petrochemical industry - dedee-lib.dede.go.th/mm-data/bib11162.pdf1.2 types of petrochemical...

57
Disseminated Document A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry LOGO

Upload: habao

Post on 07-Jul-2018

270 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Disseminated Document

A Study on Energy Efficiency Index in

Petrochemical Industry

LOGO

A St d E Effi i I d i

Disseminated Document

A Study on Energy Efficiency Index in

Petrochemical Industry

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

 

 

Petrochemical  Industry  is  one  of  the  most  important  primary  industries  to 

Thailand’s economic development.   It  is the foundation of wide variety of  industrial production 

processes  such as plastic and  container  industry,  textile  industry,  rubber  industry, agricultural 

and  fertilizer  industry.    These  industries  help  create  tremendous  value  added  to  Thailand 

exporting  sector.    In  2006,  the  exporting  values  of  upstream,  intermediate  and  downstream 

petrochemical products are 27,694,  41,729 and 15,1468 million Baht, respectively.  In addition, 

the country also saves millions of bath per year on  importing goods.   The utilization of natural 

gas in the process is also a right direction on increase the value of locally available raw material 

which,  in turn, benefit to Thai’s economy and society as a whole.   Continued expansion of this 

industrial sector is foreseeable in the future.  

Production  process  of  petrochemical  industry  is  considered  one  of  the most  energy 

intensive operations.  Due to increase energy consumption trend of this industry and to correctly 

accommodate  the  future  economic  expansion,  it  is  important  to  facilitate  this  industry  to 

efficient energy management  initiatives  in order to optimize the whole process while maximize 

the benefit.  In addition to the gain from energy conservation and higher energy efficiency, this 

will enhance the capability of the  industry to compete on the global scale. From these reasons, 

the  Department  of  Alternative  Energy  Development  and  Efficiency  (DEDE), a  responsible governmental body who oversee  the  industrial energy management,  considers  this  important 

strategy and duty  to promote  the  increase  in energy efficiency of petrochemical  industry. The 

activities will be carried out under the Energy Conservation and Promotion Acts of 1992. 

One  strategy which  the Department of Alternative Energy Development and Efficiency has been  executed  to urge  the  industry  about  the  energy  efficiency  is  the  analysis of  energy 

usage per production unit  (Energy  Index,  EI).   Hence  it  is DEDE’s  initiative  to develop  Energy 

Consumption  of  Petrochemical  Industry  in  Thailand  project  to  use  the  energy  consumption 

data  of  this  industry  as  a  step  to  develop  energy  benchmarking  standard.  Moreover,  the 

acquired  information may be evaluated  for preparation of energy efficiency  index and energy 

conservation of each manufacturer. Finally,  the outcome of  this project may  lead  to  the  right 

direction on defining the appropriate future plan for energy conservation plan of petrochemical 

industry.  

This report is to distribute the result of this project which includes the analysis of energy consumption  index  of  petrochemical  industry,  approach  on  promotional  plan  for  energy 

conservation,  and  techniques  for  efficient  energy  usages.  Authors  hope  that  this  report will 

further be more or less useful to stake holders and any involved parties. 

PREFACE

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

CONTENT  

PREFACE 

 

CHAPTER 1 :  OVERVIEW OF THAILAND PETROCHEMICAL INDUSTRY  1 

1.1  The Petrochemical Industry Structure  1

1.2  Types of Petrochemical Industry  4

1.3  Petrochemical Feedstock  6

1.4  How Petrochemical Industry Affects Economic System  7

1.5  Energy Consumption of  Petrochemical Industry in Thailand  12

CHAPTER 2 : ENERGY CLASSIFICATION OF PETROCHEMICAL INDUSTRY   14 

2.1 Classification of Petrochemical Industry  14

2.2 Production Processes  15

CHAPTER 3 : ENERGY CONSUMPTION IN PETROCHEMICAL INDUSTRY  22 

3.1 Energy Consumption Index 22

3.2 Specific Energy Consumption (SEC) 23

3.3 Evaluation of Energy Intensity (EI)  29

CHAPTER 4 : THE PROMOTION OF ENERGY CONSERVATION   31

4.1  Problems in Petrochemical Industry 31

4.2  SWOT Analysis  32

4.3  Promotional Plan for Energy Conservation In The Petrochemical   33

CHAPTER5 :  TECHNOLOGY AND MEASURES FOR ENERGY CONSERVATION IN  PETROCHEMICAL INDUSTRY 

36 

5.1  Development and Improvement of Production Technology   36

5.2  Energy Efficiency Improvement for Processes and Equipments  40

SUMMARY 48 

REFERENCES  50 

LIST OF ABBREVIATION 52 

prod

1.1

refin

chem

oil 

adm

purp

petr

prod

petr

Petroch

ducts such as

 

  The Petr

While th

ning industry

mical produc

themselves. 

ministrations 

pose  of  the

rochemical p

ducing  a  ho

rochemical in

Source: P

Figure 1 

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Prod

uction

 (KTA

)

De

hemicals  re

s crude oil, n

rochemica

he petrochem

y in that it u

cts.   Genera

  Even  tho

for their ref

e  oil  indus

products as 

ost  of  chem

ndustry from

PTIT, 2007 

 Production 

14,2

5

2,000 

4,000 

6,000 

8,000 

0,000 

2,000 

4,000 

6,000 

8,000 

ToIn

partment of A

efer  to  hydr

natural gas a

al Industry

mical indust

ses some pr

lly, compani

ough  there 

finery and th

stry  busines

their by‐pro

mical  produ

m 2003 to 200

of Thailand’

39 

5,707 

2,597 

5,935 

2003

otal Productiontermediate P

1. OVERV

Alternative En

A Study 

rocarbon  org

nd natural g

y Structur

try is part of

oducts from

es which pr

are  some 

heir petroche

ss  is  to  pr

oducts.   Mea

cts,  as  sho

06.  

  

s petrochem

15,034 

5,887 

2,818

6,

2004

onetrochemical

VIEW OF

nergy Develop

on Energy Effi

ganic  chemi

as condensa

re 

f the chemica

m the oil refin

oduce petro

which  do  s

emical produ

oduce  ener

anwhile,  the

own  in  Figu

mical industry

15,660

6,2

,329 

2

Year

Us D

F PETROC

pment and Effi

iciency Index in

icals  produc

tes as raw m

al industry, i

nery as raw 

ochemical pr

so,  they  wo

uction.  In ot

rgy,  getting 

 petrochem

ure  1  produ

y from year 2

0 1

219 

3,004 

6,436 

2005

Upstream PetrDownstream P

CHEMICA

iciency (DEDE

n Petrochemica

ced  using  pe

materials.   

it differs from

materials fo

oducts do n

ould  have 

ther words, t

raw  mate

ical  industry

uction  of  T

2003 to 2006

6,372 

5,945 

3,891 

6,53

2006

rochemicalsPetrochemical

AL INDUS

E)

al Industry 

etroleum 

m the oil 

r specific 

ot refine 

separate 

the main 

rials  for 

y aims  at 

hailand’s 

6.

36 

ls

STRY

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

In general, the petrochemical  industry uses raw materials from the petroleum  industry 

to  manufacture  products  such  as  plastic  resins,  synthetic  fibers,  synthetic  rubbers,  surface 

coating materials and various  types of adhesives.   These products are considered primary  raw 

materials  for human beings’ basic consumption  items, occupational  tools and equipment, and 

various amenities  for mankind.   Figure 2 shows  the  links between  the petroleum  industry and 

petrochemical industry; Figure 3 shows the structure of Thailand’s petrochemical industry. 

    

  

  

Figure 2  Thailand petroleum and petrochemical network    

 

Soource: PTIT, 20

De

006

partment of A

Figure 3 Th

Alternative En

A Study 

ailand petroch

nergy Develop

on Energy Effi

hemical comp

pment and Effi

iciency Index in

plex flows

iciency (DEDE

n Petrochemica

E)

al Industry 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

1.2  Types of Petrochemical Industry 

The  petrochemical  industry  is  classified  into  3  main  groups,  on  the  basis  of  their 

products (as shown in Figure 4). 

Upstream Petrochemical Industry 

Intermediate Petrochemical Industry 

Downstream Petrochemical Industry 

 

 

Figure 4  Overview of Thailand petrochemical industry  

 

   1.2.1  Upstream Petrochemical Industry 

Upstream petrochemical industry  is the production of petrochemical products which are 

feedstock  for  further  production  of  other  petrochemical  products  (intermediate  and 

downstream).    It consists of 7 kinds of products, or “the Seven Sisters”, which are divided  into 

the following 3 groups on the basis of their molecular structure: 

Alkane group, which is methane‐based 

Olefin group, which is ethylene‐based, propylene‐based and Mixed C4‐based 

Aromatic group, which is benzene‐based, toluene‐based and xylene‐based 

Supporting: Infrastructure, Logistic, HR, Finance, Rules& Regulations

Value chain component 

Key activities • E&P

• Oil Refinery

• Gas separation

• Olefins

- Ethylene - Propylene

• Aromatics

- Benzene

- Para-Xylene

• Plastic Resins Commodity (PE, PP, PVC, PS, EPS,

PET) Engineering (PC, POM, PBT*, Nylon

6,6*, PMMA) Synthetic Fibre - Polyester - Nylon 6 - Polypropylene - Acrylic Syn. Rubber/ Elastomers

- BR, SBR, EPDM* Syn. Coating/ Adhesives - PVA*, Silicone

• Compounding

• Olefins - EDC/VCM - EO**/EG** - Oxo Alcohol* - Acrylonitrile* • Aromatics - Ethylbenzene** - Styrene - Cyclohexane** - Caprolactam - Cumene/Phenol** - PTA -PA

Conversion Industries

Downstream

Intermediate

Upstream

Oil & Gas

Note: * No local production, ** Investment in progress

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

   1.2.2  Intermediate Petrochemical Industry 

Intermediate petrochemical industry uses upstream petrochemical products as feedstock 

and supplies  to downstream petrochemical  industry.    Its products are grouped on  the basis of 

their upstream petrochemicals, as follows: 

Alkane Intermediates, namely, products from upstream methane, such as methanol or methyl alcohol, formaldehyde, ammonia, phosgene, etc. 

Olefin  Intermediates,  namely,  ethylene  products  such  as  ethylene  dichloride,  (EDC), vinyl  chloride  monomer  (VCM),  ethylene  oxide  (EO),  and  ethylene  glycol  (EG), propylene products such as oxo alcohol and acrylonitrile 

Aromatic  Intermediates,  namely,  benzene  products  such  as  ethyl  benzene  (EB), styrene monomer(SM), cyclohexane, carprolactam, and paraxylene products, etc. 

 

 

   1.2.3  Downstream Petrochemical Industry 

Downstream  petrochemical  Industry  uses  upstream  or  intermediate  petrochemical 

products as feedstock to manufacture downstream products or end products prior to conversion 

in other industries.  They are categorized by end product, as follows: 

Plastic resins   Synthetic Fibers  Synthetic rubbers   Synthetic coating and Adhesive materials 

ดิบสําหรับการผลิตอุตสาหกรรมปโตรเคมี

   

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

1.3  Petrochemical Feedstock 

  There are 2 types of feedstock for the petrochemical industry: natural gas and naphtha.  

The  selection  of  feedstock  varies  on  the  advantages  and  disadvantages  in  the  access  to  the 

feedstock, and therefore varies from one country to another.  For instance, in countries like the 

USA, Canada, and the Middle East, production of petrochemicals is from natural gas, whereas in 

Japan, Korea, Singapore, and Europe, which do not have natural gas, naphtha  is used  instead, 

since  it  is  sold  in  the world market and  is easy  to  transport.  In  the case of Thailand, both are 

used.  The type of feedstock also determines the manufacturing process used by manufacturing 

plants.  Figure 5 shows feedstock sources for the industry. 

 

 

 

Figure 5  Petrochemical feedstock

   

Gas separation  Wet gas 

Refinery

Crude oil

Condensate Splitter 

Condensate

Petrochemical Feedstock 

Refined products 

Petrochemical Feedstock 

Petrochemical Feedstock 

• Methane • Ethane • Propane‐Butane (LPG) • NGL 

• LPG • Naphtha‐Gasoline • Gas Oil – Kerosene, 

Jet, Diesel • Fuel Oil • Bitumen • Etc. 

• LPG• Naphtha • Gas Oil 

• LPG• Naphtha 

Dry gas 

Residue 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

1.4  How Petrochemical Industry Affects Economic System   

  1.4.1  The Role of  Petrochemical Industry in Thailand 

  The petrochemical industry brings in tremendous, uninterrupted revenue to the country 

as show  in Table 1.    In year 2006,  total  revenue  from petrochemical  industry exceed   447.760 

million Baht which  is equivalent to 6‐percent of gross domestic product   (GDP).   Moreover, the 

industry  also  generates  important  raw materials  for  several  downstream  industries  such  as 

automachine, electrical and electronics, cosmetics, agricultural, packaging and textile industries.  

  The petrochemical  industry has a significant effect on  the development of  the country 

directly and indirectly.  Not only does it add value to oil and natural gas, but it is also related to 

numerous other industries as shown in Figure 6, for example, packaging, spare parts, electronic 

parts, textile, construction, etc   

 

 

      Table 1  Values of Thailand’s petrochemical production 

           Source : PTIT Focus, 2005   

 

  . 

6.0%6.1%5.9%4.9%4.4%Compare to GDP

2.2%2.2%2.6%2.6%2.8%2.8%2.4%2.4%2.3%2.3%Compare to GDPCompare to GDP

160,257181,427182,829143,812128,458•Value Added of Petrochem. Ind.: Exclude Import and Feedstocks

(MM Baht)

3.5%3.7%3.8%3.2%2.8%Compare to GDP

260,714264,231244,486188,578153,202•Net Revenue: Exclude Import Portion (MM Baht)

447,760432,645382,500290,150239,060• Total Revenue (MM Baht)

Petrochemical Status

7,423,918 7,104,2286,503,4885,928,9755,450,643GDP: Current Price (MM Baht)

25492548254725462545

6.0%6.1%5.9%4.9%4.4%Compare to GDP

2.2%2.2%2.6%2.6%2.8%2.8%2.4%2.4%2.3%2.3%Compare to GDPCompare to GDP

160,257181,427182,829143,812128,458•Value Added of Petrochem. Ind.: Exclude Import and Feedstocks

(MM Baht)

3.5%3.7%3.8%3.2%2.8%Compare to GDP

260,714264,231244,486188,578153,202•Net Revenue: Exclude Import Portion (MM Baht)

447,760432,645382,500290,150239,060• Total Revenue (MM Baht)

Petrochemical Status

7,423,918 7,104,2286,503,4885,928,9755,450,643GDP: Current Price (MM Baht)

25492548254725462545

Note: B.E. 2549 estimate GDP growth 4.5%, FX = 38 Bath/$

2002 2003 2004 2005 2006

2006

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

       

          Source : PTIT Focus, 2005 

 

Figure 6  Downstream petrochemical production values  

 

In  addition  to  producing  ample  supplies  for  domestic  demand,  in  2005  the 

petrochemical industry had more than 200,000 million Baht worth of surplus output for export, 

or 4.85 percent of the country’s export value. 

    

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

 

         Source : PTIT Focus, 2005 

 Figure 7   values generated by natural gas year 2005 

 

  Figure 7 shows that the petrochemical industry, which uses only 11.3 percent of natural 

gas,  generates  as much  revenue  as 158,277 million Baht., whereas  electricity  industry, which 

uses 79.6 percent of natural gas, generates 197,899 million Baht.  In other words, revenue from 

petrochemical  industry  is  approximately  80  percent  that  of  electricity  generation,  but 

petrochemical  industry uses only 14 percent of  the  volume of natural gas used  in generating 

electricity.    This  is  the  reason  why  Thailand must  conduct  a  serious  study  and  continue  to 

develop petrochemical products. 

   

Values Generated by Natural Gas – B.E. 2548

Incremental values forgone if indigenous gas not used,and import fuel instead

Incremental values forgone if indigenous gas not used,and import fuel instead

414,

828

66,4

0018

3 ,6 7

6

Value lostif import fuels

(194,899 - 183,676 = 11,223electricity - imported fuel = value added)

Value lostif import fuels

(194,899 - 183,676 = 11,223electricity - imported fuel = value added)

Gas Used

790,080

MMSCF

(excl. LPG for feedstock)

Unit: Million Baht

• Industry Value– Electricity– E&P– Petrochemical

–LPG

Gas Prod.

835,743

MMSCF

79.6%100.0%

11.3%

9.1%

Direct

Financial

Benefit

Economic

Multiplier

194,899230,749

- 100,576(NG)

- 57,701 (Condensate)

25,802

• Government Take– Income Tax - E&P 36,957– Royalty - E&P 29,443

*

158,277

Values Generated by Natural Gas Year 2005 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

10 

1.4.2  Petrochemical Production 

1) Production 

• Production Capacity 

In  2006  production  capacity  of  Thailand’s  petrochemical  industry  was 

19,000,000 tons, comprising 6.5 million tons upstream products, 4.5 million tons of intermediate 

products, and 8.0 million tons of downstream products, as shown in Figure 8.  It can be seen that 

the industry has continuously expanded from year 2002 onward, with a total of 4.0 million tons 

growth between years 2002 and 2006.  

 

 

Figure 8  Thailand petrochemical production capacity  

• Production and Production Rate 

Thailand  produced  nearly  16,000,000  tons  of  petrochemical  products  in  2005 

and  was  then  expecting  more  than  16,000,000  tons  for  2006  (Figure  9).    In  downstream 

industries, the production increased highest from years 2005 due to the new downstream plants 

have been started to produce in various petrochemical substance for example cyclohexane and 

PTA.  The Intermediate products also illustrated an increase, while upstream products decreased 

due to halt in operation for the purpose of maintenance and repair. 

   

B.E.2549 is est imation data

2545 2546 2547 2548 25492002 2003 2004 2005 2006

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

11 

         N.B.  Years 2006 approximated values. 

 Figure 9  Production volume of petrochemical products from years 2002 to 2006 (PTIT) 

    Table 2   Average operation capacity of Thailand‘s petrochemical industry from years 2003‐2006 

Petrochemical 

Industry 

Capacity Average (%) 

2002  2003  2004  2005  2006 

Upstream  89  99  98  94  90 

Intermediate  85  98  100  90  81 

Downstream  86  87  88  86  85 

Source: PTIT, 2006 

Upstream and intermediate petrochemical production had an average of 90‐95 percent, 

while  downstream  production  had  85  percent  of  production  capacity.    In  2006  downstream 

production slightly decrease as newly set‐up facilities were not operating in full yet.  

Analyses  of  recent  periods  have  found  that  production  and  marketing  have  been 

growing satisfactorily, and will continue to rise.  The liberalization of petrochemical trade during 

the  past  decade  plus  the  country’s managing  to  sail  through  the  1997  economic  crisis  have 

helped  strengthened  the  Thai  entrepreneurs,  who  saw  the  need  to  unite  to  increase  their 

business potential. Markets have expanded noticeably, both domestically and abroad. 

   

Thailand Petrochemical Production

02,0004,0006,0008,000

10,00012,00014,00016,00018,000

2545 2546 2547 2548 2549

KTA

Upstream Intermediate Downstream

2002 2003 2004 2005 2006

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

12 

1.5  Energy Consumption of  Petrochemical Industry in Thailand  

The petrochemical  industry relies heavily on energy.   With  its present growth rate, and 

as companies are also constantly trying to expand their production, consumption of electricity, 

gas  and  fuels  will  increase  unavoidably,  no matter  how much  emphasis  is  given  to  energy 

conservation. 

 

   1.5.1  Energy consumption  

From  the  data  compiled  from  30  plants  producing  upstream,  intermediate  and 

downstream petrochemicals, the study has found that consumption of energy  is highest  in the 

upstream industry, (data from all the plants in Thailand) as shown in Table 3 

 

Table 3  Energy consumption in Thailand’s petrochemical industry 

Petrochemical Industry 

Audited Plants (%) 

Energy Use (Ktoe)

Year 2005  (%)  Year 2006  (%) 

Upstream  100  2,172 68.91 2,186  64.48 

Intermediate  43  213 6.76 475  14.01 

Downstream  32  768 24.33 729  21.50 

Total  3,152 100.00 3,390 100.00 

 

However, energy consumption of  the country’s entire  industrial sector,  including  food, 

drinks,  textiles,  wood,  chemicals,  paper,  ceramic,  cement  and  metal  (referred  from  energy 

consumption data  from DEDE’s energy  consumption annual  report), was  selected  to  compare 

the  energy  used  in  the  petrochemical  industry.    It was  found  that  the  petrochemical  sector 

consumes 15 to 17 percent of the total industrial sector’s consumption. 

   

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

13 

Electricity6%

Steam38%

Natural Gas42%

LPG 0.6%

Diesel0.6%

Fuel Oil1.7% Others

11.1%

   1.5.2  Proportion of Energy Consumption in Petrochemical Industry 

Consumption data compiled from selected manufacturing plants in 2006 shows the main 

energies used in the manufacturing process of products consists of electricity, steam, natural gas 

(NG), liquid petroleum gas (LPG), diesel oil, fuel oil, and others (process off‐gas, fuel gas, etc.) as 

shown in Table 4  and illustrated in Figure 10 

Table 4  Proportion of Energy Consumption (%)

Energy Type  Ratio (%)** 

Natural Gas 42.0 

Steam  38.0 

Electricity  6.0 

Fuel oil  1.7 

Diesel oil  0.6 

LPG  0.6 

Others (Process off‐gas, Fuel gas, etc.) 11.1 

Total 100 

     **estimation value from participating petrochemical plant  

                 

Figure 10 Proportion of energy consumption in years 2006  

As  shown  above,  natural  gas  is  the  topmost  energy  being  used  in  petrochemical 

production (mostly as direct fuel for the oven, or direct heat), while stream is second in quantity. 

Other types of energy, also estimated from consumption in the production process, are used at 

smaller quantities.   

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

14 

  

2.1  Classification of Petrochemical Industry 

The  petrochemical  industry  covers  a  vast  array  of  products,  and  the manufacturing 

processes vary from one product to another.  Sometimes the same products use different in raw 

materials,  technological  processes,  and  even  different  equipment.    For  this  reason,  energy  is 

used in varying amounts. 

However,  from  this  study,  in  which  consumption  of  energy  is  compared  using 

international basis, the industry is classified on the basis of production process, with the aim to 

present an analysis of  indices of energy consumption which are correct, suitable and beneficial 

but without harming the existing plants from where data were given.  The study result will reveal 

overall  facts  and  figures  of  each  group  as  a whole,  and  not  of  individual  products.    This  is 

because there are not too many petrochemical plants  in Thailand, and presenting too detailed 

data may be revealing confidential information of the businesses. 

 

 

Therefore, petrochemical industry were divided into 3 groups  as follows: 

  

   

Upstream Petrochemical Industry) 

- Olefins Group 

- Aromatics Group 

Intermediate Petrochemical Industry 

Downstream Petrochemical Industry 

- HDPE 

- PS, PP, EPS 

- Emulsion PVC, ABS, SAN, PC 

2.CLASSIFICATION OF PETROCHEMICAL INDUSTRY 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

15 

1) Cracking Process  Cracking is a process in which molecules of raw material are dissociated into smaller 

ones. There are two types of cracking process, thermal steam cracking and catalytic cracking. 

2.2  Production Processes  

   2.2.1  Upstream Petrochemical Production 

Upstream petrochemical industrial process aims at producing primary feedstock for the 

next group of products.  Its production process is shown in Figure 11‐13 (source: PTIT 2006), with 

7 major products, namely, methane, ethylene, propylene, Mix C4 benzene, toluene and xylene as 

the basic chemicals  for  further petrochemical development.     There are 2 major processes, as 

follows: 

Thermal Steam Cracking 

Steam cracking  is the dissociation of raw material  such  as  ethane  and  propane yielding  important  petrochemical  products, ethylene and propylene, mixed C4, pyrolysis gasoline.  Methane  and  hydrogen  are  also some of major by‐products.   

Catalytic Cracking 

Dissociation  of  larger,  stable molecules requires  catalysis.  Refinery  products  such as  gasoil  and  fuel  oil  may  be  passed through catalytic cracker to obtain gasoline and  diesel  as  major  products  and  by‐product,  propylene,  which  is  primary petrochemical product. 

2) Reforming Process 

Reforming  of  hydrocarbon  structure  may  be  accomplished  by  the  use  of  heat, 

pressure  and/or  catalyst  in order  to obtain desired products.  This process  converts heavy 

naphtha to aromatics such as benzene, toluene and xylene as well as hydrogen as by‐product. 

Reforming may be carried out by several following methods. 

Dehydrogenation  is  a  process  in  which  hydrogen  atoms  are  being  taken  away  from saturated hydrocarbons structure  leaving product of unsaturated hydrocarbons such as the dehydrogenation of cyclohexane to aromatics. 

Dehydrocyclization  is  a  process  in which  hydrogen  atoms  are  being  taken  away  from aliphatic hydrocarbons yielding aromatics such as dehydrocyclization of paraffin.  

Dealkylation is the extraction of alkyl group from toluene and xylene yielding benzene.  

Transalkylation  or Disproportionation  is  the  combination  process  of  two  molecules resulting  in  two new molecules which are bigger and  smaller  than precursor ones  i.e., catalytic transalkylation of toluene to benzene and xylene.  

Isomerization  involves the molecular restructuring of material while retaining the same number of atoms i.e., isomerization of o‐xylene and m‐xylene to p‐xylene. 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

16 

Figure 11  Production processes of methane, ethylene, propylene and mixed‐C4 from NG or propane 

Figure 12  Production processes of methane, ethylene propylene and mixed‐C4 from naphtha or gas oil 

Figure 13  Production processes of benzene, toluene and xylene 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

17 

   2.2.2   Intermediate petrochemical Process 

Intermediate petrochemical  industrial process uses upstream products as feedstock for 

downstream  production  industry.  Intermediate  products  can  be  divided  into  the  following 

classes: 

Olefin Intermediates 

Aromatic Intermediates 

Alkane Intermediates 

The production process of  Intermediate petrochemical  is complex and differs from one 

product to another. It is also related directly to downstream process.  See Figure 14‐16 

  

 Figure 14  Production process of Vinyl Chloride Monomer (VCM)

    

  Figure 15  Production process of Styrene Monomer (SM) 

 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

18 

Figure 16  Production process of Pure Terephthalic Acid (PTA)   

   2.2.3   Downstream Production  

Downstream  petrochemical  industrial  process  relies  on  upstream  and  intermediate 

production  process  in  producing  what  is  to  be  converted  to  final  products.    Downstream 

products can be grouped as follows: 

Plastic Resins, compose of

• Commodity Plastics 

• Engineering Plastics 

• High Performance Plastics 

Synthetic Fibers 

Synthetic Rubbers, Elastomers 

Synthetic Coating and Adhesive Materials 

Polymerization  is  a major process  for production of downstream petrochemicals.  This 

process  involves  the  combination  of  monomers  into  long  chain  polymer.    Typically, 

polymerization  process  requires  the  use  of  catalysts,  heat  and  pressure  in  order  to  achieve 

complete reactions.  Polymerization may be performed by several methods such as:  

Gas phase polymerization under high pressure and temperature 

Solution phase polymerization under high pressure and temperature 

Bulk or batch polymerization under moderate pressure and temperature  

Suspension polymerization under moderate pressure and temperature 

Emulsion polymerization under moderate pressure and temperature 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

19 

Figure 17  Production process of LDPE  

 Figure 18  Production process of LLDPE by solution phase polymerization  

 

Figure 19  Production process of LLDPE by solution phase polymerization 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

20 

 Figure 20  Production process of PVC by suspension polymerization   

VCM

Raw Material

Polymerization ReactorSlurry Stripper

Latex Storage and Seiving

Dryer Classifier

Storage

Packing

PVC Resin

Raw Material Storage and Preparation

VCM Recovery

Grinding

Figure 21  Production process of PVC by emulsion polymerization   

 Figure 22  Production process of PP 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

21 

 Figure 23  Production process of PVC Resin 

 Figure 24  Production process of PP by  gas phase polymerization  

 Figure 25  Production process of ABS  

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

22 

  

3.1  Energy Consumption Index 

Appropriate calculation of  indices of energy consumption  in the petrochemical  industry 

used  in  Thailand  and worldwide  are:  Specific  Energy  Consumption  (SEC)  and  Energy  Intensity 

(EI).    Assessment  is  necessary  in  order  to  lead  to  development  of  plant  efficiency.    SEC  is 

calculated from the energy that a plant consumes during a cycle of operation, for example, one‐ 

month, per product of  that  same period.   EI  is defined as  the proportion between  the energy 

consumed  in  the production process  the country’s gross domestic product  (GDP) or other unit 

such  as  ton  of  product,  production  value,  transport  value,  etc.    The  energy  consumed  being 

analyzed  differently  depending  on  its  source,  for  example,  heat,  electricity  energy,  or  total 

energy.  The calculation method is as follows: 

 

( )(Ton) ProductsPrimary

(MJ) nConsumptioEnergySECnConsumptioEnergySpecific =

Energy Consumption  =  Purchased Fuel + Plant Fuel – Export Utilities 

        Primary Products  =   Main Product (Ton) 

   

( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=MMBahtTOE

ProductsPrimaryof Value

nConsumptioEnergyEIIntensity Energy  

        Energy Consumption  =  in unit ton of oil equivalent (TOE)  Value of primary product  =  value of primary products in million baht per ton 

 

 

The  indices  will  be  tremendously  helpful  in  monitoring  and  controlling  energy 

consumption.   Therefore, plants  should monitor  them  recorded monthly.   The  collecting data 

can  reflex  whether  consumption  is  increasing  or  decreasing,  and  be  used  for  energy 

benchmarking as a useful tool for evaluating the efficiency of the plant. 

   

3. ENERGY CONSUMPTION IN PETROCHEMICAL INDUSTRY

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

23 

The  scope  of  this  study  focuses  only  petrochemical  plants;  it  does  not  include  gas 

separation  plants  and  oil  refineries.    It  assesses  plants  according  to  their  products,  from 

upstream products  ‐‐ olefins plants and aromatic plants  ‐‐  to downstream,  stopping at plastic 

resin plants, and excluding plastic compounding and other industries. 

  The energy consumption  figures used are drawn  from  the main production process;  it 

does not  cover utilities,  transportation,  and offices units.    The  analysis  takes  into  account  all 

factors that affect operation efficiency.   For example,  in the case of olefins plants, where other 

products are manufactured in addition to the main products, only the olefins being ethylene and 

propylene  will  be  considered,  not  mixed  C4  or  other  olefins,  which  are  in  much  smaller 

quantities, of unstable prices, and not the main target products of the plants. 

  

3.2  Specific Energy Consumption (SEC) 

Analysis  results  of  the  assessment  of  the  30  plants  joining  the  study  project  are 

presented in term of overall average, maximum and minimum values of the years 2003‐2006, as 

shown in Table 5 and in sections 3.2.1 to 3.2.3. 

 

Table 5 Range of  specific energy  consumption  (SEC)  in MJ/Ton of upstream  intermediate  and downstream petrochemical industry in year 2004‐2006 

Petrochemicals  Products SEC 

(MJ/Ton) 

Upstream

– Olefins  Olefins (Ethylene, Propylene)  16,900 ‐ 24,900 

– Aromatics  Aromatics (B, T, X)  3,200 ‐ 17,100 

Intermediate  PTA, EB, SM, PA, EG, Polyol  1,900 ‐ 27,000 

Downstream HDPE  2,700 – 3,600 PS, PP, EPS  1,000 – 2,000 Emulsion PVC, ABS, SAN, PC  2,700 – 12,500 

 

 The SEC value from the 30 participating plants reveals a rather wide range which can be 

explained  by  the  limited  number  of  the  plants  existing  in  the  country.    The  plants  produce 

different products, and even similar products are manufactured with different technologies and 

processes.    Nevertheless,  compared  to  the  USA  (see  Table  10),  SEC  value  of  petrochemical 

industries in Thailand fall in almost the same bracket. 

24 

De

 A Study o

kind of p

product

 

 3.2.1

F

Ol

Table 6

2

16,00

av19

 

Tabl

because

5

10

15

20

25

Specific En

ergy Con

sumption (M

J/To

n)

epartment of 

on Energy Effic

Also, consum

product, the

ion capacity,

Energy C

Figure 26   Sp

efins  

Specific ene2003 – 2006

2003 

0‐24,500 

erage 9,892

le 6 shows t

e olefins prod

0

5,000

0,000

5,000

0,000

5,000

Ole

Alternative En

ciency Index in 

mption of en

e raw materia

, etc.  

onsumpti

pecific energ

rgy consump6 

U

2004 

17,000‐24,

average20,419 

that SEC of o

duction requ

280,045

721,300

2003

efins A

nergy Develop

Petrochemica

nergy  for dif

al used, tech

ion in Ups

gy consumpt

ption (SEC) o

Upstream PeSE

800  17,0

e  a

olefin group 

uires a more 

2

727,164

2004

romatic

pment and Eff

al Industry 

fferent prod

hnology, pro

stream Ind

tion (SEC) of 

  

of upstream p

etrochemicaC (MJ/Ton)

2005 

000‐25,100 

average 21,092 

of products

complicated

294,979

4

20Year

Production A

ficiency (DEDE

ducts vary  in

duction proc

dustry 

upstream pe

petrochemic

al‐Olefins

2006

16,500‐24

averag21,16

s  is higher th

d process, mo

510,502

771,888

005

Aromatic

E) 

 quantity, d

cess, size of 

etrochemica

cal industry –

4,900 

ge 8 

han the othe

ostly therma

505,354

839,46

2006

Production 

epending on

the plant an

l industry 

–olefins in ye

Average

21,227 

er groups. Th

al cracking, w

4

66

0

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

700,000

800,000

900,000

Olefin

n  the 

nd its 

 

ear 

his  is 

which 

Productivity (Ton)

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

25 

consumes  a  lot more  energy  than  intermediate  and  upstream  industries.   However, most  of 

these olefins producing plants use steam produced during  the production process  itself.   They 

even have surplus steam to sell to nearby plants.  But in the data cited here, the sold amount is 

excluded, and only energy consumed in the manufacturing of the products is taken into account. 

  This  study  finds  that  the  SEC  value  from  all olefins plants  in  Thailand does not  differ 

much from that of the same industry in other countries (as shown in Table 10). But the wide can 

be  explained  by  the  fact  that  there  are  only  4  olefins  plants  in  all  of  Thailand,  each with  a 

markedly different production technology.  In addition, only 2 main types of feedstock are used, 

that  is, ethane and naphtha.    In producing olefins  (ethylene and propylene) alone,  the plants 

using  ethane  as  feedstock  naturally  consume  less  energy  than  those  using  naphtha,  because 

ethane is of smaller molecules, which can be cracked easily.  But this does not mean that plants 

using naphtha are of a disadvantage.  In fact they do have valuable by‐products which they can 

sell to compensate for the cost of energy. 

   

Aromatics   

Table 7 Specific energy consumption (SEC) of upstream petrochemical‐aromatics in year 2003‐2006 

Upstream Petrochemical ‐ Aromatics SEC (MJ/Ton) 

2003  2004  2005  2006  Average

3,000 ‐ 8,700  2,800 ‐ 8,500  3,300 ‐ 17,000  3,100 ‐ 17,000 

6,987 average 5,708 

average 5,425 

average 8,146 

average 7,960 

Remarks: The values of SEC in 2003 and 2004 are lower than those of 2005 and 2006 because some of the participated plants did not collected data during those years.  Thus SEC values for 2005 and 2006 are more realistic.. 

 

  The upstream, aromatic production industry in Thailand consists of 4 plants, almost all of 

which give importance to manufacturing 3 high value products – benzene, toluene and xylenes.  

From studying the SEC value of this group of products, it is found that energy consumption also 

has  a wide  range,  again  because  aromatic  plants  in  this  country  use  different  raw materials, 

technologies and processes.  In plants which use condensates as raw materials,  the production 

26 

De

 A Study o

process 

xylene, a

product

 

 

3.2 

Fig

Table 8

2

2,100

ave4,

Remarks 

5

10

15

20

25

Specific En

ergy Con

sumption (M

J/To

n)

epartment of 

on Energy Effic

is more com

and therefor

s and at larg

.2  Energy

gure 27  Spe

Specific ene2006 

2003 

‐ 10,300 

erage ,533 

 *SEC  for 20energy co

**Calculated consumpt

 

1

0

5,000

0,000

5,000

0,000

5,000

 

Alternative En

ciency Index in 

mplicated th

re consume m

ger amounts.

y Consump

ecific energy 

rgy consump

Int

2004 

1,900 ‐ 10,5

average 4,659 

006  is higher nsumption w

from all SEC vtion that start

135,454 

ป 25462003             

nergy Develop

Petrochemica

an the ones

much more e

 

ption in In

consumptio

ption (SEC) o

termediate PSECav

500  1,900

av4

than  those oas starting up

values from 2 operating in 

146,287

ป 2547

Intermediate

          2004  

pment and Eff

al Industry 

s that use by

energy. How

ntermedia

n (SEC) of int 

of intermedia

Petrochemic

verage (MJ/Ton

2005 

0 ‐ 10,500 

verage 4,659 

of other yearsp that year. 

003‐2006 exc2006 

139,

ป 25                   20

ficiency (DEDE

y‐products su

wever, they c

ate indust

termediate p

ate petroche

cal Industry n) 

2006*

1,900 ‐ 28,

average4,841

s because one

ept one partic

,368

548

Producti

005                

E) 

uch as raffin

an produce 

try 

petrochemic

mical indust

 

,000 

e participated

cipated plant 

174,277

ป 2549

ion

    2006

nates and m

more varieti

cal industry 

try in year 20

Average

4,685** 

d plant which

which high en

-

50,000 

100,000 

150,000 

200,000 

250,000 

ixed‐

es of 

 

003‐

 high 

nergy 

Productivity (Ton)

PA, 

stag

adju

the 

raw 

norm

 

Tabl

9

SpecificEn

ergy

Consum

ption(M

J/To

n)

The SEC

EG and Poly

ge  of  opera

ustments we

products are

materials  m

mally more e

3.2.3 Ene

Figure 28 

le 9  Specific

2003 

900‐12,000 

average 3,993 

0

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

Specific En

ergy Con

sumption (M

J/To

n)

De

C value of pl

yol) has a rat

ation  and  t

re not yet in

e numerous 

markedly  va

energy is nee

ergy Consu

 Specific ene

c energy cons

20

900‐1

aver3,6

121,623

ป 25462003

partment of A

ants produc

ther high (Ta

their  energy

n place, maki

(PTA, EB, SM

aried.    How

eded, and th

umption in

ergy consum

sumption (SE

Downstrea

006 

11,900 

rage 652 

124,

ป 25

SEC Downstre

2004

Alternative En

A Study 

cing  interme

able 8) espe

y  conservat

ing the amou

M, PA, EG a

wever,  to  pr

e by‐product

n Downst

mption (SEC) o 

EC) for Down

am Petroche

SEC (MJ/T

2005 

900‐15,00

average3,610 

,225

547

eam

4

nergy Develop

on Energy Effi

diate petroc

cially  in 200

ion  measur

unt of energ

nd Polyol), a

roduce  high 

ts are usually

ream Pet

of downstrea

nstream Petr

emical Indus

on) 

2

0  1,800

av3

139,739

ป 2548

Downstream 

2005

pment and Effi

iciency Index in

chemical pro

6 when plan

res  and/or 

gy quite high

and producti

value  petr

y high in valu

rochemica

am petroche

rochemical y

stry 

2006 

0‐11,000 

verage 3,601 

147,069

ป 2549

Production

2006

iciency (DEDE

n Petrochemica

oducts  (PTA,

nts were  in t

production 

.  In addition

ion technolo

ochemical  p

ue as well. 

al 

emical indust

year 2003‐20

Averag

3,712

9

-

50,00

100,0

150,0

200,0

250,0

E)

al Industry 

 EB, SM, 

their first 

process 

n to that, 

ogies and 

products, 

 

try 

006 

ge

00 

00 

00 

00 

Productivity (Ton)

27 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

28 

The SEC value of plants producing downstream products (HDPF, PS, PP, EPS, PVC, ABS, SAN and 

PC) averaged out during 2003  and 2006  also has a  rather high discrepancy  (Table 9).   This  is 

because most  of  the  industry  (the  participating  plants  in  this  study  project)  produces mainly 

plastic  resins  ‐‐commodity  plastics  and  specialty  plastics.    Usually  specialty  plastics  such  as 

thermosetting plastics consume more energy, because the process  is more complicated.     Even 

among  commodity plastic production plants,  the amount of energy  consumed varies.   Special 

grade plastics such as the medical‐grade consume higher energy than lower‐grade plastics. 

  

3.2.4 Energy Consumption in Other Countries 

Table  10  summarizes  the  energy  consumption  of  petrochemical  products  in  other 

countries.    The  data  shows  the  difference  in  SEC  from  product  to  product.    The  energy 

consumption depends mainly on products.   The difference  in technologies, processes, and raw 

materials contribute to the difference in SEC. 

 

Table 10   Specific energy consumption (SEC) of petrochemical products in other countries 

Product  SEC (MJ/Ton) 

SEC average (MJ/Ton) 

Olefins  12,561 ‐ 25,120  18,841 

Aromatics (BTX)  2,310 ‐ 3,521  2,917 

Ethylene Glycol (EG)  3,488 ‐ 6,017  4,753 

Ethylbenzene  3,028 ‐ 3,498  3,263 

Styrene monomer (SM)  33,396 ‐ 45,113  39,255 

Terephthalic acid (PTA)  3,121 ‐ 5,145  4,134 

Polyethylene (PE)  1,483 ‐ 3,993  2,738 

Polypropylene (PP)  1,129 ‐ 1,260  1,195 

Polyvinyl chloride(PVC)  ‐  2,896 

Source: Energetics Incorporated, 2000  

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

29 

Table 11 Specific energy consumption (SEC) of petrochemical products in Thailand and other countries

Products USA  Thailand

SEC (MJ/Ton)  SEC (MJ/Ton) 

Olefins  12,561 ‐ 25,120  16,900 – 24,900 

Aromatics (BTX)  2,310 ‐ 3,521  3,200 – 17,000 

Ethylene Glycol (EG)  3,488 ‐ 6,017 

1,900 – 10,500 Ethylbenzene  3,028 ‐ 3,498 

Styrene monomer (SM)  33,396 ‐ 45,113 

Terephthalic acid (PTA)  3,121 ‐ 5,145 

Polyethylene (PE)  1,483 ‐ 3,993  2,700 – 3,600 

Polypropylene (PP)  1,129 ‐ 1,260  1,000 – 2,000 

Polyvinyl chloride(PVC)  ‐   

  

3.3 Evaluation of Energy Intensity (EI) 

Energy Intensity (EI) was evaluated as energy in term of Ton of Oil Equivalent (TOE) per 

value of one ton of product (million baht).  The data from energy auditing of participated plants 

and the value of petrochemical products in 2006 from Petroleum Institute of Thailand was used 

in the calculation. 

 

Table 8 Energy Intensity, EI (TOE/million baht) for petrochemical industry between 2003‐2006 

Petrochemicals  Products EI 

(TOE/mil Baht) EI 

(MJ/1,000 Baht)

Upstream

Olefins  Olefins (Ethylene, Propylene)  0.98 ‐ 1.5 410 – 630 

Aromatics  Aromatics (B, T, X)  20.4 ‐ 10.5 100 – 440 

Intermediate  PTA, EB, SM, PA, EG, Polyol  0.79 – 5.0  30 – 210 

Downstream  HDPE, PS, PP, EPS, PVC, ABS, SAN, PC  0.26 – 3.3  10 ‐ 140 

 

30 

De

 A Study o

  

Figur

 

aromati

petroche

product 

product

intensity

product 

the ener

  

epartment of 

on Energy Effic

re 29 Energy

Energy inten

c  upstream,

emical  is  co

is  normall

s with down

y (EI) of petr

as indicated

However, on

rgy consume

1

1

Upstream: Ol

Upstream: Ar

Intermediate

Downstream

Spec

ific

Ener

gy C

onsu

mpt

ion

(TOE

/Mil B

aht)

Alternative En

ciency Index in 

y Intensity, E

nsity, in the 

,  intermedia

omplicated  a

y  cheaper  t

nstream prod

ochemical p

d in Figure29

nly a small r

ed, does less

0.00

5.00

10.00

15.00

efins

romatic

11.7

nergy Develop

Petrochemica

I (TOE/millio2

petrochemic

ate  and  dow

and  consum

than  produ

duct s which

roducts tend

 

eduction of 

en the total 

 

2003

11.73

3.51

2.57

1.35

3

3.51

2.57

1.35

pment and Eff

al Industry 

 on baht) for P2003‐2006

cal industry d

wnstream  pr

ed more  en

cts  from  ot

h consume  le

d to decrease

energy cons

energy cons

2004

12.04

3.30

2.56

1.22

12.04

3.30 2.5

ficiency (DEDE

Petrochemic

decreases in

oducts.    As 

nergy  than  o

ther  catego

ess energy a

e from upstr

sumption, fo

umption in t

20

12

4

2

1

12.44

4

56

1.22

E) 

al Industry b

 order from 

indicated  e

other  proce

ries.    Comp

and sell at h

ream produc

or example, 2

the industria

005

2.44

.96

.57

.18

1

.96

2.57

1.18

between yea

olefin upstre

earlier,  upstr

sses.    Upstr

paring  upstr

igh price, en

ct to downstr

2‐5 percent o

al sector.  

2006

12.49

5.01

2.55

1.23

2.49

5.01

2.55

1.2

 

rs 

eam, 

ream 

ream 

ream 

nergy 

ream 

of all 

23

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

31 

  The  petrochemical  industry  requires  high  energy  consumption.  Therefore  energy  is  a 

vital  factor  in  the business competition, because  it has a direct effect on  the production cost.  

And  for  this  reason,  the  state  sector  and  the  private  businesses  involved  are  turning  their 

attention  to  the  conservation  of  energy,  from  organizing  activities  in  the  organization, 

advertising  and  promoting  awareness,  to  setting  measures  to  conserve  energy  in  both  the 

production sector and the service sector.  But since the petrochemical industry depends greatly 

on  technology  and  highly  specific  expertise,  very  much  unlike  most  other  industries,  it  is 

therefore capital intensive.  This study project which compiles all related information, facts and 

figures,  analyzes  the  strength,  weaknesses,  opportunities  and  threats  (SWOT),  assesses  and 

recommends directions for the promotion of energy conservation, which can lead to adoption of 

plans for effective conservation of energy. 

  

4.1  Problems in Petrochemical Industry 

  Problems in the conservation of energy in the petrochemical industry can be divided into the following 4 respects: 

1) Energy management 

Lack of a unified source of information on the industry, either on the production process or energy use 

Lack of central coordination, information compilation, advice and counseling needed for good management and efficiency 

Lack of support in research and education to develop production technology and manage the industry in a complete cycle 

2) Technology

Dependence on machinery and advanced technology from abroad 

3) Economy 

High cost of machines and technology as well as maintenance, as a capital intensive industry 

Expensive raw materials such as natural gas, crude oil, and machinery parts imported from abroad 

4) Human Resource 

Need for advice and technology transfer from foreign experts 

Lack of local expertise

4.  THE PROMOTION OF ENERGY CONSERVATION 

32 

De

 A Study o

 

4.2  SW

SStren

Nth

Mcl

Than

Th

OOppo

Th

Thov

Be(C

En

Thereof th

 

Short-T

Medium

Long-T

epartment of 

on Energy Effic

WOT Ana

 

ngths 

atural resouhe country 

Most of the puster 

he plants andnd in new co

he local mar

ortunities 

he domestic 

here is roomverseas 

enefits from CMD) 

nergy price is

  

R

e should be e industry, a

Entrepreneupolicies can 

Plans shouldproduce furt

F

Term Plan

m-Term Plan

Term Plan

Alternative En

ciency Index in 

lysis 

rces can be f

lants are loc

d machineryondition 

ket is consid

market is ex

m for market 

 carbon emis

s high 

Recommend

a petrochemaiming at sus

urs should shbe centralize

d be mappedther energy f

Figure 30 En

nergy Develop

Petrochemica

found within

ated in a 

y are up‐to‐d

erably large

xpandable 

growth 

ssion trading

dations For

mical managstainable co

hare utilitiesed, and dem

d out to add vfrom by‐prod

nergy manage

• 0-3 ye

• 3-5 ye

Up to 5 ye

pment and Eff

al Industry 

WWeak

ate 

Loen

Tefo

Pe

TThrea

Co

Th

Tr

r Energy Con

gement plan nservation o

, so that eneand‐supply r

value to by‐pducts. 

ement plan in

ears

ears

ears

ficiency (DEDE

knesses 

ogistic managnough  

echnological reign counte

ersonnel in th

ats 

ompetitors a

here is oversu

ade barrier m

nservation 

which integof energy  

ergy  loss canrisks can be 

products in a

petrochemica

1) EnergyManageme

3) Economic

E) 

gement is no

developmenerparts 

he field are n

re of an adva

upply at pres

measures are

Planning

grates the di

n be minimizminimized a

a complete c

al industry

y ent

2)Techno

cs4) HRes

ot efficient 

nt still relies 

not enough 

antage 

sent 

e enforced 

ifferent aspe

zed, energy s well. 

cycle, or even

 

) ology

Human source

on 

ects 

use 

n to 

    

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

33 

4.3  Promotional Plan For Energy Conservation In The Petrochemical  

From the study of problems found in the petrochemical industry, the SWOT analysis, and 

the above  recommendations by project advisors,  the  following plan  is  roughly drafted  for  the 

different aspects and in different stages: 

Energy conservation plan 

Short‐term (0‐3 yrs)  Mid‐term (3‐5 yrs)  Long‐term (up  to 5 yrs)  Targets 

1. Energy Management 1. Create awareness 

in energy conservation. 

1. Create creativity in energy conservation. 

1. Create an energy saving culture. 

Energy saving culture is created  

Energy consumption is reduced in the long run.

2. Encourage large‐scale entrepreneurs to develop their own energy management to increase energy use efficiency. 

2. Encourage small‐scale entrepreneurs in the converter industry to use energy efficiently.

2. Encourage all petrochemical entrepreneurs to continually manage energy wisely

Energy is used efficiently 

Production efficiency is accelerated and below‐standard products are weeded out. 

Energy cost  is reduced

3. Plan for a central utility system to be shared in the industrial sector.

3. Manage central utility systems for ample sharing, e.g. wastewater treatment, different types of electricity plants for use in the industry

3.Promote the system of integrated complex management of shared utilities such as energy recover, and management of by‐products.

Energy loss is minimized, or energy is recovered 

Production in the industry is a complete cycle and of highest efficiency

4. Set up a central body to compile databases for the industry.

4.The central body must have good knowledge management, be able to disseminate up‐to‐date information and give advice and suggestions to entrepreneurs 

4. The central body must be able to use information and knowledge in benchmarking, and assist entrepreneurs.

There is a good system of knowledge management, with the use of databases which are constantly updated 

Knowledge is shared on a constant basis.   

The whole industry is developed in the same direction

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

34 

 

Energy conservation plan 

Short‐term (0‐3 yrs)  Mid‐term (3‐5 yrs)  Long‐term (upto 5 yrs)  Targets 

2. Technology Management

1. Encourage learning of know‐how from abroad and research in production technologies that improve efficient use of energy.  

 

1. Promote research and development in production technology and the application of research by entrepreneurs who have potential 

Furnace upgrade /replacement 

Repair Leaks and Improve fractionation efficiency 

Develop catalysts 

Reactor design/ Improve fractionators efficiencies 

Recover heat from flue gas and recover steam from blow‐down 

Develop energy management software 

2. Deliver research study to pilot entrepreneurs subject 

Deliver research study to amendment production process of pilot factory in order to select best practice factory of Petrochemical Industry

1. Carry out research and development on a regular basis 

Disseminate the know‐how of Best Practice 

Encourage entrepreneurs to apply research results in improvement of energy use in their industry 

Knowledge and Best Practice of the industry are used as guidelines  

The whole system of petrochemical production is improved, including emission reduction, energy efficiency, and value adding. 

 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

35 

Energy conservation plan 

Short‐term (0‐3 yrs)  Mid‐term (3‐5 yrs)  Long‐term (upto 5 yrs)  Targets 

3. Economics Dimension

1. Use economic and financial tools as incentives for entrepreneurs to save energy 

Reduce tax on import of machines and equipment that help increase energy efficiency. 

1. Use economic and financial tools to help entrepreneurs to develop production technology that help increase energy efficiency   

Give special preferences to entrepreneurs who are able to save energy. 

1. Use economic and financial tools to encourage entrepreneurs to increase sustainable energy efficiency 

Give special preferences/ waive taxes for entrepreneurs who have joined in sustainably reducing energy consumption

The industry develops efficiency in energy use in the long run 

Entrepreneurs are interested in participating in the project 

4. Human Resource Development Dimension

1. Develop human resource in the petrochemical industry. 

Conduct training programs to create understanding and increase efficiency in energy conservation, such as seminars to exchange views on Best Practice  

Conduct short training courses for upstream, intermediate and downstream industry entrepreneurs as well as converter industry entrepreneurs 

1.  Develop human resource in the petrochemical industry 

Send personnel (in the state and private sectors) to take courses/study trips in petrochemical production abroad, so that they will come back to train others in turn

 

 

1. Develop human resource at all levels of education in the petrochemical industry 

Offer programs in energy, such as energy conservation, energy management, etc. 

The number of petrochemical experts is increased 

Dependence on foreign experts is reduced 

 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

36 

          Energy conservation measures in the petrochemical industry can be divided into two levels: 

1) Development and improvement of production technology 

2) Energy efficiency improvement for processes and equipments  

5.1  Development and Improvement of Production Technology  

There are 2 major types of energy that have been used  in the production processes of 

petrochemical  industries;  thermal  and  mechanical  energies.    Mechanical  energy  is  used  to 

control the working conditions of  the equipments,  i.e. control  the system pressure, mixing  the 

chemicals.  Mechanical energy mostly generated from electrical energy.  Thermal energy is used 

in many  activities,  such  as preheat  raw materials before  entering  reactors, heat  for  chemical 

reactions, and energy for chemicals separation. 

  Energy  conservation  is  achieved  by  changing  and  improving  production  process 

technologies  to  facilitate  less  energy  consumption,  i.e.  reduce  the  production  temperature 

and/or  reduce  the  production  pressure.    The  following  section  provides  few  developed 

technologies that have been applied to petrochemical industries. 

Some Technologies Developed for the Petroleum and Petrochemical Industry 

Technology  Sample 

1) Process Control  Natural networks, Knowledge based system 

2) Process Optimization and Integration Analytical tools, Site integration,  Advance process control 

3) Catalytic (Catalyst and Reactor) Catalysts with Higher selectivity, Increase life time 

4) Reactor Design, Advance distillation column 

Process intensification, Reactive distillation, Dividing‐wall column 

5) Bio‐technology for treatment facilities  Bio‐feedstock, Bio‐Treatment 

6) Combustion technology  Low NOx burner, High efficientcy burner 

7) Utilities Reverse osmosis (RO), Low maintenance pump 

8) Power Generation  Co‐generation, Gasification, Power recovery 

9) Others Dehydrogenation, Hydro‐pyrolysis (non‐catalytic), Byproduct upgrading technologies, Using heavy feedstock 

5.  TECHNOLOGIES AND MEASURES FOR ENERGY CONSERVATION      IN THE PETROCHEMICAL INDUSTRY 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

37 

   

   5.1.1 Catalysts 

For all petrochemical production processes, catalysts are vital basis for chemical reaction 

and process efficiency in the refinery.  Catalysts are used in the main refining processes such as 

hydroheating,  reforming,  hydrocracking,  alkylation,  and  isomerization.    Catalysts  can  improve 

the production efficiency and reduce the energy consumption by increasing the conversion rate 

of chemical reactions, increasing the selectivity of chemical reactions, reducing the rate of side‐

reactions,  and/or  improving  the  reaction  condition  by  reducing  the  process  pressure  and/or 

temperature. 

  The  main  directions  for  research  and  development  of  catalyst  is  on  improving  the 

production  process  efficiency  by  higher  activity,  longer  life,  lower  cost  catalysts  that  can 

optimized process conditions.    In general, each catalyst  is specific  to each production process, 

i.e.  it cannot be applied to all production plants with similar products but different production 

processes.  The selection of appropriate catalyst for each specific process requires proper study 

and research. 

Source http://hisina.en.alibaba.com 

Source: http://amtintl.com/reactorinternals.htm 

    Catalyst 

Benefits of catalyst to energy saving 

First, catalysts  reduce  the activation energy of chemical  reactions and allow  the  reaction to be  carried out  at  lower  temperature  and pressure.   For example,  catalyst  reduces  the activation energy  for C‐C bonds  rupture and cracking  can  be  done  at  moderate temperature  and  pressure  in  comparison  to steam cracking.  

Second,  catalysts  increase  the  selectivity  of chemical  reactions;  reduce  the  rate  of  side reactions 

Third, catalysts remove coke which is formed 

during the cracking process.   Coke, de‐coked during catalyst regeneration, reduced energy efficiency  of  the  process  by  hindering  heat transfer  is  constantly  removed  by  catalyst that  are  in  turn‐decoke  through  catalyst‐regeneration (or catalyst‐decoking) 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

38 

   5.1.2  Distillation and Separation 

The example of technologies for separation processes  improvement are Vacuum Swing 

Adsorption  Process  (VSA),  Mechanical  Vapor  Recompression  (MVR),  advanced  distillation 

columns, membrane and combined  refrigeration  systems.    In VSA process,  solid sorbents with 

high selectivity for light olefin, such as ethylene and propylene, over paraffin (such as ethane and 

propane)  is  used  to  improve  energy  efficiency.    MVR  can  be  used  in  conventional 

propane/propylene splitter.   These techniques can reduce energy consumption by 5 percent  in 

comparison to steam cracking. 

   

   5.1.3   Membrane Technology  

  Membrane  is one of  the well established  technologies  for many production processes.  

However,  its application  in steam cracking  is quite  limited.   Membranes are usually made from 

polymer such as polypropylene or  inorganic materials.   Membrane technologies can be applied 

in  the  separation processes of olefin and paraffin, gasses  in hydrogen  recovery unit, and coke 

and water  in water purification process.   In general, the application of membrane technologies 

in  petrochemical  industries  is  still  in  the  developing  stage.    The  major  drawbacks  of  the 

technology  are  the  inability  of membrane  to withstand  severe  operating  conditions.    It  also 

requires regular replacement and maintenance.   

Advanced Distillation Column   

Advanced distillation column technology has been developed since 1930s.  One type of such column  is divided‐wall distillation.   Divided‐wall column  integrates two conventional distillation columns  into one column  in order  to  increase heat  transfer efficiency.   Divided‐wall columns for butadiene extraction can save 15 percent of specific energy consumption in comparison  to  conventional  butadiene  distillation.    Other  advanced  distillation  column 

technologies are Extractive distillation, Reactive distillation, and Azeotropic distillation.

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

39 

                 source  U.S. Department Of Energy, 2002 

 Figure31   Current and proposed hybrid technology for the separation of isoprene from a             

C5 mixture  

   5.1.4  Power Generation 

Petrochemical  industries,  especially  the  upstream  plants,  consume  a  lot  of  energy.  

Many of these plants have their own electrical and energy production units.  These units are vital 

for plants energy saving.  The industry is identified as one of the industries with highest potential 

for  application  of  co‐generation  or  Combined  Heat  and  Power  production.    Petrochemical 

processes  use  energy  in  the  form  of  heat,  steam,  cooling,  and  electricity  extensively.    Co‐

generation  power  plants  utilize  waste  heat,  which  considered  loses  in  standard  plants.    In 

addition,  transportation  losses are minimized when power generation units are  located  in  the 

plant vicinities. 

   

  In  applying  the  energy  conservation  technologies  to  the  petrochemical  industries, 

studies on  the advantages and disadvantages, and  their effects are necessary. Most of  the 

petrochemical  process  technologies  are  imported  and  process  modification  requires 

permission  from  the  producer,  or  licensor.  Although  adaptation  of  the  technology  for  a 

specific process may reduce energy consumption, the technology cost may exceed that of the 

reduced amount of energy. So it may not be wise to do so. A case in point is the substitute of 

a new catalyst which can work at lower temperatures. The licensor has to give permission to 

make  sure  that  it  will  work,  since  the  change  could  affect  other  equipment  previously 

designed  for  a  certain  catalyst.  Also,  the  new  catalyst  used  usually  costs  more.  Hence 

cost/benefit assessment should always be carried out before any modification. 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

40 

5.2   Energy Efficiency Improvement for Processes and Equipments และปรับปรุงที่ใชในกระบวนการผลิต  

   5.2.1  Energy Management 

A systematical management  is another  important approach  for efficient use of energy.  

An organization‐wide energy management program creates a foundation and provides guidance 

for  energy  management  throughout  the  organization.    Most  petrochemical  plants  have  a 

responsible unit for energy management. Smaller plants may not have this designated unit and 

opportunities for improvement may not be promoted due to some limitations such as the lack of 

coordination  between  internal  units,  misunderstood  support  given  to  efficient  energy  use 

projects, financial limitations, or lack of good financial management, etc. 

.    

[Energy Management System, EMS] 

      An  EMS  should  start  with  a commitment  within  the  organization  to seriously  develop  and  improve  energy usage  on  a  continual  basis.  Top administrators  of  the  plant  must  be sincerely  willing  to  engage  in  it.  A  policy must  be  established  for  the  use  and conservation of energy, and a team set up to  oversee  the  policy  implemented.  An action plan must be mapped out  in stages, with  regular  assessment  of  the performance,  using  figures  collected  at intervals,  technical  assessment  and benchmarking. By doing so, administration can  improve the baseline and set goals for future developments.. 

Energy Management System 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

41 

   5.2.2  Steam generation  

  Steam  generation  is  an  important  unit  in  the  refinery  (Figure  32).    Steam  is  used 

throughout the petrochemical production process.  In the U.S.A, it is estimated that 30 percent 

of energy used in the refinery is in the form of steam.  Steam can be generated by process waste 

heat recovery, cogeneration and boilers.  Steam is expensive to produce and supply and is non‐

storable. Therefore,  the used of  steam  should be  carefully  considered and assessed  since  the 

efficiency improvement in steam generation and distribution are possible. 

 

Source: Worrell and Galitsky, 2005  

Figure 32  Steam generation process  

Steam  is used  in many of the petrochemical production processes,  i.e. process heating, 

drying or concentrating, steam cracking, and distillation.  Figure 33 shows how steam is loss from 

the system during the production processes (U.S.Department of Energy, 2005). 

 

Guide to saving energy for steam generation system 

• Boiler Feed Water Preparation 

• Improved Process Control 

• Reduce Flue Gas Quantities 

• Reduce Excess Air

• Improve Insulation  

• Maintenance 

• Recover Heat from Flue Gas 

• Recover Steam from Blow down

• Reduce Standby Loss 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

42 

   5.2.3  Steam Distribution System 

Velocity and pressure drop are the key parameters in the designing of steam distribution 

system. The cost and energy loss are higher for oversize steam pipe while a too small pipe may 

lead  to  erosion  and  higher  pressure  drop.      Steam  demands  can  change  over  time,  and 

occasionally steam may be underutilized.  It may be too costly to adjust the system for changed 

steam demand.  However, checking and shutting off the excess distribution lines can effectively 

reduce  steam  losses.    Other  energy  saving  measures  in  the  steam  distribution  system  is 

summarized as follow: 

  

Figure 33   Steam losses in steam distribution system   

Guide to saving energy in the steam distribution system  

• Improve Insulation 

• Maintain Insulation 

• Improve Steam Trap 

• Maintenance Steam Trap 

• Automatically monitoring of steam trap 

• Repair Leaks 

• Recover Flash Steam 

• Return Condensate 

 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

43 

   5.2.4  Heat exchangers 

Heat  exchangers  are  common  operations  in  refinery  process.    Steam  is  heated  and 

cooled many times during the process.   The optimum design and control of the equipment can 

significantly affect energy consumption efficiency. 

Most  processes  in  a  complex  refinery  occur  under  high  temperature  and  pressure, 

therefore managing and optimizing heat transfer among processes  is very  important to energy 

saving.  A deposit in heat exchanger units and piping, fouling, hinders heat transfer and increases 

energy consumption   

 

   5.2.5  Process heater 

The furnaces and boilers in a petrochemical plant consume over 60 percent of the total 

fuel.   The efficiency of heater can be  improved by  improving heat  transfer characteristics and 

flame luminosity, installing of recuperators or air‐preheaters, and improving the control system. 

New burners have been designed to  improve air and fuel mixing and to be more efficient heat 

transfer.  Other burners such as lean‐premix burners, swirl burners, pulsating burners and rotary 

burners are also improved. Safety and environmental issues, such as reduction of NOx, has to be 

addressed in selecting these new burners. 

Guide to energy saving  in heat transfer system 

• Maintenance  :  Regular  maintenance  of  burners,  draft  control  and  heat exchangers  is  essential  to  maintain  safe  and  energy  efficient  operation  of  a process heater 

• Air‐preheating: 

• New Burner: New burner technology reduces cost for operation and  emissions treatment 

Fouling in Heat exchangers 

  Operation and design can be the causes of fouling.  There are several methods that attempt  to  reduce  fouling  including using sensors  for early warning, physical and chemical methods  to  create high  temperature  coatings, using ultrasound,  as well  as  improving  the design and operation of facilities.  Current researches are focusing on principle of fouling and redesign of heat exchangers and  reactors.   Methods  for  fouling  reduction are  focusing on process and temperature control, regular maintenance and cleaning of heat exchanger and, retrofit of reactor tubes 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

44 

   5.2.6 Distillation 

  Distillation  is a process which uses energy  to separate products on  the basis of boiling 

points.   Heat comes  from process heaters and/or steam.   Energy saving  in  this process can be 

achieved by optimizing distillation column. 

   

Energy saving opportunity in distillation column 

• Operation Procedure: The optimization of the reflux ratio of the distillation column can make significant energy savings. 

• Check Product Purity: The reflux rate should be decreased in small increments until the desired purity is obtained. 

• Reducing Re‐boiler Duty 

• Upgrade Column Internals: New tray designs can result in enhanced separation efficiency and decrease pressure drop 

• Stripper Optimization:  Optimization of these parameters can reduce energy use considerably  

    

   5.2.7  Motors 

  Petrochemical  facilities  use  electric motors  in many  stages  of  production,  consuming 

over 80percent of  total electricity. Equipments with electric motors  include pumps  (60% of all 

motor use), compressors  (15%),  fans  (9%), and other equipments  (16%).   Systematic approach 

for  optimizing  the  demand  and  supply  of  motor  system  instead  of  focusing  on  individual 

components often provides the most energy savings. 

 

Guide to energy saving in motor system (Motor optimization) 

• Sizing of Motors: Motors and pumps that are sized inappropriately result in unnecessary energy losses 

• High Efficiency Motors: High efficiency motors reduce energy losses through improved design, better materials, tighter tolerances, and improved manufacturing techniques  

• Power Factor: The power factor can be corrected by minimizing idling of electric motors 

• Voltage Unbalance 

• Adjustable Speed Drive (ASDs) Variable Speed Drives (VSDs)  : ASDs better match speed to load requirements for motor operations 

 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

45 

   5.2.8  Pumps 

  Pumps use 60 percent of electricity use for motors which is approximately 50 percent of 

the  total electrical energy  in  refineries.    It  is estimated  that over 20 percent of energy use  for 

pumps can be saved by optimizing equipment and/or control system.  In fact, priority should be 

given to cost in this investment, since the lifetime of pumps can be up to 20 years. 

  Pumping  systems  include  a  pump,  a  driver,  pipe,  control  systems  such  as  adjustable 

speed drives, and a part of  the overall motor system.   Systematic approach  for optimizing  the 

motor  system also  includes pumping  system.   The main approaches  for optimizing  the pumps 

operation  are  reducing  friction,  or  adjusting  the  system  to  the  best  efficiency  point  (BEP) 

indicated  in the pump curve.   Friction can be reduced by correcting the pipe size, using surface 

coating and polishing, and adjusting the pump speed drives. 

Guide to energy saving in pumping system (Pumps) 

1) Operation and Maintenance:  Better maintenance will reduce these problems and save energy 

• Replacement of worn impellers, especially in caustic or semi‐solid applications. 

• Bearing inspection and repair. 

• Bearing lubrication replacement, once annually or semiannually. 

• Inspection and replacement of packing seals. Allowable leakage from packing seals is usually between two and sixty drops per minute. 

• Inspection and replacement of mechanical seals. Allowable leakage is typically one to four drops per minute. 

• Wear ring and impeller replacement. Pump efficiency degrades from 1 to 6 points for impellers less than the maximum diameter and with increased wear ring clearances 

• Pump/motor alignment check. 

2) Monitoring 

• Wear monitoring 

• Vibration analyses 

• Pressure and flow monitoring 

• Current or power monitoring 

• Differential head and temperature rise across the pump (also known as thermodynamic monitoring) 

• Distribution system inspection for scaling or contaminant build‐up 

3) Reduce need 

4) More Efficient Pumps 

5) Correct Sizing of Pump and Matching Pump to Intended Duty 

6) Use Multiple Pump: using multiple pumps is the most cost‐effective and most energy efficient solution for varying loads 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

46 

Guide to energy saving in pumping system (Pumps) cont’d 

7) Trimming Impeller or Shaving Shaves 

8) Controls: shut off unneeded pumps or reduce the load of individual pumps until needed. 

9) Adjustable Speed Drive (ASDs) or Variable Speed Drives (VSDs)   

10) Avoid Throttling Valve : Extensive use of throttling valves or bypass loops may be an indication of an oversized pump 

11) Correct Size of Pipes : Correct sizing of pipes should be done at the design or system retrofit stages where costs may not be restrictive 

12) Replace Belt Drives 

13) Precision Castings, Surface Coatings and Polishing: The use of castings, coatings, or polishing reduces surface roughness that in turn, increases energy efficiency. 

14) Sealing 

  

   5.2.9 Air Compressors 

  Air compressor is equipment that consumes a lot of energy in the burner.  Large‐sized air 

compressors may use electric motors, steam turbines or gas turbines 

  Guide to energy saving in compressor 

1) Compress air maintenance 

• Blocked pipeline filters increase pressure drop. Keep the compressor and intercooling surfaces clean and foul‐free by inspecting and periodically cleaning filters. Keep motors and compressors properly lubricated and cleaned. 

• Inspect fans and water pumps for peak performance. 

• Inspect drain traps periodically to ensure they are not stuck in either the open or 

• closed position and are clean 

2) Proper monitoring and maintenance 

3) Reduce leaks in pipes and equipment 

4) Reducing the Inlet Air Temperature. 

5) Maximize Allowable Pressure Dew Point at Air Intake. 

6) Properly Sized Regulators. 

7) Sizing Pipe Diameter Correctly. 

8) Adjustable Speed Drives (ASDs). 

9) High Efficient Motors 

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

47 

   5.2.10 Fans 

In the petrochemical facilities, fans are used at boilers, burners and cooling towers. Their efficiency varies according to the fan types (Figure 34). 

Energy saving opportunity in fans

• Fan oversizing:  However, it may often be more cost‐effective to control the speed than to replace the fan system. 

• Adjustable Speed Drives, ASDs: Significant energy savings can be achieved by installing adjustable speed drives on fans 

• High efficiency belts (Cog Belts). 

  

  

Figure 34  Typical belts use in motor system    

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

48 

 

This  study  classify  the petrochemical  industries  and  assesses  the energy  consumption 

index  of  each  group,  for  the  purpose  of  assessing  the  potential  and  basedline  of  energy 

conservation and giving recommendations for systematical and efficient energy conservation in 

upstream,  intermediate  and  downstream  industries.  Data  concerning  the  technologies  and 

energy conservation measures used by plants are compiled and evaluated for the benefit of the 

overall industry. 

 Petrochemical  plants  are  grouped  on  the  basis  of  the  product,  into  upstream, 

intermediate and downstream plants, and information is collected of the years 2003‐2006, from 

30 sample plants participating in the project. The indices used for the study are Specific Energy 

Consumption  (SEC) and Energy  Intensity  (EI).  It  is  found  that  in general  the plants have  good 

monitoring  of  their  production,  with  the  exception  of  some  producing  under  capacity  or 

temporary  shutdown  for  repair.  Comparison  of  energy  use  at  the  plants  finds  that  energy 

consumption indices have a wide range, even between plants producing the same products. This 

can be explained by the use of different raw materials and/or production technologies, as well as 

the small number of entrepreneurs  there are. However, analysis  results  reveal data not much 

different  from  other  countries,  and  that  Thailand’s  petrochemical  industry  is  consuming  less 

energy. 

There are 2 levels of energy conservation: in the development and improvement of the 

production technology, and in management and improvement of the efficiency of equipment in 

energy  consumption.   Catalyst  technology has  a  very  significant  role  in  the manufacturing of 

products due to reduce operating condition i.e., pressure and temperature, particularly catalysts 

in  the  reforming, hydrocracking, alkylation and  isomorization processes.   Also effective  in  the 

production  system  are  reactor  design  and  advanced  distillation  and  separation  process.    For 

example,  membrane  technology  can  increase  equipment  efficiency  markedly.  So  does 

improvement of power generation by combine heat and steam or co‐generation.  Development 

of  the  system must go hand  in hand with management and  improvement  for efficient use of 

existing equipment.  In addition to this, there should be a monitoring and quality control system 

in place.  

Unlike  other  industries,  the  petrochemical  industry  requires  advanced  and  specific 

technology  and  expertise.  This  study  finds  that  the main  problems  and  obstacles  in  energy 

conservation lie in the lack of a centralized/coordinated database needed for good and efficient 

SUMMARY

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

49 

management,  support of  research and development  in  the production  technologies, complete 

cycle of management of  the  industry,  as well  as  expert  consultants. Added  to  this,  this  is  an 

industry which relies heavily on advanced technological machinery entirely from abroad, making 

the cost very high and dependent on the global market and the fluctuation of the Baht currency. 

Therefore,  in promoting energy conservation, the problems should be solved  in short, medium 

and long terms, respectively, using a concrete success energy index.  

In addition to recommendations given here, training programs are designed to support 

further conservation of energy by giving basic knowledge concerning conservation of energy and 

acceleration  in  efficiency  of  its  use,  enhancing  the  potential  of  participants  as  experts  in  the 

field,  particularly  in  petrochemical  management  standards,  testing  and  analysis  of  energy 

consumption, and energy saving projects. A website is also designed, with the purpose of being a 

channel  for  coordination  and  follow‐up  of  trainees  and  organizations  concerned.  Also  being 

developed  are  database  software  for  the  recording  and  processing  of  related  data  such  as 

energy  consumption  data,  production  data,  energy  use  indices,  technologies/standards  of 

energy saving, etc. which can  link up with  the Department of Alternative Energy Development 

and Efficiency.   

Fruitfully, this study project is carried out with the objective of presenting feasible ways 

to  promote  efficient  energy  conservation,  in  both  production  technology  and  energy 

management.  It  includes  in‐depth measures  for efficient energy  conservation  and  sustainable 

human resource development. The ultimate goal  is for the petrochemical  industry to make the 

most of the energy used, thus increasing Thailand’s competitive edge and its ability to tackle the 

present and future global energy crisis. 

  

****************************       

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

50 

1. Boon‐Long. S., PTIT Focus Special Annual Issue 2005, Rungsiri Publishing: Bangkok, 2005. 

2. California  Energy  Commission.  (2004),  Energy  Efficiency  Roadmap  for  Petroleum  Refineries  in California (DRAFT Final Report) 

3. Gielen, D. J., Vos, D. And Drill, Van A.W.N. The Petrochemical Industry and Its Energy Use: Prospects for the Dutch Energy Intensive Industry (1996). (ECN‐C‐96‐029). The Energy research Centre of the Netherlands (ECN). Retrieved from http://www.ecn.nl/publications/default.aspx?nr=ECN‐C‐‐96‐029 on September, 2006.  

4. Guidelines  for  Energy  Management  Overview.  Retrieved  from  http://www.energystar.gov  on September, 2006. 

5. Kruesarn, R.  and Rachabungsa, K.   Who’s Who  in  the Petroleum and Petrochemical  Industries of Thailand, 5th Ed; The Petroleum Institute of Thailand (PTIT), 2005. 

6. Margaret, W. G. Handbook of Petrochemicals and Process, Brookfield, VT: Gower, 1991. 

7. Phylipsen,  D.,  Blok,  K., Worrell,  E.,  and  Beer,  J.  D.  Benchmarking  the  energy  efficiency  of  Dutch industry: an assessment of the expected effect on energy consumption and CO2 emissions, Energy Policy, 30, 663‐679. 2002. 

8. Phylipsen,  D., Worrell,  E.  and  Blok,  K.  (1995).  Parameters  Affecting  Energy  Consumption  in  the Petrochemical Industry, Proceedings ECEEE 1995 Summer Study, June 2‐6,1995, Manlieu, France 

9. Ren, T., Patel. M. and Blok, K.  (2004), Energy Efficiency And  Innovative Emerging Technologies For Olefin  Production,  Parallel  Session  Innovative  Energy  Efficiency  Examples  Of  Different  Industrial Sectors ‐Energy Efficiency In The Cement, Metal And Petrochemical Industry. 

10. Robert , A. M., Handbook of Petrochemicals Production Processes, McGraw‐Hill, USA., 2005. 

11. The Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (2004), Separation Of Olefin/Paraffin Mixtures With  Carrier‐Facilitated  Transport  Membranes  Use  of  Membranes  Could  Significantly  Reduce Energy Costs, Industrial Technologies Program, The U.S. Department Of Energy. 

12. U.S.  Department  of  Energy  (2002),  Novel  Modified  Zeolites  for  Energy‐Efficient  Hydrocarbon Separations,  Industrial Materials  for  the Future. Office of  Industrial Technologies Energy Efficiency and Renewable Energy — U.S. Department Of Energy Project Fact Sheet. 

13. U.S.  Department  of  Energy  (2002),  Olefin  Recovery  From  Chemical  Industry,  Waste  Steams Membrane  Separation  Recovers  Olefins  From  Gaseous  Waste  Steams  For  Use  As  Chemical Feedstocks.  Office  of  Industrial  Technologies  Energy  Efficiency  and  Renewable  Energy  —  U.S. Department Of Energy Project Fact Sheet. 

14.  U.S.  Department  of  Energy  Office  of  Industrial  Technologies  (2000).  Energy  and  Environmental Profile of the U.S. Chemical Industry, prepared by Energentic Incorporated, Columbia, Maryland. 

15. Worrell, E. and Galitsky, C. (2004). Profile of the Petroleum Refining Industry in California, California Industries of the Future Program, Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory. 

16. Worrell, E. and Galitsky, C. (2005). Energy Efficiency Improvement and Cost Saving Opportunities for Petroleum Refineries.  An ENERGY STAR® Guide for Energy and Plant Managers.  

17. Worrell,  E.,  De  Beer,  J.  G.,  Faaij,  A.  P.  C.  and  Blok,  K.  (1994).  Potential  Energy  Savings  in  the Production Route for Plastics, Energy Convers. Mgmt 35, p 1073‐1085. 

18. Worrell, E., Phylipsen, D., Einstein, D. and Martin, N. (2002). Energy Use and Energy Intensity of the U.S. Chemical Industry (LBNL‐44314), Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA. 

19. ความรูเบื้องตนปโตรเคมี. จุลสาร บริษัทอุตสาหกรรมปโตรเคมีกัลไทย จํากัด. 2536. 

 

REFERENCES

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

51 

 

20. โครงการฐานขอมูลดานการผลิต และการซ้ือขายผลิตภัณฑปโตรเคมี. เอกสารการวิจัย วิทยาลัยปโตรเลียมและปโตรเคมี. จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย. 2531. 

21. ภาวะอุตสาหกรรมปโตรเคมี. สํานักงานเศรษฐกิจและอุตสาหกรรม. จาก

http://www.oie.go.th/industrystatus2_th.asp. ตุลาคม 2549. 

22. วีรพจน ลือประสิทธิ์สกุล. ความรูเกี่ยวกับอุตสาหกรรมปโตรเคมีและการพัฒนาอุตสาหกรรมปโตรเคมีในประเทศไทย.

บริษัท เดียรบุค จํากัด: กรุงเทพ ฯ. 2535. 

23. วีรพล จีรประดิษฐกุล. สถานการณและนโยบายพลังงานไทย. เอกสารสรุปผลการประชุมกลุมยอยทางวิชาการครั้งที่ 2. สํานักงานนโยบายและแผนพลังงาน. 2548. 

24. อํานาจ สิทธัตตระกูล. อุตสาหกรรมปโตรเคมี. ภาควิชาวิทยาการและวิศวกรรมวัสดุ คณะวิศวกรรมศาสตรและเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยศิลปากร. 2533. 

 

   

REFERENCES (CONT’D)

Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE) 

 A Study on Energy Efficiency Index in Petrochemical Industry 

52 

LIST OF ABBREVIATION 

ABS  Acrylonitrile Butadiene Styrene 

MUSD  Million United State Dollar 

ACN  Acrylonitrile   MX  Mixed Xylene 

BMA  Butyl methacrylate   NG  Natural Gas 

BR   Butadiene Rubber  NGV  Natural Gas for Vehicles 

CFR   Cost and Freight  OX or O‐Xylene 

Ortho‐Xylene 

DDI  Domestic Direct Investment  PA   Phthalic Anhydride 

E&P  Exploration and Production  PBT  Polybutyl Terapthalate 

EDC   Ethylene Dichloride  PDH   Propane Dehydrogenation 

EG   Ethylene Glycol  PE   Polyethylene 

EO   Ethylene Oxide  PET  Polyethylene Terephthalate 

EPDM  Ethylene Propylene (Diene) Monomer 

PMMA   Polymethyl Methacrylate 

EPS   Expandable Polystyrene  POM   Polyoxymethylene 

EVA   Ethylene Vinyl Acetate  PP  Polypropylene 

FDI  Foreign Direct Investment   PS   Polystyrene 

GDP  Gross Domestic Product  PTA  Pure Terephthalic Acid 

HDPE   High Density Polyethylene  PVA  Polyvinyl alcohol  

HR  Human Resource  PVC   Polyvinyl Chloride 

IMP.R/M  Imported Raw Material PX or P‐Xylene 

Para‐Xylene 

KTA  Kilo Ton Per Annual  SAN   Styrene Acrylonitrile 

LDPE   Low Density Polyethylene  SBL   Styrene Butadiene Latex 

LLDPE  Linear Low Density Polyethylene 

SBR   Styrene Butadiene Rubber 

LPG  Liquefied Natural Gas  SEA  South East Asia 

MEG  Monoethylene Glycol  SM   Styrene Monomer 

MMA   Methyl Metacrylate  UPR   Unsaturated Polyester Resin 

MMSCF  Million Standard Cubic Feet  VCM   Vinyl Chloride Monomer 

MTBE   Methyl Tertiary‐Butyl Ether     

The Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

LOGOwww.themegallery.com

The Department of Alternative Energy Development and Efficiency (DEDE)

Ministry of Energy

17 Rama I rd.Pathumwan BKK. 10330Tel 0-2223-2311 Fax 0-2226-3943