ระบบผลิตน้ำมันไบโอดีเซลแบบไร้น้ำเสีย

บุญรักษ์  กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ


 ภาพจาก http://www.sustento.dk/news/index-news_Elsal_10_mar.html

       หลายปีที่ผ่านมาราคาน้ำมันดิบรวมถึงราคาน้ำมันสำเร็จรูปในตลาดโลกปรับตัวสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้หลายประเทศรวมถึงประเทศไทยหันมาให้ความสนใจการนำน้ำมันจากพืช เช่น น้ำมันปาล์ม น้ำมันพืชใช้แล้ว น้ำมันสบู่ดำ เป็นต้น มาปรับปรุงลักษณะให้เป็นน้ำมันไบโอดีเซลสำหรับใช้ผสมน้ำมันดีเซล หรือใช้ทดแทนน้ำมันดีเซลเพื่อลดการนำเข้า และช่วยสร้างความยั่งยืนในด้านพลังงาน

ไบโอดีเซลคือ อะไร?
      ไบโอดีเซลเป็นชื่อเรียก น้ำมันเชื้อเพลิงที่ได้จากการนำน้ำมันพืชหรือน้ำมันสัตว์ที่มีสารไตรกลีเซอไรด์ (tryglyceride) เป็นองค์ประกอบหลักมาทำปฏิกิริยาเคมีกับอัลคิลแอลกอฮอล์ เช่น เมทิลแอลกอฮอล์ (methyl alcohol) หรือเอทิลแอลกอฮอล์ (ethyl alcohol) โดยใช้กรดหรือด่างเป็นสารเร่งปฏิกิริยา ซึ่งกระบวนการทางเคมีเรียกว่า การสลับหมู่เอสเทอร์หรือทรานเอสเทอริฟิเคชั่น (Transesterification) น้ำมันที่ผ่านการปรับปรุงลักษณะแล้วสามารถนำไปผสม หรือใช้แทนน้ำมันดีเซลได้

การผลิตไบโอดีเซล  ปัจจุบันการผลิตน้ำมันไบโอดีเซลแบ่งเป็น 2 วิธีหลัก คือ
1.การผลิตแบบกะ (Batch Process) เป็นกระบวนการผลิตแบบไม่ต่อเนื่อง การผลิตแต่ละครั้งให้ปริมาณผลิตภัณฑ์ไม่มาก ซึ่งในการผลิตเชิงพาณิชย์ต้องใช้เครื่องผลิตขนาดใหญ่มาก และควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์ให้สม่ำเสมอยาก 
จุดเด่นของการผลิต คือ ใช้เงินลงทุนไม่มาก เหมาะกับการผลิตปริมาณไม่เยอะ
จุดด้อย คือ ระบบการผลิตต้องใช้พื้นที่มาก และน้ำมันไบโอดีเซลที่ได้จากการผลิตแต่ละรอบมีคุณภาพไม่สม่ำเสมอ
2.การผลิตแบบต่อเนื่อง (Continuous Process) 
จุดเด่น คือ น้ำมันไบโอดีเซลที่ได้มีคุณภาพสม่ำเสมอกว่า และให้กำลังการผลิตมากกว่า
จุดด้อย คือ ใช้เงินลงทุนสูงกว่าการผลิตแบบกะ
      นอกจากนี้ยังมีการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตโดยพัฒนาแต่ละส่วนของกระบวนการอย่าง การใช้ความร้อนจากแหล่งอื่น เช่น คลื่นไมโครเวฟ คลื่นอัลทราโซนิก (ultrasonic) หรือการเพิ่มหน่วยแยกน้ำมันไบโอดีเซลและกลีเซอรีนโดยใช้อุปกรณ์ปั่นเหวี่ยงเพื่อลดเวลาแยก และทำให้เกิดความต่อเนื่องในกระบวนการผลิต อย่างไรก็ตามการเพิ่มเครื่องจักรหรืออุปกรณ์เสริมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพมีผลให้ต้องใช้เงินทุนมากขึ้น จึงยังไม่มีการใช้ในระดับอุตสาหกรรม
 


แผนภาพกระบวนการผลิตน้ำมันไบโอดีเซล
ภาพจาก http://www.hielscher.com/ultraschall/biodiesel_processing_efficiency.htm

กระบวนการผลิตไบโอดีเซล ประกอบด้วย 4 ขั้นตอนหลัก ดังนี้
      1.นำน้ำมันพืชหรือน้ำมันพืชใช้แล้วมาผสมกับเมทิลแอลกอฮอล์หรือเอทิลแอลกอฮอล์ และใช้สารเร่งปฏิกิริยาประเภทกรดหรือด่าง เช่น กรดซัลฟิวริก (sulfuric acid) โซเดียมไฮดรอกไซด์ (sodium hydroxide) เป็นต้น
      2.ป้อนของเหลวเข้าในถังปฏิกรณ์ กวนให้ส่วนผสมทำปฏิกิริยากัน โดยกระบวนการผลิตที่ใช้กรดเป็นสารเร่งปฏิกิริยาจะทำที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 องศาเซลเซียส ใช้เวลากวนมากกว่า 3 ชั่วโมง แต่สำหรับกระบวนการผลิตที่ใช้ด่างเป็นสารเร่งปฏิกิริยา อุณหภูมิของกระบวนการผลิตจะอยู่ระหว่าง 50-70 องศาเซลเซียสและใช้เวลากวน 1 ชั่วโมง ขั้นตอนนี้จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นของผสมระหว่างน้ำมันไบโอดีเซล กับกลีเซอรีน (glycerine) และมีแอลกอฮอล์ที่เหลือจากการทำปฏิกิริยารวมอยู่ด้วย (ดังแสดงในแผนภาพข้างล่าง)
      3.แยกน้ำมันไบโอดีเซล และกลีเซอรีนออกจากกัน โดยทิ้งให้ของผสมเกิดการแยกชั้น น้ำมันไบโอดีเซลที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าจะแยกอยู่ชั้นบน ส่วนกลีเซอรีนจะอยู่ชั้นล่าง 
      4.น้ำมันไบโอดีเซลที่แยกออกมาจะถูกนำมาล้างน้ำเพื่อชะล้างแอลกอฮอล์ สารเร่งปฏิกิริยา สิ่งปนเปื้อน และทำให้น้ำมันมีสภาพเป็นกลาง จากนั้นนำไปวิเคราะห์สมบัติต่างๆ ให้ครบตามมาตรฐาน

 

การพัฒนาระบบผลิตไบโอดีเซลแบบต่อเนื่องโดยไม่มีน้ำเสีย
      เมื่อระบบการผลิตน้ำมันไบโอดีเซลแบบทั่วไปไม่สามารถผลิตน้ำมันไบโอดีเซลที่มีคุณภาพสม่ำเสมอ นางสาววิทูรัช กู๊ดวิน ผู้ช่วยนักวิจัยของศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ จึงร่วมมือกับคณะวิจัยจากกรมอู่ทหารเรือพัฒนาระบบการผลิตน้ำมันไบโอดีเซลอย่างต่อเนื่องแบบไม่ก่อให้เกิดน้ำเสียขึ้นมา ด้วยการเปลี่ยนแปลงรูปแบบการผสมวัตถุดิบจากแต่เดิมที่ดำเนินการในถังปฏิกรณ์และใช้ใบพัดกวน มาเป็นการผสมวัตถุดิบในท่อตรงยาว ซึ่งผนังภายในท่อจะติดแผ่นครีบ (orifice) หลายแผ่น 
      เมื่อของเหลว (น้ำมันพืช แอลกอฮอล และสารเร่งปฏิกิริยา) ถูกจ่ายเข้าไปในท่อแบบเป็นจังหวะ (ร่วมกับการสั่นของคลื่นการไหล) ของเหลวจะกระทบกับแผ่นครีบภายในทำให้เกิดความปั่นป่วนตลอดความยาวแนวท่อ ส่งผลให้ของเหลวทั้งหมดเกิดการผสม และทำปฏิกิริยาเคมีอย่างต่อเนื่อง 
      เทคนิคนี้นอกจากจะช่วยลดระยะเวลาการทำปฏิกิริยาของวัตถุดิบแล้ว การใช้ท่อตรงยาวยังใช้พื้นที่ใช้สอยน้อยกว่าระบบผลิตที่ใช้ถังปฏิกรณ์มีใบพัดกวน ส่งผลให้สามารถลดการใช้พื้นที่สร้างโรงงานได้ด้วย อีกทั้งยังช่วยเพิ่มความสามารถในการผลิตให้มากขึ้นกว่าระบบเดิมหลายเท่าตัว 
ในระบบการผลิตน้ำมันทั่วไป เมื่อน้ำมันพืชทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์แล้ว จะถูกตั้งทิ้งไว้เพื่อให้น้ำมันไบโอดีเซลแยกชั้นออกจากกลีเซอรีน ซึ่งวิธีนี้จะใช้เวลานาน ดังนั้นเพื่อย่นเวลาในการแยกชั้นคณะวิจัยจึงติดตั้งเครื่องแยกแบบปั่นเหวี่ยง (centrifugal separator) เข้าในระบบเพื่อแยกน้ำมันไบโอดีเซลออกจากกลีเซอรีนอย่างรวดเร็ว และต่อเนื่อง 
      นอกจากนี้คณะวิจัยยังออกแบบให้ระบบผลิตนำน้ำมันไบโอดีเซลที่ผ่านการปั่นแยกแล้ว ผ่านเข้าชุดกรองเรซินเพื่อขจัดสารเร่งปฏิกิริยากรด-ด่างรวมทั้งสารปนเปื้อนอื่นออกแทนการล้างด้วยน้ำตามกระบวนการผลิตแบบเดิม ระบบจึงไม่ทำให้เกิดน้ำเสียขึ้นในกระบวนการผลิต อีกทั้งยังลดเวลา และค่าใช้จ่ายด้านพลังงานความร้อนสำหรับไล่น้ำที่แฝงในน้ำมันไบโอดีเซลด้วย


เครื่องต้นแบบของระบบผลิตน้ำมันไบโอดีเซลแบบต่อเนื่อง


ประสิทธิภาพของเครื่องต้นแบบ
      เครื่องต้นแบบระบบผลิตน้ำมันไบโอดีเซลแบบต่อเนื่องโดยไม่มีน้ำเสียที่คณะวิจัยพัฒนาขึ้น มีระดับกำลังการผลิตตั้งแต่20,000 ลิตร/วัน ซึ่งเป็นระดับกำลังการผลิตที่เป็นไปได้สำหรับอุตสาหกรรมขนาดเล็ก-กลาง เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตให้สูงกว่าระบบทั่วไปที่ใช้ในปัจจุบันหลายเท่า สามารถแก้ปัญหาที่เกิดในกระบวนการผลิตแบบกะได้เป็นอย่างดี และให้น้ำมันไบโอดีเซลมีคุณภาพ และมาตรฐานเป็นที่ยอมรับทางสากล

ส่งท้าย
      ในการทดสอบเครื่องต้นแบบระบบผลิตน้ำมันไบโอดีเซลแบบต่อเนื่องโดยไม่มีน้ำเสียในระดับห้องปฏิบัติการ ขนาดกำลังการผลิต 20,000 ลิตร/ วัน พบว่าน้ำมันไบโอดีเซลจากน้ำมันปาล์มกลั่นที่ได้มีคุณภาพตามมาตรฐาน โดยปัจจุบันคณะวิจัยยังพัฒนาเครื่องต้นแบบขนาดกำลังผลิต 20,000 ลิตร/ วันต่อไป และอยู่ในระหว่างการติดตั้งทดสอบระบบผลิตไบโอดีเซลแบบต่อเนื่องร่วมกับบริษัท จิรัสย์ปาล์ม จ.สุราษฎร์ธานี

แหล่งข้อมูลอ้างอิง
1.อ้อยใจ ทองเฌอ, วิทูรัช กู๊ดวิน และอุกฤษฎ์ สหพัฒน์สมบัติ (2550) รู้จักไบโอดีเซลใน 4 ชั่วโมง : สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ 
2.A. Ngernbamrung, C. Somabha and V. Goodwin (2009) Continuous biodiesel pilot plant [On-line].   Available:http://www.sci.nu.ac.th/paccon2009/download/PACCON2009%20Proceeding%20Complete.pdf
3.Biodiesel production [On-line].   Available: http://en.wikipedia.org/wiki/Biodiesel_production


เปิดอ่าน 161 ครั้ง
ผู้เขียน อมเรศ วันที่ 2010-01-31 11:09:42