DOI: 10.14457/tu.the.2019.1572
title: การผลิตเชื้อเพลิงทางเลือก: ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของน้ำมันใช้แล้วและปฏิกิริยาโอลิโกเมอร์ไรเซชันของ 1-เดคซีน

description: ในปัจจุบันเชื้อเพลิงฟอสซิลมีแนวโน้มว่าจะขาดแคลน และยังก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมรวมถึงการใช้พลังงานของประเทศไทยที่ยังคงเพิ่มขึ้นตามการเติบโตทางเศรษฐกิจ ดังนั้นรัฐบาลจึงมีนโยบายส่งเสริมให้มีการใช้น้ำมันไบโอดีเซลและเชื้อเพลิงทางเลือกเพิ่มมากขึ้น งานวิจัยนี้จึงสนใจศึกษาการผลิตเชื้อเพลิงทางเลือกจากปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของน้ำมันใช้แล้วด้วยระบบการไหลแบบผสมเป็นจังหวะร่วมกับการสั่นของคลื่นการไหลและปฏิกิริยาโอลิโกเมอร์ไรเซชันของ 1-เดคซีน ในระบบแบบกะโดยใช้คลื่นไมโครเวฟ เพื่อเป็นทางเลือกในการผลิตเชื้อเพลิงและเพิ่มมูลค่าให้กับผลิตภัณฑ์ วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือ การศึกษาเงื่อนไขการสังเคราะห์เชื้อเพลิงทางเลือกจากสองปฏิกิริยา เช่น เวลาที่สารอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ อัตราส่วนโดยโมลของแอลกอฮอล์ต่อน้ำมัน ความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยา อุณหภูมิ และความถี่ที่มีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของน้ำมันใช้แล้วจากการทดลองร่วมกับวิธีการออกแบบการทดลองทางสถิติด้วยเทคนิคแบบบ็อกซ์-เบห์นเคน ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ระดับห้องปฏิบัติการและเครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบ นอกจากนั้นศึกษาการทดสอบสมรรถนะและการปล่อยไอเสียด้วยเครื่องยนต์ดีเซล 4 สูบ ของเชื้อเพลิงไบโอดีเซลผสม (B10) เปรียบเทียบกับดีเซล (B0) และศึกษาเงื่อนไขการทำปฏิกิริยาโอลิโกเมอร์ไรเซชันของ 1-เดคซีน เช่น อุณหภูมิ เวลาในการทำปฏิกิริยา ชนิดของตัวเร่งปฏิกิริยา ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา และอัตราส่วนซิลิกาต่ออะลูมินาของตัวเร่งปฏิกิริยาผลการศึกษาพบว่า การทำปฏิกิริยาแบบ 2 ขั้นตอน ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ระดับห้องปฏิบัติการปริมาตร 300 มิลลิลิตร โดยนำน้ำมันใช้แล้วมาผ่านกระบวนการเอสเทอริฟิเคชันเพื่อลดปริมาณกรดไขมันอิสระจาก 1.70% เป็น 0.41% โดยน้ำหนัก และใช้เป็นสารตั้งต้นเพื่อทำปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน จากเงื่อนไขการทำปฏิกิริยา พบว่า การใช้ความเข้มข้นตัวเร่งปฏิกิริยาและอัตราส่วนแอลกอฮอล์ต่อน้ำมันที่มากจนเกินไปจะส่งผลต่อการแยกเฟสของเมทิลเอสเทอร์และการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ นอกจากนั้นการใช้ความถี่ที่สูงขึ้นทำให้เกิดฟองอากาศระหว่างการผสม ปัจจัยเหล่านี้ส่งผลให้ค่าเมทิลเอสเทอร์ลดลง โดยเงื่อนไขการทำปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่อุณหภูมิ 60 องศเซลเซียส เวลาที่สารอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ 60 วินาที อัตราส่วนแอลกอฮอล์ต่อน้ำมัน 9:1 ความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยา 3.0 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ความถี่ในการสั่นของคลื่นการไหล 4.5 เฮิรตซ์ และแอมพลิจูด 8 มิลลิเมตร ให้ค่าเมทิลเอสเทอร์ร้อยละ 98.1 จากสมการความสัมพันธ์ของตัวแปร ได้แก่ เวลาที่สารอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ ความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยา และอัตราส่วนโดยโมลของแอลกอฮอล์ต่อน้ำมัน มีผลต่อค่าร้อยละเมทิลเอสเตอร์อย่างมีนัยสำคัญ (P&lt;0.05) ที่ค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (R2) 98.2% ต่อมาทำการทดลองด้วยเครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบปริมาตร 500 มิลลิลิตร โดยการทำปฏิกิริยาแบบขั้นตอนเดียว ที่ปริมาณกรดไขมันอิสระ 2.07% โดยน้ำหนัก พบว่า สมการความสัมพันธ์ของตัวแปร ได้แก่ อัตราส่วนโดยโมลของแอลกอฮอล์ต่อน้ำมัน เวลาที่สารอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ และความถี่ในการสั่น มีผลต่อค่าร้อยละเมทิลเอสเตอร์อย่างมีนัยสำคัญ ที่ค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (R2) 98.5% เงื่อนไขการทำปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส เวลาที่สารอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ 120 วินาที อัตราส่วนเมทานอลต่อน้ำมัน 12:1 ความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยา 3.0 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ความถี่ในการสั่นของคลื่นการไหล 5.5 เฮิรตซ์ และแอมพลิจูด 8 มิลลิเมตร ให้ค่าเมทิลเอสเทอร์ร้อยละ 97.8 การทดสอบสมรรถนะและการปล่อยไอเสีย พบว่า ไบโอดีเซลผสมให้กำลังและแรงบิดของเครื่องยนต์สูงกว่าดีเซล รวมถึงมีปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่ำกว่าดีเซล จากนั้นศึกษาเงื่อนไขการทำปฏิกิริยาโอลิโกเมอร์ไรเซชัน และการวิเคราะห์คุณสมบัติของตัวเร่งปฏิกิริยา พบว่า การเพิ่มอุณหภูมิ เวลาในการทำปฏิกิริยา และปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาจะส่งผลให้ค่าเปอร์เซ็นต์การเปลี่ยนแปลงสารตั้งต้นไปเป็นผลิตภัณฑ์ และเปอร์เซ็นต์ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นมีค่าเพิ่มขึ้น แต่หากสูงจนเกินไปจะส่งผลให้ร้อยละของผลผลิตที่ได้ลดลง โดยตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์วายและซัลเฟตเซอร์โคเนียให้ค่าเปอร์เซ็นต์การเปลี่ยนแปลงสารตั้งต้นไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่ 81.0% และ 53.8% ตามลำดับ ซึ่งเป็นผลมาจากคุณสมบัติของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีผลต่อประสิทธิภาพการทำปฏิกิริยา