กระบวนการกลั่น.mpg

ปิโตรเลียม

การเกิดและแหล่งปิโตรเลียม

ปิโตรเลียม (Petroleum)

3. ปิโตรเลียม

      ปิโตรเลียม (Petroleum) มาจากรากศัพท์ภาษาละติน 2 คำ คือ เพทรา (Petra) แปลว่า หิน และโอลิอุม (Oleum) แปลว่า น้ำมัน รวมกันแล้วมีความหมายว่า น้ำมันที่ได้จากหิน

         ปิโตรเลียมเป็นสารผสมของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนและสารอินทรีย์หลายชนิดที่เกิดตามธรรมชาติทั้งในสถานะของเหลวและแก๊ส ได้แก่ น้ำมันดิบ(Crude oil) และแก๊สธรรมชาติ(Natural gas)

               น้ำมันดิบ จากแหล่งต่าง ๆ อาจมีสมบัติทางกายภาพแตกต่างกัน เช่น มีลักษณะข้นเหนียว จนถึงหนืดคล้ายยางมะตอย มีสีเหลือง เขียว น้ำตาลจนถึงดำ มีความหนาแน่น 0.79 – 0.97 g/cm³ น้ำมันดิบมีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนประเภทแอลเคน และไซโคลแอลเคน อาจมีสารประกอบของ N  ,  S  และสารประกอบออกไซด์อื่น ๆ ปนอยู่เล็กน้อย



น้ำมันดิบ

 



น้ำมันดิบ

 



ถังเก็บน้ำมันดิบ

            แก๊สธรรมชาติ (Natural gas) มีองค์ประกอบหลักคือ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีคาร์บอนในโมเลกุล 1 – 5 อะตอมประมาณร้อยละ 95 ที่เหลือเป็นแก๊สไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์อาจมีแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ปนอยู่ด้วยแก๊สธรรมชาติอาจมีสถานะเป็นของเหลวเรียกว่า แก๊สธรรมชาติเหลว (Condensate) ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนเช่นเดียวกับแก๊สธรรมชาติ แต่มีจำนวนอะตอมคาร์บอนมากกว่า เมื่ออยู่ในแหล่งกักเก็บใต้ผิวโลกที่ลึกมากและมีอุณหภูมิสูงมากจะมีสถานะเป็นแก๊ส แต่เมื่อนำขึ้นบนถึงระดับผิวดินซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่า ไฮโดรคาร์บอนจะกลายสภาพเป็นของเหลว

ปริมาณธาตุองค์ประกอบของน้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติ

ชนิดของปิโตรเลียม	ปริมาณเป็นร้อยละโดยมวล
	C	H	S	N
น้ำมันดิบ	82 – 87	12 – 15	0.1 – 1.5	0.1 – 1
แก๊สธรรมชาติ	65 – 80	1 – 25	0.2	1 – 15

     3.1 การเกิดปิโตรเลียม

                ปิโตรเลียมเกิดจากการทับถมและสลายตัวของอินทรียสารจากพืชและสัตว์ที่คลุกเคล้าอยู่กับตะกอนในชั้นกรวดทรายและโคลนตมใต้พื้นดิน เมื่อเวลาผ่านไปนับล้านปีตะกอนเหล่านี้จะจมตัวลงเรื่อย ๆ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของผิวโลก ถูกอัดแน่นด้วยความดันและความร้อนสูง และมีปริมาณออกซิเจนจำกัด จึงสลายตัวเปลี่ยนสภาพเป็นแก๊สธรรมชาติและน้ำมันดิบแทรกอยู่ระหว่างชั้นหินที่มีรูพรุน

ปิโตรเลียมจากแหล่งต่างกันจะมีปริมาณของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน รวมทั้งสารประกอบของกำมะถัน ไนโตรเจน และออกซิเจนแตกต่างกัน โดยขึ้นอยู่กับชนิดของซากพืชและสัตว์ที่เป็นต้นกำเนิดของปิโตรเลียม และอิทธิพลของแรงที่ทับถมอยู่บนตะกอน

แหล่งกักเก็บปิโตรเลียม

ปิโตรเลียมที่เกิดอยู่ในชั้นหิน จะมีการเคลื่อนตัวออกไปตามรอยแตกและรูพรุนของหินไปสูระดับความลึกน้อยกว่าแล้วสะสมตัวอยู่ในโครงสร้างหินที่มีรูพรุน มีโพรง หรือรอยแตกในเนื้อหินที่สามารถให้ปิโตรเลียมสะสมคัวอยู่ได้ ด้านบนเป็นหินตะกอนหรือหินดินดานเนื้อแน่นละเอียดปิดกั้นไม่ให้ปิโตรเลียมไหลลอดออกไปได้ โครงสร้างปิดกั้นดังกล่าวเรียกว่า แหล่งกักเก็บปิโตรเลียม

3.2 การสำรวจปิโตรเลียม

4. การเจาะสำรวจ จะบอกให้ทราบถึงความยากง่ายของการขุดเจาะเพื่อนำปิโตรเลียมมาใช้ และบอกให้ทราบว่าสิ่งที่กักเก็บอยู่เป็นแก๊สธรรมชาติหรือน้ำมันดิบ และมีปริมาณมากน้อยเพียงใด ข้อมูลในการเจสะสำรวจจะนำมาใช้ในการตัดสินถึงความเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจ เมื่อเจาะสำรวจพบปิโตรเลียมในรูปแก๊สธรรมชาติหรือน้ำมันดิบแล้ว ถ้าหลุมใดมีความดันภายในสูง ปิโตรเลียมจะถูกดันให้ไหลขึ้นมาเอง แต่ถ้าหลุมใดมีความดันภายในต่ำ จะต้องเพิ่มแรงดันจากภายนอกโดยการอัดแก๊สบางชนิดลงไป เช่น แก๊สธรรมชาติ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

การสำรวจน้ำมันดิบในประเทศไทย

มีการสำรวจครั้งแรกใน พ.ศ. 2464 พบที่อำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่ และพบแก๊สธรรมชาติที่มีปริมาณมากพอเชิงพาณิชย์ในอ่าวไทยเมื่อ พ.ศ. 2516 ต่อมาพบที่อำเภอน้ำพอง จังหวัดขอนแก่น

3.3 การกลั่นน้ำมันดิบ

น้ำมันดับเป็นของผสมของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนหลายชนิด ทั้งแอลเคน ไซโคลแอลเคน น้ำ และสารประกอบอื่น ๆ การกลั่นน้ำมันดิบจึงใช้การกลั่นลำดับสวน ซึ่งมีขั้นตอนดังนี้

1. ก่อนการกลั่นต้องแยกน้ำและสารประกอบต่าง ๆ ออกจากน้ำมันดิบก่อน จนเหลือแต่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่

ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่นปิโตรเลียม สมบัติ และการใช้ประโยชน์

ผลิตภัณฑ์ที่ได้	จุดเดือด (OC)	สถานะ	จำนวน C	การใช้ประโยชน์
แก๊สปิโตรเลียม	< 30	แก๊ส	1 – 4	ทำสารเคมี วัสดุสังเคราะห์ เชื้อเพลิงแก๊สหุงต้ม
แนฟทาเบา	30 – 110	ของเหลว	5 – 7	น้ำมันเบนซิน ตัวทำละลาย
แนฟทาหนัก	65 – 170	ของเหลว	6 – 12	น้ำมันเบนซิน แนฟทาหนัก
น้ำมันก๊าด	170 – 250	ของเหลว	10 – 19	น้ำมันก๊าด เชื้อเพลิงเครื่องยนต์ไอพ่น และตะเกียง
น้ำมันดีเซล	250 – 340	ของเหลว	14– 19	เชื้อเพลิงเครื่องยนต์ดีเซล
น้ำมันหล่อลื่น	> 350	ของเหลว	19 – 35	น้ำมันหล่อลื่น น้ำมันเครื่อง
ไข	> 500	ของแข็ง	> 35	ใช้ทำเทียนไข เครื่องสำอาง ยาขัดมัน ผลิตผงซักฟอก
น้ำมันเตา	> 500	ของเหลวหนืด	> 35	เชื้อเพลิงเครื่องจักร
ยางมะตอย	> 500	ของเหลวหนืด	> 35	ยางมะตอย เป็นของแข็งที่อ่อนตัวและเหนียวหนืดเมื่อถูกความร้อน ใช้เป็นวัสดุกันซึม

2. ส่งผ่านสารประกอบไฮโดรคาร์บอนผ่านท่อเข้าไปในเตาเผาที่มีอุณหภูมิ  320 – 385^OC  น้ำมันดิบที่ผ่านเตาเผาจะมีอุณหภูมิสูง จนบางส่วนเปลี่ยนสถานะเป็นไอปนไปกับของเหลว

3. ส่งสารประกอบไฮโดรคาร์บอนทั้งที่เป็นของเหลวและไอผ่านเข้าไปในหอกลั่น ซึ่งหอกลั่นเป็นหอสูงที่ภายในประกอบด้วยชั้นเรียงกันหลายสิบชั้น แต่ละชั้นจะมีอุณหภูมิแตกต่างกัน ชั้นบนมีอุณหภูมิต่ำ ชั้นล่างมีอุณหภูมิสูง ดังนั้นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีมวลโมเลกุลต่ำและจุดเดือดต่ำจะระเหยขึ้นไปและควบแน่นเป็นของเหลวบริเวณชั้นที่อยู่ส่วนบนของหอกลั่น ส่วนสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีมวลโมเลกุลสูงและจุดเดือดสูงกว่าจะควบแน่นเป็นของเหลวอยู่ในชั้นต่ำลงมาตามช่วงอุณหภูมิของจุดเดือด สารประกอบไฮโดรคาร์บอนบางชนิดที่มีจุดเดือดใกล้เคียงกันจะควบแน่นปนกันออกมาชั้นเดียวกัน การเลือกช่วงอุณหภูมิในการเก็บผลิตภัณฑ์จึงขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ของการใช้ผลิตภัณฑ์ที่ได้

สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีมวลโมเลกุลสูงมาก เช่น น้ำมันเตา น้ำมันหล่อลื่น และยางมะตอย ซึ่งมีจุดเดือดสูงจึงยังคงเป็นของเหลวในช่วงอุณหภูมิของการกลั่น และจะถูกแยกอยู่ในชั้นตอนล่างของหอกลั่น

ปริมาณสำรองปิโตรเลียมในประเทศไทย มีปริมาณที่ประเมินได้ดังนี้

น้ำมันดิบ 806 ล้านบาร์เรล

แก๊สธรรมชาติ  32 ล้านลูกบาศก?ฟุต

แก๊สธรรมชาติเหลว  688 ล้านบาร์เรล

แหล่งน้ำมันดิบใหญ่ที่สุดของประเทศ ได้แก่ น้ำมันดิบเพชร จากแหล่งสิริกิติ์ กิ่งอำเภอลานกระบือ จังหวัดกำแพงเพชร แหล่งผลิตแก๊สธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดอยู่ในอ่าวไทยชื่อว่า แหล่งบงกช เจาะสำรวจพบเมื่อ พ.ศ. 2523

แหล่งสะสมปิโตรเลียมขนาดใหญ่ที่สุดของโลกอยู่ที่อ่าวเปอร์เซีย รองลงมาคือบริเวณอเมริกากลาง อเมริกาเหนือ และรัสเซีย ปิโตรเลียมที่พบบริเวณประเทศไนจีเรียเป็นแหล่งปิโตรเลียมที่มีคุณภาพดีที่สุด เพราะมีปริมาณสารประกอบกำมะถันปนอยู่น้อยที่สุด

การสำรวจปิโตรเลียมทำได้หลายวิธี และมีขั้นตอนต่าง ๆ ดังนี้

1. การสำรวจทางธรณีวิทยา (Geology) โดยทำแผนที่ภาพถ่ายทางอากาศ

2. สำรวจทางธรณีวิทยาพื้นผิว โดยการเก็บตัวอย่างหิน ศึกษาลักษณะของหิน วิเคราะห์ซากพืชซากสัตว์ที่อยู่ในหิน ผลการศึกษาช่วยให้คาดคะคะเนได้ว่ามีโอกาสพบโครงสร้างและชนิดของหินที่เอื้ออำนวยต่อการกักเก็บปิโตรเลียมในบริเวณนั้นมากหรือน้อยเพียงใด

3. การสำรวจทางธรณีฟิสิกส์ (Geophysics)

• การวัดความเข้มสนามแม่เหล็กโลก จะบอกให้ทราบถึงขอบเขต ความหนา ความกว้างใหญ่ของแอ่ง และความลึกของชั้นหิน
• การวัดค่าความโน้มถ่วงของโลก ทำให้ทราบถึงชนิดของชั้นหินใต้ผิวโลกในระดับต่าง ๆ ซึ่งจะช่วยในการกำหนดขอบเขตและรูปร่างของแอ่งใต้ผิวดิน
• การวัดค่าความไหวสะเทือน (Seismic wave) จะช่วยบอกให้ทราบตำแหน่ง รูปร่างลักษณะ และโครงสร้างของหินใต้ดิน

หินน้ำมัน (Oil Shale)

2. หินน้ำมัน (Oil Shale)

     หินน้ำมัน หมายถึง หินตะกอนเนื้อละเอียดที่มีการเรียงตัวเป็นชั้นบาง ๆ มีสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญคือ เคอโรเจน (kerogen) แทรกอยู่ระหว่างชั้นหินตะกอนโดยทั่วไปมีความถ่วงจำเพาะ 1.6–2.5

        หินน้ำมัน คือ  หินตะกอนเนื้อละเอียดขนาดตั้งแต่หินทรายแป้งลงมา ส่วนใหญ่เป็นหินดินดาน มีสีน้ำตาลอ่อนจนถึงน้ำตาลแก่ มีอินทรียสารที่เรียกว่าเคอโรเจน (kerogene) เป็นสารน้ำมันปนอยู่ในเนื้อหิน มักมีการเรียงตัวเป็นชั้นบาง ๆ ถ้าจุดไฟจะติดไฟ ชาวบ้านเรียก หินติดไฟหรือหินดินดานน้ำมัน ซึ่งจะใช้ประโยชน์ในการกลั่นเอาน้ำมันใช้เป็นเชื้อเพลิงและประโยชน์อื่น ๆ แหล่งหินน้ำมันที่สำคัญในประเทศไทยได้แก่ แหล่งที่อำเภอแม่สอด แม่ระมาด และที่อำเภออุ้มผาง จังหวัดตาก แหล่งบ้านป่าคา อำเภอลี้ จังหวัดลำพูน และแหล่งที่อำเภอเมือง จังหวัดกระบี่

    เคอโรเจน (Kerogen)

         เป็นสารอินทรีย์ที่เป็นของแข็งลักษณะเป็นไข มีขนาดโมเลกุลใหญ่ มีมวลโมเลกุลมากกว่า 3000 ประกอบด้วย C 64–89% H 7.1–12.8% N 0.1–3.1%  S 0.1–8.7%  O 0.8–24.8% โดยมวล

หินน้ำมันคุณภาพดีจะมีสีน้ำตาลไหม้จนถึงสีดำ มีลักษณะแข็งและเหนียว เมื่อสกัดหินน้ำมันด้วยความร้อนที่เพียงพอ เคอโรเจน จะสลายตัวให้ น้ำมันหิน ซึ่งมีลักษณะคล้ายน้ำมันดิบ ถ้ามีปริมาณเคอโรเจนมากก็จะได้น้ำมันหินมาก การเผาไหม้น้ำมันหินจะมีเถ้ามากกว่าร้อยละ 33 โดยมวลโดยในขณะที่ถ่านหินมีเถ้าน้อยกว่าร้อยละ 3

    2.1 การเกิดหินน้ำมัน 

               หินน้ำมันเกิดจากการสะสมและทับถมตัวของซากพืชพวกสาหร่าย และสัตว์พวกแมลง ปลา และสัตว์เล็ก ๆ อื่น ๆ ภายใต้แหล่งน้ำที่ภาวะเหมาะสมซึ่งมีปริมาณออกซิเจนจำกัด มีอุณหภูมิสูง และถูกกดทับจากการทรุดตัวของเปลือกโลกเป็นเวลานับล้านปี ทำให้สารอินทรีย์ในซากพืชและสัตว์เหล่านั้นเกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นสารประกอบเคอโรเจน ผสมคลุกเคล้ากับตะกอนดินทรายที่ถูกอัดแน่นกลายเป็นหินน้ำมัน หินน้ำมันแต่ละแหล่งในโลกมีช่วงอายุตั้งแต่ 3 – 600 ล้านปี

 

             หินที่เป็นแหล่งกำเนิดหินน้ำมันจะคล้ายกับหินที่เป็นแหล่งกำเนิดปิโตรเลียม แต่หินน้ำมันอาจมีปริมาณเคอโรเจนมากถึงร้อยละ 40 ในขณะที่ปิโตรเลียมมีประมาณร้อยละ 1

             ส่วนประกอบของหินน้ำมัน  มี 2 ประเภท ดังนี้

                   1) สารประกอบอนินทรีย์

              ได้แก่  แร่ธาตุต่าง ๆ ที่ผุพังมาจากชั้นหินโดยกระบวนการทางกายภาพและทางเคมี ประกอบด้วยแร่ธาตุที่สำคัญ 2 กลุ่มใหญ่ ๆ คือ

• กลุ่มแร่ซิลิเกต ได้แก่ ควอทซ์ เฟลสปาร์ เคลย์
• กลุ่มแร่คาร์บอเนต ได้แก่ แคลไซต์ โดโลไมต์

                      นอกจากนี้ ยังมีแร่ซัลไฟด์อื่น ๆ และฟอสเฟต ปริมาณแร่ธาตุในหินน้ำมันแต่ละแห่งจะแตกต่างกันตามสภาพการกำเนิด การสะสมตัวของหินน้ำมัน และสภาพแวดล้อม

                 2) สารประกอบอินทรีย์

             ประกอบด้วยบิทูเมน และเคอโรเจน บิทูเมนละลายได้ในเบนซีน เฮกเซน และตัวทำละลายอินทรีย์อื่น ๆ จึงแยกออกจากหินน้ำมันได้ง่าย เคอโรเจนไม่ละลายในตัวทำละลาย หินน้ำมันที่มีสารอินทรีย์ละลายอยู่ในปริมาณสูงจัดเป็นหินน้ำมันคุณภาพดี เมื่อนำมาสกัดควรให้น้ำมันอย่างน้อยร้อยละ 50 ของปริมาณสารอินทรีย์ที่มีอยู่ แต่อาจได้น้ำมันเพียงร้อยละ 30 หรือน้อยกว่า แต่ถ้ามีสารอนินทรีย์ปนอยู่มาก จะเป็นหินน้ำมันคุณภาพต่ำ

  ประเทศไทยมีแหล่งหินน้ำมันอยู่ที่ อ.แม่สอด จ. ตาก แต่ยังไม่มีการขุดขึ้นมาใช้เนื่องจากมีปริมาณเคอโรเจนต่ำกว่าร้อยละ 10 ยังไม่คุ้มกับการลงทุน

      2.2 การใช้ประโยชน์จากหินน้ำมัน

                  1) หินน้ำมันใช้เป็นแหล่งพลังงานได้เช่นเดียวกับถ่านหิน หินน้ำมัน 1000 กิโลกรัม เมื่อนำมาผ่านกระบวนการสกัด สามารถสกัดเป็นน้ำมันหินได้ประมาณ 100 ลิตร ผลิตภัณฑ์ที่ได้ประกอบด้วยน้ำมันก๊าด น้ำมันตะเกียง พาราฟิน น้ำมันเชื้อเพลิง น้ำมันหล่อลื่น ไข แนฟทา และผลิตภัณฑ์ที่เป็นผลพลอยได้อื่น ๆ  เช่น แอมโมเนียมซัลเฟต

                  2) การทำเหมืองเพื่อผลิตหินน้ำมันมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าการใช้เชื้อเพลิงจากปิโตรเลียมโดย ตรง ประเทศเอสโตเนีย นำหินน้ำมันมาใช้ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2463 ปัจจุบันเป็นประเทศที่ใช้หินน้ำมันมากที่สุด ส่วนใหญ่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า

                 3) ผลพลอยได้จากแร่ธาตุส่วนน้อย (trace elements) ที่มีอยู่ในหินน้ำมัน และสารประกอบที่เกิดขึ้นจากกระบวนการสกัดหินน้ำมัน คือ ยูเรเนียม วาเนเดียม สังกะสี โซเดียมคาร์บอเนต แอมโมเนียมซัลเฟต และกำมะถัน น้ำมันและผลพลอยได้เหล่านี้สามารถนำไปใช้ผลิตผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ หลายชนิด เช่น ใยคาร์บอน คาร์บอนดูดซับ คาร์บอนแบล็ก  และปุ๋ย



โรงงานผลิตหินนำมัน



เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์และผลิตภัณฑ์(Fossil Fuel and Products)

             เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์และผลิตภัณฑ์

(Fossil Fuel and Products)

เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ (Fossil Fuel

        หมายถึงเชื้อเพลิงที่ได้จากการหมักทับถมกันของสารอินทรีย์ทั้งจากพืชและสัตว์เป็นระยะเวลายาวนาน จนมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเป็นเชื้อเพลิงที่นำมาใช้ให้เกิดพลังงานต่าง ๆ

        เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ มี 3 ประเภท ดังนี้

              1. ถ่านหิน    

             2. หินน้ำมัน    

                      3. ปิโตรเลียม

1. ถ่านหิน (Coal)

        ถ่านหิน เป็นหินตะกอนที่กำเนิดมาจากซากพืช ลักษณะแข็งแต่เปราะ มีสีน้ำตาลถึงดำ  มีทั้งชนิดผิวมันและผิวด้าน องค์ประกอบหลักในถ่านหินคือธาตุคาร์บอน และธาตุอื่น ๆ เช่น ไฮโดรเจน  ออกซิเจน  ไนโตรเจน  และกำมะถัน  นอกจากนี้อาจพบธาตุที่มีปริมาณน้อย เช่น ปรอท สารหนู ซีลีเนียม โครเมียม นิกเกิล ทองแดง และแคดเมียม ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญที่ก่อให้เกิดปัญหากับสุขภาพและสิ่งแวดล้อม

     

    ปริมาณสำรอง ประกอบด้วยปริมาณที่พิสูจน์แล้วและปริมาณที่ยังไม่ได้พิสูจน์ ปริมาณสำรองที่พิสูจน์แล้วคือปริมาณที่ค้นพบแล้ว และจะสามารถผลิตขึ้นมาใช้ให้คุ้มค่าได้ค้อนข้างแน่นอน

 ปริมาณสำรองของถ่านหินที่มีอยู่ในปัจจุบันทั่วโลกจะใช้ได้อีก 250 ปี

     1.1 การเกิดถ่านหิน

พืชในยุคโบราณเมื่อประมาณ 350 ถึง 280 ล้านปีที่ผ่านมา เมื่อตาบลงแล้วเกิดการทับถมและเน่าเปื่อยผุพังอยู่ใต้แหล่งน้ำและโคลตม เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของผิวโลก เช่น แผ่นดินไหว หรือภูเขาไฟระเบิด ซากพืชเหล่านี้จะจมลงไปในผิวโลก ภายใต้ความร้อนและความดันสูง ซากพืชเหล่านี้ซึ่งอยู่ในภาวะที่ขาดออกซิเจนหรือมีออกซิเจนขำกัดจะเกิดการย่อยสลายอย่างช้า ๆ โครงสร้างของพืชซึ่งประกอบด้วยเซลลูโลส น้ำ และลิกนิน ซึ่งมีธาตุองค์ประกอบเป็นคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน เมื่อถูกย่อยสลายให้มีขนาดโมเลกุลเล็กลง คาร์บอนจะเปลี่ยนแปลงเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีปริมาณคาร์บอนตั้งแต่ร้อยละ 50 โดยมวล หรือมากกว่าร้อยละ 70 โดยปริมาตร ส่วนไฮโดรเจนและออกซิเจนจะเกิดเป็นสารประกอบอื่นแยกออกไป

 

ปัจจัยที่มีผลต่อสมบัติของถ่านหิน 

      การที่สมบัติทางกายภาพและทางเคมีของถ่านหินตามแหล่งต่าง ๆ แตกต่างกัน เป็นผลจากปัจจัยหลายอย่างดังนี้

1. ชนิดของพืช

2. การเน่าเปื่อยที่เกิดขึ้นการถูกฝังกลบ

3. ปริมาณสารอนินทรีย์ที่ปนเปื้อนในขั้นตอนการเกิด

4. อุณหภูมิและความดันในขณะที่มีการเปลี่ยนแปลง

ประเภทของถ่านหิน

1. พีต (Peat)

2. ลิกไนต์ (Lignite) หรือถ่านหินสีน้ำตาล

3. ซับบิทูมินัส (Sub–bituminous)

4. บิทูมินัส (bituminous)

5. แอนทราไซต์ (Anthracite)

ปริมาณร้อยละของธาตุองค์ประกอบและความชื้นของถ่านหินชนิดต่าง ๆ เทียบกับไม้

ชนิดของสาร	ปริมาณขององค์ประกอบ (ร้อยละโดยมวล)
	C	H	O	N	S	ความชื้น
ไม้	50	6	43	1	-	*
พีต	50 – 60	5 – 6	35 – 40	2	1	75 – 80
ลิกไนต์	60 – 75	5 – 6	20 – 30	1	1	50 – 70
ซับบิทูมินัส	75 – 80	5 – 6	15 – 20	1	1	25 – 30
บิทูมินัส	80 – 90	4 – 6	10 – 15	1	5	5 – 10
แอนทราไซต์	90 – 98	2 – 3	2 – 3	1	1	2 – 5

          * ขึ้นอยู่กับชนิดของพันธุ์ไม้

           แกรไฟต์เมื่อเผาไหม้จะให้พลังงาน 32.8 kJ/g  แต่การเผาถ่านหินจะให้พลังงานความร้อนเฉลี่ย30.6 kJ/g แสดงว่าพลังงานความร้อนที่ได้จากการเผาถ่านหินจะขึ้นอยู่กับปริมาณของคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบในถ่านหิน ดังนั้น การเผาไหม้ถ่านหินแต่ละชนิดที่มีมวลเท่ากันจะให้พลังงานความร้อนแตกต่างกันตามปริมาณคาร์บอนที่มีอยู่ในถ่านหินซึ่งมีลำดับจากมากไปหาน้อยดังนี้คือแอนทราไซต์บิทูมินัส  ซับบิทูมินัส  ลิกไนต์  และพีต 

1.2 การใช้ประโยชน์จากถ่านหิน

 1. ถ่านหิน ถูกนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานมากกว่า 3000 ปี ประเทศจีนเป็นประเทศแรก ๆ ที่นำถ่านหินมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในการถลุงทองแดง ปัจจุบันการใช้ประโยชน์จากถ่านหินส่วนใหญ่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า การถลุงโลหะ การผลิตปูนซีเมนต์ และอุตสาหกรรมที่ใช้เครื่องจักรไอน้ำ การผลิตกระแสไฟฟ้าทั่วโลกใช้พลังงานจากถ่านหินประมาณร้อยละ 39

2. แหล่งถ่านหินในประเทศไทยมีมากที่เหมืองแม่เมาะ จังหวัดลำปาง คิดเป็น 97% ของปริมาณสำรองที่มีอยู่ในประเทศไทย รองลงมาคือเหมืองกระบี่ จังหวัดกระบี่ ส่วนใหญ่เป็นลิกไนต์และซับบิทูมินัส ซึ่งมีคุณภาพต่ำ ให้ปริมาณความร้อนไม่สูงมากนัก

3. ถ่านหินยังนำมาทำเป็น ถ่านกัมมันต์ (Activated carbon) เพื่อใช้เป็นสารดูดซับกลิ่นในเครื่องกรองน้ำ เครื่องกรองอากาศ หรือในเครื่องใช้ต่าง ๆ ทำคาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแกร่ง แต่นำหนักเบา สำหรับใช้ทำอุปกรณ์กีฬา เช่น ด้ามไม้กอล์ฟ ไม้แบดมินตัน ไม้เทนนิส

4. นักวิทยาศาสตร์พยายามเปลี่ยนถ่านหินให้เป็นแก๊ส และแปรสภาพถ่านหินให้เป็นของเหลว เพื่อเพิ่มคุณค่าทางด้านพลังงานและความสะดวกในการขนส่งด้วยระบบท่อส่ง เชื้อเพลิงแก๊สหรือของเหลวนี้จะถูกเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์เคมีอื่น ๆ ที่มีประโยชน์ รวมทั้งเป็นการช่วยเสริมปริมาณความต้องการใช้เชื้อเพลิงธรรมชาติจากปิโตรเลียมด้วย 

5. การเผาไหม้ของถ่านหิน จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นแก๊สที่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของถ่านหิน ได้แก่ CO₂ , CO , SO₂ , NO₂

• CO₂ เป็นสาเหตุของสภาวะเรือนกระจก
• CO เป็นแก๊สไม่มีสีและไม่มีกลิ่น เป็นแก๊สพิษ เมื่อสูดดมเข้าไปมากจะทำให้มึนงง คลื่นไส้ อาจหมดสติถึงตายได้
• SO₂ และ NO₂ ทำให้เกิดการระคายเคืองต่อระบบหายใจและปอด เป็นสาเหตุสำคัญของภาวะมลพิษในอากาศ เป็นสาเหตุของฝนกรด ทำให้น้ำในแหล่งน้ำต่าง ๆ มีความเป็นกรดสูงขึ้น ส่งผลต่อการเจริญเติบโตของทั้งพืชและสัตว์

6. ของเสียที่เป็นเถ้าถ่านและฝุ่นจากการเผาถ่านหินจะมีพวกโลหะต่าง ๆ ปนออกมาด้วย ถ้ากำจัดไม่ถูกต้องจะมีผลเสียต่อส่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม เถ้าพวกนี้กำจัดได้โดยผสมกับซีเมนต์เพื่อใช้ในการก่อสร้าง ใช้ถมถนน หรือนำไปผ่านกระบวนการเพื่อแยกโลหะออกมาใช้ประโยชน์ สำหรับฝุ่นที่เกิดขึ้น ถ้าไม่มีกระบวนการกำจัดที่ดีจะฟุ้งกระจายไปในบรรยากาศ ปัจจุบันใช้อุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพโดยใช้หลักการทางไฟฟ้าสถิตเพื่อดูดจับฝุ่นเหล่านี้ไว้

 7. การลดผลกระทบที่เกิดจาก SO₂ ทำได้โดยกำจัดกำมะถันออกไปก่อนการเผาไหม้ถ่านหิน นอกจากนี้ยังต้องมีการกำจัดสารที่เป็นพิษ เช่น ปรอท ข้อเสียของการกำจัดโดยวิธีนี้คือจะสูญเสียสารอินทรีย์ที่มีประโยชน์ออกไปด้วย การกำจัดอีกวิธีหนึ่งเป็นกำจัดหลังผาไหม้ โดยการฉีดหรือพ่นหินปูนเข้าไปในเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูง หินปูนจะสลายตัวได้เป็น CaO ซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับแก๊ส SO₂ จะได้ CaSO₃ เป็นวิธีลงทุนที่ถูกกว่าและนิยมใช้

             

 เปรียบเทียบพลังงานความร้อนที่ได้จากการเผาถ่านหิน