| Popis: |
The composition of natural gas highly depends on its origin: natural gas from various deposits, substitute natural gas that can be produced from fossil fuels or renewable sources. The intermixing of gases from various supply sources during pipeline transportation also leads to more complicated and unpredictable gas composition variations at the consumption site. Gas composition determines its qualitative properties, such as calorific value and Wobbe Index. These properties should be known or measured for efficient consumption and accurate fiscal metering. The industry-standard method, gas chromatography is too costly for widespread applications at end-user sites. Thus, there is a strong interest and need for alternative methods and instruments that would allow more cost-effective measurement of gas quality. The major aim of the research work presented in this thesis is to investigate the possibility of utilizing the measurable physical and specifically ultrasonic properties of a gas mixture for determining the gas quality of hydrocarbon fuel gases such as natural gas and biomethane. It was identified that the measurement of ultrasound attenuation effects in gases is a promising way of obtaining additional information on the gas sample and increasing the performance of gas quality determination in combination with other measurable properties: the velocity of sound, thermal conductivity, and carbon dioxide content by infrared absorption. As the main outcome of the thesis, the correlative method and the prototype of a cost-efficient instrument gas quality determination were proposed, developed, and experimentally tested. Sammansättningen av naturgas beror på dess ursprung; naturgas från olika lager i jordskorpan, naturgas som produceras från fossila bränslen eller förnybara källor. Blandningar av gaser från olika källor och som transporteras via rörledningar leder till komplicerade och oförutsägbara variationer i gassammansättningen när dessa når konsumtionsstället. Kompositionen av gaserna i en blandning bestämmer dess kvalitativa egenskaper såsom värmevärde och Wobbe-index. Dessa egenskaper bör vara kända eller uppmätta för effektiv förbränning och korrekta skattesatser. Gaskromatografi anses vara industristandard, och beräkning av efterföljande egenskaper är i de flesta fall för dyr för utbredd användning på konsumtionsstället. Det finns därför ett stort intresse och behov av nya metoder och instrument som möjliggör bestämning av gaskvalitet till lägre kostnad. Huvudsyftet med forskningsarbetet som presenteras i denna avhandling är att undersöka möjligheten att använda de mätbara fysiska och specifikt ultraljudegenskaperna hos en gasblandning för bestämning av gaskvaliteten på kolvätebränslegaser såsom naturgas och biometan. Mätning av ultraljudsdämpningseffekter i gasmediet identifierades som ett lovande tillvägagångssätt för att erhålla ytterligare information om gasprovet, och därmed öka prestandan vid bestämning av gaskvalitet i kombination med andra mätbara egenskaper, nämligen ljudhastighet, värmeledningsförmåga och koldioxid-koncentration genom infraröd absorption. Som huvudresultat av avhandlingen föreslogs, utvecklades och validerades en korrelativ metod och en prototyp för en kostnadseffektiv instrumentgaskvalitetsbestämning. Nyckelord Naturgas, biometan, värmevärde, Wobbe-index, ultraljudsmätning, ljuddämpning |
