วันเสาร์ที่ 27 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559

ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๓ Pyrolysis and waste heat recovery ภาค ๑ MO Memoir 2559 Feb 27 Sat

หน้าที่ของ pyrolysis heater คือการให้ความร้อนแก่ไฮโดรคาร์บอนที่เป็นสารตั้งต้น จนโมเลกุลแตกออกเป็นผลิตภัณฑ์หลักคือเอทิลีน รองลงไปคือโพรพิลีน และไฮโดรเจน นอกจากนี้ก็ยังมีผลิตภัณฑ์อื่นเกิดขึ้นร่วมด้วยเช่น ไฮโดรคาร์บอน C4 ส่วนที่เป็นน้ำมันแก๊สโซลีน และน้ำมันเตา
 
ไฮโดรคาร์บอนที่ใช้เป็นวัตถุดิบนั้นอาจเป็นแก๊สเช่น อีเทน โพรเพน บิวเทน หรืออาจเป็นของเหลว เช่นแนฟทาหรือไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่า ถ้าสารตั้งต้นเป็นของเหลว ก็ต้องมีการทำให้สารตั้งต้นนั้นร้อนจนกลายเป็นไอก่อน แต่ถ้าสารตั้งต้นเป็นแก๊ส ก็ทำเพียงแค่การระเหยให้กลายเป็นไอ (เพราะสารตั้งต้นเช่นอีเทนอาจถูกเก็บเอาไว้ในรูปของเหลวอุณหภูมิต่ำ ส่วนโพรเพนและบิวเทนก็อาจเก็บเอาไว้ในรูปของเหลวภายใต้ความดัน)
 
จะว่าไปแล้วในระหว่างการเกิดปฏิกิริยานั้น ไม่ได้เกิดเพียงแค่ปฏิกิริยาที่ทำให้สารตั้งต้นแตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลง แต่ยังเกิดปฏิกิริยาที่ทำให้ผลิตภัณฑ์โมเลกุลเล็กที่เกิดขึ้นนั้นมีการต่อเชื่อมกันเป็นโมเลกุลใหญ่ขึ้นด้วย ดังนั้นอย่าแปลกใจว่าทำไมแม้ว่าจะใช้อีเทน (มีอะตอม C เพียง 2 อะตอม) เป็นสารตั้งต้น กลับได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นไฮโดรคาร์บอนเหลวที่อุณหภูมิห้องเป็นผลิตภัณฑ์ข้างเคียงเกิดขึ้นด้วย ส่วนที่ว่าผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่เป็นโมเลกุลใหญ่นั้นจะเกิดมากหรือน้อยก็ขึ้นอยู่กับสารตั้งต้นที่ใช้ และอุณหภูมิของการทำปฏิกิริยา
 
ผลิตภัณฑ์ข้างเคียงอีกตัวหนึ่งที่เกิดขึ้น (และยากที่จะหลีกเลี่ยง) คือ "Coke" ซึ่งเป็นสารประกอบคาร์บอนที่เป็นของแข็ง (โครงสร้างโมเลกุลเป็นพวก polyaromatic compounds) coke นี้เกิดได้ดีที่อุณหภูมิสูงและความดันต่ำ เพราะเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อะตอม H จะหลุดออกจากอะตอม C มากขึ้น ทำให้เกิดการเชื่อมต่อระหว่างอะตอม C ต่างโมเลกุลเข้าด้วยกัน นอกจากนี้โลหะบางชนิด (เช่น Ni) ที่ผสมอยู่ในเนื้อโลหะของ tube ใน pyrolysis heater ก็มีส่วนช่วยในการทำให้ coke เกิดได้ง่ายขึ้น (คือมันไปทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาการกำจัดไฮโดรเจน - dehydrogenation)
 
process flow diagram (PFD) ที่ยกมาเป็นตัวอย่างในที่นี้เป็นกระบวนการที่ใช้เปลี่ยนอีเทนให้กลายเป็นเอทิลีน แต่ก็สามารถใช้โพรเพนเป็นสารตั้งต้นร่วมด้วยได้ถ้าหากต้องการผลิตโพรพิลีน สารตั้งต้น (อีเทนหรือโพรเพน) อาจเป็นวัตถุดิบใหม่ที่นำมาจากถังเก็บ หรือเป็นสารตั้งต้นที่เหลือจากการทำปฏิกิริยาที่นำป้อนเวียนกลับ (recycle) มาจากกระบวนการแยกผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ และสารตั้งต้นที่ไม่ทำปฏิกิริยาออกจากกัน
 
การทำให้โมเลกุลของอีเทนแตกออกกลายเป็นเอทิลีนนั้นต้องใช้ความร้อนสูง ไม่เช่นนั้นปฏิกิริยาจะไม่เกิด แต่ถ้าให้ความร้อนสูงมากเกินไป เอทิลีนที่เกิดขึ้นก็จะสลายตัวกลายเป็น อะเซทิลีน มีเทน หรือ coke ได้ ในขณะเดียวกันถ้าอุณหภูมิต่ำเกินไปปฏิกิริยาจะเกิดช้า หรือสารตั้งต้นเปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์ได้น้อย จะก่อให้เกิดภาระมากในการแยกสารตั้งต้นออกจากผลิตภัณฑ์เพื่อนำกลับมาทำปฏิกิริยาใหม่ อุณหภูมิที่สูงขึ้นทำให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึ้น ดำเนินไปข้างหน้าได้มากขึ้น แต่ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นก็จะสลายตัวต่อไปเป็นผลิตภัณฑ์อื่นที่ไม่ต้องการมากขึ้น (โดยเฉพาะ coke)
 
ตรงนี้ขอให้ลองกลับไปดูรูปที่ ๑ ใน Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๒๔ วันอังคารที่ ๙ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๙ เรื่อง "ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีนตอนที่ ๑ ภาพรวมทั่วไปของกระบวนการ" ดูนะครับ ที่เป็นการเปลี่ยนอีเทนไปเป็นเอทิลีนด้วยปฏิกิริยา thermal cracking จะเห็นว่าในช่วงแรกที่เพิ่มอุณหภูมิสูงขึ้นอีเทนจะทำปฏิกิริยามากขึ้น และได้เอทิลีนเพิ่มขึ้นตามไปด้วย แต่พอไปถึงระดับหนึ่งจะไม่ได้เอทิลีนเพิ่มขึ้นแม้ว่าปริมาณอีเทนที่ทำปฏิกิริยานั้นยังคงเพิ่มขึ้นอยู่ ทั้งนี้เป็นเพราะเกิดการสลายตัวของเอทิลีนไปเป็นผลิตภัณฑ์อื่น

รูปที่ ๑ ตัวอย่าง Process flow diagram ของ pyrolysis heater ที่ใช้ในการเปลี่ยนอีเทนและโพรเพนให้กลายเป็นเอทิลีนและโพรพิลีน แสดงส่วนของ ethane saturator (หน่วย C-1121 ที่เพิ่มไอน้ำให้กับแก๊สอีเทนก่อนป้อนเข้าสู่ pyrolysis heater ด้วยการให้แก๊สอีเทนที่ร้อนสัมผัสกับน้ำโดยตรง) ส่วนการผสมอีเทน (ทั้งที่ป้อนเข้ามาใหม่และส่วนที่นำกลับมาทำปฏิกิริยาใหม่) และโพรเพน


รูปที่ ๒ Process flow diagram ของ pyrolysis heater ต่อจากรูปที่ ๑ แสดงส่วนของ pyrolysis heater และ transfer line exchanger ที่ใช้ลดอุณหภูมิแก๊สร้อนที่ออกมาจาก pyrolysis heater ตรงนี้ขอให้สังเกตตรง E-1121 Ethane quench water heater ที่อยู่ทางด้านซ้ายของรูปนิดนึง จะเห็นว่าข้างใต้มีเขียนไว้ว่า "Sulfur injection" หรือเป็นจุดที่ฉีดเติมสารประกอบกำมะถันเข้าไป (ในรูปสารประกอบนะ ไม่ใช่ธาตุ) ทั้งนี้เพื่อให้กำมะถันไปทำหน้าที่เป็น catalyst poison ต่ออะตอมโลหะ Ni บนผิวท่อของ pyrolysis heater
 
อีกปัจจัยหนึ่งที่มีผลต่อการดำเนินไปข้างหน้าของปฏิกิริยาคือ "ความดัน" ปฏิกิริยาการแตกตัวของอีเทน (C2H6) ไปเป็นเอทิลีน (C2H4) จะมีแก๊สไฮโดรเจน (H2) เกิดขึ้นร่วมด้วย กล่าวคือจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์มี "มากกว่า" จำนวนโมลของสารตั้งต้น ดังนั้นถ้าจะให้ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าได้ดีก็ต้องทำปฏิกิริยาที่ความดันต่ำ 
  
แต่ในขณะเดียวกันปฏิกิริยาการสลายตัวของไฮโดรคาร์บอน CxHy ใด ๆ (CxHy คือผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ที่เกิดจากการแตกตัวของอีเทน เช่น เอทิลีน อะเซทิลีน) ไปเป็น coke (สารประกอบ polyaromatic ring ที่มีสัดส่วนอะตอม H ต่ำมาก หรือบางครั้งอาจมีโครงสร้างใกล้เคียงกับกราไฟต์) และแก๊สไฮโดรเจน ก็เกิดได้ดีที่อุณหภูมิสูงและความดันต่ำเช่นกัน ปฏิกิริยาหลังนี้เป็นปฏิกิริยาที่ไม่ต้องการให้เกิด เพราะทำให้เกิดการสูญเสียผลิตภัณฑ์ที่ได้ไป นอกจากนี้ coke ที่เกิดขึ้นจะสะสมอยู่ในระบบท่อทำให้เกิดปัญหาเรื่องการถ่ายเทความร้อน ต้องมีการหยุดเดินเครื่องเพื่อทำความสะอาดเป็นระยะ (ถือว่าทำให้เกิดการสูญเสียในกระบวนการผลิต) แต่ในความเป็นจริงนั้นไม่สามารถหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาเหล่านี้ได้
 
ด้วยเหตุนี้สภาวะที่เหมาะสมสำหรับการทำปฏิกิริยาคือใช้อุณหภูมิสูง (เพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าได้เร็วขึ้น) ความดันต่ำ (เพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าได้ง่ายขึ้น) ใช้เวลาทำปฏิกิริยาสั้น (เพื่อลดการสลายตัวของผลิตภัณฑ์) การทำปฏิกิริยาที่ความดันต่ำนั้นทำโดยการลด "ความดันย่อย - partial pressure" ของไฮโดรคาร์บอนที่ป้อนเข้า pyrolysis heater ด้วยการผสม "ไอน้ำ" เข้าไปกับสายป้อน ส่วนเวลาทำปฏิกิริยาที่สั้นทำได้ด้วยการให้ความร้อนสูงในระดับที่เกิดปฏิกิริยาได้ให้แก่สารตั้งต้นในช่วงเวลาสั้น ๆ จากนั้นก็รีบลดอุณหภูมิของแก๊สผลิตภัณฑ์ที่ร้อนนั้นอย่างรวดเร็ว (ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน ดังนั้นพอลดอุณหภูมิของแก๊ส ปฏิกิริยาก็จะหยุดลงอย่างรวดเร็วด้วยการใช้ Transfer Line Exchanger (TLE) ที่เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิด shell and tube heat exchanger
 
เอกสารที่ผมมีนั้นเป็นเอกสารเก่าเมื่อกว่า ๓๐ ปีที่แล้ว ดังนั้น operating condition หรือความซับซ้อนของกระบวนการที่นำมาเล่าให้ฟังก็คงแตกต่างไปจากโรงงานในปัจจุบันอยู่บ้าง (โดยเฉพาะในส่วนของกำลังการผลิต การออกแบบรูปแบบการไหลใน pyrolysis heater อุณหภูมิการทำปฏิกิริยา และความซับซ้อนของระบบแลกเปลี่ยนความร้อน) แต่โดยหลักการพื้นฐานทางเคมีและทางวิศวกรรมนั้นเชื่อว่ายังคงเหมือนเดิมอยู่ ในเอกสารที่ถืออยู่นี้กล่าวไว้ว่า อีเทนเป็นสารตั้งต้นที่ให้ผลิตภัณฑ์เป็นเอทิลีน (ทางวิศวกรรมเคมีเรียกสัดส่วนของผลิตภัณฑ์ที่ได้ต่อสารตั้งต้นที่ทำปฏิกิริยาไปนี้ว่า "Yield") สูงที่สุด (ได้ค่า yield ประมาณ 85 wt%) และมีผลิตภัณฑ์ข้างเคียง (เกิดการการสลายตัวของเอทิลีนที่เกิดขึ้น) ต่ำสุดด้วย แต่ก็ต้องใช้อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยาสูงสุด คือแก๊สร้อนที่ออกมาจาก pyrolysis heater จะมีอุณหภูมิที่ระดับประมาณ 850ºC (อุณหภูมิแก๊สร้อนที่ออกมานี้เรียกว่า coil outlet temperature หรือ COT) ถ้าสารตั้งต้นเป็นแนฟทา อุณหภูมิแก๊สร้อนที่ออกมาจาก pyrolysis heater จะมีอยู่ที่ระดับประมาณ 800-820ºC แต่ปริมาณเอทิลีนที่ได้ก็ลดลง (ได้ค่า yield ประมาณ 32 wt%) โดยมีปริมาณผลิตภัณฑ์ข้างเคียง (เช่นโพรพิลีน บิวทาไดอีน) สูงขึ้น และถ้าใช้สารตั้งต้นเป็น gas oil อุณหภูมิแก๊สร้อนที่ออกมาจะลดไปอยู่ที่ระดับ 780-790ºC แต่ค่า yield ของเอทิลีนจะลดลงเหลือประมาณ 23 wt%
 
นอกจากนี้การใช้สารตั้งต้นเป็นไฮโดรคาร์บอนที่หนักขึ้นยังก่อให้เกิดปัญหา fouling เร็วขึ้น (คือการสะสมของ coke บนผิวท่อทั้งในตัว pyrolysis heater และ transfer line exchanger เอง) และอาจทำให้ต้องหยุดเดินเครื่องเพื่อทำความสะอาดบ่อยครั้งขึ้น แต่ทั้งนี้การจะเลือกใช้ไฮโดรคาร์บอนตัวไหนเป็นสารตั้งต้นนั้นมีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณา ไม่ว่าจะเป็นในเรื่องราคาและแหล่งที่มา (อีเทนราคาแพงสุด หาได้ยากสุด ในขณะที่ gas oil ราคาถูกสุด หาได้ง่ายสุด) ความต้องการผลิตภัณฑ์อื่นนอกเหนือจากเอทิลีน (เช่นโพรพิลีน บิวทีน) ราคาของวัสดุทนอุณหภูมิสูง เป็นต้น

ขอเพิ่มเติมตรงเรื่องวัสดุนิดนึง "อุณหภูมิ" เป็นตัวกำหนด "ชนิด" วัสดุที่ใช้ทำท่อ ส่วน "ความดัน" เป็นตัวกำหนด "ความหนา" ของท่อ ในการออกแบบอุปกรณ์นั้น ในกรณีของการรับความดันเราอาจทำการ "เผื่อ" ขนาดของอุปกรณ์เอาไว้ได้ (ซึ่งอาจเผื่อเอาไว้สำหรับการสึกหรอหรือการเพิ่มกำลังการผลิตในอนาคต) ด้วยการให้มันมีความหนาเผื่อเอาไว้ก่อน  แต่ในกรณีของอุณหภูมินั้น การเผื่อหมายถึงการต้องเปลี่ยนไปใช้วัสดุเกรดสูงขึ้นไปอีก หมายถึงราคาที่แพงเพิ่มขึ้นไปอีก
 
การผสมไอน้ำช่วยให้ค่าการเลือกเกิด (ในทางวิศวกรรมเคมีเรียกว่า selectivity) ดีขึ้นด้วยการไปลดความดันย่อย (partial pressure) ของไฮโดรคาร์บอนที่เป็นสารตั้งต้นนั้นให้ลดต่ำลง และยังช่วยลดการเกิด coke และไฮโดรคาร์บอนหนัก โดยปรกติการเติมไอน้ำจะกระทำก่อนป้อนไฮโดรคาร์บอนเข้าสู่ส่วนนำความร้อน (convection zone ที่อยู่ทางด้านบนของ radiation zone ของ pyrolysis heater - ดูรูปที่ ๑ ตรงเหนือ C-1121 Ethane saturator จะมีการเติมไอน้ำความดันปานกลาง (MP Steam) เข้าไป)
ปริมาณไอน้ำที่ผสมเข้าไปจะขึ้นอยู่กับชนิดไฮโดรคาร์บอนที่เป็นสารตั้งต้น เช่นในกรณีที่ใช้อีเทนเป็นสารตั้งต้นจะผสมไอน้ำประมาณ 30 wt% (อีเทน 100 ส่วน ไอน้ำ 30 ส่วน) ถ้าใช้แนฟทาก็จะผสมไอน้ำประมาณ 50 wt% และในกรณีที่ใช้ gas oil เป็นสารตั้งต้นก็จะผสมไอน้ำสูงถึง 80-100 wt% 
  
แม้ว่าการผสมไอน้ำจะทำให้มีค่าใช้จ่ายในการผลิตเพิ่มขึ้น แต่ก็ทำให้ได้โอเลฟินส์มากขึ้นด้วย นอกจากนี้ยังช่วยให้การทำงานของ pyrolysis heater ดีขึ้นด้วยการเพิ่มอัตราการไหลของแก๊สในท่อ ทำให้เกิดแรงเฉือนเอาคราบ coke ที่เกาะบนผิวท่อออก แต่ทั้งนี้อัตราการไหลจะต้องไม่สูงเกินไป เพราะจะทำให้การสึกหรอของท่อ (ที่เรียกว่า erosion) โดยเฉพาะตรงข้องอเพิ่มสูงขึ้น คราบ coke ที่เกาะสะสมบนผิวท่อจะทำให้การถ่ายเทความร้อนให้กับแก๊สที่ไหลอยู่ภายในท่อแย่ลง และถ้าเกิดการสะสม ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งบนผิวท่อมากเกินไปก็จะทำให้ผิวโลหะตรงบริเวณนั้นร้อนจัดจนอาจฉีกขาดได้ ด้วยเหตุนี้เมื่อเริ่มมี coke สะสมมาก ก็ต้องมีการกำจัด coke (เรียกว่า decoking) ด้วยการเผาท่อให้ร้อนและป้อนไอน้ำเข้าไป (ลองดูในรูปที่ ๒ ตรงใต้ E-1111-1117 Secondary transfer line exchanger จะมีจุดเติมไอน้ำความดันปานกลางสำหรับการ decoking อยู่)
 
รูปที่ ๓ แผนผังระบบ transfer line exchanger

transfer line exchanger E-1101-1107A,B ในรูปที่ ๒ ที่วาดเป็นเพียงวงกลมเล็ก ๆ นั้นมันเป็นเพียงแค่สัญลักษณ์ในรูป ไม่ได้บ่งบอกถึงขนาด ตามการออกแบบของ Lummus (บริษัทผู้จัดทำเอกสารที่ผมนำมาเล่าให้ฟัง) นั้นอุปกรณ์นี้เป็น shell and tube heat exchanger วางตั้งในแนวดิ่ง ทำหน้าที่ผลิตไอน้ำความดันสูง โดยให้แก๊สร้อนที่ออกมาจาก pyrolysis heater นั้นไหลผ่านเข้าทางด้าน tube ส่วนด้าน shell นั้นมีการป้อน boiler feed water มาจาก Steam drum V-1101-1107 (ที่อยู่เหนือขึ้นไปในรูปที่ ๒) มารับความร้อนจากแก๊สร้อน การป้อนน้ำจาก steam drum มายัง transfer line exchanger ใช้กลไก thermosyphon-induced circulation โดยในการติดตั้งจริงก็จะวาง steam drum เอาไว้เหนือ transfer line exchanger (ดูรูปที่ ๓ ข้างล่าวประกอบ) น้ำจาก steam drum จะไหลเข้าสู่ transfer line exchanger ด้วยแรงโน้มถ่วง และเมื่อรับความร้อนก็จะเดือดกลายเป็นไอไหลกลับไปยัง steam drum ใหม่
 
ผมเคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๐๑๙ วันพุธที่ ๑๕ กรกฎาคม ๒๕๕๘ เรื่อง "ทำความรู้จักShelland Tube Heat Exchanger" เอาไว้ว่าการจะเลือกให้สายใดไหลทางด้าน shell และสายใดไหลทางด้าน tube มีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณาได้แก่ อุณหภูมิ ความดัน การกัดกร่อน และความสะอาด การให้สายที่ร้อนและมีความดันสูงไหลทางด้าน tube มีข้อดีคือทำให้โลหะทางด้าน shell ไม่ต้องทนความร้อนและความดันที่สูง แต่การทำความสะอาดผนังด้านในของ tube และการซ่อม tube (เปลี่ยนหรืออุด) ทำได้ง่ายกว่าทางด้าน shell ดังนั้นของเหลวที่ไหลผ่านด้าน shell ควรจะต้องสะอาด 
  
ในกรณีของ transfer line exchanger นี้เขาเลือกให้แก๊สร้อนที่มาจาก pyrolysis heater ไหลผ่าน tube ก็เพราะมันก่อให้เกิด coke เกาะผนังได้ (อาจเป็น coke ที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีที่ตัว transfer line exchanger เอง หรือถูกพัดพาออกจาก pyrolysis heater มากับแก๊ส) การให้มันไหลผ่านด้าน tube จะทำความสะอาดได้ง่ายกว่า

ฉบับนี้คงพอแค่นี้ก่อน ค่อยต่อภาค ๒ ในฉบับถัดไป (ซึ่งไม่รู้เมื่อไร)

วันศุกร์ที่ 26 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559

กินอะไรก็ไม่อิ่มเท่ากับกินแรงเพื่อน (ก่อนจะเลือนหายไปจากความทรงจำ ตอนที่ ๙๙) MO Memoir 2559 Feb 26 Fri

เช้าวันนี้ ระหว่างรื้นค้นลิ้นชักโต๊ะทำงาน ก็พบกับจดหมายฉบับหนึ่งที่ซุกเก็บเอาไว้เกือบสิบปีแล้ว มีเนื้อความดังข้างล่าง


อันที่จริงจดหมายฉบับนั้นมี ๒ แผ่น อีกแผ่นหนึ่งเป็นรายชื่อ ผมอ่านจดหมายแล้วก็เลยตอบกลับไปด้วยข้อความข้างล่าง


อันที่จริงเหตุการณ์ครั้งนั้นก็ยังไม่จัดว่ารุนแรงเท่าใดนัก เพราะก่อนหน้านั้นเคยมีเหตุการณ์ทำนองเดียวกันที่รุนแรงกว่านี้อีก จนผมต้องบอกกับนิสิตที่เหลือว่า "ให้คิดเสียว่าพวกเรามีกันอยู่เพียงแค่นี้"

สมัยก่อนใช้การยิงเบอร์ เดี๋ยวนี้ใช้การส่งไลน์ แล้วก็มานั่งโพสด่าว่าทำไมไม่ตอบกลับ (ยิงเบอร์คือโทรไปเครื่องคนอื่นให้เบอร์ตัวเองปรากฏแล้วก็รีบวางสาย จะได้ไม่เสียค่าโทร แล้วให้อีกฝ่ายเป็นผู้โทรกลับมาหาและเป็นผู้เสียค่าโทร)

วันพฤหัสบดีที่ 25 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๘ (ตอนที่ ๑) MO Memoir 2559 Feb 25 Thu

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวกับงานที่ได้อธิบายและมอบหมายไปในการประชุมเมื่อช่วงบ่ายวันวาน

ส่วนรูปข้างล่างเป็นรูปใครก็ไม่รู้ (คือผมไม่รู้จักชื่อเขา) กำลังทำแลปอยู่ (ไม่เกี่ยวกับกลุ่มเรา) เลขขอเอามาประกอบ Memoir ฉบับนี้ซะหน่อยเพราะเห็นหน้ากระดาษมันมีที่ว่างเหลือเยอะ


วันพุธที่ 24 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559

ทำไมเติมเอทานอลแล้วได้พอลิเมอร์เพิ่มขึ้น MO Memoir 2559 Feb 24 Wed

บ่ายวันนี้แม่นางถังแก๊ส (ที่เพิ่งจะได้รับการเลื่อนตำแหน่งเป็นแม่ย่านางประจำแลปไปเมื่อไม่นานนี้ - ขอแสดงความยินดีย้อนหลังด้วยคร๊าบ) นึกยังไงก็ไม่รู้ อยู่ดี ๆ ก็ถามผมว่า "ทำไมเติมเอทานอลแล้วได้พอลิเมอร์เพิ่มขึ้น"
 
คือเรื่องมันเริ่มจากการที่เขาอ่านบทความเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์โพรพิลีนใน slurry phase ซึ่งเมื่อถึงเวลาที่กำหนดไว้ก็จะทำการเติมเอทานอล (ethanol) เข้าไปใน reactor เพื่อทำลายตัวเร่งปฏิกิริยา จากนั้นก็จะแยกเอาผงพอลิเมอร์ที่เป็นของแข็งแขวนลอยอยู่นั้นออกมาจากตัวทำละลาย ผงพอลิเมอร์ที่ได้มานี้จะเป็นชนิด isotactic (คือหมู่ -CH3 มีการจัดเรียงในสายโซ่พอลิเมอร์มีการจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบในทิศทางเดียวกัน) จากนั้นก็จะเติมเอทานอลในปริมาณที่มากเกินพอลงไปในตัวทำละลายที่เหลือ ก็จะได้พอลิเมอร์ที่เป็น atactic ( คือหมู่ -CH3 มีการเรียงตัวแบบไม่เป็นระเบียบ) แยกตัวเป็นของแข็งออกมาจากตัวทำละลาย

ประเด็นคำถามของเขาก็อยู่ตรงการเติมครั้งที่สองนี่แหละครับ ว่าทำไมมันได้พอลิเมอร์เพิ่มขึ้น

แต่ก่อนอื่นผมก็ถามเขากลับไปก่อนว่านึกยังไงถึงมาถามคำถามนี้กับผม ในเมื่อผมเองไม่เคยทำวิจัยหรือการทดลองใด ๆ ทางด้านการพอลิเมอร์ไรซ์พอลิโอเลฟินส์ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler-Natta เลย แต่ถ้าจะให้ผมตอบ ผมก็จะขอตอบแบบอิงตำราเคมีอินทรีย์ ไม่ขอใช้คำตอบแบบ paper เขาว่ามา
 
ผมตอบเขาไปว่าการที่พอลิเมอร์จะละลายได้ในตัวทำละลายนั้น โมเลกุลตัวทำละลายจะต้องสามารถแทรกเข้าไปในช่องว่างระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ได้ พอลิเมอร์ (ตระกูลเดียวกัน) ที่มีความหนาแน่นต่ำจะมีระยะห่างระหว่างสายโซ่มากกว่าพอลิเมอร์ที่มีความหนาแน่นสูงกว่า ดังนั้นพอลิเมอร์ที่มีความหนาแน่นต่ำกว่าจะละลายได้ง่ายกว่า เช่นในกรณีของพอลิโพรพิลีนนั้น ชนิด isotactic มีความหนาแน่นสูงกว่า ช่องว่างระหว่างสายโซ่นั้นแคบ ทำให้โมเลกุลตัวทำละลายไม่สามารถแทรกเข้าไปแยกสายโซ่พอลิเมอร์ออกจากกันได้ ดังนั้น ณ อุณหภูมิของการทำปฏิกิริยา พอลิโพรพิลีนชนิด isotactic จึงแยกตัวเป็นของแข็งแขวนลอยอยู่ในตัวทำละลาย
 
ส่วนพอลิโพรพิลีนชนิด atactic นั้นมีระยะห่างระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์มากกว่า ตัวทำละลายจึงแทรกเข้าไประหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ได้ง่าย ณ อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาจึงทำให้พอลิโพรพิลีนชนิด atactic นั้นละลายอยู่ในตัวทำละลาย
 
ในการวัดความว่องไวของตัวเร่งปฏิกิริยาเปรียบเทียบกันนั้น การทำการทดลองจะใช้สภาวะต่าง ๆ ที่เหมือนกันหมด แตกต่างเพียงแค่ชนิดตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ และเมื่อปล่อยให้ปฏิกิริยาดำเนินไปจนถึงเวลาที่กำหนด ก็จะหยุดปฏิกิริยาด้วยการเติมเอทานอล (หรือสารอื่นใดก็ได้ที่เป็นพิษต่อตัวเร่งปฏิกิริยา) เข้าไปในระบบเพื่อไปทำลายตัวเร่งปฏิกิริยา (ปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์โพรพิลีนนี้จำเป็นต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยาจึงจะเกิดได้) จากนั้นก็แยกเอาพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นออกมาชั่งน้ำหนักเปรียบเทียบกัน

ในมุมมองของผม ผมบอกเขาไปว่าสาเหตุที่การเติมเอทานอลในปริมาณมากเกินพอลงไปในตัวทำละลาย แล้วทำให้พอลิโพรพิลีนชนิด atactic นั้นแยกตัวออกมาจากตัวทำละลายก็เพราะเอทานอลไปดึงเอาโมเลกุลตัวทำละลายที่แทรกอยู่ระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ออกมา
 
เอทานอลนั้นเป็นโมเลกุลที่มีทั้งส่วนมีขั้วและไม่มีขั้ว มันจึงสามารถละลายได้ทั้งโมเลกุลมีขั้วและโมเลกุลไม่มีขั้ว แต่ส่วนที่มีขั้วจะมีความแรงมากกว่า ทำให้มันละลายโมเลกุลมีขั้ว (เช่นน้ำ) ได้ดีกว่าโมเลกุลไม่มีขั้ว (เช่นไฮโดรคาร์บอน) และตัวเอทานอลเองก็ไม่สามารถละลายพอลิโพรพิลีนได้ (เพราะสายโซ่พอลิโพรพิลีนเป็นสายโซ่ที่ไม่มีขั้ว) ดังนั้นพอเติมเอทานอลเข้าไปในตัวทำละลาย (ที่เป็นไฮโดรคาร์บอน) ที่มีพอลิเมอร์ละลายอยู่ในปริมาณที่มากพอ ไม่เพียงแต่เอทานอลจะไปดึงเอาไฮโดรคาร์บอนส่วนเกินมาละลายอยู่ในเฟสของมัน เอทานอลเองก็จะไปดึงเอาโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนที่แทรกอยู่ระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ออกมาด้วย ทำให้สายโซ่พอลิเมอร์จับตัวกันกลายเป็นของแข็ง

พอถึงตรงนี้มันก็มีคำถามขึ้นมาว่าถ้าเปลี่ยนเป็นแอลกอฮอล์ตัวอื่นเช่นเมทานอลหรือโพรพานอลล่ะ จะได้ผลอย่างไร

ความเห็นของผมก็คือถ้าเป็นแอลกอฮอล์โมเลกุลเล็กเช่นเมทานอล มันละลายไฮโดรคาร์บอนได้ไม่ดีเพราะส่วนที่ไม่มีขั้วของโมเลกุลมันเล็ก ดังนั้นมันอาจจะไม่สามารถดึงเอาไฮโดรคาร์บอนออกจากช่องว่างระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ได้ แต่ถ้าใช้แอลกอฮอล์โมเลกุลใหญ่เกินไป มันจะแสดงคุณสมบัติเช่นเดียวกับโมเลกุลไม่มีขั้ว คือเผลอ ๆ มันจะเข้าไปร่วมแทรกอยู่ระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ร่วมกับไฮโดรคาร์บอนด้วย ดังนั้นแอลกอฮอล์ที่ใช้ได้จะต้องมีขนาดของหมู่อัลคิล (ส่วนที่ไม่มีขั้วของโมเลกุล) ที่ไม่เล็กหรือใหญ่เกินไป

หลังจากที่ผมถามเขาเสร็จ ผมก็ถามเขากลับไปบ้างว่า "แน่ใจหรือว่าสิ่งที่ได้ออกมาครั้งที่สองนั้นเป็น "polymer" เพียงอย่างเดียวโดยไม่มี "oligomer" รวมอยู่ด้วย" ก็ได้แต่เพียงรอยยิ้มเป็นคำตอบกลับมา

ทั้งหมดที่กล่าวมานั้นคือความเห็นของผม ที่อธิบายด้วยความรู้พื้นฐานด้านเคมีอินทรีย์ ส่วนจะรับฟังได้หรือไม่นั้นก็ขอให้ลองพิจารณากันเอาเอง

วันจันทร์ที่ 22 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559

โน๊ตเพลง "คนดีไม่มีวันตาย" "หนึ่งในร้อย (A Major) และ "น้ำตาแสงใต้ (A Major)" MO Memoir : Monday 22 February 2559

ช่วงนี้เพลงที่เขาเปิดทางวิทยุหลังเพลงชาติตอน ๖ โมงเย็นที่ร้องโดย ธีร์ ไชยเดช ฟังแล้วได้อารมณ์ดี ทำให้อยากหาโน๊ตเพลงมาเล่นเองบ้าง ที่เจอทางอินเทอร์เน็ตเป็นโน๊ตเปียนโนในบันไดเสียง C Major มีเพียงแค่ท่อนแรกท่อนเดียว ก็เลยนำมาแกะต่อ (ท่อนหลัง ๆ มันก็ทำนองคล้าย ๆ กัน มียกเว้นอยู่ท่อนเดียวที่ไม่เหมือนใคร) โดยใช้โปรแกรม MuseScore version 2.0.2 และปรับบันไดเสียงเป็น A Major และ G Major แทน 
  
โน๊ตเพลงอีกสองเพลงที่แนบมาด้วยคือ "หนึ่งในร้อย" และ "น้ำตาแสงใต้" ในบันไดเสียง A Major อันที่จริงโน๊ตเพลงสองเพลงนี้เคยนำมาลงไว้ก่อนแล้วแต่เป็นบันไดเสียง C Major (ดู Memoir ฉบับวันศุกร์ที่ ๑๓ มิถุนายน ๒๕๕๗)
 
วันนี้เป็นวันมาฆบูชา ได้หยุดงานเพิ่มอีก ๑ วัน ก็เลยขอเอาเรื่องเบา ๆ มาลงก็แล้วกัน




วันเสาร์ที่ 20 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๗ (ตอนที่ ๒๘) MO Memoir : Saturday 20 February 255

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวกับการสอบในช่วงเช้าวันศุกร์ การประชุมในช่วงบ่ายวันศุกร์ที่ผ่านมา และงานที่จะมอบหมายให้นิสิตป.โท ปี ๑ (รหัส ๕๘) เริ่มทำ

วันพุธที่ 17 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559

การสอด Thermocouple เข้า Thermowell และการแก้ไขปัญหาท่อฉีดแก๊สตัวอย่างเข้า GC อุดตัน (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๗๙) MO Memoir : Wednesday 17 February 2559

เหตุการณ์มันเริ่มจากการตรวจพบพีคประหลาดระหว่างการวัดความเข้มข้น NO ทำให้สงสัยว่าน่าจะเกิดจากสารประกอบ oxygenate ที่ค้างอยู่ในระบบท่อจากการทดลองก่อนหน้า ตรงตำแหน่งข้อต่อสามทางที่ใช้สอด thermowell เข้าไปยังด้านใต้ catalyst bed ของ reactor (รูปที่ ๑)
 
ในระบบนั้นแก๊สไหลผ่าน catalyst bed จากบนลงล่าง แล้วหักเลี้ยวเป็นมุมฉากที่ข้อต่อสามทาง ข้อต่อสามทางนี้ใช้สำหรับสอดท่อ thermowell (ทำจาก tube O.D. 1/8") เข้าไปยังด้านล่างของ reactor (ทำจาก tube O.D. 1/4") ดังนั้นจุดต่อด้านที่สอด thermowell เข้ามาจะมีลักษณะเป็นปลายตันช่วงสั้น ในกรณีที่ผลิตภัณฑ์จากการทำปฏิกิริยาทั้งหมดนั้นเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้อง ปริมาตรของปลายตันนี้ก็ไม่ได้ก่อให้เกิดปัญหาอะไร ทางกลุ่มเราสงสัยว่ามันจะก่อปัญหาเมื่อเราพบว่าผลิตภัณฑ์จากการทำปฏิกิริยานั้น บางตัวเป็นสารประกอบ oxygenate ที่เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง (แต่ระเหิดได้) และของแข็งที่สะสมอยู่ ณ บริเวณนี้ค่อย ๆ ระเหิดออกมาอย่างช้า ๆ ปะปนไปกับแก๊สตัวอย่างที่ฉีดเข้าเครื่อง GC-2014 ECD ทำให้เกิดพีคประหลาดปรากฏขึ้นในระหว่างการวัดความเข้มข้น NO
 
นอกจากนี้มันยังไปควบแน่นในระบบท่อรับแก๊สตัวอย่างของเครื่อง GC (ท่อขนาด 1/16") ทำให้ไม่สามารถฉีดแก๊สตัวอย่างเข้าเครื่องได้

รูปที่ ๑ จุดที่เกิดปัญหาสารประกอบ oxygenate ตกค้างในระบบ
 
และเมื่อวันจันทร์เมื่อถอดข้อต่อดังกล่าวออกมาดูก็พบว่ามีของแข็งสะสมอยู่จริง ทำให้ต้องทำการรื้อระบบท่อด้านขาออกทางหมดมาล้างทำความสะอาด ปัญหาแรกที่เกิดขึ้นตอนประกอบกลับก็คือการสอด thermocouple กลับเข้า thermowell ที่เมื่อใช้มือสอดเข้าไปได้ถึงระดับหนึ่งแล้วจะดันไม่เข้า คือพอออกแรงดัน ตัว thermocouple จะงอ แทนที่จะเคลื่อนที่เข้าไปใน thermowell
 
การแก้ปัญหาก็ทำได้ไม่ยากด้วยการใช้คีบจับ thermocouple ตรงบริเวณใกล้ ๆ ปลาย thermowell แล้วค่อย ๆ ดันเข้าไป ก็จะทำให้สามารถดัน thermocouple เข้าไปจนสุดปลายท่อ thermowell ได้ (รูปที่ ๒)

รูปที่ ๒ (บน) thermowell ทำจาก tube ขนาด O.D. 1/8" ส่วน thermocouple มีขนาด O.D. 1 mm (ล่าง) เมื่อสอดเข้าไปด้วยมือจนรู้สึกว่าไม่สามารถดัน thermocouple เข้าไปได้อีก ให้ใช้คีบจับ thermocouple ตรงตำแหน่งใกล้ ๆ กับปลายท่อแล้วดันเข้าไป

ปัญหาที่สองที่ทำการแก้ไขกันเมื่อเช้าวันวานคือการตรวจหาตำแหน่งที่เกิดการอุดตันของระบบท่อเก็บแก๊สตัวอย่างของเครื่อง GC-2014 ECD โชคดีที่พบว่าเกิดการอุดตันเฉพาะตรงตำแหน่งท่อชิ้นแรก (เป็น tube ขนาด O.D. 1/16" ดูรูปที่ ๓) เนื่องจากเราคาดการณ์ว่าสิ่งอุดตันเป็นสารประกอบ oxygenate ที่มีจุดหลอมเหลวไม่สูงและยังระเหิดได้ง่าย จึงทำการแก้ปัญหาด้วยการนำเอาชิ้นส่วนท่อดังกล่าวไปอบในตู้อบที่อุณหภูมิ 120ºC (ใส่ในบีกเกอร์โดยจับท่อดังกล่าววางตั้ง เพื่อให้สารอินทรีย์ที่อุดตันท่อนั้นไหลออกหรือระเหยออกไปได้ง่าย) ซึ่งก็พบว่าวิธีการดังกล่าวสามารถกำจัดสิ่งอุดตันได้ จากนั้นจึงทำการล้างท่อดังกล่าวด้วยน้ำ (หรือตัวทำละลายที่เหมาะสม) เพื่อล้างสารอินทรีย์ที่อาจจะยังคงค้างอยู่ตามผิวท่อด้านในออก เพราะถ้าไม่ล้างมันออก มันอาจจะระเหิดและเข้าไปเกาะลึกยังระบบท่อและวาล์วข้างในได้อีก ซึ่งถ้าปัญหานี้มันเกิดขึ้นจะทำให้การแก้ไขปัญหาวุ่นวายมากขึ้นไปอีก

ดังนั้นสิ่งต่อไปที่ทางกลุ่มเราต้องพิจารณากันก็คือ จะหาทางดักสารประกอบ oxygenate อย่างใดโดยไม่ไปรบกวนการวิเคราะห์ความเข้มข้นสารตัวอื่นในแก๊สตัวอย่าง และดูเหมือนว่างานนี้จะเป็นงานเร่งด่วนซะด้วย

รูปที่ ๓ เส้นประสีเหลืองคือท่อรับแก๊สตัวอย่าง (ขนาด 1/16"\) ที่พบว่าอุดตัน ส่วนที่อยู่ในวงกลมสีเหลืองคือวาล์วปิด-เปิดด้านขาเข้าของระบบท่อรับแก๊สตัวอย่าง (Relay 5)

วันอังคารที่ 16 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559

สิ่งปนเปื้อนในน้ำ DI (ตอนที่ ๒) MO Memoir 2559 Feb 16 Tue

Memoir นี้เป็นบันทึกผลการทดลองเมื่อวาน และเป็นเรื่องสืบเนื่องจากที่เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๗
ฉบับที่ ๙๒๕ วันอาทิตย์ที่ ๑๘ มกราคม ๒๕๕๘ เรื่อง "สิ่งปนเปื้อนในน้ำ DI"
ฉบับที่ ๙๓๑ วันอาทิตย์ที่ ๒๕ มกราคม ๒๕๕๘ เรื่อง "พีคที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับ packing ในคอลัมน์ GC"
ซึ่งดูเหมือนว่าผลการทดลองเมื่อวานบ่งบอกว่าสิ่งที่เคยตั้งสมมุติฐานเอาไว้คงจะไม่ถูก

จากเหตุการณ์ต่อเนื่องมาหลายวันในสัปดาห์ที่แล้ว ที่พบพีคประหลาดในสัญญาณจาก ECD และจากการทดสอบก็ยืนยันว่ามันมาจากตัวอย่างที่ฉีดเข้าไป มาเช้าวันวานก็เลยตัดสินใจทำการทดลองเพื่อพิสูจน์สมมุติฐานที่ได้ตั้งกันไว้ และก็พบว่าสมมุติฐานที่เคยตั้งไว้นั้นมันไม่ถูกต้อง ดังนั้นก็คงต้องสืบหาสาเหตุกันต่อไป
 
แต่ก่อนอื่นขอเองโครมาโทแกรมผลการทดลองมาบันทึกเอาไว้ก่อน เพื่อกันลืม
 
เครื่อง GC ที่ใช้ทดสอบคือ GC-8A ของ Shimadzu ติดตั้งตัวตรวจวัด FID คอลัมน์ที่ใช้คือคอลัมน์ที่ใช้วิเคราะห์เบนซีนและฟีนอล ที่ต่อเข้ากับ port 2 ของเครื่อง ตั้งความดันไนโตรเจนไว้ที่ 75 kPa ความดันไฮโดรเจนไว้ที่ 50 kPa และความดันอากาศไว้ที่ 100 kPa อุณหภูมิ detector/injector และอุณหภูมิคอลัมน์ตั้งไว้ที่ 130ºC


รูปที่ ๑ รูปบนและล่างเป็นของน้ำ DI จากในแลป เก็บมาโดยใช้ภาชนะบรรจุสองภาชนะ (ทดสอบการปนเปื้อนจากภาชนะบรรจุ) ฉีดเข้าคอลัมน์ (port 2) ที่ใช้วัดเบนซีน-ฟีนอล พบว่าพีคที่ได้มีลักษณะเหมือน ๆ กัน โดยฉีดเข้าซ้ำกันสองครั้งที่เวลา 0.0 และ 3.0 นาที

รูปที่ ๒ รูปบนเป็นของน้ำประปาของอาคารที่นำมาผลิตเป็นน้ำ DI ส่วนรูปล่างเป็นของน้ำประปาจากอาคารแลปเคมีพื้นฐานที่อยู่ข้างเคียง การทดลองนี้ต้องการตรวจสอบว่าเป็นผลมาจากถังพักน้ำประปาของอาคารหรือไม่ (ฉีดเข้าคอลัมน์ (port 2) ที่ใช้วัดเบนซีน-ฟีนอล)


รูปที่ ๓ น้ำกลั่นจากแลปเคมีพื้นฐาน ผลิตจากน้ำประปาเช่นกัน โดยนำไปผ่านกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนก่อนที่จะนำไปกลั่น รูปบนและรูปล่างเป็นการใช้เข็มฉีดคนละเข็มกัน เพื่อทดสอบการปนเปื้อนจากเข็มฉีด (แต่รูปล่างได้ทำการทดลองไล่สิ่งตกค้างในคอลัมน์ด้วยการเพิ่มอุณหภูมิคอลัมน์จาก 130 เป็น 170ºC ประมาณ 20 นาที ก่อนทำการทดลอง ฉีดเข้าคอลัมน์ (port 2) ที่ใช้วัดเบนซีน-ฟีนอล)

รูปที่ ๔ เป็นน้ำ DI ของแลป รูปบนเปลี่ยนเข็มฉีด (คนละอันกับที่ใช้ในรูปที่ ๑) ส่วนรูปล่างก็เป็นของการทดลองถัดมา โดยทำทดลองฉีดน้ำตัวอย่างใหม่ (มีการปรับค่า attenuation เพิ่มจาก 4 เป็น 6) แต่เปลี่ยนไปใช้คอลัมน์เปล่าที่ต่อเข้ากับ port 1 ของเครื่อง GC (ต้องการทดสอบผลของคอลัมน์และ detector) โดยฉีดเข้าที่เวลา 0.5 2.0 และ 3.5 นาที


รูปที่ ๕ รูปบนเป็นผลการทดลองด้วยการฉีดเข้าคอลัมน์เปล่าที่ port 1 ส่วนรูปล่างเป็นการทดลองฉีดอากาศเปล่าเข้าไป เพื่อต้องการทดสอบผลที่อาจเกิดจากการฉีด (การปักเข็มผ่าน septum) โดยฉีดเข้าที่เวลา 0.5 2.0 และ 3.5 นาที


รูปที่ ๖ รูปบนเป็นน้ำประปาจากตึกแลปเคมีพื้นฐาน นำมาฉีดเข้าคอลัมน์เปล่า ส่วนรูปล่างเป็นของน้ำดื่มบรรจุขวดที่มีคนนำมาดื่ม แต่ดื่มไม่หมดแล้ววางทิ้งไว้ในห้อง (เป็นการฉีดเข้าคอลัมน์เปล่า) โดยฉีดเข้าที่เวลา 0.5 2.0 และ 3.5 นาที

รูปที่ ๗ รูปบนเป็นของน้ำดื่มบรรจุขวดอีกขวดหนึ่ง (คนละยี่ห้อกับรูปที่ ๖) ที่มีคนนำมาดื่มและวางทิ้งไว้เช่นกัน ส่วนรูปล่างเป็นการทดลองโดยปรับเพิ่มอัตราส่วนไฮโดรเจนกับอากาศสำหรับ FID (เพิ่มความดันไฮโดรเจนจาก 50 kPa เป็น 100 kPa โดยยังคงความดันอากาศไว้ที่ 100 kPa เช่นเดิม) โดยฉีดเข้าที่เวลา 0.5 2.0 3.5 และ 5.0 นาที

รูปข้างล่างเป็นการแถมมาให้ เป็นบรรยากาศการถอดท่อเก็บตัวอย่างแก๊สเพื่อหาจุดอุดตันในระบบที่ทำกันเมื่อช่วงเช้าของวันนี้

วันพฤหัสบดีที่ 11 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559

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