| 초록 |
바이오디젤을 대규모로 생산하는 상용공정은 현재 모두 전이에스테르화를 이용하고 있으며 지방산의 글리세린 에스테르로 존재하는 유지를 촉매 존재하에서 메탄올로 전이에스테르화하여 지방산 메틸에스터와 글리세린을 얻는다. 전이에스테르화 반응의 속도는 교반속도, 온도, 유지와 메탄올의 몰비, 촉매의 종류와 촉매량, 원료의 정제정도 등의 여러 변수에 따라 달라지게 된다. 원료 유지에 수분과 유리지방산 함량이 많으면 알카리 촉매를 쉽게 비활성시켜 촉매량을 증가시키거나 반응의 진행을 방해하게 되고 수분은 가수분해를 일으키고 유리지방산과 알카리촉매가 결합하여 생성된 금속염은 가수분해 반응을 더욱 촉진시킨다.[1,2,3] 또한, 금속염(Soap)이 많게 되면 생성물의 분리 정제를 어렵게 한다. 수분은 보통 원료물질을 진공증발시켜 반응에 영향이 없을 정도로 제거할 수 있으며 유리지방산은 증류법, 중화법, 알콜을 이용한 에스테르화법에 의해 제거하게 된다. 중화법은 과량의 NaOH, 또는 KOH 수용액을 사용하여 유리지방산을 중화처리한 후 생성된 금속염을 수세하여 제거하는 방법으로 중화제로 쓰이는 알카리 촉매는 전이에스테르화 반응시 사용되는 촉매임으로 공정의 촉매비용을 높이고 중화처리 후 금속염을 제거하기 위해 수세하면 폐수를 발생시키는 문제점이 있다.[2] 또한 유리지방산은 유지의 구성성분으로 지방산 메틸에스터로 전환이 가능하기 때문에 중화하여 제거하게 되면 원료물질의 손실을 유발하게 된다.[3] 따라서, 본 연구에서는 메탄올을 이용하여 고체산 촉매로 유리지방산을 지방산 메틸에스터로 전환하는 에스테르화 반응의 최적 조건을 찾고자 온도, 메탄올 주입 몰비, 시간, 촉매량, 고체산 촉매 종류, 교반 강도 등을 실험 변수로 하여 실험을 수행하였으며 원활한 전이에스테르화 반응이 가능한 기준치인 유리지방산 함량 0.5%이하의 수준까지 유리지방산을 제거 할 수 있는 반응 조건을 도출하여 바이오디젤 생산을 위한 폐유지의 전처리 방법을 개발하였다 |
