สาระน่ารู้ ตอน การกลั่นน้ำมันดิบ

การกลั่นน้ำมันดิบ  คือการย่อยสลายสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่เป็นส่วนประกอบของปิโตรเลียมออกเป็นกลุ่ม (Groups)หรือออกเป็น ส่วน (Fractions) ต่างๆโดยกระบวนการกลั่น (Distillation) ที่ยุ่งยากและซับซ้อนน้ำมันดิบในโรงกลั่นน้ำมันนั้นไม่เพียงแต่จะถูกแยก ออกเป็นส่วนต่างๆเท่านั้นแต่มลทิน (Impurities)ชนิดต่างๆเช่นกำมะถันก็จะถูกกจัดออกไปอีกโรงกลั่นน้ำมันอาจผลิตน้ำมันแก๊สและ เคมีภัณฑ์ที่แตกต่างกันออกมาได้มากมายถึง๘๐ ชนิดผลิตภัณฑ์ที่สำคัญที่สุดคือเชื้อเพลิงชนิดต่างๆจากน้ำมันส่วนที่เบากว่า(Lighter fractions)เช่นน้ำมันเบนซิน (Petrol หรือ Gasoline) พาราฟิน (Parafin หรือ Kerosene)เบนซีน(Benzene)แต่น้ำมันส่วนที่หนักกว่า Heavier fractions) เช่นน้ำมันดีเซล (Diesel) น้ำมันหล่อลื่น (Lubricants) และน้ำมันเตา (Fuel oils) ก็นับได้ว่ามีความสำคัญเช่นกัน นอกเหนือไปจากนี้ก็มีสารเหลือค้าง (Residues) อีกหลายชนิดเกิดขึ้นเช่น ถ่านโค้ก (Coke) แอสฟัลต์ (Asphalt) และบิทูเม็น (Bitumen) หรือ น้ำมันดิน (Tar) และขี้ผึ้ง (Wax หรือ Vaseline) ก็อาจได้รับการสกัดออกมารวมทั้งยังมีแก๊สชนิดต่างๆ เกิดขึ้นด้วย เช่นบิวเทน (Butane) และโพรเพน (Propane) น้ำมันส่วนที่หนักกว่าและแก๊สชนิดต่างๆที่เกิดขึ้นนั้นยังสามารถนำไปแปรรูปทางเคมีต่อ ไปทำให้เกิดเป็นแก๊สที่มีคุณค่าขึ้นอีกหลายชนิดรวมทั้งได้รับน้ำมันเตาในปริมาณที่มากขึ้นจากกระบวนการกลั่นลำดับส่วน (Fractionating process) ตามปกติอีกด้วยวิธีการกลั่นน้ำมันที่สำคัญๆในโรงกลั่นมีดังนี้

         (ก) การกลั่นลำดับส่วน (Fractional distillation)   วิธีการนี้คือการกลั่นน้ำมันแบบพื้นฐานซึ่งสามารถแยกน้ำมันดิบออกเป็นส่วน (Fractions) ต่างๆ กระบวนการนี้ใช้หลักการจากลักษณะของส่วนต่างๆของน้ำมันดิบที่มีค่าอุณหภูมิจุดเดือด(Boiling point) ที่ แตก ต่างกันออกไปและเป็นผลให้ส่วนต่างๆของน้ำมันดิบนั้นมีจุดควบแน่น (Condensation point) ที่แตกต่างกันออกไปด้วยน้ำมันดิบจาก ถังจะได้รับการสูบผ่านเข้าไปในเตาเผา (Furnace) ที่มีอุณหภูมิสูงมากพอที่จะทำให้ทุกๆส่วนของน้ำมันดิบแปรสภาพไปเป็นไอได้แล้วไอ น้ำมัน ดังกล่าวก็จะถูกส่งผ่านเข้าไปในหอกลั่นลำดับส่วน (Fractionating tower) ที่มีรูปร่างเป็นทรงกระบอกมีขนาดความสูงประมาณ ๓๐ เมตร และมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ ๒.๕ - ๘ เมตรภายในหอกลั่นดังกล่าวมีการแบ่งเป็นห้องต่างๆหลายห้องตามแนวราบ โดยมีแผ่นกั้นห้องที่มีลักษณะคล้ายถาดกลมโดยแผ่นกั้นห้องทุกแผ่นจะมีการเจาะรูเอาไว้ เพื่อให้ไอน้ำมันที่ร้อนสามารถผ่านทะลุขึ้นสู่ ส่วนบนของหอกลั่นได้ และมีท่อต่อเพื่อนำน้ำมันที่กลั่นตัวแล้วออกไปจากหอกลั่นเมื่อไอน้ำมันดิบที่ร้อนถูกส่งให้เข้าไปสู่หอกลั่นทางท่อ ไอจะเคลื่อนตัวขึ้นไปสู่ส่วนบนสุดของหอกลั่น และขณะที่เคลื่อนตัวขึ้นไปนั้นไอน้ำมันจะเย็นตัวลง และควบแน่นไปเรื่อยๆแต่ละส่วนของไอ น้ำมันจะกลั่นตัวเป็นของเหลวที่ระดับต่างๆในหอกลั่นทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของการควบแน่นที่แตกต่างกันออกไปน้ำมันส่วนที่เบากว่า (Lighter fractions) เช่น น้ำมันเบนซิน (Petrol) และ พาราฟิน (Parafin) ซึ่งมีค่าอุณหภูมิของการควบแน่นต่ำจะ กลายเป็นของเหลว ที่ห้องชั้นบนสุดของหอกลั่นและค้างตัวอยู่บนแผ่นกั้นห้องชั้นบนสุดน้ำมันส่วนกลาง (Medium fractions) เช่น ดีเซล (Diesel) น้ำ มัน แก๊ส (Gas oils) และ น้ำมันเตา (Fuel oils) บางส่วนจะควบแน่นและกลั่นตัวที่ระดับต่างๆตอนกลางของหอกลั่นส่วนน้ำมันหนัก (Heavy fractions) เช่น น้ำมันเตา และสารตกค้างพวกแอสฟัลต์ จะกลั่นตัวที่ส่วนล่างสุดของหอกลั่นซึ่งมีอุณหภูมิสูงและจะถูก ระบายออกไป จากส่วนฐานของหอกลั่นข้อเสียของกระบวนการกลั่นลำดับส่วน คือจะได้น้ำมันเบาประเภท ต่างๆ ในสัดส่วนที่น้อยมากทั้งที่น้ำมันเบา เหล่านี้ล้วนมีคุณค่าทางเศรษฐกิจสูง

         (ข) การกลั่นแบบเทอร์มอลแครกกิง (Thermal cracking)   กระบวนการนี้จะได้น้ำมันที่กลั่นแล้วคือน้ำมันเบนซิน (Petrol) เพิ่มสูงขึ้น เป็นร้อยละ ๕๐ ในปัจจุบันกระบวนการกลั่นแบบนี้เกิดขึ้นโดยการเอาน้ำมันดิบมาทำให้เกิดการแตกตัวในถังที่อุณหภูมิสูงกว่า ๑,๐๐๐ องศาฟาเรนไฮต์ที่ความกดดันมากกว่า ๑,๐๐๐ ปอนด์ต่อตารางนิ้วสภาวะอุณหภูมิที่สูงและความกดดันที่สูงทำให้สารประกอบ ไฮโดรคาร์บอนที่มีโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่เกิดการแยกตัวหรือแตกตัวเป็นน้ำมันส่วนเบาหรือเป็นสารไฮโดรคาร์บอนที่มีโมเลกุล ขนาดเล็กลงรวมทั้งมีจำนวนอะตอมของคาร์บอนน้อยลงและน้ำมันส่วนเบาซึ่งมีสภาพเป็นไอร้อนนี้ก็จะถูกปล่อยให้เข้าไปในหอกลั่นเพื่อ ควบแน่นและกลั่นตัวเป็นของเหลวต่อไป

        (ค) การกลั่นแบบคาตาลิติกแครกกิง (Catalytic cracking)   กระบวนการกลั่นนี้ได้รับการพัฒนาต่อเนื่องจากแบบดั้งเดิมที่กล่าวมาแล้ว ทั้งสองแบบเพื่อเพิ่มปริมาณน้ำมันที่กลั่นแล้วตลอดจนคุณภาพของน้ำมันที่กลั่นก็ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นโดยการเติมตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) เข้าไปในน้ำมันส่วนกลาง (Medium fractions) ซึ่งช่วยทำให้โมเลกุลน้ำมันแตกตัวหรือแยกตัวดีขึ้นโดยไม่มีผลต่อการ เปลี่ยนแปลงส่วนประกอบทางเคมีของน้ำมันตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ในรูปของผงแพลทินัม (Platinum) หรือดินเหนียว (Clay) ที่มีขนาด อนุภาคละเอียดมากผงตัวเร่งปฏิกิริยาจะสัมผัสกับไอน้ำมันร้อนในเตาปฏิกรณ์ (Reactor) ทำให้ไอน้ำมันเกิดการแตกตัวหรือแยกตัว เป็นน้ำมันส่วนที่เบาเช่น น้ำมันเบนซิน (Petrol) แล้วก็ควบแน่นกลั่นตัวในที่สุดโดยทิ้งอะตอมของคาร์บอนและมลทินไว้กับอนุภาคของ ดินเหนียวตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีคาร์บอนเคลือบอยู่ก็จะถูกปล่อยให้ไหลออกจากเตาปฏิกรณ์เข้าสู่รีเจนเนอเรเตอร์ (Regenerator) ซึ่ง คาร์บอนจะถูกเผาไหม้ไปในกระแสอากาศกระบวนการกลั่นแบบนี้จึงเป็นการใช้ ปฏิกิริยาทางเคมีกระทำต่อน้ำมันดิบซึ่งช่วยแยก โมเลกุลของไฮโดรคาร์บอนชนิดต่างๆ ออกจากกันรวมไปถึงการกำจัดมลทินต่างๆเช่น สารประกอบของกำมะถันสารเมอร์แคบแทนส์ (Mercaptans) ที่มีกลิ่นฉุนอโรเมติกส์ (Aromatics) และ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ออกไปอีกด้วย

        (ง) การกลั่นแบบโพลีเมอไรเซชั่น (Polymerization)   กระบวนการกลั่นแบบแครกกิง (Cracking) ช่วยปรับปรุงน้ำมันเบนซินให้มี ปริมาณมากขึ้นโดยการแยกน้ำมันส่วนที่หนักกว่าออกไปแต่การกลั่นแบบโพลีเมอไรเซชั่นเป็นการเพิ่มปริมาณน้ำมันเบนซินจากน้ำมัน ส่วนที่เบาที่สุด (Lightest fractions) ซึ่งก็คือแก๊สนั่นเองโดยทั่วๆไปจะถูกเผาทิ้งไปแก๊สเหล่านี้ได้รับการนำมารวมกันเป็นสารประกอบที่ มีโมเลกุลใหญ่ขึ้นและทำให้สามารถเพิ่มปริมาณน้ำมันเบนซินที่กลั่นได้รวมไปถึงการเพิ่มปริมาณออกเทน (Octane content) อีกด้วย

1.ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการกลั่นน้ำมันดิบ 

        1.1 ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (Liquefied Petroleum Gas ; LPG)   ก๊าซปิโตรเลียมเหลว หรือก๊าซหุงต้ม หรือแอลพีจี เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากส่วนบนสุดของหอกลั่นในกระบวนการกลั่นน้ำมัน หรือผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการแยกก๊าซธรรมชาติ ก๊าซปิโตรเลียมเหลวมีจุดเดือดต่ำมาก จะมีสภาพเป็นก๊าซในอุณหภูมิและความดันบรรยากาศ ดังนั้น ในการเก็บรักษาก๊าซปิโตรเลียมเหลวจะต้องเพิ่มความดันหรือลดอุณหภูมิ เพื่อให้ก๊าซปิโตรเลียมเหลวเปลี่ยนสภาพจากก๊าซเป็นของเหลว เพื่อความสะดวกและประหยัดในการเก็บรักษา ก๊าซปิโตรเลียมเหลวใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ดี และเวลาลุกไหม้ให้ความร้อนสูง และมีเปลวสะอาดซึ่งโดยปกติจะไม่มีสีและกลิ่น แต่ผู้ผลิตได้ใส่กลิ่นเพื่อให้สังเกตได้ง่ายในกรณีที่เกิดมีก๊าซรั่วอันอาจก่อให้เกิดอันตรายได้ การใช้ประโยชน์ ก็คือ การใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับหุงต้ม เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์และรถยนต์ รวมทั้งเตาเผาและเตาอบต่าง ๆ 

        1.2 น้ำมันเบนซิน (Gasolin)   น้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์เบนซิน หรือเรียกว่าน้ำมันเบนซิน ได้จากการปรับแต่งคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่นน้ำมันโดยตรง และจากการแยกก๊าซธรรมชาติเหลว น้ำมันเบนซินจะผสมสารเคมีเพิ่มคุณภาพ เพื่อให้เหมาะกับการใช้งาน เช่น เพิ่มค่าออกเทน สารเคมีสำหรับป้องกันสนิมและการกัดกร่อนในถังน้ำมันและท่อน้ำมัน เป็นต้น 

        1.3 น้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบินใบพัด (Aviation Gasoline)  ใช้สำหรับเครื่องบินใบพัด มีคุณสมบัติคล้ายกับน้ำมันเบนซินในรถยนต์ แต่ปรุงแต่งคุณภาพให้มีค่าออกเทนสูงขึ้น ให้เหมาะสมกับเครื่องยนต์ของเครื่องบินซึ่งต้องใช้กำลังขับดันมาก 

        1.4 น้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบินไอพ่น (Jet Fuel)   ใช้เป็นเชื้อเพลิงไอพ่นของสายการบินพาณิชย์เป็นส่วนใหญ่ มีช่วงจุดเดือดเช่นเดียวกับน้ำมันก๊าดแต่ต้องสะอาดบริสุทธิ์มีคุณสมบัติบางอข่างดีกว่าน้ำมันก๊าด

        1.5 น้ำมันก๊าด (Kerosene)   ประเทศไทยรู้จักใช้น้ำมันก๊าดตั้งแต่สมัยรัชกาลที่ 5 แต่เดิมใช้เพื่อจุดตะเกียงแต่ปัจจุบัน ใช้ประโยชน์หลายประการ เช่น เป็นส่วนผสมสำหรับยาฆ่าแมลง สีทาน้ำมันชักเงา ฯลฯ 

        1.6 น้ำมันดีเซล (Diesel Fuel)   เครื่องยนต์ดีเซล เป็นเครื่องยนต์ที่มีพื้นฐานการทำงานแตกต่างจากเครื่องยนต์เบนซิน คือ การจุดระเบิดของเครื่องยนต์ดีเซลใช้ความร้อนซึ่งเกิดขึ้นจากการอัดอากาศอย่างสูงในลูกสูบ มิใช่เป็นการจุดระเบิดของหัวเทียนเช่นในเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซิน ปัจจุบันเราใช้ประโยชน์ได้หลากหลายมักเป็นเครื่องมือและอุปกรณ์ที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจ เช่น รถบรรทุก รถโดยสาร รถแทรกเตอร์ เป็นต้น 

        1.7 น้ำมันเตา (Fuel Oil)   น้ำมันเตาเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเตาต้มหม้อน้ำ และเตาเผาหรือเตาหลอมที่ใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ เครื่องยนต์เรือเดินสมุทรและอื่น ๆ 

        1.8 ยางมะตอย (Asphalt) ยางมะตอยเป็นผลิตภัณฑ์ส่วนที่หนักที่สุดที่เหลือจากการกลั่นน้ำมันเชื้อเพลิง และนำยางมะตอยที่ผ่านกรรมวิธีปรับปรุงคุณภาพจะได้ยางมะตอยที่มีคุณสมบัติดีขึ้น คือ มีความเฉื่อยต่อสารเคมีและไอควันแทบทุกชนิด มีความต้านทานสภาพอากาศและแรงกระแทกกระเทือน มีความเหนียวและมีความยืดหยุ่นตัวต่ออุณหภูมิระดับต่าง ๆ ดี 

1 ผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่ได้จากการกลั่นลำดับส่วนน้ำมันดิบ