BIO-DME

E-learning โครงการ จดัทาํระบบฐานขอ้มูลพลงังานเพื่อการวเิคราะห์และวางแผนยทุธศาสตร์พลงังานของประเทศ

BIO-DME

โครงการ การจดัทาํระบบฐานขอ้มูลพลงังานเพือ่การวเิคราะห์และวางแผน

ยทุธศาสตร์พลงังานของประเทศ

สถาบนัวจิยัและพฒันาพลงังาน มหาวทิยาลยัเชียงใหม ่ (website :- www.erdi.or.th) รวมกบ่ ั สาํนกันโยบายและแผนยทุยธศาสตร์ สาํนกัปลดักระทรวงพลงังาน กระทรวงพลงังาน (website :- www.energy.go.th)

ก


สารบัญ

บทที ่ 1 BIO-DME ........................................................................................................................................... 5

1.1) การผลิต DME จากกระบวนการ GASIFICATION................................................................................... 6 1.2) การผลิต DME จากไบโอเมทานอลโดยกระบวนการดีไฮเดรชนั.......................................................... 7 1.3) ผลผลิตท่ีไดต้อวตัถุ่ ดิบท่ีใชไ้ป ............................................................................................................. 8 1.4) การทดสอบยานพาหนะที่ใชเ้ชือเพลิง DME....................................................................................... 10 1.5) มลพิษท่ีเกดจากิ BIO-DME................................................................................................................. 11 เอกสารอา้งอิง .................................................................................................................................................. 14

จัดทาํโดย .............................................................................................................................................................. 15


ข


สารบัญรปู

รูปท่ี 1.1Conversion process for bio-DME by gasification.................................................................................... 6 รูปท่ี 1.2 Conversion process for bio-DME by catalytic dehydration of biomethanol........................................... 7 รูปท่ี 1.3 แสดง DME ท่ีไดจ้ากชีวมวลในหนวย ตนั่ ............................................................................................... 8 รูปท่ี 1.4แสดง ประสิทธิภาพของพลงังานของ DME ท่ี 0.49-0.63 GJ.................................................................... 8 รูปท่ี 1.5 แสดงรถบรรทุกท่ีติดตงัเคร่ืองยนตท่ี์ใช ้DME เป็นเชือเพลิง.................................................................. 10 รูปท่ี 1.6แสดงปริมาณไฮโดรคาร์บอนท่ีเกดจากการใช ้ิ DME และเชือเพลิงอ่ืนๆ ................................................ 11 รูปท่ี 1.7แสดงปริมาณไนโตรเจนออกไซดท่ี์เกดจากการใช ้ิ DME และเชือเพลิงอ่ืนๆ.......................................... 12 รูปท่ี 1.8 แสดงปริมาณมลพิษจากอนุภาคตางๆท่ีเกดจากการใช ้่ ิ DME และเชือเพลิงอ่ืนๆ ................................... 12 รูปท่ี 1.9 แสดงปริมาณคาร์บอนไดออกไซดท่ี์เกดจากการใช ้ิ DME และเชือเพลิงอ่ืนๆ........................................ 13


ค


สารบัญตาราง

ตารางท่ี 1.1แสดงคุณสมบติัของ DME เม่ือเปรียบเทียบกบเชือเพลิงอ่ืนๆั .............................................................. 9 ตารางท่ี 1.2 แสดงการเปรียบเทียบคุณสมบติัท่ีสาํคญัระหวาง ่ DME และ ดีเซล .................................................. 11


ง


บทที ่ 1

BIO-DME

Bio-DME (dimethylether) มีความคลา้ยคลึงกนมากกบ ั ั biomethanol Bio-DME สามารถสร้างไดโ้ดยตรงจากแกส ๊ Synthesis อยางไรกตามในโรงงานอุตสาหกรรมทางเคมี ่ ็ DME สามารถผลิตไดจ้ากเมทานอลบริสุทธ์ิโดยผานกระบวนการที่เรียกวา ดีไฮเดรชัน ซ่ึงเป็นกระบวนการท่ีแยกนําออกจากเมทานอล โดยที่เมทานอ่ ่สามารถผลิตมาจาก ถาน่ หิน แกสธรรมชาติ หรือ จากชีวมวล แตมีบอยครังท่ีเมทานอลกบ ๊ ่ ่ ั DME กลบัผสมรวมกนเอง การวิจยัเกยวกบการนาํ ั ี่ ั DME ไปใชง้านเพิงจะเริมมีเม่ือไมนานมานี โดยเทาท่ีผานมาจะได ้่ ่ ่ ่ ่ DME มาจากเชือเพลิงฟอสซิล สวนใหญจะใช ้่ ่ DME เป็นเสมือนตวักระตุน้สารคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs) ในกระป๋องสเปรย ์Bio-DME เหมาะท่ีจะใชก้บเคร่ืองยนตดี์เซล แตอยางไรกตาม ั ่ ่ ็ DME ไมสามารถใชผ้สมเขา้กบนาํมนัดีเซ่ ัและปริมาณพลงังานท่ีมีจะคอนขา้งน้อย จะมีคาประมาณคร่ึงหน่ึงของดีเซล ปัจจุบนัมีการปรับแตงเคร่ืองยนต์่ ่ ่ดีเซลใหมเพื่อสาํหรับใชง้านกบ ่ ั DME แมว้่า DME ไมสามารถทาํให้โลหะเป็นสนิมไดเ้หมือนกบ ไบโอเอทานอล และ ไบโอเมทานอล แต ่ ั ่DME มีผลกบสสารประเภทพลาสติก ั DME จะมีสถานะเป็นกาซท่ีอุณหภูมิปกติ แตจะมีสถานะเป็นของเหลวท่ี๊ ่ความดนัสูงกวา ่ 5 bar หรือ ท่ีอุณหภูมิตํ่ากวา ่ -25 ° C โดย DME ท่ีความดนั 5-10 bar จะใชก้ารขนสง การเกบ่ ่ ็รักษา และ การจาํหนาย ท่ีคลา้ยคลึงกบ ่ ั LPG Biodimethylether (bio-DME) กอนท่ีจะนาํ ่ DME มาใชเ้ป็นเชือเพลิงในเคร่ืองยนตต์างๆ ่ DME เคยถูกใชเ้ป็นตวักระตุน้สารคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs) ในกระป๋องสเปรยม์ากอน ซ่ึงกยงัเป็นจุดประสงคห์ลกัของการนาํ่ ็ DME ไปใชง้าน และกยงัใชเ้ป็นสารชวยการทาํงานของเคร่ืองยนตท่ี์ใชเ้มทานอลเป็นเชือเพลิง็ ่ กระบวนการสร้าง Bio-DME จะมีความคลา้ยคลึงกบกระบวนการของไบโอเมทานอล คือจะเกดจากกระบวนการ ั ิGasification และ กระบวนการ Synthesis แตจะตางกนในสวนของเงื่อนไขและกระบวนการยอ่ ่ ั ่ ่ ย


5


1.1) การผลติ DME จากกระบวนการ Gasification

ในกระบวนการแบบแรก DME จะไดจ้าก แกส ๊ Synthesis โดยตรง ดงัแสดงในภาพดา้นลาง่

รูปท่ี 1.1Conversion process for bio-DME by gasification

Input categories Lignocellulosic crops Herbaceous lignocellulosic crops Foresty residues Other energy crop Agricultural residues Wood processing residues Construction residues Organic waste (dry) Organic waste (wet) Other organic waste Roadside hay Solid manure

Gasification processes Entrained Flow/Oxygen with gas clean-up and CO-shift Fluidised Bed/Oxygen with gas clean-up and CO-shift Indirect with gas clean-up and CO-shift Fixed Bed/Oxygen with gas clean-up and CO-shift


6


Pretreatment processes Separation, dew atering, drying and size reduction (chips) Separation, dew atering, drying and densification (briquetters/pellets) Separation, dew atering, drying and torrefaction (torrified biomass) Separation, dew atering, drying and carbonization (char) Separation, dew atering, drying and fast pyrolysis (pyrolysis oil) Separation, dew atering, drying and hydrothermal treatment (biocrude)

1.2) การผลติ DME จากไบโอเมทานอลโดยกระบวนการดีไฮเดรชัน

ในกระบวนการแบบที่สองจะสามารถผลิต DME จาก ไบโอเมทานอลโดยกระบวนการที่เรียกวา่ ดีไฮเดรชนั ดงัภาพดา้นลางซ่ึงจะเป็นกระบวนการแยกนาํออกจากเมทานอลเพื่อผลิต ่ DME และบอยครังท่ี ่ DME และ เมทานอลจะผสมกนเองในกระบวนั การแรก กระบวนการนีจะเป็นท่ีสนใจเฉพาะในกรณีของการผลิตไบโอเมทานอล

รูปท่ี 1.2 Conversion process for bio-DME by catalytic dehydration of biomethanol


7


1.3) ผลผลติทีไ่ด้ต่อวตัถดิบทีใ่ช้ไปุ

แกส ๊ Synthesis สามารถสร้างมาจากชีวมวลไดเ้ชนกน แตจะมีราคาท่ีสูงกวาการสร้างจากแกสธรรมชาติ ่ ั ่ ่ ๊การสร้าง DME จากชีวมวลสามารถแสดงใหเ้ห็นไดต้ามภาพท่ีแสดงไวด้า้นลาง่

รูปท่ี 1.3 แสดง DME ท่ีไดจ้ากชีวมวลในหนวย ตนั่

ในการทาํงานของเคร่ืองจายไฟฟ้านนัตอ้งใชว้ตัถุดิบพิเศษเพื่อใชใ้นเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้า่ ํ ในกรณีท่ีไมมี่วตัถุดิบท่ีใชผ้สมเป็นเชือเพลิงนนัจะตอ้งการพลงังานไฟฟ้าเขา้มาชวย่ สาํหรับการผลิต DME 25 ตนัตอชวัโมงจะตอ้งใชว้ตัถุดิบประมาณ ่ ่ 67.3 ตนั ดว้ยเหตุนีจะเห็นไดว้าตอ้ง่ใชว้ตัถุดิบ 2.7 ตนัเพื่อผลิต DME 1 ตนั แตในกรณีท่ีใชเ้ชือเพลิงท่ีไดจ้ากชีวมวลเป็นวตัถุดิบจะสามารถผลิต ่ DME ได ้0.8 ตนัตอชวัโมงตอวตัถุดิบ ่ ่่ 1 ตนั นอกจากนีในกระบวนการ Gasification ยงัตอ้งการออกซิเจน 20 m3 ตอ่ชวัโมง และไอนาํประมาณ ่ 38 ตนัตอชวัโมงเพื่อใชใ้นกระบวนการ่ ่ พลงังานโดยรวมท่ีตอ้งการจะมีประมาณ 25 MW และอาจจะตอ้งการเพมิเติมอีกประมาณ ่ 5-10 MW จากพลงังานไอนาํ และไอนาํและนาํร้อนท่ีใชแ้ลว้กจะถูกนาไปใชใ้นงานอ่ืนตอไป ็ ่ํ

รูปท่ี 1.4แสดง ประสิทธิภาพของพลงังานของ DME ท่ี 0.49-0.63 GJ


8


มูลคาของ ่ Bio-DME ในการคา้ขายใน 1 ปี โดยใน 1 ปีจะมีการผลิต Bio-DME ทงัหมดประมาณ 200,000 ตนั ซ่ึงจะมีราคาประมาณ 390 ลา้นปอนด ์แตอยางไรกตามถา้สามารถซือวตัถุดิบท่ีใชใ้นการผลิต ่ ่ ็ Bio-DME ไดใ้นราคาท่ีตํ่ากวาราคาท่ีมีการซือขายกนในทางอุตสา่ ั หกรรม ราคาของ Bio-DME จะลดลงมาอยท่ีูประมาณ ่ 100 ลา้นปอนด ์นนักคือ ่ ็ Bio-DME จะมีมูลคาอยใูนชวง ่ ่ ่ 393-438 ปอนดต์อ ่ Bio-DME 1 ตนั หรือประมาณ 0.49-0.55 ปอนดต์อ ่ Bio-DME 1 ลิตร เทคโนโลยท่ีีใชใ้นการผลิต Bio-DME จาก แกส ๊ Synthesis นนัไดถู้กทดลองแลว้วามาสารถทาํง่ านไดจ้ริง แตอยางไรกตามเทคโนโลยท่ีีใชใ้นการผลิตแกส ่ ่ ็ ๊ Synthesis จากตน้ไมน้นัยงัตอ้งทาํการพฒันาตอไปอีก่ ในฤดูใบไมผ้ลิในปี 2001 กลุมอุตสาหกรรมในสวีเดนไดย้อมทาํการศึกษาเพื่อหาความเป็นไปไดใ้นการ่พฒันาเทคโนโลยใีนการผลิต Bio-DME จากชีวมวล และเพื่อทาํการทดลองใช ้DME เป็นเชือเพลิงในเคร่ืองยนต์ทวัไป หลงัจากนนักลุมอุตสาหกรรมกลุมนีกไดมี้การขยายตวัขึนและมีสมาชิกใหมเพิมขึน เชน เดนมาร์ก สเปน ่ ่ ่ ็ ่ ่่

ตารางท่ี 1.1แสดงคุณสมบติัของ DME เม่ือเปรียบเทียบกบเชือเพลิงอ่ืนๆั

DME ดีเซล Methanol Ethanol มีเทน โครงสร้างทางเคมี CH3-O-CH3 - CH3-OH CH3CH2-

OH CH4

คาความร้อน ่ (MJ/kg) 27.6 42.5 19.5 25.0 50.0 อุณหภูมิท่ีเผาไหมไ้ดเ้อง (°C)

235 250 450 420 650

เลขออคเทน - - 111 108 130 จุดเดือด (°C) -25 180-370 65 78 -162 คาความ่ ร้อนของการระเหย เป็นไอ (kJ/kg)

460 ท่ี -20(°C) 410 ท่ี +20(°C)

250 1110 904 -

นาํหนกัคาร์บอน (%) 52.2 86 37.5 52.2 75.0 นาํหนกัไฮโดรเจน (%) 13.0 14.0 12.5 13.0 25.0 นาํหนกัออกซิเจน (%) 34.8 0 50.0 34.8 0


9


1.4) การทดสอบยานพาหนะทีใ่ช้เชือเพลงิ DME

บริษทั Volvo Truck และ บริษทั Volvo Bus ไดท้าํการพฒันาและสร้างรถยนตท่ี์ใช ้DME ของ วอลโวเป็นเชือเพลิงคนัแรกของโลกในปี 1996 – 1998 จุดมุงหมายของโครงการนีคือเพื่อแสดงใหเ้ห็นถึงประสิทธิภาพ่ของการใช ้DME เป็นเชือเพลิงในเคร่ืองยนตดี์เซล และเป้าหมายสาํคญัคือการติดตงัเคร่ืองยนต ์DME และถงับรรจุเชือเพลิง ลงในรถโดยสารจาํนวน 3 คนั และทาํการทดลองใชจ้ริงในประเทศเดนมาร์ก จากการทดลองพบวา ่ DME จะมีขอ้ไดเ้ปรียบเชือเพลิงอ่ืนๆ คือ DME สามารถใชใ้นกระบวนการเผาไหมใ้นเคร่ืองยนตไ์ดอ้ยางมี่ประสิทธิภาพมากกวาดีเซล่

รูปท่ี 1.5 แสดงรถบรรทุกท่ีติดตงัเคร่ืองยนตท่ี์ใช ้DME เป็นเชือเพลิง


10


ตารางที ่1.2 แสดงการเปรียบเทียบคุณสมบติัท่ีสาํคญัระหวาง ่ DME และ ดีเซล

DME ดีเซล ความหนาแนนที่ ่ 40°C (kg/m3) 636 840 คาความร้อน ่ (MJ/kg) 28.4 42.7 จุดเดือดท่ีความดนับรรยากาศ (°C) -25 180-370

1.5) มลพษิทีเ่กดิจาก Bio-DME

กราฟท่ีแสดงไวด้า้นลางเป็นกราฟท่ีแสดงถึงมลพิษท่ีเกดจากการใช ้่ ิ Bio-DME เป็นเชือเพลิง และมลพิษท่ีเกดจากเชือเพลิงอ่ืนๆ เม่ือใชใ้นยานพาหิ นะขนาดเลก็ และ ในยานพาหนะขนาดใหญ ่

รูปท่ี 1.6แสดงปริมาณไฮโดรคาร์บอนท่ีเกดจากการใช ้ิ DME และเชือเพลิงอ่ืนๆ


11


รูปท่ี 1.7แสดงปริมาณไนโตรเจนออกไซดท่ี์เกดจาิ กการใช ้DME และเชือเพลิงอ่ืนๆ

รูปท่ี 1.8 แสดงปริมาณมลพิษจากอนุภาคตางๆท่ีเกดจากการใช ้่ ิ DME และเชือเพลิงอ่ืนๆ


12


รูปท่ี 1.9 แสดงปริมาณคาร์บอนไดออกไซดท่ี์เกดจากการใช ้ิ DME และเชือเพลิงอ่ืนๆ


13


เอกสารอ้างองิ

1. www.atrax.se/pdf/Final_report_DME.pdf 2. http://en.wikipedia.org/wiki/Dimethyl_ether 3. Bio-DME from http://www.refuel.eu/biofuels/bio-dme/ 4. The Bio-DME ProjectPhase 1 , Report to Swedish National Energy Administration(STEM) 5. Non-confidentialversion APRIL

6. http://en.wikipedia.org/wiki/Biofuel#Second_Generation_Biofuels 7. http://en.wikipedia.org/wiki/Bioconversion_of_biomass_to_mixed_alcohol_fuels 8. Mark Holtzapple MixAlco:Biofuels and Chemicals from Biomass Department of Chemical Engineering Texas A&M University College Station, TX


14

http://www.atrax.se/pdf/Final_report_DME.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Dimethyl_ether

http://www.refuel.eu/biofuels/bio-dme/

http://en.wikipedia.org/wiki/Bioconversion_of_biomass_to_mixed_alcohol_fuels


จัดทาํโดย

นาย ณฐัภทัร ศิริพรหมพนัธุ์ รหสันกัศึกษา 500631068 นาย ถิราย ุ ปินทอง่ รหสันกัศึกษา 500631070 นาย นฤทธิ ์ หลอประดิษฐ ์ ่ รหสันกัศึกษา 500631071 นาย สิทธิ ชยัศรี รหสันกัศึกษา 500631089 นาย อิสระ หนูหลอ รหสันกัศึกษา ่ 500631092

ภาควชิาเคร่ืองกล คณะวศิวกรรมศาสตร์ มหาวทิยาลยัเชียงใหม่

ทศันะและข้อคดิเห็นต่างๆ ทีป่รากฎในเอกสาร เป็นความเห็นส่วนตวั

ผ้ทีใ่ช้งานเอกสารชดนี ไม่จําเป็นต้องเห็นด้วยเสมอไปู ุ

สถานจดัการและอนุรักษพ์ลงังาน มหาวทิยาลยัเชียงใหม ่ (website :- www.emac.or.th) รวมกบ่ ั สาํนกันโยบายและแผนยทุยธศาสตร์ สาํนกัปลดักระทรวงพลงังาน กระทรวงพลงังาน (website :- www.energy.go.th)

15

Documents

BIO-DME