KR101391221B1 - Method and apparatus for manufacturing biodiesel fuel, and decomposition catalyst for decarboxylation of fats used in the method - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing biodiesel fuel, and decomposition catalyst for decarboxylation of fats used in the method Download PDF

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Abstract

알콜(부원료)을 필요로 하지 않고, 글리세린을 부생시키지 않고, 또 디엔류 등의 불순물이 생성물 중에 잔류되기 어렵고, 코크의 생성량이 적고, 유동점도 낮고, 공기 등에 대해서 안정적이어서 흑변이나 이취가 발생하기 어려워 저장 안정성이 우수하고, 또한 사용이 끝난 촉매의 처리나 재활성화 등의 부대 작업에 의해 러닝 코스트가 상승하거나 생산성이 저하되는 일이 없어 생산 효율 및 생산성이 우수하고, 또한 원료 유지로부터 유리 지방산을 제거하는 전처리 등이 불필요하여 제조 공정의 간략화 및 반응 장치의 간소화를 꾀할 수 있고, 필요한 장소에서 필요한 에너지를 공급하는 분산형 에너지 공급 시스템을 구축할 수 있는 바이오 디젤 연료의 제조 방법을 제공한다. 350℃∼475℃에 있어서 유지 탈탄산 분해 촉매와 유지가 접촉하고, 상기 유지 탈탄산 분해 촉매의 작용에 의해 에스테르 결합 부분이 개열되고, 탈탄산 반응에서 C8∼C24의 탄화수소를 주로 하는 바이오 디젤 연료를 얻는다.It does not require an alcohol (subsidiary raw material), does not produce glycerin as a by-product, and is free from impurities such as dienes remaining in the product, produces a small amount of coke, has a low pour point and is stable against air, It is difficult to increase the storage stability and the running cost is increased by the auxiliary operation such as the treatment or re-activation of the used catalyst. Therefore, the production efficiency and productivity are excellent and the free fatty acid There is provided a method of manufacturing a biodiesel fuel which can simplify a manufacturing process and simplify a reaction device and can form a distributed energy supply system that supplies necessary energy at a required place. The fat decarbonation decomposition catalyst and the fat are brought into contact with each other at 350 ° C to 475 ° C and the ester bond portion is cleaved by the action of the fat decarboxylation decomposing catalyst to produce a biodegradable product mainly containing C 8 to C 24 hydrocarbons Get diesel fuel.

Description

바이오디젤 연료의 제조 방법 및 그 제조 장치, 그리고 그 방법에 사용하는 유지 탈탄산 분해 촉매{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING BIODIESEL FUEL, AND DECOMPOSITION CATALYST FOR DECARBOXYLATION OF FATS USED IN THE METHOD}FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a biodiesel fuel, a method for producing the biodiesel fuel, an apparatus for producing the biodiesel fuel, an apparatus for producing the biodiesel fuel, a method for producing the biodiesel fuel,

본 발명은 유지나 착유 원료로부터 양질의 바이오디젤 연료를 효율 좋게 제조하는 방법 및 그 제조 장치에 관한 것이다. 또한, 그 제조법 및 제조 장치에 사용하는 효율이 우수한 유지 탈탄산 분해 촉매에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for efficiently producing high-quality biodiesel fuel from a frying or milking raw material. The present invention also relates to a method for producing the same, and more particularly to a method for producing the same.

바이오디젤 연료는 지구 온난화 가스와 대기 오염 물질의 배출량을 삭감하고, 에너지 순환형 사회의 구축을 위해서 매우 중요한 기술이다. 이 바이오디젤 연료의 제조 방법으로서는 지방산 메틸에스테르(FAME:fatty acid methyl ester)화법이 널리 도입되어 있다. 지방산 메틸에스테르화법은 원료 유지와 저급 알콜(부원료)을 에스테르 교환 반응시킴으로써 디젤 엔진용 연료를 얻는 것이다(비특허문헌 1).Biodiesel fuel is a very important technology for the reduction of global warming gas and air pollutant emissions and for the establishment of an energy recycling society. As a method for producing the biodiesel fuel, a fatty acid methyl ester (FAME) method is widely used. The fatty acid methyl esterification method is to obtain a fuel for a diesel engine by transesterifying a raw material and a lower alcohol (sub ingredient) (Non-Patent Document 1).

지방산 메틸에스테르화법에 관한 기술로서 (특허문헌 1)에는 「유지와 저급 알콜을 칼슘계 고체 촉매의 존재 하에서 반응시킴으로써 지방산 알킬에스테르를 제조하는 방법」이 개시되어 있다.As a technique relating to a fatty acid methyl esterification method (Patent Document 1), "a method of producing a fatty acid alkyl ester by reacting a fat with a lower alcohol in the presence of a calcium-based solid catalyst" is disclosed.

또한, (특허문헌 2)에는 「원료 유지와 알콜을 고체 산촉매의 존재 하에서 반응시켜 원료 유지 중에 존재하는 유리 지방산을 지방산 알킬에스테르로 변환하는 공정 A와, 공정 A에서 얻어진 반응 혼합물로부터 수분을 제거하는 공정 B와, 공정 B에서 얻어진 액과 알콜을 고체 염기 촉매의 존재 하에서 반응시켜 원료 유지의 주성분인 트리아실글리세리드를 에스테르 교환 반응시켜서 지방산 알킬에스테르로 변환하는 공정 C를 구비한 바이오디젤 오일의 제조 방법」이 개시되어 있다.(Patent Document 2) discloses a process comprising the steps A and A of converting a free fatty acid present in a raw material oil into a fatty acid alkyl ester by reacting a raw material and an alcohol in the presence of a solid acid catalyst and removing the moisture from the reaction mixture obtained in the process A Process B and a process C for converting a triacylglyceride, which is a main component of a raw material oil, into a fatty acid alkyl ester by subjecting the liquid obtained in Step B and an alcohol in the presence of a solid base catalyst to an ester exchange reaction, thereby producing a biodiesel oil &Quot;

다른 바이오디젤 연료의 제조 방법으로서 (비특허문헌 1)에 기재된 수소화 처리법이 알려져 있다. 수소화 처리법은 종래의 석유 정제 프로세스인 수소화 기술을 응용한 방법으로, 10㎫라는 고압 하에서 수소화 처리함으로써 원료 유지 중의 산소가 주로 물로서 이탈되어 경질화됨과 아울러 원료 유지 유래의 불포화 결합을 포화화하여 경유의 비점 범위의 탄화수소유를 얻는 것이다.As a method of producing other biodiesel fuel, the hydrogenation treatment method described in Non-Patent Document 1 is known. The hydrotreating method is a method of applying hydrogenation technology which is a conventional petroleum refining process and hydrogenation treatment is carried out under a high pressure of 10 MPa to oxygenate in the raw material oil as water mainly and to be hardened and to saturate the unsaturated bonds originating from the raw material oil, Of the boiling point range.

또한, (특허문헌 3)에는 「반응 대역, 분리 대역, 스트리핑 대역 및 재생 대역을 갖는 유동 접촉 분해 장치를 사용하고, 출구 온도 480∼540℃의 반응 대역에 있어서 바이오매스를 함유하는 원료유를 초안정 Y형 제올라이트나 실리카알루미나 등의 고체 산촉매에 1∼3초간 접촉시켜 가솔린 기재나 디젤 연료 기재 등을 얻는 바이오매스의 처리 방법」이 개시되어 있다.[Patent Document 3] discloses that "a flow catalytic cracker having a reaction zone, a separation zone, a stripping zone, and a regeneration zone is used, and a feedstock containing biomass in a reaction zone at an outlet temperature of 480 to 540 ° C And a solid acid catalyst such as stable Y type zeolite or silica alumina for 1 to 3 seconds to obtain a gasoline base material or a diesel fuel base material.

또한 (특허문헌4)에는 「고체 산촉매를 반응 용기 중에서 350∼450℃의 온도역으로 가열하고, 상기 고체 산촉매에 액상의 유지를 접촉시켜서 상기 유지로부터 함산소 성분을 제거하고, 탄소수 9∼24의 올레핀 및 파라핀을 주성분으로 하는 탄화수소 혼합물을 합성하도록 한 유지의 접촉 분해 방법」이 개시되어 있다.(Patent Document 4) discloses that "a solid acid catalyst is heated in a reaction vessel in a temperature range of 350 to 450 占 폚, the solid acid catalyst is brought into contact with a liquid phase retainer to remove the oxygenate component from the retainer, A method for catalytic cracking of a fat-and-oil mixture in which a hydrocarbon mixture composed mainly of olefin and paraffin is synthesized ".

일본 특허 공개 2008-143983호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2008-143983 일본 특허 공개 2008-1856호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-1856 일본 특허 공개 2007-177193호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-177193 일본 특허 출원 2008-086034호Japanese Patent Application No. 2008-086034

ENEOS Technical Review 제 49 권 제 2 호(2007년 6월) ENEOS Technical Review Volume 49 Issue 2 (June 2007)

그러나, 상기 종래의 기술에 있어서는 이하와 같은 과제를 갖고 있었다.However, the above-described conventional techniques have the following problems.

(1) 비특허문헌 1, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 지방산 메틸에스테르화법에서는 대량의 저급 알콜을 필요로 하므로 고액의 러닝 코스트를 필요로 한다는 과제를 갖고 있었다. 또한, 원료 유지 중의 불순물(예를 들면 디엔류, 수산기, 퍼옥사이드 등)이 생성유 중에 잔류되기 쉬우므로 생성유는 공기 등에 대해서 불안정해서 저장 안정성이 결여된다는 과제를 갖고 있었다. 이 과제를 해결하기 위해서, 활성 백토 등의 흡착제를 사용해서 퍼옥사이드 등의 불순물을 흡착시켜 생성유로부터 제거하는 공정이 필요로 되어 처리 공정이 복잡화된다는 과제를 갖고 있었다.(1) In the fatty acid methyl esterification method disclosed in Non-Patent Document 1, Patent Document 1 and Patent Document 2, a large amount of lower alcohol is required, and thus a large running cost is required. Further, impurities (for example, dienes, hydroxyl groups, peroxides, etc.) in the raw material retention are liable to remain in the produced oil, so that the produced oil is unstable to air and the like and has a problem that storage stability is lacking. In order to solve this problem, a process of adsorbing impurities such as peroxide by using an adsorbent such as activated clay or the like and removing from the produced flow channel is required, which has a problem that the treatment process is complicated.

(2) 지방산 메틸에스테르화법에서는 비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이 알칼리 촉매를 사용하기 때문에 지방산 비누가 부생한다는 문제가 생긴다. 지방산 비누의 부생량이 많아지면 지방산 에스테르층과 글리세린층의 분리가 곤란해져 글리세린층에 지방산 에스테르가 혼입되고, 지방산 에스테르의 수율의 저하가 일어나기 때문이다. 또한, 부생된 글리세린에는 알칼리 촉매(가성 소다 등)가 용해되어 있으므로 이 처리가 문제가 되었다. 부생물인 글리세린의 처리 기술의 확립이 지방산 메틸에스테르화법의 기술 확립에는 불가결하지만, 아직 유효한 처리 기술이 확립되어 있지 않다.(2) In the fatty acid methyl esterification method, as described in Non-Patent Document 1, there is a problem that fatty acid soap is by-produced because an alkali catalyst is used. If the fatty acid soap has a large by-product amount, it is difficult to separate the fatty acid ester layer and the glycerin layer, so that the fatty acid ester is mixed into the glycerin layer and the yield of the fatty acid ester is lowered. In addition, since the alkali catalyst (caustic soda, etc.) is dissolved in the by-produced glycerin, this treatment became a problem. Establishment of the treatment technique of glycerin, which is a by-product, is indispensable for establishing the technique of the fatty acid methyl esterification method, but the effective treatment technique has not yet been established.

(3) 특허문헌 1에 기재된 지방산 메틸에스테르화법에서는 칼슘계 고체 촉매의 사용에 의해 지방산 비누의 부생을 낮게 억제할 수 있지만, 다른 문제점으로서 원료인 트리글리세리드에 포함되는 유리 지방산이 고체 촉매의 활성을 저하시킨다는 문제가 생긴다. 이 결과, 고체 촉매를 대량으로 사용하지 않으면 안되어져 대량의 사용이 끝난 촉매가 발생되고, 사용이 끝난 촉매의 재활성화 처리도 필요하게 되는 등 부대 작업이 증대해서 러닝 코스트를 상승시킴과 아울러 생산성이 저하된다는 과제를 갖고 있었다.(3) In the fatty acid methyl esterification method described in Patent Document 1, the byproduct of fatty acid soap can be suppressed to a low level by using a calcium-based solid catalyst. However, another problem is that free fatty acid contained in triglyceride as raw material lowers the activity of the solid catalyst There is a problem. As a result, it is necessary to use a large amount of the solid catalyst to generate a large amount of used catalyst, and the reactivation treatment of the used catalyst is also required, so that the auxiliary operation is increased and the running cost is raised, There is a problem that it is deteriorated.

(4) 유리 지방산에 의한 고체 염기 촉매의 활성의 저하를 억제하기 위해서 특허문헌 2에는 전(前)공정으로서 고체 산촉매의 존재 하에서 유리 지방산을 처리 함으로써 원료 유지로부터 유리 지방산을 제거하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 2에 개시된 기술은 공정 A에 있어서 고체 산촉매의 존재 하에서 유리 지방산을 처리하고, 그 후, 공정 C에서 알콜과 고체 염기 촉매의 존재 하에서 반응시키므로 복수의 공정을 필요로 하고, 처리 공정이 번잡화된다는 과제를 갖고 있었다.(4) In order to suppress the lowering of the activity of the solid base catalyst by the free fatty acid, Patent Document 2 discloses a technique of removing free fatty acid from the raw material holding by treating the free fatty acid in the presence of a solid acid catalyst as a previous step have. The technique disclosed in Patent Document 2 requires a plurality of steps because the free fatty acid is treated in the step A in the presence of the solid acid catalyst and then reacted in the presence of the alcohol and the solid base catalyst in the step C, They had a problem of being miscellaneous goods.

(5) 비특허문헌 1에 기재된 수소화 처리법에서는 얻어진 탄화수소유의 응고점이 +20℃로 높고 유동성이 나쁘다는 과제를 갖고 있었다. 또한, 얻어진 탄화수소유에 글리세린이 혼입되어 안정성이 결여된다는 과제를 갖고 있었다. 탄화수소유의 응고점이 높은 것은 특히 한냉지에서 사용하는 경우에 문제가 있고, 현재는 경유에 5% 이하의 조건으로 혼합되어서 사용되고 있는 정도이다.(5) In the hydrotreating method described in Non-Patent Document 1, there was a problem that the solidification point of the obtained hydrocarbon oil was as high as +20 占 폚 and the fluidity was poor. Further, there is a problem that glycerin is mixed into the obtained hydrocarbon oil, resulting in lack of stability. The higher the solidifying point of the hydrocarbon oil is, in particular, a problem in the case of use in a cold paper, and is presently mixed with diesel oil in a condition of 5% or less.

(6) 특허문헌 3에 개시된 기술은 반응 대역, 분리 대역, 스트리핑 대역 및 재생 대역을 갖는 유동 접촉 분해 장치를 사용하여 유지로부터 가솔린 기재 등을 얻는 기술이다. 이 기술에서는 집하된 원료 유지를 대규모의 유동 접촉 분해 장치가 존재하는 거점까지 수송해서 처리를 행하는 것이 필요하다. 그러나, 유지의 원료가 되는 식물계 바이오매스는 광대한 토지를 생산 거점으로 하는 분산 산출형 자원이기 때문에 집하 및 유동 접촉 분해 장치까지의 수송에 엄청난 비용을 요한다는 과제를 갖고 있었다. 또한, 수송 비용 등을 삭감하기 위해서 식물계 바이오매스의 생산 거점에 바이오디젤 연료를 제조하는 것 뿐의 목적으로 대규모의 유동 접촉 분해 장치를 건설하는 것은 러닝 코스트가 상승하는 등의 과제를 갖고 있었다. 또한, 출구 온도 480∼540℃의 반응 대역에 있어서 원료 유지가 고체 산촉매에 접촉하면 알킬기의 탄소 간의 결합이 개열되기 쉬워 생성물이 저분자화되고, 가솔린 연료 기재된 제조량이 많아지고, 디젤 연료 기재의 제조량이 감소한다는 과제를 갖고 있었다. 또한, 고체 산촉매의 반응에서는 방향족의 생성이 많기 때문에 코크(coke, 석유 등의 탄화수소를 처리하는 촉매 상에 생성되는 탄화물, 코크스라고도 함)의 생성량이 많고, 고체 산촉매의 표면에 석출되어 빠른 시기에 촉매의 활성이 저하된다는 문제나, 복수의 촉매가 결합되어 괴상화된다는 문제가 생겨 수율의 저하나 조업이 곤란해진다는 과제를 갖고 있었다. 또한, 촉매의 활성이 저하되면 탈탄산능이 저하되어 카르복실산(유리 지방산) 등의 불순물도 부생되기 쉽고, 생성유가 흑변되거나 이취가 생긴다는 과제를 갖고 있었다. 산이 많고 방향족이 많고 세탄가가 낮은 생성유는 실제의 사용에는 적합하지 않다는 과제가 있었다.(6) The technique disclosed in Patent Document 3 is a technique for obtaining a gasoline base material or the like from a fuel oil using a fluidized catalytic cracking apparatus having a reaction zone, a separation zone, a stripping zone, and a regeneration zone. In this technique, it is necessary to transport the collected raw material to a point where a large-scale flow catalytic cracking apparatus exists to perform the treatment. However, plant biomass, which is a raw material of oil, has a problem of requiring a great deal of cost for transportation to a collection and flow catalytic cracking unit because it is a distributed and computational resource having a vast land as a production base. In addition, the construction of a large-scale fluid catalytic cracking apparatus for the purpose of producing biodiesel fuel at the production base of the plant biomass in order to reduce the transportation cost had a problem such as an increase in the running cost. Further, when the raw material oil is contacted with the solid acid catalyst in the reaction zone at the outlet temperature of 480 to 540 캜, the bond between the carbon atoms of the alkyl group tends to be cleaved, resulting in a low molecular weight product, an increased production amount of the gasoline fuel, . In addition, in the reaction of the solid acid catalyst, since a large amount of aromatic is produced, the amount of produced coke (also called carbide or coke produced on the catalyst for treating hydrocarbons such as petroleum) is large and precipitates on the surface of the solid acid catalyst, There is a problem in that the activity of the catalyst is deteriorated and a problem that a plurality of catalysts are combined and become massive is caused, which lowers the yield and makes it difficult to operate the catalyst. Further, when the activity of the catalyst is lowered, the decarbonation ability is lowered, and impurities such as carboxylic acid (free fatty acid) are easily produced as a by-product, and the resulting product is blackened or odorous. There is a problem that a product oil having a lot of acids, a lot of aromatics and a low cetane number is not suitable for actual use.

(7) 특허문헌 4에 개시된 기술은 가열된 고체 산촉매와 유지를 접촉시키고, 접촉 분해에 의해 유지로부터 탄소수 9∼24의 올레핀 및 파라핀을 주성분으로 하는 디젤 엔진용 연료가 되는 탄화수소 혼합물을 얻는 기술이다. 고체 산촉매를 사용하고 있지만 특허문헌 3보다 낮은 반응 온도를 사용함으로써 보다 온화한 반응 조건으로 되어 있고, 알킬기의 탄소간의 절단 비율은 낮다. 그러나, 역시 고체 산촉매의 반응이므로 코크의 생성량이 많고, 등유·경유분의 수율이 낮아지는 것과, 촉매의 활성이 저하되기 쉽다는 과제가 있었다. 또한, 촉매의 활성이 저하되면 탈탄산능이 저하되어 카르복실산(유리 지방산) 등의 불순물도 부생되기 쉽고, 생성유가 흑변되거나 이취가 생긴다는 과제를 갖고 있었다.(7) The technique disclosed in Patent Document 4 is a technique for obtaining a hydrocarbon mixture which becomes a fuel for a diesel engine, in which a heated solid acid catalyst is contacted with a fuel and catalytic cracking is carried out from the oil to mainly contain olefins and paraffins having 9 to 24 carbon atoms . A solid acid catalyst is used, but by using a reaction temperature lower than that in Patent Document 3, milder reaction conditions are obtained, and the rate of cleavage of the carbon atoms of the alkyl group is low. However, since the reaction is also a solid acid catalyst, there is a problem that the amount of coke produced is large, the yield of kerosene and diesel oil is lowered, and the activity of the catalyst is easily lowered. Further, when the activity of the catalyst is lowered, the decarbonation ability is lowered, and impurities such as carboxylic acid (free fatty acid) are easily produced as a by-product, and the resulting product is blackened or odorous.

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하는 것으로, 알콜(부원료)을 필요로 하지 않고, 글리세린을 부생시키지 않고, 또 원료 유지 중의 디엔류나 수산기, 퍼옥사이드 등의 불순물이 생성물 중에 잔류되기 어렵고, 코크의 생성량이 적고, 유동점도 낮고, 카르복실산(유리 지방산) 등의 불순물도 부생되기 어려우므로 공기 등에 대해서 안정적이어서 흑변이나 이취가 발생하기 어려워 저장 안정성이 우수하고, 또한, 부생된 유리 지방산에 의해 촉매의 활성이 저하된다는 문제가 생기기 어렵기 때문에 사용이 끝난 촉매의 처리나 재활성화 등의 부대 작업에 의해 러닝 코스트를 대폭 삭감하여 생산성이 우수하고, 또한 원료 유지로부터 유리 지방산을 제거하는 전처리 등이 불필요하게 되고, 또한 반응을 상압 하에서 행할 수 있으므로 제조 공정의 간략화 및 반응 장치의 간소화를 꾀할 수 있고, 필요한 장소에서 필요한 에너지를 공급하는 분산형의 에너지 공급 시스템을 구축할 수 있고, 불포화 지방산이 많은 원료라도 수율이 좋은 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 착유 원료나 유지로부터 양질의 바이오디젤 연료를 수율 좋게 얻을 수 있는 바이오디젤 연료의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 유지의 이중 결합의 절단을 억제해서 탈탄산 분해 반응을 진행시킴으로써 효율 좋게 유지로부터 양질의 바이오디젤 연료를 얻을 수 있는 바이오디젤 연료의 제조 방법에 사용하는 유지 탈탄산 분해 촉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of the Invention The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a coke oven which does not require an alcohol (subsidiary raw material) and does not produce glycerin as a by- (Free fatty acid) is difficult to be produced as a by-product because it is stable to air and the like, so that it is difficult to generate a black color or bad odor and thus the storage stability is excellent. Further, There is no problem of lowering the activity of the used catalyst. Therefore, the running cost is greatly reduced by the auxiliary operation such as the treatment or the re-activation of the used catalyst, so that the productivity is excellent and the pretreatment for removing the free fatty acid from the raw material holding is not necessary And the reaction can be carried out under atmospheric pressure. Therefore, It is a further object of the present invention to provide a method of manufacturing a biodiesel fuel which can simplify the apparatus and can provide a distributed energy supply system that supplies necessary energy at a required place and that yields even a raw material rich in unsaturated fatty acids do. It is another object of the present invention to provide an apparatus for producing biodiesel fuel which can obtain a high-quality biodiesel fuel from a milking raw material or a fat with good yield. It is another object of the present invention to provide a decarbonate decomposing catalyst for use in a method for producing a biodiesel fuel which can efficiently obtain a high quality biodiesel fuel by advancing a decarboxylation cracking reaction by suppressing the cleavage of double bonds of the fat .

상기 종래의 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 바이오디젤 연료의 제조 방법은 이하의 구성을 갖고 있다.In order to solve the above-described conventional problems, the method for producing biodiesel fuel of the present invention has the following configuration.

본 발명의 청구항 1에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 방법은 350℃∼475℃에 있어서 반응 용기 내에서 유지 탈탄산 분해 촉매와 유지가 접촉하고, 상기 유지 탈탄산 분해 촉매에 의해 식(1)에 나타내어지는 탈탄산 분해 반응에서 C8∼C24의 탄화수소를 주로 생성하는 구성을 갖고 있다.The method for producing a biodiesel fuel according to claim 1 of the present invention is a method for producing a biodiesel fuel according to claim 1, wherein the fat decarbonation catalyst is contacted with the fat decarbonation catalyst in a reaction vessel at 350 ° C to 475 ° C, Has a constitution which mainly produces C 8 to C 24 hydrocarbons in the decomposition reaction of decarbonation.

(화 1)(1)

Figure 112011036024113-pct00001
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이 구성에 의해 이하와 같은 작용이 얻어진다.With this configuration, the following actions are obtained.

(1) 350℃∼475℃에 있어서 유지 탈탄산 분해 촉매와 유지를 접촉시키면 유지 탈탄산 분해 촉매의 작용에 의해 글리세린의 에스테르 결합 부분이 개열(開裂)되고, (화 1)에 나타내는 탈탄산 분해가 일어나서 바이오디젤 연료가 되는 분해 가스(탄화수소)를 얻을 수 있다. 또한, 유지 탈탄산 분해 촉매의 종류에 따라서는 우선적으로 탈CO가 일어나는 경우도 고려된다. (화 1)에 나타내는 반응으로부터 명백하듯이 글리세린을 부생시키지 않으므로 글리세린의 처리 기술의 확립이나 처리 공정 등을 필요로 하지 않는다. 또한, 부생물로서 프로판, 메탄, 에탄, 부탄의 가스상 화합물이 얻어지므로 기체 연료로서 사용할 수 있고, 유지 탈탄산 분해 촉매를 가열하기 위한 연료로 할 수도 있다.(1) When the fat decarbonation decomposition catalyst and the fat are brought into contact with each other at 350 ° C to 475 ° C, the ester bond portion of the glycerin is cleaved (cleaved) by the action of the fat decarboxylation decomposition catalyst, (Hydrocarbons) to be the biodiesel fuel can be obtained. Also, depending on the type of the decarbonate decomposition catalyst, preferential de-CO may occur. As is evident from the reaction shown in Chemical Formula 1, since glycerin is not produced as a by-product, the establishment of the treatment technique of glycerin and the treatment process are not required. Further, since gaseous compounds of propane, methane, ethane and butane are obtained as by-products, they can be used as gaseous fuels and can be used as a fuel for heating the firing decarbonation decomposition catalyst.

(2) 이 탈탄산 분해는 알콜이 실질적으로 존재하지 않는 조건 하에서 행해지므로 러닝 코스트를 대폭 싸게 할 수 있고, 또 원료 유지 중의 디엔류나 퍼옥사이드 등의 불안정한 불순물이 유지 탈탄산 분해 촉매 표면 상에서 용이하게 분해되므로 생성물 중에 잔류되기 어렵고, 카르복실산(유리 지방산) 등의 불순물도 부생되기 어렵기 때문에 공기 등에 대해서 안정적이어서 흑변이나 이취가 생기기 어려운 저장 안정성이 우수한 바이오디젤 연료를 얻을 수 있다. 또한, 퍼옥사이드 등의 불순물을 흡착제를 사용해서 흡착·제거하는 공정도 불필요하게 되어 경제성이 우수하다. 또한, 코크의 생성량이 적기 때문에 코크가 촉매의 표면에 석출되는 것에 의한 유지 탈탄산 분해 촉매의 활성 저하나, 유지 탈탄산 분해 촉매가 결합되어 괴상화된다는 문제도 생기기 어려워 높은 수율로 안정 조업이 가능해진다.(2) This decarbonation decomposition is carried out under the condition that substantially no alcohol is present, so that the running cost can be drastically reduced, and unstable impurities such as dienes and peroxides in the raw material retention can be easily It is difficult to remain in the product due to decomposition, and impurities such as carboxylic acid (free fatty acid) are also difficult to be produced as a by-product, so that it is possible to obtain a biodiesel fuel which is stable to air and is excellent in storage stability with less occurrence of blackness and odor. In addition, a step of adsorbing and removing impurities such as peroxide by using an adsorbent is unnecessary, which is excellent in economy. In addition, since the amount of coke produced is small, there is no problem that the coke is deposited on the surface of the catalyst and the deterioration of the decalboxylating decomposition catalyst due to the activation of the decomposition catalyst or the decomposition of the decalinized carbonate decomposition catalyst is difficult to occur. It becomes.

(3) 원료 중에 유리 지방산이 존재하지만, 유지 등의 글리세린의 에스테르 결합 부분이 개열되어 탈CO2가 행해짐으로써 카르복실산(유리 지방산) 등의 불순물이 부생되기 어렵고, 반응 중에 유리 지방산이 부생되어도 용이하게 탄화수소와 탄산 가스로 분해되므로 부생된 카르복실산(유리 지방산)에 의해 촉매의 활성이 저하된다는 문제가 생기기 어렵다. 이 때문에, 활성 저하분을 예상해서 촉매를 대량으로 사용할 필요가 없고, 사용이 끝난 촉매의 처리나 재활성화 등의 부대 작업에 의해 러닝 코스트가 상승하거나 생산성이 저하되거나 하는 일이 없다. 폐유나 불포화 결합을 많이 갖는 유지(야트로파유 등)는 산화 열화에 보다 많은 유리 지방산을 함유하므로 매우 유효하다.(3) Although free fatty acid is present in the raw material, impurities such as carboxylic acid (free fatty acid) are less likely to be produced as a result of cleavage of the ester bond portion of glycerin such as fat and de-CO 2 , It is difficult to easily cause a problem that the activity of the catalyst is lowered by the by-produced carboxylic acid (free fatty acid) because it is easily decomposed into hydrocarbon and carbon dioxide gas. Therefore, it is not necessary to use a large amount of catalyst in anticipation of the decrease in activity, and there is no possibility that the running cost is increased or the productivity is lowered due to the auxiliary operation such as the treatment or re-activation of the used catalyst. Fats containing waste oils or unsaturated bonds (such as yatrope oil) are very effective because they contain more free fatty acids in oxidative deterioration.

(4) 유지 탈탄산 분해 촉매를 사용한 탈탄산 분해로 글리세린의 탈CO2 또는 탈CO가 일어나고, 나머지의 탄소쇄를 회수함으로써 주로 탄소수 8∼24의 탄화수소로서 응고점이 -20℃ 전후의 유동성이 우수한 바이오디젤 연료를 얻을 수 있다.(4) Dehydrocarbon decomposition using a decarbonated decomposition catalyst for dehydrogenation leads to de-CO 2 or de-CO of glycerin, and the remaining carbon chains are recovered, whereby a hydrocarbon having a carbon number of 8 to 24, Biodiesel fuel can be obtained.

(5) 유지 탈탄산 분해 촉매의 활성의 저하를 막기 위한 원료 유지로부터 유리 지방산을 제거하는 전처리 등이 불필요하게 되고, 또 접촉 분해 공정은 상압 하에서 행할 수 있으므로 바이오디젤 연료의 제조 공정 및 반응 장치를 간소화할 수 있어 생산성이 우수함과 아울러 바이오디젤 연료를 저비용으로 제조할 수 있다. 이 때문에, 반응 장치를 식물계 바이오매스의 생산 거점이나 필요로 되는 장소에 저비용으로 건설할 수 있어 필요한 장소에서 필요한 에너지를 공급하는 분산형 에너지 공급 시스템을 구축할 수 있다.(5) Pre-treatment for removing free fatty acid from the raw material oil to prevent the deterioration of the activity of the decalboxylation decomposition catalyst becomes unnecessary, and since the catalytic decomposition step can be performed under atmospheric pressure, the production process of the biodiesel fuel and the reaction apparatus It is possible to simplify the fuel cell, thereby improving the productivity and manufacturing the biodiesel fuel at low cost. Therefore, the reaction device can be constructed at low cost in a production base or a necessary place of plant-based biomass, and a distributed energy supply system for supplying necessary energy at a necessary place can be constructed.

(6) 유지 탈탄산 분해 촉매가 350∼475℃로 가열되어 있으므로 탈탄산 분해의 반응 속도가 크고, 높은 생산성으로 탄소수 8∼24의 올레핀 및 파라핀을 주성분으로 하는 바이오디젤 연료를 제조할 수 있다.(6) Since the dehydrogenative decarbonation catalyst is heated to 350 to 475 DEG C, a biodiesel fuel having olefins and paraffins having 8 to 24 carbon atoms as the main components can be produced with a high rate of decarbonation decomposition and high productivity.

(7) 350∼475℃에서는 유지는 액상이며, 거의 증발되지 않는다. 따라서 반응 용기로부터 생성물만이 가스로 되어 도출된다.(7) At 350 to 475 ° C, the oil is liquid and hardly evaporates. Therefore, only the product from the reaction vessel is drawn out as a gas.

(8) 350∼475℃에서는 유지는 거의 열분해되지 않는다. 따라서 유지가 거의 탈탄산 분해되므로 2중 결합 부분이 열적으로 절단되어 저분자화하는 것을 방지한다.(8) At 350 to 475 ° C, the oil is hardly pyrolyzed. Therefore, since the fat is almost decomposed by decarboxylation, the double bond portion is thermally cut to prevent low molecular weight.

(9) 가스로서 생성물을 도출하므로 원료 중의 인산이 유지 탈탄산 분해 촉매에 침착되어 분해유로 거의 이행하지 않는다. 그 때문에 엔진의 인산에 의한 성능 저하나 손상 사고가 없어 분해유를 안심하고 사용할 수 있다. 특히 인산 함유량이 높은 야트로파나 생선 찌꺼기(또는 어유), 대두 등을 원료로 한 경우에 유효하다.(9) Since the product is derived as a gas, the phosphoric acid in the raw material is deposited on the dehydrogenative decarboxylation catalyst for decomposition, so that the decomposition channel hardly shifts. Therefore, there is no performance degradation or damage caused by phosphoric acid in the engine, so the decomposition oil can be used safely. Especially, it is effective when yatrofana fish residue (or fish oil) and soybean which have high phosphoric acid content are used as raw materials.

여기서, 유지로서는 착유해서 얻어진 채종유, 팜유, 팜핵유, 올리브유, 대두유, 들깨유, 피마자유, 야트로파유, 옥수수유 등의 식물유, 테르펜류, 어유, 돈지(豚脂), 우지 등의 동물지 등, 어떤 종류의 조류(藻類)로부터 채취된 유지나 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 튀김 기름 등의 폐식용유를 사용할 수도 있다. 상온에서 고화되는 돈지, 우지 등의 유지는 가열된 촉매나 예열에 의해 녹아서 액상화되므로 유지는 액상, 고형상 모두 사용할 수 있다.Herein, as the fat, animal oils such as vegetable oils such as rapeseed oil, palm oil, palm kernel oil, olive oil, soybean oil, perilla oil, castor oil, yatropha oil and corn oil, terpenes, fish oil, lard, , Etc., or mixtures thereof, may be used. In addition, waste cooking oil such as frying oil may be used. Liquids such as lard and woji which solidify at room temperature are dissolved and liquefied by heated catalyst or preheating, so the oil can be used in both liquid and solid form.

유지는 1종 또는 복수종의 혼합물을 촉매와 접촉시켜서 반응시킬 수 있다. 또한, 유지는 촉매에 접촉시키기 전에 475℃ 이하의 온도에서 예열할 수도 있다. 촉매와 접촉시킨 후, 신속하게 가열되도록 해서 분해 효율을 높이기 위함이다. The oil may be reacted by bringing a mixture of one or more species into contact with the catalyst. Further, the oil may be preheated at a temperature of 475 DEG C or lower before being contacted with the catalyst. So as to be rapidly heated after contacting with the catalyst to increase the decomposition efficiency.

유지는 트리아실글리세롤(3개의 아실기가 글리세린에 에스테르 결합된 것)이지만, 인지질이나 당지질이나 지방산 등도 본 발명의 원료에 사용할 수 있다.The fat is triacylglycerol (three acyl groups are ester-bonded to glycerin), but phospholipids, glycolipids, fatty acids and the like can also be used in the raw materials of the present invention.

유지 탈탄산 분해 촉매에는 약알카리성, 중성, 약산성의 것이 바람직하다. 구체적으로는 고체 촉매의 실리카, 활성화된 탄소, 고체 염기, 점토 광물, 알칼리 피독된 고체산의 하나 이상이 사용된다. 활성화된 탄소로서는 예를 들면 1000℃ 전후의 고온에서 처리된 입분상(粒粉狀)이나 섬유상 등의 탄화물을 들 수 있다. 또한, 대부분의 세라믹도 촉매로서 사용할 수 있다.The sustained decarboxylation catalyst is preferably weakly alkaline, neutral or slightly acidic. Specifically, one or more of the silica of the solid catalyst, the activated carbon, the solid base, the clay mineral, and the alkali poisoned solid acid are used. Examples of activated carbon include carbides such as particulate powder and fibrous carbide treated at a high temperature of about 1000 캜. Most of the ceramics can also be used as a catalyst.

보다 구체적으로는 활성탄(특히, 500℃ 이상의 고온에서 부활된 것), 코크스, 활성 코크스, MgO, CaO, SrO, BaO 등의 알칼리 토류 금속 산화물, La2O3, Th2O3 등의 란타노이드, 악티노이드의 산화물, ZrO2나 TiO2 등의 금속 산화물, 알칼리 토류 금속 등의 금속 탄산염, SiO2-MgO, SiO2-CaO 등의 복합 산화물, Rb나 Cs 등의 알칼리 금속 이온이나 알칼리 토류 금속 이온으로 교환한 제올라이트, 알칼리 금속 화합물이나 알칼리 토류 금속 화합물을 첨가해서 부분적 또는 전면적으로 피독된 FCC 촉매나 FCC 폐촉매, Na, K 등의 알칼리 금속이 증착된 Na/MgO, K/MgO 등의 금속 증착 금속 산화물, KF/Al2O3, LiCO3/SiO2 등의 알칼리 금속염 등을 사용할 수 있다. 이들의 혼합물이나 담지물(예를 들면, 실리카, 코크스 등에 고체 염기를 담지시킨 담지물) 등을 사용할 수도 있다. 또한, 가열되면 MgO와 CaO의 혼합물이 되는 돌로마이트 등의 광물도 바람직하게 사용할 수 있다.More specifically, the activated carbon (to the particular, raised from the above 500 ℃ high temperature), coke, active coke, alkaline earth metal oxides MgO, such as CaO, SrO, BaO, La 2 O 3, Th 2 O 3, such as the lanthanides , the solenoid actinoids oxide, ZrO 2 and TiO 2, such as a metal oxide, an alkaline earth metal such as a metal carbonate, SiO 2 -MgO, SiO 2 -CaO, such as a complex oxide, Rb, or an alkali metal ion or alkaline earth metal such as Cs Ion exchanged zeolite, an FCC catalyst partially or totally poisoned by addition of an alkali metal compound or an alkaline earth metal compound, an FCC spent catalyst, a metal such as Na / MgO or K / MgO deposited with an alkali metal such as Na or K Deposited metal oxides, alkali metal salts such as KF / Al 2 O 3 and LiCO 3 / SiO 2, and the like can be used. And a mixture or support (for example, a support in which a solid base is supported on silica, coke or the like) or the like may be used. Minerals such as dolomite which is a mixture of MgO and CaO when heated can also be preferably used.

이들의 암모니아 승온 이탈 온도는 알루미나가 50∼250℃, 실리카겔이 30∼200℃, 제올라이트 200∼600℃, 활성탄이 0∼100℃이다. Na 피독된 FCC 촉매가 30∼200℃, 산화 마그네슘을 담지시킨 산화 규소가 0∼60℃, 산화 마그네슘을 담지시킨 활성탄이 0∼70℃이다. 암모니아 승온 이탈 온도가 400℃보다 높은 것은 매우 강한 산촉매이며, 유지 중의 알킬기의 탄소간 결합을 절단해서 생성물이 저분자화되기 쉽고, 또 탄소간 이중 결합을 공격해서 방향족을 많이 생성하기 때문에 코크의 생성이 증가한다. 이 때문에, 생성유의 수율이 떨어지고, 또한 증가한 코크에 의해 촉매의 활성 저하가 빨라지고, 탈탄산능이 저하되고, 카르복실산의 생성이 많아져 생성유의 품질이 저하되므로 바람직하지 못하다. 암모니아 승온 이탈 온도가 400℃보다 높은 것을 사용하면 생성유 중의 방향족이 많기 때문에 세탄가가 낮은 데다가 산이 많아 품질이 낮기 때문에 디젤 연료로서 실제로 사용하기에는 부적합하다. 또한, 촉매 중 활성탄, 활성 코크스 등 암모니아 승온 이탈 온도가 100℃ 이하인 촉매를 사용할 경우에는 유지와 광물유의 혼합물을 원료로서 사용할 수 있다. 활성탄, 활성 코크스 등의 촉매는 광물유를 거의 저분자화하지 않기 때문이다. 광물유로서는 원유를 증류해서 얻어지는 상압 잔유, 상압 잔유를 더욱 감압 증류해서 얻어지는 감압 경유, 감압 잔유, 이들의 수소화 처리유, 또는 열분해유, 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 또 유지의 탈탄산 분해로 생성된 탄화수소도 사용할 수 있다. 이들 광물유가 잔사 중에 남은 유지의 추출제로서 기능해서 더욱 효율을 높일 수 있다.The ammonia temperature-escaping temperature is in the range of 50 to 250 ° C for alumina, 30 to 200 ° C for silica gel, 200 to 600 ° C for zeolite, and 0 to 100 ° C for activated carbon. Na poisoned FCC catalyst at 30 to 200 ° C, magnesium oxide-supported silicon oxide at 0 to 60 ° C, and magnesium oxide-supported activated carbon at 0 to 70 ° C. The ammonia temperature elevation temperature higher than 400 ° C is a very strong acid catalyst, and the product is easily broken down by cutting off the carbon-carbon bond of the alkyl group in the oil and attacking the carbon-carbon double bond to generate a large amount of aromatic. . For this reason, the yield of the produced oil is lowered, the activity of the catalyst is lowered by the increased coke, the decarbonation capacity is lowered, the production of the carboxylic acid is increased, and the quality of the produced oil is lowered. If the ammonia temperature rise temperature is higher than 400 ° C, it is inadequate for practical use as a diesel fuel because it has a low cetane number and high acidity due to a large amount of aromatics in the produced oil. In the case of using a catalyst such as activated carbon or activated coke in the catalyst having an ammonia temperature rise temperature of 100 DEG C or lower, a mixture of oil and mineral oil can be used as a raw material. Catalysts such as activated carbon and activated coke do not convert mineral oil to low molecular weight. Examples of the mineral oil include an atmospheric residue obtained by distilling crude oil, a reduced pressure diesel oil obtained by further distilling the atmospheric residue at reduced pressure, a reduced pressure residue, a hydrotreated oil thereof, or a mixture thereof. Hydrocarbons produced by decarbonation of the oil may also be used. These mineral oils function as an extracting agent of the residual oil remaining in the residues, thereby further increasing the efficiency.

유지 탈탄산 분해 촉매의 가열 온도가 350℃보다 낮아지면 탈탄산 분해 반응의 진행이 느려지는 데다가 유지의 중합 고화가 일어나 탄화수소의 생산성이 저하되는 경향이 보여진다. 또한, 475℃보다 높아지면 탄소수 4 이하의 경질 가스나 코크의 생성량이 증가하고, 탄소수 8∼24의 올레핀 및 파라핀을 주성분으로 하는 생성물의 생성량이 저하되는 경향이 보여지므로 모두 바람직하지 못하다.When the heating temperature of the deasphalting decarboxylation catalyst is lower than 350 ° C, the progress of the decarbonation decomposition reaction is slowed, and the polymerization of the oil is solidified and the productivity of the hydrocarbon is lowered. In addition, when the temperature is higher than 475 DEG C, the amount of production of light gas or coke having 4 or less carbon atoms is increased, and the amount of products containing olefins and paraffins having 8 to 24 carbon atoms as a main component tends to be lowered.

바이오디젤 연료를 제조하는 반응 장치로서는 예를 들면, 유지 탈탄산 분해 촉매가 수용된 반응 용기와, 반응 용기 내의 유지 탈탄산 분해 촉매를 가열하는 가열 장치를 구비한 것이 사용된다. 반응 용기는 고정상(固定床) 방식, 유동상 방식, 로터리킬린(rotary kiln) 방식, 교반 방식 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도 교반 방식이 바람직하다. 조업 중에 반응 조건 등이 악화되면 유지 탈탄산 분해 촉매의 표면에 유지 등의 분해물(방향족 화합물 등)이 중합해서 부착되고, 그 중합물에 의해 복수의 유지 탈탄산 분해 촉매가 결합되어 반응 용기 내에서 괴상화해서 조업할 수 없게 되는 경우가 있지만, 교반에 의해 기계적으로 해쇄해서 괴상화를 방지할 수 있기 때문이다.As a reaction device for producing the biodiesel fuel, for example, a device having a reaction vessel containing a decalinized carbonic acid decomposition catalyst and a heating device for heating a decarbonate decomposition catalyst in the reaction vessel is used. The reaction vessel may be a fixed bed system, a fluidized bed system, a rotary kiln system, a stirring system, or the like. Among them, the stirring method is preferable. Decomposition products such as oils and the like (aromatic compounds and the like) are polymerized and adhered to the surface of the sustained decarboxylation catalyst when the reaction conditions and the like deteriorate during operation, and a plurality of fat decarboxylation catalysts are bonded by the polymerizate, It is impossible to operate it. However, it is possible to prevent mechanical agglomeration by mechanical agitation.

탈탄산 분해 공정에 있어서 유지 탈탄산 분해 촉매를 가열해서 촉매가 반응 온도에 도달하면 착유 원료나 유지를 분무, 분사, 적하, 산포 등에 의해 반응 용기 내에 도입하고, 유지 탈탄산 분해 촉매와 접촉시킨다. 연속식으로 처리를 행할 수 있고, 배치식으로 처리를 행할 수도 있다. 유지는 가열된 유지 탈탄산 분해 촉매와 접촉해서 분해되고, 가연성 가스로서 증기압을 가지게 된다. 질소 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스나 수증기 등의 플로우 가스를 연속적 또는 간헐적으로 도입함으로써 생성된 가연성 가스를 계외로 배출시킬 수 있다. 배출된 가연성 가스는 냉각되어 바이오디젤 연료유가 된다. 수증기를 플로우 가스로서 사용함으로써 수용 성분을 수증기에 용해시켜서 가연성 가스의 세정 효과를 얻을 수 있고, CaO 등의 촉매를 사용할 경우에는 후술하는 바와 같이 촉매의 활성 저하를 방지할 수 있다.In the decarboxylic acid decomposition step, when the catalyst is heated to a reaction temperature by heating the deasphalted carbonic acid decomposition catalyst, the milking raw material and the oil are introduced into the reaction vessel by spraying, spraying, dropping, The treatment can be performed continuously, and the treatment can be performed in a batch manner. The oil is decomposed in contact with the heated sustained decarboxylating catalyst and has a vapor pressure as a combustible gas. A combustible gas generated by continuously or intermittently introducing an inert gas such as nitrogen gas or helium gas or a flow gas such as water vapor can be discharged out of the system. The discharged combustible gas is cooled to become biodiesel fuel oil. By using water vapor as the flow gas, the water-soluble component is dissolved in water vapor to obtain a cleaning effect of the combustible gas. When a catalyst such as CaO is used, the catalyst activity can be prevented from lowering as described later.

실활된 유지 탈탄산 분해 촉매도 필요에 따라 반응 용기 내에서 또는 반응 용기로부터 추출한 후, 재생시킬 수 있다.The deactivated retained decarboxylation catalyst can also be regenerated after extraction from the reaction vessel or from the reaction vessel if necessary.

유지 탈탄산 분해 촉매와 접촉한 유지의 반응의 일례를 나타내면 MgO(촉매)는 유지의 CO2와 결합해서 유지를 분해하여 탄산 마그네슘이 된다. 탄산 마그네슘은 350∼450℃에서 분해되어 탈탄산이 일어나므로 탈탄산 후의 MgO는 반복해서 유지의 분해에 기여한다.When an example of the reaction of the fat contacted with the decalinized carbonate decomposition catalyst is shown, MgO (catalyst) decomposes the fat by binding with the CO 2 of the fat to become magnesium carbonate. Since magnesium carbonate decomposes at 350 to 450 ° C and decarboxylic acid occurs, MgO after decarbonation contributes to the decomposition of the oil repeatedly.

또한, CaO(촉매)는 수분의 존재 하에서 유지의 CO2와 결합해서 유지를 분해하고, 탄산수소 칼슘이 된다. 탄산수소 칼슘은 300℃ 부근에서 분해되어 탈탄산이 일어나므로 탈탄산 후의 CaO는 반복해서 유지의 분해에 기여한다.In addition, CaO (catalyst) decomposes the fat by binding with CO 2 of the oil in the presence of water, and becomes calcium hydrogen carbonate. Calcium hydrogencarbonate is decomposed at around 300 ° C to cause decarbonation, so CaO after decarbonation contributes to the decomposition of the oil repeatedly.

반응 용기 내의 압력은 대기압 내지는 정압으로 유지하는 것이 바람직하다. 유지 등의 탈탄산 분해에 의해 경유나 등유 등의 가연성 가스가 생성되므로 부압이면 반응 용기 내에 공기가 도입되고, 생성된 가연성 가스에 착화되어 폭발할 가능성이 있기 때문이다.The pressure in the reaction vessel is preferably maintained at atmospheric pressure or at a constant pressure. Since a combustible gas such as diesel oil or kerosene is produced by decomposition of decarbonic acid such as oil or the like, there is a possibility that air is introduced into the reaction vessel if it is a negative pressure, and is ignited and exploded by the generated combustible gas.

탈탄산 분해 공정에 있어서 유지의 유지 탈탄산 분해 촉매(체적)에 대한 1시간당 투입량(체적)을 나타내는 액 공간 속도로서는 0.05/h∼2.0/h, 바람직하게는 0.3/h∼1.0/h가 바람직하게 사용된다. 액 공간 속도가 0.05/h 미만이면 처리 효율이 낮은 데다가 2차적인 분해에 의해 생성유분이 경질 가스화되어 등·경유분의 수율이 저하되므로 바람직하지 못하다. 또 2.0/h를 초과하면 촉매와 유지 등의 접촉 시간이 짧아져 유지 분해율이 저하되므로 바람직하지 못하다.The liquid-space velocity representing the amount (volume) per hour of the maintenance decarbonation cracking catalyst (volume) in the decarbonation cracking step is preferably 0.05 / h to 2.0 / h, more preferably 0.3 / h to 1.0 / h Lt; / RTI > When the liquid space velocity is less than 0.05 / h, the treatment efficiency is low, and the produced oil is hard gasified by secondary decomposition and the yield of light oil and light oil is lowered, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 2.0 / h, the contact time of the catalyst with the oil and the like is shortened, and the rate of degradation of the oil storage is lowered, which is not preferable.

본 발명의 청구항 2에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 방법으로서, 상기 유지 탈탄산 분해 촉매와 상기 유지 중 어느 하나 또는 양쪽은 접촉해서 탈탄산 분해 반응을 하기 전에 350℃∼475℃로 가열되어 있는 구성을 갖고 있다.The invention according to claim 2 of the present invention resides in a method for producing a biodiesel fuel as set forth in claim 1, wherein either or both of the above-mentioned fat decarbonation decomposition catalyst and the fat are in contact with each other, As shown in Fig.

이 구성에 의해, 청구항 1에서 얻어지는 작용에 추가해서 이하와 같은 작용이 얻어진다.With this configuration, in addition to the effect obtained in claim 1, the following actions are obtained.

(1) 가열된 유지 탈탄산 분해 촉매 또는 가열된 유지의 한쪽, 또는 쌍방이 열매체가 되고, 유지 탈탄산 분해 촉매의 표면에서 유지와 접촉된 부분의 온도가 상승되고, 유지 탈탄산 분해 촉매의 작용에 의해 글리세린의 에스테르 결합 부분이 개열되는 반응이 원활하게 진행된다.(1) One or both of the heated decarbonate decomposition catalyst and the heated oil become a heating medium, the temperature of the portion contacting with the oil at the surface of the oil decarboxylating catalyst is increased, and the action of the oil decomposition catalyst The cleavage of the ester-bonded portion of glycerin proceeds smoothly.

여기서, 운전 개시에는 유지 탈탄산 분해 촉매와 유지의 쌍방을 가열해 둠으로써 반응 용기 내의 온도가 균일하게 유지되고, 원활하게 반응이 진행되므로 바람직하다. 반응이 안정된 후에는 가열하는 것을 한쪽으로 함으로써 에너지 소비를 낮출 수 있다.Here, it is preferable to heat both the decarbonate decomposing catalyst and the fuel oil at the start of operation so that the temperature in the reaction vessel is uniformly maintained and the reaction proceeds smoothly. After the reaction is stabilized, the energy consumption can be lowered by heating one side.

본 발명의 청구항 3에 기재된 발명은 청구항 1 또는 2에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 방법으로서, 상기 유지 대신에 착유 원료가 사용되는 구성을 갖고 있다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of producing a biodiesel fuel as set forth in the first or second aspect, wherein the milking material is used instead of the above-mentioned holding.

이 구성에 의해, 청구항 1 또는 2에서 얻어지는 작용에 추가해서 이하와 같은 작용이 얻어진다.With this configuration, in addition to the function obtained in the first or second aspect, the following actions are obtained.

(1) 착유 원료는 350℃∼475℃에서 유지 탈탄산 분해 촉매에 접촉되면 착유 원료 중 셸 등의 셀룰로오스가 탄화됨과 아울러 착유 원료의 유지 성분이 용출되어 유지 탈탄산 분해 촉매에 접촉되어 유지 성분의 에스테르 결합 부분이 개열되고, (화 1)에 나타내는 탈CO2 또는 탈CO가 일어나서 바이오디젤 연료가 되는 분해 가스(탄화수소)를 얻을 수 있다.(1) Milking material is maintained at 350 ° C to 475 ° C. When contact with the decalcification cracking catalyst occurs, celluloses such as shells in the milking raw material are carbonized, and the oil retaining ingredient of the milking raw material is eluted and contacted with the oil retaining decarboxylating catalyst, The ester bond portion is cleaved, and de-CO 2 or de-CO shown in (Chemical Formula 1) occurs, and a decomposition gas (hydrocarbon) which becomes a biodiesel fuel can be obtained.

(2) 착유 원료는 가열되어 분해될 때에 수증기를 발생하므로 CaO 등과 같이 수분의 존재 하에서 양호하게 기능하는 유지 탈탄산 분해 촉매를 사용할 경우에는 바람직하다.(2) The milking raw material generates water vapor when it is decomposed by heating, so it is preferable to use a decalboxylating decomposition catalyst which functions well in the presence of water such as CaO.

여기서, 착유 원료로서는 기름야자의 과육이나 종자, 코코야자의 배유, 채종, 올리브의 과실, 들깨나 아주까리 등의 종자, 야트로파 쿠르카스(야트로파)나 코너스 위소니아나(Cornus wisoniana)의 종자 등의 착유 전의 식물의 과실이나 종자 등을 사용할 수 있다. 또한 어느 종류의 조류는 유지를 세포 내에 축적하는 것이 알려져 있고, 이 조류를 탈수해서 농축한 것을 사용할 수도 있다. 착유 원료는 건조시킨 후에 사용하는 것이 바람직하다. 수분을 제거해서 가열 효율을 높이기 위함이다. 또한, 유지 탈탄산 분해 촉매에 의한 분해 효율을 높이기 위해서 착유 원료는 분쇄 또는 파쇄해서 표면적을 넓게 한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 압착 등에 의해 착유된 후의 착유 원료도 사용할 수 있다. 이들은 착유 후이어도 아직 많은 유지가 잔존하고 있는 것이 알려져 있다.Examples of the milking material include seeds of oil palm, seeds, cocoa seeds, seeds, fruit of olives, seeds such as perilla or arachis, yatropha curcus (yatropha), and cornus wisoniana Fruits and seeds of plants before milking such as seeds can be used. In addition, it is known that some kinds of algae accumulate the fat in the cells, and the algae can be dehydrated and concentrated. The milking raw material is preferably used after being dried. This is to remove the moisture and increase the heating efficiency. In order to increase the decomposition efficiency by the deasphalted decarbonic acid decomposition catalyst, the milking raw material is preferably pulverized or crushed to increase its surface area. A milking raw material after milking by pressing or the like can also be used. It is known that they still have a large amount of oil remaining after milking.

또한, 착유 원료의 셸 등의 셀룰로오스는 탄화되어 반응 용기 내에 잔류하기 때문에 잔류한 탄화물은 필요에 따라 반응 용기 내로부터 추출하면 된다.Further, the cellulose such as the shell of the milking raw material is carbonized and remains in the reaction vessel. Therefore, the remaining carbide may be extracted from the reaction vessel as needed.

유지나 착유 원료와 광물유의 혼합물로서 헥산 등의 광물유에 의해 열적으로 착유한 후의 착유 원료 등도 사용할 수 있다. 이들은 착유 후이어도 아직 많은 유지가 잔존하고 있는 것이 알려져 있다.Milk or a mixture of a milking raw material and a mineral oil may be used as a milking raw material after thermally milking with a mineral oil such as hexane. It is known that they still have a large amount of oil remaining after milking.

이밖에, 유지의 정제 공정으로부터 배출되는 알칼리유 찌꺼기나 생선 찌꺼기, 축산 찌꺼기(내장류) 등도 유지나 지질이 많아 원료로서 사용할 수 있다.In addition, alkaline scum, fish residue, livestock residue (internal product), etc. discharged from the purification process of the oil are also retained and can be used as a raw material because of a large amount of lipid.

또한, 상기 유지 탈탄산 분해 촉매는 500℃∼600℃로 가열하고, 산소를 포함하는 분위기에 노출시킴으로써 재생할 수 있다. 코크의 부착 등으로 활성이 저하된 유지 탈탄산 분해 촉매를 가열하면서 통기하는 것만으로 유지 탈탄산 분해 촉매의 표면에 부착된 코크가 소실되어 재생할 수 있으므로 자원 절약성이 우수하다.Further, the above-described firing decarbonation decomposition catalyst can be regenerated by heating to 500 ° C to 600 ° C and exposing it to an atmosphere containing oxygen. The coke adhering to the surface of the retained decarboxylation catalyst is lost by recycling the retained decarboxylative decomposition catalyst whose activity has deteriorated due to the attachment of coke or the like while heating it, so that resource saving is excellent.

유지 탈탄산 분해 촉매의 재생에는 반응 용기를 그대로 사용할 수 있다. 재생을 위한 가열의 온도는 500℃∼600℃가 바람직하다. 500℃ 미만에서는 재생에 시간이 걸려 실용적이지 않다. 600℃를 초과하면 세라믹류의 구조가 바뀌는 등 유지 탈탄산 분해 촉매의 변성이 일어나서 활성의 저하를 초래할 우려가 있어 바람직하지 못하다.The reaction vessel can be used as it is for the regeneration of the decarbonate decomposition catalyst. The temperature of the heating for regeneration is preferably 500 ° C to 600 ° C. When the temperature is less than 500 ° C, it takes a long time to regenerate it, which is not practical. If the temperature is higher than 600 ° C, the structure of the ceramics may change, which may lead to denaturation of the catalyst for decomposing the decarbonated hydrocarbon, resulting in a decrease in activity, which is not preferable.

원료 유지 또는 상기 착유 원료에 포함되어 있는 유기산은 촉매독으로 되어 촉매의 활성을 저하시킨다는 과제가 있었지만, 유지 탈탄산 분해 촉매에 의해 유기산이 용이하게 탄화수소와 탄산가스로 분해되므로 촉매의 활성이 저하된다는 문제가 생기기 어렵다. 이 때문에, 활성 저하분을 예상해서 촉매를 대량 사용할 필요가 없고, 사용이 끝난 촉매의 처리나 재활성화 등의 부대 작업에 의해 러닝 코스트가 상승하거나 생산성이 저하되는 일이 없다.There is a problem that the organic acid contained in the feedstock or the milking raw material becomes a catalyst poison and thereby deteriorates the activity of the catalyst. However, since the organic acid is easily decomposed into hydrocarbons and carbon dioxide gas by the decarbonate decomposition catalyst, Problems are hard to occur. For this reason, there is no need to use a large amount of catalyst in anticipation of the amount of deactivation, and the running cost is not increased or the productivity is not lowered by the auxiliary operation such as the treatment or re-activation of the used catalyst.

본 발명의 청구항 4에 기재된 발명은 청구항 3에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 방법으로서, 상기 유지 탈탄산 분해 촉매가 바이오디젤 연료의 제조 후에 남은 착유 원료 유래의 탄화물을 산소분위기 하에서 상기 반응 용기 내에서 가열해서 활성화된 탄소로 한 것을 함유하는 구성을 갖고 있다.The invention according to claim 4 of the present invention resides in a method for producing a biodiesel fuel according to claim 3, wherein the method for producing a biodiesel fuel comprises heating the remaining carbide originating from the milking raw material after production of the biodiesel fuel in the reaction vessel Activated carbon, so that the activated carbon is contained.

이 구성에 의해, 청구항 3에서 얻어지는 작용에 추가해서 이하와 같은 작용이 얻어진다.With this configuration, in addition to the effect obtained in claim 3, the following actions are obtained.

(1) 산소분위기 하에서 가열함으로써 반응 용기 내의 유지 탈탄산 촉매의 표면에 축적되어 있던 코크가 연소되어 유지 탈탄산 분해 촉매가 재생된다.(1) By heating in an oxygen atmosphere, the coke accumulated on the surface of the sustained decarboxylation catalyst in the reaction vessel is burned to regenerate the decarbonated decarbonation catalyst.

(2) 착유 원료의 셸 등의 셀룰로오스는 탄화되어 반응 용기 내에 잔류하므로 적당히 추출해서 폐기할 필요가 있지만, 활성화된 탄소로 바꾸므로 촉매로서 유효하게 이용할 수 있어 폐기할 필요가 없어진다.(2) Cellulose such as a shell of a milking raw material is carbonized and remains in the reaction vessel. Therefore, it is necessary to appropriately extract and dispose of the cellulose. However, since it is converted into activated carbon, it can be effectively used as a catalyst.

(3) 공업화나 교통망의 정비가 진행되어 있지 않은 지역이어도 용이하게 유지 탈탄산 분해 촉매를 조달할 수 있다.(3) It is possible to procure a dehydrocarbon decomposition catalyst easily even in an area where industrialization or transportation network is not undergoing maintenance.

여기서, 착유 원료 유래의 탄화물의 활성화에는 반응 용기를 그대로 사용할 수 있다. 재생을 위한 가열의 온도는 500℃∼600℃가 바람직하다. 500℃ 미만에서는 촉매의 재생 및 탄소의 활성화에 시간이 걸려 실용적이지 않다. 600℃를 초과하면 세라믹류의 구조가 바뀌는 등 유지 탈탄산 분해 촉매의 변성이 일어나 활성의 저하를 초래할 우려가 있어 바람직하지 못하다.Here, the reaction vessel can be used as it is for activating the carbide derived from the milking raw material. The temperature of the heating for regeneration is preferably 500 ° C to 600 ° C. When it is less than 500 ° C, regeneration of the catalyst and activation of the carbon take time, which is not practical. If the temperature is higher than 600 ° C, the structure of the ceramics may be changed and the dehydrogenative decarboxylation catalyst may be denatured, resulting in a decrease in activity, which is not preferable.

본 발명의 청구항 5에 기재된 발명은 청구항 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 방법으로서, 상기 유지 탈탄산 분해 촉매가 활성화된 탄소, 활성 코크스, 알루미나, 실리카, 산화 마그네슘, 알칼리로 수식된 비산성형 제올라이트, 및 그들의 복합체의 혼합물 중 어느 하나 이상인 구성을 갖고 있다.The invention according to claim 5 of the present invention is the method for producing a biodiesel fuel according to any one of claims 1 to 4, wherein the method for producing a biodiesel fuel comprises the steps of: Formed zeolite, and a mixture of these composites.

이 구성에 의해, 청구항 1 내지 4에서 얻어지는 작용에 추가해서 이하와 같은 작용이 얻어진다.With this configuration, the following actions are obtained in addition to the actions obtained in claims 1 to 4.

(1) 활성탄, 활성 코크스, 알루미나, 실리카, 산화 마그네슘, 알칼리로 수식된 비산성형 제올라이트, 및 그들의 복합체의 혼합물은 광물유를 거의 저분자화하지 않으므로 유지나 착유 원료와 광물유의 혼합물을 원료로서 사용하면 광물유가 착유 원료나 잔사 중에 남은 유지의 추출제로서 작용해서 더욱 효율을 높일 수 있다.(1) When a mixture of activated charcoal, activated coke, alumina, silica, magnesium oxide, alkaline-modified fly ash-modified zeolite, and their complexes does not substantially change the mineral oil to low molecular weight, It can act as an extracting agent for the milking raw material and the remaining oil in the residue, thereby further increasing the efficiency.

본 발명의 청구항 6에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 방법은 청구항 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 방법으로서, 상기 탈탄산 분해 반응에 있어서 몰비로 1/10∼10/1(H2O/유지)의 수증기가 공존하는 구성을 갖고 있다.The method for producing a biodiesel fuel according to claim 6 of the present invention is the method for producing a biodiesel fuel according to any one of claims 1 to 5, wherein the molar ratio of the biodiesel fuel is 1/10 to 10/1 (H 2 O / maintenance) of water vapor coexists.

이 구성에 의해, 청구항 1 내지 5에서 얻어지는 작용에 추가해서 이하와 같은 작용이 얻어진다.With this configuration, in addition to the effects obtained in claims 1 to 5, the following actions are obtained.

(1) 에스테르 결합의 가수분해를 수증기가 촉진하므로 유지의 분해 효율이 향상된다.(1) The hydrolysis of the ester bond is promoted by steam, so that the decomposition efficiency of the fat is improved.

여기서 본 발명에 있어서의 유지의 탈탄산 분해 반응에서는 부반응에서 반드시 물이 생성되므로, 별도로 수증기를 첨가하지 않아도 반응은 진행된다. 따라서 수증기의 양이 몰비 1/10 이하에서는 그 촉진 효과가 명료하지 않다.Here, in the decarbonation decomposition reaction of the fat in the present invention, since water is necessarily generated at the side reaction, the reaction proceeds without adding water vapor separately. Therefore, the promoting effect is not clear when the amount of water vapor is less than 1/10 of the molar ratio.

원료 중의 수분이 몰비로 10/1을 초과하면 생성유 중에 수분이 많아져 품질 저하를 초래하므로 원료 단계 또는 생성유로부터의 수분 제거(건조)가 필요해진다. 착유 원료나 생선 찌꺼기 등을 이용한 경우가 이것에 해당된다. 후술의 실시예 6의 대두의 경우에 표 3에 나타낸 바와 같이 수성분이 많은 것은 이 때문이다. 단, 후단에 생성유로부터 수성분을 제거하는 공정을 추가하면 특별한 문제는 생기지 않는다.If the water content in the raw material exceeds 10/1 by mole ratio, moisture is increased in the produced oil, which leads to deterioration of the quality of the oil. Therefore, it is necessary to remove (dry) the water from the raw material stage or the produced oil channel. This is the case where milking raw material or fish residue is used. In the case of soybean of Example 6 described later, as shown in Table 3, this is because there are many water components. However, if a step of removing the water component from the generation flow path is added to the rear end, there is no particular problem.

본 발명의 청구항 7에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 장치는 청구항 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 방법에 사용하는 바이오디젤 연료의 제조 장치로서, 상기 유지 탈탄산 분해 촉매를 내부에 갖는 제 1 반응 용기와, 상기 유지 탈탄산 분해 촉매 또는 상기 유지 또는 착유 원료를 가열하는 가열부와, 착유 원료나 유지를 상기 제 1 반응 용기에 투입하는 투입부와, 생성된 가스 혼합물을 상기 제 1 반응 용기로부터 도출하는 제 1 가스 도출부를 갖는 구성을 갖고 있다.The apparatus for producing a biodiesel fuel according to claim 7 of the present invention is an apparatus for producing a biodiesel fuel for use in the method for producing a biodiesel fuel according to any one of claims 1 to 6, A heating unit for heating the oil or fat or oil for storage, a feed unit for feeding the milking raw material or oil into the first reaction vessel, and a feed unit for feeding the produced gas mixture to the first reaction vessel, And a first gas lead-out portion leading out from the reaction vessel.

이 구성에 의해, 이하와 같은 작용이 얻어진다.With this configuration, the following actions are obtained.

(1) 착유 원료나 유지가 가열된 유지 탈탄산 분해 촉매에 의해 가열되는 동시에 탈탄산 분해 반응이 진행되므로 코크 등의 발생이 적고, 열효율이 좋고, 수율이 좋은 연료 제조를 행할 수 있다.(1) Since the raw material for milking and the fat are heated by the heated decalinized carbonic acid decomposition catalyst and the decarboxylic acid decomposition reaction proceeds, it is possible to produce a fuel with less occurrence of coke and the like, good thermal efficiency and good yield.

(2) 원료 유지 또는 착유 원료를 가열해서 투입함으로써 연속 운전이 가능하고, 반응 용기의 구조가 간결하게 되어 관리하기 쉬워진다.(2) The raw material holding or milking raw material is heated and supplied, and continuous operation is possible, and the structure of the reaction container becomes simple and easy to manage.

여기서 제 1 반응 용기에는 교반 장치를 설치할 수 있다. 특히 착유 원료를 사용할 경우에는 반응 용기 내의 촉매와 착유 원료가 충분히 접할 수 있도록 교반 장치를 설치하는 것이 바람직하다.Here, the first reaction vessel may be provided with a stirring device. In particular, in the case of using the milking raw material, it is preferable to provide a stirring device so that the catalyst in the reaction vessel and the milking raw material can sufficiently contact with each other.

탈탄산 분해 공정에 있어서 유지 탈탄산 분해 촉매를 가열해서 촉매가 반응 온도에 도달하면 착유 원료나 유지를 분무, 분사, 적하, 산포 등에 의해 반응 용기 내에 투입하여 유지 탈탄산 분해 촉매와 접촉시킨다. 유지 및 착유 원료의 투입은 연속식으로 행할 수 있고, 배치식으로 행할 수도 있다. 유지는 가열된 유지 탈탄산 분해 촉매와 접촉해서 분해되어 가연성 가스로서 증기압을 가지게 된다. 질소 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스나 수증기 등의 플로우 가스를 연속적 또는 간헐적으로 도입함으로써 생성된 가연성 가스를 계외로 배출시킬 수 있다. 배출된 가연성 가스는 냉각되어 바이오디젤 연료유가 된다. When the catalyst is heated to a reaction temperature in the decarbonation decomposition step, the raw milk or the oil is put into a reaction vessel by spraying, spraying, dropping, or scattering, and brought into contact with the decalboxylating decomposition catalyst. Feeding of the holding and milking raw materials can be carried out continuously or batchwise. The oil is decomposed in contact with the heated sustained decarboxylating catalyst to have a vapor pressure as a combustible gas. A combustible gas generated by continuously or intermittently introducing an inert gas such as nitrogen gas or helium gas or a flow gas such as water vapor can be discharged out of the system. The discharged combustible gas is cooled to become biodiesel fuel oil.

유지 탈탄산 분해 촉매의 양은 5용량% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20용량% 이상이 채용된다. 유지 탈탄산 분해 촉매의 양이 5용량% 미만에서는 촉매에 접촉할 수 있는 유지의 비율이 내려가고, 가열에 의해 열분해되는 유지의 비율이 오르므로 경질 가스의 생성이 늘어나고, 생성유의 수율이 떨어져 바람직하지 못하다. 또 착유 원료를 투입할 경우에는 60용량%를 초과하면 착유 원료 등 부피가 큰 원료를 투입했을 때에 촉매와 접촉할 수 없어 가열되는 원료가 증가하는 것 및 잔사의 배출 빈도가 증가하므로 바람직하지 못하다.The amount of the dehydrogenative decarbonation catalyst is preferably 5% by volume or more, more preferably 20% by volume or more. If the amount of the dehydrogenative decarbonation catalyst is less than 5% by volume, the ratio of the oil that can be brought into contact with the catalyst decreases and the proportion of the oil to be pyrolyzed by heating increases, so that the generation of the light gas increases, I can not. In the case of feeding the milking raw material, when it exceeds 60% by volume, when the raw material such as a milking raw material is added, it is not possible to contact with the catalyst and the amount of the heated raw material is increased and the frequency of the residue is increased.

착유 원료를 투입하는 경우에는 보다 바람직하게는 유지 탈탄산 분해 촉매의 양은 50용량% 이하가 채용된다.In the case of feeding the milking raw material, the amount of the decarbonating decomposition catalyst is preferably 50% by volume or less.

착유 원료나 유지를 가열해서 분해를 행할 경우에는 그들이 반응 온도에 도달하면 착유 원료나 유지를 분무, 분사, 적하, 산포 등에 의해 반응 용기 내에 투입하여 유지 탈탄산 분해 촉매와 접촉시킨다. 가열된 유지 등에 의해 촉매가 가열되므로 연속 처리를 행할 수 있다. 배치식으로 처리를 행할 경우에는 착유 원료나 유지를 촉매의 가열에 필요한 열량분을 고려해서 높게 가열하거나, 촉매를 예열하는 것이 바람직하다.When the milking raw material and the fat are decomposed by heating, when they reach the reaction temperature, the milking raw material and the fat are put into the reaction vessel by spraying, spraying, dropping, scattering, etc., and brought into contact with the fat decarboxylating catalyst. Since the catalyst is heated by heated holding or the like, continuous treatment can be performed. When batchwise treatment is carried out, it is preferable to heat the milking raw material and the fat to a high temperature in consideration of the amount of heat required for heating the catalyst, or preheat the catalyst.

본 발명의 청구항 8에 기재된 발명은 청구항 7에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 장치로서, 상기 제 1 가스 도출부에 접속되어 상기 유지 탈탄산 분해 촉매가 충전된 제 2 반응 용기와, 상기 제 1 반응 용기의 생성 가스 혼합물을 상기 제 2 반응 용기의 내부에 도입하는 가스 도입부와, 상기 제 2 반응 용기의 상기 유지 탈탄산 분해 촉매로 탈탄산 분해된 가스 혼합물을 도출하는 제 2 가스 도출부를 구비하고 있는 구성을 갖고 있다.The invention according to claim 8 of the present invention is the apparatus for producing a biodiesel fuel as set forth in claim 7, further comprising: a second reaction vessel connected to the first gas lead-out unit and filled with the holding decarbonation decomposition catalyst; And a second gas lead-out section for leading out a decarbonated cracked gas mixture in the second decontamination catalyst of the second reaction vessel Lt; / RTI >

이 구성에 의해, 청구항 7에서 얻어지는 작용에 추가해서 이하와 같은 작용이 얻어진다.With this configuration, in addition to the effect obtained in claim 7, the following actions are obtained.

(1) 제 1 반응 용기로부터 생성된 가스 혼합물을 도입하는 제 2 반응 용기가 상기 유지 탈탄산 분해 촉매를 내부에 충전하고 있고, 제 1 반응 용기로부터 생성된 가스 중의 유기산이 제 2 반응 용기의 유지 탈탄산 분해 촉매에 의해 탈탄산 분해되므로 생성물 중의 산이 더욱 적어져 품질이 향상된다.(1) a second reaction vessel for introducing a gas mixture produced from the first reaction vessel is filled in the holding decarboxylation catalyst, and the organic acid in the gas produced from the first reaction vessel is maintained in the second reaction vessel Decomposed by decarboxylic acid decomposition catalyst so that the acid in the product is further reduced and the quality is improved.

(2) 제 1 반응 용기에서 생성된 유기산이나 원료 유지에 포함되어 있던 유기산이 제 1 반응기의 상부를 통과해서 촉매에 접촉하지 않고 제 1 반응기 내에서 생성된 가스와 함께 도출되어도 제 2 반응 용기에 의해 탈탄산 분해되므로 생성물 중의 유기산이 적어져 고품질이 유지된다.(2) Even if the organic acid generated in the first reaction vessel or the organic acid contained in the raw material feedstock passes through the upper portion of the first reactor and is not brought into contact with the catalyst but is led out together with the gas generated in the first reactor, The organic acid in the product is reduced and high quality is maintained.

(3) 장치를 장시간 운전하여 촉매의 기능이 저하되면 제 1 반응 용기에서 반응이 불완전하게 되고, 전부 반응할 수 없었던 유기산이 생성된 가스 혼합물 중에 혼입되어 생성물의 품질이 떨어진다. 이 품질의 저하를 억제하므로 장치를 더욱 장시간 운전할 수 있게 되어 운전 효율이 향상된다.(3) If the function of the catalyst is deteriorated by operating the apparatus for a long time, the reaction becomes incomplete in the first reaction vessel, and the organic acid, which can not react all the time, is mixed into the produced gas mixture. By suppressing the deterioration of the quality, the apparatus can be operated for a longer time and the operation efficiency is improved.

여기서 제 1 반응 용기와 제 2 반응 용기에 사용하는 유지 탈탄산 분해 촉매는 반드시 동일할 필요는 없다. 또한, 제 1 반응 용기로부터 도출되어 제 2 반응 용기에 도입되는 가스 혼합물은 고온이므로 반드시 제 2 반응 용기의 유지 탈탄산 분해 촉매를 가온할 필요는 없다. 단, 운전 중의 제 2 반응 용기의 유지 탈탄산 분해 촉매의 온도가 350℃를 밑도는 경우에는 제 2 반응 용기의 유지 탈탄산 분해 촉매를 가열하는 가열 장치가 필요하게 된다. 제 2 반응 용기는 단관 또는 레이디얼 플로우식 등의 충전층 반응기가 사용된다.Here, the firing decarbonation decomposition catalyst used in the first reaction vessel and the second reaction vessel need not always be the same. Further, since the gas mixture derived from the first reaction vessel and introduced into the second reaction vessel is at a high temperature, it is not always necessary to warm the maintained decarboxylation catalyst in the second reaction vessel. However, when the temperature of the holding decarboxylative decomposition catalyst in the second reaction vessel during operation is lower than 350 占 폚, a heating apparatus for heating the catalyst for decomposing carbon decarboxylation in the second reaction vessel is required. As the second reaction vessel, a packed bed reactor such as a single tube or a radial flow type is used.

본 발명의 청구항 9에 기재된 유지 탈탄산 분해 촉매는 청구항 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 방법, 또는 청구항 7 또는 8에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 장치에서 사용하는 유지 탈탄산 분해 촉매로서, 알칼리 금속과 알칼리 토류 금속 중 1개 이상에 의해 산점이 피독된 고체 산촉매를 포함하는 구성을 갖고 있다.The method for producing a biodiesel fuel according to claim 9 of the present invention is a method for producing a biodiesel fuel according to any one of claims 1 to 6 or a method for producing a biodiesel fuel using the method for producing a biodiesel fuel according to claim 7 or 8, And a solid acid catalyst in which the acid point is poisoned by at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal.

이 구성에 의해, 이하와 같은 작용이 얻어진다.With this configuration, the following actions are obtained.

(1) 산점이 약화됨으로써 유지 중의 이중 결합 부분의 절단이 억제되고, 효율적으로 탈탄산 분해가 일어난다. 또 지방산의 생성도 억제된다. 그 때문에 연료의 생성 수율이 높아진다.(1) As the acid sites are weakened, the cleavage of the double bond moiety in the oil is inhibited, and decarboxylic acid decomposition occurs efficiently. The production of fatty acids is also inhibited. Therefore, the production yield of the fuel is increased.

(2) 코크의 발생이 억제되며, 장치의 메인터넌스가 적어지고, 촉매의 열화가 느려진다.(2) generation of coke is suppressed, maintenance of the apparatus is reduced, and catalyst deterioration is slowed.

여기서, 산점의 피독은 50% 이상이 채용되고, 보다 바람직하게는 90% 이상이 채용된다. 산점의 피독이 50% 미만이면 코크와 경질 가스의 생성이 증가하여 바람직하지 못하다.Here, 50% or more is employed as poisoning of the acid point, and more preferably 90% or more is employed. If the poison of the acid point is less than 50%, the production of coke and light gas increases, which is undesirable.

산점이 피독됨으로써 암모니아 승온 이탈 온도는 저하된다. 암모니아 승온 이탈 온도는 400℃ 미만이 바람직하고, 보다 바람직하게는 200℃ 미만, 더욱 바람직하게는 100℃ 미만으로까지 피독에 의해 저하된 것이 채용된다. 400℃ 이상에서는 생성물을 저분자화하기 쉬운 데다가 방향족이 많이 생성되어 코크로 되어 촉매활성이 저하되기 쉽기 때문이다. 100℃ 미만에서는 탄소간 결합을 거의 절단하지 않으므로 광물유 등이 혼재되어 있는 원료에 대해서도 사용할 수 있다.When the acid point is poisoned, the ammonia temperature drop-off temperature is lowered. The ammonia temperature-rise temperature is preferably lower than 400 占 폚, more preferably lower than 200 占 폚, further preferably lower than 100 占 폚. When the temperature is higher than 400 ° C, the resulting product tends to be low-molecular-weight, and a large amount of aromatic is produced, which results in the formation of coke, which tends to lower the catalytic activity. When the temperature is less than 100 ° C, the carbon-carbon bond is hardly cleaved, and therefore, it can be used also for raw materials in which mineral oil and the like are mixed.

본 발명의 청구항 10에 기재된 발명은 청구항 9에 기재된 유지 탈탄산 분해 촉매로서, 상기 고체 산촉매가 FCC 촉매를 포함하는 구성을 갖고 있다.The invention according to Claim 10 of the present invention is the storage deterioration carbonic acid decomposition catalyst according to Claim 9, wherein the solid acid catalyst comprises an FCC catalyst.

이 구성에 의해, 청구항 9에서 얻어지는 작용에 추가해서 이하와 같은 작용이 얻어진다.With this configuration, in addition to the effect obtained in claim 9, the following actions are obtained.

(1) 석유의 유동 접촉 분해에서 넓게 사용되고 있는 FCC 촉매를 사용할 수 있으므로 촉매를 얻는 것이 용이하다.(1) Since it is possible to use FCC catalyst widely used in the flow catalytic cracking of petroleum, it is easy to obtain a catalyst.

여기서 FCC 촉매란 석유의 유동 접촉 분해 프로세스에서 사용되는 40∼80㎛의 입분상으로 입자화된 합성 제올라이트계의 고체 산촉매이다. FCC 촉매의 알칼리 금속에 의한 피독에는 여러가지 방법을 사용할 수 있지만, 예를 들면 알칼리 금속염 수용액에 FCC 촉매를 침지해서 피독시키는 방법을 사용할 수 있다.Here, the FCC catalyst is a solid acid catalyst based on a granular synthetic zeolite granulated in a particle size of 40 to 80 占 퐉 which is used in a fluid catalytic cracking process of petroleum. Various methods can be used for poisoning by the alkali metal of the FCC catalyst. For example, a method of immersing the alkali metal salt aqueous solution by immersing the FCC catalyst in the aqueous solution may be used.

또 FCC 촉매로서 산업 폐기물로서 처리되고 있는 FCC 폐촉매도 사용할 수 있다. FCC 폐촉매란 석유의 유동 접촉 분해 프로세스로부터 배출되는 것이다. 석유의 유동 접촉 분해 프로세스에서는 촉매 표면에 코크가 축적되어 촉매 활성이 서서히 저하된다. 그 때문에, 이 코크를 가열·소각해서 촉매를 재생하는 공정을 석유의 유동 접촉 분해 프로세스는 갖지만, 촉매 활성을 일정하게 유지하기 위해서 새로운 촉매를 첨가하는 공정과 낡은 촉매를 추출하는 공정을 갖는다. 이 추출된 낡은 촉매가 FCC 폐촉매이며, 대부분은 산업 폐기물로서 처리되고 있다. FCC 폐촉매는 아직 촉매활성을 충분히 갖고 있는 데다가 매우 염가로 입수할 수 있다. FCC 폐촉매 표면에 코크가 축적되어 촉매 기능이 저하된 경우에는 산소 분위기하에서 촉매를 가열함으로써 촉매 표면의 코크를 소각해서 촉매를 재생할 수 있다.FCC spent catalysts that are treated as industrial wastes may also be used as FCC catalysts. The FCC waste catalyst is one that is discharged from the flow contact cracking process of petroleum. In the flow catalytic cracking process of petroleum, coke accumulates on the surface of the catalyst, and the catalytic activity gradually decreases. Therefore, the process of regenerating the catalyst by heating and burning the coke has a process of adding a new catalyst and a process of extracting an old catalyst in order to keep the catalytic activity constant, although it has a fluid catalytic cracking process of petroleum. This extracted old catalyst is an FCC waste catalyst, and most of it is being treated as industrial waste. FCC waste catalysts still have sufficient catalytic activity and are available at very low cost. In the case where coke is accumulated on the surface of the FCC spent catalyst and the catalyst function is degraded, the catalyst can be regenerated by burning the coke on the catalyst surface by heating the catalyst in an oxygen atmosphere.

본 발명의 청구항 11에 기재된 발명은 청구항 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 방법, 또는 청구항 7 또는 8에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 장치에서 사용하는 유지 탈탄산 분해 촉매로서, 마그네슘의 수산화물, 산화물, 탄산염 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 약알카리성 화합물에 의해 코팅된 활성화된 탄소, 활성 코크스, 알루미나, 실리카, 알칼리로 수식된 비산성형 제올라이트, 점토광물, 및 그들의 복합체에 의한 혼합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 구성을 갖고 있다.An eleventh aspect of the present invention resides in a method for producing a biodiesel fuel according to any one of the first to sixth aspects or a method for producing a biodiesel fuel according to the seventh or eighth aspect of the present invention, Any one or more of activated carbon, activated coke, alumina, silica, alumina-modified zeolite modified with alkali, clay mineral, and a mixture thereof coated with a weakly alkaline compound composed of at least one of hydroxide, As shown in Fig.

이 구성에 의해, 이하와 같은 작용이 얻어진다.With this configuration, the following actions are obtained.

(1) 마그네슘의 수산화물, 산화물, 탄산염 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 약알카리성 화합물에 의해 코팅된 활성화된 탄소, 활성 코크스, 알루미나, 실리카, 알칼리로 수식된 비산성형 제올라이트, 점토 광물, 및 그들의 복합체에 의한 혼합물은 광물유를 거의 저분자화하지 않으므로 유지나 착유 원료와 광물유의 혼합물을 원료로서 사용하면 유지의 추출 효율이 향상되고, 분해유의 수율을 높일 수 있다. (1) activated carbon, activated coke, alumina, silica, alkaline-modified fly ash-modified zeolite, clay minerals, and their complexes coated with a weakly alkaline compound consisting of at least one of hydroxide, oxide and carbonate of magnesium Since the mixture does not substantially make the mineral oil small, the extraction efficiency of the oil can be improved and the yield of the decomposition oil can be increased by using a mixture of the oil and the milking raw material and the mineral oil as the raw material.

(발명의 효과)(Effects of the Invention)

이상과 같이, 본 발명의 바이오디젤 연료의 제조 방법에 의하면, 이하와 같은 유리한 효과가 얻어진다.As described above, according to the method for producing a biodiesel fuel of the present invention, the following advantageous effects can be obtained.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면,According to the invention of claim 1,

(1) 종래의 FAME법과 달리 부원료인 알콜을 필요로 하지 않으므로 러닝 코스트를 대폭 싸게 할 수 있고, 또 원료 유지 중의 디엔류나 수산기 등의 불순물이 생성물 중에 잔류하기 어렵고, 코크의 생성량이 적고, 카르복실산(유리 지방산) 등의 불순물도 부생되기 어려우므로 공기 등에 대해서 안정적이어서 흑변이나 이취가 생기기 어려운 저장 안정성이 우수하고, 응고점이 -20℃ 전후의 유동성에도 우수한 바이오디젤 연료가 얻어지는 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(1) Unlike the conventional FAME method, alcohol as a subsidiary material is not required, and the running cost can be greatly reduced. Further, impurities such as dienes and hydroxyl groups in the raw material holding are hard to remain in the product, Production of biodiesel fuel which is excellent in storage stability which is stable to air and which is hard to generate blackness and odor and which is excellent in fluidity around -20 캜, Method can be provided.

(2) 종래의 FAME법과 달리 글리세린을 부생하지 않으므로 글리세린의 처리 기술의 확립이나 처리 공정 등을 필요로 하지 않고, 또한 퍼옥사이드 등의 불순물을 흡착제를 사용해서 흡착·제거하는 공정도 불필요하게 되고, 또한 코크가 촉매의 표면에 석출되는 것에 의한 촉매의 활성 저하나, 촉매가 결합해서 괴상화된다는 문제도 생기기 어렵고, 높은 수율로 안정 조업이 가능해지는 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(2) Unlike the conventional FAME method, since glycerin is not produced as a by-product, there is no need for establishing a treatment technique of glycerin or a treatment process, and a step of adsorbing and removing impurities such as peroxide using an adsorbent is also unnecessary, In addition, it is possible to provide a method for producing a biodiesel fuel which is less liable to cause catalyst deactivation due to precipitation of the coke on the surface of the catalyst, and to prevent the catalyst from being agglomerated by the catalyst, and stable operation can be achieved with a high yield.

(3) 원료 중에 유리 지방산이 존재하지만 유지 등의 글리세린의 에스테르 결합 부분이 개열되어 탈CO2가 행해짐으로써 카르복실산(유리 지방산) 등의 불순물이 부생되기 어렵고, 반응 중에 유리 지방산이 부생되어도 용이하게 탄화수소와 탄산가스로 분해되므로 부생된 카르복실산(유리 지방산)에 의해 촉매의 활성이 저하된다는 문제가 생기기 어렵고, 활성 저하분을 예상해서 촉매를 대량으로 사용할 필요가 없기 때문에 사용이 끝난 촉매의 처리나 재활성화 등의 부대 작업에 의해 러닝 코스트가 상승하거나 생산성이 저하되는 일이 없어 생산 효율 및 생산성이 우수한 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(3) Although free fatty acid is present in the raw material, impurities such as carboxylic acid (free fatty acid) are less likely to be produced as a result of cleavage of the ester bond portion of glycerin such as fat and de-CO 2 , and even if free fatty acid (Free fatty acid), it is difficult to reduce the activity of the catalyst and it is not necessary to use a large amount of the catalyst in anticipation of the decrease in the activity of the catalyst. Therefore, It is possible to provide a production method of a biodiesel fuel which is excellent in production efficiency and productivity because the running cost and the productivity are not increased by the auxiliary operation such as the treatment or the reactivation.

(4) 원료 유지로부터 유리 지방산을 제거하는 전처리 등이 불필요하게 되고, 또한 반응을 상압하에서 행할 수 있으므로 바이오디젤 연료의 제조 공정 및 반응 장치를 간소화할 수 있고, 생산성이 우수함과 아울러 바이오디젤 연료를 저비용으로 제조할 수 있고, 필요한 장소에서 필요한 에너지를 공급하는 분산형의 에너지 공급 시스템을 구축할 수 있는 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(4) a pretreatment for removing free fatty acid from the raw material oil is not required, and the reaction can be carried out under atmospheric pressure, so that the production process and the reaction apparatus of the biodiesel fuel can be simplified, and the productivity can be improved. It is possible to provide a method of manufacturing a biodiesel fuel which can be manufactured at a low cost and which can form a dispersion type energy supply system that supplies necessary energy at a necessary place.

(5) 열분해가 억제되므로 수율이 좋아짐과 아울러 생성물 중의 지방산의 농도가 저하되고, 생성물을 안심하고 연료로서 사용할 수 있는 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(5) It is possible to provide a method for producing a biodiesel fuel in which thermal degradation is suppressed, the yield is improved, the concentration of fatty acid in the product is lowered, and the product can be safely used as a fuel.

(6) 촉매가 안정적으로 활성을 유지하므로 반복해서 사용할 수 있고, 저원가이며 양질의 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(6) Since the catalyst stably maintains its activity, it is possible to provide a method for producing a biodiesel fuel which can be used repeatedly and is of low cost and of good quality.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1의 효과에 추가해서,According to the invention described in claim 2, in addition to the effect of claim 1,

(1) 가열된 유지 탈탄산 분해 촉매 또는 가열된 유지의 한쪽이 열매체가 되고, 유지 탈탄산 분해 촉매의 표면에서 유지와 접촉한 부분의 온도가 상승하고, 유지 탈탄산 분해 촉매의 작용에 의해 글리세린의 에스테르 결합 부분이 개열되는 반응이 원활하게 진행되므로 가열을 위한 에너지 소비를 낮출 수 있는 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(1) One of the heated decalinized decarboxylation catalyst or the heated oil becomes a heating medium, and the temperature of the portion contacting with the oil at the surface of the oil separation and decarboxylation catalyst is increased. By the action of the oil decomposition catalyst, And the reaction for cleavage of the ester bond portion of the biodiesel fuel can proceed smoothly. Therefore, it is possible to provide a method for producing biodiesel fuel which can lower the energy consumption for heating.

(2) 운전 개시시에는 유지 탈탄산 분해 촉매와 유지의 쌍방을 가열해 둠으로써 반응 용기 내의 온도가 균일하게 유지되고, 원활하게 반응이 진행되는 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(2) A method for producing a biodiesel fuel in which the temperature in the reaction vessel is uniformly maintained by heating both the deasphalating decarbonation catalyst and the oil at the start of operation, and the reaction proceeds smoothly.

청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 또는 2의 효과에 추가해서,According to the invention described in claim 3, in addition to the effect of claim 1 or 2,

(1) 착유 원료는 350℃∼475℃에서 유지 탈탄산 분해 촉매에 접촉하면 착유 원료 중의 셸 등의 셀룰로오스가 탄화되는 동시에 착유 원료의 유지 성분이 용출되어 유지 탈탄산 분해 촉매에 접촉해서 유지 성분의 에스테르 결합 부분이 개열되고, (화 1)에 나타내는 탈CO2 또는 탈CO가 일어나서 바이오디젤 연료가 되는 분해 가스(탄화수소)를 얻을 수 있으므로 착유 원료 등의 유지분을 많이 포함한 유기물을 건조하는 것만으로 원료로 할 수 있는 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(1) The milking material is maintained at 350 ° C to 475 ° C. When contact with the dehydrocarbonating catalyst occurs, the cellulose such as the shell in the milking raw material is carbonized, and the holding component of the milking raw material is eluted and contacted with the holding decarboxylating catalyst, The ester bond portion is cleaved and the decomposition gas (hydrocarbon) in which de-CO 2 or de-CO shown in (Chemical Formula 1) occurs to be a biodiesel fuel can be obtained. Thus, only organic matter containing a large amount of oil- It is possible to provide a method for producing a biodiesel fuel which can be used as a raw material.

(2) 착유 원료는 가열되어 분해될 때에 수증기를 발생하므로 CaO 등과 같이 수분의 존재 하에서 양호하게 기능하는 유지 탈탄산 분해 촉매를 사용할 경우에는 바람직하므로 착유 원료를 사용한 효율이 보다 높은 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(2) Since the milking raw material generates steam when it is heated and decomposed, it is preferable when using a decalinized decarboxylating catalyst that functions well in the presence of water such as CaO. Therefore, production of biodiesel fuel having higher efficiency using milking raw materials Method can be provided.

청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 청구항 3의 효과에 추가해서,According to the invention described in claim 4, in addition to the effect of claim 3,

(1) 산소분위기 하에서 가열함으로써 반응 용기 내의 유지 탈탄산 촉매의 표면에 축적되어 있던 코크가 연소되어 유지 탈탄산 촉매가 재생되므로 촉매를 반복해서 사용할 수 있는 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(1) It is possible to provide a method for producing a biodiesel fuel in which the catalyst is repeatedly used because the coke accumulated on the surface of the sustained decarbonic acid catalyst in the reaction vessel is burnt by heating in an oxygen atmosphere to regenerate the sustained decarboxylation catalyst .

(2) 착유 원료의 셸 등의 셀룰로오스는 탄화되어 반응 용기 내에 잔류하므로 적당히 추출하여 폐기할 필요가 있지만, 활성화된 탄소로 바꾸므로 촉매로서 유효하게 이용할 수 있고, 폐기할 필요가 없어지므로 연속 운전이 가능한 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(2) Cellulose such as a shell of a milking raw material is carbonized and remains in the reaction vessel. Therefore, it is necessary to appropriately extract and dispose of it. However, since it is converted into activated carbon, it can be effectively used as a catalyst, It is possible to provide a method for producing a biodiesel fuel.

(3) 공업화가 진행되고 있지 않은 지역이어도 연속 운전할 수 있는 유지 탈탄산 분해 촉매를 조달할 수 있으므로 지역을 가리지 않고 도입하기 쉬운 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(3) Since a decarbonate decomposing catalyst capable of continuous operation can be procured even in an area where industrialization is not proceeding, it is possible to provide a method of manufacturing biodiesel fuel which is easy to introduce regardless of the region.

청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 4의 효과에 추가해서,According to the invention as set forth in claim 5, in addition to the effects of claims 1 to 4,

(1) 활성탄, 활성 코크스, 알루미나, 실리카, 산화 마그네슘, 알칼리로 수식된 비산성형 제올라이트, 및 그들의 복합체의 혼합물은 광물유를 거의 저분자화하지 않으므로 유지나 착유 원료와 광물유의 혼합물을 원료로서 사용하면 광물유가 유지의 추출제로서 작용하여 효율이 높은 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(1) When a mixture of activated charcoal, activated coke, alumina, silica, magnesium oxide, alkaline-modified fly ash-modified zeolite, and their complexes does not substantially change the mineral oil to low molecular weight, It is possible to provide a method for producing a biodiesel fuel which acts as an extracting agent for the oil and has high efficiency.

청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1 내지 5의 효과에 추가해서,According to the invention as set forth in claim 6, in addition to the effects of claims 1 to 5,

(1) 에스테르 결합의 가수분해를 수증기가 촉진하므로 유지의 분해 효율이 향상되는 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다.(1) A method for producing a biodiesel fuel in which the decomposition efficiency of the fat is improved because steam is promoted by hydrolysis of the ester bond.

청구항 7에 기재된 발명에 의하면,According to the invention of claim 7,

(1) 착유 원료나 유지가 350℃∼475℃에서 유지 탈탄산 분해 촉매와 접촉하는 동시에 탈탄산 분해 반응이 진행되므로 코크 등의 발생이 적고, 열효율이 좋고, 수율이 좋은 바이오디젤 연료의 제조 장치를 제공할 수 있다.(1) A method of manufacturing a biodiesel fuel having a low yield of coke, a good thermal efficiency, and a high yield because the raw milk or fat is contacted with the decarbonated decomposition catalyst at 350 ° C to 475 ° C at the same time, Can be provided.

(2) 원료 유지 또는 착유 원료를 가열해서 투입함으로써 연속 운전이 용이하고 열효율이 좋고, 관리하기 쉬운 바이오디젤 연료의 제조 장치를 제공할 수 있다. (2) An apparatus for producing biodiesel fuel which is easy to carry out continuous operation, has good thermal efficiency, and is easy to manage can be provided by heating and inputting the raw material holding or milking raw material.

청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 청구항 7의 효과에 추가해서,According to the eighth aspect of the present invention, in addition to the effect of claim 7,

(1) 제 1 반응으로부터 생성된 가스 혼합물을 도입하는 제 2 반응 용기가 상기 유지 탈탄산 분해 촉매를 내부에 충전하고 있고, 제 1 반응 용기로부터 생성된 가스 중의 유기산이 제 2 반응 용기의 유지 탈탄산 분해 촉매에 의해 탈탄산 분해되므로 생성물 중의 산이 더욱 적어져 생성유의 품질이 좋은 바이오디젤 연료의 제조 장치를 제공할 수 있다.(1) a second reaction vessel for introducing a gas mixture generated from the first reaction is filled in the interior of the holding decarboxylative decomposition catalyst, and the organic acid in the gas generated from the first reaction vessel is charged into the holding vessel of the second reaction vessel It is possible to provide an apparatus for producing a biodiesel fuel which is decomposed decarboxylated by a carbonic acid decomposition catalyst, so that the acid in the product is further reduced and the quality of the produced oil is good.

(2) 제 1 반응 용기에서 생성된 유기산이나 원료 유지에 포함되어 있던 유기산이 제 1 반응기의 상부를 통과해서 촉매에 접촉하지 않고 제 1 반응기 내에서 생성한 가스와 함께 도출되어도 제 2 반응기에 의해 탈탄산 분해되므로 생성물 중의 유기산이 적어져 생성유의 고품질이 유지되는 바이오디젤 연료의 제조 장치를 제공할 수 있다.(2) the organic acid generated in the first reaction vessel or the organic acid contained in the raw material feedstock passes through the upper portion of the first reactor and is not brought into contact with the catalyst but is led out together with the gas generated in the first reactor, It is possible to provide an apparatus for producing a biodiesel fuel in which organic acid in the product is reduced due to decarbonation and high quality of the produced oil is maintained.

(3) 장치를 장시간 운전하여 촉매의 기능이 저하되면 제 1 반응 용기에서 반응이 불완전하게 되고, 생성된 가스 혼합물 중의 유기산이 증가하고, 생성유의 품질이 떨어진다. 이 품질의 저하가 억제되므로 장치를 더욱 장시간 운전할 수 있게 되어 운전 효율이 높은 바이오디젤 연료의 제조 장치를 제공할 수 있다.(3) If the function of the catalyst is deteriorated by operating the apparatus for a long time, the reaction becomes incomplete in the first reaction vessel, the organic acid in the resulting gas mixture increases, and the quality of the produced oil decreases. The deterioration of the quality is suppressed, so that the apparatus can be operated for a longer time, and an apparatus for producing biodiesel fuel having high operation efficiency can be provided.

청구항 9에 기재된 발명에 의하면,According to the invention of claim 9,

(1) 산점이 약화됨으로써 유지 중의 이중 결합 부분의 절단이 억제되고, 효율적으로 탈탄산 분해가 일어난다. 또 유기산의 생성도 억제된다. 그 때문에 연료의 생성 수율이 높은 유지 탈탄산 분해 촉매를 제공할 수 있다. (1) As the acid sites are weakened, the cleavage of the double bond moiety in the oil is inhibited, and decarboxylic acid decomposition occurs efficiently. The production of organic acids is also inhibited. Therefore, it is possible to provide a stable decarbonated cracking catalyst having a high production yield of fuel.

(2) 코크의 발생이 억제되고, 장치의 메인터넌스가 적어지고, 촉매의 열화가 느린 유지 탈탄산 분해 촉매를 제공할 수 있다.(2) It is possible to provide a stable decarbonated decomposition catalyst in which the generation of coke is suppressed, the maintenance of the apparatus is reduced, and the deterioration of the catalyst is slow.

청구항 10에 기재된 발명에 의하면, 청구항 9의 효과에 추가해서,According to the invention defined in claim 10, in addition to the effect of claim 9,

(1) 넓게 사용되고 있는 FCC 촉매를 간단한 조작으로 이용할 수 있으므로 실시하는 것이 용이해진다. 또 FCC 촉매는 촉매 기능이 저하되어도 간단하게 재생할 수 있으므로 대규모의 재생장치가 필요없다. 또 재생하지 않고 처리한다 해도 처리 방법이 확립되어 있으므로 안심하고 시설 운전을 할 수 있는 유지 탈탄산 분해 촉매를 제공할 수 있다.(1) Since the widely used FCC catalyst can be used by simple operation, it is easy to carry out. In addition, the FCC catalyst can be easily regenerated even when the catalyst function is degraded, so that a large-scale regenerator is not required. Also, since the treatment method is established even if the treatment is carried out without regeneration, it is possible to provide a decarbonate decomposing catalyst which can operate the facility safely.

(2) 폐기물로서 처리되고 있는 FCC 폐촉매도 이용할 수 있으므로 운전 비용이 매우 싸지는 유지 탈탄산 분해 촉매를 제공할 수 있다.(2) Since the spent catalyst of the FCC treated as waste can also be used, it is possible to provide a decarbonated decomposition catalyst having a very low running cost.

청구항 11에 기재된 발명에 의하면,According to the invention set forth in claim 11,

(1) 마그네슘의 수산화물, 산화물, 탄산염 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 약알카리성 화합물에 의해 코팅된 활성화된 탄소, 활성 코크스, 알루미나, 실리카, 알칼리로 수식된 비산성형 제올라이트, 점토광물, 및 그들의 복합에 의한 혼합물은 광물유를 거의 저분자화하지 않으므로 유지나 착유 원료와 광물유의 혼합물을 원료로서 사용하면 유지의 추출 효율이 향상되고, 분해유의 수율이 높은 유지 탈탄산 분해 촉매를 제공할 수 있다.(1) activated carbon, activated coke, alumina, silica, alkaline-modified sparingly-shaped zeolite, clay minerals, and composite thereof coated with a weakly alkaline compound consisting of at least one of hydroxide, oxide and carbonate of magnesium Since the mixture does not substantially make the mineral oil less denatured, the use of a mixture of the oil or the milk-derived raw material and the mineral oil as the raw material improves the extraction efficiency of the oil and can provide a decarbonate decomposition catalyst having a high yield of the oil.

도 1은 실시형태 1의 반응 장치의 구성도이다.
도 2는 실시형태 2의 반응 장치의 구성도이다.
도 3은 실시형태 3의 반응 장치의 구성도이다.
도 4는 실시예 2에서 얻어진 분해유의 탄소수 분포를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 7에서 얻어진 분해유의 탄소수 분포를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 8에서 얻어진 분해유의 탄소수 분포를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 9에서 얻어진 분해유의 탄소수 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 10에서 얻어진 분해유의 탄소수 분포를 나타내는 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of a reaction apparatus of Embodiment 1. FIG.
2 is a configuration diagram of the reaction apparatus of the second embodiment.
3 is a configuration diagram of the reaction apparatus of the third embodiment.
4 is a view showing the carbon number distribution of the decomposition oil obtained in Example 2. Fig.
5 is a graph showing the carbon number distribution of the decomposition oil obtained in Example 7. Fig.
6 is a graph showing the carbon number distribution of the decomposition oil obtained in Example 8. Fig.
7 is a graph showing the carbon number distribution of the decomposition oil obtained in Example 9. Fig.
8 is a graph showing the carbon number distribution of the decomposition oil obtained in Example 10. Fig.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.

(실시형태 1)(Embodiment 1)

우선, 실시예 1∼7 및 실시예 9∼14에서 사용한 반응 장치에 대해서 설명한다. First, the reaction apparatuses used in Examples 1 to 7 and Examples 9 to 14 will be described.

도 1은 실시형태 1의 반응 장치의 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of a reaction apparatus of Embodiment 1. FIG.

도면 중, 1은 본 발명의 실시예에서 사용한 실시형태 1의 반응 장치, 2는 반응 용기, 3은 반응 용기(2)에 수용된 분립상의 실리카, 활성화된 탄소, 고체 염기, 피독된 FCC 촉매 등의 유지 탈탄산 분해 촉매, 4는 반응 용기(2)에 수용된 촉매(3)를 350∼475℃로 가열하는 히터, 5는 반응 용기(2)에 유지나 착유 원료를 분무, 적하, 산포 등에 의해 투입하는 원료 투입부, 6은 반응 용기(2)에 질소 가스 등의 불활성 가스나 수증기 등의 플로우 가스를 도입하는 플로우 가스 도입부, 7은 촉매(3)를 교반하는 교반 장치, 8은 반응 용기(2) 내에서 생긴 생성물을 플로우 가스에 동반시켜서 반응 용기(2)의 밖으로 도출하는 제 1 도출관, 9는 제 1 도출관(8)이 접속되어 생성물 중에서 비점이 0℃∼반응 용기의 온도의 분해 생성물(이하, 분해유라고 함)을 저류하는 분해유 저류부, 10은 일단이 분해유 저류부(9)에 접속된 배출관, 11은 배출관(10)에 설치되어 배출관(10)을 0℃로 냉각해서 생성물 중 분해유를 액화시키는 냉각관, 12는 배출관(10)의 타단이 접속되고 -80℃로 냉각되어 비점이 -80∼0℃인 액화된 분해 생성물(이하, 경질유라고 한다.)을 저류하는 냉각 트랩 장치, 13은 일단이 냉각 트랩 장치(12)에 접속된 가스 배출관이다.In the drawings, reference numeral 1 denotes a reaction apparatus of Embodiment 1 used in the embodiment of the present invention, 2 denotes a reaction vessel, 3 denotes silica in a separated form contained in the reaction vessel 2, activated carbon, solid base, and poisoned FCC catalyst 4 is a heater for heating the catalyst 3 contained in the reaction vessel 2 to 350 to 475 DEG C and 5 is a feedstock to the reaction vessel 2 by spraying, dropping, A flow gas introducing portion 6 for introducing a flow gas such as an inert gas such as nitrogen gas or water vapor into the reaction vessel 2, 7 an agitator for stirring the catalyst 3, 8 a reaction vessel 2, (9) is connected to the first outlet pipe (8) so that the boiling point of the product is from 0 ° C to the decomposition product of the temperature of the reaction vessel (Hereinafter referred to as " decomposed oil "), 11 is a cooling pipe provided in the discharge pipe 10 for cooling the discharge pipe 10 to 0 DEG C to liquefy the cracked oil in the product and 12 is a cooling pipe (Hereinafter referred to as "light oil") having the boiling point of -80 to 0 ° C, the other end of which is connected to the cooling trap device 12 Gas discharge pipe.

(실시형태 2)(Embodiment 2)

이어서, 실시예 8에서 사용한 실시형태 2의 반응 장치에 대해서 설명한다.Next, the reaction apparatus of Embodiment 2 used in Embodiment 8 will be described.

도 2는 그 실시형태 2의 반응 장치의 구성도이다.2 is a configuration diagram of the reaction apparatus of the second embodiment.

도면 중, 21은 실시형태 2의 반응 장치이다. 도 1과 공통되는 부분에 대해서는 동일한 부호를 첨부해서 설명을 생략한다. 22는 원료 유지나 착유 원료를 가열하는 가열부이다. 23은 운전 개시시 등 촉매(3)의 온도가 낮은 경우에 가열하기 위한 보조 가열부이다.In the figure, reference numeral 21 denotes the reaction apparatus of the second embodiment. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Reference numeral 22 denotes a heating unit for heating raw material or milking raw material. Reference numeral 23 denotes an auxiliary heating unit for heating the catalyst 3 when the temperature of the catalyst 3 is low at the start of operation.

(실시형태 3)(Embodiment 3)

이어서, 실시예 15에서 사용한 실시형태 3의 반응 장치에 대해서 설명한다.Next, the reaction apparatus of Embodiment 3 used in Example 15 will be described.

도 3은 그 실시형태 3의 반응 장치의 구성도이다.3 is a configuration diagram of the reaction apparatus of the third embodiment.

도면 중, 31은 실시형태 3의 반응 장치이다. 도 1과 공통되는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다. 또한, 32는 실시형태 3의 제 1 반응 용기이며, 도 1의 반응 용기(2)에 상당한다. 33은 제 1 반응 용기(32)에 수용된 분립상의 실리카 등의 유지 탈탄산 촉매 A, 8은 제 1 반응 용기(32) 내에서 생긴 생성물을 플로우 가스에 동반시켜서 제 1 반응 용기(32)의 밖으로 도출하는 제 1 도출관, 34는 제 2 반응 용기, 35는 제 2 반응 용기(34)에 수용된 분립상의 실리카, 활성화된 탄소, 고체 염기 등의 유지 탈탄산 분해 촉매 B이며, 38은 제 2 반응 용기(34)에서 탈탄산 분해된 가스를 도출하는 제 2 도출관이다.In the figure, reference numeral 31 denotes a reaction device of the third embodiment. 1 are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted. 32 is the first reaction vessel of Embodiment 3 and corresponds to the reaction vessel 2 of Fig. Reference numeral 33 denotes a discrete decarbonation catalyst A such as silica on a granular phase contained in the first reaction vessel 32 and 8 denotes a catalyst for separating the product formed in the first reaction vessel 32 into a flow gas, Reference numeral 34 denotes a second reaction vessel, reference numeral 35 denotes a catalyst for separating and decomposing carbonaceous materials such as silica, activated carbon, solid bases and the like contained in the second reaction vessel 34. Reference numeral 38 denotes a second reaction And is a second outlet pipe for deriving the decarbonated gas in the vessel (34).

실시예 1Example 1

유지 탈탄산 분해 촉매(이하, 촉매라고 생략한다.)(3)는 촉매용 실리카(후지 시리시아 카가쿠 가부시키가이샤 제, 상품명: 캐리액트 Q-15, 입경 1.18∼2.36mm)를 사용하고, 이 촉매 50mL를 내용적 150mL의 반응 용기(2)에 수용하고, 교반 장치(7)(50rpm)로 교반시키면서 420℃까지 가열했다. 촉매(3)의 가열 온도는 반응 용기(2) 내에 넣은 도시하지 않은 열전대를 촉매(3)에 접촉시켜서 측정했다.A catalyst for silica (manufactured by Fujisiri Chemical Co., Ltd., trade name: Carriact Q-15, particle size 1.18 to 2.36 mm) was used as the catalyst 3 50 mL of the catalyst was placed in a 150 mL reaction vessel 2 and heated to 420 DEG C while stirring with an agitator 7 (50 rpm). The heating temperature of the catalyst 3 was measured by bringing a not shown thermocouple put in the reaction vessel 2 into contact with the catalyst 3.

촉매(3)가 반응 온도의 420℃로 상승한 것을 확인하고, 원료 투입부(5)로부터 팜유(유지)를 대기압 하의 반응 용기(2) 내에 적하해서 투입했다. 유지의 투입량은 0.25mL/분, 플로우 가스 도입부(6)로부터의 플로우 가스(질소 가스)의 도입량은 50mL/분으로 했다.The palm oil (oil) was dropped into the reaction vessel 2 under an atmospheric pressure from the raw material input portion 5, confirming that the catalyst 3 had risen to 420 캜 of the reaction temperature. The feed amount of the oil was 0.25 mL / min, and the flow gas (nitrogen gas) from the flow gas inlet 6 was introduced at 50 mL / min.

유지를 합계 75g 투입함으로써 생성물을 얻었다. 분해유 저류부(9)에 저류된 분해유와, 가스 배출관(13)으로부터 배출된 가스 물질(일산화탄소, 이산화탄소 및 경질 탄화수소 가스)의 성분 분석을 행했다. 분해유의 분석은 GC-MS를 사용해서 행하고, 가스 물질 중 일산화탄소, 이산화탄소의 분석은 GC-TCD를 사용해서 행하고, 경질 탄화수소 가스의 분석은 GC-FID를 사용해서 행했다. 또한, 실험 후의 촉매를 TG-DTA로 분석했다.The total amount of the oil was 75 g to obtain a product. The components of the cracked oil stored in the cracked oil reservoir 9 and the gas substances (carbon monoxide, carbon dioxide, and light hydrocarbon gas) discharged from the gas discharge pipe 13 were analyzed. Analysis of the decomposition oil was performed using GC-MS. The analysis of carbon monoxide and carbon dioxide in the gaseous substance was performed using GC-TCD, and the analysis of the light hydrocarbon gas was performed using GC-FID. Further, the catalyst after the experiment was analyzed by TG-DTA.

실시예 2Example 2

실시예 1에서 사용한 촉매용 실리카에 MgO를 담지시킨 촉매를 사용하고, 반응 온도를 410℃로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 했다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that a catalyst in which MgO was supported on silica for catalyst used in Example 1 was used and the reaction temperature was set to 410 ° C.

또한, 실리카에 MgO를 담지시킨 촉매는 실시예 1에서 사용한 촉매용 실리카에 대해서 금속 마그네슘으로서 10질량%에 상당하는 양의 질산 마그네슘(Mg(NO3)2·6H2O)의 수용액을 Incipient Wetness법에 의해 실리카에 함침시키고, 함침후 120℃에서 건조시키고, 그 후 500℃에서 3시간 대기 중에서 소성함으로써 얻었다.In the case of the catalyst in which MgO was supported on silica, an aqueous solution of magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O) in an amount corresponding to 10 mass% as metal magnesium was added to the silica for catalyst used in Example 1 under Incipient Wetness Impregnation with silica by impregnation, drying at 120 캜 after impregnation, and then calcining at 500 캜 for 3 hours in air.

실시예 3Example 3

유지 탈탄산 분해 촉매로서 활성 코크스(미쓰이 코우잔 가부시키가이샤 제, 파쇄 후의 입경 1.18∼2.36mm)를 사용하고, 반응 온도를 400℃로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 했다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that an activated coke (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., particle size after crushing: 1.18 to 2.36 mm) was used as the deasphalting carbon dioxide decomposition catalyst and the reaction temperature was set to 400 캜.

실시예 4Example 4

실시예 3에서 사용한 활성 코크스에 MgO를 담지시킨 촉매를 사용하고, 반응 온도를 400℃로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 했다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that a catalyst in which MgO was carried on the activated coke used in Example 3 was used and the reaction temperature was set to 400 캜.

또한, 활성 코크스에 MgO를 담지시킨 촉매는 실시예 3에서 사용한 활성 코크스에 대해서 금속 마그네슘으로서 10질량%에 상당하는 양의 질산 마그네슘(Mg(NO3)2·6H2O)의 수용액을 Incipient Wetness법에 의해 활성 코크스에 함침시키고, 함침 후 120℃에서 건조시키고, 그 후 350℃에서 3시간 질소 분위기 중에서 소성함으로써 얻었다.The catalyst in which MgO was loaded on the activated coke was prepared by adding an aqueous solution of magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O) in an amount corresponding to 10 mass% as metal magnesium to the activated coke used in Example 3, Impregnated with the activated coke, dried at 120 캜 after impregnation, and then calcined at 350 캜 for 3 hours in a nitrogen atmosphere.

비교예 1Comparative Example 1

촉매로서 FCC 폐촉매를 사용하고, 반응 온도를 420℃로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 했다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that an FCC waste catalyst was used as the catalyst and the reaction temperature was set to 420 캜.

또한, FCC 폐촉매는 석유의 유동 접촉 분해(FCC:fluid catalyst cracking) 프로세스에서 사용된 40∼80㎛의 입분상으로 입자화된 합성 제올라이트계의 고체 산촉매를 재생한 것이다.In addition, the FCC waste catalyst is a regenerated solid acid catalyst based on synthetic zeolite particles granulated in a particle size of 40-80 μm used in a fluid catalytic cracking (FCC) process of petroleum.

이상의 실시예 및 비교예에 있어서의 생성물의 분석 결과를 설명한다. The results of the analysis of the products in the above Examples and Comparative Examples will be described.

표 1은 실시예 1∼4 및 비교예 1에 있어서의 생성물의 양과 분해유의 수율을 나타낸 것이다.Table 1 shows the amounts of products and the yields of the decomposition oils in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. [

Figure 112011036024113-pct00002
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표 1로부터 실시예 1∼4의 분해유 수율은 모두 50% 이상이며, 비교예 1은 46%인 것을 알 수 있었다. 잔사는 실시예 1∼4가 비교예 1보다 적었다. 그래서 이 잔사에 대해서 검토한다.From Table 1, it was found that the decomposed oil yields of Examples 1 to 4 were all 50% or more, and that of Comparative Example 1 was 46%. The residues of Examples 1 to 4 were lower than those of Comparative Example 1. So we will examine this residue.

실험 후의 촉매의 TG-DTA 분석 결과로부터 실시예 1∼4의 촉매에는 코크가 9% 전후 잔존하고 있었지만, 비교예 1의 촉매(FCC 폐촉매)에는 코크가 30% 정도 잔존하고 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 분해유의 GC-MS에 의한 분석 결과로부터 비교예 1의 분해유에는 약 50%의 파라핀, 약 20%의 올레핀, 약 20%의 방향족 화합물이 존재하지만, 실시예 1∼4의 분해유에는 약 50∼60%의 파라핀, 약 30∼40%의 올레핀이 존재하지만, 방향족 화합물은 거의 존재하지 않는 것을 알 수 있었다. 이 결과로부터 잔사는 주로 코크이며, 코크는 촉매(FCC 폐촉매)의 산점에 의해 생성된 올레핀 유래의 방향족 화합물의 중합물이라고 추찰되었다. 실시예 1∼4에서는 촉매로서 중성의 실리카 또는 고체 염기를 사용하고 있기 때문에 방향족 화합물이 거의 생성되지 않고, 이 때문에 코크의 생성도 적어 잔사의 생성량이 적어진 것이라고 추찰되었다.From the results of the TG-DTA analysis of the catalyst after the experiment, it was found that about 9% of coke remained in the catalysts of Examples 1 to 4, but about 30% of the coke remained in the catalyst of Comparative Example 1 (FCC spent catalyst) . From the analysis results of the decomposition oil by GC-MS, it was found that about 50% of paraffins, about 20% of olefins and about 20% of aromatic compounds were present in the cracked oil of Comparative Example 1, About 50 to 60% of paraffins and about 30 to 40% of olefins are present, but almost no aromatics are present. From these results, it was presumed that the residue was mainly coke, and coke was a polymer of aromatic compounds derived from olefin produced by the acid sites of the catalyst (FCC waste catalyst). In Examples 1 to 4, since neutral silica or a solid base was used as a catalyst, it was presumed that aromatic compounds were scarcely produced, and thus the production of coke was small and the amount of residue was reduced.

또, 비교예 1에서는 분해유에 함산소 물질로서 소량의 알콜과 지방산이 검출되었지만, 실시예 1∼4에서는 이들은 검출되지 않고, 주로 케톤이 생성되어 있었다. 비교예 1의 분해유는 이취가 생기고, 1주간 정도 방치하면 육안으로 확인할 수 있을 만큼 흑변되었지만, 실시예 1∼4의 분해유는 흑변되거나 이취가 생기지 않고, 보존 안정성이 우수한 것을 알 수 있었다. 이 원인은 비교예 1의 분해유에 포함되는 카르복실산(지방산) 등의 불순물의 영향이라고 추찰되었다.In Comparative Example 1, a small amount of alcohol and fatty acid were detected as oxygenated substances in the cracked oil, but these were not detected in Examples 1 to 4, and ketones were mainly produced. It was found that the decomposed oil of Comparative Example 1 was odorless and darkened enough to be visually recognized when it was left for about one week, but the decomposed oil of Examples 1 to 4 was not blackened or odorless, and the storage stability was excellent. This cause was presumed to be the influence of impurities such as carboxylic acid (fatty acid) contained in the decomposed oil of Comparative Example 1.

도 4는 실시예 2에서 얻어진 분해유의 결과 탄소수 분포를 나타내는 도면이다. 한편, 실험에 사용한 유지(팜유)의 지방산 조성은 라우린산(C12) 0.2%, 미리스틴산(C14) 1.1%, 팔미트산(C16) 44.0%, 스테아린산(C18) 4.5%, 올레인산(C18:1) 39.2%, 리놀레산(C18:2) 10.1%, 리놀렌산 (C18:3) 0.4%이다. 도 4로부터 실시예 2에서는 유지에 포함되는 지방산에 대응하는 탄소수의 파라핀 또는 올레핀이 주로 생성되는 것을 알 수 있었다. 다른 실시예도 동일한 경향이었다.4 is a graph showing the carbon number distribution as a result of the decomposition oil obtained in Example 2. Fig. The fatty acid composition of the oil (palm oil) used in the experiment was 0.2% lauric acid (C12), 1.1% myristic acid (C14), 44.0% palmitic acid (C16), 4.5% stearic acid (C18) : 1) 39.2%, linoleic acid (C18: 2) 10.1% and linolenic acid (C18: 3) 0.4%. From FIG. 4, it can be seen that the paraffin or olefin of the carbon number corresponding to the fatty acid contained in the fat is mainly produced in Example 2. Other embodiments were of the same tendency.

얻어진 분해유의 유동점을 JIS K2269(원유 및 석유 제품의 유동점 및 석유 제품 구름점(cloud point) 시험 방법)에 의거해서 측정한 결과 -12.5℃였다. 시판되고 있는 일반의 경유의 유동점은 -7℃이기 때문에 일반 경유 정도로 낮은 유동점의 분해유를 제조할 수 있는 것을 알 수 있었다. The pour point of the obtained cracked oil was measured according to JIS K2269 (pour point of crude oil and petroleum product and cloud point test method of petroleum product) as -12.5 ° C. Since the pour point of common diesel sold on the market is -7 ° C, it was found that a cracked oil having a low pour point can be produced at about the level of ordinary diesel oil.

표 2는 실시예 1∼4 및 비교예 1에 있어서 생성된 가스 물질의 일산화탄소와 이산화탄소의 양을 나타낸 것이다.Table 2 shows the amounts of carbon monoxide and carbon dioxide in the gaseous substances produced in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. [

이산화탄소량을 비교하면 비교예 1, 실시예 1, 실시예 2∼4의 순서대로 증가하고 있는 것을 알 수 있었다. 비교예 1의 촉매는 고체산, 실시예 1의 촉매는 실리카(중성), 실시예 2∼4의 촉매는 고체 염기인 점에서 실시예 1∼4와 같이 실리카나 고체 염기를 촉매로 함으로써 선택적으로 CO2를 회수할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.It was found that the amounts of carbon dioxide were increased in the order of Comparative Example 1, Example 1, and Examples 2 to 4. The catalysts of Comparative Example 1 are selected from a solid acid, the catalyst of Example 1 is silica (neutral), and the catalysts of Examples 2 to 4 are solid bases. As in Examples 1 to 4, It was confirmed that CO 2 could be recovered.

표 2 및 도 4의 결과로부터 유지의 분해 메커니즘은 이하와 같이 추찰된다. 가열된 유지 탈탄산 분해 촉매와 접촉한 유지는 글리세린이 빠지고, 지방산이 생성된다. 생성된 지방산은 카르복실기의 부분이 CO2로서 제거되고, 나머지 탄소쇄가 분해유로서 회수된다. 글리세린기는 프로판 등의 경질 탄화수소 가스로서 회수된다. From the results of Table 2 and Fig. 4, the decomposition mechanism of the fat is presumed as follows. The oil contacted with the heated sustained decarboxylating catalyst is released from glycerin and fatty acids are produced. In the produced fatty acid, a portion of the carboxyl group is removed as CO 2 , and the remaining carbon chain is recovered as the decomposition oil. The glycerin group is recovered as a light hydrocarbon gas such as propane.

Figure 112011036024113-pct00003
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이상의 실시예에 의해 코크의 생성량이 적고, 카르복실산(유리 지방산) 등의 불순물도 부생되기 어렵기 때문에 공기 등에 대해서 안정적이어서 흑변이나 이취가 생기기 어렵고, 저장 안정성이 우수하고, 유동점이 낮은 유동성이 우수한 바이오디젤 연료가 얻어지는 것이 명백해졌다.According to the above examples, the amount of coke produced is small and impurities such as carboxylic acid (free fatty acid) are not easily produced as a by-product. Therefore, it is stable to air and the like, It became clear that excellent biodiesel fuel can be obtained.

또한, 실시예 3에 있어서 촉매인 활성 코크스 대신에 활성화된 탄소를 사용한 경우에도 같은 결과가 얻어졌다.In addition, the same result was obtained when activated carbon was used in place of the activated coke as a catalyst in Example 3.

실시예 5Example 5

촉매용 실리카에 MgO를 담지시킨 촉매(실시예 2와 동일한 촉매)를 사용하고, 대학 식당에서 실제로 1주간 사용된 폐식용유(대두유와 채종유의 혼합 75g)를 대기압 하의 반응 용기 내에 적하해서 투입(0.25mL/분)함과 아울러 플로우 가스로서 He가스(50mL/분)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 했다.(75 g of a mixture of soybean oil and vegetable oil) actually used for one week in a university restaurant was dropped into a reaction vessel under atmospheric pressure using a catalyst in which MgO was supported on silica for catalyst and 0.25 mL / min) and He gas (50 mL / min) was used as the flow gas.

실시예 6Example 6

착유 원료로서 시판의 대두(건조 대두, 홋카이도산)를 사용해서 착유 원료로부터 분해유를 제조하는 실험을 행했다. 대두는 분해를 용이하게 하기 위해 알맹이를 약 절반의 크기가 되도록 파쇄했다. 촉매용 실리카에 MgO를 담지시킨 촉매(실시예 2와 동일한 촉매)를 사용하고, 반응 온도를 410℃로 하고, 대두의 파쇄 물(500g)을 대기압 하의 반응 용기 내에 마이크로 피더로 소량씩 투입한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 했다.Experiments were carried out to produce a cracked oil from a milking raw material by using commercial soybean (dried soybean, Hokkaido) as a milking raw material. The soybeans were crushed to a size of about half to facilitate degradation. The same procedure as in Example 2 was carried out except that a catalyst (the same catalyst as that used in Example 2) in which silica for catalyst was used, the reaction temperature was set to 410 ° C and a small amount of a crushed soybean product (500 g) The procedure of Example 1 was otherwise made.

실시예 7Example 7

원료 유지로서 정미소로부터 배출된 쌀겨를 사용해서 착유 원료로부터 분해유를 제조하는 실험을 행했다. 촉매용 실리카에 MgO를 담지시킨 촉매(실시예 2와 동일한 촉매)를 사용하고, 반응 온도를 410℃로 하고, 쌀겨(500g)를 대기압 하의 반응 용기 내에 마이크로 피더로 소량씩 투입한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 했다. Experiments were carried out to produce a cracked oil from a milking raw material by using rice bran discharged from a rice mill as a raw material holding material. Except that the reaction temperature was set to 410 ° C and a small amount of rice bran (500 g) was added into the reaction vessel under atmospheric pressure by using a microfeeder, except that a catalyst in which MgO was supported on the silica for catalyst was used (the same catalyst as in Example 2) The same as Example 1.

실시예 8Example 8

원료 유지로서 불포화 지방산이 매우 많고, 종래법에서는 분해유의 회수율이 낮은 야트로파유를 원료 유지로 해서 실시형태 2의 반응 장치를 사용해서 분해유를 제조하는 실험을 행했다.Experiments were carried out to produce a cracked oil using the reaction apparatus of Embodiment 2 with yatrofas as a raw material retention which has a large amount of unsaturated fatty acids as raw material retention and low recovery rate of decomposition oil in the conventional method.

유지 탈탄산 분해 촉매(3)는 실시예 2와 동일한 촉매용 실리카에 MgO를 담지시킨 촉매를 사용했다. 이 촉매 50mL를 내용적 150mL의 반응 용기(2)에 수용했다. 원료 유지를 가열부(22)에서 450℃까지 가열했다. 원료 유지의 가열 온도는 가열부(22) 내에 넣은 도시하지 않은 열전대를 원료 유지에 접촉시켜서 측정했다. As the dehydrogenative decarbonation catalyst 3, a catalyst in which MgO was supported on the same silica for catalyst as in Example 2 was used. 50 mL of this catalyst was accommodated in a reaction vessel (2) having an internal volume of 150 mL. And the raw material holding was heated up to 450 占 폚 in the heating part 22. The heating temperature of the raw material holding was measured by bringing a not shown thermocouple put in the heating portion 22 into contact with the raw material holding.

원료 유지가 반응 온도의 450℃로 상승한 것을 확인하고, 원료 투입부(5)로부터 야트로파유(유지)를 대기압 하의 반응 용기(2) 내에 적하해서 투입했다. 유지의 투입량은 1.0mL/분, 플로우 가스 도입부(6)로부터의 플로우 가스(질소 가스)의 도입량은 50mL/분으로 했다.Confirmation that the raw material retention has risen to 450 ° C. of the reaction temperature and yatropha oil (oil) is dropped from the raw material charging section 5 into the reaction vessel 2 under atmospheric pressure and then introduced. The injection amount of the oil was 1.0 mL / min, and the introduction amount of the flow gas (nitrogen gas) from the flow gas introduction part 6 was 50 mL / min.

유지를 합계 75g 투입함으로써 생성물을 얻었다.The total amount of the oil was 75 g to obtain a product.

실시예 9Example 9

동물 유지를 원료로 분해유를 제조하는 실험을 행했다. 원료 유지로서 식육 처리 공장에서 배출된 돼지의 지방(500g)을 80℃로 가열해서 액상으로 해서 사용한 것 이외는 실시예 4와 동일하게 했다.Experiments were carried out to produce a cracked oil using the animal fat as a raw material. The same procedure as in Example 4 was conducted except that the fat (500 g) of the pig discharged from the meat processing factory as the raw material holding was heated to 80 캜 and used as a liquid phase.

실시예 10Example 10

원료 유지로서 식육 처리 공장에서 배출된 소의 지방(500g)을 80℃로 가열해서 액상으로 해서 사용한 것 이외는 실시예 4와 동일하게 했다.The same procedure as in Example 4 was carried out except that the fat (500 g) of the cow discharged from the meat processing factory as the raw material holding was heated to 80 캜 and used as a liquid phase.

표 3은 실시예 5 및 실시예 6, 실시예 8에 있어서의 생성물의 양과 분해유의 수율을 나타낸 것이다. Table 3 shows the yields of the product and the yield of the decomposition oil in Examples 5, 6 and 8.

또한, 실시예 6에서는 분해유에 유성분, 수성분, 침전물, 부유물이 혼재되어 있었다. 착유 원료는 유지 이외의 성분을 풍부하게 포함하기 때문이라고 생각된다. 그래서 실시예 6의 분해유 수율은 침전물 등의 영향을 제외하므로 실시예 1∼5와는 달리 투입량에 대한 유성분의 비율로부터 환산했다. 또한, 실시예 6에서는 가스 물질의 분석을 행하지 않았다. 유지 이외의 성분의 영향이 크기 때문이다. In Example 6, the oil component, the water component, the precipitate and the suspended matter were mixed in the cracked oil. It is considered that the milking raw material abundantly contains components other than the oil. Therefore, the rate of the cracked oil in Example 6 was excluded from the influence of sediment and the like, so that it was converted from the ratio of the oil component to the amount of the input, unlike Examples 1 to 5. In Example 6, analysis of gaseous substances was not performed. This is because the influence of ingredients other than oil is high.

착유 원료를 사용하는 경우 등, 원료 중에 수분이 많은 경우에는 실시예 6과 같이 생성되는 분해유 중에 수성분이 많아지므로 연료로서 사용하기 위해서는 원료로부터 또는 분해유로부터 수분을 제거하는 공정이 필요하게 된다.In the case where the feedstock contains a large amount of water such as the case of using the milking feedstock, the water component is increased in the cracked oil produced as in Example 6, and therefore, a step of removing water from the raw material or from the cracked channel is required for use as fuel .

Figure 112011036024113-pct00004
Figure 112011036024113-pct00004

표 3에 있어서 실시예 5에 나타낸 바와 같이 폐식용유로부터도 60% 이상의 수율로 분해유가 얻어지는 것이 확인되었다. 이것은 팜유를 원료 유지로 한 실시예 1∼4와 거의 동일한 결과이다. 폐식용유는 팜유에 비해 산화의 정도가 현저하다고 생각되지만, 본 실시예에 의해 분해유가 고수율로 얻어지는 것이 명백해졌다.As shown in Table 3, it was confirmed that the decomposed oil was obtained from the waste cooking oil at a yield of 60% or more. This is almost the same result as in Examples 1 to 4 in which palm oil was used as a raw material. It is considered that the degree of oxidation of the waste cooking oil is remarkably higher than that of the palm oil, but it has become clear that the present embodiment can obtain the decomposed oil at a high yield.

또한, 실시예 6에 나타낸 바와 같이, 착유 원료(대두)로부터도 5.7%의 수율로 유성분이 얻어지는 것이 확인되었다. 국내산 대두의 유지의 함유율은 약 10wt%라고 말해지고 있으므로, 유성분의 수율 5.7wt%는 상당한 고수율이라고 할 수 있다.Further, as shown in Example 6, it was confirmed that a milk component was obtained from the milking raw material (soybean) at a yield of 5.7%. Since the content of soybean oil in domestic soybean is said to be about 10 wt%, the yield of oil component is 5.7 wt%, which is a considerable high yield.

도 5에 실시예 7에서 쌀겨로부터 얻어진 분해유의 탄소수 분포를 나타낸다. C5∼C34까지의 폭넓은 탄소수의 탄화수소의 생성이 보여졌다. 특히 탄소수 C10∼C20의 등·경유분을 많이 포함하고 있었다. 또한, 분해유는 C6∼C13의 방향족 탄화수소를 약 2할 포함한 것이었다. 쌀겨에는 리파아제가 많고 유리 지방산이 많지만, 산화도 0.35mgKOH/g, 산화 안정도 24h 이상으로 바이오디젤 연료로서 충분히 사용할 수 있는 것이었다.Fig. 5 shows the carbon number distribution of the decomposition oil obtained from rice bran in Example 7. Fig. Production of hydrocarbons with a wide carbon number ranging from C5 to C34 was observed. Particularly, it contained a lot of light and light oil of carbon number C10 to C20. In addition, the cracked oil contained about 2% of C6-C13 aromatic hydrocarbons. The rice bran had a large amount of lipase and a large amount of free fatty acid, but the oxidation degree was 0.35 mgKOH / g and the oxidation stability was 24 hours or more.

표 3에 실시예 8에서 야트로파유로부터 얻어진 결과를 나타낸다. 야트로파유는 팔미트산(C16) 14.9%, 스테아린산(C18) 6.9%, 올레인산(C18:1) 41.8%, 레놀레산(C18:2) 34.8%와 불포화 지방산의 비율이 높기 때문에 열분해법에서는 낮은 수율로 되어 있지만, 본 발명의 방법에 의하면 63.1%로 높은 분해유 회수율을 나타냈다. 도 6에 얻어진 분해유 중의 탄화수소의 탄소수 분포를 나타낸다. 탄소수는 폭넓은 범위로 분포되어 있지만 이중 결합이 보존되어 있는 것이 나타내어졌다.Table 3 shows the results obtained from the yttrophasia in Example 8. Yatropha oil is low in pyrolysis method because it has a high ratio of unsaturated fatty acid with 14.9% of palmitic acid (C16), 6.9% of stearic acid (C18), 41.8% of oleic acid (C18: 1) and 34.8% of renolenic acid The yield of the recovered oil was 63.1%. The carbon number distribution of the hydrocarbon in the cracked oil obtained in Fig. 6 is shown. It is shown that the carbon number is distributed over a wide range, but double bonds are conserved.

또한 야트로파유는 인산의 함유량이 높고, 그것이 종래법으로 연료화되면 연료유에 잔류되고, 엔진 등을 손상시키는 것이 문제로 되고 있었다. IPC에서 실시예 8의 분해유와 원료 유지로 한 야트로파유의 인산 농도를 측정한 결과 원료 유지에서는 약 10mg/L였던 것에 대해서 분해유에서는 0.9mg/L였다. 원료 유지 중의 인산이 분해유로 이행하지 않고, 인산 함유량이 낮은 분해유가 얻어지는 것이 나타내어졌다.In addition, yatropha oil has a high content of phosphoric acid and remains in the fuel oil when it is converted into fuel by the conventional method, and it has become a problem to damage the engine and the like. In the IPC, the concentration of phosphoric acid in yalatrophasic oil was determined to be about 10 mg / L in the case of crude oil and 0.9 mg / liter in decomposed oil. It was shown that the phosphoric acid in the raw material holding was not transferred to the decomposition channel and the decomposed oil having a low phosphoric acid content was obtained.

실시예 9에서 돈지로부터 얻어진 분해유 중의 탄화수소의 탄소수 분포를 도 7에, 실시예 10에서 우지로부터 얻어진 분해유 중의 탄화수소의 탄소수 분포를 도 8에 나타낸다. 돈지로부터는 C5∼C34까지의, 우지로부터는 C5∼C31까지의 폭넓은 탄소수의 탄화수소가 생성되었다. 분해유 중의 등·경유 성분은 모두 약 65%였다.The carbon number distribution of hydrocarbons in the cracked oil obtained from lard in Example 9 is shown in Fig. 7, and the carbon number distribution of hydrocarbons in the cracked oil obtained from the tongue in Example 10 is shown in Fig. Hydrocarbons having a wide carbon number from C5 to C34 from the lard and C5 to C31 from the tallow were produced. The contents of light oil and light oil in the cracked oil were all about 65%.

이상의 실시예에 의해 폐식용유나 착유 원료, 동물 유지로부터도 용이하게 유성분을 채취할 수 있는 것이 명백해졌다. 본 발명의 바이오디젤 연료의 제조 방법은 알콜(부원료)을 필요로 하지 않고, 글리세린을 부생하지 않으므로 매우 유용성이 높다.It has become apparent from the above examples that oil components can be easily collected from waste cooking oil, milking raw materials and animal fats. The method of producing the biodiesel fuel according to the present invention does not require an alcohol (sub ingredient) and is highly useful because glycerin is not produced as a by-product.

실시예 11Example 11

비교예 1에서 사용한 FCC 폐촉매를 NaCl로 피독시킨 촉매를 사용한 것 이외는 비교예 1과 동일하게 했다.The same procedure as in Comparative Example 1 was carried out except that the catalyst used in Comparative Example 1, in which the spent catalyst was poisoned with NaCl, was used.

또한, FCC 폐촉매를 NaCl로 피독한 촉매는 FCC 폐촉매 50g에 대해서 50g/L의 NaCl 수용액 1.0L를 첨가해서 50℃±5℃에서 1시간 처리해서 작성했다. 이 방법으로 얻어진 촉매의 산점은 약 90% 피독되어 있었다. 이 방법으로 얻어진 촉매의 산점을 암모니아 승온 이탈법으로 평가한 결과 약 90%의 산점이 피독되어 있었다.In addition, a catalyst in which the FCC spent catalyst was poisoned with NaCl was prepared by adding 1.0 L of 50 g / L NaCl aqueous solution to 50 g of the FCC spent catalyst at 50 캜 5 캜 for 1 hour. The acid point of the catalyst obtained by this method was about 90% poisoned. When the acid sites of the catalysts obtained by this method were evaluated by the ammonia oxidation escape method, about 90% of the acid sites were poisoned.

실시예 12aExample 12a

촉매로서 고체 산촉매인 실리카를 사용한 것 이외는 비교예 1과 동일하게 했다. The same procedure as in Comparative Example 1 was carried out except that silica serving as a solid acid catalyst was used as a catalyst.

실시예 12bExample 12b

실시예 12a에서 사용한 실리카를 질산 마그네슘 수용액으로 피독시킨 촉매를 사용한 것 이외는 비교예 1과 동일하게 했다.The same procedure as in Comparative Example 1 was carried out except that the catalyst used in Example 12a was used in which the silica was poisoned with an aqueous magnesium nitrate solution.

또한, 실리카를 질산 마그네슘 수용액으로 피독한 촉매는 실리카 50g에 대해서 50g/L의 Mg(NO3)2 수용액 1.0L를 첨가해서 50℃±5℃에서 1시간 처리해서 작성했다. 이 방법으로 얻어진 촉매의 산점을 암모니아 승온 이탈법으로 평가한 결과 약 90%의 산점이 피독되어 있었다.A catalyst in which silica was impregnated with an aqueous solution of magnesium nitrate was prepared by adding 1.0 L of an aqueous solution of 50 g / L of Mg (NO 3 ) 2 to 50 g of silica and treating the mixture at 50 ° C ± 5 ° C for 1 hour. When the acid sites of the catalysts obtained by this method were evaluated by the ammonia oxidation escape method, about 90% of the acid sites were poisoned.

실시예 13Example 13

비교예 1에서 사용한 FCC 폐촉매를 Mg으로 피독하고, 또한 산화 마그네슘을 담지시킨 촉매를 사용한 것 이외는 비교예 1과 동일하게 했다. The same procedure as in Comparative Example 1 was carried out except that the catalyst used in Comparative Example 1 was an FCC spent catalyst poisoned with Mg and further loaded with magnesium oxide.

또한, FCC 폐촉매를 Mg으로 피독하고, 또한 산화 마그네슘을 담지시킨 촉매는 FCC 폐촉매 50g에 대해서 50g/L의 Mg(NO3)2 수용액 1.0L를 첨가해서 50℃±5℃에서 1시간 처리해서 작성했다. 여기서 담지란 산점의 피독 이상으로 산화 마그네슘이 촉매에 포함되어 있는 상태를 말한다.In addition, in the case of the catalyst in which the FCC spent catalyst was poisoned with Mg and magnesium oxide was loaded, 1.0 L of 50 g / L of Mg (NO 3 ) 2 aqueous solution was added to 50 g of the FCC spent catalyst and the mixture was treated at 50 ° C ± 5 ° C for 1 hour I wrote. The term "supported" as used herein refers to a state in which magnesium oxide is included in the catalyst, which is more than poisoning of the acid.

Figure 112011050656817-pct00019
Figure 112011050656817-pct00019

표 4는 산점을 피독시킨 경우의 결과를 나타낸다. 동 표 상부는 비교예 1, 실시예 11, 실시예 12a, 실시예 12b 및 실시예 13에 있어서의 생성물의 양과 분해유의 수율을 나타낸 것이다. Table 4 shows the results when poisoning the acid sites. The upper part of the table shows the yields of the products and the yield of the decomposition oils in Comparative Examples 1, 11, 12a, 12b, and 13.

고체 산촉매를 알칼리 피독을 함으로써 CO2의 생성이 증가하고, 분해유의 수율이 향상되었다. 또한 산화 마그네슘을 담지시킴으로써 CO2의 생성이 증가하고, 분해유의 수율이 향상된다. 수율이 향상됨과 아울러 잔사의 양이 감소되었다. 표 4 하부에 그 잔사의 내역을 나타내고 있다. 고체 산촉매를 알칼리 피독함으로써 유지 중의 이중 결합 부분의 절단이 감소했기 때문에 비교예 1 및 2에 비해서 부성하는 코크의 양이 현저하게 감소하여 분해유의 수율이 향상되었다고 생각된다.Alkali poisoning of the solid acid catalyst increased the production of CO 2 and improved the yield of the cracking oil. Further, by supporting magnesium oxide, the production of CO 2 is increased and the yield of the decomposition oil is improved. The yield was improved and the amount of residue was reduced. The details of the residue are shown in Table 4 below. It is considered that the amount of the coke to be poured in comparison with Comparative Examples 1 and 2 was remarkably decreased and the yield of the decomposition oil was improved because the cleavage of the double bond portion in the oil was reduced by alkaline poisoning of the solid acid catalyst.

실시예 14Example 14

반응 온도를 350℃로 한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 했다.The procedure of Example 2 was repeated except that the reaction temperature was set to 350 캜.

실시예 15Example 15

반응 온도를 475℃로 한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 했다.The procedure of Example 2 was repeated except that the reaction temperature was changed to 475 ° C.

비교예 2Comparative Example 2

반응 온도를 300℃로 한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 했다.The procedure of Example 2 was repeated except that the reaction temperature was set to 300 캜.

비교예 3Comparative Example 3

반응 온도를 550℃로 한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 했다.The procedure of Example 2 was repeated except that the reaction temperature was 550 캜.

Figure 112011050656817-pct00020
Figure 112011050656817-pct00020

표 5는 각 온도에 있어서의 분해유 수율에의 영향을 나타내는 표이며, 비교예 2, 실시예 14, 실시예 2, 실시예 15 및 비교예 3에 있어서의 생성물의 양과 분해유의 수율을 나타낸 것이다.Table 5 is a table showing the influence on the rate of the cracked oil at each temperature and shows the amount of product and the yield of the cracked oil in Comparative Example 2, Example 14, Example 2, Example 15 and Comparative Example 3 .

이것으로부터 반응의 온도 범위는 350℃∼475℃가 바람직한 것이 나타내어졌다. 300℃(비교예 2)에서는 반응이 느려 실용적이지 않다. 또 유지의 중합 고화가 일어났기 때문에 잔사량이 증가하고, 탄화수소의 생산성이 저하되었다고 생각된다. 550℃(비교예 3)에서는 분해유의 수율이 낮고, 잔사량이 많기 때문에 열분해가 일어나서 가스나 코크의 생성량이 증가한 것이라고 생각된다.From this, it was shown that the temperature range of the reaction was preferably 350 ° C to 475 ° C. 300 ° C (Comparative Example 2), the reaction is slow and not practical. Further, since the polymerization solidification of the oil occurred, it was considered that the residual amount increased and the productivity of the hydrocarbon decreased. In Comparative Example 3, the yield of the decomposition oil was low and the amount of residue was large, so that pyrolysis occurred and the amount of gas or coke was increased.

비교예 4Comparative Example 4

반응을 많이 반복하면 촉매의 활성은 서서히 저하된다. 이 활성이 저하된 촉매를 사용한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 했다. 이 활성이 저하된 촉매의 탄소 함유율을 공기 분위기하에서 800℃ 1시간의 가열 감량분으로서 측정한 결과 45중량%였다.When the reaction is repeated a lot, the activity of the catalyst is gradually lowered. The same procedure as in Example 2 was carried out except that the catalyst with reduced activity was used. The carbon content of the catalyst with reduced activity was measured as a weight loss after heating at 800 ° C for 1 hour in an air atmosphere, and found to be 45% by weight.

실시예 16Example 16

비교예 4에서 사용한 촉매를 넣은 반응 용기 내에 공기 50%+질소 가스 50%의 혼합 가스를 200ml/분으로 흘리면서 촉매를 6시간 500℃±20℃로 가열 유지했다. 그 후, 비교예 4와 동일하게 해서 탄소 함유량을 측정했다. 재생 중, 교반 날개를 10회/분으로 회전해서 천천히 교반했다. 이어서 재생한 촉매를 사용한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 했다.The catalyst was heated and maintained at 500 ° C ± 20 ° C for 6 hours while flowing a mixed gas of 50% air and 50% nitrogen gas at 200 ml / min into the reaction vessel containing the catalyst used in Comparative Example 4. Thereafter, the carbon content was measured in the same manner as in Comparative Example 4. During the regeneration, the stirring wing was rotated at 10 times / minute and stirred slowly. The same procedure as in Example 2 was followed except that the regenerated catalyst was used.

실시예 17Example 17

재생시의 유지 온도를 550℃±20℃로 한 것 이외는 실시예 16과 동일하게 했다. And the holding temperature at the time of regeneration was 550 占 폚 占 쏙옙 20 占 폚.

실시예 18Example 18

재생시의 유지 온도를 600℃±20℃로 한 것 이외는 실시예 16과 동일하게 했다.And the holding temperature at the time of regeneration was 600 占 폚 占 20 占 폚.

비교예 5Comparative Example 5

재생시의 촉매의 가열 유지 온도를 450℃±20℃로 한 것 이외는 실시예 16과 동일하게 했다.And the heating and holding temperature of the catalyst at the time of regeneration was changed to 450 ° C ± 20 ° C.

비교예 6Comparative Example 6

재생시의 촉매의 가열 유지 온도를 650℃±20℃로 한 것 이외는 실시예 12b와 동일하게 했다.And the heating and holding temperature of the catalyst at the time of regeneration was set to 650 ° C ± 20 ° C.

Figure 112011050656817-pct00021
Figure 112011050656817-pct00021

표 6은 촉매의 재생과 재생 온도의 영향을 나타내는 표이며, 실시예 2와 비교예 4∼6, 실시예 16∼18의 결과를 나타낸다. 이것으로부터 산소를 포함하는 분위기 하에서 500℃∼600℃로 유지함으로써 촉매의 재생이 가능한 것이 나타내어졌다. 450℃(비교예 4)에서는 재생이 느리고 탄소가 남아 있고 활성이 낮았다. 또한, 650℃에서는 활성의 저하가 일어나고 있어 바람직하지 못한 것이 나타내어졌다. 재생한 것(실시예 16-18)의 쪽이 새로운 촉매(실시예 2)보다 높은 분해유 회수율을 나타낸 것은 사용에 의해 산점이 약해지고 있는 것이 기여한 것이라고 생각된다.Table 6 shows the results of Example 2, Comparative Examples 4 to 6, and Examples 16 to 18 showing the influence of the regeneration and regeneration temperature of the catalyst. From this, it was shown that the catalyst can be regenerated by keeping the temperature at 500 to 600 占 폚 in an atmosphere containing oxygen. At 450 ° C (Comparative Example 4), the regeneration was slow, the carbon remained, and the activity was low. In addition, it has been shown that activity is lowered at 650 DEG C, which is not preferable. It is believed that the regenerated product (Example 16-18) exhibited a higher recovery rate of the recovered oil than the new catalyst (Example 2) contributed by the weakening of the acid point by use.

실시예 19Example 19

액 공간 속도 0.05/h로 한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 했다.And the liquid space velocity was 0.05 / h.

실시예 20Example 20

액 공간 속도 2.0/h로 한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 했다.And the liquid space velocity was 2.0 / h.

비교예 7Comparative Example 7

액 공간 속도 0.02/h로 한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 했다.And the liquid space velocity was 0.02 / h.

비교예 8Comparative Example 8

액 공간 속도 4.0/h로 한 것 이외는 실시예 2와 동일하게 했다.And the liquid space velocity was 4.0 / h.

Figure 112011050656817-pct00022
Figure 112011050656817-pct00022

표 7은 액 공간 속도의 분해유 수율에의 영향을 나타낸 표이며, 비교예 7, 실시예 19, 실시예 20 및 비교예 8에 있어서의 생성물의 양과 분해유의 수율을 나타낸 것이다.Table 7 shows the effect of the liquid space velocity on the decomposition oil yield and shows the amount of product and the yield of decomposition oil in Comparative Example 7, Example 19, Example 20 and Comparative Example 8. [

이것으로부터 액 공간 속도의 범위는 0.05/h∼2.0/h가 바람직한 것이 나타내어졌다. 0.02/h(비교예 7)에서는 처리 속도가 느리고, 처리 효율이 낮은 데다가 2차적인 분해에 의해 생성유 성분이 가스화되어 수율이 저하되므로 바람직하지 못하다. 4.0/h(비교예 8)에서는 분해유의 수율이 낮고, 잔사량이 많은 점에서 촉매와 유지 등과의 접촉 시간이 짧아져 유지 분해율이 저하된 것이라고 생각된다.From this, it was shown that the range of the liquid space velocity is preferably 0.05 / h to 2.0 / h. In the case of 0.02 / h (Comparative Example 7), the processing rate is low, the treatment efficiency is low, and the yield is lowered due to secondary decomposition of the resulting oil component, which is not preferable. In the case of 4.0 / h (Comparative Example 8), the yield of the decomposition oil is low and the amount of the residue is large, so that the contact time with the catalyst and the oil or the like is shortened and the degradation rate of the maintenance degradation is considered to be decreased.

실시예 21Example 21

실시형태 3의 반응 장치를 사용한 것 이외는 비교예 4와 동일하게 했다. 반응 장치(C)의 제 1 반응 용기(32)에는 유지 탈탄산 촉매 A(33)로서 산화 마그네슘을 담지시킨 실리카를 사용했다. 제 2 반응 용기(34)에는 유지 탈탄산 촉매 B(35)로서 Na로 피독한 FCC 폐촉매를 사용했다.The same procedure as in Comparative Example 4 was carried out except that the reactor of Embodiment 3 was used. In the first reaction vessel 32 of the reaction apparatus C, silica in which magnesium oxide was supported as the retained decarbonic acid catalyst A (33) was used. In the second reaction vessel 34, an FCC spent catalyst poisoned with Na was used as the sustained decarboxylation catalyst B (35).

또한, 산화 마그네슘을 담지시킨 실리카는 실시예 2와 동일하게 해서 작성했다.In addition, the silica carrying magnesium oxide was prepared in the same manner as in Example 2.

Na로 피독된 FCC 폐촉매는 실시예 11과 동일하게 해서 작성했다.The FCC spent catalyst poisoned with Na was prepared in the same manner as in Example 11.

Figure 112011050656817-pct00023
Figure 112011050656817-pct00023

표 8에 실시예 21과 비교예 4의 결과를 나타낸다. 또한, 표 8 중의 산화, 요오드가, 산화 안정도의 측정은 자원 에너지청의 BDF 규격안에 따랐다. 제 2 반응로가 설치됨으로써 생성물 중의 산이 감소되었다.Table 8 shows the results of Example 21 and Comparative Example 4. In addition, the oxidation and iodine values in Table 8, and the measurement of the oxidation stability were in accordance with the BDF specification of the Ministry of Resources and Energy. The acid in the product was reduced by installing a second reaction furnace.

(산업상의 이용 가능성)(Industrial availability)

본 발명은 유지나 착유 원료로부터 알콜(부원료)을 필요로 하지 않고, 글리세린을 부생시키지 않고, 또한 원료 유지 중의 디엔류나 수산기 등의 불순물이 생성물 중에 잔류하기 어렵고, 코크의 생성량이 적고, 생성유의 유동점도 낮고, 카르복실산(유리 지방산) 등의 불순물도 부생되기 어렵기 때문에 공기 등에 대해서 안정적이어서 흑변이나 이취가 생기기 어려워 저장 안정성이 우수한 바이오디젤 연료의 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 원료 유지로부터 유리 지방산을 제거하는 전처리 등이 불필요하게 되고, 또 반응을 상압하에서 행할 수 있으므로 제조 공정의 간략화 및 반응 장치의 간소화를 꾀할 수 있고, 필요한 장소에서 필요한 에너지를 공급하는 분산형 에너지 공급 시스템을 구축할 수 있는 바이오디젤 연료의 제조 장치를 제공할 수 있다. 또한, 부생된 유리 지방산에 의해 촉매의 활성이 저하된다는 문제가 생기기 어렵기 때문에 사용이 끝난 촉매의 처리나 재활성화 등의 부대 작업에 의해 러닝 코스트가 상승하거나 생산성이 저하되는 일이 없어 생산 효율 및 생산성이 우수한 바이오디젤 연료의 제조 방법에 사용하는 탈탄산 분해 촉매를 제공할 수 있다.Disclosure of the Invention It is an object of the present invention to provide a process for producing glycerin, which does not require an alcohol (subsidiary raw material) from a fat or milking raw material and does not produce glycerin as a by-product and also prevents impurities such as dienes and hydroxyl groups from being retained in the product, It is possible to provide a method for producing a biodiesel fuel which is stable against air and is hardly blackened or odorous and is excellent in storage stability because impurities such as carboxylic acid (free fatty acid) are not easily produced as a by-product. Further, the pretreatment for removing the free fatty acid from the raw material oil is not required, and the reaction can be performed at atmospheric pressure, so that the manufacturing process can be simplified and the reaction device can be simplified, It is possible to provide an apparatus for producing biodiesel fuel capable of constructing a supply system. In addition, since there is no problem that the activity of the catalyst is lowered by the by-produced free fatty acid, there is no increase in the running cost or a decrease in the productivity due to the additional operation such as treatment or re-activation of the used catalyst, It is possible to provide a decarbonated decomposition catalyst for use in a production method of a biodiesel fuel having excellent productivity.

1:실시형태 1의 반응 장치 2:반응 용기
3:유지 탈탄산 분해 촉매 4:히터
5:원료 투입부 6:플로우 가스 도입부
7:교반 장치 8:제 1 도출관
9:분해유 저류부 10:배출관
11:냉각관 12:냉각 트랩 장치
13:가스 배출관 21:실시형태 2의 반응 장치
22:원료 유지 가열부 23:보조 가열부
31:실시형태 3의 반응 장치 32:제 1 반응 용기
33:유지 탈탄산 분해 촉매 A 34:제 2 반응 용기
35:유지 탈탄산 분해 촉매 B 38:제 2 도출관
1: Reactor 2 of Embodiment 1: Reaction vessel
3: Deasphalting decomposition catalyst 4: Heater
5: Raw material input portion 6: Flow gas introduction portion
7: Stirring apparatus 8: First deriving tube
9: decomposition oil storage section 10: discharge pipe
11: Cooling tube 12: Cooling trap device
13: gas discharge pipe 21: reaction device of Embodiment 2
22: raw material holding heating unit 23: auxiliary heating unit
31: Reactor 32 of Embodiment 3: First reaction vessel
33: Deuterated decarbonation catalyst A 34: Second reaction vessel
35: Deasphalting carbonic acid decomposition catalyst B 38: Second derivation pipe

Claims (14)

350℃∼475℃에 있어서 반응 용기 내에서, 알칼리 금속과 알칼리 토류 금속 중 1개 이상에 의해 산점이 피독된 고체 산촉매를 포함하는 유지 탈탄산 분해 촉매와 유지 또는 착유 원료가 접촉하고, 상기 유지 탈탄산 분해 촉매에 의해 (화 1)로 나타내어지는 탈탄산 분해 반응에서 C8∼C24의 탄화수소를 주로 생성하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 연료의 제조 방법.
[화 1]
Figure 112013088987716-pct00010
Wherein the oil or fat is contacted with a fatty acid decarboxylating catalyst comprising a solid acid catalyst in which the acid point is poisoned by at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal in a reaction vessel at 350 DEG C to 475 DEG C, method of producing a biodiesel fuel which comprises mainly produce hydrocarbons of C 8 ~C 24 in the decarboxylation reaction represented by (screen 1) decomposition by the acid catalyst.
However,
Figure 112013088987716-pct00010
제 1 항에 있어서,
상기 고체 산촉매는 FCC 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 연료의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solid acid catalyst comprises an FCC catalyst.
350℃∼475℃에 있어서 반응 용기 내에서, 활성화된 탄소, 활성 코크스, 알루미나, 실리카, 알칼리로 수식된 비산성형 제올라이트, 점토광물, 및 그들의 복합체에 의한 혼합물 중 1개 이상이 마그네슘의 수산화물, 산화물, 탄산염 중 1개 이상에 의해 코팅된 것을 포함하는 유지 탈탄산 분해 촉매와 유지 또는 착유 원료가 접촉하고, 상기 유지 탈탄산 분해 촉매에 의해 (화 2)로 나타내어지는 탈탄산 분해 반응에서 C8∼C24의 탄화수소를 주로 생성하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 연료의 제조 방법.
[화 2]
Figure 112013088987716-pct00024
At least one of a mixture of activated carbon, activated coke, alumina, silica, alkaline-modified non-acid-modified zeolite, clay minerals, and their complexes in the reaction vessel at 350 ° C to 475 ° C is a hydroxide, in maintaining decarboxylation decomposition catalyst and the holding or decarboxylation reaction milking material is to be contacted, and represented by (screen 2) by the holding decarboxylation decomposition catalyst comprising coated by at least one of the carbonate C 8 ~ Wherein the hydrocarbons are mainly formed of hydrocarbons of C < RTI ID = 0.0 > 24. & Lt; / RTI >
[Figure 2]
Figure 112013088987716-pct00024
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유지 또는 착유 원료가, 상기 유지 탈탄산 분해 촉매와 접촉해서 탈탄산 분해 반응을 하기 전에 350℃∼475℃로 가열되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 연료의 제조 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the oil or fat is contacted with the deasphalting decomposition catalyst and heated to 350 ° C to 475 ° C prior to decarboxylation.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탈탄산 분해 반응에 있어서 몰비로 1/10∼10/1(H2O/유지)의 수증기가 공존하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 연료의 제조 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein a water vapor having a molar ratio of 1/10 to 10/1 (H 2 O / sustained) coexists in the decarbonation decomposition reaction.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 바이오디젤 연료의 제조 방법에 사용하는 바이오디젤 연료의 제조 장치로서:
상기 유지 탈탄산 분해 촉매를 내부에 갖는 제 1 반응 용기와, 상기 유지 탈탄산 분해 촉매 또는 상기 유지 또는 착유 원료를 가열하는 가열부와 착유 원료나 유지를 상기 제 1 반응 용기에 투입하는 투입부와, 생성된 가스 혼합물을 상기 제 1 반응 용기로부터 도출하는 제 1 가스 도출부를 갖는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 연료의 제조 장치.
An apparatus for producing a biodiesel fuel for use in a method for producing a biodiesel fuel according to any one of claims 1 to 3,
A first reaction vessel having the deasphalting decarboxylase decomposition catalyst therein; a heating unit for heating the fat decarbonation decomposition catalyst or the oil or fat or milk-growing raw material; a feed unit for feeding the milking raw material or oil into the first reaction vessel; And a first gas lead-out portion for leading the generated gas mixture from the first reaction vessel.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 가스 도출부에 접속되어 상기 유지 탈탄산 분해 촉매가 충전된 제 2 반응 용기와, 상기 제 1 반응 용기의 생성 가스 혼합물을 상기 제 2 반응 용기의 내부에 도입하는 가스 도입부와, 상기 제 2 반응 용기의 상기 유지 탈탄산 분해 촉매로 탈탄산된 가스 혼합물을 도출하는 제 2 가스 도출부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 연료의 제조 장치.
The method according to claim 6,
A second reaction vessel connected to the first gas lead-out unit and filled with the holding decarbonation decomposition catalyst, a gas introduction unit for introducing the product gas mixture of the first reaction vessel into the inside of the second reaction vessel, 2. A biodiesel fuel producing apparatus according to claim 1, further comprising a second gas leading-out portion for leading a decarbonated gas mixture to said holding decarboxylation cracking catalyst in said reaction vessel.
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Kaoru FUJIMOTO 외 1인, Catalytic cracking of vegetable oil, The Japan Institute of Energy Taikai Koen Yoshishu, 2008.08.04., vol. 17th, pp. 188~189*

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