การแปรสภาพทางเคมีด้วยความร้อนของเชื้อเพลิงแข็งผสมจากกากสบู่ดำและของเสียกลีเซอรอล

Abstract

กระบวนการแปรสภาพทางเคมีด้วยความร้อนเป็นเทคโนโลยีหนึ่งที่น่าสนใจ ที่จะนำมาใช้ในการจัดการกับกากของเสียหลากหลายชนิด ทั้งที่มีอยู่ในปัจจุบันและที่กำลังจะเกิดขึ้นในอนาคตเนื่องจากกระบวนการแปรสภาพทางเคมีด้วยความร้อนนั้น สามารถให้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณค่าและสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย งานวิจัยในครั้งนี้มุ่งเน้นที่จะศึกษาหาปริมาณผลิตภัณฑ์ชนิดต่าง ๆ (ของแข็ง ของเหลว แก๊ส) ที่เกิดจากกระบวนการแปรสภาพทางเคมีด้วยความร้อน รวมทั้งวิเคราะห์ค่าความร้อนของแก๊สผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นและปริมาณอัตราส่วนโดยโมลของ H₂/CO ที่เกิดจากการทดลองในสภาวะที่แตกต่างกัน สำหรับงานวิจัยในครั้งนี้ใช้กากสบู่ดำและกลีเซอรอลที่เป็นของเสียที่เกิดจากขบวนการผลิตไบโอดีเซลมาเป็นวัตถุดิบในงานวิจัย โดยทำการป้อนวัตถุดิบเข้าสู่ระบบที่อัตรา 5 กรัมต่อนาที สำหรับตัวแปรที่ใช้ในการศึกษาคือ อัตราส่วนระหว่างกากสบู่ดำ: กลีเซอรอล 100:0-70:30 อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยา 700-900℃ Equivalent ratio 0-0.6 อัตราการไหล O₂ หรือ N₂ รวม 15 ลิตรต่อนาที จากการทดลองพบว่าเมื่อเพิ่มอุณหภูมิในการทำปฏิกิริยาจาก 700℃ เป็น 900℃ ปริมาณผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็งและของเหลวลดลงโดยเฉลี่ยร้อยละ 10.28% และ 50.85% ตามลำดับ และปริมาณผลิตภัณฑ์ที่เป็นแก๊สเพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ย 23.72% ส่วนปริมาณการแปรสภาพของคาร์บอนไปเป็น CO₂ มีแนวโน้มลดลงและปริมาณการแปรสภาพของคาร์บอนและไฮโดรเจนไปเป็น CO CH₄ และ H₂ มีแนวโน้มเพิ่มขึ้น เมื่อเพิ่มอุณหภูมิในการทำปฏิกิริยา เมื่อทำการเพิ่มค่า Equivalent ratio จาก 0 ไปเป็น 0.3 พบว่าปริมาณการแปรสภาพของคาร์บอนไปเป็น CO₂ และ CO มีแนวโน้มเพิ่มขึ้น ส่วนปริมาณการแปรสภาพของคาร์บอนไปเป็น CH₄ มีแนวโน้มลดลง และสำหรับปริมาณการแปรสภาพของไฮโดรเจนไปเป็น H₂ พบว่ามีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเมื่อทำการเพิ่มค่า Equivalent ratio จาก 0 ไปเป็น 0.3 (ยกเว้นสภาวะการทดลองที่ใช้อัตราส่วนระหว่างกากสบู่ดำ: กลีเซอรอล 100:0 ปริมาณการแปรสภาพของไฮโดรเจนไปเป็น H₂ จะมีแนวโน้มลดลง) และเมื่อทำการเพิ่มค่า Equivalent ratio จาก 0.3 ไปเป็น 0.6 พบว่าปริมาณการแปรสภาพของคาร์บอนไปเป็น CO และ CH₄ รวมทั้งปริมาณการแปรสภาพของไฮโดรเจนไปเป็น H₂ มีค่าลดลง ส่วนปริมาณการแปรสภาพของคาร์บอนไปเป็น CO₂ จะมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อทำการเพิ่มค่า Equivalent ratio จาก 0.3 ไปเป็น 0.6 สำหรับค่าความร้อนที่สูงที่สุดของแก๊สผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการศึกษาในครั้งนี้คือ 17.24 MJ/m³ ซึ่งทำการทดลองที่สภาวะอัตราส่วนระหว่างกากสบู่ดำ:กลีเซอรอล = 70:30 อุณหภูมิในการเกิดปฏิกิริยา 900℃ และ Equivalent ratio เท่ากับ 0 โดยอัตราส่วนโดยโมลของ H₂/CO ที่มีค่าสูงที่สุดในการศึกษาในครั้งนี้คือ 0.59