Ядерно-химическая установка

 

1. ЯДЕРНО-ХИМИЧЕСКАЯ УСТА- . НОВКА-для осуществления высокотемпературных технологических процес- , сов, например, в производстве синтетического аммиака, состоящая из высокотемпературного ядерного реактора, например, с графитовьм замедлителем, технологических агрегатов,; например, конвертора метана и подо-' гревателя парогазовой смеси, и технических средств для транспорта и i передачи 'высокотемпературного тепла из активной зоны к технологическим • агрегатам, отличаю щ'аяся^ тем, что, с целью повышения надежности работы установки путем сниже" ния давления в корпусе установки и теплотранспортных коммуникациях, технологические агрегаты размещены в общем с активной зоной, например, кйльцевом, метсшлическом корпусе .установки и выполнены в виде отдель ных секторных объемов, содержащих технологические каналы и отделенных от активной зоны радиационной защи- .той, причем теплоноситель выполнен, например, в вида подвижных кольцевых стенок, сложенных из графитовых блоков, технологические каналы для конверсии метана и подогрева парога' зовой смеси выполнены вертикальными, например, типа ""труба в трубе" с заглушенным нижним концом, в кол; цевом зазоре между наружной и внутреиней трубами каждого канала для-Конверсии метана размещен катализа' тор, выполненный, например, в виде засыпки колец Рашига из AlgO^, содержащих N i, технологические каналы в секторных объемах расположены между вращающимися цилиндрическими стенками, закреплены в крышке корпуг са установки, и каждый соединен двумя трубками, соответственно, с подводящим и отводящим групповыми коллекторами, : выполненными в виде труб, изогнутых по дуге в горизонтальной плоскости и установленных над крышкой корпуса установки, над вращающимися кольцевыми стенками теплоносителя.2.Установка по.п. 1, о т л и - чающаяся тем, что внутри корпуса установки размещены, например, два дополнительных секторных объема, содержащие технологические , "каналы соответственно для генерации'и перегрева пара, выполненные по типу "труба в трубе" с заглушенным нижним концом, которые расположены между вращающимися цилиндрическими стенками, закреплены в крышке корпуса установки и каждый соединен двумя трубками соответственно с подводящим и отводящим групповыми коллекторами, выполненными в виде труб, изогнутых по дуге в горизонтальной плоскости и установленных над :крыш- '- кой корпуса установки., над кольцевыми вргидающимися стенками твердого теплоносителя.3.Установка по п. 2, отличающаяся тем, что секторные объемы, содержащие группы технологических каналов одного назначения, размещены последовательно в направлении движения цилиндрических стенок твердого теплоносителя.4.Установка по п. 2, о т л и-ч ающ. а я с я тем, что технологи ческие каналы всех назначений размещены в общем секторном объеме.ito•Ч!О>&

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

l1O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2544538/18-25 (22) 14.11.77 (46) 23.01.83. Бюл. Р. 3 (72) А. М. Алексеев, Б. Б. Батуров, Ю. М. Булкин, Е. С. Герасимов, И. Я. Емельянов, Н. Д. Заичко, Ю. И. Корякин, Э. К. Назаров, А. В. Петрушин, С. В. Радченко, В. П. Смирнов, В. В. Харламов, В. A. Черняев и И. Л. Чихладзе (53) 621.039.5(088.8) (54),(57) 1. ЯДЕРНО-ХИМИЧЕСКАЯ УСТАHOBKA,äëÿ осуществления высокотемпературных технологических процессов, например, в производстве синтетического аммиака, состоящая из высокотемпературного ядерного реактора, например, с графитовым замедлителем, технологических агрегатов, например, конвертора метана и подогревателя парогазовой смеси, и технических средств для транспорта и передачи высокотемпературного тепла из активной зоны к технологическим агрегатам, отличающаяся: тем, что, с целью повышения надежности работы установки путем сниже. ния дав%ения в корпусе установки и теплотранспортных коммуникациях, технологические агрегаты размещены в общем с активной зоной, например> кбльцевом, металлическом корпусе установки и выполнены в виде отдель ных секторных .объемов, содержащих технологические каналы и отделенных от активной зоны радиационной защитой, причем теплоноситель выполнен, например, в виде подвижных кольцевых стенок, сложенных из графитовых блоков, технологические каналы для конверсии метана и подогрева napora зовой смеси выполнены вертикальны ми, нипример, типа ""труба в трубе" с заглушенным нижним концом, в кол цевом зазоре между наружной и внутреаней трубами каждого канала для

3(5р 6. 21 D 9/00 G 21 С 1 10

Конверсии метана размещен катализа тор, выполненный, например, в виде засыпки колец Рашига из А120 3, содержащих Ni технологические каналы в секторных объемах расположены между вращающимися цилиндрическими стенками, закреплены в крышке корпу-. са установки, и каждый соединен двумя трубками, соответственно, с подводящим и отводящим групповыми коллекторами,:выполненными в виде труб, изогнутых по дуге в горизонтальной плоскости и установленных над крышкой корпуса установки, над вращающимися кольцевыми стенками теплоносителя.

2. Установка по п. 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что внутри корпуса установки размещены, например, два дополнительных секторных объема, содержащие технологические каналы соответственно для генерации и перегрева пара, выполненные по типу "труба в трубе" с заглушенным нижним концом, которые расположены между вращающимися цилиндрическими стенками, закреплены в крышке корпу са -установки и каждый соединен двумя трубками соответственно с подводящим и отводящим групповыми коллекторами, выполненными в виде труб, изогнутых по дуге в горизонтальной плоскости и установленных над:крышкой корпуса установки, над кольцевыми вращающимися стенками твердого теплоносителя.

3. Установка по и. 2, о т л и — ч а ю щ а я с я тем, что секторные объемы, содержащие группы технологи. ческих каналов одного назначения, размещены поеледовательно в направлении движения цилиндрических стенок твердого теплоносителя.

4. Установка по п. 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что технологи ческие каналы всех назначений размещены в общем секторном объеме, 701376

r40 причем группы технологических каналов одного назначения расположены внутри общего секторного объема с

Изобретение относится к области атомной техники и может быть.исполь эовано при осуществлении высокотемпературного технологического процесса паровой каталитической конверсии метана, например, для производства синтетического аммиака и метанола.

Известно конструктивное выполнение ядерно-химической установки, включающей высокотемпературный газоохлаждаемый реактор и технологические агрегаты.

Недостатком такого решения является снижение надежности установки вследствие сложности передачи тепла из активной зоны высокотемпературного реактора в рабочий объем технологических агрегатов.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности работы установки путем снижения давления в корпусе установки и теплотранспортных коммуникациях, Укаэанная цель достигается тем, что технологические агрегаты размещены в общем с активной зоной, например, кольцевом, металлическом корпусе установки и выполнены в виде отдельных секторных объемов, содержащих технологические каналы и отделенных от активной зоны радиационной защитой, причем теплоноситель выполнен, например, в виде подвижных кольцевых стенок, сложенных из графитных блоков, технологические каналы, для конверсии метана и подогрева парогазовой смеси выполнены вертикальными, например, типа "труба в трубе - с заглушенным йижним концом в кольцевом зазоре между наружной и внутренней трубами каждого канала для конверсии метана размещен катализатор, выполненный, например, в виде засыпки колец Рашига из AR20, содержащих Ni технологические кайалы в секторных объемах, расположенные между вращающимися цилиндрическими стенками, закреплены в крышке корпуса установки, и каждый соединен двумя трубками, соответственно, с подводящим и отводящим групповыми коллекторами, выполненными в виде труб, изогнутых по дуге в горизонтал ной плоскости и установленных над крышкой корпуса установки, над врачередованием в радиальном направлении по отношению к цилиндрическим стенкам твердого теплоносителя. щающимися кольцевыми стенками твердого теплоносителя.

Внутри корпуса установки размещены дополнительные секторные объемы

5 содержащие технологические каналы .для генерации и перегрева пара, вы,полненные по типу "труба в трубе" с заглушенным нижним концом, которые расположены между вращающимися

f0 цилиндрическими стенками, закреплены в крышке корпуса и каждый соединен двумя трубками соответственно с подводящим и отводящим групповыми коллекторами, выполненными в виде труб, изогнутых по дуге в горизонтальной плоскости и установленных над крышкой корпуса установки, над кольцевыми вращающимися стенками твердого теплоносителя, Причем секторные объемы, содержащие группы технологических каналов одного назначения, размещены последовательно в направлении движения цилиндрических стенок твердого теп25 лоносителя, а технологические каналы всех назначений могут быть раэмещены в общем секторном объеме, причем группы каналов одного назначения могут быть расположены внутри общего секторного объема с чередованием в радиальном направлении по отношению к цилиндрическим стенкам твердого теплоносителя.

На фиг. 1 показана предлагаемая установка (поперечный разрез А-А на фиг. 3), на фиг, 2 — то же, вид в плане; на фиг. 3 — продольный вертикальный разрез ядерно-химической установки (конструктивная схема), на фиг. 4 — продольный вертикальный разрез по каналу, в котором осущест- вляется паровая каталитическая конверсия метана (разрез Б-Б на фиг. 2); на фиг. 5 — продольный вертикальный разрез по каналу, в котором осущест4 вляется либо подогрев парогазовой смеси, либо производство технологического пара (разрез В-В на фиг. 2); на фиг. б и 7 — варианты схем предлагаемой ядерно-химической установ50. ки для конверсии метана в производстве синтетического аммиака и метанола

Р а также основные параметры технологических потоков и рабочих сред.

В- Ядерно-химическая установка для осуществления процесса паровой катаIлитической конверсии метана состоит

701376 ства). жения теплоносителя расположен сек тор 10, в каналах 4 которого осущест вляется нагрев парогазовой смеси, 65 ;поступающей по трубкам 12 иэ коллек из герметичного корпуса 1 и располо= женных в нем: активной эоны 2 с графитовым отражателем и радиационной защитой, теплообменных каналов 3 в виде труб с внутренним отводом кон вертированного газа, выполненных по типу "труба в трубе" с заглушенным концом для проведения процесса паровой каталитической конверсии метана, в зазоре между наружной и внутренней трубами каналов 3 помещен катализатор для ускорения процесса конверсии каналов 4 в виде двухходовых труб по типу "труба в трубе" с заглушенным концом для нагрева парогазовой смеси, каналов 5 и б для производ- ства технологического пара (5 — испарительные, 6 — перегревательные), ситемы передачи тепла от активной зоны к зоне охлаждения, выполненной из концентрических графитовых стенок

7, вращающихся между соответствующими дугообразными секциями активной зоны и.зоны охлаждения. Первым по направлению вращения цилиндрических стенок твердого теплоносителя расположен сектор 8 с перегревательными каналами б, эа ним сектор 9 с испарительными каналами 5, следующий сектор 10 с каналами 4 для нагрева парогазовой смеси и сектор 11 с каналами 3 для проведения процесса паровой каталитической конверсии ме.тана.

Все теплообменные каналы связаны подводящими 12 и отводящими 13 трубками с.соответствующими групповыми коллекторами (каналы б сектора 8 связаны с подводящими коллекторами .

14 и 15 и отводящими 16 и 17, каналы 5 сектора 9 связаны с подводящими коллекторами 18 и 19 и отводящими

20 и 21, каналы 4 сектора 10 связаны с подводящими коллекторами 22 и 23 и отводящими 24 и 25; каналы 3 секто. ра 11 связаны с подводящими 26 и 27 и отводящими 28 и 29, выполненными в виде труб, изогнутых по дуге в горизонтальной плоскости и установленных над крышкой 30 ядерно-химичес кой установки между концентричными рядами каналов. Установка снабжена исполнительными механизмами СУЗ 31.

В каналы 3 насыпан катализатор 32, например, в виде колец Рашига из

АР203, содержащих никель. Очищенный от серы природный газ по патрубку 33 поступает в установку на смешение с паром в смесителе 34.

Возможно (фиг. 6) включение ядерно-химической установки только в высокотемпературной части производства синтетического аммиака - в первой ступени конверсии метана для обогрева реакционных труб (реактор 35 и конвертор 36 метана). Это позволяет сохранить неизменными большую часть оборудования всего производства. Од нако при этом вытесняется незначительная доля природного газа (около

20% от общей потребности проиэводДругой вариант схемы включения (фиг. 7) позволяет практически полностью отказаться от использования . природного газа в качестве топлива с в производстве синтетического аммиака и содержит реактор 35, барабан10 сепаратор 36, конвертор метана 37, пароперегреватель 38, парогенератор

39, смеситель 40 и подогреватель парогазовой смеси 41. Тепло, необходимое для проведения паровой кон15 версии метана, для подогрева исходной парогазовой смеси, а также генерации и перегрева пара, используемого для привода компрессоров, и для технологических целей, подводится от высокотемпературной ядернохимической установки. Ниже рассматривается работа схемы именно такой ядерно-химической. установки.

Ядерно-химическая установка работает следующим образом.

При движении графитовых стенок

7 твердого теплоносителя в активной зоне 2 происходит нагрев твердого теплоносителя до температуры 11001400 С за счет внутреннего тепловыо

ЗО деления в топливе. Необходимо отметить, что графит цилиндрических стенок 7 твердого теплоносителя при прохождении через активную зону 2 служит одновременно замедлителем.

35 Нагретый теплоноситель продолжает свое движение вдоль рядов теплообменных (теплоиспольэующих) каналов, где происходит его постепенное охо лаждение до температуры 1000-1300 С, 4р передача тепла при этом осуществляется в основном лучистым теплообиеном. Теплоноситель.проходит сектор 8, в каналах б которого происходит перегрев насыщенного пара, поступающе4 го в каналы через трубки 12, из подводящих коллекторов 14 и 15, связанных с барабаном-сепаратором (на конструктивиых схемах не показан) ос новного производства.

1 o

Выдача пара для технологических нужд осуществляется через трубки 13 в отводящие коллекторы 16 и 17. Далее теплоноситель проходит сектор 9, в каналах.5 которого генерируется насыщенный пар, питательная вода поступает в каналы через трубки 12, иэ коллекторов 18.и 19, также связанных с барабаном-сепаратором, а насыщенный пар отводится трубками

13 в коллекторы 20 н 21, связанные

6О с барабаном-сепаратором основного производства. Следующим по ходу дви701376 торов 22 и 23, связанных со смесителем 34 пара и газа, а нагретая парогаэовая смесь отводится через трубки 13 в коллекторы 24 и 25, связайные с коллекторами 26 и 27 сектора 11 последнего по ходу движения твердого теплоносителя, в каналах 3 которого осуществляется процесс па-, ровой конверсии метана, парогазовая смесь поступает в каналы 3 через трубки 12 в межтрубное простарнство, 10 заполненное катализатором 32, а конвертированный газ отводится по внутренней трубе через трубки 13 в сборние коллектора 28 и 29, связанные со второй ступенью конверсии метана.

Охлажденный теплоноситель 7, пройдя все сектора, вновь направляется в активную зону, и цикл нагрев-охлаждение повторяется;

Такое выполнение позволяет повысить надежность установки за счет улучшения условий работы технологического и теплотранспортного оборудования установки.

701376

>fan Юулою/аююй рд

/Зд

Ф.у дрЯм,иИаюви иарюсозвдой снеси

Составитель В. Бесков

Редактор Н. Аристова Техред Т.Фанта Корректор A. Зимокосов

-Заказ 6601/3 Тираж .425 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4