การเปรียบเทียบระหว่าง MTBE กับ ETBE

Thread Content

การเปรียบเทียบ MTBE กับ ETBE สารเสริมค่าออกเทนของน้ำมันเบนซิน เป็นองค์ประกอบหนึ่งของเทคโนโลยีน้ำมันเบนซินที่มีค่าออกเทนสูง สารเติมแต่งน้ำมันเบนซินที่ได้รับการรับรองตามกฎหมายในสหรัฐอเมริกามีอยู่ 3 ชนิด ได้แก่ a) MTBE (เมทิลทริบิวทิลเอทเทอร์), b) เอทานอล (EtOH) และ c) ETBE (เอทิลทริบิวทิลเอทเทอร์) ETBE, เอทานอล และ MTBE ล้วนเป็นสารที่ใช้ในการปรับปรุงคุณภาพของน้ำมันเบนซิน หรือเรียกได้อีกอย่างว่าสารเติมแต่ง การนำส่วนผสมเหล่านี้มาผสมกับน้ำมันเบนซินในอัตราส่วนที่เหมาะสม ไม่เพียงแต่จะช่วยปรับปรุงคุณภาพของน้ำมันเบนซินเท่านั้น แต่ยังช่วยรักษาสิ่งแวดล้อมอีกด้วย (ปราศจากสารตะกั่ว ปราศจากมลพิษ) (1) MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether): เมทิลเทอร์เทียรีบิวทิลเอเธอร์ – ปริมาณสูงสุดที่สามารถเติมได้คือ 15 Vol% MTBE เป็นเอเธอร์ชนิดอัลคิล มีสูตรโมเลกุล C5H12O มีน้ำหนักโมเลกุล 88.14 มีความหนาแน่น 0.741 (ที่อุณหภูมิ 20°C) และมีค่าความหนืด 0.27 (ที่อุณหภูมิ 20°C) มีกลิ่นคล้ายเอเธอร์ เมทิลทริบิวทิลเอทเตอร์ (MTBE) เป็นสารประเภทเอทเตอร์ที่ถูกพัฒนาและนำมาใช้เพื่อเพิ่มค่าโอเคตานของน้ำมันเชื้อเพลิงตั้งแต่ยุคแรกๆ นับตั้งแต่ปี 1979 เมื่อหน่วยงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมของสหรัฐฯ อนุมัติให้ใช้ MTBE เป็นสารเติมแต่งในน้ำมันเบนซินที่ไม่มีส่วนผสมของตะกั่ว สารนี้จึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการผสมน้ำมันเบนซินในสหรัฐฯ จุดเดือดของ MTBE ค่อนข้างต่ำ การนำมาผสมกับน้ำมันเบนซินจะทำให้อุณหภูมิในช่วงการกลั่นของน้ำมันเบนซินลดลง ผลกระทบนี้สร้างประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมากให้กับโรงกลั่นน้ำมันที่ผลิตน้ำมันเบนซินที่มีค่าออกเทนสูง ปัจจุบันมีการใช้ MTBE (เมทิลทริอูติลเอเธอร์) กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากการผลิตมีความยากลำบาก หลายประเทศ รวมถึงประเทศของเราด้วย จึงต้องพึ่งพาการนำเข้า ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบข้อเสียของ MTBE นั่นคือ มันย่อยสลายได้ยาก และยังก่อให้เกิดมลพิษต่อน้ำใต้ดินอีกด้วย ； มันมีกลิ่นเล็กน้อย ซึ่งอาจทำให้ผู้ขับขี่รู้สึกไม่สบาย และอาจก่อให้เกิดอาการคลื่นไส้ ปวดตา หรือมีตุ่มพองขึ้นได้ สหรัฐอเมริกาได้ออก “พระราชบัญญัติเชื้อเพลิงสะอาด” เมื่อไม่นานมานี้ โดยมีกำหนดจะห้ามใช้ MTBE ภายในอีก 4 ปีข้างหน้า คาดว่าการเติบโตของเอทานอลในยุโรปส่วนใหญ่จะมาจากเอทิลเทอร์ไทออกติลเอทเตอร์ (ETBE) (2) ETBE (Ethyl Tertiary Butyl Ether): เอทิลเทอร์ทีเซอรีบิวทิล – สามารถเติมได้สูงสุด 17 โวลูม% โดยผลิตจากการผสมเอทานอล 47% เข้ากับไอโซบิวทีน 53% เช่นเดียวกับ MTBE การเติมเอทิลเทอร์ทีเซอรีบิวทิลลงในน้ำมันเบนซิน ก็เหมือนกับการเติมเอทานอลลงในน้ำมันเบนซินนั่นเอง. ETBE ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มค่าออกเทนของน้ำมันเบนซินได้ดีกว่า MTBE เท่านั้น แต่ยังสามารถนำมาใช้เป็นสารละลายร่วมได้อีกด้วย ETBE มีจุดเดือดสูง และเมื่อผสมกับไฮโดรคาร์บอนจะไม่ก่อให้เกิดสารผสมที่มีจุดเดือดร่วมกัน วิธีนี้จะช่วยลดแรงต้านของอากาศภายในเครื่องยนต์ และยังช่วยลดการสูญเสียจากการระเหยได้อีกด้วย ETBE สามารถถูกจุลินทรีย์ที่ใช้ออกซิเจนในการหายใจย่อยสลายได้ แต่ MTBE นั้นไม่สามารถถูกย่อยสลายได้ ETBE ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มค่าออกเทนของน้ำมันเบนซินได้เท่านั้น แต่ยังทำให้น้ำมันเบนซินมีประสิทธิภาพและความปลอดภัยที่ดีกว่าน้ำมันเบนซินที่มีการเติม MTBE ด้วย ดังนั้น ETBE จึงมีศักยภาพทางการตลาดที่สูงมาก ข้อสรุปเปรียบเทียบ: ก. เมื่อเทียบกับ MTBE แล้ว ETBE ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มค่าออกเทนของน้ำมันเบนซินได้เท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เป็นสารละลายร่วมได้อีกด้วย นอกจากนี้ ยังทำให้น้ำมันเบนซินมีความคุ้มค่าและความปลอดภัยที่ดีกว่าน้ำมันเบนซินที่มีการเติม MTBE อีกด้วย ข. ETBE มีจุดเดือดสูง จึงไม่สามารถผสมกับไฮโดรคาร์บอนได้เพื่อก่อให้เกิดสารที่มีจุดเดือดร่วมกันได้ วิธีนี้จะช่วยลดแรงต้านของอากาศภายในเครื่องยนต์ และยังช่วยลดการสูญเสียจากการระเหยได้อีกด้วย ค. ช่วงการกลั่นของ ETBE และไอโซออกเทนนั้นมีความแคบ ดังนั้นจึงสามารถปรับปรุงค่าดัชนีความสามารถในการขับขี่ได้ (Drivability Index) ； DI) และการควบคุม VOC (สารอินทรีย์ที่ระเหยได้) ในขั้นตอนการผสม. ดี. ETBE มีค่าออกเทนสูง แรงดันไอในสภาพไอน้ำต่ำ และมีความสามารถในการละลายในน้ำน้อยกว่า MTBE ดังนั้นจึงเหมาะสมกว่าเอทานอลในการใช้เป็นสารเติมแต่งที่มีออกซิเจนในน้ำมันเบนซิน ด้วยเหตุนี้ ETBE จึงมีศักยภาพทางการตลาดที่สูงมาก 3. สถานะปัจจุบันของเทคโนโลยีการสังเคราะห์ ETBE (ดูรายละเอียดใน “ภาคผนวก 2”) เทคโนโลยีการกลั่นด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาถือเป็นแนวทางการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิต ETBE นอกจากนี้ เทคโนโลยีการกู้คืนเอทานอลก็เป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีการผลิต ETBE เช่นกัน ปัจจุบัน เทคโนโลยีการกู้คืนเอทานอลโดยใช้แผ่นม่านการดูดซึมไอมีค่าใช้จ่ายในการผลิตต่ำ จึงมีแนวโน้มที่ดี ปัจจุบัน เทคโนโลยีการผลิต ETBE ในต่างประเทศนั้นมีความพร้อมสมบูรณ์แล้ว บริษัทที่มีเทคโนโลยีการผลิต ETBE ในระดับสากล ได้แก่ สถาบันน้ำมันแห่งฝรั่งเศส (IFP), บริษัท CDTECH ของสหรัฐอเมริกา, บริษัท ARCO, บริษัท UOP, และบริษัท Phillips ในประเทศจีน มีหน่วยงานที่ทำการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการผลิต ETBE อยู่ไม่มากนัก และส่วนใหญ่ยังอยู่ในขั้นตอนการทดลองเท่านั้น เมื่อ MTBE ถูกห้ามใช้ไปเรื่อยๆ การวิจัยเกี่ยวกับ ETBE ก็ได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ ปัจจุบัน เทคโนโลยีการสังเคราะห์อีเธอร์ในต่างประเทศมีความพร้อมสมบูรณ์แล้ว โดย MTBE, TAME และ ETBE ล้วนมีการผลิตในระดับอุตสาหกรรมทั้งสิ้น ในประเทศจีน มีเพียง MTBE เท่านั้นที่สามารถผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้อย่างกว้างขวาง ส่วนเทคโนโลยีการสังเคราะห์ TAME นั้นอยู่ในช่วงการนำไปใช้ในอุตสาหกรรม ในขณะที่เทคโนโลยีการสังเคราะห์ ETBE ยังอยู่ในช่วงการวิจัยเท่านั้น โดยทั่วไปแล้ว ETBE จะถูกผลิตขึ้นจากการทำปฏิกิริยาระหว่างไอโซบิวทีนที่อยู่ใน C4 กับเอทานอล ภายใต้การกระตุ้นของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีความเป็นกรด ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่ปล่อยพลังงานออกมา ในการผลิตในระดับอุตสาหกรรมนั้น มักจะใช้เรซินแลกเปลี่ยนไอออนชนิดซัลเฟตที่มีรูพรุนขนาดใหญ่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ผลข้างเคียงหลักคือการรวมตัวกันของเอทิลีนและบิวทิลีน รวมถึงการเกิดปฏิกิริยากับน้ำ จากลักษณะของเครื่องปฏิกรณ์ วิธีการผลิต ETBE สามารถแบ่งออกได้เป็นเทคโนโลยีการใช้แผ่นรองปฏิกิริยา และเทคโนโลยีการกลั่นด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา การใช้เทคโนโลยีแบบเตียงคงที่นั้น อุปกรณ์มีความเรียบง่ายและสามารถใช้งานได้ง่าย แต่อัตราการเปลี่ยนสภาพของไอโซบิวทีนนั้นถูกจำกัดด้วยหลักการสมดุลทางเทอร์โมไดนามิกส์ โดยอัตราสูงสุดที่สามารถทำได้คือ 92% เท่านั้น (ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันสูง) นอกจากนี้ ความร้อนที่เกิดขึ้นจากการเกิดปฏิกิริยาก็ไม่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้เช่นกัน เทคโนโลยีการกลั่นด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยทำลายสมดุลทางพลังงานของปฏิกิริยา ทำให้อัตราการเปลี่ยนแปลงของไอโซบิวทีนสูงถึง 99.5% ขึ้นไป ส่วนผลิตภัณฑ์ C4 หลังจากการทำปฏิกิริยานั้นแทบไม่มีไอโซบิวทีนเหลืออยู่เลย ดังนั้นจึงสามารถนำไปใช้ในการผลิตวัตถุดิบทางเคมีต่างๆ เช่น 1-บิวทีน และบิวทาไดอีนได้ นอกจากนี้ พลังงานความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยายังสามารถนำมาใช้ในการแยกผลิตภัณฑ์ได้อีกด้วย ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานลงได้ ดังนั้น เทคโนโลยีการสังเคราะห์ ETBE ด้วยวิธีการกลั่นแบบใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาจึงมีความได้เปรียบมากกว่าในการผลิตในระดับอุตสาหกรรม โดยปัจจัยสำคัญของเทคโนโลยีนี้ก็คือวิธีการจัดวางตัวเร่งปฏิกิริยาภายในหอกลั่นนั่นเอง เทคโนโลยีการกลั่นด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาถือเป็นแนวทางการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิต ETBE นอกจากนี้ เทคโนโลยีการกู้คืนเอทานอลก็เป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีการผลิต ETBE เช่นกัน ปัจจุบัน เทคโนโลยีการแยกเอทานอลโดยใช้แผ่นม่านการระเหยมีค่าใช้จ่ายด้านพลังงานต่ำ จึงมีแนวโน้มที่ดี ปัจจุบัน เทคโนโลยีการผลิต ETBE ในต่างประเทศนั้นมีความพร้อมสมบูรณ์แล้ว บริษัทที่มีเทคโนโลยีการผลิต ETBE ในระดับสากล ได้แก่ สถาบันน้ำมันแห่งฝรั่งเศส (IFP), บริษัท CDTECH ของสหรัฐอเมริกา, บริษัท ARCO, บริษัท UOP, และบริษัท Phillips ในประเทศจีน มีหน่วยงานที่ทำการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการผลิต ETBE อยู่ไม่มากนัก และส่วนใหญ่ยังอยู่ในขั้นตอนการทดลองเท่านั้น