茅興智

〔中國(guó)石化燃料油銷售有限公司江蘇分公司 江蘇南京 210000〕

1 低硫燃料油的發(fā)展趨勢(shì)及必要性

近年來(lái)隨著全球污染問(wèn)題的日益突出，各國(guó)紛紛出臺(tái)環(huán)保政策限制污染物排放。在航運(yùn)方面的船舶、港口、碼頭污染物的限排也成為各船運(yùn)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。根據(jù)我國(guó)(GB15097—2016)《船舶發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第一、二階段)》可知，目前船舶排放的大氣污染物主要為一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、顆粒物等，其中硫化物的排放主要來(lái)源于目前船舶使用較多的殘?jiān)椭刭|(zhì)燃料油，而使用重質(zhì)船用燃料油的遠(yuǎn)洋輪船在低速行駛時(shí)污染物的排放量尤其巨大。

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，一艘集裝箱船使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5 %的含硫燃油，以70 %最大功率的負(fù)荷行駛，一天排放的PM2.5相當(dāng)于50萬(wàn)輛使用國(guó)四油品的貨車。而根據(jù)IMO(國(guó)際海事組織)2016年資料顯示，船舶硫化物的排放量，約占世界排放量的9 %。從可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)說(shuō)船用重質(zhì)燃料油所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題必將成為過(guò)去。

當(dāng)然，發(fā)掘一種替代性能源是最好的選擇。船用LNG在許多航運(yùn)企業(yè)來(lái)看是一項(xiàng)非常具有發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)。LNG作為船用燃料在燃燒后產(chǎn)生的污染物較少， LNG-柴油混合發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的硫化物與顆粒物與柴油機(jī)相比減少約60 %～70 %，且它屬于低溫易揮發(fā)液體，安全性較高，眾多優(yōu)點(diǎn)使其成為許多能源公司的新寵。但是，考慮到在遠(yuǎn)洋運(yùn)輸方面成本高、LNG船制造技術(shù)有待提升、LNG加氣站數(shù)量少等問(wèn)題，將其用于航運(yùn)依然有待發(fā)展[1]。因此，控制船用燃料油的硫含量成為目前最關(guān)注的問(wèn)題。2005年《國(guó)際防止船舶造成污染公約(MARPOL)》在附則Ⅵ中對(duì)船舶氧化硫減排區(qū)域與燃料油中硫的控制已經(jīng)提出。在2020年全球平均船用重質(zhì)燃料油的硫含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))將控制在0.5 %以下；而2015年我國(guó)交通部發(fā)布的《珠三角、長(zhǎng)三角、環(huán)渤海(京津冀)水域船舶排放控制區(qū)實(shí)施方案》中已明確從2018年1月1日起船舶在排放控制區(qū)(ECA)內(nèi)的港口停泊期間需使用硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于等于0.5 %的燃料油，從2019年1月1日起船舶進(jìn)入排放控制區(qū)應(yīng)使用小于等于0.5 %的燃料油。目前，部分國(guó)內(nèi)港口已提前了硫含量的管控進(jìn)程，如上海市于2018年8月27日發(fā)布的《上海海事局上海市地方海事局關(guān)于上海港提前實(shí)施在航船舶排放控制措施通告》中要求，自2018年10月1日起，國(guó)際航運(yùn)和國(guó)內(nèi)沿海航行船舶在上海港內(nèi)行駛及靠岸停泊期間，應(yīng)當(dāng)使用硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于等于0.5 %的燃油。由此可見(jiàn)船用低硫燃料油的推廣勢(shì)在必行。

2 低硫燃料油的定義及生產(chǎn)技術(shù)

目前船舶使用的船用燃料油主要分為重質(zhì)(如380cSt,180cSt等，1cSt=1 mm2/s)及輕質(zhì)(如MGO)船用燃料油等，作為外貿(mào)進(jìn)口的保稅油標(biāo)準(zhǔn)主要執(zhí)行ISO8217—2017。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)殘?jiān)腿剂嫌土蚝繘](méi)有明確規(guī)定，主要是參照客戶約定，而對(duì)于餾分型燃料油則規(guī)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0 %～1.5 %；國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的船用燃料油目前主要參照推薦性標(biāo)準(zhǔn)GB/T17411—2015代替原有的GB/T17411—2012，對(duì)餾分型燃料油質(zhì)量分?jǐn)?shù)限制為不大于1.5 %～2.0 %，殘?jiān)筒淮笥?.5 %～5.0 %。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于低硫燃料油定義是指硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.1 %的燃料油。

就目前燃料油脫硫的方法，各大煉油廠也在不斷進(jìn)行嘗試與改進(jìn)。傳統(tǒng)的方式是效仿汽油的加氫脫硫，但是該類方法需要增加原有的催化劑床層或提升催化劑活性，就目前的生產(chǎn)成本及技術(shù)能力來(lái)說(shuō)存在一定困難[2]。非加氫脫硫如萃取脫硫，存在硫化物易溶于有機(jī)溶劑的問(wèn)題，需要增加高性能添加劑以提升脫硫效率，從而又增加了成本投入；生物催化脫硫是使用需氧、厭氧菌來(lái)清除油品中的含硫化合物，但是生物催化脫硫也會(huì)脫去油品中的碳；吸附脫硫工藝是目前許多煉廠積極推崇的煉制方式，特別是利用活性金屬組分與硫原子發(fā)生反應(yīng)，以金屬硫化物的形式吸附在金屬上，如某公司Szorb工藝選擇使用ZnO與NiO作為吸附劑進(jìn)行脫硫[7]，美國(guó)研發(fā)的TReND技術(shù)，使用ZnO與TiO等金屬進(jìn)行脫硫吸附。該類技術(shù)具有投資少、辛烷值損失少、低耗能等優(yōu)勢(shì)，但也需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和完善。D.N.kuimov等人于2016年提出了空化技術(shù)(Cavitation Technology)在低硫燃料油生產(chǎn)工藝中的運(yùn)用[3]。他們的研究認(rèn)為利用超聲波通過(guò)液體時(shí)產(chǎn)生的微氣泡高速震蕩，氣泡先劇烈膨脹，再迅速萎縮，以周圍產(chǎn)生局部的高壓高溫破壞燃料油中碳元素與硫元素之間連接，達(dá)到脫硫的目的。但是該理念的提出仍然需要不斷的驗(yàn)證，同時(shí)還需要更多的儀器將技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)[3]。各國(guó)對(duì)低硫燃料油的生產(chǎn)技術(shù)就目前而言依然在不斷摸索、嘗試與完善，而低硫燃料油的品質(zhì)保證也需要得到進(jìn)一步的驗(yàn)證。

3 低硫燃料油的安全性分析

目前全球范圍內(nèi)所使用的船用低硫燃料油(low sulfur Marine Gas Oil)較以往的燃料油具有閃點(diǎn)低、黏度低、相對(duì)密度低、潤(rùn)滑性低、熱值低、硫含量低等特點(diǎn)[4]。正是這些特殊屬性，使低硫船用燃料油在航運(yùn)行業(yè)加速普及使用的安全性方面存在一定的隱患。

3.1 低硫燃料油的析蠟問(wèn)題

2017年1月21日，日本川崎汽船所屬的Manhattan Bridge 的大型集裝箱船在英國(guó)菲利克斯托港口停泊時(shí)，由于鍋爐爆炸導(dǎo)致一人死亡。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，由于菲利克斯托港屬于排放控制區(qū)，該輪船進(jìn)入港區(qū)后將原來(lái)使用的導(dǎo)熱油鍋爐燃料油HFO轉(zhuǎn)換為硫含量符合標(biāo)準(zhǔn)的MGO。由于該批次MGO的冷濾點(diǎn)在14 ℃,而當(dāng)?shù)貧鉁卦? ℃，導(dǎo)致鍋爐過(guò)濾器發(fā)生積蠟現(xiàn)象，導(dǎo)熱油無(wú)法正常循環(huán)而發(fā)生爆炸。在使用低硫燃料油時(shí)，對(duì)低硫燃料油理化性質(zhì)的掌握不明確會(huì)引起安全事故的發(fā)生，特別是燃料油的濁點(diǎn)(CP)、冷凝點(diǎn)(CFPP)、傾點(diǎn)(PP)在遠(yuǎn)洋航線中對(duì)船舶的機(jī)械安全性起到至關(guān)重要的作用，而低硫燃料油在低溫環(huán)境中的積蠟問(wèn)題一直是船運(yùn)企業(yè)在日常運(yùn)營(yíng)中的一大難點(diǎn)。

3.2 低硫燃料油低潤(rùn)滑性問(wèn)題

在以往的實(shí)驗(yàn)中可以看出硫含量對(duì)燃料油的潤(rùn)滑性起到一定的作用，劉馨璐等人在2017年關(guān)于硫含量對(duì)柴油潤(rùn)滑性的影響實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，硫含量較大的油品往往能實(shí)現(xiàn)60 ℃的磨痕直徑不超過(guò)460μm。[5,6,7]而低硫燃料油所面臨的問(wèn)題是，由于硫含量的下降影響了油品的潤(rùn)滑性，從而導(dǎo)致在船舶使用過(guò)程中會(huì)加重對(duì)燃油噴射泵的磨損，引起相關(guān)設(shè)備的損壞，嚴(yán)重影響船舶航行的穩(wěn)定性。

3.3 低硫燃料油的低閃點(diǎn)問(wèn)題

SOLAS公約明確規(guī)定遠(yuǎn)洋船舶液貨艙(包括污油艙在內(nèi))不得載運(yùn)閃點(diǎn)不超過(guò)60℃的貨物，因此遠(yuǎn)洋輪船大多是依照閃點(diǎn)大于60℃進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而目前低硫燃料油閃點(diǎn)會(huì)低于60℃，因此在使用過(guò)程中的安全性存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，使用低硫燃料油的船舶要格外關(guān)注對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的防控。

3.4 低硫燃料油與船舶設(shè)備的匹配問(wèn)題

近幾年低硫燃料油的大力推廣必定會(huì)對(duì)船舶制造業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。但是目前在用遠(yuǎn)洋船舶的內(nèi)部設(shè)計(jì)，大多是為了適應(yīng)原本重質(zhì)燃料油的特性而建造的，比如船舶使用的柴油機(jī)中的汽缸油為了中和高硫含量燃料油產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，一直使用高堿性汽缸油。但是如果使用了低硫含量的燃料油以后，氣缸內(nèi)必然會(huì)聚集堿性鈣化物質(zhì)，導(dǎo)致氣缸內(nèi)設(shè)備磨損腐蝕，影響設(shè)備的完好性。同時(shí)船舶使用的鍋爐燃油燃燒器主要由霧化器與調(diào)風(fēng)器組成，而霧化器的霧化效果受到油品黏度的影響，低硫燃料油的黏度較高硫燃料油略低，因此霧化效果不同，在使用低硫燃料油時(shí)需要對(duì)燃燒器進(jìn)行改良。

3.5 高硫與低硫燃料油油路轉(zhuǎn)換中的問(wèn)題

由于目前大多數(shù)遠(yuǎn)洋船舶在航行過(guò)程中依然主要使用高硫重質(zhì)燃料油，只有到排放控制區(qū)才改用低硫燃料油，而原有燃料油必然處于高溫狀態(tài)，如果立刻轉(zhuǎn)換成低硫燃料油不僅會(huì)發(fā)生混油，低硫燃料油還會(huì)發(fā)生汽化，引起火災(zāi)爆炸。因此員工在油路切換過(guò)程中需格外慎重。

4 低硫燃料油安全性風(fēng)險(xiǎn)的建議性措施

根據(jù)前文對(duì)低硫燃料油的安全性分析可以發(fā)現(xiàn)，目前大力推進(jìn)該類燃料油必然存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此政府與企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)低硫燃料油安全風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知，采取相應(yīng)的對(duì)策，確保從高硫到低硫的過(guò)渡期能夠平穩(wěn)渡過(guò)，實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)營(yíng)。

4.1 做好對(duì)低硫燃料油安全性的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，新能源的改革往往會(huì)經(jīng)歷一段時(shí)間的陣痛期。各地政府不斷出臺(tái)相應(yīng)政策提升標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)到能源改良后的風(fēng)險(xiǎn)，在使用低硫燃料油前，船運(yùn)企業(yè)要充分識(shí)別目前自有船舶的設(shè)備設(shè)施配備狀況與操作人員的技能水平，加強(qiáng)對(duì)低硫燃料油實(shí)驗(yàn)與測(cè)試，確保安全風(fēng)險(xiǎn)處于可控狀態(tài)，并制定行之有效的防范措施。

4.2 加強(qiáng)對(duì)低硫燃料油析蠟問(wèn)題的研究

該類問(wèn)題是目前航運(yùn)界面臨的重大難題，wilhelmsen ship service提出一種優(yōu)利多DieselPower蒸餾油處理劑，加上DieselPower CFPP可以幫助船用油提升流動(dòng)性，而這項(xiàng)措施有待進(jìn)一步驗(yàn)證。但是值得高興的是，已經(jīng)有很多企業(yè)意識(shí)到該類問(wèn)題的嚴(yán)重性。同時(shí)遠(yuǎn)洋船舶在進(jìn)入排放控制區(qū)時(shí)要關(guān)注氣候的變化，根據(jù)周圍的溫度及環(huán)境及時(shí)調(diào)整燃料油的使用，對(duì)鍋爐的運(yùn)行情況密切注意，定期清理過(guò)濾器表面的積蠟，防止堵塞造成鍋爐爆炸。

4.3 減少低硫燃料油低潤(rùn)滑性的影響

目前對(duì)低硫燃料油的潤(rùn)滑性問(wèn)題，可采取的措施主要是為船舶配備一套備用的燃油輸送泵，或者在燃料油中增加添加劑提高潤(rùn)滑性能。船舶工作人員也應(yīng)當(dāng)定期檢查燃油輸送泵的運(yùn)行情況，防止輸送泵損壞引起安全事故。

4.4 船舶設(shè)備設(shè)施的改良

在未來(lái)的數(shù)年中，筆者認(rèn)為低硫燃料油會(huì)成為船運(yùn)界的主流，因此各類船廠在船舶建造中應(yīng)當(dāng)意識(shí)到設(shè)置能夠匹配低硫燃料油的設(shè)備設(shè)施。對(duì)于柴油機(jī)汽缸油的選擇則應(yīng)是低堿值汽缸油，同時(shí)也要定期檢查汽缸中的活塞，防止阻塞與銹蝕，及時(shí)清理汽缸中的鈣化物質(zhì)。

4.5 規(guī)范油路切換的操作

就目前而言，暫時(shí)很難做到遠(yuǎn)洋輪船全部使用低硫燃料油，因此在油路切換過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意：①使用低硫燃料油前應(yīng)先將殘留在燃油管路中的原有燃料油燒盡，防止混油；②在切換油路時(shí)需要關(guān)閉伴熱管線，并待管路溫度降低時(shí)，引入低硫燃料油，防止低硫燃料油遇到高溫汽化；③進(jìn)行燃油轉(zhuǎn)換前要確認(rèn)日用油柜是否完好可用。企業(yè)應(yīng)在油路切換方面制定規(guī)范的操作規(guī)程，指導(dǎo)船舶操作人員正確使用切換裝置。

5 結(jié)束語(yǔ)

低硫船用燃料油的改革與升級(jí)需要一定時(shí)間的過(guò)渡，如果想從根本上既解決燃料油的硫排放控制，又能夠確保低硫燃料油使用的安全性，最關(guān)鍵的問(wèn)題應(yīng)該是在煉化脫硫技術(shù)的環(huán)節(jié)，無(wú)論是低硫燃料油或是超低硫燃料油，在未來(lái)的一段時(shí)間中將會(huì)成為主導(dǎo)，能源企業(yè)應(yīng)當(dāng)從燃料油的提煉環(huán)節(jié)確保低硫燃料油的低成本、高實(shí)用性。與此同時(shí)，作為產(chǎn)量全球第一的造船大國(guó)，不應(yīng)當(dāng)僅僅重視船舶的“量”，而更應(yīng)該關(guān)注船舶“質(zhì)”，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度提升核心技術(shù)，制造出匹配未來(lái)新能源的船舶。