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低硫時代的船用燃油

全球船用燃料市場正朝著重大變遷的方向發展,準備進入低硫時代的下一個階段。 自 2020 年 1 月 1 日起,新的國際海事組織 (IMO) 法規生效,旨在減少船舶排放到大氣中的硫含量。為了解這一變化將對此產業產生的影響,讓我們進一步研究目前使用的燃油、未來幾年可能出現的船用燃油產品組合,以及擴大的燃油可能性將為營運商帶來哪些挑戰。

遠離硫排放

一般認為新的 IMO 法規將開創低硫時代,但事實上,2020 年後將成為該產業的低硫時代。

硫是一種天然生成的元素,存在於所有化石燃料中。 它對生命至關重要,但它在大氣中作為硫氧化物 (SOx) 存在,在高濃度下會引起許多嚴重的健康和環境問題。

到目前為止,航運業一直是 SOx 最大排放來源之一,例如在 2007 年,船舶排放了 1500 萬噸 SOx,約佔全球排放量的 5-8%。 但這很快就會發生變化。

IMO 開始透過MARPOL 73/78修訂 1973 年防止船舶汙染國際公約之 1978 年議定書)來規範航運對環境的影響。

然後在 2005 年,該公約的附錄六生效,首次限制了船舶排放中的硫氧化物 (SOx) 和氮氧化物 (NOx) 含量。 就 SOx 而言,第一個全球設定的限制為燃油含硫量不得超過 4.50%質量/質量 (m / m)。 此外,附錄六還建立了排放控制區 (ECA),即幾個主要人口中心周圍少數的限制區,其中硫排放的限制要嚴格許多。

2012 年,全球燃油含硫量限制下降至 3.50% m/m。 之後在 2015 年,ECA 區域限制降至 0.10%。 在 2020 年,ECA 限制仍然存在,但全球限制調降至 0.50%。

儘管有些人擔心航運和煉油業需要更多時間做出應變,但IMO 最近確認不會延遲 0.50% 限制的生效,而且所有船舶自 2020 年 1 月 1 日起都必須遵守規定,否則將面臨嚴厲處罰,包括被宣佈為不具適航性

低硫時代的燃油

雖然過去十年左右的變化已影響世界各地的燃料種類,但大多數船隊仍使用重燃油。

但是,將當前硫含量降低 85% 的新法規將引發此產業前所見的顯著變化。 如果營運商未能理解最新的燃油參數和相關處理要求,可能會面臨重大成本和問題。

在最近的Lloyd's List 業務簡報中,有成員指出,儘管煉油業者並未協調出一致的方法,但顯然該產業正朝著採用多種燃油的未來發展。

進一步來說,我們可以預期 2020 年後的燃油將分為五大類:

  • 超低硫燃油 (ULSFO),含硫量最高 0.10%
  • 極低硫燃油 (VLSFO),含硫量最高 0.50%
  • 重燃油,含硫量最高 3.50%
  • LNG (液化天然氣)
  • 其他

ULSFO 含硫量 0.10%

為滿足 0.10% ECA 要求而上市的新燃油將繼續沿用。 這些類型的燃油大多為純餾分。 然而,它們也可能是混合動力油,即混合蒸餘油的柴油。 一般而言,這些燃油在標準引擎配置中運作良好,但可能需要改變操作方式。 例如,餾分油的粘度相對低,需要謹慎處理。 此外,一些採用混合動力的船舶使用傳統上不用於船舶應用的產品,因此引發了穩定性、相容性和污染的相關不確定因素。 基於對這些燃油的潛在高需求,海運部門可能需要與其他產業競爭,而這些燃油將是所費不貲的選擇。

ULSFO 含硫量 0.50%

煉油廠需要充分使用自身製造的殘留物。 可以將合適的殘留物與低硫餾分混合,以產生優質、合規的燃油。 這些混合物含有的殘留物可高達 40%,但仍保持低於 0.50% 的硫含量。然而,它們具有高度不穩定的風險,而且可能非常容易與船上其他燃油產生交互作用。

附有脫硫器的重燃油 (HFO)

雖然 IMO 的規定以燃油的硫含量來表示,但如果船舶擁有可從廢棄中「去除」硫的減排技術,船舶即符合法規。 已在運行的脫硫器已證明它們能夠處理燃油中高度的硫含量。 它們可供營運商繼續使用熟悉的廉價、充足的剩餘燃油。 雖然不適合所有船隻,但這個選擇將能吸引許多營運商。

LNG

LNG 的硫含量遠低於法規限制,基於清潔的燃燒特性,它是一種吸引人的選擇。 然而實際上,考量改裝,製造,運輸和儲存(在岸上和船上)的成本,大多數營運商並不認為這是可行的選擇。 LNG 主要成分是甲烷 - 一種威力強大的溫室氣體 - 因此洩漏是重大的環境隱憂。 此外,燃燒 LNG 的確釋放出比許多人意識到還要多的二氧化碳。 目前,營運中或尚未交貨的 LNG 船只有大約 200 艘。 這個數字將隨新船穩定成長,埃克森美孚 (ExxonMobil) 估計到了 2040 年,使用的燃料中將有 12% 是天然氣。 換句話說,LNG 可能會成為未來航運的主要燃料,但距離未來還有數十年的時間。

其他

一系列其他類型的燃料也開始加入混合。 這些包括生物燃料,即從廢塑料、甲醇和尚未上市的其他新類型燃料中提取的燃料,又稱為 FAME(脂肪酸甲基醚)。 其中一些燃料的性質不適合船用,例如微生物生長的高風險。 然而,生物柴油不含硫,而且具有相對高的潤滑性。 雖然這些類型的燃料過於昂貴,以致單獨來看不是具有吸引力的選擇,但它們可與其他燃料混合以降低硫含量。

航運面臨的挑戰

迅速過渡到燃料中含硫量 0.50% 時代的過程並不平穩,如以上所述,從法規生效的第一天起就必須嚴格遵守。 就這個意義而言,起初最大的挑戰將不是在海上,而是在於供應鏈,當中營運商需要清潔與備妥燃料補給船,而油槽中需要裝滿合規的燃料。

然而,對於船東而言,低硫燃料的供應預計不會是最大的問題。 真正令他們頭痛的是預測不同類型的可用燃料,以及了解如何使用它們,不論是單就個別燃料或與其他燃料一起使用皆是如此。 正如Lloyd Register 燃料專家提姆.威爾森(Tim Wilson)所說的

如果船東在準備期間並未明確定義燃料管理,以考量到未來每個燃料庫終將面臨燃料廣大的配方多樣性和範圍,他們就必須意識到風險。 他們可能會承受船上操作的巨大風險。

不穩定性

如果燃料經過一段時間仍能保持其材料特性,則可視為穩定。 不穩定的燃料在短期內會發生化學變化,進而導致嚴重的操作問題。

在不穩定的餾分中,不飽和的碳化氫產生氧化反應,生成樹脂、樹膠和清漆。

在不穩定的殘餘燃料中,瀝青質和其他芳香、極性的碳化氫分子傾向於聚集在一起,在油槽中形成厚厚的污泥。 這些污泥濃厚且十分粘稠。

使用不穩定燃料的船舶可能會發生過濾器、分離器和管線堵塞的問題。 如果其燃油泵過載,則可能存在點火和燃燒的問題,以及活塞、活塞環和汽缸套永久損壞的風險。 嚴重時甚至會使主發動機和輔助發動機無法運轉,對船舶和船員造成嚴重危險。

不相容性

儘管兩種以上的燃料各自是穩定的,但將它們混合在一起可能會產生不穩定的混合物。 這稱為不相容性。

例如,混合 HFO 和 VLSFO 可能會產生不穩定的油品。 同樣地,ULSFO 可能與 HFO、VLSFO 甚至其他 ULSFO 存在相容性問題。 隨著 2020 年市場上出現比以往更多種類的燃料,我們可以預期不相容性將成為該產業更廣泛且複雜的問題。

測試燃料和清潔槽的重要性

自 ECA 區域建立以來,隨著供應商為了消耗燃料庫的現有庫存而製造混合物,或者船舶將新的燃料注入裝有剩餘燃料的油槽中,我們所經歷的穩定性和相容性問題預計從 2020 年起將變得更加普遍。

新燃料的穩定性測試是絕對必要的。 為此,ISO WG6 (ISO 8217) 和 CIMAC WG7 目前正在研究可深入瞭解穩定性和相容性問題的方法。 煉油廠和測試實驗室之間的合作也有助於確保營運商充分瞭解新產品。

此外,操作人員應確保不同的燃料在船上分別儲存,以及油槽和燃料處理線獨立運作,以減少堵塞的風險。 如果燃料混合不可避免,首要之務應該是進行相容性測試。 可以進行簡單的船上測試,但深入的實驗室測試可以提供更高程度的保證。

最好的做法是定期清潔油槽,以降低海上污泥形成的可能性。 同樣地,切換燃料時,船員需要特別注意不相容的跡象。

其他注意事項

新的船用燃料混合物將增加燃料處理和調節在其他方面的複雜性。 簡而言之,其他一些挑戰將包含:

  • 溫度 - 不同的燃料會有不同的粘度和閃燃點。 因此,必須仔細管理操作溫度,以確保燃料流量穩定,不會對幫浦和其他設備造成熱衝擊,並避免發生火災的風險。
  • 潤滑性 - 船員需要瞭解每種燃料的潤滑性,在必要時進行調整以保護其船舶的引擎。
  • 殘留催化顆粒 - 去除燃料中的硫需要使用催化劑,這會留下小而硬的顆粒,如果其未有效與燃料分離,可能會損壞引擎和其他設備。 此外,低硫燃料可以具有更多的殘留催化顆粒。
  • 水污染 - 某些類型的燃料比其他類型更吸水,如果未有效去除,可能會降低燃油的經濟性並腐蝕引擎和其他部件。
  • 微生物污染 - 生物燃料尤其可能容易造成微生物大量繁殖,進而導致堵塞和腐蝕。

在知識曲線上保持領先

由於海運業將發生如此巨大且快速的變化,加上 2020 年之後燃料形勢在許多方面上仍是未知,因此持續關注相關問題至關重要,尤其是過渡到新時代之際。

知識和意識將是成功的關鍵,因此所有負責任的利益相關者都應該分享知識、尋求專家意見,並參與對話。 阿法拉伐燃料管線站點和其他新興站點致力分享知識並關注同業之間的交流。 從船東和營運商、集散場、保險公司、煉油業者、設備和引擎製造商到供應商,大家在同一產業中互相合作,開創安全度過未知局勢的最佳機會。

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