DE3335523C2

DE3335523C2 -

Info

Publication number: DE3335523C2
Application number: DE19833335523
Authority: DE
Inventors: Erhard Ing.(Grad.) 6806 Viernheim De Arndt; Winfried Ing.(Grad.) 6940 Gorxheimer Tal De Wachholz; Ulrich Dipl.-Ing. 6940 Weinheim De Weicht
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Current assignee: Hochtemperatur Reaktorbau GmbH
Priority date: 1983-09-30
Filing date: 1983-09-30
Publication date: 1991-05-23
Also published as: JPH0466920B2; JPS6092392A; DE3335523A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Stoffen unter Verwendung von nuklear ge wonnener Wärmeenergie mit einem in einem Reaktordruckbehälter an geordneten Helium-gekühlten Hochtemperaturreaktor, mit einem Wasserdampfvergaser, in dem die kohlenstoffhaltigen Stoffe durch Zuführung von Prozeßwärme und Prozeßdampf zu Synthesegas umge setzt werden, mit einem Dampfüberhitzer, der den Prozeßdampf liefert, und mit einem Dampferzeuger.

Stand der Technik sind Anlagen zur Kohlevergasung, bei denen die kohlenstoffhaltigen Stoffe unter Zugabe von Wasserdampf und bei hoher Temperatur in einem Wasserdampfvergaser in Synthesegas um gewandelt werden. Derartige Anlagen sind beispielsweise in der DE 25 53 506 C1 und der DE 27 24 802 A1 beschrieben.

Bei den beiden bekannten Anlagen wird die Prozeßwärme, für die ein hohes Temperaturniveau (ca. 900°C) erforderlich ist, von einem Hochtemperaturreaktor geliefert. Für die Übertragung der Wärme des Reaktorkühlmittels (Primärhelium) auf den Wasserdampf vergaser ist ein mit Helium (Sekundärhelium) betriebener Zwischen kreislauf vorgesehen, da es wegen der Baugröße des Wasserdampf vergasers und wegen seiner direkten Beschickung mit kohlenstoff haltigen Stoffen nicht sinnvoll und zulässig ist, ihn in dem Reak tordruckbehälter zu integrieren und direkt mit dem Primärhelium zu beheizen. Die Beaufschlagung eines nicht innerhalb des Reak tordurckbehälters installierten Wasserdampfvergasers mit Primär helium ist ebenfalls weder sinnvoll noch zulässig.

In dem Zwischenkreislauf ist ein He/He-Wärmetauscher angeordnet, aus dem das Sekundärhelium mit ca. 900°C austritt und dem Was serdampfvergaser zugeleitet wird. Zur Einhaltung dieser für den Wasserdampfvergaser notwendigen hohen Temperaturen muß das Pri märhelium bei seinem Austritt aus dem Reaktorkern mindestens 950°C haben, und die Anlagenteile zwischen dem Reaktor und dem Vergaser müssen für diese hohe Temperatur geeignet sein. Nach dem heutigen Stand der Technik gibt es für derartig hohe Tempe raturen noch keine Werkstoffe mit einer hinreichenden Zeitstand festigkeit für einen Betrieb der Anlage von 30 Jahren. Für den Bau der in den beiden Offenlegungsschriften beschriebenen Anlagen fallen daher erhebliche Kosten für die Entwicklung in dem Zwi schenkreislauf verwendbarer Materialien an. Außerdem ist die Zwi schenschaltung eines Sekundärkreislaufs zwischen Primärkreislauf und Wasserdampfvergaser mit großem Aufwand verbunden.

Bei den bekannten Anlagen ist der He/He-Wärmetauscher in den Reaktordruckbehälter integriert, während alle anderen Komponen ten des Zwischenkreislaufs außerhalb des Reaktordruckbehälters angeordnet sind. Dies gilt auch für den Dampfüberhitzer und den Dampferzeuger, die sich - in Strömungsrichtung des Sekundärhe liums gesehen - hinter dem Wasserdampfvergaser befinden. Das aus dem Wasserdampfvergaser austretende Sekundärhelium wird zunächst zur Überhitzung des Prozeßdampfes benutzt, ehe es seine restliche Wärme an den Dampferzeuger abgibt und von einem Gebläse wieder zu dem He/He-Wärmetauscher gefördert wird.

In der DE 27 24 802 sind in dem Zwischenkreislauf noch ein Röh renspaltofen und ein Dampfvorüberhitzer angeordnet. Der von dem Dampferzeuger gelieferte Dampf dient dem Antrieb einer Dampftur bine, mit der Strom erzeugt wird; der Anzapfdampf dieser Dampf turbine wird über den Dampfvorüberhitzer und -überhitzer als Prozeßdampf dem Wasserdampfvergaser zugeleitet.

Von diesem Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, bei einer An lage der eingangs beschriebenen Art die mit der Verwendung eines Zwischenkreislaufs verbundenen Nachteile zu vermeiden.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) für die Beheizung des in an sich bekannter Weise außerhalb des Reaktordruckbehälters angeordneten Wasserdampfvergasers sind aussschließlich konventionelle Mittel vorgesehen;
b) der Dampfüberhitzer und der Dampferzeuger sind innerhalb des Reaktordruckbehälters installiert und - in Strömungsrichtung des Heliums gesehen - hintereinander in dem Heliumkreislauf des Hochtemperaturreaktors angeordnet.

Bei der vorgeschlagenen Anlage wird also der Wasserdampfvergaser konventionell beheizt, so daß die Notwendigkeit, einen Zwischen kreislauf vorzusehen, entfällt. Das bringt hohe Kosteneinsparun gen mit sich durch den direkten Wegfall von Komponenten des Zwi schenkeislaufs wie den He/He-Wärmetauscher, das Gebläse für das Sekundärhelium, Rohrleitungen und Armaturen. Außerdem wird die Antriebsleistung für dieses Gebläse eingespart. Darüber hinaus kann der Aufwand für Forschung und Entwicklung heißgehender Kom ponenten reduziert werden, da die Heißgastemperatur des Primär heliums um mindestens 100°C gesenkt werden kann. Die erfindungs gemäße Anlage ist praktisch sofort baubar, und das Risiko des Betreibers hat sich erheblich verringert.

Weiterhin wirkt sich vorteilhaft aus, daß die Speisewassertempe ratur und/oder die Grädigkeit am Dampferzeuger erhöht werden kön nen, so daß sowohl ein Dampferzeuger mit kleineren Abmessungen verwendet als auch ein höherer thermischer Wirkungsgrad erreicht werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere alterna tive Verfahren zum Betreiben der Anlage angegeben, die sich auf die Beheizung des Wasserdampfvergasers beziehen.

Ein erstes Verfahren besteht darin, den Wasserdampfvergaser elek trisch zu beheizen.

Gemäß einem zweiten Vorschlag kann der Wasserdampfvergaser mit Rauchgas beheizt werden, das durch die Verbrennung von Kohle, Öl, Produktgas oder dgl. gewonnen wird.

Bei einem weiteren Verfahren erfolgt die Beheizung des Wasser dampfvergasers unter teilweiser Verwendung der eingesetzten koh lenstoffhaltigen Stoffe oder des erzeugten Rohgases, die durch Sauerstoffzufuhr verbrannt werden.

Möglich ist auch die Beheizung des Wasserdampfvergasers mit Hilfe eines gesonderten Heizkreislaufs, der mit Dampf, Helium o. ä. be trieben und konventionell beheizt wird.

Bei allen genannten Verfahren läßt sich in weiterer Ausgestal tung der Erfindung die durch konventionelle Beheizung gewonnene Prozeßwärme für den Wasserdampfvergaser dadurch reduzieren, daß die Endtemperatur des überhitzten Prozeßdampfes angehoben wird. Ein höherer Überhitzungsgrad des Prozeßdampfes kann auf verschie dene Weise erzielt werden, z. B. durch weitere Zufuhr von nukle arer Wärme oder durch fossile oder elektrische Nacherhitzung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbespiel der Anlage gemäß der Erfindung schematisch dargestellt wobei der Heliumkreislauf des Hochtemperaturreaktors (Primärkreislauf) durch dicke, durchgehen de Linien wiedergegeben ist.

Die Figur zeigt einen Reaktordruckbehälter 1 aus Spannbeton, in dem ein Hochtemperaturreaktor 2 mit einem Kern 3 aus kugelförmi gen Brennelementen untergebracht ist. Der Hochtemperaturreaktor 2 wird durch in einem Primärkreis 4 umlaufendes Helium gekühlt, das den Kern 3 mit einer Heißgastemperatur von 850°C verläßt. Innerhalb des Reaktordruckbehälters 1 sind in dem Primärkreis noch ein Dampfüberhitzer 5, ein Dampferzeuger 6 und ein Kühlgas gebläse 7 angeordnet, durch welches das auf etwa 300°C abgekühl te Helium zum Reaktor 2 zurückgefördert wird.

Der Dampfüberhitzer 5 wird mit Dampf von ca. 410°C beschickt, der mittels des Heliums auf etwa 810°C überhitzt wird. Die rest liche Wärme des Heliums wird in dem Dampferzeuger 6 zur Frisch dampfgewinnung ausgenutzt. Das Speisewasser tritt mit 200°C in den Dampferzeuger 6 ein; der Frischdampf, der 540°C hat, kann zur Stromerzeugung einer Dampfturbine zugeleitet werden. Der An zapfdampf aus der (nicht gezeigten) Dampfturbine wird dem Dampf überhitzer 5 zugeführt.

Der überhitzte Dampf aus dem Dampfüberhitzer 5 wird als Prozeß dampf in einem Wasserdampfvergaser 8 eingesetzt, in dem bei ho hen Temperaturen kohlenstoffhaltige Stoffe, z. B. Koks, in Syn thesegas umgewandelt werden, das zunächst als Rohgas aus dem Wasserdampfvergaser 8 austritt und in weiteren Prozessen gerei nigt wird. Die zur Gaserzeugung erforderlichen hohen Temperatu ren werden von einer konventionellen Beheizungseinrichtung 9 geliefert; diese kann z. B. eine elektrische Einrichtung sein.

Claims

1. Anlage zur Erzeugung von Synthesegas aus kohlenstoffhaltigen Stoffen unter Verwendung von nuklear gewonnener Wärmeenergie mit einem in einem Reaktordruckbehälter angeordneten Helium gekühlten Hochtemperaturreaktor, mit einem Wasserdampfver gaser, in dem die kohlenstoffhaltigen Stoffe durch Zuführung von Prozeßwärme und Prozeßdampf zu Synthesegas umgesetzt wer den, mit einem Dampfüberhitzer, der den Prozeßdampf für den Wasserdampfvergaser liefert, und mit einem Dampferzeuger, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) für die Beheizung des in an sich bekannter Weise außer halb des Reaktordruckbehälters (1) angeordneten Wasser dampfvergasers (8) sind ausschließlich konventionelle Mittel (9) vorgesehen;
b) der Dampfüberhitzer (5) und der Dampferzeuger (6) sind innerhalb des Reaktordruckbehälters (1) installiert und - in Strömungsrichtung des Heliums gesehen - hinter einander in dem Heliumkreislauf (4) des Hochtemperatur reaktors (2) angeordnet.

2. Verfahren zum Betreiben der Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampfvergaser (8) elektrisch beheizt wird.

3. Verfahren zum Betreiben der Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampfvergaser (8) mit durch die Verbrennung von Kohle, Öl, Produktgas oder dgl. gewonne nem Rauchgas beheizt wird.

4. Verfahren zum Betreiben der Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampfvergaser (8) durch die teilweise Verbrennung der eingesetzten kohlenstoffhaltigen Stoffe oder des erzeugten Rohgases unter Sauerstoffzufuhr beheizt wird.

5. Verfahren zum Betreiben der Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung des Wasserdampfvergasers (8) durch einen gesonderten, konventionell beheizten Kreis lauf erfolgt, der mit Dampf, Helium o. ä. betrieben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß durch Anhebung der Endtemperatur des über hitzten Prozeßdampfes die dem Wasserdampfvergaser (8) zuge führte konventionell gewonnene Prozeßwärme reduziert wird.