CN101398420B - 含烃混合物碳含量的确定方法 - Google Patents

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Abstract

含烃混合物的碳含量值的确定方法。测定该含烃混合物的至少一种组成依赖整体性质，并非必要地测定至少一种非烃组合物的浓度，所得到的测量值用于碳含量关联式中，用于计算该含烃混合物的碳含量。该碳含量可以用于氢气和/或合成气制备方法，用于计算为了生成具有目标蒸汽/碳之比的混合原料而与该含烃混合物混合的蒸汽的目标流速。

Description

含烃混合物碳含量的确定方法
技术领域
本发明一般涉及氢气和/或合成气制备，更特别地涉及用于氢气和/或合成气制备的含烃原料碳含量的确定方法。 
背景技术
用于氢气和/或合成气制备工艺(例如蒸汽甲烷重整(SMR)、自热重整(ATR)和催化部分氧化(CPOX))的原料通常是含烃混合物，例如天然气，且可以包括炼厂废气。含烃混合物的性质之一是其碳含量。该碳含量用于在将混合原料引入氢气生成反应器之前确定为了形成混合原料而与该含烃混合物混合的蒸汽量。 
通过通常称作蒸汽/碳之比的控制参数来确定与该含烃混合物混合的蒸汽量。精确确定该含烃混合物的碳含量对于该氢气生成工艺是重要的，使得可以添加适当量的蒸汽。蒸汽量的不足会导致在氢气生成反应器中的催化剂上形成碳，由此导致碳沉积并降低催化剂的活性，而过多的蒸汽会降低该工艺的能量效率。 
通常，通过分析该含烃混合物的组成来确定碳含量。通常，通过质谱或气相色谱分析该化合物，其成本较高，且需要经常维修。此外，气相色谱会导致时间延迟，因此在含烃混合物已经引入到该氢气生成工艺中之前无法检测到组合物中的任何突然改变。 
因此，由于测量的时间延迟，通常保守设定该蒸汽/碳之比，以提供比氢气生成工艺所需更多的蒸汽。这样，在付出能量效率的代价下可以避免在催化剂上生成碳。 
将需要提供具有较低成本和较低的维修费用，优选具有很少或没有时间延迟的碳含量测试方法。 
为了避免组分分析的成本和维修费用，已经进行了使用不用组分分析的方法的尝试。 
一种方法是假设该含烃混合物的固定碳含量，例如当该组合物在小范围内改变时，例如当该含烃混合物是天然气时。由于低估碳含量 可能导致在催化剂上生成碳，因此该假定的碳含量通常根据由离线组分分析确定的该含烃混合物的历史组成来进行保守选择。因此，该蒸汽/碳之比通常大于所需值，导致该氢气生成工艺的能量效率降低。如果该含烃混合物的碳含量升高到其历史范围之上，那么催化剂也存在风险。 
另一种方法是基于对该含烃混合物的密度或分子量的测定。用于测定密度或分子量的传感器通常与质谱和气相色谱相比较为廉价，而且需要较少的维修。 
含烃混合物的碳含量与密度或分子量之间的关联式可以根据该含烃混合物的历史组成数据来建立。这种方法比使用该含碳混合物的固定碳含量更为适用。由于不同烃的比例改变而造成碳含量的改变会造成密度或分子量的改变，因此关联式将使用这种改变来提供该含烃混合物的碳含量的更精确的估计值。 
图1示出了直链烷烃(甲烷到己烷)、氮气、一氧化碳、二氧化碳和氢气的分子量作为碳数的函数曲线。图1示出了对于烷烃，其分子量与碳数之间具有良好的线性相关性。在该关联式中，氢气也可以包括在烷烃中。由于线性关系，因此这些烷烃和氢气构成混合物时，可以使用分子量的测量来确定碳数。 
由于计算碳数的精度取决于分子量的精度，因此将需要提供分子量的精确测量。 
使用密度或分子量的问题在于密度和分子量也取决于该含烃混合物中的非烃组分，例如氮气、氩气、二氧化碳、一氧化碳和水。如果这些非烃组分的含量显著变化，那么在由该关联式计算的碳含量中会造成较大的误差。如果非烃组分的含量超出开发该关联式时的历史范围之外，那么该关联式会变得非常不可靠。 
将需要提供精确的碳含量树脂，使得可以更不保守地设定蒸汽/碳之比，由此放置在催化剂上生成碳，且提高能量效率。 
本发明地方法解决了用改进的精度和响应时间确定含烃混合物的碳含量的长期需求，由此使得可以定位于更不保守的蒸汽/碳之比。 
相关公开包括日本专利申请号08-291195、美国专利号6758101和欧洲专利申请号EP1213566。
发明内容
本发明涉及含烃混合物碳含量的确定方法。 
在含烃混合物碳含量的确定方法的第一实施方式中，该方法包括测定该含烃混合物的第一组成依赖整体性质(composition-dependent bulk property)，以确定第一组成依赖整体性质值；和使用至少该第一组成依赖整体性质值在碳含量关联式(carbon content correlation)中计算碳含量值。该第一组成依赖整体性质选自低热值(lower heating value)、高热值(higher heating value)、导热系数(thermal conductivity)、粘度、摩尔热容、比热容(即基于质量的热容)和声速。 
依照第一实施方式的方法可以进一步包括测定该含烃混合物中至少一种非烃组分的浓度，以确定非烃组分浓度值，其中该计算碳含量值的步骤进一步将该非烃组分浓度值用于该碳含量关联式中。该至少一种非烃组分可以选自氮气、一氧化碳和二氧化碳。 
除了或代替测定至少一种非烃组分的浓度，依照第一实施方式的方法还可以进一步包括测定该含烃混合物的第二组成依赖整体性质，以确定第二组成依赖整体性质值，其中该计算碳含量值的步骤进一步将该第二组成依赖整体性质值用于该碳含量关联式中。 
在第一实施方式中，该碳含量关联式可以是第一组成依赖整体性质和第二组成依赖整体性质的多变量函数。 
该碳含量值可以是碳数值。该碳含量值可以是碳因子值。 
在第一实施方式中，该第二组成依赖整体性质可以选自低热值、高热值、导热系数、粘度、分子量、密度、摩尔热容、比热容和声速。 
在第一实施方式中，该碳含量关联式可以是第一组成依赖整体性质和第二组成依赖整体性质的线性函数。 
在第一实施方式中，该第一组成依赖整体性质可以是高热值或低热值，该第二组成依赖整体性质可以是分子量。 
在第一实施方式中，该第一组成依赖整体性质可以是高热值或低热值，该第二组成依赖整体性质可以是摩尔热容。 
在第一实施方式中，该第一组成依赖整体性质可以是高热值或低热值，该第二组成依赖整体性质可以是导热系数。 
在第一实施方式中，该第一组成依赖整体性质可以是高热值或低热值，该第二组成依赖整体性质可以是粘度。 
在第一实施方式中，该第一组成依赖整体性质可以是高热值或低热值，该第二组成依赖整体性质可以是声速。 
在第一实施方式中，该第一组成依赖整体性质可以是粘度并且该第二组成依赖整体性质可以是分子量。 
在第一实施方式中，该第一组成依赖整体性质可以是粘度，该第二组成依赖整体性质可以是声速。 
依照第一实施方式的碳含量值的确定方法可以进一步包括测定该含烃混合物的第三组成依赖整体性质，以确定第三组成依赖整体性质值，其中该碳含量值的计算步骤进一步将该第三组成依赖整体性质值用于该碳含量关联式中。 
在含烃混合物碳含量的确定方法的第二实施方式中，该方法包括将固定质量的参考气体容纳在固定体积的容器中，该参考气体具有参考气体温度和参考气体压力；测定该含烃混合物的密度以确定该含烃混合物在第一温度和第一压力下的密度值，该第一温度等于该参考气体温度，该第一压力等于该参考气体压力；和在碳含量关联式中使用该含烃混合物的至少该密度值计算该碳含量值。 
依照第二实施方式的方法可以进一步包括测定该含烃混合物中至少一种非烃组分的浓度，以确定非烃组分浓度值，其中该计算碳含量值的步骤进一步将该非烃组分浓度值用于该碳含量关联式中。该至少一种非烃组分可以选自氮气、一氧化碳和二氧化碳。 
除了或代替测定至少一种非烃组分的浓度，依照第二实施方式的方法还可以进一步包括测定该含烃混合物的第二组成依赖整体性质，以确定第二组成依赖整体性质值，其中该计算碳含量值的步骤进一步将该第二组成依赖整体性质值用于该碳含量关联式中。 
在第二实施方式中，该碳含量关联式可以是密度和第二组成依赖整体性质的多变量函数。 
在第二实施方式中，该第二组成依赖整体性质可以选自低热值、高热值、导热系数、粘度、摩尔热容、比热容和声速。 
在第二实施方式中，该碳含量关联式可以是密度和第二组成依赖整体性质的线性函数。 
在第二实施方式中，该第二组成依赖整体性质可以是高热值、低热值和粘度其中之一。 
在第二实施方式中，该碳含量值的确定方法可以进一步包括测定该含碳混合物的第三组成依赖整体性质，以确定第三组成依赖整体性质值，其中该碳含量值的计算步骤将该第三组成依赖整体性质用于该碳含量关联式中。 
本发明还涉及使用含烃混合物碳含量值的确定方法的第一实施方式和/或使用含烃混合物碳含量值的确定方法的第二实施方式制备用于氢气或合成气制备的混合原料的方法。 
在混合原料的制备方法的第一实施方式中，该混合原料的制备方法包括测定含烃混合物的第一流速，由此得到测定流速值；测定该含烃混合物的第一整体性质以确定第一整体性质值，该第一混合物依赖整体性质选自低热值、高热值、导热系数、粘度、摩尔热容、比热容和声速；使用至少该第一整体性质值在碳含量关联式中计算碳含量值；选择混合原料的所需蒸汽/碳之比；使用测定流速和碳含量值计算达到该混合原料的所需蒸汽/碳之比所需的含蒸汽原料的目标流速，该含蒸汽原料具有含蒸汽原料流速；调节该含蒸汽原料流速，使得该含蒸汽原料流速更接近或等于该目标流速，由此得到调节流速；和将第一流速的含烃混合物和调节流速的含蒸汽原料混合形成混合原料。 
在混合原料的制备方法的第一实施方式中，该混合原料的制备方法可以进一步包括测定该含烃混合物中至少一种非烃组分的浓度，以确定非烃组分浓度值，和其中该计算碳含量值的步骤进一步将该非烃组分浓度值用于该碳含量关联式中。 
在混合原料的制备方法的第一实施方式中，该混合原料的制备方法可以另外或替代地进一步包括测定该含烃混合物的第二整体性质，以确定第二整体性质值，和其中该计算碳含量值的步骤进一步将该第二整体性质值用于该碳含量关联式中。 
该混合原料的制备方法的第一实施方式可以包括任何对于含烃混合物碳含量值的确定方法的第一实施方式所公开的特别特征。 
在混合原料的制备方法的第二实施方式中，该混合原料的制备方法包括测定含烃混合物的第一流速，由此得到测定流速；将固定质量的参考气体容纳在固定体积的容器中，该参考气体具有参考气体温度和参考气体压力；测定该含烃混合物的密度以确定该含烃混合物在第一温度和第一压力下的密度值，该第一温度等于该参考气体温度，该 第一压力等于该参考气体压力；在碳含量关联式中使用该含烃混合物的至少该密度值计算该碳含量值；选择混合原料的所需蒸汽/碳之比；使用测定流速和碳含量值计算达到该混合原料的所需蒸汽/碳之比所需的含蒸汽原料的目标流速，该含蒸汽原料具有含蒸汽原料流速；调节该含蒸汽原料流速，使得该含蒸汽原料流速更接近或等于该目标流速，由此得到调节流速；和将第一流速的含烃混合物和调节流速的含蒸汽原料混合形成混合原料。 
在混合原料的制备方法的第二实施方式中，该混合原料的制备方法可以进一步包括测定该含烃混合物中至少一种非烃组分的浓度，以确定非烃组分浓度值，和其中该计算碳含量值的步骤进一步将该非烃组分浓度值用于该碳含量关联式中。 
在混合原料的制备方法的第二实施方式中，该混合原料的制备方法可以另外或替代地进一步包括测定该含烃混合物的第二整体性质，以确定第二整体性质值，和其中该计算碳含量值的步骤进一步将该第二整体性质值用于该碳含量关联式中。 
该混合原料的制备方法的第二实施方式可以包括任何对于含烃混合物碳含量值的确定方法的第二实施方式所公开的特别特征。 
附图简述
图1是分子量对碳数的曲线。 
图2是高热值对碳数的曲线。 
图3是摩尔热容作为碳数的函数的曲线。 
图4是导热系数作为碳数的函数的曲线。 
图5是粘度作为碳数的函数的曲线。 
图6是声速作为碳数的函数的曲线。 
图7是用于执行含烃混合物碳含量值测定方法的示例性装置的示意图。 
图8是用于执行混合原料制备方法的示例性装置的示意图。 
图9是用于执行含烃混合物碳含量值测定方法的示例性装置的示意图。 
图10是用于执行混合原料制备方法的示例性装置的示意图。 
具体实施方式
当应用于说明书和权利要求中描述的本发明的实施方式中中的任何特征时，此处所用的不定冠词“a”和“an”表示一个或多个。“a”和“an”并不用于将其含义限定到单一特征，除非特别声明这种限定。在单数或复数名称或词组之前的定冠词“the”表示一个或多个特别的特定特征，根据所用的上下文，其可以具有单数或复数含义。形容词“any”表示任意数量不加选择的一个、一些或所有。 
为了简要和清楚起见，省略了对公知的装置、线路和方法的详细描述，以使不会用不必要的细节造成本发明描述的不清楚。 
本发明涉及含烃混合物碳含量值的确定方法。 
含烃混合物是包含至少一种烃的流体混合物。该含烃混合物可以由天然气和/或炼厂废气制成。该含烃混合物可以包含各种烃，以及非烃，例如氢气、氮气、氩气、二氧化碳、一氧化碳、水蒸汽和各种气体。 
此处所用的含烃混合物的碳含量是在该含烃混合物中包含的碳的相对含量的任意亮度，适用于确定或控制用于氢气生产系统的混合原料的蒸汽/碳之比。以摩尔计的碳数和以质量计的碳数是碳含量的实例，也是氢气生产和/或合成气生产领域中常用的参数。混合原料是适用于引入氢气生产工艺中的分子组分的任意混合物，该混合物由至少一种含烃混合物和含蒸汽原料制成。 
此处所用的氢气制备包括合成气制备。 
碳含量值可以是碳数值。碳数Nc定义为在一摸而的含烃混合物中与所有烃有关的碳原子的总摩尔数。例如，包含90摩尔％甲烷、5摩尔％乙烷和5摩尔％氮气的含烃混合物的碳数将为1，即： 
( 90 % × 1 moleC 1 moleC H 4 + 5 % × 2 moleC 1 mole C 2 H 6 + 5 % × 0 moleC 1 mole N 2 = 1.0 )
碳含量值可以是碳因子数。碳因子F定义为每单位质量含烃混合物中所有烃相关的碳源自的质量。例如，包含0.90质量分数甲烷、0.05质量分数乙烷和0.05质量分数氮气的含烃混合物的碳因子将为0.715，即： 
( 0.90 × 12 gC 16 gC H 4 + 0.05 × 24 gC 30 g C 2 H 6 + 0.05 × 0 gC 28 g N 2 = 0.715 )
碳含量值是对于特定含烃混合物组合物的碳含量的表示值。例如，包含90摩尔％甲烷、5摩尔％乙烷和5摩尔％氮气的含烃混合物的碳含量值是为1的碳数。 
组成依赖整体性质定义为根据各种混合物成分的浓度而变化的流体混合物的任何强度物理性质。流体混合物的强度性质是不依赖流体混合物量的该流体混合物的物理性质。低热值、高热值、导热系数、粘度、分子量、密度、摩尔热容、比热容和声速都是组成依赖整体性质的实例。可以在不需过多实验的情况下选择适合的组成依赖整体性质。 
组成依赖整体性质值是与特定含烃混合物组合物的组成依赖整体性质相关的表示值。组成依赖整体性质值可以具有任意适合的单位，以及可以使用常规S.I.单位与该组成依赖整体性质的数值成正比或反比。组成依赖整体性质值也可以是取决于用于测定该组成依赖整体性质的传感器和/或测定装置的自然形式的数值。第一组成依赖整体性质值是与特定含烃混合物组合物的第一组成依赖整体性质相关的表示值。第二组成依赖整体性质值是与特定含烃混合物组合物的第二组成依赖整体性质相关的表示值。第三组成依赖整体性质值是与特定含烃混合物组合物的第三组成依赖整体性质相关的表示值。 
高热值，也称作总热值，是特定量的燃烧和化学计量精确量的空气的燃烧得到的总热量，两者在燃烧开始时都为60℉，在测定放热之前将燃烧产物冷却到60℉。高热值的单位为BTU/1bmol或等效单位，例如焦耳/kgmol。 
低热值，也称作净热值，是总热值减去在包含元素氢(例如氢气、甲烷、丙烷等)的燃料中组分燃烧生成的水蒸汽的蒸发潜热。低热值与高热值以相同单位表示。 
此处所用的关联式是任何描述变量之间关系的数学函数或方程。关联式通常描述作为一个或多个独立变量的函数的因变量。 
碳含量关联式是碳含量作为一个或多个组成依赖整体性质和/或一种或多种组分的浓度的函数的关联式。 
在含烃混合物碳含量值的确定方法的第一实施方式中，该方法包括测定该含烃混合物的第一组成依赖整体性质以确定第一组成依赖整体性质值。该第一组成依赖整体性质选自低热值、高热值、导热系 数、粘度、摩尔热容、比热容和声速。 
依照第一实施方式的方法还包括在碳含量关联式中使用至少该第一组成依赖整体性质值计算碳含量值。该碳含量值可以明显计算出或作为另一计算的一部分。如果该碳含量值直接或间接依赖于该第一组成依赖整体性质值时，“使用”该第一组成依赖整体性质值。 
图2显示了对于直链烷烃(甲烷到己烷)、氢气、一氧化碳、氮气和二氧化碳的高热值HHV作为碳数Nc的函数的曲线图。如图2中所示，氢气和一氧化碳可以方便地与烃一起关联。如果该含烃混合物包含少量或几乎常量的其它非烃组分，那么可以使用高碳值来提供碳含量的适合关联式。碳含量和高热值的关联式可以考虑氢气和一氧化碳在含烃混合物中的存在，与氢气和一氧化碳的量或相对量无关。该关联式特别适用于包含大量氢气和一氧化碳的含烃混合物(例如炼厂废气)。 
图3显示了对于直链烷烃(甲烷到己烷)、氢气、一氧化碳、氮气和二氧化碳的摩尔热容作为碳数Nc的函数的曲线图。图3显示氢气、一氧化碳和氮气近似遵循烃的碳数和摩尔热容之间的关联式。氢气、一氧化碳和氮气可以方便地与烃一起关联。如果该含烃混合物包含少量或几乎常量的其它非烃组分，那么可以使用摩尔热容来提供碳含量的适合关联式。碳含量和摩尔热容的关联式可以考虑氢气、一氧化碳和氮气在含烃混合物中的存在，与氢气、一氧化碳和氮气的量或相对量无关。 
基于摩尔热容的碳含量关联式特别适用于包含大量氢气、一氧化碳和氮气的含烃混合物，例如在使用具有可变量的氢气和一氧化碳的炼厂废气时，或在使用具有可变量的氮气的天然气时可能的情况。基于摩尔热容的碳含量关联式仍适用于包含二氧化碳的含烃混合物，只要二氧化碳的浓度较小或几乎为常数即可。 
图4显示了对于直链烷烃(甲烷到己烷)、氢气、一氧化碳、氮气和二氧化碳的导热系数作为碳数Nc的函数的曲线图。可能存在基于导热系数的碳含量关联式适用的特殊情况，例如当一氧化碳、二氧化碳和氮气的总浓度基本为常数且只要这行组分的比例变化时。在氢气浓度基本为常数时基于导热系数的碳含量关联式也会是适用的。 
图5显示了对于直链烷烃(甲烷到己烷)、氢气、一氧化碳、氮 气和二氧化碳的粘度作为碳数Nc的函数的曲线图。一氧化碳、二氧化碳和氮气可以方便地与烃一起关联。如果该含烃混合物包含少量或几乎常量的其它非烃组分，那么可以使用粘度来提供碳含量的适合关联式。碳含量和粘度的关联式可以考虑一氧化碳、二氧化碳和氮气在含烃混合物中的存在，与一氧化碳、二氧化碳和氮气的量或相对量无关。 
图6显示了对于直链烷烃(甲烷到己烷)、氢气、一氧化碳、氮气和二氧化碳的声速作为碳数Nc的函数的曲线图。基于声速的碳含量关联式可能适用于特殊情况的含烃混合物。 
在含烃混合物碳含量值的确定方法的第二实施方式中，该方法包括将固定质量的参考气体容纳在固定体积的容器中，其中该参考气体具有参考气体温度和参考气体压力。该参考气体可以是任意分子量已知的适合气体。该参考气体可以是气体混合物或纯组分。其分子量可以通过测定各种混合物组分的摩尔份数然后使用适合的混合物规则计算混合物的分子量而确定。当该含烃混合物主要包含甲烷时，该参考气体可以时甲烷。需要使用与该含烃混合物具有相似的压缩系数Z的参考气体。 
此处所用的固定体积容器是一旦充满参考气体其体积改变小于除湿体积的1％的容器。 
依照第二实施方式的方法进一步包括测定该含烃混合物的密度以确定该含烃混合物在第一温度和第一压力下的密度值，其中该第一温度等于该参考气体温度，该第一压力等于该参考气体压力。如此处所用，如果经已校准的热电偶(例如100欧姆的铂、α0.00385欧姆/欧姆/℃电阻温度装置(RTD)，例如可获自Rosemount)测定其在参考气体温度的2℃范围之内，那么该第一温度等于参考气体温度。如此处所用，如果经已校准的压力传感器(例如Rosemount3051或1151)测定其在参考气体压力的7kPa范围内，那么该第一压力等于参考气体压力。为了执行依照依照第二实施方式的方法，不需要测定含烃混合物的温度或压力，也不需要测定参考气体的温度或压力。 
可以通过任何方式(例如通过使该含烃混合物与该参考气体传热连接)使该含烃混合物的温度等于参考气体温度。可以通过本领域中已知的任何方式(例如通过适当的流动限制和/或隔膜)使该含烃混合 物的压力等于参考气体温度。美国专利号3916672公开了用于使含烃混合物的温度等于参考气体温度且使含烃混合物的压力等于参考气体压力的装置。 
美国专利号3916672的装置将含烃混合物的温度和压力保持与参考气体相等，与含烃混合物获得的来源的压力变化无关。周围温度变化以同样程度影响参考气体和含烃混合物，因此对密度测定没有影响，因为管道中样品气体的温度变化的影响补偿了对由参考气体的温度变化造成的含烃混合物的压力变化的密度测定的影响。 
该密度值可以由任何适合的产生表示气体密度的输出信号的密度感应装置得到。该密度值可以由现有技术中的任何适合的密度计测定，例如振动元件传感器、电容传感器或核传感器。该密度计可以是振动管密度计。 
振动元件传感器定义为任何具有振动结构的传感器。已知在振动密度计中，在浸渍在流体中时如果在共振频率时结构发生振动，那么可以通过测定该共振频率确定所述流体的密度。振动元件可以是美国专利号3677067中所述的叶片、美国专利号4526480中所述的音叉、美国专利号6029501中所述的筒体、美国专利号4535638中所述的双杆双底谐振器或双杆单底谐振器，或者现有技术中已知的任何其它振动元件。该振动元件(例如音叉和叶片)可以位于待测流体周围，或者该流体可以在该振动元件(例如管)内部流动。美国专利号3426593、3715912、4574639、4644796、4644803中也描述了振动元件的实例。 
电容传感器定义为任何感应流体介电性质的传感器。美国专利号3421077、3903478、4835456和5027076中描述了电容传感器的实例。 
核传感器定义为任何使用辐射源和检测器的传感器。该辐射可以是美国专利号4277681中的x射线、美国专利号5166964和2898466中的γ射线(γ-射线)、美国专利号4582991中的种子、美国专利号2757290中的β-射线或现有技术中已知的其它辐射源。美国专利号2763790、2968729、2922888、3196271和6548814中也讨论了核(也称作辐射式)感应器。 
密度值是直接关于特定含烃混合物组合物的密度的表示值。该密度值可以具有任意适合的单位，以及可以使用常规S.I.单位与该密度的数值成正比或反比。密度值也可以是取决于用于测定密度的传感器 和/或测定装置的自然形式的数值。例如，如果使用振动管密度计，那么该密度值可以表示为频率(Hz)。 
从以下讨论中，对与参考气体具有相同温度和压力的密度值的测定的有用性将变得显而易见。 
比重SG的定义为： 
SG = ρ s ρ r                                 (方程1) 
其中ρs是样品(含烃混合物)的密度，ρr是参考气体的密度。 
对于气体： 
ρ = M n V = M P RTZ                             (方程2) 
其中M是分子量，n是气体的摩尔数，V是体积，P是压力，R是气体常数，T是温度，Z是压缩系数。 
将样品气体和参考气体的方程2代入方程1，得到： 
SG = ρ s ρ r = P s M s T r Z r P r M r T s Z s                           (方程3) 
其中下标s表示样品气体的性质，下标r表示参考气体的性质。 
按照依照第二实施方式的方法，在与参考气体温度相同的温度下(即Tr＝Ts)测定该含烃混合物(样品气体)的密度。而且在与参考气体压力相同的压力下(即Pr＝Ps)测定该含烃混合物的密度。如前面所讨论的，需要选自与该含烃混合物具有基本相同的压缩系数的参考气体，那么Zr＝Zs。在这种情况下， 
SG = M s M r                                     (方程4) 
对于参考气体，因为分子量已知并固定，因此密度ρr是常数，质量也固定并是常数，且体积也固定并是常数，用常数
Figure G2008101687311D00125
表示密度。将方程4和  ρ r = 1 K r 代入方程1，得到： 
Ms＝MrKrρs                   (方程5) 
该含烃混合物的分子量与该含烃混合物的密度值成正比。
依照第二实施方式的方法还包括在碳含量关联式中使用至少该密度值计算碳含量值。该碳含量值可以明显计算出或作为另一计算的一部分。如果该碳含量值直接或间接依赖于密度值时，“使用”该密度值。 
依照第一实施方式的方法和依照第二实施方式的方法可以进一步包括测定至少一种非烃组分的浓度以确定非烃组分浓度值。在计算碳含量值的步骤中，当测定至少一种非烃组分的浓度时，将该非烃组分浓度值用于碳含量关联式中。该至少一种非烃组分可以选自氮气、一氧化碳和二氧化碳。 
可以使用各种方式测定各种非烃组分的浓度。例如，对于氢气，COSA/Xentaur提供了商业Continuous Hydrogen Analyzer(CHA)。该装置具有电化学传感器，能产生直接相当于氢气浓度的连续信号。对于一氧化碳和/或二氧化碳，Servomex提供了连续分析仪，例如Servomex1440Gas Analyzer，其使用单光束单波长红外技术来选择性测定一氧化碳和/或二氧化碳。对于氮气、氢气、一氧化碳和/或二氧化碳，可以使用气相色谱来测定这些组分的浓度。气相色谱是由多个公司提供的，包括Perkin Elmer。美国专利号7010433也公开了对含烃混合物中氮气和二氧化碳浓度的测定方法。 
使用非烃组分浓度值的碳含量关联式可以以多种方式表达。 
碳数关联式可以表达烃和可以方便地归到烃一类的其它组分。例如，在使用高热值的关联式中可以将氢气和一氧化碳方便地与烃归为一类。剩余组分(在该实例中为氮气和二氧化碳)被认为是异常(outlier)组分。在依照第二实施方式的方法中，例如在使用分子量或密度的关联式中可以将氢气方便地与烃归为一类。剩余组分(在该实例中为氮气、一氧化碳和二氧化碳)被认为是异常(outlier)组分。烃和非异常组分的关联式在此称作主要碳数关联式，可以写为： 
N c o = a 1 × P HC + c 1                               (方程6) 
其中
Figure G2008101687311D00132
是主碳数，ρHC是烃组分和非异常组分的组成依赖整体性质，a1是回归分析确定的系数，C1是回归分析确定的常数。 
可以由各种混合规则对组成依赖整体性质进行近似，例如：
P = ( 1 - Σ i y i ) × P HC + Σ i y i × P i                (方程7) 
其中P是整个混合物的组成依赖整体性质，yi是异常组分i的摩尔分数，Pi是异常组分i的纯组分性质。 
含烃混合物的碳数可以由下式计算： 
N c = ( 1 - Σ i y i ) × N c o                          (方程8) 
代入并重排，得到碳数作为测定的组成依赖整体性质P和异常组分摩尔份数的yi的函数： 
N c = a 1 × ( P - Σ i y i P i ) + c 1 × ( 1 - Σ i y i )          (方程9) 
然后可以使用方程9由该组分依赖整体性质的测定值和一种或多种异常组分的摩尔份数计算碳数。 
也可以表达在碳含量关联式中使用非烃组分浓度值的替代行方法。上述实例用于描述目的，并不意于限制权利要求的范围。 
依照第一实施方式的方法和依照第二实施方式的方法可以进一步包括测定该含烃混合物的第二组成依赖整体性质，以确定第二组成依赖整体性质值。在计算碳含量值的步骤中，当测定了第二组成依赖整体性质时，在碳含量关联式中使用该第二组成依赖整体性质值。 
在该方法的第一实施方式中，该第二组成依赖整体性质是与第一组成依赖整体性质不同的组成依赖整体性质。例如，如果该第一组成依赖整体性质选择为高热值，那么第二组成依赖整体性质就不是高热值。可以在不需要过度实验的情况下选择适合的成对的组合物组合整体性质。 
在该方法的第二实施方式中，该第二组成依赖整体性质是与密度或分子量不同的组成依赖整体性质。在该方法的第二实施方式中，密度或分子量是第一组成依赖整体性质。第二组成依赖整体性质可以选自低热值、高热值、导热系数、粘度、摩尔热容、比热容和声速。可以在不需要过度实验的情况下选择适合的成对的组合物组合整体性质。 
组成依赖整体性质的测定方法可以由本领域中已知的任何适合 的传感器进行。例如，热值可以由COSA Instrument Corporation的COSA9600测定。导热系数可以由Servomex K1550导热系数分析仪测定。热容可以由量热法和/或用Kundt的管子的音速测定方法测定。粘度可以由毛细管粘度计测定。美国专利号5467637中公开了声速的测定方法。本领域的技术人员能够选择适合的传感器。 
整体性质测定可以使用直接或推论技术。测定包括用于产生表示该整体性质的输出信号的任何步骤。例如，可以通过实际测定如在振动管密度计中的振动管的频率来测定密度。该组成依赖整体性质值可以是直接关于该含烃混合物的密度的频率。在其它几种替代方式中，可以使用频率来计算常规S.I.单位的该含烃混合物的密度。 
依照第一实施方式的方法可以包括在碳含量关联式中使用至少第一组成依赖整体性质值和第二组成依赖整体性质值计算碳含量值。该碳含量值可以明显计算出或作为另一计算的一部分。如果该碳含量值直接或间接依赖于该第一组成依赖整体性质值和第二组成依赖整体性质值时，“使用”该第一组成依赖整体性质值和第二组成依赖整体性质值。 
依照第二实施方式的方法可以包括在碳含量关联式中使用至少密度值和第二组成依赖整体性质值计算碳含量值。该碳含量值可以明显计算出或作为另一计算的一部分。如果该碳含量值直接或间接依赖于该密度值和第二组成依赖整体性质值时，“使用”该密度值和第二组成依赖整体性质值。 
该碳含量关联式可以涉及两种或多种组成依赖整体性质。为了便于应用，该碳含量关联式将碳含量值描述为因变量，将该两种或多种组成依赖整体性质描述为独立变量。 
在依照第一实施方式的方法中，该碳含量关联式可以是第一组成依赖整体性质和第二组成依赖整体性质的函数。该碳含量关联式可以是描述碳含量和第一组成依赖整体性质和第二组合物依赖整体之间之间关系的单函数。 
在依照第二实施方式的方法中，该碳含量关联式可以是密度或分子量和第二组成依赖整体性质的函数。该碳含量关联式可以是描述碳含量和密度或分子量和第二组合物依赖整体之间之间关系的单函数。 
在依照第一实施方式的方法中，该碳含量关联式可以包括第一组 成依赖整体性质和第二组成依赖整体性质和非必要的其它组成依赖整体性质的多变量函数。 
在依照第二实施方式的方法中，该碳含量关联式可以包括密度或分子量和第二组成依赖整体性质和非必要的其它组成依赖整体性质的多变量函数。 
多变量函数是其中因变量不由各种独立变量的单独和独立函数关联。单独函数是将因变量关联到一个独立变量而不考虑其它独立变量的函数。例如，碳含量可以仅与第一组成依赖整体性质关联，以及单独与第二组成依赖整体性质关联。这种实例将不表示多变量函数。 
在依照第一实施方式的方法中，该碳含量关联式可以是第一组成依赖整体性质的线性函数和第二组成依赖整体性质的线性函数。例如，以碳数Nc表示的碳含量可以具有以下函数形式： 
Nc＝b1×ρ+b2×Q+b3                        (方程10) 
其中P是第一组成依赖整体性质，Q是第二组成依赖整体性质，b1和b2是回归分析所确定的系数，b3是回归分析所确定的常数。 
该线性函数是多变量函数的实例。碳含量在同一个方程中涉及第一组成依赖整体性质和第二组成依赖整体性质。 
在依照第二实施方式的方法中，碳含量关联式可以是密度或分子量的线性函数和第二组成依赖整体性质的线性函数。在该实例中，方程10中的P是密度或分子量。 
可以以多种不同方式建立碳含量关联式。可以使用来自氢气生产工艺的含烃混合物的实际样品和这些样品的组成依赖整体性质的实际测量值建立碳含量关联式。可以使用含烃混合物的实际样品和整体性质模拟建立碳含量关联式。可以使用含烃混合物的假设样品和整体性质模拟建立碳含量关联式。 
对于依照第一实施方式的方法，可以以如下方法建立碳含量关联式：取多个含烃混合物样品；通过组成分析确定该多个含烃混合物样品的碳含量值，由此形成碳含量值序列；测定该多个含烃混合物样品的第一组成依赖整体性质，以得到第一组成依赖整体性质值阵列；非必要地测定该多个含烃混合物样品的第二组成依赖整体性质，以得到非必要的第二组成依赖整体性质值阵列；和将碳含量值序列与该第一 组成依赖整体性质值序列和非必要的第二组成依赖整体性质值序列相关联以形成碳含量关联式。该碳含量关联式可以是第一组成依赖整体性质和第二组成依赖整体性质的多变量函数的形式。 
对于依照第二实施方式的方法，可以以如下方法建立碳含量关联式：取多个含烃混合物样品；通过组成分析确定该多个含烃混合物样品的碳含量值，由此形成碳含量值序列；测定该多个含烃混合物样品的密度，以得到密度值阵列；和将碳含量值序列与该密度值序列相关联以形成碳含量关联式。 
对于在第二实施方式中使用第二组成依赖整体性质的实例，可以以如下方法建立碳含量关联式：取多个含烃混合物样品；通过组成分析确定该多个含烃混合物样品的碳含量值，由此形成碳含量值序列；测定该多个含烃混合物样品的密度，以得到密度值阵列；测定该多个含烃混合物样品的第二组成依赖整体性质，以得到非必要的第二组成依赖整体性质值阵列；和将碳含量值序列与该密度值序列和非必要的第二组成依赖整体性质值序列相关联以形成碳含量关联式。该碳含量关联式可以是密度和第二组成依赖整体性质的多变量函数的形式。 
用于产生关联式的数据可以获自氢气生产装置。可以用用于测定第一组成依赖整体性质或密度的传感器和非必要的用于测定第二组成依赖整体性质的传感器原位测定该含烃混合物，收集样品用于离线成分分析。可替代地，可以收集样品，离线进行测定和分析。 
对于依照第一实施方式的方法，可以以如下方法建立碳含量关联式：从氢气生产装置中取多个含烃混合物样品；通过组成分析确定该多个含烃混合物样品的样品组成和碳含量值，由此形成碳含量值序列；使用样品组合物的整体性质模拟由组成分析计算第一组成依赖整体性质值序列；使用样品组合物的整体性质模拟由组成分析计算第二组成依赖整体性质值序列；和将碳含量值序列与该第一组成依赖整体性质值序列和第二组成依赖整体性质值序列相关联以形成碳含量关联式。该碳含量关联式可以是第一组成依赖整体性质和第二组成依赖整体性质的多变量函数的形式。 
对于依照第二实施方式的方法，可以以如下方法建立碳含量关联式：从氢气生产装置中取多个含烃混合物样品；通过组成分析确定该多个含烃混合物样品的样品组成和碳含量值，由此形成碳含量值序 列；使用样品组合物的整体性质模拟由组成分析计算密度值序列；和将碳含量值序列与该密度值序列相关联以形成碳含量关联式。 
对于依照第二实施方式的方法，可以以如下方法建立碳含量关联式：从氢气生产装置中取多个含烃混合物样品；通过组成分析确定该多个含烃混合物样品的样品组成和碳含量值，由此形成碳含量值序列；使用样品组合物的整体性质模拟由组成分析计算密度值序列；使用样品组合物的整体性质模拟由组成分析计算第二组成依赖整体性质值序列；和将碳含量值序列与该密度值序列和第二组成依赖整体性质值序列相关联以形成碳含量关联式。该碳含量关联式可以是密度和第二组成依赖整体性质的多变量函数的形式。 
该多个含烃混合物样品可以覆盖期望组合物的最宽范围，以提供最适合的关联式。 
对于依照第一实施方式的方法，可以以如下方法建立碳含量关联式：指定多个代表来自氢气生产装置的适当范围的期望混合组合物的假定混合组合物；计算该多个假定混合组合物的碳含量值，由此形成碳含量值序列；使用该多个假定混合组合物的整体性质模拟计算第一组成依赖整体性质值序列；使用该多个假定混合组合物的整体性质模拟计算第二组成依赖整体性质值序列；和将碳含量值序列与该第一组成依赖整体性质值序列和第二组成依赖整体性质值序列相关联以形成碳含量关联式。该碳含量关联式可以是第一组成依赖整体性质和第二组成依赖整体性质的多变量函数的形式。 
对于依照第二实施方式的方法，可以以如下方法建立碳含量关联式：指定多个代表来自氢气生产装置的适当范围的期望混合组合物的假定混合组合物；计算该多个假定混合组合物的碳含量值，由此形成碳含量值序列；使用该多个假定混合组合物的整体性质模拟计算密度值序列；和将碳含量值序列与该密度值序列相关联以形成碳含量关联式。 
对于依照第二实施方式的方法，可以如以下方法建立碳含量关联式：规定多个代表来自氢气生产装置的适当范围的期望混合组合物的假定混合组合物；计算该多个假定混合组合物的碳含量值，由此形成碳含量值序列；使用该多个假定混合组合物的整体性质模拟计算密度值序列；使用该多个假定混合组合物的整体性质模拟计算第二组成依 赖整体性质值序列；和将碳含量值与该密度值序列和第二组成依赖整体性质值序列相关联以形成碳含量关联式。该碳含量关联式可以是密度和第二组成依赖整体性质的多变量函数的形式。 
关联可以是任何已知的回归程序，例如线性最小二乘回归。回归程序是容易获得的。如果需要，可以将数据不同加权。 
现在参考附图，其中在整个附图中类似的参考数值指代类似的元件。图7显示了用于执行依照第一实施方式的含烃混合物碳含量值的确定方法的示例性装置1的示意图。用传感器30对含烃混合物5取样用于测定第一组成依赖整体性质。传感器30测定低热值、高热值、导热系数、粘度、摩尔热容、比热容和声速其中之一。传感器30对计算机20发送信号，确定第一组成依赖整体性质值。 
非必要地，用非必要的传感器40对含烃混合物5取样用于测定第二组成依赖整体性质。在这种情况中，非必要的传感器40向计算机20发送信号，确定第二组成依赖整体性质值。非必要地，用非必要的传感器50对含烃混合物5取样用于测定含烃混合物中至少一种非烃组分的浓度。在这种情况中，非必要的传感器50向计算机20发送信号，确定非烃组分浓度值。计算机20具有用于计算作为组成依赖整体性质和/或非烃组分浓度的函数的碳含量值的碳含量关联式10。计算机20在碳含量关联式10中使用第一组成依赖整体性质值和非必要的第二组成依赖整体性质值和非必要的非烃组分浓度值计算碳含量值。然后该氢气制备工艺可以使用该碳含量值以得到所需的蒸汽/碳比。 
传感器30、非必要的传感器40和非必要的传感器50可以以多种方式定向。传感器30、非必要的传感器40和非必要的传感器50可以安装在包含含烃混合物的管道中。可替代地，可以从包含含烃混合物的管道中取出一个或多个滑流。传感器30、非必要的传感器40和非必要的传感器50可以经安装以测定该一个或多个滑流。可以对滑流进行调整，例如在温度和/或压力与工艺物流的条件改变的位置。在另一可替代的方式中，传感器30、非必要的传感器40和非必要的传感器50中的一个或多个可以安装在包含含烃混合物的管道中，而其余的传感器经安装以测定滑流。 
包括一个或多个该不同特征的含烃混合物碳含量值的确定方法 的第一实施方式可以用于氢气制备混合原料的制备方法中。 
参考图8，描述了使用含烃混合物碳含量值的确定方法的第一实施方式的用于氢气或合成气制备的混合原料的制备方法。图8显示了用于执行混合原料制备方法的示例性装置2的示意图。 
使用碳含量值的确定方法的第一实施方式的混合原料的制备方法包括测定含烃混合物的流速，由此获得测定流速。如图8中所示，用流量计90测定含烃混合物的流速，流量机90向计算机20发送表示流速的信号。适合的流速测定装置是本领域中已知的。 
混合原料的制备方法还包括测定该含烃混合物的第一组成依赖整体性质以确定第一组成依赖整体性质值，非必要地测定该含烃混合物的第二组成依赖整体性质以确定第二组成依赖整体性质值；和非必要地测定该含烃混合物中至少一种非烃组分值以确定非烃组分浓度值。如图8中所示，用传感器30对含烃混合物5取样用于测定第一组成依赖整体性质，非必要地用传感器40取样用于测定第二组成依赖整体性质，和非必要地用传感器50取样用于测定至少一种非烃组分的浓度。传感器30、非必要的传感器40和非必要的传感器50向计算机发送信号，确定第一组成依赖整体性质值和非必要的第二组成依赖整体性质值和非烃组分浓度值。 
混合原料的制备方法进一步包括使用至少该第一整体性质值和非必要的第二整体性质值和/或非烃组分浓度值在如上讨论的碳含量关联式中计算碳含量值。计算机20具有用于计算作为组成依赖整体性质和非必要的一种或多种非烃组分的一种或多种浓度的函数的碳含量值的碳含量关联式10。计算机20在碳含量关联式10中使用第一组成依赖整体性质值和非必要的第二组成依赖整体性质值和/或非烃组分浓度值计算碳含量值。 
混合原料的制备方法进一步包括选择混合原料的所需蒸汽/碳之比。该所需的蒸汽/碳之比可以根据所用的催化剂、热效率考虑和其它操作参数进行选择。该蒸汽/碳之比通常总是以摩尔计的，但如果需要也可以以质量计。 
混合原料的制备方法进一步包括计算达到该混合原料的所需蒸汽/碳之比所需的含蒸汽原料的目标流速。如本领域中已知的，该计算步骤使用测定流速和碳含量值。计算机20可以计算该含蒸汽原料的 目标流速。该碳含量关联式可以在用于计算蒸汽流速的方程之外或嵌入其内。 
混合原料的制备方法进一步包括调节该含蒸汽原料流速，使得该含蒸汽原料流速更接近或等于该目标流速。参考图8，计算机20向阀门80发送信号，用阀门80调节该含蒸汽原料的流速。所得到的流速是调节流速。 
混合原料的制备方法进一步包括将测定流速的含烃混合物和调节流速的含蒸汽原料混合形成混合原料，图8中示为混合原料70。 
任何为了依照第一实施方式的碳含量值的测定方法所描述的各种特征都可以用于氢气制备混合原料的制备方法中。 
现在参考图9，显示了用于执行依照第二实施方式的含烃混合物碳含量值的确定方法的示例性装置1的示意图。将含烃混合物5引入容器2中。容器2与固定体积容器7中固定质量的参考气体4处于传热和调压连接。装置8保持含烃混合物5的温度和压力等于参考气体4的温度和压力。传感器9向计算机发送信号，确定密度值。 
非必要地，用非必要的传感器40对含烃混合物5取样用于测定第二组成依赖整体性质。非必要的传感器40可以测定低热值、高热值、导热系数、粘度、摩尔热容、比热容和声速其中之一。传感器40向计算机20发送信号，确定第二组成依赖整体性质值。 
非必要地，用非必要的传感器50对含烃混合物5取样用于测定含烃混合物中至少一种非烃组分的浓度。在这种情况中，非必要的传感器50向计算机20发送信号，确定非烃组分浓度值。计算机20具有用于计算作为组成依赖整体性质和/或非烃组分浓度的函数的碳含量值的碳含量关联式10。计算机20在碳含量关联式10中使用密度值和非必要的第二组成依赖整体性质值和非必要的非烃组分浓度值计算碳含量值。然后该氢气制备工艺可以使用该碳含量值以得到所需的蒸汽/碳比。 
装置8、非必要的传感器40和非必要的传感器50可以以多种方式定向。非必要的传感器40和非必要的传感器50可以安装在包含含烃混合物的管道中。可替代地，可以从包含含烃混合物的管道中取出一个或多个滑流。装置8、非必要的传感器40和非必要的传感器50可以经安装以测定该一个或多个滑流。可以对滑流进行调整，例如在 温度和/或压力与工艺物流的条件改变的位置。在另一可替代的方式中，传感器40和非必要的传感器50中的一个或多个可以安装在包含含烃混合物的管道中，而其余的传感器经安装以测定滑流。 
包括一个或多个该不同非必要特征的含烃混合物碳含量值的确定方法的第二实施方式可以用于氢气制备混合原料的制备方法中。 
参考图10，描述了使用含烃混合物碳含量值的确定方法的第二实施方式的用于氢气或合成气制备的混合原料的制备方法。图10显示了用于执行混合原料制备方法的示例性装置102的示意图。 
混合原料的制备方法包括测定含烃混合物的流速由此得到测定流速。如图10中所示，用流量计90测定该含烃混合物的流速，流量计90向计算机20发送表示流速的信号。适合的流速测定装置是本领域中已知的。 
混合原料的制备方法还包括将该含烃混合物5引入容器2中。容器2与固定体积容器7中固定质量的参考气体4处于传热和调压连接。装置8保持含烃混合物5的温度和压力等于参考气体4的温度和压力。传感器9向计算机20发送信号，确定密度值。 
非必要地，用非必要的传感器40对含烃混合物5取样用于测定第一组成依赖整体性质。非必要的传感器40可以测定低热值、高热值、导热系数、粘度、摩尔热容、比热容和声速其中之一。传感器40向计算机20发送信号，确定第一组成依赖整体性质值。 
非必要地，用非必要的传感器50对含烃混合物5取样用于测定含烃混合物中至少一种非烃组分的浓度。在这种情况中，非必要的传感器50向计算机20发送信号，确定非烃组分浓度值。计算机20具有用于计算作为组成依赖整体性质和/或非烃组分浓度的函数的碳含量值的碳含量关联式10。计算机20在碳含量关联式10中使用密度值和非必要的第一组成依赖整体性质值和非必要的非烃组分浓度值计算碳含量值。 
混合原料的制备方法进一步包括使用至少密度值和非必要的第二整体性质值和/或非烃组分浓度值在如上讨论的碳含量关联式中计算碳含量值。计算机20具有用于计算作为组成依赖整体性质和非必要的一种或多种非烃组分的一种或多种浓度的函数的碳含量值的碳含量关联式10。计算机20在碳含量关联式10中使用密度值和非必要 的第二组成依赖整体性质值和/或非烃组分浓度值计算碳含量值。 
混合原料的制备方法进一步包括选择混合原料的所需蒸汽/碳之比。该所需的蒸汽/碳之比可以根据所用的催化剂、热效率考虑和其它操作参数进行选择。该蒸汽/碳之比通常总是以摩尔计的，但如果需要也可以以质量计。 
混合原料的制备方法进一步包括计算达到该混合原料的所需蒸汽/碳之比所需的含蒸汽原料的目标流速。如本领域中已知的，该计算步骤使用测定流速和碳含量值。计算机20可以计算该含蒸汽原料的目标流速。该碳含量关联式可以在用于计算蒸汽流速的方程之外或嵌入其内。 
混合原料的制备方法进一步包括调节该含蒸汽原料流速，使得该含蒸汽原料流速更接近或等于该目标流速。参考图10，计算机20向阀门80发送信号，用阀门80调节该含蒸汽原料的流速。所得到的流速是调节流速。 
混合原料的制备方法进一步包括将测定流速的含烃混合物和调节流速的含蒸汽原料混合形成混合原料，图10中示为混合原料70。 
任何为了依照第一实施方式的碳含量值的测定方法所描述的各种特征都可以用于氢气制备混合原料的制备方法中。 
实施例 
以下实施例对11个具有已知组成的含烃混合物样品的由不同关联式计算的碳数和实际碳数进行了比较。这些11个样品的组成给出在表1中，其中该组合物具有摩尔％的单位，i-C4H10是异丁烷，i-C4H8是异丁烯，i-C5H12是异戊烷，cis-2-C5H10是顺式-2-戊烯。在表1中也给出了样品1～11的各种组成依赖整体性质。 
样品1～10是对应于从氢气生产装置中去除的真实样品的组合物。一些样品对应于由天然气制备的含烃混合物。其它样品对应于由天然气和丁烷的混合物制备的含烃混合物。而其它样品对应于由天然气、丁烷和炼厂废气制备的含烃混合物。 
所有为实施例给出的关联式都使用样品1～10的数据。 
样品11是其中通过用4摩尔％氮气代替4摩尔％甲烷而改变样品9的假定样品。使用样品11用于描述在含碳混合物具有超出用于 碳含量关联式所用数据范围的组成时的潜在误差。 
表1中所示的分子量都是由单一组分及该组分的浓度计算的。 
表1中所示的高热值、低热值、摩尔热容、比热容、粘度、导热系数和声速都是由物理性质模拟软件计算的。 
实施例1-分子量 
在实施例1中，碳含量关联式是以单一组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于作为碳数分子量(MW)的函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为2％。 
平均相对误差是碳数的相对误差的绝对值的算术平均值。相对误差是碳数的预测值和实际值之差并将该差除以实际碳数。 
样品11的相对误差约为16％。样品1～10的相对误差较好，而样品11的误差较差。这说明如果该组合物超出了用于开发该碳数关联式的范围，那么单一组成依赖整体性质关联式存在潜在的问题。如果存在由第二实施方式的方法解决了的测定偏差，那么这种误差会更大。 
实施例2-分子量和高热值 
在实施例2中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为高热值(HHV)和分子量(MW)的线性多变量函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为0.06％。 
样品11的相对误差约为0.07％。该实施例强调了可以通过使用至少两种组成依赖整体性质获得改进的碳含量确定，甚至在该含烃混合物的组合物落到用于开发该碳数关联式的范围之外。 
在关联式的多变量函数中使用两种组成依赖整体性质的改进程度是出乎意料。对于样品1～10的平均相对误差的改进几乎是一个数量级。而对于样品11的改进是几个数量级，16％对0.07％。 
可以预期对于其中使用低热值代替高热值的方法和/或关联式也能得到类似的结果。 
实施例3-分子量和摩尔热容
在实施例3中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为分子量(MW)和摩尔热容(Cρ)的线性多变量函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为1.2％。样品11的相对误差约为3％。 
尽管没有实施例2中结果那么好，但该实施例显示了比通过实施例1仅使用分子量有所改进。 
实施例4-分子量和导热系数 
在实施例4中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为分子量(MW)和导热系数(k)的线性多变量函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为1.8％。样品11的相对误差约为17％。 
这些结果约等于通过实施例1仅使用分子量的误差。 
实施例5-分子量和粘度 
在实施例5中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为分子量(MW)和粘度(μ)的线性多变量函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为1.1％。样品11的相对误差约为2.4％。 
尽管没有实施例2中结果那么好，但该实施例显示了比通过实施例1仅使用分子量有所改进。 
实施例6-分子量和声速 
在实施例6中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为分子量(MW)和粘度(VS)的线性多变量函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为1.9％。样品11的相对误差约为11.6％。 
尽管没有实施例2中结果那么好，但该实施例显示了比通过实施例1仅使用分子量有略微改进。 
实施例7-分子量和比热容 
在实施例7中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础 的。该碳含量关联式是用于碳数作为分子量(MW)和比热容(cp)的函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为1.2％。样品11的相对误差约为3.8％。 
尽管没有实施例2中结果那么好，但该实施例显示了比通过实施例1仅使用分子量有所改进。 
实施例8-高热值和摩尔热容 
在实施例8中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为高热值(HHV)和摩尔热容(Cp)的函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为0.2％。样品11的相对误差约为1.3％。 
尽管没有实施例2中结果那么好，但该实施例显示了比通过实施例1仅使用分子量有显著改进。 
实施例9-高热值和导热系数 
在实施例9中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为高热值(HHV)和导热系数(k)的函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为0.2％。样品11的相对误差约为1.9％。 
尽管没有实施例2中结果那么好，但该实施例显示了比通过实施例1仅使用分子量有显著改进。 
可以预期对于其中使用低热值代替高热值的方法和/或关联式也能得到类似的结果。 
实施例10-高热值和粘度 
在实施例10中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为高热值(HHV)和粘度(μ)的函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为0.3％。样品11的相对误差约为1.6％。 
尽管没有实施例2中结果那么好，但该实施例显示了比通过实施例1仅使用分子量有显著改进。
可以预期对于其中使用低热值代替高热值的方法和/或关联式也能得到类似的结果。 
实施例11-高热值和声速 
在实施例11中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为高热值(HHV)和声速(Vs)的函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为0.1％。样品11的相对误差约为0.3％。 
这些结果与实施例2中的结果几乎同样好。该实施例显示比通过实施例1仅使用分子量有显著改进。 
可以预期对于其中使用低热值代替高热值的方法和/或关联式也能得到类似的结果。 
实施例12-高热值和比热容 
在实施例12中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为高热值(HHV)和比热容(cp)的函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为0.1％。样品11的相对误差约为0.5％。 
对于高热值和比热容的结果与实施例2中的结果相当。该实施例显示比通过实施例1仅使用分子量有显著改进。 
可以预期对于其中使用低热值代替高热值的方法和/或关联式也能得到类似的结果。 
实施例13-导热系数和摩尔热容 
在实施例13中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为导热系数和摩尔热容(Cp)的函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为0.5％。样品11的相对误差约为5％。 
尽管没有实施例2中的结果那么好，但该实施例显示比通过实施例1仅使用分子量有显著改进。 
实施例14-导热系数和粘度 
在实施例14中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基 础的。该碳含量关联式是用于碳数作为导热系数和粘度(μ)的函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为1％。样品11的相对误差约为8％。 
尽管没有实施例2中的结果那么好，但该实施例显示比通过实施例1仅使用分子量有所改进。 
实施例15-导热系数和声速 
在实施例15中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为导热系数和声速(Vs)的线性多变量函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为1.5％。样品11的相对误差约为15％。 
这些结果约等于通过实施例1仅使用分子量的误差。 
实施例16-导热系数和比热容 
在实施例16中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为导热系数和比热容(cp)的线性多变量函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为6％。样品11的相对误差约为17％。 
使用这些组成依赖整体性质的误差比通过实施例1仅使用分子量的误差更差。 
实施例17-声速和摩尔热容 
在实施例17中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为声速(Vs)和摩尔热容(Cp)的线性多变量函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为1％。样品11的相对误差约为2％。 
尽管没有实施例2中的结果那么好，但该实施例显示比通过实施例1仅使用分子量有显著改进。 
实施例18-声速和粘度 
在实施例18中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为声速(Vs)和粘度(μ)的线 性多变量函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为1％。样品11的相对误差约为2％。 
尽管没有实施例2中的结果那么好，但该实施例显示比通过实施例1仅使用分子量有显著改进。 
实施例19-声速和比热容 
在实施例19中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为声速(Vs)和比热容(cp)的线性多变量函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为1％。样品11的相对误差约为4％。 
尽管没有实施例2中的结果那么好，但该实施例显示比通过实施例1仅使用分子量有显著改进。 
实施例20-高热值、摩尔热容和分子量 
在实施例20中，碳含量关联式是以三种组成依赖整体性质为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为高热值(HHV)和摩尔热容(cp)和分子量(MW)的线性多变量函数而开发的。 
表2显示了对于实施例20的样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为0.04％。样品11的相对误差约为0.08％。 
对于高热值、摩尔热容和分子量的结果与实施例2中的结果约相同。该实施例显示比通过实施例1仅使用分子量有显著改进。 
可以预期对于其中使用低热值代替高热值的方法和/或关联式也能得到类似的结果。 
实施例21-高热值、导热系数和分子量 
在实施例21中，碳含量关联式是以三种组成依赖整体性质的线性函数为基础的。该碳含量关联式是用于碳数作为高热值(HHV)、导热系数(k)和分子量(MW)的线性多变量函数而开发的。 
表2显示了对于实施例21的样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为0.04％。样品11的相对误差约为0.07％。 
对于高热值、导热系数和分子量的结果略微好于实施例2中的结 果。该实施例显示比通过实施例1仅使用分子量有显著改进。 
可以预期对于其中使用低热值代替高热值的方法和/或关联式也能得到类似的结果。 
实施例22-高热值和分子量 
在实施例22中，碳含量关联式是以两种组成依赖整体性质的非线性函数为基础的。该函数包括交叉相乘和二阶项。该碳含量关联式是用于碳数作为高热值(HHV)和分子量(MW)的函数而开发的。 
表2显示了样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为0.01％。 
样品11的相对误差约为1％。 
该实施例显示也可以使用非线性函数，其也提供了良好的结果。 
可以预期对于其中使用低热值代替高热值的方法和/或关联式也能得到类似的结果。 
实施例23-高热值 
在实施例23中，碳含量关联式是以单一组成依赖整体性质高热值为基础的。 
表2显示了对于实施例23的样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为0.45％。样品11的相对误差约为2.12％。 
该实施例显示比通过实施例1仅使用分子量有显著改进。 
实施例24-高热值和氮气浓度 
在实施例24中，碳含量关联式是以方程9和以高热值和氮气浓度为基础的。氢气和一氧化碳与烃分为一组。在这种情况下，由于二氧化碳的浓度较小，因此对于该关联式，二氧化碳也和烃分为一组。被认为的异常(outlier)组分仅有氮气。 
表2显示了对于实施例24的样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为0.14％。样品11的相对误差约为0.12％。 
该实施例显示通过包括氮气组分的修正提供了改进。 
实施例25-分子量和氮气浓度 
在实施例25中，碳含量关联式是以方程9和以分子量和氮气浓度为基础的。氢气、一氧化碳和二氧化碳与烃分为一组。被认为的异 常(outlier)组分仅有氮气。 
表2显示了对于实施例25的样品1～11的碳数的预测值和实际值的对比。样品1～10的平均相对误差约为0.38％。样品11的相对误差约为0.56％。 
该实施例显示通过包括氮气组分的修正提供了改进。
表1 
Figure G2008101687311D00321
表1(续) 
  
组分 样品7 样品8 样品9 样品10 样品11
N2 2.103 2.920 6.000 4.512 10
CO2 0.573 0.586 0.756 0.230 0.76
CO 0.000 0.000 0.000 0.500 0
H2 0.000 0.000 0.000 19.408 0
CH4 94.777 94.282 90.802 55.922 86.8
C2H4 0.000 0.000 0.000 4.602 0
C2H6 2.204 1.888 2.183 9.324 2.18
C3H6 0.000 0.000 0.000 0371 0
C3H8 0.226 0.228 0.178 3.021 0.18
i-C4H10 0.034 0.038 0.027 0.090 0.03
C4H10 0.039 0.041 0.025 0.190 0.02
i-C4H8 0.000 0.000 0.000 0.100 0
i-C5H12 0.012 0.000 0.000 0.170 0
C5H12 0.009 0.000 0.000 0.150 0
cis-2-C5H10 0.000 0.000 0.000 0.090 0
C6H14 0.023 0.017 0.030 0.320 0.03
性质          
Nc(mol C/mol) 1.00 0.99 0.96 1.02 0.92
MW(g/gmol) 16.89 16.93 17.37 17.66 17.85
HHV(kJ/gmol) 888 878 850 900 814
LHV(kJ/gmo l) 800 791 766 815 734
CP(kJ/kg K) 2.714 2.692 2.599 2.760 2.494
CP(kJ/kgmol K) 45.83 45.58 45.15 48.75 44.51
k(W/m K) 0.0609 0.0608 0.0599 0.0770 0.0589
μ(N/m2s) 1.69E-05 1.7E-05 1.72E-05 1.66E-05 1.74E-05
Vs(m/s) 537 537 530 522 524
[0309] 表2 
Figure G2008101687311D00341
表2(续) 
Figure G2008101687311D00342
表2(续) 
Figure G2008101687311D00351
表2(续) 

Claims (10)

1.含烃混合物碳含量值的确定方法，包括：
测定该含烃混合物的第一组成依赖整体性质，以确定第一组成依赖整体性质值，该第一组成依赖整体性质选自低热值、高热值、导热系数、粘度、摩尔热容、比热容和声速；
测定该含烃混合物中至少一种非烃组分的浓度，以确定非烃组分浓度值和/或测定该含烃混合物的第二组成依赖整体性质，以确定第二组成依赖整体性质值；和
使用该第一组成依赖整体性质值以及使用该非烃组分的浓度值和/或该第二组成依赖整体性质值在碳含量关联式中计算碳含量值。
2.权利要求1的方法，其中该碳含量关联式是第一组成依赖整体性质和第二组成依赖整体性质的多变量函数。
3.权利要求1的方法，其中该第二组成依赖整体性质选自低热值、高热值、导热系数、粘度、分子量、密度、摩尔热容、比热容和声速。
4.权利要求1的方法，其中该碳含量关联式是第一组成依赖整体性质和第二组成依赖整体性质的线性函数。
5.权利要求1的方法，其中该第一组成依赖整体性质是高热值或低热值，且该第二组成依赖整体性质是分子量、摩尔热容、导热系数、粘度或声速其中之一。
6.权利要求1的方法，其中该第一组成依赖整体性质是粘度，且该第二组成依赖整体性质是分子量或声速。
7.权利要求1的方法，进一步包括：
测定该含烃混合物的第三组成依赖整体性质，以确定第三组成依赖整体性质值，
其中该碳含量值的计算步骤进一步将该第三组成依赖整体性质值用于该碳含量关联式中。
8.用于氢气或合成气制备的混合原料的制备方法，包括：
测定含烃混合物的第一流速，由此得到测定流速值；
使用权利要求1的方法确定该含烃混合物的碳含量值；
选择混合原料的所需蒸汽/碳之比；
使用测定流速值和碳含量值计算达到该混合原料的所需蒸汽/碳之比所需的含蒸汽原料的目标流速，该含蒸汽原料具有含蒸汽原料流速；
调节该含蒸汽原料流速，使得该含蒸汽原料流速更接近或等于该目标流速，由此得到调节流速；和
将第一流速的含烃混合物和调节流速的含蒸汽原料混合形成混合原料。
9.权利要求8的方法，进一步包括：
测定该含烃混合物中至少一种非烃组分的浓度，以确定非烃组分浓度值；和
其中该计算碳含量值的步骤进一步将该非烃组分浓度值用于该碳含量关联式中。
10.权利要求8的方法，进一步包括：
测定该含烃混合物的第二组成依赖整体性质，以确定第二组成依赖整体性质值；和
其中该计算碳含量值的步骤进一步将该第二组成依赖整体性质值用于该碳含量关联式中。
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