DE2651908C2

DE2651908C2 - Prozeßwärmetauscher mit erleichterter Katalysatorerneuerung

Info

Publication number: DE2651908C2
Application number: DE2651908A
Authority: DE
Inventors: Walter Ing.(grad.) 5255 Loope Jäger; Wolfgang Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Niemeyer; Helmut Ing.(grad.) 5159 Sindorf Swars
Original assignee: GHT GESELLSCHAFT fur HOCHTEMPERATURREAKTOR-TECHNIK MBH 5060 BERGISCH GLADBACH DE
Current assignee: GHT GESELLSCHAFT fur HOCHTEMPERATURREAKTOR-TECHNIK MBH 5060 BERGISCH GLADBACH DE
Priority date: 1976-11-13
Filing date: 1976-11-13
Publication date: 1985-03-07
Also published as: DE2651908A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Erwärmung und gleichzeitigen katalytischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen, bestehend aus einem beheizbaren Rohrbündel in einem druckdichten Gehäuse mit einer Füllung von Katalysatormaterial, mittels dessen hindurchgeleitetes Prozeßgas zur Reaktion gebracht wird.

Ein solcher Wärmetauscher kann beispielsweise dazu verwendet werden, ein Gemisch von Methan und Wasserdampf unter Wärmezufuhr in Wasserstoff und Kohlenmonoxyd aufzuspalten. Als Heizfluid für diesen Prozeß kann beispielsweise Helium dienen, das in einem Hochtemperatur-Kernreaktor auf eine Temperatur von ca. 1300 K aufgeheizt wird.

Derartige Wärmetauscher sind an sich in Form sogenannter Spaltrohröfen bekannt, bei denen das Spaltgas durch Rohre geleitet wird, die mit einer Füllung von Katalysatormaterial, beispielsweise von Nickeloxyd versehen sind und von außen mit dem Heizgas beaufschlagt werden. Um eine ausreichende Menge an Katalysatormaterial unterbringen und dem Spaltgas einen genügend großen Strömungsquerschnitt zur Verfügung stellen zu können, sind die Spaltrohre von verhältnismäßig großem Durchmesser und entsprechender Wandstärke, was den Wärmeübergang vom Heizgas auf das Spaltgas erschwert.

Derartige Wärmetauscher sind beispielsweise aus der DE-OS 24 12 840 bekannt. Vor allem aber ist die Erneuerung des nach einer gewissen Betriebszeit erschöpften Katalysatormaterials in Wärmetauschern dieser Art nicht befriedigend gelöst. Die als Sackrohrc ausgebildeten Spaltrohre müssen hierzu ausgebaut, d. h. der Kreislauf des Heizgases muß geöffnet werden und danach muß aus dem langen und engen Spaltrohr mühsam die Katalysatoriullung entfernt werden. Auch eignen sich solche Wärmetauscher wenig für den Betrieb bei geringeren Temperaturen, da dann die Spaltrate von Methan absinkt und zum Ausgleich hierfür ein erhöhter Durchsatz an Spaltgas notwendig wäre, um die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu gewährleisten. Dieser Erhöhung des Durchsatzes steht jedoch der mit steigender Strömungsgeschwindigkeit sehr rasch ansteigende Strömungswiderstand im Katalysatorbett entgegen, zu dessen Überwindung die Gebläseleisding auf ein nicht

mehr vertretbares Maß gesteigert werden müßte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Wärmetauscher insbesondere für die Methanspaltung zu schaffen, der einen verbesserten Wärmeübergang vom Heizfluid zum Prozcßgas aufweist und bei dem erschöpftes Katalysatormatcrial möglichst einfach ausgewechselt werden kann, und zwar ohne den Kreislauf des Heizfiuids öffnen zu müssen.

Die Lösung der Aufgabe ist von besonderer Bedeu-

tung, wenn der Prozeßwärmetauscher durch einen Kernreaktor beheizt wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Rohre von innen beheizbar sind, der Katalysator fließfähig ist und daß am oberen Ende des Gehäuses Einrichtungen für die Zufuhr und am unteren ünde des Gehäuses Einrichtungen für den Abzug des Katalysators vorhanden sind. Der Durchmesser der Rohre kann geringer gehalten und deren Wandstärke herabgesetzt werden, wodurch der Wärmeübergang verbessert wird. Um einen ausreichenden Durchsatz an Heizfluid zu bewirken, wird es einer größeren Anzahl derartiger Rohre bedürfen, die jedoch in Abhängigkeit von Durchmesser und Länge des Einzelrohres so bemessen werden kann, daß damit das Verhältnis zwischen (Zündfläche und Höhe des Wärmetauschers den Einbaugegebenheiten, z. B. in den Kavernen eines Kernreaktors angepaßt werden kann.

Werden die einzelnen Heizrohre in größerem Absiand voneinander angeordnet, so wird zwar das Kataly- satorbett bei gleicher Temperatur des Heizfiuids weniger stark erwärmt, es bietet jedoch bei gleicher Anzahl der Heizrohre dem Prozeßgas einen vergrößerten Strömungsquerschnitt, so daß ein erhöhter Durchsatz ohne Steigerung der Durchsatzgeschwindigkeit und damit

j5 des Druckverlustcs erzielbar ist. Schließlich bietet eine zwischen den Heizrohren gelegene Schüttung eines fließfähigen Katalysatormaterials wesentlich bessere Voraussetzungen für dessen Entfernung im Zuge einer Erneuerung des Katalysatorbettes, da die Zwischenräu nie zwischen den Heizrohren so durch einfaches Abflie ßen lassen des ricselfähigen Katalysatormaterials mittels entsprechender Einrichtungen entleert werden können. Der Wärmetauscher ist daher am oberen Ende mit Einrichtungen für die Zufuhr und am unteren Ende mit Einrichtungen für den Abzug von Katalysatormaterial versehen. Beide Einrichtungen zusammen ermöglichen einen raschen und problemlosen Austausch des Katalysiitormaterials und sind ohne weiteres fernbedient zu handhaben, was für Wärmelauscher in Kernenergieanhigen von besonderer Bedeutung ist. Durch Abziehen jeweils kleiner Mengen des Katalysatormaterials und Zugabe entsprechend kleiner Mengen frischen Materials kann eine kontinuierliche oder quasikontinuierliche Erneuerung des Katalysatorbettes erreicht werden. Der Kreislauf des Heizfiuids bleibt von diesen Maßnahmen unbclroffen und braucht nicht geöffnet zu werden. Durch Veränderung der Schütthöhe des Katalysatormaterials kann die Leistung des Wärmetauschers untcr- schiedlichcn Betriebsbedingungen angepaßt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Einrichtungen für die Zufuhr bzw. den Abzug des Katalysators mil gasdichten Absperrorganen versehen, die zwcckmäßigcrwcisc die Ι·'οπη von Schleusen haben, da mit der Katalysator auch bei im Gehäuse anstehendem Druck, el. h. während des Betriebes ausgewechselt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der

Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt diese einen Prozcßwärmeiauscher im Längsschnitt

Der Prozeßwärmelauscher besteht aus einer Kammer oder Kaverne 1, die mit einer Wärmeisolierung 2 versehen in dem hier nur teilweise gczeiglen Sicher- ■> hcilsbcliiillcr 3 eines Kernreaktors angeordnet ist. !>:is von diesem erhitzte I leizfhiid. hier I icliuin, strömt übi r einen Hauptkanal 4 in mehrere davon abzweigende Ni-benkanäle 5, die an ihrem oberen Ende mit Rohrboden 6 verschlossen sind. In den Rohrboden 6 sind zahlreiche Heizrohre 7 eingewalzt, von denen hier der Übersichtlichkeit halber nur wenige gezeigt sind und die selbstverständlich nicht nur die hier gezeigte gerade Form haben können, sondern auch andere der aus dem Bau von Wärmetauschern her bekannten Formen, z.B. U- η förmig gebogen oder wendelförmig sein können. Die Heizrohre 7 enden in oberen Rohrboden 8, wo das abgekühlte Heizfluid Ober weitere einzelne Kanüle 9 bis zu einem Sammler 10 und von diesem enfveder zurück zum Kernreaktor oder aber zu weiteren Wärmeverbrauchsstcllen, beispielsweise zu einem Dampferzeuger geleitel wird. Im Gegenstrom zum Heizfluid strömt d;is Prozeßgas, hier eine Mischung aus Methan und Wasserdampf aus einem Einlaßkanal Ii in die Kammer 1 und nach Umsetzung zu Wasserstoff und Kohlenmonoxyd 2^r> aus dieser über einen Auslaßkanal 12 wieder hinaus. Die Strömungsrichtung in der Kammer I von oben nach unten ist am besten geeignet, ein Katalysatorbett 13 aus einer Schüttung von Nickeloxydgranulat gegen einen doppeltrichterförmig ausgebildeten Zwischenboden 14 jo in der Kammer 1 zu drücken. An den Tiefpunkten des Zwischenboden 14 nehmen Abzugsrohre 15 ihren Ausgang, die durch als Schleusen ausgebildete Ventile 16 absperrbar sind und über die erschöpftes Katalysatormatcrial aus dem Bett 13 abgezogen werden kann. Der Nachschub an frischem Kaialysatormaterial geschieht über Zuleitungen 17, die durch weitere, ebenfalls als Schleusen ausgebildete Ventile 18 absperrbar sind, die ebenso wie die Ventile 16 mit hier nicht dargestellten Einrichtungen zur Messung der abgezogenen bzw. zugegebenen Menge an Katalysatormaterial versehen sein können. Gegenüber herkömmlichen Spaltrohröfcn gleicher Leistung weist der beschriebene Prozeßwäimctiiuscher nur etwa die halbe Bauhöhe auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

26 5ί 908 Patentansprüche:

1. Wärmetauscher zur Erwärmung und gleichzeitigen katalytischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen, bestehend aus einem beheizbaren Rohrbündel in einem druckdichten Gehäuse mit einer Füllrng von Katalysatormaterial, mittels dessen hindurchgeleitetes Prozeßgas zur Reaktion gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7) von innen beheizbar sind, der Katalysator (13) fließfähig ist und daß am oberen Ende des Gehäuses (1) Einrichtungen (17) für die Zufuhr und am unteren Ende des Gehäuses Einrichtungen (15) für den Abzug des Katalysators vorhanden sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (17 bzw. 15) für die Zufuhr bzw. den Ab^ug des Katalysators mit gasdichten Absperr- und Schleusorganen (18 bzw. 16) versehen sind.