用于测定热值的方法和装置制造方法及图纸

用于测定具有烃和非烃作为混合物组分的样品含烃混合物的热值的方法和装置。使样品与过量氧化剂气体在反应室中反应，以形成包含残余氧的产物气体。测定样品的分子量，并测定产物气体的残余氧浓度。从分子量和残余氧浓度测定结果计算热值。可用纯组分烃气体校准系统。

Method and apparatus for determining calorific value

Method and apparatus for determining the calorific value of a hydrocarbon mixture containing a hydrocarbon and non hydrocarbon as a mixture component. The sample is reacted with an excess oxidant gas in the reaction chamber to form a product gas containing residual oxygen. The molecular weight of the sample was measured and the residual oxygen concentration was determined. Calorific value calculated from molecular weight and residual oxygen concentration. System for calibration of available pure hydrocarbon gases.

【技术实现步骤摘要】
相关申请交叉引用本申请要求2015年10月23日提交的标题为\MethodandApparatusforDeterminingHeatingValue\(用于测定热值的方法和装置)的美国临时申请序列号62/245,604的优先权，其内容通过引用结合到本文中。专利技术背景本专利技术涉及测定含烃混合物的热值的方法和装置。工业上需要测定燃料气体的热值。燃料气体的热值对确定燃料气体的价值和/或成本可能是重要的。燃料的热值对控制不同类型炉的热输入也可能是重要的。测定含烃混合物热值的一些现有技术方法和装置需要使用一种或多种校准气体，其中校准气体为多种组分的检定混合物。工业上需要其中可使用纯组分校准气体的方法和装置。工业上需要以提高的精确度测定含烃混合物的热值的方法和装置。工业上需要对含非烃组分(例如，氮和二氧化碳)的混合物测定含烃混合物的热值的方法和装置。工业上需要“普遍适用”的测定热值的方法，因此，排除需要进行相当大量工作以对各单独应用定制方法。工业上需要在燃料气体混合物中各组分浓度极宽范围内广泛适用的方法。工业上需要在燃料气体混合物中各组分浓度宽范围内提供高精确度的方法。工业上需要允许燃料混合物包含任何大量可能组分的方法。工业上需要不依赖使用校准气体混合物且不受校准气体混合物组成的内在不确定性影响的方法。专利技术概述以下概括本专利技术的数个方面。在下文中，以下概括本专利技术的具体方面。括号中设置的附图标记和表达是指以下进一步关于附图说明的实例实施方案。然而，这些附图标记和表达只为说明性，不使这些方面限于实例实施方案的任何具体组件或特征。这些方面可作为权利要求阐述，其中括号中设置的附图标记和表达适当省略或由其它代替。方面1.用于测定具有烃和非烃作为混合物组分的样品含烃混合物的热值的装置，所述装置包括：反应室，所述反应室构造成选择性接收样品含烃混合物和氧化剂气体，并排出具有残余O2浓度的产物气体，其中产物气体从样品含烃混合物和氧化剂气体形成；第一传感器，所述第一传感器构造成获取可与产物气体中残余O2浓度相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；第二传感器，所述第二传感器构造成获取可与样品含烃混合物分子量相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；和计算装置，所述计算装置操作性连接到第一传感器和第二传感器，以从第一传感器和第二传感器接收电子信号，其中计算装置构造成从燃烧需氧指数和可与分子量相关的测定值计算样品含烃混合物的热值，其中燃烧需氧指数用燃烧需氧指数作为残余O2浓度的函数的相关性和用可与产物气体中残余O2浓度相关的测定值作为所述相关性的输入来测定。方面2.方面1的装置，所述装置进一步包括：第三传感器，所述第三传感器构造成获取可与样品含烃混合物氢浓度相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；其中所述计算装置也操作性连接到第三传感器，以从第三传感器接收电子信号，其中计算装置构造成从可与样品含烃混合物氢浓度相关的测定值以及燃烧需氧指数和可与分子量相关的测定值计算样品含烃混合物的热值。方面3.方面1或方面2的装置，其中计算装置构造成用从一个或多个模型方程导出的数学关系计算样品含烃混合物的热值，其中混合物性质从来自至少第一组组分和第二组组分的累加贡献确定。方面4.方面1至3中任一项的装置，所述装置进一步包含：校准气体源，所述校准气体具有大于99%mol或大于99.9%mol的单烃组分浓度，其中所述反应室构造成从校准气体源选择性接收校准气体和接收氧化剂气体，所述反应室构造成分别(即，各自)接收校准气体与样品含烃混合物，所述反应室构造成排出从校准气体形成的产物气体，从校准气体形成的产物气体具有残余O2浓度；其中所述第一传感器构造成获取可与从校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；其中所述第二传感器构造成获取可与校准气体分子量相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；并且其中所述计算装置构造成用可与从校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值和可与校准气体分子量相关的测定值校准燃烧需氧指数作为残余O2浓度的函数的相关性。方面5.方面4的装置，所述装置进一步包括：第二校准气体源，所述第二校准气体具有大于99%mol或大于99.9%mol的单烃组分浓度，其中第二校准气体中的烃组分不同于校准气体中的烃组分；其中所述反应室构造成从第二校准气体源选择性接收第二校准气体和接收氧化剂气体，所述反应室构造成将第二校准气体与样品含烃混合物分别地和与校准气体分别地接收，所述反应室构造成排出从第二校准气体形成的产物气体，从第二校准气体形成的产物气体具有残余O2浓度；其中所述第一传感器构造成获取可与从第二校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；其中所述第二传感器构造成获取可与第二校准气体分子量相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；并且其中所述计算装置构造成用可与从第二校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值和可与第二校准气体分子量相关的测定值校准燃烧需氧指数作为残余O2浓度的函数的相关性。方面6.方面1至5中任一项的装置，所述装置进一步包含：在反应室中的催化剂。方面7.前述方面中任一项的装置，所述装置进一步包含：第一孔，所述第一孔操作性布置，以在反应室接收氧化剂之前接收氧化剂气体；和第二孔，所述第二孔操作性布置，以在反应室接收样品含烃混合物之前接收样品含烃混合物。方面8.方面7的装置，其中所述第二孔操作性布置，以在反应室接收校准气体之前接收校准气体。方面9.方面8的装置，其中所述第二孔操作性布置，以在反应室接收第二校准气体之前接收第二校准气体。方面10.一种测定具有烃和非烃作为混合物组分的样品含烃混合物的热值的方法，所述方法包括：(a)使样品含烃混合物与氧化剂气体反应，所述样品含烃混合物和氧化剂气体以形成具有残余O2浓度的产物气体的比率提供；(b)获取可与产物气体中残余O2浓度相关的测定值；(c)获取可与样品含烃混合物分子量相关的测定值；并且(d)从燃烧需氧指数和可与分子量相关的测定值测定样品含烃混合物的热值，其中燃烧需氧指数用燃烧需氧指数作为残余O2浓度的函数的相关性和可与残余O2浓度相关的测定值测定。方面11.方面10的方法，所述方法进一步包括：获取可与样品含烃混合物氢浓度相关的测定值；其中样品含烃混合物的热值也从可与样品含烃混合物氢浓度相关的测定值测定。方面12.方面10或方面11的方法，其中用从一个或多个模型方程导出的数学关系测定样品含烃混合物的热值，其中混合物性质从来自至少第一组组分和第二组组分的累加贡献确定。方面13.方面10至12中任一项的方法，其中在步骤(a)-(d)之前所述方法进一步包括：使校准气体与氧化剂气体反应，所述校准气体具有大于99%mol或大于99.9%mol的单烃组分浓度，所述校准气体和氧化剂气体以形成具有残余O2浓度的产物气体的比率提供；获取可与从校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值；获取可与校准气体分子量相关的测定值；并且用可与从校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值和可与校准气体分子量相关的测定值校准燃烧需氧指数作为残余O2浓度的函数的相关性。方面14.方面13的方法，其中在步骤(a)-(d)之前所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定具有烃和非烃作为混合物组分的样品含烃混合物的热值的装置，所述装置包括：反应室，所述反应室构造成选择性接收样品含烃混合物和氧化剂气体，并排出具有残余O2浓度的产物气体，其中产物气体从样品含烃混合物和氧化剂气体形成；第一传感器，所述第一传感器构造成获取可与产物气体中残余O2浓度相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；第二传感器，所述第二传感器构造成获取可与样品含烃混合物分子量相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；和计算装置，所述计算装置操作性连接到第一传感器和第二传感器，以从第一传感器和第二传感器接收电子信号，其中计算装置构造成从燃烧需氧指数和可与分子量相关的测定值计算样品含烃混合物的热值，其中燃烧需氧指数用燃烧需氧指数作为残余O2浓度的函数的相关性和用可与产物气体中残余O2浓度相关的测定值作为对所述相关性的输入来测定。

【技术特征摘要】
2015.10.23 US 62/245604;2016.06.14 US 15/1819211.一种测定具有烃和非烃作为混合物组分的样品含烃混合物的热值的装置，所述装置包括：反应室，所述反应室构造成选择性接收样品含烃混合物和氧化剂气体，并排出具有残余O2浓度的产物气体，其中产物气体从样品含烃混合物和氧化剂气体形成；第一传感器，所述第一传感器构造成获取可与产物气体中残余O2浓度相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；第二传感器，所述第二传感器构造成获取可与样品含烃混合物分子量相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；和计算装置，所述计算装置操作性连接到第一传感器和第二传感器，以从第一传感器和第二传感器接收电子信号，其中计算装置构造成从燃烧需氧指数和可与分子量相关的测定值计算样品含烃混合物的热值，其中燃烧需氧指数用燃烧需氧指数作为残余O2浓度的函数的相关性和用可与产物气体中残余O2浓度相关的测定值作为对所述相关性的输入来测定。2.权利要求1的装置，所述装置进一步包括：第三传感器，所述第三传感器构造成获取可与样品含烃混合物氢浓度相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；其中所述计算装置也操作性连接到第三传感器，以从第三传感器接收电子信号，其中计算装置构造成从可与样品含烃混合物氢浓度相关的测定值以及燃烧需氧指数和可与分子量相关的测定值计算样品含烃混合物的热值。3.权利要求1的装置，其中计算装置构造成用从一个或多个模型方程导出的数学关系计算样品含烃混合物的热值，其中混合物性质从来自至少第一组组分和第二组组分的累加贡献确定。4.权利要求1的装置，所述装置进一步包括：校准气体源，所述校准气体具有大于99%mol或大于99.9%mol的单烃组分浓度，其中所述反应室构造成从校准气体源选择性接收校准气体和接收氧化剂气体，所述反应室构造成分别接收校准气体与样品含烃混合物，所述反应室构造成排出从校准气体形成的产物气体，从校准气体形成的产物气体具有残余O2浓度；其中所述第一传感器构造成获取可与从校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；其中所述第二传感器构造成获取可与校准气体分子量相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；并且其中所述计算装置构造成用可与从校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值和可与校准气体分子量相关的测定值校准燃烧需氧指数作为残余O2浓度的函数的相关性。5.权利要求1的装置，所述装置进一步包括：第二校准气体源，所述第二校准气体具有大于99%mol或大于99.9%mol的单烃组分浓度，其中第二校准气体中烃组分不同于校准气体中的烃组分；其中所述反应室构造成从第二校准气体源选择性接收第二校准气体和接收氧化剂气体，所述反应室构造成将第二校准气体与样品含烃混合物分别地和与校准气体分别地接收，所述反应室构造成排出从第二校准气体形成的产物气体，从第二校准气体形成的产物气体具有残余O2浓度；其中所述第一传感器构造成获取可与从第二校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；其中所述第二传感器构造成获取可与第二校准气体分子量相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；并且其中所述计算装置构造成用可与从第二校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值和可与第二校准气体分子量相关的测定值校准燃烧需氧指数作为残余O2浓度的函数的相关性。6.一种测定具有烃和非烃作为混合物组分的样品含烃混合物的热值的方法，所述方法包括：(a)使样品含烃混合物与氧化剂气体反应，所述样品含烃混合物和氧化剂气体以形成具有残余O2浓度的产物气体的比率提供；(b)获取可与产物气体中残余O2浓度相关的测定值；(c)获取可与样品含烃混合物分子量相关的测定值；并且(d)从燃烧需氧指数和可与分子量相关的测定值测定样品含烃混合物的热值，其中燃烧需氧指数用燃烧需氧指数作为残余O2浓度的函数的相关性和可与残余O2浓度相关的测定值测定。7.权利要求6的方法，所述方法进一步包括：获取可与样品含烃混合物氢浓度相关的测定值；其中样品含烃混合物的热值也从可与样品含烃混合物氢浓度相关的测定值测定。8.权利要求6的方法，其中用从一个或多个模型方程导出的数学关系测定样品含烃混合物的热值，其中混合物性质从来自至少第一组组分和第二组组分的累加贡献确定。9.权利要求6的方法，其中在步骤(a)-(d)之前所述方法进一步包括：使校准气体与氧化剂气体反应，所述校准气体具有大于99%mol或大于99.9%mol的单烃组分浓度，所述校准气体和氧化剂气体以形成具有残余O2浓度的产物气体的比率提供；获取可与从校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值；获取可与校准气体分子量相关的测定值；并且用可与从校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值和可与校准气体分子量相关的测定值校准燃烧需氧指数作为残余O2浓度的函数的相关性。10.权利要求9的方法，其中在步骤(a)-(d)之前所述方法进一步包括：使第二校准气体与氧化剂气体反应，所述第二校准气体具有大于99%mol或大于99.9%mol的单烃组分浓度，其中第二校准气体中烃组分不同于校准气体中的烃组分，所述第二校准气体和氧化剂气体以形成具有残余O2浓度的产物气体的比率提供；获取可与从第二校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值；获取可与第二校准气体分子量相关的测定值；用可与从第二校准气体形成的产物气体中残余O2浓度相关的测定值和可与第二校准气体分子量相关的测定值校准燃烧需氧指数作为残余O2浓度的函数的相关性。11.权利要求6的方法，所述方法进一步包括：用样品含烃混合物的燃烧需氧指数和可与样品含烃混合物分子量相关的测定值以碳含量相关性计算样品含烃混合物的碳含量值。12.权利要求6的方法，所述方法进一步包括：用样品含烃混合物的热值和可与样品含烃混合物分子量相关的测定值以碳含量相关性计算样品含烃混合物的碳含量值。13.一种测定具有烃和非烃作为混合物组分的样品含烃混合物的热值的装置，所述装置包括：反应室，所述反应室构造成选择性接收样品含烃混合物和氧化剂气体，并排出具有残余O2浓度的产物气体，其中产物气体从样品含烃混合物和氧化剂气体形成；第一传感器，所述第一传感器构造成获取可与产物气体中残余O2浓度相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；第二传感器，所述第二传感器构造成获取可与样品含烃混合物分子量相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；第三传感器，所述第三传感器构造成获取可与样品含烃混合物氢浓度相关的测定值，并用于对其响应产生电子信号；计算装置，所述计算装置操作性连接到第一传感器、第二传感器和第三传感器，以从第一传感器、第二传感器和第三传感器接收电子信号，其中计算装置构造成从可与产物气体中残余O2浓度相关的测定值、可与样品含烃混合物分子量相关的测定值、和可与样品...

【专利技术属性】
技术研发人员：BE赫布，MH麦克康奈尔，XD彭，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US