KR20210064627A - 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템 - Google Patents

바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유리지방산(FAA, Free Fatty Acid)이 다량(2.6~60%) 포함된 유지(이하 고산가 오일)의 유리지방산 함량을 저감시킨 후 바이오디젤을 생산하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고산가 오일에 글리세린을 혼합하여 유리지방산 함량을 줄인(2.5% 이하) 저산가 오일을 생산 후 배출시키는 고산가 반응조를 포함하는 고산가 오일 전처리 반응부 및 상기 고산가 오일 전처리 반응부에서 배출된 저산가 오일과 메탄올 및 촉매제를 주입하여 혼합하는 저산가 반응조, 글리세린을 침전시켜 분리 배출하는 침전조, 메탄올을 회수하는 메탄올 회수조, 메탄올 회수 후 세척하는 세척조, 세척 후 물을 제거하는 건조조 및 상기 건조조에서 물이 제거된 바이오디젤을 저장하는 바이오디젤 저장조를 포함하는 바이오디젤 합성 반응부로 이루어지며, 상기 침전조에서 분리배출된 글리세린을 고산가 오일 전처리 반응부로 보내 사용하는 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의한 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템은 유리지방산 함량이 높은 고산가 오일을 글리세린을 이용하여 유리지방산 함량이 낮은 저산가 오일로 제조하여 바이오디젤을 생산함으로써 생산 비용과 시간을 저감시키고, 고산가 오일과 글리세린의 혼합반응을 스태틱 믹서와 케비테이션 반응기를 이용하여 실시하므로써 90 ~ 105℃의 비교적 낮은 온도에서 대량의 고산가 오일에 적용시킬 수 있으며, 저산가 오일의 바이오디젤 생산시 발생되는 글리세린을 이용하여 고산가 오일의 유리지방산 함량을 낮추고, 상기 글리세린을 정제하는 구성을 더하여 높은 수율의 바이오디젤을 생산 할 수있다.

Description

바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템{Biodiesel production system including high acid oil pretreatment using biodiesel by-products}
본 발명은 유리지방산(FAA, Free Fatty Acid)이 다량(2.6~60%) 포함된 유지(이하 고산가 오일)의 유리지방산 함량을 저감시킨 후 바이오디젤을 생산하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고산가 오일에 글리세린을 혼합하여 유리지방산 함량을 줄인(2.5% 이하) 저산가 오일을 생산 후 배출시키는 고산가 반응조를 포함하는 고산가 오일 전처리 반응부 및 상기 고산가 오일 전처리 반응부에서 배출된 저산가 오일과 메탄올 및 촉매제를 주입하여 혼합하는 저산가 반응조, 글리세린을 침전시켜 분리 배출하는 침전조, 메탄올을 회수하는 메탄올 회수조, 메탄올 회수 후 세척하는 세척조, 세척 후 물을 제거하는 건조조 및 상기 건조조에서 물이 제거된 바이오디젤을 저장하는 바이오디젤 저장조를 포함하는 바이오디젤 합성 반응부로 이루어지며, 상기 침전조에서 분리배출된 글리세린을 고산가 오일 전처리 반응부로 보내 사용하는 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템에 관한 것이다.
바이오디젤은 동식물성 유지와 알코올을 반응시켜 제조된 지방산 알킬 에스테르(Fatty Acid Alkyl Ester)로 석유계 디젤의 대체 연료로서 큰 기대를 받고 있으며, 동식물성 원료를 이용하여 자연분해가 가능하고, 독성이 없으며, 이산화탄소 발생량이 적은 장점을 가지고 있다. 일반적으로 바이오디젤은 산/알칼리 촉매 하에 알코올 중 가격이 저렴한 메탄올과 반응시키는 전이에스테르화법으로 생산되고 있는데 원료의 산가(acid value) 등과 같은 특성에 따라 염기 촉매, 산 촉매 및 효소 촉매 등이 사용되며 다양한 방법으로 합성된다. 전이에스테르화법에 의한 바이오디젤 합성에는 유리지방산 함량이 2.5%이하 유지를 사용하고, 염기 촉매가 산 촉매보다 반응시간이 빠르며, 생산성이 높아 주로 사용되고 있고, 바이오디젤의 생성 후 촉매를 분리하기 위한 촉매 중화공정과 이 과정에서 발생하는 염을 제거하기 위한 세척공정과 물을 제거하기 위한 건조공정이 수반된다.
일반적인 트리글리세리드(TG, Triglyceride)를 이용한 바이오디젤의 생산시 반응 화학식은 아래와 같이 메탄올과 촉매제를 혼합반응시켜 디글리세리드화 시키고, 디글리세리드를 메탄올과 촉매제를 반응시켜 모노글리세리드 시킨 뒤 메탄올과 촉매제를 반응시켜 글리세린이 발생시키면서 바이오디젤을 생산하고 있다.
Figure pat00001
한편, 바이오디젤의 생산에 따른 비용은 70%이상이 원료 가격에 의해서 이루어지므로 원료가격이 낮은 폐식용유, 음폐유 등의 원료들을 사용하여 생산비용을 낮출 수 있으나 위와 같은 원료는 유리지방산(FAA, Free Fatty Acid)의 함량이 높은 고산가 오일로 산 촉매를 이용하여 바이오디젤 생산 및 유리지방산 함량을 낮추는 과정이 실시되어야 한다. 구체적으로는 위의 종래의 유리지방산이 많이 함유된 고산가 오일은 트리글리세리드(TG, Triglyceride)와 유리지방산으로 이루어져 있으므로 먼저, 유리지방산의 함량을 줄이기 위해 메탄올과 산 촉매를 이용하여 바이오디젤 반응을 이용하여 유리지방산의 함량을 저감시킨다. 이때 생성되는 물을 제거하고, 감압증발하여 메탄올을 제거하는 과정을 실시하여 유리지방산 함량을 2.5%이하로 조절한 저산가 오일을 제조한 뒤 저산가 오일을 메탄올과 염기 촉매를 이용하여 바이오디젤을 생산하는 과정등의 복잡한 공정을 실시하고 있는 실정이다. 이로 인해 그 과정이 복잡하고, 생산에 따른 시간 및 비용이 많이 드는 문제점을 가지고 있으므로 트리글리세리드 또는 유리지방산 중 하나의 함량(약 97~99%)이 매우 높은 것을 사용하고 있다. 그러나 시중에서 발생되는 원료는 트리글리세리드에 유리지방산이 다량 함유된 고산가 오일의 원료들이 대부분을 이루고 있다는 문제점을 가지고 있다.
최근 유리지방산이 다량 함유된 고산가 오일을 이용한 바이오디젤을 생산하는 선행기술들로는 한국등록특허 제10-2043442호(2019.11.11.)는 유리지방산을 다량 함유한 동식물성 산유를 포함하는 유지를 정제 또는 비정제 글리세린과 무촉매 고진공 가열반응하고, 반응 과정중에 수분과 함께 기화되는 글리세린을 응축 후 재투입하는 과정을 거쳐, 글리세린이 반응 완료 전에 손실되는 것을 방지함으로써 정확한 반응을 유도하여 양질의 저산가 바이오디젤용 글리세라이드를 생성시키는 지방산 및 유리지방산을 다량 함유한 유지를 촉매를 사용하지 않고 바이오디젤 원료용 저산가 글리세라이드를 제조하는 방법을 제공하고, 한국공개특허 제10-2008-0015758호(2008.02.20.)는 유리 지방산 공급원료를 글리세린과 함게 반응시켜 글리세라이드로 전환시키는 것으로 글리세린의 양은 약 35 내지 40%의 글리세린대 유리 지방산의 화학양론적 비율로 첨가하고, 150 ~ 250℃에서 30~500분 동안 수행되되 촉매의 부재하에서 실시되는 고급 유리지방산 공급원료로부터 바이오디젤과 글리세린의 제조를 제공하고 있다.
상기 선행기술들을 살펴보면 고산가 오일을 저산가 오일로 조절시 글리세린을 이용하여 종래기술들보다 단순한 공정을 이루고 있고, 사용되는 글리세린을 바이오디젤 생산시 발생되는 글리세린을 이용하여 사용하고 있다. 그러나 선행기술들에서 사용되는 글리세린은 정제되지 않은 것을 사용하거나 정제된 것을 사용하더라도 정제과정이 복잡한 과정을 이루고 있으며, 글리세린을 첨가하여 저산가 오일 생성이 고압상태 내지 진공상태에서 100 내지 250℃로 실시되는 등 대량의 고산가 오일 이용시 그 적용이 어렵다는 문제점을 가지고 있다.
한국등록특허 제10-2043442호(2019.11.11.) 한국공개특허 제10-2008-0015758호(2008.02.20.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 일반적인 종래기술의 유리지방산 함량이 높은 고산가 오일을 메탄올과 산촉매를 투입하여 유리지방산 함량을 낮추는 과정을 글리세린을 이용하여 간소화하여 실시하되 글리세린 혼합반응과정을 본 발명의 케비테이션 반응기를 이용하여 낮은 온도에서 대량으로 실시 할 수 있는 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하고, 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템은 유리지방산의 함량이 중량비율로 2.6~60% 포함하고 있는 고산가 오일에 글리세린을 혼합하여 유리지방산 함량을 1~2.5%으로 줄인 저산가 오일을 생산 후 배출시키는 고산가 반응조(120)를 포함하는 고산가 오일 전처리 반응부(100); 및 상기 고산가 오일 전처리 반응부(100)에서 배출된 저산가 오일과 메탄올 및 촉매제를 주입하여 혼합하는 저산가 반응조(210), 상기 저산가 반응조(210)에서 혼합된 혼합물을 주입하고, 글리세린을 침전시켜 분리 배출하는 침전조(220), 상기 침전조(220)에서 글리세린이 분리된 혼합물을 주입시켜 메탄올을 회수하는 메탄올 회수조(230), 메탄올 회수 후 세척하는 세척조(240), 세척하여 불순물을 제거한 뒤 물을 제거하는 건조조(250) 및 상기 건조조(250)에서 물이 제거된 바이오디젤을 저장하는 바이오디젤 저장조(260)를 포함하는 바이오디젤 합성 반응부(200);로 이루어지며, 상기 침전조(220)에서 분리배출된 글리세린을 글리세린 저장조(222)로 주입한 뒤 글리세린 배출조(224)로 투입하여 염분을 제거하고, 고산가 오일 전처리 반응부(100)로 보내진다.
상기 바이오디젤 합성 반응부(200)에서 글리세린 저장조(222)는 주입된 글리세린에 pH 1 ~ 3의 강산을 투입하여 혼합시켜 글리세린의 pH를 pH 5 ~ 7 로 조절하여 글리세린 배출조(224) 배출시킨 뒤 염분을 침전시켜 제거한다.
상기 고산가 오일 전처리 반응부(100)는 고산가 반응조(120)의 고산가 오일과 바이오디젤 합성 반응부(200)의 글리세린 배출조(224)에서 염분이 제거된 글리세린을 스태틱 믹서(110)로 투입시켜 1차 혼합하고, 혼합된 혼합물을 케비테이션 반응기(300)에 주입하여 혼합반응시킨 후 고산가 반응조(120) 상부면에서 하방으로 재 투입한다.
상기 고산가 오일 전처리 반응부(100)는 재 투입되는 혼합물을 스태틱 믹서(110), 케비테이션 반응기(300) 및 고산가 반응조(120)로 복수번 순환시켜 저산가 오일을 제조하고, 상기 순환시키는 과정에서 물 및 불순물을 진공·응축장치(130)를 이용하여 고산가 반응조(120)에서 배출되어 제거하며, 상기 제조된 저산가 오일을 배출한다.
상기 고산가 반응조(120)는 내부 상부면에 복수개의 헬리코일노즐(미도시)을 부착설치하여 케비테이션 반응기(300)에서 배출된 혼합물을 고산가 반응조(120) 내부로 분사하면서 주입시킨다.
상기 케비테이션 반응기(300)는 구동모터부(310), 상기 구동모터부(310)의 회전축이 삽입되며, 냉각수를 유입하고, 배출하는 냉각수 유입구(322)와 냉각수 배출구(324)를 포함하는 냉각부(320), 스태틱 믹서(110)에서 배출되는 혼합물을 유입하는 원료유입구(332)와 혼합시킨 뒤 배출하는 원료배출구(334)와 상기 회전축과 고정연결된 회전체(336)와 상기 회전체(336)와 소정의 사이공간이 이루어지도록 마주보게 위치되는 고정체(338)를 포함하는 혼합반응부(330), 상기 혼합반응부(330)의 사이공간으로 원료유입구(332)에서 혼합물이 유입된 후 혼합반응시키며, 상기 고정체(338)를 유동시켜 사이공간의 간격을 조절하는 유격조정부(340)를 포함하여 이루어진다.
상기 고정체(338)와 회전체(336)는 원판형으로 마주보는 면이 평편한 면을 이루거나 회전가능하도록 굴곡을 형성하되 치합되게 형성된 면으로 이루어지며, 회전체의 회전으로 혼합물이 혼합반응하면서 원심력에 의해서 외방으로 이동되어 원료배출구(334)로 배출된다.
상기 구동모터부(310)는 회전축이 냉각부(320)를 통과하여 회전체(336)와 연결설치되어 회전하되, 회전체(336)로 직접 연결되어 설치되거나 구동모터부(310)가 일측에 설치되어 벨트(350)로 연결되어 구동될 수 있는 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은 유리지방산 함량이 높은 고산가 오일을 글리세린을 이용하여 유리지방산 함량이 낮은 저산가 오일로 제조하여 바이오디젤을 생산함으로써 생산 비용과 시간을 저감시킨다.
(2) 본 발명은 고산가 오일과 글리세린의 혼합반응을 스태틱 믹서와 케비테이션 반응기를 이용하여 실시하므로써 90 ~ 105℃의 비교적 낮은 온도에서 대량의 고산가 오일에 적용시킬 수 있다.
(3) 본 발명은 저산가 오일의 바이오디젤 생산시 발생되는 글리세린을 이용하여 고산가 오일의 유리지방산 함량을 낮추고, 상기 글리세린을 정제하는 구성을 더하여 높은 수율의 바이오디젤을 생산 할 수있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고산가 오일 전처리 반응부를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 바이오디젤 합성 반응부의 침전조, 글리세린 저장조 및 글리세린 배출조를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 케비테이션 반응기의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 케비테이션 반응기의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 케비테이션 반응기의 구성 예시도이다.
본 발명의 명칭은 "바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템"으로 통상의 기술자가 쉽게 알 수 있도록 구체적인 내용을 기재하고, 충분히 유추 가능한 별도의 기재는 생략하며, 필요 경우 실시예 및 도면을 기재한다. 또한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 정의된 용어들은 한정 해석하지 아니하며, 운용자의 의도 또는 관례등에 따라 달라질 수 있고, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 발명의 일면에 있어서,
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템의 블럭도로 도 1을 참고하여 본 발명의 바이오디젤 생산 시스템을 하기에 설명한다.
고산가 오일에 함유된 유리지방산 함량을 저감시키는 전처리과정이 포함된 바이오디젤 생산 시스템에 있어서,
상기 바이오디젤 생산 시스템은
유리지방산의 함량이 중량비율로 2.6~60% 포함하고 있는 고산가 오일에 글리세린을 혼합하여 유리지방산 함량을 1~2.5%으로 줄인 저산가 오일을 생산 후 배출시키는 고산가 반응조(120)를 포함하는 고산가 오일 전처리 반응부(100); 및
상기 고산가 오일 전처리 반응부(100)에서 배출된 저산가 오일과 메탄올 및 촉매제를 주입하여 혼합하는 저산가 반응조(200), 상기 저산가 반응조(200)에서 혼합된 혼합물을 주입하고, 글리세린을 침전시켜 분리 배출하는 침전조(220), 상기 침전조(220)에서 글리세린이 분리된 혼합물을 주입시켜 메탄올을 회수하는 메탄올 회수조(230), 메탄올 회수 후 세척하는 세척조(240), 세척하여 불순물을 제거한 뒤 물을 제거하는 건조조(250) 및 상기 건조조(250)에서 물이 제거된 바이오디젤을 저장하는 바이오디젤 저장조(260)를 포함하는 바이오디젤 합성 반응부(200);로 이루어지며, 상기 침전조(220)에서 분리배출된 글리세린을 글리세린 저장조(222)로 주입한 뒤 글리세린 배출조(224)로 투입하여 염분을 제거하고, 고산가 오일 전처리 반응부(100)로 보내진다.
유리지방산(FAA, Free Fatty Acid)과 글리세린의 화학반응식은 하기와 같이 나타난다.
Figure pat00002
상기 고산가 오일 전처리 반응부(100)에서 글리세린의 혼합량은 중량비율로 유리지방산(FAA, Free Fatty Acid)의 1/3 ~ 1/6으로 투입시키며, 이때 투입되는 글리세린의 양이 적거나 많으면 바이오디젤 생산 수율이 낮아진다.
상기 저산가 오일은 유리지방산 함량이 2.5% 이하로 조절된 유지로 일반적인 전이에스테르화법인 염기성 촉매와 메탄올을 투입하여 바이오디젤의 생산이 실시되고, 이때 발생되는 글리세린은 고산가 반응조에 투입되는 글리세린으로 사용되어 글리세린의 폐수처리가 필요없다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 바이오디젤 합성 반응부의 침전조, 글리세린 저장조 및 글리세린 배출조를 나타내는 블럭도로 상기 도 3을 참고하여 본 발명의 바이오디젤 합성 반응부에서 글리세린을 처리하는 과정을 하기에 개진한다.
상기 바이오디젤 합성 반응부(200)에서 글리세린 저장조(222)는 주입된 글리세린에 pH 1 ~ 3의 강산을 투입하여 혼합시켜 글리세린의 pH를 pH 5 ~ 7 로 조절하여 글리세린 배출조(224) 배출시킨 뒤 염분을 침전시켜 제거한다.
상기 침전조(220)에서 침전된 글리세린을 글리세린 저장조(222)로 배출되고, 배출된 글리세린은 저산가 반응조(210)에서 투입된 염기 촉매제에 의해서 pH 12를 유지하므로 pH 1 ~ 3의 강산(황산 등)을 투입하여 pH 5 ~ 7로 조절하는 것이 바람직하고, 이때 강산을 투입하면서 순환시키면서 pH조절을 실시한다.
pH 조절 후 글리세린 배출조(224)에서 침전시켜 염분을 제거한 후 글리세린을 고산가 오일 전처리 반응부(100)로 보내진다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고산가 오일 전처리 반응부를 나타내는 블럭도로 상기 도 2를 참고하여 본 발명의 고산가 오일 전처리 반응부를 하기에 설명한다.
상기 고산가 오일 전처리 반응부(100)는 고산가 반응조(120)의 고산가 오일과 바이오디젤 합성 반응부(200)의 글리세린 배출조(224)에서 염분이 제거된 글리세린을 스태틱 믹서(110)로 투입시켜 1차 혼합하고, 혼합된 혼합물을 케비테이션 반응기(300)에 주입하여 혼합반응시킨 후 고산가 반응조(120) 상부면에서 하방으로 재 투입한다.
상기 스태틱 믹서(110)(static mixer=라인믹서(line mixer))는 라인 내부에 엘리먼트요소 즉 방향이 다른 나선형 등의 프레임이 교차로 부착된 요소가 설치되고, 혼합물이 라인을 통과하면서 혼합물의 교반이 실시되는 것이다.
상기 케비테이션 반응기(300)는 스태틱 믹서(110)에서 1차 혼합된 혼합물을 주입시켜 90 ~ 105℃상태로 혼합반응시킨다.
상기 고산가 오일 전처리 반응부(100)는 재 투입되는 혼합물을 스태틱 믹서(110), 케비테이션 반응기(300) 및 고산가 반응조(120)로 복수번 순환시켜 저산가 오일을 제조하고, 상기 순환시키는 과정에서 물 및 불순물을 진공·응축장치(130)를 이용하여 고산가 반응조(120)에서 배출되어 제거하며, 상기 제조된 저산가 오일을 배출한다.
상기 진공·응축장치(130)는 고산가 반응조(120) 내부를 진공상태로 가압하되 이때 고산가 반응조 내부 온도는 90 ~ 105℃유지된 상태로 물 및 이물질을 제거한다.
상기 고산가 반응조(210)는 내부 상부면에 복수개의 헬리코일노즐(미도시)을 부착설치하여 케비테이션 반응기(300)에서 배출된 혼합물을 고산가 반응조(120) 내부로 분사하면서 주입시킨다.
상기 고산가 반응조(120)에서 헬리코일노즐에 의해서 고산가 반응조(120) 내부로 고르게 분출된 혼합물에서 침전되는 글리세린이 많이 함유된 혼합물은 고산가 반응조(120)의 바닥면의 배출구를 통해 재순환되고, 바닥면 배출구를 통해 배출시키기 전 상부 일측면에 배출구를 구비하여 저산가 오일로 조절된 혼합물을 바이오디젤 합성 반응부(200)로 보내진다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 케비테이션 반응기의 정면도고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 케비테이션 반응기의 단면도이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 케비테이션 반응기의 구성 예시도로 상기 도 4 내지 도 6을 참고하여 본 발명의 케비테이션 반응기를 하기에 설명한다.
상기 케비테이션 반응기(300)는 구동모터부(310), 상기 구동모터부(310)의 회전축이 삽입되며, 냉각수를 유입하고, 배출하는 냉각수 유입구(322)와 냉각수 배출구(324)를 포함하는 냉각부(320), 스태틱 믹서(110)에서 배출되는 혼합물을 유입하는 원료유입구(332)와 혼합시킨 뒤 배출하는 원료배출구(334)와 상기 회전축과 고정연결된 회전체(336)와 상기 회전체(336)와 소정의 사이공간이 이루어지도록 마주보게 위치되는 고정체(338)를 포함하는 혼합반응부(330), 상기 혼합반응부(330)의 사이공간으로 원료유입구(332)에서 혼합물이 유입된 후 혼합반응시키며, 상기 고정체(338)를 유동시켜 사이공간의 간격을 조절하는 유격조정부(340)를 포함하여 이루어진다.
상기 혼합물이 혼합반응부(330)의 회전체(336)와 고정체(338)사이로 유입되며, 구동모터부(310)에 의해서 회전체(336)를 고속 회전시켜 혼합반응을 실시하여 케비테이션을 발생시키고, 그 과정 중에 마이크로 제트가 발생되어 혼합반응을 빠르게 진행할 수 있다. 한편, 회전체(336)의 회전에 의해서 발생되는 열은 냉각수 유입구(322)를 통해 냉각수를 투입하여 회전체(336) 외면에 감싸지도록 위치되는 면을 통과시켜, 냉각 배출구(324)를 통해 배출하여 회전체(336)의 온도 상승을 방지하며, 혼합 반응을 마친 혼합물을 고산가 반응조(120)에 투입하여 90 ~ 105℃의 온도 및 감압 상태에서 물 및 이물질을 제거하되 상기 케비테이션 반응기를 통해 혼합반응이 이루어진 혼합물을 투입하여 실시되므로 상기 온도에서도 물 및 이물질 제거가 원활하게 이루어질 수 있다.
상기 고정체(338)와 회전체(336)는 원판형으로 마주보는 면이 평편한 면을 이루거나 회전가능하도록 굴곡을 형성하되 치합될 수 있게 형성된 면 또는 돌출된 면과 함몰된 면이 마주보게 형성된 면으로 이루어지며, 회전체(336)의 회전으로 혼합물이 혼합반응하면서 원심력에 의해서 외방으로 이동되어 원료배출구(334)로 배출된다.
상기 구동모터부(310)는 회전축이 냉각부(320)를 통과하여 회전체(336)와 연결설치되어 회전하되, 회전체(336)로 직접 연결되어 설치되거나 구동모터부(310)가 일측에 설치되어 벨트(350)로 연결되어 구동될 수 있다.
또한, 상기 케비테이션 반응기(300)는 저산가 오일 제조시에도 사용이 가능할 수 있으며, 이때 케비테이션 반응기(300)는 원료유입구(332)에 고산가 오일을 주입하고, 추가로 메탄올 및 촉매제를 투입하는 추가 구성을 더하여 실시할 수 있다.
추가의 일면에 있어서,
상기 침전조(220)에서 바이오디젤과 글리세린의 분리는 침전시킨 후 침전된 글리세린을 분리하여 글리세린 저장조(222)로 배출하고 있으나 글리세린의 침전되는 시간이 많이 드는 단점과 침전되지 않은 미세 입자화된 글리세린이 존재한다는 단점이 있다. 따라서, 양극 사이로 그물망 형태의 원형 내지 사각형의 판을 위치시키고, 양극 및 판을 침전조(220) 내부로 투입하여 전기를 통과시킨다. 이때 전기가 통하면 글리세린이 그물망에 부착되고 부착된 글리세린이 결합되어 일정한 중량으로 생성되면 침전조(220)의 하방으로 침전되어 글리세린을 분리하며, 이와 같은 방법으로 글리세린의 분리 속도와 글리세린 분리 비율을 높일 수 있다.
상기 유리지방산의 함량이 61~90%의 고산가 오일이 경우에는 라파아제 효소를 촉매로 하고, 메탄올과 투입하여 산가를 낮추는 전처리과정이 추가될 수 있다. 이때 고산가 오일과 라파아제 효소의 중량비율로 1:0.05로 혼합하고, 메탄올을 복수번 나누어 혼합하여 산가를 낮출 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템은 유리지방산 함량이 높은 고산가 오일을 글리세린을 이용하여 유리지방산 함량이 낮은 저산가 오일로 제조하여 바이오디젤을 생산함으로써 생산 비용과 시간을 저감시키고, 고산가 오일과 글리세린의 혼합반응을 스태틱 믹서와 케비테이션 반응기를 이용하여 실시하므로써 90 ~ 105℃의 비교적 낮은 온도에서 대량의 고산가 오일에 적용시킬 수 있으며, 저산가 오일의 바이오디젤 생산시 발생되는 글리세린을 이용하여 고산가 오일의 유리지방산 함량을 낮추고, 상기 글리세린을 정제하는 구성을 더하여 높은 수율의 바이오디젤을 생산 할 수 있다.
상기와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었지만, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술은 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 고산가 오일 전처리 반응부 300 : 케비테이션 반응기
110 : 스태틱 믹서 310 : 구동모터부
120 : 고산가 반응조 320 : 냉각부
130 : 진공·응축장치 322 : 냉각수 유입구
200 : 바이오디젤 합성 반응부 324 : 냉각수 배출구
210 : 저산가 반응조 330 : 혼합반응부
220 : 침전조 332 : 원료유입구
222 : 글리세린 저장조 334 : 원료배출구
224 : 글리세린 배출조 336 : 회전체
230 : 메틴올 회수조 338 : 고정체
240 : 세척조 340 : 유격조정부
250 : 건조조 350 : 벨트
260 : 바이오디젤 저장조

Claims (8)

  1. 고산가 오일에 함유된 유리지방산 함량을 저감시키는 전처리과정이 포함된 바이오디젤 생산 시스템에 있어서,
    상기 바이오디젤 생산 시스템은
    유리지방산의 함량이 중량비율로 2.6~60% 포함하고 있는 고산가 오일에 글리세린을 혼합하여 유리지방산 함량을 1~2.5%으로 줄인 저산가 오일을 생산 후 배출시키는 고산가 반응조를 포함하는 고산가 오일 전처리 반응부; 및
    상기 고산가 오일 전처리 반응부에서 배출된 저산가 오일과 메탄올 및 촉매제를 주입하여 혼합하는 저산가 반응조, 상기 저산가 반응조에서 혼합된 혼합물을 주입하고, 글리세린을 침전시켜 분리 배출하는 침전조, 상기 침전조에서 글리세린이 분리된 혼합물을 주입시켜 메탄올을 회수하는 메탄올 회수조, 메탄올 회수 후 세척하는 세척조, 세척하여 불순물을 제거한 뒤 물을 제거하는 건조조 및 상기 건조조에서 물이 제거된 바이오디젤을 저장하는 바이오디젤 저장조를 포함하는 바이오디젤 합성 반응부;로 이루어지며,
    상기 침전조에서 분리배출된 글리세린을 글리세린 저장조로 주입한 뒤 글리세린 배출조로 투입하여 염분을 제거하고, 고산가 오일 전처리 반응부로 보내지는 것을 특징으로 하는 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 바이오디젤 합성 반응부에서 글리세린 저장조는 주입된 글리세린에 pH 1 ~ 3의 강산을 투입하여 혼합시켜 글리세린의 pH를 pH 5 ~ 7 로 조절하여 글리세린 배출조 배출시킨 뒤 염분을 침전시켜 제거하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 고산가 오일 전처리 반응부는 고산가 반응조의 고산가 오일과 바이오디젤 합성 반응부의 글리세린 배출조에서 염분이 제거된 글리세린을 스태틱 믹서로 투입시켜 1차 혼합하고, 혼합된 혼합물을 케비테이션 반응기에 주입하여 혼합반응시킨 후 고산가 반응조 상부면에서 하방으로 재 투입하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 고산가 오일 전처리 반응부는 재 투입되는 혼합물을 스태틱 믹서, 케비테이션 반응기 및 고산가 반응조로 복수번 순환시켜 저산가 오일을 제조하고, 순환시키는 과정에서 물 및 불순물을 진공·응축장치를 이용하여 고산가 반응조에서 배출되어 제거하며, 상기 제조된 저산가 오일을 배출하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 고산가 반응조는 내부 상부면에 복수개의 헬리코일노즐을 부착설치하여 케비테이션 반응기에서 배출된 혼합물을 고산가 반응조 내부로 분사하면서 주입시키는 것을 특징으로 하는 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 케비테이션 반응기는 구동모터부, 상기 구동모터부의 회전축이 삽입되며, 냉각수를 유입하고, 배출하는 냉각수 유입구와 냉각수 배출구를 포함하는 냉각부, 스태틱 믹서에서 배출되는 혼합물을 유입하는 원료유입구와 혼합시킨 뒤 배출하는 원료배출구와 상기 회전축과 고정연결된 회전체와 상기 회전체와 소정의 사이공간이 이루어지도록 마주보게 위치되는 고정체를 포함하는 혼합반응부, 상기 혼합반응부의 사이공간으로 원료유입구에서 혼합물이 유입된 후 혼합반응 시키며, 상기 고정체를 유동시켜 사이공간의 간격을 조절하는 유격조정부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 고정체와 회전체는 원판형으로 마주보는 면이 평편한 면을 이루거나 회전가능하도록 굴곡을 형성하되 치합되게 형성된 면으로 이루어지며, 회전체의 회전으로 혼합물이 혼합반응하면서 원심력에 의해서 외방으로 이동되어 원료배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 구동모터부는 회전축이 냉각부를 통과하여 회전체와 연결설치되어 회전하되, 회전체로 직접 연결되어 설치되거나 구동모터부가 일측에 설치되어 벨트로 연결되어 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는 바이오디젤부산물을 이용한 고산가 오일 전처리과정을 포함하는 바이오디젤 생산 시스템.
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