การผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงและสารเคมีมูลค่าเพิ่มจากของเสียจากอุตสาหกรรมการเกษตร

บทคัดย่อ

การผลิตไบโอดีเซลรูปแบบใหม่ชนิดไฮโดรทรีตเพื่อทดแทนการใช้ไบโอดีเซลชนิดเอสเทอร์ที่ใช้กันในปัจจุบันซึ่ง ยังมีข้อจำกัดในการใช้งานอยู่มาก น้ำมันสกัดจากกากกาแฟเหลือทิ้งเป็นสารตั้งต้นหนึ่งที่ถูกนำมาใช้ในการผลิต น้ำมันเชื้อเพลิงชนิดไฮโดรทรีตในงานวิจัยนี้ จากการใช้กระบวนการสกัดด้วยวิธีซ๊อกเลทซึ่งใช้เฮกเซนเป็นตัวทำ ละลายสามารถสกัดน้ำมันจากกากกาแฟให้ผลได้ 13%โดยน้ำหนักจากน้ำหนักกากกาแฟแห้ง น้ำมันที่สกัดได้ พบว่ามีกรดไขมันอิสระอยู่สูงถึง 6.14% ทำให้หากจะนำไปผลิตเป็นไบโอดีเซลชนิดเอสเทอร์ด้วยการทำ ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นด่างซึ่งใช้กันทั่วไปนั้นไม่สามารถทำได้ในขั้นตอนเดียว (ต้องมีขั้นตอนการกำจัดกรดไขมันอิสระออกก่อน) น้ำมันจากกากกาแฟจึงถูกนำมาเข้ากระบวนการไฮโดรทรีต ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยานิเกิล-โมลิบดินัมบนตัวรองรับอลูมินา และตัวเร่งปฏิกิริยาแพลลาเดียมบนตัวรองรับถ่านกัม มันต์ และทำการศึกษาที่ภาวะการดำเนินการต่างๆ ได้แก่ ระยะเวลาในการทำปฏิกิริยา อุณหภูมิ และสัดส่วน ไฮโดรเจนต่อน้ำมัน จากการทดลองพบว่าเวลาในการทำปฏิกิริยาและอุณหภูมิที่เหมาะสมคือ 2 ชั่วโมงและ 400 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ยังพบว่าองค์ประกอบหลักที่พบในผลิตภัณฑ์เฟสของเหลวคือนอร์มัลเพนตะเด คเคน และนอร์มัลเฮปตะเดคเคน ซึ่งมีคาร์บอนอะตอมน้อยกว่าคาร์บอนอะตอมในกรดไขมันของกรดปาล์มิติก และสเตียริกอยู่ 1 อะตอมตามลำดับ อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาการแตกตัวของผลิตภัณฑ์ดีเซลไปเป็น ไฮโดรคาร์บอนเบาจะถูกส่งเสริมเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นและเวลาในการทำปฏิกิริยานานขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่าการ เพิ่มสัดส่วนไฮโดรเจนที่ป้อนต่อน้ำมันสามารถส่งเสริมปฏิกิริยาโดยรวมและส่งเสริมปฏิกิริยาไฮโดรดีออกซิจิเน ชันในตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งสองด้วย อย่างไรก็ตามสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาแพลลาเดียมบนตัวรองรับถ่านกัมมันต์ พบว่าปฏิกิริยาการแตกตัวของผลิตภัณฑ์ดีเซลจะถูกส่งเสริมขึ้นอย่างมากและได้เป็นไฮโดรคาร์บอนในช่วงแก๊ส iii โซลีนมากขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่าการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลลาเดียมบนตัวรองรับถ่านกัมมันต์ส่งผลให้มีปริมาณ โอเลฟินส์สูงกว่าการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานิเกิล-โมลิบดินัมบนตัวรองรับอลูมินา (ปริมาณโอเลฟินส์เท่ากับ 22.3 และ 4.8 %โดยมวล ตามลำดับ) ในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยานิเกิล-โมลิบดินัมบนตัวรองรับอลูมินาจะส่งเสริม ปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชันที่มากกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาแพลลาเดียมบนตัวรองรับถ่านกัมมันต์ (ปริมาณไอโซ พาราฟินส์เท่ากับ 10.8 และ 1.7 %โดยมวล ตามลำดับ) นอกจากนี้จากการวิเคราะห์สมบัติทางกายภาพและ ทางเคมีของผลิตภัณฑ์ในช่วงดีเซลพบว่ามีคุณสมบัติเป็นที่น่าพอใจ โดยค่าความหนาแน่นและความหนืดคิเนเม ติกมีค่าอยู่ในเกณฑ์มาตรฐานน้ำมันดีเซลชนิดไฮโดรจีเนตของ NexBTL และมีค่าดัชนีซีเทนสูงกว่าเกณฑ์ มาตรฐานน้ำมันดีเซลชนิดฟอสซิลอยู่มากและสอดคล้องตามเกณฑ์มาตรฐานน้ำมันดีเซลชนิดไฮโดรจีเนตของ NexBTL งานในลำดับต่อมาเป็นการศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้ก๊าซสังเคราะห์ (synthesis gas) แทนการใช้ ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ งานในส่วนนี้เลือกใช้กรดไขมันปาล์มอิสระซึ่งไม่สามารถนำมาบริโภคได้และเป็นผลิตภัณฑ์ พลอยได้จากการผลิตกลั่นน้ำมันปาล์มเพื่อการบริโภคเป็นสารตั้งต้น และใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานิเกิล-โมลิบดินัมบน ตัวรองรับอลูมินา และตัวเร่งปฏิกิริยาแพลลาเดียมบนตัวรองรับถ่านกัมมันต์ จากการศึกษาพบว่าความสามารถ ของตัวเร่งปฏิกิริยานิเกิล-โมลิบดินัมบนตัวรองรับอลูมินาขึ้นอยู่กับความดันย่อย (partial pressure) ของ ไฮโดรเจนเป็นอย่างมาก ในขณะที่ความสามารถของตัวเร่งปฏิกิริยาแพลลาเดียมบนตัวรองรับถ่านกัมมันต์ ขึ้นอยู่กับความดันย่อยของไฮโดรเจนไม่มาก และผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าก๊าซสังเคราะห์ (synthesis gas) สามารถใช้แทนการใช้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาแพลลาเดียมบนตัวรองรับ ถ่านกัมมันต์ ผลิตภัณฑ์ที่ได้ประกอบด้วยนอร์มัลเพนตะเดคเคน และนอร์มัลเฮปตะเดคเคนซึ่งสอดคล้องกับ สารตั้งต้น นอกจากนี้เพื่อให้ทราบว่าปฏิกิริยาการดึงออกซิเจนออกเกิดจากปฏิกิริยาดีคาร์บอนิเลชัน (DCO) หรือจากปฏิกิริยาดีคาร์บอกซิเลชัน (DCO2) จึงทำการศึกษาภายใต้บรรยากาศก๊าซเฉื่อย ซึ่งพบก๊าซ คาร์บอนมอนอกไซด์เป็นผลิตภัณฑ์หลักในวัฎภาคก๊าซจึงสรุปได้ว่าเกิดจากปฏิกิริยาดีคาร์บอนิเลชันเป็นหลัก โดยตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งสองมีความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาดีคาร์บอนิเลชันภายใต้ก๊าซเฉื่อยที่ใกล้เคียงกัน อย่างไรก็ตามตัวเร่งปฏิกิริยานิเกิล-โมลิบดินัมบนตัวรองรับอลูมินาจะมีความสามารถในการดึงออกซิเจนเพิ่มขึ้น มากโดยเกิดผ่านปฏิกิริยาไฮโดรดีคาร์บอนิเลชัน และ/หรือไฮโดรดีออกซิจิเนชันขึ้นอยู่กับปริมาณไฮโดรเจนที่มี อยู่ในระบบ ในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลลาเดียมบนตัวรองรับถ่านกัมมันต์เมื่ออยู่ภายใต้บรรยากาศที่มี ไฮโดรเจนจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันและไฮโดรดีคาร์บอนิเลชัน ในขณะที่ปฏิกิริยาไฮโดรดีออกซิจิเนชัน เกิดขึ้นได้ยากแม้จะเพิ่มปริมาณไฮโดรเจน นอกจากนี้จากการศึกษาผลของอุณหภูมิและเวลาที่ใช้ในการทำ ปฏิกิริยาที่เหมาะสมพบว่าที่เวลา 1 ชั่วโมงและอุณหภูมิ 375 องศาเซลเซียสให้ผลได้ผลิตภัณฑ์ในช่วงดีเซลที่สูง ที่สุด หากเปรียบเทียบผลการศึกษาระหว่างสารตั้งต้นทั้งสองประเภทจะพบความแตกต่างของพฤติกรรม และความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาเช่น ผลของไฮโดรเจนต่อปฏิกิริยาไฮโดรดีออกซิจิเนชันของตัวเร่งปฏิกิริยา แพลลาเดียมบนตัวรองรับถ่านกัมมันต์ซึ่งทั้งนี้เกิดจากความอิ่มตัวของสายโซ่ของกรดไขมันที่แตกต่างกัน นอกจากนี้การใช้ภาวะการดำเนินการที่มีความรุนแรงน้อยกว่า (ใช้อุณหภูมิและ/หรือเวลาที่ลดลง) สำหรับสาร ตั้งต้นกรดไขมันปาล์มอิสระแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาไฮโดรทรีตเพื่อเปลี่ยนกรดไขมันอิสระเป็นสารประกอบอัล เคนสามารถเกิดขึ้นได้เร็วกว่าสารตั้งต้นประเภทไตรกลีเซอไรด์ คำสำคัญ : เชื้อเพลิงเหลวชนิดหมุนเวียน; ไบโอดีเซลชนิดไฮโดรทรีต; น้ำมันจากกากกาแฟ; แก๊สสังเคราะห์

คำสำคัญ