น้ำมันเกิดตามธรรมชาติ
แหล่งน้ำมันสำรองทั่วโลกที่พิสูจน์แล้ว ในปี ค.ศ. 2009
การขุดเจาะน้ำมันเป็นวิธีการส่วนใหญ่ในการได้มาซึ่งปิโตรเลียม ซึ่งเป็นขั้นตอนหลังการศึกษาโครงสร้างธรณีวิทยา การวิเคราะห์แอ่งตะกอน และลักษณะหินกักเก็บปิโตรเลียม หลังขุดเจาะขึ้นมาแล้ว ปิโตรเลียมจะถูกกลั่นและแยกเป็นผลิตภัณฑ์บริโภคหลายชนิด ตั้งแต่แก๊สโซลีนและน้ำมันก๊าด ไปจนถึงยางมะตอยและตัวทำปฏิกิริยาเคมีซึ่งใช้ในการทำพลาสติกและเภสัชภัณฑ์ นอกจากนี้ ปิโตรเลียมยังใช้ในการผลิตวัสดุอีกหลายชนิด
น้ำมันดิบ เป็นของเหลวไวไฟที่เกิดเองตามธรรมชาติ ปิโตรเลียม ( petroleum, petra (หิน) + oleum (น้ำมัน)รวมหมายถึง "น้ำมันที่ได้จากหิน") หรือ น้ำมันดิบ เป็นของเหลวไวไฟที่เกิดเองตามธรรมชาติ ประกอบด้วยสารผสมซับซ้อนระหว่างไฮโดรคาร์บอนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่างกัน กับสารประกอบอินทรีย์ที่เป็นของเหลวอื่น ๆ ซึ่งพบในชั้นธรณีวิทยาใต้ผิวโลก เป็นเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ เกิดได้จากซากสิ่งมีชีวิต (มักเป็นแพลงก์ตอนสัตว์และสาหร่าย) จำนวนมากทับถมกันใต้หินตะกอนและได้รับความร้อนและความดันมหาศาล
บ่อปิโตรเลียมแห่งหนึ่งในเท็กซัส
ปิโตรเลียมมีธาตุองค์ประกอบหลัก 2 ชนิด คือ คาร์บอนและไฮโดรเจน และอาจมีธาตุอโลหะชนิดอื่นปนอยู่ด้วย เช่น กำมะถัน ออกซิเจน และไนโตรเจน ทั้งนี้ปิโตรเลียมเป็นได้ทั้ง 3 สถานะ คือ ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ รวมถึงความร้อนและความดันของสภาพแวดล้อมในการเกิดและการกักเก็บปิโตรเลียม แบ่งตามสถานะได้เป็นสองชนิดหลัก คือ น้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติ โดยแก๊สธรรมชาตินั้น ประกอบด้วยคาร์บอนตั้งแต่ 1-4 อะตอม
คำว่า petroleum พบในแหล่งอังกฤษโบราณสมัยคริสต์ศตวรรษที่ 10 (โดยสะกดว่า "petraoleum") และพบใช้ในศาสตรนิพนธ์ De Natura Fossilium ตีพิมพ์ใน ค.ศ. 1546 โดยนักแร่วิทยาชาวเยอรมัน จอร์จ เบาเออร์ (Georg Bauer) หรือที่รู้จักกันว่า จอเจียส อกริโคลา (Georgius Agricola) ในคริสต์ศตวรรษที่ 19 คำว่า petroleum พบใช้บ่อยโดยหมายถึงน้ำมันแร่ที่ผลิตโดยการกลั่นจากของแข็งอินทรีย์ที่ขุดขึ้นมา อย่างถ่านหินเทียน (cannel coal) หรือที่ภายหลังเรียกว่า หินน้ำมัน และน้ำมันกลั่นซึ่งผลิตขึ้น ในสหราชอาณาจักร การเก็บรักษา (และภายหลังรวมถึงการขนส่ง) น้ำมันเหล่านี้ถูกวางระเบียบโดยชุดของพระราชบัญญัติปิโตรเลียม นับตั้งแต่พระราชบัญญัติปิโตรเลียม ค.ศ. 1862 เป็นต้นมา
องค์ประกอบ
ในความหมายอย่างแคบที่สุด ปิโตรเลียมความหมายถึงเฉพาะแต่น้ำมันดิบ แต่ในความหมายทั่วไป คำว่า "ปิโตรเลียม" รวมไปถึงสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่เป็นทั้งของแข็ง ของเหลวและแก๊ส ภายใต้ความดันพื้นผิวและสภาพอุณหภูมิ ไฮโดรคาร์บอนที่เบากว่าอย่างมีเทน อีเทน โพรเพน และบิวเทน อยู่ในสถานะแก๊ส ขณะที่เพนเทนและไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่าอยู่ในรูปของเหลวหรือของแข็ง อย่างไรก็ดี ภายใต้แอ่งกักเก็บน้ำมันใต้พิภพ สัดส่วนของแก๊ส ของเหลวและของแข็งขึ้นอยู่กับสภาพใต้พิภพและแผนภาพของภาค (phase diagram) ของสารผสมปิโตรเลียม
บ่อน้ำมันผลิตน้ำมันดิบได้มากกว่าปิโตรเลียมอย่างอื่น ขณะที่มีแก๊สธรรมชาติละลายอยู่บ้าง เพราะความดันที่พื้นผิวน้อยกว่าใต้พิภพ แก๊สบางชนิดจึงหลุดออกจากสารละลายและสามารถนำกลับคืนหรือเผาไหม้เป็นแก๊สธรรมชาติที่พบร่วมกับน้ำมัน (associated gas) หรือแก๊สธรรมชาติที่ละลายปนอยู่ใน้ำมันดิบ (solution gas) บ่อแก๊สผลิตแก๊สธรรมชาติเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม ด้วยอุณหภูมิและความดันใต้พิภพสูงกว่าที่พื้นผิว แก๊สจึงอาจมีไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่าอย่างเพนเทน เฮกเซน และเฮปเทนในสถานะแก๊สด้วย ที่สภาพพื้นผิว สารเหล่านี้จะควบแน่นออกจากแก๊ส และเกิดเป็นแก๊สธรรมชาติเหลว ซึ่งแก๊สธรรมชาติเหลวเหล่านี้มีลักษณะภายนอกคล้ายแก๊สโซลีนและมีองค์ประกอบคล้ายคลึงกับน้ำมันดิบเบาที่ระเหยง่ายบางชนิด
สัดส่วนของไฮโดรคาร์บอนเบาในสารผสมปิโตรเลียมมีความแตกต่างกันมากตามแหล่งน้ำมันต่าง ๆ มีตั้งแต่ 97% โดยน้ำหนักในน้ำมันเบา ไปจนถึง 50% โดยน้ำมันในน้ำมันหนักและยางมะตอย
ไฮโดรคาร์บอนในน้ำมันดิบส่วนใหญ่เป็นแอลเคน ไซโคลแอลเคน และไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกหลายชนิด ขณะที่สารประกอบอินทรีย์อื่นมีไนโตรเจน ออกซิเจนและกำมะถัน และมีโลหะอยู่บ้าง เช่น เหล็ก นิกเกิล และวานาเดียม องค์ประกอบโมเลกุลที่แม่นยำแตกต่างกันอย่างมากตามรูปแบบของไฮโดรคาร์บอน แต่สัดส่วนของธาตุเคมีองค์ประกอบแตกต่างกันคอ่นข้างน้อยดังตารางด้านล่าง
องค์ประกอบตามน้ำหนัก ธาตุ >> พิสัยร้อยละ
คาร์บอน >> 83 ถึง 87
ไฮโดรเจน >> 10 ถึง 14
ไนโตรเจน >> 0.1 ถึง 2
ออกซิเจน >> 0.05 ถึง 1.5
กำมะถัน >> 0.05 ถึง 6.0
โลหะ >> < 0.1
มีโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนแตกต่างกันสี่แบบพบในน้ำมันดิบ สัดส่วนร้อยละของแต่ละแบบนั้นแตกต่างกันไปในน้ำมันแต่ละชนิด ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของน้ำมันชนิดนั้น ๆ
เฉลี่ย พิสัยร้อยละ
พาราฟิน 30% 15 ถึง 60
แนฟทีน 49% 30 ถึง 60
อะโรมาติก 15% 3 ถึง 30
แอสฟัลทีน 6% ที่เหลือ
น้ำมันดิบมีลักษณะปรากฏแตกต่างกันมากโดยขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของน้ำมัน ส่วนใหญ่มีสีดำหรือน้ำตาลเข้ม แม้อาจจะมีสีออกเหลือง ออกแดง หรือออกเขียวบ้าง ในแหล่งกักเก็บ น้ำมันดิบมักพบร่วมกับแก๊สธรรมชาติ ซึ่งเบากว่า เกิดเป็นแหล่งปิโตรเลียมที่มีทั้งแก๊สและน้ำมัน (gas cap) เหนือปิโตรเลียม และน้ำเกลือซึ่ง หนักกว่ารูปแบบน้ำมันดิบส่วนใหญ่ โดยปกติจะจมลงข้างใต้ น้ำมันดิบอาจพบในรูปกึ่งของแข็งซึ่งผสมกับทรายและน้ำ ดังที่พบในทรายน้ำมันอธาบาสกา (Athabasca) ในแคนาดา ซึ่งมักเรียกว่าเป็น ยางมะตอยดิบ ในแคนาดา ยางมะตอยถูกมองว่าเป็นน้ำมันดิบรูปแบบที่เหนียว สีดำ คล้ายกับน้ำมันดินซึ่งหนาและหนักเสียจนกระทั่งมันต้องได้รับความร้อนหรือละลายก่อนที่จะไหลได้ เวเนซุเอลามีปริมาณน้ำมันในรูปทรายน้ำมันโอริโนโค (Orinoco) มากเช่นกัน แม้ไฮโดรคาร์บอนที่อยู่ในทรายน้ำมันดังกล่าวมีลักษณะเป็นของเหลวมากกว่าที่พบในทรายน้ำมันในแคนาดา และมักเรียกว่าเป็น น้ำมันดิบหนักพิเศษ (extra heavy oil) ทรัพยากรทรายน้ำมันเหล่านี้ถูกเรียกว่า น้ำมันไม่ใช่แบบธรรมดา (unconventional oil) เพื่อแยกแยะน้ำมันเหล่านี้จากน้ำมันที่สามารถแยกได้โดยใช้วิธีบ่อน้ำมันแบบเก่า ระหว่างทั้งสอง แคนาดาและเวเนซุเอลามียางมะตอยและน้ำมันดิบหนักพิเศษรวมกันที่ประเมินไว้ 3.6 ล้านล้านบาร์เรล (570×109 ม.3) เกือบสองเท่าของปริมาตรสำรองน้ำมันดิบแบบธรรมดา (conventional oil) ของโลก
 น้ำมันส่วนใหญ่ของโลกไม่ใช่แบบธรรมดา (unconventional oil)
ด้วยความหนาแน่นของพลังงานที่สูง การขนส่งที่ง่ายและค่อนข้างอุดมสมบูรณ์ ทำให้น้ำมันกลายเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญที่สุของโลกตั้งแต่กลางคริสต์ทศวรรษ 1950 ปิโรเลียมยังเป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตภัณฑ์เคมีหลายชนิด รวมทั้ง เภสัชภัณฑ์ ตัวทำละลาย ปุ๋ย สารกำจัดศัตรูพืช และพลาสติก ปริมตรของไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ใช้ในการผลิตพลังงาน 16% จะถูกเปลี่ยนมาเป็นหนึ่งในวัตถุดิบเหล่านี้ ปิโตรเลียมพบในชั้นหินเนื้อพรุนในชั้นหินบนบางพื้นที่ของเปลือกโลก นอกจากนี้ยังมีปิโตรเลียมในทรายน้ำมัน ปริมาณน้ำมันสำรองที่ทราบกันประเมินไว้ที่ราว 190 กิโลเมตร3 (1.2 ล้านล้านบาร์เรล) โดยไม่คิดทรายน้ำมัน หรือ 595 กิโลเมตร3 (3.74 ล้านล้านบาร์เรล) หากคิดรวมทรายน้ำมัน การบริโภคปัจจุบันอยู่ที่ 84 ล้านบาร์เรลต่อวัน (13.4×106 ม.3) หรือ 4.9 กิโลเมตร3 ต่อปี ซึ่งทำให้ปริมาณน้ำมันคงเหลือสามารถใช้ต่อไปได้อีก 120 ปี หากความต้องการปัจจุบันคงที่
โครงสร้างของสารประกอบวานาเดียมพอร์ไฟรินซึ่งแยกจากปิโตรเลียม ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายคลึงกับโมเลกุลของคลอโรฟิลล์เอ
เคมี
ปิโตรเลียมเป็นการผสมกันของไฮโดรคาร์บอนต่างชนิดกันจำนวนมาก ซึ่งที่พบได้มากที่สุดในโมเลกุลเป็นอัลแคน (โซ่ตรงหรือโซ่กิ่ง) ไซโคลแอลเคน อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน หรือสารเคมีที่ซับซ้อนกว่าอย่างแอสฟัลทีน ปิโตรเลียมแต่ละอย่างมีการผสมกันของโมเลกุลเป็นเอกลักษณ์เฉพาะ ซึ่งกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี เช่น สีและความหนืด
แอลเคน หรือที่รู้จักกันว่า พาราฟิน เป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวที่เป็นโซ่ตรงหรือโซ่กิ่งที่มีเฉพาะธาตุคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบ มีสูตรทั่วไปว่า CnH2n+2 โดยทั่วไปมักมีคาร์บอน 5 ถึง 40 อะตอมต่อโมเลกุล แม้จะมีโมเลกุลที่สั้นกว่าหรือยาวกว่าบ้างในสารผสม
แอลเคนตั้งแต่เพนเทน (C5H12) ถึงออกเทน (C8H18) ถูกกลั่นเป็นแก๊สโซลีน แอลเคนตั้งแต่โนเนน (C9H20) ถึงเฮกซะเดคเคน (C16H34) ถูกกลั่นเป็นเชื้อเพลิงดีเซล น้ำมันก๊าด และเชื้อเพลิงเจ็ต แอลเคนที่มีอะตอมคาร์บอนมากกว่า 16 อะตอมสามารถถูกกลั่นเป็นน้ำมันเชื้อเพลิงและน้ำมันหล่อลื่น ไขพาราฟินเป็นแอลเคนที่มีอะตอมคาร์บอนประมาณ 25 อะตอม ขณะที่ยางมะตอยมี 35 หรือมากกว่า แม้เหล่านี้โดยทั่วไปจะถูกแยกโดยโรงกลั่นสมัยใหม่เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีค่ากว่า โมเลกุลที่สั้นที่สุด คือ มีอะตอมคาร์บอนน้อยกว่า 4 อะตอม อยู่ในสถานะแก๊สที่อุณหภูมิห้อง เหล่านี้เป็นแก๊สปิโตรเลียม ขึ้นอยู่กับปริมาณความต้องการและมูลค่าของการเอาลับคืน แก๊สเหล่านี้จะถูกทำให้ลุกไหม้ไป (flare) ขายเป็นแก๊สปิโตรเลียมเหลวภายใต้ความดัน หรือใช้เป็นพลังงานแก่เตาเผาของโรงกลั่นเอง ช่วงฤดูหนาว (C4H10) ถูกผสมเข้าสู่บ่อแก๊สโซลีนในอัตราสูง เพราะแรงดันไอที่สูงของบิวเทนช่วยสตาร์ดขณะเครื่องเย็น (cold start) ด้วยถูกทำให้เป็นของเหลวภายใต้ความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศเล็กน้อย มันเป็นที่รู้จักกันดีว่าให้พลังงานแก่ไฟจุดบุหรี่ แต่ยังเป็นแหล่งเชื้อเพลิงหลักในประเทศกำลังพัฒนาหลายประเทศ โพรเพนสามารถทำให้เป็นของเหลวภายใต้ความดันเล็กน้อย และใช้บริโภคได้แทบทุกอย่างที่เกี่ยวกับพลังงาน ตั้งแต่การทำอาหารไปจนถึงการให้ความร้อนและการขนส่ง
 
ไซโคลแอลเคน หรือที่รู้จักกันในชื่อ แนพทีน เป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวซึ่งมีวงแหวนคาร์บอนหนึ่งวงหรือมากกว่า ซึ่งมีอะตอมไฮโดรเจนเกาะอยู่ตามสูตร CnH2n ไซโคลแอลเคนมีคุณสมบัติเหมือนกับแอลเคนแต่มีจุดเดือดสูงกว่า
อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนเป็นไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวซึ่งมีวงแหวนเชิงระนาบหกคาร์บอนหนึ่งวงหรือมากกว่า ที่เรียกว่า เบนซินริง ซึ่งมีอะตอมไฮโดรเจนเกาะเข้าตามสูตร CnHn อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนเมื่อเผาไหม้แล้วให้ควันเขม่า และมีกลิ่น บางชนิดเป็นสารก่อมะเร็ง
โมเลกุลที่แตกต่างกันเหล่านี้ถูกแยกโดยการกลั่นลำดับส่วนที่โรงกลั่นน้ำมัน เพื่อผลิตเป็นแก๊สโซลีน เชื้อเพลิงเจ็ต น้ำมันก๊าด และไฮโดรคาร์บอนอื่น ตัวอย่างเช่น 2,2,4-ไตรเมทิลเพนเทน (ไอโซออกเทน) ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในแก๊สโซลีน มีสูตรเคมี C8H18 และทำปฏิกิริยากับออกซิเจนแบบคายความร้อน ดังสมการด้านล่าง
2 C8H18
(l) + 25 O2 (g) → 16 CO2 (g) + 18 H2O (g) + 10.86 MJ/mol (ของออกเทน)
การเผาไหม้ปิโตรเลียมหรือแก๊สโซลีนอย่างไม่สมบูรณ์ก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่เป็นพิษ การเผาไหม้ในที่ขาดออกซิเจนส่งผลให้เกิดคาร์บอนมอนออกไซด์ เนื่องจากอุณหภูมิสูงและความดันสูงที่เกี่ยวข้อง ไอเสียจากการเผาไหม้แก๊สโซลีนในเครื่องยนต์รถยนต์จึงมักมีไนโตรเจนออกไซด์ ซึ่งเป็นตัวการในการเกิดหมอกควันแบบโฟโตเคมี
การผสม (Blending)
คือการนำผลิตภัณฑ์ที่ได้มาเติมหรือผสมสารที่เหมาะสม เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปตามที่ต้องการ เช่น การผสมน้ำมันเบนซินเพื่อเพิ่มเลขออกเทน หรือผสมน้ำมันเตาเพื่อให้ได้ความหนืดตามที่ต้องการ
สนใจรายละเอียดเพิ่มคลิกอ่านต่อที่นี่นะครับ....
 หมวด วิทยาศาสตร์
| Create Date : 14 กันยายน 2557 |
| Last Update : 14 กันยายน 2557 6:56:28 น. |
|
27 comments
|
| Counter : 2087 Pageviews. |
 |
|
หมวด วิทยาศาสตร์
ฝากข้อความหลังไมค์
Rss Feed
ผู้ติดตามบล็อก : 68 คน [
คิดถึงตารางธาตุขึ้นมายังไงก็ไม่รู้เจ้าค่ะ