船用燃料油低硫時代，國家港務與船舶運營業者如何快速因應

目前船舶運輸業的解決方案與現況

國際物流上船舶運輸一直扮演了大量貨物運輸的腳色，隨著國際環保法規越來越嚴苛， 港口船舶港務、船舶運營商(船舶承租人)、船舶船東、船舶燃油品供應商將於 2020年起，為了因應 國際海事組織(IMO)對船舶所使用低硫燃料新規範，將會重新改變船舶航運方式與報價。

為何目前大部分船舶還使用船用重燃油而只有少數使用低硫燃油?

船用重燃油(Heavy Fuel Oil, HFO)，是船舶在應用中使用最多的燃油

低硫燃油(Low Sulfur Fuel Oil, LSFO)與船用重燃油之間，以低硫燃料油LSFO的成本明顯較高，目前約為每噸580美元，而重燃油（HFO）約為每噸370美元，主要原因是擁有船舶的船東們拒絕安裝排氣清潔氣體系統(稱為洗滌器)，其關鍵原因是承租船舶人支付的較高燃料費可以轉嫁在貨物運輸傳遞成本上，但在船舶上安裝洗滌器則是船舶直接資本支出，較不易從船舶租金上進行補償。一艘大型貨櫃船(集裝箱船)在海上每天燃燒約250噸燃料油，煉油業者也不一定有足夠的能力供應低污染的燃料需求，且只有少數船隻已經進行高昂的能源設備改造。船商認為一天有消耗到 250 萬到 400 萬加侖油必須尋找其他替代品，避免法規生效後會造成大亂。

全球約有多少船舶尚未安裝洗滌器?

根據瑞典金融服務集團SEB發布的一份新白皮書，預計到2020年1月1日之前，全球世界商船隊中約60,000多艘貨運船舶中，僅有約2,000艘有安裝洗滌器，少於3.3％。

目前船舶上安裝排氣清潔氣體系統（稱為洗滌器）投資報酬率如何?

洗滌器供應商 CR Ocean Engineering公司表示，每台引擎加裝洗滌器技術最多要 400 萬美元，強調可能同時也要改裝發動機，但是值得的，且會在2年內回本，因為合規燃料油的價格可能會比現行燃料油高3倍。但實際上由於現在市場低迷，許多業者很難投資符合新法規的設備與購買低污染的燃料油。

目前有哪些船舶用的燃料可以達到船舶低硫排放?

• 使用含硫量小於0.1%的船用低硫燃料油LSFO作為燃油。
• 使用船用重燃料油HFO並安裝洗滌器。
• 使用液化天然氣(Liquefied Natural Gas, LNG)作為燃料。

這三種方案的使用成本、減排效果、適用船型各有不同，很難簡單地說哪種方案是最好的，船東需根據船型特點、運營特點等作出合理選擇。

煉油業者所提供低硫燃料油(Low Sulfur Fuel Oil, LSFO)在船舶使用上是否有注意事項?

在石油煉解製程中的脫硫製程，是將高含量硫原油經由脫硫裝置(觸媒轉化器)，把硫含量降低下來，其中所使用觸媒是以氧化鋁或氧化矽為基質，油品在經由此程序時，會有微量的鋁(Al)、矽(Si)微粒與氯(Cl)殘留在燃油中，船舶在使用低硫燃料油LSFO時，檢測燃油中Cat Fines (Catalyst fines)的矽(Si)與鋁(Al)是必須的，來監控其含量，避免殘留矽(Si)與鋁(Al)微粒與微量氯(Cl)造成引擎故障。

如何利用XRF進行船舶運輸營運管理

在2020年之前，能邁科技在航運船舶低硫燃料規範上提供甚麼服務?

能邁科技已經在5年前就開發了兩種解決方案 移動式XRF 和 手持式XRF ，旨在幫助船舶運營商( 移動型XRF )和港口國( 手持式XRF )控制與監測船用油中硫(S)與油中氯(Cl)含量，並提升 移動型XRF 的能力，讓船舶運營商可同時做低硫燃料油LSFO的鋁(Al)與矽(Si)含量監測，以及船舶上潤滑油使用品質與壽命的監測，來增加船舶使用的壽命並降低維護費。

航運營業者是如何使用移動型XRF做船舶運營管理?

船舶在海上行駛，會因航運中的天氣、載重、海流、速度...等複雜因素，必須對船舶中各種機械運作的潤滑油功能品質做監控，以確保船舶內各項機械運作良好，並非以行駛的里程來做潤滑油的更換，實際案例如圖1：對船上機械潤滑油定期抽檢，監測鐵(Fe)的含量，可以更精準的發現，當船舶行駛在約900小時，就該更換新的潤滑油，非1000小時。

圖1.船舶發動機潤滑油鐵含量監測及更換油品時間

是否有國際標準方法可參考

是否有國際標準方法來支持使用XRF用於硫含量的分析?

港口測試機構使用XRF做油中硫(S)含量分析特別是在燃料分析方面，XRF一直是測試行業的主要工具之一，因為操作起來非常簡單、非常耐用、非常可靠，並且符合完善的油中硫(S)測試方法，如ASTM D4294或ISO8754。

除了燃料油中硫(S)含量外，XRF還能協助解決那些問題

XRF除了燃料油中硫(S)含量外，是否能包含其他項目分析，增加XRF在石化產業分析上附加價值?

目前能邁科技所提供的XRF設備，除了能分析燃料油中的硫含量，亦可分析油中氯含量，石油在通過脫蠟處理管道或通過其他設備操作使用氯化溶劑，而造成污染致產生了氯化合物，對煉油廠而言，在煉油過程中(通常會蒸餾成石腦油)，必須對原油中的有機氯化物和有機氟化物(鹵素化合物)做有效監測管理，避免過高濃度的氯(Cl)/氟(F)進入煉油製程內，導致精煉的過程與分餾時加入的氫反應形成酸性腐蝕的石油鹵化物，造成管線腐蝕及煉油中所使用的催化劑損壞。（參考文章：脫蠟原油中有機氯化物、有機氟化合物新分析方法使用XRF做鹵素化合物分析(ASTM D4929) 、移動式XRF-環境,油品專用(Mobile XRF) ）

XRF於油品元素分析上的注意要點

XRF在油品(回收廢油)元素分析上，是否有甚麼要注意(或限制)之處?

XRF為利用光的物理特性來分析材料的化學成分，因此，在光學上在做定量分析時常會有的干擾與限制有：

• XRF共元素干擾定量分析：當要同時做油中硫(S)與油中氯(Cl)的分析，若硫(S)濃度高至一定含量時將會干擾到氯(Cl)的定量分析。其解決方式有：
  

  

  
  

  圖2. 使用二次靶材分析鋁(Al)、矽(Si)、磷(P)、硫(S)、氯(Cl)，可降低背景(材料基質)干擾，減少靶材影響

  
  
  • 選擇高解析度的設備，若硫(S)與氯(Cl)濃度差異還很大。
  • 選擇二次靶材設備來改善元素間的干擾，以利獲得再現性好的定量結果。
  
  
• XRF設備分析油品(液體)中氯元素干擾

  原油在運輸傳送過程中，使用脫蠟劑(含有氯)或在石腦油提煉中製程使用氯化物，都會是油品中氯元素的來源，而氯在高溫的分餾(蒸餾)製程中會因高溫產生腐蝕性氯化合物造成管線腐蝕，使煉油設備腐蝕而產生洩漏危險。

  
  

  而氯(Cl)元素在XRF分析時，易受到環境(空氣中的氬氣)干擾、背景影響、X光管靶材(Rh)或硫(S)元素含量等干擾，因此在分析氯(Cl)元素時，需要謹慎評估。

  
  
  
  

  

  
  
  

  圖3.為國際標準方法ASTM D4929-17 使用XRF建立氯(Cl)元素檢量線，做原油中氯含量分析

  
  
  
  
  

  

  
  
  

  圖4. 直接靶材的XRFX光管靶材銠(Rh)對元素氯(Cl)分析的影響

  
  
  

若有興趣了解XRF分析原油(液體)中氯(Cl)化合物分析詳細資訊，可參考: ASTM D4929油品中有機氯化物、有機氟化合物新分析方法─XRF