Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Bio-Jet fuel production from palm oil via hydrodeoxygenation and hydroisomerization
Year (A.D.)
2019
Document Type
Thesis
First Advisor
นพิดา หิญชีระนันทน์
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemical Technology (ภาควิชาเคมีเทคนิค)
Degree Name
วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
เคมีเทคนิค
DOI
10.58837/CHULA.THE.2019.570
Abstract
จากความต้องการใช้น้ำมันอากาศยานที่เพิ่มขึ้น ตลอดจนความตระหนักในปัญหาสิ่งแวดล้อมอันเกิดจากการเผาไหม้ ของเชื้อเพลิงฟอสซิล นานาประเทศจึงได้มีความพยายามที่จะผลิตน้ำมันอากาศยานชีวภาพเพื่อทดแทนการใช้เชื้อเพลิงจากฟอสซิล อย่างไรก็ตามน้ำมันชีวภาพอากาศยานซึ่งผลิตด้วยน้ำมันปาล์มหรือไขมันสัตว์มักจะมีสมบัติด้อยในด้านการไหลที่อุณหภูมิต่ำ เนื่องจากมีจุดเยือกแข็งสูง ดังนั้นวัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้ คือ เพื่อศึกษาและพัฒนากระบวนการผลิตน้ำมันชีวภาพอากาศยานจาก น้ำมันปาล์มโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาฐานซีโอไลต์ โดยต้องการให้น้ำมันชีวภาพที่ผลิตได้มีสัดส่วนของสารประกอบไอโซอัลเคน (isoalkanes) ในปริมาณมากเพื่อลดจุดเยือกแข็งของน้ำมันด้วยไฮโดรไฮเซอเมอไรเซชัน (hydroisomerization, HI) ของนอร์มัลอัลเคน ควบคู่ไปกับไฮโดรดีออกซิจิเนชัน (hydrodeoxygenation, HDO) และไฮโดรจิเนชัน (hydrogenation, HG) เพื่อกำจัดสารประกอบ ที่มีออกซิเจนและพันธะคู่ ในงานวิจัยนี้ ผลของตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งมีนิกเกิล (Ni) ปริมาณ 10% โดยน้ำหนักของตัวเร่งปฏิกิริยาบนตัว รองรับซีโอไลต์ทั้งหมดสี่ชนิด (NH₄-Beta, H-Beta, ZSM-5 และ Y) ต่อประสิทธิภาพในการทำปฏิกิริยาได้ถูกทดสอบ ตัวเร่งปฏิกิริยา นิกเกิลฐานซีโอไลต์ถูกเตรียมด้วยวิธีการฝังตัวแบบเอิบชุ่มพอดี (incipient-wetness impregnation) และในงานวิจัยนี้ยังได้ศึกษา การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบโลหะคู่ Pt-Ni ซึ่งมีสัดส่วนโดยมวลของ Pt/(Pt+Ni) ตั้งแต่ 0.05-0.15 และปริมาณโลหะสุทธิของตัวเร่ง ปฏิกิริยาถูกควบคุมที่ 10% โดยน้ำหนักของตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกทดสอบกัมมันตภาพในกระบวนการผลิตน้ำมัน ชีวภาพอากาศยานในเครื่องปฏิกรณ์แบบกะ ผลของตัวแปรที่ใช้ในการศึกษา ได้แก่ อุณหภูมิ (300-380 องศาเซลเซียส), ความดัน แก๊สไฮโดรเจน (H₂) เริ่มต้น (25-40 บาร์), เวลาที่ใช้ในการทำปฏิกิริยา (2-8 ชั่วโมง) และปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา (2.8-17.0% โดย น้ำหนักของน้ำมันปาล์ม) ต่อค่าการเลือกเกิดและผลได้ของผลิตภัณฑ์ได้ถูกตรวจสอบ ก่อนการทำปฏิกิริยาจะทำการรีดิวซ์ตัวเร่ง ปฏิกิริยาแบบอิน-ซิทู (in-situ reduction) ที่อุณหภูมิ 400 องศาเซลเซียส ด้วยความดันแก๊ส H₂ เริ่มต้น 10 บาร์ เป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากผลการทดลองพบว่า สามารถผลิตน้ำมันชีวภาพอากาศยานซึ่งมีสัดส่วนโดยน้ำหนักของไอโซอัลเคน/นอร์มัลอัลเคน (iso/n) สูงที่สุด คือ 1.67 และมีปริมาณสารประกอบออกซิเจนและสารประกอบไม่อิ่มตัวในปริมาณต่ำ เมื่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา 10%Ni/NH₄-Beta ปริมาณ 5.7% โดยน้ำหนักของน้ำมันปาล์มภายใต้ความดันแก๊ส H₂ เริ่มต้น 40 บาร์ ที่ 360 องศาเซลเซียส เป็น เวลา 4 ชั่วโมง ซึ่งทำให้ได้ผลได้ของน้ำมันชีวภาพอากาศยานเท่ากับ 20.8% โดยน้ำหนักของน้ำมันปาล์มเริ่มต้น เนื่องจากน้ำมัน ชีวภาพที่ได้นี้มีปริมาณโครงสร้างแบบไอโซอัลเคนถึง 24.9% โดยน้ำหนัก ทำให้น้ำมันชีวภาพมีจุดเยือกแข็งต่ำถึง -72 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ยังพบว่าการผสมน้ำมันชีวภาพซึ่งมีจุดเยือกแข็ง -28 องศาเซลเซียสกับน้ำมันอากาศยานเชิงพาณิชย์เกรด JETA-1 ที่ สัดส่วน 30% โดยปริมาตรของน้ำมันผสม ทำให้น้ำมันชีวภาพอากาศยานผสมที่ได้มีจุดเยือกแข็ง -53 องศาเซลเซียส ซึ่งยังคงเป็น ตามข้อกำหนดของ ASTM D7566 (-47 องศาเซลเซียส)
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
According to the increasing demand for air transport with growing awareness of environmental issues caused by fossil fuels burning, every country attemps to produce bio-jet fuel for replacing the fossil fuel. However, bio-jet fuel produced from palm olein or animal fat is usually suffered from poor cold flow properties due to its high freezing point. Hence, the objective of this research is to study and develop the production process of bio-jet fuel derived from palm oil using zeolites-based catalysts. This research aimed to produced bio-jet fuel with high content of iso-alkanes to reduce the freezing point of fuel via hydroisomerization (HI) of normal-alkanes along with hydrodeoxygenation (HDO) and hydrogenation (HG) to eliminate oxygenated compounds and unsaturated compounds. In this research, the effects of 10 wt% nickel (Ni) based on the weight of catalyst and loaded on four types of zeolite support (NH₄-Beta, H-Beta, ZSM-5 and Y) on the catalytic efficiency were investigated. The Ni-based zeolite catalysts were prepared by incipientwetness impregnation method. The used of Pt-Ni bimetallic catalysts with Pt/(Pt+Ni) wt ratio between 0.05- 0.15 at a net metal content of 10 wt% were also studied. Catalyst activity was tested in a batch reactor and the effect of various reaction parameters such as initial H₂ pressure (25-40 bar), reaction temperature (300-380 °C) reaction time (2-8 h) and catalyst concentration (2.8-17.0 wt% of palm oil) on the product selectivity and yield were investigated. Before the reaction, the catalyst was in-situ reduced at 400 °C for 2 h under 10 bar of H₂ pressure. From the results, bio-jet fuel with the highest iso-/n-alkanes ratio of 1.67 with low content of oxygenated and unsaturated compounds was obtained with 10%Ni/NH₄-Beta when the concentration of catalyst at 5.7 wt% based on palm oil was applied under 40 bar initial H₂ pressure at 360 °C for 4 h to achieve the bio-jet fuel yield of 20.8 wt% based on fed palm oil. Since the obtained bio-jet fuel had high iso-alkanes content of 24.9% it could reduce the freezing point to -72 °C. In addition, it was found that the blending of liquid product having the freezing point of -28 °C with a commercial jet fuel (JETA-1) at 30 vol% yielded a blended bio-jet fuel with a freezing point of -53 °C, which was still in the requirement of the ASTM D7566 criteria.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
ฉินทกานันท์, พชร, "การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพสำหรับอากาศยานจากน้ำมันปาล์มผ่านไฮโดรดีออกซิจิเนชันและไฮโดรไอโซเมอไรเซชัน" (2019). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 8946.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/8946