|
从燃油稳定性和相容性的角度来看，2020对航运来说是非常具有挑战性的一年。燃油市场显然是价格驱动的，因此“偷工减料”的诱惑很大，这意味着低硫燃油的原料/组分有太多的变数，大量复杂并可疑的调和配方被广泛使用。本文就低硫燃油的一些原料/组分，调和油的分类，以及混合顺序做一些初步讲解。希望可以在大家分析新型低硫燃油相关案例时起到一定的帮助作用。关键词：调和油原料/组分，混合顺序，P值，芳香性（aromaticity），cat fine如图1所示，不同类型的船用燃油是经过不同的设备，不同的炼化流程提炼、调配出来的。红线所示的流程是如何减少硫份的过程。现代炼油厂使用FCC（流体催化裂化）工艺提取链烷烃（paraffinic），以增加汽油产量。这其中的关键之一的处理是经过FCC单元，FCC（Fluid CatalyticCracking流体催化裂化）工艺的副产品，如LCO（Lightcycle oil轻循环油）和CLO（clarified oil）被大量混合到船用燃油中以减少燃油中的硫含量。由于许多工厂都在FCC工艺之前进行了脱硫，所以LCO和CLO的硫含量都很低。因为大多数链烃已被剔除，所以LCO和CLO具有很高的芳香性。高芳香性有何意义，在后续文中会有介绍。调和油用到的一些原料有上图中大家看到的LCO和CLO，以及其他一些物质（某些化学物质和生物燃油暂不在本谈论范围内）。2.1 HDA (highdensity fuel) 高密度油HDA (high density fuel) 高密度油：这种油的密度（密度大于水）和CCAI都超出ISO8217的限值，见图2和图3。它必须和其他油混合后使用。从图3中可见这种油的潜在问题是点火延迟、燃烧不稳定，后燃时间可能会相对长。有些CLO（clarified oil）也是一种HDA的一种。循环油（LCO）也称为“裂解轻柴油”：是流化催化裂化装置的不同沸点的柴油产品。然而LCO没有做进一步处理，一般被用作质量比较差的混合柴油的原料/组分。平均硫含量低至0.2％。它主要由1和2环芳香烃组成。LCO的CCAI一般都超出ISO8217的限值，并含有高cat fine的风险。LCO由于粘度比较低，通常会被用来作为稀释油（cutters）。CLO （clarified oil）是在催化裂化过程中从分馏塔的底部提取并已除去残留催化剂的重油。因此CLO 比LCO密度大，甚至有时比水的密度还大。CLO初称为“FCC油浆油”，其中包含用作催化裂化催化剂的“cat fine”，Al和Si硬质颗粒。分离（净化）有害的cat fine后，名称从FCC油浆油改为CLO。CLO主要由2至5个环的芳族化合物组成。到2020年之后，它变为船用燃油的原料之一。但是，由于存在多环芳烃，CLO的燃烧状态可能比LCO差。LCO和CLO的一些典型特性分别列于下表1、表2中 表1中的LCO包含不少于73％的芳烃，其CCAI为918，远高于ISO8217法规。由于低分子1和2环芳烃是其主要成分，因此其粘度与普通柴油相似，而密度较高。表2中的CLO被归类为残留部分，并且比LCO具有更高的密度和粘度，因为它主要由包括三环，四环和五环的多环芳族化合物组成。此CLO仅包含0.38％的硫，但大多数CLO均具有约0.8％的硫。生产0.5％燃油的 便宜方法是将LCO和CLO混合。但是，考虑到两者的CCAI值都超过900，因此可以确定混合物的CCAI不会满足ISO8217标准，需要添加低CCAI的组分。燃料油里的沥青质含量和芳香性对其是否“适合使用”至关重要。大多数人都知道，胶状软沥青的“高”芳香性使燃料油中的沥青质可以在胶体溶液中处于悬浮状态，否则沥青质会聚集沉淀并形成油泥，堵塞分油机和滤器，并引发一系列燃烧工况的改变。目前低粘度新型低硫油会导致沥青质悬浮能力下降，可能会加速沉降形成油泥。燃烧状况改变加上机器工况变化等一系列复合因素，就有可能触发活塞环和缸套的超磨故障，后续会一步步分析各种可能或潜在的原因。 3.2调和油的分类 调和油的类型基本可以分成石蜡基/链烷烃类(paraffinic)，芳烃类(aromatic)以及和混合类(hybrid)。 - 石蜡/链烷烃类混合物通常使用真空塔底（VTB）和最便宜的稀释油(cutters)，比如常压柴油，像LAGO，HAGO或更昂贵的ULSD超低硫柴油。问题在于，尽管VTB含有约80％的芳族化合物，但柴油中通常含有30％至40％的芳族化合物，根据混合比例和混合顺序，所得混合物的芳香性可能降至40以下。VTB和GO的调和会因为调和的顺序而成为油泥：VTB中滴入的GO可以，因为它始终保持高的调和芳香性，大部分保持在50％或以上。反之则不可以。
- 芳香性调和通常使用“裂解”调和组分，例如VBR-TB(Visbreaker Tar Bottoms)减粘焦油塔底油和高芳香性的稀释油，例如FCC循环油（LCO，HCO）。VTB减粘焦油塔底油的芳香性为47％至56％；循环油的芳香性超过80％。任何芳香族调和将始终具有过量的芳香性（大于50％）并且稳定。
- 混合性调和通常使用链烷烃/石蜡调和成分，例如常压塔底，真空塔底馏分，以及两种链烷烃性稀释油（例如AGO，LAGO，HAGO）和芳烃稀释油（例如FCC循环油LCO，HCO）的混合物。ATB和VTB的芳香性在50％到60％之间；柴油中的芳烃含量为30％至40％，而循环油的含量则超过80％。根据混合物的配方，不能保证任何混合混合物总是具有过量的芳香性（大于约50％）并且稳定。
从上图可以看出，混油的顺序是非常重要的，这里的Petpization值或简称P值，是燃油胶溶值，胶溶值越高越好，说明越稳定。胶溶化是在分散剂中形成稳定分散的胶体颗粒的过程。换句话说，它可以定义为在少量电解质存在下，与分散剂一起摇动而将沉淀物转化为胶体的溶胶过程。（燃油胶溶值的测试允许残渣燃油的买卖双方确定燃油的稳定性储备，并帮助贸易商确定其产品是直馏残渣油还是裂化燃料油。）对沥青质含量和芳香性之间关系的研究表明，燃油原料/组分的混合顺序对于获得相容和稳定的燃料至关重要。两种燃油原料/组分A和B各自完全稳定，而令人费解的是：将A混合到B中时，混合后的燃油非常稳定且相容。但是将B混合到A中时，会立即产生油泥和沉淀物。这是为什么呢？显然，如果我们将芳香性稀释油（aromatic cutters）倒入石蜡性燃油的储罐中，最初在石蜡介质中少量的芳烃将干扰石蜡“基料”的低芳香性，因此增加了沥青质淤泥的可能性。相反的情况是，我们将石蜡混合物组分（稀释油或重质燃料油）倒入芳香介质（芳香性高于70％至80％）中，两种液体界面处的芳香性将主要由芳香剂主导，因此始终将沥青质保持在溶液中而不至于沉淀形成油泥。初步了解燃油的原料/组分，基本类型以及混合顺序（特别是在加装不同的燃油涉及到混合时），对于燃油采购以及燃油在船操作具有一定的帮助作用。了解基本原料/组分的一些特点，调和油中可能会用到的原料/组分，对分析主机某些故障有一定的启发作用。后续将会就不同原料/组分的燃烧特性做进一步的分析。在此需要强调的是，我们对潜在的新型低硫燃油要有充分的认识和准备。如之前所讲，现在燃油市场处于低硫油试用探索阶段，市面上的燃油种类五花八门，质量参差不齐，需要我们在采购燃油前充分了解燃油市场，低硫燃油供应网点，供应商的供应能力和资质，以及燃油品质诸如稳定性兼容性等基本信息。建议采购合同中明确燃油的主要组分，以及CoQ(Certificate of Quality)和BDN(Bunker Delivery Notes)的要求要根据产业指南中的要求注明。采购和供应商把关，机务人员、主机厂、供应商和相关机构提供足够的技术支持，大家通力合作，顺利过渡到低硫燃油市场基本稳定的那一刻。
|
