ผลของ ZnO และ Fe2O3/Al2O3 เพื่อเป็นตัวพาออกซิเจนต่อการเผาไหม้แบบเคมิคัลลูปิง

Effects of ZnO and Fe2o3/Al2o3 as oxygen carriers on chemical looping combustion

Name: สุจินดา ทองเสริมสุข

ThaSH: การเผาไหม้

ThaSH: ออกซิเจน

Abstract: งานวิจัยนี้เป็นการพัฒนาตัวพาออกซิเจนสำหรับกระบวนการเคมิคัลลูปิง โดยการผสมโลหะมากกว่า 1 ชนิดเพื่อเตรียมตัวพาออกซิเจน โดยมีโลหะหลักคือเหล็ก โลหะรองคือสังกะสี และมีอะลูมินาเป็นตัวรองรับ จากนั้นนำตัวพาออกซิเจนไปทดสอบประสิทธิผลต่อการเผาไหม้ในเครื่องปฏิกรณ์แบบเบดนิ่ง โดยทำการวิเคราะห์หาปริมาณของคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นจากการเผาไหม้ จากการทดลองทำการผสมเหล็กออกไซด์ร้อยละ 20, 40, 60 และ 80 พบว่า สัดส่วนที่ดีที่สุดเมื่อทำการผสมเหล็กออกไซด์ (Fe2O3) กับอะลูมินา (Al2O3) คือที่สัดส่วนเหล็กออกไซด์ร้อยละ 60 โดยน้ำหนัก และอะลูมินาร้อยละ 40 โดยน้ำหนัก พบว่า ได้ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์มากที่สุด และตัวพาออกซิเจน Fe2O3/ZnO/Al2O3 เมื่อทำการผสมซิงค์ออกไซด์ ร้อยละ 5, 10, 15 และ 20 โดยน้ำหนัก พบว่าสัดส่วนที่ดีที่สุดที่มีความสามารถในการเกิดปฏิกิริยารีดักชันให้ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์มากที่สุดคือ ที่สัดส่วนเหล็กออกไซด์ร้อยละ 45 โดยน้ำหนัก ผสมกับอะลูมินาร้อยละ 40 โดยน้ำหนัก และซิงค์ออกไซด์ร้อยละ 15 โดยน้ำหนัก โดยที่ซิงค์ออกไซด์ทำหน้าที่เป็นตัวสนับสนุนช่วยส่งเสริมการรีดักชันให้กับเหล็กออกไซด์ และสารประกอบเชิงซ้อนระหว่างเหล็กออกไซด์กับซิงค์ออกไซด์ คือ ZnFe2O4 สามารถเกิดการรีดักชันได้ง่ายกว่าเหล็กออกไซด์ จากการศึกษานำตัวพาออกซิเจน Fe2O3/ZnO/Al2O3 สัดส่วนการผสมที่เหมาะสมมาทำการศึกษาผลของอุณหภูมิต่อการเผาไหม้ และปริมาณตัวพาออกซิเจน พบว่าเมื่อเพิ่มอุณภูมิที่ใช้ในการทำปฏิกิริยามีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มมากขึ้น ดังนั้นอุณหภูมิมีผลต่อการทำปฏิกิริยารีดักชัน เพราะว่าปฏิกิริยารีดักชันเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน ที่อุณหภูมิสูงการเกิดปฏิกิริยาจึงเกิดได้ดี แต่ที่อุณหภูมิสูงจะส่งผลกระทบในเรื่องการเกิดการรวมตัวกันของตัวพาออกซิเจนได้ ส่วนการเพิ่มปริมาณของตัวพาออกซิเจนจะเป็นการเพิ่มปริมาณออกซิเจนในการทำปฏิกิริยาที่มากขึ้น ทำให้มีออกซิเจนในการทำปฏิกิริยากับมีเทนที่มากขึ้น จึงทำให้มีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่มากขึ้นตามปริมาณตัวพาออกซิเจนที่เพิ่มขึ้น ท้ายสุดทำการศึกษาประสิทธิผลของตัวพาออกซิเจน Fe2O3/ZnO/Al2O3 โดยนำตัวพาออกซิเจนมาทำการทดสอบปฏิกิริยารีดักชันสลับกับออกซิเดชันอย่างต่อเนื่องในกระบวนการเผาไหม้แบบเคมิคัลลูปิงพบว่า ตัวพาออกซิเจน Fe2O3/ZnO/Al2O3 มีความสามารถในการนำกลับมาใช้ใหม่ได้เพราะมีอะลูมินาช่วยยับยั้งการเกิดการรวมตัวกันของตัวพาออกซิเจน ทำให้มีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น

Abstract: This research is to develop oxygen carrier for chemical looping by studying the effects of mixing more than one type of metals for preparing oxygen carriers. The main metal is iron and zinc is used as a supplement. Alumina is a support material. The oxygen carriers would then be tested by combustion in a fixed bed reactor. Carbon dioxide production would be measured to determine its effectiveness. From the experiment with various mixtures of iron oxide with 20, 40, 60 and 80 wt.%, it was found that the suitable proportions that gave the highest carbon dioxide production was 60 wt.% of iron oxide and 40 wt.% alumina. Then, adding ZnO with 5, 10, 15 and 20 wt.% to replace some portion of iron oxide in the former Fe2O3 /Al2O3 oxygen carriers, it was found that the suitable proportion of the mixed metal was 45 wt.% of iron oxide, 40 wt.% of alumina, and 15 wt.% of zinc oxide. The role of the ZnO in the oxygen carrier is to promote the reduction of metal oxides since it formed ZnFe2O4 which is easily to be reduced. Thus it improves the reactivity of the oxygen carriers. Moreover, the effect of temperature and the amount of oxygen carrier was also studied. The results showed that increasing temperatures in the reduction reaction increases carbon dioxide production since it is an endothermic reaction. Thus, at high temperature, the reaction move more forward. However, high temperature might have impacted on the agglomeration of the oxygen carriers. Increasing the amount of oxygen carrier in the reduction reaction also promote the reaction since more oxygen was provided to the reactor. Lastly, the effectiveness of Fe2O3/ZnO/Al2O3 oxygen carrier was investigated by conducting reduction and oxidation reaction alternately several cycles and observed their regenerative effect. It was found that Fe2O3/ZnO/Al2O3 can be used for recycles without agglomeration. Thus, ZnO would help prolong the life of the developed oxygen carriers.

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สำนักงานวิทยทรัพยากร

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: พรพจน์ เปี่ยมสมบูรณ์

Role: ที่ปรึกษา

Name: ประพันธ์ คูชลธารา

Role: ที่ปรึกษา

Created: 2558

Modified: 2562-06-03

Issued: 2562-06-03

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/50494

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: เคมีเทคนิค

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	5772182423[1].pdf	8.71 MB	15	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

0.043708 วินาที