PSU ไบโอดีเซล 66: การแยกคืนแอลกอฮอล์

การแยกคืนแอลกอฮอล์

การแยกคืนแอลกอฮอล์ในการผลิตไบโอดีเซลเป็นเรื่องที่สำคัญมาก เพราะจัดเป็นต้นทุนวัตถุดิบที่มีราคาสูง โดยในการทำปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชันที่ใช้แอลคาไลน์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจะใช้แอลกอฮอล์เกินพอประมาณ 100% ซึ่งแอลกอฮอล์ที่เหลือจากการทำปฏิกิริยานี้ ถ้าเป็นเมทานอลจะกระจายตัวอยู่ในเฟสไบโอดีเซลประมาณ 40% และเฟสกลีเซอรอลประมาณ 60%

การแยกแอลกอฮอล์ออกจากไบโอดีเซลและกลีเซอรอลอาจทำได้หลายกรรมวิธี เช่น การระเหยแบบแฟลช(flash evaporation) การกลั่น และการล้างด้วยน้ำ โดยสารผสมเมทานอล/ไบโอดีเซล และเมทานอล/กลีเซอรอล จะไม่เป็นสารผสมอุดมคติ  โดยมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลกันอยู่ ดังนั้นการแยกเมทานอลให้เหลืออยู่น้อยมาก ๆ จึงเป็นเรื่องที่ยาก

กระบวนการล้างไบโอดีเซลด้วยน้ำ แล้วทำการแยกเมทานอลออกจากน้ำอีกครั้งเป็นกรรมวิธีที่มีราคาสูง เพราะมีน้ำผสมอยู่เป็นสัดส่วนที่สูงมาก ส่วนการกลั่นแยกเมทานอลออกจากไบโอดีเซลนั้นทำได้ไม่ยาก แต่หอกลั่นลำดับส่วนเป็นอุปกรณ์ที่ซับซ้อนทั้งการควบคุมและดำเนินการ ดังนั้นจึงมีค่าดำเนินการที่สูง ในระหว่างทางเลือกเหล่านี้ การระเหยแบบแฟลชจะเป็นทางออกที่ดีกว่า โดยการแยกเมทานอลให้เหลืออยู่ในไบโอดีเซลในจำนวนที่น้อยมากนั้น ต้องใช้กระบวนการระเหยหลายขั้นตอน ซึ่งรวมทั้งการระเหยภายใต้สุญญากาศด้วย ดังนั้นการตัดสินใจกำหนดอุปกรณ์ในกระบวนการแยกคืนทั้งหมดจะพิจารณาจาก 1) ปริมาณเมทานอลที่มากเกินพอในไบโอดีเซล 2) ค่าเมทานอลที่จะกำหนดให้คงเหลือในไบโอดีเซล 3) สาธารณูปโภคด้านความร้อนที่มีอยู่ (การให้ความร้อนและการทำให้เย็น) 4) วัสดุที่ใช้สร้างอุปกรณ์

เมทานอลที่แยกคืนได้ในการระเหยนี้ มักจะมีน้ำผสมอยู่เกินมาตรฐานที่จะนำไปใช้ใหม่ในกระบวนการผลิต จึงต้องทำให้บริสุทธิ์มากขึ้นด้วยการกลั่นหรือการดูดซับด้วย Molecular sieve ซึ่งพิจารณาทางเลือกเหล่านี้จะดูจากปริมาณน้ำที่มีอยู่ในเมทานอลรวมทั้งขนาดกำลังการผลิตด้วย

Zhou และ Boocock (2006) ศึกษาการกระจายตัวของแอลกอฮอล์ กลีเซอรอล เอสเตอร์ สบู่โซเดียม ในปฏิกิริยาทรานส์เอสเตอริฟิเคชันของน้ำมันถั่วเหลืองด้วยการจำลองแบบ พบว่าเมื่อผสมเอสเตอร์ กลีเซอรอล และแอลกอฮอล์เข้าด้วยกันด้วยการเขย่าอย่างรุนแรงแล้วปล่อยให้แยกชั้น จะไม่พบเอสเตอร์ในเฟสกลีเซอรอล เพราะไม่มี ได-,โมโนกลีเซอไรด์ซึ่งเป็นสารอิมัลซิฟายเออร์อยู่ในระบบ เหมือนกระบวนการผลิตไบดีเซลจริง และเมื่อจำลองแบบด้วยการเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาโซเดียมเมทอกไซด์เข้าไป การกระจายตัวในเฟสทั้งสองแสดงได้ในตารางต่อไปนี้

Chiu et al. (2005) ศึกษาการกระจายตัวของเมทานอลและตัวเร่งปฏิกิริยาระหว่างเฟสไบโอดีเซลและกลีเซอรอล โดยได้แสดงข้อมูลสมดุล P-T-x (ความดัน-อุณหภูมิ-โมลแฟรกชัน) ไว้ดังนี้

ข้อมูลความดัน-องค์ประกอบของระบบทวิภาคเมทานอล-ไบโอดีเซลที่ 100 °C และ 120 °C

ข้อมูลความดัน-องค์ประกอบของระบบทวิภาคเมทานอล-กลีเซอรอลที่ 100 °C และ 120 °C

เทคโนโลยีที่ใช้ในการแยกคืนแอลกอฮอล์นั้นมีหลากหลายวิธีการ แล้วแต่กระบวนการและการออกแบบอุปกรณ์ เช่นเมื่อใช้ NaOH เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ถังเก็บกลีเซอรอลดิบจะถูกอุ่นให้มีอุณหภูมิในช่วง 55-60 °C เพื่อป้องกันการแข็งตัวของกลีเซอรอล และกลีเซอรอลจะถูกปรับให้มี pH ประมาณ 6 ก่อนผ่านเข้าเครื่องระเหย ซึ่งด้านบนอาจออกแบบให้มีคอลัมน์ซึ่งบรรจุวัสดุบรรจุชนิดพิเศษไว้ ไอที่ระเหยออกจากเฟสกลีเซอรอลจะผ่านคอลัมน์นี้ก่อนที่จะผ่านเข้าไปยังเครื่องควบแน่น และส่วนหนึ่งของเมทานอลที่ควบแน่นได้จะถูกป้อนกลับเป็นรีฟลักซ์กลับมาที่คอลัมน์อีกครั้ง ซึ่งเป็นการผสมผสานการกลั่นลำดับส่วนเข้ากับเครื่องทำระเหย โดยเมทานอลส่วนที่เหลือจากการป้อนกลับเป็นรีฟลักซ์ จะถูกทำให้เย็นแล้วนำเข้าถังเก็บเพื่อนำไปใช้ต่อไป

ผม..เอง