ถังระเบิดจากไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) MO Memoir : Tuesday 23 January 2567

ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (Hydrogen sulphide H₂S) หรือที่บ้านเราเรียกว่าแก๊สไข่เน่า เป็นแก๊สที่มีความเป็นพิษสูงและติดไฟได้ ผลิตผลที่ได้จากการเผาไหม้คือน้ำและซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (Sulphur dioxide SO₂) อันตรายจากการระเบิดของแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ไม่ค่อยมีให้เห็น ที่เกิดขึ้นบ่อยกว่าและทำให้มีผู้เสียชีวิตเห็นจะได้แก่ความเป็นพิษของมัน ซึ่งบ้านเราก็เคยเกิดขึ้นกับโรงงานผลิตเส้นใหญ่แห่งหนึ่งตอนปลายปีพ.ศ. ๒๕๕๒ และเกิดขึ้นอีกหลายครั้งกับหน่วยผลิตแก๊สเชื้อเพลิงชีวภาพที่มักจะมีไฮโดรเจนซัลไฟด์เกิดร่วมด้วยเสมอ ในโรงกลั่นน้ำมันเองก็มีไฮโดรเจนซัลไฟด์เกิดขึ้นจากกระบวนการกำจัดกำมะถันออกจากน้ำมัน (ดึงอะตอม S ในน้ำมันออกมาในรูปแก๊ส H₂S ก่อนที่จะเปลี่ยนมันเป็นธาตุกำมะถันอีกที)

เรื่องสองเรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้ที่เกี่ยวข้องกับการระเบิดของ H₂S ในถังเก็บที่ความดันบรรยากาศ (Atmospheric tank) เรื่องแรกนำมาจากเอกสาร European Process Safety Centre (EPSC) Learning Sheets "เรื่องที่ 49 Hydrogen sulphide explosion" ส่วนเรื่องที่สองนำมาจากเว็บของ JICOSH ของประเทศญี่ปุ่น (เว็บนี้ปิดตัวลงไปแล้วแต่ยังมีข้อมูลสืบค้นได้ทางอินเทอร์เน็ต) "เรื่องที่ 43 Explosion inside a tank during wastewater system repair work"

เรื่องที่ ๑ Hydrogen sulphide explosion

Vacuum breaker คืออุปกรณ์หรือระบบที่ป้องกันการเกิดสุญญากาศ ในบางกรณีอาจเป็นเพียงแค่วาล์วกันการไหลย้อนกลับ (check valve) ที่ไม่ยอมให้แก๊สในระบบรั่วออกสู่ภายนอก แต่ยอมให้อากาศภายนอกไหลเข้าไปในระบบได้ถ้าหากความดันในระบบนั้นต่ำกว่าความดันบรรยากาศ (ดูตัวอย่างได้ในบทความวันอังคารที่ ๖ มกราคม พ.ศ. ๒๕๕๘ เรื่อง "Vacuum breaker - การป้องกันการเกิดสุญญากาศในระบบ")

เอกสารไม่ได้บอกว่าเหตุการณ์เกิดที่ไหน (รูปที่ ๑) แต่ดูแล้วอาจเป็นไปได้ที่เกิดที่ระบบเปลี่ยนแก๊ส H₂S (จากหน่วยกำจัดกำมะถันออกจากน้ำมัน) ให้กลายธาตุกำมะถัน (เห็นจากการมี H₂S ละลายปนอยู่ในกำมะถัน) เนื่องจากกำมะถันเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้องแต่หลอมเหลวได้ง่าย ดังนั้นจึงต้องมีการให้ความร้อนเพื่อให้กำมะถันกลายเป็นของเหลวเพื่อความสะดวกในการส่งผ่านระบบท่อ แต่ไอระเหยของกำมะถันเมื่อเย็นตัวลงก็จะกลายเป็นของแข็ง และถ้าไปเกาะที่ตัววาล์ว ก็จะทำให้วาล์วมีปัญหาในการทำงาน อย่างเช่นในเหตุการณ์นี้ที่ไปสะสมที่ตัว vacuum breaker และยังไปปิดกั้นการไหลของอากาศที่ป้อนเข้าถังเก็บ (อากาศตัวนี้ดูแล้วไม่น่าใช่อากาศจากบรรยากาศภายนอก แต่น่าจะเป็นอากาศที่ป้อนเข้ามาทางระบบท่อเพื่อระบายเอาแก๊ส H₂S ที่ระเหยออกมาจากกำมะถันออกไป ไม่ให้มันสะสมจนถึงระดับที่อันตราย) ทำให้เกิดการสะสม H₂S จนมีความเข้มข้นสูงพอที่จะเกิดระเบิดได้ (บทความบอกว่า ที่อุณหภูมิสูงขึ้น ความเข้มข้นต่ำสุดที่สามารถระเบิดได้คือ 3.3% ในขณะที่สภาวะปรกติความเข้มข้นต่ำสุดจะอยู่ที่ประมาณ 4.3%)

การจุดระเบิดคาดว่าน่าจะเกิดจากการสะสมไฟฟ้าสถิต เนื่องจากในช่วงเวลาดังกล่าวมีการขนถ่ายกำมะถันระหว่างถังเก็บกับรถบรรทุก

โมเลกุลที่ไม่มีขั้ว (เช่นไฮโดรคาร์บอน กำมะถันเหลว) ที่ไหลไปตามพื้นผิวจะทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตสะสม ในกรณีที่พื้นผิวนั้นเป็นพื้นผิวโลหะก็ต้องมีการต่อสายดิน (ที่บทความใช้คำว่า grounding) และการเชื่อมต่อชิ้นส่วนโลหะต่าง ๆ ให้มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างกัน (ที่บทความใช้คำว่า bonding)

รูปที่ ๑ ถังเก็บกำมะถันระเบิดจาก H₂S ที่สะสม

เรื่องที่ ๒ Explosion inside a tank during wastewater system repair work

การระเบิดเกิดที่ถังเก็บน้ำเสียขนาดความจุ 250m³ ในระหว่างการใช้งานปรกติถังนี้จะมีที่ว่างเหนือผิวของเหลว (ส่วนที่เป็นแก๊ส) อยู่ประมาณ 60% โดยส่วนที่เหลือเป็นน้ำเสียที่มาจากการแยกน้ำมันและตะกอนที่สะสมอยู่ก้นถัง (รูปที่ ๒) แก๊สส่วนใหญ่ในถังจะเป็น H₂S โดยอาจมีแอมโมเนีย (NH3) และเฮกเซนร่วมด้วย

การระเบิดเกิดขึ้นระหว่างการเตรียมการซ่อมแซม โดยเริ่มจากการระบายน้ำเสียในถังออก (จะเหลือตะกอนที่ค้างอยู่ก้นถัง) จากนั้นทำการยกฝา manhole ด้านบนขึ้น 15 cm เพื่อระบายแก๊ส และหลังจากเสร็จสิ้นการตรวจสอบตะกอนก้นถังก็ทำการปิดฝา manhole กลับ เมื่อทำการปิดฝา manhole กลับก็เกิดเปลวไฟและควันออกมาทาง manhole ตามด้วยเสียงดังสนั่น ส่งผลให้มีผู้บาดเจ็บจากเปลวไปจำนวน ๕ ราย

ที่มาของแก๊สที่ลุกติดไฟได้เชื่อว่ามาจาก

- H₂S ที่ยังคงค้างอยู่ในถัง เนื่องจากทำการไล่แก๊สตกค้างไม่เพียงพอ

- แก๊สที่ลุกติดไฟได้ที่ละลายอยู่ในตะกอนนั้นระเหยออกมาเมื่อเวลาผ่านไป

- น้ำมันที่ละลายอยู่ในปริมาณเล็กน้อยในน้ำเสียที่ตกค้างในถัง (ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวเช่นเฮกเซน ละลายได้ในน้ำในระดับ mg/l ในขณะที่พวกอะโรมาติกเช่นเบนซีน โทลูอีน ละลายได้ในระดับ g/l)

ต้นตอชองการจุดระเบิดเชื่อว่าน่าจะเกิดจาก FeS (Iron sulfide) ที่เกิดจาก H₂S ทำปฏิกิริยากับ FeO (เหล็กออกไซด์หรือสนิมเหล็ก) ซึ่ง FeS นี้สามารถลุกติดไฟได้เองเมื่อสัมผัสกับอากาศ

ในกรณีแบบนี้คงต้องไล่แก๊สตกค้างภายในถังเก็บด้วยแก๊สเฉื่อยก่อน จากนั้นจึงค่อย ๆ นำอากาศเข้าทีละน้อย เพื่อให้ออกซิเจนในอากาศที่ป้อนเข้าไปเข้าไปทำลาย FeS อย่างช้า ๆ (จะได้ไม่เกิดความร้อนมากพอที่จะจุดระเบิดเชื้อเพลิงที่ยังอาจตกค้างบนพื้นผิวถังเก็บได้)

รูปที่ ๒ ถังบำบัดน้ำเสียระเบิดเนื่องจาก H₂S ที่สะสมอยู่ภายใน

ขนาดเตรียมถังอากาศหายใจก็ยังพลาดได้ MO Memoir : Wednesday 17 June 2563

เมื่อวันศุกร์ที่ ๑๒ ที่ผ่านมาได้เล่าเรื่องกรณีของการเสียชีวิตจากการขาดอากาศเนื่องจากเผลอเข้าไปในพื้นที่อับอากาศ แม้ว่าจะเข้าไปเพียงแค่ครึ่งตัวก็ตาม (เรื่อง "ขาดอากาศ แบบไม่ทันคาดคิด")

  

และเมื่อวันจันทร์ที่ ๑๕ ที่ผ่านมาก็เป็นกรณีของการไม่ได้คิดจะเข้าไปในพื้นที่อับอากาศแต่แรก เพียงแค่อยู่ตรงปากช่องทางที่แก๊สเฉื่อยในปริมาณมากรั่วไหลออกมา (เรื่อง "ขาดอากาศในสถานที่ที่ไม่ใช่ที่อับอากาศ")

 

สำหรับวันนี้มีอยู่สองเรื่องด้วยกัน เรื่องแรกเป็นกรณีของการตั้งใจที่จะเข้าไปในพื้นที่ที่รู้อยู่แล้วว่าเป็นที่อับอากาศและมีแก๊สที่เป็นพิษ (แก๊สไข่เน่าหรือไฮโดรเจนซัลไฟด์ H₂S) และได้มีการเตรียมถังอากาศติดตัวสำหรับหายใจก่อนที่จะเข้าไป แต่ก็ไม่วายที่จะเกิดเหตุเศร้าสลดจนได้ เนื่องจากคาดไม่ถึงว่ารัศมีอันตรายของการแพร่กระจายของแก๊สพิษนั้นมันกว้างกว่าที่คิด ส่วนเรื่องที่สองเห็นเหตุการณ์ที่เกิดในบ้านเรา เพียงแต่ข้อมูลแต่ละแหล่งนั้นมันมีความสับสน

เรื่องที่ ๑ ขนาดเตรียมถังอากาศหายใจก็ยังพลาดได้

เรื่องแรกที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจาก ICI Safety Newsletter เช่นเคย โดยเป็นฉบับที่ ๕๕ เดือนสิงหาคม ปีค.ศ. ๑๙๗๓ (พ.ศ. ๒๕๑๖) เรื่องที่ 55/1 (รูปที่ ๑ และ ๒)

รูปที่ ๑ ภาพจำลองเหตุการณ์ของสถานที่เกิดเหตุจาก ICI Safety Newsletter เรื่องที่ 55/1

เหตุการณ์เกิดขณะที่พนักงานผู้หนึ่งเตรียมลงไปในระบบท่อระบายผ่านทาง man-hole ของบ่อพักเพื่อเข้าไปอุดท่อ ๆ หนึ่ง โดยเริ่มจากการหย่อนบันไดลงไปก่อน และเนื่องจากเขาทราบว่าในบ่อนี้มีแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่เป็นพิษอยู่ จึงได้เตรียมถังอากาศหายใจไว้สำหรับการทำงานด้วย

  

รูปที่ ๒ เหตุการณ์ที่คนงานที่เตรียมจะลงไปในบ่อที่มีแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟล์เสียชีวิต แม้ว่าจะมีการเตรียมถังอากาศหายใจเอาไว้แล้วก็ตาม (ย่อหน้าที่ ๔ และ ๕)

ตอนที่เขาขึ้นไปยืนบนบันไดนั้น เท้าของเขาอยู่ที่ระดับพื้น และยังไม่ได้สวมหน้ากากเครื่องช่วยหายใน (รูปที่ ๑) ขณะที่เขาเตรียมสวม safety harness (ขอแปลว่า "เข็มขัดนิรภัยกันตก" ก็แล้วกัน) เพื่อนร่วมงานสองคนก็ได้ยินเสียงตะโกนและเห็นพนักผู้ที่ยืนอยู่ตรงบันไดนั้นลื่นไถลเข้าไปใน man-hole โดยที่ทั้งสองนั้นเข้าไปคว้าตัวไม่ทัน

  

พนักงานที่ตกลงไปในบ่อพักเสียชีวิตเนื่องจากแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟล์ที่ออกมาจากท่อระบาย แม้ว่าในขณะนั้นใบหน้าของเขาจะอยู่สูงกว่าระดับพื้นถึง 5 ฟุตด้วยกัน (ก็ประมาณเมตรครึ่ง) และไฮโดรเจนซัลไฟล์ก็เป็นแก๊สที่หนักกว่าอากาศ

  

ตรงนี้ขอนำเสนอศัพท์ภาษาอังกฤษนิดนึง คำว่า casualty หรือรูปพหูพจน์คือ casualties นั้นเป็นการนับรวมทั้งผู้บาดเจ็บและเสียชีวิต ในขณะที่คำว่า fatality หรือรูปพหูพจน์คือ fatalities เป็นการนับเฉพาะผู้เสียชีวิต ในบทความนี้เขาใช้คำว่า "fatal accident" นั่นก็แสดงว่าเป็นอุบัติเหตุที่มีผู้เสียชีวิต

เรื่องที่ ๒ แม้แต่เจ้าหน้าที่กู้ชีพก็ยังเกือบไปด้วย

ช่วงระหว่างเวลากลางคืนของคืนวันเสาร์ที่ ๒๒ ต่อวันอาทิตย์ที่ ๒๓ ธันวาคม พ.ศ. ๒๕๕๕ (รูปที่ ๓ บอกสี่ทุ่มคืนวันเสาร์ ส่วนรูปที่ ๕ บอกตีสองคืนวันอาทิตย์แล้ว) คนงาน ๒ คนที่เข้าไปซ่อมปิดรูรั่วผ้าใบปิดคลุมบ่อหมักไบโอแก๊สของโรงงานแป้งมัน บ้านโป่ง จ.ราชบุรี ได้รับพิษจากแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์จนเสียชีวิตไป ๑ ราย รูปที่ ๓ เป็นสถานที่เกิดเหตุ ส่วนเหตุการณ์เป็นอย่างไรนั้นอยากให้ลองอ่านที่นำมาแสดงในรูปที่ ๔ (เอกสารกรณีศึกษาจัดทำโดยกรมโรงงานอุตสาหกรรม) และรูปที่ ๕ (ข่าวจากเว็บหนังสือพิมพ์ผู้จัดการ) ดูก่อน

  

แถมให้อีกข้อหนึ่ง ลองสังเกตหน้ากากที่คนในรูปที่ ๓ ใส่ดูซิครับ คุณคิดว่ามันสามารถป้องกันแก๊สพิษได้หรือไม่

  

รูปที่ ๓ ภาพนี้ได้มาจากสไลด์ประกอบการบรรยาย "ก๊าซชีวภาพ; กรณีศึกษาความปลอดภัย" วันที่ ๔ มิถุนายน ๒๕๕๘ ณ ศูนย์นิทรรศการและการประชุมไบเทค จัดทำโดย ศุภวัฒน์ ธาดาจารุมงคล ผู้อำนวยการกลุ่มวิศวกรรมเครื่อกล สำนักเทคโนโลยีความปลอดภัย กรมโรงงานอุตสาหกรรม (ผมไม่ได้เข้าร่วมประชุมหรอกครับ แต่ค้นเจอทางอินเทอร์เน็ต)

แก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์หรือที่เราเรียกว่าแก๊สไข่เน่าเนี่ย ถ้าได้รับในปริมาณน้อย ๆ เราจะได้กลิ่นเหม็นของมัน แต่ถ้าได้รับมากเกินไปเราจะไม่ได้กลิ่น เพราะประสาทรับกลิ่นมันไปซะแล้ว

   

รูปที่ ๔ จากเอกสาร "กรณีศึกษาอุบัติเหตุ การเสียชีวิตของคนงานบริเวณบ่อเก็บก๊าซชีวภาพ" จัดทำโดย วัฒนา อายตวงษ์ สำนักเทคโนโลยีความปลอดภัย กรมโรงงานอุตสาหกรรม ผมตัดมาเฉพาะส่วนส่วนที่เกี่ยวข้อง

ถ้าอ่านข้อมูลในรูปที่ ๔ ก็ทำให้เข้าว่า เหตุการณ์นั้นไม่ได้เกิดในที่อับอากาศ แต่ภาพเหตุการณ์ตามรายงานข่าวในรูปที่ ๕ นั้นแตกต่างกันออกไป

  

ผมคงไม่สามารถบอกได้ว่าเหตุการณ์จริงที่เกิดขึ้นนั้นเป็นอย่างไร แต่โดยทั่วไปแล้วถ้าเราถามผู้เห็นเหตุการณ์หลังเหตุการณ์เกิดขึ้นใหม่ ๆ เขามักจะบอกในสิ่งที่เขาเห็นออกมาตรง ๆ โดยไม่คิดอะไร แต่ถ้าปล่อยให้เวลาผ่านไปแล้วค่อยไปถามเขา ช่วงเวลานี้เขามีเวลาคิดว่าสิ่งที่จะพูดออกไปนั้นจะส่งผลถึงใครบ้าง หรือจะผูกพันมายังตัวเขาหรือไม่ ดังนั้นจึงอาจเป็นไปได้ว่าสิ่งที่เขาบอกนั้นอาจไม่ตรงกับสิ่งที่เขาเห็นทั้งหมด

   

รูปที่ ๕ รายงานเหตุการณ์เดียวกันที่ได้มาจากเว็บหนังสือพิมพ์ผู้จัดการ 

แต่มีจุดหนึ่งที่ข่าวในรูปที่ ๕ รายงานไว้และผมเห็นว่าน่าสนใจตรงที่ "เจ้าหน้าที่กู้ชีพ" ที่เข้าไปค้นหาผู้ที่ตกลงไปในบ่อนั้นถึงกับเป็นลมไป ๒ ราย เนื่องจากทนต่อกลิ่นเหม็นที่รั่วออกมาจากบ่อไม่ไหว

  

เจ้าหน้าที่กู้ภัยก็ยังมีโอกาสพลาดได้ครับ ทั้งนี้อาจเป็นเพราะว่าด้วยความเร่งรีบที่จะเข้าไปช่วยเหลือผู้ประสบเหตุ และอาจไม่ทราบว่าเหตุที่เกิดนั้นเกี่ยวข้องกับแก๊สพิษ (เช่นอาจได้รับแจ้งเพียงว่ามีคนตกบ่อจมหายไปก็ได้ ถ้าเหตุการณ์เกิดตามข่าวในรูปที่ ๕) เหตุการณ์ทำนองนี้เหมือนกับกรณีรายสุดท้ายที่เล่าไว้ในเรื่อง "ขาดอากาศในสถานที่ที่ไม่ใช่ที่อับอากาศ" ในบทความเมื่อวันจันทร์ที่ ๑๕ ที่ผ่านมา ซึ่งผู้เสียชีวิตรายนั้น ใช่ว่าเป็นผู้ไม่มีประสบการณ์ เป็นผู้ไม่เคยได้รับการอบรม แต่ด้วยความต้องการที่จะเข้าไปช่วยผู้ที่ประสบ ทำให้ลืมขั้นตอนการทำงานต่าง ๆ ไปหมด 

  

แก๊สพิษทำให้คนเสียชีวิตได้แม้ว่าอากาศในบริเวณนั้นจะมีออกซิเจนมากเพียงพอต่อการหายใจ ดังนั้นหน้ากากป้องกันความเป็นพิษของแก๊ส (ในกรณีที่อากาศในพื้นที่นั้นมีออกซิเจนมากเพียงพอต่อการหายใจ) จึงอาจมีเพียงแค่ไส้กรองอากาศที่จะดูดซับแก๊สพิษที่ติดมากับอากาศที่ไหลผ่าน แต่ทั้งนี้ก็ต้องเลือกไส้กรองให้ถูกต้องกับชนิดของแก๊สพิษนั้นด้วย แต่ถ้าเลือกใช้เครื่องช่วยหายใจแบบ self-contained breathing appartus (คือมีถังอากาศสำหรับหายใจเลย) ก็ไม่ต้องกังวลว่าที่เกิดเหตุนั้นเป็นบริเวณที่มีแก๊สพิษรั่วไหลหรือมีออกซิเจนไม่เพียงพอ หรือเป็นทั้งสองอย่าง แต่สิ่งที่ต้องระวังก็คืออย่าให้แก๊สพิษนั้นมีฤทธิ์กัดกร่อนผิวหนังหรือซึมผ่านผิวหนังได้ (แก๊สบางตัวเป็นเช่นนี้ เช่น ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ HF)

 

การเข้าไปในที่เปิดโล่งที่มีแก๊ส H₂S รั่วไหลจนทำให้มีการเสียขีวิตเกิดขึ้น (ถ้าเหตุการณ์เป็นดังเช่นข้อมูลในรูปที่ ๔) จะว่าไปแล้วเหตุการณ์นี้ก็ไม่ใช่ครั้งแรกที่เพิ่งเกิด ก่อนหน้านั้น ๓ ปีในวันที่ ๑๘ ธันวาคม พ.ศ. ๒๕๕๒ ก็เกิดเหตุการณ์แก๊ส H₂S รั่วไหลที่โรงงานผลิตเส้นใยแห่งหนึ่งในจังหวัดสระบุรี ในเหตุการณ์นั้นได้ยินมาว่ามีสัญญาณเตือนว่ามีแก๊ส H₂S รั่วไหล โอเปอเรเตอร์จึงเข้าไปตรวจสอบ แต่เนื่องจากสัญญาณเตือนนั้นมันจะดังเมื่อความเข้มข้นของแก๊สสูงถึงระดับหนึ่ง (ซึ่งโดยทั่วไปก็จะตั้งค่านี้ไว้ให้ต่ำกว่าค่าที่เป็นอันตรายต่อคน) มันไม่ได้บอกว่าความเข้มข้นแก๊สที่รั่วนั้นสูงจนทำให้เกิดอันตรายได้ทันทีหรือไม่ ดังนั้นเมื่อโอเปอร์เรเตอร์เข้าไปในหมอกแก๊สที่รั่วออกมา จึงหมดสติโดยไม่ทันตั้งตัว เรื่องนี้เคยเล่าไว้ใน Memoir วันอาทิตย์ที่ ๓ มกราคม ๒๕๕๓ เรื่อง "การเสียชีวิตเนื่องจากแก๊ส" และวันอาทิตย์ที่ ๑๔ พฤศจิกายน ๒๕๕๓ เรื่อง "Reactions of hydroxyl group (ตอนที่ ๒)"

 

บางคนอาจสงสัยว่าทำไมหลายครั้งผมมักจะระบุ "วัน" ที่เกิดเหตุเอาไว้ด้วยแม้ว่าข่าวจะระบุเพียงแค่ "วันที่" ก็ตาม เพราะมันมีกรณีที่ว่า สมาธิของคนหลังจากทำงานมาตลอดทั้งสัปดาห์ ช่วงสุดท้ายของชั่วโมงทำงานก่อนเป็นวันหยุดยาวในวันรุ่งขึ้น จิตใจเขาน่าจะไปจดจ่อว่าในวันหยุดยาวจะทำอะไร ทำให้ไม่มีสมาธิเต็มที่ในการทำงาน จึงทำให้เกิดอุบัติเหตุในขณะทำงานได้จากการพลั้งพลาดหรือหลงลืมขั้นตอนที่ควรทำ เอาไว้มีโอกาสจะนำเรื่องนี้มาเล่าให้ฟัง

อันตรายจาก H2S คายซับจาก molecular sieve MO Memoir : Monday 25 February 2562

จดหมายข่าว Safety Alert ฉบับวันที่ ๖ เดือนกันยายน ค.ศ. ๒๐๐๒ (พ.ศ. ๒๕๔๕) นำเสนอเรื่อง "Multiple fatalities - H₂S released from molecular sieves after contact with water" รายงานเหตุการณ์ที่มีผู้เสียชีวิตจากแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์หรือ H₂S ถึง ๓ รายในขณะที่ทำการถ่าย molecular sieves (ที่ใช้ในการดูดความชื้นจากแก๊สธรรมชาติเหลว) ที่หมดสภาพการใช้งานแล้วลงสู่รถบรรทุก โดยสถานที่เกิดเหตุคือ "กระบะท้ายรถบรรทุก"

รูปที่ ๑ แบบจำลองสถานที่เกิดเหตุที่วาดขึ้นตามความเข้าใจ (บทความไม่มีรูปประกอบ)

โรงงานดังกล่าวผลิต Lean gas (แก๊สที่ไม่มีส่วนที่ควบแน่นเป็นของเหลว หรือมีอยู่น้อยมาก บางทีก็เรียกแก๊สนี้ว่า Dry gas) และ Natural Gas Liquid - NGL (คือส่วนที่เป็นของเหลวที่ควบแน่นออกมาจากแก๊สที่ได้จากบ่อ โดยเป็นส่วนไฮโดรคาร์บอนตั้งแต่ C3 ขึ้นไป) โดยไฮโดรคาร์บอนที่ได้มาจากบ่อนั้นมีไอน้ำและ H₂S ปะปนมาด้วย กระบวนการประกอบด้วย การเพิ่มความดันให้กับแกีส การทำให้แก๊สเป็นของเหลว การกำจัดความชื้น ก่อนที่จะเข้าสู่กระบวนการแยกเป็น Lean gas และ Natural Gas Liqiud ด้วย cryogenic process ต่อไป
 

ตัว NGL ที่เป็นของเหลวนั้นจะถูกนำไปผ่านเบด molecular sieve เพื่อกำจัดน้ำและ H₂S ก่อนเข้าสู่กระบวนการ cryogenic และเมื่อ molecular sieve ดูดซับน้ำจนอิ่มตัวก็จะใช้แก๊สร้อนที่อุณหภูมิ 250ºC ไล่ความชื้นออกเพื่อที่จะนำเอา molecular sieve กลับมาใช้งานใหม่ หลังจากไล่ความชื้นหมดแล้วก็จะลดอุณหภูมิของเบดด้วยการให้แก๊สที่เย็นไหลผ่าน
 

แต่ถึงกระนั้นก็ตาม ก็ยังคงต้องเปลี่ยน molecular sieve ใหม่ทุก ๆ ๓-๔ ปี การเปลี่ยนจะเริ่มด้วยการไล่ความชื้นออกจาก molecular sieve ก่อน (เดาว่าคงทำเพื่อไล่ไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดสูงที่ตกค้างอยู่ในตัว molecular sieve ออกไปด้วย) จากนั้นจึงลดอุณหภูมิเบดให้เย็นลงด้วยการให้แก๊สเย็นไหลผ่าน และการทำ nitrogen purging (แสดงว่าแก๊สเย็นที่ใช้ในการลดอุณหภูมิเบดนั้นไม่ได้เป็นแก๊สเฉื่อย) แล้วจึงส่งคนเข้าทางด้านบนของเบดเพื่อลำเลียงเอา molecular sieve ออกมาและเทลงสู่กระบะท้ายรถบรรทุกที่รออยู่ทางด้านล่าง กระบวนการนี้เคยทำมาหลายครั้งในช่วง ๒๐ ปีที่ผ่านมา
 

ในการลำเลียง molecular sieve ลงสู่ท้ายรถบรรทุกนั้น จะเท molecular sieve ที่นำออกมาจาก dryer (คือ vessel ที่บรรจุ molecular sieve) ผ่านปล่องเท (chute) ลงสู่กระบะท้ายรถบรรทุกที่ยกท้ายกระบะเทได้ (tipper truck) ที่จอดรออยู่ข้างล่าง รถบรรทุกที่จอดรอยู่นั้นมีขอบข้างสูง ตัวกระบะท้ายรถถูกทำให้เปียกชุ่มด้วยน้ำและยังมีการทำให้ molecular sieve ที่ตกลงมากองบนท้ายรถกระบะนั้นเปียกชุ่มไปด้วยน้ำ ทั้งนี้เพื่อที่จะลดการที่สาร pyrophoric ที่อาจมีมากับตัว molecular sieve นั้นลุกติดไฟ และยังช่วยไม่ให้เกิดผงผุ่นฟุ้งกระจาย
 

(สารประกอบซัลไฟล์บางชนิดเช่น FeS (ที่เกิดจากสนิมเหล็กทำปฏิกิริยากับ H₂S) สามารถเกิดการลุกไหม้ได้เองในอากาศโดย S^2- ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนโดยมีความร้อนคายออกมามาก แม้ว่าอาจจะไม่เกิดการลุกติดไฟ แต่ความร้อนที่เกิดขึ้นก็สามารถทำให้ไอเชื้อเพลิง (ถ้ามีอยู่ในบริเวณนั้น) ลุกติดไฟได้)

หลังจากได้ทำการเท molecular sieve ลงกระบะท้ายไปได้พักหนึ่ง molecular sieve ที่เทลงมาก็กองเป็นเนินอยู่ท้ายกระบะ ผู้รับเหมาคนหนึ่งจึงตัดสินใจที่จะลงไปเกลี่ยกองเนินดังกล่าว การลงไปท้ายกระบะใช้บันไดที่พาดอยู่ทางด้านหลังห้องคนขับ หลังจากนั้นประมาณ ๑๐ นาทีก็มีผู้รับเหมาอีกคนลงไปช่วยงานคนแรก แต่ไม่นานก็หมดสติไป ผู้รับเหมาคนแรกจึงเข้าไปช่วยเหลือพร้อมกับผู้รับเหมาคนที่สามที่โดดลงมาช่วยจาก platform ของตัว dryer แต่ในที่สุดทั้งสามคนก็หมดสติและเสียชีวิต ผู้รับเหมาคนที่สี่ที่ปีนขึ้นไปดูว่าเกิดอะไรขึ้นก็หมดสติไปด้วย แต่ทีมช่วยเหลือสามารถนำตัวออกมาได้ทันจึงรอดชีวิตออกมา ผู้รับเหมาทั้ง ๔ รายที่ทำงานอยู่ทางด้านนอกนั้นไม่ได้มีอุปกรณ์ป้องกันแก๊สใด ๆ ในระหว่างการทำงาน

จากการสอบสวนพบว่าทั้ง ๓ รายเสียชีวิตจากแก๊ส H₂S ที่สะสมอยู่ในกระบะท้ายรถที่เป็นพื้นที่กึ่งปิด (semi-enclosed spaceเพราะมีขอบข้างที่สูง) โดย H₂S นั้นคายซับออกมาจาก molecular sieve กล่าวคือในขั้นตอนการไล่น้ำออกจาก molecular sieve นั้นใช้แก๊สร้อน (ที่เหลือจากกระบวนการผลิต) ที่มี H₂S ปนอยู่ 830 ppm และตอนที่ทำการลดอุณหภูมิเบดให้เย็นลงหลังการไล่ความชื้น (ซึ่งก็คงใช้แก๊สเย็นที่มี H₂S ปนอยู่เช่นกัน) H₂S ก็จะถูก molecular sieve ดูดซับเอาไว้ H₂S ส่วนนี้ไม่ถูกไล่ออกในขั้นตอนการทำ nitrogen purging (การเอาแก๊สเฉื่อยไปไล่แก๊สเชื้อเพลิงออก) แต่จะหลุดออกมาเมื่อ molecular sieve สัมผัสกับน้ำเนื่องจาก molecular sieve มีความชอบน้ำมากกว่า H₂S
 

ในเอกสารจดหมายข่าวนั้นได้สรุปความบกพร่องหลายประการที่นำไปสู่การเกิดโศกนาฏกรรมดังกล่าวและนำเสนอแนวทางเพื่อป้องกันไม่ให้มันเกิดอีก แต่โดยส่วนตัวแล้วเห็นว่าประเด็นสำคัญที่น่าจะหยิบมาพิจารณาคือ "ทำไมงานเดียวกันนี้ทั้งนี้ทำแบบเดียวกันนี้มานาน ๒๐ ปีแล้วแต่ไม่เคยเกิดเรื่อง"
 

ความแตกต่างสำคัญระหว่างปีที่เกิดเหตุการณ์กับปีก่อนหน้าคือ แก๊สที่เข้าสู่กระบวนการนั้นมี H₂S ปนเปื้อนในปริมาณที่สูงขึ้นเรื่อย ๆ โดยที่ผู้ทำงานไม่ทราบ และไม่มีการให้ข้อมูลใด ๆ จากทางผู้ผลิต molecular sieve ด้วยว่ามันสามารถดูดซับ H₂S เอาไว้ได้ และสามารถคายซับออกมาได้ถ้ามีน้ำเข้าไปแทนที่ ซึ่งประเด็นการคายซับนี้ทั้งตัวผู้รับเหมาและพนักงานของบริษัทนั้นต่างไม่ทราบมาก่อน

อันที่จริงเรื่องการเสียชีวิตเนื่องจากแก๊ส H₂S เนี่ยในบ้านเราก็มีอยู่เรื่อย ๆ เพียงแต่ว่ามักจะไม่ได้เป็นข่าวใหญ่หรือปรากฏออกมาในช่วงเวลานั้น ๆ แล้วก็เงียบหายไป สถานที่เกิดเหตุก็มีทั้งสถานที่ที่เห็นได้ว่าเป็นที่อับอากาศอย่างชัดเจน (เช่นในหลุมหรือในบ่อ) หรือเป็นสถานที่ที่เป็นที่โล่ง แต่มีการรั่วไหลของแก๊ส H₂S ออกมาในปริมาณมาก (เช่นการเข้าไปปิดรอยรั่วที่ผ้าใบคลุมบ่อผลิตแก๊สชีวภาพ) ความเป็นพิษของ H₂S นั้นเพียงแค่ระดับไม่ถึง 1000 ppm ก็สามารถทำให้คนเสียชีวิตได้ในเวลาอันสั้น ซึ่งแก๊สเข้มข้นมากนี้สามารถทำให้ผู้ได้รับแก๊สหมดสติอย่างรวดเร็วจนทำให้คนที่อยู่รอบข้างคิดว่าหมดสติจากสาเหตุอื่นที่ไม่เกี่ยวข้องกับแก๊ส จึงรีบเข้าไปช่วยเหลือ ทำให้เกิดการเสียชีวิตตาม ๆ กัน

ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) หรือซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) MO Memoir 2559 Nov 22 Tue

งานนี้จะเลือกเอาทางไหนดีล่ะ จะเสี่ยง "หนีเสือ ปะจระเข้" หรือจะทำ "ใจดีสู้เสือ" ดีล่ะ
  

เมื่อวานเห็นมีคนแชร์ข่าวทางหน้า facebook เกี่ยวกับภูเขาแก๊สไข่เน่าที่เกิดจากการสะสมของแก๊สที่เกิดจากบ่อบำบัดน้ำเสียของโรงงานแห่งหนึ่งจนทำให้ผืนพลาสติกขนาดใหญ่ที่ปิดคลุมบ่อบำบัดนั้นโป่งสูงขึ้นมา จนทำให้ทางโรงงานตัดสินใจ "เผา" แก๊สดังกล่าวทิ้ง แต่โดนทางชาวบ้านและอุตสาหกรรมจังหวัดห้ามมิให้ทำการเผาโดยตรง (รูปที่ ๑ ข้างล่าง) เพราะเชื่อว่าการเผาเป็นการทำให้เกิดกลิ่นเหม็นรบกวน

รูปที่ ๑ ภาพข่าวภูเขาแก๊สไข่เน่า (จาก https://www.pptvthailand.com/news/ประเด็นร้อน/39819)

แก๊สไข่เน่าหรือชื่อทางเคมีว่า "ไฮโดรเจนซัลไฟด์ Hydrogen sulphide หรือ Hydrogen sulfide - H₂S) เป็นแก๊สที่มีกลิ่นเหม็นรุนแรงเหมือนไข่เน่า แก๊สตัวนี้เป็นทั้ง แก๊สกรด แก๊สพิษ และติดไฟได้ เมื่อเผาไฟจะกลายเป็นน้ำและซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (Sulphur dioxide หรือ Sulfur dioxide - SO₂) ที่มีกลิ่นฉุน ซึ่งเป็น แก๊สกรด และแก๊สพิษ (แก๊สกรดคือแก๊สที่ละลายน้ำแล้วได้สารละลายที่เป็นกรด)
  

วิธีการพื้นฐาน ๒ วิธีสำหรับใช้ในการกำจัดแก๊สที่เป็นอันตรายในปริมาณมากนั้นได้แก่การส่งไปเผาที่ระบบ flare และการผ่านเข้าชะล้างที่ระบบ scrubber ซึ่งอาจใช้เพียงแค่วิธีการใดวิธีการหนึ่งหรือสองวิธีการร่วมกันก็ได้ ในกรณีที่แก๊สที่เป็นอันตรายนั้นสามารถเผาทำลายได้ และผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเผานั้นเป็นสารที่ไม่มีอันตรายหรือมีอันตรายต่ำกว่า การเผาก็มักเป็นทางเลือกที่ดี แต่ถ้าแก๊สนั้นเป็นแก๊สที่ไม่ลุกติดไฟหรือเกรงว่าผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเผาทำลายที่ไม่สมบูรณ์จะก่อให้เกิดปัญหามากกว่า การให้แก๊สนั้นสัมผัสกับของเหลวที่เหมาะสมในหอชะล้าง (ที่เรียกว่า scrubber) ก็จะเป็นทางเลือกที่เหมาะสมกว่า แต่ทั้งนี้ก็ต้องพิจารณาต่อด้วยว่าแก๊สอันตรายที่ละลายเข้ามาอยู่ในเฟสของเหลวนั้นมันทำปฏิกิริยากับเฟสของเหลวจนกลายเป็นสารที่ไม่มีพิษ หรือเป็นเพียงแค่เปลี่ยนที่อยู่จากแก๊สมาอยู่ในของเหลว ซึ่งต้องหาทางกำจัดมันต่ออีก
  

การใช้การดูดซับด้วยเบดของแข็งนั้นจะเหมาะสมกว่าในกรณีที่แก๊สมีปริมาณไม่มากหรือแก๊สพิษมีความเข้มข้นต่ำ
  

คำว่า "อันตราย" ในที่นี้ไม่ได้หมายความถึงความเป็นพิษเพียงอย่างเดียว สารไฮโดรคาร์บอนหรือสารเชื้อเพลิงต่าง ๆ ที่แม้ว่าจะมีความเป็นพิษต่ำ แต่สามารถเกิดการระเบิดได้ถ้ามีการสะสมในอากาศในความเข้มข้นที่สูงพอ ก็ถือว่าเป็นสารอันตรายได้เช่นกัน (อันตรายจากการระเบิด)
  

ไฮโดรเจนซัลไฟล์เป็นแก๊สที่หนักกว่าอากาศเล็กน้อย มีกลิ่นเหม็น จมูกคนเรารับกลิ่นแก๊สนี้ได้ไวมากแม้ว่าจะมีความเข้มข้นที่ต่ำมากในอากาศก็ตาม (คือต่ำกว่า 1 ppm) และจะว่าไปแล้วสารประกอบกำมะถันอินทรีย์หลายตัวก็มีกลิ่นเหม็นที่แรงมากจนเราเอามาใช้ประโยชน์ด้วยการผสมกับแก๊สที่ไม่มีกลิ่น (เช่นแก๊สหุงต้ม) เพื่อเป็นตัวบ่งบอกว่ามีแก๊สรั่วหรือเปล่า แต่ถ้าเราสูดดมแก๊สนี้ต่อเนื่องเป็นเวลานานเกินไป เราจะไม่ได้กลิ่นเหม็น เพราะแก๊สนี้มันทำให้ประสาทรับกลิ่นไม่ทำงาน
  

นอกจากนี้ไฮโดรเจนซัลไฟด์ยังเป็นแก๊สที่ลุกติดไฟได้ถ้ามีความเข้มข้นสูงมากพอ ข้อมูลความเป็นพิษของไฮโดรเจนซัลไฟล์ที่ทำให้คนเสียชีวิตได้ในเวลาอันสั้นที่มีรายงานก็คือ 800 ppm นาน 5 นาที (รูปที่ ๒) ส่วนช่วงความเข้มข้นที่สามารถเกิดการระเบิดได้คือ 4.3-46% (ข้อมูลจาก https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_sulfide) จะเห็นว่าความเข้มข้นต่ำสุดที่ทำให้เกิดการระเบิดได้นั้นคือ 4.3% หรือ 43000 ppm นั้นมีค่าสูงกว่าความเข้มข้นที่ทำให้คนเสียชีวิตจากความเป็นพิษได้ และเนื่องจากแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟล์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติหรือบ่อบำบัดต่าง ๆ นั้นมักมีความเข้มข้นต่ำ เราจึงมักเห็นข่าวผู้เสียชีวิตเนื่องจากความเป็นพิษมากกว่าจากการระเบิด
  

ในภาษาอังกฤษนั้นคำว่า "กลิ่นเหม็น" ใช้คำว่า "foul odor" ส่วนคำว่า "กลิ่นฉุน" ใช้คำว่า "pungent odour" กลิ่นฉุนไม่เหมือนกับกลิ่นเหม็น กลิ่นฉุนมักจะเกี่ยวข้องกับการระคายเคือง ทำให้ไอ จาม (เช่นไอระเหยของกรด ควันที่เกิดจากการคั่วพริก) ในขณะที่กลิ่นเหม็นจะทำให้เกิดความรำคาญ

รูปที่ ๒ ความเป็นพิษของไฮโดรเจนซัลไฟล์ LC_Lo ความเข้มข้นต่ำสุดที่สามารถทำให้คนเสียชีวิตได้ อย่างเช่นในกรอบสีแดงคือบรรยากาศที่มีแก๊สนี้เข้มข้น 800 ppm นาน 5 นาที (ข้อมูลจาก http://www.cdc.gov/niosh/idlh/7783064.html) ค่าการละลายในน้ำ 4 g/l ที่ 20ºC (ข้อมูลจาก https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_sulfide)
  

แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นแก๊สที่เกิดจากการเผาไหม้กำมะถัน แก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ หรือสารอินทรีย์ที่มีกำมะถันเป็นองค์ประกอบ แก๊สนี้ไม่ติดไฟ ไม่เป็นตัวออกซิไดซ์ ที่มีกลิ่นฉุน ละลายน้ำได้ดีกว่าไฮโดรเจนซัลไฟด์มาก ทำให้เกิดการระคายเคืองต่อระบบทางเดินหายใจและดวงตา (เพราะละลายน้ำแล้วกลายเป็นกรดซัลฟิวรัส H₂SO₃) ค่าความเข้มข้นต่ำสุดที่ทำให้คนเสียชีวิตได้เมื่ออยู่ในบรรยากาศที่มีแก๊สนี้นาน 5 นาทีคือ 3000 ppm (รูปที่ ๓ ข้างล่าง)

รูปที่ ๓ ความเป็นพิษของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ LC_Lo ความเข้มข้นต่ำสุดที่สามารถทำให้คนเสียชีวิตได้ อย่างเช่นในกรอบสีแดงคือบรรยากาศที่มีแก๊สนี้เข้มข้น 3000 ppm นาน 5 นาที (ข้อมูลจาก http://www.cdc.gov/niosh/idlh/7446095.html) ค่าการละลายในน้ำ 94 g/l (ข้อมูลจาก https://en.wikipedia.org/wiki/Sulfur_dioxide)

ที่นี้เราลองมาพิจารณากรณีของภูเขาแก๊สตามข่าวกันดูดีไหมครับว่า โดยสมมุติถ้าเราเป็นคนที่ต้องจัดการกับมัน (คือเป็นวิศวกรของโรงงานนั้นหรือเจ้าหน้าที่อุตสาหกรรมจังหวัด) เราจะตัดสินใจอย่างไรดี

แก๊สที่เกิดจากการบำบัดของเสียอินทรีย์ในบ่อน้ำเสียนั้นประกอบด้วยแก๊สหลากหลายชนิดปนกัน เช่น มีเทน (CH₄) ที่เป็นแก๊สที่ติดไฟได้ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) ที่เป็นแก๊สที่ติดไฟได้และมีกลิ่นเหม็นรุนแรง แอมโมเนีย (NH₃) ที่เกิดจากการย่อยสลายสารประกอบโปรตีน คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ที่เกิดจากการย่อยสลายสารประกอบอินทรีย์ เป็นต้น สัดส่วนของแก๊สเหล่านี้ที่เกิดขึ้นขึ้นอยู่กับของเสียที่นำมาบำบัดและวิธีการ บางโรงงานนั้นก็เลือกที่จะบำบัดด้วยการทำให้เกิดแก๊สมีเทนเยอะ ๆ ก่อนเพื่อที่นำเอาแก๊สที่เกิดขึ้นนั้นไปใช้เป็นเชื้อเพลิงต่อในโรงงาน แล้วจึงค่อยย่อยสลายส่วนที่เหลือให้กลายเป็น CO₂ และน้ำ (พวกที่นำมูลสัตว์มาผลิตเป็นแก๊สชีวภาพก็ทำแบบนี้) ในขณะที่บางโรงงานนั้นอาจจะเลือกที่จะย่อยสลายให้กลายเป็น CO₂ และน้ำโดยตรง

ในการพิจารณาอันตรายเนื่องจากการรั่วไหลของแก๊สนั้น ในกรณีนี้จะขอพิจารณา ๓ ประเด็นด้วยกันคือ

๑. ความหนาแน่นของแก๊สเมื่อเทียบกับอากาศ

๒. ความเข้มข้น และ

๓. ค่าการละลายในน้ำ

แก๊สที่มีความหนาแน่นต่ำกว่าอากาศนั้น (เช่นมีเทนและแอมโมเนีย) จะถูกมองว่ามีโอกาสที่จะก่ออันตรายต่ำเมื่อเกิดการรั่วไหลออกมา เนื่องจากแก๊สนี้จะลอยขึ้นสูงและฟุ้งกระจายออกไปได้ง่าย พวกที่ถูกมองว่ามีโอกาสเกิดอันตรายสูงกว่าถ้าเกิดการรั่วไหลคือพวกที่มีความหนาแน่นสูงและความเข้มข้นสูง (เช่นแก๊สหุงต้มตามบ้านหรือไฮโดรเจนซัลไฟด์)
  

ค่าความสามารถในการละลายน้ำเป็นตัวบ่งบอกว่าเราสามารถใช้การฉีดพ่นน้ำให้เป็นละอองฝอยจะสามารถจัดการกับแก๊สที่รั่วไหลออกมานั้นได้ดีเพียงใด แก๊สที่ละลายน้ำได้ดี ถ้ารั่วไหลออกมาจะสามารถจัดการด้วยใช้การฉีดพ่นน้ำให้เป็นละอองฝอยจัดการได้ดีกว่าแก๊สที่ละลายน้ำได้น้อยกว่า

ในกรณีของโรงงานที่เป็นข่าวนั้นผมเห็นว่ามีประเด็นที่สำคัญ ๒ ประเด็นที่ควรต้องนำมาพิจารณา เพื่อประกอบการตัดสินใจว่าควรที่จะเร่งทำการเผาทิ้งแก๊สที่สะสมอยู่หรือปล่อยให้มันสะสมไปเพื่อรอให้ระบบกำจัดปรกติทำงานได้ทันเวลา คือ
  

๑. แก๊สที่สะสมอยู่นั้นประกอบด้วยแก๊สอะไรบ้าง ในสัดส่วนเท่าใด และ

๒. ผืนพลาสติกที่ปิดคลุมอยู่นั้นจะทนต่อไปอีกได้นานเท่าใด

องค์ประกอบและความเข้มข้นของแก๊สนั้นทางโรงงานน่าจะมีข้อมูลที่ได้จากการตรวจวัด (หรือถ้าไม่มีก็สามารถตรวจวัดได้ไม่ยาก) ที่น่าจะเป็นปัญหามากกว่าก็คือผืนพลาสติกที่ปิดคลุมนั้นจะทนอยู่ได้อีกนานเท่าใด เพราะแม้ว่าจะมีข้อมูลว่าพลาสติกที่ใช้นั้นสามารถรับแรงดึงได้สูงสุดเท่าใด แต่ก็มีปัญหาคือในขณะนี้พลาสติกนั้นรับแรงดึงสูงเท่าใดแล้ว (มันไม่จำเป็นต้องเท่ากันทุกตำแหน่ง) ทำให้ผมคิดว่าคำถามในข้อ ๒. นี้ยากที่จะตอบ
  

สิ่งที่เห็นว่าควรนำมาพิจารณาคือถ้าสมมุติว่าพลาสติกดังกล่าวฉีกขาดออก ทำให้แก๊สที่กักเก็บเอาไว้ทั้งหมดนั้นรั่วไหลออกมาทันที จะก่อให้เกิดอันตรายใดขึ้นได้ (พิจารณาเฉพาะอันตรายจากพิษของแก๊ส ไม่นับเอาแรงระเบิดนะ) ตรงนี้ก็ต้องกลับไปดูองค์ประกอบแก๊สส่วนที่เป็นพิษที่หนักกว่าอากาศว่ามีความเข้มข้นเท่าใด ถ้าความเข้มข้นที่กักเก็บอยู่นั้นไม่สูงพอจะทำอันตรายจนเสียชีวิตได้ เมื่อมันรั่วออกมาแล้วก็จะเจือจางลงไปอีกจากการผสมกับอากาศ ดังนั้นโอกาสที่จะทำให้ผู้ที่อยู่โดยรอบที่ห่างออกมาเกิดการเสียชีวิตก็น่าจะต่ำ (เว้นแต่เด็กกับผู้ที่มีร่างกายไม่แข็งแรง) ในกรณีนี้ทางเลือกที่จะเสี่ยงไม่ทำการเผา แต่ขอรอเวลาให้ระบบกำจัดปรกตินั้นเร่งทำงานจนสามารถกำจัดได้หมดก็จะยังคงอยู่ (จะเรียกว่าทำใจดีสู้เสือก็น่าจะได้)
  

แต่ถ้าพบว่าความเข้มข้นของแก๊สที่เป็นพิษนั้นสูงมาก ซึ่งถ้าเกิดการรั่วออกมาอย่างทันทีทันใดจะเกิดพื้นที่โดยรอบกว้างขนาดหนึ่งที่มีแก๊สดังกล่าวเข้มข้นสูงมากจนทำให้ผู้คนที่อยู่ในบริเวณนั้นเสียชีวิตได้ในเวลาอันสั้น ในกรณีนี้ผมเห็นว่าการเลือกที่จะเผาแก๊สนั้นทิ้งจะเป็นทางเลือกที่มีความเสี่ยงต่ำกว่า เพราะแม้ว่าซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่เกิดจากการเผาไฮโดรเจนซัลไฟด์นั้นจะยังคงมีความเป็นพิษอยู่ก็ตาม แต่ก็ต่ำกว่าไฮโดรเจนซัลไฟด์ (3000 ppm สำหรับ SO₂ ต่อ 800 ppm สำหรับ H₂S) นอกจากนี้ซัลเฟอร์ไดออกไซด์นั้นยังละลายน้ำได้ดีกว่าไฮโดรเจนซัลไฟด์มาก (94 g/l สำหรับ SO₂ ต่อ 4 g/l สำหรับ H₂S) การผ่านแก๊สที่เกิดจากการเผาเข้าสู่หอชะล้าง (scrubber) ก็จะช่วยลดปัญหาการปลดปล่อยซัลเฟอร์ไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศได้ หรือถ้ามีการหลุดรอดออกมา ก็จะเป็นการหลุดรอดในปริมาณต่ำ ๆ อย่างต่อเนื่องที่สามารถฟุ้งกระจายออกไปได้โดยเร็ว นอกจากนี้ยังช่วยลดความเสี่ยงที่พลาสติกปิดคลุมจะฉีกขาดกระทันหันด้วย (แบบว่าหนีเสือปะจระเข้ไง)

ความเห็นตามหลักวิชาการของผมก็ขอยุติลงตรงนี้ ส่วนที่ว่าทางเลือกไหนน่าจะเหมาะสมกว่านั้นคงขึ้นอยู่กับข้อมูลที่แท้จริงที่ได้กล่าวมาข้างต้น และกลิ่นที่ตามข่าวบอกว่าเป็น "กลิ่นเหม็น" นั้น อันที่จริงเป็นกลิ่นของอะไร เพราะถ้าเป็นกลิ่นของไฮโดรเจนซัลไฟด์จริง มันไม่น่าจะมาจากการเผา

การกำจัด CO2 และ H2S ด้วยกระบวนการ Hot Potassium Carbonate Absorption MO Memoir : Monday 7 December 2558

คาร์บอนไดออกไซด์ (carbon dioxide - CO₂) และไฮโดรเจนซัลไฟด์ (hydrogne sulfide - H₂S) เป็นแก๊สกรดที่พบได้เป็นประจำในแก๊สธรรมชาติหรือแก๊สสังเคราะห์ (synthesis gas เช่นที่ได้จากกระบวนการ coal gasification) หรือในโอเลฟินส์ที่ได้จากกระบวนการ thermal cracking ไฮโดรคาร์บอนต่าง ๆ ปริมาณและสัดส่วนของแก๊สกรดเหล่านี้ขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาและกระบวนการผลิตแก๊สที่เป็นผลิตภัณฑ์ และความเข้มข้นสูงสุดที่ยอมรับได้ก็ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของการนำไปใช้งานสุดท้าย (คือบางกระบวนการอาจยอมให้มีปนเปื้อนได้ในปริมาณมาก ในขณะที่บางกระบวนการเช่นการพอลิเมอร์ไรซ์ อาจไม่ต้องการให้มีปนเปื้อนเลยหรือถ้ามีก็ต้องให้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้)
  

การลดปริมาณ CO₂ และ H₂S ในแก๊สที่ต้องการนำไปใช้งานนั้นมีอยู่ด้วยกันหลายวิธีการ ขึ้นอยู่กับปริมาณปนเปื้อน ความเข้มข้นสูงสุดที่ยอมรับได้ และปริมาตรแก๊สที่ต้องทำการบำบัด ในกรณีของแก๊สที่มีอัตราการไหลไม่มาก มี CO₂ และ H₂S ในปริมาณที่ต่ำ และความเข้มข้นสูงสุดของ CO₂ และ H₂S ที่ยอมรับได้มีค่าต่ำ (เช่นแก๊สเอทิลีนที่ใช้ในกระบวนการพอลิเมอร์ไรซ์ในการผลิตพอลิเอทิลีน) การให้แก๊สนั้นไหลผ่านเบดของแข็งที่มีฤทธิ์เป็นเบส (เช่น KOH) ก็เป็นวิธีการที่เหมาะสม แต่วิธีการนี้ก็มีข้อเสียคือเมื่อเบด KOH ทำปฏิกิริยากับ CO₂ และ/หรือ H₂S แล้วจะไม่สามารถทำการฟื้นคืนสภาพ (regeneration) ได้ ต้องทิ้งของเดิมไปและบรรจุ KOH ใหม่แทนที่ ดังนั้นในการออกแบบจึงต้องมีการคำนวณขนาดเบดให้ใหญ่เพียงพอที่จะสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องจนถึงรอบระยะเวลาการเปลี่ยน KOH แต่ละครั้ง (เช่นอาจทุก ๖ เดือนหรือ ๑ ปี)

ในกรณีที่ต้องจัดการกับแก๊สในปริมาณมากและมี CO₂ และ H₂S ปนเปื้อนในปริมาณมาก การใช้สารละลายเบสดูดซับแก๊สกรดเหล่านี้ออกมาจากแก๊สที่ผ่านเข้ากระบวนการจะมีความเหมาะสมมากกว่า โดยหลักการก็คือการให้สารละลายเบสไหลสวนทางกับแก๊สที่มี CO₂ และ H₂S ปนเปื้อนอยู่ (แก๊สไหลจากล่างขึ้นบนในขณะที่สารละลายไหลจากบนลงล่างในหอที่เรียกว่า absorber) CO₂ และ H₂S จะทำปฏิกิริยากับเบสในสารละลายและย้ายเข้าไปอยู่ในสารละลาย ทำให้ความเข้มข้นของ CO₂ และ H₂S ในแก๊สที่เข้าสู่กระบวนการนั้นลดลง ส่วนเบสจะมี CO₂ และ H₂S เพิ่มสูงขึ้น เพื่อที่จะให้กระบวนการสามารถดำเนินไปได้อย่างต่อเนื่องและประหยัด เบสที่ใช้จึงควรที่จะสามารถทำการฟื้นคืนสภาพ คือไล่ CO₂ และ H₂S ออกไปได้ เพื่อที่จะได้นำสารละลายเบสกลับมาใช้งานได้ใหม่ โดยหลักก็คือให้สารละลายเบสดูดซับ CO₂ และ H₂S ไว้ที่ความดันสูงและอุณหภูมิต่ำ จากนั้นจึงค่อยนำเอาสารละลายเบสที่ดูดซับ CO₂ และ H₂S ไว้แล้วนั้นมาต้มไล่ CO₂ และ H₂S ออกที่ความดันต่ำและอุณหภูมิสูง (รูปที่ ๑) และเบสที่มีการนำมาใช้งานกันอย่างกว้างขวางก็คือโพแตสเซียมคาร์บอนเนต (potassium carbonate - K₂CO₃) และเบสอินทรีย์พวกอัลคานอลเอมีน (alkanol amine) ต่าง ๆ

Memoir ฉบับนี้จะขอนำเอาเรื่องเกี่ยวกับกระบวนการ hot potassium carbonate absorption มาเล่าสู่กันฟัง กระบวนการนี้ก็เป็นกระบวนหนึ่งที่เคยมีการนำมาใช้ในประเทศไทยในการกำจัด CO₂ ออกจากแก๊สธรรมชาติ รูปประกอบนำมาจากเอกสารอ้างอิง ๒ ฉบับดังต่อไปนี้

๑. "Removing hydrogen sulfide by hot potassium carbonate absorption" โดย J. H. Field, G. E. Johnson, H. E. Benson และ J. S. Tosh, U.S. Dept. of the Interior, Bureau of Mines (1960).

๒. "Pilot-plant studies of the hot-carbonate process for removing carbon dioxide and hydrogen sulfide" โดย J. H. Field, H. E. Benson, G. E. Johnson, J. S. Tosh และ A. J. Forney, U.S. Govt. Print. Off. (1962).

รูปที่ ๑ แผนผังอย่างง่ายของกระบวนการ hot potassium carbonate absorption (จากเอกสารอ้างอิง ๒) ในกระบวนการนี้จะทำการดูดซับ CO₂ (300 psig) ที่ความดันสูงและนำมาต้มไล่ที่ความดันต่ำ (5 psig) การที่อุณหภูมิที่หอ regenerator (หอที่ใช้ต้มไล่ CO₂) ต่ำกว่านั้นเป็นเพราะหอ regenerator ทำงานที่ความดันที่ต่ำกว่า แต่ก็จัดว่าเป็นอุณหภูมิที่สูง (ใกล้จุดเดือด) เมื่อเทียบกับจุดเดือดของของเหลวที่ความดันเหนือผิวของเหลวนั้น

ในกระบวนการ hot potassium carbonate absorption นั้น ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดคือ

K₂CO₃ + CO₂ + H₂O <---> 2KHCO₃

K₂CO₃ + H₂S <---> KHCO₃ + KHS

ในหอดูดซับ (absorber) ปฏิกิริยาจะเกิดจากซ้ายไปขวา ส่วนในหอฟื้นคืนสภาพ (regenerator) ปฏิกิริยาจะเกิดจากขวาไปซ้าย

และในกรณีที่แก๊สนั้นมีคาร์บอนิลซัลไฟด์ (carbonyl sulfide - COS) ปนอยู่ด้วย จะมีปฏิกิริยาเคมีเกิดร่วมคือ

COS + H₂O ----> CO₂ + H₂S

ในการออกแบบกระบวนการ มีหลายปัจจัยที่ต้องนำมาพิจารณา ปัจจัยหนึ่งที่สำคัญได้แก่ "อุณหภูมิ" เพราะมันส่งผลถึงความสามารถในการละลายน้ำของ K₂CO₃ อัตราเร็วในการทำปฏิกิริยาระหว่างสารละลายกับแก๊สกรด และค่าความดันไอสมดุล (ค่าความดันไอต่ำสุดของแก๊สกรดที่จะสามารถทำได้) แต่ที่แย่ก็คือมันไม่ได้ส่งผลไปในทิศทางเดียวกัน ดังนั้นในการออกแบบกระบวนการจึงจำเป็นต้องหาจุดสมดุลที่ให้ภาพรวมเฉลี่ยแล้วเหมาะสมที่สุด (และจุดสมุดลของแต่ละกระบวนการก็ไม่จำเป็นต้องเหมือนกันด้วย)

รูปที่ ๒ ค่าความสามารถในการละลายน้ำของ K₂CO₃ ที่อุณหภูมิต่าง ๆ (จากเอกสารอ้างอิง ๒)

ตัวอย่างผลของอุณหภูมิที่มีต่อการพิจารณาจุดที่เหมาะสมของการทำงานได้แก่

(ก) สารละลาย K₂CO₃ ความเข้มข้นสูงจะจับ CO₂ ได้มากกว่าสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า ดังนั้นการใช้สารละลายความเข้มข้นสูงจะมีอัตราการไหลที่ต่ำกว่า และเนื่องจาก K₂CO₃ ละลายน้ำได้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น (รูปที่ ๒) ดังนั้นถ้าต้องการสารละลาย K₂CO₃ ความเข้มข้นสูงก็ต้องใช้อุณหภูมิสูง (และอาจต้องมีการเพิ่มความดันให้สูงขึ้นไปอีก เพื่อที่จะสามารถเพิ่มอุณหภูมิสารละลายให้สูงกว่าอุณหภูมิจุดเดือดที่ความดันบรรยากาศด้วย) แต่การใช้สารละลายที่มีความเข้มข้นสูงจนใกล้จุดอิ่มตัว ก็ต้องระวังการอุดตันในระบบอันเป็นผลจากการตกตะกอนในบริเวณของระบบที่มีอุณหภูมิต่ำ

(ข) อัตราการทำปฏิกิริยาระหว่าง CO₂ และ H₂S กับสารละลาย K₂CO₃ จะเพิ่มสูงขึ้นตามอุณหภูมิ (รูปที่ ๓) ดังนั้นถ้าใช้อุณหภูมิการดูดซับที่สูง ทั้ง CO₂ และ H₂S ก็จะละลายเข้าสู่สารละลาย K₂CO₃ จนถึงจุดอิ่มตัวได้อย่างรวดเร็ว ทำให้สามารถลดขนาดของหอดูดซับลงได้

(ค) ที่อุณหภูมิสูงขึ้นแก๊สจะละลายในของเหลวได้น้อยลง หรือค่าความดันไออิ่มตัวของแก๊สเหนือผิวของเหลวจะเพิ่มสูงขึ้น (รูปที่ ๔) ดังนั้นความเข้มข้นต่ำสุดของแก๊สกรดที่หลงเหลือที่สามารถลดได้นั้นจะแปรผกผันกับอุณหภูมิ การดูดซับที่อุณหภูมิต่ำกว่าจะสามารถลดความเข้มข้นของแก๊สกรดลงได้มากกว่า (ถ้าเปรียบเทียบที่สารละลาย K₂CO₃ เข้มข้นเท่ากัน และปล่อยให้ทำปฏิกิริยาจนระบบเข้าสู่สมดุล)

(ง) การไล่ CO₂ และ H₂S ออกจากสารละลายจะทำได้ดีที่อุณหภูมิสูงและความดันต่ำ อุณหภูมิสูงสุดที่จะทำได้คือจุดเดือดของของเหลว แต่จุดเดือดของของเหลวจะลดต่ำลงตามความดัน นอกจากนี้ค่าการละลายของ K₂CO₃ ยังลดต่ำลงเมื่ออุณหภูมิสารละลายลดลง ดังนั้นการออกแบบจึงต้องมั่นใจว่าสารละลาย K₂CO₃ ที่อุณหภูมิสูง จะไม่เกิดการตกตะกอน (ซึ่งจะทำให้ระบบอุดตัน) เมื่อลดอุณหภูมิของสารละลายให้ต่ำลง (ผลจากการลดความดันเหนือผิวของเหลว)

(จ) อีกปัจจัยหนึ่งที่ต้องพิจารณาคือการกำจัด H₂S ถ้าพิจารณาปฏิกิริยาระหว่าง H₂S กับ K₂CO₃ จะเห็นว่าแม้ว่ามันเป็นปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ แต่การผันกลับได้นั้นมันไม่สมบูรณ์ เพราะ KHCO₃ ที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่าง H₂S กับ K₂CO₃ นั้นตอนต้มไล่แก๊สออกที่หอ regenerator อาจจับตัวกันเองและสลายตัวออกไปเป็น CO₂ แทนที่จะจับกับ KHS และสลายตัวออกไปเป็น H₂S ทำให้มี KHS สะสมอยู่ในระบบ (หรือความเข้มข้น K₂CO₃ ลดต่ำลงไปเรื่อย ๆ) ดังนั้นเพื่อให้กระบวนการ hot potassium carbonate ทำการกำจัด H₂S ได้ดีจึงจำเป็นต้องมี CO₂ เข้มข้นสูงในระดับหนึ่ง

จากที่กล่าวมาข้างต้นคิดว่าคงจะพอมองเห็นปัญหาในการออกแบบกันบ้างแล้วนะครับ

รูปที่ ๓ อัตราการเกิดปฏิกิริยาระหว่าง CO₂ H₂S และ COS กับสารละลาย K₂CO₃ เข้มข้น 40 wt% (จากเอกสารอ้างอิง ๑) จะเห็นว่าที่อุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการทำปฏิกิริยาจะเพิ่มสูงขึ้นไปด้วย

แก๊สที่ผ่านกระบวนการ hot potassium carbonate absorption จะมีความเข้มข้นของ CO₂ และ H₂S ลดลง แต่จะมีสารประกอบอีกตัวหนึ่งเพิ่มเติมเข้ามา (ทั้ง ๆ ที่แก๊สที่ไหลเข้าระบบตอนแรกนั้นอาจจะไม่มีสารนี้อยู่เลย) ดูออกไหมครับว่าเป็นสารใด คำตอบก็คือ "น้ำ" ที่ใช้เป็นตัวทำละลาย K₂CO₃ ดังนั้นจึง
อาจต้องทำการติดตั้งหน่วยกำจัดน้ำออกจากแก๊สที่ผ่านการกำจัดแก๊สกรดออกไปแล้วเพิ่มเติมเข้ามาอีก

รูปที่ ๔ ค่าความดันไอสมดุลของ H₂S กับสารละลาย K₂CO₃ เข้มข้น 40 wt% (จากเอกสารอ้างอิง ๑) จะเห็นว่าที่อุณหภูมิสูงขึ้น ค่าความดันไอสมดุลจะเพิ่มสูงขึ้นไปด้วย

กระบวนการ absorption (ไม่ว่าจะเป็นการใช้สารละลาย hot potassium carbonate หรือ alkanol amine) มีการใช้พลังงานมากในการต้มไล่ CO₂ และ H₂S ออกจากสารละลาย สารละลายที่จับยึดแก๊สกรดเหล่านี้ได้ดีมาก (คือลดความดันไอสมดุลลงได้ต่ำมาก) จะต้องใช้พลังงานในการต้มไล่สูงตามไปด้วย

ผมเห็นงานวิจัยหลายงานที่มีการพัฒนาวัสดุของแข็งมีรูพรุนสำหรับดูดซับ CO₂ โดยอ้างว่ามันมีข้อดีกว่ากระบวนการ absorption ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงแล้วการเลือกกระบวนการที่เหมาะสมมันขึ้นกับปัจจัยหลายอย่างดังที่ได้กล่าวไว้ในหน้าแรก การนำเสนอเช่นที่กล่าวมานั้นมันเหมือนกับการสร้างรถยนต์ขึ้นมาแล้วทดสอบด้วยการทำเป็นแท๊กซี่ขนผู้โดยสารและกระเป๋าเดินทางจากโรงแรมในตัวเมืองเดินทางไปสนามบิน แล้วบอกว่าในอนาคตจะพัฒนารถดังกล่าวให้สามารถใช้บรรทุกดินบรรทุกหินสำหรับงานก่อสร้างได้ สิ่งที่ใช้งานได้ดีกับระบบขนาดเล็กไม่จำเป็นต้องใช้งานได้ดี (หรือใช้งานได้) กับระบบขนาดใหญ่ และในทางกลับกัน สิ่งที่ใช้งานได้ดีกับระบบขนาดใหญ่ก็ไม่จำเป็นต้องใช้งานได้ดี (หรือใช้งานได้) กับระบบขนาดเล็ก วิศวกรจำเป็นต้องเรียนรู้ข้อดีข้อเสียและข้อจำกัดของตัวเลือกต่าง ๆ จากนั้นจึงค่อยเลือกตัวเลือกที่เหมาะสมกับสถานการณ์ ในขณะที่นักวิจัยมักจะพูดแต่ข้อดีของงานของตัวเองโดยปกปิดข้อเสียต่าง ๆ เอาไว้