Bauteil 95: Reformer / Shift-Reaktor

Vorgaben

Leitungsanschlüsse
1	Gas- oder Rohgaseintritt
2	Gas- bzw. Rohgasaustritt
3	Dampf- / Wasserzufuhr
4	Benötigte Reaktionswärme

Allgemeines Vorgabewerte Kennlinien Verwendete Physik Bauteilform Beispiel

Allgemeines

Bauteil 95 dient zur Modellierung eines Reformers oder eines Shift-Reaktors.

Basis des Modells ist eine vollständige Gleichgewichtsrechnung basierend auf der Maximierung des irreversiblen Anteils der Entropie. Betrachtet werden dabei die Komponenten CO, CO2, H2, H2O, O2, CH4, C2H2, C2H6, Methanol und fester Kohlenstoff. Alle anderen Komponenten des C, H, O Systems werden dabei zu Null gesetzt.

Diese Beschreibung ist identisch mit der Lösung der Elementenbilanz für H, C, O und der Lösung von weiteren Gleichgewichtsbeziehungen über unabhängige Reaktionsgleichungen, z.B

CO + H2O = CO2 + H2
C + CO2 = 2 CO
C + H2O = CO + H2
CO +3 H2 = CH4 +H2O
C + 2 H2 = CH4
CO + H2 = C + H2O
C2H2 +2H2O = 2CO + 3 H2
C2H6 +2H2O = 2CO + 5 H2

Mit der Lösung dieser Gleichungen sind alle denkbaren Gleichgewichtsbeziehungen des C, H, O Systems ebenfalls erfüllt.

Die Spezifikationsgrößen ermöglichen die Vorgabe unterschiedlicher Bedingungen für

Massenströme,
Austrittstemperatur,
Gleichgewichtstemperatur,

die weitgehend alle Anwendungskonfigurationen abdecken.

Es besteht die Möglichkeit, einzelne (oder alle) Komponenten aus dem thermodynamischen Gleichgewicht herauszunehmen, um auf diese Weise kinetische Effekte berücksichtigen zu können.

Die Komponenten der Shift-Reaktion (H2, CO, H2O und H2O) können entweder gemeinsam aus dem Gleichgewicht berechnet werden, oder es wird überhaupt kein Gleichgewicht gerechnet. In diesem Fall muss wahlweise die H2-, CO-, H2O- oder CO2-Konzentration am Austritt vorgegeben werden. Die jeweils anderen Komponenten ergeben sich dann aus den Elementarbilanzen für C, H und O.

Wenn die Komponenten der Shift-Reaktion im Gleichgewicht gerechnet werden, kann man für Methan, Azetylen, Benzol, Methanol und festen Kohlenstoff individuell festlegen, ob dieser Stoff ebenfalls im Gleichgewicht gerechnet werden, unverändert durchgeleitet werden soll oder eine bestimmte Austrittskonzentration erreichen soll.

Um Abweichungen vom thermodynamischen Gleichgewicht pauschal zu erfassen, kann eine Approach-Temperatur vorgegeben werden. Diese ist definiert als Differenz zwischen der Temperatur, die zur Berechnung des Gleichgewichts herangezogen werden soll, und der tatsächlichen Temperatur.

Flexible Fehlerbehandlung:

Bei diesem Bauteil wurde ein Schalter FERR eingeführt, mit dem der Anwender auswählen kann, wie das Bauteil reagieren soll, wenn eine gewünschte Vorgabe zur Stoffkonzentration nicht eingehalten werden kann:

0: keine Meldung
1: Kommentar
2: Warnung
3: Fehler (dies ist die Standardeinstellung)

Die Stoffkonzentration wird auf den Wert gesetzt, der gerade noch möglich ist (dies kann je nach Fall der Minimal- oder Maximalwert sein).

Bei Vorgabe von Werten für die Substanzen der Wassergas-Reaktion (CO, CO2, H2 und H2O) kann allerdings der Fall auftreten, dass es keine Lösung gibt, zum Beispiel wenn die Eintrittsströme mehr C als O (Stoffbilanz verletzt). In diesem Fall wird die Stoffbilanz durch elementares C bzw. freies O2 geschlossen.

Hierüber wird eine Meldung ausgegeben, die eine Stufe unter der in FERR eingestellten Meldungsstufe liegt, standardmäßig also eine Warnung.

Vorgabewerte

FSPEC	Schalter für die Berechnung der Komponenten der Shift-Reaktion (H2, CO, H2O, CO2) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Berechnung der Komponenten aus dem thermodynamischen Gleichgewicht (FEQ) =1: Vorgabe des H2-Massenanteils in XOUT, Berechnung der übrigen Elemente aus der Elementarbilanz =2: Vorgabe des CO-Massenanteils in XOUT, Berechnung der übrigen Elemente aus der Elementarbilanz =3: Vorgabe des H2O-Massenanteils in XOUT, Berechnung der übrigen Elemente aus der Elementarbilanz =4: Vorgabe des CO2-Massenanteils in XOUT, Berechnung der übrigen Elemente aus der Elementarbilanz
XOUT	Austrittskonzentration der Komponente gemäß FSPEC
FEQ	Schalter für Gleichgewichtstemperatur (= Temperatur bei der Gleichgewicht berechnet wird): Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =1: T-Gleichgewicht = T1 + TAPP =2: T-Gleichgewicht = T2 + TAPP =3: T-Gleichgewicht = T3 + TAPP =4: T-Gleichgewicht = TEQ
TAPP	Approach-Temperatur
FC	Schalter für die Handhabung von elementarem Kohlenstoff: Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: berechnet aus dem thermodynamischen Gleichgewicht =1: wird unverändert durchgeleitet =2: Austrittskonzentration wird durch XC vorgegeben
XC	Austrittskonzentration für elementaren Kohlenstoff (für FC = 2)
FCH4	Schalter für die Handhabung von Methan: Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: berechnet aus dem thermodynamischen Gleichgewicht =1: wird unverändert durchgeleitet =2: Austrittskonzentration wird durch XC4 vorgegeben
XCH4	Austrittskonzentration für Methan (für FCH4 = 2)
FETH	Schalter für die Handhabung von Äthan: Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: berechnet aus dem thermodynamischen Gleichgewicht =1: wird unverändert durchgeleitet =2: Austrittskonzentration wird durch XETH vorgegeben
XETH	Austrittskonzentration für Äthan (für FETH = 2)
FMETHL	Schalter für die Handhabung von Methanol: Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: berechnet aus dem thermodynamischen Gleichgewicht =1: wird unverändert durchgeleitet =2: Austrittskonzentration wird durch XMETHL vorgegeben
XMETHL	Austrittskonzentration für Methanol (für FMETHL = 2)
FACET	Schalter für die Handhabung von Azetylen Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: berechnet aus dem thermodynamischen Gleichgewicht =1: wird unverändert durchgeleitet =2: Austrittskonzentration wird durch XACET vorgegeben
XACET	Austrittskonzentration für Azetylen (für FACET = 2)
FSPECM	Schalter für die Vorgabe von Massenströmen Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =1: Massenstrom M1 und M3 gegeben =2: Massenstrom M1 oder M3 gegeben, Berechnung des anderen Massenstroms über RH2OC
FSPECT	Schalter für die Vorgabe der Austrittstemperatur Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =1: Temperatur T2 von außen gegeben =2: Temperatur über T2SET gegeben
FGIBBS	Gibbsches Potential (nicht verwendet)
RH2OC	Molares Verhältnis H2O zu C
T2SET	Austrittstemperatur T2
TEQ	Gleichgewichtstemperatur
FERR	Schalter für Meldung, wenn gewünschte Austrittskonzentration nicht möglich ist: Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Keine Meldung =1: Kommentar =2: Warnung =3: Fehler

Generell sind alle sichtbaren Eingaben erforderlich. Häufig werden jedoch Standardwerte zur Verfügung gestellt.

Für weitere Informationen über die Farbe der Eingabefelder und ihre Beschreibungen siehe Komponenten bearbeiten\Vorgabewerte

Für weitere Informationen über Auslegung vs. Teillast und Nominalwerte siehe Allgemeines\Nominalwerte übernehmen

Kennlinien

keine

Verwendete Physik

Gleichungen

Alle Betriebsfälle (kein separater Teillastmodus)

Druckberechnung

P1 = P2 (1)
P3 größer als P1,P2

Massenberechnung
M2 = M1+M3 (3)

Elementzusammensetzung

Berechnung der Elementzusammensetzung (EL(I)) des Elementes I aus den Gewichtsanteilen (GAT(J)), der Komponenten über die Elementen-Komponentenmatrix A(I,J) (Element I in Komponente J), M Molekulargewicht

EL(I) = SUM über J((GAT(J)*A(I,J)*M(I)/M(J))

PARAMETER
--------------------------------------------
IF FSPECM= 1 THEN
--------------------------------------------
    M1 und M3 über andere Bauteile definiert
--------------------------------------------
ELSEIF FSPECM = 2 THEN
--------------------------------------------
   M3ZUM1 = RH2OC*MH2O/MC*EL(C)
   M3 = M3ZUM1*M1
FSPECM ENDE
--------------------------------------------
IF FSPECT = 1 THEN
T2 über H2 von außen
ELSEIF FSPECT = 2
T2 = T2SET
H2 = H2(P2,T2)                                            (2)
FSPECT ENDE
--------------------------------------------
IF FSPEC = 1 Gleichgewicht = T1
IF FSPEC = 2 Gleichgewicht = T2
IF FSPEC = 3 Gleichgewicht = T3
IF FSPEC = 4 Gleichgewicht = TEQ
--------------------------------------------
Berechnung der Zusammensetzung nach der Methode der Maximierung der (irreversiblen) Entropie bei Gleich = P1 und Gleich, Komponenten sind oben beschrieben
--------------------------------------------
Energiebilanz (Calorific value calculation Line 2)
Q4 = M2*(H2+HU2)-M1*(H1+HU1)-M3*H3  (4)

Bauteilform

Form 1

Beispiel

Klicken Sie hier >> Bauteil 95 Demo << um ein Beispiel zu laden.

Siehe auch

Brennkammern und Reaktoren

Impressum Disclaimer