벼운 물질을 증발시키는 단계가 수행되는데 기존의 진공조 내 가열용 코일(Coil)이나 자켓(Jacket)을 사용치 않고 외부에 열교환기를 설치하여 강제 순환식 펌프에 의한 분무식 증류하는 방법을 사용하여 수행된다. 이와 같은 방법은 증류 시간을 단축하여 생산성을 높이는 반면, 고온 상태에서 글리세린이 열 분해하지 못하게 하여 품질저하를 방지하게 된다.

이어서 글리세린을 정제하게 되는데 20 torr정도의 진공을 유지하면서 180~220℃의 고온에서 글리세린을 증류시킨다. 이 단계에서는 패킹 또는 트레이 증류탑 및 강제 순환식 열교환에 의한 증류방식을 이용한다. 이는 증류 효율을 높일 뿐만 아니라 글리세린과 비점차이가 비슷하여 잘 정제되지 않는 지방산, 메틸에스테르 또는 글리세라이드 등과 같은 성분들을 쉽게 정제한다. 또한 보일링 중에 쉽게 일어날 수 있는 탄화수소계 성분의 열분해를 강제 순환식 리보일러에서 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 정제능력이 향상되어 99.5% 이상의 순도를 갖는 글리세린을 탑 상부에서 얻을 수 있다. 또한 증류탑 상부의 폐열을 예열기로 회수하여 사용함으로서 패킹타워에 투입되는 에너지를 절감할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

바이오 디젤 공장 A로부터의 순도 73.3%의 글리세린을 함유하는 원료 1,000g을 염산과 중화반응 시키고 외부에 열교환기를 설치하여 강제 순환식 펌프에 의한 분무식 증류하는 방법을 사용하여 수분 등 글리세린보다 비점이 낮은 물질을 증발시킨 후 다시 20 torr정도의 진공을 유지하면서 섭씨200~220도의 고온으로 글리세린을 증류하였다. 이 글리세린에 대하여 순도를 측정한 결과 99.5%였다.

실시예 2

바이오 디젤 공장 B로부터의 순도 62.7%의 글리세린을 함유하는 원료를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 글리세린을 정제하였다. 이 글리세린의 순도를 측정한 결과 99.6%였다.

실시예 3

바이오 디젤 공장 C로부터의 순도 93.2%의 글리세린을 함유하는 원료를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 글리세린을 정제하였다. 이 글리세린의 순도를 측정한 결과 99.6%였다.

상기에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 정제 방법은 어떤 저 순도의 글리세린을 함유하는 원료도 99.5% 이상의 순도로 정제가 가능할 뿐만 아니라 잔류 글리세린이 5% 이내로 가능하였다.

Claims (4)

1. 바이오 디젤 공장에서 부산물로 생산되는 저 순도 글리세린의 정제 방법에 있어서,

   원료 중의 비누성분을 산 처리하여 중화시키는 단계;

   글리세린 성분보다 비점이 낮은 가벼운 물질을 분무식 증류법으로 증발시키는 단계;

   진공 하에서 180~250℃의 고온으로 글리세린을 증류하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 분무식 증류 방식이 외부에 열교환기를 설치하여 강제 순환식 펌프에 의한 것임을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 글리세린을 증류하는 단계가 패킹(Packing) 또는 트레이(Tray) 증류탑 및 강제 순환식 열교환에 의한 것임을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 글리세린의 정제 후 증류탑 상부의 폐열을 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.