KR102519758B1 - Method for producing biodiesel from biomass - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고체 촉매를 카트리지에 넣어, 내부에 고체 촉매가 들어있는 카트리지를 제조하는 제1단계; 및 바이오매스와 용매를 포함하는 혼합 용액에 제1단계에서 제조된 카트리지를 넣어, 바이오매스를 지질 추출 및 전이에스테르화 반응시키는 원 스텝 직접 공정의 제2단계;를 포함하는 바이오디젤의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 바이오디젤의 제조 방법은 공정이 단순하여 에너지 사용 및 공정 비용을 줄일 수 있고, 촉매의 재사용이 가능하며, 공정의 유연성을 확보하여 고체 촉매의 낭비를 줄일 수 있다.The present invention, a first step of preparing a cartridge containing a solid catalyst therein by putting a solid catalyst into the cartridge; And a second step of a one-step direct process in which the cartridge prepared in the first step is put into a mixed solution containing biomass and a solvent, and the biomass is subjected to lipid extraction and transesterification reaction. it's about The method for producing biodiesel according to the present invention has a simple process, so energy consumption and process costs can be reduced, the catalyst can be reused, and the waste of the solid catalyst can be reduced by securing process flexibility.
Description
본 발명은 바이오매스로부터 바이오디젤을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing biodiesel from biomass.
바이오디젤은 디젤유와 물성이 유사하면서도 생분해성, 무독성 연료이고 대기오염 물질을 방출하지 않아 재생 가능한 에너지원의 하나로 각광받고 있다. Biodiesel is a biodegradable, non-toxic fuel with similar physical properties to diesel oil, and does not emit air pollutants, so it is in the spotlight as one of the renewable energy sources.
바이오매스로부터 바이오디젤을 생산하는 공정으로 지질의 추출과 전이에스테르화 반응을 순차적으로 실시하는 2단계 공정이 있다. 이러한 2단계 공정은 안정성이 입증되었으나, 공정이 복잡하고, 비용이 많이 들며, 에너지 소비량이 많다는 단점이 있었다.As a process for producing biodiesel from biomass, there is a two-step process in which lipid extraction and transesterification are sequentially performed. Although this two-step process has been demonstrated to be safe, it has disadvantages such as complexity, high cost, and high energy consumption.
한편, 바이오매스로부터 바이오디젤을 생산하는데 황산이나 수산화나트륨과 같은 액상 균일 촉매를 사용한다. 이러한 균일 촉매는 반응속도가 빠르고 상대적으로 저렴한 비용으로 바이오디젤을 생산할 수 있지만 반응 혼합물에 균일하게 분산되기 때문에 반응이 끝난 후 분리할 수 없어 재사용이 불가능하다. 이에, 바이오디젤을 생산할 때 마다 균일촉매를 반복하여 투입해야 하고, 중화 및 세척을 위해 많은 양의 물이 필요하여 다량의 폐수 배출을 초래하였다. On the other hand, to produce biodiesel from biomass, a liquid phase homogeneous catalyst such as sulfuric acid or sodium hydroxide is used. Such a homogeneous catalyst can produce biodiesel at a fast reaction rate and relatively low cost, but since it is uniformly dispersed in the reaction mixture, it cannot be separated after the reaction and cannot be reused. Accordingly, a homogeneous catalyst must be repeatedly introduced whenever biodiesel is produced, and a large amount of water is required for neutralization and washing, resulting in a large amount of wastewater discharged.
이러한 균일 촉매의 단점을 극복하기 위해 분리와 재사용이 가능한 촉매를 사용하려는 많은 연구가 있었으나, 바이오매스로부터 바이오디젤을 제조하는 공정에서 촉매와 지질 추출이 끝난 잔류 바이오매스를 분리하는 것은 불가능하거나 매우 어려워 실용적이지 못하였다.In order to overcome the disadvantages of these homogeneous catalysts, many studies have been conducted to use catalysts that can be separated and reused. It wasn't practical.
이에, 공정이 보다 단순하면서도 사용되는 촉매를 재사용할 수 있는 바이오매스로부터 바이오디젤을 제조하는 새로운 방법에 대한 필요성이 대두되고 있다.Accordingly, there is a need for a new method for producing biodiesel from biomass that is simpler in process and can reuse the catalyst used.
본 발명의 목적은 바이오매스로부터 바이오디젤을 생산시, 공정을 보다 단순화시켜 에너지 사용 및 공정 비용을 줄이며, 촉매의 재사용을 가능하게 하고, 공정의 유연성을 확보하여 고체 촉매의 낭비를 줄일 수 있는 바이오디젤의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to further simplify the process when producing biodiesel from biomass, thereby reducing energy use and process costs, enabling the reuse of catalysts, and securing process flexibility to reduce waste of solid catalysts. It is to provide a method for producing diesel.
본 발명은, 고체 촉매를 카트리지에 넣어, 내부에 고체 촉매가 들어있는 카트리지를 제조하는 제1단계; 및 바이오매스와 용매를 포함하는 혼합 용액에 제1단계에서 제조된 카트리지를 넣어, 바이오매스를 지질 추출 및 전이에스테르화 반응시키는 원 스텝 직접 공정의 제2단계;를 포함하는 바이오디젤의 제조 방법을 제공한다.The present invention, a first step of preparing a cartridge containing a solid catalyst therein by putting a solid catalyst into the cartridge; And a second step of a one-step direct process in which the cartridge prepared in the first step is put into a mixed solution containing biomass and a solvent, and the biomass is subjected to lipid extraction and transesterification reaction. to provide.
본 발명에 따른 바이오디젤의 제조 방법은 원스텝 직접 공정을 이용함으로써 공정이 보다 단순해지고 에너지 사용 및 공정 비용을 줄일 수 있다. The method for producing biodiesel according to the present invention uses a one-step direct process, thereby simplifying the process and reducing energy consumption and process cost.
또한, 카트리지에 넣어 고체 촉매를 사용함에 따라 고체 촉매의 재사용이 가능해졌고, 카트리지만 간단하게 제거하여 고체 촉매를 계속적으로 사용함에 따라 바이오디젤을 연속적으로 생산할 수 있었다. 아울러, 카트리지 내의 고체 촉매 농도에 따라 카트리지 재사용 횟수를 제어할 수 있어, 바이오디젤의 생산자가 필요에 따라 카트리지 재사용 횟수를 결정하고 그에 따른 공정을 설계할 수 있어 공정의 유연성을 확보하고 고체 촉매의 낭비도 줄일 수 있다.In addition, as the solid catalyst was put into the cartridge and used, the solid catalyst could be reused, and biodiesel could be continuously produced by simply removing the cartridge and continuously using the solid catalyst. In addition, since the number of reuses of the cartridge can be controlled according to the concentration of the solid catalyst in the cartridge, the biodiesel producer can determine the number of reuses of the cartridge as needed and design the process accordingly, thereby securing process flexibility and wasting solid catalysts. can also be reduced.
도 1은 본 실시예의 제조예 1을 도식화한 것으로, 폐가리비껍질로부터 고체 촉매 및 이러한 고체 촉매가 들어있는 카트리지를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 카트리지의 재사용을 통한 바이오디젤의 연속 생산을 나타낸 개념도이다.
도 3은 카트리지 재사용을 통한 바이오디젤의 연속 생산의 실제 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 본 실시예의 제조예 1에 따라 폐가리비껍질로부터 제조된 고체 촉매의 크기 분포도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 실시예에 따라 교반속도가 바이오디젤의 수율에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 실시예에 따라 메탄올 및 n-헥산 총 부피 및 용매에 포함되는 각 성분의 분율이 바이오 디젤 수율에 미치는 영향을 나타낸 것으로, 위 그래프는 등고선도이고 아래 그래프는 최적화도이다.
도 7은 본 실시예에 따라 용매 내 메탄올 분율이 바이오디젤의 수율에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 실시예에 따라 고체 촉매의 농도, 반응온도 및 반응시간에 대한 3수준의 요인분석 실험계획법을 통해 확인한 주효과도(main effect plot)를 나타낸 것이다.
도 9는 본 실시예에 따라 촉매 농도, 반응 온도 및 반응 시간이 바이오디젤의 수율에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다((a) 촉매 농도, (b) 반응 온도, (c) 반응 시간).
도 10 은 본 실시예에 따라 카트리지의 촉매 농도가 카트리지의 재사용 횟수에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 11은 고체 촉매의 농도를 100중량%로 한 후 카트리지 재사용 횟수에 따른 바이오디젤 수율을 확인한 그래프이다.1 is a schematic diagram of Preparation Example 1 of this embodiment, showing a process for preparing a solid catalyst from waste scallop shells and a cartridge containing the solid catalyst.
Figure 2 is a conceptual diagram showing the continuous production of biodiesel through reuse of the cartridge.
Figure 3 shows a real picture of the continuous production of biodiesel through cartridge reuse.
Figure 4 shows the size distribution of the solid catalyst prepared from waste scallop shells according to Preparation Example 1 of this Example.
5 is a graph showing the effect of stirring speed on the yield of biodiesel according to this embodiment.
6 shows the effect of the total volume of methanol and n-hexane and the fraction of each component contained in the solvent on the yield of biodiesel according to this embodiment. The upper graph is a contour diagram and the lower graph is an optimization diagram.
7 is a graph showing the effect of the methanol fraction in the solvent on the yield of biodiesel according to this embodiment.
8 shows a main effect plot confirmed through a three-level factor analysis design of experiment for the concentration, reaction temperature, and reaction time of the solid catalyst according to this embodiment.
Figure 9 is a graph showing the effect of catalyst concentration, reaction temperature and reaction time on the yield of biodiesel according to this embodiment ((a) catalyst concentration, (b) reaction temperature, (c) reaction time).
10 is a graph showing the effect of the catalyst concentration of the cartridge on the number of reuses of the cartridge according to the present embodiment.
11 is a graph confirming the biodiesel yield according to the number of cartridge reuses after setting the concentration of the solid catalyst to 100% by weight.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 출원에서 용어 "바이오매스(Biomass)"는 태양 에너지를 받아 유기물을 합성하는 식물체와 이들을 식량으로 하는 동물, 미생물 등의 생물유기체를 총칭한다. 또한, 바이오매스는 일반적으로 생사에 무관하며 땔나무, 숯, 생물의 기체 등도 포함하며, 유기계 폐기물도 바이오매스에 포함한다.In this application, the term "biomass" refers collectively to biological organisms such as plants that synthesize organic matter by receiving solar energy and animals and microorganisms that use them as food. In addition, biomass is generally irrelevant to life and death, and includes firewood, charcoal, biogas, etc., and organic wastes are also included in biomass.
본 발명은, 고체 촉매를 카트리지에 넣어, 내부에 고체 촉매가 들어있는 카트리지를 제조하는 제1단계; 및 바이오매스와 용매를 포함하는 혼합 용액에 제1단계에서 제조된 카트리지를 넣어, 바이오매스를 지질 추출 및 전이에스테르화 반응시키는 원 스텝 직접 공정의 제2단계;를 포함하는 바이오디젤의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention, a first step of preparing a cartridge containing a solid catalyst therein by putting a solid catalyst into the cartridge; And a second step of a one-step direct process in which the cartridge prepared in the first step is put into a mixed solution containing biomass and a solvent, and the biomass is subjected to lipid extraction and transesterification reaction. it's about
본 발명의 고체 촉매는 산성 또는 염기성 고체 촉매일 수 있으며, 염기성 고체 촉매가 산성 고체 촉매보다 반응속도가 높고 필요한 메탄올의 양도 적으며 부식을 일으키지 않는 등의 장점이 있으나, 자유지방산 (free fatty acid) 함량이 높은 지질의 경우 염기성 고체 촉매를 사용할 때 지질과 비누화 반응을 일으키기 때문에 바이오매스의 자유지방산의 함량에 따라 산성 또는 염기성 고체 촉매를 달리하여 사용할 수 있다.The solid catalyst of the present invention may be an acidic or basic solid catalyst, and the basic solid catalyst has advantages such as a higher reaction rate than an acidic solid catalyst, a smaller amount of methanol required, and no corrosion, but free fatty acid In the case of lipids having a high content, since a saponification reaction with lipids occurs when a basic solid catalyst is used, an acidic or basic solid catalyst may be used differently depending on the free fatty acid content of the biomass.
본 발명의 일 양태에서, 상기 고체 촉매는 폐껍질을 소성하여 제조된 염기성 고체 촉매일 수 있다.In one aspect of the present invention, the solid catalyst may be a basic solid catalyst prepared by calcining waste shells.
상기 폐껍질은 주성분이 탄산칼슘(CaCO3) 인 물질이라면 제한되지 않으며, 구체적으로 폐가리비껍질, 폐조개류껍질, 폐굴껍질 및 폐계란껍질으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 지역에서 폐기물로 많이 발생하는 폐가리비껍질 또는 폐계란껍질일 수 있다.The waste shell is not limited as long as the main component is calcium carbonate (CaCO 3 ), and specifically, it may be one or more selected from the group consisting of waste scallop shells, waste shells, waste oyster shells, and waste egg shells, and may be treated as waste in the region. It may be a waste scallop shell or a waste egg shell, which occurs frequently.
폐껍질을 소성시킴으로써 폐껍질의 주성분인 탄산칼슘(CaCO3)가 CaO가 되어 소성 후 고체 촉매는 CaO 가 주성분이 될 수 있다.By calcining the waste shell, calcium carbonate (CaCO 3 ), the main component of the waste shell, becomes CaO, and the solid catalyst after calcining can become CaO as the main component.
본 발명의 일 양태에서, 상기 폐껍질의 소성은 600 내지 800℃에서 1 내지 5시간 동안 소성할 수 있다. 구체적으로는 600 내지 800℃, 600 내지 750℃, 630 내지 750℃, 630 내지 730℃, 650 내지 730℃, 또는 650 내지 700℃에서 1 내지 5 시간, 1 내지 4.5시간, 1 내지 4 시간, 1.5 내지 4.5시간, 1.5 내지 4시간, 2 내지 4시간 또는 2 내지 3.5시간 동안 소성할 수 있다. 보다 구체적으로는, 600℃, 700℃, 750℃, 또는 800℃ 각각의 온도에서 1, 3 또는 5시간동안 소성할 수 있다.In one aspect of the present invention, the waste shell may be calcined at 600 to 800 ° C. for 1 to 5 hours. Specifically, 1 to 5 hours, 1 to 4.5 hours, 1 to 4 hours, 1.5 to 4.5 hours, 1.5 to 4 hours, 2 to 4 hours or 2 to 3.5 hours. More specifically, it may be calcined for 1, 3 or 5 hours at each temperature of 600°C, 700°C, 750°C, or 800°C.
본 발명의 일 양태에서, 고체 촉매는 산성 고체 촉매일 수 있으며, 산성 고체 촉매의 경우, 실험실에서 직접 제조하거나 상업용 이온교환수지를 사용하여 제조할 수 있다. 구체적으로는, 산성 촉매는 셀룰로오스와 같은 탄소골격의 물질에 고농도 황산을 넣은 후 고온에서 반응시켜 얻을 수 있다. 또한, 현재 시판되고 있는 상업용 이온교환수지를 사용하여 제조될 수 있으며, 바람직하게는 Indion 190 과 같은 Indion 계열의 이온교환수지를 사용할 수 있다.In one aspect of the present invention, the solid catalyst may be an acidic solid catalyst, and in the case of an acidic solid catalyst, it may be prepared directly in a laboratory or using a commercial ion exchange resin. Specifically, the acidic catalyst can be obtained by adding high-concentration sulfuric acid to a carbon skeleton material such as cellulose and reacting at a high temperature. In addition, it can be prepared using a commercial ion exchange resin currently on the market, and preferably, an Indion-based ion exchange resin such as Indion 190 can be used.
본 발명에서, 카트리지는 바이오매스, 고체 촉매 또는 혼합 용액에 포함된 다른 물질들을 보관할 수 있는 형태이라면 제한없이 사용될 수 있다. In the present invention, the cartridge may be used without limitation as long as it is in a form capable of storing biomass, solid catalyst, or other materials included in the mixed solution.
또한, 본 발명에서 카트리지는 용매, 바이오매스로부터 추출된 지질 또는 오일, 제조된 바이오디젤 또는 혼합 용액에 포함된 다른 물질들을 투과할 수 있는 재질이라면 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로는 종이 재질 또는 섬유 재질일 수 있으며, 종이 티백, 종이 커피백, 일반 종이, 마스크용 섬유, 화학섬유 옷감(폴리에스터 섬유, 폴리에스트80% + 면20%), 일상생활에서 사용할 수 있는 천 행주, 드립 커피 종이 팩 등을 사용할 수 있다.In addition, in the present invention, the cartridge may be used without limitation as long as it is made of a material capable of permeating other substances included in a solvent, lipid or oil extracted from biomass, prepared biodiesel, or a mixed solution. Specifically, it may be a paper material or a fiber material, paper tea bag, paper coffee bag, plain paper, mask fiber, chemical fiber cloth (polyester fiber,
본 발명은 바이오매스와 용매를 포함하는 혼합 용액에 상기 카트리지를 넣어, 바이오매스를 지질 추출 및 전이에스테르화 반응시키는 원 스텝 직접 공정의 제2단계를 포함한다.The present invention includes a second step of a one-step direct process of putting the cartridge in a mixed solution containing biomass and a solvent to extract lipids from the biomass and perform a transesterification reaction.
여기서 원 스텝 직접 공정은 바이오매스로부터의 지질 추출과 추출된 지질과 알코올의 전이에스테르화 반응이 동시에 일어나는 공정을 의미한다.Here, the one-step direct process refers to a process in which lipid extraction from biomass and transesterification of the extracted lipid and alcohol occur simultaneously.
본 발명의 일 양태에서, 바이오매스는 폐커피가루, 하수슬러지, 대두박, 팜유박, 자트로파 및 미세조류로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로 폐커피가루를 포함할 수 있으며, 폐커피가루에서 추출되는 지질의 자유지방산 함량(free fatty acids content, FFA content)은 약 2.0% 근처로 이 경우에는 염기성 고체 촉매를 사용할 수 있다. 또 다르게는 하수슬러지 또는 미세조류를 포함할 수 있으며, 하수슬러지는 FFA 함량이 약 50%, 미세조류는 FFA 함량이 약 16% 로 이 경우에는 산성 이온교환수지와 같은 산성 고체 촉매를 사용할 수 있다. In one aspect of the present invention, the biomass may include one or more selected from the group consisting of waste coffee powder, sewage sludge, soybean meal, palm oil meal, jatropha, and microalgae. Specifically, it may include waste coffee powder, and the free fatty acids content (FFA content) of lipids extracted from waste coffee powder is around 2.0%. In this case, a basic solid catalyst can be used. Alternatively, it may contain sewage sludge or microalgae, the sewage sludge has an FFA content of about 50%, and the microalgae has an FFA content of about 16%. In this case, an acidic solid catalyst such as an acidic ion exchange resin can be used. .
본 발명의 제1단계에서, 카트리지 내부에 포함된 고체 촉매의 농도는 바이오매스 전체 중량 대비 1 내지 120중량%일 수 있다. 구체적으로는, 1 내지 100중량%, 1 내지 80중량%, 1 내지 70중량%, 3 내지 60중량%, 3 내지 50중량%, 3 내지 40중량%, 또는 3 내지 30중량% 일 수 있다. In the first step of the present invention, the concentration of the solid catalyst contained in the cartridge may be 1 to 120% by weight based on the total weight of biomass. Specifically, it may be 1 to 100% by weight, 1 to 80% by weight, 1 to 70% by weight, 3 to 60% by weight, 3 to 50% by weight, 3 to 40% by weight, or 3 to 30% by weight.
본 발명의 제2단계에서 바이오매스와 고체 촉매의 반응 교반 속도는 50 내지 350 rpm 일 수 있고, 구체적으로는 200 내지 300 rpm 일 수 있다. 반응 교반 속도가 상기 범위일 때, 높은 바이오디젤의 수율을 얻을 수 있다. In the second step of the present invention, the reaction stirring speed of the biomass and the solid catalyst may be 50 to 350 rpm, specifically 200 to 300 rpm. When the reaction stirring speed is within the above range, a high yield of biodiesel can be obtained.
본 발명의 제2단계에서 사용된 용매는 바이오매스로부터 지질을 추출하기 위한 용매로서, 구체적으로는 클로로포름, 헥산, 아세톤, 사이클로헥산 또는 메탄올을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The solvent used in the second step of the present invention is a solvent for extracting lipids from biomass, and specifically may include chloroform, hexane, acetone, cyclohexane, or methanol, but is not limited thereto.
본 발명의 제2단계에서 사용된 용매의 양은 바이오매스 1g 당 6 내지 20ml 일 수 있다. 구체적으로, 바이오매스 1g 당 6 내지 20ml, 6 내지 18ml, 8 내지 18ml, 또는 8 내지 16ml 일 수 있다. 이러한 용매의 양은 카트리지의 원활환 유동을 가능하게 하여 결과적으로 바이오디젤의 수율을 높일 수 있다.The amount of the solvent used in the second step of the present invention may be 6 to 20 ml per 1 g of biomass. Specifically, it may be 6 to 20 ml, 6 to 18 ml, 8 to 18 ml, or 8 to 16 ml per 1 g of biomass. The amount of the solvent enables smooth flow of the cartridge, and as a result, the yield of biodiesel can be increased.
본 발명의 제2단계에서 사용된 용매는 전체 용매 중량 대비 5 내지 60중량%의 메탄올을 포함할 수 있다. The solvent used in the second step of the present invention may include 5 to 60% by weight of methanol based on the total weight of the solvent.
메탄올은 바이오매스의 전이에스테르화 반응을 위해 포함될 수 있으며, 그 함량은 용매 중량 대비 5 내지 60중량%, 10 내지 60중량%, 10 내지 57중량%, 15 내지 57중량%, 또는 15 내지 55중량%일 수 있다. 메탄올의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 높은 바이오디젤의 수율을 얻을 수 있다.Methanol may be included for the transesterification reaction of biomass, and the content is 5 to 60% by weight, 10 to 60% by weight, 10 to 57% by weight, 15 to 57% by weight, or 15 to 55% by weight based on the weight of the solvent may be %. When the methanol content satisfies the above range, a high yield of biodiesel can be obtained.
본 발명의 제2단계에서 바이오매스와 고체 촉매의 반응 온도는 35내지 80℃일 수 있다. 구체적으로, 35 내지 75℃, 35 내지 70℃, 40 내지 65℃, 40 내지 60℃, 43 내지 60℃, 43 내지 57℃, 45 내지 57℃, 또는 45 내지 55℃ 일 수 있다. In the second step of the present invention, the reaction temperature of the biomass and the solid catalyst may be 35 to 80 °C. Specifically, it may be 35 to 75 °C, 35 to 70 °C, 40 to 65 °C, 40 to 60 °C, 43 to 60 °C, 43 to 57 °C, 45 to 57 °C, or 45 to 55 °C.
본 발명의 제2단계에서 바이오매스와 고체 촉매의 반응 시간은 3시간 이상, 5시간 이상, 또는 8시간 이상일 수 있으며, 구체적으로는 3 내지 24시간, 3 내지 20시간, 5 내지 20시간, 또는 8 내지 20시간일 수 있다. 상기 반응 온도와 반응시간이 상기 범위일 경우, 높은 바이오디젤의 수율을 얻을 수 있다.In the second step of the present invention, the reaction time of the biomass and the solid catalyst may be 3 hours or more, 5 hours or more, or 8 hours or more, specifically 3 to 24 hours, 3 to 20 hours, 5 to 20 hours, or It may be 8 to 20 hours. When the reaction temperature and reaction time are within the above ranges, a high yield of biodiesel can be obtained.
본 발명은 카트리지에 고체 촉매를 담아 사용함으로써 반응 후 잔류 바이오매스와 쉽게 분리 가능하며, 고체 촉매의 농도도 거의 변하지 않아 여러 번 재사용 가능하다. In the present invention, since the solid catalyst is contained in a cartridge and used, it can be easily separated from the remaining biomass after the reaction, and the concentration of the solid catalyst is hardly changed, so it can be reused several times.
이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples and the like according to the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the examples presented below.
실시예Example
제조예 1 - 고체 촉매를 포함하는 카트리지 제조Preparation Example 1 - Preparation of a cartridge containing a solid catalyst
폐가리비껍질 을 로 갈은 후, 에서 시간동안 소성시켰다. 소성된 폐가리비 껍질을 카트리지인 종이 티백에 담았다. 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 폐가리비껍질로 만든 고체 촉매의 지름은 약 612.5 μm 였다.After grinding the waste scallop shell with , it was calcined for an hour at . The calcined waste scallop shell was placed in a paper tea bag as a cartridge. As shown in FIG. 4, the diameter of the solid catalyst made of the waste scallop shell was about 612.5 μm.
실험예 1: 교반속도의 영향Experimental Example 1: Effect of stirring speed
폐커피가루를 용매(4.5mL 메탄올/g-폐커피가루, 4.5mL n-헥산/g-폐커피가루)에 용해시킨 후, 이 용액에 상기 제조예 1에서 제조된 카트리지를 넣었다. 45℃에서 12시간 동안 도 5와 같이 교반 속도만 달리하여 바이오디젤을 생산하였다. 상기 폐커피가루의 FFA 함량은 2.1%이며, 카트리지 내부 폐가리비껍질의 함량은 10중량%이었다.After dissolving waste coffee powder in a solvent (4.5mL methanol/g-waste coffee powder, 4.5mL n-hexane/g-waste coffee powder), the cartridge prepared in Preparation Example 1 was placed in this solution. Biodiesel was produced by varying only the stirring speed as shown in FIG. 5 for 12 hours at 45 ° C. The FFA content of the waste coffee powder was 2.1%, and the content of the waste scallop shell inside the cartridge was 10% by weight.
그 결과를 도 5에 나타내었으며, 교반속도가 200rpm 이상일 때, 높은 바이오디젤의 수율을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.The results are shown in FIG. 5, and it can be confirmed that a high yield of biodiesel can be obtained when the stirring speed is 200 rpm or more.
실험예 2: 용매 분율Experimental Example 2: Solvent fraction
폐커피가루를 용매에 용해시킨 후, 이 용액에 상기 제조예 1에서 제조된 카트리지를 넣었다. 그 후 12 시간동안 45℃에서 200rpm 으로 바이오디젤을 생산하였다. 상기 폐커피가루의 FFA 함량은 2.1%이며, 카트리지 내부 폐가리비껍질의 함량은 10중량%이다. 도 6과 같이 용매의 성분 비율을 조절하였고, 최적의 용매 비율을 결정하기 위해 실험계획법의 혼합물 계획법(Mixture Design) 을 사용하였다.After dissolving the waste coffee powder in a solvent, the cartridge prepared in Preparation Example 1 was placed in this solution. Then, biodiesel was produced at 200 rpm at 45° C. for 12 hours. The FFA content of the waste coffee powder is 2.1%, and the content of the waste scallop shell inside the cartridge is 10% by weight. As shown in FIG. 6, the component ratio of the solvent was adjusted, and the Mixture Design method of the experimental design method was used to determine the optimal solvent ratio.
도 6에 나타난 바와 같이, 카트리지의 원활한 유동을 위하여 최저 용매의 양은 9ml/g-폐커피가루가 되어야 함을 알 수 있었으며, 그 이상의 용매(12, 15mL) 를 투입하여도 별다른 결과의 차이는 없었다.As shown in FIG. 6, it was found that the minimum amount of solvent should be 9ml / g-waste coffee powder for smooth flow of the cartridge, and there was no significant difference in results even when more solvents (12, 15mL) were added. .
또한, 용매 비율과 관련하여 9ml/g-폐커피가루의 용매를 사용한 결과, 도 7에 나타난 바와 같이, 메탄올의 함량이 20중량% 정도에서 바이오디젤의 수율이 가장 높고, 60중량%가 될때까지도 높은 수율을 보이다가 그 이후로 급격하게 수율이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.In addition, in relation to the solvent ratio, as a result of using the solvent of 9ml / g-waste coffee powder, as shown in FIG. 7, the yield of biodiesel is the highest at about 20% by weight of methanol, even until it reaches 60% by weight After showing a high yield, it was confirmed that the yield dropped rapidly after that.
실험예 3: 고체 촉매의 농도, 반응온도 및 반응시간의 영향Experimental Example 3: Effect of concentration of solid catalyst, reaction temperature and reaction time
고체 촉매의 농도, 반응 온도 및 시간의 영향을 직접 확인하기 위하여, 3수준의 요인 분석 실험계획법을 통해 그 영향을 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 1 및 도 8에 나타내었다. In order to directly confirm the effect of the concentration, reaction temperature and time of the solid catalyst, the effect was confirmed through a three-level factor analysis design of experiment, and the results are shown in Table 1 and FIG. 8 below.
한편, 고체 촉매의 농도, 반응 시간 및 온도의 영향을 알아보기 위하여, 하기와 같이 순차적으로 실험하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다.On the other hand, in order to examine the influence of the concentration, reaction time and temperature of the solid catalyst, experiments were sequentially performed as follows, and the results are shown in FIG. 9 .
(1) 고체 촉매의 농도(1) Concentration of solid catalyst
폐가리비껍질 10g을 상업용 그라인드 (80335, Hamilton Beach, USA)로 갈은 후, 600내지 800
(2) 반응 온도(2) reaction temperature
상기 (1) 고체 촉매의 농도와 동일하게 고체 촉매를 제조하였다. 이러한 고체 촉매 5중량%를 카트리지인 종이 티백에 담았다. 폐커피가루(FFA 함량은 2.1%) 를 용매(1.62mL 메탄올/g-폐커피가루, 7.38mL n-헥산/g-폐커피가루)에 용해시킨 후, 이 용액에 상기 제조된 카트리지를 넣었다. 그 후 도 9와 같이 반응 온도를 달리하면서 12시간동안 200 rpm 으로 바이오디젤을 제조하였다. A solid catalyst was prepared at the same concentration as the solid catalyst in (1). 5% by weight of this solid catalyst was put in a paper tea bag as a cartridge. After dissolving waste coffee powder (FFA content: 2.1%) in a solvent (1.62mL methanol/g-waste coffee powder, 7.38mL n-hexane/g-waste coffee powder), the prepared cartridge was placed in this solution. Then, as shown in FIG. 9, biodiesel was prepared at 200 rpm for 12 hours while varying the reaction temperature.
(3) 반응 시간(3) reaction time
폐커피가루(FFA 함량은 2.1%) 를 용매(1.62mL 메탄올/g-폐커피가루, 7.38mL n-헥산/g-폐커피가루)에 용해시킨 후, 상기 (2) 반응 온도에서와 같이 제조된 종이 티백을 넣었다. 그 후 도 9와 같이 반응 시간을 달리하면서 50℃에서 200 rpm 으로 바이오디젤을 제조하였다. After dissolving waste coffee powder (FFA content is 2.1%) in a solvent (1.62mL methanol/g-waste coffee powder, 7.38mL n-hexane/g-waste coffee powder), prepared as in (2) above reaction temperature I put in a paper tea bag. Thereafter, biodiesel was prepared at 50° C. and 200 rpm while varying the reaction time as shown in FIG. 9 .
상기 고체 촉매의 농도, 반응 온도 및 시간에 따른 바이오디젤 수율 변화는 도 9 에 나타난 바와 같다. 촉매의 농도는 3 내지 30 중량%일 때, 반응 온도가 40 내지 60도일 때, 반응 시간이 10 내지 25시간일 때 바이오디젤의 수율이 높은 것을 확인할 수 있다.Changes in biodiesel yield according to the concentration of the solid catalyst, reaction temperature and time are shown in FIG. 9 . It can be seen that the yield of biodiesel is high when the concentration of the catalyst is 3 to 30% by weight, the reaction temperature is 40 to 60 degrees, and the reaction time is 10 to 25 hours.
실험예 4: 촉매의 농도에 따른 재사용 횟수 확인Experimental Example 4: Checking the number of reuses according to the concentration of the catalyst
폐커피가루(FFA 함량은 2.1%)를 용매(1.62mL 메탄올/g-폐커피가루, 7.38mL n-헥산/g-폐커피가루)에 용해시킨 후, 상기 제조예 1에 따른 카트리지를 넣었다. 50℃에서 13 시간동안 교반속도 200rpm 으로 반응시켜 바이오디젤을 생산하였다. 이 때 고체 촉매의 중량%를 5, 10, 30, 50, 75, 100중량%로 조절하여 카트리지의 재사용 횟수를 확인하였다.After dissolving waste coffee powder (FFA content: 2.1%) in a solvent (1.62mL methanol/g-waste coffee powder, 7.38mL n-hexane/g-waste coffee powder), a cartridge according to Preparation Example 1 was placed. Biodiesel was produced by reacting at 50 ° C. for 13 hours at an agitation speed of 200 rpm. At this time, the number of times of reuse of the cartridge was confirmed by adjusting the weight % of the solid catalyst to 5, 10, 30, 50, 75, and 100 weight %.
도 10에 나타난 바와 같이, 카트리지 내부의 촉매의 농도가 5중량% 일 때는 재사용이 힘들었으나, 10중량%로 증가했을 때는 바이오디젤의 수율의 별다른 감소 없이 3회의 연속해서 반복적으로 바이오디젤을 생산할 수 있었다. 또한, 고체 촉매 농도가 30중량%, 50중량%로 증가했을 때는 각각 7회, 9회까지 안정적으로 재사용이 가능하였다. 고체 촉매 농도를 100중량%로 더 증가했을 때 카트리지를 12회까지 성공적으로 재사용할 수 있었다. 이에, 카트리지 안의 고체 촉매 농도를 얼마로 하느냐에 따라 카트리지의 재사용 횟수를 조절할 수 있었다.As shown in FIG. 10, it was difficult to reuse when the concentration of the catalyst inside the cartridge was 5% by weight, but when it increased to 10% by weight, biodiesel could be repeatedly produced three times in succession without any significant decrease in biodiesel yield. there was. In addition, when the solid catalyst concentration was increased to 30% by weight and 50% by weight, it was possible to stably reuse up to 7 times and 9 times, respectively. When the solid catalyst concentration was further increased to 100% by weight, the cartridge could be successfully reused up to 12 times. Thus, the number of reuses of the cartridge could be adjusted depending on the concentration of the solid catalyst in the cartridge.
또한, 도 11과 같이, 고체 촉매의 농도를 100중량%로 한 후, 카트리지의 사용 횟수를 증가시켰을 때, 12회까지 성공적으로 재사용할 수 있었으나, 그 이후로는 바이오디젤의 수율이 급격히 감소하여 12회 넘어서는 더 이상 재사용 할 수 없음을 확인할 수 있었다.In addition, as shown in FIG. 11, when the concentration of the solid catalyst was set to 100% by weight and the number of uses of the cartridge was increased, it could be successfully reused up to 12 times, but after that, the yield of biodiesel decreased rapidly. It was confirmed that it could not be reused more than 12 times.
Claims (12)
바이오매스와 용매를 포함하는 혼합 용액에 상기 제1단계에서 제조된 카트리지를 넣어, 바이오매스를 지질 추출 및 전이에스테르화 반응시키는 원 스텝 직접 공정의 제2단계;를 포함하고,
카트리지 내부에 포함된 고체 촉매의 농도는 바이오매스 중량 대비 1 내지 100중량%이고,
상기 카트리지는 종이 재질 또는 섬유 재질이면서, 고체 촉매를 보관할 수 있는 형태이며,
상기 카트리지는 종이 티백, 종이 커피백, 일반 종이, 마스크용 섬유, 화학섬유 옷감, 천 행주, 또는 드립 커피 종이 팩으로 제조된 것이고,
제2단계 후의 내부에 고체 촉매가 들어있는 카트리지를 다시 바이오매스와 용매를 포함하는 혼합 용액에 넣어 고체 촉매의 재사용이 가능한, 바이오디젤의 제조 방법.A first step of preparing a cartridge containing a solid catalyst therein by putting the solid catalyst into the cartridge; and
A second step of a one-step direct process in which the cartridge prepared in the first step is put into a mixed solution containing biomass and a solvent, and the biomass is subjected to lipid extraction and transesterification reaction;
The concentration of the solid catalyst contained in the cartridge is 1 to 100% by weight relative to the weight of biomass,
The cartridge is made of paper or fiber and is in a form capable of storing a solid catalyst,
The cartridge is made of paper tea bag, paper coffee bag, plain paper, mask fiber, chemical fiber cloth, cloth dishcloth, or drip coffee paper pack,
A method for producing biodiesel, wherein the solid catalyst can be reused by putting the cartridge containing the solid catalyst therein after the second step into a mixed solution containing biomass and a solvent.
상기 고체 촉매는 폐껍질을 소성하여 제조된 염기성 고체 촉매인 바이오디젤의 제조 방법.According to claim 1,
The solid catalyst is a method for producing biodiesel, which is a basic solid catalyst prepared by calcining waste shells.
상기 폐껍질은 폐가리비껍질, 폐조개류껍질, 폐굴껍질 및 폐계란껍질으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 바이오디젤의 제조 방법.According to claim 2,
The waste shell is a method for producing biodiesel that is at least one selected from the group consisting of waste scallop shells, waste shells, closed oyster shells, and waste egg shells.
폐껍질의 소성은 600 내지 800℃에서 1 내지 5시간 동안 소성하는 것인 바이오디젤의 제조 방법.According to claim 2,
Firing of the waste shell is a method for producing biodiesel that is calcined at 600 to 800 ° C. for 1 to 5 hours.
상기 바이오매스는 폐커피가루, 하수슬러지, 대두박, 팜유박, 자트로파 및 미세조류로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 바이오디젤의 제조 방법.According to claim 1,
The biomass is a method for producing biodiesel comprising at least one selected from the group consisting of waste coffee powder, sewage sludge, soybean meal, palm oil meal, jatropha and microalgae.
제2단계에서 바이오매스와 고체 촉매의 반응 교반 속도는 50 내지 350 rpm 인 바이오디젤의 제조 방법.According to claim 1,
In the second step, the reaction stirring speed of the biomass and the solid catalyst is 50 to 350 rpm.
제2단계에서 용매의 양은 바이오매스 1g 당 6 내지 20ml 인 바이오디젤의 제조 방법.According to claim 1,
In the second step, the amount of the solvent is 6 to 20 ml per 1 g of biomass.
제2단계에서 용매는 전체 용매 중량 대비 5 내지 60중량%의 메탄올을 포함하는 바이오디젤의 제조 방법.According to claim 1,
In the second step, the solvent is a method for producing biodiesel containing 5 to 60% by weight of methanol based on the total weight of the solvent.
제2단계에서 바이오매스와 고체 촉매의 반응 온도는 35 내지 80℃인 바이오디젤의 제조 방법.According to claim 1,
In the second step, the reaction temperature of biomass and the solid catalyst is 35 to 80 ℃ method for producing biodiesel.
제2단계에서 바이오매스와 고체 촉매의 반응 시간은 3 내지 24시간인 바이오디젤의 제조 방법.According to claim 1,
In the second step, the reaction time of biomass and the solid catalyst is 3 to 24 hours.
상기 고체 촉매는 산성 고체 촉매인 바이오디젤의 제조 방법.According to claim 1,
The solid catalyst is an acidic solid catalyst method for producing biodiesel.
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006134845A1 (en) * | 2005-06-13 | 2006-12-21 | The Doshisha | Solid base catalyst for producing biodiesel fuel and method of producing the same, reactor and apparatus for producing biodiesel fuel, and method of producing biodiesel fuel by using the same |
| KR101134294B1 (en) | 2010-02-22 | 2012-04-13 | 한국에너지기술연구원 | Oil extraction and biodiesel production from microalgae |
| KR101309306B1 (en) | 2011-09-26 | 2013-09-17 | 서울시립대학교 산학협력단 | Method of synthesizing biodisel using waste starfish |
| KR101458573B1 (en) * | 2013-04-05 | 2014-11-07 | 한국과학기술원 | Method for Preparing Biodiesel Using Simultaneous Lipid Extraction and Transesterification of Microalgae |
| KR101474241B1 (en) * | 2013-06-03 | 2014-12-18 | (주)옥천유지 | Method for manufacturing bio-diesel using shell catalysts |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110077722A (en) * | 2009-12-30 | 2011-07-07 | (주)엔엘피 | Effective extracts from coffee remnants and method for manufacturing the same |
| KR20180021004A (en) * | 2018-01-02 | 2018-02-28 | 공주대학교 산학협력단 | Preparation method of biodiesel using food waste water sludge after oil water separation process with good efficiency |
-
2020
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006134845A1 (en) * | 2005-06-13 | 2006-12-21 | The Doshisha | Solid base catalyst for producing biodiesel fuel and method of producing the same, reactor and apparatus for producing biodiesel fuel, and method of producing biodiesel fuel by using the same |
| KR101134294B1 (en) | 2010-02-22 | 2012-04-13 | 한국에너지기술연구원 | Oil extraction and biodiesel production from microalgae |
| KR101309306B1 (en) | 2011-09-26 | 2013-09-17 | 서울시립대학교 산학협력단 | Method of synthesizing biodisel using waste starfish |
| KR101458573B1 (en) * | 2013-04-05 | 2014-11-07 | 한국과학기술원 | Method for Preparing Biodiesel Using Simultaneous Lipid Extraction and Transesterification of Microalgae |
| KR101474241B1 (en) * | 2013-06-03 | 2014-12-18 | (주)옥천유지 | Method for manufacturing bio-diesel using shell catalysts |
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