Schnelle und hochgenaue Brennwert, Heizwert und Wobbe-Index Messung im Erdgas und Flüssiggas
Einleitung
Das Precisive® Erdgasanalysegerät ist das erste optische System, welches die Unterscheidung von verschiedenen Kohlenwasserstoffen (Methan, Ethan, Propan, Butane, Pentane sowie n-Hexan) in Echtzeit realisiert. Bis heute sind nahezu 2000 Messgeräte im Feld eingesetzt und erfüllen Ihre Aufgabe der C1-C6 Messung problemlos. In diesem Fachartikel wird die Leistung des Precisive 5 Erdgas Analysegeräts zur Messung von BTU, Brennwert und Wobbe Index Messung beschrieben.
Herausforderung
Die Schwankungen der Zusammensetzung von Erdgas, Flüssiggas, Anfallgas und anderen Brenngasen können für die Betreiber von Energieerzeugungsanlagen, Gasmotoren, Betreiber von Brennstoffzellen, Brennöfen und Dampfkesseln sehr nachteilig sein. Kritische Parameter wie der Heizwert, Brennwert, Methanzahl, Luftbedarf oder Wobbe Index müssen schnell gemessen werden, um einen sicheren und effizienten Betrieb der jeweiligen Anlage zu gewährleisten. In manchen Fällen wird darüber hinaus die genaue Zusammensetzung des Gases zwingend benötigt. Bisher gab es zwei etablierte Technologien zur Bereitstellung dieser Daten: Gaschromatographie und Kalorimeter. Für Anwendungen, für die eine kurze Messzeit zwingend erforderlich ist, waren lange Zeit Kalorimeter die einzige Möglichkeit, da Gaschromatographen eine mehrminütige Zykluszeit erfordern. Der offensichtliche Nachteil der Kalorimeter ist jedoch, dass die Messgeräte keinerlei Aufschluss über die Gaszusammensetzung liefern können. Aus diesem Grund sind Anwender, die beide Informationen dringend benötigen bisher gezwungen gewesen, beide Technologien parallel einzusetzen. Dies ist nicht nur ein finanzieller Mehraufwand, sondern erfordert auch einen zusätzlichen Bedarf an Wartung, Platz, Personal, Installationskosten, Schulungskosten, Ersatz- und Verbrauchsmaterial, Probeaufbereitung, Bereitstellung von Trägergas, Kalibriergas, Druckluft und anderen knappen Ressourcen.
Die Precisive Lösung – Messung in Echtzeit
Die patentierte Technologie – Precisive TFS - ist in der Lage hochgenaue Analysen von Kohlenwasserstoffgemischen innerhalb von wenigen Sekunden zu liefern. Das Precisive Erdgasanalysengerät kann darüber hinaus den Brennwert, Heizwert, Wobbe-Index und andere physikalische Gaseigenschaften (bspw. Dichte) in Echtzeit zur Verfügung stellen. Die kompakte Ausführung des optischen Transmitters gibt die Daten über die digitale Modbus Schnittstelle aus.
Precisive 5
Erdgas Analysegerät
ca. 43cm breit, ca. 28cm hoch, ca. 15cm tief
NEMA4x - IP66 Gehäuseschutzklasse,
CSA Class1Div2 - ATEX Zone2
Lebenslange Kalibrierung
Jedes Precisive Erdgas-Analysengerät wird mit einer rückverfolgbaren und dauerhaften Werkskalibrierung ausgeliefert. Die zertifizierten Mischungen sind mit Kalibriergasen für Gaschromatographen vergleichbar, die für die Analyse der Zusammensetzung von Erdgasen von C1 - C6 Kohlenwasserstoffgemischen verwendet werden. Die Precisive TFS Plattform nutzt physikalische Grundprinzipien und ist nicht auf dem relativen Vergleich angewiesen.
Dies bietet den großen Vorteil, dass das Erdgas-Analysegerät langzeitstabil ist und nicht nachkalibriert werden muss. Die dauerhafte Werkskalibrierung wird für die Lebensdauer des Erdgas Transmitters vom Hersteller garantiert.
Genauigkeitstests
Die Tests wurden von einem unanhängigen europäischen Labor (DNV KEMA) durchgeführt, welches die Messergebnisse unseres Systems an drei synthetischen Mischungen aufgezeichnet hat. Die Mischungen wurden von einer unabhängigen Stelle im Labor auf Ihre Zusammensetzung untersucht.
Das Ziel dieses Tests ist die unabhängige Bestimmung der erzielten Genauigkeit in unterschiedlichen Gasmischungen. Das Precisive Erdgas Analysengerät wurde mit der dauerhaften Werkskalibrierung versehen und während der Testperiode nicht nachkalibriert oder bereichskalibriert.
Die nachfolgende Tabelle fasst die Resultate zusammen.
Synthetische Mischungen aus C1 – C4, N2 und CO2
|
|
Zertifiziertes |
Gas A |
Zertifiziertes |
Gas B |
Zertifiziertes |
Gas C |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
Precisive |
Referenz |
Precisive |
Referenz |
Precisive |
Referenz |
|
CH4 (%) |
86.29 |
86.183 |
83.37 |
83.284 |
82.10 |
82.091 |
|
C2H6 (%) |
8.47 |
8.542 |
3.07 |
3.056 |
3.88 |
3.893 |
|
C3H8 (%) |
1.84 |
1.963 |
0.40 |
0.460 |
0.88 |
0.949 |
|
iC4H10 (%) |
0.31 |
0.227 |
0.10 |
0.073 |
0.18 |
0.146 |
|
nC4H10 (%) |
0.48 |
0.422 |
0.11 |
0.093 |
0.17 |
0.148 |
|
C5 (%) |
0.02 |
0.000 |
0.00 |
0.000 |
0.00 |
0.000 |
|
N2 (%) |
1.10 |
1.120 |
11.23 |
11.344 |
9.80 |
9.793 |
|
CO2 (%) |
1.55 |
1.543 |
1.72 |
1.690 |
3.01 |
2.979 |
|
C6+ (%) |
0.00 |
0.000 |
0.00 |
0.000 |
0.00 |
0.000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CV (MJ/m3) |
43.1638 |
43.107 |
35.9752 |
35.975 |
36.7314 |
36.742 |
|
Wobbe Index (MJ/m3) |
53.7128 |
53.676 |
44.9728 |
44.971 |
45.3103 |
45.336 |
Der Fehler der Kalibriergasflaschen A, B und C ist 0.057 MJ/m3, 0.0002 MJ/m3 and 0.011 MJ/m3, was einen maximalen relativen Fehler von 0.13% ergibt.
Fazit
Das Precisive Erdgasanalysengerät bietet eine genaue und schnelle Alternative zum Gaschromatographen und anderen derzeitig eingesetzten Technologien zur Erfassung von Brennwert, Wobbe-Index, Heizwert, Methanzahl etc. Die Messung kann sowohl in LNG, Erdgas oder anderen Gasen, die sich aus C1-C6 zusammensetzen, erfolgen.