本文摘要：摘要:國(guó)內(nèi)環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，2019年1月1日起，全國(guó)范圍內(nèi)須供應(yīng)符合國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的車用汽、柴油，取消普通柴油標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)車用柴油質(zhì)量升級(jí)使煉廠的投資和運(yùn)行成本大幅增加，國(guó)內(nèi)少數(shù)煉廠按期全部升級(jí)為國(guó)Ⅵ柴油面臨困難。船舶發(fā)動(dòng)機(jī)與車用發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)有
摘要:國(guó)內(nèi)環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，2019年1月1日起，全國(guó)范圍內(nèi)須供應(yīng)符合國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的車用汽、柴油，取消普通柴油標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)車用柴油質(zhì)量升級(jí)使煉廠的投資和運(yùn)行成本大幅增加，國(guó)內(nèi)少數(shù)煉廠按期全部升級(jí)為國(guó)Ⅵ柴油面臨困難。船舶發(fā)動(dòng)機(jī)與車用發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)有明顯差別，中速船舶使用國(guó)Ⅵ車用柴油質(zhì)量過(guò)剩。因此，利用低十六烷值柴油餾分生產(chǎn)船用輕燃，既保障了內(nèi)河船用油品的安全性、環(huán)保性，又降低了煉廠質(zhì)量升級(jí)成本。
關(guān)鍵詞:內(nèi)河;船舶;燃料油;質(zhì)量升級(jí);標(biāo)準(zhǔn)
我國(guó)不斷提高的社會(huì)環(huán)保和節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)車用油品質(zhì)量提出了更高要求，質(zhì)量升級(jí)步伐加快。2019年1月1日起，全國(guó)范圍內(nèi)須供應(yīng)符合國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的車用汽柴油，實(shí)現(xiàn)車用柴油、普通柴油、部分船舶用油“三油并軌”，取消普通柴油標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)各石化煉廠為滿足產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)要求，要新上或改擴(kuò)建汽柴油加氫等裝置，調(diào)整工藝操作，提高精制能力，導(dǎo)致投資和生產(chǎn)運(yùn)行成本增加。與陸上成品油市場(chǎng)不同，水上船舶以使用燃料油為主，隨著我國(guó)水上運(yùn)輸業(yè)的不斷發(fā)展，船用燃料油市場(chǎng)需求量持續(xù)增長(zhǎng)。在內(nèi)河船舶用油這一目標(biāo)市場(chǎng)上，國(guó)內(nèi)過(guò)去一直以銷售普通柴油為主。
從實(shí)際情況看，在近海、內(nèi)河的中速船舶發(fā)動(dòng)機(jī)上使用輕質(zhì)船用燃料油完全可以滿足要求。隨著國(guó)家逐步推進(jìn)柴油質(zhì)量升級(jí)工作，柴油和輕質(zhì)船燃的質(zhì)量差異將會(huì)加大，生產(chǎn)成本也會(huì)拉開差距。建議在此過(guò)程中，結(jié)合國(guó)內(nèi)部分煉廠裝置結(jié)構(gòu)情況，綜合考慮投資、生產(chǎn)成本和市場(chǎng)需求，統(tǒng)籌平衡產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)質(zhì)量適宜的輕質(zhì)船燃，將內(nèi)河水上市場(chǎng)作為主打方向。
1環(huán)保政策對(duì)柴油質(zhì)量升級(jí)要求和煉廠投資變化
1.1柴油質(zhì)量升級(jí)要求
硫含量和十六烷值是衡量柴油質(zhì)量的重要指標(biāo)。硫的存在會(huì)腐蝕汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和影響尾氣排放，因此降低硫含量已成為各國(guó)提高車用柴油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的主要目標(biāo)。我國(guó)在前期柴油質(zhì)量升級(jí)進(jìn)程中，質(zhì)量規(guī)格與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家、地區(qū)相比存在較大差距，近幾年質(zhì)量升級(jí)步伐明顯加快。
1.2煉廠質(zhì)量升級(jí)成本
我國(guó)柴油主要有硫含量高、十六烷值低、芳烴含量高3方面質(zhì)量特點(diǎn)。主要原因是，我國(guó)煉廠柴油加氫精制能力低，催化柴油占柴油總量的比例高，且在汽油質(zhì)量升級(jí)中為了降低烯烴含量，多數(shù)催化裝置采用MIP技術(shù)，導(dǎo)致催化柴油十六烷值低，最低只有22左右;此外加工原油性質(zhì)進(jìn)一步劣質(zhì)化、環(huán)烷基原油所產(chǎn)的直餾柴油十六烷值低也是重要原因。柴油質(zhì)量升級(jí)將增加煉廠的投資和生產(chǎn)運(yùn)行成本。
投資方面，煉廠要新建或改擴(kuò)建柴油加氫精制裝置、制氫裝置或更換高效脫硫催化劑。柴油加氫精制裝置在高溫、高壓下運(yùn)行，投資較大，新建成260萬(wàn)t/a裝置投資超過(guò)6億元。生產(chǎn)運(yùn)行成本方面，要實(shí)現(xiàn)國(guó)Ⅵ階段硫含量不大于10mg/kg，脫硫率要達(dá)到99%以上。再考慮提高十六烷值的問題，需要升高加氫反應(yīng)溫度，降低空速，這都會(huì)增加能耗和氫耗，制氫裝置是高耗能裝置，整體運(yùn)行成本增加較多。
1.3國(guó)內(nèi)少數(shù)煉廠柴油質(zhì)量升級(jí)面臨困難
由于加工原油品質(zhì)不斷變差，裂化程度不斷加深，部分煉廠柴油全部升級(jí)為國(guó)Ⅵ難度較大，在提高十六烷值上有困難，常規(guī)加氫精制一般只能提高十六烷值2個(gè)單位。對(duì)于上述難以達(dá)到國(guó)Ⅵ柴油標(biāo)準(zhǔn)的柴油餾分，要研究其合理出路，推進(jìn)輕質(zhì)船燃(低十六烷值柴油餾分)在適宜的船舶柴油機(jī)及其合理的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)使用。船用輕燃對(duì)十六烷值指標(biāo)要求明顯低于車用柴油。此類煉廠既可提供符合船舶特點(diǎn)的專用油品，又可緩解柴油升級(jí)的集中壓力，減少煉廠的操作成本，是理想的生產(chǎn)方案。
2中速船舶發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)和適用油品的研究
2.1中速船舶柴油機(jī)性能特點(diǎn)
通過(guò)調(diào)研了解到，中速船舶發(fā)動(dòng)機(jī)由于經(jīng)濟(jì)性好，是目前國(guó)內(nèi)民用貨船的主要?jiǎng)恿�。�?guó)內(nèi)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)品牌集中度高，MANB&W型占調(diào)研總數(shù)的61%，為第一品牌;其次為瓦錫蘭、蘇爾壽型，約占30%。國(guó)內(nèi)主要船舶發(fā)動(dòng)機(jī)廠都引進(jìn)了MANB&W公司的生產(chǎn)許可證，利用其技術(shù)在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。船舶發(fā)動(dòng)機(jī)與車用發(fā)動(dòng)機(jī)在各項(xiàng)性能參數(shù)上存在明顯差別。通過(guò)對(duì)在中國(guó)市場(chǎng)占有率較高的兩類機(jī)型進(jìn)行比較[1]可以看出，中型船舶發(fā)動(dòng)機(jī)有缸徑大、行程大、轉(zhuǎn)速低、功率高、平均有效壓力大等特點(diǎn)，要使其經(jīng)濟(jì)、合理地運(yùn)行，適用的油品質(zhì)量指標(biāo)需有別于車用發(fā)動(dòng)機(jī)。
2.2中速船舶柴油機(jī)適用油品的研究
輕質(zhì)船燃與國(guó)Ⅵ柴油主要指標(biāo)差別是硫含量、十六烷值，輕質(zhì)船燃的硫含量指標(biāo)相對(duì)容易達(dá)到，專業(yè)角度更關(guān)注于十六烷值的研究。十六烷值是衡量柴油著火性能的重要指標(biāo)，其數(shù)值過(guò)低會(huì)造成柴油機(jī)滯燃期過(guò)長(zhǎng)，使在滯燃期內(nèi)做好了物理-化學(xué)準(zhǔn)備的可燃?xì)饬吭黾�，一旦著火則猛烈燃燒，燃燒速率和放熱速率隨之增大，導(dǎo)致壓升率急劇增加，即著火特性、燃燒和放熱特性變差[2]。
由于中速船舶柴油機(jī)工況條件適應(yīng)性強(qiáng)，許多專家對(duì)使用輕質(zhì)船燃(也稱低十六烷值柴油)進(jìn)行了研究。對(duì)1000r/min轉(zhuǎn)速船舶柴油機(jī)用油的研究:劉鑫等[3]在中速柴油機(jī)上進(jìn)行了輕柴油和4號(hào)燃料油的動(dòng)力性能實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，采用噴孔數(shù)或噴孔直徑均增加的新噴油嘴后，燃油溫度控制在70℃左右，可在提高4號(hào)燃料油燃燒效率的同時(shí)避免缸內(nèi)燃燒惡化，燃用4號(hào)燃料油效果較好;岳丹婷等[4]研究了低十六烷值柴油的主要性質(zhì)對(duì)柴油機(jī)性能的影響;何學(xué)良等[5]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，燃用柴油十六烷值在38左右時(shí)，著火、燃燒和放熱性能變化較大，因此建議油品的十六烷值在38～40為宜。
對(duì)1500r/min轉(zhuǎn)速船舶柴油機(jī)用油的研究:何學(xué)良等[6]對(duì)低十六烷值柴油在中高速直噴式柴油機(jī)上的應(yīng)用作了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果顯示，十六烷值不大于40的柴油主要可用于氣缸直徑大于150mm、轉(zhuǎn)速小于1500r/min的中速增壓或二沖程柴油機(jī)。對(duì)2000r/min轉(zhuǎn)速船舶柴油機(jī)用油的研究:何學(xué)良等[5]通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，十六烷值在40～45的柴油，如果芳烴含量在38%以下、含氫量在12%以上、密度在850kg/m3以下，則在2000r/min以下的柴油機(jī)中可正常使用;因低十六烷值柴油的滯燃期延長(zhǎng)，最大壓力升高率增加，最高燃燒壓力下降，為改善其燃燒性能，應(yīng)將供油提前角加大1～3°CA。
3船舶用油分析
3.1船舶發(fā)動(dòng)機(jī)與車用發(fā)動(dòng)機(jī)用油區(qū)別
2018年6月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于印發(fā)打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃的通知》(國(guó)發(fā)[2018]22號(hào))，明確提到了車用柴油、普通柴油、船舶用油“三油并軌”。以上3類標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)存在，主要因?yàn)?類油品的適用范圍不同，即適用的發(fā)動(dòng)機(jī)工況不同。從技術(shù)角度看，車用柴油適宜于陸上汽車使用，船用燃料油適宜于水上船舶發(fā)動(dòng)機(jī)使用。普通柴油標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)間早，使用范圍沒有特定領(lǐng)域。船舶發(fā)動(dòng)機(jī)工況與車用發(fā)動(dòng)機(jī)不同，轉(zhuǎn)速相對(duì)低。內(nèi)河和江海直達(dá)船一般使用中高速發(fā)動(dòng)機(jī)，以中速發(fā)動(dòng)機(jī)居多。適用于這類發(fā)動(dòng)機(jī)的油品在黏度、十六烷值、密度等指標(biāo)上與車用油均有區(qū)別，車用柴油并不完全適合。從國(guó)際上看，歐洲、美國(guó)都分別為車用、船用燃油設(shè)立不同的品類名稱和標(biāo)準(zhǔn)，其共同點(diǎn)是按照柴油的應(yīng)用領(lǐng)域劃分為車用柴油、農(nóng)用及工業(yè)用柴油、船用柴油和燃料用柴油等幾個(gè)類別，每類柴油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)各不相同，使用范圍界定十分清晰。
3.2船用發(fā)動(dòng)機(jī)使用車用柴油的安全問題
“三油并軌”要求取消普通柴油標(biāo)準(zhǔn)，如果統(tǒng)一為車用柴油，從標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用來(lái)看，車用柴油十六烷值高、密度和運(yùn)動(dòng)黏度相對(duì)偏小，并不適用于載重大、轉(zhuǎn)速低的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)。據(jù)了解，某煉油企業(yè)曾因?qū)⒏呤橹档能囉貌裼陀糜趦?nèi)河船舶和陸上載重大、轉(zhuǎn)速低的貨車和拖拉機(jī)，出現(xiàn)低速時(shí)熄火和油泵卡死的情況，并因此遭到質(zhì)量投訴。目前3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的主要環(huán)保指標(biāo)硫含量已經(jīng)同步。強(qiáng)制要求內(nèi)河船舶統(tǒng)一使用車用柴油，容易出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)漏油、磨損導(dǎo)致熄火和油泵卡死等安全問題，導(dǎo)致行駛中的船舶失去動(dòng)力，帶來(lái)巨大的安全隱患。
3.3船用發(fā)動(dòng)機(jī)使用車用柴油的環(huán)保問題
近幾年，隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)工作的大力深入，環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，帶動(dòng)燃油升級(jí)迅速發(fā)展，其重點(diǎn)就是降低硫含量。自2018年1月1日起，車用柴油、普通柴油、內(nèi)河船用輕燃的硫含量均要求不超過(guò)10mg/kg。從生產(chǎn)環(huán)節(jié)分析，船用燃料油和柴油屬于同一石油餾分，兩者的加氫裝置脫硫過(guò)程相同，硫含量指標(biāo)完全可以達(dá)到同一標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)了解，中國(guó)石化于2014年就率先推出了硫含量指標(biāo)優(yōu)于當(dāng)時(shí)國(guó)標(biāo)的《船用輕質(zhì)燃料油》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，產(chǎn)品的環(huán)保排放效果與普通柴油無(wú)差異。
2018年又進(jìn)一步修訂標(biāo)準(zhǔn)，并于2018年5月31日開始實(shí)施，目前中石化船用輕燃產(chǎn)品硫含量已可實(shí)現(xiàn)低于10mg/kg，與柴油同步。從實(shí)際使用分析，車用柴油用于船用發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)因十六烷值高造成熱分裂，產(chǎn)生游離碳，直觀上就是由于燃燒不完全造成船舶排氣冒黑煙，使氮氧化物等污染物的排放增多，間接導(dǎo)致空氣中PM2.5顆粒物增多，給環(huán)保治理帶來(lái)壓力。2017年以來(lái)，執(zhí)行國(guó)家環(huán)保要求，多地禁售普通柴油，內(nèi)河水上網(wǎng)點(diǎn)只能銷售車用柴油，部分網(wǎng)點(diǎn)顧客就因出現(xiàn)“冒黑煙”而質(zhì)疑油品質(zhì)量。
3.4船用發(fā)動(dòng)機(jī)使用車用柴油的經(jīng)濟(jì)性
船用油品成本占航運(yùn)業(yè)總成本的60%以上，燃油成本是船舶用戶選擇燃料的首要考慮因素。車用柴油和船用輕燃相比，其十六烷指數(shù)在完全滿足船舶使用需求的基礎(chǔ)上，比船用輕燃高6個(gè)單位以上，體現(xiàn)在煉廠生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)成本要增加400～600元/t。從消費(fèi)稅角度看，柴油與燃料油單就增值稅和消費(fèi)稅兩項(xiàng)價(jià)內(nèi)稅的差額是193元/t。從市場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用看，國(guó)Ⅴ階段柴油升級(jí)不加價(jià)，普通柴油和車用柴油價(jià)格相同，柴油與船用輕燃價(jià)格差在近700元/t。如果原燃用重質(zhì)船用油的內(nèi)河船舶和江海直達(dá)船改換車用柴油，那么船東轉(zhuǎn)換環(huán)保油要增加的額外成本則高達(dá)2800元/t。
船用輕燃滿足使用要求和環(huán)保要求，綜合成本比車用柴油低，產(chǎn)品性價(jià)比更高。讓船舶放棄已經(jīng)滿足使用要求的燃油，轉(zhuǎn)而調(diào)整去適應(yīng)高十六烷值燃油，既是一種質(zhì)量過(guò)剩，在航運(yùn)低迷和運(yùn)價(jià)偏低的大背景下，也使得成本壓力明顯增加，對(duì)企業(yè)經(jīng)營(yíng)是一大挑戰(zhàn)，運(yùn)輸市場(chǎng)或?qū)⒚媾R洗牌。
4結(jié)語(yǔ)
(1)國(guó)內(nèi)環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，推動(dòng)油品質(zhì)量迅速升級(jí)，車用汽柴油全面進(jìn)入國(guó)Ⅵ階段，大幅增加的投資和運(yùn)行成本給部分煉廠帶來(lái)升級(jí)壓力。根據(jù)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)性能特點(diǎn)和市場(chǎng)需求，用柴油餾分生產(chǎn)船用輕燃規(guī)格產(chǎn)品，既可滿足中速船舶發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用要求，又能降低質(zhì)量升級(jí)成本。
(2)研究了船用發(fā)動(dòng)機(jī)與車用發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)差異，及不同轉(zhuǎn)速與十六烷值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)船舶使用油品的安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，船用輕燃是內(nèi)河用油的最佳方案。
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機(jī)械方向論文投稿刊物：《內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1983年，由中國(guó)內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)主辦。本刊主要刊載內(nèi)燃機(jī)方面有較高水平的研究論文和階段性研究報(bào)告，或重要學(xué)術(shù)問題的評(píng)述性文章，也包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能改進(jìn)、設(shè)計(jì)計(jì)算新方法、測(cè)試新技術(shù)與設(shè)備、新工藝與新材料等方面有較高參考價(jià)值和實(shí)用價(jià)值的文章。
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