KR20100136875A - 이동식 바이오디젤 생산설비 및 그 공정흐름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회수유지와 메탄올을 반응시켜 바이오디젤을 생산하는 일종의 이동식 바이오디젤 생산설비 및 그 공정흐름을 제공한다; 생산설비는 파이프식 반응로를 주 설비로 하며 모든 설비는 컨테이너 크기의 운반이 편리한 프레임(frame)에 설치한다.

공정흐름은: 유지와 메탄올이 반응로 내 고온 하에서 예열, 에스테르화, 탈카르복실(decarboxylation) 등이 발생하여 유지를 지방산메틸에스테르로 전화시키고 소량의 전화되지 않은 지방산탈카르복실은 탄화수소로 변하고 반응물은 단계적으로 응축하여 바이오디젤을 얻는다. 본 발명의 플랜트설비를 하나의 컨테이너 크기의 프레임에 집중시켜 운반과 투입생산에 편리하도록 하며 표준화 장비와 표준화 기술의 요구에 도달시켜 투자비, 원가를 줄여 고수익을 창출한다.

바이오디젤, 스태틱믹서기, 파이프식 반응로, 플레쉬 증발기, 응축기, 기액분리기, triplex plunger pump

Description

이동식 바이오디젤 생산설비 및 그 공정흐름{Portable equipment for bio diesel production and the process flow thereof}

본 발명은 화공영역에 속하며 구체적으로는 일종의 회수유지와 메탄올의 반응으로 바이오디젤을 제조하는 이동식 바이오디젤 생산설비 및 그 공정흐름에 관한 것이다.

유지를 원료로 메탄올에스테르화를 거쳐 지방산메틸에스테르를 얻어 디젤엔진의 연료로 사용하는데 이를 모두 바이오디젤이라고 통칭 한다. 바이오디젤은 일종의 재생이 가능한 그린에너지원으로서 현재 가속적으로 발전되고 있다. 유럽과 미국에서는 대부분 알칼리정제(alkali refining)한 유채기름과 콩기름을 원료로 알칼리촉매와 메탄올에스테르교환법으로 바이오디젤을 생산한다. 요식업 폐식용유 및 폐유 등의 주요성분이 지방산으로 메탄올과 반응하여 지방산메틸에스테를 얻을 수 있다. 그러나 회수유지에는 이물질이 많고 산가가 높아 알칼리촉매 에스테르교환법을 사용할 수 없다. 황산, 설폰산 등을 촉매제로 하는 산성에스테르화법을 사용하면 반응시간이 길고 컨트롤이 어려우며 또 폐산(waste acid)도 처리해야 하므로 이상적인 방법이 아니다. 압력과 온도를 가하는 조건하에 메틸에스테르와 회수유지가 촉매제가 없는 조건하에서 지방산에스테르를 생성시킬 수 있으며 감압증류를 거쳐 국제표준에 부합되는 바이오디젤을 얻는다.

그러나 현재의 바이오디젤에는 생산공정이 복잡하고 설비가 방대한 등의 기술적 문제가 존재하고 있을 뿐만 아니라 요식업 폐식용유 및 폐유 등 회수유지 자원과 디젤유의 소비자도 분산되어 있어 기에 따른 원료 및 제품의 왕복 운송 등 물류비용이 추가됨으로 또한 원가 상의 낭비가 커지게 한다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하고자 일종의 이동식 바이오디젤 생산설비 및 그 공정흐름을 제공한다. 본 생산설비는 간단하며 세트로 제조하여 컨테이너 크기의 운반 프레임(frame)에 설치하여 이동에 편리하도록 하므로서 이 장치를 적당히 생산현장에 배치하여 전기와 물을 연결 후 바로 원료를 주입하여 가공을 거쳐 바이오디젤을 생산하기에 원료 및 제품의 왕복운송할 필요가 없으므로 생산원가를 낮춘다. 본 생산설비의 공정흐름이 간단하고 제품 품질이 좋으며 오염이 적고 경제적인 효과와 수익을 제고시킬 수 있다.

본 발명의 이동식 바이오디젤 생산설비로써 기 특징은 유지원료를 저장하는 원료탱크(1)와 메탄올을 저장하는 메탄올탱크(2)가 포함되며 서술한 원료탱크(1)와 메탄올탱크(2)는 각각 펌프가 설치되어 있는 관도를 통해 스태틱 믹서(Static Mixer)(5)와 연결되었고 서술한 스태틱 믹서기(5)는 관도를 통해 파이프식 반응로 (6)와 연결되어 있다; 서술한 파이프식 반응로(6)는 플레쉬 증발기(flash evaporator) (7) 즉 감압증발기에 연결되어 있다; 서술한 플레쉬증발기(7)에는 라피네이트(raffinate)저장탱크(14)가 연결되어 있으며 서술한 플레쉬 증발기(7)는 또 증류물(distillate) 송출관도를 통해 1차 응축기(Condenser)(8)가 연결되어 있고 서술한 1차 응축기(8)은 1차 기액분리기(11), 냉각기(13)를 통해 바이오디젤 제품저장탱크(15)에 연결되어 있다; 서술한 1차 기액분리기(11)는 또 2차 응축기(9)가 연결되어 있으며 서술한 2차 응축기(9)는 2차 기액분리기(12)를 통해 반제품저장탱크(16)에 연결되어 있다; 서술한 2차 기액분리기(12)는 또 3차 응축기(10)가 연결되어 있으며 서술한 3차 응축기(10)에 메탄올 회수저장탱크(17)가 연결되어 있다; 위에서 서술한 설비를 컨테이너 크기를 편리하게 운반하는 프레임에 설치한다.

본 발명의 이동식 바이오디젤생산설비의 공정흐름의 특징은 원료탱크(1) 내의 유지원료를 펌프(3)로 스태틱믹서기(5)에 보내고 메탄올탱크(2) 내의 메탄올을 펌프(4)로 스태틱믹서기(5)에 보내어 스태틱믹서기(5)에서 혼합 후 파이프식 반응로에 보내지며 서술한 반응온도는 300∼600℃이며 반응압력은 1∼15Mpa이고 반응시간은 1∼20분간이다; 반응 완료 후의 증류물(distillate)은 플레쉬증류기(7)에 진입하여 360℃의 온도에서 고비등점 증류물을 분리하여 라피네이트 저장탱크(14)로 보낸다; 플레쉬증류기(7) 내에서 응축되지 않은 기체는 1차 응축기(8)에 진입하여 온도를 220℃까지 낮추어 응축되어 나온 부분이 바로 증류된 바이오디젤 제품이다; 1차 응축기(8) 내에서 응축되지 않은 기체는 2차 응축기(9)에 진입하여 80℃까지 냉각하여 수분이 함유된 중간증류물을 분리해 내고 2차 응축기(9) 내에서 응축되지 않은 기체는 3차 응축기(10)에 진입하여 메탄올을 회수한다.

본 발명의 뚜렷한 장점:

1. 실험을 근거로 하여 발견: 유지와 메탄올이 무촉매조건 하에서 반응 시 반응속도에 영향이 제일 큰 요소는 반응온도이고 그 다음이 압력과 배합비이다. 그러므로 본 발명에서 선택한 반응온도가 300∼600℃이며 이 온도에서의 반응속도가 빠를 뿐만 아니라 반응설비의 설계가 상대적으로 작고도 매우 간단하다.

2. 본 발명의 설비를 컨테이너 크기의 운반 프레임 내에 설치하여 이동에 편리하도록 하므로서 이 장치를 적당히 생산현장에 배치하여 전기와 물을 연결 후 바로 원료를 주입하여 가공을 거쳐 바이오디젤을 생산하기에 원료 및 제품의 왕복운송 등 물류비용이 절감되므로 생산원가가 낮아져 생산의 효과와 이익이 뚜렷이 제고된다.

3. 본 발명의 공정흐름이 간단하며 DCS제어시스템을 채택하여 자동제어작업이 실현될 수 있으므로 제어가 간편하다.

4. 본 발명의 제품은 증류를 거친 품질이 좋고 바이오디젤 출유율이 90％정도에 도달할 수 있다.

본 발명의 이동식 바이오디젤 생산설비에 의거하여 바이오디젤을 생산한다; 그 중 메탄올 회수탱크(17)에는 역화방지기(18)가 설치되어 있다; 사용된 펌프는 triplex plunger pump이다.

구체적인 공정 흐름은 아래와 같다:

원료탱크(1) 내의 유지원료를 펌프(3)로 스태틱믹서기(5)에 보내고 메탄올탱크(2) 내의 메탄올을 펌프(4)를 통해 스태틱믹서기(5)에 보내어 스태틱믹서기(5)에서 혼합 후 파이프식 반응로에 보내지며 서술한 반응온도는 300∼600℃이며 반응압력은 1∼15Mpa이고 반응시간은 1∼20분간이다; 반응 완료 후의 증류물은 플레쉬증류기(7)에 진입하여 360℃의 온도에서 고비등점 증류물을 분리하여 라피네이트 저장탱크(14)로 보낸다; 플레쉬증류기(7) 내에서 응축되지 않은 기체는 1차 응축기(8)에 진입하여 온도를 220℃까지 낮추어 응축되어 나온 부분이 바로 증류된 바이오디젤 제품이다; 1차 응축기(8) 내에서 응축되지 않은 기체는 2차 응축기(9)에 진입하여 80℃까지 냉각하여 수분이 함유된 중간 증류물을 분리해 내고 2차 응축기(9) 내에서 응축되지 않은 기체는 3차 응축기(10)에 진입하여 메탄올을 회수한다.

3차 응축기(10) 내에서 응축되지 않은 기체는 소각처리를 거친 후 배출한다; 사용되는 유지원료는 회수유지이며 요식업 폐식용유, 폐유, 식용유를 정제하는 과정에서 얻는 산화유와 탈취유출물 중의 한가지 혹은 여러 가지가 포함된다.

유지원료와 메탄올의 배합비는 몰비가 1:0.5에서 1:50까지 이다.

이상 서술한 공정흐름은 DCS제어시스템을 채택하여 자동제어작업을 실현한다.

도1은 본 발명의 이동식 바이오디젤 생산설비의 예시도이며 그 중 1. 원료탱크, 2. 메탄올탱크, 3. 펌프, 4. 펌프, 5. 스태틱믹서기, 6. 파이프식 반응로, 7. 플레쉬 증발기, 8. 1차 응축기, 9. 2차 응축기, 10. 3차 응축기, 11. 1차 기액분리기, 12. 2차 기액분리기, 13. 냉각기, 14. 라피네이트 저장탱크, 15. 바이오디젤 제품저장탱크, 16. 반제품 저장탱크, 17. 메탄올 회수탱크, 18. 역화방지기, 19. 프레임.

Claims (9)

1. 일종의 이동식 바이오디젤 생산설비의 특징은 유지원료를 저장하는 원료탱크(1)과 메탄올을 저장하는 메탄올탱크가 포함되며 서술한 원료탱크(1)와 메탄올탱크(2)는 각각 펌프가 설치되어 있는 관도를 통해 스태틱 믹서(5)와 연결되었고 서술한 스태틱 믹서기(5)은 관도를 통해 파이프식 반응로(6)와 연결되어 있다; 서술한 파이프식 반응로(6)는 플레쉬 증발기(7) 즉 감압증발기에 연결되어 있다; 서술한 플레쉬증발기(7)에는 라피네이트 저장탱크(14)가 연결되어 있으며 서술한 플레쉬증발기(7)는 또 증류물 송출관도를 통해 1차 응축기 (8)가 연결되어 있고 서술한 1차 응축기(8)은 1차 기액분리기(11), 냉각기(13)를 통해 바이오디젤 제품저장탱크(15)에 연결되어 있다; 서술한 1차 기액분리기(11)는 또 2차 응축기(9)가 연결되어 있으며 서술한 2차 응축기(9)는 2차 기액분리기(12)를 통해 반제품저장탱크(16)에 연결되어 있다; 서술한 2차 기액분리기(12)는 또 3차 응축기(10)가 연결되어 있으며 서술한 3차 응축기(10)에 메탄올 회수저장탱크(17)가 연결되어 있다; 위에서 서술한 설비를 편리하게 운반할 수 있는 컨테이너 크기의 프레임에 설치한다.
2. 청구항 1에서 서술한 이동식 바이오디젤 생산설비에 의거하여 그 특징은 서술한 메탄올 회수탱크(17)에 역화방지기(18)가 설치되어 있다;
3. 청구항 1에서 서술한 이동식 바이오디젤 생산설비에 의거하여 그 특징은 서 술한 펌프가 triplex plunger pump이다.
4. 청구항 1, 2 혹은 3에서 서술한 이동식 바이오디젤 생산설비의 공정흐름이며 그 특징은 원료탱크(1) 내의 유지원료를 펌프(3)로 스태틱믹서기(5)에 보내고 메탄올탱크(2) 내의 메탄올을 펌프(4)로 스태틱믹서기(5)에 보내어 스태틱믹서기(5)에서 혼합 후 파이프식 반응로에 보내지며 서술한 반응온도는 300∼600℃이며 반응압력은 1∼15Mpa이고 반응시간은 1∼20분간이다; 반응 완료 후의 증류물은 플레쉬증류기(7)에 진입하여 360℃의 온도에서 고비등점 증류물을 분리하여 라피네이트 저장탱크(14)로 보낸다; 플레쉬증류기(7) 내에서 응축되지 않은 기체는 1차 응축기(8)에 진입하여 온도를 220℃까지 낮추어 응축되어 나온 부분이 바로 증류된 바이오디젤 제품이다; 1차 응축기(8) 내에서 응축되지 않은 기체는 2차 응축기(9)에 진입하여 80℃까지 냉각하여 수분이 함유된 중간 증류물을 분리해 내고 2차 응축기(9) 내에서 응축되지 않은 기체는 3차 응축기(10)에 진입하여 메탄올을 회수한다.
5. 청구항 4에서 서술한 이동식 바이오디젤 생산설비의 공정흐름에 의거하여 그 특징은 서술한 3차 응축기(10) 내에서 응축되지 않은 기체는 소각처리를 거친 후 배출한다;
6. 청구항 4에서 서술한 이동식 바이오디젤 생산설비의 공정흐름에 의거하여 그 특징은 서술한 유지원료는 회수유지이다.
7. 청구항 6에서 서술한 이동식 바이오디젤 생산설비의 공정흐름에 의거하여 그 특징은 서술한 회수유지는 요식업 폐식용유, 폐유, 식용유를 정제하는 과정에서 얻는 산화유와 탈취유출물 중의 한가지 혹은 여러 가지가 포함된다.
8. 청구항 4에서 서술한 이동식 바이오디젤 생산설비의 공정흐름에 의거하여 그 특징은 서술한 유지원료와 메탄올의 배합비는 몰비가 1:0.5에서 1:50까지 이다.
9. 청구항 4에서 서술한 이동식 바이오디젤 생산설비의 공정흐름에 의거하여 그 특징은 서술한 공정흐름은 DCS제어시스템을 채택하여 자동제어작업을 실현한다.

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