產業趨勢
◎ 過濾如何優化生質燃料的生產？
「生質燃料」是生質能源（bio-energy）的其中一種，以生物質（biomass）所製成，專門用於交通運輸。生質燃料目前主要有兩類型：替代（石化）柴油的生質柴油（biodiesel）和替代汽油的生質酒精或乙醇（bioethanol）。生質燃料可以依比例和車用柴油或汽油混合，或者100%完全取代。對於歐盟來說，推動生質燃料不僅能減排、降低對進口石油的依賴，更能藉帶動科技發展和相關產業、提升農業經濟效益等。隨著排放目標變得更加嚴格以及俄羅斯與烏克蘭的衝突，使各國朝著更高的能源安全邁進，可再生能源對於可持續發展極為重要。
生質柴油可以與石油柴油混合，用於現有引擎，無需修改。
在研究生質燃料時，我們應該區分“第一代”和“先進”生質燃料。第一代生質燃料由玉米、大豆和甘蔗/甜菜等作物生產，因此它們會與食物用途直接競爭。先進的生質燃料來源包括木屑、不可食用的植物材料、食用油等住宅廢棄物、牛油等工業和商業廢棄物以及藻類。這些材料是生物質，最終會進入垃圾填埋場，因此將它們轉化為燃料有助於循環經濟與對環境有益。
生質燃料氫化製程。（圖片：Pall公司）
生質燃料主要以氫化植物燃料油（Hydrotreated Vegetable Oil, HVO）製程生產，利用植物油作為原料，經傳統化工之加氫、異構化、選擇性裂解等反應，生產出與柴油性質相同的運輸用燃料，是最高級的生物質柴油，可做為航空用燃料油，也稱綠色柴油（Green Diesel）或再生柴油（Renewable Diesel）。使用現有煉油廠從這些生物原料中生產可再生碳氫燃料可以減少碳排放，而無需對煉油廠資產進行大量投資，並且可以在現有石油基礎設施下進行。
過濾技術在生質燃料製程中極為重要。如果不過濾，運輸和儲存過程中生物質的降解會對下游設備造成嚴重損壞。根據輸入煉油廠生產液體生物燃料的原料的類型和比例，產生的氣態產品和水分的體積可能會有很大差異，甚至會影響煉油廠的運作。技術上的挑戰包括：催化劑床和熱交換器上的壓力升高、額外的氫氣需求、需要更高的氣體處理和去除能力、及去除額外的水副產物。除了去除固體顆粒外，從最終的生質燃料中分離水是生質燃料精煉過程中的重要步驟。為達到“優質柴油”的品質，可將液體/液體聚結器安裝在氫化處理裝置的下游，以分離並去除含水量至可接受的程度。
Pall公司的 Ultipleat High Flow 適用於氫化處理裝置進料過濾。
例如，歐洲一家主要的生質柴油和 SAF（可持續航空燃料）生產商使用 Pall公司的 Aquasep XS 液/液聚結過濾器將精煉生物柴油純化至含水量 < 100 ppm。當生質柴油流過聚結器濾材時，聚結器濾材會凝聚水分子，進而產生較大的水滴，可以從進料流體中分離出來。緻密的聚結器濾材提供最佳的分離能力（可達到 ≤ 15 ppm 的分離水準），由適當的微粒預過濾器保護，將凝膠和蠟攔截，避免降低聚結器的性能。
利用厭氧技術生產的沼氣主要由甲烷和二氧化碳組成，還有少量的硫化氫、矽氧烷和水分，所有這些都會對生產過程產生不利影響。為了提高甲烷輸出並保護壓縮機和膜，必須藉由顆粒過濾和液/氣聚結方法去除雜質。如果沒有有效的過濾和分離技術，嚴重污染的氣體會導致壓縮機腐蝕、組件磨損和淨化裝置老化。
一家美國煉油廠正在使用 Pall公司 的 Vector 過濾器對熔化的牛油和大豆油進行氫化處理以生產 HVO 柴油，目標希望更大的過濾能力來提高產量。聚酯的 Vector High Flow 長度為 80 吋，過濾精度 1 μm，耐溫 212°F (100°C)，應用於原本過濾精度 25 μm 過濾器的下游，能夠提高生產能力並保護熱交換器和延長催化劑壽命。
液體生物燃料和沼氣的生產可以用作化石燃料的替代品，也可以作為‘drop-in’燃料與傳統燃料混合。與化石燃料相比，先進的生物燃料可以顯著減少排放。在使用適當的過濾材料時，可以優化和擴大先進生物燃料的生產，以幫助實現氣候變遷目標，並推動我們走向可持續能源的未來。
資料來源：
1. https://www.filtsep.com/content/features/how-can-filtration-optimise-the-production-of-biofuels/
台灣過濾與分離學會 Taiwan Filtration and Separations Society
