ISO 17507-1:2025
(Main)Natural gas — Calculation of methane number of gaseous fuels for reciprocating internal combustion engines — Part 1: MNc method
Natural gas — Calculation of methane number of gaseous fuels for reciprocating internal combustion engines — Part 1: MNc method
This document specifies the MNC method for the calculation of the methane number of a gaseous fuel, using the composition of the gas as sole input for the calculation. This document applies to natural gas (and biomethane) and their admixtures with hydrogen.
Gaz naturel — Calcul de l'indice de méthane des combustibles gazeux pour les moteurs alternatifs à combustion interne — Partie 1: Méthode IMc
Le présent document spécifie la méthode IMc pour le calcul de l'indice de méthane d'un combustible gazeux, en utilisant la composition du gaz comme entrée unique pour le calcul. Le présent document s'applique au gaz naturel (et au biométhane) et à leurs mélanges avec l’hydrogène.
General Information
Standards Content (Sample)
International
Standard
ISO 17507-1
First edition
Natural gas — Calculation of
2025-12
methane number of gaseous
fuels for reciprocating internal
combustion engines —
Part 1:
MNc method
Gaz naturel — Calcul de l'indice de méthane des combustibles
gazeux pour les moteurs alternatifs à combustion interne —
Partie 1: Méthode IMc
Reference number
© ISO 2025
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Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Abbreviated terms . 2
5 MN method . 2
C
5.1 Introduction .2
5.2 Applicability .2
5.2.1 Standard gaseous fuel composition range .2
5.2.2 Handling of other gaseous fuel components .3
5.3 Methodology to calculate the MN .4
C
5.4 Expression of results . .4
5.5 Uncertainty error and bias .4
6 Example calculations . 5
6.1 Example 1 .5
6.1.1 Simplification of the composition of the gaseous fuel . .5
6.1.2 Selection of the ternary systems .5
6.1.3 Sub-division of the inert-free mixture into the selected partial mixtures .8
6.1.4 Calculation of the methane number of the partial mixtures .8
6.1.5 Criteria for not using ternary systems for final calculation of the MN .9
C
6.1.6 Adjustment of the composition and fraction of the partial mixtures .9
6.1.7 Calculation of the methane number of the simplified mixture.10
6.1.8 Calculation of the methane number of the gaseous fuel .10
6.2 Example 2 .10
6.2.1 Simplification of the composition of the gaseous fuel . .10
6.2.2 Calculation of fitness of the ternary systems .11
6.2.3 Selection of ternary mixtures.11
6.2.4 Calculation of the methane number .11
6.3 Example 3 .11
6.3.1 Simplification of the composition of the gaseous fuel . .11
6.3.2 Calculation of fitness of the ternary systems .11
6.3.3 Selection of ternary mixtures. 12
6.3.4 Calculation of the methane number . 12
6.3.5 Additional numerical examples . 13
Annex A (normative) Numerical results of calculations for a variety of compositions for
software validation purposes . 14
Annex B (informative) Tools for users of the MN Method .27
C
Annex C (normative) Uncertainty error and bias .28
Annex D (informative) Natural gas-based fuels for reciprocating internal combustion engines .30
Annex E (informative) Basis of the MN method .31
C
Bibliography .36
iii
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
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This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 193, Natural gas, in collaboration with the
European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 408, Biomethane and other
renewable and low-carbon methane rich gases, in accordance with the Agreement on technical cooperation
between ISO and CEN (Vienna Agreement).
A list of all parts in the ISO 17507 series can be found on the ISO website.
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complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
Introduction
The globalization of the natural gas market and the drive towards sustainability are increasing the diversity
of the supply of gases to the natural gas infrastructure. For example, the introduction of regasified liquefied
natural gas (LNG) can result in higher fractions of non-methane hydrocarbons in the natural gas grid
than the traditionally distributed pipeline gases for which these hydrocarbons have been removed during
processing. Also, the drive towards sustainable gaseous fuels, such as hydrogen and gases derived from
biomass, results in the introduction of “new” gas compositions that contain components that do not occur
in the traditional natural gas supply. Consequently, the increasing variations in gas composition affect the
knock resistance of the gas when used as a fuel. This can affect the operational integrity of reciprocating
internal combustion engines.
For the efficient and safe operation of gas engines, it is of great importance to characterize the knock
resistance of gaseous fuels accurately. Engine knock is caused by the autoignition of unburned fuel
mixture ahead of this mixture being consumed by the propagating flame. Mild engine knock increases
pollutant emissions accompanied by gradual build-up of component damage and complete engine failure
if not counteracted. Severe knock causes structural damage to critical engine parts, which can quickly
lead to catastrophic engine failure. To ensure that gas engines are matched with the expected variations
in fuel composition, the knock resistance of the fuel is to be characterized, and subsequently specified,
unambiguously.
Traditional methods for characterizing the knock resistance of gaseous fuels, such as the methane number
method developed by Anstalt für Verbrennungskraftmaschinen List (AVL) in the 1960s, relate the knock
propensity of a given fuel with that of an equivalent methane/hydrogen mixture using a standardized test
engine (see References [1], [2] and [3]). Several other methane number methods have since been developed,
sometimes based on either the approach or data, or both from the original experimental work performed by
AVL.
In recognition of the need to standardize a method for characterizing the knock resistance of gaseous fuels,
several existing methods for calculating a methane number have been considered, including the MN method
C
outlined in this document. ISO 17507-2 describes the PKI method.
Methods to calculate a methane number are based on the input of the gas composition under investigation.
While methods can be fundamentally different in their development approach, ideally the methods produce
similar methane numbers for the range of gas compositions they are valid for. Yet, differences in outcome can
be observed. Engine manufacturers typically determine the calculation method to be used when specifying
a methane number value for their engines as part of their application and warranty statements. In all cases,
when specifying a methane number based on either method, or any other method, the method used should
be noted.
The MN method is based on the original data of the research programme performed by AVL Deutschland
C
[1]
(AVL is based in Graz, Austria) GmbH for FVV (the Research Association for Combustion Engines). The
[2] [3]
methodology first proposed by Deutz (“Klöckner-Humboldt-Deutz AG”) , was later amended in 2005 and
2011 by MWM (“Motoren-Werke Mannheim AG”). A more detailed history of the MN method can be found
C
in Annex E.
The MN method takes the components of the gaseous fuel mixture and groups them together into several
C
ternary and binary groups whose methane number has been experimentally determined. It then determines
the overall methane number by applying optimization algorithms to the individual component groupings.
v
International Standard ISO 17507-1:2025(en)
Natural gas — Calculation of methane number of gaseous
fuels for reciprocating internal combustion engines —
Part 1:
MNc method
1 Scope
This document specifies the MN method for the calculation of the methane number of a gaseous fuel, using
C
the composition of the gas as sole input for the calculation.
This document applies to natural gas (and biomethane) and their admixtures with hydrogen.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes
requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references,
the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 14532, Natural gas — Vocabulary
ISO 14912, Gas analysis — Conversion of gas mixture composition data
ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
me a s ur ement (GUM: 1995)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 14532 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
methane number
MN
numerical rating indicating the knock resistance of a gaseous fuel
Note 1 to entry: It is analogous to the octane number for petrol. The methane number is the volume fraction expressed
as the percentage of methane in a methane-hydrogen mixture, that in a test engine under standard conditions has the
same knock resistance as the gaseous fuel to be examined.
3.2
calculated methane number
MN
C
numerical rating index obtained by calculation, indicating the knock resistance of a gaseous fuel according
to this document
Note 1 to entry: This analytical estimate of a methane number is based on using volume fraction gaseous fuel
composition as input.
4 Abbreviated terms
MN methane number
MN calculated methane number
C
5 MN method
C
5.1 Introduction
The methane number of a gas quantifies the knock propensity of that gas when used as a fuel in a
reciprocating internal combustion engine. The higher the methane number, the more knock resistant the
gaseous fuel is, and vice versa.
The methane number of a gaseous fuel is calculated from its composition according to several different
methods, all of which can give different results. The MN method (also known as the “MWM Method”) is
C
in use by engine Original Equipment Manufacturers (OEMs), gaseous fuel suppliers, engine operators,
consulting engineers and engine control gas analyser equipment OEMs. The method has been adopted in EN
[5] [6]
16726 and ASTM D8221. When referring to a methane number value, the method used should be noted.
NOTE The MN method is cited as a test method in ISO 23306.
C
The MN method described in this document has been developed for a range of gas compositions exceeding
C
the typical composition range of natural gas-based fuels used in reciprocating internal combustion engines
shown in Table D.1.
The MN method can be used to calculate of the methane number of any gaseous fuel as long as the gas
C
composition input ranges, shown in Table 1, and further boundary conditions of this method are adhered to.
The boundary conditions for the MN method are set out in this document.
C
The method is based on gaseous fuel compositions in volume fraction at reference conditions of 0 °C and
101,325 kPa and expressed as a percentage. If the gas composition is available either as mole fraction or as
mass fraction, conversion to volume fraction shall be performed using the methods specified in ISO 14912.
Numerical examples are provided to enable software developers to validate implementations of the
methodology described in this document. As an aid to validation, a relatively large number of decimal places
has been retained.
5.2 Applicability
5.2.1 Standard gaseous fuel composition range
The MN method described in this document has been developed for and is applicable to all reciprocating
C
internal combustion engines using a gaseous fuel.
In general, the use of any method for calculating the methane number of a gaseous fuel requires either
careful consideration or consultation, or both with specialist industry parties, such as engine suppliers, fuel
suppliers and consulting firms.
The method described in this document is applicable to gaseous fuels comprising the following components:
— methane
— ethylene
— ethane
— propylene
— propane
— butadiene
— butylene
— butane
— nitrogen
— carbon dioxide
— carbon monoxide
— hydrogen
— hydrogen sulfide
The method treats hydrocarbons other than those specified as butane and is therefore applicable to gaseous
fuels containing such higher hydrocarbons.
Upper limits for gaseous fuels applied to this method are shown in Table 1. Lower limits are zero for all
components.
Table 1 — Upper limits of gaseous fuel components for the MN method
C
Amount of substance
b b
Volume fraction Mole fraction Mass fraction
Component
% % %
(normative) (informative) (informative)
methane 100 100 100
ethylene 100 100 100
ethane 100 100 100
propylene 100 100 100
propane 100 100 100
butadiene 100 100 100
butylene 100 100 100
butanes 100 100 100
a
pentanes 3 3,23 13,04
a
hexanes+ 3 3,34 15,66
nitrogen 100 100 100
carbon dioxide 60 60,11 80,52
carbon monoxide 100 100 100
hydrogen 100 100 100
hydrogen sulfide 25 25,15 41,65
a
The MN method for compositions including pentanes (C ), and hexanes and higher (C ) is limited to C and C volume
C 5 6+ 5 6+
fraction of 3 % each and a total of 5 %.
b
Limits expressed as mole fractions and mass fractions, other than 100 %, are converted from the limits in volume fraction
according to ISO 14912. Because the conversion is composition-dependant, the calculation assumes the component is present
as a binary mixture with methane. Limits expressed as mole fractions and mass fractions, other than 100 %, are therefore
informative.
5.2.2 Handling of other gaseous fuel components
5.2.2.1 Oxygen and water vapour
Oxygen and water vapour shall be ignored. The gaseous fuel composition shall be normalized as an oxygen-
free composition.
5.2.2.2 Argon and helium
Any volume fractions of argon or helium present in the gaseous fuel under investigation shall be assigned to
the fraction of nitrogen.
5.2.2.3 Other non-listed gaseous fuel components
Any component present in the gaseous fuel under investigation not listed as a valid gas input component
for the MN method as per Table 1 and not listed in 5.2.2.1 or 5.2.2.2 shall be ignored. The gaseous fuel
C
composition shall be normalized without that component.
5.3 Methodology to calculate the MN
C
The methane number of a gaseous fuel is calculated from its composition in five steps. The steps are outlined
in this subclause. See the example composition in 6.1 for a more detailed description. Additional examples
are discussed in 6.2 and 6.3. Annex A contains the numerical values and results of these calculations.
Table A.10 provides results of calculations for more example compositions for further software validation
purposes. Several calculation tools have been developed to support users of this method. See Annex B.
a) The composition of the gaseous fuel is simplified by converting it into an inert-free mixture comprising
the combustible compounds carbon monoxide, ethylene, propylene, hydrogen sulfide, hydrogen,
propane, ethane, butane and methane.
For gases in pipeline systems, carbon monoxide, ethylene, propylene and hydrogen sulfide are unlikely to be
present at concentrations that can impact the methane number. These can be ignored.
b) The simplified mixture is sub-divided further into a number of partial ternary mixtures. The number
and particular partial ternary mixtures chosen is decided by inspection of available ternary systems in
a given order, including those systems that contain the relevant combustible compounds. Selection is
ceased when all combustible compounds are contained in at least two ternary systems.
c) The composition and fraction of the selected partial mixtures is adjusted iteratively to minimize the
difference between the methane numbers of each partial mixture.
d) The methane number of the simplified mixture is determined from the weighted average of the methane
number of the selected partial mixtures.
e) Finally, the methane number of the gaseous fuel is calculated by correcting the methane number of the
simplified mixture to allow for the presence of inerts in the original gaseous fuel.
5.4 Expression of results
To express the final result, the calculated methane number is expressed as an integer. The method used
should be noted, e.g. 74 MN as per ISO 17507-1. Rounding to an integer value according to ISO 80000-1 is
C
recommended as a higher numerical resolution of the MN value is not relevant in practice.
C
5.5 Uncertainty error and bias
The MN is calculated from the volume fraction composition of the gaseous fuel under review as the sole
C
input. The calculation uses fixed-value coefficients based on the particular composition of the gaseous fuel
under review. This means that there can only be one MN value for a given gaseous fuel composition. For
C
the purpose of this document, the MN values thus calculated are deemed to be exact according to the MN
C C
method. Hence, any error or bias in an MN value arises solely from errors in the gaseous fuel compositions
C
used as input.
The resulting uncertainty shall be estimated according to Annex C.
6 Example calculations
6.1 Example 1
6.1.1 Simplification of the composition of the gaseous fuel
The description of the calculation is illustrated by reference to a gaseous fuel composition typical of natural
gas as shown in Table A.1. The composition of the gas (column 1) is simplified by increasing the quantity
of butanes to allow for the presence of butadiene, butylene, pentanes and hydrocarbons of carbon number
greater than 5. The adjustment made is as follows:
— Butadiene and butylene are replaced with an equivalent number of butanes by multiplying their
quantities by 1.
— Pentanes are replaced with an equivalent number of butanes by multiplying the quantity of pentanes by
2,3.
— Hydrocarbons of carbon number greater than 5 (“hexanes+”) are replaced with an equivalent number of
butanes by multiplying the quantity of hexanes+ by 5,3.
In the case of example 1, the quantity of butanes
= 0,210 0 + 0,190 0 + (0,040 0 + 0,050 0) · 2,3 + 0,060 0 · 5,3
= 0,925 0 (column 2)
The simplified mixture is then re-normalized to 100 % (column 3).
6.1.2 Selection of the ternary systems
6.1.2.1 Ternary mixtures
The ternary mixtures are chosen from the following list:
— A1: methane – hydrogen – ethane
— A2: propane – ethane – butane
— A3: hydrogen – propane – propylene
— A4: methane – ethane – propane
— A5: methane – hydrogen – propane
— A6: methane – hydrogen – butane
— A7: methane – propane – butane
— A8: methane – ethane – butane
— A9: methane – ethylene – butane
— A10: methane – hydrogen sulfide – butane
— A11: methane – ethane – hydrogen sulfide
— A12: methane – propylene
— A13: ethane – propylene
— A14: carbon monoxide – hydrogen
— A15: ethane – ethylene
— A16: propane – ethylene
NOTE Mixtures A12 to A16 are clearly not ternary systems. However, for ease of mathematical treatment, the
coefficients have been adjusted so as to allow the expression of the methane number using a single equation.
6.1.2.2 Range of applicability of ternary mixture data
The range of applicability of most ternary systems is wide. Table A.2 provides the range of applicability
values which are expressed as maximum and minimum content of each component. However, some ternary
systems have a reduced range of applicability. This is of major importance when selecting ternary mixtures.
Table 2 shows how the additional tolerance of 15,0 % for x(min), y(max) and z(max) for the four ternary
systems (A9, A10, A11, and A20) is to be applied.
Table 2 — Tolerances for x(min), y(max) and z(max) for A9, A10, A11 and A20
A9 A10 A11 A20
x: methane methane methane methane
y: ethylene hydrogen sulfide ethane carbon dioxide
z: butane butane hydrogen sulfide nitrogen
x(max), volume fraction / % 100,0 100,0 100,0 100,0
x(min), volume fraction / % 60,0 (75,0–15) 40,0(25,0+15) 40,0(25,0+15) 25,0(40,0–15)
y(max), volume fraction / % 40,0(25,0+15) 40,0(25,0+15) 40,0(25,0+15) 75,0(60,0+15)
y(min), volume fraction / % 0,0 0,0 0,0 0,0
z(max), volume fraction / % 40,0(25,0+15) 40,0(25,0+15) 40,0(25,0+15) 75,0(60,0+15)
z(min), volume fraction / % 0,0 0,0 0,0 0,0
Table A.3 describes the tolerances used for calculating the fitness of the sum of all maximum contents of
the components V , but these boundary conditions are also valid during the optimization by varying the
sum
quantity of each gas component of the partial ternary system for the final calculation of the MN .
C
6.1.2.3 Factors affecting the ternary system selection process
The ternary systems are selected in accordance with three main considerations:
a) The number of gases in the ternary system that are present in the simplified mixture. Priority is always
given to ternary systems that have all three of their components present in the simplified mixture.
Systems with two of their components present in the simplified mixture are acceptable if insufficient
systems with three components present in the simplified mixture are available.
b) Where there is a choice of ternary systems, the system with the highest fitness, W , takes priority.
j
c) Each component in the simplified mixture shall be represented in at least two ternary systems.
The fitness of a system is calculated by Formula (1):
VV min,100 15
i n
iimax,,j
W (1)
j
i 1
V
sum,i
where
n is the number of components in the simplified mixture;
V is the volume fraction of component i in the simplified mixture;
i
V is the maximum content of component i for the range of applicability of system j;
max,i,j
V is the sum of all maximum contents of component i for the range of applicability of all systems
sum,i
and is calculated by Formula (2):
j 16
VV min,100 15 (2)
summ,,iiax ,j
j 1
Values of V are independent of the composition of the simplified mixture. However, W is dependent upon
sum,i j
the composition of the simplified mixture and so shall be calculated prior to selection.
NOTE This also means that the choice of ternary mixtures can be different for mixtures containing the same
components, but in different proportions.
In the case of example 1, the calculation of V and W is shown in Tables A.3 and A.4.
sum,i j
6.1.2.4 Description of the ternary system selection process
The aim is to identify the optimum number of ternary systems that meet the three criteria described in
6.1.2.3. This is achieved by consideration of each component present in the simplified mixture in the
following sequence:
— carbon monoxide
— butadiene
— butylene
— ethylene
— propylene
— hydrogen sulfide
— hydrogen
— propane
— ethane
— butane
— methane
Step 1: For the first component in the simplified mixture, one ternary system that contains that component
is selected. The priority of selection is as follows:
a) Ternary systems with all three components present in the simplified mixture have priority over systems
that have one or two components present.
b) The ternary mixture with the highest fitness has priority.
Step 2: Consideration is given to the second component in the simplified mixture. If this component is
not present in the ternary system selected for the first component, a ternary system is selected for this
component using the same priority of selection as in step 1. If, however, the ternary system selected for the
first component contains the second component, the selection proceeds for the third component (step 3).
Step 3: Consideration is given to third, fourth, fifth, etc. components in the same manner as steps 1 and 2.
Step 4: When all components in the simplified mixture have been examined once, steps 1 to 3 are repeated
in the same component order. If any component is represented in only one selected ternary mixture, an
additional ternary mixture is selected, again using the same priority of selection as in step 1.
The selection process ends when all components in the simplified mixture are represented in at least two
ternary systems.
In the case of example 1:
— The first component in the simplified mixture is propane. Propane is present in three (A2, A4 and A7)
of the four ternary systems (A2, A4, A7 and A8) that have all their components present in the simplified
mixture. In this case, A4 is selected because it has the largest value of fitness (i.e. 10,313 8).
— The second component in the simplified mixture is ethane. Ethane is already represented in system A4,
so no ternary mixture is selected.
— The third component of the simplified mixture, butane, is not represented in system A4, so system
selection continues. System A8 is selected because it has the highest value of fitness (10,285 9).
— The fourth component in the simplified mixture is methane. Methane is already represented in systems
A4 and A8, so no ternary mixture is selected.
— Selection is repeated with the first component in the simplified mixture, propane. Ternary system A7 is
selected because it has the next highest value of fitness (9,626 3; system A4 has already been selected).
All components in the simplified mixture are now represented in at least two of the ternary systems selected
and the selection process ends. The systems selected are therefore: A4, A7 and A8.
6.1.3 Sub-division of the inert-free mixture into the selected partial mixtures
The simplified mixture is divided into the selected partial ternary mixtures. A preliminary division of the
simplified mixture is made by assigning each component equally between the ternary systems in which it is
represented.
In the case of example 1, three ternary systems – A4, A7 and A8 – are selected. The preliminary division is
made by assigning methane equally between A4, A7 and A8; ethane equally between A4 and A8; propane
equally between A4 and A7; and butanes equally between A7 and A8 (columns 4, 6 and 8 in Table A.1). For
clarity, the nine initial quantities are noted.
6.1.4 Calculation of the methane number of the partial mixtures
The methane number of each partial mixture is calculated by Formula (3):
i 7 j 6
ij
MN ax y (3)
ti ,j
i 0 j 0
Where x and y are the volume fractions of the first and second components in each partial ternary mixture,
expressed as a percentage, and MN is the methane number of partial mixture t. In order to calculate the
t
methane number of each partial mixture, therefore, the composition of each is normalized to 100 %.
In the case of example 1, the composition of each partial mixture is calculated by renormalizing to 100 %
(columns 5, 7 and 9).
Table A.2 lists the values of coefficients a for the partial ternary systems A1 to A16 and A20.
i,j
In the case of example 1, applying Formula (3) for each preliminary composition of partial mixture results
in calculated methane numbers of 76,248 9, 77,378 8 and 71,971 2 for A4, A7 and A8 respectively (columns
5, 7 and 9).
6.1.5 Criteria for not using ternary systems for final calculation of the MN
C
The MN from a partial ternary system does not match with the “target MN”. The “target MN” is the temporary
(during optimization) arithmetic average of all MNs calculated from each partial ternary system weighted
according to the volume content of the ternary system from the total gas composition.
EXAMPLE There are three ternary systems selected: the first system has 80 % of the quantity of the gas
components; the second system has 15 %; and the third system has 5 %. The calculated MNs are first 70,3, second 70,2
and third 70,0. Therefore the “target MN” results in: (70,3⋅0,8 + 70,2⋅0,15 + 70,0⋅0,05) = 70,27.
The content in the ternary systems that are not used during optimization is less than 0,05 % of the total
quantity of the gas components in the composition.
6.1.6 Adjustment of the composition and fraction of the partial mixtures
The composition and fraction (F ) of each partial mixture is adjusted iteratively by varying the quantity of
t
each component in each partial mixture so as to minimize the difference between the methane numbers of
each partial mixture.
The value to be minimized is therefore:
(MN − MN )
max min
where MN and MN are the maximum and minimum methane numbers for the selected partial
max min
mixtures.
In the case of example 1, three ternary partial mixtures are selected. Nine quantities are to be determined,
however four of these can be obtained by material balance considerations as calculated by Formulae (4), (5),
(6) and (7):
N = N – N – N (4)
A8, methane methane A4, methane A7, methane
N = N – N (5)
A8, ethane ethane A4, ethane
N = N – N (6)
A7, propane propane A4, propane
N = N – N (7)
A8, butane butane A7, butane
where N is the quantity of the respective component in partial mixture t.
t,comp
The composition and fraction of each partial mixture is therefore performed by adjusting five quantities:
the quantities of methane, ethane and propane in A4 and the quantity of methane and butane in A7.
During adjustment, the volume fraction of any component in any partial mixture shall be within the range
for which the coefficients of Formula (3) are valid. Table A.2 lists the ranges of validity.
The problem of adjusting the composition and fraction of each partial mixture is therefore a constrained
minimization one. In principle any appropriate numerical procedure can be employed. For the examples
described in Annex A, the Solver supplied with Microsoft Excel® (using default settings) produces an
acceptable solution.
Depending on the ending criterion of the numerical method employed, slight differences in the value of
(MN – MN ) result in slightly different values of methane number of the simplified mixture. In addition,
max min
the use of different starting values for the composition and fraction of each partial mixture result in slightly
different values of methane number of the simplified mixture. These differences are within the uncertainties
of this method. It is recommended to round the final value of the methane number to zero decimal places
before reporting.
In the case of example 1, the composition and fraction of partial mixtures is provided in Table A.5 (columns
4 to 9). For clarity, the five adjusted quantities are noted.
6.1.7 Calculation of the methane number of the simplified mixture
The methane number of the simplified mixture is determined from the weighted average of the methane
number of the relevant partial ternary mixtures. This is calculated by Formula 8:
tN
sys
MN' MN F (8)
tt
t 1
where
MN' is the methane number of the simplified mixture;
MN is the methane number of partial mixture t;
t
F is the fraction of the partial mixture t;
t
N is the number of ternary systems selected.
sys
In the case of example 1, this results in a methane number of the simplified mixture of MN′= 74,950 6.
6.1.8 Calculation of the methane number of the gaseous fuel
The methane number of the gaseous fuel is calculated by correcting the methane number of the simplified
mixture to allow for the presence of inerts in the original gaseous fuel. This is calculated by Formula (9):
MN = MN' + MN − MN (9)
C inerts methane
[1]
In the original work of AVL, MN is the methane number of a methane-carbon dioxide-nitrogen mixture
inerts
that has the same inerts content as that of the original mixture. However, in the amendment of MWM,
MN is calculated for a methane-carbon dioxide-nitrogen mixture containing only carbon dioxide and
inerts
methane. MN is calculated for a methane-carbon dioxide-nitrogen mixture containing pure methane
methane
and is equal to 99,998 0.
The methane number of the methane-carbon dioxide-nitrogen mixture is calculated using Formula (3).
Table A.2 lists the appropriate coefficients (system A20).
In the case of example 1, the methane-carbon dioxide-nitrogen mixture in volume fractions comprises
methane (97,875 0 %, the sum of the volumes of combustible components in the simplified mixture), nitrogen
(1,040 0 %) and carbon dioxide (1,460 0 %) (Table A.5, column 10), which is normalized to a nitrogen-
free mixture comprising methane (98,530 2 %) and carbon dioxide (1,469 8 %) (Table A.5, column 11).
Application of Formula (3) results in a methane number of MN =101,360 0. Application of Formula (9)
inerts
results in a calculated methane number of the gaseous fuel of 74,950 6 + 101,360 0 – 99,998 0 = 76,312 6.
The value of the calculated methane number is reported as 76.
6.2 Example 2
6.2.1 Simplification of the composition of the gaseous fuel
This example illustrates the calculation for a biomethane gaseous fuel derived from anaerobic digestion that
has been enriched by addition of propane. The composition is shown in Table A.6.
In the case of example 2, the quantity of butanes
= 0,146 1 + 0,029 2 · 2,3 + 0,000 0 · 5,3
= 0,213 3 (column 2)
The simplified mixture is then re-normalized to 100 % (column 3).
6.2.2 Calculation of fitness of the ternary systems
Application of Formula (1) to example 2 results in the values of W shown in Table A.7.
j
6.2.3 Selection of ternary mixtures
The first component in the simplified mixture is propane. Propane is present in ternary systems that have
all their components present in the simplified mixture: A2, A4, A7 and A8. In this case, A7 is selected because
it has the largest value of fitness (10,665 2).
The second component in the simplified mixture is ethane. Ethane is not represented in system A7, so system
selection continues and system A4 is selected because it has the highest value of fitness (10,638 0).
The third and fourth components of the simplified mixture are represented in system A7 (butane and
methane) and A4 (methane), so the selection process restarts.
The selection process is repeated with the first component in the simplified mixture (propane), which is
already represented in selected systems A4 and A7.
Selection continues with the second component in the simplified mixture (ethane), which is represented
in only one selected system (A4), so system A8 is selected because it has the next highest value of fitness
(9,050 8).
All components of the simplified mixture are represented in at least two systems and so selection ends. The
systems selected are therefore: A4, A7 and A8.
6.2.4 Calculation of the methane number
After preliminary division of the simplified mixture the calculated methane number is determined according
to the methods in 6.1.3 to 6.1.7. The calculated methane number of the gaseous fuel of example 2 is shown in
Table A.6.
Again, for clarity, the five adjusted quantities are noted in Table A.6. The value of methane number obtained
(68,785 1) is reported as 69.
6.3 Example 3
6.3.1 Simplification of the composition of the gaseous fuel
This example illustrates the calculation for the natural gas of composition of example 1 (see 6.1) to which
hydrogen has been added. The composition is shown in Table A.8.
In the case of example 3, the quantity of butanes
= 0,190 9 + 0,172 7 + (0,036 4 + 0,045 5) · 2,3 + 0,054 5 · 5,3
= 0,840 8 (column 2)
The simplified mixture is then re-normalized to 100 % (column 3).
6.3.2 Calculation of fitness of the ternary systems
Application of Formula (1) to example 3 results in the values of Wj shown in Table A.9.
6.3.3 Selection of ternary mixtures
The first component in the simplified mixture is hydrogen. Hydrogen is present in ternary systems that have
all their components present in the simplified mixture: A1, A5 and A6. In this cas
...
Norme
internationale
ISO 17507-1
Première édition
Gaz naturel — Calcul de l'indice de
2025-12
méthane des combustibles gazeux
pour les moteurs alternatifs à
combustion interne —
Partie 1:
Méthode IMc
Natural gas — Calculation of methane number of gaseous fuels
for reciprocating internal combustion engines —
Part 1: MNc method
Numéro de référence
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E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations . 2
5 Méthode IMc . 2
5.1 Introduction .2
5.2 Applicabilité .2
5.2.1 Plage de composition normalisée du combustible gazeux .2
5.2.2 Manipulation d'autres constituants de combustible gazeux .4
5.3 Méthodologie de calcul de l'IMc.4
5.4 Expression des résultats . .5
5.5 Erreur d'incertitude et biais .5
6 Exemple de calculs . 5
6.1 Exemple 1 .5
6.1.1 Simplification de la composition du combustible gazeux .5
6.1.2 Sélection des systèmes ternaires .6
6.1.3 Subdivision du constituant exempt de gaz inertes en mélanges partiels
sélectionnés .9
6.1.4 Calcul de l'indice de méthane des mélanges partiels .9
6.1.5 Critères de non-utilisation des systèmes ternaires pour le calcul final de l'IMc .9
6.1.6 Ajustement de la composition et de la fraction des mélanges partiels .9
6.1.7 Calcul de l'indice de méthane du mélange simplifié .10
6.1.8 Calcul de l'indice de méthane du combustible gazeux .11
6.2 Exemple 2 .11
6.2.1 Simplification de la composition du combustible gazeux .11
6.2.2 Calcul de l'ajustement des systèmes ternaires .11
6.2.3 Sélection des mélanges ternaires .11
6.2.4 Calcul de l'indice de méthane . 12
6.3 Exemple 3 . 12
6.3.1 Simplification de la composition du combustible gazeux . 12
6.3.2 Calcul de l'ajustement des systèmes ternaires . 12
6.3.3 Sélection des mélanges ternaires . 12
6.3.4 Calcul de l'indice de méthane . 13
6.3.5 Exemples numériques supplémentaires. 13
Annexe A (normative) Résultats numériques des calculs pour diverses compositions à des fins
de validation de logiciel . . 14
Annexe B (informative) Outils destinés aux utilisateurs de la méthode IMc .29
Annexe C (normative) Erreur d'incertitude et biais .30
Annexe D (informative) Combustibles à base de gaz naturel pour les moteurs alternatifs à
combustion interne .33
Annexe E (informative) Base de la méthode IMc .34
Bibliographie .39
iii
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'ISO attire l'attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l'utilisation
d'un ou de plusieurs brevets. L'ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l'applicabilité
de tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l'ISO
n'avait pas reçu notification qu'un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application.
Toutefois, il y a lieu d'avertir les responsables de la mise en application du présent document que des
informations plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à
l'adresse www.iso.org/brevets. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié tout ou
partie de tels droits de brevet.
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 nature volontaire des normes, 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'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au
commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 193, Gaz naturel, en collaboration avec le
comité technique CEN/TC 408, Biométhane pour utilisation dans les transports et injection dans le réseau de
gaz naturel, du Comité européen de normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique
entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Une liste de toutes les parties de la série ISO 17507 se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent
document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
Introduction
La mondialisation du marché du gaz naturel et la recherche de développement durable augmentent la diversité
en termes d'approvisionnement en gaz de l'infrastructure de gaz naturel. Par exemple, l'introduction de GNL
regazéifié peut entraîner des fractions plus élevées d'hydrocarbures non méthaniques dans le réseau de gaz
naturel que dans les gaz de canalisation traditionnellement distribués pour lesquels ces hydrocarbures ont
été éliminés pendant le traitement. De plus, la recherche d'introduction de combustibles gazeux durables tels
que l'hydrogène et les gaz dérivés de la biomasse conduit à l'introduction de «nouvelles» compositions du
gaz, contenant des constituants qui ne se trouvent pas dans l'approvisionnement traditionnel en gaz naturel.
Par conséquent, les variations croissantes de la composition du gaz ont une influence sur la résistance au
cliquetis du gaz lorsqu'il est utilisé comme combustible, ce qui peut influer sur l'intégrité opérationnelle des
moteurs alternatifs à combustion interne.
Pour le fonctionnement efficace et sûr des moteurs à gaz, il est très important de caractériser avec
précision la résistance au cliquetis des combustibles gazeux. Le cliquetis du moteur est provoqué par l'auto-
inflammation du mélange de combustible imbrûlé avant que ce mélange ne soit consommé par la flamme
de propagation. Les cliquetis légers du moteur augmentent les émissions polluantes et endommagent
progressivement les composants jusqu'à une défaillance complète du moteur s'ils ne sont pas contrecarrés.
Un cliquetis important provoque des dommages structurels aux parties critiques du moteur, entraînant
rapidement une défaillance catastrophique du moteur. Pour s'assurer que les moteurs à gaz sont compatibles
avec les variations attendues de la composition du combustible, la résistance au cliquetis du combustible
doit être caractérisée, puis spécifiée sans ambiguïté.
Les méthodes traditionnelles de caractérisation de la résistance au cliquetis des combustibles gazeux, telles
que la méthode de calcul de l'indice de méthane développée par Anstalt für Verbrennungskraftmaschinen
List (AVL) dans les années 60, établissent un lien entre la propension au cliquetis d'un combustible donné et
celle d'un mélange méthane/hydrogène équivalent à l'aide d'un moteur d'essai normalisé (voir Références [1],
[2] et [3]). Plusieurs autres méthodes de calcul de l'indice de méthane ont été développées depuis, parfois
sur la base de l'approche et/ou des données issues du travail expérimental d'origine conduit par AVL.
Compte tenu de la nécessité de normaliser une méthode de caractérisation de la résistance au cliquetis des
combustibles gazeux, plusieurs méthodes existantes de calcul de l'indice de méthane ont été considérées, y
compris la méthode IMc décrite dans le présent document. L'ISO 17507-2 décrit la méthode PKI.
Les méthodes de calcul de l'indice de méthane sont basées sur l'entrée de la composition du gaz étudié. Si
les méthodes peuvent être fondamentalement différentes dans leur approche de développement, il convient
qu'elles produisent idéalement des indices de méthane similaires pour la gamme de compositions du gaz pour
laquelle elles sont valables. Cependant, des différences de résultats peuvent être observées. Les fabricants
de moteurs déterminent généralement la méthode de calcul à utiliser pour spécifier une valeur d'indice de
méthane pour leurs moteurs dans le cadre de leur application et de leurs déclarations de garantie. Dans tous
les cas, lors de la spécification d'un indice de méthane basé sur l'une ou l'autre méthode, ou sur toute autre
méthode, il convient de noter la méthode utilisée.
La méthode IMc est basée sur les données originales du programme de recherche FVV (Research
Association for Combustion Engines) conduit par AVL Deutschland (AVL est basée à Graz, Autriche) GmbH.
[1] [2],[3]
La méthodologie proposée pour la première fois par Deutz (« Klöckner-Humboldt-Deutz AG »)
a été modifiée ultérieurement en 2005 et 2011 par MWM (« Motoren-Werke Mannheim AG »). Pour plus
d'informations sur la méthode IMc, voir l'Annexe E.
La méthode IMc prend les constituants du mélange de combustibles gazeux et les rassemble en plusieurs
groupes ternaires et binaires dont l'indice de méthane a été déterminé expérimentalement. Elle
détermine ensuite l'indice de méthane global en appliquant des algorithmes d'optimisation aux différents
regroupements de constituants.
v
Norme internationale ISO 17507-1:2025(fr)
Gaz naturel — Calcul de l'indice de méthane des combustibles
gazeux pour les moteurs alternatifs à combustion interne —
Partie 1:
Méthode IMc
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie la méthode IMc pour le calcul de l'indice de méthane d'un combustible gazeux,
en utilisant la composition du gaz comme entrée unique pour le calcul.
Le présent document s'applique au gaz naturel (et au biométhane) et à leurs mélanges avec l’hydrogène.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour
les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 14532, Gaz naturel — Vocabulaire
ISO 14912, Analyse des gaz — Conversion des données de composition de mélanges gazeux
Guide ISO/IEC 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure (GUM:
1995)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'ISO 14532 ainsi que les suivants
s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en normalisation,
consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
indice de méthane
IM
valeur numérique indiquant la résistance au cliquetis d'un combustible gazeux
Note 1 à l'article: Elle est analogue à l'indice d'octane pour l'essence. L'indice de méthane est la fraction volumique
exprimée en pourcentages de méthane dans un mélange méthane-hydrogène, qui dans un moteur d'essai sous des
conditions standard, a la même résistance au cliquetis que le combustible gazeux à examiner.
3.2
indice de méthane calculé
IMc
calcul d'un indice de valeur numérique indiquant la résistance au cliquetis d'un combustible gazeux
conformément à l'ISO 17507-1
Note 1 à l'article: Cette estimation analytique d'un indice de méthane est basée sur l'utilisation de la fraction volumique
de la composition du combustible gazeux comme entrée.
4 Symboles et abréviations
IM indice de méthane
IMc indice de méthane calculé
5 Méthode IMc
5.1 Introduction
L'indice de méthane d'un gaz quantifie la propension au cliquetis de ce gaz lorsqu'il est utilisé comme
combustible dans un moteur alternatif à combustion interne. Plus l'indice de méthane est élevé, plus le
combustible gazeux est résistant au cliquetis, et inversement.
L'indice de méthane d'un combustible gazeux est calculé à partir de sa composition selon plusieurs méthodes,
qui peuvent toutes produire des résultats différents. La méthode IMc (appelée «méthode MWM ») est
utilisée par les fabricants d'équipement d'origine (OEM) du moteur, les fournisseurs de combustible gazeux,
les opérateurs du moteur, les ingénieurs-conseils et les OEM de l'équipement d'analyse du gaz de contrôle du
[5] [6]
moteur, et a été adoptée dans l'EN 16726 et en tant que ASTM D8221. Il convient de noter la méthode
utilisée lorsque l'on fait référence à une valeur de l'indice de méthane.
NOTE La méthode IMc est citée comme méthode d'essai dans l'ISO 23306.
La méthode IMc décrite dans le présent document a été développée pour une gamme de compositions du gaz
dépassant la gamme de compositions type des combustibles à base de gaz naturel utilisés dans les moteurs
alternatifs à combustion interne présentés dans le Tableau D.1.
La méthode IMc peut donc être utilisée pour le calcul de l'indice de méthane de tout combustible gazeux tant
que les plages d'entrée de la composition du gaz, indiquées dans le Tableau 1, et que d'autres conditions aux
limites de cette méthode sont respectées. Les conditions aux limites de la méthode IMc sont définies dans le
présent document.
La méthode est basée sur des compositions du combustible gazeux en fraction volumique dans des conditions
de référence de 0 °C et 101,325 kPa et exprimées en pourcentage. Si la composition du gaz est disponible sous
forme de fraction molaire ou de fraction massique, la conversion en fraction volumique doit être réalisée à
l'aide des méthodes de l'ISO 14912.
Des exemples numériques sont fournis pour permettre aux développeurs de logiciels de valider les
applications de la méthodologie décrite dans le présent document. Un nombre relativement important de
décimales a été conservé en vue de faciliter la validation.
5.2 Applicabilité
5.2.1 Plage de composition normalisée du combustible gazeux
La méthode IMc décrite dans le présent document a été élaborée pour et s’applique à tous les moteurs
alternatifs à combustion interne utilisant un combustible gazeux.
En règle générale, l'utilisation de toute méthode visant à calculer l'indice de méthane d'un combustible
gazeux nécessite une attention particulière et/ou la consultation de parties spécialisées de l'industrie telles
que les fournisseurs de moteurs, les fournisseurs de combustibles et des sociétés de conseil.
La méthode décrite dans le présent document est applicable aux combustibles gazeux comprenant les gaz
suivants:
— méthane
— éthylène
— éthane
— propylène
— propane
— butadiène
— butylène
— butane
— azote
— dioxyde de carbone
— monoxyde de carbone
— hydrogène
— sulfure d'hydrogène
La méthode traite des hydrocarbures autres que ceux spécifiés comme étant du butane et est donc applicable
aux combustibles gazeux contenant des hydrocarbures supérieurs.
Les limites supérieures pour les combustibles gazeux appliquées à cette méthode sont indiquées dans le
Tableau 1. Les limites inférieures sont nulles pour tous les constituants.
Tableau 1 — Limites supérieures des constituants du combustible gazeux pour la méthode IMc
Quantité de substance
b b
Fraction volumique Fraction molaire Fraction massique
Constituant
% % %
(normative) (informative) (informative)
méthane 100 100 100
éthylène 100 100 100
éthane 100 100 100
propylène 100 100 100
propane 100 100 100
butadiène 100 100 100
butylène 100 100 100
butanes 100 100 100
a
La méthode IMc pour les compositions comprenant les pentanes (C ) et les hexanes et autres gaz supérieurs (C ) est limitée
5 6+
à la fraction volumique C et C + de 3 % chacune et à un total de 5 %.
5 6
b
Les limites exprimées sous forme de fractions molaires et en fractions massiques, autres que 100 %, sont converties à partir
des limites en fraction volumique conformément à l'ISO 14912. Comme la conversion est dépendante de la composition, le calcul
suppose que le constituant est présent sous la forme d'un mélange binaire avec du méthane. Les limites exprimées sous forme de
fractions molaires et de fractions massiques, autres que 100 %, sont donc informatives.
TTabableleaauu 1 1 ((ssuuiitte)e)
Quantité de substance
b b
Fraction volumique Fraction molaire Fraction massique
Constituant
% % %
(normative) (informative) (informative)
a
pentanes 3 3,23 13,04
a
hexanes+ 3 3,34 15,66
azote 100 100 100
dioxyde de carbone 60 60,11 80,52
monoxyde de carbone 100 100 100
hydrogène 100 100 100
sulfure d'hydrogène 25 25,15 41,65
a
La méthode IMc pour les compositions comprenant les pentanes (C ) et les hexanes et autres gaz supérieurs (C ) est limitée
5 6+
à la fraction volumique C et C + de 3 % chacune et à un total de 5 %.
5 6
b
Les limites exprimées sous forme de fractions molaires et en fractions massiques, autres que 100 %, sont converties à partir
des limites en fraction volumique conformément à l'ISO 14912. Comme la conversion est dépendante de la composition, le calcul
suppose que le constituant est présent sous la forme d'un mélange binaire avec du méthane. Les limites exprimées sous forme de
fractions molaires et de fractions massiques, autres que 100 %, sont donc informatives.
5.2.2 Manipulation d'autres constituants de combustible gazeux
5.2.2.1 Oxygène et vapeur d'eau
L'oxygène et la vapeur d'eau doivent être ignorés, et la composition du combustible gazeux doit être
normalisée sous la forme d'une composition sans oxygène.
5.2.2.2 Argon et hélium
Toute fraction volumique d'argon ou d'hélium présente dans le combustible gazeux étudié doit être attribuée
à la fraction d'azote.
5.2.2.3 Autres constituants de combustible gazeux non répertoriés
Tout constituant présent dans le combustible gazeux étudié non répertorié comme constituant d'entrée de
gaz valide pour la méthode IMc conformément au Tableau 1 et non répertorié en 5.2.2.1 ou 5.2.2.2, doit être
ignoré, et la composition du combustible gazeux doit être normalisée sans ce constituant.
5.3 Méthodologie de calcul de l'IMc
L'indice de méthane d'un combustible gazeux est calculé à partir de sa composition en cinq étapes. Les étapes
sont présentées ci-dessous et décrites plus en détail dans un exemple de composition en 6.1. Des exemples
supplémentaires sont discutés en 6.2 et 6.3. L'Annexe A contient les valeurs numériques et les résultats de
ces calculs. Le Tableau A.10 fournit des résultats de calculs pour d'autres exemples de compositions à des
fins de validation de logiciel supplémentaire. Voir l'Annexe B.
a) La composition du combustible gazeux est simplifiée via une conversion en un mélange exempt de gaz
inertes comprenant les composés combustibles monoxyde de carbone, éthylène, propylène, sulfure
d'hydrogène, hydrogène, propane, éthane, butane et méthane.
Pour les gaz transportés dans des réseaux de canalisations, le monoxyde de carbone, l'éthylène, le propylène
et le sulfure d'hydrogène sont peu susceptibles d'être présents à des concentrations qui auraient une
incidence sur l'indice de méthane. Ils peuvent être ignorés.
b) Le mélange simplifié est subdivisé en différents mélanges ternaires partiels. Le nombre et les mélanges
ternaires partiels spécifiques choisis sont déterminés par inspection des systèmes ternaires disponibles
dans un ordre donné, y compris les systèmes contenant les composés combustibles concernés. La
sélection s'arrête lorsque tous les composés combustibles sont contenus dans au moins deux systèmes
ternaires.
c) La composition et la fraction des mélanges partiels sélectionnés sont ajustées de manière itérative de
façon à réduire au minimum la différence entre les indices de méthane des mélanges partiels respectifs.
d) L'indice de méthane du mélange simplifié est déterminé à partir de la moyenne pondérée de l'indice de
méthane des mélanges partiels sélectionnés.
e) Enfin, l'indice de méthane du combustible gazeux est calculé en corrigeant l'indice de méthane du
mélange simplifié pour tenir compte de la présence de gaz inertes dans le combustible gazeux d'origine.
5.4 Expression des résultats
Pour l'expression du résultat final, l'indice de méthane calculé est exprimé sous la forme d'un nombre entier
et il convient de noter la méthode utilisée. Par exemple, 74 IMc selon l'ISO 17507-1. L'arrondi à une valeur
entière conformément à l'ISO 80000-1 est recommandé car une résolution numérique plus élevée de la
valeur de l'IMc n'est pas pertinente dans la pratique.
5.5 Erreur d'incertitude et biais
L'IMc est calculé à partir de la composition de la fraction volumique du combustible gazeux examiné en tant
qu'entrée unique. Le calcul utilise des coefficients de valeur fixe basés sur la composition particulière du
combustible gazeux examiné, ce qui signifie que pour une composition du combustible gazeux donnée, il ne
peut y avoir qu'une valeur de l'IMc. Pour les besoins de ce document, les valeurs de l'IMc ainsi calculées sont
considérées comme exactes selon la méthode IMc. Par conséquent, toute erreur ou tout biais dans une valeur
de l'IMc résulte uniquement d'erreurs dans les compositions du combustible gazeux utilisées comme entrée.
L'incertitude qui en résulte doit être estimée conformément à l'Annexe C.
6 Exemple de calculs
6.1 Exemple 1
6.1.1 Simplification de la composition du combustible gazeux
La description du calcul est illustrée par référence à une composition du combustible gazeux typique
du gaz naturel, comme indiqué dans le Tableau A.1. La composition du gaz (colonne 1) est simplifiée en
augmentant la quantité de butanes pour tenir compte de la présence de butadiène, de butylène, de pentanes
et d'hydrocarbures avec un indice de carbone supérieur à 5. L'ajustement s'effectue comme suit:
— Le butadiène et le butylène sont remplacés par un nombre équivalent de butanes en multipliant leur
quantité par 1.
— Les pentanes sont remplacés par un nombre équivalent de butanes en multipliant la quantité de pentanes
par 2,3.
— Les hydrocarbures ayant un indice de carbone supérieur à 5 (« hexanes+ ») sont remplacés par un nombre
équivalent de butanes en multipliant la quantité d'hexanes+ par 5,3.
Dans le cas de l'exemple 1, la quantité de butanes est:
= 0,210 0 + 0,190 0 + (0,040 0 + 0,050 0) · 2,3 + 0,060 0 · 5,3
= 0,925 0 (colonne 2)
Le mélange simplifié est ensuite renormalisé à 100 % (colonne 3).
6.1.2 Sélection des systèmes ternaires
6.1.2.1 Mélanges ternaires
Les mélanges ternaires sont choisis dans la liste suivante:
— A1: méthane - hydrogène - éthane
— A2: propane - éthane - butane
— A3: hydrogène - propane - propylène
— A4: méthane - éthane - propane
— A5: méthane - hydrogène - propane
— A6: méthane - hydrogène - butane
— A7: méthane - propane - butane
— A8: méthane - éthane - butane
— A9: méthane - éthylène - butane
— A10: méthane - sulfure d'hydrogène - butane
— A11: méthane - éthane - sulfure d'hydrogène
— A12: méthane - propylène
— A13: éthane - propylène
— A14: monoxyde de carbone – hydrogène
— A15: éthane - éthylène
— A16: propane – éthylène
NOTE Les mélanges A12 à A16 ne sont évidemment pas des systèmes ternaires. Toutefois, afin de faciliter
le traitement mathématique, les coefficients décrivant l'indice de méthane ont été ajustés de façon à permettre
l'expression à l'aide d'une seule équation.
6.1.2.2 Domaine d'application des données des mélanges ternaires
Le domaine d'application de la plupart des systèmes ternaires est large et le Tableau A.2 fournit les valeurs
du domaine d'application qui sont exprimées en teneur maximale et minimale de chaque constituant.
Toutefois, pour certains systèmes ternaires, le domaine d'application est réduit, ce qui est d'une importance
majeure lors de la sélection des mélanges ternaires.
Le Tableau 2 montre comment appliquer la tolérance supplémentaire de 15,0 % pour x(min), y(max) et
z(max) pour les quatre systèmes ternaires (A9, A10, A11 et A20).
Tableau 2 — Tolérances pour x(min), y(max) et z(max) pour A9, A10, A11 et A20
A9 A10 A11 A20
x: méthane méthane méthane méthane
sulfure d'hydro- dioxyde de
y: éthylène éthane
gène carbone
Sulfure d'hydro-
z: butane butane azote
gène
x(max), fraction volumique / % 100,0 100,0 100,0 100,0
TTabableleaauu 2 2 ((ssuuiitte)e)
x(min),fraction volumique / % 60,0 (75,0-15) 40,0(25,0+15) 40,0(25,0+15) 25,0(40,0-15)
y(max), fraction volumique / % 40,0(25,0+15) 40,0(25,0+15) 40,0(25,0+15) 75,0(60,0+15)
y(min), fraction volumique / % 0,0 0,0 0,0 0,0
z(max), fraction volumique / % 40,0(25,0+15) 40,0(25,0+15) 40,0(25,0+15) 75,0(60,0+15)
z(min), fraction volumique / % 0,0 0,0 0,0 0,0
Le Tableau A.3 décrit les tolérances utilisées pour calculer le coefficient d'ajustement de la somme de tous les
teneurs maximales des constituants V , mais ces conditions aux limites sont également valables pendant
sum
l'optimisation en modifiant la quantité de chaque constituant gazeux du système ternaire partiel pour le
calcul final de l'IM .
c
6.1.2.3 Facteurs ayant une incidence sur le processus de sélection des systèmes ternaires
Les systèmes ternaires sont sélectionnés en fonction de trois considérations principales:
a) le nombre de gaz dans le système ternaire qui sont présents dans le mélange simplifié. La priorité est
toujours donnée aux systèmes ternaires dont les trois constituants sont tous présents dans le mélange
simplifié. Les systèmes dont deux des constituants sont présents dans le mélange simplifié sont
acceptables si le nombre de systèmes disponibles avec trois constituants présents dans le mélange
simplifié est insuffisant;
b) lorsqu'il y a le choix entre plusieurs systèmes ternaires, le système dont le coefficient d'ajustement Wj
est le plus élevé est prioritaire;
c) chaque constituant du mélange simplifié doit être représenté dans au moins deux systèmes ternaires.
Le coefficient d'ajustement d'un système est calculé à partir de la Formule (1):
VV·,minm100 ax 15
in
ii,j
W (1)
j
i 1
Vsum
i
où
n est le nombre de constituants dans le mélange simplifié;
V est la fraction volumique du constituant i dans le mélange simplifié;
i
Vmax est la teneur maximale du constituant i dans le domaine d'application du système j;
i, j
Vsum est la somme de toutes les teneurs maximales du constituant i dans le domaine d'application de
i
tous les systèmes et est calculé selon la Formule (2):
j 18
Vsum minV100, max 15 (2)
ii ,j
i 1
Les valeurs de V sont indépendantes de la composition du mélange simplifié. Toutefois, Wj dépend de la
sum,i
composition du mélange simplifié et elle doit donc être calculée avant la sélection.
NOTE Cela signifie également que le choix des mélanges ternaires peut être différent pour les mélanges contenant
les mêmes constituants, mais en différentes proportions.
Dans le cas de l'exemple 1, le calcul de V et W est présenté dans les Tableaux A.3 et A.4.
sum,i j
6.1.2.4 Description du processus de sélection des systèmes ternaires
L'objectif est d'identifier le nombre optimal de systèmes ternaires qui sont conformes aux trois critères
décrits en 6.1.2.3. Pour cela, chaque constituant présent dans le mélange simplifié est considéré dans l'ordre
suivant:
— monoxyde de carbone
— butadiène
— butylène
— éthylène
— propylène
— sulfure d'hydrogène
— hydrogène
— propane
— éthane
— butane
— méthane
Étape 1: pour le premier constituant du mélange simplifié, un système ternaire contenant ce constituant est
sélectionné. La priorité de sélection est la suivante:
a) les systèmes ternaires dont les trois constituants sont tous présents dans le mélange simplifié sont
prioritaires par rapport aux systèmes dont un ou deux constituants sont présents;
b) le mélange ternaire dont le coefficient d'ajustement est le plus élevé est prioritaire.
Étape 2: le deuxième constituant dans le mélange simplifié est ensuite pris en compte. Si ce constituant
n'est pas présent dans le système ternaire sélectionné pour le premier constituant, un système ternaire est
alors sélectionné pour ce constituant en utilisant la même priorité de sélection qu'à l'étape 1. Si toutefois le
système ternaire sélectionné pour le premier constituant contient le deuxième constituant, la sélection se
poursuit alors pour le troisième constituant (étape 3).
Étape 3: les troisième, quatrième, cinquième, etc. constituants sont alors pris en compte de la même manière
que dans les étapes 1 à 2.
Étape 4: Lorsque tous les constituants du mélange simplifié ont été examinés une fois, les étapes 1 à 3
sont répétées en suivant le même ordre des constituants. Si un constituant n'est représenté que dans un
seul mélange ternaire sélectionné, un mélange ternaire supplémentaire est alors sélectionné, toujours en
utilisant la même priorité de sélection qu'à l'étape 1.
Le processus de sélection est terminé lorsque tous les constituants dans le mélange simplifié sont représentés
dans au moins deux systèmes ternaires.
Dans le cas de l'exemple 1:
— Le premier constituant du mélange simplifié est le propane et celui-ci est présent dans trois (A2, A4 et
A7) des quatre systèmes ternaires (A2, A4, A7 and A8) dont tous les constituants sont présents dans le
mélange simplifié. Dans ce cas, A4 est sélectionné car il présente le coefficient d'ajustement le plus élevé
(c'est-à-dire 10,313 8).
— Le deuxième constituant du mélange simplifié est l'éthane, et il est déjà représenté dans le système A4,
c'est pourquoi aucun mélange ternaire n'est sélectionné.
— Le butane, le troisième constituant du mélange simplifié, n'est pas représenté dans le système A4, la
sélection des systèmes continue donc et le système A8 est sélectionné car il présente le coefficient
d'ajustement le plus élevé (10,285 9).
— Le quatrième constituant du mélange simplifié est le méthane, et celui-ci est déjà représenté dans les
systèmes A4 et A8, aucun mélange ternaire n'est donc sélectionné.
— La sélection est répétée avec le premier constituant du mélange simplifié, le propane, et le système
ternaire A7 est sélectionné car il présente le coefficient d'ajustement le plus élevé suivant (9,626 3; le
système A4 a déjà été sélectionné).
Tous les constituants du mélange simplifié sont maintenant représentés dans au moins deux des systèmes
ternaires sélectionnés et le processus de sélection est terminé. Les systèmes sélectionnés sont donc: A4, A7
et A8.
6.1.3 Subdivision du constituant exempt de gaz inertes en mélanges partiels sélectionnés
Le mélange simplifié est réparti dans les mélanges ternaires partiels sélectionnés. Une division préliminaire
du mélange simplifié est réalisée en attribuant chaque constituant de manière équitable entre les systèmes
ternaires dans lesquels il est représenté.
Dans le cas de l'exemple 1, trois systèmes ternaires — A4, A7 et A8 — sont sélectionnés. La division
préliminaire est réalisée en répartissant équitablement le méthane entre A4, A7 et A8; l'éthane entre A4 et
A8; le propane entre A4 et A7; et les butanes entre A7 et A8 (colonnes 4, 6 et 8). Pour plus de clarté, les neuf
quantités initiales sont notées.
6.1.4 Calcul de l'indice de méthane des mélanges partiels
L'indice de méthane de chaque mélange partiel est calculé à partir de la Formule (3).
i 7 j 6
ij
MN ax y (3)
ti ,j
i 0 j 0
Où x et y sont les fractions volumiques exprimées en pourcentages des premier et deuxième constituants de
chaque mélange ternaire partiel, et MN est l'indice de méthane du mélange partiel t. Afin de calculer l’indice
t
de méthane de chaque mélange partiel, la composition de chacun d’entre eux est normalisée à 100 %.
Dans le cas de l'exemple 1, la composition de chaque mélange partiel est calculée par renormalisation à
100 % (colonnes 5, 7 et 9).
Le Tableau A.2 indique les valeurs des coefficients a pour les systèmes ternaires partiels A1 à A16 et A20.
i,j
Dans le cas de l'exemple 1, l'application de la Formule (3) pour chaque composition préliminaire du
mélange partiel donne des indices de méthane calculés de 76,248 9, 77,378 8 et 71,971 2 pour A4, A7 et A8
respectivement (colonne 5, 7 et 9).
6.1.5 Critères de non-utilisation des systèmes ternaires pour le calcul final de l'IMc
L'IM d'un système ternaire partiel ne correspond pas à l'« IM cible ». L'« IM cible » est la moyenne arithmétique
temporaire (pendant l'optimisation) de tous les IM calculés à partir de chaque système ternaire partiel
pondérée en fonction de la teneur en volume du système ternaire de la composition totale du gaz.
er
EXEMPLE Trois systèmes ternaires sont sélectionnés, le 1 ayant 80 % de la quantité des constituants gazeux,
e e er e e
le 2 ayant 15 %, le 3 ayant 5 %. Les IM calculés sont 1 70,3, 2 70,2, 3 70,0. Par conséquent, l'« IM cible » donne:
(70,3⋅0,8 + 70,2⋅0,15 + 70,0⋅0,05) = 70,27.
Le contenu dans les systèmes ternaires qui ne sont pas utilisés pendant l'optimisation est inférieur à 0,05 %
de la quantité totale des constituants gazeux dans la composition.
6.1.6 Ajustement de la composition et de la fraction des mélanges partiels
La composition et la fraction (F ) de chaque mélange partiel sont ajustées de façon itérative en modifiant la
t
quantité de chaque constituant dans chaque mélange partiel afin de réduire au minimum la différence entre
les indices de méthane des différents mélanges partiels.
La valeur à réduire au minimum est donc:
(IM – IM )
max min
où IM et IM sont les indices de méthane maximal et minimal pour les mélanges partiels sélectionnés.
max min
Dans le cas de l'exemple 1, trois mélanges ternaires partiels sont sélectionnés. Il faut donc déterminer neuf
quantités, quatre d'entre elles peuvent néanmoins être obtenues en tenant compte du bilan matières comme
calculé dans les Formules (4), (5), (6) et (7):
N = N – N – N (4)
A8, méthane méthane A4, méthane A7, méthane
N = N – N (5)
A8, éthane éthane A4, éthane
N = N – N (6)
A7, propane propane A4, propane
N = N – N (7)
A8, butane butane A7, butane
où N est la quantité du constituant respectif dans le mélange partiel t.
t,comp
L'ajustement de la composition et de la fraction de chaque mélange partiel s'effectue donc en ajustant cinq
quantités: les quantités de méthane, d'éthane et de propane dans le système A4, ainsi que la quantité de
méthane et de butane dans le système A7.
Pendant l'ajustement, il faut que la fraction volumique de chaque constituant du mélange partiel soit
comprise dans le domaine de validité des coefficients de la Formule (3). Le Tableau A.2 donne les plages de
validité.
La problématique de l'ajustement de la composition et de la fraction de chaque mélange partiel est donc une
problématique de minimisation sous contrainte, et toute procédure numérique appropriée peut en principe
être utilisée. Pour les exemples décrits à l'Annexe A, le solveur fourni avec Microsoft Excel® (en utilisant les
paramètres par défaut) aboutit à une solution acceptable.
Selon le critère de fin de la méthode numérique employée, de légères différences de valeur de (IM –
max
IM ) donneront des valeurs légèrement différentes de l'indice de méthane du mélange simplifié. En outre,
min
l'utilisation de valeurs de départ différentes pour la composition et la fraction de chaque mélange partiel
donnera des valeurs légèrement différentes de l'indice de méthane du mélange simplifié. Ces différences
sont comprises dans les incertitudes de cette méthode et il est recommandé d'arrondir la valeur finale de
l'indice de méthane à l'entier le plus proche avant d'en rendre compte.
Dans le cas de l'exemple 1, la composition et la fraction des mélanges partiels sont indiquées dans le
Tableau A.5 (colonnes 4 à 9). Pour plus de clarté, les cinq quantités ajustées sont soulignées.
6.1.7 Calcul de l'indice de méthane du mélange simplifié
L'indice de méthane du mélange simplifié est déterminé à partir de la moyenne pondérée de l'indice de
méthane des mélanges ternaires partiels pertinents. Il est calculé selon la Formule (8):
tN
sys
MN MN F (8)
tt
t 1
où
IM′ est l'indice de méthane du mélange simplifié;
IM est l'indice de méthane du mélange partiel t;
t
F est la fraction du mélange partiel t;
t
N est le nombre de systèmes ternaires sél
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.