Techno-economic analysis of diethyl ether production via catalytic dehydration of ethanol

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

การวิเคราะห์ทางด้านเทคนิค และเศรษฐศาสตร์ของกระบวนการผลิตไดเอทิลอีเทอร์ผ่านการดีไฮเดรชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาของเอทานอล

Author

Boonraksa Chaiapha, Faculty of Engineering

Year (A.D.)

2020

Document Type

Thesis

First Advisor

Bunjerd Jongsomjit

Second Advisor

Pongtorn Charoensuppanimit

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Department (if any)

Department of Electrical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า)

Degree Name

Master of Engineering

Degree Level

Master's Degree

Degree Discipline

Chemical Engineering

DOI

10.58837/CHULA.THE.2020.81

Abstract

The major source of energy comes from non-renewable fuels, which have a non-sustainability and negative impact on the environment. Thus, there is change to renewable fuels as bioethanol. Diethyl ether (DEE) is a part of bioethanol. However, the increase of electric vehicles (EV) may decrease ethanol demand for biofuel in the future. Thus, it will be interesting in adding value to ethanol via the catalytic dehydration to produce DEE by conduct techno-economic analysis. Further, there is comparison on different concentrations of ethanol (93% and 95% ethanol) that affect DEE production. For simulation part, the DEE capacity of 3,600 tons/year is the most profitable due to the highest %IRR and offers a shorter POP. The highest energy consumption of electricity and thermal duty is at the DEE capacity of 3,600 tons/year as well as the CO2 emission due to the large utility is required and larger CO2 content is released. For experiment part, the water content in the ethanol solution has effect on the Ru-HBZ catalyst. For ethylene yield, the water content has slight effect on the catalyst at 400°C. In contrast, for DEE yield, the water content has a greater effect on the catalyst at 250°C due to the water molecule resulted in an increase the Brønsted acidity and blocking of Lewis acid sites, to the lower activity of the catalyst. By-product is acetaldehyde when the water content increases, the acetaldehyde yield increases.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

แหล่งพลังงานหลักที่สำคัญในปัจจุบันส่วนใหญ่มาจากพลังงานที่ไม่หมุนเวียน ซึ่งมีความไม่ยั่งยืน และมีผลกระทบด้านลบต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนไปใช้พลังงานหมุนเวียนแทน เช่น ไบโอเอทานอล ซึ่งไดเอทิลอีเทอร์ (DEE) ก็เป็นสารเคมีที่ผลิตได้จากไบโอเอทานอล อย่างไรก็ตาม การเพิ่มขึ้นของรถยนต์ไฟฟ้า อาจลดความต้องการการใช้เอทานอลเพื่อเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพในอนาคต ดังนั้นจึงสนใจที่จะเพิ่มมูลค่าให้กับเอทานอลผ่านการดีไฮเดรชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อผลิตไดเอทิลอีเทอร์ โดยทำการวิเคราะห์ทางด้านเทคนิค และเศรษฐศาสตร์ นอกจากนี้ ยังมีการเปรียบเทียบความเข้มข้นต่าง ๆ ของเอทานอล (เอทานอลที่มีความบริสุทธิ์ 93% และ 95%) ที่มีผลต่อการผลิตไดเอทิลอีเทอร์ ในส่วนของการออกแบบนั้น พบว่ากำลังการผลิตไดเอทิลอีเทอร์ที่ 3,600 ตันต่อปี เป็นกำลังการผลิตที่ทำกำไรได้มากที่สุด เนื่องจากมีอัตราการตอบแทนภายในสูงสุด และมีระยะเวลาคืนทุนที่สั้นกว่า นอกจากนี้ ที่กำลังการผลิตไดเอทิลอีเทอร์ 3,600 ตันต่อปี จะมีการใช้พลังงานสูงสุดทั้งในแง่ของสาธารณูปโภคทางความร้อน และสาธารณูปโภคทางไฟฟ้า เช่นเดียวกันกับการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เนื่องจากต้องใช้สาธารณูปโภคขนาดใหญ่จึงปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาในปริมาณมากขึ้น ในส่วนของการทดลองนั้น พบว่าปริมาณน้ำในสารละลายเอทานอลมีผลต่อตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีการดัดแปลงของเบต้าซีโอไลท์ด้วยรูเทเนียม สำหรับร้อยละผลผลิตของเอทิลีนนั้น ปริมาณน้ำในสารละลายเอทานอลมีผลเล็กน้อยต่อตัวเร่งปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 400 องศาเซลเซียส ในทางกลับกันสำหรับร้อยละผลผลิตไดเอทิลอีเทอร์นั้น ปริมาณน้ำในสารละลายเอทานอลมีผลต่อตัวเร่งปฏิกิริยาที่ 250 องศาเซลเซียสมากขึ้น เนื่องจากโมเลกุลของน้ำ ส่งผลให้ความเป็นกรดบรอนเสตดเพิ่มขึ้น และปิดกั้นตำแหน่งกรดลิวอิส ทำให้ความสามารถของตัวเร่งปฏิกิริยาลดลง ผลพลอยได้ในกระบวนการนี้คือ อะเซทัลดีไฮด์ เมื่อปริมาณน้ำเพิ่มขึ้น ร้อยละผลผลิตของอะเซทัลดีไฮด์จะเพิ่มขึ้น ตามลำดับ

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.

Recommended Citation

Chaiapha, Boonraksa, "Techno-economic analysis of diethyl ether production via catalytic dehydration of ethanol" (2020). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 123.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/123