เมื่อพีคออกซิเจนของระบบ DeNOx หายไป (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๕๐) MO Memoir : Sunday 22 September 2556

ช่วงสายวันเสาร์ที่ผ่านมาเห็นเขานั่งสับปะหงกอยู่ที่เก้าอี้หน้าระบบ DeNOx ตอนนั้นอุณหภูมิ reactor อยู่ที่ 300ºC เห็นกราฟโครมาโทแกรมหน้าจอคอมพิวเตอร์กำลังแสดงผลการวิเคราะห์ ผมก็เลยไปเอาน้ำใส่กาต้มน้ำเพื่อจะต้มน้ำร้อนชงกาแฟกิน ระหว่างรอน้ำร้อนเดือดก็เดินเล่นไปรอบ ๆ แลป สักพักก็เห็นเขาออกอาการ สาเหตุก็คือโครมาโทแกรมไม่ปรากฎพีคออกซิเจน มีแต่พีค NO (อันที่จริงมีพีคออกซิเจนเล็กมากดังที่เอามาให้ดูในรูปที่ ๑ จากเครื่อง GC-2014 ECD & PDD โดยใช้ ECD วัด) ทั้ง ๆ ที่ก่อนหน้านี้ที่เขาเริ่มทดสอบโดยเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นเรื่อย ๆ จนถึง 250ºC ทุกอย่างก็ยังปรกติอยู่

เหตุการณ์นี้ซ้ำรอยกับที่เขาประสบมาเมื่อสัปดาห์ก่อนหน้านี้ คราวนั้นเขาถึงกับต้องยุติการทดลอง พอมาทดลองใหม่ในสัปดาห์นี้ตั้งแต่วันศุกร์ที่ผ่านมา เขาก็ลงทุนอดนอน (ดูเหมือนจะได้นอนบ้างช่วงรอเก็บตัวอย่าง) เพื่อที่จะดูว่ามันจะเกิดเหมือนเดิมอีกหรือไม่ (คือพีคออกซิเจนหายไปที่อุณหภูมิ 300ºC) และมันก็เกิดจริง ๆ สนองการรอคอยของเขา

รูปที่ ๑ โครมาโทแกรมเส้นบน (สีม่วง) คือเส้นปรกติ จะเห็นพีคออกซิเจนเป็นพีคที่ใหญ่และสูงมาก (15 vol%) ที่เริ่มออกมาเมื่อเวลาประมาณ 8 นาที โดยมีพีค NO ออกตามหลังมา (ประมาณ 120 ppm) ส่วนเส้นล่าง (สีดำ) เป็นเส้นที่มีปัญหา จะเห็นพีคออกซิเจนเหลือเพียงนิดเดียว

แม้ว่าจะใช้ระบบเดียวกัน แต่วิธีการทดลองของเขาในวันนี้แตกต่างไปที่กลุ่มเราใช้ กล่าวคือเขาไม่ได้ผสมไอน้ำเข้าไปในแก๊สขาเข้า แต่เขายังคงให้แก๊สออกซิเจนไหลผ่าน saturator อยู่ (ตามเส้นสีแดงในรูปที่ ๒) เพียงแต่ไม่เปิด heater เท่านั้นเอง เมื่อวานผมก็เลยให้เขาปรับทิศทางการไหลของแก๊สออกซิเจนด้วยการใช้วาล์ว 3 ทางที่ติดตั้งอยู่ (รูปที่ ๓) ให้แก๊สออกซิเจนไหลผ่านจุดป้อน SO₂ ก่อนไปบรรจบกับเส้นทางการไหลของแก๊สไนโตรเจน (แนวเส้นประสีเขียวในรูปที่ ๒) แต่การทำเช่นนี้จะทำให้แก๊สจากสายไนโตรเจนไหลย้อนเข้า saturator ได้ ดังนั้นควรที่จะปิดวาล์วด้านขาออกจาก saturator ด้วย (ไม่ได้แสดงในรูป)

รูปที่ ๒ แผนผังการไหลของแก๊สของระบบ DeNOx ที่เราใช้ทำการทดลอง

รูปที่ ๓ ในกรอบสี่เหลี่ยมสีแดง คือวาล์วสามทางที่ใช้เปลี่ยนทิศทางการไหลของแก๊สออกซิเจน

หลังจากนั้นก็ให้เขาทดลองวัดองค์ประกอบของแก๊สที่อุณหภูมิ 300ºC ใหม่ ก็พบว่าได้พีคออกซิเจนกลับคืนมาเหมือนเดิมดังแสดงในรูปที่ ๔ ข้างล่าง และจากการติดตามก็พบว่าออกมาเป็นปรกติจนถึงอุณหภูมิ 400ºC

รูปที่ ๔ การกลับมาของพีคออกซิเจน (เส้นสีดำ) เทียบกับข้อมูลเดิม (เส้นสีม่วง) จะเห็นว่าจุดเริ่มต้นเกิดพีคและจุดสิ้นสุดของพีคออกซิเจนของทั้งสองเส้นนั้นอยู่ที่เดียวกัน

อันที่จริงถ้าย้อนหลังกลับไปดูข้อมูลของเขาก่อนหน้านี้ (รูปที่ ๕) จะเห็นปัญหาเกิดกับพีคออกซิเจนตั้งแต่อุณหภูมิ reactor 200ºC แล้ว คือเห็นพีคออกซิเจนแคบลงเล็กน้อย และที่อุณหภูมิ 250ºC ก็เห็นพีคออกซิเจนแคบลงมาก พอเพิ่มอุณหภูมิ reactor สูงถึง 300ºC พีคออกซิเจนก็แทบไม่เหลือเลย ทั้ง ๆ ที่อัตราการไหลของออกซิเจนนั้น (30 ml/min) มากเป็นอันดับสองรองจากไนโตรเจน

รูปที่ ๕ ข้อมูลก่อนหน้าของเขาที่วัดที่อุณหภูมิต่าง ๆ กันจนถึง 300ºC เมื่อทำการเปรียบเทียบข้อมูลจะเห็นว่าพีคออกซิเจนเริ่มมีขนาดแคบลงเล็กน้อยตั้งแต่อุณหภูมิ 200ºC และที่สำคัญก็คือการหายไปของออกซิเจนนั้นเห็นได้ชัดเจนตั้งแต่อุณหภูมิ 250ºC แล้ว

การแก้ปัญหานั้นถ้าเราแก้ด้วยการหาสาเหตุที่เป็นต้นตอของปัญหา เราก็จะหาทางหลีกเลี่ยงมันได้ หรือถ้าเราพบเจอกับมันอีกในอนาคต เราก็จะรู้ว่าควรต้องทำอย่างไรกับมัน แต่ถ้าแก้โดยการลองถูกลองผิด หรือทำตามที่คนอื่นบอกมาโดยที่ไม่รู้ว่าหรือสนใจว่าทำไมต้องทำอย่างนั้น เมื่อพบกับปัญหาใด ๆ ก็จะไม่รู้วิธีการแก้ หรือกว่าจะหาได้ก็คงต้องลองผิดลองถูกไปเยอะ ดังนั้นในกรณีนี้เราจะมาลองพิจารณากันว่าอะไรเป็นต้นตอของเรื่อง

  

สิ่งที่เราต้องพิจารณาคือเกิดอะไรขึ้นเมื่อเพิ่มอุณหภูมิ reactor และการที่แก๊สออกซิเจนไหลผ่าน saturator และไม่ไหลผ่าน saturator นั้นมันแตกต่างกันอย่างไร

เมื่อเราเพิ่มอุณหภูมิของ fixed-bed ให้สูงขึ้น สิ่งที่เราทราบกันอยู่แล้วก็คือความต้านทานการไหลจะสูงขึ้น เพราะเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นแก๊สจะมีความหนืดมากขึ้น และบันทึกของกลุ่มเราหลายเรื่อง (เกี่ยวกับ GC-2014 ECD & PDD และระบบ DeNOx) ก็ได้บันทึกเหตุการณ์ต่าง ๆ และการแก้ปัญหาเอาไว้ แต่ส่วนใหญ่จะเกี่ยวกับแก๊สที่มีอัตราการไหลที่ต่ำมาก (คือ NO NH₃ และ SO₂) เมื่อเทียบกับอัตราการไหลรวมของระบบ

กรณีที่เห็นว่าใกล้เคียงกับเหตุการณ์นี้มากที่สุดเห็นจะเป็นเรื่องที่เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๗๗ วันเสาร์ที่ ๒๖ มีนาคม พ.ศ. ๒๕๕๔ เรื่อง "สรุปปัญหาระบบ DeNOx (ภาค ๒)" ที่แนบมาด้วย

เมื่อให้แก๊สออกซิเจนไหลผ่าน saturator นั้นจะมีแรงต้านทานการไหลเพิ่มขึ้นจากเมื่อไม่ไหลผ่านคือ "ระดับน้ำที่อยู่ใน saturator" (ความสูง h ในรูปที่ ๒) แต่ถ้าคิดว่ามันเกิดจากระดับน้ำใน saturator มันก็จะเกิดปัญหาตามมาคือ "ทำไมเมื่อสาวน้อยจากเมืองวัดป่ามะม่วงและสาวน้อยโซเฟอร์สิบล้อทำการทดลอง จึงไม่เห็นพีคออกซิเจนหายไป ทุกอย่างออกมาเป็นปรกติ"

ตรงจุดนี้จากประสบการณ์ที่เคยเจอ และเมื่อพิจารณาจากโครงสร้างของอุปกรณ์ พอจะคาดเดาสาเหตุที่เป็นไปได้ ๒ ข้อดังนี้ (คือคิดออกแค่นี้ แต่จะมีมากกว่านี้หรือเปล่าก็ไม่รู้)

(ก) เส้นทางแก๊สไหลผ่าน saturator นั้นมีการรั่วไหลอยู่เล็กน้อย และ/หรือ

(ข) เขาบรรจุตัวเร่งปฏิกิริยาอัดแน่นเกินไป

กรณีมีการรั่วไหลอยู่เล็กน้อยนี้กลุ่มเราเคยพบกับระบบ gas phase partial oxidation ในกรณีที่แก๊สมีทางออกได้สองทางที่มีความต้านทานการไหลแตกต่างกันมาก แก๊สจะเลือกออกทางเส้นทางที่มีความต้านทางการไหลต่ำมากก่อน แต่ถ้าหากเส้นทางที่มีความต้านทานการไหลต่ำนี้มีความต้านทานการไหลเพิ่มสูงขึ้น แก๊สก็จะรั่วออกทางเส้นทางที่มีความต้านทานการไหลสูงกว่าเพิ่มมากขึ้น เราก็จะเห็นแก๊สหายไปจากระบบ

สิ่งแรกที่ผมถามเขาคือเขาได้ไปยุ่งเกี่ยวอะไรกับ saturator หรือเปล่า เขาบอกว่าไม่ได้ไปยุ่งอะไร คนก่อนหน้าที่ทำการทดลองที่มีการเพิ่มน้ำในระบบปล่อยให้ line เส้นนี้อยู่อย่างไรก็ยังคงอยู่อย่างนั้น เขาทำเพียงแค่ไม่เปิด heater เท่านั้นเองเพื่อไม่ให้มีน้ำระเหยเข้าระบบ

ดังนั้นต้นตอของสาเหตุที่น่าจะเป็นไปได้คือเกิดจากการอัดเบดตัวเร่งปฏิกิริยาแน่นเกินไป ซึ่งเรื่องนี้เราเคยประสบมาในกรณีของแก๊ส SO₂ ที่สาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) และสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) เจอมาเมื่อปีที่แล้ว ที่พบว่าการ อัดเบดตัวเร่งปฏิกิริยาแน่นเกินไปนั้นส่งผลต่อการไหลของแก๊ส (ที่มีอัตราการไหลต่ำมากเมื่อเทียบกับอัตราการไหลรวม) ได้เมื่ออุณหภูมิของ reactor เพิ่มสูงขึ้น แต่ตรงนี้ผมก็ยังไม่สามารถยืนยันได้ว่าการอัดเบดตัวเร่งปฏิกิริยาของเขานั้นเขาอัดแน่นเกินไปหรือไม่เมื่อเทียบกับที่กลุ่มเราใช้อยู่

แต่ถึงกระนั้นก็ตามก็คงต้องขอให้ผู้ที่ทำการทดลองกับระบบ DeNOx นี้คำนึงถึงปัญหานี้เอาไว้ด้วย