ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม

โดย :

อนุสิษฐ์ เกื้อกูล

เมื่อ :

วันอาทิตย์, 28 พฤษภาคม 2560

Hits

120740

957000040b2eacad743cf23c

บทเรียนที่ 1 ปิโตรเลียม(1)

กรมทรัพยากรธรณี

*ปิโตรเลียมคืออะไร*

ปิโตรเลียม มาจากคำในภาษาละติน 2 คำ คือ เพตรา แปลว่า หิน และ โอเลียม ซึ่งแปลว่า น้ำมัน รวมความแล้ว หมายถึง น้ำมันที่ได้จากหิน

ตามนิยาม ปิโตรเลียม หมายถึง สารไฮโดรคาร์บอนที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ มีธาตุที่เป็นองค์ประกอบหลัก 2 ชนิด คือ คาร์บอน และ ไฮโดรเจน โดยอาจมีธาตุอโลหะชนิดอื่น เช่น กำมะถัน ออกซิเจน ไนโตรเจน ฯลฯ ปนอยู่ด้วย ปิโตรเลียมเป็นได้ทั้ง ของแข็ง ของเหลว หรือ ก๊าซ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของปิโตรเลียมเองเป็นสำคัญ นอกจากนี้ความร้อน และความกดดันของสภาพแวดล้อมที่ปิโตรเลียมนั้นถูกกักเก็บ ก็มีส่วนในการกำหนดสถานะของปิโตรเลียม

ปิโตรเลียม แบ่งตามสถานะที่สำคัญได้ 2 ชนิด คือ น้ำมันดิบ และ ก๊าซธรรมชาติ

*น้ำมันดิบ*

สถานะตามธรรมชาติ น้ำมันดิบเป็น ของเหลว ประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนชนิดระเหยง่ายเป็นส่วนใหญ่ ที่เหลือเป็นสารกำมะถัน ไนโตรเจน และสารประกอบออกไซด์อื่น

น้ำมันดิบแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ตามคุณสมบัติและชนิดของไฮโดรคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบ คือ น้ำมันดิบฐานพาราฟิน น้ำมันดิบฐานแอสฟัลท์ และ น้ำมันดิบฐานผสม น้ำมันดิบทั้ง 3 ประเภท เมื่อนำไปกลั่น จะให้ผลิตภัณฑ์น้ำมันในสัดส่วนที่แตกต่างกัน

*ก๊าซธรรมชาติ*

ก๊าซธรรมชาติเป็นปิโตรเลียมที่อยู่ในรูปของ ก๊าซ ณ อุณหภูมิ และความกดดันที่ผิวโลก ก๊าซธรรมชาติประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนเป็นหลัก อาจมีสัดส่วนสูงถึงร้อยละ 95 ส่วนที่เหลือ ได้แก่ ไนโตรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ บางครั้งจะพบไฮโดรเจนซัลไฟด์ปะปนอยู่ด้วย

ไฮโดรคาร์บอนในก๊าซธรรมชาติ จัดอยู่ในอนุกรมพาราฟิน มีสภาพอิ่มตัวในบรรยากาศ และไม่เปลี่ยนแปลงทางเคมีใดๆ ในสภาวะปกติ ไฮโดรคาร์บอนในกลุ่มนี้ มีเทน มีน้ำหนักเบาที่สุด และจุดเดือดต่ำที่สุด มีอยู่ในก๊าซธรรมชาติมากที่สุด ถึงร้อยละ 70 ขี้นไป

ก๊าซธรรมชาติ ในที่นี้ หมายรวมถึง ก๊าซธรรมชาติเหลว ซึ่งประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนในกลุ่มเดียวกันกับก๊าซธรรมชาติ แต่มีปริมาณคาร์บอนอะตอมในโครงสร้างโมเลกุลมากกว่าก๊าซธรรมชาติ เมื่ออยู่ในแหล่งกักเก็บใต้ผิวโลกซึ่งมีอุณหภูมิและความดันสูงจะมีสภาพเป็นก๊าซ และจะกลายสภาพเป็นของเหลวเมื่อขึ้นมาสู่พื้นผิว จึงเรียกว่า ก๊าซธรรมชาติเหลว

*ปิโตรเลียมกำเนิดได้อย่างไร*

ปิโตรเลียมถือกำเนิดมาจากสิ่งที่มีชีวิต

หลายสิบหลายร้อยล้านปีก่อน เมื่อสิ่งมีชีวิตอยู่กระจัดกระจายทั่วไปทั้งบนบก และในทะเล สิ่งมีชีวิตเหล่านี้เมื่อตายลง บางส่วนจะเน่าเปื่อย ผุพัง และย่อยสลายกลายเป็นธาตุ แต่ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม สิ่งมีชีวิตจึงย่อยสลายเป็นปิโตรเลียม

เริ่มต้นจากอินทรีย์สาร สะสมตัวอยู่กับตะกอนดินเลน เมื่อผิวโลกเกิดการเปลี่ยนแปลงในเวลาต่อมา ส่วนของตะกอนนี้จะจมตัวลงเรื่อยๆ พร้อมๆ กับเกิดการเปลี่ยนแปลงในสารอินทรีย์เหล่านั้น โดยอิทธิพลของความร้อนและความกดดันภายใต้ชั้นธรณี ทำให้เกิดกระบวนการเปลี่ยนแปลงสารอินทรีย์ จาก กรดฟุลวิค เป็น ฮิวมิน คีโรเจน และ ปิโตรเลียม ในที่สุด

จากการศึกษาสารคีโรเจน พบว่าต้นกำเนิดของปิโตรเลียมในประเทศไทย ส่วนใหญ่เป็นพืช และสัตว์ซึ่งอาศัยอยู่ทั้งบนบกและในทะเล โดยเฉพาะอย่างยิ่งสาหร่ายในทะเลสาบน้ำจืด

*อะไรคือแหล่งปิโตรเลียม*

ปิโตรเลียม ส่วนที่เป็นของเหลวและก๊าซ จะไหลซึมออกจากชั้นหินให้กำเนิดไปตามช่องแตก รอยแยก และรูพรุนของหิน โดยแรงเหนี่ยวนำจากความแตกต่างของความกดดัน ไปสู่การสะสมตัวในชั้นหรือโครงสร้างที่ถูกปิดกั้น เรียกว่า แหล่งกักเก็บปิโตรเลียม

แหล่งกักเก็บปิโตรเลียมต้องมีองค์ประกอบ อย่างน้อย 2 ประการ คือ (1) หินที่มีรูพรุน โพรง หรือ ช่องแตก ที่สามารถให้ปิโตรเลียมอยู่ได้ เช่น หินกรวดมน หินทราย หินปูน หินโดโลไมฅ์ ฯลฯ และ (2) ชั้นหินเนื้อละเอียด ปิดกั้นด้านบนมิให้ปิโตรเลียมเล็ดลอดผ่านออกไปได้ เช่น หินดินดาน ทั้งสองประการนี้ประกอบกันเป็นโครงสร้างทางธรณี ในรูปลักษณะต่างๆ เช่น โครงสร้างรูปประทุนคว่ำ โครงสร้างรูปโดม หรือ โครงสร้างรูปตา เป็นต้น

โดยธรรมชาติ ภายในแหล่งกักเก็บปิโตรเลียมมักประกอบไปด้วยน้ำ น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ ที่มีการวางตัวกันเป็นชั้นตามลำดับความหนาแน่น โดยชั้นน้ำจะอยู่ล่างสุด และชั้นก๊าซธรรมชาติจะอยู่บนสุด

แหล่งกักเก็บปิโตรเลียมจะเป็นแหล่งปิโตรเลียมได้ ก็ต่อเมื่อมีปริมาณปิโตรเลียมมากเพียงพอต่อการลงทุนนำขึ้นมา และคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ ดังนั้น แหล่งปิโตรเลียมหนึ่งๆ อาจเป็นแหล่งกักเก็บขนาดใหญ่เพียงแหล่งเดียว หรือประกอบด้วยแหล่งกักเก็บขนาดเล็กหลายๆ แหล่งซึ่งอยู่ใกล้เคียงกันก็ได้

*ทำไมต้องสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียม*

ปิโตรเลียมเป็นทรัพยากรที่อยู่ใต้ดิน เมื่อมีความต้องการใช้จึงมีความจำเป็นที่ต้องสำรวจ การสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมในอดีตอาจทำได้ง่ายเพียงค้นหาร่องรอยของน้ำมันบนพื้นผิวดิน ต่อมาเมื่อปริมาณการใช้ปิโตรเลียมมีเพิ่มมากขึ้น แหล่งที่ค้นหาได้โดยง่ายมีน้อยลง จึงต้องมีการสำรวจหาในทางลึกมากขึ้น จากแหล่งที่มีอยู่บนบกลงสู่แหล่งในทะเล และจากทะเลน้ำตื้นสู่ทะเลน้ำลึกยิ่งขึ้นไป เทคนิคในการสำรวจก็ได้รับการพัฒนาให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น และสลับซับซ้อนยิ่งขึ้นตามไปด้วย

การสำรวจแหล่งปิโตรเลียม แท้จริงแล้วเป็นการสำรวจหาข้อมูลเกี่ยวกับแหล่งเพื่อการพัฒนานำปิโตรเลียมขึ้นมาใช้ในอนาคต ในเบื้องต้นต้องพิสูจน์ทราบการมีอยู่จริงของปิโตรเลียมเสียก่อน หลังจากนั้นจะวิเคราะห์หา ชนิด และคุณภาพของปิโตรเลียม ขณะเดียวกันจะต้องมีการสำรวจวัดรูปทรง ขนาด และขอบเขตของแหล่ง ซึ่งนำมาใช้ในการประเมินหาปริมาณสำรองของปิโตรเลียม นอกจากนี้ข้อมูลทางด้านวิศวกรรม เช่น อุณหภูมิ ความกดดัน และอัตราการไหล ซึ่งใช้ในการประเมินความสามารถในการผลิตปิโตรเลียมของแหล่ง จะได้รับการบันทึกไว้ทุกขั้นตอน และเมื่อประมวลกับข้อมูลการตลาดแล้ว จึงสามารถสรุปเป็นแหล่งปิโตรเลียมได้

ข้อมูลดังกล่าวข้างต้นล้วนได้มาจากการสำรวจทั้งสิ้น ดังนั้นโดยยุทธศาสตร์อันชาญฉลาดของมนุษย์ จึงเริ่มต้นจากการสำรวจที่ลงทุนต่ำก่อน แล้วขยับขึ้นไปตามลำดับ จากน้อยไปหามาก คือ การสำรวจธรณีวิทยา การสำรวจธรณีฟิสิกส์ และการเจาะสำรวจ

*การสำรวจธรณีวิทยา*

เริ่มต้นด้วยการรวบรวมข้อมูลที่ได้จากการสำรวจในอดีต นำมาศึกษา และประเมินผลเพื่อกำหนดการสำรวจในภาคสนาม ศึกษาภาพถ่ายทางอากาศ ภาพถ่ายดาวเทียม ประเมินโครงสร้างธรณีเบื้องต้นในพื้นที่ หลังจากนั้นจึงทำการสำรวจตรวจวัดในพื้นที่จริง ด้วยการวัดทิศทางการวางตัวของชั้นหิน เก็บตัวอย่างหินเพื่อการวิเคราะห์หาอายุ และสารต้นกำเนิดปิโตรเลียม ถ้ามี ในขั้นตอนนี้ หากโชคดีอาจประเมินเบื้องต้นได้ว่า ชั้นหินกักเก็บปิโตรเลียม และชั้นหินที่ปิดทับควรมีคุณสมบัติเช่นไร

*การสำรวจธรณีฟิสิกส์*

เป็นการหยั่งหาข้อมูลใต้ผิวทางอ้อม โดยอาศัยคุณสมบัติทางฟิสิกส์ที่แตกต่างกันของชั้นหิน เช่น การสำรวจวัดความเข้มสนามแม่เหล็กโลก และการสำรวจวัดความถ่วงจำเพาะของชั้นหิน สามารถกำหนด ขอบเขต รูปร่างของแอ่งอย่างคร่าวๆ ได้ การสำรวจในขั้นนี้สามารถกำหนดขอบเขตพื้นที่สำรวจให้แคบลง ลำดับสุดท้ายของการสำรวจธรณีฟิสิกส์ คือการวัดคลื่นไหวสะเทือนผ่านชั้นหิน ซึ่งสามารถประเมินหาโครงสร้างธรณีที่น่าสนใจ กำหนดพื้นที่เป้าหมายสำหรับการเจาะสำรวจได้

*การเจาะสำรวจ*

ผลที่ได้จากการสำรวจธรณีฟิสิกส์ คือโครงสร้างที่คาดว่าจะเป็นแหล่งกักเก็บปิโตรเลียม การสำรวจลำดับถัดมาจะเป็น การเจาะสำรวจขั้นแรก เพื่อหาข้อมูล

ธรณีวิทยาใต้ผิว
ลำดับชั้นหิน
ยืนยันโครงสร้างธรณีวิทยา และ
พิสูจน์ว่ามีปิโตรเลียมภายในโครงสร้างนั้นหรือไม่

ถ้าพบว่ามีปิโตรเลียม จะมีการเก็บข้อมูลอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับแหล่ง และคุณภาพปิโตรเลียมไปพร้อมๆ กัน เช่นอายุของชั้นหินกักเก็บ ชนิดของหิน ความพรุน และคุณสมบัติให้ปิโตรเลียมไหลผ่านได้ของชั้นหิน ตลอดจนชนิดและคุณภาพของปิโตรเลียมที่พบ

เมื่อพบปิโตรเลียมในหลุมแรกที่เจาะแล้ว จะมีการเจาะขั้นประเมินผล เพื่อหาข้อมูลในรายละเอียดเพิ่มขึ้น เช่น ขอบเขตที่แน่นอนของแหล่ง ปริมาณการไหลของปิโตรเลียม และจะทำให้ทราบถึงปริมาณสำรองปิโตรเลียมในแหล่งกักเก็บนั้น หลังจากนั้นบริษัทผู้ประกอบการจะทำการประเมินคุณค่าทางเศรษฐกิจของแหล่ง เพื่อตัดสินใจว่าจะลงทุนทำการผลิตต่อไปหรือไม่

*ผลิตปิโตรเลียมได้อย่างไร*

เมื่อพบแหล่งปิโตรเลียมที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจแน่นอนแล้ว บริษัทผู้ประกอบการจะวางแผนการผลิตปิโตรเลียม โดยอาจพัฒนาหลุมเจาะเดิมที่มีอยู่ หรือทำการเจาะหลุมใหม่ให้เป็น หลุมผลิต

และเพื่อให้การผลิตเกิดประสิทธิภาพสูงสุด โดยมีจำนวนหลุมผลิตน้อยที่สุดในการผลิตให้ได้ปริมาณมากที่สุด หลุมผลิตจะต้องวางไว้ในตำแหน่งที่เหมาะสม เช่นเดียวกันตำแหน่งที่ก้นหลุม จะต้องอยู่ในระดับที่ทำให้การไหลของปิโตรเลียมโดยแรงดันตามธรรมชาติอยู่ได้นานที่สุด เป็นการใช้ประโยชน์จากแรงดันของก๊าซ ซึ่งสะสมตัวเป็นชั้นอยู่ด้านบน ในขณะเดียวกันก็จะต้องไม่ให้น้ำซึ่งสะสมตัวอยู่ด้านล่างไหลปนขึ้นมาด้วย

โดยหลักการอนุรักษ์ทรัพยากร ผู้ผลิตจะต้องพยายามนำเอาปิโตรเลียมขึ้นมาใช้ให้ได้มากที่สุด ดังนั้นหลังจากการไหลขึ้นมาเองโดยธรรมชาติหยุดลง ผู้ผลิตสามารถอัดน้ำร้อนลงไปเพื่อขับดันปิโตรเลียมที่ติดค้างระหว่างเม็ดตะกอนให้ไหลขึ้นมา และในท้ายที่สุดจะใช้สารเคมีบางชนิดเพื่อไล่ปิโตรเลียมส่วนที่เหลือให้ไหลขึ้นมาได้อีก

ส่วนสำคัญของหลุมผลิตปิโตรเลียมอยู่ที่ปลายทั้งสองด้าน คือ ที่ปากหลุม และก้นหลุม ที่ปากหลุมจะติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมความดัน การไหล และมาตรวัดไว้ นอกจากนี้ยังมีประตูปิด-เปิดได้ สำหรับหย่อนเครื่องมือวัดบางชนิดลงไปในหลุม ส่วนที่ก้นหลุมมีการออกแบบที่แตกต่างกันออกไปตามคุณสมบัติของชั้นปิโตรเลียม อาจปล่อยเป็นปลายเปิด หรือเป็นท่อกรุก็ได้

กลับไปที่เนื้อหา

บทเรียนที่ 2 การกลั่นน้ำมันดิบ

การกลั่นน้ำมันดิบ

การกลั่นน้ำมันดิบ คือการย่อยสลายสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่เป็นส่วนประกอบของปิโตรเลียมออกเป็นกลุ่ม (Groups )หรือออกเป็น ส่วน (Fractions) ต่างๆโดยกระบวนการกลั่น (Distillation) ที่ยุ่งยากและซับซ้อนน้ำมันดิบในโรงกลั่นน้ำมันนั้นไม่เพียงแต่จะถูกแยก ออกเป็นส่วนต่างๆเท่านั้นแต่มลทิน (Impurities)ชนิดต่างๆเช่นกำมะถันก็จะถูกกจัดออกไปอีกโรงกลั่นน้ำมันอาจผลิตน้ำมันแก๊สและ เคมีภัณฑ์ที่แตกต่างกันออกมาได้มากมายถึง ๘๐ ชนิดผลิตภัณฑ์ ที่สำคัญที่สุดคือเชื้อเพลิงชนิดต่างๆ จากน้ำมันส่วนที่เบากว่า (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 เมตร

ภายในหอกลั่นดังกล่าวมีการแบ่งเป็นห้องต่างๆหลายห้องตามแนวราบ โดยมีแผ่นกั้นห้องที่มีลักษณะคล้ายถาดกลมโดยแผ่นกั้นห้องทุกแผ่นจะมีการเจาะรูเอาไว้ เพื่อให้ไอน้ำมันที่ร้อนสามารถผ่านทะลุขึ้นสู่ ส่วนบนของหอกลั่นได้ และมีท่อต่อเพื่อนำน้ำมันที่กลั่นตัวแล้วออกไปจากหอกลั่นเมื่อไอน้ำมันดิบที่ร้อนถูกส่งให้เข้าไปสู่หอกลั่นทางท่อ ไอจะเคลื่อนตัวขึ้นไปสู่ส่วนบนสุดของหอกลั่น และขณะที่เคลื่อนตัวขึ้นไปนั้นไอน้ำมันจะเย็นตัวลง และควบแน่นไปเรื่อยๆแต่ละส่วนของไอ น้ำมันจะกลั่นตัวเป็นของเหลวที่ระดับต่างๆในหอกลั่นทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของการควบแน่นที่แตกต่างกันออกไปน้ำมันส่วนที่เบากว่า (Lighter fractions) เช่น น้ำมันเบนซิน (Petrol) และ พาราฟิน (Parafin) ซึ่งมีค่าอุณหภูมิของการควบแน่นต่ำจะกลายเป็นของเหลว

ที่ห้องชั้นบนสุดของหอกลั่นและค้างตัวอยู่บนแผ่นกั้นห้องชั้นบนสุดน้ำมันส่วนกลาง (Medium fractions) เช่น ดีเซล (Diesel) น้ำ มัน แก๊ส (Gas oils) และ น้ำมันเตา (Fuel oils) บางส่วนจะควบแน่นและกลั่นตัวที่ระดับต่างๆ ตอนกลางของหอกลั่นส่วนน้ำมันหนัก (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) ที่มีขนาดอนุภาคละเอียดมากผงตัวเร่งปฏิกิริยาจะสัมผัสกับไอน้ำมันร้อนในเตาปฏิกรณ์ (Reactor) ทำให้ไอน้ำมันเกิดการแตกตัวหรือแยกตัว เป็นน้ำมันส่วนที่เบาเช่น น้ำมันเบนซิน (Petrol) แล้วก็ควบแน่นกลั่นตัวในที่สุดโดยทิ้งอะตอมของคาร์บอนและมลทินไว้กับอนุภาคของดินเหนียว

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีคาร์บอนเคลือบอยู่ ก็จะถูกปล่อยให้ไหลออกจากเตาปฏิกรณ์เข้าสู่รีเจนเนอเรเตอร์ (Regenerator) ซึ่ง คาร์บอนจะถูกเผาไหม้ไปในกระแสอากาศ กระบวนการกลั่นแบบนี้จึงเป็นการใช้ 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

ผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่ได้จาการกลั่น นำมันดิบ

จำนวนอะตอมของคาร์บอน

ช่วงของจุดเดือด ( องศาเซลเซียส )

สถานะที่ อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส ประโยชน์

ประโยชน์

ก๊าซปิโตรเลียม
แนพ ทาเบา
แนพ ทาหนัก
น้ำมันก๊าด
น้ำมันดีเซล
น้ำมันหล่อลื่น
ไข
น้ำมันเตา
บิทูเมน

C1 – C4
C5 – C6
C6 – C10
C10 – C14
C14 – C19
C19 – C35
มากกว่า C35

มากกว่า 35

< 300 – 65
65 – 170
170 – 250
250 – 340
340 – 500
> 500

> 500

ก๊าซ
ของเหลว
ของเหลว
ของเหลว
ของเหลว
ของเหลว
ของแข็ง
ของเหลว
ของแข็ง

ทำสารเคมีวัสดุสังเคราะห์และเป็นเชื้อเพลิง
ใช้ทำน้ำมันเบนซิน
ใช้ทำน้ำมันเบนซิน ทำสารเคมี
ใช้ทำเชื้อเพลิงเครื่องบินไอพ่น และตะเกียง
ใช้ทำเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล
ใช้เป็นน้ำมันหล่อลื่น
ใช้ทำเทียนไขเครื่องสำอางยาขัดมันและวัตถุดิบในการผลิตผงซักฟอก
ใช้เป็นเชื้อเพลิงเครื่องจักร
ใช้ทำวัสดุกันซึม ใช้ทำยางมะตอยราดถนน

กลับไปที่เนื้อหา

บทเรียนที่ 3 การกลั่นน้ำมันดิบ

หน่วยกลั่นน้ำมันดิบ

เมื่อได้รับน้ำมันดิบเข้ามาในโรงกลั่นซึ่งส่วนใหญ่จะขนมาทางเรือเดินมหาสมุทรขนาดใหญ่ หรือในบางที่จะขนส่งมาทางท่อ จะเก็บน้ำมันนี้ไว้ในถังเก็บน้ำมันดิบขนาดใหญ่จนกว่าจะได้เวลานำเข้ากลั่น น้ำมันดิบที่รับมามักจะมีน้ำและเกลือติดปูนอยู่ด้วยเสมอ ซึ่งจะเป็นอุปสรรคต่อการ กลั่น จึงจำเป็นต้องดูแลปัญหาเหล่านี้ก่อน

น้ำที่ติดมากับน้ำมันดิบ

น้ำที่ติดมากับน้ำมันดิบมี 2 ประเภท ประเภทแรกคือน้ำที่ติดมาจากหลุมผลิตซึ่งเราเรียกว่า

Formation Water เป็นน้ำใต้ดินอยู่ติดกับชั้นน้ำมัน เมื่อสูบน้ำมันดิบขึ้นมาน้ำมักจะตามขึ้นมาด้วย แม้จะพยายามแยกน้ำนี้ออกที่ปากหลุมแต่ก็อาจไม่หมดและมีหลงเหลือส่งมาโรงกลั่นด้วย ประเภทที่สองคือน้ำทะเลทั้งนี้เพราะขนส่งน้ำมันดิบทางทะเลและการที่ต้องระวังมิให้น้ำมันออกไปเปื้อนท้องทะเลจึงต้องมีวิธีการ

Load on Top โดยการเก็บเอาเศษน้ำมันทั้งหมดที่ค้างอยู่บนเรือซึ่งได้จากการล้างเรือมารวมกันไว้ก้นท้องเรือ แล้วจึงรับน้ำมันดิบงวดใหม่ใส่ลงไปปนกัน เศษน้ำมันดังกล่าวแม้จะพยายามแยกน้ำทิ้งไปแต่ก็ไม่หมดจงมีน้ำทะเลปนติดมากับน้ำมันดิบที่ส่งโรงกลั่นด้วย น้ำทั้งสองประเภทเป็นน้ำเกลือแต่อาจมีความเข้มข้นต่างกันออกไป

น้ำส่วนหนึ่งจะละลายได้ในน้ำมัน ส่วนที่ไม่ละลายจะเป็นน้ำอิสระ (Free Water) และบางส่วนจะปนกับน้ำมันในรูปอีมัลชั่น น้ำที่ติดไปกับน้ำมันดิบเมื่อผ่านเครื่องถ่ายเทความร้อนและเตา จะร้อนขึ้นและกลายเป็นไอเพิ่มปริมาตรขึ้นอย่างมากโดยเฉพาะเมื่อเข้าไปในหอกลั่น น้ำเมื่อกลายเป็นไอปริมาณจะเพิ่มขึ้นประมาณ 1600 เท่า เมื่อเทียบน้ำมันซึ่งไม่ถึง 100 เท่าจะแตกต่างกันมากความเร็วของไอจะสูงเกิดแรงกระแทกทำให้ชั้นการกลั่นเสียหายทำการกลั่นไมได้ น้ำที่เป็นน้ำอิสระจะมีอันตรายมากเพราะเข้าไปไดในปริมาณมากความเสียหายสูง มีประสบการณ์เสมอๆ ในโรงกลั่นจึงจำเป็นต้องลดปริมาณน้ำอิสระให้น้อยที่สุด เมื่อรับน้ำมันดิบเข้ามาจะปล่อยทิ้งไว้ในถังเก็บไม่น้อยกว่า 1 วัน เพื่อให้น้ำแยกตัวตกลงมาก้นถังให้มากที่สุดจากนั้นก็จะเปิดวาวก้นถังไขน้ำก้นถังทิ้งไปที่บ่อบำบัดน้ำเสียให้มากที่สุดจนไม่มีน้ำมาอีกและตรวจตัวอย่างน้ำมันช่วงล่าง ซึ่งควรจะมีปริมาณน้ำไม่เกิน 0.2% โดยปริมาตร จึงจะปลอดภัยต่อการนำเข้ากลั่นต่อไปได้

หน่วยจำกัดเกลือ (Desalter)

ถ้าน้ำมันดิบมีปริมาณเกลือติดอยู่เกิน 10lb/1000bbl จำต้องทำการกำจัดเกลือเสียก่อน เพื่อลดปัญหา Fouling และ Corrosion เมื่อน้ำมันดิบร้อนขึ้นจนถึงจุดเดือดของน้ำเกลือ น้ำจะระเหยออกเหลือผลึกเกลือติดบนผิวเครื่องถ่ายเทความร้อนทำให้ถ่ายเทความร้อนได้ไม่ดี ถ้ามากเข้าก็จะเพิ่มความอุดตันของท่อ น้ำมันไหลไม่สะดวกต้องลดการผลิต นอกจากนี้เกลือที่ไม่ตกผลึกติดท่อแต่หลุดเข้าไปในเตาที่อุณหภูมิสูง เกลือคลอไรด์จะแตกตัวออกเป็นไอกรดเกลือทำให้เกิดการกัดกร่อนอุปกรณ์ในบริเรณที่อุณหภูมิต่ำลงพอที่น้ำจะกลั่นตัวลงได้ ต้องมีระบบการทำให้เป็นกลางคุมไว้อีกต่อหนึ่ง เครื่องกำจัดเกลือนอกจากจะลดปัญหาดังกล่าวลง ยังสามารถกำจัดเกลือของโลหะบางอย่างที่ละลายอยู่ในน้ำแบบเป็นอีมัลชั่นกับน้ำมันดิบได้ด้วย ซึ่งถ้าหลุดออกไปจะทำให้คาตาลิสต์ในกระบวนการต่างๆ เสื่อมคุณภาพ ในกรณีที่น้ำมันดิบมีเกลืออยู่เกิน 20lb/1000bbl มักใช้

Two-stage desalting ถ้ากากน้ำมันที่ได้เอาไปป้อนหน่วยคาคาลิติกแคร้กกิ้ง

เกลือในน้ำมันดิบจะอยู่ในรูปของผลึกที่ละลายหรือแขวนลอยอยู่ในน้ำที่เกิดเป็นอีมัลชั่นกับน้ำมันดิบ หลักการคือใช้การล้างเกลือออกจากน้ำมนโดยใช้น้ำ 3-10% โดยปริมาตรผสมเข้ากับนั้นดิบที่อุณหภูมิ 90-150 ‘c โดยผ่าน Mixing Valve เกลือจะละลายลงในน้ำจากนั้นแยกชั้นน้ำและน้ำมันออกจากกันในถังภาชนะขนาดใหญ่มีเวลาพอที่น้ำจะแยกตัวตกลงมา โดยใช้สนามไฟฟ้าแรงสูง ( 16,000-35,000โวลท์) ช่วยในการสลายอีมัลชั่น เครื่องมีประสิทธิภาพ 90-95% สำหรับการทำชั้นเดียว และได้ถึง 99% หรือกว่านั้นถ้าทำสองชั้นบริษัท Petrolite เป็นผู้นำในการผลิตหน่วย Desalter และสามารถออกแบบให้ใช้ได้กับน้ำมันดิบชนิดข้นและแยกยากได้ด้วย

โดยทั่วไปน้ำที่ใช้ในการล้างน้ำมันดิบดังกล่าวมักมาจาก Barometric condensers ของหน่วยกลั่นภายใต้สุญญากาศ หรือใช้น้ำเสียจากหน่วยอื่นที่มีฟินอลปนอยู่ทั้งนี้พราะฟินอลในน้ำจะละลายเข้าไปในน้ำมันดิบได้ดีเป็นการกำจัดหรือลดปริมาณฟินอลที่จะต้องถูกกำจัดในหน่วยบำบัดน้ำเสียของโรงกลั่นลงได้

หน่วยกลั่นน้ำมันดิบ (Atmospheric Topping Unit)

โดยทั่วไปจะเรียกชื่อว่า Crude Distillation Unit แต่อเมริกันนิยมเรียก Topping Unit น้ำมันดิบจากถังเก็บจะถูกสูบด้วยเครื่องสูบขนาดใหญ่ให้ได้ความดันสูงพอเพียงที่จะไหลผ่านอุปกรณ์ต่างๆ จนเข้าสู่หอกลั่นได้ โดยทั่วไปประมาณ 15-20 บาร์ น้ำมันดิบจะไหลผ่านเครื่องถ่ายเทความร้อนเพื่อให้ได้อุณหภูมิสูงพอที่จะเข้าหน่วย Desalted ได้ เมื่อออกจาก Desalted ก็จะไหลผ่านเครื่องถ่ายเทความร้อนอีกหลายชุดเพื่อเพิ่มอุณหภูมิขึ้นจนสูงถึงประมาณ 250-280 C โดยรับความร้อนมาจากผลิตภัณฑ์ที่ออกจากหอกลั่นและจากรีฟลักซ์ต่างๆ จากนั้นก็จะผ่านเข้าเตาเพื่อเพิ่มอุณหภูมิให้สูงพอเพียงที่จะทำให้ผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่ต้องการผลิตเหนือ Flash Zone เป็นไอหมด รวมถึงให้ 10-20% ของส่วนที่เป็นผลิตภัณฑ์ก้นหอก็เป็นไอขึ้นไปด้วย ประมาน 10-20% นี่เป็นส่วน “Over flash” ซึ่งจะช่วยในการกลั่นแยกบนชั้นแรกๆ เหนือ Flash Zone โดยทำให้มี Internal reflux เกิดขึ้นนอกเหนือไปจาก Side streams โดยทั่วไปอุณหภูมิที่จะออกจากเตาจะเป็นประมาน 345-370C

Reflux ในหอกลั่นจะประกอบด้วย reflux ที่ยอดหอซึ่งได้มาจากการกลั่นตัวของไอที่ออกจากยอดหอ แล้วแบ่งเอาส่วนหนึ่งส่งกลับคืนเข้ายอดหอ และ reflux กลางๆหอซึ่งได้จากการดึงเอาส่วนหนึ่งของของเหลว บนชั้นออกไปดึงความร้อนออกแล้วส่งกลับเข้ามาในหอในจุดที่เหมาะสม ซึงเรียกว่า recirculation

Reflux เข้าช่วยการดึงความร้อนออกจาก reflux กลางหอนี้นอกจากจะช่วยเพิ่มปริมาณ reflux ใต้จุด Side stream แล้วยังช่วยลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของบริเวณยอดหอลงและช่วยให้ Liquid Loading ในหอกลั่นเท่าๆกันตลอดหอการใช้ Pump around Reflux แบบนี้ช่วยให้ประสิทธิภาพ การใช้พลังงานดีขึ้น โดยการใช้ความร้อนที่ดึงออกถ่ายเทให้น้ำมันดิบที่ป้อนเข้าหน่วยนี้

ปกติหอกลั่นน้ำมันดิบจะไม่มี Recoiled แต่จะมีการกลั่นอยู่หลายถาดใต้ Flash zone และใช้ไอน้ำเป็น Stripping Steam เข้าใต้ถาดล่างสุดเพื่อไล่ให้ Gas oil ที่ติดอยู่ออกไปและทำให้จุดวางไฟของผลิตภัณฑ์ก้นหอสูงขึ้น โดยการลดความดันย่อยของ Hydrocarbon ทำให้ละเหยง่ายขึ้น

การกลั่นแยกน้ำมันดิบค่อนข้างง่าย ระหว่าง Side stream ต่างๆ จะมีถาดอยู่ประมาณ 5-8 ถาด

และมีอีก 5-8 ถาดอยู่เหนือและใต้ถาดที่รับน้ำมันขึ้นมาจากเตา ดังนั้นถ้าหอกลั่นน้ำมันดิบมี Side stream product4 ที่จะมี่จำนวนถาดประมาณ 30-42 ชั้น

Sidestream ดึงออกข้างหอเป็นของเหลว ชื่งจะไหลผ่านเข้าหอประเภท stripping เล็ก ฯ สำหรับผลิตภัณฑ์นั้นฯ หอเล็กนี้จะมีวาดอยู่ประมาณ4-10ชั้น และเป็นไอน้ำเข้าใต้ถาดล่างสุดเพื่ไล่สารเบาฯออกทำให้จุดวาบไฟดีขึ้น

เครื่องควบแน่นยอดหอจะทำให้ไอของเพนเทนและส่วนที่หนักกว่ากลั่นตัวเป็นของเหลวได้เป็นส่วนแก๊สโซลีนเบาหรือ Top หรือ Light Naphtha โดยจะมีโพรเพนและบิวเทนติดอยู่บ้าง ซึ่งส่วนหนึ่งจะถูกส่งกลับเข้ายอดหอเป็นรีฟรักซ์ส่วนที่เหลือส่งไปหอ Stabilizer เพื่อแยกบิวเทนและโพรเพนออกจาก Light Straight Run (LSR) gasoline ผลิตภัณฑ์ Sidestream จะเป็นแนฟทา, น้ำมันก๊าด,แก๊สออยล์เบา และ แก๊สออยล์หนัก

หน่วยกลั่นภายใต้สุญญากาศ

การกลั่นส่วนหนักๆของน้ำมันดิบซึ่งได้แก่ Long Residue หรือ Atmospheric Residue หรือ Topped Crude จะต้องทำภายใต้สุญญากาศเพื่อลดจุดเดือดลงป้องกันมิให้เกิด Thermal Cracking ขึ้นในการกลั่น ความดันที่ Flash Zone ของหอสูญญากาศจะอยู่ประมาณ 20-40 มม. ปรอท หรือต่ำกว่านั้นอีกคือ 10 มม. ปรอท ซึ่งทำได้โดยใช้ไอน้ำปนเข้ากับน้ำมันก่อนเข้าเตาและที่ก้นหอสุญญากาศ น้ำมันจะไหลผ่านทอในเตาด้วยความเร็วสูง ซึ่งจะลดการเกิดโค้กลงได้ อุณหภูมิที่น้ำมันออกจากเตา จะขึ้นอย่กับคาบจุดเดือดของน้ำมันที่ป้อนเข้า สัดส่วนที่จะเป็นไอและลักษณะการเกิดโค้กของน้ำมันนี้ โดยทั่วไปจะอยู่ในระดับ 388-454 องศาเซลเซียส ความดันที่ Flash Zone จะกำหนดสัดส่วนความเป็นไอที่จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิหนึ่ง ๆ

หอกลั่นสุญญากาศมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า หอกลั่นน้ำมันดิบมากเพราะปริมาตรของไอน้ำมันสูงกว่ามากต่อบาร์เรลของน้ำมันที่ความดันต่ำ การสุญญากาศจะใช้เครื่อง Stream ejector และ barometric Condenser หรือใช้ Vacuum pump และ surface Condenser. ในกรณีทีมี Flash Zone Pressure เป็น 25 มม. ปรอท จะใช้ Stream ejectors 3 stages และสูญญากาสที่ได้จะขึ้นอยู่กับ Vapor pressure ของน้ำมันที่ใช้ใน barometric Condenser ปัจจุบันมีความนิยมที่จะใช้ Vacuum pump ซึ่งจะเป็น Liquid Ring Pump ควบกับ surface condenser มากขึ้น

หน่วยเสถียรส่วนเบนซิน (stabilizer)

หน่วยเสถียรสาวนเบนซิน( stabilizer )มีชื่อหน่วยที่ผลิตส่วนเบนซินเช่น SR.Tops stabilizer, Platformer stabilizer เป็นต้น

สารป้อน

-ส่วนเบนซินที่ยังไม่อยาตัว เช่น SR Tops,แพลตฟอร์มอลแคร้ก เบนซินแคทแคร้ก เบนซินไฮโดรแคร้ก

หน้าที่

แยกก๊าชออกจากส่วนเบนซินทำให้เบนซินเสถียร

หน่วยแยกส่วนกลั่น(Distillate Splitter)

สารป้อน

- ส่วนกลั่นใดๆ ที่ต้องการแยก

ทำหน้าที่

-ทำหน้าที่แยกส่วนกลั่นให้เป็นส่วนย่อยเช่น แยกส่วนผสมของทอป แนฟทาและน้ำมันก๊าด ออกเป็นผลิตภัณฑ์แต่ละตัว

หน่วยแยกส่วนกลั่นสำหรับกระบวนการ (Main Fractionator)

หน่วยแยกส่วนกลั่นสำหรับกระบวนการ (Main Fractionator) มีชื่อตามกระบวนการ เช่น

TC Fractionator, FCC Fractionator, HC Fractionator

-สารป้อน สิ่งที่ได้จากกระบวนการ

-หน้าที่ ทำหน้าที่สำหรับแตกตัวความร้อนแยกเป็นก๊าซ ส่วนบนซินเทอร์มอลแคร๊ก ส่วนก๊าซออยล์เทอร์มอลแคร๊ก กาก TC Residue สำหรับหน่วยแตกตัวด้วยคาตาลิสต์ได้ก๊าซส่วนเบนซินแคทแคร๊ก ส่วนก๊าซออยลืชนิด Cycle Oils กากชนิด Slurry Oil ; สำหรับหน่วยไฮโดรแคร้กจะได้ก๊าซ ส่วนเบนซินไฮโดรแคร้กส่วนน้ำมันก๊าด ส่วนก๊าซออยล์ไฮโดรแคร้ก และส่วนย้อนกลับ (Recycle)

กลับไปที่เนื้อหา

บทเรียนที่ 4 แก๊สธรรมชาติ

ก๊าซธรรมชาติ

ก๊าซธรรมชาติคืออะไรก๊าซธรรมชาติ คือ ส่วนผสมของก๊าซไฮโดรคาร์บอน และสิ่งเจือปนต่างๆในสภาวะก๊าซสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่พบในธรรมชาติได้แก่ มีเทน อีเทน โพรเพน บิวเทน เพนเทน เป็นต้น สิ่งเจือปนอื่นๆที่พบในก๊าซธรรมชาติ ได้แก่คาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนไดซัลไฟด์ เป็นต้น ก๊าซธรรมชาติเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีสารสำคัญ 2 ชนิด คือ ไฮโดรเจน(H)กับคาร์บอน(C) รวมตัวกันในสัดส่วนของอะตอมที่ต่างๆกัน โดยเริ่มตั้งแต่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนอันดับแรกที่มีคาร์บอนเพียง 1 อะตอม กับ ไฮโดรเจน 4 อะตอม มีชื่อเรียกโดยเฉพาะว่า "ก๊าซมีเทน" จนกระทั่งมีคาร์บอนเพิ่มมาก ขึ้นถึง 8 อะตอม กับไฮโดรเจน 18 อะตอม มีชื่อเรียกว่า "อ๊อกเทน"

การเกิดก๊าซธรรมชาติ ก๊าซธรรมชาติเกิดจาก การสะสมและทับถมกันของซากพืชซากสัตว์ สะสมเป็นเวลานาน จนเกิดการรวม
ตัวกันเป็นก๊าซธรรมชาติ ซึ่งประกอบด้วย สารประกอบไฮโดรคาร์บอนต่างๆ ได้แก่ มีเทน อีเทน โพรเพน เพนเทน เฮกเซน เฮปเซน และสารประกอบไฮโดรคาร์บอนอื่นๆอีก นอกจากนี้มีสิ่งเจือปนอื่นๆอีก เช่น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ฮีเลียม ไนโตรเจนและไอน้ำ เป็นต้น ก๊าซธรรมชาติที่ได้จากแหล่งอาจประกอบด้วยก๊าซมีเทนล้วนๆ หรืออาจจะมีก๊าซไฮโดรคาร์บอนชนิด อื่นๆปนอยู่บ้าง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมของแหล่งธรรมชาติแต่ละแห่งเป็นสำคัญ แต่โดยทั่วไปแล้ว

ก๊าซธรรมชาติจะประกอบด้วย ก๊าซมีเทนตั้งแต่ 70 เปอร์เซนต์ขึ้นไป และมีก๊าซไฮโดรคาร์บอนชนิดอื่นปนอยู่ ก๊าซธรรมชาติที่ประกอบด้วยมีเทนเกือบทั้งหมด เรียกว่า " ก๊าซแห้ง (dry gas)" แต่ถ้าก๊าซธรรมชาติใด มีพวกโพรเพน บิวเทน และพวกไฮโดรคาร์บอนเหลวหรือก๊าซโซลีนธรรมชาติ เช่น เพนเทน เฮกเทน ฯลฯ ปนอยู่ในอัตราที่ค่อนข้างสูง เรียกก๊าซธรรมชาตินี้ว่า "ก๊าซชื้น (wet gas)"

ก๊าซธรรมชาติที่ประกอบด้วยมีเทนหรืออีเทนหรือที่เรียกว่าก๊าซแห้งนั้นจะมีสถานะเป็นก๊าซที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศ ดังนั้น การขนส่งจึงจำเป็นต้องวางท่อส่งก๊าซ ส่วนก๊าซชื้นที่มีโพรเพนและบิวเทน ซึ่งทั่วไปมีปนอยู่ประมาณ 4 – 8 เปอร์เซ็นต์ จะมีสถานะเป็นก๊าซที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศเช่นกันเราสามารถแยกโพรเพนและบิวเทนออกจากก๊าซธรรมชาติได้แล้วบรรจุลงในถัง ก๊าซ เรียกก๊าซนี้ว่า ก๊าซปิโตรเลียมเหลวหรือ LPG(Liquefied Petroleum Gas) ส่วนก๊าซธรรมชาติเหลวหรือก๊าซโซลีนธรรมชาติซึ่งเรียกกันว่า "คอนเดนเซท" (Condensate) คือ พวกไฮโดรคาร์บอนเหลว ได้แก่ เพนเทน เฮกเซน เฮปเทน และอ๊อกเทน ซึ่งมีสภาพเป็นของเหลวเมื่อผลิตขึ้นมาถึงปากบ่อบนแท่นผลิตสามารถแยกออกจาก ก๊าซธรรมชาติ ได้บนแท่นผลิต การขนส่งอาจลำเลียงทางเรือหรือส่งไปตามท่อได้

พัฒนาการของก๊าซธรรมชาติ ก๊าซธรรมชาติ ซึ่งครั้งหนึ่งเป็นสิ่งที่ไม่ต้องการ เนื่องจากมีการใช้พลังงานน้อย และมีน้ำมันดิบอยู่เหลือเฟือเกินความต้องการ แต่ในปัจจุบันนี้ ก๊าซธรรมชาติถูกนำมาใช้ทดแทนน้ำมันมากขึ้น ทั้งนี้เนื่องจากน้ำมันเหลือน้อยลงนั่นเอง และราคาน้ำมันของโลกก็สูงขึ้นประกอบกับก๊าซธรรมชาติจัดเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาด ดังนั้นด้วยเหตุนี้จึงได้มีการพัฒนาในการนำก๊าซธรรมชาติมาใช้เป็นพลังงานทดแทนมากขึ้นในขณะนี้ ประเทศไทยได้ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงแล้ว โดยได้ทดลองใช้กับรถประจำทางของขนส่งมวลชนและรถแท๊กซี่จำนวนหนึ่ง ซึ่งต่อไปจะพัฒนาระบบและอำนวยความสะดวกเกี่ยวกับสถานีบริการที่รองรับ สำหรับผู้ใช้ก๊าซธรรมชาติและทางภาคอุตสาหกรรมได้นำก๊าซธรรมชาติไปใช้ทดแทนน้ำมันและก๊าซปิโตรเลียม เหลวแล้ว ซึ่งในอนาคตก๊าซธรรมชาติจะมีบทบาทมากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับน้ำมันและก๊าซ ปิโตรเลียมเหลวทั้งนี้เนื่องจากราคาของน้ำมันและก๊าซปิโตรเลียมเหลวจะสูงขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเทียบกับราคาก๊าซธรรมชาติ จึงนับว่าก๊าซธรรมชาติเป็นทรัพยากรที่สำคัญยิ่งและควรจะสนับสนุน และอีกประการหนึ่งเพื่อลดการนำเข้าน้ำมันได้อีกด้วย

การสำรวจหาแหล่งก๊าซธรรมชาติและการขุดเจาะ

ก๊าซธรรมชาติ มักมีการค้นพบในแหล่งเดียวกันกับน้ำมันดิบและจะถูกนำขึ้นมาพร้อมๆกัน ก๊าซจะถูกแยกออกจากน้ำมัน การสำรวจเริ่มจากการศึกษาสภาพภูมิประเทศและสภาพทางธรณีวิทยาอย่างไรก็ตามการสำรวจภาคพื้นดินจะได้ข้อมูลคร่าวๆซึ่งจะนำมาใช้ในการคาดคะเนว่ามีน้ำมันดิบหรือก๊าซธรรมชาติสะสมตัวอยู่หรือไม่ แต่จะไม่ทราบแน่ชัด จะต้องทำการขุดเจาะสำรวจเสียก่อน การศึกษาสภาพภูมิประเทศได้จากการศึกษาแผนที่ทางธรณีวิทยาตัวอย่างหิน ภาพถ่ายจากดาวเทียม

การสำรวจโครงสร้างทางธรณีวิทยาของชั้นหินใต้พื้นดิน ใช้วิธีการทางธรณีฟิสิกส์ เช่น การวัดค่าสนามแม่เหล็กการวัดแรงดึงดูดของโลกการวัดความไหวสะเทือนของชั้นหินซึ่งแต่ละชั้นหินจะให้ค่าออก มาต่างกัน ในการสำรวจสภาพทางธรณีวิทยา การสำรวจความไหวสะเทือนโดยระบบ Seismic มีความสำคัญมากผลความไหวสะเทือนที่ได้ออกมาจะทำให้ทราบลักษณะ โครงสร้างของชั้นหินซึ่งจากข้อมูลเก่าๆ ทางด้านธรณีวิทยา จะแสดงให้เห็นว่าบริเวณนั้นๆ จะเป็นแหล่งสะสมของน้ำมันหรือไม่ จะทำให้สามารถวาดภาพลักษณะโครงสร้างทางธรณีวิทยาจากการศึกษาสภาพภูมิประเทศ และโครงสร้างทางธรณีวิทยาจะทำให้ทราบเพียงว่าอาจจะมีน้ำมันดิบหรือก๊าซธรรมชาติอยู่เท่านั้น ถ้าให้แน่ชัดต้องทำการเจาะสำรวจอีกครั้ง

ซึ่งในการเจาะสำรวจจะมีการศึกษาเพิ่มเติมจากตัวอย่างหินและ เครื่องมือที่ติดไปกับแท่นขุดเจาะการขุดเจาะเพื่อสำรวจให้แน่ชัดว่ามีน้ำมันดิบหรือก๊าซธรรมชาติสะสมตัวหรือไม่นับเป็นขั้นตอนที่ สำคัญมาก เครื่องมือขุดเจาะมีลักษณะเป็นแบบสว่านหมุน ส่วนประกอบที่สำคัญประกอบด้วย หัวเจาะ ท่อเจาะ แท่นยึดและเครื่องยนต์ ซึ่งทำหน้าที่หมุนและดันหัวเจาะลงไปใต้พื้นดิน เนื่องจากท่อเจาะแต่ละท่อนยาวประมาณ 10 เมตรดังนั้น การขุดเจาะจะต้องหยุดเพื่อทำการต่อท่อทุกระยะ 10 เมตร และหัวเจาะที่ใช้ก็อาจทื่อและจำเป็นต้องเปลี่ยนบ่อยๆ การที่จะเปลี่ยนหัวเจาะจะต้องถอนท่อเจาะที่เจาะไปแล้วทั้งหมดออกมา แล้วเริ่มขุดเจาะใหม่ ซึ่งระหว่างการขุดเจาะก็อาจมีปัญหาเกิดขึ้นมากมาย ได้แก่ ดินถล่ม หินพังทลายในระหว่างการถอนท่อเจาะออกเพื่อเปลี่ยนหัวเจาะจึงจำเป็นต้องใส่ปลอกกันบ่อพังเสียก่อนที่จะทำการ ถอนท่อและบางครั้งท่อเจาะเมื่อเจาะลงลึกๆ ก็อาจมีการหักได้ การแก้ไขต้องนำท่อเจาะขึ้นมาก่อนทำการเจาะต่อ

แหล่งก๊าซธรรมชาติ คืออะไรแหล่ง ก๊าซธรรมชาติ ได้มาจากแหล่งต่าง ๆ ทั้งในทะเลและบนบก รวมทั้งการนำเข้าจากประเทศเมียนมาร์ จากแหล่งยาคานา และแหล่งเยตากุน ส่วนแหล่งในประเทศได้จากแหล่งเอราวัณ บงกช ยูโนแคล 2 และ 3 ทานตะวันไพลินการแยกก๊าซธรรมชาติ คือ การแยกสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ซึ่งปะปนกันหลายชนิดตามธรรมชาติออกจากก๊าซธรรมชาติ มาเป็นก๊าซชนิดต่าง ๆ เพื่อนำไปใช้ให้เกิดประโยชน์ตามคุณสมบัติ และคุณค่าของก๊าซนั้น ๆโรงแยกก๊าซธรรมชาติิในประเทศไทย เกิดขึ้นหลังจากที่มีการนำก๊าซธรรมชาติซึ่งค้นพบในอ่าวไทยมาใช้ประโยชน์ เพื่อทดแทนการใช้น้ำมันดิบที่ต้องนำเข้าจากต่างประเทศ ก๊าซธรรมชาติประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนที่เป็นประโยชน์ สามารถแยกออกมาใช้ประโยชน์ได้มากกว่าการนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงเพียงอย่างเดียว ก๊าซธรรมชาติใช้ประโยชน์ได้โดยตรง ด้วยการใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้า หรือในโรงงานอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมการทำกระจก อุตสาหกรรมเซรามิค อุตสาหกรรมสุขภัณฑ์ ฯลฯ และเมื่อนำไปอัดใส่ถังด้วยความดันสูงก็นำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ ได้ เรียกว่าก๊าซธรรมชาติสำหรับรถยนต์ (Natural Gas for Vehicles : NGV)

ผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ หลังกระบวนการแยกของโรงแยกก๊าซ

ก๊าซธรรมชาติมีสารประกอบที่เป็นประโยชน์ เมื่อผ่านกระบวนการแยกที่โรงแยกก๊าซแล้ว จะได้ผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ดังนี้

1.ก๊าซมีเทน (C1) : ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าในโรงงานอุตสาหกรรม และนำไปอัดใส่ถังด้วยความดันสูง เรียกว่าก๊าซธรรมชาติ อัด สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ รู้จักกันในชื่อว่า “ก๊าซธรรมชาติสำหรับยานยนต์” (Natural Gas for Vehicles : NGV)

2.ก๊าซ อีเทน (C2) : ใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีขั้นต้น สามารถนำไปใช้ผลิตเม็ดพลาสติก เส้นใยพลาสติกชนิดต่าง ๆ เพื่อนำไปใช้แปรรูปต่อไป

3.ก๊าซโพรเพน (C3) และก๊าซบิวเทน (C4) : ก๊าซโพรเพนใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีขั้นต้นได้เช่นเดียวกัน และหากนำเอาก๊าซโพรเพนกับก๊าซบิวเทนมาผสมกัน อัดใส่ถังเป็นก๊าซปิโตรเลียมเหลว (Liquefied Petroleum Gas : LPG) หรือที่เรียกว่าก๊าซหุงต้ม สามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในครัวเรือน เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์ และใช้ในการเชื่อมโลหะได้รวมทั้งยังนำไปใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมบางประเภทได้อีกด้วย

4.ไฮโดรคาร์บอนเหลว (Heavier Hydrocarbon) : อยู่ในสถานะที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิและความดัน
บรรยากาศ เมื่อผลิตขึ้นมาถึงปากบ่อบนแท่นผลิต สามารถแยกจากไฮโดรคาร์บอนที่มีสถานะเป็นก๊าซบนแท่นผลิต เรียกว่า คอนเดนเสท (Condensate) สามารถลำเลียงขนส่งโดยทางเรือหรือทางท่อ นำไปกลั่นเป็นน้ำมันสำเร็จรูปต่อไป

5.ก๊าซ โซลีนธรรมชาติ : แม้ว่าจะมีการแยกคอนเดนเสทออกเมื่อทำการผลิตขึ้นมาถึงปากบ่อบนแท่นผลิตแล้ว แต่ก็ยังมีไฮโดรคาร์บอนเหลวบางส่วนหลุดไปกับไฮโดรคาร์บอนที่มีสถานะเป็นก๊าซ เมื่อผ่านกระบวนการแยกจากโรงแยก
ก๊าซธรรมชาติแล้ว ไฮโดรคาร์บอนเหลวนี้ก็จะถูกแยกออก เรียกว่า ก๊าซโซลีนธรรมชาติ หรือ NGL (natural gasoline) และส่งเข้าไปยังโรงกลั่นน้ำมัน เป็นส่วนผสมของผลิตภัณฑ์น้ำมันสำเร็จรูปได้เช่นเดียวกับคอนเดนเสท และยังเป็นตัวทำละลาย ซึ่งนำไปใช้ในอุตสาหกรรมบางประเภทได้เช่นกัน

6.ก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์ : เมื่อผ่านกระบวนการแยกแล้ว จะถูกนำไปทำให้อยู่ในสภาพของแข็ง เรียกว่า น้ำแข็งแห้ง นำไปใช้ในอุตสาหกรรมถนอมอาหาร อุตสาหกรรมน้ำอัดลมและเบียร์ ใช้ในการถนอมอาหารระหว่างการขนส่ง นำไปเป็นวัตถุดิบสำคัญในการทำฝนเทียม และนำไปใช้สร้างควันในอุตสาหกรรมบันเทิง อาทิ การแสดงคอนเสิร์ต หรือการถ่ายทำภาพยนต์

ก๊าซธรรมชาติ อยู่ในสภาพสถานะต่าง ๆ ดังนี้

1.Pipe Natural Gas เป็นการขนส่งก๊าซธรรมชาติทางท่อ ซึ่งเป็นก๊าซมีเทนเป็นส่วนใหญ่ การขนส่งด้วย ระบบท่อ จะนำไปเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้าและในโรงงานอุตสาหกรรม

2.NGV หรือ Natural Gas for Vehicles เป็นการใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นก๊าซมีเทน การขนส่งก๊าซธรรมชาติมาทางท่อและขนส่งทางรถยนต์ เข้าสู่สถานีบริการ และเข้าสู่ระบบขบวนการในการบรรจุลงในถังเก็บก๊าซของรถยนต์ต่อไป

3.LNG หรือ Liquefied Natural Gas เป็นการขนส่งด้วยเรือที่ออกแบบไว้เฉพาะ โดยการทำก๊าซธรรมชาติิให้กลายเป็นของเหลว เพื่อให้ปริมาตรลดลงประมาณ 600 เท่า โดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิ -160 องศาเซลเซียส

NGV คืออะไร

NGV ย่อมาจาก Natural Gas for Vehicles เป็นก๊าซธรรมชาติที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ มีส่วนประกอบหลัก คือก๊าซมีเทน ซึ่งมีคุณสมบัติเบากว่าอากาศ ส่วนใหญ่จะใช้งานอยู่ในสภาพเป็นก๊าซที่ถูกอัดจนมีความดัน 3,000 ปอนด์ ต่อตารางนิ้ว บางครั้งเรียกก๊าซนี้ว่า CNG ซึ่งย่อมาจาก Compressed Natural Gas หรือก๊าซธรรมชาติอัด

กลับไปที่เนื้อหา

การสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียม

ในอดีตนั้น ร่องรอยการไหลซึมขึ้นมาของน้ำมันดินบนพื้นผิวดิน (Seepages) จะได้รับการพิจารณาเป็นข้อบ่งชี้ว่า ใต้พื้นดินบริเวณนั้นมีแหล่งปิโตรเลียมอยู่ แล้วขั้นต่อไปจึงดำเนินการเจาะสำรวจเพื่อพัฒนาแหล่งน้ำมันนั้นต่อไป การเจาะสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมในระยะแรกใช้วิธีการสุ่มเจาะสำรวจ แต่ในปัจจุบันนี้ กระบวนการและขั้นตอนในการสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียม ไม่ว่าจะเป็นแหล่งน้ำมันดิบ หรือแหล่งแก๊สธรรมชาตินับได้ว่าเป็นเรื่องที่มีความยุ่งยากและซับซ้อนมากจะ ต้องใช้วิชาความรู้ด้านธรณีวิทยา (Geology) และธรณีฟิสิกส์ (Geophysics) อย่างกว้างขวางและ ลึกซึ้ง อย่างไรก็ดี แรงผลักดันที่ทำให้การสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมได้รับการพัฒนาขึ้นมา และมีการดำเนินการในขอบเขตที่กว้างขวางยิ่งขึ้นทั้งบนบกและในทะเล คือความต้องการด้านเชื้อเพลิงและพลังงานของสังคมที่ได้เพิ่มมากขึ้นมาโดย ตลอด นอกจากนี้ แหล่งปิโตรเลียมที่สามารถสำรวจ ค้นหา และพัฒนาได้ง่ายๆ ก็ได้ลดน้อยลง ทำให้ต้องมีการพัฒนาเทคนิคการสำรวจให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

การสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมนั้นเป็นการสำรวจหาข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับขนาด รูปทรงทางเรขาคณิตของแหล่งปิโตรเลียม และระดับความลึกจากพื้นผิวของแหล่ง เพื่อประเมินปริมาณสำรองและคุณภาพของปิโตรเลียม นอกจากนี้ยังต้องสำรวจหาข้อมูลทางด้านวิศวกรรมปิโตรเลียมที่เกี่ยวข้อง เช่น ความกดดันของแหล่งปิโตรเลียม อัตราการไหลของปิโตรเลียม และความสามารถในการผลิตปิโตรเลียม ทั้งนี้รวมไปถึงชนิดของปิโตรเลียมในแหล่งสะสมตัวอีกด้วย

ขั้นตอนในการสำรวจปิโตรเลียมอาจจำแนกออกได้เป็นขั้นตอนหลัก คือ

การสำรวจทางธรณีวิทยา (Geological exploration) การสำรวจในขั้นนี้จะเริ่มต้นด้วยการรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสภาพธรณีวิทยาของ พื้นที่และบริเวณใกล้เคียง ซึ่งได้มีการดำเนินการมาก่อนแล้ว เพื่อประเมินผลสำหรับการสำรวจเพิ่มเติมต่อไป ถ้าพื้นที่สำรวจเป็นพื้นที่บนบกนักธรณีวิทยาจะต้องศึกษาสภาพธรณีวิทยาของ พื้นที่ การใช้ภาพถ่ายทางอากาศ และภาพถ่ายจากดาวเทียม ช่วยพิจารณาลักษณะโครงสร้างทางธรณีวิทยา (Geological structure) ของพื้นที่การสำรวจภาคสนามเพื่อตรวจสอบหินที่โผล่ให้เห็นบนพื้นผิว การตรวจวิเคราะห์อายุหิน การวิเคราะห์ตัวอย่างหินทางธรณีเคมี (Geochemicalanalysis) เพื่อหาหินต้นกำเนิดปิโตรเลียม (Sourcerock) และวิเคราะห์คุณสมบัติทางกายภาพของหินการประเมินผลการสำรวจทางธรณีวิทยา ทำให้สามารถกำหนดขอบเขตของพื้นที่ ซึ่งมีแนวโน้มว่าจะมีความเป็นไปได้ทางด้านหินต้นกำเนิดปิโตรเลียม หินกักเก็บปิโตรเลียม (Reservoir rock) ซึ่งจะกลายเป็นแหล่งปิโตรเลียมต่อไปได้

การสำรวจทางธรณีฟิสิกส์ (Geophysical exploration) การสำรวจในขั้นนี้อาศัยหลักคุณสมบัติทางฟิสิกส์ของชั้นหินชนิดต่างๆอาทิ คุณสมบัติด้านแม่เหล็กไฟฟ้า คุณสมบัติในการเป็นตัวกลางของคลื่นชนิดต่างๆ เป็นต้นมาเป็นข้อพิจารณา เพื่อตรวจสอบสภาพธรณีวิทยาใต้ผิวดิน ทั้งในเรื่องการเรียงลำดับชั้นหินโครงสร้างทางธรณีวิทยา โดยใช้เครื่องมือทางธรณีฟิสิกส์ช่วยในการตรวจวัดคุณสมบัติต่างๆ ของหินที่อยู่ใต้ผิวดินลึกลงไปในพื้นที่สำรวจ

เทคนิคทางด้านธรณีฟิสิกส์ที่นิยมนำมาไปใช้ในการสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียม คือ การตรวจวัดค่าความเข้มสนามแม่เหล็กโลก (Magnetic survey) การตรวจวัดค่าความโน้มถ่วง (Gravity survey) และการตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือนของชั้นหิน (Seismicsurvey) การสำรวจทางธรณีฟิสิกส์เพื่อตรวจวัดค่าความเข้มของสนามแม่เหล็กโลก และการตรวจวัดค่าความโน้มถ่วง จะช่วยในการกำหนดขอบเขตและรูปร่างของแอ่งตะกอนในอดีตใต้ผิวดินลึกลงไปว่า มีศักยภาพที่จะเป็นแหล่งปิโตรเลียมมากน้อยเพียงไร รวมทั้งสามารถกำหนดพื้นที่ให้แคบลงเพื่อทำการสำรวจทางธรณีฟิสิกส์ ด้วยการตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือนของชั้นหินในขั้นต่อไป เพื่อประเมินลักษณะการเรียงตัวของชั้นหินและโครงสร้างทางธรณีวิทยาใต้ผิวดิน สำหรับช่วยในการกำหนดตำแหน่งหลุมเจาะสำรวจต่อไปการสำรวจทางธรณีฟิสิกส์นั้น สามารถจะดำเนินการได้ทั้งพื้นที่บนบกและพื้นที่ในทะเล

การเจาะสำรวจ (Drilling exploration) เมื่อประเมินผลการสำรวจทางธรณีวิทยาและการสำรวจทางธรณีฟิสิกส์เข้าด้วยกัน แล้ว ก็สามารถกำหนดโครงสร้างที่คาดว่าจะเป็นแหล่ง กักเก็บปิโตรเลียมได้ในเบื้องต้น และลำดับต่อไปก็จะเป็นการเจาะสำรวจ โดยในขั้นแรกจะเป็นการเจาะสำรวจเพื่อหาข้อมูลทางธรณีวิทยาเกี่ยวกับลำดับ ชั้นหินใต้พื้นผิวลึกลงไป ตรวจสอบลักษณะตัวอย่างหิน และยืนยันลักษณะโครงสร้างทางธรณีวิทยาใต้ดิน รวมทั้งเพื่อค้นหาปิโตรเลียมหรือร่องรอยของปิโตรเลียม ถ้าผลการเจาะสำรวจพบว่ามีปิโตรเลียมสะสมตัวอยู่ในแหล่งใต้ดินลึกลงไป ก็จะมีการศึกษาและตรวจสอบข้อมูลอื่นๆ เพิ่มเติม เช่น ลักษณะและคุณภาพปิโตรเลียม อายุของชั้นกักเก็บปิโตรเลียมชนิดของหิน ความพรุนของเนื้อหิน (Porosity) และคุณสมบัติการให้ของไหลซึมผ่านเนื้อหิน (Permeability) นอกจากนี้ ยังอาจมีการทดสอบหลุมเจาะสำรวจ เพื่อประเมินหาความสามารถในการผลิตปิโตรเลียมจากแหล่งกักเก็บที่สำรวจพบด้วย ขั้นต่อไปจะเป็นการเจาะสำรวจเพิ่มเติมเพื่อกำหนดขอบเขตที่แน่นอนของแหล่ง ปิโตรเลียม ปริมาณการไหล ปริมาณสำรองของปิโตรเลียมในแหล่งกักเก็บ เพื่อการประเมินศักย์ภาพ และสมรรถนะของการผลิตปิโตรเลียมในเชิงพาณิชย์ต่อไป

การผลิตน้ำมันดิบ

เมื่อผลการสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมสามารถจะประเมินปริมาณสำรองของปิโตรเลียมที่มีสมรรถนะเชิงพาณิชย์เป็นที่แน่นอนแล้ว ตลอดจนสามารถระบุชนิดและคุณภาพของปิโตรเลียมได้ชัดเจน ขั้นต่อไปก็จะเป็นการพัฒนาและผลิตปิโตรเลียม การวางแผนเพื่อพัฒนาและผลิตปิโตรเลียมจากแหล่งนั้น อาจพัฒนาหลุมเจาะสำรวจปิโตรเลียมเดิมให้เป็นหลุมผลิต หรือจะทำการเจาะหลุมใหม่ เพื่อการผลิตปิโตรเลียมเพิ่มเติมอีกตามเป้าหมายที่ได้กำหนดไว้ การกำหนดตำแหน่งหลุมผลิตนั้นมีหลักเกณฑ์ที่ประเมินแล้วว่า สามารถดำเนินการผลิตปิโตรเลียมให้เป็นไปโดยมีประสิทธิภาพสูงสุด ปิโตรเลียมที่ผลิตขึ้นมาได้จากแหล่งนั้น จะมีทั้งส่วนที่เป็นน้ำมันดิบและ/หรือแก๊สธรรมชาติ โดยมีอัตราส่วนของแก๊สธรรมชาติต่อน้ำมันดิบ ในกรณีที่มีปิโตรเลียมทั้งสองชนิดสะสมรวมกันในแหล่ง จะขึ้นอยู่กับธรรมชาติและคุณภาพของปิโตรเลียมที่ปรากฏเฉพาะในแต่ละแหล่ง

การผลิตน้ำมันดิบ แหล่งน้ำมันดิบบางแหล่งนั้น น้ำมันดิบสามารถจะไหลขึ้นมาถึงปากหลุมได้เอง ทั้งนี้เพราะน้ำมันดิบถูกกักเก็บในแหล่งภายใต้สภาพความกดดันสูง เมื่อหลุมเจาะเพื่อผลิตน้ำมันดิบทะลวงลึกลงไปถึงแหล่งปิโตรเลียม ก็จะทำให้ความกดดันของแหล่งลึกดันเอาน้ำมันขึ้นมาสู่ระดับผิวดิน อย่างไรก็ดี สำหรับแหล่งน้ำมันดิบที่ไม่สามารถไหลขึ้นมาสู่ปากหลุมได้เอง ก็ต้องติดตั้งเครื่องสูบหรืออุปกรณ์ในการผลิตบางอย่างมาช่วยที่ปากหลุม หรือในหลุมผลิต หรืออาจใช้วิธีการนำเอาแก๊สธรรมชาติ หรือแก๊สชนิดอื่นที่เหมาะสมอัดลงไปให้หมุนเวียน ในหลุมผลิต เพื่อช่วยดันให้น้ำมันดิบขึ้นมาที่ปากหลุม เมื่อมีการผลิตน้ำมันดิบจากแหล่งเกิดขึ้นนั้น ความกดดันในแหล่งน้ำมันดิบจะลดลง ซึ่งจะทำให้ความสามารถในการผลิตลดลงด้วย ดังนั้น จึงต้องมีวิธีการรักษาความกดดันของแหล่งน้ำมันดิบโดยการอัดน้ำ หรือแก๊สธรรมชาติลงไปในแหล่ง ถ้าธรรมชาติของแหล่งกักเก็บมีความเหมาะสม โดยเฉลี่ยแล้ว ปริมาณน้ำมันดิบที่แทรกตัวอยู่ในรูพรุน หรือรอยแตกของหินกักเก็บน้ำมันนั้น มีเพียงร้อยละ ๒๕ ถึง ๖๐ เท่านั้น ที่สามารถสกัดหรือผลิตออกมาใช้ประโยชน์ได้ ทั้งนี้ น้ำมันส่วนที่เหลืออาจผลิตได้ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน แต่ก็สิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายสูงเกินจุดคุ้มทุน

อย่างไรก็ดี การผลิตน้ำมันดิบโดยให้เหลือ ตกค้างอยู่ในแหล่งใต้ดินน้อยที่สุดนั้น ก็ถือได้ว่าเป็นการผลิตที่มีประสิทธิภาพสูงสุด กระบวนการทางเทคนิคเพื่อเพิ่มพูนประสิทธิภาพในการผลิต โดยการเพิ่มอุณหภูมิในแหล่งน้ำมันดิบ เพื่อลดความหนืด (Viscosity) ของน้ำมันดิบลง ทำให้น้ำมันดิบไหลได้สะดวกขึ้น สามารถกระทำได้โดยการอัดไอน้ำร้อนลงไปในแหล่ง หรือการอัดสารละลายเคมีลงไปในแหล่งน้ำมันดิบ เพื่อชะล้างละลายเอาน้ำมันดิบที่ตกค้างในแหล่งกักเก็บออกมา กระบวนการเหล่านี้จะต้องได้รับการศึกษา และทดสอบจนเป็นที่แน่ใจก่อนว่าได้ผลดีก่อนนำไปปฏิบัติจริง ทั้งนี้เพราะเป็นเทคนิคที่ต้องลงทุนด้วยค่าใช้จ่ายสูงมาก

การผลิตแก๊สธรรมชาติ กระบวนการผลิตแก๊สธรรมชาติค่อนข้างจะยุ่งยากซับซ้อนมากกว่ากระบวนการผลิตน้ำมันดิบ ทั้งนี้เนื่องจากจะต้องมีการควบคุมความกดดันของแก๊สธรรมชาติในแหล่งอย่างรัดกุม นอกจากนี้เมื่อแก๊สธรรมชาติที่ผลิตได้มีสภาพความกดดันต่ำเกินไป ก็จะต้องมีการเพิ่มความกดดันให้เพียงพอที่จะสามารถไหลไปได้ตามท่อส่ง โดยทั่วๆ ไปแล้ว แก๊สธรรมชาติจากแหล่งสามารถไหลขึ้นมาถึงปากหลุมได้โดยความกดดันตามธรรมชาติที่มีอยู่ในแหล่ง ซึ่งได้รับการควบคุมระหว่างการผลิต หลังจากเริ่มผลิตแก๊สธรรมชาติแล้ว ความกดดันก็จะลดลงเรื่อยๆ จนถึงระดับที่ไม่สามารถดันให้แก๊สธรรมชาติไหลขึ้นมาถึงปากหลุมด้วยอัตราการผลิตที่ควบคุมความกดดัน ก็ถือว่าการผลิตแก๊สธรรมชาติจากหลุมผลิตนั้นๆ สิ้นสุดลง แก๊สธรรมชาติในแหล่งหลายแหล่งอาจมีแก๊สธรรมชาติเหลว (Condensate) ปะปนอยู่ด้วย ดังนั้น ที่ปากหลุมผลิตจึงต้องมีกระบวนการแยกแก๊สธรรมชาติเหลวเอาไว้ เพื่อนำไปใช้ประโยชน์เพิ่มเติมต่อไป โดยอาจนำไปผสมกับน้ำมันดิบในกระบวนการกลั่น หรือใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีต่อไป

ปิโตรเลียมที่ได้รับการผลิตและพัฒนาขึ้นมาจากแหล่งใต้ดิน ไม่ว่าจะอยู่ในรูปของน้ำมันดิบ แก๊สธรรมชาติ หรือแก๊สธรรมชาติเหลว มักจะมีมลทินปะปนขึ้นมาด้วยเสมอไม่มากก็น้อย มลทิน เหล่านี้มักจะเป็นน้ำ แก๊สชนิดต่างๆ ที่มิใช่สารประกอบของไฮโดรคาร์บอน และตะกอน ซึ่งมลทินเหล่านี้จะต้องได้รับการสกัดออกก่อนเสมอ สำหรับน้ำมันดิบ บางครั้งอาจต้องใช้ความร้อนในการแยกเอาน้ำออก หรืออาจต้องเติมสารเคมีเข้าไปผสมเพื่อป้องกันการแข็งตัวอีกด้วย

กระบวนการที่ต่อเนื่องจากการผลิตก็คือ การขนส่งปิโตรเลียมไปยังโรงกลั่นน้ำมัน หรือโรงแยกแก๊ส ก่อนนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้า การขนส่งน้ำมันดิบอาจใช้เรือบรรทุกน้ำมัน รถไฟ รถบรรทุก หรือท่อส่งน้ำมันดิบ ส่วนแก๊สธรรมชาติมักจะใช้วิธีการขนส่งทางท่อ

กลับไปที่เนื้อหา

บทเรียนที่ 5 สถานการณ์พลังงานในประเทศไทย

ปริมาณพลังงานสำรอง (Reserves)

· น้ำมันดิบ ปริมาณสำรองที่พิสูจน์แล้ว (Proved Reserves) ของน้ำมันดิบในประเทศไทย ณ 31 ธันวาคม 2542 มีจำนวนทั้งสิ้น 156.2 ล้านบาร์เรล การผลิตในปี 2543 อยู่ในระดับ 20.4 ล้านบาร์เรล (55 พันบาร์เรล/วัน) ดังนั้น ถ้าผลิตในระดับนี้ จะสามารถใช้ได้เป็นเวลา 7.7 ปี อย่างไรก็ตามในขณะนี้บริษัท Unocal ได้ค้นพบแหล่งน้ำมันดิบแห่งใหม่ในอ่าวไทย อยู่ทางบริเวณตอนเหนือของแหล่งเอราวัณ บริษัทฯคาดว่าจะสามารถผลิตได้ 15 พันบาร์เรล/วัน ซึ่งจะทำให้ปริมาณสำรองและปริมาณ การผลิตของไทยเพิ่มมากขึ้น

· คอนเดนเสท ปริมาณสำรองที่พิสูจน์แล้วของไทย ณ 31 ธันวาคม 2542 มีจำนวนทั้งสิ้น 212.7 ล้านบาร์เรล ในปี 2543 ปริมาณการผลิตอยู่ที่ระดับ 19.3 ล้านบาร์เรล (53 พันบาร์เรล/วัน) การผลิตระดับนี้จะทำให้เราสามารถใช้ได้เป็นเวลา 11.0 ปี

ก๊าซธรรมชาติ ปริมาณสำรองที่พิสูจน์แล้วของไทย ณ 31 ธันวาคม 2542 อยู่ที่ระดับ 12,168 พันล้านลูกบาศก์ฟุต โดยอยู่ในทะเลจำนวน 11,308.2 พันล้านลูกบาศก์ฟุต (รวม JDA เฉพาะที่เป็นของไทย จำนวน 3,001.2 พันล้านลูกบาศก์ฟุต) ปริมาณการผลิตในปี 2543 อยู่ที่ระดับ 1,988 ล้านลูกบาศก์ฟุตต่อวัน ซึ่ง ณ ระดับการผลิตนี้จะสามารถใช้ได้เป็นเวลา 16.8 ปี

· ถ่านหิน/ลิกไนต์ ปริมาณสำรองถ่านหินของไทย ณ 31 ธันวาคม 2542 อยู่ที่ระดับ 1,390 ล้านตัน แหล่งสำคัญเป็นของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) คือแหล่งแม่เมาะมีจำนวน 1,240 ล้านตัน การผลิตในปี 2543 คาดว่าจะอยู่ในระดับ 18 ล้านตัน ซึ่งการผลิตในระดับนี้จะสามารถ คงอยู่ได้เป็นเวลา 77.2 ปี อย่างไรก็ตามตั้งแต่ปี 2530 เป็นต้นมา กรมทรัพยากรธรณีได้มีการสำรวจแหล่งถ่านหินใหม่ๆ จำนวน 70 แหล่ง และได้พบแหล่งถ่านหินจำนวน 20 แหล่ง มีปริมาณสำรอง (Measured Reserves) จำนวน 738 ล้านตัน ถ้าแหล่งถ่านหินเหล่านี้ถูกพัฒนาเป็นเหมืองถ่านหินจะทำให้ปริมาณสำรองเพิ่มเป็น 2,128 ล้านตัน และถ้าการผลิตยังอยู่ในระดับ 18 ล้านตัน/ปี จะสามารถใช้ได้นาน 118.2 ปี

· ไฟฟ้าพลังน้ำ ณ สิ้นเดือนสิงหาคม 2543 กฟผ. มีกำลังการผลิตติดตั้งไฟฟ้าพลังน้ำจำนวน 2,880 เมกะวัตต์ คิดเป็นร้อยละ 16.7 ของกำลังการผลิตไฟฟ้าทั้งสิ้นของ กฟผ. แต่เนื่องจากการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำจะใช้ในช่วงความต้องการสูงสุด ดังนั้นการผลิตไฟฟ้าจากพลังน้ำอยู่ในระดับร้อยละ 6.2 ของปริมาณการผลิตไฟฟ้าทั้งหมด

ปริมาณสำรองพลังงานไทย (Proved Reserves)

ณ 31 ธันวาคม 2542

แหล่ง

น้ำมันดิบ

(ล้านบาร์เรล)

คอนเดนเสท

(ล้านบาร์เรล)

ก๊าซธรรมชาติ

(พันล้านลูกบาศก์ฟุต)

ลิกไนต์/ถ่านหิน

(ล้านตัน)

ในอ่าวไทย

บนบก

73.8

82.4

212.7

11,308.2

859.8

1,390

รวม

156.2

212.7

12,168.0

1,390

การผลิตปี 2543

ใช้ได้เป็นเวลา (ปี)

20.4

7.7

19.3

11.0

725.6

16.8

77.2

1.2 สถานการณ์ภาพรวมพลังงาน

· ความต้องการพลังงานเชิงพาณิชย์ ในช่วง 8 เดือนแรกของปี 2543 เพิ่มขึ้นร้อยละ 3.0 เมื่อเทียบกับช่วงเดียวกันของปีก่อนโดย

- การใช้ก๊าซธรรมชาติเพิ่มขึ้นร้อยละ 15.7 เนื่องจากมีการใช้ในโรงไฟฟ้าเอกชนรายใหญ่
(IPP) , โรงไฟฟ้าเอกชนรายเล็ก (SPP) และอุตสาหกรรมเพิ่มสูงขึ้น

- ไฟฟ้าพลังน้ำและนำเข้าเพิ่มสูงขึ้นร้อยละ 64.6 เนื่องจากปริมาณน้ำในเขื่อนมีมาก และมีการนำเข้าจาก สปป.ลาว เพิ่มมากขึ้น

- การใช้น้ำมันลดลงร้อยละ 3.6

- การใช้ลิกไนต์และถ่านหินลดลงร้อยละ 4.6

· การผลิตพลังงานเชิงพาณิชย์เพิ่มขึ้นถึงร้อยละ 10.8 เมื่อเทียบกับ 8 เดือนแรกของปีก่อน

- น้ำมันดิบเพิ่มขึ้นร้อยละ 86.1 จากระดับ 34 พันบาร์เรล/วัน ในปี 2542 เป็น 56
พันบาร์เรล/วัน เนื่องจากแหล่งเบญจมาส ซึ่งเริ่มการผลิตเมื่อกลางปี 2542 สามารถ ผลิตได้เต็มที่ในปีนี้ที่ระดับ 21 พันบาร์เรล/วัน

- การผลิตก๊าซธรรมชาติ (ไม่รวมการนำเข้าจากสหภาพพม่า) เพิ่มขึ้นร้อยละ 9.2 โดย อยู่ที่ระดับ 1,989 ล้านลูกบาศก์ฟุต/วัน

- การผลิตคอนเดนเสทขยายตัวเพิ่มขึ้นตามก๊าซธรรมชาติ ผลิตเพิ่มขึ้นร้อยละ 12.6

- การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำเพิ่มขึ้นร้อยละ 72.2

- การผลิตลิกไนต์ลดลงร้อยละ 11.5 โดยเป็นไปตามแผนการใช้ลิกไนต์ในการผลิต ไฟฟ้าของ กฟผ. ที่โรงไฟฟ้าแม่เมาะ

· การนำเข้า ปริมาณการนำเข้าพลังงานเชิงพาณิชย์ (สุทธิ) ใน 8 เดือนแรกของปีนี้ เทียบกับระยะเดียวกันของปี 2542 เพิ่มขึ้นร้อยละ 12.7 เป็นผลมาจากการนำเข้าไฟฟ้าจากลาวเพิ่มขึ้นร้อยละ 25.8 การนำเข้าถ่านหินเพิ่มขึ้นร้อยละ 23.0 และการนำเข้าก๊าซธรรมชาติจากพม่ามาใช้ในโรง ไฟฟ้าราชบุรีเพิ่มขึ้น ทั้งนี้การนำเข้าเฉลี่ยในช่วง 8 เดือนนี้อยู่ที่ระดับ 120 ล้านลูกบาศก์ฟุต/วัน ขณะที่การนำเข้าน้ำมันดิบลดลงร้อยละ 5.0

1.3 สถานการณ์พลังงานแต่ละชนิด

· ก๊าซธรรมชาติ ปริมาณการผลิตและการใช้ก๊าซธรรมชาติเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทั้งนี้ เนื่องจากการใช้ก๊าซธรรมชาติก่อให้เกิดผลกระทบกับสิ่งแวดล้อมน้อย รัฐบาลจึงสนับสนุนให้ กฟผ. ใช้ ทดแทนน้ำมันเตาในการผลิตไฟฟ้า ประกอบกับในช่วงปีนี้ราคาน้ำมันสูงมาก จึงทำให้อุตสาหกรรมที่ใช้ ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG) หรือน้ำมันเตาเปลี่ยนมาใช้ก๊าซธรรมชาติแทน โดยเฉพาะอุตสาหกรรมการกลั่นน้ำมัน การจัดหาก๊าซธรรมชาติเพิ่มขึ้นร้อยละ 15.7 อยู่ที่ระดับ 2,109 ล้านลูกบาศก์ฟุต/วัน แยกเป็น การผลิต 1,989 ล้านลูกบาศก์ฟุต/วัน และการนำเข้า 120 ล้านลูกบาศก์ฟุต/วัน

แหล่งผลิตที่สำคัญคือ บงกช ผลิตได้เฉลี่ย 577 ล้านลูกบาศก์ฟุต/วัน นอกจากนั้นยังมีแหล่งผลิตใหม่ที่เริ่มทำการผลิตในช่วงไตรมาส 3 ของปีก่อน และสามารถผลิตได้เต็มที่ในปีนี้ ได้แก่ แหล่ง เบญจมาส ของบริษัทไทยโป แหล่งไพลินและแหล่งตราด ของบริษัทยูโนแคล การนำเข้าจากพม่าจากแหล่งยานาดาและโดยเฉพาะจากแหล่งเยตากุน ซึ่งเริ่มมีในเดือนพฤษภาคมปีนี้

· น้ำมันดิบ ปริมาณการผลิตในช่วง 8 เดือนแรกอยู่ที่ระดับ 56.1 พันบาร์เรล/วัน มีแหล่งผลิตสำคัญได้แก่ สิริกิติ์ผลิตได้ 23.5 พันบาร์เรล/วัน และแหล่งเบญจมาสผลิตได้ 21.3 พันบาร์เรล/วัน โดยปริมาณการผลิตคิดเป็นร้อยละ 7.7 ของความต้องการน้ำมันดิบในการกลั่น (Crude Intake) จึงมีการ นำเข้าจากต่างประเทศจำนวน 662.5 พันบาร์เรล/วัน เป็นมูลค่า 170,746 ล้านบาท

· ลิกไนต์/ถ่านหิน การผลิตลิกไนต์ในช่วง 8 เดือนแรกลดลงร้อยละ 5.0 อยู่ที่ระดับ 12.0 ล้านตัน และใช้ในโรงไฟฟ้าแม่เมาะจำนวน 9.5 ล้านตัน เพิ่มขึ้นร้อยละ 1.8

การใช้ลิกไนต์ของภาคเอกชนลดลงร้อยละ 34.4 ขณะที่ถ่านหินนำเข้าเพิ่มขึ้นร้อยละ 23.0 เนื่องจากราคาถ่านหินนำเข้าที่มีคุณภาพสูงมีราคาถูกลงทำให้เอกชนเพิ่มการนำเข้า ประกอบกับมีเชื้อเพลิงชนิดอื่นได้แก่ปิโตรเลียมโค๊ก (Petroleum Coke) เข้ามาทดแทนถ่านหินและลิกไนต์ในอุตสาหกรรมผลิต ปูนซีเมนต์ จึงทำให้ภาพรวมการใช้ลิกไนต์/ถ่านหิน ลดลงร้อยละ 4.6

· น้ำมันสำเร็จรูป ปริมาณการใช้ในช่วง 8 เดือนแรกของปี 2543 อยู่ที่ระดับ 621.4 พันบาร์เรล/วัน ลดลงร้อยละ 3.0 โรงกลั่นส่วนใหญ่ลดการกลั่นลงโดยปริมาณการใช้น้ำมันดิบเพื่อกลั่น (Crude Intake) อยู่ที่ระดับ 732 พันบาร์เรล/วัน คิดเป็นร้อยละ 86.9 ของกำลังการกลั่นของประเทศซึ่งอยู่ที่ระดับ 842.5 พันบาร์เรล/วัน อย่างไรก็ตามปริมาณการผลิตยังคงมากกว่าความต้องการภายในประเทศ จึงทำให้มีการส่งออก(สุทธิ) จำนวน 43.5 พันบาร์เรล/วัน โดยมีการส่งออกสุทธิน้ำมันสำเร็จรูปทุกชนิดยกเว้นน้ำมันเตา มีรายละเอียดดังนี้

D น้ำมันเบนซิน ปริมาณการใช้ในช่วง 8 เดือนแรกของปีนี้อยู่ในระดับ 119.0 พันบาร์เรล/วันลดลงร้อยละ 3.1 เมื่อเทียบกับช่วงเดียวกันของปีก่อน สาเหตุหลักมาจากการใช้ในรถยนต์ยังคงชะลอตัวอยู่เนื่องจากราคาน้ำมันเบนซินสูงขึ้นมาก ประกอบกับภาวะเศรษฐกิจของประเทศยังไม่ดีนักประชาชนโดยทั่วไปประหยัดมากขึ้นโดยลดการใช้รถยนต์ลง การใช้น้ำมันเบนซินพิเศษลดลงร้อยละ 23.2 ในขณะที่ การใช้น้ำมันเบนซินธรรมดาเพิ่มขึ้นร้อยละ 39.0 ทั้งนี้ เป็นผลจาการรณรงค์ให้มีการใช้น้ำมันที่มีค่าออกเทน ให้เหมาะสมกับประเภทรถ และมาตรการดังกล่าวได้รับการตอบรับจากประชาชนด้วยดี ทำให้มีการใช้น้ำมันเบนซินธรรมดา (ออกเทน 87 และ 91) เพิ่มขึ้น การผลิตน้ำมันเบนซินมีจำนวน 139.3 พันบาร์เรล/วัน ยังคงมากกว่าความต้องการใช้ จึงมีการส่งออกสุทธิ 15.0 พันบาร์เรล/วัน

D น้ำมันดีเซล ปริมาณการใช้ในช่วง 8 เดือนแรกของปีนี้ อยู่ในระดับ 266.4 พันบาร์เรล/วันต่ำกว่าปีที่ผ่านมาเล็กน้อย สาเหตุส่วนหนึ่งมาจากราคาน้ำมันดีเซลที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่องทำให้ประชาชนลดการใช้ลง ขณะที่การผลิตเฉลี่ยอยู่ในระดับ 276.1 พันบาร์เรล/วัน น้ำมันดีเซลมีทั้งการนำเข้าและส่งออกโดยมีการส่งออกน้ำมันดีเซล (สุทธิ) เป็นจำนวน 3.8 พันบาร์เรล/วัน

D น้ำมันเตา ปริมาณการใช้อยู่ในระดับ 119.4 พันบาร์เรล/วัน ลดลงถึงร้อยละ 15.2 เมื่อเทียบกับ 8 เดือนแรกของปีที่แล้ว ทั้งนี้ เนื่องจากการใช้น้ำมันเตาในภาคการผลิตกระแสไฟฟ้าของการ ไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) ลดลงร้อยละ 28.2 ส่วนการใช้ในภาคอุตสาหกรรมและอื่นๆ ลดลงร้อยละ 2.2 เนื่องจากราคาน้ำมันเตาอยู่ในระดับที่สูงอุตสาหกรรมบางแห่งจึงหันไปใช้ก๊าซธรรมชาติแทนการผลิตน้ำมันเตาอยู่ในระดับ 120.5 พันบาร์เรล/วัน ซึ่งสูงกว่าความต้องการใช้เล็กน้อยอย่างไรก็ตามมีการนำเข้าน้ำมันเตา (สุทธิ) 7.6 พันบาร์เรล/วัน

D น้ำมันเครื่องบิน ปริมาณการใช้อยู่ในระดับ 59.6 พันบาร์เรล/วัน เพิ่มขึ้นร้อยละ 4.9 จากช่วงเดียวกันของปีก่อน ในขณะที่ผลิตได้ 68.1 พันบาร์เรล/วัน ซึ่งสูงกว่าความต้องการใช้เป็นผลให้มีการส่งออกสุทธิ จำนวน 7.9 พันบาร์เรล/วัน

D ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG) ปริมาณการใช้เพื่อเป็นพลังงาน (ใช้ในครัวเรือน อุตสาหกรรม และรถยนต์) อยู่ในระดับ 56.2 พันบาร์เรล/วัน เพิ่มขึ้นร้อยละ 12.1 เมื่อเทียบกับช่วงเดียวกันของปีก่อนการใช้ LPG ในรถยนต์เพิ่มสูงขึ้นถึงร้อยละ 61.7 ทั้งนี้ เป็นผลมาจากการนำไปใช้ในรถแท๊กซี่ ปัจจุบัน รถแท๊กซี่เปลี่ยนมาใช้ LPG ประมาณร้อยละ 70 ของรถทั้งหมด ปริมาณการผลิตเกินความต้องการภายในประเทศจึงมีการส่งออกจำนวน 21.3 พันบาร์เรล/วัน

· ไฟฟ้า ปริมาณการผลิตไฟฟ้าในช่วง 8 เดือนแรกของปีนี้อยู่ที่ระดับ 65,859 ล้านหน่วย(GWh) เพิ่มขึ้นร้อยละ 6.3 เมื่อเทียบกับระยะเดียวกันของปีก่อน ความต้องการไฟฟ้าสูงสุด (Peak Demand) ของปีนี้คาดว่าจะอยู่ในระดับ 14,918 MW เพิ่มขึ้นร้อยละ 8.8

ปริมาณการใช้ไฟฟ้าของ 8 เดือนของปีนี้เทียบกับระยะเดียวกันของปี 2542 เพิ่มขึ้น ร้อยละ 8.0 โดยภาคอุตสาหกรรมมีอัตราเพิ่มสูงสุดอยู่ในระดับร้อยละ 9.0 ภาคธุรกิจและที่อยู่อาศัย เพิ่มขึ้นร้อยละ 8.7 และ 5.5 ตามลำดับ ทั้งนี้ในเขตนครหลวงมีอัตราเพิ่มร้อยละ 7.6 และภูมิภาคเพิ่มขึ้นร้อยละ 8.4

2. ความต้องการพลังงานปี 2544 และในระยะยาว

· สำหรับในปี 2544 คาดว่าความต้องการใช้พลังงานเชิงพาณิชย์จะเพิ่มขึ้นร้อยละ 2.8 เมื่อเทียบกับปี 2543 ภายใต้สมมุติฐานว่าอัตราการขยายตัวทางเศรษฐกิจ (GDP) อยู่ที่ระดับร้อยละ 4.3 โดยมีรายละเอียดดังนี้

- ความต้องการใช้ก๊าซธรรมชาติยังคงเพิ่มขึ้นในระดับสูงถึงร้อยละ 12.0 เนื่องจากความ ต้องการยังคงเพิ่มอย่างต่อเนื่อง ทั้งในภาคการผลิตไฟฟ้าโดยเฉพาะการเพิ่มการใช้
ของ IPP และการเพิ่มขึ้นของการใช้ในภาคอุตสาหกรรม

- ลิกไนต์/ถ่านหิน มีอัตราการใช้เพิ่มขึ้นเล็กน้อยในระดับร้อยละ 1.3 เนื่องจาก กฟผ. มี
แผนการใช้ลิกไนต์ในการผลิตไฟฟ้าที่แม่เมาะในระดับ 13 – 14 ล้านตัน ซึ่งใกล้เคียง

กับปี 2543

- ความต้องการผลิตภัณฑ์น้ำมันสำเร็จรูปมีแนวโน้มลดลงเล็กน้อย คือลดลงร้อยละ 0.2 ทั้งนี้ประมาณการว่าน้ำมันสำเร็จรูปทุกชนิดมีความต้องการเพิ่มขึ้น ยกเว้นน้ำมันเตาซึ่ง การใช้ลดลงค่อนข้างมากโดยเฉพาะการใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้าของ กฟผ.
จากระดับประมาณ 3,000 ล้านลิตร ในปี 2543 เหลือ 1,500 ล้านลิตร ในปี 2544 จึง
ส่งผลให้ภาพรวมการใช้ผลิตภัณฑ์น้ำมันสำเร็จรูปลดลงดังกล่าว

- การใช้ไฟฟ้าพลังน้ำ/นำเข้าลดลง

· ความต้องการพลังงานในระยะยาว ในช่วงปี 2545 – 2554 ซึ่งอยู่ในช่วงแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 9 และ 10 นั้น มีสมมติฐานว่าอัตราการเจริญเติบโตทางเศรษฐกิจของไทยจะอยู่ในระดับร้อยละ 4.5 ต่อปี ส่งผลให้ความต้องการพลังงานเชิงพาณิชย์ในช่วงแผนฯ 9 (2545 – 2549) มีอัตราการเพิ่มโดยเฉลี่ยร้อยละ 4.9 ต่อปีและในช่วงแผนฯ 10 (2550 – 2554) มีอัตราการเพิ่มโดยเฉลี่ยร้อยละ 5.0 ต่อปี โดยยังมีน้ำมันเป็นเชื้อเพลิงหลัก รองลงไปได้แก่ ก๊าซธรรมชาติ ลิกไนต์/ถ่านหิน ไฟฟ้าพลังน้ำ/ไฟฟ้านำเข้า โดยในปี 2554 ซึ่งเป็นปีสุดท้ายของแผนฯ 10 สัดส่วนการใช้จะอยู่ในระดับร้อยละ 48.0, 33.4, 15.8 และ 2.8 ตามลำดับ

การพึ่งพาพลังงานจากต่างประเทศจะอยู่ในระดับที่สูง เนื่องจากการผลิตภายในประเทศและปริมาณสำรองของพลังงานมีน้อย โดยเมื่อสิ้นสุดแผนฯ 9 จะมีการนำเข้าพลังงานจากต่างประเทศในระดับร้อยละ 70.5 ของความต้องการใช้ภายในประเทศ และเมื่อสิ้นแผนฯ 10 สัดส่วนการนำเข้าพลังงานจะสูงถึงระดับร้อยละ 79.5 มีรายละเอียดความต้องการและการจัดหาพลังงานมีดังนี้

- น้ำมันปิโตรเลียม ความต้องการในปี 2549 อยู่ในระดับ 748.9 พันบาร์เรลน้ำมันดิบ/
วัน และในปี 2554 เพิ่มเป็น 932.1 พันบาร์เรลน้ำมันดิบ/วัน โดยมีอัตราการเพิ่มโดย เฉลี่ยร้อยละ 4.5 ต่อปี ทั้งช่วงแผนฯ 9 และแผนฯ 10

- ก๊าซธรรมชาติ ความต้องการจะเพิ่มจากระดับ 2,090 ล้านลูกบาศก์ฟุต/วัน ในปี
2543 เป็น 2,705 ลูกบาศก์ฟุต/วัน ในปี 2549 โดยมีการนำเข้าจากสหภาพพม่า 525
ล้านลูกบาศก์ฟุต/วัน คิดเป็นร้อยละ 19.4 และความต้องการจะเพิ่มเป็น 3,612
ล้านลูกบาศก์ฟุต/วัน ในปี 2554 มีการนำเข้าจากพม่าและแหล่งอื่นๆ จำนวน 1,925
ล้านลูกบาศก์ฟุต/วัน หรือร้อยละ 53.3

- ลิกไนต์/ถ่านหิน ปริมาณการใช้ลิกไนต์จะเพิ่มจากระดับ 22.2 ล้านตันในปี 2543
เป็น 33.8 ล้านตันในปี 2549 และ 35.7 ล้านตันในปี 2554 โดย กฟผ. ใช้ลิกไนต์
เป็น เชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้าจำนวน 14 – 18 ล้านตัน ในช่วงแผนฯ 9 และแผนฯ
10 การใช้ถ่านหินนำเข้าในการผลิตไฟฟ้าของ IPP จะเริ่มในปี 2547 ในระดับ 4.4
ล้านตัน และเพิ่มเป็น 8.8 ล้านตันในปี 2554

· ไฟฟ้า ความต้องการไฟฟ้าสูงสุด (Peak Demand) ในช่วงแผนฯ 9 จะเพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ยปีละ 1,190 เมกะวัตต์ หรือเพิ่มขึ้นร้อยละ 6.5 ต่อปี ในช่วงแผนฯ 10 จะเพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ยปีละ 1,684
เมกะวัตต์หรือร้อยละ 6.7 ต่อปี โดยในปี 2554 ซึ่งเป็นปีสุดท้ายของแผนฯ 10 ความต้องการไฟฟ้า
สูงสุดจะอยู่ที่ระดับ 30,587 เมกะวัตต์

สำหรับความต้องการพลังงานไฟฟ้านั้น ในปีสุดท้ายของแผนฯ 9 ความต้องการไฟฟ้าอยู่ที่ระดับ 141,892 GWh เพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ยร้อยละ 6.4 ต่อปี และเมื่อสิ้นสุดแผนฯ 10 ความต้องการ
พลังงานไฟฟ้าจะเพิ่มเป็น 196,668 GWh เพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ยร้อยละ 6.7 ต่อปี

· การใช้เชื้อเพลิงผลิตไฟฟ้าในการผลิตไฟฟ้า ในปี 2543 ไฟฟ้าที่ผลิตจากก๊าซธรรมชาติมี สัดส่วนร้อยละ 60.4 รองลงไปได้แก่ไฟฟ้าที่ผลิตจากลิกไนต์/ถ่านหินร้อยละ 19.7 จากน้ำมันเตาร้อยละ 13.2 จากพลังน้ำร้อยละ 3.9 และจากการนำเข้าร้อยละ 2.8 โดยแนวโน้มการใช้เชื้อเพลิงในการผลิต
ไฟฟ้าในช่วงแผนฯ 9 และ 10 จะเป็นดังนี้

- ก๊าซธรรมชาติยังคงเป็นเชื้อเพลิงหลักในการผลิตไฟฟ้าตลอดช่วงแผนฯ 9 และแผนฯ 10
ทั้งนี้การผลิตไฟฟ้าจากก๊าซธรรมชาติ จะมีสัดส่วนในระดับร้อยละ 57.5-73.5 โดยสัดส่วน สูงสุดจะอยู่ในปี 2546 หรือ 3 ปีข้างหน้านี้

- การผลิตไฟฟ้าจากถ่านหินและลิกไนต์จะเพิ่มความสำคัญมากขึ้นโดยมีสัดส่วนอยู่ในช่วง ร้อยละ 16.8-28.4 ทั้งนี้สัดส่วนของลิกไนต์จะลดความสำคัญลงขณะที่ถ่านหินนำเข้าจะมี ความสำคัญเพิ่มมากขึ้น การใช้ถ่านหินในการผลิตไฟฟ้าของ IPP คาดว่าจะเกิดขึ้นในปี 2547 เป็นต้นไป

- การผลิตไฟฟ้าจากน้ำมันเตาจะมีแนวโน้มลดลงตลอดช่วงแผนฯ 9 และแผนฯ 10 โดย
เป็นไปตามแผนการใช้ก๊าซธรรมชาติทดแทนน้ำมันเตาของ กฟผ. ดังนั้นสัดส่วนการผลิต
ไฟฟ้าจากน้ำมันเตาจะลดจากร้อยละ 13.2 ในปี 2543 เหลือเพียงร้อยละ 0.8 ในปี
2554 เมื่อสิ้นแผนฯ 10

· การนำเข้าพลังงานไฟฟ้า จะเพิ่มความสำคัญมากขึ้น ทั้งนี้สัดส่วนไฟฟ้านำเข้าจะเพิ่มจากร้อยละ
2.2 ในปี 2544 เป็นร้อยละ 9.2 ในปี 2554

โดยสรุปแล้วในปี 2554 สัดส่วนการผลิตไฟฟ้าจากก๊าซธรรมชาติยังคงสูงสุดอยู่ในระดับร้อยละ 64.4 รองลงไปได้แก่ ลิกไนต์/ถ่านหินร้อยละ 22.8 ไฟฟ้านำเข้าร้อยละ 9.2 ไฟฟ้าพลังน้ำร้อยละ 2.8 และจากน้ำมันเตาร้อยละ 0.8

กลับไปที่เนื้อหา

บทเรียนที่ 6 พลังงานทดแทน

ความหมายของพลังงานทดแทน

พลังงานทดแทน ( Alternative Energy ) หมายถึง พลังงานที่ใช้ทดแทนพลังงานจากน้ำมันเชื้อเพลิง ซึ่งจัดเป็นพลังงานหลักที่ใช้กันอยู่ทั่วไปในปัจจุบัน พลังงานทดแทนที่สำคัญได้แก่ พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานน้ำ พลังงานลม พลังงานความร้อนใต้ภิภพ และพลังงานจากชีวมวล เป็นต้น ได้มีการศึกษาค้นคว้าเพื่อนำพลังงานทดแทนมาใช้ประโยชน์มากขึ้น ซึ่งจะช่วยผ่อนคลายปัญหาการขาดแคลนพลังงานในอนาคต และช่วยลดปัญหาด้านมลพิษที่เกิดขึ้นจากการใช้พลังงานในปัจจุบัน

ประเภทของพลังงานทดแทน

เราสามารถแบ่งพลังงานทดแทนตามแหล่งที่ได้มาเป็น 2 ประเภท คือ

1. พลังงานทดแทนประเภทสิ้นเปลือง เป็นพลังงานทดแทนจากแหล่งที่ได้มาแล้วใช้หมดไป ได้แก่ พลังงานถ่านหิน , ก๊าซธรรมชาติ , นิวเคลียร์ , หินน้ำมัน , ทรายน้ำมัน เป็นต้น

2. พลังงานทดแทนประเภทหมุนเวียน เป็นพลังงานทดแทนจากแหล่งที่ใช้แล้วสามารถหมุนเวียนมาใช้ได้อีก ได้แก่ พลังงานจากแสงอาทิตย์ , ลม , ชีวมวล , น้ำ , ความร้อนใต้ภิภพ และไฮโดรเจนเป็นต้น

ความสำคัญของพลังงานทดแทน

พลังงานหลักที่มนุษย์ใช้เป็นสิ่งอำนวยความสะดวกในชีวิตประจำวันคือ พลังงานปิโตรเลียม โดยเฉพาะพลังงานจากน้ำมันเชื้อเพลิง ซึ่งในปัจจุบันมีความต้องการใช้น้ำมันเป็นจำนวนมาก แต่ปริมาณน้ำมันมีจำนวนจำกัดทำให้ราคาน้ำมันดิบสูงขึ้นมาก และคาดการณ์ว่าอาจจะทะลุเลยบาร์เรลละ 100 เหรียญสหรัฐอเมริกาได้ นอกจากนี้ปริมาณการใช้อาจจะไม่เกิน 40 ปี ดังนั้นจึงจำเป็นจะต้องมีการกระตุ้นการคิดขึ้น พัฒนารูปแบบของพลังงานเชื้อเพลิงต่างๆ ขึ้นมาทดแทน โดยเฉพาะเชื้อเพลิงทดแทนซึ่งในปัจจุบันเริ่มมีการนำทดแทนใช้เป็นเชื้อเพลิงจากก๊าซชีวภาพ ( Bioglass Fuel ) น้ำมันแก๊ซโซฮอลล์ น้ำมันไบโอดีเซล จากตัวเลขสถิติจากกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงอุตสาหกรรม ประเทศไทยมีความต้องการใช้น้ำมันดีเซลในปี พ.ศ. 2547 ถึง 28,201 ล้านลิตร ดังนั้นเราสามารถส่งเสริมและสนับสนุนให้มีการใช้น้ำมันพืชในการผลิตไบโอดีเซลแล้ว จะมีผลต่อการรักษาเงินตราของประเทศ สร้างความมั่นคงและสามารถพึ่งพาตนเองด้านพลังงานของประเทศ อีกทั้งช่วยสร้างตลาดที่มั่นคงให้กับผลผลิตทางการเกษตรอีกด้วย

นอกจากนี้การนำเอาพลังงานทดแทนโดยเฉพาะพลังงานทดแทนประเภทหมุนเวียน เป็นพลังงานจากแสงอาทิตย์ , น้ำ , ลม จะช่วยป้องกันการเกิดก๊าซเรือนกระจก ซึ่งจะเป็นแนวทางในการรณรงค์ช่วยกันรักษาภาวะโลกร้อนได้อีกทางหนึ่งด้วย

ประโยชน์ของพลังงานทดแทน

การใช้พลังงานทดแทนจะมีประโยชน์ในแง่ต่างๆ ดังต่อไปนี้

1. ทางด้านเศรษฐกิจ ทำให้ภาวะของเศรษฐกิจของประเทศดีขึ้น เพราะสามารถใช้ผลิตผลทางธรรมชาติและทางการเกษตรที่ประเทศเราสามารถผลิตได้เองทดแทนการนำรายได้ของประเทศนำเข้าเชื้อเพลิงจากต่างประเทศได้อีกด้วย

2. ผลิตผลทางการเกษตร มีมูลค่าสูงขึ้นและสามารถใช้ประโยชน์มากขึ้นในแง่ต่างๆ กัน เช่น ผลิตภัณฑ์ที่เหลือจากการสีข้าวคือ แกลบ สามารถนำมาทำเป็นเชื้อเพลิงประเภทชีวมวลได้ , มันสัมปะหลังซึ่งมีราคาตกต่ำสามารถนำมาเป็นวัตถุดิบในการผลิตเอทานอล เพื่อเป็นส่วนผสมในการทำน้ำมันแก๊ซโซฮอลล์ เป็นต้น

3. ด้านการรักษาสิ่งแวดล้อม การลดมลพิษต่างๆ ที่เกิดจากการใช้เชื้อเพลิงจากปิโตรเลียม เช่น มลพิษทางอากาศ สาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดปรากฎการณ์โลกร้อนขึ้นได้

4. ด้านการสาธารณูปโภค เป็นการส่งเสริมให้ชุมชนหรือเอกชนสามารถใช้พลังงานทดแทน อำนวยความสะดวกด้านสาธารณูปโภคได้ เช่นการที่เอกชนหรือชุมชนทำการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานไฟฟ้าจากน้ำตก เป็นต้น

สถานการณ์ด้านพลังงานทดแทนของโลก และประเทศไทย

ปัจจุบันการใช้พลังงานของโลก สำรวจเมื่อปี พ.ศ. 2540 พบว่า ประกอบด้วยพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิลซึ่งได้แก่ น้ำมัน , ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน มีปริมาณรวมกันถึงร้อยละ 95 และอีกร้อยละ 2 มาจากพลังงานนิวเคลียร์ และส่วนที่เหลือร้อยละ 3 นำมาจากพลังงานประเภทอื่น ซึ่งส่วนใหญ่เป็นพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานน้ำ , พลังงานจากความร้อนใต้พิภพ พลังงานที่กล่าวมาจัดว่าเป็นพลังงานทประเภทหมุนเวียนนั้นเอง

สำหรับการใช้พลังงานของประเทศไทย สำรวจในปี 2540 ประกอบด้วยพลังงานจากปิโตรเลียม โดยเฉพาะน้ำมันดิบร้อยละ 42 อันดับสองคือ พลังงานหมุนเวียนร้อยละ 26 ก๊าซธรรมชาติร้อยละ 17 ลิกไนต์ร้อยละ 9 นอกจากนั้นอีกร้อยละ 6 จากการซื้อถ่านหินและไฟฟ้า

ประเทศไทยกำหนดให้กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน รับผิดชอบในการศึกษาและพัฒนาพลังงานทดแทนโดยเฉพาะพลังงานประเภทหมุนเวียน เป็นการศึกษา ค้นคว้า ทดสอบ พัฒนาและสาธิตตลอดจนส่งเสริม และเผยแพร่การใช้พลังงานทดแทนดังกล่าว ซึ่งจัดว่าเป็นพลังงานที่สะอาด ไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และเป็นพลังงานที่หาง่ายมีอยู่ทั่วไปในท้องถิ่น ตัวอย่างเช่น การใช้พลังงานหมุนเวียนในการผลิตกระแสไฟฟ้า ดังนี้

- พลังงานชีวมวล เป็นพลังงานที่ได้จากกากเหลือของการกสิกรรม เช่น ชานอ้อย , แกลบ , ปาล์มน้ำมัน หรือกากของเสียจากอุตสาหกรรมที่สามารถเผาไหม้ได้โดยตรง และให้พลังงานความร้อนออกมาเพื่อนำไปผลิตไฟฟ้าต่อไป

- ก๊าซชีวภาพ ก๊าซชีวภาพเกิดจากการย่อยสลายสารอินทรีย์ทำให้เกิดเป็นก๊าซ สามารถเผาไหม้ให้ความร้อนออกมาผลิตไฟฟ้าได้

- พลังงานจากลม การนำกระแสลมมาหมุนใบพัดเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าได้

- พลังงานจากแสงอาทิตย์ เปลี่ยนแสงอาทิตย์ที่ร้อนให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้

มลพิษของพลังงานทดแทนต่อสิ่งแวดล้อม

การนำเอาพลังงานทดแทนมาใช้แทนพลังงานจากปิโตรเลียม จะก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมดังต่อไปนี้

- พลังงานทดแทนประเภทหมุนเวียนเป็นพลังงานแสงอาทิตย์ , พลังงานน้ำ , พลังงานลม จำเป็นจะต้องใช้พื้นที่ปริมาณกว้าง สำหรับก่อสร้างสถานที่สำหรับผลิตพลังงานดังกล่าว จะมีผลกระทบต่อพื้นที่เพาะปลูก กระทบต่อการตัดไม้ทำลายป่า สัตว์ป่า และที่อยู่อาศัยของประชาชนบริเวณดังกล่าวได้

- พลังงานทดแทนประเภทใช้แล้วหมดไป เช่น ถ่านหิน จะมีผลต่อมลพิษทางอากาศ ก่อให้เกิดก๊าซ SO2 , NO2 ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจก ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนได้ ส่วนก๊าซธรรมชาติจะมีผลกระทบต่อสภาพแวดล้อม ทางทะเลบริเวณที่ขุดเจาะก๊าซธรรมชาติดังกล่าว ส่วนปัญหาทางด้านมลพิษทางอากาศจะมีน้อยมาก เมื่อเปรียบเทียบกับถ่านหินและน้ำมัน

กลับไปที่เนื้อหา

บทเรียนที่ 7 แก๊ส LPG และ NGV ต่างกันอย่างไร

ความแตกต่างระหว่างก๊าซธรรมชาติ (Natural Gas Vehicles: NGV) และก๊าซปิโตรเลียมเหลว (Liquefied Petroleum Gas: LPG) ก็คือ

• ก๊าซธรรมชาติ (NGV) เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนซึ่งมีองค์ประกอบของก๊าซมีเทน (Methane) เป็น ส่วนใหญ่ จึงเป็นก๊าซที่มีน้ำหนักเบากว่าอากาศ การขนส่งไปยังผู้ใช้จะขนส่งผ่านทางท่อในรูปก๊าซภายใต้ ความดันสูง จึงไม่เหมาะสำหรับการขนส่งไกลๆ หรืออาจบรรจุใส่ถังในรูปก๊าซธรรมชาติอัดโดยใช้ความดันสูง หรือที่เรียกว่า CNG แต่ปัจจุบันมีการส่งก๊าซธรรมชาติในรูปของเหลวโดยทำก๊าซให้เย็นลงถึง –160 องศา เซลเซียส จะได้ของเหลวที่เรียกว่า Liquefied Natural Gas หรือ LNG ซึ่งสามารถขนส่งทางเรือไปที่ไกลๆ ได้ และเมื่อถึงปลายทางก่อนนำมาใช้ก็จะทำให้ของเหลวเปลี่ยนสถานะกลับเป็นก๊าซอย่างเดิม ก๊าซธรรมชาติมีค่า ออกเทนสูงถึง 120 RON จึงสามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในยานยนต์ได้

• ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG) เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ซึ่งมีองค์ประกอบของก๊าซโพรเพน (Propane) เป็นส่วนใหญ่ จึงเป็นก๊าซที่หนักกว่าอากาศ โดยตัว LPG เองไม่มีสี ไม่มีกลิ่นเช่นเดียวกับก๊าซธรรมชาติ แต่เนื่องจากเป็นก๊าซที่หนักกว่าอากาศจึงมีการสะสมและลุกไหม้ได้ง่าย ดังนั้น จึงมีข้อกำหนดให้เติมสารมีกลิ่น เพื่อเป็นการเตือนภัยหากเกิดการรั่วไหล LPG ส่วนใหญ่จะใช้เป็นเชื้อเพลิงในครัวเรือนและกิจการอุตสาหกรรม โดยบรรจุเป็นของเหลวใส่ถังที่ทนความดันเพื่อให้ขนถ่ายง่าย นอกจากนี้ ยังนิยมใช้แทนน้ำมันเบนซินในรถยนต์ เนื่องจากราคาถูกกว่า และมีค่าออกเทนสูงถึง 105 RON

หมายเหตุ
1. ค่าออกเทน (Octane number) หมายถึง หน่วยการวัดความสามารถ ในการต้านทานการน็อคของเครื่องยนต์
2. RON (Research Octane Number) เป็นค่าออกเทนที่มีประสิทธิภาพต่อต้านการน็อคในเครื่องยนต์หลายสูบ ที่ทำงานอยู่ในรอบของช่วงหมุนต่ำ โดยใช้เครื่องยนต์ทดสอบมาตรฐานภายใต้สภาวะมาตรฐาน 600 รอบ ต่อนาที
3. MON (Motor Octane Number) เป็นค่าออกเทนที่มีประสิทธิภาพต่อต้านการน็อคในเครื่องยนต์หลายสูบ ในขณะทำงานที่รอบสูง โดยใช้เครื่องยนต์ทดสอบมาตรฐานภายใต้สภาวะมาตรฐาน 900 รอบต่อนาที

ที่มา: การปิโตรเลียมแห่งประเทศไทย

กลับไปที่เนื้อหา

บทเรียนที่ 7 ทบทวนปิโตรเลียม

ปิโตรเลียม

คำว่า ปิโตรเลียม มีรากศัพท์มาจากภาษาละตินว่า เพทรา ( Petra) แปลว่า หิน และคำว่า โอลิอุม (Oleum) แปลว่า น้ำมัน รวมความแล้วปิโตรเลียมจึงหมายถึง น้ำมันที่ได้มาจากหิน โดยไหลซึมออกมาเองในรูปของของเหลวหรือก๊าซเมื่อแรกพบ

ปิโตรเลียม คือ สารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เป็นของผสมของโฮโดรคาร์บอนชนิดต่างๆ ที่ยุ่งยากและซับซ้อน ทั้งที่อยู่ในสภาพของแข็ง ของเหลว และก๊าซ หรือทั้งสามสภาพปะปนกัน แต่เมื่อต้องการจะแยกประเภทออกเป็นปิโตรเลียมชนิดต่างๆ จะใช้คำว่า น้ำมันดิบ (Crude oil) ก๊าซธรรมชาติ (Natural gas) และก๊าซธรรมชาติเหลว (Condensate) โดยปกติน้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติมักจะเกิดร่วมกันในแหล่งปิโตรเลียม แต่บางแหล่งอาจมีเฉพาะน้ำมันดิบ บางแหล่งอาจมีเฉพาะก๊าซธรรมชาติก็ได้ ส่วนก๊าซธรรมชาติเหลวนั้นหมายถึง ก๊าซธรรมชาติในแหล่งที่อยู่ลึกลงไปใต้ดินภายใต้สภาพอุณหภูมิและความกดดันที่สูง เมื่อถูกนำขึ้นมาถึงระดับผิวดินในขั้นตอนของการผลิต อุณหภูมิและความกดดันจะลดลง ทำให้ก๊าซธรรมชาติกลายสภาพไปเป็นของเหลว เรียกว่า ก๊าซธรรมชาติเหลว

การกำเนิดปิโตรเลียม

เมื่อหลายล้านปี ทะเละเต็มไปด้วยสัตว์ และพืชเล็ก ๆ จำพวกจุลินทรีย์ เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลงจำนวนมหาศาล ก็จะตกลงสู่ก้นทะเล และถูกทับถมด้วยโคลน และทราย

แม่น้ำ จะพัดพากรวดทราย และโคลนสู่ทะเล ปีละหลายแสนตัน ซึ่งกรวด ทราย และโคลน จะทับถมสัตว์ และพืชสลับทับซ้อนกัน เป็นชั้น ๆ อยู่ตลอดเวลา นับเป็นล้านปี

การทับถมของชั้นตะกอนต่าง ๆ มากขึ้น จะหนานับร้อยฟุต ทำให้เพิ่มน้ำหนักความกดและบีบอัด จนทำให้ทราย และชั้นโคลน กลายเป็นหินทราย และหินดินดาน ตลอดจนเกิดกลั่นสลายตัว ของซากสัตว์ และพืชทะเล โดยมีจุลินทรีย์บางชนิดช่วยย่อยสลายในสภาวะที่ไม่มี ออกซิเจน (Anaerobic process) ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ และความดันสูง ในชั้นหินภายใต้พื้นโลก กลายเป็นน้ำมันดิบ และก๊าซธรรมชาติ

น้ำมันดิบ และก๊าซธรรมชาติ มีความเบา จะเคลื่อนย้าย ไปกักเก็บอยู่ในชั้นหินเนื้อพรุน เฉพาะบริเวณที่สูงของโครงสร้างแต่ละแห่ง และจะถูกกักไว้ด้วยชั้นหินเนื้อแน่น ที่ปิดทับอยู่

พับมุม: ข้อแตกต่างระหว่างถ่านหินกับปิโตรเลียม คือ ถ่านหิน เป็นเชื้อเพลิงที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจนกำมะถัน ดังนั้นถ่านหิน จึงไม่จัดเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ถ่านหินเกิดจากการทับถมของซากพืช ส่วนใหญ่เกิดขึ้นใต้น้ำ ปิโตรเลียม เป็นเชื้อเพลิงที่ประกอบด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่ มีธาตุอื่นปนมาเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ปิโตรเลียมเกิดจากการทับถมของซากสัตว์ ส่วนใหญ่พบในทะเล

การสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียม
การสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียม ทำได้หลายวิธี ดังนี้

1. ทางธรณีวิทยา - จากแผนที่ ภาพถ่ายทางอากาศ ภายถ่ายดาวเทียม รายงานทางธรณีวิทยา
2. ทางธรณีฟิสิกส์ - การหาความเข้มของสนามแม่เหล็ก แรงโน้มถ่วงของโลก การเคลื่อนไหวสั่นสะเทือนของโลก และ การเจาะสำรวจ

การสำรวจวัดคลื่นไหวสะเทือน (Seismic Exploration)

การสำรวจวัดคลื่นไหวสะเทือน เป็นการสำรวจเพื่อตรวจสอบลักษณะและโครงสร้างทางธรณีวิทยาใต้ผิวดิน โดยการทำให้เกิดสัญญาณคลื่น แล้ววัดระยะเวลาที่คลื่นเดินทางจากจุดกำเนิด ถึงตัวรับคลื่น (Geophone หรือ Hydrophone) ความเร็วคลื่น จะแปรผันตรงกับความหนาแน่นของชั้นหิน และชนิดของหินนั้น ชั้นหินที่มีความหนาแน่นต่ำ มีความพรุน และมีของเหลวแทรกอยู่ คลื่นเสียงจะเดินทางผ่านได้ช้ากว่า ( ใช้เวลามากกว่า) การเดินทางในชั้นหินที่มีเนื้อแน่นนอกจากนี้รอยเลื่อน และการโค้งงอของชั้นหิน ทำให้เกิดการหักเหของคลื่น แสดงให้เห็นลักษณะโครงสร้างธรณีวิทยาของชั้นหินอีกด้วย

การสำรวจวัดคลื่นไหวสะเทือน เป็นวิธีที่ใช้ในการสำรวจหาปิโตรเลียม มีความถูกต้องสูง ให้รายละเอียดของลักษณะทางธรณีวิทยาได้ดี สำรวจได้ลึกจากผิวดินหลายกิโลเมตร และเสียค่าใช้จ่ายสูง

การสำรวจคลื่นไหวสะเทือนบนพื้นดิน

แหล่งกำเนิดคลื่น ที่ใช้ในการสำรวจที่อยู่บนผิวดินมี 2 ชนิด คือ ใช้ดินระเบิด และ รถสั่นสะเทือน (Vibroseis) ซึ่งแต่ละชนิด มีความเหมาะสมกับการใช้งานต่าง ๆ กัน การใช้ Vibroseis เหมาะสมกับการสำรวจตามริมถนน ซึ่งสามารถจำกัด Noise ซึ่งเกิดจากการวิ่งของยานพาหนะต่าง ๆ ได้

การสำรวจคลื่นไหวสะเทือนในทะเล อุปกรณ์ที่ใช้ในการสำรวจมีดังนี้

1. เรือสำรวจพร้อมอุปกรณ์การสำรวจ และระบบสื่อสารที่ทันสมัย เรือสำรวจมีความยาวประมาณ 50- 80 เมตร กว้าง 15- 20 เมตร Tonnage Gross ประมาณ 3,000-6,000 ตัน
2. อุปกรณ์ต้นกำเนิดสัญญาณคลื่น (Air Gun) เป็นรูปทรงกระบอก ใช้อัดอากาศ ให้มีความดัน ประมาณ 2,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว แล้วปล่อยอากาศออกมา ทำให้เกิดสัญญาณคลื่น
3. อุปกรณ์รับสัญญาณคลื่น (Hydrophone) อยู่ลึกจากผิวน้ำ 5- 8 เมตร ต่อพ่วงกัน ยาวประมาณ 3,000 เมตร มีจำนวน 1 สาย หรือมากกว่า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเคลื่อนย้าย สิ่งกีดขว้างต่างๆ ออกจากแนวสำรวจ

การเจาะสำรวจ

การเจาะสำรวจ เป็นขั้นตอนที่จะบอกให้ทราบถึงความยากง่ายของการขุดเจาะปิโตรเลียมมาใช้ และสิ่งที่กักอยู่ในแหล่งนั้น ว่าจะเป็นก๊าซธรรมชาติหรือน้ำมันดิบ และยังเป็นสิ่งที่บอกถึงปริมาณสำรองที่มีอยู่ ซึ่งจะเป็นตัวบอกและตัดสินความเป็นไปได้ในการผลิตในเชิงเศรษฐกิจ

กระบวนการแยกก๊าซธรรมชาติ

ก๊าซธรรมชาติเป็นปิโตรเลียมชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนหลายชนิดและสารอื่นๆ ที่ไม่ใช่ไฮโดรคาร์บอน ดังตาราง

ตาราง แสดงองค์ประกอบของก๊าซธรรมชาติ

ส่วนประกอบ		สูตรโมเลกุล	ร้อยละโดยปริมาตร
ไฮโดรคาร์บอน	มีเทน อีเทน โพรเพน บิวเทน เพนเทน	CH 4 C 2H 6 C 3H 8 C 4H 10 C 5H 12	60 – 80 4 – 10 3 – 5 1 – 3 1
ไม่ใช่ไฮโดรคาร์บอน	คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน อื่นๆ (ไอน้ำ ฮีเลียม ไฮโดรเจนซัลไฟด์)	CO 2 N 2 -	15 – 25 น้อยกว่า 3 น้อยมาก

กระบวนการแยกก๊าซธรรมชาติ เริ่มต้นด้วยการกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2) และน้ำที่เจือปน อยู่ในก๊าซธรรมชาติออกก่อน โดยกระบวนการ Benfield ซึ่งใช้โปตัสเซียมคาร์บอเนต (K 2CO 3) เป็นตัวจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และกระบวนการดูดซับ โดยใช้สารจำพวก molecular sieve ซึ่งมีลักษณะเป็นรูพรุน ทำหน้าที่ดูดซับน้ำ ก๊าซธรรมชาติที่แห้งจากหน่วยนี้จะผ่านเข้าไปใน turbo-expander เพื่อลดอุณหภูมิจาก 250O K เป็น 170O K และลดความดันลงจาก 43 บาร์ เป็น 16 บาร์ก่อนแล้วจึงเข้าสู่หอแยกมีเทน (de-methanizer) มีเทนจะถูกกลั่นแยกออกไป และส่วนที่เหลือคือส่วนผสมของ ก๊าซไฮโดรคาร์บอนที่มีคาร์บอนตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นไป (ethane plus stream) ซึ่งอยู่ในสถานะของเหลวและจะออกทางส่วนล่างของหอ

ผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลวหอดังกล่าวจะถูกนำเข้าสู่หอแยกอีเทน (de-ethanizer) และหอแยกโพรเพน (de-propanizer) เพื่อแยกอีเทนและโพรเพนออกตามลำดับต่อไป ในหอแยกโพรเพนนี้ โพรเพนจะถูกแยกออกทางด้านบนของหอ ส่วนแอพีจี ซึ่งเป็นส่วนผสมของโพรเพนและบิวเทนจะถูกแยกออกมาจากส่วนกลางของหอ และส่วนผลิตภัณฑ์ที่ออกจากหอทางด้านล่างคือ ก๊าซโซลีนธรรมชาติ (natural gasoline)

ภาพแสดงกระบวนการแยกก๊าซธรรมชาติของบริษัท ปตท. จังหวัดระยอง

กระบวนการกลั่นน้ำมันดิบ

น้ำมันดิบเป็นของผสมที่มีสารประกอบไฮโดรคาร์บอนหลายชนิดปนกัน เนื่องจากสารประกอบไฮโดรคาร์บอนต่างๆ มีประโยชน์ในการใช้งานต่างกัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องแยกสารผสมออกจากกัน โดยอาศัยสมบัติที่ต่างกัน คือ มวลโมเลกุล ความหนาแน่น และจุดเดือด แต่จุดเดือดของสารแต่ละชนิดแตกต่างน้อย จึงต้องแยกสารออกด้วยวิธี การกลั่นลำดับส่วน (Fractional distillation) ดังภาพ

จากภาพกระบวนการแยกปิโตรเลียมเริ่มจาก การใส่น้ำมันดิบเข้าไปในเตาเพื่อให้ความร้อน น้ำมันดิบจะระเหยขึ้นไปในหอกลั่นในสถานะก๊าซ หอกลั่นลำดับส่วนจะร้อนที่ส่วนล่างและเย็นสงที่ส่วนบน หมายความว่า สารประกอบไฮโดรคาร์บอนขนาดใหญ่ที่มีจุดเดือดสูงจะกลั่นตัวเป็นของเหลวที่ด้านล่างของหอกลั่นที่อุณหภูมิสูงๆ ส่วนสารประกอบไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลเล็กจะอยู่ในสถานะก๊าซและลอยตัวสูงขึ้นสู่ชั้นบนหอกลั่น ซึ่งส่วนประกอบแต่ละส่วนจะควบแน่นที่ความสูงต่างกัน โดยส่วนยอดของหอกลั่นจะมีไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดต่ำ ที่อุณหภูมิ 70 º C ไฮโดรคาร์บอนส่วนนี้จะไม่ควบแน่น และออกจากยอดของหอกลั่นในสถานะก๊าซ แต่อย่างไรก็ตามสารที่กลั่นได้ก็ไม่บริสุทธิ์ เพราะมีสารหลายชนิดมีการควบแน่นที่อุณหภูมิใกล้เคียงกัน โดยทั่วไปน้ำมันดิบที่ผ่านกระบวนการกลั่นลำดับส่วนจะได้สารดังแสดงในตารางต่อไปนี้

ตาราง แสดงสารสารประกอบไฮโดรคาร์บอนต่างๆ ที่ได้จากการกลั่นลำดับส่วนของน้ำมันดิบ

ผลิตภัณฑ์ที่ได้	จุดเดือด ( º C )	สถานะ	จำนวนอะตอมของคาร์บอน	ประโยชน์และการนำไปใช้
ก๊าซปิโตรเลียม	ต่ำกว่า 30	ก๊าซ	C 1 – C 4	ทำสารเคมี วัสดุสังเคราะห์ และเชื้อเพลิง
แนฟทาเบา	ต่ำกว่า 70	ของเหลว	C 5 – C 6	น้ำมันเบนซิน
แนฟทาหนัก	70 - 170	ของเหลว	C 6 – C 10	ทำสารเคมี น้ำมันเบนซิน
น้ำมันก๊าด	170 – 250	ของเหลว	C 10 – C 14	เชื้อเพลิงเครื่องบิน และตะเกียง
น้ำมันดีเซล	250 – 340	ของเหลว	C 14 – C 19	เชื้อเพลิงเครื่องยนต์ดีเซล
น้ำมันหล่อลื่น	340 - 500	ของเหลว	C 19 – C 35	น้ำมันหล่อลื่น
ไขพาราฟิน	340 - 500	ของแข็ง	C 19 – C 35	เทียนไข เครื่องสำอาง ยาขัดมัน และวัตถุดิบการผลิตผงซักฟอก
น้ำมันเตา	สูงกว่า 500	ของเหลว	มากกว่า C 35	เชื้อเพลิงเครื่องจักร
บิทูเมน	สูงกว่า 500	ของแข็ง	มากกว่า C 35	ทำยางมะตอย ทำวัสดุกันซึม

กระบวนการปรับปรุงคุณภาพน้ำมัน

ส่วนต่างๆ ที่ได้จากการกลั่นสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้แตกต่างกัน บางชนิดมีความต้องการในการใช้สูงและมีมูลค่าสูง ดังนั้นจึงต้องมีกระบวนการปรับปรุงคุณภาพเพื่อให้ได้สารที่มีสมบัติตามต้องการ ซึ่งทำได้หลายวิธีดังนี้

1. กระบวนการแตกสลาย (Cracking process) เป็นการเปลี่ยนสารประกอบไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่ซึ่งไม่ค่อยมีประโยชน์ ให้กลายเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลเล็กที่มีประโยชน์มากกว่า โดยใช้ความร้อนสูงและตัวเร่งปฏิกิริยา

2. กระบวนการรีฟอร์มมิง (Reforming process) เป็นการเปลี่ยนสารประกอบไฮโดรคาร์บอนแบบโซ่ตรงให้เป็นโซ่กิ่งเช่น ไอโซออกเทน ซึ่งมีประสิทธิภาพในการเป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ ก๊าซโซลีนได้ดี โดยใช้ความร้อนสูงและตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น

3. การทำแอลคิเลชัน (Alkylation) เป็นการรวมสารประกอบไฮโดรคาร์บอนชนิดแอลเคน ( แอลเคน คือ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีสูตร C nH 2n+2) กับสารประกอบไฮโดรคาร์บอนชนิดแอลคีน ( แอลคีนคือ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีสูตร C nH 2n หรือมีพันธะคู่อยู่ในโมเลกุล) ให้ได้เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีโครงสร้างแบบโซ่กิ่ง ซึ่งมีประสิทธิภาพในการเป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ก๊าซโซลีนได้ดี โดยมีกรดซัลฟิวริก (H 2SO 4) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

4. การทำโอลิโกเมอไรเซชัน (Oligomerization) เป็นการรวมสารประกอบไฮโดรคาร์บอนชนิดแอลคีน เข้าด้วยกันโดยใช้ความร้อนและตัวเร่งปฏิกิริยา จะได้สารประกอบไฮโดรคาร์บอนชนิดแอลคีน ที่มีจำนวนคาร์บอนเพิ่มขึ้น เช่น

กล่องข้อความ: เมื่อนำไอโซออกทีนที่ได้ไปทำปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนก็จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นไอโซออก – เทน ที่ต้องการ

กระบวนการปรับปรุงคุณภาพน้ำมันที่กล่าวมาข้างต้น ส่วนใหญ่จะใช้ในกระบวนการ ปรับปรุงน้ำมันเชื้อเพลิงไอโซออกเทน เนื่องจากเป็นน้ำมันที่มีคุณภาพดีที่สุด เพราะจะมีค่า ออกเทนเท่ากับ 100 ซึ่งทำให้เครื่อง เดินเรียบ ไม่มีการน็อกของเครื่องยนต์

ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการแยกปิโตรเลียม
ก๊าซธรรมชาติ

องค์ประกอบของก๊าซธรรมชาติส่วนใหญ่จะเป็นก๊าซมีเทน และมี ไฮโดรคาร์บอนเบาตัวอื่นๆ ติดมาด้วย ก่อนยำไปใช้งานต้องมีการแยกมลทิน ( Impurity ) บางชนิดออกก่อน (ดูเรื่องการแยก ก๊าซธรรมชาติ) ในประเทศไทยได้นำเอาก๊าซธรรมชาติไปเป็นเชื้อเพลิงเครื่องยนต์แทนน้ำมัน โดยการอัดก๊าซใส่ถังภายใต้ความดันสูง เพื่อนำติดไปกับรถ ซึ่งเราเรียกว่า Compressed Natural Gas; CNG

ก๊าซปิโตรเลียมเหลว

ก๊าซปิโตรเลียมเหลว Liquefied Petroleuml Gas; LPG หรือก๊าซหุงต้ม เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากส่วนบนสุดของหอกลั่นน้ำมันดิบ หรือเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการแยกก๊าซธรรมชาติ ก๊าซปิโตรเลียมเหลวเป็นส่วนผสมของโพรเพน ( C 3H 8) และบิวเทน ( C 4H 10) หรืออาจอย่างใดอย่างหนึ่ง แต่ในประเทศเขตร้อนจะใช้โพเพนผสมบิวเทนในอัตราส่วนโดยปริมาตร 40 : 60 ถึง 70 : 30 ปกติก๊าซปิโตรเลียมเหลวจะไม่มีสี และกลิ่น แต่เพื่อเป็นการเตือนภัยให้ผู้ใช้ทราบถึงการรั่วไหลจึงเติมสารให้กลิ่น เช่น เอทิลเมอร์แคปแทน (ethylmercaptan )

น้ำมันเบนซิน

น้ำมันเบนซิน ( Gasoline) เป็นน้ำมันที่ได้จากการปรุงแต่งคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่นโดยตรง และจากการแยกก๊าซธรรมชาติเหลว น้ำมันเบนซินใช้กันมากสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบใช้หัวเทียนจุดระเบิด มีการกำหนดปริมาณของสารประกอบตะกั่วต้องไม่เกิน 0.013 กรัมต่อลิตร

ในการกำหนดคุณภาพน้ำมันเบนซินจะพิจารณาจาก เลขออกเทน (Octane number) เป็นประเด็นแรก ซึ่งเลขออกเทน คือ ตัวเลขแสดงคุณสมบัติการ Knock ของน้ำมันเบนซินในสภาพการทำงานปกติของเครื่องยนต์ โดยสมาคมทดสอบและวัสดุแห่งอเมริกา (ASTM) กำหนดให้

น้ำมันเบนซิน ที่มีสมบัติการเผาไหม้เช่นเดียวกับไอโซออกเทนหมด เรียกน้ำมันเบนซินนั้นว่ามีเลขออกเทนเป็น 100
น้ำมันเบนซิน ที่มีสมบัติการเผาไหม้เช่นเดียวกับเฮปเทนหมด เรียกน้ำมันเบนซินนั้นว่ามีเลขออกเทนเป็น 0

พับมุม:

ดังนั้น ถ้าน้ำมันเบนซินมีเลขออกเทนเท่ากับ 95 จะมีสมบัติเทียบได้กับน้ำมันที่มีส่วนผสมระหว่างไอโซออกเทน ร้อยละ 95 กับนอร์มองเฮปเทน ร้อยละ 5 โดยปริมาตร นั่นเอง
อนึ่งน้ำมันเบนซินในปัจจุบันมักจะพบว่ามีเลขออกเทนต่ำ เพื่อปรับปรุงน้ำมันให้มีเลขออกเทนสูงขึ้นด้วยการเติม เตตระเอธิลเลด (CH 3CH 2) 4Pb ย่อว่า TEL ลงในน้ำมันเบนซิน ทำให้น้ำมันมีเลขออกเทนสูงขึ้น แต่ก็ก่อให้เกิดสารตะกั่ว (Pb) เป็นสารมลพิษ
จึงได้พัฒนาส่วนผสมใหม่ที่ช่วยเพิ่มเลขออกเทนของน้ำมันเบนซิน คือ เมทิลเทอร์เทียรี บิวทิล อีเทอร์ (MTBE)

กล่องข้อความ: CH3 MTBE e CH3 - C - O - CH3 CH3

น้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบิน

น้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบิน ( Aviation Fuels) มี 2 ประเภท ตามลักษณะดังนี้

น้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบินใบพัด ( Aviation Gasoline) คล้ายกับเครื่องยนต์เบนซินที่ใช้กับรถยนต์ แต่มีแรงม้าสูง และออกแบบให้ทำงานได้ในภาวะที่ความดัน และอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงในช่วงกว้าง ดังนั้นน้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบินต้องมีสมบัติที่พิเศษกว่าน้ำมันเบนซินหลายอย่าง เช่น มีเลขออกเทนสูงเป็นพิเศษ จุดเดือดจุดหลอมเหลวต่ำกว่า เป็นต้น
น้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบินไอพ่น ( Aviation Turbine Fuels หรือ Jet Fuels) ในสมัยแรกได้ใช้น้ำมันก๊าดที่มีจำหน่ายทั่วไปเป็นเชื้อเพลิง เนื่องจากน้ำมันก๊าดมีการระเหยตัวต่ำ อันเป็นสมบัติที่สำคัญของเชื้อเพลิงเครื่องบินไอพ่น แต่ในปัจจุบันเครื่องบินไอพ่นของสายการบินพาณิชย์หันมาใช้เชื้อเพลิงที่มีจุดเดือดใกล้เคียงกับน้ำมันก๊าด แต่มีความบริสุทธิ์กว่า และสมบัติบางอย่างดีกว่าน้ำมันก๊าด

น้ำมันดีเซล

น้ำมันดีเซล ( Desel Fuel) ได้จากการกลั่นน้ำมันดิบ แต่มีช่วงจุดเดือดและความข้นใสสูงกว่าน้ำมันเบนซิน เนื่องจากการจุดระเบิดของเครื่องยนดีเซลใช้ความร้อนที่เกิดจากการอัดอากาศอย่างมากภายในกระบอกสูบแล้วฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปทำการเผาไหม้ ซึ่งประเภทของน้ำมันเบนซิน แบ่งเป็น 2 ชนิด คือ

ดีเซลหมุนเร็ว ( Automotive Desel Oil) ซึ่งรัฐบาลกำหนดให้มีเลขซีเทนไม่ต่ำกว่า 47 สามารถนำไปใช้กับเครื่องยนต์ดีเซลหมุนเร็ว
ดีเซลหมุนช้า ( Indudtrial Desel Oil) ซึ่งรัฐบาลกำหนดให้มีเลขซีเทนไม่ต่ำกว่า 45 สามารถนำไปใช้กับเครื่องยนต์ดีเซลหมุนปานกลางและหมุนช้า

การกำหนดคุณภาพของน้ำมันดีเซลจะบอกด้วย เลขซีเทน (Cetane Number) ซึ่งหมายถึง ค่าตัวเลขที่แสดงเป็นร้อยละโดยมวลของซีเทน ในของผสมระหว่างซีเทน ( C 16H 34 ) และแอลฟาเมทิลแนฟทาลีน (C 11H 10 ) ซึ่งเกิดการเผาไหม้หมด

พับมุม:

ž น้ำมันดีเซลที่มีเลขซีเทน 100 คือ น้ำมันดีเซลที่มีสมบัติการเผาไหม้เช่นเดียวกับซีเทน 100% โดยมวล
ž น้ำมันดีเซลที่มีเลขซีเทน 0 คือ น้ำมันดีเซลที่มีสมบัติการเผาไหม้เช่นเดียวกับแอลฟาเมทิลแนฟทาลีน 100% โดยมวล
ž น้ำมันดีเซลที่มีเลขซีเทน 80 คือ น้ำมันดีเซลที่มีสมบัติการเผาไหม้เช่นเดียวกับซีเทนร้อยละ 80 โดยมวล ในการผสมระหว่างซีเทน และแอลฟาเมทิลแนฟทาลีน

น้ำมันก๊าด

น้ำมันก๊าด (Kerosine) ได้จากการกลั่นน้ำมันดิบ สมัยก่อนนิยมนำน้ำมันก๊าดไปใช้สำหรับจุดตะเกียงเพื่อให้ความร้อนและแสงสว่างตามครัวเรือน แต่ปัจจุบันมีการนำน้ำมันก๊าดไปใช้ประโยชน์อื่นอีกมากมาย เช่น ใช้เป็นเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ หรือเครื่องบิน นำไปเป็นส่วนผสมของยาฆ่าแมลง น้ำมันชักเงา สีน้ำมัน และอุตสาหกรรมอื่นๆ เป็นต้น

น้ำมันเตา

น้ำมันเตา (Fuel Oils) ได้จากส่วนล่างของหอกลั่นน้ำมันดิบ น้ำมันเตาจัดเป็นเชื้อเพลิงที่มีความสำคัญกับอุตสาหกรรมมาก เพราะมีราคาถูก ใช้ง่าย ให้ค่าความร้อนสูง ซึ่งส่วนใหญ่นำไปใช้กับเตาเผา หม้อไอน้ำ เครื่องยนต์ผลิตไฟฟ้า หรือเรือเดินทะเล

ยางมะตอย

ยางมะตอย ( Asphalt) เป็นสารผสมที่ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนหลายชนิด และสารอินทรีย์อื่นๆ ซึ่งเรียกรวมๆ กันว่า บิทูเมน มีลักษณะเป็นของเหลวหนืดกึ่งแข็ง สีดำหรือน้ำตาลเข้ม เป็นผลพลอยได้จากการกลั่นน้ำมันดิบ ซึ่งอยู่ด้านล่างสุดของหอกลั่น นำไปใช้ประโยชน์ในการทำผิวถนน และทำวัสดุกันซึมต่างๆ

จากที่กล่าวมาในข้างต้น สามารถแบ่งส่วนการนำผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมไปใช้งาน ได้ดังนี้

กล่องข้อความ:

เชื้อเพลิงในอนาคต

ก๊าซโซฮอล์

ก๊าซโซฮอล์ ( Gasohol ) คือ น้ำมันเบนซินที่ถอดเอาสารเพิ่มออกเทน MTBE ออกไป เพราะมีการค้นพบว่าสารตกค้างที่ได้รับจาก MTBE มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะเมื่อเข้าไปปนเปื้อนในน้ำ ที่มาของชื่อก๊าซโซฮอล์นั้น มาจากการผสมคำของ ก๊าซโซลีน ที่หมายถึง เบนซิน บวกกับคำว่า แอลกอฮอล์ จึงกลายมาเป็น ก๊าซโซฮอล์

ก๊าซโซฮอลล์ใช้น้ำมันเบนซินผสมกับเอทานอล ( เอทานอลผลิตจากพืชเกษตร เช่น มันสำปะหลัง อ้อย ข้าวโพด) โดยต้องนำเอทานอลไปทำให้มีความบริสุทธิ์ไม่น้อยกว่าร้อยละ 99.5 เสียก่อน ในระดับความบริสุทธิ์ระดับนั้น แอลกอฮอล์จะถูกเรียกว่า เอธานอล โดยที่ก๊าซโซฮอลล์ในประเทศไทยจะมีส่วนผสมตามที่ประกาศกันอย่างเป็นทางการอยู่ที่ น้ำมันเบนซินร้อยละ 90 และเอธานอลร้อยละ 10 นั่นเอง

ก๊าซโซฮอล์ 95 มีส่วนผสมของน้ำมันเบนซินกับเอทานอล ซึ่งเป็นแอลกอฮอล์บริสุทธิ์ ดังนั้นนอกจากจะคุณสมบัติการใช้งานเทียบเท่าน้ำมันเบนซิน 95 ทั่วไป

ข้อดีของการใช้น้ำมันก๊าซโซฮอล์

1. ช่วยประหยัดเงินตราต่างประเทศ ในการนำเข้าสาร MTBE ถึงปีละ 3,000 ล้านบาท
2. ลดการนำเข้าน้ำมันจากต่างประเทศ ทำให้เกิดการพึ่งพาตัวเองด้านพลังงาน
3. ใช้ประโยชน์จากพืชผลทางการเกษตรในประเทศให้เกิดประโยชน์สูงสุด
4. สร้างมูลค่าเพิ่มให้ผลผลิตทางการเกษตร เป็นการยกระดับคุณภาพชีวิตเกษตรกรไทยให้ดีขึ้น
5. ช่วยลดปริมาณมลพิษจากท่อไอเสีย โดยสามารถลดปริมาณไฮโดรคาร์บอนและคาร์บอนมอนนอกไซด์ 20 – 25% ส่งผลให้คุณภาพสิ่งแวดล้อมดีขึ้น
6. เป็นพลังงานหมุนเวียน จึงถือเป็นการอนุรักษ์ทรัพยากรโลก ซึ่งเป็นแนวทางในการพัฒนาประเทศให้ยั่งยืน

ไบโอดีเซล

ไบโอดีเซล ( Biodesel) คือน้ำมันเชื้อเพลิงที่ผลิตมาจากน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์ โดยผ่านขบวนการที่ทำให้โมเลกุลเล็กลง ให้อยู่ในรูปของเอทิลเอสเตอร์(Ethyl esters) หรือเมทิลเอสเตอร์(Methyl esters) ซึ่งมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซลมาก สามารถใช้ทดแทนน้ำมันดีเซลได้โดยตรง ดังปฏิกิริยา

กล่องข้อความ: น้ำมันพืช + เมทานอลหรือเอทานอล ----------> เมทิลเอสตอร์หรือเอทิลเอสเตอร์ + กลีเซอรีน

ไบโอดีเซลชนิดเอสเทอร์นี้มี คุณสมบัติที่เหมือนกับน้ำมันดีเซลมากที่สุด ทำให้ไม่มีปัญหากับเครื่องยนต์ เราสามารถนำมาใช้กับรถยนต์ได้ แต่ปัญหาที่จะมีก็คือต้นทุนการผลิตที่แพงนั่นเอง ข้อดีในด้านสิ่งแวดล้อมและคุณภาพชีวิตก็คือ ช่วยลดมลพิษในอากาศ ทำให้ลดการสูญเสียจากการรักษาพยาบาลผู้ป่วยที่ได้รับมลพิษจากอากาศ เป็นต้น

“ ไบโอดีเซล ” จึงเชื้อเพลิงชีวภาพแห่งยุคสมัย และ น่าจะเป็นเชื้อเพลิงชนิดหนึ่งแห่งความหวังของไทยเราได้ในอนาคต

ก๊าซธรรมชาติ หรือของก๊าซ NGV

ก๊าซธรรมชาติเป็นก๊าซเชื้อเพลิงที่มีก๊าซมีเทนเป็นส่วนประกอบหลักสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ได้เช่นเดียวกับน้ำมันเบนซินและดีเซล

ก๊าซธรรมชาติสำหรับยานยนต์ (Natural Gas for Vehicle หรือ NGV) โดยทั่วไปเรียกว่า ก๊าซ NGV คือ ก๊าซธรรมชาติที่ถูกอัดจนมีความดันสูง ( มากกว่า 3,000 ปอนด์/ ตารางนิ้ว; psi) ซึ่งในบางประเทศเรียกว่า Compressed Natural Gas (CNG) หรือก๊าซธรรม-ชาติอัด ดังนั้นก๊าซ NGV และก๊าซ CNG เป็นก๊าซตัวเดียวกันนั่นเอง

คุณสมบัติพิเศษของก๊าซ NGV

1. มีสัดส่วนของคาร์บอนน้อยกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น และมีคุณสมบัติเป็นก๊าซ ทำให้การเผาไหม้สมบูรณ์มากกว่าเชื้อเพลิง

กลับไปที่เนื้อหา

บทเรียนที่ 8 เคมีในอุตสาหกรรม

วัชรา หงษ์เวียง (เรียบเรียง)

อุตสาหกรรมแร่

แร่ คือ ธาตุหรือสารประกอบที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ มีโครงสร้างและส่วนประกอบแน่นอน มีสมบัติต่าง ๆ เฉพาะตัว ตัวอย่างแร่ได้แก่ ดีบุก พลวง ทังสเตน แบไรต์ แมงกานีส เป็นต้น
แร่อาจแบ่งออกเป็นพวกใหญ่ ๆ ได้คือ

1. แร่ประกอบหิน หมายถึง แร่ที่เป็นส่วนประกอบของหิน สามารถใช้ระบุชนิด ของหินได้ เช่น หินแกรนิต ประกอบด้วย แร่ควอร์ต์ เฟลด์สปาร์ และไมกา หินปูน ประกอบด้วย แร่แคลไซด์ เป็นต้น
2. แร่เศรษฐกิจหรือแร่อุตสาหกรรม หมายถึง แร่ที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจหรือประโยชน์ ในทางอุตสาหกรรมโดยตรง มีทั้ง แร่โลหะ เช่น เงิน ทองแดง ทองคำ ดีบุก เป็นต้น และ แร่อโลหะ เช่น ดินขาว แกรไฟต์ ทราย ใยหิน แร่เชื้อเพลิง และน้ำบาดาล เป็นต้น

ดีบุก

ดีบุกเป็นโลหะสีขาวเป็นเงาคล้ายเงิน มีความถ่วงจำเพาะ 7.3 มีจุดหลอมเหลว 232 องศาเซลเซียส เป็นโลหะเนื้ออ่อน แต่เหนียว ที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส รีดเป็นเส้นได้ แต่ที่อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส ดีบุกจะเปราะ ทุบแตกง่าย ดีบุกมีรูปหลายแบบ เช่น ดีบุกสีเทา ดีบุกรอมบิก และดีบุกสีขาว

แหล่งที่พบแร่ดีบุก โดยจะพบในแร่แคสซเทอไรต์ ( SnO 2 ) แร่ดีบุกพบมากทางภาคใต้ นอกจากนี้ยังพบในภาคกลาง และภาคเหนือ แร่ดีบุกพบปนอยู่กับกากแร่อื่น ๆ เช่น อิลเมไนต์ เซอร์ดอน โมนาไซด์ โคลัมไบต์ และซิไลต์

- วิธีการถลุงแร่ดีบุก มีขั้นตอนดังนี้ โดยนำสินแร่ดีบุก ( SnO 2 ปนกับทราย SiO 2 เป็นสารปนเปื้อน ) ผสมกับถ่านโค้ก และหินปูนด้วยอัตราส่วน 20 : 4 : 5 โดยมวล ใส่ในเตาถลุงแบบนอน โดยใช้น้ำมันเตา หรือใช้กระแสไฟฟ้าเป็นแหล่งให้ความร้อน

ปฏิกิริยาการแยกดีบุกออกจากแร่ ดังนี้

C ( s ) + O 2 ( g ) ------------> CO 2 ( g )

C ( s ) + CO 2 ( g ) -----------> 2CO ( g )

2CO ( g ) + SnO 2 ( s ) -----------> Sn ( l ) + 2CO 2 ( g )

ปฏิกิริยาการแยกสารปนเปื้อน ( SiO 2 ) ด้วยหินปูนออก ดังนี้

CaCO 3 ( s ) -------------> CaO ( s ) + CO 2 ( g )

CaO ( s ) + SiO 2 ( l ) -----------> CaSiO 3 ( l ) ( ตะกรัน )

ดีบุกที่ถลุงได้ ต้องนำไปทำให้บริสุทธิ์ด้วยกระบวนการ Electrorefining สำหรับ ขี้ตะกรันที่ได้ พบว่ามีดีบุกปนอยู่อีกมาก สามารถนำไปถลุงเพื่อแยกดีบุกออกได้อีก

การนำดีบุกไปใช้ประโยชน์ เมื่อนำดีบุกผสมกับตะกั่ว ทำตะกั่วบัดกรี ดีบุกฉาบแผ่นเหล็กทำกระป๋องบรรจุอาหาร ดีบุกผสมกับโลหะอื่นๆ เป็นโลหะผสม ( Alloy ) เช่น ผสมทองแดงเป็นทองสัมฤทธิ์ ผสมกับทองแดงและพลวงใช้เป็นโลหะผสมทำภาชนะต่างๆ สารประกอบดีบุก เช่น SnCl 4.5H 2O ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องเคลือบ เครื่องแก้ว ย้อมสีไหม กระดาษพิมพ์ที่ไวต่อแสง เช่น กระดาษพิมพ์เขียว

พลวง (Sb)

พลวงเงิน จะพบในแร่สติบไนต์ ( Sb 2O 3 ) และพลวงทอง จะพบในแร่สติบิโคไนต์ ( Sb 2O 4 . nH 2O ) ซึ่งจะพบทุกภาคของประเทศไทย ยกเว้นภาคตะวันออกเฉียงเหนือ เนื่องจากสินแร่พลวงส่วนใหญ่ เป็นสารประกอบซัลไฟด์ จึงต้องเปลี่ยนให้เป็นออกไซด์ แล้วจึงรีดิวซ์ออกไซด์ให้ได้พลวงต่อไป การถลุงพลวงจะแตกต่างกันตามคุณภาพของแร่

ขั้นตอนการถลุงแร่ มีดังนี้
ขั้นที่ 1 ย่างแร่ คือ การนำแร่พลวงที่เป็นซัลไฟต์มาทำให้เป็นออกไซด์ ด้วยการนำแร่สติบไนต์ไปเผากับก๊าซออกซิเจน เกิดปฏิกิริยาดังนี้

2Sb 2S 3 (s) + 9O 2 (g) ---------> 2Sb 2O 3 (s) + 6SO 2 (g)

ขั้นที่ 2 การแยกโลหะพลวงออกจากออกไซด์พลวง ผสมออกไซด์ของพลวง ถ่านหิน และโซเดียมคาร์บอเนต ในอัตราส่วน 20 : 4 : 1 โดยมวล ใส่ในเตาถลุงแบบนอนที่อุณหภูมิประมาณ 800 – 900 องศาเซลเซียส โดยใช้น้ำมันเตาหรือลิกไนต์เป็นเชื้อเพลิง เกิดปฏิกิริยาดังนี้

2C (s) + O 2 (g) ----------> 2CO (g)

2Sb 2O 3 (s) + 3CO (g) -----------> 2Sb (s) + 3CO 2 (g)

โซเดียมคาร์บอเนตที่ผสมใส่ลงไปถลุงเพื่อแยกสารปนเปื้อนต่าง ๆ ออกเป็นกากตะกอนลอยอยู่ผิวบนของโลหะหลอมเหลวที่ถลุงได้ ธาตุพลวงเหลวลงสู่เบ้าเหล็กหล่อเป็นแท่ง

การนำพลวงไปใช้ประโยชน์

โดยนำไปผสมกับโลหะอื่นเป็นโลหะผสม เช่น พลวงผสมกับตะกั่วและดีบุก เป็นโลหะผสมเพื่อทำตัวพิมพ์โลหะ พลวงผสมกับตะกั่วเพื่อทำแผ่นตะกั่วในแบตเตอรี่ พลวงเป็นส่วนผสมของหัวกระสุนปืน พลวงใช้ในอุตสาหกรรมยาง อุตสาหกรรมสี และอุตสาหกรรมเซรามิกส์

สังกะสี – แคดเมียม

สังกะสี พบในรูปสังกะสีซิลิเกต เช่น แร่เฮมิเมอร์ไฟต์ ( Zn 4(Si 2O 7)(OH) 2(H 2O)) แร่สมิทซอไนต์ ( ZnCO 3) และแร่ซิงไคต์ ( ZnO) สำหรับแร่สังกะสีที่พบมากที่สุดในโลก คือ
แร่สฟาเลอไรต์ ( ZnS) แร่สังกะสีพบมากที่อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก
การถลุงแร่สังกะสีที่อยู่ในรูปสังกะสีซัลไฟด์ สังกะสีคาร์บอเนต ต้องทำให้เป็นออกไซด์ก่อนแล้วจึงนำไปรีดิวซ์

การถลุงสังกะสี มีขั้นตอนดังนี้

ขั้นที่ 1 นำสินแร่สังกะสี เช่น ZnS, ZnCO 3 มาทำให้เป็นออกไซด์

ZnS ทำปฏิกิริยา O 2 ด้วยการเผา 2ZnS(s) + 3O 2(g) -----> 2ZnO(s) + 2SO 2(g)

ZnCO 3 เผาให้สลายตัว ZnCO 3(s) ------> ZnO(s) + CO 2(g)

ขั้นที่ 2 นำสังกะสีออกไซด์ (ZnO) มาแยก Zn ออกโดยทำปฏิกิริยากับถ่านโค้ก (C) ดังนี้

ZnO(s) + C (s) -------> Zn(s) + CO(g)

แล้ว CO ที่เกิดขึ้นทำปฏิกิริยากับ ZnO ต่อแยก Zn ได้ดังสมการ

ZnO(s) + CO(g) --------> Zn(s) + CO 2(g)

CO 2 ที่เกิดขึ้นทำปฏิกิริยากับ C ที่เหลือเกิด CO ซึ่งสามารถนำไปใช้แยก Zn ออกจาก ZnO ต่อไป ดังสมการ

C (s) + CO 2(g) ---------> 2 CO(g)

การถลุง Zn ต้องทำที่อุณหภูมิ 1100 องศาเซลเซียส ได้ Zn เป็นของเหลวที่มีสารปนเปื้อนผสมอยู่ ส่วนมากเป็นแคดเมียม กับตะกั่ว ดังนั้น ต้องแยกสารเหล่านี้ออกด้วยการนำของเหลวที่มีสารผสมไปกลั่นลำดับส่วน
ในประเทศไทยมีโรงงานถลุงแร่สังกะสีอยู่ที่จังหวัดตาก แร่ที่ใช้ถลุงอยู่ในรูปของซิลิเกตคาร์บอเนต และออกไซด์ปนกัน วิธีถลุงทำได้โดยนำแร่มาบดด้วยเครื่องบดเปียกจนละเอียดเป็นผงแล้วทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก ได้สารละลายที่มี ZnSO 4 ละลายอยู่ ทำสารละลายที่ได้ให้เป็นกลางด้วยหินปูนหรือปูนขาว และนำไปกรองเพื่อแยกสารละลายแร่และกากแร่ออกจากกัน กากแร่จะถูกส่งไปยังบ่อเก็บกากแร่ โดยการปรับสภาพให้เป็นกลางด้วยปูนขาวเสียก่อน ส่วนสารละลายที่กรองได้ จะมีเกลือของแคดเมียม พลวง ทองแดงละลายอยู่ ซึ่งสามารถแยกออกโดยเติมผงสังกะสีลงไปในสารละลาย

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น เป็นดังนี้

Zn(s) + CdSO 4(aq) ----------> ZnSO 4(aq) + Cd(s)

3Zn(s) + Sb 2(SO 4) 3 (aq) ----------> 3ZnSO 4(aq) + 2Sb(s)

Zn(s) + CuSO 4 (aq) ----------> ZnSO 4(aq) + Cu(s)

แล้วทำการแยกตะกอนและสารละลายออกจากกัน โดยผ่านเข้าเครื่องกรองตะกอนแบบอัด จะได้กากแคดเมียม พลวง และทองแดง ส่วนสารละลายสังกะสี ซัลเฟตจะถูกส่งไปยังโรงแยกสังกะสีด้วยไฟฟ้า เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าลงไปในสารละลาย Zn 2+ จะไปรับอิเล็กตรอนได้โลหะสังกะสีเกาะอยู่ที่แคโทด ดังสมการ

Zn 2+ (aq) + 2e - ---------> Zn (s)

ที่แอโนด น้ำจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ดีกว่า SO 4 2- จึงเกิดปฏิกิริยาดังสมการ

H 2O (l) ----------> 1/2O 2 (g) + 2H + (aq) + 2e -

ปฏิกิริยารวมเป็นดังนี้

Zn 2+ (aq) + H 2O (l) ----------> Zn (s) + 2H + (aq) + 1/2O 2 (g)

การนำสังกะสีไปใช้ประโยชน์

สังกะสีใช้ในอุตสาหกรรมถ่านไฟฉาย คือ Zn ใช้ทำกล่องถ่านไฟฉาย ใช้สังกะสีเคลือบแผ่นเหล็กทำสังกะสีมุงหลังคา ใช้สังกะสีผสมโลหะทองแดงเป็นโลหะผสมเรียกว่า ทองเหลือง ซึ่งนำไปใช้ประโยชน์มาก นอกจากนี้ในอุตสาหกรรมสี ยา และอาหารสัตว์ ใช้สังกะสีในรูปออกไซด์ของสังกะสี ( ZnO)

การถลุงโลหะแคดเมียม การผลิตสังกะสีที่จังหวัดตากจะมีกากของเสียที่สำคัญมากคือ กาก Cd เป็นสารพิษร้ายแรง นำกาก Cd มาบดให้ละเอียดแล้วเติมกรด H 2SO 4 เพื่อทำให้ละลายแล้วปรับให้เป็นกลางด้วย CaCO 3 กรองตะกอนออก เติมสังกะสีลงในสารละลายที่กรองได้จะเกิด Cd พรุนตกตะกอน แยกตะกอนพรุน Cd ไปสกัดด้วยกรด H 2SO 4 อีกครั้งหนึ่ง แล้วทำให้เป็นกลางด้วย CaCO 3 กรองและนำสารละลายไปแยกด้วยไฟฟ้าจะได้ Cd เกาะที่แคโทด นำ Cd ไปหลอมหล่อเป็นแท่งหรือก้อนกลมได้

การถลุงพลวงและสังกะสี จะเกิดก๊าซพิษคือก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งอาจจะเกิดจากการเผาสินแร่ หรือจากการใช้ถ่านหินที่เป็นเชื้อเพลิงมีกำมะถันปนอยู่ หรือเกิดจากโรงงานผลิตกรดซัลฟิวริก ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์นี้เป็นก๊าซพิษ ทำให้เกิดปัญหาต่อสิ่งแวดล้อมทั้งพืชและสัตว์ ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์เข้าสู่ระบบทางเดินหายใจ ทำให้เกิดอาการแสบจมูก หลอดลมอักเสบ ถ้าก๊าซนี้เข้าสู่ร่างกายน้อยจะทำให้เกิดอาการปวดเมื่อยเรื้อรัง เกิดโรคโลหิตจาง แต่ถ้าได้รับเข้ามากจะเป็นอันตรายต่อปอดโดยตรง ทำให้ปอดอักเสบ หลอดลมตีบตัน นอกจากนั้นก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์จะทำให้เกิดผลเสียต่อสิ่งก่อสร้างที่เป็นหินปูน หินอ่อน และเหล็กที่เป็นโครงสร้างทำให้เกิดการผุกร่อน

การกำจัด SO 2 โดยผ่านลงไปในสารละลาย Ca(OH) 2 เกิดปฏิกิริยาดังนี้

SO 2(g) + Ca(OH) 2 ----------> CaSO 3(s) + H 2O(l)

การถลุงแร่สังกะสีนอกจากจะเกิด SO 2 แล้วยังทำให้เกิดฝุ่นโลหะปนเปื้อนออกมาด้วย ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตเช่นกัน จึงต้องระมัดระวัง ต้องกำจัดฝุ่นออกก่อนจะปล่อยออก สู่สิ่งแวดล้อม

แทนทาลัม (Ta)

แทนทาลัม (Ta) เป็นโลหะสีเทา มีความถ่วงจำเพาะ 16.6 จุดหลอมเหลว 2996 องศาเซลเซียส เป็นโลหะทนไฟ แข็งและมีความเหนียวใกล้เคียงกับเหล็กกล้า แทนทาลัมจะไม่พบเกิดอิสระในธรรมชาติ แต่เกิดปนกับไนโอเบียม (Nb) ไทเทเนียม (Ti) และดีบุก (Sn) นอกจากนั้นยังอาจจะเกิดรวมกับยูเรเนียม (U) ทอเรียม (Th)

การสกัดแทนทาลัมและไนโอเบียมออกจากแร่ ทำได้โดยนำตะกรันดีบุกมาบด และละลายด้วยสารละลายผสมของกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) กับกรดซัลฟิวริก แล้วเติมเมธิลไอโซ บิวทิลคีโตน (MIBK) แทนทาลัมและไนโอเบียมจะละลายอยู่ในชั้นของเมธิลไอโซบิวทิลคีโตน ซึ่งสามารถนำไปแยกแทนทาลัมและไนโอเบียมออกจากกันได้โดยเติมกรดซัลฟิวริกเจือจางลงไป ไนโอเบียมจะลายอยู่ในชั้นของกรด แยกสารละลายกรดออกมา ปรับสารละลายให้เป็นกลางด้วยสารละลายแอมโมเนีย จะได้ตะกอนซึ่งเมื่อนำไปเผาจะได้ Nb 2O 3

ส่วนแทนทาลัมที่อยู่ในชั้นของสารละลายเมธิลไอโซบิวทิลคีโตน แยกออกได้โดยผ่าน ไอน้ำเข้าไป แทนทาลัมจะละลายอยู่ในชั้นของน้ำในรูปของ H 2TaF 7 เมื่อเติมสารละลายแอมโมเนียจะได้ตะกอน ซึ่งเมื่อนำไปเผาจะได้ Ta 2O 3 หรือเมื่อนำแทนทาลัมที่ละลายอยู่ในชั้นของน้ำมาเติมด้วยสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ ทำให้ตกผลึก จะได้ K 2TaF 7

ในการสกัดแร่แทนทาลัมและไนโอเบียม จะใช้ทั้งสารละลายกรดและสารละลายเบส ซึ่งอาจปนเปื้อนออกมากับอากาศ น้ำ หรือตะกอน จึงต้องปรับสภาพให้เป็นกลางเสียก่อน นอกจากนี้วัตถุดิบที่ใช้ในกระบวนการผลิตคือ ตะกรันดีบุก ซึ่งอาจมีสารกัมมันตรังสี เช่น ยูเรเนียมและทอเรียมปนอยู่ด้วย จึงเป็นหน้าที่ของผู้ที่เกี่ยวข้องที่จะต้องคอยตรวจสอบปริมาณ สารกัมมันตรังสีไม่ให้รั่วไหลออกมา และมีมากเกินกว่าค่ามาตรฐาน

การนำแทนทาลัมมาใช้ประโยชน์ โดยใช้ทำอุปกรณ์อิเล็กโทรนิกส์ในเครื่องคอมพิวเตอร์ เครื่องมือสื่อสาร เครื่องส่งสัญญาณกันภัย เครื่องตั้งเวลา ใช้ทำโลหะผสมสำหรับทำเครื่องบิน จรวด ขีปนาวุธ อุปกรณ์เตาปรมาณู แทนทาลัมออกไซด์ใช้ทำเลนส์ การนำไนโอเบียมมาใช้ประโยชน์คือ เป็นส่วนผสมในเหล็กกล้าที่ใช้ผลิตท่อส่งก๊าซ วัสดุก่อสร้างของโรงงานเคมีภัณฑ์และใช้ทำเลนส์ต่าง ๆ

เซอร์โคเนียม (Zr)

เซอร์โคเนียม (Zr) เป็นธาตุที่มีความสำคัญมากชนิดหนึ่ง มีจุดหลอมเหลว 1852 องศาเซลเซียส และมีจุดเดือด 4377 องศาเซลเซียส พบในรูปของแร่เซอร์คอน (ZrSiO) ตามแหล่งดีบุก บริเวณภาคใต้ของประเทศไทย การผลิตเซอร์โคเนียมนั้นทำได้โดย นำสินแร่เซอร์คอนมาหลอมรวมกับโซเดียมออกไซด์ที่อุณหภูมิ 1000 องศาเซลเซียส จะได้โซเดียมเซอร์โคเนียมซิลิเกต (Na 2ZrSiO 3) ส่วนทรายที่ปนเปื้อนอยู่ก็จะเปลี่ยนเป็น Na 2SiO 3 ทิ้งไว้ให้เย็นแล้วสกัดด้วยน้ำร้อนเพื่อละลาย Na 2SiO 3 ออก ส่วนโซเดียมเซอร์โคเนียมซิลิเกต ซึ่งไม่ละลายน้ำจะตกตะกอน กรองและนำตะกอนที่ได้ไปละลายในสารละลายกรดซัลฟิวริกเจือจางที่ร้อน จะได้สารละลายโซเดียมซัลเฟตและเซอร์โคเนียมซัลเฟต (Zr(SO 4) 2) ทำสารละลายที่ได้ให้เป็นกลางด้วยสารละลายแอมโมเนียมเข้มข้น เซอร์โคเนียมซัลเฟตจะเปลี่ยนเป็นเซอร์โคเนียมไฮดรอกไซด์ (Zr(OH) 4) ซึ่งไม่ละลายน้ำ กรอง แล้วนำตะกอนที่ได้ไปเผาที่อุณหภูมิ 900 องศาเซลเซียส จะได้เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ (ZrO 2)

เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ที่ได้จะมีลักษณะเป็นผงสีขาว หนัก ไม่มีกลิ่น มีจุดหลอมเหลวประมาณ 2680 องศาเซลเซียส ใช้เป็นวัสดุเคลือบสีสำหรับเซรามิกส์ เมื่อเติม Y 2O 3 ร้อยละ 5 ลงไปในเซอร์โคเนียมไดออกไซด์จะได้วัสดุใหม่ที่มีชื่อว่า PSZ (Partially Stabilized Zirconia)

PSZ ใช้ในอุตสาหกรรมเซรามิกส์ ทำให้ได้เซรามิกส์ที่มีคุณสมบัติเด่นหลายประการคือ ทนความร้อนได้ถึง 2400 องศาเซลเซียส ไม่นำไฟฟ้า จึงใช้เป็นชิ้นส่วนเครื่องยนต์ไอพ่นและจรวด ทำถ้วยกระเบื้องทนไฟสำหรับใช้ในห้องปฏิบัติการ ทำอิฐทนไฟสำหรับเตาหลอมโลหะ ทำฉนวนกันไฟฟ้าแรงสูง ทำชิ้นส่วนของหัวเทียนรถยนต์ และเป็นชิ้นส่วนประกอบของอุปกรณ์ อิเล็กโทรนิกส์ เป็นต้น

อุตสาหกรรมเซรามิกส์

เซรามิกส์ (Ceramics) คือ ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากดิน และผ่านการเผามาแล้ว ปัจจุบันเซรามิกส์เป็นวัสดุและภาชนะที่มีรูปร่างต่าง ๆ แล้วนำไปเผาเพื่อให้มีความแข็ง สามารถคงรูปอยู่ได้ เช่น เครื่องลายคราม อิฐทนไฟ กระเบื้องปูพื้น เครื่องปั้นดินเผา แก้ว วัสดุทนไฟต่าง ๆ และเครื่องสุขภัณฑ์ เครื่องปั้นดินเผาเป็นเซรามิกส์ประเภทหนึ่ง ปัจจุบันได้มีการพัฒนาในด้านวัตถุดิบที่ใช้และสีสำหรับเคลือบให้มีคุณภาพสูงขึ้น ซึ่งวัสดุที่ใช้ในการผลิตเซรามิกส์ ได้แก่ ดินขาว ดินเหนียว เฟลด์สปาร์ ควอร์ตซ์ ทัลด์ หินปูน เซอร์โคเนียมออกไซด์ โซเดียมซิลิเกต และซิงค์ออกไซด์

ปัจจุบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเจริญก้าวหน้ามากขึ้น ได้ใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่ผลิตเซรามิกส์ใหม่ ๆ จากสารอนินทรีย์ ซึ่งมีคุณสมบัติทนความร้อน ทนต่อปฏิกิริยาเคมีและมีสมบัติทางไฟฟ้าที่พิเศษกว่าสารอื่น ทำให้ใช้เป็นฉนวนกันไฟฟ้าได้ ทำแผ่นและวงจรรวม (IC) ทำแผ่นซิลิคอนในเซลล์สุริยะ ผลิตตัวถังรถยนต์ เพื่อให้มีน้ำหนักเบา แข็งแรง ทนต่อสารเคมี

ในการผลิตภัณฑ์เซรามิกส์เกี่ยวข้องกับสีใช้สารที่มีสารตะกั่วเป็นตัวช่วยในการละลาย และเป็นสารที่ช่วยทำให้สีเคลือบมีสีสดใส ถ้าผลิตโดยขาดการควบคุมคุณภาพ อาจจะทำให้สารพวกตะกั่วปนเปื้อนลงในอาหาร และนำไปใส่อาหารที่เป็นกรดหรือเบส กรดและเบสจะละลายสารตะกั่วที่เคลือบอยู่ติดปนออกมากับอาหารได้

การผลิตเกลือสมุทร

เกลือสมุทรทำกันมากในบริเวณใกล้ทะเล เช่น ที่จังหวัดสมุทรสาคร เพชรบุรี ฉะเชิงเทรา และชลบุรี ประเทศไทยมีการทำนาเกลือในช่วงเดือนพฤศจิกายนถึงเดือนพฤษภาคม หากปีใดฝนตกชุกในระยะดังกล่าวการทำนาเกลือจะไม่ไดผลเท่าที่ควร

การทำนาเกลือใช้วิธีการแยกโซเดียมคลอไรด์ออกจากน้ำทะเล ดังนั้นจึงต้องใช้หลักการระเหยและการตกผลึก โดยการให้น้ำทะเลระเหยไปเหลือน้ำน้อยจนถึงจุดอิ่มตัวของ โซเดียมคลอไรด์ โซเดียมคลอไรด์ก็จะตกผลึกออกมา

ขั้นตอนการผลิตเกลือสมุทร มีดังนี้

1. การเตรียมพื้นที่นา โดยทั่วไปใช้พื้นที่ประมาณ 40 ไร่ จากนั้นก็ขุดตอไม้รากไม้ ปรับพื้นที่ให้เรียบแน่น แบ่งที่นาออกเป็นแปลง ๆ แปลงละ 1 ไร่ ยกขอบแปลงให้สูง แล้วทำร่องระบายน้ำระหว่างแปลง

2. การทำนาเกลือ
2.1 แบ่งพื้นที่ทำนาเป็น 3 ตอน ได้แก่ นาตาก นาเชื้อ และนาแปลง ซึ่งมีระดับพื้นที่ลดหลั่นลงตามลำดับ เพื่อความสะดวกในการระบายน้ำและขังน้ำ
2.2 ก่อนถึงฤดูการทำนาเกลือ ให้ระบายน้ำเข้าเก็บขังไว้เพื่อให้น้ำสะอาด ผงโคลนตม แร่ธาตุ จะได้ตกตะกอนลง พื้นที่ที่ขังน้ำไว้ในตอนนี้บางทีเรียกว่า นาขัง
2.3 จากนั้นระบายน้ำเข้าสู่นาตาก ให้ระดับน้ำสูงกว่าพื้นนาประมาณ 5 cm เมื่อน้ำระเหยไปจนวัดความถ่วงจำเพาะของน้ำทะเลได้ 1.08 จึงถ่ายน้ำเข้าสู่นาเชื้อ เพื่อให้แคลเซียม- ซัลเฟต (CaSO 4) ตกผลึกออกมาเป็นผลพลอยได้ ส่วนน้ำทะเลที่เหลือปล่อยให้ระเหยไป จนมีความถ่วงจำเพาะ 1.2 แล้วจึงระบายน้ำทะเลนั้นเข้าสู่นาปลง 2 วัน NaCl เริ่มตกผลึก และจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในขณะเดียวกันน้ำทะเลที่เหลือมีความเข้มข้นของ Mg 2+ Cl - และ SO 2- 4 ไอออนเพิ่มขึ้นจึงต้องระบายน้ำจากนาเชื้อเพิ่มเพื่อกันมิให้ MgCl 2 และ MgSO 4 ตกผลึกปนกับ NaCl มากด้วย ซึ่งจะทำให้เกลือที่ได้มีมลทิน คุณภาพไม่ดี

โดยปกติจะปล่อยให้ NaCl ตกผลึกประมาณ 9 – 10 วัน จึงขูดเกลือออกขณะที่มีน้ำทะเลขังอยู่เกลือที่ได้นำไปตากแดด 1 – 2 วัน แล้วจึงเก็บเข้าฉาง

<<<ผลพลอยได้จากการทำนาเกลือคือ กุ้ง ปลา และ CaSO 4>>>

คุณภาพของเกลือโซเดียมคลอไรด์ คุณภาพของเกลือโซเดียมคลอไรด์ ขึ้นอยู่กับมลทิน ที่ปนเปื้อนอยู่ เช่น เกลือแมกนีเซียม เป็นต้น ถ้าเกลือโซเดียมคลอไรด์มีเกลือแมกนีเซียมปนอยู่มาก เกลือจะชื้นง่าย ราคาตก ดังนั้น ถ้าต้องการเกลือที่มีคุณภาพดีควรเติมปูนขาว 0.4 – 0.5 กรัมต่อน้ำ 1 ลิตรลงในนาเชื้อ เพื่อทำให้น้ำทะเลมีสมบัติเป็นเบส (pH ~ 7.4 – 7.5) Mg 2+ ไอออนจะตกตะกอนออกมาในรูป Mg(OH) 2 ทิ้งไว้จนน้ำทะเลใสแล้วจึงไขน้ำนี้เข้าสู่นาปลง NaCl จะตกผลึกออกมาเป็นส่วนใหญ่ ผลึกของเกลือ NaCl ที่ได้จึงค่อนข้างบริสุทธิ์มึคุณภาพดี

การผลิตเกลือสินเธาว์

เกลือสินเธาว์ผลิตได้จากแหล่งแร่ เกลือหิน (Rock salt)พบอยู่ตามพื้นดินแถบภาคอีสาน เช่น จังหวัดชัยภูมิ มหาสารคาม ยโสธร อุบลราชธานี และอุดรธานี การผลิตเกลือสินเธาว์จากเกลือหินโดยทั่วไป ใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ คือ ใช้การละลาย การกรอง การระเหย และการตกผลึก หรือการละลายและการตกผลึก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพของเกลือที่เกิดขึ้นในแหล่งนั้น ๆ

เกลือสินเธาว์แยกตามวิธีการที่แตกต่างกันตามลักษณะของการเกิดเกลือตามธรรมชาติ ดังนี้

เกลือจากผิวดิน ใช้วิธีขุดคราบเกลือตามผิวดินมาละลายน้ำ กรองเศษตะกอนออก แล้วนำน้ำเกลือไปเคี้ยวให้แห้งจะได้เกลือตกผลึกออกมา นิยมทำเกลือชนิดนี้ทางภาคตะวันออก-เฉียงเหนือ ได้แก่ จังหวัดนครราชสีมา ชัยภูมิ มหาสารคาม อุดรธานี สกลนคร และร้อยเอ็ด
เกลือจากน้ำเกลือบาดาล เป็นเกลือทำกันมากที่จังหวัดมหาสารคาม นครราชสีมา อุดรธานี อุบลราชธานี ร้อยเอ็ด สกลนคร ชัยภูมิ และหนองคาย เกลือบาดาลมีอยู่ในระดับตื้น 5 – 10 เมตร หรือระดับลึก 30 เมตร

วิธีการผลิตเกลือ ขุดหรือเจาะลงไปใต้ดินและสูบน้ำเกลือขึ้นมา ต้มน้ำเกลือในกระทะเหล็กใบใหญ่ โดยใช้ฟื้นหรือลิกไนต์เป็นเชื้อเพลิงจนแห้ง จะได้เกลือตกผลึกออกมา เกลือชนิดนี้นอกจากจะใช้ต้ม อาจจะทำได้โดยการตาก ซึ่งไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในด้านเชื้อเพลิง เพราะใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ด้วยการสูบเกลือจากบ่อน้ำบาดาลมาใส่ไว้ในนาตาก ซึ่งทำเป็นลานดินหรือลานซีเมนต์ แล้วให้น้ำระเหยออกจะได้เกลือตกผลึกออกมา เรียกวิธีนี้ว่า การทำนาตาก

เกลือจากชั้นเกลือหิน

วิธีการผลิตเกลือ อัดน้ำจืดลงไปละลายเกลือในชั้นเกลือหิน แล้วสูบสารละลายมาทำให้บริสุทธิ์ด้วยการเติมสารละลาย NaOH กับ Na 2CO 3 เพื่อกำจัด Ca 2+ และ Mg 2+ ดังปฏิกิริยา

Mg 2+ (aq) + 2OH - (aq) ---------> Mg(OH) 2 (s)

Ca 2+ (aq) + CO 2- 3 (aq) ----------> CaCO 3 (s)

กรองตะกอนออก แล้วนำสารละลายเกลือที่ได้มาตกผลึก แยก NaCl ออก ทำให้สารละลายมี NaCl ปริมาณลดลง และในสารละลายนี้ยังมี Na 2SO 4 และ Na 2CO 3 ละลายปนอยู่ ซึ่งเป็นเกลือที่ไม่ต้องการเรียกว่า น้ำขม นำสารละลายไปเติม CaCl 2 พอเหมาะกำจัดไอออนต่าง ๆ ออกเป็นสาร CaSO 4 และ CaCO 3 ซึ่งไม่ละลายน้ำ ดังสมการ

Ca 2+ (aq) + SO 2- 4 (aq) -----------> CaSO 4 (s)

Ca 2+ (aq) + CO 2- 3 (aq) ----------> CaCO 3 (s)

นำสารละลายที่ได้ไปตกผลึกแยก NaCl ออกได้อีก

วิธีการผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์และก๊าซคลอรีน

โซเดียมคลอไรด์ใช้ในการปรุงอาหาร ถนอมอาหาร ทำสบู่ และย้อมผ้า
ส่วนในวงการแพทย์ใช้น้ำเกลือสำหรับคนป่วย และฆ่าเชื้อโรค

เมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าตรงลงในสารละลายโซเดียมคลอไรด์อิ่มตัว จะเกิดปฏิกิริยาเคมี ดังนี้

แคโทด ( ขั้วลบ) เกิดปฏิกิริยารีดักชัน โดยมีน้ำถูกรีดิวซ์เป็นก๊าซ H 2

2H2O (l) + 2e - ----------> 2OH - (aq) + H2 (g)

แอโนด ( ขั้วบวก) เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน โดยมี Cl - ถูกออกซิไดส์เป็น Cl 2

2Cl - (aq) -----------> Cl 2 (g) + 2e -

ปฏิกิริยาสุทธิ ; 2H2O (l) + 2Cl - (aq) -----------> 2OH - (aq) + H2 (g) + Cl2 (g)

เขียนเป็นสมการโมเลกุลดังนี้

2H2O (l) + 2NaCl (aq) -----------> 2NaOH (aq) + H2 (g) + Cl 2 (g)

จากสมการของปฏิกิริยาผลิตภัณฑ์เกิดก๊าซ H 2 และก๊าซ Cl 2 ส่วนสารละลายประกอบด้วย NaOH เกิดขึ้นปนกับ NaCl ที่เหลือ เมื่อนำสารละลายนี้ไปแยก NaOH ออกด้วยการตกผลึก สารเหล่านี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์อุตสาหกรรมดังนี้

ก๊าซไฮโดรเจน ใช้เตรียมกรดเกลือ แอมโมเนีย และปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน น้ำมันพืช

ก๊าซคลอรีน ใช้ฆ่าเชื้อโรคในกระบวนการทำน้ำประปา ใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรม เช่น พลาสติก PVC ยาฆ่าแมลง DDT นอกจากนั้นยังใช้เป็นตัวทำละลาย เช่น คาร์บอนเตตระคลอไรด์ (CCl 4) ก๊าซคลอรีนใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารเคมีหลายชนิด

ในด้านอุตสาหกรรมเคมีใช้เกลือ NaCl เป็นวัตถุดิบ ในการผลิตสารเคมีหลายชนิด เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) โซเดียมคาร์บอเนต (Na 2CO 3) โซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต (NaHCO 3) โซเดียมซัลเฟต (Na 2SO 4) โลหะโซเดียม (Na) และก๊าซคลอรีน (Cl 2)

โซเดียมไฮดรอกไซด์ ( หรือโซดาแผดเผาหรือ Cuastic soda) มีสูตรเป็น NaOH เป็นสารประกอบไอออนิกในรูปผลึกของแข็งสีขาว ดูดน้ำจากอากาศได้ จุดหลอมเหลว 318.4 องศาเซลเซียส ละลายน้ำได้ดี ให้สารละลายมีสมบัติเป็นเบสโซเดียมไฮดรอกไซด์ ใช้ในอุตสาหกรรมทำสบู่ ผลิตผงชูรส ทำกระดาษ การย้อมสี และในการกลั่นปิโตรเลียม นอกจากนั้นยังใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์เป็นวัตถุดิบสำคัญในอุตสาหกรรมอื่นได้ เช่น ผสมสารเคมี ผงซักฟอก สิ่งทอ และในการทำแร่บอกไซด์ให้บริสุทธิ์สำหรับการผลิตโลหะอะลูมิเนียม

การผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์ ก๊าซคลอรีน และก๊าซไฮโดรเจนในอุตสาหกรรม

ใช้หลักการอิเล็กโทรลิซิสในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ แต่อุปกรณ์ซับซ้อนกว่า เรียกกระบวนการนี้ว่า The Chlor – Alkali Process ที่ใช้กันในอุตสาหกรรมมีหลายวิธี เช่น การผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์โดยใช้เซลล์ไดอะแฟรม เซลล์เยื่อแลกเปลี่ยนไอออน และเซลล์ปรอท

วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์ ใช้สารละลายเกลือโซเดียมคลอไรด์

แต่เนื่องจากสารละลายเกลือโซเดียมคลอไรด์มีสารอื่นปนอยู่ด้วย ดังนั้น จึงต้องแยกสารอื่นที่ปนอยู่กับสารละลายออก ก่อนที่จะนำไปแยกด้วยไฟฟ้าในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ชนิดใดชนิดหนึ่ง เพื่อผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์ การทำสารละลายเกลือโซเดียมคลอไรด์ให้บริสุทธิ์โดยใช้วิธี เติมสารโซเดียมไฮดรอกไซด์ ลงไปในสารละลายเกลือโซเดียมคลอไรด์ เพื่อทำให้เหล็กไอออนและแมกนีเซียมไอออนที่ปนอยู่ตกตะกอน ดังนี้

Fe 3+ (aq) + 3OH - (aq) ----------> Fe(OH) 3 (s)

Mg 2+ (aq) + 2OH - (aq) ---------> Mg(OH) 2 (s)

จากนั้นก็เติมสารละลาย BaCl 2 ลงไป เพื่อทำให้ซัลเฟตไอออน (SO 2- 4)

ตกตะกอน โดยควบคุมให้ซัลเฟตไอออนเหลืออยู่ในสารละลายเกลือโซเดียมคลอไรด์ ไม่เกิน 2 g/l ดังนี้

Ba 2+(aq) + SO 2- 4 -----------> BaSO 4 (s)

สำหรับแคลเซียมไอออนของ (Ca 2+) ที่ยังตกค้างในสารละลาย ก็จะถูกทำให้

ตกตะกอนโดยเติมสารละลาย Na 2CO 3 ลงไป ดังนี้

Ca 2+ + CO 2- 3 (aq) -----------> CaCO 3 (s)

จากนั้นแยกตะกอนของ CaCO 3 ออกจากสารละลายเกลือโวเดียมคลอไรด์

สารละลายที่ได้เติมกรดHCl เพื่อกำจัด Na 2CO 3 ที่ตกค้างอยู่และปรับ pH ของน้ำเกลือให้พอเหมาะ สารละลายที่ได้เป็นสารละลายเกลือโซเดียมคลอไรด์ที่ต้องการใช้เตรียมโซเดียมไฮดรอกไซด์

การผลิตโซเดียมโซเดียมไฮดรอกไซด์โดยใช้เซลล์ไดอะแฟรม

เซลล์ไดอะแฟรม (Diaphram cell) เป็นเซลล์อิเล็กโทรไลต์แบบ Chlor – alkali ชนิดหนึ่งดังรูป ในเซลล์ มีแผ่นกั้นทำด้วยแอสเบสตอสกั้นอยู่ระหว่างแอโนด ซึ่งทำด้วยทิเทเนียม และแคโทด เป็นเหล็กกล้า

เมื่อผ่านสารละลาย NaCl อิ่มตัวที่ทำให้บริสุทธิ์แล้วเข้าทางด้านแอโนด ( ขั้วบวก) Cl - ถูกออกซิไดส์เกิด Cl 2 ดังนี้

ออกซิเดชัน ; 2Cl - (aq) -----------> Cl 2 (g) + 2e - E 0 = - 1.36 V

ส่วนแคโทด ( ขั้วลบ) น้ำจะรับอิเล็กตรอนเกิดก๊าซ H 2 และ OH - ดังนี้

รีดักชัน ; 2H 2O (l) + 2e - ---------> H 2 (g) + 2OH - (aq) E 0 = - 0.83 V

ปฏิกิริยาสุทธิ ; 2Cl -(aq) + 2H 2O(l) --------> 2OH - (aq) + H 2(g) + Cl 2(g) E 0 cell = - 2.19 V

ที่แผ่นกั้นมีสมบัติยอมให้ไอออนผ่านไปมาได้ แต่ไม่ยอมให้ Cl 2(g) และ H 2 (g) ผ่าน และเนื่องจากได้มีการปรับความดันด้านแอโนดสูงกว่าด้านแคโทด ด้วยการให้ระดับสารละลายที่ด้านแอโนดสูงกว่าสารละลายที่ด้านแคโทด ดังนั้น ไอออนทางด้านแอโนดจึงถูกดันให้เคลื่อนที่ผ่านแผ่นกั้นไปด้านแคโทดตลอด ส่วนไฮดรอกไซด์ไอออนทางด้านแคโทดไม่สามารถไหลมาทางด้านแอโนด ทำให้ได้ NaOH เกิดขึ้นด้านแคโทด สำหรับ Na + และ Cl - ที่ทำปฏิกิริยาไม่หมด จะไหลผ่านแผ่นกั้นเข้าไปอยู่ด้านแคโทด จึงทำให้สารละลาย NaOH ไม่บริสุทธิ์ คือมี NaOH ประมาณร้อยละ 10 – 12 โดยมวลและ NaCl ประมาณร้อยละ 14 – 16 โดยมวล สารละลายผสมระหว่าง NaOH กับ NaCl สามารถแยกได้ด้วยวิธีการให้น้ำระเหยออก เพื่อทำให้สารละลาย NaCl อิ่มตัวและตกผลึกแยกออกไป สารละลายที่เหลือประกอบด้วย NaOH ร้อยละ 50 โดยมวลและ NaCl ร้อยละ 1 โดยมวล สารละลาย NaOH ที่ได้สามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเตรียมสารต่าง ๆ ได้ แต่ใช้ในอุตสาหกรรมผลิตเรยองไม่ได้ เพราะมี NaCl ปน

การผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์โดยใช้เซลล์ปรอท

เซลล์ปรอท (Mercury cell) เซลล์อิเล็กโทรไลต์แบบ Chlor – Alkali ชนิดหนึ่ง ประกอบด้วยแอโนดซึ่งทำจากโลหะทิเทเนียมเคลือบออกไซด์ของธาตุบางชนิด และใช้ปรอทเป็นแคโทด

เซลล์ปรอทเป็นเซลล์อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ผลิต NaOH(aq) ที่มีคว

กลับไปที่เนื้อหา

บทเรียนที่ 9 เชื้องเพลิงซากดึกดำบรรพ์

เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์และผลิตภัณฑ์ (Fossil Fuel and Products)

เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์และผลิตภัณฑ์ (Fossil Fuel and Products) เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ (Fossil Fuel หมายถึงเชื้อเพลิงที่ได้จากการหมักทับถมกันของสารอินทรีย์ทั้งจากพืชและสัตว์เป็นระยะเวลายาวนาน จนมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเป็นเชื้อเพลิงที่นำมาใช้ให้เกิดพลังงานต่าง ๆ เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ มี 3 ประเภท ดังนี้ 1. ถ่านหิน 2. หินน้ำมัน 3. ปิโตรเลียม

1. ถ่านหิน (Coal) ถ่านหิน เป็นหินตะกอนที่กำเนิดมาจากซากพืช ลักษณะแข็งแต่เปราะ มีสีน้ำตาลถึงดำ มีทั้งชนิดผิวมันและผิวด้าน องค์ประกอบหลักในถ่านหินคือธาตุคาร์บอน และธาตุอื่น ๆ เช่น ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และกำมะถัน นอกจากนี้อาจพบธาตุที่มีปริมาณน้อย เช่น ปรอท สารหนู ซีลีเนียม โครเมียม นิกเกิล ทองแดง และแคดเมียม ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญที่ก่อให้เกิดปัญหากับสุขภาพและสิ่งแวดล้อม ปริมาณสำรอง ประกอบด้วยปริมาณที่พิสูจน์แล้วและปริมาณที่ยังไม่ได้พิสูจน์ ปริมาณสำรองที่พิสูจน์แล้วคือปริมาณที่ค้นพบแล้ว และจะสามารถผลิตขึ้นมาใช้ให้คุ้มค่าได้ค้อนข้างแน่นอน ปริมาณสำรองของถ่านหินที่มีอยู่ในปัจจุบันทั่วโลกจะใช้ได้อีก 250 ปี

1.1 การเกิดถ่านหิน

พืชในยุคโบราณเมื่อประมาณ 350 ถึง 280 ล้านปีที่ผ่านมา เมื่อตาบลงแล้วเกิดการทับถมและเน่าเปื่อยผุพังอยู่ใต้แหล่งน้ำและโคลตม เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของผิวโลก เช่น แผ่นดินไหว หรือภูเขาไฟระเบิด ซากพืชเหล่านี้จะจมลงไปในผิวโลก ภายใต้ความร้อนและความดันสูง ซากพืชเหล่านี้ซึ่งอยู่ในภาวะที่ขาดออกซิเจนหรือมีออกซิเจนขำกัดจะเกิดการย่อยสลายอย่างช้า ๆ โครงสร้างของพืชซึ่งประกอบด้วยเซลลูโลส น้ำ และลิกนิน ซึ่งมีธาตุองค์ประกอบเป็นคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน เมื่อถูกย่อยสลายให้มีขนาดโมเลกุลเล็กลง คาร์บอนจะเปลี่ยนแปลงเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีปริมาณคาร์บอนตั้งแต่ร้อยละ 50 โดยมวล หรือมากกว่าร้อยละ 70 โดยปริมาตร ส่วนไฮโดรเจนและออกซิเจนจะเกิดเป็นสารประกอบอื่นแยกออกไป

ปัจจัยที่มีผลต่อสมบัติของถ่านหิน

การที่สมบัติทางกายภาพและทางเคมีของถ่านหินตามแหล่งต่าง ๆ แตกต่างกัน เป็นผลจากปัจจัยหลายอย่างดังนี้ 1. ชนิดของพืช 2. การเน่าเปื่อยที่เกิดขึ้นการถูกฝังกลบ 3. ปริมาณสารอนินทรีย์ที่ปนเปื้อนในขั้นตอนการเกิด 4. อุณหภูมิและความดันในขณะที่มีการเปลี่ยนแปลง

ประเภทของถ่านหิน

1. พีต (Peat) 2. ลิกไนต์ (Lignite) หรือถ่านหินสีน้ำตาล 3. ซับบิทูมินัส (Sub–bituminous) 4. บิทูมินัส (bituminous) 5. แอนทราไซต์ (Anthracite)

ปริมาณร้อยละของธาตุองค์ประกอบและความชื้นของถ่านหินชนิดต่าง ๆ เทียบกับไม้

ชนิดของสาร	ปริมาณขององค์ประกอบ (ร้อยละโดยมวล)
ชนิดของสาร	C	H	O	N	S	ความชื้น
ไม้	50	6	43	1	-	*
พีต	50 – 60	5 – 6	35 – 40	2	1	75 – 80
ลิกไนต์	60 – 75	5 – 6	20 – 30	1	1	50 – 70
ซับบิทูมินัส	75 – 80	5 – 6	15 – 20	1	1	25 – 30
บิทูมินัส	80 – 90	4 – 6	10 – 15	1	5	5 – 10
แอนทราไซต์	90 – 98	2 – 3	2 – 3	1	1	2 – 5

* ขึ้นอยู่กับชนิดของพันธุ์ไม้ แกรไฟต์เมื่อเผาไหม้จะให้พลังงาน 32.8 kJ/g แต่การเผาถ่านหินจะให้พลังงานความร้อนเฉลี่ย 30.6 kJ/g แสดงว่าพลังงานความร้อนที่ได้จากการเผาถ่านหินจะขึ้นอยู่กับปริมาณของคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบในถ่านหิน ดังนั้น การเผาไหม้ถ่านหินแต่ละชนิดที่มีมวลเท่ากันจะให้พลังงานความร้อนแตกต่างกันตามปริมาณคาร์บอนที่มีอยู่ในถ่านหินซึ่งมีลำดับจากมากไปหาน้อยดังนี้คือแอนทราไซต์บิทูมินัส ซับบิทูมินัส ลิกไนต์ และพีต 1.2

การใช้ประโยชน์จากถ่านหิน

1. ถ่านหิน ถูกนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานมากกว่า 3000 ปี ประเทศจีนเป็นประเทศแรก ๆ ที่นำถ่านหินมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในการถลุงทองแดง ปัจจุบันการใช้ประโยชน์จากถ่านหินส่วนใหญ่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า การถลุงโลหะ การผลิตปูนซีเมนต์ และอุตสาหกรรมที่ใช้เครื่องจักรไอน้ำ การผลิตกระแสไฟฟ้าทั่วโลกใช้พลังงานจากถ่านหินประมาณร้อยละ 39

2. แหล่งถ่านหินในประเทศไทยมีมากที่เหมืองแม่เมาะ จังหวัดลำปาง คิดเป็น 97% ของปริมาณสำรองที่มีอยู่ในประเทศไทย รองลงมาคือเหมืองกระบี่ จังหวัดกระบี่ ส่วนใหญ่เป็นลิกไนต์และซับบิทูมินัส ซึ่งมีคุณภาพต่ำ ให้ปริมาณความร้อนไม่สูงมากนัก

3. ถ่านหินยังนำมาทำเป็น ถ่านกัมมันต์ (Activated carbon) เพื่อใช้เป็นสารดูดซับกลิ่นในเครื่องกรองน้ำ เครื่องกรองอากาศ หรือในเครื่องใช้ต่าง ๆ ทำคาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแกร่ง แต่นำหนักเบา สำหรับใช้ทำอุปกรณ์กีฬา เช่น ด้ามไม้กอล์ฟ ไม้แบดมินตัน ไม้เทนนิส

4. นักวิทยาศาสตร์พยายามเปลี่ยนถ่านหินให้เป็นแก๊ส และแปรสภาพถ่านหินให้เป็นของเหลว เพื่อเพิ่มคุณค่าทางด้านพลังงานและความสะดวกในการขนส่งด้วยระบบท่อส่ง เชื้อเพลิงแก๊สหรือของเหลวนี้จะถูกเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์เคมีอื่น ๆ ที่มีประโยชน์ รวมทั้งเป็นการช่วยเสริมปริมาณความต้องการใช้เชื้อเพลิงธรรมชาติจากปิโตรเลียมด้วย

5. การเผาไหม้ของถ่านหิน จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นแก๊สที่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของถ่านหิน ได้แก่ CO2 , CO , SO2 , NO2

CO2 เป็นสาเหตุของสภาวะเรือนกระจก
CO เป็นแก๊สไม่มีสีและไม่มีกลิ่น เป็นแก๊สพิษ เมื่อสูดดมเข้าไปมากจะทำให้มึนงง คลื่นไส้ อาจหมดสติถึงตายได้
SO2 และ NO2 ทำให้เกิดการระคายเคืองต่อระบบหายใจและปอด เป็นสาเหตุสำคัญของภาวะมลพิษในอากาศ เป็นสาเหตุของฝนกรด ทำให้น้ำในแหล่งน้ำต่าง ๆ มีความเป็นกรดสูงขึ้น ส่งผลต่อการเจริญเติบโตของทั้งพืชและสัตว์

6. ของเสียที่เป็นเถ้าถ่านและฝุ่นจากการเผาถ่านหินจะมีพวกโลหะต่าง ๆ ปนออกมาด้วย ถ้ากำจัดไม่ถูกต้องจะมีผลเสียต่อส่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม เถ้าพวกนี้กำจัดได้โดยผสมกับซีเมนต์เพื่อใช้ในการก่อสร้าง ใช้ถมถนน หรือนำไปผ่านกระบวนการเพื่อแยกโลหะออกมาใช้ประโยชน์ สำหรับฝุ่นที่เกิดขึ้น ถ้าไม่มีกระบวนการกำจัดที่ดีจะฟุ้งกระจายไปในบรรยากาศ ปัจจุบันใช้อุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพโดยใช้หลักการทางไฟฟ้าสถิตเพื่อดูดจับฝุ่นเหล่านี้ไว้

7. การลดผลกระทบที่เกิดจาก SO2 ทำได้โดยกำจัดกำมะถันออกไปก่อนการเผาไหม้ถ่านหิน นอกจากนี้ยังต้องมีการกำจัดสารที่เป็นพิษ เช่น ปรอท ข้อเสียของการกำจัดโดยวิธีนี้คือจะสูญเสียสารอินทรีย์ที่มีประโยชน์ออกไปด้วย การกำจัดอีกวิธีหนึ่งเป็นกำจัดหลังผาไหม้ โดยการฉีดหรือพ่นหินปูนเข้าไปในเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูง หินปูนจะสลายตัวได้เป็น CaO ซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับแก๊ส SO2 จะได้ CaSO3 เป็นวิธีลงทุนที่ถูกกว่าและนิยมใช้

กลับไปที่เนื้อหา

บทเรียนที่ 10 หินน้ำมัน (Oil Shale)

2. หินน้ำมัน (Oil Shale) หินน้ำมัน หมายถึงหินตะกอนเนื้อละเอียดที่มีการเรียงตัวเป็นชั้นบาง ๆ มีสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญคือ เคอโรเจน (kerogen) แทรกอยู่ระหว่างชั้นหินตะกอนโดยทั่วไปมีความถ่วงจำเพาะ 1.6–2.5
หินน้ำมัน คือ หินตะกอนเนื้อละเอียดขนาดตั้งแต่หินทรายแป้งลงมา ส่วนใหญ่เป็นหินดินดาน มีสีน้ำตาลอ่อนจนถึงน้ำตาลแก่ มีอินทรียสารที่เรียกว่าเคอโรเจน (kerogene) เป็นสารน้ำมันปนอยู่ในเนื้อหิน มักมีการเรียงตัวเป็นชั้นบาง ๆ ถ้าจุดไฟจะติดไฟ ชาวบ้านเรียก หินติดไฟหรือหินดินดานน้ำมัน ซึ่งจะใช้ประโยชน์ในการกลั่นเอาน้ำมันใช้เป็นเชื้อเพลิงและประโยชน์อื่น ๆ แหล่งหินน้ำมันที่สำคัญในประเทศไทยได้แก่ แหล่งที่อำเภอแม่สอด แม่ระมาด และที่อำเภออุ้มผาง จังหวัดตาก แหล่งบ้านป่าคา อำเภอลี้ จังหวัดลำพูน และแหล่งที่อำเภอเมือง จังหวัดกระบี่
เคอโรเจน (Kerogen) เป็นสารอินทรีย์ที่เป็นของแข็งลักษณะเป็นไข มีขนาดโมเลกุลใหญ่ มีมวลโมเลกุลมากกว่า 3000 ประกอบด้วย C 64–89% H 7.1–12.8% N 0.1–3.1% S 0.1–8.7% O 0.8–24.8% โดยมวล หินน้ำมันคุณภาพดีจะมีสีน้ำตาลไหม้จนถึงสีดำ มีลักษณะแข็งและเหนียว เมื่อสกัดหินน้ำมันด้วยความร้อนที่เพียงพอ เคอโรเจน จะสลายตัวให้ น้ำมันหิน ซึ่งมีลักษณะคล้ายน้ำมันดิบ ถ้ามีปริมาณเคอโรเจนมากก็จะได้น้ำมันหินมาก การเผาไหม้น้ำมันหินจะมีเถ้ามากกว่าร้อยละ 33 โดยมวลโดยในขณะที่ถ่านหินมีเถ้าน้อยกว่าร้อยละ 3

2.1 การเกิดหินน้ำมัน หินน้ำมันเกิดจากการสะสมและทับถมตัวของซากพืชพวกสาหร่าย และสัตว์พวกแมลง ปลา และสัตว์เล็ก ๆ อื่น ๆ ภายใต้แหล่งน้ำที่ภาวะเหมาะสมซึ่งมีปริมาณออกซิเจนจำกัด มีอุณหภูมิสูง และถูกกดทับจากการทรุดตัวของเปลือกโลกเป็นเวลานับล้านปี ทำให้สารอินทรีย์ในซากพืชและสัตว์เหล่านั้นเกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นสารประกอบเคอโรเจน ผสมคลุกเคล้ากับตะกอนดินทรายที่ถูกอัดแน่นกลายเป็นหินน้ำมัน หินน้ำมันแต่ละแหล่งในโลกมีช่วงอายุตั้งแต่ 3 – 600 ล้านปี หินที่เป็นแหล่งกำเนิดหินน้ำมันจะคล้ายกับหินที่เป็นแหล่งกำเนิดปิโตรเลียม แต่หินน้ำมันอาจมีปริมาณเคอโรเจนมากถึงร้อยละ 40 ในขณะที่ปิโตรเลียมมีประมาณร้อยละ 1

ส่วนประกอบของหินน้ำมัน มี 2 ประเภท ดังนี้ 1) สารประกอบอนินทรีย์ ได้แก่ แร่ธาตุต่าง ๆ ที่ผุพังมาจากชั้นหินโดยกระบวนการทางกายภาพและทางเคมี ประกอบด้วยแร่ธาตุที่สำคัญ 2 กลุ่มใหญ่ ๆ คือ

กลุ่มแร่ซิลิเกต ได้แก่ ควอทซ์ เฟลสปาร์ เคลย์
กลุ่มแร่คาร์บอเนต ได้แก่ แคลไซต์ โดโลไมต์

นอกจากนี้ ยังมีแร่ซัลไฟด์อื่น ๆ และฟอสเฟต ปริมาณแร่ธาตุในหินน้ำมันแต่ละแห่งจะแตกต่างกันตามสภาพการกำเนิด การสะสมตัวของหินน้ำมัน และสภาพแวดล้อม 2) สารประกอบอินทรีย์ ประกอบด้วยบิทูเมน และเคอโรเจน บิทูเมนละลายได้ในเบนซีน เฮกเซน และตัวทำละลายอินทรีย์อื่น ๆ จึงแยกออกจากหินน้ำมันได้ง่าย เคอโรเจนไม่ละลายในตัวทำละลาย หินน้ำมันที่มีสารอินทรีย์ละลายอยู่ในปริมาณสูงจัดเป็นหินน้ำมันคุณภาพดี เมื่อนำมาสกัดควรให้น้ำมันอย่างน้อยร้อยละ 50 ของปริมาณสารอินทรีย์ที่มีอยู่ แต่อาจได้น้ำมันเพียงร้อยละ 30 หรือน้อยกว่า แต่ถ้ามีสารอนินทรีย์ปนอยู่มาก จะเป็นหินน้ำมันคุณภาพต่ำ ประเทศไทยมีแหล่งหินน้ำมันอยู่ที่ อ.แม่สอด จ. ตาก แต่ยังไม่มีการขุดขึ้นมาใช้เนื่องจากมีปริมาณเคอโรเจนต่ำกว่าร้อยละ 10 ยังไม่คุ้มกับการลงทุน

2.2 การใช้ประโยชน์จากหินน้ำมัน

1) หินน้ำมันใช้เป็นแหล่งพลังงานได้เช่นเดียวกับถ่านหิน หินน้ำมัน 1000 กิโลกรัม เมื่อนำมาผ่านกระบวนการสกัด สามารถสกัดเป็นน้ำมันหินได้ประมาณ 100 ลิตร ผลิตภัณฑ์ที่ได้ประกอบด้วยน้ำมันก๊าด น้ำมันตะเกียง พาราฟิน น้ำมันเชื้อเพลิง น้ำมันหล่อลื่น ไข แนฟทา และผลิตภัณฑ์ที่เป็นผลพลอยได้อื่น ๆ เช่น แอมโมเนียมซัลเฟต

2) การทำเหมืองเพื่อผลิตหินน้ำมันมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าการใช้เชื้อเพลิงจากปิโตรเลียมโดย ตรง ประเทศเอสโตเนีย นำหินน้ำมันมาใช้ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2463 ปัจจุบันเป็นประเทศที่ใช้หินน้ำมันมากที่สุด ส่วนใหญ่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า

3) ผลพลอยได้จากแร่ธาตุส่วนน้อย (trace elements) ที่มีอยู่ในหินน้ำมัน และสารประกอบที่เกิดขึ้นจากกระบวนการสกัดหินน้ำมัน คือ ยูเรเนียม วาเนเดียม สังกะสี โซเดียมคาร์บอเนต แอมโมเนียมซัลเฟต และกำมะถัน น้ำมันและผลพลอยได้เหล่านี้สามารถนำไปใช้ผลิตผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ หลายชนิด เช่น ใยคาร์บอน คาร์บอนดูดซับ คาร์บอนแบล็ก และปุ๋ย

กลับไปที่เนื้อหา

บทเรียนที่ 11 กำเนิดปิโตรเลียม

นักโบราณคดีเชื่อว่าประมาณ 2,500 ปีก่อนคริสตกาล พวกชนเผ่าบาบิโลเนียน (Babylonian) เริ่มใช้น้ำมัน (ปิโตรเลียม) เป็นเชื้อเพลิงแทนไม้และเมื่อประมาณ 1,000 ปีก่อนคริสตกาล ชาวจีนเป็นชาติแรกที่ทำเหมืองถ่านหินและขุดเจาะบ่อก๊าซธรรมชาติลึกเป็นร้อยเมตรได้ก่อนใคร

น้ำมันประกอบด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนชนิดต่าง ๆ หลายชนิดมากมายจนมีคำพูดว่าไม่มีน้ำมันจากบ่อไหนเลยในโลกที่มีการผสมผสานส่วนประกอบได้คล้ายกัน แต่จะเห็นว่าส่วนประกอบกว้าง ๆ คล้ายกัน ซึ่งตรงกันข้ามกับก๊าซธรรมชาติที่ประกอบด้วยก๊าซที่สำคัญคือ มีเทน (Methane) เป็นหลักที่เหลือซึ่งมีปริมาณน้อยกว่าได้แก่ อีเทน (Ethane) โปรเพน (Propane) และบิวเทน (Buthane) ปิโตรเลียมจัดได้ว่าเป็นผลิตภัณฑ์ทางธรรมชาติที่ได้จากการสลายตัวของสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์รวมกัน

ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นเรื่อย ๆ ในน้ำมันดิบที่เคลื่อนตัวเข้ามาก่อนถึงโครงสร้างกักเก็บเป็นเวลายาวนานหลายล้านปีซึ่งอาจะเป็นเหตุผลที่อธิบายได้ว่าทำไมน้ำมันจากบ่อต่าง ๆ จึงไม่เหมือนกัน

ตะกอนที่ปนอินทรีย์วัตถุหรือที่จะให้น้ำมันสะสมตัวอยู่ในปัจจุบันนี้คือ ตะกอนที่มีแร่ดินเหนียวอยู่ด้วยมากขณะที่กักเก็บน้ำมันจริง ๆ คือ หินทรายซึงประกอบด้วยแร่เขี้ยวหนุมานเป็นส่วนใหญ่หรือไม่ก็เป็นหินปูนที่มีแร่แคลไซต์มากหรือพวกหินที่มีรอยแตกมากมาย จึงดูเหมือนว่าน้ำมันเกิดอยู่ที่หนึ่งและต่อมาจึงเปลี่ยนเคลื่อนย้ายไปสะสมตัวอยู่อีกที่ซึ่งความจริงการเคลื่อนย้ายตัวของน้ำมันก็มีหลักการคล้าย ๆ กับการเคลื่อนย้ายของน้ำใต้ดินหินทรายที่มีความสามารถยอมให้ของเหลวไหลผ่านสูงกว่าหินดินดานมากขึงยอมให้น้ำมันผ่านเข้ามาได้และที่สำคัญคือ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างน้ำมันกับแร่เขี้ยวหนุมานหรือแร่แคลไซต์มีน้อยกว่าน้ำกับแร่ดังกล่าว น้ำมันจึงผ่านไปได้แต่น้ำยังคงยึดเกาะอยู่ น้ำยึดเกาะข้างเม็ดแร่อย่างมากส่วนน้ำมันอยู่ตรงกลางช่องว่างโดยไม่ยอมผสมกันและเบากว่าน้ำมาก ดังนั้นน้ำมันจึงลอยสูงขึ้นมาเจอแหล่งกักเก็บและสะสมตัวอยู่ได้เหนือน้ำใต้ดินและโอกาสที่จะสะสมอยู่ได้ในตะกอนมีเพียง 0.1% ของน้ำมันที่เกิดมา จึงไม่แปลกใจเลยที่พบน้ำมันอยู่ได้มากกว่า 60% ของปริมาณน้ำมันทั้งหมดจากหินตะกอนยุคใหม่ไม่เกิน 2.5 ล้านปีเป็นส่วนใหญ่คือมหายุคนวชีวิน (Cenozoic) ประเทศไทยเราก็เช่นกัน น้ำมันทั้งหมดเกิดอยู่ในหินยุคใหม่ ๆ ทั้งนั้น จากการขุดเจาะน้ำมันพบว่ายิ่งเจาะลึกมากเท่าใด โอกาสที่จะพบน้ำมันก็น้อยลงเท่านั้น ที่เป็นเช่นนี้อาจเป็นเพราะหินยิ่งลึกมากความพรุนยิ่งน้อยลง อัดตัวกันมากขึ้นและเกิดแรงดันใหม่น้ำมันเคลื่อนไปข้างบนได้มาก

ปริมาณคิดเป็นร้อยละของน้ำมันทั่วโลกที่พบในที่หินกักเก็บที่สำคัญ ซึ่งหินทรายเป็นหินกักเก็บได้ดีกว่าหินปูน

แหล่งกำเนิดปิโตรเลียม

น้ำมันและก๊าซธรรมชาติมีสถานะเป็นของเหลวและก๊าซและเบากว่าน้ำ น้ำมันผลิตได้จากบ่อน้ำมัน (oil pools) ซึ่งหมายถึงแหล่งสะสมน้ำมันและก๊าซธรรมชาติใต้ดินในแหล่งกักเก็บที่มีตัวปิดกั้นทางธรณีวิทยา บ่อน้ำมันจึงอาจเป็นคำพูดที่ใช้ผิดๆ จริงๆ แล้วไม่ใช่เป็นทะเลสาบที่มีน้ำมันแต่หมายถึง ส่วนของหินที่มีน้ำมันบรรจุอยู่เต็มช่องว่างในหินนั้น ดังนั้นบ่อน้ำมันหลายๆ บ่อที่มีลักษณะ-โครงสร้างของการกักเก็บคล้ายๆ กันหรือบ่อเดียวโดยแยกจากบ่ออื่นที่ไหลออกไปอาจเรียกรวมๆ กันว่า แหล่งน้ำมัน (oil field) แหล่งน้ำมันจึงอาจประกอบด้วยบ่อที่อยู่เรียงๆ กันไปอยู่ข้างๆ กันหรืออยู่บนล่างตามแนวดิ่งก็ได้

ปัจจุบันปัจจัยควบคุมการสะสมน้ำมันมีอยู่ด้วยกัน 5 ประการด้วยกัน คือ

ต้องมีหินที่ทำหน้าที่ให้น้ำมันมายึดเกาะอยู่ได้เรียกว่า หินอุ้มน้ำมันหรือหินกักเก็บ (reservoir rock) ซึ่งมีคุณสมบัติเดิมคือ ต้องมีรูพรุนมากพอที่จะให้น้ำมันไหลผ่านได้ หินกักเก็บจะต้องถูกปิดทับด้วยชั้นหินที่ไม่ยอมให้น้ำมันไหลซึมออกไปซึ่งเรียกว่า หินปิดกั้น (roof rock) เช่นหินดินดาน ทำให้น้ำมันลอยตัวอยู่เหนือน้ำบาดาลโดยไม่หนีหายไป ทั้งหินกักเก็บและหินปิดกั้นจะประกอบขึ้นมาเป็นโครงสร้างหรือรูปแบบการกักเก็บน้ำมัน (trap หรือ trap rock) ในแบบต่างๆ กัน ในการกักเก็บที่ดีขนาดไหนก็ไม่ได้รับประกันว่าจะมีน้ำมันได้ถ้าไม่มีหินที่เป็นต้นกำเนิดน้ำมันที่เรียกว่า หินกำเนิด (source rock) ถ้าจะมีการเกิดการเสียรูปโครงสร้าง (structural deformation) เมื่อสร้างรูปแบบการกักเก็บก็ต้องเกิดขึ้นก่อนที่น้ำมันจะหลบหนีออกจากหินกักเก็บจนหมด

กลับไปที่เนื้อหา

บทเรียนที่ 12 ย้อนรอยปิโตรเลียม