Способ термического разложения углеводородного соединения с использованием ядерного реактора

Способ термического разложения углеводородного соединения с использованием ядерного реактора

Реферат

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано в ядерных паропроизводительных установках с жидкометаллическим теплоносителем, преимущественно для термического разложения углеводородных соединений, например нефти или каменного угля, на фракции, включая газообразную.

Известен способ передачи тепловой энергии ядерного реактора водяному пару энергетической установки посредством жидкометаллического теплоносителя, например свинца. Поток жидкометаллического теплоносителя, нагретого в активной зоне ядерного реактора, разделяют на множество струй и принудительно вводят в поток нагретого инертного газа, например аргона, посредством циркуляции которого нагревают пар в рекуперативном теплообменнике, например трубчатом парогенераторе, при этом охлажденный жидкометаллический теплоноситель отводят на его свободный уровень (RU 2188472 от 27.08.2002).

Таким образом, в соответствии с известным способом предусматривают контактный теплообмен между потоком струй свинца, нагретого в активной зоне, и циркулирующим между струями потоком аргона, посредством которого передают тепло ядерной реакции воде и ее пару, циркулирующим внутри труб парогенератора.

Недостатком упомянутого способа является то, что рекуперативный теплообменник малопригоден для термического разложения нефти в трубах из-за их быстрого забивания тяжелыми фракциями и трудности очистки. При использовании под нефть межтрубной полости недопустимо возрастает гидравлическое сопротивление по аргону, циркулирующему внутри труб.

Целью настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка известного способа.

Задача изобретения - обеспечение радиационной и экологической безопасности способа термического разложения углеводородных соединений, таких как нефть и каменный уголь, на фракции для получения топливного сырья и моторного топлива с использованием ядерного реактора.

Предложен способ термического разложения углеводородного соединения, например нефти, с выделением газовой фракции в разделительной колонне с использованием ядерного реактора. Новым является то, что используют быстрый ядерный реактор жидкометаллическим теплоносителем, например расплавленным свинцом, контур расплавленного свинца имеет участок течения струями для контактной передачи тепла инертному газу, например аргону, передачу упомянутого тепла от аргона к углеводородному соединению производят по двухконтурной схеме, включающей промежуточный контур расплавленного свинца и замкнутый контур рециркуляции части выделенной газовой фракции, при этом тепло от контура аргона к промежуточному контуру свинца и от промежуточного контура свинца к упомянутому замкнутому контуру предают путем контактного теплообмена на струях свинца промежуточного контура, одновременно остальную часть выделенной газообразной фракции направляют в газотурбоэлектрическую установку, а отработавший в газотурбоэлектрической установке газ закачивают в хранилище для отстоя и последующего использования.

Кроме того, в период первоначального разогрева разделительной колонны упомянутый замкнутый контур заполняют аргоном.

Технический результат изобретения следующий.

Обеспечение радиационной безопасности процесса термического разложения углеводородных соединений с использованием ядерного реактора на быстрых нейтронах, охлаждаемого расплавленным свинцом, за счет применения многоконтурной схемы передачи тепла ядерной реакции.

Повышение экологической чистоты процесса за счет исключения потребления кислорода из атмосферы и сбросов в атмосферу отработавших газов.

Получение электричества за счет частичной утилизации тепла газообразных продуктов разложения нефти и каменного угля.

Предложенный способ термического разложения углеводородного соединения с использованием быстрого ядерного реактора осуществляют следующим образом. Нагретый в активной зоне свинец разделяют на множество струй и принудительно вводят в поток циркулирующего аргона. Нагретый таким образом аргон принудительно прокачивают между струями свинца нагреваемой ветви промежуточного контура и передают струям тепло ядерной реакции при непосредственном контакте теплообменивающихся сред. Другая, охлаждаемая, ветвь промежуточного контура посредством потока струй и непосредственного контакта передает тепло, полученное промежуточным контуром, части выделенной в газогенераторе газообразной фракции, рециркулирующей по замкнутому контуру, включающему газогенератор, или разделительную колонну. В газогенераторе тепло ядерной реакции используют для разделения углеводородного соединения на фракции. Часть выделенной при этом газообразной фракции вновь направляют в замкнутый контур для нагревания на струях промежуточного контура свинца. Остальную часть газообразной фракции направляют в газотурбоэлектрическую установку и отработавший в установке газ закачивают в хранилище для отстоя и последующего использования. В начальный период разогрева газогенератора вышеупомянутый замкнутый контур заполняют аргоном, который затем замещают рециркулирующей газообразной фракцией. Следует отметить, что применение ядерного реактора на быстрых нейтронах позволяет осуществлять процесс разложения углеводородного соединения на фракции в течение 8-10 лет без перегрузки ядерного топлива, что обеспечивает возможность обработки во времени нескольких газогенераторов при использовании одной загрузки реактора.

Низкая упругость паров свинца и очистка нагретой на его струях части газовой фракции известным способом (отстой, электромагнитное улавливание микрокапель) позволяют обеспечить минимальный унос и осаждение свинца в контуре аргона и рециркуляции выделенной газовой фракции. Благодаря контактному теплообмену на струях свинца достигаются относительно малые объем свинца в его циркуляционных контурах и затраты энергии на циркуляцию аргона и части выделенной газовой фракции, не достижимые при использовании рекуперативного теплообмена. В случаях аварий распространение радиоактивности в окружающую среду локализуется за счет многоконтурности, относительно высокой температуры затвердевания свинца (327°С), радиационной защиты и непременного наличия защитных оболочек и систем аварийного охлаждения оборудования и контуров.

Применительно к каменному углю предложенный способ позволяет также обеспечить повышение качества подготовки топлива к добыче и сжиганию при проведении всех работ с поверхности земли без применения подземного труда.

Настоящее изобретение может быть применено для термического разложения углеводородных соединений, например нефти или каменного угля.

1. Способ термического разложения углеводородных соединений, например нефти, с выделением газовой фракции в разделительной колонне с использованием ядерного реактора, отличающийся тем, что используют быстрый реактор с жидкометаллическим теплоносителем, например расплавленным свинцом, контур расплавленного свинца имеет участок течения струями для передачи тепла ядерной реакции инертному газу, например аргону, передачу упомянутого тепла от аргона углеводородному соединению производят по двухконтурной схеме, включающей промежуточный контур расплавленного свинца и замкнутый контур рециркуляции части выделенной газовой фракции, при этом тепло от контура аргона к промежуточному контуру свинца и от промежуточного контура свинца к упомянутому замкнутому контуру передают путем контактного теплообмена на струях свинца промежуточного контура, одновременно остальную часть выделенной газообразной фракции направляют в газотурбоэлектрическую установку, а отработавший в газотурбоэлектрической установке газ закачивают в хранилище для отстоя и последующего использования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в период первоначального разогрева разделительной колонны упомянутый замкнутый контур заполняют аргоном.