KR20100122549A

KR20100122549A - 이동이 가능하고 모든 종류의 유지를 바이오디젤로 변환하는 장치

Info

Publication number: KR20100122549A
Application number: KR1020090041495A
Authority: KR
Inventors: 김영남
Original assignee: 김영남
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-11-23

Abstract

본 발명은 동·식물성 기름을 원료로 하는 바이오디젤 제조방법에 있어서 연속식(continuous type)자동제어 시스템으로 처리되는 공정과, 이동가능한 컨테이너형태의 설비구성으로, 상기 동·식물성 원료(Crude Oil)에 메탄올을 첨가하여 50~60도의 온도로 가열하여 프리믹싱(Pre Mixer)후, 고체상의 알칼리 촉매제를 이용하여 트랜스 에스테르화 반응을 시키는 공정과, 저 전류 고주파를 이용하여 비중에 따른 바이오디젤과 글리세린 층의 빠른 층 분리를 유도시키는 공정과, 미반응된 메탄올을 비등시킨 후 냉매장치를 통해 액화시켜 회수시키는 공정과, 상기 분리된 바이오디젤을 수세탱크반응기 및 유수분리기를 통한 후처리 공정을 가지는 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 이동가능한 컨테이너형태의 설비구성과 자동 제어시스템 및 고주파발진에 의한 빠른 층 분리를 유도하여 바이오디젤의 제조시간을 단축하며, 미반응된 메탄올을 회수하여 재사용함으로, 바이오디젤 제조에 있어 비용을 최소화시키면서 최소의 인력으로 대량의 바이오디젤의 제조가 가능한 매우 경제성이 높은 유용한 발명이다.

컨테이너 설비, 바이오디젤, 고체촉매, 연속식, 지방산 메틸 에스테르

Description

이동이 가능하고 모든 종류의 유지를 바이오디젤로 변환하는 장치 {Containerised Multifeedstock Biodiesel Processing Plant}

본 발명은 바이오디젤 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동가능한 컨테이너형태의 설비시설에 고주파를 이용한 연속식(continuous type) 자동제어 시스템으로 기존의 회분식타입(betch type)의 단점인 고비용 및 인력운용이 간소화되어 저렴한 비용으로 대용량생산이 가능한 경제성이 우수한 바이오디젤 제조장치에 관한 것이다.

현재 우리가 사용하고 있는 에너지원은 대부분 석유, 석탄 등과 같은 화석원료이므로 에너지 수급, 환경오염 등 많은 문제점을 노출하고 있다.

이를 해결하기 위한 다양한 형태의 대체 에너지원 개발 노력이 활발하게 이루어지고 있으며, 그 중에 하나가 동물 또는 식물의 지방 또는 재생유지로부터 만들어지는 바이오디젤이다. 디젤유는 원유로부터 얻어지는 여러 가지 연료 중에서 가격이 저렴하여 운송수단의 원료, 즉 디젤 엔진의 원료로 가장 널리 사용되고 있다. 이처럼 바이오디젤의 연료유를 제조하는 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제 1989-0002403호 및 1990-0003894, 1999-024529호 등에 공개되어 있다. 그러나 이러 한 특허상의 제조방법은 원료공급이 수동으로 이루어지고 각 공정별 작업시간이 많이 소요되어 대용량의 제조가 어렵고 작업시간과 인력의 많이 소요되는 단점이 있다.

종래의 바이오디젤 제조기술은 소량의 생산을 위한 제조장치가 대부분이며 생산성이 떨어지며 대량생산을 위해서는 회분식(betch type)의 큰 플랜트설비시설을 갖추어야 하므로 시설비용에 대한 부담이 크다. 본 발명은 이러한 시설비용을 줄이고 생산량을 늘리기 위한 제조방법을 제공하는 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 보완한 연속식(continuous type)자동제어 시스템으로 공정의 정확도를 높이고 고주파 전기분해를 이용하여 하기의 표1과 같은 트랜스 에스테르화 반응에서 고주파 발진으로 비중분리를 가져와글리세린의 빠른 층분리가 가능하므로 제조시간을 상당히 단축시킬수 있어 생산량을 극대화 할 수 있다.

또한, 이동가능한 컨테이너 설비로 제작되므로 장소에 구애받지 않고 바이오디젤 제조가 가능하며 설비의 증설이 자유로워 생산규모에 따라 설비를 늘릴 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 다음과 같은 구성을 특징으로 한다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바이오디젤 장치는 동·식물성 유지를 저장하는 유지저장탱크(110)와, 동·식물성 유지와 에스테르화 반응을 시키기 위한 메탄올탱크(120), 식물성 유지와 메탄올의 합성을 위한 프리믹서(Pre Mixer)교반기(140), 알칼리 고체촉매와의 반응을 위한 교반기(140), 에스테르화 반응 및 바이오디젤과 글리세린을 분리시키기 위한 반응기탱크(150~154), 분리된 바이오디젤의 후처리공정으로 수세탱크(160) 및 유수분리기(170)로 구성된다.

상기의 구성에서 바이오 디젤유의 제조방법은

동·식물성 유지와 메탄올탱크(120)에서 정량펌프(121)에 의해 도 2에 도시된 바와 같이 상부의 동·식물성유지 원료 투입구(210)와 메탄올 투입구(220)에 의해 일정비율로 프리믹서(Pre Mixer) 교반기로 유입되고, 프리믹서(Pre Mixer) 교반기 하부 의 이송관(230)에 장착된 펌프(240)에 의해 수직상승하여 탱크로의 재유입되며 강한 와류를 형성하고, 하부에 장착된 히터(250)에 의해 50~60℃로 가열되며 연속적인 교반이 이루어지는 단계와,

상기 프리믹서(Pre Mixer) 교반기에서 혼합된 혼합 유는 자동개폐밸브(260)에 의해 도 3에 도시된 연속 교반 탱크반응기로 유입이 이루어지고 교반기의 하단부에 깔린 (KOH + CAOH₂ 의 합성으로 제작된 알칼리 고체촉매)고체 촉매제(330)를 통과하는 과정에 트랜스 에스테르화 반응이 촉진되며 거름막필터(340)를 통해 혼합 유만 빠져나와 프리믹서(Pre Mixer) 교반기와 같이 펌프(240a)에 의해 12회 이상 순환 반복되며 교반이 이루어지는 단계와, 자동개폐밸브(260a)에 의해 이송관(350)을 따라 도 1에 도시된 반응 부의 5번 반응기탱크(150)에 혼합유가 역순으로 1번 반응기(154)까지 순차적으로 유입되는 단계와,

상기의 혼합유가 도 4에 도시된 바와 같이 반응기탱크 하부의 에어 펌프(410)에 의해 강한 난류를 형성하고, 히터(250b)에 의해 70~80℃의 온도로 가열되게 되는데, 이때 미반응된 메탄올은 비등 되어 상부의 냉매장치(420)에 의해 액화되어 메탄올받이(430)에 모여 이송관(440)을 통해 도 1의 메탄올탱크(120)에 포집되어진다. 메탄올 비등이 끝나게 되면 상부에 장착된 3기의 상이한 길이로 제작된 저 전류 고주파장치(450)에서 고주파발진(460)을 시켜 에스테르화 반응과정의 바이오디젤과 글리세린의 층 분리를 빠르게 촉진하는데, 이로 인해 종래의 회분식타입(betch type)에서의 자연침전시 소요되는 시간을 효과적으로 줄일 수 있게 된다.

상기의 효과를 얻기 위한 고주파 전기분해조 와 자연침전조와의 시간에 따른 층 분리 비교 실시 예를 아래의 도 5에 나타내었다.

상기와 같이 층 분리가 이루어지면 상하수위를 체크하는 레벨장치에 의해 자동제어되어 상층의 분리된 바이오디젤은 원료배출구(480)를 통해 후처리공정인 수세탱크와 유수분리기를 거치게 되며, 하층의 글리세린(490)은 이송관(491)을 통해 도 1의 글리세린탱크(610)에 유입되게 된다. 상기의 분리된 바이오디젤은 도 1에 도시된 바와 같이 수세탱크(160)와 유수분리기(170)를 거치면서 최종의 천연 바이오디젤유가 되어 컨테이너 외부의 바이오디젤 보관탱크(600)로 저장되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 제조설비 장치에 관한 것이다.

상기의 전 과정에서 도 1에 도시된 바와 같이 제 1교반부 단계에서 제 2교반부로의 유입과 반응 부의 각각의 반응기탱크로의 유입 및 후처리공정에 이르는 전 과정을 연속식(continuous type)자동제어 시스템으로 제어하여 각 교반부 및 반응 부의 투입량과 유입량이 자동컨트롤에 의해 연속 공정으로 이루어지게 구성되므로 종래의 바이오디젤 제조장치보다 큰, 대량의 바이오디젤 생산이 가능하며, 이동가능한 컨테이너 내에 장착되므로 생산 규모에 따른 설비의 증설 및 장소이동이 원활한 메커니즘으로 시설비용 및 인력을 효과적으로 절감할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1은 컨테이너 내부에 장착되어 진 제조장치 전체 구성도

도 2는 프리믹서(Pre Mixer) 교반기의 정면도

도 3은 교반기의 정면도

도 4는 반응부 내의 반응기탱크의 정면도

Claims

유지 및 알콜을 촉매 존재하에서 반응시켜 바이오디젤유를 제조함에 있어서,

이동가능한 컨테이너형태의 설비 구성과 도 1에 도시된 바와 같이 혼합유가 프리믹싱(Pre Mixer)과정에서 하부의 이송관에 이어진 펌프에 의해 수직 상승되어 순환되는 과정의 제1 교반부와,

상기 제1 교반부를 거친 혼합유가 갓 모양의 회전판에 부딪쳐 방사형의 분산유입되어지는 과정과 하부의 고체상태의 알카리 촉매제를 통과하여 교반과정을 이루는 제2 교반부와,

상기 제2 교반부를 거친 혼합유가 반응 부의 각각의 반응기 탱크로 유입된 후 상부의 저 전류 고주파장치를 이용한 고주파발진으로 빠른 층 분리를 가져오는 구성과 에어 펌프에 의해 강한 난류를 형성하며 교반되어지는 과정을 이루는 단계를 구성으로 하는 바이오디젤유의 제조장치