DE10121641A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Gasbeschaffenheit eines Erdgases - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Gasbeschaffenheit eines Erdgases

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Gasbeschaffenheit von Brenngas, insbesondere von Erdgas, wobei DOLLAR A a) zumindest ein Teil des Brenngases einer Infrarotstrahlung ausgesetzt wird und für zwei Wellenlängen oder spektrale Bereiche jeweils der vom Brenngas absorbierte Anteil der Infrarotstrahlung erfasst wird, wobei die beiden Wellenlängen oder spektrale Bereiche derart ausgewählt werden, daß sich die Anteile einzelner Komponenten des Brenngases in unterschiedlicher Gewichtung auf die erfassten absorbierten Anteile auswirken, DOLLAR A b) die Wärmeleitfähigkeit erfasst wird und DOLLAR A c) aus den drei Messwerten die Gasbeschaffenheit bestimmt wird. DOLLAR A Unter Gasbeschaffenheit wird die Gaszusammensetzung, der Brennwert, die Wobbezahl, die Normdichte und die Methanzahl verstanden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Gasbeschaffenheit eines Brenngases. Unter Gasbeschaffenheit wird die Gaszusammensetzung, der Brennwert, die Wobbezahl bzw. der Wobbeindex, die Normdichte und die Methanzahl verstanden.
Der Brennwert kann der molare, der massenbezogene oder der volumenbezogene Brennwert sein. Der Brennwert von Erdgas muß zu Abrechnungszwecken bei der Übergabe vom Lieferanten auf den Kunden gemessen werden. An Übergabestationen, beispielsweise zwischen zwei Gasversorgungsunternehmen, wird der Brennwert in der Praxis mittels Kalorimetern oder Gaschromatographen ermittelt. Bei dem letztgenannten Verfahren wird die Gaszusammensetzung analysiert. Aus der Zusammensetzung des Gases kann dann mit dem Brennwert für die reinen Stoffe der Brennwert des Brenngases bestimmt werden. Mit Gaszählern, insbesondere Turbi­ nenradzählern, wird der Volumenstrom gemessen. Der Volumenstrom muss mit Hilfe der Kompressibilitätszahl vom Betriebs- auf den Normzustand umgewertet werden. Die Kompressibilitätszahl lässt sich nach dem bekannten SGERG-Verfahren (ISO 12213) aus Brennwert, Normdichte und CO2-Anteil berechnen. Wird der Brennwert mittels Kalorimeter bestimmt, so müssen die Normdichte und der CO2-Anteil zusätzlich gemessen werden. Wird ein Gaschromatograph eingesetzt, so können Normdichte und CO2-Anteil aus der Gaszusammensetzung berechnet werden. Die Energiemenge ergibt sich dann über das Produkt aus Brennwert und Normvolumenstrom.
Die Verfahren zur Ermittlung des Brennwertes mittels Kalorimetern oder Gaschromatographen liefern sehr gute Ergebnisse, sind aber technisch kompliziert und verursachen sehr hohe Investions- und Wartungskosten. Für verschiedene industrielle Anwendungen, insbesondere für Regelungszwecke sind derartige Verfahren zu aufwendig und bezüglich der Ansprechzeit zu träge.
Zu Abrechnungszwecken im Hochdruckbereich sind auch korrelative Verfahren zur Ermittlung des Brennwertes bzw. der Energiemenge bekannt. Bei diesen korrelativen Verfahren werden mehrere physikalische oder chemische Größen gemessen und der Brennwert berechnet.
Aus der DE 197 36 528 und der DE 198 08 533 sind korrelative Verfahren bekannt, bei dem als Eingangsgrößen u. a. die Schallgeschwindigkeit und die Dielektrizitätskonstante des Brenngases gemessen wird. Aus diesen Messsignalen wird der Brennwert oder die Gaszusammensetzung berechnet.
Die Schallgeschwindigkeit kann von einem Ultraschall-Volumenstromzähler abgegriffen werden. Solche Zähler, die vorwiegend im Hochdruck eingesetzt werden, sind jedoch vergleichsweise teuer. Preiswertere Ultraschall-Volumenstromzähler wurden für den haushaltlichen Bereich entwickelt. Jedoch konnten sich diese Zähler gegenüber dem herkömmlichen Balgengaszähler auf dem Markt bisher nicht behaupten. Demnach ist die zukünftige Verfügbarkeit des Ultraschallzähler-Haushaltszählers fragwürdig. Die Dielektrizitätskonstante muss mit einem speziell zu diesem Zweck entwickelten Messgerät bestimmt werden. Folglich ist der messgerätetechnische Aufwand relativ groß.
Die Kenntnis der Gasbeschaffenheitsgrößen, insbesondere des Brennwertes oder der Wobbezahl wird auch für verschiedene industrielle Anwendungen benötigt, insbesondere zu Regelungszwecken.
Die Wobbezahl bzw. der Wobbeindex ist der Quotient des volumenbezogenen Brennwertes und der Quadratwurzel aus der relativen Dichte des Gases. Der Wobbeindex wird in der Industrie zur Regelung bzw. Konstanthaltung der Energiemengenzufuhr zu Gasverbrauchseinrichtungen benutzt. Ein einfaches korrelatives Verfahren für derartige Zwecke steht bisher nicht zur Verfügung.
Die Methanzahl ist im Zusammenhang mit Gasmotoren eine wichtige Kenngröße. Die Methanzahl ist ein Maß für die Klopffestigkeit von gasförmigen Brennstoffen. Die Methanzahl gibt den prozentualen Methananteil einer Methan/Wasserstoff-Mischung an, die in einem Prüfmotor unter definierten Randbedingungen dieselbe Klopfstärke aufweist wie das zu untersuchende Gas. Wenn z. B. ein Erdgas eine Methanzahl von 85 besitzt, so heißt dies, daß unter bestimmten motorischen Bedingungen dieses Erdgas die gleiche Klopfstärke zeigt wie ein Gemisch aus 85% Methan und 15% Wasserstoff. Bei Kenntnis der Methanzahl kann das unerwünschte Motorklopfen von erdgasbetriebenen Kolbenmotoren durch entsprechende Maßnahmen vermieden werden.
Ein Verfahren zur Bestimmung der Methanzahl ist aus der DE-A-196 50 302 bekannt. Das Brenngas wird einer Infrarotstrahlung ausgesetzt. Mittels eines Strahlungsdetektors wird der von der Gasmischung absorbierte Anteil der Infrarotstrahlung gemessen und hieraus die Methanzahl des Brenngases bestimmt.
Die Bestimmung der Methanzahl erfolgt über einen optischen Filter, der einen Aus­ schnitt des Absorptionsspektrums erfasst, indem die Kohlenwasserstoffe in einer Ge­ wichtung zur Absorption beitragen, die näherungsweise proportional zur Methanzahl des Erdgases ist. Das Verfahren kann relativ einfach in die Praxis umgesetzt werden, weil zum einen die Komponenten der entsprechenden Infrarotsensoren preiswert am Markt erhältlich sind und zum anderen die Infrarotdetektoren ein sehr präzises Messsignal liefern und eine gute Praxistauglichkeit besitzen.
Eine Bestimmung des Brennwertes von Erdgasen mittels Infrarotabsorption konnte mit den bisher bekannten Verfahren technisch nicht realisiert werden. Die verschiedenen Erdgase können neben Kohlenwasserstoffen wie Methan, Ethan usw. auch Stickstoff enthalten. Das Infrarotsignal reagiert - in Abhängigkeit des gefilterten Absorptions­ spektrums - sehr empfindlich auf die Anteile der Kohlenwasserstoffe und auf den Kohlendioxidanteil, nicht jedoch auf den Stickstoffanteil. Dies führt zu nicht vertretbaren Messungenauigkeiten; denn der Stickstoffanteil im Erdgas unterliegt großen Schwan­ kungen und hat einen großen Einfluss auf den Brennwert.
Aufgabe der Erfindung ist es demgemäss, ein Verfahren zur verbrennungslosen Bestimmung der Gasbeschaffenheit, insbesondere des Brennwertes, der Wobbezahl und der Methanzahl eines Brenngases zur Verfügung zu stellen, das zum einen einfach realisiert werden kann und zum anderen eine ausreichende Genauigkeit für Abrechnungs- und für Regelungszwecke bietet. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, eine einfache und praktisch einsetzbare Messanordnung zu schaffen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Gasbeschaffenheit wird zumindest ein Teil des Erdgases einer Infrarotstrahlung ausgesetzt und für zwei Wellenlängen oder spektrale Bereiche der von dem Erdgas absorbierte Anteil mit jeweils einem Infrarotsensor erfasst. Zusätzlich wird mit einem Wärmeleitfähigkeits­ sensor die Wärmeleitfähigkeit erfasst.
Mit einem der Infrarotsensoren wird direkt der Stoffmengenanteil des Kohlendioxids im Erdgas bestimmt. Dieser Sensor arbeitet vorzugsweise bei einer Wellenlänge von etwa 4,3 µm. Der zweite Infrarotsensor, der vorzugsweise bei einer Wellenlänge von 3,5 µm arbeitet, erfasst die Kohlenwasserstoffe im Erdgas. Die Wellenlänge wurde so gewählt, dass der Sensor eine möglichst große Empfindlichkeit bezüglich der Kohlenwasserstoffe aufweist. Aus den Signalen der Infrarotsensoren, das heißt den beiden Messwerten für den von dem Erdgas absorbierten Anteil und dem Signal des Wärmeleitfähigkeitssensor wird die Gasbeschaffenheit rechnerisch bestimmt.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß für die Messungen handelsübliche Sensoren eingesetzt werden können. Die Sensoren werden in Serienproduktion in großen Stückzahlen hergestellt und sind daher sehr preiswert und zuverlässig. Außerdem sind die Sensoren sehr kompakt, so dass sie problemlos in einem gemeinsamen Gehäuse, z. B. einem 19"-Einschub, untergebracht werden können. Da die Sensoren direkt durchströmt werden und zusätzlich ein sehr kleines Volumen besitzen, ist die Ansprechzeit extrem gering, was vor allem bei der Regelung von Verbrennungsprozessen von großer Bedeutung ist.
Durch das beschriebene Verfahren werden die verschiedenen zuvor beschriebenen Anwendungen zur Gasbeschaffenheitsbestimmung, d. h. Energiemessung (Brennwert, Normdichte, CO2-Anteil) und Prozesssteuerung (Wobbezahl/Methanzahl) gleichzeitig erschlossen. Die erreichbare Genauigkeit ist vergleichbar mit der Genauigkeit von zur Abrechnung eingesetzten Kalorimetern oder Prozessgaschromatographen. Dabei ist das beschriebene Verfahren wesentlich kostengünstiger und erfordert deutlich weniger Wartungsaufwand.
Für die Bestimmung der unterschiedlichen Messgrößen können prinzipiell verschiedene Sensortypen verwendet werden. Allerdings liefert jeder Sensortyp jeweils typspezifische Messwerte. Es wurde nun durch Versuche gefunden, daß sich aus den Sensorsignalen eine einfache Korrelation zur Gasbeschaffenheit ableiten lässt. Zum Aufbau der Korrelation werden insbesondere zwei empirische Zusammenhänge ausgenutzt, die durch Labormessungen an Methan sowie einer Reihe von natürlichen Erdgasen ermittelt wurden. Zum einen wurde der funktionale Zusammenhang zwischen dem Brennwert HCH der Kohlenwasserstoffe und dem Quotienten aus Infrarotabsorption A und Stoffmengenanteil xCH der Kohlenwasserstoffe aufgestellt.
Außerdem wird die Wärmeleitfähigkeit λCH des Kohlenwasserstoffgases als Funktion des Quotienten aus Infrarotabsorption A und des Stoffmengenanteils xCH der Kohlenwasserstoffe beschrieben. Die Kennlinien müssen für einen bestimmten Sensortypen nur einmalig aufgenommen werden. Zur späteren Kalibrierung genügt eine punktweise Überprüfung mit einem reinen Gas wie z. B. Methan.
Die Genauigkeit des Verfahrens kann erhöht werden, wenn zusätzlich der vom Brenngas absorbierte Anteil der Infrarotstrahlung für eine weitere Wellenlänge etwa von 7,9 µm erfasst wird. Bei dieser Wellenlänge reagiert der Sensor besonders empfindlich auf den Methananteil im Brenngas. Weiterhin besteht die Möglichkeit, mit dieser zusätzlichen Messung ein redundantes System zu Prüfzwecken aufzubauen.
Vorzugsweise wird der Anteil der Infrarotstrahlung sowie die Wärmeleitfähigkeit unter Referenzbedingungen in einer gemeinsamen Messumgebung erfasst.
Vorteilhafterweise werden im Schritt a) oder b) die Temperatur und der Druck erfasst oder konstant gehalten.
Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, die Gasbeschaffenheit nach den Formeln (6), (3), (1); (7) (8.1-8.9) und (9) gemäß Fig. 3 bestimmt wird.
Die Formeln (3), (4) und (6) beinhalten die Koeffizienten a0, a1, a2 und c0, c1, c2, die einmalig aus Meßwerten aufgrund der Verfahrensschritte a) und b) an Referenzgasen bekannter Gaszusammensetzung bzw. die Gasbeschaffenheit bestimmt werden.
Üblicherweise werden hierzu drei oder mehr Referenzgase vermessen. Die Bestimmung der Koeffizienten erfolgt dann durch Anpassung an die Referenzgase indem die Fehlerqudratsumme durch lineare Regression minimiert wird. Diese Grundkalibration wird einmalig für ein Gerät durchgeführt. Für eine spätere Nachkalibrierung ist es ausreichend, eine Messung mit nur einem Referenzgas, z. B. reines Methan, durchzuführen (Ein-Punkt-Kalibrierung). Bei dieser Ein-Punkt- Kalibrierung werden dann nur die Koeffizienten a0 und c0 angepaßt.
Die Erfindung erfasst ferner ein Verfahren zum Ermitteln der Energiemenge von Brenngas, insbesondere von Erdgas, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennwert ermittelt, das Brenngas durch einen Volumenstromzähler geleitet und der Volumenstrom gemessen wird.
Die Erfindung befaßt sich ferner mit einer Vorrichtung zum Ermitteln der Gasbeschaffenheit eines Brenngases, insbesondere von Erdgas, dadurch gekennzeichnet, dass Erdgas einer Sensoranordnung zugeführt wird, die im we­ sentlichen aus einer Strahlungsquelle für Infrarotstrahlung und mindestens zwei der Strahlungsquelle zugeordnete Strahlungsdetektoren sowie einem Sensor zum Erfassen der Wärmeleitfähigkeit besteht, und dass die Signale der Sensoranordnung einer Auswerteeinheit zugeführt werden, in der die Gasbeschaffenheit mittels einer Korrelation bestimmt wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 den molaren Brennwert HCH des Kohlenwasserstoffgases als Funktion des Quotienten aus Infrarotabsorption A und Stoffmengenanteil xCH der Kohlenwasserstoffe für 8 natürliche Erdgase sowie Methan;
Fig. 2 die Wärmeleitfähigkeit λCH des Kohlenwasserstoffgases als Funktion des Quotienten aus Infrarotabsorption A und des Stoffmengenanteils xCH der Kohlenwasserstoffe für 8 natürliche Erdgase sowie Methan;
Fig. 3 eine Berechnungsprozedur zur Bestimmung der Gaszusammensetzung und der Gasbeschaffenheitskenngrößen (Brennwert, Wobbezahl, Normdichte, Methan­ zahl) aus Wärmeleitfähigkeit λ, Stoffmengenanteil Kohlendioxid xCO2, der sich direkt aus der Messung der Infrarotabsorption bei einer Wellenlänge von etwa 4,3 µm ergibt und Infrarotabsorption der Kohlenwasserstoffe A;
Fig. 4 einen Vergleich von Gasbeschaffenheitskenngrößen (Brennwert, Wobbezahl, Normdichte, Methanzahl), die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt wurden, mit Werten, die aus der gaschromatographischen Analyse abgeleitet worden sind;
Fig. 5 die Ergebnisse eines Feldversuches. Aufgetragen ist der Brennwert der zum einem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und zum anderen mit dem Kalorimeter gemessen wird über einem Zeitraum von 24 Stunden,
Fig. 6 eine schematische Ansicht der Messanordnung zur Bestimmung der Gasbeschaffenheit von Erdgasen.
Im folgenden wird die Berechnungsprozedur, bzw. das Korrelationsverfahren nach Fig. 3 beschrieben.
Als Eingangsgrößen werden die Wärmeleitfähigkeit λ, Stoffmengenanteil Kohlendioxid xCO2, der sich direkt aus der Messung der Infrarotabsorption bei einer Wellenlänge von etwa 4,3 µm ergibt und die Infrarotabsorption der Kohlenwasserstoffe A gemessen.
Erdgas besteht im wesentlichen aus Stickstoff, Kohlendioxid sowie einem Kohlenwasserstoffgas, im folgenden mit CH gekennzeichnet, das sich vorwiegend aus den Alkanen Methan bis Oktan zusammensetzt. Da der Stickstoffanteil und der Kohlendioxidanteil keinen Beitrag zum Brennwert liefern, ergibt sich der molare Brennwert Hs,m des Erdgases aus dem Stoffmengenanteil xCH dem Brennwert HCH (HCH = ΣxCHi.HCHi) des Kohlenwasserstoffgases zu:
Hs,m = xCH.HCH (1)
Der Stoffmengenanteil des Kohlenwasserstoffgases ergibt sich zu:
xCH = 1-xN2-xCO2 (2)
Wie in Fig. 1 dargestellt, lässt sich der Brennwert des Kohlenwasserstoffgases HCH als Funktion des Quotienten aus Infrarotabsorption der Kohlenwasserstoffe A und dem Stoffmengenanteil der Kohlenwasserstoffe xCH darstellen.
HCH = a0 + a1.(A/xCH) + a2.(A/xCH)2 (3)
Dieser Sachverhalt lässt sich dadurch erklären, dass die Stoffmengenanteile der Alkane im Erdgas einer regelmäßigen Verteilung unterliegen. Die Infrarotabsorption A in Gleichung (3) wird mit dem Infrarotsensor bei der Wellenlänge von 3,5 µm gemessen.
In ähnlicher Weise lässt sich auch die Wärmeleitfähigkeit λCH des Kohlenwasserstoff­ gases als Funktion des Quotienten (A/xCH) darstellen. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 2 dargestellt.
λCH = c0 + c1.(A/xCH) + c2.(A/xCH)2 (4)
Die Wärmeleitfähigkeit λ des Erdgases lässt sich in Abhängigkeit der Stoffmengenanteile xN2, xCO2 und xCH wie folgt darstellen.
λ = xN2.λN2 + xCO2.λCO2.xCH.λCH (5)
Durch Einsetzen von Gleichung (4) in Gleichung (5) und Auflösen nach xCH lässt sich der Stoffmengenanteil des Kohlenwasserstoffgases xCH direkt aus den Messgrößen xCO2, A und λ ableiten.
Werte für die Wärmeleitfähigkeiten der reinen Stoffe λN2 und λCO2 können aus der Literatur entnommen werden.
Aus dem Stoffmengenanteil des Kohlenwasserstoffgases kann dann unter Verwendung von Gleichung (3) der Brennwert HCH des Kohlenwasserstoffgases und anschließend der Brennwert des Erdgases aus Gleichung (1) berechnet werden.
Der Stoffmengenanteil des Stickstoffs xN2 kann dann aus den Stoffmengenanteilen xCH und xCO2 wie folgt bestimmt werden.
xN2 = 1-XCH-XCO2 (7)
Aus dem Brennwert HCH und den Stoffmengenanteilen xCH des Kohlenwasserstoffgases lassen sich im folgenden die Stoffmengenanteile der einzelnen Alkane von Ethan bis Oktan ableiten.
xC2H6 = {α1(HCH-HCH4)+β1(HCH-HCH4)2} (8.1),
xC3H8 = {α2(HCH-HCH4)+β2(HCH-HCH4)2} (8.2),
xn-C4H10 = {α3(HCH-HCH4)+β3(HCH-HCH4)2} (8.3),
xi-C4H10 = {α4(HCH-HCH4)+β4(HCH-HCH4)2} (8.4),
xn-C5H12 = {α5(HCH-HCH4)+β5(HCH-HCH4)2} (8.5),
xi-C5H12 = {α6(HCH-HCH4)+β6(HCH-HCH4)2} (8.6),
xn-C6H14 = {α7(HCH-HCH4)+β7(HCH-HCH4)2} (8.7),
xn-C7H16 = {α8(HCH-HCH4)+β8(HCH-HCH4)2} (8.8),
xn-C8H18 = {α9(HCH-HCH4)+β9(HCH-HCH4)2} (8.9).
Die Koeffizienten α1 bis β9 werden einmalig anhand der Analyse mehrerer Referenzgase mit bekannter Gaszusammensetzung bzw. Gasbeschaffenheit bestimmt. Die Bestimmung der Koeffizienten erfolgt durch Anpassung an die Referenzgase, indem die Fehlerquadratsumme durch lineare Regression minimiert wird.
Der Stoffmengenanteil des Methans ergibt sich dann zu:
xCH4 = xCH - xC2H6 - xC3H8 - xn-C4H10 - xi-C4H10 - xn-C5H12 - xn-C6H14 - xn-C7H16 - xn-C8H18 (9).
Die so bestimmte Gasanalyse von insgesamt 12 Komponenten (N2, CO2, 10 Alkane) kann nun verwendet werden, um weitere Gasbeschaffenheitskenngrößen, wie z. B. den volumetrischen Brennwert Hs, die Wobbezahl Ws, die Normdichte ρn oder die Methanzahl MZ abzuleiten. Die Berechnung der Größen Hs, Ws und ρn erfolgt nach dem internationalen Standard ISO 6976. Eine schematische Darstellung der Berechnungsprozedur ist in Fig. 3 angegeben.
Das beschriebene Berechnungsverfahren beinhaltet die Koeffizienten a0, a1, a2 und c0, c1, c2, die durch eine einmalige Grundkalibration bestimmt werden. Die Kalibration erfolgt durch Messungen (Verfahrensschritte a) und b)) an Referenzgasen, deren Gaszusammensetzung bzw. Gasbeschaffenheit bekannt ist. Üblicherweise werden hierzu drei oder mehr Referenzgase vermessen. Die Bestimmung der Koeffizienten erfolgt dann durch Anpassung an die Referenzgase indem die Fehlerquadratsumme durch lineare Regression minimiert wird. Diese Grundkalibration wird einmalig für ein Gerät durchgeführt. Für eine spätere Nachkalibrierung ist es ausreichend, eine Messung mit nur einem Referenzgas, z. B. reines Methan, durchzuführen (Ein-Punkt- Kalibrierung). Bei dieser Ein-Punkt-Kalibrierung werden dann nur die Koeffizienten a0 und c0 angepaßt.
Das Verfahren wurde im Labor an insgesamt 8 verschiedenen Erdgasen getestet. In Fig. 4 sind die prozentualen Abweichungen der mit der Sensoranordnung gemessenen Gasbeschaffenheitskenngrößen (Brennwert, Wobbezahl, Normdichte und Methanzahl) und den aus der gaschromatographischen Analyse abgeleiteten Werten dargestellt. In der Regel sind die Abweichungen für den Brennwert kleiner als ± 0,2%. Nur bei einer Gasprobe beträgt die Abweichung 0,6%.
Die Langzeitstabilität wurde anhand eines Feldversuches untersucht. Dabei wurden die Messsignale kontinuierlich aufgenommen und mit einem Kalorimeter, das zu Abrechnungszwecken eingesetzt wird, verglichen. Das Ergebnis ist in Fig. 5 beispielhaft für einen Zeitraum von 24 Stunden dargestellt. Das Bild zeigt, dass die Übereinstimmung des aus der Sensoranordnung abgeleiteten Brennwertes mit dem gemessenen Brennwert des Kalorimeters besser als 0,2% ist. Damit stimmen beide Verfahren innerhalb der Messunsicherheit des Kalorimeters (0,3%) überein. Während des gesamten Feldversuches, der über einen Zeitraum von vier Monaten durchgeführt wurde, konnte keine signifikante Drift des Messsignals beobachtet werden.
Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 6 angegeben. Ein Teilstrom des Erdgases wird aus einer Haupttransportleitung 1 entnommen und über einen Druckminderer 2 in einer Zweigleitung 3 auf etwa 20-100 mbar, d. h. im wesentlichen auf Atmosphärendruck entspannt und einer Sensoranordnung 4 zugeführt. Die Sensoranordnung 4 besteht im wesentlichen aus einer nicht dargestellten Strahlungsquelle für Infrarotstrahlung und zwei der Strahlungsquelle zugeordneten Strahlungsdetektoren 5, 6. Ein dritter Sensor 7 misst die Wärmeleitfähigkeit. Die Sensoren 5, 6, 7 nehmen kontinuierlich die Messsignale auf, die von einer Auswerteeinheit 8 in Form einer Elektronik (herkömmliche Leiterkarte) direkt ausgewertet werden.
Die Temperatur wird auf nicht dargestellte Weise gemessen, so daß die Möglichkeit besteht, die Messwerte auf Referenzbedingungen umzurechnen. Falls die Temperatur in der Messumgebung stark schwankt, ist es vorteilhaft, die Temperatur auf einen Wert, z. B. 50°C, einzustellen bzw. zu regeln.

Claims (9)

1. Verfahren zum Ermitteln der Gasbeschaffenheit von Brenngas, insbesondere von Erdgas, wobei
  • a) zumindest ein Teil des Brenngases einer Infrarotstrahlung ausgesetzt wird und für zwei Wellenlängen oder spektrale Bereiche jeweils der vom Brenngas absorbierte Anteil der Infrarotstrahlung erfasst wird, wobei die beiden Wellenlängen oder spektrale Bereiche derart ausgewählt werden, daß sich die Anteile einzelner Komponenten des Brenngases in unterschiedlicher Gewichtung auf die erfassten absorbierten Anteile auswirken,
  • b) die Wärmeleitfähigkeit erfasst wird und
  • c) aus den drei Messwerten die Gasbeschaffenheit bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Brenngas absorbierte Anteil der Infrarot­ strahlen für die Wellenlängen etwa von 3,5 µm und 4,3 µm erfasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der vom Brenngas absorbierte Anteil der Infrarotstrahlung für eine weitere Wellenlänge etwa von 7,9 µm erfasst wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Infrarotstrahlung sowie die Wärme­ leitfähigkeit unter Referenzbedingungen in einer gemeinsamen Messumgebung erfasst werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) oder b) die Temperatur und der Druck erfasst oder konstant gehalten werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasbeschaffenheit im Schritt c) nach den Formeln (6), (3), (1), (7) (8.1-8.9) und (9) gemäß Fig. 3 durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Koeffizienten a0, a1, a2 und c0, c1, c2 für die Gleichungen (3) und (6) aus Messwerten aufgrund der Schritte a) und b) mit mehreren Referenzgasen bekannter Gasbeschaffenheit bestimmt werden.
8. Verfahren zum Ermitteln der Energiemenge von Brenngas, insbesondere von Erdgas nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennwert ermittelt wird und das Brenngas durch einen Volumenstromzähler geleitet und der Volumenstrom gemessen wird.
9. Vorrichtung zum Ermitteln der Gasbeschaffenheit eines Brenngases, insbeson­ dere von Erdgas, dadurch gekennzeichnet, dass Erdgas einer Sensoranordnung (4) zugeführt wird, die im wesentlichen aus einer Strahlungsquelle für Infrarotstrahlung und mindestens zwei der Strahlungsquelle zugeordneten Strahlungsdetektoren (5, 6) sowie einem Sensor (7) zum Erfassen der Wärmeleitfähigkeit besteht, und dass die Signale der Sensoranordnung einer Auswerteeinheit zugeführt werden, in der die Gasbeschaffenheit mittels einer Korrelation bestimmt wird.
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