CN107209164A - 甲烷值计算方法及甲烷值测定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于，提供对于作为测定对象气体的天然气而言，不论气体组成如何均能够容易地得到具有大致的可靠性的甲烷值的甲烷值计算方法及能够进行作为燃料气体利用的天然气的燃料性状的监视的甲烷值测定装置。本发明中，分别预先取得关于包含天然气的甲烷值的值互不相同的多种基准气体的甲烷值与基础热量的特定的关系式，测定作为测定对象气体的天然气的基础热量、以及该测定对象气体中包含的氮气浓度及二氧化碳气体浓度，由测定对象气体的基础热量的值、氮气的浓度值及二氧化碳气体的浓度值、和特定的关系式计算测定对象气体的甲烷值。
Description
技术领域
本发明涉及甲烷值计算方法及甲烷值测定装置。
背景技术
近年来，出于抑制氮氧化物(NOx)的排出量、降低CO2排出量等的目的，利用天然气作为燃料的燃气发动机的开发、导入正在发展。
作为利用了天然气的燃气发动机的实用化所涉及的课题，可列举出天然气的组成根据产出地的不同而不同这点、在燃气发动机的起动时或负载变动时通过产生燃料气体的消耗量的变动而燃料气体的组成发生变化这点等。若燃料气体的组成发生改变，则燃料气体的热量、甲烷值等特性发生变化，可以成为引起发动机的爆震、失火等异常燃烧的原因。这里，所谓甲烷值是表示与汽油发动机的辛烷值对应的相对于爆震的抵抗值的指标，是将纯甲烷设为100、将氢设为0而评价的指标。
认为为了避免这样的异常燃烧，实时捕捉燃料气体的热量、甲烷值等燃料性状、并基于该数据进行燃气发动机的燃烧控制是有效的手段。
例如，作为测定天然气等燃料气体的热量的方法，例如由本件申请人提出了测定与热量具有特定的对应关系的物性值并基于测定值求出热量的值(换算热量)的方法等(例如参照专利文献1。)。
另一方面，作为计算燃料气体的甲烷值的方法，主要利用如下这4种：
(a)AVL公司提出的方式(以下，也称为“AVL基准”。)、
(b)通过由加利福尼亚州大气资源评议会规定的特定的演算式而计算的方式(以下，也称为“CARB基准”。)、
(c)通过依据ISO/TR 22302 3.1.1的方法而计算的方式(以下，也称为“GRI(Lc)基准”。)、
(d)通过依据ISO/TR 22302 3.1.2的方法而计算的方式(以下，也称为“GRI(H/C)基准”。)
这里，即使是同一燃料气体，甲烷值也会根据计算方法而显示不同的值，例如在每个地域都要求由不同的基准得到的甲烷值。
然而，由于所有方法均是基于气体组成而计算甲烷值的方法，所以在如上述那样产生气体组成的变动的情况下，在甲烷值的计算时变得需要测定气体组成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-42216号公报
发明内容
发明所要解决的问题
而且，在天然气中，不仅包含链烷烃系烃气体等燃烧性气体成分，通常还包含氮气或二氧化碳气体等不燃气体成分。由于由这些不燃气体成分产生的对发热量的影响的程度没有规律性，所以在天然气的发热量(真的热量)与甲烷值的值之间，不成立特定的相关关系。此外，由于无法将天然气中包含的氮气与二氧化碳气体的浓度比率定量化，所以不可避免地产生起因于包含这些杂气成分而导致的演算误差。
然而，本发明人们反复进行了深入研究，结果发现，在天然气中包含的氮气浓度与起因于该氮气浓度的甲烷值的变动量(误差)之间成立特定的相关关系，以及在天然气中包含的二氧化碳气体浓度与起因于该二氧化碳气体浓度的甲烷值的变动量(误差)之间成立特定的相关关系。并且，通过进行与氮气浓度及二氧化碳气体各自的浓度相应的修正，从而在天然气的基础热量的值与例如通过上述的AVL基准而计算的甲烷值的值之间成立特定的相关关系，通过测定作为测定对象气体的天然气的基础热量，能够得到与该AVL基准对应的甲烷值的近似解。这里，所谓“基础热量”是指从天然气中除去不燃气体成分时的燃烧性气体成分的燃烧热量。
本发明是基于以上那样的情况而进行的，目的是提供对于作为测定对象气体的天然气而言，不论气体组成如何均能够容易地得到具有大致的可靠性的甲烷值的甲烷值计算方法。
此外，本发明的目的是提供对于作为测定对象气体的天然气而言，不论气体组成如何均能够容易地得到具有大致的可靠性的甲烷值、能够进行作为燃料气体利用的天然气的燃料性状的监视的甲烷值测定装置。
用于解决问题的手段
本发明的甲烷值计算方法的特征在于，分别预先取得关于包含天然气的甲烷值的值互不相同的多种基准气体的甲烷值与基础热量的特定的关系式，
测定作为测定对象气体的天然气的基础热量，并且测定该测定对象气体中包含的氮气浓度及二氧化碳气体浓度，
由该测定对象气体的基础热量的值、该氮气的浓度值及该二氧化碳气体的浓度值和上述特定的关系式计算该测定对象气体的甲烷值。
在本发明的甲烷值计算方法中，作为上述特定的关系式，使用下述式(1)所表示的关系式。
式(1)
MN＝f(Q′)+A
其中，式(1)中，MN为甲烷值，f(Q′)为根据测定对象气体的基础热量Q′〔MJ/m3〕的值而选择的下述式(a)～下述式(d)所表示的任一函数，A为从-2.0～2.0的范围选择的值。
式(a)
式(b)
式(c)
式(d)
其中，式(a)～式(d)中，XN2为以体积百分率表示的测定对象气体中包含的氮气的浓度〔vol％〕，XCO2为以体积百分率表示的测定对象气体中包含的二氧化碳气体的浓度〔vol％〕。
此外，在本发明的甲烷值计算方法中，上述测定对象气体的基础热量优选为基于由该测定对象气体的折射率得到的折射率换算热量和由该测定对象气体的声速得到的声速换算热量而得到的值。
进而，在本发明的甲烷值计算方法中，上述测定对象气体中包含的二氧化碳气体的浓度优选通过红外线吸收法而测定。
本发明的甲烷值测定装置的特征在于，其具备：
热量测定机构，其测定作为测定对象气体的天然气的基础热量，
二氧化碳浓度测定机构，其测定该测定对象气体中包含的二氧化碳气体浓度，
氮浓度计算机构，其计算该测定对象气体中包含的氮气浓度，和
甲烷值计算机构，其由预先取得的关于甲烷值的值分别不同的包含天然气的多种基准气体的甲烷值与基础热量的特定的关系式、和通过上述热量测定机构而测定的该测定对象气体的基础热量的值、通过上述二氧化碳浓度测定机构而测定的二氧化碳气体浓度的值及通过上述氮浓度计算机构而测定的氮气浓度的值，计算该测定对象气体的甲烷值。
在本发明的甲烷值测定装置中，上述特定的关系式优选为上述式(1)所表示的关系式。
此外，在本发明的甲烷值测定装置中，上述热量测定机构优选制成具备由测定对象气体的折射率的值求出折射率换算热量的折射率换算热量测定单元、由该测定对象气体的声速的值求出声速换算热量的声速换算热量测定单元、和基于折射率换算热量和声速换算热量计算该测定对象气体的基础热量的热量计算单元的构成。
进而，在本发明的甲烷值测定装置中，上述二氧化碳浓度测定机构优选为具备红外式传感器的测定机构。
发明效果
根据本发明的甲烷值计算方法，通过利用预先取得的基础热量与甲烷值的特定的关系式，能够基于该测定对象气体基础热量的值而求出测定对象气体的甲烷值。特定的关系式是对于甲烷值的值分别互不相同的包含天然气的多种基准气体，考虑由天然气中包含的氮气及二氧化碳气体等杂气成分引起的对基础热量的影响，并通过由实验得到的证实定量性地阐明基础热量与甲烷值的相关关系的关系式。因此，所得到的甲烷值具有大致的可靠性。
根据实行上述的甲烷值计算方法的本发明的甲烷值测定装置，由于通过利用热量测定机构连续地测定测定对象气体的基础热量，能够连续地取得与实际的状况一致的测定对象气体的甲烷值，所以能够进行作为燃料气体的天然气的实际的燃料性状的监视。因此，在产生气体组成的变动的情况下，能够快速地检测伴随气体组成的变动而产生的甲烷值的变动。
附图说明
图1是表示本发明的甲烷值测定装置的一例中的构成的概略的方框图。
图2是表示氮气浓度与甲烷值(AVL基准)的关系的图。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施方式进行详细说明。
图1是表示本发明的甲烷值测定装置的一例中的构成的概略的方框图。
该甲烷值测定装置以天然气作为测定对象气体，用于测定测定对象气体的热量的热量测定机构20、计算该测定对象气体的甲烷值的甲烷值计算机构40、和显示测定对象气体的热量及甲烷值等信息的显示机构45被配设在例如外包装容器10内而构成。
热量测定机构20例如具备：用于得到由作为测定对象气体的天然气的折射率的值求出的折射率换算热量QO的折射率换算热量测定机构21、用于得到由该测定对象气体的声速的值求出的声速换算热量QS的声速换算热量测定机构25、测定该测定对象气体中包含的二氧化碳气体的浓度XCO2的二氧化碳浓度测定机构50、计算该测定对象气体中包含的氮气的浓度XN2的氮浓度计算机构30、和计算该测定对象气体的热量QOS的值及基础热量Q′的值的热量计算机构35。
折射率换算热量测定机构21具备：测定测定对象气体的折射率的折射率测定单元22、和具有基于通过折射率测定单元22测定的折射率的值求出折射率换算热量QO的功能的折射率-热量换算处理单元23。
折射率-热量换算处理单元23对于在作为测定对象气体的天然气中不包含不燃气体成分(例如N2、CO2等)而仅由燃烧性气体成分(链烷烃系烃气体)组成的特定气体，例如利用通过进行图表化等而预先取得的折射率与热量的相关关系，对于该相关关系，通过假定关于测定对象气体得到的折射率的值为特定气体的折射率并进行对照而计算折射率换算热量QO。
声速换算热量测定机构25具备：测定测定对象气体中的声波的传播速度(测定对象气体的声速)的声速测定单元26、和具有基于通过声速测定单元26测定的声速的值求出声速换算热量QS的值的功能的声速-热量换算处理单元27。
声速-热量换算处理单元27对于在作为测定对象气体的天然气中不包含不燃气体成分(例如N2、CO2等)而仅由燃烧性气体成分(链烷烃系烃气体)组成的特定气体，例如利用通过进行图表化等而预先取得的声速与热量的相关关系，对于该相关关系，通过假定关于测定对象气体得到的声速的值为特定气体的声速并进行对照而计算声速换算热量QS。
二氧化碳浓度测定机构50具备测定作为测定对象气体的天然气中包含的二氧化碳气体的浓度XCO2的二氧化碳浓度测定单元51。
作为二氧化碳浓度测定单元51，没有特别限定，例如优选通过具备根据因红外线被作为探测对象气体的二氧化碳气体吸收而产生的红外线光量的衰减的程度来检测二氧化碳气体的浓度XCO2的红外式传感器的测定单元而构成。作为二氧化碳浓度测定单元51，通过使用利用了所谓的非分散型红外线吸收法的测定单元，能够尽可能地减小测定对象气体中包含的其他杂气的影响，能够以高精度检测二氧化碳气体的浓度XCO2。
氮浓度计算机构30基于通过折射率换算热量测定机构21得到的折射率换算热量QO的值、通过声速换算热量测定机构25得到的声速换算热量QS的值、和通过二氧化碳浓度测定机构50得到的二氧化碳气体的浓度XCO2的值，通过下述式(2)，以使用在1.1～4.2的范围内、优选2.00～2.60的范围内选择的值作为修正因子α的条件，计算作为测定对象气体的天然气中包含的氮气的浓度XN2。修正因子α的值例如可以对于测定对象气体中包含的各杂气成分(例如氮气及二氧化碳气体等)，实际地测定折射率换算热量QO及声速换算热量QS，基于所得到的折射率换算热量QO及声速换算热量QS的通过例如使用了气相色谱法的分析而得到的相对于热量的误差的比进行设定。这里，修正因子α的值根据测定对象气体中包含的杂气成分的种类而采取不同的值，但通过为从上述数值范围内选择的值，能够适当地修正折射率换算热量QO及声速换算热量QS中产生的测定误差。
式(2)
上述式(2)中的XN2为以体积百分率表示的氮气的浓度〔vol％〕。kN2为关于氮气的误差系数，表示作为杂气成分的N2对折射率测定单元22造成的误差的影响的大小。kCO2为关于二氧化碳气体的误差系数，表示作为杂气成分的CO2对折射率测定单元22造成的误差的影响的大小。被供于计算的折射率换算热量QO的值及声速换算热量QS的值的单位为〔MJ/Nm3〕。二氧化碳气体的浓度XCO2的值的单位为〔vol％〕。
关于氮气的误差系数kN2为在例如20.00～30.00的范围内选择的值。此外，关于二氧化碳气体的误差系数kCO2例如为在35.00～45.00的范围内选择的值。通过关于氮气的误差系数kN2及关于二氧化碳气体的误差系数kCO2为在上述数值范围内选择的值，能够适当地修正折射率换算热量QO中产生的测定误差。
具体而言，关于氮气的误差系数kN2的值例如可以对于氮气(100vol％)实际通过折射率换算热量测定机构21测定折射率换算热量QO，并基于所得到的值而进行设定。此外，对于关于二氧化碳气体的误差系数kCO2的值也同样地，例如可以对于二氧化碳气体(100vol％)实际通过折射率换算热量测定机构21测定折射率换算热量QO，并基于所得到的值而进行设定。
热量计算机构35基于通过折射率换算热量测定机构21而得到的折射率换算热量QO的值、和通过声速换算热量测定机构25而得到的声速换算热量QS的值，计算作为测定对象气体的天然气的热量QOS的值。具体而言，在折射率换算热量QO为声速换算热量QS以下的大小的情况(QO≤QS)下，通过下述式(3)，以使用在1.1～4.2的范围内、优选2.00～2.60的范围内选择的值作为修正因子α的条件，计算热量QOS的值。另一方面，在折射率换算热量QO的值大于声速换算热量QS的值的情况(QO>QS)下，作为热量QOS的值，使用折射率换算热量QO的值。
式(3)
此外，热量计算机构35基于这样操作而得到的热量QOS的值、通过二氧化碳浓度测定机构50得到的二氧化碳气体的浓度XCO2的值、和通过氮浓度计算机构30而得到的氮气的浓度XN2的值，通过下述式(4)，计算基础热量Q′的值〔MJ/Nm3〕。
式(4)
甲烷值计算机构40计算作为测定对象气体的天然气的甲烷值MN、具体而言计算通过基于上述的AVL基准(基准(a))的方法而得到的甲烷值的值的近似解。
甲烷值计算机构40基于通过热量测定机构20测定的测定对象气体的基础热量Q′的值，由预先取得的关于多种基准气体的通过基于AVL基准的方法而得到的甲烷值的值(AVL值)与基础热量Q′的值的特定的关系式，计算关于测定对象气体即天然气的作为AVL值的近似解的甲烷值MN。多种基准气体是基于AVL基准的甲烷值MN的值分别不同的包含天然气的气体。
特定的关系式可以通过在以横轴作为基础热量Q′〔MJ/Nm3〕、以纵轴作为甲烷值(AVL值)MN的坐标系中，对于上述多种基准气体，各自取得表示基础热量Q′的值与甲烷值MN的值的关系的实测值，将所得到的实测值例如以多项式进行曲线近似而取得。具体而言，特定的关系式优选为上述式(1)所表示的关系式。
上述式(1)中，MN为甲烷值、具体而言为AVL值的近似解，f(Q′)为根据测定对象气体的基础热量Q′的值而选择的上述式(a)～上述式(d)所表示的任一函数。上述式(a)～式(d)中，XN2为以体积百分率表示的测定对象气体中包含的氮气的浓度〔vol％〕，XCO2为以体积百分率表示的测定对象气体中包含的二氧化碳气体的浓度〔vol％〕。
上述式(1)中的A为从-2.0～2.0的范围选择的值。对于该A设定的数值范围，表示以式(1)中设A＝0的式表示的成为基准的甲烷值计算曲线自身的进行与实际的LNG气化气体的燃料性状一致的修正的实用的容许范围。若A的值为上述数值范围内，则如后述的实验例的结果中所示的那样，计算的近似解的相对于AVL值的误差率成为5.0％以内，可得到高的可靠度。
作为上述式(1)中的A的值的具体的设定方法，例如，能够对于组成已知的基准气体测定甲烷值，将与理论值(AVL值)的差设为“A”而进行设定(偏移调整)。
上述式(a)～式(d)中的“0.32XN2”的项表示基于所测定的氮气浓度XN2的甲烷值的修正量。甲烷值的修正量是例如如图2中所示的那样，在以横轴作为测定对象气体中包含的氮气的以体积百分率表示的浓度〔vol％〕、以纵轴作为甲烷值(AVL值)的坐标系中，对于甲烷值的值互不相同的多种基准气体，各自取得表示氮气的浓度值XN2与AVL值的关系的实测值，基于通过将所得到的实测值例如进行线形近似而取得的近似直线而设定的值。如由图2表明的那样，可以理解关于各个基准气体的近似曲线彼此具有同一大小的斜率，该斜率的大小作为关于氮气的修正系数“0.32”而设定。另外，图2是使用CH4与C2H6、C3H8及N2的混合气体且适当变更了各气体成分的浓度的气体作为基准气体而得到的图。
上述式(a)～式(d)中的“1.00XCO2”的项表示基于所测定的二氧化碳气体浓度XCO2的甲烷值的修正量。基于该二氧化碳气体的甲烷值的修正量是通过与上述基于氮气的甲烷值的修正量同样的方法而设定的。关于二氧化碳气体，关于各个基准气体的近似曲线也彼此具有同一大小的斜率，该斜率的大小作为关于二氧化碳气体的修正系数“1.00”而设定。
以上，在作为测定对象气体的天然气中，作为杂气成分，例如有时包含氧气。但是，由于天然气中包含的氧气极微量，所以关于氧气，实质上可以忽视对甲烷值的影响。
以上，图1中的11为用于将测定对象气体分别供给到折射率测定单元22、声速测定单元26及二氧化碳浓度测定单元51的测定对象气体导入部，12为用于在折射率测定单元22中导入在探测原理上所需要的参照气体的参照气体导入部，13为气体排出部。此外，图1中的双点划线表示气体配管。
在上述的甲烷值测定装置中，例如，介由适当的气体采样装置与气体管路进行配管连接，在气体管路内流通的天然气的一部分作为测定对象气体由测定对象气体导入部11被分别依次供给至声速换算热量测定机构25的声速测定单元26及折射率换算热量测定机构21的折射率测定单元22。此外，例如空气等参照气体由参照气体导入部12被供给至折射率换算热量测定机构21的折射率测定单元22。由此，在折射率换算热量测定机构21中，天然气的折射率通过折射率测定单元22而测定，基于该结果，折射率换算热量QO通过折射率-热量换算处理单元23而求出。此外，在声速换算热量测定机构25中，天然气的声速通过声速测定单元26而测定，基于该结果，声速换算热量QS的值通过声速-热量换算处理单元27而求出。
另一方面，由测定对象气体导入部11导入的天然气的其他的全部被供给至二氧化碳浓度测定机构50的二氧化碳浓度测定单元51。由此，在二氧化碳浓度测定机构50中，天然气中包含的二氧化碳气体的浓度XCO2〔vol％(体积百分率)〕通过二氧化碳浓度测定单元51而测定。
基于如以上那样操作而得到的折射率换算热量QO的值和声速换算热量QS的值，通过上述式(2)及上述式(3)，使用在特定的范围内选择的值作为修正因子α，计算氮气的浓度XN2及热量QOS。然后，基于热量QOS的值、二氧化碳气体的浓度XCO2的值和氮气浓度XN2的值，通过上述式(4)，计算测定对象气体的基础热量Q′。
接着，通过甲烷值计算机构40，基于根据通过热量测定机构20得到的基础热量Q′的值而选择的上述特定的关系式(式(a)～式(d)中的任一函数)，计算作为AVL值的近似解的甲烷值MN，其结果被显示于显示机构45中。
另外，测定对象气体及参照气体介由气体排出部13被排出到装置外部。
而且，根据上述的甲烷值计算方法，通过利用预先取得的基础热量Q′与甲烷值MN的特定的关系式，基于测定对象气体的基础热量Q′可以求出测定对象气体的甲烷值MN。特定的关系式是对于分别基于AVL基准的甲烷值的值(AVL值)互不相同的包含天然气的多种基准气体，考虑因包含氮气及二氧化碳气体而产生的影响，通过由实验得到的证实定量性地阐明基础热量的值与AVL值的相关关系的关系式。因此，所得到的甲烷值MN变得具有大致的可靠性。
因此，根据实行这样的甲烷值计算方法的上述构成的甲烷值测定装置，由于通过利用热量测定机构20连续地测定测定对象气体的基础热量Q′，能够连续地取得与实际的状况一致的测定对象气体的作为AVL值的近似解的甲烷值MN，所以能够进行作为燃料气体的天然气的实际的燃料性状的监视。因此，在产生气体组成的变动的情况下，能够迅速地检测伴随气体组成的变动而产生的甲烷值MN的变动。
此外，在上述的甲烷值测定装置中，由于热量测定机构20及甲烷值计算机构40被配设在外包装容器10内，所以测定系统的构筑及操作变得简便。并且，在测定时，不需要相当长的时间，并且由于在基础热量Q′的计算处理与甲烷值MN的计算处理之间不会产生时滞，所以能够实时地测定甲烷值MN。
进而，由于热量测定机构20为基于折射率换算热量QO及声速换算热量QS这2个换算热量而计算测定对象气体的热量的构成的测定机构，所得到的热量QOS不论测定对象气体的气体组成如何均成为与该测定对象气体的热量的真值的差小的值，所以计算的甲烷值MN的值的可靠性进一步变高。
以上，对本发明的实施方式进行说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，可以加以各种变更。
本发明中，热量测定机构并不限定于上述构成的测定机构，也可以使用具有基于导热率换算热量的值和折射率换算热量的值而求出热量的值的构成的装置。此外，也可以是测定与热量具有特定的对应关系的物性值之一、例如选自折射率、导热率、声速中的1个，并基于该测定值求出热量的构成的测定机构。利用基于这样操作而得到的测定对象气体的热量而计算的基础热量的值，对于基于各基准的甲烷值的值也能够得到规定的容许范围内的甲烷值。
以下，对本发明的实验例进行说明。
〔实验例1〕
准备具有下述表1中所示的气体组成的19种(A～S)的试样气体，使用图1中所示的构成的甲烷值测定装置，测定各个试样气体A～S的甲烷值。在甲烷值的计算中，利用上述式(1)中设A＝0的特定的关系式。然后，在试样气体的基础热量Q′的值为42.0〔MJ/Nm3〕以下的范围的情况下，选择上述式(a)，在基础热量Q′的值大于42.0〔MJ/Nm3〕且为55.0〔MJ/Nm3〕以下的范围的情况下，选择上述式(b)，在基础热量Q′的值大于55.0〔MJ/Nm3〕且为63.0〔MJ/Nm3〕以下的范围的情况下，选择上述式(c)，在基础热量Q′的值为大于63.0〔MJ/Nm3〕的范围的情况下，选择上述式(d)。此外，将上述式(2)及式(3)中的修正因子α设定为2.24，将式(2)中的关于氮气的误差系数kN2设定为26.06，将关于二氧化碳气体的误差系数kCO2设定为40.53。
然后，对于试样气体A～S，各自通过基于AVL基准的方法(AVL公司制的甲烷值计算软件)，计算将基于气体组成计算的甲烷值设为真值时的基于基础热量计算的甲烷值的值(热量换算值)相对于该真值的误差。将结果示于下述表1中。误差是通过由热量换算值减去真值而得到的值。
表1
由以上的结果确认，根据本发明所涉及的甲烷值计算方法，对于以链烷烃系烃气体为主体、且包含作为杂气成分的氮气及二氧化碳气体的试样气体，不论试样气体的组成如何，对于AVL基准所涉及的甲烷值均能够得到一定的误差范围内(±2.8以内)的值的甲烷值(近似解)。
这里，所测定的甲烷值若为AVL基准所涉及的甲烷值的例如±3.0的范围程度的值，则在实际上没有问题。
产业上的可利用性
本发明由于能够实时地检测伴随作为燃料气体的天然气的气体组成的变动而产生的甲烷值的变动、热量的变动之类的燃料性状的变动，所以在进行天然气燃料发动机的燃烧控制时，可以期待变得极其有用。
符号的说明
10 外包装容器
11 测定对象气体导入部
12 参照气体导入部
13 气体排出部
20 热量测定机构
21 折射率换算热量测定机构
22 折射率测定单元
23 折射率-热量换算处理单元
25 声速换算热量测定机构
26 声速测定单元
27 声速-热量换算处理单元
30 氮浓度计算机构
35 热量计算机构
40 甲烷值计算机构
45 显示机构
50 二氧化碳浓度测定机构
51 二氧化碳浓度测定单元
Claims (8)
1.一种甲烷值计算方法，其特征在于，分别预先取得关于包含天然气的甲烷值的值互不相同的多种基准气体的甲烷值与基础热量的特定的关系式，
测定作为测定对象气体的天然气的基础热量，并且测定该测定对象气体中包含的氮气浓度及二氧化碳气体浓度，
由该测定对象气体的基础热量的值、该氮气的浓度值及该二氧化碳气体的浓度值和所述特定的关系式，计算该测定对象气体的甲烷值。
2.根据权利要求1所述的甲烷值计算方法，其特征在于，作为所述特定的关系式，使用下述式(1)所表示的关系式，
式(1)
MN＝f(Q′)+A
其中，式(1)中，MN为甲烷值，f(Q′)为根据测定对象气体的基础热量Q′〔MJ/m3〕的值而选择的下述式(a)～下述式(d)所表示的任一函数，A为从-2.0～2.0的范围选择的值，
式(a)
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式(b)
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式(c)
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其中，式(a)～式(d)中，XN2为以体积百分率表示的测定对象气体中包含的氮气的浓度〔vol％〕，XCO2为以体积百分率表示的测定对象气体中包含的二氧化碳气体的浓度〔vol％〕。
3.根据权利要求1或2所述的甲烷值计算方法，其特征在于，所述测定对象气体的基础热量是基于由该测定对象气体的折射率得到的折射率换算热量和由该测定对象气体的声速得到的声速换算热量而得到的值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的甲烷值计算方法，其特征在于，所述测定对象气体中包含的二氧化碳气体的浓度通过红外线吸收法而测定。
5.一种甲烷值测定装置，其特征在于，其具备：
热量测定机构，其测定作为测定对象气体的天然气的基础热量，
二氧化碳浓度测定机构，其测定该测定对象气体中包含的二氧化碳气体浓度，
氮浓度计算机构，其计算该测定对象气体中包含的氮气浓度，和
甲烷值计算机构，其由预先取得的关于甲烷值的值分别不同的包含天然气的多种基准气体的甲烷值与基础热量的特定的关系式、和通过所述热量测定机构而测定的该测定对象气体的基础热量的值、通过所述二氧化碳浓度测定机构而测定的二氧化碳气体浓度的值及通过所述氮浓度计算机构而测定的氮气浓度的值，计算该测定对象气体的甲烷值。
6.根据权利要求5所述的甲烷值测定装置，其特征在于，所述特定的关系式为以下述式(1)表示的关系式，
式(1)
MN＝f(Q′)+A
其中，式(1)中，MN为甲烷值，f(Q′)为根据测定对象气体的基础热量Q′〔MJ/m3〕的值而选择的下述式(a)～下述式(d)所表示的任一函数，A为从-2.0～2.0的范围选择的值，
式(a)
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其中，式(a)～式(d)中，XN2为以体积百分率表示的测定对象气体中包含的氮气的浓度〔vol％〕，XCO2为以体积百分率表示的测定对象气体中包含的二氧化碳气体的浓度〔vol％〕。
7.根据权利要求5或6所述的甲烷值测定装置，其特征在于，所述热量测定机构具备由测定对象气体的折射率的值求出折射率换算热量的折射率换算热量测定单元、由该测定对象气体的声速的值求出声速换算热量的声速换算热量测定单元、和基于折射率换算热量、声速换算热量、二氧化碳浓度及氮气浓度计算该测定对象气体的基础热量的热量计算单元。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的甲烷值测定装置，其特征在于，所述二氧化碳浓度测定机构为具备红外式传感器的测定结构。
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