DE2724802C2 - Device with a nuclear-heated helium circuit for the production of methane or synthesis gas from coal - Google Patents

Device with a nuclear-heated helium circuit for the production of methane or synthesis gas from coal

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Description

Heliumsekundärkreis 4 ab, in dem nacheinander ein Wasserdampfvergaser 5, ein Prozeßdampfüberhitzer 6, ein Methanspaltofen 7, ein Prozeßdampfvorüberhitzer 8, ein Dampferzeuger 9 und Heliumverdichter 10 angeordnet sind. Die Rohkohle wird zunächst unter Zugabe von Wasserstoff zu einem großen Teil in einem hydrierenden Vergaser 11 umgesetzt zu einem Gemisch aus Methan mit geringen Mengen von Wasserstoff, Kohlenmonoxyd und Kohldioxyd. Anschließend wird der aus dem hydrierend«; Vergaser 11 austretende Koks unter Zugabe von überhitztem Wasserdampf in dem Wasserdampfvergaser 5 nahezu restlos vergast, wobei ein Gemisch aus Kohlendioxyd und Wasserstoff und geringeren Mengen von Kohlenmonoxyd und Methan entsteht Nach den bisherigen Berechnungen kann man im hy- is drierenden Vergaser 11 bei Ruhr-Steinkohle bis zu 60%, bei deutscher Braunkohle auch 65 bis 70% der eingesetzten Rohkohle vergasen. Bei 60%iger Vergasung der Rohkohle werden im Spaltofen 7 etwa 8% der erzeugten Methanmenge zu Wasserstoff gespalten. Die hier beschriebene Schaltung stabilisiert nahezu automatisch den Gesamtprozeß bei unterschiedlichen Kohlesorten. Wenn im hydrierenden Vergaser 11 mehr vergibt wird, fällt dort weniger Koks an. Dementsprechend wird im Wasserdampfvergaser 5 weniger Wasserstoff erzeugt und dementsprechend mit dem Heliumsekundärkreis 4 mehr Wärme an den Spaltofen 7 abgegeben, der dementsprechend mehr Methan spalten kann und dadurch die bei Austritt aus dem Wasserdampfvergaser 5 fehlende Wasserstoffmenge ergänzt Das aus dem hydrierenden Vergaser 11 austretende Produkt wird bei 12 regenerativ abgekühlt, bei 13 weiter abgekühlt, bei 14 gereinigt, bei 15 von Kohlendoßioxyd und Schwefelwasserstoff befreit und einer Tieftemperaturgaszerlegung 16 zugeführt Das aus dem Wasserdampfvergaser 5 austretende Produkt wird bei 17 abgekühlt und zusammen mit dem aus dein Spaltofen 7 austretenden Produkt einer Konvertierung 18 zugeführt, in der das vorhandene Kohlenmonoxyd mit Wasser in Kohlendioxyd und Wasserstoff überführt wird. Danach wird das Produkt bei 19 abgekühlt, bei 20 von Kohlendioxyd und Schwefelwasserstoff befreit bei 21 verdichtet bei 12 regenerativ vorgewärmt und dem hydrierenden Vergaser zugeführt Die oben bereits erwähnte Tief temperaturgaszerlegung 16 liefert als erwünschtes Endprodukt Methan, außerdem Wasserstoff, der über einen Verdichter 22 und die oben bereits erwähnte regenerative Vorwärmung 12 wieder dem hydrierenden Vergaser zugeführt wird. Das ebenfalls bei 16 abgetrennte Kohlenmonoxyd wird bei 23 verdichtet und der erwähnten Konvertierung 18 zugeführt. Helium secondary circuit 4 from, in which one after the other Steam gasifier 5, a process steam superheater 6, a methane cracking furnace 7, a process steam preheater 8, a steam generator 9 and a helium compressor 10 are arranged. The raw coal is first added of hydrogen converted to a large extent in a hydrogenating gasifier 11 to form a mixture Methane with small amounts of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide. Then the the hydrating «; Gasifier 11 escaping coke with the addition of superheated steam in the steam gasifier 5 almost completely gasified, with a mixture of carbon dioxide and hydrogen and less Quantities of carbon monoxide and methane are produced. According to the calculations made so far, one can use the hyis drier gasifier 11 with Ruhr hard coal up to 60%, in the case of German lignite, 65 to 70% of the raw coal used is also gasified. With 60% gasification of the Raw coal is split in the cracking furnace 7 about 8% of the methane generated into hydrogen. This one The circuit described almost automatically stabilizes the entire process with different types of coal. If more is awarded in the hydrogenating carburetor 11, there is less coke. Accordingly, less hydrogen is generated in the steam gasifier 5 and accordingly with the helium secondary circuit 4 more heat is given off to the cracking furnace 7, which accordingly can split more methane and thereby the missing when exiting the steam gasifier 5 Amount of hydrogen supplemented The product emerging from the hydrogenating gasifier 11 becomes regenerative at 12 cooled down, further cooled down at 13, cleaned at 14, at 15 freed from carbon dioxide and hydrogen sulfide and a low-temperature gas decomposition 16 The product emerging from the steam gasifier 5 is cooled at 17 and together with the product emerging from your cracking furnace 7 Conversion 18 supplied, in which the existing carbon monoxide with water into carbon dioxide and hydrogen is convicted. After that, the product is cooled at 19, at 20 from carbon dioxide and hydrogen sulfide freed at 21 compressed at 12 regeneratively preheated and fed to the hydrogenating gasifier The above-mentioned low temperature gas decomposition 16 provides methane as a desired end product, in addition Hydrogen, which via a compressor 22 and the above-mentioned regenerative preheating 12 is fed back to the hydrogenating gasifier. The carbon monoxide also separated at 16 is at 23 compressed and fed to the aforementioned conversion 18.

Der vom Heliumsekundärkreis 4 beheizte Dampferzeuger 9 liefert Dampf für eine Turbine 24 zur Stromerzeugung, deren Anzapfdampf mit etwa 40 bar teilweise in den Spaltofen 7 und teilweise in den Prozeßdampfvorüberhitzer 8 und von dort aus über den Prozeßdampfüberhitzer 6 in den Wasserdampfvergaser 5 geliefert wird. Die unter oder rechts neben den gezeichneten Leitungen verzeichneten Temperaturen in Grad Celsius geben ein Beispiel für den Normalbetrieb dieser Anlage.The steam generator 9 heated by the helium secondary circuit 4 supplies steam for a turbine 24 to generate electricity, their bleed steam with about 40 bar partly in the cracking furnace 7 and partly in the process steam preheater 8 and from there delivered via the process steam superheater 6 into the steam gasifier 5 will. The temperatures in degrees Celsius below or to the right of the lines drawn give an example of the normal operation of this system.

Die hier beschriebene Anlage würde mit einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor von 3 000 MW und bei Verwendung einer Gasflammkohle mit 38% flüchtigen Bestandteilen ca. 575 000 NmVh Methan produzieren. Durch die Hintereinanderschaltung von Wasserdampfvergaser 5, Prozeßdampfüberhitzer 6 und Spaltofen 7 wird die für den Vergasungsprozeß nutzbare Kernenergie gegenüber den bekannten Verfahren vergrößert und damit die Gasproduktion bei gleicher Reaktorleistung erhöht Bei der erwähnten Gasflammkohle wird mit einem Durchsatz vn 985 t/h gerechnet Das Anfahren der vorgeschlagenen Anlage erscheint gegenüber den bekannten Anlagen besonders einfach, da der Wasserstoff zur Inbetriebnahme des hydrierenden Vergasers 11 in dem Spaltofen 7 aus dem im Gasnetz vorhandenen Methan erzeugt werden kann.The plant described here would be equipped with a gas-cooled high-temperature reactor of 3,000 MW and produce approx. 575,000 NmVh methane when using a gas flame coal with 38% volatile components. By connecting the steam gasifier 5, the process steam superheater 6 and the cracking furnace in series 7, the nuclear energy that can be used for the gasification process is increased compared to the known processes and thus the gas production is increased with the same reactor output a throughput of 985 t / h is expected. The start-up of the proposed plant appears opposite the known systems are particularly simple, since the hydrogen is used to start up the hydrogenating gasifier 11 can be generated in the cracking furnace 7 from the methane present in the gas network.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

1 2 nächst getrocknet, dann hydrierend vergast und der Patentansprüche: Restkoks in einem Wasserdampfvergaser zu Synthese gas umgewandelt Ein Teil des produzierten Methans1 2 next dried, then hydrogenated gasification and the claims: Residual coke converted to synthesis gas in a steam gasifier. Part of the methane produced 1. Vorrichtung mit einem nuklear beheizten HeIi- wird in einem Methanspaltofen (dort als Reformer beumkreislauf zur Herstellung von Methan oder Syn- s zeichnet) unter Zusatz von heißem Wasserdampf zu thesegas aus Kohle, in der man Kohle mit Wasser- Synthesegas umgesetzt Diese Schaltung hat aber noch stoff in einem hydrierenden Vergaser zu Methan und folgende Nachteile: Der dort für den Wasserdampfver-Koks umsetzt und den Koks mit Wasserdampf in gaser vorgesehene Dampf hat eine Temperatur, die weeinem Wasserdampfvergaser zu Synthesegas um- sentlich unter der wirtschaftlichen Vergasungstemperasetzt und zumindestens einen Teil des Methans mit io tür liegt Daher wird ein Teil der entnommenen Wärme Wasserdampf in einem Spaltofen spaltet, da- im hohen Temperaturbereich nur zur Dampf aufheizung durchgekennzeichnet, daß in dem Helium- genutzt und geht der Vergasung verloren. Bei gleicher kreislauf zwischen dem Wasserdampfvergaser (5) Kemreaktorleistung wird also hier weniger Kohle und dem Spaltofen (7) ein Prozeßdampfüberhitzer durchgesetzt und damit weniger Gas gewonnen.1. Device with a nuclear heated heating system is circulated in a methane cracking furnace (there as a reformer for the production of methane or Syn- s records) with the addition of hot steam thesegas from coal, in which coal is converted with water synthesis gas. But this circuit still has substance in a hydrogenating gasifier to methane and the following disadvantages: The one there for the steam coke converts and the coke with steam in gas provided steam has a temperature that weeinem Steam gasifier to synthesis gas set considerably below the economic gasification temperature and at least part of the methane is located with io door, therefore part of the heat extracted Steam in a cracking furnace splits, there in the high temperature range only for steam heating characterized in that used in the helium and is lost from gasification. With the same cycle between the steam gasifier (5) nuclear reactor power is therefore less coal here and a process steam superheater passed through the cracking furnace (7) and thus less gas was obtained. (6) angeordnet ist, der den Dampf in den Wasser- ϊ5 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eme Vorrichdampfvergaser (5) einspeist und nach dem Spaltofen tung zur Herstellung von Methan oder Synthesegas aus(6) is arranged that the steam in the water ϊ5 The object of the present invention is a device steam gasifier (5) feeds and after the cracking furnace device for the production of methane or synthesis gas from (7) ein Dampferzeuger (9) angeordnet ist, der den kohlenstoffhaltigen Stoffen mit einem nuklear beheiz-Dampf in den Prozeßdampfüberhitzer (6) liefert ten Heliumkreislauf, die die beschriebenen Nachteile(7) a steam generator (9) is arranged, which heats the carbonaceous substances with a nuclear steam in the process steam superheater (6) provides th helium cycle that has the disadvantages described 2. Weitere Ausbildung der Vorrichtung nach An- weitgehend vermeidet2. Further training of the device according to An largely avoids sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem HeIi- 20 Zur Lösung dieser Aufgabe wird die erfindungsgemäumkreisl^ijf nach dem Sapltofen (7) ein Prozeß- Be Vorrichtung vorgeschlagen. Die Anordnung eines dampfvorfiberhitzer (8) und danach der Dampfer- Prozeßdampfüberhitzers im Heüumkreis zwischen zeuger (9) angeordnet ist, der Dampf für eine Turbi- Wasserdampfvergaser und Spaltofen verbessert sehr ne (24) liefert, deren Anzapfdampf teilweise in den wesentlich den Wirkungsgrad des Wasserdampfverga-Spaltofen (7) und teilweise in den Prozeßdampfvor- 25 sers, weil dieser auf diese Weise einen Prozeßdampf überhitzer (8) und von dort aus über den Prozeß- erhält, der schon die für die Vergasung notwendige dampfüberhitzer (6) in den Wasserdampfvergaser Temperatur aufweist Dadurch steht die in dem Verga-(5) geliefert wird. ser übertragene Wärme nahezu voll der Vergasungsrespoke 1, characterized in that in the HeIi- 20 To solve this problem, the erfindäumkreisl ^ ijf proposed after the Sapltofen (7) a process Be device. The arrangement of a steam pre-heater (8) and then the steam process steam superheater in the Heüumkreis between generator (9) is arranged, the steam for a turbo water vapor gasifier and cracking furnace is greatly improved ne (24) supplies whose bleed steam partly in the substantially the efficiency of the Wasserdampfverga cracking furnace (7) and partly in the process steam reservoir, because this creates process steam in this way superheater (8) and from there via the process, which already receives the necessary for the gasification The steam superheater (6) in the steam carburetor is at temperature. is delivered. water transferred heat almost full of the Vergasungsre aktion zur Verfügung, und es wird bezogen auf dieaction available and it is based on the 30 Kernreaktorleistung, eine größtmögliche Gasproduktion erreicht Der zusätzliche Aufwand für den Prozeßdampfüberhitzer ist wesentlich geringer, weil die Pro-Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zeßdampfmenge, verglichen mit den anderen durchgemit einem nuklear beheizten Heliumkreislauf zur her- setzten Stoffmengen, wesentlich geringer ist Die durch stellung von Methan oder Syntb-segas aus Kohle ge- 35 den Prozeßdampfüberhitzer verursachte Herabsetzung maß den voranstehenden Ansprüchen. der Eintrittstemperatur des Heliumkreises in den Spalt-Diese Anlagen liefern entweder Methan (CH4) oder ofen ist nur scheinbar, weil die vom Helium an den Synthesegas als Gemisch aus H2 und CO mit Ideinen Prozeßdampf abgegebene Wärmemenge ohne den ProAnteilen von CO2 und CH*. zeßdampfüberhitzer im Wasserdampfvergaser aufge-In der Zeitschrift »Chemie-Ingenieur-Technik« 1974 40 bracht werden müßte. Da bei der hier vorgesehenen wird auf Seite 938, insbesondere in Abbildung 1, sowie Kombination aus hydrierender Vergasung und Wasserauf Seite 941, insbesondere in Abbildung 2 je ein Pro- dampfvergasung die im Spaltofen durchgesetzten Mezeßschema beschrieben zur Herstellung von Metkan thanmengen verglichen mit den anderen Stoffströmen über die Wasserdampfvergasung von Kohle. Auf Sei- gering sind, ist durch die vorgeschlagene Schaltung auch te 937 werden neue Verfahren einer hydrierenden Ver- 45 im Spaltofen kein erheblicher zusätzlicher Aufwand zu gasung von Kohle zu Methan erwähnt Beide Verfahren erwarten.30 Nuclear reactor performance, the greatest possible gas production achieved The additional effort for the process steam superheater is much lower because the process steam flow is much lower compared to the other device with a nuclear-heated helium circuit for the produced amounts of material The reduction caused by methane or synthetic gas from coal in the process steam superheater measured the preceding claims. the inlet temperature of the helium circuit in the gap - These systems either deliver methane (CH 4 ) or the furnace is only apparent, because the amount of heat given off by the helium to the synthesis gas as a mixture of H2 and CO with process steam without the pro components of CO2 and CH *. steam superheater in the steam gasifier. Since with the one provided here, on page 938, especially in Figure 1, as well as a combination of hydrogenating gasification and water on page 941, especially in Figure 2, a vapor gasification each is described the measurement scheme implemented in the cracking furnace for the production of metcanane quantities compared with the other material flows about the steam gasification of coal. On the other hand, the proposed circuit also means that no significant additional expense for gassing coal to methane is mentioned. Both processes are to be expected. sind aber mit einem erheblichen Nachteil behaftet Bei Der Dampferzeuger 9 kann bei den gegebenen HeIi-are, however, afflicted with a considerable disadvantage. The steam generator 9 can with the given heat der hydrierenden Vergasung ist wegen der großen Ver- umtemperaturen überhitzten Dampf von ca. 180 bar erweilzeiten der Kohle und mit Rücksicht auf die begrenz- zeugen. Da dieser hohe Druck für die spätere Verwenten Abmessungen des Vergasers keine vollkommene so dung als Prozeßdampf nicht notwendig ist, ist es an Umsetzung der Kohle erreichbar. Der bei der hydrie- dieser Stelle wärmewirtschaftlich von Vorteil, diesen renden Vergasung abfallende Restkoks enthält außer Dampf zunächst in einer Turbine zu entspannen und der Asche noch ca. 30—45% des eingesetzten Kohlen- anschließend zumindest teilweise wieder zu überhitzen. Stoffs. Bei der Wasserdampfvergasung dagegen kann Sowohl im Wasserdampfvergaser als auch im Methanman zwar den eingesetzten Kohlenstoff nahezu restlos 55 spaltofen wird Prozeßdampf von hoher Temperatur, vergasen. Da dieser Prozeß aber nur bei hohen Tempe- aber geringerem Druck, beispielsweise 40 bar, benötigt raturen abläuft (Steinkohle 790° C, Braunkohle Aus wärmewirtschaftlichen Gründen ist es daher sinn-630—66O0C), ist nur der obere Temperaturbereich der voll, diesen Prozeßdampf so weit wie möglich zu überim Reaktor freiwerdenden Wärme für die Vergasung hitzen, bevor er in diese Appai ate eintritt
auszunutzen. Die restliche Wärme kann bei einem rei- 60 Die Figur zeigt in sehr schematischer Darstellung ein nen Wasserdampfvergaser-Prozeß im wesentlichen nur Fließschema, mit der im wesentlichen Methan produnoch zur Dampferzeugung und damit zur Stromerzeu- ziert werden kann. Mit geringen, für die vorliegende gung benutzt werden, weil nur ein kleiner Teil dieses Erfindung unwesentlichen Änderungen läßt sich mit die-Dampfes im Prozeß verwendet werden kann. ser Schaltung aber auch Synthesegas produzieren, dasIn hydrogenating gasification, because of the high conversion temperatures, superheated steam of approx. 180 bar is the dwell times of the coal and with regard to the limitations. Since this high pressure for the later used dimensions of the gasifier is no perfect so manure as process steam is not necessary, it is possible to convert the coal. The residual coke that falls off this generating gasification contains steam, which is first expanded in a turbine and the ash still approx. 30-45% of the coal used is then at least partially overheated again. Fabric. In the case of steam gasification, on the other hand, the carbon used can be almost completely gasified in both the steam gasifier and the methane. Since this process but only at high temperature-but lower pressure, for example 40 bar, requires temperatures expires (coal 790 ° C, lignite from heat-economic reasons, therefore, it is meaningful-630-66O 0 C), only the upper temperature range of the full, Heat this process steam as much as possible to the heat released in the reactor for gasification before it enters this appai ate
to take advantage of. The remaining heat can at a pure 60 The figure shows in a very schematic representation a NEN steam gasifier process essentially only a flow diagram with which methane can be used mainly for steam generation and thus for electricity. With little, for the present supply, because only a small part of this invention insubstantial changes can be made with the steam can be used in the process. This circuit but also produce synthesis gas that In dem Bericht ORNL/TM-5242 (Oak Ridge National 65 im wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd Laboratory, November 1976) wird auf Seite 82 eine An- bestehtIn the report ORNL / TM-5242 (Oak Ridge National 65, consisting essentially of hydrogen and carbon monoxide Laboratory, November 1976) on page 82 there is an attachment lage dargestellt, in der mittels nuklearer wärme Kohlen- Der Kernreaktor 1 gibt mit einem Heliumprimärkreisposition shown in which by means of nuclear heat coal The nuclear reactor 1 is with a helium primary circuit stoff in Methan umgesetzt wird. Die Kohle wird zu- 2 und über einen Wärmetauscher 3 Wärme an einenis converted into methane. The coal is added 2 and heat to one via a heat exchanger 3
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