RU2318205C1 - Calorimetric method for measuring combustion heat of natural gas and other types of gaseous fuel - Google Patents
Calorimetric method for measuring combustion heat of natural gas and other types of gaseous fuel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2318205C1 RU2318205C1 RU2006119768/28A RU2006119768A RU2318205C1 RU 2318205 C1 RU2318205 C1 RU 2318205C1 RU 2006119768/28 A RU2006119768/28 A RU 2006119768/28A RU 2006119768 A RU2006119768 A RU 2006119768A RU 2318205 C1 RU2318205 C1 RU 2318205C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- calorimetric
- substance
- temperature
- natural gas
- gas
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения теплоты сгорания природного газа и других видов газообразного топлива.The invention relates to the field of thermophysical measurements and can be used to determine the calorific value of natural gas and other types of gaseous fuels.
Известен способ измерения теплоты сгорания природного газа газовым хроматографом, который на основании анализа состава природного газа позволяет рассчитывать его теплоту сгорания. Этот метод определения калорийности природного газа является в настоящее время основным при его добыче и распределении. (International Standart ISO 6976:1996. Natural Gas - Calculation of calorific value, density, relative and Wobbe index from composition. International Organisation for Standartization. 1996.).A known method of measuring the calorific value of natural gas by a gas chromatograph, which based on the analysis of the composition of natural gas allows you to calculate its calorific value. This method of determining the calorific value of natural gas is currently the main one in its production and distribution. (International Standart ISO 6976: 1996. Natural Gas - Calculation of calorific value, density, relative and Wobbe index from composition. International Organization for Standartization. 1996.).
Газовый хроматограф позволяет, при определенных допущениях, производить расчет энергии сгорания природного газа с погрешностью, равной 0,1%. Указанная погрешность расчета получается при допущении, что значения энергии сгорания индивидуальных компонентов, входящих в состав природного газа, известны с такой высокой точностью, что их неопределенность не оказывает уже влияния на суммарную погрешность расчета. В действительности это допущение не выполняется. При этом наибольший вклад вносит погрешность измерения энергии сгорания метана, являющегося основным компонентом природного газа с концентрацией не менее 80%.A gas chromatograph allows, under certain assumptions, to calculate the combustion energy of natural gas with an error of 0.1%. The specified calculation error is obtained under the assumption that the values of the combustion energy of the individual components that make up the natural gas are known with such high accuracy that their uncertainty does not already affect the total calculation error. In fact, this assumption is not fulfilled. The largest contribution is made by the error in measuring the energy of combustion of methane, which is the main component of natural gas with a concentration of at least 80%.
Известен калориметрический способ измерения энергии сгорания газообразного топлива и других легколетучих органических соединений [патент РФ №2122187, опубликован 20.11.1998 г.], основанный на измерении тепловой энергии, выделившейся в калориметрическом сосуде при сгорании газообразного топлива. Тепловую энергию аккумулируют в калориметрическом сосуде за счет плавления части введенного в сосуд калориметрического вещества. При этом поддерживают постоянной температуру оболочки калориметра, затем осуществляют кристаллизацию расплавившегося вещества. С помощью батареи дифференциальных термопар измеряют тепловой поток от калориметрического сосуда к окружающей его термостатируемой оболочке. Об энергии сгорания газа судят по величине измеренного теплового потока.A known calorimetric method for measuring the combustion energy of gaseous fuels and other volatile organic compounds [RF patent No. 2122187, published November 20, 1998], based on the measurement of thermal energy released in a calorimetric vessel during the combustion of gaseous fuel. Thermal energy is accumulated in a calorimetric vessel due to the melting of a part of the calorimetric substance introduced into the vessel. At the same time, the temperature of the calorimeter shell is kept constant, then crystallization of the molten substance is carried out. Using a battery of differential thermocouples, the heat flux from the calorimetric vessel to the thermostatic envelope surrounding it is measured. The energy of gas combustion is judged by the value of the measured heat flux.
Однако данный способ также имеет ряд факторов, влияющих на погрешность измерения. Погрешность измерения можно уменьшить до желаемого предела, увеличив число опытов в каждой серии измерений, что требует весьма продолжительного времени, необходимого для определения теплоты сгорания. За счет этого усложняется сам способ измерения. При этом продолжительность времени измерения экспоненциально возрастает с повышением требований к точности измерений теплового потока, обусловленного кристаллизацией калориметрического вещества. Так, например, для измерения теплоты кристаллизации с погрешностью 0,1% требуются 8 часов.However, this method also has a number of factors affecting the measurement error. The measurement error can be reduced to the desired limit by increasing the number of experiments in each series of measurements, which requires a very long time required to determine the calorific value. Due to this, the measurement method itself is complicated. In this case, the duration of the measurement time increases exponentially with increasing requirements for the accuracy of measurements of heat flux due to crystallization of the calorimetric substance. So, for example, it takes 8 hours to measure the heat of crystallization with an error of 0.1%.
Наиболее близким решением, выбранным в качестве прототипа, является калориметрический способ измерения теплоты сгорания природного газа и других видов газообразного топлива [патент РФ №2169361, опубликован 20.06.2001 г.].The closest solution, selected as a prototype, is a calorimetric method for measuring the calorific value of natural gas and other types of gaseous fuels [RF patent No. 2169361, published June 20, 2001].
Согласно этому способу в термостате размещают калориметрический сосуд с камерой сгорания и калориметрическим веществом. Камеру сгорания продувают окислителем и исследуемым газом, а тепловую энергию, выделившуюся в калориметрическом сосуде при сгорании исследуемого газа, используют для полного плавления введенного в сосуд калориметрического вещества. Процесс плавления проводят в заданном температурном интервале, симметричном относительно температуры плавления калориметрического вещества, поддерживая при этом температуру оболочки калориметрического сосуда, равной температуре плавления калориметрического вещества. Теплота сгорания исследуемого газа равна тепловой энергии, необходимой для нагревания калориметрического вещества в заданном температурном интервале и установленной в процессе электрической градуировке калориметра.According to this method, a calorimetric vessel with a combustion chamber and calorimetric substance is placed in a thermostat. The combustion chamber is purged with the oxidizing agent and the test gas, and the heat energy released in the calorimetric vessel during the combustion of the test gas is used to completely melt the calorimetric substance introduced into the vessel. The melting process is carried out in a predetermined temperature range symmetrical with respect to the melting temperature of the calorimetric substance, while maintaining the temperature of the shell of the calorimetric vessel equal to the melting temperature of the calorimetric substance. The heat of combustion of the test gas is equal to the thermal energy required to heat the calorimetric substance in a given temperature range and established during the electrical calibration of the calorimeter.
Данный способ имеет достаточно высокую точность измерения теплоты сгорания, однако он весьма сложен в реализации и характеризуется длительным временем измерения, что связано с использованием процесса плавления калориметрического вещества.This method has a fairly high accuracy of measuring the calorific value, however, it is very difficult to implement and is characterized by a long measurement time, which is associated with the use of the melting process of the calorimetric substance.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является упрощение способа определения теплоты сгорания и снижение времени измерения.The problem to which the claimed invention is directed, is to simplify the method for determining the calorific value and reduce the measurement time.
Предлагаемый калориметрический способ измерения теплоты сгорания природного газа включает размещение камеры сгорания и калориметрического вещества в термостате, продувание камеры сгорания окислителем и исследуемым газом, сжигание в камере сгорания исследуемого газа и использование выделяющейся при сгорании теплоты для нагревания калориметрического вещества.The proposed calorimetric method for measuring the calorific value of natural gas includes placing the combustion chamber and the calorimetric substance in a thermostat, blowing the combustion chamber with an oxidizing agent and test gas, burning the test gas in the combustion chamber, and using the heat released during combustion to heat the calorimetric substance.
В отличие от известного способа калориметрическое вещество помещают в камеру сгорания и сжигание газа производят на поверхности катализатора, нанесенного на калориметрическое вещество. В качестве калориметрического вещества используют металл с изменяющимся от температуры электрическим сопротивлением, например платину.In contrast to the known method, a calorimetric substance is placed in a combustion chamber and gas is burned on the surface of a catalyst supported on a calorimetric substance. As a calorimetric substance, a metal with a temperature-varying electrical resistance, for example platinum, is used.
Через калориметрическое вещество пропускают электрический ток и нагревают калориметрическое вещество и катализатор до температуры, при которой происходит каталитический процесс окисления газа. Теплоту сгорания природного газа определяют по снижению мощности, необходимой для поддержания постоянной температуры калориметрического вещества.An electric current is passed through the calorimetric substance and the calorimetric substance and the catalyst are heated to a temperature at which the catalytic process of gas oxidation occurs. The calorific value of natural gas is determined by reducing the power necessary to maintain a constant temperature of the calorimetric substance.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в упрощении способа и снижении времени измерения за счет использования в предлагаемом способе технологий современной микросистемой техники.The technical result obtained by carrying out the invention is to simplify the method and reduce the measurement time due to the use of modern microsystem technology in the proposed method.
Способ поясняется чертежом, где представлено устройство для реализации предлагаемого способа.The method is illustrated in the drawing, which shows a device for implementing the proposed method.
Устройство для реализации предлагаемого способа (см. чертеж) состоит из термостата 1, камеры сгорания 2, калориметрического вещества 3, катализатора 4, регулирующего устройства 5, которое обеспечивает пропускание электрического тока через калориметрическое вещество, измерение его температуры и регулирование электрической мощности, патрубка 6 для подвода смеси природного газа и окислителя, патрубка 7 для удаления продуктов сгорания.A device for implementing the proposed method (see drawing) consists of a thermostat 1, a combustion chamber 2, a calorimetric substance 3, a catalyst 4, a control device 5, which ensures the passage of electric current through a calorimetric substance, measure its temperature and regulate electric power, pipe 6 for the supply of a mixture of natural gas and an oxidizing agent, pipe 7 to remove combustion products.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.
Калориметрическое вещество 3, с нанесенными на его поверхности катализатором 4, помещают в специальный корпус, который образует камеру сгорания 2 с узлами механического крепления и патрубками для подвода смеси природного газа и окислителя 6 и отвода продуктов сгорания 7. Камеру сгорания 2 помещают в пассивный или активный термостат 1 для обеспечения условий адиабатичности относительно внешней среды.The calorimetric substance 3, with the catalyst 4 deposited on its surface, is placed in a special case, which forms a combustion chamber 2 with nodes of mechanical fastening and nozzles for supplying a mixture of natural gas and oxidizing agent 6 and removal of combustion products 7. Combustion chamber 2 is placed in passive or active thermostat 1 to ensure adiabatic conditions relative to the external environment.
В качестве калориметрического вещества используют, например, платину, электрическое сопротивление которой увеличивается при увеличении температуры. Над поверхностью катализатора 4, расположенного в камере сгорания 2, через патрубки 6, 7 непрерывно пропускают смесь природного газа и окислителя (например, кислорода). Смесь подается с заданным, постоянным расходом и объемным соотношением природного газа и окислителя. Через калориметрическое вещество 3 начинают пропускать электрический ток от регулирующего устройства 5, в результате чего в соответствии с законом Джоуля - Ленца в объеме калориметрического вещества выделяется тепловая энергия, мощность которой P=I2R, где I - ток, протекающий через калориметрическое вещество; R - сопротивление калориметрического вещества. Выделяющаяся в калориметрическом веществе мощность расходуется на нагрев калориметрического вещества и катализатора. Увеличивая величину электрического тока с помощью регулирующего устройства 5, разогревают калориметрическое вещество и катализатор до температуры tк, при которой начинается процесс каталитического горения. Температуру tк и электрическую мощность P1 фиксируют. В процессе каталитического окисления газа происходит выделение дополнительной теплоты (теплоты сгорания) и, соответственно, повышение температуры калориметрического вещества и его сопротивления. Затем уменьшают электрический ток I и, соответственно, электрическую мощность, расходуемую на нагрев калориметрического вещества, добиваясь снижения температуры калориметрического вещества до первоначально зафиксированного значения tк. Поддерживая данную температуру постоянной, фиксируют электрическую мощность Р2.As a calorimetric substance, for example, platinum is used, the electrical resistance of which increases with increasing temperature. Above the surface of the catalyst 4 located in the combustion chamber 2, a mixture of natural gas and an oxidizing agent (for example, oxygen) is continuously passed through the nozzles 6, 7. The mixture is supplied with a predetermined, constant flow rate and volume ratio of natural gas and oxidizing agent. An electric current begins to pass through the calorimetric substance 3 from the control device 5, as a result of which, in accordance with the Joule – Lenz law, thermal energy is released in the calorimetric volume, the power of which is P = I 2 R, where I is the current flowing through the calorimetric substance; R is the resistance of the calorimetric substance. The power released in the calorimetric substance is spent on heating the calorimetric substance and the catalyst. Increasing the magnitude of the electric current with the help of a regulating device 5, the calorimetric substance and the catalyst are heated to a temperature t k , at which the catalytic combustion process begins. The temperature t k and the electrical power P 1 are fixed. During the catalytic oxidation of gas, additional heat (heat of combustion) is released and, accordingly, the temperature of the calorimetric substance and its resistance increase. Then, the electric current I and, accordingly, the electric power spent on heating the calorimetric substance are reduced, achieving a decrease in the temperature of the calorimetric substance to the initially recorded value of t to . Keeping this temperature constant, fix the electrical power P 2 .
Теплоту сгорания определяют по формуле:The heat of combustion is determined by the formula:
Q=k(P1-Р2),Q = k (P 1 -P 2 ),
где Q - теплота сгорания газа, P1 - мощность, расходуемая на нагрев каталитического вещества до начала каталитического горения, P2 - мощность, расходуемая на нагрев каталитического вещества в процессе каталитического горения, k - калибровочный коэффициент.where Q is the heat of combustion of the gas, P 1 is the power spent on heating the catalytic substance before the start of catalytic combustion, P 2 is the power spent on heating the catalytic substance in the process of catalytic combustion, k is the calibration coefficient.
В общем случае калориметрическое вещество вместе с катализатором может быть получено, например, путем нанесения вакуумным напылением на кремниевую основу, слоя платины необходимой толщины с последующим ионным травлением и нанесением слоя катализатора. Сформированный таким образом калориметрический чувствительный элемент имеет весьма малые размеры (менее 10-9 м3), соответственно уменьшаются постоянные времени таких нестационарных процессов, как нагрев и охлаждение калориметрического вещества, и, соответственно, снижается необходимое время измерения, что позволяет сократить процедуру измерения и упростить весь способ.In the general case, a calorimetric substance together with a catalyst can be obtained, for example, by vacuum deposition on a silicon base, a platinum layer of the required thickness, followed by ion etching and deposition of a catalyst layer. The calorimetric sensor element thus formed has very small dimensions (less than 10 -9 m 3 ), correspondingly, the time constants of such unsteady processes as heating and cooling of the calorimetric substance decrease, and, accordingly, the required measurement time is reduced, which makes it possible to shorten the measurement procedure and simplify the whole way.
При необходимости устройство для измерения теплоты сгорания может быть оснащено дополнительными сервисными элементами: управляющим микроконтроллером, системами контроля температуры и давления, стабилизации расхода и т.д., что позволяет полностью автоматизировать процесс определения теплоты сгорания.If necessary, the device for measuring the calorific value can be equipped with additional service elements: a control microcontroller, temperature and pressure control systems, flow stabilization, etc., which allows you to fully automate the process of determining the calorific value.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006119768/28A RU2318205C1 (en) | 2006-06-05 | 2006-06-05 | Calorimetric method for measuring combustion heat of natural gas and other types of gaseous fuel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006119768/28A RU2318205C1 (en) | 2006-06-05 | 2006-06-05 | Calorimetric method for measuring combustion heat of natural gas and other types of gaseous fuel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2318205C1 true RU2318205C1 (en) | 2008-02-27 |
Family
ID=39279054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006119768/28A RU2318205C1 (en) | 2006-06-05 | 2006-06-05 | Calorimetric method for measuring combustion heat of natural gas and other types of gaseous fuel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2318205C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2646445C1 (en) * | 2017-01-31 | 2018-03-05 | Алексей Вячеславович Иноземцев | Method of determining the specific volume heat of combustion of natural fuel gas in the bomb calorimeter and the device for filling calorimetric bomb with combustible gas |
-
2006
- 2006-06-05 RU RU2006119768/28A patent/RU2318205C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Л998. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2646445C1 (en) * | 2017-01-31 | 2018-03-05 | Алексей Вячеславович Иноземцев | Method of determining the specific volume heat of combustion of natural fuel gas in the bomb calorimeter and the device for filling calorimetric bomb with combustible gas |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4614721A (en) | Heat recovery calorimeter | |
| US8105533B2 (en) | Apparatus for measuring corrosion loss | |
| WO2007001384A2 (en) | Flammability tester | |
| Dale et al. | High precision calorimetry to determine the enthalpy of combustion of methane | |
| RU2318205C1 (en) | Calorimetric method for measuring combustion heat of natural gas and other types of gaseous fuel | |
| US6346420B1 (en) | Method of analyzing a gas mixture to determine its explosibility and system for implementing a method of this kind | |
| Sakiyama et al. | Micro-bomb combustion calorimeter equipped with an electric heater for aiding complete combustion | |
| JP2005274415A (en) | Thermal analysis apparatus and its water vapor generating apparatus | |
| Vega-Maza et al. | A Humidity Generator for Temperatures up to 200° C and Pressures up to 1.6 MPa | |
| Kurzeja et al. | Accurate measurements of the gross calorific value of methane by the renewed GERG calorimeter | |
| Gregor et al. | A quasi-adiabatic laminar flat flame burner for high temperature calibration | |
| Boust et al. | Unsteady contribution of water vapor condensation to heat losses at flame-wall interaction | |
| Lee et al. | Measurement of the Calorific value of methane by calorimetry using metal burner | |
| JP4845631B2 (en) | Flash point meter | |
| RU76135U1 (en) | INSTALLATION FOR DIFFERENTIAL-THERMAL AND THERMOGRAMMETRIC ANALYSIS | |
| RU2362124C1 (en) | Micro gas flow metre with preset sensitivity | |
| US3186213A (en) | Flash point analyzer | |
| US977970A (en) | Means for indicating and recording the calorific value of gases. | |
| CN112083027A (en) | Spontaneous combustion test device | |
| RU2085924C1 (en) | Isothermic method of measurement of energy of combustion of fuel and other organic compounds | |
| Kotoyori et al. | An adiabatic self-ignition testing apparatus | |
| JP2020060471A (en) | Calorimeter | |
| SU1430849A1 (en) | Method of continuously measuring the combustion heat of liquid and gaseous fuels | |
| RU2171466C1 (en) | Method for measuring upper and lower bound of specific combustion heat of combustible gases | |
| RU2122187C1 (en) | Calorimetric method of measurement of combustion energy of gaseous fuel and other volatile organic compositions and device for its realization |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090606 |