การผลิตไดเอทิลอีเทอร์เพื่อใช้ในเครื่องยนต์ดีเซลจากเอทานอลด้วยปฏิกิริยาดีไฮเดรชันแบบใช้ตัวเร่งซีโอไลต์ชนิด SUZ-4 ที่มีองค์ประกอบของซิลิกอนไดออกไซด์จากเถ้าแกลบ

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ศึกษาการสังเคราะห์ซีโอไลต์ SUZ-4 โดยมีซิลิกอนไดออกไซด์จากเถ้าแกลบเป็นองค์ประกอบ เพื่อนำไปทดสอบประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาดีไฮเดรชันของเอทานอลเพื่อผลิตไดเอทิลอีเทอร์ ซึ่งงานวิจัยนี้แบ่งออกเป็น 5 ส่วนหลัก เริ่มจากส่วนแรกศึกษาการสังเคราะห์ซีโอไลต์ SUZ-4 ด้วยกระบวนการโซล-เจล และกระบวนการไฮโดรเทอร์มัลโดยใช้ซิลิกอนไดออกไซด์แบบอสัณฐานที่เตรียมได้จากเถ้าแกลบเป็นหนึ่งในองค์ประกอบของสารตั้งต้น ได้ทำการศึกษาอัตราส่วนโดยโมลของเถ้าแกลบต่อซิลิกาโซล (R:S) เท่ากับ 0R:100S 25R:75S 50R:50S 75R:25S และ 100R:0S ระยะเวลาไฮโดรเทอร์มัล 1–7 วัน และอุณหภูมิไฮโดรเทอร์มัลในช่วง 120-150?C ในส่วนที่สองเป็นการทดสอบประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาดีไฮเดรชันของเอทานอลเพื่อผลิตไดเอทิลอีเทอร์โดยใช้ซีโอไลต์ SUZ-4 ที่สังเคราะห์ได้ ส่วนที่สามทำการศึกษาคุณสมบัติสมบัติทางเชื้อเพลิงของอัตราส่วนโดยปริมาตรระหว่างไดเอทิลอีเทอร์และน้ำมันดีเซล ซึ่งทำการศึกษาทั้งหมด 5 อัตราส่วนคือ 0DEE:100Diesel 5DEE:95Diesel 10DEE:90Diesel 15DEE:85Diesel และ 20DEE:80Diesel ในส่วนที่สี่ศึกษาการทดสอบน้ำมันผสมกับเครื่องยนต์ดีเซลจริง สมรรถนะของเครื่องยนต์ ประสิทธิภาพการเผาไหม้ และการปลดปล่อยจากการเผาไหม้ ในส่วนสุดท้ายทำการวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์เบื้องต้น หาค่าราคาต่อหน่วยของผลิตภัณฑ์ไดเอทิลอีเทอร์จากปฏิกิริยาดีไฮเดรชันของเอทานอล โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์ชนิด SUZ-4 ที่เตรียมได้ ผลการศึกษาเป็นดังนี้ ในส่วนแรกพบว่าซีโอไลต์ชนิด SUZ-4 สามารถสังเคราะห์ได้จากทุกอัตราส่วนโดยโมล ณ สภาวะอุณหภูมิและระยะเวลาของกระบวน การไฮโดรเทอร์มัลเท่ากับ 150?C เป็นระยะเวลา 4 วัน โดยรวมแล้วซีโอไลต์ที่สังเคราะห์ได้ มีรูพรุนขนาดเล็กเป็นหลักและมีเคมีพื้นผิวเป็นกรดอ่อน รูปร่างคล้ายเข็ม โดยอัตราส่วน 50R:50S มีความเป็นผลึกซีโอไลต์ SUZ-4 และมีปริมาตรรูพรุนขนาดเล็กสูงสุด ที่อัตราส่วนโดยโมลนี้เมื่อนำมาศึกษาผลของระยะเวลาและอุณหภูมิของกระบวนการไฮโดรเทอร์มัล พบการเริ่มเกิดของซีโอไลต์ SUZ-4 จากการสังเคราะห์ด้วยระยะเวลา 2 วัน ที่อุณหภูมิ 150?C หรือเมื่อใช้ระยะเวลา 4 วัน ณ อุณหภูมิ 130?C ในส่วนที่สองทำการทดสอบประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาดีไฮเดรชันของเอทานอลเพื่อผลิตไดเอทิลอีเทอร์ จากการทดสอบปฏิกิริยาพบว่าค่าร้อยละการแปลงผันของเอทานอลมีค่าเท่ากับ 27.7 และค่าร้อยละผลได้ของได้เอทิลอีเทอร์เท่ากับ 12.62 ที่อัตราส่วนระหว่างปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา SUZ-4 ที่สังเคราะห์ได้ต่ออัตราการป้อนเอทานอลเท่ากับ 2.9347 gcatmin/molEthanol ที่อุณหภูมิ 250?C ในส่วนการทดสอบสมบัติของเชื้อเพลิงผสมระหว่างไดเอทิลอีเทอร์และน้ำมันดีเซลพบว่าการเพิ่มปริมาณไดเอทิลอีเทอร์ในนํ้ามันส่งผลให้ค่าความหนืด ความถ่วงจำเพาะ ของเชื้อเพลิงลดลงแต่อยู่ในช่วงเกณฑ์มาตรฐาน และเมื่อนำไปทดสอบการปลดปล่อยของเสียจากเครื่องยนต์การผสมไดเอทิลอีเทอร์มีแนวโน้มทำให้ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่เผาไหม้และคาร์บอนมอนอกไซด์มีค่าสูงขึ้นเมื่อเทียบกับนํ้ามันดีเซล แต่ส่งผลทำให้ค่าออกไซด์ของไนโตรเจนลดลง โดยจากการทดสอบพบว่าสัดส่วนที่เหมาะสมสําหรับการใช้ไดเอทิลอีเทอร์ที่ทำการผสมกับนํ้ามันดีเซลเพื่อใช้กับเครื่องยนต์ดีเซลควรมีค่าอยู่ระหว่าง 5-10% โดยปริมาตร โดยไม่ต้องมีการปรับแต่งเครื่องยนต์ และจากการประเมินความเป็นไปได้ทางเศรษฐศาสตร์ของกระบวนการผลิตไดเอทิลอีเทอร์จากเอทานอลพบว่าราคาต่อหน่วยไดเอทิลอีเทอร์เท่ากับ 46.1 บาทต่อกิโลกรัม และพลังงานที่ใช้ต่อหน่วยการผลิตเท่ากับ 13,248.23 kJ/kg

คำสำคัญ