用于制造化学的和石化的产品的绿色复合设施 |
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| 申请号 | CN201380047446.3 | 申请日 | 2013-08-26 | 公开(公告)号 | CN104837540A | 公开(公告)日 | 2015-08-12 |
| 申请人 | 西门子公司; | 发明人 | K·布斯坎普; V·德里希特; C·基纳; D·罗尔姆斯; P·E·施特尔齐格; | ||||
| 摘要 | 公开一种绿色的复合设施，其具有组合的空气分离与二 氧 化 碳 隔离设施和 电解 单元。此外，在有些实施方式中，该复合设施还包括用于产生可再生的 能量 的单元。还公开了用于所述复合设施的控制单元和 计算机程序 产品、用于在该复合设施中产生化学产品的方法以及该复合设施用于产生化学产品的应用和作为用于 波动 的可再生能量的化学储存器的应用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于产生化学产品的复合设施，带有： |
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| 说明书全文 | 用于制造化学的和石化的产品的绿色复合设施背景技术[0003] 因此，比如IGCC设施不仅能实现提高燃烧效率，使用廉价的能量载体，其方式为，化石燃料通过与氧气进行亚化学计量的燃烧并随后引入到水煤气变换反应器中借助水蒸气转化为氢，氢然后可以用于能量产生，而且能实现一种用于在复合设施中由所用的反应物即氧、水、碳和氮产生简单的化学产品的方法。 [0004] 在此，常见的IGCC设施通常具有至少一个用于提供氧和氮的空气分离设施、用于燃烧化石燃料的气化器、用于产生氢的水煤气变换反应器和用于由产品特别是氢的过程热量或燃烧产生电能的燃气和蒸汽设施，所述水煤气变换反应器带有用于去除酸气比如硫化氢的设施(酸气去除单元)。 [0005] 此外，这种IGCC设施也可以包括用于化合和储存二氧化碳的单元(碳捕获和储存，CCS)，其中，在水煤气变换反应器中产生氢之后利用用于去除酸气比如硫化氢的设施(下面也称为水煤气变换反应器，只要未做其它说明)从过程中去除二氧化碳CO2并将其储存起来。 [0006] 此外也可行的是，由在水煤气变换反应器WSR(水煤气变换反应器WGS)中产生的合成燃气SG产生化学产品，用于消耗或者用于产生其它有时复杂的化学品，例如氢(压缩的气态氢CGH或气态氢GH2)、甲醇MeOH、燃料T(燃料)、合成的天然气(合成天然气SNG)、氨NH3或合成燃气SG本身，作为用于后续处理的产品。 [0007] 在图1中给出了通常的IGCC设施的一个例子。该设施包括空气分离设施LZA(空气隔离单元ASU)、气化器V(燃料气化反应器FGR)、带有用于去除酸气比如硫化氢的设施的水煤气变换反应器WSR、燃气和蒸汽设施GDA(组合的循环电站CCPP)。来自空气分离设施LZA的氧O2(气态氧GOX)和必要时的蒸汽在这种IGCC设施中被供应给气化器V，然后它们在该气化器内与燃料B以亚化学计量的方式转化为原初合成燃气RSG，其主要成分为一氧化碳CO。一氧化碳在水煤气变换反应器WSR中与例如水蒸汽形式的水一起转化为合成燃气SG、二氧化碳和大量氢，其然后必要时在与二氧化碳隔离之后在燃气和蒸汽设施GDA中用于产生能量。在这种情况下获得的能量E然后也部分地用于驱动空气分离设施LZA，因为空气分离是一个能量密集的过程，在该过程中，空气被分成氧和氮以及其它组分。然而，在水煤气变换反应器WSR中制得的合成燃气SG也可以必要时在其它反应器中转化为化学产品，比如氢H2、合成天然气或合成甲烷(合成天然气SNG)、甲醇MeOH或燃料T。此外，利用来自空气分离设施LZA的氮N2，还可以产生氨NH3(无水的氨WFA或液态的无水的氨LWA)。也可以使用合成燃气SG作为产品本身。通常的IGCC设施例如由WO 2007/094908A2已知。 [0008] 然而，IGCC设施中的方法和其它基于化石燃料的设施的缺点是，二氧化碳作为原材料在复合设施中通过化石燃料的燃烧而产生，然后通过化合和储存二氧化碳才作为原材料可供使用，这一方面导致设施复杂，其具有多个不同的设备，例如用于产生和隔离二氧化碳，也导致因化石燃料而增加了环境负担。另外，在能够产生高价值的化学产品之前，燃烧化石燃料也要消耗在化学物质中储存的能量。 [0009] 因此，对不必基于化石燃料产生用于复合设施的中间产品比如二氧化碳的设施存在需求。此外，对基于环境友好的原材料的复合设施存在需求。 [0011] 本发明的复合设施包括组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和电解单元2。在有些实施方式中还设置有用于产生可再生的能量的单元3，该单元至少部分地提供用于驱动组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2的能量。 [0012] 本发明的复合设施的特征在于，它对环境友好，并且在有些实施方式中可以省去化石燃料。本发明的复合设施还能实现完全使用所有在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1中产生的产品。另外，在有些实施方式中，利用本发明的复合设施可以制得化学的、石化的、CO2中性的产品。所产生的这些产品作为“绿色”产品即并不基于化石燃料的产品在目标市场上可以实现高价格，例如绿色的(CO2中性的)甲醇约为800欧元/t(至2012年)。此外，也可以由空气分离设施等获取产品，比如氧O2、氮N2或氩，这类产品可以出售，其中，例如对于氩来说每吨为3000-50000美元，例如对于氮来说每吨为300-500美元，例如对于氧来说每吨约为90美元(至2012年)。所产生的产品于是可以又转化为电能，而不必为此起初使用化石燃料。 [0013] 另外，本发明的复合设施可以实现把电能灵活地转化为化学能或化学产品。此外，本发明的复合设施可以用作波动的可再生能量的储存器，如果在有些实施方式中组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2利用来自用于产生可再生的能量的单元3的能量工作。因此，本发明的复合设施有别于传统的储存器，就传统的储存器而言，待储物相应于来自储存器的取出物，比如在石油罐或天然气罐中或者在可重复充电的电池中就是这样。本发明的复合设施通过其运行在整体上也用作储存器，因为它能根据对来自用于产生可再生的能量的单元3的能量的供应以不同的方式工作。 [0014] 另外，本发明的复合设施也可以用作针对在产生可再生能量时的能量波动的缓冲器。这在如下方面也是有利的：在能量网比如电网的网络稳定情况下，例如在由可再生的能量直接馈入波动的能量例如波动的电流时，不会出现问题，或者出现较小的问题。 [0015] 此外，本发明涵盖用于控制本发明的复合设施的控制单元、用于利用本发明的复合设施产生化学产品的方法、用于控制本发明的复合设施的计算机程序产品以及本发明的复合设施作为用于波动的可再生能量的储存器的应用。附图说明 [0016] 下面参照附图详述本发明，其中，这些附图不应限制本发明的范围。 [0017] 图1示意性地示出通常的IGCC设施的结构； [0018] 图2示意性地示出本发明的复合设施的一个实施方式的结构； [0019] 图3示范性地示出本发明的控制单元的线路图。 [0020] 对本发明的详细说明 [0021] 这里的复合设施指的是用来由同一种中间产品可选地交替地制造不同的最终产品的设施。因而可以在不同的时间点由相同的中间产品例如二氧化碳、氮、氢必要时还有氧产生不同的最终产品。在一定的初始形态下，在这种复合设施中利用至少三种能量原料进行整合的过程。在有些实施方式中，复合设施不包括精炼机构(Raffinerie)。 [0022] 本发明的复合设施具有组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和电解单元2。 [0023] 此外，在有些实施方式中，可以给本发明的复合设施设置用于产生可再生的能量的单元3，该单元至少部分地提供用于驱动组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2的能量。在有些实施方式中，用于产生可再生的能量的单元3集成到本发明的复合设施中，或者固定地指配给该复合设施。“固定地指配”在这里的含义是，在用于产生可再生的能量的单元3中产生的能量主要地、例如有50％以上、可选地有75％以上、进一步可选地有90％以上、优选全部地-撇开例如在线路中的损耗不看-被馈送到本发明的复合设施中。这种馈送在此例如可以通过一根或多根线缆来进行。把用于产生可再生的能量的单元3集成到复合设施中，这例如可以通过与复合设施的另一设施部分连接来进行，比如和组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2连接。 [0024] 在这里，在按照固定的指配对用于产生可再生的能量的单元3予以连接时，还可以产生的优点是，仅仅用来使得用于产生可再生的能量的单元3和其它设施部分、例如和组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2连接的线缆输送波动的能量，例如由可再生的能量输送波动电流，而并不将这种波动的能量馈送到通常的能量网比如电网中，或者对此无需附加的用于在能量供应时捕获明显的波动的缓冲单元。因此，在这种实施方式中可以将本发明的复合设施用作来自用于产生可再生的能量的单元3的波动能量的缓冲器。在把用于产生可再生的能量的单元3集成到本发明的复合设施中时也会有类似的情况，因为这里也会由设施部分捕获在产生可再生的能量时出现的波动，这种波动的能量因而不会输出到通常的能量网中。因而这里也无需缓冲单元。 [0025] 在本发明的范围内，用于产生可再生的能量或可重生的能量的单元3不受限制，可以把一个或多个用于产生可再生的能量的单元3集成到本发明的复合设施中，或者固定地指配给该复合设施。用于产生可再生的能量的单元3的例子包括太阳能设施和太阳能电池或光伏设施、太阳能热力设施、热力设施、水电站、水力发电站、风电站、地热设施、用于由生物质产生生物能量的设施和潮汐电站。在本发明的范围内也可以考虑使用多个相同的或不同的用于产生可再生的能量的单元3。也可以考虑的是，一个或多个用于产生可再生的能量的单元3把能量仅提供给本发明的复合设施的一个单元，例如提供给组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2。 [0026] 用于产生可再生的能量的单元3优选在满载时至少提供在复合设施的产品产生负荷满载情况下用于驱动组合的空气分离与二氧化碳隔离设施3和/或电解单元2所需的能量E。在一些特殊的实施方式中，用于产生可再生的能量的单元3在满载时至少提供在复合设施的产品产生负荷满载情况下用于驱动组合的空气分离与二氧化碳隔离设施3和电解单元2所需的能量E。这样就能保证在用于产生可再生的能量的单元3中最佳地产生能量时组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2无需从外部的即不属于本发明的设施的能量源取得其它能量。但在有些实施方式中，也可以由外源将至少部分的例如少于75％、优选少于50％、进一步优选少于25％的能量供应给本发明的复合设施。这种能量优选来自并不基于化石燃料的外部能量源，其特别优选来自于来自并不基于可重生能量的外部能量源。 [0027] 此外，用于产生可再生的能量的单元3也可以把能量E提供给本发明的复合设施的其它设施部分，例如应用在泵和/或压缩机中，或者在产品制造时应用在反应器内，或者在工艺过程中用于驱动电的加热机构或驱动用以加热管路的附带加热机构，或者用于在建筑物中产生光和热，用于驱动其它电化学的反应。 [0028] 组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1可以用来提供二氧化碳CO2和/或用来提供用于合成化学产品的氮N2(气态氮，GAN)，例如也提供氨NH3。在这里，组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1的类型不受限制，只要能在设施内实现空气分离与二氧化碳隔离。但组合的空气分离与二氧化碳隔离设施通常需要大量能量，以便通过压缩和随后的冷却来隔离氮、二氧化碳和氧以及空气的其它组分，以便可以把这些组分提供给复合设施。出于这个原因，在有些实施方式中有利的是，利用用于产生可再生的能量的单元3把一部分所需要的能量或全部所需要的能量提供给组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1，以便由此降低或减小对来自其它源的能量需求，可选地降低为零。 [0029] 在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1中进行的二氧化碳隔离不受特殊限制，例如可以按通常的方式在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1中通过吸附和解吸来进行。例如也可以通过二氧化碳吸附器对二氧化碳进行隔离，以后可以再把二氧化碳从所述二氧化碳吸附器中解吸出来。用于二氧化碳隔离的方法和装置的例子也由在IGCC设施中的二氧化碳去除已知。例如，二氧化碳可以比如采用低温甲醇洗法(Rectisolver)利用甲醇在大约-40℃情况下去除、采用聚乙二醇二甲醚法(Selexol)利用聚乙二醇二甲醚在大约4℃情况下去除、利用碳酸钾溶液洗涤去除、利用高压水洗涤去除、或者锂洗涤去除、通过与蓄储有二氧化碳的物质比如硅酸锂的可逆的化合来去除。 [0030] 二氧化碳可以在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1中由环境空气获取，或者由燃烧产品的废气获取，或者由其它含有二氧化碳的燃气混合物获取。环境空气在此是在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1的紧邻的环境中的空气，例如是在本发明的复合设施场地的大气中的空气。 [0031] 在有些实施方式中，可以给组合的空气分离与二氧化碳隔离设施(1)供应空气或废气，其二氧化碳浓度大于、等于大气中的二氧化碳浓度，优选大于、等于390ppm，且二氧化碳浓度不大于15％(体积)，优选小于12％(体积)，例如小于11％(体积)，或者小于10％(体积)，优选环境空气。 [0032] 由于来自组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1的二氧化碳用于产生化学产品，所以在有些实施方式中优选的是，例如也由发电站中化石燃料的燃烧过程或者由化学过程把含有大量二氧化碳含量的空气引入到组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1中，在所述化学过程中，二氧化碳形成为副产品。这里的大量含量例如高于大气空气中的二氧化碳含量，为390ppm体积含量(至2011年)，可选地高于500ppm，进一步可选地高于700ppm体积含量，例如高于0.1％(体积)，或者高于1％(体积)。 [0033] 在有些实施方式中，在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1中产生的氧可以例如在燃烧和/或氧化过程中用于产生能量，和/或在本发明的复合设施中用于制造化学产品。在有些实施方式中，所述氧也可以存放在液态氧储存器中。氧也可以作为产品等予以出售。还可以获取且必要时存储在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1中进一步产生的产品等，比如在空气分离中可以获取的氮和氩。 [0034] 在有些实施方式中，空气分离可以在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1中例如采用Linde法进行，其中，在去除氧和氮之后，大约有4％(体积)的二氧化碳留在空气中，必要时，在进一步隔离氩之后，大约有95％(体积)或约98％(重量)的二氧化碳留在空气中，这些二氧化碳然后在有些实施方式中可以在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1内予以隔离。但也可行的是，二氧化碳在隔离氩或氮和/或氧之前就已经隔离，或者在另一时间点隔离。在有些实施方式中比如可以采用Linde法例如在除了主要反应蒸馏塔外的一个自己的氩-蒸馏塔内进行氩隔离，然后还可以对氩进一步地清洁。 [0035] 此外，本发明的复合设施具有电解单元2，在该电解单元中例如由水产生氢H2和氧O2。在不同的实施方式中，该电解单元2也可以与用于产生可再生的能量的单元3一起工作。 [0036] 在有些实施方式中，在电解单元2内产生的氧也可以用于产生能量，和/或用于在本发明的复合设施中制造化学产品。在有些实施方式中，所述氧也可以例如在压缩为液态氧之后储存在氧储存器中。 [0037] 在有些实施方式中例如可以考虑将来自组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或来自电解单元2的氧用于比如在氧化时产生化学产品，或者在燃烧例如化石燃料或氢时用于例如在IGCC设施或煤电站中产生能量。 [0038] 在电解单元2中产生的氢H2可以被提供用于由在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1中制得的二氧化碳来产生碳氢化合物或其它产品，或者，所述氢可以作为产品比如CO2中性的氢来得到。 [0039] 在有些优选的实施方式中，电解单元2可以很快地起动，即高速起动，例如在不到50s的时间内就起动，但也可以在几分钟例如5或10分钟或者15分钟内起动，在一定情况下不到半小时就起动，以便能够对在由用于产生可再生的能量的单元3进行的能量供应中的波动做出迅速反应，比如这可以利用带质子交换膜(PEM，质子交换膜、聚合物电解膜)的电解液来实现，或者使用传统的碱性气氛的电解液或压力电解液来实现。因此，这种能量波动例如在用于产生可再生的能量的单元3中使用风能时会出现，比如可想象到例如在有风暴时会出现，有时也会在几分钟内才出现。然而在有些实施方式中，例如对于有些类型的固态氧电解(固态氧电解)来说，要经过缓慢的时间比如几分钟到数小时才开始电解，这样就足够了。这种缓慢的电解单元在此实现了提高能由该单元吸收的总功率，但并不是很适合于捕获快速的能量波动，因而在这里，来自用于产生可再生的能量的单元3的波动可以主要被组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1捕获。 [0040] 对于可在毫秒范围内控制的快速电解来说，于是例如也可以在毫秒范围内控制由可再生的源吸收电能及控制在电解单元2中与此相关的产生氧和氢，这能实现对例如引入到产品产生中的输入量的控制。 [0041] 此外，复合设施可以具有不同的储存器，用于存储反应物例如氧和/或氢和/或氮和/或二氧化碳以及存储其它物质比如冷却水以及存储产品例如合成燃气SG、一氧化碳、二氧化碳、合成的天然气、由甲烷物构成的合成甲烷、各种不同的碳氢化合物例如按照费托(Fischer-Tropsch)合成的烷烃或烯烃或炔比如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、例如来自氧化物的乙醛、酮、羧酸比如蚁酸和醋酸、氨、胺化合物、硝酸、燃料T、醇比如甲醇MeOH、乙醇或者还有氧、氮和/或氩等，其来自组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1，以及有时来自例如生物质电站的用于产生可再生的能量的单元3的原材料。借助于该储存器于是可以切断本发明的复合设施的各个部分，而不必使得复合设施本身停机。因而例如可以在来自用于产生可再生的能量的单元3的可再生的能量多余时将该多余的能量用来在电解单元2中产生氢和氧，从而可以储存氢和氧。所储存的氢于是也可以被提供用于制造例如合成燃气SG，如果在来自用于产生可再生的能量的单元3的能量少的情况下在电解单元2中产生少量氢。储存器的类型不受限制，可以存在有通常的储存器，例如用于燃气和/或液体的罐，或者也可以有用于固体的储存器。也可以存在有多个用于反应物或产物的储存器，例如氧、氮、氢、二氧化碳等。储存器特别是燃气储存器也可以具有用于储存反应物和/或产物的阀门。 [0042] 储存器因而也可以用于捕获例如因来自用于产生可再生的能量的单元3的或者来自各种不同的反应物蓄存器的能量波动引起的动态性，或者用于调用产品。例如可以利用氧储存器来保证供应氧，如果来自用于产生可再生的能量的单元3的可再生的能量不足以驱动组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2，从而因所述燃料例如还有所储存的氢或其它燃料的燃烧或氧化而得到的能量连同氧可以用于驱动例如组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1。 [0043] 不同的储存器可以通过不同的不受限制的管为了输送反应物和/或产物而和本发明的复合设施的不同的设施部分例如组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2连接，这些设施部分也可以具有不同的阀门。 [0044] 只要需要，本发明的复合设施的不同的设施部分也通过不同的管而连接，就像通常的复合设施一样，比如用于产品制造的不同的反应器也相互连接，和/或同组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2连接。也可行的是，在本发明的复合设施的有些实施方式中，在用于产生可再生的能量的单元3内产生一些物质，比如在生物燃气设施中的甲烷，这些物质可以作为反应物和/或产物经由管引入到本发明的复合设施中，例如引入到一个或多个储存器中，或者也引入到其它设施部分中，例如当产生氢时被引入到产品制造中。 [0045] 此外，本发明的复合设施还可以包括全部其它的在通常的复合设施中使用的构件或设施部分，例如燃气清洁系统/燃气清洁单元和/或热回收系统/热回收单元。例如，来自空气的污物比如可以在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1之前和/或之后通过相应的清洁系统/清洁单元被去除。在热回收系统中获取的热量例如可以在反应器中用于产生产品。 [0046] 在有些实施方式中，本发明的复合设施例如也可以与来自用于产生可再生的能量的单元3的波动的能量供应相结合地要求对设施进行复杂的控制，但来自组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1的二氧化碳供应也要求如此。对本发明的复合设施的这种控制例如可以通过本发明的控制单元来进行。本发明的控制单元尤其控制能量供应和/或反应物流和/或产物流和/或有时控制在本发明的复合设施内部的反应物储存和/或产品储存。在有些实施方式中，这种控制可以在逻辑控制机构SL中适应于对一定的产品的市场需求，其方式为，例如将市场模块MM整合到控制软件SSO中，并与贸易商/经销商的战略ST相比较，以便也根据需求来控制设施。此外，控制软件SSO可以具有用于设施的预估机构PR，该预估机构于是也可以作用于设施控制。这种预估机构PR也可以包括关于来自用于产生可再生的能量的单元3的能量可用性的预估，例如借助于风电站的风数据或者借助于太阳能电站的太阳光强度进行预估。除了控制软件SSO外，本发明的复合设施的控制装置也可以具有控制机构，该控制机构可以被提供为补偿式控制器AR，且负责使得设施在由构件和规定引起的极限内工作，以便避免各个设施部分的缺陷和/或干扰。另外，在有些实施方式中，本发明的控制装置也具有用于各个设施部分及其连接件、阀门等的控制系统SSY，该控制装置监视并管理设施配置AK即其单元。控制软件SSO在此于是可以给控制系统SSY发送目标规定ZV，该控制系统然后通过单元控制件ES相应地控制复合设施的各个单元，控制系统SSY还可以将相应单元的实际状态IS告知给控制软件。在控制软件SSO中，于是可以对各个单元进行比较，也针对外部情况比如来自用于产生可再生的能量的单元3的能量可用性或者在各个反应物和/或产物储存器中的储存状态进行比较，这些单元可以有限地起作用，于是可以根据这些情况来调整控制。 [0047] 在有些实施方式中，本发明的控制单元可以控制对复合设施的各个设施部分的能量供应，例如对组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2和/或有时也对用于产生可再生的能量的单元3的能量供应，例如用来在有些情况下起动用于产生可再生的能量的单元3，在这些情况下需要如此，和/或控制输入和/或输出各个设施部分的反应物流和/或产物流，所述设施部分例如是组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2和/或用于产生产品的反应器和/或有时也是用于产生可再生的能量的单元3。 [0048] 利用本发明的复合设施可以产生化学产品作为用于可再生的能量的储存器。例如，二氧化碳和氮及必要时的氧可以作为原材料/中间产品在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1中产生，氢及必要时的氧可以作为原材料/中间产品在电解单元2中产生，并转化成化学产品。在本发明的方法中还可行的是，附加地使得来自外源例如来自其它燃烧过程或者来自外部储存器或者来自其它产生二氧化碳的化学过程的二氧化碳与在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2中制得的原材料/中间产品一起转化成化学产品。 [0049] 也可以将由对原材料/中间产品的转化产生的可以进一步反应的产品，比如可以进一步转化的一氧化碳、氨或甲烷，视为在制造化学产品时的反应物。也可以考虑例如来自用于产生可再生的能量的单元3的反应物，比如来自生物燃气设施的燃气产品。 [0050] 按照本发明的方法，原材料/中间产品在本发明的复合设施中转变为产品例如合成燃气SG、一氧化碳、二氧化碳、合成的天然气、合成甲烷、各种不同的碳氢化合物例如按照费托合成的烷烃或烯烃或炔特别是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、例如来自氧化物的乙醛、酮、羧酸比如蚁酸和醋酸、氨、胺化合物、硝酸、燃料T、醇比如甲醇MeOH、乙醇等。在有些实施方式中，可以利用来自用于产生可再生的能量的单元3的能量来获取产品。来自用于产生可再生的能量的单元3的能量在此例如可以用于组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2，这要视例如也会波动的可再生的能量的可用性而定，但在有些实施方式中，也可以恒定地提供所述能量。然而在有些实施方式中，来自用于产生可再生的能量的单元3的能量可以波动，从而本发明的复合设施用作这种波动能量的缓冲器。 [0051] 在本发明的复合设施中制造产品时利用来自用于产生可再生的能量的单元3的可再生的能量，这样就得到了优选完全地基于所述可再生的能量的产品，这些产品因而被视为“绿色的”即CO2中性的产品或能量，这带来了产品的增加值，而且也环保。例如，绿色的(CO2中性的)甲醇MeOH的价格达到800欧元/t，即产品的增加值。在组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2中利用来自用于产生可再生的能量的单元3的可再生的能量时也可以得到CO2中性的氧。此外，还可以在利用来自用于产生可再生的能量的单元3的可再生的能量时由电解单元2获取CO2中性的绿色的氢，这种氢可以作为产品来得到，或者还在本发明的复合设施中制造其它“绿色的”化学产品比如烷烃或合成的天然气时得到应用。这因此是一种用于把可再生的能量转变为高价值的化学产品的途径，即一种在主要的可再生的电和化学过程之间的所谓的转接点。 [0052] 与此相反，例如在通常的IGCC设施中的氢就不是CO2中性的，因为用于其产生的能量来自于在通常的IGCC设施的水煤气变换反应器中的水。用于驱动空气分离设施的电能也在通常的IGCC设施中在IGCC设施内部获取，从而在通常的IGCC设施中的空气分离设施也应视为非CO2中性的。 [0053] 在本发明的复合设施中因而也可以大量地使用可再生的能量，所述能量例如也多于50％、优选多于75％、进一步优选多于90％、特别是在有些实施方式中为全部能量，以及产生部分CO2中性的优选CO2中性的产品。由此对于复合设施的运行商来说也得到了新的应用方案和商业领域。 [0054] 本发明的复合设施除了具备针对来自用于产生可再生的能量的单元3的波动能量的缓冲作用外，也可以实现针对在本发明的复合设施中的反应物和/或产物的缓冲作用，其方式例如为，根据能量输入情况而定，复合设施的不同的设施部分比如组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2减少工作一定的时间，例如直到有更多的可再生的能量重新可供使用，或者直到用完来自一个或多个储存器的反应物和/或产物，或者根本就不工作。此外，在本发明的复合设施中的储存效果也可以体现在至少部分地利用可再生的能量将原材料比如二氧化碳转化为高价值的氮或高价值的具有高燃烧值的产品例如甲烷或甲醇MeOH。这些高价值的产品于是又可以用于产生能量，且相比于最初的原材料获取能量，因而这些产品可以视为用于在本发明的复合设施中使用的可再生的能量的高价值的能量储存器。 [0055] 然而，就本发明的复合设施而言，来自外源比如来自电站或核电站的通常的燃烧/气化或来自其它源的能量也可以用于驱动该复合设施，因而例如在风电站应用中在风停了的情况下或者在夜晚或者在太阳能电站应用中在盖上顶盖的情况下不会产生可再生的能量。 [0056] 本发明的复合设施可以在不同的阶段工作，这例如根据由用于产生可再生的能量的单元3进行的能量供应情况和/或根据用于储存反应物和/或产物的储存器的存在情况来定： [0057] -如果来自用于产生可再生的能量的单元3的可再生的能量较少，就例如通过节制产生化学产品，和/或减少组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2的负荷，和/或有时使用来自储存器的所储存的能量，来减小能耗； [0058] -如果有通常规模的可再生的能量可用，就可以把这些能量用来驱动组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2。在这里，也可以按通常的规模产生化学产品。 [0059] -当可再生的能量过剩时，除了正常工作外，还可以例如产生过剩的氧和/或氢，于是可以将其储存起来； [0060] -当可再生的能量极端缺少时，在有些实施方式中，也可以利用来自外源的能量来驱动组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2。 [0061] 视储存器中的反应物或产物的储备情况而定，本发明的复合设施也可以采用另一种方式工作，也可以根据客户的愿望例如减少所产生的化学产品来予以调整。 [0062] 由这些不同的阶段也可以看到，本发明的复合设施比较复杂，这要求利用改进的控制单元进行复杂的控制，这在有些实施方式中也自动地保证了设施控制。为了进行控制，因而在有些实施方式中也需要各种不同的传感器，例如用于测量来自用于产生可再生的能量的单元3的能利用的可再生的能量，和/或也用于测量不同设施部分中的效率，和/或用于测量不同储存器内的储备状态，和/或用于测量材料输送流，其也可以利用本发明的控制单元予以检测，因而也导致利用控制单元借助于来自传感器的数据自动地调整复合设施。这也可以通过本发明的用来控制复合设施的计算机程序产品来进行。 [0063] 此外，利用本发明的复合设施还可以实现的是，对例如在制造产品比如氨时的其它波动做出反应。例如也可行的是，当存在氢时，始终都把来自组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1的氮导入到用于氨合成的设施中，因为氮无损于在这种设施内用来氨合成的催化器，或者保持氨合成的催化反应器可投入使用，而不增加氢和/或氮，也不减少氨，且不进行明显冷却。 [0064] 本发明还涵盖一种计算机程序产品，可选地为一种非瞬时性的计算机程序产品，其在本发明的控制单元中用于控制本发明的复合设施。 [0065] 计算机程序产品例如包括本发明的控制装置的控制软件SSO。在此，在有些实施方式中，该控制装置可以适应于对一定产品的市场需求，其方式例如为，将市场模块MM集成到控制软件SSO中，并利用计算机程序将所述市场模块与经销商TR的战略ST相比较，以便也根据需求来控制设施。控制软件SSO还可以具有用于设施的预估机构PR，该预估机构于是也可以作用于设施控制。这种预估机构PR也可以包括关于来自用于产生可再生的能量的单元3的能量可用性的预估，例如借助于风电站的风数据进行预估。控制软件SSO还可以给整个设施或各个设施部分建立目标规定ZV，并将其与来自控制系统SSY的实际状态IS相比较，进而协调系统内的控制。在控制软件SSO中还可以对各个单元进行比较，也针对外部情况比如来自用于产生可再生的能量的单元3的能量可用性或者在各个反应物和/或产物储存器中的储存状态进行比较，这些单元可以有限地起作用，于是可以根据这些情况来调整控制。 [0066] 在有些实施方式中，控制软件SSO也可以与控制机构通信，该控制机构可以被提供为补偿式控制器AR，且负责使得设施在由构件和规定引起的极限内工作，以便避免各个设施部分的缺陷和/或干扰。在有些实施方式中，这种补偿式控制器AR也可以集成到本发明的计算机程序产品中。 [0067] 下面借助如图2中所示的示范性的复合设施来介绍本发明，但其绝非限制本发明。 [0068] 在图2中示出了本发明的复合设施的一个实施例，其除了具有组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1外，还具有用于产生可再生的能量的单元3。用于产生可再生的能量的单元3例如为组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和电解单元2提供能量E，从而引入到产品制造中的二氧化碳是CO2中性的。来自组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1的、例如可以用于以后的氨制造的氮N2也是CO2中性的。在这个例子中，来自电解单元2的氢也是CO2中性的。于是，原材料/中间产品即二氧化碳、氮和氢可以在复合设施的例如独立的装置内比如在反应器内用来制造化学产品，所述装置在图2中用材料流的交点表示，或者作为产品例如也可以获得氢H2。作为产品，也可以获得来自组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2的氧O2，或者用于产生其它产品。化学产品例如可以是甲醇MeOH、合成燃气、甲烷、CH或燃料T等。作为产品也可以获得氨NH3。 [0069] 但在这种设施的有些实施方式中，也可以部分地或者完全地由外部能量源提供用于组合的空气分离与二氧化碳隔离设施1和/或电解单元2的能量供应。 [0070] 此外，图3示范性地示出本发明的控制装置的线路图。 [0071] 在图3的控制装置中，利用控制软件SSO对整个设施进行控制，该控制软件既在产品需求方面又在设施模块AM和产品市场的市场模块MM方面适应于设施经销商TR的战略ST。设施模块AM包括抽象形式的整个设施GA，且既基于用于整个设施的通过操作管理器OM作用于设施的预估机构PR，又基于各个设施部分，比如基于在复合设施VA中产生化学产品以及基于其产品类型PS，基于组合的空气分离与二氧化碳隔离设施KLK(在控制软件SSO中是抽象的)和/或电解单元EL(在控制软件SSO中是抽象的)，例如基于相应的负荷程度AG和基于比如通过外源EG或者通过用于产生可再生的能量的单元3在控制软件SSO中产生用于设施运行的电能EE(抽象为3a)。 [0072] 控制软件SSO然后将目标规定ZV发送至控制系统SSY，该控制系统于是相应地控制各单元控制件ES，也将实际状态IS告知给控制软件SSO。此外，控制系统SSY也对设备配置情况AK作为配置情况AK予以告知。 [0073] 另外，图3的控制装置还具有补偿式控制器AR，其利用例如由构件引起的和/或由规定引起的规则在规定的极限内控制设施，以便能够保证不受干扰的设施运行。在此，补偿式控制器AR把协调消息KN发送至控制软件SSO，用于保持所述极限，并接收协议消息PN，所述协议消息于是可以用于监视极限，且形成其它协调的基础。 [0074] 利用本发明的复合设施能够得到的CO2中性的“绿色的”产品。本发明的复合设施还可以用作针对来自用于产生可再生的能量的单元的波动的能量供应的缓冲器。本发明的复合设施也可以用作复合设施内的反应物和/或化学产物的缓冲器。 |
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