船用燃料油標準變化背景下的挑戰與機遇

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］

隨著全球貿易的發展，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合而成，其完全燃燒時的產物主要為碳氧化物、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。

全球環境問題不斷加劇，國內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）發布消息稱，自2020年起將全球范圍內的船用燃料油的硫含量限制在0.5%（質量分數，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、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面臨嚴峻挑戰。

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。為進一步規范船用燃料油產品質量，提供統一的全球范圍內的評價指標，ISO在1987年制定了第一個船用燃料油的產品標準，即ISO 8217—1987《船用燃料油規范》［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品質量標準，嚴格限定硫含量指標，業內對船用燃料油的使用性能和污染物排放提出更高的要求，進而形成現行的ISO 8217—2012，現已在全球范圍內得到廣泛采用［2］。

ISO 8217—2012主要規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

美國材料與試驗協會（ASTM）于1978年首次制定了石油產品燃料油標準，即ASTM D 396《燃料油標準規范》，該標準主要規定了燃料油產品的一般要求、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和民用燃料油的生產和銷售，但沒有單獨對船用燃料做出規定。

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

1.1.3 防止船舶污染國際公約（MARPOL）

聯合國環境與發展組織于1995年提出增加MARPOL 73/78附則Ⅵ《防止船舶造成空氣污染規則》，已于2005年5月19日對所有協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定：1）全球范圍內，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）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 歐盟環保法案

在MARPOL 73/78附則Ⅵ的基礎上，歐盟立法規定：進出歐盟所屬海域、特定經濟區及污染控制區域的客輪、擺渡船或巡航船均執行燃料油硫含量不超過1.5%的規定。根據《歐盟立法2012回顧》中規定：2020年1月1日起，在ECA區域以外的歐盟海域內，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定：硫含量限值規定：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一標準，船用燃料油市場不規范、質量劣質化日益突出，既擾亂了市場秩序，又帶來了嚴重的環境污染。尤其是調合燃料油組分來源復雜，“合標不合規”現象嚴重［7］。因此，統一中國船用燃料油標準，提高船用油品質量，已是迫在眉睫。

鑒于此，中國于2015年12月發布了現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月下發了《珠三角、長三角、環渤海（京津冀）水域船舶排放控制區實施方案》，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定，逐步實現船舶進入排放控制區使用硫含量不高于0.5%的燃料油。

表2 GB/T 17411—2015硫含量指標

2 國內外船用燃料油市場需求及生產概況

目前，全球船用燃料油的主要消費區域集中在荷蘭鹿特丹、美國紐約、比利時安特衛普等歐美港口，以及中國、新加坡等亞太港口。亞太地區對船用燃料油的需求遠高于其他地區［8］。對于這些地區，要滿足國際海事組織（IMO）的目標，適宜的路徑是合規使用船用輕柴油（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定。到2020年，僅航運業對全球船用輕柴油的需求就占8%，而目前需求僅為2%。因此，全球煉油企業將面臨產品結構轉型的巨大壓力，煉油廠按照現在的效率，生產所需的船用燃料油可能性較小［9］。

能源咨詢公司 Turner，Mason&Co.調查顯示［9］，許多煉油廠并不準備從重質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生產調合和國外成品油進口，生產廠家主要集中在華南、華東（長江中下游）、環渤海、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］。由于受到國內原油加工特點、生產裝置結構、消費稅政策等多方面因素的制約，直接生產船用燃料油的企業較少。

3 船用燃料油硫含量的控制途徑

目前，船舶可以通過機內優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。其中油品調合是較為常用的方法，通常是向重油組分中摻入輕組分調合而成，利用低硫餾分油與高硫渣油調合。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 燃料油調合技術

利用低硫原料能夠調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、熱值較高的重質船用燃料油。

調合生產的重質燃料油的清潔度和相容性是需要重點考慮的問題。適宜的調合原料、調合比例是生產合格燃料油的關鍵。針對船用燃料油調合技術，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合生產出了2種船用餾分燃料油，通過減黏渣油、催化裂化重循環油與催化柴油不同比例調合生產出了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、重質蠟油、乙烯焦油，與自制的油溶性降黏劑復配，通過調整合適的黏度，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、渣油為基礎油做調合試驗，按照不同的比例分別調合出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，可直接生產硫含量小于0.5%的燃料油。

目前，中國殘渣型船用燃料油調合組分復雜，不同的調合原料相容性差，各組分分散性欠佳，導致其熱穩定性和儲存穩定性不好，極易分層，致使瀝青質析出，使用時易導致船上燃油系統沉渣和油泥堵塞，加之對硫含量的限制，調合原料須做出調整，調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%，從調合組分的硫含量看，必須經過加氫精制才能滿足這一要求。大多數發展中國家柴油餾分的硫含量已經降至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，必須經脫硫處理后才能生產符合要求的船用燃料油。

為應對即將執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符合規定的船用燃料油；第二是引進新技術提高煉廠深加工能力，將船用燃料生產轉向其他附加值更高的產品［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更環保的燃料油，以符合2020年開始執行的國際海事組織制定的船用燃料要求較低硫含量的規定。

3.3 重油氧化脫硫技術

通過加氫工藝生產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（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，該裝置可以實現一種“等效性”，使得含硫量3.5%的燃油所產生的排放等效于使用含硫量0.1%的燃油［27］，船舶行業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與機遇

4.1 煉油企業面臨的挑戰與機遇

4.1.1 全球一些技術落后的煉化企業面臨空前的壓力

嚴格執行MARPOL公約對低硫燃料油的使用要求，會給船舶行業和煉油企業帶來巨大壓力。因為這些企業必須在短時間內采取應對措施，包括決定船舶發動機燃料油的選用。可以確定的是，船用柴油和柴油/渣油調合的燃料油會大量取代高硫渣燃料油，在一段時間內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來說是一個機遇，因為這些企業（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低硫重質船用燃料油調合原料；柴油加氫和潤滑油加氫裝置可生產低硫中間餾分油；這些煉油企業用于低硫船用燃料油的調合組分來源豐富，可以直接生產或調合生產出符合硫含量小于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直接選擇低硫原油進行加工。如歐洲煉油企業可能會避開重質原油，改用可方便獲得的輕質北海及西非原油。這對包括沙特、伊拉克、委內瑞拉、墨西哥和巴西在內的生產含硫量較高的重質原油生產國來說，可能將產生不利影響［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化，提高重質燃料油的轉化能力，增加低硫中間餾分產率是根本的應對之策。

5 結束語

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

盡管世界各國在不斷發展替代能源，根據英國勞氏船級（LR）社發布的《2030全球船用燃料油發展趨勢》預測，2030年前重油依然占據船舶燃料的主導地位，船舶從依賴重質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揮其關鍵作用。