การปรับปรุงคุณภาพก๊าซชีวภาพด้วยเทคนิคดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยสารละลายเอมีน ( MEA )

เผยแพร่บทความนี้

  ก๊าซชีวภาพ คือ ก๊าซที่เกิดจากกระบวนการย่อยสลายของมูลสัตว์ หรือสารอินทรีย์ต่างๆ โดยเชื้อจุลินทรีย์ในสภาพไม่มีอากาศ ทำให้เกิดก๊าซชีวภาพขึ้นในกระบวนการ ซึ่งก๊าซชีวภาพที่เกิดขึ้นจะเป็นก๊าซผสมของก๊าซชนิดต่าง ๆ ได้แก่ ก๊าซมีเทน (CH4) ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ก๊าซไนโตรเจน (N2) และก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) แต่ก๊าซมีเทนจะมีปริมาณมากถึงร้อยละ 60-70 จึงสามารถนำไปใช้เป็นก๊าซเชื้อเพลิงและใช้งานได้อย่างต่อเนื่องสม่ำเสมอ อีกทั้งยังสามารถนำไปใช้ชดเชยหรือทดแทนการใช้เชื้อเพลิงต่างๆ ได้เป็นอย่างดี


  ก๊าซมีเทนเป็นก๊าซที่มีค่าความร้อนสูง แต่อย่างไรก็ตามเมื่อมีสัดส่วนของปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ผสมอยู่จะเป็นผลทำให้ค่าความร้อนรวมของก๊าซลดลง (สำหรับก๊าซมีเทนบริสุทธิ์จะมีค่าความร้อนสูงถึง 35.64 เมกะจูลต่อลูกบาศก์เมตร แต่ก๊าซชีวภาพ (ที่สัดส่วนก๊าซมีเทนต่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เท่ากับร้อยละ 60 ต่อ 40) จะมีค่าความร้อนรวมเพียง 21.6 เมกะจูลต่อลูกบาศก์เมตร เท่านั้น


  สัดส่วนของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นส่วนผสมในก๊าซชีวภาพนั้น นอกจากจะมีผลทำให้ค่าความร้อนรวมของก๊าซลดลงแล้ว ยังส่งผลทำให้ความเข้มข้นของก๊าซมีเทนไม่คงที่ ทำให้เกิดปัญหาการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์เปลวไฟไม่นิ่ง หรืออาจจะเกิดปัญหาไฟดับและเกิดปัญหาการระเบิดเกิดขั้นในห้องเผาไหม้ ส่งผลทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของระบบลดลง อีกทั้งยังมีผลทำให้เกิดการกัดกร่อนภายในท่อส่งก๊าซอีกด้วย ดังนั้นการปรับปรุงคุณภาพก๊าซชีวภาพ หรือการลดสัดส่วนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในก๊าซชีวภาพลง จะเป็นให้สามารถลดปัญหาข้างต้นลงได้ และก๊าซชีวภาพที่ผ่านการปรับปรุงคุณภาพแล้ว เรียกว่า ไบโอมีเทน


  กระบวนการในการแยกและดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระแสก๊าซชีวภาพ หรือกระแสก๊าซต่าง ๆ โดยทั่วไปจะใช้เทคนิคต่าง ๆ ในการแยก ซึ่งแต่ละเทคนิคมีศักยภาพที่จะสามารถนำมาพัฒนาให้สามารถใช้ปรับปรุงก๊าซชีวภาพเพื่อผลิตไบโอมีเทนได้ เทคนิคที่ใช้ในการแยกก๊าซโดยทั่วไป ได้แก่

  1. การดักจับด้วยน้ำหรือ Water scrubbing เป็นเทคนิคการแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากกระแสก๊าซด้วยการสัมผัสกันโดยตรงของก๊าซและน้ำ ภายในกระบอกดูดซับในกระบวนการจะมีการป้อนก๊าซที่ถูกอัดแรงดันเข้าทางด้านล่างของกระบอกดูดซับ และภายในมีการสเปรย์น้ำเข้ากระบอกดูดซับทางด้านบน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่สัมผัสกับน้ำจะละลายเข้าไปในน้ำได้โดยตรง ก๊าซที่เหลือจากกระบวนการดูดซับจะมีสัดส่วนของก๊าซเชื้อเพลิงหรือไบโอมีเทนในปริมาณที่สูงขึ้น

  2. การดูดซับโดยการเปลี่ยนความดัน หรือ Pressure swing absorption; PSA เป็นกระบวนการแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากก๊าซมีเทนด้วยการเปลี่ยนความดัน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกดูดซับบนพื้นผิวของของแข็งที่มีรูพรุน ที่บรรจุอยู่ในกระบอกดูดซับโดยอาศัยความแตกต่างของแรงดัน ระบบจะดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำไว้ที่พื้นผิววัสดุดูดซับได้ดีเป็นพิเศษ ส่วนไบโอมีเทนที่ได้จะมีความเข้มข้นสูงขึ้น

  3. การดูดซับด้วยสารเคมีโดยใช้สารละลายเอมีน หรือ Amine Absorption Process เป็นกระบวนการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยสารละลายเอมีน ซึ่งถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในภาคอุตสาหกรรมที่มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นในระบบ เช่น อุตสาหกรรมที่มีการเผาไหม้เชื้อเพลิง,การแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากก๊าซธรรมชาติหรือก๊าซเชื้อเพลิง เป็นต้น โดยตัวอย่างสารละลายเอมีนที่นิยมใช้ในกระบวนการนี้ Mono Ethanolamine (MEA, (CH2CH2OH)N2H ), Diethanolamine (DMA, (CH2CH2OH) 2NH ) และ Methyl Diglycolamine (DGA) กระบวนการนี้สามารถหมุนเวียนสารละลายเอมีนกลับมาใช้ได้ใหม่ จึงเป็นกระบวนการที่มีความน่าสนใจ ทั้งนี้ในการวิจัยจะศึกษาการใช้สารละลาย Monoethanolmine ในการดูดซึม หรือเรียกได้ว่า Mono Ethanolamine Absorption Process

  4. การแยกด้วยเยื่อเลือกผ่าน หรือ Membrane Separation เป็นการแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยใช้เยื่อเลือกผ่าน ในกระบวนการจะมีการป้อนก๊าซชีวภาพเข้าไปทางด้านหนึ่งของเมมเบรน ซึ่งจะควบคุมความดันไว้ที่ P1 ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ผสมอยู่ในก๊าซชีวภาพจะเคลื่อนที่ผ่านเมมเบรนไปยังอีกด้านหนึ่งซึ่งควบคุมความดันไว้ที่ P2 ทั้งนี้ระบบจะมีการควบคุมให้ความดัน P1 และ P2 มีค่าแตกต่างกัน เป็นผลทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซมีเทนสามารถแยกออกจากกันได้ค่อนข้างสมบูรณ์ เทคนิคที่นิยมนำมาใช้ปรับปรุงคุณภาพก๊าซชีวภาพ และข้อดีข้อเสียในแต่ละเทคนิค สามารถแสดงข้อมูลได้ดังตารางที่ 1


    1. ตารางที่ 1 ข้อดีข้อเสีย ของเทคนิคการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ [1]

      ภาพขนมตาลที่ผลิตโดยเทคโนโลยีเชื้อบริสุทธิ์


        จากตารางที่ 1 จะเห็นว่าเทคนิคต่าง ๆ จะถูกนำมาใช้ในการแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ แต่อย่างไรก็ตามการปรับปรุงคุณภาพก๊าซด้วยเทคนิคดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยสารละลายเอมีน (MEA) เป็นเทคนิคที่ผู้วิจัยให้ความสนใจ และทำการศึกษา เนื่องจากเทคนิค MEA นี้ ระบบจะทำงานที่ความดันบรรยากาศ, ในกระบวนการมีการสูญเสียก๊าซมีเทนน้อยมาก, พลังงานที่ใช้ในระบบน้อยเนื่องจากไม่มีการใช้ปั๊มความดัน


        จากการศึกษา การแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยใช้สารละลายเอทาโนลามีน พบว่า สารละลายเอทาโนลามีนที่ความเข้มข้น 0.1 โมลาร์ ขึ้นไป (หรือสารละลายเอทาโนลามีนเข้มข้น 98 % ปริมาตร 61.5 มิลลิลิตร ผสมน้ำเป็น 10 ลิตร)สามารถดูดซึมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ดี และมีผลทำให้ทำให้ก๊าซไบโอมีเทนที่ได้มีสัดส่วนของก๊าซมีเทน มากกว่าร้อยละ 90 นอกจากนี้สารละลายที่ผ่านการใช้งานแล้วยังสามารถนำไปทำการคืนสภาพสารละลายและสามารถนำกลับมาใช้ได้อีกครั้งต่อไป


      เอกสารอ้างอิง


      [1] รายงานฉบับสมบูรณ์ "โครงการปรับปรุงก๊าซชีวภาพเพื่อผลิตไบโอมีเทน" เสนอต่อสำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน กระทรวงพลังงาน โดย สถาบันวิจัยและพัฒนาพลังงาน, มหาวิทยาลัยเชียงใหม่.



ร่วมแสดงความคิดเห็น