DE2724802C2 - Vorrichtung mit einem nuklear beheizten Heliumkreislauf zur Herstellung von Methan oder Synthesegas aus Kohle - Google Patents

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.

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.

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 nächst getrocknet, dann hydrierend vergast und der Patentansprüche: Restkoks in einem Wasserdampfvergaser zu Synthese gas umgewandelt Ein Teil des produzierten Methans

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.

(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

(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

2. Weitere Ausbildung der Vorrichtung nach An- weitgehend vermeidet

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 Vergasungsre

aktion zur Verfügung, und es wird bezogen auf die

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.

sind aber mit einem erheblichen Nachteil behaftet Bei Der Dampferzeuger 9 kann bei den gegebenen HeIi-

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, das

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- besteht

lage dargestellt, in der mittels nuklearer wärme Kohlen- Der Kernreaktor 1 gibt mit einem Heliumprimärkreis

stoff in Methan umgesetzt wird. Die Kohle wird zu- 2 und über einen Wärmetauscher 3 Wärme an einen