초임계 메탄올을 이용한 팜유 바이오디젤 제조에 관한 반응인자들의 영향

Abstract

본 연구에서는 초임계 메탄올을 이용하여 팜유 (Palm oil)를 전이에스테르화 시킨 후 반응 속도론 및 반응 변수에 따른 FAMEs의 content의 변화에 대하여 기초연구를 하였다. 실험은 반응온도 240℃~280℃, 압력 100bar~300bar, 반응시간 0min~20min, 몰 비 30:1~60:1(methanol : oil), 교반속도 0rpm~1000rpm 까지 변화시켜 비활성 분위기인 닫힌계에서 수행하였다. 반응 후의 액상을 회전식 증발기를 통하여 잔류메탄올을 증발시키고 층 분리 후 상층을 GC (gas chromatography)로 정성 및 정량분석 하였다. 반응압력과 몰 비를 고정하기 위한 실험에서 가장 좋은 결과를 보이는 150bar, 60:1 로 고정하였으나, 압력에 따른 차이는 5% 이내로 많은 영향은 없는 것으로 보였고 메탄올과 oil의 몰 비에 대한 영향은 메탄올이 많을수록 좋은 결과를 보였다. 초임계 메탄올 하에서 생성된 FAMEs는 주로 methyl myristate(C14:0), methyl palmitate(C16:0), methyl stearate(C18:0), methyl oleate(C18:1), methyl linoleate(C18:2), methyl linolenate(C18:3) 이였으며, 280℃에서는 이중결합을 가지고 있는 methyl oleate, methyl linoleate, methyl linolenate는 반응시간이 지남에 따라 함량이 증가했다가 감소하는 것을 볼 수 있었다. 한편 triglyceride, diglyceride, monoglyceride, free fatty acid를 포함하는 uME(unmethyl esterified compounds)가 FAMEs로 전환된 양을 conversion [%]으로 계산하여 초임계 메탄올을 이용한 팜유 바이오디젤 제조의 속도론적 접근을 하였다. 초임계 메탄올에 의한 팜유 바이오디젤의 합성반응을 비가역 1차 속도 식을 따르는 구간에서 속도상수 및 Arrehenius plot에 의한 활성화 에너지를 구하였다.; Biodiesel is defined as the mono-alkyl esters of fatty acids derived from vegetable oils or animal fats. It is an alternative fuel for diesel engines that is receiving great attention worldwide. Because it can be used either pure or in blends with diesel fuel in unmodified diesel engines, and it is biodegradable, nontoxic and reduces some exhaust pollutants. There have been various studies on biodiesel production up to now and one of the most commonly used methods is an alkali-catalyzed transesterification reaction. This, however, has several drawbacks. Supercritical process without any catalysts has recently been proposed and studied to resolve the problems in the conventional chemical processes. However, there are few studies that describe biodiesel production from palm oil using supercritical methanol in detail. In this study, non-catalytic transesterification of palm oil using supercritical methanol was performed to confirm the reactivity of palm oil in supercritical methanol. The effects of reaction parameters such as the molar ratio of methanol to oil (30~60), reaction pressure (80~300bar), temperature (240~280℃), agitation speed (0~1000rpm) and time (0~20min) on the content of FAMEs were evaluated to obtain the optimum conditions for biodiesel production. The kinetic behavior of palm oil in supercritical methanol had been investigated. The transesterification of palm oil in supercritical methanol could be formulated by the first-order kinetic law at the initial stage of the reaction. The activation energy was evaluated to be 98.39 kJ/mol from the Arrhenius plot.