黑黝黝的液體黃金：臺灣的石油工業與油品煉製
93/10/05
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蔡信行｜
臺灣科技大學化學工程系／中國石油公司民營化執行小組
石油工業
石油工業是以原油和天然氣為進料所發展出來的工業體系。在縱向，溯自油氣的探勘、鑽採、購運、輸儲、乃至煉製、分銷，都屬於石油工業的範疇。就橫向而言，石油工業供應國防民生用燃料、石油化學工業基本原料，延伸至石油化學工業的中游、下游等，和現代的生活食、衣、住、行、育、樂各方面息息相關。
國內石油工業的建立和經濟的發展，密不可分且互為因果。在臺灣光復的最初十年中，石油工業致力於生產設備的重整，日本人遺留的燃料廠，經修復後可日煉原油一萬桶，產品主要提供國防軍事用。民國四十二至四十九年間是我國經濟發展的進口替代期間，臺灣的工業雛形已現，電力、交通、工業成為石油的主要用戶，原油日煉量增至三萬八千桶。
到了民國五十至七十年，是出口擴張與經濟起飛的20年，石油已躍升為主要動力，配合市場需求的成長，煉製設備擴充至每天六十萬桶。雖然歷經兩次能源危機，但重化工業以其產業關聯大，加工層次長的特性，成為帶動經濟發展的關鍵產業。這段時期，是我國石油和石化工業的黃金階段，如包含下游加工業計算，每年提供近七十萬個工作機會，占製造業就業人口30％，產值則高達五百餘億元，占製造業32％。
在民國七十六年臺灣開放民間設置加油站之前，所有油氣均由中國石油公司經營。自民國八十二年九月「汽、柴油管制辦法」取消，「石油及石油產品輸入輸出銷售經營許可辦法」施行後，臺灣的油品市場即已開啟競爭序幕，民營加油站加入經營行列，且站數超過中油。八十五年公布修正的「石油及石油產品輸入、輸出、生產、銷售業務經營許可管理辦法」，開放石油煉製業的設立，准許民間業者經營石油輸入、輸出、生產及銷售業務。八十八年一月起開放燃料油、液化石油氣、航空燃油自由進口。
民國九十年十月十一日公布實施石油管理法，九十一年一月起，國外油品亦相繼叩關進入市場。在此同時，中國石油公司的民營化和釋股作業亦準備積極開展，期儘速完成民營化。
臺灣的油氣探勘在民國六○年代成果最為理想，產量年年上揚，在民國六十七年時達到最高峰。當時，天然氣年產量是十九億七千萬立方公尺，原油年產量也達到兩百五十萬公秉。後來由於未再有重大油氣田的發現，而原有氣田的天然氣產量又逐年顯著下降，目前自陸上和海域生產的天然氣每日約兩百七十萬立方公尺（相當於年產量十億立方公尺），原油年產量也僅是十六萬公秉。
為拓展多元油源，中油公司自民國七○年代起，即以轉投資的海外石油和投資公司進行國外合資探勘，目前探勘的區域包括厄瓜多爾、哥倫比亞、印尼、越南、馬來西亞及美國。
臺灣近年來政治、經濟和社會環境產生了相當大的變化。在油品方面，臺灣石油工業自由化和中國石油公司即將民營化，石油工業有了新的結構，油品市場不再是獨占局面。在臺灣塑膠公司集團、民間業者，還有進口商加入競爭後，對臺灣經濟有很大的影響。
臺塑油品從民國八十九年七月起全面上市，目前已分享相當大的國內油品市場。在石油管理法通過之後，中油公司的股票即將上市而民營化，屆時臺灣油品市場將會是不同的面貌。
目前臺灣石油產品消費量約是四千四百萬公秉油當量，其中各業所占比率如下（％）：工業－33，運輸－35，發電－17，住宅－4，農業－2，商業－1，其他－2，非能源消費－6。
天然氣
天然氣總需求量，民國九十一年達到七十九億立方公尺，其中自產量是八億立方公尺，占11％，進口液化天然氣七十一億立方公尺（相當於五百三十萬公噸），占89％。進口液化天然氣中，65％來自印尼，35％來自馬來西亞。
有鑒於臺灣地區天然氣蘊藏有限，以及液化天然氣具潔淨、安全、使用方便，且可長期穩定供應等優點，中油公司於民國七十九年起自東南亞進口液化天然氣。
在天然氣消費量中，目前各業所占比率（％）是：發電－58，工業－26，住宅－12，商業－3，其他－1。天然氣含有甲烷、乙烷和少量的丙烷等碳氫化合物，除做燃料外，還可做為石油化學工業的原料。
油品煉製
石油是十分複雜的碳氫化合物的混合物。從地底開採出來的石油，可能是原油，可能是天然氣，也可能有油也有氣。從油、氣到石油產品或石化產品，有的只要經過兩三個操作步驟就成為產品，有的則須經過八個、十個操作步驟，才能成為產品，或還僅是原料。這些原料經過幾次加工處理後，會變成成千上萬種附加價值極高的石化產品。
原油進口後，先在煉油廠內蒸餾、提煉，分成各種油品，其中的輕油及柴油則再加以裂解精煉，產生乙烯、丙烯、丁二烯等石油化學基本原料，進而衍生出各種石油化學製品，成為民生必需用品，充裕了我們的日常生活。
在現代的煉油廠中，原油是藉油管或海運油輪輸送至煉油廠，原油先經由蒸餾工場提煉、蒸餾，把原油分離成揮發性不同的成分，原油中的各種烴類具有不同的沸點，利用加熱蒸發和冷凝，把原油分離成沸點在不同範圍內的各種成分所組成的混合物。蒸餾後再以其他物理方法進一步分離這些混合物 , 如汽提、精餾、萃取及吸附等。其中部分產品可用化學反應方法，如觸媒裂解法或觸媒重組法加以處理。
石油產品在出煉油廠之前須除去一些雜質，最普遍的雜質是硫化合物。油料產品中含有不易除去的較複雜的硫化合物，如硫醇。汽油中的硫醇可採用各種處理方法把它氧化成二硫化物，煤油、柴油、重油 ( 燃料油 ) 等油品中的硫化合物則須採用加氫脫硫方法，將油品與氫氣反應生成硫化氫，然後再以氨液吸收法把硫化氫除去。石油產品在嚴格的品管處理、產品化驗完全合乎規範後才能送往市場銷售。
原油自油槽泵入蒸餾工場，經分餾後可得到燃料氣、粗液化石油氣、戊烷、輕石油腦、重石油腦、汽油、煤油、柴油和殘渣油等產品。
煉製過程
在常壓下蒸餾原油，稱為直餾。在蒸餾前須先經脫鹽處理，以減少積垢或因分解成酸而造成腐蝕等問題。
脫鹽後，原油泵經一些熱交換器，使溫度提高至約攝氏400度，進入直餾塔而分出燃料氣和液化石油氣、輕質直餾汽油、輕油（亦稱重質直餾汽油）、煤油、柴油及蒸餘油等。其產品比率（％）大約是：汽油20～25，煤油10～15，柴油10，蒸餘油（重質油品）50。
原油經各種煉製程序所得產品產率，依市場需求而不同。今日因汽油需求量多，原產率20％已不敷需要，而必須多產汽油，所以把較重的蒸餘油裂解成較輕的汽油，使其產率提高至40％以上。
由常壓蒸餾所得直餾汽油的辛烷值（汽油的抗震性能指數，愈高性能愈好）一般少於70，因此必須經過改質來提高。目前市售汽油有三種辛烷值分別是92、95及98。
輕油或重油可送至裂解裝置裂解而得到石油化學工業的原料。重質油料如在常壓下分餾，因所需溫度甚高，會產生熱裂而造成油料的損失和設備的積垢等，所以須減壓以降低其沸點。真空蒸餾的壓力大約是25～40毫米汞柱或10毫米汞柱以下，溫度受進料的影響，一般大約是攝氏380～450度。真空蒸餾的產品有重柴油、潤滑基礎油及真空蒸餘油，真空蒸餘油可進一步處理而得石油焦及柏油。
煉油操作
原油埋藏地下，從發掘出來至市場銷售，必須經過四個階段，即探勘鑽採、生產、儲運和煉製銷售。其中把原油經一連串的煉製程序，產生符合應用規範的各種油料成品，即是煉油，亦是石油工業中重要的一環。
煉油操作依其性質可分為四大項：
分離 由原油分出各種餾分，依所用物理方法的不同而分蒸餾、萃取、吸附、吸收、凝結及結晶；
精煉 目的在提高油品的品質，如提高純度、抗震性或防蝕性等。程序包括去除雜質（水分或鹽分；以酸洗或化學處理法去除硫醇；或用加氫處理法去除含硫、含氮或含氧化合物）、加料抑制（油料中加入防銹劑或防凍劑來增加其防銹性或降低其冰點）、和分子轉化（直餾汽油中含有多量的直鏈碳氫化合物，其抗震性較差。可利用重組法或異構法把直鏈烴轉化成側鏈烴或芳香烴，而提高其辛烷值）；
增產 由原油提煉出汽油的比率有一定值，但因汽油消費量多，而重油則有餘，且汽油價值較高，所以可設法由重油裂煉成汽油，或把輕油合成汽油，以提高汽油的產量。程序包括裂煉（熱裂、媒裂和氫裂）和合成（烷化、聚合和分子移轉）；
副產品的利用 包括硫磺回收、石油焦、柏油吹製和石蠟製造等。
精煉及增產的重要製程
裂煉 裂煉也就是裂解，是把分子量較高的分子分解成較小的分子。石油裂煉的主要目的是增產汽油以及製造石油化學工業的主要原料，如乙烯、丙烯和丁二烯等。原油經直餾後只能產製20～25％的汽油，因此把廉價的重質柴油或蒸餘油等，在高溫下裂煉成高價的汽油或低烯烴，可使汽油產量因而增加；
重組 由蒸餾而得的直餾汽油，因僅經蒸餾的物理分離，未能使直餾汽油的內部起任何有益品質的化學變化，所以直餾汽油的品質甚低，辛烷值僅40～60。因此，可利用加熱、加壓、加氫或觸媒的作用，把汽油餾分中分子結構予以改變成異烷烴、環烷烴或芳香烴，以提高辛烷值，這就是重組；
異構化 把正烷烴異構化成其異構物，用來提高輕質直餾汽油的辛烷值；
烷化 專指低分子量烯烴與異烷烴作用形成高分子量異烷烴的反應，可獲得高辛烷值油料，如航空汽油。
展望
石油工業的永續發展，最重要的是石油的穩定供應和配合環境的訴求。自然資源有限，如果不能生生不息，終有耗竭的一天。據估計，各項初級能源，石油可用四十年，天然氣可用六十年，煤炭可用兩百年，原子能的鈾可用七十多年。但未雨綢繆，應尋求資源的源源供給，減少對環境的衝擊，並積極提倡使用替代燃料和再生能源。
臺灣自產能源非常缺乏，約有97％初級能源仰賴進口。初級能源中以原油和天然氣為最大宗，分別占初級能源的51％及7％。原油有99.8％，天然氣有90％自國外進口，也就是說臺灣一年自產的原油只能供給中油公司煉油廠煉製一天而已。長遠之計，尋求能源供給的多元化，研究開發新能源並節約能源，是我們的努力方向。
其次是與環保的配合，石油和石化工業產生的環保問題往往引起誤解，造成反對這類工廠的興建。其實以近代科技，這些工業的排放已大為改善，從製程到減廢，多已達綠色工廠的水準。在臺灣，石油和石化工業歷年來已投下巨額的環保投資，設備技術都有深入的改善，今後也將更臻完美。
由於石油工業是臺灣地區動力和石化原料供應的基礎，所以應針對環保技術的推動和國家永續發展產業政策，調整產業體質，並建立適切的環境管理規範，尋求適當的控制技術與方法加以預防和管制。在國際競爭之下，臺灣石油工業應提升競爭力，一方面確保國內市場，一方面運用國際市場的調節條件，彌補國內單薄的市場，使臺灣石油產業能永續經營，也使臺灣經濟能永續發展。
