เลขซีเทน (Cetane Number) ของน้ำมันดีเซล มีความสัมพันธ์ยังไงกับเครื่องยนต์ และกระบวนการกลั่นน้ำมัน
โดย Nattapong Pongboot
HIGHLIGHTS
- เลขซีเทนที่ต่างกันมีผลต่อการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล
- กระบวนการเพิ่มเลขซีเทนสามารถปรับปรุงคุณภาพน้ำมันดีเซลให้ดีพอที่จะใช้กับเครื่องยนต์ดีเซลได้ และยังเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น
เลขซีเทนและหลักการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล
เครื่องยนต์ดีเซล (Diesel Engine) ที่เราใช้กันอยู่ทั่วไปนั้นเป็นเครื่องยนต์ 4 จังหวะ โดยเชื้อเพลิงที่ใช้ก็คือน้ำมันดีเซล ที่เราคุ้นเคยกันนั่นเอง โดยขั้นตอนการทำงานของเครื่องยนดีเซลประกอบด้วย 4 ขั้นตอนดังนี้
หลักการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะ (ที่มา Britannica.com)
1) ลูกสูบจะเคลื่อนที่ลง อากาศที่จะถูกดึงเข้ามาในห้องเผาไหม้ เนื่องจากความดันของห้องเผาไหม้จะลดลง จากการขยายตัวของลูกสูบ
2) อากาศจะถูกบีบอัดเพื่อให้มีอุณหภูมิและความดันสูงขึ้น เพื่อให้ง่ายต่อการจุดระเบิด โดยอากาศจะถูกบีบอัดด้วยอัตราส่วนการบีบอัด (Compression Ratio) 14:1 ถึง 22:1 โดยมีอุณหภูมิอากาศสูงกว่า 526 องศาเซลเซียส
3) เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นถึงจุดสูงสุด น้ำมันดีเซลจะถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยที่ไม่มีหัวเทียน (Spark Plug) ในการช่วยจุดระเบิด ซึ่งจุดนี้นับเป็นข้อแตกต่างหลักระหว่างเครื่องยนดีเซลและเครื่องยนแก๊ซโซลีน ดังนั้นน้ำมันดีเซลต้องมีคุณสมบัติในการจุดระเบิดที่เร็ว เพื่อให้เกิดการเผาไหม้ได้ง่ายและปลดปล่อยพลังงานออกมาได้เต็มที่ โดยก๊าซร้อนและความดันสูงที่ได้จากการเผาไหม้จะขยายตัวและดันลูกสูบให้เคลื่อนที่ลง พร้อมกับขับเคลื่อนรถยนต์ไปข้างหน้า
4) ก๊าซร้อนที่หมดพลังงานแล้วจะถูกขับออกไปในขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นอีกครั้ง ก่อนที่อากาศจะถูกดึงเข้ามาอีกครั้งและเริ่มขั้นตอนที่ 1 ใหม่
ฮั่นแน่เริ่มเดากันได้แล้วใช่มั๊ยครับว่า ว่าเลขซีเทนมีไว้ทำไมกันแน่ !! เลขซีเทนมีไว้บ่งบอกคุณสมบัติในการหน่วงการจุดระเบิด (Ignition Delay) ของน้ำมันดีเซลนั่นเองครับ!!
โดยตามมาตรฐานแล้วค่าซีเทนในน้ำมันจะต้องอยู่ที่ขั้นต่ำ 50 ยิ่งค่าซีเทนสูงเท่าไหร่ยิ่งแปลว่า เวลาหน่วงการจุดระเบิดในห้องเผาไหม้จะยิ่งสั้น ทำให้จุดระเบิดได้ง่าย แม่นยำ ไม่เกิดการสะสมของเชื้อเพลิง และเขม่าในห้องเผาไหม้
นั่นก็เลยเป็นสาเหตุให้น้ำมันดีเซลเกรดพรีเมียม (Premium Diesel) ซึ่งมีค่าซีเทนสูงสุดถึง 70 มีราคาแพงกว่าน้ำมันดีเซลปกติ เพราะรถจะมีอัตราเร่งที่ดีขึ้นจากเวลาในการหน่วงการจุดระเบิดที่สั้นลงกว่าปกตินั่นเองครับ
กระบวนการปรับปรุงคุณภาพน้ำมันดีเซล
แต่ช้าก่อน! น้ำมันที่มีจุดเดือดเทียบเท่ากับน้ำมันดีเซลได้จากการกลั่นน้ำมันดิบใหม่ๆมีค่าต่ำกว่าค่ามาตรฐานคือ 50 น้ำมันที่มีค่าซีเทนที่ต่ำกว่ามาตรฐานจะเอามาเติมรถยนต์ได้ยังไงล่ะ?
นั่นเป็นสาเหตุที่ทำให้ ต้องมีกระบวนการการเพิ่มค่าซีเทนในโรงกลั่นน้ำมันนั่นเองครับ โรงกลั่นน้ำมันไม่ได้มีหน้าที่แค่กลั่นน้ำมันอย่างเดียว แต่ยังมีหน้าที่เปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของน้ำมันดีเซลเพื่อเพิ่มค่าซีเทนของน้ำมันดีเซลด้วย โดยมีหลักการทางเคมีโดยสรุปคือเติมไฮโดรเจนเข้าไปโมเลกุลของน้ำมันที่มีจุดเดือดเทียบเท่ากับน้ำมันดีเซล เพื่อให้กลายเป็นน้ำมันดีเซลที่จุดระเบิดได้ง่ายขึ้นนั่นเองครับ เพราะเชื้อเพลิงยิ่งมีองค์ประกอบเป็นไฮโดรเจนสูงเท่าไหร่ ก็ยิ่งจุดระเบิดได้ง่ายขึ้นเท่านั้น โดยไฮโดรเจนที่เติมเข้าไปในน้ำมันดีเซลส่วนนึงก็ถูกดึงออกมาจากน้ำมันเบนซินด้วย Platforming Process ที่ได้กล่าวถึงไปในตอนที่แล้ว
โดยกระบวนการที่ใช้ในการเติมไฮโดรเจนนี้มีการใช้ทั้งอุณหภูมิสูงถึง 370 องศาเซลเซียส และความดันสูงถึง 70 บาร์เกจและตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) ที่ประกอบด้วยโคบอลต์ (Cobalt) หรือนิคเกิล (Nickel) และโมลิบดินัม (Molybdenum) ซึ่งนอกจากการเติมไฮโดรเจนแล้วกำมะถัน (Sulfur) ที่ติดมากับน้ำมันดิบและทำให้เกิดฝนกรดในชั้นบรรยากาศยังถูกถึงออกด้วยกระบวนการปรับปรุงคุณภาพนี้ด้วย เพื่อที่น้ำมันดีเซลจะได้มีปริมาณกำมะถันต่ำกว่า 50 ในล้านส่วน ตามมาตรฐาน Euro IV ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน
โดยกระบวนการปรับปรุงคุณภาพน้ำมันดีเซลนี้มีชื่อเรียกว่า Diesel Hydrotreating ซึ่งมีเจ้าของเทคโนโลยีหลายเจ้า เช่น UOP (US), Chevron (US), Shell (Netherland) หรือ Haldor Topsoe (Denmark) เป็นต้น
ดูหรูหราไฮโซมากเลยใช่มั๊ยครับ แค่จะทำน้ำมันดีเซลถึงกับต้องใช้โลหะและไฮโดรเจนที่มีราคาสูง มาใช้ในกระบวนการผลิตกันเลยทีเดียว แถมยังใช้อุณหภูมิสูงอีกด้วย นั่นเลยก็เป็นสาเหตุที่ทำให้โรงกลั่นมีค่าการกลั่นที่เพิ่มเข้ามานอกเหนือไปจากต้นทุนน้ำมันดิบและการขนส่งยังไงล่ะครับ!
วันนี้ก็ขอจบแต่เพียงเท่านี้ หวังว่าทุกท่านคงได้ประโยชน์จากบทความนี้ไม่มากก็น้อย ไว้คราวหน้ามาว่ากันต่อด้วยเรื่องของน้ำมัน Euro V ที่กำลังจะมาถึงในปี 2023 กันครับ!!
ABOUT THE AUTHOR
Nattapong Pongboot
ปัจจุบันเป็นที่ปรึกษาอิสระ ผู้เขียนมีประสบการณ์กว่า 10 ปี ในอุตสาหกรรมการกลั่นน้ำมันและปิโตรเคมี กับบริษัทชั้นน้ำทั้งในไทยและต่างประเทศ และยังเป็นวิทยากรให้กับ http://www.chemengedu.com/