船用燃料油标准变化背景下的挑战与机遇

朱元宝，辛 靖，侯章贵

［中海油炼油化工科学研究院（北京）有限公司，北京102209］

随着全球贸易的发展，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过2亿t/a［1］，主要是以原油加工过程中的常压渣油、减压渣油、裂化渣油、催化柴油等为原油调合而成，其完全燃烧时的产物主要为碳氧化物、氮氧化物和硫化物，其中对大气污染较为严重的是硫化物。因此，降低船用燃料油中的硫含量，对大气污染物排放的控制至关重要。

全球环境问题不断加剧，国内外对船用燃料油的硫含量也做了严格限制。2016年10月27日，国际海事组织（IMO）发布消息称，自2020年起将全球范围内的船用燃料油的硫含量限制在0.5%（质量分数，下同）以下，这要求未来3 a里残渣型船用燃料油的硫含量要从当前的3.5%大幅降至0.5%，这将为全球炼油和油品供应市场的格局带来影响。它不仅为全球先进炼油企业、新型清洁替代燃料带来机遇，同时也使一些技术落后的老旧炼油企业面临严峻挑战。

1 船用燃料油标准的历史沿革

1.1 国外标准

1.1.1 国际标准ISO 8217

国际化标准组织（ISO）制定了第一个有关船用燃料油的分类标准，即ISO8216-1—1986。为进一步规范船用燃料油产品质量，提供统一的全球范围内的评价指标，ISO在1987年制定了第一个船用燃料油的产品标准，即ISO 8217—1987《船用燃料油规范》［2］。

船舶保有量的快速增长带来了严重的大气污染，为控制气体污染物排放，减少大气污染，ISO分别于1996年、2005年、2010年和2012年，对ISO 8217做了修订。为了提高船用燃料油产品质量标准，严格限定硫含量指标，业内对船用燃料油的使用性能和污染物排放提出更高的要求，进而形成现行的ISO 8217—2012，现已在全球范围内得到广泛采用［2］。

ISO 8217—2012主要规定了馏分型燃料油和残渣型燃料油的分类及代号、试验方法等，对4种馏分型燃料油、6种残渣型燃料油给出了具体的产品指标要求。其中不同类型燃料油的硫含量见表1。

表1 ISO 8217—2012中的硫含量指标［3］

1.1.2 美国标准ASTM D 396

美国材料与试验协会（ASTM）于1978年首次制定了石油产品燃料油标准，即ASTM D 396《燃料油标准规范》，该标准主要规定了燃料油产品的一般要求、详细要求、试验方法以及具体性能指标。该标准适用于所有工业和民用燃料油的生产和销售，但没有单独对船用燃料做出规定。

该标准自发布至今做了28次修订，尤其是对产品中硫含量做了严格限定，该标准的现行版本ASTMD 396-15b中规定硫含量不大于0.5%。

1.1.3 防止船舶污染国际公约（MARPOL）

联合国环境与发展组织于1995年提出增加MARPOL 73/78附则Ⅵ《防止船舶造成空气污染规则》，已于2005年5月19日对所有协议签署国的船舶正式生效。

其中第14条对燃油的硫含量做了规定：1）全球范围内，船舶上使用的任何燃油的硫含量不应超过4.5%；2）当船舶位于SECA（硫氧化物排放控制区）时，船上使用的燃油的硫含量应不超过 1.5%［3］。MARPOL附则Ⅵ对燃料油中硫含量的限制见图1［4］。

图1 MARPOL附则Ⅵ对燃料油中硫含量的限制

2008年，IMO采用了一系列的MARPOL附则Ⅵ中的修正条款，要求从2012年1月1日起全球船用燃料硫含量开始降低，在2018年之前完成第一阶段，从4.5%降至3.5%，从2020年开始进一步降至0.5%［4］。

1.1.4 欧盟环保法案

在MARPOL 73/78附则Ⅵ的基础上，欧盟立法规定：进出欧盟所属海域、特定经济区及污染控制区域的客轮、摆渡船或巡航船均执行燃料油硫含量不超过1.5%的规定。根据《欧盟立法2012回顾》中规定：2020年1月1日起，在ECA区域以外的欧盟海域内，燃料硫含量从3.5%降至0.5%，对于硫高于3.5%的船用燃料油只能销售给装载有废气净化系统的船舶使用［5］。

1.2 中国标准

中国于1998年制定了推荐性国家标准GB/T 17411—1998《船用燃料油》，对4种馏分型燃料油、15种残渣型燃料油的硫含量做了限值规定：硫含量限值规定：馏分型燃料油为1.5%～2.0%，残渣型燃料油为3.5%～5.0%。2012年做了第一次修订，即GB/T 17411—2012，其中将DMB类燃料油的硫含量上限降至1.5%，残渣型燃料油的硫含量上限降至3.5%［6］。

近年来，中国船用燃料油市场一直缺乏强制性的统一标准，船用燃料油市场不规范、质量劣质化日益突出，既扰乱了市场秩序，又带来了严重的环境污染。尤其是调合燃料油组分来源复杂，“合标不合规”现象严重［7］。因此，统一中国船用燃料油标准，提高船用油品质量，已是迫在眉睫。

鉴于此，中国于2015年12月发布了现行的强制性国家标准，即GB 17411—2015《船用燃料油》，该标准已于2016年7月1日实施，其中将船用燃料油分为两类产品，分别为馏分型船用燃料（D组）和残渣型船用燃料（R组），每类产品分为3个等级，对每个等级的燃料油的硫含量做了进一步限定。

馏分型燃料油划分为 DMX、DMA、DMZ、DMB，残渣型燃料油划分为RMA （10 mm2/s、50℃下的运动黏度上限值，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），不同类型的燃料油的硫含量上限见表2。

中国交通部于2015年12月下发了《珠三角、长三角、环渤海（京津冀）水域船舶排放控制区实施方案》，自2016年1月1日起至2019年1月1日，实施第Ⅱ阶段的硫含量限值规定，逐步实现船舶进入排放控制区使用硫含量不高于0.5%的燃料油。

表2 GB/T 17411—2015硫含量指标

2 国内外船用燃料油市场需求及生产概况

目前，全球船用燃料油的主要消费区域集中在荷兰鹿特丹、美国纽约、比利时安特卫普等欧美港口，以及中国、新加坡等亚太港口。亚太地区对船用燃料油的需求远高于其他地区［8］。对于这些地区，要满足国际海事组织（IMO）的目标，适宜的路径是合规使用船用轻柴油（MGO），而不是重燃料油（HFO）。

国际能源署（IEA）表示，到2020年，使用船用轻柴油的需求将从约13.1万t/d升至44.47万t/d，但对重燃料油的需求将从约46.5万t/d降至16.5万t/d，以达到国际海事组织同期的规定。到2020年，仅航运业对全球船用轻柴油的需求就占8%，而目前需求仅为2%。因此，全球炼油企业将面临产品结构转型的巨大压力，炼油厂按照现在的效率，生产所需的船用燃料油可能性较小［9］。

能源咨询公司 Turner，Mason&Co.调查显示［9］，许多炼油厂并不准备从重质燃料油过渡到船用轻柴油，因为他们没有足够的时间对炼油厂进行投资升级。他们可能会进口大量的轻油，将重燃料油调合成符合低硫标准的燃料油，这将会大幅提高航运公司的燃料成本。

2015年中国船用燃料油市场需求已突破3000万t，将逐步成为亚太地区第二大船用油市场。中国船用燃料油资源的供应主要来自国内生产调合和国外成品油进口，生产厂家主要集中在华南、华东（长江中下游）、环渤海、山东和辽宁盘锦等地，其硫含量为0.5%～2.0%；而进口油硫含量普遍为1.5%～3.5%［10］。由于受到国内原油加工特点、生产装置结构、消费税政策等多方面因素的制约，直接生产船用燃料油的企业较少。

3 船用燃料油硫含量的控制途径

目前，船舶可以通过机内优化或安装废气处理装置来减少污染物的排放，而减少硫化物排放较为根本有效的方法是控制燃料油的硫含量。其中油品调合是较为常用的方法，通常是向重油组分中掺入轻组分调合而成，利用低硫馏分油与高硫渣油调合。而从根本上降低燃料油中硫含量的方法是脱除燃料油中的硫，常用的方法：加氢脱硫技术、氧化脱硫技术和生物脱硫技术等。

3.1 燃料油调合技术

利用低硫原料能够调合出符合标准的燃料油，如PIRA公司［12］提出的含硫0.1%的中间馏分与含硫1%的渣油按照体积比60∶40，调合成含硫0.5%的船用燃料油。但其缺点是运动黏度较低，难以完全满足船舶柴油机的使用要求，此外成本较高。为有效使用上述产品，还需对船舶设备进行改造，从而增加了成本支出。为了降低运行成本，船运公司更倾向于使用价格便宜、热值较高的重质船用燃料油。

调合生产的重质燃料油的清洁度和相容性是需要重点考虑的问题。适宜的调合原料、调合比例是生产合格燃料油的关键。针对船用燃料油调合技术，中国已开展了大量的研究工作。

刘美等［13］采用乙烯焦油、大庆减压渣油、糠醛抽出油（大庆减四线）为原料，以不同的比例调合，制备出硫含量＜1.0%的船用燃料油。田广武［14］采用催化柴油与其他柴油按不同比例调合生产出了2种船用馏分燃料油，通过减黏渣油、催化裂化重循环油与催化柴油不同比例调合生产出了380#燃料油。

郭志文［15］采用辽阳石化公司3种硫含量较低的原料（小于1.5%）渣油、重质蜡油、乙烯焦油，与自制的油溶性降黏剂复配，通过调整合适的黏度，获得满足要求的燃料油。张孟博［16］采用锦州石化减黏后渣油和重柴调合能够得到120#、180#船用燃料油。

张红兵［17］采用催化油浆、焦化蜡油、渣油为基础油做调合试验，按照不同的比例分别调合出120#和180#船用燃料油，其硫含量分别为0.29%和0.36%。李晓华［18］利用蓬莱PL19-3减压渣油，通过减黏裂化工艺，可直接生产硫含量小于0.5%的燃料油。

目前，中国残渣型船用燃料油调合组分复杂，不同的调合原料相容性差，各组分分散性欠佳，导致其热稳定性和储存稳定性不好，极易分层，致使沥青质析出，使用时易导致船上燃油系统沉渣和油泥堵塞，加之对硫含量的限制，调合原料须做出调整，调合技术需进一步提高。

3.2 重油加氢脱硫技术

自2015年起，馏分油型船用燃料油的硫含量要求≤0.1%，从调合组分的硫含量看，必须经过加氢精制才能满足这一要求。大多数发展中国家柴油馏分的硫含量已经降至0.1%或者更低的水平，因此馏分油型低硫船用燃料油的生产仅需增加少量的精制成本。2020年残渣型船舶燃料油的硫含量要求≤0.5%，即使低硫原油的直馏渣油硫含量也很难达到这个水平，必须经脱硫处理后才能生产符合要求的船用燃料油。

为应对即将执行的新的船用燃料油标准，拓普索公司向炼厂提出了应对策略：第一是炼厂升级改造生产符合规定的船用燃料油；第二是引进新技术提高炼厂深加工能力，将船用燃料生产转向其他附加值更高的产品［19］。2016年瑞典炼油商Preem公司引进了Cheveron Lummus公司的LC-Slurry渣油悬浮床加氢裂化技术［20］；2018年中石化与ENI公司签约引进渣油浆液法加氢裂化技术（EST）［21］。 上述举措旨在低成本生产更环保的燃料油，以符合2020年开始执行的国际海事组织制定的船用燃料要求较低硫含量的规定。

3.3 重油氧化脱硫技术

通过加氢工艺生产低硫燃料油的附加值相对较低。为了尽可能降低脱硫成本，人们早在20世纪30年代就开始研究用氧气代替氢气用于脱硫技术，但一直未受到关注。重质油中的含硫化合物很难用氢气还原，但很容易被氧化生成极性极强的砜类化合物，再通过萃取或反应脱除［22］。

Auterra公司开发了重油氧化脱硫工艺（FlexDS）以及氧化催化剂（FlexOX）。FlexDS技术是一种低能耗、低成本的氧化脱硫新工艺，可以脱除重质油中的硫、氮、微量金属等杂原子，同时可以提高重油密度（APIo）、降低酸值等。

FlexDS工艺主要步骤：第一步是重质燃料油在钛基催化剂和氧化剂作用下，采用固定床反应器，高选择性地将燃料油中的含硫化合物氧化成砜类化合物；第二步是碱催化脱除砜类化合物中的硫，生成小分子烃类，降低燃料油中硫的同时使油品黏度降低；也可以采取萃取的方式，脱除砜类化合物［23-24］。目前，该工艺针对油砂沥青的脱硫率已达75%以上。随着对船用燃料油含硫量的限制日趋严格，该脱硫技术正逐渐引起人们的重视。

3.4 船舶废气排放控制技术

选用低硫燃料油是控制船舶SOx排放的一条直接途径，但低硫燃料油的生产成本较高。为降低燃料成本而选择含硫稍高的燃料油，就要考虑废气排放控制技术，如选择性催化还原（SCR）、废气再循环（EGR）和废气洗涤器。SCR、EGR是2种船舶NOx排放控制技术。其中SCR技术的NOx脱除率可达70%～90%。

如果在使用高硫燃料油的情况下，要达到同时控制NOx和SOx的目的，还需要安装废气洗涤器［25-26］。废气洗涤器是一种将船舶柴油机的排烟进行洗涤等后处理的装置，该装置可以实现一种“等效性”，使得含硫量3.5%的燃油所产生的排放等效于使用含硫量0.1%的燃油［27］，船舶行业很可能大力投资这种烟气洗涤器。

总之，选用低硫燃料油或者加装烟气洗涤装置都可以实现SOx总排量的降低。但如果硫含量从3.5%降至1.0%，则燃料油价格将提高10%～20%，且显著增加精炼过程中的能耗［28］，而废气洗涤装置需选配高效率的废气涡轮增压器，设备改造费用将大幅增加。

4 低硫船用燃料油新标准实施带来的挑战与机遇

4.1 炼油企业面临的挑战与机遇

4.1.1 全球一些技术落后的炼化企业面临空前的压力

严格执行MARPOL公约对低硫燃料油的使用要求，会给船舶行业和炼油企业带来巨大压力。因为这些企业必须在短时间内采取应对措施，包括决定船舶发动机燃料油的选用。可以确定的是，船用柴油和柴油/渣油调合的燃料油会大量取代高硫渣燃料油，在一段时间内船用柴油的需求量会大幅增加［15］。

一些深加工能力有限的落后炼油厂，要么被迫退出船舶燃料油市场，要么投资进行升级改造。如果考虑建造一套渣油加氢脱硫装置，因资金投入高昂及建造周期太长，同时面临替代燃料（如液化天然气（LNG）等清洁燃料）的使用，所以炼厂投资改造升级后的获利空间可能较小。

4.1.2 为拥有先进技术的炼油企业带来机遇

国际海事组织的决定对拥有先进技术的炼油企业来说是一个机遇，因为这些企业（特别是拥有加氢装置的炼厂）技术先进、布局合理。由于渣油加氢脱硫装置可以直接生产低硫重质船用燃料油调合原料；柴油加氢和润滑油加氢装置可生产低硫中间馏分油；这些炼油企业用于低硫船用燃料油的调合组分来源丰富，可以直接生产或调合生产出符合硫含量小于0.5%的船舶燃料油，拥有先进技术的炼油企业应对船用燃料油新标准变化的能力较强。

4.2 可能为世界及中国原油市场带来冲击

船用燃料油规格变化将改变炼厂加工原油的品种。为了应对燃料油低硫化标准的要求，可能迫使一些炼油企业直接选择低硫原油进行加工。如欧洲炼油企业可能会避开重质原油，改用可方便获得的轻质北海及西非原油。这对包括沙特、伊拉克、委内瑞拉、墨西哥和巴西在内的生产含硫量较高的重质原油生产国来说，可能将产生不利影响［29］。

作为国际市场上高硫原油的主要进口国，中国必须提高加工深度才能满足低硫燃料油的要求，相应的操作成本也将随之上升。中国若在未来生产低硫船用燃料油，从国际原油市场上购买低硫原油也是一种可选的技术途径。但关键还是做好炼厂结构优化，提高重质燃料油的转化能力，增加低硫中间馏分产率是根本的应对之策。

5 结束语

全球贸易的发展促使船用燃料油消耗量逐年增加，面对新规下的船用燃料油标准，其工艺先进的炼化企业可以根据市场需求做出产品结构调整，以应对市场对低硫、轻质及中间馏分产品的增长需求。同时，可发展液化天然气（LNG）作为一种新型替代船用燃料。

尽管世界各国在不断发展替代能源，根据英国劳氏船级（LR）社发布的《2030全球船用燃料油发展趋势》预测，2030年前重油依然占据船舶燃料的主导地位，船舶从依赖重质燃料油到使用替代清洁燃料将会是一个较长的转变过程。低硫船用燃料油、尾气洗涤装置以及替代燃料LNG将在新的船用燃料油标准下各自发挥其关键作用。