เตาไพโรไลซิส (Pyrolysis Reactor) เป็นอุปกรณ์สำคัญในกระบวนการไพโรไลซิส ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนวัสดุที่มีคาร์บอน เช่น ขยะพลาสติก ยางรถยนต์ หรือชีวมวล ให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์เช่น น้ำมันเชื้อเพลิง แก๊ส และถ่านชีวภาพ โดยใช้ความร้อนในสภาพที่ไม่มีออกซิเจน

องค์ประกอบหลักของเตาไพโรไลซิส

1. ห้องปฏิกิริยา (Reactor Chamber):

   • เป็นบริเวณที่วัสดุถูกให้ความร้อนและสลายตัวทางเคมี

   • มักผลิตจากวัสดุที่ทนความร้อนสูง เช่น สแตนเลสหรือโลหะผสมพิเศษ

2. ระบบให้ความร้อน (Heating System):

   • ใช้แหล่งพลังงาน เช่น ไฟฟ้า แก๊ส หรือพลังงานชีวมวล ในการให้ความร้อน

   • อุณหภูมิที่ใช้โดยทั่วไปคือ 300-700°C ขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุ

3. ระบบควบคุมอุณหภูมิ (Temperature Control System):

   • ควบคุมอุณหภูมิภายในเตาเพื่อให้กระบวนการไพโรไลซิสดำเนินไปอย่างมีประสิทธิภาพ

4. ท่อระบายไอระเหย (Vapor Outlet):

   • รวบรวมไอระเหยที่เกิดจากการสลายตัวของวัสดุ

   • ไอระเหยเหล่านี้จะถูกส่งไปยังระบบควบแน่น (Condensation System) เพื่อแปลงเป็นของเหลว

5. ระบบควบแน่น (Condensation System):

   • เปลี่ยนไอระเหยให้กลายเป็นน้ำมันเชื้อเพลิง

   • น้ำมันที่ได้เรียกว่า Pyrolysis Oil

6. ระบบจัดการของเสีย (Waste Management System):

   • สำหรับแยกและกำจัดวัสดุที่เหลือจากกระบวนการ เช่น ถ่านชีวภาพหรือโลหะหนัก

7. ตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst, ถ้ามี):

   • ในบางเตาอาจเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ เช่น ลดสารพิษในน้ำมัน

หลักการทำงานของเตาไพโรไลซิส

1. การป้อนวัสดุ (Feedstock Loading):

   • ขยะหรือวัสดุจะถูกส่งเข้าสู่เตา

2. การให้ความร้อน (Heating Process):

   • เตาให้ความร้อนในสภาพที่ไม่มีออกซิเจน

   • ขยะจะแตกตัวเป็นโมเลกุลเล็ก ๆ เช่น แก๊สและไอระเหย

3. การควบแน่น (Condensation):

   • ไอระเหยจะเย็นตัวลงกลายเป็นน้ำมัน

   • แก๊สที่ไม่ควบแน่นสามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในกระบวนการได้

4. การเก็บผลิตภัณฑ์ (Product Collection):

   • น้ำมันไพโรไลซิสจะถูกรวบรวมและส่งต่อไปแปรรูป

   • ถ่านชีวภาพและวัสดุที่ไม่ใช้งานได้จะถูกเก็บไว้สำหรับการจัดการเพิ่มเติม

ข้อดีของเตาไพโรไลซิส

• ลดขยะ: ลดปริมาณขยะพลาสติกและชีวมวลที่ต้องฝังกลบ

• ผลิตพลังงาน: ได้เชื้อเพลิงรูปแบบน้ำมันและแก๊ส

• ความยืดหยุ่น: ใช้ได้กับวัสดุหลากหลายประเภท

• เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

ข้อควรระวังในการใช้

• ควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดสารพิษ

• การจัดการของเสียที่เหลือหลังจากกระบวนการต้องเป็นไปตามมาตรฐานสิ่งแวดล้อม

• ต้องลงทุนในระบบที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัย

เตาไพโรไลซิสถือเป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพในการเปลี่ยนของเสียเป็นพลังงานที่มีประโยชน์ 

กระบวนการ Fischer-Tropsch (F-T) เป็นกระบวนการทางเคมีที่เปลี่ยนแก๊สสังเคราะห์ (syngas) ซึ่งประกอบด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และไฮโดรเจน (H₂) ให้กลายเป็นเชื้อเพลิงเหลวหรือผลิตภัณฑ์ไฮโดรคาร์บอน เช่น น้ำมันดีเซล น้ำมันเบนซิน หรือแว็กซ์ กระบวนการนี้ถูกพัฒนาขึ้นในปี 1920 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Franz Fischer และ Hans Tropsch

หลักการของกระบวนการ Fischer-Tropsch

กระบวนการนี้ใช้ ตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) และดำเนินการภายใต้สภาวะของความดันและอุณหภูมิที่เหมาะสม โดยไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ในแก๊สสังเคราะห์จะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนที่ยาวขึ้น

สมการเคมีพื้นฐาน:  (2n+1)H₂ + nCO → CₙH₂ₙ₊₂ + nH₂O

ขั้นตอนสำคัญในกระบวนการ Fischer-Tropsch

1. การผลิต Syngas (Synthesis Gas):

   • Syngas ถูกผลิตจากวัสดุที่มีคาร์บอน เช่น ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน ชีวมวล หรือของเสีย ผ่านกระบวนการก๊าซซิฟิเคชัน (Gasification) หรือรีฟอร์มมิ่ง (Reforming)

2. การบำบัด Syngas:

   • กำจัดสารปนเปื้อน เช่น ซัลเฟอร์ หรือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา

3. การทำปฏิกิริยา Fischer-Tropsch:

   • Syngas ถูกนำเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น เหล็ก (Fe) หรือโคบอลต์ (Co)

   • กระบวนการดำเนินการที่อุณหภูมิประมาณ 150-300°C และความดัน 10-40 บาร์

   • โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนจะก่อตัวขึ้นในรูปของของเหลวหรือแก๊ส

4. การแยกและปรับปรุงผลิตภัณฑ์ (Product Upgrading):

   • ผลิตภัณฑ์ที่ได้ เช่น น้ำมันดิบสังเคราะห์ จะถูกแยกและกลั่น (Refining) เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ เช่น น้ำมันดีเซล น้ำมันเบนซิน หรือแว็กซ์

ผลิตภัณฑ์จากกระบวนการ Fischer-Tropsch

1. น้ำมันเชื้อเพลิง:

   • น้ำมันดีเซลคุณภาพสูงที่มีค่ากำมะถันต่ำ

   • น้ำมันเบนซิน

2. แว็กซ์:

   • ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง การผลิตเทียน และวัสดุหล่อลื่น

3. แอลกอฮอล์และสารเคมีอื่นๆ:

   • ผลิตเมทานอลหรือเอทานอลที่ใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมเคมี

ตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการ F-T

• โคบอลต์ (Co):

  • ใช้กับ syngas ที่ได้จากก๊าซธรรมชาติ

  • ให้ผลผลิตที่มีค่าความร้อนสูง เช่น ดีเซล

• เหล็ก (Fe):

  • ใช้กับ syngas ที่มีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์สูง เช่น จากชีวมวลหรือถ่านหิน

  • เหมาะสำหรับการผลิตแก๊สไฮโดรเจนเพิ่ม

ข้อดีของกระบวนการ Fischer-Tropsch

1. ผลิตพลังงานสะอาด:

   • ผลิตภัณฑ์มีค่ากำมะถันต่ำและเผาไหม้สะอาด

2. ความยืดหยุ่นของวัตถุดิบ:

   • ใช้แหล่งคาร์บอนหลากหลาย เช่น ชีวมวล ของเสีย หรือก๊าซธรรมชาติ

3. ลดการพึ่งพาน้ำมันดิบ:

   • ผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงสังเคราะห์ได้จากวัตถุดิบที่ไม่ใช่น้ำมันดิบ

ข้อจำกัด

1. ต้นทุนสูง:

   • กระบวนการต้องการอุปกรณ์และพลังงานจำนวนมาก

2. ความซับซ้อน:

   • ต้องใช้เทคโนโลยีที่ซับซ้อนในการควบคุมกระบวนการ

3. การปล่อย CO₂:

   • หากใช้ถ่านหินหรือก๊าซธรรมชาติเป็นแหล่งวัตถุดิบ อาจเกิดการปล่อย CO₂ ซึ่งต้องจัดการเพิ่มเติม

กระบวนการ Fischer-Tropsch เป็นเทคโนโลยีสำคัญในการผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ โดยเฉพาะในสถานการณ์ที่ต้องการลดการพึ่งพาแหล่งน้ำมันดิบแบบดั้งเดิม