การเร่งปฏิกิริยาดีไฮเดรชันของเอทานอลที่มีความเข้มข้นที่ต่างกันบนตัวเร่งปฏิกิริยา Zr/SBA-15, Zr-La/SBA-15

Abstract

ในปัจจุบันเอทิลีนเป็นที่ต้องการเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง อุตสาหกรรมการผลิตเอทิลีนในปัจจุบันนิยมใช้กระบวนการแตกสลายทางความร้อนโดยใช้ไอน้ำ (steam thermal cracking) วัตถุดิบตั้งต้นที่นิยมใช้คือแนฟทาซึ่งเป็นสารตั้งต้นที่ใช้แล้วหมดไป กระบวนการนี้ปลดปล่อยมลพิษออกสู่สิ่งแวดล้อมอีกทั้งยังใช้อุณหภูมิสูงในการดำเนินงาน ในทางกลับกัน ปฏิกิริยาดีไฮเดรชันกำลังเป็นที่สนใจในการศึกษาเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากเป็นการผลิตเอทิลีนจากเอทานอลด้วยวิธีการขจัดน้ำออกใช้สภาวะในการดำเนินงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า และสารตั้งต้นที่ใช้คือเอทานอลที่ผลิตได้จากของเหลือทิ้งทางการเกษตร วิทยานิพนธ์เล่มนี้จึงศึกษาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในกระบวนการเอทานอลดีไฮเดรชันเพื่อเปลี่ยนเป็นเอทิลีน โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดเมโซพอรัส SBA-15 ทั้งที่ปรับปรุงด้วยโลหะทรานซิชันเซอร์โคเนียม (Zr), แลนทานัม (La) และโลหะผสมระหว่างเซอร์โคเนียมและแลนทานัม (Zr-La) สังเคราะห์ด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอล ตัวเร่งปฏิกิริยาถูกวิเคราะห์คุณลักษณะด้วยเทคนิค XRD, N2 physisorption, FTIR, Raman, UV-Visible spectroscopy, SEM/EDX และ NH3-TPD จากนั้น ในส่วนแรก นำตัวเร่งปฏิกิริยาที่สังเคราะห์ได้มาทดสอบในปฏิกิริยาเอทานอลดีไฮเดรชันในเครื่องปฏิกรณ์แบบเบดคงที่ สภาวะความดันบรรยากาศ ศึกษาที่ช่วงอุณหภูมิ 200-400 องศาเซลเซียส พบว่าเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจะสามารถเพิ่มการเปลี่ยนแปลงสารตั้งต้นและค่าการเลือกเกิดผลผลิตเอทิลีนได้ดีมากขึ้นในทุกตัวเร่งปฏิกิริยา โดยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ปรับปรุงด้วยโลหะผสม Zr-La/SBA-15 แสดงการเปลี่ยนแปลงสารตั้งต้นและการเกิดผลผลิตเอทิลีนสูงที่สุดร้อยละ 23.2 ที่อุณหภูมิ 400 องศาเซสเซียส จึงนำ Zr-La/SBA-15 นำไปทดลอง ในส่วนที่สอง คือการใช้ความเข้มข้นของเอทานอลที่แตกแต่งกัน (ร้อยละ 50, 99.98 โดยปริมาตร) ในการทำปฏิกิริยาดีไฮเดรชัน พบว่าสารตั้งต้นเอทานอลทั้งสองความเข้มข้นให้ค่าการเปลี่ยนแปลงสารตั้งต้นและค่าการเลือกเกิดผลผลิตเอทิลลีนเพิ่มสูงขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งเป็นไปในทิศทางเดียวกัน แต่ที่ความเข้มข้นเอทานอลร้อยละ 50 โดยปริมาตร ให้ค่าการเปลี่ยนแปลงสารตั้งต้นและค่าการเกิดผลผลิตเอทิลีน ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับการใช้เอทานอลความเข้มข้นร้อยละ 99.98 โดยปริมาตร ในการทำปฏิกิริยา