"อาจารย์มาช่วยสอนวิชานี้ก็ดีแล้ว อาจารย์เคยอยู่โรงงานมา จะได้ช่วยแสดงให้เห็นว่าวิชาเหล่านี้สำคัญอย่างไร"
อ.สุวัฒนา ท่านกล่าวประโยคทำนองนี้ไว้กับผมเมื่อปี ๒๕๓๗ เมื่อผมจบกลับมาทำงาน และเลือกที่จะสอนวิชาเคมีวิเคราะห์และเคมีอินทรีย์ร่วมกับท่าน (ก่อนที่ท่านจะเกษียณอายุราชการในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า) อ.สุวัฒนา ท่านเป็นอาจารย์สอนวิชาเคมีวิเคราะห์และเคมีอินทรีย์ให้กับผม แต่ท่านจบมาทางด้านวิทยาศาสตร์ และในช่วงยุคของท่านนั้นอุตสาหกรรมเคมีของประเทศก็มีแต่อุตสาหกรรมพื้นฐาน อุตสาหกรรมปิโตรเคมีก็ยังไม่เกิด กำลังผลิตของโรงกลั่นน้ำมันก็ยังไม่พอสนองความต้องการภายในประเทศ นิสิตวิศวกรรมเคมีที่ได้เรียนสองวิชานี้ก็เลยมองไม่ค่อยเห็นภาพว่าเอาไปใช้ประโยชน์อะไร
จากประสบการณ์ส่วนตัวเห็นว่ามีความเข้าใจที่คลาดเคลื่อนในหมู่ผู้สอนในสาขาวิศวกรรมเคมี คือมีการมองไม่เห็นว่าวิชาเคมีเหล่านี้สำคัญอย่างไรในระดับปริญญาตรี แถมมองไม่เห็นความสำคัญของวิชาเคมีเหล่านี้ในงานวิจัยที่ตนเองทำ และประสงค์ที่จะรับนิสิตที่จบปริญญาตรีทางด้านวิศวกรรมเคมีเข้าไปทำงานให้ มันก็เลยเกิดเรื่องปิดการสอนในระดับปริญญาตรี แล้วไปแก้ปัญหาด้วยการเปิดสอนวิชาที่ควรสอนกันตั้งแต่ระดับปริญญาตรี ให้กับนิสิตระดับปริญญาโท-เอกแทน มาวันนี้ก็เลยขอถือโอกาสยกเอาเรื่องราวเก่า ๆ ที่เคยเล่าเอาไว้บางเรื่อง แล้วมารวบรวมไว้ในบทความนี้ เพื่อเป็นตัวอย่างแสดงให้เห็นว่าสองวิชานี้มีความสำคัญอย่างไร ทั้งในแง่ของการออกแบบกระบวนการ การควบคุมกระบวนการ และการเดินเครื่องการผลิต
เรื่องที่ ๑ เพราะไม่รู้ว่าสิ่งที่ละลายในอยู่ในน้ำนั้นสำคัญ (เพราะช่วงเวลานั้นเรื่องนี้ไม่ค่อยเป็นที่รู้กันจริง ๆ)
การระเบิดที่เกิดจากการรั่วไหลของ cyclohexane ที่เมือง Flixborough ประเทศอังกฤษในวันที่ ๑ เดือนมิถุนายน พ.ศ. ๒๕๑๗ จัดว่าเป็นกรณีศึกษาสำคัญในวิชาเกี่ยวกับความปลอดภัยทางด้านวิศวกรรมเคมี เรื่องเล่าเหตุการณ์นี้ส่วนใหญ่มักจะเน้นไปที่การพังของท่อชั่วคราวที่ใช้เชื่อมต่อ reactor ๒ ตัวเข้าด้วยกัน ท่อนี้เกิดจากการที่ reactor ตัวที่ ๕ นั้นเกิดรอยแตกร้าว ก็เลยมีการยกออก และต่อท่อชั่วคราวเพื่อให้ cyclohexane ไหลจาก reactor ตัวที่ ๔ ไปยังตัวที่ ๖ ได้ เพื่อให้โรงงานยังสามารถเดินเครื่องได้ต่อไป
reactor ในกระบวนการนี้เป็นแบบถังปั่นกวนที่มี cyclohexane เป็นของเหลวอุณหภูมิสูงภายใต้ความดัน (คือถ้ามันรั่วออกสู่ความดันบรรยากาศ มันก็จะระเหยกลายเป็นไอ แบบเดียวกับแก๊สหุงต้มที่ใช้ตามบ้านทั่วไป) มีการฉีดอากาศเข้าไปใต้ของเหลวเพื่อทำการออกซิไดซ์ cyclohexane ให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ ส่วนด้านบนนั้นก็มีการติดตั้งระบบใบพัดกวนเพื่อทำการปั่นกวนฟองอากาศให้กระจายไปทั่ว cyclohexane
ปัญหามันเริ่มจากการเกิดการรั่วไหลตรงบริเวณระบบ seal ที่เพลาหมุนใบพัดกวนสอดเข้าไปในตัว reactor (ที่ในรูปที่ ๒ เรียกว่า stirrer gland)
ระบบ seal นี้ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้แก๊สภายในรั่วไหลออกมา ในขณะที่ยอมให้เพลาใบพัดกวนนั้นหมุนได้อย่างอิสระ แต่เมื่อใช้งานไปมันก็มีการสึกหรอได้ (ถ้านึกภาพไม่ออกก็ขอให้ดูเรื่อง "ฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๒ อธิบายศัพท์" วันอาทิตย์ที่ ๓๑ มกราคม ๒๕๓๓ เพิ่มเติม) พอมันสึกหรอ ก็เลยเกิดการรั่วไหลของไอ cyclohexane ออกมา
เพื่อป้องกันอันตรายที่อาจเกิดจากการสะสมของไอ cyclohexane ที่รั่วออกมา ทางโรงงานก็เลยใช้น้ำฉีดพ่นลงไปตรงบริเวณ seal ที่มีการรั่วไหล เพื่อควบแน่นไอระเหยให้กลายเป็นของเหลว ไหลลงสู่บ่อบำบัดต่อไป วิธีการนี้ก็เป็นวิธีการปฏิบัติตามปรกติในเวลานั้น ซึ่งทำให้โรงงานยังสามารถเดินเครื่องต่อไปได้ เพื่อรอเวลาหยุดเดินเครื่องเพื่อที่จะได้ทำการแก้ไขปัญหานั้น
น้ำที่นำมาฉีดพ่นนั้นก็คือน้ำหล่อเย็น (cooling water) ที่มีจุดต่ออยู่ใกล้กับ reactor แต่บังเอิญว่านั้นนั้นมีสารประกอบไนเทรต (Nitrate NO3-) ละลายอยู่ สารประกอบไนเทรตและไนไทรต์ (Nitrite NO2) เป็นสารเคมีตัวหนึ่งที่ถูกเติมเข้าไปในน้ำหล่อเย็น เพื่อลดการกัดกร่อนผิวเหล็กในระบบน้ำหล่อเย็น
สำหรับเหล็กที่ไม่ได้รับแรง ไม่ได้รับอุณหภูมิสูง ไนเทรตนี้มันก็ไม่ยุ่งอะไร แต่ถ้าเป็นเหล็กที่รับแรงและอุณหภูมิสูง อย่างเช่นผนัง reactor ที่ต้องรับความดันภายในถังและอุณหภูมิการทำปฏิกิริยา ไนเทรตสามารถทำให้เหล็กนั้นเกิดการแตกร้าวที่เรียกว่า stress corrosion cracking ได้ ปรากฏการณ์นี้เป็นที่รู้จักกันทั่วไปสำหรับผู้ที่อยู่ในวงการโลหะวิทยา แต่ไม่ค่อยเป็นที่รู้จักกันในหมู่วิศวในช่วงเวลานั้น ผลที่ตามมาก็คือ reactor ตัวที่ ๕ เกิดรอยแตกร้าว ก็เลยต้องมีการยกออก และต่อท่อชั่วคราวเชื่อมต่อระหว่าง reactor ตัวที่ ๔ และ ๖
(เหตุการณ์นี้อยู่ในเรื่อง "Flixborough explosion" วันศุกร์ที่ ๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓)
เรื่องที่ ๒ เมื่อเอาโรงงานผลิตพอลิเอทิลีนมาผลิตพอลิโพรพิลีน ซึ่งก็พอทำได้อยู่นะ
เรื่องนี้เกิดขึ้นในปี ๒๕๓๑ ตอนนั้นผมเป็นวิศวกรจบใหม่ทำงานอยู่ที่มาบตาพุดในส่วนของ operation หน่วยผลิต HDPE แบบ slurry phase แต่ยังไม่มีโรงงานให้เดินเครื่อง เพราะกำลังก่อสร้างอยู่ หน้าที่หลักในตอนนั้นก็เลยเป็นการคุมงานก่อสร้างแทน ช่วงเวลานั้นประเทศไทยมีโรงงานผลิตพอลิเอทิลีนอยู่เพียง ๒ โรง เป็นของบริษัทเดียวกัน โรงหนึ่งเป็นโรงงานผลิตพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) ที่ใช้กระบวนการความดันสูงและไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา อีกโรงงานหนึ่งนั้นเป็นโรงงานผลิตพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) ที่ใช้กระบวนการแบบ slurry phase และใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา
ช่วงหลังกลางปีมีข่าวว่าบริษัทที่เป็นเจ้าของโรงงานพอลิเอทิลีนทั้งสองนำพอลิโพรพิลีนออกขาย โดยเขากล่าวว่าเขาผลิตพอลิโพรพิลีนนี้เอง ข่าวนี้ฝ่ายการตลาดนำมาปรึกษาฝ่ายให้บริการเทคนิคว่าเชื่อถือได้หรือไม่ ซึ่งคำตอบที่ได้ก็คือไม่น่าเป็นไปได้ เพราะโรงงานผลิตพอลิโพรพิลีนนั้นกำลังอยู่ระหว่างการก่อสร้าง และเป็นของอีกบริษัทหนึ่ง ดังนั้นสิ่งที่เขานำมาขายน่าจะเป็นการนำเข้ามากกว่า
เมื่อข่าวนี้มาถึงแผนกที่ผมทำงานอยู่ (คือในอนาคตจะทำหน้าที่เป็นฝ่ายเดินเครื่องการผลิตพอลิเอทิลีนที่ใช้กระบวนการที่คล้ายคลึงกัน) ประกอบกับข้อมูลที่ได้มาจากลูกน้องที่เขาบอกว่าเพื่อนเขาที่ทำงานอยู่ที่โรงงานแห่งนั้นยืนยันว่ากำลังผลิตพอลิโพรพิลีนอยู่จริง เราก็เลยมีการมานั่งพิจารณากัน
ข้อสรุปที่ได้ก็คือ "มีความเป็นไปได้" ทั้งนี้เพราะการผลิตพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูงกับการผลิตพอลิโพรพิลีนนั้นใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาตระกูลเดียวกัน (คือตระกูล Ziegler-Natta ที่ประกอบด้วย catalyst และ co-catalyst) แตกต่างกันที่องค์ประกอบของตัวเร่งปฏิกิริยาเล็กน้อย และกระบวนการ slurry phase ที่ใช้ผลิตพอลิเอทิลีนและพอลิโพรพิลีนก็มีความคล้ายคลึงกันมาก
สิ่งแตกต่างที่สำคัญก็คือ "ความร้อนที่คายออกมาจากปฏิกิริยา" เพราะปฏิกิริยาการต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันนั้นมีการคายความร้อนออกเพื่อสร้างพันธะเคมี การผลิตพอลิเอทิลีนนั้นมีการต่อโมเลกุลมากกว่า ดังนั้นเมื่อเทียบหน่วยน้ำหนักพอลิเมอร์ที่ได้เท่ากัน การผลิตพอลิเอทิลีนนั้นจะมีการคายความร้อนมากกว่าการผลิตพอลิโพรพิลีน ระบบระบายความร้อนของการผลิตพอลิเอทิลีนจะใหญ่กว่าของโรงงานผลิตพอลิโพรพิลีน การนำเอากระบวนการ slurry phase ที่ใช้ผลิตพอลิเอทิลีนมาผลิตพอลิโพรพิลีนจึงมีความเป็นไปได้ แต่ในทางกลับกันจะเกิดปัญหา
เดือนธันวาคม ๒๕๓๑ ก็เกิดการระเบิดขึ้นที่โรงงานแห่งนี้ จัดเป็น Unconfined Vapour Cloud Explosion (UVCE) ครั้งแรกของประเทศไทย สาเหตุเกิดจากตัวทำละลายที่เป็นของเหลวอุณหภูมิสูงภายใต้ความดันรั่วไหลออกจาก reactor ในระหว่างการกำจัดสิ่งอุดตันระบบท่อ ทำให้มีผู้เสียชีวิต ๒ รายและและบาดเจ็บสาหัสอีกหลายราย สิ่งสำคัญสิ่งหนึ่งที่ได้จากเหตุการณ์นั้นคือ การเปลี่ยนชนิดผ้าที่ใช้ทำเครื่องแบบพนักงานในกลุ่มโรงงานปิโตรเคมี จากผ้าพอลิเอสเทอร์ที่ละลายติดเนื้อเมื่อถูกไฟคลอก มาเป็นชนิดที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน
(เหตุการณ์นี้อยู่ในเรื่อง "UVCE case 1 TPI 2531(1988)" วันพุธที่ ๒๙ สิงหาคม ๒๕๖๑)
เรื่องที่ ๓ ไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลเล็กหรือไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวเป็นสารที่ไม่มีสี
ปฏิกิริยา cracking สารประกอบไฮโดรคาร์บอนให้เป็นโอเลฟินส์นั้นจำเป็นต้องใช้อุณหภูมิที่สูงเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดได้ แต่หลังจากเกิดโอเลฟินส์แล้วต้องหาทางลดอุณหภูมิของระบบลงให้เร็วที่สุดเพื่อไม่ให้ผลิตภัณฑ์โอเลฟินส์ที่เกิดขึ้นนั้นสลายตัวต่อ และวิธีการหนึ่งที่สามารถลดอุณหภูมิของแก๊สไฮโดรคาร์บอนร้อนได้อย่างรวดเร็วคือการให้สัมผัสกับน้ำเย็น
แก๊สร้อนที่ออกมาจาก cracker จะเข้าสู่ระบบดึงความร้อนกลับเพื่อดึงเอาพลังงานความร้อนที่อุณหภูมิสูงไปใช้ประโยชน์ ก่อนจะเข้าสู่ quench tower ที่เป็นหอที่แก๊สร้อนที่เข้าทางด้านล่างจะสัมผัสกับน้ำหล่อเย็นที่ป้อนเข้าจากทางด้านบน ไฮโดรคาร์บอนที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง (เรียกว่า pyrolysis gasoline) จะควบแน่นและตกลงสู่เบื้องล่างพร้อมกับน้ำหล่อเย็น และไหลลงสู่ถังรองรับเพื่อให้น้ำกับน้ำมันแยกชั้นกัน น้ำหล่อเย็นที่อยู่ใต้ชั้นน้ำมันจะถูกนำไประบายความร้อนออกก่อนป้อนกลับไปที่ยอดหอใหม่ ส่วนน้ำมันก็จะถูกส่งไปยังหน่วยอื่นต่อไป
สิ่งสำคัญคือรอยต่อระหว่างเฟสน้ำกับน้ำมันต้องอยู่ที่ระดับที่เหมาะสม เพราะถ้าต่ำเกินไปก็จะทำให้น้ำมันปนเข้าในระบบน้ำไหลเวียนกลับ และถ้าสูงเกินไปก็จะทำให้น้ำหลุดไปยังระบบรองรับน้ำมัน ซึ่งการตรวจวัดระดับรอยต่อนี้ทำได้ด้วยการใช้อุปกรณ์วัดที่เรียกว่า interface displacer ตัว displacer เป็นวัตถุที่ถูกห้อยแขวนให้จมอยู่ในของเหลว เวลาที่ตัว displacer จมอยู่ในของเหลวที่มีความหนาแน่นต่างกัน แรงลอยตัวก็จะต่างกัน และความแตกต่างนี้ถูกใช้เพื่อบอกระดับรอยต่อของผิวน้ำและน้ำมัน ซึ่งในการสอบเทียบก่อนการใช้งานนั้นจำเป็นต้องให้ตัว displacer จมลงในของเหลวที่มีความหนาแน่นสูง (ในที่นี้คือน้ำ) ที่จะทำให้ตัว displacer มีแรงลอยตัวสูงสุด และของเหลวที่มีความหนาแน่นต่ำ (ในที่นี้คือน้ำมันที่เกิดจากกระบวนการ cracking) ที่จะทำให้ตัว displacer มีแรงลอยตัวต่ำสุด เพื่อที่จะได้สร้างช่วงการวัดแรงลอยตัว
ในสภาวะที่โรงงานเดินเครื่องอยู่นั้น การสังเกตรอยต่อระหว่างเฟสน้ำกับน้ำมันทำได้ง่าย เพราะ pyrolysis gasoline จะมีสีแดงหรือเหลืองลอยอยู่บนเฟสน้ำ ในขณะที่เฟสน้ำนั้นไม่มีสี แต่ในเหตุการณ์นี้เป็นการเริ่มเดินเครื่องโรงงานครั้งแรกหลังสร้างเสร็จ จึงไม่มี pyrolysis gasoline มาใช้ทดสอบ ทางโรงงานจึงได้นำเอาแนฟทา (naphtha) ที่เป็นไฮโดรคาร์บอนในช่วงความหนาแน่นเดียวกันมาใช้เป็นตัวทดสอบแทน
ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่มีสารอื่นเจือปนนั้นเป็นของเหลวที่ไม่มีสี ดังนั้นการสังเกตรอยต่อระหว่างชั้นน้ำกับแนฟทาจึงทำได้ยากเพราะเป็นของเหลวไม่มีสีทั้งคู่ แต่การที่ไฮโดรคาร์บอนที่มาจาก cracker มีสีก็เพราะมันมีสารอื่นที่เกิดจากไอน้ำและสารประกอบกำมะถันที่เติมเข้าไป (ดูเรื่องที่ ๔) สิ่งที่คนที่ทำหน้าที่สอบเทียบตัว interface displacer เข้าใจก็คือตัวน้ำมันต้องมีสีแดง พอไปสังเกตดูที่ตัว interface displacer แล้วไม่เห็นสีแดงก็เข้าใจว่าตัว displacer นั้นยังจมอยู่ในชั้นน้ำ ก็เลยทำการระบายของเหลว (ที่เข้าใจว่าเป็นน้ำ) ลงระบบรองรับน้ำทิ้ง แต่ในความเป็นจริงสิ่งที่ระบายทิ้งนั้นคือแนฟทา บังเอิญในช่วงเวลาเดียวกันมีอีกหน่วยหนึ่งระบายน้ำร้อนทิ้งลงระบบท่อระบายเดียวกัน น้ำร้อนจึงทำให้แนฟทาในท่อระบายระเหยกลายเป็นไอออกมาก่อนจุดระเบิด จนทำให้มีผู้เสียชีวิตไป ๔ ราย หนึ่งในนั้นเป็นวิศวกรต่างชาติ ที่ใส่เสื้อยืดแล้วโดนไฟคลอก เสื้อเลยละลายติดเนื้อ แกะไม่ออก เรียกว่าตายแบบทรมาน
(เหตุการณ์นี้อยู่ในเรื่อง "UVCE case 2 TOC 2539(1996)" วันอาทิตย์ที่ ๒ กันยายน ๒๕๖๑)
เรื่องที่ ๔ แล้วกำมะถันมาจากไหน ในระบบที่คุณเล่ามามันไม่มีการป้อนกำมะถันเลย
มีอยู่ปีหนึ่งได้ไปตรวจฝึกงานภาคฤดูร้อนของนิสิตที่ฝึกงานที่โรงงานโอเลฟินส์แห่งหนึ่ง ทางผู้ดูแลนิสิตก็ได้ให้นิสิตนำเสนอสิ่งที่ได้เรียนระหว่างการฝึกงานซึ่งก็คือกระบวนการผลิตโอเลฟินส์ พอนิสิตนำเสนอเสร็จทางโรงงานก็เปิดโอกาสให้ซักถามนิสิต ผมก็ถามเขาว่า "แล้วกำมะถันมาจากไหน สารตั้งต้นที่คุณเล่ามามันไม่มีกำมะถันเลย แล้วทำไมจึงต้องมีหน่วยกำจัดกำมะถันด้วย" ซึ่งนิสิตก็ตอบไม่ได้ก็คงเป็นเพราะไม่ได้คิดถึงประเด็นนี้มาก่อน และพี่ที่ดูแลการฝึกงานก็คงลืมที่จะบอกเรื่องนี้ให้กับน้อง ๆ ด้วย
การผลิตโอเลฟินส์นั้นเริ่มจากการนำเอาไฮโดรคาร์บอนมาให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงพอจนโมเลกุลแตกออกเป็นโมเลกุลเล็ก ๆ ที่เรียกว่ากระบวนการ cracking อุณหภูมิที่ใช้ก็ขึ้นอยู่กับขนาดโมเลกุลของไฮโดรคาร์บอนเริ่มต้น แต่ก็อยู่ในหลักเกิน 500ºC ไปจนแตะ 1000ºC การให้ความร้อนนั้นจะให้ไฮโดรคาร์บอนไหลอยู่ในท่อโดยมีเปลวไฟให้ความร้อนอยู่ภายนอก ดังนั้นโลหะที่ใช้ทำท่อจึงต้องเป็นโลหะที่ทนอุณหภูมิสูงได้ และโลหะผสม Ni ก็เป็นตัวเลือกในอันดับต้น ๆ
สิ่งที่เราต้องการก็คือต้องการให้โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนแตกออกเป็นโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวขนาดเล็ก แต่สิ่งหนึ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้คือตัวโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวที่เกิดขึ้นนั้นมันสามารถทำปฏิกิริยากันเองโดยมีโลหะ Ni ของผิวท่อเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา สิ่งที่เกิดขึ้นก็คือโมเลกุลเล็ก ๆ เหล่านี้รวมตัวกันเป็นโครงสร้าง polyaromatic ขนาดใหญ่ที่เรียกว่า coke การเกิด coke นี้ไม่เพียงแต่เป็นการสูญเสียผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ แต่ยังก่อให้เกิดปัญหาในการผลิตด้วย เพราะ coke ที่เกิดนั้นจะเกาะบนผิวท่อด้านในและทำหน้าที่เป็นชั้นต้านทานการส่งผ่านความร้อนจากเปลวไฟด้านนอกให้กับไฮโดรคาร์บอนที่ไหลอยู่ในท่อ ผลก็คือท่อตรงบริเวณนั้นอาจร้อนจัดจนทะลุได้ คงนึกภาพออกนะครับ ข้างในท่อเป็นไฮโดรคาร์บอน ข้างนอกท่อมีเปลวไฟอยู่ ถ้าไฮโดรคาร์บอนรั่วออกมาจากท่อแล้วจะเกิดอะไรขึ้น
วิธีการหนึ่งที่ใช้ลดการเกิด coke ก็คือการให้ไฮโดรคาร์บอนที่เป็นสารตั้งต้นนั้นมีสารประกอบกำมะถันปะปนอยู่ อะตอมกำมะถันจะเข้าไปแย่งเกาะที่อะตอม Ni ซึ่งจะช่วยลดโอกาสที่โมเลกุลผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจะเข้าไปเกาะเพื่อรวมตัวเป็น coke ในกรณีของไฮโดรคาร์บอนหนักนั้น มันมักจะมีสารประกอบกำมะถันปะปนอยู่โดยธรรมชาติของมันแล้ว ดังนั้นถ้าสารตั้งต้นเป็นไฮโดรคาร์บอนหนักก็อาจไม่จำเป็นต้องเติมสารประกอบกำมะถันเพิ่มเติม แต่ในกรณีที่สารตั้งต้นเป็นไฮโดรคาร์บอนเบาหรือเป็นแก๊สที่มาจากโรงแยกแก๊ส สารเหล่านี้จะมีกำมะถันปนอยู่ในปริมาณที่ต่ำหรือไม่มีเลย ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่ต้องผสมสารประกอบกำมะถันเข้าไป ตัวอย่างสารประกอบกำมะถันที่ใช้กันเพื่อการป้องกันนี้ได้แก่ Dimethyl suplhide (H3C-S-CH3) และ Dimethyl disulphide (H3C-S-S-CH3) และอะตอมกำมะถันนี้จะออกมาในรูปแก๊ส H2S
ในกระบวนการ cracking นี้จะมีการผสมไอน้ำเข้าไปด้วย ดังนั้นโอเลฟินส์ที่ได้จะมีแก๊สกรดพวก CO2 และ H2S ผสมอยู่ ซึ่งต้องทำการกำจัดออกก่อนที่จะนำแก๊สนั้นไปลดอุณหภูมิเพื่อกลั่นแยก เทคนิคการกำจัดแก๊สกรดนั้นมีด้วยกันหลายวิธี แต่เทคนิคที่ใช้ได้ดีกับ CO2 นั้นอาจมีปัญหาได้ถ้าหากแก๊สนั้นมี H2S ปนอยู่ ดังนั้นการเลือกเทคนิคกำจัดแก๊สกรดจึงต้องรู้ด้วยว่าแก๊สกรดนั้นมีองค์ประกอบอะไรบ้าง และมันอาจเกิดได้จากปฏิกิริยาใดบ้าง
เรื่องที่ ๕ เคมีอินทรีย์สำหรับการออกแบบระบบคอมเพรสเซอร์อัดแก๊ส
ปั๊มทำหน้าที่เพิ่มความดันให้กับของเหลว และมันเองก็ไม่ชอบของเหลวที่มีแก๊สปน เพราะอาจเกิดปัญหากับตัวปั๊มได้ โดยเฉพาะตัวปั๊มหอยโข่ง เพราะอาจเกิด cavitation ได้ ในทำนองเดียวกันคอมเพรสเซอร์ทำหน้าที่เพิ่มความดันให้กับแก๊ส และมันเองก็ไม่ชอบให้แก๊สมีของเหลว (หรือของแข็ง) ปะปน เพราะอาจเกิดปัญหากับตัวคอมเพรสเซอร์ได้
แต่ก็มีเหมือนกันที่บางครั้งที่มีการจงใจผสมของเหลวเข้ากับแก๊สที่ไหลเข้าคอมเพรสเซอร์ เพื่อทำการชะล้างสิ่งสกปรกที่อาจสะสมในตัวคอมเพรสเซอร์
เมื่อแก๊สถูกอัดจะทำให้อุณหภูมิของแก๊สสูงขึ้น การเพิ่มความดันให้กับแก๊สจึงต้องพิจารณาอุณภูมิแก๊สที่เพิ่มขึ้นประกอบด้วย ถ้าการอัดในขั้นตอนเดียวทำให้อุณหภูมิแก๊สเพิ่มมากเกินไป ก็ต้องทำการอัดหลายขั้นตอน โดยมีการลดอุณหภูมิแก๊สที่ผ่านการอัดในขั้นตอนก่อนหน้าให้ต่ำลงก่อนที่จะทำการอัดในขั้นตอนถัดไป ทั้งนี้เพราะประสิทธิภาพการทำงานของคอมเพรสเซอร์จะลดลงถ้าอุณหภูมิแก๊สที่อัดนั้นมันสูง ดังนั้นจำนวนขั้นตอนการอัดจึงขึ้นอยู่กับความดันสูงสุดที่ต้องการ และอุณหภูมิสูงสุดที่ยอมรับได้หลังการอัดในแต่ละขั้นตอน
โอเลฟินส์ที่มาจาก cracker นั้นมีสารผสมหลายอย่างที่ต้องเข้ากระบวนการกลั่นแยกออกเป็นองค์ประกอบต่าง ๆ เนื่องจากโอเลฟินส์เหล่านี้มีจุดเดือดต่ำ จึงต้องใช้ระบบทำความเย็นเพื่อทำให้มันกลายเป็นของเหลว ที่ความดันสูงแก๊สจะเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิที่สูงกว่าที่ความดันที่ต่ำกว่า แต่จะไปสิ้นเปลืองพลังงานที่ใช้ในการอัดแก๊สและความหนาของอุปกรณ์ที่ต้องรับความดันสูงได้ แต่ถ้าเลือกใช้ความดันต่ำก็จะย้ายการสิ้นเปลืองไปที่ระบบทำความเย็นแทน และแม้ว่าอาจไม่ต้องใช้อุปกรณ์ที่มีความหนามากเพื่อรองรับความดัน แต่โลหะที่ทนอุณหภูมิติดลบมากได้นั้นจะมีราคาที่สูงกว่า
การเพิ่มความดันของการอัดแต่ละครั้งให้กับโอเลฟินส์ที่มาจาก cracker ถูกกำหนดด้วยปฏิกิริยา Diels-Alder ที่ทำให้โอเลฟินส์โมเลกุลเล็กรวมตัวกันเป็นโมเลกุลใหญ่เกาะติดพื้นผิวด้านในคอมเพรสเซอร์ได้ ปฏิกิริยานี้จะเกิดได้ง่ายขึ้นที่อุณหภูมิและความดันสูง (ที่เกิดได้ในตัวคอมเพรสเซอร์) ดังนั้นแม้ว่าจะมีการควบคุมอุณหภูมิด้านขาออกของการอัดแต่ละครั้งเอาไว้แล้วก็ตาม ก็ยังมีสารประกอบโมเลกุลใหญ่ยึดเกาะพื้นผิวด้านในตัวคอมเพรสเซอร์ได้ ทำให้ต้องมีการฉีด wash oil ผสมเข้าไปกับโอเลฟินส์ก่อนจะเข้าสู่กระบวนการอัดในแต่ละครั้ง เพื่อชะล้างเอาสารประกอบโมเลกุลใหญ่นั้นออกมา
(เหตุการณ์นี้อยู่ในเรื่อง "ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีนตอนที่ ๑๐ Charge gas compression ภาค ๒" วันพฤหัสบดีที่ ๒ มิถุนายน ๒๕๕๙)
วิชา Unit operation สอนให้เลือกชนิดและกำหนดขนาดอุปกรณ์
วิชา Plant design สอนการนำอุปกรณ์มาต่อกันว่าควรทำอย่างไรเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการในราคาที่คุ้มค่า
แต่โจทย์เริ่มต้นนั้นมีเพียงแค่ "สมการเคมีจากสารตั้งต้นไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ" สิ่งที่ต้องมองออกให้ได้ก็คือ ภายใต้สภาวะการทำงานจริงนั้นมันมีโอกาสที่จะเกิดปฏิกิริยาใดอื่นได้หรือไม่ ไม่ว่าจะเป็นในสภาะการทำงานตามปรกติ หรือสภาวะการเดินเครื่องที่ผิดปรกติ หรือในตัวอุปกรณ์การผลิตที่ไม่ใช่จุดที่เราต้องการให้เกิดปฏิกิริยา และการพิจารณานั้นจะจำกัดเพียงแค่สารที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาที่ต้องการแค่นั้นไม่ได้ จำเป็นต้องพิจารณาให้ครอบคลุมถึงสารเคมีตัวอื่นที่อาจมีการป้อนเข้าระบบ และวัสดุต่าง ๆ ที่นำมาใช้ทำตัวอุปกรณ์ ซึ่งสิ่งเหล่านี้ล้วนต้องอาศัยความรู้ทางด้านวิชาเคมี เพื่อที่จะได้รู้ว่าในความเป็นจริงนั้นสิ่งที่ไหลเวียนอยู่ในระบบนั้นประกอบด้วยสารอะไรบ้าง และจะทำการควบคุมสารเหล่านั้นให้อยู่ภายใต้ค่าที่กำหนดได้ด้วยวิธีใด เพื่อให้การทำงานเป็นไปได้อย่างมีเสถียรภาพและปลอดภัย
พื้นฐานความรู้วิชาเคมีจึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเรียนวิศวกรรมเคมี เพราะเป็นตัวบอกให้เรารู้ว่ากระบวนการผลิตนั้นต้องประกอบด้วยหน่วยอะไรบ้าง จากนั้นจึงค่อยไปทำการเลือกชนิด กำหนดขนาด วิธีการเชื่อมต่อให้เป็นกระบวนการ และการออกแบบระบบควบคุม
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น