GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๒๙ พีค NO ที่ 450ºC เมื่อมีไอน้ำร่วม MO Memoir : Friday 20 July 2555

ในที่สุดมันก็ออกมาสักที แต่ก็เล่นเอากลุ่มเราหัวปั่นไปกว่าเดือน

อย่างที่ได้เกริ่นเอาไว้ใน Memoir ฉบับที่แล้วว่า "บ่อยครั้งที่ปัญหาของการวัดด้วยเครื่องมือวิเคราะห์นั้น มันไม่ได้อยู่ที่ตัวเครื่องมือ แต่มันอยู่ที่ระบบเก็บตัวอย่าง หรือวิธีการเตรียมสารตัวอย่าง ทำให้ผลการวิเคราะห์ที่ได้นั้นมัน "ไม่ออกมาอย่างที่เราต้องการ" แต่ผลที่ได้นั้นมัน "ถูกต้อง"" ซึ่งในคราวนี้มันดูเหมือนว่าจะเป็นอย่างนั้นจริง ๆ

ส่วนที่ว่าเหตุการณ์มันเป็นอย่างไรนั้นคงต้องขอแยกออกไปเขียนเป็นเรื่องต่างหาก เพราะแม้ว่ามันเป็นเรื่องที่ผมเคยประสบและได้เขียนบันทึกเอาไว้แล้ว แต่ก็นึกไม่ถึงแต่แรกว่าปัญหาคราวนี้ปัญหามันจะอยู่ตรงนั้นอีก แต่เมื่อพิจารณาตัดปัจจัยอื่น ๆ ที่คาดว่าเป็นต้นเหตุออกไปจนหมดแล้วก็ยังไม่ประสบความสำเร็จ ก็เลยต้องทดสอบในสิ่งที่ไม่คาดคิดว่ามันจะเป็นตัวปัญหาแต่ต้น แต่ดูเหมือนว่ามันจะเป็นอย่างนั้นจริง ๆ

ตอนนี้ทั้งสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) และสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) คงจะเห็นแล้วว่า ระบบการทดลองที่ดูสวยงามเป็นระเบียบเรียบร้อยกับระบบการทดลองที่ใช้งานได้โดยไม่มีปัญหานั้นมันไม่จำเป็นต้องเป็นเรื่องเดียวกัน ทั้งนี้เพราะการทำสิ่งที่คิดว่ามันรกดูไม่สวยงามให้เป็นระเบียบนั้นสามารถส่งผลต่อพฤติกรรมการไหลของระบบได้ ถ้าหากผู้ที่ทำการปรับเปลี่ยนนั้นไม่เข้าใจว่าทำไมจึงทำเช่นนั้น

กลับมาที่การทดลองของเราก่อน หลังจากที่เราประสบความสำเร็จในการวัดพีค NO ในภาวะที่ไม่มีไอน้ำผสมไปเมื่อวันพุธที่ ๑๘ ที่ผ่านมา พอวันนี้เราก็เริ่มกันใหม่แต่เช้า (วันที่ ๑๙ เราหยุดพักถ่ายรูปแสดงความยินดีกับสมาชิกที่เข้ารับพระราชทานปริญญาบัตรกันหนึ่งวัน) โดยคราวนี้มีการผสมไอน้ำเข้าไปแก๊สผสมด้วย (ใช้ O₂ เป็นตัวพาไอน้ำออกจาก saturator) และมาบรรจบกับท่อ N₂ (ที่นำพา NH₃ SO₂ และ NO) ก่อนเข้า reactor

การทดลองยังเป็นรูปแบบเดิมเหมือนวันพุธ คือเริ่มจากอุณหภูมิ 300ºC ถ้าเห็นพีค NO ก็จะค่อย ๆ ไต่อุณหภูมิขึ้นทีละ 20 หรือ 30ºC ไปจนถึง 450ºC โดยในช่วงแรกตั้งค่า Mass flow controller ของ NO ไว้ที่ 5.00 ก่อน (อัตราการไหลรวมประมาณ 200 ml/min) ถ้าเห็นพีคที่อุณหภูมิ 450ºC ก็จะปรับลด Mass flow controller ของ NO ลงมา 3.00 และ 1.48 โดยที่ยังคงอุณหภูมิไว้ที่ 450ºC จากนั้นก็จะลดอุณหภูมิลงเหลือ 120ºC โดยคง Mass flow controller ของ NO ที่ 1.48 (0.95 ml/min)

ผลการฉีดตัวอย่างครั้งแรกที่อุณหภูมิ 300ºC ปรากฏว่า "ไม่มีพีค NO" ก็เลยทดลองฉีดซ้ำใหม่ ทีนี้ปรากฏว่ามีพีค NO ปรากฏแล้ว (แต่ขนาดพีคมันดูเล็กไปหน่อย - ดูรูปที่ ๑) แต่เมื่อฉีดที่อุณหภูมิสูงขึ้นก็ปรากฏว่าได้พีคใหญ่ขึ้นและขนาดประมาณเดิมกับที่ได้จากผลการทดลองในภาวะที่ไม่มีไอน้ำ (ดูรูปที่ ๒)

เนื่องจากเป็นการทดลองเพื่อทดสอบระบบ ในการฉีดตัวอย่างแต่ละอุณหภูมินั้นเราจึงไม่ได้ทำการฉีดซ้ำ ถ้าเห็นพีค NO ปรากฏก็ถือว่าใช้ได้ และทำการปรับอุณหภูมิ reactor ไปยังอุณหภูมิถัดไป

เมื่อได้พีค NO ที่อุณหภูมิ 450ºC แล้วก็ได้ทำการปรับลดอัตราการไหลของ Mass flow controller ของ NO จาก 5.00 เหลือ 3.00 และ 1.48 ตามลำดับ ซึ่งก็พบว่าได้พีคที่มีขนาดเล็กลง (ดูรูปที่ ๓)

จากนั้นจึงได้ทำการลดอุณหภูมิ reactor ลงจาก 450ºC เหลือ 120ºC โดยที่ยังคง Mass flow controller ของ NO ไว้ที่ 1.48 ซึ่งภาวะนี้จะเป็นการจำลองภาวะก่อนเริ่มการทดลองปรกติ ที่ภาวะนี้ปฏิกิริยา SCR ถือได้ว่ายังไม่เกิด ดังนั้นความเข้มข้นของ NO ที่วัดได้ทางขาออกของ reactor จึงเท่ากับความเข้มข้นด้านขาเข้าของ reactor

จากการโทรสอบถามสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) ตอน ๑๘.๔๐ น ทำให้ทราบว่าสามารถทำซ้ำการวัดพีค NO ที่อุณหภูมิ 120ºC ได้ จากนั้นจึงได้ทำการตัด NO ออกจากแก๊สผสม ทั้งนี้เพื่อที่จะทำการวัดขนาดของพีค O₂ 15% ซึ่งก็ได้รับแจ้งทางโทรศํพท์ว่าสามารถทำซ้ำได้เช่นเดียวกัน

รูปที่ ๑ ผลการฉีดแก๊สตัวอย่าง (NO ในภาวะที่มีไอน้ำร่วม) ที่อุณหภูมิ reactor ต่าง ๆ กัน GC เครื่องนี้มันประหลาดหน่อยอยู่ตรงที่ในการฉีดครั้งแรกมักจะเห็นแค่พีคออกซิเจน แต่พอฉีดครั้งที่สองและครั้งถัดไปพีคมักขึ้นเรียบร้อยดี พีค NO ที่ 300ºC ที่มันเล็กกว่าพีคอื่นอาจเป็นเพราะระบบยังไม่เข้าที่ ส่วนพีคที่อุณหภูมิสูงขึ้นที่มีแนวโน้มใหญ่ขึ้นน่าจะเกิดจากปฏิกิริยา NH₃ oxidation (ส่วนที่เป็น homogeneous reaction) ทำให้เกิด NO เพิ่มมากขึ้น

การวัดพีค O₂ ในภาวะที่ไม่มี NO นั้นจำเป็นต้องเพราะเราต้องการรู้ว่าพีค NO เริ่มซ้อนทับกับพีค O₂ ณ เวลาใด เพราะในการคำนวณพื้นที่พีค NO นั้นเราจำเป็นต้องตัดพีค O₂ ออกเสียก่อน ซึ่งการตัดพีค O₂ ออก จำเป็นใช้ข้อมูลที่เป็นสัญญาณของพีค O₂ เท่านั้นในการทำ peak fitting และหลังจากที่ได้ทำการตรึงพีค O₂ แล้วก็จะทำ peak fitting สัญญาณของ NO เพื่อคำนวณหาพื้นที่พีค NO ซึ่งตรงจุดนี้ผมได้ทดลองทำไปบ้างแล้ว ขาดแต่ข้อมูลที่แน่นอนท่จะนำมาทดสอบ เอาไว้ได้ผลเมื่อไรจะเขียนมาเพื่อให้กลุ่มเราใช้เป็นวิธีมาตรฐานในการคำนวณพื้นที่พีคกันอีกที

รูปที่ ๒ เปรียบเทียบพีค NO ที่อุณหภูมิ 370ºC และ 420ºC ในภาวะที่ไม่มี/มีไอน้ำ ตั้ง Mass flow controller ของ NO ไว้ที่ 5.00 (หรือ 2.94 ml/min) ที่หยิบเอาสองอุณหภูมินี้มาเพราะมันให้พีคที่มีขนาดใกล้เคียงกันที่สุด

รูปที่ ๓ พีค NO ที่เก็บตัวอย่างที่อุณหภูมิ reactor 450ºC ในภาวะที่มีไอน้ำ โดยตั้งอัตราการไหล Mass flow controller ของ NO ที่ 5.00 3.00 และ 1.48

เรื่องการใช้ GC วัดปริมาณ NO เนี่ยตอนที่ผมพยายามปรับแต่งการทำงานของเครื่องนี้อยู่ (ร่วมกับสมาชิกกลุ่มรุ่นก่อน ๆ และเจ้าหน้าที่ของทางบริษัทผู้จำหน่ายเครื่อง) เคยมีคนพูดต่อหน้าผมเลยว่า

"มันไม่มีทางทำได้หรอก ถ้าทำได้ก็คงมีคนทำไปนานแล้ว"