DE2621313A1

DE2621313A1 - Verfahrenseinrichtung zum durchfuehren von endothermischen hochtemperatur- reaktionen

Info

Publication number: DE2621313A1
Application number: DE19762621313
Authority: DE
Inventors: Ronald Francis Briody; Geoffrey Coast
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1975-05-15
Filing date: 1976-05-13
Publication date: 1976-11-25
Also published as: JPS5214581A; US4046630A; JPS6025186B2; GB1486035A

Description

DR. BERG DIPL.-INC. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE ο ^ ο-t ο-ϊ

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45

Anwaltsakte 27 040

United Kingdom Atomic Energy Authority

London SWlY 4QP / Großbritannien

Verfahrenseinrichtung zu ··. Durchführen von endothermisehen Hochtemperatur-Reaktionen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verfahrenseinrichtung zum Durchführen von endothermischen chemischen Reaktionen unter Verwendung der von einem Kernreaktor erzeugten Wärme. Eine solche Reaktion ist etwa ein endothermischer Reformierprozess ζ. B. zum Reformieren von Methan und

609848/0712

8 MOnchen 80, MauerkircherstraBe 45 Banken: Bayerische Vereinsbank MUnchen 453100

Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank MUnchen 3892623

TELEX: 0524560 BERG d Postscheck MUnchen 65343-808

COPY

Dampf zur Gewinnung von Wasserstoff. Zum Liefern der für ein solches Verfahren notwendigen Wärme läßt sich das von einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor erzeugte Heißgas mit Vorteil verwenden. Dabei ergeben sich jedoch gewisse Schwierigkeiten hinsichtlich der Verteilung und Aufnahme der in einem zentralen Reaktor erzeugten großen Wärmemengen in den üblicherweise stark unterteilten Eeaktionszonen der mit der Wärme betriebenen Verfahrenseinrichtungen.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine mit einem als zentrale Wärmequelle für die Lieferung der für ein Verfahren notwendigen Wärme dienenden gasgekühlten Hochtemperaturreaktor verbindbare Verfahrenseinrichtung wenigstens eine Reihe von zueinander parallelen Reaktionsrohren, welche jeweils eine Reaktionszone für eine endothermesehe chemische Reaktion einschließen, die Reaktionsröhren umgebende Leitungen für ein heißes Gas zum Beheizen der Röhren, ein erstes Paar Hauptleitungen für die Zufuhr von Reagentien zu jeweils einem Ende der Reaktionsröhren und zum Abführen der Reaktionsprodukte vom jeweils anderen Ende der Reaktionsröhren, und ein zweites Paar Hauptleitungen für die Zufuhr von Heizgas zu einem Ende der Heizgasleitungen und zum Abführen des Heizgases vom jeweils anderen Ende der Heizgasleitungen. Die Heizgasleitungen sind vorzugsweise durch eine ringförmige Reihe von Bohrungen in der Wandung der einen Katalysator enthaltenden Reaktionsröhren gebildet. Die jeweiligen Haupt-

609848/071 2

leitungen sind mit den Reaktionsröhren bzw. den Heizgasleitungen vorzugsweise über verformbare "Verbindungsstücke, etwa Rohre kleinen Durchmessers verbunden. Die verformbaren Verbindungsstücke sind vorzugsweise mühelos zusammenquetschbar, um damit einzelne EeaktionsrÖhren dichtend abzusperren, so daß sie und/oder der darin enthaltene Katalysator anschließend ausgewechselt bzw. erneuert werden können.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer Verfahrenseinrichtung einer mit Nuklearwärme betriebenen Reformieranlage und

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Reaktionsröhre in einer zu ihrer Achse normalen Ebene.

Ein in Fig. 1 dargestellter gasgekühlter HoentemperaturKernreaktor 1 hat wenigstens zwei sekundäre Wärmetauscher-Kreisläufe, von denen der eine einen mit Helium betriebenen Wärmetauscher 2 für die Gewinnung von Reaktionswärme aufweist und der andere zur Erzeugung von Wasserdampf für die Speisung einer einen Wechselstromgenerator 4 treibenden Türbine 3 dient. Eine Leitung 5 führt das heiße Helium mit einer Temperatur von ca. 850° und einem Druck von 50 Bar einer Methan/Dampf-Ref ormiereinrichtung 6 zu. Das abgekühlte Helium strömt über eine Leitung 7 zum Wärmetauscher 2 zurück. Die Zeichnung zeigt

, 6 09848/0712

lediglich eine mit einem Wärmetauscher 2 verbundene Verfahrenseinrichtung. In der praktischen Ausführung sind so viele Wärmetauscher und Verfahrenseinrichtungen vorhanden, wie für die Aufnahme der vom Reaktor freigesetzten Wärme notwendig sind. Jede Verfahrenseinrichtung enthält eine Reihe von senkrecht nebeneinander angeordneten Reaktionsröhren 8. Die Röhren 8 sind jeweils über eine eigene Heizgasleitung beheizbar, welche die Form einer ringförmigen Anordnung von Bohrungen 9 in der Wand der Röhre hat (Fig. 2). Für die Speisung der Bohrungen 9 mit heißem Helium sind diese über Verbindungsstücke 10 mit einer Hauptleitung 12 verbunden, welche sich waagerecht entlang dem unteren Teil der Verfahrenseinrichtung erstreckt. Zum Abführen des abgekühlten Heliums sind die Bohrungen 9 an ihren oberen Enden über Verbindungsstücke an einer weiteren Hauptleitung 13.angeschlossen, welche über die Leitung 7 mit dem Wärmetauscher 2 verbunden ist. Ein zweites Paar sich waagerecht entlang der Reihe der Reaktionsröhren erstreckender Hauptleitungen dient zum Zuführen der Re agent i en zu den Reaktionsröhren und zum Abführen der Reaktionsprodukte. Eine obere Hauptleitung 14 dieses Paares ist an einem Ende verschlossen und erhält am anderen Ende ein Methan-Dampfgemisch zugeführt. Dieses wird den einzelnen Reaktionsrohr en 8 über parallel angeordnete Verbindungsstücke 16 zugeführt und strömt in diesen abwärts über einen Katalysator hinweg.. Unter der Einwirkung der hohen !Temperatur werden die Reagentiem

609848/0712

zu Wasserstoff und Kohlendioxid reformiert. Dieses Gemisch strömt dann über Verbindungsstücke 17 in die untere Hauptleitung 15 des Paares. Vorzugsweise ist ein Wärmetauscher zum Vorwärmen der Eeagentien durch die Wärme der Reaktionsprodukte vorgesehen.

Die Verbindungsstücke 10, 11 und 16, 17 sind kurze, verformbare Spiralrohre, welche sich unter Einwirkung der hohen Temperaturen ohne Gefahr verformen können. Falls an einer der den Katalysator enthaltenden Reaktionsröhren Schaden auftreten, kann diese durch Zusammenquetschen der Verbindungsstücke dichtend abgesperrt werden. Zu einer späteren Zeit können die Verbindungsstücke dann abgeschnitten und die betreffenden Röhren ausgewechselt werden. In gleicher Weise kann vorgegangen werden, wenn der Katalysator erneuert werden muß. Es können zwei zu beiden Seiten der waagerechten Hauptleitungen 12, 13 und 14, 15 angeordnete Reihen von Reaktionsröhren 8 vorhanden sein, welche dann gemeinsam an den Hauptleitungen angeschlossen sind.

In einer Ausfuhrungsform hat jede Reaktionsröhre einen Innendurchmesser von ca. 101,6 mm und eine Gesamtlänge von ca. 24· bis 27 m, wobei das Mittelstück in einer Länge von ca. 18 bis 20 m mittels in Wärmetauschern im Primärkreis des Reaktors erhitzen Heliums beheizt wird. Die Reaktionsröhren sind in gegenseitigen Abständen- von 200 bis 250 mm in Reihen senkrecht nebeneinanderstehend angeordnet. Jede Reihe enthält etwa 600 Röhren wobei

609848/0712

für die Aufnahme der einer Leistung von 250 MW entsprechenden Wärmemenge zwei solche Reihen notwendig sind. Die Reaktionsröhren sind vorzugsweise in SchlüsseHochähnlichen Ausschnitten von im oberen Teil der Einrichtung angeordneten Tragschienen aufgehängt und sitzen mit ihren unteren Enden in ähnlichen Schlüsselloch-Ausschnitten einer Halterung, welche eine ungehinderte Wärmedehnung zuläßt. Der Kernreaktor 1 erzeugt beispielsweise eine einer Leistung von 3 000 MW entsprechende Wärmemenge,

von welcher etwa die Hälfte für den Betrieb der Reformieranlage und die andere Hälfte zum Erzeugen von Dampf für die Stromerzeugung verwendet werden kann. Die für das Verfahren verwendete, der Leistung von 1 500 MW entsprechende Wärmemenge wird in sechs Wärmetauschern mit einer Leistungsaufnahme von Jeweils 250 MW auf den Heliumkreislauf übertragen. Jeder Wärmetauscher speist eine mit den Reaktionsröhren bestückte Verfahrenseinrichtung, so daß also sechs solche Verfahrenseinrichtungen betrieben werden können.

609848/0712

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahrenseinrichtung zum Durchführen von ende— thermischen Hochtemperaturreaktionen mit Hilfe eines in einer Anzahl von Reaktionszonen verteilten Katalysators, g e k e η η ζ eichnet durch wenigstens eine Reihe von parallelen Reaktionsröhren (8), welche jeweils eine Reaktionszone enthalten und einzeln über diese umgebende Leitungen (9) beheizbar sind, wobei die Leitungen parallel miteinander an Hauptleitungen (12, 13) angeschlossen und von einem über diese zugeführten, in einem Kernreaktor (1) erhitzten Gas durchströmt sind.

2. Verfahrenseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (9) in den Wandungen der Reaktionsröhren (8) gebildet sind, welche mit Reagentien gespeist sind und aus denen Reaktionsprodukte abgeführt werden.

3. Verfahrenseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß die Reaktionsröhren (8) und die Gasleitungen (9) über verformbare Rohre (10, 11 bzw. 1<5, 17) mit ihnen zugeordneten Hauptleitungen &12, 13 bzw. 14, 15) verbunden sind, und daß die verformbaren Rohre zum Absperren ^ede» beliebigen Reaktionsröhre und/oder Gasleitung zusammanquetsehbar sind, so daß die betreffende Röhre wenn erforderlich unter Durchschneiden der betreffenden Rohre auswechselbar ist..

, 609848/0712

4. Verfahrenseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsröhren (8) in parallelen Reihen mit senkrechter Achse angeordnet und über waagerechte Hauptleitungen mit Reagentien und Heizgas gespeist sind.

5- Verfahrenseinrichtung nach webigstens einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasleitungen (9) koaxial mit den Reaktionsröhren (8) angeordnet sind und daß die Reaktionsröhren an beiden Enden über die Heißgasleltungen hervorstehen und an den Enden über die verformbaren Rohre mit den Hauptleitungen verbunden sind.

609848/0712