民國115年 高考三級 化學工程 化學程序工業（包括質能均衡、分析化學、儀器分析）
第3題
煉油業輕裂製程主要生產乙烯、丙烯及丁二烯，然進料裂解過程中，乙 炔伴隨乙烯而生成，丙二烯亦隨丙烯而產生，四碳族之碳氫化合物則混 合於丁二烯中。於上述情形下，試分…
題目
煉油業輕裂製程主要生產乙烯、丙烯及丁二烯，然進料裂解過程中，乙 炔伴隨乙烯而生成，丙二烯亦隨丙烯而產生，四碳族之碳氫化合物則混 合於丁二烯中。於上述情形下，試分別說明乙烯、丙烯及丁二烯之商業 純化方法。（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、總體分離架構：輕油裂解（steam cracking）產物經急冷、鹼洗、壓縮、乾燥後，依碳數以蒸餾切割為 C2、C3、C4 餾分。各餾分仍含沸點相近之不飽和雜質，如乙炔、甲基乙炔與丙二烯、乙烯基乙炔，無法以普通蒸餾分離，須採選擇性加氫、萃取蒸餾或溶劑吸收等特殊分離手段，再以精餾得聚合級單體。
- 二、乙烯之商業純化：C2 餾分含約 0.5 至 2% 乙炔，工業上以選擇性加氫（selective hydrogenation）於 Pd/Al2O3 或 Pd-Ag 觸媒床進行，分前加氫（front-end，置於脫乙烷塔前）與後加氫（tail-end，置於 C2 分割塔前）兩種流程，使乙炔加氫成乙烯而避免過氫成乙烷；亦可採丙酮、NMP 或 DMF 溶劑吸收。其後經鹼洗脫除 H2S 與 CO2、分子篩乾燥，於低溫 C2 分割塔（約 -30 至 -40 度C）分離乙烯與乙烷，可得 99.9% 聚合級乙烯。
- 三、丙烯之商業純化：C3 餾分含丙烷及約 1 至 3% 甲基乙炔（methylacetylene, MA）與丙二烯（propadiene, PD），合稱 MAPD。工業上同樣以 Pd 系觸媒選擇性加氫轉為丙烯，或採萃取蒸餾（以 DMF、NMP、乙腈為溶劑）分離；丙烷則以 C3 分割塔精餾除去。進料另需胺液或鹼洗脫硫、分子篩乾燥、脫砷與脫羰基硫（COS），產品純度約 99.5% 化學級、99.9% 聚合級。
- 四、丁二烯之商業純化：C4 餾分含丁烷、丁烯、1,3-丁二烯及少量乙烯基乙炔（vinylacetylene, VA）與乙基乙炔，因沸點相近須用萃取蒸餾，常用溶劑為 NMP、DMF、乙腈或糠醛，利用溶劑對雙烯與單烯溶解度差異改變相對揮發度；亦可採銅銨醋酸溶液（cuprous ammonium acetate, CAA）選擇性吸收。VA 與乙基乙炔再以選擇加氫或第二段萃取蒸餾移除，產品純度可達 99.5% 以上，儲運時添加 TBC 阻聚劑防自聚。
- 五、比較與限制：三者共同邏輯為先脫硫脫水、再以選擇加氫或萃取蒸餾去除炔類、最後精餾，差異在炔類含量與沸點接近程度。選擇加氫須嚴格控制氫分壓與床溫，避免飛溫（runaway）及觸媒中毒（砷、硫、CO）；萃取蒸餾則有溶劑回收、能耗與溶劑損失問題，且丁二烯易生成聚合物堵塞塔盤，須定期清洗。
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