โรงกลั่นน้ำมันดิบแบบความดันบรรยากาศและความดันต่ำ

คำอธิบายสั้น ๆ กระบวนการกลั่นน้ำมันดิบ

การกลั่นน้ำมันดิบเป็นกระบวนการอุตสาหกรรมที่เปลี่ยนน้ำมันดิบจากธรรมชาติให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้ประโยชน์ได้ เช่น น้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล น้ำมันเครื่องบิน น้ำมันเตา สารหล่อลื่น ยางแอสฟัลต์ และวัตถุดิบสำหรับผลิตปิโตรเคมี โดยขั้นตอนหลักมักประกอบด้วยสามขั้นตอนหลัก ได้แก่

1. การแยกส่วน (การกลั่น): น้ำมันดิบถูกให้ความร้อนในเตาเผา จากนั้นส่งเข้าสู่คอลัมน์การกลั่น องค์ประกอบต่าง ๆ จะถูกแยกออกจากกันตามจุดเดือดของแต่ละชนิด

* ส่วนที่เบากว่า (เช่น ก๊าซ นาฟทาสำหรับน้ำมันเบนซิน) จะลอยขึ้นด้านบน

* ส่วนที่มีน้ำหนักปานกลาง (เช่น เคโรซีน/น้ำมันเครื่องบิน น้ำมันดีเซล) จะควบแน่นอยู่ในช่วงกลาง

* ส่วนที่หนักกว่า (เช่น น้ำมันก๊าด สารตั้งต้นสำหรับผลิตน้ำมันหล่อลื่น) จะควบแน่นลงมาด้านล่าง

• สารตกค้างที่หนักที่สุด (เช่น ยางมะตอย และ ทาร์) จะสะสมอยู่ที่ก้นภาชนะ

2. การแปรรูป: สารกลุ่มหนักที่มีมูลค่าต่ำกว่าจากกระบวนการกลั่น จะถูกเปลี่ยนรูปแบบให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่เบากว่าและมีมูลค่าสูงขึ้น โดยกระบวนการทางเคมี ดังนี้:

การแตกตัว (Cracking): การแยกโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนขนาดใหญ่ให้กลายเป็นโมเลกุลขนาดเล็กลง (เช่น Fluid Catalytic Cracking - FCC, Hydrocracking)

การรวมตัว/เชื่อมโยง (Uniting/Combining): การรวมโมเลกุลขนาดเล็กให้กลายเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ (เช่น Alkylation)

การจัดเรียงใหม่ (Rearranging): การเปลี่ยนโครงสร้างของโมเลกุลเพื่อปรับปรุงคุณภาพ (เช่น Reforming เพื่อสร้างองค์ประกอบของน้ำมันเบนซินที่มีค่าออกเทนสูง)

3. การบำบัดรักษา (Treating): กระบวนการปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ระหว่างทางและผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เพื่อกำจัดสิ่งเจือปน (เช่น กำมะถัน ไนโตรเจน โลหะ) และเพิ่มความเสถียรและความสามารถในการใช้งาน วิธีการที่พบบ่อย ได้แก่

Hydrotreating: การใช้ก๊าซไฮโดรเจนและตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อกำจัดกำมะถัน (Desulfurization) ไนโตรเจน และทำให้โมเลกุลสมบูรณ์

Sweetening: การกำจัดสารประกอบกำมะถันที่มีกลิ่นเหม็น (Mercaptans)

ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการกลั่นแล้วจะถูกนำไปผสมรวมกันตามข้อกำหนด และส่งต่อเพื่อจัดจำหน่ายและขาย โรงกลั่นสมัยใหม่มีความซับซ้อนและเป็นระบบบูรณาการที่มีการปรับปรุงกระบวนการทำงานเหล่านี้อย่างต่อเนื่อง เพื่อให้สอดคล้องกับความต้องการของตลาดและข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม

ดัชนีควบคุมกระบวนการผลิตของโรงงาน (ข้อมูลต่อไปนี้เป็นช่วงค่าโดยประมาณ ไม่ใช่ข้อมูลที่แม่นยำ)

คำอธิบาย

หน่วยนี้ประกอบด้วยส่วนแลกเปลี่ยนความร้อน ส่วนกำจัดเกลือด้วยไฟฟ้า ส่วนกลั่นเริ่มต้น ส่วนกลั่นบรรยากาศ และส่วนกลั่นสุญญากาศ

แผนผลิตภัณฑ์

แผนผลิตภัณฑ์หน่วยคือวัตถุดิบสำหรับการรีฟอร์ม (แนฟทา) — เครื่องบินเจ็ทฟูเอล — ดีเซล — โปรแกรมไฮโดรครัคกิ้ง/การกลั่นน้ำมันแว็กซ์

ผลิตภัณฑ์หลักมีดังนี้

แนฟทา — เป็นวัตถุดิบสำหรับการรีฟอร์มตัวเร่งปฏิกิริยา

ท่อผลิตภัณฑ์ข้างแรกของคอลัมน์บรรยากาศ —— ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับกระบวนการไฮโดรจีเนชันของเชื้อเพลิงเครื่องบินเจ็ท

ท่อผลิตภัณฑ์ข้างที่สองของคอลัมน์บรรยากาศ —— ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับกระบวนการไฮโดรจีเนชันของน้ำมันดีเซล

ท่อผลิตภัณฑ์ข้างที่สามของคอลัมน์บรรยากาศ —— ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับกระบวนการไฮโดรจีเนชันของน้ำมันดีเซล

ท่อผลิตภัณฑ์ยอดของคอลัมน์สุญญากาศ —— ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับกระบวนการไฮโดรจีเนชันของน้ำมันดีเซล

ท่อผลิตภัณฑ์ข้างแรกของคอลัมน์สุญญากาศ —— ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับกระบวนการไฮโดรจีเนชันของน้ำมันดีเซล

ท่อผลิตภัณฑ์ข้างที่สองของคอลัมน์สุญญากาศ —— ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับกระบวนการไฮโดรจีเนชัน/คราคกิ้งของน้ำมันแว็กซ์

ท่อผลิตภัณฑ์ข้างที่สามของคอลัมน์สุญญากาศ —— ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับกระบวนการไฮโดรจีเนชัน/คราคกิ้งของน้ำมันแว็กซ์

ท่อผลิตภัณฑ์ข้างที่สี่ของคอลัมน์สุญญากาศ —— ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับกระบวนการไฮโดรจีเนชัน/คราคกิ้งของน้ำมันแว็กซ์

น้ำมันตกค้างจากคอลัมน์สุญญากาศ —— ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับกระบวนการผลิตน้ำมันหนักโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา/คาร์บอไนเซชัน/การละลาย/แอสฟัลต์ออกซิเดชัน

คำถามที่พบบ่อย (FAQ) เกี่ยวกับอุปกรณ์กลั่นน้ำมันดิบ

1. โรงกลั่นน้ำมันดิบคืออะไร?

โรงกลั่นเป็นสถานประกอบการอุตสาหกรรมที่นำน้ำมันดิบมาแปรรูปและกลั่นให้บริสุทธิ์เพื่อผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้ประโยชน์ได้ (เช่น น้ำมันเบนซิน ดีเซล น้ำมันเครื่องบินเชื้อเพลิง เคมีภัณฑ์) ผ่านกระบวนการแยกทางกายภาพ การเปลี่ยนแปลงทางเคมี และการทำให้บริสุทธิ์

2. หน่วยงานหลักในโรงกลั่นมีอะไรบ้าง?

หน่วยหลักประกอบด้วย:

- หน่วยกลั่นบรรยากาศ (Atmospheric Distillation Unit - ADU): แยกน้ำมันดิบออกเป็นส่วนประกอบต่าง ๆ (เช่น นาฟทา เคอโรซีน ดีเซล เป็นต้น) โดยพิจารณาจากจุดเดือด

- หน่วยกลั่นภายใต้สุญญากาศ (Vacuum Distillation Unit - VDU): ดำเนินการแปรรูปเศษของเหลือที่หนักกว่าจาก ADU ภายใต้ความดันที่ลดลง

- หน่วยแตกร้าวตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไหลเวียน (Fluid Catalytic Cracking Unit - FCCU): แยกไฮโดรคาร์บอนที่มีน้ำหนักมากให้กลายเป็นเชื้อเพลิงที่เบากว่า (เช่น น้ำมันเบนซิน) โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา

- หน่วยกำจัดสารปนเปื้อนด้วยไฮโดรเจน (Hydrotreater): กำจัดกำมะถัน ไนโตรเจน และโลหะโดยใช้ไฮโดรเจน เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานสิ่งแวดล้อม

- หน่วยปรับโครงสร้างโมเลกุล (Reformer): เปลี่ยนนาฟทาที่มีค่าออกเทนต่ำให้กลายเป็นส่วนผสมสำหรับน้ำมันเบนซินที่มีค่าออกเทนสูง

• หน่วยแตกร้าวด้วยความร้อน (Coker): แตกตัวเศษของเหลือที่หนักให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่เบากว่าและผลิตปิโตรเลียมโค้ก

3. ทำไมการกลั่นจึงเป็นขั้นตอนแรก?

น้ำมันดิบเป็นสารผสมของไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดแตกต่างกัน การกลั่นจะแยกน้ำมันดิบออกเป็นส่วนต่าง ๆ ("cuts") เพื่อการแปรรูปต่อในขั้นตอนถัดไป

4. เครื่องปฏิกรณ์ FCC ทำงานอย่างไร?

น้ำมันก๊าซหนักถูกผสมเข้ากับผงตัวเร่งปฏิกิริยาที่ร้อน ทำให้เกิดการแตกตัวโมเลกุลหนักให้กลายเป็นโมเลกุลเบา ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แล้วจะถูกฟื้นฟูโดยการเผาคราบเขม่า (coke deposits) ออก แล้วนำกลับมาใช้ใหม่

5. วัตถุประสงค์ในการ treating ด้วยไฮโดรเจน (Hydrotreating) คืออะไร?

การ treating ด้วยไฮโดรเจน มีวัตถุประสงค์เพื่อกำจัดสิ่งเจือปน (กำมะถัน ไนโตรเจน) เพื่อ:

- ปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม (เช่น ดีเซลกำมะถันต่ำมาก)

- ปกป้องตัวเร่งปฏิกิริยาในหน่วยขั้นตอนถัดไปจากการถูกพิษ

• เพิ่มความเสถียรของผลิตภัณฑ์

6. อะไรคือสาเหตุการกัดกร่อนในอุปกรณ์โรงกลั่น?

การกัดกร่อนเกิดจาก:

- สารประกอบกำมะถัน (เช่น H₂S ในน้ำมันดิบที่มีความเป็นกรดสูง)

- กรดอินทรีย์ (กรดแนฟเทนิก)

- คลอรีดในน้ำมันดิบหรือน้ำหล่อเย็น

วัสดุเช่น สแตนเลสสตีล/ชั้นป้องกัน และสารป้องกันการกัดกร่อนถูกนำมาใช้เพื่อลดความเสียหาย

7. "การเกิดโค้ก (Coking)" คืออะไร และใช้ในกรณีใด?

การเกิดโค้กเป็นกระบวนการแตกตัวด้วยความร้อนที่รุนแรง ซึ่งจะเปลี่ยนเศษของเหลวหนักให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่เบากว่าและโค้กปิโตรเลียมที่เป็นของแข็ง โดยจะถูกนำมาใช้เมื่อเศษของเหลวไม่สามารถนำไปแปรรูปในที่อื่นได้อย่างคุ้มค่า

8. เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat Exchangers) ถูกนำมาใช้เพื่ออะไร?

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนใช้เพื่อกู้คืนความร้อนระหว่างกระแสกระบวนการ (เช่น การให้ความร้อนแก่น้ำมันดิบก่อนการกลั่นโดยใช้กระแสผลิตภัณฑ์ที่มีอุณหภูมิสูง) ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้อย่างมาก

9. เหตุใดเครื่องอัดอากาศ (Compressors) จึงมีความสำคัญ?

เครื่องอัดอากาศจัดการกับก๊าซ (เช่น ไฮโดรเจนสำหรับเครื่อง treating ด้วยไฮโดรเจน ก๊าซเชื้อเพลิงของโรงกลั่นน้ำมัน) การเกิดความล้มเหลวอาจทำให้หน่วยทั้งหมดต้องหยุดทำงาน การมั่นใจถึงความน่าเชื่อถือทำได้ผ่านการสำรองเครื่องจักรและบำรุงรักษาอย่างเข้มงวด

10. ระบบความปลอดภัยใดบ้างที่ใช้ปกป้องโรงกลั่น?

วาล์วนิรภัย (PSVs): ป้องกันการเพิ่มขึ้นของแรงดันในถัง/ท่อ

ระบบเผาทิ้ง (Flare Systems): จุดเผาสารไฮโดรคาร์บอนที่ปล่อยออกมาในกรณีฉุกเฉินอย่างปลอดภัย

เครื่องตรวจจับก๊าซ: ตรวจสอบการรั่วไหลของ H₂S, ไฮโดรคาร์บอน หรือสารติดไฟได้

ระบบดับเพลิงด้วยน้ำ: ควบคุมไฟด้วยระบบน้ำฝอย/โฟม

11. มีการบำรุงรักษาอุปกรณ์โรงกลั่นอย่างไร?

การหยุดซ่อมบำรุงใหญ่ (Turnarounds): ปิดโรงงานทั้งหมดทุก 3–6 ปี เพื่อตรวจสอบ ทำความสะอาด และซ่อมแซม

การบำรุงรักษาเชิงพยากรณ์ (Predictive Maintenance): ใช้การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน การถ่ายภาพความร้อน และการตรวจสอบการกัดกร่อน เพื่อป้องกันการเกิดความล้มเหลว

12. การควบคุมสิ่งแวดล้อมที่ใช้มีอะไรบ้าง?

เครื่องกำจัดมลพิษ (Scrubbers): กำจัด SO₂ จากก๊าซปล่อง (เช่น ก๊าซที่เหลือจากเครื่องปฏิกรณ์ FCC)

การบำบัดน้ำเสีย: กำจัดน้ำมัน สารเคมี และของแข็งก่อนปล่อย/นำกลับมาใช้ใหม่

การจับคาร์บอน: เทคโนโลยีที่กำลังพัฒนาเพื่อลดการปล่อย CO₂ (เช่น จากโรงงานผลิตไฮโดรเจน)

13. ทำไมโรงกลั่นน้ำมันจึงต้องใช้ไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนมีความสำคัญต่อ:

- การกลั่นด้วยไฮโดรเจน (เพื่อลดปริมาณกำมะถันในเชื้อเพลิง)

- การแตกตัวด้วยไฮโดรเจน (เพื่อแปรรูบน้ำมันหนักให้เป็นเชื้อเพลิงเบา)

ผลิตในสถานที่โดยใช้กระบวนการสตีมเมธานอลรีฟอร์มมิ่ง (SMR)

14. โรงกลั่นสามารถแปรรูปน้ำมันดิบทุกชนิดได้หรือไม่

ไม่ได้ โรงกลั่นถูกออกแบบมาเพื่อเหมาะกับเกรดของน้ำมันดิบเฉพาะ (เช่น น้ำมันดิบเบาและมีกำมะถันต่ำ, น้ำมันดิบหนักและมีกำมะถันสูง) การเปลี่ยนชนิดของน้ำมันดิบอาจต้องมีการปรับเปลี่ยนหรืออัปเกรดอุปกรณ์

15. ฉันจะศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยีโรงกลั่นได้ที่ใด

- คู่มืออุตสาหกรรม: API (สถาบันปิโตรเลียมอเมริกัน), UOP (Honeywell)

- องค์กร: AFPM (ผู้ผลิตเชื้อเพลิงและปิโตรเคมีภัณฑ์อเมริกัน)

- สิ่งพิมพ์: Hydrocarbon Processing, Oil & Gas Journal