น้ำมันเบนซิน หรือ ก๊าซโซลีน

น้ำมันเบนซิน หรือที่เรียกกันอีกชื่อหนึ่ง ที่เรียกว่า ก๊าซโซลีน (Gasoline) ในประเทศเครือจักรภพอังกฤษเรียกว่า เพทรอล (petrol ย่อมาจาก petroleum spirit) เป็นน้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับใช้กับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ชนิดเบนซีน  เป็นเชื้อเพลิงที่ระเหยได้ง่าย โดยก๊าซนี่ หรือว่าน้ำมันนี้ จะได้มาจากการกลั่นน้ำมันดิบในโรงกลั่น โดยกลั่น หรือ ตัดเอาส่วนที่เบาพอเหมาะจากส่วนต่างๆ ในกรรมวิธีการกลั่น แก๊สโซลีนได้มาจากการนำน้ำมันองค์ประกอบ ที่ได้จากจากกระบวนการกลั่นน้ำมัน นำมาผสมสารเพิ่มคุณภาพ และสารเติมแต่ง เช่น MTBE, เอทานอล และสีย้อม

น้ำมัน เบนซิน เรามารู้จักน้ำมันเบนซินกันดีกว่า

การวัดคุณภาพของน้ำมันเบนซิน ใช้ค่าออกเทน ซึ่งในสมัยก่อนใช้วิธีเติมตะกั่วลงไปเพื่อปรับค่าออกเทน แต่ต่อมาได้วิจัยพบว่าเป็นอันตรายต่อระบบประสาทของมนุษย์ ปัจจุบันจึงได้ใช้สาร MTBE (Metyl Tertiary Butyl Ether) แทน และมีชื่อเรียกในประเทศไทยว่า น้ำมันไร้สารตะกั่ว เป็นต้น เพื่อให้เหมาะสมแก่การใช้เป็นเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์เบนซินชนิดสันดาปภายในโดยมีหัวเทียนเป็นเครื่องจุดระเบิด (Spark Ignition Internal Combustion Engine) ความสามารถในการระเหยน้ำมันต้องพอเหมาะกับการเผาไหม้ในกระบอกสูบและต้องเป็นไปอย่างสม่ำเสมอ ต่อเนื่อง ในประเทศไทย เรียกน้ำมันเชื้อเพลิงชนิดนี้ว่าเบนซิน (Benzin, Bensin) ตามอย่างประเทศแถบยุโรป เช่น สแกนดิเนเวีย เยอรมนี

ส่วนประกอบ

น้ำมันเบนซิน (gasoline) ส่วนประกอบ paraffin, aromatic, olefins และ ส่วนผสมจากกระบวนการปรับปรุงคุณภาพ ได้แก่ – LSR – Catalytic reformat – Catalytic cracked gasoline – Thermally cracked gasoline – Hydro cracked gasoline – Alkylate – Polymerized gasoline – Isomerizes gasoline สารเติมแต่งที่สำหรับ gasoline – Antiknock compound ใส่เพื่อเพิ่มค่าออกเทน ซึ่งเมื่อก่อนจะใช้สารพวกตะกั่วแต่ปัจจุบันยกเลิกแล้ว จึงหันมาใช้พวก organo-manganese compound แทน – Anti- Oxidant ใส่เพื่อป้องกันการเกิดยางเหนียว – Oxygenates จะช่วยลดปริมาณคาร์บอนและช่วยเพิ่มปริมาณออกซิเจนในน้ำมัน นอกจากนั้นยังช่วยเพิ่มค่าออกเทน – Paint ใส่เพื่อช่วยแยกเกรดของน้ำมัน – Detergent และ Dispersant จะช่วยให้เครื่องยนต์สะอาด ซึ่งจะเป็นสารพอลิเมอร์ชนิดวัตถุพิเศษ

เครื่องยนต์แต่ละชนิดมีความต้องการออกเทนสูงไม่เท่ากัน รัฐบาลจึงแบ่งน้ำมันเบนซินออกเป็น 2 ชนิด ตามค่าออกเทนนัมเบอร์ ดังนี้

1. น้ำมันเบนซินพิเศษ (PREMIUM MOTOR GASOLINE) มีค่าออกเทนนัมเบอร์ 95 สีเหลืองอ่อน เหมาะสมกับเครื่องยนต์เบนซินที่มีอัตราส่วนกำลังอัดสูงกว่า 8:1 ขึ้นไปซึ่งได้แก่ รถยนต์นั่งทั่วไป รถบรรทุกเล็ก (เครื่องยนต์เบนซิน)

2. น้ำมันเบนซินธรรมดา (REGULAR MOTOR GASOLINE) มีเลขจำนวนออกเทน 91สีแดง ใช้กับน้ำมันเครื่องยนต์เบนซินที่มีอัตราส่วนกำลังอัดต่ำกว่า 8:1 ซึ่งได้แก่ รถยนต์นั่งขนาดเล็ก รถมอเตอร์ไซค์ เครื่องยนต์ขนาดเล็ก เช่น เครื่องปั่นไฟ, รถตัดหญ้า หรือ ปั๊มน้ำขนาดเล็ก

1. ค่าออกเทน (Octane Number)

ค่าออกเทน คือ ตัวเลขแสดงคุณสมบัติต้านทานการน็อคหรือการเคาะ (Anti-knock Quality) ในสภาพการเผาไหม้ปกติ เมื่อส่วนผสมของอากาศกับเชื้อเพลิงถูกจุดระเบิดด้วยประกายไฟจากหัวเทียน การเผาไหม้เริ่มต้นขึ้นและดำเนินติดต่อกันไปจนสุดห้องเผาไหม้ กรณีบางส่วนของเชื้อเพลิงที่เปลวไฟยังลามไปไม่ถึง  ทนความร้อนสูงและความดันสูงไม่ได้จะจุดระเบิดขึ้นเอง (Self Ignition) โดยเป็นการจุดระเบิดอย่างรุนแรงที่ไม่สามารถควบคุมได้ เกิดคลื่นความถี่สูงมากวิ่งเข้าปะทะกับเปลวไฟที่กำลังลามมาจากหัวเทียนเกิดการน็อคหรือเคาะมีเสียงดัง (Pinging Sound)

น้ำมันเบนซิน ที่มีสมบัติการเผาไหม้เช่นเดียวกับไอโซออกเทนหมด เรียกน้ำมันเบนซินนั้นว่ามีเลขออกเทนเป็น 100
และน้ำมันเบนซิน ที่มีสมบัติการเผาไหม้เช่นเดียวกับเฮปเทนหมด เรียกน้ำมันเบนซินนั้นว่ามีเลขออกเทนเป็น 0
น้ำมันเบนซิน ที่มีเลขออกเทน 70 คือ น้ำมันเบนซินที่มีสมบัติการเผาไหม้เช่นเดียวกับเชื้อเพลิงที่มีไอโซออกเทนร้อยละ 70 และเฮปเทนร้อยละ 30 โดยมวล
อนึ่งน้ำมันเบนซินในปัจจุบันมักจะพบว่ามีเลขออกเทนต่ำ เพื่อปรับปรุงน้ำมันให้มีเลขออกเทนสูงขึ้นด้วยการเติมเตตระเอธิลเลด (CH3CH2)4 Pb ย่อว่า TEL ลงในน้ำมันเบนซิน ทำให้น้ำมันมีเลขออกเทนสูงขึ้น แต่ก็ก่อให้เกิดสาร Pb เป็นสารมลพิษ

การน็อคทำให้เครื่องยนต์สูญเสียกำลังและร้อนจัดขึ้นเพราะพลังงานความร้อนในเชื้อเพลิงไม่สามารถส่งถ่ายไปยังลูกสูบให้เกิดกำลังได้ทันจึงทำให้เครื่องยนต์ร้อนจัดขึ้น (Engine Overheat) อาจทำให้วาล์วไหม้และลูกสูบทะลุได้ ถ้าเกิดการเคาะรุนแรงอยู่เรื่อยๆ การน็อคมิได้เกิดขึ้นตลอดเวลา แต่จะเกิดขึ้นในขณะเร่งเครื่องอย่างรวดเร็วหรือเมื่อเครื่องยนต์ทำงานหนักมากเช่น ขณะบรรทุกเกินพิกัดหรือขณะรถขึ้นเขา (High Load-Low Speed) ในกรณีรถเก่าเครื่องหลอม การเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ มีคราบเขม่าคาร์บอนเกาะสะสมในห้องเผาไหม้มาก และหากเครื่องยนต์ร้อนจัด คราบเขม่าจะลุกแดงและเกิดการชิง (Pre-ignition) ขึ้น การน็อคก็เกิดขึ้นได้ง่ายเช่นกัน

เครื่องยนต์ที่มีอัตราส่วนการอัด (Compression Ratio) ยิ่งสูงขึ้นอุณหภูมิและความดันในห้องเผาไหม้ก็จะสูงขึ้นตามจะมีความต้องการน้ำมันที่มีค่าออกเทนสูงขึ้น เพื่อมิให้เกิดการน็อคโดยประมาณอัตราส่วนการอัดเกิน 9:1 ขึ้นไปควรใช้น้ำมันออกเทน 95 อัตราส่วนการอัด 8:1-9:1 ควรใช้น้ำมันออกเทน 91 โดยทั่วไปผู้ผลิตรถยนต์จะให้คู่มือแนะนำว่าควรใช้น้ำมันเบนซินที่มีค่าออกเทนอย่างต่ำเท่าใด

2. การกลั่น (Distillation) หรืออัตราการระเหย (Volatility)

คือ กระบวนการแยกสารละลายที่เป็นของเหลวหรือทำสารให้บริสุทธิ์ (Purification) จากสารละลายผสม โดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิต่างๆกัน เพื่อทำให้สารละลายหรือตัวทำลายหนึ่งระเหยกลายเป็นไอ จากนั้นไอจะเกิดการเคลื่อนที่ผ่านเครื่องควบแน่น (Condenser) ที่อุณหภูมิต่ำ จึงเกิดการควบแน่นกลับเป็นของเหลวอีกครั้งในภาชนะอื่น การกลั่น เป็นกระบวนการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม เช่น การผลิตน้ำมัน (Gasoline) และน้ำมันเชื้อเพลิง (Kerosene), การผลิตน้ำกลั่น, การแยกตัวทำละลายอินทรีย์ ฯลฯ

อัตราการระเหยของน้ำมัน ASTM D 86 หาได้จากการนำน้ำมันเบนซินมากลั่นจะมีช่วงการกลั่นหรือช่วงจุดเดือด (Distillation or Boiling Range) ประมาณ 20-200 ๐C ที่ความดันบรรยากาศมีความสำคัญต่อการใช้งานดังนี้

จุดเดือดเริ่มต้น (Initial Boiling Point , IBP) และจุดเดือด10% (10% evaporated) เป็นส่วนเบาเรียกว่า “Front End” ที่ระเหยได้ง่ายที่อุณหภูมิต่ำเพื่อช่วยให้เครื่องยนต์สตาร์ทติดง่ายในเวลาเช้าซึ่งมีอากาศเย็น

จุดเดือด 50% เป็นส่วนกลางเรียกว่า “Mid Fill หรือ Mid Range”  เป็นส่วนที่ระเหยได้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เพื่อให้เครื่องยนต์ร้อนขึ้น (Warm Up) ได้เร็ว มีการกระจายตัวของน้ำมันไปยังสูบต่างๆ ได้สม่ำเสมอกันช่วยให้เร่งเครื่องได้เรียบ

จุดเดือด 90% เป็นส่วนหนักเรียกว่า “Back End” เป็นส่วนที่ให้พลังงานกับเครื่องยนต์และการประหยัดเชื้อเพลิง ถ้าส่วนนี้มีอุณหภูมิสูงมากเกินไปน้ำมันจะระเหยไม่หมดและไหลผ่านแหวนลูกสูบลงไปทำให้น้ำมันเครื่องเจือจางลง (Crankcase Dilution) และเสื่อมคุณภาพเร็วซึ่งมักจะเกิดขึ้นได้ถ้าน้ำมันเบนซินถูกปลอมปนด้วยน้ำมันก๊าดหรือน้ำมันดีเซล

จุดเดือดสุดท้าย (Final Boiling Point, FBP) ส่วนนี้แสดงว่ามีส่วนหนักมากอยู่มากน้อยแค่ไหน ถ้าจุดเดือดสุดท้ายและจุดเดือด 90 % แตกต่างกันเกิน 30 ๐C อาจเกิดปัญหาด้านความสะอาดในห้องเผาไหม้และร่องแหวนลูกสูบได้
น้ำมัน เบนซิน เรามารู้จักน้ำมันเบนซินกันดีกว่า

3. ความดันไอ (Vapor Pressure)

ความดันไอต้องไม่เกินมาตรฐานเพื่อป้องกันการเกิดปัญหาไอน้ำมัน (Vapor Lock) ที่ทางดูดปั๊มน้ำมัน การขาดตอนของน้ำมันป้อนคาบูเรเตอร์ เครื่องยนต์จะกระตุกหรือดับและยังเป็นการป้องกันน้ำมันระเหยหายออกไปจากถังและคาบูเรเตอร์มากเกินไป ซึ่งการสูญเสียนี้จะทำให้คุณภาพต้านทานการน็อคลดลงด้วย เพราะส่วนที่ระเหยไปนี้เป็นส่วนเบา (Front End) ซึ่งมีค่าออกเทนสูง น้ำมันเบนซินจัดเป็นน้ำมันประเภทน่ากลัวอันตรายต้องเก็บในถังใต้ดิน การวัดความดันไอของน้ำมันระเหยง่ายจะใช้วิธี Reid คือ ASTM D 323 หรือ D 4953

น้ำมัน เบนซิน เรามารู้จักน้ำมันเบนซินกันดีกว่า

4. ธาตุตะกั่ว

แม้ว่าจะไม่มีการเติมสารตะกั่วในน้ำมันเบนซินแต่อาจปนเปื้อนอยู่ในน้ำมันดิบในปริมาณที่น้อยมาก จึงต้องมีการกำหนดปริมาณมาตรฐานควบคุมไว้

5. ธาตุกำมะถัน

ซึ่งจะมีผลต่อการกัดกร่อนและการสึกหรอในเครื่องยนต์ กลิ่นของน้ำมัน ตลอดจนการก่อมลพิษทางอากาศได้ ทดสอบด้วยวิธี ASTM D 4294

6. ธาตุฟอสฟอรัส

มักจะมาจากการเติมสารเพิ่มคุณภาพในน้ำมันเบนซินเป็นตัวทำให้เครื่องกรองไอเสีย (Catalytic Converter) ชำรุดเสียหายได้

7. ยางเหนียว (Gum)

องค์ประกอบของน้ำมันที่มี Olefins,Thiophenol หรือสารประกอบของไนโตรเจนที่มาจากกระบวนการแตกตัว เมื่อตั้งทิ้งไว้ในอากาศจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจนเกิดเป็นยางเหนียวขึ้น ซึ่งแรกๆ ก็ละลายอยู่ในน้ำมันแต่แล้วก็ตกตะกอนออกมาเกิดการสะสมในปลอกนำก้านวาล์วหรือคาบูเรเตอร์ การทดสอบปริมาณยางเหนียวใช้วิธี ASTM D 381 และการวัดความอยู่ตัวของน้ำมันในการเกิดยางเหนียวโดยวิธี ASTM D 189
 
8. เบนซีน

เป็นสารที่ระเหยออกมาพร้อมไอของน้ำมันเบนซิน ถ้าสูดหายใจเข้าไปมากจะทำลายระบบทางเดินหายใจและสมองได้

9. สารอะโรเมติก

เป็นสารที่ทำให้น้ำมันเบนซินมีค่าออกเทนสูง แต่เป็นสารที่ผู้ผลิตจะต้องควบคุมไม่ให้เกินเกณฑ์กำหนด เพราะเป็นสารที่ก่อให้เกิดมะเร็ง

10. สารออกซิเจนเนท

ที่เติมในน้ำมันเบนซินได้แก่ MTBE (Methyl Tertiary Buthyl Ether) เป็นสารที่ช่วยเพิ่มปริมาณออกซิเจนทำให้การเผาไหม้สมบูรณ์ดี ลดการเกิดก๊าชพิษ เช่น คาร์บอนมอนนอกไซด์

11. สารเติมแต่ง

คุณสมบัติทำความสะอาดหัวฉีด และควบคุมการสะสมคาร์บอนบนวาล์วไอดี เพื่อลดสภาวะแวดล้อมเป็นพิษ