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低硫时代的船用燃料

随着船舶行业准备进入低硫时代的下一阶段,全球船用燃料市场正朝着重大剧变的方向快速发展。 从 2020 年 1 月 1 日起,新的国际海事组织 (IMO) 法规生效,旨在大幅减少船舶释放到大气中的硫含量。为了解这一变化对行业的影响,让我们仔细研究目前使用的燃料,未来几年可能出现的船用燃料产品组合,以及扩大的燃料可能性范围将给运营商带来哪些挑战。

远离硫磺排放

通常,将新的 IMO 法规描述为低硫时代的开始,但实际上,2020 年后将是该行业的低硫 时代。

硫是一种天然存在的元素,存在于所有的化石燃料中。 它对生命至关重要,但它作为硫氧化物 (SOx) 存在于大气中,在高浓度下,会导致许多严重的健康和环境问题。

到目前为止,航运业一直是 SOx 最大的排放者之一 - 例如,在 2007 年,船舶排放了 1500 万吨 SOx,约占全球排放量的 5-8%。 但这种情况很快将发生改变。

IMO 已开始使用 MARPOL 73/781978 年“议定书”修订的 1973 年“防止船舶污染国际公约”)来规范航运对环境的影响。

随后,在 2005 年,该公约的附件 VI 生效,首次限制了船舶排放中的硫氧化物 (SOx) 和氮氧化物 (NOx) 水平。 就 SOx 而言,第一个全球限制为 4.50% 质量/质量 (m/m) 的燃油硫。 此外,附件 VI 还设立了排放控制区 (ECA),这是几个主要人口中心周围的少数有限区域,其中硫限制设定得低得多。

2012 年,全球限制下降至 3.50% m/m。 随后,在 2015 年,ECA 区域限制已降至 0.10%。 到 2020 年,ECA 限制将保持不变,但全球限制将降至 0.50%。

尽管有人担心航运业和炼油行业都需要更多的时间来准备这一变化,但 IMO 最近证实,0.50% 的限制将不会延迟实施,并且从 2020 年 1 月 1 日起,所有船舶都必须遵守这一限制,否则将面临严厉的处罚,包括被宣布为不适航

低硫时代的燃料

虽然过去 10 年左右的变化已经影响到世界各地的燃料种类,但大多数船队仍使用重质燃料油。

但是,新规定将目前的含硫量削减了 85%,这将引发行业前所未有的重大变革。 没有及时了解燃料参数和相关操作要求的操作员将面临重大成本和问题的风险。

在最近的 Lloyd's List 业务简报会上,小组成员指出,尽管炼油厂没有协调的方法,但很明显,该行业正走向多燃料的未来。

更深入地说,我们可以预计 2020 年后的燃料将分为五大类:

  • 超低硫燃料油 (ULSFO),最高 0.10%
  • 极低硫燃料油 (VLSFO),最高 0.50%
  • 重质燃料油,最高 3.50%
  • LNG(液化天然气)
  • 其他

ULSFO 0.10% S

为满足 ECA 的 0.10% 要求而进入市场的一系列新燃料将继续得到使用。 这些类型的燃料大多是纯馏出物。 然而,它们也可以是混合油 - 混合了残余油的瓦斯油。 一般来说,这些燃料与标准发动机配置很相配,但它们可能需要操作上的改变。 例如,馏出物的粘度相对较低,这需要仔细管理。 此外,一些新的混合动力汽车使用传统上不用于船舶应用的产品,从而在稳定性、兼容性和污染方面带来了不确定性。 由于对这些燃料的潜在高需求,海运部门可能会发现自己与其他行业竞争,而这些燃料将是一个昂贵的选择。

VLSFO 0.50% S

炼油厂总是需要主动利用它们的残留物。 可以将合适的残余产物与低硫馏出物混合,以生产出高质量的、符合要求的燃料。 这些混合物可能含有高达 40%的残留物,但仍低于 0.50%的硫含量上限。然而,它们具有很高的不稳定性风险,并且可能对与船上其他燃料混合非常敏感。

带洗涤器的重质燃料油 (HFO)

虽然 IMO 的规定是根据燃料中的含硫量来表示的,但如果船舶配备了“清除”废气中含硫量的消减技术,则被认为是符合规定的。 已经投入使用的洗涤器已经证明它们能够处理燃料中高浓度的硫。 它们允许运营商继续使用他们已经熟知的廉价、丰富的剩余燃料。 虽然不适合所有船只,但对许多运营商来说这将是一个有吸引力的选择。

LNG

LNG 的含硫量远低于规定的上限,其清洁燃烧特性使其成为一个有吸引力的选择。 然而,在实践中,改装、制造、运输和存储(包括岸上和船上)的成本使其成为大多数运营商的可行选择。 LNG 主要是甲烷 - 一种强大的温室气体 - 因此泄漏是一个重大的环境问题。 燃烧 LNG 释放的二氧化碳仍比许多人意识到的还要多 目前,只有约 200 艘 LNG 船正在运营或订购。 这一数字将在新建筑中稳步增长,埃克森美孚估计 2040 年使用的燃料中有 12% 将是天然气。 换句话说,LNG 可能成为未来的主要航运燃料,不过这仍需几十年时间才能实现。

其他

一系列其他类型的燃料也开始进入混合燃料。 其中包括生物燃料 - 也称为 FAME(脂肪酸甲基醚)- 从废弃塑料、甲醇和其他尚未上市的新型燃料中提取的燃料。 这些燃料中的一些燃料表现出对海洋使用有问题的性质,例如微生物生长的高风险。 然而,生物柴油是不含硫的,并且具有相对较高的润滑性。 这些类型的燃料仍然过于昂贵,不能单独作为一个有吸引力的选择,但它们可用于与其他燃料混合以降低硫含量。

航运业面临的挑战

在向 0.50% 时代的转变中,没有平稳的过渡 - 如上所述,从第一天开始就需要严格遵守。 从这个意义上说,最初的最大挑战不是来自海上,而是来自供应链,在那里,燃料驳船将需要清洗和准备就绪,油箱将注满符合要求的燃料。

但对于船东来说,低硫燃料的供应预计不是最大的问题。 他们真正头痛的是预测不同类型的可用燃料,并了解如何单独使用它们以及如何将它们与其他燃料结合使用。 Lloyd’s Register 燃料专家 Tim Wilson 解释道

船东需要意识到,在他们不准备好以明确定义燃料管理方式,并考虑燃料配方的巨大多样性和范围(从一个燃料舱到下一个燃料舱)的情况下将面临的风险。 他们在船上可能会面临很大的操作风险。

不稳定性

如果一种燃料在一段时间内倾向于保持其材料特性,该材料就被认为是稳定的。 不稳定的燃料在短期内会发生化学变化,从而导致严重的操作问题。

在不稳定的馏出物中,不饱和烃被氧化,产生树脂、树胶和清漆。

在不稳定的残余燃料中,沥青质和其他芳烃、极性烃类分子倾向于聚集在一起,在储罐中形成厚厚的污泥。 这些污泥非常粘稠。

使用不稳定燃料的船只可能会受到过滤器、分离器和管道堵塞的影响。 如果其燃油泵过载,则可能会出现点火和燃烧问题,并有活塞、活塞环和缸套永久损坏的风险。 极端情况甚至会导致主发动机和辅助发动机停止运转,从而给船只和船员带来严重危险。

不混溶

即使两种或两种以上的燃料本身可能是稳定的,但将它们混合在一起会产生不稳定的混合物。 这称作不混溶。

例如,混合 HFO 和 VLSFO 可能会产生不稳定的油。 同样,ULSFO 可能与 HFO、VLSFO 甚至其他 ULSFO 存在混溶性问题。 随着 2020 年市场上出现比以往更多种类的燃料,我们可以预计,不混溶将成为该行业的一个更为广泛和复杂的问题。

测试燃料和清洁燃料箱的重要性

自 ECA 区域建立以来我们一直面临的稳定性和混溶性问题预计将从 2020 年开始变得更加普遍,因为供应商会创造混合燃料以消耗燃料库中的现有库存,或者船只将新燃料装入带有剩余燃料的燃料箱中。

新燃料的稳定性测试是绝对必要的。 为此,ISO WG6 (ISO 8217) 和 CIMAC WG7 目前正在研究更好地理解稳定性和混溶性问题的方法。 炼油厂和测试实验室之间的合作也有助于确保新产品得到充分了解。

此外,操作人员应确保不同的燃料在船上是隔离的,并且他们的油箱和燃料处理管线应设计为独立工作,以减少堵塞的风险。 如果燃料混合是不可避免的,应首先进行混溶性测试。 可以进行简单的船上测试,但深入的实验室测试可以提供更高水平的保证。

作为最佳实践,应定期清洁水箱,以降低在海上形成污泥的概率。 同样,当从一种燃料切换到另一种燃料时,机组人员需要特别注意不混溶的迹象。

其他注意事项

新的船用燃料混合物将增加燃料处理和调节的其他方面的复杂性。 简而言之,其他一些挑战将包括:

  • 温度 - 不同的燃料会有不同的粘度和闪点。 因此,必须仔细管理操作温度,既要确保燃料流的一致性,而不会在泵和其他设备中引起热冲击,还要避免发生火灾的风险。
  • 润滑性 - 工作人员需要了解每种燃料提供的润滑程度,并根据需要进行调整以保护其发动机。
  • 残留催化颗粒 - 从燃料中去除硫需要催化剂,这会留下小而硬的颗粒,如果不能有效地将这些颗粒与燃料分离,它们会损坏发动机和其他设备。 此外,低硫燃料可以具有更高的残留催化颗粒含量。
  • 水污染 - 某些燃料类型比其他类型更容易吸水,如果没有有效去除,可能会降低燃油经济性并腐蚀发动机和其他部件。
  • 微生物污染 - 生物燃料尤其容易发生微生物繁殖,从而导致堵塞和腐蚀。

保持领先于知识曲线

由于船舶业将发生如此之大、如此之快的变化 - 而且 2020 年后燃料形势的许多方面仍不确定 - 保持参与至关重要,尤其是在我们过渡到新时代之际。

知识和意识将是成功的关键,因此,所有负责任的利益相关者都应该分享知识、寻求专家意见并加入对话。 阿法拉伐燃料管线站点和其他新兴站点力求了解最新信息并关注对话。 行业内的船东和运营商、船厂、保险公司、炼油厂、设备和发动机制造商以及供应商共同努力,提供了在未来未知海域安全航行的最佳机会。

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