Hiililaskelmat

SGS:n maailmanlaajuiset kemistien ja asiantuntijoiden tiimit käyttävät erilaisia hiilen analyyttisiä laskelmia ja indeksejä hiilinäytteen lämpöarvojen, kokonaisvedyn, koksin reaktivisuusindeksin (CRI) ja reaktion mukaisen koksin vahvuuden määrittämiseen. Kolmannen osapuolen testituloksemme ja laskelmamme antavat luotettavaa kansainvälisten standardien mukaista tietoa.

Seuraavassa on joitakin mielenkiintoisia protokollia ja laskelmia, joita SGS:n hiili- ja koksiasiantuntijat käyttävät säännöllisesti. Nämä laskelmat ovat vain tiedoksi, eikä SGS voi taata kaikkien tietojen ja kaavojen vastaavan uusimpia standardeja. Hiilikaupassa toimivien asiakkaiden on itse tutustuttava sopimuksissa käytettyihin tämänhetkisiin standardeihin.

*** Nettolämpöarvon laskelma - katso ASTM D5865-12 / ISO 1928-2009
*** Kosteuden siirto eri pohjiin - katso ASTM D3180 / ISO 1170

1. Pohjien muuntokertoimet:
   Viite: ASTM D3180 / ISO 1170 - Muunto eri kosteuspohjiin
   
   
   1. AD-kerroin (muuntaa AD-luvun nimelliskosteudeksi (NM)): (100-NM)/(100-ADM)
      NM = AD / ((100-NM)/(100-ADM))
      
      
   2. Kuivakerroin (muuntaa AD-arvon kuiva-arvoksi) (100-ADM)/100
      Kuiva-arvo = AD / ((100-ADM)/100)
      
      
   3. AR-kerroin (muuntaa kuiva-arvon AR-luvuksi(100-TM)/100
      AR = Kuiva x ((100-TM))/100)
      
      
   4. DAF-kerroin (muuntaa kuiva-arvon DAF-arvoksi (100-kuivatuhka)/100
      DAF = Kuiva / ((100-Kuiva tuhka)/100)
      
      
Jossa:
TM on kokonaiskosteus
ADM on ilmakuivattu kosteus (analyysinäytteen kosteus)
NM on nimelliskosteus
AR on vastaanotettu pohja
AD on määritetty (ilmakuivattu) pohja
Kuiva on kuivapohja
DAF on kuivatuhkan vapaa pohja


2. Kaksivaiheinen kokonaiskosteuden kaava (katso ASTM D3302 osa 10)
   Kaksivaiheista kokonaiskosteuden määritystä käytetään hiilinäytteen ollessa massaltaan liian pieni tai liian kostea jaettavaksi tai murskattavaksi ilman huomattavaa kosteushäviötä.
   TMar, % = [Rm,ad, % x (100 – Fm,ad, %) / 100] + Fm,ad %
   TM = kokonaiskosteus; Fm = vapaa kosteus; Rm = jäännöskosteus
   
   
3. Lämpöarvon muuntokertoimet Viite: ASTM 5865-12 X1.4. & ISO 1928-9 10.5
   J/g = kcal/kg jaettuna luvulla 0,238846 TAI kerrottuna luvulla 4,1868
   J/g = Btu/lb kerrottuna luvulla 2,326 TAI jaettuna luvulla 0,429923
   kcal/kg = J/g kerrottuna luvulla 0,238846 TAI jaettuna luvulla 4,1868
   kcal/kg = Btu/lb jaettuna luvulla 1,8 tai kerrottuna luvulla 0,555556
   Btu/lb = J/g jaettuna luvulla 2,326 TAI kerrottuna luvulla 0,429923
   Btu/lb = kcal/kg kerrottuna luvulla 1,8 tai jaettuna luvulla 0,555556
   
   
4. CO₂Päästökerroin (direktiivi 2003/87/EC) direktiivi 2007/589/EC
   CO₂Päästökerroin tCO₂/TJ =
   = vastaanotettuna hiilenä x 3,667 x [10,000/NCV(p)] yksikkönä kJ/kg
   = vastaanotettuna hiilenä x 3,667 x [2388.46/NCV(p)] yksikkönä kcal/kg
   
   CO:n standardiepävarmuus₂Päästökerroin (tCO2/TJ)
   Osana Euroopan komission (EC) uusia CO-raportointivaatimuksia ₂päästöt, analyysilaboratoriota pyydetään raportoimaan CO:n standardiepävarmuus₂päästökerroin, lisättynä laboratorioanalyysiin, ilmaistaan standardipoikkeamana.
   
   ISO:n toistettavuusarvoja C(db) 1,00 % ja GCV(db) 300 J/g, muunnettuina vastaanottopohjaan, käytetään epävarmuuden laskentaan.
   
   
5. Polttoainesuhde
   = pysyvä hiili / haihtuva aine
   
   Ballasti
   = Tuhka (AR) + kokonaiskosteus
   
   
6. Hiilen vety: Katso ASTM 3180 / ISO 1170
   Koska vetyarvot voidaan raportoida näytteen veteen (kosteuteen) sisältyvän vedyn pohjalta tai ilman, alla on määritelty vaihtoehtoiset muuntomenetelmät.
   
   Käytä seuraavia muunnoksia vedyn ilmoittamiseksi kosteudeussa oleva vety mukaan tai pois lukien:
   
   Määritetty kokonaisvety (AD):sisältää vedyn analyysikosteudessa
   
   
   1. Vety (ilman vetyä kosteudessa)
      H(kuiva pohja) = [Kokonaisvety(ad)-(AMx0,1119)] x (100/(100-AM))
      
      
   2. Vety (sisältää vedyn kosteudessa)
      H(ar) = [Kokonaisvety(db) x ((100-TM)/100)]+(0,1119*TM)
      
      
   3. ISO 1170 ilmoittaa vedyn ilmakuivatulta pohjaltailmanvetyä analysoidussa kosteudessa.
      H(ilmakuivattu) = Kokonaisvety(määritetty) - (analyysin kosteus x 0,1119)
      
      Vety- ja happikertoimet vedyn atomipainon perusteella₂0
      Vety = Kosteus X 0,1119
      Happi = Kosteus X 0,8881
      
      
7. DMMF-laskelmat
   Kuivamineraaliainelaskelmat (Dry Mineral Matter Free, viitteenä ASTM D388)
   
   
8. Empiirinen kaava bruttolämpöarvon arviointiin alkuaineanalyysillä
   (Viite: COAL Typology - Physics - Chemistry - Constitution; tekijä D.W Krevelen; kolmas painos 1993, sivu 528). Kaikki syöttötulokset perustuvat kuivapohjaan (DB) ilmaistuna %-painona.

   DULONG (1820) = (80,8 x C) + (344,6 x H) – (43,1 x O) + (25 x S)		BOIE (1953) = (84 x C) + (277,7 x H) – (26,5 x O) + (15,0 x N) + (25 x S)
   SEYLER (1938) = (123,9 x C) + (388,1 x H) + (25 x O2) - 4269		NEAVEL (1986) = (81,05 x C) + (316,4 x H) – (29,9 x O) + (23,9 x S) - (3,5 x tuhka)
   MOTT & SPOONER (1940) OXYGEN < 15 % = (80,3 x C) + (339 x H) - (34,7 x O) + (22,5 x S)		GIVEN (1986) = (78,3 x C) + (339,1 x H) – (33,0 x O) + (22,1 x S) + 152
   MOTT & SPOONER (1940) OXYGEN > 15% = (80,3 x C) + (339 x H) - (36,6 x O) + (0,17 x O2) + 22,5 x S HUOMAUTUS:nämä kaavat eivät päde hiilisekoitteisiin. Katso Seylerin kaavan huomautus yllä.

   Ote teoksesta COAL - D.W. Krevelen. (sivu 529) "Kaikki empiiriset yhtälöt ovat muunnoksia alkuperäisestä Dulongin yhtälöstä teoreettisin perustein ja hiilen empiirisiin lämpöarvotietoihin sovellettuina todellisuudessa empiirisiä suhteita. Givenin (1986) ja Neavelin (1986) antamat korrelaatiot ovat kaikkein luotettavimmat."

9. Nettolämpöarvo (NCV) -laskelmat ja muuntokertoimet
   Viite: Nettolämpöarvo (ASTM D5865-12)
   Lämpö, joka syntyy aineen palaessa vakiopaineessa 0,1 Mpa (1 ilmakehä) muodostuneen veden pysyessä höyrynä.
   
   ASTM D5865-12 / D3180 vakiopaineessa
   Qv-p= 0,01 * RT * (Had / (2*2,016)) - Oad / 31,9988 - Nad / 28,0134)
   Qh = 0,01 * Hvap * (Had / 2,016)
   Qmad = 0,01 * Hvap * (Mad / 18,0154)
   Qmar = 0,01 *Hvap * (Mar / 18,0154)
   Qvar = Qvad *((100-Mar) / (100-Mad))
   Qpad(netto) = Qvad(brutto) + Qv-p - Qh – Qmad
   Qpd(netto) = (Qvad(brutto) + Qv-p - Qh) * (100/(100-Mad)
   Qpar(netto) = ( Qvad(brutto) + Qv-p - Qh) * (100 - Mar) / (100 - Mad) – Qmar
   
   Jossa:
   Qv-p = Kaasufaasin tilavuuden muutokseen palamisreaktiossa liittyvä energia
   R = kaasun yleisvakio [8,3143 J/(mol *K)]
   T = vakioarvoinen termokemiallinen peruslämpötila (298,15 K)
   Had = Had,m – 0.1119 * Mad (kokonaisvety – kosteuden vety)
   Oad = Oad,m – 0,8881 * Mad (kokonaishappi – kosteuden happi)
   Hvap = veden höyrystymislämpö vakiopaineessa (43985 J/mol)
   Qh = näytteen vetypitoisuuden höyrystymislämpö
   Qmad = näytteen vesipitoisuuden höyrystymislämpö
   Qmar = näytteen kokonaiskosteuden höyrystymislämpö
   Atomipainot: O₂= 31,998 / N₂= 28,0134 / H₂2,016 / H₂O = 18,0154
   
   ISO 1928-2009 vakiotilavuudessa
   Qv, net,m,J/g =( Q gr,v,d - 206,0 [ wHd ] ) x (1-0,01xM_T) - (23,05x M_T)
   Qv, net,m,kcal/kg = ( Q gr,v,d - 49.20 [ wHd ] ) x (1-0,01xM_T) - (5,51x M_T)

   ISO 1928-2009 vakiopaineessa
   Qp, net,m,J/g =
   { Q gr,v,d - 212,2 [ wHd ] - 0,8 x [wOd + wNd] } x (1- 0,01M_T) - 24,43 x M_T
   Qp, net,m,kcal/kg =
   { Q gr,v,d - 50,68 [ wHd ] - 0,191 x [wOd + wNd] } x (1- 0,01M_T) - 5,84 x M_T

   [ wHd ] = näytteen vetysisältö pois lukien kosteuden vety
   w(H)d = w(H) x 100/100-M_T
   M_T= kokonaiskosteus

10. Seylerin kaava:
    Hiilen eri parametrit voidaan arvioida alkuaineanalyysistä ja lämpöarvon määrityksistä Seylerin kaavalla ja muilla vastaavilla laskelmilla (esim. Dulongin kaava).
    
    ISO 1928 2009 Bruttolämpöarvon määritys
    ISO-standardi on ainoa kansainvälinen standardi, jonka avulla voidaan laskea arvio vetysisällöstä Seylerin kaavalla.
    
    Seylerin laskelma pätee vain kaikkein bitumipitoisimpiin hiiliin.
    Huomautus 1. EI päde, kun arvioitu Hdb on alle 3 %.
    Huomautus 2. EI päde, kun arvioitu Odaf-pitoisuus on yli 15 %.
    Huomautus 3. EI päde vedyn arviointiin, jos hiilikuljetukset ovat sekoitus matala-arvoista hiiltä, antrasiittiä tai petrolikoksia ja bitumipitoista hiiltä
    Huomautus 4. EI päde matala-arvoiseen hiileen, antrasiittiin, petrolikoksiin ja koksiin
    
    ISO 1928 2009 Osa E.3.3
    wH = 0,07 x w(V) + 0,000165 x qv,gr,m - 0,0285 x [ 100 - M_T- w(A) ]
    w(H) - on näytteen vetysisältö pois lukien kosteuden vetysisältö, %:na massasta
    w(V) - on näytteen VM-sisältö mukaan lukien kosteussisältö M_T, massa-%:na
    w(A) - on näytteen tuhkasisältö mukaan lukien kosteussisältö M_T, massa-%:na
    qv,gr,m - on näytteen bruttolämpöarvo mukaan lukien kosteussisältö M_T, jouleina/g

11. KOKSIN KESKIARVOKOKO (viitteenä ISO 728 Liite A)
    = (B(a-c)+C(b-d)+…+J(h-k) +100j)/200

    Jossa: a, b, c, d…h, j, k ovat reikäkokoja millimetreinä peräkkäisille suodattimille; 'A, B, C, D…H, J, K ovat kumulatiivisia prosentuaalisia ylikokoja kullekin suodattimelle.
    
    Huomautus: Suodatin, jonka reikäkoko on 'a', on pienin koko, jonka läpi kaikki koksi mahtuu (esim. A = 0 %). Suodatin, jonka reikäkoko on 'k', on hypoteettinen suodatin, jonka läpi ei mahdu mikään koksi (k = 0 mm, K = 100 %).

Koksin reaktivisuusindeksi (CRI) ja reaktionjälkeinen koksin vahvuus (CSR)

Kun koksi laskeutuu masuuniin, se joutuu reaktioon vastavirta-CO:n kanssa₂ja hankaukseen. Nämä vastavirtaiset prosessit heikentävät koksia ja reagoivat kemiallisesti sen kanssa luoden ylijäävää hienoainesta, joka voi vähentää masuunin läpäisevyyttä. SGS suorittaa CRI- ja CSR-testejä, jotta tarkat tulokset saadaan nopeasti. CRI- ja CSR-testit määrittävät, kuinka paljon energiaa hiili tuottaa, kun se poltetaan uunissa.

CRI-/CSR-testi mittaa koksia reaktiivisesti hiilidioksidissa korkeissa lämpötiloissa ja sen voimakkuutta rumpukäsittelyn jälkeen. Testissä 1 kg:n päänäytteestä otetaan rinnakkaiset 200 g:n (19 x 22 mm) näytteet, joiden annetaan reagoida säiliössä CO₂-kaasun kanssa kahden tunnin ajan 1100 C-asteen lämpötilassa. Reaktionjälkeinen painonmenetys on CRI-arvo. Reagoitu koksi rumpukäsitellään tämän jälkeen I-muotoisessa rummussa 600 kierroksen verran nopeudella 20 kierr./min, minkä jälkeen se punnitaan. Kooltaan + ⅜” koksin painoprosentti on CSR-arvo. Useimmat masuunit vaativat koksin CSR-arvon olevan yli 60 ja CRI-arvon alle 25. SGS on sitoutunut tekemään tarkkoja ja kustannustehokkaista masuunikoksianalyysejä asiakkaan tarpeisiin.

SGS on maailman johtava hiili- ja koksianalyysien ja -testien toimittaja. Analyyttisten prosessien antamat tiedot takaavat hiilen tai koksin optimaaliset talteenottoasteet ja tehokkuudet.