เอา pentane ไปทำอะไรดี MO Memoir : Saturday 15 September 2555

เมื่อช่วงบ่ายสามโมงวันวาน มีวิศวกรจากโรงกลั่นแห่งหนึ่งแวะมานั่งคุยที่ห้องทำงาน เรื่องหนึ่งที่เขาถามขอความเห็นจากผมก็คือ "จะเอาเพนเทนไปทำอะไรดี" ซึ่งผมก็ได้ให้ความเห็นจากมุมมองของผมไปแล้ว ส่วนจะเหมาะสมกับเขาหรือไม่ก็คงต้องให้เขาไปลองพิจารณาดูเอาเอง ระหว่างขับรถกลับบ้านพอจะมีเวลาจัดระเบียบความคิด (เย็นวานฝนตกรถติดน่าดู) รวมกับข้อมูลที่ค้นได้เพิ่มเติม ก็เลยขอเอาความคิดนั้นมาบันทึกเอาไว้ให้พวกคุณอ่านเล่นกัน (เผลอ ๆ อาจได้ทำจริงด้วยนะ)

เพนเทน (pentane - C₅H₁₂) เป็นไฮโดรคาร์บอนตัวหนึ่งที่เกิดขึ้นในกระบวนการ Fluidised-bed catalytic cracking (FCC) ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้ในการเปลี่ยนให้น้ำมันหนักเป็นน้ำมันเบา สำหรับอุณหภูมิอากาศในบ้านเราแล้ว เพนเทนเป็นไฮโดรคาร์บอนที่อยู่ก้ำกึ่งระหว่างแก๊สกับของเหลว กล่าวคือจุดเดือดของเพนเทนคือ 36ºC ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิห้องไม่มากนัก จึงทำให้ระเหยกลายเป็นไอได้อย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิห้อง นอกจากนี้การมีเพนเทนในน้ำมันเบนซินก็ไม่ใช่สิ่งที่ดีเพราะไม่เพียงแต่จะทำให้น้ำมันเบนซินมีความดันไอสูง แต่ตัวเพนเทนเองยังมีเลขออกเทนที่ไม่สูงด้วย (Research Octane Number - RON) เพียงแค่ 62 เท่านั้น)

ความเห็นที่ผมได้ให้เขาไปมีดังนี้

๑. ผสมเข้าไปในแก๊สหุงต้ม (LPG)

ตลาดแก๊สหุงต้มหรือแอลพีจีในบ้านเรานั้นมีอยู่สองตลาด คือตลาดแก๊สหุงต้มในครัวเรือนกับตลาดแก๊สหุงต้มสำหรับรถยนต์ ปัญหาที่มีอยู่ในปัจจุบันคือเราต้องมีการนำแอลพีจีเข้าจากต่างประเทศในราคาตลาดโลก (ซึ่งผมคิดว่ามันสูงกว่าราคาต้นทุนของการผลิตในประเทศที่เราได้จากบ่อแก๊สในอ่าวไทย) 

เนื่องจากมีรถยนต์หันมาใช้แอลพีจีเพิ่มมากขึ้น ทำให้ต้องมีการอุดหนุนราคาแอลพีจี การที่จะแยกแอลพีจีออกเป็นสองตลาดโดยขายคนละราคา โดยให้แก๊สหุงต้มสำหรับครัวเรือนขายถูกกว่าแก๊สแอลพีจีเติมรถยนต์คงจะเป็นเรื่องยากในทางปฏิบัติ เว้นแต่ว่าจะหาทางทำให้แก๊สหุงต้มสำหรับครัวเรือนนั้นไม่สามารถนำมาใช้กับรถยนต์ได้

แนวความคิดที่ผมลองเสนอเขาไปเล่น ๆ คือให้ผสมเพนเทนเข้าไปกับแก๊สหุงต้มสำหรับครัวเรือน

การผสมเพนเทนในปริมาณต่ำเข้าไปกับแก๊สหุงต้มสำหรับครัวเรือนนั้นไม่น่าที่จะก่อปัญหาใด ๆ ให้กับการใช้งานกับเตาแก๊สทั่วไป เพราะเพนเทนเองก็ระเหยได้ง่ายที่อุณหภูมิห้องอยู่แล้ว แต่การที่เพนเทนมีเลขออกเทนที่ต่ำก็จะไปดึงให้แก๊สผสมระหว่างแอลพีจีและเพนเทนนั้นมีเลขออกเทนที่ต่ำลง ซึ่งอาจส่งผลทำให้ผู้ใช้รถที่ใช้แอลพีจีเป็นเชื้อเพลิงไม่กล้าที่จะนำเอาแก๊สหุงต้มสำหรับครัวเรือนมาใช้กับรถยนต์ของตนเอง

ตรงนี้ผมไม่มีข้อมูลว่ากำลังการผลิตเพนเทนของประเทศเรามีเท่าใด และต้องผสมในปริมาณเท่าใดจึงจะทำให้เลขออกเทนของแก๊สหุงต้มผสมเพนเทนต่ำกว่า 91 ซึ่งเป็นเลขออกเทนต่ำสุดของน้ำมันเบนซินที่ขายอยู่ในบ้านเราในปัจจุบัน แม้ว่ารถยนต์ปัจจุบันที่ใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมการจุดระเบิดนั้นจะสามารถป้องกันการน๊อคได้เมื่อใช้น้ำมันที่มีเลขออกเทนต่ำกว่าที่ควรเป็น (ด้วยการเปลี่ยนองศาการจุดระเบิด) แต่ก็จะทำให้เครื่องยนต์กำลังตก และทางผู้ผลิตรถเองก็ไม่แนะนำให้ทำอย่างนั้นเป็นประจำ

ที่สำคัญคือเลขออกเทนของโพรเพนและบิวเทนที่อยู่ในแก๊สหุงต้มก็จัดว่าสูงเสียด้วย คือ RON ของโพรเพนคือ 112 และ RON ของบิวเทนคือ 93 (แต่ blending octane number ของบิวเทนคือ 113) และถ้าคิดค่า RON ของเพนเทนที่ 62 ดังนั้นถ้าจะให้ค่าเลขออกเทนของแก๊สหุงต้มต่ำกว่า 90 คงต้องผสมเพนเทนเข้าไปไม่น้อยกว่า 40% ซึ่งคงทำให้สารผสมที่ได้หมดสภาพเป็นแก๊สหุงต้มไปแล้ว

ดังนั้นวิธีการนี้ผลทางเทคนิค (ในการลดเลขออกเทนจนใช้กับรถไม่ได้) อาจจะใช้ไม่ได้จริง แต่อาจจะให้ผลทางด้านจิตวิทยาได้บ้าง

๒. เริ่มต้นจากไซโคลเพนเทน

เพนเทนนั้นสามารถเปลี่ยนไปเป็นไซโคลเพนเทน (cyclopentane - C₅H₁₀) ได้ ตัวอย่างวิธีการหนึ่งได้แก่สิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 5,283,385 ลงวันที่ 1 กุมภาพันธ์ 1994 ในหัวข้อ "Upgrading of normal pentane to cyclopentane" (ตามไฟล์ที่ผมแนบมาให้ดู)

 

ที่สำคัญคือสิทธิบัตรฉบับนี้กำลังจะหมดอายุในเวลาอันใกล้แล้ว

๒.๑ ใช้เพิ่มเลขออกเทนของน้ำมันเบนซิน

ไซโคลเพนเทนนั้นมีจุดเดือดสูงกว่าเพนเทน (49ºC สำหรับไซโคลเพนเทน) มีเลขออกเทนที่สูงกว่า (RON 101.3 แต่ blending octane number สูงถึง 141) และมีค่าความดันไอ (Reid Vapour Pressure หรือ RVP) ที่ต่ำกว่า ดังนั้นไซโคลเพนเทนจึงเป็นตัวที่เหมาะสมกว่าเพนเทนในการนำมาผสมกับน้ำมันเบนซิน

๒.๒ ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตเส้นใย

อันที่จริงทางโรงกลั่นที่เขามาถาม ผมเดาว่าเขาไม่อยากจะขายมันในรูปของเชื้อเพลิงเท่าไรนัก เพราะราคามันถูกเมื่อเทียบกับการนำไปแปลงสภาพเป็นสารอื่นที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในปิโตรเคมีได้

อีกแนวทางหนึ่งของการใช้ไซโคลเพนเทนที่ผมคุยกับเขาคือเป็นไปได้ไหมที่จะนำมาทำปฏิกิริยาเลียนแบบไซโคลเฮกเซน (cyclohexane - C₆H₁₂)

ไซโคลเฮกเซนนั้นเป็นสารตั้งต้นสำหรับใช้ในการผลิตไซโคลเฮกซานอล (cyclohexanol - C₆H₁₁-OH) กับไซโคลเฮกซาโนน (cyclohexanone - C₆H₁₀=O) ซึ่งสารสองตัวนี้จะถูกเปลี่ยนต่อไปเป็น adipic acid, 6-aminohexanoic acid หรือ hexamethylenediamine (ผ่านทาง caprolatam) ซึ่งสารเหล่านี้เป็นสารตั้งต้นที่ใช้ในการผลิตเส้นใยไนลอน (Nylon 6 และ Nylon 6,6)

ผมลองคิดเล่น ๆ ดูว่าถ้าเราเริ่มจากไซโคลเพนเทนเราก็น่าจะได้ไซโคลเพนทานอล (cyclopentanol - C₅H₁₀-OH) กับไซโคลเพนทาโนน (cyclopentanone - C₅H₈=O) ซึ่งสารสองตัวหลังนี้อาจถูกเปลี่ยนต่อไปเป็น glutaric acid, 5-amino-pentanoic acid หรือ pentamethylenediamine (ทำได้หรือเปล่าก็ไม่รู้นะ แค่ลองคิดตามสมการอินทรีย์เคมีเล่น ๆ ก่อน)

เท่าที่ลองค้นหาข้อมูลทางอินเทอร์เน็ตดูคร่าว ๆ ก็พบว่ามีการนำสารบางตัวในย่อหน้าข้างต้นเช่น glutaric acid ไปเปลี่ยนเป็น 1,5-pentanediol (ด้วยการรีดิวซ์หมู่ -COOH ที่ปลายโซ่ทั้งสองข้าง) เพื่อไปใช้ผลิตเป็นพลาสติกไซเซอร์ หรือนำ glutaric acid เองไปใช้ในการผลิตเส้นใยพอลิเอสเทอร์อยู่เหมือนกัน โดยบอกว่าจำนวนอะตอมที่เป็นเลข "คี่" มีส่วนไปช่วยลดความยืดหยุ่นของเส้นใย ซึ่งทำให้ผมแปลกใจ (เพราะไม่ได้เรียนทางด้านพอลิเมอร์ซะด้วย) ว่าทำไม "จำนวนอะตอมที่เป็นเลขคู่หรือเลขคี่" จึงมีผลต่อคุณสมบัติเส้นใย แทนที่จะเป็น "ความยาวสายโซ่" จำนวนอะตอมในที่นี้หมายถึงจำนวนอะตอม C ที่อยู่ในสายโซ่ (ดู http://en.wikipedia.org/wiki/Glutaric_acid)

ส่วนสารตัวไหนหน้าตาเป็นอย่างไรนั้นก็ดูเองในรูปข้างล่างก็แล้วกัน

และสิ่งสำคัญสำหรับพวกปี ๑ คือสัปดาห์หน้าต้องมาติดต่อผมโดยด่วน เพราะจะมีงานให้เตรียมตัวทำแล้ว ใครจะเลือกทำวิจัยกับบริษัทไหนจะได้วางตัวกันสักที