Caractérisation des propriétés énergétiques du gaz naturel

• Auteur / Autrice : Khaled Loubar
• Direction : Mohand Tazerout, Olivier Le Corre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Énergétique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École polytechnique de l'Université de Nantes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Qualité -- Contrôle

Gaz naturel

Résumé

L'environnement, le prix des énergies et les opportunités dans les différents secteurs représentent un fort potentiel de développement pour le gaz naturel. Cependant, à l'inverse des carburants liquides dont la qualité est maîtrisée, celle du gaz naturel dépend de son origine. Les diverses sources d'approvisionnement en gaz fournissent des produits de caractéristiques différentes. Les consommateurs sont ainsi confrontés à des variations pouvant provoquer des perturbations dans le fonctionnement d'équipements et des procédés. C'est le cas par exemple du risque de combustions anormales dans les moteurs alimentés au gaz naturel engendrant des effets négatifs sur les émissions polluantes ainsi que des dommages mécaniques engendrés par le cliquetis. De plus, pour l'industrie gazière et pétrolière, la quantité d'énergie fournie doit être mesurée avec une précision aussi grande que possible. En fait, le prix de consommation du gaz naturel est basé sur l'énergie thermique fournie. Le suivi en continu de la qualité du gaz naturel constitue le principal objectif de ce travail. Ainsi, un capteur gaz pour la détermination des propriétés énergétiques a été conçu. Il est basé sur la mesure de propriétés physiques du gaz naturel telles que la conductivité thermique et la vitesse du son ainsi que de la teneur en dioxyde de carbone. Le choix des propriétés physiques s'est appuyé sur une étude statistique (plan d'expérience, analyse en composantes principales) d'une base de gaz naturels distribués en Europe afin de se ramener aux propriétés physiques les plus représentatives de la base. Ce capteur a été testé pour différents gaz naturels synthétisés et le pouvoir calorifique.

Environment, energy costs and opportunities in the various sectors represent a strong potential for natural gas development. However, contrary to liquid fuels whose quality is controlled, that of natural gas depends on its origin. The various sources of gas supply provide products of different characteristics. Thus, the consumers are facing variations of gas quality able to cause perturbations in the functioning of equipment and processes. It is the case, for example, of the risk due to abnormal combustion in the engines generating fluctuations of power which can lead to increasing emissions as well as to mechanical damages. Moreover, for gas and oil industry, the quantity of provided energy must be measured with best possible precision. In fact, the price of the natural gas consumption is based on the provided thermal energy. The online monitoring of gas quality is the main objective of this work. Thus, a sensor for the determination of combustion properties was developed. This sensor is based on the measurement of easily detectable physical properties such as thermal conductivity and sound speed as well as carbon dioxide content. The choice of the physical properties was based on a statistical approach (experimental plan and principal component analysis) of a test-gas matrix of gases supplied in Europe. The sensor was tested for different synthesized natural gases and important properties such as higher heating value, Wobbe index, stoechiometric air-fuel ratio, and methane number were estimated and compared with values obtained using gas chromatography.