ปฏิกิริยา Benzene alkylation MO Memoir : Sunday 5 September 2564

เวลาสอนอินทรีย์เคมี ผมมักจะบอกกับนิสิตเสมออย่ามองเฉพาะปฏิกิริยาที่ต้องการเห็น แต่ให้มองด้วยว่ามีปฏิกิริยาใดบ้างที่มีโอกาสเกิด คือมีสารจากปฏิกิริยาข้างเคียงใดมีโอกาสเกิดได้บ้าง ซึ่งสารเหล่านี้ต้องทำการแยกออกจากผลิตภัณฑ์ที่ต้องการหรือหาทางกำจัด เพราะถ้าเรามองไม่เห็นปฏิกิริยาดังกล่าว เวลาไปออกแบบกระบวนการผลิตมันก็จะมีปัญหา เพราะมันจะไม่มีหน่วยที่ทำหน้าที่จัดการกับผลิตภัณฑ์ข้างเคียงดังกล่าว

ในเนื้อหาบทเบนซีนนั้น เบนซีนสามารถทำปฏิกิริยาได้หลากหลาย แต่ในที่นี้จะขอยกตัวอย่าง ๓ ปฏิกิริยาที่ปรากฏในเนื้อหาและไปปรากฏในกระบวนการผลิตในเวลาเดียวกัน คือปฏิกิริยา alkylation, second substitution และ disproportionation (หรือ transalkyation)

รูปที่ ๑ แสดงปฏิกิริยา benzene alkylation ที่ใช้สังเคราะห์สารเคมีที่สำคัญ ๓ ตัวในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี ปฏิกิริยาบนคือการสังเคราะห์ Ethyl benzene เพื่อใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิต Styrene ที่ใช้เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์พอลิสไตรีน ปฏิกิริยากลางคือการสังเคราะห์ Cumene ที่ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิต phenol และ acetone และปฏิกิริยาล่างสุดคือการสังเคราะห์ Linear alkyl benzene ที่ใช้เป็น detergent ในสารชะล้างต่าง ๆ สิ่งที่เราต้องการคือผลิตภัณฑ์ที่มีการแทนที่เพียงครั้งเดียว

รูปที่ ๑ ปฏิกิริยา benzene alkylation เพื่อสังเคราะห์สารเคมีที่สำคัญ ๓ ตัว ปฏิกิริยาบนคือการสังเคราะห์ Ethyl benzene เพื่อใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิต Styrene ที่ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตพอลิสไตรีน ปฏิกิริยากลางคือการสังเคราะห์ Cumene ที่ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิต phenol และ acetone และปฏิกิริยาล่างสุดคือการสังเคราะห์ Linear alkyl benzene ที่ใช้เป็น detergent ในสารชะล้างต่าง ๆ

เราสามารถมองบริเวณที่มีอิเล็กตรอนอยู่หนาแน่นว่ามีความเป็นลบหรือ Lewis base ที่พร้อมจะทำปฏิกิริยากับโครงสร้างที่มีความเป็นบวก เช่น carbocation หรือะตอมที่มีความเป็นขั้วบวกที่แรง หรือ Lewis acid แต่ในกรณีของวงแหวนเบนซีนนั้นเนื่องด้วย pi electron เกิดการ resonance จึงทำให้มีความเสถียรมากกว่าพันธะ C=C การที่สารใดจะดึงเอา pi electron ของวงแหวนเบนซีนมาสร้างพันธะได้ สารนั้นต้องมีความเป็นบวกที่แรงมากพอ ซึ่งนั่นหมายความว่าสารนั้นจะสามารถดึง pi electron ของพันธะ C=C มาสร้างพันธะได้อย่างสบาย (เพราะมันดึงง่ายกว่าของวงแหวนเบนซีน)

ปฏิกิริยา alklyation ของวงแหวนเบนซีนนั้นเริ่มจากการทำให้โอเลฟินส์ (ไฮโดรคาร์บอนที่มีพันธะ C=C) กลายเป็น carbocation ก่อนด้วยการจ่าย H⁺ ให้กับพันธะ C=C ของโอเลฟินส์ (กรดที่ใช้นั้นจะแรงพอที่จะจ่าย H⁺ ให้กับพันธะ C=C แต่จะไม่จ่าย H⁺ ให้กับวงแหวนเบนซีน กรดที่ใช้ในอุตสาหกรรมจะเป็นพวก solid acid catalsyt เช่นสารในตระกูล zeolite ต่าง ๆ) จากนั้น carbocation ที่เกิดขึ้นจึงค่อยเข้าทำปฏิกิริยากับวงแหวนเบนซีน ได้ผลิตภัณฑ์คือ monoalkylaromatic

carbocation ที่เกิดขึ้นนั้นมีความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนจากพันธะ C=C ของโอเลฟินส์ด้วยกัน (ทำให้เกิดการต่อโมเลกุลเป็นโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้น) และกับวงแหวนเบนซีน แต่ปฏิกิริยาที่เราต้องการคือปฏิกิริยากับวงแหวนเบนซีน ดังนั้นเพื่อลดโอกาสที่ carbocation ที่เกิดขึ้นนั้นจะทำปฏิกิริยากับโอเลฟินส์ที่ป้อนเข้ามา การทำปฏิกิริยาจึงควรทำในสภาวะที่มีเบนซีนมากกว่าโอเลฟินส์ (ลดโอกาสที่ carbocation ที่เกิดจะเจอกับโมเลกุลโอเลฟินส์)

ในขณะเดียวกัน monoalkylbenzene มีความว่องไวสูงกว่าเบนซีนในการทำปฏิกิริยากับ carbocation (เพราะหมู่ alkyl เป็นหมู่จ่ายอิเล็กตรอนและเป็น ring activating group) ถ้าหาก monoalkylbenzene ที่เกิดมีโอกาสพบกับ carbocation ก็จะเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ di- และ tri-alkylaromatic ได้ เพื่อลดโอกาสเกิดผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการแทนที่มากกว่า 1 ตำแหน่งการทำปฏิกิริยาในสภาวะที่มีปริมาณเบนซีนมากเกินพอจึงจำเป็น และควรต้องทำการเจือจางโอเลฟินส์ในเบนซีนก่อนที่จะผ่านเข้าสู่เบดตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อให้โมเลกุลโอเลฟินส์มีการกระจายตัวในเบนซีนให้มากที่สุด (ถ้าโมเลกุลโอเลฟินส์ถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลเบนซีน carbocation ที่เกิดจากโอเลฟินส์ก็จะไม่มีโอกาสทำปฏิกิริยากับโอเลฟินส์อื่น)

รูปที่ ๒ แผนผังกระบวนการ Alkylation/Transalkylation ของเบนซีนด้วยโอเลฟินส์ C₂-C₁₄ (จากสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 4,774,377 เรื่อง "Alkylation/Transalkylation Process")

รูปที่ ๒ เป็นแผนผังกระบวนการผลิตสารประกอบ monoalkylbenzene ที่นำมาจากสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกา ในกระบวนการนี้โอเลฟินส์จะถูกผสมเข้ากับเบนซีนก่อนเข้าสู่หน่วยทำปฏิกิริยา alkylation ผลิตภัณฑ์ที่ออกมาจากหน่วยทำปฏิกิริยา alkylation จะถูกส่งต่อไปยังหน่วยแยกผลิตภัณฑ์หน่วยที่หนึ่งที่จะทำการแยกเอาเบนซีนที่เหลือ (เพื่อนำกลับไปทำปฏิกิริยาใหม่) ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ (สารประกอบ monoalkylbenzene) และผลิตภัณฑ์ข้างเคียง (ที่ประกอบด้วยส่วนที่มีจุดเดือดต่ำคือ light paraffins และ oligomer ซึ่งก็คือโอเลฟินส์ที่ต่อกันเป็นสายโซ่ยาว และส่วนที่มีจุดเดือดสูงคือพวกที่มีการแทนที่ตั้งแต่สองตำแหน่งขึ้นไป)

หน่วยแยกผลิตภัณฑ์หน่วยที่สองจะทำการแยกเอา dialkylaromatic (อะโรมาติกที่มีการแทนที่สองตำแหน่ง) ออกจากส่วนอื่นเพื่อป้อนเข้าสู่หน่วยทำปฏิกิริยา transalkylation เพื่อทำปฏิกิริยากับเบนซีนที่ป้อนเข้ามา ในหน่วยนี้จะเกิดปฏิกิริยา transalkyation หรือ disproportionation ที่ทำการย้ายหมู่ alkyl จาก dialkylaromatic โมเลกุลหนึ่งไปยังเบนซีน เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ monoalkylbenzene ที่ต้องการ (และแน่นอนว่าก็ยังมีโอกาสที่จะเกิดปฏิกิริยาย้ายหมู่ alkyl จาก dialkylaromatic โมเลกุลหนึ่งไปยัง dialkylaromatic อีกโมเลกุลหนึ่ง ทำให้เกิดเป็นสารประกอบ trialkylaromatic ดังนั้นสารที่ออกมาจากหน่วย transalkylation จึงถูกป้อนกลับไปยังหน่วยแยกผลิตภัณฑ์หน่วยที่หนึ่งใหม่

ส่วนที่ว่าผลิตภัณฑ์ที่มีการแทนที่สองตำแหน่งนั้นจะเป็นผลิตภัณฑ์อะไรได้บ้างตรงนี้ก็ต้องไปดูที่ขนาดของหมู่แรกที่เข้ามาแทนที่ หมู่ alkyl นั้นเป็น ortho (1,2-) และ para (1,4-) direction group ในกรณีที่หมู่แรกที่เข้ามาแทนที่นั้นมีขนาดเล็ก (เช่นกรณีของหมู่ ethyl) ผลิตภัณฑ์ที่เป็น ortho ก็มีโอกาสที่จะเกิดมากกว่า (เพราะมีตำแหน่งให้แทนที่ถึงสองตำแหน่ง) แต่ถ้าหมู่แรกที่เข้ามาเกาะนั้นเป็นหมู่ขนาดใหญ่ (เช่น linear internal olefin) โอกาสที่จะเข้าแทนที่ที่ตำแหน่ง ortho ก็จะน้อยลงหรือแทบไม่มี ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่เกิดก็จะเป็นการแทนที่ที่ตำแหน่ง para เป็นหลัก

ส่วนที่ว่าการทำปฏิกิริยา alkylation นั้นจะเกิดในเฟสแก๊สหรือเฟสของเหลวหรือเฟสผสม ก็ต้องไปดูว่าทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิและความดันเท่าใด และโอเลฟินส์นั้นมีจุดเดือดสูงหรือต่ำ ในกรณีที่มีจุดเดือดต่ำนั้นสามารถใช้ความดันเพื่อทำให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาได้หรือไม่

บทความนี้คงแสดงให้เห็นความสำคัญของวิชาเคมีอินทรีย์ในการออกแบบกระบวนการผลิตในระดับอุตสาหกรรม

หมายเหตุ : โอเลฟินส์ที่มีพันธะ C=C อยู่ที่ตำแหน่งอะตอม C ตัวแรกหรืออยู่ที่ปลายสายโซ่จะเรียกว่า 1-olefin หรือ alpha-olefin แต่ถ้าพันธะ C=C นั้นอยู่ภายในสายโซ่โมเลกุล (คือไม่ได้อยู่ที่ตำแหน่งปลายโซ่) ก็จะเรียกว่า internal olefin โมเลกุล paraffin ที่นำมาสังเคราะห์ linear olefin นั้นจะใช้โมเลกุลที่เป็นโซ่ตรง (ช่วงประมาณ C₁₀-C₁₄) โดยนำมาเข้าสู่กระบวนการ dehydrogenation (ดึงไฮโดรเจนออก) เพื่อทำให้เกิดพันธะคู่ในสายโซ่โมเลกุล แต่เนื่องจากจำนวนอะตอม H ในสายโซ่มีจำนวนมากกว่า และการดึงอะตอม H ออกจากหมู่ methylene (-CH₂-) ทำได้ง่ายกว่าการดึงอะตอม H ออกจากหมู่ methyl (-CH₃) ที่ปลายโซ่ (พันธะ C-H ของหมู่ methylene แข็งแรงน้อยกว่าของหมู่ methyl) จึงทำให้การดึงอะตอม H ออกนั้นมักจะเกิดบริเวณภายในสายโซ่เป็นหลัก การสังเคราะห์เพื่อให้ได้ linear alpha-olefin ทำได้ด้วยการใช้เอทิลีนเป็นสารตั้งต้นร่วมกับสารประกอบ organometallic compond บางชนิดเช่น triethylaluminium

Propylene reboiler rupture from overpressure 2556(2013) MO Memoir : Monday 22 April 2562

ICI Newsletter (ที่จัดทำโดย T.A. Kletz) No. 70 เดือนพฤศจิกายน ค.ศ. ๑๙๗๔ (พ.ศ. ๒๕๑๗) เรื่องที่ 70/1 กล่าวถึงการดัดแปลงระบบที่เดิมมีความปลอดภัยนั้น กลายเป็นระบบที่อาจเกิดปัญหาขึ้นได้ โดยได้ยกตัวอย่างกรณีการป้องกัน overpressure ให้กับ pressure vessel ให้ดูหลายกรณี กรณีที่ยกมาให้ดูในรูปที่ ๒ เป็นกรณี pressure vessel สองใบที่มีท่อเชื่อมต่อกัน โดยที่ท่อเชื่อมนั้นเดิมไม่มีการติดตั้งวาล์วเปิด-ปิด ดังนั้นในการออกแบบผู้ออกแบบจึงพิจารณา vessel ทั้งสองเป็นระบบเดียวกัน และเลือกติดตั้งวาล์วระบายความดันไว้ที่ vessel ตัวด้านขวา
 

ต่อมาระบบได้รับการดัดแปลงโดยมีการติดตั้งวาล์เปิด-ปิดที่ท่อเชื่อมระหว่าง vessel ทั้งสอง แต่ไม่ได้มีการพิจารณาผลกระทบที่จะเกิดขึ้นกับระบบป้องกันความเสียหายให้กับ vessel ผลที่เกิดขึ้นก็คือมีโอกาสที่ vessel ตัวด้านซ้ายจะไม่ได้รับการป้องกันจากความดันที่สูงเกินถ้าหากวาล์วที่อยู่ที่ท่อเชื่อมทั้งสองนั้นถูกปิดเอาไว้
 

ประเด็นนี้ถูกนำมาเผยแพร่ไว้ใน ICI Newsletter ฉบับเดือนพฤศจิกายน ค.ศ. ๑๙๗๔ (พ.ศ. ๒๕๑๗) แต่ก็เป็นเพียงเอกสารแจกจ่ายวนเวียนภายในบริษัท แต่ต่อมาถูกนำมาเผยแพร่ในหนังสือ What Went Wrong? ของ T.A. Kletz ที่จัดพิมพ์ครั้งแรกในปีค.ศ. ๑๙๘๕ (พ.ศ. ๒๕๒๘) (ตัวผมเองมีฉบับพิมพ์ครั้งที่ ๒ ปีค.ศ. ๑๙๘๘ (พ.ศ. ๒๕๓๑))

รูปที่ ๑ รูปนี้นำมาจาก ICI Newsletter No. 70 เดือนพฤศจิกายน ค.ศ. ๑๙๗๔ (พ.ศ. ๒๕๑๗) เรื่องที่ 70/1 เดิมนั้นท่อเชื่อมระหว่าง pressure vessel ทั้งสองไม่มีวาล์วปิดกั้น ผู้ออกแบบจึงได้ทำการติดตั้งวาล์วระบายความดันไว้ที่ pressure vessel เพียงตัวเดียว แต่ต่อมามีการดัดแปลงระบบโดยมีการติดตั้งวาล์วปิด-เปิดที่ท่อเชื่อมระหว่าง vessel ทั้งสอง ทำให้มีโอกาสที่ vessel ตัวซ้ายจะไม่ได้รับการป้องกันจาก overpressure ถ้าหากวาล์วที่ท่อเชื่อมนั้นถูกปิด
 

ในหนังสือและบทความที่เขียนโดย Prof. T.A. Kletz จะมีการกล่าวเอาไว้เสมอว่า "อุบัติเหตุมักจะเกิดซ้ำแบบเดิม ถ้าเราไม่เรียนรู้มัน" ดังเช่นกรณีที่นำมาเล่าให้ฟังในวันนี้ที่เกิดที่โรงงาน Williams Geismar Olefins Plantประเทศสหรัฐอเมริกาในวันพฤหัสบดีที่ ๑๓ มิถุนายน ปีค.ศ. ๒๐๑๓ (พ.ศ. ๒๕๕๖) ที่ propylene reboiler ตัวหนึ่งได้รับความดันสูงเกินจนแตกออก ก่อให้เกิดการรั่วไหลของแก๊สเชื้อเพลิง ตามด้วยการระเบิดและเพลิงไหม้ตามมา ทำให้มีผู้เสียชีวิต ๒ ราย โดยใน Memoir ฉบับนี้จะเป็นการสรุปเฉพาะประเด็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นซ้ำเดิม โดยอิงจากรายงานการสอบสวนฉบับเต็มและคลิปวิดิทัศน์ที่สามารถดาวน์โหลดและรับชมได้ที่ https://www.csb.gov/williams-olefins-plant-explosion-and-fire-/
 

แต่ก่อนที่จะเข้าเรื่องว่าเหตุการณ์เกิดได้อย่างไรนั้น ก็จะขอปูพื้นฐานเรื่องการผลิตโอเลฟินส์เอาไว้ก่อนสักเล็กน้อย เพื่อที่จะได้มองเห็นภาพการทำงานก่อนการเกิดเหตุ

รูปที่ ๒ แผนผังอย่างง่ายของระบบไหลหมุนเวียน quench water ของโรงงานที่เกิดเหตุ

ในการผลิตโอเลฟินส์นั้นต้องให้ความร้อนที่สูงแก่ไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่ เพื่อที่จะทำให้มันแตกออกเป็นโมเลกุลเล็ก และโมเลกุลเล็กตัวหลักที่ต้องการคือเอทิลีน (ethylene H₂C=CH₂) และโพรพิลีน (propylene H₃C-CH=CH₂) แต่ในขณะเดียวกันที่อุณหภูมินั้นทั้งเอทิลีนและโพรพิลีนก็สามารถสลายตัวไปเป็นสารตัวอื่นที่ไม่ต้องการได้ (เช่นอะเซทิลีน มีเทน) ดังนั้นสิ่งสำคัญสิ่งหนึ่งในการออกแบบกระบวนการคือการหาทางหยุดปฏิกิริยา กล่าวคือเมื่อเกิดเอทิลีนกับโพรพิลีนแล้วก็ต้องหยุดการสลายตัวของสารทั้งสอง และสิ่งที่ทำกันก็คือการหาทางลดอุณหภูมิของแก๊สร้อนนั้นให้เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว โดยเริ่มจากการดึงเอาความร้อนออกไปผลิตไอน้ำความดันสูง การแลกเปลี่ยนความร้อนกับสายที่ต้องการเพิ่มอุณหภูมิ ก่อนจะเข้าสู่ขั้นตอนสุดท้ายที่ให้แก๊สร้อน (ที่เย็นตัวลงเยอะแล้ว) สัมผัสกับน้ำหล่อเย็นโดยตรงในหอที่เรียกว่า quench tower ที่แก๊สจะเข้าทางด้านล่างไหลขึ้นบน สวนทางกับน้ำที่ไหลลงมา น้ำที่ใช้ที่หอนี้เรียกว่า quench water (ดูรูปที่ ๒ ประกอบ)
 

เมื่อแก๊สร้อนสัมผัสกับ quench tower องค์ประกอบส่วนที่ควบแน่นได้ (ทั้งไอน้ำและไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่ทั้งที่ยังไม่ได้ทำปฏิกิริยาและที่เกิดขึ้นจากการรวมตัวกันของโมเลกุลเล็ก) ก็จะกลายเป็นของเหลวไหลรวมออกทางก้นหอ ไหลลงสู่ quench water settler drum ที่ settler drum นี้น้ำกับน้ำมันจะมีการแยกชั้นกันโดยชั้นไฮโดรคาร์บอนจะลอยอยู่ทางด้านบนและชั้นน้ำร้อนจะอยู่ทางด้านล่าง ชั้นไฮโดรคาร์บอนจะถูกแยกออกไปเข้าสู่กระบวนการที่เหมาะสม ส่วนชั้นน้ำร้อนนั้นจะนำไปเข้าสู่กระบวนการดึงเอาความร้อนไปใช้และระบายทิ้งให้เย็นตัวลง ก่อนจะนำหมุนเวียนกลับไปใช้เป็นที่หอ quench tower ใหม่

รูปที่ ๓ ระบบหอกลั่นแยก โพรพิลีน/โพรเพน ก่อนเกิดเหตุการณ์ระเบิด เดิมนั้น reboiler ทั้งสองจะทำงานร่วมกัน และไม่มีการติดตั้งวาล์วเปิด-ปิดที่ท่อไหลเข้าออก (ทั้งด้าน shell และ tube) ดังนั้น reboiler ทั้งสองได้รับการออกแบบให้ได้รับการป้องกันความเสียหายจาก overpressure ด้วยวาล์วระบายความดันที่ติดตั้งไว้ที่ยอดหอกลั่น แต่ต่อมาในปีค.ศ. ๒๐๐๑ (พ.ศ. ๒๕๔๔) มีการดัดแปลงระบบเพื่อให้หอกลั่นสามารถทำงานได้ด้วย reboiler เพียงตัวเดียว โดยอีกตัวหนึ่งทำหน้าที่ standby เผื่อไว้ในกรณีที่ต้องมีการหยุดเดินเครื่อง reboiler เพื่อทำความสะอาด ในการดัดแปลงนี้จึงมีการติดตั้งวาล์วเปิด-ปิดที่ท่อไหลเข้าออก (ทั้งด้าน shell และ tube) ทำให้ reboiler ตัวที่ไม่ได้ทำงานนั้นไม่ได้รับการป้องกันจาก overpressure
 

reboiler (หรือที่มีผู้แปลเป็นไทยว่าหม้อต้มซ้ำ) ทำหน้าที่ต้มของเหลวที่อยู่ที่ก้นหอกลั่นให้เดือดกลายเป็นไอ เพื่อไล่เอาสารที่มีจุดเดือดต่ำออกจากสารที่มีจุดเดือดสูง (ที่จะดึงออกทางก้นหอ) ตัว reboiler นี้ทำงานตรงข้ามกับ condenser และ reflux drum โดยตัว condenser จะทำหน้าที่ควบแน่นไอที่ไหลออกทางยอดหอหอด้านบนให้กลายเป็นของเหลวสะสมใน reflux drum และนำเอาของเหลวที่เย็นนี้บางส่วนป้อนกลับเข้าไปในหอกลั่นให้ไหลส่วนทางกับไอที่กำลังไหลขึ้น ในระหว่างการไหลสวนทางนี้สารที่มีจุดเดือดสูงในไอที่ระเหยขึ้นจะควบแน่นเป็นของเหลวไหลลงล่าง ส่วนสารที่มีจุดเดือดต่ำในของเหลวที่ไหลลงจะเดือดกลายเป็นไอระเหยเข้าไปผสมกับไอที่ไหลขึ้น การควบคุมความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ที่กลั่นแยกได้ทำได้ด้วยการปรับอัตราการเดือดที่ reboiler และปริมาณของเหลวที่ไหลป้อนกลับจาก reflux drum ให้เหมาะสม
 

หน่วยที่เกิดเหตุนั้นเป็นหน่วยกลั่นแยกโพรพิลีน/โพรเพน สารคู่นี้เป็นสารที่แยกกันยากคู่หนึ่งเพราะมีจุดเดือดใกล้กันมากโดยโพรพิลีนจะมีจุดเดือดต่ำกว่าโพรเพนเล็กน้อย การเพิ่มความดันก็ไม่ได้ทำให้จุดเดือดของสารทั้งสองแตกต่างกันมากขึ้น (ดูเพิ่มเติมได้ใน Memoir ปีที่ ๙ ฉบับที่ ๑๒๕๓ วันพุธที่ ๑๒ ตุลาคม ๒๕๕๙ เรื่อง "ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๑๙ ผลของความดันต่อจุดเดือดของไฮโดรคาร์บอน C2-C3") สารสองตัวนี้ปรกติเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ แต่เราก็สามารถทำให้เป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิห้องด้วยการใช้ความดันช่วย ดังนั้นการต้มให้สารคู่นี้เดือดกลายเป็นไอจึงไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งความร้อนอุณภูมิสูง ความร้อนจากน้ำร้อนที่ต้องการทำให้เย็นตัวลงก็มากเพียงพอที่จะต้มมันให้เดือดได้แล้ว และในโรงงานที่เกิดเหตุนี้น้ำร้อนที่เอามาใช้ต้มคือ quench water ที่ต้องการลดอุณหภูมิให้เย็นลงก่อนจะนำกลับไปใช้งานใหม่
 

แต่ quench water ไม่ได้มีแต่น้ำ มันมีพวกน้ำมันและสารประกอบต่างที่ละลาย/แขวนลอยมากับน้ำด้วย และสารเหล่านี้สามารถเกาะสะสมบนพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อน ทำให้ประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนลดลง จนต้องมีการหยุดเดินเครื่องเพื่อทำความสะอาดเป็นระยะ

รูปที่ ๔ reboiler B ตัว standby นั้นมีโพรเพนเหลวไหลเข้ามาสะสมอยู่ภายใน (จะเนื่องด้วยวาล์วรั่วหรือมีการเปิดโดยไม่ตั้งใจก็ตามแต่) และเมื่อโพรเพนนี้ได้รับความร้อนจาก quench water ที่ไหลเข้ามา จึงเกิดการเดือดจนทำให้ความดันใน reboiler B สูงเกินกว่าที่ตัว reboiler B จะทนได้
 

ตัวโรงงานเดิมนั้นหอกลั่นแยกโพรพิลีน/โพรเพนมี reboiler 2 ตัวทำงานพร้อมกัน ในการออกแบบแต่แรกนั้นไม่มีการติดตั้งวาล์วเปิด-ปิดที่ท่อไหลเข้าออกตัว reboiler (ทั้งด้าน shell และ tube) ทำให้ทั้งตัวหอกลั่นและ reboiler ที่การไหลเชื่อมต่อกันตลอดเวลา ผู้ออกแบบจึงออกแบบโดยติดตั้งวาล์วระบายความดันไว้เพียงตัวเดียวที่ตัวหอกลั่น แต่สิ่งที่เกิดขึ้นภายหลังก็คือเมื่อ reboiler สกปรกมากจนต้องทำความสะอาด จำเป็นต้องหยุดเดินเครื่องหอกลั่น (และอาจหมายถึงทุกส่วนการผลิต) เพื่อที่จะได้เปิดตัว reboiler เพื่อทำความสะอาดภายในได้ ซึ่งมันคงไม่มีปัญหาอะไรถ้าหากมันตรงกับวงรอบการหยุดเดินเครื่อง (annual shutdown) (ตรงนี้ผมเองก็สงสัยเหมือนกันว่า ตอนออกแบบครั้งแรกนั้นเขาอิงการทำงานแบบนี้หรือเปล่า คือเผื่อขนาดของ reboiler เอาไว้ให้เพียงพอที่จะทำงานได้จนกว่าจะถึงเวลาหยุดเดินเครื่องครั้งใหญ่)
 

จากปัญหาดังกล่าวประกอบกับการพบว่าหอกลั่นสามารถทำงานได้ด้วย reboiler เพียงตัวเดียว ในปีค.ศ. ๒๐๐๑ (พ.ศ. ๒๕๔๔) จึงได้มีการดัดแปลงระบบด้วยการติดตั้งวาล์วให้กับท่อไหลเข้า-ออก reboiler ทั้งสองตัว (ทั้งด้าน shell และ tube) เพื่อที่จะได้ปิด reboiler ตัวหนึ่งเอาไว้เป็นตัวสำรอง และเปิดใช้งานเมื่อต้องการทำความสะอาด reboiler ตัวหลัก (รูปที่ ๓) ตามรูปแบบนี้ reboiler ตัวที่ใช้งานอยู่ยังคงได้รับการป้องกันจาก overpressure ด้วยวาล์วระบายความดันที่ติดตั้งอยู่ที่ตัวหอกลั่น ส่วนตัว reboiler ตัวที่ standby อยู่นั้น ถ้าไม่มีการให้ความร้อนใด ๆ มันก็ไม่ควรจะมีความดันเกิดขึ้นภายใน ดังนั้นมันจึงไม่ควรมีการเกิด overpressure และมันก็เป็นเช่นนั้นได้นานถึง ๑๒ ปี
 

reboiler ตัว standby นั้นอยู่ในสภาพ standby มานาน ๑๖ เดือน ในวันที่เกิดเหตุมีการพบว่าอัตราการไหลของ quench water เข้าสู่ reboiler ตัวที่ใช้งานอยู่ (operating reboiler) ลดต่ำลงเรื่อย ๆ จึงมีการตัดสินใจที่จะเปลี่ยนไปใช้ตัว reboiler ที่ standy อยู่ ในการนี้ ณ เวลา ๘.๓๓ น operation supervisor จึงไปทำการเปิดวาล์วให้ quench water ที่ร้อนไหลเข้า reboiler ตัว standby (คือแบบว่าจะให้ตัวนี้ทำงานก่อน จากนั้นจึงค่อยหยุดเดินเครื่องตัว operating reboiler) แต่สิ่งที่ operation supervisor ผู้ที่เปิดวาล์วให้ quench water ไหลเข้า reboiler ตัว standby ไม่รู้ก็คือ ใน reboiler ตัวนี้มีโพรเพนสะสมอยู่ (จะเนื่องด้วยการรั่วไหลผ่านวาล์วหรือมีการเปิดวาล์วผิดก่อนหน้านี้โดยบังเอิญก็ตามในช่วงเวลา ๑๖ เดือนที่มันอยู่ในสภาวะ standby - รูปที่ ๔) ความร้อนจาก quench water ที่ไหลเข้าไปทำให้โพรเพนใน reboiler เดือดเพิ่มความดันภายในอย่างรวดเร็วจน reboiler ระเบิด (ผลจากรับความดันไม่ได้) ในอีกประมาณ ๓ นาทีหลังเปิดให้ quench water ไหลเข้า ทำให้ operation supervisor และโอเปอร์เรเตอร์อีกผู้หนึ่งที่กำลังทำงานอยู่บริเวณนั้นเสียชีวิต (เวลา ๓ นาทีก็เรียกได้ว่าเป็นเวลาสั้น ๆ ที่ไม่น่าจะเพียงพอสำหรับการเปิดวาล์วตัวใหญ่หลายตัว อาจเป็นไปได้ที่บรรดาผู้เสียชีวิตนั้นกำลังอยู่ระหว่างกระบวนการเปิดวาล์ว

ตรงนี้มีประเด็นที่น่านำมาพิจารณาก็คือ กรณีของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนั้น เมื่อเราจะเริ่มเดินเครื่องมัน เราควรเริ่มด้วยการให้ "สายร้อน" หรือ "สายเย็น" ไหลเข้าเครื่องก่อน ในเหตุการณ์นี้สายร้อนคือ quench water ในขณะที่สายเย็นคือโพรเพนจากก้นหอ ถ้าหาก operation supervisor ทำการเปิดวาล์วด้านโพรเพนก่อน อุบัติเหตุนี้ก็คงจะไม่เกิด

บทเรียนหนึ่งที่รายงานมีการนำเสนอก็คือ ในกรณีที่ต้องการป้องกันอุปกรณ์ที่อยู่ในสถานะ standby หรือ offline เป็นเวลานานนั้น การใส่ blind (อันนี้เป็นการเรียกแบบอเมริกัน ถ้าเป็นอังกฤษจะเรียก slip plate) จะให้การป้องกันที่การรั่วไหลเข้าสู่อุปกรณ์ตัว offline ได้อย่างมั่นใจกว่า (ตรง Key Lesson ในรูปที่ ๔) แต่ก็ใช่ว่ามันจะสมบูรณ์แบบ 100% เพราะถ้าตัว blind นั้นถูกสอดทิ้งไว้เป็นเวลานานพอ มันก็อาจถูกกัดกร่อนจนทะลุได้เหมือนกันดังตัวอย่างที่นำมาให้ดูในรูปที่ ๖
 

จะว่าไปกรณีโรงกลั่นน้ำมันแห่งหนึ่งของบ้านเราที่เกิดเหตุเพลิงไหม้เมื่อปีพ.ศ. ๒๕๕๕ ก็เกิดจากการการรั่วของ slip plate ที่สอดไว้เพื่อทำการ isolation อุปกรณ์ตัวหนึ่ง (ที่ไม่ได้ใช้งานแต่ยังไม่มีการรื้อถอน) ที่คาไว้เป็นเวลานาน พอน้ำมันร้อนรั่วออกมาพบกับอากาศก็ลุกติดไฟทันทีอันเป็นผลจาก autoignition temperature (ดู Memoir ปีที่ ๑๑ ฉบับที่ ๑๖๑๒ วันพุธที่ ๓ ตุลาคม ๒๕๖๑ เรื่อง "Fire case 1 Bangchak 2555(2012)")

รูปที่ ๕ ภาพสถานที่เกิดเหตุหลังเหตุการณ์สงบ จะเห็นชิ้นส่วนท่อเชื่อมต่อระหว่าง reboiler B กับหอกลั่นนั้นปลิวไปค้างอยู่ที่ pipe rack ทางด้านบน

รูปที่ ๖ slip plate ที่ถูกใส่คาไว้ในระบบท่อเป็นเวลานานเพื่อทำการ isolation อุปกรณ์ ถูกกัดกร่อนจนทะลุ (จากหนังสือ What Went Wrong? กรณี 1.1.6(a)

ทิ้งท้ายไว้นิดนึง รายงานการสอบสวนอุบัติเหตุของ CSB ฉบับนี้ก็เริ่มต้นด้วยข้อความที่นำมาจากหนังสือ What Went Wrong? ของ Prof. T.A. Kletz เช่นกัน

การกำจัดสิ่งปนเปื้อนจากเอทิลีน (Ethylene purification) MO Memoir : Tuesday 8 May 2561

เอทิลีน (Ethylene H₂C=CH₂) เป็นโอเลฟินส์ตัวหลักสำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเคมี วิธีการผลิตหลักที่ใช้กันก็คือกระบวนการ thermal cracking หรือแตกตัวด้วยความร้อน กล่าวคือจะนำไฮโดรคาร์บอนไหลผ่านท่อที่มีเปลวไฟให้ความร้อนอยู่ภายนอก โมเลกุลขนาดใหญ่ของไฮโดรคาร์บอนเมื่อได้รับความร้อนที่สูงพอก็จะแตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลง ส่วนที่ว่าต้องใช้อุณหภูมิสูงเท่าใดนั้นก็ขึ้นอยู่กับขนาดโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนที่เป็นสารตั้งต้น กล่าวคือถ้าสารตั้งต้นเป็นไฮโดรคาร์บอนเบา (เช่นอีเทน) ก็จะใช้อุณหภูมิที่สูง (เช่นราว ๆ 800-1000ºC) แต่ถ้าสารตั้งต้นเป็นไฮโดรคาร์บอนหนัก (เช่นแนฟทาหรือหนักไปจนถึงระดับน้ำมันเตา) ก็จะใช้อุณหภูมิที่ลดต่ำลง
 

ตามหลักสมดุลเคมีของเลอชาเตอลิเอ (Le Chatelier's principle) แล้ว ปฏิกิริยาในเฟสแก๊สที่มีจำนวนโมลผลิตภัณฑ์มากกว่าโมลสารตั้งต้นจะเกิดได้ดีขึ้นที่ความดันที่ต่ำลง ปฏิกิริยาที่ไฮโดรคาร์บอนหนักแตกตัวเป็นเอทิลีนนั้นก็เป็นปฏิกิริยาที่มีจำนวนโมลเพิ่มมากขึ้น (คืออย่างน้อยก็มีการเกิดแก๊สไฮโดรเจนขึ้น) ดังนั้นเพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าได้ดีขึ้นจึงมีการผสมไอน้ำเข้าไปกับไฮโดรคาร์บอนเพื่อไปลดความดันย่อยของไฮโดรคาร์บอนให้ลดต่ำลง เพื่อให้ปฏิกิริยาการแตกตัวนั้นเกิดได้ดีขึ้น แต่ก็ใช่ว่าการทำเช่นนี้จะไม่มีข้อเสียอะไรเลย
 

เนื่องจากปฏิกิริยาเกิดที่อุณหภูมิสูง โลหะที่ใช้ทำท่อที่รับความร้อนจากเปลวไฟจึงต้องสามารถทนอุณหภูมิที่สูงได้ โลหะที่ใช้จึงเป็นพวกเหล็กกล้าผสมสูง (high alloy steel) และหนึ่งในแร่ธาตุที่เป็นองค์ประกอบของโลหะดังกล่าวคือนิเกิล (Ni) แต่แม้ว่าโลหะนิเกิลที่ผสมเข้าไปนั้นทำให้ท่อโลหะผสมทนต่ออุณหภูมิสูงได้ แต่ตัวนิเกิลเองก็เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดสารประกอบไฮโดรคาร์บอนหนักที่เรียกว่า coke เกาะบนผิวด้านในของท่อได้ coke เป็นสารประกอบคาร์บอนโมเลกุลใหญ่ที่คงสภาพเป็นของแข็งอยู่ได้ที่อุณหภูมิสูง coke เกิดจากโอเลฟินส์โมเลกุลเล็กสลายตัวและคายโมเลกุลไฮโดรเจนออกมา (ซึ่งปฏิกิริยานี้ก็เกิดได้ดีที่ความดันต่ำเช่นกัน) จนในที่สุดนำไปสู่การเกิดโครงสร้างที่แทบจะมีแต่คาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก coke ที่เกาะบนผิวท่อจะไปลดการส่งผ่านความร้อนจากภายนอกให้กับแก๊สที่ไหลอยู่ภายในนั้นให้ต่ำลง และถ้าการสะสม coke ดังกล่าวเกิดขึ้นเฉพาะจุดใดจุดหนึ่งบนผิวท่อ ก็อาจทำให้ผิวท่อตรงตำแหน่งที่ coke สะสมมากเป็นพิเศษนั้นร้อนจัดจนเกิดความเสียหายได้
 

ไอน้ำที่เติมเข้าไปไม่เพียงแต่จะไปลดความดันย่อยในระบบให้ต่ำลง แต่ยังไปเพิ่มอัตราการไหลของแก๊สในท่อให้สูงขึ้น อัตราการไหลที่สูงขึ้นจะช่วยในการเฉือนของแข็งที่เกาะผิวท่อนั้นออกไป แต่ถ้าสูงเกินไปก็จะทำให้เกิด erosion มากตามไปด้วย โดยเฉพาะตรงตำแหน่งข้องอ ในขณะเดียวกันด้วยอุณหภูมิที่สูง ไอน้ำบางส่วนจะเข้าทำปฏิกิริยากับสารตั้งต้นที่ทำให้เกิด coke ทำให้โมเลกุลสารตั้งต้นเหล่านั้นสลายตัวกลายเป็นแก๊สไป (โดยอาศัยอะตอมไฮโดรเจนจากไอน้ำ)
 

ปรกติไฮโดรคาร์บอนที่เป็นของเหลวจะมีสารประกอบกำมะถันอินทรีย์ปะปนอยู่ ปริมาณสารประกอบกำมะถันที่ปะปนอยู่นี้จะเพิ่มตามจุดเดือดของไฮโดรคาร์บอน กล่าวคือยิ่งเป็นน้ำมันหนักก็จะยิ่งมีสารประกอบกำมะถันปะปนอยู่มากขึ้น สารประกอบกำมะถันนี้เป็น catalyst poison (สารที่เป็นพิษต่อตัวเร่งปฏิกิริยา) ในหลากหลายปฏิกิริยา แต่สำหรับปฏิกิริยา thermal cracking แล้วการมีสารประกอบกำมะถันจัดว่าเป็นข้อดี เพราะมันเป็นพิษต่อโลหะ Ni ที่ผสมอยู่ในเนื้อโลหะ ทำให้ความสามารถของอะตอม Ni ในการเร่งปฏิกิริยาการเกิด coke ลดต่ำลง จึงช่วยลดการเกิด coke ได้ แต่สำหรับไฮโดรคาร์บอนเบา (เช่นพวก C₂-C₄ หรือแนฟทาเบา) อาจไม่มีสารประกอบกำมะถันปะปนอยู่หรือมีอยู่ในปริมาณที่ต่ำเกินไป ในกรณีนี้ก็ต้องมีการผสมสารประกอบกำมะถันเข้าไปกับไฮโดรคาร์บอนก่อนป้อนเข้าเตา cracker ตัวอย่างของสารประกอบกำมะถันที่ผสมเข้าไปได้แก่ dimethyl sulphide (H₃C-S-CH₃) และ dimethyl disulphide (H₃C-S-S-CH₃)
 

ที่ร่ายยาวมาหนึ่งหน้ากระดาษก็ไม่ใช่อะไรหรอกครับ ก็เพื่อต้องการจะแสดงให้เห็นว่าเอทิลีนที่ผลิตได้นั้นมีสารประกอบที่มีอะตอม O และอะตอม S ปะปนอยู่ได้อย่างไร ก็เพราะว่ามันมากับไอน้ำและสารประกอบกำมะถันที่เติมเข้าไปก่อนการเกิดปฏิกิริยา thermal cracking นั่นเอง
 

เอทิลีนที่โรงโอเลฟินส์ผลิตได้นั้นก็มีโอกาสที่จะมีสารปนเปื้อนที่มีขนาดโมเลกุลเล็กและมีจุดเดือดต่ำเช่น แก๊สออกซิเจน (O₂) อะเซทิลีน (acetylene HCCH) คาร์บอนมอนออกไซด์ (carbon monoxide CO) และไฮโดรเจนซัลไฟล์ (hydrogen sulphide H₂S) ที่สามารถหลุดรอดผ่านกระบวนการกลั่นแยกโอเลฟินส์ที่ใช้อุณหภูมิที่ต่ำได้ เมื่อโรงงานที่อยู่ทางด้าน dowstream เช่นโรงงานผลิตพอลิเอทิลีนจะรับเอาโอเลฟินส์เหล่านี้ไปใช้งาน ก็ต้องมีการพิจารณว่าปริมาณสิ่งปนเปื้อนเหล่านี้ (ซึ่งต่างเป็นสิ่งที่เป็นพิษต่อตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการสังเคราะห์พอลิโอเลฟินส์นั้น) อยู่ในระดับที่ยอมรับได้หรือไม่ ถ้าพบว่ามันมีอยู่ในระดับที่สูงเกินไปก็ต้องทำการกำจัดมันออกจากเอทิลีนก่อนที่จะเอาเอทิลีนไปเข้ากระบวนการ 
  

สารที่เป็นพิษต่อตัวเร่งปฏิกิริยาหรือ catalyst poison นี้อาจเข้าไปทำลายตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างถาวร หรือเข้าไปหน่วงให้การเกิดปฏิกิริยาที่ต้องการนั้นลดต่ำลง กระบวนการผลิตพอลิโอเลฟินส์เช่นพอลิเอทิลีนและพอลโพรพิลีนที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาตระกูล Ziegler-Natta นั้นในระหว่างการทำปฏิกิริยาจะมีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าไปในระบบตลอดเวลา เพราะเมื่อเกิดพอลิเมอร์ขึ้น พอลิเมอร์จะห่อหุ้มตัวเร่งปฏิกิริยานั้นเอาไว้และนำพาเอาตัวเร่งปฏิกิริยาติดออกจาก reactor ไปพร้อมกับผงพอลิเมอร์ที่ออกไปด้วย ในกรณีที่สิ่งปนเปื้อนนั้นไม่ส่งผลต่อตัวเร่งปฏิกิริยาหรือคิดว่าการยอมสูญเสียตัวเร่งปฏิกิริยาไปบางส่วนนั้นคุ้มค่ากว่าการต้องมีหน่วยกำจัดสิ่งปนเปื้อน ก็ไม่จำเป็นต้องมีหน่วยกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกจากเอทิลีน (เพราะมันก็มีต้นทุนในการติดตั้งและเดินเครื่องหน่วยนี้อยู่เหมือนกัน)

รูปที่ ๑ กระบวนการกำจัด O₂ และ CO ออกจากเอทิลีน โดยในเบดแรกนั้นทำการกำจัด O₂ ก่อนด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ Cu ส่วนในเบดที่สองนั้นจะทำการกำจัด CO ออกด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะออกไซด์ CuO รูปนี้นำมาจากเอกสารเรื่อง "Adsorbent Product Application Technology Considerations in the Production of Polyolefins" ซึ่งเป็น newsletter ของบริษัทUOP
 

เคยได้ยินเหมือนกันเรื่องของกระบวนการผลิตพอลิเอทิลีนกระบวนการหนึ่ง ที่เจ้าของเทคโนโลยีระบุว่าเอทิลีนที่มีใช้ต้องมีความบริสุทธิ์สูง ทำให้โรงงานต้องติดตั้งหน่วยกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกจากเอทิลีน แต่เอาเข้าจริงพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยามีความว่องไวสูงมากจนไม่สามารถควบคุมอุณหภูมิได้ (ปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนมากอยู่เหมือนกัน) เลยต้องมีการ bypass หน่วยกำจัดสิ่งปนเปื้อนนี้ เพื่อให้สิ่งปนเปื้อนเข้าไปลดความว่องไวของตัวเร่งปฏิกิริยาให้ต่ำลงจนสามารถควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้
 

สิ่งปนเปื้อนที่ติดมากับเอทิลีนนั้นมีปริมาณในระดับ ppm (จะเรียกว่าระดับ 0.xxx หรือ xx.0 ppm ก็ได้) และด้วยความเข้มข้นที่ต่ำระดับนี้วิธีการกำจัดจึงมักใช้สารดูดซับหรือตัวเร่งปฏิกิริยา โดยใช้สารดูดซับจับเอาสิ่งปนเปื้อนเอาไว้ หรือไม่ก็ทำการเปลี่ยนสิ่งปนเปื้อนนั้นให้กลายเป็นสารอื่นที่ไม่เป็นพิษต่อตัวเร่งปฏิกิริยาหรือกำจัดออกได้ง่ายขึ้น และวิธีการหนึ่งที่ใช้ในการกำจัด O₂ และ CO ก็คือ การให้ O₂ นั้นทำปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นโลหะเพื่อเปลี่ยนโลหะนั้นให้กลายเป็นโลหะออกไซด์ และให้ CO ทำปฏิกิริยากับตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดโลหะออกไซด์โดยให้ CO ไปรีดิวซ์โลหะออกไซด์ให้กลายเป็นโลหะ ส่วน CO นั้นก็จะเปลี่ยนไปเป็น CO₂ ที่ง่ายต่อการกำจัดออกมากขึ้น และตัวเร่งปฏิกิริยาตัวหนึ่งที่ใช้กันก็คือตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะทองแดง (Cu) และทองแดงออกไซด์ (CuO)
 

อันที่จริงตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งสองก็เป็นตัวเดียวกัน คือมันจะมาในรูปของ CuO ถ้าจะใช้เพื่อการกำจัด O₂ ก็ต้องทำการรีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจนให้กลายเป็น Cu ก่อนใช้งาน ในระหว่างการทำงานมันก็จะเปลี่ยนรูปไปเป็น CuO และพอเปลี่ยนรูปไปจนหมดก็ต้องทำการรีดิวซ์ให้กลับมาเป็น Cu ใหม่เพื่อใช้งานใหม่ แต่ถ้าใช้เพื่อกำจัด CO ก็ใช้ในรูปของ CuO เลย โดย CO จะไปรีดิวซ์ CuO ให้กลายเป็น Cu แล้วตัวมันจะกลายเป็น CO₂ ไป พอ CuO ถูกรีดิวซ์เป็น Cu หมด ก็ต้องทำการออกซิไดซ์ใหม่ด้วย O₂ เพื่อให้มันกลายเป็น CuO จะได้นำกลับมาใช้งานได้ใหม่
 

ดู ๆ แล้วก็น่าคิดนะครับว่ามันน่าจะมีเบดเดียวที่มีทั้ง Cu และ CuO รวมกันอยู่ก็น่าจะพอ แต่ทำไมต้องมีสองเบดแยกกันกำจัดด้วยด้วย เหตุผลหนึ่งก็คือการกำจัด CO ต้องการอุณหภูมิที่สูงกว่า ส่วนปฏิกิริยาการกำจัด O₂ นั้นแม้ว่าจะเกิดที่อุณหภูมิสูงได้ แต่มันเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนสูง ที่อาจทำให้เกิด hot spot ขึ้นในระบบได้ถ้าระบบมีออกซิเจนมากและใช้อุณหภูมิสูงเกินไปในการทำปฏิกิริยา

รูปที่ ๒ ปฏิกิริยาที่เกิดในเบดที่ใช้กำจัด O₂ และ CO
 

ตัวเร่งปฏิกิริยา CuO นี้ยังทำหน้าที่กำจัดสารประกอบกำมะถันเช่น H₂S ได้นะครับ (ปฏิกิริยาในรูปที่ ๒) แต่มีข้อแม้ว่าในแก๊สนั้นต้องไม่มีอะเซทิลีน (C₂H₂) อยู่ด้วย เพราะอะเซทิลีนสามารถทำปฏิกิริยากับโลหะ Cu กลายเป็นสารประกอบ copper acetylide ที่ไวต่อแรงกระแทกและความร้อน จัดเป็นวัตถุระเบิดแรงสูง จนทำให้มีข้อห้ามในการใช้ชิ้นส่วนที่เป็นโลหะทองแดงในระบบที่ต้องสัมผัสกับแก๊สอะเซทิลีน
 

ดังนั้นในกรณีที่เอทิลีนนั้นมีอะเซทิลีนปนอยู่ด้วย ก็ต้องทำการกำจัดอะเซทิลีนออกก่อน วิธีการที่ใช้กันก็คือปฏิกิริยา acetylene hydrogenation คือทำการเติมไฮโดรเจนให้กับอะเซทิลีนเพื่อเปลี่ยนมันให้กลายเป็นเอทิลีน ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นโลหะ และปริมาณไฮโดรเจนที่เติมเข้าไปต้องเพียงพอที่จะกำจัดอะเซทิลีนได้หมดแต่ต้องไม่มากจนเหลือเปลี่ยนเอทิลีนให้กลายเป็นอีเทน ซึ่งเป็นการสูญเสียผลิตภัณฑ์เอทิลีนไป
 

อันที่จริงทั้ง H₂S และ CO ต่างก็เป็น catalyst poison ของตัวเร่งปฏิกิริยา acetylene hydrogenation แต่ตัว CO นั้นถ้ามีในปริมาณที่เหมาะสมจะทำให้การควบคุมการเติมไฮโดรเจนให้กับอะเซทิลีนโดยไม่เกิดการเติมไฮโดรเจนให้กับเอทิลีนนั้นทำได้ง่ายขึ้น ดังนั้นถ้าในแก๊สผสมนั้นมีสารประกอบกำมะถันอยู่ด้วย ก็ต้องกำจัดสารประกอบกำมะถันออกก่อนการกำจัดอะเซทิลีน กำจัดกำมะถันเสร็จก็ต้องกำจัดอะเซทิลีนเพื่อป้องกันไม่ให้มันไปทำปฏิกิริยากับโลหะ Cu ที่ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยากำจัด O₂ และ CO จากนั้นจึงค่อยกำจัด O₂ ที่อุณหภูมิต่ำก่อนกำจัด CO เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิด hot spot ขึ้นในเบด พอกำจัด CO เสร็จก็จะเกิด CO₂ ขึ้นซึ่งต้องมาทำการกำจัดกันต่ออีก CO₂ ในปริมาณต่ำมากเช่นนี้กำจัดได้ด้วยการให้มันทำปฏิกิริยากับเบสที่เป็นของแข็งเช่น KOH (ที่จะเปลี่ยนสภาพไปแบบไม่ผันกลับ และมันก็เป็นเบสที่แรงกว่า NaOH) และเพื่อจะให้กำจัด CO₂ ได้ดีก็ควรต้องมีการเติมน้ำให้กับเบด KOH เล็กน้อย ดังนั้นเอทิลีนที่ผ่านการกำจัด CO₂ แล้วก็จะมีไอน้ำปะปนมา จึงต้องมีหน่วยกำจัดไอน้ำออกอีกโดยอาศัยการดูดซับด้วยสารดูดความชื้น (เช่นพวก molecular sieve ต่าง ๆ) ก่อนที่จะนำเอทิลีนไปใช้ในกระบวนการพอลิเมอร์ไรซ์ต่อไป (รูปที่ ๓)

รูปที่ ๓ ตัวอย่างการจัดวางลำดับหน่วยกำจัดสารปนเปื้อนออกจากเอทิลีน

ที่เล่ามาก็คือเทคโนโลยีทีมีโอกาสได้ไปเรียนรู้มาสมัยจบใหม่ ๆ และทำงานก่อสร้างโรงงาน (ก็เมื่อ ๓๐ ปีที่แล้ว) ถือเสียว่าเป็นบันทึกความทรงจำส่วนตัวว่าเคยได้เรียนรู้อะไรมาบ้าง และเป็นการยกตัวอย่างการออกแบบกระบวนการก็แล้วกันนะครับว่า ถ้าหากมีสารที่ต้องการกำจัดอยู่หลายตัว ควรที่จะเลือกกำจัดสารตัวไหนเรียงลำดับกันอย่างไร และด้วยเหตุผลใด

ข้อกำหนดคุณลักษณะที่ Battery limit (๑) MO Memoir : Sunday 30 April 2560

คำว่า "Battery" สำหรับคนทั่วไปคงจะนึกถึงแต่แบตเตอรี่หรือเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เป็นแหล่งให้พลังงาานไฟฟ้า แต่มันยังมีความหมายอื่นอีก เช่นในวงการทหารจะใช้คำนี้กับปืนใหญ่ที่จัดรวมเป็นกลุ่ม เช่นถ้าเป็นทหารบกก็จะเป็นปืนใหญ่หลายกระบอกที่นำมาจัดกลุ่มตั้งยิง (Artillery battery) แต่ถ้าเป็นทหารเรือก็จะเป็นป้อมปืนที่ประกอบด้วยปืนใหญ่หลายกระบอก แต่คำว่า "Battery limit" ในที่นี้จะมีความหมายเป็น "ขอบเขตความรับผิดชอบระหว่างสองพื้นที่" ที่อาจเป็นขอบเขตทางกายภาพหรือขอบเขตตามภูมิศาสตร์ก็ได้
 

เพื่อให้เห็นภาพความแตกต่างระหว่างขอบเขตทางกายภาพลองนึกภาพบ้านหลังหนึ่งที่มีรั้วล้อมรอบ ขอบเขตตามภูมิศาสตร์ของบ้านหลังนั้นคือรั้ว แต่บ้านหลังนี้มีการใช้ไฟฟ้า มีการติดมิเตอร์ไฟฟ้าไว้ที่เสาไฟฟ้าหน้าบ้าน สิ่งที่การไฟฟ้าทำคือการเดินสายไฟฟ้าจากสายส่งมายังมิเตอร์ (ที่อยู่นอกบ้าน) เจ้าของบ้านหลังดังกล่าวต้องรับผิดชอบส่วนสายไฟตั้งแต่ด้านขาออกจากมิเตอร์ (ที่อยู่นอกบ้าน) เข้าไปในตัวบ้าน ตรงตำแหน่งด้านขาออกจากมิเตอร์คือ Battery limit ในส่วนของไฟฟ้า
 

ในอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมัน ปิโตรเคมี หรือเคมีนั้น คำว่า Inside Battery Limit (ISBL) จะหมายถึงด้านที่เป็นขอบเขตความรับผิดชอบของโรงงาน ส่วน Outside Battery Limit (OSBL) จะหมายถึงด้านที่อยู่นอกขอบเขตความรับผิดชอบของโรงงาน ในกลุ่มโรงงานที่มีการส่งวัตถุดิบหรือผลิตภัณฑ์กันระหว่างโรงงานด้วยการใช้ระบบท่อส่งนั้น จะต้องมีการกำหนดจุดแบ่ง (ปรกติก็จะเป็นตำแหน่งหน้าแปลน) ที่แบ่งความรับผิดชอบว่าด้านไหนเป็นของฝ่ายไหน ถ้าเปรียบเทียบกับน้ำประปาที่ส่งให้ตามบ้าน ท่อจากมิเตอร์น้ำออกมาเข้าไปในตัวบ้านเป็นความรับผิดชอบของเจ้าของบ้าน ส่วนตั้งแต่ตัวมิเตอร์ออกไปเป็นส่วนความรับผิดชอบของการประปา
 

โรงงานผลิตโอเลฟินส์ (olefin) ก็ทำหน้าที่ผลิตเอทิลีนเป็นหลัก จากนั้นก็จะส่งโอเลฟินส์ที่ผลิตได้ส่งไปยังคลังเก็บ (ซึ่งอาจเป็นการเก็บในถังเก็บ cryogenic ที่ความดันบรรยากาศ) เพื่อรอการจัดจำหน่ายต่อไป ซึ่งอาจเป็นการส่งไปให้กับโรงงานอื่นที่อยู่ข้างเคียงผ่านทางระบบท่อ หรือส่งออกในรูปของเหลวบรรทุกไปทางเรือ 
  

โรงงานอื่นที่นำเอาโอเลฟินส์ไปใช้ผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ตัวอื่นที่อยู่ใกล้กับโรงงานผลิตโอเลฟินส์ ก็มักจะรับโอเลฟินส์ที่โรงงานผลิตโอเลฟินส์นั้นผลิตได้ที่ส่งมาทางระบบท่อ แต่ในขณะเดียวกันก็อาจต้องมีการวางแผนการรับโอเลฟินส์จากแหล่งอื่น (เช่นส่งมาทางเรือมาสำรองไว้ที่คลังเก็บ) ในกรณีที่โรงงานผลิตโอเลฟินส์นั้นหยุดเดินเครื่อง ดังนั้นโรงงานที่รับเอาโอเลฟินส์ไปใช้งานนั้นจึงจำเป็นที่ต้องรู้องค์ประกอบของโอเลฟินส์ที่จะรับเข้ามา ว่าสามารถนำมาใช้ในกระบวนการผลิตของตัวเองได้เลยหรือไม่ หรือจำเป็นต้องมีการปรับปรุงคุณสมบัติให้เหมาะสมก่อนนำไปใช้ในกระบวนการผลิต (เช่นการกำจัดสิ่งเจือปนที่มากเกินไปออก) เพราะถ้าพบว่าต้องทำการปรับปรุงคุณสมบัติ ก็จะได้ออกแบบโรงงานให้มีหน่วยปรับปรุงคุณสมบัติโอเลฟินส์

เรื่องราวของบทความชุดนี้จะเป็นการยกตัวอย่างข้อกำหนดคุณลักษณะของสารเคมีหรือสาธารณูปโภคบางตัวที่ตำแหน่ง Battery limit ของโรงงาน เพื่อช่วยให้มองเห็นภาพว่าในการออกแบบโรงงานนั้น วิศวกรผู้ออกแบบควรต้องรู้เงื่อนไขอะไรที่เป็นปัจจัยภายนอก ที่ส่งผลต่อการออกแบบโรงงาน

จะว่าไปบทความชุดนี้จะเรียกว่าเป็นส่วนขยายของบทความชุด "ทำความรู้จัก Project Design Questionnaire" กับ "ทำความรู้จัก Process Design Questionnaire" ก็ได้ เพียงแต่ว่าในบทความสองชุดก่อนหน้านี้เป็นเพียงแค่การยกตัวอย่างหัวข้อ แต่ในบทความชุดนี้จะเป็นการให้รายละเอียดสำหรับบางหัวข้อ โดยจะขอเริ่มจากวัตถุดิบก่อน ตัวเลขข้อมูลต่าง ๆ ที่นำมาแสดงเป็นเพียงตัวอย่างข้อมูลที่ตำแหน่ง Battery limit เท่านั้นนะ อย่าไปยึดติดว่ามันต้องเป็นจริงตามนี้เสมอ

เอทิลีนที่ผลิตได้ถูกเก็บไว้ในถังเก็บในสภาพที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง ที่ความดันบรรยากาศ เมื่อต้องการส่งเอทิลีนไปยังผู้ใช้ก็จะทำการระเหยให้กลายเป็นไอก่อน แล้วค่อยเพิ่มความดันเพื่อให้ส่งไปตามระบบท่อได้ วิธีการนี้ทำให้ไม่สิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายในส่วนของโลหะที่ใช้ทำท่อที่ต้องทนอุณหภูมิต่ำได้ และการหุ้มฉนวน และสิ่งที่ลูกค้าต้องการใช้งานก็คือเอทิลีนในสภาพที่เป็นแก๊สที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิห้องอยู่แล้ว ส่วนความดันนั้น ถ้าความดันที่รับเข้ามาสูงเพียงพอสำหรับการใช้ในกระบวนการผลิตของผู้รับ ทางฝ่ายผู้รับก็ไม่จำเป็นต้องมีระบบเพิ่มความดันให้กับแก๊สที่รับเข้ามา มีเพียงแค่ระบบลดความดันเท่านั้นเอง
 

ในหลายกระบวนการ เช่นกระบวนการผลิตพอลิโอเลฟินส์ที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาตระกูล Ziegler-Natta นั้น (เช่นการผลิตพอลิเอทิลีนพวก HDPE, LLDPE และการผลิตพอลิโพรพิลีน) ตัวเร่งปฏิกิริยากลุ่มนี้จะเสื่อมสภาพได้เมื่อพบกับสารประกอบมีขั้วและโมเลกุลบางชนิด เช่น CO, CO₂, H₂O, O₂, CH₃OH, สารประกอบคาร์บอนนิล (พวกมีหมู่ -CO-) และสารประกอบกำมะถัน แม้ว่าสารเหล่านี้จะมีปะปนมากับเอทิลีนในปริมาณที่ต่ำมากก็ตาม แต่เมื่อพิจารณาอัตราการไหลของเอทิลีนที่ป้อนเข้ามา (เอทิลีนในระดับ 10 ตันต่อชั่วโมงก็ไม่ได้ถือว่ามากอะไร) และปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในกระบวนการผลิต (ที่ใฃ้น้อยมากเมื่อเทียบกับปริมาณเอทิลีนที่เปลี่ยนไปเป็นพอลิเมอร์ คือใช้ในระดับ kg/hr) ก็อาจพบว่าปริมาณสารปนเปื้อนที่เป็นพิษต่อตัวเร่งปฏิกิริยานี้เมื่อนับรวมกันแล้ว อาจสูงจนก่อให้เกิดความสูญเสียตัวเร่งปฏิกิริยาที่จำเป็นสำหรับกระบวนการผลิตในระดับที่มากเกินไป 
  

ส่วนระดับสารปนเปื้อนที่มากเกินไปนั้นอยู่ตรงไหนนั้น คงต้องไปดูข้อกำหนดของเจ้าของเทคโนโลยีที่ใช้ในการผลิตพอลิโอเลฟินส์แต่ละราย เพราะตัวเร่งปฏิกิริยาของเจ้าของเทคโนโลยีแต่ละรายนั้นทนต่อสารปนเปื้อนที่เป็นพิษนี้ไม่เท่ากัน ข้อมูลตรงนี้นส่งผลต่อการออกแบบหน่วยกำจัดสิ่งปนเปื้อนให้กับเอทิลีน ถ้าพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยานั้นไม่สามารถทนต่อระดับปริมาณสารปนเปื้อนที่เป็นพิษที่มากับเอทิลีนที่รับเข้ามาได้ ทางผู้รับเอทิลีนก็ต้องมีหน่วยปรับปรุงคุณภาพเอทิลีนก่อนนำไปใช้งาน (ผู้ผลิตเอทิลีนเขาไม่ทำให้เป็นพิเศษกับผู้ใช้แต่ละราย เพราะเขาผลิตเอทิลีนในปริมาณมากเพื่อส่งให้กับผู้ใช้หลายราย) ก็จะมีค่าใช้จ่ายในการผลิตตรงส่วนนี้เพิ่มขึ้น แต่ถ้าพบว่าพอจะยอมรับปริมาณสารปนเปื้อนที่เป็นพิษนี้ได้ เขาก็อาจจะยอมสูญเสียตัวเร่งปฏิกิริยาไปบางส่วน (เป็นค่าใช้จ่ายในส่วนของการทำปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้น) แต่เขาจะไปประหยัดค่าใช้จ่ายที่ไม่ต้องมีหน่วยกำจัดสารปนเปื้อนให้กับเอทิลีน
 

เรื่องความบริสุทธิ์ของเอทิลีนที่เหมาะสมกับกระบวนการผลิตนั้นเป็นสิ่งที่ผู้ซื้อกระบวนการผลิตต้องตกลงกับผู้ขายเทคโนโลยีการผลิตให้ดี เพราะถ้าหากตอนตกลงกันนั้นผู้ขายเทคโนโลยีบอกว่าเอทิลีนที่จะซื้อมานั้นใช้ได้เลย ไม่มีปัญหา ผู้ซื้อเทคโนโลยีก็เลยสร้างโรงงานที่ไม่มีหน่วยเพิ่มความบริสุทธิ์ แต่พอเอาเข้าจริงแล้วใฃ้ไม่ได้ ทางผู้ขายเทคโนโลยีจะรับผิดขอบอย่างไร (เช่นยอมให้ปรับเงินประกัน) แล้วทางผู้ซื้อเทคโนโลยีจะแก้ปัญหาอย่างไร (เช่นจะฝืนใช้ไปก่อนแล้วค่อยติดตั้งหน่วยเพิ่มความบริสุทธิ์ภายหลัง)
 

แต่ในทางกลับกันใช่ว่าจะดีเสมอไป เคยได้ยินเรื่องเล่ามาเหมือนกันว่าเจ้าของเทคโนโยลีกระบวนการผลิตพอลิเมอร์นั้นกำหนดความบริสุทธิ์ของเอทิลีนไว้ซะสูงกว่าที่ผู้ซื้อเทคโนโลยีจัดหาได้ ทำให้ผู้ซื้อเทคโนโลยีต้องออกแบบโรงงานโดยให้มีหน่วยกำจัดสิ่งปนเปื้อนให้กับเอทิลีน (ทางผู้ซื้อเทคโนโลยีเป็นคนออกเงินในส่วนนี้) แต่พอเอาเข้าจริงแล้วพบว่าเอทิลีนที่ผ่านหน่วยปรับปรุงคุณภาพแล้วมีความบริสุทธิ์ที่สูงมาก ประกอบกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้นั้นมีความว่องไวสูงมาก ทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้รวดเร็วมากจนไม่สามารถระบายความร้อนที่คายออกมาในปริมาณมากได้ทัน ก่อให้เกิดปัญหาในกระบวนการผลิต สุดท้ายก็เลยแก้ปัญหาด้วยการ bypass หน่วยเพิ่มความบริสุทธิ์ให้กับเอทิลีน คือสร้างแล้ว แต่สุดท้ายไม่ได้ใช้ อย่างนี้จะเรียกว่าเป็นการสูญเปล่าของผู้ซื้อเทคโนโลยีหรือไม่ก็ไม่รู้เหมือนกัน และเจ้าของเทคโนโลยีการผลิตพอลิเมอร์ที่บอกกับผู้ซื้อเทคโนโลยีว่าจำเป็นต้องมีหน่วยนี้ แสดงความรับผิดชอบอย่างใดหรือไม่นั้น ก็ไม่ทราบเหมือนกัน

ไฮโดรคาร์บอน C₃ และ C₄ สามารถทำให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้ด้วยการเพิ่มความดัน ดังนั้นมันจึงมักถูกเก็บเอาไว้ในรูปของเหลวภายใต้ความดัน และส่งจ่ายไปตามท่อให้กับผู้ซื้อในรูปของเหลว (สูบจ่ายของเหลวใช้พลังงานน้อยกว่าการอัดความดันให้กับแก๊ส และการส่งในรูปของเหลวยังใช้ท่อที่มีขนาดเล็กกว่าด้วย)
 

โพรเพนและโพรพิลีนเป็นคู่สารที่มีจุดเดือดใกล้กันมาก การกลั่นแยกทำได้ยาก (ต้องใช้หอกลั่นที่มีจำนวน tray มาก) แต่เนื่องจากโพรเพนมักเป็นสารที่เฉื่อยในปฏิกิริยาที่นำโพรพิลีนไปใช้เป็นสารตั้งต้น ดังนั้นจึงพอจะยอมให้มีโพรเพนผสมอยู่ในโพรพิลีนในระดับที่สูงหน่อย (เมื่อเทียบกับกรณีของเอทิลีน-อีเทน)

ในการแยกไฮโดรคาร์บอน C₂ ออกจาก C₃ และพวกที่หนักกว่านั้น จะทำการกลั่นแยกที่อุณหภูมิต่ำและแยกพวก C₂ ออกไปในรูปของไอ ในขณะที่พวก C₃ พวกที่หนักกว่านั้นออกไปในรูปของเหลว ทำให้ในโพรพิลีนนั้นมีไฮโดรคาร์บอนหนักปนเปื้อนมากกว่าในกรณีของเอทิลีน ส่วน green oil เป็นพวกไฮโดรคาร์บอนหนักที่เกิดจากการต่อโมเลกุลเข้าด้วยกัน (การพอลิเมอร์ไรซ์) ของไฮโดรคาร์บอนเบา สาเหตุที่มีของ green oil อาจมาจากอุณหภูมิและความดันที่สูงในบางช่วงของกระบวนการผลิตเอทิลีน (เช่นในตอนเพิ่มความดันให้กับแก๊สที่ออกมาจาก cracker ก่อนเข้าหน่วยกลั่นแยก) หรือตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในกระบวนการผลิต (เช่นหน่วยกำจัดอะเซทิลีน)
 

ในกระบวนการผลิตพอลิเอทิลีนก็มีการใช้โพรพิลีนเป็นโมโนเมอร์ร่วมกับเอทิลีน โดยใช้เป็นตัวปรับความหนาแน่นของพอลิเอทิลีนที่ผลิตได้ (เพิ่มระยะห่างระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์)

การผลิตพอลิเอทิลีนใช้แก๊สไฮโดรเจนเป็นตัวควบคุมความยาวสายโซ่พอลิเมอร์ ถ้าผสมไฮโดรเจนในสัดส่วนที่สูงในระหว่างการทำปฏิกิริยาก็จะได้พอลิเมอร์สายโซ่สั้น พอลิเมอร์สายโซ่สั้นจะหลอมง่าย ไหลง่าย เหมาะสำหรับการฉีดขึ้นรูปในแม่แบบ (injection molding) แต่ถ้าต้องการพอลิเมอร์มาทำเป็นฟิลม์ เป็นถุงพลาสติก ก็ผสมไฮโดรเจนน้อยหน่อย จะได้พอลิเมอร์สายโซ่ยาวที่หนืด เป่าขึ้นรูปให้โป่งพองได้
 

แหล่งที่มาหลักของไฮโดรเจนนั้นมีอยู่สองแหล่งด้วยกัน แหล่งแรกคือจากกระบวนการผลิตโอเลฟินส์ ไฮโดรเจนตรงนี้จะมีสิ่งเจือปนเยอะหน่อย (อย่างเช่นที่เอามาให้ดู) แหล่งที่สองคือจากกระบวนการผลิตโซดาไฟ (NaOH) ที่ใช้ไฟฟ้าในการแยกสารละลายเกลือ NaCl ไฮโดรเจนจากแหล่งนี้จะมีความบริสุทธิ์ได้สูงกว่า (ขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำและเกลือที่ใช้) ในระหว่างที่โรงงานโอเลฟินส์เดินเครื่องนั้น จะมีการผลิตไฮโดรเจนตลอดเวลา แต่มักจะไม่มีการเก็บไฮโดรเจนสำรอง (เพราะต้องเก็บในรูปของแก๊สความดันสูง) ในกรณีที่โรงงานผลิตโอเลฟินส์หยุดเดินเครื่องก็จะไม่มีการจ่ายไฮโดรเจนให้กับโรงงานผลิตพอลิเมอร์ แต่ก็จะยังมีเอทิลีนที่สำรองไว้ในถังเก็บ ดังนั้นโรงงานผลิตพอลิเมอร์จึงยังคงสามารถเดินเครื่องการผลิตต่อไปได้ด้วยการสั่งซื้อไฮโดรเจนจากแหล่งภายนอก (ที่เห็นกันก็คือมากับรถพ่วง ๒๒ ล้อ นำมาจอดที่โรงงานลูกค้า แล้วก็ต่อท่อจากรถพ่วงเข้าสู่ระบบของลูกค้า) ดังนั้นการออกแบบโรงงานก็ควรต้องคำนึงถึงตำแหน่งสำหรับรองรับวัตถุดิบที่อาจมาในรูปของคันรถที่มาจอดต่อพ่วงเข้ากับตัวโรงงานเอาไว้ด้วย

ตอนที่ ๑ ของเรื่องนี้คงจะขอจบเพียงแค่นี้ก่อนหลังจากลากมายาว ๖ หน้าแล้ว