RU2091779C1 - Method of determining combustion value of natural gas - Google Patents
Method of determining combustion value of natural gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2091779C1 RU2091779C1 RU95114630A RU95114630A RU2091779C1 RU 2091779 C1 RU2091779 C1 RU 2091779C1 RU 95114630 A RU95114630 A RU 95114630A RU 95114630 A RU95114630 A RU 95114630A RU 2091779 C1 RU2091779 C1 RU 2091779C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- combustion
- calorific value
- density
- combustible
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к физической химии и может быть использовано для анализа природных горючих газов, для определения их теплот сгорания. The invention relates to physical chemistry and can be used to analyze natural combustible gases, to determine their calorific values.
Известны прямые и косвенные методы определения теплот сгорания горючих газов [1 3] К прямым методам относятся методы, основанные на сжигании газа в калориметре (в калориметрической бомбе), и методы, базирующиеся на регистрации теплового потока от мини-факела. Direct and indirect methods are known for determining the heats of combustion of combustible gases [1 3]. Direct methods include methods based on burning gas in a calorimeter (in a calorimetric bomb) and methods based on recording the heat flux from a mini-torch.
К косвенным методам относятся методы, основанные на функциональных связях каких-либо параметров, характеризующих исходный газ или процесс его окисления (горения) с теплотой сгорания газа. Indirect methods include methods based on the functional relationships of any parameters characterizing the source gas or the process of its oxidation (combustion) with the heat of combustion of the gas.
Прямые (калориметрические методы позволяют определять теплоту сгорания газа с высокой точностью (0,1 0,3%), но длительность одного цикла измерения с учетом анализов продуктов горения на образование и растворение в воде серной и азотной кислот составляет 16 ч. Прямые методы непрерывного контроля теплоты сгорания газа путем регистрации теплового потока от мини-факела характеризуются меньшей точностью из-за необходимости измерять объемный расход малых количеств газа (либо поддерживать его на заданном уровне). Direct (calorimetric methods allow determining the calorific value of gas with high accuracy (0.1 0.3%), but the duration of one measurement cycle, taking into account analyzes of combustion products for the formation and dissolution of sulfuric and nitric acids in water, is 16 hours. Direct methods of continuous monitoring the calorific value of gas by registering the heat flux from the mini-torch is less accurate due to the need to measure the volumetric flow rate of small quantities of gas (or maintain it at a given level).
К косвенным методам можно отнести хроматографический метод [3] метод определения кислорода, идущего на окисление газа, и метод, основанный на измерении плотности природного горючего газа [4] Хроматографический метод заключается в определении химического состава газа и последующем расчете теплоты сгорания по известным теплотам сгорания его компонентов. Этот метод характеризуется длительностью полного цикла измерения ≈ 2 ч и погрешностью (1 1,5% ). "Кислородный" метод основан на зависимости (близкой к линейной) теплот сгорания горючих компонентов исходного газа от количества кислорода, необходимого для полного его сгорания и характеризуется погрешностью ≈ 0,75% (без учета погрешности средств измерений кислорода). Indirect methods include the chromatographic method [3] the method for determining oxygen used for gas oxidation, and the method based on measuring the density of natural combustible gas [4] The chromatographic method consists in determining the chemical composition of the gas and the subsequent calculation of the calorific value from its known calorific values components. This method is characterized by a duration of a full measurement cycle of ≈ 2 hours and an error (1 1.5%). The “oxygen” method is based on the dependence (close to linear) of the calorific values of the combustible components of the source gas on the amount of oxygen necessary for its complete combustion and is characterized by an error of ≈ 0.75% (without taking into account the error of oxygen measuring instruments).
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ [4] заключающийся в измерении плотности анализируемого газа с последующим расчетом теплоты сгорания по зависимости Q = f(ρ), где Q теплота сгорания газа; ρ плотность газа. Closest to the invention in technical essence is the method [4] which consists in measuring the density of the analyzed gas with subsequent calculation of the calorific value according to the dependence Q = f (ρ), where Q is the calorific value of gas; ρ is the gas density.
Данный способ базируется на эмпирической линейной зависимости теплот сгорания основных горючих компонентов природного горючего газа (предельных углеводородов) от их плотностей (фиг. 1). Исследование корреляционной связи между Q
Q
При этом коэффициент вариации, характеризующий отклонение экспериментальных данных от расчетной зависимости составляет ≈ 0,08%
Однако в природном горючем газе всегда присутствуют негорючие примеси, а также могут содержаться CO и H2O. Наличие этих примесей приводит к "размытию" зависимости Q
Q
Moreover, the coefficient of variation characterizing the deviation of the experimental data from the calculated dependence is ≈ 0.08%
However, non-combustible impurities are always present in natural combustible gas, and CO and H 2 O may also be present. The presence of these impurities leads to a “smearing” of the Q dependence
Задача изобретения повышение точности определения теплот сгорания природных горючих газов, содержащих негорючие примеси, а также CO и H2S.The objective of the invention is to increase the accuracy of determining the calorific value of natural combustible gases containing non-combustible impurities, as well as CO and H 2 S.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения заключается в том, что:
повышается (в ≈ 10 раз) точность определения теплоты сгорания природного горючего газа, содержащего негорючие примеси, а также CO и H2S, при этом коэффициент вариации экспериментальных данных составляет 0,08%);
время проведения одного цикла измерения составляет ≈ 1 ч.The technical result obtained by using the invention is that:
the accuracy of determining the calorific value of natural combustible gas containing non-combustible impurities, as well as CO and H 2 S, increases (by ≈ 10 times), while the coefficient of variation of the experimental data is 0.08%);
the time of one measurement cycle is ≈ 1 h.
Для решения задачи изобретения в известном способе, заключающемся в определении плотности анализируемого газа с последующим расчетом теплоты сгорания, дополнительно определяют количество воды, образующейся при сгорании газа, а теплоту его сгорания рассчитывают по эмпирической зависимости
где Q
ρотн относительная плотность газа при +20oC и 760 мм рт. ст.To solve the problem of the invention in a known method, which consists in determining the density of the analyzed gas with subsequent calculation of the calorific value, additionally determine the amount of water generated by the combustion of gas, and the calorific value is calculated according to empirical dependence
where q
ρ rel the relative density of the gas at +20 o C and 760 mm RT. Art.
относительное количество образующейся при сгорании газа воды. the relative amount of water generated during gas combustion.
Увеличение количества негорючих примесей (CO2, N2), а также CO и H2S в анализируемом газе приводит, как правило, к увеличению его плотности, уменьшению количества образующийся при сгорании газа воды и уменьшению теплоты его сгорания.An increase in the amount of noncombustible impurities (CO 2 , N 2 ), as well as CO and H 2 S in the analyzed gas leads, as a rule, to an increase in its density, a decrease in the amount of water generated during gas combustion, and a decrease in its heat of combustion.
Авторами установлено, что вводя новые параметры , можно количественно учитывать влияние вышеуказанных примесей на теплоту сгорания природного горючего газа. При этом зависимость между является менее "размытой", чем зависимость между Q
При этом коэффициент вариации отклонения экспериментальных данных от расчетной зависимости составляет ≈ 0,08%
Если экспериментальные данные по этим же месторождениям (содержащим негорючие примеси CO и H2S) обработать в координатах (Q
Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять теплоты сгорания природных горючих газов в ≈ 10 раз точнее, чем способ-прототип.The authors found that introducing new parameters , you can quantitatively take into account the influence of the above impurities on the calorific value of natural combustible gas. Moreover, the relationship between is less blurry than the relationship between Q
In this case, the coefficient of variation of the deviation of the experimental data from the calculated dependence is ≈ 0.08%
If the experimental data for the same deposits (containing non-combustible impurities CO and H 2 S) are processed in coordinates (Q
Thus, the proposed method allows to determine the heat of combustion of natural combustible gases ≈ 10 times more accurate than the prototype method.
На фиг. 1 представлена зависимость между относительной теплотой сгорания и относительной плотностью для основных компонентов природного горючего газа; на фиг. 2 зависимость между параметрами для основных компонентов природного горючего газа.In FIG. Figure 1 shows the relationship between the relative calorific value and relative density for the main components of natural combustible gas; in FIG. 2 relationship between parameters for the main components of natural combustible gas.
На графиках показано:
Q
Q
ρотн относительная плотность соответствующего компонента газа при +20oC и давлении 760 мм рт. ст.ρ rel the relative density of the corresponding gas component at +20 o C and a pressure of 760 mm RT. Art.
относительное количество образующейся при сгорании газа воды. the relative amount of water generated during gas combustion.
Из фиг. 1 видно, что с увеличением плотности горючего компонента газа его теплота сгорания увеличивается по линейному закону. Негорючие примеси отклоняются (по Q
1% для N2
14% для CO
7% CO2
2% H2S
Предлагаемый способ определения теплот сгорания природных горючих газов реализован следующим образом.From FIG. Figure 1 shows that with an increase in the density of the combustible component of a gas, its heat of combustion increases linearly. Non-combustible impurities deviate (in Q
1% for N 2
14% for CO
7% CO 2
2% H 2 S
The proposed method for determining the calorific value of natural combustible gases is implemented as follows.
При этом производится отбор пробы газа в емкость с калиброванным объемом Vемк. Пробоотборник содержит патрон с пятиокисью фосфора для поглощения влаги, содержащийся в анализируемом газе. Измеряются давление P и температура T газа в емкости. Затем газ перепускается из емкости на поглотительный блок, содержащий активированный уголь. Поглотительный блок снабжен двумя мини-кранами для отсоединения его от установки (иногда в зависимости от рода примесей в газе для полного поглощения газа из емкости требуется охлаждение блока). Масса анализируемого газа определяется по привесу массы поглотительного блока на лабораторных весах (например, ВЛР-200) с точностью до 10-4г. По полученным измерительным данным рассчитывается абсолютная плотность газа, приведенная к температуре +20oC и атмосферному давлению 760 мм рт. ст
где Δmбл. привес массы блока после поглощения анализируемого газа, г;
Vемк объем емкости, см3;
P давление газа в емкости, мм рт. ст.When this selection is made the gas sample in a container with a calibrated volume V EMK. The sampler contains a cartridge with phosphorus pentoxide to absorb moisture contained in the sample gas. The pressure P and the temperature T of the gas in the tank are measured. Then the gas is transferred from the tank to the absorption block containing activated carbon. The absorption block is equipped with two mini-taps to disconnect it from the unit (sometimes, depending on the type of impurities in the gas, the block must be cooled to completely absorb gas from the tank). The mass of the analyzed gas is determined by the weight gain of the absorption block on the laboratory balance (for example, VLR-200) with an accuracy of 10 -4 g. Based on the obtained measurement data, the absolute density of the gas is calculated, reduced to a temperature of +20 o C and atmospheric pressure of 760 mm Hg. st
where Δm bl. weight gain of the block after absorption of the analyzed gas, g;
V-cc tank volume, cm 3;
P gas pressure in the tank, mm RT. Art.
T температура газа в емкости, K;
Относительная плотность газа рассчитывается по формуле
ρотн.= K1-ρабс., (4)
где K1 эмпирический коэффициент.T is the temperature of the gas in the tank, K;
The relative density of the gas is calculated by the formula
ρ rel. = K 1 -ρ abs. , (4)
where K 1 is an empirical coefficient.
Затем газ из поглотительного блока перепускается (путем нагрева блока до ≈ 100oС) в предварительно откачанную форвакуумным насосом (до остаточного давления не более 10-1 мм рт. ст.) камеру сгорания с калиброванным объемом Vk. Измеряются давление P и температура T газа. Затем в камеру подается чистый кислород с избытком по объему в 3 3,5 раза. Полученная газовая смесь воспламеняется инициатором типа автомобильной свечи. Для гарантии полноты сгорания газа камера сгорания находится при 250 - 300oC. После сгорания газа продукты горения откачиваются форвакуумным насосом через поглотительный блок, содержащий вещество, связывающее воду (пятиокись фосфора). Массу образовавшейся воды определяют по привесу массы поглотительного блока.Then the gas from the absorption block is bypassed (by heating the block to ≈ 100 ° C) into a preliminary combustion chamber with a calibrated volume V k pre-evacuated by a forevacuum pump (to a residual pressure of not more than 10 -1 mm Hg). The pressure P and gas temperature T are measured. Then pure oxygen is fed into the chamber with an excess in volume of 3.5 times. The resulting gas mixture is ignited by an automobile spark type initiator. To guarantee the completeness of gas combustion, the combustion chamber is located at 250 - 300 o C. After the gas is burned, the combustion products are pumped by a foreline pump through an absorption block containing a substance that binds water (phosphorus pentoxide). The mass of water formed is determined by the weight gain of the absorption block.
Относительное количество образовавшейся при сгорании газа воды рассчитывают по формуле
где K2 эмпирический коэффициент;
Δmбл. привес массы блока, г;
R газовая постоянная;
T температура камеры сгорания перед опытом, K;
P давление анализируемого газа в камере сгорания перед опытом, мм рт. ст.The relative amount of water formed during gas combustion is calculated by the formula
where K 2 is an empirical coefficient;
Δm bl. weight gain of the block, g;
R gas constant;
T is the temperature of the combustion chamber before the experiment, K;
P the pressure of the analyzed gas in the combustion chamber before the experiment, mm RT. Art.
Полученные величины подставляются в уравнение (2), из которого рассчитывается низшая теплота сгорания газа Q
Предлагая способ позволяет определять теплоту сгорания природного горючего газа, содержащего негорючие и горючие примеси, в том числе N2, CO2, CO, H2S.The proposed method allows to determine the calorific value of natural combustible gas containing non-combustible and combustible impurities, including N 2 , CO 2 , CO, H 2 S.
Использование предлагаемого способа увеличивает точность определения теплоты сгорания по сравнению с прототипом в ≈ 10 раз. При этом длительность одного цикла измерения составляет ≈ 1 ч. Using the proposed method increases the accuracy of determining the calorific value in comparison with the prototype ≈ 10 times. Moreover, the duration of one measurement cycle is ≈ 1 h.
Предлагаемый способ разработан в лабораторном использовании и реализуется на доступном оборудовании. В перспективе (при разработке точных датчиков плотности газа и влажности продуктов его сгорания) способ может быть реализован в полностью автоматическом устройстве, работающем в режиме непрерывного контроля. The proposed method is developed in laboratory use and is implemented on affordable equipment. In the future (when developing accurate sensors for gas density and humidity of its combustion products), the method can be implemented in a fully automatic device operating in continuous monitoring mode.
Claims (1)
где Q
where q
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95114630A RU2091779C1 (en) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | Method of determining combustion value of natural gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95114630A RU2091779C1 (en) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | Method of determining combustion value of natural gas |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95114630A RU95114630A (en) | 1997-08-20 |
RU2091779C1 true RU2091779C1 (en) | 1997-09-27 |
Family
ID=20171331
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95114630A RU2091779C1 (en) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | Method of determining combustion value of natural gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2091779C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492474C1 (en) * | 2012-04-19 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ЗабГУ") | Method to determine lower calorific value of field coals |
CN108037236A (en) * | 2017-11-21 | 2018-05-15 | 中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心 | Methane conversion quantitative analysis gas collection experimental provision in flare discharge |
-
1995
- 1995-08-11 RU RU95114630A patent/RU2091779C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Газы природные горючие. Метод определения удельной теплоты сгорания. ГОСТ 10062-75. 2. Газы горючие природные. Метод определения теплоты сгорания водяным калориметром. ГОСТ 21193-86. 3. Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе. ГОСТ 22667-82. 4. Hareita M., Hekurik. Natur Gas Energy Meas. 1-st and 2-nd I GT. Symp. Chicago, 1985-1986. - London, Chicago, 1987, p. 401 - 427. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492474C1 (en) * | 2012-04-19 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ЗабГУ") | Method to determine lower calorific value of field coals |
CN108037236A (en) * | 2017-11-21 | 2018-05-15 | 中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心 | Methane conversion quantitative analysis gas collection experimental provision in flare discharge |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Arnold et al. | Fiber optic ammonia gas sensing probe | |
US3540851A (en) | Method of determining trace amounts of gases | |
Fishman | Determination of mercury in water | |
US3973910A (en) | Method of measuring the N-nitrosoamine content of a sample | |
Van Hall et al. | An instrumental method for rapid determination of carbonate and total carbon in solutions | |
US6623976B1 (en) | Combustibility monitor and monitoring method | |
JP2009515021A (en) | Method for determining the amount of diesel fuel contained in combustion engine lubricating oil | |
RU2091779C1 (en) | Method of determining combustion value of natural gas | |
US4319966A (en) | Technique for monitoring SO3, H2 SO4 in exhaust gases containing SO2 | |
US6346420B1 (en) | Method of analyzing a gas mixture to determine its explosibility and system for implementing a method of this kind | |
US3939693A (en) | Process and apparatus for the qualitative and quantitative analysis of solid material | |
Pavlou et al. | Quantitative determination of total organic nitrogen and isotope enrichment in marine phytoplankton | |
Wimberley | The determination of total mercury at the part per billion level in soils, ores, and organic materials | |
US3607076A (en) | Procedure and apparatus for determination of water in nitrogen tetroxide | |
US4133641A (en) | Combustion cone for chemical analysis instrument | |
McElroy et al. | Cryogenic preconcentration-direct FID method for measurement of ambient NMOC: Refinement and comparison with GC speciation | |
SU479973A1 (en) | Device for controlling membrane sensing elements | |
SU1707515A1 (en) | Method of determination of liquid vapor concentration in atmosphere | |
Meddle et al. | Field method for the determination of aromatic primary amines in air. Part I. Generation of standard atmospheres of amines | |
JPS55110953A (en) | Method and apparatus for measuring total sulfur component | |
Lunn | An apparatus for the measurement of maximum experimental safe gaps at standard and elevated temperatures | |
JPS55144535A (en) | Measuring method of amount of heat by contact combustion type gas detector | |
Kvitsinsky et al. | Adsorption gas flow modulator for sensitivity increase of mass-spectrometric measurements | |
SU1659817A1 (en) | Method of determination of calorific value of organophosphorus compounds | |
SU935741A1 (en) | Method of sampling gas for analysis |