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船用燃料硫排放限制令润滑油更趋复杂

时间: 2019-05-22
作者: 润滑油情报
浏览量: 134

       航运行业正在驶入一个全新的阶段,商业环境发生了改变,发动机设计不断演变,APIⅢ类基础油的使用愈加广泛,新的环境法规持续出现,从而推动了润滑油的发展,使之变得更加复杂。


 

       国际海事组织(IMO)制定的船用燃料硫上限将于2020年强制实施,因此准备时间已经所剩无几了。

       航运行业见证了航运联盟的合并、整合与建立。近年世界贸易态势平缓,发展较慢,只有贸易与货物运输稍有起色。新船的增长量大于旧船的淘汰量,加上新船的体型增大,因此航运行业的运货能力不断增强。

      当下的航运贸易环境促使船主实行经济型经营模式,通过节省燃料和润滑油等方式减少经营成本。

      为了节省燃料,除了减速航行和减少载运以外,人们还通过更新发动机设计来提高燃料经济性,改善燃烧效率以获得理想的添加剂和机油性能要求。

      传统船用润滑油使用Ⅰ类基础油,它具有较好的溶解极性物质与芳香烃的能力,与高硫燃料油一起使用时能够有效应对污染问题。比起Ⅱ类基础油,Ⅰ类基础油具有生产成本较高等缺点,因此你它的产量缩减。由于产量减少的Ⅰ类基础油被Ⅱ类基础油部分取代,所以需要将润滑油和添加剂系统设计为同时适用于两种基础油。

 

排放限制变化

       数十年来,IMO致力于降低航运活动对环境的负面影响,它建立了一些法规来减少航运在当地与全球范围的废气排放、以及对人类健康的负面影响。全球船用燃料硫上限在2005年首次设定为4.5%,接着在2012年降至3.5%。

       自2005年来,硫排放控制区的数量不断增多,某些特定地区还限制使用重型燃料油,其中包括波罗的海、欧洲北海、北美沿海水域、加勒比海,以及近期新增的部分亚太河流流域。起初,硫排放控制区的硫含量限制为1%,后来又降到了0.1%。

   2008年,IMO树立了在2020年实行全球0.5%硫限制的目标,这是因为IMO意识到了低硫燃料的作用及其可获得性的重要意义。IMO在2016年10月确定了硫限制的具体生效日期,尽管某些业内人士希望延迟到2025年,以便他们进行深入研究。

     IMO在《国际防止船舶造成污染公约(Maipol)》中制定了2020年的硫限制令,将在显著减少重型燃料油使用的同时,增加馏分油和液化天然气的使用,并将“新型”燃料引进市场以满足0.5%硫限制的需求。航运行业大量使用重型机油。从Wood Mackenzie能源咨询公司、PIRA、船舶与能源咨询公司等咨询企业的分析报告中得知,馏分油在航运燃料的市场占比为20%到25%,馏分油的硫含量低于0.1%。目前不存在硫含量为0.5%的燃料,因此很难预测这种燃料的具体情况。它可能是精炼产品,中间经过多重去硫处理,它也可能是现存重型燃油与馏分油按比例混合的产品,从而达到0.5%的硫含量要求。

 

燃料影响润滑油

    我们可以合理假设目前存在各种不同的方法来达到IMO的限制要求,比如说,继续使用高硫燃料(不低于3.5%)并使用废气清洁系统,这是利用技术手段来达到目标;或者使用精炼低硫燃料或混合低硫燃料;又或者广泛使用液化天然气等作为替换燃料。

    个体船主会根据各级燃料的价格差异、合规燃料的可获得性,以及使用装备液化天然气

发动机或废气清洁系统的船舶的初期投资,然后做出最终选择。由于候选燃料不止一种,因此润滑油也将可能变得更复杂。

    解决方法具有多样性,因此需要将添加剂与基础油按比例混合,以适用于各种操作系统。在某些情况下还需推动新型添加剂和润滑油配方上市来满足使用新型燃料的发动机的工作需求。

    未来,润滑油供应商和添加剂公司需要提供各种组合揭发。雪佛龙公司表示,到了2020年,二冲程十字头发动机与四冲程简状活塞发动机将需要大量能够与“新型”混合燃料或精炼燃料共同使用的润滑油,以满足这些发动机的0.5%硫限制需求。

  

不同冲程发动机应用

    在二冲程十字头式发动机中,船用气缸润滑油沿着气缸套流下,与燃料混合燃烧。气缸润滑油沿着气缸套流下,与燃料混合后燃烧。气缸润滑油主要有两个功能:一是中和燃烧所生成的算,避免腐蚀;二是清洁作用,防止沉淀物残留在气缸壁上。润滑油被喷入气缸后,添加剂的碱与燃烧中产生的酸发生中和反应。碱值(BN)代表润滑油中和酸的能力。在使用重型燃油(硫含量为2%到3.5%,甚至更高)的情况下,发动机厂商在指南中建设使用70BN到100BN的气缸油;40BN气缸油的硫含量是1%到2%。

    如果使用的是清洁燃料则无需过于重视中和燃烧所生成的酸,但是,仅仅使用碱值较低的燃油或者降低喷油速率并不能完全解决发动机的沉积问题。使用清洁燃料或液化天然气的发动机具有不同的工况,因此不能在所有工作体系中一概使用常规的70BN润滑油。

    雪佛龙公司预测,如果船舶装备废气清洁系统或因合规燃油供应不足而使用含硫3.5%的便宜燃料,那么船舶的二冲程发动机将继续使用70BN到100BN的润滑油。含硫0.1%燃料或液化天然气燃料将得到更为广泛的使用,现存的25BN和40BN气缸油的使用率也将增加。

    到2020年,碱值为15到40的气缸油将会取代目前大部分高碱值产品;那时船主将永久放弃重型燃油,转为使用混合燃料和馏分油。

    与二冲程发动机相比,低硫燃料在四冲程筒状活塞发动机中得到更加广泛的使用。至于重型燃油和馏分油混合而成的筒状活塞发动机(TPEO),人们对其稠度与质量都不甚了解。

    来源不同的燃料具有不同的兼容性和特性。使用“新型”混合燃料及其工作体系给润滑油带来了全新而严峻的挑战,比如气缸套涂层和氧化稳定性问题。

  船舶的四冲程筒状活塞发动机需要20BN到60BN的TPEO;如果合规燃料有效,那么船舶继续使用含硫3.5%的燃料。该种发动机还会加大使用现存的5BN到20BN产品,这些产品广泛用于使用含硫0.1%的燃料或液化天然气的船舶。雪佛龙预测,当船主转向替代燃料的时候,四冲程筒状活塞发动机将采用12BN到30BN润滑油来替代大多高碱值润滑油。

  

新型添加剂相关任务及持续时间

  新型添加剂与润滑油技术最终根据船舶发动机制造商的接纳采用情况来进行商业化。航运市场通用的性能测试与分析测试不用作商业用途。主机厂要求进行实际展示来批准润滑油的使用,这样有助于应对发动机的保修索赔事件。批准实地测试的持续时间是4000到6000个工时,即6到12个月。

  目前自发的润滑油配方检查与证明事件不断增加,实验室台架测试使用分析仪器以及具有代表性的台架性能检测法来模拟小型发动机的实际工况,然后在测试台上重视发动机测试(完全展示几天内或几周内的工作情况),最后从润滑油测试样品中抽取几种进行混合,用于商船。

  在测试中,使用足够的润滑油、支付阶段性实地检查的费用,以及购买更换零件需要大量成本。每个实地测试需要投入30到60万美元。

  根据现存的化学物质和市售配制成分情况,添加剂和润滑油供应商一般需要投入两到四年来完成产品的研发证明。如果需要在某个产品中加入新的化学物质以获得某个特殊性能,那么它的研发时间将延长至4到6年。

  因此,为了达到2020年的限硫令要求,人们必须从现在起实行确定新型润滑油技术的准备工作和研发活动。


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