초임계 메탄올을 이용한 팜올레인유의 연속식 바이오디젤 생산
Process development of continuous production of biodiesel from palm olein oil utilizing supercritical methanol medium
- 주제(키워드) Biodiesel , Palm olein oil , Transesterification , Supercritical methanol
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 유기풍
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 석사
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000045041
- 본문언어 한국어
초록/요약
초임계 메탄올을 이용한 팜올레인유의 비촉매, 연속식 바이오디젤 생산 시스템은 나선형으로 꼬인 튜브 형태의 관형 반응기를 사용하여 개발하였다. 메탄올과 오일의 몰분율, 반응 압력, 반응 온도, 체류 시간의 증가는 생산물의 수율을 향상시킨다. 그러나 반응온도가 350도 이상에서는 불포화 지방산메틸에스터의 열퇴화 반응이 일어나 전체 수율에 손실과 생산물의 질적 저하를 초래한다. 또한, 높은 온도에서의 반응에 대한 임계 체류시간이 존재하기 때문에, 임계체류시간이 넘어서면 수율이 감소하게 된다. 예열온도와 반응온도를 일치시킨 일정온도 공정에서의 최적반응 조건은 몰분율(메탄올/오일) 40, 반응 온도 350도, 반응 압력 35MPa 그리고 체류시간 15min 임을 알 수 있었다. 그러나 고온에서의 열 안정성이 낮은 불포화 지방산메틸에스터의 손실이 일어나기 때문에 최대 수율은 89%였다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서 새로운 방안을 제안하였다. 예열기와 반응기 사이의 혼합영역의 온도를 원료물질이 단일상을 이루는 온도까지 낮추어 반응기로 공급함으로써 고온에 노출되는 시간을 최소화 시켰다. 이로 인해 불포화 지방산 메틸에스터의 열퇴화로 인한 손실을 최소화 시킬 수 있었으며, 이 공정을 이용하여 생산한 지방산 메틸에스터(FAMEs)의 수율을 95%까지 얻을 수 있었다.
more목차
1. 서론 = 1
1.1 연구배경 = 1
1.2 초임계 유체 = 6
1.3 팜 올레인유 = 7
2. 유지에 대한 메탄올의 혼합조건 측정 = 10
2.1 연구목적 = 10
2.2 실험장치 및 방법 = 13
2.3 혼합조건 측정 결과 및 고찰 = 15
3. 연속장치에서의 최적 조건 = 19
3.1 연구목적 = 19
3.2 실험 과정 = 20
3.2.1 실험장치 및 실험방법 = 20
3.2.2 분석방법 = 22
3.3 실험 결과 = 24
3.3.1 합력에 관한 영향 = 24
3.3.2 체류시간에 관한 영향 = 26
3.3.3 온도에 관한 영향 = 29
4. 연속장치에서의 반응속도론 연구 = 31
4.1 연구목적 = 31
4.2 반응속도론 모델 = 32
4.3. 결과 및 토의 = 34
4.3.1 반응속도론의 온도에 관한 영향 = 34
4.3.2 반응속도론의 압력에 관한 영향 = 40
5. 결론 = 43
표 및 그림 목차
표 1, 바이오디젤 생산에서 촉매식 메탄올 공정과 초임계메탄올 공정의 비교 = 5
표 2-(a) 다양한 유지의 물성치 = 8
표 2-(b) 다양한 유지에 들어있는 성분의 조성과 CP [11] = 8
표 3. 구성성분 조작에 의한 팜유의 용도 = 9
표 4. 온도와 압력에 따른 메탄올의 유전상수[26] = 18
표 5 다양한 온도에서의 FAME의 반응속도상수 (압력 = 350 bar, MeOH:Oil = 40:1) = 35
표 6 팜올레인유의 에스테르교환 반응의 활성화에너지 (압력 = 350 bar, MeOH:Oil = 40:1) = 38
표 7 반응활성화부피와 활성화에너지에 대한 압력의 영향 = 42
그림 1. 구성성분 조작에 의한 팜유의 분류. = 9
그림 2 (A) 350도로 예열하여 생산한 바이오디젤, (B)240도의 혼합영역 조건에서 생산한 바이오디젤. = 12
그림 3 view cell 장치. = 14
그림 4 메탄올과 오일의 혼합물의 온도 변화에 따른 상거동 모습 (a) 200 ℃, 메탄올의 증기압 (b) 235 ℃, 메탄올의 증기압. = 17
그림 5 연속식 바이오디젤 장치. = 21
그림 6 GC로 분석된 바이오디젤의 크로마토그램. = 23
그림 7. 팜올레인 오일의 에스테르교환 반응의 압력에 대한 영향 (체류시간 = 15분, 몰비 = 40:1, 반응온도 = 350 ℃). = 25
그림 8 팜올레인유의 에스테르교환 반응의 수율에 미치는 체류시간의 영향 (압력 = 350 bar, 몰비 = 40:1). = 27
그림 9 팜올레인유의 에스테르교환 반응의 수율에 미치는 체류시간의 영향 (몰비 = 40:1, 반응온도 = 350 ℃). = 28
그림 10 팜 올레인 오일의 에스테르교환 반응의 온도에 대한 영향 (체류시간 = 15분, 몰비 = 40:1, 반응압력 = 350 bar). = 30
그림 11 다양한 온도 조건에서의 반응속도에 대한 에스테르 교환 반응의 ln[uME,0]-ln[uME,t] 값 (MeOH:Oil = 40:1, 압력 = 350 bar). = 36
그림 12 1/T 에 따른 팜올레인유의 에스테르교환 반응의 lnk값 ( MeOH:Oil = 40:1, 압력 = 350 bar). = 38
그림 13 1/T 에 따른 팜올레인유의 에스테르교환 반응의 lnk값 ( MeOH:Oil = 40:1, 압력 = 350 bar). = 39
