DE2358372A1 - Verfahren zur nutzung der waermeenergie eines hochtemperatur-kernreaktors mittels vergasen von festen, kohlenstoffhaltigen materialien - Google Patents

Verfahren zur nutzung der waermeenergie eines hochtemperatur-kernreaktors mittels vergasen von festen, kohlenstoffhaltigen materialien

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Description

Rheinische Braunkohlenwerke AG., 5 Köln 1, Konrad-Adenauer-Ufer
Verfahren zur Nutzung der Wärmeenergie eines Hochtemperatur-Kernreaktors mittels Vergasen von- festen, kohlenstoffhaltigen Materialien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung der Wärmeenergie eines Hochtemperatur-Kernreaktors mittels Vergasen von festen, kohlenstoffhaltigen Materialien zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasen.
Es sind bereits verschiedene Möglichkeiten beschrieben worden, die Wärmeenergie des Hocherhitzten Kühlmittels eines Hochtemperatur-Kernreaktors, das nach Kühlung in diesen im Kreislauf zurückgeführt wird, auszunutzen, z. B. durch Vergasen von Kohle oder Öl mit Wasserdampf. Dabei werden angesichts der weltweiten Energieprobleme in neuer Zeit in erster Linie Überlegungen angestellt, Gase zu gewinnen, die als synthetisches Erdgas das Naturgas bei steigendem Bedarf ergänzen bzw. ersetzen können. Aus
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diesem Grunde ist man bestrebt, Produktgase zu erhalten, die möglichst hohe Anteile an Methan besitzen. Es werden daher zur Zeit insbesondere die Verfahren zur hydrierenden Vergasung der Kohle unter erhöhtem Druck entwickelt, da diese die Möglichkeit bieten, im Vergasungsreaktor vorzugsweise Methan zu bilden; diese Verfahrenstechnik ist jedoch nicht einfach.
Bei der praktischen Verwirklichung des Vergasens von Kohle sollte davon ausgegangen werden, dass der Vergasungsprozess ununterbrochen mit im wesentlichen gleichbleibender Leistung zu betreibenist. Eine Anpassung an VerbrauchsSchwankungen, wie sie im allgemeinen innerhalg bestimmter Zeiträume - im Tages- oder Wochenrhythmus - unvermeidbar sind, ist kaum möglich.
Es wurde nun gefunden, dass es keinesweges erforderlich ist, bei der Vergasung von Kohle nur den aufwendigen Weg der hydrierenden Druckvergasung zur Bildung von Methan im Vergasungsreaktor zu beschreiten bzw. die Kernkraftwerke in der Nähe von Wohn- oder Industriegebieten zu errichten. Dementsprechend ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Nutzung der Wärmeenergie eines Hochtemperatur-Kernreaktors mittels Vergasen von festen kohlenstoffhaltigen Materialien zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasen unter Senkung der Temperatur des im Kreislauf geführten Reaktor-Kühlmittels auf eine Temperatur von unter etwa 700° G. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man den oberhalb etwa 700° C liegenden Temperaturbereich des Kühl-
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mittels unter indirektem Wärmetausch zur Vergasung von Kohle mit Wasserdampf und ggf. erhöhten Drücken in Kohlenoxide und Wasserstoff enthaltende Gase nutzt sowie das erhaltene Kohlenmonoxid für mindestens zwei verschiedene' chemische Umwandlungsprozesse einsetzt, wobei einer dieser Prozesse, gegebenenfalls unter Torschaltung einer Konvertierungsstufe für das Kohlenmonoxid und/oder einer Entfernung von Kohlendioxid, die Bildung von Methan umfasst. Das als Wärmeträger aus dem HochtempeBfcur-Kernreaktor herausgefhrte Kühlmittel besteht im allgemeinen aus ,Helium, das z. B..auf 1000° C erhitzt ist. Es wird angestrebt, derartig gekühlte Kernreaktoren dahin zu entwickeln, dass das Helium auch mit höheren
.0
Temperaturen, etwa bis 12000 C, als Wärme abgebendes Mittels zum Einsatz kommen kann. Da das Helium nicht verunreinigt werden darf, wenn es nach Kühlung in den Kernreaktor zurückgeführt werden soll, kann es nur im indirekten Wärmetausch bei der Vergasung der Kohle eingesetzt werden, die in bekannter Weise durchgeführt werden kann. Es kann mit besonderem Vorteil Braunkohle vergast werden. Dabei kann es zweckmässig sein, die Vergasung stufenweise durchzuführen derart, dass eine erste Stufe überwiegend zur Methangewinnung und die Hauptstufe zur Wassergasgewinnung benutzt werden.
Auch eine notwendig werdende Reinigung des erhaltenen Gases kann mit üblichen Verfahren erfolgen. Ein Teilstrom des Gases wird zur Methanisierung des in ihm enthaltenen Kohlenmonoxid, gegebenenfalls auch von Kohlendioxid, eingesetzt, die zweckmässig in Gegen-
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wart bekannter Katalysatoren erfolgt. Gegebenenfalls kann bereits bei der Vergasung gebildetes Methan aus dem Gas abgetrennt und dem Methan aus der Methanisierung zugeführt werden, üie Ver- i wertung des Methans kann in üblicher Weise erfolgen, z. B. zur Wärmeerzeugung oder als chemischer Rohstoff. Auch die Ausnutzung der bei der Methanisierung frei-werdenden Wärme erfolgt in bekannter Weise, z. B. zur Strom- oder Dampferzeugung. Der restliche Teil des Gases wird direkt, gewünsentenfalls auch unter Einstellung des H^iCO-Verhältnisses z. B. durch Einschaltung einer Konvertierung des CO oder einer Anlage zur Erhöhung des CO-Anteils, zu einer anderweitigen chemischen Umsetzung geführt. Vorteilhaft ist z. B. eine Einstellung des CO: !^-Verhältnisses auf 1:3 bereits durch entsprechende Gasaufbereitung in der Kohlevergasungsanlage, wenn vorwiegend an eine Nachmethanisierung in einem Bevölkerungs-Ballungsgebiet gedacht wird, da dann neben dem Methan nur Wasserdampf als Nebenprodukt anfällt und sich somit eine CO^-Vfäsche am Ort der Nachmethanisierung erübrigt. Durch eine vorgeschaltete Gaszerlegung lässt sich aus diesem Gasgemisch jede beliebige andere Gaseinstellung bewerkstelligen. Dabei kann auch der Einsatz als Reduktionsgas für die Eisenerzaufbereitung von Vorteil sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, diesen Gasstrom ganz oder teilweise z. B. zur Gewinnung von reinem Wasserstoff oder von Methanol-Synthesegas zu benutzen. Um eine Methanol-Synthese vorteilhaft durchführen zu können, wird ein CO-Hp-Verhältnis von 1:2,2 angestrebt, das am günstigsten bereits durch geeignete Gasaufbereitung in der Kohlevergasungsanlage erreicht wird. Zur
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Methan-Synthese ist hierbei eine Vorkonvertierung von CO2IH2 von 1:3 zweckmässig, an die sich eine C02-Wäsche am Ort der Nachraethanisierung anschliesst. Diese Variante bietet günstige Verfahrensmöglichkeiten, da sowohl eine Methanerzeugung, eine Methanolproduktion und auch eine Erzreduktion ermöglicht werden.
Die Ausnutzung des nicht zur Vergasung genutzten unteren Temperaturbereichs' des Kühlmittels, der bei etwa 700 - 250° C liegt, kann in bekannter Weise, soweit dies nicht durch Stromerzeugung geschieht, zweckmässig durch optimale Einstellung des Wärmehaushalts der kombinierten Verfahrensschritte, ggf. unter Abgabe von Wärme nach aussen, erfolgen. Es gelingt durch die erfindungsgemässe Kombination neben einer umweltfreundlichen Energieversorgung von z. B. in Industriebereichen oder städtischer Energieversorgung auch eine hohe Wirtschaftlichkeit dieser Versorgung sowie in hohem Masse eine Flexibilität der Gasabnahme, und zwar z. B. durch ά Grundlast bei der sekundären Verwendung des Wassergases und variable Last bei der Verwendung des Methans bzw. der Verwertung der bei seiner Bildung entstehenden Wärme.
In der Zeichnung ist das stark vereinfachte Fliess-Schema einer erfindungsgemässen Anlage dargestellt.
Das aus dem Hochtemperatur-Kernreaktor 1 kommende hocherhitzte HeÄam wird im indirekten Wärmetausch in der Kohle-Vergasungsanlage 2 au^ etwa 700° C gekühlt, anschliessend, ebenfalls im
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indirekten Wärmetausch oder z. B. mit Hilfe einer Gasturbine und eines nachgeschalteten Verdichters, unter Strlom- und Dampferzeugung in der Anlage 3 auf etwa 300° C gebracht undmit dieser Temperatur in den Kernreaktor zurückgeführt.
Das im Vergaser 2 gewonnene Wassergas wird nach Reinigung sowie Abtrennung des in ihm enthaltenen Methans und Kohlendioxids in der Anlage 4 teilweise zur Methanisierung 5 geführt, wo aus in ihm enthaltenen CO/ Methan gebildet wird. Dieses wird im Stadtversorgung sgebiet 6 zu Heiz- und Kochzwecken und unter Ausnutzung seiner Bildungswärme zur Stromerzeugung genutzt. Der restliche Gasstrom gelangt zum Teil zur Erzreduktionsanlage 7, zum Teil wird er in der Syntheseanlage 8 zu Methanol umgesetzt.
Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens gemäss der Erfindung besteht darin, dass es umweltfreundlich ist. Reaktor und Vergaser können vom Ort des Verbrauchs bzw. der Methanisierung räumlich getrennt angeordnet sein. SämtlicheFormen der bei der Methanisierung gewonnenen Energie - also Methan, Wärme und/oder elektrischer Strom - sind hinsichtlich ihrer Herstellung und auch in Bezug auf ihren Verbrauch umweltfreundlich.
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Claims (3)

P. atentansprüche
1. Verfahren zur Nutzung der Wärmeenergie eines Hochtemperatur-Kernreaktors mittels Vergasen von festen kohlenstoffhaltigen Materialien zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasen unter' Senkung der Temperatur des im Kreislauf geführten Reaktor-Kühlmittels auf eine Temperatur von unter etwa 700° C, dadurch gekennzeichnet, dass man den oberhalb etwa 700° C liegenden Temperaturbereich des Kühlmittels unter indirektem Wärmetausch zur Vergasung von Kohle mit Wasserdampf, gegebenenfalls erhöhten Drücken, in Kohlenoxide und Wasserstoff enthaltende Gase nutzt und das erhaltene Kohlenmonoxid für mindestens zwei verschiedene chemische Umwandlungsprozesse einsetzt, wobei einer dieser Prozesse, gegebenenfalls unter Vorschaltung einer Konvertierungsstufe für das Kohlenmonoxid und/oder einer Entfernung von Kohlendioxid, die Bildung von Methan umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Braunkohle zur Vergasung bringt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite chemische Umwandlungsproζess die Reduktion von Erzen ist.
Leerseite
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