การตรวจวิเคราะห์ปริมาณไนโตรเจนในน้ำมันหล่อลื่น

น้ำมันหล่อลื่น (Lubricating oils หรือ Lube oils) เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการกลั่นนํ้ามันดิบ โดยนำไปผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพ เพื่อให้ได้เป็นนํ้ามันหล่อลื่นพื้นฐานที่มีความบริสุทธิ์ มีคุณภาพสูง หน้าที่ของน้ำมันหล่อลื่นคืออะไร??  น้ำมันหล่อลื่นช่วยลดความฝืดระหว่างผิวโลหะ ทำให้เคลื่อนที่ง่าย ลดการสึกหรอ ระบายความร้อน ป้องกันการกัดกร่อนของชิ้นส่วน และรักษาความสะอาดของเครื่องยนต์หรือเครื่องจักร น้ำมันหล่อลื่นที่เรารู้จักกัน เช่น น้ำมันเครื่อง น้ำมันเกียร์ น้ำมันไฮโดรลิค โดยน้ำมันหล่อลื่นแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท

น้ำมันหล่อลื่นพื้นฐาน เป็นส่วนที่แยกออกมาจากหอกลั่นน้ำมันดิบ โรงกลั่นทั่วไปจะใช้น้ำมันประเภท Paraffin Base และ Naphtha Base เป็นวัตถุดิบในการผลิต หลังจากกลั่นแยกเอาน้ำมันเชื้อเพลิงต่างๆ ออกไปแล้ว ส่วนที่เหลือจะนำไปกลั่นต่อในหอกลั่นสูญญากาศ เพื่อให้ส่วนที่เป็นน้ำมันหล่อลื่นพื้นฐานถูกกลั่นแยกออกมา หลังจากนั้นจะนำมากำจัดสิ่งที่ไม่ต้องการออก เพื่อทำให้น้ำมันหล่อลื่นบริสุทธิ์และมีคุณภาพดีขึ้น

น้ำมันหล่อลื่นสำเร็จรูป เป็นการผสมระหว่างน้ำมันหล่อลื่นพื้นฐาน (Base oils) กับสารเพิ่มคุณภาพ (Additives) และสี (Dye) เพื่อให้คุณสมบัติตามต้องการ เหมาะสมกับสภาพการใช้งานต่างๆ

โดยในขบวนการผลิตน้ำมันหล่อลื่น หรือน้ำมันหล่อลื่นเครื่องยนต์ (Engine oil) จะมีการเติมสารเพิ่มคุณภาพ (Additives) หรือสารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงคุณภาพของน้ำมัน เพื่อเพิ่มสมรรถนะในการหล่อลื่นให้สูงขึ้น และป้องกันการรวมตัวของตะกอน สารเพิ่มคุณภาพเหล่านี้โดยทั่วไปจะเป็นสารจำพวก Detergent ซึ่งเป็นสารเคมีที่มีหน้าที่ชะล้างทำความสะอาดสิ่งสกปรกที่จับอยู่บนผิวของชิ้นส่วนเครื่องยนต์หรือเครื่องจักรให้หลุดออกไป และรวมอยู่ในน้ำมันหล่อลื่นแทน และยังมีสารจำพวก Dispersant ซึ่งเป็นสารเคมีที่มีหน้าที่กระจายเขม่าที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง ซึ่งเป็นส่วนที่ตกไปอยู่ในอ่างหล่อลื่นทำให้ไม่ให้จับกันเป็นก้อน ป้องกันไม่ให้ความหนืดเพิ่มขึ้นและป้องกันไส้กรองอุดตัน

โดยสารจำพวก Dispersant จะมีสารประกอบที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบในสายโซ่โมเลกุล ระดับของไนโตรเจนในน้ำมันหล่อลื่นจะเป็นดัชนีแสดงลักษณะการกระจายตัวของน้ำมัน ซึ่งแสดงถึงสมรรถนะของน้ำมัน โดยปริมาณของไนโตรเจนต้องมีความสมดุล และแหล่งของไนโตรเจนที่นำมาใช้ต้องไม่ส่งผลต่อระบบ seal ต่างๆ โดยไนโตรเจนจะเกี่ยวข้องกับขบวนการออกซิเดชั่นของน้ำมันหล่อลื่น ดังนั้นในการควบคุมคุณภาพของน้ำมันหล่อลื่นที่มีการเติมสารเติมแต่งลงไปนั้น จะต้องมีการตรวจสอบหาปริมาณของไนโตรเจนให้เหมาะสม เนื่องจากปริมาณของไนโตรเจนที่มากเกินไปจะทำให้เกิดการรวมตัวกับออกซิเจนเกิดเป็นสารประกอบ NOx ที่มีความร้อนสูงขณะขบวนการเผาไหม้ได้และจะไปเกาะตามชิ้นส่วนต่างๆของเครื่องยนต์ หรือมอเตอร์ และยังส่งผลทำให้น้ำมันเสื่อมสภาพ อย่างไรก็ตามนอกจากการควบคุมปริมาณและการตรวจสอบไนโตรเจนแล้ว โดยทั่วไปในขบวนการการปรับปรุงคุณภาพของน้ำมันหล่อลื่นจะมีขบวนการการสกัดด้วยตัวทำละลาย ซึ่งจะเป็นการกำจัดสารที่ไม่อิ่มตัวจำพวกอะโรเมติก กำมะถัน และสารประกอบไนโตรเจนออกไปอยู่แล้ว เพื่อปรับปรุงให้น้ำมันที่ได้มีดัชนีความหนืดสูงขึ้น สีคงตัวดี และรวมตัวกับออกซิเจนได้ยาก นอกจากนี้ยังมีการเติมไฮโดรเจน  เพื่อทำละลายหรือแปรรูปสารประกอบกำมะถัน ไนโตรเจน กรด และไฮโดรคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัวทำให้น้ำมันพื้นฐานมีความต้านทานการรวมตัวกับออกซิเจนสูง ไม่สลายตัวง่าย ไม่เกิดยางเหนียวมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น

ตามมาตรฐาน ASTM D5291 จะมีการตรวจหาปริมาณของ C H และ N ในงานน้ำมัน โดยผ่านขบวนการที่เรียกว่าคอมบัสชั่นหรือการเผาไหม้ที่ความร้อนสูงด้วยแก๊สออกซิเจนที่มีความบริสุทธิ์ ซึ่งจะเกิดเป็นสารประกอบของแก๊สดังสมการ แก๊สผสมที่ได้จะถูกแยกผ่านคอลัมน์ทางโครมาโตกราฟีและตรวจวัดด้วย Thermal Conductivity Detector ตามคุณสมบัติของแก๊สนั้นๆ โดยเราสามารถตรวจสอบปริมาณธาตุทั้ง C H และ N ได้พร้อมๆกัน ในหนึ่งครั้งการทดสอบ และใช้เวลาการทดสอบเพียง 10 นาทีต่อตัวอย่างเท่านั้น

R-N, R-S + O2  -->  CO2 + H2O + NOx

สมการการเกิดคอมบัสชั่นเพื่อให้ได้ คาร์บอนไดอ๊อกไซด์ และไนโตรเจนxออกไซด์ 

ไดอะแกรมหลักการทำงานของเครื่อง FlashSmart Analyzer

เทคนิคนี้เป็นเทคนิคที่สะดวกในการวิเคราะห์หาปริมาณ C H N S ในตัวอย่างของแข็งและของเหลว โดยเป็นการปรับปรุงจากหลักการของ Dumas Method เพื่อการวิเคราะห์ที่รวดเร็วมากขึ้น ตอบสนองความท้าทายในการวิเคราะห์ในปัจจุบัน

 

 

Kantima Sitlaothavorn