จากการนั่งฟังการประชุมร่วมกับบริษัทหลายครั้งที่ผ่านมานั้นผมรู้สึกว่า มีการนำเสนอว่าจะพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีการเติมองค์ประกอบอย่างนั้นอย่างนี้เข้าไป โดยอ้างจากบทความวิจัยต่าง ๆ (โดยผู้นำเสนอก็ไม่ได้อ่านบทความฉบับนั้น เพียงแต่มอบหมายให้คนอื่นไปอ่านแล้วมาเล่าให้ที่ประชุมฟัง และพูดตามน้ำอีกที)
เท่าที่ผมไปอ่านดูนั้นพบว่า การที่เขาพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาโดยการเลือกเพิ่มเติมสารประกอบตัวใดนั้น มันขึ้นอยู่กับว่าเขาต้องการนำตัวเร่งปฏิกิริยาไปบำบัดไอเสียที่เกิดจากกระบวนการใด ดังนั้นในการนำเสนอทางบริษัทผมเห็นว่าเราจึงควรนำเสนอตัวเร่งปฏิกิริยาที่พัฒนาขึ้นมาให้ตรงกับข้อมูลองค์ประกอบไอเสียที่ทางบริษัทมอบให้ ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องแปลกถ้าจะเห็นว่าถ้าเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาที่พัฒนาโดยการเติมสารนั้นสารโน้นตามบทความต่าง ๆ นั้น (โดยไม่ได้ไปดูว่าทำไมเขาจึงเติมสารเหล่านั้น) เมื่อนำมาทดสอบแล้วพบว่ามีความว่องไวสู้ของเดิมไม่ได้
สืบเนื่องจาก Memoir ฉบับวันพฤหัสบดีที่ ๕ พฤษภาคม ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจปัญหาเรื่องการกำจัด NOx ในไอเสีย (จากแหล่งกำเนิดอยู่กับที่) ที่เกี่ยวข้องกับเชื้อเพลิงที่ใช้ก่อน โดยผมจะกล่าวแยกตามชนิดเชื้อเพลิง ซึ่งมันส่งผลถึงอุณหภูมิไอเสีย องค์ประกอบของไอเสีย และสิ่งที่ตัวเร่งปฏิกิริยาต้องประสบ
น้ำมันดีเซล
การใช้น้ำมันดีเซลเป็นการใช้เพื่อขับเคลื่อนเครื่องยนต์ดีเซล แล้วนำกำลังจากเครื่องยนต์ดีเซลไปปั่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกที เครื่องยนต์ดีเซลที่ทำงานเช่นนี้มักจะเดินที่รอบคงที่ ไม่แกว่งไปมาเหมือนกับรถบรรทุก ดังนั้นจึงไม่มีปัญหาเรื่องควันดำ (ซึ่งมักเกิดในระหว่างเร่งเครื่องยนต์)
น้ำมันดีเซลที่ใช้ทั่วไปในบ้านเรานั้นมักเป็นน้ำมันดีเซลหมุนเร็ว (High Speed Diesel - HSD) ส่วนน้ำมันดีเซลหมุนช้า (Low Speed Diesel - LSD) หรือที่เรียกว่าน้ำมันขี้โล้นั้น ผมไม่รู้เหมือนกันว่ามีการใช้กันแพร่หลายเท่าไร เท่าที่ได้ยินมาคือใช้กับเครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะขนาดใหญ่ (เช่นใช้ในเรือขนาดใหญ่)
ไอเสียที่เกิดจากเครื่องยนต์ดีเซลจะมีออกซิเจนหลงเหลืออยู่มาก แก๊สไอเสียหลักจะเป็น NOx โดยมีปริมาณ CO และเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ไม่หมดเหลืออยู่น้อย ในกรณีที่เครื่องยนต์เดินรอบคงที่ก็ตัดปัญหาเรื่องควันดำไปได้ ส่วนปริมาณกำมะถันจะขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำมันดีเซลที่เอามาใช้เป็นเชื้อเพลิง
น้ำมันเตา
น้ำมันเตามีหลายเกรด ตัวที่เบา (ชนิดที่ 1) เป็นตัวที่มีความหนาแน่นต่ำสุดก็จะมีกำมะถันต่ำ ส่วนตัวที่หนักที่สุด (ชนิดที่ 5) ก็จะมีกำมะถันมากสุด นอกจากนี้ก็ยังอาจมีสารประกอบโลหะ (ที่อยู่ในรูปของสารประกอบเชิงซ้อนกับสารอินทรีย์) ผสมอยู่ด้วย
น้ำมันเตาอาจใช้เพื่อการผลิตไอน้ำ หรือให้ความร้อนโดยตรง (เช่นในการผลิตปูนซิเมนต์) การเผาน้ำมันเตาในเตาเผาจะควบคุมสัดส่วนอากาศให้ได้อุณหภูมิเปลวไฟสูงสุด ดังนั้นจึงใช้อากาศที่มากเกินพอเพียงเล็กน้อย แก๊สที่เกิดจากการเผาไหม้จึงเหลือออกซิเจนอยู่ไม่มาก (น่าจะประมาณ 3-5%) ด้วยอุณหภูมิเปลวไฟที่สูงจึงทำให้เกิด NOx ได้มาก และยังมี SOx ที่เกิดจากการเผาไหม้สารประกอบกำมะถัน และขี้เถ้าที่เกิดจากสารประกอบโลหะที่อยู่ในน้ำมัน
ตัวขี้เถ้านั้นสามารถหลุดลอยไปกับแก๊สไอเสียและไปสะสมอยู่ในระบบทางเดินแก๊ส เช่นไปสะสมที่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการกำจัด NOx ขี้เถ้าที่ไปสะสมนั้นอาจไปเพียงแค่ปกคลุมผิวหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาไม่สามารถทำงานได้ หรือถ้าอุณหภูมิสูงมากพอก็อาจจะเกิดการหลอมรวมเข้าไปกับตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเสื่อมสภาพถาวรได้
ถ่านหิน
ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงที่ราคาถูกตัวหนึ่ง และยังมีให้ใช้อีกนาน ผู้ใช้ถ่านหินหลักในบ้านเราก็เป็นโรงไฟฟ้าและผู้ประกอบการบางราย (เช่นกลั่นแอลกอฮอล์) ที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไอน้ำ จากการที่ต้องการให้ได้อุณหภูมิเปลวไฟสูงสุดจึงทำให้ในการเผานั้นจะใช้ออกซิเจนมากเกินพอเพียงเล็กน้อย ภาวะการเผาดังกล่าวจึงทำให้สามารถเกิด NOx ได้มาก และมีออกซิเจนหลงเหลืออยู่ในแก๊สไอเสียไม่มาก ส่วนปริมาณ SOx ขี้เถ้า และสารประกอบโลหะที่เกิดขึ้นนั้นจะขึ้นอยู่กับคุณภาพถ่านหินที่นำมาเผา ถ่านหินของบ้านเรา (ลิกไนต์) ดูเหมือนจะมีกำมะถันและขี้เถ้ามาก ในบางแหล่งมีการพบ As (สารหนู) ด้วย ผู้ประกอบการบางรายจึงตัดสินใจนำเข้าถ่านหินคุณภาพสูงจากต่างประเทศ (ซึ่งมีปริมาณกำมะถันและขี้เถ้าต่ำกว่า) มาใช้
แก๊สธรรมชาติ
องค์ประกอบของแก๊สธรรมชาติที่นำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงขึ้นอยู่กับแหล่งผลิตและตัวผู้ผลิตเอง แก๊สจากแหล่งในอ่าวไทยจะมี CO2 ในปริมาณมาก และยังมี H2S ปนด้วย (ช่วงหนึ่งก็พบว่ามีปรอทปน แต่ตอนนี้ไม่ทราบว่าเป็นยังไงบ้าง) แก๊สที่นำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงนั้น ถ้านำแก๊สที่ผ่านกระบวนการกลั่นแยกเอาพวก C2-C4 ออกไปก่อนก็จะได้แก๊สมีเทนบริสุทธิ์สูงที่ไม่มีทั้ง CO2 และ H2S (เพราะต้องกำจัดออกไปก่อนที่จะเข้ากระบวนการกลั่นแยก) แต่ถ้าเอาแก๊สที่ขึ้นมาจากทะเลส่งไปเป็นเชื้อเพลิงโดยตรง (โจทย์ของเราคือแก๊สตัวนี้) ก็จะมี H2S ปนอยู่ในแก๊ส ซึ่งแก๊สตัวนี้เป็นตัวทำให้เกิด SOx ในไอเสีย
การเผาไหม้แก๊สธรรมชาตินั้นอาจเผาไหม้ในรูปแบบใช้เป็นเชื้อเพลิงในเตาเผา เช่นในเตาเผาซีเมนต์หรือหม้อไอน้ำ การเผาประเภทนี้จะได้แก๊สที่มีออกซิเจนหลงเหลือในไอเสียไม่มาก เรื่องการเผาแก๊สธรรมชาตินั้นเคยกล่าวเอาไว้ครั้งหนึ่งแล้วใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๙๔ วันอาทิตย์ที่ ๒๗ ธันวาคม ๒๕๕๒ เรื่อง "การเผาแก๊สธรรมชาติ" ซึ่งขอให้กลับไปอ่านทุกคนด้วย
แก๊สธรรมชาติที่นำไปผลิตกระแสไฟฟ้านั้นมักนำไปเผาในรูปแบบกังหันแก๊ส (Gas turbine) ซึ่งมีหลักการทำงานแบบเดียวกับเครื่องยนต์ไอพ่น คือให้แก๊สร้อนที่เกิดจากการจุดระเบิดเชื้อเพลิงนั้นขยายตัวไปหมุนกังหัน และกังหันนั้นจะไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกครั้ง แก๊สที่ออกมาจากกังหันแก๊สนั้นจะมีอุณหภูมิสูงอยู่มากและมี NOx ปนอยู่มาก การลดการเกิด NOx นั้นอาจทำได้โดยการฉีดไอน้ำเข้าไปผสมเพื่อลดอุณหภูมิการเผาไหม้ ดังนั้นจึงทำให้ความเข้มข้นไอน้ำในแก๊สสูง ในบางโรงงานที่มีแต่กังหังแก๊สจะประสบปัญหาแก๊สอุณหภูมิสูงเกินกว่าที่ตัวเร่งปฏิกิริยากำจัด NOx ตระกูล V2O5/TiO2 จะทนได้ ดังนั้นพวกนี้จึงต้องมุ่งไปหาตัวเร่งปฏิกิริยาตระกูลใหม่ที่ทำงานได้ดีกว่าที่อุณหภูมิสูง เช่นใช้ W หรือ Mo แทน โดยอาจมีการเติม cerium oxide เข้าไปร่วมด้วย
แต่ถ้านำความร้อนของแก๊สร้อนที่ออกจากกังหันแก๊สไปต้มน้ำก่อนเพื่อผลิตไอน้ำไปผลิตไฟฟ้าด้วยกังหันไอน้ำอีกที กระบวนการนี้ก็จะเรียกว่า combined cycle ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น แก๊สไอเสียที่ผ่านการต้มน้ำ (หรือดึงความร้อนไปใช้เพื่อกระบวนการอื่น) แล้วจะมีอุณหภูมิลดลง โจทย์ที่เรากำลังทำอยู่คือโจทย์ข้อนี้
ดังนั้นการที่เราจะเลือกพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้โลหะตระกูลไหนนั้นจึงต้องดูก่อนว่าภาวะการทำงานของโรงงานเป็นอย่างไร แล้วเลือกสิ่งที่เหมาะสมให้เขา ไม่ใช่แค่ดูว่าบทความเขาใช้ตัวไหนแล้วก็รีบพูดเลยว่าจะทำตัวนั้นตัวโน้น โดยที่ไม่อ่านเลยว่าเหตุผลที่เขาเลือกทำอย่างนั้นเป็นเพราะเหตุใด
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น