NL7808476A

NL7808476A - Inrichting voor het bepalen van een aan de wobbe-index van een gas of gasmengsel gecorreleerde grootheid, als- mede werkwijze voor het toepassen van deze inrichting.

Info

Publication number: NL7808476A
Application number: NL7808476A
Authority: NL
Original assignee: Nederlandse Gasunie Nv
Priority date: 1978-08-16
Filing date: 1978-08-16
Publication date: 1980-02-19
Also published as: DE2963732D1; ATE1593T1; EP0008151B1; EP0008151A1

Description

j: ’ Λ <? N.V. NEDERLANDSE GASUNIE Uitvinder: Arie KRIJGSMAN te Leek 1 ' 3016

INRICHTING VOOR HET BEPALEN VAN EEN AAN DE WOBBE-INDEX VAN EEN GAS OF GASMENGSEL GECORRELEERDE GROOTHEID-, ALSMEDE'WERKWIJZE. VOOR HET TOEPASSEN VAN DEZE INRICHTING

De uitvinding heeft betrekking op een meet inrichting voor het bepalen van een aan de Wobbe-index van een gas of gasmengsel gecorreleerde grootheid en een werkwijze voor het constant houden van de Wobbe-index van gasmengsels.

5 De Wobbe-index W van een stookgas wordt gedefinieerd door de betrekking: vr waarin: H = de bovenste calorische verbrandingswaarde van het gas in 3 10 MJ per m , d = de relatieve dichtheid van het gas ten opzichte van lucht.

De Wobbe-index is stooktechnisch een belangrijke grootheid, daar bij toevoer onder gelijke druk van stookgassen van verschillende 15 samenstelling aan een met gas gestookt apparaat de warmteproduktie gelijk is, en ook de afstelling van het apparaat niet bijgeregeld hoeft te worden, mits slechts de Wobbe-index van het stookgas steeds dezelfde is. Wanneer men, bijvoorbeeld in een industrieel bedrijf, een mengsel verstookt van gassen van verschillende herkomst, dient men 20 voor een ongestoord stookbedrijf de gassen te mengen in een zodanige verhouding, eventueel onder bijmengen van inert gas - als hoedanig in dit verband ook lucht kan gelden - dat een gas met een constante 7808476 %> * 2

Wobbe-index wordt verkregen.

Voor de bepaling van de Wobbe-index van een gas gebruikt men veelal een tamelijk dure combinatie van apparatuur, bestaande uit een calorimeter, een dichtheidsmeter en een rekenschakeling of 5 -mechanisme, het geheel eventueel samengebouwd tot één meetapparaat. Behalve duur is een dergelijk> apparaat ook tamelijk traag zodat een snelle verandering in de gassamenstelling slechts langzaam gemeten en eventueel gecorrigeerd wordt. De uitvinding heeft tot doel een goedkopere en vooral snellere meting en regeling te verschaffen.

10 Deze meting, respectievelijk regeling, berust op de waar neming dat, wanneer gassen met verschillende samenstelling en verschillende Wobbe-index verbrand worden met gelijke hoeveelheden lucht, het zuurstofgehalte van de rookgassen een direkte correlatie met de betreffende Wobbe-index heeft. Men behoeft dus voor meet- en 15 regeldoeleinden niet de Wobbe-index als zodanig te meten, maar men kan volstaan met het meten van het zuurstofgehalte in bovenbedoelde rookgassen.

De uitvinding heeft derhalve betrekking op een meetinrich-ting voor het bepalen van een aan de Wobbe-index van een gas gecorre-20 leerde grootheid. De meetinrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt door een monsterleiding voor het trekken van een stroom te onderzoeken monstergas waarin zich een restrictie bevindt, middelen om de monsterstroom zodanig te regelen dat het drukverschil over de restrictie een ingestelde constante waarde kan hebben, middelen om 25 een constante volumestroom verbrandingslucht aan de stroom monstergas toe te voegen, een verbrandingskamer, een brander in de verbrandings-kamer om het gas-lucht-mengsel volledig te kunnen verbranden, een afvoer voor verbrandingsgassen van de verbrandingskamer en een zuurstofmeter voor het meten van het zuurstofgehalte van de verbran-30 dingsgassen. Dit zuurstofgehalte is een aan de Wobbe-index van het onderzochte gas gecorreleerde grootheid. De correlatie tussen Wobbe-index en Og-gehalte zal in het navolgende nog nader besproken worden. De essentie van de uitvinding moet daarbij gezien worden in de toepassing van een eenvoudig meetinstrument in plaats van een dure Wobbe-35 index meter.

7808476 4 t 3

De genoemde middelen om de monsterstroom te regelen bestaan bij voorkeur uit een drukverschil-meter/regelaar voor het meten van het drukverschil over de restrictie en een door deze meter/regelaar bestuurde regelafsluiter in de monsterleidipg.

5 De genoemde middelen om een constante volumestroom verbran dingslucht toe te voegen bestaan bij voorkeur uit een luchttoevoer-leiding waarin zich een restrictie bevindt, een drukverschil-meter/ regelaar voor het meten van het drukverschil over deze restrictie en een door deze meter/regelaar bestuurde regelafsluiter in de lucht- 10 toevoerleiding. De luchtleiding kan daarbij, aangesloten zijn op iedere geschikte bron van lucht onder, druk, zoals.een: bedrijfsluchtnet of een aanjager. Behalve met de aangegeven combinatie van apparatuur kan de luchthoeveelheid ook op andere op zich bekende wijze constant gehouden worden.

15 Aangezien de Wobbe-index bepaald wordt door slechts twee 3 grootheden, te weten de verbrandingswaarde per m en de dichtheid van het stookgas, is het een verrassend inzicht dat door (1) het regelen van de volumestroom monstergas in afhankelijkheid van zijn dichtheid (daar bij constant drukver- 20 schil over een restrictie de volumestroom slechts van de gasdichtheid afhankelijk is), (2) verbranding daarvan onder constante luchttoevoer, en (3) het meten van het resterende zuurstofgehalte in de verbrandingsgassen, 25 met een veel eenvoudiger meetinrlchting volstaan kan worden dan de tot dusverre gebruikelijke.

Waar hierboven sprake is van een restrictie, kan dit iedere vorm van in de praktijk gebruikelijke restrictie zijn, zoals een . meetflens, een meettuit, een venturi, etc.

30 Het afleesorgaan van de zuurstofmeter (bijvoorbeeld een wijzerplaat of een digitaal cijfertableau) is bij voorkeur zo ingericht dat zowel het 0_-gehalte van de verbrandingsgassen als de daar-mee correlerende Wobbe-index direct afleesbaar zijn.

7808476 * 4

De uitvinding heeft voorts betrekking op een werkwijze waarbij gebruik gemaakt wordt van een meetinrichting volgens de uitvinding voor het samenstellen van deelstromen van gassen van verschillende samenstelling tot een samengestelde stroom stookgas met een in 5 hoofdzaak constante Wobbe-index, door uit het samengestelde stookgas een monster te trekken en te onderzoeken en aan de hand van het onderzoek tenminste een van de deelstromen te regelen. Volgens de uitvinding wordt de stroom te onderzoeken monstergas getrokken via een monsterleiding waarin zich een restrictie bevindt, waarbij de monster-10 stroom zodanig wordt geregeld dat het drukverschil over de restrictie een ingestelde constante waarde heeft, wordt een constante volume-stroom verbrandingslucht in overmaat aan het monstergas toegevoegd, wordt het verkregen gas-lucht-mengsel in een verbrandingskamer volledig verbrand, wordt het zuurstofgehalte van de verbrandingsgassen 15 bepaald, en wordt tenminste een van de deelstromen zodanig geregeld, dat het zuurstofgehalte van de verbrandingsgassen een constante gekozen waarde behoudt.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van een tekening en van een voorbeeld.

20 In de tekening stellen de afzonderlijke figuren het volgende voor: fig. 1: een schema van een meetinrichting volgens de uitvinding; fig. 2: een grafiek waarin de correlatie tussen het gemeten 25 zuurstofgehalte en de Wobbe-index van het onder zochte gas is weergegeven; fig. 3: een schema van een installatie voor het samenstellen uit verschillende deelstromen van een gas met constante Wobbe-index met behulp van de werkwijze 30 volgens de uitvinding.

In fig. 1 hebben de verwijzingscijfers de volgende betekenis: 1: een monsterleiding voor het continu toevoeren van te onderzoeken monstergas; 35 2: een regelafsluiter in de monsterleiding 1; 3: een restrictie in de monsterleiding 1; 7808475 » 5 \y 4: een drukverschil- meter/regelaar, die het drukverschil over de restrictie 3 meet en de regelafsluiter 2 zodanig bestuurt dat dit drukverschil een ingestelde constante waarde heeft; 5: een luchttoevoerleiding voor het toevoeren van verbrandingslucht; 5 6: een regelafsluiter in de luchtleiding 5; 7: een restrictie in de luchtleiding 5; 8: een drukverschil- meter/regelaar, die het drukverschil over de restrictie 7 meet en de regelafsluiter 6 zodanig bestuurt dat dit drukverschil een ingestelde constante waarde heeft, waardoor ook 10 de volumestroom verbrandingslucht constant is; Θ: een verbrandingskamer; 10: een brander waarin het door de monsterleiding 1 aangevoerde monstergas met de door de luchttoevoerleiding 5 aangevoerde verbrandingslucht volledig verbrand wordt; 15 11: een afvoerleiding voor het afvoeren van de verbrandingsgassen; 12: een meetelement voor het meten van het zuurstofgehalte van de verbrandingsgassen; 13: een zuurstofmeter waarop het meetelement 12 is aangesloten, voorzien van een wijzerplaat waarop behalve het gemeten zuurstofgehal-20 te ook de daarmee correlerende Wobbe-index is aangegeven.

In de grafiek fig. 2 is aangegeverwelke correlatie er bestaat tussen de Wobbe-index en het bepaalde zuurstofgehalte. Voor een tiental gassen A-K, die voornamelijk bestaan uit koolwaterstoffen met, in meer of mindere mate, inerte gassen zoals Ng en COg, is op conven-25 tionele wijze de Wobbe-index bepaald en daarnaast het zuurstofgehalte in de verbrandingsgassen bij gebruik van de meetinrichting volgens de uitvinding; deze waarden zijn in de grafiek tegen elkaar uitgezet, en wel het bepaalde zuurstofgehalte horizontaal en de Wobbe-index vertikaal.

30 De punten A, C, D, E, F, J en E betreffen aardgassen van verschillende aardgasvelden.

B betreft zuiver methaan.

G en H betreffen mengsels van J met propaan.

Het punt J betreft gas van het Slochteren-aardgasveld.

7808475 6

De instelling van de luchttoevoer door de luchtleiding S (fig. 1) is zodanig, dat voor J de 'luchtfactor' 1,3 bedraagt, dat wil zeggen: de toegevoerde hoeveelheid lucht is 1,3 maal zo groot als de voor stoechiometrische volledige verbranding benodigde hoeveelheid.

5 Zoals men ziet is het verband tussen zuurstofgehalte en

Wobbe-index voor gassen die hoofdzakelijk uit koolwaterstoffen en inerten bestaan binnen het onderzochte traject lineair en is de correlatie tussen 0 -gehalte en Wobbe-index zeer goed.

2

In fig. 3'hebben de verwijzingscijfers 1 t/m 13 dezelfde 10 betekenis als in fig. 1. De overige verwijzingscijfers hebben de volgende betekenis: 21,22,23,24 : toevoerleidingen voor verschillende te mengen gassoorten; 25,26,27 : regelafsluiters in de leidingen 22-24; 15 28 : een afvoerleiding voor gemengd stookgas; 29 : een regelaar, die een signaal ontvangt van de zuurstof- meter 13 en die de regelafsluiters 22-24 zodanig kan besturen dat daardoor het door de zuurstofmeter 13 gemeten zuurstofgehalte op een ingestelde constante 20 waarde wordt gehouden.

De deelstroom die via de leiding 21 wordt aangevoerd heeft in dit geval het karakter van een hoofdstroom waaraan via een of meer van de leidingen 22-24 een of meer secundaire stromen ter correctie van de Wobbe-index kunnen worden toegevoegd. Het punt X, waar de 25 toevoeging plaats vindt en het punt Z, waar de monstemame plaats vindt, dienen zover uit elkaar te liggen dat de gassen in punt Z in hoofdzaak volledig gemengd zijn.

In fig. 3 zijn vier deelstroomtoevoerleidingen 21-24 aangegeven.

Vaak zal naast een hoofdstroomleiding-21 slechts één secundaire deel-30 stroomleiding (bijvoorbeeld 22) aanwezig zijn. Als dan de hoofdstroom bestaat uit een gas met een te allan tijde hogere Wobbe-index dan de gewenste wordt als secundaire deelstroom een gas met een lage Wobbe-index of een inert gas toegevoegd; in het geval dat de hoofdstroom bestaat uit een gas met een te allen tijde lagere Wobbe-index dan de 35 gewenste wordt als secundaire deelstroom een gas met een hoge Wobbe-index toegevoegd. Wanneer de Wobbe-index van de hoofdstroom· zowel 7808476 7 Λ ν hoger als lager dan de gewenste waarde kan zijn, kunnen twee secundaire deelstroomtoevoerleidingen, bijvoorbeeld 22 en 23, aanwezig zijn,waarbij dan via de ene secundaire toevoer gas met een hoge Wobbe-index en via de andere gas met een lage Wobbe-index naar be-5 hoefte toegevoegd kan worden onder besturing door de regelaar 29.

Voorbeeld

De werkwijze volgens de uitvinding is toegepast voor het verkrijgen van stookgasmengsels van constante Wobbe-index uit Gronings aardgas en/of aardgas van het aardgasveld Middelie 2, dat 10 een lage ffobbe-index heeft, en/of aardgas van het Ekofisk-veld, dat een hoge Wobbe-index heeft en/of propaan, dat een zeer hoge Wobbe-index heeft, eventueel onder toevoeging van inert gas, als hoedanig in dit geval lucht werd gebruikt. De resultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel, waarin de volumepercentages, waarin de toe-15 gevoerde gassen werden gemengd, zijn aangegeven, alsook de met een gebruikelijke Wobbe-index-meter gemeten Wobbe-index ter controle van de mengsels.

De regeling van de toegevoerde volumina te mengen gassen was steeds zodanig, dat het zuurstofgehalte van het verbrandingsgas, 20 afkomstig van het verbrande monstergas steeds ca. 5,2 volumeprocent bedroeg; dit is de waarde die bij verbranding met een luchtfactor van 1,30 geldt voor Gronings aardgas. Zoals uit de tabel blijkt, verkrijgt men een gemengd gas met zeer bevredigende constante Wobbe-index.

7808478 s

Gasmengsels samengesteld uit:

Gas- Gronings Ekofisk Middelde 2 Propaan Inert gas Wobbe-index mengsel aardgas (= lucht) van het no. mengsel ® vol.# vol.# vol .# vol.# vol.# MJ/m^ I 87,52 10,¾ - - 2,03 43,90 II 47,56 43,91 - - Ö» 53 43,95 III 29, 41 59'. 09 - - 11.50 43,95 17 - 57,75 42,25 - - 43,85 10 7 74,33 - - 1371 12,57 43,95

Wobbe- index 43,85 54,60 31,37 81,06 7808476

Claims

1. Meetinrichting voor het bepalen van een aan de Wobbe-index van een gas gecorreleerde grootheid, gekenmerkt door een monsterleiding (1) voor het trekken van een stroom te onderzoeken monstergas waarin zich een restrictie (3) bevindt, middelen (2,4) om de monster-5 stroom zodanig te regelen dat het drukverschil over de restrictie een ingestelde constante waarde kan hebben, middelen (5,6,7,8) om een constante volumestroom verbrandingslucht aan de stroom monstergas toe te voegen, een verbrandingskamer (9), een brander (10) in de verbrandingskamer om het gas-lucht-mengsel volledig te kunnen 10 verbranden, een afvoer (11) voor verbrandingsgassen van de ver brandingskamer en een, zuurstofmeter (12,13) voor het meten van het zuurstofgehalte van de verbrandingsgassen.

2. Meetinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde middelen om de monsterstroom te regelen bestaan uit een drukver- 15 schil-meter/regelaar (4) voor het meten van het drukverschil over de restrictie (3) en een door deze meter/regelaar bestuurde regel-afsluiter (2) in de monsterleiding (1).

3. Meetinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de genoemde middelen om een constante volumestroom verbrandingslucht 20 toe te voegen bestaan uit een luchttoevoerleiding (5) waarin zich een restrictie (7) bevindt, een drukverschil-meter/regelaar (8) voor het meten van het drukverschil over deze restrictie en een door deze meter/regelaar (8) bestuurde regelafsluiter (6) in de luchttoevoerleiding (5). 78 0 8 4 7 S 10

4. Werkwijze waarbij gebruik gemaakt wordt van een meetinrichting volgens conclusie 1, 2 of 3 voor het samenstellen van deelstromen van gassen van verschillende samenstelling tot een samengestelde stroom stookgas met een in hoofdzaak constante Wobbe-index, door uit het 5 samengestelde stookgas een monster te trekken en te onderzoeken en aan de hand van het onderzoek tenminste een van de deelstromen te regelen, met het kenmerk, dat de stroom te onderzoeken monstergas getrokken wordt via een monsterleiding (1) waarin zich een restrictie (2) bevindt, waarbij de monsterstroom zodanig wordt geregeld 10 dat het drukverschil over de restrictie (2) een ingestelde constante waarde heeft, een constante volumestroom verbrandingslucht in overmaat aan het monstergas wordt toegevoegd, het verkregen gas-lucht-mengsel in een verbrandingskamer (9) volledig wordt verbrand en het zuurstofgehalte van de verbrandingsgassen wordt bepaald, 15 en tenminste een van de deelstromen zodanig wordt geregeld, dat het zuurstofgehalte van de verbrandingsgassen een constante gekozen waarde behoudt. 7803473