ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๑๑ Charge gas compression ภาค ๓ MO Memoir : Wednesday 8 June 2559

วัตถุดิบที่ป้อนเข้าpyrolysis heater นั้นประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนกับไอน้ำ และอาจมีการเติมสารประกอบกำมะถัน (ที่ใช้ลดการเกิด coke บนผิวท่อ) ร่วมด้วย แก๊สผลิตภัณฑ์ที่ออกมาจาก pyrolysis heater จึงมีแก๊สกรดเช่น CO₂ และ H₂S ปนออกมาด้วย แก๊สเหล่านี้เมื่อละลายในน้ำหรือเจอความชื้นจะกลายเป็นสารละลายกรดที่กัดกร่อนอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการกำจัดออก ในกระบวนการที่ยกมาเป็นตัวอย่างนี้ ได้วางหน่วยกำจัดแก๊สกรดไว้ระหว่างขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 3 และขั้นตอนที่ 4
 

แก๊สจาก 3rd stage discharge drum จะเข้าสู่ caustic and acid wash tower ทางด้านล่าง (รูปที่ ๑) สารละลาย NaOH 20 wt% (ในแผนผังเรียกสารละลาย caustic) ถูกผสมเข้ากับ condensate ที่มาจาก water wash section เพื่อเจือจางให้เหลือความเข้มข้น 12 wt% ก่อนที่จะป้อนเข้าบริเวณทางด้านบนของตอนกลางของหออย่างต่อเนื่อง อัตราการฉีดจะได้รับการควบคุมเพื่อให้ความเข้มข้นของสารละลาย NaOH ที่ผ่านการทำปฏิกิริยาแล้วเหลือความเข้มข้นประมาณ 3 wt% บริเวณบนสุดของหอมีการป้อน wash water เข้าไปเพื่อชะล้างสารละลาย NaOH ที่อาจมีการ carry over ไปกับแก๊ส (มีการติดตั้ง tray เอาไว้ 3 ชั้น) ส่วน spent caustic ที่ลงสู่ทางด้านล่างขอหอจะถูกระบายออกไปเพื่อทำการสะเทิน แก๊สที่ออกทางด้านบนของ caustic wash tower จะเข้าสู่ 4th stage compressor suction drum
 

ของเหลวที่ได้จากการควบแน่นในขั้นตอนการอัด 3 ขั้นตอนแรกประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนในระดับแก๊สโซลีนและน้ำเป็นหลัก ในขณะที่ของเหลวที่ควบแน่นในขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 4 และ 5 จะประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอน C3 และ C4 เป็นหลัก ไฮโดรคาร์บอนที่ควบแน่นเหล่านี้จะถูกส่งไปยัง condensate stripper (รูปที่ ๒) เพื่อทำการสกัดเอาอีเทนและเอทิลีนออกมา ส่วนของเหลวที่เหลือที่ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอน C3 และ C4 เป็นหลักจะถูกส่งต่อไปยังหน่วย depropanizer
 

ในกระบวนการอัด 5 ขั้นตอนนี้ ไม่มีการควบคุมความดันที่ได้จากการอัดระหว่างแต่ละขั้นตอน ซึ่งความดันตรงนี้ขึ้นอยู่กับความดันด้านขาเข้า (suction pressure) ของคอมเพรสเซอร์ขั้นแรก ตรงนี้ต้องขออธิบายเพิ่มเติมว่า impeller ของขั้นตอนการอัด 5 ขั้นนั้นอยู่บนเพลาเดียวกัน ถูกขับเคลื่อนด้วย steam turbine ที่อยู่ร่วมเพลาเดียวกันอยู่ โดยใช้ไอน้ำที่ความดันประมาณ 105 bar abs อุณหภูมิประมาณ 515ºC ในการขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ ระหว่างช่วงกลางของกังหันไอน้ำจะมีการดึงเอาไอน้ำบางส่วนออกไปใช้เป็น medium pressure steam ส่วนไอน้ำที่เหลือจะไหลเข้าสู่กังหันไอน้ำความดันต่ำก่อนจะเข้าสู่ surface condenser (ควบแน่นเป็นของเหลว)
 

ถ้าความเร็วรอบการหมุนต่ำ ความดันด้านขาเข้าของขั้นตอนการอัดขั้นตอนแรกก็จะสูง (เพราะแก๊สไม่ถูกดึงออกไป) และถ้าความดัน ณ ตำแหน่งนี้สูงเกินไป (เช่นอาจเกิดจากคอมเพรสเซอร์หมุนช้าเกินไปหรือหยุดการทำงาน) ก็จะทำการระบายแก๊ส ณ ตำแหน่งนี้ออกระบบ flare ผ่านทาง pressure control valve แต่ถ้าเพิ่มความเร็วรอบการหมุนของคอมเพรสเซอร์ให้สูงขึ้น ความดันด้านขาเข้าของขั้นตอนการอัดขั้นตอนแรกก็จะลดลง แต่ความดันด้านขาออกจะเพิ่มขึ้น แต่ทั้งนี้จะต้องระวังไม่ให้ความดันด้านขาเข้าลดต่ำลงจนคอมเพรสเซอร์เกิด surging ได้
 

การป้องกันการเกิด surging ทำด้วยการป้อนแก๊สบางส่วนทางด้านขาออกของขั้นตอนการอัดที่ 3 กลับไปยังด้านขาเข้าของขั้นตอนการอัดที่ 1 และป้อนแก๊สบางส่วนทางด้านขาออกของขั้นตอนการอัดที่ 5 กลับไปยังด้านขาเข้าของขั้นตอนการอัดที่ 4
 

ไฮโดรคาร์บอนที่ควบแน่นเป็นของเหลวใน 5th stage suction drum จะถูกป้อนไปยัง tray ที่ 10 ของ condensate stripper (ตรงนี้ขออธิบายเพิ่มเติมให้กับผู้ที่ไม่ใช่วิศวกรเคมีนิดนึง tray ในที่นี้คืออุปกรณ์ช่วยในการสัมผัสระหว่างแก๊สกับของเหลว ในหอจะมี tray เหล่านี้วางซ้อนกันอยู่เป็นชั้น ๆ แก๊สจะไหลจากล่างขึ้นบนในขณะที่ของเหลวไหลจากบนลงล่าง ตัวอย่างหน้าตาของ tray ดูได้จาก Memoir ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๑๕ วันเสาร์ที่ ๓ มกราคม พ.ศ. ๒๕๕๘ เรื่อง "ทำความรู้จักหน้าตา Tray หอกลั่น") ในขณะที่ไฮโดรคาร์บอนที่ควบแน่นใน 5th stage dischrge drum จะถูกส่งผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนไปยัง condensate flash drum ไอที่เกิดขึ้นที่ condensate flash drum จะถูกป้อนกลับไปยัง 5th stage suction drum ส่วนของเหลวที่เหลืออยู่ด้านบนสุดของหอ condensate stripper
 

condensate ที่ไหลลงมาถึงทางด้านล่างของหอจะถูกต้มที่ reboiler ด้วยไอน้ำความดันต่ำ โดยใช้อุณหภูมิที่ tray 21 เป็นตัวควบคุม แก๊สที่ออกทางด้านบนของ condensate stripper จะถูกส่งกลับไปยัง 4th stage suction drum น้ำ (ที่ยังหลงเหลืออยู่) จะควบแน่นเป็นของเหลวและดึงออกจากหอที่บริเวณ tray 13 และส่งไปยัง quench tower settling drum (ดูแผนผังใน memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๕๕ วันพฤหัสบดีที่ ๗ เมษายน ๒๕๕๙ เรื่อง "ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีนตอนที่ ๘ Quench tower system") อุณหภูมิที่ reboiler นี้ถ้าต่ำเกินไป จะมีอีเทนและเอทิลีนละลายหลงเหลือใน condensate อยู่มาก แต่ถ้าสูงเกินไปจะก่อให้เกิดปัญหา fouling ที่ reboiler ได้

โดยสรุปของหน่วยนี้
 

แก๊สด้านขาออกของขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 5 มีความดัน 37.4 bar.a (524 psi.g) ที่อุณหภูมิ 81ºC (สูงสุดไม่เกิน 93ºC)
 

อัตราการไหลของแก๊สควรมีค่าใกล้เคียงกับค่าที่ออกแบบไว้ให้มากที่สุดเท่าที่จะได้
 

ความดันที่ condensate stripper column อยู่ที่ 170 psi.g
 

อุณหภูมิยอดหอ condensate stripper column อยู่ที่ 31ºC
 

อุณหภูมิก้นหอ condensate stripper column อยู่ที่ 73ºC

รูปที่ ๓-๕ เป็น Process Flow Diagram (PFD) อีกตัวอย่างหนึ่ง ในกรณีนี้วางหน่วย Acid gas removal ไว้ถัดจากขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 4
 

แก๊สที่ออกจากขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 5 แล้ว จะถูกส่งต่อไปยังหน่วยกำจัดความชื้น (Dryer)
 

รูปที่ ๑ หน่วย acid gas removal ที่อยู่ระหว่าง 3rd stage และ 4th stage compressor

รูปที่ ๒ ช่วง 4th stage และ 5th stage compressor
  

รูปที่ ๓ Process Flow Diagram ของกระบวนการอัดแก๊สอีกรูปแบบหนึ่ง แสดงขั้นตอนการอัดใน 4 ขั้นตอนแรก ในกรณีนี้วางหน่วย Acid gas removal ไว้ถัดจากขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 4
  

รูปที่ ๔ ส่วนต่อของรูปที่ ๓ แสดงส่วนของ Acid gas removal unit
  

รูปที่ ๕ ขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 5