KR20090105096A - 바이오디젤의 제조방법 및 바이오디젤의 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 바이오디젤의 제조방법 및 바이오디젤의 제조장치는 유지저장탱크와 촉매저장탱크와 메탄올저장탱크에서 이송된 반응유가 혼합교반되어 혼합유를 형성하는 반응기가 포함된 제1반응부와, 상기 제1반응부에 연결되어 혼합된 혼합유가 이송되어 재반응하는 제2반응부와, 상기 제2반응부에서 이송된 혼합유를 분리하는 원심분리기와, 상기 원심분리기의 상부에 위치되는 에스테르화합물을 이송보관하고 일부는 상기 제1반응부와 제2반응부로 에스테르화합물을 환류시키는 바이오디젤보관탱크와, 상기 원심분리기의 하부에 위치되는 글리세린을 이송보관하는 글리세린탱크와, 상기 바이오디젤보관탱크에서 이송된 바이오디젤을 증류분해시켜 비중이 가벼운 바이오디젤은 상부에 위치시키고 비중이 무거운 피치는 하부에 배치되게 하는 증류기와, 상기 증류기의 상부에 위치되어 이송되는 바이오디젤의 중간에 과불화알칸이 첨가되는 교반기와, 과불화알칸이 첨가된 바이오디젤유가 저장되는 바이오디젤유탱크와, 상기 증류기의 하부에 위치되는 피치가 이송저장되는 피치탱크와, 상기 글리세린탱크에 저장된 천연 글리세린은 이송되어 촉매으로 코크스 촉매유로 반응되는 코크스반응기와, 상기 코크스반응기에서 이송되어 코크스 촉매유로 재활용되게 생성된 코크스 촉매유를 이송하여 저장하는 코크스 촉매유저장부를 포함하여, 석유디젤의 대체연료로써 기존 디젤기관의 큰 개조가 없이 사용할 수 있는 식용유를 에스테르화 전환방법을 사용하여 바이오디젤을 공업적으로 생산할 수 있으며, 바이오디젤에 과불화알칸을 첨가시킴으로써 과불화알칸의 물성에 기인 하는 동결방지작용과 세척작용을 발휘할 수 있게 되어 사용하는 디젤엔진의 내구성이 향상되게 되고, 에스테르물질을 반응물에 첨가하여 에스테르화 반응을 촉진시켜 바이오디젤의 생산성이 향상되는 우수한 효과가 있는 것이다.

Description

바이오디젤의 제조방법 및 바이오디젤의 제조장치{ a manufacturing method of bio-diesel and a manufacturing device of bio-diesel }

본 발명은 바이오디젤의 제조방법 및 바이오디젤의 제조장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 바이오디젤의 제조시 발생되는 불순물인 글리세린과 잔류 메탄올을 분리시켜 제조할 수 있으며 바이오디젤의 연료특성을 향상시키도록 과불화알칸을 첨가시켜 동결방지작용과 세척작용을 병행하여 작용하여 디젤엔진의 내구성을 향상시키고 에스테르물질을 반응에 첨가하여 에스테르화 반응을 촉진시켜 바이오디젤의 제조시간이 단축되면서 제조된 바이오디젤로 인하여 엔진의 방청 및 방부작용을 병행할 수 있게 되는 바이오디젤을 제조가능한 바이오디젤의 제조방법 및 바이오디젤의 제조장치에 관한 것이다.

바이오디젤은 석유 기반인 경유의 대안으로 식물성 기름이나 동물성 지방과 같이 재생 가능한 자원을 바탕으로 제조되고 있다. 화학적으로 바이오디젤은 긴 지방산 고리를 가진 단일 알킬 에스터 혼합물이다. 본래 기능을 원하는 에스터로 전환하고, 자유 지방산을 제거하기 위해 지질 에스터 교환 반응이 이용된다. 어런 과정을 거치면 바이오디젤은 비방향족 식물성 기름과는 달리 경유와 매우 비슷한 연 소 특성을 가지기 때문에, 현재 사용되는 대부분의 경우에 경유를 대체할 수 있다.

그러나, 현재 바오오디절은 순수 처저유황 연료의 낮은 윤활성을 향상시키기 위해 경유와 섞어 사용하고 있으며, 바이오디젤은 재생 가능한 연료로서 현재의 엔진 기름을 대체할 수 있고, 기존의 시설을 통해 운반, 판매가능하게 때문에 가장 중요한 교통 에너지 자원인 화석연료의 유력한 대안으로 주목되고 있는 실정이다.

이러한 바이오디젤은 150의 인화점을 가져 64도의 인화점을 갖는 경유에 비하여 불이 잘 붙지 않게 되며 휘발유보다도 훨씬 안정적이고, 바이오디젤은 -5도씨로서 동결점이 경유보다도 높아서 순수한 형태로 사용하는데 제약이 있게 되므로 바이오디젤은 주로 경유와 혼합하여 사용하게 되고 있다.

그러나, 바이오디젤은 미생물에 의하여 분해되며 독성이 없고 연료로서 연소될 때 독성물질이나 기타 오염물질의 배출이 현저하게 적어지게 되므로 내연기관의 연료로서 적당하다고 할 수 있는 이유가 있게 되는 것이다.

이러한 바이오디젤은 대개 메탄올을 사용하지만 에탄올도 사용할 수 있으며, 에스테르화 과정중에서 부산물로 글리세린이 생성되고 있다.

다른 한편으로 보면, 최근 고유가와 화석에너지 고갈에 따른 대안과, 심각한 지구 온난화 및 환경 오염 유발 등으로 인해 석유 자원을 대체 할 수 있는 대체 에너지 개발의 중요성이 증대하고 있다.

석유나 석탄을 대체할 수 있는 에너지로는 다양한 형태의 에너지창출방안이 사용되고 다시 제안되고 있는 실정이다.

일예로, 풍력과 조력을 이용한 에너지 또는 태양열 발전이나 수력 발전 및 원자력 에너지 등이 있으나, 수력 발전의 경우 댐 건설에 따른 대규모 수몰과 주민들의 이주 문제 및 또 다른 환경문제를 유발하며, 원자력 발전의 경우 운전 비용이 가장 저렴하고 대규모 발전이 가능하나 방사선 폐기물의 처리 및 보관 문제와 안전성 측면에서 주민들의 동의를 받기 어려워 보급 확대에 제동이 걸리고 있으며, 풍력이나 조력 및 태양열을 이용하여 얻는 에너지는 무공해 천연 에너지이기는 하나 그로부터 얻을 수 있는 에너지의 크기가 작고 자연 현상의 변화에 따라 에너지 수급이 불안정하다는 문제가 있다.

한편, 석유 자원의 상당 부분은 수송 분야에서 사용되고 있는데, 자동차 엔진의 동력원으로서 경제성 측면 및 고출력을 얻을 수 있다는 점에서 현재 석유를 전면적으로 대체할 만한 다른 에너지원 및 새로운 에너지를 사용하는 동력 수단의 보편적 보급은 아직까지 요원한 실정이며, 매장량이 유한한 석유 자원의 고갈을 최대한 늦추면서 그때까지 새로운 에너지원을 확보할 수 있으냐는 인류의 미래와도 밀접한 관련성을 가지고 있다.

이 때문에 최근 식물성 기름을 이용하여 디젤엔진에 사용하는 경유를 대체할 수 있는 소위 바이오 디젤이라는 에너지에 대한 관심이 증대되고 있는바, 현재의 고유가 하에서 그의 경제성이 어느 정도 확보된 것으로 보고 있다.

이러한 화석연료의 대체연료로 주목을 받고 있는 바이오디젤은 식물성 기름을 주원료로 한 것으로, 그 속에는 연료 성분으로서는 부적합한 불순물인 글리세린과 비누 성분들이 다량 포함되어 있어, 미정제된 상태하에서는 엔진의 연료로서 사용하기가 곤란하므로 에스테르화 반응을 통하여 불순물을 제거하고 소위 순수한 바 이오 디젤을 얻을 수 있게 되는 방법을 통하여 경유를 대체하여 디젤 엔진의 연료로서 사용할 수 있게 한 대체 에너지원으로서, 주원료인 식물성 기름으로서는 대두, 현미, 옥수수, 해바라기, 유채, 쌀겨, 팜유 등 100% 식물에서 추출된 식용유다.

바이오디젤의 주원료인 이들 식물들은 반복해서 재배되는 것이어서 지하에 매장되어 있는 것을 채굴하게 되는 석유 자원과는 달리 고갈의 우려가 없으며, 또 폐식용유나 동물성 지방 등도 재생하여 첨가 활용할 수 있는데, 석유 추출물인 경유와 바이오 디젤의 물성이 비슷하여 경유에 혼합하여 디젤엔진의 연료로 사용하므로써 석유 자원의 고갈시기를 늦출 수 있는 장점이 있어 현재 바이오 디젤에 대한 중요성이 크게 부각되고 있다.

본래 LPG나 LNG등의 경유 대체연료의 경우에는, 디젤 엔진을 오토 사이클인 스파크 점화 방식으로 개조해주어야 하는 이유로 상당한 추가 비용이 소요되나, 바이오 디젤은 경유와 물성이 극히 유사하고 옥탄가가 높아 디젤 엔진의 압축 착화에 의한 연소가 가능하여 기존 엔진의 개조 없이 사용이 가능하며, 독성이 없고 인체에 무해하며 경유보다 발화점이 높아 저장 및 수송등에 있어 안전성이 높고 취급이 용이하다는 장점을 가지고 있다.

이러한 바이오 디젤은 식물성 오일(식용유)에 약 12%의 메탈올(또는 메탄올과 가성소다를 혼합한 메독사이드)을 혼합하여 고르게 교반한 후 분리 공정과 순도를 높이기 위한 정제공정을 거치게 되면 바이오디젤과 비누성분을 포함한 글리세린을 얻게 되며, 최종적으로 글리세린과 비누 성분 및 물등의 불순물을 분리제거하면 순수한 바이오디젤을 얻게 되는 것이다.

이러한 바이오 디젤을 얻기 위한 종래의 제조방법을 도 1에 나타내었다. 메탄올과 가성소다를 교반하여 메독사이드(methoxide)를 제조시키고 이와 같이 제조된 메도사이드를 제1교반기(1)에 투입하고 여기에 식용유를 가하여 교반하면, 식용유와 메독사이드가 반응하여 바이오 디젤과 글리세린 및 비누 고형성분이 형성된다. 이들 생성물들을 원심분리기(2)에 공급하여 원심분리시키면 각각의 비중 차이에 의해 상부에는 바이오 디젤이 위치되고 하부에는 비중이 무거운 글리세린 및 비누 성분이 위치되어 서로 상하로 분리되며, 이와 같이 분리되어 하부에 위치된 글리세린과 비누 성분은 글리세린저장탱크(4)로 배출하고, 상부에 위치된 바이오 디젤은 제2교반기(3)에 투입함과 동시에 투입된 바이오 디젤량의 2배 정도의 물을 제2교반기(3)에 투입하여 교반시키면, 바이오 디젤안에 포함되어 있는 글리세린과 비누성분 및 메탄올 성분이 물에 용해되고, 이와 같이 교반된 용액을 원심분리기(2')에 투입하여 다시 분리시키면 물에 용해된 글리세린 등의 잡성분이 분리되어져 이들 잡성분을 포함한 폐수용액은 배출라인을 통하여 글리세린저장탱크(4)로 배출하고, 최종적으로 히터장치인 증류기(5)를 작동시켜 바이오디젤 속에 잔류하는 1~2% 정도의 물을 증발시켜 날려보내는 증류공정을 실시하므로써 바이오 디젤 완제품을 얻고 있다.

그러나 상기한 종래 제조방법은 물에 의한 세척 공정을 실시하여야 하므로 글리세린과 메탄올 성분 및 비누 성분이 물에 녹아 COD 수치가 높아진 폐수가 되어 배출하게 되므로써, 별도의 폐수 처리기를 구비하여 정화배출하여야 하므로 폐수 처리 에 따른 막대한 추가 설비 비용이 필요하고 또 충분한 공업 용수를 필요로 하며, 물을 증류시키는데 많은 에너지가 사용되는 단점이 있었다.

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 석유디젤의 대체연료로써 기존 디젤기관의 큰 개조가 없이 사용할 수 있는 식용유를 에스테르화 전환방법을 사용하여 바이오디젤을 공업적으로 생산할 수 있는 바이오디젤의 제조방법과 바이오디젤의 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 바이오디젤에 과불화알칸을 첨가시킴으로써 과불화알칸의 물성에 기인하는 동결방지작용과 세척작용을 발휘할 수 있게 되어 사용하는 디젤엔진의 내구성이 향상되게 되는 바이오디젤의 제조방법 및 바이오디젤의 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 에스테르물질을 반응물에 첨가하여 에스테르화 반응을 촉진시켜 바이오디젤의 생산성이 향상되는 바이오디젤의 제조방법 및 바이오디젤의 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 바이오디젤의 제조방법 및 바이오디젤의 제조장치는 첨부된 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시예들에 의하여 그 특징 및 장점들을 보다 명백하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 이러한 목적은, 유지저장탱크와 촉매저장탱크와 메탄올저장탱크에 서 이송된 반응유가 혼합교반되어 혼합유를 형성하는 반응기가 포함된 제1반응부와, 상기 제1반응부에 연결되어 혼합된 혼합유가 이송되어 재반응하는 제2반응부와, 상기 제2반응부에서 이송된 혼합유를 분리하는 원심분리기와, 상기 원심분리기의 상부에 위치되는 에스테르화합물을 이송보관하고 일부는 상기 제1반응부와 제2반응부로 에스테르화합물을 환류시키는 바이오디젤보관탱크와, 상기 원심분리기의 하부에 위치되는 글리세린을 이송보관하는 글리세린탱크와, 상기 바이오디젤보관탱크에서 이송된 바이오디젤을 증류분해시켜 비중이 가벼운 바이오디젤은 상부에 위치시키고 비중이 무거운 피치는 하부에 배치되게 하는 증류기와, 상기 증류기의 상부에 위치되어 이송되는 바이오디젤의 중간에 과불화알칸이 첨가되는 교반기와, 과불화알칸이 첨가된 바이오디젤유가 저장되는 바이오디젤유탱크와, 상기 증류기의 하부에 위치되는 피치가 이송저장되는 피치탱크와, 상기 글리세린탱크에 저장된 천연 글리세린은 이송되어 촉매으로 코크스 촉매유로 반응되는 코크스반응기와, 상기 코크스반응기에서 이송되어 코크스 촉매유로 재활용되게 생성된 코크스 촉매유를 이송하여 저장하는 코크스 촉매유저장부를 포함하는 본 발명에 따른 바이오 디젤의 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은 유지저장탱크에서 미세필터를 통과시키고 예열기를 통과시켜 반응기에 식물성유지를 투입함과 동시에 촉매탱크에서 촉매와 메탄올저장탱크에서 매탄올을 혼합기에 투입하여 교반시키고 이를 반응기에 투입하여 반응기에서 1차로 혼합시키는 단계와, 상기 반응기에서 혼합된 혼합유를 제2반응부를 통하여 다시 반응시키는 단계와, 상기 제2반응부를 통하여 반응된 혼합유를 원심분리 기를 통하여 이송시켜 비중차에 의하여 에스테르화합물과 글리세린을 분리시키는 단계와, 상기 원심분리기에 의하여 분리된 바이오디젤을 바이오디젤보관탱크에 보관시키며 한편으로는 바이오디젤의 일부를 상기 제1반응부와 제2반응부로 환류시키는 단계와, 상기 바이오디젤 보관탱크에서 보관된 바이오디젤을 증류시켜 순수한 바이오디젤과 피치로 증류시키는 단계와, 상기 증류되어 순수한 바이오디젤에 과불화알칸을 첨가시켜 사용가능한 바이오디젤을 제조하는 단계와, 상기 피치로 분류된 피치유를 저장하여 피치유를 보일러유로 사용하는 단계와, 상기 원심분리기에서 분리된 글리세린을 저장하고 이를 촉매와 혼합반응시켜서 코크스 촉매유를 제조하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 바이오디젤의 제조방법에 의하여 달성된다

본 발명에 따른 바이오디젤의 제조방법 및 바이오디젤의 제조장치는 유지저장탱크와 촉매저장탱크와 메탄올저장탱크에서 이송된 반응유가 혼합교반되어 혼합유를 형성하는 반응기가 포함된 제1반응부와, 상기 제1반응부에 연결되어 혼합된 혼합유가 이송되어 재반응하는 제2반응부와, 상기 제2반응부에서 이송된 혼합유를 분리하는 원심분리기와, 상기 원심분리기의 상부에 위치되는 에스테르화합물을 이송보관하고 일부는 상기 제1반응부와 제2반응부로 에스테르화합물을 환류시키는 바이오디젤보관탱크와, 상기 원심분리기의 하부에 위치되는 글리세린을 이송보관하는 글리세린탱크와, 상기 바이오디젤보관탱크에서 이송된 바이오디젤을 증류분해시켜 비중이 가벼운 바이오디젤은 상부에 위치시키고 비중이 무거운 피치는 하부에 배치되게 하는 증류기와, 상기 증류기의 상부에 위치되어 이송되는 바이오디젤의 중간 에 과불화알칸이 첨가되는 교반기와, 과불화알칸이 첨가된 바이오디젤유가 저장되는 바이오디젤유탱크와, 상기 증류기의 하부에 위치되는 피치가 이송저장되는 피치탱크와, 상기 글리세린탱크에 저장된 천연 글리세린은 이송되어 촉매으로 코크스 촉매유로 반응되는 코크스반응기와, 상기 코크스반응기에서 이송되어 코크스 촉매유로 재활용되게 생성된 코크스 촉매유를 이송하여 저장하는 코크스 촉매유저장부를 포함하여, 석유디젤의 대체연료로써 기존 디젤기관의 큰 개조가 없이 사용할 수 있는 식용유를 에스테르화 전환방법을 사용하여 바이오디젤을 공업적으로 생산할 수 있으며, 바이오디젤에 과불화알칸을 첨가시킴으로써 과불화알칸의 물성에 기인하는 동결방지작용과 세척작용을 발휘할 수 있게 되어 사용하는 디젤엔진의 내구성이 향상되게 되고, 에스테르물질을 반응물에 첨가하여 에스테르화 반응을 촉진시켜 바이오디젤의 생산성이 향상되는 우수한 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래의 바이오 디젤유의 제조장치 전체 구성도이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 바이오 디젤유의 제조장치를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오 디젤유 제조장치에는 식물성 유지가 주원료로 사용된다.

우선, 상기 바이오 디젤유 제조장치에서 식물성 유지와 원료가 혼합하는 제1 반응부(100)와 제2 반응부(200)의 공정을 거쳐 혼합유가 만들어지게 된다.

상기 식물성 유지가 유지저장탱크(110)에 저장되고, 식물유에 잔존하고 있는 오염물을 제거하기 위하여 미세필터(112)에 식물성 유지를 통과시키고 예열기(113) 로 가열시켜 반응기(10)로 투입된다.

또한, 촉매탱크(120)와 메탄올이 일정비율로 혼합 저장된 메탄올저장탱크(130)에서 혼합기(140)에서 교반 후 생성된 촉매와 메탄올원료는 반응기(10)로 투입된다.

이와 같이 상기 반응기(10)로 투입된 식물성 유지와 촉매와 메탄올이 일정비율로 혼합된 원료가 다시 반응기(10)에서 혼합되어 혼합유가 만들어진다. 상기 혼합유는 반응기(10)에서 압력에 의해 반응하게 되는 제1 반응부(100)를 거치게 된다.

반응물로부터 생성물을 얻기 위해서는 반응물의 반응속도가 빨라야 하며 반응속도가 빠르기 위해서는 반응물들끼리 하나의 액상으로 균일한 혼합이 이루어져야 한다. 그런데 위의 반응식에서 식물성 유지와 촉매와 메탄올은 각각 다른 물리적 화학적 특성을 가짐으로써 잘 섞이지 않는다.

본 발명에서는 비극성과 극성의 서로 다른 특성을 가지는 식물성 유지와 메탄올에 에스테르물질을 첨가하여 메탄올과 식물성 유지의 두 개 액상이 하나의 액상으로 혼합이 쉽게 이루어짐으로써 반응속도를 증가시킬 수 있다.

본 발명에서 반응물의 에스테르화 반응을 촉진시키기 위해서 반응물에 첨가하는 에스테르물질은 소정의 함량, 보다 좋게는 유지 중량에 대해 1∼30%를 첨가하여 유지와 메탄올을 하나의 액상으로 혼합시킴으로써 에스테르화 반응을 촉진시키는 것이 바람직하다.

이러한 에스테르물질은 반응물중 알콜의 알킬기에 의하여 결정되며 이러한 에스테르물질의 일예로서 본 발명에서는 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르, 부틸에스테르 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

본 발명에서 촉매는 황산, MR(Macro-reticular) 구조의 강산성 양이온교환수지(-SO3-·H+ 관능기 포함), 강산성 이온교환 수지인 Amberyst-15(Rohm&Haas Inc, USA) 중에서 선택된 어느 하나의 산성촉매를 사용하거나 또는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 나트륨메틸레이트(NaOCH3) 중에서 선택된 어느 하나의 염기성 촉매를 사용할 수 있다.

상기 염기성 촉매는 가성소다, KOH가 사용될 수 있으며, 알카리촉매가 아닌 효과가 더욱 우수한 다른 소재가 사용될 수도 있음은 물론이다.

상기 제1반응부(100)에서 반응된 혼합유는, 도 2에 도시된 바와 같이, 관형반응기(plug flow reactor, PFR)를 이용하여 본 발명의 바이오디젤유의 제조하는 공정의 제1실시예에 도시된 제2반응부(200)에 투입된다.

도 2에 도시된 바와 가팅, 반응물인 식물성 유지와 촉매와 메탄올이 혼합된 혼합유는을 1차로 반응기(10)에서 반응되고, 추가로 제2반응부(200)에서 반응시킨다. 상기 제2반응부(200)로는 관형반응기(PFR)가 사용된고 있다. 이와 같이 제2반응부(200)에서 반응이 완료되면 혼합유는 원심분리기(300)로 이송된다. 원심분리기(300)로 이송된 혼합유는 비중이 무거워 하부로 침전된 글리세린을 원심분리기(300)에서 분리하고 상부의 에스테르물질은 따로 바이오디젤 보관탱크(400)로 이동시켜 천연 바이오디젤인 에스테르물질을 얻는다. 한편 바이오디젤 보관탱크(400)의 에스테르물질은 소정의 함량을 환류시켜 반응기(10)에 첨가함으로서 식물성 유 지와 메탄올을 하나의 액상으로 혼합시키는 반응을 촉진시킨다.

상기 원심분리기(300)에 의해 분리된 천연 글리세린은 글리세린탱크(500)로 이송 저장되고, 천연 바이오디젤은 바이오디젤 보관탱크(400)에 저장되고 다시 증류분해부(600)로 이동하게 된다.

상기 증류분해부(600)를 통과하는 바이오디젤은, 상기 증류분해부(600)를 통과하면서 분해되어 비중이 가벼운 투명 바이오디젤과 비중이 무거운 피지로 분리되고, 상부의 상기 투명 바이오디젤은 바이오디젤유탱크(700)에 저장되고 하부의 피지는 피지탱크(710)로 각각 이송되어 저장되어 피지탱크(710)에 저장된 피치는 보일러유로서 사용된다.

상기 바이오디젤유탱크(700)로 이송되는 중간에 설치된 교반기(701)에 과불화알칸이 첨가되면서 본 발명에 따른 바이오디젤유가 제조되게 되는 것이다.

본 발명에서 사용되는 상기 과불화알칸은 바이오디젤을 사용하는 경우에서 특히 기화기 등에서의 침적문제를 해결하고, 디젤연료의 분무성을 개선시키는 기능을 한다. 탄소-불소 결합이 매우 강하여 자외선에 의해 불소 라디칼이 방출되지 않기때문에,과불화알칸은 오존층을 파괴하지 않으며, 과불화알칸은 낮은 융점과 비점을 가지고 있어 바이오디젤의 물성을 변화시키게 되는 것이다. 상기 과불화알칸으로는 퍼플루오로펜탄, 퍼플루오로헥산, 퍼플루오로헵탄 또는 퍼플루오로옥탄 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 과불화알칸은 상기 바이오디젤의 100중량부에 대하여 1~20중량부가 첨가되게 된다. 상기 바이오디젤 100중량부에 대해 1중량부 미만으로 사용되는 경우, 상기한 바와 같은 기화기의 막힘 현상 예방이 충분치 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 20중량부를 초과하는 경우, 경제적이지 못하며, 연료로서의 총열량의 부족이 있을 수 있어, 상기 과불화알칸은 상기 바이오디젤의 100중량부에 대하여 1~20중량부가 첨가사용 된다.

아울러, 상기 원심분리기(300)에 의해 분리되어 글리세린탱크(500)에 저장된 천연 글리세린은 촉매와 함께 반응기(20)에 유입되며, 이와 같이 촉매의 투입에 의한 반응으로 코크스 촉매유로 재활용되게 생성된 코크스 촉매유를 이송하여 저장하는 코크스 촉매유저장부(720)로 이송 저장된다. 상기 반응기(20)에서 교반이 이루어져 천연 글리세린과 투입된 촉매에 의해 반응이 이루어져 코크스 촉매유를 생성하는 것이다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 바이오디젤 제조장치에 의한 바이오 디젤유 제조방법을 설명하면, 식물성 유지가 유지저장탱크(110)에 저장되고, 식물성 유지에 잔존하고 있는 오염물을 제거하기 위하여 미세필터(112)를 통과하고 예열기(113)로 예열시켜 반응기(10)로 투입되고, 촉매와 메탄올이 역시 반응기(10)로 투입 혼합되어 혼합유가 반응기(10)에 의해 반응하게 된다.

상기 반응기(10)에서 30분을 반응시키게 된다. 그리고, 상기 반응기(10)에서 반응한 혼합유는 제2반응부(200)에서 반응되어,이와 같이 제2반응부(200)에서 반응이 완료되면 생성물로부터 글리세린을 원심분리기(300)에서 분리하고 에스테르물질은 따로 바이오디젤 보관탱크(400)로 이동시켜 에스테르물질을 얻게 되고, 한편 바이오디젤 보관탱크(400)의 에스테르물질은 소정의 함량을 환류시켜 반응기(10)에 첨가함으로서 식물성 유지와 메탄올을 하나의 액상으로 효과적으로 혼합되게 되는 것이다.

그리고, 상기 원심분리기(300)에 의해 분리된 천연 글리세린은 글리세린탱크(500)로 이송 저장되고, 글리세린탱크(500)에 저장된 천연 글리세린은 촉매와 함께 반응기(20)에 유입되며, 이와 같이 촉매의 투입에 의한 반응으로 코크스 촉매유로 재활용되게 생성된 코크스 촉매유를 이송하여 저장하는 코크스 촉매유저장부(720)로 저장되게 되고, 상기 원심분리기(300)에 의해 분리된 천연 바이오 디젤은 바이오디젤 보관탱크(400)에 저장되고 다시 증류분해부(600)로 이동하게 되고,상기 증류분해부(600)를 통과하는 바이오디젤은, 상기 증류분해부(600)를 통과하면서 분해되어 각각 투명 바이오 디젤유와 피지로 분리되고, 상기 투명 바이오 디젤유와 피지는 중간에 설치된 교반기(701)에 과불화알칸이 첨가되면서 성능이 개선된 본 발명에 따른 바이오디젤이 저장되는 바이오디젤유탱크(700)와 피지탱크(710)로 각각 이송되어 저장되게 되는 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오디젤의 제조방법 및 바이오디젤의 제조장치는 바이오 디젤이 완전반응 되고, 완전분리 시키는 기술로 미반응물 및 미 분리된 물질을 제거하기 위하여 수세를 하는 공정이 필요하지 않게 되므로, 폐수가 발생하지 않는 것은 물론이고, 증류분해부(600)에서의 증류과정으로 제조된 바이오 디젤유는 과불화알칸이 첨가되어 물성이 향상된 바이오디젤유로 사용되고 피치유는 보일러유로서 사용되므로 어느 하나의 성분도 다 유용하게 사용할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 바이오 디젤의 제조과정을 개략적으로 도시한 공정도

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 바아오 디젤의 제조과정을 도시한 바이오 디젤의 제조장치

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10. 반응기 100. 제1반응부 110. 유지저장탱크

112. 미세필터 113. 예열기 120. 촉매탱크

130. 메탄올저장탱크 140. 혼합기 200. 제2반응부

300. 원심분리기 400. 보관탱크 500. 글리세린 탱크

600. 증류분해부 700. 바이오디젤유탱크 710. 피지탱크

720. 촉매유저장부

Claims (2)

1. 바이오 디젤의 제조장치에 있어서,

   상기 바이오 디젤의 제조장치는, 유지저장탱크와 촉매저장탱크와 메탄올저장탱크에서 이송된 반응유가 혼합교반되어 혼합유를 형성하는 반응기가 포함된 제1반응부와,

   상기 제1반응부에 연결되어 혼합된 혼합유가 이송되어 재반응하는 제2반응부와,

   상기 제2반응부에서 이송된 혼합유를 분리하는 원심분리기와,

   상기 원심분리기의 상부에 위치되는 에스테르화합물을 이송보관하고 일부는 상기 제1반응부와 제2반응부로 에스테르화합물을 환류시키는 바이오디젤보관탱크와,

   상기 원심분리기의 하부에 위치되는 글리세린을 이송보관하는 글리세린탱크와,

   상기 바이오디젤보관탱크에서 이송된 바이오디젤을 증류분해시켜 비중이 가벼운 바이오디젤은 상부에 위치시키고 비중이 무거운 피치는 하부에 배치되게 하는 증류기와,

   상기 증류기의 상부에 위치되어 이송되는 바이오디젤의 중간에 과불화알칸이 첨가되는 교반기와,

   과불화알칸이 첨가된 바이오디젤유가 저장되는 바이오디젤유탱크와,

   상기 증류기의 하부에 위치되는 피치가 이송저장되는 피치탱크와,

   상기 글리세린탱크에 저장된 천연 글리세린은 이송되어 촉매으로 코크스 촉매유로 반응되는 코크스반응기와,

   상기 코크스반응기에서 이송되어 코크스 촉매유로 재활용되게 생성된 코크스 촉매유를 이송하여 저장하는 코크스 촉매유저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 디젤의 제조장치
2. 바이오디젤의 제조방법에 있어서,

   상기 바이오디젤의 제조방법은, 유지저장탱크에서 미세필터를 통과시키고 예열기를 통과시켜 반응기에 식물성유지를 투입함과 동시에 촉매탱크에서 촉매와 메탄올저장탱크에서 매탄올을 혼합기에 투입하여 교반시키고 이를 반응기에 투입하여 반응기에서 1차로 혼합시키는 단계와,

   상기 반응기에서 혼합된 혼합유를 제2반응부를 통하여 다시 반응시키는 단계와,

   상기 제2반응부를 통하여 반응된 혼합유를 원심분리기를 통하여 이송시켜 비중차에 의하여 에스테르화합물과 글리세린을 분리시키는 단계와,

   상기 원심분리기에 의하여 분리된 바이오디젤을 바이오디젤보관탱크에 보관시키며 한편으로는 바이오디젤의 일부를 상기 제1반응부와 제2반응부로 환류시키는 단계와,

   상기 바이오디젤 보관탱크에서 보관된 바이오디젤을 증류시켜 순수한 바이오디젤과 피치로 증류시키는 단계와,

   상기 증류되어 순수한 바이오디젤에 과불화알칸을 첨가시켜 사용가능한 바이오디젤을 제조하는 단계와,

   상기 피치로 분류된 피치유를 저장하여 피치유를 보일러유로 사용하는 단계와,

   상기 원심분리기에서 분리된 글리세린을 저장하고 이를 촉매와 혼합반응시켜서 코크스 촉매유를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤의 제조방법

Images