KR20120002022A - Biodiesel feedstock oil production method and biodiesel production method using the biodiesel feedstock oil - Google Patents

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박순철
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이진석
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한국에너지기술연구원
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Abstract

PURPOSE: A producing method of raw biodiesel oil and a producing method of biodiesel using the raw biodiesel oil are provided to remove phospholipids from the raw biodiesel oil by performing a pre-treatment process without a degumming process. CONSTITUTION: A producing method of raw biodiesel oil comprises the following steps: removing solids from oil obtained by oil-pressing biomasses containing fat(S300); esterifying the oil without the solids in the presence of an acid catalyst and alcohol without performing a degumming process(S302); removing phospholipids and free fatty acids from the oil(S304); dissolving the alcohol contained in the oil with cleaning water; separating the oil into an upper alcohol layer and a lower oil layer; and removing the alcohol and the moisture from the oil layer using a decompress-evaporating process.

Description

바이오디젤 원료유 제조 방법 및 상기 바이오디젤 원료유를 이용한 바이오디젤 제조 방법{Biodiesel feedstock oil production method and Biodiesel production method using the biodiesel feedstock oil}Biodiesel feedstock oil production method and biodiesel production method using the biodiesel feedstock oil {Biodiesel feedstock oil production method and Biodiesel production method using the biodiesel feedstock oil}

본 발명은 바이오디젤 원료유 제조 방법 및 상기 바이오디젤 원료유를 이용한 바이오디젤 제조 방법에 관한 것으로서, 바이오디젤에 포함된 인지질을 효율적으로 제거하면서도 원료 제조 수율을 높일 수 있는 바이오디젤 원료유 제조 방법 및 바이오디젤 원료유를 이용한 바이오디젤 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing biodiesel raw material oil and a method for producing biodiesel using the biodiesel raw material oil, wherein the method for producing biodiesel raw material oil can efficiently increase the production yield while removing phospholipids contained in biodiesel. It relates to a biodiesel production method using biodiesel raw oil.

최근 들어 세계는 원유가격의 상승과 화석원료의 고갈 그리고 이산화탄소 배출 규제를 강화하는 교토협약의 발효로 환경오염물질에 대한 규제를 강화하고 있다. 따라서 화석연료를 대체하기 위한 에너지 개발에 대한 연구가 활발히 진행 중이며 수송용 바이오 연료의 보급에 대한 관심이 높아지고 있다.In recent years, the world has tightened regulations on environmental pollutants due to rising oil prices, depletion of fossil raw materials and the entry into force of the Kyoto Convention, which tightens regulations on carbon dioxide emissions. Therefore, research on the development of energy to replace fossil fuels is actively underway, and interest in the distribution of biofuels for transportation is increasing.

동물성 지방이나 식물성 오일을 알코올과 촉매의 존재 하에 반응시켜 생산되는 바이오디젤은 재생 가능한 생물학적 연료로서 화석연료의 대체물로 간주되는 바이오 연료이다. 바이오디젤은 이미 오래전에 트리글리세리드로부터 메탄올을 반응시켜 만드는 것으로 알려져 왔다. 그러나 1990년대 초 지방산 메틸에스테르가 디젤연료로서 공인되고 본격적으로 친환경 대체 에너지로서 대량 사용의 전기가 마련됨으로서 바이오디젤의 본격적인 생산 공정 개발이 이루어지기 시작하였다. Biodiesel produced by reacting animal fats or vegetable oils in the presence of alcohols and catalysts is a biofuel that is considered a replacement for fossil fuels as a renewable biological fuel. Biodiesel has long been known for making methanol from triglycerides. However, in the early 1990s, fatty acid methyl esters were certified as diesel fuels and full-scale electricity was provided as an environmentally friendly alternative energy.

바이오디젤은 기존의 경유와 물리화학적 특성이 거의 같으며 경유보다 공해가 거의 발생하지 않는 친환경 대체 에너지로써 기존의 디젤엔진과 기존 주유소에 바로 사용이 가능하다는 큰 장점이 있다. 이러한 바이오디젤을 5%~20% 경유에 섞어서 사용하고 있으며, 유럽의 일부 국가에서는 100% 바이오디젤을 사용하고 있다. 바이오디젤은 원료비가 총 생산비의 약 70%를 차지하고 있으며 바이오디젤의 생산량이 급속하게 증가함에 따라 안정적인 원료확보가 어려워지고 동시에 원료 가격도 높아지는 문제점이 보고되고 있다. 이러한 문제에 대한 해결방안으로 대두유와 유채유 등 유리지방산 함량이 낮은 고급유지를 사용하기보다는 폐식용유와 같은 폐유지나 비식용작물인 자트로파 오일 등 유리지방산 함량이 높은 저급유지를 이용한 생산 공정 개발이 연구되고 있다.Biodiesel has almost the same physical and chemical properties as diesel and is an eco-friendly alternative energy that generates little pollution than diesel, and can be used directly on existing diesel engines and existing gas stations. The biodiesel is mixed with 5% to 20% diesel and some countries in Europe use 100% biodiesel. Biodiesel accounts for about 70% of total production costs, and as biodiesel production rapidly increases, it is difficult to secure stable raw materials and increase raw material prices. As a solution to this problem, rather than using high-quality fats with low free fatty acids such as soybean oil and rapeseed oil, the development of production processes using low fats with high free fatty acids such as waste oil such as waste cooking oil or jatropha oil, which is a non-edible crop, is being studied. have.

바이오디젤을 제조하기 위해 사용가능한 원료로는 대부분의 식물성 오일이 적합하다. 일반적으로 휘발성이 높은 탄수화물일수록 자동점화온도가 높은 특성을 갖는다. 따라서 원유의 증류과정에서 250~370 ℃의 끓는점을 가진 중간정도의 휘발성을 가진 성분들이 디젤연료로서 적당하게 사용되고 있다. 디젤은 파라핀(paraffin), 나프텐(naphthene), 올레핀(olefin), 그리고 방향족(aromatics) 등으로 이루어져 있는데 이들의 탄소수는 12개에서 18개까지이다. 따라서 바이오디젤이 디젤연료의 대체품으로 사용되기 위해서는 이러한 기술적인 문제에 부응 되어야 하고 경제적으로도 경쟁할 만하며 환경적으로 문제가 없어야 하고 쉽게 얻을 수 있어야 한다는 조건들을 만족시켜야만 한다. Most vegetable oils are suitable as raw materials for producing biodiesel. In general, the more volatile carbohydrates, the higher the autoignition temperature. Therefore, in the distillation process of crude oil, the components of medium volatility with a boiling point of 250 ~ 370 ℃ are suitably used as diesel fuel. Diesel is made up of paraffin, naphthene, olefin, and aromatics, which have 12 to 18 carbon atoms. Therefore, in order to be used as a substitute for diesel fuel, biodiesel must meet these technical problems, be economically competitive, environmentally sound and easily obtainable.

바이오디젤은 식물성 오일이나 동물성 지방과 같은 원료를 이용하여 생산된다. 식물성 오일은 1몰의 글리세롤과 3몰의 지방산으로 구성되어 있으며 트리글리세리드(Triglyceride)라고 불린다. 식물성 오일은 주로 탄소수가 12~24인 지방산으로 구성되어 있다. 바이오디젤에 대한 연구는 주로 식물성 오일에 대해 이루어졌으며 대두유, 팜유, 코코넛, 유채유, 해바라기유 등 여러 가지 식물성 오일이 적합한 것으로 밝혀졌다. 물론 동물성 지방도 원료로 이용될 수 있으나, 바이오디젤에 관한 연구는 주로 식물성 오일에 대해 이루어지고 있다.Biodiesel is produced from raw materials such as vegetable oils and animal fats. Vegetable oils consist of one mole of glycerol and three moles of fatty acid, called triglycerides. Vegetable oils are composed mainly of fatty acids with 12 to 24 carbon atoms. Biodiesel has been mainly studied for vegetable oils and has been found to be suitable for various vegetable oils such as soybean oil, palm oil, coconut, rapeseed oil and sunflower oil. Of course, animal fats can also be used as a raw material, but research on biodiesel is mainly done on vegetable oils.

도 1은 종래기술에 따른 바이오디젤 원료유 제조 공정을 도시한 것으로서, 도 1을 참조하면, 탈각 또는 비탈각 착유를 통해 오일을 수득한다(단계 100). FIG. 1 illustrates a biodiesel raw oil manufacturing process according to the prior art. Referring to FIG. 1, oil is obtained through shelling or non-shelling milking (step 100).

이후, 수득된 오일에서 고형물을 제거하기 위한 공정이 수행되며(단계 102), 유리지방산 및 인지질을 제거하기 위해 수용성 탈검, 산 탈검 및 증류수 세정 공정이 순차적으로 진행된다(단계 104 내지 108).Thereafter, a process for removing solids from the obtained oil is performed (step 102), and water soluble degumming, acid degumming and distilled water washing processes are sequentially performed to remove free fatty acids and phospholipids (steps 104 to 108).

식물성 오일 중에 들어 있는 인지질(phospholipid), 단백질, 탄수화물 등의 콜로이드성 불순물을 검질(gums)이라고 하며, 이를 제거하는 공정을 탈검(degumming) 이라고 한다.Colloidal impurities such as phospholipids, proteins and carbohydrates in vegetable oils are called gums, and the process of removing them is called degumming.

탈검 공정은 상기한 단계 104 내지 108과 같이, 수화(水和, hydration)에 의한 수용성 탈검, 산을 이용한 산 탈검 및 세정 탈검(증류수 세정) 등이 존재하며, 주로 오일에 포함된 인지질을 제거한다. In the degumming process, as in steps 104 to 108, water-soluble degumming by hydration, acid degumming using acid and washing degumming (distilled water washing), and the like, mainly remove phospholipids contained in oil. .

이후, 수분 제거 공정이 진행되며(단계 110), 산 촉매 및 알코올을 이용한 전처리 공정 즉, 에스테르화 공정이 진행된다(단계 112).Thereafter, a water removal process is performed (step 110), and a pretreatment process using an acid catalyst and an alcohol, that is, an esterification process, is performed (step 112).

전처리 후 알코올 및 수분 제거 공정이 진행되며(단계 114) 바이오디젤을 위한 원료유가 제조되며, 바이오디젤 원료유를 전이에스테르화하여 바이오디젤을 제조한다(단계 116).After the pretreatment, the alcohol and water removal process is performed (step 114), and raw oil for biodiesel is prepared, and biodiesel is produced by transesterifying the biodiesel raw oil (step 116).

여기서, 전이에스테르화 공정은 트리글리세리드 1몰과 알코올(예를 들어, 메탄올) 3몰이 반응하여 지방산메틸에스테르 3몰과 글리세롤 1몰을 생성하는 반응이다.Here, the transesterification step is a reaction in which 1 mole of triglycerides and 3 moles of alcohol (for example, methanol) react to produce 3 moles of fatty acid methyl ester and 1 mole of glycerol.

트리글리세리드로만 구성되어 있는 오일의 경우 도 2에 도시된 바와 같이 염기 또는 산 촉매 존재 하에서 메탄올 3분자와 트리글리세리드 1분자가 에스테르화 반응하여 3분자의 지방산메틸에스테르와 1분자의 글리세롤을 생성하게 되며 이 반응을 전이에스테르화(Trans-esterification) 반응이라 한다. In the case of an oil consisting only of triglycerides, as shown in FIG. 2, three molecules of methanol and one molecule of triglycerides are esterified in the presence of a base or an acid catalyst to produce three molecules of fatty acid methyl ester and one molecule of glycerol. Is called a trans-esterification reaction.

염기촉매가 산 촉매 전이에스테르화 반응보다 낮은 온도와 압력에서 더 빠른 반응속도를 가지는 것으로 보고되고 있다. 트리글리세리드에 수분을 첨가하여 가수분해하면 유리지방산 또는 자유지방산(FFA, free fatty acid)이 생성되며 이러한 유리지방산을 메탄올과 산 촉매 에스테르화하면 역시 지방산메틸에스테르가 합성되게 된다. 이 경우에 염기촉매를 사용하게 되면 에스테르화 반응이 일어나지 않고 유리지방산과 염기촉매와 중화 반응에 의해 지방산염이 생성된다. Base catalysts have been reported to have faster reaction rates at lower temperatures and pressures than acid catalyzed transesterification reactions. Hydrolysis by adding water to triglycerides produces free fatty acids or free fatty acids (FFA), and fatty acid methyl esters are also synthesized by acid-catalyzed esterification of these free fatty acids with methanol. In this case, when the base catalyst is used, the esterification reaction does not occur, and the fatty acid salt is produced by the neutralization reaction with the free fatty acid and the base catalyst.

식용유 정제 공장에서는 가성소다(NaOH)를 첨가하여 유리지방산을 중화시켜 지방산염(soap)을 만들어 낸 후 원심분리를 통해 지방산염을 제거하고 세정수로 추가적으로 수세하여 가성소다 및 지방산염 성분을 제거하게 된다. 이렇게 되면 바이오디젤로 전환 가능한 유리지방산이 고형 폐기물로 발생하기 때문에 바이오디젤 생산 공정에서는 일반적으로 회피되는 기술이다. 식용유 정제의 경우는 비교적 고가의 식용이 가능한 오일을 제조하는 것이 목적이기 때문에 상기 중화법에 의한 유리지방산 제거가 경제적 타당성을 가지게 된다. 일반적으로 식용유 제조 공장에서는 대두와 같은 유지씨앗(Oil seed)을 흙과 기타 잡 물질로부터 선별(Selection), 원유(crude oil) 수득을 위한 착유(Milling), 인지질(phospholipid or phophatide) 및 기타 검물질 제거를 위한 탈검(degumming), 알카리 중화(Alkali-refining or Neutralization)에 의한 유리지방산 제거, 세정(Water washing), 감압증발(Vacuum drying), 백토나 활성탄을 이용한 탈색(bleaching), 식용시 불쾌한 냄새를 제거하는 탈취(Deodorization)를 순차적으로 수행하게 된다. 이러한 방식으로 제조된 식용 오일을 원료유로 이용하는 경우 전이에스테르화 반응에 의해 비교적 쉽게 바이오디젤 제조가 가능한 장점이 있으나 식용(edible grade)의 고품질 원료유를 생산하는 과정에서 최종적으로 얻어지는 오일의 양이 적어 원료유의 가격이 매우 높게 생산되어 바이오디젤 생산의 경제성을 크게 감소시키게 된다.In cooking oil refining plant, sodium hydroxide (NaOH) is added to neutralize free fatty acid to produce fatty acid salt (soap), followed by centrifugation to remove fatty acid salt and additional washing with water to remove caustic soda and fatty acid components. do. This is a technique commonly avoided in the biodiesel production process because free fatty acids that can be converted into biodiesel are generated as solid waste. In the case of cooking oil refining, since the purpose is to prepare a relatively expensive edible oil, the removal of free fatty acids by the neutralization method has economic feasibility. In general, cooking oil manufacturing plants select oil seeds, such as soybeans, from soil and other miscellaneous substances, milking for obtaining crude oil, phospholipids or phophatides, and other test substances. Degumming for removal, removal of free fatty acids by Alkali-refining or Neutralization, water washing, vacuum drying, bleaching with white earth or activated carbon, unpleasant odor when edible Deodorization to remove is performed sequentially. When using edible oil prepared in this way as raw material oil, biodiesel can be produced relatively easily by transition esterification, but the amount of oil finally obtained in the process of producing edible grade high quality raw oil is small. The price of crude oil is very high, greatly reducing the economics of biodiesel production.

한편, 종래기술에 따르면, 유리지방산 및 인지질 제거를 위해 상기한 수용성 탈검, 산 탈검 및 세정 탈검 공정을 거치게 되는데, 이들 공정들을 거치는 동안 인지질 제거가 이루어지기는 하나, 다단계 공정을 거치기 때문에 바이오디젤 원료유 생산 수율이 낮아지는 문제점이 있다.On the other hand, according to the prior art, the water-soluble degumming, acid degumming and washing degumming process for the removal of free fatty acids and phospholipids, the phospholipids are removed during these processes, but biodiesel raw material because it goes through a multi-step process There is a problem that the yield of milk production is lowered.

한편, 바이오디젤 원료유에 있어 인지질이 40ppm 이상이 되면 바이오디젤 제조를 위한 전이에스테르화 반응 후 글리세린과 지방산메틸에스테르의 분리가 되지 않아 상업적 대량 생산이 어렵게 되는 현상이 발생하여 바이오디젤 생산 효율이 크게 떨어지는 문제점이 있다. 다른 한편, 최종적으로 반응 정제를 통해 생산되는 바이오디젤의 품질규격에 인 함량 규제치가 10ppm으로 지정되어 있으며, 인 함량이 10ppm 이하로 규제되는 이유는 자동차 배출가스 후처리장치의 촉매에 악영향을 주어 환경오염 물질이 많이 배출되게 되기 때문이다. On the other hand, if the phospholipid is 40ppm or more in the biodiesel raw material oil, glycerol and fatty acid methyl ester are not separated after the transesterification reaction for biodiesel production, making it difficult to commercially produce large quantities. There is a problem. On the other hand, in the final quality of biodiesel produced through reaction purification, the phosphorus content regulation level is specified as 10ppm, and the reason why phosphorus content is regulated to 10ppm or less is that it adversely affects the catalyst of the vehicle exhaust aftertreatment device. This is because a lot of pollutants are emitted.

또한, 인지질의 일종인 PA(Phosphatidic Acid)의 경우 인(P) 뿐만 아니라 금속 성분(Ca, Mg, Fe)도 포함되어 있어 바이오디젤 제조 시 품질 규제치(P, Ca, Mg) 이상으로 바이오디젤에 포함되게 되면 다음 표 1과 같이 차량에 악영향을 주기 때문에 제거되어야 한다.
In addition, PA (Phosphatidic Acid), a type of phospholipid, contains not only phosphorus (P) but also metal components (Ca, Mg, Fe). When included, they must be removed as they will adversely affect the vehicle as shown in Table 1 below.

Figure pat00001
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하기의 표 2는 국내 바이오디젤 품질 규격으로서, 표 2에 나타난 바와 같이, 바이오디젤은 인 함량 외에 Ca 및 Mg의 함량도 5ppm 이하가 되어야 한다.Table 2 below is a domestic biodiesel quality standard, as shown in Table 2, biodiesel should be less than 5ppm content of Ca and Mg in addition to phosphorus content.

Figure pat00002
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본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 바이오매스에서 착유하여 얻어진 오일에서 인지질을 효과적으로 제거하면서도 바이오디젤 원료유 수율을 높일 수 있는 바이오디젤 원료유 제조 방법 및 상기 바이오디젤 원료유를 이용한 바이오디젤 제조 방법을 제안하고자 한다.The present invention to solve the problems of the prior art, a method of producing a biodiesel raw material oil that can effectively remove the phospholipid from the oil obtained by milking in the biomass while increasing the biodiesel raw oil yield and using the biodiesel raw oil A biodiesel manufacturing method is proposed.

본 발명의 다른 목적은 인 함량을 대폭 줄여 환경오염 물질 배출을 방지할 수 있는 바이오디젤 원료유 제조 방법 및 상기 바이오디젤 원료유를 이용한 바이오디젤 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a biodiesel raw material production method capable of significantly reducing phosphorus content and preventing environmental pollutant emissions and a biodiesel production method using the biodiesel raw material oil.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 유지를 함유하는 바이오매스(biomass)를 착유하여 얻어진 오일에서 고형물을 제거하는 단계; 상기 고형물이 제거된 오일을 탈검 과정 없이 산 촉매 및 알코올 존재 하에 에스테르화 반응시켜 상기 오일에 포함된 인지질과 유리지방산을 미리 설정된 함량 이하로 제거하는 단계를 포함하는 바이오디젤 원료유 제조 방법이 제공된다. In order to achieve the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, the step of removing solids from oil obtained by milking a biomass containing fats and oils; There is provided a biodiesel raw material production method comprising the step of esterifying the oil from which the solid is removed without esterification in the presence of an acid catalyst and an alcohol to remove phospholipids and free fatty acids contained in the oil below a predetermined content. .

상기 바이오매스는 고무나무에서 수득된 열대작물이며, 인지질 함량이 40ppm 이상일 수 있다. The biomass is a tropical crop obtained from the rubber tree, the phospholipid content may be 40ppm or more.

상기 에스테르화 반응을 통해 상기 인지질 함량이 10ppm 이하로 제거될 수 있다. The phospholipid content may be removed to 10 ppm or less through the esterification reaction.

바람직하게, 상기 산 촉매는 황산, 염산 및 질산 중 적어도 하나를 포함하는 균질계 액체 산 촉매이며, 상기 균질계 액체 산 촉매는 상기 오일 중량 대비 0.4 내지 1.0 퍼센트 이하로 반응계 내에 포함될 수 있다. Preferably, the acid catalyst is a homogeneous liquid acid catalyst including at least one of sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid, and the homogeneous liquid acid catalyst may be included in the reaction system at 0.4 to 1.0 percent or less by weight of the oil.

상기 균질계 액체 산 촉매는 상기 오일 중량 대비 0.6 내지 1.0 퍼센트의 양으로 반응계 내에 포함될 수 있다. The homogeneous liquid acid catalyst may be included in the reaction system in an amount of 0.6 to 1.0 percent by weight of the oil.

상기 알코올은 메탄올이며, 상기 메탄올은 상기 오일 중량 대비 20 내지 30 퍼센트의 양으로 반응계 내에 포함될 수 있다.The alcohol is methanol and the methanol may be included in the reaction system in an amount of 20 to 30 percent by weight of the oil.

상기 메탄올은 상기 오일 중량 대비 25 내지 27 퍼센트의 양으로 반응계 내에 포함될 수 있다. The methanol may be included in the reaction system in an amount of 25 to 27 percent by weight of the oil.

상기 산 촉매는 황산이고, 상기 알코올은 메탄올이며, 상기 황산 및 상기 메탄올의 함량은 반응표면분석법을 이용한 최적화 실험 결과 데이터의 통계 분석을 통해 결정될 수 있다. The acid catalyst is sulfuric acid, the alcohol is methanol, and the sulfuric acid and the content of methanol may be determined through statistical analysis of data of optimization experiment results using reaction surface analysis.

상기 오일은 탈각 착유 또는 비탈각 착유 중 적어도 하나를 통해 얻어질 수 있다. The oil may be obtained through at least one of shell shell milking or non shell shell milking.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 유지를 함유하는 바이오매스(biomass)를 착유하여 얻어진 오일에서 고형물을 제거하는 단계; 상기 고형물이 제거된 오일을 탈검 과정 없이 산 촉매 및 알코올 존재 하에 에스테르화 반응시켜 상기 오일에 포함된 인지질과 유리지방산을 미리 설정된 함량 이하로 제거하는 단계; 상기 인지질이 제거된 오일에서 상기 알코올 및 수분을 제거하는 단계; 및 상기 알코올이 제거된 오일(바이오디젤 원료유)을 알코올과 염기촉매 하에 전이에스테르화 반응하는 단계를 포함하는 바이오디젤 제조 방법이 제공된다. According to another aspect of the invention, the step of removing the solids from the oil obtained by milking a biomass (biomass) containing fats and oils; Esterifying the oil from which the solids have been removed without esterification in the presence of an acid catalyst and an alcohol to remove phospholipids and free fatty acids contained in the oil below a predetermined content; Removing the alcohol and water from the oil from which the phospholipid has been removed; And a transesterification reaction of the alcohol-free oil (biodiesel raw oil) under an alcohol and a base catalyst is provided.

바람직하게, 상기 알코올 및 수분 제거 단계는, 중력에 의한 층분리 및 원심분리 중 적어도 하나를 통해 상기 인지질이 제거된 오일을 벌크(bulk)상으로서 존재하는 알코올층에 해당하는 상층 및 오일층에 해당하는 하층으로 분리하는 단계; 및 감압증발을 통해 상기 하층으로부터 알코올 및 수분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. Preferably, the step of removing alcohol and water corresponds to an upper layer and an oil layer corresponding to an alcohol layer in which the oil from which the phospholipid has been removed as a bulk phase through at least one of gravity separation and centrifugation. Separating into lower layers; And removing the alcohol and water from the lower layer through evaporation under reduced pressure.

다르게는, 상기 알코올 및 수분 제거 단계는, (a) 상기 알코올을 세정수에 녹이는 단계; (b) 상기 인지질이 제거된 오일을 중력에 의한 층분리 및 원심분리 중 적어도 하나를 통해 오일층에 해당하는 상층 및 수분층에 해당하는 하층으로 분리하는 단계; 및 (c) 감압증발을 통해 상기 오일층으로부터 알코올 및 수분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. Alternatively, the alcohol and water removal step, (a) dissolving the alcohol in the washing water; (b) separating the oil from which the phospholipid has been removed into an upper layer corresponding to an oil layer and a lower layer corresponding to an aqueous layer through at least one of gravity separation and centrifugation; And (c) removing alcohol and water from the oil layer through reduced pressure evaporation.

상기 알코올 및 수분이 제거된 오일층에 대해 상기 (a) 내지 (c) 단계가 반복 수행되며, 상기 세정수는 알칼리성인 것이 바람직하다.Steps (a) to (c) are repeated for the oil and oil layers from which water is removed, and the washing water is preferably alkaline.

본 발명에 따르면, 고형물 제거 후 탈검 과정 없이 전처리 공정을 진행함으로써 바이오디젤 원료유 수율을 높이면서도 인지질 제거 효과도 동시에 거둘 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, after the solids are removed, the pretreatment process is performed without the degumming process, thereby increasing the biodiesel raw oil yield and simultaneously removing the phospholipid.

도 1은 종래기술에 따른 바이오디젤 제조 과정을 도시한 순서도.
도 2는 바이오디젤 합성 경로를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 바이오디젤 원료유 제조 공정을 도시한 도면.
도 4는 인지질의 종류를 도시한 도면.
도 5는 대두유, 해바라기유, 유채유, 미강유의 인지질 조성을 나타낸 도면.
도 6은 인지질의 구조 및 치환기에 따른 인지질의 종류 및 특성을 도시한 도면.
도 7은 인지질의 함량이 다른 원료유로부터 바이오디젤 생산 후 글리세린과 바이오디젤 층분리 상태를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 황산 촉매 및 메탄올량에 따른 전처리 효율을 도시한 도면.
1 is a flow chart illustrating a biodiesel manufacturing process according to the prior art.
2 shows a biodiesel synthesis route.
3 is a view showing a biodiesel raw material manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
4 shows the types of phospholipids.
5 is a diagram showing the phospholipid composition of soybean oil, sunflower oil, rapeseed oil, rice bran oil.
6 is a view showing the type and characteristics of phospholipids according to the structure and substituents of phospholipids.
FIG. 7 is a diagram illustrating glycerin and biodiesel layer separation after biodiesel production from crude oil having different phospholipid contents.
8 is a view showing the pretreatment efficiency according to the amount of sulfuric acid catalyst and methanol according to the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 바이오디젤 원료유 제조 공정을 도시한 도면이다. 3 is a view showing a biodiesel raw material manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 유지를 포함하는 바이오매스로부터 얻어진 오일의 고형물 제거 공정이 진행된다(단계 300).Referring to FIG. 3, a process for removing solids of oil obtained from a biomass including fats and oils is performed (step 300).

바이오매스(biomass)는 화학적 에너지로 이용되는 생물자원을 총칭하는 것으로서, 본 발명에서 바이오매스는 유지를 함유하는 것이라면 동물, 식물 등 그 종류가 크게 제한되지 않고, 상업성과 경제성 등을 고려할 때 식물 바이오매스인 것이 바람직하고, 오일 종자(Oil Seed)인 것이 보다 바람직하다. 본 발명에서 유지를 함유하는 동물 바이오매스로는 어류, 닭, 오리 등의 조류, 돼지, 소 등의 포유류 등이 있다. 오일 종자는 기름을 짤 수 있는 식물성 유지작물(油脂作物)을 일컫는 말이며, 보다 구체적으로 해바라기씨, 콩, 유채씨, 자트로파씨, 팜 열매, 현미 생산 과정에서 발생하는 부산물인 미강, 동백나무 열매, 고무나무 열매, 커피 추출 후의 부산물 등이 있다.Biomass (biomass) is a generic term for biological resources used as chemical energy, in the present invention, if the biomass contains fats and oils, the kinds of animals, plants, etc. are not greatly limited, and plant biomass is considered in consideration of commerciality and economic efficiency. It is preferable that it is a mass, and it is more preferable that it is an oil seed (Oil Seed). Animal biomass containing fats and oils in the present invention include fish, chickens, birds such as ducks, mammals such as pigs and cows. Oil seed refers to vegetable oil crops that can be oiled. More specifically, sunflower seeds, soybeans, rapeseed seeds, jatropha seeds, palm fruits, and rice bran and camellia fruits, which are by-products of the brown rice production process. , Gum fruits and by-products after coffee extraction.

특히, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 동남아 및 중국 등의 열대 지방에서 재배 또는 자생하고 있는 고무나무 열매씨앗이 바이오디젤 원료유 제조를 위한 바이오매스로 이용될 수 있으며, 하기에서는 본 발명에서 이용되는 오일이 유리지방산의 함량이 15 내지 20 중량 퍼센트 범위이며, 인 함량이 40ppm 이상인 고무나무 열매씨앗에서 착유된 오일인 것으로 설명한다. In particular, according to a preferred embodiment of the present invention, the rubber tree fruit seeds cultivated or grown in tropical regions such as Southeast Asia and China may be used as biomass for the production of biodiesel raw oil, in the present invention It is described that the oil used is an oil milked from rubber tree fruit seeds having a content of free fatty acid in the range of 15 to 20 weight percent and a phosphorus content of 40 ppm or more.

일반적으로, 인지질(phospholipid or phosphatide)의 함량(질량%)을 직접 측정하기는 곤란하며 인 함량(질량%)의 분석을 통해 인지질의 함량(질량%)을 구할 수 있다. 인 함량(질량%)은 하기의 수학식 1과 같이 AOCS Official Method Ca 12-55에 의해 측정할 수 있으며 인지질의 함량은 대두유 기준으로 인 함량(질량%)에 30을 곱하면 인지질 함량(질량%)을 산출할 수 있다.In general, it is difficult to directly measure the content (mass%) of phospholipids or phosphatides, and the content of phospholipids (mass%) can be obtained by analyzing the phosphorus content (mass%). Phosphorus content (mass%) can be measured by AOCS Official Method Ca 12-55 as shown in Equation 1 below, and the phospholipid content is calculated by multiplying phosphorus content (mass%) by 30 on the basis of soybean oil (mass%). ) Can be calculated.

AOCS Official Method Ca 12-55에 따른 시료 분석 절차는 다음과 같다. The sample analysis procedure according to AOCS Official Method Ca 12-55 is as follows.

(1) 도가니 내에 3.0 내지 3.2±0.001g 시료와 산화아연 0,5g를 넣고 시료가 녹을 때까지 천천히 가열하고, 이후 완전히 탈 때까지 가열(1) 3.0 to 3.2 ± 0.001 g of sample and 0,5 g of zinc oxide were added to the crucible and heated slowly until the sample melted, and then heated until completely burned.

(2) 도가니를 머플로(Muffle furnace)에 넣고 550 내지 600℃ 조건에서 2시간 유지시킨 후 꺼내 상온으로 냉각(2) The crucible is placed in a muffle furnace and kept at 550 to 600 ° C. for 2 hours, then taken out and cooled to room temperature.

(3) 완전히 탄 시료 재에 증류수 5ml 농축 염산 5ml 첨가(3) 5 ml of distilled water 5 ml concentrated hydrochloric acid is added to the completely burned sample ash.

(4) 도가니를 증발 접시(watch glass)로 덮고 약한 열로 5분 동안 가열(4) Cover the crucible with a watch glass and heat it for 5 minutes with mild heat.

(5) 100ml 플라스크에 용액 여과하고, 상온으로 냉각(5) Solution filtered into a 100 ml flask and cooled to room temperature

(6) 50% KOH 용액을 통해 흰색 부유물이 생길 때까지 중화하고, 다시 염산을 한 방울씩 떨어뜨려 용액을 맑게 만듦(6) Neutralize through a 50% KOH solution until a white float is formed, and then drop the hydrochloric acid dropwise to make the solution clear.

(7) 부유물 중화 후 100ml 눈금까지 증류수로 희석(7) Neutralize suspended solids and dilute with distilled water up to 100ml graduation

(8) 50ml 플라스크에 상기에서 만든 용액 10ml, 몰리브덴산나트륨(sodium molybdate) 2.0ml, 황산하이드라진(hydrazine sulfate) 8.0ml을 혼합(8) In a 50 ml flask, 10 ml of the above solution, 2.0 ml of sodium molybdate, and 8.0 ml of hydrazine sulfate were mixed.

(9) 물중탕으로 10분 동안 가열(9) heating in a water bath for 10 minutes

(10) 가열된 용액을 25±5℃로 냉각시킨 후 50ml 플라스크의 눈금선까지 증류수로 희석(10) Cool the heated solution to 25 ± 5 ° C and dilute with distilled water to the graduation of 50ml flask.

(11) 증류수를 함유하는 석영셀에 대해 0% 흡수율이 읽히도록 조정된 분광광도계(650nm)를 이용하여 흡수율 측정
(11) Absorption measurement using a spectrophotometer (650 nm) adjusted to read 0% absorption for quartz cells containing distilled water

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, A는 Phosphorus Calibration Curve와 비교하여 얻어진 시료의 질량Where A is the mass of the sample obtained by comparison with the Phosphorus Calibration Curve

B는 Blank(상기한 절차 (1)에서 시료를 넣지 않고 실험한 분석)의 인 함량B is the phosphorus content of Blank (analysis tested without adding the sample in the above procedure (1))

W는 절차 (1)에서의 시료의 질량W is the mass of the sample in the procedure (1)

V는 절차 (8)에서 취한 용액의 부피V is the volume of solution taken in the procedure (8)

한편, 인지질의 종류는 도 4에 도시된 바와 같이, 크게 4개 종류로 분류되며, 이중 Ca 및 Mg을 포함하는 PA(Phospahtidic Acid)가 가장 많은 비중을 차지한다. On the other hand, as shown in Figure 4, the phospholipids are largely classified into four types, of which Ca (Phospahtidic Acid) containing Ca and Mg occupies the most weight.

도 5는 대두유, 해바라기유, 유채유, 미강유의 인지질 조성을 나타낸 것이고, 도 6은 인지질(Phospholipid)의 구조 및 치환기에 따른 인지질의 종류 및 특성을 도시한 것이다.Figure 5 shows the phospholipid composition of soybean oil, sunflower oil, rapeseed oil, rice bran oil, Figure 6 shows the type and characteristics of phospholipids according to the structure and substituents of phospholipids (Phospholipid).

상기한 고무나무 열매씨앗 착유 오일의 경우 껍질을 포함하여 착유한 경우 280ppm까지 인 함량이 측정되었으며 껍질을 제거한 경우 90ppm까지의 인 함량이 측정된다. 따라서 이를 바이오디젤 원료유로 사용하는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 바이오디젤 생산 공정에서 메틸에스테르/글리세린의 층분리가 되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 여기서, 원료유 1은 인지질이 고함량인 경우, 원료유 2는 인지질이 저함량인 경우를 도시한 것이다. In the case of the milking oil of the rubber tree fruit seed, the phosphorus content was measured up to 280 ppm when the milk was milked, and the phosphorus content was measured up to 90 ppm when the peel was removed. Therefore, when it is used as a biodiesel raw oil, as shown in Figure 7, the biodiesel production process may cause a problem that the separation of the methyl ester / glycerin layer. Here, the raw material oil 1 shows the case where the phospholipid is high content, and the raw material oil 2 shows the case where the phospholipid is low content.

본 발명은 상기한 바와 같이, 인 함량이 높은 고무나무 열매씨앗으로부터 환경오염을 줄이면서 바이오디젤 생산 효율을 높일 수 있는 바이오디젤 원료유를 제공하고자 한다.The present invention, as described above, to provide a biodiesel raw material oil that can increase the biodiesel production efficiency while reducing environmental pollution from the rubber seed fruit seeds having a high phosphorus content.

상기한 오일은 착유를 통해 얻어지며, 여기서 착유란 바이오매스로부터 오일을 획득하는 것을 의미한다. The oil described above is obtained through milking, where milking means obtaining oil from biomass.

착유(Extraction)는 보통 압착법(壓搾法, Extrusion)과 용매 추출법(Solvent extraction)의 두 가지로 나뉜다. 압착법은 바이오매스에 스크류 등의 착유기(Expeller)를 이용해 기계적 압력을 가하여 오일을 획득하는 방법으로서 함유율(含油律)이 높은 작물에 이용된다. 추출법은 휘발성 용제로 오일을 용해시킨 후 다시 용제를 회수함으로서 오일을 얻는 방식으로 바이오매스의 유지함량이 낮은 작물에 주로 이용되나 기계적 착유를 거친 착유박 또는 착유 부산물에서 오일을 추가적으로 추출하는데 이용되기도 한다. 본 발명에서 사용되는 바이오매스는 함유율이 높은 작물인 것이 바람직하므로 착유 방법도 압착법이 바람직하나 여기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 착유는 바이오매스, 특히 유지작물의 씨앗을 압착하여 착유시 껍질을 포함하여 착유하는 비탈각 착유와 껍질을 제거한 후 착유하는 탈각 착유로 나눌 수 있으며, 본 발명에서 착유는 비탈각 착유와 탈각 착유를 모두 포함한다. 바이오디젤 제조 후 고형물 함량 기준이 유럽에서는 24 ppm으로 규정되어 있고 국내에서도 수분을 포함한 침전물(sediment)로서 0.05%이하로 규정되어 있어 고형물 제거 단계는 필수적으로 수행된다. Extraction is usually divided into two types: extrusion and solvent extraction. The compression method is a method of obtaining oil by applying mechanical pressure to a biomass using an expeller such as a screw, and is used for crops having a high content. Extraction method is mainly used for crops with low biomass retention, which is obtained by dissolving oil with volatile solvent and recovering solvent again, but it is also used to extract oil from milking milk or milking by-products which have undergone mechanical milking. . Since the biomass used in the present invention is preferably a crop having a high content, the milking method is also preferably a compression method, but is not limited thereto. In addition, milking may be divided into non-shelled milking, which includes milking and peeling of the biomass, especially oilseed crops, including shelling during milking, and shelled milking, which is milked after removing the skin. Milking in the present invention is non-shelled milking and shelling. Includes all milking. After biodiesel production, the solids content standard is defined as 24 ppm in Europe and less than 0.05% as sediment containing water in Korea.

상기한 고형물 제거와 함께 에스테르화 반응을 저해하는 수분의 함량이 일정 수준 이하(예를 들어, 0.1%)가 되도록 수분 증발 과정이 수행될 수 있다.The water evaporation process may be performed such that the content of water that inhibits the esterification reaction with the removal of the solids is below a certain level (for example, 0.1%).

고형물 제거 이후, 탈검 과정 없이 바로 전처리 공정이 수행된다(단계 302).After removal of the solids, the pretreatment process is performed immediately without degumming (step 302).

상기한 전처리는 착유를 통해 얻어진 오일에서 유리지방산 및 인지질을 제거하는 과정으로서, 에스테르화 반응이다. The pretreatment is a process for removing free fatty acids and phospholipids from the oil obtained through milking, which is an esterification reaction.

에스테르화 반응에서, 유리지방산(FFA, free fatty acid)은 알콜과 에스테르화 반응하여 지방산 알킬에스테르(FAAE, fatty acid alkyl ester)-즉, 바이오디젤로 전환되며, 인지질은 친수성으로 전환되어 비극성인 오일상으로부터 극성인 알콜상(또는 알콜층)으로 이동하여 제거된다. 좀 더 상세하게 설명하면 도 6에 도시된 인지질은 알콜과 에스테르화 반응에 의해 인지질의 친수성(Water affinity, polar)을 가지는 치환기를 포함한 부분이 친유성(Oil affinity, apolar)인 트리글리세리드 구조에서 떨어져 나와 인(phosphorous)이 포함되지 않는 친유성(Oil affinity, apolar)의 다이글리세리드로 인지질이 변화되며 인을 포함한 부분은 알콜에 용해되어 비극성인 오일상(트리글리세리드, 다이글리세리드, 모노글리세리드, 지방산알킬에스테르)으로부터 분리되어 친수성인 알콜상에 주로 존재하게 된다.In the esterification reaction, free fatty acids (FFAs) are esterified with alcohols to be converted to fatty acid alkyl esters (FAAE), or biodiesel, and the phospholipids are converted to hydrophilic and nonpolar. It is removed from the routine by moving to the polar alcohol phase (or alcohol layer). In more detail, the phospholipid shown in FIG. 6 is separated from the triglyceride structure in which the part including the substituent having the hydrophilicity (Water affinity, polar) of the phospholipid is lipophilic (Oil affinity, apolar) by alcohol and esterification reaction. Phospholipids are changed to lipophilic (oil affinity, apolar) diglycerides that do not contain phosphorus, and the part containing phosphorus is dissolved in alcohol and has a nonpolar oil phase (triglyceride, diglyceride, monoglyceride, fatty acid alkyl ester) It is separated from and is mainly present in the hydrophilic alcohol phase.

본 실시예에 따르면, 고형물 제거 후, 수용성 탈검/산 탈검 등 탈검 과정 없이 바로 전처리 공정(인지질 및 유리지방산 동시 제거 공정으로서의 에스테르화 반응)이 수행된다. According to this embodiment, after the solids are removed, a pretreatment process (esterification reaction as a simultaneous removal process of phospholipids and free fatty acids) is performed without degumming, such as water soluble degumming and acid degumming.

본 실시예에 따른 전처리는 산 촉매 및 알코올 존재 하에서 수행되며, 바람직하게 산 촉매는 황산, 질산, 염산과 같은 균질계 액체 산 촉매, 보다 바람직하게는 황산 촉매가 이용될 수 있다 .The pretreatment according to the present embodiment is carried out in the presence of an acid catalyst and an alcohol. Preferably, the acid catalyst may be a homogeneous liquid acid catalyst such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, and more preferably a sulfuric acid catalyst.

또한, 알코올은 탄소수 1 내지 6일 수 있으며, 바람직하게는 메탄올이 이용될 수 있다.In addition, the alcohol may have 1 to 6 carbon atoms, preferably methanol may be used.

이때, 황산은 오일 중량 대비 고형물이 제거된 오일 중량 대비 0.4 내지 1.0 퍼센트일 수 있으며, 바람직하게는 0.6 내지 1.0 퍼센트일 수 있다. In this case, the sulfuric acid may be 0.4 to 1.0 percent, preferably 0.6 to 1.0 percent, based on the weight of the oil from which the solids are removed.

한편, 메탄올은 오일 중량 대비 20 내지 30 퍼센트의 양으로 반응계 내에 포함될 수 있으며, 바람직하게, 25 내지 27 퍼센트의 양으로 반응계 내에 포함될 수 있다. On the other hand, methanol may be included in the reaction system in an amount of 20 to 30 percent by weight of the oil, preferably, in the reaction system in an amount of 25 to 27 percent.

여기서, 산 촉매 및 알코올의 양은 반응표면분석법을 이용한 최적화 실험 결과 데이터의 통계 분석을 통해 얻어질 수 있다. Here, the amount of acid catalyst and alcohol can be obtained through statistical analysis of the results of optimization experiments using reaction surface analysis.

본 발명에서 이용하는 열대작물 오일에는 유리지방산이 15% 이상 그리고, 인지질(인 함량 90 내지 280ppm)을 다량 함유하고 있기 때문에 전이에스테르화(Trans-esterification Reaction) 반응을 통한 바이오디젤 제조 시 반응을 방해하고 반응 수율을 떨어뜨리므로 전처리 공정을 통한 유리지방산 제거 및 인지질 제거가 반드시 필요하다. 유리지방산은 전이에스테르화 반응에 사용되는 촉매인 KOH, NaOH, NaOCH3 등과 중화반응에 의해 지방산염(Fatty acid salt, Metal soap)을 형성하고 이 지방산 염은 지방산 부분의 친유성과 금속(K, Na)의 친수성 부분에 의해 계면활성제(surfactant)로 작용하여 바이오디젤과 글리세린의 분리를 어렵게 하며 인지질도 마찬가지로 친수성과 친유성을 동시에 가지게 되어 동일한 효과를 가지나 상대적으로 분자크기가 큰 인지질의 경우 바이오디젤과 글리세린의 분리를 더 어렵게 하는 특성을 보인다. The tropical crop oil used in the present invention contains more than 15% of free fatty acid and a large amount of phospholipid (phosphorus content of 90 to 280 ppm), thereby preventing the reaction during biodiesel production through a trans-esterification reaction. Since the reaction yield is lowered, free fatty acid removal and phospholipid removal through the pretreatment process are essential. Free fatty acids form fatty acid salts (Fatty acid salt, metal soap) by neutralization with KOH, NaOH, NaOCH 3 and other catalysts used in the transesterification reaction. The hydrophilic part of Na) acts as a surfactant, making it difficult to separate biodiesel and glycerin. And glycerin make the separation more difficult.

일반적으로, 인지질 제거를 위해 탈검 과정을 거치는 것으로 알려졌으나, 본 발명에 따르면, 탈검 과정을 거친 후 전처리 공정을 수행하는 것과 전처리 공정만을 수행하는 경우를 비교할 때 오히려 황산 촉매 및 메탄올 조건에서 탈검 과정 없이 전처리만을 수행하는 경우에 유리지방산뿐만 아니라 인지질 역시 원하는 수준 이하로 감소하는 것을 확인하였으며, 탈검 공정을 진행하는 것에 비해 수율이 높아지는 것을 실험적으로 확인하였다.In general, it is known to go through a degumming process to remove phospholipids, but according to the present invention, compared to the case of performing the pretreatment process after the degumming process and only the pretreatment process, rather than desulphurization under sulfuric acid catalyst and methanol conditions When only pretreatment was performed, it was confirmed that not only free fatty acids but also phospholipids were lowered below a desired level, and experimentally confirmed that the yield was higher than that of the degumming process.

황산 전처리 이후 메탄올 및 수분 제거 공정이 수행되며(단계 304), 전이에스테르화 반응을 거쳐 바이오디젤이 제조된다(단계 306). After the sulfuric acid pretreatment, a methanol and water removal process is performed (step 304) and biodiesel is produced via a transesterification reaction (step 306).

단계 304에 있어서, 메탄올 및 수분을 제거하기 위해 중력에 의한 층분리 또는 원심분리가 이용될 수 있다. In step 304, gravity separation or centrifugation may be used to remove methanol and water.

첫 번째 방법으로서, 전처리 공정이 완료된 오일(인지질이 제거된 오일)에 대해 중력에 의한 층분리 또는 원심분리를 수행하는 경우, 인지질이 제거된 오일은 오일층에 해당하는 하층 및 알코올층(메탄올층)에 해당하는 상층으로 분리될 수 있으며, 감암 증발을 통해 하층의 오일층으로부터 메탄올 및 수분을 제거한다. As a first method, when gravity separation or centrifugation is performed on oil (prephosphorylated oil) in which the pretreatment process is completed, the phospholipid-depleted oil has a lower layer corresponding to an oil layer and an alcohol layer (methanol layer). It can be separated into the upper layer corresponding to), and methanol and water are removed from the oil layer of the lower layer through dark evaporation.

두 번째 방법으로서, 세정을 통해 메탄올 및 수분 제거 과정이 수행될 수 있다. As a second method, methanol and water removal processes can be carried out by washing.

세정을 통해 전처리된 오일에 포함된 메탄올을 세정수에 녹인 후, 층분리 또는 원심분리를 수행하는 경우, 상층은 오일층으로 하층은 수분과 메탄올을 포함하는 수분층으로 분리되며, 감압증발을 통해 상층의 오일층으로부터 수분과 메탄올이 제거된다. When methanol contained in the oil pretreated by washing is dissolved in the washing water and then separated or centrifuged, the upper layer is separated into an oil layer and the lower layer is separated into a water layer containing water and methanol, and the upper layer is evaporated under reduced pressure. Water and methanol are removed from the oil layer.

바람직하게, 수분과 메탄올이 제거된 이후, 잔여 오일층에 대해 상기한 세정, 분리 과정 및 감압 증발 과정이 반복적으로 수행될 수 있으며, 바람직하게는 황산 전처리 수행 후 세정을 통해 메탄올 및 수분 제거 과정을 총 2 내지 4회 수행될 수 있다. Preferably, after the water and methanol are removed, the above washing, separation process and reduced pressure evaporation process may be repeatedly performed on the residual oil layer. Preferably, the methanol and water removal process is performed by washing after performing sulfuric acid pretreatment. A total of 2 to 4 times can be performed.

상기와 같이 인지질이 제거된 오일로부터 메탄올 및 수분을 제거하기 위해 세정 과정이 추가되는 경우, 오일에 남아있는 산 촉매(황산) 및 수용성 불순물도 효과적으로 제거할 수 있다. When the cleaning process is added to remove methanol and water from the phospholipid removed oil as described above, the acid catalyst (sulfuric acid) and the water-soluble impurities remaining in the oil can be effectively removed.

산 촉매의 효과적인 제거를 위해 상기한 2 내지 4회의 세정 과정 중 1 내지 2회 정도 세정수로 KOH 또는 NaOH의 수용액인 알칼리수를 사용할 수 있다.Alkali water, which is an aqueous solution of KOH or NaOH, may be used as the washing water in one or two of the above-described two to four washing procedures for effective removal of the acid catalyst.

전이에스테르화 반응에서 화학촉매, 일반적으로 반응 활성이 높은 염기 촉매(KOH, NaOH, NaOCH3 촉매) 및 알코올(메탄올)이 이용되며, 보다 상세하게는, 상기와 같이 전처리를 통해 제조된 바이오디젤 원료유 1몰과 알코올 3몰을 촉매에 넣고 반응시키면 3몰의 바이오디젤과 부산물로 1몰의 글리세린이 생성된다. 일반적으로 이론 몰비(molar ratio)인 (알코올 몰수)/(오일 몰수) = 3/1 보다 과잉양인 4/1~9/1 정도의 몰비 조건이 사용된다. In the transesterification reaction, a chemical catalyst, a base catalyst (KOH, NaOH, NaOCH3 catalyst) and an alcohol (methanol) having high reaction activity are generally used, and more specifically, biodiesel raw material oil prepared through pretreatment as described above. When 1 mole and 3 moles of alcohol are added to the catalyst and reacted, 1 mole of glycerin is produced as 3 moles of biodiesel and by-products. Generally, a molar ratio condition of about 4/1 to 9/1, which is an excess of theoretical molar ratio (moles of alcohol) / (moles of oil) = 3/1, is used.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수용성 탈검, 산 탈검 및 세정 탈검 과정 없이 고형물 제거, 황산 전처리 및 메탄올 제거만으로 인지질 및 유리지방산이 제거된 바이오디젤 원료유를 생산할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, biodiesel raw material oil from which phospholipids and free fatty acids are removed may be produced only by removing solids, removing sulfuric acid, and removing methanol without water soluble degumming, acid degumming and washing degumming.

특히, 본 발명에 따르면, 황산 전처리를 위한 황산 촉매 및 메탄올의 양을 최적화함으로써 인지질 제거 및 유리지방산 제거를 동시에 수행할 수 있다.
In particular, according to the present invention, phospholipid removal and free fatty acid removal can be performed simultaneously by optimizing the amount of sulfuric acid catalyst and methanol for sulfuric acid pretreatment.

[실시예][Example]

하기에서는 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확히 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
In the following, embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the following examples are only intended to illustrate the present invention more clearly and do not limit the protection scope of the present invention.

열대작물 오일(고무나무 열매 씨앗 착유오일)의 물성 분석Analysis of Physical Properties of Tropical Crop Oil (Rubber Seed Milking Oil)

탈각하지 않은 열대작물의 씨앗을 기계적 압착법으로 착유하여 식물성 원료유를 수득하였다. 열대작물은 학명이 Hevea brasiliensis로 일반적으로 고무나무라 불리는 나무에서 얻어진 열대작물 씨앗을 이용하였다. Seeds of uncropped tropical crops were milked by mechanical pressing to obtain vegetable raw oils. Tropical crops used tropical crop seeds obtained from a tree named scientific name Hevea brasiliensis.

상기한 열대작물을 탈각 또는 비탈각 착유하여 열대작물 오일을 수득하였으며, 열대작물 오일의 물성 분석 결과는 다음의 표 3과 같다.
The tropical crops were subjected to shelling or non-shelling milking to obtain tropical crop oils, and the physical property analysis results of the tropical crop oils are shown in Table 3 below.

Figure pat00004
Figure pat00004

일반적으로 바이오디젤 생산 공정에서 바람직하게 요구되는 산가 기준은 1.0 이하이다. 또한, 인 함량은 10ppm 이하이다. 열대작물 오일의 산가는 비탈각, 탈각 시료에 대해 32.8 내지 40.05의 산가를 가지는 것으로 분석되어 자트로파 오일의 10.64보다 훨씬 높게 나타났다. 유리지방산 함량으로는 16% 내지 20%로 나타났는데 자트로파 오일의 5.3%보다 3-4배가량 높은 수치이다.
Generally, the acid value criterion that is preferably required in the biodiesel production process is 1.0 or less. In addition, the phosphorus content is 10 ppm or less. The acid value of tropical crop oil was analyzed to have an acid value of 32.8 to 40.05 for non-shelled and shelled samples, which was much higher than 10.64 of jatropha oil. Free fatty acid content ranged from 16% to 20%, 3-4 times higher than 5.3% of jatropha oil.

실시예Example 1. 고형물 제거 1. Remove solids

본 실시예에서는 산가가 38.6mgKOH/g, 수분이 0.11%, 인 함량이 46ppm인 탈각된 열대작물 오일(고무나무 오일)을 이용하여 바이오디젤 원료유를 제조한다. In this embodiment, biodiesel raw material oil is prepared using shelled tropical crop oil (rubber oil) having an acid value of 38.6 mgKOH / g, water content of 0.11%, and phosphorus content of 46 ppm.

여기서, 인지질의 함량은 인 함량으로 표기하였다.Here, the content of phospholipids is indicated by the phosphorus content.

열대작물 오일에 포함된 고형물은 화학적 전처리 공정에서의 효율을 저하시키는 문제를 발생시키므로 제거되어야 한다. Solids contained in tropical crop oils must be removed as they cause problems that reduce efficiency in chemical pretreatment processes.

고형물 제거에 있어 오일의 점도를 낮추기 위해 필터 전에 가열하고 필터링을 진행하였다. 고형물 제거 방법은 Crude oil vessel에 오일을 넣고 교반하면서 80℃로 가열하였다. 예열 된 오일을 펌프를 이용하여 Filter(microfiber depth filter, 1μm)를 통과시켜 필터링 공정을 수행한 다음 Filtered oil vessel에 저장하였다.
In solids removal, heating and filtering were performed before the filter to lower the viscosity of the oil. Solids removal method was heated to 80 ℃ while stirring the oil in Crude oil vessel. The preheated oil was passed through a filter (microfiber depth filter, 1μm) using a pump to perform a filtering process and then stored in a filtered oil vessel.

실시예Example 2. 전처리  2. Pretreatment 촉매량Catalytic amount  And 메탄올량Methanol amount 결정 decision

고체산 촉매인 Amberlyst-15, Amberlyst-BD20과 균질계 촉매인 균질계 촉매로는 황산(H2SO4)을 이용하여 에스테르화 실험을 수행하였다.The esterification experiment was carried out using sulfuric acid (H 2 SO 4 ) as a solid acid catalyst Amberlyst-15, Amberlyst-BD20 and a homogeneous catalyst as a homogeneous catalyst.

황산, Amberlyst-15, Amberlyst-BD20 순으로 높은 반응성을 보여 에스테르화 반응을 위해 황산 촉매를 선택하였다. Sulfuric acid catalyst was selected for esterification because of high reactivity in order of sulfuric acid, Amberlyst-15, Amberlyst-BD20.

반응표면분석법(response surface method, RSM)에 근거한 중심합성설계(central composite design, CCD)를 이용하여 도 8과 같은 황산 촉매와 메탄올 양에 대한 실험 매트릭스를 구성하여 전처리 반응실험을 수행하였다. 전처리 공정의 운전조건을 결정하기 위한 변수로는 촉매량, 알코올(메탄올)량, 반응온도, 반응시간, 교반속도의 주요 변수들이 있지만, 문헌에 따르면 전처리 반응에 촉매량과 메탄올량이 가장 민감하게 반응하고 최적점이 존재하는 것으로 보고되고 있다[Korea Institute of Energy Research., “"A process Development of Biodiesel Production from Used Frying Oil Using Chemical Catalyst,”"Resource Recycling R & D Program, 2A-B-3-1, 96-111(2003)]. 또한 전처리 공정의 운전비용 및 효율은 촉매량과 메탄올량에 의해 크게 좌우되는 것으로 나타났다. 따라서 본 발명에서는 촉매와 메탄올 양을 운전 변수로 결정하고, RSM 실험 후 결과 데이터를 이용해 SPSS Software를 이용해 통계분석을 수행하여 열대작물 오일의 전처리 효율에 대한 메탄올과 촉매량의 2차 다항식 형태의 함수를 얻을 수 있었다.
A pretreatment reaction experiment was performed by constructing an experimental matrix for the amount of sulfuric acid catalyst and methanol as shown in FIG. 8 using a central composite design (CCD) based on a response surface method (RSM). The variables for determining the operating conditions of the pretreatment process are the main variables such as the amount of catalyst, alcohol (methanol), reaction temperature, reaction time, and stirring speed. Has been reported to exist [Korea Institute of Energy Research, "A Process Development of Biodiesel Production from Used Frying Oil Using Chemical Catalyst,""Resource Recycling R & D Program, 2A-B-3-1, 96- 111 (2003). In addition, the operating cost and the efficiency of the pretreatment process were found to be largely dependent on the amount of catalyst and the amount of methanol. Therefore, in the present invention, the amount of catalyst and methanol is determined as an operating variable, and statistical analysis is performed using SPSS Software using the result data after the RSM experiment. Could get

[수학식 2][Equation 2]

F = 12.586+4.149x+64.562y-0.058x2-16.698y2-1.190xy F = 12.586 + 4.149x + 64.562y-0.058x2-16.698y2-1.190xy

F(Conversion, %) = 98.12F (Conversion,%) = 98.12

상기한 수학식으로부터 구한 최적 반응 조건은 열대작물 오일에 대하여, 메탄올 26.70%, 촉매 0.982%로 나타났다.The optimum reaction conditions determined from the above equations were 26.70% methanol and 0.982% catalyst for tropical crop oils.

촉매 최적 투입량은 1% 미만의 비교적 적은 양으로도 98% 이상의 높은 전처리 반응 전환율을 얻을 수 있다는 점을 확인하였다.It has been found that the optimum catalyst input can achieve a high pretreatment reaction conversion of at least 98% with a relatively small amount of less than 1%.

실시예Example 3. 황산 전처리 3. Sulfuric acid pretreatment

고형물이 제거된 용액을 Buffer tank에서 펌프를 이용하여 Preesterification reactor로 이송시켰다. 이와 동시에 황산과 메탄올을 Acid-MeOH vessel에서 Preesterification reactor로 이송시킨다. 반응시간에 맞게 오일과 황산-메탄올 용액의 유량을 조절하며 오일에 포함된 유리지방산 및 인지질을 제거, 전환시켰다. Preesterification reactor의 내부 온도는 65℃를 유지하도록 조절하며 120분 동안 반응을 진행하였다. The solids removed solution was transferred to the preesterification reactor using a pump from the buffer tank. At the same time, sulfuric acid and methanol are transferred from the Acid-MeOH vessel to the preesterification reactor. The flow rate of the oil and sulfuric acid-methanol solution was adjusted according to the reaction time, and the free fatty acids and phospholipids contained in the oil were removed and converted. The internal temperature of the preesterification reactor was adjusted to maintain 65 ℃ and the reaction proceeded for 120 minutes.

전처리 반응이 끝난 오일은 체크밸브(2기압)를 통과하여 Esterification vessel에 저장하였다. 60분간 정치하여 오일과 황산-메탄올 상을 분리하였다. 하단의 밸브를 열어 하층의 전처리 오일을 Oil vessel로 이송시키고 Sight glass를 관찰하며 계면이 보이면 밸브를 잠그고, MeOH vessel로 황산-메탄올을 이송시켰다. Oil vessel의 오일은 메탄올 제거를 위해 Evaporation vessel로 이송시켰다.After completion of the pretreatment reaction, the oil was passed through a check valve (2 atm) and stored in the Esterification vessel. The oil and sulfuric acid-methanol phases were separated by standing for 60 minutes. The lower valve was opened to transfer the lower pretreatment oil to the oil vessel, the sight glass was observed, the valve was closed when the interface was visible, and the sulfuric acid-methanol was transferred to the MeOH vessel. The oil in the oil vessel was transferred to the evaporation vessel for methanol removal.

황산 전처리 공정 후, 수율은 98.0%, 지방산메틸에스테르(FAME)의 함량은 22%, 산가는 2.5mgKOH/g, 수분 0.41%, 인 함량은 9ppm이하가 되는 것을 확인할 수 있었다. After the sulfuric acid pretreatment process, the yield was 98.0%, the content of fatty acid methyl ester (FAME) was 22%, the acid value was 2.5mgKOH / g, moisture 0.41%, phosphorus content was confirmed to be less than 9ppm.

상기와 같이, 인 함량이 9ppm이 되는 경우, 인지질의 가장 큰 비중을 차지하는 PA(phospatidic acid) 역시 함량이 줄어들게 되며, 이때 Ca 및 Mg이 5ppm이하가 되는 것을 확인할 수 있었다.
As described above, when the phosphorus content is 9ppm, PA (phospatidic acid), which occupies the largest proportion of phospholipids, is also reduced, and Ca and Mg were confirmed to be 5ppm or less.

실시예Example 4. 메탄올 제거 4. Methanol Removal

Evaporation vessel의 온도를 65~75℃(바람직하게는 70℃)로 가열하고, 진공펌프를 가동하여 30분 동안 감압상태(-50 내지 -75mmHg)에서 메탄올을 제거하였다. 제거된 메탄올을 컨덴서를 통과하여 황산-메탄올 Vessel에 저장하고, 오일을 Product vessel에 저장하였다.The temperature of the evaporation vessel was heated to 65-75 ° C. (preferably 70 ° C.), and a vacuum pump was run to remove methanol at reduced pressure (-50 to -75 mmHg) for 30 minutes. The removed methanol was passed through a condenser and stored in a sulfuric acid-methanol vessel, and the oil was stored in a product vessel.

메탄올 제거 공정에서 수율은 96.3%이고, 산가는 2.6mgKOH/g, 수분은 0.05%, 인 함량은 14ppm으로 확인되었으며, 인 함량이 높아진 것은 메탄올과 수분 제거에 의한 것으로 볼 수 있다. The yield of methanol was 96.3%, the acid value was 2.6mgKOH / g, the water content was 0.05%, and the phosphorus content was 14ppm. The phosphorus content was increased by methanol and water removal.

인지질 제거를 위한 탈검 과정 없이 황산 전처리 공정만으로도 인지질이 9ppm 이하로 줄어드는 것을 확인할 수 있었으며, 열대작물 오일에 대해 94.3%의 수율로 바이오디젤 원료유를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.It was confirmed that phospholipids were reduced to less than 9 ppm by the sulfuric acid pretreatment process without degumming to remove phospholipids, and biodiesel crude oil was obtained with a yield of 94.3% for tropical crop oils.

상기한 바와 같이, 메탄올 제거와 함께 수분 제거 과정이 함께 수행될 수 있으며, 메탄올 및 수분 제거 과정을 위해 층분리 및 감압증발이 수행되거나 또는 세정 과정이 선행된 후에 층분리 및 감압증발이 수행될 수도 있다. As described above, the water removal process may be performed together with the methanol removal, and the layer separation and the reduced pressure evaporation may be performed for the methanol and the water removal process, or the layer separation and the reduced pressure evaporation may be performed after the cleaning process. have.

상기와 같은 공정에 따른 산가, 수율, 수분함량, 인 함량은 다음의 표 4와 같다.Acid value, yield, moisture content, phosphorus content according to the above process is shown in Table 4 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

실시예Example 5. 바이오디젤의 제조 5. Preparation of Biodiesel

촉매로는 JUNSEI사의 95% KOH, 알코올로는 덕산사의 무수메탄올을 사용하였다. 바이오디젤 생산을 위한 전이에스테르화 반응 조건은 반응온도 65℃, 교반속도 200rpm, 반응시간 40min, 메탄올:오일 몰비 6.2:1, 촉매 농도(KOH) 0.8%이며, 오일 100g 기준 투입량으로 메탄올 22.74g, KOH 0.84g(95% assay)이 사용되었다. As a catalyst, 95% KOH of JUNSEI company and anhydrous methanol of Duksan Co., Ltd. were used. The transition esterification reaction conditions for biodiesel production were 65 ° C, agitation speed 200rpm, reaction time 40min, methanol: oil mole ratio 6.2: 1, catalyst concentration (KOH) 0.8%, methanol 22.74g, 100 g oil, 0.84 g (95% assay) of KOH was used.

실험 방법은 전 처리된 바이오디젤 원료유를 정량하여 반응기에 넣고 반응기를 240rpm으로 교반하면서 65℃로 가열한다. 온도에 도달하면 교반 및 가열을 멈추고 반응기의 원료 투입구를 열어 놓는다. 계산된 양의 메탄올에 촉매를 비이커(랩으로 메탄올 증발 방지)에서 마그네틱바를 이용해 녹인 후 반응기에 담는다(층 분리가 되도록 서서히 담는다). The experimental method quantifies the pretreated biodiesel crude oil, puts it in a reactor and heats it to 65 ° C. while stirring the reactor at 240 rpm. When the temperature is reached, stirring and heating are stopped and the raw material inlet of the reactor is left open. In a calculated amount of methanol, dissolve the catalyst in a beaker (prevent methanol evaporation as a wrap) with a magnetic bar and place it in the reactor (slowly to separate the layers).

투입구를 닫고 볼트를 조여 밀봉시킨 다음 교반기(240rpm 설정)를 가동하면서 40분 반응 후 교반과 가열기를 끄고 정지시킨 후 아래로 반응 생성물을 비이커에 담아 분액깔때기로 옮겨 담아 글리세롤과 Methyl Ester 상을 분리한다.(상층: Methyl Ester, 하층: Glycerol). 분리된 에스테르상과 글리세롤상의 무게를 측정하여 수율을 측정하고, 물성 분석을 위해 샘플링한다.After closing the inlet and tightening the bolts to seal, turn on the stirrer (240rpm setting), and after 40 minutes reaction, turn off the stirring and heater, stop, and then put the reaction product down into the separator funnel to separate the glycerol and Methyl Ester phase (Upper layer: Methyl Ester, Lower layer: Glycerol). The yield is determined by weighing the separated ester phase and glycerol phase and sampled for physical property analysis.

분리된 지방산메틸에스테르를 65℃, 감압에서 30분간 메탄올을 제거한다. 세정은 지방산메틸에스테르와 세정수를 모두 55~60℃로 가열하고 200RPM에서 1분간 교반하였다. 세정수는 에스테르상의 부피비로 10%씩 2회 세정하였다. The separated fatty acid methyl ester was removed at 65 ° C. under reduced pressure for 30 minutes. In the washing, both the fatty acid methyl ester and the washing water were heated to 55-60 ° C. and stirred at 200 RPM for 1 minute. Washing water was washed twice by 10% by volume ratio of ester phase.

세정이 끝난 후 감압 상태에서 30분간 바이오디젤에 미량 포함된 메탄올 및 수분을 증발시켰다. 각 공정 전, 후의 질량을 측정하여 수율조사를 수행하였다(표 5).After washing, methanol and water contained in trace amounts in biodiesel were evaporated under reduced pressure for 30 minutes. The yield investigation was performed by measuring the mass before and after each process (Table 5).

Figure pat00006
Figure pat00006

비교예Comparative example 1.  One. 탈검Degum 및 황산 전처리 공정 후 바이오디젤의 제조 Of biodiesel after sulfuric acid pretreatment

수율 비교를 위해, 열대작물 오일을 탈검 및 화학적 전처리 공정을 통해 인지질과 유리지방산을 제거한 바이오디젤 원료유로부터 바이오디젤을 생산하는 경우의 수율을 측정하였다. For yield comparison, the yield of the biodiesel production from the biodiesel crude oil from which phospholipids and free fatty acids were removed was measured by degumming and chemical pretreatment.

탈검 공정에 있어서, 열대작물 오일은 실시예 1에서와 산가, 수분함량 및 인 함량이 동일하며, 고형물 제거 과정은 실시예 1과 동일하게 수행하였다. In the degumming process, the tropical crop oil has the same acid value, water content and phosphorus content as in Example 1, and the solid removal process was performed in the same manner as in Example 1.

수용성 탈검을 위해, 탈검제는 증류수(오일 중량 대비 10% 사용)를 사용하였으며, 탈검 온도 50℃에서 5분 동안 수용성 탈검을 진행하였다. For water soluble degumming, degasser used distilled water (10% by weight of oil), and water soluble degumming was performed at a degumming temperature of 50 ° C. for 5 minutes.

산 탈검을 위해, 탈검제는 인산(오일 중량 대비 0.01%) 및 증류수(2%)를 사용하였으며, 탈검 온도 60℃에서 5분 동안 수용성 탈검을 진행하였다.For acid degumming, phosphoric acid (0.01% by weight of oil) and distilled water (2%) were used, and water degumming was performed for 5 minutes at a degumming temperature of 60 ° C.

세정 탈검(공정)을 위해, 세정제를 증류수(오일 중량 대비 10%)를 사용하였으며, 세정 온도 50℃에서 5분 동안 세정을 진행하였다. For cleaning degumming (process), distilled water (10% by weight of oil) was used as the cleaning agent, and washing was performed at a washing temperature of 50 ° C. for 5 minutes.

수분 제거를 위해, 95℃의 온도에서 감압 상태(-50 내지 -70mmHg)를 30분 동안 유지시켰다. For water removal, the reduced pressure (-50 to -70 mmHg) was maintained for 30 minutes at a temperature of 95 ° C.

상기와 같은 탈검 공정 후, 실시예 3 내지 5와 동일한 조건에서 황산 전처리, 메탄올 제거 및 바이오디젤을 제조하였다. 그리고 각 공정 전, 후의 질량을 측정하여 수율조사를 수행하였다(표 6).
After the degumming process as described above, sulfuric acid pretreatment, methanol removal and biodiesel were prepared under the same conditions as in Examples 3 to 5. And the yield investigation was performed by measuring the mass before and after each process (Table 6).

Figure pat00007
Figure pat00007

수율 측정결과 탈검-전처리를 모두 거치는 경우의 수율은 87.83%로서, 황산 전처리만을 거치는 공정에서의 수율인 98%에 비해 낮은 것으로 나타났으며, 초기 열대작물 오일에서 바이오디젤 생산 후 수분증발 시료까지의 수율이 탈검 및 황산 전처리를 수행한 후 제조한 바이오디젤 시료에서는 61.00%, 황산 전처리만 이루어진 바이오디젤 원료유를 이용한 바이오디젤 시료는 67.11%로 나타났다.As a result of the yield measurement, the yield of both degumming and pretreatment was 87.83%, which is lower than the yield of 98% in the process of sulfuric acid pretreatment only. The yield was 61.00% in the biodiesel sample prepared after degumming and sulfuric acid pretreatment, and 67.11% in the biodiesel sample using biodiesel raw material consisting only of sulfuric acid pretreatment.

상기한 비교를 통해, 본 발명에 따른 방법으로 바이오디젤 원료유를 제조하고 또한 이를 이용하여 바이오디젤을 생산하는 경우, 수율이 크게 향상된다는 점을 확인할 수 있다. Through the above comparison, it can be seen that the production of biodiesel raw material oil by the method according to the present invention and also the production of biodiesel using the same, the yield is greatly improved.

Claims (17)

유지를 함유하는 바이오매스(biomass)를 착유하여 얻어진 오일에서 고형물을 제거하는 단계;
상기 고형물이 제거된 오일을 탈검 과정 없이 산 촉매 및 알코올 존재 하에 에스테르화 반응시켜 상기 오일에 포함된 인지질과 유리지방산을 미리 설정된 함량 이하로 제거하는 단계를 포함하는 바이오디젤 원료유 제조 방법.
Removing solids from the oil obtained by milking a biomass containing fats and oils;
A method of producing biodiesel raw material oil, comprising the step of esterifying the oil from which the solids have been removed without esterification in the presence of an acid catalyst and an alcohol to remove phospholipids and free fatty acids contained in the oil to a predetermined content or less.
제1항에 있어서,
상기 바이오매스는 고무나무에서 수득된 열대작물이며, 인지질 함량이 40ppm 이상인 바이오디젤 원료유 제조 방법.
The method of claim 1,
The biomass is a tropical crop obtained from a rubber tree, the method of producing biodiesel raw oil having a phospholipid content of 40ppm or more.
제2항에 있어서,
상기 에스테르화 반응을 통해 상기 인지질 함량이 10ppm 이하로 제거되는 바이오디젤 원료유 제조 방법.
The method of claim 2,
Biodiesel raw material manufacturing method that the phospholipid content is removed to 10ppm or less through the esterification reaction.
제1항에 있어서,
상기 산 촉매는 황산, 염산 및 질산 중 적어도 하나를 포함하는 균질계 액체 산 촉매이며,
상기 균질계 액체 산 촉매는 상기 오일 중량 대비 0.4 내지 1.0 퍼센트 이하로 반응계 내에 포함되는 바이오디젤 원료유 제조 방법.
The method of claim 1,
The acid catalyst is a homogeneous liquid acid catalyst containing at least one of sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid,
Wherein the homogeneous liquid acid catalyst is contained in the reaction system in an amount of 0.4 to 1.0 percent or less based on the weight of the oil.
제4항에 있어서,
상기 균질계 액체 산 촉매는 상기 오일 중량 대비 0.6 내지 1.0 퍼센트의 양으로 반응계 내에 포함되는 바이오디젤 원료유 제조 방법.
The method of claim 4, wherein
Wherein the homogeneous liquid acid catalyst is contained in the reaction system in an amount of 0.6 to 1.0 percent by weight of the oil.
제1항에 있어서,
상기 알코올은 메탄올이며,
상기 메탄올은 상기 오일 중량 대비 20 내지 30 퍼센트의 양으로 반응계 내에 포함되는 바이오디젤 원료유 제조 방법.
The method of claim 1,
The alcohol is methanol,
The methanol is biodiesel raw material manufacturing method contained in the reaction system in an amount of 20 to 30 percent by weight of the oil.
제6항에 있어서,
상기 메탄올은 상기 오일 중량 대비 25 내지 27 퍼센트의 양으로 반응계 내에 포함되는 바이오디젤 원료유 제조 방법.
The method of claim 6,
The methanol is biodiesel raw material manufacturing method contained in the reaction system in an amount of 25 to 27 percent by weight of the oil.
제1항에 있어서,
상기 산 촉매는 황산이고, 상기 알코올은 메탄올이며,
상기 황산 및 상기 메탄올의 함량은 반응표면분석법을 이용한 최적화 실험 결과 데이터의 통계 분석을 통해 결정되는 바이오디젤 원료유 제조 방법.
The method of claim 1,
The acid catalyst is sulfuric acid, the alcohol is methanol,
The content of the sulfuric acid and the methanol is biodiesel raw material production method is determined through statistical analysis of the results of optimization experiments using the reaction surface analysis method.
제1항에 있어서,
상기 오일은 탈각 착유 또는 비탈각 착유 중 적어도 하나를 통해 얻어지는 바이오디젤 원료유 제조 방법.
The method of claim 1,
The oil is a biodiesel raw oil production method obtained by at least one of shell shell milking or non shell shell milking.
제1항에 있어서,
상기 인지질이 제거된 오일에서 상기 알코올 및 수분을 제거하는 단계를 더 포함하는 바이오디젤 원료유 제조 방법.
The method of claim 1,
Biodiesel raw material manufacturing method further comprises the step of removing the alcohol and water from the phospholipid removed oil.
제10항에 있어서,
상기 알코올 및 수분 제거 단계는,
중력에 의한 층분리 및 원심분리 중 적어도 하나를 통해 상기 인지질이 제거된 오일을 벌크(bulk)상으로서 존재하는 알코올층에 해당하는 상층 및 오일층에 해당하는 하층으로 분리하는 단계; 및
감압증발을 통해 상기 오일층으로부터 알코올 및 수분을 제거하는 단계를 포함하는 바이오디젤 원료유 제조 방법.
The method of claim 10,
The alcohol and water removal step,
Separating the oil from which the phospholipid has been removed into an upper layer corresponding to an alcohol layer existing as a bulk phase and a lower layer corresponding to an oil layer through at least one of gravity separation and centrifugation; And
Biodiesel raw material manufacturing method comprising the step of removing alcohol and water from the oil layer through reduced pressure evaporation.
제10항에 있어서,
상기 알코올 및 수분 제거 단계는,
(a) 상기 알코올을 세정수에 녹이는 단계;
(b) 상기 인지질이 제거된 오일을 중력에 의한 층분리 및 원심분리 중 적어도 하나를 통해 오일층에 해당하는 상층 및 수분층에 해당하는 하층으로 분리하는 단계; 및
(c) 감압증발을 통해 상기 오일층으로부터 알코올 및 수분을 제거하는 단계를 포함하는 바이오디젤 원료유 제조 방법.
The method of claim 10,
The alcohol and water removal step,
(a) dissolving the alcohol in washing water;
(b) separating the oil from which the phospholipid has been removed into an upper layer corresponding to an oil layer and a lower layer corresponding to an aqueous layer through at least one of gravity separation and centrifugation; And
(C) biodiesel raw material manufacturing method comprising the step of removing alcohol and water from the oil layer through reduced pressure evaporation.
제12항에 있어서,
상기 알코올 및 수분이 제거된 상기 오일층에 대해 상기 (a) 내지 (c) 단계가 반복 수행되며, 상기 세정수는 알카리성이 사용되는 바이오디젤 원료유 제조 방법.
The method of claim 12,
Step (a) to (c) is repeatedly performed for the oil layer from which the alcohol and water are removed, wherein the washing water is alkaline is used.
유지를 함유하는 바이오매스(biomass)를 착유하여 얻어진 오일에서 고형물을 제거하는 단계;
상기 고형물이 제거된 오일을 탈검 과정 없이 산 촉매 및 알코올 존재 하에 에스테르화 반응시켜 상기 오일에 포함된 인지질과 유리지방산을 미리 설정된 함량 이하로 제거하는 단계;
상기 인지질이 제거된 오일에서 상기 알코올 및 수분을 제거하는 단계; 및
상기 알코올이 제거된 오일(바이오디젤 원료유)을 알코올과 염기촉매 하에 전이에스테르화 반응하는 단계를 포함하는 바이오디젤 제조 방법.
Removing solids from the oil obtained by milking a biomass containing fats and oils;
Esterifying the oil from which the solids have been removed without esterification in the presence of an acid catalyst and an alcohol to remove phospholipids and free fatty acids contained in the oil below a predetermined content;
Removing the alcohol and water from the oil from which the phospholipid has been removed; And
Bio-diesel manufacturing method comprising the step of transesterification the alcohol-free oil (biodiesel raw material oil) under a base catalyst with alcohol.
제14항에 있어서,
상기 알코올 및 수분 제거 단계는,
중력에 의한 층분리 및 원심분리 중 적어도 하나를 통해 상기 인지질이 제거된 오일을 벌크(bulk)상으로서 존재하는 알코올층에 해당하는 상층 및 오일층에 해당하는 하층으로 분리하는 단계; 및
감압증발을 통해 상기 오일층으로부터 알코올 및 수분을 제거하는 단계를 포함하는 바이오디젤 제조 방법.
The method of claim 14,
The alcohol and water removal step,
Separating the oil from which the phospholipid has been removed into an upper layer corresponding to an alcohol layer existing as a bulk phase and a lower layer corresponding to an oil layer through at least one of gravity separation and centrifugation; And
Biodiesel manufacturing method comprising the step of removing the alcohol and water from the oil layer through reduced pressure evaporation.
제14항에 있어서,
상기 알코올 및 수분 제거 단계는,
(a) 상기 알코올을 세정수에 녹이는 단계;
(b) 상기 인지질이 제거된 오일을 중력에 의한 층분리 및 원심분리 중 적어도 하나를 통해 오일층에 해당하는 상층 및 수분층에 해당하는 하층으로 분리하는 단계; 및
(c) 감압증발을 통해 상기 오일층으로부터 알코올 및 수분을 제거하는 단계를 포함하는 바이오디젤 제조 방법.
The method of claim 14,
The alcohol and water removal step,
(a) dissolving the alcohol in washing water;
(b) separating the oil from which the phospholipid has been removed into an upper layer corresponding to an oil layer and a lower layer corresponding to an aqueous layer through at least one of gravity separation and centrifugation; And
(C) biodiesel manufacturing method comprising the step of removing alcohol and water from the oil layer through reduced pressure evaporation.
제16항에 있어서,
상기 알코올 및 수분이 제거된 상기 오일층에 대해 상기 (a) 내지 (c) 단계가 반복 수행되며, 상기 세정수는 알카리성이 사용되는 바이오디젤 제조 방법.
The method of claim 16,
The steps of (a) to (c) are repeated for the oil layer from which the alcohol and water are removed, and the washing water is alkaline.
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