KR19990024530A

KR19990024530A - 대두유 또는 폐식용유를 이용한 식물성연료의 제조방법 및 장치

Info

Publication number: KR19990024530A
Application number: KR1019970045676A
Authority: KR
Inventors: 정순택; 박양균; 김상채; 오시원; 함경식; 박인배; 강성국
Original assignee: 정순택; 강성국
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1999-04-06

Abstract

석유 자원의 고갈로 인하여 대체연료를 개발하려는 시도가 끊임없이 시도되고 있으나 마땅한 대안이 마련되지 못하고 있으며, 석유자원에 의존하고 있는 내연기관의 연료는 배기가스로 인한 심각한 환경오염문제를 야기하고 있으나 근본적인 해결 방안을 제시하지 못하고 있다.

본 발명은 저공해 대체연료개발의 일환으로 식물성 기름을 내연기관 연료를 개발하여 제공하고자 한다. 식물성연료는 내연기관의 개조없이 연료로 사용할 수 있는 장점이 있으나 식물유가 많은 불포화지방산으로 구성되어 있어 고점도가 높기 때문에 연로로 사용시 분사기가 막히고, 휘발성이 낮기 때문에 저온에서 시동성이 나쁜 문제점이 있다. 본 발명은 대두유 또는 폐식용유의 불포화지방산을 메탄올로 에스테르화함에 있어서 촉매로서 수산화칼륨, 수산화나트륨, 메톡시산나트륨 등을 사용하고, 최적의 반응조건과 장치로 효율성이 좋은 식물성 연료를 제조하여 석유 디젤연료를 대체할 수 있다.

본 발명은 바이오디젤을 생산함에 있어서, 식물유(대두유)와 폐식용유(가열처리 대두유)를 에스테르화를 위한 최적 조건을 개발하며 바이오디젤의 제조공정도를 제공한다.

Description

대두유 또는 폐식용유를 이용한 식물성연료의 제조방법 및 장치

본 발명은 대두유 또는 폐식용유를 이용한 내연기관용 식물성연료(이하 바이오디젤이라 함)의 제조방법 및 장치에 대한 발명이다.

식물성 또는 동물성 기름을 이용한 바이오디젤 생산에 관한 종래의 기술로는 식물유로부터 바이오디젤 생산에 관한 문헌(Bioresource Techbology 50 (153) 1994), 여러 가지 식물유의 연료특성에 관한 문헌(ASAE 25 (1472) 1982), 식물유로부터 디젤유의 제조 및 성질에 관한 문헌(JAOCS 66 (1372) 1987), 트랜스에스테르화된 식물유로부터 지방산에스테르의 수율향상에 관한 문헌(JAOCS 61 (1638) 1984), 우지와 식물유 에스테르의 연료 특성에 관한 문헌(JAOCS 67 (1557) 1995) 등이 소개되어 있다. 또한 폐식용유를 이용한 바이오디젤의 생산에 관해서는 폐식용유의 연료화에 관한 食品과 科學 38 (124) 1996) 등이 있으나 실제적으로 제조기술은 확립되지 않은 실정이다.

석유디젤의 대체연료로써 기존 디젤기관의 큰 개조없이 사용할 수 있는 대두유와 폐식용유를 에스테르화 전환방법을 사용하여 바이오디젤을 공업적으로 생산할 수 있는 제조기술과 장치를 제공하는데 있다. 식물유의 에스테르화는 지방산 조성 및 형태, 순도, 반응온도, 촉매 및 알콜과 유지의 몰 농도비 등에 영향을 받는다. 폐식용유의 경우는 가열처리과정과 튀김재료와의 상호반응에 의하여 지방산의 조성과 형태 및 순도가 크게 변화게 되며 에스테르화 조건도 다르게 된다. 본 발명은 식물유와 폐식용유를 이용하여 바이오디젤을 생산함에 있어서 에스테르화반응의 촉매와 식물유와 메탄올의 몰비등의 반응조건을 최적화한 에스테르화 반응기와 증류탑으로 결합은 반응장치로 구성되어 있어서 식물유의 조건에 따라 바이오디젤의 생산수율을 높일 수 있는 발명이다.

표 1. 연료별 이화학적 특성

본 발명품(A):대두유, (B):폐식용유를 사용함.

도 1은 대두유의 에스테르화시 촉매제 종류의 영향을 나타낸 것이다.

도 2는 폐식용유의 에스테르화시 촉매제 종류의 영향을 나타낸 것이다.

도 3은 대두유의 에스테르화시 반응온도의 영향을 나타낸 것이다.

도 4는 폐식용유의 에스테르화시 반응온도의 영향을 나타낸 것이다.

도 5는 대두유의 에스테르화시 메탄올과 대두유 농도비의 영향을 나타낸 것이다.

도 6은 폐식용유의 에스테르화시 메탄올과 대두유 농도비의 영향을 나타낸 것이다.

도 7은 바이오디젤유의 생산을 위한 반응기의 구조를 나타낸 것이다.

도 8은 본 발명의 제조공정 및 장치를 나타낸 것이다.

* 재료(대두유·폐식용유)

바이오디젤 생산을 위한 대두유는 시판 식용유(동방유량 제품)을 구입하여 사용하였으며, 폐식용유는 산가 0.5이상인 것을 사용하였다.

* 촉매제

에스테르화 반응을 위한 촉매제로 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 메톡시화나트륨을 사용하였다.

* 바이오디젤의 제조공정

* 바이오디젤의 제조장치

에스테르화 반응기의 외부에는 온도센서(1), 가열장치(3), 냉각기(5), 온도조절장치(4)가 구비되어 있고 반응기(10)의 내부에는 중앙상부의 모터(8)축에 교반기(2)가 수직방향으로 장착되어 있다. 반응물인 식용유, 메탄올, 촉매는 혼합장치(11)를 통해 반응기상부의 시료주입구(9)로 투입하고 가열교반하면서 에스테르화 반응을 시키며 반응기외벽에 설치된 냉각기(5)의 물주입구(6)와 출구(7)를 통해 냉각한다.

에스테르화반응이 종료되면 저장탱크(12)로 이송하여 증류탑(13)에서 메탄올을 증류시켜 콘덴서(14)에서 응축하여 저장조(15)로 이송한다. 증류탑하부로부터 글리세린과 메틸에스테르 회수하여 저장조(16)에서 글리세린을 분리하고 이송장치(17)와 저장조(18)를 거쳐 제2증류탑(19)에서 증류시켜 분리기(20)를 거쳐 메틸에스테르는 저장조(21)에 회수하고 개스는 배출기(22)를 통해 외부로 배출한다.

[실시예 1]

본 발명은 반응기에 대두유 860g(1몰)가 메틸알콜 125g(6몰)을 혼합한 시료 1085Kg에 수산화나트륨 5.4g을 첨가하여 60℃로 3시간 동안 반응시킨 후 제1증류탑에서 메탄올을 65℃로 증류시켜 회수하고 글리세린과 메틸에스테르를 분리하여 글리세린은 침전시키고 메틸에스테르는 제2증류탑에서 200℃로 증류하여 개스는 상부로 배출하고 대두유 총지방산 1몰로부터 0.97몰이 메틸에스테르로 전환되어 97%를 회수하였다.

[실시예 2]

실시예1과 같이하고 메톡시화나트륨 7.6g을 첨가하여 메틸에스테르 95.5%를 회수하였다.

[실시예 3]

실시예 1과 같이하여 폐식용유 860g(0.64몰)과 메탄올 467g(35몰)을 혼합한 시료 1.3Kg에 수산화나트륨 6.5g을 첨가하여 메틸에스테르 0.66몰인 94%를 회수하였다.

[실시예 4]

실시예 3과 같이하여 수산화칼륨 9.1g을 첨가하여 메틸에스테르 0.61몰인 95.3%를 회수하였다.

대두유를 이용하여 내연기관용 식물성연료(바이오디젤)를 개발함으로써 유지자원의 용도를 다양화와 수입에 의존하는 석유연료를 대체할 수 있으며 또한 폐식용유를 이용하여 바이오디젤을 생산함으로써 폐자원의 효용을 높이고 환경오염방지에 기여할 수 있으므로 대체 에너지 생산기술로 그 역할을 기대할 수 있다. 본 발명에서 채택하고 있는 메탄올과 대두유의 몰농도 4 : 1 내지 6 : 1, 메탄올과 폐식용유의 몰농도 25 : 1 내지 45 : 1과 촉매제로 0.3-0.7% 수산화나트륨, 수산화칼륨, 메톡시화나트륨 그리고 반응온도 55-65℃에서 제조된 본 발명의 식물성연료와 석유연료의 이화학적특성을 비교하였던 바 세탄가, 열량, 융점, 점도 등에 있어서 큰 차이가 없는 우수한 품질의 바이오디젤인 식물성연료를 얻었다.

표 2. 대두유의 열처리에 따른 특성변화

표 3. 대두유의 지방산 종류와 함량 변화

Claims

대두유를 이용한 내연기관용 식물성연료를 제조함에 있어서, 촉매로 0.3% 내지 0.7% 수산화나트륨, 수산화칼륨, 메톡시화나트륨중에서 선택된 1종을 사용하고, 메틸알콜과 대두유의 몰농도비가 4 : 1 내지 6 : 1이거나 메틸알콜과 폐식용유의 몰농도비가 25 : 1 내지 45 : 1이고, 온도 55℃ 내지 65℃로 에스테르화 반응시키는 것을 특징으로 하는 대두유 또는 폐식용유를 이용한 식물성연료의 제조방법.
대두유 또는 폐식용유를 에스테르화공정, 메탄올과 글리세린의 분리공정, 메틸에스테르증류공정을 거쳐 내연기관용 식물성연료를 제조함에 있어서, 에스테르화 반응기의 외부에는 온도센서(1), 가열장치(3), 냉각기(5), 온도조절장치(4)가 구비되어 있고 반응기(10)의 내부에는 중앙상부의 모터(8)축에 수직방향으로 장착된 교반기(2)가 혼합장치(11)를 통해 반응기상부의 시료주입구(9)로 투입된 대두유, 메탄올, 촉매를 가열 교반하면서 에스테르화 반응을 시키며 반응기외벽에 설치된 냉각기(5)의 물주입구(6)와 출구(7)를 통해 냉각하고, 에스테르화반응이 종료되면 저장탱크(12)로 이송하여 제1증류탑(13)에서 메탄올을 증류시켜 콘덴서(14)에서 응축하여 저장조(15)로 이송한후, 증류탑 하부로부터 글리세린과 메틸에스테르 회수하여 저장조(16)에서 글리세린을 분리하고 메틸에스테르는 이송기(17)와 저장조(18)를 거쳐 제2증류탑(19)에서 증류된 메틸에스테르는 회수하고 개스는 배출기(22)를 통해 외부로 배출하도록 구성된 대두유 또는 폐식용유를 이용한 식물성연료의 제조장치.