หน้าแรก › เคมี › โรงกลั่นน้ำมันทำงานอย่างไร
เคมี · พลังงาน · อุตสาหกรรม
โรงกลั่นน้ำมันทำงานอย่างไร
จากน้ำมันดิบสีดำสู่เชื้อเพลิงใส
น้ำมันดิบออกจากใต้ดินเป็นของเหลวสีดำกลิ่นฉุน ที่ผสมโมเลกุลหลายร้อยชนิด เมื่อผ่านโรงกลั่นแล้ว มันออกมาเป็นน้ำมันเบนซิน ดีเซล น้ำมันเครื่องบิน ก๊าซหุงต้ม และยางมะตอยลาดถนน เคล็ดลับส่วนใหญ่มาจากแนวคิดเดียว คือโมเลกุลต่างชนิดเดือดที่อุณหภูมิต่างกัน
หนังสามมิติโต้ตอบได้ 8 นาที 1852 ถึง ปัจจุบัน เผยแพร่ 17 ตุลาคม 2569
อ่านฉบับ English
สารบัญ บทนำ บทที่ I · ส่วนผสม บทที่ II · หอกลั่น บทที่ III · การแตกโมเลกุล บทที่ IV · เชื้อเพลิงที่ดีขึ้น บทที่ V · หนึ่งบาร์เรล บทส่งท้าย บทนำ เคมีและพลังงาน
จากน้ำมันดิบสีดำสู่เชื้อเพลิงใส โรงงานที่อยู่ระหว่างบ่อน้ำมันกับหัวจ่าย
ไม่มีใครเทน้ำมันดิบใส่รถได้ ปี 2026 ราคาน้ำมันพุ่งขึ้นจนอยู่ในกลุ่มที่แพงที่สุดเป็นประวัติการณ์ กลางเดือนตุลาคม คนอเมริกันจ่ายค่าน้ำมันเบนซินเฉลี่ยราวสี่ดอลลาร์สามสิบเซนต์ต่อแกลลอน
ส่วนหนึ่งของเรื่องนี้คือตัวน้ำมันดิบเอง อีกส่วนคือสถานที่ที่น้ำมันดิบต้องผ่านก่อน ระหว่างบ่อน้ำมันกับหัวจ่ายมีโรงกลั่นตั้งอยู่
$4.33 ต่อน้ำมันเบนซินหนึ่งแกลลอน (3.785 ลิตร) ค่าเฉลี่ยสหรัฐฯ กลางตุลาคม 2026 (AAA) เชื้อเพลิงสำหรับการบิน น้ำมันเครื่องบิน ดีเซล และเบนซิน ล้วนเริ่มจากน้ำมันดิบสีดำชนิดเดียวกัน ภาพนิ่งสร้างด้วย AIน้ำมันเบนซิน ดีเซล น้ำมันเครื่องบิน ก๊าซหุงต้ม (LPG) วัตถุดิบสำหรับพลาสติก ยางมะตอยสำหรับถนน สิ่งที่ออกจากโรงกลั่น บทที่ I · ส่วนผสม บทที่ I · ส่วนผสม
ซุปของโมเลกุล น้ำมันดิบไม่ใช่สารเดียว แต่เป็นหลายร้อยชนิด
น้ำมันดิบไม่ใช่สารชนิดเดียว มันเป็นส่วนผสมของสารประกอบหลายร้อยชนิด ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรคาร์บอน (hydrocarbon) คือโมเลกุลที่มีแค่คาร์บอนกับไฮโดรเจน
บางชนิดเล็กมาก มีคาร์บอนแค่หนึ่งถึงสี่อะตอม พวกนี้เป็นแก๊ส บางชนิดเป็นสายโซ่หรือวงแหวนที่มีคาร์บอนหลายสิบอะตอม ใหญ่จนที่อุณหภูมิห้องมันเป็นของหนืดข้นคล้ายยางมะตอย
เมื่อผสมกันอยู่แบบนี้ มันใช้เป็นเชื้อเพลิงไม่ได้ งานแรกของโรงกลั่นคือคัดแยกพวกมัน
ตัวอย่างน้ำมันดิบ น้ำมันดิบจากแหล่งต่างกันมีตั้งแต่ใสสีอำพันจนถึงข้นสีดำ ภาพนิ่งสร้างด้วย AICH₄ มีเทน: คาร์บอน 1 อะตอม เป็นแก๊ส C₈H₁₈ ออกเทน: คาร์บอน 8 อะตอม เป็นของเหลวในน้ำมันเบนซิน ถึงราว 70 อะตอม: บิทูเมนสำหรับลาดถนน ตระกูลเดียว หลายขนาด สารประกอบกำมะถัน: สิ่งเจือปนหลัก ไนโตรเจน โลหะ และน้ำเกลือปริมาณเล็กน้อย นอกจากไฮโดรคาร์บอน บทที่ I · ส่วนผสม
แสงสว่างสำหรับโรงพยาบาล การกลั่นเริ่มจากตะเกียง ไม่ใช่รถยนต์
การกลั่นเริ่มจากตะเกียง ไม่ใช่รถยนต์ ปี 1852 ที่เมืองลวีว ซึ่งตอนนั้นอยู่ในจักรวรรดิออสเตรีย และปัจจุบันอยู่ในยูเครน เภสัชกรอิกนาซี วูคาเชวิช กลั่นน้ำมันจนได้น้ำมันก๊าด และต้นปี 1853 เขากับช่างโลหะก็สร้างตะเกียงสำหรับจุดมันได้สำเร็จ
เดือนกรกฎาคม 1853 โรงพยาบาลของเมืองใช้ตะเกียงน้ำมันก๊าดส่องสว่างในหอผู้ป่วย และปี 1856 เขาเปิดโรงกลั่นน้ำมันแห่งแรก ๆ ของโลก
ตลอดครึ่งศตวรรษ น้ำมันก๊าดคือของมีค่า ส่วนน้ำมันเบนซินเป็นของเหลือที่เบาและอันตราย
ตะเกียงน้ำมันก๊าด ปล่องแก้วช่วยให้เปลวไฟนิ่ง และดึงอากาศผ่านไส้ตะเกียง ภาพนิ่งสร้างด้วย AI1852 กลั่นน้ำมันก๊าดจากน้ำมันมี.ค. 1853 ตะเกียงที่มีบันทึกครั้งแรก ร้านขายยาในลวีวก.ค. 1853 โรงพยาบาลลวีวซื้อน้ำมันก๊าด 500 กก.1854 บ่อน้ำมันที่บูบรกา1856 โรงกลั่นน้ำมันก๊าดที่อูลาชอวิตเซวูคาเชวิช (Culture.pl)
น้ำมันก๊าด ผลิตภัณฑ์ที่ผู้คนยอมจ่าย
น้ำมันเบนซิน มักเป็นของเหลือทิ้ง โรงกลั่นในยุค 1800 บทที่ I · ส่วนผสม
นักกลั่นยุคแรก
ตาม Culture.pl อิกนาซี วูคาเชวิช กับยาน เซห์ กลั่นน้ำมันก๊าดที่ลวีวในปี 1852 การใช้ตะเกียงครั้งแรกที่มีบันทึกคือเดือนมีนาคม 1853 วูคาเชวิชกับช่างโลหะอาดัม บรัตคอฟสกี ออกแบบตะเกียงน้ำมันก๊าด และเดือนกรกฎาคม 1853 โรงพยาบาลลวีวซื้อน้ำมันก๊าด 500 กิโลกรัม ปี 1856 วูคาเชวิชเปิดโรงกลั่นที่อูลาชอวิตเซ ใกล้เมืองยาสวอ ซึ่งมักถูกกล่าวถึงว่าเป็นโรงกลั่นน้ำมันก๊าดแห่งแรก
ในทศวรรษเดียวกันก็มีนักกลั่นยุคแรกในโรมาเนีย สกอตแลนด์ และสหรัฐฯ คำว่า “แห่งแรก” จึงขึ้นกับนิยาม
แหล่งข้อมูล:
Culture.pl: Ignacy Łukasiewicz, inventor of the kerosene lamp บทที่ I · ส่วนผสม
สายยาวขึ้น จุดเดือดสูงขึ้น แนวคิดหลักที่ทั้งโรงกลั่นอาศัย
นี่คือแนวคิดหลักที่ทั้งโรงกลั่นอาศัย โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนยึดกันด้วยแรงดึงดูดอ่อน ๆ และยิ่งโมเลกุลยาว ก็ยิ่งมีพื้นผิวให้ยึดกันมาก
โมเลกุลยาวจึงต้องใช้ความร้อนมากกว่าจึงจะแยกตัวออกและกลายเป็นไอ โมเลกุลเล็กเดือดไปก่อน โมเลกุลใหญ่เดือดทีหลัง
ลองเพิ่มความร้อน แล้วดูว่าโมเลกุลไหนหลุดออกจากของเหลว
เรียกว่าแรงแวนเดอร์วาลส์ หรือแรงลอนดอน (London dispersion force) อ่อน แต่รวมกันตลอดความยาวของสาย แรงระหว่างโมเลกุล บิวเทน C₄ −1 °C ออกเทน C₈ 126 °C โดเดเคน C₁₂ 216 °C เฮกซะเดเคน C₁₆ 287 °C
จุดเดือดของแอลเคนสายตรง
ใหญ่ = เดือดทีหลัง ในการเดือด แต่ควบแน่นก่อนเมื่อเย็นลง กฎ บทที่ I · ส่วนผสม
จุดเดือดกับความยาวสาย
Chemguide อธิบายว่าโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนที่ใหญ่กว่ามีแรงกระจายแวนเดอร์วาลส์ระหว่างกันแรงกว่า ส่วนที่มีโมเลกุลใหญ่จึงมีจุดเดือดสูงกว่า ระเหยยากกว่า และหนืดกว่า ค่าอ้างอิงมาตรฐานของแอลเคนสายตรง: บิวเทนราว −1 °C ออกเทนราว 126 °C โดเดเคนราว 216 °C เฮกซะเดเคนราว 287 °C
หอกลั่น โมเลกุล และโรงงานสามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
Chemguide: fractional distillation of crude oil ;
Engineering ToolBox: hydrocarbons, boiling points บทที่ II · หอกลั่น บทที่ II · หอกลั่น
ร้อนที่ฐาน เย็นที่ยอด หอที่คัดโมเลกุลตามขนาด
ก่อนอื่น น้ำมันดิบถูกล้างเอาเกลือออก แล้วให้ความร้อนในเตาจนถึงราวสี่ร้อยองศาเซลเซียส จนส่วนใหญ่กลายเป็นไอ
ไอร้อนเข้าสู่ฐานของหอสูง หอนี้ร้อนที่สุดที่ฐาน และเย็นที่สุดที่ยอด
เมื่อไอลอยขึ้นมันก็เย็นลง โมเลกุลแต่ละชนิดควบแน่นกลับเป็นของเหลวที่ระดับความสูงซึ่งอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดของมัน แล้วไปรวมอยู่บนถาดที่ระดับนั้น
~400 °C ทางออกเตา: น้ำมันดิบส่วนใหญ่เป็นไอ เข้าสู่หอ
25–40 °C ที่ยอด
350–400 °C ที่ฐาน ภายในหอ (โดยประมาณ) ถาดภายในหอ ไอผุดขึ้นผ่านของเหลวบนแต่ละถาด โมเลกุลที่หนักกว่าตกกลับลงไป ภาพประกอบสร้างด้วย AIบทที่ II · หอกลั่น
การกลั่นลำดับส่วน
EIA: น้ำมันดิบถูกส่งผ่านเตาร้อน แล้วของเหลวและไอที่ได้ถูกปล่อยเข้าหน่วยกลั่น ซึ่งแยกกันตามจุดเดือด ส่วนที่เบาที่สุดลอยขึ้นไปควบแน่นที่ยอด ส่วนที่หนักที่สุดอยู่ที่ฐาน Chemguide ระบุว่าน้ำมันดิบถูกให้ความร้อนราว 400 °C ยอดหออยู่ราว 25–40 °C และฐานราว 350–400 °C
ก่อนกลั่น น้ำมันดิบมักผ่านการกำจัดเกลือ คือล้างด้วยน้ำเพื่อเอาเกลือที่กัดกร่อนอุปกรณ์ออก
หอกลั่น โมเลกุล และโรงงานสามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
US EIA: refining crude oil, the refining process ;
Chemguide: fractional distillation of crude oil บทที่ II · หอกลั่น
ส่วนที่ตัดแยก แก๊สที่ยอด ยางมะตอยที่ฐาน
ท่อดึงของเหลวแต่ละชั้นออกไป เรียกว่าส่วนกลั่นหรือคัต (cut) ที่ยอดสุดคือแก๊ส เช่นโพรเพนและบิวเทน ซึ่งบรรจุถังเป็นก๊าซหุงต้ม
ถัดลงมาคือน้ำมันเบนซิน และแนฟทา (naphtha) ของเหลวเบาที่โรงงานเคมีนำไปทำพลาสติก แล้วน้ำมันก๊าด น้ำมันตะเกียงในอดีตที่ปัจจุบันใช้เป็นน้ำมันเครื่องบิน แล้วดีเซลและน้ำมันสำหรับระบบทำความร้อน
ลึกลงไปอีกคือน้ำมันเตาสำหรับเรือ และที่ฐานคือกากที่หนักเกินกว่าจะเดือดได้ ลองกดแต่ละส่วนเพื่อดูว่ามันกลายเป็นอะไร
แก๊สจากโรงกลั่น (คาร์บอนไม่เกิน 4) ก๊าซปิโตรเลียมเหลว LPG ยอดหอ จากเบาถึงหนัก ส่วนกลั่นที่อยู่ต่ำกว่ามีสีเข้มกว่า ข้นกว่า และติดไฟยากกว่า ภาพนิ่งสร้างด้วย AIน้ำมันเตา: เรือและโรงไฟฟ้า น้ำมันหล่อลื่นและขี้ผึ้ง กาก: บิทูเมนสำหรับลาดถนน ฐานหอ บทที่ II · หอกลั่น
จากแก๊สถึงบิทูเมน
Penn State เรียงผลิตภัณฑ์ตามจุดเดือดจากต่ำไปสูง: ก๊าซปิโตรเลียมเหลว น้ำมันเบนซิน น้ำมันเครื่องบิน ดีเซล และน้ำมันเตา โดยยางมะตอยทำจากกากที่เหลือจากการกลั่น Chemguide ระบุการใช้งาน: แก๊สจากโรงกลั่นเป็น LPG แนฟทาเป็นวัตถุดิบเคมี น้ำมันก๊าดเป็นน้ำมันเครื่องบิน ดีเซลสำหรับเครื่องยนต์ น้ำมันเตาสำหรับเรือ และบิทูเมนสำหรับถนน
หอกลั่น โมเลกุล และโรงงานสามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
Penn State FSC 432: an overview of refinery products and processes ;
Chemguide: fractional distillation of crude oil บทที่ II · หอกลั่น
หอที่สอง ลดความดัน แล้วน้ำมันหนักก็เดือด
กากที่เหลือยังมีน้ำมันมีค่าอยู่ แต่ถ้าให้ความร้อนมากกว่านี้มันจะไหม้ มันจึงถูกส่งไปหอที่สองซึ่งทำงานที่ความดันต่ำ
ที่ความดันต่ำ ของเหลวเดือดที่อุณหภูมิต่ำลง เหมือนน้ำที่เดือดต่ำกว่าร้อยองศาบนภูเขาสูง การกลั่นสุญญากาศนี้รีดเอาน้ำมันแก๊สออยล์หนัก (heavy gas oil)และน้ำมันหล่อลื่นออกมาได้ ส่วนที่แม้หอนี้ก็กลั่นไม่ได้ จะกลายเป็นบิทูเมน ตัวประสานสีดำในถนนยางมะตอย
หน่วยกลั่นบรรยากาศ: ทุกโรงกลั่นมี หน่วยกลั่นสุญญากาศ: ในโรงกลั่นที่ซับซ้อนกว่า สองหอ ส่วนสุดท้ายของบาร์เรล ส่วนที่แม้หอสุญญากาศก็กลั่นไม่ได้ อาจไปจบที่ผิวถนน ภาพนิ่งสร้างด้วย AIบทที่ III · การแตกโมเลกุล บทที่ III · การแตกโมเลกุล
ส่วนผสมผิดสัดส่วน น้ำมันดิบให้สิ่งที่ธรรมชาติใส่ไว้ ไม่ใช่สิ่งที่คนขับรถต้องการ
การกลั่นทำได้แค่คัดแยก มันให้น้ำมันเบนซินได้มากเท่าที่น้ำมันดิบบังเอิญมีอยู่เท่านั้น
เมื่อรถยนต์แพร่หลายในต้นศตวรรษที่ยี่สิบ ความต้องการน้ำมันเบนซินพุ่งขึ้น โรงกลั่นจึงเหลือน้ำมันหนักมากเกินไป และเชื้อเพลิงเบาน้อยเกินไป
ทางออกคือเลิกแค่คัดแยกโมเลกุล แล้วเริ่มเปลี่ยนแปลงมัน ลองเปรียบเทียบสองบาร์เรลนี้ดู
การแยก: การกลั่น ตามจุดเดือด การเปลี่ยนรูป: การแตกโมเลกุล การรีฟอร์ม การแอลคิเลชัน การบำบัด: กำจัดกำมะถัน ผสม คัดแยก กับ เปลี่ยนแปลง
1 การแยก
2 การเปลี่ยนรูป
3 การบำบัด สามขั้นตอนของการกลั่นตาม EIA ตัด: การแตกโมเลกุล ปรับรูป: การรีฟอร์ม ต่อตัวเล็กเข้าด้วยกัน: แอลคิเลชัน สามวิธีเปลี่ยนโมเลกุล บทที่ III · การแตกโมเลกุล
การแยกอย่างเดียวไม่พอ
EIA อธิบายการกลั่นเป็นสามขั้น: การแยก (การกลั่น) การเปลี่ยนรูป (การแตกและจัดเรียงส่วนหนักที่มีมูลค่าต่ำ ให้เป็นผลิตภัณฑ์เบาที่มีมูลค่าสูงกว่าอย่างน้ำมันเบนซิน) และการบำบัดกับการผสม
สองบาร์เรลบนจอเป็นภาพประกอบ ไม่ใช่ผลผลิตที่วัดจากน้ำมันดิบจริงใด ๆ
หอกลั่น โมเลกุล และโรงงานสามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
US EIA: refining crude oil, the refining process บทที่ III · การแตกโมเลกุล
การแตกโมเลกุล ให้ความร้อนกับโมเลกุลยาวมากพอ มันจะขาด
ให้ความร้อนกับไฮโดรคาร์บอนสายยาวมากพอ สายโซ่ของมันจะขาดเป็นชิ้นที่สั้นกว่า นี่คือการแตกโมเลกุล หรือแคร็กกิง (cracking)
โมเลกุลคาร์บอนสิบอะตอมจากส่วนกลั่นที่หนักกว่า แตกออกได้เป็นโมเลกุลคาร์บอนแปดอะตอมซึ่งอยู่ในน้ำมันเบนซิน กับเอทีน แก๊สขนาดเล็กที่โรงงานเคมีนำไปทำพลาสติก ลองกดปุ่มแตกโมเลกุลดู
ปี 1913 นักเคมีวิลเลียม เบอร์ตัน และโรเบิร์ต ฮัมฟรีส์ จดสิทธิบัตรวิธีแตกโมเลกุลน้ำมันด้วยความร้อนและความดัน มันทำให้น้ำมันเบนซินที่โรงกลั่นได้จากน้ำมันดิบเพิ่มขึ้นมากกว่าสองเท่า
C 10 H 22 → C 8 H 18 + C 2 H 4 \mathrm{C_{10}H_{22}} \;\rightarrow\; \mathrm{C_{8}H_{18}} \;+\; \mathrm{C_{2}H_{4}} C 10 H 22 → C 8 H 18 + C 2 H 4 C 10 H 22 \mathrm{C_{10}H_{22}} C 10 H 22 เดเคน โมเลกุลที่หนักกว่า C 8 H 18 \mathrm{C_{8}H_{18}} C 8 H 18 ออกเทน โมเลกุลในน้ำมันเบนซิน C 2 H 4 \mathrm{C_{2}H_{4}} C 2 H 4 เอทีน ส่วนประกอบพื้นฐานของพลาสติก คาร์บอน: 10 = 8 + 2 ไฮโดรเจน: 22 = 18 + 4 ไม่มีอะไรหายไป แค่จัดเรียงใหม่ นับอะตอม
> 2 เท่า น้ำมันเบนซินจากน้ำมันดิบเท่าเดิม กระบวนการเบอร์ตัน (1913) บทที่ III · การแตกโมเลกุล
การแตกโมเลกุลด้วยความร้อน
กระบวนการเบอร์ตัน จดสิทธิบัตรเมื่อ 7 มกราคม 1913 โดยวิลเลียม เมอร์เรียม เบอร์ตัน และโรเบิร์ต อี. ฮัมฟรีส์ แห่ง Standard Oil of Indiana แตกโมเลกุลน้ำมันหนักด้วยการให้ความร้อนภายใต้ความดัน และเพิ่มผลผลิตน้ำมันเบนซินจากน้ำมันดิบหลายชนิดได้มากกว่าสองเท่า เดเคนที่แตกเป็นออกเทนกับเอทีนคือตัวอย่างมาตรฐานในตำรา หน่วยแตกโมเลกุลจริงให้ผลผลิตเป็นส่วนผสมหลายชนิด
หอกลั่น โมเลกุล และโรงงานสามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
Wikipedia: Burton process (thermal cracking, 1913) บทที่ III · การแตกโมเลกุล
ผงที่ไหลได้เหมือนของเหลว ตัวเร่งที่ช่วยผลิตเชื้อเพลิงให้ทั้งสงครามและการขับรถตลอดหนึ่งศตวรรษ
ตัวเร่งปฏิกิริยาทำให้การแตกโมเลกุลเร็วขึ้นและดีขึ้น ปี 1937 กระบวนการที่คิดค้นโดยวิศวกรชาวฝรั่งเศส เออแฌน อูดรี เริ่มใช้ในโรงกลั่นใกล้ฟิลาเดลเฟีย โดยแตกโมเลกุลน้ำมันบนชั้นตัวเร่งที่เป็นของแข็ง
ต่อมาวิศวกรของ Standard Oil of New Jersey ค้นพบวิธีที่ดีกว่า คือใช้ตัวเร่งเป็นผงละเอียด เป่าด้วยไอร้อนให้ไหลได้เหมือนของเหลว วนไปมาระหว่างเครื่องปฏิกรณ์ กับหน่วยฟื้นฟูที่เผาคราบคาร์บอนซึ่งเกาะบนผงออกไป
หน่วยแตกโมเลกุลด้วยตัวเร่งแบบฟลูอิดเครื่องแรกเริ่มทำงานในเดือนพฤษภาคม 1942 กลางสงครามโลกครั้งที่สอง และเพิ่มการผลิตน้ำมันเครื่องบินได้มหาศาล
1937 หน่วยอูดรีแรก มาร์คัสฮุก เพนซิลเวเนีย1940 โรงงานต้นแบบแบบฟลูอิด แบตันรูช25 พ.ค. 1942 หน่วยฟลูอิดเต็มขนาดแรก 17,000 บาร์เรลต่อวันภายใน 1945 สร้างเพิ่มอีก 34 หน่วยการแตกโมเลกุลด้วยตัวเร่ง (The Chemical Engineer) ผงตัวเร่ง หน่วยแตกโมเลกุลสมัยใหม่ใช้เม็ดซีโอไลต์ที่มีรูพรุน แต่ละเม็ดมีพื้นที่ผิวภายในมหาศาล ภาพประกอบสร้างด้วย AI
> 90 ค่าออกเทนของน้ำมันเบนซินที่ได้ (EBSCO; อธิบายในช่วงถัดไป) การแตกโมเลกุลด้วยตัวเร่งแบบฟลูอิด บทที่ III · การแตกโมเลกุล
การแตกโมเลกุลด้วยตัวเร่งแบบฟลูอิด
The Chemical Engineer: หน่วยแตกโมเลกุลด้วยตัวเร่งแบบอูดรีหน่วยแรกสร้างที่โรงกลั่น Marcus Hook ของ Sun Oil ในปี 1937 โรงงานต้นแบบแบบฟลูอิดขนาด 100 บาร์เรลต่อวันเริ่มที่แบตันรูชในเดือนพฤษภาคม 1940 หน่วย Model I ขนาด 17,000 บาร์เรลต่อวันเริ่มทำงานที่นั่นวันที่ 25 พฤษภาคม 1942 และภายในปี 1945 มีการสร้างเพิ่มอีก 34 หน่วย บทความประเมินว่าการแตกโมเลกุลด้วยตัวเร่งเพิ่มการผลิตน้ำมันเครื่องบินของสหรัฐฯ อย่างมหาศาลในช่วงสงคราม EBSCO ระบุถึงตัวเร่งซีโอไลต์และน้ำมันเบนซินที่มีค่าออกเทนสูงกว่า 90
หอกลั่น โมเลกุล และโรงงานสามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
The Chemical Engineer: Donald Campbell and colleagues, the birth of fluid catalytic cracking ;
EBSCO Research Starters: petroleum refining and processing บทที่ IV · เชื้อเพลิงที่ดีขึ้น บทที่ IV · เชื้อเพลิงที่ดีขึ้น
รูปร่างสำคัญ อะตอมเดียวกัน เชื้อเพลิงต่างกันมาก
ในเครื่องยนต์เบนซิน เชื้อเพลิงกับอากาศควรเผาไหม้อย่างราบรื่นเมื่อหัวเทียนจุดประกาย แต่โมเลกุลบางชนิดติดไฟเร็วเกินไปเมื่อถูกอัด ทำให้เครื่องยนต์น็อก (knock) ซึ่งเสียกำลังและอาจทำให้เครื่องยนต์เสียหาย
โมเลกุลสายตรงน็อกได้ง่าย โมเลกุลที่แตกกิ่งและกะทัดรัดทนกว่า ค่าออกเทนวัดความทนนี้ โดยให้โมเลกุลแตกกิ่งที่ชื่อไอโซออกเทนมีค่าเท่ากับหนึ่งร้อย มันเป็นค่าระดับ ไม่ใช่ปริมาณออกเทนในถัง เลข 91 หรือ 95 ที่หัวจ่ายก็คือตัวเลขนี้
ลองสลับสองรูปร่างนี้ คาร์บอนแปดอะตอมเท่ากัน แต่เป็นเชื้อเพลิงที่ต่างกันมาก
ภายในกระบอกสูบ เปลวไฟควรลามออกจากหัวเทียน ไม่ใช่ลุกขึ้นเองที่จุดอื่น ภาพประกอบสร้างด้วย AIn-เฮปเทน สายตรง 0 ไอโซออกเทน แตกกิ่ง 100 น้ำมันจากการแตกด้วยตัวเร่ง > 90
ค่าออกเทน (มาตราอ้างอิง)
C₈H₁₈ n-ออกเทนกับไอโซออกเทน: ไอโซเมอร์กัน สูตรเดียวกัน บทที่ IV · เชื้อเพลิงที่ดีขึ้น
ปรับรูปโมเลกุล ไม่ได้ทำให้ขาด แต่จัดเรียงใหม่และต่อเข้าด้วยกัน
หน่วยอื่น ๆ ปรับรูปโมเลกุลแทนการทำให้ขาด หน่วยรีฟอร์มด้วยตัวเร่ง (catalytic reformer) ใช้ตัวเร่งแพลทินัมเปลี่ยนแนฟทาเป็นโมเลกุลกะทัดรัดที่มีค่าออกเทนสูง
หน่วยแอลคิเลชัน (alkylation) ทำสิ่งที่ตรงข้ามกับการแตกโมเลกุล มันต่อโมเลกุลแก๊สเล็ก ๆ ที่เหลือจากหน่วยแตกโมเลกุล ให้เป็นโมเลกุลน้ำมันเบนซินที่แตกกิ่ง และการรีฟอร์มยังให้ของมีประโยชน์นอกจากเชื้อเพลิง คือไฮโดรเจน ซึ่งโรงกลั่นต้องใช้ในงานใหญ่ชิ้นสุดท้าย
วัตถุดิบ: แนฟทา ตัวเร่ง: แพลทินัม (หรือนิกเกิล) ผลผลิต: ค่าออกเทนใกล้ 100 และได้ไฮโดรเจนด้วย การรีฟอร์มด้วยตัวเร่ง วัตถุดิบ: แก๊สเล็ก ๆ จากหน่วยแตกโมเลกุล ผลผลิต: น้ำมันเบนซินแตกกิ่ง ออกเทนสูง แอลคิเลชัน บทที่ IV · เชื้อเพลิงที่ดีขึ้น
การรีฟอร์มและแอลคิเลชัน
EIA: กระบวนการเปลี่ยนรูปบางอย่างจัดเรียงโมเลกุลใหม่แทนการทำให้ขาด แอลคิเลชันรวมผลพลอยได้ที่เป็นแก๊สจากการแตกโมเลกุลให้เป็นส่วนประกอบของน้ำมันเบนซิน และการรีฟอร์มเปลี่ยนแนฟทาเป็นส่วนประกอบน้ำมันเบนซินที่ออกเทนสูง EBSCO ระบุตัวเร่งโลหะ โดยทั่วไปเป็นแพลทินัมหรือนิกเกิล และค่าออกเทนใกล้ 100
การรีฟอร์มยังปล่อยไฮโดรเจนออกมา ซึ่งโรงกลั่นนำไปใช้กำจัดกำมะถัน ดังที่ช่วงถัดไปจะแสดง
หอกลั่น โมเลกุล และโรงงานสามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
US EIA: refining crude oil, the refining process ;
EBSCO Research Starters: petroleum refining and processing บทที่ IV · เชื้อเพลิงที่ดีขึ้น
ทำความสะอาดด้วยไฮโดรเจน ทำไมดีเซลสมัยใหม่กลิ่นน้อยลงและก่อมลพิษน้อยลง
น้ำมันดิบมีกำมะถันปนอยู่ เมื่อเผาในเครื่องยนต์ มันกลายเป็นซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งทำให้เกิดฝนกรดและเป็นอันตรายต่อปอด
โรงกลั่นจึงบำบัดเชื้อเพลิงด้วยไฮโดรเจนบนตัวเร่ง ไฮโดรเจนดึงกำมะถันออกจากไฮโดรคาร์บอน แล้วพามันออกไปในรูปแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์
จากนั้นแก๊สนี้ถูกเก็บกลับคืนเป็นกำมะถันของแข็งสีเหลือง ลองกดปุ่มเพื่อดึงอะตอมกำมะถันออก
มลพิษซัลเฟอร์ออกไซด์น้อยลง การกัดกร่อนน้อยลง กลิ่นน้อยลง ทำไมต้องกำจัดกำมะถัน (EBSCO) R − S H + H 2 → R − H + H 2 S \mathrm{R{-}SH} \;+\; \mathrm{H_2} \;\rightarrow\; \mathrm{R{-}H} \;+\; \mathrm{H_2S} R − SH + H 2 → R − H + H 2 S R \mathrm{R} R ส่วนที่เหลือของไฮโดรคาร์บอน H 2 S \mathrm{H_2S} H 2 S ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ถูกแยกออกเป็นแก๊ส กำมะถันที่เก็บกลับคืน สิ่งที่เคยเป็นมลพิษในเชื้อเพลิง กลายเป็นวัตถุดิบ ภาพนิ่งสร้างด้วย AIบทที่ V · หนึ่งบาร์เรล บทที่ V · หนึ่งบาร์เรล
42 แกลลอนเข้า 45 ออก น้ำมันดิบหนึ่งบาร์เรลกลายเป็นอะไร
เมื่อรวมทุกอย่างเข้าด้วยกัน น้ำมันดิบหนึ่งบาร์เรลจุสี่สิบสองแกลลอนสหรัฐ หรือราวหนึ่งร้อยห้าสิบเก้าลิตร
ปี 2023 โรงกลั่นในสหรัฐฯ เปลี่ยนน้ำมันดิบแต่ละบาร์เรลเป็นน้ำมันเบนซินราวสิบเก้าแกลลอนครึ่ง ดีเซลและน้ำมันสำหรับระบบทำความร้อนสิบสองแกลลอนครึ่ง น้ำมันเครื่องบินเกือบสี่แกลลอนครึ่ง และผลิตภัณฑ์อื่นอีกเล็กน้อย
รวมแล้วได้ราวสี่สิบห้าแกลลอน ไม่มีอะไรถูกสร้างขึ้นใหม่ ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการแตกโมเลกุลมีความหนาแน่นน้อยกว่า มวลเท่าเดิมจึงกินที่มากขึ้น
42 แกลลอน = ราว 159 ลิตร หนึ่งบาร์เรล น้ำมันเบนซิน 19.6 gal · ~74 L ดีเซลและน้ำมันให้ความร้อน 12.5 gal · ~47 L น้ำมันเครื่องบิน 4.4 gal · ~17 L ปิโตรเลียมโค้ก 2.1 อื่น ๆ ทั้งหมด 6.1
ผลผลิตโรงกลั่นสหรัฐฯ ต่อบาร์เรล 42 แกลลอน ปี 2023 (EIA)
44.65 แกลลอน (~169 ลิตร) จากทุก 42 แกลลอน (~159 ลิตร) ที่ป้อนเข้า
+6.3% ปริมาตรเพิ่ม ไม่ใช่มวลเพิ่ม ปริมาตรที่เพิ่มขึ้นจากการกลั่น (EIA, 2023) บทที่ V · หนึ่งบาร์เรล
เครื่องจักรที่เชื่อมเป็นหนึ่ง ทุกหน่วยป้อนให้หน่วยถัดไป
โรงกลั่นสมัยใหม่คือเครื่องจักรที่เชื่อมเป็นหนึ่งเดียว หอกลั่นป้อนหน่วยแตกโมเลกุล หน่วยรีฟอร์มป้อนไฮโดรเจนให้หน่วยบำบัด และถังผสมสายผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ เป็นเชื้อเพลิงสำเร็จรูป
โรงกลั่นที่ใหญ่ที่สุดที่จามนคร (Jamnagar) ในอินเดีย กลั่นน้ำมันดิบได้ราวหนึ่งจุดสองล้านบาร์เรลต่อวัน เพราะหน่วยต่าง ๆ พึ่งพากัน ความขัดข้องในหน่วยเดียวจึงอาจทำให้ทั้งโรงงานช้าลงได้
ห้องควบคุม ผู้ควบคุมเฝ้าดูอุณหภูมิ ความดัน และอัตราการไหลของทุกหน่วยพร้อมกัน ภาพนิ่งสร้างด้วย AI
~1.24 ล้าน บาร์เรลต่อวัน: โรงกลั่นที่ใหญ่ที่สุด
1999 เปิดดำเนินการ จามนคร อินเดีย (Reliance) บทที่ V · หนึ่งบาร์เรล
โรงงานที่รวมเป็นหนึ่ง
EIA อธิบายว่าผลิตภัณฑ์ของโรงกลั่นได้จากการผสมสายผลิตภัณฑ์ของหน่วยผลิตหลายหน่วย โรงกลั่นจามนครในรัฐคุชราต ของ Reliance Industries เปิดในปี 1999 และหลังการขยายมีกำลังกลั่นราว 1.24 ล้านบาร์เรลต่อวัน โดยทั่วไปถูกจัดว่าใหญ่ที่สุดในโลก
หอกลั่น โมเลกุล และโรงงานสามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายเพื่อการสอน ไม่ใช่สัดส่วนจริง
แหล่งข้อมูล:
US EIA: refining crude oil, the refining process ;
Wikipedia: Jamnagar refinery บทส่งท้าย บทส่งท้าย
จากน้ำมันดิบสีดำสู่เชื้อเพลิงใส แนวคิดเดียวเรื่องการเดือด และเคมีตลอดหนึ่งศตวรรษ
โรงกลั่นทำสี่อย่าง คัดแยกโมเลกุลตามจุดเดือด ตัดโมเลกุลใหญ่ ปรับรูปโมเลกุลเล็ก และกำจัดกำมะถันออก
มันเริ่มต้นจากตะเกียงน้ำมันก๊าดในหอผู้ป่วย วันนี้เมื่อราคาน้ำมันพุ่งขึ้น สิ่งที่คุณจ่ายส่วนหนึ่งคือห่วงโซ่นี้ ทั้งตัวน้ำมันดิบ และกำลังการกลั่นที่เปลี่ยนมันเป็นเชื้อเพลิง
1852–53 น้ำมันก๊าดและตะเกียง ลวีว1856 โรงกลั่นน้ำมันก๊าด อูลาชอวิตเซ1913 จดสิทธิบัตรการแตกโมเลกุลด้วยความร้อน1937 การแตกโมเลกุลด้วยตัวเร่ง (อูดรี)1942 หน่วยแตกโมเลกุลแบบฟลูอิดเครื่องแรก1999 จามนครเปิดดำเนินการหมุดหมาย ปลายห่วงโซ่ ภาพนิ่งและภาพประกอบทั้งหมดในภาพยนตร์นี้สร้างด้วย AI
