ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๒๐ Propylene fractionation section MO Memoir : Sunday 16 October 2559

แผนผังกระบวนการแยกโพรพิลีน-โพรเพนที่แสดงในรูปที่ ๑ และรูปที่ ๒-๕ นั้นแตกต่างกันอยู่ ในรูปที่ ๑ นั้นสารผสม C3 ที่มาจากหน่วย Depropanization จะเข้าสู่หน่วย drying ก่อนเพื่อทำการกำจัดความชื้น จากนั้นจึงเข้าสู่หอกลั่นที่มีเพียงหอเดียวเพื่อกลั่นแยกโพรพิลีนและโพรเพนออกจากกัน ส่วนแผนผังในรูปที่ ๒-๕ นั้นกระบวนการกลั่นแยกโพรพิลีน-โพรเพนที่ประกอบด้วยหอกลั่นสองหอ ทำงานที่ความดันต่างกัน หอกลั่นความดันต่ำ (รูปที่ ๕) ทำหน้าที่รับสารผสม C3 จากหน่วย depropanizer (ตอนที่ ๑๘) ส่วนหอกลั่นความดันสูงจะรับแก๊สที่ควบแน่นเป็นของเหลวที่เกิดขึ้นที่หน่วย charge gas compression and acid wash (ตอนที่ ๙-๑๑) และผลิตภัณฑ์ก้นหอกลั่นทั้งหอกลั่นความดันต่ำและความดันสูงจะถูกนำมรรวมกันเพื่อส่งต่อไปยังหน่วย C3 hydrogenation เพื่อกำจัด methyl acetylene (รูปที่ ๒ และ ๓) ผลิตภัณฑ์โพรพิลีนจากยอดหอกลั่นความดันสูงจะถูกส่งยังไปถังเก็บต่อไป

ในเอกสารที่มีนั้นจะคำอธิบายกระบวนการอิงตามแผนผังที่แสดงในรูปที่ ๑ แต่เท่าที่ทราบมานั้นโรงงานที่สร้างจริงจะอิงตามแผนผังในรูปที่ ๒-๕ ดังนั้นคำอธิบายกระบวนการที่จะเล่าต่อไปจะอิงไปยังรูปที่ ๑

หน่วย propylene drying ประกอบด้วย fixed-bed จำนวน 2 ตัวต่อขนานกัน แต่ละเบดมีรอบการทำงาน 96 ชั่วโมง (กล่าวคือทำงานดูดจับความชื้นได้นาน 96 ชั่วโมงก่อนที่สารดูดจับความชื้นจะอิ่มตัวและต้องเปลี่ยนไปใช้อีกเบดหนึ่ง) และเนื่องจากสารผสม C3 ที่มายังหน่วย propylene drying นี้มีสถานะเป็นของเหลว ดังนั้นการไหลผ่านเบดจะเป็นการไหลจากล่างขึ้นบน ตรงนี้ต่างจากกรณีของแก๊สไหลผ่านเบดของแข็งที่มักจะไหลจากบนลงล่าง เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการฟลูอิไดซ์ แต่ในกรณีของเหลวนั้น การไหลจากบนลงล่างจะมีปัญหาการทำให้ของเหลวท่วมเต็ม vessel บรรจุเบดตัวดูดซับ เพราะแก๊สที่อยู่ในเบดนั้นมันลอยขึ้นสวนทางกับการเคลี่อนที่ของของเหลวที่เคลื่อนที่ลงล่าง การไหลจากล่างขึ้นบนจะแก้ปัญหานี้ได้เพราะของเหลวจะท่วมเต็มหน้าตัดเบดและดันให้แก๊สไหลไปในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของของเหลว
 

หน้าที่ของหน่วย Propylene fractionation คือทำการแยกโพรพิลีนออกเป็นผลิตภัณฑ์ polymer-grade propylene และผลิตภัณฑ์ C3 ที่มีโพรเพน (propane C₃H₈) เป็นองค์ประกอบหลัก ผลิตภัณฑ์ยอดหอที่เป็น polymer-grade propylene มีความเข้มข้นโพรพิลีนประมาณ 99.5 mol% เพื่อการนี้ต้องใช้หอกลั่นที่มีจำนวน tray สูงถึง 185 tray (รายละเอียดตรงนี้แตกต่างไปจากในรูปที่ ๔ และ ๕ ที่มีการใช้หอกลั่นสองหอที่มีจำนวน tray รวมกันเกือบ 400 tray และด้วยจำนวน tray ในแต่ละหอที่มาก ทำให้หอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีนมีความสูงมาก เรียกว่าอยู่ในระดับ 100 เมตร) ผลิตภัณฑ์ก้นหอประกอบโดยโพรเพนเป็นหลัก โดยมีโพรพิลีน โพรพาไดอีน (propadiene H₂C=C=CH₂) และเมทิลอะเซทิลีน (methyl acetylene หรือ propyne H₃CCCH) ปนอยู่ด้วย
 

ตามแบบในรูปที่ ๑ นั้นวางแผนจะส่งผลิตภัณฑ์ก้นหอนี้ไปเป็นเชื้อเพลิงใช้ในโรงงาน ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีหน่วยกำจัดเมทิลอะเซทิลีน (หน่วย C3 hydrogenation ในรูปที่ ๒ และ ๓) ซึ่งต่างจากที่แสดงในแผนผังในรูปที่ ๒-๕ ที่ออกแบบโดยวางแผนจะนำเอาโพรเพนกลับไปผลิตเป็นโพรพิลีนใหม่ ดังนั้นจึงมีการนำเอาผลิตภัณฑ์ก้นหอกลั่นแยกโพรพิลีนความดันสูง (รูปที่ ๔) มาทำการกำจัดเมทิลอะเซทิลีนก่อนจะส่งกลับเข้าสู่กระบวนการกลั่นแยกใหม่

รูปที่ ๑ แผนผังหน่วยกลั่นแยกโพรพิลีน-โพรเพน ในแผนผังนี้แสดงหอกลั่นแยกเพียงหอกลั่นเดียวที่มีจำนวน tray มากถึง 185 tray ในรูปนี้หม้อต้มซ้ำที่ก้นหอกลั่นใช้น้ำร้อนที่มาจากหน่วย quench tower section
 

รูปที่ ๒ แผนผังหน่วย C3 Hydrogenation ที่ใช้กำจัดเมทิลอะเซทิลีน (หรือ propyne) ด้วยการใช้ปฏิกิริยาเติมไฮโดรเจน (hydrogenation) เพื่อเปลี่ยนเมทิลอะเซทิลีนไปเป็นโพรพิลีน ทำนองเดียวกันกับหน่วย C2 Hydrogenation ที่ใช้ในการกำจัดอะเซทิลีนออกจากเอทิลีน

รูปที่ ๓ ส่วนต่อจากแผนผังที่แสดงในรูปที่ ๒

รูปที่ ๔ หน่วยกลั่นแยกโพรพิลีน-โพรเพน รูปนี้แสดงส่วนของหอกลั่นความดันสูง (จำนวน 174 tray) พึงสังเกตว่าหม้อต้มซ้ำที่ก้นหอกลั่นความดันสูงในรูปนี้ใช้สายที่มาจากหน่วย C3 dehydrogenation section เป็นตัวใหัความร้อน

รูปที่ ๕ หน่วยกลั่นแยกโพรพิลีน-โพรเพน รูปนี้แสดงส่วนของหอกลั่นความดันต่ำ (จำนวน 210 tray) หม้อต้มซ้ำที่ก้นหอกลั่นความดันต่ำในรูปนี้ใช้สายที่มาจากหน่วย C3 refirgerant เป็นตัวให้ความร้อน

ตรงนี้คงต้องขอย้ำนิดนึงว่า แผนผังในรูปที่ ๑ นั้นเป็นเสมือนตุ๊กตาตัวเริ่มต้นที่ใช้ในการออกแบบกระบวนการ เพื่อให้เห็นภาพรวมคร่าว ๆ ของกระบวนการก่อนว่ามีอะไรบ้าง ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบนั้นเมื่อนำเอา ความต้องการที่แท้จริง ความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไป ความสัมพันธ์กันหน่วยผลิตอื่น การประหยัดพลังงาน ฯลฯ เข้ามาพิจารณาร่วม ก็ทำให้บางหน่วยที่วางแผนไว้เริ่มต้นนั้นหายไปได้ (เช่น propylene drying section) และมีหน่วยบางหน่วยเพิ่มเติมเข้ามาได้ (เช่น C3 hydrogenation และหอกลั่นที่มีจำนวน 2 หอที่นำมาเป็นตัวอย่างให้ดูนี้)

ด้วยความที่โพรเพนและโพรพิลีนมีจุดเดือดที่ต่างกันไม่มาก (ดูตอนที่ ๑๙) ทำให้การกลั่นแยกต้องใช้หอกลั่นที่มี tray จำนวนมาก และยังต้องทำงานที่ค่า reflux ratio สูง ส่งผลให้มีปริมาณสารสะสมอยู่ในระบบมาก (คือมีของเหลวค้างอยู่ตาม tray ต่าง ๆ ในหอกลั่นเป็นจำนวนมาก) และด้วยปริมาณการสะสมที่มากนี้ทำให้พฤติกรรมการตอบสนองของหอกลั่นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์การทำงานมีค่าล่าช้ามาก (เรียกอีกอย่างว่ามี delay time สูง อยู่ในระดับหลายชั่วโมงกว่าจะเห็นการเปลี่ยนแปลงหลังจากมีการเปลี่ยนพารามิเตอร์การทำงานเช่นการปรับเปลี่ยนค่า reflux ration การปรับเปลี่ยนปริมาณความร้อนที่ให้กับหม้อต้มซ้ำที่ก้นหอ เป็นต้น)

(ค่า reflux ratio บ่งบอกถึงสัดส่วนปริมาณผลิตภัณฑ์ยอดหอที่ควบแน่นเป็นของเหลวที่ป้อนกลับมายังหอกลั่นใหม่ ต่อปริมาณผลิตภัณฑ์ที่ดึงออกจากระบบ ค่าที่สูงแปลว่าปริมาณที่ป้อนกลับนั้นมีมากเมื่อเทียบกับปริมาณที่ดึงออกไป)

ขอปิดท้าย memoir ฉบับนี้ด้วยรูปที่ถ่ายเอาไว้เมื่อก่อนเที่ยงวันศุกร์ที่ ๑๔ ตุลาคม ที่ผ่านมา รูปดังกล่าวมีความหมายอย่างไร เชื่อว่าทุกคนคงทราบกันดี