(57)【要約】  本発明は、炭素を含む燃料（３）を燃焼させ、水／蒸気回路（１１）を有する電力プラント（２，２ａ）の煙道ガス（１５）から生じる二酸化炭素のメタンへの変換を含む、メタネーションプラント（７）で行われるメタネーション方法に関する。本目的は、エネルギー的に好ましい方法で、電力プラントとメタネーションプラントを互いに接続可能にする。これは、メタネーションプラントでの二酸化炭素のメタンへの変換で廃熱として生じる熱エネルギーを物質／熱エネルギー流（１３，１４，３７）に取り出し、物質／熱エネルギー流を、電力プラントの蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）にバーナ側で流れる媒体に、電力プラントの水／蒸気回路に、メタネーションプラントの上流の、二酸化炭素廃棄ガス処理ユニット（６）または二酸化炭素廃棄ガスプロセスユニットに、または接続された工業プラントのプロセスステップに供給することによって達成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
付属の水／蒸気回路（１１）を有する、炭素燃料（３）を燃焼させる電力ステーション（２，２ａ）の、より詳細には炭素ガスを燃焼させる電力ステーション（２，２ａ）の、電力ステーション煙道ガス（１５）から生じる、より詳細には流用されるまたは得られる二酸化炭素、より詳細には二酸化炭素ガス（８）の、メタネーションプラント（７）でのメタン（２１）への変換を含むメタネーションプロセスにおいて、
前記メタネーションプラント（７）での二酸化炭素のメタン（２１）への変換で廃熱として生じる熱エネルギーが少なくとも１つの材料流および／または熱エネルギー流（１３，１４，３７）の中に少なくとも部分的に取り出され（３３，３４）、この少なくとも１つの材料流および／または熱エネルギー流が、バーナ側の前記電力ステーション（２，２ａ）の蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）に流れ込む少なくとも１つの媒体に、前記電力ステーション（２，２ａ）の前記水／蒸気回路（１１）に、プロセスエンジニアリングの観点で前記メタネーションプラント（７）の上流に接続された二酸化炭素排ガス処理（６）または二酸化炭素処理、より詳細には、電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）に、および／または付属の工業プラントの１つ以上の運転ステージに、少なくとも部分的に供給されることを特徴とする、メタネーションプロセス。
【請求項２】
前記電力ステーション（２，２ａ）、より詳細には、前記蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）が、望ましくはガス混合物の形での、前記工業プラントの、より詳細には化学工場のまたは精錬工場（１）の、１つ以上の気体の副生成物または廃棄生成物を含む副生成ガス（３０）、より詳細には、高炉ガス（２４）および／またはコーキングプラントガスを含む副生成ガス（３０）を、炭素の材料流（３ａ）および燃料（３）として供給されることを特徴とする、請求項１に記載のメタネーションプロセス。
【請求項３】
前記電力ステーション（２，２ａ）が、前記付属の工業プラントの組み込まれた構成要素として設計され、前記工業プラントの材料流および／またはエネルギー流の少なくとも一部分に組み込まれ、前記工業プラントの生成運転中の副生成物または廃棄生成物として得られる、少なくとも１つの、より詳細には気体の、炭素の材料または材料流（３ａ）の少なくとも一部分が、前記電力ステーション（２，２ａ）の前記蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）への前記炭素燃料（３）として供給されることを特徴とする、請求項１または２に記載のメタネーションプロセス。
【請求項４】
前記電力ステーション（２，２ａ）の前記蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）における、前記炭素燃料（３）の、より詳細には、炭素の材料または材料流（３ａ）の、燃焼で生じる前記電力ステーション煙道ガス（１５）の、または前記電力ステーション煙道ガス（１５）に存在する前記二酸化炭素ガス（８）の少なくとも一部分が、望ましくは、前記電力ステーション煙道ガス（１５）の前記二酸化炭素排ガス処理（６）または前記二酸化炭素処理の後、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）で、前記メタネーションプラント（７）に供給されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のメタネーションプロセス。
【請求項５】
二酸化炭素分離（６）または前記二酸化炭素処理に必要とされる熱需要の少なくとも一部分が、前記メタネーションプラント（７）の廃熱から供給される材料流および／または熱エネルギー流（３７）の形で、前記二酸化炭素分離（６）または二酸化炭素排ガス処理に、より詳細には前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）に供給されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のメタネーションプロセス。
【請求項６】
二酸化炭素、より詳細には、前記二酸化炭素ガス（８）が、少なくとも部分的に前記二酸化炭素排ガス処理（６）または前記二酸化炭素処理で、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）で、燃焼後（炭素）回収運転（ＰＣＣまたはＰＣＣＣ運転）によって、より詳細には吸収剤を有する二酸化炭素ガススクラバによって、前記電力ステーション煙道ガス（１５）から得られる、より詳細には分離されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のメタネーションプロセス。
【請求項７】
前記プロセスエンジニアリングの観点で前記メタネーションプラント（７）の上流に接続された、前記二酸化炭素排ガス処理（６）または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）で廃熱として生じる熱エネルギーが、少なくとも部分的に材料流および／またはエネルギー流（３８）の中に取り出され、この材料流および／またはエネルギー流（３８）が、前記バーナ側の前記電力ステーション（２，２ａ）の前記蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）に流れ込む前記少なくとも１つの媒体に、前記電力ステーション（２，２ａ）の前記水／蒸気回路（１１）に、前記プロセスエンジニアリングの観点で下流に接続された前記メタネーションプラント（７）に、および／または前記付属の工業プラントの前記１つ以上の運転ステージに、少なくとも部分的に供給されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のメタネーションプロセス。
【請求項８】
前記二酸化炭素分離（６）または前記二酸化炭素処理に必要とされる熱需要の少なくとも一部分が、前記電力ステーション（２，２ａ）の前記水／蒸気回路（１１）から流用される取り出し蒸気（２７）の形で、前記二酸化炭素分離（６）または前記二酸化炭素処理に、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）に供給されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のメタネーションプロセス。
【請求項９】
前記メタネーションプラント（７）および／または前記二酸化炭素排ガス処理（６）または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）が、公共の送電系統の余剰電力（１０ｂ，１０ｃ）が存在するとき、この余剰電力によって、少なくとも部分的にまたは一時的に運転され、および／または前記メタネーションプラント（７）および／または前記二酸化炭素排ガス処理（６）または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）が、前記電力ステーション（２，２ａ）の前記水／蒸気回路（１１）に取り付けられた発電機（５）によって生成された電力（５ａ，５ｂ）を供給されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のメタネーションプロセス。
【請求項１０】
前記メタネーションプラント（７）に供給される水素（１９ａ）が、電気分解（９）、より詳細には、前記工業プラントに組み込んだ前記電気分解（９）によって、少なくとも部分的にまたは一時的に生成されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のメタネーションプロセス。
【請求項１１】
前記電気分解（９）が、公共の送電系統に余剰電力（１０ａ）が存在するとき、この余剰電力によって、少なくとも部分的にまたは一時的に運転され、および／または前記電気分解（９）が、前記電力ステーション（２，２ａ）の前記水／蒸気回路（１１）に取り付けられた発電機（５）によって生成された電力（５ｃ）を供給されることを特徴とする、請求項１０に記載のメタネーションプロセス。
【請求項１２】
二酸化炭素のメタネーションのための前記メタネーションプラント（７）で必要とされる水素（１９ｂ）が、前記工業プラントの領域で、少なくとも部分的にまたは一時的に１つ以上の副生成ガス（３０）から、より詳細には、圧力スイング吸収または膜分離によって得られることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のメタネーションプロセス。
【請求項１３】
電気分解（９）で副生成物として生じる酸素（２０）が、材料流および／またはエネルギー流として前記工業プラントの前記１つ以上の運転ステージに、および／またはプロセスガス（２０ａ）として前記電力ステーション（２，２ａ）に、より詳細には、酸化剤として前記蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）に供給されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のメタネーションプロセス。
【請求項１４】
前記電力ステーション（２，２ａ）、より詳細には、前記蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）が、材料流および／またはエネルギー流として、電力ステーション再循環煙道ガス（１５ｃ）を供給されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のメタネーションプロセス。
【請求項１５】
前記メタネーションプラント（７）で生じるメタン（ＣＨ４）が、材料流および／またはエネルギー流（２１）として、前記工業プラントの生成運転に、より詳細には変換運転に、全体的にまたは部分的に供給され、および／または天然ガス配管網に供給され、および／または容器の中に貯蔵されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のメタネーションプロセス。
【請求項１６】
前記炭素燃料（３）を燃焼させる前記電力ステーション（２，２ａ）によって生成され、および／または公共の送電系統に存在する、余剰の電気エネルギー、より詳細には、電力（５ａ，５ｂ，５ｃ）および／または余剰電力（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の、前記メタネーションプラント（７）で生成されたメタン（ＣＨ４）の形での貯蔵、および前記メタネーションプラント（７）で生じる熱エネルギーの利用のための、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のメタネーションプロセスの使用。
【請求項１７】
前記電力ステーション煙道ガス（１５）のための、より詳細には、吸収剤（ＰＣ（Ｃ）Ｃ＝燃焼後（炭素）回収）による二酸化炭素ガススクラバの形の、二酸化炭素を分離する付属の前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）を有し、かつ、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）の下流に接続され、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）で分離された二酸化炭素流（８）を全体的にまたは部分的に処理する前記メタネーションプラント（７）またはメタネータ（７ａ）を有する、前記電力ステーション（２）、より詳細には、副生成ガス電力ステーション（２ａ）を備え、前記メタネーションプラント（７）または前記メタネータ（７ａ）が、水素源から生じる水素（１９ａ）を供給される、より詳細には、前記電力ステーション（２，２ａ）の前記水／蒸気回路（１１）に配置されたターボセットまたはタービンセット（１２）によって駆動される発電機（５）によって生成された電力（５ａ，５ｂ，５ｃ）、および／または公共の送電系統からの余剰電力（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）として生じ、前記メタネーションプラント（７）に、前記煙道ガス処理プラント（６ａ）に、および／または電気分解（９）に供給された電力（５ａ，５ｂ，５ｃ）が、前記メタネーションプラント（７）または前記メタネータ（７ａ）のメタン（ＣＨ４）で貯蔵される、メタン（ＣＨ４）を生成する条件下で、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）から供給される、二酸化炭素、より詳細には、前記二酸化炭素ガス（８）の反応、より詳細には触媒反応のために、前記電気分解（９）によって得られた水素（１９ａ）を供給される、前記工業プラント、より詳細には、精錬工場（１）または化学工場での、請求項１６に記載のメタネーションプロセスの使用。
【請求項１８】
蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）を備える、付属の水／蒸気回路（１１）を有する電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラントであって、前記チャンバ（１７）が、炭素燃料（３）を、より詳細には炭素のガスを燃焼させ、前記ステーションまたはプラントは、前記電力ステーション（２，２ａ）または前記燃焼プラントの、前記蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）の煙道ガスライン（１５ａ）が、接続ライン（１５ａ，８ａ）に位置し、前記接続ラインが、メタン（ＣＨ４）を生成するために、煙道ガス、より詳細には電力ステーション煙道ガス（１５）、および／または二酸化炭素、より詳細には二酸化炭素ガス（８）を反応させるメタネーションプラント（７）またはメタネータ（７ａ）に、前記煙道ガス、より詳細には前記電力ステーション煙道ガス（１５）、および／または前記煙道ガス、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス（１５）から得られる二酸化炭素、より詳細には前記二酸化炭素ガス（８）を運搬する、工業プラントの、より詳細には精錬工場（１）または化学工場の、組み込まれた構成要素として設計された、電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラントにおいて、
前記メタネーションプラント（７）または前記メタネータ（７ａ）が、少なくとも１つの熱エネルギーを運搬する接続ライン（１３ａ，１４ａ，３７ａ）に位置し、前記接続が、前記煙道ガスまたは前記電力ステーション煙道ガス（１５）または前記二酸化炭素ガス（８）のメタネーションで生じる廃熱を、バーナ側の前記電力ステーション（２，２ａ）の前記蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）に流れ込む少なくとも１つの媒体で、前記電力ステーション（２，２ａ）の前記水／蒸気回路（１１）で、および／またはプロセスエンジニアリングの観点で前記メタネーションプラント（７）の上流に接続された二酸化炭素排ガス処理（６）または二酸化炭素処理、より詳細には、電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）で、および／または前記工業プラントの、１つ以上の生成エンジニアリングユニットまたはプロセスエンジニアリングユニットで、少なくとも部分的に取り出すことを特徴とする、電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラント。
【請求項１９】
前記電力ステーション煙道ガス（１５）または前記電力ステーション煙道ガス（１５）から得られた前記二酸化炭素ガス（８）を運搬する接続ライン（１５ａ，８ａ）が、前記二酸化炭素排ガス処理（６）または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）を備え、前記二酸化炭素排ガス処理（６）または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）は、前記プロセスエンジニアリングの観点で前記メタネーションプラント（７）または前記メタネータ（７ａ）の上流に接続され、ガスの流れ方向において、入力側で前記蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）と接続された、前記煙道ガス、より詳細には前記電力ステーション煙道ガス（１５）を供給する前記接続ライン（１５ａ）に位置し、出力側で前記メタネーションプラント（７）または前記メタネータ（７ａ）と接続された、前記二酸化炭素ガス（８）を排出する前記接続ライン（８ａ）に位置し、熱エネルギーを運搬する接続ライン（３８ａ）に位置し、前記接続ラインが、前記二酸化炭素排ガス処理（６）または前記二酸化炭素処理で、より詳細には、電力ステーション煙道ガス処理（６ａ）で生じる廃熱を、前記バーナ側の前記蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）に流れる前記少なくとも１つの媒体で、前記電力ステーション（２，２ａ）の前記水／蒸気回路（１１）で、前記プロセスエンジニアリングの観点で下流に接続された前記メタネーションプラント（７）で、および／または前記工業プラントの、前記１つ以上の生成エンジニアリングユニットまたはプロセスエンジニアリングユニットで取り出すことを特徴とする、請求項１８に記載の電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラント。
【請求項２０】
二酸化炭素を分離する二酸化炭素排ガス処理プラント（６）または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）が、吸収剤（ＰＣ（Ｃ）Ｃ＝燃焼後（炭素）回収）による二酸化炭素ガススクラバとして設計されていることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラント。
【請求項２１】
前記二酸化炭素排ガス処理（６）または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）が、取り出し蒸気（２７）を供給することができる前記水／蒸気回路（１１）と接続された、媒体を運搬する接続ライン（２９）に位置することを特徴とする、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラント。
【請求項２２】
前記メタネーションプラント（７）または前記メタネータ（７ａ）が、水素源、より詳細には電気分解（９）と接続された、媒体を運搬する接続ライン（１９）に位置することを特徴とする、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラント。
【請求項２３】
前記電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラントが、前記電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラントの前記水／蒸気回路（１１）に取り付けられた、詳細には、前記水／蒸気回路（１１）に配置されたターボセット（１２）によって、駆動される発電機（５）を備え、前記発電機が、前記メタネーションプラント（７）または前記メタネータ（７ａ）と接続された、前記二酸化炭素排ガス処理（６）または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）と接続された、および／または電気分解（９）と接続された、電力を伝導する接続ライン（５ａ，５ｂ，５ｃ）に位置することを特徴とする、請求項１８〜２２のいずれか一項に記載の電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラント。
【請求項２４】
前記メタネーションプラント（７）または前記メタネータ（７ａ）、および／または前記二酸化炭素排ガス処理（６）または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）、および／または電気分解（９）が、付属の公共の送電系統と接続された、余剰電力を供給し電力を伝導する接続ライン（１０ａ，１０ｂ）に位置することを特徴とする、請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラント。
【請求項２５】
前記電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラントがライン（３ｂ）を有し、前記ライン（３ｂ）が、前記工業プラントの前記１つ以上の生成エンジニアリングユニットまたはプロセスエンジニアリングユニットと接続された、媒体を運搬する接続ラインに位置し、前記電力ステーション（２，２ａ）の前記蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）に前記炭素燃料（３）を供給し、もって、炭素の、より詳細には気体の、材料または材料流（３ａ）を前記蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）に供給することができ、前記材料または材料流（３ａ）が、前記工業プラントの前記生成エンジニアリングユニットまたはプロセスエンジニアリングユニットの１つ以上の、より詳細には気体の、副生成物または廃棄生成物を、望ましくはガス混合物の形で、前記炭素燃料（３）として、より詳細には副生成ガス（３０）、望ましくは高炉ガス（２４）および／またはコーキングプラントガスを含む副生成ガス（３０）の形で含むことを特徴とする、請求項１８〜２４のいずれか一項に記載の電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラント。
【請求項２６】
前記電力ステーション（２，２ａ）が、前記工業プラント、より詳細には、前記精錬工場（１）または化学工場に組み込んだ副生成ガス電力ステーション（２ａ）、より詳細には、高炉ガス電力ステーションまたはコーキングプラントガス電力ステーションであり、前記電力ステーション煙道ガス（１５）または前記電力ステーション煙道ガス（１５）から得られる前記二酸化炭素ガス（８）を運搬する接続ライン（１５ａ，８ａ）が、前記メタネーションプラント（７）、および／または前記二酸化炭素排ガス処理（６）または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント（６ａ）に、前記蒸気発生装置（１８）の燃焼チャンバ（１７）での前記炭素燃料（３）の燃焼で生じる前記電力ステーション煙道ガス（１５）の少なくとも一部分を供給することを特徴とする、請求項１８〜２５のいずれか一項に記載の電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラント。
【請求項２７】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のプロセスの実行のために、および／または請求項１６または１７に記載の使用のために構成されていることを特徴とする、請求項１８〜２６のいずれか一項に記載の電力ステーション（２，２ａ）または燃焼プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付属の水／蒸気回路を有する、炭素燃料を燃焼させる電力ステーションの、より詳細には前記炭素ガスを燃焼させる電力ステーションの、電力ステーション煙道ガスから生じる、より詳細には流用されるまたは得られる二酸化炭素、より詳細には二酸化炭素ガスの、メタネーションプラントでのメタン（ＣＨ４）への変換を含むメタネーションプロセスを対象とする。
【０００２】
本発明は、さらに、この種類のメタネーションプロセスの使用を対象とする。
【０００３】
最後に、本発明は、蒸気発生装置の燃焼チャンバを備える、付属の水／蒸気回路を有する電力ステーションまたは燃焼プラントであって、前記チャンバは、炭素燃料を、より詳細には、炭素のガスを燃焼させ、前記ステーションまたはプラントは、より詳細には、前記電力ステーションの、または前記燃焼プラントの、前記蒸気発生装置の燃焼チャンバの煙道ガスラインが、接続ラインに位置し、前記接続ラインは、メタン（ＣＨ４）を生成するために、煙道ガス、より詳細には電力ステーション煙道ガス、および／または二酸化炭素、より詳細には二酸化炭素ガスを反応させるメタネーションプラントまたはメタネータに、前記煙道ガス、より詳細には前記電力ステーション煙道ガス、および／または前記煙道ガス、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガスから得られる二酸化炭素、より詳細には前記二酸化炭素ガスを運搬する、工業プラントの、より詳細には、精錬工場の、または化学工場の組み込まれた構成要素として設計された、前記蒸気発生装置の燃焼チャンバを備える、前記付属の水／蒸気回路を有する前記電力ステーションまたは燃焼プラントも対象とする。
【背景技術】
【０００４】
二酸化炭素は地球の気候の温暖化の原因の１つであると考えられる温室効果ガスの１つであるということが知られている。その結果として、二酸化炭素の排出を減少させるために、多数の環境保護のポリシーおよび技術的な努力がある。これらのアプローチの１つは、二酸化炭素のメタンガスへの変換を通しての二酸化炭素の貯蔵に関係しており、例えば、論文「地球温暖化を抑制するための二酸化炭素の分離、固定、および変換のための新規技術」（Ｈｉｔａｃｈｉ，ｖｏｌ．４２（１９９３），ｎｏ．６，ｐａｇｅｓ  ２５５−２６０）で説明される。このケースでは、化石燃料の燃焼中に生じる二酸化炭素は、煙道ガスから分離され、合成天然ガス（メタン）が生成されるメタネーションに供給される。メタネーションは、一酸化炭素（ＣＯ）または二酸化炭素（ＣＯ２）がメタン（ＣＨ４）に変換される化学反応である。メタンを生成するための二酸化炭素の反応は、サバティエ（Ｓａｂａｔｉｅｒ）プロセスとも称され、ポール・サバティエおよびＪ．Ｂ．センダーセンス（Ｓｅｎｄｅｒｓｅｎｓ）によって、１９０２年に発見された。この反応中、一酸化炭素または二酸化炭素は、メタンおよび水を生成するために、３００〜７００℃の温度で水素と反応する。この反応は、発熱であるが、触媒によって加速されなければならない。
【０００５】
さらに、風力または太陽光線による再生可能なエネルギーの生成に関連して、そのときに要求される電力よりも多い電力が送電系統に頻繁に供給されるという問題が生じる。これは、送電系統の安定性を保証するために、消費されなければならないか、または貯蔵されなければならないいわゆる「余剰電力」の量につながる。さらに、再生可能なエネルギー源から生成された電力の送電系統への供給から独立して、基本的な問題は、所望のいずれの時点でも、風力または太陽光線による再生可能なエネルギーを利用することができるようにするために、適切なところで、生成された電力を貯蔵することができることについて生じる。
【０００６】
この文脈で有利であることが証明された１つのアプローチは、エネルギーがメタネーションによって化学的に変換され、メタン（ＣＨ４）として貯蔵される「電力をガスに」として参照されるものである。このケースでは、メタンの生成に必要とされる水素は、特に、風力タービンまたは太陽電池のような再生可能なエネルギー源から、必要とされる電力を得る電気分解によって生成される。二酸化炭素または一酸化炭素の適切な源は、炭素燃料または炭素原料が二酸化炭素または一酸化炭素を含むガス雰囲気に変換される電力ステーションまたは工業プラントからの処理された煙道ガス流を含む。メタネーションで生じるメタン（ＣＨ４）生成物は、合成で生成された天然ガスとして、既存のインフラ設備（パイプライン、天然ガス貯蔵所）で数ヶ月の長期ベースで貯蔵することができるので、「電力をガスに」というアプローチは、エネルギーの比較的長期の貯蔵および大気への直接的な二酸化炭素排出の回避のための実用的な方法を表す。水素準備は、電気分解によって行うことができる。代案として、水素は、他の代替の源から生じさせてもよい。二酸化炭素は、二酸化炭素に富んだ流れ、例えば電力ステーションの煙道ガス流からの二酸化炭素の分離から生じさせてもよい。これらの方法で得られる水素および二酸化炭素成分は、合成によって、メタネーションプラントまたはメタネータで水およびメタンに変換される。
【０００７】
精錬工場または化学工場のような大型の工業プラントでは、別の要因は、政治的であり、結果として起こる法定の限界条件が、生成運転の一部分として生じる二酸化炭素を含む排ガス流および排ガスが適切なところで経済的にかつエネルギー的に有利な使用に対して同様に供給されることを合理的であるようにすることである。結果的に、発電および熱回収のために、製鉄の文脈で、コーキングプラント、高炉で、および／または製鉄工場で生じるプロセスガス／副生成ガスを使用する副生成ガス電力ステーションを使用することは、精錬工場で知られている。
【０００８】
包括的な種類のプロセスは、論文「地球温暖化を抑制するための二酸化炭素の分離、固定、および変換のための新規技術」（Ｈｉｔａｃｈｉ，ｖｏｌ．４２（１９９３），ｎｏ．６，ｐａｇｅｓ  ２５５−２６０）から知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、エネルギー的に好ましい方法で電力ステーションおよびメタネーションプラントを互いに接続できるようにする解決策を提供することである。
【００１０】
別の態様は、工業プラントの内部で行われる生成運転に、工業プラントの一体的なおよび／または組み込まれた構成要素である、電力ステーションを、より詳細には、副生成ガス電力ステーションをエネルギー的に（より）好ましく組み込むことができるようにすること、および望ましくは、工業プラントの全体的なエネルギー効率度において改善できるようにすることが意図されている。本発明の根底にある別の態様は、エネルギー的にかつ物質的に好ましい方法で、二酸化炭素のメタネーションを、少なくとも１つの電力ステーション、より詳細には副生成ガス電力ステーションを有する、工業プラント、より詳細には製鉄工場または化学工場に組み込む態様である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、本発明に従って、請求項１に記載のメタネーションプロセスによって、請求項１６に記載の使用によって、請求項１８に記載の電力ステーションまたは燃焼プラントによって達成される。
【００１２】
本発明の有利な、および／または賢明な改良は、それぞれの従属請求項の主題である。
【００１３】
最初により詳細に示されたタイプのメタネーションプロセスのケースでは、本目的は、前記メタネーションプラントでの二酸化炭素のメタン（ＣＨ４）への変換で廃熱として生じる熱エネルギーは少なくとも１つの材料流および／または熱エネルギー流の中に少なくとも部分的に取り出され、この少なくとも１つの材料流および／または熱エネルギー流は、バーナ側の前記電力ステーションの蒸気発生装置の燃焼チャンバに流れ込む少なくとも１つの媒体に、前記電力ステーションの水／蒸気回路に、プロセスエンジニアリングの観点で前記メタネーションプラントの上流に接続された二酸化炭素排ガス処理または二酸化炭素処理（ｗｏｒｋｕｐ）、より詳細には電力ステーション煙道ガス処理プラントに、および／または付属の工業プラントの１つ以上の運転ステージに、少なくとも部分的に供給される、本発明に従って達成される。
【００１４】
上記目的は、前記炭素燃料を燃焼させる前記電力ステーションによって生成され、および／または公共の送電系統に存在する、余剰の電気エネルギー、より詳細には、電力および／または余剰電力の、前記メタネーションプラントで生成されたメタンの形での貯蔵、および前記メタネーションプラントで生じる熱エネルギーの利用のための、請求項１から１５のいずれか一項に記載のメタネーションプロセスの使用を通して、本発明に従って達成される。
【００１５】
最初により詳細に示されたタイプの電力ステーションまたは燃焼プラントのケースでは、最終的に、この目的は、前記メタネーションプラントまたは前記メタネータは、少なくとも１つの熱エネルギーを運搬する接続ラインに位置し、前記接続は、前記煙道ガスまたは前記電力ステーション煙道ガスまたは前記二酸化炭素ガスのメタネーションで生じる廃熱を、バーナ側の前記電力ステーションの前記蒸気発生装置の燃焼チャンバに流れ込む少なくとも１つの媒体で、前記電力ステーションの前記水／蒸気回路で、プロセスエンジニアリングの観点で前記メタネーションプラントの上流で、および／または前記工業プラントの１つ以上の生成エンジニアリングユニットまたはプロセスエンジニアリングユニットに接続された二酸化炭素排ガス処理または二酸化炭素処理、より詳細には、電力ステーション煙道ガス処理プラントで、少なくとも部分的に取り出す、本発明に従って達成される。
【００１６】
それゆえに、本発明に従って、メタネーションプラントまたはメタネータおよび電力ステーションは、廃熱またはメタネーションプラントまたはメタネータでの発熱のメタネーション反応によって生じる熱が熱エネルギーとして利用され、材料流および／または熱エネルギー流の中に取り出され、付属の水／蒸気回路を有する電力ステーションの１つ以上のユニットに供給されるという、エネルギー的に有利な方法で、互いに接続されている。この供給は、常に、熱エネルギーの取り出しを包含する。より詳細には、取り出された熱エネルギーは、バーナ側の電力ステーションの蒸気発生装置の燃焼チャンバに流れ込む媒体、例えば、燃焼酸素または空気に、電力ステーションの水／蒸気回路に、および／またはプロセスエンジニアリングの観点でメタネーションプラントまたはメタネータの上流に接続された二酸化炭素排ガス処理または二酸化炭素処理、より詳細には電力ステーション煙道ガス処理プラントに、少なくとも部分的に供給される。
【００１７】
電力ステーションが工業プラントに取り付けられるか、または前記工業プラントの組み込まれた構成要素であるケースでは、取り出された熱エネルギーを輸送する材料流および／または熱エネルギー流は、付属の工業プラントの１つ以上の運転ステージで供給することができる。
【００１８】
この種類のケースでは、電力ステーションの材料流およびエネルギー流が、望ましくは、工業プラントに組み込まれているので、工業プラントで副生成物または廃棄生成物として生じる少なくとも１つのエネルギー的に利用可能な燃料が、メタンＣＨ４、および電力ステーションまたは工業プラントに再度少なくとも部分的に供給されるメタネーションの発熱反応で生じる廃熱に少なくとも部分的に変換される煙道ガスを有する二酸化炭素を含む煙道ガスを生成するために、電力ステーションで燃焼されることが考えられる。これは、電力ステーションのエネルギーバランスだけでなく、工業プラントのエネルギーバランスも高める。電力ステーションの材料流およびエネルギー流は、工業プラントに組み込まれているので、二酸化炭素の分離／蓄積での、かつ、メタネーションでの廃熱の形で現れ、発熱の化学反応中に生じる過剰なエネルギーは、電力ステーションに、および／または工業プラントに、再度、直接供給することができ、それゆえに、電力ステーションの、したがって工業プラント全体のエネルギーバランスの向上に貢献することができる。
【００１９】
それゆえに、改良では、本発明は、前記電力ステーション、より詳細には、前記蒸気発生装置の燃焼チャンバは、望ましくはガス混合物の形での、前記工業プラントの、より詳細には化学工場のまたは精錬工場の、１つ以上の気体の副生成物または廃棄生成物を含む副生成ガス、より詳細には、高炉ガスおよび／またはコーキングプラントガスを含む副生成ガスを、炭素の材料流および燃料として供給されるという点で区別される。
【００２０】
さらに、改良では、それゆえに、本発明は、前記電力ステーションが、前記付属の工業プラントの組み込まれた構成要素として設計され、前記工業プラントの材料流および／またはエネルギー流の少なくとも一部分に組み込まれ、前記工業プラントの生成運転中の副生成物または廃棄生成物として得られる、少なくとも１つの、より詳細には、気体の炭素の材料または材料流の少なくとも一部分は、前記電力ステーションの前記蒸気発生装置の燃焼チャンバへの前記炭素燃料として供給される点で区別される。
【００２１】
このケースでは、前記電力ステーションの前記蒸気発生装置の燃焼チャンバにおける、前記炭素燃料の、より詳細には、炭素の材料または材料流の燃焼で生じる前記電力ステーション煙道ガスの、または前記電力ステーション煙道ガスに存在する前記二酸化炭素ガスの少なくとも一部分は、望ましくは、前記電力ステーション煙道ガスの前記二酸化炭素排ガス処理または前記二酸化炭素処理の後、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントで、前記メタネーションプラントに供給されるとき、本発明によって同様に想定されるように、特に適切である。
【００２２】
二酸化炭素に富んだ材料流を慣習的に得るために任意に想定される、二酸化炭素排ガス処理または二酸化炭素処理、より詳細には、電力ステーション煙道ガス処理プラントが、熱エネルギーの供給を必要とするので、二酸化炭素分離または前記二酸化炭素処理に必要とされる熱需要の少なくとも一部分は、前記メタネーションプラントの廃熱から供給される材料流および／または熱エネルギー流の形で、前記二酸化炭素分離または二酸化炭素排ガス処理に、より詳細には前記電力ステーション煙道ガス処理プラントに供給されるということは、本発明の別の改良に従って有利である。
【００２３】
二酸化炭素排ガス処理の特に有利な１つの実施形態は、燃焼後回収運転または燃焼後炭素回収運転によって表される。それゆえに、ある有利な改良では、本発明は、二酸化炭素、より詳細には、前記二酸化炭素ガスは、少なくとも部分的に前記二酸化炭素排ガス処理または前記二酸化炭素処理で、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントで、燃焼後（炭素）回収運転（ＰＣＣまたはＰＣＣＣ運転）によって、より詳細には吸収剤を有する二酸化炭素ガススクラバによって、前記電力ステーション煙道ガスから得られる、より詳細には分離されるという点でさらに区別される。
【００２４】
さらに、この種類の燃焼後回収運転または燃焼後炭素回収運転では、廃熱がここで同様に得られることが考えられるので、本発明は、前記プロセスエンジニアリングの観点で前記メタネーションプラントの上流に接続された、前記二酸化炭素排ガス処理または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントで廃熱として生じる熱エネルギーは、少なくとも部分的に材料流および／またはエネルギー流の中に取り出され、この材料流および／またはエネルギー流は、前記バーナ側の前記電力ステーションの前記蒸気発生装置の燃焼チャンバに流れ込む前記少なくとも１つの媒体に、前記電力ステーションの前記水／蒸気回路に、前記プロセスエンジニアリングの観点で下流に接続された前記メタネーションプラントに、および／または前記付属の工業プラントの前記１つ以上の運転ステージに、少なくとも部分的に供給されることをさらに提供する。
【００２５】
燃焼後回収運転または燃焼後炭素回収運転の文脈で必要なエネルギー供給を達成するために、本発明の開発は、二酸化炭素分離または前記二酸化炭素処理に必要とされる熱需要の少なくとも一部分は、前記電力ステーションの前記水／蒸気回路から流用される取り出し蒸気の形で、前記二酸化炭素分離または前記二酸化炭素処理に、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントに供給されることをさらに想定する。
【００２６】
特に、電気エネルギーの貯蔵のために、生成されたメタンを利用できるようにするために、特に有利かつ適切な方法では、本発明は、前記メタネーションプラントおよび／または前記二酸化炭素排ガス処理または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントは、公共の送電系統の余剰電力が存在するとき、この余剰電力によって、少なくとも部分的にまたは一時的に運転され、および／または前記メタネーションプラントおよび／または前記二酸化炭素排ガス処理または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントは、前記電力ステーションの前記水／蒸気回路に取り付けられた発電機によって生成された電力が供給されるという点でさらに区別される。
【００２７】
水素が二酸化炭素のメタネーションに必要とされるので、特に、電力ステーションのような同一の工業プラントに組み込まれ、さらに、余剰電力によって、および／または電力ステーションによって生成された電力によって運転される電気分解または電気分解ユニットをこの目的のために設けることは適切である。開発では、したがって、本発明は、前記メタネーションプラントに供給される水素は、電気分解、より詳細には、前記工業プラントに組み込んだ前記電気分解によって、少なくとも部分的にまたは一時的に生成されること、および、前記電気分解は、公共の送電系統に余剰電力が存在するとき、この余剰電力によって、少なくとも部分的にまたは一時的に運転され、および／または前記電気分解は、前記電力ステーションの前記水／蒸気回路に取り付けられた発電機によって生成された電力が供給されることの両方を提供する。
【００２８】
工業プラントに、例えば精錬工場または化学工場に、組み込まれた電力ステーションのケースでは、しかしながら、二酸化炭素のメタネーションのための前記メタネーションプラントで必要とされる水素は、前記工業プラントの領域で、少なくとも部分的にまたは一時的に１つ以上の副生成ガスから、より詳細には、圧力スイング吸収または膜分離によって、得られることも本発明によって同様に想定されるように考えられる。
【００２９】
電気分解で副生成物として生じる酸素は、材料流および／またはエネルギー流として前記工業プラントの前記１つ以上の運転ステージに、および／またはプロセスガスとして前記電力ステーションに、より詳細には、酸化剤として前記蒸気発生装置の燃焼チャンバに供給されることは、さらに有利であり、これは、同様に本発明を区別する。
【００３０】
煙道ガスの少なくとも一部分を電力ステーションの蒸気発生装置の燃焼チャンバの中に再循環させることは、電力ステーションのタイプによって合理的かつ適切であってもよいので、前記電力ステーション、より詳細には、前記蒸気発生装置の燃焼チャンバは、材料流および／またはエネルギー流として、電力ステーション再循環煙道ガスが供給されることは、本発明の別の改良に従って提供される。
【００３１】
本発明のメタネーションプロセスによって生成されたメタンは、慣習的な方法で使用することができ、より詳細には、前記メタネーションプラントで生じるメタン（ＣＨ４）は、材料流および／またはエネルギー流として、望ましくは前記工業プラントの生成運転に、より詳細には変換運転に、全体的にまたは部分的に供給され、天然ガス配管網に供給され、および／または容器の中に貯蔵されることを、本発明に従って、さらに提供してもよい。
【００３２】
本発明のメタネーションプロセスは、工業プラント、より詳細には、精錬工場または化学工場の一体の構成要素として加えることができることが特に有効であるので、前記電力ステーション煙道ガスのための、より詳細には、吸収剤（ＰＣ（Ｃ）Ｃ＝燃焼後（炭素）回収）による二酸化炭素ガススクラバの形の、二酸化炭素を分離する付属の電力ステーション煙道ガス処理プラントを有し、かつ、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントの下流に接続され、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントで分離された二酸化炭素流を全体的にまたは部分的に処理する前記メタネーションプラントまたはメタネータを有する、前記電力ステーション、より詳細には、副生成ガス電力ステーションを備え、前記メタネーションプラントまたは前記メタネータは、水素源から生じる水素を供給される、より詳細には、前記電力ステーションの前記水／蒸気回路に配置されたターボセットまたはタービンセットによって駆動される発電機によって生成された電力、および／または公共の送電系統からの余剰電力として生じ、前記メタネーションプラントに、および／または前記煙道ガス処理プラントに、および／または電気分解に供給された電力が、前記メタネーションプラントまたは前記メタネータのメタン（ＣＨ４）で貯蔵される、メタン（ＣＨ４）を生成する条件下で、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントから供給される、二酸化炭素、より詳細には、前記二酸化炭素ガスの反応、より詳細には触媒反応のために、前記電気分解によって得られる水素を供給される、前記工業プラント、より詳細には精錬工場または化学工場でのメタネーションプロセスの使用を包含する点で、本使用の改良が区別される。
【００３３】
同様の有利な方法では、電力ステーションは、前記電力ステーション煙道ガスおよび／または前記電力ステーション煙道ガスから得られた前記二酸化炭素ガスを運搬する接続ラインは、前記二酸化炭素排ガス処理または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントを備え、前記二酸化炭素排ガス処理または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントは、前記プロセスエンジニアリングの観点で前記メタネーションプラントまたは前記メタネータの上流に接続され、ガスの流れ方向において、入力側で前記蒸気発生装置の燃焼チャンバと接続された、前記煙道ガスを、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガスを供給する前記接続ラインに位置し、出力側で前記メタネーションプラントまたは前記メタネータと接続された、前記二酸化炭素ガスを排出する前記接続ラインに位置し、熱エネルギーを運搬する接続ラインに位置し、前記接続ラインは、前記二酸化炭素排ガス処理または前記二酸化炭素処理で、より詳細には、電力ステーション煙道ガス処理で生じる廃熱を、前記バーナ側の前記蒸気発生装置の燃焼チャンバに流れる前記少なくとも１つの媒体で、前記電力ステーションの前記水／蒸気回路で、前記プロセスエンジニアリングの観点で下流に接続された前記メタネーションプラントで、および／または前記工業プラントの、前記１つ以上の生成エンジニアリングユニットまたはプロセスエンジニアリングユニットで取り出すという点でまず第１に区別される。
【００３４】
この文脈では、二酸化炭素を分離する二酸化炭素排ガス処理プラントまたは前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントは、吸収剤（ＰＣ（Ｃ）Ｃ＝燃焼後（炭素）回収）による二酸化炭素ガススクラバとして設計されている場合、本発明によって同様に想定されるように、さらに有利である。
【００３５】
エネルギーエンジニアリングのために、この種類の電力ステーション煙道ガス処理プラントに、電力ステーションの水／蒸気回路から、必要とされる熱エネルギーが供給される場合、さらに有利である。改良では、それゆえに、本発明は、前記二酸化炭素排ガス処理または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントは、取り出し蒸気を供給することができる前記水／蒸気回路と接続された、媒体を運搬する接続ラインに位置することをさらに提供する。
【００３６】
メタネーションのための適切な水素源は電気分解である。本発明は、それゆえに、前記メタネーションプラントまたは前記メタネータは、水素源、より詳細には、電気分解と接続された、媒体を運搬する接続ラインに位置するという点でさらに区別される。
【００３７】
電力ステーションのメタネーションおよび他のプラント部分に電気エネルギーを供給するために、電力ステーションによって生成することができる電力は使用に適切である。本発明は、それゆえに、前記電力ステーションまたは燃焼プラントは、前記電力ステーションまたは燃焼プラントの前記水／蒸気回路に取り付けられ、詳細には、前記水／蒸気回路に配置されたターボセットによって駆動される発電機を備え、前記発電機は、前記メタネーションプラントまたは前記メタネータと接続された、前記二酸化炭素排ガス処理または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントと接続された、および／または電気分解と接続された、電力を伝導する接続ラインに位置することをさらに想定する。
【００３８】
この文脈では、しかしながら、特に、再生エネルギーから生成された電力の貯蔵の可能性の観点から、前記メタネーションプラントまたは前記メタネータ、および／または前記二酸化炭素排ガス処理または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラント、および／または電気分解は、付属の公共の送電系統と接続された、余剰電力を供給し電力を伝導する接続ラインに位置する場合、有利である。再生発電によって、例えば、風力タービンまたは太陽光線を利用したプラントによって生成される電力の量は、公共の送電系統から取り出される電力の量と一致する電力の量よりもむしろ多いので、いわゆる余剰電力は、最近、再生エネルギーを利用するプラントによって生成された電力による公共の送電系統で頻繁に利用可能である。
【００３９】
工業プラントで生じる廃棄生成物または副生成物について、有利な使用を見出すことができるので、本発明の電力ステーションの文脈では、電力ステーションを工業プラントに組み込むことは、さらに特に有利である。ある開発では、それゆえに、本発明は、前記電力ステーションまたは燃焼プラントはラインを有し、前記ラインは、前記工業プラントの前記１つ以上の生成エンジニアリングユニットまたはプロセスエンジニアリングユニットと接続された、媒体を運搬する接続ラインに位置し、前記電力ステーションの前記蒸気発生装置の燃焼チャンバに前記炭素燃料を供給し、もって、炭素の、より詳細には、気体の、材料または材料流を前記蒸気発生装置の燃焼チャンバに供給することができ、前記材料または材料流は、前記工業プラントの前記生成エンジニアリングユニットまたはプロセスエンジニアリングユニットの１つ以上の、より詳細には気体の、副生成物または廃棄生成物を、望ましくはガス混合物の形で、前記炭素燃料として、より詳細には副生成ガス、望ましくは高炉ガスおよび／またはコーキングプラントガスを含む副生成ガスの形で含むという点でも区別される。
【００４０】
極めて特別な方法では、本発明の電力ステーションは、副生成ガス電力ステーションとしての改良に適しており、そのため、本発明は、前記電力ステーションは、前記工業プラント、より詳細には、前記精錬工場または化学工場に組み込んだ副生成ガス電力ステーション、より詳細には、高炉ガス電力ステーションまたはコーキングプラントガス電力ステーションであり、前記電力ステーション煙道ガスまたは前記電力ステーション煙道ガスから得られる前記二酸化炭素ガスを運搬する接続ラインは、前記メタネーションプラント、および／または前記二酸化炭素排ガス処理または前記二酸化炭素処理、より詳細には、前記電力ステーション煙道ガス処理プラントに、前記蒸気発生装置の燃焼チャンバでの前記炭素燃料の燃焼で生じる前記電力ステーション煙道ガスの少なくとも一部分を供給するという点で区別される。
【００４１】
最後に、電力ステーションまたは燃焼プラントは、請求項１から１５のいずれか一項に記載のプロセスの実行のために、および／または請求項１６または１７に記載の使用のために構成されている点でも、さらに区別される。
【００４２】
本発明は、図面を参照して、以下で例のためにより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の電力ステーションの概略図である。
【図２】本発明の電力ステーションの別の例示の実施形態の概略図である。
【図３】精錬工場に組み込まれた本発明の副生成ガス電力ステーションの概略図である。
【図４】従来技術のプロセスと本発明のプロセスとの間の比較の概略図である。
【図５】付属のメタネーションプラントを有しない副生成ガス電力ステーションを有する精錬工場の概略図である。
【図６】本発明に従って取り付けられたメタネーションプラントを有する副生成ガス電力ステーションを有する精錬工場の概略図である。
【図７】触媒の概略図である。
【図８】本発明の副生成ガス電力ステーションの水／蒸気回路の第１の例示の実施形態の概略図である。
【図９】本発明の副生成ガス電力ステーションの水／蒸気回路の第２の例示の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、本発明のメタネーションプロセスおよび本発明の電力ステーション２の運転的に組み込まれた「電力をガスにする」利用の概略図である。電力ステーション２は、燃焼チャンバ１７を有する蒸気発生装置１８、および、付属の発電機５を有するターボセットまたはタービンセット１２が配置された付属の水／蒸気回路１１を備える。煙道ガス側では、電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａの形の二酸化炭素排ガス処理は、電力ステーション２または燃焼プラントに取り付けられている。燃焼チャンバ１７および蒸気発生装置１８は、ライン１５ａによって、電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａに接続され、煙道ガス１５は、煙道ガスライン１５ａによって、電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａに供給される。煙道ガス１５は、酸化剤として供給される酸素を含む媒体４とともに、燃料３としての炭素の材料流３ａを燃焼させた結果として、蒸気発生装置１８の燃焼チャンバ１７で生じる。
【００４５】
ＰＣＣ（燃焼後回収）プラントとして設計されている電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａでは、煙道ガスは、多くの二酸化炭素フラクションを有し、メタネーションプラント７への接続ライン８ａに通される二酸化炭素ガス流８に処理される。電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａは、二酸化炭素が、吸収剤によって煙道ガス１５から除去され、その後、二酸化炭素からの分離が行われる慣習的な吸収剤を有する二酸化炭素ガススクラバである。前記プロセスは、従来技術において慣習的であり、そのため、本明細書では詳細に対処していない。
【００４６】
メタネーションプラント７では、従来技術から知られている同様の慣習的なプロセスで、二酸化炭素流８で供給される二酸化炭素（ＣＯ２）は、材料流およびエネルギー流２１として、メタネーションプラント７から取り出されるメタン（ＣＨ４）を生成するために、電気分解９によって得られ供給される水素（Ｈ２）１９ａによって反応する。同様に、生成された水は、材料流およびエネルギー流２６として、メタネーションプラント７から導き出される。
【００４７】
メタネーションプラント７でのメタン２１への二酸化炭素ガス８の二酸化炭素変換での廃熱として生じる熱エネルギーは、１つ以上の位置３３，３４で、材料流および／または熱エネルギー流１３，１４の中に少なくとも部分的に取り出される。２つのエネルギー流１３，１４は、電力ステーション２の水／蒸気回路１１に供給され、２つのエネルギー流１３，１４の熱エネルギー実体物は、適した装置３５，３６によって水／蒸気回路１１に結合される。この目的のための装置の例は、熱交換器である。材料流および／または熱エネルギー流１３，１４の熱エネルギー実体物によって、結合は、水／蒸気回路１１の高エネルギー領域または低エネルギー領域の中に行われる。このため、メタネーションプラントから取り出される材料流および／または熱エネルギー流１３，１４は、接続ライン１３ａ，１４ａによって、電力ステーション２の水／蒸気回路１１と接続した、流体を伝導する接続に位置する。
【００４８】
図２は、図１に従う実施形態に対して、さらなる別の概略図によって表され、電気分解９、メタネーションプラント７、および／または電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａへの電力５ａ，５ｂ，５ｃおよび／または余剰電力１０ａ，１０ｂ，１０ｃの供給、および、メタネーションプラント７から電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａへの材料流および／または熱エネルギー流３７の供給、および電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａから取り出され、図１に従う例示の実施形態から、電力ステーション２への熱の再統合のために再循環される材料流および／または熱エネルギー流３８での供給において本質的に異なる、運転的に組み込まれた「電力をガスに」する利用の別の例示の実施形態を示す。
【００４９】
図２は、煙道ガス１５が、メタネーションプラント７に供給される二酸化炭素流８に処理される電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａに供給される、電力ステーション２を示す。メタネーションプラント７では、電気分解９によって得られる水素１９ａは、メタネーションプラント７を出ていく、メタンからなる材料流およびエネルギー流２１、および、水からなる材料流およびエネルギー流２６を生成するために、流入二酸化炭素８とともに変換される。メタネーションプラント７を出ていく材料流および／または熱エネルギー流１３，１４，３７のうち、少なくとも一部分、このケースでは、熱エネルギー流３７は、電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａに供給される。電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａでは、材料流および／または熱エネルギー流３７に含まれる熱エネルギーは、電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａでの二酸化炭素分離運転を実行するために取り出される。二酸化炭素分離で生じる廃熱は、例えば水／蒸気回路１１への再統合によって結合される電力ステーション２に供給される材料流および／または熱エネルギー流３８の中に取り出される。
【００５０】
さらに、図２に従う実施形態のケースでは、電力は、水／蒸気回路に取り付けられた発電機５によって生成される。この電力は、運転電力５ａとして電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａに、かつ、運転電力５ｂとしてメタネーションプラント７に供給される。この電力供給の結果として、０．５〜５％ポイントの電力ステーションの効率の向上を達成することができる。発電機５によって生成された電力の別の部分は、運転電力５ｃとして電気分解に供給することができるが、望ましくは、電気分解は、前記電力が公共の送電系統で過剰に存在するとき、余剰電力１０ａによって運転される。メタネーションプラント７は、余剰電力１０ｂによって運転することもでき、電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａは、余剰電力１０ｃによって運転することもできる。
【００５１】
図３は、精錬工場１によって形成された工業プラントに組み込まれ、副生成ガス電力ステーション２ａとして設計されている電力ステーション２の概略図を示す。蒸気発生装置１８の燃焼チャンバ１７は、ライン３ｂによって、炭素燃料３として高炉１６から生じる高炉ガス３０が供給される。副生成ガス３０は、精錬工場１の複数の生成ガスからなるガス混合物であってもよい。燃焼チャンバ１７で生じる煙道ガス１５は、蒸気発生装置１８から、煙道ガスライン１５ａによって、電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａの中に入る。電力ステーション煙道ガス１５の一部分は、煙道ガス接続ライン１５ｂによって、再循環煙道ガス１５ｃとして燃焼チャンバ１７に戻される。電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａでは、煙道ガス１５は、二酸化炭素から解放される。生じる二酸化炭素ガス流８は、接続ライン８ａによって、メタネーションプラント７またはメタネータ７ａに供給される。メタネーションプラント７またはメタネータ７ａで、二酸化炭素ガス８は、メタン２１および水２６に変換される。このプロセスで生じる廃熱は、取り出され、材料流および／または熱エネルギー流１３，１４として、電力ステーション２の水／蒸気回路１１で取り出すことによって電力ステーション２の水／蒸気回路１１に再統合される。メタネーションプラント７またはメタネータ７ａで、しかしながら、材料流および／または熱エネルギー流３７は、電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａに供給することもできる。電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａで生じるいかなる廃熱も、材料流および／または熱エネルギー流３８として取り出すことができ、同様に水／蒸気回路１１に供給することができる。材料流および／または熱エネルギー流１３，１４，３７，３８は、それぞれ割り当てられた接続ライン１３ａ，１４ａ，３７ａ，３８ａで運搬される。電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａの運転に必要とされる熱エネルギーは、接続ライン２９によって、水／蒸気回路１１から取り出した取り出し蒸気２７によって、前記プラントに供給することができる。
【００５２】
メタネーションプラント７で必要とされる水素１９ａは、電気分解９によって生成することができ、水素を運搬する接続ライン１９によって、メタネーションプラント７に供給することができる。しかしながら、別の可能性は、副生成ガス３０から得られる水素１９ｂをメタネーションプラント７に供給することである。電気分解９または電気分解ユニットで生じる酸素２０は、プロセスガス２０ａとして、または酸素を含む媒体４、より詳細には、純粋な酸素４ａとして、燃焼チャンバ１７に供給することができる。付属の公共の送電系統で、電力の過剰な供給、換言すると、余剰電力がある場合、電気分解９のために、および／またはメタネーションプラント７でのメタネーションの実行のためにそれぞれ必要とされる電力、および／または、二酸化炭素排ガス処理６、より詳細には電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａでの二酸化炭素分離のためにそれぞれ必要とされる電力は、特に、余剰電力１０ａ，１０ｂ，１０ｃの形で、二酸化炭素排ガス処理６、メタネーションプラント７、電気分解９のプラントに供給するのが有効であり、役立つように供給される。二酸化炭素排ガス処理６、メタネーションプラント７、電気分解９のプラントの運転を保証するために、しかしながら、図３に示すように、それぞれ必要とされる運転電力が、電力ステーション２の水／蒸気回路１１に取り付けられた発電機５によって生成されることがさらに考えられ、それぞれ必要とされる運転電力が、運転電力または電力５ａ，５ｂ，５ｃとして、問題になっているプラントに供給されることがさらに考えられる。
【００５３】
図４および図６は、工業プラントが精錬工場１として実現され、概略的に一点鎖線として表された本発明の例示の実施形態の概略図である。精錬工場１の構成要素は、高炉１６から生じる高炉ガス２４が、酸素を含む媒体４の供給とともに、副生成ガス３０として燃焼される、高炉ガス電力ステーションの形の副生成ガス電力ステーション２ａである。このケースでは、電力ステーション２ａの蒸気発生装置１８の燃焼チャンバ１７の排ガス空間から再循環される電力ステーション煙道ガス１５ｃ、または二酸化炭素を強化したガス流は、副生成ガス電力ステーション２ａの中に通してもよく、さらに、副生成ガス３０の燃焼での、または高炉ガス成分の変換での使用を見出してもよい。
【００５４】
副生成ガス３０の燃焼中に生じ副生成ガス電力ステーション２ａから出てくる電力ステーション煙道ガス１５は、詳細には、少なくとも約３０重量％または体積％の二酸化炭素フラクションを有することが意図され、それゆえに、副生成ガス３０の燃焼のための副生成ガス電力ステーション２ａに、空気よりも多くの酸素フラクションを有する純粋な酸素流４ａ、または酸素を高濃度に強化したガス流を供給することは、特に有利である。
【００５５】
図３、図８、および図９に表されるように、組み込まれたタービンセット１２を有する水／蒸気回路１１を有する蒸気発生装置１８は、慣習的な方法で、副生成ガス３０および酸素を含む媒体４が燃焼のために導入される、副生成ガス電力ステーション２ａの燃焼部屋または燃焼チャンバ１７に取り付けられている。ターボセット１２は、慣習的な方法で、発電のための発電機５と交信する。付属の発電機５を有する副生成ガス電力ステーション２によって、電力は、効率ηで生成することができる。電力５ａ，５ｂ，５ｃの形で、発電機５によって生成されたエネルギーの少なくとも一部分が、図１から図３に表された運転のスキームに示され、前記エネルギーの供給が図２および図３でギザギザの形で示された矢印５ａ，５ｂ，５ｃによって概略的に表された、二酸化炭素排ガス処理６または電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａのための、および／またはメタネーション７またはメタネータ７ａのための、および／または電気分解９のための電気エネルギーを供給するために利用される場合、この効率ηは、０．５〜５％ポイントの量Δη変わる、すなわち向上する。
【００５６】
下流の二酸化炭素排ガス処理６または電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａでは、副生成ガス電力ステーション２ａから生じる二酸化炭素を含む電力ステーション煙道ガス１５は、二酸化炭素分離運転またはスクラビングプロセスによって、二酸化炭素から解放され、実質的に純粋な、多くの二酸化炭素を含むガス流８を与えるように処理される。二酸化炭素排ガス処理６は、より詳細には、燃焼後（炭素）回収運転（ＰＣＣ運転またはＰＣＣＣ運転）の実行を含む。二酸化炭素ガススクラバまたは二酸化炭素ガススクラブは、電力ステーション煙道ガスが、望ましくは、再度生成された吸収剤によって、より詳細にはアミンを含む吸収剤によって処理された、望ましくは燃焼後回収運転または燃焼後炭素回収運転、したがって二酸化炭素排ガス処理６の一部分である。アミンは、二酸化炭素によって、かつ、供給される熱によって蓄積し、二酸化炭素は、その後、制御された方法で放出される。使用されるアミン水溶液は、望ましくは、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、およびモノエタノールアミンである。
【００５７】
二酸化炭素排ガス処理６の結果は、メタネーションプラント７に供給される高純度の二酸化炭素ガス流８である。メタネーション中、二酸化炭素は、水素（Ｈ２）によってメタン（ＣＨ４）に変換される。これは、望ましくは、「日立触媒」として図７で特定されたロジウム−マンガン／三酸化二アルミニウム触媒が有利であることが証明されてきたケースで、触媒的に生じる。メタネータ７ａまたはメタネーションプラント７は、望ましくは、電気分解９から生じる水素１９ａが使用されるケースで、水素（Ｈ２）も供給される。メタネーションプラント７またはメタネータ７ａでは、メタン（ＣＨ４）は、合成によって生成され、従来の方法で貯蔵することができる。電気分解９で水素１９ａを生成するために、電力１０ａ、望ましくは、再生エネルギー源からの電力生成での送電系統の過剰能力として頻繁に生じるいわゆる「余剰電力」が使用される。この余剰電力は、従来の方法で消費することができないので、それゆえに、二酸化炭素のメタネーションはエネルギー貯蔵の可能性を広げる。しかしながら、発電機５によって生成された電力５ｃが、電気分解９を実行するために使用されることも考えられる。電力ステーション２、より詳細には副生成ガス電力ステーション２ａが、技術的な理由のために行われるかまたは行われなければならない電力生成によって電力をいかなる付属の公共の送電系統にも供給することなく、休止状態で最小の負荷範囲で運転されるとき、特に、発電機５によって生成された電力５ｃは、電気分解９を実行するために使用される。
【００５８】
メタネーション、および／または二酸化炭素排ガス処理で生じる熱も使用される。触媒のメタネーションは、約３００℃の温度で進行し、このため、メタネーションの廃熱は、二酸化炭素排ガス処理６（熱流３７）への、および／または副生成ガス電力ステーション２ａへの、および／または副生成ガス電力ステーション２ａの水／蒸気回路１１（熱流１３，１４）および／または本発明のケースの精錬工場１での工業プラントの１つ以上の運転ステージへのエネルギー入力として、取り出される材料流および／または熱エネルギー流１３，１４，３７として利用される。別の可能性は、材料流および／または熱エネルギー流３８として、３００〜１２０℃の間の範囲にある、二酸化炭素排ガス処理６の廃熱を取り出すこと、および、副生成ガス電力ステーション２ａおよび／または副生成ガス電力ステーション２ａの水／蒸気回路１１で、および／または本発明のケースの精錬工場１での工業プラントの１つ以上の運転ステージで、二酸化炭素排ガス処理６の廃熱を利用することである。副生成ガス電力ステーション２ａ、二酸化炭素排ガス処理６、およびメタネーションは、工業プラント、本発明のケースでは精錬工場１の材料流および／またはエネルギー流に組み込まれているので、この手段によって、副生成ガス電力ステーション２ａの、したがって工業プラントの、全体的な効率のさらなる向上を達成することが考えられる。工業プラントで副生成物または廃棄生成物として生じる、炭素の材料流３ａ、本発明のケースでは高炉ガス３０は、電力ステーション２、本発明のケースでは副生成ガス電力ステーション２ａへの燃料３として供給される。発電機５によって生成された電力の一部分は、電気エネルギー５ａ，５ｂとして、電力ステーションの下流の二酸化炭素排ガス処理６に、より詳細には、下流に割り当てられたメタネーションプラント７に供給される。電力ステーション２，２ａの電力ステーション煙道ガス１５は、同様に、任意に事前に処理された材料流として、メタネーションプラント７に供給される。メタネーションプラント７から、廃熱の形の熱エネルギーは、熱エネルギー流１３，１４，３７として、工業プラントで行われる運転の１つ以上に、および／または副生成ガス電力ステーション２ａに、より詳細には副生成ガス電力ステーション２ａに供給される少なくとも１つの媒体に、より詳細には燃焼酸素に、および／または二酸化炭素排ガス処理６に供給される。廃熱の形の熱エネルギーは、二酸化炭素排ガス処理６または電力ステーション煙道ガス処理プラント６ａから生じる熱エネルギー流３８として、工業プラントおよび／または電力ステーション２，２ａにも供給される。
【００５９】
これまでの慣習的である、従来技術の精錬工場１およびガス回収に関する手順は、図４の上側部分Ａに表されている。従来技術の精錬工場１およびガス回収に関する手順に従って、鉄鉱石および石炭は、二酸化炭素を排出して、鉄を生成するために精錬され、天然ガスは、搬送領域で搬送され、パイプラインシステムによって最終消費体に輸送される。図４の下側部分Ｂに表されるように、本発明に従って、精錬工場１で生じる二酸化炭素は、副生成ガス電力ステーション２ａとして設計されている精錬工場１の電力ステーション２で、消費体に輸送されるメタン（ＣＨ４）の形の合成天然ガスに変換される。結果として生じるメタンガスは、他の消費体によって、エネルギーを使用することができ、メタノールを生成するために、さらに処理することもできる。
【００６０】
図５の左側のイメージは、精錬工場１に組み込まれた副生成ガス電力ステーション２ａのケースで生じる材料流およびエネルギー流を示す。精錬工場１に組み込まれた副生成ガス電力ステーション２ａのシステムは、より詳細にはコークスの形の石炭２２、および鉄鉱石、および別の材料の製鉄のための導入を含む。精錬工場１での製鉄中に炭素源から生じる生成ガスの例である、コーキングプラントガス２３、高炉ガス２４、製鉄工場オフガス２５、および焼結ユニットオフガス２８は、副生成ガス３０を生成するためのガス混合物として組み合わされ、副生成ガス電力ステーション２ａに送られる。組み込まれたターボセット１２および発電機５を有する付属の水／蒸気回路１１を有する蒸気発生装置１８の燃焼チャンバ１７での燃焼中の副生成ガス電力ステーション２ａでの副生成ガス３０の燃焼によって生成された電力３１、および生じる熱３２は、再度、精錬工場１に供給され、結果として、およそ４２％の副生成ガス電力ステーション２ａの効率ηを達成することが考えられる。本発明に従って、付属の二酸化炭素排ガス処理６および付属のメタネーションプラント７または付属のメタネータ７ａを有する、電力ステーション２、より詳細には副生成ガス電力ステーション２ａが、図６に示すようなこの種類の精錬工場１に組み込まれている場合、同一の電力ステーション２または同一の燃焼プラントのための効率ηは、６０％に増加させることができる。
【００６１】
図８および図９は、付属の水／蒸気回路１１および組み込まれたタービンセット１２を有する副生成ガス電力ステーション２ａとして設計された電力ステーション２の精錬工場１への組み込みのための、本発明に従う異なる可能性を示し、副生成ガス電力ステーション２ａは、高炉ガス２４を燃焼させる副生成ガス電力ステーション２ａである。
【００６２】
図８は、付属の水／蒸気回路１１および組み込まれたタービンセット１２を有する副生成ガス電力ステーション２ａとして設計された電力ステーション２の精錬工場１への組み込みのための、本発明に従う第１の可能性を示し、副生成ガス電力ステーション２ａは、高炉ガス２４を燃焼させる副生成ガス電力ステーション２ａである。別の組み込みの可能性は、図９に示され、水／蒸気回路１１からの熱を取り出すことに関して、図８に従うものとは異なる。
【００６３】
複数の例示の実施形態は、副生成ガス電力ステーション２ａに関するが、本発明は、炭素燃料３を燃焼させる電力ステーション２に、かつ、それぞれのケースで生成する煙道ガス流１５に極めて一般的に適用することができる。その結果として、電力ステーション２は、いかなる種類の、炭素を燃焼させる電力ステーション、より詳細には化石燃料を燃焼させる電力ステーション、より詳細には大型の電力ステーション、すなわち瀝青炭または褐炭またはガスを燃焼させる電力ステーションであってもよいように理解される。バイオマスを燃焼させる電力ステーション、およびバイオガスを燃焼させる電力ステーションは、「電力ステーション」という標題に従って包含することができ、バイオガスを燃焼させる電力ステーションは、大型の電力ステーションだけでなく、小型の電力ステーションまたは小型のプラント、すなわち燃焼プラントであってもよい。「電力ステーション煙道ガス」または煙道ガスは、それぞれ、前述の電力ステーションの１つのケースで、燃焼チャンバまたは蒸気発生装置から排ガスを生成するガスまたはガス流である。結果的に、図３および図６に示す副生成ガス電力ステーション２ａの代わりに、前述のタイプの電力ステーションのいずれも、一方では、煙道ガス流１５によって、二酸化炭素排ガス処理６および二酸化炭素排ガス処理６で生成された二酸化炭素に富んだ排ガス流８によって、かつ、他方では、行われる熱エネルギー流１３の廃熱再統合および／または熱エネルギー流１４の廃熱再統合および／または熱エネルギー流３７の廃熱再統合および／または熱エネルギー流３８の廃熱再統合の少なくとも一部分または１つによって、メタネーションプラント７とともに、またはメタネータ７ａとともに、および／または二酸化炭素排ガス処理６ととともに、上で前に説明したように運転可能に接続する電力ステーション２を形成してもよい。
【００６４】
メタネーションから、より詳細にはメタネーションプラント７から、より詳細には材料流および／または熱エネルギー流１３，１４，３７，３８から入ってくる廃熱は、性能を高めるために、電力ステーション２，２ａの水／蒸気回路１１に少なくとも部分的に供給することができる。
【００６５】
同様に、電気分解９の副生成物として生じる酸素２０は、電力ステーション２，２ａの、より詳細には電力ステーション運転または付属の運転ユニットの、より詳細には高炉１６またはリアクタの性能を高めるために、少なくとも部分的に使用することができる。これの結果として、メタネーションのための、電気分解で生じる水素だけでなく、酸素も使用され、全体的なエネルギーの効率をさらに向上させる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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