ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๒ Amine treatment unit MO Memoir 2559 Feb 11 Thu

เมื่อเลือกว่าจะผลิตอะไรแล้ว ขั้นตอนถัดไปก็คือการพิจารณาว่าจะเลือกใช้กระบวนการในการผลิต ในขั้นตอนนี้มีหลากหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณา และปัจจัยหนึ่งก็คือคุณภาพของวัตถุดิบที่จะนำมาใช้ในการผลิต
 

เทคโนโลยีการผลิตแต่ละเทคโนโลยีนั้นไม่ได้อิงอยู่บนสารตั้งต้นที่มีความบริสุทธิ์ระดับเดียวกัน บางกระบวนการสามารถใช้สารตั้งต้นที่มีความบริสุทธิ์ต่ำได้ แต่ในขณะที่บางกระบวนการที่สามารถเปลี่ยนสารตั้งต้นให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการได้ในสัดส่วนที่มากกว่า (ที่ทางเคมีเรียกว่าค่าการเลือกเกิดหรือ selectivity) แต่กลับต้องการสารตั้งต้นที่มีความบริสุทธิ์สูง (ซึ่งมักจะมีราคาสูงกว่าด้วย) คำถามที่ตามมาก็คือ "แล้วกระบวนการไหนที่ให้ผลตอบแทนที่คุ้มค่ากว่า"
 

ในกลุ่มอุตสาหกรรมปิโตรเคมีนั้น สารตั้งต้นอาจมาจากโรงงานที่อยู่ในกลุ่มที่ตั้งเดียวกัน ที่สามารถส่งทางท่อจากโรงงานผู้ผลิตไปยังโรงงานผู้ใช้ได้ หรือต้องมีการนำเข้าจากที่อื่น (เช่นขนส่งทางเรือ) มาเก็บไว้ในถังเก็บแล้วค่อยนำมาใช้ ประเด็นที่ผู้ใช้ต้องพิจารณาคือคุณภาพของวัตถุดิบที่ได้มานั้นมีความสม่ำเสมอหรือไม่ และความแปรปรวนนั้นอยู่ในช่วงที่กระบวนการผลิตยอมรับได้หรือไม่ ถ้าหากกระบวนการผลิตที่เลือกใช้นั้นไม่สามารถยอมรับความแปรปรวนด้านคุณภาพของวัตถุดิบที่หาได้ ก็จำเป็นต้องมีการปรับสภาพวัตถุดิบก่อนนำไปใช้งาน ส่วนจะปรับสภาพด้านใดบ้างนั้นก็ขึ้นอยู่กับว่าคุณภาพวัตถุดิบที่ได้มานั้นมีความแปรปรวนในเรื่องใดบ้าง
 

ในการเลือกซื้อเทคโนโลยีนั้น ทางผู้ขายก็ต้องมีการรับประกันว่าถ้าเลือกใช้เทคโนโลยีของเขาโดยใช้สารตั้งต้นที่มีความบริสุทธิ์ไม่ต่ำกว่าเท่านั้นเท่านี้ ก็จะได้ผลิตภัณฑ์ในสัดส่วนไม่ต่ำกว่าตามที่เขากำหนด และถ้าหากว่าผู้ซื้อเทคโนโลยีนั้นพบว่าแม้ว่าจะทำตามข้อกำหนดของเจ้าของเทคโนโลยีแล้ว แต่ก็ไม่สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ได้ในสัดส่วนตามที่ตกลงกันไว้ ก็ต้องมีการปรับผู้ขาย (คือหักเงินที่ต้องจ่ายงวดสุดท้ายออก) และถ้าหากมีความแตกต่างมาก ก็อาจถึงขั้นไม่ตรวจรับก็ได้ (คือไม่จ่ายเงินงวดสุดท้าย)
 

ผมเคยได้ยินกรณีของบริษัทหนึ่ง (เป็นเรื่องเล่าจากคนที่ทำงานในบริษัทนั้น) ที่มีโรงงานพอลิเอทลีน ๒ โรงงานที่ใช้เทคโนโลยีต่างกัน แต่รับเอทิลีนมาจากโรงงานผู้ผลิตเดียวกันที่อยู่ใกล้เคียงกัน โรงงานแรกนั้นสามารถใช้เอทิลีนตามที่รับมาจากผู้ผลิตเอทิลีนได้โดยตรง แต่โรงงานที่สองนั้นกำหนดความบริสุทธิ์ไว้สูงกว่า ทำให้ต้องมีการสร้างหน่วยปรับสภาพเอทิลีนก่อนป้อนเข้าสู่โรงงานที่สอง แต่พอเอาเข้าจริงกลับพบว่าถ้าใช้เอทิลีนความบริสุทธิ์สูง (ตามข้อกำหนดของเจ้าของเทคโนโลยี) จะคุมอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาได้ยาก เพราะปฏิกิริยาเกิดรวดเร็วมาก สุดท้ายก็ใช้วิธีการป้อนเอทิลีนจากผู้ผลิตเข้าสู่กระบวนการโดยตรง (มีสิ่งปนเปื้อนในปริมาณที่สูงกว่าข้อกำหนดของเจ้าของเทคโนโลยี) ทำให้สามารถควบคุมอุณหภูมิของการทำปฏิกิริยาได้ (เพราะสิ่งปนเปื้อนเข้าไปลดความว่องไวในการทำปฏิกิริยา ทำให้อัตราการคายความร้อนนั้นลดลงมาอยู่ในระดับที่ควบคุมได้)
 

ตรงนี้ก็เป็นจุดที่น่าพิจารณาตรงที่ว่า เจ้าของเทคโนโลยีนั้นกำหนดความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบที่จะใช้นั้น "สูงเกินไป" หรือไม่ โดยพิจารณาจากมุมมองที่ว่าถ้าหากใช้วัตถุดิบที่มีความบริสุทธิ์ต่ำกว่าที่เขากำหนดได้ เขาก็จะไม่โดนปรับ แต่ถ้ามองจากผู้ซื้อเทคโนโลยีมันจะเป็นว่าโดนหลอกให้สร้างหน่วยปรับสภาพวัตถุดิบหรือไม่ เพราะถ้าพบว่าวัตถุดิบที่รับเข้ามานั้นสามารถนำไปใช้ในกระบวนการผลิตได้ทันทีเลยโดยไม่ต้องปรับสภาพก่อน (ก็คือให้มันไหลเข้าท่อ bypass ตรงเข้าสู่กระบวนการผลิตเลย โดยไม่ต้องผ่านเข้าหน่วยปรับสภาพ) หน่วยปรับสภาพที่สร้างขึ้นมาก็ไม่มีความจำเป็นต้องใช้ แต่เงินที่ต้องลงทุนไปในการสร้างหน่วยปรับสภาพนี้ ใครควรจะต้องเป็นผู้รับผิดชอบ
 

รูปที่ ๑ ตัวอย่าง Process flow diagram ของหน่วย Amine treatment

กระบวนการผลิตเอทิลีนที่นำมาใช้เป็นข้อมูลในการเขียนบทความชุดนี้เริ่มจากการนำเอาอีเทนมาปรับสภาพด้วยการกำจัดแก๊สกรด (H₂S และ CO₂) ออกก่อนด้วยการใช้สารละลายเอมีน ประเด็นแรกที่ผมสงสัยก็คือถ้าเป็นอีเทนที่มาจากจากโรงแยกแก๊สที่อยู่ข้าง ๆ โดยตรงนั้น มันผ่านการแยกเอาแก๊สกรดออกไปก่อนแล้วตั้งแต่ก่อนการกลั่นแยกอีเทน แล้วแก๊สกรดเหล่านั้นมาจากไหน หรือว่าเป็นการเผื่อเอาไว้ในกรณีที่ต้องมีการนำเอาอีเทนจากแหล่งอื่นมาใช้
 

ประเด็นที่สองที่สงสัยก็คือก่อนป้อนอีเทนเข้าสู่ pyrolysis heater นั้นจะต้องมีการผสมไอน้ำ (ตัวทำให้เกิด CO₂ จากปฏิกิริยาข้างเคียง) และสารประกอบ "กำมะถัน" เข้ากับอีเทน (เพื่อลดการเกิด coke) และค่อยทำการกำจัดแก๊สกรดก่อนนำไปกลั่นแยกสารตั้งต้นที่หลงเหลือและผลิตภัณฑ์ที่ได้ออกจากกัน ดังนั้นทำไมจึงต้องกำจัดแก๊สกรดเหล่านี้ออกก่อนป้อนเข้า pyrolysis heater

รูปที่ ๒ ตัวอย่าง Process flow diagram ของหน่วย Amine treatment ส่วนต่อจากรูปที่ ๑
 

Process flow diagram (หรือ PFD) ที่นำมาแสดงในที่นี้เป็นหน่วย Amine treatment ที่ประกอบด้วยการให้แก๊สอีเทนสัมผัสกับสารละลายเอมีนเพื่อดึงเอาแก๊สกรดออกจากแก๊สอีเทน และการนำเอาสารละลายเอมีนที่ดูดซับแก๊สกรดมานั้นไปต้มให้ความร้อนเพื่อไล่แก๊สกรดออกไป และนำสารละลายเอมีนกลับไปใช้ใหม่ สิ่งที่อยากให้เห็นก็คือ (โดยเฉพาะในปัจจุบันที่ทำแต่ simulation ที่สภาวะ stead state กันมากเหลือเกิน) ในการออกแบบนั้นต้องคำนึงถึงการนำเข้าสารที่ต้องใช้ การชดเชยสารที่สูญเสียไปในกระบวนการ และการกำจัดสารที่เสื่อมสภาพ (ในที่นี้คือเอมีนที่ใช้ในการกำจัดแก๊สกรด) และจะว่าไปแล้วยังอาจต้องพิจาณาต่อไปด้วยว่าจะมีเอมีนติดไปกับอีเทนที่ส่งไปยังหน่วยผลิตต่อไปหรือไม่ และถ้ามีเอมีนติดปนไปด้วยจะส่งผลต่อการทำงานของหน่วยผลิตต่อไปหรือไม่ (ไม่ใช่ว่าเอาตัวปัญหาตัวหนึ่งออก แล้วใส่ตัวใหม่เข้าไปแทน)
 

ปรกติในการไหลนั้น ถ้าเป็นแก๊สจะไหลได้เองไปตามท่อจากด้านความดันสูงไปยังด้านความดันต่ำ (แรงดึงดูดของโลกไม่ส่งผล) จะมีการใช้คอมเพรสเซอร์ก็ต่อเมื่อต้องการเพิ่มความดัน แต่ในกรณีของของเหลวนั้นแรงดึงดูดส่งผลต่อการไหลมาก ดังนั้นจึงมักต้องใช้ปั๊มในการส่งของเหลวจากอุปกรณ์หนึ่งไปยังอีกอุปกรณ์หนึ่ง (ไม่ว่าอุปกรณ์หลายทางจะอยู่ในระดับความสูงเดียวกันหรือระดับความสูงที่สูงกว่า) จะมีกรณีที่ไม่ต้องใช้ปั๊มก็คือการใช้แรงดึงดูดของโลก (คือการไหลแบบที่เรียกว่า gravity flow) จากอุปกรณ์ที่อยู่สูงกว่าไปยังอุปกรณ์ที่อยู่ต่ำกว่า ดังนั้นรูปแบบการส่งของเหลวจากอุปกรณ์หนึ่งไปยังอุปกรณ์หนึ่งนั้นว่าจะต้องใช้ปั๊มหรือไม่จึงยังขึ้นอยู่กับการออกแบบการวางตำแหน่งอุปกรณ์แต่ละตัวด้วย