(57)【要約】  本発明は、電熱式エチン製造施設と、水素及び／又は炭化水素を含有する少なくとも１つのガス流を受け取って、エチンを電熱式に製造するための反応混合物からエチンを分離するための分離装置とを含む統合施設に関する。この統合施設は、天然ガス網ガス導入装置を有しており、この天然ガス網ガス導入装置には、上記の分離装置から、少なくとも１つの導管を介し、水素及び／又は炭化水素を含有するガス流が供給される。水素及び／又は炭化水素を含有するガス流が分離装置から天然ガス網に供給され、天然ガス網に供給されるガス流の量及び／又は組成が、電力供給に依存して変更される方法によれば、上記の統合施設によって電気をフレキシブルに使用することができる。
2015536380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電熱式エチン製造施設（１）と、水素及び／又は炭化水素を含有する少なくとも１つのガス流を受け取って、エチンを電熱式に製造するための反応混合物（３）からエチンを分離するための分離装置（２）とを含む統合施設において、
当該統合施設は、天然ガス網（５）にガスを導入する天然ガス網ガス導入装置（４）を有しており、
前記分離装置（２）から、少なくとも１つの導管（６，７）を介し、水素及び／又は炭化水素を含有するガス流が、前記天然ガス網ガス導入装置（４）に供給される、
ことを特徴とする統合施設。
【請求項２】
前記天然ガス網ガス導入装置（４）には、水素用の少なくとも１つの貯蔵器（８）が含まれている、
請求項１に記載の統合施設。
【請求項３】
前記天然ガス網ガス導入装置（４）には、炭化水素を含有するガス用の少なくとも１つの貯蔵器（９）が含まれている、
請求項１又は２に記載の統合施設。
【請求項４】
前記天然ガス網ガス導入装置（４）には、ガス混合装置（１０）が含まれている、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の統合施設。
【請求項５】
前記天然ガス網ガス導入装置（４）には、水素と、二酸化炭素又は一酸化炭素とをメタンに変換するためのメタン化反応器が含まれている、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の統合施設。
【請求項６】
前記天然ガス網ガス導入装置（４）には、水素及び一酸化炭素を炭化水素に変換するためのフィッシャー・トロプシュ反応器が含まれている、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の統合施設。
【請求項７】
前記天然ガス網ガス導入装置（４）には、水素及び不飽和炭化水素を飽和炭化水素に変換するための水素化反応器が含まれている、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の統合施設。
【請求項８】
前記統合施設には付加的に発電施設（１１）が含まれており、
当該発電施設（１１）には、前記分離装置（２）から導管（１２）を介して水素及び／又は炭化水素を含有する少なくとも１つのガス流が供給される、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の統合施設。
【請求項９】
前記電熱式エチン製造施設（１）には、電熱プロセスの廃熱から蒸気を形成する蒸気発生器が含まれており、
前記発電施設（１１）には、蒸気から電気を形成する装置が含まれており、
前記統合施設には、前記蒸気発生器において形成した蒸気を、前記蒸気から電気を形成する装置に供給する蒸気導管（１３）が含まれている、
請求項８に記載の統合施設。
【請求項１０】
前記発電施設（１１）は、ガス及び蒸気タービン発電プラントである、
請求項８又は９に記載の統合施設。
【請求項１１】
前記統合施設は、天気予報ユニットに接続されている、
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の統合施設。
【請求項１２】
前記電熱式エチン製造施設（１）にはアーク反応器が含まれている、
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の統合施設。
【請求項１３】
電気のフレキシブルな使用方法において、
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の前記統合施設において、エチンを電熱式に製造し、前記天然ガス網ガス導入装置から、水素及び／又は炭化水素を含有するガス流を天然ガス網に供給し、電力供給に依存して、前記天然ガス網に供給される前記ガス流の量および／または組成を変化させる、
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の統合施設において、電力供給に依存して前記電熱式エチン製造施設（１）を動作させ、
前記分離装置（２）から、水素及び／又は炭化水素を含有する少なくとも１つのガス流を前記天然ガス網ガス導入装置（４）に供給し、
当該天然ガス網ガス導入装置（４）から、水素及び／又は炭化水素を含有するガス流を天然ガス網（５）に供給する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項８から１２までのいずれか１項に記載の統合施設において、エチンを電熱式に製造し、電力供給に依存して、前記分離装置（２）から前記天然ガス網ガス導入装置（４）に供給されるガスと、前記分離装置（２）から前記発電施設（１１）に供給されるガスとの間の量の比を変化させ、
前記天然ガス網ガス導入装置（４）から水素及び／又は炭化水素を含有するガス流を天然ガス網（５）に供給する、
請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載した統合施設において、アーク反応器においてエチンを電熱式に製造し、冷却のため、前記アーク反応器から放出されるガス混合物を、炭化水素を含有するガス又は炭化水素を含有する液体と混合し、前記ガス及び／又は前記液体の種類及び／又は量を電力供給に依存して変化させ、
前記分離装置（２）において結果的に得られるガス混合物から、水素及び／又は炭化水素を含有する少なくとも１つのガス流を分離して前記天然ガス網ガス導入装置（４）に供給し、
当該天然ガス網ガス導入装置（４）から、水素及び／又は炭化水素を含有するガス流を天然ガス網（５）に供給する、
請求項１３から１５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記天然ガス網ガス導入装置（４）には、水素用の貯蔵器（８）が含まれており、
当該貯蔵器から水素を天然ガス導管に導入し、
前記天然ガス導管における前記ガスのウォッベ指数、燃焼熱又は濃度又は当該ガス特性の組み合わせがあらかじめ設定した境界内に維持されるように、前記天然ガス導管におけるガス流に依存して、導入する水素の量を調整する、
請求項１３から１６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記天然ガス網ガス導入装置（４）には、水素用及び炭素を含有するガス用に別の貯蔵器（８，９）と、当該貯蔵器に接続されておりかつガスを混合するためのガス混合装置（１０）とが含まれており、
当該ガス混合装置（１０）において、水素と、炭化水素を含有するガスとを混合し、結果的に得られるガス混合物のウォッベ指数、燃焼熱若しくは濃度又は当該ガス特性の組み合わせがあらかじめ設定される境界内に維持されるように量の比を調整する、
請求項１３から１６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記天然ガス網ガス導入装置（４）には、水素及び一酸化炭素をメタンに変換するためのメタン化反応器が含まれており、
前記分離装置（２）から、水素を含有するガス流を前記メタン化反応器に供給し、
当該メタン化反応器において形成したメタンを前記天然ガス網（５）に供給する、
請求項１３から１６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記天然ガス網ガス導入装置（４）には、水素及び一酸化炭素を炭化水素に変換するためのフィッシャー・トロプシュ反応器が含まれており、
前記分離装置（２）から、水素を含有するガス流を前記フィッシャー・トロプシュ反応器に供給し、当該フィッシャー・トロプシュ反応器において形成したガス状の炭化水素を前記天然ガス網（５）に供給する、
請求項１３から１６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記天然ガス網ガス導入装置（４）には、水素化反応器が含まれており、
前記分離装置（２）から、不飽和炭化水素を含有するガス流を前記水素化反応器に供給し、
当該水素化反応器において形成した飽和炭化水素を前記天然ガス網（５）に供給する、
請求項１３から２０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
電力供給を天気予報のデータから見積もる、
請求項１３から２１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記電熱式エチン製造施設（１）は、電力供給に依存して前記天然ガス網（５）からのガスによって動作されるガス発電プラントからの電気を受け取る、
請求項１３から２２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
ａ）  電力供給に対する第１閾値及び第２閾値を決定するステップと、
ｂ）  前記電力供給を求めるステップと、
ｃ）  当該電力供給が前記第１閾値を上回る場合、当該電力供給に依存して、前記ガス発電プラントの電力を変化させ、前記電力供給が前記第２閾値を下回る場合、当該電力供給に依存して、前記電熱式エチン製造施設（１）のパワーを変化させるステップと、
ｄ）  前記ステップｂ）及びｃ）を反復するステップとを有する、
請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１閾値及び前記第２閾値は同じである、
請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、統合施設、及び、電力のフレキシブルな使用方法に関する。
【０００２】
風力、太陽光エネルギ、水力などの再生可能エネルギの使用は、発電にとって重要な意義を有している。電気エネルギは一般的に、長距離にわたり、地域及び国境を越えて結合される、略して給電網と称される電力供給網を介して多数の消費者に送出される。給電網における電気エネルギは、それ自体ではないしは別の装置がなければ、大規模に貯蔵できないため、給電網に給電される電力は、消費側の電力需要に、いわゆる負荷に調整しなければならないのである。この負荷は、公知のように時間に依存して、殊に昼夜、曜日に応じて変動し、又は季節に応じても変動する。典型的にはこの負荷経過は、ベース負荷、中間負荷及びピーク負荷の３つの領域に分けられ、電気エネルギ発生装置は、タイプに応じてこれらの３つの負荷領域に使用される。安定した確実な電力供給のためには、発電と電力消費との連続したバランスが必要であり、場合により発生する一時的な偏差は、いわゆる正又は負の制御エネルギないしは制御電力によって調整される。再生可能発電装置においてはつぎのような問題が発生する。すなわち、風力及び太陽光エネルギなどの所定のタイプにおいてエネルギ生産能力がいつでもあり、所定の方法で制御できるわけではなく、例えば昼夜の時間及び天候に起因する変動の影響を受けるという問題が発生する。これらの変動は、限定的にしか予想可能でなく、一般的には都度の実際のエネルギ需要とは一致しないのである。
【０００３】
一般的に変動性の再生可能エネルギからの生産能力と、実際の消費と間の差分は、例えばガス発電プラント、石炭発電プラント及び原子力発電プラントのような別の発電プラントによって補うことができる。給電において変動性の再生可能エネルギの割合及び整備が進むのにつれて、その出力と実際の消費との間のますます大きくなる変動をバランスさせなければならない。これらの変動をバランスさせるため、今日すでにガス発電プラントに加えて石炭発電プラントも部分負荷で運転されるか又は完全に停止されることが多い。これらの発電プラントを可変で運転するために少なからぬ負荷コストが伴うため、しばらく前から択一的な対抗手段の開発が試みられている。１つのアプローチは、発電プラントの出力の変更とは択一的又は補足的に、１つ又は複数の消費者のパワーを適合させることである（例えばデマンドサイドマネージメント、スマートグリッド）。別のアプローチは、再生可能エネルギから生産される出力が多い場合、出力の一部分を蓄積し、生産される出力が小さいか又は消費が多い時間に再度取り出すことである。このために今日ではすでに、例えば揚水発電所が使用されている。上記の開発において、水を電気分解することによって水素の形で電気を蓄積するコンセプトも存在する。
【０００４】
ここで説明した複数の手段には、全体として少なからぬ付加コスト及び効率に起因するエネルギ損失が伴っている。このようなことを背景として、殊に風力及び太陽光エネルギのような再生可能エネルギを使用することによって発生する、電力供給と電力需要との間の違いをバランスさせるための、より改善された複数の選択肢がますます探し求められているのである。
【０００５】
アーク反応器においてエチンを製造するための施設については、アークを点弧また消弧することにより、大きく変動する電力供給にこれらの施設を極めて良好に適合可能であることが知られている。しかしながらこの場合にこれらの施設の稼働率は比較的小さいため、これらの施設を電力過剰時にのみ動作させる場合には、この装置によって年平均で生成されるエチンの量に対して投資費用が極めて高くなってしまうという問題が生じる。
【０００６】
最大限に可能な連続使用を基準として最大で２０％の動作時間が推定される場合、許容できない長い資金回収期間が生じてしまい、国による介入又は特別な事業モデルによってしか収益性を得ることができないのである。この推定は、上記の施設が再生可能エネルギの過剰時にのみ動作されることに基づいている。
【０００７】
さらに、比較的長い時間にわたって再生可能エネルギの供給が少ない場合のために、ベース要求の充足を保証できる複数の発電プラントを維持しなければならないことが確認されている。このために必要な発電プラント能力の維持は、経営的に実現できるようにするか又は場合によって国家的な統制によって経済的に賄わなければならない。なぜならばこの場合にも、比較的少ない動作時間に、比較的大きな固定費用が相対しているからである。
【０００８】
従来の発電プラントは、すなわち化石ないしは有機物に由来するエネルギキャリア又は原子力ベースの発電プラントは、長期間にわたって計画可能に電気エネルギを供給することができる。しかしながら化石エネルギキャリア又は原子力ベースのプラントの使用は、政策上の理由から、殊に持続性及び環境保護の理由から、再生可能エネルギベースの発電装置に譲ってますます減らすべきである。しかしながらこれらの発電装置は、要求に応じて設置され、またそれ自体で経済的に稼働できるようにしなければならない。再生可能エネルギをベースにしたキャパシティがある程度以上に設けられる場合には、再生可能エネルギに対してさらにキャパシティを設ける代わりに、このキャパシタティを蓄積器の形態で設けるのが経済的により合理的であり、これにより、再生可能エネルギによる電力が過剰な時間帯にこれを有効に使用して蓄積できるようにし、電力が不足する時間帯にエネルギ蓄積器又は従来の発電プラントから電力が供給できるようにする。エネルギ消費を目的に応じてフレキシブルにすれば、検出可能な電力過剰又は電力不足の時間帯はより短くなると想定することができる。それにもかかわらずこのわずかな時間帯に対して電力供給を保証する必要があり、その際にこれが可能なかぎりに経済的に行われ得るようにしたいのである。
【０００９】
従来技術を考慮して本発明の課題とするのは、従来の方法の欠点を有しない、改善された施設を提供することである。
【００１０】
殊に本発明の課題は、電気エネルギの蓄積及び利用についてのフレキシビリティを従来技術に比べて高められるようにする方策を見つけることである。
【００１１】
さらに例えば経済的な種々の利点が得られるようにするため、上記の施設をフレキシブルに稼働できるようにし、これによって電力供給及び／又は電力需要の変化に殊にフレキシブルに応答できるようにする。上記の施設は、電力供給が多い又は少ない期間が比較的長い場合であっても、電気エネルギを蓄積又は供給するために使用できるようにする。
【００１２】
さらに本発明により、供給の確実性が改善されるようにする。
【００１３】
さらに本発明による施設及び方法が可能な限りに高い効率を有するようにする。さらに本発明による方法が従来の広く設置されているインフラストラクチャを使用して実施できるようにする。
【００１４】
さらに上記の方法は、可能なかぎりに少なく簡単かつ再現可能なステップで実行できるようにする。
【００１５】
明示的に示していない別の課題は、以下の説明の全体的な要約及び請求項から得られる。
【００１６】
上記の課題及び冒頭に述べた関連事項から得られる明示的に示していない別の課題は、統合施設によって解決され、この統合施設では、電熱式エチン製造施設と、エチンを電熱式に製造するための反応混合物からエチンを分離するための分離装置と、天然ガス網ガス導入装置とが接続されて、上記の分離装置から水素及び／又は炭化水素を含有するガス流が天然ガス網に導入できるようにされている。
【００１７】
これに相応して本発明が対象とするのは、電熱式エチン製造施設と、水素及び／又は炭化水素を含有する少なくとも１つのガス流を受け取って、エチンを電熱式に製造するための反応混合物からエチンを分離するための分離装置とが含まれる統合施設であり、この統合施設は、天然ガス網にガスを導入するための装置を有しており、この装置には、上記の分離装置から、少なくとも１つの導管を介して、水素及び／又は炭化水素を含有するガス流が供給される。
【００１８】
本発明が対象とするのはさらに、本発明による統合施設における電力のフレキシブルな使用方法であり、ここでは水素及び／又は炭化水素を含有するガス流が天然ガス網に供給され、電力供給に依存して、天然ガス網に供給されるガス流の量及び／または組成が変更される。
【００１９】
本発明による統合施設及び本発明による方法は、殊に良好な特性プロフィールを有しており、従来の方法及び装置の種々の欠点を格段に少なくすることが可能である。
【００２０】
殊に驚愕的に発見されたのは、これにより、電熱式エチン製造施設を高い稼働率で稼働させることができることであり、ここでは再生可能エネルギを過剰時に経済的に使用することができる。さらにこの施設により、再生可能なエネルギからの、殊に風力又は光起電力からの過剰電力は、蓄積可能な形態に変換することができる。
【００２１】
さらに再生可能エネルギの供給が少ない期間が比較的長い場合であっても電気エネルギを殊にコスト的に有利に供給することができる。
【００２２】
電熱式エチン製造施設は、良好に動的に動作させることができ、すなわち電力供給に可変に適合させることができる。ここでは上記の統合施設を、電力供給が多い又は少ない期間が比較的長い場合であっても、電気エネルギの蓄積又は供給のために使用することができる。ここでは驚愕的にも上記の統合施設のすべてのコンポーネントの長い動作時間を得ることができるため、これらのコンポーネントを極めて経済的に動作させることが可能である。
【００２３】
さらに、上記の電熱式エチン製造施設を制御可能に構成することができ、この制御は上記の電力供給に依存して行われる。
【００２４】
本発明による方法の有利な実施形態において、エチンを電熱式に製造するため、再生可能エネルギからの電気を使用する。
【００２５】
さらに上記の方法は比較的に少ないステップで実施することができ、これらのステップは簡単かつ再現可能である。
【００２６】
再生可能エネルギからの電力を使用することにより、本発明の統合施設は、二酸化炭素をあまり放出せずに化学的な反応生成物を供給することができる。なぜならば、得られるエチンは、極めて高い売上高数量で、また択一的な出発材料に比べて、追加のエネルギ供給が少ないか又は熱をより多く放出して、化学的に重要な多くの反応生成物に変換できるからである。
【００２７】
本発明による統合施設は、ここでは同義語で電力とも称される電気エネルギの有利かつフレキシブルな使用に役立つ。この統合施設は、電力供給が多い場合には電気エネルギを蓄積し、殊に電力供給が少ない場合には電気エネルギを電力網に供給する。ここ蓄積という用語は、上記の施設の機能のことを示し、電力の供給が多い場合には、電力がここでは化学エネルギとして蓄積可能な形態に変換され、電力の供給が少ない場合には、この化学エネルギを電気エネルギに変換することができる。上記の蓄積は、結合生産物である水素の形態で行われ、この水素は、メタン又は高分子の炭化水素からエチンを電熱式に製造する際に必然的に発生するものである。また上記の蓄積は、エチンを電熱式に製造する際にエチンの形成に平行して進行する吸熱変換において、例えば２つの分子のメタンをエタン及び水素に変換することによって得られる生成物の形態で行われる。この関連において確認できるのは、２モルのメタン（ＣＨ4）は、例えば１モルのエタン（Ｃ2Ｈ6）及び１モルの水素よりも燃焼熱が小さいため、メタンを水素及び２つ又はそれ以上の炭化水素分子を有する炭化水素に変換することにより、エネルギを蓄積することができるのである。
【００２８】
エチンを製造するための従来の施設では、発生する副生産物ガスを処理して場合によってこれを純粋な形で販売するため、比較的に多くのエネルギを消費する。本発明による施設では、上記の複生産物ガスをエネルギ的に使用することにより、この清浄化部を格段に簡単に構成することができる。
【００２９】
本発明による統合施設には、電熱式エチン製造施設が含まれている。ここで電熱式という用語は、エチンが炭化水素又は炭素から吸熱反応において製造され、この反応を行うのに必要な熱が電流によって形成される処理のことをいう。有利にはここでは気体状の又は蒸発させた炭化水素が使用され、殊に有利には脂肪族炭化水素が使用される。特に好適であるのは、メタン、エタン、プロパン及びブタンであり、殊にメタンが好適である。脂肪族炭化水素からエチンを電熱式に製造する際には結合生産物として水素が得られる。
【００３０】
好適な電熱式エチン製造施設は、従来技術から公知であり、例えば、Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 第１巻, 2012 Wiley-VCH Verlag GmbH&CoKGaA, Weinheim, DOI:10.1002/14356007.a01_097.pub4，第２９６〜３０３頁、独国特許出願公開第１９００６４４号明細書及び欧州特許出願公開第０１３３９８２号明細書から公知である。
【００３１】
上記の電熱式エチン製造施設には有利にはアーク反応器が含まれている。エチンの電熱式の製造は、少なくとも１つの炭化水素がガス流と共にアークを通して案内される１段階のプロセスにおいて行うことが可能である。択一的にはこのエチンの電熱式の製造は、水素がアークを通して案内され、アークの後において少なくとも１つの炭化水素が、このアークにおいて形成される水素プラズマに供給される２段階のプロセスにおいて行うことができる。
【００３２】
上記のアーク反応器は有利には、０．５〜１０ｋＷｈ／Ｎｍ3の、特に１〜５ｋＷｈ／Ｎｍ3の、殊に２〜３．５ｋＷｈ／Ｎｍ3のエネルギ密度で動作され、このエネルギ密度は、アークを通して導かれるガス体積に関係している。
【００３３】
上記のアーク反応器の反応領域における温度は、ガス流に起因して変化し、このアークの中心は２００００℃に達することがあり、また縁部において温度は約６００℃を有し得る。上記のアークの端部において上記のガスの平均温度は有利には、１３００〜３０００℃の、殊に有利に１５００〜２６００℃の範囲になる。
【００３４】
上記のアーク反応器の反応領域における投入材料の滞留時間は有利には０．０１ｍｓ〜２０ｍｓの範囲であり、特に有利には０．１ｍｓ〜１０ｍｓの範囲であり、さらに殊に有利には１〜５ｍｓの範囲である。その後、熱力学的に不安定な中間生成物であるアセチレンの分解を回避するため、上記の反応領域から放出されるガス混合物が急冷される。すなわち、２５０℃未満の温度に極めて急速に冷やされるのである。この急冷のため、例えば炭化水素及び／又は水の供給などの直接的な急冷方法、又は、蒸気を生成する熱交換器における急速な冷却のような間接的な急冷方法を使用することができる。直接的な急冷及び間接的な急冷は、互いに組み合わせることも可能である。
【００３５】
第１実施形態において、上記の反応領域から放出されたガス混合物は水だけで急冷される。この実施形態の特徴は、投資費用が比較的少ないことである。しかしながら欠点は、これにより、生成ガス中含まれるエネルギの少なからぬ部分が、全く利用されないか又はエネルギ的にわずかしか利用できないことである。
【００３６】
有利な実施形態では、上記の反応領域から放出されたガス混合物は、炭化水素を含有する気体又は炭化水素を含有する液体と混合され、炭化水素の少なくとも一部分は、吸熱分解する。プロセスの進行に応じて生成物の範囲が広く又は狭くなり、例えばエチン及び水素の他にエタン、プロパン、エテン及び別の低分子の炭化水素の成分が形成されるのである。これにより、発生した熱を、格段に広い範囲に、炭化水素の吸熱分解のような別の用途に使用することができる。
【００３７】
例えば１５０〜３００℃に上記のように温度を下げた後、固体の構成成分、殊に炭素粒子を分離し、出発材料に応じてエチン及び水素の他にエテン、エタン、より高分子の炭化水素、一酸化炭素、ならびに、Ｈ2Ｓ及びＣＳ2を含み得る揮発性の硫黄化合物を含み得る上記のガス混合物をエチンを得るために別の処理に供給する。
【００３８】
エチン製造する電熱式施設の電力消費は、アセチレンの計画生産能力に依存する。他のほとんどの化学的製造技術の場合と同様に、特定の投資費用（設備された生産能力を基準にした投資費用）は、施設の大きさが増すにつれて下がる。アセチレンを製造するための一般的な施設サイズは、（全負荷で計算して）年当たり数万トンのアセチレン〜数１０万トンのアセチレンの範囲である。刊行物から得ることができるように、アセチレンを形成するために反応部分における特定のエネルギ需要は、使用した原料に応じて、１トン当たりのエチンに対して約９〜１２ＭＷｈelectricalの範囲にある。ここから、上記の処理に必要な電気エネルギを含めて、アセチレン施設の絶対的な電力需要が導き出される。上記の所望の生産能力は一般的に、一緒に又は別々に制御可能な複数のアーク反応器を並列に配置することによって得ることができる。
【００３９】
本発明による統合施設にはさらに、水素及び／又は炭化水素を含有する少なくとも１つのガス流を受け取って、エチンを電熱式に製造するための反応混合物からエチンを分離するための分離装置と、天然ガス網にガスを導入する装置とが含まれており、この天然ガス網ガス導入装置には、上記の分離装置から、導管を介し、水素及び／又は炭化水素を含有する少なくとも１つのガス流が供給される。
【００４０】
この分離装置では、エチンが水素及び別の炭化水素から分離される。ここでエチンは、溶媒において上記のガス混合物から選択的に吸収することによって分離することができる。好適な溶媒は、例えば水、メタノール、Ｎ−メチルピロリドン又はこれらの混合物である。上記のガス混合物からエチンを分離するための好適な方法は、従来技術から公知であり、例えば、Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 第１巻, 2012 Wiley-VCH Verlag GmbH&CoKGaA, Weinheim, DOI:10.1002/14356007.a01_097.pub4，第２９１〜２９３，２９９及び３００頁、独国特許出願公開第３１５０３４０号明細書及び国際公開第２００７／０９６２７１号から公知である。
【００４１】
エチンから分離された、水素及び炭化水素を含有する上記の混合物は、上記の天然ガス網ガス導入装置に直接供給することができる。択一的にはエチンから分離された上記の混合物から水素を分離し、結果的に得られる炭化水素を含有するガス又は水素を選択的に上記の天然ガス網ガス導入装置に供給することが可能である。同様に、エチンが電熱式に製造される上記の反応混合物からエチンを分離する上記の分離装置から、上記の天然ガス網ガス導入装置に、炭化水素を含有するガス及び水素を別の導管を介して供給することも可能である。水素及び炭化水素の上記の分離は、不完全な分離が上記の施設の動作に不利に作用するのでなければ、不完全でもよいため、従来技術による電熱式エチン製造施設において行われるような完全な分離と比べて、分離のための装置的なコスト及びエネルギ消費を低減することができるのである。
【００４２】
上記の天然ガス網ガス導入装置には特別な制限はない。水素、アルカン及びアルケンを別々に又は混合してガス状に天然ガス網に導入できる装置はいずれも好適である。
【００４３】
有利な実施形態において、上記の天然ガス網ガス導入装置には、水素用の少なくとも１つの貯蔵器が含まれている。この貯蔵器のタイプは問題ではないため、このために圧力タンク、液体貯蔵器、固体にガスを吸収する貯蔵器、又は可逆の化学反応によって水素を貯蔵する化学的な貯蔵器を使用することができる。この貯蔵器の容量は有利には、電熱式エチン製造施設により、全負荷で２時間以内に製造される量の、殊に有利には１２時間以内に製造される量の、極めて有利には４８時間以内に製造される量の水素を収容することができるように見積もられる。比較的に大きな水素貯蔵器を使用することにより、天然ガス網に水素を時間的に長く供給することができ、このような供給により、網事業者によって設定される最大の水素含有量を天然ガス網に維持することができる。天然ガス網に接続される多くの端末装置は、いわゆるウォッベ指数において比較的狭い幅内でのみ、確実に動作させることでき、この幅を広げると、コストのかかる付加的な設備がこれらの端末装置に必要になってしまう。上記のウォッベ指数は、天然ガスの燃焼特性を表す。天然ガスに水素を供給することは、一般的にウォッベ指数を下げることになる。技術的な規定であるＤＶＧＷのワークシートＧ２６０は、ウォッベ指数に対する下限値を定めている。天然ガスの組成によっては、水素を数体積百分率に天然ガス網に供給した際にすでにこれらの境界値に達し得る。
【００４４】
上記の天然ガス網ガス導入装置には有利には、炭化水素を含有するガス用の少なくとも１つの貯蔵器が含まれている。貯蔵器として圧力タンク、液体貯蔵器、炭化水素が溶媒に吸収される貯蔵器、又は固体にガスを吸収する貯蔵器を使用することができる。この貯蔵器の容量は有利には、電熱式エチン製造施設から、全負荷において２時間以内に製造される量の、殊に有利には１２時間以内に製造される量の、極めて有利には４８時間以内に製造される量のガス状の炭化水素を収容することができるように見積もられる。
【００４５】
上記の天然ガス網ガス導入装置には有利には、ガスを混合するための装置が含まれている。このガス混合装置は有利には、天然ガス網に導入されるガスのウォッベ指数、燃焼熱又は濃度、又はこれらのガス特性の組み合わせを調整できるように構成される。上記のガス混合装置には極めて有利には、混合されるガスのウォッベ指数、燃焼熱又は濃度を求める測定装置が含まれており、この測定装置によってガスの混合を制御することができる。殊に有利には上記のガス混合装置は、水素用の貯蔵器に接続されており、別の有利な実施形態では付加的に炭化水素を含有するガス用の貯蔵器にも接続されている。
【００４６】
有利な実施形態において、上記の天然ガス網ガス導入装置には、二酸化炭素又は一酸化炭素と水素とをメタンに変換するためのメタン化反応器を有する。別の一実施形態において、上記の天然ガス網ガス導入装置には、水素及び一酸化炭素を炭化水素に変換するためのフィッシャー・トロプシュ反応器が含まれている。同様に有利な実施形態において、上記の天然ガス網ガス導入装置には、水素及び不飽和炭化水素を飽和炭化水素に変換するための水素化反応器が含まれている。好適なメタン化反応器、フィッシャー・トロプシュ反応器及び水素化反応器は、当業者には従来技術から公知である。３つの実施形態のいずれによっても、濃度、比容積の燃焼熱及びウォッベ指数が水素のそれよりも高い生成物に水素を変換することができる。少なくとも２つの炭素原子を有する炭化水素が形成される場合、上記の濃度、比容積の燃焼熱及びウォッベ指数は、天然ガスのそれさえも上回る。このような炭化水素と共に水素を比較的大きな割合で天然ガス網に供給することができ、その際には上記のガイドラインによってあらかじめ設定された、濃度、燃焼熱及びウォッベ指数に対する境界値を下回ることはない。
【００４７】
本発明による上記の統合施設には有利には付加的に発電施設が含まれており、この施設には、上記の分離装置から、導管を介して水素及び／又は炭化水素を含有する少なくとも１つのガス流が供給される。発電施設としては、上記のガス流から電気を形成することができるすべての装置が好適である。有利には効率の高い発電施設を使用する。
【００４８】
有利な実施形態において、上記の発電施設には燃料電池が含まれている。この実施形態において上記の発電施設には有利には、実質的に水素からなるガス流が供給される。
【００４９】
別の有利な実施形態において、上記の発電施設にはタービンを備えた発電プラントが含まれている。この施設には殊に有利には、水素及び／又は炭化水素を含有するガスによって動作可能なガスタービンが含まれている。最も有利には、組成が変化する炭化水素及び水素を含有するガスからなる混合物によって動作可能なガスタービンを使用する。
【００５０】
タービンを備えた上記の発電プラントは、ガス及び蒸気タービン発電所（ＧｕＤ発電所）であり、これはガス及び蒸気のコンバインドサイクルプラントとも称される。この発電プラントでは、ガスタービン発電プラントの原理及び蒸気発電プラントの原理が組み合わせられている。ガスタービンは一般的に、殊に後置接続された廃熱ボイラ用の熱源として使用され、この廃熱ボイラそれ自体は、蒸気タービン用の蒸気発生器として機能する。
【００５１】
上記の発電施設には、分離装置から供給されるガス流に加えてさらに別の成分を供給することができ、例えば、燃料電池を動作させるための付加的な水素を供給するか、又は、タービンを動作させるか又は蒸気発生器を過熱するための付加的な燃料を供給することができる。
【００５２】
上記の発電施設の出力は、電熱式エチン製造施設の生産能力に依存して選択することができる。有利には発電施設の出力は、全負荷時における電熱式エチン製造施設の電力需要が、上記の発電施設によって完全に充足できるように選択される。エチン生産能力に対する電力の比は有利には、エチンのｔ／ｈ当たり２〜２０ＭＷelectricalの範囲であり、殊に有利にはエチンのｔ／ｈ当たりに５〜１５ＭＷelectricalの範囲である。この電力は、個々の装置又は複数の装置を協働させることによって得ることができ、この協働（プーリング）は、共通の制御によって得ることができる。さらに電熱式エチン製造施設用の電気エネルギは、電力網から受け取ることが可能である。同様に上記の発電施設を設計して、電熱式エチン製造施設に加えて、別の電力消費装置を給電するか又は電熱式エチン製造施設の要求を上回る電気エネルギを電力網に供給することも可能である。
【００５３】
本発明による統合施設の殊に有利な実施形態において、電熱式エチン製造施設には、電熱プロセスの廃熱から蒸気を形成する蒸気発生器が含まれている。上記の発電施設には、蒸気から電気を形成する装置が含まれており、上記の統合施設には、上記の蒸気発生器において形成した蒸気を、上記の蒸気から電気を形成する装置に供給する蒸気導管が含まれている。有利には、アーク反応器において得られる反応ガスの間接的な急冷を蒸気発生器として使用する。上記の蒸気から電気を形成する装置は、有利には蒸気タービン又は蒸気モータであり、殊に有利には蒸気タービンである。最も有利には上記の蒸気タービンは、ガス・蒸気タービン発電プラントの一部である。この実施形態によれば、エチン製造施設において形成した廃熱を、電気を形成するために使用することができ、上記の蒸気から電気を形成する装置の動作に必要な燃料を少なくすることができる。
【００５４】
有利な実施形態において、本発明による統合施設には付加的にエチン用の貯蔵器が含まれている。この貯蔵器により、電熱式エチン製造施設において電力供給が少ないときにエチンがわずかしか又はまったく製造されない場合であっても、後置接続された、別の生成物へのエチンの変換部を連続して引き続き動作させることができる。有利にはエチンの上記の貯蔵は、溶媒に溶かして行われ、殊に有利には、上記のエチンを電熱式に製造するための反応混合物からエチンを分離する際に、エチンを吸収するために使用される溶媒に溶かして行われる。
【００５５】
別の有利な実施形態において、本発明による統合施設は、天気予報ユニットに接続される。天気予報ユニットとこのように接続することにより、上記の施設の動作を適合させて、一方では、電力供給が少なくこれに相応して電力価格が高い際に、割安の余剰電力を利用する選択肢および上記の発電施設から電気を供給する選択肢を利用することができるようにし、また他方では、後続のエチンを使用する施設の連続した動作のために十分なエチンがつねに供給されるようにする。これにより、天気予報の結果に応じて、例えばエチン用の貯蔵器を高い充填レベル又は低い充填レベルで使用することができる。さらにエチンを後続処理するための施設を、動作の仕方の変化に合わせて準備・調整させることができる。これにより、電力の供給不足が長く続く場合、上記のシステムのこの部分を、低下した生産能力に合わせて調整して、エチンの不足による動作中断を回避することができる。
【００５６】
上記の統合施設は付加的に、消費予想作成ユニットに接続することができ、このユニットは有利には、消費履歴についてのデータを含むデータ記憶装置を有する。消費履歴についてのこれらのデータは、例えば、電力需要及び／又は発電についての一日の経過、一週間の経過、一年の経過及び別の経過を含み得る。消費予想についての上記のデータは、例えば大口消費者の加入又は逸失時に発生する特別な変化を考慮することも可能である。付加的又は択一的には上記のデータ記憶装置は、電力価格の履歴の経過についてのデータも含むことができる。
【００５７】
本発明による電力のフレキシブルな使用方法は、本発明による統合施設において実行され、上記の天然ガス網ガス供給装置から、水素及び／又は炭化水素を含有するガス流が天然ガス網に供給される。ここでは電力供給に依存して、天然ガス網に供給されるガス流の量及び／又は組成が変わるように上記の統合施設を動作させる。これにより、天然ガス網に供給されるガスを製造するか又は変化させることにより、天然ガス網において化学エネルギの形態で蓄積される電気エネルギの量を調整することができる。
【００５８】
電力供給時には電力過剰も電力不足も共に生じ得る。電力過剰は、ある時点に全体として消費される電気よりも多くの電気がこの時点に再生可能エネルギから供給される場合に発生する。電力過剰は、変動性の再生可能エネルギから極めて大量の電気エネルギが供給され、発電プラントの出力を落とすか又はこれを遮断するのに大きなコストが伴う場合にも発生する。電力不足は、比較的わずかな量の再生可能エネルギしか得られず、また効率的でないか又は大きなコストが伴う発電プラントを動作させなければならない場合に発生する。ここで説明している電力過剰及び電力不足のケースは、さまざまな手法で識別可能である。例えば電力取引価格は、都度の状況に対する指標とすることができ、電力過剰では電力価格が低くなり、また電力不足では電力価格が高くなる。しかしながら電力過剰又は電力不足は、電力価格への直接の影響がなくても発生し得る。例えば電力過剰は、ウィンドファームの事業者が、予想したよりも多くの電力を製造して販売した場合にも発生する。同様に電力不足は、上記の事業者が、予想した電力よりも少ない電力を製造する場合にも発生し得る。本発明において電力過剰及び電力不足の概念には、これらのすべてのケースが含まれる。
【００５９】
本発明による電力のフレキシブルな使用方法の第１の実施形態では、本発明による統合施設において、電力供給に依存して上記の電熱式エチン製造施設を動作させ、上記の分離装置から、水素及び／又は炭化水素を含有する少なくとも１つのガス流を、上記の天然ガス網ガス導入装置に供給し、この天然ガス網ガス導入装置から、水素及び／又は炭化水素を含有するガス流を天然ガス網に供給する。
【００６０】
この第１の実施形態において、上記の電熱式エチン製造施設には有利には、並列に配置された複数のアーク反応器が含まれており、電力供給に応じて上記のアーク反応器のうちのすべてを動作させるか、その一部だけを動作させるか、またはアーク反応器をまったく動作させない。このため、有利にはこれらのアーク反応器を一定の、最適化した反応条件下で動作させ、電力供給への施設の動作の適合は、アーク反応器の遮断又は運転開始だけで行われる。択一的に有利な実施形態において、個々のアーク反応器又はすべてのアーク反応器を可変のスループット及び対応する可変の電力消費で動作させる。
【００６１】
本発明による電力のフレキシブルな使用方法の第２の実施形態において、上記の分離装置から導管を介して水素及び／又は炭化水素を含有する少なくとも１つのガス流が供給される発電施設を含む本発明の統合施設では、電力供給に依存して、分離装置から天然ガス網ガス導入装置に供給されるガスと、分離装置から発電施設に供給されるガスとの間の量の比を変化させ、天然ガス網ガス導入装置から、水素及び／又は炭化水素を含有するガス流を天然ガス網に供給する。
【００６２】
有利にはこの実施形態において、電力供給がより多い場合にはより多くの割合のガスが天然ガス網に供給されるように上記の量の比を変化させる。殊に有利には、平均的な電力供給時には分離装置からすべてのガス又は大部分のガスを、殊に８０％よりも多くのガスを発電施設に供給し、電力供給が多い場合には、発電施設の動作を停止させ、分離装置からすべてのガス又は大部分のガスを、殊に８０％よりも多くのガスを天然ガス網に供給する。
【００６３】
本発明による方法の第２の実施形態により、電熱式エチン製造施設の均一な動作が、平均的な電力供給時にも電力供給が多い場合にも共に可能になり、ここからこの施設に対する高い施設利用率が得られる。統合施設における発電を少なくし、天然ガス網にガスを導入することにより、電力供給が多い場合には付加的に電気エネルギが使用され、化学エネルギの形態で効率的に天然ガス網に供給することができる。
【００６４】
本発明による電気のフレキシブルな使用方法の第３の実施形態では、電熱式エチン製造施設にアーク反応器が含まれている本発明の統合施設において、冷却のため、アーク反応器から放出されるガス混合物は、炭化水素を含有するガス又は炭化水素を含有する液体と混合される。ここでガス及び／又は液体の種類及び／又は量を電力供給に依存して変化させ、上記の分離装置において結果的に得られる反応混合物から、水素及び／又は炭化水素を含有する少なくとも１つのガス流を分離して上記の天然ガス網ガス導入装置に供給し、この天然ガス網ガス導入装置から、水素及び／炭化水素を含有するガス流を天然ガス網に供給する。
【００６５】
この実施形態において有利には、電力供給がより多い場合、アーク反応器から放出されるガス混合物と、炭化水素を含有するより量の多いガス又は液体とを混合するか又はガス及び／又は液体の種類を変化させて、上記のアーク反応器から放出されるガス混合物の熱エネルギのより大きな部分が、ガス及び／又は液体の構成成分の吸熱分解に利用される。炭化水素を含有するガス又は液体の組成が変化することにより、上記の吸熱分解に利用される熱エネルギの割合がどのように影響を受けるかは、例えば、Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 第１巻, 2012 Wiley-VCH Verlag GmbH&CoKGaA, Weinheim, DOI:10.1002/14356007.a01_097.pub4，第２９６〜３０３頁から当業者には公知である。
【００６６】
吸熱分解によって得られる炭化水素はすべて上記の天然ガス網ガス導入装置に供給することができる。択一的には一部だけを上記の天然ガス網ガス導入装置に供給し、残りをエチンを製造するため、上記の電熱式エチン製造施設に投入原材料として供給することができる。
【００６７】
本発明の方法の上で説明した第１及び第２実施形態の上記の特徴は互いに組み合わせて使用することも可能である。この場合に有利には電力供給が小さい場合には、上記の電熱式エチン製造施設を電力供給に依存して動作させ、電力供給が多い場合には、分離装置から天然ガス網ガス導入装置に供給されるガスと、分離装置から発電施設に供給されるガスとの間の量の比を変化させる。殊に有利には本発明による方法に以下のステップ、すなわち、
ａ）  電力供給に対する第１閾値及び第２式位置を決定するステップと、
ｂ）  上記の電力供給を求めるステップと、
ｃ）  この電力供給が第１閾値を上回る場合、この電力供給に依存して、分離装置から発電施設に供給されるガスの成分及び電力を変化させ、また上記の電力供給が第２閾値を下回る場合、この電力供給に依存して、上記の電熱式エチン製造施設のパワーを変化させるステップと、
ｄ）  ステップｂ）及びｃ）を反復するステップとを有する。
【００６８】
有利にはエチン用の貯蔵器の実際の充填レベルに依存して、又は、将来の数時間におけるエチンの消費及び形成の展開の予想に依存して上記の閾値を決定する。例えばエチン用の貯蔵器の充填レベルが低い値に下がる場合、閾値であって、この閾値を下回ると上記の電熱式エチン製造施設のパワーが低減される閾値をより低い値に設定する。
【００６９】
上記の電力供給は、発電機及び／又は電力消費装置との調整によって直接的に求めるか、又は、取引システムを介して及び／又はＯＴＣ処理及びこれに属する電力価格によって間接的に求めることができる。有利な実施形態では、風力エネルギ及び／又は太陽光エネルギによる発電機との調整によって上記の電力供給を求める。別の有利な実施形態では、取引システムにおける電力価格によって電力供給を求める。
【００７０】
風力エネルギ及び／又は太陽光エネルギによる発電機との調整によって上記の電力供給を求める場合、有利には第１閾値を上回った場合、電力過剰に応じて発電施設の電力を変化させ、第２閾値を下回った場合、電力不足に応じて電熱式エチン製造施設のパワーを変化させる。
【００７１】
取引システムにおける電力価格を介して電力供給を求める場合、有利には第１閾値を上回った場合には、発電施設の電力を前もって求めたより低い値に変化させ、第２閾値を下回った場合には、電熱式エチン製造施設のパワーを前もって求めたより低い値に変化させる。
【００７２】
平均的な電力供給時に電熱式エチン製造施設と、発電施設とを一緒に動作させることにより、これらの２つの施設の驚愕的に長い動作時間を達成することができるため、これらの施設の高い収益性を得ることができる。
【００７３】
同様に上記の第２及び第３実施形態の特徴的構成を互いに組み合わせて使用することができる。殊に有利にこのために、統合施設を使用する。すなわち、この統合施設において、電熱式エチン製造施設に蒸気発生器が含まれており、この蒸気発生器により、電熱プロセスの廃熱から蒸気が形成され、また発電施設にこの蒸気によって駆動される蒸気タービンが含まれているような統合施設を使用するのである。この場合には上記のアーク反応器から放出されるガス混合物を冷却するために使用される上記のガス及び／又は液体の種類及び／又は量を変化させることにより、エチンを電熱式に製造する際に発生する熱のうちで蒸気タービンにおいて発電のために直接利用される熱の割合がどの位大きいのか、吸熱分解の生成物と共に化学エネルギの形態で天然ガス網に蓄えられる割合がどの位大きいのかを設定することができる。
【００７４】
最後には上記の第１及び第３実施形態の特徴的構成を、又は、上記の３つのすべての実施形態の特徴的構成を互いに組み合わせて使用することができる。
【００７５】
本発明による方法の有利な実施形態において、天然ガス網ガス導入装置には水素用の貯蔵器が含まれており、この貯蔵器からは水素が天然ガス導管に導入される。導入される水素の量は、天然ガス導管におけるガス流に依存して、天然ガス導管におけるガスのウォッベ指数、燃焼熱若しくは濃度又はこれらのガス特性の組み合わせが、あらかじめ設定された境界内に維持される。水素の導入は、天然ガス網に導入すべきガスを導入した後、この天然ガス導管においてこれらのガス特性を測定することによって制御することができる。
【００７６】
同様に上記の天然ガス網ガス導入装置には、水素と、炭化水素を含有するガスとからなるガス混合物用の貯蔵器も含まれており、この貯蔵器からこのガス混合物を天然ガス導管に導入することができる。導入されるガス混合物の量は、この天然ガス導管におけるガス流に依存して、天然ガス導管におけるガスのウォッベ指数、燃焼熱若しくは濃度、または、これらのガス特性の組み合わせが、あらかじめ設定された境界内に入るように設定される。
【００７７】
本発明による方法の別の有利な実施形態において、天然ガス網ガス導入装置には、水素用および炭化水素を含有するガス用に別々の貯蔵器と、この貯蔵器に接続されているガス混合装置とが含まれている。このガス混合装置では水素と、炭化水素を含有するガスとが混合され、ここでは、結果的に得られるガス混合物のウォッベ指数、燃焼熱若しくは濃度又はこれらのガス特性が、あらかじめ設定される境界内に維持されるようにする。有利には炭化水素を含有するガスとして、２個又はそれ以上の炭素原子を有する炭化水素が、殊にエタン、エテン、プロパン、プロペン、ブタン及び／又はブテンが使用され、これらは、エチンを電熱式に製造するための反応混合物からエチンを分離するための分離装置において分離される。ガス特性を調整した後に結果的に得られるガス混合物はつぎに天然ガス網に供給される。有利には、天然ガス網におけるガスのウォッベ指数に対する天然ガス網に供給されるガスのウォッベ指数の比が０．９：１〜１：０．９の範囲内に、殊に０．９５：１〜１：０．９５の範囲内になるように、上記の結果的に得られるガス混合物のウォッベ指数を調整する。
【００７８】
ガス導管の事業者によってあらかじめ設定された値にウォッベ指数を低減するか又は別の特性量を設定するため、現行のガイドラインによって設定される境界の範囲内で付加的に別のガスを、例えば酸素、窒素及び有利には空気を一緒に混合する。
【００７９】
本発明による方法の別の有利な実施形態において、天然ガス網ガス導入装置には、水素と、二酸化炭素又は一酸化炭素とをメタンに変換するためのメタン化反応器が含まれており、ここでは上記の分離装置から、水素を含有するガス流がこのメタン化反応器に供給され、このメタン化反応器において形成したメタンが上記の天然ガス網に供給される。水素をメタンに変換することにより、天然ガス網への水素の供給についての制限を回避することができ、またこのガスを、天然ガス網の、天然ガス管においてガス流が少ない箇所に供給することができる。
【００８０】
本発明による方法の別の有利な実施形態において、天然ガス網ガス導入装置には、水素及び一酸化炭素を炭化水素に変換するためのフィッシャー・トロプシュ反応器が含まれており、上記の分離装置から、水素を含有するガス流がこのフィッシャー・トロプシュ反応器に供給され、このフィッシャー・トロプシュ反応器において形成したガス状の炭化水素が天然ガス網に供給される。この実施形態は、殊に有利には、欧州特許公開第０１３３９８２号明細書に記載された石炭からのエチンの電熱式の製造及び後続のコークスの合成ガスへの気化に共に使用可能である。このようにして得られる合成ガスは、エチンを電熱式に製造する際に形成される、投入原材料としての水素と共に上記のフィッシャー・トロプシュ反応器に供給することができる。
【００８１】
本発明による方法の別の有利な実施形態において、天然ガス網ガス導入装置には水素化反応器が含まれており、上記の分離装置から、不飽和炭化水素を含有するガス流が水素化反応器に供給され、この水素化反応器において形成した飽和炭化水素が天然ガス網に供給される。この実施形態は、エチンの電熱式の製造がアーク反応器において行われる場合に殊に有利に使用可能であり、このアーク反応器から放出されるガス混合物は、冷却のため、炭化水素を含有する気体又は炭化水素を含有する液体と混合され、ここではクラッキングによって不飽和炭化水素が形成され、結果的に得られるガス混合物から水素および不飽和炭化水素を含有するガス流が分離され、このガス流が上記の水素化反応器に供給される。このガス流における飽和炭化水素を水素化することにより、エネルギを大きく損失することなく、上記のガス流の水素含有量を低減することができ、また天然ガス網に供給するのにより適したガス混合物が得られる。
【００８２】
本発明による方法において有利には、上記の熱電式エチン製造施設により、電力供給に依存して天然ガス網からのガスによって動作されるガス発電プラントから電気が取り出される。この実施形態において本発明による方法は有利には、
ａ）  電力供給に対する第１閾値及び第２閾値を決定するステップと、
ｂ）  電力供給を求めるステップと、
ｃ）  この電力供給が第１閾値を上回る場合、電力供給に依存してガス発電プラントの電力を変化させ、また電力供給が第２閾値を下回る場合、電力供給に依存して電熱式エチン製造施設のパワーを変化させるステップと、
ｄ）  ステップｂ）及びｃ）を繰り返すステップとが含まれている。
【００８３】
有利にはエチン用の貯蔵器の実際に充填レベルに依存して、又は将来の数時間におけるエチンの消費及び形成の展開の予想に依存して上記の閾値を決定する。例えばエチン用の貯蔵器の充填レベルが低い値に下がる場合、閾値であって、この閾値を下回ると電熱式エチン製造装置の出力が低減される閾値をより低い値に設定する。
【００８４】
上記の電力供給は、発電機及び／又は電力消費装置との調整によって直接的に求めるか又は、取引システムを介して及び／又はＯＴＣ処理及びこれに属する電力価格によって間接的に求めることができる。有利な実施形態では、風力エネルギ及び／又は太陽光エネルギによる発電機と調整することによって上記の電力供給を求める。別の有利な実施形態では、取引システムにおける電力価格によって上記の電力供給を求める。
【００８５】
上記の第１閾値であって、これを上回ると上記の発電施設のパワーが低減される第１閾値の絶対的な大きさは、本発明のこの実施形態に対しては重要ではなく、経済的な判定基準に基づいて決定することができる。同じことは第２閾値であって、これを下回ると電熱式エチン製造設備のパワーが低減される第２閾値にも当てはまる。有利には上記の第１閾値及び第２閾値は同じに選択される。
【００８６】
有利には電力供給が大きい場合に、エチンの製造に使用される電気エネルギは、少なくとも部分的に再生可能エネルギから得られ、殊に有利には風力及び／又は太陽光エネルギから得られる。しかしながら、現行のドイツの法律の規定によれば、再生可能エネルギによって得られた電気は、実際の需要がなくても電力網に供給することが許されており、また報酬が支払わなければならない。したがって従来の方法で形成した電気は、一時的に「過剰」になる。なぜならば発電プラント事業者にとって発電所を停止させることは、原価を下回って電力を放出するよりも不経済になり得るからである。慣用の施設を継続動作させることによって得られる過剰な電気エネルギは、本発明によって経済的に活用され、殊に蓄積することができるのである。
【００８７】
有利には上記の電力供給は、天気予報のデータから事前に計算される。つぎにこの事前に計算した電力供給に基づき、有利には、予報時間帯において計画した量のエチンが製造できるように電力供給に対する上記の閾値が選択される。
【００８８】
本発明による方法の別の有利な実施形態は、本発明による統合型設備の上記の説明から得られる。
【００８９】
本発明の統合型設備及び方法は、極めて経済的かつ資源を大切にしてエチンを製造するのに適している。エチンは多くの有益な中間生成物に変化させることができ、これによって二酸化炭素排出を驚愕的に低減することができる。
【００９０】
この驚愕的な低減は、シナジー的に作用する複数の要因に基づいている。その一つは、エチンを製造するために再生可能エネルギからの電気を使用することができ、このエチンの製造が電力供給に極めてフレキシブルに適合できるという事実である。さらに水素は、二酸化炭素を放出することなく電気エネルギの形成に使用することができる極めて高い電気利用率に維持することができる。さらに有益な反応生成物を製造する際には熱が放出されることが多い。この廃熱は、他のプロセス部分（例えば蒸溜による分離プロセス）における熱需要を充足するのに使用できることが多い。これとは別にプロセス熱を形成するために炭化水素の酸化が必要になり得る場合、これに相応して二酸化炭素の放出も低減される。エチンでは、同じ最終生成物の合成に択一的に使用される、例えばエチレン又はプロピレンのような他の一般的な炭化水素よりも比エンタルピが大きい。これにより、一般的に変換の際に一層多くの廃熱が形成され、これらを別の応用に利用することができる。
【００９１】
さらに、形成したエチンは、アセトン、ブタンジオール、又は少なくとも３０ｇ／モルの分子量を有する不飽和化合物を製造するために変換させることができる。少なくとも３０ｇ／モルの分子量を有する不飽和化合物には、例えばビニルエーテル、有利にはメチルビニルエーテル又はエチルビニルエーテルが含まれており、またビニルハロゲニドが、有利にはビニルクロリドが含まれており、またアクリロニトリルが含まれており、また不飽和アルコールが、有利にはアリルアルコール、プロパロギルアルコール、ブチンジオール及び／又はブタンジオールが含まれており、またビニルアセチレンが含まれており、さらにアクリル酸及びアクリル酸エステルが含まれており、さらにビニルアルコールのエステルが、有利にはビニルアセテートが含まれており、またブタジエン及びブテンが含まれている。
【００９２】
さらに、生成されたエチンは選択的にエテンに水素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明による統合施設の構造を示す図である。
【００９４】
本発明の有利な実施形態を以下、図１に基づいて例示的に説明する。
【００９５】
図１には、本発明の統合施設の構造が略示されており、この統合施設には、電熱式エチン製造施設１と、エチンを電熱式に製造するための反応混合物３からエチンを分離するための分離装置２と、ガスを天然ガス網５に導くための装置４とが含まれている。
【００９６】
電熱式エチン製造施設１では、導管又は搬送機構１４を介して供給される、炭化水素を含有する出発材料からエチンが製造される。炭化水素を含有する出発材料として、天然ガス及び低分子の炭化水素が、殊にＣ2−Ｃ4炭化水素が好適である。しかしながら択一的には出発材料として、液体成分がエチンに変換される石炭を使用することも可能である。エチンを電熱式に製造するため、電線１５を介して電力網１６から電気を受け取る。エチンの電熱的な製造は有利には（図示しない）アーク反応器において行われる。
【００９７】
エチンを電熱式に製造する際に得られる反応混合物３は分離装置２に供給され、この分離装置において反応混合物３からエチンが分離され、導管１７を介して生産物とし得られる。エチンを分離する際には、水素、エチンではない炭化水素、ならびに、すす及び硫黄を含有する化合物のような別の成分が分離される。水素及びエチンではない炭化水素は、上記の分離装置において、水素及び炭化水素を含有するガス流の形態で得ることができる。しかしながら有利には、水素及び炭化水素の部分的又は完全な分離が行われ、水素に富むガス流が導管６を介して、また炭化水素に富むガス流が導管７を介して別々に、天然ガス網ガス導入装置４に供給される。
【００９８】
天然ガス網ガス導入装置４から、接続導管１８を介し、水素及び／又は炭化水素を含有するガスが天然ガス網５に導入される。図１に示した有利な実施形態において、天然ガス網ガス導入装置４は付加的に水素用の貯蔵器８と、炭化水素を含有するガス用の貯蔵器９と、ガス混合装置１０とを有しており、ここではガス混合装置１０により、水素と、炭化水素を含有するガスと、場合にはよって別の複数のガスを混合して、接続導管１８を介し、所期のように調整した組成を有するガス流を天然ガス網５に導入することができる。
【００９９】
図１に示した実施形態において、上記の統合施設にはさらに、発電施設１１が含まれており、この発電施設には、分離装置２から、導管１２を介して、水素及び／又は炭化水素を含有するガス流が供給される。発電施設１１ではガスから発電が行われる。この発電は、有利には、ガス及び蒸気タービンによって発電するガス蒸気コンバインド発電プラントにおける燃焼プロセスによって行うことができる。しかしながら択一的には、水素及び／又は炭化水素を含有するガスから発電する燃料電池を使用することも可能である。発電施設１１において発電した電気は、電気線路１９及び１５を介して、電熱式エチン製造施設１に供給し、エチンを電熱式に製造するために利用することができる。しかしながら発電施設１１において発電した電気は択一的に、電力網１６に供給することもでき、これは、例えば電熱式エチン製造施設１が稼働していないか又はこれが発電施設１１において発電されるよりも少ない電気を消費する場合である。
【０１００】
導管１２を介して分離装置２から水素及び／又は炭化水素を供給するのと択一的に、天然ガス網ガス導入装置４の貯蔵器８及び／又は９から、水素及び／又は炭化水素を発電施設１１に供給することも可能である。また発電施設１１には、図１に示していない装置を介して別の燃料を供給することも可能である。
【０１０１】
図１に示した実施形態において、上記の統合施設には付加的に、電熱式エチン製造施設１内の（図示しない）蒸気発生器と、発電施設１１内の（図示しない）蒸気タービンと、上記の蒸気発生器において形成した蒸気を蒸気タービンに供給する蒸気導管１３とが含まれている。
【符号の説明】
【０１０２】
１  電熱式エチン製造施設、  ２  エチンを分離するための分離装置、  ３  エチンを電熱式に製造するための反応混合物、  ４  天然ガス網ガス導入装置、  ５  天然ガス網、  ６  水素を含有するガス流用の導管、  ７  炭化水素を含有するガス流用の導管、  ８  水素用貯蔵器、  ９  炭化水素を含有するガス用の貯蔵器、  １０  ガス混合装置、  １１  発電施設、  １２  水素及び／又は炭化水素を含有するガス流用の導管、  １３  蒸気導管、  １４  炭化水素を含有する出発材料用の導管又は搬送機構、  １５  電気線路、  １６  電力網、  １７  エチン用の導管、  １８  天然ガス網への接続導管、  １９  電気線路
【図１】
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【国際調査報告】
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