專利名稱：測定氣態(tài)燃料混合物的物理性質(zhì)以確定其至少一個能量性質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定氣態(tài)燃料混合物的至少一個能量性質(zhì)的方法，所述方法是，通過測定該氣態(tài)燃料混合物的物理性質(zhì)，確定等同于所述氣態(tài)混合物的氣體的組成，由所述組成推導(dǎo)出上述能量性質(zhì)。
背景技術(shù)：
氣體的能量性質(zhì)如熱值、沃伯指數(shù)、化學(xué)計量的空氣/燃料比率或者甲烷指數(shù)等在工業(yè)上十分重要。實際上，由于氣體來源很多(如阿爾及利亞氣、挪威氣、俄羅斯氣等等)，所以氣體(如天然氣)的組成存在差異，這種差異可引起固定氣體發(fā)動機的嚴(yán)重損壞。這些發(fā)動機通常用于同時產(chǎn)生熱和電(熱電聯(lián)產(chǎn))。另外，在內(nèi)燃機中氣態(tài)燃料的高效使用主要依賴于氣態(tài)燃料的點火性能和燃燒性能。
使得有可能根據(jù)抗爆值來跟蹤天然氣的品質(zhì)差異的能量性質(zhì)是甲烷指數(shù)。
燃料氣體就其不同的能量性質(zhì)來說是比較重要的，同時燃料氣體也有各種來源，如來自木氣、煤氣和天然氣等等。
當(dāng)采用沼氣來驅(qū)動內(nèi)燃機時，該氣體組成上的差異可對發(fā)動機的性能特性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。例如，凈熱值(NCV)的不同(可在10至25MJ/m3之間變動)可導(dǎo)致功率波動。因此，為了優(yōu)化發(fā)動機的運行，測定沼氣的NCV值非常關(guān)鍵。
沃伯指數(shù)是氣態(tài)燃料的另一個重要能量性質(zhì)(其值可在10至30MJ/m3之間變化)。它是發(fā)動機中氣體的互換性的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。如果沃伯指數(shù)幾乎保持不變，則組成的差異不會導(dǎo)致空氣過剩系數(shù)(air factor)或者燃燒速率的顯著變化。該指數(shù)可通過下列關(guān)系式由熱值的計算而推導(dǎo)出來。
W=NCVd------(1)]]>其中，NCV是氣體的凈熱值，d是氣體的密度。
氣態(tài)燃料的品質(zhì)可通過許多技術(shù)來測定，其中可提及的是熱值測量技術(shù)和甲烷指數(shù)測量技術(shù)。
a)測量熱值的方法如果已知氣體混合物的組成，通過使用所述氣體每一組分的比值(specific value)，可容易地計算出該氣體的熱值。
使用手動熱量計和自動熱量計如彈式熱量計、榮克熱量計和聯(lián)合微熱量計(Union microcalorimeter)等可以實現(xiàn)熱值的直接測定。
當(dāng)在操作車間內(nèi)需要測量氣態(tài)混合物的熱值時，這些傳統(tǒng)方法煩瑣、昂貴而且難以實施。
國際專利申請WO 99/36767中所描述的計算熱值的方法著眼于測量兩個物理性質(zhì)(聲速和熱傳導(dǎo)率)。該方法是通過采用代表英國煤氣分配系統(tǒng)中所有氣體的天然氣而開發(fā)出來的。通過對這些天然氣進行實驗室實驗，能夠測定這些氣體中的聲速，然后將這些結(jié)果與熱值聯(lián)系起來。由于僅由單一性能尚不足以跟蹤熱值隨該氣體是否含有顯著含量的惰性組分而產(chǎn)生的差異，所以結(jié)合聲速還采用了第二個物理性質(zhì)(熱傳導(dǎo)率)。根據(jù)此方法，熱值由下列關(guān)系式得出CV＝a·ThCH+b·ThCL+c·SoS+d·Ta+e·Ta2+f(2)其中-CV是熱值；-ThCH是在TH溫度下的熱傳導(dǎo)率；-ThCL是在TL溫度下的熱傳導(dǎo)率；-SoS是在環(huán)境溫度下的聲速；-Ta是氣體的環(huán)境溫度；-a、b、c、d、e和f是常數(shù)。
這些常數(shù)由在英國得到的不同來源的氣體樣品進行回歸而確定。然而，此方法只是使用了分布于英國的氣體中的代表性氣體，因此不能推廣使用。
第二種測定熱值的方法是基于已知的氣體中氮氣和二氧化碳的含量以及此種氣體的密度值。Candwell(1967)使用了以下關(guān)系式，該關(guān)系式只對沃伯指數(shù)在43.4至44.4MJ·m-3范圍內(nèi)的氣體(即Groningue氣體)才成立CV＝5.671+61.38d-98.97KCO2-64.57KN2(3)其中，KCO2是氣體中二氧化碳的分數(shù)，KN2是氣體中氮氣的分數(shù)。
然而，上述后兩種方法并不適用于分布于歐洲的所有氣體。
b)測定甲烷指數(shù)的方法·實驗測定甲烷指數(shù)甲烷指數(shù)通常在CFR/RDH(合作燃料研究/活動氣包上蓋板)標(biāo)準(zhǔn)試驗用發(fā)動機上測量，操作條件如Christoph等人的文章(《使用甲烷指數(shù)估算氣態(tài)燃料的抗爆值及其在燃氣發(fā)動機中的實際應(yīng)用(Evaluation ofthe antiknock value of gaseous fuels by means of the methane index and theirpractical application in gas engines)》，MTZ(發(fā)動機技術(shù)雜志)33，1972年4月，第10期)所規(guī)定。
·甲烷指數(shù)的化學(xué)測定法(通過分析氣體組分)另外一種測定甲烷指數(shù)的方法由Ryan和Callahan提出[RYAN等，燃氣輪機和動力工程雜志(Journal of Engineering for Gas Turbines andPower)，1993年10月，卷115/769；CALLAHAN等，18屆ASME內(nèi)燃機分會秋季年度技術(shù)會議(18thAnnual Fall Technical Conference ofASME Internal Engine Division)，1996，ICE-卷27-4]，后來，Waukesha對上述方法作了改進[Selberg，CIMAC會議，1998]，他定義了一種與甲烷指數(shù)相似的新的指數(shù)，稱為WKI指數(shù)(參見美國專利第6 061 637號)。
·甲烷指數(shù)的圖解確定法由氣態(tài)燃料的化學(xué)組成來計算其甲烷指數(shù)的方法是Christoph等人建立的[參考上述引用的文獻]。該方法是將不同組分歸入二元組或者三元組中，該二元組或者三元組的甲烷指數(shù)由相應(yīng)的圖給出。方程為如下形式MI=1100ΣiyjMIj-----(4)]]>其中
MIj是二元或者三元組j的甲烷指數(shù)；yj是總混合物中混合物j的體積濃度；MI是總混合物的甲烷指數(shù)；此方程只與各混合物組的三元圖一起使用。
此外，必須遵守一定的規(guī)則·MIj值的差不能大于5個點。
·至少有一個組必須含有3個組分。
·如果采用第一個規(guī)則，則可以形成一個單組分的組。
·極高爆震性組分(如丁烷)必須始終與抗爆性組分(如甲烷)一起包括于一個三元組中。
·C5或更高級的組分可以加到丁烷中，這是因為其僅以痕量存在于氣體中。
對于氮氣和二氧化碳的含量分別低于9％和2％的混合物，確定該指數(shù)時，不用考慮這些氣體。在這種情況下，誤差小于2個指標(biāo)點(indexpoint)。
當(dāng)這些惰性氣體的含量更高時，可依據(jù)下列方程計算甲烷指數(shù)MI＝MI(無)+MI(惰性氣體)-100 (5)其中MI(無)根據(jù)方程(4)計算；MI(惰性氣體)根據(jù)三元圖CH4-CO2-N2計算，其中將所有鏈烷烴歸作甲烷。
·甲烷指數(shù)的經(jīng)驗確定法1)關(guān)聯(lián)式MI＝f(NCV，xCO2，密度)德國Ruhrgas公司發(fā)現(xiàn)了一個基于測量氣體的NCV、氣體密度和氣體中二氧化碳含量的簡單方程。此方程基于一個參考模型(由三元圖計算甲烷指數(shù)的AVL程序)，它是以下形式的多元線性回歸MI＝C1+C2·NCV+C3·ρ+C4·xCO2+C5·NCV·ρ+C6·NCV·xCO2+C7·ρ·xCO2+C8·NCV·ρ·xCO2+C9·NCV2+C10·ρ2+C11·NCV2·ρ+C12·NCV·ρ2+C13·NCV2·ρ·xCO2(6)
其中NCV是氣體的凈熱值；ρ是氣體密度；xCO2是二氧化碳含量。
由氣體的熱值或者介電常數(shù)數(shù)據(jù)、其密度和其二氧化碳含量可以推導(dǎo)另外兩種方法·第一種方法可以將氣體組成作為NCV、密度和CO2含量的函數(shù)(計算法)來進行測定，該方法能夠在CFR發(fā)動機實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，使用AVL程序計算甲烷指數(shù)(參見Evaluation of the Antiknocking Propertyof Gaseous Fuels by means of the Methane Number and its PracticalApplication to Gas Engines，ASME論文72-DGP-4，1972年4月，Leiker M.等)，并能夠計算NCV和沃伯指數(shù)。氣體中氮氣含量是估計值。通過迭代計算法對一系列NCV的二次關(guān)聯(lián)式進行積分，可以確定氣體的最終組成(EP 0 939 317 A2)。
·第二種方法類似于第一種方法，該方法可以將氣體組成作為氣體的介電常數(shù)、密度和二氧化碳含量的函數(shù)來進行測定。氮氣含量和烴類的NCV都是估計值。同樣，通過迭代計算法對一系列NCV的二次關(guān)聯(lián)式進行積分，可以確定氣體的最終組成(EP 1 081 494 A1)。
2)紅外吸收WO 98/25128和WO 00/50874中描述了兩種方法，這兩種方法涉及可跟蹤甲烷指數(shù)變化的紅外吸收。
兩種確定甲烷指數(shù)的經(jīng)驗方法提供的精度級別均為±2個甲烷指數(shù)點。
另外，由于這些方法使用一些變量(例如NCV)，這些變量的測量會耗費大量的財力物力，所以，只有實際上測量氣體的NCV、密度和二氧化碳含量的用戶才使用這些方法(此種情況如德國Ruhrgas公司，它在煤氣分配工作站上實際測量這些數(shù)據(jù))。
所有用于計算甲烷指數(shù)和NCV的方法都是基于一個、兩個或者三個物理性質(zhì)的關(guān)聯(lián)式。因為這種途徑是實驗性的，所以需要采用漸進校準(zhǔn)方法來建立某種回歸。
這些技術(shù)具有現(xiàn)實的缺點，首先是需要在所需計算的能量性質(zhì)與用于此目的的物理性質(zhì)之間建立強有力的關(guān)聯(lián)式。此外，此類方法的另一個缺點是，其不易考慮到對例如甲烷指數(shù)或者NCV等具有巨大影響的某些組分的正面或負面效應(yīng)。
最后，這些關(guān)聯(lián)式很少能同時計算多個能量性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述缺點，并提出一種用于確定氣體(天然氣、沼氣等)的至少一個能量性質(zhì)的易用的新方法，所述方法具有許多優(yōu)點，特別是可同時確定氣體的甲烷指數(shù)和熱值，它們是使熱電聯(lián)產(chǎn)中所用的氣體發(fā)動機有效運行的兩個關(guān)鍵特性。
本發(fā)明的用于確定氣態(tài)混合物的至少一個能量性質(zhì)的方法在于(1)在溫度T下測定上述氣態(tài)混合物的n個物理性質(zhì)φi和/或在n個溫度下測量一個物理性質(zhì)φi；(2)由上述物理性質(zhì)確定具有n+1個組分的氣體的組成，該氣體等同于所述混合物；和(3)由上述等同氣體的所述組成推導(dǎo)出所述氣態(tài)混合物的能量性質(zhì)。
被測的氣態(tài)混合物可以是氣態(tài)燃料如天然氣，或者是生物氣如沼氣，或者是發(fā)生爐煤氣。上述混合物可由甲烷組成，并含有惰性組分如二氧化碳和氮氣。除了甲烷，該氣體混合物還可含有至少一種其它C2-C5烷烴，如乙烷、丙烷、丁烷或戊烷。該等同氣體也可含有氫氣和/或一氧化碳。
該等同氣體可含有n+1個組分，n是一個大于1或者等于1的整數(shù)，且優(yōu)選為等于2或者3。
考慮測量的物理性質(zhì)可包括在溫度T下該氣體的聲速、熱傳導(dǎo)率、動態(tài)粘度、密度、折光指數(shù)、介電常數(shù)、紅外吸收或者該氣體的其它任何物理性質(zhì)。
優(yōu)選使用下列各對物理性質(zhì)φ1和φ2
—動態(tài)粘度和熱傳導(dǎo)率；—T1和T2下的熱傳導(dǎo)率；—折光指數(shù)和熱傳導(dǎo)率；—聲速和折光指數(shù)。
要確定的能量性質(zhì)可包括甲烷指數(shù)、熱值、沃伯指數(shù)和化學(xué)計量的空氣/燃料比率。
在進行本發(fā)明方法的步驟1之前，首先進行校準(zhǔn)，所述校準(zhǔn)的方法是，對含有n+1個組分的已知組成的一種等同氣體的物理性質(zhì)φi進行多個系列的測量，或者使用數(shù)值法如在ASTMD 25-98-68中描述的方法，從而確定上述物理性質(zhì)與上述等同氣體中各組分的含量之間的關(guān)系。
術(shù)語“等同”只表示含有n+1個組分的氣體具有與能量性質(zhì)待確定的“真實”氣體相同的n個物理性質(zhì)(如相同的聲速和相同的熱傳導(dǎo)率)。
因此，例如，這將有利于測定氣態(tài)混合物的兩個(或者三個)物理性質(zhì)，并通過這些物理性質(zhì)來確定等同的三元(或者四元)氣體的組成。
此種情況下，通過對成對(三元圖)或者三個一組(四元圖)的物理性質(zhì)的任意組合的測量，可以在任一由基本氣體組成的三元組合如CH4-C2H6-C4H10或者CH4-C2H6-C4H10-N2的基礎(chǔ)上，建立該三元(或者四元)圖。
就CH4-C2H6-N2、CH4-C2H6-C3H8、CH4-C2H6-C4H10或者CH4-C2H6-C4H10-N2而言，以等同的三元組成為基礎(chǔ)來建立所述三元圖是有利的。
真實氣體如天然氣通?？珊卸嘀?或者6個不同組分，或者有時甚至更多。
三元(或者四元)圖可以代表只含有三個(或者四個)不同組分的氣體混合物。這樣，在此類型圖中，天然氣可由一偽組成氣體或者“等同”氣體代表。
由真實氣體的兩個物理性質(zhì)的測定結(jié)果已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該真實氣體具有與其等同氣體相同的能量性質(zhì)。


圖1顯示了一個三元圖X1-X2-X3；圖2顯示了一個三元圖X1-X2-X3的例子；圖3代表天然氣的真實能量性質(zhì)(NCV、沃伯指數(shù)以及化學(xué)計量的空氣/燃料比率)以及由本發(fā)明方法得到的能量性質(zhì)。
具體實施例方式
圖1顯示了一個三元圖X1-X2-X3，其中表示了兩個不同物理性質(zhì)的測量結(jié)果。
X1、X2或X3可與該氣體的任一組分例如甲烷、乙烷或者氮氣(X1+X2+X3＝1或者100％)對應(yīng)。
在該圖中，表示為φ1和φ2的物理性質(zhì)與該物理性質(zhì)的測量結(jié)果對應(yīng)。此意思為φ1所表示的曲線代表著無窮多個不同的三元組成(三種氣體或者三元組成的混合物始終由圖上的一個點來代表)，該φ1相當(dāng)于例如300m.s-1的聲速測量結(jié)果。
實際上，幾個不同混合物可以具有相同的聲速或者熱傳導(dǎo)率值。假設(shè)每一三組分混合物由等邊三角形(三元圖)上的一個點代表，則最終可得到無窮多個具有等值物理性質(zhì)(聲速、粘度、熱傳導(dǎo)率等)的點。
在表現(xiàn)為表示φ1和φ2的兩條線的無窮多個組成中，兩個物理異性(φ1和φ2，常數(shù))的交叉給出唯一一個三元組成。
兩條直線的交叉給出了一個唯一的三元混合物的組成，所述直線對應(yīng)于所測的兩種物理性質(zhì)。
如果通過改變物理性質(zhì)φ1和φ2來包括所有待考察的氣體(例如所有天然氣)來作普適化，就得到對應(yīng)于物理性質(zhì)φi的不同值的、幾乎相互平行的一排直線。
分別表示φ1和φ2的不同值的兩排線的交點給出了無窮多個點，這些點完整地描述了該三元圖。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上述線列的系數(shù)ai和bi能夠與物理性質(zhì)φ1、φ2和溫度相關(guān)。
然后對這些線進行變換，以使其用于三角形的區(qū)域(其系數(shù)表示為X1、X2和X3的函數(shù))。
最后，為了描述整個三元圖，三元氣體的每個組分的含量以物理性質(zhì)的函數(shù)(X1、X2和X3表示為所述系數(shù)的函數(shù)，這些系數(shù)本身依賴于所述物理性質(zhì)和溫度)給出。
X1＝f1(X10，φ1，φ2，T)X2＝f2(X20，φ1，φ2，T)X3＝1-X1-X2此處，φ1和φ2代表用于由上述方程確定任一氣體三元組的兩個物理性質(zhì)。X1、X2和X3代表該三元氣體中三個組分的含量。X10對應(yīng)于X1軸的下限(圖1左側(cè)的0.4)，X20對應(yīng)于X2軸的下限(圖1右邊的0.2)。
得出三元組X1、X2和X3的關(guān)系式描述了整個三元圖。這些關(guān)系式依賴于所要考察的氣體的類別(天然氣、沼氣或者發(fā)生爐煤氣)。假如X1、X2和X3及其極限值隨所要考察的氣體的類別而不同，則對于天然氣有一個特定的圖，正如對于沼氣有一個特定的圖一樣。
在以這種方式建立的三元圖的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠使用傳統(tǒng)的模型方法，容易地確定給出X1、X2和X3的關(guān)系式。
圖2顯示了一個三元圖X1-X2-X3的例子，其中表示了兩個不同物理性質(zhì)的測量結(jié)果。此圖還采用了第四個組分X4(X1≡CH4、X2≡C2H6、X1≡C3H8和X4≡N2)的含量來進行表征。
盡管此組分是真實存在的，但卻不出現(xiàn)在圖上。另一方面，圖上所示的組分的總和不再等于1，而是等于1-X4。
這個新圖代表該等同四元混合物。
為了描述整個三元圖，每個三元組分最終表示為物理性質(zhì)和第四個組分X4的函數(shù)(X1、X2和X3表示為所述系數(shù)的函數(shù)，所述系數(shù)本身依賴于所述物理性質(zhì)和溫度)。
X1＝f1(X10，φ1，φ2，X4，T)X2＝f2(X20，φ1，φ2，X4，T)X3＝1-X1-X2-X4
此處，φ1和φ2表示用于由上述方程確定任意氣體三元組的兩個物理性質(zhì)。X1、X2和X3表示在三元氣體中的這三個組分的含量。X10對應(yīng)于X1軸的下限，X20對應(yīng)于X2軸的下限。
添加一個約束條件X4就有必要測定對X4敏感的第三個物理性質(zhì)。此物理性質(zhì)必須可以簡單地測量。
得出四元組X1、X2、X3和X4的關(guān)系式描述了整個四元圖。這些關(guān)系式依賴于所要考察的氣體的類別(天然氣、沼氣或者發(fā)生爐煤氣)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員采用傳統(tǒng)的模型方法也可容易地確定這些關(guān)系式。
四元圖的使用可以提高計算復(fù)雜性質(zhì)如甲烷指數(shù)的精度。
此模型與前一個模型類似，只是添加了一個附加的約束條件。實際上，如果以天然氣為例，可以得到一個三元圖CH4-C2H6-C3H8，其系數(shù)ai和bi由該氣體中的氮氣含量來表征。
每一個系數(shù)均依賴于所述物理性質(zhì)，并且由該氣體中的氮氣含量來表征。
當(dāng)然，此模型的適用性決定于通過第三個物理性質(zhì)來確定該氣體中的氮氣含量或惰性組分(氮氣和二氧化碳)含量的能力。該物理性質(zhì)必須是對氮氣或所述惰性組分敏感的性質(zhì)，通常是例如動態(tài)粘度、折光指數(shù)和紅外吸收。
遵從上述過程，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所述等同三元組成可以由下列方程確定 X3＝1-X1-X2其中-φ1和φ2表示兩個物理性質(zhì)；-X1、X2和X3表示該三元氣體中所述三個組分的含量；-X10表示X1軸的下限；-X20表示X2軸的下限；
-a1、b1、a2和b2是依賴于所述物理性質(zhì)的系數(shù)；(1；2)＝(φ1(T)；φ2(T))適用于2個不同的物理性質(zhì)；或者(1；2)＝(φ1(T1)；φ1(T2))適用于2個溫度水平。
類似地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所述等同四元組成可以通過下列方程確定 X4＝f(3)X3＝1-X1-X2-X4其中-φ1、φ2和φ3表示三個物理性質(zhì)；-X1、X2、X3和X4表示該四元氣體中所述四個組分的含量；-X10表示X1軸的下限；-X20表示X2軸的下限；-a1、b1、a2和b2是依賴于所述物理性質(zhì)的系數(shù)；(1；2)＝(φ1(T)；φ2(T))適用于2個不同的物理性質(zhì)，或者(1；2)＝(φ1(T1)；φ1(T2))適用于2個新的溫度水平。
從邏輯上講，天然氣的某些能量性質(zhì)的計算必然可從三元或者四元圖得出。氣體的凈熱值(NCV)、化學(xué)計量的空氣/燃料比率(SAFR)或者沃伯指數(shù)的計算就是這種情況，這些性質(zhì)對于天然氣工業(yè)很重要。這些性能直接依賴于所要考察的氣體的組成。甲烷指數(shù)也依賴于氣體的組成，但只是間接的。然而可以使用用于該目的的AVL型計算軟件。
因此，有可能制造一種傳感器，該傳感器簡單地通過測量兩個不同物理性質(zhì)，就可以跟蹤天然氣或者任何其它氣體(沼氣、發(fā)生爐煤氣)的NCV、SAFR以及沃伯指數(shù)的變化。確定這些氣體的甲烷指數(shù)也是可能的。
·就天然氣和沼氣而言，通過在兩個溫度水平下測定熱傳導(dǎo)率，有可能以良好的精度在上述三元圖或者四元圖中跟蹤這些氣體的NCV的變化。
·同樣，通過折光指數(shù)的測量并結(jié)合熱傳導(dǎo)率或者聲速的測量，有可能得到由該方法產(chǎn)生的三元或者四元組成。該組成的能量性質(zhì)如甲烷指數(shù)、NCV或者沃伯指數(shù)可以得到確定。
·結(jié)合任何其它物理性質(zhì)對氣體粘度進行測量是非常適合此方法的。
因此，本發(fā)明還涉及用來實施本發(fā)明方法的裝置，所述裝置包括-至少n個傳感器，用于測量所述物理性質(zhì)φi；-一個電子模塊，用于確定所述等同三元(或者四元)氣體的組成以及所需的能量性質(zhì)。
物理性質(zhì)的選擇依賴于三元圖的類型，還依賴于特定的物理性質(zhì)可以或者可以不彼此密切相關(guān)的情形。
圖3表示具有如表2所示組成的天然氣的實際能量性質(zhì)(NCV、沃伯指數(shù)以及化學(xué)計量的空氣/燃料比率)以及由本發(fā)明方法得到的能量性質(zhì)。圖3的結(jié)果證明，本發(fā)明的方法適用于各種來源的所有天然氣。
表2天然氣組成

用于這些實驗的三元氣體分別是CH4-C2H6-C3H8和CH4-C2H6-N2，所述物理性質(zhì)φ1和φ2分別如下
-在采用三元氣體CH4-C2H6-C3H8的情況下，為熱傳導(dǎo)率和折光指數(shù)；-在采用三元氣體CH4-C2H6-N2的情況下，為熱傳導(dǎo)率和折光指數(shù)，或者聲速和折光指數(shù)。
本發(fā)明的方法使得有可能以1％級的平均偏差來測定氣態(tài)混合物的物理性質(zhì)。
權(quán)利要求
1.確定氣態(tài)混合物的至少一種能量性質(zhì)的方法，其特征在于(1)在溫度T下測量所述氣態(tài)混合物的n種物理性質(zhì)φi和/或在n個不同的溫度下測量所述氣態(tài)混合物的一種物理性質(zhì)φi；(2)由所述物理性質(zhì)確定具有n+1個組分的氣體的組成，該氣體等同于所述混合物；和(3)由所述等同氣體的所述組成推導(dǎo)出所述氣態(tài)混合物的能量性質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述物理性質(zhì)φi選自所述氣體的聲速、熱傳導(dǎo)率、動態(tài)粘度、密度、折光指數(shù)、介電常數(shù)以及紅外吸收。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氣態(tài)混合物選自天然氣、沼氣和發(fā)生爐煤氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，所述等同氣體的組分選自甲烷、C2-C5烷烴、氮氣、惰性組分、氫氣和一氧化碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的方法，其特征在于，所述氣態(tài)混合物是天然氣或者沼氣，而且所述等同氣體是一種三元氣體，該三元氣體由甲烷和兩種C2-C5烷烴組成，或者由甲烷、一種C2-C5烷烴和氮氣或惰性組分組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述方法，其特征在于，所述等同氣體是一種四元氣體，該四元氣體由甲烷、兩種C2-C5烷烴和氮氣或惰性組分組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述方法，其特征在于，所述物理性質(zhì)φ1和φ2分別選自-動態(tài)粘度和熱傳導(dǎo)率；-T1和T2溫度下的熱傳導(dǎo)率；-折光指數(shù)和熱傳導(dǎo)率；-聲速和折光指數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述方法，其特征在于，在進行所述步驟1之前進行校準(zhǔn)，所述校準(zhǔn)的方法是，對含有n+1個組分的已知組成的一種等同氣體的物理性質(zhì)φi進行多個系列的測量，或者使用數(shù)值法，從而確定所述物理性質(zhì)與所述等同氣體中各組分的含量之間的關(guān)系。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項所述的方法，其特征在于，通過下列方程在三元圖中確定所述等同三元混合物的組成 X3＝1-X1-X2其中-φ1和φ2表示所述的兩種物理性質(zhì)；-X1、X2和X3表示該三元氣體中所述三個組分的含量；-X10表示X1軸的下限；-X20表示X2軸的下限；-a1、b1、a2和b2是依賴于所述物理性質(zhì)的系數(shù)；(1；2)＝(φ1(T)；φ2(T))適用于2種不同的物理性質(zhì)；或者(1；2)＝(φ1(T1)；φ1(T2))適用于2個溫度水平。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，所述等同四元混合物的組分由下列方程確定 X4＝f(3)X3＝1-X1-X2-X4其中-φ1、φ2和φ3表示所述的三種物理性質(zhì)；-X1、X2、X3和X4表示該四元氣體中所述四個組分的含量；-X10表示X1軸的下限；-X20表示X2軸的下限；-a1、b1、a2和b2是依賴于所述物理性質(zhì)的系數(shù)；(1；2)＝(φ1(T)；φ2(T))適用于2個不同的物理性質(zhì)，或者(1；2)＝(φ1(T1)；φ1(T2))適用于2個新的溫度水平。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10任一項所述的方法，其特征在于，確定所述甲烷指數(shù)、沃伯指數(shù)、凈熱值或者化學(xué)計量的空氣/燃料比率。
12.實施權(quán)利要求1至11任一項所述的方法的裝置，其特征在于，所述裝置包括-至少n個傳感器，用于測量所述物理性質(zhì)φi；-一個電子模塊，用于確定所述等同氣體的組成以及所需的能量性質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及確定氣體混合物的至少一種能量性質(zhì)的方法，所述方法在于(1)在溫度T下測量上述氣體混合物的n個物理性質(zhì)φi和/或在n個不同的溫度下測量一個物理性質(zhì)φ
文檔編號G01N33/26GK1549927SQ02817172
公開日2004年11月24日 申請日期2002年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月30日
發(fā)明者卡馬爾·拉赫穆尼, 莫昂·塔澤魯特, 奧利弗·勒科爾, 勒科爾, 卡馬爾 拉赫穆尼, 塔澤魯特 申請人:達爾卡法蘭西公司