DE2532630C2

DE2532630C2 - Verfahren und Anlage zum Beladen von einem in einen Anreicherungsprozeß eingeleiteten aus Wasserstoff bestehendem oder Wasserstoff als Gemischkomponente enthaltenden Einspeisestrom mit Deuterium mit Hilfe von Wasser naturlicher Deuteriumkonzentration als Deuterium-Spender

Info

Publication number: DE2532630C2
Application number: DE19752532630
Authority: DE
Inventors: Mehmet Sahabettin Dipl-Ing Zollikerberg Silberrnng Ludwig Dipl Ing Dr Zurich Ergenc, (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1975-07-16
Filing date: 1975-07-22
Publication date: 1977-09-29
Also published as: JPS5850770B2; FR2317960B1; CH592573A5; JPS5213098A; FR2317960A1; GB1556182A; DE2532630B1

Description

da die erforderliche Erwärmung im Gemisch selbst erzeugt wird, können die Investitionskosten für einen erfindungsgemäßen Nachwärmer gegenüber einem von einer fremden Heizquelle beheizten Nachwärmer wesentlich reduziert werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine höhere Temperatur des Gemisches erreicht werden kann, bei einer maximal zulässigen Betriebstemperatur für das für den Nachwärmer vorgesehene Material (bekanntlich nimmt die zulässige Materialbeanspruchung mit ansteigender Temperatur ab).

Da bei dem eifindungsgemäßen Nachwärmer keine Temperaturdifferenzen zwischen dem Heizmittel und dem zu beheizenden Gemisch vorhanden sind, kann das Gemisch auf die für das verwendete Material zulässige Temperatur erhitzt werden. Bekanntlich wird aber eine um so höhere Beladung des Wasserstoffes an Deuterium in einer Trennstufe erreicht je höher die Austauschtemperatur ist, die mit der im Nachwärmer herrschenden Temperatur identisch ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Die Figur zeigt in schematischer Darstellungsweise einen Teil einer Beladungsanlage, wie sie vollständig in der F i g. 1 des Hauptpatents dargestellt ist. Hierbei entsprechen die Destillationskolonnen 61 und 62 etwa den Destillationskolonnen 4 und 3 und Wärmeaustauscher 63 dem Wärmeaustauscher 8 und die Trennstufe 64 der Trennstufe 18 der in F i g. 1 dargestellten Anlage der Hauptanmeldung. An den Nachwärmer 65, der als Brennkammer mit einem nichtdargestellten Brenner und mit einer nichtdargestellten üblichen elektrischen Zündvorrichtung und einer Flammenüberwachungseinrichtung ausgerüstet ist, ist eine Einspeiseleitung 66 angeschlossen, in welcher ein Ventil 67 zur Einstellung der gewünschten Sauerstoffmenge angeordnet ist. In die an den unteren Teil der Destillationskolonne 62 angeschlossenen Einspeiseleitung für das Gemisch mündet eine, ein Einstellorgan 68 aufweisende Leitung 69 für die Einleitung von Ergänzungswasserstoff.

Die Stelle, an der der Ergänzungswasserstoff in die Anlage eingespeist wird, richtet sich nach der Deuteriumkonzentration des zur Verfügung stehenden Wasserstoffes, d. h. der Begriff »entsprechende Deuteriumkonzentration« bedeutet, daß man den Ergänzungswasserstoff an einer solchen Stelle in die Anlage einspeist, in welcher die Dcuteriumkonzentraiion de·, Anlagenwasserstoffes etwa die gleiche Deuteriumkon· zentration aufweist.

Im folgenden wird die Betriebsweise des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert, wobei, wie bereits erwähnt, der übrige Teil der Anlage derjenigen von Fig. 1 der Hauptanmeldung entsprechen soll und zu deren Betriebsweise auf die Beschreibung des Hauptpatents verwiesen wird.

Nachdem in der Destillationskolonne 61 das aus Wasserstoff bzw. Wasserstoff als Gemischkomponente enthaltenden und aus Wasserdampf bestehende Gemisch durch Isotopenaustausch mit entgegenströmendem Wasser natürlicher Deuteriumkonzentration mit Deuterium beladen worden ist, wobei der Isotopenaustausch zwischen dem Wasser und dem Wasserdampf stattfindet (die Deuteriumkonzentration des Wasserstoffes ändert sich in den einzelnen Kolonnen praktisch nicht, sondern er wird quasi als Ballast mit durch die Kolonnen transportiert), wird das Gemisch im Überhitzerteil des Gegenstromwärmeraustauschers erhitzt. Anschließend wird das Gemisch im Nachwärmer 65 aufgrund einer Verbrennung einer Teilmenge des Wasserstoffes mit Hilfe von einer dosiert eingeleiteten Sauerstoffmenge weiter erhitzt und sodann in die Trennstufe 64 eingeleitet, in welcher eine Deuterium-Übertragung aus dem überhitzten Dampf auf den Wasserstoff erfolgt so weit, bis sich das chemische Gleichgewicht hinsichtlich der Deuteriumkonzentration zwischen beiden Komponenten des Gemisches entsprechend der Überhitzungstemperatur eingestellt hat. Die Trennstufen enthalten eihen Katalysator z. B. Platin oder Nickel. Das Gemisch durchströmt sodann den Kühlerteil des Wärmeaustauschers 63, in welchem es sich durch Wärmeaustausch mit dem entgegenströmenden Gemisch abkühlt, beispielsweise bis auf nahezu die Sättigungstemperatur des Wasserdampfes. Sodann wird das Gemisch in den unteren Teil der Destillationskolonne 62 eingeleitet, in welcher der Wasserdampf in Isotopenaustausch mit entgegenströmendem Wasser natürlicher Deuteriumkonzentration tritt und hierbei mit Deuterium beladen wird.

Im Überhitzungsteil des Wärmeaustauschers 63 wird z. B. das Gemisch auf ca. 600⁰C erwärmt und im Nachwärmer 65 um beispielsweise 10-50⁰C weiter erhitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

in Kontakt gebracht wird und daß das Gemisch jeweils

Patentansprüche- ^vor Einleitung in eine Trennstufe überhitzt wird, in

ι atentansprucne. _we|_cher Trennstufe Wasserdampf mit Wasserstoff J_n

1 Verfahren zum Beladen von einem in einen Kontakt gebracht wird und daß das Gemisch sodann Anreichemngsprozeß eingeleiteten aus Wasserstoff 5 durch Wärmeaustausch mit dem einer Trenns.ufe bestehenden oder Wasserstoff als Gemischkompo- zugeführten Gemisch gekühlt wird und d-ß schließlich nente enthaltenden Einspeisestrom mit Deuterium der vom Wasserdampf getrennte Emspe.ses rom aus mit Hilfe von Wasser natürlicher Deuteriumskon- dem Gemisch mit hochster Deu e umkonzentration ,„ zen.ration als Deuterium-Spender, wobei in einem den monothernien oder b thermeη An e cherungspro-Gegenstromvcrfahren in mehreren in bezug auf .o zeß eingespeist, dort in Isotopenaus ausch m, einem zunehmende Deuteriumkonzentration in Serie ge- Wasserstoff als Komponente en haltenden flussigen schaltern Destillationskolonnen Wasser mit dem Austauschm.ttel gebracht und zusammen mit dem Wasserdampf des den Kolonnen zugeführten, aus abgetrennten und wieder verdampften Wasser über-Wasserdampf und Wasserstoff bestehenden Gemi- hitzt wird und in diejenige Trenns.ufe mit der sches in Kontakt gebracht wird und das Gemisch -5 niedrigsten Deuter.umkonzentrat.on eingespeist wird jeweils vor Einleitung in eine Trennstufe überhitzt und daß daran enscMießend das Gemisch nach Kühlung wird, in welcher Trennstufe Wasserdampf mit in die Destillationskolonne mit der niedrigsten Deuteri-Wasserstoff in Kontakt gebracht wird, und wobei umkonzentration des Gemisches eingeleitet wird,
das Gemisch sodann durch Wärmeaustausch mit Eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens ist

dem einer Trennstufe zugeführten Gemisch gekühlt 20 gekennzeichnet durch mehrere in bezug auf die wird und schließlich der vom Wasserdampf getrenn- zunehmende Deuteriumkonzentration des Gemisches in te Einspeisestrom aus dem Gemisch mit höchster Serie geschaltete Destillationskolonne^ welche An-Deuteriumkonzentration in den monothermen oder Schlußleitungen für die Zuleitung und Ableitung von bilhermen Anreicherungsprozeß eingespeist, dort in Wasser aufweisen und durch im Stromungsweg des Isotopenaustausch mit einem Wasserstoff als Korn- 25 Gemisches angeordnete Trennstufen, welche jeweils ponente enthaltenden flüssigen Austauschmittel einem rekuperativ arbeitenden Überhitzer nachgeschalgebracht und zusammen mit dem abgetrennten und tet und jeweils einem rekuperativ arbeitenden Kühler wieder verdampften Wasser überhitzt wird und in vorgeschaltet sind, und durch mindestens einen von diejenige Trennstufe mit der niedrigsten Deuterium- einer fremden Heizquelle beheizten Nachwärmer, und konzentration eingespeist wird und daran anschlie- 30 weiterhin gekennzeichnet durch mindestens einen ßend das Gemisch nach Kühlung in die Destillations- Kondensator im Strömungsweg des Gemisches nach kolonne mit der niedrigsten Deuteriumkonzentra- der höchsten Beladung des Wasserstoffes mit Deuterition des Gemisches eingeleitet wird nach Haupt- um vor seiner Einspeisung in die Anreicherungsanlage, patent 22 41047, dadurch gekennzeich- weiter durch einen Verdampfer für das auskondensierte net, daß jeweils zur Nachüberhitzung des Gemi- 35 Wasser und eine Rückführung des erhaltenen Wassersches vor seiner Einleitung in eine Trennstufe in das dampfes und des in der Anreicherungsanlage an Gemisch Sauerstoff eingeleitet wird, wobei ein Teil Deuterium abgereicherten Gases bzw. Gasgemisches in des Wasserstoffes des Gemisches zu Wasser die Beladungsanlage.

verbrennt und der zu Wasser verbrannte Wasser- Nachwärmer, die von einer fremden Heizquelle

stoff durch Einleitung einer entsprechenden Wasser- 40 beispielsweise von Brenngas beheizt werden, sind stoffmenge an einer Stelle entsprechender Deuteri- äußerst kostspielige Apparate. So müssen alle Apparaumkonzentration ergänzt wird. teteile für den relativ hohen Temperaturbereich
2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach ausgelegt werden. Wenn beispielsweise das Gemisch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf ca. 600°C erwärmt werden soll, so müßte z.B. das Element zur Nachüberhitzung des Gemisches 45 Brenngas von ca. 700⁰C in den Nachwärmer eingeleitet aus einer eine Zündvorrichtung enthaltenden Brenn- werden, worin eine Wärmeübertragung durch die kammer (65) besteht und an eine Zuführleitung (66) Wärmeaustauschflächen von dem Brenngas auf das für Sauerstoff angeschlossen ist und daß eine Gemisch erfolgt.

Einspeiseleitung (69) für Ergänzungswasserstoff an Die vorliegende Erfindung hat sich eine vorteilhafte

die Anlage angeschlossen ist. 5° und wirtschaftlichere Ausführungsweise der Nachwär-

mung des Gemisches zur Aufgabe gemacht.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch

gelöst, daß jeweils zur Nachüberhitzung des Gemisches vor seiner Einleitung in eine Trennstufe in das Gemisch

In dem Hauptpatent 22 41047 wird ein Verfahren 55 Sauerstoff eingeleitet wird, wobei ein Teil des zum Beladen von einem in einen Anreicherungsprozeß Wasserstoffes des Gemisches zu Wasser verbrennt und eingeleiteten aus Wasserstoff bestehendem oder Was- der zu Wasser verbrannte Wasserstoff durch Einleitung serstoff als Gemischkomponente enthaltenden Einspei- einer entsprechenden Wasserstoffmenge an einer Stelle sestrom mit Deuterium mit Hilfe von Wasser natürli- entsprechender Deuteriumkonzentration ergänzt wird, eher Deuteriumkonzentration als Deuterium-Spender 60 Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung besteht darin, daß jeweils das Element zur beschrieben. Nachüberhitzung des Gemisches aus einer eine

Die Merkmale des Hauptpatents bestehen darin, Zündvorrichtung enthaltenden Brennkammer besteht daß in einem Gegenstromverfahren in mehreren in und an eine Zuführleitung für Sauerstoff angeschlossen bezug auf zunehmende Deuteriumkonzentration in 65 ist und daß eine Einspeiseleitung für Ergänzungswasser-Serie geschalteten Destillationskolonnen Wasser mit stoff an die Anlage angeschlossen ist.
dem Wasserdampf des den Kolonnen zugeführten, aus Dadurch, daß bei der Erfindung im Nachwärmer

Wasserdampf und Wasserstoff bestehenden Gemisches keine wärmeübertrage'iden Flächen erforderlich sind,