KR19990024529A - 식물성 폐식용유를 이용한 내연기관용 연료인 바이오디젤유의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식물성 기름인 대두유를 디젤기관의 연료로 사용하기 위하여 폐식용유를 에스테르화시켜 식물성 연료(일명 바이오디젤)를 제조하는데 있다. 일반적으로 폐식용유는 반복하여 재사용하므로서 산가가 높고 불순물이 많아 연소 또는 폐기 처분하는데 있어 2차적인 환경오염을 유발할 수 있다. 본 발명은 폐식용유를 자원으로 재사용하기 위한 수단으로서 폐식용유를 공기 또는 질소 분위기 하에서 가성소다를 촉매로 사용하여 메탄올 또는 에탄올로 에스테르화하여 디젤연료와 성능이 비슷한 바이오디젤을 제조하는 방법을 제공한다. 바이오디젤 연료유는 석유연료나 천연가스에 비하여 독성이 적고 매연과 같은 공해물질의 배출양이 적기 때문에 청정연료이다.
Description
본 발명은 식물성 대두유를 원료로 하는 폐식용유를 이용한 내연기관의 연료(일명 바이오디젤 연료유)를 제조하는 방법에 관한 발명이다.
바이오디젤의 연료유를 제조하는 선행기술로서는 미국특허 제4,363,590호, 제4,608,202호 등이 있으며 이들 특허는 대두유, 유채유, 소기름, 옥수수기름 등을 원료로 하여 생산하는 방법이 기재되어 있으나 생산수율이 높지않고 연소율이 낮은 단점이 있다. 또한 폐식용유를 원료로 하여 바이오디젤을 제조하는 방법(JAOCS, Vol. No. 8.,p1598)이 알려져 있으나 촉매로 수산화칼륨(KOH)과 황산(H2SO4) 사용하므로 수율이 낮고 작업상 위험하고 번거로운 단점이 있다. 식물성 바이오디젤을 내연기관의 디젤연료로 사용하는데 있어 가장 중요한 특성은 점도로서 식물성 기름의 점도가 디젤유에 비하여 10배이상 높기 때문에 디젤엔진에 사용하기 위하여 점도를 저하시키는 것이 중요한 과제이다. 비교적 식물성 기름중에서 간단한 알킬에스터(alkyl ester)들이 디젤유와 점도가 비슷하여 원료로 사용되는 경우가 있다.
본 발명은 식물성 식용유인 대두유를 반복 재사용하므로서 산가가 높고 불순물이 많아 재사용이 불가능하여 연소 또는 폐기 처분하던 폐식용유를 원료로 하여 식물성 바이오디젤 연료유를 제조하는데 있어 문제가 되어 왔던 유리지방산을 감소시키고, 점도가 높은 지방산을 메탄올 또는 에탄올로 에스테르화하여 점도를 감소시키며, 가성소다를 촉매로 사용하여 제조공정을 개선하므로서 반응수율이 높아져 석유를 원료로 하는 디젤유와 유사한 성능의 바이오디젤 연료유를 얻었다. 또한 유지의 트리글리세라이드(triglyceride)의 트란스에스테르화(transesterification)공정을 통하여 메칠에스터(methyl ester)로 전환시켜 분자량을 트리글리세라이드(triglyceride)의 1/3로 감소시키고 점도를 감소시켜 휘발성을 증가시켜 연소효율을 높인다.
폐식용유의 유리지방산과 수분의 함량은 에스테르화 반응에 큰 영향을 미치므로 유리지방산과 수분의 함량을 각각 1.0% 이하로 조절하고 메탄올 또는 에탄올을 첨가하여 공기 또는 질소 분위기하에서 에스테르화반응을 시켜 바이오 디젤연료유를 제조한다. 본 발명은 일반가정과 산업체에서 대량으로 폐기되는 폐식용유로부터 디젤연료유를 생산하여 폐식용유에 의해 발생될 수 있는 환경오염을 막고 폐식용류를 재활용하여 저공해 연료유인 바이오디젤을 생산하는 것이다.
[실시예 1]
폐식용유를 수거하여 정제하고자 40℃에서 여과기(quartz wool)를 통과시켜 음식찌거기를 제거하고 여과기(Whatman No. 4 여과지를 사용)로 재 여과하여 유리지방산 1.6%인 폐식용유를 20㎜Hg이하, 150℃에서 감압 분별증류하여 수분과 유리지방산 함량을 1% 이하인 폐식용유를 얻었다. 1리터 반응기(사구 pyrex반응기)에 폐식용유 200㎖, 메탄올과 에탄올이 5:1로 혼합된 알콜 50㎖와 1g의 가성소다를 넣고 반응기 상부에 재순환 냉각기와 교반기가 설치되어 있는 반응기내에서 반응물을 균일하게 잘 혼합시켰으며 반응온도는 다중열원(thermocouple)을 사용하여 온도조절이 가능한 멘틀히터에서 60℃로 유지시켰다.
[실시예 2]
실시예 1과 같이하여 정제된 폐식용유 300㎖와 메탄올과 에탄올이 10:1로 혼합된 알콜 45㎖에 3g의 NaOH를 넣고 반응온도 70℃로 유지하여 에스테르화 반응을 하였다. 반응이 종료되면 TLC(Thin Layer Chromatograph)로 반응의 진행정도를 확인하고 GC로 에스테르화반응을 확인하였다.
표 1. 디젤유와 본 발명 바이오 디젤유의 연료특성
[실시예 3]
실시예 1과 같이 하고 반응온도 50℃에서 메탄올 40㎖와 가성소다 2㎖를 넣고 에스테르화반응을 하였다.
[실시예 4]
실시예 3과 같이하고 에탄올을 첨가하여 반응중에 니들형밸브(needle valve)를 통하여 연속적으로 일정유량의 질소가스를 공급하였
표2. 질소 분위기하에서 제조한 연료의 특성
[실시예 5]
실시예 3과 같이하고 질소가스 대신에 공기를 공급하였다.
표 3. 공기 분위기하에서 제조된 연료의 특성
첫째, 본 발명은 폐 식용유를 바이오디젤의 원료물질로 사용함으로써 환경오염을 방지하고 자원으로 재활용하여 부가가치를 높일 수 있다.
둘째, 폐식용유를 석영모(quartz wool)를 통과시켜 정제시 40℃에서 가장 좋은 정제효과를 나타냈다.
셋째, 수분과 유리지방산을 감압 분별증류하여 유리지방산 함량을 1% 이하로 줄일 수 있었다.
넷째, 질소나 공기 분위히가에서의 반응생성물이 질소나 공기분위기가 조성되지 않은 반응 생성물 보다 더 낮은 점도 특성이 향상된 반응생성물을 얻을 수 있었다.
다섯째, 에스테르화 반응에 있어서 메탄올과 에탄올을 각각 반응시켰을 때보다 혼합된 알콜반응에서 생산된 바이오디젤의 점도가 향상되었다.
여섯째, 메탄올과 에탄올 혼합하여 반응시키므로서 정제된 폐식용유와 알콜의 반응비를 높일 수 있었다.
Claims (2)
- 대두유를 주성분으로 하는 식물성 기름인 폐 식용유를 내연기관의 연료를 제조함에 있어서 폐식용유를 석영모(quartz wool)에 통과시켜 40℃-60℃로 정제하고, 20㎜Hg에서 150℃-200℃로 감압 분별증류하여 유리지방산함량을 1%이하로 줄이고, 에스테르화제로 알콜을 사용하며, 촉매로서 가성소다(NaOH)를 1g-3g사용하여 공기 또는 질소 분위기 하에서 50℃-70℃로 반응시키는 것을 특징으로 하는 식물성 폐식용유를 이용한 내연기관용 연료인 바이오디젤유의 제조방법.
- 제1항에 있어서 알콜은 메탄올 또는 에탄올을 각각 1:1로 사용하거나 또는 혼합하여 10:1 내지 10:4로 사용하는 것을 특징으로 하는 식물성 폐식용유를 이용한 내연기관용 연료인 바이오디젤유의 제조방법.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100447283B1 (ko) * | 2001-12-15 | 2004-09-07 | 이기영 | 동물성 기름을 이용한 바이오디젤유의 제조방법 |
CN114854469A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-08-05 | 西安工业大学 | 一种废弃食用油凝胶及其制备方法 |
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1997
- 1997-09-03 KR KR1019970045675A patent/KR19990024529A/ko not_active Application Discontinuation
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KR100447283B1 (ko) * | 2001-12-15 | 2004-09-07 | 이기영 | 동물성 기름을 이용한 바이오디젤유의 제조방법 |
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