KR20150005123A - Heavy oil preparation method using botanic oil containing lots of free fatty acid - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발전용 바이오중유의 제조방법에 관한 것으로 특히, 유리 지방산이 다량 함유된 저가의 식물성 또는 동물성 오일을 원료 물질로 사용하여 발전용 중유의 대체 물질로 사용 가능한 바이오중유의 제조방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a method for producing bio-fuel oil which can be used as a substitute for heavy oil for power generation by using low-cost vegetable or animal oil containing a large amount of free fatty acid as a raw material .
최근 지구온난화 및 기후변화에 대한 우려는 화석연료 사용에 대한 우려와 탄소세 도입, 신재생에너지 의무발전 제도 등 화석연료의 사용에 대한 억제가 가해지고 있고, '신재생에너지 보급 확대'를 위한 정책 추진은 저탄소 녹색성장 기조를 바탕으로 강력하게 진행되고 있으며, 최근 유가 불안정과 화석연료의 고갈, 환경문제 등이 대두되면서 바이오연료가 새로운 신재생에너지원으로 부각되고 있다.Concerns about global warming and climate change have been hampering the use of fossil fuels such as concerns about fossil fuel use, the introduction of carbon tax, and the mandatory development of new and renewable energy. Has been progressing strongly on the basis of low carbon green growth trend. Recently, due to unstable oil prices, depletion of fossil fuels and environmental problems, biofuels are emerging as a new renewable energy source.
상기의 화석연료는 지하매장 자원을 이용하는 연료를 말하며, 지각에 파묻힌 동식물의 유해가 오랜 세월에 걸쳐 화석화하여 만들어진 연료를 뜻한다. 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석연료들은 과거에 살았던 동물이나 식물이 땅에 묻히고, 오랜 세월 동안 높은 땅 속의 압력과 열에 의해 생성되어 진다. 그러나 화석연료는 매장량이 정해져 있고, 전 세계적으로 연료 수요량은 점차 늘어나는 추세로써 한정적인 자원으로 고갈의 위험이 있다. 또한 화석연료는 사용시에 온실가스를 배출하게 되어 환경에 악영향을 끼친다. These fossil fuels refer to fuels that utilize underground storage resources, and the fuels of animals and plants buried in the crust have been fossilized over many years. Fossil fuels such as coal, oil, and natural gas are created by the pressures and heat of high ground for many years, when animals or plants that lived in the past are buried in the ground. However, fossil fuels have a fixed amount of reserves, and the global demand for fuel is increasing, and there is a risk of depletion due to limited resources. In addition, fossil fuels emit greenhouse gases during use, adversely affecting the environment.
그러나 바이오에너지는 화석연료에 비해 환경 오염물질의 배출이 적어 현대 사회에서 요구하는 환경 친화형 에너지로서 주목받고 있다. 이러한 바이오에너지의 장점에도 불구하고 보급을 획기적으로 늘리는데 장애 요인도 다수 있다. 가장 중요한 장애요인은 바이오에너지의 낮은 가격 경쟁성이다. 즉 바이오에너지는 석탄, 석유 등의 현재 사용하고 있는 에너지에 비해 약 1.5-2배 이상 생산단가가 높다는 치명적인 취약점이 있다. 하지만 환경오염에 따른 사회 간접비용 증가 및 에너지 안보 등을 고려할 때 바이오에너지의 보급 필요성이 부각되고 이를 충분히 인식한 미국, EU, 일본 등 선진국에서는 바이오에너지 보급을 늘리기 위해 적극적인 지원 정책을 마련 시행하고 있다. 그 결과 전 세계적으로 바이오에너지 보급은 매우 활성화되고 있으며 앞으로도 지속적으로 증가할 전망이며, 그에 따라서 새로운 에너지원으로 바이오연료가 부각되고 있는 추세이다.However, bio-energy is less than environmental pollutants compared to fossil fuels, and it is attracting attention as environment-friendly energy required in modern society. Despite the advantages of bio-energy, there are many obstacles to dramatically expand supply. The most important obstacle is the low price competitiveness of bioenergy. In other words, bio-energy has a fatal weak point that the production cost is about 1.5-2 times higher than the current energy of coal and oil. However, considering the increase in social overhead costs due to environmental pollution and energy security, the need for bio-energy has been highlighted, and developed countries such as the US, EU, and Japan have been actively implementing support policies to increase bio-energy supply . As a result, the spread of bio-energy around the world is very active and will continue to increase in the future, and bio-fuels are emerging as a new energy source.
바이오연료는 바이오에너지를 생산해 낼 수 있는 에너지원이 되는 식물, 미생물, 동물 등의 생물체(바이오매스)와 음식쓰레기, 축산폐기물 등을 열분해하거나 발효시켜 만들어낸 연료를 말하는 것으로, 화석연료보다 이산화탄소를 적게 배출한다는 장점이 있다. 또한, 바이오중유는 낮은 황 함량으로 탈황 공정의 비용을 절감할 수 있고 기존 중유발전 설비의 활용이 가능하며 수입에 의존하는 중유를 대체할 수 있는 연료로서, CO2절감을 통한 탄소배출권을 확보는 물론 신재생에너지 보급으로 정부의 녹색성장 정책에도 부합하여 앞으로의 개발이 기대되는 분야이다. 따라서 바이오연료 관련 개발 분야에 관심이 커지고 있는 추세이다.Biofuels refers to fuels produced by pyrolysis or fermentation of biomass (biomass), food waste, animal wastes, and other plants, microorganisms, and animals, which are energy sources that can produce bioenergy. It is advantageous to discharge less. In addition, bio-fuel oil can reduce the cost of the desulfurization process with low sulfur content as fuel with the use of conventional heavy oil power plants can be possible and replace the fuel oil that rely on imports, securing carbon credits through the CO 2 reduction is Of course, it is in line with the government's green growth policy with the spread of new and renewable energy, which is expected to be developed in the future. Therefore, there is a growing interest in biofuels related development.
현재, 수송용 바이오연료인 바이오디젤과 바이오에탄올을 생산하는 기술 개발 뿐만 아니라 차량연료로 이용하는데 필요한 기반 구축 연구도 활발하게 진행되고 있다. 또한 현재 높은 수송용 바이오연료 생산 단가를 낮추기 위해 보다 값싼 원료인 목질계 바이오매스 등으로부터 바이오연료를 생산하는 기술 개발도 꾸준히 진행되고 있다.At present, not only technology for producing bio-diesel and bio-ethanol, which is transportation bio-fuels, but also infrastructure construction for use as vehicle fuels are actively being studied. In addition, in order to lower the production cost of high-transportation biofuels, development of technology for producing biofuel from wood-based biomass, which is a cheaper raw material, is being steadily under way.
이렇듯 수송용 바이오연료에는 현재 많은 연구 결과물들이 보고되어지고 있으며, 대한민국등록특허 제0566106호에는 유지 및 알코올을 반응물로하여 촉매 존재하에서 반응시켜 바이오디젤유를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 바이오디젤 역시 수송용 바이오연료로써 높은 활용성을 보이나, 상기 바이오디젤의 물성이 경유와 비슷하여 발전용으로는 적합하지 않다.As described above, many research results have been reported on biofuel for transportation. Korean Patent No. 0566106 discloses a method for producing biodiesel oil by reacting in the presence of a catalyst with alcohol as a reactant. However, biodiesel is also highly utilizable as a transportation biofuel, but the physical properties of the biodiesel are not suitable for power generation because they are similar to light oil.
따라서 최근 바이오연료의 활용에 대한 연구가 확대되고는 있지만, 현재는 주로 수송용 바이오 연료에 대한 관심이 높으며 발전용으로의 활용은 미미한 수준으로 이에 국내 바이오 생산업체, 발전사 등에서 사업성을 검토하고 있는 것에 지나지 않고 있어, 발전용 산업에 있어서 한정적인 연료를 대체할 수 있는 바이오연료에 대한 연구가 시급한 실정이다.
Although biofuels have recently been exploited for their use, there is currently a strong interest in biofuels for transportation, and the use of biofuels for power generation is minimal. Therefore, domestic bioproducts and development companies are examining their feasibility There is an urgent need to study biofuels that can substitute limited fuel in the power generation industry.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 화석연료인 발전용 중유를 대체할 수 있는 바이오중유의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method for producing bio-fuel oil which can replace heavy oil for power generation which is a fossil fuel.
또한, 저가의 식물성 또는 동물성 유지를 촉매하에 반응시켜 바이오중유 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is also an object of the present invention to provide a method for producing bio-heavy oil by reacting low-cost vegetable or animal fats with a catalyst.
본 발명은 발전용 바이오중유를 제조하는 방법에 있어서, 지방산이 5% 이상 함유된 식물성 오일 또는 동물성 오일을 원료로 하여, 산촉매 존재하에 알코올을 첨가하고 반응시켜 지방산 알킬에스테르로 전환시키는 반응공정; 상기 반응공정의 반응생성물로부터 알코올을 회수하는 회수공정; 및 알코올이 제거된 상기 반응생성물로부터 물과 촉매를 제거하는 정제공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for producing biofuel heavy oil for power generation, which comprises a reaction step of converting a fatty acid alkyl ester into a fatty acid alkyl ester by adding an alcohol in the presence of an acid catalyst, using a vegetable oil or an animal oil containing 5% or more fatty acid as a raw material, A recovery step of recovering the alcohol from the reaction product of the reaction step; And a purification step of removing water and a catalyst from the reaction product from which the alcohol has been removed.
또한, 상기 지방산은 유리지방산의 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법을 제공한다.Also, the present invention provides a method for producing biofuel, wherein the fatty acid is present in the form of free fatty acid.
또한, 상기 균일계 산촉매는 상기 원료의 중량에 대비하여 0.5 내지 2.0 중량%인 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법을 제공한다.Also, the homogeneous acid catalyst is 0.5 to 2.0 wt%, relative to the weight of the raw material.
또한, 상기 원료와 알코올의 몰비가 1:1 내지 1:10인 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법을 제공한다.Also, the present invention provides a method for producing bio-fuel oil, wherein the molar ratio of the raw material to the alcohol is 1: 1 to 1:10.
또한, 상기 반응공정의 온도는 50 내지 100℃이고, 압력은 1 내지 3atm이며, 시간은 30 내지 120분인 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법을 제공한다.Also, the reaction temperature is 50 to 100 ° C, the pressure is 1 to 3 atm, and the reaction time is 30 to 120 minutes.
또한, 상기 회수공정은 감압농축법을 이용하여 상기 알코올을 회수하는 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법을 제공한다.Further, in the recovering step, the alcohol is recovered using a reduced pressure concentration method.
또한, 상기 회수공정에서 회수된 상기 알코올은 상기 반응공정 시, 재활용되는 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법을 제공한다.Also, the alcohol recovered in the recovering step is recycled during the reaction step.
또한, 상기 정제공정은 층분리 방법을 이용하여 상기 물과 촉매를 제거하는 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법을 제공한다.
In the purification process, the water and the catalyst are removed using a layer separation method.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, it should be noted that, in the drawings, the same components or parts have the same reference numerals as much as possible. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted so as to avoid obscuring the subject matter of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
The terms " about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used herein are intended to be taken to mean an approximation of, or approximation to, the numerical values of manufacturing and material tolerances inherent in the meanings mentioned, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure.
도 1은 본 발명에 따른 바이오중유의 제조방법 공정 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 바이오중유의 제조방법 공정 순서도에 따른 공정도이다.FIG. 1 is a flow chart of a process for producing a biofuel feed according to the present invention, and FIG. 2 is a process diagram according to a process flow of a process for producing biofuel feed according to the present invention.
본 발명은 발전용 중유의 대체 물질로 사용 가능한 바이오중유의 제조방법에 관한 것으로, 도 1에 나타난 바와 같이 원료를 투입하여 반응공정, 알코올을 회수하는 회수공정, 물과 촉매를 제거하는 정제공정을 거쳐 발전용 바이오중유를 제조한다. The present invention relates to a method for producing bio-oil which can be used as a substitute for heavy fuel oil for power generation. As shown in Fig. 1, a feedstock is fed into a reaction process, a recovery process for recovering alcohol, And produces bio-fuel oil for power generation.
상기 반응공정은 도 2에 나타난 바와 같이 산촉매와 알코올을 원료와 함께 반응기(100)에 첨가하고 반응시키는 것으로서, 상기 원료를 에스테르화 반응을 통해 알킬에스테르로 전환시키는 것이다.As shown in FIG. 2, the reaction is performed by adding an acid catalyst and an alcohol together with a raw material to the
상기 원료는 지방산이 5% 이상 함유된 식물성 오일 또는 동물성 오일로서, 상기 지방산은 유리지방산의 형태로 존재할 수 있다. 상기 식물성 오일은 유채, 대두, 해바리기, 팜(palm) 등의 식물로부터 채취한 식물성 조 유지(crude oil)를 고압 스팀(steam) 등으로 가열하여, 유채유, 대두유, 해바라기유, 팜유 등의 식물성 정제 오일일 수 있으며, 일 예로 대두유, 옥수수유, 평지유, 아마인유, 해바라기유, 양귀비유, 호두유, 땅콩류, 면실유, 미강유, 동백유, 피마자유, 올리브유 등 어느 것이나 사용할 수 있으며, 상기의 오일의 혼합물을 사용할 수 있을 것이다.The raw material is a vegetable oil or an animal oil containing 5% or more of a fatty acid, and the fatty acid may be present in the form of free fatty acid. The vegetable oil is obtained by heating crude vegetable oil collected from plants such as oilseed rape, soybean, sunflower and palm with high pressure steam to produce a vegetable oil such as rapeseed oil, soybean oil, sunflower oil and palm oil Any of the above-mentioned oils may be used, for example, soybean oil, corn oil, rapeseed oil, flaxseed oil, sunflower oil, poppy oil, hoso oil, peanut oil, cottonseed oil, rice bran oil, camellia oil, castor oil, .
상기 동물성 오일은 라드(lard) 오일, 수지(tallow) 오일, 트레인(train) 오일, 생선 오일 및 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있으며, 일 예로 우지(牛脂), 돈지(豚脂), 양지(羊脂), 어유(魚油), 경유(鯨油), 폐식용유 등 어느 것이나 사용할 수 있으며, 상기의 오일의 혼합물을 사용할 수 있을 것이다.The animal oil may include lard oil, tallow oil, train oil, fish oil, and mixtures thereof. Examples of such animal oils include beef tallow, lard (pig fat), sunfish Soybean oil, sheep fat, fish oil, diesel oil and waste cooking oil, and mixtures of the above oils may be used.
또한, 상기 식물성 오일 또는 동물성 오일은 새 오일, 사용된 오일, 폐 오일 등 어느 것이나 사용할 수 있으며, 상기의 오일의 혼합물을 사용할 수 있을 것이다.The vegetable oil or the animal oil may be any of fresh oil, used oil, waste oil, etc., and a mixture of the above-mentioned oils may be used.
상기 산촉매는 균일계 산촉매일 수 있으며, 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3), PTSA(para-tolueneculfonic acid) 등 현재 판매되어지는 어느 것이나 사용가능하나, PTSA 또는 황산(H2SO4)을 사용하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 상기 산촉매는 0.5 내지 2.0 중량%의 양으로 첨가될 수 있다.The acid catalyst may be a homogeneous acid catalyst. Any commercially available acid such as sulfuric acid (H 2 SO 4 ), hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), and para-tolueneculfonic acid (PTSA) (H 2 SO 4 ). The acid catalyst may be added in an amount of 0.5 to 2.0 wt%.
상기 알코올은 알코올로는 탄소수 1 내지 10의 일가 알코올, 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 프로판올 등의 탄소수 1 내지 4의 저급 일가 알코올을 사용할 수 있으며, 메탄올을 사용하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 상기 알코올은 상기 원료와 알코올의 몰비가 1:1 내지 1:10인 것으로 첨가될 수 있다.As the alcohol, a monohydric alcohol having 1 to 10 carbon atoms, preferably a lower monohydric alcohol having 1 to 4 carbon atoms such as methanol, ethanol, propanol, etc. may be used as the alcohol, and it is preferable to use methanol. The alcohol may be added in a molar ratio of the raw material to the alcohol of 1: 1 to 1:10.
상기 반응기는 에스테르화 반응기일 수 있다. 상기 에스테르화 반응기로는, 비한정적으로, 교반기가 부착된 연속교반탱크반응기(continuous stirred tank reactor; CSTR), 충분한 체류 시간을 유지하도록 반응기 내부에 배플(baffle)을 부착시킨 관형반응기(plug flow reactor; PFR) 등을 사용할 수 있으며, 반응물에 충분한 체류 시간을 부여할 수 있는 반응기를 사용하는 것이 바람직할 것이다.The reactor may be an esterification reactor. The esterification reactor includes, but is not limited to, a continuous stirred tank reactor (CSTR) equipped with a stirrer, a plug flow reactor with a baffle attached inside the reactor to maintain sufficient residence time, ; PFR), and the like, and it is preferable to use a reactor capable of giving sufficient residence time to the reactant.
상기 반응공정은 50 내지 100℃에서 실시되고, 바람직하게는 55 내지 65℃에서 실시한다. 또한 1 내지 3atm의 압력에서 실시하며, 반응시간은 30 내지 120분으로 실시한다.The above reaction process is carried out at 50 to 100 캜, preferably at 55 to 65 캜. And at a pressure of 1 to 3 atm, and the reaction time is 30 to 120 minutes.
상기 회수공정은 감압농축기(200)를 이용하여 상기 반응공정을 통해 얻어진 반응생성물로부터 과잉으로 투여된 알코올을 회수하는 것으로, 상기에서 회수한 알코올은 알코올탱크(210)에 모아두었다가 반응기(100)로 순환하여 재사용할 수 있다.The recovered alcohol is recovered from the reaction product obtained through the reaction step by using the reduced
상기 회수공정은 알코올을 회수하는 방법으로 감압농축법을 이용하여 증류를 통해 메탄올을 반응기로 회수할 수 있으며, 진공 또는 상압에서 100 내지 200℃의 조건에서 실시되어지되, 상기 알코올의 회수를 위해 증발 및 응축과정을 거치기에 충분할 정도로 온도, 압력, 공정온도를 낮게 유지하기 위해서 진공상태에서 실시할 수 있고, 상기 반응공정에서 사용되어 회수되는 알코올의 종류에 따라서 달라질 수 있다. 또한 공정의 상황에 따라 상기 회수공정의 온도, 압력 등의 조건은 변경할 수 있다.The recovering step may be carried out under vacuum or normal pressure at a temperature of 100 to 200 ° C. The alcohol is recovered by distillation using a reduced pressure concentration method, And may be carried out in a vacuum state to keep the temperature, pressure, and process temperature low enough to undergo the condensation process, and may vary depending on the kind of alcohol recovered and used in the reaction process. Conditions of temperature, pressure, etc. of the recovery process can be changed according to the process conditions.
상기 회수공정에서 회수된 알코올은 상기 반응공정 시 순환시켜 재활용할 수 있으며, 상기 과정은 알코올의 사용량을 최소화할 수 있도록 한다. 또한 상기 회수공정을 통해서 물과 유지 성분의 분리를 용이하게 하여, 후공정인 정제공정에서 정제가 잘 이루어지도록 한다.The alcohol recovered in the recovery process can be recycled by circulating during the reaction process, and the process can minimize the amount of alcohol used. Further, the separation of water and the fat component is facilitated through the above-mentioned recovery step, so that the purification can be performed well in the purification step which is a subsequent step.
상기 정제공정은 알코올이 제거된 상기 반응생성물로부터 물과 촉매를 제거하는 것으로, 상기 회수공정을 거친 반응생성물에 물을 50 내지 150mL 첨가한 후, 분리된 물층과 오일층을 층분리기(300)를 통해 물층만을 제거하여 정제할 수 있다.In the purification step, water and a catalyst are removed from the reaction product from which the alcohol has been removed. After 50 to 150 ml of water is added to the reaction product obtained through the recovery process, the separated water layer and the oil layer are separated from the
상기 물층에는 상기 반응공정에서 투입한 강한 산성을 띄는 산촉매가 물에 녹아있으며, 층분리기(300)에서 상기 산촉매가 녹아있는 물만을 제거하여 폐수로 배출시키고, 배출되지 않은 오일층은 최종생성물인 발전용 바이오중유로서 사용되어질 수 있다.
In the water layer, an acid catalyst having a strong acidity, which is added in the reaction step, is dissolved in water. In the
상기와 같이 본 발명은 바이오중유를 제조하여 발전용 중유를 대체할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of replacing heavy oil for power generation by producing bio-heavy oil.
또한, 본 발명은 저가의 식물성 또는 동물성 유지를 촉매하에 반응시켜 경제적으로 바이오중유를 제조할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has an effect of economically producing bio-heavy oil by reacting inexpensive vegetable or animal fat with a catalyst.
더 나아가, 본 발명의 바이오중유는 고갈의 위험이 있는 한정적 자원인 기존의 발전용 중유를 대체할 수 있는 연료로서, 신재생에너지를 확보하고 CO2를 절감하여 환경적인 문제해결에 기여하는 효과가 있다.
Further, the biofuel of the present invention is an alternative fuel for use as a limited resource, which is a limited resource having a risk of exhaustion, and is effective in securing renewable energy and contributing to solving environmental problems by reducing CO 2 have.
도 1은 본 발명에 따른 바이오중유의 제조방법 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 바이오중유의 제조방법 공정 순서도에 따른 공정도이다.Fig. 1 is a flow chart of the process for producing biofuel of the present invention.
FIG. 2 is a process diagram according to the process flow chart of the method for producing biofuel of the present invention.
이하, 본 발명의 바이오중유 제조방법을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the method for producing bio-heavy oil according to the present invention will be described in detail with reference to examples.
하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
The following examples illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example
유리 지방산을 30% 함유하고 Acid value가 56.5mg KOH/mg인 Palm Acid Oil 950g/hr와, 메탄올 110g/hr에 PTSA(para-toluenesulfonic acid) 11g/hr를 첨가하고 60℃로 예열한 후, 각기 다른 정량펌프를 이용하여 반응기로 투입하였다. 반응기는 전기히터 및 온도 조절기, 교반기가 장착되어 반응온도를 일정하게 유지시키면서 원활한 교반을 수행할 수 있는 설비를 사용한 것으로, 반응기의 용적은 2L이며, Level은 50~ 60%로 유지하면서 연속식 반응 실시하였다.950 g / hr of Palm Acid Oil containing 30% of free fatty acids and having an acid value of 56.5 mg KOH / mg and 11 g / hr of para-toluenesulfonic acid (PTSA) at 110 g / hr of methanol were preheated to 60 ° C, The reactor was charged with another metering pump. The reactor is equipped with an electric heater, a temperature controller, and a stirrer to perform a smooth stirring while maintaining a constant reaction temperature. The volume of the reactor is 2 L, and the level is maintained at 50 to 60% Respectively.
상기에서 생성된 반응생성물의 메탄올은 Rotary Vacuum Evaporator를 이용하여 제거하고, 물을 100 mL 첨가한 후 분별깔때기를 이용해 물층은 폐수로 제거하여 바이오중유를 제조하였다.
Methanol as the reaction product was removed using a rotary vacuum evaporator, 100 mL of water was added, and the water layer was removed with wastewater using a separating funnel to produce biofuel.
비교예Comparative Example
현재 발전용 바이오중유를 사용하고 있는 하와이 발전소의 바이오중유 품질 규격과 비교하였다.
It is compared with the bio - oil quality standard of the power plant of Hawaii which uses bio - heavy oil for power generation at present.
* 품질 규격 항목* Quality standard item
1) 총 발열량(gross calorific value)1) gross calorific value
: 에너지 열량을 환산한 것으로, 연료의 단위량이 완전히 연소했을 때 발생하는 열량 (단위: kcal/kg, ASTM D240): Energy calorific value (unit: kcal / kg, ASTM D240) when the amount of fuel is completely burned,
2) 산가(acid value)2) acid value
: 유지에 함유된 유리지방산의 양을 나타내는 수치이며, 유지 1g 중에 함유된 유리지방산을 중화하는데 필요한 수산화 칼륨의 mg수 (단위: mg KOH/mg, ASTM D664)(Mg KOH / mg, ASTM D664) required for neutralizing the free fatty acid contained in 1 g of the fat, which represents the amount of free fatty acid contained in the fat,
3) 동점도(kinematic viscosity)3) Kinematic viscosity
: 유체의 점도를 그 유체의 질량 밀도로 나눈 값 (단위 : cSt, ASTM D7042): The viscosity of the fluid divided by the mass density of the fluid (unit: cSt, ASTM D7042)
4) 유동점(pour point)4) pour point
: 유류를 냉각해 갈 때, 유동성을 유지하는 최저 온도 (단위 : ℃, ASTM D5949): Minimum temperature (in degrees Celsius, ASTM D5949) that maintains fluidity when cooling oil.
5) 물과 침전물의 양5) Amount of water and sediment
: 연료에 존재하는 물과 침전물의 양 (단위 : vol%, ASTM D2709): Amount of water and sediment present in the fuel (unit: vol%, ASTM D2709)
6) 바나듐 함량6) Vanadium content
: 시료 내에 존재하는 바나듐의 양 (단위 : ppm, ASTM D2709)
: Amount of vanadium present in the sample (unit: ppm, ASTM D2709)
표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 바이오중유인 실시예는 현재 실제 발전소에 적용되고 있는 비교예의 바이오중유 품질규격항목과 근접하게 품질규격을 모두 충족하고 있으며, 값이 높을수록 설비 내 고온 부식을 야기할 수 있는 산가와 바나듐 함량의 경우 비교예의 기준에 비해 실시예의 값이 현저히 낮아 우수성을 보여 발전용 신재생에너지로서 적용이 가능하다는 것을 알 수 있다.
As shown in Table 1, the biofuel oil embodiment of the present invention meets all of the quality standards close to the biofuel oil quality standard of the comparative example currently applied to the actual power plant, and the higher the value, the higher the temperature corrosion in the facility It can be seen that the acid value and the vanadium content that can be used are remarkably lower than those of the comparative example, and therefore, they are excellent and can be applied as renewable energy for power generation.
반응기 : 100 감압농축기 : 200
층분리기 : 300
알코올탱크 : 210Reactor: 100 Vacuum concentrator: 200
Layer Separator: 300
Alcohol tank: 210
Claims (8)
지방산이 5% 이상 함유된 식물성 오일 또는 동물성 오일을 원료로 하여, 산촉매 존재하에 알코올을 첨가하고 반응시켜 지방산 알킬에스테르로 전환시키는 반응공정;
상기 반응공정의 반응생성물로부터 알코올을 회수하는 회수공정; 및
알코올이 제거된 상기 반응생성물로부터 물과 촉매를 제거하는 정제공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법.
A method for producing biofuel heavy oil for power generation,
A reaction step in which a vegetable oil or an animal oil containing 5% or more of a fatty acid is used as a raw material and an alcohol is added and reacted in the presence of an acid catalyst to convert it into a fatty acid alkyl ester;
A recovery step of recovering the alcohol from the reaction product of the reaction step; And
And a purification step of removing water and a catalyst from the reaction product from which the alcohol has been removed.
상기 지방산은 유리지방산의 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the fatty acid is present in the form of a free fatty acid.
상기 균일계 산촉매는 상기 원료의 중량에 대비하여 0.5 내지 2.0 중량%인 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the homogeneous acid catalyst is 0.5 to 2.0% by weight based on the weight of the raw material.
상기 원료와 알코올의 몰비가 1:1 내지 1:10인 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the molar ratio of the raw material to the alcohol is 1: 1 to 1:10.
상기 반응공정의 온도는 50 내지 100℃이고, 압력은 1 내지 3atm이며, 시간은 30 내지 120분인 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the temperature of the reaction step is 50 to 100 占 폚, the pressure is 1 to 3 atm, and the time is 30 to 120 minutes.
상기 회수공정은 감압농축법을 이용하여 상기 알코올을 회수하는 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the recovering step recovers the alcohol by using a reduced pressure concentration method.
상기 회수공정에서 회수된 상기 알코올은 상기 반응공정 시, 재활용되는 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the alcohol recovered in the recovering step is recycled during the reaction step.
상기 정제공정은 층분리 방법을 이용하여 상기 물과 촉매를 제거하는 것을 특징으로 하는 바이오중유 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the purification step comprises removing the water and the catalyst using a layer separation method.
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|---|---|---|---|---|
| KR101626733B1 (en) * | 2015-10-19 | 2016-06-01 | 씨에스 에너지 주식회사 | gas phase and liquid phase dual circulation type bio heavy fuel oil production system |
| KR101704343B1 (en) * | 2016-04-27 | 2017-02-14 | 씨에스 에너지 주식회사 | bio heavy fuel oil production system with intra circulation-type malodor removing device |
| KR20170031306A (en) | 2015-09-10 | 2017-03-21 | 성균관대학교산학협력단 | Method for producing bio-heavy oil from sewage sludge and bio-heavy oil produced by the method |
| KR20180067261A (en) * | 2016-12-12 | 2018-06-20 | 에너바이오 주식회사 | The Preparation Method of Bio-diesel |
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2013
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