นโยบายการจัดการความรู้ มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ 1.ให้ใช้เครื่องมือการจัดการความรู้ผลักดัน คุณภาพคน และกระบวนทำงาน 2.ส่งเสริมการแลกเปลี่ยนประสบการณ์การทำงาน จากหน้างาน 3.ส่งเสริมให้มีเวทีเรียนรู้ร่วมกัน

คนธรรมดา
Ico64
เครือข่าย
สมาชิก · ติดตาม: 5 · ผู้ติดตาม: 22

อ่าน: 4465
ความเห็น: 4

PSU ไบโอดีเซล 68: การจัดการกลีเซอรอล (2)

 

ทางเลือกที่เปิดกว้างในปัจจุบันนี้ คือ การใช้เป็นเชื้อเพลิง ซึ่งมีความต้องการสูง Applied Combustion Technologies LLC ได้จดสิทธิบัตรเตาเผาเพื่อการให้ความร้อนและกำลังงานในเดือน มกราคม 2012 ซึ่งได้ใช้เวลาพัฒนามาเป็นเวลาหลายปีแล้ว โดยเตาเผาขนาดสาธิต 20 kW ได้ถูกสร้างและทดสอบสมรรถนะการใช้งานในระยะยาว การอุดตันของหัวฉีด และคุณสมบัติของแก๊สที่ได้จากการเผาไหม้ โดยเตาเผานี้สามารถใช้กับกลีเซอรอลดิบที่มีคุณภาพหลากหลายในปริมาณน้ำ เมทานอล เกลือ และสารอินทรีย์ที่ไม่ใช่กลีเซอรอล (MONG) อีกทั้งยังสามารถใช้กับเชื้อเพลิงเหลวอื่น ๆ ที่มีความหนืดอุณหภูมิปกติที่สูงกว่า 20 cSt ด้วย แต่ทางเลือกนี้จะให้ผลตอบแทนที่ไม่สูงกว่าราคาเชื้อเพลิงโดยทั่วไป

ทางเลือกต่อมาคือการทำปุ๋ยหมัก (composting) หรือใช้ในการเพิ่มผลิตภัณฑ์ไบโอแก๊สในระบบการหมักแบบไร้อากาศ นอกจากนั้นยังมีแนวทางในการใช้เป็นอาหารสัตว์ เช่น วัว หมู ไก่เนื้อและนก แต่ต้องระวังเกี่ยวกับสารปนเปื้อนที่ไม่รู้ชนิดและเมทานอลในกลีเซอรอลด้วย

การเปลี่ยนกลีเซอรอลดิบให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูงขึ้นผ่านกระบวนการเคมี-ความร้อน (thermo-chemical) หรือกระบวนการชีวภาพก็เป็นทางเลือกที่มีการทำวิจัยกันมาก เช่นผลิตเป็น propylene glycol, acetol และอื่น ๆ การผลิตเป็นไฮโดรเจนก็สามารถทำได้ โดยโซเดียมไฮดรอกไซด์ เมทานอลที่มีอยู่ จะเอื้อในกระบวนการผลิตด้วย

อย่างไรก็ตามจากมุมมองโครงสร้างของโมเลกุลกลีเซอรอล (C3H8O3) ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุล 92 โดยมีสัดส่วนคาร์บอนเท่ากับ 39.1%wt ออกซิเจน 52.2%wt  และไฮโดรเจน 8.7%wt เราควรจะใช้ประโยชน์จากทั้งคาร์บอนและไฮโดรเจนร่วมกัน  

 

การทำบริสุทธิ์กลีเซอรอลจะแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอนหลัก คือ
1) กระบวนการปรับสภาพกลีเซอรอลด้วยการสลายสบู่
(soap splitting)

ในกระบวนการผลิตไบโอดีเซลด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาแอลคาไลน์ สบู่จะเกิดขึ้นและจำนวนส่วนมากจะอยู่ในเฟสกลีเซอรอล ดังนั้นขั้นตอนแรกจะเป็นการสะเทินตัวเร่งปฏิกิริยาและสบู่ที่มีอยู่ในกลีเซอรอลก่อนด้วยกรด ในห้องปฏิบัติการเราจะใช้อินดิเคเตอร์ 2 ชนิด เพื่อวัดปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาอิสระและสบู่ หากจะวัดปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาอิสระที่เหลือ เราจะต้องวัดวิเคราะห์ทันที เพราะเมื่อตั้งทิ้งไว้ตัวเร่งปฏิกิริยาแอลคาไลน์นี้จะทำปฏิกิริยาสะพอนิฟิเคชันอย่างช้า ๆ กับเอสเตอร์หรือกลีเซอไรด์ที่มีอยู่ในเฟสกลีเซอรอล

ในการสะเทินปกติจะนิยมใช้กรดซัลฟิวริก 98%  เพราะมีน้ำปนอยู่น้อยกว่ากรดเกลือและจะไม่ใช้กรดไนตริกเพราะเสี่ยงต่อเกิดไนโตรกลีเซอรีน กรดฟอสฟอริกเกรดการค้าจะเข้มข้นประมาณ 85% ซึ่งสามารถใช้ได้แต่จะแตกตัวไม่ดีเท่ากรดซัลฟิวริก แต่จะได้เกลือฟอสเฟตซึ่งเมื่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโพแทสเซียมจะได้เกลือโพแทสเซียมฟอสเฟตซึ่งใช้เป็นปุ๋ยได้

3RCOOK (สบู่) + H3PO4 (กรดฟอสฟอริก) K3 PO4 (เกลือ) + 3 RCOOH (กรดไขมัน)

3KOCH3 (แอลคาไลน์) + H3PO4 (กรดฟอสฟอริก) K3 PO4 (เกลือ) + 3 CH3OH (เมทานอล)

3KOH (แอลคาไลน์) + H3PO4 (กรดฟอสฟอริก) K3 PO4 (เกลือ) + 3 H2O (น้ำ)

FFA ซึ่งไม่ละลายในกลีเซอรอลและไม่มีอิมัลซิฟายเออร์ (เช่น สบู่) เป็นตัวกลางก็จะแยกชั้นลอยขึ้นด้านบน รวมทั้งเอสเตอร์และกลีเซอไรด์อื่น ๆ ก็จะแยกชั้นออกมาด้วย สารอินทรีย์ที่แยกออกมานี้สามารถนำกลับไปผลิตเป็นไบโอดีเซลได้ใหม่ด้วยกระบวนการเอสเตอริฟิเคชัน

2) การแยกคืนแอลกอฮอล์ (removal of alcohol)

การแอลกอฮอล์ออกจากกลีเซอรอลสามารถกระทำได้ด้วยการระเหยแบบแฟลช หรือใช้เครื่องระเหยแบบฟิล์มบาง อุณหภูมิในการแยกคืนแอลกอฮอล์ต้องไม่สูงมากเกินไปเพราะกลีเซอรอลสามารถสลายตัวด้วยความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 190 °C  หลังขั้นตอนการระเหยแอลกอฮอล์แล้ว ความเข้มข้นของกลีเซอรอลจะอยู่ที่ประมาณ 85%

3) การทำบริสุทธิ์กลีเซอรอล (glycerol purification)

ในขั้นตอนนี้กลีเซอรอลสามารถทำให้มีความบริสุทธิ์มากขึ้นไปจนถึงระดับ 99.5% ด้วยกรรมวิธีต่าง ๆ คือ การกลั่นสุญญากาศ การแลกเปลี่ยนไอออน การดูดซับ เป็นต้น

ขั้นตอนการทำบริสุทธิ์กลีเซอรอลโดยทั่วไปจะมีขั้นตอนดังนี้ 1) การปรับสภาพ 2) การทำให้เข้มข้นขึ้น 3) การทำบริสุทธิ์ (purification) และ 4) การกลั่นบริสุทธิ์ (refining)

 

1)            การปรับสภาพ เป็นการแยกเอาส่วนประกอบไขมัน สี และกลิ่นออกจากกลีเซอรอลดิบ โซเดียมไฮดรอกไซด์ถูกใช้เพื่อทำปฏิกิริยาสะพอนิฟิเคชัน  และถ่านกัมมันต์จะใช้เพื่อการฟอกสี

2)            การทำให้เข้มข้นขึ้น เป็นการแยกสารไอออนิกออกจากกลีเซอรอล ด้วยกรรมวิธี ion exclusion chromatography

3)            การทำบริสุทธิ์ เป็นการใช้การแลกเปลี่ยนไอออน โดยในคอลัมน์แคตไอออนกับไฮโดรเจนไอออน และในคอลัมน์แอนไอออนจะแลกเปลี่ยนกับไฮดรอกไซด์ไอออน ในขั้นตอนนี้จะแยกเกลืออนินทรีย์ ไขมัน สบู่ สี และกลิ่นออก

4)            การกลั่นบริสุทธิ์ เป็นการระเหยแบบแฟลชภายใต้สุญญากาศ (10-15kPa vacuum) หลายครั้งซึ่งจะได้กลีเซอรอลความเข้มข้น 90-95% หรือใช้การกลั่นแบบฟิล์มบาง การกลั่นให้ได้กลีเซอรอลบริสุทธิ์ 99.5% จะกระทำในการระเหยภายใต้สุญญากาศที่ความดัน 0.5-1 kPa

การทำบริสุทธิ์กลีเซอรอลด้วยทางเลือกใหม่ ๆ 

Aiken (2006) จดสิทธิบัตรการทำบริสุทธิ์กลีเซอรอลด้วยกระบวนการ 5 ขั้นตอน คือ

1)              กลีเซอรอลดิบที่มีความเข้มข้นระหว่าง 86-92% ถูกอุ่นร้อนและป้อนเข้าถังปฏิกรณ์แรกเพื่อทำปฏิกิริยาเมทิลเอสเตอร์ที่ปนเปื้อนกับกลีเซอรอลให้เป็นกลีเซอไรด์และเมทานอล ด้วยการเติมไนโตรเจนเพื่อการกวนและแยกเมทานอลและน้ำออก อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยาประมาณ 120-160 °C กระแสแก๊สที่ออกจะผ่านเข้าเครื่องควบแน่นเพื่อแยกเมทานอลและน้ำออก ส่วนไนโตรเจนจะรีไซเคิลกลับมาใช้ใหม่

2)              ของเหลวจากถังปฏิกรณ์ที่หนึ่ง ถูกอุ่นให้มีอุณหภูมิ 120-160 °C ในการป้อนเข้าถังปฏิกรณ์ที่ 2 เมทิลเอสเตอร์ที่ยังเหลือจะถูกทำปฏิกิริยาต่อ น้ำล้างซึ่งมีกลีเซอรอลจะเติมเข้ามาในถังปฏิกรณ์นี้ การกวนยังกระทำด้วยไนโตรเจน กระแสออกของแก๊สจะถูกควบแน่น กระแสกลีเซอรอลที่ออกจะมีเมทานอลไม่เกิน 0.5%wt และน้ำประมาณ 5%wt

3)               Decanter ถูกใช้เพื่อเป็นถังป้อนไปยังหอกลั่นแบบแฟลช และเป็นอุปกรณ์แยกชั้นน้ำมันโดยทำให้ pH ต่ำกว่า 7 และตักแยกออกจากชั้นกลีเซอรอล โดยกระแสรีไซเคิลจากด้านล่างของหอกลั่นแบบแฟลชจะถูกป้อนกลับเข้ายังดีแคนเตอร์นี้ด้วย

4)              คอลัมน์กลั่นแบบแฟลช ซึ่งประกอบด้วยวัสดุบรรจุภายในและรีบอยเลอร์ไอน้ำ ดำเนินการที่อุณหภูมิ 185C ความดัน 5-20 mmHg  ไม่มีระบบรีฟลักซ์ ประมาณ 80-90% ของกลีเซอรอลที่ป้อนจะออกด้านบน และควบแน่นในเครื่องควบแน่น 2 ตัวที่ต่ออนุกรมกัน เครื่องควบแน่นตัวแรกจะควบแน่นกลีเซอรอล (ควบคุมการควบแน่นด้วยอุณหภูมิสารหล่อเย็น) ส่วนตัวที่สองจะควบแน่นน้ำและกลีเซอรอลที่เหลือซึ่งจะส่งกลับไปที่ถังปฏิกรณ์ที่ 2  ผลผลิตด้านล่างซึ่งประกอบด้วยกลีเซอรอลและสารประกอบหนักถูกส่งกลับเข้าดีแคนเตอร์ โดยมีบางส่วนถูกปล่อยทิ้งไปเพื่อมิให้มีการสะสมของสารปนเปื้อน

5)              คอลัมน์ดูดซับ เป็นขั้นตอนสุดท้ายเพื่อขจัดสีและสิ่งปนเปื้อนที่เหลือเล็กน้อย สารดูดซับอาจใช้ถ่านกัมมันต์ เรซินแลกเปลี่ยนไอออน หรือตะแกรงโมเลกุล (molecular sieve) ผลผลิตที่ได้จะส่งเข้าถังเก็บเพื่อดำเนินการต่อไป

ทางเลือกการทำบริสุทธิ์ด้วยกรรมวิธีใหม่ของ Aiken  ถูกประเมินว่าใช้พลังงานในกระบวนการประมาณ 3.5% ของค่าความร้อนกลีเซอรอล ในขณะที่กรรมวิธีปกติใช้พลังงานเพียง 2% แต่มีค่าใช้จ่ายในอุปกรณ์ที่สูงกว่า

 

ผม..เอง

Sections: การเรียนการสอน
License: ซีซี: แสดงที่มา-ไม่ใช้เพื่อการค้า-อนุญาตแบบเดียวกัน Cc-by-nc-sa
created: 14 January 2012 20:12 Modified: 14 January 2012 20:14 [ Report Abuse ]
ดอกไม้
People who like this: Ico24 Our Shangri-La, Ico24 ServiceMan, and Ico24 ปราณี .
People Who Like This
 
Facebook
Twitter
Google

Other Posts By This Blogger

ความเห็น

Ico48
ฐิติพรรณ(แพง) [IP: 118.173.159.192]
24 September 2012 04:40
#80693

พอดีหนูได้ทำสัมมนาเป็นหัวข้อเกี่ยวกับกลีเซอรีนค่ะ เนื้อหาค่อนข้างหายากนิดนึงเพราะส่วนใหญ่จะพูดถึงแต่กลีเซอรีนที่นำมาทำสบู่ หนูอยากทราบว่ากลีเซอรีนที่ได้จากกระบวนผลิตไบโอดีเซลมีความเข้มข้นของกลีเซอรีนกี่เปอร์เซ็นต์คะ แล้วกลีเซอรีนบริสุทธิ์เริ่มต้นจากความเข้มข้นที่เท่าไหร่ ยังไงช่วยตอบกลับในเมลด้วยนะคะ จะเป็นความรู้กับตัวหนูมากๆค่ะ ขอบคุณล่วงหน้าค่ะ

กลีเซอรอลจากการทำไบโอดีเซลมี purity หลากหลายครับ ตามกระบวนการผลิต เช่น ปริมาณแอลกอฮอล์ที่ใช้ ความสมบูรณ์การเกิดปฏิกิริยา ตามปริมาณสบู่ที่เกิดจากปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาเบส อาจมีความบริสุทธิ์ตั้งแต่ 40-60% บางบทความได้เพียง 17% เท่านั้น

กลีเซอรอลที่ขายในเชิงการค้าต่างประเทศจะมีความบริสุทธิ์ตั้งแต่ 85% ขึ้นไปครับ

Ico48
ตันติกร [IP: 180.180.70.120]
20 July 2014 17:09
#99202

พี่ครับ ทำไมการทำกลีเซอรีนที่ได้จากการผลิตไบโอดีเซล ให้บริสุทธิ์ อาจารย์ถามผมว่า ทำไมต้องใช้กรดในการแยก เพราะอะไร

เพราะในกลีเซอรอลมีด่างและสบู่ซึ่งเป็นอิมัลซิฟายเออร์ จึงต้องขจัดออกด้วยการเติมกรดครับ

ร่วมแสดงความเห็นในหน้านี้

ชื่อ:
อีเมล:
IP แอดเดรส: 3.228.11.9
ข้อความ:  
เรียกเครื่องมือจัดการข้อความ
   
ยกเลิก หรือ