KR20120025682A - 신 재생 에너지 자원의 리사이클링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 식물성 에너지 자원인, 피마자씨, 옥수수 알, 콩, 유채 씨, 면실유, 해바라기 씨, 쟈트로파 크로커스열매, 캐쉬넛, 야자수열매, 수조 류 에서 증류 정련된 화학성분인 식물성 탄소 화합물을 이용 하여 바이오 디젤을 제조 하는 기술이다.

또한 재활용 가능한 원료인 소기름, 돼지기름, 생선기름, 버터, 폐식용유, 튀김폐유, 차동 차 정비공장 폐유 등을 재활용 하여 바이오 디젤을 제조 하는 기술이다.

본 발명에서는 종래의 바이오 연료 제조기술과 문제점을 보완하여, 식물성 에너지 자원을 활용한 바이오 디젤의 제조 방법과 부산물의 재활용 방법을 연구한 것으로써,

본 발명의 제1의 목적은, 식물성 에너지자원인 피마자기름과 각종 채 종류기름 등을 이용 하여 각 생산 공정의 신기술로, 생산비가 저렴한 무공 해 바이오디젤을 생산하는데 있다.

본 발명의 제2의 목적은, 재활용 가능한 원료인 동물유지, 생선기름, 폐유 등을 재활용 하여 경제성이 높은 차세대 재생 에너지 자원으로 산업화 하는데 있다.

본 발명은 식물성 및 동물성 기름을 원료로 하여 만든, 무공해 바이오 디젤의 제조 방법에 관한 것으로써, 보통 메탄올을 이용하여 3가지의 지방산에 글리세 를 이 결합한 트리글리세리드 로부터 글리세롤을 분리한 후,

지방산 에스테르를 만들어 내는 에스테르 교환 방법을 통하여 만든다. 이때 만든 바이오 오일이 바로 지방산 메틸에스테르 이다.

메탄올을 이용하는 에스테르 교환방법에도 알칼리촉매로 이용 하는 방법, 리파아제 지방분해효소를 이용 하는 방법 등 여러 가지가 있다.

현재 알칼리 촉매법이 가장 일반화되어 있는데, 바이오연료의 필요성이 높아지면서 바이오디젤의 개발을 위한 기술도 다양화 되고 있다.

본 발명의 새로운 제조방법 1은 바이오디젤의 생성반응촉진, 원료의 다양화와 원적외선 세라믹 볼 을 이용한 2탑 공비증류원리에 의한 3성분공비 혼합물 증류와 제올라이트 탈수방법(특허 제110-0863158호)을 이용하여,

1) 바이오디젤 분리공정에서 바이오 디젤의 부 생성물인 바이오오일과 글리세린의 분리와 바이오 오일과 중간 반응물(monoglyceride)의 세정분리 반응과정 동안 생성되는 물을 지속적으로 제거해주면서, 과열된(superheated) 메탄올을 이용하여 에스테르화를 지속적으로 수행 하는 방법.

2) 메탄올을 이용한 3가지의 지방산에 글리세롤이 결합한 트리글리세리드로부터 글리세린 수액증발, 글리세린증류, 글리세린 표백 공정에서 물을 지속적으로 제거해 주면서 글리세린을 많이 분리하는 방법을 사용 하였다.

본 발명의 새로운 제조방법 2는 연료개질을 위하여 고주파 자장회전 기술원리인 PB (Power Buster) Refine를 이용하여 보다 용이한 분리공정으로 에너지파워를 높이고, 연소효율을 높여 CO2를 대폭감소 시키는 새로운 특수 장치를 오일 송유 관에 장착하여 바이오디젤을 제조 한다.

식물성 에너지자원, 메틸에스테르, 에탄올, 트리글리세리드, 원적외선활성화, 지방산 에스테르, 글리세리드.

Description

신 재생 에너지 자원의 리사이클링 시스템{Green Oil Energy Recycling System From Oil Seeds }

도 1; 본 발명의 식물성 원료 (Oil Seeds)의 압착공정도

도 2; 본 발명의 바이오 디젤의 생산 공정도

도 3; 본 발명의 탈수 공정도

도 4; 연료개질장치 PB-Refine(고주파자장회전기술)의 원리를 설명한 도면

도 5; 연료개질장치 PB-Refine을 송유관에 설치하는 설치 도면

본 발명은 식물 및 동물성 기름과 폐유를 원료로 하여 만든 무공해 바이오디젤의 제조 방법에 관한 것으로써,

[발명이 속하는 분야의 종래기술]

메탄올을 이용하여 3가지의 지방산에 글리세롤 이 결합한 트리글리세리드로부터 글리세롤을 분리한 후, 지방산 에스테르를 만들어 내는 에스테르 교환 방법을 통하여 바이오디젤 을 만든다.

메탄올을 이용하는 에스테르 교환방법에도 알칼리촉매로 이용 하는 방법과 리파아제 지방분해효소를 이용 하는 방법 등 여러 가지가 있다.

현재알칼리촉매법이 가장 일반화되어 있는데, 바이오연료의 필요성이 높아지면서 바이오디젤의 개발을 위한 기술도 다양화 되고 있다.

바이오디젤의 일반적인 제조방법은 식물성 오일과 메탄올을 반응 시키는 것이며, 반응촉매로는 수산화칼륨이나 수산화나트륨과 같은 강알칼리가 사용 되고 있다.

위의 방법은 연료 생산과정에서 발생하는 폐액은 강알칼리 이므로 염산등과 같은 강산성 물질을 이용하여 중화 처리하는 과정을 거처야 하므로 비용이 높아진다.

또한 바이오디젤공정 에서는 물의 함유로 인한 지방산 생성, 지방산의 촉매독성 화, 균질촉매의 재사용불가, 반응 중 비누화, 바이오디젤 정제공정의 복잡성 등이 문제이다.

본 발명은 출원번호 10-2009-0072572호(2009년8월5일) 발명의 명칭;

신 재생에너지 자원의 리사이클링시스템으로 출원하였으나 2회의 보정 지시를 받고, 2010년9월2일부로 상기 출원 서를 취하 하고 제조기술을 보완 하여 "신 재생 에너지 자원의 리사이클링 시스템" 명칭으로 신규 출원 합니다.

[발명이 속하는 기술 분야 ]

1) 바이오디젤 분리공정에서 바이오 디젤의 부 생성물인 글리세린의 분리와 바이오오일과 중간 반응물(monoglyceride)의 세정분리반응과정 동안 생성되는 물을 제올라이트 탈수방법으로 (특허 제10-0863158호) 지속적으로 제거해 주면서 과열된 (superheated) 메탄올 반응을 이용 하여 에스테르화를 지속적으로 수행토톡 한다.

2) 상기 1)의 분리공정은 메탄올을 이용한 3가지의 지방산에 글리세롤이 결합한 트리글리세리드로부터 글리세린 수액증발, 글리세린증류, 글리세린표백 공정 에서 물을 지속적으로 제거해 주면서 글리세린을 많이 분리하는 방법이다.

본 발명의 새로운 제조방법 2는 액체 연료개질장치 PB-Refine원리(고주파자장 회전기술)를 이용하여 보다 용이한 분리공정 으로 에너지파워를 높이고, 연소 효율을 높여 CO2를 대폭감소 시키는 새로운 특수 장치를 바이오 오일 송유관에 장착하여 바이오 디젤을 제조 하는 기술이다.

본 발명에서는 상기 종래의 문제점을 감안하여, 식물성 오일 재생자원과 동물성 오일 재생자원, 그리고 생활폐유 및 산업용 폐유 등을 재생에너지 자원으로 재활용하는 방법을 연구한 것으로서,

1) 본 발명의 제1의 목적은, 식물성 재생에너지 자원인 옥수수기름, 콩기름, 유채기름, 면실유, 해바라기 씨 기름, 피마자기름, 자트로파 크로카스유, 캐쉬넛기름, 야자수기름, 해조류기름 등을 이용 하여 각 생산 공정의 신기술로, 종전에 비해 생산비가 30％정도 저렴한 무공해 바이오 오일을 생산 하는데 있다.

2) 본 발명의 제2의 목적은 재활용 가능한 동물성 원료인 소기름, 돼지기름, 생선기름, 버터, 폐식용유, 튀김공장 폐유, 식용유공장, 자동차 정비공장 폐유 등을 재생 에너지 자원으로 재활용하여 경제성이 높은, 무공해 차세대 에너지 자원으로 산업화 하는데 있다.

3) 본 발명의 제3의 목적은 위의 제1 및 제2 목적에서 제조된 메틸에스테르 (바이오 오일)에 각종 화학 배합물 원료를 혼합 교반하여,

(1)원적외선공법을 이용한 3성분공비혼물 증류 와 제올라이트 탈수방법(특허 제10-0863158호) 과

(2) 연료개질을 위한 PB- Refine 원리(고주파자장 회전기술)를 이용 하여 보다 용이한 분리공정으로 에너지파워를 높이고, 연소효율을 높여 CO2를 감소시키는 새로운 특수 장치를 바이오 오일 송유관에 장착 하여 바이오디젤을 제조 하는데 있다.

4) 본 발명의 제4의 목적은, 부산물을 활용 하여 고부가가치 무공해 친환경 상품을 생산 한다.

예를 들면, 각종 채종유 씨를 이용한 바이오 오일 생산 공정 에서는 부산물(기름을 짜고 남은 피마자 박)이 발생하는데, 종전에는 모든 부산물(생산찌꺼기, 원료찌꺼기) 을 불태우거나 폐수처리 하였다.

5) 본 발명에서는 생산 공정에서 생기는 부산물을 재활용하여 고부가가치 무공해 상품을 제조 하여 바이오디젤의 생산가를 화석연료인 디젤가보다 저렴하게 생산하는데 있다.

(1) 생산 공정 에서 CO₂ 를 포집하여, 액체 CO₂ 화 하여 드라이아이스를 제조하고,

(2) 생산찌꺼기(각종 채 종류의 박)를 이용하여 고단백질 사료를 생산 하고,

(3) 알코올 생산 시 옥수수배아(눈)을 제거 하여 발효시켜 옥수수기름을 생산하여 바이오 오일 생산비를 절감시켜 경쟁력을 높이는데 목적이 있다.

*다른 채종 류 기름원료의 가격에 비해 1/2정도 저렴하다

이하, 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 구성에 대해 상세히 설명한다.

도1은 식물성 오일원료인 피마자씨, 야자열매, 콩, 캐쉬넛, 자트로파 크로커스 씨, 등 에너지 자원(각종 씨)의 오일원료(각종 씨)를 분쇄, 압착하여 오일 을 얻는 생산 공정 을 설명하고 있다.

우선 오일원료(각종 씨)를 분쇄 하여 압착기#1에서 압착기#5까지의 단계에서 압착시켜, 8단계에서 침전물(슬러지)을 제거하고, 트리글리세리드 (유지)를 얻는 공정을 설명한다.

도2는 압착공정에서 추출한 트리글리세리드(유지)를 활용 하여 바이오 오일(메틸에스테르)을 생산하는 공정을 나타내는 계통도 이다.

1) 식물유의 경우 보통 자유지방산( free fatty acid)인 유지, 스테롤, 물과 기타 불순물을 포함하고 있으며 점도가 높기 때문에 이를 직접적으로는 원료로 사용할 수 없다.

이 같은 문제를 극복하기 위해 식물유는, 도 2; 에서 와 같이

① 전 처리단계 ② 탈산단계 ③ 에스테르 교환단계

④ 글리세린수액/메탄올 처리공정단계 ⑤ 메탄올 회수단계

⑥ 글리세린수액 증발 단계 등, 의 화학적 공정을 거처 바이오 오일을 생산 된다.

도3은 제올라이트 세라믹 탈수공정도를 나타낸 것으로 21은 과열기, 22는 열교환기, 23은 냉각기, 24는 액화 냉각기, 25,26은 흡수기, 27은 분리기 이다.

도4는 PB-Refine(고주파 자장회전기술)의 원리를 이용 하여 액체연료의 에너지파워를 개질하는 PB-Refine 원리를 설명한 도면이다.

도 5는 PB-Refine장치를 송유관에 설치하는 설치 도면이다.

아래에서 본 발명에 사용된 오일원료에 대하여 설명 한다

바이오오일(메틸 에스테르) 제조 원료의 품질 조건

1) 도 1 압착공정 에서 생산된 피마자기름, 옥수수기름, 콩기름, 유채기름, 면실유, 해바라기 씨 기름, 자트로파 크로카스유, 캐쉬넛기름, 야자수기름, 해조류기름 등으로 오일을 제조하며, 각종식물성 원료(채종유)의 품질 조건은 아래 국제품질 조건에 맞도록 정제되어야 한다.

(1) 각종식물성 원료(각종 채종유)의 품질 조건 (증유 전 영국표준)

(2) 에스테르교환공정 이전의 원료(각종채종유)의 품질 요구조건들(미국표준)

(3) 천연 그대로의 글리세린 (증류 전의 매개변수; 영국표준)

( Crude Glycerine (parameters before distillation, British Standard 2621):

(4) 본 발명의 주원료인 피마자(Jatropja. castor)의 장점

① 피마자유 바이오일은 기화점이 낮아 상온 3도까지 액화상태로 유지되므로 추운지방에서 활용성이 좋고, 타 원료에 비해 경제성이 높고 재배조건 이 좋아 주원료로 사용 하였다.

② 열대지방에서 사용되는 팜 오일 은 상온 12도 까지만 액화상태를 유지하므로 추운지방 에서 사용이 불가 하여 정제에 많은 비용이 소요된다.

2) 본 발명은 위의 각종 식물성 원료(각종 채종유)의 품질 조건에 맞는 식물성 및 동물성 기름을 원료로 하여 만든 무공해 바이오오일의 제조방법에 관한 것으로써,

3) 보통 메탄올을 이용하여 3가지의 지방산에 글리세롤 이 결합 한 트리글리세리드 로부터 글리세롤을 분리한 후, 지방산 에스테르를 만들어 내는 에스테르 교 환 방법을 통하여 만든다. 이때 만든 바이오 오일이 바로 지방산 메틸에스테르 이다.

본 발명의 새로운 바이오오일 제조 기술 은

피마자 씨(jatropha catos)를 깨끗이 세척한 후 분쇄압착 하여 트리 글리세리드(유지)를 추출하고, 아래 '가?아' 단계 공정을 통하여 바이오 오일(에스테르)을 제조하는 새로운 기술이다.

가. 전 처리 (Pre-Treatment )공정

식물유지와 동물유지의 경우 알칼리 촉매에 의한 트랜스에스테르화 이전에 자유지방산을 제거하거나 자유지방산을 에스터로 전환 하는 전 처리 공정을 거친다.

나. 정제 (Refining) 공정

이 공정에서는 인지질과 자유지방산이 제거된다.

1) 첫 번째 단계는 탈 검(degum)이며 여기에서는 피마자기름을 물과 혼합하여 고온에서 기계적인 교반을 통해 인지질과 검이 수화되게 한다. 그 후 정치, 여과, 원심분리과정을 통해 이를 제거한다. 이때 수화되지 않는 성분들을 제거하기 위해서는 구연산이나 질산을 첨가하여 수화 시킨다.

2) 두 번째 단계 는 중화공정 또는 탈산공정(deacidification)이다.

중화에서는 알칼리 용액으로는 보통 NaOH를 사용하는데 NaOH는 자유지방산과 반응하여 비누를 형성하게 된다. 형성된 비누는 유지에 녹지 않으므로 수세수를 이용한 수세과정을 통해 쉽게 분리시킨다.

3) 세 번째 단계는 유지 내 색 성분을 제거하는 과정을 통해 잔여 비누 성분이나 금속성분, 황 성분을 제거하고, 냉각수, 증기, 전력, 기계를 이용한 물리적 공정으로 탈산 시킨다.

4) 바이오 오일을 생산하기 위한 식물유지의 품질은 일반적으로 탈검유 이상 은 되어야한다.

다. 자유지방산 에스테르화( Pre-esterification) 공정

1) 에스테르화 또는 알코올 첨가분해(alcoholysis)는 지방이나 유지를 알코올 과 반응시켜 에스터 와 글리세롤을 형성하는 반응을 말한다.

2) 메탄올이 사용될 경우에 온도는 메탄올의 끓는점 근처인 60?70℃이며 이를 메탄올 첨가분해(methaolysis)라 한다.

3) 이 반응은 트리글리세라이드의 높은 점도를 낮추는데 유용한 반응이며, 식물성 유지인 경우에는 93?98％의 전환율이 된다.

4) 트리글리세라이드는 자유지방산에스테르화를 통해 지방산 알킬 에스터와 글리세롤로 바뀌며, 이때 글리세롤은 반응기 아래로 가라앉는다.

5) 반응과정에서 디글리세라이드(diglyceride) 와 모노글리 세라이드(monoglyceride)가 중간체로 생성된다.

6) 자유지방산 에스테르화 반응은 알칼리 촉매(NaOH)를 사용할 경우 더 빠르게 진행된다.

라. 글리세린의 추출공정

1) 상기 '가. 나. 다' 공정에서 추출한 트리 글리세라이드에 알칼리촉매 (NaOH)를 사용하여 이산화탄소가 없는 조건하에서 900℃에서 1?2시간 가열함으로써 이산화탄소의 흡수를 방지하여 메탄올과 글리세린을 제거한다.

마. 위에서 설명한 제조기술은 세계 공통으로 사용 되는 식물성유지를 이용한 바이오 오일 제조기술이며 이 기술 은 바이오디젤 분리공정에서 바이오일과 부생물인 글리세린의 분리와 바이오오일과 중간 반응물(monoglyceride)의 세정 분리 등에 기술적인 문제가 있었다.

바. 본 발명은 상기 '마' 항의 기술적 문제를 보완 하기위하여

1) 위의 '가. 나. 다' 공정에 원적외선공법을 이용한 2탑 공비증류원리 에 의한 3성분공비혼합물증류와 제올라이트 탈수방법(특허 제10-0863158호)을 이용하여, 물을 지속적으로 제거하고

2) 메탄올을 이용하여 3가지의 지방산에 글리세롤이 결합한 트리글리세리드 로부터 글리세린수액증발, 글리세린증류, 글리세린 표백 공정을 통하여 글리세린을 많이 분리 하는 새로운 제조방법을 사용 하였다.

사. 본 발명의 특징은 식물성 오일을 바이오 연료용으로 개질시키기 위하여 연료개질장치 PB-Refine 원리(고주파자장회전기술)를 이용하여, 보다 용이한 분리공정으로 에너지파워를 높이고, 아래 PB-Refine 장치를 오일 제조탱크와 오일저장탱크 의 송유관 앞부분에 장착하여 오일을 송유하면 연료의 개질을 행하여 에너지효율을 개선 시켜 바이오오일(에스테르)을 제조 하는 새로운 기술이다.

연료개질장치 (PB- Refine) 의 원리 공정도

① 연료의 개질 (전자파 자장회전기술) 원리 설명

경유 등 탄화수소 계 연료를 연소 시키면 메탄 계 분자에는 일정한파장의 전자파방사 에너지를 흡수하는 성질이 있다. 이 에너지를 단속적으로 계속하여 부여하면 그것을 흡수한 분자의 진동은 빨라지고, 이것에 의해 산소분자와 의 충돌을 많게 하여 연소반응을 촉진 시켜 화염온도를 높여 주는 연료로 개질 화 시키는 역할을 한다. 이 기술은 종래의 영구자석과는 전혀 다른 방식으로 자력이 아닌 전자파 에너지를 이용한 기술이다.

PB-Refine 장치의 내부구조

PB-Refine 의 특징

각종 부산물을 이용한 친환경상품 생산을 통하여 바이오 디젤 생산비를 30％이상 절감 시키는 부산물을 재활용하는 기술이다.

본 발명의 바이오오일 제조 방법은

다음 「실시 예1」를 통하여 상세히 설명 한다

「실시 예 1」

식물성 에너지자원인 피마자씨를 이용한 바이오오일의 제조방법

가. 신 재생 에너지 원료로서 피마자 씨를 활용하여, 바이오 오일 생산을 위하여, 피마자씨를 깨끗이 세척한 후 분쇄압착 하여, 트리글리세리드(유 지)를 추출 하여 정제탱크(Refining)에 넣고, 고온에서 기계적인 교반을 통해 인지질과 검이 수화되게 하여 원심분리과정을 통하여 트리글리세리드(유지)에서 인지질과 검(Gum), 자유지방산을 제거하는 전 처리 (Pre-Treatment) 단계

나. 상기 '가' 단계 에서 생산된 트리글리세리드(유지)에 알칼리 용액 NaOH를 넣어 중화시키면 자유지방산과 반응하여 비누가 형성되며, 유지 내에 질산을 첨가하여 수화시켜, 색 성분을제거하는 과정을 통해 비누성분, 금속성분, 황 성분을 제거하고 자유지방산에서 산 을 탈산(deacidification)시켜 트리글리세리드(유지)를 얻는 단계

다. 상기 '나' 단계에서 정제된 트리글리세리드(유지)를 증류탑에 넣고 상기증류탑은 두개의 연속된 증류탑으로 구성되어 있되, 각각의 증류탑에 220volt 350watt 세라믹스 형 원적외선 히터와 원적외선을 방사하는 세라믹 볼을 설치하여 유지분자와 메탄올분자, 물분자를 활성화시키고, 메탄올을 사용하여 온도60℃?70 ℃ 에서 2탑 공비증류원리 에 의한 3성분 공비혼합물증류 방법으로 지방이나 유지를 알코올 과 반응시켜 글리세롤을 형성하는 단계

라. 상기 '다' 공정 후, 에스테르 화 는 200℃?250℃ 온도 하에서 수행되고 높은 산출을 위하여 반응과정 동안, 두 번째 증류탑 의 밑바닥에 물을 잘 흡수하는 강한 탈수제인 제올라이트 세라믹 볼을 설치하여, 생성되는 물을 지속적으로 제거해 주면서, 과열된(superheated) 메탄올을 이용하여 에스테르화(esterification) 하는 단계

마. 상기 '나. 다. 라' 공정에서 정제된 트리글리세리드 는 자유지방산 에스테르화를 통해 지방산 알킬 에스 터 와 글리세롤로 바뀌며, 이때 글리세롤은 반응기 아래로 가라앉는다. 반응과정에서 디 글리 세라이드(diglyceride)와 모노 글리 세라이드 (monoglyceride)가 중간체로 생성된 다음 메틸알코올을 혼합하여 반응시켜 에스 터 와 글리세롤을 형성시키고, 알칼리촉매(NaOH)를 사용하여, 900℃에서 1?2시간 가열함으로써 이산화탄소의 흡수를 방지하여 글리세린 을 제거하고, 에스테르화 와 트랜스에스테르화를 통하여, 바이오오일(메틸 에스테르)을 얻는 단계

바. 상기 '마' 공정에서 제조된 바이오 오일(메틸에스테르)을 최종 정제 탱크에 넣은 다음, 오일저장탱크로 송유 하는 송유관 양측에 연료개질장치 PB-Refine을 장치하여 송유하면 PB-Refine을 통과하는 동안, 연료분자는 고주파 자장회전의 원리에 의해 세분화되면서 균질 화 되어 산소분자와 결합이 촉진되고, 연소반응을 높여 연료를 개질 화 시키고, 에너지효율을 대폭적으로 개선시키는 것을 최종단계로 하는 식물성 바이오 오일의 제조 방법.

「실시 예 2」

상기 제조공정에서 제조된 식물성 바이오 오일의 시험성적표 는 아래와 같다

바이오 오일 의 시험

본 발명에 사용된 첨가제 및 조 연제는 아래와 같다.

① 산화분해촉진제(oxidizing agents); 옥수수의 배아에서 뽑아낸 반건성유 인 글리세리드이며, 산화분해를 촉진시키는 조 연제임.

② 연료 첨가제 (상품명 사부라) 는 코코넛 열매를 말린 코프라(copra)로부터 과육을 채취한 쿠루드 (crude)코코넛오일을 에스테르 반응으로 정제 하여 얻어진 디젤용 식물성 바이오 첨가제이며, 바이오오일 과 화석디젤, 재활용유를 정제한 바이오디젤 을 혼합할시 상분해 현상을 막고 완전 연소를 통하여 연료효율을 높여 재 성분을 개질 화 시키는 목적으로 사용되는 첨가제이다.

「실시 예 3」

바이오 디젤 제조 공정

가. 혼합반응탱크에 본 발명의 식물성(피마자 와 채종유) 바이오 오일 40중량％를 넣은 다음, 원유에서 증류 정제 한 디젤 40중량％ 와 옥수수기름 (corn oil) 15중량％를 혼합한 후, 첨가제 (상품명 사부라) 4중량％와 산화분해촉진제 1중량％를 넣어, 혼합연료를 만든 다음,

나. 상기 '가' 에서 혼합한 혼합연료(디젤)를 정제탱크(Refinig)에 넣고, 상기 정제탱크는 두개의 연속된 정제탱크로 구성되어 있되, 각각의 정제탱크에 220volt 350watt 세라믹스 형 원적외선히터와 원적외선을 방사 하는 세라믹 볼(특허 제0555787호)을 설치하여, 외부에서 전원을 공급하면 원적외선장치가 회전 하면서 교반을 가속화 하고, 장치의 내부에 설치된4개의 고성능 자석의 전자파(電磁波) 와 각종세라믹 볼의 작용에 의해 원적외선의 특성인 복사, 심 달력, 공명흡수작용이 일어나 구성분자 의 진동운동을 가속화하여 오일분자와 메탄올분자, 물분자를 활성화 시켜, 혼합 연료의 상 분해현상을 막아, 바이오디젤로 개질 화 시킨 다음,

다. 두 번째 정제탱크 의 밑바닥에 물을 잘 흡수하는 강한 탈수제인 제올라이트 세라믹 볼을 설치하여, 탱크밑바닥에 설치된 탈수장치를 통해 수분을 배출 시킨 다음,

라. 상기 '다' 의 정제탱크에서 디젤저장탱크로 송유 하는 송유관 양쪽에 연료 개질장치 PB-Refine(고주파 자장회전기술)을 설치하여 송유하면 PB-Refine을 통과한 연료분자는 세분화되며 균질 화 되어 산소분자와 결합이 촉진되어, 연소효율을 높여서 에너지효율 을 대폭적으로 개선시키는 것을 최종 단계로 하는 식물성 바이오 디젤의 제조 방법.

본 발명에 사용된 액체연료 개질 장치 (EP- Refine) 성능을 제조회사 인 일본 측에서 시험한 결과는 아래 도표와 같다.

1) 휘발유를 사용한 자동차 연료 소모량 실험 결과

2) 용광로에서의 연료 소모량 실험 결과

* 본 발명에 사용된 PB-Refine 장치는 위 표 에서 보는 바와 같이 각종 연료의 개질 화를 통해 연료효율을 높여 연료를 절약할 뿐 아니라 자동차에 사용 시 연소효과를 높여 CO2를 50％이상 감소시키는 효과가 있는 특수 장치이다.

「실시 예 4」

본 발명에 사용된 원적외선세라믹 볼의 성분은 아래와 같다.

1) 원적외선 활성화 복사체(볼)의 성분 표

2) 상기 원적외선 세라믹 볼은 알루미늄 원통의 내부에 항균세라믹과 보석이나 토르말린 등 의 에너지광석과 4개의 고성능 자석을 넣고, 외부로부터 열에너지를 받아 원적외선의 특성인 복사, 심 달력, 공명흡수작용이 일어나 구성분자의 진동을 가속화 하여 분자를 활성화 시키고, 분자 내에 큰 에너지를 발생 시킬 수 있도록 설계되어 있으며, 상기 원적외선 세라믹 볼 은 각종 공해물질을 흡수하여 탈수장치를 통하여 외부 로 배출 시킨다.

*특허 제0555787호 참조

참조; 특허 제0555787호 (2006.02.21)

「실시 예 5」

재활용 가능한 동물성 원료인 소기름, 돼지기름, 생선기름, 버터, 폐식용유, 튀김공장 폐유, 식용유공장, 자동차정비공장 폐유 등 재생 에너지 자원을 재활용하여 바이오디젤을 제조 한다.

가. 혼합반응탱크에 본 발명의 식물성 바이오 오일 30중량％를 넣은 다음, 재활용유를 증류 정제 한 디젤 30중량％ 와 원유에서 증유 정제한 디젤20중량％ 옥수수기름 15중량％를 혼합한 후, 첨가제4중량％ (상품명 사부라) 와 산화분해촉진제1중량％를 넣어, 혼합연료를 만든다음,

나. 상기 '가' 에서 혼합한 혼합연료(디젤)를 정제탱크(Refinig)에 넣고, 상기 정제탱크는 두개의 연속된 정제탱크로 구성되어 있되, 각각의 정제탱크에 220volt 350watt 세라믹스 형 원적외선히터와 원적외선을 방사하는 세라믹 볼(특허 제0555787호)을 설치하여 외부에서 전원을 공급하면,

원적외선장치가 회전 하면서 교반을 가속화 하고, 장치의 내부에 설치된 4개의 고성능 자석의 전자파(電磁波) 와 각종세라믹 볼의 작용에 의해 원적외선의 특성인 복사, 심 달력, 공명흡수작용이 일어나 구성분자 의 진동운동을 가속화하여, 오일분자와 메탄올분자, 물분자를 활성화 시켜, 혼합 연료의 상 분해현상을 막아, 바이오디젤로 개질 화 시킨 다음,

다. 두 번째 정제탱크 의 밑바닥에 물을 잘 흡수하는 강한 탈수제인 제올라이트 세라믹 볼을 설치하여, 탱크밑바닥 에 설치된 탈수장치를 통해 수분 배출 시킨 다음,

라. 상기 '다' 의 정제탱크에서 디젤저장탱크로 송유 하는 송유관 양쪽에 연료 개질장치 PB-Refine(고주파 자장회전기술)을 설치하여 송유하면 PB-Refine을 통과한 연료분자는 세분화되며 균질 화 되어 산소분자와 결합이 촉진되어, 연소효율을 높여서 에너지효율 (약30％)을 개선시키는 것을 최종 단계로 하는 재생에너지 자원을 재활용하여 바이오디젤을 제조 하는 방법

「실시 예 6」

생산 찌꺼기 ( 피마자박)로 고단백질 사료를 제조 하는 방법

'실시 예 1'의 메틸 에스테르 제조방법에서 부산물로 생긴 생산찌꺼기 (피마자박)를 건조시켜 100?200메시로 분쇄하고, 분쇄한 피마자박 가루 40중량％, 볏짚, 밀짚, 옥수수줄기를 100?200메시 정도로 분쇄하여 살균 처리한 가루 30중량％, 옥수수전분20중량％, 200메시의 맥반석분말 2중량％, 올리고당수용액 8중량％를 잘 혼합하여 단백질 가축용 사료를 제조 하는 방법.

* 상기 공정에서 제조된 가축용 단백질 사료의 성분;

단백질함유량 5?30％, 수분함량 7?12％, 조 지방 함량 7?10％, 탄수화합물함량 41?50.5％를 포함하고 있는 고단백질 동물 사료이며, 현재 수출가격은 톤당 USD200?300불 정도에서 거래 되는 고부가가치 농산물에 속한다.

* 예를 들어; 바이오 오일 20,000톤 생산 시 생산 찌꺼기는 약12,000톤 정도이며 기타 혼합물함량 60중량％를 합하면 20,000톤의 고단백질가축용 사료를 생산 할 수 있다. (예상수익금; usd 약400? 600만 불)

「실시 예 7」

생산 공정에서 CO2를 회수하여 드라이아이스를 제조하는 방법.

'실시 예 1'의 메틸 에스테르 제조공정에서 발생하는 CO2를 회수하여 드라이아이스를 제조하는 방법.

예를 들면, 상기 재조공정에서 배출되는 CO₂ 를 포집하여, 압축한 후 활성탄흡착과 분자체(Molacular seaves)건조 등의 정제를 거처 드라이아이스를 제조한다.

* 바이오일 20,000톤 생산할 경우, CO2를 회수하여 드라이아이스를 생산 할 수 있는 량은 2,000톤 이며 드라이아이스 톤당 가격을 USD-170불로 할 경우 수익금은 약 34만 불 이 예상 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 각종 식물성 및 동물성지방과 각종 폐유를 기존의 화석연료인 디젤의 대체연료 자원으로 활용함으로써, 친환경적이 며 원적외선 공법과 PB-Refine원리를 적용하여 각종 분자를 활성화시켜, 바이오 디젤을 에너지 파워를 높여, 원유를 증류하여 얻은 기존의 디젤보다 품질이나 성능이 우수하면서 공해물질의 배출을 최소화할 수 있고, 부산물을 재활용 하여 여러 가지 고부가가치 상품 생산이 가능하며, 각 생산 공정의 신기술로, 생산비가 저렴한 무공해 바이오디젤을 생산하여 수익을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 신 재생 에너지자원을 우리의 생활주변에서 확보하여 재활용 할 수 있어, 무공해환경산업 발전에 기여할 수 있어, 관련 분야에서 이용 및 응용이 기대된다 하겠다.

Claims (5)

1. 가. 신 재생 에너지 원료로서 피마자 씨를 활용하여, 바이오 오일 생산을 위하여, 피마자씨를 깨끗이 세척한 후 분쇄압착 하여, 트리글리세리드(유지)를 추출 하여 정제탱크(Refining)에 넣고, 고온에서 기계적인 교반을 통해 인지질과 검이 수화되게 하여 원심분리과정을 통하여 트리글리세리드(유지)에서 인지질과 검(Gum), 자유지방산을 제거 하는 전 처리 (Pre-Treatment) 단계

   나. 상기 '가' 단계 에서 생산된 트리글리세리드(유지)에 알칼리 용액 NaOH를 넣어 중화시키면 자유지방산과 반응하여 비누가 형성되며, 유지 내에 질산을 첨가하여 수화시켜, 색 성분을제거하는 과정을 통해 비누성분, 금속성분, 황 성분을 제거하고 자유지방산에서 산 을 탈산(deacidification) 시켜 트리글리세리드(유지)를 얻는 단계

   다. 상기 '나' 단계에서 정제된 트리글리세리드(유지)를 증류탑에 넣고 상기증류탑은 두개의 연속된 증류탑으로 구성되어 있되, 각각의 증류탑에 220volt 350watt 세라믹스 형 원적외선 히터와 원적외선을 방사하는 세라믹 볼을 설치하여 유지분자와 메탄올분자, 물분자를 활성화시키고, 메탄올을 사용하여 온도60℃?70℃ 에서 2탑 공비증류원리 에 의한 3성분 공비혼합물 증류 방법으로 지방이나 유지를 알코올 과 반응시켜 글리세롤을 형성하는 단계

   라. 상기 '다' 공정 후, 에스테르 화 는 200℃?250℃ 온도 하에서 수행되고 높은 산출을 위하여 반응과정 동안, 두 번째 증류탑 의 밑바닥에 물을 잘 흡수하는 강한 탈수제인 제올라이트 세라믹 볼을 설치하여, 생성되는 물을 지속적으로 제거해 주면서, 과열된(superheated) 메탄올을 이용하여 자유지방산 에스테르화(Pre-esterification) 하는 단계

   마. 상기 '나. 다. 라' 공정에서 정제된 트리글리세리드 는 에스테르화를 통해 지방산 알킬 에스 터 와 글리세롤로 바뀌며, 이때 글리세롤은 반응기 아래로 가라앉는다. 반응과정에서 디 글리 세라이드(diglyceride)와 모노 글리 세라이드(monoglyceride)가 중간체로 생성된 다음 메틸알코올을 혼합하여 반응시켜 에스 터 와 글리세롤을 형성시키고, 알칼리촉매(NaOH)를 사용하여, 900℃에서 1?2시간 가열함으로써 이산화탄소의 흡수를 방지하여 글리세린 을 제거하고, 자유지방산 에스테르화를 통하여, 바이오오일(메틸 에스테르)을 얻는 단계

   바. 상기 '마' 공정에서 제조된 바이오 오일(메틸에스테르)을 최종 정제 탱크에 넣은 다음, 오일저장탱크로 송유 하는 송유관 양측에 연료개질장치 PB-Refine을 장치하여 송유하면 PB-Refine을 통과하는 동안, 연료분자는 고주파 자장회전의 원리에 의해 세분화되면서 균질 화 되어 산소분자와 결합이 촉진되고, 연소반응을 높여 연료를 개질 화 시키고, 에너지효율을 개선시키는 것을 최종단계로 하는 식물성 바이오 오일의 제조 방법.
2. 가. 제1항에서 생산한 식물성바이오 오일 40중량 ％ 혼합반응탱크에 넣은 다음, 원유에서 증류정제 한 디젤 40중량％와 옥수수기름 15중량％를 혼합한 후, 첨가제 (상품명 사부라) 4중량％와 산화분해촉진제 1중량％를 넣어 혼합연료 (디젤) 를 만든 다음,

   나. 상기 '가' 단계 에서 혼합한 혼합연료(디젤)를 정제탱크(Refinig)에 넣고, 제1항의 '다' 항 과 '바'항 의 제조공정 과 동일한 공정을 적용하여 에너지 효율을 높이는 것을 최종단계로 하는 식물성 바이오디젤의 제조 방법
3. 제1항에 있어서

   가. 신 재생 에너지 원료로서 동물성유지 및 각종 재활용 폐유를 활용하여, 바이오 디젤 생산을 위하여, 동물성유지 또는 폐유를 혼합반응탱크에 넣은 다음, 오일필터를 이용하여 불순물과 이물질 을 제거하고, 산을 첨가하여 잡균을 멸균시켜 깨끗한 오일을 만든 후, 정제탱크(Refining)에 넣고 제1항의 '나?라' 단계와 같은 정제공정을 거처 재생 디젤을 제조하는 단계

   나. 상기 '가' 에서 제조된 재생 디젤 30중량％를 혼합반응탱크에 넣은 다음, 식물성 바이오디젤 40중량％와 원유에서 정제한 디젤25중량％와 첨가제 (상품명 사부라) 4중량％와 산화분해촉진제 1중량％를 넣어 혼합교반 하여 만든 혼합디젤을 정제탱크 (Refinig)에 넣고, 제1 항의 '다' 항 과 '바'항 의 제조공정 과 동일한 공정을 적용 하여 .에너지 효율을 높이는 것을 최종단계로 하는 재생바이오 디젤을 제조 하는 방법
4. 제1항에 있어서,

   신 재생 에너지 원료로서

   유채기름, 옥수수기름, 콩기름, 캐쉬넛 기름, 쟈트로파 유를 상기 피마자씨유와 함께 이용하는 것을 특징으로 하는 식물성 바이오 오일의 제조방법.
5. 제1항의 바이오 오일 제조방법에서 부산물로 생긴 생산찌꺼기(피마자박)를 건조시켜 100?200메시로 분쇄한 피마자박가루 40중량％, 볏짚, 밀짚, 옥수수줄기를 100?200메시 정도로 분쇄하여 살균 처리한 가루 30중량％, 옥수수전분 20중량％, 200메시의 맥반석분말 2중량％, 올리고당 수용액 8중량％를 잘 혼합하여 단백질 가축용 사료를 제조 하는 방법.

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