JP7049421B2 - ガスエネルギー測定方法および関連装置 - Google Patents
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Description
WIはウォッベ指数である;
CVは発熱量である;そして、
SGは比重である。
Mco2=%CO2含有量;そして
Mn2=%N2含有量。
ッベ指数計の計算/測定に用いられる2つの一般的タイプの計装がある。GCsは、ガスを構成成分に分離し、次いで、個々の混合ガスの特性を別々に分析することによってガスパラメータを計算するため比較的遅い。ウォッベ指数計は、典型的には、ガスを燃焼させて、エネルギーを測定するか、またはCVもしくはWIを計算する。しかし、非燃焼ウォッベ指数計の場合、正確な測定値を得る上での大きな問題は、ガス混合物中に存在する不活性ガスのパーセントと水素(H2)のパーセントとを考慮に入れることに関する。不活
性ガスは、水素と同様に混合物全体によって生成されるエネルギー含有量を大幅に変化させる。水素リッチガス混合物および燃料ガス中で最もよく遭遇する不活性ガスは、二酸化炭素(CO2)、一酸化炭素(CO)、および窒素(N2)である。これらの中で、近赤外線(NIR)モニターがこの目的のために利用できるので、CO2およびCOは比較的容
易に測定できる。しかし、窒素測定は、測定するのが依然として面倒であり、典型的にはGCを必要とする。
が採用され得る。CO、CO2およびH2の場合、これは確かに本当ではない。これらの成分の濃度の激しい変動は典型的であり、しばしばほんの数秒にわたって起こる。これは、GC技術が迅速な応答のガスエネルギー測定およびウォッベ指数(WI)測定の市場ニーズを満たさない主な理由である。
に用いることができるが、それらは多数の限界を示す。第1に、購入と所有のコストが高い。第2に、測定のためにしばしば必要とされる燃焼のために、このようなユニットは、しばしば安全な区域に設置されなければならない。第3に、これらの計量器は、高電流の電気入力および圧縮空気ガスボトル供給品などの広範なユーティリティも必要とする。したがって、それらは、設置したり操作するには高価である。このような方法で、これらのユニットによって排出される廃ガスは、典型的には約800℃のオーダーであり、潜在的に危険であり、例えば、製油所に見られるような危険な環境で緩和する(mitigate)には高価である。
ス混合物中のガスエネルギーおよびWIを決定するための代替方法を提供する。この方法および装置は、未知のガス組成および/またはガス比重とエネルギー含有量とを関連づけ
る既存の標準が適用できない場合に特によく適している。
または変数を用いて、水素リッチガス混合物の発熱量を導出する工程とを含む。
れている。
CO2%)+(E・N2%)+(F・SG)(式中、A~Fは一定値を含み、SGは比重を含む。)を含む式に従って計算される。
好ましくは、外部入力は、水素リッチガス混合物のパーセントCO値を含む。
好ましくは、パーセントCO値は、近赤外線計を用いて決定される。
CO2%)+(E・N2%)+(F・SG)(式中、A~Fは一定値を含み、SGは比重を含む。)を含む式に従って計算される。
およびその均等物によってのみ限定されるものである。
圧力制御弁110を制御することによって、密度計101内のガスライン108によって届けられるサンプルガスの圧力が参照ガスの圧力と等しいことを保証する。
a.比重(SG)
b.温度(T)
c.圧力(P)
d.分子量(M)
e.パーセント不活性ガス(例えば、%N、%CO2)
f.発熱量/BTU(CV)
g.ウォッベ指数(W1)
h.相対密度(ρrel)
である。
は、密度計101は、複数の較正ガスの分子量を用いて較正してSGを出力する。例えば、限定なく、低、中および高範囲のポイントとして3つの較正ガスが考えられる。3つ超または未満のガスによる較正も考えられる。
器112に提供される。例えば、限定なく、熱伝導率計(リアルタイムパーセントH2値
を提供する)、近赤外線(NIR)計(リアルタイムパーセントCO値および/またはC
O2値を提供する)、およびガスクロマトグラフ(パーセントN2値を提供する)などの分析器からの別々の外部入力116と組み合わせて、 システム100は、発熱量BTUお
よびウォッベ指数の極めて正確な測定値を生成することができ、およそリアルタイムに効果的にそう行うことができる。マルチメータ/マルチ技術アプローチを提供することによって、システム100は、本質的に迅速な応答を生成するが、測定されるガスの既知の完全組成を必要としない。さらに、ガス燃焼の必要性が回避される。そうでなければ、それは、熱量計およびウォッベ指数計によって採用される典型的なアプローチである。
A=147.8458
B=-2.55807
C=-12.3963
D=-48.685065
E=-25.18546
F=1559.94255
上記係数から、測定に対する最大の感度はSGの感度であり、したがって、密度計101由来のSGの正確な測定が重要であることに留意されたい。この式を用いると、典型的な測定誤差は+-0.25%未満で、最大観測偏差は+-0.9%未満である。定数A~Fは、+-5%まで変えることができることに留意されるべきである。
間の尺度に従って実施される計算を精密にする測定値を用いることによって、時々刻々と整えられ、または精密にされ得る。
要な間引きを行うことができ、デジタルセンサ信号は、必要な信号処理の量を減らし、処理時間を減らすために、間引かれる。
以上の信号を記憶することができ、そして、共振素子102を作動させるために励振器105に供給される、駆動信号212などの1つ以上の信号を記憶することができる。さらに、記憶システム204は、共振要素102の結果として振動センサ107によって生成される振動応答信号214を記憶することができる。温度信号216は、メータ電子機器および関連するアルゴリズムによって利用することもできる。
約5~10秒ごとの頻度で発熱量および/またはウォッベ指数測定値を提供する。別の実
施形態では、頻度は、5~10秒ごとよりも大きいか小さい。この迅速な応答時間は、燃焼を必要とする操作のための燃焼効率を最適化し、同時に、NOxおよびSOx排出物、ならびに関連税金を最小にする。実施形態はまた、ある用途のための安定した蒸気熱供給をもたらす。したがって、本発明は、ガスブレンド用途に用いることができ、保管輸送用途に理想的である。精油所(または製造工場)の運転コストの50%超が、典型的にはエネルギー(すなわち蒸気)生産によるものであるため、本実施形態は、このような用途における運転コストを下げることができる。これらの利点は、燃焼技術に固有の安全リスクを除きながら実現される。
Claims (20)
- ガス密度計を用いて水素リッチガス混合物のエネルギー含有量を決定する方法であって、
振動ガス密度計を提供する工程と、
少なくとも1つの外部入力と通信するように構成されているガス密度計を備えたメータ電子機器を提供する工程と、
水素リッチガス混合物の密度を測定する工程と、
水素リッチガス混合物の比重を測定する工程と、そして、
測定された比重と前記外部入力と複数の一定値とを用いて且つ前記ガス密度計の前記メータ電子機器を用いて水素リッチガス混合物の発熱量を導出する工程とを含み、
前記外部入力が、前記水素リッチガス混合物のパーセントCO値を含む、方法。 - 前記水素リッチガス混合物のウォッベ指数値が計算される、請求項1に記載の方法。
- 前記発熱量(CV)が、
CV=A+(B・%H2)+(C・%CO)+(D・%CO2)+(E・%N2)+(F・SG)(式中、A~Fが一定値を含み、そしてSGが比重を含む)を含む式に従って計算される、請求項1に記載の方法。 - Aが144.8~150.8であり、Bが-2.5~-2.6であり、Cが-12.15~-12.65であり、Dが-47.7~-49.65であり、Eが-24.68~-25.69であり、そして、Fが1528.7~1591.1である、請求項3に記載の方法。
- Aが147.8458であり、Bが-2.55807であり、Cが-12.3963であり、Dが-48.685065であり、Eが-25.18546であり、そしてFが1559.94255である、請求項3に記載の方法。
- 前記外部入力が、前記水素リッチガス混合物のパーセントH2値を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記パーセントH2値が、熱伝導率計を用いて決定される、請求項6に記載の方法。
- 前記パーセントCO値が、近赤外線計を用いて決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記外部入力が、前記水素リッチガス混合物のパーセントCO2値を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記パーセントCO2値が、近赤外線計を用いて決定される、請求項9に記載の方法。
- 前記外部入力が、前記水素リッチガス混合物のパーセントN2値を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記パーセントN2値が、ガスクロマトグラフを用いて決定される、請求項11に記載の方法。
- 前記発熱量を導出する工程が、約10秒未満の頻度で達成される、請求項1に記載の方法。
- ガスエネルギーを測定するためのシステム(100)であって、
水素リッチガス混合物の比重を計算するように構成されている振動ガス密度計(101)と、
外部入力(116)に接続するように構成されている通信回線(114)と、
前記通信回線(114)と通信する前記振動ガス密度計(101)を動作させるためのメータ電子機器(112)とを含み、
前記外部入力が、前記水素リッチガス混合物のパーセントCO値を含み、
前記メータ電子機器(112)が、前記水素リッチガス混合物の密度を測定し、前記導出された比重と前記外部入力と複数の一定値とを用いて前記水素リッチガス混合物の発熱量を導出するように構成されている、システム(100)。 - 前記外部入力(116)が、近赤外線計と、熱伝導率計と、ガスクロマトグラフとのうちの少なくとも1つを含む、請求項14に記載のシステム(100)。
- 前記メータ電子機器(112)が、前記水素リッチガス混合物のウォッベ指数値を計算するように構成されている、請求項14に記載のシステム(100)。
- 前記発熱量(CV)が、
CV=A+(B・パーセントH2)+(C・パーセントCO)+(D・パーセントCO2)+(E・%N2)+(F・SG)(式中、A~Fは一定値を含み、そしてSGは比重を含む)を含む式に従って計算される、請求項14に記載のシステム(100)。 - Aが144.8~150.8であり、Bが-2.5~2.6であり、Cが-12.15~-12.65であり、Dが-47.7~-49.65であり、Eが-24.68~-25.69であり、Fが1528.7~1591.1である、請求項17に記載のシステム(100)。
- Aが147.8458であり、Bが2.55807であり、Cが-12.3963であり、Dが-48.685065であり、Eが-25.18546であり、Fが1559.94255である、請求項17に記載のシステム(100)。
- パーセントH2と、パーセントCOと、パーセントCO2と、パーセントN2とのうちの少なくとも1つが、前記外部入力(116)から前記メータ電子機器(112)に供給される、請求項17に記載のシステム(100)。
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