IMO2020 给中海油低硫船用燃料油生产带来的发展机遇

2020-01-08

随着全球贸易的发展, 船用燃料油消耗量在逐年增加,其燃烧后产生的硫氧化物、氮氧化物、颗粒物等污染物增加量很大, 船舶排放已成为全球港口和海域的主要大气污染源。数据显示,一艘大中型集装箱船70%负荷航行产生的PM2.5 相当于21 万辆国四卡车的排放量。国际海事组织(IMO)委托咨询机构调研预测,到2020 年全球船用燃料油的消费量约为3 亿t

为减少船舶硫氧化物的排放,IMO《国际防止船舶造成污染公约》规定,从2020 1 1 日起,全球船用油的硫质量分数上限必须从3.5% 降低到0.5%,大幅下降86%。此项“限硫令”将给全球船用油市场带来巨大的变革,将从根本上改善港口、海洋和全球的环境, 将会对全球炼油和油品供应市场的格局带来影响,将为全球先进炼油企业、新型替代清洁燃料油带来机遇, 同时也将对一些技术落后的老旧炼油企业带来挑战。

1 国内外船用燃料油市场情况

目前全球船用燃料油需求量超过2.5 亿t,主要消费区域集中在鹿特丹、纽约、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比重远高于其他地区, 亚太地区约占全球的1/2、欧洲地区占23%、中东和北美地区各占10%8%

2018 年中国全年进口燃料油为1 666 t,表观消费量约为2 456 t。中国船用燃料油供应主要来自国内或国外成品进口(保税油)。其中,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制约,企业盈利空间不足,没有企业直接生产重质船用燃料油。因此保税油资源渠道多为进口,主要来自委内瑞拉、新加坡、俄罗斯、韩国、马来西亚、日本等国家,MGO 大多为韩国采购或来自国内部分沿海炼厂,如大连西太平洋石化、青岛炼化和中石化镇海炼化公司等具有出口资质和配额的炼厂。内贸油资源多为国内调合生产,资源渠道多样,燃油品种差异巨大、参差不齐,来源包括渣油、油浆、沥青、煤焦油、橡胶油、催化柴油等劣质燃油。

中国是亚洲地区除新加坡以外的第二大船加油市场。2017 年新加坡地区港口货物吞吐量约为6.3 亿t,而中国港口吞吐量约为40 亿t,意味着中国拥有相较于新加坡6 倍多的港口吞吐量,却只提供了约1/5 的船供油数量。这与中国长期的保税船燃市场垄断和国家消费税政策有关,从目前的发展趋势来看,种种限制将有望在保税船燃领域有所突破。中国将以舟山为重点港口努力打造“东北亚保税油中心“,向新加坡看齐。

政策方面, 如果内贸转保税出口环节打通,则未来5 a 供油量将翻番, 内贸燃料油资源输出成为可能。从未来几年市场消费趋势来看,燃料油消费仍将主要集中在船舶燃料油方面,船舶燃料油在整个国内燃料油消费中的占比仍将延续增长,2019 年将提升到70%

2 船用燃料油标准的发展

2.1 国际标准

2.1.1 国际标准ISO 8217

1986 年以前,全球还没有一个国际公认的船用燃料油产品标准,各国分别对船用燃料油进行分类和命名,给世界贸易带来不便。为此,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ISO 8216-11986。与此同时,为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开展了全球范围的标准制定,1987 年诞生了第一个船用燃料油的产品标准,即ISO 82171987《船用燃料油规范》。

快速增长的船舶保有量也带来了更加严重的大气污染,为控制船用燃料燃烧后的气体污染物排放, 减少大气污染,ISO 分别于1996200520102012 年对ISO 8217 进行了不断的修订完善,规范提高船用燃料油产品质量的规定,尤其是硫含量限值逐步降低, 形成现行有效的ISO 82172012 版本。

ISO 82172012《船用燃料油规范》主要规定了馏分型燃料油和残渣型燃料油的分类和代号、产品技术要求和试验方法等,标准对4 种馏分型燃料油、6 种残渣型燃料油给出了具体的技术指标要求,包括:运动粘度、密度、硫含量、闪点、硫化氢、酸值、总沉积物、残炭、水分、灰分、润滑性以及残渣型燃料油的钒、钠、铝和硅含量等技术指标。其中馏分型燃料油的硫质量分数为1.0%2.0% 残渣型燃料油的硫质量分数为3.5%4.5%

2.1.2 美国标准ASTM 396

美国是石油消费大国,为规范石油产品质量,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、详细要求和相应的试验方法, 给出的燃料油具体性能指标主要包括:闪点、运动粘度、残炭、硫含量、铜带腐蚀率、密度、倾点、氧化安定性、酸值等,覆盖了各种类型燃料油的各种等级的产品, 适用于所有工业和民用燃料油的生产和销售。

该标准在首次发布后的40 a 内, 进行了29 次修订,尤其是产品中硫含量的限值也是在逐步降低,最近的一次修订也是现行有效的版本为ASTM D396-17a。该标准现行版本(ASTM D 396-17a)中规定硫质量分数不大于0.5%

2.1.3 防止船舶污染国际公约(MARPOL

该公约附则Ⅵ的名称是“防止船舶造成空气污染规则”,该规则已于2005 5 19 日生效。其中第14 条对燃油的硫含量有如下规定:1)船上使用的任何燃油的硫质量分数不应超过4.5%2)当船舶位于SECA(硫氧化物排放控制区)时,如果未采用获得认可的废气净化系统将硫氧化物的排放总量减少到6.0 g/(kW·h),船上使用的燃油硫质量分数应不超过1.5%。波罗的海作为第一个SECA 已于2006 519 日开始执行本规定; 北海作为第二个SECA,已于2007 11 21 日开始执行本规定。MARPOL对硫的限制和执行时间见图1

2008 年,IMO 采用了一系列的MARPOL 附则Ⅵ的修正条款,对船用燃料硫含量提出严格的要求。修正条款要求船用燃料的硫含量进一步降低, 要求从2012 1 1 日起全球硫含量开始降低, 2018 年之前完成第一阶段, 其质量分数从4.5%降低到3.5%,从2020 年开始进一步降低到0.5%

2.2 国内标准

2.2.1 GB 174112015《船用燃料油》

中国现行的GB 174112015《船用燃料油》已于2016 7 1 日实施。该标准中将船用燃料油产品分为两类,一类是馏分型船用燃料油(D 组),另一类是残渣型船用燃料油(R 组),标准对不同类型的燃料油中的硫含量做了进一步限定。

GB 174112015《船用燃料油》的四大特点为强制性、环保升级、质量升级、法规限制。由推荐性改成强制性,结束了船用燃料油无强制标准的现状。该标准适用于船用柴油机及锅炉燃料。不同类型的燃料油硫含量指标见表1

2.2.2 GB 174112015《船用燃料油》第1 号修改单中国目前适用于船用燃料油的标准有GB174112015《船用燃料油》和GB 2522015《普通柴油》两个标准。GB 174112015《船用燃料油》适用范围限于“海洋”船用柴油机及其锅炉等设备,GB2522015《普通柴油》适用范围包括内河船舶压燃式发动机。2018 7 3 日国务院公开发布了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》,安排取消普通柴油标准。为此, 国家能源局要求在取消普通柴油标准之前,尽快完成修改GB 174112015《船用燃料油》,并在2019 1 1 日起实施。

具体修订内容:“本标准适用于海[洋]船用柴油机及其锅炉用燃料”修改为“本标准适用于海[洋]和内河船用柴油机及其锅炉用燃料”;“馏分燃料按照硫含量分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3 个等级”修改为“海洋船用馏分燃料按照硫含量分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3 个等级”;增加内容为“ 内河船用燃料分为DMA(S10) DMB(S10)两个等级”。海[洋]船用燃料油应符合GB 174112015《船用燃料油》性能指标要求,内河船用燃料油应符合表2 指标要求。

3 低硫船用燃料油生产技术

3.1 调合技术

利用低硫原料能够调合出硫质量分数在0.1%以下的燃料油,缺点是运动粘度较低,难以完全满足船舶柴油机的使用要求。为有效使用低硫燃料,必须对船舶设备进行改造,避免由于燃料变化对船舶柴油机设备和燃油系统产生不利影响。

但是对于残渣型燃料油, 清洁度和相容性也是需要考虑的问题之一。目前国内残渣型船用燃料油调和组分复杂, 不同的原料或者不同组分调合成的燃料油混在一起,兼容性和分散性差,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。近年来,由此引起的燃料油质量问题尤为突出, 严重影响船舶的安全运行。

3.2 重油加氢技术

目前大多数发展中国家道路柴油的硫质量分数已经降至0.1%甚至更低的水平,因此未来馏分油型船舶燃料油的生产仅需增加几十元的加工成本来降低硫含量即可,对生产成本的影响不大。残渣型船舶燃料油的硫质量分数要求不大于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,必须经过脱硫处理后才能生产出符合要求的船舶燃料油。高含硫原油生产低硫船用燃料油,需要对渣油加氢脱硫, 目前渣油加氢处理主要有固定床、沸腾床和悬浮床3 种工艺。

固定床加氢工艺技术成熟,应用广泛,目前世界上已有超过84 套固定床渣油加氢装置, 占渣油加氢总能力的80%左右。与固定床加氢相比,沸腾床加氢操作灵活性好,可加工高残炭、高金属劣质渣油,渣油转化率高,但是沸腾床内存在反应物流的返混,导致加氢产品质量较固定床加氢产品质量差;悬浮床加氢技术近几年进展较大,ENI 公司、BP 公司等7 家公司均开展了工业试验, 其中ENI公司和BP 公司取得工业化应用,技术较为成熟。

3.3 生物脱硫技术

生物脱硫技术是利用微生物体内的酶催化氧化油品中的有机硫,使之转化为水溶性硫化物后加以去除的技术。具体就是将长链烷烃、多环/杂环芳烃、环烷烃等转化为短链烷烃,通过生物催化裂解反应进行脱硫、脱氮和分解重金属的技术。生物脱硫可以使重油中的硫、氮、重金属质量分数降低20%50%,同时使重油组分发生变化。重油经过酶转化生成了轻油和其他组分,改变了原来重油的结构。

对于生物脱硫技术,因最多只能有效去除石油产品中1/2 的硫,对原料的硫含量要求较高,原料硫质量分数只能在0.2%以下, 才能得到0.1%以下的低硫燃料油。这种方法难以处理高硫原料,应用范围较窄。

3.4 船舶废气排放控制技术

常用的船舶废气排放控制技术有选择性催化还原(SCR)、废气再循环(EGR)和废气洗涤器。SCR是一项船舶NOx排放控制技术,NOx脱除率可达到70%90% 但是要达到理想的污染物排放控制效果,需要配合使用硫质量分数低于0.1%的低硫燃料油;EGR 也是一项船舶NOx排放控制技术,如果在使用高硫燃料油的情况下,要想达到同时控制NOxSOx的目的,还需要安装船舶EGR 废气洗涤组合装置;废气洗涤器可以高效降低SOx排放量,除不能控制NOx排放外,被认为是一项经济可行的技术。

4 实施IMO 新规带来的影响

4.1 对炼油企业的影响

由于税收及生产工艺等问题, 国内炼厂基本不愿意生产船舶燃料油, 市场上国内资源供应以民营调和油为主,保税基本靠进口。资源供应的现状造成了国内市场上经营主体良莠不齐, 船用燃料油品质堪忧的问题难以根除。进口的保税油成本远远高于新加坡, 这就使得国际航行船舶在国内不加油或少补油, 制约了国内船舶燃料油行业的发展。随着IMO 新规时间的临近及市场情况的变化, 炼油企业要积极采取技术措施, 通过技术改造生产符合要求的低硫船用燃料油产品,及早占领市场,否则就要退出船舶燃料油市场。

IMO 新规也给技术先进的炼厂带来发展机遇。因为这些炼厂技术先进、布局合理,以此为契机生产低硫燃料油,特别是给那些具有渣油加氢、可生产低硫中间馏分油的企业带来了机遇, 因为这些炼厂可以直接生产或调和出符合硫质量分数小于0.5%的船舶燃料油,在市场竞争中占有先机。因此,优化炼厂加工流程,补充重油加工装置,特别是考虑应用沸腾床、悬浮床加氢等技术是炼油企业发展的重要方向。

4.2 对原油市场的影响

为应对低硫燃料油标准的要求, 迫使一些炼油企业选择低硫原油进行加工, 如欧洲炼厂可能将避开重质原油加工, 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产油国来说,可能将产生不利影响。

中国是高硫原油的主要进口国, 燃料油又是原油加工过程的末端产品,馏分越重硫含量越高,必须提高加工深度才能满足低硫燃料油的要求, 相应的生产成本也将随之增加。生产低硫船用燃料油,技术途径只有新建加氢装置或购买低硫原油。

4.3 对国内政策的影响

中国船用燃料油市场分为保税油市场和内贸市场,保税燃料油约占60%。然而,由于生产成本较高等因素,保税燃料油长期依赖进口,国内没有炼油企业直接生产。能否解决保税低硫燃料油自主供应的问题,将成为落实国家船舶排放控制的关键。

国家要从财税政策上对低硫船用燃料油生产供应给予支持, 使国内炼化企业在低硫油生产销售上与国外企业享有同等的税赋政策, 从而支持国内炼油企业转型发展,提升资产利用效率,保障国内船用油的安全供应。

5 中海油低硫船用燃料油的生产现状及发展机遇

5.1 生产现状

目前, 中海油燃料油由炼化公司所属8 家企业生产,2017 年全年计划量为215.4 t 实际生产371 t。其中生产船用燃料油企业中海石油的宁波大榭/舟山石化有限公司年生产48 t,产品全部符合GB 174112015《船用燃料油》Ⅲ DMX 标准,满足低硫船用燃料油指标。其他炼油企业目前都没有生产低硫船用燃料油。

东方石化鉴于库区罐容受限,暂不具备生产低硫船用燃料油的条件; 中捷石化现有产品未涉及船用燃料油产品,公司现有的储运系统也不具备条件;中沥公司产品的主要指标满足DMADMZDMB 船用燃料油的要求,产能预计达到90 t/a,具有生产低硫船用燃料油的能力; 惠州石化具备生产低硫船用燃料油的条件,但是储运发货系统暂不具备条件。只要有市场需求和经济效益,中捷石化、中沥公司、惠州石化都具有生产低硫船用燃料油的能力。

5.2 发展机遇

目前,中海油国内原油产量约为4 000 t/a,其中1/2 是适合生产低硫船用燃料油的重质原油,应抓紧研究落实低硫船用燃料油的供应能力。在渤海湾地区,以中捷石化、中海沥青两家企业为基础,落实150 万~200 t/a 供应能力;在长三角地区,以大榭/舟山石化为基础,落实300 万~400 t/a 的供应能力,保障以舟山港口为重点打造的“东北亚保税油中心”低硫船用燃料油资源的供给;在珠三角地区,通过流程优化, 落实惠州石化200 万~300 t/a 的供应能力,争取占领广东、香港的部分市场。

6 结论

结合产业发展政策, 中海油要提前谋划低硫船用燃料油的生产及相关网络建设, 保证低硫船用燃料油的供应能力。利用大榭石化位于浙江自贸试验区宁波-舟山的地理区位优势, 积极研究国家产业政策,发挥区域及技术上的优势,积极建立中海油低硫船用燃料油生产基地;惠州石化、中捷石化、中沥公司尽快补齐生产销售低硫船用燃料油的短板,结合市场需求,择机生产低硫船用燃料油。布局好长三角、珠三角及京津冀地区低硫船用燃料油生产基地建设,提升中海油船用燃料油品牌建设能力和经济效益, 争取成为国内低硫船用燃料油的重要供应商。

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