实施耗热程序的方法_2

文档序号:8926200阅读:来源:国知局
电使甲烷与氨进行气相反应来制备氢氰酸。
[0019] 专利申请DE1266273公开了烃分解成氢气和焦炭,其中所述焦炭具有高纯度和高 强度。反应区的加热通过使用描述为移动床或流体化床的碳床作为电阻进行电阻加热实 现。此外,描述了通过逆流输送固体料流和气体料流的热集成。
[0020] 此外,已研宄了使用等离子体发生器制备合成气(37L. Kerker,R. MUller :"Das Plasmareforming-Verfahren zur Erzeugung von Reduction-sgasen" Stahl Eisen 104,(1984),第22期,1137),且已描述了使用电或电磁方法分解烃(Hiussinger, p., Lohmilller, R.和 Watson,A. M. 2000. Hydrogen2. Production. Ullmann' s Encyclopedia of Industrial Chemistry)。因此,可借助电功率感应(DE2420579)或电阻生热,并传递至径 (DE1266273)。诸如专利申请W093/12030中所公开的等离子体方法尤其有效,其中气体在 电弧中通过其原子或分子离子化而转化成等离子体。由电子和离子复合所产生的热量提供 了烃分解所必需的能量。
[0021] 一些重要的耗热程序为高温程序,即在500-2500°C温度下实施的程序。作为这些 能量极密集型程序的代表,可提及蒸汽重整和干重整;脱氢,例如伯醇脱氢形成醛,仲醇脱 氢形成酮,链烷烃脱氢形成链烯烃和环烷烃脱氢形成环烯烃;由甲烷和氨制备氢氰酸;制 备一氧化氮;烃裂解或热解以及水热解。蒸汽重整和干重整为用于由含碳能源载体(如天 然气、轻质石油溶剂油、甲醇、生物质气或生物质)以及水或二氧化碳制备合成气(即一氧 化碳与氢气的混合物)的方法。
[0022] 在工业规模上,这些程序连续进行且因此需要持续供热。这些程序的工艺热需求 估计为500-600TWh。目前,上述高温程序仅使用由氧化过程(自热和/或异热)供应的能 源实施。这些氧化过程的缺点已充分知晓,即首先为原料依赖性和原料的有限可得性,其次 为氧化过程相关的CO2排放(2010年德国的CO 2排放为约960百万公吨CO 2等效物,其中化 学工业贡献了约5%)。
[0023] 尽管在高温程序中获得高温的费用是所述程序经济核算中的关键因素,但现有技 术未提及使用廉价的过剩功率,尤其是电能源与非电能源的组合。此外,未指出可在高温程 序的工艺期间在电能源与非电能源之间变化。
[0024] 因此,本发明的目的是提供一种方法,借此可有效(即具有高程度效率)利用仅可 以以随时间波动的输出获得的电功率作为能源。本发明的另一目的是在用于调节电网中频 率的负分钟备用情况下提供化学程序作为能量用户。本发明的另一目的是提供具有低CO2足迹且因此能节约化石燃料或〇)2证书的化学高温方法。
[0025] 根据本发明,所述的这些目的通过一种连续实施耗热程序的方法实现,所述耗热 程序通过该耗热程序一年平均所需的总能量实施,该总能量源自至少两种不同的能源,其 中一种能源为功率在所需总功率的0-100%范围内变化的电能源,且三种不同的能量模式 可各自提供耗热程序所需的总功率:(i)仅电能,(ii)电能与至少一种其他非电能源的混 合,或(iii)仅非电能,其中完成一种能量模式变成另一能量模式的转换时间不超过30分 钟。
[0026] 可用于所述耗热程序的总功率可有利地偏离该耗热程序所给的规定值小于10%, 优选小于5%,尤其优选小于3%。可用功率优选偏离规定值0-5%,尤其是0-3%。
[0027] 在例如耗热程序仅以部分负载操作或有时也过载操作时,规定值与容许偏差可随 时间变化,或者保持恒定。可操作用于实施所述耗热程序的装置的标称功率优选选为规定 值,且在该装置的正常操作期间保持恒定。
[0028] 所述至少一种非电能源优选由氧化程序,例如天然气的燃烧供应。然而,也可设想 使用地热或太阳能供应能源。此外,高温程序可通过将其废热引入耗热程序中而起非电能 源作用。
[0029] 因此,本发明允许耗热程序总是在最佳操作条件下有利地以过剩功率形式操作而 与瞬时可用电功率无关。特别地,可在无中间储存,即近似无损耗下以有利地大于90%,优 选大于95%,尤其是大于98%,即有利地为95-100%,优选为98-100 %的效率将过剩功率 用于耗热程序,从而在无显著限制下利用其成本优势。因此,可直接(即无需在发电站中进 行预先平稳/补偿)将来自可再生能源的具有波动功率的能量用于化学方法中。
[0030] 过剩功率定义为在功率市场上显著低于其生产成本或以能量含量计以低于具有 相同焦耳值的化石燃料的价格或零价格(即不考虑)或甚至以负价格提供的功率。
[0031] 根据本发明,所述耗热程序有利地为吸热高温程序,优选为在反应区中的能量消 耗大于0. 5MW/m3,尤其优选大于lMW/m3,尤其是大于2MW/m3的程序。例如,反应区中的能量 消耗可为0. 5-10MW/m3。
[0032] 就本发明而言,术语"反应区"是指反应器中吸热性(即反应的热需求)有利地超 过10kW/m3,优选100kW/m3,尤其是500kW/m3的区域。这大致对应于反应器中温度高于500°C 的区域。
[0033] 反应区中的最高温度有利地高于500°C,优选高于800°C。例如,反应区中的温度 为500-2500°C,优选为700-1800°C,例如在脱氢反应情况下为500-800°C,例如在重整反应 情况下为700-1000°C,例如在蒸汽裂解反应情况下为800-1100°C,例如在热解反应情况下 为800-1500°C,例如在碳气化反应情况下为800-1200°C。
[0034] 吸热性高温程序的能量消耗的实例示于表1中。
[0035]
[0036] 在实施本发明方法中损耗的可用能优选小于所引入电能的60%,更优选小于 50%,尤其优选小于40%,尤其是小于25%。可用能为系统中可转化成机械能而熵不增加 的内能比例。电能基本上全部为可用能。
[0037] 本发明的方法尤其优选用于制备合成气、氢气、苯乙烯、丙烯、丁烯和/或苯、乙 炔、一氧化碳、氢氰酸、一氧化氮以及用于煅烧氢氧化铝。优选为如下方法:蒸汽重整和干重 整、水热解、乙苯脱氢形成苯乙烯、丙烷脱氢形成丙烯、丁烷脱氢形成丁烯和/或环己烷脱 氢形成苯、在固定床或流体化床工艺中热解和裂解烃(尤其是热解甲烷、乙烷、丙烷和/或 丁烷)以及热解制备乙炔、由甲烷制备苯、二氧化碳还原成一氧化碳以及由甲烷和氨制备 氢氰酸以及由氮气和氧气制备一氧化氮。
[0038] 有利地将本发明的高温方法能量集成至组合场合;与独立操作的高温方法相比, 能量集成能使所用热量的效率有利地提高2%绝对值,优选提高3%绝对值,非常特别优选 提高5%绝对值,尤其是提高10%绝对值。
[0039] 本发明方法有利地连续或准连续实施。
[0040] 平均一年,优选所用电能的至少50%,尤其优选至少75%,甚至更优选至少90%, 尤其是至少95%由过剩功率和/或夜间功率(其中夜间功率定义为在夜间供应的电能,例 如在22-6时,且具有低费率)提供,优选由过剩功率提供。
[0041] 平均一年,优选所用电能的50-100 %,尤其优选75-100 %,甚至更优选90-100 %, 尤其是95-100%由过剩功率提供。然而,尤其优选经由电引入所述程序中的所有能量均由 过剩功率和/或夜间功率提供,优选由过剩功率提供。
[0042] 平均一年,所述耗热程序所需总能量的至少10%优选自具有波动功率的电能源获 得,尤其优选至少15 %,非常特别优选至少20%,尤其是至少25 %自具有波动功率的电能 源获得。
[0043] 在实施所述耗热程序时,有利地进行能源/能量模式变化。就本发明而言,能源/ 能量模式的变化为一种能源的开启或关闭,即模式(i)、(ii)和(iii)之间的能源混合的变 化。
[0044] 能源变化有利地对实施所述耗热程序几乎无不利影响。
[0045] 在转换时间期间,供应
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