น้ำมันดิบเป็นทรัพยากรที่มีค่ามากที่สุดในอุตสาหกรรมพลังงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งส่วนที่มีจุดเดือดต่ำ เช่น น้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด น้ำมันดีเซล และน้ำมันเครื่องบิน  ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีบทบาทสำคัญต่อเศรษฐกิจโลก โดยต้นทุนในการผลิตสามารถแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับแหล่งน้ำมันดิบ การวิเคราะห์ตัวอย่าง น้ำมันดิบ อย่างแม่นยำเป็นเรื่องท้าทายเสมอ เนื่องจาก:

• ตัวอย่างมักมีช่วงจุดเดือดที่กว้างมาก (<100°C ถึง >750°C)
• API gravity มีตั้งแต่เบาไปจนถึงหนัก
• ความหนืดของตัวอย่าง

เทคนิค High Temp SIMDIS

เทคนิค Simulated Distillation (SIMDIS) เป็นที่รู้จักในฐานะเทคนิคโครมาโตกราฟี (GC) ที่สามารถจำลองกระบวนการกลั่นทางกายภาพที่ใช้เวลานาน ในปี 1973 เทคนิค SIMDIS ที่สามารถวิเคราะห์กระแสระหว่างไฮโดรคาร์บอน C5 และ C44 (ช่วงน้ำมันเครื่องบินและดีเซล) ได้ถูกพัฒนา ซึ่งกลายเป็นมาตรฐาน ASTM D2887 ต่อมา High Temp SIMDIS ได้ถูกพัฒนาเพื่อให้สามารถวิเคราะห์กระแสหนัก เช่น น้ำมันดิบ โดยครอบคลุมช่วงจุดเดือดตั้งแต่ C5 ถึง C120 ห้องปฏิบัติการหลายแห่งทั่วโลกใช้เทคนิคนี้อย่างประสบความสำเร็จ และในปี 2005 ได้กลายเป็นวิธี ASTM D7169

โดยเมื่อทำการวิเคราะห์ SIMDIS ตัวอย่างจะถูกนำเข้าสู่คอลัมน์ GC ที่แยกไฮโดรคาร์บอนตามลำดับจุดเดือด อุณหภูมิของคอลัมน์จะถูกเพิ่มขึ้น และพื้นที่ใต้กราฟโครมาโตแกรมจะถูกบันทึกตลอดระยะเวลาการทดลอง อุณหภูมิเดือดจะถูกกำหนด กับแกนเวลา ซึ่งเทคนิค ASTM D7169 นี้มีความแม่นยำสูงและต้องการตัวอย่างน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับเทคนิคอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ด้วย High Temp SIMDIS เพียงอย่างเดียวยังมีข้อจำกัดในด้านการระบุส่วนที่มีจุดเดือดต่ำ เนื่องจากต้องมีการเจือจางตัวอย่างด้วย CS2 ซึ่งอาจทำให้เกิดผลกระทบที่เรียกว่า “Quenching” ทำให้ข้อมูลจุดเดือดไม่เชื่อถือได้ในบริเวณพีค CS2

การผสม SIMDIS กับ DHA Front-End

เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว เทคนิค Detailed Hydrocarbon Analysis Front End (DHA-FE) ถูกนำมาใช้ โดยวิธีนี้จะฉีดตัวอย่างน้ำมันดิบทั้งหมดเข้าไปในระบบโครมาโตกราฟีที่มี Pre-Fractionator ซึ่งจะช่วยแยกส่วนหนักออกและปล่อยให้สารประกอบเบาผ่านไปเพื่อทำการวิเคราะห์ในคอลัมน์โครมาโตกราฟีที่ยาว 50 เมตร การแยกนี้ช่วยให้สามารถประเมินสารประกอบเบาได้ดีขึ้น และให้ข้อมูลที่แม่นยำเกี่ยวกับการกระจายจุดเดือด

 

ตัวอย่างเปรียบเทียบ

ได้เปรียบเทียบผลการวิเคราะห์ระหว่าง High Temp SIMDIS กับ High Temp SIMDIS/DHA-FE โดยพบว่าการรวมกันนี้ช่วยให้สามารถประเมินสารประกอบเบาได้ดีขึ้น ตัวอย่างเช่น ผลการวิเคราะห์ด้วย High Temp SIMDIS แสดงให้เห็นว่าจุดเดือดเริ่มต้น (IBP) อยู่ที่ 36°C แต่เมื่อรวมกับ DHA-FE พบว่า IBP อยู่ที่ -0.5°C ซึ่งบ่งชี้ว่ามีสารประกอบเบาอยู่มากมายในช่วงต่ำกว่า C9

ข้อมูลการกระจายจุดเดือดที่แม่นยำมีความสำคัญต่อโรงกลั่น เนื่องจากส่งผลโดยตรงต่อผลผลิตและการตัดสินใจในการผลิตผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ในกรณีนี้ประมาณ 22% ของน้ำมันดิบทั้งหมดสามารถระเหยได้ต่ำกว่า C9 ซึ่งอาจส่งผลให้โรงกลั่นขนาดกลางผลิตน้ำมันได้ถึง 44,000 บาร์เรลต่อวัน

การรวมเทคนิค High Temp SIMDIS กับ DHA-FE เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงการวิเคราะห์การกระจายจุดเดือดของน้ำมันดิบ ซึ่งไม่เพียงแต่เพิ่มความแม่นยำของข้อมูล แต่ยังช่วยให้โรงกลั่นสามารถตัดสินใจได้ดีขึ้นเกี่ยวกับกลยุทธ์การผลิตและผลกระทบทางเศรษฐกิจ การค้นพบนี้เน้นถึงความจำเป็นในการพัฒนาเทคนิคการวิเคราะห์ในอุตสาหกรรมน้ำมันเพื่อรองรับความต้องการของตลาดและเพิ่มประสิทธิภาพในการดำเนินงาน

บริษัท Chemical House and Lab Instrument จำหน่ายเครื่องทดสอบ Gas Chromatography SIMDIS และ DHA-FE จากแบรนด์ Petroleum Analyzer Company (PAC) พร้อมซอฟต์แวร์สำหรับการวิเคราะห์แบบ Merge ข้อมูลตามที่ได้กล่าวมา

อ้างอิง: PAC White Paper