ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๒๓ Spent caustic neutralisation section MO Memoir : Sunday 30 October 2559

ในที่สุดก็มาถึงหน่วยสุดท้ายของบทความชุดนี้ซะที (เอกสารในส่วนทำความรู้จักกระบวนการนั้นมันหมดแค่นี้) 
  

สิ่งสำคัญสิ่งแรกที่ต้องบอกไว้ตรงนี้ก่อนก็คือคำบรรยายในเอกสารนั้นอิงไปที่รูปที่ ๑ และ ๒ นั้นดูเหมือนว่าเป็นกระบวนการที่ออกแบบมาสำหรับการผลิตที่ใช้วัตถุดิบเป็นไฮโดรคาร์บอนเหลวที่อุณหภูมิห้อง (ตั้งแต่ C5 ขึ้นไป) และยังมีการรับกำจัด spent caustic จากหน่วยอื่น (ที่ไม่มีในโรงงานที่นำมาสร้างจริง) ทำให้ Process flow diagram (PFD) ในรูปที่ ๓ และ ๔ นั้นมีความเรียบง่ายและแตกต่างไปจาก PFD ในรูปที่ ๑ และ ๒ อยู่มาก ดังนั้นสิ่งที่จะบรรยายต่อไปจะอิงไปยัง PFD ในรูปที่ ๑ และ ๒ เป็นหลัก
 

แก๊สที่ออกมาจาก pyrolysis heater จะมีแก๊สกรดที่สำคัญ (คือมีในปริมาณมาก) ได้แก่ CO₂ และ H₂S ทำให้จำเป็นต้องทำการกำจัดแก๊สกรดเหล่านี้ออกก่อนที่จะทำการลดอุณหภูมิแก๊สเพื่อทำการกลั่น การกำจัดทำโดยการให้แก๊สนั้นสัมผัสกับสารละลาย caustic (คือโซดาไฟหรือสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ NaOH นั่นแหละ) หลังจากเพิ่มความดันให้กับแก๊สจนถึงระดับหนึ่ง เพื่อทำให้แก๊สกรดละลายเข้าไปในสารละลาย caustic ได้มากขึ้น (สารละลาย caustic ก็จะกลายเป็นสารละลาย spent caustic หรือสารละลาย caustic ที่ผ่านการใช้งานแล้ว) กระบวนการตรงนี้อยู่ใน Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๘๑ วันพุธที่ ๘ มิถุนายน ๒๕๕๙ เรื่อง "ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีนตอนที่ ๑๑ Charge gas compression ภาค ๓"
 

ในกรณีที่วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตเอทิลีนนั้นเป็นเหลว จะทำให้มีไฮโดรคาร์บอนควบแน่นในปริมาณมากในระหว่างขั้นตอนการอัดแก๊สเพื่อเพิ่มความดัน ทำให้มีไฮโดรคาร์บอนละลายเข้ามาในเฟสน้ำ (สารละลาย caustic) ได้ในปริมาณมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการแยกเอาไฮโดรคาร์บอนในเฟสน้ำออกไปก่อนด้วยการให้สารละลาย spent caustic นี้สัมผัสกับแก๊สโซลีน และเนื่องจากไฮโดรคาร์บอนหนักนั้นละลายในแก๊สโซลีน (เพราะเป็นไฮโดรคาร์บอนด้วยกัน) ได้ดีกว่าเฟสน้ำ ไฮโดรคาร์บอนหนักดังกล่าวก็จะย้ายจากเฟสน้ำมาอยู่ในเฟสแก๊สโซลีน ทำให้ความเข้มข้นไฮโดรคาร์บอนในเฟสน้ำลดลง (กระบวนการในรูปที่ ๓ และ ๔ ไม่มีหน่วยนี้ คิดว่าเป็นเพราะออกแบบมาสำหรับกระบวนการผลิตที่ใช้ไฮโดรคาร์บอนเบา (เช่นอีเทน) เป็นสารตั้งต้น) และเมื่อให้สารผสมระหว่างสารละลาย spent caustic และแก๊สโซลีนแยกชั้นกันใน Degasser drum (รูปที่ ๑) ที่ความดันต่ำ (ประมาณความดันบรรยากาศ) ไฮโดรคาร์บอนเบาที่ละลายอยู่ในสารละลาย spent caustic ก็จะระเหยออกมา เฟส spent caustic ที่หนักกว่าจะจมสู่ด้านล่างและถูกสูบออกไป ส่วนเฟสแก๊สโซลีนที่ลอยอยู่ด้านบนก็จะถูกแยกออกไปด้วยการไหลล้นข้ามผนังกั้นที่อยู่ในถัง และถูกสูบออกไปเช่นกัน
 

สารละลาย spent caustic ที่ผ่านการกำจัดไฮโดรคาร์บอนออกไปแล้วจะถูกนำมาสะเทินด้วยการผสมสารละลายกรดกำมะถัน (Sulphuric acid H₂SO₄) เข้าไป การผสมกันสามารถทำได้ด้วยการใช้ inline mixer (อุปกรณ์ที่ใช้ติดตั้งในท่อ ทำให้การไหลในท่อมีความปั่นป่วนเกิดการผสมเข้าด้วยกัน) สารละลายผสมจะไหลไปยัง neutralization drum (รูปที่ ๒) เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดสมบูรณ์ และในระหว่างการสะเทินด้วยกรดนี้ ไอออน S^2- (และคงรวมถึง CO₃^2- ด้วย) ที่เกิดจากการทำปฏิกิริยาระหว่างแก๊ส H₂S กับสารละลาย NaOH จะกลายเป็นแก๊ส H₂S ใหม่ (CO₃^2- ก็จะกลายเป็น CO₂) และส่วนหนึ่งจะระเหยออกจากสารละลาย caustic ที่ผ่านการสะเทินแล้ว ส่วนที่เหลือที่ยังละลายอยู่นั้นจะถูกแยกออกด้วยการต้มให้ร้อนด้วยการฉีดไอน้ำผสมเข้าไปโดยตรง (ที่ spent caustic stripper ในรูปที่ ๒) จากนั้นก็จะสามารถส่งสารละลาย spent caustic ที่ผ่านการสะเทินแล้วไปยังหน่วยบำบัดน้ำเสียต่อไป

รูปที่ ๑ Process flow diagram (PFD) แสดงภาพรวมของหน่วยสะเทิน spent caustic

รูปที่ ๒ PFD ส่วนต่อจากรูปที่ ๑

รูปที่ ๓ Process flow diagram (PFD) ของหน่วยสะเทิน spent caustic

รูปที่ ๔ ส่วนต่อจากรูปที่ ๓
 

กระบวนการในรูปที่ ๓ และ ๔ นั้นเรียบง่ายกว่ากระบวนการในรูปที่ ๑ และ ๒ เพราะไม่มีการแยกไฮโดรคาร์บอนออกจากเฟสน้ำ แต่มีสิ่งหนึ่งที่แตกต่างออกไปคือมีการเพิ่ม oxidation reactor (R-1221 ในรูปที่ ๓) เข้ามา ใน reactor ตัวนี้ สารละลาย spent caustic ที่ความดันบรรยากาศจะถูกเพิ่มความดันขึ้นเป็น 30 kg/cm² และเพิ่มอุณหภูมิเป็น 180ºC ด้วยการฉีดไอน้ำความดันสูงเข้าไป วัตถุประสงค์ของหน่วยนี้คิดว่าคงเป็นการออกซิไดซ์ไอออน S^2- ให้กลายเป็นไอออน SO₄^2- ที่กำจัดให้ง่ายกว่า (ในเอกสารที่ผมมีมันไม่มีคำอธิบายของหน่วยนี้ แต่ดูจากภาพรวมของการทำงานและปฏิกิริยาที่เป็นไปได้แล้ว จึงคาดว่าน่าจะเป็นปฏิกิริยานี้)
 

ถัดจาก oxidation reactor สารละลาย spent caustic จะถูกลดความดันลงและไหลต่อไปยัง wash tower (C-1221 ในรูปที่ ๔) ที่ wash tower นี้จะทำการไหลหมุนเวียนสารละลาย spent caustic ร่วมกับ wash water ที่เติมเข้าไป
 

ดูจากระบบท่อรับ wash water และท่อระบาย spent caustic ที่ผ่านการบำบัดแล้วออกไป ที่ใช้ท่อร่วมกันและใช้ปั๊มร่วมกัน (ปั๊ม P-1222) ทำให้คิดว่าหน่วย spent caustic neutralisation ตามการออกแบบนี้คงไม่ได้ทำงานต่อเนื่องตลอดเวลา กล่าวคือคงรอจนมี spent caustic มากจนถึงระดับหนึ่งแล้วจึงค่อยเดินเครื่อง

บทความเรื่อง "ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน" ในส่วนของข้อมูลคำบรรยายภาพรวมหน่วยผลิตต่าง ๆ เท่าที่มีอยู่ในมือก็หมดเพียงเท่านี้ รูปต่าง ๆ ที่นำมาแสดงในแต่ละหน่วยนั้นแยกออกเป็นสองส่วนด้วยกัน ส่วนแรกเป็นของกระบวนการที่เจ้าของเทคโนโลยีเคยได้ออกแบบไว้ ส่วนที่สองเป็นของกระบวนการที่มีการสร้างขึ้นโดยมีการปรับแต่งหน่วยการผลิตต่าง ๆ ให้เหมาะสมกับข้อจำกัดต่าง ๆ ของโรงงานที่จะสร้างขึ้นใหม่ ซึ่งแน่นอนว่าแตกต่างไปจากของเดิม ทำให้ Process flow diagram ที่นำมาแสดงนั้นมีความแตกต่างกันอยู่

แม้ว่าข้อมูลเหล่านี้เป็นข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบเมื่อกว่า ๓๐ ปีที่แล้ว แต่ก็เชื่อว่าหลักการนั้นไม่ได้แตกต่างไปจากปัจจุบันเท่าใดนัก วัตถุประสงค์ของการเขียนบทความชุดนี้ก็เพื่อให้ผู้ที่ไม่มีประสบการณ์ เช่นนิสิต นักศึกษา ที่กำลังศึกษาอยู่ในมหาวิทยาลัย ได้มีภาพกระบวนการผลิตที่ใกล้เคียงกับกระบวนการผลิตจริง ได้เห็นปัจจัยต่าง ๆ ที่ควรต้องคำนึงถึงในการออกแบบ ได้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยผลิตต่าง ๆ บ้าง ไม่มากก็น้อย