เมื่อสไตรีน (Styrene) รั่วไหล MO Memoir : Tuesday 12 May 2563

ช่วงเช้ามืดของวันพฤหัสบดีที่ ๗ พฤษภาคม ๒๕๖๓ เวลาประมาณ ๐๓.๐๐ น ได้เกิดแก๊สรั่วที่โรงงานของบริษัท LG Polymers ที่ผลิตพอลิสไตรีน ณ เมือง Venkatapuram ประเทศอินเดีย ผลจากอุบัติเหตุครั้งนั้นมีผู้เสียชีวิตกว่า ๑๐ ราย โดยแก๊สที่ระบุว่าเป็นต้นเหตุของการเสียชีวิตคือสไตรีน (styrene C₆H₅-CH=CH₂)

 

สาเหตุที่แท้จริงของการเกิดอุบัติเหตุนั้นคงต้องรอผลการสอบสวนอย่างเป็นทางการ ซึ่งจะแล้วเสร็จเมื่อใดและจะมีเผยแพร่ออกสู่สาธารณะหรือไม่นั้น ณ เวลานี้ก็คงจะยังบอกอะไรไม่ได้ ข้อมูลที่มีเผยแพร่กันก็เป็นเพียงแค่จากผู้สื่อข่าวของสำนักข่าวต่าง ๆ ที่ได้จากการสอบถามผู้คนที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์นั้น

สิ่งที่ต้องการบอกในที่นี้ก็คือ ถ้าเราพิจารณาโดยใช้ความรู้ที่มีอยู่ และข้อมูลความรู้พื้นฐานที่มีการเผยแพร่ เราก็จะสามารถมองเห็นความไม่ลงรอยกันของข้อมูลที่ปรากฏเป็นข่าว ดังนั้นถ้าจะเอาข่าวที่ปรากฏไปบอกเล่าต่อ ก็คงต้อย้ำว่าข่าวนี้ "เขาบอกว่า" เกิดอย่างนั้นอย่างนี้ แต่ความเป็นจริงจะเป็นอย่างที่ข่าวนั้นบอกหรือไม่ เป็นอีกเรื่องหนึ่ง และก็ไม่ควรนำไปเผยแพร่ต่อในรูปแบบที่ทำให้ผู้รับนั้นคิดว่าข่าวนั้น "มันถูกต้อง" 

ผมขอไม่เอาข่าวจากสำนักพิมพ์ต่างประเทศมาลง แต่ขอไปเอาข้อความที่ปรากฏใน wikipedia ที่มีผู้ไปเขียนไว้ (รูปที่ ๑) โดยกล่าวว่าเพื่อความปลอดภัยแล้ว การเก็บสไตรีนควรต้องเก็บไว้ที่อุณหภูมิระหว่าง 20-22ºC ซึ่งถ้าอุณหภูมิสูงเกินนี้ก็จะระเหยกลายเป็นไออย่างรวดเร็ว โดยตรงนี้มีการอ้างอิงไปยังเอกสาร [9] ซึ่งก็คือ "Safe handling and storage of styrene monomer" ของบริษัท Chevron Phillips Chemical และถ้าอุณหภูมิสูงเกินนี้ก็จะทำให้สไตรีนเกิดการระเหยกลายเป็นไอ (อ้างอิงไปยังเอกสาร [10] ซึ่งเป็นข่าวจากหนังสือพิมพ์) และในวันนั้นสไตรีนได้รั่วไหลไปเป็นรัศมีกว่า ๓ กิโลเมตร

รูปที่ ๑ เหตุการณ์ที่มีผู้เขียนเอาไว้ใน wikipedia (ข้อมูล ณ วันอังคารที่ ๑๒ พฤษภาคม ๒๕๖๓)

เอาเรื่องแรกก่อนเลยที่เขาบอกว่า "การเก็บสไตรีนควรต้องเก็บไว้ที่อุณหภูมิระหว่าง 20-22ºC ซึ่งถ้าอุณหภูมิสูงเกินนี้ก็จะระเหยกลายเป็นไออย่างรวดเร็ว" ซึ่งจะว่าไปแล้วประโยคนี้มี "ความไม่ถูกต้อง" ปะปนอยู่ ตารางที่ ๑ แสดงจุดเดือดของ น้ำ โทลูอีน และสไตรีน เปรียบเทียบกัน จะเห็นนะครับว่าจุดเดือดของสไตรีนสูงกว่าน้ำมาก ขนาดบ้านเราที่มีอากาศร้อนที่อุณหภูมิห้องสูงเกินกว่า 20-22ºC ก็ไม่เคยเห็นน้ำที่ใส่ไว้ในภาชนะมีการระเหยอย่างรวดเร็วเลย

รูปที่ ๒ กราฟความดันไอ (bar) ของน้ำ โทลูอีน และสไตรีน ในช่วงอุณหภูมิ 20-120ºC คำนวณโดยใช้ค่าคงที่ในตารางที่ ๑

รูปที่ ๒ เป็นกราฟความดันไอของ น้ำ โทลูอีน และสไตรีน เปรียบเทียบกัน จะเห็นว่าความดันไอของสไตรีนนั้นต่ำกว่าของโทลูอีนและน้ำอยู่อย่างเห็นได้ชัด และใน ref [9] ก็ไม่ได้มีประโยคที่เขาอ้างอิงถึงปรากฏ ข้อความที่น่าจะถูกต้องมากกว่าคือควรเก็บไว้ที่อุณหภูมิ "ไม่สูงเกิน ...." เพราะถ้าสูงเกินนี้มันจะเกิดปัญหาได้

 

ด้วยการที่สไตรีนมีจุดเดือดที่สูง ดังนั้นจึงสามารถเก็บไว้ในถังที่ความดันบรรยากาศได้ แต่ถังประเภทนี้มักจะมีช่องทางให้อากาศไหลเข้าหรือไอเหนือผิวของเหลวระบายออกเวลาที่อุณหภูมิหรือระดับของเหลวในถังเปลี่ยนแปลง เพื่อไม่ให้ความดันในถังลดต่ำหรือสูงขึ้นมากเกินไป ซึ่งทำให้บริเวณที่เป็นไอเหนือผิวของเหลวมีออกซิเจนปะปนอยู่ได้

 

สไตรีนสามารถเกิดการพอลิเมอร์ไรซ์ได้ด้วยตัวกระตุ้น (initiator) หลากหลายชนิด ออกซิเจนก็สามารถทำปฏิกิริยากับสไตรีนเกิดเป็นสารประกอบที่เป็นตัวกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ได้ เนื่องจากปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซฅ์เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน และถ้าไม่สามารถระบายความร้อนออกไปได้ทัน ปฏิกิริยาก็จะเร่งจนเองมากขึ้นเรื่อย ๆ จนถึงระดับที่เรียกว่าไม่สามารถควบคุมได้ (runaway) ซึ่งข้อมูลใน ref [9] ระบุไว้อุณหภูมิที่ทำให้ปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์สามารถเลี้ยงตนเองได้นั้นอยู่ที่ประมาณตั้งแต่ 65ºC ขึ้นไป และเมื่อใดที่ปฏิกิริยาเกิดการ runaway ความร้อนที่ปลดปล่อยออกมาก็สามารถทำให้สไตรีนเดือดกลายเป็นไอและไหลระบายออกจากถังได้อย่างต่อเนื่อง (คือจนกว่าสไตรีนในถังจะหมด)

 

ด้วยเหตุนี้เพื่อป้องกันไม่ให้สไตรีนเกิดการพอลิเมอร์ไรซ์จึงจำเป็นต้องมีการเติมสารยับยั้ง (inhibitor) ผสมเข้าไปในถังเก็บ ตัวอย่างของสารยับยั้งเช่น 4-tert-butylcatechol แต่สารยับยั้งตัวนี้มันอยู่ในเฟสของเหลว มันไม่ได้ระเหยเป็นไอตามสไตรีนขึ้นไปด้วย ดังนั้นแม้ว่าจะมีการเติมสารยับยั้งแล้ว สไตรีนในส่วนที่เป็นไอก็ยังสามารถเกิดการพอลิเมอร์ไรซ์ได้

  

รูปที่ ๓ ข้อมูลอันตรายของโทลูอีนและสไตรีน (จาก en.wikipedia.com)

ดังนั้นถ้าความผิดพลาดในการทำงานของระบบทำความเย็นเป็นต้นเหตุให้เกิดปัญหา การที่สไตรีนกลายเป็นไอรั่วไหลออกมาจากถังนั้นมันจึงไม่น่าที่จะเกิดจากการที่ตัวมันสามารถระเหยได้อย่างรวดเร็ว แต่น่าจะเกิดจากการเกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ของสไตรีนในถัง และความร้อนที่คายออกมานี้เป็นตัวทำให้สไตรีนเดือดและระเหยออกมา

  

เหตุการณ์ครั้งล่าสุดนี้มีความคล้ายคลึงกับเหตุการณ์การรั่วไหลของ dioxin ที่เมื่อ Seveso ประเทศอิตาลีในปีพ.ศ. ๒๕๑๙ ตรงนี้มีการหยุดการทำงาน ทำให้ไม่มีคนดูแลโรงงาน และความร้อนที่ทำให้ของเหลวในถังเดือดจนรั่วไหลก็คือความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาที่ runaway ที่เกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิในถังสูงเกินไป และยังคล้ายคลึงกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นที่เมือง Bhopal ประเทศอินเดียเองเมื่อปีพ.ศ. ๒๕๒๗ ที่เกิดการรั่วไหลในช่วงเวลากลางคืนที่คนในชุมชนที่อยู่ "ติด" โรงงานนั้นนอนหลับอยู่ และการรั่วไหลเกิดจากปฏิกิริยาการรวมตัวเป็นโมเลกุลใหญ่ขึ้น (ซึ่งเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนออกมา) ที่เร่งตนเองจนเกิดการ runaway ประกอบกับการที่ระบบทำความเย็นเพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิในถังเก็บสารสูงเกินไปนั้นไม่ทำงาน

  

เรื่องถัดมาที่ควรพิจารณาคือสาเหตุของการเสียชีวิต แก๊สทำให้คนเราเสียชีวิตได้สองรูปแบบ รูปแบบแรกคือการที่มันเข้าไปเจือจางอากาศจนออกซิเจนไม่เพียงพอสำหรับการหายใจ แก๊สพวกนี้ไม่จำเป็นต้องเป็นพิษต่อร่างกาย เช่น ไนโตรเจน อาร์กอน รูปแบบที่สองเกิดจากความเป็นพิษ คือแม้ว่ามันจะมีความเข้มข้นที่ต่ำในอากาศ (คือยังมีออกซิเจนมากเพียงพอสำหรับการหายใจ) ก็สามารถทำให้คนเสียชีวิตได้ เช่นแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ที่เป็นตัวการทำให้มีผู้เสียชีวิตจนเป็นข่าวหลายครั้งแล้วในบ้านเรา

  

ในกรณีของสไตรีนนี้ผมมีบางประการที่ยังติดใจอยู่ คือจากข้อมูลความเป็นพิษที่หามา (รูปที่ ๓) ความเข้มข้นต่ำสุดที่มีรายงาน (คือหลากหลายรายงานก็ให้ความเข้มข้นต่ำสุดแตกต่างกัน) คือ 10,000 ppm (1 vol%) นาน 30 นาที กล่าวคือถ้าอยู่ในบรรยากาศที่มีสไตรีนเข้มข้น 1% นาน 30 นาทีก็จะเสียชีวิตได้ แต่ความเข้มข้นนี้สูงกว่า Lower Explosive Limit คือ 0.9% สิ่งที่คาใจคือผู้เสียชีวิตนั้นสูดหายใจเอาแก๊สที่มีความเข้มข้นเท่าใดและเป็นเวลานานเท่าใด (ต้องพึงระลึกว่าแก๊สเกิดการรั่วในขณะที่คนในชุมชนติดโรงงานนั้นนอนหลับกันอยู่) และถ้าเป็นแก๊สที่มีความเข้มข้นสูง ทำไมมันจึงไม่เกิดการระเบิด ทั้ง ๆ ที่มันน่าจะมีโอกาสระเบิดที่สูง

  

ที่เอาโทลูอีนมาเปรียบเทียบก็ไม่ใช่อะไรหรอกครับ เพราะพอเห็นข่าวนี้แล้วนึกถึงการระเบิดที่มาบตาพุดเมื่อวันที่ ๕ เดือนพฤษภาคม ๒๕๕๕ ที่กรณีนั้นเขาบอกว่าโทลูอีนรั่วออกมา ข้อเท็จจริงของการสอบสวนได้ยินว่าออกมาแล้ว แต่เปิดเผยเฉพาะเป็นการภายใน (คิดว่าอาจเป็นแค่วงแคบ ๆ เท่านั้นเอง) สิ่งที่ได้ยินใครต่อใครเขาพูดกันก็คือโทลูอีนรั่วออกมา แต่พอถามกลับว่าสามารถอธิบายได้ไหมว่า โทลูอีนมีจุดเดือดสูงกว่าน้ำ และค่อนข้างเฉื่อย (ไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์เหมือนสไตรีน) แล้วทำไมมันจึงสามารถทำให้เกิดการระเบิดแบบ UVCE (ที่ย่อมาจาก Unconfined Vapour Cloud Explosion) ได้ ซึ่งมันจะเกิดได้ก็ต่อเมื่อมันเป็นของเหลวได้เมื่อยู่ภายใต้ความดัน แต่ถ้ารั่วออกมาที่ความดันบรรยากาศก็จะกลายเป็นไอฟุ้งไปทั่ว (แบบแก๊สหุงต้ม) และในขณะนั้นก็เป็นช่วงที่ทำการล้างถังอยู่ ซึ่งคำถามนี้ผมเองก็ยังไม่มีคำตอบ แต่ในกรณีของสไตรีนที่เป็นข่าวนี้ พอจะอธิบายได้ว่าความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์นั้น น่าจะเป็นตัวต้มให้สไตรีนเดือดกลายเป็นไอรั่วไหลออกมาอย่างต่อเนื่อง

สิ่งที่อยากจะฝากไว้ก็คือ ข่าวต่าง ๆ นั้นรับฟังได้ แต่อย่างเพิ่งด่วนเชื่อตามนั้นทันที เพราะจะว่าไปแล้วถ้าเราตั้งสติและใช้ความรู้ที่มีอยู่แล้วพิจารณา เราก็อาจจะมองเห็นความไม่สมเหตุสมผลของรายงานได้