朱元寶，辛 靖，侯章貴

［中海油煉油化工科學研究院（北京）有限公司，北京102209］

隨著全球貿(mào)易的發(fā)展，船用燃料油消耗量在逐年增加。目前，全球船用燃料油需求超過2億t/a［1］，主要是以原油加工過程中的常壓渣油、減壓渣油、裂化渣油、催化柴油等為原油調(diào)合而成，其完全燃燒時的產(chǎn)物主要為碳氧化物、氮氧化物和硫化物，其中對大氣污染較為嚴重的是硫化物。因此，降低船用燃料油中的硫含量，對大氣污染物排放的控制至關重要。

全球環(huán)境問題不斷加劇，國內(nèi)外對船用燃料油的硫含量也做了嚴格限制。2016年10月27日，國際海事組織（IMO）發(fā)布消息稱，自2020年起將全球范圍內(nèi)的船用燃料油的硫含量限制在0.5%（質(zhì)量分數(shù)，下同）以下，這要求未來3 a里殘渣型船用燃料油的硫含量要從當前的3.5%大幅降至0.5%，這將為全球煉油和油品供應市場的格局帶來影響。它不僅為全球先進煉油企業(yè)、新型清潔替代燃料帶來機遇，同時也使一些技術落后的老舊煉油企業(yè)面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

1 船用燃料油標準的歷史沿革

1.1 國外標準

1.1.1 國際標準ISO 8217

國際化標準組織（ISO）制定了第一個有關船用燃料油的分類標準，即ISO8216-1—1986。為進一步規(guī)范船用燃料油產(chǎn)品質(zhì)量，提供統(tǒng)一的全球范圍內(nèi)的評價指標，ISO在1987年制定了第一個船用燃料油的產(chǎn)品標準，即ISO 8217—1987《船用燃料油規(guī)范》［2］。

船舶保有量的快速增長帶來了嚴重的大氣污染，為控制氣體污染物排放，減少大氣污染，ISO分別于1996年、2005年、2010年和2012年，對ISO 8217做了修訂。為了提高船用燃料油產(chǎn)品質(zhì)量標準，嚴格限定硫含量指標，業(yè)內(nèi)對船用燃料油的使用性能和污染物排放提出更高的要求，進而形成現(xiàn)行的ISO 8217—2012，現(xiàn)已在全球范圍內(nèi)得到廣泛采用［2］。

ISO 8217—2012主要規(guī)定了餾分型燃料油和殘渣型燃料油的分類及代號、試驗方法等，對4種餾分型燃料油、6種殘渣型燃料油給出了具體的產(chǎn)品指標要求。其中不同類型燃料油的硫含量見表1。

表1 ISO 8217—2012中的硫含量指標［3］

1.1.2 美國標準ASTM D 396

美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）于1978年首次制定了石油產(chǎn)品燃料油標準，即ASTM D 396《燃料油標準規(guī)范》，該標準主要規(guī)定了燃料油產(chǎn)品的一般要求、詳細要求、試驗方法以及具體性能指標。該標準適用于所有工業(yè)和民用燃料油的生產(chǎn)和銷售，但沒有單獨對船用燃料做出規(guī)定。

該標準自發(fā)布至今做了28次修訂，尤其是對產(chǎn)品中硫含量做了嚴格限定，該標準的現(xiàn)行版本ASTMD 396-15b中規(guī)定硫含量不大于0.5%。

1.1.3 防止船舶污染國際公約（MARPOL）

聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展組織于1995年提出增加MARPOL 73/78附則Ⅵ《防止船舶造成空氣污染規(guī)則》，已于2005年5月19日對所有協(xié)議簽署國的船舶正式生效。

其中第14條對燃油的硫含量做了規(guī)定：1）全球范圍內(nèi)，船舶上使用的任何燃油的硫含量不應超過4.5%；2）當船舶位于SECA（硫氧化物排放控制區(qū)）時，船上使用的燃油的硫含量應不超過 1.5%［3］。MARPOL附則Ⅵ對燃料油中硫含量的限制見圖1［4］。

圖1 MARPOL附則Ⅵ對燃料油中硫含量的限制

2008年，IMO采用了一系列的MARPOL附則Ⅵ中的修正條款，要求從2012年1月1日起全球船用燃料硫含量開始降低，在2018年之前完成第一階段，從4.5%降至3.5%，從2020年開始進一步降至0.5%［4］。

1.1.4 歐盟環(huán)保法案

在MARPOL 73/78附則Ⅵ的基礎上，歐盟立法規(guī)定：進出歐盟所屬海域、特定經(jīng)濟區(qū)及污染控制區(qū)域的客輪、擺渡船或巡航船均執(zhí)行燃料油硫含量不超過1.5%的規(guī)定。根據(jù)《歐盟立法2012回顧》中規(guī)定：2020年1月1日起，在ECA區(qū)域以外的歐盟海域內(nèi)，燃料硫含量從3.5%降至0.5%，對于硫高于3.5%的船用燃料油只能銷售給裝載有廢氣凈化系統(tǒng)的船舶使用［5］。

1.2 中國標準

中國于1998年制定了推薦性國家標準GB/T 17411—1998《船用燃料油》，對4種餾分型燃料油、15種殘渣型燃料油的硫含量做了限值規(guī)定：硫含量限值規(guī)定：餾分型燃料油為1.5%～2.0%，殘渣型燃料油為3.5%～5.0%。2012年做了第一次修訂，即GB/T 17411—2012，其中將DMB類燃料油的硫含量上限降至1.5%，殘渣型燃料油的硫含量上限降至3.5%［6］。

近年來，中國船用燃料油市場一直缺乏強制性的統(tǒng)一標準，船用燃料油市場不規(guī)范、質(zhì)量劣質(zhì)化日益突出，既擾亂了市場秩序，又帶來了嚴重的環(huán)境污染。尤其是調(diào)合燃料油組分來源復雜，“合標不合規(guī)”現(xiàn)象嚴重［7］。因此，統(tǒng)一中國船用燃料油標準，提高船用油品質(zhì)量，已是迫在眉睫。

鑒于此，中國于2015年12月發(fā)布了現(xiàn)行的強制性國家標準，即GB 17411—2015《船用燃料油》，該標準已于2016年7月1日實施，其中將船用燃料油分為兩類產(chǎn)品，分別為餾分型船用燃料（D組）和殘渣型船用燃料（R組），每類產(chǎn)品分為3個等級，對每個等級的燃料油的硫含量做了進一步限定。

餾分型燃料油劃分為 DMX、DMA、DMZ、DMB，殘渣型燃料油劃分為RMA （10 mm2/s、50℃下的運動黏度上限值，下同）、RMB（30mm2/s）、RMD（80mm2/s）、RME（180 mm2/s）、RMG 系列（180、380、500、700 mm2/s）、RMK 系列（380、500、700 mm2/s），不同類型的燃料油的硫含量上限見表2。

中國交通部于2015年12月下發(fā)了《珠三角、長三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶排放控制區(qū)實施方案》，自2016年1月1日起至2019年1月1日，實施第Ⅱ階段的硫含量限值規(guī)定，逐步實現(xiàn)船舶進入排放控制區(qū)使用硫含量不高于0.5%的燃料油。

表2 GB/T 17411—2015硫含量指標

2 國內(nèi)外船用燃料油市場需求及生產(chǎn)概況

目前，全球船用燃料油的主要消費區(qū)域集中在荷蘭鹿特丹、美國紐約、比利時安特衛(wèi)普等歐美港口，以及中國、新加坡等亞太港口。亞太地區(qū)對船用燃料油的需求遠高于其他地區(qū)［8］。對于這些地區(qū)，要滿足國際海事組織（IMO）的目標，適宜的路徑是合規(guī)使用船用輕柴油（MGO），而不是重燃料油（HFO）。

國際能源署（IEA）表示，到2020年，使用船用輕柴油的需求將從約13.1萬t/d升至44.47萬t/d，但對重燃料油的需求將從約46.5萬t/d降至16.5萬t/d，以達到國際海事組織同期的規(guī)定。到2020年，僅航運業(yè)對全球船用輕柴油的需求就占8%，而目前需求僅為2%。因此，全球煉油企業(yè)將面臨產(chǎn)品結構轉型的巨大壓力，煉油廠按照現(xiàn)在的效率，生產(chǎn)所需的船用燃料油可能性較?。?］。

能源咨詢公司 Turner，Mason&Co.調(diào)查顯示［9］，許多煉油廠并不準備從重質(zhì)燃料油過渡到船用輕柴油，因為他們沒有足夠的時間對煉油廠進行投資升級。他們可能會進口大量的輕油，將重燃料油調(diào)合成符合低硫標準的燃料油，這將會大幅提高航運公司的燃料成本。

2015年中國船用燃料油市場需求已突破3000萬t，將逐步成為亞太地區(qū)第二大船用油市場。中國船用燃料油資源的供應主要來自國內(nèi)生產(chǎn)調(diào)合和國外成品油進口，生產(chǎn)廠家主要集中在華南、華東（長江中下游）、環(huán)渤海、山東和遼寧盤錦等地，其硫含量為0.5%～2.0%；而進口油硫含量普遍為1.5%～3.5%［10］。由于受到國內(nèi)原油加工特點、生產(chǎn)裝置結構、消費稅政策等多方面因素的制約，直接生產(chǎn)船用燃料油的企業(yè)較少。

3 船用燃料油硫含量的控制途徑

目前，船舶可以通過機內(nèi)優(yōu)化或安裝廢氣處理裝置來減少污染物的排放，而減少硫化物排放較為根本有效的方法是控制燃料油的硫含量。其中油品調(diào)合是較為常用的方法，通常是向重油組分中摻入輕組分調(diào)合而成，利用低硫餾分油與高硫渣油調(diào)合。而從根本上降低燃料油中硫含量的方法是脫除燃料油中的硫，常用的方法：加氫脫硫技術、氧化脫硫技術和生物脫硫技術等。

3.1 燃料油調(diào)合技術

利用低硫原料能夠調(diào)合出符合標準的燃料油，如PIRA公司［12］提出的含硫0.1%的中間餾分與含硫1%的渣油按照體積比60∶40，調(diào)合成含硫0.5%的船用燃料油。但其缺點是運動黏度較低，難以完全滿足船舶柴油機的使用要求，此外成本較高。為有效使用上述產(chǎn)品，還需對船舶設備進行改造，從而增加了成本支出。為了降低運行成本，船運公司更傾向于使用價格便宜、熱值較高的重質(zhì)船用燃料油。

調(diào)合生產(chǎn)的重質(zhì)燃料油的清潔度和相容性是需要重點考慮的問題。適宜的調(diào)合原料、調(diào)合比例是生產(chǎn)合格燃料油的關鍵。針對船用燃料油調(diào)合技術，中國已開展了大量的研究工作。

劉美等［13］采用乙烯焦油、大慶減壓渣油、糠醛抽出油（大慶減四線）為原料，以不同的比例調(diào)合，制備出硫含量＜1.0%的船用燃料油。田廣武［14］采用催化柴油與其他柴油按不同比例調(diào)合生產(chǎn)出了2種船用餾分燃料油，通過減黏渣油、催化裂化重循環(huán)油與催化柴油不同比例調(diào)合生產(chǎn)出了380#燃料油。

郭志文［15］采用遼陽石化公司3種硫含量較低的原料（小于1.5%）渣油、重質(zhì)蠟油、乙烯焦油，與自制的油溶性降黏劑復配，通過調(diào)整合適的黏度，獲得滿足要求的燃料油。張孟博［16］采用錦州石化減黏后渣油和重柴調(diào)合能夠得到120#、180#船用燃料油。

張紅兵［17］采用催化油漿、焦化蠟油、渣油為基礎油做調(diào)合試驗，按照不同的比例分別調(diào)合出120#和180#船用燃料油，其硫含量分別為0.29%和0.36%。李曉華［18］利用蓬萊PL19-3減壓渣油，通過減黏裂化工藝，可直接生產(chǎn)硫含量小于0.5%的燃料油。

目前，中國殘渣型船用燃料油調(diào)合組分復雜，不同的調(diào)合原料相容性差，各組分分散性欠佳，導致其熱穩(wěn)定性和儲存穩(wěn)定性不好，極易分層，致使瀝青質(zhì)析出，使用時易導致船上燃油系統(tǒng)沉渣和油泥堵塞，加之對硫含量的限制，調(diào)合原料須做出調(diào)整，調(diào)合技術需進一步提高。

3.2 重油加氫脫硫技術

自2015年起，餾分油型船用燃料油的硫含量要求≤0.1%，從調(diào)合組分的硫含量看，必須經(jīng)過加氫精制才能滿足這一要求。大多數(shù)發(fā)展中國家柴油餾分的硫含量已經(jīng)降至0.1%或者更低的水平，因此餾分油型低硫船用燃料油的生產(chǎn)僅需增加少量的精制成本。2020年殘渣型船舶燃料油的硫含量要求≤0.5%，即使低硫原油的直餾渣油硫含量也很難達到這個水平，必須經(jīng)脫硫處理后才能生產(chǎn)符合要求的船用燃料油。

為應對即將執(zhí)行的新的船用燃料油標準，拓普索公司向煉廠提出了應對策略：第一是煉廠升級改造生產(chǎn)符合規(guī)定的船用燃料油；第二是引進新技術提高煉廠深加工能力，將船用燃料生產(chǎn)轉向其他附加值更高的產(chǎn)品［19］。2016年瑞典煉油商Preem公司引進了Cheveron Lummus公司的LC-Slurry渣油懸浮床加氫裂化技術［20］；2018年中石化與ENI公司簽約引進渣油漿液法加氫裂化技術（EST）［21］。 上述舉措旨在低成本生產(chǎn)更環(huán)保的燃料油，以符合2020年開始執(zhí)行的國際海事組織制定的船用燃料要求較低硫含量的規(guī)定。

3.3 重油氧化脫硫技術

通過加氫工藝生產(chǎn)低硫燃料油的附加值相對較低。為了盡可能降低脫硫成本，人們早在20世紀30年代就開始研究用氧氣代替氫氣用于脫硫技術，但一直未受到關注。重質(zhì)油中的含硫化合物很難用氫氣還原，但很容易被氧化生成極性極強的砜類化合物，再通過萃取或反應脫除［22］。

Auterra公司開發(fā)了重油氧化脫硫工藝（FlexDS）以及氧化催化劑（FlexOX）。FlexDS技術是一種低能耗、低成本的氧化脫硫新工藝，可以脫除重質(zhì)油中的硫、氮、微量金屬等雜原子，同時可以提高重油密度（APIo）、降低酸值等。

FlexDS工藝主要步驟：第一步是重質(zhì)燃料油在鈦基催化劑和氧化劑作用下，采用固定床反應器，高選擇性地將燃料油中的含硫化合物氧化成砜類化合物；第二步是堿催化脫除砜類化合物中的硫，生成小分子烴類，降低燃料油中硫的同時使油品黏度降低；也可以采取萃取的方式，脫除砜類化合物［23-24］。目前，該工藝針對油砂瀝青的脫硫率已達75%以上。隨著對船用燃料油含硫量的限制日趨嚴格，該脫硫技術正逐漸引起人們的重視。

3.4 船舶廢氣排放控制技術

選用低硫燃料油是控制船舶SOx排放的一條直接途徑，但低硫燃料油的生產(chǎn)成本較高。為降低燃料成本而選擇含硫稍高的燃料油，就要考慮廢氣排放控制技術，如選擇性催化還原（SCR）、廢氣再循環(huán)（EGR）和廢氣洗滌器。SCR、EGR是2種船舶NOx排放控制技術。其中SCR技術的NOx脫除率可達70%～90%。

如果在使用高硫燃料油的情況下，要達到同時控制NOx和SOx的目的，還需要安裝廢氣洗滌器［25-26］。廢氣洗滌器是一種將船舶柴油機的排煙進行洗滌等后處理的裝置，該裝置可以實現(xiàn)一種“等效性”，使得含硫量3.5%的燃油所產(chǎn)生的排放等效于使用含硫量0.1%的燃油［27］，船舶行業(yè)很可能大力投資這種煙氣洗滌器。

總之，選用低硫燃料油或者加裝煙氣洗滌裝置都可以實現(xiàn)SOx總排量的降低。但如果硫含量從3.5%降至1.0%，則燃料油價格將提高10%～20%，且顯著增加精煉過程中的能耗［28］，而廢氣洗滌裝置需選配高效率的廢氣渦輪增壓器，設備改造費用將大幅增加。

4 低硫船用燃料油新標準實施帶來的挑戰(zhàn)與機遇

4.1 煉油企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)與機遇

4.1.1 全球一些技術落后的煉化企業(yè)面臨空前的壓力

嚴格執(zhí)行MARPOL公約對低硫燃料油的使用要求，會給船舶行業(yè)和煉油企業(yè)帶來巨大壓力。因為這些企業(yè)必須在短時間內(nèi)采取應對措施，包括決定船舶發(fā)動機燃料油的選用?？梢源_定的是，船用柴油和柴油/渣油調(diào)合的燃料油會大量取代高硫渣燃料油，在一段時間內(nèi)船用柴油的需求量會大幅增加［15］。

一些深加工能力有限的落后煉油廠，要么被迫退出船舶燃料油市場，要么投資進行升級改造。如果考慮建造一套渣油加氫脫硫裝置，因資金投入高昂及建造周期太長，同時面臨替代燃料（如液化天然氣（LNG）等清潔燃料）的使用，所以煉廠投資改造升級后的獲利空間可能較小。

4.1.2 為擁有先進技術的煉油企業(yè)帶來機遇

國際海事組織的決定對擁有先進技術的煉油企業(yè)來說是一個機遇，因為這些企業(yè)（特別是擁有加氫裝置的煉廠）技術先進、布局合理。由于渣油加氫脫硫裝置可以直接生產(chǎn)低硫重質(zhì)船用燃料油調(diào)合原料；柴油加氫和潤滑油加氫裝置可生產(chǎn)低硫中間餾分油；這些煉油企業(yè)用于低硫船用燃料油的調(diào)合組分來源豐富，可以直接生產(chǎn)或調(diào)合生產(chǎn)出符合硫含量小于0.5%的船舶燃料油，擁有先進技術的煉油企業(yè)應對船用燃料油新標準變化的能力較強。

4.2 可能為世界及中國原油市場帶來沖擊

船用燃料油規(guī)格變化將改變煉廠加工原油的品種。為了應對燃料油低硫化標準的要求，可能迫使一些煉油企業(yè)直接選擇低硫原油進行加工。如歐洲煉油企業(yè)可能會避開重質(zhì)原油，改用可方便獲得的輕質(zhì)北海及西非原油。這對包括沙特、伊拉克、委內(nèi)瑞拉、墨西哥和巴西在內(nèi)的生產(chǎn)含硫量較高的重質(zhì)原油生產(chǎn)國來說，可能將產(chǎn)生不利影響［29］。

作為國際市場上高硫原油的主要進口國，中國必須提高加工深度才能滿足低硫燃料油的要求，相應的操作成本也將隨之上升。中國若在未來生產(chǎn)低硫船用燃料油，從國際原油市場上購買低硫原油也是一種可選的技術途徑。但關鍵還是做好煉廠結構優(yōu)化，提高重質(zhì)燃料油的轉化能力，增加低硫中間餾分產(chǎn)率是根本的應對之策。

5 結束語

全球貿(mào)易的發(fā)展促使船用燃料油消耗量逐年增加，面對新規(guī)下的船用燃料油標準，其工藝先進的煉化企業(yè)可以根據(jù)市場需求做出產(chǎn)品結構調(diào)整，以應對市場對低硫、輕質(zhì)及中間餾分產(chǎn)品的增長需求。同時，可發(fā)展液化天然氣（LNG）作為一種新型替代船用燃料。

盡管世界各國在不斷發(fā)展替代能源，根據(jù)英國勞氏船級（LR）社發(fā)布的《2030全球船用燃料油發(fā)展趨勢》預測，2030年前重油依然占據(jù)船舶燃料的主導地位，船舶從依賴重質(zhì)燃料油到使用替代清潔燃料將會是一個較長的轉變過程。低硫船用燃料油、尾氣洗滌裝置以及替代燃料LNG將在新的船用燃料油標準下各自發(fā)揮其關鍵作用。