DE3209741A1

DE3209741A1 - Gefaess fuer die kohlevergasung

Info

Publication number: DE3209741A1
Application number: DE19823209741
Authority: DE
Inventors: Billy Wei-Yu 94611 Oakland Calif. Loo
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1981-03-17
Filing date: 1982-03-17
Publication date: 1982-11-25
Also published as: ZA821392B; CA1166848A; IT8220201A0; JPS5829886A; AU545444B2; IT1150688B; GB2094955A; GB2094955B; AU8138582A; US4357305A

Description

32097A1

82-R-4978

DEPARTMENT OF ENERGY Washington, D.C, U.S.A.

Gefäß für die Kohlevergasung

Die Vergasung von Kohle zur Erzeugung von Methangas könnte die schwindenden Vorräte an Erdgas ersetzen oder ergänzen. Allerdings geschieht die Umwandlung von Kohle in Gas am wirtschaftlichsten unter extrem ungünstigen Bedingungen. Dazu gehört eine Temperatur von ungefähr 2.5OO°F (137O°C), ein Druck von ungefähr 1.500 psi (100 Atmosphären) und eine sehr korrodierende und Abrasion hervorrufende Atmosphäre.

Eine ins Auge gefaßte typische Größe und Form für ein Umwandlung sgefäß ist ein Zylinder von annähernd 30 Fuß (9,1 Meter) Durchmesser und 150 Fuß (45,7 Meter) Länge. Um dem erforderlichen Drücken standzuhalten, müßte der Zylinder annähernd 14 Zoll (35,5 cm) dick sein, wenn das Gefäß aus Stahl hergestellt ist. Ein solches Gebilde würde sehr schwer, sehr teuer und schwer herzustellen sein, und zwar in erster Linie infolge der beim Schweißen von Stahlabschnitten solcher

Dicke auftretenden Schwierigkeiten und bei der überprüfung solcher Schweißnähte auf Fehlerstellen. Ein solches Gebilde würde höchstwahrscheinlich am Ort seiner Verwendung zusammengebaut werden, da es wegen seiner beachtlichen Größe und seinem hohen Gewicht schwer zu transportieren wäre.

Es ist bekannt, Kou.. anstof f-Fasern oder Graphit-Fasern zusammen mit Harzen als Bindemittel zu verwenden, um Gebilde wie beispielsweise Geschoßabschußrohre aufzubauen. Solche Gebilde sind viele Male leichter und einfacher herzustellen als ähnliche aus Stahl und dergleichen bestehende Gebilde.

Das Umwandlungsgefäß würde ferner einen Innenmantel aus feuerfestem Material wie beispielsweise feuerfestem Beton aufweisen, wobei dieses Material das Stahlgefäß gegenüber der extremen bei der Vergasungsreaktion auftretenden Wärme schützen würde. Da das feuerfeste Material bei der Entwicklung eines heißen. Fleckens allmählich zerstört würde, muß die Wandtemperatur nahezu kontinuierlich überwacht werden, so daß das feuerfeste Material vor der Beschädigung der Stahlwand des Gefäßes ersetzt werden kann. Eine überwachung durch Feststellung von Infrarotemission oder durch andere Verfahren von der Außenseite des Gefäßes her wären außerordentlich schwierig durchzuführen, da die das Gefäß notwendigerweise umgebende Hilfsausrüstung den Zugang erschweren würde. Ferner wäre die Verwendung von Thermoelementen oder anderen Punktmeßvorrichtungen höchstwahrscheinlich nicht zufriedenstellend für die überwachung der Temperatur über eine ausgedehnte Fläche hinweg, und zwar selbst dann, wenn diese Vorrichtungen die aggressive Umgebung innerhalb des Gefäßes überleben würden.

Es sei bemerkt, daß zusammen mit der überwachung der Wandtemperatur auch Möglichkeiten zur Kühlung der Wand oder zu einem andersartigen Schutz der Wand gegenüber der Reaktionswärme erforderlich sind. in einigen Gefäßkonstruktionen wurden Kühl-

schlangen, verwendet, um zum Schutz der Gefäßwand ein Kühlmittel vorzusehen.

Die Erfindung bezweckt ein Gefäß zum Gebrauch in einer Hochtemperatur-Hochdruck- und Korrosions-Umgebung anzugeben, und zwar unter Bedingungen wie sie bei der Vergasung von Kohle auftreten. Ferner bezweckt die Erfindung ein solches Gefäß vorzusehen, welches ein relativ leichtes Gewicht besitzt und leicht hergestellt werden kann, und zwar verglichen mit dem Stand der Technik. Die Erfindung sieht ferner eine Vorrichtung für das Gefäß vor, die das Gefäß nicht nur kühlen kann, sondern auch Hochtemperaturflecken überwachen und lokalisieren kann, wobei diese Hochtemperaturflecken beispielsweise durch eine Zerstörung des feuerfesten Materials hervorgerufen sein können. Die Erfindung bezweckt ferner den sicheren Betrieb des Gefäßes selbst dann vorzusehen, wenn das feuerfeste Material zerfallen ist, und zwar über einen solchen Zeitraum hinweg, bis die Reaktion abgeschaltet werden kann, um sodann das feuerfeste Material zu reparieren.

Weitere Vorteile, Ziele sowie neue Maßnahmen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung für den Fachmann. Die erfindungsgemäßen Ziele und Vorteile können insbesondere durch die in der Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Maßnahmen erzielt werden.

Das erfindungsgemäße Gefäßsystem, welches beispielsweise bei der Kohlevergasung verwendet werden kann, kann ein Gefäß umfassen, welches einen Außenmantel besitzt, der aus Kohlenstoff-Fasern oder Graphit-Fasern zusammengehalten in einem Bindemittel bestellt, und wobei ein Mechanismus innerhalb des Außenmantels zur Zirkulation eines Kühlmittels vorgesehen ist, und wobei ferner ein aus feuerfestem Material bestehender Innenmantel benachbart zu dem Kühlmittelzirkulationsmechanismus angeordnet ist. Das Gefäßsystem kann ferner eine Steuer-

vorrichtung zur Einstellung des Kühlmittelflusses durch den Kühlmittelzirkulationsmechanismus ansprechend auf Kühlmitteltemperaturänderungen aufweisen.

Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren vor, um eine anomale Temperatur im obengenannten Gefäß zu lokalisieren, wobei im einzelnen folgende L 'iritte vorgesehen sind: Vorsehen einer. Vielzahl von Strömungsmittel führenden Leitungen, benachbart zu den Mänteln des Gefäßes, wobei jede Leitung einen Einlaß und einen Auslaß aufweist,

Messen von mindestens der Auslaßtemperatur des Strömungsmittels von jeder Leitung zum Zwecke der Identifizierung einer oder mehrerer der Leitungen als eine solche Leitung, die ein Strömungsmittel mit einer anomalen Temperatur führt, Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels in jedweder Leitung, die eine anomale Temperatur besitzt, und Messung der Zeit, die für eine Temperaturänderung in der Leitung erforderlich ist, in welcher die Strömungsgeschwindigkeit erhöht wurde, um so die Position der anomalen Temperatur längs der Leitung zu lokalisieren.

Man erkennt, daß die Erfindung zahlreiche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik besitzt. Zum ersten ist zu sehen, daß die Kombination des oben erwähnten Außenmantels, bestehend aus Kohlenstoff- oder Graphit-Fasern und der inneren Kühlvorrichtung für ein Gefäßsystem viel leichter ist als bekannte Stahlgebilde, trotzdem aber einer Hochtemperatur- und Hochdruckumgebung widerstehen kann, wie sie beispielsweise bei der Kohlevergasungsreaktion auftritt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das erfindungsgemäße Gefäß leichter herzustellen ist, einfacher auf Fehlerstellen überprüft werden kann und mit ansteigender Größe wirtschaftlich mit aus Stahl oder dergleichen hergestellten Gefäßen in Wettstreit tritt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß dann, wenn das feuerfeste Material zerstört wird, die Kühlvorrichtung in entsprechender Weise eine Kompensation vorsehen kann und es ermöglicht, daß das Gefäßsystem so lange weiterbetrieben wird, bis die Reaktion zum Zwecke der Reparatur des feuerfesten Materials in sicherer und geeigneter Weise abgeschaltet werden kann. Da ferner die Kühlrohre auf einer relativ niedrigen Kühlmitteltemperatur gehalten werden, sind sie gegenüber starken Korrosionsattacken, die bei erhöhten Temperaturen stark ansteigen, weniger empfindlich.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Fähigkeit zur Lokalisierung einer anomalen Temperatur im Gefäß, woraus dann die Stellen, wo das feuerfeste Material zerstört ist, lokalisiert und identifiziert werden können.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene und aufgeschnittene schematische perspektivische (nicht maßstabsgetreue) Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gefäßes, sowie der peripheren Ausrüstung des erfindungsgemäßen Gefäßsystems;

Fig. 2 einen (nicht maßstabsgetreuen) Querschnitt eines Teils der erfindungsgemäßen Gefäßwände;

Fig. 3a, 3b, 3c und 3d graphische Darstellungen der Strömungsmittelgesehwindigkeit, der Temperaturänderungen und der Differenzierwerte der Temperaturänderungen abhängig von der Zeit und einer Zeitachse.

Im folgenden sei nunmehr im einzelnen auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen. In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgeraäßen Gefäßsystems mit 10 bezeichnet. Das Gefäßsystem 10 weist ein zylindrisches und langgestrecktes Gefäß 12 auf, welches einen Außenmantel besitzt, der aus Kohlenstoff- oder Graphit-Faser in einer gewebten oder nicht ^ /ebten Form besteht, und zwar eingebettet oder zusammengehalten durch ein Bindematerial. Der Ausdruck "Kohlenstoff-Faser" wird im folgenden verwendet. Es sei jedoch bemerkt, daß dieser Ausdruck auch Graphit-Fasern und der- ' gleichen umfaßt. Eine Art eines solchen Materials wird als "Graphit AS/Epoxyharz" (graphite AS/epoxy) bezeichnet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Bindematerial ein im Handel verfügbares, unter Wärmeeinwirkung aushärtendes Epoxyharz. Ferner beträgt gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Stärke der Wand 15 des Außenmantels oder der Wand 14 annähernd 5 Zoll (12,7 cm) . Dies reicht aus, um dem erforderlichen Druck von annähernd 1.500 psi (100 Atmosphären) zu widerstehen. Es wird ferner geschätzt, daß dann, wenn das Gefäß 150 Fuß lang (45,7 m) ist und einen Durchmesser von 30 Fuß (9,1 m) besitzt, das geschätzte Gewicht bei 280 Tonnen (254 χ 10 kg) betragen würde, was mit einem entsprechenden Stahlgefäß gemäß dem Stand der Technik verglichen werden müßte, welches annähernd 4,107 Tonnen (3,7 χ 10 kg) wiegen würde.

Kühlmittelzirkulationsmittel 16 sind innerhalb des Außenmantels 14 angeordnet und dienen zur Kühlmittelzirkulation. Die Kühlmittelzirkulationsmittel weisen eine erste Vielzahl von ineinandergreifenden Leitungssätzen 18 oder äußeren Kühlmittelzirkulationsmitteln auf, und zwar einschließlich eines einzelnen Leitungssatzes 20, und sie weisen ferner eine zweite ähnliche Vielzahl von ineinandergreifenden Leitungssätzen 22 oder inneren Kühlmittelzirkulationsmitteln 22 auf, und zwar einschließlich eines einzelnen Leitungssuxzes 24.

4S-

Die äußeren Kühlmittelzirkulationsmittel oder die zweite Vielzahl von Leitungssätzen 22 und insbesondere der einzelne Leitungssatz 24 davon wird im folgenden im einzelnen beschrieben. Es sei jedoch bemerkt, daß die Optimierung der Leitungsanordnung auf eine gegebene Reaktorkonfiguration zugeschnitten sein muß und daß die erste Vielzahl von ineinandergreifenden Leitungssätzen 18 von gleicher Konstruktion ist. Die zweite Vielzahl von Leitungssätzen 22 kann bis zu 100 Leitungssätze aufweisen. In Fig. 2 sind drei solcher Sätze dargestellt. Sie weisen den bereits erwähnten Satz 24 sowie die Sätze 26 und 28 auf. Jeder dieser Sätze weist drei Ringleitungen auf, die innerhalb des Außenmantels 14 angeordnet sind und die mit den Ringleitungen der anderen Leitungssätze ineinandergreifen. Es sei bemerkt, daß die Ringleitungen der Sätze 24 mit 24a, 24b und 24c bezeichnet sind und daß die anderen Ringleitungen mit 26a, 26b, 26c und 28a, 28b und 28c bezeichnet sind. Jeder Leitungssatz besitzt eine EinlaßSammelleitung wie beispielsweise Einlaßsammelleitung 30 (Fig. 1) für den Leitungssatz 24, und eine Auslaßsammelleitung, wie beispielsweise Auslaßsammelleitung 32 des Leitungssatzes 24. Die Strömungsgeschwindigkeit in dem ersten Leitungssatz 24 kann nach Erfordernis durch eine Pumpe 34 variiert werden, die mit der Einlaßsammelleitung 30 in Verbindung steht. Ähnliche Pumpen oder Strömungsmittel-Strömungsmechanismen können mit den EinlaßSammelleitungen der anderen Leitungssätze für die zweite Vielzahl von Leitungssätzen 22 verbunden sein. Sollte irgendeiner der Leitungssätze ausfallen, so könnte der benachbarte ineinandergreifende Leitungssatz durch eine Erhöhung des Kühlmittelströmungsflusses durch diesen hindurch kompensiert werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß infolge des Ineinandergreifens ein Ausfall irgendeines Satzes den Kühleffekt in irgendeiner Zone des Gefäßes nicht stark unterbricht. Aus der Auslaßsammelleitung 32 austretendes Kühlmittel würde durch, die Kühlvorrichtung 36 fortschreiten, die ein Teil des Systems sein kann, welches Kühlung für sämtliche· Leitungssätze vorsieht, bevor die Rückkehr

zur Pumpe zum Zwecke der Rezirkulation durch die Leitungen stattfindet. Die Temperatur des Kühlmittels in den Einlaß- und Auslaß-Sammelleitungen 30 und 32 wird beispielsweise durch Thermoelemente 38 und 40 gemessen. Diese Thermoelemente sind mit Steuermitteln 42 verbunden, welche den Kühlmittelfluß durch die Kühlmittelzirkulationsmittel 16 einstellen können, und zwar entsprecht"d den an den Thermoelementen 38 und 40 gemessenen Temperaturen. Die Steuermittel 42 weisen Computermittel auf und sind mit einer Vielzahl von Servosystemen wie beispielsweise Servosystem 44 verbunden, welche die Geschwindigkeit und das Volumen des von der Pumpe 34 in die EinlaßSammelleitung 30 gepumpten Kühlmittels steuern.

Es wird ins Auge gefaßt, daß die Temperatur des Einlaßkühlmittels annähernd 20°C beträgt und daß das Kühlmittel aus der Austrittssammelleitung 40 mit annähernd 70°C austritt, was einem ΔT oder einer Temperaturdifierenζ von 50 C entspricht.

Eine erste Vielzahl von Steuersätzen 18 kann als Reserve verwendet werden, wenn beispielsweise der gesamte zweite Satz ausfallen sollte. Alternativ kann ein Minimum an Kühlmittel durch den ersten Satz geschickt werden, um die Kühlung des Gefäßsystems 10 vorzusehen, obwohl darauf hingewiesen werden soll, daß die Primärkühlung durch die zweite Vielzahl von Leitungssätzen. 22 erfolgt.

Ein aus feuerfestem Material bestehender Innenmantel 46 ist benachbart zu den Kühlmittelzirkulationsmitteln 16 angeordnet und dient als ein Wärmeschirm für die Mittel 16 und für den Außenmantel 14. Die Kohlevergasungsreaktion erfolgt beispielsweise innerhalb des durch den feuerfesten Mantel 46 definierten zylindrischen Volumens. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der feuerfeste Mantel 46 aus einer zylindrischen Wand aus gebranntem Ton oder e:„era geformten feuerfesten Betonmaterial bestehen.

Der Betrieb des Gefäßsystems 10 ist folgender. Bei einem normalen stetigen Betriebszustand für das Gefäß 10 schützt das feuerfeste Material 46 die Kühlmittelzirkulationsmittel 16 und den Außenmantel 14 gegenüber der intensiven Wärme, die über 1.37O°C hinausgehen kann. Die Kühlmittelzirkulationsmittel 16 schützen den Außenmantel 14 vor jedweder übermäßiger Wärme, welche die Wärmeabschirmung oder die feuerfeste Abschirmung 46 durchdringt. Im Betrieb wird das Kühlmittel, welches Wasser oder dergleichen sein kann, in die Kühlmittelzirkulationsmittel 16 durch die Pumpe 34 mit annähernd 20⁰C gepumpt, und durch die Reaktion auf annähernd 70°C erhitzt, was eine Temperaturänderung von 5O°C bedeutet. Die Entstehung eines heißen Fleckens wird durch einen anomalen Anstieg der Strömung angezeigt, die erforderlich ist, um eine konstante Temperaturdifferenz ^T zwischen dem Einlaß und dem Auslaß aufrechtzuerhalten. Eine alternative Betriebsweise bestünde darin, daß man einen konstanten Kühlmittelfluß aufrechterhält und jedweden anomalen Anstieg bei Δ Τ gegenüber seinem vorausgegangenen sicheren Pegel feststellt.

Es sei bemerkt,·'daß der Außenmantel 14 die extrem hohen Drücke von annähernd 1.500 psi (100 Atmosphären) aufnimmt. Der aus feuerfestem Material bestehende Mantel 46 und die Kühlmittelzirkulationsmittel 16 Kind auf allen Seiten den extremen Drükken ausgesetzt.

Die Steuermittel 4 2 überwachen in konstanter Weise die Einlaß- und Auslaßtemperatüren in den Sammelleitungen, wie beispielsweise den Sammelleitungen 38 und 40 der ungefähr 100 Leitungssätze, die jede der ernten und zweiten Vielzahlen von Leitungssätzen 18 und 22 bilden.

Während des Betriebs eines solchen Gefäßsystems 10 hatte das feuerfeste Material nach einer vernünftigen Lebensdauer die Tendenz infolge der extrem korrodierenden und erodierenden Um-

gebung, der das feuerfeste Material ausgesetzt ist, zu zerfallen. Wenn dies auftritt ist es wichtig, sowohl das Auftreten einer solchen Disintegration zu identifizieren und auch die Position und die Größe der Disintegration zu lokalisieren. Zwei Koordinaten, die eine eine Längs- oder Longitudinalkoordinate und die andere eine Umfangs- oder Azimutkoordinate, müssen festgestellt werden, um einen Disintegrationspunkt oder heißen Fleck oder eine abnormale Temperaturzone in dem feuerfesten Materialmantel 46 festzustellen. Die Longitudinalposition wird recht einfach durch Ablesungen aus der Differenz der Einlaß- und Auslaß-Sammelleitungen 38 und 40 bestimmt. Wenn beispielsweise die anomale Temperatur oder der heiße Fleck in dem Gebiet 50 (in Fig. 1 gepunktet dargestellt) lokalisiert wird, so erkennt man, daß die Temperaturdifferenz des Kühlmittels in dem Kühlmittelsatz 24 und dem benachbarten Satz ansteigt und durch die Steuermittel 4 2 gemessen werden kann. Wenn die Position des Kühlmittelsatzes 24 und des benachbarten Satzes genau entlang der Longitudinallänge des Gefäßes 12 bekannt sind, so ist die Längs- oder Longitudinalposition des heißen Flecks bestimmt.

Zur Bestimmung der Umfangslage wird die Kühlmittelgeschwindigkeit durch den Kühlmittelsatz 24 und den benachbarten Satz wie folgt moduliert oder verändert. Die Kühlmittelgeschwindigkeit durch, den Kühlmittelsatz 24 wird beispielsweise zur Zeit t_Q um das Doppelte vergrößert, obwohl natürlich auch andere Vielfache verwendet werden könnten. Dieser Anstieg ist in Fig. 3a in der Geschwindigkeit/Zeit-Darstellung bezeichnet. Wenn kein heißer Fleck in dem Gefäß 12 vorhanden ist, so würde die Temperaturdifferenz ΔΤ, das heißt, die Differenz zwischen der Temperatur am Thermoelement 40 und am Thermoelement 38, wie durch die ausgezogenen Linien in Fig. 3b angedeutet, abfallen. Diese Figur zeigt, daß anfangs, wenn die Geschwindigkeit verdoppelt wird, ^T auf eine Stetig ".ustands-Bedingung t^ "a" zur Zeit t₂ abnimmt. Wenn die Strömungsrate auf ihre Normalrate oder

Geschwindigkeit zur Zeit t., verringert wird, so würde natürlich die Temperatur wiederum, wie in Fig. 3b bei "b" (Zeit tj.) gezeigt, ansteigen.

Wenn ein heißer Fleck, wie beispielsweise der heiße Fleck 50, auftreten sollte, so ergibt sich ein Anstieg der Temperaturdifferenz zwischen den Thermoelementen 40 und 38 (Fig. 3c). Wenn das Kühlmittel auf das zweifache zu einer normalen Strömungsgeschwindigkeit moduliert wird, so ist die Temperaturabfallsgeschwindigkeit oder Rate bei der Annäherung eines neuen Gleichgewichts proportional zur Geschwindigkeit oder Rate der Wärmeeingangsgröße pro Einheitslänge entlang der Leitung. Demgemäß würde ein heißer Fleck eine abrupte Änderung in der AT/t-Darstellung zur Folge haben, wie dies durch "c" zur Zeit t.. in Fig. 3C dargestellt ist. Die Zeit, die das Kühlmittel braucht, um den Strömungskreis von den Thermoelementen 38 bis 40 zu vollenden, ist t₂ - t_Q; die Bestimmung von t« ist daher gleichbedeutend mit der Lokalisierung des heißen Flecks längs des Strömungskreises. Wenn der heiße Fleck dichter zu dem Einlaßthermoelement 38 liegt, so wird t. proportional dichter zu t2 liegen. Wenn umgekehrt der heiße Fleck nahe dem Ende des Kreises liegt, so wird t^ dichter zu t_Q liegen. Ähnliche Argumente gelten für die Situation, wo der Fluß oder die Strömung auf das Normalniveau bei t₃ zurückkehrt und die Lage von t₄ bezüglich t₃ und te als eine Prüfung verwendet wird für die Umfangsposition des heißen Flecken, gemäß der Bestimmung während der Hochströmungsperiode. Aus Gründen der Einfachheit sollte die Periode des Testzyklus t., offensichtlich länger sein als die Zeit, die das Kühlmittel benötigt, um den Kreislauf zu vollenden. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß, wie in Fig. 3d gezeigt, die exakte Lage eines heißen Flecken noch genauer dadurch identifiziert werden kann, daß man die Temperaturänderung abhängig von der Zeit differenziert, wie dies für die Hochtemperaturbedingung der Fig. 3c dargestellt ist. Die Spitzen "c¹" und "d"¹ (Fig. 3d) entsprechen den Bezeichnungen "c" und "d" in Fig. 3c.

Es sei darauf hingewiesen, daß im Verlauf des regelmäßigen Betriebs die zentrale Lage dieser Spitzen durch zusätzliche mathematische Verfahren näher bestimmt werden kann, beispielsweise durch weiteres Differenzieren der Figur 3d und Lokalisierung der "NuIldurchgangs"-Punkte. Das durch sämtliche Leitungssätze fließende Strömungsmittel kann serienmäßig oder in irgendeiner anderen Reihenfolge moduliert werden, um so eine Prüfung auf heiße Flecken vorzunehmen.

Aus der obigen Beschreibung erkennt man, daß das Gefäßsystem zahlreiche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik besitzt. Als erstes sei bemerkt, daß das erf indungr>gemäße Gefäß leicht ist, relativ einfach rufzubauen ist und daß die Integrität des Aufbaus leichter überprüft werden kann, als dies beim Stand der Technik der Fall ist. Ferner isI darauf hinzuweisen, daß die Kombination des Gefäßsystems 10 es ermöglicht, daß das Gefäß 12 den extremen Temperaturen und Drücken widersteht, die für eine solche Reaktion erforderlich sind. Ferner kühlen die Kühlmittelzirkulationsmittel 16 und die Steuermittel 42 nicht nur das Gefäßsystem 10, sondern sie bilden auch ein Mittel zur Lokalisierung jedweder Disintegrationen oder Zerstörungen in dem aus feuerfestem Material bestehenden Mantel 46, oder aber es werden andere örtliche heiße Flecke lokalisiert, so daß geeignete Betriebsverfahren eingeleitet werden können, wie beispielsweise das Abschalten der Reaktion oder das Fortfahren mit der Reaktion so lange, bis der heiße Fleck kritischer wird.

Es sei betont, daß die Sicherheitsaspekte dieser Konstruktion als von höchster Wichtigkeit herausstellen können; diese Sicherheitsaspekte ergeben sich durch die Redundanz der Kühlmittelkreise und die inherenten Vorteile des zusammen-

gesetzten Kohlenstoff-Faser'materials hinsichtlich von dessen Festigkeit, geringen Gewichts, Ermüdungswiderstand, Kriechwiderstand, Korrosionswiderstand, Dimensionsstabilität und erwiesene Herstellungsverfahren.

Abwandlungen der Erfindung sind dem Fachmann gegeben. Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Ein Gefäßsystem 10 weist einen Außenmantel 14 aus, in einem bindemittelgehaltenen Kohlenstoff-Faser sowie Kühlmittelzirkulationsmechanismen 16 und Steuermechanismen 42 sowie einen Innenmantel 46 auf, wobei letzterer aus einem feuerfesten Material besteht und ein geringes Gewicht besitzt und extremen Temperaturen sowie Drücken standhalten kann, wie sie beispielsweise im Kohlevergasungsverfahren auftreten. Die Steuervorrichtung 42 kann Computergesteuert sein und zur Überwachung und Einstellung des Kühlmittelstromes dienen, welches durch die Zirkulationsvorrichtung 16 erzeugt wird, um so die Kohlenstoff-Faser und den Außenmantel 14 zu kühlen und zu schützen. Die Steuervorrichtung 42 wird ebenfalls zur Lokalisierung jedweder isolierter heißer Flecken verwendet, die durch die örtliche Zerlegung des aus feuerfestem Material bestehenden Innenmantels 46 auftreten können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Ein ein leichtes Gewicht aufweisendes Gefäßsystem, welches hohen Temperaturen und Drücken widersteh ι,, gekennzeichnet durch

einen Außenmantel bestehend aus in einem Bindemittel gehaltenen Kohlenstoff-Fasern,

Mitteln angeordnet innerhalb des Außenmantels zur Zirkulation von Kühlmittel in der Nähe des Außenmantels, eine aus feuerfestem Material bestehender Innenmantel angeordnet mit Abstandsbeziehung gegenüber dem Außenmantel und benachbart zu den KUhlmittFl-Zirkulationsmitteln.

2. Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel vorgesehen sind, die zur Einstellung des Kühlmittelflusses durch die Kühlmittel-Zirkulationsmittel entsprechend Kühlmittel-Temperaturänderungen dienen.

3. Gefäß nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel durch Wärmeeinwirkung aushärtet.

4. Gefäß nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Harz ist.

5. Gefäß nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Epoxyharz ist.

6. Gefäß nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß die Fasern zu einem Matrix verwebt sind.

7. Gefäß nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasern Kohlenstoff-Fasern sind.

8. Gefäß nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel-Zirkulationsmittel eine Vielzahl von ineinandergreifenden Leitungssätzen aufweisen.

9. Gefäß nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein^r der Leitungssätze folgendes aufweist: Eine Einlaßsammelleitung, eine Auslaßsammelleitung und mindestens eine erste und eine zweite Leitung, welche die Einlaß- und Auslaß-Sammelleitungen verbinden und benachbart zum Außenmantel angeordnet sind.

10. Gefäß nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer di.-r Leitungsaätze folgendes aufweist: Eine Einlaßsammelleitung, eine Auslaßsammelleitung und mindestens eine erste Leitung und eine zweite Leitung zur Verbindung der Einlaß- und Auslaß-Sammelleitungen und angeordnet benachbart zum Außenmantel, wobei die erste Leitung des erwähnten anderen Satzes zwischen den ersten und zweiten Leitungen des erwähnten einen Satzes angeordnet ist, und wobei die zweite Leitung des erwähnten einen Satzes zwischen den ersten und zweiten Leitungen des anderen Satzes angeordnet ist.

11. Gefäß nach eirwm oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Vielzahl von ineinandergreifenden Leitungssätzen vorgesehen ist.

12. Gefäßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzirkulation:;rnittel mindestens eine Einlaßsammelleitung und mindestens eine Auslaßsammeileitung aufweisen, wobei die Steuermittel den Kühlmittelfluß entsprechend der Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel in den Einlaß- und den Auslaß-Sammelleitungen einstellen.

13. Gefäß nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel Mittel zur Lokalisierung eines anomal hohen Temperaturflecken in dem inneren feuerfesten Mantel aufweisen.

14. Gefäß nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lokalisierungsmittel folgendes aufweist: Mittel zur Messung der Kühlmitteltemperaturänderungen und Mittel zur Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels durch die Zirkulationsmittel.

15. Gefäß nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche» insbesondere nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel-ZirkulationsmitUeI mindestens eine Einlaß- und eine Auslaßsammelleitung aufweisen, und wobei die Meßmittel die Differenz zwischen den Kühlmitteltemperaturen in den Einlaß- und Auslaß-Sammelleitungen messen.

16. Verfahren zur Lokalisierung einer anomalen Temperatur unter Verwendung folgender Schritte: Vorsehen einer Vielzahl von strömungsmittelführenden Leitungen, von denen jede einen Einlaß und einen Auslaß besitzt, Messung von mindestens der Auslaßtemperatur des Strömungsmittels von jeder Leitung üur Identifizierung ob eine oder mehrere der Leitung Strömungsmittel mit einer anomalen

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Temperatur führen,

Erhöhung der Strömungsmittel-Strömungsgeschwindigkeit in jeder Leitung, die eine anomale Temperatur besitzt, und Messung des Strömungsmittelflusses in jeder Leitung, die eine anomale Temperatur aufweist, und Messung der Zeit, die erforderlich ist, für die Temperatur sich am Auslaß in der Leitung zu ändern, in der die Strömungsgeschwindigkeit erhöht wurde, um so die Position der anomalen Temperatur längs der Leitung zu lokalisieren.

17. Verfahren zur Lokalisierung einer anomalen Temperatur in der Wand eines Hochtemperaturgefäßes unter Verwendung folgender Schritte:

Vorsehen einer Vielzahl von strömungsmittelfUhrenden Leitungen benachbart zu der Wand, wobei jede Leitung einen Einlaß und einen Auslaß aufweist,

Messung von mindestens der Auslaßtemperatur des Strömungsmittels von jeder Leitung zur Identifizierung, ob eine oder mehrere der Leitungen Strömungsmittel mit einer anomalen Temperatur führen, Erhöhrung der Strömungsmittel-Flußgeschwindigkeit in jeder Leitung, die eine, anomale Temperatur besitzt, und Messung der Zeit, die für die Temperatur erforderlich ist, um sich am Ausgang der Leitung zu ändern, in der die Strömungsgeschwindigkeit erhöht wurde, um so die Position der anomalen Temperatur längs der Leitung zu lokalisieren.

18. Gefäßsystem, gekennzeichnet durch

einen Außenmantel bestehend aus Kohlenstoff-Fasern gehalten in einem Bindemittel,

Mittel angeordnet innerhalb des Außenmantels zum Zirkulieren eines Strömungsmi 1 '.eis zum Schutz des Außenmantels gegenüber der Temperatur det; Gefaßsystems, und

eine Innentemperat.ur-Isolationswand angeordnet benachbart zu den Strömungsmitte I-Zirkulationsmitteln.

19. Gefäßsystem nach Anspruch 18, gekennzt ichnet durch Steuermittel zur Einstellung des Strömungsrnitte I f'lusses durch die
Zirkulationsmittel entsprechend den Änderungen der Strömungsmittel temperatur.

20. Gefäßsystem nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch Mittel zur Lokalisierung einer anomalen Temperaturstelle in der erwähneten Innentemperatur- Isolierwand.