การปรับปรุงคุณภาพไบโอดีเซลที่ใช้ส่วนกลั่นกรดไขมันปาล์มเป็นวัตถุดิบโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา 10% นิกเกิลบน HZSM-5

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงคเ์พื่อปรับปรุงคุณภาพไบโอดีเซลที่ผลิตโดยวิธีเอสเตอริฟิเคชั่นและใช้ส่วนกลั่นกรดไขมันปาล์มเป็นวัตถุดิบ โดยการปรับปรุงคุณภาพใช้เอทานอลเป็นแหล่งของไฮโดรเจนและใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา 10% นิกเกิลบน HZSM-5 โดยองค์ประกอบของตัวเร่งปฏิกิริยา 10% นิกเกิลบน HZSM-5 ถูกวิเคราะห์ด้วยเครื่องเอกซเรย์ฟลูออเรสเซนต์ การทดลองเพื่อปรับปรุงคุณภาพไบโอดีเซลถูกออกแบบโดยใช้วิธีพื้นผิวตอบสนองและทำในอุปกรณ์แบบกะปริมาตร 1000 มิลลิลิตร ที่สามารถทนแรงดัน สูง ใช้เวลาในการทำปฏิกิริยาระหว่าง 8 ถึง 12 ชั่วโมง ภายใต้อุณหภูมิระหว่าง 160 ถึง 250 องศาเซลเซียส ความดัน 10 ถึง 20 บาร์และสัดส่วนโดยมวลของไบโอดีเซลต่อเอทานอล 0.56:1 ถึง 1.69:1 (สัดส่วนโดยปริมาตรของไบโอดีเซลต่อเอทานอล 0.5:1 ถึง 1.5:1) ปริมาณเอสเตอร์ในผลิตภัณฑ์ของเหลวที่ได้จากวิธีการเติมไฮโดรเจนบางส่วนถูกวิเคราะห์โดยใช้สารมาตรฐานภายในด้วยวิธิีแก๊สโครมาโตกราฟฟีด้วยตัววัดสัญญาณชนิดเฟลมไอออไนเซชัน องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์แก๊สที่ได้จากวิธีการเติมไฮโดรเจนบางส่วนถูกวิเคราะห์ด้วยวิธีแก๊สโครมาโตกราฟฟี ด้วยตัววัดสัญญาณชนิดสภาพนำความร้อน จากผลการทดลองเพื่อปรับปรุงคุณภาพไบโอดีเซลได้ปริมาณผลได้สูงสุดที่ เพิ่มขึ้นของเอทิลเอสเตอร์เท่ากับ 52.77% โดยน้ำหนัก ที่สภาวะการทดลองโดยใช้เวลาในการทำ ปฏิกิริยา 12 ชั่วโมง ภายใต้อุณหภูมิ 250 องศาเซลเซียส ความดัน 10 บาร์และสัดส่วนโดยมวลของไบโอดีเซลต่อเอทานอลเป็น 0.56:1 (สัดส่วนโดยปริมาตรของไบโอดีเซลต่อเอทานอลเป็น 0.5:1) นอกจากนี้วิธิีพื้นผิวตอบสนองสามารถระบุได้ว่าสัดส่วนโดยมวลของไบโอดีเซลต่อเอทานอล อุณหภูมิและความดันมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญในการเพิ่มขึ้นของเปอร์เซ็นต์ผลได้ของ เอทิลเอสเตอร์ ซึ่งกระบวนการนี้ไม่เพียงแต่ทำให้ผลได้ของเอทิลเอสเตอร์ของการปรับปรุงคุณภาพไบโอดีเซลจากส่วนกลั่นกรดไขมันปาล์มเพิ่มขึ้น แต่ยังสามารถลดปริมาณกรดไขมันอิสระได้ถึง 50% และทำให้เปอร์เซ็นตข์องเอสเตอร์เพิ่มเป็น 96.53% ซ่ึงเป็นค่าที่ผ่านมาตรฐานสากล (EN14214)

This research aimed to determine the influence of a high-pressure batch reactor for upgrading biodiesel derived from esterification of palm fatty acid distillate (PFAD) by partial hydrogenation using ethanol as hydrogen donor and 10% Ni/HZSM-5 as a catalyst. And then, the composition of the synthesized 10% Ni/HZSM-5 catalyst was characterized by x-ray fluorescence (XRF). The experiments were designed by using response surface methodology (RSM) and there were carried out in a 1000 mL high-pressure batch reactor for 8-12 hours over a temperature range 160-250˚C under pressure 10-20 bar and the biodiesel to ethanol mass ratio around 0.56:1-1.69:1 (the biodiesel to ethanol volumetric ratio around 0.5:1-1.5:1). The ester content from liquid-phase product with partial hydrogenation was analyzed by gas chromatography-flame ionization detector (GC-FID) using an internal standard solution. The gas-phase product components with partial hydrogenation were analyzed by gas chromatography-thermal conductivity detector (GC-TCD). Based on the results we found that the optimum percentage increasing yield of ethyl-ester was 52.77 wt.% which achieved at reaction time 12 hours, under temperature 250˚C and pressure 10 bars at the biodiesel to ethanol mass ratio around 0.56:1 (the volumetric ratio of biodiesel to ethanol 0.5:1). In addition, the RSM model indicated that mass ratio of biodiesel to ethanol, temperature, and pressure were significantly affected the percentage increasing yield of ethyl-ester. The process was not only increasing the yield of ethyl-esters but also reducing free fatty acid (FFA) content more than 50% as well. And finally, the percentage ester content of upgrading PFAD biodiesel was up to 96.53% which met the requirements of the international standard (EN14214).