勞工藝文

自油砂礦藏煉製油料及其演進發展(上)／陳立中

  油砂的成分和開採經過油砂(oil sand) 礦產為地表碎屑物或岩石，與水分、瀝青…等共同形成的混合物，而油砂的成分通常包括有75~90%的砂質及泥塵類礦物、6~20%的瀝青(asphalt) 和3~6%的水分，其中的瀝青即是對人類得有裨益，可供萃取析煉出原油的有用成分。油砂中的瀝青大都來自石臘族烴(paraffin hydrocarbons, 一種石臘基油品，其碳氫化合物的結構係以直鏈為主，其中碳、氫之原子數比為n:2n+2，通式為CnH2n+2) 的降解作用，該作用造成油質中的石臘族烴降解成瀝青。瀝青的黏度遠較一般的原油為高，相對的流動性則極低，得被視作是粘稠狀的半固體，過去係先將油砂經過有機溶劑的稀釋，再將稀釋過後、如同石油般的初始能源，自油管輸送至遠地的煉油廠去提煉，成本仍比從同屬固態礦物的油頁岩(oil shale) 中提煉油品為低； 今則改用分離技術，即先將採掘出的油砂以高溫 水( 可將油質溶解出之一種溶劑) 沖浸並過濾出富含油料的液體，接著另以離心機分離油質和 水，最後再收集油料以提煉成油品。油砂的形成年代為白堊紀(Cretaceous Period)，在地殼中的範圍大致是從地表至深達760 公尺的地底，舉世計有70 餘個國家蘊藏有油砂礦產，加拿大乃是當中最著名的國家之一。         最先於北美地區發現到油砂者，應是宿居於今加拿大高緯帶區的印地安原住民族，他們發現到若將採自阿薩巴斯卡河邊區、外觀呈烏黑粘稠狀的油砂浸於水中，不久即會於水上飄浮油漬狀之物，且點火時會有燃燒的作用。18 世紀初期，印地安原住民將油砂和其作用攜傳至邱吉爾堡，不過並未受到重視；俟1735 年，前來殖民採金的法國人曾間歇性以油砂充作臨時燃料，但其效用和身價當然遠不如原油和煤礦。         直至1967 年，美資的森諾克(Sunoco) 公司首度於加拿大設立子公司，並正式開採油砂，另家由加、美聯營的辛克魯德公司(Syncrude Co. , 原意為合成石油公司) 亦於1978 年展開以油砂從事規模性煉製油品的行列，令其 量大幅增加，初時自油砂提煉出的油品皆運至美國，同時使加拿大成為美國重要的石油供應國之一。現今，加拿大境內各家能源公司，自油砂中提煉出的油料，已能供應全加拿大近約三分之一的能源需用量。全球的油砂礦藏和油砂儲量最豐沛的加拿大         雖然現在猶難以準確的計算出分布於全世界之油砂資源，但從既已探測、統計獲取之資料仍舊可以得知加拿大是全球油砂礦產資源最為豐盛的國家，占全球總量的四分之三左右。就地質儲量而言，加拿大擁有的油砂礦，約為2,680~4,000 × 10 8 噸；以俄羅斯為首的獨立國協居次，約有1,200×10 8 噸、占全球地質總儲量的19%； 委內瑞拉和美國則各約為490~930 ×10 8 噸和90~160 ×10 8 噸。近數年來，在中國大陸的東北地區亦發現有面積遼闊的油砂礦區，經探勘後初步證實在松遼平原一處約400 平方公里內的油砂礦產區，存有可供開採、含油量達10%以上且儲量估計30~100×108 噸的油砂，其儲量固然無法和加拿大相提並論，惟經分析獲知油砂含油的品質頗高，且幾乎是露置於地表，可供露天開採。         位於加拿大中西部、呈盆地地形的亞伯特(Alberta) 省，久來即是該國石油和天然氣的重要生產地，其產量各自占加國總產量的80%和70%。加拿大高居世界首位的油砂礦產，主要是蘊藏於亞伯特省境內，最盛產的分布區係在該省北部的阿薩巴斯卡(Athabasca)、和平河(Peace River) 和冷湖(Cold Lake) 等三個區域，占地面積廣達14萬平方公里，將近台灣的四倍大，油砂內所含括的能源可換算成1 兆7,000 億桶原油的地下儲存量(Initial Oil-in-Place)，據評估其中可應用現行技術開發生產出的原油高達3,000 億桶。由於採掘油砂以煉製出石油的技術和設施現已愈趨成熟完備，使得加拿大折合的石油儲量得以飆升至全球前數名，足可與沙烏地阿拉伯或俄羅斯相互比美！迄2002 年底，亞伯特省政府總計已核發出約1,350 座油砂田的開採許可證，開採面積為3 萬平方公里左右。加拿大是當前唯一從事商業化油砂產油的國家，近數年來每日逾100 萬桶的產量，可相當於英國北海油田的日產量，且若自2011 年起若以日產200 萬桶的產能來衡估，竟可長達450年，確可謂是舉世極其豐沛的油藏寶庫。         以本世紀初的2001 年為例，礦業界每日於亞伯特省的油砂當中，平均可提煉出64萬5,000 桶的原油產量，且依據邇來數年已向官方提出的油砂開發申請案來衡估，預定得於三年後、即2011 年時，從油砂中提煉出的原油產量更可明顯增至每日170~200萬桶，平均每煉製1 桶石油需要兩噸的油砂礦土。經由亞省政府長期的引領輔導，研發部門已發展出創新的開採技術，可顯著降低從油砂中提煉原油的生產成本，使得亞伯特省油砂礦中所潛存的商機和巨大利益，備受多國石油業者的青睞，紛紛提出計畫案以投入開發之行列。開採油砂以提煉油料的方法         早期投入開採油砂的石油公司，在挖掘油砂前必須先砍除地表植被，移除表土並抽乾沼澤地之積水，再挖掘地底的油砂。此法對於環境的破壞十分驚人，而且嗣後添加溶劑使瀝青溶出以及進行油質、溶劑分離的過程，不免會耗用大量的能源，因此煉出每桶原油的成本即高達18~23 美元。在國際油價尚屬低廉的本世紀初期，能源供應業者並未有藉由油砂煉取油料的高昂意願，直至2005 年原油價格接連翻升，甚且在2008 年5 月底時飆高到突破140 美元之歷史價位，此舉亦使油砂的身價水漲船高，惟之後原油價格又因國際間金融海嘯的衝擊而告疲軟，無可諱言的亦將使開採油砂的進展趨於緩淡。         姑且不論因為石油價格劇烈動盪而可能肇致的變化，除了原先的美資暨美加聯營企業外，其他的艾克森美孚、雪佛龍、殼牌( 荷資)、Statoil(挪威) 及托塔爾( 法資) 等公司已陸續於近期宣布，將增加對加拿大境內油砂的開採煉油。此等措施若未發生重大的轉變，預估得使加拿大從油砂煉取石油的產能，從現今每日約120 萬桶之數量，於2020 年時陡增至每日400 萬桶，成為生產和輸出原油的重要國家。但亦有若干國家的大型石油公司像是不列顛石油，卻仍秉持較保守之態度而只作小幅度的跟進，他們認為現階段投資海底油田的開採，利潤即可高於從油砂中去煉製石油，且美國可望在短期內解除對海岸區的開採油田禁令，屆時的熱潮將有部分轉移至海岸油田，而使開採油砂的熱度退溫；更難以預測的是，如果國際油價在日後長期不振的話，則以油砂煉取石油的熱度將會跟著下降。不過，依然不乏有業者看好油砂的價值，彼等強調縱然以後從油砂中煉取石油的熱度因特別的因素而稍降低，卻不致於一蹶不振，投資其中仍然可以圖取厚利。         開採油砂的方式，大致可分成「地表開採法」(Surface Mining , Open Pit) 和「鑿井開採法」(Well Operation) 兩種。加拿大亞伯特省東北部一帶較早開發的礦區內之ShellCanada 和 True North 公司，便是應用地表開採法以從事生產，其開發申請皆需先獲得亞伯特省能源應用委員會 (EUB , Energyand Utilities Board) 之核准。由於在「亞伯特省油砂技術研究機構」(Alberta Oil Sands Technology and Research Authority) 的指導協助下，地表開採法之相關技油砂採掘提煉場      術已較先前進步不少，生產成本已經逐年降低，以另家Syncrude 公司煉油廠所產出原油的單位成本作比較，1990 年為17.5 加幣/ 桶，但至 1999 年和2007 年卻已分別下降至12.5 加幣/ 桶和低於10 加幣/ 桶之額度。此一開採法歷時雖然較久，但仍有極為良好的前景，咸信日後必將會有其他產油公司加入應用斯法以開發油砂之行列。         鑿井開採法乃是當前較普遍、也較具環保效益，俾可將油砂轉煉出原油的生產方式，此又可區分為循環式蒸汽激產法(CSS, Cyclic Steam Stimulation) 和蒸汽輔助重力排流法(SAGD , Steam Assisted GravityDrainage)。今之皇家石油公司(Imperial Oil)便是採用CSS之法於 Cold Lake 的油砂礦區進行生產，日產量達十餘萬桶；後者係由亞伯特省油砂技術研究機構，於上(20) 世紀底始研發出來者，更是廣受業界應用。迄今SAGD法之開採技術仍不斷的突破創新，其用以開採埋藏於地底的油砂瀝青，可達50~70 %的有效採收率(Recovering Factor)，是當前最具經濟效益的方法。但SAGD法並非可適用於全部的油砂礦區，其適合採用此法之先決條件計為-- • 油砂層厚度大於15公尺、無氣蓋層。 • 礦區周旁具有充足的水源，但底水層之厚度宜低於2公尺，俾不致於明      顯散失油砂層之熱量。 • 油砂層分布於垂直而連續之方向，且不宜有類如頁岩層之阻隔帶，以免      受到妨阻或形成有礙開採的蒸汽室(steamchamber)。