บทเรียนที่ 2 ปิโตรเลียมเกิดได้อย่างไร

ปิโตรเลียมถือกำเนิดมาจากสิ่งที่มีชีวิตหลายสิบหลายร้อยล้านปีก่อนเมื่อสิ่งมีชีวิตอยู่กระจัดกระจายทั่วไปทั้งบนบก และในทะเล สิ่งมีชีวิตเหล่านี้เมื่อตายลง บางส่วนจะเน่าเปื่อย ผุพัง และย่อยสลายกลายเป็นธาตุ แต่ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม สิ่งมีชีวิตจึงย่อยสลายเป็นปิโตรเลียม เริ่มต้นจากอินทรีย์สาร สะสมตัวอยู่กับตะกอนดินเลนเมื่อผิวโลกเกิดการเปลี่ยนแปลงในเวลาต่อมา ส่วนของตะกอนนี้จะจมตัวลงเรื่อยๆ พร้อมๆ กับเกิดการเปลี่ยนแปลงในสารอินทรีย์เหล่านั้น โดยอิทธิพลของความร้อนและความกดดันภายใต้ชั้นธรณี ทำให้เกิดกระบวนการเปลี่ยนแปลงสารอินทรีย์ จากกรดฟุลวิคเป็นฮิวมิน คีโรเจนและปิโตรเลียมในที่สุด

จากการศึกษาสารคีโรเจน พบว่าต้นกำเนิดของปิโตรเลียมในประเทศไทย ส่วนใหญ่เป็นพืช และสัตว์ซึ่งอาศัยอยู่ทั้งบนบกและในทะเล โดยเฉพาะอย่างยิ่งสาหร่ายในทะเลสาบน้ำจืด

กระบวนการเกิดปิโตรเลียม

ที่มา : http://www2.dmf.go.th/petro_focus/emerging.asp

บทเรียนที่ 3 แหล่งกำเนิดปิโตรเลียม

ปิโตรเลียม ส่วนที่เป็นของเหลวและแก๊ส จะไหลซึมออกจากชั้นหินให้กำเนิดไปตามช่องแตก รอยแยก และรูพรุนของหิน โดยแรงเหนี่ยวนำจากความแตกต่างของความกดดัน ไปสู่การสะสมตัวในชั้นหรือโครงสร้างที่ถูกปิดกั้น เรียกว่าแหล่งกักเก็บปิโตรเลียม

แหล่งกักเก็บปิโตรเลียมต้องมีองค์ประกอบ อย่างน้อย 2 ประการ คือ

1. หินที่มีรูพรุน โพรง หรือ ช่องแตก ที่สามารถให้ปิโตรเลียมอยู่ได้ เช่น หินกรวดมน หินทราย หินปูน หินโดโลไมฅ์ ฯลฯ
2. ชั้นหินเนื้อละเอียด ปิดกั้นด้านบนมิให้ปิโตรเลียมเล็ดลอดผ่านออกไปได้ เช่น หินดินดาน

ลักษณะโครงสร้างทางธรณีวิทยาของชั้นหินใต้ผิวโลกที่เหมาะสมในการเกิดปิโตรเลียมคือ ชั้นหินรูปประทุนคว่ำ (anticlinal trap)
โครงสร้างรูปรอยเลื่อนของชั้นหิน (fault trap) โครงสร้างรูปโดม (domal trap) และโครงสร้างรูปประดับชั้น (stratigraphic trap) 

ที่มา : http://th.wikipedia.or

โดยธรรมชาติ ภายในแหล่งกักเก็บปิโตรเลียมมักประกอบไปด้วยน้ำ น้ำมัน และแก๊สธรรมชาติ ที่มีการวางตัวกันเป็นชั้นตามลำดับความหนาแน่น โดยชั้นน้ำจะอยู่ล่างสุด และชั้นแก๊สธรรมชาติจะอยู่บนสุด

บทเรียนที่ 4 การสำรวจปิโครเลียม

การสำรวจปิโตรเลียม

การสำรวจปิโตรเลียมในพื้นที่ที่มีโครงสร้างทางธรณีวิทยาเป็นรูปโค้งประทุนคว่ำ หรือมีแนวการเลื่อนตัวของชั้นหินในหินที่มีอายุอยู่ในยุคเทอร์เซียรี่หรือประมาณ 66 ล้านปีลงมา เป็นไปได้ที่จะมีปิโตรเลียม การสำรวจว่าจะพบปิโตรเลียมหรือไม่ทำได้ดังนี้

- ใช้การสำรวจทางธรณีวิทยาเริ่มด้วยการทำแผนที่ของบริเวณที่สำรวจโดยอาศัยภาพถ่ายทางอากาศ (Aerial Photograph) เพื่อให้ทราบว่าบริเวณใดมีโครงสร้างทางธรณีวิทยาน่าสนใจจากนั้นนักธรณีวิทยาจะเข้าไปทำการสำรวจเก็บตัวอย่างชนิดของหินและซากพืชซากสัตว์ (Fossils) ซึ่งอยู่ในหินเพื่อจะได้ทราบอายุ ประวัติความเป็นมาของบริเวณนั้นและวัดแนวทิศทางความเอียงเทของชั้นหินเพื่อคะเนหาแหล่งกักเก็บของปิโตรเลียม

- ใช้การสำรวจทางธรณีฟิสิกส์เป็นการสำรวจหาโครงสร้างของหินและลักษณะของโครงสร้างที่อยู่ในพื้นผิวโลกโดยอาศัยวิธีการดังนี้

- วิธีวัดค่าสนามแม่เหล็ก (Magnetic Survey) เป็นการวัดค่าความแตกต่างของสนามแม่เหล็กโลกซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหรือความสามารถในการดูดซึมแม่เหล็กของหินที่อยู่ใต้ผิวโลกทำให้ทราบถึงลักษณะโครงสร้างของหินรากฐาน (Besement) โดยใช้เครื่องมือวัดค่าสนามแม่เหล็ก (Magnetometer) ทำให้รู้โครงสร้างและขนาดของแหล่งกำเนิดปิโตรเลียมในขั้นต้น

- วิธีวัดคลื่นความสั่นสะเทือน (Seismic Survey) เป็นการส่งคลื่นสั่นสะเทือนลงไปใต้ผิวดินเมื่อคลื่นสั่นสะเทือนกระทบชั้นหินใต้ดินจะสะท้อนกลับมาบนผิวโลกเข้าที่ตัวรับคลื่น (Geophone หรือ Hydrophone) หินแต่ละชนิดมีสมบัติในการให้คลื่นสั่นสะเทือนผ่านได้ต่างกันข้อมูลที่ได้จะสามารถนำมาคำนวณหาความหนาของชั้นหินและนำมาเขียนเป็นแผนที่แสดงถึงตำแหน่งและลักษณะโครงสร้างของชั้นหินใต้ผิวโลกออกมาเป็นภาพในรูปแบบตัดขวาง 2 มิติ และ 3 มิติได้

- วิธีวัดค่าแรงดึงดูดของโลก (Gravity Survey) เป็นการวัดค่าความแตกต่างแรงโน้มถ่วงของโลกอันเนื่องมาจากลักษณะและชนิดของหินใต้พื้นโลกหินต่างชนิดกันจะมีความหนาแน่นต่างกันหินที่มีความหนาแน่นมากกว่าจะมีลักษณะโค้งขึ้นเป็นรูปประทุนคว่ำค่าของแรงดึงดูดโลกตรงจุดที่อยู่เหนือแกนของประทุนจะมากกว่าบริเวณริมโครงสร้าง

การเจาะสำรวจ

การเจาะสำรวจ เพื่อให้ได้ข้อมูลว่าบริเวณที่ทำการสำรวจมีปิโตรเลียมอยู่หรือไม่โดยใช้เครื่องมือเจาะที่มีลักษณะเป็นส่วนหมุน (Rotary Drilling) ติดตั้งอยู่บนฐานเจาะ ใช้หัวเจาะชนิดฟันเฟืองต่อกับก้านเจาะซึ่งจะสอดผ่านลงไปในแท่นหมุนใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนแท่นหมุนพาก้านเจาะและหัวเจาะหมุนกัดบนชั้นหินลงไปใช้น้ำโคลนซึ่งเป็นสารผสมพิเศษของโคลนผงสารเพิ่มน้ำหนักผงเคมีบางชนิด และน้ำอัดลงไปในก้านเจาะเพื่อทำหน้าที่เป็นวัสดุหล่อลื่นและลำเลียงเศษดิน ทรายจากหลุมเจาะขึ้นมาปากหลุมและยังเป็นตัวป้องกันไม่ให้น้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติดันขึ้นมาปากหลุมในขณะทำการเจาะด้วยเมื่อเจาะลึกมากๆ จะต้องใส่ท่อกรุกันหลุมพังด้วยการเจาะสำรวจปิโตรเลียมมีขั้นตอนโดยสังเขป ดังนี้

ขั้นตอนการเจาะสำรวจ (Exploratory Welt) เป็นการเจาะสำรวจหลุมแรกบนโครงสร้างที่คาดว่าอาจเป็นแหล่งปิโตรเลียมแต่ละแห่ง

ขั้นตอนการเจาะหาขอบเขต (Appraisal Welt) เป็นการเจาะสำรวจเพิ่มเติมในโครงสร้างที่เจาะพบร่องรอยของปิโตรเลียมจากหลุมสำรวจเพื่อหาขอบเขตพื้นที่ของโครงสร้างแหล่งกักเก็บปิโตรเลียมแต่ละแห่งว่าจะมีปิโตรเลียมครอบคลุมเนื้อที่เท่าใด

บทเรียนที่ 5 น้ำมันดิบ และ การกลั่น

น้ำมันดิบที่ขุดขึ้นมาจากแหล่งต่างๆ นั้นมักจะมีลักษณะแตกต่างกันออกไป น้ำมันดิบที่สูบจากบางแหล่งอาจเหลวมีสีน้ำตาลแดง และมีส่วนประกอบที่กลั่นแล้วได้เชื้อเพลิงเบา เช่น น้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด และโซล่าเป็นส่วนใหญ่ บางแหล่งจะได้น้ำมันดิบซึ่งดำและข้นมาก มีส่วนประกอบของเชื้อเพลิงเบาเพียงเล็กน้อย ความถ่วงจำเพาะของน้ำมันดิบอาจมีค่าได้ตั้งแต่ 0.80 ไปจนเกือบ 1.0 และมีค่าอัตราส่วนระหว่างคาร์บอนต่อไฮโดรเจนอยู่ระหว่าง 6 ถึง 8

สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีอยู่ในน้ำมันดิบนั้นมีขนาดโมเลกุลตั้งแต่เล็กสุดคือ มีเทน (Methane) ซึ่งมีอะตอมของคาร์บอนเพียง 1 ตัว ไปจนถึงขนาดโมเลกุลที่ใหญ่มีอะตอมของคาร์บอนถึง 80 ตัว สามารถแบ่งออกได้เป็น 5 ประเภทใหญ่ ๆ ตามลักษณะโครงสร้างของโมเลกุลงคือ

1. พวก Normal Paraffins หรือที่เรียกกันทางศัพท์เคมีว่า N - Alkanes สารไฮโดรคาร์บอนประเภทนี้มีโครงสร้างเป็นอะตอมของคาร์บอนเรียงต่อกันเป็นเส้นยาว แต่ละตัวของคาร์บอนก็มีอะตอมไฮโดรเจนจับอยู่จนอิ่มตัว ขนาดโมเลกุลของสารประเภทนี้ในนำมันดิบมีตั้งแต่ตัวที่ประกอบด้วย 1 อะตอมของคาร์บอนไปจนถึงราว 42 อะตอม มีสูตรทางเคมีดังนี้ Cn H 2n-2 โดย n เป็นจำนวนอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุล

2. พวก ISO Paraffins หรือที่เรียกกันทางศัพท์เคมีว่า ISO - Alkanes มีลักษณะโครงสร้างเป็นอะตอมของคาร์บอนเรียงต่อกันแยกสาขาออกด้านข้างด้วย แต่ละตัวของคาร์บอนก็มีอะตอมของไฮโดรเจนจับอยู่จนอิ่มตัว ดังนั้น จึงมีสูตรทางเคมีเหมือนกับพวก Normal Paraffins คือ Cn H 2n-2 พวก Paraffins ทั้งสองประเภทนี้มีอยู่มากในน้ำมันเชื้อเพลิงใส ( Distillates)

3. พวก Naphthenes หรือที่เรียกกันทางศัพท์เคมีว่า Cyclo - Alkanes ลักษณะโครงสร้างประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนต่อเรียงตัวกันเป็นวงอาจจะเป็นวงละ 5 ตัว 6 ตัว หรือ 7 ตัวก็มีดังตัวอย่างข้างล่าง มีสูตรทางเคมีเป็น Cn H 2n-2 2Rn โดยที่ nเป็นจำนวนอะตอมของคาร์บอน และ Rn เป็นจำนวนของวงคาร์บอนที่มีอยู่ในโมเลกุล

4. พวก Aromatics หรือที่เรียกกันทางศัพท์เคมีว่า Arenes เป็นสารไฮโดรคาร์บอนที่มีโครงสร้างประกอบด้วย Benzenes Ring

5. พวก Mixed Naphtheno - Aromatics เป็นไฮโดรคาร์บอนประเภทที่มีทั้ง Naphthenic Ring และ Aromatic Rings อยู่ในโมเลกุลเดียวกัน 

ยังมีสารไฮโดรคาร์บอนประเภท Olefins ซึ่งมีสูตร Cn H2n มีโครงสร้างเป็นอะตอมคาร์บอนที่มีไฮโดรเจนเกาะอยู่ในจำนวนที่ยังไม่อิ่มตัว มีกลุ่ม Double Bond - C = C - อยู่ในโมเลกุล มักจะไม่พบในน้ำมันดิบ แต่ว่าจะพบอยู่ในน้ำมันเชื้อเพลิงที่ได้จากขบวนการแยกสลายด้วยสารเร่ง หรือด้วยความร้อน ( Caltalytic or Thermal Cracking) 

เนื่องจากไฮโดรคาร์บอนในน้ำมันดิบมีตั้งแต่ขนาดเล็กมาก มีจุดเดือดต่ำ สามารถระเหยได้ง่าย ไปจนถึงขนาดใหญ่สุด มีจุดเดือดสูง ต้องให้ความร้อนสูงมากจึงจะสามารถระเหยได้ โดยอาศัยความแตกต่างระหว่างจุดเดือดของไฮโดรคาร์บอนต่าง ๆ ที่มีอยู่ในน้ำมันดิบนี่เอง เราจึงสามารถแยกน้ำมันดิบออกมาเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์ต่างๆได้โดยการกลั่น 

ในการกลั่นเบื้องต้นนั้น น้ำมันดิบจะถูกแยกออกมาเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ ในหอกลั่นที่ความดันบรรยากาศ (Atmospheric Distillation) โดยใช้ไอน้ำร้อนจัดเป็นตัวให้ความร้อน ผลิตภัณฑ์ที่ได้ออกมาบางอย่างก็นำมาใช้ประโยชน์ได้เลย เช่น แก๊สหุงต้ม น้ำมันก๊าด และนำมันดีเซลบางอย่างต้องนำไปผ่านขบวนการเพิ่มคุณภาพเสียก่อนจึงจะนำมาใช้ประโยชน์ได้

น้ำมันดิบถูกอุ่นให้ร้อนโดยได้รับความร้อนจากผลิตภัณฑ์ที่ยังร้อนๆ ซึ่งออกมาจากหอกลั่น จากนั้นก็ถูกผ่านเข้าไปในเตาเผาเพื่อทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิที่ต้องการ (ไม่เกิน 360๐C เพื่อป้องกันการแตกตัวของน้ำมันและการเกิดเขม่าในท่อ) แล้วจึงฉีดเข้าไปในหอกลั่น ไฮโดรคาร์บอนส่วนที่เบาก็จะระเหยขึ้นไป และส่วนที่หนักก็จะตกลงมาก้นหอ ไอน้ำร้อนจัดหลังจากรับความร้อนในเตาเผาก็จะฉีดเข้ามาในบริเวณก้นหอ ให้ความร้อนแก่น้ำมันอุณหภูมิ ณ แต่ละส่วนของหอสามารถควบคุมโดยหอแยกเล็ก 4 ตัว (Strippers) ซึ่งมีไอน้ำร้อนฉีดให้ความร้อนเช่นกัน อุณหภูมิ ณ ยอดหอกลั่นจะอยู่ราว 105 ๐C จากยอดหออุณหภูมิจะสูงขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งถึงก้นหอกลั่นซึ่งมีอุณหภูมิราว 380 - 400 ๐C ผลิตภัณฑ์ที่เบาที่สุดได้จากยอดหอทำให้เย็นแล้วผ่านเข้าหม้อแยก (Gas Separator) ก็จะได้แก๊ส ซึ่งเมื่อนำมาแยกอีกทีก็ได้แก๊สหุงต้ม ส่วนแก๊สที่เบามากได้แก่มีเทน (CH4) และอีเทน (C2H6) ไม่คุ้มที่จะอัดเป็นของเหลวขาย ก็นำไปเผาให้ความร้อนในเตาอุ่นน้ำมัน และที่เหลือก็เผาทิ้งไป แก๊สหุงต้มประกอบด้วย Propane (C3H8) และ Butane (C4H10) เป็นส่วนใหญ่ มี Ethane (C2H6) และ Pentane (C5H10) อยู่ในจำนวนเล็กน้อย

ผลิตภัณฑ์ของเหลวจากหม้อแยก (Gas Separator) ก็คือ Light Naphtha ซึ่งก็คือน้ำมันเบนซินธรรมดานั่นเอง ผลิตภัณฑ์ถัดลงมาดึงออกมาจาก Stripper ตัวบนคือ Heavy Naphtha ซึ่งมักจะมีค่าอ็อคเทนยังไม่สูงพอที่จะใช้งานได้ ต้องนำไปผ่านขบวนการเพิ่มอ็อคเทนอีกจึงจะได้น้ำมันเบนซินอ็อคเทนสูงมาใช้ สำหรับน้ำมันเบนซินที่ใช้ในเครื่องยนต์ของเครื่องบินนั้นต้องการค่าอ็อคเทนสูงมากและยังต้องเติมสารอื่น เช่น Anti-Icing , Anti-Static อีกด้วย

ผลิตภัณฑ์ที่หนักถัดลงมาคือ น้ำมันก๊าดซึ่งนำมาจุดให้ความสว่าง หากจะนำไปใช้เป็นน้ำมันเครื่องบินเจ็ท (Gas Turbine) ก็ต้องผ่านขบวนการเพิ่มคุณภาพและกำจัดพวก Aromatics ออกบ้างเพื่อลดควันดำ และเขม่า พร้อมกับเติมสารอื่น เช่น Anti-Icing และ Anti-Static อีกด้วย

ผลิตภัณฑ์ต่อไปก็คือ น้ำมันดีเซล ซึ่งมักจะมีค่าซีเทนสูงพอนำมาใช้งานกับเครื่องยนต์ดีเซลหมุนเร็วทั้งหลาย 

น้ำมันขี้โล้ (Distillate Fuel) ซึ่งดึงออกมาจาก Sripper ตัวล่างสุดมีค่าซีเทนต่ำกว่านำมาใช้ในเครื่องดีเซลหมุนช้า

ผลิตภัณฑ์ซึ่งดึงออกมาจากก้นหอกลั่นคือ Residual Fuel อาจนำมาใช้เป็นน้ำมันเตาได้เลย ใช้เผาให้ความร้อนในเตาเผาทางอุตสาหกรรม ใช้กับเครื่องดีเซลของเรือ และใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับหม้อไอน้ำ หากนำ Residual Fuel ไปกลั่นต่อในหอกลั่นสูญญากาศ (Vacuum Distillation) ก็จะได้น้ำมันดีเซล น้ำมันหล่อลื่น และยางมะตอย (Asphalt) ปริมาณของผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่ได้มาจากหอกลั่นเบื้องต้นขึ้นอยู่กับประเภทของน้ำมันดิบที่ใช้ 

หากนำผลิตภัณฑ์เชื้อเพลิงมากลั่นในห้องทดลองแล้วนำเอาค่าอุณหภูมิที่กลั่นออกมา ณ จุดเริ่มต้น (Initial Boiling Point) และ ณ จุดที่กลั่นออกมา 10 , 20 จนถึง 100 % (Final B.P.) มาพลอทจะได้กราฟแสดงอุณหภูมิจากจุดเริ่มกลั่นตัวออกมาจนถึงอุณหภูมิที่กลั่นออกมาสุดท้ายเรียกว่า Distillation Range 

นอกจากขบวนการกลั่นเบื้องต้นแล้ว ยังมีขบวนการอีกมากมายที่ถูกคิดค้นขึ้น บางขบวนการก็ใช้เพิ่มคุณภาพของผลิตภัณฑ์น้ำมันต่างๆ บางขบวนการก็สามารถเปลี่ยนรูปผลิตภัณฑ์ชนิดหนึ่งไปเป็นอีกชนิดหนึ่งซึ่งมีมูลค่าทางตลาดสูงกว่า

บทเรียนที่ 6 วิธีการกลั่นน้ำมันดิบ

การกลั่นน้ำมันและการนำไปใช้ประโยชน์

การกลั่นน้ำมันดิบคือ การย่อยสลายสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ที่เป็นส่วนประกอบของปิโตรเลียมออกเป็นกลุ่ม (Groups) หรือออกเป็นส่วน (Fractions) ต่างๆ โดยกระบวนการกลั่น (Distillation) ที่ยุ่งยาก และซับซ้อน น้ำมันดิบในโรงกลั่นน้ำมันนั้น ไม่เพียงแต่จะถูกแยกออกเป็นส่วนต่างๆ เท่านั้น แต่มลทิน (Impurities) ชนิดต่างๆ เช่น กำมะถัน ก็จะถูกกำจัดออกไปอีก โรงกลั่นน้ำมันอาจผลิตน้ำมัน แก๊ส และเคมีภัณฑ์ ที่แตกต่างกันออกมาได้มากมายถึง ๘๐ ชนิด ผลิตภัณฑ์ที่สำคัญที่สุดคือ เชื้อเพลิงชนิดต่างๆ จากน้ำมันส่วนที่เบากว่า (Lighter fractions) เช่น น้ำมันเบนซิน (Petrol หรือ Gasoline) พาราฟิน (Parafin หรือ Kerosene) เบนซีน (Benzene) แต่น้ำมันส่วนที่หนักกว่า Heavier fractions) เช่น น้ำมันดีเซล (Diesel) น้ำมันหล่อลื่น (Lubricants) และน้ำมันเตา (Fuel oils) ก็นับได้ว่า มีความสำคัญเช่นกัน นอกเหนือไปจากนี้ ก็มีสารเหลือค้าง (Residues) อีกหลายชนิดเกิดขึ้น เช่น ถ่านโค้ก (Coke) แอสฟัลต์ (Asphalt) และ บิทูเม็น (Bitumen) หรือน้ำมันดิน (Tar) และขี้ผึ้ง (Wax หรือ Vaseline) ก็อาจได้รับการสกัดออกมา รวมทั้งยังมีแก๊สชนิดต่างๆ เกิดขึ้นด้วย เช่น บิวเทน (Butane) และโพรเพน (Propane)

น้ำมันส่วนที่หนักกว่า และแก๊สชนิดต่างๆ ที่เกิดขึ้นนั้น ยังสามารถนำไปแปรรูปทางเคมีต่อไป ทำให้เกิดเป็นแก๊สที่มีคุณค่าขึ้นอีกหลายชนิด รวมทั้งได้รับน้ำมันเตา ในปริมาณที่มากขึ้น จากกระบวนการกลั่นลำดับส่วน (Fractionating process) ตามปกติอีกด้วย

วิธีการกลั่นน้ำมันที่สำคัญๆ ในโรงกลั่น มีดังนี้

(ก) การกลั่นลำดับส่วน (Fractional distillation)

วิธีการนี้คือ การกลั่นน้ำมันแบบพื้นฐาน ซึ่งสามารถแยกน้ำมันดิบออกเป็นส่วน (Fractions) ต่างๆ กระบวนการนี้ใช้หลักการจากลักษณะของส่วนต่างๆ ของน้ำมันดิบที่มีค่าอุณหภูมิจุดเดือด (Boiling point) ที่แตกต่างกันออกไป และเป็นผลให้ส่วนต่างๆของน้ำมันดิบนั้น มีจุดควบแน่น (Condensation point) ที่แตกต่างกันออกไปด้วย น้ำมันดิบจากถังจะได้รับการสูบผ่านเข้าไปในเตาเผา (Furnace) ที่มีอุณหภูมิสูงมากพอที่จะทำให้ทุกๆ ส่วนของน้ำมันดิบแปรสภาพไปเป็นไอได้ แล้วไอน้ำมันดังกล่าวก็จะถูกส่งผ่านเข้าไปในหอกลั่นลำดับส่วน (Fractionating tower) ที่มีรูปร่างเป็นทรงกระบอก มีขนาดความสูงประมาณ ๓๐ เมตร และมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ ๒.๕ - ๘ เมตร ภายในหอกลั่นดังกล่าวมีการแบ่งเป็นห้องต่างๆ หลายห้องตามแนวราบ โดยมีแผ่นกั้นห้องที่มีลักษณะคล้ายถาดกลม โดยแผ่นกั้นห้องทุกแผ่นจะมีการเจาะรูเอาไว้ เพื่อให้ไอน้ำมันที่ร้อนสามารถผ่านทะลุขึ้นสู่ส่วนบนของหอกลั่นได้ และมีท่อต่อเพื่อนำน้ำมันที่กลั่นตัวแล้วออกไปจากหอกลั่น เมื่อไอน้ำมันดิบที่ร้อนถูกส่งให้เข้าไปสู่หอกลั่น ทางท่อ ไอจะเคลื่อนตัวขึ้นไปสู่ส่วนบนสุดของหอกลั่น และขณะที่เคลื่อนตัวขึ้นไปนั้น ไอน้ำมันจะเย็นตัวลงและควบแน่นไปเรื่อยๆ แต่ละส่วนของไอน้ำมันจะกลั่นตัวเป็นของเหลวที่ระดับต่างๆ ในหอกลั่น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของการควบแน่นที่แตกต่างกันออกไป น้ำมันส่วนที่เบากว่า (Lighter fractions) เช่น น้ำมันเบนซิน (Petrol) และพาราฟิน (Parafin) ซึ่งมีค่าอุณหภูมิของการควบแน่นต่ำ จะกลายเป็นของเหลวที่ห้องชั้นบนสุดของหอกลั่น และค้างตัวอยู่บนแผ่นกั้นห้องชั้นบนสุด น้ำมันส่วนกลาง (Medium fractions) เช่น ดีเซล (Diesel) น้ำมันแก๊ส (Gas oils) และน้ำมันเตา (Fuel oils) บางส่วนจะควบแน่นและกลั่นตัวที่ระดับต่างๆ ตอนกลางของหอกลั่น ส่วนน้ำมันหนัก (Heavy fractions) เช่น น้ำมันเตา และสารตกค้างพวกแอสฟัลต์ จะกลั่นตัวที่ส่วนล่างสุดของหอกลั่น ซึ่งมีอุณหภูมิสูง และจะถูกระบายออกไปจากส่วนฐานของหอกลั่น

ข้อเสียของกระบวนการกลั่นลำดับส่วนคือ จะได้น้ำมันเบาประเภทต่างๆ ในสัดส่วนที่น้อยมาก ทั้งที่น้ำมันเบาเหล่านี้ล้วนมีคุณค่าทางเศรษฐกิจสูง

(ข) การกลั่นแบบเทอร์มอล แครกกิง (Thermal cracking)

กระบวนการนี้จะได้น้ำมันที่กลั่นแล้ว คือ น้ำมันเบนซิน (Petrol) เพิ่มสูงขึ้นเป็นร้อยละ ๕๐ ในปัจจุบัน กระบวนการกลั่นแบบนี้ เกิดขึ้นโดยการเอาน้ำมันดิบมาทำให้เกิดการแตกตัวในถัง ที่อุณหภูมิสูงกว่า ๑,๐๐๐ องศาฟาเรนไฮต์ ที่ความกดดันมากกว่า ๑,๐๐๐ ปอนด์ต่อตารางนิ้ว สภาวะอุณหภูมิที่สูงและความกดดันที่สูงทำให้สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ เกิดการแยกตัวหรือแตกตัวเป็นน้ำมันส่วนเบา หรือเป็นสารไฮโดรคาร์บอนที่มีโมเลกุลขนาดเล็กลง รวมทั้งมีจำนวนอะตอมของคาร์บอนน้อยลง และน้ำมันส่วนเบาซึ่งมีสภาพเป็นไอร้อนนี้ก็จะถูกปล่อยให้เข้าไปในหอกลั่น เพื่อควบแน่นและกลั่นตัวเป็นของเหลวต่อไป

(ค) การกลั่นแบบคาตาลิติก แครกกิง (Catalytic cracking)

กระบวนการกลั่นนี้ได้รับการพัฒนาต่อเนื่องจากแบบดั้งเดิม ที่กล่าวมาแล้วทั้งสองแบบ เพื่อเพิ่มปริมาณน้ำมันที่กลั่นแล้ว ตลอดจนคุณภาพของน้ำมันที่กลั่นก็ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น โดยการเติมตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) เข้าไปในน้ำมันส่วนกลาง (Medium fractions) ซึ่งช่วยทำให้โมเลกุลน้ำมันแตกตัว หรือแยกตัวดีขึ้น โดยไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบทางเคมีของน้ำมัน ตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ในรูปของผงแพลทินัม (Platinum) หรือดินเหนียว (Clay) ที่มีขนาดอนุภาคละเอียดมากผงตัวเร่งปฏิกิริยาจะสัมผัสกับไอน้ำมันร้อนในเตาปฏิกรณ์ (Reactor) ทำให้ไอน้ำมันเกิดการแตกตัว หรือแยกตัวเป็นน้ำมันส่วนที่เบา เช่น น้ำมันเบนซิน (Petrol) แล้วก็ควบแน่นกลั่นตัวในที่สุด โดยทิ้งอะตอมของคาร์บอนและมลทินไว้กับอนุภาคของดินเหนียว ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีคาร์บอนเคลือบอยู่ก็จะถูกปล่อยให้ไหลออกจากเตาปฏิกรณ์เข้าสู่รีเจนเนอเรเตอร์ (Regenerator) ซึ่งคาร์บอนจะถูกเผาไหม้ไปในกระแสอากาศ กระบวนการกลั่นแบบนี้จึงเป็นการใช้ปฏิกิริยาทางเคมีกระทำต่อน้ำมันดิบ ซึ่งช่วยแยกโมเลกุลของไฮโดรคาร์บอนชนิดต่างๆ ออกจากกัน รวมไปถึงการกำจัดมลทินต่างๆ เช่น สารประกอบของกำมะถัน สารเมอร์แคบแทนส์ (Mercaptans) ที่มีกลิ่นฉุน อโรเมติกส์ (Aromatics) และไฮโดรเจนซัลไฟด์ ออกไปอีกด้วย

(ง) การกลั่นแบบโพลีเมอไรเซชั่น (Polymerization)

กระบวนการกลั่นแบบแครกกิง (Cracking) ช่วยปรับปรุงน้ำมันเบนซินให้มีปริมาณมากขึ้น โดยการแยกน้ำมันส่วนที่หนักกว่าออกไป แต่การกลั่นแบบโพลีเมอไรเซชั่นเป็นการเพิ่มปริมาณน้ำมันเบนซินจากน้ำมันส่วนที่เบาที่สุด (Lightest fractions) ซึ่งก็คือ แก๊ส นั่นเอง โดยทั่วๆ ไปจะถูกเผาทิ้งไป แก๊สเหล่านี้ได้รับการนำมารวมกันเป็นสารประกอบที่มีโมเลกุลใหญ่ขึ้น และทำให้สามารถเพิ่มปริมาณน้ำมันเบนซินที่กลั่นได้ รวมไปถึงการเพิ่มปริมาณออกเทน (Octane content) อีกด้วย

การใช้ประโยชน์จากน้ำมัน และแก๊สธรรมชาตินั้น ได้เป็นไปอย่างกว้างขวางในกิจการอุตสาหกรรม พาณิชยกรรม เกษตรกรรม และในด้านอื่นๆ อีกมากมาย และก็นับได้ว่า เป็นปัจจัยสำคัญ ที่ทำให้เกิดการพัฒนาอุตสาหกรรมในช่วงหลายร้อยปีที่ผ่านมา โดยใช้เป็นเชื้อเพลิง วัสดุหล่อลื่น ให้แสงสว่าง และใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตภัณฑ์หลายชนิด นอกจากนี้ ผลพลอยได้จากน้ำมันและแก๊สธรรมชาติก็สามารถนำไปใช้เป็นเคมีภัณฑ์ ยารักษาโรค เส้นใยสังเคราะห์ ฯลฯ อย่างไรก็ดี การนำปิโตรเลียมไปใช้ประโยชน์ในรูปแบบต่างๆ นั้น อาจสรุปได้ดังนี้

ใช้ในการขนส่ง ประมาณร้อยละ ๔๖ ของปิโตรเลียม ได้ถูกนำไปใช้ประโยชน์เป็นเชื้อเพลิง สำหรับรถยนต์ในระบบเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน (Internal combustion engine) ซึ่งได้แก่ น้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล น้ำมันเครื่องบิน และไอพ่น น้ำมันเตาสำหรับรถไฟ และเรือ

ใช้เป็นเชื้อเพลิง สำหรับอุตสาหกรรม ซึ่งส่วนมากใช้น้ำมันเตา และแก๊สธรรมชาติ ในโรงงานอุตสาหกรรม โรงไฟฟ้าพลังความร้อน แก๊สหุงต้ม และในอุตสาหกรรมขนาดเล็ก เครื่องสูบน้ำ ฯลฯ ซึ่งส่วนมากจะใช้น้ำมันเบา (Light oils) เป็นเชื้อเพลิง

ใช้ในเครื่องกำเนิดความร้อน และให้แสงสว่าง น้ำมันหนัก (Heavy oils) มักจะมีการนำมาใช้ในเครื่องกำเนิดความร้อนของประเทศในแถบหนาว สำหรับโรงงาน สำนักงาน และที่พักอาศัย น้ำมันเบาก็มีความสำคัญเช่นกัน อาทิ น้ำมันก๊าด (Kerosene) ใช้เป็นเชื้อเพลิงให้แสงสว่าง และหุงต้มในท้องถิ่นที่ยังไม่เจริญหรืออยู่ห่างไกล แก๊สโพรเพน (Propane) และบิวเทน (Butane) ใช้เป็นเชื้อเพลิงหุงต้มในครัวเรือน

ใช้เป็นวัสดุหล่อลื่น ประมาณร้อยละ ๑ - ๒ ของน้ำมันดิบ ที่ผ่านกระบวนการกลั่น จะได้รับการแปรสภาพไปเป็น น้ำมันหล่อลื่น (Lubricants) และจาระบี (Greases) สำหรับการขนส่งเครื่องยนต์ และโรงงานอุตสาหกรรม

ประโยชน์อื่นๆ อาทิเช่น แอสฟัลต์ (Asphalt) บิทูเม็น (Bitumen) น้ำมันดิน (Tar) ใช้ราดถนน ฉาบหลังคา และใช้เป็นสารกันน้ำ ขี้ผึ้ง (Wax) ใช้ทำเทียนไข วัสดุกันซึม วัสดุขัดมัน และเป็นเชื้อเพลิงให้แสงสว่าง

สารปิโตรเลียม ปิโตรเลียมใช้เป็นวัตถุดิบ สำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเลียม ซึ่งจะนำไปสู่การผลิตพลาสติก และสารสังเคราะห์มากมายหลายชนิด (Plastics) เส้นใยสังเคราะห์ (Synthetic fibres) และสิ่งทอสังเคราะห์ (Synthetic textiles) ยางสังเคราะห์ (Synthetic rubber) สารคาร์บอนดำ (Carbon black) ฯลฯ

บทเรียนที่ 7 แก๊สธรรมชาติ

ก๊าซธรรมชาติ

ก๊าซธรรมชาติคืออะไรก๊าซธรรมชาติ คือ ก๊าซธรรมชาติเป็นก๊าซเชื้อเพลิงที่มีก๊าซมีเทนเป็น ส่วนประกอบหลักสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ได้เช่นเดียวกับน้ำมันเบนซินและดีเซล ก๊าซธรรมชาติสำหรับยานยนต์ (Natural Gas for Vehicle หรือ NGV) โดยทั่วไปเรียกว่า ก๊าซ NGV (เอ็น จี วี) คือ ก๊าซธรรมชาติที่ถูกอัดจนมีความดันสูง (มากกว่า 3,000 ปอนด์/ตารางนิ้ว, psi) ซึ่งในบางประเทศเรียกว่า Compressed Natural Gas (CNG) หรือ ก๊าซธรรมชาติอัด ดังนั้นก๊าซ NGV และก๊าซ CNG เป็นก๊าซตัวเดียวกันนั่นเอง

คุณสมบัติพิเศษของก๊าซ NGV

1. มีสัดส่วนของคาร์บอนน้อยกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น และมีคุณสมบัติเป็นก๊าซ ทำให้การเผาไหม้สมบูรณ์ มากกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น และปริมาณไอเสีย ที่ปล่อยออกจากเครื่องยนต์ใช้ก๊าซธรรมชาติมีปริมาณต่ำกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น

2. เป็นเชื้อเพลิงที่สะอาดไม่ก่อให้เกิดควันดำหรือสารพิษที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของประชาชน จึงสามารถลดปัญหามลพิษทางอากาศซึ่งนับวันจะทวีความรุนแรงมากขึ้น

แหล่งกักเก็บปิโตรเลียมเกิดจากการปรับตัวของเปลือกโลก สภาพของชั้นหินจะเกิดการโค้งงอหรือเลื่อนตัวออกจากกัน ทำให้ปิโตรเลียมที่สะสมอยู่ในชั้นหินเดิมถูกแรงบีบอัดให้เคลื่อนตัวมาอยู่ในโครงสร้างชั้นหินที่มีรูพรุนเหมือนกับน้ำที่อยู่ในฟองน้ำกลายเป็นแหล่งน้ำมันดิบหรือก๊าซธรรมชาติ ซึ่งจะอยู่ที่ระดับความลึกต่างๆ กัน ตั้งแต่ 100 ฟุต จนถึงหลายกิโลเมตร

ก๊าซธรรมชาติไม่ใช่ของประหลาด เป็นปิโตรเลียมชนิดหนึ่งที่มีอยู่ทั่วไปในโลกของเราตั้งแต่โบราณกาลแล้ว เมื่อหลายล้านปีก่อนพื้นผิวโลกส่วนใหญ่เป็นทะเลเต็มไปด้วยสัตว์และพืชนานาพันธุ์ ซึ่งเมื่อตายลงก็ทิ้งซากทับถมกับโคลนทรายและกากตะกอนต่างๆ ที่ก้นทะเลซ้ำแล้วซ้ำเล่าซ้อนทับกันเป็นชั้นๆ ต่อมาชั้นซากสิ่งมีชีวิต โคลนทรายและกากตะกอนเหล่านี้ก็ค่อยกดอัดกันแน่นเข้าจนกลายเป็นหินชั้น หรือเรียกว่าหินดินดาน หินตะกอน ส่วนซากผุพังของพืชและสัตว์แปรสภาพไปเป็นก๊าซและน้ำมันเนื่องด้วยความร้อนความกดดันและปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ที่สลับซับซ้อนของผิวโลก สะสมอยู่ในชั้นใต้ดิน ซากผุพังเหล่านี้เกิดการรวมตัวกันขึ้นเป็นสารประกอบของธาตุคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นหลัก ซึ่งสารประกอบประเภทไฮโดรคาร์บอนนี้เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติและน้ำมันดิบ 

ขุดหาก๊าซธรรมชาติในอ่าวไทยกันอย่างไร

1.เริ่มจากการสำรวจโดยการวัดคลื่นความไหวสะเทือน

เริ่มแรกก็ขอเช่าสัมปทานจากกรมทรัพยากรธรณี กระทรวงอุตสาหกรรม แล้วก็เช่าเรือสำรวจมาสักลำมาสำรวจ ในพื้นที่สัมปทานของตัวเองในอ่าวไทย (ห้ามออกนอกเขตที่ได้รับอนุญาต) โดยการยิงคลื่นเสียงทะลุชั้นหินลงไป พอคลื่นสะท้อนกลับมาก็จะมีอุปกรณ์คอยจับสัญญาณแล้วบันทึกข้อมูลลงคอมพิวเตอร์ เสร็จแล้วก็เอาข้อมูลกลับมา สำนักงานใหญ่ในกรุงเทพฯ ทันที

2. แปลข้อมูล

พอถึงกรุงเทพฯ ก็เอาข้อมูลไปใส่เครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่กว่าเดิมมาก แล้วก็มีนักธรณีวิทยา และนักธรณีฟิสิกส์ผู้เชี่ยวชาญสมองใสหลายสิบคนช่วยกันกดเครื่องกันใหญ่

3.เจาะสำรวจ 

เมื่อไม่แน่ใจก็ต้องลองเจาะสำรวจดู ทีมงานฝ่ายเจาะสำรวจก็เลยไปเช่าเรืออีกลำเพราะซื้อไม่ไหวแพงมาก เรียกว่า เรือเจาะสำรวจ ทำการเจาะหลุมสำรวจคล้ายๆ เจาะน้ำบาดาลตามชนบทนั่นแหละ แต่เครื่องมือนั้นใหญ่โตมโหฬาร เจาะหลุมนึงก็หลายวันแล้วย้ายไปเรื่อยๆ จนได้ตัวอย่างของหินบ้าง ทรายบ้าง แล้วก็ส่งกลับไปสำนักงานใหญ่ที่กรุงเทพฯ เพื่อไปศึกษาวิเคราะห์กันอีกรอบ

4.เจาะหลุมผลิต

ปรึกษากันอยู่หลายตลบ ประชุมกันมากกว่า 200 ครั้ง ในที่สุดก็บอกว่าผลการเจาะสำรวจพบก๊าซธรรมชาติ ปริมาณมหาศาล หนังสือพิมพ์ได้ลงข่าวว่าประเทศไทยเราจะโชติช่วงชัชวาล จากนั้นทีมวิศวกรฝ่ายออกแบบและ ก่อสร้างแท่นก็จัดการตั้งแท่นขนาดน้องๆ สนามฟุตบอล เป็นแท่นหลุมผลิตขนาดแท่นละ 600 ล้านบาท หนึ่งแท่นเจาะได้ประมาณ 12 – 20 หลุม จะเจาะเลี้ยวซ้ายแล้วขวา เจาะทแยงหรือดิ่งตรงลง เจาะผ่านชั้นหินลงไป หลายพันหลายหมื่นฟุตจนถึงแหล่งก๊าซที่หมายตาไว้ สำหรับค่าลงทุนในการเจาะหลุมละ 70 – 90 ล้านบาท เป็นธุรกิจที่ต้องใช้เงินลงทุนมหาศาลมีความเสี่ยงสูงมาก

5.ผลิตก๊าซธรรมชาติ และก๊าซธรรมชาติเหลว

ถ้าหลุมเจาะประสบความสำเร็จ ก๊าซที่จะพุ่งขึ้นมาตามท่อด้วยแรงดันธรรมชาติ เพื่อส่งไปที่อีกแท่นหนึ่งเรียกว่าแท่นผลิต วิศวกรฝ่ายผลิตเค้าได้ออกแบบไว้เพื่อทำการแยกน้ำและเศษกรวด หิน ดิน ทรายเล็กๆ

ออกจากก๊าซธรรมชาติ และก๊าซธรรมชาติเหลวเพื่อส่งเข้าท่อส่งก๊าซใต้ทะเลขายให้การปิโตรเลียมแห่งประเทศไทย ก๊าซธรรมชาตินำเข้าไปใช้เป็นพลังงานที่สะอาดในการผลิตกระแสไฟฟ้าให้พวกเราใช้ ส่วนก๊าซธรรมชาติเหลว หรือคอนเดนเสท นำไปใช้ในกระบวนการกลั่นน้ำมันและอุตสาหกรรมอะโรเมติกส์ ก๊าซธรรมชาติและก๊าซธรรมชาติ เหลวบางส่วนจะนำไปแยกที่โรงแยกก๊าซธรรมชาติ แล้วนำไปเป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีเพื่อผลิตเม็ดพลาสติก และเส้นใยต่าง ๆ ทำให้พวกเรามีเสื้อผ้า รองเท้า รถยนต์ อุปกรณ์ของใช้ต่าง ๆ นานา มีชีวิตที่สมบูรณ์พูนสุข ล้วนทำมาจากก๊าซที่ผลิตได้จากยูโนแคลธุรกิจสำรวจและผลิตปิโตรเลียมเป็นธุรกิจที่มีความเสี่ยงสูงและประสบความสำเร็จยากมาก ผู้ประกอบการต้องใช้เงินลงทุนมหาศาล สรรหาบุคลากรที่มีความสามารถพร้อมกับพัฒนาบุคลากรและเทคโนโลยีให้ควบคู่กันไปอย่างต่อเนื่อง จากสถิติโลกอัตราการเสี่ยง ของการสำรวจปิโตรเลียมจะอยู่ที่ 1 ต่อ 100 คือ ในหลุมเจาะจำนวน 100 หลุม จะมีโอกาสพบปิโตรเลียมเพียง 1 หลุมเท่านั้น

รอบรู้เรื่องก๊าซธรรมชาติ 

ประเทศไทยได้มีการสำรวจพบแหล่งก๊าซธรรมชาติในอ่าวไทยและนำขึ้นมาใช้ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2524 โดยการนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า และในโรงงานอุตสาหกรรม เพื่อทดแทนการใช้ถ่านหินและน้ำมันเตาซึ่งมีราคาสูงและต้องนำเข้าจากต่างประเทศ ซึ่งแต่ละปีมีมูลค่ามหาศาล และขณะเดียวกันต้องเผชิญความผันผวนของราคาน้ำมันตลาดโลก ซึ่งเสี่ยงต่อความมั่นคงของพลังงาน

การนำก๊าซธรรมชาติจากอ่าวไทยขึ้นมาใช้จึงเป็นการเปิดศักราชใหม่ของการพึ่งพาพลังงานที่มีอยู่ภายในประเทศของเราเองอย่างเป็นรูปธรรม และเนื่องด้วยก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาด คุณภาพดีและราคาถูกกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่นๆ ทำให้ปริมาณการใช้ก๊าซธรรมชาติของไทยสูงขึ้นเรื่อย ๆ ทุกปี ผู้รับสัมปทานสำรวจและผลิตก๊าซจึงได้เสาะแสวงหาแหล่งก๊าซใหม่ๆ เพื่อนำก๊าซจากแหล่งที่มีอยู่ขึ้นมาใช้ให้ได้มากที่สุด ขณะเดียวกันหน่วยงานภาครัฐ และเอกชน ได้พยายามนำก๊าซธรรมชาติมาใช้ให้ได้ประโยชน์สูงสุด นอกเหนือจากการนำไปเป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้า โรงงานอุตสาหกรรมและยานพาหนะ

ก๊าซธรรมชาติ เชื้อเพลิงสะอาด เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

• ก๊าซธรรมชาติเผาไหม้ได้กว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น และไม่มีกากของเชื้อเพลิงหลังจากการเผาไหม้

• ก๊าซธรรมชาติไม่มีฝุ่นออกไซด์ของกำมะถันและไนโตรเจนซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพและสิ่งแวดล้อม

• ก๊าซธรรมชาติช่วยบรรเทาสภาวะโลกร้อนและปล่อยความร้อนสู่บรรยากาศโลกน้อยกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น

• ก๊าซธรรมชาติขนส่งโดยทางท่อ ทำให้เกิดความปลอดภัยต่อชุมชนและสิ่งแวดล้อมมากกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น ๆ ซึ่งขนส่งทางรถยนต์หรือทางเรือ

ก๊าซธรรมชาติ เชื้อเพลิงคุณภาพดี มีประสิทธิภาพ

• ก๊าซธรรมชาติมีประสิทธิภาพในการสันดาปดีกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น เช่น ถ่านหินหรือน้ำมัน

• ก๊าซธรรมชาติไม่ทำลายหรือกัดกร่อนอุปกรณ์ และวัสดุในกระบวนการผลิต

ก๊าซธรรมชาติ เชื้อเพลิงราคาถูก สร้างความมั่นคงทางเศรษฐกิจ

• ก๊าซธรรมชาติจากอ่าวไทยในปัจจุบัน ยังคงมีราคาอยู่ในระดับเดียวกับ 20 ปีที่แล้วเมื่อประเทศไทยเริ่มผลิตก๊าซครั้งแรก

• ราคาก๊าซของไทยขณะนี้ ประมาณ 2 ดอลลาร์สหรัฐต่อค่าความร้อน 1 ล้านบีทียู ในขณะที่ในสหรัฐอเมริการาคา 4 ดอลลาร์สหรัฐ และในญี่ปุ่น 5-6 ดอลลาร์สหรัฐ

• ปัจจุบันนี้ก๊าซธรรมชาติผลิตขึ้นมาใช้ในตลาดทั่วโลกจึงทำให้มีการแข่งขันด้านราคาสูง ซึ่งเป็นกลไกที่ทำให้ราคาก๊าซต่ำตามหลักเศรษฐศาสตร์

ก๊าซธรรมชาติมีประโยชน์นานาประการ

ความหลากหลายในการใช้ประโยชน์เป็นคุณสมบัติอันโดดเด่นของก๊าซธรรมชาติที่ทำให้ประเทศต่างๆ ทั่วโลกหันมาใช้ก๊าซธรรมชาติกันมากขึ้น

• ใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงงานผลิตกระแสไฟฟ้า โรงงานอุตสาหกรรม และเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์

• เมื่อนำก๊าซธรรมชาติมาแยกออกเป็นองค์ประกอบต่าง ๆ สามารถนำไปใช้ประโยชน์หลากหลาย ได้แก่

o ก๊าซอีเทน (C2) เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีขั้นต้นสำหรับผลิตเม็ดพลาสติกและเส้นใยพลาสติกชนิดต่างๆ

o ก๊าซโปรเพน (C3) เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีขั้นต้นสำหรับผลิตเม็ดพลาสติกและเส้นใยพลาสติกชนิดต่างๆ

o ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (C3 + C4) เป็นเชื้อเพลิงในครัวเรือนรถยนต์ และโรงงานอุตสาหกรรม - ก๊าซธรรมชาติเหลว (C5) ใช้ในโรงงานกลั่นน้ำมัน ซึ่งจะได้ผลผลิตน้ำมันเบนซินเพิ่มขึ้น และใช้เป็นตัวทำละลายในโรงงานอุตสาหกรรม - ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ใช้ในอุตสาหกรรมหล่อเหล็ก เชื่อมเหล็ก เครื่องดับเพลิง น้ำอัดลม การถนอมอาหาร และทำฝนเทียม

• สามารถขนส่งได้อย่างปลอดภัยและสะดวกกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น ๆ

• ไม่ต้องกักเก็บไว้ในคลังเหมือนเชื้อเพลิงชนิดอื่น ก๊าซธรรมชาติในอ่าวไทยยังมีใช้ไปอีกนาน

• อุตสาหกรรมสำรวจและผลิตปิโตรเลียมของไทยคาดว่าปริมาณก๊าซที่รองรับความต้องการของตลาดในเมืองไทยในขณะนี้ (พ.ศ. 2543) มีอยู่อย่างน้อย 45 – 58 ล้านล้านลูกบาศก์ฟุต (15 ปีที่ผ่านมา ประเทศไทยใช้ก๊าซไปทั้งสิ้นประมาณ 4.2 ล้านล้านลูกบาศก์ฟุต)

• หากไม่ค้นพบแหล่งก๊าซใหม่เพิ่มเลย ด้วยอัตราการใช้ในปัจจุบันประเทศไทยจะยังมีก๊าซธรรมชาติเหลือเพียงพอใช้อีกถึง 60 – 70 ปี

• ผู้รับสัมปทานปิโตรเลียมยังค้นพบแหล่งก๊าซใหม่ๆ อยู่ตลอดเวลา จากสถิติของบริษัทยูโนแคลฯ ผู้สำรวจและผลิตก๊าซรายใหญ่ที่สุด ของไทยพบว่าใน 5 ปีที่ผ่านมาบริษัทฯ สามารถค้นพบแหล่งก๊าซใหม่ๆ ได้มากกว่าการผลิตขึ้นมาใช้ถึง 1.5 เท่า

ก๊าซธรรมชาติมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาประเทศ

• ช่วยลดการนำเข้าพลังงานเชื้อเพลิงจากต่างประเทศ ลดการสูญเสียเงินตราต่างประเทศ

• ทำให้ประเทศไทยมีความมั่นคงด้านพลังงาน เพราะลดการพึ่งพาพลังงานต่างประเทศ

• กระตุ้นเศรษฐกิจของประเทศ มีการสร้างงานนับหมื่น และอุตสาหกรรมต่อเนื่องนานาประเภท

• ก๊าซธรรมชาติจากอ่าวไทยทำให้ประเทศไทยมีความสามารถแข่งขันด้านเศรษฐกิจระดับภูมิภาค

• ประเทศไทยสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าราคาถูกด้วยก๊าซธรรมชาติ ช่วยทำให้ประชาชนมีไฟฟ้า ใช้อย่างทั่วถึงและช่วยกระจายความเจริญสู่ชนบท

• การใช้ก๊าซธรรมชาติจากแหล่งก๊าซภายในประเทศ ทำให้รัฐมีรายได้จากค่าภาคหลวงและภาษีเงินได้ปิโตรเลียม นับแต่ปี พ.ศ. 2524 ที่เริ่มผลิตก๊าซจากอ่าวไทยขึ้นมาใช้จนถึงปี พ.ศ. 2542 รัฐบาลได้รับค่าภาคหลวงทั้งสิ้น กว่า 56,000 ล้านบาท และภาษีเงินได้ปิโตรเลียมอีกว่า 41,000 ล้านบาท ก๊าซธรรมชาติ เชื้อเพลิงที่ดีที่สุดสำหรับโรงไฟฟ้า เป็นที่ยอมรับกันทั่วโลกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซธรรมชาติดีกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหินและน้ำมัน เนื่องจากมีต้นทุนการลงทุนต่ำกว่า และมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่ามาก ด้วยเหตุนี้ประเทศไทยเราจึงได้ หันมาผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยก๊าซธรรมชาติซึ่งกว่าร้อยละ 50 ของเชื้อเพลิงที่การไฟฟ้าฝ่ายผลิตฯ ใช้คือก๊าซธรรมชาติ

ไฟฟ้าพลังงานก๊าซธรรมชาติ ดีกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหิน น้ำมัน และนิวเคลียร์อย่างไร

• โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซธรรมชาติมีต้นทุนต่ำ ผลิตไฟฟ้าได้ถูก

o ใช้เงินลงทุนน้อยกว่า

o ใช้เวลาก่อสร้างสั้นกว่า

o มีความเสี่ยงด้านการเงินน้อยกว่า

o ก๊าซธรรมชาติซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่มีการใช้กันอย่างกว้างขวางทั่วโลก ทำให้มีการแข่งขันด้านราคา ซึ่งทำให้ราคาของก๊าซในตลาดต่ำและมีความผันผวนน้อย

• โรงไฟฟ้าพลังก๊าซธรรมชาติเป็นมิตรกัลป์ชุมชนและสิ่งแวดล้อม

o ไม่มีฝุ่นออกไซด์ของกำมะถันและไนโตรเจน ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพและสิ่งแวดล้อม

o ไม่ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ของฝนกรดต่อชุมชนโดยรอบ • โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซธรรมชาติมีประสิทธิภาพดีกว่าโรงไฟฟ้าถ่านหินหรือน้ำมัน

o โรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติมีประสิทธิภาพสูงถึง 60% ในขณะที่โรงไฟฟ้าถ่านหินหรือน้ำมัน มีประสิทธิภาพเพียง 40% ซึ่งประสิทธิภาพที่สูงถึง 60% ทำให้โรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติสามารถประหยัดเงินค่าใช้จ่ายได้ถึง 40,000 ล้านบาท ในระยะเวลา 25 ปี เมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงชนิดอื่น

o โรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติใช้เงินลงทุนต่ำกว่าจึงผลิตกระแสไฟฟ้าได้ในราคาที่ต่ำกว่าเชื้อเพลิงอื่นๆ

o โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซธรรมชาติมีต้นทุน และค่าใช้จ่ายถูกกว่าพลังงานชนิดอื่นๆ

ข้อเปรียบเทียบของโรงไฟฟ้าขนาดกำลังการผลิต 700 เมกะวัตต์

• ด้านเงินลงทุนต่อกำลังการผลิต 1 กิโลวัตต์ โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซธรรมชาติไม่ต้องลงทุน ในเรื่องคลังกักเก็บเชื้อเพลิง เพราะก๊าซจัดส่งมาตามท่อ

• ด้านค่าใช้จ่ายและค่าบำรุงรักษา ค่าใช้จ่ายและค่าบำรุงรักษาของโรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซธรรมชาติ ถูกกว่าโรงไฟฟ้าถ่านหินและพลังงานนิวเคลียร์เนื่องจาก

o ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายและค่าดูแลรักษาคลังกักเก็บเชื้อเพลิง

o มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าในการซ่อมบำรุงวัสดุอุปกรณ์

o ไม่ต้องหยุดเดินเครื่องเพื่อทำความสะอาดบ่อย เพราะก๊าซเป็นพลังงานสะอาด

• โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซธรรมชาติและพลังงานความร้อนมีต้นทุนต่ำสุดและมีประสิทธิภาพสูงสุด

• โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซธรรมชาติเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

บทเรียนที่ 8 ไปโอดีเซล

ไบโอดีเซลคืออะไร

น้ำมันพืชชนิดต่าง ๆ ได้แก่ เมล็ดเรฟ (rape seed, เป็นพืชน้ำมันมีมากแถวยุโรปและอเมริกา) ทานตะวัน งา ฝ้าย ถั่วลิสง ถั่วเหลือง ละหุ่ง สบู่ดำ มะพร้าว ปาล์ม และน้ำมันเหลือใช้หลังการปรุงอาหารจากภัตตาคาร และร้านอาหารประเภท fast-food เช่น McDonald’s, Burger King และ Kentucky Fired Chicken มาเข้ากระบวนการเปลี่ยนแปลงทางเคมี(1) เป็น methyl ester ethyl ester หรือ butyl ester หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า “ไบโอดีเซล” ซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงแทนปิโตรเลียมดีเซลในสัดส่วนผสมต่างๆ ได้โดยไม่เกิดผลกระทบต่อระบบต่าง ๆ กับเครื่องยนต์ดีเซล แม้จะใช้เป็นระยะสั้นและหรือยาว การใช้ไบโอดีเซลเป็นเชื้อเพลิงจะไม่เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม สามารถย่อยสลายได้โดยกระบวนการทางชีวภาพ และเกิดมลพิษทางอากาศน้อยกว่าน้ำมันดีเซล เป็นต้น (อ้างอิง Zhang et al., 1988; Sims, 1985,; Wagner et al., 1984; Goering et al., 1982; Kautman and Ziejewski, 1984, Quick and woodmore, 1984; Mora 1985; Melville, 1987 Mosgrove, 1987; Fort et al.,1982; DOE,2000)

การผลิตไบโอดีเซล

องค์ประกอบทางเคมีของน้ำมันพืชและไขมันสัตว์ เป็นไตรกลีเซอไรด์ (Triglyceride) ซึ่งเป็นสารประกอบทางเคมี ที่ประกอบด้วยกรดไขมัน (Fatty acid) และกรีเซอรีน (Glycerin) เมื่อไตรกรีเซอไรด์นี้ รวมตัวกับสารเร่งปฏิกิริยาชนิดที่เป็นด่าง (Base catalyst) เช่น โปแตสเซียมไฮดรอกไซด์ (Potassium Hydroxide (KOH)) โดยมีปริมาณแอลกอฮอล์ที่เกินพอ (Excess alcohol) จะทำให้เกิดการรวมพันธะของกรดไขมัน และแอลกอฮอล์ เกิดเป็น "Biodiesel" โดยได้กลีเซอรอล (Glycerol) ซึ่งเป็นสารเคมีที่สามารถใช้ประโยชน์ได้ในอุตสาหกรรมยา และเครื่องสำอาง เป็นผลพลอยได้ (By product) ปฏิกิริยานี้ เรียกว่า "Trans-esterification" ดังรูปที่ 1 โดยที่ R คือ คาร์บอน 16-18 อะตอม ซึ่งมีพันธะคู่ระหว่าง C = C ตั้งแต่ 1-3 คู่

รูปที่ 1 ปฏิกิริยา Trans-esterification ในการผลิต Biodiesel จากน้ำมันพืช

หมายเหตุ:

(1) ปัจจุบันมีเทคโนโลยีผลิตไบโอดีเซล (ethyl ester, methyl ester) ในอเมริกาและยุโรป

โดยในอเมริกามี 3 วิธีคือ

1. Based catalyzed transesterification

2. Direct acid catalyzed esterification of oil with methanol

3. Conversion of the oil to fatty acids, and then to alkyl esters with acid catalysis

ส่วนยุโรปมี 6 วิธี แต่ที่นิยมใช้มากคือ

1. Batcwise operating technologies

2. Henkel technology for tranesterification และ

3. CD process for tranesterification

การส่งเสริมการใช้ไบโอดีเซล (Bio-Diesel)

รัฐบาลได้ตระหนักถึงความสำคัญของไบโอดีเซลเป็นอย่างดี โดยเมื่อวันที่ 18 มกราคม 2548 คณะรัฐมนตรีได้มีมติเห็นชอบยุทธศาสตร์การพัฒนาและส่งเสริมการใช้ไบโอดีเซลจากปาล์มและเมื่อวันที่ 17 พฤษภาคม 2548 มีมติเห็นชอบแผนปฏิบัติการพัฒนาและส่งเสริมการผลิตและการใช้ไบโอดีเซลทดแทนน้ำมันดัเซลร้อยละ 10 ปี 2555 หรือ 805 ล้านลิตร/วัน ส่งเสริมการใช้วัตถุดิบทั้งน้ำมันปาล์มและน้ำมันพืใช้แล้วรวมถึงน้ำมันสบู่ดำ และส่งเสริมการผลิตและการใช้ไบโอดีเซลผสมน้ำมันดีเซล สัดส่วน 5% (B5) ในบางพื้นที่ตั้งแต่ปี 2548

ไบโอดีเซลช่วยประเทศชาติแก้ไขปัญหาวิกฤตพลังงาน เนื่องจากไบโอดีเซลมีคุฯสมบัติเทียบเคียงน้ำมันดีเซล และผลิตได้จากพืชน้ำมันในประเทศจึงช่วยลดการนำเข้าน้ำมันจากต่างประเทศได้ การพัฒนาและการส่งเสริมไบโอดีเซลจึงช่วยลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล และช่วยสร้างความมั่นคงทางด้านพลังงานให้กับประเทศ นอกจากนี้ไบโอดีเซลยังช่วยสร้างความมั่นคงทางด้านพลังงานให้กับประเทศ ในด้านเกษตรอุตสาหกรรมและสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

ในด้านอุตสาหกรรม รัฐบาลมีการส่งเสริมอุตสาหกรรมผลิตไบโอดีเซลด้วยสิทธิประโยชน์ทั้งในด้านการลงทุนและในด้านภาษีและนำไปสู่อุตสาหกรรมที่สร้างมูลค่าเพิ่มให้กับปาล์มน้ำมัน ได้กแ อุตสาหกรรมโอลีโอเคมิคอล โรงไฟฟ้าชีวมวล อุตสาหกรรม เหล่านี้ช่วยเพิ่มผลิตภัณฑ์มวลรวมในประเทศและช่วยลดอัตราการว่างงานของประชากรในประเทศ

ในด้านสิ่งแวดล้อม จากผลการทดลองของสถาบันวิจัยและเทคโนโลยี ของบริษัท ปตท. จำกัด(มหาชน) การผสมไบโอดีเซลในสัดส่วนต่างๆ ช่วยลดมลพิษทางอาการศได้ร้อยละ 10 -20 และลดควันดำได้ร้อยละ 20 สำหรับไบโอดีเซล 100% ช่วยลดมลพิษทางอากาศได้ร้อยละ 20-40 และลดควันดำได้ถึงร้อยละ 60 National Biodiesel Board, USA ระบุว่าไบโอดีเซลช่วยลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยสู่บรรยากาศซึ่งเป็นสาเหตุของภาวะเรือนกระจกภึง 78.5% เทียบกับการใช้ไบโอดีเซล คิดเป็นมูลค่ากว่า 8,000 ล้านบาท ในปี 2555

พิจารณาด้านราคา และปริมาณแล้ว รัฐบาลจึงได้ส่งเสริมให้น้ำมันปาล์มเป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตไบโอดีเซลซึ่งเป็นการช่วยสร้างทางเลือกให้กับเกษตรกรผู้ปลูกปาล์มน้ำมัน ช่วยพยุงราคาปาล์มน้ำมัน อีกทั้งรัฐบาลยังมีแผนขยายการปลูกปาล์มน้ำมันในประเทศไทยอีก 4 ล้านไร่ ซึ่งจะช่วยเพิ่มรายได้ให้กับเกษตรกรของประเทศรวมมูลค่ากว่า 16,000 ล้านบาท/ปี ช่วยสร้างงานในภาคเกษตร นอกจากนี้ยังช่วยสร้างเสถียรภาพด้านราคาผลปาล์มน้ำมันดิบแลน้ำมันปาล์มให้กับประเทศ

ปัจจุบัน กระทรวงพลังงานได้ร่วมกับภาคเอกชนดำเนินโครงการสาธิตการผลิตและการใช้ไบโอดีเซลจากน้ำมันพืชใช้แล้วและน้ำมันปาล์มในจังหวัดเชียงใหม่และกรุงเทพมหานคร โดยปัจจุบันมีการจำหน่ายน้ำมันดีเซล B5 แก่ประชาชนทั่วไปตามสถานีบริการน้ำมันรวม 14 แห่ง ซึ่งราคาน้ำมัน B5 จะถูกกว่าราคาน้ำมันดีเซลทั่วไป 75 สตางค์ต่อลิตร เพื่อเป็นการจูงใจให้ผู้บริโภคหันมาทดลองใช้น้ำมัน B5 เพื่อเป็นการสร้างทางเลือกเพื่อลดค่าใช้จ่ายทางด้านพลังงานให้กับประชาชน