ปิโตรเคมี (ก๊าซธรรมชาติ)

LOGO แก๊สธรรมชาตแิ ละนํา้ มนัฐิตพิ รรณ ฉิมสุข contents 2 1 ความหมายของปิ โตรเคมี และการนําไปใช้ประโยชน์ ความหมายปิ โตรเลยี ม2 กาํ เนิดของปิ โตรเลยี ม และการกกั เกบ็ ปิ โตรเลยี มตามธรรมชาติ  นํา้ มนั ทแี่ ทรกตวั อยู่ในหินทม่ี รี ูพรุนซึ่งอยู่ใต้3 การสํารวจแหล่งปิ โตรเลยี มและการผลติ ปิ โตรเลยี ม4 องค์ประกอบปิ โตรเลยี ม และกระบวนการกลนั่ นํา้ มนั เชื้อเพลงิ พนื้ ดนิ  ปิ โตรเลยี มเป็ นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน อนั สลบั ซับซ้อนทเี่ กดิ ขนึ้ เองตามธรรมชาตใิ นช้ัน หินใต้พนื้ ผวิ โลก 34

ความหมายปิ โตรเลยี ม การใช้ประโยชน์ของปิ โตรเลยี ม Petroleum ปิ โตรเลยี มนํามาใช้ประโยชน์ใน 2 รูปแบบใหญ่ ๆ คอืPetra Oleum  เชื้อเพลงิ ในรูปแบบต่าง ๆ เช่น นํา้ มนั เชื้อเพลงิ ยาน ยนต์ต่าง ๆ นํา้ มนั เตาในอตุ สาหกรรม เชื้อเพลงิ ให้ หิน นํา้ มนั ความร้อนในบ้านเรือน ก๊าซหุงต้มและการผลติ ไฟฟ้ า  เป็ นวตั ถุดบิ สําหรับผลติ สารปิ โตรเคมี 5 6ทฤษฎกี าํ เนิดปิ โตรเลยี ม ทฤษฎกี าํ เนิดปิ โตรเลยี ม inorganic theory organic theory นํา้ มนั เกดิ จาก calcium carbide ภายใต้พนื้ ผวิ โลก ทาํ ปฏกิ ริ ิยา ปิ โตรเลยี มเกดิ จากการทบั ถมและแปรสภาพของซากส่ิงมชี ีวติ ท้งักบั นํา้ เกดิ เป็ น acetylene ก๊าซนีถ้ ูกกมั มนั ตภาพรังสีชนิดอนุภาคอลั ฟา พชื และสัตว์ยุคก่อนประวตั ศิ าสตร์ในช้ันหินใต้พนื้ ผวิ โลก โดยซากทาํ ให้ก๊าซรวมตวั ด้วยกระบวนการ polymerization ทาํ ให้เกดิ ส่ิงมชี ีวติ และกรวด ดนิ ทราย ทบั ถมกนั เกดิ เป็ นช้ันตะกอน ต่อมาเกดิสารประกอบไฮโดรคาร์บอนทม่ี โี มเลกลุ ใหญ่ขนึ้ เรื่อย ๆ จนเป็ น นํา้ หนักกดทบั จนกลายเป็ นช้ันหินทราย ช้ันหินปูน ช้ันหินดนิ ดาน ความนํา้ มนั ดบิ ใต้ผวิ โลก กดดนั จากช้ันหิน ผนวกกบั ความร้อนใต้ผวิ โลก และการสลายตวั ของ สารอนิ ทรีย์โดยแบคทเี รีย ทาํ ให้กลายสภาพเป็ นหยดนํา้ มนั และก๊าซ 7 ธรรมชาติ 8

การกกั เกบ็ ปิ โตรเลยี มตามธรรมชาติ การกกั เกบ็ ปิ โตรเลยี มตามธรรมชาติ ปิ โตรเลยี มจะเกดิ ขนึ้ และแทรกตวั อยู่ตามช้ันหินทมี่ ี นํา้ มนั และแก๊สทเ่ี คลอ่ื นทไี่ ปจะรวมตวั เป็ นแหล่งนํา้ มนั ได้เมอื่ มภี าวะช่องว่าง เรียกว่า หินต้นกาํ เนิด (source rock) เมอ่ื เกดิ การบบี อดั สามอย่างเกดิ ขนึ้ คอืหินต้นกาํ เนิด ปิ โตรเลยี มเคลอื่ นย้ายออกจากหินต้นกาํ เนิด และแทรกตวั ขนึ้ มาสะสมตามรูพรุนของหินบริเวณหน่ึง เรียกว่า หิน  มหี ินทท่ี าํ หน้าทใี่ ห้นํา้ มนั มายดึ เกาะอยู่ได้ เรียกว่า หินอ้มุ นํา้ มนักกั เกบ็ (reservoir rock) ปิ โตรเลยี มจะเคลอื่ นย้ายจากหินกกั เกบ็ หรือหินกกั เกบ็มารวมกนั เป็ นปริมาณมาก มายงั แหล่งกกั เกบ็ (trap) เนื่องจากไม่สามารถแทรกตวั ต่อไปได้อกี  หินกกั เกบ็ จะต้องถูกปิ ดทบั ด้วยช้ันหินทไ่ี ม่ยอมให้นํา้ มนั ไหลซึม ออกไป เรียกว่า หินปิ ดก้นั (roof rock) เช่น หินดนิ ดาน 9  มี trap ซ่ึงเป็ นช้ันหินกกั เกบ็ นํา้ มนั โดยลกั ษณะช้ันหินต้องมี seal กนั ไม่ให้นํา้ มนั หนีออกไปด้านข้าง 10การกกั เกบ็ ปิ โตรเลยี มตามธรรมชาติ การสํารวจแหล่งปิ โตรเลยี มและการผลติ ปิ โตรเลยี ม ข้นั ตอนการสํารวจAnticline Trap Fault Trap Salt Dome Trap Stratigraphic Trapแหล่งกกั เกบ็ แหล่งกกั แหล่งกกั เกบ็ แหล่งกกั เกบ็ การสํารวจทาง การสํารวจทาง การเจาะสํารวจแบบรูปโค้ง เกบ็ ในรอย แบบโดมหิน แบบรูป ธรณวี ทิ ยา ธรณฟี ิ สิกส์ประทุนควา่ํ เลอื่ น เกลอื ระดบั ช้ัน 11 12

การสํารวจแหล่งปิ โตรเลยี มและการผลติ ปิ โตรเลยี ม การสํารวจแหล่งปิ โตรเลยี มและการผลติ ปิ โตรเลยี ม1. การสํารวจทางธรณวี ทิ ยา 2. การสํารวจทางธรณฟี ิ สิกส์ สาํ รวจหาวา่ มีช้นั หินที่เป็นแหล่งกกั เกบ็ ปิ โตรเลียมอยู่ เพอ่ื ยนื ยนั ลกั ษณะของช้นั หินและช้นั ตะกอนในแนวลึก หรือไม่ และอยทู่ ่ีไหน รวมท้งั เกบ็ ตวั อยา่ งหินเพื่อวเิ คราะห์อายแุ ละ โดยมีวธิ ีสาํ รวจ 4 วธิ ี ไดแ้ ก่ สารตน้ กาํ เนิดปิ โตรเลียม เริ่มการสาํ รวจดว้ ยการทาํ แผนท่ีโดยอาศยั ภาพถ่ายทางอากาศเพื่อดูบริเวณท่ีมีโครงสร้างทางธรณีวทิ ยา 1. สาํ รวจดว้ ยคลื่นความสน่ั สะเทือน น่าสนใจ แลว้ จึงเดินสาํ รวจและเกบ็ ตวั อยา่ ง การสาํ รวจทาง 2. สาํ รวจดว้ ยการวดั ค่าสนามแม่เหลก็ ธรณีวทิ ยาสามารถคาดคะเนไดว้ า่ โครงสร้างหินบริเวณน้นั เหมาะสม 3. สาํ รวจดว้ ยการวดั ค่าแรงดึงดูดของโลก เป็นแหล่งกกั เกบ็ ปิ โตรเลียมหรือไม่ 4. สาํ รวจดว้ ยการวดั ค่าความตา้ นทานของช้นั หินท่ีระดบั ความลึกต่าง ๆ โดยอาศยั ความแตกต่างของคุณสมบตั ิทางไฟฟ้ า 13 14 การสํารวจแหล่งปิ โตรเลยี มและการผลติ ปิ โตรเลยี ม องค์ประกอบของปิ โตรเลยี ม 3. การเจาะสํารวจ องคป์ ระกอบของปิ โตรเลียมแต่ละแห่งไม่เหมือนกนั ข้ึนกบั การเจาะสาํ รวจเพ่ือใหแ้ น่ชดั วา่ มีปิ โตรเลียมสะสมอยู่ 1. โครงสร้างสารอินทรียใ์ นซากส่ิงมีชีวติ เพยี งพอต่อการลงทุนหรือไม่ 2. ความลึกช้นั หินที่เป็นแหล่งกาํ เนิด 3. ชนิดของช้นั หินท่ีเก่ียวขอ้ งกบั การเคลื่อนยา้ ย เริ่มจากการเจาะสุ่ม (wild cat well) เป็นการเจาะหลุ่มแรก 4. การเคลื่อนตวั ของเปลือกโลก บนโครงสร้างท่ีผา่ นการสาํ รวจ 16 เจาะสาํ รวจหาเขต (exploratory well) เป็นการวางโครงการ เจาะสาํ รวจเพอ่ื หาขอบเขตวา่ จะมีปิ โตรเลียมครอบคลุมพ้ืนท่ีมาก นอ้ ยเพียงใด ก่อนทาํ การขดุ เจาะหลุมทดลองผลิต เพ่อื ศึกษา ความสามารถในการผลิตและคาํ นวณหาปริมาณสาํ รอง 15

องค์ประกอบของปิ โตรเลยี ม องค์ประกอบของปิ โตรเลยี มก๊าซธรรมชาติ ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซธรรมชาติ คือ ของผสมของสารประกอบ องค์ประกอบทเี่ ป็ นสารไฮโดรคาร์บอนไฮโดรคาร์บอนอิ่มตวั มี non-hydrocarbon ปนอยบู่ า้ ง อาจอยใู่ นรูป • องคป์ ระกอบหลกั ของก๊าซธรรมชาติ คือ methaneก๊าซ หรือ ละลายในน้าํ มนั ดิบในช้นั ใตด้ ิน • ไฮโดรคาร์บอนอ่ิมตวั ในก๊าซธรรมชาติ เป็นสารท่ีมี น้าํ หนกั โมเลกลุ ต่าํ มีสถานะก๊าซท่ีอุณหภมู ิและความดนั ปกติ เช่น องคป์ ระกอบของก๊าซธรรมชาติ แบ่งเป็น 2 ชนิด คือ methane ethane propane butane เป็นตน้ 1. องคป์ ระกอบท่ีเป็นสารไฮโดรคาร์บอน คือ methane(C1) และ higher molecular weight hydrocarbon (C2-C7) 2. องคป์ ระกอบท่ีไม่ใช่สารไฮโดรคาร์บอน เช่น H2S,CO2, N2, He, Ar 17 18 องค์ประกอบของปิ โตรเลยี ม องค์ประกอบของปิ โตรเลยี ม ก๊าซธรรมชาติ องค์ประกอบทไ่ี ม่ใช่สารไฮโดรคาร์บอน – H2S - องค์ประกอบทไ่ี ม่ใช่สารไฮโดรคาร์บอน 2H2S + 3O2 2H2O + 2SO21. H2S (hydrogen sulfide) พบปนในก๊าซธรรมชาติ มีขอ้ เสียคือ H2S + 2O2 H2O + SO3 • มีกล่ินไม่พึงประสงค์ • สามารถละลายน้าํ ไดส้ ารละลายเป็นกรดอ่อน ทาํ ใหก้ ดั • สารปะกอบ sulfur oxide มีกลิ่นระคายเคือง นอกจากน้ีจะได้ กร่อนระบบท่อและเคร่ืองมือต่าง ๆ และหากนาํ ก๊าซธรรมชาติ กรดซลั ฟรู ัส และ กรดซลั ฟรู ิก ที่มีฤทธ์ิกดั กร่อน สารปะกอบ ที่มี H2S อยไู่ ปเผาไหมจ้ ะเกิดสารปะกอบ sulfur oxide ดงั สมการ sulfur oxide ละลายน้าํ ไดด้ ี อาจทาํ ใหเ้ กิดฝนกรดได้ 19 20

องค์ประกอบของปิ โตรเลยี ม องค์ประกอบของปิ โตรเลยี ม องค์ประกอบทไ่ี ม่ใช่สารไฮโดรคาร์บอน – H2S - องค์ประกอบทไี่ ม่ใช่สารไฮโดรคาร์บอน • สารปะกอบ H2S ปริมาณมาก จะถกู ออกซิไดซ์ไปเป็นกาํ มะถนั • สารปะกอบ H2S ปริมาณนอ้ ยจะถกู กาํ จดั ออกจากก๊าซ ขายแก่โรงงานผลิตกรดซลั ฟรู ิก ธรรมชาติโดยวธิ ี sweetening process เนื่องจาก H2S เป็นกรด อ่อนจะใชเ้ บสในการทาํ ปฏิกิริยา เช่น เบสอ่อนที่มีความดนั ไอ 3H2S + 1.5O2 3H2O + 3S ต่าํ diethanolamine 2. ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)CH2 - CH2 - OH CH2 - CH2 - OH CO2 ท่ีปนอยใู่ นก๊าซธรรมชาติจะเปลี่ยนสถานะจากก๊าซเป็น NH2+HS-NH + H2S ของแขง็ และจะอุดตนั ระบบส่งก๊าซต่าง ๆ ท่ีสภาวะอุณหภมู ิต่าํ ๆCH2 - CH2 - OH CH2 - CH2 - OH จึงตอ้ งผา่ นก๊าซธรรมชาติเขา้ benefit unit เพอื่ กาํ จดั CO2 โดยใช้ สารละลาย potassium carbonate เป็นตวั ดูดซบั 21 22 องค์ประกอบของปิ โตรเลยี ม ตวั อย่างการนําก๊าซธรรมชาตมิ าใช้ประโยชน์องค์ประกอบทไ่ี ม่ใช่สารไฮโดรคาร์บอน 1. ก๊าซมีเทน - เช้ือเพลิงรถโดยสาร NGV (natural gas for vehicles)2. การดูดซบั ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) - เป็นเช้ือเพลิงทดแทนน้าํ มนั เตาในโรงไฟฟ้ าและโรงงาน อุตสาหกรรมK2CO3 (aq) + CO2 (g) 2 KHCO3 (aq) - เป็นวตั ถุดิบสาํ หรับอุตสาหกรรมป๋ ุยเคมี ผลิตแอมโมเนีย ยเู รีย เม ทานอล3. ความช้ืน (moisture) 2. อีเทน เป็นวตั ถุดิบสาํ หรับโรงงานอุตสาหกรรมปิ โตรเคมี เช่น ผลิตกระบวนการแยกก๊าซทาํ ที่อุณหภมู ิต่าํ กวา่ 0 C ดงั น้นั เอทิลีนความช้ืนหรือไอน้าํ จะกลายเป็นน้าํ แขง็ อุดตนั ท่อต่าง ๆ และกดั กร่อนได้ แกไ้ ขโดยใช้ สารที่มีรูพรุน และมีพ้ืนที่ผวิภายในสูง เช่น molecular sieve ในการดูดซบั น้าํ 23 24

ตวั อย่างการนําก๊าซธรรมชาตมิ าใช้ประโยชน์ กระบวนการกลน่ั นํา้ มนั 3. LPG (Liquefied petroleum gas) ประกอบดว้ ย โพรเพนและบิวเทน  ในการพฒั นาและแปรรูปทรัพยากรปิ โตรเลยี มหรือนํา้ มนั ดบิ ให้ได้เป็ น เป็นเช้ือเพลิงหุงตม้ และสาํ หรับรถและอุตสาหกรรม ผลติ ภณั ฑ์ปิ โตรเลยี มทาํ ได้โดยกระบวนการกลนั่ นํา้ มนั หรือการแยกก๊าซ ธรรมชาติ 4. NGL (natural gas liquid) ก๊าซโซลีนธรรมชาติ ส่งเขา้ โรงกลน่ั เพอ่ื กลน่ั เป็นน้าํ มนั เบนซิน  นํา้ มนั ดบิ ประกอบด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ต้งั แต่โมเลกลุ เลก็ สุด เป็ นแก๊ส เช่น มเี ทน ไปจนโมเลกลุ ใหญ่มากจนเป็ นกงึ่ ของแขง็ ท่ี 25 อณุ หภูมหิ ้อง และยงั พบนํา้ และเกลอื แร่ปนอยู่ด้วย จงึ ไม่สามารถนํามาใช้ ได้โดยตรง ต้องผ่านกระบวนการกลน่ั และปรับปรุงคุณภาพเสียก่อน เรียก กระบวนการกลนั่ นํา้ มนั กระบวนการนีว้ ่า การกลนั่ (refining) ในโรงกลนั่ นํา้ มนั (oil or petroleum refinery) กระบวนการกลนั่ นํา้ มนั คอื กระบวนการแปรสภาพนํา้ มนั ดบิ ให้เป็ นผลติ ภณั ฑ์สําเร็จรูปชนิดต่าง ๆ เช่น ก๊าซหุงต้ม นํา้ มนั 26 เบนซิน นํา้ มนั ก๊าด นํา้ มนั ดเี ซล นํา้ มนั เตา และยางมะตอย กระบวนการกลน่ั นํา้ มนั กระบวนการกลนั่ นํา้ มนั เชื้อเพลงิ เป็ นการแยกนํา้ มนั ดบิ ออกเป็ น ส่วนต่าง ๆ ทมี่ จี ุดเดอื ดใกล้เคยี งกนั และผ่านนํา้ มนั เข้า  กระบวนการกลนั่ นํา้ มนั เชื้อเพลงิ ประกอบด้วยกระบวนการ กระบวนการต่าง ๆ และแปรสภาพเพอ่ื ให้เหมาะกบั การใช้งาน สําคญั คอื 1. การกลนั่ หรือการแยก (separation) 27 2. การแปรรูปหรือการเปลย่ี นโครงสร้างทางเคมี (conversion) 3. การปรับปรุงคุณภาพ (treating) 4. การผสม (blending) 28

กระบวนการกลนั่ นํา้ มนั หอกลน่ั นํา้ มนั 1. การกลนั่ หรือการแยก (separation) 30 กระบวนการแยกนํา้ มนั ดบิ คอื การแยกส่วนประกอบของ ผลิตภณั ฑท์ ี่ได้ จุดเดือด (OC) สถานะ จาํ นวน C การใชป้ ระโยชน์ นํา้ มนั ดบิ ทางกายภาพ ส่วนใหญ่แยกโดยวธิ ีการกลนั่ ลาํ ดบั ส่วน แก๊สปิ โตรเลียม < 30 แก๊ส (fractional distillation) โดยนํานํา้ มนั ดบิ มากลน่ั ในหอกลน่ั บรรยากาศ 1 – 4 ทาํ สารเคมี วสั ดุสงั เคราะห์ เช้ือเพลิง นํา้ มนั ดบิ จะแยกเป็ นนํา้ มนั สําเร็จรูปต่าง ๆ ทม่ี ชี ่วงจุดเดอื ดต่างกนั แนฟทาเบา 30 – 110 ของเหลว แนฟทาหนกั 65 – 170 ของเหลว แก๊สหุงตม้ หอกลนั่ มสี องแบบ คอื หอกลน่ั บรรยากาศ (atmospheric น้าํ มนั ก๊าด 170 – 250 fractionating tower) เหมาะกบั กลนั่ แยกนํา้ มนั เชื้อเพลงิ ทม่ี จี ุดเดอื ดตา่ํ 5 – 7 น้าํ มนั เบนซิน ตวั ทาํ ละลาย และหอกลน่ั สุญญากาศ (vacuum fractionating tower) เหมาะกบั แยก น้าํ มนั ดีเซล 250 – 340 6 – 12 น้าํ มนั เบนซิน แนฟทาหนกั นํา้ มนั จุดเดอื ดสูง โดยจะช่วยลดจุดเดอื ดลงไม่ให้เกดิ thermal cracking น้าํ มนั หล่อลื่น > 350 ในหอกลน่ั > 500 ของเหลว 10 – 19 น้าํ มนั ก๊าด เช้ือเพลิงเครื่องยนตไ์ อ ไข ของเหลว พน่ และตะเกียง 29 > 500 น้าํ มนั เตา > 500 14– 19 เช้ือเพลิงเครื่องยนตด์ ีเซล กระบวนการกลน่ั นํา้ มนั ยางมะตอย ของเหลว 19 – 35 น้าํ มนั หล่อลื่น น้าํ มนั เครื่อง 1. การกลนั่ หรือการแยก (separation) ผลติ ภณั ฑ์ทไี่ ด้จากการกลนั่ บรรยากาศ ของแขง็ > 35 ใชท้ าํ เทียนไข เครื่องสาํ อาง ยาขดั ของเหลวหนืด มนั ผลิตผงซกั ฟอก- ช้ันบนสุดของหอกลน่ั เป็ นก๊าซ C1- C4- ถดั ลงมาเป็ นส่วนประกอบของนํา้ มนั เบนซิน (gasoline : C5-C12) > 35 เช้ือเพลิงเครื่องจกั ร- ถดั ลงมาเป็ นส่วนประกอบของนํา้ มนั ก๊าด (kerosene : C10-C16)- ถดั ลงมาเป็ นส่วนประกอบของนํา้ มนั ดเี ซล (diesel : C15-C22) ของเหลวหนืด > 35 ยางมะตอย เป็นของแขง็ ที่อ่อนตวั- ส่วนล่างสุดเมอ่ื นําไปผ่านกรรมวธิ ีอนื่ ๆ จะได้ นํา้ มนั หล่อลนื่ (ออกจาก และเหนียวหนืดเม่ือถกู ความร้อน ใช้ ส่วนกลางหอกลนั่ สุญญากาศ) นํา้ มนั เตา และ ยางมะตอย (ออกจากส่วน ด้านล่างหอกลนั่ สุญญากาศ) เป็นวสั ดุกนั ซึม 32 31

ประมวลผลติ ภัณฑ์จากการกลน่ั นํา้ มนั ดบิ กระบวนการกลน่ั นํา้ มนั 33  2. การแปรรูปหรือการเปลย่ี นโครงสร้างทางเคมี (conversion) เป็ นการเปลยี่ นแปลงโมเลกลุ หรือโครงสร้างเคมี เพอ่ื ให้นํา้ มนั มี กระบวนการกลน่ั นํา้ มนั คุณภาพทเี่ หมาะกบั การใช้ประโยชน์ เช่น การหาวธิ ีการผลติ นํา้ มนั เบนซิน 2.2 กระบวนการเปลย่ี นสภาพ (reforming) เป็ นการจดั รูปโมเลกลุ ให้มากขนึ้ โดยเปลย่ี นโครงสร้างโมเลกลุ นํา้ มนั ชนิดอน่ื ๆ กรรมวธิ ีแบบนี้ เสียใหม่ เช่น จากโซ่ตรงเป็ นโซ่กงิ่ และวงแหวน เพอ่ื เพมิ่ ค่าออกเทนสําหรับ ได้แก่ นํา้ มนั เบนซิน 2.1 กระบวนการแตกสลาย (cracking) เป็ นการแตกสลาย 2.3 กระบวนการรวมโมเลกลุ (alkylation และ polymerization) เป็ น สารประกอบไฮโดรคาร์บอนโมเลกลุ ใหญ่ให้เลก็ ลง อาจใช้ความร้อน การรวมโมเลกลุ ส่วนเบาเพอ่ื ให้ได้โมเลกลุ ทใ่ี หญ่ขนึ้ พร้อมท้งั มคี ุณสมบตั ทิ ่ี (thermal cracking) หรือใช้ตวั เร่งปฏิกริ ิยา (catalytic cracking) หรือใช้ ดกี ว่า ไฮโดรเจนช่วย (hydrocracking) 35 34 กระบวนการกลนั่ นํา้ มนั  2.1 กระบวนการแตกสลาย (cracking) เป็ นการแตกสลาย สารประกอบไฮโดรคาร์บอนโมเลกลุ ใหญ่ให้เลก็ ลง โดยอาศัยความร้อน หรือตวั เร่งปฏกิ ริ ิยา  2.1.1 Thermal cracking เป็ นกระบวนการแตกสลายนํา้ มนั ดเี ซล (gas oil) หรือ นํา้ มนั เตาโดยใช้ความร้อนสูงประมาณ 400 – 500 C ภายใต้ความ ดนั สูง ได้ผลติ ภณั ฑ์ คอื ก๊าซส่วนใหญ่เป็ นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ประเภท olefin นํา้ มนั เบนซินซ่ึงมพี วก aromatic สูง และนํา้ มนั เตาข้นดาํ หรือ เขม่า ปริมาณนํา้ มนั เบนซินทไ่ี ด้ประมาณ 50-70 % และมคี ่าออก เทนประมาณ 65-70 36

กระบวนการกลนั่ นํา้ มนั กระบวนการกลน่ั นํา้ มนั 2.1.2 Catalytic cracking เป็ นกระบวนการแตกสลายนํา้ มนั ดเี ซล  2.2 กระบวนการเปลยี่ นสภาพ (reforming) (gas oil) และนํา้ มนั หนัก โดยใช้สารตวั เร่งปฏกิ ริ ิยาช่วย ตวั เร่งปฏิกริ ิยาอาจ 2.2.1 Thermal reforming ใช้ความร้อนสูงเปลย่ี นลกั ษณะโครงสร้าง เป็ นพวกดนิ เหนียวธรรมชาติ เช่น kaolin, bentonite หรือพวกดนิ เหนียว สังเคราะห์ทมี่ ธี าตุอะลูมเิ นียมสูง หรือใช้ synthetic zeolite ผลติ ภณั ฑ์ที่ สารไฮโดรคาร์บอนในนํา้ มนั เบนซินซ่ึงมคี ่าออกเทนตา่ํ ให้เป็ นพวกทม่ี คี ่า ได้ คอื นํา้ มนั เบนซินทม่ี คี ่าออกเทนสูง ก๊าซไฮโดรคาร์บอนประเภท olefin ออกเทนสูง อณุ หภูมทิ ใี่ ช้สูงประมาณ 560 C 2.2 กระบวนการเปลย่ี นสภาพ (reforming) 2.2.2 Hydroforming ใช้ไฮโดรเจนและตวั เร่งปฏกิ ริ ิยาพวก เป็ นกระบวนการเปลย่ี นสภาพสารไฮโดรคาร์บอนชนิดหน่ึงให้เป็ น molybdenum บน alumina ทอี่ ณุ หภูมิ 480-540 C และความดนั 200-300 psi กระบวนการนีช้ ่วยแปรสภาพนํา้ มนั เบนซินออกเทนตาํ่ ให้มคี ่าสูงขนึ้ สารไฮโดรคาร์บอนอกี ชนิด โดยอาศัยความร้อนหรือตวั เร่งปฏกิ ริ ิยา 2.2.3 Platforming and catforming ใช้ ไฮโดรเจนและตวั เร่ง 37 ปฏกิ ริ ิยาพวก Pt บน alumina อณุ หภูมิ 450-530 C ความดนั 500-700 psi กระบวนการกลน่ั นํา้ มนั 38 2.2 กระบวนการเปลยี่ นสภาพ (reforming) Isomerization 2.2.4 Catalytic reforming เป็ นกระบวนการหลกั เพอื่ ผลติ gasoline Cyclization ทม่ี คี ่าออกเทนสูง และยงั มบี ทบาทต่อการผลติ สารอะโรมาตกิ ส์ใน อตุ สาหกรรมเคมี Aromatization + H2 วสั ดุป้ อนเป็ น straight-run naphtha และสารไฮโดรคาร์บอนอน่ื ๆ ที่ + H2 + 3H2 มจี าํ นวนคาร์บอน 6-11 อะตอม นํา้ หนักโมเลกลุ ทผี่ ่านกระบวนการนีไ้ ม่ เปลย่ี นแปลงมากนัก เพราะเป็ นการจดั เรียงตวั ใหม่ในโครงสร้าง 40 39

กระบวนการกลน่ั นํา้ มนั  ปฏิกริ ิยา Alkylation 2.3 กระบวนการรวมโมเลกลุ CH3 CH3 CH3 CH3 2.3.1 Alkylation เป็ นกระบวนการผลติ องค์ประกอบของนํา้ มนั CH3 - C = CH2 + CH3 - CH - CH3 H2SO4 CH3 - CH - CH2 - C - CH3 เบนซินทม่ี คี ่าออกเทนสูง โดยการรวมโมเลกลุ ของสารไฮโดรคาร์บอน ประเภท olefin ทม่ี ี C 3-5 atom เข้ากบั พวก isoparaffin โดยใช้ตวั เร่ง  ปฏิกริ ิยา polymerization CH3 ปฏกิ ริ ิยาทม่ี ฤี ทธ์ิเป็ นกรด ผลติ ภณั ฑ์ทไ่ี ด้จะเป็ นสาร isoparaffin ทม่ี ขี นาด โมเลกลุ ใหญ่ขนึ้ และมคี ่าออกเทนสูง เช่น isooctane ได้จากการรวม CH3 CH3 catalysis CH3 CH3 โมเลกลุ ของ butylene และ isobutene CH3 - C = CH2 + CH3 - C = CH2 CH3 - CH - CH2 - C = CH2 2.3.2 Polymerization เพอ่ื ทาํ ให้ light olefin จากกระบวนการ cracking ต่าง ๆ เปลยี่ นเป็ นไฮโดรคาร์บอนทใี่ หญ่ขนึ้ CH3 41 42 กระบวนการกลน่ั นํา้ มนั กระบวนการกลนั่ นํา้ มนั 3. การปรับปรุงคุณภาพ (treating)  4. การผสม (blending) เป็ นการขจดั สารทไ่ี ม่ต้องการออกจากนํา้ มนั เช่น กาํ มะถนั เกลอื เป็ นการนําเอาผลติ ภณั ฑ์ทผี่ ่านกระบวนการต่าง ๆ มาผสมกนั ให้ได้ เมอร์แคปแทน เป็ นต้น เพอื่ ให้นํา้ มนั มคี วามคงตวั และมคี ุณภาพดขี นึ้ ผลติ ภณั ฑ์ทเ่ี หมาะสม หรือ การเตมิ สารเคมบี างอย่างลงไปเพอ่ื ให้มี กรรมวธิ ีในการปรับปรุงคุณภาพ เช่น ขจดั กาํ มะถนั โดยใช้ก๊าซ คุณภาพดขี นึ้ ไฮโดรเจน ตวั อย่างเช่น สารเพมิ่ ค่าออกเทน MTBE (methyl-t-butyl ether), Hydrotreating เป็ นกระบวนการกาํ จดั พวก heteroatom และ ETBE (ethyl-t-butyl ether) methanol และ ethanol hydrogenation พนั ธะคู่และวงแหวนอะโรมาตกิ การทาํ hydrotreating 44 เพอื่ ป้ องกนั การเกดิ การ deactivate ของตวั เร่งปฏิกริ ิยาอนั เนื่องจาก heterocompound มกั เป็ นสารพษิ ต่อตวั เร่งปฏิกริ ิยา 43

กระบวนการกลนั่ นํา้ มนั กระบวนการกลนั่ นํา้ มนั 4. การผสม (blending)  4. การผสม (blending) นํา้ มนั เบนซิน จะผสมสารเคมเี พอื่ เพมิ่ คุณภาพให้เหมาะสมกบั การใช้งาน หากในนํา้ มนั เบนซินมปี ริมาณสารประกอบไฮโดรคาร์บอนทเ่ี ป็ นโซ่ตรงมาก เช่น สารเพมิ่ ค่าออกเทน สารเคมปี ้ องกนั สนิมและการกดั กร่อนในถงั นํา้ มนั และท่อ เมอ่ื เกดิ การเผาไหม้ในกระบอกสูบของเคร่ืองยนต์จะเกดิ การระเบดิ เร็วเกนิ ไป ทาํ ให้ นํา้ มนั และสารเคมชี ่วยทาํ ความสะอาดหัวฉีด เกดิ การกระแทกก่อนจงั หวะงานในกระบอกสูบ เรียก การน๊อก ผลคอื เคร่ืองยนต์ เดนิ ไม่เรียบ มผี ลเสียต่อชิ้นส่วนและประสิทธิภาพของเคร่ืองยนต์ด้วย สารประกอบไฮโดรคาร์บอนทม่ี อี ยู่ในนํา้ มนั เบนซิน เมอ่ื ได้รับความร้อนจะ สามารถลุกตดิ ไฟได้ ถ้าทาํ ให้นํา้ มนั ระเหยเป็ นไอแล้วผสมกบั อากาศทถ่ี ูกอดั ใน การประเมนิ เลขออกเทนของนํา้ มนั เชื้อเพลงิ ทาํ โดยการทดสอบใน กระบอกสูบและจุดด้วยประกายไฟ จะทาํ ให้เกดิ การระเบดิ ได้ เนื่องจากไอโซเมอร์ เครื่องยนต์มาตรฐาน เปรียบเทยี บกบั สารประกอบไฮโดรคาร์บอนอ้างองิ 2 ชนิด ต่าง ๆ ทอี่ ยู่ในนํา้ มนั มคี ุณสมบัตติ ่างกนั จงึ ทาํ ให้ไอโซเมอร์เหล่าน้ันตดิ ไฟไม่พร้อม คอื n-heptane ซึ่งกาํ หนดให้มคี ่าออกเทนเป็ น 0 และ 2,2,4-trimethylpentane กนั สารประกอบไฮโดรคาร์บอนทเ่ี ป็ นโซ่ตรงจะตดิ ไฟได้ง่ายกว่าสารประกอบ (isooctane) กาํ หนดให้มคี ่าออกเทนเป็ น 100 เช่น นํา้ มนั เบนซินชนิดหนึ่งมลี กั ษณะ ไฮโดรคาร์บอนโซ่กง่ิ เลก็ น้อย การเผาไหม้และการน๊อกเหมอื นกบั ของผสมทมี่ ี 90% isooctane และ 10% n- heptane นํา้ มนั นีจ้ ะถูกกาํ หนดว่าเป็ นนํา้ มนั เบนซินมคี ่าออกเทนเท่ากบั 90 45 46 กระบวนการกลน่ั นํา้ มนั กระบวนการกลนั่ นํา้ มนั 4. การผสม (blending) ค่าออกเทนมหี ลกั การพจิ ารณาจากโครงสร้าง ตวั อย่างเช่น ค่าออกเทนมหี ลกั การพจิ ารณาจากโครงสร้าง ตวั อย่างเช่น 2. ค่าออกเทนเพม่ิ ขนึ้ เมอื่ จาํ นวนกงิ่ หรือวงเพม่ิ ขนึ้1. ค่าออกเทนเพมิ่ ขนึ้ เมอื่ มพี นั ธะคู่เพม่ิ ขนึ้ > -19 100 > >120 75 75 0 47 48

กระบวนการกลนั่ นํา้ มนั กระบวนการกลน่ั นํา้ มนั ค่าออกเทนมหี ลกั การพจิ ารณาจากโครงสร้าง ตวั อย่างเช่น ปกติ gasoline ทไี่ ด้จากหอกลนั่ มคี ่าออกเทนประมาณ 50-55 แต่เครื่องยนต์ใน3. ค่าออกเทนลดลงเมอ่ื ขนาดของสายโซ่เพม่ิ ขนึ้ ปัจจุบนั ต้องการนํา้ มนั เบนซีนทม่ี คี ่าออกเทนประมาณ 87-93 การเพมิ่ ค่าออกเทนใน นํา้ มนั เบนซินทาํ ได้ 3 วธิ ีคอื > 0 1. Cracking เป็ นการเพมิ่ ค่าออกเทนโดยการเพม่ิ เปอร์เซนต์ของสารประกอบ91 ไฮโดรคาร์บอนทม่ี โี ซ่ส้ัน ๆ โดยทว่ั ไปสารประกอบไฮโดรคาร์บอนทม่ี โี ซ่ส้ัน ๆ จะมี ค่าออกเทนสูงกว่าโซ่ยาว เช่น butane มคี ่าออกเทน 91 แต่ n-heptane มคี ่าออกเทน 49 0 2. Catalytic reforming เป็ นการเปลยี่ นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนทมี่ โี ซ่ตรงเป็ นทมี่ ีCatalytic reforming โซ่กงิ่ หรือสารอะโรมาตกิ เช่น เปลย่ี น n-hexane ไปเป็ น 2,2-dimethylbutane โดย ใช้ Pt เป็ นตวั เร่งปฏกิ ริ ิยา Pt CH3 50CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 CH3 - C - CH2 - CH3 กระบวนการกลนั่ นํา้ มนั CH3 3. การเตมิ octane enhancer หรือ antiknock agent Re-Pt-AlsO3 + 4H2 ก่อนปี ค.ศ. 1975 ใช้ octane enhancer คอื tetraethyl lead (TEL) เพราะถูกCH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 และมปี ระสิทธิภาพสูง สามารถเพมิ่ ค่าออกเทนให้สูงขนึ้ จากเดมิ 10-15 แต่ตะกวั่ เป็ น พษิ ต่อสุขภาพ หากปล่อยจากท่อไอเสียรถยนต์ 500-600 C CH3 51 CH2 H3C H2C Pb CH2 CH3 CH2 CH3 tetraethyl lead 52

กระบวนการกลน่ั นํา้ มนั ปัจจุบนั มกี ารใช้ก๊าซเป็ นเชื้อเพลงิ ในรถยนต์แทนนํา้ มนั เชื้อเพลงิ เพมิ่ ขนึ้ มที ้งั ก๊าซเชื้อเพลงิ LPG และ NGV เน่ืองจากก๊าซท้งั สองชนิดมอี งค์ประกอบและสมบตั ิ ต่อมามกี ฎหมายให้รถตดิ ต้งั catalytic converter เพอ่ื ควบคุมมลพษิ ทาํ ให้ลด ทางกายภาพต่างกนั การใช้ TEL เพราะนํา้ มนั เบนซินไร้สารตะกวั่ เท่าน้ันจงึ ใช้ได้กบั รถยนต์ทต่ี ดิ ต้งั catalytic converter เนื่องจากตะกว่ั ทาํ ให้ตัวเร่งปฏิกริ ิยาไม่สามารถทาํ งานได้ 1. องค์ประกอบของ LPG คอื Propane และ Butane 2. องค์ประกอบของ NGV คอื methane ปกตเิ คร่ืองยนต์ทก่ี าํ ลงั ทาํ งานและอุณหภูมสิ ูง ปฏิกริ ิยาระหว่างแก๊สไนโตรเจน จุดเด่นของการใช้ NGV คอื ค่าพลงั งานทไ่ี ด้ต่อนํา้ หนักสูงกว่า ปลอดภัยกว่าหากเกดิ การ และออกซิเจนทาํ ให้เกดิ ก๊าซไนตริกออกไซด์ (NO) ขนึ้ ถ้า NO ถูกปล่อยสู่บรรยากาศ ร่ัวเพราะความหนาแน่นตํ่ากว่าจงึ ลอยตวั ได้ดกี ว่า มกี ารเผาไหม้สะอาดสมบูรณ์ ทางท่อไอเสีย จะทาํ ปฏิกริ ิยากบั ออกซิเจนเกดิ เป็ น NO2 เป็ นมลพษิ อกี ชนิดในอากาศ ดงั น้ันอุปกรณ์ catalytic converter ทาํ ให้หน้าที่ 54 1. ออกซิไดส์ CO และไฮโดรคาร์บอนทเี่ ผาไหม้ไม่หมดให้เป็ น CO2 และไอนํา้ เครื่องยนต์ดเี ซล 2. รีดวิ ซ์ NO ให้กลบั ไปเป็ น N2 และ O2 ต่อมา octane enhancer ทใ่ี ช้แทน TEL ได้แก่ MTBE (methyl-t-butyl ether), นํา้ มนั ดเี ซล หมุนช้า หรือนํา้ มนั ขโี้ ล้ ใช้กบั เครื่องยนต์ดเี ซลรอบปาน ETBE (ethyl-t-butyl ether), methanol and ethanol กลางหรือรอบตาํ่ เช่น เรือเดนิ ทะเล เพราะไม่ต้องการนํา้ มนั ดเี ซลทมี่ คี ่าซี เทนสูงมาก และระเหยช้า 53 กระบวนการเผาไหม้นํา้ มนั ดเี ซล น้ันจะถูกฉีดเป็ นละอองฝอยเข้าไป เครื่องยนต์ดเี ซล ผสมกบั อากาศทมี่ คี วามดนั และอณุ หภูมสิ ูงในกระบอกสูบ เกดิ การเผาไหม้ ทนั ทพี ร้อมกบั ให้พลงั งานขบั เคลอ่ื นลูกสูบต่อไป เครื่องยนต์ดเี ซล เป็ นเคร่ืองยนต์ทห่ี ลกั การทาํ งานแตกต่างจากเครื่องยนต์เบนซิน การจุดระเบดิ ของเคร่ืองยนต์ดเี ซล ใช้ความร้อนทเ่ี กดิ จาก ความต้องการพนื้ ฐานของนํา้ มนั ดเี ซล คอื ต้องจุดระเบิดเองได้เร็วการอดั อากาศอย่างสูงในลูกสูบ ไม่ใช่การจุดระเบิดของหัวเทยี นเหมอื นใน และเผาไหม้ได้หมดภายใต้สภาวะภายในห้องเผาไหม้ของเคร่ืองยนต์ ได้มีเคร่ืองยนต์ทใี่ ช้นํา้ มนั เบนซิน การกาํ หนดคุณภาพนํา้ มนั ดเี ซลด้วยเลขซีเทน (cetane number) โดยมี นํา้ มนั เชื้อเพลงิ อ้างองิ 2 ชนิดคอื นํา้ มนั ดเี ซล เป็ นนํา้ มนั ทรี่ ะเหยช้า (low volatile) จุดเดอื ดอยู่ระหว่าง180-385 C ในประเทศไทยมนี ํา้ มนั ดเี ซล 2 ประเภท คอื 56 นํา้ มนั ดเี ซลหมุนเร็ว หรือ นํา้ มนั โซล่า ใช้กบั เครื่องยนต์ดเี ซลหมุนเร็วเช่น รถยนต์ รถบรรทุก เรือประมง เรือโดยสาร เคร่ืองป่ันไฟ รถแทรกเตอร์เพราะใช้งานหมุนเกนิ 1000 รอบต่อนาที ทาํ ให้ต้องใช้นํา้ มนั ดเี ซลทม่ี คี ่าซีเทนสูง และมกี ารระเหยเร็ว มฉิ ะน้ันเครื่องยนต์จะเดนิ ไม่สะดวก 55

เคร่ืองยนต์ดเี ซล ข้อดกี ารใช้ก๊าซธรรมชาตเิ ป็ นเชื้อเพลงิ n-cetane ทม่ี คี ุณสมบตั ใิ นการจุดระเบิดดมี ากให้มคี ่าซีเทน  เป็ นเชื้อเพลงิ ปิ โตรเลยี มทนี่ ํามาใช้งานได้อย่างมปี ระสิทธิภาพ100 และ - methylnaphthalene มคี ่า ซีเทน 0 ต่อมาใช้ สูง มกี ารเผาไหม้สมบูรณ์heptamethylnonane กาํ หนดให้มคี ่าซีเทน 15  ลดการสร้าง ก๊าซเรือนกระจก Cetane number = % n-cetane + 0.15 %  มคี วามปลอดภยั สูงในการใช้งาน เพราะเบากว่าอากาศ จงึ ลอยheptamethylnonane ขนึ้ เมอ่ื เกดิ การร่ัว นํา้ มนั ดเี ซลทมี่ คี ่าซีเทนสูง จะทาํ ให้การควบคุมการเผาไหม้  ถูกกว่าเชื้อเพลงิ ปิ โตรเลยี มอนื่ ๆทาํ ได้ดขี นึ้ เป็ นผลทาํ ให้ประสิทธิภาพของเคร่ืองยนต์เพมิ่ สูงขนึ้ 58 57 LOGO59