DE2621313A1 - Verfahrenseinrichtung zum durchfuehren von endothermischen hochtemperatur- reaktionen - Google Patents
Verfahrenseinrichtung zum durchfuehren von endothermischen hochtemperatur- reaktionenInfo
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- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
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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
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
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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
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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-
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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
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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
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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
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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.
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Claims (4)
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..
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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.
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8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: SCHWABE, H., DIPL.-ING. SANDMAIR, K., DIPL.-CHEM. |
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