กระบวนการของ การกระจายน้ํามันดิบ ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติที่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนแตกต่างกันมีจุดเดือดที่อุณหภูมิต่างกัน เพื่อแยกส่วนประกอบออกจากกันโดยกระบวนการกลั่นแบบแบ่งส่วน (Fractional Distillation) สารที่เบามักจะกลายเป็นไอที่อุณหภูมิประมาณ 35 ถึง 200 องศาเซลเซียส เช่น นาฟทา ในขณะที่ส่วนประกอบที่หนักกว่านั้นยังคงอยู่ในสถานะของเหลวเมื่ออุณหภูมิสูงเกินประมาณ 550 องศาเซลเซียส ในปัจจุบัน โรงกลั่นมักดำเนินการหน่วยกลั่นสุญญากาศที่ความดันต่ำกว่า 50 มิลลิบาร์ ซึ่งการลดความดันนี้ช่วยลดจุดเดือดของสารลงประมาณ 300 องศาเซลเซียส ช่วยป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดจากความร้อนสูงเกินไป สิ่งที่ทำให้วิธีการนี้มีประสิทธิภาพคือสามารถผลิตสารกลั่นครั้งแรกที่มีความบริสุทธิ์สูงถึงเกือบ 95 เปอร์เซ็นต์ โดยไม่เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบโมเลกุลจริงของส่วนประกอบที่ถูกแยกออกมา
โดยพื้นฐานแล้ว กระบวนการไพโรไลซิสทำงานโดยการให้ความร้อนกับวัสดุที่อุณหภูมิประมาณ 400 ถึง 800 องศาเซลเซียส ซึ่งจะทำให้พันธะคาร์บอน-คาร์บอนและพันธะคาร์บอน-ไฮโดรเจนแตกตัวลงผ่านปฏิกิริยาระบบเรดิคัลเชน (radical chain reactions) นี้เองที่ทำให้สารที่มีน้ำหนักโมเลกุลมากเปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์ไฮโดรคาร์บอนที่มีน้ำหนักโมเลกุลน้อยลง สิ่งที่ทำให้กระบวนการไพโรไลซิสแตกต่างจากกระบวนการกลั่นคือ มันมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลเองในลักษณะที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นไปถึงประมาณ 750 องศาเซลเซียส เราจะเห็นการผลิตเอทิลีนและมีเทนสูงสุด เนื่องจากกระบวนการเบต้าสคิสชัน (beta scission) แต่ถ้าอุณหภูมิสูงเกิน 1,000 องศาเซลเซียส ก็จะเกิดปรากฏการณ์อื่นขึ้นมาแทน นั่นคือวัสดุเริ่มเปลี่ยนไปเป็นกราไฟต์ ซึ่งหมายความว่าผลิตภัณฑ์ในสถานะของเหลือจะลดลงเมื่อจบกระบวนการ การควบคุมอุณหภูมิให้แม่นยำจึงมีความสำคัญอย่างมากต่อการผลิตผลลัพธ์ที่มีประโยชน์สูงสุดจากกระบวนการนี้
ในบทความปี 2021 ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Petroleum Exploration and Production นักวิจัยได้ศึกษาเปรียบเทียบระหว่างหน่วยกลั่นบรรยากาศแบบดั้งเดิมที่ประมวลผลน้ำมันดิบได้วันละประมาณ 250,000 บาร์เรล กับระบบไพโรไลซิสแบบโมดูลาร์รุ่นใหม่ที่จัดการกับขยะพลาสติกเพียงวันละ 500 ตัน วิธีการกลั่นสามารถทำประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้สูงถึง 82% ในการผลิตน้ำมันเบนซิน ในขณะที่วิธีไพโรไลซิสให้ประสิทธิภาพเพียง 58% เท่านั้น แม้ว่าวิธีดังกล่าวจะมีข้อได้เปรียบที่สามารถใช้ขยะพลาสติกจากผู้บริโภคหลังการใช้งานได้เท่านั้น สิ่งที่น่าสนใจคือ น้ำมันที่ได้จากไพโรไลซิสเมื่อผ่านกระบวนการไฮโดรทรีตเมนต์แล้ว สามารถนำไปผสมใช้ในหน่วย FCC ได้ในอัตราส่วนระหว่าง 15 ถึง 20% ซึ่งหมายความว่าโรงงานสามารถลดการใช้น้ำมันแนฟทาใหม่ลงได้ประมาณ 12,000 ลูกบาศก์เมตรต่อปี ถือเป็นการประหยัดต้นทุนที่สำคัญสำหรับโรงกลั่นที่ต้องการนำวัสดุรีไซเคิลมาใช้ในกระบวนการผลิตของตน
กระบวนการกลั่นทำงานได้มีประสิทธิภาพมากที่สุดเมื่อใช้กับวัตถุดิบน้ำมันดิบที่มีจุดเดือดสม่ำเสมอและมีเศษคาร์บอนต่ำ ซึ่งทำให้การแยกส่วนผสมออกเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีค่า เช่น นาฟทา น้ำมันดีเซล และเศษตกค้างต่าง ๆ ง่ายขึ้น ในทางกลับกัน เทคโนโลยีไพโรไลซิสมีศักยภาพสูงเมื่อใช้กับวัสดุที่สามารถแตกตัวได้ง่าย ซึ่งขึ้นอยู่กับระดับการแตกกิ่งของโมเลกุลและอัตราส่วนของไฮโดรเจนต่อคาร์บอนเป็นหลัก ตัวอย่างเช่น พลาสติกที่ทำจากโพลีโอเลฟิน วัสดุเหล่านี้โดยทั่วไปสามารถเปลี่ยนแปลงได้ประมาณ 75 ถึง 85 เปอร์เซ็นต์ให้กลายเป็นสารเคมีที่มีประโยชน์ เช่น อีทิลีนและโพรพิลีนในระหว่างกระบวนการไพโรไลซิส ตามรายงานจาก NREL เมื่อปี 2022 ซึ่งเป็นอัตราที่สูงกว่าที่ได้จากอัลเคนสายตรงที่พบทั่วไปในแหล่งน้ำมันดิบแบบดั้งเดิม
น้ำมันไพโรไลซิสที่ได้จากพลาสติกหรือชีวมวลมีออกซิเจนร้อยละ 0.5–3.2 และกำมะถันร้อยละ 0.1–1.8 ตามน้ำหนัก ซึ่งจำเป็นต้องผ่านกระบวนการทรีตเมนต์ด้วยไฮโดรเจนที่มีค่าใช้จ่ายสูงก่อนเข้าสู่กระบวนการกลั่น สารเติมแต่งคลอรีนในพลาสติกจะผลิตกรดไฮโดรคลอริก (HCl) ที่กัดกร่อนซึ่งต้องใช้วัสดุพิเศษในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์และระบบกำจัดก๊าซ ในทางกลับกัน กำมะถันในกระบวนการกลั่นน้ำมันดิบจะรวมตัวอยู่ในส่วนที่หนักกว่า ทำให้จัดการได้ง่ายขึ้นในหน่วยต่อเนื่อง
เชื้อเพลิงปิโตรเลียมแบบดั้งเดิมมีองค์ประกอบที่สม่ำเสมอซึ่งเหมาะสำหรับกระบวนการทำกลั่น ในทางกลับกัน น้ำมันไพโรไลซิส (Pyrolysis oils) นำเสนอสิ่งที่แตกต่าง เนื่องจากสามารถเปลี่ยนวัสดุเหลือใช้ที่หลากหลายให้กลายเป็นไฮโดรคาร์บอนที่ใช้งานได้ ในปี 2024 มีงานวิจัยล่าสุดที่ศึกษาระบบการแตกตัวด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไหลเวียน (Fluid Catalytic Cracking) และพบว่า เมื่อโรงกลั่นผสมน้ำมันไพโรไลซิสประมาณ 10% เข้ากับน้ำมันแก๊สเกตเตอร์ (vacuum gas oil) จะช่วยลดการเกิดคราบเขม่า (coke formation) ลงได้ราว 18% ซึ่งถือว่าน่าประทับใจมากเมื่อพิจารณาว่าผลผลิตยังคงอยู่ในระดับใกล้เคียงกัน อย่างไรก็ตามยังมีปัญหาอยู่ตรงที่น้ำมันไพโรไลซิสมักมีสารปนเปื้อนที่แปรปรวนจำนวนมาก โรงกลั่นถูกออกแบบมาเพื่อจัดการกับวัตถุดิบที่มีความเสถียร แต่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ตกค้างซึ่งเกิดขึ้นจากกระบวนการดีโพลิเมอไรเซชัน (depolymerization) ทำให้การนำน้ำมันชนิดนี้ไปใช้ในวงกว้างเป็นเรื่องยากสำหรับโรงงานส่วนใหญ่
เมื่อเครื่องครีกเกอร์ไอน้ำทำงานกับวัตถุดิบแนฟทา โดยทั่วไปจะผลิตโอเลฟินส์เบาได้ประมาณ 25 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ เนื่องจากวัสดุนี้มีองค์ประกอบที่เสถียรและทำงานภายใต้สภาวะที่ควบคุมได้ดี อย่างไรก็ตาม สิ่งต่าง ๆ จะซับซ้อนมากขึ้นเมื่อเป็นน้ำมันพิโรไลซิส แม้หลังจากผ่านกระบวนการไฮโดรทรีตเมนต์แล้ว วัสดุเหล่านี้โดยทั่วไปมักให้โอเลฟินส์เบาเพียงประมาณ 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ เหตุผลหลักเป็นเพราะโครงสร้างโมเลกุลของพวกมันแตกต่างกันมาก และมักมีสิ่งเจือปน เช่น คลอไรด์ รายงานล่าสุดจากกลุ่มพันธมิตรนวัตกรรมปิโตรเคมีในปี 2023 ยังได้แสดงข้อมูลที่น่าสนใจอีกด้วย กล่าวคือ เพื่อให้ได้ปริมาณเอทิลีนเท่ากับที่ผลิตจากแนฟทา พิโรไลซิสน้ำมันจำเป็นต้องใช้อุณหภูมิในการครีกที่สูงขึ้นประมาณ 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์ ความแตกต่างของอุณหภูมินี้ส่งผลอย่างชัดเจนต่อต้นทุนการดำเนินงานและประสิทธิภาพของโรงงานหลายแห่ง
น้ำมันพิโรไลซิสมีปริมาณกำมะถันและสารประกอบออกซิเจน 1–3% ซึ่งสูงกว่าน้ำมันแนฟทากลั่นที่มีค่าต่ำกว่า 0.5% (NREL, 2022) สารปนเปื้อนเหล่านี้เร่งการเกิดคราบเขม่าและกัดกร่อน ทำให้อายุการใช้งานของเครื่องปฏิกรณ์ลดลง 40–60% จากการทดสอบในระดับพิлот การปรับปรุงระบบด้วยเครื่องดักจับกำมะถันขั้นสูงและระบบฉีดพ่นแบบสองขั้นสามารถเพิ่มความทนทาน แต่การอัพเกรดเต็มรูปแบบมีค่าใช้จ่ายสูงกว่า 18 ล้านดอลลาร์สหรัฐ
ต้นทุนวัตถุดิบสำหรับกระบวนการไพโรไลซิสจะอยู่ที่ประมาณ 20 ถึง 40 ดอลลาร์สหรัฐต่อตัน เมื่อจัดการกับพลาสติกประเภทขยะ ซึ่งถูกกว่ามากเมื่อเทียบกับราคาน้ำมันแนฟทาที่ผ่านการกลั่น ซึ่งมีราคาอยู่ที่ 600 ถึง 800 ดอลลาร์สหรัฐต่อตัน แต่ยังมีข้อควรพิจารณาที่สำคัญอยู่ตรงนี้ กระบวนการดังกล่าวใช้พลังงานเพิ่มขึ้นอีก 30 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ต่อตันที่ผลิตออกมา ดังนั้นจึงคุ้มค่าทางการเงินก็ต่อเมื่อวัตถุดิบยังคงราคาต่ำกว่าประมาณ 55 ดอลลาร์สหรัฐต่อตันเท่านั้น จากการศึกษาแบบจำลองบางส่วนจากสถาบันการเปลี่ยนผ่านด้านพลังงาน (Energy Transition Institute) พบว่า การผสมไบโอออยล์เข้ากับหน่วย FCC ช่วยลดความต้องการพลังงานโดยรวมได้ประมาณร้อยละ 22 ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพทางด้านต้นทุนได้ ขณะเดียวกันยังสามารถรักษาระดับผลผลิตให้คงที่เพียงพอสำหรับการดำเนินงานส่วนใหญ่
กระบวนการไพโรไลซิสช่วยผลักดันเราไปสู่หลักการเศรษฐกิจหมุนเวียนได้จริงๆ เพราะมันเปลี่ยนพลาสติกที่ไม่สามารถรีไซเคิลได้ง่ายๆ และวัสดุยางเก่าๆ ให้กลายเป็นสิ่งที่มีประโยชน์อีกครั้ง นั่นคือสารไฮโดรคาร์บอนที่วิธีกลั่นแบบทั่วไปไม่สามารถจัดการได้ โดยประมาณ 85% ของขยะพลาสติกทั้งหมดสามารถกู้คืนได้ด้วยวิธีนี้ ซึ่งหมายความว่าขยะที่จะนำไปฝังกลบมีน้อยลงมาก นอกจากนี้ น้ำมันที่ผลิตได้มีค่าพลังงานที่ค่อนข้างดี อยู่ระหว่าง 38 ถึง 45 เมก้าจูลต่อกิโลกรัม ใกล้เคียงกับผลิตภัณฑ์นาฟทาทั่วไป นวัตกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ๆ ยังช่วยให้สิ่งต่างๆ ดีขึ้นอีกด้วย วัสดุเช่น เรดมัด (Red mud) หรือสารประกอบ Co/SBA-15 ช่วยลดระดับกำมะถันให้อยู่ต่ำกว่า 0.5 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ทำให้ทำงานร่วมกับกระบวนการรีไซเคิลเคมีอื่นๆ ได้ดีขึ้น เราเคยเห็นการทดสอบที่ขยะพลาสติกทางการแพทย์ถูกเปลี่ยนแปลงอย่างสำเร็จ แสดงให้เห็นว่าไพโรไลซิสสามารถแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลดั้งเดิมได้ราว 20 ถึง 30% ในหน่วย FCC แม้กระนั้น โรงกลั่นส่วนใหญ่ยังคงประสบความยากลำบากกับเทคโนโลยีนี้ โดยมีน้อยกว่าครึ่งที่สามารถประมวลผลน้ำมันไพโรไลซิสหรือน้ำมันชีวภาพร่วมกับกระบวนการปกติโดยไม่ต้องอัปเกรดอุปกรณ์ที่มีราคาแพงก่อน
เนื่องจากน้ำมันไพโรไลซิสมีลิโมนีนและสาร BTX ในปริมาณสูง จึงเหมาะสำหรับการผลิตพอลิเมอร์คุณภาพดี สามารถผลิตน้ำมันได้ 450–600 กิโลกรัม จากการแปรรูปยางรถยนต์เสื่อมสภาพจำนวนหนึ่งตัน ซึ่งเพียงพอที่จะทดแทนวัตถุดิบที่สกัดจากน้ำมันดิบได้ 30% ในการผลิตสไตรีน
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ซีโอไลต์สามารถเร่งปฏิกิริยาพอลิโอเลฟินให้เปลี่ยนเป็นโอเลฟินเบาได้ถึง 80% ที่อุณหภูมิ 500°C โดยมีความสามารถในการทนต่อสารปนเปื้อนได้มากกว่าไพโรไลซิสแบบความร้อนถึง 4 เท่า ช่วยลดต้นทุนการเตรียมวัตถุดิบก่อนแปรรูปได้ 40–60 ดอลลาร์สหรัฐต่อหนึ่งตัน จึงช่วยเพิ่มศักยภาพในการขยายการผลิต
การผสมน้ำมันไพโรไลซิส 10% เข้ากับน้ำมันแก๊สแวคคัม ช่วยเพิ่มผลผลิตโพรพิลีนได้ 12% อย่างไรก็ตาม หากมีระดับคลอไรด์สูงกว่า 50 ppm จะก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการกัดกร่อน จึงต้องใช้เงินลงทุนเพิ่มอีก 2–4 ล้านดอลลาร์สหรัฐ เพื่ออัปเกรดระบบปฏิกิริยาให้สามารถใช้งานร่วมกันได้อย่างปลอดภัย
การกระจายตัวของผลิตภัณฑ์ในระหว่างการเผาสลายขึ้นอยู่กับปัจจัยหลัก 3 ประการ ได้แก่ อุณหภูมิซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงประมาณ 450 ถึง 800 องศาเซลเซียส สภาวะความดันที่อาจเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ระดับความดันบรรยากาศปกติจนถึงระดับสุญญากาศปานกลาง และระยะเวลาที่วัสดุใช้ในการอยู่ภายในเครื่องปฏิกรณ์โดยปกติจะอยู่ระหว่างครึ่งวินาทีถึงสามสิบวินาที เมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น เราจะได้ก๊าซเกิดขึ้นมากขึ้น โดยเฉพาะเอทิลีนและโพรพิลีนที่ให้ผลผลิตประมาณ 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ สำหรับผู้ที่ต้องการเพิ่มผลผลิตน้ำมันเหลวให้ได้มากที่สุด อุณหภูมิที่ประมาณ 500 ถึง 650 องศาเซลเซียสคือช่วงที่เหมาะสมที่สุด การทำให้กระบวนการดำเนินไปอย่างรวดเร็วช่วยรักษาระดับสารประกอบหนัก เช่น แว็กซ์ (waxes) เอาไว้ เนื่องจากช่วยป้องกันไม่ให้มันสลายตัวเพิ่มเติม แต่หากทิ้งไว้นานเกินไป โมเลกุลที่ซับซ้อนก็จะยังคงแตกตัวเป็นองค์ประกอบที่เล็กลงและไม่เสถียร ซึ่งมีประโยชน์เชิงพาณิชย์ลดลง
ตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น ซีโอไลต์ ZSM-5 หรืออลูมิเนียม-ซิลิเกต สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกแยกได้ 15–40% โดยควบคุมทิศทางการสลายตัวไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ ตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทกรดจะช่วยเพิ่มผลผลิตของโอเลฟินชนิดเบา (มีการเลือกแยกเอทิลีนได้ 65–80%) และลดการเกิดสารประกอบออกซิเจนในวัตถุดิบชีวภาพ การร่วมพิไคลนิซิสระหว่างพลาสติกและชีวมวลจะช่วยลดความหนืดของขี้ผึ้งลงได้ถึง 30% ซึ่งช่วยให้เข้ากันได้ดีขึ้นกับโครงสร้างพื้นฐานโรงกลั่นที่มีอยู่เดิม
กระบวนการไฮโดรทรีตเมนต์สามารถกำจัดออกซิเจนและกำมะถันในน้ำมันไพโรไลซิสได้ประมาณ 90 ถึง 95 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งช่วยทำให้มันมีความเสถียรในระดับที่ใกล้เคียงกับเศษน้ำมันดิบกลั่น แต่ยังมีข้อเสียอยู่ดี แม้จะผ่านการบำบัดแล้ว น้ำมันเหล่านี้ยังคงมีสารอะโรมาติกเป็นปริมาณมากกว่าแนฟทาบริสุทธิ์ทั่วไปถึงสองหรือสามเท่า ดังนั้นจึงไม่สามารถนำไปใช้โดยตรงในกระบวนการผลิตโพลีโอลีฟินได้ เว้นแต่ว่าจะต้องผ่านการแปรรูปเพิ่มเติมก่อน น้ำมันดิบที่กลั่นแล้วสามารถทำงานร่วมกับโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ได้ค่อนข้างดี แต่เมื่อพิจารณาน้ำมันไพโรไลซิสที่ได้รับการอัพเกรดแล้ว มันกลับมีคุณสมบัติที่แตกต่างออกไป โมเลกุลของมันมีความหลากหลายมากขึ้น ซึ่งเปิดโอกาสให้ใช้ในบางการใช้งานเฉพาะทาง เช่น การผลิตสารตั้งต้นสำหรับเส้นใยคาร์บอน เป็นต้น ความหลากหลายเช่นนี้เองที่ทำให้มันน่าสนใจแม้ว่าจะมีความท้าทายในการนำไปใช้งานอยู่ก็ตาม
การกลั่นเป็นกระบวนการแยกทางกายภาพที่ใช้จุดเดือดที่แตกต่างกันเพื่อแยกไฮโดรคาร์บอน โดยที่โครงสร้างโมเลกุลไม่เปลี่ยนแปลง ในทางตรงกันข้าม ไพโรไลซิสเกี่ยวข้องกับการสลายตัวทางความร้อน ซึ่งเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลแบบถาวรผ่านปฏิกิริยาลูกโซ่แบบเรดิคัล
ไพโรไลซิสช่วยส่งเสริมความยั่งยืนโดยการเปลี่ยนพลาสติกและวัสดุเหลือใช้ที่ไม่สามารถรีไซเคิลได้ให้กลายเป็นไฮโดรคาร์บอนที่นำไปใช้ใหม่ได้ จึงช่วยลดขยะที่ไปสู่หลุมฝังกลบและสนับสนุนหลักการเศรษฐกิจหมุนเวียน
น้ำมันไพโรไลซิสมีสารปนเปื้อนและสิ่งเจือปนที่มีความแปรปรวน เช่น กำมะถันและคลอไรด์ในระดับสูง ทำให้มีความเสถียรต่ำกว่า และต้องใช้การปรับปรุงระบบการกลั่นที่มีอยู่เดิมให้รองรับสิ่งเจือปนเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นเรื่องที่มีค่าใช้จ่ายสูง
2024-09-25
2024-09-18
2024-09-12
2024-09-05
2024-08-30
2024-08-23
ลิขสิทธิ์ © 2025 โดย Shangqiu AOTEWEI environmental protection equipment Co.,LTD นโยบายความเป็นส่วนตัว