ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๑๘ Depropanization section MO Memoir : Saturday 8 October 2559

จากตอนที่ ๑๕ Deethanization section (วันศุกร์ที่ ๒ กันยายน ๒๕๕๙) ผลิตภัณฑ์ยอดหอที่ประกอบด้วยสารประกอบ C2 ที่กลั่นแยกได้จะถูกส่งไปยังหน่วย Acetylene removal section (ตอนที่ ๑๖ วันพฤหัสบดีที่ ๒๙ กันยายน ๒๕๕๙) ก่อนที่จะทำการแยกอีเทนและเอทิลีนออกจากกันที่หน่วย Ethylene fractionation section (ตอนที่ ๑๗ วันพฤหัสบดีที่ ๖ ตุลาคม ๒๕๕๙) ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากก้นหอกลั่นแยก C2 ออกจากไฮโดรคาร์บอนตัวที่หนักกว่านั้นจะถูกส่งมายังหน่วย Depropanization section นี้ เพื่อทำการกลั่นแยกผลิตภัณฑ์ C3 (โพรเพน (C₃H₈) โพรพิลีน (H₃C-CH=CH₂) และเมทิลอะเซทิลีน (H₃C-CCH₂)) ออกจากไฮโดรคาร์บอน C4 และตัวที่หนักกว่า
 

สายป้อนที่ป้อนเข้าหอกลั่นแยก C3 ประกอบด้วย condensate stripper bottom (เข้าที่ tray ที่ 22 ที่มาของสายนี้จะอยู่ในตอนต่อไปคือ C3 hydrogenation และ Depropanization section) และผลิตภัณฑ์จากก้นหอ deethanizer (เข้าที่ tray ที่ 16 - ที่มาของสายนี้ดูได้จากตอนที่ ๑๕ Deethanization section) เนื่องจาก reboiler ของหน่วยนี้มีโอกาสที่จะเกิด fouling สูง (คราบสกปรกเกาะสะสมบนพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์) จึงควรต้องมีการติดตั้ง rebolier สำรอง และเพื่อลดการเกิด fouling จึงมีการเติมสารยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ (polymerization inhibitor) เข้าไป (แผนผังในรูปที่ ๑ ทำการเติมสารยับยั้งเข้าไปในสายป้อนที่มาจาก condensate stripper แต่แผนผังในรูปที่ ๒ ทำการเติมเข้าไปยังสายจากก้นหอ depropanization ที่ป้อนไปยัง reboiler) ปริมาณการฉีดสารยับยั้งอยู่ที่ประมาณ 0.01% ของปริมาณรวมของสายป้อนที่ป้อนเข้าหอกลั่นแยก C3-C4 (depropanizer column)
 

reboiler ก้นหอ depropanizer ได้รับความร้อนจากไอน้ำความดันต่ำ ถ้าความร้อนที่ให้นั้นต่ำเกินไปจะทำให้มี C3 หลุดปนมากับผลิตภัณฑ์ C4 ก้นหอมากขึ้น แต่ถ้าให้มากเกินไปก็จะทำให้มี C4 หลุดปนไปกับผลิตภัณฑ์ C3 ยอดหอมากขึ้นแทน โดยทั่วไปจะคุมอุณหภูมิเอาไว้ที่ประมาณ 80ºC
 

เนื่องจากไฮโดรคาร์บอนตั้งแต่ C3-C4 นั้นสามารถทำให้เป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิห้องโดยใช้เพียงแค่ความดันเพียงอย่างเดียว ดังนั้นความดันในการทำงานของหน่วยนี้จึงค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับหน่วยที่อยู่ก่อนหน้า การใช้ความดันที่ต่ำลงช่วยลดความร้อนที่ต้องใช้ในการต้มผลิตภัณฑ์ก้นหอให้เดือดกลายเป็นไอและยังช่วยลดการเกิด fouling และยังช่วยให้ค่าความสามารถในการระเหยกลายเป็นไอสัมพัทธ์ (relative volatility) ระหว่าง C3 และ C4 เพิ่มมากขึ้น ทำให้แยก C3 ออกจาก C4 ได้ง่ายขึ้น (มองในแง่หอกลั่นคือมีจำนวน tray ลดลง และทำให้หอกลั่นเตี้ยลง) แต่การใช้ความดันที่ต่ำนั้นจะทำให้ปริมาตรจำเพาะของส่วนที่เป็นไอในหอกลั่นเพิ่มมากขึ้น (เพิ่ม vapour loading) จะทำให้หอกลั่นต้องมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่ขึ้น (เพื่อควบคุมความเร็วในการไหลขึ้นของส่วนที่เป็นไอไม่ให้สูงเกินไป) และอาจทำให้ไม่สามารถใช้น้ำหล่อเย็นในการควบแน่นผลิตภัณฑ์ไอที่ยอดหอได้ (ต้องเปลี่ยนไปใช้ propylene refrigerant แทน ที่มีต้นทุนสูงกว่า) ดังนั้นการเลือกความดันการทำงานที่เหมาะสมจึงต้องนำเอาปัจจัยทางด้านเศรษฐศาสตร์มาพิจารณาถึงความคุ้มค่าด้วย

การควบคุมความดันภายในหออาศัยการวัดความดันที่ก้นหอ และส่งสัญญาณการควบคุมไปการระบายแก๊สทิ้งที่ reflux drum และอัตราการไหลของ coolant เข้า condenser ยอดหอ (ไหลเข้ามากก็จะช่วยลดความดันด้วยการควบแน่นไอระเหย) ความดันภายในหอกลั่นขึ้นอยู่กับอัตราการให้ความร้อนที่ reboiler ถ้าให้ความร้อนมากก็จะเกิดไอมาก ความดันก็จะสูงขึ้น โดยความดันจะเพิ่มจากบริเวณก้นหอแล้วค่อยขึ้นไปทางด้านบน ดังนั้นการวัดความดันที่ก้นหอจึงให้การตอบสนองที่รวดเร็วกว่าการวัดความดันที่ยอดหอ (ปรกติความดันที่ก้นหอกลั่นก็สูงกว่าที่ยอดหอกลั่นอยู่แล้ว)
  

การควบคุมปริมาณ C4 ที่จะหลุดรอดออกไปกับผลิตภัณฑ์ C3 ยอดหอ นอกจากจะใช้การควบคุมปริมาณความร้อนที่ให้กับ reboiler ก็ยังสามารถใช้อัตราการ reflux ช่วยได้ด้วยส่วนหนึ่ง กล่าวคือถ้าเพิ่มอัตราการ reflux ก็จะช่วยลดปริมาณ C4 ที่จะหลุดรอดออกไปกับผลิตภัณฑ์ C3 ยอดหอ แต่ถ้าป้อน reflux มากเกินไปก็จะทำให้อุณหภูมิภายในหอลดต่ำลง และทำให้มี C3 หลุดรอดออกไปกับผลิตภัณฑ์ C4 ก้นหอมากเกินไปแทนได้

ในกรณีที่หอกลั่นที่นำมาให้ดูเป็นตัวอย่างนี้ทำงานที่สภาวะที่เหมาะสม ผลิตภัณฑ์ยอดหอที่ได้ควรที่จะ

(ก) มีปริมาณไฮโดรคาร์บอน C4 และที่หนักกว่า ไม่เกิน 30 ppm (โดยปริมาตร)

(ข) มีปริมาณไฮโดรคาร์บอน C2 ไม่เกิน 1000 ppm (โดยปริมาตร)

(ค) ความเข้มข้นโพรเพนอยู่ที่ระดับ 2-6 vol%

(ง) โดยส่วนที่เหลือคือโพรพิลีน

ตัวอย่างที่ยกมาแสดงนี้ทำงานที่อุณหภูมิยอดหอประมาณ 12ºC (ดังนั้น coolant ที่ใช้ที่เครื่องควบแน่นจะต้องมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่านี้) และที่ก้นหอมีความดันประมาณ 117 psig ที่อุณหภูมิประมาณ 80ºC

ณ จุดนี้ต้องขอบันทึกเอาไว้หน่อยว่า รูปแผนผังของหน่วยต่าง ๆ ที่นำมาแสดงนั้น ถ้าสังเกตจะพบว่าตัวเลขและความสัมพันธ์ระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่แสดงในรูปแผนผังอย่างง่าย (ที่มีเพียงหน้าเดียว) และแผนผังที่มีรายละเอียดมากกว่า (ที่ต้องแยกออกเป็นสองหน้า) นั้นมีความแตกต่างกันอยู่บ้าง ทั้งนี้เป็นเพราะแผนผังอย่างง่ายนั้นเป็น flow diagram ต้นแบบของกระบวนการโดยรวม ใช้เป็นตุ๊กตาในการวางระบบ เพราะเมื่อนำมาทำการออกแบบจริงโดยคำนึงถึงปัจจัยต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องทั้งหมดของโรงงาน (เช่นระบบสารณูปโภคต่าง ๆ ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ การประหยัดพลังงาน การเริ่มเดินเครื่อง การควบคุมกระบวนการ ฯลฯ) จะพบว่าควรมีการเปลี่ยนแปลง แก้ไข และ/หรือปรับปรุง flow diagram ต้นแบบเพื่อให้เหมาะสมกับสภาพความเป็นจริง

รูปที่ ๑ ตัวอย่างแผนผังหน่วย Depropanization section

รูปที่ ๒ อีกแผนผังหนึ่งของหน่วย Depropanization section

รูปที่ ๓ อีกแผนผังหนึ่งของหน่วย Depropanization section (ต่อจากรูปที่ ๒)