ISO/TR 22302:2014

Natural gas — Calculation of methane number

ISO/TR 22302:2014 describes methods for the calculation of the methane number (MN) of dry natural gas when the composition of the gas by mole fraction is known.

Gaz naturel — Calcul de l'indice de méthane

L'ISO/TR 22302:2014 décrit des méthodes pour le calcul de l'indice de méthane (MN) de gaz naturel secs lorsque la composition du gaz par fraction molaire est connue.

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 23-Jun-2014
• ICS: 75.060 - Natural gas
• Technical Committee: ISO/TC 193 - Natural gas
• Drafting Committee: ISO/TC 193/WG 8 - Knock resistance
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Completion Date: 24-Aug-2022

Standards Content (Sample)

TECHNICAL ISO/TR
REPORT 22302
First edition
2014-07-01
Natural gas — Calculation of methane
number
Gaz naturel — Calcul de l’indice de méthane
Reference number
ISO/TR 22302:2014(E)
©
ISO 2014

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ISO/TR 22302:2014(E)

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Published in Switzerland
ii © ISO 2014 – All rights reserved

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ISO/TR 22302:2014(E)

Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Terms and definitions . 1
3 Calculation methods of methane number . 1
3.1 GRI methods . 1
3.2 AVL method . 2
4 Express calculated MN . 2
4.1 Mole fraction . 2
Annex A (informative) GRI original composition data of gas fuels for octane test .3
Annex B (informative) The calculated MNs of some typical natural gas mixtures .4
Bibliography .11
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ISO/TR 22302:2014(E)

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
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constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers
to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 193, Natural Gas.
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 22302:2014(E)
Natural gas — Calculation of methane number
1 Scope
This Technical Report describes methods for the calculation of the methane number (MN) of dry natural
gas when the composition of the gas by mole fraction is known.
If the difference of MN between two calculation methods is more than 6, it is recommended to use a test
method to determine MN for the gas.
The Gas Research Institute (GRI) methods are used to calculate methane number, MN, and motor octane
number, MON, of gas; the linear relation is useful in determining and comparing the knock resistance of
high methane content natural gas.
2 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
2.1
methane number
MN
measure of resistance of a gas fuel to knock, which is assigned to a test fuel based upon operation in
knock testing unit at the same standard knock intensity
Note 1 to entry: It is assigned that pure methane is used as the knock resistant reference fuel, that is, methane
number of pure methane is 100, and pure hydrogen is used as the knock sensitive reference fuel, methane number
of pure hydrogen is 0.
2.2
motor octane number
MON
numerical rating of knock resistance obtained by comparison of its knock intensity with that of primary
reference fuels when both are tested in a standardized CFR engine operating under the specified
conditions
3 Calculation methods of methane number
3.1 GRI methods
The GRI has applied the ASTM octane rating method to various natural gas fuels (see Annex A) to
measure MON. Two mathematical relations were developed to estimate the MON rating of a natural gas
fuel. The limitation of each component is shown in Table A.2.
3.1.1 Linear coefficient relation
MON = 137,,78 +− 29 948 18,,193 −+167 062 181,233 + ,26,994 (1)
xx12 xx34 x5 x6
where
x is the mole fraction of corresponding component.
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ISO/TR 22302:2014(E)

The number of subscripts for each corresponding component is given as follow:
number 1 2 3 4 5 6
component CH C H C H C H CO N
4 2 6 3 8 4 10 2 2
3.1.2 Hydrogen/carbon ratio relation
23
MONR=−406,,14 +−508 04 173,,55RR + 20 17 (2)
where
R is ratio of hydrogen atoms to carbon atoms.
NOTE In the original GRI composition data of gas fuels for octane test, the heaviest hydrocarbon is butane.
In fact, real gas can contain C6+ even C8 hydrocarbons. If the gas contains hydrocarbons heavier than butane,
take into account that the ratio of hydrogen atoms to carbon atoms could be different. All hydrocarbons are to be
considered, not only those that are lighter than butane.
3.1.3 Correlation between MON and MN
MN = 1,445 MON −103,42
(3)
MON = 0,679 MN + 72,3
(4)
NOTE The correlation is not quite linear, and as a result the formulae are not the inverse of each other.
3.2 AVL method
AVL Inc. also developed a method to calculate the methane number, but the exact algorithm is confidential
and property of AVL Inc.
NOTE The AVL method is to be published in a CEN standard developed by CEN/TC 234/WG 11.
4 Express calculated MN
4.1 Mole fraction
If the mole fraction of a natural gas fuel is known, MN can be calculated. Since there are two formulae for
MON, two MNs of the gas can be calculated. The two results should both be reported in the calculation
report.
For the same gas, if the difference between the two MNs is more than 10, this is extraordinary. It means
the composition of the gas is unusual. For example, the gas can be diluted by LPG gas, or the gas can
contain more nitrogen or CO .
2
According to Reference [1], most European gases are in the MN range between 65 and 100. For the
engines used in the tests, as a rule of thumb, a 10-point decrease in MN roughly results in a 1-point
decrease in the knock-limited compression ratio. Also, a 10-point decrease in MN roughly results in a
reduction in the knock-limited bmep.
If the difference between the two MN results is more than 6, the user should consider that the two MNs
are in doubt, then, a test method rather than the calculations of this technical report should be used.
2 © ISO 2014 – All rights reserved

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ISO/TR 22302:2014(E)

Annex A
(informative)

GRI original composition data of gas fuels for octane test
Table A.1 — GRI original composition data of gas fuels for octane test
Blend Metane Ethane Propane Butane CO Nitrogen H/C
2
% % % % % % % %
1 100 - - - - - 4,0
2 95,0 3,0 0,5 0,5 0,2 0,8 3,89
3 90,1 6,0 0,7 0,8 0,7 1,7 3,82
4 85,0 6,5 3,0 1,0 1,0 3,5 3,72
5 88,3 7,8 1,2 0,3 1,8 0,6 3,80
6 84,2 8,5 3,7 - 1,0 2,5 3,72
7 84,2 8,6 3,7 - 1,0 2,5 3,72
8 82,1 14,0 1,2 - 0,7 2,0 3,71
9 75,0 - 25,0 - - - 3,33
10 82,5 - 17,5 - - - 3,48
11 88,9 - 11,1 -
...

RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 22302
Première édition
2014-07-01
Gaz naturel — Calcul de l’indice de
méthane
Natural gas — Calculation of methane number
Numéro de référence
ISO/TR 22302:2014(F)
©
ISO 2014

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ISO/TR 22302:2014(F)

DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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Publié en Suisse
ii © ISO 2014 – Tous droits réservés

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ISO/TR 22302:2014(F)

Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Termes et définitions . 1
3 Méthodes de calcul de l’indice de méthane . 1
3.1 Méthodes GRI . 1
3.2 Méthode AVL . 2
4 Expression des résultats. 2
4.1 Fraction molaire . 2
Annexe A (informative) Données GRI de composition originale de combustibles gazeux pour le
test d’octane . 4
Annexe B (informative) MNs calculés de quelques mélanges typiques de gaz naturel .5
Bibliographie .12
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ISO/TR 22302:2014(F)

Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par
l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de
la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’OMC concernant
les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos — Informations
supplémentaires.
L’ISO/TR 22302 a été élaboré par le comité technique ISO/TC 193, Gaz naturel.
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 22302:2014(F)
Gaz naturel — Calcul de l’indice de méthane
1 Domaine d’application
Ce Rapport Technique international décrit des méthodes pour le calcul de l’indice de méthane (MN) de
gaz naturel secs lorsque la composition du gaz par fraction molaire est connue.
Si la différence de MN entre deux méthodes de calcul est supérieure à 6, il est recommandé d’utiliser une
méthode d’essai pour déterminer le MN pour le gaz.
Les méthodes du Gas Research Institute (GRI) sont utilisées pour calculer l‘indice de méthane MN
et l’indice d’octane moteur du gaz, MON; la relation linéaire permet de déterminer et de comparer la
résistance au cliquetis de gaz naturel à haute teneur en méthane.
2 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
2.1
indice de méthane
MN
mesure de la résistance d’un gaz combustible au cliquetis, qui est associé à un carburant d’essai sur la
base de fonctionnement dans l’unité de test du cliquetis à la même intensité standard de cliquetis
Note 1 à l’article: Il est admis que le méthane pur est utilisé comme le combustible de référence résistant au
cliquetis, c’est-à-dire, que l’indice de méthane du méthane pur est 100, et l’hydrogène pur est utilisé comme
combustible de référence sensible au cliquetis, l’indice de méthane de l’hydrogène pur étant 0.
2.2
indice d’octane moteur
MON
évaluation numérique de la résistance au cliquetis obtenue par comparaison de son intensité de cliquetis
avec celle des carburants de référence primaires lorsque les deux sont testés dans un moteur CFR
standard exploité dans les conditions spécifiées
3 Méthodes de calcul de l’indice de méthane
3.1 Méthodes GRI
Le GRI a appliqué la méthode ASTM d’indice d’octane à différents gaz naturels combustibles (voir l’Annexe
A) pour mesurer le MON. Deux formules mathématiques ont été développées pour estimer l’indice MON
d’un gaz naturel combustible. La limitation de chaque composant est indiquée dans le Tableau A.2.
3.1.1 Formule de coefficient linéaire
MON = 137,78 + 29,948 – 18,193 – 167,062 + 181,233 + 26,994 (1)
x1 x2 x3 x4 x5 x6
où
x est la fraction molaire du composant correspondant.
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ISO/TR 22302:2014(F)

Le nombre de l’indice pour chaque composant correspondant est donné comme suit:
nombre 1 2 3 4 5 6
composant CH C H C H C H CO N
4 2 6 3 8 4 10 2 2
3.1.2 Formule du rapport hydrogène/carbone
2 3
MON = – 406,14 + 508,04R – 173,55R + 20,17R (2)
où
R est le rapport entre atomes d’hydrogène et atomes de carbone.
NOTE Dans les données GRI de composition originale de combustibles gazeux pour le test d’octane,
l’hydrocarbure le plus lourd est le butane. En fait, pour le gaz réel, l’hydrocarbure peut être exprimé en C6+, même
C8. Si l’hydrocarbure le plus lourd est plus lourd que le butane, tenir compte du fait que le rapport entre atomes
d’hydrogène et atomes de carbone peut être différent. Tous les hydrocarbures doivent être pris en considération,
et pas seulement les hydrocarbures plus légers que le butane.
3.1.3 Corrélation entre MON et MN
MN = 1,445 MON – 103,42
(3)
MON = 0,679 MN + 72,3
(4)
NOTE La corrélation n’est pas tout-à-fait linéaire, et par conséquent les formules ne sont pas inverses l’une de
l’autre.
3.2 Méthode AVL
AVL Inc a également mis au point une méthode pour calculer l’indice de méthane, mais l’algorithme exact
est confidentiel et la propriété de AVL Inc.
NOTE La méthode AVL va être publiée dans une norme CEN développée par le CEN/TC 234/WG 11.
4 Expression des résultats
4.1 Fraction molaire
Si la fraction molaire d’un gaz naturel combustible est connue, on peut calculer MN. Comme il y a deux
formules pour MON, deux MNs du gaz peuvent être calculés. Les deux résultats doivent être reportés
dans le rapport de calcul.
Pour le même gaz, si la différence entre les deux MNs est supérieure à 10, alors cela est extraordinaire.
Cela signifie que la composition du gaz est inhabituelle. Par exemple, le gaz peut être dilué avec du GPL,
ou le gaz peut contenir plus d’azote ou de CO .
2
[1]
Selon la Référence, la plupart des gaz européens sont dans la gamme de MN entre 65 et 100. Pour les
moteurs utilisés dans les tests, en règle générale, une diminution de 10 points de MN se traduit à peu
près par une baisse de 1 point du taux de compression limitant le cliquetis. En outre, une diminution de
10 points de MN se traduit à peu près par une réduction de la bmep limitant le cliquetis.
2 © ISO 2014 – Tous droits réservés

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ISO/TR 22302:2014(F)

Si la différence entre deux résultats de MN est supérieure à 6, l’utilisateur doit considérer que les deux
MNs sont douteux, alors une méthode d’essai devra être utilisée plutôt que les calculs de ce rapport
technique.
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ISO/TR 22302:2014(F)

Annexe A
(i
...