Um den Wasserdampfgehalt (als [g/m³] Betriebszustand) vom Biogas in Berechnungen zu verwenden, benutze ich eine Tabelle. Diese Werte benötige ich um Gaserträge und Konzentrationen an Gaskomponenten aus verschiedenen Fermentern zu normieren. Leider geht meine Tabelle nur bis zu einer Gastemperatur von 40°C (was im mesophilen Bereich eigentlich auch ausreichend ist). Für wärmere Gase bräuchte ich jedoch eine Tabelle, die über diesen Bereich hinausgeht. Oder noch besser mehrere Regressionsgleichungen für verschiedene Temperaturbereiche. Meine Auswertungsroutine zeigt aktuell bei Gastemperaturen über 40°C ins Leere.
Hat da jemand eine Ahnung wo es so etwas zitierfähig zu finden gibt?
MfG, Markus Schlattmann
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...never touch a running system...
Nach meinen Berechnungen liefert die Magnus-Formel gegenüber den über die absolute Feuchte ermittelten Werten Abweichungen von <0,1 % und ist sehr viel besser handhabbar.
Um das Ganze hier etwas plastischer aufzubereiten, habe ich eine kleine Grafik mit Hilfe der von Ernst angegebenen Magnus-Formel gemacht:
Interessant wäre es noch zu wissen (insbesondere da die Formel aus dem Klimabereich kommt) inwieweit sie auch für höhere Temperaturen geeignet ist. Für den für mich relevanten Bereich ist sie auf jeden Fall mehr als ausreichend und vereinfacht das Handling, wie Mathias schon sagte...Kann meine Datenbank somit um eine Tabelle kürzen...
Zur weiteren Information für die vielen, vielen, interessierten Leser habe ich noch ein paar markante Punkte als Faustzahlen markiert die besagen, dass direkt über einem mesophil betriebenem Fermenter etwa 7% Wasser im Biogas enthalten sind. Kühlt das Gas auf Raumtemperatur ab (z.B. Laborversuche) ist mit einem Gehalt von knapp 3% zu rechnen. Wird das Gas zur Trocknung weiter gekühlt ergibt sich eine Restfeuchte unter 1%. Bei anschließender Erwärmung (BHKW-Raum, Gasspeicher) ist dann aufgrund fehlender Wasserdampfsättigung der Feuchtegehalt allerdings nicht mehr mit der angegebenen Formel über die Gastemperatur zu bestimmen!
MfG, Markus Schlattmann
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Und weiter geht's mit dem beliebten Thema der Wasserdampfkorrektur. Magnus-Formel ist wie gesagt zur Berechnung der Wasserdampfsättigung gut handhabbar. Problem in der Praxis: Das Biogas durchläuft üblicherweise eine im Boden verlegte Kondensatstrecke, der Wasserdampfgehalt wird also auf den Sättigungsgehalt bei Bodentemperatur (ja, wo krieg' ich denn die wieder her?) reduziert. Anschließend wird das Gas jedoch im BHKW bis zum Durchlaufen des Gaszählers wieder erwärmt, d. h. die relative Feuchte nimmt ab (wie von Markus schon erwähnt). Um auf trockenes Gas umzurechnen benötige ich also den tatsächlichen Wasserdampfpartialdruck bei den Bedingungen im Gaszähler. Wie ist dieser zu berechnen (Beachte: Wasserdampf ist kein ideales Gas!)?
Ein paar Kommentare noch, um das Thema erst einmal abzuschließen. Wird das Biogas zum Zwecke der Entfeuchtung durch den Boden geleitet, kann in unseren Breiten in einer Tiefe von 1 m eine Bodentemperatur von ca. 5-10°C (Winter-Sommer) angesetzt werden, d. h. die Restfeuchte liegt, wie von Schlattmann schon angegeben, um 1 Vol.-%. Verfügt das verwendete Gasanalysegerät über einen Gaskühler, wird der Taupunkt für die Messung generell auf 5°C erniedrigt. Die relative Genauigkeit der handelsüblichen automatisierten Gasanalyse wird für Methan (IR-Zweistrahl) mit +/- 2 % angegeben. Damit liegt man mit der Restfeuchte in etwa im Bereich der Messgenauigkeit.
Für die Angabe der Biogasmengen in trockenen Normkubikmetern ist entsprechend die Genauigkeit des Gaszählers zu bedenken.
Fazit: Bei vorhandener gut ausgeführter Entfeuchtung des Biogases vor den Messeinrichtungen führt die Restfeuchte zu keinen praxisrelevanten Fehlern bei der Ermittlung des Biogas- und Methanertrages.
Schlattmann hat geschrieben:
Interessant wäre es noch zu wissen (insbesondere da die Formel aus dem Klimabereich kommt) inwieweit sie auch für höhere Temperaturen geeignet ist. ...
Die Kurve geht bei 1013 mbar durch 100 °C und die Dampfdrücke bei 1 bis 10 bar stimmen auch gut (benötigt für Sterilisation).
Batstone, D. et al. (2002): Anaerobic Digestion Model No. 1. IWA Task Group for Mathematical Modelling of Anaerobic Digestion Processes. IWA Publishing. Scientific and Technical Report No. 13.
p ist hier in bar. T in °K.
Ich habe es mit der Magnus-Formel verglichen und die Kurven laufen fast identisch.
MfG, Markus Schlattmann
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Schlattmann hat geschrieben:
... Zur weiteren Information für die vielen, vielen, interessierten Leser habe ich noch ein paar markante Punkte als Faustzahlen markiert die besagen, dass direkt über einem mesophil betriebenem Fermenter etwa 7% Wasser im Biogas enthalten sind. ...
Hallo Schlattmann,
wie rechne ich das jetzt in kg/m³ um? Heißt 7 Vol% jetzt auch 70 kg / m³? Oder sollte ich die Dichte von Wasserdampf nehmen (0,88 kg/l), das wären dann 61,6 kg/m³?
