Pyrolysis of sewage sludge : product analysis, upgrading and utilization

การไพโรไลซีสของกากตะกอน : การวิเคราะห์ การปรับปรุงคุณภาพและการประยุกต์ใช้ผลิตภัณฑ์ที่ได้

Name: Charothon Ung-jinda

Abstract: Pyrolysis, thermal decomposition, is applied to simultaneously treat and stabilize sewage sludge. Liquid and solid products are generated and be able to utilized for providing energy and valuable chemicals. Thermal decomposition of sewage sludge was carried out under atmospheres N₂ and CO₂ by means of thermogravimetric analysis (TGA). The results show that the thermal decomposition of sewage sludge under N₂ and CO₂ atmospheres are quite similar and can be described by a pseudo bi-component separated state model (PBSM). The decomposition shows two decomposition steps under both N₂ and CO₂ atmospheres. Under CO₂ atmospheres, however, the primary reaction was significantly accelerated whereas the secondary reaction temperature was shifted to a lower temperature. The apparent activation energies for the first reaction corresponded to the main decomposition temperature under N₂ and CO₂ atmospheres at 305°C is 72 kj mol⁻¹, while that of the second decomposition at ca. 400-500°C is found to decrease from 154 to 104 kj mol⁻¹ under CO₂ atmosphere. Typical reaction order is in the range of 1.0-1.5. In the presence of CO₂ the solid yield is slightly reduced while the gas and liquid yields are improved. Furthermore, CO₂ influenced the liquid product by increasing the oxygenated compounds and lessoning the olefins through the insertion of CO₂ to the unsaturated compounds. To improve the pyrolytic liquid to meet the requirement of the conventional diesel fuel, the upgrading via deoxygenation of pyrolytic liquid is required. The result showed that the deoxygenation of pyrolytic liquid model compound, oleic acid (C₁₇H₃₃COOH), over C₁xeZrxO₂ catalyst can be achieved by direct removal of the carboxylic part of oleic acid and generating CO and CO₂ as major product in the gas phase. The upgraded liquid contained mainly C₁₇ hydrocarbons. Moreover, the utilization of pyrolytic solid (sewage sludge char) to provide energy in the form of heat and as a cheap adsorbent for dye removal were also studied.

Abstract: ไพโรไลซีสเป็นการทำให้เกิดการสลายตัวด้วยความร้อนภายใต้บรรยากาศที่มีออกซิเจนต่ำ นอกจากจะเป็นวิธีบำบัดกากตะกอนของเสียแล้วยังเพิ่มเสถียรภาพให้แก่กากตะกอนของเสียอีกด้วย ผลิตภัณฑ์ ก๊าซ ของเหลวและของแข็งที่ได้ นอกจากจะนำไปผลิตเป็นเชื้อเพลิงในรูปแบบของความร้อนแล้ว ยังสามารถนำไปผลิตเคมีภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูงขึ้นได้อีกด้วย จากการศึกษาการไพโรไลซีสของกากตะกอนของเสียภายใต้บรรยากาศของไนโตรเจนและคาร์บอนออกไซด์ ด้วยเทคนิค Thermogravimetric Analysis (TGA) พบว่าการไพโรไลซีสของกากตะกอนของเสียภายใต้บรรยากาศไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์มีความคล้ายคลึงกัน อันประกอบไปด้วยปฏิกิริยาการสลายตัว 2 ปฏิกิริยาที่อยกออกจากกันอย่างไม่สมบูรณ์ ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองการสลายตัวประเภทสององค์ประกอบเทียมที่แยกจากกัน (Pseudo Bi-Component Separated State Model, PBSM) ปฏิกิริยาที่หนึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 300°C สำหรับปฏิกิริยาที่สองเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 420°C ค่าพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาที่หนึ่งและสองมีค่าเท่ากับ 72 และ 154 กิโลจูลต่อโมล ตามลำดับ ค่าอันดับของปฏิกิริยาการสลายตัวอยู่ในช่วง 1.0-1.5 สำหรับการสลายตัวภายใต้บรรยากาศของคาร์บอนไดออกไซด์ พบว่าอัตราเร็วของปฏิกิริยาการสลายตัวที่หนึ่งสูงขึ้น ค่าอุณหภูมิของปฏิกิริยาการสลายตัวที่สองลดลงจาก 420 มาที่ 370°C และค่าพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาที่สองลดลงเหลือ104 กิโลจูลต่อโมล ผลได้ของผลิตภัณฑ์ก๊าซ ของเหลวและของแข็งมีค่าอยู่ในช่วงร้อยละ 10-20 20-25 และ 60-80 ตามลำดับ อิทธิพลของบรรยากาศคาร์บอนไดออกไซด์ส่งผลกระทบต่อผลได้ของผลิตภัณฑ์กล่าวคือผลิตภัณฑ์ที่เป็นก๊าซและของเหลวเพิ่มขึ้นร้อยละ 5 โดยประมาณ สำหรับของแข็งลดลงร้อยละ 8 โดยประมาณผลิตภัณฑ์ของเหลวประกอบด้วย 6 องค์ประกอบ ดังนี้ (1) โมโนอะโรมาติก (2) อะลิฟาติก (3) ไฮโดรคาร์บอนที่มีออกซิเจนเป็นองค์ประกอบ (4) ไฮโดรคาร์บอนที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบ (5) สารประกอบโพลิอะโรมาติก (6) สเตอรอยด์ การไพโรไลซีสภายใต้บรรยากาศของคาร์บอนไดออกไซด์ พบว่าผลิตภัณฑ์ของเหลวมีไฮโดรคาร์บอนที่ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบสูงขึ้น เนื่องจากโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ทำปฏิกิริยากับสารประกอบที่ไม่อิ่มตัวในผลิตภัณฑ์ของเหลว เพื่อที่จะนำผลิตภัณฑ์ของเหลวไปใช้เป็นเชื้อเพลิงจำเป็นต้องปรับปรุงคุณภาพให้ได้เท่าเทียมมาตรฐานของน้ำมันเชื้อเพลิงเสียก่อน ดังนั้นผลิตภัณฑ์ของเหลวจำเป็นต้องปรับปรุงคุณภาพด้วยการกำจัดอะตอมของออกซิเจน (Deoxygenation Reaction) จากการศึกษาปฏิกิริยาการกำจัดออกซิเจนของกรดโอเลอิค (ในที่นี้ใช้เป็นสารตัวแทนของผลิตภัณฑ์ของเหลวที่ได้จากการไพโรไลซีสของกากตะกอน) โดยใช้โลหะออกไซด์ของซีเรีย-เซอร์โคเนียเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา พบว่าสามารถกำจัดอะตอมออกซิเจนที่อยู่ในหมู่คาร์บอกซิลของกรดโอเลอิก ออกมาในรูปของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ผลิตภัณฑ์ของเหลวที่ได้มีสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีจำนวนคาร์บอนเท่ากับ 17 และ 18 อะตอมเป็นองค์ประกอบหลัก นอกจากนี้งานวิจัยนี้ยังได้ทำการศึกษาการประยุกต์ใช้ของผลิตภัณฑ์ของแข็งสำหรับให้ความร้อนด้วยการเผาไหม้และยังศึกษาการประยุกต์ใช้ผลิตภัณฑ์ของแข็งเป็นตัวดูดซับสำหรับสีย้อมผ้าอีกด้วย

Chulalongkorn University. Office of Academic Resources

Address: BANGKOK

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Vissanu Meeyoo

Role: advisor

Name: Trimm David

Role: advisor

Name: Thirasak Rirksomboon

Role: advisor

Name: Pramoch Rangsunvigit

Role: advisor

Name: Boonyarach Kitiyanan

Role: advisor

Created: 2009

Modified: 2021-09-09

Issued: 2021-03-06

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/67929

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Petrochemical Technology

Grantor: Chulalongkorn University

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Charothon_un_tdc.pdf	8.49 MB	3	2024-11-05 17:05:08

ใช้เวลา

0.026941 วินาที