การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพสำหรับอากาศยานจากน้ำมันปาล์มผ่านไฮโดรดีออกซิจิเนชันและไฮโดรไอโซเมอไรเซชัน

Abstract

จากความต้องการใช้น้ำมันอากาศยานที่เพิ่มขึ้น ตลอดจนความตระหนักในปัญหาสิ่งแวดล้อมอันเกิดจากการเผาไหม้ ของเชื้อเพลิงฟอสซิล นานาประเทศจึงได้มีความพยายามที่จะผลิตน้ำมันอากาศยานชีวภาพเพื่อทดแทนการใช้เชื้อเพลิงจากฟอสซิล อย่างไรก็ตามน้ำมันชีวภาพอากาศยานซึ่งผลิตด้วยน้ำมันปาล์มหรือไขมันสัตว์มักจะมีสมบัติด้อยในด้านการไหลที่อุณหภูมิต่ำ เนื่องจากมีจุดเยือกแข็งสูง ดังนั้นวัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้ คือ เพื่อศึกษาและพัฒนากระบวนการผลิตน้ำมันชีวภาพอากาศยานจาก น้ำมันปาล์มโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาฐานซีโอไลต์ โดยต้องการให้น้ำมันชีวภาพที่ผลิตได้มีสัดส่วนของสารประกอบไอโซอัลเคน (isoalkanes) ในปริมาณมากเพื่อลดจุดเยือกแข็งของน้ำมันด้วยไฮโดรไฮเซอเมอไรเซชัน (hydroisomerization, HI) ของนอร์มัลอัลเคน ควบคู่ไปกับไฮโดรดีออกซิจิเนชัน (hydrodeoxygenation, HDO) และไฮโดรจิเนชัน (hydrogenation, HG) เพื่อกำจัดสารประกอบ ที่มีออกซิเจนและพันธะคู่ ในงานวิจัยนี้ ผลของตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งมีนิกเกิล (Ni) ปริมาณ 10% โดยน้ำหนักของตัวเร่งปฏิกิริยาบนตัว รองรับซีโอไลต์ทั้งหมดสี่ชนิด (NH₄-Beta, H-Beta, ZSM-5 และ Y) ต่อประสิทธิภาพในการทำปฏิกิริยาได้ถูกทดสอบ ตัวเร่งปฏิกิริยา นิกเกิลฐานซีโอไลต์ถูกเตรียมด้วยวิธีการฝังตัวแบบเอิบชุ่มพอดี (incipient-wetness impregnation) และในงานวิจัยนี้ยังได้ศึกษา การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบโลหะคู่ Pt-Ni ซึ่งมีสัดส่วนโดยมวลของ Pt/(Pt+Ni) ตั้งแต่ 0.05-0.15 และปริมาณโลหะสุทธิของตัวเร่ง ปฏิกิริยาถูกควบคุมที่ 10% โดยน้ำหนักของตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกทดสอบกัมมันตภาพในกระบวนการผลิตน้ำมัน ชีวภาพอากาศยานในเครื่องปฏิกรณ์แบบกะ ผลของตัวแปรที่ใช้ในการศึกษา ได้แก่ อุณหภูมิ (300-380 องศาเซลเซียส), ความดัน แก๊สไฮโดรเจน (H₂) เริ่มต้น (25-40 บาร์), เวลาที่ใช้ในการทำปฏิกิริยา (2-8 ชั่วโมง) และปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา (2.8-17.0% โดย น้ำหนักของน้ำมันปาล์ม) ต่อค่าการเลือกเกิดและผลได้ของผลิตภัณฑ์ได้ถูกตรวจสอบ ก่อนการทำปฏิกิริยาจะทำการรีดิวซ์ตัวเร่ง ปฏิกิริยาแบบอิน-ซิทู (in-situ reduction) ที่อุณหภูมิ 400 องศาเซลเซียส ด้วยความดันแก๊ส H₂ เริ่มต้น 10 บาร์ เป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากผลการทดลองพบว่า สามารถผลิตน้ำมันชีวภาพอากาศยานซึ่งมีสัดส่วนโดยน้ำหนักของไอโซอัลเคน/นอร์มัลอัลเคน (iso/n) สูงที่สุด คือ 1.67 และมีปริมาณสารประกอบออกซิเจนและสารประกอบไม่อิ่มตัวในปริมาณต่ำ เมื่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา 10%Ni/NH₄-Beta ปริมาณ 5.7% โดยน้ำหนักของน้ำมันปาล์มภายใต้ความดันแก๊ส H₂ เริ่มต้น 40 บาร์ ที่ 360 องศาเซลเซียส เป็น เวลา 4 ชั่วโมง ซึ่งทำให้ได้ผลได้ของน้ำมันชีวภาพอากาศยานเท่ากับ 20.8% โดยน้ำหนักของน้ำมันปาล์มเริ่มต้น เนื่องจากน้ำมัน ชีวภาพที่ได้นี้มีปริมาณโครงสร้างแบบไอโซอัลเคนถึง 24.9% โดยน้ำหนัก ทำให้น้ำมันชีวภาพมีจุดเยือกแข็งต่ำถึง -72 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ยังพบว่าการผสมน้ำมันชีวภาพซึ่งมีจุดเยือกแข็ง -28 องศาเซลเซียสกับน้ำมันอากาศยานเชิงพาณิชย์เกรด JETA-1 ที่ สัดส่วน 30% โดยปริมาตรของน้ำมันผสม ทำให้น้ำมันชีวภาพอากาศยานผสมที่ได้มีจุดเยือกแข็ง -53 องศาเซลเซียส ซึ่งยังคงเป็น ตามข้อกำหนดของ ASTM D7566 (-47 องศาเซลเซียส)