ถ่านหินและชีวมวลสู่ก๊าซสังเคราะห์: แก๊สซิฟิเคชันด้วยกระบวนการโซลาร์เทอร์โมเคมีคอล

บทคัดย่อ

การเปลี่ยนขยะชุมชนให้เป็นแก๊สสังเคราะห์โดยผ่านกระบวนการแก๊สซิฟิเคชัน เป็นทางเลือกหนึ่งในการกำจัดขยะ อีกทั้งยังช่วยลดปัญหามลพิษอันเกิดจากการกำจัดขยะไม่ถูกวิธี โดยแก๊สสังเคราะห์ที่ผลิตได้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลายอย่างนอกเหนือจากการนำไปเผาเพื่อให้ความร้อนโดยตรง เช่น นำไปผลิตเป็นเชื้อเพลิงเหลว หรือสารเคมีอื่นๆ เป็นต้น งานวิจัยนี้ทำการศึกษาการแปรสภาพขยะชุมชนให้เป็นแก๊สสังเคราะห์ด้วยกระบวนการแก๊สซิฟิเคชันด้วยไอน้ำ ในเครื่องปฏิกรณ์แบบเบดนิ่ง โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิลบนตัวรองรับซีเรียเซอร์โคเนีย (Ni/CeZrO2) ศึกษาอิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยา อุณหภูมิ และ อัตราส่วนไอน้ำต่อคาร์บอนที่มีผลต่อแก๊สผลิตภัณฑ์ ผลการศีกษาพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาซีเรียเซอร์โคเนีย (Ce0.75Zr0.25O2) ที่เตรียมด้วยวิธีการตกตะกอนโดยใช้สารลดแรงตึงผิว มีขนาดผลึกเล็ก ผลึกมีความสม่ำเสมอ และมีพื้นที่ผิวสูง และตัวเร่งปฏิกิริยา5%Ni/Ce0.75Zr0.25O2 ที่เตรียมด้วยวิธีเคลือบฝัง มีขนาดผลึกเล็ก มีสีเขียวอมดำ เมื่อทำการศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของตัวเร่งปฏิกิรยาด้วยเทคนิค XRD พบว่า CeZrO2 มีโครงสร้างผลึกแบบฟลูออไรท์ มีรูปแบบการเลี้ยวเบนตรงตามมาตรฐาน ในขณะที่ Ni/CeZrO2 ไม่พบพีคของ NiO ซึ่งอาจเกิดจากปริมาณนิกเกิลที่ใช้ในการเคลือบฝังน้อยเกินไป ตัวเร่งปฏิกิริยา CeZrO2 และ Ni/CeZrO2 มีพื้นที่ผิวจำเพาะเท่ากับ 20.60 และ 6.17 ตารางเมตรต่อกรัม ตามลำดับ ในการทดสอบประสิทธิภาพของเตาแก๊สซิฟายเออร์ที่ออกแบบและสร้างขึ้น พบว่า (1) การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาส่งผลให้การผลิตแก๊สสังเคราะห์เพิ่มขึ้นเกือบร้อยละ 50 และ CH4 เพิ่มขึ้นคิดเป็นร้อยละ 6.57 ในขณะที่ CO2 และ C2 ลดลงร้อยละ 26.65 และ 15.85 ตามลำดับ (2) การเพิ่มอัตราส่วนไอน้ำต่อขยะชุมชนจะเพิ่มปริมาณแก๊สไฮโดรเจนอย่างมีนัยสำคัญ (3) อุณหภูมิเป็นปัจจัยสำคัญในกระบวนการแก๊สซิฟิเคชันที่ส่งผลต่อปริมาณและองค์ประกอบของแก๊สผลิตภัณฑ์ โดยเมื่อเพิ่มอุณหภูมิจาก 700 เป็น 900 องศาเซลเซียส ปริมาณแก๊สสังเคราะห์เพิ่มขึ้นร้อยละ 74.40 ในขณะที่ CO2 CH4 และ C2 ลดลงร้อยละ 89.41 90.07 และ 78.53 ตามลำดับ (4) นอกจากตัวเร่งปฏิกิริยา อัตราส่วนไอน้ำต่อขยะชุมชน และอุณหภูมิเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อแก๊สผลิตภัณฑ์แล้ว ยังส่งผลต่อคุณสมบัติของแก๊สสังเคราะห์ด้วย คือ สัดส่วน H2/CO เพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 40 และ ค่าความร้อนต่ำของแก๊สผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้น จาก 4.00 เป็น 4.66 MJ/Nm3 เมื่อทำการเพิ่มอุณหภูมิจาก 700 เป็น 900 องศาเซลเซียส