DE1936048A1 - Kernreaktor und Verfahren zu seinem Betrieb - Google Patents

Kernreaktor und Verfahren zu seinem Betrieb

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DE1936048A1
DE1936048A1 DE19691936048 DE1936048A DE1936048A1 DE 1936048 A1 DE1936048 A1 DE 1936048A1 DE 19691936048 DE19691936048 DE 19691936048 DE 1936048 A DE1936048 A DE 1936048A DE 1936048 A1 DE1936048 A1 DE 1936048A1
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DE
Germany
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carbon dioxide
hydrogen
reactor
coolant
methane
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Application number
DE19691936048
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English (en)
Inventor
Shiells Daniel A
Geoffrey Baguley
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UK Atomic Energy Authority
Original Assignee
UK Atomic Energy Authority
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/28—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core
    • G21C19/30—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

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Description

United Kingdom Atomic energy Authority, 1.1, Charles II Street, London S.W.1
Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen U.S. Patentanmeldung Nr. 745,608 vom 17. July 1968 'beansprucht
Kernreaktor und Verfahren eu seinem Betrieb
Die Erfindung betrifft Kernreaktoren und für diese bestimmte Kühlmittel. . -
In mit Kohlendioxid gekühlten, Graphit-moderierten Kern-_ reaktoren tritt unter Bestrahlung zwischen dem Graphit und dem Kohlendioxid eine Reaktion ein, welche in eine Korrosion des Graphits ausläuft, und es wird daher in Hochleistungsreaktoren als erwünscht angesehen, dem Kühlmittel geringe Mengen Methan zuzusetzen, um die Graphit-Kohlenaioxia-Reaktion zu verhindern.
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Methan" wird jedoch imHeaktor zerstört und kann nicht immer in der erforderlichen Menge und Reinheit, die für den Zusatz . verlangt -werden, beschafft v/erden; und selbst wenn es beschafft werden kann, ist es kostspielig. Demgemäß ist bereits vorgeschlagen worden, dai das Methan aus den radiolytisehen Zersetzungsprodukten des KohlendioxidkUhlmittels und Methans (das heißt Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Wasser) produziert werden sollte, wobei diese Reaktion durch Überleiten des Kühlmittels über einen geeigneten Katalysator gefordert wird. Es ist weiter vorgeschlagen worden, die Ausbeute an Methan durch Zugabe von v/asser in das umlaufende Kühlmittel vor dessen Überleiten über den Katalysator zu. - erhöhen.
Q-emäß der vorliegenden Erfindung wird das Kohlendioxid .-.-■ für die Kühlung eines Kohlendioxid-gekühlten, Sraphit-moderierten Kernreaktors -mit-'Wasserstoff gemischt und über einen Katalysator geleitet, welcher geeignet ist, die Reaktion zwischen Kohlendioxid und Wasserstoff■zwecks Herstellung von Methan zu fördern, wobei der Viasserstoff durch Elektrolyse erhalten wird.; . ; : ; : ■■-.","
Die elektrolytische Anlage, in welcher der v/ass er stoff produziert wird, kann auch argonfreien Sauerstoff für den Verbrauch in einer Kohleninonoxid-Sauers-tof f-Wierlervereinigungs— einheit liefern. Eins solche Einheit entfernt Kohlenmonoxid 'aus dem durch den Reaktor zirkulierenden Kühlmittel durch Umwandlung des Kohlenmonoxids in Kohlendioxid. Dieses Kohiehdioxid kann als. Sins atz gas, das dem -Wasserstoff zugefügt wird, verwendet werden, aber es sollte weitgehend vom Kohlenmonoxid" durch Überleiten, über z.B. Kupferoxid befreit werden, weil Kohlenmonoxid die Reaktion zwischen Wasserstoff und Kohlendioxid stört* In einem wahlweisen Verfahren wird der Viasserstoff zugesetzt durch eine Anzapfleitung aus der Koiilendioxid'-Auffüllungsleitung zu dem Reaktor-Küh-lmittelkreislauf .· Ein geeigneter -KätaXysator für die Förderung der Reaktion zwischen Kohlendioxid und ¥asserstoff zur Herstellung von Methan ist HickeX. Katalysator tempera tür en von 300 - 4000C sind im allgemeinen erforderlicJi, Bei der Reaktion fällt Wasser an, und
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• - ::WWD ORIGINAL
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die iiaaptmenge dieses Wassers wird vorzugsweise entfernt, bevor die Einspeisung in den Reaktor-Hauptkühlkreislauf vorgenommen wird. Die Entfernung des Wassers kann in einem herkömmlichen Wasserkühler und Abtrenner ausgeführt werden.
Das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlendioxidvin der Zuführungsleitung zu -lern Katalysatorbett wird so ausgewählt bcw. eingestellt, naß es die gewünschte Konzentration an !•Iethan in dem Reaktorkühlmittel ergibt.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, welche eine graphische Darstellung eines geeigneten Kühlmittelkreislaufes für einen Kernreaktor ist, beschrieben.
In der Zeichnung wird ein Kernreaktor 1 gezeigt. Kohlendioxid-Kühlmittel verläßt den Reaktor durch die leitung 2 in ; einer Menge von 100,000. lbs/h bzw, 45 t/h. Zehn Prozent dieses G-ases (10,000 lbs/h bzw. 4,5 t/h) wird durch Leitung 3 abgezapft für die Trockner-Regenerierung wie oben beschrieben. Der Rest (90,000 lbs/h = ~ 40 t/h) wird durch die Leitung 4 durch den Wärmeaustauscher 5 und den Wasserkühler 6 geführt, und dann lurch die Leitung 15 zu dem Trockner 7, bevor er in den Reaktor über"die Leitung 8, den Wärmeaustauscher 5 und die Leitung 9 zurückkehrt. Eine weitere Anzapfleitung 10 entnimmt 15f000 lbs/h (3.^00 kg/h) und führt diese durch eine Kohlenmonoxid/Sauerstoff-Wiedervereinigungseinheit 11 nach der Zumischung von 44 lbs/h Sauerstoff, worauf das Gas zur Leitung 4 zurückgeführt wird. Der Sauerstoff wird von einer Elektrolyse-Einheit 12 geliefert. Die Einheit 12 sieht auch 5,5 ■6,0 lbs/h (2,5 - 3 kg/h) Wasserstoff für ein Katalysatorbett 13 vor, welches eine Zufuhr von 30 lbs/h Kohlendioxid besitzt. Das Katalysatorbett enthält einen aickelkatalysator, der auf 300 - 4000G gehalten wird, und der Wasserstoff und das Kohlendioxid reagieren unter Bildung von Methan nach der Gleichung
CO2 + 4H2 = GH4 + 2H2O
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Wasser wird auch produziert, und der Hauptteil davon wird in einem Wasserkühler und Trenner 14 entfernt, bevor das Einspeisegas in die Leitung 15 eintritt, um durch den Trockner 7 und den Wärmeaustauscher 5 zu dem Reaktor 1 zu laufen. Ein zweiter Trockner 7fist auch vorgesehen. Ein Trockner wird re- * generiert, während der andere im Betrieb ist. Die Regeneration wird vorgenommen durch Überleiten des abgezapften heißen Gases aus Leitung 3 (10,000 lbs/h bzw. 4,5 t/h) durch den Trockner in umgekehrter Richtung zum Durchfluß für die Trocknung, wobei das nasse Gas durch den Waeserkühler und den Trenner 14 gemeinsam mit dem Einspeisegas aus Kohlendioxid und Methan geschickt wird, : , :
Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich .vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen— oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind. -
■ Patentansprüche
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Claims (5)

  1. 69 105 Btt/A 15. 7. 1969
    Patentansprüche
    fly Verfahren zur Verhinderung oder Herabsetzung der. Reaktion zwischen Kohlendioxid-Kühlmittel und einem G-raphitmoderator in einem Kernreaktor, bei welchem Methan in das Kühlmittel eingeführt wird, gekennzeichnet durch, die folgenden Verfahrensschritte: Herstellung von Wasserstoff durch. Elektrolyse von Wasser, Mischen dieses "Wasserstoffs-mit Kohlendioxid und Überleiten dieses Gemisches über einen Katalysator, welcher geeignet ist, die Reaktion zwischen Kohlendioxid und Wasserstoff zur Herstellung von Methan zu fördern.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff ebenfalls durch Elektrolyse von Wasser hergestellt und dieser Sauerstoff dazu verwendet wird, Kohlenmonoxid in Kohlendioxid zu konvertieren in dem Kohlendioxid-Kühlmittel, welches durch den Reaktor zirkuliert hat. " ' .
  3. 3. Verfahren nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff dem Kohlendioxid-Kühlmittel zugesetzt wird, welches durch den Reaktor und durch die Anlage für die Umwandlung von Kohlenmonoxid in dem Kühlmittel zu Kohlendioxid zirkuliert hat.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch. T1 dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff dem Kohlendioxid-Nachschub zu dem Reaktor-Kühlmittel zugesetzt wird. -
  5. 5. Kernreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß er nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4 betrieben ist.
    0 0 9 8 Ί 1 /0952
    Leersei te
DE19691936048 1968-07-17 1969-07-16 Kernreaktor und Verfahren zu seinem Betrieb Pending DE1936048A1 (de)

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JP (1) JPS516320B1 (de)
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