化學工程 114 年工業化學考古題

某煉油廠其原油蒸餾單元產出的重質殘油（Atmospheric Residue）比例過 高，導致經濟效益下降。作為研發工程師，請提出一個整合性的升級方 案，能將此重質殘油轉化為高價值的石化原料。 ㈠請繪製簡要的方塊流程圖，說明方案中應包含的關鍵單元操作（例如： 裂解、分離、轉化等），並標示主要產物（如輕質烯烴、芳香烴等）的 流向。（10 分） ㈡詳細說明所選擇的核心轉化單元（例如：流體化催化裂化、延遲焦化 或加氫裂解）之化學反應原理、所使用的催化劑、操作條件（溫度、 壓力）以及其優缺點。（10 分） ㈢此方案在工業實踐中可能面臨的挑戰為何？（例如：催化劑結焦、設 備腐蝕、能耗過高）請提出兩個可行的解決對策。（5 分）

氯鹼工業是基礎無機化學品工業的骨幹，其產物（氯氣、氫氧化鈉、氫 氣）廣泛應用於水處理、造紙、半導體清洗與氫能經濟。 ㈠請寫出⑴隔膜法、⑵水銀法與⑶離子交換膜法電解食鹽水的主要化學 反應式（陽極、陰極個別反應與總反應）。（9 分） ㈡為何離子交換膜法被視為現代氯鹼工業的主流技術？請從⑴反應機 理、⑵產品純度、⑶能耗與⑷環境影響角度，比較隔膜法及水銀法的 優劣。（10 分） ㈢隨著氫能經濟崛起，氯鹼工廠副產的氫氣從「廢熱」變成「寶藏」。請 說明如何將氯鹼工廠整合到區域性的氫能供應鏈中，並分析此舉對工 廠營運與減碳目標的潛在效益。（6 分）

聚醯亞胺因其優異的熱穩定性、機械強度及化學阻抗，被廣泛應用於柔 性顯示器基板與高階光電元件。 ㈠請說明聚醯亞胺主要的兩種：「一步法」與「二步法」合成路徑。為何 在工業生產高品質薄膜時，「二步法」是較為可行的選擇？（15 分） ㈡在「二步法」中，前驅物聚醯胺酸溶液在塗布成膜後，需要經過熱亞 胺化過程。⑴請說明此過程中所發生的化學結構變化（可以繪圖輔助 說明），⑵解釋升溫程序的控制為何對最終薄膜的機械與電學性質至 關重要。（10 分）

在半導體製程中，化學機械平坦化是實現多層金屬布線的關鍵技術，而 CMP slurry（研磨漿料）是其中核心的特用化學品。 ㈠一個用於銅導線CMP 的Slurry 通常包含那些主要化學成分？請詳述 ⑴研磨顆粒、⑵氧化劑、⑶絡合劑、⑷表面活性劑每一成分在平坦化 過程中所扮演的「化學性」與「機械性」角色。（15 分） ㈡隨著製程節點進入3 奈米以下，對於⑴缺陷控制、⑵材料選擇、⑶平 坦化效率，CMP Slurry 面臨了那些更嚴苛的要求。若作為特用化學品 公司的研發人員，應從那些方面著手進行下一代Slurry 的配方設計。 （10 分）