張國相
(中海石油煉化有限責(zé)任公司,北京100029)
隨著全球貿(mào)易的發(fā)展,船用燃料油消耗量在逐年增加,其燃燒后產(chǎn)生的硫氧化物、氮氧化物、顆粒物等污染物增加量很大,船舶排放已成為全球港口和海域的主要大氣污染源。數(shù)據(jù)顯示,一艘大中型集裝箱船70%負(fù)荷航行產(chǎn)生的PM2.5相當(dāng)于21萬輛國四卡車的排放量。國際海事組織(IMO)委托咨詢機(jī)構(gòu)調(diào)研預(yù)測,到2020年全球船用燃料油的消費(fèi)量約為3億t。
為減少船舶硫氧化物的排放,IMO《國際防止船舶造成污染公約》規(guī)定,從2020年1月1日起,全球船用油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)上限必須從3.5%降低到0.5%,大幅下降86%。此項(xiàng)“限硫令”將給全球船用油市場帶來巨大的變革,將從根本上改善港口、海洋和全球的環(huán)境,將會(huì)對(duì)全球煉油和油品供應(yīng)市場的格局帶來影響,將為全球先進(jìn)煉油企業(yè)、新型替代清潔燃料油帶來機(jī)遇,同時(shí)也將對(duì)一些技術(shù)落后的老舊煉油企業(yè)帶來挑戰(zhàn)。
目前全球船用燃料油需求量超過2.5億t,主要消費(fèi)區(qū)域集中在鹿特丹、紐約、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(duì)船用燃料油的需求比重遠(yuǎn)高于其他地區(qū),亞太地區(qū)約占全球的1/2、歐洲地區(qū)占23%、中東和北美地區(qū)各占10%和8%。
2018年中國全年進(jìn)口燃料油為1 666萬t,表觀消費(fèi)量約為2 456萬t。中國船用燃料油供應(yīng)主要來自國內(nèi)或國外成品進(jìn)口(保稅油)。其中,由于受到國內(nèi)原油加工特點(diǎn)、生產(chǎn)裝置結(jié)構(gòu)、消費(fèi)稅政策等多方面因素制約,企業(yè)盈利空間不足,沒有企業(yè)直接生產(chǎn)重質(zhì)船用燃料油。因此保稅油資源渠道多為進(jìn)口,主要來自委內(nèi)瑞拉、新加坡、俄羅斯、韓國、馬來西亞、日本等國家,MGO大多為韓國采購或來自國內(nèi)部分沿海煉廠,如大連西太平洋石化、青島煉化和中石化鎮(zhèn)海煉化公司等具有出口資質(zhì)和配額的煉廠[1]。內(nèi)貿(mào)油資源多為國內(nèi)調(diào)合生產(chǎn),資源渠道多樣,燃油品種差異巨大、參差不齊,來源包括渣油、油漿、瀝青、煤焦油、橡膠油、催化柴油等劣質(zhì)燃油[2]。
中國是亞洲地區(qū)除新加坡以外的第二大船加油市場。2017年新加坡地區(qū)港口貨物吞吐量約為6.3億t,而中國港口吞吐量約為40億t,意味著中國擁有相較于新加坡6倍多的港口吞吐量,卻只提供了約1/5的船供油數(shù)量。這與中國長期的保稅船燃市場壟斷和國家消費(fèi)稅政策有關(guān),從目前的發(fā)展趨勢來看,種種限制將有望在保稅船燃領(lǐng)域有所突破[3]。中國將以舟山為重點(diǎn)港口努力打造“東北亞保稅油中心“,向新加坡看齊。
政策方面,如果內(nèi)貿(mào)轉(zhuǎn)保稅出口環(huán)節(jié)打通,則未來5 a供油量將翻番,內(nèi)貿(mào)燃料油資源輸出成為可能。從未來幾年市場消費(fèi)趨勢來看,燃料油消費(fèi)仍將主要集中在船舶燃料油方面,船舶燃料油在整個(gè)國內(nèi)燃料油消費(fèi)中的占比仍將延續(xù)增長,2019年將提升到70%。
2.1.1 國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 8217
1986年以前,全球還沒有一個(gè)國際公認(rèn)的船用燃料油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),各國分別對(duì)船用燃料油進(jìn)行分類和命名,給世界貿(mào)易帶來不便。為此,國際化標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)制定了第一個(gè)有關(guān)船用燃料油的分類標(biāo)準(zhǔn),即ISO 8216-1:1986。與此同時(shí),為規(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(píng)價(jià)指標(biāo),ISO開展了全球范圍的標(biāo)準(zhǔn)制定,1987年誕生了第一個(gè)船用燃料油的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),即ISO 8217:1987《船用燃料油規(guī)范》。
快速增長的船舶保有量也帶來了更加嚴(yán)重的大氣污染,為控制船用燃料燃燒后的氣體污染物排放,減少大氣污染,ISO 分別于 1996、2005、2010、2012年對(duì)ISO 8217進(jìn)行了不斷的修訂完善,規(guī)范提高船用燃料油產(chǎn)品質(zhì)量的規(guī)定,尤其是硫含量限值逐步降低,形成現(xiàn)行有效的ISO 8217:2012版本[4]。
ISO 8217:2012《船用燃料油規(guī)范》主要規(guī)定了餾分型燃料油和殘?jiān)腿剂嫌偷姆诸惡痛?hào)、產(chǎn)品技術(shù)要求和試驗(yàn)方法等,標(biāo)準(zhǔn)對(duì)4種餾分型燃料油、6種殘?jiān)腿剂嫌徒o出了具體的技術(shù)指標(biāo)要求,包括:運(yùn)動(dòng)粘度、密度、硫含量、閃點(diǎn)、硫化氫、酸值、總沉積物、殘?zhí)俊⑺?、灰分、潤滑性以及殘?jiān)腿剂嫌偷拟C、鈉、鋁和硅含量等技術(shù)指標(biāo)[5]。其中餾分型燃料油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%~2.0%,殘?jiān)腿剂嫌偷牧蛸|(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%~4.5%。
2.1.2 美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM 396
美國是石油消費(fèi)大國,為規(guī)范石油產(chǎn)品質(zhì)量,美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)于1978年首次制定了石油產(chǎn)品燃料油標(biāo)準(zhǔn),即ASTM D 396《燃料油標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》。該標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了燃料油產(chǎn)品的一般要求、詳細(xì)要求和相應(yīng)的試驗(yàn)方法,給出的燃料油具體性能指標(biāo)主要包括:閃點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)粘度、殘?zhí)?、硫含量、銅帶腐蝕率、密度、傾點(diǎn)、氧化安定性、酸值等,覆蓋了各種類型燃料油的各種等級(jí)的產(chǎn)品,適用于所有工業(yè)和民用燃料油的生產(chǎn)和銷售。
該標(biāo)準(zhǔn)在首次發(fā)布后的40 a內(nèi),進(jìn)行了29次修訂,尤其是產(chǎn)品中硫含量的限值也是在逐步降低,最近的一次修訂也是現(xiàn)行有效的版本為ASTM D 396-17a[6]。該標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)行版本(ASTM D 396-17a)中規(guī)定硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.5%。
2.1.3 防止船舶污染國際公約(MARPOL)
該公約附則Ⅵ的名稱是 “防止船舶造成空氣污染規(guī)則”,該規(guī)則已于2005年5月19日生效。其中第14條對(duì)燃油的硫含量有如下規(guī)定:1)船上使用的任何燃油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不應(yīng)超過4.5%;2)當(dāng)船舶位于SECA(硫氧化物排放控制區(qū))時(shí),如果未采用獲得認(rèn)可的廢氣凈化系統(tǒng)將硫氧化物的排放總量減少到6.0 g/(kW·h),船上使用的燃油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不超過1.5%。波羅的海作為第一個(gè)SECA,已于2006年5月19日開始執(zhí)行本規(guī)定;北海作為第二個(gè)SECA,已于2007年11月21日開始執(zhí)行本規(guī)定[7]。MARPOL對(duì)硫的限制和執(zhí)行時(shí)間見圖1。
2008年,IMO采用了一系列的MARPOL附則Ⅵ的修正條款,對(duì)船用燃料硫含量提出嚴(yán)格的要求。修正條款要求船用燃料的硫含量進(jìn)一步降低,要求從2012年1月1日起全球硫含量開始降低,在2018年之前完成第一階段,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)從4.5%降低到3.5%,從2020年開始進(jìn)一步降低到0.5%。
圖1 MARPOL對(duì)硫的限制和執(zhí)行時(shí)間
2.2.1 GB 17411—2015《船用燃料油》
中國現(xiàn)行的GB 17411—2015《船用燃料油》已于2016年7月1日實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)中將船用燃料油產(chǎn)品分為兩類,一類是餾分型船用燃料油(D組),另一類是殘?jiān)痛萌剂嫌停≧組),標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同類型的燃料油中的硫含量做了進(jìn)一步限定。
GB 17411—2015《船用燃料油》的四大特點(diǎn)為強(qiáng)制性、環(huán)保升級(jí)、質(zhì)量升級(jí)、法規(guī)限制。由推薦性改成強(qiáng)制性,結(jié)束了船用燃料油無強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀。該標(biāo)準(zhǔn)適用于船用柴油機(jī)及鍋爐燃料。不同類型的燃料油硫含量指標(biāo)見表1。
表1 GB 17411—2015《船用燃料油》硫含量指標(biāo)
2.2.2 GB17411—2015《船用燃料油》第1號(hào)修改單
中國目前適用于船用燃料油的標(biāo)準(zhǔn)有GB 17411—2015《船用燃料油》和 GB 252—2015《普通柴油》兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。GB 17411—2015《船用燃料油》適用范圍限于“海洋”船用柴油機(jī)及其鍋爐等設(shè)備,GB 252—2015《普通柴油》適用范圍包括內(nèi)河船舶壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。2018年7月3日國務(wù)院公開發(fā)布了《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》,安排取消普通柴油標(biāo)準(zhǔn)。為此,國家能源局要求在取消普通柴油標(biāo)準(zhǔn)之前,盡快完成修改GB 17411—2015《船用燃料油》,并在2019年1月1日起實(shí)施。
具體修訂內(nèi)容:“本標(biāo)準(zhǔn)適用于海[洋]船用柴油機(jī)及其鍋爐用燃料”修改為“本標(biāo)準(zhǔn)適用于海[洋]和內(nèi)河船用柴油機(jī)及其鍋爐用燃料”;“餾分燃料按照硫含量分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3個(gè)等級(jí)”修改為“海洋船用餾分燃料按照硫含量分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3個(gè)等級(jí)”;增加內(nèi)容為“內(nèi)河船用燃料分為 DMA(S10)和DMB(S10)兩個(gè)等級(jí)”。海[洋]船用燃料油應(yīng)符合GB 17411—2015《船用燃料油》性能指標(biāo)要求,內(nèi)河船用燃料油應(yīng)符合表2指標(biāo)要求。
表2 內(nèi)河船用燃料油要求和試驗(yàn)方法
利用低硫原料能夠調(diào)合出硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%以下的燃料油,缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)粘度較低,難以完全滿足船舶柴油機(jī)的使用要求。為有效使用低硫燃料,必須對(duì)船舶設(shè)備進(jìn)行改造,避免由于燃料變化對(duì)船舶柴油機(jī)設(shè)備和燃油系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。
但是對(duì)于殘?jiān)腿剂嫌?,清潔度和相容性也是需要考慮的問題之一。目前國內(nèi)殘?jiān)痛萌剂嫌驼{(diào)和組分復(fù)雜,不同的原料或者不同組分調(diào)合成的燃料油混在一起,兼容性和分散性差,熱穩(wěn)定性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性不好,極易分層,致使瀝青質(zhì)析出,使用時(shí)易導(dǎo)致船上燃油系統(tǒng)沉渣和油泥堵塞[8]。近年來,由此引起的燃料油質(zhì)量問題尤為突出,嚴(yán)重影響船舶的安全運(yùn)行。
目前大多數(shù)發(fā)展中國家道路柴油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)已經(jīng)降至0.1%甚至更低的水平,因此未來餾分油型船舶燃料油的生產(chǎn)僅需增加幾十元的加工成本來降低硫含量即可,對(duì)生產(chǎn)成本的影響不大。殘?jiān)痛叭剂嫌偷牧蛸|(zhì)量分?jǐn)?shù)要求不大于0.5%,即使低硫原油的直餾渣油硫含量也很難達(dá)到這個(gè)水平,必須經(jīng)過脫硫處理后才能生產(chǎn)出符合要求的船舶燃料油[9]。高含硫原油生產(chǎn)低硫船用燃料油,需要對(duì)渣油加氫脫硫,目前渣油加氫處理主要有固定床、沸騰床和懸浮床3種工藝。
固定床加氫工藝技術(shù)成熟,應(yīng)用廣泛,目前世界上已有超過84套固定床渣油加氫裝置,占渣油加氫總能力的80%左右。與固定床加氫相比,沸騰床加氫操作靈活性好,可加工高殘?zhí)俊⒏呓饘倭淤|(zhì)渣油,渣油轉(zhuǎn)化率高,但是沸騰床內(nèi)存在反應(yīng)物流的返混,導(dǎo)致加氫產(chǎn)品質(zhì)量較固定床加氫產(chǎn)品質(zhì)量差[10];懸浮床加氫技術(shù)近幾年進(jìn)展較大,ENI公司、BP公司等7家公司均開展了工業(yè)試驗(yàn),其中ENI公司和BP公司取得工業(yè)化應(yīng)用,技術(shù)較為成熟[11]。
生物脫硫技術(shù)是利用微生物體內(nèi)的酶催化氧化油品中的有機(jī)硫,使之轉(zhuǎn)化為水溶性硫化物后加以去除的技術(shù)。具體就是將長鏈烷烴、多環(huán)/雜環(huán)芳烴、環(huán)烷烴等轉(zhuǎn)化為短鏈烷烴,通過生物催化裂解反應(yīng)進(jìn)行脫硫、脫氮和分解重金屬的技術(shù)。生物脫硫可以使重油中的硫、氮、重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低20%~50%,同時(shí)使重油組分發(fā)生變化[12]。重油經(jīng)過酶轉(zhuǎn)化生成了輕油和其他組分,改變了原來重油的結(jié)構(gòu)。
對(duì)于生物脫硫技術(shù),因最多只能有效去除石油產(chǎn)品中1/2的硫,對(duì)原料的硫含量要求較高,原料硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)只能在0.2%以下,才能得到0.1%以下的低硫燃料油[13]。這種方法難以處理高硫原料,應(yīng)用范圍較窄。
常用的船舶廢氣排放控制技術(shù)有選擇性催化還原(SCR)、廢氣再循環(huán)(EGR)和廢氣洗滌器。SCR是一項(xiàng)船舶NOx排放控制技術(shù),NOx脫除率可達(dá)到70%~90%,但是要達(dá)到理想的污染物排放控制效果,需要配合使用硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.1%的低硫燃料油;EGR也是一項(xiàng)船舶NOx排放控制技術(shù),如果在使用高硫燃料油的情況下,要想達(dá)到同時(shí)控制NOx和SOx的目的,還需要安裝船舶EGR廢氣洗滌組合裝置;廢氣洗滌器可以高效降低SOx排放量,除不能控制NOx排放外,被認(rèn)為是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)可行的技術(shù)[14]。
由于稅收及生產(chǎn)工藝等問題,國內(nèi)煉廠基本不愿意生產(chǎn)船舶燃料油,市場上國內(nèi)資源供應(yīng)以民營調(diào)和油為主,保稅基本靠進(jìn)口。資源供應(yīng)的現(xiàn)狀造成了國內(nèi)市場上經(jīng)營主體良莠不齊,船用燃料油品質(zhì)堪憂的問題難以根除[15]。進(jìn)口的保稅油成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于新加坡,這就使得國際航行船舶在國內(nèi)不加油或少補(bǔ)油,制約了國內(nèi)船舶燃料油行業(yè)的發(fā)展。隨著IMO新規(guī)時(shí)間的臨近及市場情況的變化,煉油企業(yè)要積極采取技術(shù)措施,通過技術(shù)改造生產(chǎn)符合要求的低硫船用燃料油產(chǎn)品,及早占領(lǐng)市場,否則就要退出船舶燃料油市場。
IMO新規(guī)也給技術(shù)先進(jìn)的煉廠帶來發(fā)展機(jī)遇。因?yàn)檫@些煉廠技術(shù)先進(jìn)、布局合理,以此為契機(jī)生產(chǎn)低硫燃料油,特別是給那些具有渣油加氫、可生產(chǎn)低硫中間餾分油的企業(yè)帶來了機(jī)遇,因?yàn)檫@些煉廠可以直接生產(chǎn)或調(diào)和出符合硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.5%的船舶燃料油,在市場競爭中占有先機(jī)。因此,優(yōu)化煉廠加工流程,補(bǔ)充重油加工裝置,特別是考慮應(yīng)用沸騰床、懸浮床加氫等技術(shù)是煉油企業(yè)發(fā)展的重要方向。
為應(yīng)對(duì)低硫燃料油標(biāo)準(zhǔn)的要求,迫使一些煉油企業(yè)選擇低硫原油進(jìn)行加工,如歐洲煉廠可能將避開重質(zhì)原油加工,改用可方便獲得的輕質(zhì)北海及西非原油[16]。這對(duì)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)原油產(chǎn)油國來說,可能將產(chǎn)生不利影響。
中國是高硫原油的主要進(jìn)口國,燃料油又是原油加工過程的末端產(chǎn)品,餾分越重硫含量越高,必須提高加工深度才能滿足低硫燃料油的要求,相應(yīng)的生產(chǎn)成本也將隨之增加。生產(chǎn)低硫船用燃料油,技術(shù)途徑只有新建加氫裝置或購買低硫原油[17]。
中國船用燃料油市場分為保稅油市場和內(nèi)貿(mào)市場,保稅燃料油約占60%。然而,由于生產(chǎn)成本較高等因素,保稅燃料油長期依賴進(jìn)口,國內(nèi)沒有煉油企業(yè)直接生產(chǎn)。能否解決保稅低硫燃料油自主供應(yīng)的問題,將成為落實(shí)國家船舶排放控制的關(guān)鍵[18]。
國家要從財(cái)稅政策上對(duì)低硫船用燃料油生產(chǎn)供應(yīng)給予支持,使國內(nèi)煉化企業(yè)在低硫油生產(chǎn)銷售上與國外企業(yè)享有同等的稅賦政策,從而支持國內(nèi)煉油企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展,提升資產(chǎn)利用效率,保障國內(nèi)船用油的安全供應(yīng)。
目前,中海油燃料油由煉化公司所屬8家企業(yè)生產(chǎn),2017年全年計(jì)劃量為215.4萬t,實(shí)際生產(chǎn)371萬t。其中生產(chǎn)船用燃料油企業(yè)中海石油的寧波大榭/舟山石化有限公司年生產(chǎn)48萬t,產(chǎn)品全部符合GB 17411—2015《船用燃料油》ⅢDMX標(biāo)準(zhǔn),滿足低硫船用燃料油指標(biāo)。其他煉油企業(yè)目前都沒有生產(chǎn)低硫船用燃料油。
東方石化鑒于庫區(qū)罐容受限,暫不具備生產(chǎn)低硫船用燃料油的條件;中捷石化現(xiàn)有產(chǎn)品未涉及船用燃料油產(chǎn)品,公司現(xiàn)有的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)也不具備條件;中瀝公司產(chǎn)品的主要指標(biāo)滿足DMA、DMZ、DMB船用燃料油的要求,產(chǎn)能預(yù)計(jì)達(dá)到90萬t/a,具有生產(chǎn)低硫船用燃料油的能力;惠州石化具備生產(chǎn)低硫船用燃料油的條件,但是儲(chǔ)運(yùn)發(fā)貨系統(tǒng)暫不具備條件。只要有市場需求和經(jīng)濟(jì)效益,中捷石化、中瀝公司、惠州石化都具有生產(chǎn)低硫船用燃料油的能力。
目前,中海油國內(nèi)原油產(chǎn)量約為4 000萬t/a,其中1/2是適合生產(chǎn)低硫船用燃料油的重質(zhì)原油,應(yīng)抓緊研究落實(shí)低硫船用燃料油的供應(yīng)能力。在渤海灣地區(qū),以中捷石化、中海瀝青兩家企業(yè)為基礎(chǔ),落實(shí)150萬~200萬t/a供應(yīng)能力;在長三角地區(qū),以大榭/舟山石化為基礎(chǔ),落實(shí)300萬~400萬t/a的供應(yīng)能力,保障以舟山港口為重點(diǎn)打造的“東北亞保稅油中心”低硫船用燃料油資源的供給;在珠三角地區(qū),通過流程優(yōu)化,落實(shí)惠州石化200萬~300萬t/a的供應(yīng)能力,爭取占領(lǐng)廣東、香港的部分市場。
結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策,中海油要提前謀劃低硫船用燃料油的生產(chǎn)及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)建設(shè),保證低硫船用燃料油的供應(yīng)能力。利用大榭石化位于浙江自貿(mào)試驗(yàn)區(qū)寧波-舟山的地理區(qū)位優(yōu)勢,積極研究國家產(chǎn)業(yè)政策,發(fā)揮區(qū)域及技術(shù)上的優(yōu)勢,積極建立中海油低硫船用燃料油生產(chǎn)基地;惠州石化、中捷石化、中瀝公司盡快補(bǔ)齊生產(chǎn)銷售低硫船用燃料油的短板,結(jié)合市場需求,擇機(jī)生產(chǎn)低硫船用燃料油。布局好長三角、珠三角及京津冀地區(qū)低硫船用燃料油生產(chǎn)基地建設(shè),提升中海油船用燃料油品牌建設(shè)能力和經(jīng)濟(jì)效益,爭取成為國內(nèi)低硫船用燃料油的重要供應(yīng)商。