เชื้อเพลิงและวัสดุหล่อลื่น (1)

วิชา เชื้อเพลิงและวัสดุหล่อลื่น
เรื่อง การผลิตและการใช้เชื้อเพลิง

การผลิตและการใช้เชื้อเพลิง
´เชื้อเพลิง (Fuel) คือ วัสดุใดๆ ก็ตามที่ทำปฏิกิริยาเคมีกับออกซิเจน (Oxidation)
จะเกิดการลุกไหม้ให้พลังงานความร้อนและแสงสว่าง จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับ
ชนิดของเชื้อเพลิงเชื้อเพลิงประกอบด้วยสารประกอบที่สำคัญ คาร์บอนและ
ไฮโดรเจน โดยทั่วไปเชื้อเพลิงแบ่งออกได้ 3 ประเภท ดังนี้

เชื้อเพลิงแข็ง (Solid Fuels) หมายถึง เชื้อเพลิงที่มีสถานะเป็นของแข็งที่มีอุณหภูมิ
ปกติ เชื้อเพลิงชนิดนี้ส่วนมาก
ประกอบด้วยธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน
กำมะถันและเถ้า เมื่อทำปฏิกิริยาทางเคมีกับออกซิเจนในอากาศ
แล้วจะให้พลังงานความร้อนออกมา เชื้อเพลิงแข็งที่ได้จากธรรมชาติ
ได้แก่ ไม้ ฟืน เศษวัชพืชต่างๆ ถ่านหิน หินน้ำมัน และแกลบ

เชื้อเพลิงเหลว
เชื้อเพลิงที่มีสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิปกติ เชื้อเพลิงประเภทนี้ได้แก่ น้ำมันที่ได้
จากการกลั่นปิโตรเลียม น้ำมันจากพืช และน้ำมันจากสัตว์ เป็นต้น เชื้อเพลิงเหลวที่
นิยมใช้กับยานพาหนะ และตามโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ เพราะสะดวกต่อการใช้
งานและให้ค่าคาวมร้อนทางเชื้อเพลิงสูง เชื้อเพลิงเหลวที่นิยมใช้ส่วนใหญ่ได้จาก
ผลิตภัณฑ์การกลั่นน้ำมันปิโตรเลียม เช่น น้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด น้ำมันแก๊สโซลีน
น้ำมันดีเซล และน้ำมันเตา เป็นต้น

เชื้อเพลิงก๊าซ
เชื้อเพลิงก๊าซ หมายถึง เชื้อเพลิงที่มีสถานะเป็นก๊าซที่ออุณหภูมิปกติ
หรือหมายถึง ก๊าซทุกชนิดที่สามารถนำมาทำปฏิกิริยากับออกซิเจน
แล้วเกิดการเปาไหม้ทำให้ได้พลังงานความร้อนที่สามารถนำไปใช้
ประโยชน์ได้ เชื้อเพลิงส่วนใหญ่มีส่วนประกอบของสารไฮโดรคาร์บอน
เป็นองค์ประกอบ ก๊าซแต่ละชนิดให้ความร้อนจากการเผาไหม้ไม่เท่า
กัน ตัวอย่างเชื้อเพลิงประเภทนี้คือ ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซหุงต้ม (ก๊าซ
LPG )

เชื้อเพลิงแข็งเป็นวัตถุเชื้อเพลิงที่มีความสำคัญต่อครัวเรือนและเศรษฐกิจของ
โลก เช่น การใช้เชื้อเพลิงแข็งในการผลิตพลังไอน้ำ เพื่อนำไอน้ำที่มีความดันสูง
ไปขับเครื่องจักรกลในอุตสาหกรรมการผลิตต่างๆ หรือสำหรับผลิตกระแส
ไฟฟ้า เป็นต้น เชื้อเพลิงแข็งแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ

เชื้อเพลิงแข็งที่ได้จากธรรมชาติ เช่น ไม้ ฟืน ถ่านหิน หินน้ำมัน เศษพืช รวมทั้งแหลบ

เชื้อเพลิงแข็งที่ได้จากกระบวนการผลิต เช่น ถ่านไม้ ถ่านโค้ก และเชื้อเพลิงอัดแท่งจากแกลบ

คุณสมบัติเชื้อเพลิงชนิดต่างๆ
´ไม้ (wood) เป็นเชื้อเพลิงที่ใช้กันมาตั้งแต้สมัยดึกดำบรรพ์จนถึงปัจจุบันนี้
ซึ่งส่วนใหญ่นำมาใช้เพื่อให้เกิดพลังงานความร้อน หรือ ใช้ในการทำอาหารในครัวเรือน
และใช้เป็นพลังงานเชื้อเพลิงในงานอุตสาหกรรมโรงงานไฟฟ้า โดยใช้ต้มน้ำในหม้อไอน้ำ
เพื่อนำไอน้ำที่มีความดันสูงไปขับเครื่องจักรกลในโรงงานอุตสาหกรรม หรือ
หัวจักรรถไฟ ซึ่งในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองขาดแคลนน้ำมันเชื้อเพลิงเป็นอย่างมาก
จำเป็นต้องอาศัยไม้ฟืน เป็นเชื้อเพลิงขับเครื่องยนต์ให้เป็นก๊าซชีวภาพ
ปัจจุบันทางานราชการจึงควบคุมการบุกรุกทำลายป่า ลดภาษีเชื้อเพลิงก๊าซ ให้หันมาใช้เชื้อเพลิงก๊าซ
มากยิ่งขึ้น

ไม้สด มีค่าความชื้นประมาณ 25-60% ประกอบด้วยธาตุคาบอน 50–53% ออกซิเจน 38-
44% ไฮโดรเจน 5.8-7% ไนโตรเจน 0-0.3% กำมะถัน 0-0.1% และขี้เถ้า 0.1-2.0%
ไม้แห้ง มีค่าความร้อนประมาณ 19.8-21.0% hhv หรือ ค่าปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นต่อน้ำ
หนักเชื้อเพลิง

เมื่อถูกการเผาไหม้ 17-19 เมกะจูล/กิโลกรัม Lhv หรือการนำชีวมวลหนัก 1 กิโลกรัม มาลด
ความชื้นหรือกำจัดน้ำออกให้หมด จากนั้นนำมาหาค่าความร้อน ความหนาแน่นอยู่ระหว่าง
500-1,100กิโลกรัม/ลูกบากศ์เมตร ค่าสภาพนำความร้อนมีค่าระหว่าง 0.15-0.45วัตต์/
ตารางเมตร.องศาเซลเซียส อุณหภูมิถัดไป

295 องศาเซลเซียส แต่เป็นถ่านไม้จะมีค่าประมาณ 400 – 800 องศาเซลเซียส

ถ่านไม้
ถ่านไม้ เป็นเชื้อเพลิงที่จำเป็นสำหรับใช้พลังงานความร้อนในการทำ
อาหารของคนไทย
เพราะอาหารที่ใช้ถ่านไม้ จะมีความหอมเป็นเอกลักษณ์โดยเฉพาะ การย่าง
ต้ม หรือการปรุงอาหารอื่นๆ
โดยจะได้รสดี กลิ่นหอมชวนรับประทาน
การผลิตถ่านไม้
โดยนำไม้ไปอบไล่ความชื้น และสารระเหยออกไปทำให้ธาตุคาร์บอนในเนื้อ
ถ่านบริสุทธิ์จึงทำให้ไม่มีควันขนาดลุกไหม้
การใช้ถ่านไม้เป็นการทำลายป่าไม้
ทำลายแหล่งต้นน้ำลำธาร ทำลายที่อยู่ของสัตว์ป่า
ทำลายสิ่งแวดล้อมทำให้เกิดความแห้งแล้ง เกิดโคลนถล่ม และน้ำท่วมฉับ
พลัน
รัฐบาลจึงจะพยายามส่งเสริมโครงการปลูกป่าเพื่อให้ประชาชนได้มีส่วน
ร่วมเพื่อทำให้สิ่งแวดล้อมมีความอุดมสมบูรณ์มากยิ่งขึ้น

ถ่านหิน
ถ่านหิน เป็นเชื้อเพลิงแข็งที่นิยมใช้กันมาก
เนื่องจากให้ค่าความร้อนสูง ราคาถูกกว่าเชื้อเพลิงอื่น ๆและมีการกระจายอยู่ทั่วโลก
ถ่านหินซึ่งเป็นตะกอนชนิดหนึ่งประกอบด้วยสารอินทรีย์จำพวกคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่
และมีธาตุไฮโดรเจนออกซิเจน ไนโตรเจน
และกำมะถันปะปนโดยถ่านหินเกิดจากการทับทมซากพืชต่างๆเมื่อผิวโลกเกิดการ
เปลี่ยนแปลง ชั้นของซากพืชถูกทับด้วยดินหินและถูกความร้อนจากใต้ผิวโลกอบเป็นเวลา
หลายล้านปีทำให้สารระเหยต่าง
ๆ ระเหยออก จนแปรสภาพเป็นถ่านเนื้อแน่น

ประเภทของถ่านหิน โดยแบ่งชนิดของถ่านหินได้ 5 ชนิด
ถ่านพีต Peat เป็นถ่านหินอายุน้อย คุณภาพต่ำ ยังปรากฏเห็นเศษซากเนื้อไม้อยู่มาก มีปริมาณสารระเหย
ความชื้น และออกซิเจนค่อนข้างสูง ให้ค่าความร้อนต่ำ และมีควันมากเมื่อเกิดการเผาไหม้

ถ่านลิกไนต์ lingnite เป็นถ่านหินสีน้ำตาล โครงสร้างเป็นแผ่นยังปรากฏรอยเนื้อ
ไม้อยู่บ้างมีสารระเหยค่อนข้างสูง ความชื้นสูง และประมาณกำมะถันสูง

ถ่านบิทูมิมัส bituminons เป็นถ่านที่มีปริมาณคาร์บอนคงที่น้อยกว่าแอนทราไซต์ แต่มี
สารระเหยมากกว่า จึงติดไฟได้ง่าย ให้ค่าความร้อนสูง เนื้อถ่านเป็นสีดำ มันวาว และมี
กำมะถันต่ำ นิยมใช้เป็นเชื้อเพลิงในระบบเผาไหม้ขนาดใหญ่

ถ่านซับบิทูมินัส Sub biturminons
มีสีดำ เป็นเชื้อเพลิงที่มีคุณภาพเหมาะสมในการผลิตกระแสไฟฟ้า

ถ่านแอนทราไซต์ anthracite เป็นถ่านหินคุณภาพสูงที่สุด มีลักษณะแข็ง
เปราะสีดำสนิทเป็นมันวาว เป็นเนื้อเดียวกัน ปริมาณคาร์บอนสูง สารระเหย
ต่ำ ปริมาณกำมะถันต่ำติดไฟยาก แต่เมื่อติดไฟแล้วจะให้ความร้อนสูงและอยู่
ได้นาน ราคาสูงจึงไม่นิยมนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงโดยตรง แต่ใช้เป็นวัตถุดิบใน
อุตสาหกรรมอื่น ๆ

ประโยชน์ของถ่านหิน
ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับหุงต้มในครัวเรือน

ใช้เป็นเชื้อเพลิงความร้อนในอุตสาหกรรม
ใช้เป็นเชื้อเพลิงผลิตพลังงานไฟฟ้า

ใช้เป็นวัตุดิบในการผลิตน้ำมันเชื้อเพลิง

ใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตก๊าซเชื้อเพลิง และ ผลิตสารเคมี

ใช้ทาผิวหน้าแบบหล่อโลหะเพื่อให้น้ำโลหะไหลดีขึ้น
ถ่านหินนอกจากใช้เป็นเชื้อเพลิงโดยตรงแล้ว
สามารถแปรรูปเพื่อให้ได้เชื้อเพลิงที่มีคุณภาพและสะอาด
กระบวนการแปรรูปแบ่งได้ดังนี้

การคาร์โบไนซ์ถ่านหิน coal cabonization เป็นการเพิ่มปริมาณคาร์บอนให้ถ่านหินโดยนำถ่านหิน
ไปอบในที่ไม่มีอากาศ
เป็นการไล่ความชื้นและสารระเหยออกไป
ผลผลิตที่ได้คือ ถ่านโค้ก

ถ่านโค้ก เป็นถ่านที่ได้จากการเผาถ่านหิน เนื่องจากการเผาถ่านหินโดยตรงมักก่อให้เกิด
ปัญหามลพิษกับสภาพแวดล้อม ดังนั้นจึงได้มีการสังเคราะห์ถ่านโค้กขึ้น โดยการนำเอา
ถ่านหินคุณภาพดี เช่น บิทูมินัส หรือถ่านลิกไนต์ชนิดดีมาเผาให้ความร้อนในภาชนะที่มี
อากาศจำกัด โดยการให้ความร้อนติดต่อประมาณ 42-48ชั่วโมง กระบวนการนี้เป็นกระ
บวนการ คาร์บอไนซ์ถ่านหิน ทำให้ถ่านโค้กที่มีลักษณะพรุน มีสีมันวาว มีควันน้อยเมื่อเผา
ไหม้ให้ความร้อนสูงกว่าถ่านหินทั่วไป โดยทั่วไปวิธีในการผลิตถ่านหินโค้กมี 2 วิธี
การคาร์โบไนซ์ถ่านหินที่อุณหภูมิต่ำ โดยใช้อุณหภูมิประมาณ 600 องศา จะได้ถ้านโค้ก
และก๊าซถ่านหิน ซึ่งถ่านโค้กนี้จะนำไปใช้ในครัวเรือนได้
การคาร์โบไนซ์ถ่านหินที่อุณหภูมิสูง โดยใช้อุณหภูมิประมาณ 1,000องศา จะได้ถ่านโค้ก
น้ำมัน รวมทั้งก๊าซถ่านหิน