石化工廠, 裂解, 聚合 (4, 5, 6)

2.4. 石化生產工廠
石油(Petroleum)這個字源自於拉丁語，意思是“石油”。
石化工廠通常位於煉油廠附近或同一區域，石化工廠使用煉油廠輸出當作原料，繼續對其加工精製。石油化工是由一組化學產品所組成，其使用原油和天然氣為原料，去生產那些化學產品。石化工業可生產各種熱塑性材料和熱固性材料。熱塑性材料，可以利用熱，重複將熱塑性材料軟化再使用。最重要的熱塑性材料包括高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PE)（聚烯烴(polyolefin)）、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)和聚苯乙烯(polystyrene)。

可運用下列三種方法，將來自煉油廠的原材料製造成所需的產品。這三種方法包括裂解(cracking)，精製(further refining)和聚合(polymerization)。熱固性材料是指那些經過加熱，產生化學變化並成形者，但不能利用再加熱的方式重新成形者。一些熱固性塑料(thermosetting plastics)包括熱固性樹脂(例如苯酚(phenol)和尿素甲醛(urea formaldehydes))、環氧樹脂(epoxy resins)，不飽和聚酯(unsaturated polyesters)和聚氨酯(polyurethanes)，和工程塑料(engineered plastics)(例如polyacetyls，聚酰胺(polyamides)和聚碳酸酯(polycarbonates))。

2.5 5種丙烯(Propylene)生產方法 (5 types of propylene production)
大多數的丙烯(propylene)是在石化工業生產乙烯(ethylene)時的副產品。
預估在未來幾年內，傳統的乙烯工業，生產每噸乙烯所能產生的丙烯量，將會減少，而逐漸轉移到輕裂解原料。在同一時期內，丙烯需求量的增加略大於乙烯的需求。其結果顯示，從蒸汽裂解產生的丙烯供應將短缺，相對於這個短缺，其將由專為生產丙烯的方式生產。

正如現今的情況，來自專為生產丙烯的產量，預計將來自多種渠道，包括煉油和石化合成物。從煉油方面來看，從催化裂化產線產生而增加的丙烯產量，預計將成為主要提供者。預計這一催化裂化生產，將來自現有的催化裂化產線的改造，以及更多新的石化催化裂化產線的建制安裝，以滿足交通運輸燃料市場的需求。在石化方面，則有更多的替代方案，去生產丙烯。這些替代方案，包括丙烷脫氫(propane dehydrogenation, PDH)，甲醇到烯烴 (methanol-to-olefins)和烯烴轉換(olefin conversion)，其中烯烴轉換亦包括烯烴(metathesis)和烯烴裂解(olefin cracking)過程。所有替代生產方式，在某些情況下，能夠提供更好價格競爭力。

2.5.1. 丙烷脫氫 (PDH) (Propane Dehydrogenation)
現今，丙烷脫氫(PDH)工廠大多設在丙烯(propylene)市場 (加工業者)附近，而不是在廉價丙烷產地。
丙烷脫氫(PDH)工廠，提供丙烯加工業者，三個具體的優勢。首先，PDH 工廠，只生產一種產品，丙烯。丙烯加工工廠只對於丙烯加工感到興趣，但是並不想由石腦油列解，或汽油和燃料的煉油廠來生產乙烯(ethylene)或C4+產品。PDH工廠，主要投資在丙烯生產。其次，PDH 工廠的生產成本，主要源自於丙烷的費用。丙烷價格並不直接與石腦油價格或丙烯市場相關，因此，PDH 工廠允許大規模丙烯加工業者能建立多樣化的原料成本結構。最後，丙烯加工業者，雖然位於一些好地點，但是，沒有機會去使用丙烯相關的副產品。
基本上，丙烷脫氫(PDH)真正的目的，是在生產丙烯而不在副產品上。藉由輕微非選擇性的反應(minor non-selective reactions)，產生少量的氣體燃料，用於複雜的烯烴類(oleflex)，作為補充燃料氣，所以該少量的氣體是不需要銷售的。對於PDH 而言，其單一原料、單一產品的特點，是極具吸引力的，尤其是丙烯加工的生產商，他們希望整合丙烯的生產，成為一個安全而有成本效益的提供者。

2.5.2. 由天然氣或甲醇製造烯烴(MTO) (Natural Gas or Methanol to Olefins)
甲醇製造烯烴(Olefins)(MTO)是一個兩步驟的過程，先將天然氣(natural gas)或煤(coal)轉為甲醇(methanol)，再將甲醇轉為低碳數烯烴(light olefins)。甲醇製造烯烴(MTO)，是藉由天然氣或煤的市場擴張以及市場對乙烯(ethylene)、丙烯(propylene)及其加工的需求，來推動的。天然氣的價格一般不是由原油(crude oil)和石腦油(naphtha)的市場價格來決定，這使MTO 提供了另外一種途徑，提供烯烴(olefin)加工生產商對不同的原料，產生不同的成本結構。特別是當原油市場價格過高時， MTO 可以提供比石腦油裂解，更低的生產成本及更高的投資回報率。

2.5.3. 烯烴轉換 (Olefin Conversion)
每噸低碳烯烴(light olefin)，經過烯烴裂解(Olefin cracking)約可產生0.2 噸乙烯(ethylene)和0.8 噸丙烯(propylene)。由於非烯烴類(non-olefins)不發生裂解反應，所以乙烯(ethylene)和丙烯(propylene)產量將取決於低碳烯烴的組成。如果是一個使用蒸汽裂解的乙烯(ethylene)工廠，借助回收機制，低碳烯烴，除了可生產乙烯(ethylene)和丙烯(propylene)以外，還可產出C4+的產品。如果是一個使用石腦油裂解工廠，C4+產量的比例將會減少，而由低碳烯烴所生產的乙烯和丙烯的比例將會增加。

2.5.4. 蒸汽裂解 (Steam Cracking)
對於每噸低碳烯烴(light olefin)的生產，輕油裂解(Naphtha cracking)約可產生0.67 噸乙烯(ethylene)和0.33 噸的丙烯(propylene)。同時，還有約0.7 噸的C4+ 副產品可銷售，並帶來好的經濟效益。雖然輕油裂解不是生產丙烯的最好選擇，但仍屬丙烯生產的最大來源和競爭力的主要基準。

台灣的中國石油(Taiwan CPC)和台塑石化(Formosa Petrochemical)都以這樣的方式，裂解石腦油或輕油(naphtha)。

2.5.5. 液態催化裂解 (Fluid Catalytic Cracking, FCC)
對於每噸低碳烯烴(light olefin)的生產，傳統的液態催化裂解(FCC)，每單位通常可生產多達18 噸的C4+產品，和極少量的乙烯(ethylene)。在同樣的情況下，經由催化裂解，也僅能生產少量的丙烯。另一方面，透過石化液態催化裂解(Petro FCC)技術，每噸低碳烯烴只能產生2.4 噸的C4+產品。結果顯示，採用石化液態催化裂解(Petro FCC)技術，可生產更多高附加價值的石化產品，並且取代傳統生產汽車燃料的方法。除了高產值的丙烯，乙烯，和BTX，石化液態催化裂解技術，還大幅提高C4 和C5 烯烴(olefins)的產量。這部分的產量，可以歸因於ATOFINA/UOP 烯烴催化裂解裝置(ATOFINA/UOP Olefin Cracking unit)，以提高乙烯和丙烯的產量。烯烴裂解(olefin cracking)加上石化液態催化裂解(Petro FCC) 的技術，可將每噸低碳烯烴(light olefin)產生的C4+產品降低到約1.3 噸。

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2.6. 烯烴到聚烯烴 (Olefins to PP)
正如以前的報告中，烯烴(olefins)，是石化工業的主要產品，包括乙烯(ethylene)和丙烯(propylene)。其聚合後的產物，聚烯烴(polyolefin)，或更重要的塑膠商品原料，包括聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。
雖然聚丙烯和聚乙烯是最常見的，然而，其他共聚物(copolymer)產品，也是由這些烯烴類聚合後的產物，如乙丙橡膠(ethylene propylene rubber)和彈性體(elastomers)。
將烯烴(olefin)分子連結在一起，是透過聚合(polymerization)步驟完成的；過程中，需要高溫，有時，也需要高壓、催化劑或催化系統的配合。聚烯烴(polyolefin)，是透過鏈聚合反應（或稱為加成聚合反應）產生的；這是一種將多個烯烴加在一起的化學反應，使彼此形成長鏈分子，這些長鏈分子即是聚烯烴。
在生產過程中，聚烯烴可透過加工，加強其某一特點。例如，剛性或彈性。這些特性，不僅能決定聚丙烯和聚乙烯能製造出的產品種類，同時，也可以決定其製程的難易度。無論聚乙烯或聚丙烯是否具有剛性或彈性，生產過程將取決於原料的密度，以及原料在熔融態時，液化的程度。
原料的密度和流動性，是依據聚丙烯或聚乙烯的生產過程中，所施加的壓力總量而決定的。當低壓生產聚乙烯時，會產出較高密度的聚乙烯。這些基本材質上的微小粒子，將形成直的、且強大的分支(branch)，這將使聚合物更加密合，其產物將是更緊密的聚乙烯。如果使用高壓力去生產聚乙烯時，會產出較低密度的聚乙烯。這些基材的粒子，將形成由主支(branch)和分支(side branch)”
不直接地”混合而成，得到密度較低、重量較輕的聚乙烯。聚乙烯和聚丙烯的液體性質，則可依據所謂的熔體流動指數(Melt Flow Index, MFI)來定。所有這些特性和規格，是在聚合過程中來決定的；有時亦可用不同的“等級(grade)”來分級。
乙烯和丙烯都是以氣態形態輸入工廠的。當這些氣體聚合成聚乙烯或聚丙烯後，會是糊粥狀且溫暖的液體。這種糊粥狀的液體，經過擠壓，並穩定的由平板的孔洞流出；這線狀的聚乙烯或聚丙烯，由機器的另一側擠出，再以旋轉的刀片將其切割，形成大量白色、透明狀的顆粒。這些顆粒，即是被運送到各公司的原料。
實際上，由乙烯或丙烯氣體，製造剛性聚合物顆粒，似乎是困難的，但是，透過以下這些程序，能以較容易的方式，幫助理解這些概念。