KR101297204B1 - 바이오디젤의 유동점 강하 방법 - Google Patents
바이오디젤의 유동점 강하 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101297204B1 KR101297204B1 KR20120125105A KR20120125105A KR101297204B1 KR 101297204 B1 KR101297204 B1 KR 101297204B1 KR 20120125105 A KR20120125105 A KR 20120125105A KR 20120125105 A KR20120125105 A KR 20120125105A KR 101297204 B1 KR101297204 B1 KR 101297204B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- oil
- biodiesel
- pour point
- methyl ester
- coor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11C—FATTY ACIDS FROM FATS, OILS OR WAXES; CANDLES; FATS, OILS OR FATTY ACIDS BY CHEMICAL MODIFICATION OF FATS, OILS, OR FATTY ACIDS OBTAINED THEREFROM
- C11C3/00—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom
- C11C3/003—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom by esterification of fatty acids with alcohols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/04—Liquid carbonaceous fuels essentially based on blends of hydrocarbons
- C10L1/08—Liquid carbonaceous fuels essentially based on blends of hydrocarbons for compression ignition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C31/00—Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
- C07C31/18—Polyhydroxylic acyclic alcohols
- C07C31/22—Trihydroxylic alcohols, e.g. glycerol
- C07C31/225—Glycerol
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C67/00—Preparation of carboxylic acid esters
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C67/00—Preparation of carboxylic acid esters
- C07C67/03—Preparation of carboxylic acid esters by reacting an ester group with a hydroxy group
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C67/00—Preparation of carboxylic acid esters
- C07C67/475—Preparation of carboxylic acid esters by splitting of carbon-to-carbon bonds and redistribution, e.g. disproportionation or migration of groups between different molecules
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G3/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/02—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only
- C10L1/026—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only for compression ignition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11B—PRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
- C11B3/00—Refining fats or fatty oils
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11C—FATTY ACIDS FROM FATS, OILS OR WAXES; CANDLES; FATS, OILS OR FATTY ACIDS BY CHEMICAL MODIFICATION OF FATS, OILS, OR FATTY ACIDS OBTAINED THEREFROM
- C11C3/00—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom
- C11C3/04—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom by esterification of fats or fatty oils
- C11C3/10—Ester interchange
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
- C10G2300/20—Characteristics of the feedstock or the products
- C10G2300/30—Physical properties of feedstocks or products
- C10G2300/304—Pour point, cloud point, cold flow properties
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
- Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Fats And Perfumes (AREA)
- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
Abstract
본 발명은 바이오디젤의 유동점 강하 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 (1) 탈수반응을 통해 유지로부터 물을 제거하는 단계, (2) 탈수된 유지와 메탄올의 에스테르 교환반응을 통해 메틸에스테르 및 글리세롤을 생성하는 단계, (3) 글리세롤로부터 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하는 단계, (4) CH2=C(CH3)-COOR에 C5 내지 C12의 알킬벤젠을 혼합하는 단계, 및 (5) 단계 (4)의 생성물과 상기 메틸에스테르를 혼합하는 단계를 포함하되, CH2=C(CH3)-COOR에서, R은 C5 내지 C12의 알킬기인 것을 그 구성상의 특징으로 한다. 또한, 본 발명은, 이와 같은 방법으로 유동점이 강하된 바이오디젤을 제공하는 것을 또 다른 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 바이오디젤의 유동점 강하 방법에 따르면, (1) 탈수반응을 통해 유지로부터 물을 제거하는 단계, (2) 탈수된 유지와 메탄올의 에스테르 교환반응을 통해 메틸에스테르 및 글리세롤을 생성하는 단계, (3) 글리세롤로부터 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하는 단계, (4) CH2=C(CH3)-COOR에 C5 내지 C12의 알킬벤젠을 혼합하는 단계, 및 (5) 단계 (4)의 생성물과 메틸에스테르를 혼합하는 단계를 포함하고, 단계 (1)과 단계 (2) 사이에 유지 내에 포함된 유리지방산을 메탄올과의 에스테르반응을 통해 메틸에스테르를 생성하는 단계를 더 포함함으로써, 다른 화합물을 첨가하거나 기존의 경유와의 혼합 없이 유지로부터 바이오디젤을 제조하는 과정에서 바이오디젤의 유동점을 강하시키는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에 따르면, 이와 같은 방법으로 유동점이 강하된 바이오디젤을 제공할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 바이오디젤의 유동점 강하 방법에 따르면, (1) 탈수반응을 통해 유지로부터 물을 제거하는 단계, (2) 탈수된 유지와 메탄올의 에스테르 교환반응을 통해 메틸에스테르 및 글리세롤을 생성하는 단계, (3) 글리세롤로부터 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하는 단계, (4) CH2=C(CH3)-COOR에 C5 내지 C12의 알킬벤젠을 혼합하는 단계, 및 (5) 단계 (4)의 생성물과 메틸에스테르를 혼합하는 단계를 포함하고, 단계 (1)과 단계 (2) 사이에 유지 내에 포함된 유리지방산을 메탄올과의 에스테르반응을 통해 메틸에스테르를 생성하는 단계를 더 포함함으로써, 다른 화합물을 첨가하거나 기존의 경유와의 혼합 없이 유지로부터 바이오디젤을 제조하는 과정에서 바이오디젤의 유동점을 강하시키는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에 따르면, 이와 같은 방법으로 유동점이 강하된 바이오디젤을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 바이오디젤의 유동점 강하 방법 및 그 방법에 의해 유동점이 강하된 바이오 디젤에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다른 화합물을 첨가하거나 기존의 경유와의 혼합 없이 유지로부터 바이오디젤을 제조하는 과정에서 바이오디젤의 유동점을 강하시킬 수 있는, 바이오디젤의 유동점 강하 방법 및 그 방법에 의해 유동점이 강하된 바이오 디젤에 관한 것이다.
바이오디젤(biodiesel)은 바이오에탄올과 함께 가장 널리 사용되는 바이오연료로서, 일반적으로 천연유지인 동식물성 유지를 알코올에 반응시켜 만든 순도 97% 이상의 메틸에스테르라는 물질을 말한다. 이와 같은 바이오디젤은, 분자 내 산소를 포함하고 있는 친환경적인 연료인바, 석유를 원천으로 하는 연료의 보유량 감소와 이러한 연료 사용에 따른 환경 파괴의 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 대체에너지촉진법상 대체에너지로 인정돼 면세 혜택을 받고 있어, 대체 연료로서 그 이용률이 점점 증가하고 있는 추세이다.
한편, 디젤 연료는 원유에서 얻은 것이든 유지로부터 얻은 것이든 일반적으로 낮은 온도에서 침전되어 겔 구조를 갖는 커다란 결정체나 구결정(spherulite)의 왁스를 형성하고 있다. 이러한 결정체나 구결정(spherulite)의 왁스는 연료의 유동 능력을 저하시키는 것으로, 주로 파라핀 성분(알칸 성분)으로 이루어져 있다. 유동점(pour point)이란 과도한 왁스로 인해 연료의 흐름이 방해받지 않는 가장 낮은 온도를 의미하며, 디젤 연료의 온도가 내려가서 유동점에 도달하게 되면, 연료의 이송 라인이나 연료펌프에서의 이송에 있어서 문제가 발생한다. 특히, 유지로부터 수득된 바이오디젤은 비교적 높은 유동점, 예컨대 팜유(palm oil)나 우지(牛脂)의 경우, 이를 통해 생산된 메틸에스테르의 유동점은 10~20℃ 정도여서 우리나라와 같은 한랭한 기후에서는 연료가 응고되어 디젤엔진의 연료 투입구에 막힘 현상 등이 발생하여 엔진의 원활한 가동을 방해하는 문제점이 발생할 수 있다.
이를 해결하기 위해, 천연 유지로부터 얻은 바이오디젤에 기존의 경유를 혼합하는 방법을 사용하고 있지만(BD5 등), 이러한 배합물은 동식물성 유지로부터 얻은 바이오디젤보다 기존의 경유의 함량 비율이 훨씬 높기 때문에 여전히 원유 보유량 감소와 환경 파괴의 문제점을 가지고 있다.
이상에서 살펴본 결과, 다른 화합물을 첨가하거나 기존의 경유와의 혼합 없이 유지로부터 바이오디젤을 제조하는 과정에서 바이오디젤의 유동점을 강하시킬 수 있는 방법에 대한 관심이 증가와 함께, 관련 연구가 이루어지고 있으나(제10-2009-0076234호 참조), 아직 미비한 실정이다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, (1) 탈수반응을 통해 유지로부터 물을 제거하는 단계, (2) 탈수된 유지와 메탄올의 에스테르 교환반응을 통해 메틸에스테르 및 글리세롤을 생성하는 단계, (3) 글리세롤로부터 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하는 단계, (4) CH2=C(CH3)-COOR에 C5 내지 C12의 알킬벤젠을 혼합하는 단계, 및 (5) 단계 (4)의 생성물과 메틸에스테르를 혼합하는 단계를 포함하고, 단계 (1)과 단계 (2) 사이에 유지 내에 포함된 유리지방산을 메탄올과의 에스테르반응을 통해 메틸에스테르를 생성하는 단계를 더 포함함으로써, 다른 화합물을 첨가하거나 기존의 경유와의 혼합 없이 유지로부터 바이오디젤을 제조하는 과정에서 바이오디젤의 유동점을 강하시키는 것이 가능한, 바이오디젤의 유동점 강하 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 이와 같은 방법으로 유동점이 강하된 바이오디젤을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 바이오디젤의 유동점 강하 방법은,
(1) 탈수반응을 통해 유지로부터 물을 제거하는 단계;
(2) 탈수된 상기 유지와 메탄올의 에스테르 교환반응을 통해 메틸에스테르 및 글리세롤을 생성하는 단계;
(3) 상기 글리세롤로부터 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하는 단계;
(4) 상기 CH2=C(CH3)-COOR에 C5 내지 C12의 알킬벤젠을 혼합하는 단계; 및
(5) 상기 단계 (4)의 생성물과 상기 메틸에스테르를 혼합하는 단계를 포함하되,
상기 CH2=C(CH3)-COOR에서,
R은 C5 내지 C12의 알킬기인 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 단계 (1) 과 단계 상기 (2) 사이에
상기 유지 내에 포함된 유리지방산을 메탄올과의 에스테르반응을 통해 메틸에스테르를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 유리지방산은,
상기 유지 내에 1% 이상의 함량으로 포함될 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (3)은,
(3-1) 균주를 이용한 발효에 의해 글리세롤{C3H5(OH)3}로부터 프로판디올(C3H8O2)을 생성하는 단계;
(3-2) 탈수반응을 통해 상기 프로판디올(C3H8O2)로부터 CH2=C(CH3)-OH를 생성하는 단계; 및
(3-3) 상기 CH2=C(CH3)-OH를 RCOOH로 에스테르화반응을 시킴으로써 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (5)에서,
상기 CH2=C(CH3)-COOR는 95~98중량%, 상기 알킬벤젠은 2~5중량%로 혼합할 수 있다.
바람직하게는, 상기 유지는,
동물성 유지, 식물성 유지 또는 폐유일 수 있다.
바람직하게는, 상기 어느 하나의 방법에 의해 유동점이 강하된 바이오디젤을 제공할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 바이오디젤의 유동점 강하 방법에 따르면, (1) 탈수반응을 통해 유지로부터 물을 제거하는 단계, (2) 탈수된 유지와 메탄올의 에스테르 교환반응을 통해 메틸에스테르 및 글리세롤을 생성하는 단계, (3) 글리세롤로부터 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하는 단계, (4) CH2=C(CH3)-COOR에 C5 내지 C12의 알킬벤젠을 혼합하는 단계, 및 (5) 단계 (4)의 생성물과 메틸에스테르를 혼합하는 단계를 포함하고, 단계 (1)과 단계 (2) 사이에 유지 내에 포함된 유리지방산을 메탄올과의 에스테르반응을 통해 메틸에스테르를 생성하는 단계를 더 포함함으로써, 다른 화합물을 첨가하거나 기존의 경유와의 혼합 없이 유지로부터 바이오디젤을 제조하는 과정에서 바이오디젤의 유동점을 강하시키는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에 따르면, 이와 같은 방법으로 유동점이 강하된 바이오디젤을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오디젤의 유동점 강하 방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오디젤의 유동점 강하 방법의 단계 S400에 대한 세부 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오디젤의 유동점 강하 방법의 단계 S400에 대한 세부 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오디젤의 유동점 강하 방법의 순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오디젤의 유동점 강하 방법은, 탈수공정을 통해 유지로부터 물을 제거하는 단계(S100), 탈수된 유지와 메탄올의 에스테르 교환반응을 통해 메틸에스테르 및 글리세롤을 생성하는 단계(S300), 글리세롤로부터 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하는 단계(S400), CH2=C(CH3)-COOR에 C5 내지 C12의 알킬벤젠을 혼합하는 단계(S500) 및 단계 S500의 생성물과 메틸에스테르를 혼합하는 단계(S600)를 포함하여 구성될 수 있고, 단계 S100과 S300 사이에, 유지 내에 포함된 유리지방산을 메탄올과의 에스테르반응을 통해 메틸에스테르를 생성하는 단계(S200)를 더 포함할 수 있다.
단계 S100은, 유지(油脂)로부터 바이오디젤을 제조하기 위한 전처리 공정으로서, 보다 구체적으로는, 탈수공정을 통해 유지, 바람직하게는 동물성 유지, 식물성 유지 또는 폐식용유로부터 물을 제거한다. 즉, 유지에 물(수분)이 다량 함유되어 있으면 후술할 산 또는 알칼리 촉매를 통한 에스테르 교환반응이나 에스테르반응이 용이하게 진행되지 않아 바이오디젤의 제조가 어려운 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 탈수공정을 통해 원료인 유지로부터 물을 제거함으로써 에스테르 교환반응이나 에스테르반응이 원활히 진행되어 바이오디젤의 제조가 용이하게 할 수 있다.
단계 S300에서는, 단계 S100에 의해 탈수된 유지를 메탄올과의 에스테르 교환반응을 통해 메틸에스테르 및 글리세롤을 생성하며, 이는 하기의 반응식 1로 표현될 수 있다.
[반응식 1]
에스테르 교환반응은 산 또는 알칼리 촉매를 사용할 수 있는데, 황산은 메탄올에 임의대로 용해되는 반면, NaOH는 28℃ 전후에서 19.3% 정도가 용해되어 용이하게 메톡시드(methoxide)를 생성할 수 있는바, NaOH를 촉매로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, NaOH를 메탄올에 용해하기 전에 여과장치를 통해서 NaOH로부터 불순물을 제거하는 것이 바람직하다. 에스테르 교환반응은 배치식 공정(batch process), 연속식 공정(continuous process), 임계온도 공정(supercritical method) 또는 효소공정 등의 다양한 공정을 통하여 이루어질 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
한편, 원료인 유지는 지방산글리세리드(free fatty acid glyceride)와 지방산(free fatty acid, FFA)이 혼합된 상태인데, 동물성 유지인 우지(牛脂) 또는 돈지(豚脂)는 1% 이상의 유리지방산을 포함하고 있다. 유지에 함유된 유리지방산(FFA)의 함량이 1% 이상인 경우, 알칼리 촉매를 이용하여 에스테르 반응을 진행할 때 유리지방산(FFA)이 비누화가 되어 에스테르반응이 원활하게 진행되지 않는 문제점이 있다.
이를 방지하기 위해, 원료인 유지에 함유된 유리지방산(free fatty acid, FFA)의 함량이 1% 이상인 경우, 에스테르 교환반응을 수행하기 전, 단계 S200을 통해 유지에 함유된 유리지방산을 메탄올과의 에스테르반응을 통해 메틸에스테르를 생성하는 것이 바람직하며, 이는 하기의 반응식 2로 표현될 수 있다.
[반응식 2]
에스테르 반응은 산 또는 알칼리 촉매를 사용할 수 있지만, 바람직하게는 황산(H2SO4)을 촉매로 사용하며, 메탄올과의 에스테르 반응을 통해 발생하는 수증기는 응축하여 메탄올 정제탑으로 보내져서 제거될 수 있다. 에스테르 반응은 배치식 공정(batch process), 연속식 공정(continuous process), 임계온도 공정(supercritical method) 또는 효소공정 등의 다양한 공정을 통하여 이루어질 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
한편, 식물성 유지, 특히 RBD 팜유(가공팜유)와 같이 유리지방산을 1% 미만으로 포함하는 경우에는 탈수공정 후 에스테르 반응을 거치지 않고, 바로 단계 S300에 의한 에스테르교환반응을 수행함으로써 메틸에스테르 및 글리세롤을 생성하는 것이 바람직하다.
단계 S400에서는, 단계 S300을 통해 생성된 글리세롤로부터 CH2=C(CH3)-COOR을 생성한다. 즉, 단계 S400은 단계 S200 및 단계 S300을 통해 생성된 메틸에스테르의 유동점을 낮추기 위한 단계로서, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오디젤의 유동점 강하 방법의 단계 S400에 대한 세부 순서도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오디젤의 유동점 강하 방법의 단계 S400은, 균주를 이용한 발효에 의해 글리세롤{C3H5(OH)3}로부터 프로판디올(C3H8O2)을 생성하는 단계(S410), 탈수반응을 통해 프로판디올(C3H8O2)로부터 CH2=C(CH3)-OH를 생성하는 단계(S420) 및 CH2=C(CH3)-OH를 RCOOH로 에스테르화반응을 시킴으로써 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하는 단계(S430)를 포함할 수 있다.
단계 S410에서는, 글리세롤{C3H5(OH)3}을 전환하여 프로판디올(C3H8O2)을 생성하며, 보다 구체적으로는, 균주를 이용한 발효에 의해 프로판디올(C3H8O2), 바람직하게는 1,3-프로판디올을 생성할 수 있다. 균주에 의한 발효 과정은 2 단계의 효소 촉매 반응에 의해 글리세롤로부터 1,3-프로판디올을 생성할 수 있으며, 이러한 균주들은 시트로박터(Citrobacter), 클로스트리듐(Clostridium), 엔테로박터(Enterobacter), 일리오박터(Ilyobacter) 및 락토바실러스(Lactobacillus)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 즉, 발효 과정의 제1단계에서는, 탈수효소가 글리세롤을 3-히드록시프로피온알데히드 (3-Hydroxypropionaldehyde) 및 물로의 전환을 촉매할 수 있으며, 이는 하기의 반응식 3으로 표현될 수 있다. 이후, 제2단계에서는, NAD+ 연결 산화환원효소에 의해 3-히드록시프로피온알데히드가 1,3-프로판디올로 환원될 수 있으며, 이는 하기의 반응식 4로 표현될 수 있다.
[반응식 3]
[반응식 4]
단계 S420에서는, 탈수반응을 통해 단계 S410에 의해 생성된 프로판디올(C3H8O2)로부터 CH2=C(CH3)-OH를 생성하며, 이는 하기의 반응식 5로 표현될 수 있다.
[반응식 5]
단계 S430에서는, 단계 S420에 의해 생성된 CH2=C(CH3)-OH를 RCOOH로 에스테르화반응을 시킴으로써 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하며, 이는 하기의 반응식 6으로 표현될 수 있으며, 여기서, R은 C5 내지 C12의 알킬기인 것이 바람직하다.
[반응식 6]
단계 S430을 통하여 제조된 CH2=C(CH3)-COOR은, 단계 S200 및 단계 S300을 통해 생성된 메틸에스테르와 혼합함으로써 메틸에스테르의 유동점을 현저하게 낮출 수 있다.
단계 S500에서는, 단계 S400에 의해 생성된 CH2=C(CH3)-COOR에 C5 내지 C12의 알킬벤젠을 혼합하며, 이를 통해 메틸에스테르의 유동점을 더욱 낮출 수 있다. 보다 구체적으로, C5 내지 C12의 알킬벤젠은 CH2=C(CH3)-COOR의 산화를 방지하는 산화방지제 역할을 함과 동시에, 유동점 강하효과를 더욱 좋게 하기 위한 것으로, CH2=C(CH3)-COOR는 95~98중량%, C5 내지 C12의 알킬벤젠은 2~5중량%로 혼합하는 것이 바람직하지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
단계 S600에서는, 단계 S500의 생성물과 메틸에스테르를 혼합한다. 즉, 유지로부터 생성된 메틸에스테르와 글리세롤로부터 생성된 CH2=C(CH3)-COOR와 C5 내지 C12의 알킬벤젠의 혼합물을 서로 혼합함으로써 메틸에스테르의 유동점이 현저히 낮아지게 되는바, 다른 화합물을 첨가하거나 기존의 경유와의 혼합 없이 바이오디젤의 유동점을 강하시킬 수 있어, 결과적으로 천연 유지만으로도 저온 유동점을 갖는 바이오디젤을 제조할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 효과를 실험예를 통하여 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 하기 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실험예]
바이오디젤의 유동점 측정 실험
본 발명에 따른 바이오디젤의 유동점 하강 효과를 확인하기 위하여 하기와 같이 실험을 진행하였다.
바이오디젤을 제조하기 위한 원료로서 동물성 유지인 우지(분자량 848, 유동점 38℃, FFA: 2.0)를 이용하였다. 탈수공정을 통해 우지로부터 물을 제거하고, 우지 내 포함된 유리지방산을 메탄올과 에스테르반응을 수행하였으며, 이때 촉매는 황산촉매를 사용하였다. 이 후 NaOH 촉매를 사용하여 우지와 메탄올과의 에스테르 교환반응을 수행하여 메틸에스테르와 글리세롤을 생성하였다. 시트로박터(Citrobacter)를 이용하여 글리세롤을 발효시켜 프로판디올(C3H8O2)을 생성하고, 이를 탈수반응을 통해 CH2=C(CH3)-OH를 생성한 후, 생성된 CH2=C(CH3)-OH를 C5H11COOH로 에스테르화반응을 시킴으로써 CH2=C(CH3)-COOC5H11을 생성하고, CH2=C(CH3)-COOC5H11 95중량%, 펜틸벤젠 5중량%로 혼합하였다. 메틸에스테르를 CH2=C(CH3)-COOC5H11와 펜틸벤젠의 혼합물과 서로 혼합한 후, 유동점 시험기(MPC-602, TANAKA)를 이용하여 KS M2016 방법에 따라 유동점을 측정하였고, 그 결과 -15℃의 유동점을 나타내었다. 통상적으로 천연 유지로부터 생성되는 메틸에스테르의 유동점이 10~20℃임을 고려할 때, 본 발명에 따른 방법은 바이오디젤의 유동점을 하강시키는데 매우 효과적임을 알 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
S100: 탈수공정을 통해 유지로부터 물을 제거하는 단계
S200: 유지 내에 포함된 유리지방산을 메탄올과의 에스테르반응을 통해 메틸에스테르를 생성하는 단계
S300: 탈수된 유지와 메탄올의 에스테르 교환반응을 통해 메틸에스테르 및 글리세롤을 생성하는 단계
S400: 글리세롤로부터 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하는 단계
S500: CH2=C(CH3)-COOR에 C5 내지 C12의 알킬벤젠을 혼합하는 단계
S600: 단계 S500의 생성물과 메틸에스테르를 혼합하는 단계
S200: 유지 내에 포함된 유리지방산을 메탄올과의 에스테르반응을 통해 메틸에스테르를 생성하는 단계
S300: 탈수된 유지와 메탄올의 에스테르 교환반응을 통해 메틸에스테르 및 글리세롤을 생성하는 단계
S400: 글리세롤로부터 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하는 단계
S500: CH2=C(CH3)-COOR에 C5 내지 C12의 알킬벤젠을 혼합하는 단계
S600: 단계 S500의 생성물과 메틸에스테르를 혼합하는 단계
Claims (7)
- (1) 탈수반응을 통해 유지로부터 물을 제거하는 단계;
(1-2) 상기 단계 (1)에서 물이 제거된 유지 내에 포함된 유리지방산이 상기 유지의 전체 중량을 기준으로 1중량% 이상 포함된 경우, 상기 유지 내에 포함된 유리지방산을 메탄올과의 에스테르반응을 통해 메틸에스테르를 생성하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)의 탈수 및 상기 단계 (1-2)의 유리지방산 제거과정을 거친 유지와 메탄올의 에스테르 교환반응을 통해 메틸에스테르 및 글리세롤을 생성하는 단계;
(3) 상기 글리세롤로부터 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하는 단계;
(4) 상기 CH2=C(CH3)-COOR에 C7 내지 C12의 알킬벤젠을 혼합하는 단계; 및
(5) 상기 단계 (4)의 생성물과 상기 메틸에스테르를 혼합하는 단계를 포함하되,
상기 CH2=C(CH3)-COOR에서,
R은 C5 내지 C12의 알킬기인 것을 특징으로 하는, 바이오디젤의 유동점 강하 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 단계 (3)은,
(3-1) 균주를 이용한 발효에 의해 글리세롤{C3H5(OH)3}로부터 프로판디올(C3H8O2)을 생성하는 단계;
(3-2) 탈수반응을 통해 상기 프로판디올(C3H8O2)로부터 CH2=C(CH3)-OH를 생성하는 단계; 및
(3-3) 상기 CH2=C(CH3)-OH를 RCOOH로 에스테르화반응을 시킴으로써 CH2=C(CH3)-COOR을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오디젤의 유동점 강하 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 (4)에서,
상기 CH2=C(CH3)-COOR는 95~98중량%, 상기 알킬벤젠은 2~5중량%로 혼합하는 것을 특징으로 하는, 바이오디젤의 유동점 강하 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유지는,
동물성 유지, 식물성 유지 또는 폐유인 것을 특징으로 하는, 바이오디젤의 유동점 강하 방법.
- 삭제
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20120125105A KR101297204B1 (ko) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | 바이오디젤의 유동점 강하 방법 |
PCT/KR2013/009908 WO2014073826A1 (ko) | 2012-11-06 | 2013-11-04 | 바이오디젤의 유동점 강하 방법 및 그 방법에 의해 유동점이 강하된 바이오 디젤 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20120125105A KR101297204B1 (ko) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | 바이오디젤의 유동점 강하 방법 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101297204B1 true KR101297204B1 (ko) | 2013-08-16 |
Family
ID=49220658
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR20120125105A KR101297204B1 (ko) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | 바이오디젤의 유동점 강하 방법 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101297204B1 (ko) |
WO (1) | WO2014073826A1 (ko) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120002022A (ko) * | 2010-06-30 | 2012-01-05 | 한국에너지기술연구원 | 바이오디젤 원료유 제조 방법 및 상기 바이오디젤 원료유를 이용한 바이오디젤 제조 방법 |
KR101168092B1 (ko) * | 2011-11-08 | 2012-07-24 | 진주현 | 글리세롤로부터 유동점 강하제를 제조하는 방법 및 제조된 유동점 강하제 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6025478B2 (ja) * | 1977-03-17 | 1985-06-18 | 花王株式会社 | 脂肪酸低級アルコ−ルエステルの製造法 |
KR100456450B1 (ko) * | 2002-12-04 | 2004-11-10 | 주식회사 무궁화 | 폐글리세롤을 1,3-프로판디올로 전환하는 신균주 및이를 이용한 1,3-프로판디올 생산방법 |
-
2012
- 2012-11-06 KR KR20120125105A patent/KR101297204B1/ko active IP Right Grant
-
2013
- 2013-11-04 WO PCT/KR2013/009908 patent/WO2014073826A1/ko active Application Filing
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120002022A (ko) * | 2010-06-30 | 2012-01-05 | 한국에너지기술연구원 | 바이오디젤 원료유 제조 방법 및 상기 바이오디젤 원료유를 이용한 바이오디젤 제조 방법 |
KR101168092B1 (ko) * | 2011-11-08 | 2012-07-24 | 진주현 | 글리세롤로부터 유동점 강하제를 제조하는 방법 및 제조된 유동점 강하제 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014073826A1 (ko) | 2014-05-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Moser | Biodiesel production, properties, and feedstocks | |
Fereidooni et al. | Trans-esterification of waste cooking oil with methanol by electrolysis process using KOH | |
Velasquez-Orta et al. | Alkaline in situ transesterification of Chlorella vulgaris | |
US10961473B2 (en) | Process for producing biodiesel and related products | |
JP5001287B2 (ja) | 炭化水素燃料の調製のための方法 | |
US20090131711A1 (en) | Single-stage esterification of oils and fats | |
WO2013020514A1 (zh) | 一种制备高纯度生物柴油的方法 | |
EP1512738B1 (en) | Process for producing fatty acid alkyl ester composition | |
Panneerselvam et al. | Poultry fat—a cheap and viable source for biodiesel production | |
CN102257108B (zh) | 甲磺酸用于制备脂肪酸酯的方法 | |
Panchal et al. | Optimization and kinetics of tung nut oil transesterification with methanol using novel solid acidic ionic liquid polymer as catalyst for methyl ester synthesis | |
Mueanmas et al. | Feasibility study of reactive distillation column for transesterification of palm oils | |
Manurung et al. | Biodiesel production from ethanolysis of palm oil using deep eutectic solvent (DES) as co-solvent | |
KR101297204B1 (ko) | 바이오디젤의 유동점 강하 방법 | |
Math et al. | Optimization of restaurant waste oil methyl ester yield | |
Anastopoulos et al. | CaO loaded with Sr (NO 3) 2 as a heterogeneous catalyst for biodiesel production from cottonseed oil and waste frying oil | |
JP5452582B2 (ja) | C重油代替燃料用グリセリド組成物の製造方法 | |
WO2010043013A2 (en) | A method for the production of biodiesel fuel | |
JP5454996B2 (ja) | 脂肪酸アルキルエステル組成物の製造方法及び油脂類の処理方法 | |
Eladeb et al. | Ethanolysis of Waste Cooking oils using KOH Catalyst. | |
KR101168092B1 (ko) | 글리세롤로부터 유동점 강하제를 제조하는 방법 및 제조된 유동점 강하제 | |
AU2021106404A4 (en) | A frequently transesterification process of Jatropha curcus oil in the presence of a green solvent | |
US9434899B2 (en) | Hydroesterification process for producing biodiesel from wet microalgae biomass | |
JP5637484B2 (ja) | 高級脂肪酸アルキルエステル製造用原料油脂及び高級脂肪酸アルキルエステルの製造方法 | |
Mohamed et al. | PRODUCTION OF BIODIESEL USING WASTE FAT FROM ROASTED CHICKEN |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
A302 | Request for accelerated examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170209 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180209 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190211 Year of fee payment: 6 |
|
R401 | Registration of restoration |