เลขซีเทน

เลขซีเทน (; ย่อ: CN) หรือ ค่าประเมินซีเทน () เป็นตัวบ่งชี้ความเร็วในการเผาไหม้ของน้ำมันดีเซลและแรงอัดที่จำเป็นสำหรับการจุดระเบิด มีบทบาทคล้ายกับที่ค่าประเมินออกเทนมีต่อน้ำมันเบนซิน CN เป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดคุณภาพของน้ำมันดีเซล แต่ไม่ใช่ปัจจัยเดียวเท่านั้น การวัดคุณภาพของน้ำมันดีเซลอื่น ๆ รวมถึง (แต่ไม่จำกัดเพียง) ปริมาณพลังงาน ความหนาแน่น การหล่อลื่น คุณสมบัติการไหลในอุณหภูมิเย็นและปริมาณกำมะถันWerner Dabelstein, Arno Reglitzky, Andrea Schütze and Klaus Reders "Automotive Fuels" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2007, Wiley-VCH, Weinheim.

 นิยาม 
เลขซีเทนของเชื้อเพลิงถูกกำหนดโดยการหาเชื้อเพลิงผสมของซีเทนและไอโซซีเทนที่มีเวลาหน่วงการจุดระเบิดเท่ากัน ซีเทนถูกกำหนดให้มีเลขซีเทนเท่ากับ 100 ในขณะที่ไอโซซีเทนมีเลขซีเทนที่วัดได้เท่ากับ 15 ซึ่งมาแทนที่เชื้อเพลิงอ้างอิงเดิม แอลฟา-เมทิลแนฟทาลีน ที่เคยถูกกำหนดให้มีเลขซีเทนเท่ากับ 0 เมื่อทราบส่วนผสมแล้ว เลขซีเทนจะถูกคำนวณเป็นค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักตามปริมาตรของซีเทนที่ 100 และไอโซซีเทนที่ 15 โดยจะปัดเศษให้เป็นจำนวนเต็มที่ใกล้ที่สุด
เลขซีเทน = % เอ็น-ซีเทน + 0.15(% ไอโซซีเทน)

เลขซีเทนเป็นฟังก์ชันผกผันของระยะเวลาหน่วงการจุดระเบิดของเชื้อเพลิง ซึ่งคือช่วงเวลาตั้งต้นของการจุดระเบิดจนถึงการเพิ่มขึ้นของความดันที่สามารถระบุได้ครั้งแรกในระหว่างการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง ในเครื่องยนต์ดีเซลเฉพาะ เชื้อเพลิงที่มีซีเทนสูงกว่าจะมีเวลาหน่วงการจุดระเบิดสั้นกว่าเชื้อเพลิงที่มีซีเทนต่ำกว่า เลขซีเทนใช้ได้เฉพาะกับน้ำมันดีเซลกลั่นเบา สำหรับน้ำมันเตาหนัก (ชนิดที่เหลือตกค้าง) จะใช้มาตรวัดอื่นอีกสองมาตรวัด คือซีซีเอไอ (CCAI) และซีไอไอ (CII)

 ค่าทั่วไป 
โดยทั่วไป เครื่องยนต์ดีเซลจะทำงานได้ดีที่เลขซีเทนอยู่ในช่วง 48 ถึง 50 เชื้อเพลิงที่มีเลขซีเทนต่ำกว่าจะมีเวลาหน่วงการจุดระเบิดยาวนานขึ้น ซึ่งต้องการเวลามากขึ้นสำหรับกระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิงให้สมบูรณ์ ดังนั้น เครื่องยนต์ดีเซลรอบสูงจึงทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยเชื้อเพลิงที่มีเลขซีเทนสูง

ในทวีปยุโรป เลขซีเทนดีเซลถูกกำหนดขั้นต่ำไว้ที่ 38 ใน ค.ศ. 1994 และ 40 ใน ค.ศ. 2000 มาตรฐานสำหรับดีเซลที่จำหน่ายในสหภาพยุโรป ไอซ์แลนด์ นอร์เวย์ และสวิตเซอร์แลนด์ถูกกำหนดโดยมาตรฐาน EN 590 ตั้งแต่วันที่ 1 มกราคม ค.ศ. 2001 เป็นต้นมา EN 590 กำหนดให้มีดัชนีซีเทนขั้นต่ำที่ 46 และเลขซีเทนขั้นต่ำที่ 51 น้ำมันดีเซลพรีเมียมสามารถมีเลขซีเทนสูงถึง 60 ได้bosch.de (German) 

ในประเทศฟินแลนด์ น้ำมันดีเซลพรีเมียมที่จำหน่ายโดยเครือสถานีบริการน้ำมัน St1 (Diesel Plus), Shell (มีส่วนผสมของ GTL) และ ABC (Smart Diesel) มีเลขซีเทนขั้นต่ำที่ 60 โดยมีค่าทั่วไปอยู่ที่ 63 น้ำมันดีเซลหมุนเวียน Neste MY Renewable Diesel ที่จำหน่ายในฟินแลนด์ มีเลขซีเทนขั้นต่ำที่ 70

ในทวีปอเมริกาเหนือ รัฐส่วนใหญ่ใช้มาตรฐาน ASTM D975 เป็นมาตรฐานน้ำมันดีเซลและกำหนดเลขซีเทนขั้นต่ำไว้ที่ 40 โดยมีค่าทั่วไปอยู่ในช่วง 42–45 น้ำมันดีเซลพรีเมียมอาจมีหรือไม่มีเลขซีเทนสูงกว่านี้ก็ได้ขึ้นอยู่กับผู้จำหน่าย น้ำมันดีเซลพรีเมียมมักใช้สารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงเลขซีเทนและการหล่อลื่น สารชะล้างเพื่อทำความสะอาดตัวฉีดเชื้อเพลิงและลดการสะสมของคาร์บอน ตัวกระจายน้ำ และสารเติมแต่งอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับความต้องการทางภูมิศาสตร์และฤดูกาล. น้ำมันดีเซลในรัฐแคลิฟอร์เนียมีเลขซีเทนขั้นต่ำที่ 53 ภายใต้โครงการดีเซลปล่อยไอเสียต่ำของรัฐเท็กซัส (Texas Low Emission Diesel - TxLED) มี 110 เทศมณฑลที่กำหนดให้น้ำมันดีเซลต้องมีเลขซีเทน 48 หรือสูงกว่าหรือไม่เช่นต้องใช้สูตรทางเลือกที่ได้รับการอนุมัติหรือปฏิบัติตามขีดจำกัดทางเลือกที่กำหนด

น้ำมันดีเซลหมุนเวียน Neste MY Renewable Diesel ที่จำหน่ายในอเมริกาเหนือ มีเลขซีเทน 70+

 สารเติมแต่ง 
แอลคิลไนเตรต (ส่วนใหญ่เป็น 2-เอทิลเฮกซิลไนเตรตdorfketal.com ) และไดเทิร์ตบิวทิลเพอร์ออกไซด์ถูกใช้เป็นสารเติมแต่งเพื่อเพิ่มเลขซีเทน

 เชื้อเพลิงทางเลือก 
ไบโอดีเซลที่มาจากแหล่งน้ำมันพืชมีเลขซีเทนอยู่ในช่วง 46 ถึง 52 และไบโอดีเซลที่มาจากไขมันสัตว์มีเลขซีเทนอยู่ระหว่าง 56 ถึง 60 ไดเมทิลอีเทอร์เป็นน้ำมันดีเซลที่มีศักยภาพเพราะมีค่าประเมินซีเทนสูง (55–60) และสามารถผลิตเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพได้ อีเทอร์ธรรมดาส่วนใหญ่ รวมถึงอีเทอร์ที่เป็นของเหลว เช่น ไดเอทิลอีเทอร์สามารถใช้เป็นน้ำมันดีเซลได้ แม้ความสามารถในการหล่อลื่นอาจเป็นข้อกังวลก็ตาม

 ความเกี่ยวข้องทางเคมี 
ซีเทนคือสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีสูตรเคมี C16H34 และโดยเฉพาะอย่างยิ่งมีสูตรโครงสร้าง CH3(CH2)14CH3 หรือมีชื่อเรียกอีกอย่างว่าเอ็น-เฮกซาดีเคน สารประกอบแอลเคนอิ่มตัวแบบไม่แตกกิ่ง ซีเทนจุดระเบิดภายใต้แรงอัดโดยมีเวลาหน่วงสั้น และถูกกำหนดให้มีเลขซีเทนเท่ากับ 100 แอลฟาเมทิลแนฟทาลีน ซึ่งมีเวลาหน่วงยาวนาน ถูกกำหนดให้มีเลขซีเทนเท่ากับ 0 แต่ถูกแทนที่ในฐานะเชื้อเพลิงอ้างอิงด้วย 2,3,4,5,6,7,8-เฮปตาเมทิลโนเนน ซึ่งถูกกำหนดให้มีเลขซีเทนเท่ากับ 15 ไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ ทั้งหมดในน้ำมันดีเซลจะถูกเทียบเคียงกับซีเทนในแง่ความรวดเร็วในการจุดระเบิดภายใต้แรงอัด นั่นคือ ภายใต้สภาวะของเครื่องยนต์ดีเซล เนื่องจากส่วนประกอบหลายร้อยชนิดรวมกันเป็นน้ำมันดีเซล เลขซีเทนโดยรวมของน้ำมันนั้นจึงเป็นคุณภาพซีเทนเฉลี่ยของส่วนประกอบทั้งหมด ส่วนประกอบที่มีซีเทนสูงจะส่งผลกระทบมากกว่าส่วนประกอบอื่น ๆ อย่างไม่สมส่วน จึงเป็นที่มาของการใช้สารเติมแต่งที่มีซีเทนสูง

 การวัดเลขซีเทน 
เลขซีเทนนั้นค่อนข้างยากที่จะวัดได้อย่างแม่นยำ เนื่องจากต้องใช้เครื่องยนต์ดีเซลพิเศษที่เรียกว่าเครื่องยนต์ Cooperative Fuel Research (CFR) ภายใต้สภาวะการทดสอบมาตรฐาน ผู้ปฏิบัติงานของเครื่องยนต์ CFR จะใช้ล้อมือเพื่อเพิ่มอัตราส่วนการอัด (และดังนั้นจึงเพิ่มความดันสูงสุดภายในกระบอกสูบ) ของเครื่องยนต์จนกระทั่งช่วงเวลาระหว่างการฉีดเชื้อเพลิงและการจุดระเบิดเท่ากับ 2.407 มิลลิวินาที เลขซีเทนที่ได้จะถูกคำนวณโดยการพิจารณาว่าสารผสมของซีเทน (เฮกซาดีเคน) และไอโซซีเทน (2,2,4,4,6,8,8-เฮปตาเมทิลโนเนน) ในอัตราส่วนใดที่จะทำให้เกิดเวลาหน่วงการจุดระเบิดเท่ากัน

เครื่องทดสอบคุณภาพการจุดระเบิด (IQT)
อีกวิธีที่เชื่อถือได้ในการวัดเลขซีเทนที่ได้ (Derived Cetane Number หรือ DCN) ของน้ำมันดีเซลคือ เครื่องทดสอบคุณภาพการจุดระเบิด (IQT) เครื่องมือนี้ใช้วิธีเรียบง่ายกว่าและแข็งแกร่งกว่าในการวัดเลขซีเทนเมื่อเทียบกับ CFR เชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ปริมาตรคงตัวที่อุณหภูมิประมาณ  และความดัน  เวลาที่ผ่านไปนับตั้งแต่เริ่มต้นการฉีดไปจนถึงการที่ความดันในห้องเผาไหม้กลับคืนสู่  ถูกกำหนดให้เป็นเวลาหน่วงการจุดระเบิด เวลาหน่วงการจุดระเบิดที่วัดได้นี้จะถูกนำไปใช้ในการคำนวณ DCN ของเชื้อเพลิง จากนั้น DCN ของเชื้อเพลิงจะถูกคำนวณโดยใช้ความสัมพันธ์ผกผันเชิงประจักษ์กับเวลาหน่วงการจุดระเบิด ด้วยความสามารถในการทำซ้ำได้ ต้นทุนวัสดุ และความเร็วของ IQT ทำให้วิธีนี้กลายเป็นแหล่งข้อมูลที่แน่นอนสำหรับการวัด DCN ของเชื้อเพลิงตั้งแต่ปลายทศวรรษ 2000Heyne, Kirby, Boehman, Energy & Fuels, 2009. 

เครื่องทดสอบการจุดระเบิดของเชื้อเพลิง
อีกวิธีที่เชื่อถือได้ในการวัดเลขซีเทนที่ได้ของน้ำมันดีเซลคือเครื่องทดสอบการจุดระเบิดของเชื้อเพลิง (FIT) เครื่องมือนี้ใช้วิธีเรียบง่ายกว่าและแข็งแกร่งกว่าในการวัดเลขซีเทนเมื่อเทียบกับ CFR เชื้อเพลิงถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ปริมาตรคงตัวซึ่งมีอุณหภูมิแวดล้อมประมาณ  เชื้อเพลิงจะเกิดการเผาไหม้ และอัตราการเปลี่ยนแปลงความดันภายในห้องที่สูงจะกำหนดจุดเริ่มต้นการเผาไหม้ จากนั้นสามารถคำนวณเวลาหน่วงการจุดระเบิดของเชื้อเพลิงได้ว่าเป็นเวลาที่ผ่านไปนับตั้งแต่เริ่มต้นการฉีดเชื้อเพลิงไปจนถึงจุดเริ่มต้นของการเผาไหม้ จากนั้นสามารถคำนวณเลขซีเทนที่ได้ของเชื้อเพลิงโดยใช้ความสัมพันธ์ผกผันเชิงประจักษ์กับเวลาหน่วงการจุดระเบิด

ดัชนีซีเทน

สถิติอีกตัวหนึ่งที่ผู้ใช้เชื้อเพลิงใช้ในการควบคุมคุณภาพคือดัชนีซีเทน (Cetane Index หรือ CI) ซึ่งเป็นค่าที่คำนวณได้โดยอิงจากความหนาแน่นและช่วงการกลั่นของเชื้อเพลิง มีดัชนีซีเทนหลายรูปแบบขึ้นอยู่กับว่าจะใช้หน่วยเมตริกหรืออังกฤษ และจำนวนจุดกลั่นที่ใช้ ทุกวันนี้ บริษัทน้ำมันส่วนใหญ่ใช้วิธี '4 จุด', เอเอสทีเอ็ม D4737 โดยอิงตามความหนาแน่นและอุณหภูมิการกลั่นคืนตัวที่ 10%, 50% และ 90% วิธี '2 จุด' ถูกกำหนดไว้ใน ASTM D976 และใช้เพียงแค่ความหนาแน่นและอุณหภูมิการกลั่นคืนตัวที่ 50% วิธี 2 จุดนี้มีแนวโน้มจะประเมินดัชนีซีเทนสูงเกินไปและไม่แนะนำ การคำนวณดัชนีซีเทนไม่สามารถคำนึงถึงสารเติมแต่งปรับปรุงซีเทนได้ ดังนั้นจึงไม่สามารถวัดเลขซีเทนสุทธิสำหรับน้ำมันดีเซลที่มีสารเติมแต่ง การทำงานของเครื่องยนต์ดีเซลมีความเกี่ยวข้องหลักกับเลขซีเทนจริง และดัชนีซีเทนเป็นเพียงการประมาณค่าของเลขซีเทนพื้นฐาน (ที่ไม่มีสารเติมแต่ง) เท่านั้น

มาตรฐานอุตสาหกรรม
มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการวัดเลขซีเทน ได้แก่ ASTM D613 (ISO 5165) สำหรับเครื่องยนต์ CFR, D6890 สำหรับ IQT และ D7170 สำหรับ FIT

 ดูเพิ่ม 
 เน็กซ์บีทีแอล
 ค่าประเมินออกเทน

 อ้างอิง 

 หนังสืออ่านเพิ่ม 



 แหล่งข้อมูลอื่น 
 บทความโดยบรูซ แฮมิลตัน
 คำอธิบายซีเทนจากบีพี

หมวดหมู่:น้ำมันดีเซล
หมวดหมู่:เทคโนโลยีเชื้อเพลิง
หมวดหมู่:การผลิตปิโตรเลียม
หมวดหมู่:มาตราส่วน