เคมี ปิโตรเลียม

ปิโตรเลียม

ปิโตรเลียมมีรากศัพท์มาจากภาษาละติน 2 คำคือ เพทรา (petra) แปลว่า หิน กับโอลิอุม (Oleum) แปลว่า น้ำมัน รวมกันแล้วมีความหมายว่า น้ำมันที่ได้จากหิน ปิโตรเลียมเป็นสารผสมของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนและสารอินทรีย์หลายชนิดที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ปรากฏอยู่ทั้งในสถานะของเหลวและแก๊ส ในสถานะของเหลว ได้แก่ น้ำมันดิบ น้ำมันดิบจากแหล่งต่างๆ อาจมีสมบัติทางกายภาพแตกต่างกัน เช่น มีลักษณะข้นเหนียวจนถึงหนืดคล้ายยางมะตอย มีสีเหลือง เขียว น้ำตาลจนถึงดำ มีความหนาแน่น 0.79 - 0.97             น้ำมันดิบมีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนประเภท  แอลเคนและไซโคลแอลเคน อาจมีสารประกอบของกำมะถัน ไนโตรเจน และสารประกอบออกไซด์อื่นๆ ปนอยู่เล็กน้อย ส่วนในสถานะแก๊สคือ แก๊สธรรมชาติ ซึ่งมีองค์ประกอบหลักคือ สารประเภทไฮโดรคาร์บอนที่มีคาร์บอนในโมเลกุล 1 - 5 อะตอม ซึ่งมีปริมาณร้อยละ 95 ที่เหลือเป็นแก๊สไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ บางครั้งจะพบแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ปะปนอยู่ด้วย

แก๊สธรรมชาตินอกจากจะมีสถานะเป็นแก๊สแล้วยังรวมถึง แก๊สธรรมชาติเหลว ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนกลุ่มเดียวกับแก๊สธรรมชาติแต่มีจำนวนอะตอมของคาร์บอนมากกว่า เมื่ออยู่ในแหล่งกักเก็บใต้ผิวโลกที่ลึกมาก และมีอุณหภูมิสูงมากจะมีสถานะเป็นแก๊ส เมื่อนำขึ้นมาถึงระดับผิวดินซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่า ไฮโดรคาร์บอนจะกลายสภาพเป็นของเหลวจึงเรียกว่าแก๊สธรรมชาติเหลว ปริมาณของธาตุองค์ประกอบในน้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติซึ่งรวมเรียกว่าปิโตรเลียมแสดงดังตาราง 12.2

ตาราง 12.2 ปริมาณธาตุองค์ประกอบของน้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติ

ชนิดของปิโตรเลียม	ปริมาณเป็นร้อยละโดยมวล
	คาร์บอน	ไฮโดรเจน	กำมะถัน	ไนโตรเจน
น้ำมันดิบ	82 - 87	12 - 15	0.1 - 5.5	0.1 - 1
แก๊สธรรมชาติ	65 - 80	1 - 25	0.2	1 - 15

การเกิดปิโตรเลียม

ปิโตรเลียมเกิดจากการทับถมและสลายตัวของอินทรีย์สารจากพืชและสัตว์ที่คลุกเคล้าอยู่กับตะกอนในชั้นกรวดทรายละโคลนตมใต้พื้นดิน เมื่อเวลาผ่านไปนับล้านปีตะกอนเหล่านี้จะจมตัวลงเรื่อยๆ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของผิวโลก ถูกอัดแน่นด้วยความดันและความร้อนสูง รวมทั้งอยู่ในบริเวณที่มีปริมาณออกซิเจนจำกัด จึงสลายตัวเปลี่ยนสภาพเป็นน้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติแทรกอยู่ระหว่างชั้นหินที่มีรูพรุน ปิโตรเลียมจากแหล่งต่างกันจะมีปริมาณของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนรวมทั้งปริมาณสารประกอบของกำมะถันไนโตรเจน และออกซิเจนแตกต่างกัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของซากพืชและสัตว์ที่เป็นต้นกำเนิดของปิโตรเลียมนั้น รวมถึงอิทธิพลของแรงที่ทับถมอยู่บนตะกอน

                 ปิโตรเลียมที่เกิดอยู่ในชั้นหินจะมีการเคลื่อนตัวออกไปตามรอยแตกและรูพรุนของหินไปสู่ที่มีระดับความลึกเล็กน้อยกว่าแล้วสะสมตัวอยู่ในโครงสร้างหินที่มีรูพรุน มีโพรงหรือรอยแตกในเนื้อหินที่สามารถให้ปิโตรเลียมสะสมตัวอยู่ได้ ด้านบนเป็นหินตะกอนหรือหินดินดานเนื้อแน่นละเอียดปิดกั้นไม่ให้ปิโตรเลียมไหลลอดออกไปได้ โครงสร้างปิดกั้นดังกล่าวนี้เรียกว่า แหล่งกักเก็บปิโตรเลียม ซึ่งมีลักษณะต่างๆ กันดังรูป 12.6

                         

  ลักษณะต่างๆ ของแหล่งกักเก็บปิโตรเลียม

โดยทั่วไปภายในแหล่งกักเก็บปิโตรเลียมจะมีทั้งน้ำ น้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติ แก๊สธรรมชาติมีความหนาแน่นน้ำกว่าจะอยู่ส่วนบนสุด ถัดลงไปจะเป็นชั้นของน้ำมันดิบส่วนน้ำจะอยู่ชั้นล่างสุด

                                                     

                                                                                       แหล่งปิโตรเลียมและการขุดเจาะ

การสำรวจปิโตรเลียม

ปิโตรเลียมส่วนใหญ่อยู่ใต้พื้นดิน จึงต้องมีการสำรวจและขุดเจาะเพื่อนำมาใช้ประโยชน์ การสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมมีความยุ่งยากและซับซ้อนมาก ต้องใช้เทคโนโลยีระดับสูงและเงินทุนจำนวนมาก ปัจจุบันการสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมบริเวณพื้นดินได้ทำจนทั่วแล้ว จึงมีการขยายการสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมไปในบริเวณทะเลหรือมหาสมุทร การสำรวจต้องใช้หลายวิธีประกอบกัน เริ่มจากการสำรวจทางธรณีวิทยาด้วยการทำแผนที่ภาพถ่ายทางอากาศ แล้วจึงสำรวจธรณีวิทยาพื้นผิวโดยการเก็บตัวอย่างหิน ศึกษาลักษณะของหินวิเคราะห์ซากพืชซากสัตว์ที่อยู่ในหิน ผลการศึกษาช่วยให้คาดคะเนได้ว่าจะมีโอกาสพบโครงสร้างและชนิดของหินที่เอื้ออำนวยต่อการกักเก็บปิโตรเลียมในบริเวณนั้นมากน้อยเพียงใด การสำรวจทางธรณีฟิสิกส์ด้วยการวัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กโลก บอกให้ทราบถึงขอบเขต ความหนา ความกว้างใหญ่ของแอ่งและความลึกของชั้นหิน และการตรวจวัดค่าความโน้มถ่วงของโลกเพื่อทราบชนิดของชั้นหินใต้ผิวโลกในระดับต่างๆ ซึ่งจะช่วยในการกำหนดขอบเขตและรูปร่างของแอ่งใต้ผิวดิน การสำรวจด้วยการวัดคลื่นไหวสะเทือน จะช่วยบอกให้ทราบตำแหน่ง รูปร่างลักษณะและโครงสร้างของชั้นหินใต้ดิน

                ผลการสำรวจเหล่านี้ใช้เป็นข้อมูลเบื้องต้นที่ช่วยให้สันนิษฐานว่าน่าจะมีแหล่งกักเก็บปิโตรเลียมอยู่หรือไม่ ขั้นสุดท้ายจึงเป็นการเจาะสำรวจซึ่งจะบอกให้ทราบถึงความยากง่ายของการขุดเจาะเพื่อนำปิโตรเลียมมาใช้ รวมทั้งบอกให้ทราบว่าสิ่งที่กักเก็บอยู่เป็นแก๊สธรรมชาติหรือน้ำมันดิบ และมีปริมาณมากน้อยเพียงใด ข้อมูลจากการเจาะสำรวจจะนำมาใช้ในการตัดสินถึงความเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจ เมื่อเจาะสำรวจพบปิโตรเลียมในรูปแก๊สธรรมชาติหรือน้ำมันดิบแล้ว ถ้าหลุมใดมีความดันภายในสูง ปิโตรเลียมจะถูกดันให้ไหลขึ้นมาเอง แต่ถ้าหลุมใดมีความดันภายในต่ำจะต้องเพิ่มแรงดันจากภายนอก โดยการอัดแก๊สบางชนิด เช่น แก๊สธรรมชาติ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ หรือไอน้ำลงไป

ประเทศไทยสำรวจพบแหล่งน้ำมันดิบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2464 ที่อำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่ จากนั้นได้สำรวจพบแหล่งน้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติเพิ่มขึ้น โดยพบแหล่งแก๊สธรรมชาติที่มีปริมาณมากพอในเชิงพาณิชย์ในอ่าวไทย เมื่อปี พ.ศ. 2516 และต่อมาพบที่บริเวณอำเภอน้ำพอง จังหวัดขอนแก่น

                ผลการสำรวจแหล่งปิโตรเลียมทั้งบนบกและในทะเลรวม 55 แหล่ง พบว่ามีปริมาณสำรองที่ประเมินได้ดังนี้

•  น้ำมันดิบ  806  ล้านบาร์เรล

•  แก๊สธรรมชาติ 32 ล้านลูกบาศก์ฟุต

•  แก๊สธรรมชาติเหลว 688 ล้านบาร์เรล

ปัจจุบันน้ำมันเชื้อเพลิงที่ใช้ในประเทศ ได้มาจากน้ำมันดิบทั้งในประเทศและต่างประเทศ แหล่งน้ำมันดิบที่

ใหญ่ที่สุดของประเทศ ได้แก่ น้ำมันดิบเพชรจากแหล่งสิริกิติ์ กิ่งอำเภอลานกระบือ จังหวัดกำแพงเพชร สำหรับแหล่งผลิตแก๊สธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดอยู่ในอ่าวไทยเจาะสำรวจพบเมื่อปี พ.ศ. 2523 มีชื่อว่า แหล่งบงกช ปัจจุบันประเทศไทยใช้ปิโตรเลียมในรูปแบบต่างๆ เทียบเป็นปริมาณน้ำมันดิบประมาณ 1 ล้านบาร์เรลต่อเดือน ในจำนวนนี้ร้อยละ 30 - 35 เป็นปิโตรเลียมที่ผลิตได้ภายในประเทศ แหล่งสะสมปิโตรเลียมขนาดใหญ่ที่สุดของโลกในปัจจุบันคือ บริเวณอ่าวเปอร์เซีย รองลงมาคือ บริเวณอเมริกากลาง อเมริกาเหนือ และรัสเซีย ปิโตรเลียมที่พบบริเวณประเทศไนจีเรียจัดเป็นแหล่งปิโตรเลียมที่มีคุณภาพดีที่สุด เพราะมีปริมาณสารประกอบของกำมะถันปนอยู่น้อยที่สุด

หน่วยที่ใช้วัดปริมาณน้ำมันดิบคือบาร์เรล (barrel)   1 บาร์เรล มี 42 แกลลอน หรือ 158.987 ลิตร           ถ้าเทียบปริมาตรกับขวดบรรจุน้ำดื่มขนาดใหญ่ซึ่งมีขนาดประมาณ 5แกลลอน หรือประมาณ 19 ลิตร          น้ำมันดิบ 1 บาร์เรลจะมีปริมาณเท่ากับน้ำดื่ม 8 ขวดใหญ่

                                                                          

หน่วยที่ใช้วัดปริมาตรของแก๊สธรรมชาติ              นิยมใช้หน่วยวัดเป็นลูกบาศก์ฟุต (ที่อุณหภูมิ 60 องศาฟาเรนไฮต์ และความดัน 30 นิ้วของปรอท)

การกลั่นน้ำมันดิบ

น้ำมันดิบจากแหล่งต่างๆ มีสมบัติแตกต่างกัน กล่าวคือมีสีเหลือง เขียว น้ำตาลจนถึงดำ ขึ้นอยู่กับแหล่งที่พบน้ำมันดิบ

เป็นของเหลวข้นจนถึงหนืดคล้ายยางมะตอย มีความหนาแน่นอยู่ในช่วง 0.79 - 0.95 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร น้ำมันดิบประกอบด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนประเภทแอลเคนและไซโคลแอลเคนเป็นส่วนใหญ่ นอกจากนี้ยังมีสารประกอบของกำมะถัน ออกซิเจน ไนโตรเจน รวมทั้งโลหะต่างๆ ปนอยู่ด้วย การนำน้ำมันดิบไปใช้ประโยชน์จึงต้องนำมาผ่านกระบวนการแยกสารประกอบที่ปนอยู่ออกก่อน

                                                                                         

                                                                                                        รูป 12.8 ตัวอย่างน้ำมันดิบ

การแยกสารประกอบไฮโดรคาร์บอนในน้ำมันดิบใช้การกลั่นลำดับส่วน ซึ่งมีรายละเอียดแตกต่างจากการกลั่นที่ได้ศึกษามาแล้ว กล่าวคือก่อนการกลั่นน้ำมันดิบต้องแยกน้ำและสารประกอบต่างๆ ที่ผสมอยู่ในน้ำมันดิบออกจนเหลือแต่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่ แล้วจึงส่งผ่านท่อเข้าไปในเตาเผาที่มีอุณหภูมิอยู่ในช่วง 320 - 385  องศาเซลเซียส  ดังรูป 12.9  น้ำมันดิบที่ผ่านเตาเผาจะมีอุณหภูมิสูง จนบางส่วนเปลี่ยนสถานะเป็นไอปนไปกับของเหลวผ่านเข้าไปในหอกลั่นซึ่งเป็นหอสูงที่ภายในประกอบด้วยชั้นเรียงกันหลายสิบชั้น แต่ละชั้นจะมีอุณหภูมิแตกต่างกัน ชั้นบนมีอุณหภูมิต่ำ ชั้นล่างมีอุณหภูมิสูง ดังนั้นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีมวลโมเลกุลต่ำและจุดเดือดต่ำจะระเหยขึ้นไปและควบแน่นเป็นของเหลวบริเวณชั้นที่อยู่ส่วนบนของหอกลั่น ส่วนสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีมวลโมเลกุลสูงและจุดเดือดสูงกว่าจะควบแน่นเป็นของเหลวอยู่ในชั้นต่ำลงมาตามช่วงอุณหภูมิของจุดเดือด สารประกอบไฮโดรคาร์บอนบางชนิดที่มีจุดเดือดใกล้เคียงกัน จะควบแน่นปนกันออกมาในชั้นเดียวกัน การเลือกช่วงอุณหภูมิในการเก็บผลิตภัณฑ์จึงขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ของการใช้ผลิตภัณฑ์ที่ได้ สำหรับสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีมวลโมเลกุลสูงมาก เช่น น้ำมันเตา น้ำมันหล่อลื่น และยางมะตอย ซึ่งมีจุดเดือดสูง จึงยังคงเป็นของเหลวในช่วงอุณหภูมิของการกลั่นและจะถูกแยกอยู่ในชั้นตอนล่างของหอกลั่น

                                                                รูป 12.9 กรรมวิธีในการกลั่นน้ำมันดิบและผลิตภัณฑ์

ในปัจจุบันมีความต้องการใช้น้ำมันเบนซิน และน้ำมันดีเซลในปริมาณที่สูงมาก รวมทั้งผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่นโดยตรงมีคุณภาพไม่เหมาะสมกับความต้องการ นักวิทยาศาสตร์จึงหาวิธีทำสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีมวลโมเลกุลสูงและเป็นที่ต้องการน้อยให้เป็นสารที่มีมวลโมเลกุลใกล้เคียงกับน้ำมันเบนซินและน้ำมันดีเซล รวมทั้งปรับปรุงโครงสร้างของโมเลกุลให้เป็นเชื้อเพลิงหรือเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพตามต้องการ และใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารชนิดอื่นๆ ต่อไป ซึ่งทำได้หลายวิธีดังนี้

ก.    การทำให้สารประกอบไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่แตกออกเป็นโมเลกุลเล็ก โดยใช้ความร้อนสูงประมาณ 500
องศาเซลเซียส และมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม วิธีนี้เรียกว่า  กระบวนการแตกสลาย  ดังตัวอย่าง

ข.     การเปลี่ยนสารประกอบไฮโดรเจนคาร์บอนแบบโซ่ตรงเป็นไอโซเมอร์แบบโซ่กิ่ง หรือการเปลี่ยนสาร

ประกอบไฮโดรคาร์บอนแบบวงให้เป็นสารอะโรมาติก โดยใช้ความร้อนสูงและตัวเร่งปฏิกิริยา วิธีนี้เรียกว่า กระบวนการ     รีฟอร์มมิง ดังตัวอย่าง

   

ค.       การรวมสารประกอบของแอลเคนกับแอลคีนที่มีมวลโมเลกุลต่ำโดยมีกรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เกิดเป็น

โมเลกุลของสารประกอบแอลเคนที่มีโครงสร้างแบบโซ่กิ่ง เรียกวิธีนี้ว่า  กระบวนการแอลคิเลชัน ดังตัวอย่าง

ง.        การรวมสารประกอบแอลคีนโมเลกุลเล็กเข้าด้วยกันโดยใช้ความร้อนหรือตัวเร่งปฏิกิริยา เกิดเป็น

สารประกอบไฮโดรเจนคาร์บอนที่มีจำนวนคาร์บอนเพิ่มขึ้นและมีพันธะคู่เหลืออยู่ในผลิตภัณฑ์ เรียกวิธีนี้ว่า<b>กระบวนการโอลิโกเมอไรเซซัน</b>ดังตัวอย่าง

             น้ำมันเบนซินมีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ในโมเลกุลมีคาร์บอน 6 - 12 อะตอม สารเหล่านี้เมื่อได้รับความร้อนจะระเหยเป็นไอและลุกติดไฟได้ เมื่อผสมกับอากาศในกระบอกสูบและจุดด้วยประกายไฟ ทำให้เกิดการระเบิดขึ้นได้ แต่เนื่องจากในน้ำมันเบนซินประกอบด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนต่างชนิดและมีไอโซเมอร์ที่ต่างกัน ทำให้เกิดการติดไฟและระเบิดไม่พร้อมกัน จากการศึกษาพบว่าสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีโครงสร้างแบบโซ่กิ่งหรืออะโรมาติก จัดเป็นน้ำมันเบนซินที่มีคุณภาพดีกว่าแบบโซ่ตรง เพราะว่าสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่เป็นชนิดโซ่ตรงติดไฟได้ง่ายกว่าและเกิดการระเบิดเร็วกว่าจังหวะที่ควรเป็นในกระบอกสูบ ทำให้เครื่องยนต์เกิดอาการเดินไม่เรียบซึ่งเรียกว่า การชิงจุดระเบิดไอโซเมอร์ของออกเทนที่มีชื่อสามัญว่า ไอโซออกเทน เป็นเชื้อเพลิงที่เหมาะกับเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซิน เพราะจะช่วยป้องกันการชิงจุดระเบิดของเครื่องยนต์ ทำให้เครื่องยนต์เดินเรียบ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ไม่เหมาะสมเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ประเภทนี้คือแฮปเทนชนิดโซ่ตรง เพราะทำให้เครื่องยนต์เกิดการชิงจุดระเบิดง่าย จึงมีการกำหนดคุณภาพน้ำมันเบนซินด้วย เลขออกเทนโดยกำหนดให้น้ำมันเลขออกเทนเป็น 100 ส่วนน้ำมันเบนซินที่มีสมบัติในการเผาไหม้เช่นเดียวกับเฮปเทนโซ่ตรงมีเลขออกเทนเป็น 0 ดังนั้นน้ำมันเบนซินที่มีเลขออกเทน 95 จึงมีสมบัติในการเผาไหม้เช่นเดียวกับเชื้อเพลิงที่ได้จากการผสมไอโซออกเทน ร้อยละ 95 กับเฮปเทนร้อยละ 5 โดยมวล

    เบนซิน   เป็นผลิตภัณฑ์น้ำมันที่ได้จากการกลั่นลำดับส่วนน้ำมันดิบเหมาะสมที่จะใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์เบนซิน ปัจจุบันมีน้ำมันเบนซินออกเทน 91 (เติมสารให้มีสีแดง) และออกเทน 95 (เติมสารให้มีสีเหลือง) การที่เรียกชื่อตามค่าออกเทนและทำให้มีสีต่างกันเพื่อช่วยให้ผู้บริโภคเลือกได้ถูกต้องเหมาะสมกับประเภทของเครื่องยนต์

น้ำมันเบนซินที่กลั่นได้และปรับปรุงคุณภาพแล้วส่วนใหญ่ยังคงมีเลขออกเทนต่ำกว่า 75 จึงไม่เหมาะที่จะนำมาใช้กับเครื่องยนต์เบนซินในยุคปัจจุบัน การเพิ่มค่าออกเทนในอดีตทำโดยเติมสารเคมีบางชนิด เช่น เตตระเมทิลเลดหรือเตตระเอทิล   เลดลงในน้ำมันเบนซินที่กลั่นได้ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2539 ได้เปลี่ยนมาใช้สารเคมีชนิดอื่น เช่น เมทิลเทอร์เชียรีบิวทิลอีเทอร์ (MTBE) เอทานอลหรือเมทานอลและเรียกน้ำมันเบนซินชนิดนี้ว่า น้ำมันไร้สารตะกั่ว

                      

เมทิลเทอร์เชียบิวทิลอีเทอร์  (MTBE = Methyl Tertiary Butyl Ether) มีสูตรโครงสร้าง

น้ำมันเบนซินเป็นสารระเหยง่ายและไวไฟ จึงไม่ควรเก็บหรือใช้งานใกล้กับแหล่งความร้อน ไอระเหยของน้ำมันเบนซินทำให้ผู้สูดดมมึนงง ปวดศีรษะและอาจหมดสติได้ ถ้าสัมผัสกับผิวหนังจะละลายไขมันออกจากผิวหนังทำให้เกิดเป็นโรคผิวหนังได้
สำหรับรถบรรทุกเล็ก รถแทรกเตอร์ เรือประมง เรือโดยสาร และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้เครื่องยนต์ดีเซลต้องใช้น้ำมัน
ดีเซลต้องใช้น้ำมันดีเซลซึ่งเป็นกลุ่มของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดสูงกว่าน้ำมันเบนซิน ได้มีการกำหนดคุณภาพของน้ำมันดีเซลด้วย เลขซีเทน โดยกำหนดให้ซีเทน     มีเลขซีเทน 100 และแอลฟาเมทิลแนฟทาลีน         มีเลขซีเทน 0 เลขซีเทนของน้ำมันดีเซลก็แปลความหมายได้เช่นเดียวกับเลขออกเทนของน้ำมันเบนซิน

                                     

                                             

ดีเซล  เป็นผลิตภัณฑ์น้ำมันที่ได้จากการกลั่นลำดับส่วนน้ำมันดิบแบ่งเป็น 2 ชนิด คือ ดีเซลหมุนเร็วหรือโซล่า เหมาะสำหรับเครื่องยนต์ความเร็วรอบสูงกว่า 1,000 รอบ/นาที และดีเซลหมุนช้าหรือขี้โล้ เหมาะสำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้ขับเคลื่อนเรือเดินทะเลและการผลิตกระแสไฟฟ้า

                                        

ดีโซฮอล์  เป็นน้ำมันเชื้อเพลิงที่ได้จากการผสมน้ำมันดีเซลกับเอทานอลชนิดที่มีความบริสุทธิ์ 99.5% ขึ้นไป แต่หากใช้เอทานอลชนิดที่มีความบริสุทธิ์ 95% จะต้องผสมสารเคมีประเภทอิมัลซิไฟเออร์ลงไปด้วย เพื่อทำให้เอทานอลกับน้ำมันดีเซลผสมเข้ากันโดยไม่แยกชั้น

               

                                           

ไบโอดีเซล   ในความหมายสากลเป็นเอสเทอร์ที่ผลิตจากน้ำมันพืชหรือน้ำมันสัตว์ โดยผ่านกระบวนการทางเคมีที่เรียกว่าtransesterification คือการนำน้ำมันพืชหรือน้ำมันสัตว์ไปทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ โดยมีกรดหรือเบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา จะได้เอสเทอร์กับกลีเซอรอลเป็นผลพลอยได้ ไบโอดีเซล ที่ได้มีชื่อเรียกตามชนิดของแอลกอฮอล์ ถ้าเป็นเมทิลแอลกอฮอล์จะเรียกว่าเมทิลเอสเทอร์ ถ้าเป็นเอทิลแอลกอฮอล์จะเรียกว่า เอทิลเอสเทอร์ สมการที่เกิดขึ้นเขียนแสดงได้ดังนี้

ปัจจุบันประเทศไทยใช้แก๊สธรรมชาติเป็นพลังงานหลัก (มากกว่าร้อยละ 60 ของพลังงานทั้งหมดที่ใช้) ในการผลิตกระแสไฟฟ้า การค้นพบแก๊สธรรมชาติในประเทศไทยมีส่วนสำคัญในการช่วยพัฒนาเศรษฐกิจและอุตสาหกรรมของประเทศ การพัฒนาการใช้ประโยชน์จากแก๊สธรรมชาติให้เกิดมูลค่าสูงสุดโดยผ่านกระบวนการของโรงแก๊สธรรมชาติได้ทำให้เกิดอุตสาหกรรมต่อเนื่องตามมาอีกมากมายโดยเฉพาะอย่างยิ่งอุตสาหกรรมปิโตรเคมี นักเรียนจะได้ศึกษาว่าแก๊สธรรมชาติประกอบด้วยแก๊สชนิดใด และการนำมาใช้ประโยชน์ทำได้อย่างไรจากหัวข้อต่อไป

การแยกแก๊สธรรมชาติ

แก๊สธรรมชาติและแก๊สธรรมชาติเหลว ประกอบด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนชนิดต่างๆ เช่น มีเทน อีเทน          โพรเพน บิวเทน เพนเทน กับสารที่ไม่ใช่ไฮโดรคาร์บอน ได้แก่คาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ไอปรอท และไอน้ำ     ดังแสดงในตาราง 12.3

ตาราง 12.3 องค์ประกอบของแก๊สธรรมชาติ (จากอ่าวไทย)

สารประกอบ	สูตรโมเลกุล	ร้อยละโดยปริมาตร
มีเทน		60 - 80
อีเทน		4 - 10
โพรเพน		3 - 5
บิวเทน		1 - 3
เพนเทน		1
คาร์บอนไดออกไซด์		15 - 25
ไนโตรเจน		ไม่เกิน 3
อื่นๆ (เฮกเซน ไอน้ำ ฮีเลียม) ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และปรอท)	-	น้อยมาก

                 

                                                           

ท่อส่งแก๊สธรรมชาติ  เป็นท่อที่ทำด้วยเหล็กกล้า (steel) ขนาดและความหนาของท่อขึ้นอยู่กับแรงดันที่ใช้ในการส่งแก๊ส และสภาพพื้นที่ในการวางท่อบนพื้นที่ภูเขา/ไม่มีชุมชน และในพื้นที่ชุมชน/พื้นที่ทำกิน ฝังท่อลึก 1-1.5 เมตร บริเวณพื้นที่ลอดใต้ถนนฝังท่อลึก 3 เมตร      ท่อส่งแก๊สจะถูกเคลือบผิวภายนอกเพื่อป้องกันการผุกร่อน สำหรับท่อในทะเลต้องทำการเคลือบ 2 ชั้น คือ การเคลือบเพื่อป้องกันการผุกร่อนและการพอกด้วยคอนกรีตเพื่อเพิ่มน้ำหนักให้ท่อจมลงยังพื้นท้องทะเล

แก๊สธรรมชาติที่ขุดเจาะขึ้นมาจากใต้พื้นดินจะมีทั้งสถานะของเหลวและแก๊สผสมกันอยู่ ส่วนที่เป็นของเหลวเรียกว่าแก๊สธรรมชาติเหลว และส่วนที่เป็นแก๊สเรียกว่าแก๊สธรรมชาติ กระบวนการแยกแก๊สธรรมชาติเป็นการแยกสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ปะปนกันอยู่ตามธรรมชาติออกเป็นแก๊สชนิดต่างๆ เพื่อนำไปใช้ประโยชน์สูงสุด

                                           กระบวนการแยกแก๊สประกอบด้วย การแยกสารประกอบที่ไม่ใช่สารประกอบไฮโดรคาร์บอน กำจัดออกโดยผ่านกระบวนการดังนี้
                -  หน่วยกำจัดสารปรอท เพื่อป้องกันการผุกร่อนของท่อจากการรวมตัวกับปรอท
                -  หน่วยกำจัดแก๊ส และ    เนื่องจาก     มีพิษและกัดกร่อน  ส่วน  ทำให้เกิดการอุดตันของท่อเพราะว่าที่ระบบแยกแก๊สมีอุณหภูมิต่ำมาก การกำจัด      ทำโดยใช้สารละลายโพแทสเซียมคาร์บอเนตผสมตัวเร่งปฏิกิริยา  ที่แยกออกมาได้นำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมการทำน้ำแข็งแห้ง น้ำยาดับเพลิง และฝนเทียม
                -  หน่วยกำจัดความชื้น เนื่องจากความชื้นหรือไอน้ำจะกลายเป็นน้ำแข็งอุดตันท่อในระบบแยกแก๊สเมื่อ อุณหภูมิต่ำมาก การกำจัดทำโดยการกรองผ่านสารที่มีรูพรุนสูงและสามารถดูดซับน้ำออกจากแก๊สได้ เช่น ซิลิกาเจล
                    แก๊สธรรมชาติที่ผ่านขั้นตอนการแยกสารประกอบที่ไม่ใช่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนออกไปแล้ว จะถูกส่งไปลดอุณหภูมิและทำให้แก๊สขยายตัวอย่างรวดเร็ว ที่หน่วยนี้แก๊สจะเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลว และส่งต่อไปยังหอกลั่นเพื่อแยกแก๊สมีเทนออกจากแก๊สธรรมชาติ ผ่านของเหลวที่เหลือซึ่งเป็นไฮโดรคาร์บอนผสมไปยังหอกลั่น เพื่อแยกแก๊สอีเทน แก๊สโพรเพน แก๊สปิโตรเลียมเหลว  และแก๊สโซลีนธรรมชาติหรือแก๊สธรรมชาติเหลว ขึ้นไป) แผนผังการแยกแก๊สธรรมชาติอย่างง่ายและตัวอย่างการนำแก๊สแต่ละชนิดไปใช้ แสดงดังรูป 12.10
    ปัจจุบันมีการอัดแก๊สปิโตรเลียมให้เป็นของเหลวแก๊สปิโตรเลียมเหลวมีเลขออกเทนประมาณ 130 ใช้เป็น
เชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์เพื่อทดแทนน้ำมันเบนซินและดีเซลได้ดี ช่วยให้เครื่องยนต์เผาไหม้ได้อย่างมีประสิทธิภาพและสะอาดปราศจากมลพิษในอากาศ

                                                                                 

ซิลิกาเจล มีสูตรโมเลกุล ม่ละลายน้ำและตัวทำละลาย ไม่มีกลิ่น ไม่เกิดปฏิกิริยากับสารอื่น ผลิตได้หลายวิธีจึงทำให้มีซิลิกาเจลหลายชนิดซึ่งมีขนาดของรูพรุนในโครงสร้างที่แตกต่างกัน เป็นสารที่ใช้ดูดความชื้นได้ดีมาก

แก๊สธรรมชาติและแก๊สปิโตรเลียมเหลว (LPG) เป็นแก๊สที่ไม่มีกลิ่น ในเชิงพาณิชย์จึงมีการเติมสารเมอร์แคปแทนซึ่งมีกลิ่นเหม็นเพื่อช่วยเตือนให้ทราบเมื่อมีการรั่วของแก๊สขึ้น          เมอร์แคปแทนเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีหมู่ -SH เกาะอยู่กับอะตอมคาร์บอน สารประกอบเมอร์แคปแทนที่เติมลงในแก๊สธรรมชาติอาจเป็นเมทิลเมอร์แคปแทน หรือเอทิลเมอร์แคปแทน                   หรือเทอร์เชียรีบิวทิลเมอร์แคปแทน  ก็ได้

 

                              รูป 12.10 แผนผังการแยกแก๊สธรรมชาติและนำไปใช้ประโยชน์

ประเทศไทยมีโรงแยกแก๊สที่ตำบลมาบตาพุด จังหวัดระยอง และที่อำเภอขนอม จังหวัดนครศรีธรรมราช แก๊สที่แยกได้ประกอบด้วยโพรเพนและบิวเทนซึ่งใช้เป็นเชื้อเพลิงในครัวเรือน ส่วนมีเทนจะส่งผ่านท่อไปยังโรงไฟฟ้าและโรงงานต่างๆ เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง นอกจากนี้ยังใช้มีเทนในการผลิตปุ๋ยเคมีอีกด้วย ส่วนอีเทนและโพรเพนใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมผลิตพลาสติกและเส้นใย

                การพบแก๊สธรรมชาติในประเทศไทยนับเป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญทางด้านอุตสาหกรรมปิโตรเคมี นักเรียนคิดว่ามีอุตสาหกรรมใดบ้างจัดเป็นอุตสาหกรรมปิโตรเคมี

ปิโตรเคมีภัณฑ์

อุตสาหกรรมปิโตรเคมีเกิดจากการนำสารประเภทไฮโดรคาร์บอนที่ได้จากการกลั่นน้ำมันดิบ และจากการแยกแก๊สธรรมชาติมาใช้เป็นวัตถุดิบเพื่อผลิตเคมีภัณฑ์ต่างๆ แบ่งได้ดังนี้

อุตสาหกรรมปิโตรเคมีขั้นต้น  เป็นการนำสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ได้จากแก๊สธรรมชาติหรือน้ำมันดิบมาผลิตสารโมเลกุลขนาดเล็กที่เรียกว่า มอนอเมอร์ เช่น นำอีเทนและโพรเพนมาผ่านกระบวนการเพื่อผลิตเอทิลีนและโพรพิลีน หรือใช้แนฟทาเป็นวัตถุดิบในการผลิตเบนซีน โทลูอีน และไซลีน หรือใช้เบนซีนทำปฏิกิริยากับเอทิลีนได้เป็นสไตรีนที่ใช้ผลิตพอลิสไตรีน

อุตสาหกรรมปิโตรเคมีขั้นต่อเนื่อง  เป็นการนำมอนอเมอร์จากอุตสาหกรรมปิโตรเคมีขั้นต้นมาผลิตพอลิเมอร์ที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่ขึ้น ผลิตภัณฑ์ที่ได้ในขั้นนี้อาจอยู่ในรูปของพลาสติก วัตถุดิบที่ใช้ผลิตเส้นใยสังเคราะห์ ยางสังเคราะห์ สารซักล้าง สารเคลือบผิวและตัวทำละลาย ผลิตภัณฑ์จากอุตสาหกรรมขั้นต่อเนื่องอาจนำไปใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้ดังแผนภาพที่แสดงดังรูป 12.11

 

                                       รูป 12.11 ขั้นตอนในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีและการใช้ประโยชน์

                               

ผลิตภัณฑ์หลายชนิดที่อยู่รอบตัวเราทำจากพอลิเมอร์สังเคราะห์ เช่น ภาชนะเมลามีน ขวดพีอีที (PET = polyethylene

terephthalate) ใช้บรรจุน้ำมันพืชและน้ำอัดลม ขวดเอชดีพีอี (HDPE = high density polyethylene) ใช้บรรจุน้ำดื่ม เส้นใยไนลอนใช้ทำถุงน่อง ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทำให้สามารถนำพอลิเมอร์มาผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ได้หลายรูปแบบ และใช้เป็นวัสดุทดแทนไม้ โลหะและแก้วได้เป็นอย่างดี