เชื้อเพลิงเเละวัสดุหล่อลื่น

หน่วยที่ 5 น้ำมันดีเซล

5.1 กระบวนการผลิตน้ำมันดีเซล

      เซลล์แล้วมาดีเซลได้จากการนำน้ำมันดิบมาการแยกส่วนในหอกันบรรยากาศหรือส่วนกันโดยอาศัยความแตกต่างจากจุดเดือดซึ่งน้ำมันดีเซลจะอยู่ในช่วงอุณหภูมิระหว่าง 150ํ - 360ํ ซ แต่เนื่องจากปริมาณความต้องการในน้ำมันดีเซลมีปริมาณสูงมากดังนั้นเพื่อให้สามารถผลิตน้ำมันดีเซลที่มีคุณภาพและเพียงพอต่อความต้องการจึงมีการใช้กระบวนการเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีเพื่อปรับปรุงคุณภาพ ดังต่อไปนี้

     1.กระบวนการแยกสารด้วยความร้อน 

     2.กระบวนการแยกสลายด้วยสารเร่งปฏิกิริยา

     3.กระบวนการแยกสารสลายด้วยไฮโดรเจน

 คุณสมบัติที่สำคัญน้ำมันดีเซลและผลต่อการใช้งาน

 5.2.1 คุณสมบัติที่สำกาคัญน้ำมันดีเซลระยะเวลานี้ขึ้นอยู่

       1. ช่วงหน่วงติดไฟน้ำมันดีเซล (Ignition Quality) (เมื่อน้ำมันดีเซลพ่นฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้การลุกติดไฟจะยังไม่เกิดขึ้นในทันที แต่จะเกิดขึ้นหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่งที่เรียกว่าช่วงหน่วงติดไฟ (Ignition Delay Period) จุดติดไฟของน้ำมันดีเซลสามารถแสดงได้จากค่าซีเทน) โดยถ้าค่าซีเทนตำแสดงว่าสตาร์ตเครื่องยนต์ติดกับการออกแบบของเครื่องยนต์และองค์ประกอบของไฮโดรคาร์บอนที่มีอยู่ในน้ำมันดีเซลโดยคุณภาพการติดไฟได้ช้า (Long Delay Period) แต่ถ้ามีค่าซีเทนสูงแสดงว่าคิดไฟได้เร็ว (Short Delay Period) ทำให้เครื่องยนต์สตาร์ตติดง่ายลดควันดำและยืดอายุเครื่องยนต์

         2. ความสามารถในการระเหยตัวน้ามันดีเซล (Volatility) ความสามารถของการระเหยดูได้จากการกลั่นโดยทั่วไปแล้วช่วงของการกลั่นของน้ำมันควรต่ำที่สุดโดยไม่ทำให้คุณสมบัติด้านจุดวาบไฟการลุกติดไฟค่าความร้อนตลอดจนความหนืดเสียไปอุณหภูมิที่กลั่นออกมา 100% มากเครื่องติดยากอุณหภูมิที่กลั่นออกมา 1096 และ 80% ห่างกันมากจะทำให้ช่วงเวลาการอุ่นเครื่องนานขึ้นส่วนอุณหภูมิที่กลั่นออกมา 909, จะทำให้มีเขม่ามากน้ำมันเครื่องสกปรก 

       3. ความหนาแน่นและความหนืดน้ำมันดีเซลความหนาแน่นของน้ำมันดีเซลหมุนเร็วที่ 15 ซ. ควรอยู่ในช่วง 0.81 -0.87 น้ำมันดีเซลที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า 0.81 อาจทำให้กำลังเครื่องยนต์ตกขณะที่น้ำมันดีเซลที่มีความหนาแน่นสูงกว่า 0.87 อาจทำให้เกิดปัญหาควันดำได้

         ความหนืดของน้ำมันดีเซลก็มีอิทธิพลต่อรูปร่างของละอองน้ำมันที่ฉีดออกมาจากหัวฉีดหากน้ำมันดีเซลมีความหนืดสูงทำให้การฉีดเป็นละอองไม่ดีละอองน้ำมันมีขนาดใหญ่น้ำมันจะพุ่งไปไกลและเป็นสายทำให้น้ำมันดีเซลรวมกับอากาศไม่ดีการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์เครื่องกำลังตกน้ำมันดีเซลที่มีความหนืดต่ำไปจะทำให้น้ำมันดีเซลที่พ่นออกเป็นละอองละเอียดมาก

4. ปริมาณกำมะถันในน้ำมันดีเซล (% Sulphur Content) 

          ปริมาณกำมะถันในน้ำมันดีเซลจะมีมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับชนิดของน้ำมันดิบและกระบวนการในการผลิตเมื่อน้ำมันดีเซลเผาไหม้ไปกำมะถันจะเปลี่ยนสภาพกลายเป็นก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (S0) และก๊าซซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ (S0) เมื่อรวมตัวกับไอน้ำในไอเสียหรือในอากาศที่เกิดเป็นกรดซัลฟิวริก (IH, 50) ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนได้

       5. จุดวาบไฟน้ำมันดีเซล (Flash Point) 

           จุดวาบไฟคืออุณหภูมิต่ำ สุดที่น้ำมันดีเซลระเหยเป็นไอออกมาที่จะติดไฟได้ถ้ามีการจุดประกายไฟไปยังไอนั้นจุดวาบไฟไม่เกี่ยวกับสมรรถนะของเครื่องยนต์ แต่ใช้ดูความปลอดภัยในการขนส่งและการเก็บรักษา 

      6. อุณหภูมิการกลั่นน้ำมันดีเซล

           อุณหภูมิการกลั่นเป็นคุณสมบัติที่แสดงถึงการระเหย (Volatility) ของน้ำมันดีเซลดังนั้นเพื่อป้องกันมิให้น้ำมันดีเซลมีจุดเดือดสูงเกินไปอันจะทำให้การเผาไหม้ไม่หมดเกิดควันดำได้จึงมีข้อกำหนดเกี่ยวกับอุณหภูมิกลั่นที่ 90% โดยปริมาตรไว้ไม่ให้สูงกว่า 357 ซ. (เดิมกำหนดไว้ไม่ให้สูงกว่า 370 ซ.) 

     7. กากคาร์บอนในน้ำมันดีเซล (Carbon Residues)

          กากคาร์บอนคือกากที่เหลือจากการเผาที่อุณหภูมิสูงภายใต้สุญญากาศเป็นเวลานานถ้ากากคาร์บอนเหลือมากจะเป็นคราบติดอยู่ในห้องเผาไหม้มีควันออกมากและเขม่ามากที่จะเข้าไปเจือปนในน้ำมันเครื่องภายในห้องเพลาข้อเหวี่ยง

     8. น้ำและสิ่งสกปรกปะปนน้ำมันดีเซล (Water & Sedinment)             

           น้ำและสิ่งสกปรกเป็นผลมาจากการขนถ่ายและเก็บรักษาน้ำมันดีเซลตั้งแต่โรงกลั่นจนกระทั่งถึงการเติมน้ำมันดีเซลเข้าถังน้ำมันดีเซลน้ำทำให้หม้อกรอง

           น้ำมันดีเซลอุดตันและระบบน้ำมันดีเซลเกิดการกัดกร่อนหากเลยผ่านหม้อกรองน่ามันดีเซลไปได้จะเป็นอันตรายยิ่งต่อชุดลูกปั้มดีเซลและนมหนูหัวฉีด

            สำหรับสิ่งสกปรกจะทำให้หม้อกรองน้ำมันดีเซลและระบบน้ำมันอุดตันน้ำมันดีเซลไหลไม่สะดวกประสิทธิภาพครื่องยนต์ตก

        9. เถ้าเขม่าในน้ำมันดีเซล

            เถ้าเขม่า คือส่วนของน้ำมันดีเซลที่ไม่ได้เผาถ้ามีมากจะเป็นเหตุให้ขวัญลูกสูบและกระบอกสูบเกิดการสึกหรอเร็วเกินกว่าปกติ

         10. ค่าความร้อน (Heat) 

               ค่าความร้อนจากการเผาไหม้น้ำมันดีเซล (Gross Heat of Combustion) จะมีค่าประมาณ 9,191 กกจุดไหลเทคือจุดที่อุณหภูมิต่ำสุดที่น้ำมันยังสามารถไหลได้โดยอาศัยแรงโน้มถ่วงน้ำมันดีเซลมีแคลอรี / ลิตรที่ 30 °ซ. 

         11. จุดไหลเท (Pour Point) 

              จุดไหลเท ที่อุณหภูมิต่ำสุดที่น้ำมันยากสามารถไหลได้โดยอาศัยแรงโน้มถ่วงน้ำมันดีเซลมี องค์ประกอบที่เป็นพวกพาราฟินซึ่งอาจแยกตัวออกเป็นไขอุดตันทางเดินของน้ำมันดีเซลหม้อกรองน้ำมันดีเซลทำให้เครื่องยนต์ทำงานผิดปกติ 

       12. สีน้ำมันดีเซล (Colour) 

             โดยธรรมชาติแล้วน้ำมันดีเซลจะมีสีชาอ่อน แต่ในบางครั้งสีของน้ำมันดีเซลอาจจะเปลี่ยนไปบ้างเนื่องมาจากการใช้น้ำมันดิบจากแหล่งต่าง ๆ กันในกระบวนการกลั่นซึ่งซึ่งอาจทำให้สีของน้ำมันดีเซลสีอ่อนและสีเข้มไปบ้าง แต่อย่างไรก็ตามคุณสมบัติในการเผาไหม้จะยังคงเดิม 

 5.2.2 คุณสมบัติน้ำมันดีเซลมีผลต่อการใช้งานเครื่องยนต์

5.3 ค่าซีเทนและความข้นใสน้ำมันดีเซล

1.ค่าซีเทนน้ำมันดีเซล (Cetane Number = CN) 

       ค่าซีเทนของน้ำมันหมุนเร็วคือตัวเลขที่ใช้บ่งชี้ถึงช่วงหน่วงลุกติดไฟของน้ำมันดีเซลที่ได้มาจากการทดสอบในเครื่องยนต์ทดสอบมาตรฐานหาค่าซีเทน (CFIR) โดยกำหนดมาตรฐานให้สารไฮโดรคาร์บอน Normal Cctane (C8H34 ซึ่งลุกติดไฟง่ายมีค่าซีเทนเป็น 100 และสารเฮฟเทนหรือเฮฟตาเมทิลโนเนน (Heptamethylnonane) มีค่าซีเทนเป็น 15

                  .. ค่าซีเทน =% n-Cetane +0.15% avlumu)

 2. ดัชนีซีเทน (Cetane Index) 

       การหาค่าซีเทนด้วยเครื่องยนต์หาค่าซีเทนนั้นสิ้นเปลืองเวลาและค่าใช้จ่ายจึงมีการพัฒนาวิธีใหม่ซึ่งใช้วิธีคำนวณจากสูตรความสัมพันธ์ระหว่างความถ่วงเอพีไอ (API Gravity) กับช่วงอุณหภูมิเดือดหรือการกลั่นกลาง (Mid-boiling Point) แล้วนำไปเทียบกับข้อมูลจากโนโมกราฟ (Nomograph) ของ ASTM D976 เรียกว่าดัชนีซีเทน 

        ค่าซีเทนของน้ำมันดีเซลสามารถหาได้จากห้องทดสอบโดยการใช้น้ำมันดีเซลเดินเครื่องยนต์ดีเซลทดสอบหาค่าซีเทนสูบเดียวที่สามารถปรับอัตราส่วนการอัดตัวได้และนำผลที่ได้มาเปรียบเทียบกับน้ำมันมาตรฐานที่มีส่วนผสมของนอร์มัลซีเทน (CH4) กับแอลฟาเมทิลแนพธาลีน (CH น้ำมันดีเซลที่มีค่าซีเทน 60 จะมีคุณสมบัติในการติดไฟหรือการป้องกันการน็อกได้เท่ากับน้ำมันมาตรฐานมีส่วนผสมของนอร์มัลซีเทนร้อยละ 60 โดยปริมาตรกับแอลฟาเมทิลแนพธาลีนร้อยละ 40 โดยปริมาตร LH16) 

เช่นรูปที่ 5.4 เครื่องยนต์ทดสอบหาค่าซีเท 

3. ความข้นใสน้ำมันดีเซล

          ในระบบน้ำมันดีเซลประกอบด้วยอุปกรณ์หลักสำคัญคือปั้มดีเซลและหัวฉีดปั๊มดีเซลทำหน้าที่เพิ่มความดันและส่งน้ำมันดีเซลไปยังหัวฉีดเพื่อฉีดน้ำมันดีเซลให้เป็นละอองละเอียดภายในห้องเผาภายในปั๊มดีเซลไม่มีสารหารหล่อลื่นใด ๆ นอกจากใช้น้ำมันดีเซลเป็นตัวหล่อลื่นชิ้นส่วนต่าง ๆ ของปั๊มดีเซลและยังหล่อลื่นชิ้นส่วนของหัวฉีดอีกด้วย

 5.4 ประเภทน้ำมันดีเซลและหน้าที่สารเพิ่มคุณภาพ 

      5.4.1 ประเภทน้ำมันดีเซล

           น้ำมันดีเซลที่ใช้อยู่ในประเทศไทยแบ่งออกได้ 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ

       1. น้ำมันดีเซลหมุนเร็ว (Automotive Diesel Oil)ปผ

            น้ำมันดีเซลหมุนเร็วมีซีเทนอย่างต่ำ 47 ใช้สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลที่มีความเร็วใช้งานปกติเกิน 1,000 รอบ / นาทีขึ้นไป ได้แก่ เครื่องยนต์ดีเซลรถบรรทุกรถโดยสารรถแทรกเตอร์รถไฟเรือประมงเรือโดยสารเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเครื่องทุ่นแรงการเกษตร 

        2. น้ำมันดีเซลหมุนช้า (Industrial Diesel Oil)

            น้ำมันดีเซลหมุนช้าเป็นน้ำมันที่มีค่าซีเทนอย่างต่ำ 45 ใช้กับเครื่องยนต์ดีเซลหมุนปานกลางและหมุนช้าที่มีความเร็วใช้งานปกติต่ำกว่า 1,000 รอบ / นาที ได้แก่ เครื่องยนต์ดีเซล 2 จังหวะขนาดใหญ่ที่ใช้กับเรือขนส่งทางทะเลเรือดำน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่มาก 

      5.4.2 หน้าที่สารเพิ่มคุณภาพน้ำมันดีเซล