Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4228
Kugeler, E.; Pöppe, N.; Tragsdorf, Inga Maren; Kugeler, K.
Erzeugung von flüssigen Kohlenwasserstoffen unter Einsatz von Kernenergie
V, 43 S., 2006
Der weltweite Bedarf an flüssigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere für den Verkehrssektor,
wird in Zukunft noch weiter ansteigen. Die Versorgung des Weltmarktes mit den
notwendigen Mengen wird bereits in wenigen Dekaden den Einsatz von alternativ
erzeugten Treibstoffen notwendig machen. Neben den konventionellen Erzeugungsverfahren,
bei denen die notwendige Prozesswärme aus einer Verbrennung eines Teils
der erzeugten Produkte stammt, ist der Einsatz von nuklearer Wärme zur Deckung des
Prozessenergiebedarfs möglich. Diese Wärme wird in Form von Dampf, elektrischer
Energie und Hochtemperaturwärme benötigt. Bei Einsatz derartiger Verfahren können
das Dampffluten von Öllagerstätten, die Ölgewinnung aus Ölsanden und Ölschiefern,
die Methanolherstellung aus Erdgas, die Kohlehydrierung sowie die Erzeugung von
Methanol aus Biomassen interessant werden. In der Regel kann die Menge an gewinnbaren
leichten flüssigen Kohlenwasserstoffen verdoppelt, die CO2 – Emission beim
Herstellungsprozess kann vermieden und die Erzeugungskosten im Vergleich zu
heutigen Ölpreisen gesenkt werden.
Die notwendigen Verfahrenstechniken sind bekannt und zum Teil seit langem im
industriellen Einsatz bewährt.
Als nukleare Wärmequelle kommt der modulare Hochtemperaturreaktor (HTR) in Frage.
Die Leistungsgröße derartiger Wärmequellen wird etwa 200 MWth betragen, sofern ein
zylindrisches Core zum Einsatz kommt. Unter diesen Bedingungen kann auch bei vollständigem
Verlust der Kernkühlung keine unzulässige Überhitzung der Brennelemente
oder gar ein Schmelzen des Kerns eintreten. Damit ist die Zurückhaltung der radioaktiven
Stoffe im Reaktorsystem auch bei schweren Störfallereignissen gesichert. Bei
Verwendung eines ringförmigen Cores kann die Leistung unter Beibehaltung der
genannten Sicherheitseigenschaften auf 400 MWth erhöht werden.
Die Einkopplung der nuklearen Wärme erfolgt über Dampferzeuger, heliumbeheizte
Röhrenspaltöfen zur Durchführung der steamreforming Reaktion und über Helium -
Helium Wärmeübertrager.
Die Hochtemperaturwärmeübertrager sind für Heliumtemperaturen von 950°C und für
Leistungen von 10 MWth im Dauerbetrieb getestet. Eine Extrapolation auf kommerziell
notwendige Größen von 100 MWth gilt als gesichert.
Die technische Ausführbarkeit der hier beschriebenen Verfahren wird auf der Basis
früherer Projekte, insbesondere auch von umfangreichen Materialprogrammen für
Hochtemperaturwerkstoffe, als gegeben angesehen.
In the future, the global demand on liquid hydrocarbons especially for the traffic sector
will still increase. To supply the world market with adequate volumes will necessitate the
application of alternatively generated fuels in a few decades already. Besides
conventional generation processes, where the necessary process heat comes from the
combustion of part of the products, the use of nuclear heat is possible to cover the
process energy demand. This heat is required in form of steam, electricity and hightemperature
heat. Using these techniques the following processes can be attractive:
steam flooding of oil deposits, the oil recovery from oil sands and oil shales, the
methanol production from natural gas, the coal hydrogenation as well as the production
of methanol from biomass. Normally, the volume of recoverable light hydrocarbons can
be doubled by applying nuclear energy. The CO2 emissions during the production
process can be avoided and the production costs can be decreased compared to
current oil prices.
The necessary conversion technologies are well-known and proven in industrial use,
some of them for a long-time.
The modular high-temperature reactor can be used as a nuclear heat source. This kind
of heat source will be sized around 200 MWth, if a cylindrical core is used. Under these
conditions even for a complete loss of the core cooling neither improper overheating of
the fuel elements nor a core melt-down can occur. Therefore the retention of radioactive
material in the reactor system is assured even for severe accidents. Using an annular
core the power can be increased up to 400 MWth while the system maintains the
mentioned safety properties.
The nuclear heat is integrated into the process by steam generator, helium heated
steam reformer for the steam reforming reaction and by helium-helium heat exchangers.
The high-temperature heat exchangers are tested in permanent operation for helium
temperatures of 950°C and for powers of 10 MWth. An extrapolation to commercially
necessary sizes of 100 MWth is considered to be reliable.
The mentioned processes can be seen as technically feasible on the basis of previous
projects, especially of extensive programs for high-temperature materials.
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