船用润滑油的最新发展
日期:2012.09.24 点击量:2285次
   船用润滑油的发展受到日益严格的国际海事组织(IMO)燃料硫和氮氧化物的排放指标的影响。在排放控制区(ECA)此类指标更加严格,并且其范围也在逐渐扩大。
排放控制区旨在加快推出更严格的排放限制,并且已经在全世界若干海域实施。如今欧洲的波罗的海、北海和英吉利海峡是已实施控制燃料硫含量水平的排放控制区。北美的ECA则覆盖毗邻太平洋海岸、大西洋/墨西哥湾海岸以及八个主要夏威夷海岛的水域——延伸至多达200海里,除了控制燃料硫含量外,还控制氮氧化物和微粒(PM)排放,美国环境保护署(EPA)将继续研究美国及其领土的其他地区是否可能因指定ECA而获益。预计在不久的将来,ECA将延伸至日本、欧洲其他地区、澳洲和东京湾,它们中的更多地区将控制燃料硫含量、氮氧化物和微粒排放。
国际海事组织规定的燃料中允许最高硫含量如下:

使用中降低硫的方法有两种。单一燃料方案包括使用残渣油结合一个碱洗塔,或者使用更加昂贵的低硫燃料。双燃料方案则是在国际水域使用残渣油,而仅在排放控制区使用低硫燃料或液化天然气。实施哪一个方案的决定可能将取决于成本和可以得到的燃料种类。最为重要的是ECA的扩大将限制这些地区生产的燃料硫含量,如果船舶在岸上只能得到低硫燃料,碱洗塔方案将毫无意义。只能用低碱值润滑油,有润滑油公司已经推出其新一代低碱值汽缸油以供将来使用。当硬件也将有相应的改变。

国际海事组织(IMO)的氮氧化物控制指标如下:

第Ⅰ阶段17 g/kW.h;第Ⅱ阶段.14.4 g/ kW.h;第Ⅲ 阶段(仅限于排放控制区ECA)3.4 g/ kW.h。最近国际海事组织海洋环境保护委员会(MPEC)在2013年5月的会议中决定将在排放控制区 (ECA) 中第III阶段指标(3.4 g/kwh)的实施从2016年推迟至2021年。尽管如此OEM现在也只有5年时间来开发、试验和实施达到第III阶段指标所需技术。将需要选择性催化还原系统 (SCR) 或废气再循环系统 (EGR)等后处理系统。虽然这些技术在汽车行业已经过尝试和试验,但船用发动机的巨大体积意味着这些系统的引入肯定很复杂。如果OEM使用EGR来达到第Ⅲ阶段氮氧化物指标,将需要烟炱控制和分散性能更强的船用润滑油。

REACH和GHS法规均影响许多化学物质的使用和标签,船用气缸油(MDCL)中的化学物质四聚丙烯烷基酚(TPP)会受到这些法规的影响。MDCL配方中使用酚盐清净剂来提供必需的高温性能,其中可能含有高浓度被分类为具生殖毒性的TPP. 生殖毒性指已知或推测会对人类生殖或发育造成影响的物质。到2015年,在美国等一些国家,含有0.1%或更多TPP的MDCL配方的标签需要标有适当的GHS象形图和危害等级。因此船用气缸油(MDCL)的重新研制新配方势在必行,所以一些添加剂公司已经制成TPP低于0.1%的船用气缸油配方且并不影响其运转性能.

运营商为了降低成本采取延长换油期、减少润滑油消耗和慢速行驶,这对于系统油和中速桶状发动机油都增加了负荷。此外为减少燃料消耗、满足废气排放要求而对硬件做出了改动,意味着对大型低速二冲程船用柴油机中的曲轴箱起润滑作用的系统油必须对齿轮、凸轮轴和挺杆提供额外的保护,以确保发动机在当前和未来能够可靠运行,从而提高了对系统油的性能要求。目前使用的新型系统油复合剂在对于中速桶状发动机油(TPEO)的基础上研制,降低用量以满足碱值需求,并追加抗磨剂和/或抗腐蚀剂(如ZDDP),从而弥补用量的降低.从而提高了系统油的性能,而不是过去的低质量的系统油了。

对于TPEO,为了要满足排放要求和运营商降低成本的要求,OEM引入了减少油耗的措施,同时发动机功率增加。尽管燃料硫含量在降低,但是残渣燃料的质量也在降低,这意味着TPEO需要增加碱值保持性、改善抗氧化性能和控制漆膜生成能力以帮助船东降低维修保养成本。

中速桶状发动机的润滑油一直主要使用饱和烃含量低、硫含量很高的Ⅰ类基础油。但一直缺乏使用不同质量基础油的技术或商业驱动因素。随着汽车行业对更高质量的Ⅱ类基础油需求增加,Ⅱ类基础油的生产能力正在增加,而Ⅰ类基础油的产量正在下降。Ⅱ类基础油的高供给量导致其价格下降,而Ⅰ类基础油因为生产厂关闭、生产投资停止而供不应求,特别是光亮油的短缺和价格上涨。炼油厂的这种变化意味着II类高精制基础油现在的应用更加广泛。中速桶状发动机油市场也不例外,现在Ⅱ类基础油越来越多地被用作稀释油,带来了全新的优势和挑战。

Ⅱ类基础油的质量通常认为优于Ⅰ类基础油,并且可以提高大型发动机润滑油的性能。因为;碳氢化合物几乎完全饱和,可提供更好的抗氧化性能,从而减少沉积物形成,并保持粘度不变的时间更长;基础油中的硫和氮含量更低,降低了润滑油消耗所产生的硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)排放量;具有更高黏度指数的Ⅱ类基础油可以在更高的温度下保持更厚的油膜,从而降低潜在的机械磨损。但Ⅱ类基础油低溶解能力使其在中速桶状发动机油中的应用产生了严重的不利影响,因此也带来了巨大挑战。

大多数中速桶状发动机使用重燃料油(HFO),其中含有相对较大浓度的多环芳烃(或沥青质)。在发动机运行期间,部分燃烧的沥青质可能会进入润滑油中,因此润滑油必须能够处理这些物质,防止其沉积在发动机中较冷的部分,成为“黑油泥”。沉积物也可能在活塞内腔形成而可能阻止润滑油传出活塞冠部的热量,所以特别值得关注。这些沉积物最终将导致活塞冠部高温腐蚀,造成发动机严重损坏。

在Ⅰ类基础油中使用高性能水杨酸盐技术配制的润滑油已证实有能力处理中速桶状发动机正常运转时常见含量的沥青质。这意味着此类润滑油可以控制黑油泥形成,保护发动机,延长换油期并降低运营成本。然而,因为Ⅱ类基础油具有的较低的溶解能力使其处理沥青质的能力也较低,为确保发动机清洁,由其配制的润滑油就需要新的添加剂体系。即使是在I类油中使用得很好的水杨酸盐配方也需要重新研制。

添加剂公司通过对沥青质的行为特性的研究,目前已研发出可用于多种Ⅱ类基础油的新型水杨酸盐复合添加剂,可提供更好的沥青质处理能力,防止黑油泥和活塞内腔沉积物的形成,并具有很好的分水能力,同时不影响Ⅱ类基础油具有的延长换油期和提高发动机清净性等优势。

统计表明国际船运CO2排放占据全球排放量的3%~5%。如果不加以限制,IMO估计随着世界贸易量的增加,CO2排放量至2050年将达到目前水平的300%。2011年7月11~15日,在伦敦举行的国际海事组织(IMO)海洋环境保护委员会(MEPC)第62次会议上,各方通过了为减少国际海运业温室气体排放而对船舶实行的强制能效规则。新规则是以《国际防止船舶造成污染公约》(MARPOL)附则六“防止船舶造成空气污染规定”修正案方式通过。修正案在附则六中新增了第四章“船舶能效规定”,主要内容是规定了“新船能效设计指数”(EEDI)和“船舶能效管理计划”(SEEMP)两项船舶能效标准。EEDI规定新船在设计制造中必须达到一定能效水平;SEEMP则是关于现有船舶提高能效的规则。修正案中还增加了关于鉴定船舶是否满足新标准的相关事项,包括“国际能效证书”的格式等。

EEDI修正案已于2013年1月1日生效,适用于400总吨以上船只,但只针对国际运输,不适用仅参与国内贸易的船只。要求2015~2019年新造船减排10%,2020~2024年根据新造船只类型减排15%或20%,2024年后新造船只减排30%。此外,根据谈判,发展中国家推迟6.5年实施,发达国承诺向发展中国家提供技术支持。为确保新规则顺利实施,修正案同时提出了“促进关于提高船舶能效的技术合作与交流”的规定,要求发达国家政府与国际海事组织及其他国际团体通力合作,为发展中国家提供必要的技术支持。

减少二氧化碳排放量在近几年已成为行业关注的话题,其中正在探索的解决方案包括风力推进、慢速航行、使用代用燃料、新螺旋桨设计、改进空气动力等。低黏度润滑油也能提高燃料经济性,但和抗磨损保护之间的平衡需要慎重考虑。虽然行业内具有多项方法来解决这些排放问题,但需要进一步的试验才能帮助我们了解这些方法在减少二氧化碳排放方面的有效性,及其对润滑油配方的影响。  

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