KR20200020370A

KR20200020370A - 바이오오일 제조장치

Info

Publication number: KR20200020370A
Application number: KR1020180096010A
Authority: KR
Inventors: 이병호; 황리호; 박상훈; 최문규; 곽민호; 현성윤; 임광묵; 임경완
Original assignee: 주식회사 비츠로넥스텍
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2020-02-26

Abstract

본 발명은 고산가의 폐 유지를 메탄올과 효소촉매의 혼합 효율을 높여 생산성을 높일 수 있는 바이오오일 제조장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 바이오오일 제조장치는, 원료, 효소촉매 및 반응물질을 공급하는 공급설비부; 상부가 개방 형성되고, 공급설비부로부터 공급된 원료와 반응물질 및 효소촉매를 혼합하는 제1 반응설비부; 상기 제1 반응설비부를 내장하도록 밀폐 형성되고, 상기 제1 반응설비부의 상부 개방 부분으로 오버플로우되는 유체를 수용하여 혼합하는 제2 반응설비부; 상기 제2 반응설비부에 수용된 유체를 상기 제1 반응설비부로 공급하여 순환시키는 순환설비부; 및 상기 제2 반응설비부에서 반응이 완료되어 층분리된 바이오오일과 글리세롤을 배출하는 분리회수부;를 포함하여 구성된다.

Description

바이오오일 제조장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING BIO-OIL}

본 발명은 바이오오일 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 고산가의 폐 유지를 메탄올과 효소촉매의 혼합 효율을 높여 생산성을 높일 수 있는 바이오오일 제조장치에 관한 것이다.

폐식용유, 팜유, 콩기름 등과 같은 저 산가의 고급 폐유지 원료에 황산이나 가성소다와 같은 알칼리성 또는 산성물질의 화학 촉매물질과 메탄올을 함께 혼합시켜 교반하여 제조하며, 대략 30분 내지 1시간 이내에 메탄올과 고급 폐유지가 반응하여 바오이오일과 글리세린으로 분리되고, 상등된 바오이오일을 회수하여 별도로 저장함에 따라 바이오오일을 제조하게 된다.

한편, 음식물 쓰레기에서 발생되는 음폐유, 탕기름, 팜 슬러지오일 등과 같은 고 산가의 저급 폐유지를 원료로 사용하여 바오이오일을 제조하는 방법도 있는데, 이와 같은 저급 폐유지를 원료로 사용한 제조방법은 가격이 저렴한 고 산가의 저급 폐유지 원료를 사용하여 바오이오일을 제조할수 있다는 장점이 있다.

하지만, 상술한 고 산가의 저급 폐유지는 산가가 높아 폐유지에 메탄올과 화학적 촉매인 가성소다를 혼합하여 반응시키면 폐유지에 포함된 지방산이 바이오오일과 글리세롤로 생성되지 않고 비누화 현상이 일어나기 때문에 화학촉매를 이용한 방법으로 바이오오일을 생산하기 어려운 문제가 있다.

이처럼 화학촉매를 이용한 방법으로는 처리하기 어려운 고 산가의 폐유지는 효소촉매를 이용한 방법을 사용하고 있으며, 구체적으로, 고 산가의 폐유지를 메탄올과 혼합하여 효소촉매에 접촉시킴에 따라 효소의 작용으로 인해 바이오오일과 글리세롤로 분리되도록 하고, 상등된 바오이오일을 회수하여 별도로 저장함에 따라 바이오오일을 제조하게 된다.

상술한 바와 같은 효소촉매를 이용한 방법은 가격이 저렴한 폐기물 수준의 고 산가의 폐 유지를 원료로 사용하여 바이오 디젤을 생산할 수 있다는 경제적인 장점이 있지만, 고 산가의 폐 유지와 메탄올이 효소촉매에 의해 반응하여 바오이오일과 글리세린으로 분리되는 반응 시간이 대략 6 내지 10시간이 소요되어 저 산가의 고급 폐유지 원료를 사용하는 경우보다 훨씬 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.

화학촉매를 이용한 바이오오일 제조 시 반응시간은 30분 내지 1시간으로 짧지만, 효소촉매를 이용한 바이오오닐 제조 시 반응시간은 대략 6 시간 내지 10 시간이 소요되며, 이처럼 동일 반응기에서 동일한 교반기로 동일 속도로 교반하면서 반응을 시켜도 반응시간이 차이가 발생하는 이유는 화학촉매는 촉매물질이 폐 유지와 메탄올의 사이로 침투확산이 빠르게 이루어지면서 화학반응을 일으켜 반응을 완성시키지만, 효소촉매는 촉매가 폐 유지와 메탄올에 직접 접촉하여야만 반응이 일어나게 때문이다.

구체적으로, 촉매를 이용하여 바오이오일을 생산한다는 것은 폐 유지와 메탄올을 촉매가 접촉 반응시켜 바오이오일과 글리세롤을 생성하는 하는 것으로, 효소촉매의 반응효율을 살펴보면 폐 유지의 주성분인 지방산은 초기 4시간에 대략 80% 이상이 바오이오일과 글리세롤로 생성되지만, 그 후 나머지 20%가 완전히 바오이오일과 글리세롤로 생성되는데 대략 4시간 이상이 소요되어 많은 시간이 걸리게 되는 것이다.

한편, 기존에 사용되고 있는 대부분의 반응기는 단일 반응기로 반응기에 폐 유지와 효소촉매를 넣고 교반기로 교반하면서 반응시간에 따라 적정량의 메탄올을 연속적으로 투입하면서 반응을 시키는데, 교반기의 회전속도를 빨리하면 혼합력이 커져서 반응시간이 단축되지만 교반기의 회전 속도는 교반기 날개의 유체 저항성과 샤프트가 길면 좌우 흔들림 등의 기계적 요인으로 무한정 회전속도를 높일 수가 없기 때문에 반응시간을 줄이기에는 한계가 있다.

따라서, 가격이 싼 고 산가의 저급 폐유지를 원료로 사용한 바오이오일의 제조방법을 적용함에 있어서, 바오이오일과 글리세린으로 분리되는 반응 시간을 단축하기 위한 원료물질과 메탄올과 효소촉매의 접촉효율을 극대화하는 공정개발이 중요하게 부상하고 있다.

한국등록특허 제10-1716219호(2017년03월08일)

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 효소촉매를 사용하여 고 산가의 폐유지를 원료로 바이오디젤을 생산할 때 원료물질들을 단일 장치 내에서 다수의 서로 다른 혼합방식으로 반복하여 혼합시킴에 따라 전체적인 반응시간을 단축하여 생산성을 높일 수 있는 바이오오일 제조장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 단일 장치 내에서 충분히 혼합 및 반응된 혼합물질을 순환펌프를 이용하여 지속적으로 순환시킴에 따라 다수의 서로 다른 혼합방식을 반복하여 적용함에 따라 반응시간을 더 단축시킬 수 있는 바이오오일 제조장치를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바이오오일 제조장치는, 원료, 효소촉매 및 반응물질을 공급하는 공급설비부; 상부가 개방 형성되고, 공급설비부로부터 공급된 원료와 반응물질 및 효소촉매를 혼합하는 제1 반응설비부; 상기 제1 반응설비부를 내장하도록 밀폐 형성되고, 상기 제1 반응설비부의 상부 개방 부분으로 오버플로우되는 유체를 수용하여 혼합하는 제2 반응설비부; 상기 제2 반응설비부에 수용된 유체를 상기 제1 반응설비부로 공급하여 순환시키는 순환설비부; 및 상기 제2 반응설비부에서 반응이 완료되어 층분리된 바이오오일과 글리세롤을 배출하는 분리회수부;를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 공급설비부는, 상기 원료와 효소촉매를 혼합하여 상기 제1 반응설비부로 공급하는 혼합공급부; 및 상기 반응물질을 제1 반응설비부로 공급하는 반응물질공급부;를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 혼합공급부는, 상기 원료와 효소촉매를 뒤섞는 터빈펌프; 및 상기 터빈펌프에 의해 뒤섞인 상기 원료와 효소촉매를 미세혼합시키는 라인믹서;를 포함하여 구성되고, 상기 반응물질공급부는, 상기 반응물질을 정량적으로 공급하는 정량펌프;를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 반응설비부는, 상기 공급설비부로부터 공급된 원료와 반응물질 및 효소촉매를 수용하고, 상부가 개방된 제1 반응기; 상기 라인믹서의 후단에 연결되어 상기 제1 반응기의 저면 중앙부분에 위치하고, 원통형으로 형성되며, 측면에 접선방향 및 상측방향을 향하도록 형성된 분사슬롯이 구비되며, 상기 라인믹서를 통과한 상기 원료와 효소촉매의 미세혼합액을 상기 분사슬롯으로 분사하여 상방향 나선형 와류 흐름를 형성하는 원심혼합기; 상기 정량펌프의 후단에 연결되어 상기 제1 반응기의 저면부분에 위치하고, 상기 정량펌프를 통과한 상기 반응물질을 상방향으로 분사하는 복수의 반응물질 분사노즐;을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 제2 반응설비부는, 상기 제1 반응부의 외부를 감싸도록 밀폐형성되어 상기 제1 반응설비부의 외부로 오버플로우되는 유체를 수용하는 제2 반응기; 상기 제2 반응기의 내부 저면 주변부를 따라 배치된 원형파이프; 및 상기 원형파이프에서 내측 상방향으로 분기되어 상기 제2 반응기에 수용된 유체를 혼합시키는 복수의 수류노즐;을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 분리회수부는, 상기 제2 반응설비부에서 반응이 완료되어 층분리된 바이오오일과 글리세롤을 흡입하여 배출시키는 배출펌프; 상기 배출펌프의 후단에 배출용 유입포트가 연결되고, 상기 배출용 유입포트로 유입된 유체를 일측 배출포트 또는 타측 배출포트로 택일적으로 배출하도록 구성된 회수용 삼방밸브; 상기 회수용 삼방밸브의 일측 배출포트에 연결된 바이오오일 저장탱크; 상기 회수용 삼방밸브의 타측 배출포트에 연결된 글리세롤 저장탱크;를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 순환설비부는, 상기 배출펌프와 상기 회수용 삼방밸브의 사이에 구비되되, 상기 배출펌프에서 배출된 유체가 유입되는 순환용 유입포트가 구비되고, 상기 순환용 유입포트로 유입된 유체를 순환포트 또는 상기 회수용 삼방밸브의 배출용 유입포트로 택일적으로 배출하도록 구성된 순환용 삼방밸브; 상기 순환포트에 연결되어 유체를 상기 제1 반응설비부로 순환시키는 순환라인;을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 제2 반응설비부는, 상기 제1 반응부의 외부를 감싸도록 밀폐형성되어 상기 제1 반응설비부의 외부로 오버플로우되는 유체를 수용하는 제2 반응기; 상기 제2 반응기의 내부 저면 주변부를 따라 배치된 원형파이프; 및 상기 원형파이프에서 내측 상방향으로 분기되어 상기 제2 반응기에 수용된 유체를 혼합시키는 복수의 수류노즐;을 포함하여 구성되고, 상기 순환설비부는, 상기 순환포트와 상기 제1 반응설비부의 사이에 구비되되, 상기 순환포트에서 배출된 유체가 유입되는 수류용 유입포트가 구비되고, 상기 수류용 유입포트에서 유입된 유체를 상기 상기 제1 반응설비부 또는 상기 원형파이프로 택일적으로 공급하도록 구성된 수류용 삼방밸브;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 분리회수부는, 상기 순환용 삼방밸브와 상기 회수용 삼방밸브의 사이와 상기 제1 반응설비부를 연결하는 잔여물 배출라인; 및 상기 잔여물 배출라인 상에 구비된 전여물 배출밸브;를 포함하여 구성되며, 상기 잔여물 배출라인을 통해 상기 제1 반응설비부에서 반응이 완료되어 층분리된 바이오오일과 글리세롤을 상기 바이오오일 저장탱크와 글리세롤 저장탱크로 저장할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 효소촉매를 사용하여 고 산가의 폐유지를 원료로 바이오디젤을 생산할 때 원료물질들을 단일 장치 내에서 다수의 서로 다른 혼합방식으로 반복하여 혼합시킴에 따라 전체적인 반응시간을 단축하여 생산성을 높일 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 단일 장치 내에서 충분히 혼합 및 반응된 혼합물질을 순환펌프를 이용하여 지속적으로 순환시킴에 따라 다수의 서로 다른 혼합방식을 반복하여 적용함에 따라 반응시간을 더 단축시킬 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오오일 제조장치의 개략적인 구성을 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 원심혼합기를 도시한 도면이다.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 일실시예에 따른 바오이오일 제조장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공급설비부(100), 제1 반응설비부(200), 제2 반응설비부(300), 순환설비부, 분리회수부를 포함하여 구성된다.

상기 공급설비부(100)는 원료, 효소촉매 및 반응물질을 공급하는 부분이다.

상기 제1 반응설비부(200)는 상부가 개방 형성되고, 공급설비부(100)로부터 공급된 원료와 반응물질 및 효소촉매를 혼합하는 부분이다.

상기 제2 반응설비부(300)는 상기 제1 반응설비부(200)를 내장하도록 밀폐 형성되고, 상기 제1 반응설비부(200)의 상부 개방 부분으로 오버플로우되는 유체를 수용하여 혼합하는 부분이다.

상기 순환설비부는 상기 제2 반응설비부(300)에 수용된 유체를 상기 제1 반응설비부(200)로 공급하여 순환시키는 부분이다.

상기 분리회수부는 상기 제2 반응설비부(300)에서 반응이 완료되어 층분리된 바이오오일과 글리세롤을 배출하는 부분이다.

이하에서, 상기 공급설비부(100), 제1 반응설비부(200), 제2 반응설비부(300), 순환설비부, 분리회수부의 구성에 대해 상세하게 설명하도록 한다.

먼저, 상기 공급설비부(100)에 대하여 설명하도록 한다.

상기 공급설비부(100)는 원료, 효소촉매 및 반응물질을 공급하는 부분으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공급설비부(100)는 혼합공급부(110)와 반응물질공급부(120)를 포함하여 구성된다.

상기 혼합공급부(110)는 원료인 고 산가의 저급 폐유지와 효소촉매를 혼합하여 상기 제1 반응설비부(200)의 제1 반응기(210)로 공급하는 부분이고, 상기 반응물질공급부(120)는 반응물질인 메탄올을 상기 제1 반응설비부(200)의 제1 반응기(210)로 공급하는 부분이다.

상기 혼합공급부(110)는 고 산가의 저급 폐유지가 저장된 폐유지탱크(T2), 효소촉매가 저장된 효소촉매저장탱크(T1), 원료인 저급 폐유지와 효소촉매를 1차적으로 뒤섞는 터빈펌프(111), 상기 터빈펌프(111)에 의해 뒤섞인 상기 원료와 효소촉매를 2차적으로 미세하게 혼합시키는 라인믹서(112)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 혼합공급부(110)의 터빈펌프(111)는 폐유지탱크(T2)로부터 원료인 저급 폐유지를 공급받음과 동시에 효소촉매저장탱크(T1)로부터 효소촉매를 공급받아 저급 폐유지 중에 효소촉매가 뒤섞여 1차적으로 혼합이 이루어지도록 2가지 종류의 유체를 뒤섞어 혼합하는 펌프이다.

또한, 상기 라인믹서(112, 또는 리본믹서)는 내부에 리본(ribbon)이 구비되어 있어서 상기 터빈펌프(111)에 의해 1차적으로 혼합된 저급 폐유지와 효소촉매가 상기 리본을 통과하면서 미세하게 혼합되어 우유빛을 내는 정도로 2차적으로 더욱 고르게 혼합시키는 믹서이다.

상술한 바와 같이, 터빈펌프(111)에 의해 저급 폐유지 중 효소촉매가 뒤섞여 있도록 한 상태에서 라인믹서(112)를 통과시킴 따라 저급 폐유지와 효소촉매가 미세하고 효과적으로 혼합될 수 있게 된다.

한편, 상기 반응물질공급부(120)는 반응물질인 메탄올을 제1 반응설비부(200)로 정량적으로 공급하는 부분으로서, 메탄올저장탱크(T3), 메탄올저장탱크(T3)에 저장된 메탄올을 공급받아 제1 반응설비부(200)로 정량 공급하는 정량펌프(121)를 포함하여 구성된다.

상술한 바와 같이 구성된 공급설비부(100)의 구성에 따르면, 폐유지와 효소촉매가 미세하게 혼합된 혼합물, 별도 공급되는 메탄올이 각각 제1 반응설비부(200)로 공급될 수 있게 되며, 폐유지와 효소촉매가 미세혼합된 상태로 제1 반응설비부(200)로 공급되므로 제1 반응설비부(200) 내에서 혼합효율이 증가될 수 있게 된다.

다음으로, 상기 제1 반응설비부(200)에 대하여 설명하도록 한다.

상기 제1 반응설비부(200)는 상부가 개방 형성되고, 공급설비부(100)로부터 공급된 폐유지, 효소촉매의 혼합물 및 메탄올을 서로 혼합하는 부분이다.

상기 제1 반응설비부(200)는 제1 반응기(210), 원심혼합기(220), 복수의 반응물질 분사노즐(230)을 포함하여 구성된다.

상기 제1 반응기(210)는 상부가 개방되도록 형성된 원통형의 반응기로서, 상기 공급설비부(100)로부터 공급된 폐유지, 효소촉매의 혼합물 및 메탄올을 수용하여 반응시키기 위한 반응기이다.

구체적으로, 상기 혼합공급부(110)에 의해 미세혼합이 완료된 폐유지와 효소촉매가 상기 제1 반응기(210)의 상면에 형성된 제1홀(310h1)을 지나는 배관을 통해 상기 제1 반응기(210)의 내부 저면 부분으로 공급되고, 또한, 상기 반응물질공급부(120)에 의해 정량적으로 공급되는 메탄올이 상기 제1 반응기(210)의 상면에 형성된 제2홀(310h2)을 지나는 배관을 통해 상기 제1 반응기(210)의 내부 저면 부분으로 공급된다.

한편, 상기 혼합공급부(110)에 의한 폐유지와 효소촉매의 혼합물 공급, 상기 반응물질공급부(120)에 의한 메탄올의 공급은 동시에 이루어지거나 개별적으로 이루어질 수 있으며, 이하, 전체 공정에 대한 설명 시 상세하게 설명하도록 한다.

상기 원심혼합기(220)는 상기 라인믹서(112)의 후단에 연결되어 상기 제1 반응기(210)의 저면 중앙부분에 위치하고, 상하 방향으로 길게 형성된 원통의 형상으로 형성된다.

상기 원심혼합기(220)의 측면 부분에는 상기 라인믹서(112)를 통과한 상기 폐유지와 효소촉매의 미세 혼합물을 분사하기 위한 분사슬롯(220s)이 형성되며, 상기 원심혼합기(220)로 미세 혼합물이 고압으로 공급되면, 상기 분사슬롯(220s)을 통해 제1 반응기(210)의 내부로 분사가 이루어진다.

상기 분사슬롯(220s)은 상기 원심혼합기(220)의 단면을 기준으로 접선방향 및 상측방향(α°의 기울기 상방향)을 향하도록 형성되며, 이러한 분사슬롯(220s)의 형상에 의해 상기 혼합공급부(110)에 의해 폐유지와 효소촉매의 혼합물이 분사 시 상방향을 향하는 와류, 즉 나선 형태의 소용돌이를 형성할 수 있게 된다.

좀더 구체적으로, 상기 분사슬롯(220s)으로 혼합물이 분사된 후 상기 제1 반응기(210)의 내벽면을 향하여 소용돌이치면서 상승하게 된다.

상기 복수의 반응물질 분사노즐(230)은 상기 반응물질공급부(120)의 정량펌프(121)의 후단에 연결되어 상기 제1 반응기(210)의 저면 측면 부분에 위치하고, 상기 정량펌프(121)를 통과한 메탄올을 상방향으로 분사하도록 상방향으로 형성된다.

상술한 바와 같이 구성된 제1 반응설비부(200)의 구성에 따르면, 폐유지와 효소촉매의 혼합물이 원심혼합기(220)로 공급되어 배출되면서 상방향을 향하는 나선형 소용돌이를 형성됨과 함께 반응물질인 메탄올이 복수의 반응물질 분사노즐(230)로 공급되어 상방으로 배출되면서 상방향 흐름을 형성하게 되며, 상기 원심혼합기(220)와 상기 복수의 반응물질 분사노즐(230)에 의한 복합적인 흐름의 방향을 형성하여 반응이 효과적으로 이루어질 수 있게 된다.

다음으로, 상기 제2 반응설비부(300)에 대하여 설명하도록 한다.

상기 제2 반응설비부(300)는 제2 반응기(310), 원형파이프(320) 및 복수의 수류노즐(330)을 포함하여 구성된다.

상기 제2 반응기(310)는 하부에 콘 형태의 호퍼가 일체로 형성된 원통형 반응기로서, 상기 제1 반응기(210)의 외부를 감싸도록 밀폐형성되며, 제1 반응기(210)에서 오버플로우되는 폐유지와 효소촉매 및 메탄올의 혼합물을 수용하여 혼합하여 반응시키기 위한 반응기이다.

상기 제2 반응기(310)의 내부에는 상기 제1 반응기(210)를 지지하기 위한 프레임(미도시)가 구비될 수 있으며, 상기 제2 반응기(310)의 내부에 구비된 프레임에 의해 상기 제1 반응기(210)가 상기 제2 반응기(310)의 내부 공중으로 구비될 수 있다.

상기 원형파이프(320)는 상기 제2 반응기(310)의 내부 저면 주변부를 따라 배치된 원형의 파이프이고, 상기 복수의 수류노즐(330)은 상기 원형파이프(320)에서 내측 상방향으로 분기되어 상기 원형파이프(320)에 공급되는 유체가 분사되도록 함에 따라 상기 제2 반응기(310)에 수용된 폐유지와 효소촉매 및 메탄올의 혼합물을 더욱 혼합시키게 된다.

한편, 상기 원형파이프(320)에는 후술하게 될 순환설비부에 의해 제2 반응기(310)의 유체가 공급될 수 있으며, 이하, 전체 공정에 대한 설명 시 상세하게 설명하도록 한다.

다음으로, 상기 분리회수부에 대하여 설명하도록 한다.

상기 분리회수부는 상기 제2 반응설비부(300)에서 반응이 완료되어 층분리된 바이오오일과 글리세롤을 배출하는 부분이며, 반응이 완료되면 비중 차에 의하여 폐유지에 포함된 미 반응물질과 글리세롤과 활성이 저하된 효소촉매 잔재물은 침강하여 하층으로 모여지고, 비중이 상대적으로 낮은 바이오오일은 상층으로 모여져 층분리가 이루어진다.

상기 분리회수부는 배출펌프(510), 회수용 삼방밸브(520), 바이오오일저장탱크(T4), 글리세롤저장탱크(T5)를 포함하여 구성된다.

상기 배출펌프(510)는 상기 제2 반응설비부(300)에서 층분리된 바이오오일과 글리세롤을 흡입하여 배출시키는 펌프이다.

상기 회수용 삼방밸브(520)는 상기 배출펌프(510)의 후단에 배출용 유입포트(520P1)가 연결되고, 상기 배출용 유입포트(520P1)로 유입된 유체를 일측 배출포트(520P2) 또는 타측 배출포트(520P3)로 택일적으로 배출하도록 구성된 방향전환이 가능한 밸브이다.

상기 회수용 삼방밸브(520)의 일측 배출포트(520P2)에는 바이오오일저장탱크(T4)가 연결되고, 상기 회수용 삼방밸브(520)의 타측 배출포트(520P3)에는 글리세롤저장탱크(T5)가 연결된다.

한편, 상기 분리회수부는 상기 제1 반응설비부(200)에서 반응이 완료되어 층분리된 바이오오일과 글리세롤을 배출하기 위하여 잔여물 배출라인(530), 잔여물 배출밸브(540)이 더욱 구비되며, 상기 잔여물 배출라인(530), 잔여물 배출밸브(540)는 후술하는 순환설비부와 연결되어 있으므로, 순환설비부에 대한 설명 시 함께 설명하도록 한다.

다음으로, 상기 순환설비부에 대하여 설명하도록 한다.

상기 순환설비부는 상기 제2 반응설비부(300)에 수용된 혼합물을 상기 제1 반응설비부(200)로 공급하여 순환시키는 부분이다.

상기 순환설비부는 순환용 삼방밸브(410), 순환라인(420), 수류용 삼방밸브(440)를 포함하여 구성된다.

상기 순환용 삼방밸브(410)는 상기 배출펌프(510)와 상기 회수용 삼방밸브(520)의 사이에 구비되되, 상기 배출펌프(510)에서 배출된 유체가 유입되는 순환용 유입포트(410P1)가 구비되고, 상기 순환용 유입포트(410P1)로 유입된 유체를 순환포트(410P2)로 배출하거나, 순환용 배출포트(410P3)를 통해 상기 회수용 삼방밸브(520)의 배출용 유입포트(520P1)로 택일적으로 배출하도록 구성된다.

상기 순환라인(420)은 상기 순환포트(410P2)에 연결되어 유체를 상기 제1 반응설비부(200)로 순환시키는 배관 라인이다.

상기 수류용 삼방밸브(440)는 상기 순환포트(410P2)와 상기 제1 반응설비부(200)의 사이에 대응하는 순환라인(420)의 일지점에 구비되되, 상기 순환포트(410P2)에서 배출된 유체가 유입되는 수류용 유입포트(340P1)가 구비되고, 상기 수류용 유입포트(340P1)에서 유입된 유체를 수류용 제1포트(340P2)를 통해 상기 원형파이프(320)로 공급하거나, 수류용 제2포트(340P3)을 통해 상기 제1 반응설비부(200)로 공급하도록 구성된다.

한편, 상기 분리회수부의 잔여물 배출라인(530)은 상기 순환용 삼방밸브(410)와 상기 회수용 삼방밸브(520)의 사이 지점과 상기 제1 반응설비부(200)의 제1 반응기(210)를 연결하도록 구성된 배관 라인이고, 상기 잔여물 배출밸브(540)는 상기 잔여물 배출라인(530) 상에 구비되어 상기 제1 반응기(210) 내의 유체 배출을 허용 또는 차단하는 밸브이다.

상술한 바와 같이 공급설비부(100), 제1 반응설비부(200), 제2 반응설비부(300), 순환설비부, 분리회수부를 포함하여 구성본 발명의 일실시예에 따른 바오이오일 제조장치의 작동에 대하여 설명하도록 한다.

먼저, 터빈펌프(111)를 작동하여 효소촉매저장탱크(T1)에 저장된 효소촉매와 폐유지탱크(T2)에 저장된 폐유지를 1차적으로 뒤섞은 후, 라인믹서(112)를 통과시켜 효소촉매와 폐유지가 2차적으로 미세하게 혼합되도록 하고, 이렇게 혼합된 효소촉매와 저급 폐유지를 원심혼합기(220)를 통해 제1 반응기(210)의 내부로 공급한다.

이때, 상기 폐유지는 100 중량부, 상기 효소촉매는 2 중량부의 비율로 혼합한다.

또한, 가동을 시작한 후 대략 30분 이내에 반응에 소요되는 폐유지와 효소촉매를 모두 투입완료시키며, 상기 폐유지와 효소촉매가 투입완료된 상태에서는 상기 제1 반응기(210)의 허용용량을 초과하여 오버플로우가 발생하게 된다.

가동을 시작한 후 30분이 지난 시점에서 정량펌프(121)를 작동하여 메탄올저장탱크(T3)에 저장된 메탄올을 상기 제1 반응기(210)의 내부로 공급하며, 가동을 시작한 후 대략 4시간이 될 때까지 지속적으로 정량 공급하게 된다.

한편, 가동을 시작한 후 1시간이 경과한 시점에서 상기 배출펌프(510)를 작동하여 상기 제2 반응기(310) 내의 혼합물이 상기 순환용 삼방밸브(410)로 배출되도록 하고, 상기 순환용 삼방밸브(410)는 상기 순환용 유입포트(410P1)로 유입된 유체를 상기 순환포트(410P2)로 공급하도록 작동시킨다. 또한, 상기 순환포트(410P2)로 공급된 유체는 상기 수류용 삼방밸브(340)로 공급되고, 상기 수류용 삼방밸브(340)의 수류용 유입포트(340P1)로 유입된 유체를 상기 제1 반응설비부(200)의 제1 반응기(210)로 공급하도록 작동시킨다. 따라서, 상기 제2 반응기(310) 내의 혼합물은 상기 제1 반응기(210)로 다시 공급되어 더욱 혼합되도록 하고, 이러한 과정을 대략 1시간 동안 유지한다.(제1 반응기 순환과정)

한편, 가동을 시작한 후 2시간이 경과한 시점에서 상기 배출펌프(510)를 작동하여 상기 제2 반응기(310) 내의 혼합물이 상기 순환용 삼방밸브(410)로 배출되도록 하고, 상기 순환용 삼방밸브(410)는 상기 순환용 유입포트(410P1)로 유입된 유체를 상기 순환포트(410P2)로 공급하도록 작동시킨다. 또한, 상기 순환포트(410P2)로 공급된 유체는 상기 수류용 삼방밸브(340)로 공급되고, 상기 수류용 삼방밸브(340)의 수류용 유입포트(340P1)로 유입된 유체를 상기 원형파이프(320)로 공급하도록 작동시킨다. 따라서, 상기 제2 반응기(310) 내의 혼합물은 상기 원형파이프(320)로 공급되어 상기 복수의 수류노즐(330)을 통해 공급되어 제2 반응기(310) 내의 혼합물을 더욱 혼합되도록 하고, 이러한 과정을 대략 30분 동안 유지한다.(제2 반응기 순환과정)

상술한 바와 같은 제1 반응기 순환과정과 제2 반응기 순환과정을 교번되도록 실시하며, 이러한 과정이 전체적으로 2~3회 반복되어 이루어져 반응이 완료될 수 있도록 한다.

반응이 완료된 후 모든 가동을 정지시킨 후 대략 10분 내지 30분 정도 대기하여 제1 반응기(210) 및 제2 반응기(310) 내에 수용된 혼합물이 바이오오일과 글리세롤로 층분리가 이루어지도록 한다.

층분리가 완료된 후에는, 상기 배출펌프(510)를 작동시켜 상기 제2 반응기(310) 내의 글리세롤이 먼저 배출되도록 하는데, 이때, 상기 순환용 삼방밸브(410)의 순환용 유입포트(410P1)로 유입된 유체가 상기 회수용 삼방밸브(520)의 배출용 유입포트(520P1)로 유입될 수 있는 상태가 되도록 하고, 상기 회수용 삼방밸브(520)의 배출용 유입포트(520P1)로 유입된 유체가 타측 배출포트(520P3)로 배출할 수 있는 상태가 되도록 하여, 상기 제2 반응기(310) 내의 글리세롤이 글리세롤저장탱크(T5)에 저장되도록 한다.

제2 반응기(310) 내의 글리세롤 배출이 완료되면, 상기 순환용 삼방밸브(410)의 순환용 유입포트(410P1)로 유입된 유체가 상기 회수용 삼방밸브(520)의 배출용 유입포트(520P1)로 유입될 수 있는 상태가 되도록 하고, 상기 회수용 삼방밸브(520)의 배출용 유입포트(520P1)로 유입된 유체를 일측 배출포트(520P2)로 배출할 수 있는 상태가 되도록 하여 상기 제2 반응기(310) 내의 바이오오일이 바이오오일저장탱크(T4)에 저장되도록 한다.

제2 반응기(310) 내의 글리세롤, 바이오오일의 배출이 완료되면, 상기 잔여물 배출라인(530) 상에 구비된 잔여물 배출밸브(540)를 개방하고, 상기 회수용 삼방밸브(520)의 배출용 유입포트(520P1)로 유입된 유체를 타측 배출포트(520P3)로 배출할 수 있는 상태가 되도록 하여 상기 제1 반응기(210) 내의 글리세롤이 글리세롤저장탱크(T5)에 저장되도록 한다.

제1 반응기(210) 내의 글리세롤 배출이 완료되면, 상기 잔여물 배출라인(530) 상에 구비된 잔여물 배출밸브(540)를 개방을 유지한 상태에서, 상기 회수용 삼방밸브(520)의 배출용 유입포트(520P1)로 유입된 유체를 일측 배출포트(520P2)로 배출할 수 있는 상태가 되도록 하여 상기 제1 반응기(210) 내의 바이오오일이 바이오오일저장탱크(T4)에 저장되도록 한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

100:공급설비부 111:터빈펌프
112:라인믹서 110:혼합공급부
120:반응물질공급부 121:정량펌프
200:제1 반응설비부 210:제1 반응기
220:원심혼합기 230:반응물질 분사노즐
300:제2 반응설비부 310:제2 반응기
320:원형파이프 330:수류노즐
340:수류용 삼방밸브 340P1:수류용 유입포트
340P2:수류용 제1포트 340P3:수류용 제2포트
410:순환용 삼방밸브 410P1:순환용 유입포트
410P2:순환포트 410P3:순환용 배출포트
510:배출펌프 520:회수용 삼방밸브
520P1:배출용 유입포트 520P2:일측 배출포트
520P3:타측 배출포트 530:잔여물배출라인
540:잔여물배출밸브 T1:효소촉매저장탱크
T2:폐유지탱크 T3:메탄올저장탱크
T4:바이오디젤저장탱크 T5:글리세롤저장탱크

Claims

원료, 효소촉매 및 반응물질을 공급하는 공급설비부;
상부가 개방 형성되고, 공급설비부로부터 공급된 원료와 반응물질 및 효소촉매를 혼합하는 제1 반응설비부;
상기 제1 반응설비부를 내장하도록 밀폐 형성되고, 상기 제1 반응설비부의 상부 개방 부분으로 오버플로우되는 유체를 수용하여 혼합하는 제2 반응설비부;
상기 제2 반응설비부에 수용된 유체를 상기 제1 반응설비부로 공급하여 순환시키는 순환설비부; 및
상기 제2 반응설비부에서 반응이 완료되어 층분리된 바이오오일과 글리세롤을 배출하는 분리회수부;를 포함하여 구성된 바이오오일 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 공급설비부는,
상기 원료와 효소촉매를 혼합하여 상기 제1 반응설비부로 공급하는 혼합공급부; 및 상기 반응물질을 제1 반응설비부로 공급하는 반응물질공급부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오오일 제조장치.
제2항에 있어서,
상기 혼합공급부는,
상기 원료와 효소촉매를 뒤섞는 터빈펌프; 및 상기 터빈펌프에 의해 뒤섞인 상기 원료와 효소촉매를 미세혼합시키는 라인믹서;를 포함하여 구성되고,
상기 반응물질공급부는,
상기 반응물질을 정량적으로 공급하는 정량펌프;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오오일 제조장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 반응설비부는,
상기 공급설비부로부터 공급된 원료와 반응물질 및 효소촉매를 수용하고, 상부가 개방된 제1 반응기;
상기 라인믹서의 후단에 연결되어 상기 제1 반응기의 저면 중앙부분에 위치하고, 원통형으로 형성되며, 측면에 접선방향 및 상측방향을 향하도록 형성된 분사슬롯이 구비되며, 상기 라인믹서를 통과한 상기 원료와 효소촉매의 미세혼합액을 상기 분사슬롯으로 분사하여 상방향 나선형 와류 흐름를 형성하는 원심혼합기;
상기 정량펌프의 후단에 연결되어 상기 제1 반응기의 저면부분에 위치하고, 상기 정량펌프를 통과한 상기 반응물질을 상방향으로 분사하는 복수의 반응물질 분사노즐;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오오일 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 반응설비부는,
상기 제1 반응부의 외부를 감싸도록 밀폐형성되어 상기 제1 반응설비부의 외부로 오버플로우되는 유체를 수용하는 제2 반응기;
상기 제2 반응기의 내부 저면 주변부를 따라 배치된 원형파이프; 및
상기 원형파이프에서 내측 상방향으로 분기되어 상기 제2 반응기에 수용된 유체를 혼합시키는 복수의 수류노즐;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오오일 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 분리회수부는,
상기 제2 반응설비부에서 반응이 완료되어 층분리된 바이오오일과 글리세롤을 흡입하여 배출시키는 배출펌프;
상기 배출펌프의 후단에 배출용 유입포트가 연결되고, 상기 배출용 유입포트로 유입된 유체를 일측 배출포트 또는 타측 배출포트로 택일적으로 배출하도록 구성된 회수용 삼방밸브;
상기 회수용 삼방밸브의 일측 배출포트에 연결된 바이오오일 저장탱크;
상기 회수용 삼방밸브의 타측 배출포트에 연결된 글리세롤 저장탱크;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오오일 제조장치.
제6항에 있어서,
상기 순환설비부는,
상기 배출펌프와 상기 회수용 삼방밸브의 사이에 구비되되, 상기 배출펌프에서 배출된 유체가 유입되는 순환용 유입포트가 구비되고, 상기 순환용 유입포트로 유입된 유체를 순환포트 또는 상기 회수용 삼방밸브의 배출용 유입포트로 택일적으로 배출하도록 구성된 순환용 삼방밸브;
상기 순환포트에 연결되어 유체를 상기 제1 반응설비부로 순환시키는 순환라인;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오오일 제조장치.
제7항에 있어서,
상기 제2 반응설비부는,
상기 제1 반응부의 외부를 감싸도록 밀폐형성되어 상기 제1 반응설비부의 외부로 오버플로우되는 유체를 수용하는 제2 반응기;
상기 제2 반응기의 내부 저면 주변부를 따라 배치된 원형파이프; 및
상기 원형파이프에서 내측 상방향으로 분기되어 상기 제2 반응기에 수용된 유체를 혼합시키는 복수의 수류노즐;을 포함하여 구성되고,
상기 순환설비부는,
상기 순환포트와 상기 제1 반응설비부의 사이에 구비되되, 상기 순환포트에서 배출된 유체가 유입되는 수류용 유입포트가 구비되고, 상기 수류용 유입포트에서 유입된 유체를 상기 상기 제1 반응설비부 또는 상기 원형파이프로 택일적으로 공급하도록 구성된 수류용 삼방밸브;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오오일 제조장치.
제7항에 있어서,
상기 분리회수부는,
상기 순환용 삼방밸브와 상기 회수용 삼방밸브의 사이와 상기 제1 반응설비부를 연결하는 잔여물 배출라인; 및
상기 잔여물 배출라인 상에 구비된 전여물 배출밸브;를 포함하여 구성되며,
상기 잔여물 배출라인을 통해 상기 제1 반응설비부에서 반응이 완료되어 층분리된 바이오오일과 글리세롤을 상기 바이오오일 저장탱크와 글리세롤 저장탱크로 저장하는 것을 특징으로 하는 바이오오일 제조장치.