เลขออคเทน (Octane Number) ที่เราเห็นกันตามปั๊มน้ำมัน มีความสัมพันธ์ยังไงกับเครื่องยนต์ และกระบวนการกลั่นน้ำมัน
โดย Nattapong Pongboot
HIGHLIGHTS
- เลขออคเทนที่ต่างกันมีผลต่อการทำงานของเครื่องยนต์แก๊ซโซลีน
- กระบวนการเพิ่มเลขออคเทนสามารถเพิ่มออคเทนของน้ำมันเบนซินให้สูงพอที่จะใช้กับเครื่องยนต์แก๊ซโซลีนได้
เลขออคเทนและหลักการทำงานของเครื่องยนต์แก๊ซโซลีน
เครื่องยนต์แก๊ซโซลีน (Gasoline Engine) ที่เราใช้กันอยู่ทั่วไปนั้นเป็นเครื่องยนต์ 4 จังหวะ โดยเชื้อเพลิงที่ใช้ก็คือน้ำมันเบนซิน หรือแก๊ซโซลีน (Gasoline) ที่เราคุ้นเคยกันนั่นเอง โดยขั้นตอนการทำงานของเครื่องยนแก๊ซโซลีนประกอบด้วย 4 ขั้นตอนดังนี้
หลักการทำงานของเครื่องยนต์แก๊ซโซลีน 4 จังหวะ (ที่มา Britannica.com)
1. ลูกสูบจะเคลื่อนที่ลง อากาศที่ถูกผสมกับน้ำมันเบนซิน จะถูกดึงเข้ามาในห้องเผาไหม้เนื่องจากความดันของห้องเผาไหม้จะลดลง จากการขยายตัวของลูกสูบ
2. อากาศและน้ำมันเบนซินจะถูกบีบอัดเพื่อให้มีอุณหภูมิและความดันสูงขึ้น เพื่อให้ง่ายต่อการจุดระเบิด ขั้นตอนนี้มีความสำคัญมากๆ น้ำมันเบนซินต้องห้ามเกิดการจุดระเบิดในจังหวะที่บีบอัด มิเช่นนั้นจะเกิดอาการที่เรียกว่าเครื่องยนต์น็อค (Engine Knock) เพราะน้ำมันเบนซินที่ถูกเผาไหม้จะเกิดการขยายตัว แล้วต้านกับการเคลื่อนที่ของลูกสูบที่กำลังเคลื่อนที่ขึ้น
3. เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นถึงจุดสูงสุด น้ำมันเบนซินและอากาศจะถูกจุดระเบิดด้วยหัวเทียน (Spark Plug) เพื่อให้เกิดการเผาไหม้และปลดปล่อยพลังงานออกมากลายเป็นก๊าซร้อนและความดันสูง ที่พร้อมจะใช้ขับเคลื่อนเครื่องยนต์ออกมา โดยก๊าซร้อนจะขยายตัวและดันลูกสูบให้เคลื่อนที่ลง พร้อมกับขับเคลื่อนรถยนต์ไปข้างหน้า
4. ก๊าซร้อนที่หมดพลังงานแล้วจะถูกขับออกไปในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นอีกครั้ง ก่อนที่น้ำมันเบนซินและอากาศจะถูกดึงเข้ามาอีกครั้งและเริ่มขั้นตอนที่ 1 ใหม่
ฮั่นแน่เริ่มเดากันได้แล้วใช่มั๊ยครับว่า ว่าเลขออคเทนมีไว้ทำไมกันแน่ !!
เลขออคเทนมีไว้บ่งบอกคุณสมบัติในการต้านการจุดระเบิดก่อนเวลาอันควรของน้ำมันเบนซินนั่นเองครับ!!
ยิ่งเลขออคเทนสูงยิ่งหน่วงการจุดระเบิดได้ดี ซึ่งเครื่องยนต์แต่ละตัวก็จะต้องการเลขออกเทนไม่เหมือนกัน เช่น รถยุโรปอาจจะต้องการเลขออคเทน 95 ขณะที่รถญี่ปุ่นใช้แค่เลขออคเทน 91 ก็พอ สำคัญแค่ไม่จุดระเบิดก่อนที่หัวเทียนจะทำงานแค่นั้นก็เพียงพอแล้ว
การเติมน้ำมันเบนซินที่เลขออคเทนสูงกว่าความต้องการขั้นต่ำเช่น เครื่องยนต์ต้องการออคเทน 91 แต่ไปเติม 95 นั้นแทบไม่มีประโยชน์ใดๆ เพราะค่าพลังงานความร้อนที่ได้จากน้ำมันเบนซินทั้งสองชนิดมีค่าใกล้เคียงกันมาก ดังนั้นการเติมน้ำมันเบนซินที่มีค่าออคเทนสูงกว่าที่ต้องการ จึงถือว่าเป็นการเปลืองเงินเล่นโดยใช่เหตุ
กระบวนการเพิ่มค่าออคเทน
แต่ช้าก่อน! น้ำมันที่มีจุดเดือดเทียบเท่ากับน้ำมันเบนซินที่ได้จากการกลั่นน้ำมันดิบใหม่ๆมีเลขออคเทนแค่ 60-70 เองนี่ ค่าออคเทนต่ำเตี้ยเรี่ยดินขนาดนี้เราจะเอามาเติมรถยนต์ได้ยังไงล่ะ?
นั่นเป็นสาเหตุที่ทำให้ ต้องมีกระบวนการการเพิ่มค่าออคเทนในโรงกลั่นน้ำมันนั่นเองครับ โรงกลั่นน้ำมันไม่ได้มีหน้าที่แค่กลั่นน้ำมันอย่างเดียวนะเออ แต่ยังมีหน้าที่เปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของน้ำมันเบนซินเพื่อเพิ่มค่าออคเทนของน้ำมันเบนซินด้วย โดยมีหลักการทางเคมีโดยสรุปคือดึงไฮโดรเจนออกจากโมเลกุลของน้ำมันที่มีจุดเดือดเทียบเท่ากับน้ำมันเบนซิน เพื่อให้กลายเป็นน้ำมันเบนซินที่จุดระเบิดได้ยากขึ้นนั่นเองครับ เพราะเชื้อเพลิงยิ่งมีองค์ประกอบเป็นไฮโดรเจนน้อยลงเท่าไหร่ ก็ยิ่งจุดระเบิดได้ยากขึ้นเท่านั้น ยกตัวอย่างง่ายๆคือ แก๊ซ LPG ที่ใช้ตามบ้านสามารถจุดติดไฟได้ง่ายกว่าถ่าน เพราะถ่านนั้นมีองค์ประกอบเป็นไฮโดรเจนในสัดส่วนที่น้อยมากๆ ถ้าเทียบกับแก๊ซ LPG
โดยกระบวนการที่ใช้ในการดึงไฮโดรเจนนี้มีการใช้ทั้งอุณหภูมิมากกว่า 500 องศาเซลเซียสและตัวเร่งปฏิกิริยาที่ประกอบด้วยแพลทตินั่ม (Platinum-Based Catalyst) ซึ่งคิดค้นขึ้นมาครั้งแรกโดยนักเคมีที่ชื่อ Vladimir Haensel ที่ทำงานให้กับบริษัทเทคโนโลยียักษ์ใหญ่ในวงการน้ำมันอย่าง UOP จากประเทศสหรัฐอเมริกา ในปี 1949 โดยมีชื่อเฉพาะว่า Platforming Process นอกจากนี้การกำเนิดขึ้นของ Platforming Process ยังถือได้ว่าเป็นการปฏิวัติอุตสาหกรรมการกลั่นน้ำมันและสิ่งแวดล้อมของโลก เพราะเป็นครั้งแรกที่ไม่จำเป็นต้องมีการใช้สารตะกั่วในการเพิ่มค่าออคเทนให้สูงเหมือนในอดีตอีกต่อไป
ปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มเลขออคเทน และ Platforming Process (ที่มา UOP)
ดูหรูหราไฮโซมากเลยใช่มั๊ยครับ แค่จะทำน้ำมันเบนซินถึงกับต้องใช้โลหะราคาแพงอย่างแพลทตินั่ม มาใช้ในกระบวนการผลิตกันเลยทีเดียว แถมยังใช้อุณหภูมิสูงมากๆอีกด้วย นั่นเลยก็เป็นสาเหตุที่ทำให้โรงกลั่นมีค่าการกลั่นที่เพิ่มเข้ามานอกเหนือไปจากต้นทุนน้ำมันดิบและการขนส่งยังไงล่ะครับ!
วันนี้ก็ขอจบไปแต่เพียงเท่านี้ หวังว่าเพื่อนๆคงได้ประโยชน์จากบทความนี้ไม่มากก็น้อย ไว้คราวหน้ามาว่ากันต่อด้วยเรื่องของน้ำมันดีเซลกันครับ!!
ABOUT THE AUTHOR
Nattapong Pongboot
ปัจจุบันเป็นที่ปรึกษาอิสระ ผู้เขียนมีประสบการณ์กว่า 10 ปี ในอุตสาหกรรมการกลั่นน้ำมันและปิโตรเคมี กับบริษัทชั้นน้ำทั้งในไทยและต่างประเทศ และยังเป็นวิทยากรให้กับ http://www.chemengedu.com/