KR101300677B1 - Method for preparing enzymatic biodiesel using semi-continuous under near critical CO2 and the device thereof - Google Patents

Method for preparing enzymatic biodiesel using semi-continuous under near critical CO2 and the device thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101300677B1
KR101300677B1 KR1020110090848A KR20110090848A KR101300677B1 KR 101300677 B1 KR101300677 B1 KR 101300677B1 KR 1020110090848 A KR1020110090848 A KR 1020110090848A KR 20110090848 A KR20110090848 A KR 20110090848A KR 101300677 B1 KR101300677 B1 KR 101300677B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
biodiesel
carbon dioxide
supply line
methanol
separator
Prior art date
Application number
KR1020110090848A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130027327A (en
Inventor
김상용
이명구
이도훈
조진구
조재훈
박철환
장규호
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020110090848A priority Critical patent/KR101300677B1/en
Publication of KR20130027327A publication Critical patent/KR20130027327A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101300677B1 publication Critical patent/KR101300677B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/64Fats; Fatty oils; Ester-type waxes; Higher fatty acids, i.e. having at least seven carbon atoms in an unbroken chain bound to a carboxyl group; Oxidised oils or fats
    • C12P7/6436Fatty acid esters
    • C12P7/649Biodiesel, i.e. fatty acid alkyl esters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/12Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing fuels or solvents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/40Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of pressure
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/42Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of agitation speed
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/16Hydrolases (3) acting on ester bonds (3.1)
    • C12N9/22Ribonucleases RNAses, DNAses
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 바이오 디젤 제조방법 및 바이오 디젤 제조장치는 일정한 공정을 반복 사용함으로써 바이오 디젤의 생산 시간을 현저하게 단축시킨 발명이다. 구체적으로는, 액체이산화탄소, 바이오디젤, 글리세롤 및 잔류물질을 분리 저장하는 공정을 추가하고, 이러한 공정을 반복하여 실시하는 것에 관한 발명이다. 그리하여 본 발명에 따라 바이오 디젤을 생산하게 되면, 확산 속도가 초임계 이산화탄소에 비해 느린 액체 이산화탄소를 사용하여 바이오 디젤을 생산하더라도 그 생산시간을 현저하게 단축 시킬 수 있게 된다. 또한 바이오 디젤 생산 공정에서 배출되는 잔류 물질들을 계속적을 재사용 할 수 있어, 보다 친환경적이고 경제적이며, 생산 비용을 현저하게 낮출 수 있다. The biodiesel manufacturing method and the biodiesel manufacturing apparatus according to the present invention are inventions which significantly shorten the production time of biodiesel by repeatedly using a predetermined process. Specifically, the invention relates to a process of separating and storing liquid carbon dioxide, biodiesel, glycerol and residual substances, and repeatedly carrying out these steps. Thus, if biodiesel is produced according to the present invention, even if biodiesel is produced using liquid carbon dioxide having a slow diffusion rate compared to supercritical carbon dioxide, the production time can be significantly shortened. In addition, residual materials from the biodiesel production process can be reused continuously, making the environment more eco-friendly and economical and significantly lowering production costs.

Description

아임계 이산화탄소 상태에서 반연속적인 효소적 바이오 디젤 제조방법 및 그 제조장치{Method for preparing enzymatic biodiesel using semi-continuous under near critical CO2 and the device thereof}Method for preparing enzymatic biodiesel in subcritical carbon dioxide and its manufacturing apparatus {Method for preparing enzymatic biodiesel using semi-continuous under near critical CO2 and the device

본 발명은 효소적 바이오 디젤 제조방법 및 그 제조장치에 관한 발명이다.
The present invention relates to an enzymatic biodiesel production method and an apparatus for producing the same.

바이오 디젤은 동식물성 유지를 원료로 하여 만들어지는 연료를 말하는 것으로서, 경유와 특성이 유사하여 디젤 엔진의 개조가 불필요하고, 기존 주유소 인프라도 그대로 활용할 수 있을 뿐 아니라, 기존 화석에너지 사용에 따른 대기오염 및 온실가스를 감축시키는 환경개선 효과를 가져온다는 점에서 대체 에너지로서 크게 각광받고 있다.Biodiesel is a fuel made from animal and vegetable fats and oils. Similar to diesel, biodiesel does not require modification of diesel engines, and can utilize existing gas station infrastructure as well as air pollution caused by the use of existing fossil energy. And it is attracting much attention as an alternative energy in that it brings about an environmental improvement effect of reducing greenhouse gas.

바이오 디젤의 화학명은 지방산 메틸 에스테르(Fatty Acid Methyl Ester, FAME)로서, 동식물성 유지로부터 추출된 트리글리세리드(Tryglyceride, TG)와 알코올의 트랜스에스테르화 반응에 의하여 제조된다.The chemical name of biodiesel is Fatty Acid Methyl Ester (FAME), which is prepared by transesterification of alcohol with Triglyceride (TG) extracted from animal and vegetable fats and oils.

이러한 바이오 디젤을 제조함에 있어 종래 효소를 이용한 방법이 개발되었으나, 유기용매로 사용되는 메탄올이 저해 요소로 작용하여 반응 효율을 떨어뜨리는 문제가 있었다. In the preparation of such biodiesel, a method using a conventional enzyme has been developed. However, methanol used as an organic solvent acts as an inhibitor and reduces the reaction efficiency.

그리하여 이러한 문제를 해결하고자 효소로서 리파아제를 이용하며, 친환경적 용매로서 초임계 이산화탄소를 이용하여 바이오 디젤을 제조하는 방법이 개발되었다. 그러나 이러한 경우에도 초임계 이산화탄소에 대하여 기질로 사용되는 오일의 용해도가 높지 않은 문제점이 있으며, 또한 초임계 상태를 유지하기 위해 에너지 소모가 높은 단점과 효소의 활성을 저해시키는 불용성 메탄올을 생성하는 문제점이 있었다.Thus, to solve this problem, a method of preparing biodiesel using lipase as an enzyme and supercritical carbon dioxide as an environmentally friendly solvent has been developed. However, even in this case, there is a problem that the solubility of the oil used as the substrate for the supercritical carbon dioxide is not high, and the disadvantages of high energy consumption to maintain the supercritical state and the problem of generating insoluble methanol that inhibit the activity of the enzyme there was.

이러한 문제점을 해소하고자 초임계 이산화탄소 대신에 액체 이산화탄소를 이용하는 방법이 개발되었다. 하지만, 현재까지 액체 이산화탄소를 이용하여 연속적으로 효소적 바이오디젤을 생산하는 공정이 제시되지 않았으며, 액체 이산화탄소를 이용하는 경우에는 초임계 이산화탄소를 적용한 경우에 비해 확산속도의 차이로 인해 생산 시간이 지나치게 길어질 수 있는 문제점이 야기될 수 있다.
To solve this problem, a method of using liquid carbon dioxide instead of supercritical carbon dioxide has been developed. However, until now, no process for continuously producing enzymatic biodiesel using liquid carbon dioxide has been proposed, and in the case of using liquid carbon dioxide, the production time may be too long due to the difference in diffusion rate compared to the case of applying supercritical carbon dioxide. Possible problems may arise.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 액체 이산화탄소를 사용하면서도 그 생산시간을 현저하게 단축시키며 반연속적인 바이오 디젤 제조방법 및 바이오 디젤 제조장치를 제공하고자 한다.
In order to solve the problems of the prior art as described above, while using the liquid carbon dioxide it is to significantly shorten the production time and to provide a semi-continuous biodiesel manufacturing method and biodiesel manufacturing apparatus.

본 발명에 따른 바이오 디젤 제조방법은 바이오촉매 반응기에 오일을 공급하는 오일공급관과 연결된 이산화탄소공급라인을 통해 오일과 이산화탄소가 공급되고, 메탄올공급라인을 통해 메탄올이 공급되는 단계와 제 1분리기가 상기 바이오촉매 반응기와 제1혼합물공급라인으로 연결되어 상기 바이오촉매반응기로부터 바이오 디젤 합성 후 생성된 바이오 디젤과 함께 이산화탄소, 글리세롤 및 잔류물질을 포함하는 혼합물을 공급받아 바이오디젤과 이산화탄소를 분리하는 단계와 제 2분리기가 제2혼합물공급라인으로 연결되어 상기 제1분리기로부터 바이오디젤 및 이산화탄소가 제거된 혼합물을 공급받아 글리세롤을 분리하는 단계 및In the biodiesel manufacturing method according to the present invention, oil and carbon dioxide are supplied through a carbon dioxide supply line connected to an oil supply pipe for supplying oil to a biocatalyst reactor, and methanol is supplied through a methanol supply line, and the first separator is used to supply the biodiesel. Separating the biodiesel from the carbon dioxide by receiving a mixture including carbon dioxide, glycerol and residual materials together with the biodiesel produced after biodiesel synthesis from the biocatalytic reactor connected to the catalytic reactor and the first mixture supply line; Separating the glycerol from the biodiesel and carbon dioxide-free mixture from the first separator by a separator connected to a second mixture supply line;

혼합기에 상기 제2분리기와 제3혼합물공급라인이 연결되어 상기 제 2분리기로부터 글리세롤이 제거된 혼합물과 메탈올을 공급받아 혼합한 다음 상기 오일공급라인으로 공급하는 단계를 포함하며, 또한 상기 단계들이 반복된 것을 포함한다. 또한 상기 바이오촉매 반응기에 투입되는 이산화탄소는 액체 이산화탄소인 것을 포함한다. 또한 상기 분리된 이산화탄소는 저장 탱크에 저장된 후 냉각되어 재사용 되는 것을 포함한다.  The second separator and the third mixture supply line is connected to a mixer to supply a mixture and a metalol from which the glycerol has been removed from the second separator to mix and then supply the mixture to the oil supply line. Includes repeated In addition, the carbon dioxide introduced into the biocatalyst reactor includes liquid carbon dioxide. In addition, the separated carbon dioxide may be stored in a storage tank and then cooled and reused.

또한 상기 바이오촉매 반응기에는 리파아제가 고정된 것을 특징으로 한다.In addition, the biocatalyst reactor is characterized in that the lipase is fixed.

또한 상기 바이오촉매 반응기의 반응 조건은, 반응온도 20~30℃, 반응압력 60~120bar, 교반속도 100~500rpm으로 이루어지는 것을 포함한다.In addition, the reaction conditions of the biocatalyst reactor includes a reaction temperature of 20 to 30 ℃, reaction pressure of 60 to 120 bar, the stirring speed of 100 to 500rpm.

또한 상기 메탄올과 오일이 바이오촉매 반응기에 공급되는 몰비는 2.8~3.2:0.8~1.2인 것을 포함한다.In addition, the molar ratio of the methanol and oil supplied to the biocatalyst reactor includes 2.8-3.2: 0.8-1.2.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 바이오 디젤 제조장치는 기체상의 이산화탄소가 냉각기를 통해 냉각되어 액체상으로 되어 공급되는 이산화탄소 공급라인과 오일이 공급되는 오일 공급라인과 메탄올이 공급되는 메탄올 공급라인과 상기 이산화탄소 공급라인, 상기 오일 공급라인, 상기 메탄올 공급라인으로부터 물질들이 공급되어 반응이 일어나는 바이오촉매 반응기와 상기 바이오촉매 반응기로부터 반응이 일어난 물질이 이동하여 이산화탄소, 바이오디젤, 그리고 나머지 물질로 분리되는 제1분리기와 상기 제1분리기에서 분리된 상기 나머지 물질이 이동하여 다시 글리세롤과 나머지 물질로 분리되는 제2분리기와 상기 제2분리기로부터 분리된 나머지 물질이 이동하여 상기 메탄올 공급라인으로부터 공급되는 메탄올과 혼합되는 혼합기를 포함하여 구성되고 상기 혼합기를 통과한 메탄올과 혼합된 물질이 다시 상기 바이오촉매 반응기로 투입되는 사이클을 반복하는 것을 포함한다.According to another aspect of the present invention, a biodiesel manufacturing apparatus includes a carbon dioxide supply line in which gaseous carbon dioxide is cooled through a cooler and supplied as a liquid phase, an oil supply line in which oil is supplied, a methanol supply line in which methanol is supplied, and the carbon dioxide supply. A biocatalyst reactor in which materials are supplied from the line, the oil supply line, and the methanol supply line to react, and a first separator in which the reacted material moves from the biocatalytic reactor to be separated into carbon dioxide, biodiesel, and the rest of the material. A second separator in which the remaining material separated in the first separator is moved to separate glycerol and the remaining material, and a mixer in which the remaining material separated from the second separator is moved and mixed with methanol supplied from the methanol supply line. including And repeating the cycle of the material composed and mixed with the methanol passed through the mixer is fed back to the biocatalyst reactor.

또한 상기 제1분리기로부터 분리된 이산화탄소는 저장 탱크에 저장된 후 상기 냉각기로 이동하여 재사용 되는 것을 특징으로 한다.In addition, the carbon dioxide separated from the first separator is stored in the storage tank, it characterized in that the cooler is moved to reuse.

또한 상기 바이오촉매 반응기에는 리파아제가 고정된 것을 특징으로 한다. In addition, the biocatalyst reactor is characterized in that the lipase is fixed.

또한 상기 바이오촉매 반응기의 반응 조건은, 반응온도 20~30℃, 반응압력 60~120bar, 교반속도 100~500rpm으로 이루어지는 것을 포함한다. In addition, the reaction conditions of the biocatalyst reactor includes a reaction temperature of 20 to 30 ℃, reaction pressure of 60 to 120 bar, the stirring speed of 100 to 500rpm.

또한 상기 메탄올과 오일이 바이오촉매 반응기에 공급되는 몰비는 2.8~3.2:0.8~1.2인 것을 특징으로 한다.In addition, the molar ratio of the methanol and oil supplied to the biocatalyst reactor is characterized in that the 2.8 ~ 3.2: 0.8 ~ 1.2.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 바이오 디젤은 상기 바이오 디젤 제조방법에 의해 생산된 것을 특징으로 한다. Biodiesel according to another feature of the invention is characterized in that it is produced by the biodiesel manufacturing method.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 바이오 디젤은 상기 바이오 디젤 제조장치에 의해 생산된 것을 특징으로 한다.
Biodiesel according to another feature of the invention is characterized in that produced by the biodiesel manufacturing apparatus.

본 발명에 따른 바이오 디젤 제조방법 및 바이오 디젤 제조장치는 일정한 공정을 반복 사용함으로써, 확산 속도가 초임계 이산화탄소에 비해 느린 액체 이산화탄소를 사용하여 바이오 디젤을 생산하더라도 그 생산시간을 현저하게 단축 시킬 수 있는 것에 관한 발명이다. 또한 바이오 디젤 생산 공정에서 배출되는 잔류 물질 및 효소를 계속적으로 재사용 할 수 있어, 보다 친환경적이고 경제적이며, 생산 비용을 현저하게 낮출 수 있는 것에 관한 발명이다.
The biodiesel manufacturing method and the biodiesel manufacturing apparatus according to the present invention can repeatedly shorten the production time even if biodiesel is produced using liquid carbon dioxide having a slow diffusion rate compared to supercritical carbon dioxide. It is an invention about the thing. In addition, the present invention relates to more environmentally friendly, economical, and significantly lower production costs, since the residual materials and enzymes released from the biodiesel production process can be continuously reused.

도 1은 본 발명에 따른 바이오 디젤 제조공정을 나타낸 도면이다.
도 2는 상기 공정을 3회 반복하는 경우를 나타낸 도면이다.
도 3은 비교예 1에 따른 바이오 디젤 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 4는 비교예 2에 따른 바이오 디젤 제조공정을 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예, 비교예 1, 비교예 2의 경우에 있어서, 시간의 변화에 따른 바이오 디젤 전환률을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예, 비교예 1, 비교예 2의 경우에 있어서, 바이오 디젤 전환률을 고려하여 시간의 변화에 따른 Lipozyme TL IM의 활성도를 측정한 그래프이다.
1 is a view showing a biodiesel manufacturing process according to the present invention.
2 is a diagram illustrating a case where the process is repeated three times.
3 is a view showing a biodiesel manufacturing process according to Comparative Example 1.
4 is a view showing a biodiesel manufacturing process according to Comparative Example 2.
5 is a graph showing the biodiesel conversion rate with time change in the case of Example, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. FIG.
FIG. 6 is a graph measuring the activity of Lipozyme TL IM according to the change of time in the case of Example, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 in consideration of biodiesel conversion.

본 발명자들은 상기 종래 기술들의 문제점을 극복하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 본 발명에 따른 바이오 디젤의 제조방법 및 바이오 디젤의 제조장치를 완성하였다. 즉, 본 발명에 따른 일정한 공정을 반복하여 액체 이산화탄소를 이용한 바이오 디젤을 제조하거나 일정한 공정이 반복되는 장치를 이용하여 바이오 디젤을 제조하게 되면 그 제조 시간이 현저하게 단축 됨을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
The present inventors have made a thorough research effort to overcome the problems of the prior art, and as a result, the biodiesel production method and the biodiesel production apparatus have been completed. In other words, if the biodiesel using liquid carbon dioxide is manufactured by repeating a certain process according to the present invention, or the biodiesel is manufactured using a device in which a certain process is repeated, the production time is remarkably shortened and the present invention has been completed. .

구체적으로는 액체 이산화탄소를 이용하고 냉각기, 서지탱크, 바이오촉매 반응기(biocatalaytic reactor), 바이오디젤 저장탱크를 포함하는 장치를 통해 바이오디젤을 제조하는 제조방법에 있어서, 본 발명에 따른 공정은 서지탱크를 통과한 액체 이산화탄소가 바이오촉매 반응기(biocatalaytic reactor)에 투입된다. 바이오촉매 반응기(biocatalaytic reactor)로 투입되는 액체 이산화탄소는 메탄올 및 오일과 혼합되서 투입된다. 이때 투입되는 메탄올과 오일의 몰비는 2.8~3.2:0.8~1.2로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 바이오촉매 반응기(biocatalaytic reactor)에는 효소가 고정된다. 이러한 액체 이산화탄소를 이용한 효소적 바이오 디젤의 제조에 사용되는 고정화된 효소로서 리파아제를 사용하는 것이 바람직하며, Novozymes사의 Novozym 435, Lipozyme RM-IM 및 Lipozyme TL IM로 이루어진 군 중에서 하나 또는 둘 이상 선택된 리파아제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 가장 바람직한 리파아제는 최고의 전환율을 보이는 Lipozyme TL IM이다. 상기 리파아제는 오일 100 중량부에 대하여 5~30 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. Specifically, in the manufacturing method for producing biodiesel using a device including a liquid carbon dioxide and a device including a cooler, a surge tank, a biocatalaytic reactor, and a biodiesel storage tank, the process according to the present invention comprises a surge tank. The liquid carbon dioxide passed through is introduced into a biocatalaytic reactor. The liquid carbon dioxide introduced into the biocatalaytic reactor is mixed with methanol and oil. At this time, the molar ratio of the added methanol and oil is preferably 2.8-3.2: 0.8-1.2. An enzyme is immobilized in such a biocatalaytic reactor. It is preferable to use a lipase as an immobilized enzyme used in the production of enzymatic biodiesel using such liquid carbon dioxide. It is preferable to use. Also the most preferred lipase is Lipozyme TL IM with the highest conversion rate. The lipase is preferably added in 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of oil.

상기 바이오촉매 반응기(biocatalaytic reactor)는 바이오 디젤을 생산하기 위한 트랜스에스테르화 반응이 이루어 진다. 이때 반응온도는 20~30℃, 반응압력은 60~120bar, 반응기의 교반 속도는 100~500rpm으로 이루어 지는 것이 바람직하다. The biocatalaytic reactor is a transesterification reaction for producing biodiesel. At this time, the reaction temperature is 20 ~ 30 ℃, the reaction pressure is 60 ~ 120bar, the stirring speed of the reactor is preferably made of 100 ~ 500rpm.

상기 바이오촉매 반응기를 통해 합성된 바이오디젤과 액체 이산화탄소 및 글리세롤을 포함한 잔류 물질은 제 1분리기에 투입된다. 이러한 제 1 분리기를 통해 합성된 바이오 디젤은 바이오 디젤 저장 탱크로 이동하여 저장되며, 액체 이산화탄소는 액체 이산화탄소 저장 탱크로 이동하여 저장된다. 저장된 상기 액체 이산화탄소는 다시 냉각기로 이동하여 재사용된다. 또한 글리세롤을 포함한 잔류물질은 제 2분리기로 이동한다. 그리하여 글리세롤은 제 2분리기를 통해 글리세롤 저장 탱크로 이동하여 저장 된다. 제 2분리기를 통하여 글리세롤과 분리된 잔류물질은 혼합기를 통하여 메탄올과 혼합되며, 혼합물은 바이오촉매 반응기로 투입되어 본 바이오디젤 합성 단계에서 재사용되게 된다. 또한 혼합기를 통과한 혼합물이 바이오촉매 반응기에 투입되기 이전에 오일과 신선한 액체 이산화탄소가 다시 공급된다. 그리고 이러한 상기 공정을 반복하여 바이오 디젤을 합성하게 된다. 또한 이러한 공정은 본 발명자들에 의해 편의상 RMGS 단계라 칭하기로 한다.
The biodiesel synthesized through the biocatalyst reactor and the residual material including liquid carbon dioxide and glycerol are added to the first separator. The biodiesel synthesized through this first separator is moved to and stored in the biodiesel storage tank, and the liquid carbon dioxide is moved to and stored in the liquid carbon dioxide storage tank. The stored liquid carbon dioxide is moved back to the cooler and reused. Residues, including glycerol, are also transferred to the second separator. Thus, glycerol is transferred to and stored in a glycerol storage tank through a second separator. The residual material separated from glycerol through the second separator is mixed with methanol through a mixer, and the mixture is fed into the biocatalyst reactor to be reused in this biodiesel synthesis step. In addition, oil and fresh liquid carbon dioxide are fed back before the mixture passed through the mixer is introduced into the biocatalyst reactor. And the biodiesel is synthesized by repeating the above process. This process is also referred to by the inventors as RMGS step for convenience.

또한 본 발명에 따른 바이오 디젤 제조장치는 구체적으로 이산화탄소 공급라인, 오일 공급라인, 메탄올 공급라인, 바이오촉매 반응기, 제 1분리기, 제 2분리기, 혼합기로 구성된다. In addition, the biodiesel manufacturing apparatus according to the present invention specifically comprises a carbon dioxide supply line, an oil supply line, a methanol supply line, a biocatalyst reactor, a first separator, a second separator, and a mixer.

상기 이산화탄소 공급라인은 기체상의 이산화탄소가 냉각기를 통해 냉각되어 액체상으로 되어 공급되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 오일 공급라인은 오일이 공급되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 메탄올 공급라인은 메탄올이 공급되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 바이오촉매 반응기는 이산화탄소 공급라인, 상기 오일공급라인, 상기 메탄올 공급라인으로부터 물질들이 공급되어 반응이 일어나는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제 1분리기는 상기 바이오촉매 반응기로부터 반응이 일어난 물질이 이동하여 이산화탄소, 바이오디젤, 그리고 나머지 물질로 분리되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제 2분리기는 상기 제 1분리기에서 분리된 상기 나머지 물질이 이동하여 다시 글리세롤과 나머지 물질로 분리되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 혼합기는 상기 제 2분리기로부터 분리된 나머지 물질이 이동하여 상기 메탄올 공급라인으로부터 공급되는 메탄올과 혼합되는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명에 따른 바이오디젤 제조장치는 상기 혼합기를 통과한 메탄올과 혼합된 물질이 다시 상기 바이오촉매 반응기로 투입되는 사이클을 반복하는 것을 특징으로 한다.The carbon dioxide supply line is characterized in that the gaseous carbon dioxide is cooled through a cooler and supplied as a liquid phase. In addition, the oil supply line is characterized in that the oil is supplied. In addition, the methanol supply line is characterized in that the methanol is supplied. In addition, the biocatalyst reactor is characterized in that the reaction occurs by supplying materials from the carbon dioxide supply line, the oil supply line, the methanol supply line. In addition, the first separator is characterized in that the reaction material is moved from the biocatalyst reactor is separated into carbon dioxide, biodiesel, and the remaining material. In addition, the second separator is characterized in that the remaining material separated in the first separator is moved back to separate the glycerol and the remaining material. In addition, the mixer is characterized in that the remaining material separated from the second separator is moved and mixed with methanol supplied from the methanol supply line. In addition, the biodiesel manufacturing apparatus according to the present invention is characterized by repeating a cycle in which the material mixed with methanol passing through the mixer is introduced into the biocatalyst reactor again.

상기 오일 공급라인과 메탄올 공급라인을 통하여 공급되는 오일과 메탄올의 몰비는 2.8~3.2:0.8:1.2로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 상기 바이오촉매 반응기에는 효소가 고정되는데, 바람직하게는 리파아제가 고정된다. 또한 상기 리파아제는 Novozymes사의 Novozym 435, Lipozyme RM-IM 및 Lipozyme TL IM로 이루어진 군 중에서 하나 또는 둘 이상 선택된 리파아제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 리파아제는 오일 100 중량부에 대하여 5~30중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 또한 상기 바이오촉매 반응기(biocatalaytic reactor)는 바이오 디젤을 생산하기 위한 트랜스에스테르화 반응이 이루어 진다. 이때 반응온도는 20~30℃, 반응압력은 60~120bar, 반응기의 교반 속도는 100~500rpm으로 이루어 지는 것이 바람직하다. 또한 상기 제 1분리기를 통하여 분리된 이산화탄소는 이산화탄소 저장탱크에 저장된 후 상기 냉각기로 이동하여 재사용 되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제 1분리기에서 분리된 바이오 디젤은 바이오 디젤 저장탱크에 저장되며, 상기 제 2 분리기에서 분리된 상기 글리세롤은 글리세롤 저장 탱크에 저장된다.
The molar ratio of oil and methanol supplied through the oil supply line and the methanol supply line is preferably 2.8-3.2: 0.8: 1.2. In addition, an enzyme is immobilized in the biocatalyst reactor, preferably a lipase is immobilized. In addition, as the lipase, it is preferable to use one or two or more selected lipases from the group consisting of Novozzy 435, Lipozyme RM-IM and Lipozyme TL IM. In addition, the lipase is preferably added in 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of oil. The biocatalaytic reactor is also transesterified to produce biodiesel. At this time, the reaction temperature is 20 ~ 30 ℃, the reaction pressure is 60 ~ 120bar, the stirring speed of the reactor is preferably made of 100 ~ 500rpm. In addition, the carbon dioxide separated through the first separator is stored in the carbon dioxide storage tank and moved to the cooler is characterized in that for reuse. In addition, the biodiesel separated in the first separator is stored in a biodiesel storage tank, and the glycerol separated in the second separator is stored in a glycerol storage tank.

이러한 상기 공정(RMGS 단계) 및 장치를 포함한 상기 바이오 디젤 제조방법 및 상기 바이오 디젤 제조장치는 도 1에 나타냈으며, 상기 공정(RMGS 단계)을 3회 반복 실시한 예시는 도 2에 나타냈다.
The biodiesel manufacturing method and the biodiesel manufacturing apparatus including the process (RMGS stage) and the apparatus are shown in FIG. 1, and an example of the process (RMGS stage) repeated three times is shown in FIG. 2.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

실시예Example

정제된 카놀라유와 대두유를 CJ사로부터 구입하였다. 폐 가공유를 천안 지역 식당으로부터 수집하고, 자트류파 유(jatropha oil)를 인도 내 지역 자트로파 농장으로부터 제공받았다. Novozymes A/S (덴마크, 바그스베르)로부터 다음 효소들을 공급받았다: Novozym 435 (계통적으로 개질된 아스페르질러스 오리자애 (Aspergillus oryzae)의 침수 발효로부터 생산되고 다공성 아크릴계 수지 상에 고정된 칸디다 앤타크티카(Candida antarctica) 리파아제; 가수분해에 대한 특이 활성, 10,000 PLU/g); Lipozyme RM IM (음이온 교환 수지 상에 고정된 리조무코르 미에헤이(Rhizomucor miehei) 리파아제; 트리부티렌의 가수분해에 대한 특히 활성, 40 U/g); Lipozyme TL IM (아크릴 수지사엥 고정된 테르모미세스 랑구이노수스(Thermomyces lanuginosus) 리파아제, 트리부티린의 가수분해에 대한 특이 활성, 20,000 U/g). Purified canola oil and soybean oil were purchased from CJ. Waste processed oil was collected from a restaurant in Cheonan and jatropha oil was provided from a local Jatropha farm in India. The following enzymes were supplied from Novozymes A / S (Bagsberg, Denmark): Candida Anne produced from submerged fermentation of Novozym 435 (systemically modified Aspergillus oryzae) and immobilized on porous acrylic resin. Candida antarctica lipase, specific activity against hydrolysis, 10,000 PLU / g); Lipozyme RM IM (Rhizomucor miehei lipase immobilized on anion exchange resin; particularly active against hydrolysis of tributylene, 40 U / g); Lipozyme TL IM (acrylic saengse immobilized Thermomyces lanuginosus lipase, specific activity for hydrolysis of tributyrin, 20,000 U / g).

메탄올은 Fisher로부터 공급받았고, FAME (지방산 메틸 에스테르) 표준(RM-3)은 Supelco 사(미국, PA, Bellefonte)로부터 구입하였다.
Methanol was supplied from Fisher and FAME (fatty acid methyl ester) standard (RM-3) was purchased from Supelco (Bellefonte, PA, USA).

본 발명에 따른 바이오디젤 합성 공정 내로 메탄올이 순차 첨가되도록, 반응물 루프를 카놀라유 및 메탄올 용매 0.05 몰로 충진시켰다. 반응물을 액체이산화탄소와 함께 고정화된 효소 Lipozyme TL IM가 적재된 바이오촉매 반응기 내로 공급하고 제1 압력은 100 bar로 조정하였다. 또한 반응기 내의 온도는 30℃, 반응기의 교반 속도는 100rpm으로 조정하였다. 상기 고정화된 효소 Lipozyme TL IM는 바이오촉매 반응기 내 여과 시스템을 사용하여 유지하였다. The reactant loop was filled with 0.05 mole of canola oil and methanol solvent so that methanol was added sequentially into the biodiesel synthesis process according to the present invention. The reaction was fed into a biocatalyst reactor loaded with the enzyme Lipozyme TL IM immobilized with liquid carbon dioxide and the first pressure was adjusted to 100 bar. In addition, the temperature in a reactor was 30 degreeC and the stirring speed of the reactor was adjusted to 100 rpm. The immobilized enzyme Lipozyme TL IM was maintained using a filtration system in a biocatalyst reactor.

그 후 액체 펌프에 의해 카놀라유 44.3 g과 메탄올 6.1 mL를 바이오촉매 반응기에 공급하였다. 이러한 카놀라유와 메탄올은 각각 0.05 몰이 액체 펌프에 의해 생체 촉매 반응기 내에 공급되었으며, 반응 후, 압력은 이산화탄소의 방출에 의해 저감시켰다.Thereafter, 44.3 g of canola oil and 6.1 mL of methanol were fed to the biocatalyst reactor by a liquid pump. Each of these canola oil and methanol was fed into the biocatalytic reactor by 0.05 mol of liquid pump, respectively, and after the reaction, the pressure was reduced by the release of carbon dioxide.

생성된 혼합물을 반응기로부터 추출하였으며, 제 1 분리기를 통해 액체 이산화탄소는 액체 이산화탄소 저장 탱크에 저장되었으며, 저장된 액체 이산화탄소는 다시 냉각기로 이동하여 재사용 된다. 또한 합성된 바이오 디젤은 바이오디젤 저장 탱크에 저장되었다. 또한 글리세롤을 포함한 잔류 물질은 제 2 분리기로 이동하였다. 제 2 분리기를 통해 글리세롤이 글리세롤 저장 탱크로 이동하여 저장되었다. 제 2분리기를 통과한 잔류물질은 혼합기에 의해 0.05mol 의 메탄올과 혼합되었다. 혼합기를 통과한 잔류물질과 메탄올은 다시 신선한 액체 이산화탄소 및 0.05 몰의 카놀라유 44.3g와 함께 바이오촉매 반응기에 투입된다. 그리하여 상기 공정들이 다시 반복되었다.
The resulting mixture was extracted from the reactor, the liquid carbon dioxide was stored in the liquid carbon dioxide storage tank through the first separator, and the stored liquid carbon dioxide was moved back to the cooler for reuse. The synthesized biodiesel was also stored in biodiesel storage tanks. Residual material, including glycerol, was also transferred to the second separator. Glycerol was transferred to and stored in a glycerol storage tank through a second separator. The residue passed through the second separator was mixed with 0.05 mol of methanol by a mixer. Residue and methanol passed through the mixer are then introduced into the biocatalyst reactor with 44.3 g of fresh liquid carbon dioxide and 0.05 mol of canola oil. Thus the process was repeated again.

비교예Comparative Example 1 One

본 비교예는 이산화탄소 주입기, 냉각기, 액체 펌프, 서지 탱크, 바이오촉매 반응기, 바이오디젤 저장 탱크를 포함하는 바이오 디젤 합성방법이다(도 3).
This comparative example is a biodiesel synthesis method comprising a carbon dioxide injector, a cooler, a liquid pump, a surge tank, a biocatalytic reactor, and a biodiesel storage tank (FIG. 3).

비교예Comparative Example 2 2

상기 비교예 1에서 사용된 액체 이산화탄소를 분리가는 분리기를 포함하며, 이렇게 분리된 이산화탄소를 재사용하는 루프를 포함한다. 또한 비교예 1에 따른 바이오 디젤의 합성 단계에는 메탄올과 오일이 별도로 공급되는 것을 구성으로 포함하는 바이오 디젤 합성방법이다(도 4).
Including a separator for separating the liquid carbon dioxide used in Comparative Example 1, and comprises a loop for reusing the carbon dioxide separated. In addition, the biodiesel synthesis method according to Comparative Example 1 is a biodiesel synthesis method comprising a configuration in which methanol and oil are separately supplied (FIG. 4).

실험예Experimental Example

<< 실험예Experimental Example 1:  One: 실시예와Examples and 비교예Comparative Example 1 및  1 and 비교예Comparative Example 2에 따른  According to 2 전환률Conversion rate 및 합성시간 비교 실험> And synthesis time comparison experiments>

본 발명에 따른 실시예와 비교예 1 및 비교예 2에 따른 바이오디젤 전환률과 이에 따른 합성시간을 알아보기 위한 실험을 진행하였다. 실험은 도 2의 반응기 3개를 직렬로 연결한 반연속식 반응기를 통하여 진행하였다. 이에 따른 결과는 도 5에서 나타내었다. Experiments were carried out to determine the biodiesel conversion and synthesis time according to Examples and Comparative Examples 1 and 2 according to the present invention. The experiment was conducted through a semi-continuous reactor in which three reactors of FIG. 2 were connected in series. The result is shown in FIG. 5.

우선, 도 5에서 보듯이, 비교예 1의 최대 바이오디젤 전환율은 9시간 후 99.0%이었다. 반응 진행상황은 최대 3시간까지는 신속한 전환율을 보이다가 그 이후에는 보다 느린 반응상이 뒤따르는 것을 보였다. 이는 효소가 과다한 알코올 용매에 노출 됨에 따른 결과로 보인다. First, as shown in FIG. 5, the maximum biodiesel conversion of Comparative Example 1 was 99.0% after 9 hours. The progress of the reaction showed rapid conversion for up to 3 hours, followed by slower reaction phases. This seems to be the result of the enzyme being exposed to excess alcohol solvent.

또한 비교예 2의 경우에는, 초기 반응 속도가 증가되었으며 바이오디젤 전환율은 3시간 내에 86%까지 도달하였다. 그러나 본 발명에 따른 반복 배치를 적용한 실시예의 경우, 바이오 디젤 전환율은 96.8%로서 보다 높았으며, 이 때까지 걸리는 합성 시간이 3시간 밖에 걸리지 않음을 확인 할 수 있었다. 또한 본 발명에 따른 반복 배치 공정을 이용하여 바이오 디젤을 제조하게 되면 그 제조 시간이 현저하게 단축 됨을 확인 할 수 있었다.
Also in Comparative Example 2, the initial reaction rate was increased and the biodiesel conversion reached 86% within 3 hours. However, in the case of applying the repeating batch according to the present invention, the biodiesel conversion rate was higher as 96.8%, and it could be confirmed that the synthesis time required until this was only 3 hours. In addition, when the biodiesel is manufactured using the repeated batch process according to the present invention, the manufacturing time was remarkably shortened.

<< 실험예Experimental Example 2: 반복배치 공정 시 효소 활성의 유지 여부 실험> 2: Experiment of Maintaining Enzyme Activity in Repeated Batch Process>

본 실험은 상기 실시예와 비교예 1 및 비교예 2에서 바이오촉매 반응기에 고정화된 효소로서 사용된 Lipozyme TL IM이 그 활성을 얼만큼 오랫동안 안정적으로 유지할 수 있는 것인지를 실험한 것이다. 이는 도 2의 반응기 3개를 직렬로 연결한 반연속식 반응기를 통해 실험 하였으며, 이의 결과는 도 6에 나타내었다. This experiment is to test how long the Lipozyme TL IM used as an enzyme immobilized in the biocatalyst reactor in Example and Comparative Example 1 and Comparative Example 2 can stably maintain the activity. This experiment was conducted through a semi-continuous reactor in which three reactors of FIG. 2 were connected in series, and the results are shown in FIG. 6.

도 6에서 보는 바와 같이 상기 Lipozyme TL IM를 본 실시예와 같이 8회 재사용한 후에도 초기 활성의 80.2%를 유지한 것을 확인 할 수 있었다. 이는 알코올 용매인 메탄올을 초기부터 높은 농도로 투입하지 않고 점진적으로 투입한 점과, 효소 활성의 억제제로 작용할 수 있는 글리세롤을 제거함에 따른 효과로 풀이된다. 그러므로 본 발명에 따른 실시예와 같이 반복 배치 공정을 통해 효소를 재사용하게 된다 해도 그 활성과 안정성이 유지되는 것이다. 그러므로 본 발명은 액체이산화탄소를 이용한 효소적 바이오 디젤의 합성이 반복된 공정임에도 효소 활성이 유지된 채로 바이오 디젤을 제조하게 되는 것이다.
As shown in FIG. 6, it was confirmed that 80.2% of initial activity was maintained even after the Lipozyme TL IM was reused 8 times as in the present example. This is solved by the fact that methanol, which is an alcohol solvent, is gradually added without a high concentration from the beginning, and an effect of removing glycerol which can act as an inhibitor of enzyme activity. Therefore, even if the enzyme is reused through a repeated batch process as in the embodiment according to the present invention, its activity and stability are maintained. Therefore, the present invention is to produce biodiesel with enzyme activity maintained even though the synthesis of enzymatic biodiesel using liquid carbon dioxide is repeated.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. It is natural.

1.이산화탄소 주입기
2.냉각기
3.액체 펌프
4.서지 탱크
5.오일공급라인
6.바이오촉매 반응기
7.제 1분리기
8.바이오디젤 저장탱크
9.글리세롤 저장탱크
10.제 2분리기
11.액체 펌프
12.혼합기
13.이산화탄소 공급라인
14.제 1혼합물공급라인
15.메탄올 공급라인
16.제 2혼합물 공급라인
17.제 3혼합물 공급라인
18.이산화탄소 저장탱크
19.이산화탄소 재사용 공급라인
20.RMGS 단계
21.오일 및 메탄올 공급라인
1.CO2 injector
2.cooler
3.liquid pump
4.surge tank
5. Oil supply line
6. Biocatalytic Reactor
7. The first separator
8. Biodiesel Storage Tank
9.glycerol storage tank
10.Second separator
11.Liquid Pump
12.Mixer
13. Carbon dioxide supply line
14. First Mixture Supply Line
15. Methanol Supply Line
16. Second Mixture Supply Line
17. Third mixture supply line
18.CO2 storage tank
19.Carbon dioxide reuse supply line
20.RMGS Step
21.Oil and Methanol Supply Line

Claims (14)

(a) 바이오촉매 반응기에 오일을 공급하는 오일공급관과 연결된 이산화탄소 공급라인을 통해 오일과 이산화탄소가 공급되고, 메탄올공급라인을 통해 메탄올이 공급되는 단계;
(b) 제 1분리기가 상기 바이오촉매 반응기와 제 1혼합물 공급라인으로 연결되어 상기 바이오촉매반응기로부터 바이오 디젤 합성 후 생성된 바이오 디젤과 함께 이산화탄소, 글리세롤 및 잔류물질을 포함하는 혼합물을 공급받아, 상기 혼합물로부터 바이오디젤 및 이산화탄소가 제거된 글리세롤과 잔류물질을 포함하는 혼합물을 분리하는 단계;
(c) 제 2분리기가 제 2혼합물 공급라인으로 연결되어 상기 제 1분리기로부터 상기 글리세롤과 잔류물을 포함하는 혼합물을 공급받아 글리세롤과 잔류물을 각각 분리하는 단계; 및
(d) 혼합기에 상기 제2분리기와 제 3혼합물 공급라인이 연결되어 상기 제 2분리기로부터 상기 분리된 잔류물과 메탈올을 공급받아 혼합한 다음 상기 오일 공급라인으로 공급하는 단계:를 포함하고,
상기 바이오촉매 반응기에 투입되는 이산화탄소는 액체 이산화탄소이며,
상기 바이오촉매 반응기의 반응 조건은, 반응온도 20 ~ 30℃, 반응압력 60 ~ 120bar, 교반속도 100 ~ 500rpm으로 이루어지는 것을 포함하는 바이오 디젤 제조
방법.
(a) supplying oil and carbon dioxide through a carbon dioxide supply line connected to an oil supply pipe for supplying oil to the biocatalyst reactor, and supplying methanol through a methanol supply line;
(b) a first separator is connected to the biocatalyst reactor and the first mixture feed line to receive a mixture containing carbon dioxide, glycerol and residues together with biodiesel produced after biodiesel synthesis from the biocatalytic reactor; Separating from the mixture a mixture comprising glycerol from which biodiesel and carbon dioxide has been removed and a residue;
(c) a second separator is connected to a second mixture supply line to receive a mixture comprising the glycerol and the residue from the first separator to separate the glycerol and the residue, respectively; And
(d) connecting the second separator and the third mixture supply line to a mixer to receive and mix the separated residue and the metalol from the second separator, and then supply the mixture to the oil supply line;
Carbon dioxide introduced into the biocatalyst reactor is liquid carbon dioxide,
Reaction conditions of the biocatalyst reactor, the production of biodiesel comprising a reaction temperature of 20 ~ 30 ℃, reaction pressure 60 ~ 120bar, the stirring speed of 100 ~ 500rpm
Way.
제 1항에 있어서,
상기 (a) 내지 (d) 단계가 반복되어 이루어지는 것을 포함하는 바이오 디젤 제조방법.
The method of claim 1,
Biodiesel manufacturing method comprising the steps (a) to (d) is repeated.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 분리된 이산화탄소는 저장 탱크에 저장된 후 냉각되어 재사용 되는 것을 포함하는 바이오 디젤 제조방법.
The method of claim 1,
The separated carbon dioxide is stored in a storage tank biodiesel manufacturing method comprising the cooling and reuse.
제 1항에 있어서,
상기 바이오촉매 반응기에는 리파아제가 고정된 것을 특징으로 하는 바이오디젤 제조방법.
The method of claim 1,
Biodiesel manufacturing method characterized in that the lipase is fixed to the biocatalyst reactor.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 메탄올과 오일이 바이오촉매 반응기에 공급되는 몰비는 2.8~3.2:0.8~1.2인 것을 포함하는 바이오 디젤 제조방법.
The method of claim 1,
The molar ratio of the methanol and oil is supplied to the biocatalyst reactor is 2.8 ~ 3.2: 0.8 ~ 1.2 bio-diesel manufacturing method comprising a.
기체상의 이산화탄소가 냉각기를 통해 냉각되어 액체상으로 되어 공급되는 이산화탄소 공급라인;
오일이 공급되는 오일 공급라인;
메탄올이 공급되는 메탄올 공급라인;
상기 이산화탄소 공급라인, 상기 오일 공급라인, 상기 메탄올 공급라인으로부터 물질들이 공급되어 반응이 일어나는 바이오촉매 반응기;
상기 바이오촉매 반응기로부터 반응이 일어난 물질이 이동하여 이산화탄소, 바이오디젤, 그리고 나머지 물질로 분리되는 제 1분리기;
상기 제 1분리기에서 분리된 상기 나머지 물질이 이동하여 다시 글리세롤과 나머지 물질로 분리되는 제2분리기;
상기 제 2분리기로부터 분리된 나머지 물질이 이동하여 상기 메탄올 공급라인으로부터 공급되는 메탄올과 혼합되는 혼합기를 포함하여 구성되고;
상기 혼합기를 통과한 메탄올과 혼합된 물질이 다시 상기 바이오촉매 반응기로 투입되는 사이클을 반복하는 것을 포함하고,
상기 바이오촉매 반응기의 반응 조건은, 반응온도 20 ~ 30℃, 반응압력 60 ~ 120bar, 교반속도 100 ~ 500rpm으로 이루어지며,
상기 메탄올과 오일이 바이오촉매 반응기에 공급되는 몰비는 2.8 ~ 3.2 : 0.8 ~ 1.2인 것을 특징으로 하는 바이오 디젤 제조장치.
A carbon dioxide supply line in which gaseous carbon dioxide is cooled by a cooler and supplied as a liquid phase;
An oil supply line through which oil is supplied;
A methanol supply line supplied with methanol;
A biocatalyst reactor in which substances are supplied from the carbon dioxide supply line, the oil supply line, and the methanol supply line to cause a reaction;
A first separator in which the reacted material moves from the biocatalyst reactor and separated into carbon dioxide, biodiesel, and the remaining material;
A second separator in which the remaining material separated in the first separator is moved and separated into glycerol and the remaining material again;
A mixer in which the remaining material separated from the second separator is moved and mixed with methanol supplied from the methanol feed line;
Repeating the cycle of introducing the mixed material with the methanol passed through the mixer to the biocatalyst reactor,
Reaction conditions of the biocatalyst reactor, the reaction temperature 20 ~ 30 ℃, reaction pressure 60 ~ 120bar, the stirring speed is made of 100 ~ 500rpm,
The molar ratio of the methanol and oil supplied to the biocatalyst reactor is 2.8 ~ 3.2: 0.8 ~ 1.2 bio-diesel production apparatus characterized in that.
제 8항에 있어서,
상기 제 1분리기로부터 분리된 이산화탄소는 저장 탱크에 저장된 후 상기 냉각기로 이동하여 재사용 되는 것을 특징으로 하는 바이오 디젤 제조장치.
The method of claim 8,
The carbon dioxide separated from the first separator is stored in a storage tank and moved to the cooler, characterized in that the bio-diesel manufacturing apparatus.
제 8항에 있어서,
상기 바이오촉매 반응기에는 리파아제가 고정된 것을 특징으로 하는 바이오디젤 제조장치.
The method of claim 8,
Biodiesel production apparatus characterized in that the lipase is fixed to the biocatalyst reactor.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020110090848A 2011-09-07 2011-09-07 Method for preparing enzymatic biodiesel using semi-continuous under near critical CO2 and the device thereof KR101300677B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110090848A KR101300677B1 (en) 2011-09-07 2011-09-07 Method for preparing enzymatic biodiesel using semi-continuous under near critical CO2 and the device thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110090848A KR101300677B1 (en) 2011-09-07 2011-09-07 Method for preparing enzymatic biodiesel using semi-continuous under near critical CO2 and the device thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130027327A KR20130027327A (en) 2013-03-15
KR101300677B1 true KR101300677B1 (en) 2013-08-27

Family

ID=48178315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110090848A KR101300677B1 (en) 2011-09-07 2011-09-07 Method for preparing enzymatic biodiesel using semi-continuous under near critical CO2 and the device thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101300677B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101684455B1 (en) * 2013-07-30 2016-12-08 한국생명공학연구원 A reactor for continuous biodiesel production using immobilized enzyme and method thereof
KR102144418B1 (en) * 2018-10-30 2020-08-12 한국생산기술연구원 Continuous type apparatus for preparing biodiesel

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Applied Catalysis A: General. 2006, vol.310, pp.48-53 *
Applied Catalysis A: General. 2006, vol.310, pp.48-53*
Ind. Eng. Chem. Res. 2009, Vol.48, pp.5371-5378 *
Ind. Eng. Chem. Res. 2009, Vol.48, pp.5371-5378*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130027327A (en) 2013-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Monteiro et al. Liquid lipase preparations designed for industrial production of biodiesel. Is it really an optimal solution?
Ranganathan et al. An overview of enzymatic production of biodiesel
Parawira Biotechnological production of biodiesel fuel using biocatalysed transesterification: a review
Guldhe et al. Advances in synthesis of biodiesel via enzyme catalysis: Novel and sustainable approaches
Du et al. Perspectives for biotechnological production of biodiesel and impacts
EP1705238B1 (en) A new process for producing biodiesel from oils and fats catalyzed by lipase in organic medium reaction system
Fjerbaek et al. A review of the current state of biodiesel production using enzymatic transesterification
Tan et al. Biodiesel production with immobilized lipase: a review
Andrade et al. Retracted: a review of bio-diesel production processes
EP2636747B1 (en) Process for preparing biodiesel with lipase and separate online dehydration
CA2829990C (en) Method for preparing biodiesel
Avhad et al. Uses of enzymes for biodiesel production
CN102272317A (en) Enzymatic production of fatty acid ethyl esters
US9879291B2 (en) Continuous production of biodiesel fuel by enzymatic method
Lee et al. Enzymatic biodiesel synthesis in semi-pilot continuous process in near-critical carbon dioxide
CN101418322B (en) Method for preparing biodiesel through catalysis of renewable lipin by lipase recovered by membrane
CN101343551A (en) Method for preparing biological diesel oil with methyl acetate act acyl acceptor
KR101300677B1 (en) Method for preparing enzymatic biodiesel using semi-continuous under near critical CO2 and the device thereof
WO2004081158A1 (en) Synthetical method of biodiesel from oils and fats
CN101381614B (en) Technique for preparing biodiesel by catalyzing oil using recovery of non-immobilized lipase
KR100959417B1 (en) Method for producing biodiesel using porous material based controlled release-absorbtion system for methanol and glycerol
CN101265413B (en) Method for preparing biological diesel oil from immobilized lipase-porous membrane biological reactor
Pradhan et al. Microbial biodiesel: a comprehensive study toward sustainable biofuel production
Chen et al. Biodiesel production using lipases
CN101113354A (en) Method for preparing environment-friendly type biodiesel

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for 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: 20160701

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170703

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180702

Year of fee payment: 6