การจำลองกระบวนการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์มูลค่าสูง: ไฮโดรเจน มีเทน เมทานอล และไดเมทิลอีเทอร์ ด้วยก๊าซเสียจากการเผาไหม้

บทคัดย่อ

อิเล็กโทรไลเซอร์แบบออกไซด์แข็ง (Solid oxide electrolysis cell: SOEC) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าเคมีที่สามารถเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์กับไอน้ำซึ่งเป็นก๊าซเสียจากกระบวนการทางอุตสาหกรรมไปเป็นก๊าซสังเคราะห์ (Synthesis gas) ได้ โดยก๊าซสังเคราะห์นี้สามารถนำไปใช้ผลิตเชื้อเพลิงต่าง ๆ เช่น มีเทน เมทานอล และไดเมทิลอีเทอร์ได้ ดังนั้น งานวิจัยนี้จึงทำการศึกษากระบวนการอิเล็กโทรไลเซอร์แบบออกไซด์แข็ง โดยใช้ก๊าซเสียจากการเผาไหม้ของโรงไฟฟ้าถ่านหินเป็นสารตั้งต้นในการผลิตไฮโดรเจนร่วมกับการสังเคราะห์มีเทน เมทานอล และไดเมทิลอีเทอร์ โดยทำการศึกษาด้วยการจำลองกระบวนการด้วยโปรแกรม Aspen Plus V.11 เพื่อศึกษาสภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสมในการผลิตไฮโดรเจน มีเทน เมทานอล และไดเมทิลอีเทอร์ โดยในการศึกษานี้จะป้อนก๊าซเสียจากโรงไฟฟ้าถ่านหินเข้ามาในกระบวนการอิเล็กโทรไลเซอร์แบบออกไซด์แข็งในปริมาณ 200 ลิตรต่อชั่วโมง ทำการศึกษาอิทธิพลของตัวแปรต่าง ๆ ที่มีผลต่อการดำเนินงานของแต่ละกระบวนการ ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าสภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสมของกระบวนการอิเล็กโทรไลเซอร์แบบออกไซด์แข็ง คือ อุณหภูมิ 800 องศาเซลเซียส และความดัน 1 บาร์ สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ 3.261 กิโลโมลต่อชั่วโมง สภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสมของกระบวนการสังเคราะห์มีเทน คือ อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส ความดัน 1 บาร์ สัดส่วน H₂/CO เท่ากับ 1 และสัดส่วน H₂/CO₂ เท่ากับ 4 สามารถผลิตมีเทนได้ 1.630 กิโลโมลต่อชั่วโมง สภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสมของกระบวนการสังเคราะห์เมทานอล คือ อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส ความดัน 100 บาร์ สัดส่วน H₂/CO เท่ากับ 2 และสัดส่วน H₂/CO₂ เท่ากับ 4 สามารถผลิตเมทานอลที่ได้ 1.435 กิโลโมลต่อชั่วโมง และสภาวะการดำเนินงานที่เหมาะสมของกระบวนการสังเคราะห์ไดเมทิลอีเทอร์ คือ อุณหภูมิ 140 องศาเซลเซียส ความดัน 20 บาร์ สัดส่วน H₂/CO เท่ากับ 1 และสัดส่วน H₂/CO₂ เท่ากับ 2 สามารถผลิตไดเมทิลอีเทอร์ได้ 1.287 กิโลโมลต่อชั่วโมง นอกจากนี้ผลการศึกษาในงานวิจัยนี้ยังแสดงให้เห็นว่าก๊าซเสียจากโรงไฟฟ้าถ่านหินหรือก๊าซเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมนั้นสามารถนำกลับมาใช้ให้เกิดประโยชน์เพิ่มมูลค่าได้ ซึ่งสอดคล้องตามนโยบายเศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular economy)