ปิโตรเลียมเป็นการผสมกันของไฮโดรคาร์บอนต่างชนิดกันจำนวนมาก ซึ่งที่พบได้มากที่สุดในโมเลกุลเป็นอัลแคน (โซ่ตรงหรือโซ่กิ่ง) ไซโคลแอลเคน อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน หรือสารเคมีที่ซับซ้อนกว่าอย่างแอสฟัลทีน ปิโตรเลียมแต่ละอย่างมีการผสมกันของโมเลกุลเป็นเอกลักษณ์เฉพาะ ซึ่งกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี เช่น สีและความหนืด
แอลเคน หรือที่รู้จักกันว่า พาราฟิน เป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวที่เป็นโซ่ตรงหรือโซ่กิ่งที่มีเฉพาะธาตุคาร์บอนและ ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบ มีสูตรทั่วไปว่า CnH2n+2 โดยทั่วไปมักมีคาร์บอน 5 ถึง 40 อะตอมต่อโมเลกุล แม้จะมีโมเลกุลที่สั้นกว่าหรือยาวกว่าบ้างในสารผสม
แอลเคนตั้งแต่เพนเทน (C5H12) ถึงออกเทน (C8H18) ถูกกลั่นเป็นแก๊สโซลีน แอลเคนตั้งแต่โนเนน (C9H20) ถึงเฮกซะเดคเคน (C16H34) ถูกกลั่นเป็นเชื้อเพลิงดีเซล น้ำมันก๊าด และเชื้อเพลิงเจ็ต แอลเคนที่มีอะตอมคาร์บอนมากกว่า 16 อะตอมสามารถถูกกลั่นเป็นน้ำมันเชื้อเพลิงและน้ำมันหล่อลื่น ไขพาราฟินเป็นแอลเคนที่มีอะตอมคาร์บอนประมาณ 25 อะตอม ขณะที่ยางมะตอยมี 35 หรือมากกว่า แม้เหล่านี้โดยทั่วไปจะถูกแยกโดยโรงกลั่นสมัยใหม่เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีค่ากว่า โมเลกุลที่สั้นที่สุด คือ มีอะตอมคาร์บอนน้อยกว่า 4 อะตอม อยู่ในสถานะแก๊สที่อุณหภูมิห้อง เหล่านี้เป็นแก๊สปิโตรเลียม ขึ้นอยู่กับปริมาณความต้องการและมูลค่าของการเอาลับคืน แก๊สเหล่านี้จะถูกทำให้ลุกไหม้ไป (flare) ขายเป็นแก๊สปิโตรเลียมเหลวภายใต้ความดัน หรือใช้เป็นพลังงานแก่เตาเผาของโรงกลั่นเอง ช่วงฤดูหนาว (C4H10) ถูกผสมเข้าสู่บ่อแก๊สโซลีนในอัตราสูง เพราะแรงดันไอที่สูงของบิวเทนช่วยสตาร์ดขณะเครื่องเย็น (cold start) ด้วยถูกทำให้เป็นของเหลวภายใต้ความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศเล็กน้อย มันเป็นที่รู้จักกันดีว่าให้พลังงานแก่ไฟจุดบุหรี่ แต่ยังเป็นแหล่งเชื้อเพลิงหลักในประเทศกำลังพัฒนาหลาย ประเทศ โพรเพนสามารถทำให้เป็นของเหลวภายใต้ความดันเล็กน้อย และใช้บริโภคได้แทบทุกอย่างที่เกี่ยวกับพลังงาน ตั้งแต่การทำอาหารไปจนถึงการให้ความร้อนและการขนส่ง
ไซโคลแอลเคน หรือที่รู้จักกันในชื่อ แนพทีน เป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวซึ่งมีวงแหวนคาร์บอนหนึ่งวงหรือมากกว่า ซึ่งมีอะตอมไฮโดรเจนเกาะอยู่ตามสูตร CnH2n ไซโคลแอลเคนมีคุณสมบัติเหมือนกับแอลเคนแต่มีจุดเดือดสูงสูงกว่า
อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนเป็นไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวซึ่งมีวงแหวนเชิงระนาบหกคาร์บอนหนึ่งวงหรือมากกว่า ที่เรียกว่า เบนซินริง ซึ่งมีอะตอมไฮโดรเจนเกาะเข้าตามสูตร CnHn อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนเมื่อเผาไหม้แล้วให้ควันเขม่า และมีกลิ่น บางชนิดเป็นสารก่อมะเร็ง
โมเลกุลที่แตกต่างกันเหล่านี้ถูกแยกโดยการกลั่นลำดับส่วนที่ โรงกลั่นน้ำมัน เพื่อผลิตเป็นแก๊สโซลีน เชื้อเพลิงเจ็ต น้ำมันก๊าด และไฮโดรคาร์บอนอื่น ตัวอย่างเช่น 2,2,4-ไตรเมทิลเพนเทน (ไอโซออกเทน) ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในแก๊สโซลีน มีสูตรเคมี C8H18 และทำปฏิกิริยากับออกซิเจนแบบคายความร้อน[16] ดังสมการด้านล่าง
- 2 C8H18(l) + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O(g) + 10.86 MJ/mol (ของออกเทน)
การเผาไหม้ปิโตรเลียมหรือแก๊สโซลีนอย่างไม่สมบูรณ์ก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่เป็นพิษ การเผาไหม้ในที่ขาดออกซิเจนส่งผลให้เกิดคาร์บอนมอนออกไซด์ เนื่องจากอุณหภูมิสูงและความดันสูงที่เกี่ยวข้อง ไอเสียจากการเผาไหม้แก๊สโซลีนในเครื่องยนต์รถยนต์จึงมักมีไนโตรเจนออกไซด์ ซึ่งเป็นตัวการในการเกิดหมอกควันแบบโฟโตเคมี
การแยก (Separation)
โดยส่วนใหญ่จะแยกโดยวิธีการกลั่นลำดับส่วน (Fractional Distillation) โดยอาศัยความแตกต่างของจุดเดือดของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนแต่ละชนิดที่รวมอยู่ในน้ำมันดิบ โดยนำน้ำมันมาให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 368-385 องศาเซลเซียส แล้วผ่านเข้าไปในหอกลั่น น้ำที่ร้อนจะกลายเป็นไอลอยขึ้นไปยอด และควบแน่นเป็นของเหลวตกลงบนถาดรองรับในแต่ละช่วงของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ จากนั้นของไหลในถาดก็จะไหลออกมาตามท่อเพื่อน้ำไปเก็บแยกตามประเภท
และนำไปใช้ต่อไป
การเปลี่ยนโครงสร้าง (Conversion)
เนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่ได้อาจมีคุณภาพที่ไม่ดีพอ จึงต้องใช้วิธีทางเคมีเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างของน้ำมัน ให้น้ำมันที่ได้มีคุณภาพที่ดี เหมาะแก่การนำไปใช้ประโยชน์ในรูปแบบต่างๆ
การปรับคุณภาพ (Treating)
เป็นการกำจัดสิ่งแปลกปลอมออกจากน้ำมันน้ำมันที่ได้มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างแล้ว ซึ่งสิ่งแปลกปลอมที่สำคัญจะเป็นสารจำพวกกำมะถัน ซึ่งจะใช้วิธีการฟอกด้วยไฮโดรเจน หรือฟอกด้วยโซดาไฟเพื่อเป็นการกำจัดสารนั้นออก
การผสม (Blending)
คือการนำผลิตภัณฑ์ที่ได้มาเติมหรือผสมสารที่เหมาะสม เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปตามที่ต้องการ เช่น การผสมน้ำมันเบนซินเพื่อเพิ่มค่าออกเทน หรือผสมน้ำมันเตาเพื่อให้ได้ความหนืดตามที่ต้องการ
ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม
เชื้อเพลิงปิโตรเลียม มีหลายรูปแบบ กล่าวคือ
1. ก๊าซธรรมชาติและก๊าซหุงต้ม (LPG) เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีจุดเดือดต่ำมาก มีสถานะเป็นก๊าซที่อุณหภูมิห้องดังนั้น ในการเก็บรักษาต้องเพิ่มความดัน หรือลดอุณหภูมิให้ก๊าซเปลี่ยนสภาพเป็นของเหลว เมื่อลุกไหม้จะให้ความร้อนสูง และมีเปลวที่สะอาด ไม่มีสี ประโยชน์ ใช้เป็นแก๊สหุงต้ม เป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ รวมทั้งเตาเผา เตาอบต่างๆ
C1 ใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้า ในอุตสาหกรรมซีเมนต์ รถแท็กซี่ รถเมล์
C2 – C3 ใช้ผลิตพลาสติกและเส้นใยสังเคราะห์
C3 – C4 ใช้เป็นเชื้อเพลิงในครัวเรือน เติมเมอร์แคปเทน(CH3SH หรือ C2H5SH) เพื่อให้รู้ว่าแก๊สรั่วหรือไม่
2. สารเคมี สถานะเป็นของเหลว
C5 – C8 ใช้เป็นตัวทำละลาย พลาสติก สารเคมีต่างๆ เช่น Hexane, Tuloene
3. เชื้อเพลิงเหลว แบ่งเป็น
น้ำมันเบนซิน (gasoline) เป็นเชื้อเพลิงที่ใช้กับเครื่องยนต์ โดยใช้จุดระเบิดที่หัวเทียน น้ำมันเบนซินที่มีค่าออกเทนต่ำ จะมีราคาถูก เพราะการเผาไหม้เชื้อเพลิงไม่ดี จึงมีการเติมสารจำพวกเตตระเอธิลเลด หรือสารเมทิลเทอร์เธียรีมิวทิลอีเทอร์ (MTBE) ลงไปเพื่อให้เบนซินมีคุณภาพดีขึ้น ใกล้เคียงกับเบนซินที่มีค่าออกเทนสูง
4. น้ำมันก๊าด (kerosene) เป็นผลิตภัณฑ์หลักของอุตสาหกรรมปิโตรเลียมในระยะแรก เดิมใช้สำหรับจุดตะเกียงเท่านั้น แต่ปัจจุบัน มีการใช้ประโยชน์อย่างอื่นได้หลายทาง เช่น ใช้เป็นส่วนผสมในยาฆ่าแมลง สีทาบ้าน น้ำมันขัดเงา และน้ำยาทำความสะอาด ใช้เป็นเชื่อเพลิงสำหรับรถแทรกเตอร์ และเป็นเชื้อเพลิงในการเผาเครื่องเคลือบดินเผา
5. น้ำมันดีเซล (Diesel) ใช้กับเครื่องยนต์ที่มีการทำงานแตกต่างจากเครื่องยนต์เบนซิน เพราะต้องการความร้อนในลูกสูบที่เกิดจากการอัดอากาศสูง มักใช้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า รถแทรกเตอร์ หัวจักรรถไฟ รถบรรทุก รถโดยสาร และเรือประมง
6. น้ำมันหล่อลื่น
7. น้ำมันเตา (fuel oils) เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเตาหม้อน้ำ เตาเผา หรือเตาหลอมในโรงงานอุตสาหกรรม ใช้กับเครื่องยนต์เรือเดินสมุทร เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่
8. Wax เช่น จารบี เทียนไข วาสลีน
9. บิทูเมนหรือยางมะตอย
ตารางเลขออกเทนของสารประกอบอินทรีย์
เลขออกเทนของน้ำมันเบนซินจะมี 2 ค่า คือ
ปิโตรเลียม 