DE2652302C3

DE2652302C3 - Verfahren zur Gewinnung von Zink und Methanol

Info

Publication number: DE2652302C3
Application number: DE19762652302
Authority: DE
Inventors: Sebastian Dr.Rer.Nat. Klingnau Huwyler; Walter Dr.-Ing. Windisch Seifritz
Original assignee: Gesellschaft zur Foerderung der Forschung an der Eidgenoessischen Technischen Hochschule
Current assignee: Gesellschaft zur Foerderung der Forschung an der Eidgenoessischen Technischen Hochschule
Priority date: 1976-01-07
Filing date: 1976-11-17
Publication date: 1978-09-14
Also published as: CH619737A5; DE2652302B2; DE2652302A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Zink und Methanol.

Technisch wird Zink derzeit praktisch ausschließlich entweder durch karbothermische Reduktion von Zinkoxid bei Temperaturen zwischen 1200 und 1400⁰C oder durch Elektrolyse von in Schwefelsäure gelöstem Zinkoxid gewonnen. Die karbothermische Reduktion von Zinkoxid ist zwar technologisch verhältnismäßig einfach, weil hierzu nur Zinkoxid und Kokspuiver <n Schaniotteöfen unter Luftabschluß auf Temperaturen zwischen 1200 und 1400⁰C erhitzt werden muß, sie hat aber den Nachteil, daß das Zink dabei in dampfförmigem Zustand anfällt, weil der Siedepunki von Zink bei 9O5°C liegt. Zwar läßt sich der entstehende Zinkdampf von dem weiter bei diesem Verfahren als gasförmiges Reaktionsprodukt entstehenden Kohlenmonoxid ohne Schwierigkeiten durch Kondensation trenner, aber das sich an den Kondensationsflächen in Form von lockerem feinpulvrigen grauen Zinkstaub niederschlagende Zink enthält noch bis zu 15% Zinkoxid und muß daher zur Gewinnung von reinem metallischen Zink noch raffiniert werden. Man ist daher in den letzten Jahrzehnten mehr und mehr dazu übergegangen. Zink durch Elektrolyse von in verdünnter Schwefelsäure gelöstem und dort in Zinksulfat überführten Zinkoxid zu gewinnen, weil das so gewonnene Zink nahezu 100%ig reines Zink ist Das Elektrolyseverfahren erfordert jedoch einen relativ hohen Gesamtaufwand an Energie, wobei ein großer Teil in Form von elektrischer Energie aufgebracht werden muß. Berücksichtigt man die erreichbaren Wirkungsgrade bei der Umwandlung von Primärenergie in elektrische Energie, dann liegt der für das Elektrolyseverfahren erforderliche Aufwand an Primärenergie wesentlich höher als bei dem karbothermischen Reduktionsverfahren mit anschließender Raffinierung.

Neben diesen beiden heute technisch zur Zinkgewinnung ausschließlich angewandten Verfahren ist jedoch aus der Literatur (»The Gasecus Reduction of Zinc« von CG. M a i e r und O. C. Ralston, Trans. Am. Electrochem. Soc. 51, S. 339-363, 1927) auch ein Verfahren zur Reduktion von Zinkoxid mit Methan bekanntgeworden, das schon bei Reaktionstemperaturen über 700⁰C durchführbar ist und im Temperaturbereich von 800-900°C eine nahezu 100%ige Umsetzung der beiden Reaktionspartner Zinkoxid und Methan zu Zink und einem aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Mol-Verhältnis 1 :2 zusammengesetzten Abgasgemisch ermöglicht.

Bei diesem Verfahren fällt das entstehende Zink in flüssiger Form mit einem relativ hohen Reinheitsgrad an, und auch der Energiebedarf des Verfahrens kann ebenso wie bei dem karbothermischen Verfahren ausschließlich durch Primärenergie gedeckt werden, wobei der erforderliche Aufwand an Primärenergie wesentlich niedriger als bei dem Elektrolyseverfahren liegt. Nachteilig bei diesem aus der Literatur bekannten Verfahren gegenüber dem heute noch in großem Umfang für die Zinkgewinnung angewandten karbothermischen Verfahren ist jedoch, daß als Reduktionsmittel für die Zinkoxidreduktion Methan verwendet werden muß und schon für die Herstellung dieses: Methans aus Kohle doppelt soviel Kohle wie bei der direkt mit Kohle erfolgenden karbothermischen Reduktion von Zinkoxid zu Zink erforderlich ist. Dies und der nicht unbeträchtliche apparative Aufwand für die Herstellung von Methan aus Kohle sowie der Mehrbedarf an Primärenergie gegenüber dem karbothermischen Verfahren dürften die Gründe dafür sein, daß das schon lange bekannte Verfahren zur Zinkoxidreduktion mit Methan bisher in der Praxis noch nicht angewandt worden ist.

Denn bei dem karbothermischen Verfahren, das nach der Reaktionsformel

ZnO + C + 82 kcal/Mol Zn - Zn + Co

abläuft, wird wie ersichtlich zur Reduktion von einem Mol Zinkoxid nur 1 Mol Kohlenstoff benötigt, und der Energiebedarf von 82 kcal/Mol Zn für diese Umsetzung kann zu einem großen Teil durch die 67 kcal/Mol CO liefernde Verbrennung des als Reaktionsprodukt entste-

bo henden Kohlenmonoxids zu Kohlendioxid gedeckt werden, so daß im Idealiall, d. h. unter der Voraussetzung vernachlässigbarer Wärmeverluste, zur Deckung des restlichen Energiebedarfs von !5 kcal/Mol Zn nur eine Verbrennung von ca. 0,16 Mol Kohle zu

h") Kohlendioxid notwendig wäre. Bei vernachlässigbaren Wärmeverlusten würden daher bei dem karbothermischen Verfahren unter Einbeziehung der für die Aufheizung der Kohle und des Zinkoxids sowie des

Sauerstoffs für die Kohlenmonoxidverbrennung auf die Reaktionstemperatur erforderlichen Wärmeenergie und Ausnutzung der Wärmeenergie des als Abgas entstehenden Kohlendioxids hierfür /ur Reduktion von einem Mol Zinkoxid zu Zink nur ca. 1,26 Mol Kohle benötigt werden. Demgegenüber werden schon bei der Herstellung von Methan aus Kohle, die sowohl bei der hydrierenden Kohlevergasung als auch bei der Kohlevergasung mit Wasserdampf unter Einbeziehung der für die Erhitzung der Kohle und des Wasserdampfes auf die Reaktionstemperatur sowie für die Wasserverdampfung notwendigen Wärmeenergie bei vernachlässigbaren Wärmeverlusten nach der Summenformel

2 C + 2 H₂O + 40 kcal/Mol CH₄ — CH₄ + CO₂

verläuft, wie ersichtlich pro Mol CH₄ 2 Mol Kohlenstoff als Reaktionskomponenten und zusätzlich ca. 0,42 Mol Kohlenstoff zur Aufbringung der erforderlichen Wärmeenergie von 40 kcal benötigt, so daß also allein für die Herstellung des Methans aus Kohle schon 2,42 Mol Kohle pro Mol Methan und damit nahezu die doppelte Menge Kohle wie für die Reduktion eines Mols Zinkoxid zu Zink nach den karbothermischen Verfahren benötigt wird. Nun ist zwar bei diesem Vergleich noch unberücksichtigt geblieben, daß das Methan bei den Kohlevergasungsverfahren mit relativ hohen Temperaturen anfällt und daher noch eine Wärmeenergie enthält, die bei einer Abkühlung auf Raumtemperatur frei werden würde. Eine Einbeziehung dieser Wärmeenergie in den Vergleich ist jedoch deswegen nicht sinnvoll, weil die Zinkoxidreduktion im Bereich von 800-900⁰C abläuft und daher das bei der Kohlevergasung anfallende heiße Methan gar nicht abgekühlt, sondern direkt der Zinkoxidreduktion zugeführt werden würde. Für die Zinkoxidreduktion mit dem so unter Aufwendung von 2,42 Mol Kohlenstoff pro Mol Methan aus Kohle hergestellten Methan müßte nun, da diese Reaktion nach der Formel

ZnO + CH₄ + 79 kcal/Mol Zn - Zn + CO + 2 H₂

abläuft, unter Voraussetzung vernachlässigbarer Wärmeverluste eine weitere Wärmeenergie von 79 kcal/Mol Zn aufgebracht werden, was der Verbrennung •von weiteren 0,84 Mol Kohlenstoff pro Mol Zink zu Kohlendioxid entsprechen würde, so daß also schlußendlich für die Reduktion eines Mols Zinkoxid bei der Zinkoxidreduktion mit Methan selbst bei vernachlässigbaren Wärmeverlusten 3,26 Mol Kohle aufgebracht werden müßten. Nun könnte zwar die für die Zinkoxidreduktion mit Methan und die Herstellung des Methans durch Kohlevergasung notwendige Wärmeenergie von 119 kcal/Mol Zn bei vorausgesetzt vernachlässigbaren Wärmeverlusten durch Verbrennung von 73% und unter Berücksichtigung der tatsächlichen Wärmeverluste durch Verbrennung des gesamten, aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bestehenden Abgases der Zinkoxidreduktion mit Methan aufgebracht werden, so daß sich der Aufwand an Kohle wieder auf 2 Mol Kohle pro Mol hergestellten Zinks verringern würde, aber eine weitere Senkung des Kohleverbrauchs wäre bei der Zinkoxidreduktion mit Methan und Herstellung des Methans durch Kohlevergasung schon deswegen nicht möglich, weil ja zur Herstellung von einem MoI Methan schon 2 Mol Kohlenstoff als Reaktionskomponenten erforderlich sind und sich mit einem Mol Methan nur ein Mol Zinkoxid zu Zink reduzieren läßt Damit läge der Kohleverbrauch bei der Zinkoxidreduktion mit Methar und Herstellung des Methans durch Kohlevergasung aber immer noch um einiges höher als bei der karbothermischen Reduktion, bei der man unter Einbeziehung der Wärmeverlustc mit einem Kohleverbrauch von etwa 1,7 Mol Kohle pro Mol hergestellten Zinks zu rechnen hätte. Berücksichtigt man ferner den beträchtlichen apparativen Aufwand für die Herstellung des Methans durch Kohlevergasung, so wird klar, daß sich die Zinkoxidreduktion mit Methan gegenüber dem schon vorher praktizierten und damals für die Zinkgewinnung praktisch ausschließlich angewandten karbothermischen Verfahren nicht durchsetzen konnte.

An der Bevorzugung des karbothermischen Verfahrens konnte auch die Tatsache nichts ändern, daß das aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Molverhällnis 1 :2 bestehende Abgas der Zinkoxidreduktion mit Methan nicht nur zur Deckung des Wärmeenergiebedarfs des Verfahrens, sondern auch als Ausgangsstoff für die damals schon großtechnisch betriebene Mcthanolsynthese hätte Verwendung finden können. Der Grund für die Bevorzugung des karbothermischen Verfahrens dürfte darin zu suchen sein, daß man bei einer anderweitigen Verwendung des Abgases der Zinkoxidreduktion mit Methan den Wärmeenergiebedarf der Methanherstellung durch Kohlevergasung und der Zinkoxidreduktion mit Methan durch Verbrennung von Kohle hätte aufbringen müssen und man allein schon mit dem zur Deckung dieses Wärmeenergiebedarfs notwendigen Aufwand an Kohle, der ohne Berücksichtigung der Wärmeverluste 1,26 Mol Kohle pro Mol hergestellten Zinks beträgt, mit dem karbothermischen Verfahren die gesamte Zinkoxidreduktion bewältigen kann, für die der notwendige Aufwand an Kohle ohne Berücksichtigung der Wärmeverluste, wie oben erwähnt, insgesamt nur 1,26 Mol Kohle pro Mol hergestellten Zinks beträgt.

Auf der anderen Seite wird aber der Ausgangsstoff für die genannte, schon seit über einem halben Jahrhundert großtechnisch betriebene Methanolsynihese, nämlich ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Molverhältnis 1 :2, schon seit jeher entweder durch Kohlevergasung mit Wasserstoff, wobei ein Drittel des gebildeten Wassergases mit weiterem Wasserdampf zu Kohlendioxid und Wasserstoff konvertiert und der dabei entstandene Wasserstoff nach Abtrennung des Kohlendioxids wieder den restlichen zwei Dritteln des Wassergases beigemengt

so wird, oder aber durch Methanspallung mit einem halben Mol Sauerstoff pro Mol Methan oder durch gleichzeitige Methanspaltung und Kohlevergasung mit Wasserstoff und Mischung des aus einem Mol Methan gewonnenen Spaltgases mit dem aus einem Mol Kohle gebildeten Wassergas hergestellt, und der mit dieser Herstellung des Ausgangsstoffes für die Methanolsynthese verbundene technische Aufwand schlägt sich natürlich in den Gesamtkosten des hergestellten Methanols nieder, und zwar mit einem nicht unbeträcht-

bo liehen Anteil.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von Zink und Methanol zu schaffen, das die Vorteile der verschiedenen, derzeit für die separate Gewinnung dieser Stoffe angewandten Verfahren, also den mit dem karbothermischen Zinkgewinnungsverfahren erreichbaren Vorteil eines relativ geringen Verbrauchs an Kohle, den mit dem Elektrolyseverfahren verbundenen Vorteil der direkten

Gewinnung von nahezu lOO°/oig reinem Zink in schmelzflüssigem Zustand und den Vorteil der geringen Herstellungskosten von Methanol bei einer direkt von einem Kohlenmonoxid-Wasserstoff-Gemisch anstatt von Kohle und/oder Methan ausgehenden Methanolsynthese, in sich vereinigt, die spezifischen Nachteile der einzelnen Verfahren, insbesondere die Notwendigkeit einer nachträglichen Raffinierung des gewonnenen noch bis zu 15% Zinkoxid enthaltenden Zinks sowie die hohe Betriebstemperatur beim karbothermischen Zinkgewinnungsverfahren, den relativ hohen Energieaufwand für die Zinkgewinnung beim Elektrolyseverfahren und den apparativen Mehraufwand für die Herstellung des Kohlenmonoxid-Wasserstoff-Gemisches aus Kohle und/oder Methan bei der von Kohle und/oder Methan ausgehenden Methanoisynihese, nicht aufweist.

Erfindungsgemäß wird das mit einem Verfahren zur Gewinnung von Zink und Methanol erreicht, für das kennzeichnend ist, daß Zinkoxid mit Methan bei Temperaturen über 700°C zu Zink reduziert wird und mindestens die für diesen endothermen Umsetzungsprozeß erforderliche Wärmeenergie von einem Hochtemperatur-Kernreaktor geliefert wird und das bei dieser Zinkoxidreduktion entstehende, im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Molverhältnis 1 :2 zusammengesetzte Abgasgemisch nach Wärmeentzug und anschließender Kompression zur Methanolsynthese verwendet wird.

Die Hauptvorteile des vorliegenden Verfahrens liegen darin, daß einerseits für die Zinkoxidreduktion überhaupt keine Kohle mehr benötigt wird, weil die Zinkoxidreduktion für die bei der Herstellung von Methanol aus Methan ohnehin notwendige Methanspaltung (die bisher, wie oben erwähnt, mit Sauerstoff oder Wasserdampf vorgenommen wurde) eingesetzt wird und der Wärmeenergiebedarf der Zinkoxidreduktion durch Kernenergie gedeckt wird, und daß andererseits — da der Zinkoxidreduktionsofen ja der Zinkgewinnung zuzuordnen ist — für die Methanolgewinnung aus Methan der apparative Aufwand für die Methanspaltung entfällt. Weitere bei dem vorliegenden Verfahren erzielbare Vorteile sind der Anfall des gewonnenen Zinks im schmelzflüssigen Zustand mit relativ hohem Reinheitsgrad, die gegenüber dem karbothermischen Verfahren wesentlich niedrigere Temperatur der Zinkoxidreduktion, der sowohl gegenüber dem Elektrolyseverfahren als auch gegenüber dem karbothermischen Verfahren wesentlich geringere Verbrauch an Primärenergie bzw. Primärenergieträgern für die Zinkoxidreduktion und — wenn die zur Zinkoxidreduktion erforderliche Wärmeenergie von einem zur Stromerzeugung dienenden Hochtemperaturreaktor geliefert wird — die Ausnutzbarkeit der gesamten Abwärme des Verfahrens einschließlich der bei der exothermen Methanolsynthese anfallenden Wärme zur Erhitzung des der Dampferzeugungsanlage für die die Stromgeneratoren antreibenden Dampfturbinen zuzuführenden Wassers und die damit verbundene wesentliche Verringerung des Energieaufwandes gegenüber den Verfahren zur separaten Gewinnung von Zink und Methanol.

Vorzugsweise wird bei dem vorliegenden Verfahren die Zinkoxidreduktion im Temperaturbereich zwischen 906⁰C und 750⁰C durchgeführt, damit das reduzierte Zink in schmelzflüssigem Zustand anfällt Besonders geeignet ist dabei im Hinblick auf eine möglichst vollständige Umsetzung des Methans mit dem Zinkoxid der Temperaturbereich von 800⁰C bis 906⁰C insbeson-

derevon850°Cbis900°C.

Zur Durchführung der Methanolsynthese wird das Abgas der Zinkoxidreduktion zweckmäßig auf einen über 40 at liegenden Druck und eine im Bereich von 200°C bis 450⁰C liegende Temperatur gebracht und die Synthese selbst wird vorteilhaft unter Mitwirkung eines Mischkatalysators aus derGruppe

CuO-ZnO-Cr₂Oj,
CuO-ZnO-AI₂Oj,
ZnO-Cr₂O₃

durchgeführt, vorzugsweise nach dem in letzter Zeit in zunehmendem Maße angewandten, bei einer Temperatur von 240⁰C bis 270⁰C und einem Druck von mindestens annähernd 50 at mit

CuO-ZnO-Cr₂O₃

als Katalysator ablaufenden sogenannten Niederdruckverfahren. Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens kann die Methanolsynthese aber auch nach dem bei 240° C und 140 at mit

CuO-ZnO-Al₂O₃

als Katalysator ablaufenden sogenannten Mitteldruckverfahren oder nach den altbekannten, bei 350 —450⁰C und 200 —300 at mit Zn-Cr₂O₃ als Katalysator ablaufenden sogenannten Hochdruckverfahren durchgeführt werden. Zweckmäßig kann ferner das Abgas der Zinkoxidreduktion vor der Durchführung der Methanolsynthese, vorzugsweise vor seiner Kompression, noch gereinigt werden.

Die Wärmeenergie für die Zinkoxidreduktion kann zweckmäßig über einen die Zinkoxidreduktionsanlage durchlaufenden Sekundärkühlkreislauf des Hochtemperatur-Kernreaktors vom Reaktor auf die Reduktionsanlage übertragen werden.

Sofern das Zinkoxid nicht direkt vom Röstofen in noch heißem Zustand dem Zinkoxidreduktionsofen zugeführt wird, ist es von Vorteil, das Zinkoxid vor der Umsetzung mit dem Methan durch von dem Hochtemperatur-Kernreaktor gelieferte und/oder dem Abgas der Zinkoxidreduktion entzogene Wärmeenergie zu erhitzen, vorzugsweise auf ein annähernd den Umsetzungstemperaturen bei der Zinkoxidreduktion entsprechenden Temperatur. Wird die dafür notwendige Wärmeenergie ganz oder teilweise von dem Hochtemperatur-Kernreaktor geliefert, dann kann zur Übertragung der Wärmeenergie für die Zinkoxiderhitzung vorteilhaft der auch die Wärmeenergie für die Zinkoxidreduktion übertragende Sekundärkühlkreislauf des Reaktors eingesetzt werden.

Als Methan für die Zinkoxidreduktion kann vorteilhaft Erdgas verwendet werden, das zweckmäßig vor der Umsetzung mit dem Zinkoxid durch von dem Hochtemperatur-Kernreaktor gelieferte und/oder dem Abgas derZinkoxidreduktion entzogene Wärmeenergie erhitzt wird, vorzugsweise auf eine annähernd den Umsetzungstemperaturen bei der Zinkoxidreduktion entsprechende Temperatur. Auch hier kann die Wärmeenergie zur Erhitzung des Erdgases, sofern sie ganz oder teilweise von dem Hochtemperatur-Kernreaktor geliefert wird, mit Vorteil über den gleichen Sekundärkühlkreislauf übertragen werden, über den auch die Wärmeenergie für die Zinkoxidreduktion übertragen wird.

Das Methan für die Zinkoxidreduktion kann aber auch nach einem der bekannten Kohlevergasungsverfahren aus Kohle und Wasser hergestellt werden. Bei

Verwendung von Steinkohle zu diesem Zweck ist es von Vorteil, das Methan für die Zinkoxidreduktion durch Kohlevergasung mit Wasserdampf und Umwandlung des dabei gebildeten Wassergases in Methan und Kohlendioxid sowie Abtrennung des Kohlendioxids von dem Methan zu gewinnen. Die für die Kohlevergasung erforderliche Wärmeenergie wird dabei zweckmäßig von dem Hochtemperatur-Kernreaktor geliefert und über einen in Richtung abfallender Temperatur erst die Kohlevergasungs- und dann die Zinkoxidreduktionsanlage durchlaufenden Sekundärkühlkreislauf des Hochtemperatur-Kernreaktors übertragen. Bei Verwendung von Braunkohle zur Kohlevergasung ist es vorteilhafter, wenn das Methan für die Zinkoxidreduktion durch hydrierende Kohlevergasung gewonnen wird und bei der hydrierenden Kohlevergasung mindestens das Doppelte des für die Zinkoxidreduktion benötigten Methans erzeugt wird und von dem bei der hydrierenden Kohlevergasung erzeugten Methan die Hälfte zusammen mit Wasserstoff im Molverhältnis 1 :1 in einem Röhrenspaltofen in Wasserstoff und Kohlenmonoxid im Molverhältnis 3 :1 umgesetzt und anschließend mit je einem Mol Wasserdampf pro Mol Kohlenmonoxid zu Wasserstoff und Kohlendioxid im Molverhältnis 4 : 1 konvertiert wird und mit dem nach Abtrennung des Kohlendioxids verbleibenden Wasserstoff die hydrierende Kohlevergasung aufrechterhalten wird. Die für die Methanspaltung im Röhrenspaltofen in Wasserstoff und Kohlenmonoxid erforderliche Wärmeenergie kann dabei ebenfalls zweckmäßig von dem Hochtemperatur-Kernreaktor geliefert werden. Der Röhrenspaltofen kann dabei direkt in den Primärkühlkreislauf des Reaktors eingeschaltet sein, so daß die für die Methanspaltung erforderliche Wärmeenergie direkt dem Primärkühlkreislauf des Reaktors entzogen wird. Das hat den Vorteil, daß Wärmeverluste, wie sie bei der Übertragung der für die Methanspaltung erforderlichen Wärmeenergie über einen Sekundärkühlkreislauf unvermeidlich wären, weitgehend vermieden werden können. Wenn jedoch die Wärmeenergie für die Zinkoxidreduktion ohnehin von einem die Zinkoxidreduktionsanlage durchlaufenden Sekundärkühlkreislauf des Reaktors übertragen wird, dann kann es aus Gründen einer gleichmäßigen Ausnützung des Temperaturgefälles im Sekundärkühlkreislauf und hinsichtlich des apparativen Aufwandes auch vorteilhafter sein, den Röhrenspaltofen mit in diesen Sekundärkühlkreislauf einzuschalten, so daß die für die Methanspaltung erforderliche Wärmeenergie über den in Richtung abfallender Temperatur erst den Röhrenspaltofen und dann die Zinkoxidreduktionsanlage durchlaufenden Sekundärkühlkreislauf des Reaktors übertragen wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird die zur Zinkoxidreduktion erforderliche Wärmeenergie von einem im Temperaturbereich unterhalb der Zinkoxidreduktionstemperatur zur Stromerzeugung bzw. Dampferzeugung für Stromgeneratoren antreibende Dampfturbinen dienenden Hochtemperatur-Kernreaktor geliefert In diesem Fall kann die zur Zinkoxidreduktion erforderliche Wärmeenergie zweckmäßig über einen erst die Kohlevergasungsanlage (bei Kohlevergasung mit Wasserdampf) oder den Röhrenspaltofen (bei hydrierender Kohlevergasung) oder einen zur Methan- oder Zinkoxiderhitzung dienenden Wärmeaustauscher (bei Verwendung von Erdgas) und dann die Zinkoxidreduktionsanlage und dann die Dampferzeugungsanlage durchlaufenden Sekundärkühlkreislauf des Hochtemperatur-Kernreaktors übertragen werden. Durch diese Hintereinanderschaltung von drei in sich aneinander anschließenden Temperaturbereichen wirksamen Wärmeverbrauchern läßt sich eine sehr vorteilhafte gleichmiäßige Ausnützung des gesamten Temperaturgefälles im Sekundärkühlkreislauf erreichen. Ein weiterer im Hinblick auf den Gesamtwirkungsgrad sehr wesentlicrier Vorteil der genannten bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens ist, daß mindestens ein Teil der dem Abgas der Zinkoxidreduktion vor seiner Kompression entzogenen Wärmeenergie und/oder mindestens ein Teil der bei der Kompression des Abgases der Zinkoxidreduktion anfallenden Abwärme und/oder mindestens ein Teil der bei der exothermen Methanolsynthese erzeugten Wärmeenergie und/oder mindestens ein Teil der bei der Abkühlung und Kondensation des aus der Methanolsynthese hervorgehenden gasförmigen Methanols anfallenden Wärmeenergie und/oder im Falle einer Herstellung des Methans durch Kohlevergasung mit Wasserdampf mindestens ein Teil der bei der exothermen Umsetzung des Wassergases in Methan und Kohlendioxid erzeugten Wärmeenergie und/oder im Falle einer Herstellung des Methans durch hydrierende Kohlevergasung mindestens ein Teil der bei dieser exothermen hydrierenden Kohlevergasung erzeugten Wärmeenergie zur Erhitzung des der Dampferzeugungsanlage zuzuführenden Wassers verwendet werden kann. Durch diese Nutzbarmachung der gesamten Abwärme des vorliegenden Verfahrens reduziert sich der für die Gewinnung des Zinks und Methanols erforderliche Energieverbrauch unter Berücksichtigung der Wärmeenergie zur Erwärmung der Ausgangsstoffe (Zinkoxid und Erdgas oder Zinkoxid! Kohle und Wasser bei Herstellung des Methans durch Kohlevergasung) von Raumtemperatur auf Reaktionstemperatur sowie im Falle der Herstellung des Methans durch Kohlevergasung unter Berücksichtigung der für diesen Methanherstellungsprozeß erforderlichen Energie, jedoch ohne Berücksichtigung der Wärmeverluste, auf 52 kcal für je ein Mol Zink und Methanol bei Verwendung von Erdgas für die Zinkoxidreduktion oder auf 79 kcal für je ein Mol Zink und Methanol bei Herstellung des Methans für die Zinkoxidreduktion durch Kohlevergasung.

An Hand der Figuren ist die Erfindung im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschema einer Anlage zur Durchführung der erwähnten bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens,

F i g. 2 ein detailliertes Blockschema des Aufbaus des Blockes Methanherstellung in Fi g. 1.

Bei der in F i g. 1 in Form eines Blockschemas gezeigten Anlage zur Durchführung der erwähnten bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird die zur Zinkoxidreduktion erforderliche Wärmeenergie von einem im Temperaturbereich unterhalb der Zinkoxidreduktions-Temperatur zur Stromerzeugung bzw. zur Dampferzeugung für Stromgeneratoren antreibende Dampfturbinen dienenden Hochtemperatur-Kernreaktor 1 geliefert

Der Hochtemperatur-Kernreaktor 1, der z.B. ein Kugelhaufenreaktor sein kann, liefert in den primären Reaktorkühlkreislauf 2 eine Wärmeenergie von 727,1 kcal für je ein Mol hergestellten Zinks und Methanols sowie eine erzeugte elektrische Energie von 033 kWh. Die vom Reaktor 1 gelieferte Wärmeenergie wird auf im Primärkühlkreislauf 2 zirkulierendes Heliumgas übertragen, das in den Reaktor 1 mit 400⁰C eintritt und

in diesem auf 1000⁰C erhitzt wird. Die Zirkulation des im Primärkühlkreislauf 2 zirkulierenden Heliums wird von der Pumpe 3 aufrechterhalten. Die von der Pumpe 3 erzeugte Strömungsgeschwindigkeit des im Primärkühlkreislauf 2 strömenden Heliumgases ist so groß, daß 244 Mol Helium einen Umlauf im Primärkühlkreislauf 2 macien, um die genannten 727,1 kcal vom Reaktor 1 auf den Wärmeaustauscher 4 zu übertragen. Beim Durchlaufen des Wärmeaustauschers 4 kühlt sich das im Primärkühlkreislauf 2 zirkulierende Heliumgas wieder von 1000°C auf 400°C ab und gibt dabei seine Wärmeenergie an das im Sekundärkühlkreislauf 5 zirkulierende Heliumgas ab. Dadurch wird das im Sekiindärkühlkreislauf 5 zirkulierende Helium, das in den Wärmeaustauscher 4 mit 300⁰C eintritt, auf 975°C is erhitzt. Die Zirkulation des Heliumgases im Sekundärkühlkreislauf 5 wird von der Pumpe 6 aufrechterhalten, die eine derartige Strömungsgeschwindigkeit des Heliumgases erzeugt, daß 217 Mol Heliumgas einen Umlauf in dem Sekundärkühlkreislauf 5 machen, um die erwiihnten, aus dem Primärkühlkreislauf 2 übernommenen 727,1 kcal vom Wärmeaustauscher 4 an die drei Wärmeverbraucher, nämlich die Methanherstellungsanlage 7, den Zinkoxidreduktionsofen 8 und die Dampferzeugungsanlage 9, weiterzuleiten.

Eü ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, daß bei der in Fig. 1 gezeigten Anlage davon ausgegangen worden ist, daß die Wärmeverluste innerhalb der gesamten Anlage vernachlässigbar klein sind und demgemäß von den Wärmeaustauschern die gesamte primärseitig zugeführte Wärmeenergie sekundärseitig wieder abgegeben wird und längs der Verbindungsleitungen innerhalb der gesamten Anlage keine Wärmeverluste auftreten und ferner auch in den einzelnen in Form von Blöcken dargestellten Komponenten der Aniage in Fig. 1 keine Wärmeverluste entstehen.

Auf Grund dieser Voraussetzung überträgt also beispielsweise der genannte Wärmeaustauscher 4 die gesamte ihm zugeführte Wärmeenergie vom Primärkühlkreislauf 2 auf den Sekundärkühlkreislauf 5.

Ferner ist zur Erläuterung der Zahlenangaben in F i g. 1 auf folgendes hinzuweisen: Sämtliche Zahlenangaben mit Ausnahme der Temperatur- und Druckwerte beziehen sich auf die Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol sowie die Erzeugung von 0,33 kWh elektrischer Energie. Die in den einzelnen Blöcken eingetragenen Wärmeenergiewerte sind in Kilocalorien angegeben. Diese Wärmeenergien werden von dem betreffenden Block aufgenommen, wenn der bei dem Wärmeenergiewert stehende Pfeil von dem Zahlenwert weg weist, und werden von dem betreffenden Block abgegeben, wenn der bei dem Wärmeenergiewert stehende Pfeil auf den Zahlenwert hin weist. An sämtlichen Kühlkreisläufen und dem Wasser-Dampf-Kreislauf für den Dampfturbinenantrieb ist das in dem Kreislauf zirkulierende Medium zusammen mit einem Zahlenwert angegeben. Dieser Zahlenwert bedeutet, daß eine diesem Zahlenwert entsprechende Anzahl von Molen des in dem Kreislauf zirkulierenden Mediums während der Erzeugung von je einem Mol Zink und Methanol sowie 033 kWh gerade einen Umlauf in dem betreffenden Kreislauf machen bzw. eine beliebige Stelle des betreffenden Kreislaufs während dieser Zeit passieren.

Vor den an den Eingängen und Ausgängen der einzelnen Blöcke angegebenen Zeichen von chemischen Elementen und Verbindungen sind ebenfalls teilweise Zahlenwerte angegeben. Diese Zahlenwerte bedeuten, daß eine dem Zahlenwert entsprechende Anzahl von Molen des betreffenden chemischen Elements bzw. der chemischen Verbindung bei der Erzeugung von je einem Mol Zink und Methanol sowie 0,33 kWh in den betreffenden Block eintreten bzw. aus diesem austreten. Soweit vor den Zeichen der chemischen Elemente oder Verbindungen keine Zahlenwerte eingetragen sind, bedeutet das, daß ein Mol des betreffenden Stoffes bei der Erzeugung von je einem Mol Zink und Methanol sowie 0,33 kWh in den Block eintritt bzw. aus diesem austritt. Die Temperatur- und Druckwerte an den Ein- und Ausgängen der einzelnen Blöcke sind in Grad Celsius bzw. Atmosphären angegeben. Zur Vereinfachung der Darstellung werden in der gesamten weiteren Erläuterung der in F i g. 1 gezeigten Anlage sämtliche Angaben auf die Erzeugung von je einem Mol Zink und Methanol sowie 0,33 kWh bezogen. Das gleiche gilt auch für die anschließend folgende Erläuterung der in Fig. 2 gezeigten Anlage zur Methanherstellung, die in F i g. 1 durch den Block 7 symbolisiert ist.

Zur Herstellung von einem Mol Methan, das zur Reduktion von einem Mol Zinkoxid erforderlich ist, wird der Methanherstellungsanlage 7 von dem Sekundärkühlkreislauf 5 eine Wärmeenergie von 54,4 kcal zugeführt. Das im Sekundärkühlkreislauf 5 zirkulierende Helium tritt dabei mit einer Temperatur von 975"C in die Methanherstellungsanlage 7 ein und kühlt sich dort unter Abgabe der 54,4 kcal auf 924°C ab. Außerdem werden der Methanherstellungsanlage 7 zur Herstellung eines Mols Methan 2 Mol Wasser und 2 Mol Kohlenstoff, beides mit Raumtemperatur von 20°C, zugeführt, die in der Methanherstellungsanlage 7 nach der Summenformel

2 C + 2H₂O- CH₄ + CO₂

in ein Mol Methan und ein Mol Kohlendioxid umgesetzt werden. Das Kohlendioxid wird bei Raumtemperatur von 20°C mit 3000 Mol Wasser ausgewaschen und verläßt die Methanherstellungsanlage 7 zusammen mit den 3000 Mol Wasser in in dem Wasser gelöster Form. Die der Methanherstellungsanlage 7 zum Auswaschen des Kohlendioxids zugeführten und diese zusammen mit dem Kohlendioxid verlassenden 3000 Mol Wasser können zweckmäßig im Kreislauf geführt werden, wobei das Wasser z. B. zur Abgabe des Kohlendioxids auf 95° C erhitzt und dann wieder auf 20° C abgekühlt werden kann. Das nach der obigen Summenformel von der Methanherstellungsanlage 7 hergestellte Methan tritt mit einer Temperatur von 850° C aus der Anlage aus. Die Methanherstellungsanlage 7 gibt ferner an den Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 der Anlage bei der Erzeugung von einem Mol Methan eine Wärmeenergie von 15,9 kcal ab, die das in diesem Kühlkreislauf zirkulierende Wasser von 130⁰C auf 158° C erhitzt und die zusammen mit anderen in den Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 abgegebenen Wärmeenergien zur Vorwärmung des der Dampferzeugungsanlage 9 zuzuführenden Wassers benutzt wird. Die Methanherstellung innerhalb des Blockes 7 erfolgt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch hydrierende Kohlevergasung, wie im folgenden an Hand der Fig.2 noch näher erläutert ist, sie kann im Prinzip aber auch durch Kohlevergasung mit Wasserdampf und Umwandlung des dabei gebildeten Wassergases in Methan und Kohlendioxid erfolgen. Allerdings sind bei der Methanherstellung durch Kohlevergasung mit Wasserdampf

höhere Temperaturen von ca. 1100 bis 1200° C erforderlich, d. h., das im Sekundärkühlkreislauf 5 zirkulierende Helium müßte auf Temperaturen über 1200⁰C gebracht werden: was eine derzeit noch nicht erreichbare Betriebstemperatur des Kernreaktors von mindestens 1250° C bis 1300° C erfordern würde.

Das aus der Methanherstellungsanlage 7 mit einer Temperatur von 850" C austretende Methan wird dem Zinkoxidreduktionsofen 8 zugeführt. Außerdem wird dem Zinkoxidreduktionsofen 8 über die Zuleitung 11 in Zinkoxid zugeführt, das zuvor in dem Wärmeaustauscher 12 von 20⁰C auf 820⁰C erhitzt worden ist. In dem Zinkoxidreduktionsofen 8 wird je ein Mol Zinkoxid und Methan bei einer Reaktionstemperatur von 850⁰C nach der Reaktionsgleichung

ZnO + CH₄ - Zn + CO + 2 H₂

unter Zuführung einer Wärmeenergie von 79,4 kcal zu je einem Mol Zink und Kohlenmonoxid und zwei Mole Wasserstoff umgesetzt. Das dabei gebildete Zink sammelt sich am Boden des Reduktionsofens 8 in schmelzflüssigem Zustand an und wird von Zeit zu Zeit abgezogen. Das weiter bei dieser Reaktion entstehende Abgasgemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Molverhältnis 1 :2 tritt aus dem Reduktionsofen 8 mit einer Temperatur von 850⁰C aus und wird über den Wärmeaustauscher 12 dem Kompressor 13 zugleitet. In dem Wärmeaustauscher 12 gibt das aus einem Mol Kohlenmonoxid und zwei Molen Wasserstoff bestehende Abgasgemisch unter Abkühlung auf eine Temperatur von 78° C eine Wärmeenergie von insgesamt 16,7 kcal ab, von denen 7,2 kcal dem Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 zugeführt werden und die restlichen 9,5 kcal für die obenerwähnte Erhitzung des dem Reduktionsofen 8 zuzuführenden Zinkoxids von 2O⁰C auf 820⁰C benutzt i"> werden. Durch die dem Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 zugeführte Wärmeenergie von 7,2 kcal wird das in diesem Kühlkreislauf zirkulierende Wasser in dem Wärmeaustauscher 12 von 77°C auf 89°C erhitzt. Die erwähnten dem Reduktionsofen 8 für die Umsetzung von je einem Mol Zinkoxid und Methan zuzuführenden 79,4 kcal werden dem Zinkoxidreduktionsofen 8 aus dem Sekundärkühlkreislauf 5 zugeführt. Dadurch kühlt sich das im Sekundärkühlkreislauf 5 zirkulierende Helium beim Durchlaufen des Zinkoxidreduktionsofens 8 von 924°C auf 850⁰C ab. Die Verfahrensbedingungen der Zinkoxidreduktion innerhalb des Reduktionsofens 8 entsprechen im wesentlichen den Verfahrensbedingungen, die in der eingangs erwähnten Literaturstelle für die Zinkoxidreduktion mit Methan bei einer Temperatur von 850⁰C angegeben sind.

Das aus dem Zinkoxidreduktionsofen 8 kommende und nach Durchlaufen des Wärmeaustauschers 12 dem Kompressor 13 mit einer Temperatur von 78°C zugeführte Abgasgemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Molverhältnis 1 : 2 wird im Kompressor 13 von einem Eingangsdruck von 1 at auf einen Ausgangsdruck von 50 at komprimiert. Hierzu wird dem Kompressor 13 pro Mol CO und 2 Mol H2 eine Energie von 8,2 kcal in Form von mechanischer Arbeit zugeführt, die bei der Kompression vollständig in Wärmeenergie umgesetzt wird. Von dieser Wärmeenergie von 8,2 kcal wird dem Abgasgemisch ein Teil, nämlich 4,3 kcal, durch Kühlung des Kompressors 13 entzogen und dem Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 züge- ^b5 führt, und mit den verbleibenden 3,9 kcal erwärmt sich das Abgasgemisch bei der Kompression von der Temperatur am Kompressoreingang von 78°C auf eine Temperatur am Kompressorausgang von 260⁰C. Durch die Kühlung des Kompressors 13 wird die Temperatur des hierzu verwendeten, im Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 zirkulierenden Wassers von 69,5°C auf 77°C erhöht. Mit dieser Temperatur wird das Wasser anschließend dem Wärmeaustauscher 12 zugeführt, wo sich seine Temperatur wie erwähnt weiter auf 89° C erhöht.

Das den Kompressor 13 mit einem Druck von 50 at und einer Temperatur von 260⁰C verlassende Abgasgemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Molverhältnis 1 :2 wird dann der Methanolsyntheseanlage 14 zugeführt und dort bei einer Temperatur von 260⁰C und einem Druck von 50 at mit

CuO-ZnO-Cr₂O₃

als Katalysator nach dem eingangs schon erwähnten bekannten Niederdrucksyntheseverfahren gemäß der Reaktionsgleichung

CO + 2H₂- CH3OH

zu Methanol synthetisiert. Die bei dieser Reaktion erzeugte Wärmeenergie von 24 kcal pro Mol hergestellten Methanols wird dem Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 zugeführt und erhöht die Temperatur des in diesem Kreislauf zirkulierenden Wassers beim Durchlaufen der Methanolsyntheseanlage 14 von 89°C auf 13O⁰C. Das von dem Wärmeaustauscher 12 kommende und in die Methanolsyntheseanlage 14 mit 89°C eintretende Kühlwasser wird nach Durchlaufen der Methanolsyntheseanlage 14 mit der Austrittstemperatur von 130°C der Methanherstellungsanlage 7 zugeführt und dort, wie oben erwähnt, weiter auf 158°C erhitzt. Das in der Methanolsyntheseanlage 14 hergestellte Methanol tritt aus der Anlage in gasförmigem Zustand mit einer Temperatur von 260⁰C aus.

Das aus der Methanolsyntheseanlage 14 austretende gasförmige Methanol wird anschließend dem Kondensator 15 zugeführt und dort zu flüssigem Methanol kondensiert.

Das Methanol tritt in den Kondensator 15 mit der Temperatur von 260⁰C ein und wird in diesem bei ca. 65° C kondensiert und dann noch auf eine Temperatur von ca. 50⁰C abgekühlt. Die dem Methanol bei dieser Kondensation und Abkühlung von 260°C auf 50⁰C entzogene Wärmeenergie von 11,3 kcal wird ebenfalls dem Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 zugeführt und erhöht die Temperatur des in diesem Kreislauf zirkulierenden Wassers von 50⁰C auf 69,5°C. Mit dieser Temperatur wird das Wasser anschließend dem Kompressor 13 zugeführt, wo sich seine Temperatur wie erwähnt weiter auf 77°C erhöht. Das hergestellte flüssige Methanol fließt aus dem Kondensator 15 mit einer Temperatur von ca. 50° C ab.

Entsprechend den obigen Angaben werden dem Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 bei der Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol von der Methanherstellungsanlage 7, dem Wärmeaustauscher 12, dem Kompressor 13, der Methanolsyntheseanlage 14 und dem Kondensator 15 Wärmeenergien von insgesamt 62,7 kcal zugeführt. Diese Wärmeenergien werden nun zur Vorwärmung des der Dampferzeugungsanlage 9 zuzuführenden Wassers benutzt. Dazu wird das aus der Methanherstellungsanlage 7 mit einer Temperatur von 158°C austretende Kühlwasser dem Wärmeaustauscher 16 zugeführt, in dem es diese Wärmeenergie von 62,7 kcal unter Abkühlung auf 50⁰C an das der Dampferzeugungsanlage 7 zuzuführende Wasser abgibt. Nach Verlassen des Wärmeaustauschers 16 wird

das auf 50⁰C abgekühlte Kühlwasser über die Pumpe 17 wieder dem Kondensator IS zugeführt und damit der Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 geschlossen. Die Pumpe 17 hält die Zirkulation des im Nulzwärme-Kühlkreislauf 10 zirkulierenden Wassers aufrecht. Damit die angegebenen Kühlwassertemperatu-en im Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 von 50⁰C am Eingang des Kondensators 15, 69,5"C an der Verbindung zwischen Kondensator 15 und Kompressor 13, 77° C an der Verbindung zwischen Kompressor 13 und Wärmeaustauscher IZ 89°C an der Verbindung zwischen Wärmeaustauscher 12 und Methanolsyntheseanlage 14, 130⁰C an der Verbindung zwischen Methanolsyntheseanlage 14 und Methanherstellungsanlage 7 und 158°C am Ausgang der Methanherstellungsanlage 7 eingehalten werden und die von diesen Blöcken 7 und 12 bis 15 während der Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol an den Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 abgegebene Wärmeenergie von 62,7 kcal dem Wärmeaustauscher 16 zugleitet werden kann, ist eine derartige Strömungsgeschwindigkeit des im Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 zirkulierenden Kühlwassers erforderlich, daß 31,7 Mol Wasser während der Herstellung von je einem MoI Zink und Methanol in dem Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 gerade einen Umlauf machen bzw. eine beliebige Stelle des Kreislaufs 10 während dieser Zeit passieren. Die Pumpe 17 ist daher so ausgelegt, daß sie eine derartige Strömungsgeschwindigkeit des im Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 zirkulierenden Kühlwassers erzeugt. Auf Grund der Maximaltemperatur des Kühlwassers im Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 von 158°C und dem bei dieser Temperatur herrschenden Dampfdruck des Wassers von 5.8 at stellt sich innerhalb des gesamten Nutzwärme-Kühlkreislaufs 10 ein Kühlwasserdruck von 5,8 at ein, wenn der Druckabfall des im Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 zirkulierenden Kühlwassers beim Durchlaufen der Blöcke 7 und 12 bis 16 sowie der Verbindungsleitungen zwischen diesen vernachlässigbar ist. Ist dies nicht der Fall, dann muß der Ausgangsdruck der Pumpe 17 um den Druckabfall in den Blöcken 7 und 12 bis 15 und in den Verbindungsleitungen zwischen diesen Blöcken und zwischen den Blöcken 15 und 17 höher als 5,8 at und der Eingangsdruck der Pumpe 17 um den Druckabfall im Block 16 und in den Verbindungsleitungen zwischen den Blöcken 7 und 16 und zwischen den Blöcken 16 und 17 niedriger als 5,8 at sein. Eingangs- und Ausgangstemperatur des Kühlwassers beim Durchlaufen der Pumpe 17 sind praktisch gleich und entsprechen der Temperatur des Kühlwassers von 50⁰C beim Austritt aus dem Wärmeaustauscher 16.

Durch die im Wärmeaustauscher 16 von dem Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 auf den für den Dampfturbinenantrieb vorgesehenen Wasser-Dampf-Kreislauf 18 übertragene Wärmeenergie wird das im Kreislauf 18 fließende, der Dampferzeugungsanlage 9 zuzuführende Wasser innerhalb des Wärmeaustauschers 16 von 50⁰C auf 140⁰C erhitzt. Die Strömungsgeschwindigkeit des im Kreislauf 18 fließenden Wassers ist dabei so bemessen, daß während der w> Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol bzw. während der Übertragung der Wärmeenergie von 62,7 kcal vom Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 auf den Wasser-Dampf-Kühlkreislauf 18 im Wärmeaustauscher 16 38,6 Mol Wasser im Kreislauf 18 einen Umlauf bs machen bzw. eine beliebige Stelle des Kreislaufs 18 während dieser Zeit passieren.

Das aus dem Wärmeaustauscher 16 mit einer Temperatur von 140⁰C austretende in Kreislauf 18 zirkulierende Wasser wird der Dampferzeugungsanlage 9 zugeführt und dort zunächst auf eine Temperatur von 286°C weiter erhitzt und bei dieser Temperatur verdampft. Der dabei entstehende Dampf wird dann in der Dampferzeugungsanlage 9 bis auf eine Temperatur von 600° C weiter erhitzt. Da der Dampfdruck vom Wasser bei einer Temperatur von 286°C 70 at beträgt, muß in der Dampferzeugungsanlage 9 zur Aufrechterhaltung der Verdampfungstemperatur von 286° C ein Druck von 70 at aufrechterhalten werden. Dies kann z. B. durch ein bei 70 at öffnendes Überdruckventil am Dampfausgang der Dampferzeugungsanlage 9 erfolgen. Zur Erhitzung des Wassers von 140°C auf 286°C sowie zur Verdampfung des Wassers und zur Weitererhitzung des gebildeten Dampfes von 286° C auf 600⁰C wird der Dampferzeugungsanlage 9 aus dem Sekundärkühlkreislauf 5 des Kernreaktors 1 eine Wärmeenergie zugeführt, die während der Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol bzw. während des Durchlaufs von 38,2 Mol H2O durch die Dampferzeugungsanlage 9 593,3 kcal beträgt. Dadurch kühlt sich das im Sekundärkühlkreislauf 5 zirkulierende, der Dampferzeugungsanlage 9 von dem Zinkoxidreduktionsofen 8 her mit einer Temperatur von 850⁰C zugeführte Heiliumgas beim Durchlaufen der Dampferzeugungsanlage 9 auf 300⁰C ab und wird mit dieser Temperatur über die Pumpe 6 wieder der Sekundärseite des Wärmeaustauschers 4 zugeleitet. Der in der Dampferzeugungsanlage 9 erzeugte Dampf tritt aus dieser mit einer Temperatur von 600⁰C und einem Druck von 70 at aus.

Der aus der Dampferzeugungsanlage 9 mit 600° C und 70 at austretende Dampf wird der mehrstufigen Dampfturbine 19 zugeführt und leistet dort unter Entspannung auf einen Druck 0,12 at und Abkühlung auf eine Temperatur von 50⁰C eine mechanische Arbeit, die während der Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol einer Energie von 284,1 kcal entspricht. Von der Dampfturbine 19 wird diese mechanische Energie an den elektrischen Stromgenerator 20 abgegeben und dort in eine elektrische Energie von 0,33 kWh umgesetzt.

Der aus der Dampfturbine 19 mit einer Temperatur von ca. 50⁰C und einem Druck von 0,12 at austretende entspannte und abgekühlte Dampf wird in dem Kondensator 21 bei der Temperatur von 50⁰C, bei der der Dampfdruck vom Wasser 0,12 at ist, zu Wasser kondensiert. Für diese Kondensation muß dem Dampf im Kondensator 21 während der Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol bzw. für die Kondensation von 38,2 Mol Dampf zu Wasser eine Wärmeenergie von 371,9 kcal entzogen werden. Hierzu ist der Kondensator 21 an den Abwärme-Kühlkreislauf 22 angeschlossen, in dem während der Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol bzw. während der Kondensation von 38,2 Mol Dampf zu Wasser 590,4 Mol Kühlwasser einen Umlauf machen bzw. eine beliebige Stelle des Kreislaufs 22 in dieser Zeit passieren. Das im Abwärme-Kühlkreislauf 22 zirkulierende Kühlwasser tritt in den Kondensator 21 mit einer Temperatur von 10°C ein und wird durch die Kondensationswärme des im Kondensator 21 zu Wasser kondensierten Dampfes von 371,9 kcal für Kondensation von 38,2 Mol Dampf auf eine Temperatur von 45°C erwärmt und mit dieser Temperatur dem Kühlturm 23 zugeführt, wo es die im Kondensator 21 aufgenommene Wärmeenergie unter Abkühlung auf 10⁰C wieder abgibt, so daß es anschließend über die die Kühlwasserzirkulation im

Abwärme-Kühlkreislauf 22 aufrechterhaltende Pumpe 24 wieder dem Kondensator 21 zugeführt werden kann. Da der Abwärme-Kühlkreislauf 22 dem dem Kondensator 21 mit einer Temperatur von ca. 50⁰C zugeführten Dampf praktisch nur die Kondensationswärme entzieht, tritt das durch die Kondensation des Dampfes gebildete Wasser mit ungefähr der gleichen Temperatur von 50⁰C wieder aus den Kondensator 21 aus, wie es in Dampfform dem Kondensator 21 zugeführt worden ist. Der Druck des aus dem Kondensator 21 austretenden Wassers entspricht mit 0,12 at dem Druck des Dampfes bei Austritt aus der Turbine 19. Dieser Unterdruck wird durch das Pumpenaggregat 25 erzeugt, dem das kondensierte Wasser aus dem Kondensator 21 zugeführt wird und das dieses Wasser ausgangsseitig mit einer Temperatur von ca. 50⁰C und einem Druck von 70 at wieder abgibt. Der Ausgangsdruck des Pumpenaggregats 25 von 70 at ist erforderlich, um das Wasser gegen den in der Dampferzeugungsanlage 9 herrschenden Druck von 70 at durch den Wärmeaustauscher 16 hindurch in die Dampferzeugungsanlage 9 fördern zu können. Da das Druckverhältnis des Ausgangsdruckes von 70 at zu dem Eingangsdruck von 0,12 at bei dem Pumpenaggregat 25 über 500 beträgt, ist das Pumpenaggregat 25 vorzugsweise mehrstufig ausgebildet. Das von dem Pumpenaggregat 25 ausgangsseitig mit 50⁰C und 70 at abgegebene Wasser wird dann wieder dem Wärmeaustauscher 16 zugeführt und dort, wie schon oben erläutert, auf 140⁰C erhitzt und dann der Dampferzeugungsanlage 9 zugeleitet.

Wie aus den Energieangaben in F i g. 1 ersichtlich, ist bei der Anlage in Fig. 1 (bei vernachlässigbaren Würmeverlusten und jeweils bezogen auf die Erzeugung von je einem Mol Zink und Methanol sowie 0,33 kWh) der Energiebedarf für die Zinkoxidreduktion

79,4 kcal - 7,2 kcal = 72,2 kcal,
der Energiebedarf für die Methanherstellung

54,4 kcal - 15,9 kcal = 38,5 kcal
und die Energielieferung der Methanolherstellung
24 kcal + 4,3 kcal + 11,3 kcal - 8,2 kcal = 31,4 kcal,

so daß sich für die Gewinnung von je einem Mol Zink und Methanol ein Gesamtenergiebedarf von

72,2 kcal + 38,5 kcal - 31,4 kcal = 79,3 kcal

ergibt.

Von dem Kernreaktor 1 werden bei der Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol der Methanherstellungsanlage 7 54,4 kcal und dem Zinkoxidreduktionsofcn 8 79,4 kcal zugeführt. Hinzu kommen noch 8,2 kcal in Form von dem Kompressor 13 zugeführter mechanischer Arbeit, so daß die insgesamt den Anlugetcilen für die Methanol- und Zinkgewinnung zugeführte Energie

54,4 kcal + 79,4 kcal + 8,2 kcal = 142 kcal

ist. Von diesen den Anlageicilen zur Methanol- und Zinkgewinnung /ugeführlen 142 kcal werden für die Methanol- und Zinkgewinnung selbst, wie zuvor erwähnt, nur 79,3 kcal und damit also nur 56% verbraucht, wahrend die restlichen 44% b/w. die restliehen fi2,7 kcal von den Anlageicilen zur Methanoliirul Zinkgewinnung in Form von Nutzwärme wieder abgegeben werden, und zwar an die zur Stromerzeugung dienenden Anlageteile zur Vorwärmung des der Dampferzeugungsanlage 9 zuzuführenden Wassers.

Diese 44% Energieeinsparung sind somit ein echter Energiegewinn, der sich bei dem vorliegenden Verfahren erreichen läßt, wenn die für die Zink- und Methanolgewinnung erforderliche Wärmeenergie von einem zur Stromerzeugung dienenden Hochtemperatur-Kernreaktor geliefert wird.

Den zur Stromerzeugung dienenden Anlageteilen werden bei der Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol vom Kernreaktor 1 5933 kcal und zusätzlich von den Anlageteilen zur Methanol- und Zinkgewinnung wie erwähnt 62,7 kcal, insgesamt also 656 kcal, zugeführt. Von diesen 656 kcal werden in der Turbine 19 284,1 kcal und somit also 43,3% in mechanische Arbeit umgesetzt, die ihrerseits in dem von der Turbine 19 angetriebenen Stromgenerator 20 in eine elektrische Energie von 033 kWh (bei vernachlässigbaren Verlusten) umgewandelt wird. Die restliche, bei der Kondensation des im Wasser-Dampf-Kreislauf 18 zirkulierenden Wassers im Kondensator 21 frei werdende Energie von

656 kcal - 284,1 kcal = 371,9 kcal

muß über den Kühlturm 23 als Abwärme abgeführt werden. Der Wirkungsgrad der zur Stromerzeugung dienenden Anlageteile beträgt also ohne Berücksichtigung der Wärmeverluste 43,3%.

Von der insgesamt von dem Kernreaktor 1 abgegebenen Energie von 727,1 kcal werden also 284,1 kcal bzw. 39,1% in elektrische Energie umgewandelt, 371,9 kcal bzw. 51,1% als Abwärme weggeführt und 71,1 kcal bzw. 9,8% für die Zink- und Methanolgewinnung ausgenutzt. Die restlichen 8,2 kcal für die insgesamt für die Zink- und Methanolgewinnung erforderlichen 79,3 kcal werden in Form von mechanischer Arbeit dem Kompressor 13 zugeführt. Wird diese Arbeit von einem Elektromotor geleistet, der von dem Stromgenerator 20 gespeist wird, dann werden hierfür von den erwähnten 39,1% elektrischer Energie 1,1% verbraucht, so daß dann von der gesamten in F i g. 1 dargestellten Anlage 38% der von dem Kernreaktor 1 gelieferten Energie in Form von elektrischer Energie abgegeben werden und 10,9% für Zink- und Methanolgewinn ausgenutzt werden und die restlichen 51,1% als Abwärme weggeführt werden.

Ist der zur Stromerzeugung dienende Anlageteil der in F i g. 1 gezeigten Anlage beispielsweise ein mit einem Hochtemperatur-Reaktor, z. B. einem Kugelhaufenreaktor, betriebenes Kernkraftwerk mit einer Leistungsabgabe ins Stromnetz von 100 M W (und einem zusätzlichen internen Leistungsverbrauch von 2,9 MW zum Antrieb des Kompressors 13), dann werden von den zur Zink- und Methanolgewinnung dienenden Anlageteilen jährlich ca. 178 000 t Zink und 87 000 t Methanol erzeugt. Bei höherer Nennleistung des Kernkraftwerkes erhöht sich die Erzeugung von Zink und Methanol entsprechend.

An Hand der Fig. 2, die den inneren Aufbau des Blockes 7 in F i g. I zeigt, ist im folgenden noch kurz die Melhanherstellung bei dem in Fig. 1 gezeigten

<>o Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens erläutert.

Die Herstellung des Methans erfolgt durch hydrierende Kohlevergasung in der Kohlevergasungsanlagc 26 nach der Reaktionsgleichung

2C + 4Ih- 2CH₄

bei einer Temperatur von 900"C. Der Kohlevergasungsanlage 26 werden für die Herstellung von 2 Mol Methan

2 Mol Braunkohle mit Raumtemperatur von 20⁰C und 4 Mol Wasserstoff mit einer Temperatur von 845°C zugeführt. Eine Vorwärmung der zugeführten Kohle ist nicht erforderlich, da die hydrierende Kohlevergasung stark exotherm verläuft und die Kohle sie!'; daher im Reaktionsraum durch die dort frei werdende Wärme auf die Reaktionstemperatur von 900⁰C erhitzt. Zur Einhaltung der Temperatur von 900° C innerhalb des Reaktionsraums muß von der bei der exothermen Reaktion der Kohle mit dem Wasserstoff frei werdenden Wärmeenergie der nicht für die Erhitzung der Kohle benötigte Teil durch Kühlung abgeführt werden. Diese durch Kühlung abzuführende Wärmeenergie beträgt bei der Herstellung von 2 Mol Methan in der Kohlevergasungsanlage 26 34,0 kcal, die auf das im Kühlkreislauf 27 zirkulierende Helium übertragen werden und das mit 130⁰C in die Kohlevergasungsanlage 26 eintretende Helium auf 880° C erhitzen.

Die Zirkulation des Heliumgases im Kühlkreislauf 27 wird durch die Pumpe 28 aufrechterhalter, die eine derartige Strömungsgeschwindigkeit des Heliums erzeugt, daß bei der Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol in der Anlage in F i g. 1 bzw. bei der Herstellung von 2 Mol Methan in der Kohlevergasungsanlage 26 9,2 MoI Helium im Kühlkreislauf 27 einen « Umlauf machen bzw. eine beliebige, zwischen dem Eintritt in die Pumpe 28 und dem Austritt aus der Kohlevergasungsanlage 26 liegende Stelle des Kühlkreislaufes 27 während dieser Zeit passieren. Von dem aus der Kohlevergasungsanlage 26 mit 880⁰C austretenden Heliumgas werden ca. 53% über die Verdampfungsund Dampferhitzungseinrichtung 29 und ca. 47% über den Wärmeaustauscher 30 der Pumpe 28 zugeleitet. Das die Verdampfungs- und Dampferhitzungseinrichtung 29 durchlaufende Helium gibt an das Wasser bzw. den J5 Wasserdampf in dieser Einrichtung während der Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol in der Anlage in Fig. 1 bzw. von 2 Mol Methan in der Kohlevergasungsanlage 26 eine Wärmeenergie von 18,1 kcal ab, mit der das während der gleichen Zeit der Einrichtung 29 zugeführte eine Mol Wasser von 20⁰C auf 100°C erhitzt, bei 100°C verdampft und in Dampfform dann weiter bis auf 850⁰C erhitzt wird. Durch diese Wärmeabgabe kühlt sich das die Einrichtung 29 durchlaufende Helium von 880⁰C bis auf 130⁰C ab und wird mit dieser Temperatur dann der Pumpe 28 zugeführt. Das den Wärmeaustauscher 30 durchlaufende Helium gibt an das die Sekundärseite des Wärmeaustauschevs 30 durchlaufende, im Nutzwärme-Kühlkreislauf 10 zirkulierende Wasser während der gleichen Zeit eine Wärmeenergie von 15,9 kcal ab, mit der das im Nutzwärmekühlkreislauf 10 zirkulierende Wasser, wie oben schon bei der Erläuterung der F i g. 1 erwähnt, von 130°C auf 158°C erhitzt wird. Durch diese Wärmeabgabe kühlt sich das den Wärmeaustaurcher 30 primärseitig durchlaufende Helium von 880⁰C ebenfalls bis auf 130⁰C ab und wird mit dieser Temperatur dann wieder der Pumpe 28 zugeführt.

Während der Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol in der Anlage in Fig. 1 werden in der «> Kohlevergasungsanlage 26 aus 2 Mol Kohle und 4 Mol Wasserstoff 2 Mol Methan hergestellt, die aus der Kohlevergasungsanlage 26 mit einer Temperatur von WOC austreten und sich beim Durchlaufen des Wärmeaustauschers 31 unter Abgabe einer Wärmeenergie von 1,7 kcal an den der Kohlevergasungsanlage 26 zuzuführenden Wasserstoff auf 85O°C abkühlen. Von diesen 2 Mol Methan wird 1 Mol von der in Fig. 2 gezeigten Methanherstellungsanlage mit 850⁰C dem in F i g. 1 gezeigten Zinkoxidreduktionsofen 8 und 1 Mol ebenfalls mit 850° C dem Röhrenspaltofen 32 zugeführt. Zuvor kann das Methan vorteilhaft noch durch eine in Fig. 2 nicht gezeigte, nach dem Wärmeaustauscher 31 einzuschaltende Gasreinigungsanlage von eventuellen Verunreinigungen und Schadstoffverbindungen befreit werden.

Das dem Röhrenspaltofen 32 zugeführte Methan wird dort mit je einem Mol Wasserdampf pro Mol Methan bei einer Temperatur von 850⁰C nach der Reaktionsgleichung

CH₂ + H₂O - Co + 3 H₂

in e'n aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Molverhältnis 1 :3 bestehendes Spaltgas umgesetzt, das aus dem Röhrenspaltofen mit einer Temperatur von 850⁰C austritt. Der für diese Umsetzung erforderliche Wasserdampf wird dem Röhrenspaltofen 32 mit einer Temperatur von 850⁰C aus der Verdampfungs- und Dampferhitzungseinrichtung 29 zugeleitet, aus der der Dampf mit dieser Temperatur austritt. Da die obengenannte im Röhrenspaltofen 32 ablaufende Reaktion ein endothermer Umsetzungsprozeß ist, muß dem Röhrenspaltofen 32 zur Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur von 850⁰C pro Mol zugeleiteten Methans eine Wärmeenergie von 54,4 kcal zugeführt werden, die dem Röhrenspaltofen J2 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über den Sekundärkühlkreislauf 5 des Kernreaktors zugeleitet wird. Hierzu wird das sekundärseitig aus dem Wärmeaustauscher 4 in F i g. 1 mit einer Temperatur von 975°C austretende, im Sekundärkühlkreislauf 5 zirkulierende Heliumgas durch den Röhrenspaltofen 32 geleitet, wo es sich unter Abgabe der erwähnten, zur Aufrechterhallung der Reaktionstemperatur von 850⁰C im Röhrenspaltofen 32 erforderlichen Wärmeenergie auf 924°C abkühlt. Mit dieser Temperatur verläßt das Heliumgas den Röhrenspaltofen 32 und wird dann, wie in Fig. 1 ersichtlich, dem Zinkoxidreduktionsofen 8 zugeführt. Es ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, daß es beim vorliegenden Ausführungsbeispiel auch möglich ist, an Stelle der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Hintereinanderschaltung des Röhrenspaltofens 32 und des Zinkoxidreduktionsofens 8 im Sekundärkühlkreislauf 5 den Kühlkreislauf 5 aufzugabeln und die dadurch entstehenden beiden Äste des Kreislaufes 5 parallel durch den Röhrenspaltofen 32 und Zinkoxidreduktionsofen 8 hindurchzuführen und dann wieder zu vereinigen, da die Reaktionen in beiden öfen 8 und 32 bei der gleichen Temperatur von 850⁰C ablaufen. In diesem Fall müßte man ca. 41% des im Sekundärkühlkreislauf 5 zirkulierenden Heliums durch den Röhrenspaltofen 32 und ca. 59% des Heliums durch den Zinkoxidreduktionsofen leiten. Diese Möglichkeit kommt insbesondere dann in Frage, wenn die Zink- und Methanolgewinnung nach dem vorliegenden Verfahren in Verbindung mit einem Kernkraftwerk von wesentlich höherer Leistung als 100 MW betrieben werden soll, weil bei der Abgabe einer elektrischen Leistung von z. B. 500 MW bei dem in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel jährlich ca. 900 000 t Zink und damit ca. 15% der derzeitigen jährlichen Weltproduktion an Zink erzeugt werden wurden. Die genannte Möglichkeit kommt ferner auch für den Fall in Frage, daß die Temperatur von 975°C im .Sekundärkühlkreislauf 5 vorlaufig noch nicht erreicht werden kann, weil die höchstzulässige Betriebstemperatur des Hochtemperatur-Kernreaktors 1 dafür derzeit

noch nicht ausreichend ist.

Das aus dem Röhrenspallofen 32 mit einer Temperatur von 850"C austretende Spaltgas aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Molverhältnis 1 : 3 wird in dem Wärmeaustauscher 33 unter Abgabe von 13,2 kcal pro 1 Mol CO und 3 Mol H₂ auf 400"C abgekühlt und mit dieser Temperatur dem Konverter 34 zugeführt, wo es mit ebenfalls dem Konverter 34 mit 400°C zugeführten Wasserdampf nach der Reaktionsgleichung

CO + 3H₂ -I- H₂O- CO₂ + 4H₂

bei einer Temperatur von 400°C zu Kohlendioxid und Wasserstoff im Molverhältnis 1 :4 konvertiert wird. Dabei wird dem Konverter 34 über die Verdampfungsund Dampferhitzungseinrichtung 35 pro Mol zugeführten Kohlenoxids ein Mol Wasser zugeführt, das der Einrichtung 35 mit 20⁰C zugeleitet, dort bei 100°C verdampft und anschließend in Dampfform weiter bis auf 400⁰C erhitzt und dann an den Konverter 34 abgegeben wird. Die bei der Konvertierung frei werdende Wärmeenergie von 8,9 kcal pro Mol dem Konverter 34 zugeführten Kohlenmonoxids wird von dem Konverter-Kühlkreislauf 36 abgeführt.

Das aus dem Konverter 34 mit einer Temperatur von 400⁰C austretende Gasgemisch aus Kohlendioxid und Wasserstoff im Molverhältnis 1 :4 wird in dem Wärmeaustauscher 37 unter Abgabe von 14,2 kcal pro 1 Mol CO₂ und 4 Mol H₂ auf 30⁰C abgekühlt und mit dieser Temperatur dem Waschturm 38 zugeführt, wo das in dem Gasgemisch enthaltene Kohlendioxid mit Wasser ausgewaschen wird. Hierzu werden pro Mol Kohlendioxid 3000 Mol Wasser von 20°C durch den Waschturm geleitet, in denen sich das Kohlendioxid löst und dann den Waschturm 38 zusammen mit dem abgeleiteten Wasser verläßt. Von dem dem Waschturm 38 mit 30°C zugeleiteten Gasgemisch verbleibt daher nur der Wasserstoff, der aus dem Waschturm 38 mit einer Temperatur von 20⁰C austritt. Der aus dem Waschturm 38 mit 20⁰C austretende Wasserstoff wird zunächst über den Wärmeaustauscher 37 geleitet, wo er sich durch Zuführung einer Wärmeenergie von 10 kcal pro 4 Mol H₂ auf 380⁰C erhitzt, und anschließend über den Wärmeaustauscher 33 geführt, wo er sich durch Zuführung einer weiteren Wärmeenergie von 11,8 kcal pro 4 Mol H₂ weiter auf 787⁰C erhitzt, und dann über den Wärmeaustauscher 31, wo er sich durch Zuführung von weiteren 1,7 kcal pro 4 Mol H₂ auf 845°C erhitzt, der Kohlevergasungsanlage 26 zugeführt.

Die nicht zur Erhitzung des der Kohlevergasungsanlage 26 vom Waschturm 38 zugeführten Wasserstoffs benötigten Wärmeenergieanteile der von dem Kohlenmonoxid-Wasserstoff-Gemisch im Wärmeaustauscher 33 abgegebene Wärmeenergie von 13,2 kcal pro 1 Mol CO und 3 Mol H₂ und der von dem Kohlendioxid-Wasserstoff-Gemisch im Wärmeaustauscher 37 abgegebenen Wärmeenergie von 14,2 kcal pro 1 Mol CO2 und 4 Mol H2 werden von dem Konverter-Kühlkreislauf 36 abgeführt. Diese vom Konverter-Kühlkreislauf 36 abgeführten Wärmeenergieanteile betragen im Wärmeaustauscher 37

14,2 kcal - 10,0 kcal = 4,2 kcal
pro 1 Mol CO₂ und 4 Mol H₂

und im Wärmeaustauscher 33

13,2 kcal - 11,8 kcal = 1.4 kcal
pro 1 Mol CO und 3 Mol H₂.

Dadurch wird das im Konverterkühlkrcislauf 36 zirkulierende Helium im Wärmeaustauscher 37 von 30°C auf I91°C und im Wärmeaustauscher 33 von 382"C auf 420°C erhitzt. Die Erhitzung des im Konverter-Kühlkreislauf 36 zirkulierenden Heliums von 191 °C auf 382°C erfolgt durch die Zuführung der erwähnten, vom Konverter 34 an den Konverter-Kühlkreislauf 36 abgeführten Wärmeenergie von 8,9 kcal pro Mol dem Konverter 34 zugeführten Kohlenmonoxids.

Das den Wärmeaustauscher 33 mit einer Temperatur von 420⁰C verlassende, im Konverter-Kühlkreislauf 36 zirkulierende Helium durchläuft dann die Vcrdampfungs- und Dampfcrhitzungscinrichtung 35, wo es sich unter Abgabe der gesamten in den Wärmeaustauschern 33 und 37 und dem Konverter 34 aufgenommenen Wärmeenergie von

1,4 kcal + 8,9 kcal + 4,2 kcal = 14,5 kcal pro Mol

dem Konverter 34 zugeführten Kohlenmonoxids von den 420°C wieder auf 30⁰C abkühlt. Mit dieser in der Verdampfungs- und Dampferhitzungseinrichtung 35 von dem Konverter-Kühlkreislauf 36 abgegebenen Wärmeenergie wird in dieser Einrichtung 35 wie erwähnt 1 Mol Wasser pro Mol den Konverter 34 zugeführten Kohlenmonoxids verdampft und auf 400⁰C erhitzt und dann dem Konverter 34 zugeführt.

Das die Verdampfungs- und Dampferhitzungseinrichtung 35 mit einer Temperatur von 30° C verlassende Helium wird dann über die die Zirkulation des Heliums im Konverter-Kühlkreislauf 35 aufrechterhaltende Pumpe 39 wieder dem Wärmeaustauscher 37 zugeführt, wo es sich wie erwähnt von 30⁰C auf 191 °C erhitzt. Die Pumpe 39 erzeugt eine derartige Strömungsgeschwindigkeit des im Konverter-Kühlkreislauf 36 zirkulierenden Heliums, daß während der Herstellung von je einem Mol Zink und Methanol in der Anlage in F i g. 1 bzw. während der Herstellung von einem Mol Methan in der Methanherstellungsanlage in Fig. 2 7,5 Mol Helium in dem Kühlkreislauf 36 einen Umlauf machen bzw. eine beliebige Stelle des Kühlkreislaufs 36 während dieser Zeit passieren.

Es ist abschließend bezüglich der in F i g. 1 gezeigten Anlage noch zu erwähnen, daß nötigenfalls in die über den Wärmeaustauscher 12 führende Verbindung zwischen dem Gasausgang des Zinkoxidreduktionsofens 8 und dem Eingang des Kompressors 13 noch eine Gasreinigungsanlage und/oder ein Filter zur Beseitigung von im Gas enthaltenen Feststoffen eingeschaltet werden kann, und zwar zweckmäßig zwischen Wärmeaustauscher 12 und Kompressor 13. Ob eine solche Gasreinigung jedoch erforderlich ist, hängt in erster Linie von der Güte des verwendeten Zinkoxids und gegebenenfalls auch von der Ausbildung des Zinkoxidreduktionsofens 8 ab. Bei Verwendung von reinem Zinkoxid und geeigneter Ausbildung des Reduktionsofens 8 ist eine solche Gasreinigung in der Regel nicht erforderlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von Zink und Methanol, dadurch gekennzeichnet, daß Zinkoxid mit Methan bei Temperaturen über 700⁰C zu Zink reduziert wird und mindestens die für diesen endothermen Umsetzungsprozeß erforderliche Wärmeenergie von einem Hochtemperatur-Kernreaktor geliefert wird und das bei dieser Zinkoxidreduktion entstehende, im wesentlichen aus Kohlen- to monoxid und Wasserstoff im Molverhältnis 1 :2 zusammengesetzte Abgasgemisch nach Wärmeentzug und anschließender Kompression zur Methanolsynthese verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkoxidreduktion im Temperaturbereich zwischen 906⁰C und 750⁰C durchgeführt wird

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasgemisch zur Durchführung der MethanoJsynthese auf einen über 40 ai liegenden Druck und eine im Bereich von 200° C bis 450⁰C liegende Temperatur gebracht wird und die Methanolsynthese unter Mitwirkung eines Mischkatalysators aus der Gruppe

CuO-ZnO-Cr₂O₃,
CuO-ZnO-Al₂O₃,
ZnO-Cr₂O₃

30

durchgeführt wird, vorzugsweise bei einer Temperatur von 240⁰C bis 270⁰C und einem Druck von mindestens annähernd 50 at mit

CuO-ZnO-CnO₃

als Katalysator.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas der Zinkoxidreduktion vor der Durchführung der Methanolsynthese, vorzugsweise vor seiner Kornpression, gereinigt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie für die Zinkoxidreduktion über einen die Zinkoxidreduktionsanlage durchlaufenden Sekundärkühlkreislauf des Hochtemperatur-Kernreaktors vom Reaktor auf die Reduktionsanlage übertragen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinkoxid vor der Umsetzung mit dem Methan durch von dem Hochtemperatur-Kernreaktor gelieferte und/oder dem Abgas der Zinkoxidreduktion entzogene Wärmeenergie erhitzt wird, vorzugsweise auf eine annähernd den Umsetzungstemperaturen bei der Zinkoxidreduktion entsprechende Temperatur.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Wärmeenergie zur Erhitzung des Zinkoxids über den auch die Wärmeenergie für die Zinkoxidreduktion übertragenden Sekundärkühlkreislauf des wi Hochtemperatur-Kernreaktors übertragen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Methan für die Zinkoxidreduktion Erdgas verwendet wird und das Erdgas vor der Umsetzung mit dem Zinkoxid durch w, von dem Hochtemperatur-Kernreaktor gelieferte und/oder dem Abgas der Zinkoxidreduktion entzogene Wärmeenergie erhitzt wird, vorzugsweise auf eine annähernd den Umsetzungstemperaturen bei der Zinkoxidreduktion entsprechende Temperatur.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Wärmeenergie zur Erhitzung des Erdgases Ober den auch die Wärmeenergie für die Zinkoxidreduktion übertragenden Sekundärkühlkreislauf des Hochtemperatur-Kernreaktors übertragen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Methan für die Zinkoxidreduktion durch Kohlevergasung mit Wasserdampf und Umwandlung des dabei gebildeten Wassergases in Methan und Kohlendioxid sowie Abtrennung des Kohlendioxids von dem Methan gewonnen wird und die für die Kohlevergasung erforderliche Wärmeenergie von dem Hochtemperatur-Kernreaktor geliefert und über einen in Richtung abfallender Temperatur erst die Kohlevergasungs- und dann die Zinkoxidreduktionsanlage durchlaufenden Sekundärkühlkreislauf des Hochtemperatur-Kernreaktors übertragen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Methan für die Zinkoxidreduktion durch hydrierende Kohlevergasung gewonnen wird und bei der hydrierenden Kohlevergasung mindestens das Doppelte des für die Zinkoxidreduktion benötigten Methans erzeugt wird und von dem bei der hydrierenden Kohlevergasung erzeugten Methan die Hälfte zusammen mit Wasserdampf im Molverhältnis 1:1 in einem Röhrenspaltofen in Wasserstoff und Kohlenmonoxid im Molverhältnis 3 :1 umgesetzt und anschließend mit je einem Mol Wasserdampf pro Mol Kohlenmonoxid zu Wasserstoff und Kohlendioxid im Molverhältnis 4 : 1 konvertiert wird und mit dem nach Abtrennung des Kohlendioxids verbleibenden Wasserstoff die hydrierende Kohlevergasung aufrechterhalten wird und daß die für die Methanspaltung in Wasserstoff und Kohlenmonoxid erforderliche Wärmeenergie von dem Hochtemperatur-Kernreaktor geliefert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die für MethanspaJtung erforderliche Wärmeenergie direkt dem Primiirkühlkreislauf des Hochtemperatur-Kernreaktors entzogen wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Methanspaltung erforderliche Wärmeenergie über einen in Richtung abfallender Temperatur erst den Röhrenspaltofen und dann die Zinkoxidreduktionsanlage durchlaufenden Sekundärkühlkreislauf des Hochtemperatur-Kernreaktors übertragen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Zinkoxidreduktion erforderliche Wärmeenergie von einem im Temperaturbereich unterhalb der Zinkoxidreduktions-Temperatur zur Stromerzeugung bzw. zur Dampferzeugung für StromgeneratoreTi antreibende Dampfturbinen dienenden Hochtemperatur-Kernreaktor geliefert wird.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Zinkoxidreduktion erforderliche Wärmeenergie über einen in Richtung abfallender Temperatur erst die Zinkoxidreduktionsanlage und dann die Dampferzeugungsanlage durchlaufenden Sekundärkühlkreislauf des Hochtemperatur-Kernreaktors übertragen wird.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 14. dadurch gekennzeichnet, daß die zur Zinkoxidreduktion erforderliche Wärmeenergie über einen in Richtung abfallender Temperatur erst die JCohlevergasungs- und dann die Zinkoxidreduktions- und dann die Dampferzeugungsanlage durchlaufenden Sekundärkühlkreislauf des Hochtemperatur-Kernreaktors übertragen wird.

17. Verfahren nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Zinkoxidreduktion erforderliche Wärmeenergie über einen in Richtung abfallender Temperatur erst den Röhrenspaltofen und dann die Zinkoxidreduktions- und dann die Dampferzeugungsanlage durchlaufenden Sekundärkühlkreislauf des Hochtemperatur-Kernreaktors übertragen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des dem Abgas der Zinkoxidreduktion vor seiner Kompression entzogenen Wärmeenergie und/oder mindestens ein Teil der bei der Kompression des Abgases der Zinkoxidreduktion anfallenden Abwärme und/oder mindestens ein Teil der bei der exothermen Methanolsynthese erzeugten Wärmeenergie und/oder mindestens ein Teil der bei der Abkühlung und Kondensation des aus der Methanolsynthese hervorgehenden gasförmigen Methanols anfallenden Wärmeenergie zur Erhitzung des der Dampferzeugungsanlage zuzuführenden Wassers verwendet wird.

19. Verfahren nach den Ansprüchen 10 und !4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der bei der exothermen Umsetzung des Wassergases in Methan und Kohlendioxid erzeugten Wärmeenergie zur Erhitzung des der Dampferzeugungsanlage zuzuführenden Wassers verwendet wird.

20. Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 14, dadurch gekennzeichnet,daß mindestens ein Teil der bei der exothermen hydrierenden Kohlevergasung erzeugten Wärmeenergie zur Erhitzung des der Dampferzeugungsanlage zuzuführenden Wassers verwendet wird.