DE3445486A1 - Cylindrical steam cracker for the production of synthesis gas by means of nuclear thermal energy. - Google Patents

Cylindrical steam cracker for the production of synthesis gas by means of nuclear thermal energy.

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DE3445486A1 DE19843445486 DE3445486A DE3445486A1 DE 3445486 A1 DE3445486 A1 DE 3445486A1 DE 19843445486 DE19843445486 DE 19843445486 DE 3445486 A DE3445486 A DE 3445486A DE 3445486 A1 DE3445486 A1 DE 3445486A1
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Rudolf Dipl.-Ing. Dr. 6800 Mannheim Wieser
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Abstract

The invention relates to a steam cracker which is used to produce synthesis gas and which is heated with the thermal energy obtained in a gas-cooled high-temperature reactor. The split tubes inserted in a support plate contain the return tubes for the synthesis gas which are fastened in a planar perforated plate located above the supporting plate. Between the supporting plate and the perforated plate a distribution chamber for the process gas is provided; above the perforated plate there is a plenum for the synthesis gas. The steam cracker is installed in a multi-part pressure vessel, one part of which surrounds the distribution chamber and is clamped by the main part and a pressure-bearing cover. Further features relate to the connection of the supporting plate to the pressure vessel and the fastening of the perforated plate, both of which are designed in such a way that the pressure vessel is protected against high temperatures. A special spacer construction ensures dimensional stability of the split-tube bunch and thus uniform heating of the split tubes. The spacer construction is cooled with cold gas.

Description

4600 Dortmund 1 £4600 Dortmund £ 1

Int. Nr. S404 Mannheim, 03olO,84Int. No. S404 Mannheim, 03olO, 84

Zylindrischer Röhrenspaltofen zur Erzeugung von Synthesegas mittels nuklear gewonnener WärmeenergieCylindrical tube fission furnace for the production of synthesis gas by means of nuclear generated thermal energy

Die Erfindung betrifft einen zylindrischen Röhrenspaltofen mit parallel angeordneten Spaltrohren zur Erzeugung von Synthesegas unter Ausnutzung der in einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor gewonnenen Wärmeenergie, die dem Röhrenspaltofen durch ein unten in ihn eintretendes gasförmiges Medium zugeführt wird, mit einer den Wärmeaustauschraum nach oben abschließenden Tragplatte, in die die einzelnen Spaltrohre mit ihren oberen Enden eingesetzt sind, mit einer oberhalb der Tragplatte befindlichen Verteilkammer für das ProzeSgas, die oben von einer ebenen Lochplatte abgeschlossen und an die eine Zuführungsleitung für das Prozeßgas angeschlossen ist, mit einer oberhalb der ebenen Lochplatte vorgesehenen Sammelkammer für das erzeugte Synthesegas, die mit einem Deckel abgeschlossen ist und mit einer Abführungsleitung für das Synthesegas in Verbindung steht, sowie mit Rückführungsrohren für das Synthesegas, die jeweils in den Spaltrohren angeordnet, über diese hinausgeführt und in die ebene Lochplatte eingesetzt sind.The invention relates to a cylindrical tube gap furnace with parallel tubes for generating synthesis gas using the heat energy obtained in a gas-cooled high-temperature reactor , which is fed to the tube gap furnace by a gaseous medium entering it below, with a support plate that closes the heat exchange space at the top and into which the individual cans are inserted with their upper ends, with a distribution chamber for the process gas located above the support plate, which is closed at the top by a flat perforated plate and to which a feed line for the process gas is connected, with a collecting chamber for the synthesis gas produced above the flat perforated plate , which is closed with a cover and is in communication with a discharge line for the synthesis gas, as well as with return pipes for the synthesis gas, which are each arranged in the cans, led out over them and into the plane Perforated plate are used.

Om die in einem Kernreaktor erzeugte Wärme bei wärmeverbrauchenden Prozessen auszunutzen, ist es bekannt, die Wärme des heißen Reaktor-Kühlmittels entweder direkt d. h« unter Umgehung eines Zwischenkreislaufs - oder über einen mit einem Sekundärmedium betriebenen Zwischenkreislauf einer Prozeßwärmeanlage zuzuführen. Als Beispiel für eine direkte Wärmeübertragung werden die DE-PS 1 298 233 sowie die DE-OS I 589 999 genannt, Die Wärmeübertragung mittels eines Zwischenkreislaufs wird beispielsweise in der DE-OS 26 50 922 beschrieben. Hierbei wird in dem Zwischenkreislauf ein sekundäres Helium umgewälzt, das in einem Wärmetauscher die von einem primären Helium, dem Kühlgas eines Hochtemperaturreaktors, abgegebene Wärme aufnimmt. Der Wärmetauscher ist in den den Hochtemperaturreaktor enthaltenden Spannbetondruckbehälter integriert.Om the heat generated in a nuclear reactor when it consumes heat To exploit processes, it is known to use the heat of the hot reactor coolant either directly d. h «bypassing an intermediate circuit - or to be supplied to a process heating system via an intermediate circuit operated with a secondary medium. As an an example for direct heat transfer, DE-PS 1 298 233 and DE-OS I 589 999 are mentioned, Die Heat transfer by means of an intermediate circuit is For example, in DE-OS 26 50 922 described. Here a secondary helium is circulated in the intermediate circuit, which in a heat exchanger is used by a primary Helium, the cooling gas of a high-temperature reactor Absorbs heat. The heat exchanger is in the prestressed concrete pressure vessel containing the high temperature reactor integrated.

Gemäß dem in der DE-PS 1 298 233 dargestellten Verfahren wird heißes Helium derart geleitet, daß es unmittelbar die mit einem Katalysator gefüllten Rohre einer Methan-Spaltanlage umströmt. Das durch die Rohre geführte Prozeßgas, ein CH4-/H00-Gemisch, wird dabei durch die Wärmezufuhr und unter Einwirkung des Katalysators in H0, CO und CO0 gespalten. Eine derartige Anlage ist als Röhrenspaltofen bekannt. Dabei wird eine möglichst weitgehende Durchspaltung angestrebt. Im Prinzip stellt solch ein Röhrenspaitofen einen Wärmetauscher und gleichzeitig einen chemischen Reaktionsapparat dar.According to the method shown in DE-PS 1 298 233, hot helium is passed in such a way that it flows directly around the catalyst-filled pipes of a methane cracking system. The process gas passed through the tubes, a CH 4 - / H 0 0 mixture, is split into H 0 , CO and CO 0 by the supply of heat and under the action of the catalyst. Such a system is known as a tube gap furnace. The greatest possible splitting is sought. In principle, such a tube furnace represents a heat exchanger and at the same time a chemical reaction apparatus.

Aus der DE-PS 24 55 507 ist es bekannt, mehrere Röhrenspaltöfen an einen Hochtemperaturreaktor zu koppeln und alle zu dem Primärkreislauf gehörenden Komponenten in dem aus Spannbeton bestehenden Reaktordruckbehälter unterzubringen. Ein Problem bildet hierbei die Wärmeisolierung der mit sehr hohen Temperaturen beaufschlagten Bauteile des Primärkreislaufs. Auch an den Spaltrohren treten hohe Temperaturbelastungen auf» Ein weiteres Problem stellt der übertritt von in dem Primärkreislauf entstehendem Tritium in 'das Prozeß- bzw. Synthesegas dar.From DE-PS 24 55 507 it is known several tube cracking furnaces to be coupled to a high-temperature reactor and all components belonging to the primary circuit in the prestressed concrete to accommodate existing reactor pressure vessels. One problem here is the thermal insulation of the very Components of the primary circuit exposed to high temperatures. The cans are also exposed to high temperatures »Another problem is the crossover of tritium produced in the primary circuit in the process or synthesis gas.

Schwierig gestaltet sich bei in einem Spannbetondruckbehälter integrierten Röhrenspaltöfen auch die Konstruktion des Verteil- und Sammslsystems für das Prozeß- bzw. Synthesegas, da nur wenig Raum hierfür zur Verfügung steht.Difficulty turns out to be in a prestressed concrete pressure vessel integrated tube cracking furnaces also the construction of the Distribution and collection systems for the process or synthesis gas, since there is only little space available for this.

Wie in der DE-OS 26 14 788 beschrieben, kann das Verteil- und Sammelsystem eines Röhrenspaltofens aus zwei oberhalb der Trag- oder Rohrplatte für die Spaltrohre vorgesehenen zylindrischen Kammern bestehen, an die sich seitlich zwei koaxial ausgebildete Gaslaitungen anschließen. Die beiden Kammern sind durch eine ebene Lochplatte voneinander getrennt, in der die über die Spaltrohre hinausgeführten und oben offenen Rückführungsrohre für das Synthesegas abgedichtet eingesetzt sind. Die obere Kammer dient als Sammler für das Synthesegas, während in der unteren Kammer das Prozeßgas auf die einzelnen Spaltrohre verteilt wird. Um die Temperaturbelastung der Tragplatte herabzusetzen, wird an ihrer Unterseite ein Strom relativ kalten Kühlgases entlanggeleitet.As described in DE-OS 26 14 788, the distribution and collection system of a tubular gap furnace can consist of two above the support or tube plate for the can provided cylindrical chambers exist, to which two laterally Connect coaxially formed gas lines. The two chambers are separated from each other by a flat perforated plate, in which the recirculation pipes for the synthesis gas, which lead out beyond the cans and are open at the top, are sealed are used. The upper chamber serves as a collector for the synthesis gas, while in the lower chamber the process gas is distributed to the individual cans. To reduce the temperature load on the support plate, a stream of relatively cold cooling gas is passed along its underside.

Einen weiteren in einen Spannbetondruckbehälter integrierten und direkt mit dem Reaktor-Kühlgas beheizten Röhrenspaltofen zeigt die DE-OS 27 52 472, deren Verteil- und Sammelsystem in sehr ähnlicher Weise aufgebaut ist. Bei diesem
Röhrenspaltofen ist im Kreislauf des Prozeßgases noch ein Rekuperator vorgesehen, der in dem unterhalb der Tragplatte befindlichen Bereich des Spaltrohrbündels angeordnet ist
und aus in den Spaltrohren integrierten Rekuperatorrohren besteht.DE-OS 27 52 472 shows another tubular gap furnace integrated into a prestressed concrete pressure vessel and heated directly with the reactor cooling gas, the distribution and collection system of which is constructed in a very similar manner. With this one
In the tube gap furnace, a recuperator is also provided in the process gas circuit, which is arranged in the region of the gap tube bundle located below the support plate
and consists of recuperator tubes integrated in the can.

Wie bereits erwähnt, hat die Integration von Röhrenspaltöfen in den Reaktordruckbehälter und die direkte Beheizung der Spaltrohre mit dem Reaktorkühlmittel auch Nachteile
(höhere Temperaturbelastung der Spaltrohre, höhere Tritiumrate im Prozeß- bzw. Synthesegas). Die Einleitung von Prozeßgas in den Reaktordruckbehälter kann sich ebenfalls nachteilig auswirken. Bei der vorliegenden Erfindung wird daher auf dia Wärmeübertragung mittels eines Swischenkreislaufs zurückgegriffen, der die Anordnung von Röhrenspaltöfen innerhalb des Reaktordruckbehälters unnötig macht.As already mentioned, the integration of tubular cracking furnaces in the reactor pressure vessel and the direct heating of the cracking tubes with the reactor coolant also have disadvantages
(higher temperature load on the cans, higher tritium rate in the process or synthesis gas). The introduction of process gas into the reactor pressure vessel can also have detrimental effects. In the present invention, use is therefore made of the heat transfer by means of a swish circuit, which makes the arrangement of tubular fission furnaces within the reactor pressure vessel unnecessary.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Röhrenspaltofen mit den Merkmalen des Oberbegriffs konstruktiv so auszubilden, daß er für die Verwendung in einem sekundären Kreislauf geeignet ist. Insbesondere soll er sich durch hinreichende Betriebssicherheit und eine gleichmäßige Beheizung der Spaltrohre auszeichnen, und die Temperaturbelastung der drucktragenden Außenwände soll auf ein Minimum herabgesetzt
sein.The object of the invention is to constructively design a tube gap furnace with the features of the preamble in such a way that it is suitable for use in a secondary circuit. In particular, it should be characterized by adequate operational safety and uniform heating of the cans, and the temperature load on the pressure-bearing outer walls should be reduced to a minimum
be.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Röhrenspaltofen gelöst, der durcn die folgenden Merkmale gekennzeichnet ist 3According to the invention, this object is achieved by a tubular gap furnace solved, which is characterized by the following features 3

a) Spaltrohrbündel, Sammelkammer und Verteilkammer sind von einem mehrteiligen Druckgefäß umschlossen, das aus einem im wesentlichen zylindrischen Hauptteil, einem oöen an das Hauptteil anschließenden ZyIinderstück und einem halbkugelförmigen Deckel besteht, wobei das Zylinderstück zwischen dem Hauptteil und dem Deckel angeordnet ist und die seitliche Begrenzung der Verteilkammer bildet, während die Sammelkammer nach oben und seitlich durch den Deckel abgeschlossen ist;a) Can bundle, collection chamber and distribution chamber are enclosed by a multi-part pressure vessel, the from an essentially cylindrical main part, an open cylinder part adjoining the main part and a hemispherical cover, the cylinder piece between the main part and the Lid is arranged and forms the lateral boundary of the distribution chamber, while the collection chamber after is closed at the top and sides by the lid;

b) Die Tragplatte ist mittels einer an sich bekannten, beidseitig thermisch isolierten zylindrischen Dehnungsausgleichsbuchse mit dem Sylinderstück verbunden; b) The support plate is by means of a known, double-sided thermally insulated cylindrical expansion compensation bushing connected to the cylinder piece;

c) Die ebene Lochplatte liegt auf einem außen thermisch isolierten Tragzylinder auf, der sich entweder auf der Tragplatte oder der Dehnungsausgleichsbuchse abstützt;c) The flat perforated plate lies on an outside thermally insulated support cylinder, which is either on the support plate or on the expansion compensation bushing supports;

d) Das Spaltrohrbündel ist von einem innen thermisch isolierten Mantel, umgeben, der in an sich bekannter Weise mit dem ebenfalls innen thermisch isolierten Hauptteil des Druckgefäßes einen Ringkanal bildet und an dem eine Abstandshalterkonstruktion für die Spaltrohre, bestehend aus mehreren, jeweils einen Hohlraum zwischen sich freilassenden Doppelplatten, lösbar befestigt ist;d) The can bundle is surrounded by an internally thermally insulated jacket, which in a manner known per se with the main part of the pressure vessel, which is also thermally insulated on the inside, forms an annular channel and on a spacer construction for the cans, consisting of several, each with a cavity between double plates, detachable is attached;

e) Die Hohlräume stehen über erste Durchtrittsöffnungen in dem Mantel mit dem Ringkanal und über zweite Durchtrittsöffnungen mit einem Zentralrohr in Verbindung, welches das Spaltrohrbündel auf dessen ganzer Länge durchquert und der Rückführung des abgekühlten gasförmigen Mediums dient.e) The cavities are above the first passage openings in the jacket with the annular channel and via second passage openings with a central tube in connection, which the can bundle along its entire length and serves to recycle the cooled gaseous medium.

Die angestrebte Temperaturentlastung der drucktragenden Außenwände ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Röhrenspaltofen dadurch, daß diese Außenwände keinen direkten Kontakt mit Bauteilen haben, die mit einer hohen Temperatur beaufschlagt sind. So sind der Tragzylinder für die ebene Lochplatte sowie die Dehnungsausgleichsbuchse, über die das Gewicht der Tragplatte an das Druckgefäß abgetragen wird, gegenüber den Außenwänden mit thermischer Isolierung ausgestattet.The desired temperature relief of the pressure-bearing outer walls results in the tubular gap furnace according to the invention in that these outer walls have no direct contact with components that are at a high temperature are acted upon. So are the support cylinder for the flat perforated plate and the expansion compensation bush over the the weight of the support plate is transferred to the pressure vessel, against the outer walls with thermal insulation fitted.

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Eine weitere Temperatarentlastung des Druckgefäßes tritt dadurch ein, daß der Ringkanal zwischen Mantel und Druckgefäß über die ersten und zweiten -Durchtrittsöffnungen mit dem von abgekühltem gasförmigem Medium durchströmten Zentralrohr in Verbindung steht und daher ebenfalls vcn· Teilströmen dieses Mediums durchströmt wird. Da diese Teilströme ihren Weg auch durch die Hohlräume innerhalb der Doppelplatten nehmen, werden die Doppelplatten während des Betriebs ebenfalls gekühlt.A further temperature relief of the pressure vessel occurs in that the annular channel between the jacket and the pressure vessel The cooled gaseous medium flowed through via the first and second passage openings Central pipe is in connection and is therefore also flowed through by partial flows of this medium. This one Partial flows also take their way through the cavities within the double plates, the double plates are during of operation is also cooled.

Die Formstabilität des Spaltrohrbündels ist durch die Abstandshalterkonstruktion in Verbindung mit dem Mantel sichergestellt. Durch die Gewährleistung der Formstabilität ist auch die gleichmäßige Beheizung der Spaltrohre des Bündels garantiert, was für die Lebensdauer des Röhrenspaltofens von Bedeutung ist.The dimensional stability of the can bundle is due to the spacer construction ensured in connection with the coat. By ensuring dimensional stability the uniform heating of the cans of the bundle is also guaranteed, which increases the service life of the tubular cracking furnace matters.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen zu entnehmen. Die Figuren zeigen im einzelnen:Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims and the following description of two exemplary embodiments in connection with the schematic Refer to drawings. The figures show in detail:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen ersten Röhrenspaltofen gemäß der Erfindung,1 shows a longitudinal section through a first tube gap furnace according to the invention,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie A-A der Fig. 1,Fig. 2 is a horizontal section along the line AA of Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen zweiten Röhrenspaltofen gemäß der Erfindung, von dem nur der obere Teil gezeigt ist, in größerem Maßstab.Fig. 3 is a longitudinal section through a second tube gap furnace according to the invention, of which only the upper part is shown on a larger scale.

Der mit 1 bezeichnete Röhrenspaltofen ist über einen Swischenkreislauf an einen mit Helium gekühlten Hochtemperaturreaktor gekoppelt, wobei die im Reaktor erzeugte Wärmeenergie in einem Wärmetauscher an ein in dem Zwischenkreislauf umlaufendes sekundäres Helium abgegeben wird (nicht dargestellt). Das sekundäre Helium tritt mit einer Temperatur von 900 0C von unten in den Röhrenspaltofen ein (wie später noch ausführlich beschrieben wird) und verläßt den Röhrenspaltofen 1 mit einer Temperatur von 650 °C.The tubular gap furnace designated 1 is coupled to a helium-cooled high-temperature reactor via a swish circuit, the thermal energy generated in the reactor being given off in a heat exchanger to a secondary helium circulating in the intermediate circuit (not shown). The secondary Helium occurs at a temperature of 900 0 C from below into the tube cracking furnace a (as will be described in detail later) and leaves the tube cracking furnace 1 having a temperature of 650 ° C.

Wie aus den Figuren 1 und 2 zu erkennen, umfaßt der Röhrenspaltofen 1 ein Spaltrohrbündel 2 mit einer Vielzahl von parallel angeordneten Spaltrohren 3 sowie -eine Tragplatte 4, in welche die Spaltrohre 3 mit ihren oberan Enden eingewalzt und eingeschweißt sind. Die Tragplatte 4, die den Wärmeaustauschraum nach oben abschließt, ist nach außen hin gewölbt und auf ihrer Innenseite bombiert. Das Spaltrohrbündel 2 ist von einem innen thermisch isolierten Mantel 5 umgeben, der aus mehreren Schüssen zusammengefügt ist und nach unten in eine Kalotte 6 ausläuft. In dem unterhalb der Tragplatte 4 befindlichen Bereich sind in den Spaltrohren 3 Rekuperatorrohre angeordnet, wie beispielsweise in der DS-OS 27 52 472 beschrieben (nicht dargestellt) .As can be seen from Figures 1 and 2, the tubular gap furnace comprises 1 a can bundle 2 with a multiplicity of cans 3 arranged in parallel and a support plate 4, into which the cans 3 are rolled and welded with their upper ends. The support plate 4, which the The heat exchange space closes off at the top, is curved outwards and cambered on its inside. The canned bundle 2 is surrounded by an internally thermally insulated jacket 5, which is assembled from several sections is and runs down into a dome 6. In the area located below the support plate 4 are in arranged in the cans 3 recuperator tubes, as described, for example, in DS-OS 27 52 472 (not shown) .

Der Mantel 5 ist von einem innen thermisch isolierten Druckgefäß 7 umgeben, das aus einem im wesentlichen zylindrischen, unten jedoch zu einer Kalotte 9 geformeten Hauptteil S, einem oben an das Hauptteil 8 anschließenden Zylinderstück 10 und einem halbkugelförmigen Deckel 11 besteht. Das Zylinderstück 10 ist mittels einer Anzahl von Spannelementen 12 zwischen dem Deckel 12 und dem Hauptteil 8 eingeklemmt; es weist einen radialen Stutzen 13 auf, an den sich eine (nicht gezeigte) Zuführungsleitung für das Prozeßgas anschließt. An dem Dekkel 11 ist ebenfalls ein Stutzen 14 angebracht, der der Ableitung des erzeugten Synthesegases dient. Ferner weist der Deckel 11 noch eine öffnung 15 auf, die mit einem abnehmbaren Verschluß 16 versehen ist.The jacket 5 is surrounded by an internally thermally insulated pressure vessel 7, which consists of a substantially cylindrical, However, at the bottom, the main part S is shaped to form a spherical cap 9, a cylinder piece 10 adjoining the main part 8 at the top, and a hemispherical cover 11 consists. The cylinder piece 10 is by means of a number of clamping elements 12 between the lid 12 and the main part 8 clamped; it has a radial nozzle 13 to which a (not shown) Connects feed line for the process gas. A connector 14 is also attached to the cover 11, which is used for the discharge of the synthesis gas produced is used. Furthermore, the cover 11 also has an opening 15 which can be removed with a Closure 16 is provided.

Die Tragplatte 4 ist mittels einer zylindrischen Dehnungsausgleichsbuchse 17 an dem Zylinderstück 10 abgestützt und abgedichtet. Der Raum oberhalb der Tragplatte kann somit nicht mit dem sekundären Helium verunreinigt werden. Die Dehnungsausgieichsbuchse 17 weist beidseitig eine thermische Isolierung 18 auf, um die Temperatur der Tragplatte zum Zylinderstück 10 hin auf Umgebungstemperatur abzubauen.The support plate 4 is by means of a cylindrical expansion compensation bushing 17 supported on the cylinder piece 10 and sealed. The space above the support plate can thus not be contaminated with the secondary helium. The expansion compensation bushing 17 has a thermal one on both sides Insulation 18 to reduce the temperature of the support plate to the cylinder piece 10 to ambient temperature.

über der Tragplatte 4 befindet sich eine Verteilkammer 19 für das Prozeßgas, das durch den Stubzen 13 in die Kammer eintritt und von hier auf die einzelnen Spaltrohre 3 verteilt wird. Die Verteilkammer 19 wird seitlich von dem Zylinderstüc'tc 10 begrenzt und ist nach oben hin durch eine ebene Lochplatte 20 abgeschlossen. In die Lochplatte 20 sind die oberen Enden von Rückführungsrohren 21 für das erzeugte Synthesegas abgedichtet eingesetzt. Die Rückführimgsrohre 21 sind innerhalb der Spaltrohre 3 angeordnet, jedoch über die Spaltrohre 3 hinausgeführt.A distribution chamber 19 is located above the support plate 4 for the process gas which enters the chamber through the stub 13 and is distributed from here to the individual can 3 will. The distribution chamber 19 is laterally bounded by the cylinder piece 10 and is at the top by a flat perforated plate 20 completed. In the perforated plate 20, the upper ends of return pipes 21 for the generated synthesis gas used sealed. The return pipes 21 are arranged inside the can 3, but lead out beyond the can 3.

Die Lochplatte 20 stützt sich auf einem Tragzylinder 22 ab, der außen mit einer thermischen Isolierung 23 versehen und seinerseits auf der Tragplatte 4 abgestützt ist. Sie ist mit dem Tragzylinder 22·lösbar verschraubt, so daß sie entfernt werden kann, wodurch - nach dem Herausziehen der in den Spaltrohren 3 integrierten Rekuperatorrohre - die oberen Mündungen der Spaltrohre 3 für den Katalysatorwechsel zugänglich werden.The perforated plate 20 is supported on a support cylinder 22 which is provided on the outside with thermal insulation 23 and is in turn supported on the support plate 4. It is detachably screwed to the support cylinder 22 so that it can be removed, whereby - after pulling out the recuperator tubes integrated in the can 3 - the upper mouths of the can 3 are accessible for the catalyst change.

Oberhalb der ebenen Lochplatte 20 befindet sich eine Sammelkammer 24 für das Synthesegas, die seitlich und oben von dem Deckel 11 begrenzt ist. Das Synthesegas tritt aus den offenen Enden der Rückführungsrohre 21 aus und verläßt die Sammelkammer 24 durch den Stutzen 14, über die öffnung 15 sind die Rückführungsrohre 21 für Wiederholungsprüfungen zugänglich. Nach Lösen der Spannelemente 12 und Abheben des Deckels 11 kann die Lochplatte 20 mit dem Tragzylinder 22 aus dem ZyIinderstück 10 herausgenommen werden; darauf läßt sich das Spaltrohrbündel 2 mit Tragplatte 4 und Mantel 5 aus dem Druckgefäß 7 herausziehen, wobei auch das Zylinderstück 10 von dem Haxiptteil 8 abgehoben wird.Above the flat perforated plate 20 there is a collection chamber 24 for the synthesis gas, which is bounded laterally and at the top by the cover 11. The synthesis gas emerges from the open ends of the return pipes 21 and leaves the collecting chamber 24 through the nozzle 14; the return pipes 21 are accessible for repeat tests via the opening 15. After releasing the clamping elements 12 and lifting the cover 11, the perforated plate 20 with the support cylinder 22 can be removed from the cylinder 10; The can bundle 2 with the support plate 4 and jacket 5 can then be pulled out of the pressure vessel 7, the cylinder section 10 also being lifted off the Haxiptteil 8.

An dem Mantel 5, der mit dem Hauptteil 8 des Druckgefäßes 7 einen Ringkanal 25 begrenzt, ist eine Abstandshalterkonstruktion 26 für die Spaltrohre 3 befestigt. Diese besteht aus mehreren Doppelplatten 27, zwischen denen jeweils ein Hohlraum 28 freigelassen ist. Die Doppelplatten 27 sind mit den Schüssen des Mantels 5 verschraubt. Sie können, zumindestens in dem Bereich,■in dem das sekundäre Helium die höchsten Temperaturen aufweist, mit einer thermischen Isolierung versehen sein (nicht dargestellt).On the jacket 5, which is connected to the main part 8 of the pressure vessel 7 delimiting an annular channel 25, a spacer structure 26 for the can 3 is attached. This exists of several double plates 27, between which a cavity 28 is left free. The double plates 27 are screwed to the sections of the jacket 5. You can, at least in the area ■ in which the secondary Helium has the highest temperatures, be provided with thermal insulation (not shown).

Das Spaltrohrbündel 2 kann so konstruiert sein, daß es im kalten Zustand des Röhrenspaltofens 1 in der bombardierten Tragplatte 4 und in den Doppelplatten 27 der Abstandshalterkonstruktion 26 unterschiedlich große Teilungen aufweist. Die Teilungen sirtd so gewählt, daß während des Betriebes die Beanspruchung der Spaltrohre 3 auf Biegung auf ein Minimum reduziert ist.The can bundle 2 can be constructed in such a way that it is bombed in the cold state of the tubular fission furnace 1 Support plate 4 and in the double plates 27 of the spacer structure 26 has differently sized pitches. The divisions are chosen so that the bending stress on the can 3 is kept to a minimum during operation is reduced.

Durch den gesamten Wärmeaustauschraum ist ein vertikales Zentral rohr 29 verlegt, an dem die Doppelplatten 27 ebenfalls lösbar befestigt sind. Dieses Zentralrohr ist dazu vorgesehen, das .sekundäre Helium, das von unten nach oben an den Spaltrohren 3 entlangströmt und dabei seine Wärme an das in den Spaltrohren 3 befindliche ProzeSgas abgibt, nach seiner Abkühlung wieder aus dem Spaltrohrbündel 2 herauszuführen. Um die Kühlung der Doppelplatten 27 der Abstandshalterkonstruktion 26 zu ermöglichen, sind der Mantel 5 und das Zentralrohr 29 im Bereich der Hohlräume 27 mit Durchtrittsöffnungen 30 bzw. 31 versehen, durch die ein Teil des relativ kalten Gases durch die Hohlräume 28 strömen kann. Von diesen gelangt das Gas in den Ringkanal 25, den es nach unten durchströmt, wobei auch der Mantel 5 und der Hauptteil 8 des Druckgefäßes 7 gekühlt werden.Through the entire heat exchange space, a vertical central tube 29 is laid, on which the double plates 27 also are releasably attached. This central tube is intended to convey the .secondary helium from bottom to top flows along the cans 3 and in the process gives off its heat to the process gas located in the cans 3, lead out of the can bundle 2 again after it has cooled down. To the cooling of the double plates 27 of the To enable spacer construction 26, the jacket 5 and the central tube 29 are in the region of the cavities 27 provided with passage openings 30 and 31, through which a part of the relatively cold gas through the cavities 28 can flow. From these the gas arrives in the annular channel 25, through which it flows downwards, whereby the jacket 5 and the main part 8 of the pressure vessel 7 are also cooled.

■4 ■ ■ 4 ■

An dem kalottenartigen Teil 6 des Mantels 5 ist ein sich nach unten erstreckendes vertikales Verlängerungsrohr 32 angeschweißt, das innen thermisch isoliert und mittels einer Schiebeverbindung 33 an ein weiterführendes Rohr 34 angeschlossen ist» Durch das weiterführende Rohr 34 tritt das heiße sekundäre Helium in den Röhrenspaltofen 1 ein, strömt durch das Verlängerungsrohr 32 und gelangt zu einer Mischeinrichtung 35, die innerhalb der Kalotte 6 angeordnet ist. Mit Hilfe der Mischeinrichtung 35 wird verhindert, daß das Spaltröhrbündel 2 mit heißeren und kälteren Heliumsträhnen beaufschlagt wird.On the dome-like part 6 of the jacket 5 is a downwardly extending vertical extension tube 32 welded on, which is thermally insulated on the inside and is connected to a continuing pipe 34 by means of a sliding connection 33 is connected »The hot secondary helium enters the tubular fission furnace 1 through the continuing pipe 34, flows through the extension tube 32 and arrives at a mixing device 35 which is arranged within the spherical cap 6 is. The mixing device 35 prevents the split tube bundle 2 from having hotter and colder strands of helium is applied.

Die Schiebeverbindung 33, die zugleich als Drosselstrecke wirkt/ schafft die Voraussetzung dafür, daß das Spaltrohrbündel 2 aus dem Druckgefäß 7 herausgezogen werden kann. Sie ist Von einem drucktragenden defäß 36 in Kugelform umschlossen, von dem seitlich eine Leitung 37 für das abgäKÜhlte eekttrtdäre Helium abzweigt. Das drucktragönde Gefäß 36 schließt sich an die Kalotte 9 des Druckgefäßes 7 in der Weise an, daß ein Ringraum 38 um das Verlängerungsrohr 32 gebildet wird, durch welchen das abgekühlte Helium aus dem Ringkanal 25 in das Gefäß 36 eintreten kann.The sliding connection 33, which also acts as a throttle section acts / creates the prerequisite for the can bundle 2 to be able to be pulled out of the pressure vessel 7. It is of a pressure-bearing vessel 36 in spherical shape enclosed, from the side a line 37 for the abäKÜhlte eecttrdary helium branches off. The pressure-bearing vessel 36 connects to the spherical cap 9 of the pressure vessel 7 in such a way that an annular space 38 is formed around the extension tube 32, through which the cooled helium can enter the vessel 36 from the annular channel 25.

Der in Fig. 3 gezeigte RÖhrenspaltofen 101 ist - von einem Detail abgesehen - gleichgestaltet wie der eben beschriebene RÖhrenspaltofen 1; daher werden für dieses Ausführungsbeispiel dieselben Bezugsziffern verwendet. Das erwähnte Detail betrifft die Befestigung der Tragplatte 4 an dem Zylinderstück 10. Auch hier ist die Tragplatte 4 mit dem Zylinderstück 10 durch eine zylindrische Dehnungsausgleichsbuchse verbunden; doch diese Dehnungsausgleichsbuchse 102 ist nach oben gezogen. Sie ist zwecks Abbau der Temperatur der Tragplatte 4 beidseitig mit einer thermischen Isolierung 103 versehen. Der Tragzylinder 104, auf dem die ebene Lochplatte 20 aufliegt, stützt sich hier nicht auf der Tragplatte 4, sondern auf der Dehnungsausgleichsbuchse 102 ab. Er weist beidseitig eine thermische Isolierung 105 auf.The tube-gap furnace 101 shown in FIG. 3 is one of one Apart from the detail - the same design as the tubular slit furnace 1 just described; therefore, the same reference numerals are used for this embodiment. That mentioned Detail relates to the attachment of the support plate 4 to the Cylinder piece 10. Here, too, the support plate 4 is connected to the cylinder piece 10 by a cylindrical expansion compensation bushing tied together; but this expansion compensation bushing 102 is pulled upwards. It is for the purpose of reducing the temperature the support plate 4 is provided with thermal insulation 103 on both sides. The support cylinder 104 on which the flat perforated plate 20 rests, is not supported here on the support plate 4, but on the expansion compensation bushing 102. It has thermal insulation 105 on both sides.

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Claims (12)

PatentansprücheClaims 1. Zylindrischer Röhrenspaltofen mit parallel angeordneten Spaltrohren zur Erzeugung von Synthesegas unter Ausnutzung der in einem gasgekühlten Hochtemperaturreaktor gewonnenen Wärmeenergie, die dem Röhrenspaltofen durch ein unten in ihn eintretendes gasförmiges Medium zugeführt wird, mit einer den Wärmeaustauschraum nach oben abschließenden Tragplatte, in die die einzelnen Spaltrohre mit ihren oberen Enden eingesetzt sind, mit einer oberhalb der Tragplatte befindlichen Verteilkamtner für das Prozeßgas, die oben von einer ebenen Lochplatte abgeschlossen und an die eine Zuführungsleitung für das Prozeßgas angeschlossen ist, mit einer oberhalb der ebenen Lochplatte vorgesehenen Sammelkammer für das erzeugte Synthesegas, die mit einem Deckel abgeschlossen ist und mit einer Abführungsleitung für das Synthesegas in Verbindung steht, sowie mit Rückführungsrohren für das Synthesegas, die jeweils in den Spaltrohren angeordnet, über diese hinausgeführt und in die ebene Lochplatte eingesetzt sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:1.Cylindrical tube fission furnace with gap tubes arranged in parallel for the generation of synthesis gas using the thermal energy obtained in a gas-cooled high-temperature reactor, which is fed to the tube gap furnace by a gaseous medium entering it from below, with a support plate that closes the heat exchange space at the top and into which the individual gap tubes are inserted with their upper ends, with a distribution chamber for the process gas located above the support plate, which is closed at the top by a flat perforated plate and to which a feed line for the process gas is connected, with a collection chamber for the synthesis gas produced above the flat perforated plate, which is closed with a cover and is in communication with a discharge line for the synthesis gas, as well as with return pipes for the synthesis gas, which are each arranged in the cans, led out beyond them and inserted into the flat perforated plate d, characterized by the following features: a) Spaltrohrbündel (2), Sammelkammer (24) und Verteil kammer (19) sind von einem mehrteiligen Druckgefäß (7) umschlossen, das aus einem im wesentlichen zylindrischen Hauptteil (8), einem oben an das Hauptteil (8) anschließenden Zylinderstück (10) und einem halbkugelförmigen Deckel (11) besteht, wobei das Zylinderstück (10) zwischen dema) canned tube bundle (2), collecting chamber (24) and distributor chamber (19) are enclosed by a multi-part pressure vessel (7), which consists of a substantially cylindrical main part (8), a cylinder piece adjoining the main part (8) at the top (10) and a hemispherical cover (11), the cylinder piece (10) between the Hauptteil (8) und dem Deckel (11) angeordnet ist. und die seitliche Begrenzung der Verteilkammer (19) bildet, während die Saminelkammer (24) nach oben und seitlich durch den Deckel (11) abgeschlossen ist;Main part (8) and the cover (11) is arranged. and the lateral boundary of the distribution chamber (19) forms, while the Saminelkammer (24) up and is closed laterally by the cover (11); b) Dis Tragplatte (4) ist mittels einer an sich bekannten, beidseitig thermisch isolierten zylindrischen Dehnungsausgleichsbuchse (17 bzw. 102) mit dem Zylinderstück (IC) verbunden;b) The support plate (4) is by means of a per se known, Cylindrical expansion compensation bushing thermally insulated on both sides (17 or 102) connected to the cylinder piece (IC); c) Die ebene Lochplatte (20) liegt auf einem außen thermisch isolierten Tragzylinder (22 bzw. 104) auf, der sich entweder auf der Tragplatte (4) oder der Dehnungsausgleichsbuchse (102) abstützt;c) The flat perforated plate (20) rests on an externally thermally insulated support cylinder (22 or 104) on, which is supported either on the support plate (4) or the expansion compensation bushing (102); d) Das Spaltrohrbündel (2) ist von einem innen thermisch isolierten Mantel (5) umgeben, der in an sich bekannter Weise mit dem ebenfalls innen thermisch isolierten Hauptteil (8) des Druckgefäßes (7) einen Ringkanal (25) bildet und an dem eine Abstandshalterkonstruktion (26) für die Spaltrohre (3), bestehend aus mehreren, jeweils einen Hohlraum (28) zwischen sich freilassenden Doppeiplatten (27) , lösbar befestigt ist;d) The can bundle (2) is thermal on the inside insulated jacket (5) surrounded, which is also thermally inside in a manner known per se isolated main part (8) of the pressure vessel (7) forms an annular channel (25) and on which a spacer structure (26) for the cans (3), consisting of several, each with a cavity (28) between double plates that are left free (27), is releasably attached; e) Die Hohlräume (28) stehen über erste Durchtrittsöffnungen (30) in dem Mantel (5) mit dem Ringkanal (25) und über zweite Durchtrittsöffnungen (31) mit einem Zentralrohr (29) in Verbindung, welches das Spaltrohrbündel (2) auf dessen ganzer Länge durchquert und der Rückführung des abgekühlten gasförmigen Mediums dient.e) The cavities (28) protrude from the first through openings (30) in the jacket (5) with the annular channel (25) and via second passage openings (31) with a central tube (29) in connection which traverses the can bundle (2) over its entire length and is used to recycle the cooled gaseous medium. 2. Röhrenspaltofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (5) des Spaltrohrbündels (2) aus mehreren Schüssen besteht, an denen die Doppelplatten (27) der Abstandshalterkonstruktion (25) angeschraubt sind.2. Tube fission furnace according to claim 1, characterized in that the jacket (5) of the can bundle (2) consists of several sections, to which the double plates (27) of the spacer structure (25) are screwed. 3. Röhrenspaltofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die unterste Doppelplatte (27) der Abstandshalterkonstruktion (26) gegen das heiße gasförmige Medium hin mit einer thermischen Isolierung versehen ist.3. Tube fission furnace according to claim 1, characterized in that at least the lowermost double plate (27) of the spacer structure (26) is provided with thermal insulation against the hot gaseous medium. 4. Röhrenspaltofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das dar Mantel (5) des Spaltrohrbündels (2) unterhalb von diesem in eine Kalotte (6) ausläuft und in dem so gebildeten Raum eine Mischeinrichtung (35) für das heiße Medium angeordnet ist.4. Tube fission furnace according to claim 1, characterized in that the casing (5) of the can bundle (2) expires below this in a dome (6) and a mixing device (35) for the hot medium is arranged in the space thus formed. 5. Röhrenspaltofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (4) nach oben gewölbt und auf ihrer Innenseite bombiert ist.5. Tube fission furnace according to claim 1, characterized in that the support plate (4) is arched upwards and cambered on its inside. 6. Röhrenspaltofen nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltrohrbündel (2) im kalten Zustand in der Tragplatte (4) und in der Abstandshalterkonstruktion (26) unterschiedlich große Teilungen aufweist, die derart festgelegt sind, daß im Betriebszustand minimale Biegespannungen an den Spaltrohren (3) auftreten.6. Tube fission furnace according to claim 1 or 5, characterized in that the can bundle (2) in the cold state in the support plate (4) and in the spacer structure (26) has differently sized divisions which are determined such that minimal bending stresses in the operating state the cans (3) occur. H ~ 3445A86 H ~ 3445A86 7. Röhrsnspaltofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dad in an sich bekannter Weise in dem unterhalb der Trag· p.latte (4) befindlichen Bereich des Spaltrohrbündels7. Tubular fission furnace according to claim 1, characterized in that, in a manner known per se, in the region of the can bundle located below the supporting slat (4) (2) ein Rekuperator zur Aufheizung des Prozeßgases vorgesehen ist, der aus einer Vielzahl von in den Spaltrohren (3) integrierten Rekuperatorrohren besteht.(2) a recuperator is provided for heating the process gas, which consists of a large number of in the cans (3) integrated recuperator pipes. 8. Röhrenspaltofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Lochplatte "(20) durch Verschraubung mit dem Tragzylinder (22 bzw. 104) ausbaubar und dadurch - nach dem Herausziehen der Rekuperatorrohre - der Zugang zu den oberen Mündungen der Spaltrohre (3) gegeben ist.8. Tube fission furnace according to claim 7, characterized in that the flat perforated plate "(20) can be expanded by screwing to the support cylinder (22 or 104) and thereby - after pulling out the recuperator tubes - access to the upper mouths of the cans (3) given is. 9. Röhrenspaltofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltrohrbündel (2) mit seinem Mantel (5) in an sich bekannter Weise nach oben aus dem Druckgefäß (7) herausziehbar ist.9. Tube fission furnace according to claim 1, characterized in that the split tube bundle (2) with its jacket (5) can be pulled out of the pressure vessel (7) upwards in a manner known per se. 10. Röhrenspaltofen nach den Ansprüchen 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kalotte (6) des Mantels (5) ein vertikales Verlängerungsrohr (32) angeschweißt ist, in dem das heiße gasförmige Medium der Mischeinrichtung (35) zugeführt wird, und daß das Verlängerungsrohr (32) über eine Schiebeverbindung (33) an ein weiterführendes Rohr (34) angeschlossen ist.10. Tube gap furnace according to claims 4 and 9, characterized in that a vertical extension tube (32) is welded to the dome (6) of the jacket (5), in which the hot gaseous medium is fed to the mixing device (35), and that the extension tube (32) is connected to a continuing tube (34) via a sliding connection (33). 11. Röhrenspaltofen. nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebeverbindung (33) von einem drucktragenden Gefäß (36) in Kugelform umgeben ist, das an das nach unten hin kalottenförmig ausgebildete Druckgefäß (7) angeschlossen ist und dessen Inneres mit dem Ringkanal (25) in Verbindung steht, und daß seitlich aus dem Gefäß (36) eine Leitung (37) für das abgekühlte gasförmige Medium austritt.11. Tube fission furnace. according to claim 10, characterized in that the sliding connection (33) is surrounded by a pressure-bearing vessel (36) in spherical shape which is connected to the dome-shaped pressure vessel (7) and its interior in connection with the annular channel (25) stands, and that a line (37) for the cooled gaseous medium emerges from the side of the vessel (36). 12. Röhrenspaltofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem halbkugelförmigen Deckel (11) des Druckgefäßes (7) eine mit einem Verschluß (16) versehene öffnung (15) vorhanden ist, die Zugang zu den Rückführungsrohren (21) gewährt.12. Tube fission furnace according to claim 1, characterized in that in the hemispherical cover (11) of the pressure vessel (7) there is an opening (15) provided with a closure (16) which grants access to the return pipes (21).
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DE3540782A1 (en) * 1985-11-16 1987-05-21 Uhde Gmbh Apparatus for endothermal catalytic cracking of hydrocarbons
DE102007022723A1 (en) * 2007-05-11 2008-11-13 Basf Se Process for the production of synthesis gas

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