Transcript
25
หนวยการเรยนรท 2 เรอง ผลตภณฑปโตรเลยม
***************************************************************************** น ำมนเปนแหลงพลงงำนทส ำคญ ทงในชวตประจ ำวน และในวงกำรอตสำหกรรม ซงสวนใหญตองใชน ำมนเปนเชอเพลง น ำมนทกชนดตงแตน ำมนเบนซน น ำมนกำด น ำมนดเซล และน ำมนหลอลน ไดมำจำกกำรกลนน ำมนปโตรเลยมทงสน 2.1 ปโตรเลยม (Petroleum) น ำมนปโตรเลยมหรอน ำมนดบ เกดขนในธรรมชำตจำกกำรทบถมของซำกพชและสตวเปนเวลำนำนนบลำน ๆ ป พบอยตำมชนของหนและมกจะมกำซธรรมชำตเกดปนอยดวย เชอกนวำกำซธรรมชำตและน ำมนปโตรเลยมเหลำนเกดจำกสำรอนทรย เชน คำรโบไฮเดรต ไขมน และโปรตนในซำกพชและสตวทตำยทบถมกน สำรเหลำนจะถกยอยสลำยจนกลำยเปนปโตรเลยมภำยใตสภำวะไรออกซเจน ดวยเอนไซมจำกจลนทรย โดยมควำมรอนใตผวโลกและควำมดนจำกชนหนและดนเปนตวชวย กำรส ำรวจหำแหลงปโตรเลยมหรอแหลงน ำมนดบอำจจะท ำไดหลำยวธ เชน ทำงธรณวทยำ ใชขอมลพนฐำนจำกภำพถำยดำวเทยม ภำพถำยแผนทอำกำศ แผนทและรำยงำนทำงธรณวทยำ จำกนนจงส ำรวจธรณวทยำพนผวโดยกำรเกบและวเครำะหตวอยำงดนจำกผวดน กำรส ำรวจทำงธรณวทยำ จะชวยใหคำดคะเนโครงสรำง และชนดของหนวำมโอกำสเกบกกปโตรเลยมมำกนอยเพยงใด นอกจำกนกำรส ำรวจทำงธรณฟสกส จะสำมำรถบอกแหลง ขอบเขตและลกษณะโครงสรำงและรปทรงของแองเกบกกปโตรเลยม โดยวธวดควำมเขมของสนำมแมเหลกโลกท ำใหทรำบชนด ควำมหนำ ขอบเขต ควำมกวำงใหญของแองและควำมลกของชนหน กำรวดควำมโนมถวงของโลกท ำใหทรำบวำชนหนบรเวณนนเปนชนดใด กำรวดคลนควำมไหวสะเทอนท ำใหทรำบรปรำง และลกษณะโครงสรำงของแหลงชนหนอยำงละเอยด ท ำใหนกธรณวทยำสำมำรถระบไดวำชนหนบรเวณใดมโอกำสเปนแหลง ปโตรเลยม และมปรมำณมำกนอยเพยงใด
รปท 2.1 แหลงน ำมนปโตรเลยมและกำซธรรมชำต
26
หลงจำกทรำบขอมลเบองตนวำมโอกำสทจะพบแหลงปโตรเลยม จงจะด ำเนนกำรคนหำแหลงปโตรเลยมทแนนอนเพอท ำกำรขดเจำะตอไป กำรเจำะส ำรวจเปนขนตอนทท ำใหทรำบควำมยำกงำยของกำรขดมำใช และท ำใหทรำบวำเปนแหลงของกำซธรรมชำต หรอน ำมนดบ หรอทงสองอยำง รวมทงท ำใหทรำบวำมปรมำณส ำรองมำกนอยเพยงใด พอทจะผลตในเชงเศรษฐกจหรอไม หลงจำกเจำะพบปโตรเลยมแลว หลมทมควำมดนภำยในสง ปโตรเลยมจะถกดนใหไหลพงขนมำเอง หลมทมควำมดนภำยในต ำ จะตองเพมแรงดนจำกภำยนอกเขำไปชวย หลงจำกไดปโตรเลยมหรอน ำมนดบแลว ตองน ำมำกลนเพอใหไดสำรทมสมบตเหมำะสมกบงำนแตละชนด น ำมนดบเปนของเหลวผสมของสำรประกอบไฮโดรคำรบอนมสด ำและเหนยวหนด องคประกอบคอนขำงจะซบซอนและเปลยนแปลงไปตำมแหลงทเกด มทงไฮโดรคำรบอนทอมตวหลำยชนด ปนกนอย ทงทมคำรบอนตอกนเปนโซตรง เชน อลเคนทม C1 - C30 เปนโซกง เชน อลเคนทม C6 - C8 และตอกนเปนวง เชนอนพนธของ ไซโคลเพนเทน ,ไซโคลเฮกเซน และ อะโรมำตกไฮโดรคำรบอน ไฮโดรคำรบอนเหลำนมขนำดโมเลกลตำง ๆ กนตงแตโมเลกลเลก ๆ ทมเพยงอะตอมเดยว จนถงโมเลกลใหญทมคำรบอนมำกกวำ 100 อะตอม สำรประกอบเหลำนมมวลโมเลกล ควำมหนำแนน และจดเดอดแตกตำงกน เมอน ำไปใชเปนเชอเพลงจงใหพลงงำนไมเทำกน กำรจะน ำน ำมนดบไปใชตำมวตถประสงคตำง ๆ จะตองหำวธกำรแยกสำรตำง ๆ ทผสมรวมกนอยในน ำมนดบนนออกจำกกนกอน ส ำหรบกำซธรรมชำต สวนใหญจะเปนกำซ CH4 (ประมำณ 80%) ทเหลอเปนกำซ C2H6 C3H8 , และ C4H10 รวมกน นอกจำกนยงมกำซอน ๆ เชน CO2 , N2 , H2S , และ H2 กำซทจะน ำไปใชงำน จงตองผำนกระบวนกำรแยกสงทไมตองกำรออกกอน ซงคอนขำงจะซบซอน เนองจำกน ำมนดบประกอบดวยไฮโดรคำรบอนหลำยชนดปนกนอย ซงไมสำมำรถน ำไปใชประโยชนได จงตองแยกออกจำกกนกอน และน ำสำรแตละชนดไปใชตำมควำมเหมำะสม กำรแยกสำรประกอบไฮโดรคำรบอนในน ำมนดบ ใชวธกำรกลนล ำดบสวน โดยกำรใหควำมรอนแกน ำมนดบ ท ำใหเกอบทงหมดระเหยกลำยเปนไอขนไปในหอกลนพรอม ๆ กน จำกนนจงเกดกำรควบแนนเปนชวงตำมอณหภม เชอกนวำในกำรกลนล ำดบสวนน ำมนดบแตละครงจะมผลตภณฑทเปนสำรประกอบไฮโดรคำรบอนเกดขนประมำณ 500 ชนด ท ำใหไมสำมำรถแยกสำรแตละชนดออกจำกกนใหบรสทธทงหมดได Dr. F. D. Rossini แหง National Bureau of Standard ประเทศสหรฐอเมรกำ ไดใชควำมพยำยำมแยกสำรตำง ๆ ออกจำกน ำมนดบ ปรำกฏวำไดถง 170 ชนด ทงนเนองจำก ไฮโดรคำรบอนบำงชนดมจดเดอดใกลเคยงกนมำก สำรเหลำนมสมบตคลำยกนรวมทงใหพลงงำนใกลเคยงกนสำมำรถใชรวมกนได จงไมจ ำเปนทจะตองแยกออกจำกกน ดงนน ผลตภณฑทไดจำกกำรกลนล ำดบสวนน ำมนดบในแตละชวงของอณหภมจงประกอบดวยไฮโดรคำรบอนทมจดเดอดใกลเคยงกนหลำยชนดรวมกน กำรเลอกชวงอณหภมของผลตภณฑจะขนอยกบชนดของน ำมนดบ และจดประสงคของโรงกลนวำตองกำรผลตภณฑในลกษณะใด
27
กอนกำรกลนอำจจะตองท ำใหน ำมนดบบรสทธมำกกวำเดมกอน เชน แยกเอำน ำ ดน และทรำยทปนอยออกกอน แลวจงน ำไปกลนล ำดบสวนแยกสวนตำง ๆ ของน ำมนออกตำมชวงของอณหภม สวนใหญ เมอน ำไปกลนในตอนแรกจะไดผลตภณฑหลกคอ น ำมนเบนซน (petrol หรอ gasoline) น ำมนกำด (kerosene) , gas oil (เชน น ำมนดเซล น ำมนหลอลน) และน ำมนเตำ (fuel oil) สวนทเหลอน ำไปกลนใหมภำยใตควำมดนต ำ ๆ จะไดเปนไข (paraffin wax) และบทเมน (bitumen) เปนตน ปรมำณขององคประกอบตำง ๆ ของน ำมนจะไมเทำกน จะขนอยกบแหลงก ำเนดของน ำมนดบนน
รปท 2.2 ผลตภณฑทไดจำกกำรกลนล ำดบสวนน ำมนดบจำกแหลงตำงๆ ของโลก
โดยทว ๆ ไป เมอน ำน ำมนดบมำกลนล ำดบสวนจะไดผลตภณฑตำง ๆ แยกออกมำตำมชวงของอณหภม ดงแผนภำพตอไปน
28
รปท 2.3 แผนภำพแสดงกำรกลนล ำดบสวนน ำมนดบ
ผลตภณฑทได จะน ำไปใชประโยชนตำง ๆ กนในตำรำงท 2.1
29
ตำรำงท 2.1 ผลตภณฑตำง ๆ ทไดจำกกำรกลนล ำดบสวนน ำมนดบ ชอผลตภณฑ จดเดอด
(0C) สถำนะ จ ำนวน C
ในโมเลกล กำรใชประโยชน
กำซปโตรเลยม petroleum gas
ต ำกวำ 30 กำซ 1 - 4 ใชเปนเชอเพลง เชน buta gas ท ำสำรเคมและวสดสงเครำะห
น ำมนเบนซนหรอแนฟทำเบำ (gasoline or light naphtha)
0 - 65 ของเหลว 5 - 6 ใชเปนเชอเพลงในเครองยนตกำซโซลน
แนฟทำหนก (heavy naphtha)
65 - 170 ของเหลว 6 - 10 ใชเปนเชอเพลงในเครองยนตกำซโซลน และเปนตวท ำละลำย
น ำมนกำด (kerosine)
170 - 250 ของเหลว 10 - 14 ใชเปนเชอเพลงใหแสงสวำง หงตม และเปนเชอเพลงของเครองบนไอพน
น ำมนดเซล (diesal oil)
250 - 340 ของเหลว 14 - 35 ใชเปนเชอเพลงในเครองยนตดเซล
น ำมนหลอลน (lubricating oil)
340 - 500 ของเหลว 19 - 35 ใชเปนน ำมนหลอลน น ำมนเครอง
ไข (wax) 340 - 500 ของแขง 19 - 35 ใชท ำเทยนไข เครองส ำอำง ยำขดมน และเปนวตถดบส ำหรบผลตผงซกฟอก
น ำมนเตำ (fuel oil)
สงกวำ 500 ของเหลว มำกกวำ 35 ใชเปนเชอเพลงเครองจกร
บทเมน (bitumen)
สงกวำ 500 ของแขง มำกกวำ 35 ใชเปนยำงมะตอยส ำหรบสรำงถนน เปนของแขงทออนตวและเหนยวหนดไดเมอถกควำมรอน ใชเปนวตถกนซม เชน อดรของหลงคำได
Gasoline refining เนองจำกสวนตำง ๆ ทไดจำกกำรกลนน ำมนดบยงมสงเจอปนอยซงไมเหมำะทจะน ำไปใช โดยเฉพำะในสวนของน ำมนเบนซน (gasoline) อำจจะยงมสำรประกอบของก ำมะถนและของสำรประกอบไมอมตวปนอยดวย จงตองกลนอกครงกอนน ำไปใชกบเครองยนต มขนตอนดงน
30
1. ผสมกบ 98 % H2SO4 เพอดดสำรประกอบของก ำมะถนและสำรไมอมตวออกกอน 2. ใช adsorption process (กระบวนกำรดดซบ) เพอแยก thioalcohol ( R - S - H) ออกไป
เชนใช CuCl2 หรอ NaOCl ( sodium hypochlorite) 2 R - S - H + 2 CuCl2 R - S - S - R + 2CuCl + 2HCl 2R - S - H + O
NaOCl R - S - S - R + H2O สำรประกอบของก ำมะถนทปนอยในน ำมนเบนซน ตองเอำออกใหหมด เพรำะถำเหลอไว ในขณะทเกดกำรเผำไหมจะม SO2 เกดขน ซงกำซนสำมำรถกดกระบอกลกสบของเครองยนต และยงท ำใหน ำมนมสมบตในกำรกระตก (knock) ในปจจบนไดมกำรเตมสำรกนกระตก ลงไปในน ำมนดวยคอ (C2H5)4 Pb ซงถำม S อยในน ำมนจะรวมกบ Pb กลำยเปน PbS และสำรประกอบไมอมตวตำง ๆ กตองก ำจดออกเชนเดยวกน เพรำะสำรเหลำนนสำมำรถรวมตวกนเปนสำรเหนยว ๆ (gums) ซงท ำใหสมบตของน ำมนลดลงได
เลขออกเทนกบคณภาพของน ามนเบนซน น ำมนเบนซนทใชกบเครองจกรซงมระบบกำรเผำไหมภำยใน ถำเปนน ำมนทมคณภำพดจะท ำใหเครองยนตเดนเรยบไมมกำรกระตก แตถำน ำมนมคณภำพไมด จะท ำใหเครองยนตเดนไมเรยบ เกดกำรกรตกเปนระยะ ซงกำรกระตกของเครองยนตน ท ำใหสนเปลองพลงงำนหรอสนเปลองน ำมนเพมขน ดงนนกำรก ำหนดคณภำพของน ำมนเบนซน จงนยมพจำรณำจำกอตรำกำรกระตกของเครองยนต ถำท ำใหเครองยนตเกดกำรกระตกมำก จะจดวำเปนน ำมนทมคณภำพไมด ถำท ำใหเครองยนตไมกระตก หรอกระตกนอยมำกจะจดวำเปนน ำมนทมคณภำพด กำรวดอตรำกำรกระตก นยมบอกกนเปน “เลขออกเทน” (Octane number) ถำน ำมนมเลขออกเทนสง จะมคณภำพด ท ำใหเครองยนตเดนเรยบ มกำรกระตกนอย ถำน ำมนมเลขออกเทนต ำ จะมคณภำพไมด ท ำใหเครองยนตกระตกมำกสนเปลองน ำมน เนองจำกน ำมนเบนซนทกลนได มไฮโดรคำรบอนทม 5 - 1 อะตอม เปนสวนใหญท ำใหมสมบตแตกตำงกนไปตำมชนดและปรมำณของไฮโดรคำรบอน จำกกำรศกษำไฮโดรคำรบอนทเปนไอโซเมอรกน พบวำ ไฮโซเมอรทมโครงสรำงแบบโซกงใชเปนเชอเพลงทมคณภำพดกวำแบบโซตรง โดยเฉพำะไอโซเมอรของออกเทนทเรยกวำ ไอโซออกเทน ใชเปนเชอเพลงทเหมำะสมกบเครองยนตกำซโซลนมำก ท ำใหเครองยนตเดนเรยบ และพบวำ เฮปเทน หรอนอรมอลเฮปเทน ซงเปนไฮโดรคำรบอนแบบโซตรงมคณภำพไมเหมำะกบเครองยนตเลย ท ำใหเครองยนตกระตกมำก
CH3 - C - CH2 - CH - CH3
CH3 CH3
CH3
CH3 - CH2 - CH2 - CH2 -CH2 - CH2 - CH3
ไอโซออกเทน เฮปเทน
31
ไอโซออกแทนเปนชอทำงกำรคำ หรอชอ สำมญ ชอตำมระบบ IUPAC คอ 2,3,4-trimethylpentane กำรก ำหนดเลขออกเทนจงอำศยไอโซออกเทนและเฮปเทนเปนหลก ดงน
ก ำหนด เฮปเทนมเลขออกเทน = 0 ไอโซออกเทนมเลขออกเทน = 100
คำออกเทนอน ๆ ไดจำกกำรผสมระหวำง เฮปเทนกบไอโซออกเทน โดยคดจำก % ของไอโซออกเทนในสำรผสม เชน * ถำมไอโซออกเทน 80 % มเฮปเทน 20 % เรยกวำมเลขออกเทน 80 * ถำมไอโซออกเทน 70 % มเฮปเทน 30 % เรยกวำมเลขออกเทน 70 น ำมนเบนซนทมสมบตกำรเผำไหมเชนเดยวกบไอโซออกเทน จงมเลขออกเทน 100 ในขณะทน ำมนเบนซนทมสมบตกำรเผำไหมเชนเดยวกบเฮปเทนจะมเลขออกเทนเปน 0
น ำมนเบนซนทมสมบตกำรเผำไหมเชนเดยวกบเชอเพลงทประกอบดวยไอโซออกเทน 90 % และ เฮปเทน 10 % เรยกวำมเลขออกเทนเปน 90 และ น ำมนเบนซน ทมสมบตกำรเผำไหมเชนเดยวกบเชอเพลงทประกอบดวย ไอโซออกเทน 95 % และ เฮปเทน 5 % เรยกวำมเลขออกเทนเปน 90 เปนตน
น ำมนเบนซนทมเลขออกเทนสงจะมคณภำพดกวำน ำมนเบนซนทมเลขออกเทนต ำ
ตำรำงท 2.2 ควำมสมพนธระหวำงเลขออกเทนกบโครงสรำงโมเลกลของไฮโดรคำรบอน
สตรโครงสรำง ชอ เลขออกเทน n-alkanes CH3 - CH2 - CH3 CH3 - CH2 - CH2 - CH3 CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3
n - propane n - butane n - pentane n - hexane n - heptane n - octane
100 60 62 26 0
-17
32
CH3
CH3
CH3
สตรโครงสรำง ชอ เลขออกเทน
isoalkane
CH3 - CH - CH2 - CH3CH3
CH3
CH3 - CH - CH2 - CH2 -CH3
CH3 - CH - CH2 - CH2 -CH2 -CH3CH3
isopentane isohexane isoheptane
90
74
55
alkene CH2 = CH - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 CH3 - CH = CH - CH2 - CH2 - CH3
1 - hexene 2 - hexene
85
100
aromatic hydrocarbons
CH3
benzene toluene
108 100
isomers of heptane
CH3
CH3 - CH - CH2 - CH2 -CH2 -CH3
CH3
CH3 - CH2 - CH - CH2 -CH2 -CH3
CH3 - C - CH2 - CH2 - CH3CH3
CH3
CH3
CH3CH3 - CH - CH - CH2 - CH3
2 -methyhexane 3 -methyhexane 2,2-dimethylpentane 2,3-dimethylpentane
55
56
80
94
33
CH3
CH3
CH3 - CH2 - C - CH2 - CH3
CH3
CH3
CH3 - C - CH - CH3CH3
3,3-dimethylpentane 2,2,3-trimethylbutane
98
101
isomers of hexane CH3 - CH2 - CH -CH2 -CH3
CH3CH3
CH3CH3 - C - CH2 = CH3
CH3 - CH - CH - CH3CH3
CH3
3-methylpentane 2,2,-dimethyl -butane 2,3,-dimethyl -butane
74
94
95
การปรบปรงคณภาพของน ามนเบนซน กำรปรบปรงคณภำพของน ำมนเบนซนกคอ กำรเพมเลขออกเทนใหแกน ำมนนนเอง ทงนเพรำะน ำมนทมเลขออกเทนสงจะท ำใหเครองยนตเกดกำรกระตกนอยกวำ น ำมนทเลขออกเทนต ำ กลำวไดวำน ำมนทมเลขออกเทนสงจะมคณภำพดกวำพวกทมเลขออกเทนต ำ ในกำรกลนน ำมนดบจะมสวนหนงของน ำมนทมเลขออกเทนสง และมบำงสวนทมเลขออกเทนต ำ โดยเฉพำะสวนทมโมเลกลขนำดใหญ ถำเรำตองกำรใหไดน ำมนทมเลขออกเทนสงทงหมด ตองลงทนเพมขนอกมำก ท ำใหมรำคำแพง ดงนนนกวทยำศำสตรจงไดพยำยำมหำวธเพมคณภำพ หรอเพมเลขออกเทนของน ำมนเบนซนดวยกำรเตมสำรบำงอยำงลงไป ซงสำรทเตมลงไปนนจะชวยใหเครองยนตลดกำรกระตก Dr. Thomas Midgley พบวำถำเตมเตตระเอทลเลด (C2H5)4Pb จ ำนวนหนงลงไปในน ำมนเบนซนจะชวยท ำใหเครองยนตเกดกำรกระตกนอยลงเปนกำรเพมเลขออกเทนของน ำมนใหมคณภำพสงขน เรยกสำรซงมสมบตในกำรลดกำรกระตกของเครองยนตวำ สำรกนกระตก (antiknock) สำรกนกระตกนอกจำกเตตระเอทลเลดแลวยงมเตตะเมทลเลด (CH3)4Pb สำรทงสองชนดเปนของเหลว ใส ไมมส ไมละลำยน ำ แตละลำยในเบนซน เมอน ำมนถกเผำไหม เตตะเอทลเลดจะกลำยเปนออกไซด และคำรบอนเนตของตะกวปนละอองปนอยในอำกำศ ซงเปนพษตอมนษยและสตว โดยสะสมอยในตบท ำใหตบมประสทธภำพในกำรท ำงำนลดต ำลง
34
กำรเตมสำรกนกระตกท ำใหน ำมนมสมบตดขน แตอยำงไรกตำมเนองจำกเปนสำรตะกวเมอเกดกำรเผำไหม จะเกดตะกวและตะกวออกไซด ไปจบทลกสบของเครองยนต ซงเปนผลเสยตอตวเครองยนต ดงนนในเวลำตอมำจงไดมกำรแกไขใหดขนโดยกำรเตมสำรผสมระหวำง เอทลนไดโบรไมด และเอทลนไดคลอไรด ซงเรยกรวมกนวำ เอทล ฟลอด (ethyl fluid) ลงไป สำรทงสอง 2 ชนดทเตมลงไปนจะสำมำรถท ำปฏกรยำกบตะกวกลำยเปน เลดโบรไมด และเลดคลอไรด ซงไมจบลกสบของเครองยนต แตกลบกลำยเปนไอปนออกมำกบทอไอเสย ซงกอใหเกดอำกำศเปนพษเนองจำกสำรตะกว ดงนนกำรเตมสำรเหลำนลงไปในน ำมน แมจะเพมเลขออกเทนของน ำมนไดแตกมผลเสยตอสงแวดลอมท ำใหอำกำศเปนพษ ในปจจบนนกวทยำศำสตรไดพยำยำมหำวธปรบปรงคณภำพของน ำมนใหดขนโดยใหเกดผลเสยนอยทสด บำงประเทศจงใชสำรเคมชนดอน เชน เมทลเทอรเชยรบวทลอเทอร (MTBE) แทนสำรประกอบตะกว และเรยกน ำมนเบนซนชนดนวำ น ำมนไรสำรตะกว หรอ ยแอลจ (ULG = unleaded gasoline) เลขซเทนกบน ามนดเซล เลขซเทน (Cetane number) ใชก ำหนดคณภำพของน ำมนดเซล เชนเดยวกบเลขออกเทนทใชก ำหนดคณภำพของน ำมนเบนซน โดยก ำหนดใหสำรซเทน (C16H34) มเลขซเทนเทำกบ 100 และแอลฟำเมทลแนพทำลน (C11H10) มเลขซเทนเทำกบ 0 สตรโครงสรำงของซเทนและแอลฟำเมทลแนพทำลน เปนดงน
CH3 - (CH2)14 - CH3
CH3
ซเทน แอลฟาเมทลแนฟทาลน การเพมคณภาพและปรมาณของน ามน
กำรเพมเลขออกเทนของน ำมน นอกจำกจะท ำไดโดยกำรเตมสำรกนกระตกลงไปแลว ยงสำมำรถท ำไดอกหลำยวธ ทงนไดจำกกำรศกษำโครงสรำงของไฮโดรคำรบอนทใชเปนน ำมน บำงโครงสรำงจะมเลขออกเทนสง และบำงโครงสรำงจะมเลขออกเทนต ำ เมอกลนน ำมนดบจะไดไฮโดรคำรบอนทมโครงสรำงตำง ๆ ปนกนออกมำ ถำทรำบวำโครงสรำงแบบใดมเลขออกเทนสง กพยำยำมเปลยนโครงสรำงของไฮโดรคำรบอนอน ๆ ทมเลขออกเทนต ำใหกลำยเปนสวนทมเลขออกเทนสง ซงจะท ำใหคณภำพของน ำมนดขน
35
จำกตำรำงท 2.2 จะเหนไดวำขนำดและโครงสรำงโมเลกลของไฮโดรคำรบอนมสวนสมพนธกบเลขออกเทน พวกไอโซเมอรทโครงสรำงแบบโซกงจะมเลขออกเทนสงกวำพวกไอโซเมอรแบบโซตรง พวกทตอกนเปนวงจะมเลขออกเทนสงกวำพวกทไมเปนวง ขนำดของโมเลกลไฮโดรคำรบอนประมำณ 6 - 10 อะตอม จะมเลขออกเทนคอนขำงสง ดงนนกำรปรบปรงคณภำพของน ำมนในปจจบน จงไดพยำยำมทจะผลตไฮโดรคำรบอนทมขนำดและโครงสรำงซงมเลขออกเทนสงออกมำมำก ๆ เชน ท ำใหโมเลกลใหญ ๆ ทมคำรบอนมำก ๆ แตกสลำยกลำยเปนโมเลกลเลกตำมขนำดทตองกำร ซงนอกจำกจะเปนกำรเพมเลขออกเทนแลว ยงเปนกำรเพมปรมำณของน ำมนดวย นอกจำกนกพยำยำมหำวธเปลยนโครงสรำงโมเลกลแบบโซตรงใหเปนโซกง หรอท ำใหโครงสรำงเปนแบบอะโรมำตกไฮโดรคำรบอนวธกำรตำง ๆ ดงกลำวนนอกจำกจะท ำใหไดเชอเพลงทมคณภำพดขน มเลขออกเทน หรอเลขซเทนสงขนแลว ยงไดปรมำณเชอเพลงเพมขนดวย กำรเพมปรมำณและคณภำพของเชอเพลงท ำไดหลำยวธดงน
ก. กระบวนการแตกสลาย (cracking process) กระบวนการแตกสลาย หมายถง กระบวนกำรทท ำใหสำรอนทรยโมเลกลใหญ แตกสลำยออกเปนโมเลกลเลก ๆ ภำยใตสภำวะทอณหภมสง ๆ และมตวเรงปฏกรยำทเหมำะสม จำกกำรกลนล ำดบสวนน ำมนดบพบวำไฮโดรคำรบอนชนดมขนำดใหญและมมวลโมเลกลสง เชน น ำมนกำด และน ำมนเตำ ไฮโดรคำรบอนเหลำนมจดเดอดสงกวำ และมเลขออกเทนต ำกวำน ำมนเบนซน นกวทยำศำสตรจงไดพยำยำมหำวธลดขนำดของโมเลกลใหเลกลงซงจะท ำใหมคณภำพทดขน ทงนเพรำะทรำบวำไฮโดรคำรบอนทโมเลกลมขนำดเลกโดยเฉพำะพวกทมคำรบอน 5 -10 อะตอม จะมเลขออกเทนสง เหมำะแกกำรใชเปนเชอเพลงในเครองยนตกำซโซลน กำรท ำใหไฮโดรคำรบอนทมโมเลกลขนำดใหญแตกสลำยออกเปนโมเลกลเลก ๆ ขนำดใกลเคยงกบไฮโดรคำรบอนในน ำมนเบนซนเรยกวำกระบวนกำรแตกสลำย ซงท ำไดโดยกำรเผำทอณหภมสง ๆ แตควำมดนต ำๆ เชน น ำไฮโดรคำรบอนทมขนำดใหญมำท ำใหรอนทอณหภมประมำณ 500 0C ภำยใตควำมดนต ำ พรอมทงกบใช Al2O3 - SiO เปนตวเรงปฏกรยำ ตวอยำงเชน
CH3(CH2)16CH3 2 - SiO32OAl CH3(CH2)13CH3 + CH3CH = CH2
Octadecane pentadecane propene
CH3(CH2)9CH3 + CH2 = C(CH3)2
Undecane isobutylene
36
CH3
กระบวนกำรแตกสลำยนอกจำกจะท ำใหไฮโดรคำรบอนทมมวลโมเลกลต ำ มเลขออกเทนสงเทำ ๆ กบน ำมนเบนซนแลว ยงเทำกบเปนกำรเพมปรมำณเบนซน จำกสวนของไฮโดรคำรบอนทมมวลโมเลกลสงอกดวย นอกจำกนยงไดสำรประกอบอลคนบำงชนด เชน โพรพน ,เอทลน และไดโซบวทลน ซงอลคนเหลำน เปนวตถดบทส ำคญในอตสำหกรรมเคม เชน อตสำหกรรมผงซกฟอก อตสำหกรรมพลำสตก เปนตน
รปท 2.4 กระบวนกำรแตกสลำยของไฮโดรคำรบอน
ข. รฟอรมมง (Reforming หรอ catalytic isomerization ) เปนกำรเปลยนแปลงโครงสรำงโมเลกลไฮโดรคำรบอนทเปนโซตรงใหกลำยเปนไอโซเมอรทเปนโซกง หรอกำรเปลยนไฮโดรคำรบอนแบบวงใหเปนสำรประกอบอะโรมำตก โดยใชควำมรอนและตวเรงปฏกรยำ เชน
CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3AlCl3heat
CH3 - CH2 - CH - CH3CH3
เพนเทนเลขออกเทน = 62
ไอโซเพนเทนเลขออกเทน = 90
37
CH3ตวเรงปฏกรยา
ความรอน
CH3
+ 3H2
โทลอนเมทลไซโคลเฮกเซน
ปฏกรยำดงกลำวนจะเพมคณสมบตของสำร โดยท ำใหมเลขออกเทนเพมขน
ค. แอลคเลชน (alkylation) เปนปฏกรยำทมกำรเตมหมอลคลเขำไปในโมเลกลของสำรอน ๆ เชนอลคน ซงสำมำรถใชเตรยมไอโซออกเทนไดโดยน ำไอโซบวทลน ทไดจำกกระบวนกำรแตกสลำยมำเตม
CH3 - CH - CH3
CH3+ CH2 = C - CH3
CH3 H2SO4 CH3 - C - CH2 - CH - CH3
CH3 CH3
CH3ไอโซบวเทน ไอโซบวทลน ไอโซออกเทน
ง. โอลโกเมอไรเซชน (Oligomerization) เปนกระบวนกำรรวมไฮโดรคำรบอนไมอมตวโมเลกลเลก ๆ เขำดวยกน โดยใชควำมรอนหรอตวเรงปฏกรยำ ท ำใหเกดเปนไฮโดรคำรบอนทมขนำดใหญเปน 2 , 3 หรอ 4 เทำของสำรตงตน เชน
CH3 - C = CH2 + CH3- C = CH2CH3 CH3 ตวเรงปฏกรยา
CH3
CH3CH3CH3 - C - CH2 - CH = CH2
จ. Aromatization เปนขบวนกำรเปลยนไฮโดรคำรบอนทไมไดตอกนเปนวง ใหกลำยเปนอะโรมำตกไฮโดรคำรบอนทตอกนเปนวง เนองจำกไฮโดรคำรบอนทตอกนเปนวงจะมเลขออกออกเทนสง ดงนนขบวนกำรดงกลำวน จงเปนกำรเพมเลขออกเทนของไฮโดรคำรบอนอกแบบหนง
โดยทว ๆไปจะน ำเอำอลเคนทเปนโซตรงมำท ำปฏกรยำ dehydrogenation โดยเผำรวมกบ Pt ทอณหภมสง ๆ ท ำให H2 บำงสวนหลดออไป กลำยเปนอะโรมำตกไฮโดรคำรบอน เชน
38
CH3CH2
CH2CH2
CH2
CH3CH2
Pt
โทลอน ( เลขออกเทน = 104)
+ 4H2
CH3
เฮปเทน (เลขออกเทน = 0)
2.2 การแยกกาซธรรมชาต
กำซธรรมชำตเปนแหลงของพลงงำนทส ำคญอกประเภทหนง ในประเทศไทยพบทบรเวณอำวไทยและบรเวณล ำน ำพอง จงหวดขอนแกน กำซธรรมชำตนอกจำกจะใชเปนเชอเพลงแลว ยงใชเปนวตถดบพนฐำนส ำหรบอตสำหกรรมปโตรเคม กำซธรรมชำตทบรเวณอำวไทยประกอบดวยไฮโดรคำรบอนไดแก มเทน อเทน โพรเพน บวเทน เพนเทน และกำซเหลว นอกจำกนยงประกอบดวยสำรอน ๆ ทไมใชไฮโดรคำรบอนไดแก CO2 H2S N2 He ไอปรอท และไอน ำ
ตำรำงท 2.3 สวนประกอบทส ำคญของกำซธรรมชำต ชอสำรประกอบทพบ สตรโมเลกล % โดยปรมำตร
มเทน อเทน โพรเพน บวเทน เพนเทน คำรบอนไดออกไซด ไนโตรเจน อน ๆ (เฮกเซน ไอน ำ ฮเลยม และไฮโดรเจนซลไฟด)
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 CO2 N2 -
60 - 80 4 - 10 3 - 5 1 - 3
1 15 -25
< 3 นอยมำก
แหลงกำซธรรมชำตทมควำมดนสง เมอขดเจำะออกมำจะไดทงของเหลวและกำซ สวนทเปนของเหลว เรยกวำ กำซเหลว สวนทเปนกำซเรยกวำ กำซธรรมชำต
39
การแยกกาซธรรมชาต จะแบงเปนขนตอนดงน ขนท 1 แยกสวนทเปนกำซเหลวออกจำกกำซธรรมชำต โดยผำนไปทหนวยแยกของเหลว ขนท 2 ผำนกำซทไดไปยงหนวยก ำจดปรอท เนองจำกไอปรอทท ำใหระบบทอกำซและเครองมอตำง ๆ สกกรอน ขนท 3 ผำนกำซตอไปยงหนวยก ำจด CO2 และควำมชน (H2O) เนองจำกกำซทงสองจะกลำยเปนของแขงท ำใหทออดตน เมอเขำระบบแยกกำซในขนทมกำรลดอณหภม กำรก ำจดกำซ CO2 ใชสำรละลำย K2CO3 ผสมกบตวเรงปฏกรยำ CO2 ทแยกไดน จะน ำไปท ำน ำแขงแหงไดตอไป กำรก ำจดน ำโดยใชสำรดดซบทมรพรนมพนทผวภำยในประมำณ 100-1500 ตำรำงเมตร ขนท 4 แยกสวนทเปนกำซไฮโดรคำรบอน โดยกำรเพมควำมดนและลดอณหภม ท ำใหกำซเปนของเหลวทงหมด แลวน ำกำซนรวมกบกำซเหลวทแยกไวในขนท 1 แลวผำนไปทหอกลน เพอกลนแยกกำซ CH4 C2H8 และ C4H10 ตำมล ำดบ
รปท 2.5 แผนภำพแสดงกำรแยกกำซธรรมชำต
40
การน ากาซธรรมชาตไปใชประโยชน ก. กำซมเทน ใชเปนเชอเพลงผลตกระแสไฟฟำและในโรงงำนอตสำหกรรม อดใชในรถยนตและ เปนวตถดบผลตปยเคม ข. กำซอเทน และโพรเพน ใชในอตสำหกรรมปโตรเคม ค. กำซปโตรเลยมเหลว (LPG = liquid petroleum gas) ใชเปนเชอเพลงในครวเรอน และในรถยนต ง. กำซโซลนธรรมชำต ใชปอนโรงงำนกลนน ำมน เพอผลตน ำมนเบนซน ใชในอตสำหกรรมตวท ำละลำนและปโตรเคม *****************************************************************************
อำจำรยรำม ตวำร นกวชำกำรจำก สำขำฟสกส สถำบนสงเสรมกำรสอนวทยำศำสตรและเทคโนโลย (สสวท.) มำสมภำษณครศกดอนนต อนนตสข ประธำนชมรม ควคท. และเยยมชม แหลงเรยนรทำงวทยำศำสตรท โรงเรยนพนำสนวทยำ จงหวดสรนทร เมอวนท 24 มนำคม 2549