ISO／TR 22302《天然气-甲烷值计算》的解读

石油与天然气化工第44卷第4期CHEMICAL ENGINEERING OF OIL gas97ISO/TR22302《天然气-甲烷值计算》的解读唐蒙蔡黎1.中国石油西南油气田公司天然气研究院2.中国石油天然气集团公司天然气质量控制能量计量重点实验室摘要介绍了ISO/TR22302:2014的主要内容,包括甲烷值的定义,美国气体研究院的两种甲烷值计算方法,给出了方法的限定范围,给出了36个欧洲、30个中国和泰国的天然气组成计算的甲烷值。讨论了同一天然气组成采用美国气体研究院两种方法计算甲烷值时,如果甲烷值之间的差值超过6个点,那么应该是该天然气的组成不符合计算方法的限定范围。ISO/TR22302:2014为甲烷值的应用提供了有利的技术支持。关键词天然气甲烷值组成计算方法中图分类号:TE642文献标志码:ADOI:10.3969/ I.Issn.1007-3426.2015.04.020A brief understanding on the ISO /TR 22302Natural Gas-calculation of Methane NumberTang mel(I. Research Institute of Natural Gas Technology, PetroChina Southwest Oil& Gasfield Com pany, Cheng du 610213, China)(2. Key Laboratory of Natural Gas Quality and Energy Measurement, CNPC, Chengdu 610213, China)Abstract: This article introduced the main contents of ISO/TR 22302. 2014, including the definition of methane number, two calculation methods of methane number developed by Gas Research Institute (GRI), listed the limitation of two methods and calculated the methane numbers of 36 gasmixtures from European and 30 gas mixtures from China and Thailand. It discussed that if the difference betw een two GRI methods is more than 6, the composition of natural gas should not be in accordance with the limitation of the calculation method. ISO/TR 22302: 2014 gives the technical sup-orts for application of methane num berKey words natural gas, methane number, composition, calculation method2014年6月,ISO发布了IsO/TR22302:20141技术报告的背景《天然气-甲烷值计算》技术报告。此项技术报告是2003年,在ISO/TC193召开的年会期间,中国ISO/TC193天然气技术委员会WG6工作组起草的代表团接受了承担TC193甲烷值工作组召集人的工该工作组是中国专家担任工作组召集人。这是在天然作。中国石油西南油气田公司天然气研究院主导编写气领域,由中国专家担任工作组召集人而完成的首个的《天然气甲烷值计算》国际技术报告由国际标准化ISO技术报告。以下就技术报告的背景和主要内容进组织在中国煤化工这是我国在天然气标准行解读和说明。化领域CNMH术报告作者简介:唐蒙(1962—)髙工,1983年华东石油学院毕业,现就职于中国石油西南油气田公司天然气研究院。一直从事天然气分析测试方法研究、标准化及相关管理工作。作为主要起草人,编写了GB17820、GB13610等多项国家标准,研制了多种天然气分析用国家一级和二级标准物质。Emal:tang@petrochina.com,cn98唐蒙等IsO/TR22302《天然气-甲烷值计算》的解读2015此项技术报告之所以耗费较长的时间,分歧主要表1MN计算公式各组分的代号和名称为,目前在欧洲主要采用奥地利AVL公司提出的计Table 1 Symbols of different componentsin the mon cal cul ation formul a算方法,但AVL只提供商用软件,不公开其计算模组分代号123型。在北美主要采用美国气体研究院(GRⅠ提出的计组分名称甲烷乙烷丙烷丁烷二氧化碳算方法。在编制过程中,起草组在缺少AVL方法的情况下,只能根据欧洲、中国和泰国提供的天然气组成2.3.2天然气氢碳比与辛烷值关联式数据,采用GRI的两种方法计算了甲烷值及其差值,使用氢碳比计算MON的公式如下并指出计算方法的限定范围。MON=-406.14+508.04R-173.55R+20.17R2技术报告的主要内容式中,R为气体燃料氢原子与碳原子数目的比值2.1范围在GRI用于辛烷值试验的气体燃料的源组成数IsO/丌R2302:2014规定了已知气体摩尔组成据中,重烃组分是丁烷。实际上,对于真实气体,重烃的干天然气的甲烷值(MN, methane number)的计算可能是C,甚至为C。如果考虑丁烷以上的重烃,方法氢碳比可能不同。不仅需考虑比丁烷轻的烃组分,还美国气体研究院(GRI方法用来计算气体的甲烷应考虑所有烃组分。值(MN)和马达法辛烷值(MON, motor octane num-23.3天然气甲烷值与辛烷值的关联式ber),线性关系适用于甲烷含量高的天然气抗爆性的使用MON计算MN,以及使用MN计算MON比较和测量。的公式如下2.2定义MN=1.445MON-103.42(3)甲烷值(MN):衡量气体燃料抗爆性的指标,在标MON=0.679MN+72.3(4)准规定的爆震试验条件下,具有相同的爆震趋势的气式(3)和式(4)不是完全线性的,因此这两个关联体燃料具有相同的爆震指标。规定纯甲烷作为抗爆性式相互间并不是完全可逆的标准燃料,纯甲烷的甲烷值为100,而纯氢气作为不抗24AVL方法爆性标准燃料,纯氢气的甲烷值为θ目前,奥地利AVL公司还开发了一种计算甲烷马达法辛烷值(MON):对火花点火发动机燃料的值的方法。虽然,AVL方法在欧洲得到广泛的应抗爆值是用 ASTM D2700-2007《火花点火发动机燃用,但由于涉及到AVL公司的知识产权,AVL只提料的马达法辛烷值的试验方法》规定的标准试验方法,供商业软件,而不公开其计算公式。因此,在ISO技在规定条件下的标准发动机试验中,将该燃料与标准术报告中就不能提供AVL方法计算的甲烷值。燃料混合物的爆震倾向进行比较而测定的。2.5结果表达2.3GRI方法如果已知气体燃料的摩尔组成,则可计算甲烷值GRI采用 ASTM D2700-2007规定的辛烷值评因为有两个不同方程计算辛烷值,所以气体有两个甲定方法计算天然气燃料的马达法辛烷值(MON)。以烷值,在计算报告中应报出两个结果。对同一个天然下推导了两个数学关联式来计算MON气组成,分别用组成法和氢碳比法计算其甲烷值,如果2.3.1天然气组成与辛烷值的线性关联式使用天然气组成计算MON的公式如下cATH两个中国煤化工立考虑两种计算甲烷值方法CNMHGMON=137.78x1+29.948x-18.193x3根据 Jacob Klimstra的报道,大多数欧洲天然气167.062x+181.233x5+26.994x6(1)的甲烷值为65~10021。在发动机试验中,如果甲烷式中,x为组分i的摩尔分数值减少约10个点,抗爆性的压缩比将随之减少1个各组分的代号和名称见表1。点。因此,如果两种天然气的甲烷值差值超过了10个石油与天然气化工第44卷第4期CHEMICAL ENGINEERING OF OIL gas99点,就应该考虑这两种天然气是否可以互换据GB/13611-2006计算获得的,这些是ISO/TR2.6 ISO/TR22302附录信息解读22302:2014中没有给出的数据在 ISO/TR22302:2014的附录A中,给出了包由表4和表5中的数据可看出,相同气体用两种括纯甲烷在内的多个样品的组成数据和使用组成数据不同方法计算获取的甲烷值是存在一定偏差的。同计算的氢碳比值(见表2)。表2给出了GRI用于辛烷组分的天然气采用不同方法计算的甲烷值差值超过6值评定试验的气体燃料源组成数据。表3是使用GRI个点,则说明计算法有疑问,可能是组分的含量超出了法计算MON时,其适用的各组分浓度限值。在此限限定的范围。表4和表5中甲烷值之间的差值超过6值内,可使用GR给出的两种方法进行天然气甲烷值个点,说明其组分含量超出了限定的范围。 ISO/TR的计算。22302:2014对其原因进行了分析,甲烷值差值大于6表2GR用于辛烷值评定试验的气体燃料源组成数据表436个欧洲气体计算的甲烷值、甲烷值差值Table 2 Compositions(mol ar fraction of different沃泊指数及燃气类别fuels used in GR methodTable 4 Methane number. methane number differenceand fuel type of gas calculated fre混合物氢/碳36 European gas samples甲烷乙烷丙烷丁烷CO:氮气比值样本甲烧值甲烧值甲烷值差值沃泊指数/燃气1100.04.00编号组成法氢碳比法(绝对值)(MJ·m-)类别95.03.00.50.50.20.83.8990,16.00.70.80.771,4879.3947,1812T485.06.53.01.01.03.53.72385,0886,8349,3912T588.37.81.20.31.80.63.80684,28.53.773.2370.041950,4212T784.28.63.72.53.7283,3649,3412T8814.01.20.72.03.7145678953.8212T25,080.521.7148.6912T1188.911.13.641080.5892.3850,9612T1389.5393.134912T表3GR用于辛烷值试验的每个组分的摩尔分数限定值1468.2012TTable 3 Molar fraction limits of different53,5112Tcomponents in GR method1666.9787,7220.7541,4512T组分限定值组分限定值1775,2477.2648.7412T甲烷≥75丁烷及更重组分1869.8180,5410.7341.6112T乙烷氮气≤3.51995.0650.5612T2184.4886.0849,312T2.7典型气体组成计算的甲烷值12TISO/TR22302:2014的附录B给出了部分典型2477,3576,0752,322583.1183.4051,1612T天然气组成进行不同指标计算的计算结果。根据欧2675.78洲、中国和泰国提供的气体组成数据,分别计算了这些71.325,3249.3621气体由组成法和氢碳比法获得的甲烷值,计算了两种中国煤化工28方法之间甲烷值的差值。根据GB/T13611-2006CNMHG51,28《城镇燃气分类和基本特性》计算了在101.325kP90322.5495.6850.2715℃条件下的沃泊指数,并由此划分了燃气类别。3374.9918.045.87计算结果见表4和表5(丁烷以上组分按丁烷计,二氧3540.1459.8919.7543.9010T化碳不计入氢碳比计算)。沃泊指数和燃气类别是根43.510T100唐蒙等IsO/TR22302《天然气-甲烷值计算》的解读2015表530个中国和泰国气体计算的甲烷值、表6欧洲气体甲烷值差值大于6的原因甲烷值差值、沃泊指数及燃气类别Table 6 Reason of methane number difference moreTable 5 Methane number. methane number differencethan 6 calaul ated from European gasWobbe index and fuel type of gas calculated from30 Chinese and Thailand gas samples样本甲烷值编号差值样本甲烷值甲烷值甲烷值差值沃泊指数/燃气7.91y(氮气)=7.19%编号(组成法)(氢碳比法)(绝对值)(MJ·m3)类别1114.04y(氮气)=10.851.85620.75810.3y(氮气)=11001%,y(二氧化碳)=4.184%78.1675.762.4052,16212916.28y(氮气)=9.58%82.0080.89y(氮气)=9.593435.11y(氧气)=3.39%,y(氮气)=13.53%95,772.0449.1912Ty(丁烷)=10793.8796.032.163519.75y(氧气)=3.39%,y(氮气)=13.7790,760.18y(丙烷93.072Ty(氧气)=2.14%6,y氮气)=16.7%1078.3376,302.0351.8112T1187.2498,7411.5043.2498.67211372.8875,03.132T表7中国和泰国气体甲烷值差值大于6的原因1477.8778,460,5950,32Table 7 Reason of methane number difference more0.46than 6 calculated from Chinese and Thailand gas10T1781,9380.6351.8812T样本甲烷值编号差值原因1.36965.1264.480.6412T1111.50y(氮气)=6,39%,y(二氧化碳)=3.719045,3455,089.7454,47y(氮气)=17.242182.3178,333.9849,24(丁烷)=6.45%98.01(丁烷)=6.96650,08916,30y(二氧化碳)=22.34%98.113.6221二氧化碳)=23.4690.895.5849.272725.8749.323.432T32GRI给出的两种计算方法是一致的56.365.2041.6737.65低于10T在发动机试验中,如果甲烷值减少约10个点,抗低于10爆性的压缩比将随之减少1个点。因此,两种计算方令注:表4表5中所列沃泊指数和燃气类别是以说明尽管组成不法计算的甲烷值若相差不大于6个点,就可认为这两只有少量的在10T的范围内种方法是一致的。欧洲的天然气计算的甲烷值差值超过6个点的有个点的原因列于表6和表7。此外,ISO/丌R2202:9个,全部是氮气的含量超过了限定值。其中,有一个201l4还列出了计算各甲烷值的组成数据(具体数据详是二氧化碳含量同时超过限定值,有3个是掺混了调见该技术报告)。峰用的液化石油气,其特征就是含有较高的丙烷和/或丁烷,同时还混有接近20%的空气(氮气和氧气)。3讨论中国煤化工的甲烷值差值超过6个3.1计算方法是有限制的点的CNMH@二氧化碳含量超过GRI给出的方法有其特定的范围,其计算公式是1.%、一个是氮气的含量大于3.5%、一个是氮气和建立在12种混合气的基础上进行试验获得的,见表二氧化碳含量同时超过限定值、还有两个是丁烷及更2。其中,甲烷摩尔分数不小于75%,氮气、二氧化碳重组分的含量超过限定值以及乙烷等烃类摩尔分数均有其限定值(见表3)。(下转第113页)第44卷第4期方健渤海油田D平台聚结气浮除油技术113间小、生产水处理量大等)的特点而设计,具有高效而质含油值在110~130mg/L之间快捷的优点。该撬装采用模块化设计,在D平台所占(3)根据聚结气浮除油室内评价实验结果,利用空间为4.75m×2.63m×5.5m(L×W×H),处理量D平台现有的空撬块,设计聚结气浮除油撬装设备为500m3h。撬装设备现场应用的聚结气浮设计参(4m×2.4m×6m)为3级溶气设备和2级聚结除油数见表3。设备,第3级溶气设备处理的生产水进入缓冲罐释放,6结语将注水含油值控制在20mgL以下。(1)基于D平台生产水处理流程的问题和平台空参考文献]周建,聚结技术处理含油污水的实验研究[D].山东:中国石油大间状况以及特点(空间小、处理量大、停留时间短等),学(华东),2009在众多的除油技术中推荐使用撬装的聚结除油设备[2]李洪敏,娄世松,张风华.聚结气浮法处理含油污水[J].辽宁石聚结除油原理是将粗粒化与气浮选有机结合在一起,[3]陈雷,祁佩时,王鹤立,粟结除油性能及机理探讨门.中国环境科并对聚结材料和气泡粒径这两个核心技术进行创新学,2002,22(1):16-19使得该设备能够对含油污水深度处理。[4]丁慧.含聚采出水纯物理除油技术研究与应用[J].石油工程建设,2011,37(4):62-6(2)针对D平台生产水处理流程入口水样(含油5王新强,杨志刚,谢娟.超声处理含油污泥除油实验研究[].石油值为460mg/),开展聚结气浮除油室内评价实验,与天然气化工,2006,35(3):239-2416]蒲美玲,刘旭辉,基于多孔烧结金属的油田污水悬浮物处理实验并与平台现用流程的室内实验结果进行对比。经过2研究[J].石油与天然气化工,2012,41(1):102-103级溶气设备和聚结除油设备,出口水质含油值在20[7张晖,赵丽,郑大铳,OPsX型含油污水处理装置现场试验口mgL以下;经过3级溶气设备和聚结除油设备,出口油气田地面010,29(12):3-4水质含油值在10mg以下。使用普通气浮出口水收稿日期:2014-09-22;编辑钟国利(上接第100页)用GRI两种方法计算的甲烷值差值大于6个点时,则3.3甲烷值的应用意味着天然气的组成超过了其限定的范围。这种情况甲烷值是天然气作为汽车燃料时表征其抗爆性的通常只是在极端条件下才会出现。这些极端条件主要项指标,它是与汽油辛烷值相对应的指标。甲烷值指天然气中高含二氧化碳、高含氮气或混入调峰用的对以天然气为燃料的汽车而言并不敏感,如果甲烷值液化石油气等情况。这时对汽车性能可能产生一定的减少约10个点,抗爆性的压缩比将随之减少1个点。影响,其影响的利弊目前还不清楚,在此只是提醒使用因此,对于以天然气为燃料的汽车,其甲烷值的大小就者,甲烷值也是影响因素之一。不像汽油那样分成若干个牌号。这也是甲烷值只采用参考文献计算法而未开发出类似汽油那样的辛烷值测定方法的1陈赓良,刍议GB18047的修订(二)兼论对新版sO15403的原因所在[J].石油与天然气化工,2012,41(6):600-6[2]JACOB K, VITTORIO Q. Classification methods for the knock re一般情况下,天然气作为汽车燃料时,其甲烷值是 sistance of gaseous fuels- an attempt tow ards unification [C]稳定的。当采用液化石油气和空气作为调峰气时,可ASTM ICE Fall Conference in Ann Arber, Michigan.1, 1999: 16中国煤化工能会影响发动机的使用。当气体中含有较多氮气和[3]KUCNMHGLISS WILLIAM EEffect ofnatural gas fuels [C]. SAE氧化碳时,这主要是气源引起的,这类气体如果是区域性的供给应提醒汽车的制造商和使用此类天然气的[4中国国家标准化管理委员会,GB/T13611-2006气分类和基本特性[S].北京:中国标准出版社,2006汽车用户注意。对于绝大部分天然气而言,两种甲烷值计算法产生的差异不影响车用天然气抗爆性。当采收稿日期:2015-01-23;修回日期:2015-04-15;编辑:钟国利