CN114072978A - 电加热的混合高温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连续进行一个或多个耗热工艺过程的方法，其特征在于至少一个耗热工艺过程是电加热的，该耗热工艺过程的反应区中的最高温度大于500℃，将至少70％的该至少一个耗热工艺过程的产物在下游工艺过程中进一步连续处理和/或通至本地能量载体网络，且该至少一个耗热工艺过程所需的电能由外部电网和由至少一个本地电源获取，其中该至少一个本地电源由至少一个本地能量载体网络中供至其年度能源需求的至少50％，且供应有来自该耗热工艺过程的产物至其年度能源需求的至多50％，其中天然气、石脑油、氢气、合成气和/或蒸汽作为能量载体储存在该至少一个本地能量载体网络中，其中该至少一个本地能量载体网路供应有来自至少一个其他化学工艺过程的至少一个其他产物和/或副产物，且其中该本地能量载体网络的总容量为至少5GWh。本发明还涉及该方法作为公共电网的分钟储备的用途，并涉及化学场所的本地能量载体网络在储存电能中的用途。

Description

电加热的混合高温方法
本发明涉及一种连续进行一个或多个耗热工艺过程的方法，其中至少一个耗热工艺过程是电加热的，该耗热工艺过程的反应区中的最高温度大于500℃，将至少70％的该至少一个耗热工艺过程的产物在下游工艺过程中进一步连续处理和/或供应至本地能量载体网络(local energy carrier network)，且该至少一个耗热工艺过程所需的电能由外部电网和由至少一个本地电源获取，其中该至少一个本地电源由至少一个本地能量载体网络中供应至其年度能源需求的至少50％的程度，且该至少一个本地电源供应有来自该耗热工艺过程的产物至其年度能源需求的不超过50％的程度，其中天然气、石脑油、氢气、合成气和/或蒸汽作为能量载体储存在该至少一个本地能量载体网络中，其中该至少一个本地能量载体网路供应有来自至少一个其他化学工艺过程的至少一个其他产物和/或副产物，且其中该本地能量载体网络的总容量为至少5GWh。本发明进一步涉及该方法作为公共电网的分钟储备的用途，并涉及化学场所的本地能量载体网络在储存电能中的用途。
使可再生能源能够使用的最大问题之一是缺乏储存容量以吸收由于对天气影响的显著依赖性而持续发生的变化。
由1980年代以来，储存可再生能源的问题一直是受关注的话题。尽管使用可再生能源，为了能够为能源用户(例如化学工业)提供按需产生的电力，能源供应商仍已考虑包括以下的措施：
US 4,776,171描述了一种能量产生和管理系统，其由多个可再生能源和多个能量储存源以及多个控制和分配站组成，从而满足工业需求。
US 2011/0081586描述了一种可再生能源与电化学或电解电池的组合，其中电化学或电解电池可平衡可再生能源中的波动，并因此使其可连续使用。
US 2008/0303348公开了一种发电厂，其仅使用可再生能源且仍能实现依赖于需求的控制。US 2008/0303348描述了一种风能、太阳能和获自燃烧生物质的能量的组合。据说发电厂可在三种能源之间连续且自发切换，从而随时廉价地满足工业的相应需求。
尽管使用波动的可再生能源，然而这些公开的重点在于能够为用户按需供电。因此，用户规定发电量，且天气决定可再生发电的部分。
US 2012/0186252描述了一种产生和建立电力的方法，其不仅仅与外部用户的需求相匹配。根据US 2012/0186252，传统发电厂使用化石和/或可再生燃料操作，且若存在电力需求，则会将产生的电力供入公共电网中。在电力需求低的时期，产生的电力在内部用于生产氢气，其随后可在Sabatier工艺过程中与二氧化碳反应以获得可再生燃料甲烷。氢气产生器可因此借助变化的生产管道减弱本地电源的缓慢动力。此外，在有过剩电力可用的时期，来自公共电网的电力用于操作内部氢气产生器。氢气产生器根据电力需求和电力供应而相应操作；当电力需求低时，发电机的电力来自本地源，而在过剩电力的时期，电力来自公共电网。该方法的缺点在于，由于氢气产生器用于将传统电厂的功率输出调节至电网的需求，因此氢气产生器作为具有不同产量输出的耗热过程操作。没有公开化工工业整合场所所需的操作模式以确保氢气产生器的稳定产量输出。
US 4,558,494描述了直接使用太阳能制备氨。该吸热方法所需的热量由传热流体提供，若可使用太阳能，则该传热流体由太阳能加热，而若无太阳能可用，则该传热流体由所产生的氨燃烧加热。因此，US 4,668,494公开了将两种不同的能源，一是太阳能，另一是氧化能，用于吸热化学方法；然而并没有描述电能源的使用。
2016年，在德国可再生能源在发电中的比例已占装机功率的50％，且占发电量的30％(日期：2017年2月26日；“Energie für Deutschland,Fakten,Perspektiven undPositionen im globalen Kontext”[全球背景下德国的能源、事实、观点和立场],Weltenergierat–Deutschland e.V.,2017)，这在接下来几年中将再次明显增加，这是由于基于可再生能源发电的技术首先是由于化石能源输送商的成本上升，其次是由于市场法规措施而在经济上具有且将保持经济吸引力。
在不久的将来，由于越来越多的可再生能源由太阳、风和水中获取的电能会供入电网，因此会出现越来越多的功率尖峰，这仅能不完全被电力消费者接受。这些功率峰值(称为过剩电力)必须借助功耗工艺过程的受控启动吸收，以确保电网稳定性。
消费者提供所谓的负控制功率。取决于所需的启动时间，将控制功率定义为次级控制功率和分钟储备功率。无论是否需要该容量，将补偿提供作为控制电源的容量(称为控制电源储备)。2016年，平均约定的负次级控制功率和分钟储备功率各为约1900MW。2016年，在德国用于初级控制功率、次级控制功率和分钟储备功率的控制功率储备支出接近2亿欧元(来自德国联邦电网机构Bundesnetzagentur的2017年的监控报告)。
经由平衡能量价格决定控制功率的使用费用。电力市场上的平衡能源价格可能远低于其发电成本，或可能基于其能源含量以低于具有含相同热值的化石燃料的价格或免费(即不付费)甚至以负价供应。2016年，平均平衡能源价格为-14.12欧元/MWh。这意指接受过剩电力的消费者会额外收到抵用单(credit note)。2016年抵用单总金额为约1078万欧元。
在德国，“可再生能源法”保证了可再生能源生产商优先供入电网。若尽管存在所有电网优化和电网开发措施的情况，但由于超容量或输送能力不足而不可避免地调降可再生能源发电机，则必须由导致调降的操作电网的电网运营商予以补偿。2016年，这些所谓的供应管理措施影响了3743.2GWh，其必须以约6.43亿欧元的成本补偿(来自Bundesnetzagentur的2017年监控报告)。
用作基本负载发电厂的热电厂的成本压力越来越大，这是由于风能和光伏发电的供应导致传统发电厂的最小过剩电力负载显著降低(降低18-20GW)。另一方面，技术限制(最小负载和启动时间)和系统稳定性要求(提供系统服务)需要传统的最小发电。简化的估算表明，保证系统的稳定性目前需要传统发电厂的最小发电量为4-20GW。该要求是为了提供足够的闲置功率和有功功率储备，以对风和光伏发电的波动供应做出反应(Statusbericht
Figure BDA0003391020410000031
im Stromsektor[电力部门灵活性要求的状态报告])。
这些问题对发电厂的可使用负载范围和反应时间提出了高要求。褐煤和硬煤电厂的启动时间为若干小时。联合循环发电厂的启动时间为约1小时。仅燃气轮机发电厂能在数分钟内启动。联合循环电厂的电厂效率为55％至60％，硬煤电厂为42％至47％，褐煤电厂为38％至43％，燃气轮机电厂为34％至40％。所有热电厂类型的可使用负载范围介于最大功率的40％至90％之间，其中在满负载区域具有最大发电厂效率。考虑到这些特征，所解决的问题是将具有高连续电力需求的消费者连接至电网，从而基本负载发电厂可在高负载下以最大连续性操作。
目前，短期电力波动借助所谓的高动力发电厂补偿，该发电厂可吸收电网运营商的系统服务范围内所讨论的负载尖峰。如今，这基本上通过抽水和加压的蓄能电厂以及天然气与蒸汽电厂实现。在前一种情况下，德国的可装置容量已基本耗尽。用于峰值负载补偿的燃气和蒸汽发电厂安装和操作几乎不被能源供应商所关注，这是由于其摊销期太长(因为其年操作时间太短)。此外，压缩空气储存发电厂的效率相对较低，为约40％至50％。
在电网中进行频率控制的情况下，使用不同速度的控制电路：响应时间小于30秒的初级控制、响应时间小于5分钟的次级控制，以及最后允许较长响应时间的三级控制。初级控制是自动触发的，并直接作用于运行中的电厂的操作状态。次级控制同样会自动触发，并可由待机模式(standby mode)活化备用容量。三级控制(或分钟储备)通常借助组织措施活化。次级控制和分钟储备可以是正的(在功率需求增加的情况下)或负的(在功率需求减少的情况下)。正次级控制和分钟储备通常借助打开储备电厂活化。负分钟储备需要能量消费者。根据现有技术和抽蓄发电厂(pumped storage power plant)，还通过大型发电厂和联合热电厂与最终消费者(例如轻型电弧炉(light arc furnace)或冷冻仓库)的容量变化实现该目的。然而，其容量分布在区域上是不均匀的(参见IDOS报告)。此外，由于可再生能源的发展，负分钟储备的需求可能会增加。2016年，德国四家电网供应商要求的负次级控制能力为约710GWh，而负分钟储备总计为约54GWh(参见来自Bundesnetzagentur 2017年第158页的监控报告)。
缓冲电力供应和需求之间差异的另一设备是蓄热装置。蓄热装置可以以热的形式储存能量。热源可例如来自燃烧过程的烟道气、电加热器、太阳能收集器。电能可产自热电工艺过程中储存的热。因此，产生热的温度越高，蓄热装置越有效。储热装置可分为三大类。显热储存装置以温度实际升高形式储存热；在潜热储存装置中，能量储存在储存介质的相变中。热化学和吸附储存装置将热能可逆地储存为化学反应热或吸附/吸收热。作为显热储存装置，使用具有高热容量的液体或固体材料。标准液体是温度范围0℃至100℃的水，温度范围0℃至400℃的传热油，温度范围250℃至570℃的硝酸盐，温度范围450℃至850℃的碳酸盐和温度范围100℃至800℃的钠。标准固体储热装置是温度范围0℃至100℃的潮湿砾石床，温度范围0℃至500℃的混凝土，温度范围0℃至800℃的砾石或沙、花岗岩或铁合金，和温度范围0℃至1000℃的砖。
所使用的潜热储存装置是在其工作范围内在固态和液态之间或液态和气态之间改变其物质状态的材料。
标准材料是水，其在0℃下用作固液潜热储存装置，且在温度范围100℃至350℃用作气液潜热储存装置。其他固液潜热储存装置是约34℃的粗石蜡、约37℃的二十烷、约44℃的月桂酸、约54℃的肉豆蔻酸、约70℃的硬脂酸、约32℃的芒硝(Na2SO4·10H2O)、约48℃的五水合物(Na2S2O3·5H2O)、约78℃的氢氧化钡八水合物(Ba(OH)2·8H2O)、约450℃的共熔氯化钠/氯化镁混合物，或约832℃的共熔氯化钠/氟化镁混合物。热化学储存装置使用可逆反应。该反应可为金属氢化物如MgH2、Mg2NiH4、Mg2FeH6的脱水，金属氢氧化物如Mg(OH)2、Ca(OH)2、Ba(OH)2的脱水，金属碳酸盐如MgCO3、PbCO3、CaCO3、BaCO3的脱羧，多价金属氧化物如PbO2、Sb2O5、MnO2、Mn2O3、CuO、Fe2O3的部分还原。所使用的吸附储存装置是盐水合物，例如MgSO4·7H2O、MgCl2·6H2O、CaCl2·6H2O、CuSO4·5H2O、CuSO4·H2O，或金属氯化物的氨化物，例如CaCl2·8NH3、CaCl2·4NH3、MnCl2·6NH3。最后，可将提供富含氢气产物的吸热高温工艺过程，例如蒸汽重整或天然气的热解，用作热化学储存装置。氢气可物理地使用或出于能量目的而使用。
储热介质的重要领域是太阳能热电厂。此处使用盐熔体、热油和混凝土储存介质。此外，发电厂中使用的储热介质可改善有关最小负载和负载变化率的负载灵活性。例如，蒸汽储存介质用于提供控制功率。
在有关能源革命和减少CO2排放物以保护气候的讨论中，化学工艺过程的电气化，特别是使用高度吸热的化学反应作为次级控制手段和过剩电力的分钟储备仍然没有多大意义。
若必须在非常高的温度水平下引入大的热流，则当前将电能主要用作非催化气体/固态和固态反应的所选能源。典型应用是冶金炉[Ullmann：冶金炉]。在工业规模上已建立的唯一相关气相工艺过程是由甲烷制备乙炔的等离子体工艺过程[Baumann,AngewandteChemie,issue B，第20卷(1948),第257-259页，1948]和在钢铁工业中制备还原性气体的工艺过程。文献确实包括在气相工艺过程中使用电能源的其他说明，然而迄今为止尚不可能由这些中开发出可在工业规模上经济使用的任何应用。
描述了用于由烷烃，特别是由甲烷和氨制备氰化氢(HCN)的电加热工艺过程。专利说明书US 2,958,584公开了在电加热的碳颗粒的流化床中由丙烷和氨制备HCN，而US 6,096,173描述了使用电晕放电以甲烷和氨的气相反应制备氰化氢。
US 7,288,690描述了烃的蒸汽裂化方法，其中裂化管是电加热的。借助该发明实现的改进基本上是使用热和功率的整合，从而同时由燃料的燃烧中产生热和电。燃料优选在驱动发电机的燃气轮机中燃烧。产生的电能用于加热裂化管。存在于燃烧废气中的实际热用于预热进料混合物。该解决方案的缺点是可用于裂化管的电加热和可用于进料混合物的预热的能量流之间的偶合。该偶合迫使两个工艺过程阶段之一处于次佳的操作状态。此外，本发明的适用性限于非热整合工艺过程。
DE 10 2013 209 883描述了一种用于以分批操作方式电化学制备氰化氢的整合设备，其可借助天气预报使其工艺过程输出适于外部电源。以类似的方式，DE 10 2012 023832描述了一种用于电化学制备乙炔的整合动态设备。经由外部电网和经由本地电源向相应的反应器供应电能，其中本地电源直接使用来自氰化氢或乙炔的生产的富含氢气的废气流，而无需中间储存用于发电。使用的动力源可为燃料电池和燃气轮机发电厂，或联合循环发电厂。将烃和氢气储存；这些储存装置具有氢气容量，可借助该工厂在48小时内产生氢气(约5000MWh)。考虑到Wobbe指数，由储存装置将烃和氢气供应至天然气网，或将烃引导回反应器。没有使用所储存的气体操作本地电源的公开。
动态操作模式的结果是，在操作可靠性方面出现了缺点，这是由于必须储存能够分解的高反应性物质如乙炔和氰化氢，以补偿波动的生产量。另一缺点是频繁的启动和关闭操作会导致反应器经历明显的温度波动，这对其寿命和操作可靠性产生不利影响。另一缺点是，用于将气体引入天然气网的设备需要在机械和设备上相当多的额外费用，这对于该工艺过程是不需要的。另一缺点是工艺过程动力学(特别是分离阶段的那些)以及天气预报的计划间隔太长，而无法将该工艺过程用作次级或三级储备。
此外，还存在关于使用等离子体产生器制备合成气的描述(37L.Kerker，R.Müller：“Das Plasmareforming-Verfahren zur Erzeugung von Reduktionsgasen”[用于产生还原性气体的等离子体重整工艺过程]，Stahl Eisen 104,(1984)，第22期，1137)和使用电或电磁工艺过程分解烃(
Figure BDA0003391020410000071
P.,Lohmüller,R.和Watson,A.M.2000.Hydrogen,2.Production.Ullmann’s Encyclopedia of IndustrialChemistry)。
然而，目前许多重要的高温工艺过程仅使用经由氧化工艺过程(由热和/或异热(allothermal))进料的能源进行。这些氧化工艺过程的缺点(即原料依赖性和原料的有限可用性，以及与氧化工艺过程相关的CO2排放)是能够熟知的。在工业规模上，这些能量密集工艺过程连续进行，因此需要持续供热。在德国，这些工艺过程所需的能量估计为300-600TWh。这大致相当于德国目前的净发电量。因此，吸热高温工艺过程具有吸收过剩电力的显著能力。
一些重要的耗热工艺过程是高温工艺过程，即在500至2500℃之间的温度下进行的工艺过程。这些非常耗能的工艺过程的代表包括蒸汽重整和干重整、脱氢，例如由伯醇至醛、由仲醇至酮、由烷烃至烯烃，和由环烷烃至环烯烃、借助甲酰胺裂解或由甲烷和氨制备氰化氢、由空气制备一氧化氮、烃的蒸汽裂解或热解，以及水的热解。蒸汽重整和干重整是用于由含碳能量载体(例如天然气、轻汽油、甲醇、生物气或生物质，以及水或二氧化碳)制备合成气、一氧化碳和氢气的混合物的工艺过程。烃的蒸汽裂化是工业上公认制备短链烯烃(特别是乙烯和丙烯)以及由含烃的能量载体(例如由页岩气、石脑油、液化气)制备芳族化合物的工艺过程。该工艺过程在动力学控制的方式进行，反应时间短。热解是将烃转化为其稳定的碳和氢气终产物的工艺过程。该工艺过程以平衡控制的方式进行，停留时间较长。
根据现有技术，吸热的高温工艺过程如蒸汽裂化或蒸汽重整需要远大于吸热反应所需的热的热输入。通常，基于吸热反应所需的热，引入的过剩热输出为80％至200％。在整合化学场所中，过剩热能输出至下游阶段，例如为了产生不同压力水平的蒸汽。以该方式，可将该设备的热效率提高至90％或更高。然而，该工艺过程的缺点是主要能源需求和相关的温室气体排放量远大于高温反应的实际需求。另一缺点是整合场所中不同设备之间的刚性能量偶合所导致的；这些偶合的作用是，各个设备的操作点仅能在严格的限制内调整。
为了使化学生产可用于能源革命，以作为可再生能源的过剩电力的汇聚点，需要用于耗能化学工艺过程的电加热的概念。由于该工艺过程通常为连续操作，因此能量供应必须将过剩电力可用性的波动脱离。除了引入过剩电力外，还相应需要至少一个其他能源。
WO 2014/090914中公开了一种以混合方式，即以化石加热或基于电的方式向反应器供热的方法。WO 2014/090914给出了使用化学工艺过程作为使用过剩电力的分钟储备的第一指示。描述了一种进行耗热高温工艺过程的方法，其中每年平均所需的总能量来自至少两种不同的能源：至少一种电能源，其提供所需总能量的0％至100％，特别是使用过剩电力，以及此外的非电能源，其提供所需的任何过剩能量。在该概念情况下的主要挑战是在两个能量源之间的转换上对设备的压力，以及在具有最小损失下，即在没有转换和选择性损失的情况下的动态转换。该解决方案的另一缺点是，可必要在暴露于高温的工艺过程区域内安装两个独立用于产生热的设备。这增加了工艺过程的复杂性和故障倾向。
EP3249027要求保护一种借助烃的蒸汽裂化制备烯烃的减少排放的工艺过程。在此，裂化管可借助由燃料的燃烧热或借助电加热而加热。在总输出恒定的情况下，可改变电加热与燃烧热的比例。还可设想将仅电加热或仅燃烧热加热的裂解管并联。本发明的一个缺点是必须在裂化炉中安装两个不同的热源。
因此，本发明的一个目的是使化学高温工艺过程可用于能源革命，作为来自可再生能源的过剩电力的接收器(sink)。另一目的是在电网中在负次级控制和/或用于频率控制的分钟储备的情况下，提供化学工艺过程作为能源用户。另一目的是使吸热化学工艺过程灵活化，使得其能够根据批发电价选择电源，由而实现经济优化。
另一目的是在电源之间转换时使输入吸热工艺过程的功率的目标变化最小化，使得生产输出不变。另一目的是使本地电源具有最大的效率和最小的CO2输出。
另一目的是将本地电源整合至吸热工艺过程的整合质量和热系统中。若使用了可快速打开或关闭的本地电源，则需要可足够快速打开或关闭的能量载体以供使用。
本发明的另一目的是找到与现有技术相比能够在电能的储存和使用方面增加灵活性的方法。
此外，本发明尽管使用了过剩电力，但仍是使所讨论的耗热工艺过程的生产率均匀化，并使对机械和设备的压力最小化。
此外，本发明将借助控制上游耗热工艺过程的负载，而不管是否过剩电力，经由下游工艺过程的需求改善下游工艺过程的计划性。
设备和方法额外具有最大的效率。此外，本发明的方法是使用传统且广泛可用的基础设施进行。此外，该方法应可以最少的方法步骤进行，且该步骤应简单且可再现。
当前，在不同的工业工艺过程中，大量的热能以废气和废热流的形式浪费，并污染了环境。该废热流的回收和使用可显著改善不同工业分支中许多加工厂的能源效率和经济效率。在化学工业的整合场所中，可用的能量载体是流体介质，其经由相关的管道网和储存容器在整个场所(本地能量载体网络)上分布。该能量载体可以是原料如天然气或液化气，商品如氢气或合成气，以及助剂如蒸汽或压缩空气。该本地能量载体网络提供足够高的容量储存机械能、热和/或可燃材料，并在需要时不延迟地提供该能量，以供本地电源。
方法：
所述目的根据本发明借助以下实现：一种连续进行一个或多个耗热化学工艺过程的方法，其中至少一个耗热工艺过程是电加热的，该耗热工艺过程的反应区中的最高温度大于500℃，将至少70％的该至少一个耗热工艺过程的产物在下游工艺过程进一步连续处理和/或供应本地能量载体网络，且该至少一个耗热工艺过程所需的电能由外部电网和由至少一个本地电源获取，其中该至少一个本地电源由至少一个本地能量载体网络中供应至其年度能源需求的至少50％的程度，且在没有中间储存下该至少一个本地电源供应有来自该耗热工艺过程的产物至其年度需求需要的不超过50％的程度，其中天然气、石脑油、氢气、合成气和/或蒸汽作为能量载体储存在该至少一个本地能量载体网络中，其中该至少一个本地能量载体网络供应有来自至少一个其他化学工艺过程的至少一个其他产物和/或副产物，且其中该本地能量载体网路的总容量为至少5GWh。
本发明进一步涉及化学场所的至少一个本地能量载体网络在储存电能中的用途，其中所使用的该能量载体为天然气、液化气或石脑油、氢气、氨、合成气、乙烯、丙烯、贫气、压缩空气和/或蒸汽，且其中该能量载体网的总容量为至少5GWh。
本地能量载体网络可分为用于热载体(例如蒸汽)的网/储存装置、用于中间体(例如氢气和合成气)的网/储存装置，以及用于原料(例如天然气和石脑油)的网/储存装置。优选使用至少两个本地能量载体网络。
优选使用至少两种不同的本地能量载体网络，其用于选自由能量载体组成的组，优选水蒸气、中间体，优选氢气和/或合成气，特别是氢气，以及原料，优选天然气和石脑油，特别是天然气。优选热载体和中间体的双组分组合，或为热载体、中间体和原料的三组分组合。
有利地，将至少一种耗热工艺过程的产物的至少50％，优选70％，特别是90％在下游工艺过程进一步连续处理和/或供应至本地能量载体网络。优选地，产物范围的百分比是50％至100％，优选70％至100％，特别是90％至100％。下游工艺过程应理解为是指将来自耗热工艺过程的产物下游转化为其他产物。
有利地，将至少一个本地电源由本地能量载体网络中供应至其年度能源需求的至少50％的程度；优选至少70％的程度，进一步优选至少80％的程度，进一步优选至少90％的程度。有利地，百分比范围是50至100，优选70至100，进一步优选80至100，特别是90至100。更优选地，至少一个本地电源仅由本地能量载体网络供应。
有利地，将至少一种本地电源与直接来自耗热工艺过程的产物一起供应至其年度能源需求的不超过50％的程度，优选不超过20％的程度，更优选不超过10％的程度。有利地，百分比范围是50至0，优选20至0，特别是10至0。
这是指该产物(用于为本地电源供应)直接由耗热工艺过程获取而没有中间储存，并引导至本地电源。更优选地，不将来自耗热工艺过程的产物流直接引导且没有中间储存地引导至本地电源。
有利地，分别由至少一个其他化学工艺过程向本地能量电网供应至少一种其他产物和/或副产物。这些其他化学工艺过程例如是烯烃工艺过程、合成气工艺过程、部分氧化、烃的热解、水电解、熔炼工艺过程和/或氢化。
例如，由工艺过程如蒸汽裂化、蒸汽重整、甲烷热解、苯乙烯合成、丙烷脱氢、合成气生产、甲醛合成供应氢能载体网。例如，由工艺过程如蒸汽裂化、蒸汽重整、乙炔工艺过程、合成气生产、丙烯酸合成、邻苯二甲酸酐合成、马来酐合成、环氧乙烷合成、甲醛合成中供应蒸汽能量载体网。例如，烃能量载体网由原料石脑油、天然气和液化气供应。
吸热工艺过程，例如蒸汽裂化、蒸汽/干重整、苯乙烯合成、丙烷脱氢、丁烷脱氢、氰化氢合成、甲烷热解，因此是能量载体源和能量载体使用者；而放热工艺过程，例如马来酐、邻苯二甲酸酐、丙烯醛和丙烯酸、环氧乙烷、甲醛、TDI/MDI，仅是能量载体源。
电源：
在一天中的任何时间，取决于当前的电源，耗热工艺过程所需的电能源可来自不同的来源。三种模式是可能的：(i)仅来自外部电源，特别是公共电网，(ii)仅来自至少一个本地电源，或(iii)共同来自一个外部电源和来自至少一个内部本地电源。
优选地，所有三种模式(i)、(ii)和(iii)可至少临时地提供至少一种耗热工艺过程所需的全部能量。
有利地，由外部电源获取的所需能量的年平均值为10％至90％，优选所需能量的25％至75％，更优选所需能量的50％至75％。有利地，由外部电源获取的所需能量的年平均值为10％至90％，所需能量的25％至75％，更优选所需能量的25％至50％。
有利地，耗热工艺过程所需的能量由电能提供至至少50％的程度，优选至少75％的程度，进一步优选至少90％的程度；特别地，所需的能量仅由电提供。有利地，百分比范围是50至100，优选75至100，特别是90至100。
连续性能有利地持续超过一天，优选超过一周，更优选超过一个月，更优选超过两个月，特别是超过六个月，在该期间，基于最大工艺过程输出，工艺过程输出变化不超过50％，优选不超过30％，优选不超过20％，特别是不超过10％。有利地，百分比范围是50至0，优选30至0，进一步优选20至0，特别是10至0。
本发明工艺过程的工艺过程输出有利地与下游工艺过程的反应物需求匹配，即来自耗热工艺过程的产物向其他产物的下游转化。
本地能量载体网络有利地具有大于5GWh，优选大于10GWh，进一步优选大于20GWh，特别是大于50GWh的总容量。有利地，总容量在10GWh至1000GWh，优选20GWh至500GWh，更优选50GWh至200GWh的范围内。
外部电源：
外部电源是指电网；这还包括整合系统发电厂，特别是启动时间超过15分钟的整合系统发电厂。
术语“电网”是指传输线、变电站和本地配电网的全部或特定部分，其使得能在电网的不同物理节点和连接至电网的不同商业、私人和大规模消费者之间传输和调节电力。
外部电源与本地内部电源之间的区别在于，外部电源所产生的电力会供入电网，许多用户可由其中获取电力。本地内部电源仅分配给一些化学耗热工艺过程，优选1至10个工艺过程，进一步优选1至5个工艺过程，特别是1至3个工艺过程。内部本地电源中产生的功率借助本地电源线传输，该电源线在频率和电压方面独立于公共电网操作。因此，基于内部电源中产生的总电能，内部本地电源中产生的功率有利地以小于20％，优选小于10％的程度供入公共电网。有利地，百分比范围是20至0，优选10至0。更优选地，内部本地电源中产生的功率不供入公共电网。
在耗热工艺过程使用率低和/或外部电源需求高的时候，本地电源可向外部电网释放功率。例如，本地电源可额外用作正次级控制电源或分钟储备电源。
若不需要由本地电源至一般公共电网的连接，则可省去复杂的控制设备。此外，本地产生的功率不需达到电网规范。
本地电源：
至少一个本地电源的有用实例有利地包括基于燃气轮机(GT)和/或蒸汽轮机(ST)和/或燃料电池的发电。
燃气轮机是本领域技术人员已知的，且例如描述于C.Lechner,J.Seume(编辑):
Figure BDA0003391020410000131
Gasturbinen[固定式燃气轮机],Springer,Berlin 2003)。用于燃气轮机的有用燃料有利地包括在各个整合场所内的可燃原料和/或废气流以及来自耗热工艺过程的各个工艺过程流，有利地包括耗热工艺过程的反应物和/或产物。
化学工业中的一个整合场所是一个具有封闭质量和能源回路的生产场所，其中生产操作、原料、化学产物、能源和废物流、物流和废物流相互连接(www.basf.com/global/en/investors/calendar-and-publications/factbook/basf-group/verbund.html)。整合场所的特点是级联生产链。产物的多样性沿该级联增加。整合发电厂通常具有三个阶段：在第一阶段制备商品、在第二阶段制备中间体，和在第三阶段制备特产物或最终产物。该级联中的每个阶段又可由一个或多个阶段组成。整合场所需要引入少量原料，例如LPG、石脑油、轻汽油、真空蒸馏残渣、芳烃、硫以及水、空气和电能，从而生产数千种不同的化合物和由其制备的配制剂。整合场所制备的产物与所用原料的数值比大于10，优选大于100，更优选大于500。
在可燃废气流中，富含氢气废气流是有利的。
实例包括来自蒸汽裂化、蒸汽重整、氨合成、甲醇合成、甲醛合成、苯乙烯生产、焦炭生产和钢铁生产的废气流。这些可燃废气流具有不同的组成，且取决于其来源，具有不同的名称，例如高炉气、焦炉气、偶合气、脱氢气、福尔马林气(formalin gas)等(WO 2014/095661 A1)。这些气体的共同特征是，其热值与普通燃料如天然气的热值相比较低。取决于其热值，气体被称为贫气(热值至多约1200kcal/Nm3)、弱气体(热值至多3000kcal/Nm3)或富气(热值至多6000kcal/Nm3)(G.Wagener.Gas-und Wasserfach 91，73,1950)。
燃料电池例如描述于Hoogers,G.(编辑).(2002).Fuel cell technologyhandbook.CRC press，例如聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、碱性燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)或固体电解质燃料电池(SOFC)。
使用富含氧废气流的氧燃料电厂还可用作本地电源。
作为替换或额外地，有用的本地电源是蒸汽轮机的发电。
若将氢气用作本地发电的来源，则以下工艺过程特别有利：燃气轮机、SOFC和/或MCFC和/或PEMFC和/或AFC。氢气驱动的燃气轮机有利地在高达1500℃的入口温度下工作，且效率高达41％。SOFC有利地在650℃和1000℃之间的温度下工作，且效率高达60％。MCFC有利地在650℃和1000℃之间的温度下工作，且效率高达60％。PEMFC有利地在50℃和180℃之间的温度下工作，且效率高达50％。AFC有利地在20℃和80℃之间下工作，且效率高达70％。
若将烃用作本地发电的来源，则以下工艺过程特别有利：燃气轮机和/或SOFC和/或MCFC。天然气驱动的燃气轮机有利地具有高达1230℃的入口温度，且效率高达39％。SOFC有利地在650℃和1000℃之间的温度下工作，且效率高达60％。SOFC有利地在550℃和700℃之间的温度下工作，且效率高达55％。
以下是优选本地电源的表格概述：
Figure BDA0003391020410000151
Figure BDA0003391020410000161
燃气轮机：
(1a)：由关闭状态至全功率的启动时间有利地为30秒至30分钟，优选60秒至20分钟，更优选90秒至10分钟(例如：对于SIEMENS SGT-A65型号而言，规定达到＜7分钟的全功率的冷启动时间)。
(1b)：功率有利地是标称功率的40％至120％，优选标称功率的50％至110％，更优选标称功率的60％至105％。(参见：C.Lechner,J.Seume(编辑):
Figure BDA0003391020410000162
Gasturbinen，第190页)。
(1c)、(5c)、(6c)：这些产生器产生的废气是热的，使得其中存在的能量可用于产生蒸汽。蒸汽可驱动蒸汽轮机并产生额外的电能。以该方式，化学能转化为电能的效率可明显提高(高达20％)。在准稳态操作中，燃气轮机的出口温度为约650℃(参见：C.Lechner,J.Seume(编辑):
Figure BDA0003391020410000163
Gasturbinen,第124页)，SOFC的出口温度为约700℃，且MCFC的出口温度为约550℃(参见Wikipedia“燃气轮机”，：T(op)-100K)。
蒸汽轮机：
(2a)：蒸汽轮机由待机状态的启动时间有利地是10分钟至60分钟。在待机状态下，有利地将涡轮预热至300℃并以低速(约1Hz)旋转(参见：Wikipedia“Dampfturbine”)。
(2b)：功率有利地是标称功率的10％至120％，优选标称功率的20％至110％，更优选标称功率的40％至105％(参见：Statusbericht
Figure BDA0003391020410000164
im Stromsektor[电力部门灵活性要求的状态报告]，第4章)。可在调节速度的同时使蒸汽轮机停转，直到其完全空转，条件为确保蒸汽供应。
(2c)：蒸汽轮机有利地与燃烧分离，该燃烧提供用于蒸汽产生和蒸汽过热的能量。在整合场所中，蒸汽轮机可有利地由存在的蒸汽网中供应。利用这种构造，可使用各种燃料产生蒸汽。蒸汽可储存在大量的蒸汽网中，例如10m3至100000m3，因此可缓冲化学能的可用性变化。
(2d)：蒸汽轮机发电机可有利地直接或间接地偶合至产生热废气的发电机类型，例如GT、SOFC或MCFC。直接偶合意指来自上游发电机的废气流用于在蒸汽轮机中(例如在联合循环发电厂中)产生蒸汽。“间接”是指废气流由上游发电机产生蒸汽，将该蒸汽供应至整合场所的蒸汽网中。蒸汽轮机可由该网供应。
燃料电池：
(3a)、(4a)：PEMFC和AFC的启动时间有利地为10秒至15分钟，优选20秒至10分钟，更优选30秒至5分钟。PEMFC和AFC的操作温度为约80℃。室温下电极反应的动力学已足以产生电能。在整合场所中，可有利地使用废热流以使得燃料电池毫无困难地保持在操作温度下。
(3b)、(4b)：PEMFC和AFC的操作导致的CO2排放量小于50gCO2/kWel，优选小于20gCO2/kWel，更优选小于5g CO2/kWel；特别地不会排放CO2。PEMFC和AFC有利地使用氢气作为燃料。
(3c)、(4c)、(5b)、(6b)：燃料电池发电机的可使用功率范围有利地为最大功率的1％至100％，优选最大功率的5％至90％，更优选最大功率的10％至70％。
(3d)、(4d)、(5c)、(6c)：燃料电池发电机的电效率取决于电池电压有利地以严格单调的方式增加，且负载取决于所产生的电流有利地以严格单调的方式增加。电池电压在空转时最高，并随功率输出的上升而下降。这意指燃料电池在部分负载下的效率大于在满负载下的效率。该特性与涡轮发电机的特性相反，后者在满负载下具有最高效率。因此，燃料电池发电机具有更宽的可使用功率范围，且适合于连续功率控制。
本地电源的启动和关闭：
本地电源的启动或关闭时间有利地短于电网中分钟储备的所需响应时间(＜15分钟)，优选短于次级控制的所需响应时间(＜5分钟)，更优选短于初级控制所需的响应时间(＜30秒)。
由静止状态开始，以下电源会在15分钟的启动时间内达到满负载：燃气轮机发电机、PEMFC发电机和AFC发电机。此外，由静止状态开始，以下电源会在5分钟的启动时间内达到满负载：PEMFC和AFC。
由部分负载操作开始，列出的所有电源都能够在15分钟的过渡时间内达到满负载。此外，由部分负载操作开始，以下电源会在5分钟的过渡时间内达到满负载：GT、PEMFC、AFC、SOFC、MCFC。在蒸汽轮机发电机的情况下，功率的增加速率受到蒸汽可用性的限制。若直接由蒸汽网中给蒸汽轮机供电，则蒸汽轮机发电机会达到满负载，过渡时间为5分钟。此外，燃气轮机发电机或蒸汽轮机发电机由有利地为80％负载，优选85％负载，更优选90％负载的操作状态开始在30秒内达到满负载。此外，PEMFC发电机或AFC发电机由60％的负载，优选70％的负载，更优选80％的负载开始在30秒内达到满负载。此外，SOFC发电机或MCFC发电机由70％的负载，优选80％的负载，更优选90％的负载开始在30秒内达到满负载。
由任何操作状态开始，列出的所有电源都能够在30秒内将电功率降低至零。
能量载体：
用于本地电源操作的能量载体有利地是可储存在具有足够容量的整合场所中的介质。这些介质有利地是可燃的液体或气体原料、在整合场所可用于其的分配网的可燃的气体或液体商品，或是可储存机械能、实际热(tangible heat)或潜热且可在场所上分配的非反应性气体、液体或固体能量载体。这些介质优选是天然气、液化气或石脑油、氢气、氨气、合成气、压缩空气、蒸汽或可再生的固态储存介质。该介质更优选是天然气、氢气或蒸汽。
固体或液体产物有利地在环境压力下或在其自发蒸气压下储存。这是由于液体实际上是不可压缩的。
与气体和蒸气不同的是：这些介质是可压缩的，这意指其密度(并因此能量密度)会随着压力的升高而增加。
实施例：
1.天然气有利地在低于50巴下在管道中输送。
2.氢气有利地在两个压力水平(40巴和325巴)下储存和分布在整合系统网络中。高压的原因是高反应压力促进了氢化(作为减少摩尔数的反应)。
3.蒸汽有利地在不同的压力水平下储存，从而使用沸腾温度/冷凝温度的压力依赖性。蒸汽在沸点范围内作为热载体工作。由于相变，可以非常好的热传递且温度没有任何变化地吸收(在蒸发的情况下)或释放(在冷凝的情况下)大量的热。为此，蒸汽在不同的压力水平下储存。每个压力水平都分配有一个有效的温度范围：
1.5巴→110℃
4巴→140℃
6巴→155℃
11巴→180℃
16巴→200℃
24巴→220℃
40巴→250℃
100巴→310℃
117巴→320℃
取决于能量载体，本发明的方法可以不同的方式配置。
作为能量载体的蒸汽：
有利地，本发明的方法的这种配置具有一种或两种本地电源。若本发明的方法具有一种本地电源，则其有利地是燃气轮机发电机、蒸汽轮机发电机、PEMFC发电机、AFC发电机、SOFC发电机或MCFC发电机。一个电源优选是蒸汽轮机发电机、PEMFC发电机或AFC发电机。一个电源更优选是蒸汽轮机发电机。当本发明的方法具有两种本地电源时，第一电源有利地是燃气轮机发电机、PEMFC发电机、AFC发电机、SOFC发电机或MCFC发电机，且第二电源是蒸汽轮机发电机；优选地，第一电源为燃气轮机发电机、SOFC发电机或MCFC发电机，且第二电源为蒸汽轮机发电机；更优选地，第一电源是燃气轮机发电机，且第二电源是蒸汽轮机发电机。对于每种电源，1-10个单元，优选1-5个单元，更优选1-2个单元分配给耗热工艺过程。
在本发明的方法的这种构造中，蒸汽轮机发电机呈特殊作用。蒸汽轮机有利地由本地蒸汽槽、本地设备的蒸汽管道或蒸汽网供应蒸汽。蒸汽轮机优选由整合场所的蒸汽网中抽出其蒸汽。因此，驱动蒸汽轮机的蒸汽是永久可用的，且不再限制蒸汽轮机发电机(例如蒸汽锅炉或蒸发冷凝器的蒸汽管道)的动力。蒸汽网有利地由中央蒸汽发电机或分布在整合场所上的多个蒸汽发电机供应。蒸汽网优选由至少两个蒸汽发电机供应。更优选地，蒸汽网经供入分布在整个整合场所中的使用本地热源的蒸汽发电机。蒸汽发电机可以是化学反应器的蒸发冷凝器或蒸汽锅炉，其可借助燃料、可燃废气流或电加热。蒸汽网中的压力有利地为4巴至200巴，优选6巴至150巴，更优选8巴至130巴。网中的温度有利地为150℃至700℃，优选200℃至650℃，更优选250℃至600℃。
蒸汽网的体积有利地为1000m3至10000000m3，优选5000m3至5000000m3，更优选10000m3至2000000m3。储存在蒸汽网中的蒸汽的内部能量有利地为1MWh至150000MWh，优选10MWh至75000MWh，更优选20MWh至50000MWh。
作为能量载体的氢气：
有利地，本发明的方法的这种配置具有一种或两种本地电源。若本发明的方法具有一种本地电源，则其有利地是燃气轮机发电机、蒸汽轮机发电机、PEMFC发电机、AFC发电机、SOFC发电机或MCFC发电机。一个电源优选是PEMFC发电机或AFC发电机。一个电源更优选是AFC发电机。当本发明的方法具有两种电源时，第一电源有利地是燃气轮机发电机、PEMFC发电机、AFC发电机、SOFC发电机或MCFC发电机，且第二电源是PEMFC发电机或AFC发电机；优选地，第一电源为燃气轮机发电机、SOFC发电机或MCFC发电机，且第二电源为PEMFC发电机或AFC发电机；更优选地，第一电源是燃气轮机发电机，且第二电源是AFC发电机。对于每种电源，1-10个单元，优选1-5个单元，更优选1-2个单元分配给耗热工艺过程。
在本发明的这种配置中，低温燃料电池呈特殊作用。燃料电池有利地由整合场所的氢气网供应。氢气在工业规模上借助以下制备：煤气化、烃的裂解、天然气、液化气或石脑油的部分氧化、蒸汽重整或自热重整、甲醇的重整、有机化合物的脱氢、水的水电解，或氯碱电解。有利地，借助变压吸附或借助膜方法纯化氢气，将其压缩并引入氢气网中。例如，BASF在路德维希港的整合场所具有40巴的网和325巴的氢气网。借助这个网，氢气分配至约80个操作中，且甚至有些输出。用作本地电源的燃料电池可以两种模式操作：在正常模式下用作发电机或在反向模式下用作氢气发电机，在这种情况下，使用电能将水分解为氢气和氧气。
氢气网的体积有利地为100m3至100000m3，优选200m3至50000m3，更优选500m3至20000m3。储存在氢气网中的热能有利地为250MWh至250000MWh，优选500MWh至120000MWh，更优选1000MWh至50000MWh。
作为能量载体的天然气：
有利地，本发明的方法的这种配置具有一种或两种本地电源。若本发明的方法具有一种本地电源，则其有利地是燃气轮机发电机、蒸汽轮机发电机、SOFC发电机或MCFC发电机。单一电源优选是燃气轮机发电机或SOFC发电机。更优选地，单一电源是燃气轮机发电机。若本发明的方法具有两种电源，则第一电源有利地是燃气轮机发电机、SOFC发电机或MCFC发电机，且第二电源是SOFC发电机或MCFC发电机；优选地，第一电源是燃气轮机发电机，且第二电源是SOFC发电机。对于每种电源，有利地，1-10个单元，优选1-5个单元，更优选1-2个单元分配给耗热工艺过程。
天然气网的体积有利地为1000m3至1000000m3，优选2000m3至500000m3，更优选5000m3至200000m3。天然气网中储存的热能有利地为500MWh至500000MWh，优选1000MWh至200000MWh，更优选2000MWh至100000MWh。
负载开关：
本发明的方法有利地借助负载开关控制电能源，该负载开关控制本地和外部电源之间的切换或增加或对其中一个电源节流。有利地，可不连续地和/或连续地调节电源的比例。负载开关对于熟练的电气工程师是已知的。
有利地，开关以不连续的步骤进行，特别是在部分负载不相容的本地电源的情况下。作为替换，开关是连续进行的，特别是在部分负载相容的本地电源的情况下。
用于负载开关的控制参数有利地是电力价格。优选地，当外部电力比由本地电源的本地生产的电力便宜时，则所需能量由外部电源获取：例如在所谓的过剩电力和/或夜间电力可用的时段(夜间电力定义为在晚上，例如晚上10点至早上6点之间所提供的电能，且其电价低)。
根据德国议会报告，过剩电力定义为在给定时间可用容量下可生产的电能与消费者正在使用的电能之间的差。电力市场上的过剩电力以远低于其发电成本的价格提供，或以低于含相同热值的化石燃料的价格(基于其能量含量)或免费(即不付费)，甚至以负价的价格提供。
优选地，每年平均至少25％，更优选至少50％的电能由公共电网借助过剩电力和/或夜间电力，优选过剩电力提供。
优选地，平均每年，外部电源所需能量的25％至100％，更优选50％至100％由过剩电力和/或夜间电力提供。然而，更优选地，由外部电源的所有能量由过剩电力和/或夜间电力，优选过剩电力提供。
电源变化：
有利地，在进行耗热工艺过程期间改变电源。电源的改变应理解为是指一个或多个本地电源的接通或断开，或外部电源，特别是公共电网的接通或断开。此外，电源的变化应理解为是指增加或对其中一个电源节流。
有利地，在切换期间，供应给工艺过程的电能减少或变化为总功率的最大10％，优选最大5％，特别是最大1％。有利地，百分比范围是10至0，优选5至0，特别是1至0。低波动可借助本地电源和负载开关的快速响应时间实现。该响应时间有利地小于30分钟，优选小于15分钟，更优选小于5分钟。
有利地，根据本发明，耗热工艺过程在切换期间保持其操作状态：有利的是，在过渡时间内耗热工艺过程的转化率的变化不超过2％，优选不超过1％，更优选不大于0.5％，特别是不大于0.2％。有利地，能源的变化仅略微改变高温工艺过程的副产物选择性；优选副产物选择性增加不超过1％，优选不超过0.5％，特别是不超过0.2％(绝对)。
反应器构思：
本发明的吸热方法有利地在填充反应器、管式反应器或轻型电弧反应器中进行(参见Henkel,K.D.(2000).反应器类型和其工业应用.Ullmann’s Encyclopedia ofIndustrial Chemistry)。
加热：
现有技术中存在多种不同的解决方案，用于经由电力为耗热工艺过程提供热能：此处应提及的是例如感应或电阻方法、等离子体方法，借助导电加热组件/接触表面进行加热和/或微波。
能量的直接供电可借助感应或电阻实现。在两种情况下，反应器空间中的反应器壁或填料有利地构成相应的电阻。特别优选的是电阻变体，因为在此由于外部电力的供应结束而引起的所有电损耗直接有益于填料的加热。
填料在此可采取流化床、移动床或固定床的形式。
在优选的实施方式中，两个或更多个电极安装在填料中，在该两个或更多个电极之间，填料用作电阻且由于电流流过时的导电损耗而加热。电流可横向于填料的流动方向或纵向。
在间接电能供应的情况下，电加热体，例如加热棒或加热盒，布置在反应器壁的周边或嵌入填料中。当电流流过该电加热体时，这些电加热体加热，并将该热释放至反应器壁或其周围的填料。
除了电能源以外，还可关注其他非电源，例如热载体如烟道气、过热蒸汽或熔体。存在于热载体中的实际和/或潜热可经由内部零件如传热管或热管传递给填料或流体工艺过程流。
移动床反应器：
用于本发明的方法的反应器有利地包含导电材料的固体颗粒的无规堆积。填料在高度上可以是均匀的或结构化的。均匀填料可有利地形成固定床、移动床或流化床。根据高度而结构化的填料有利地在下部形成固定床，且在上部形成流化床。作为替换，结构化的填料有利地在下部形成移动床且在上部形成流化床。
反应器的载体材料有利地在500至2000℃，优选1000至1800℃，进一步优选1300至1800℃，更优选1500至1800℃，特别是1600至1800℃的范围内是热稳定的。
载体材料有利地在10S/cm和105S/cm之间的范围内导电。
载体材料有利地具有300至5000kJ/(m3K)，优选500至3000kJ/(m3K)的体积比热容。
有用的耐热载体材料，特别是用于甲烷热解的耐热载体材料，有利地是碳质材料，例如焦炭、碳化硅和碳化硼。载体任选地已涂覆有催化材料。这些热载材料相对于沉积在其上的碳可具有不同的膨胀能力。
载体材料有利地具有规则和/或不规则的几何形状。规则形状的颗粒有利地是球形或圆柱形的。
载体材料有利地具有0.05至100mm，优选0.1至50mm，进一步优选0.2至10mm，特别是0.5至5mm的粒度，即可借助用特定的筛目尺寸筛分而测定的当量直径。
移动床模式：
载体材料有利地与反应气体逆流供应。为此，将反应空间合理地实施为竖直轴或由顶部向下变宽的轴，使得在重力作用下引起移动床的移动。然而，载体材料还可作为流化床引导通过反应空间。两种变体均允许连续或准连续的操作模式。
有利地，在传热区域中的气体和固体填料之间的热交换中的传热阻力具有0.01至5m，优选0.02至3m，更优选0.05至2m，特别是0.1至1m的热传单元长度或传热单元高度(height-of-transfer units，HTU)。HTU的定义采自http://elib.uni-stuttgart.de/bitstream/11682/2350/1/docu_FU.pdf第74页。
热容流量是物质流的质量流量和比热容的乘积。有利地，热容流的比率为0.5至2，优选0.75至1.5，更优选0.85至1.2，特别是0.9至1.1。经由进料流以及任选地经由支流的侧进料或侧取出调节热容量流的比率。
使用移动床或流化床，载体进入反应器时的温度有利地为0至300℃，优选10至150℃，特别是50至100℃。进入反应器时反应物气体的温度有利地为0至100℃，优选10至50℃。
在这种操作模式下，可非常快速地冷却在高温区域中形成的产物气体，有利的是＞200K/s，优选＞300K/s，更优选＞500K/s，特别是＞1000K/s。
反应器：
有利地，对于本发明的方法，使用电加热的填充的压力额定设备，其中该设备有利地划分为上部、中部和下部设备部分。在中间部分，有利地，至少一对电极以竖直布置安装，且所有电极有利地设置在导电固态填料中。上部和下部设备部分的比电导率有利地为105S/m至108S/m。中间设备部分有利地与固体填料电绝缘。上部和下部设备部分有利地与中间设备部分电绝缘。上部电极有利地经由上部设备部分连接，且下部电极有利地经由下部设备部分连接，或电极分别经由一个或多个与这些部分电接触的连接组件连接。
上部电极和下部电极的截面积与相应的电流传导连接组件的截面积的比，或在不使用连接组件下，上部电极和下部电极的截面积与相应的电流传导装置部分的截面积的比有利地为0.1至10，优选0.3至3，特别为0.5至2。
有利地，电极的截面积(例如，网形式的电极的所有电极焊盘的截面积)在0.1cm2至10000cm2，优选1cm2至5000cm2，特别是在10cm2至1000cm2的范围内。有利地，导电连接组件的截面积在0.1cm2至10000cm2，优选1cm2至5000cm2，特别是10cm2至1000cm2的范围内。
在不使用连接组件下(在电极与装置的上部或下部之间)，上部和/或下部电极(优选上部和下部电极)的截面积与相应的电流传导装置部分的截面积的比有利地为0.1至10，优选0.3至3，特别是0.5至2。有利地，电极的截面积在0.1cm2至10000cm2，优选1cm2至5000cm2，特别是10cm2至1000cm2的范围内。有利地，上部和/或下部设备部分的截面积在0.1cm2至10000cm2，优选1cm2至5000cm2，特别是在10cm2至1000cm2的范围内。
反应器填料有利地以移动床进行。相应地，反应器有利地分为多个区域。由底部向上的布置有利地如下：用于载体的出口、气体入口、下部传热区、下部电极、加热区、任选地具有侧取出的上部电极、上部传热区、气态产物流的出口和载体流的进料。
下部传热区是进气口的上边缘与下部电极的上边缘之间的垂直距离。
上部传热区是上部电极的下端与固态填料的上端之间的垂直距离。
反应器截面中每个点的加热区定义为上电极下端和下电极上端之间的垂直距离。
有利地，上电极的下侧和下电极的上侧在整个反应器截面上是水平的。因此，加热区的长度，特别是电极之间的距离，在整个反应器截面上有利地是均匀的。加热的反应器截面有利地为0.005m2至200m2，优选0.05m2至100m2，更优选0.2m2至50m2，特别是1m2至20m2。加热区的长度有利地在0.1m至100m之间，优选0.2m至50m之间，更优选0.5m至20m之间，特别是1m至10m之间。长度与加热区的当量直径的比有利地为0.01至100，优选0.05至20，更优选0.1至10，最优选0.2至5。
电极有利地位于固态填料内(参见图1和图2)。固态填料的上边缘(在倾斜的情况下为最低点)与电极板的上边缘之间的垂直距离，或在不使用电极板下，上电极处的电极焊盘的下边缘之间的垂直距离有利地为10mm至5000mm，优选100mm至3000mm，进一步优选200mm至2000mm。该部分有利地为固态填料总高度的1％至50％，优选2％至20％，更优选5％至30％。
电极可采取本领域技术人员已知的所有形式。例如，电极采取网或棒的形式。电极优选采取网的形式。对于网形式而言，可关注各种配置变体：例如，由有利的规则多边形组成的蜂窝形式的网、由平行槽脊(land)形成的矩形网、轮辐形式的网或由同心环组成的网。特别优选的是辐条形式的网，其有利地具有以星形形式布置的2至30个槽脊和由同心环组成的网。
电极的截面阻塞有利地在1％至50％之间，优选在1％至40％之间，更优选在1％至30％之间，特别是在1％至20％之间。
特别优选的是呈网形式的电极，其固定地安装在上部或下部装置部分的内部，例如罩，或固定在连接组件，例如固定在装置部分上的裙部。
固定支架应理解为是指刚性体与其环境的连接，借助该刚性体，防止刚性体与其环境之间在所有方向上的相对运动。
在星形和分形刻度网的情况下，电极焊盘有利地在其外端连接至反应器罩或反应器罩的裙部。
电极与反应器罩或裙板之间的接触面积有利地在0.1cm2至10000cm2之间，优选在1cm2至5000cm2之间，特别是在10cm2至1000cm2之间。
导电反应器罩的裙部的截面积与固态填料的截面的比有利地为0.1％至20％，优选0.2％至10％，更优选0.5％至5％。
在罩式电极单元中，有利地，所引入的总电能的小于5％，优选小于2％，优选小于1％，特别是小于0.1％耗散。优选地，耗散能量的范围是0％至5％，优选0％至2％，特别是0％至1％。因此，电能实际上可基本完全用于电极之间填充物的加热。
电极的材料，即焊盘和电极板，有利地是铁、铸铁或钢合金、铜或铜基合金、镍或镍基合金、耐火金属或基于耐火金属的合金，和/或导电陶瓷。更具体地，焊盘由例如根据DINEN 10027-2(发行日：2015年7月)材料编号为1.0401、1.4541、1.4571、1.4841、1.4852、1.4876的钢合金；例如材料编号为2.4816、2.4642的镍基合金；特别是材料编号为3.7025、3.7035、3.7164、3.7165、3.7194、3.7235的钛构成。在耐火金属中，Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W或其合金是特别有利的；优选Mo、W和/或Nb或其合金，特别是钼和钨或其合金。此外，焊盘可包含陶瓷如碳化硅和/或碳如石墨，其中陶瓷可为整块或纤维增强的复合材料(例如陶瓷基体化合物CMC，例如碳纤维复合材料CFC)。
吸热工艺过程：
根据本发明，耗热工艺过程有利地是吸热高温工艺过程，优选其中反应区的能量消耗大于0.5MW/m3，更优选大于1Mw/m3，特别是大于2MW/m3的工艺过程。例如，反应区的能耗可能在0.5和10MW/m3之间。
耗热工艺过程有利地在小于5体积％，特别是小于2体积％的氧气浓度下，特别是以无氧的方式进行。
反应区中的最高温度有利地大于500℃，优选大于800℃。例如，反应区中的温度在脱氢反应的情况下，在500至2500℃，优选在700至1800℃，例如500至800℃的范围内；例如，反应区中的温度在重整反应的情况下，在700至1000℃的范围内；例如，反应区中的温度在蒸汽裂化反应的情况下，在800至1100℃的范围内；例如，反应区中的温度在热解反应的情况下，在800至1500℃的范围内；例如，反应区中的温度在碳气化反应的情况下，在800至1200℃的范围内。
有用的耗热工艺过程有利地包括以下工艺过程：合成气、氢气、苯乙烯、烯烃(特别是乙烯、丙烯和丁烯)、丙烯、苯、乙炔、萘、一氧化碳、氢氰酸、一氧化氮、氰化氢和/或热解碳的制备，以及氢氧化铝的煅烧。优选以下方法：蒸汽重整和干重整、烃的蒸汽裂化或干裂解，特别是甲烷、乙烷、丙烷和/或丁烷的热解、水的热解、乙苯脱氢为苯乙烯、丙烷脱氢为丙烯、丁烷脱氢为丁烯和/或环己烷脱氢为苯，以及乙炔的热解制备、由甲烷制备苯、二氧化碳还原成一氧化碳、由天然气和氮气制备氰化氢，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。
优选进行以下高温反应，更优选在移动床反应器中进行：
-借助用蒸汽和/或二氧化碳重整烃制备合成气，借助烃的热解共同产生氢气和热解碳。合适的载体材料特别是碳质颗粒、含碳化硅的颗粒、含镍的金属颗粒。
-由甲烷和氨或由丙烷和氨制备氰化氢。合适的载体材料特别是碳质颗粒。
-借助烃的蒸汽裂化制备烯烃。合适的载体材料特别是碳质颗粒、含碳化硅的颗粒。
-甲烷偶合生成乙烯、乙炔和苯。
-借助烷烃的催化脱氢制备烯烃，例如由丙烷制备丙烯或由丁烷制备丁烯。合适的载体材料特别是涂覆有脱氢催化剂的含碳化硅的颗粒或含铁的成型体。
-借助乙苯的催化脱氢制备苯乙烯。合适的载体材料特别是涂覆有脱氢催化剂的含碳化硅的颗粒或含铁的成型体。
-借助烷烃或烯烃的催化脱氢制备二烯烃，例如由丁烯或丁烷制备丁二烯。合适的载体材料特别是涂覆有脱氢催化剂的含碳化硅的颗粒或含铁的成型体。
-借助醇的催化脱氢得到醛，例如由甲醇得到无水甲醛。合适的载体材料特别是涂覆有脱氢催化剂的含银的颗粒或含碳化硅的颗粒，或含铁的成型体。-借助Boudouard反应由CO2和碳制备CO。合适的载体材料特别是碳质颗粒。
-在催化剂上借助催化水热解制备氢气和氧。合适的载体材料特别是以例如铁氧体的裂解催化剂涂覆的含碳化硅或含铁的颗粒。
合成气有利地用于下游工艺过程如甲醇合成、氨合成、羰基合成，费-托合成(“Synthesegas”[合成气]页，在Wikipedia，最后编辑的自由百科全书：2020年3月10日，17:41UTC中。URL https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Synthesegas&oldid＝197642178)。
氢气有利地用于下游工艺过程如煤加氢、氨合成、脂肪加氢、炔烃的选择性加氢、硝基基团加氢成胺(“Wasserstoff”[氢气]页，在Wikipedia，最后编辑的自由百科全书：2020年3月15日，16:31UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Wasserstoff&oldid＝197790800)。
工业上最重要的烯烃包括乙烯、丙烯和丁烯。乙烯有利地在下游工艺过程转化为转化产物，例如聚乙烯、二氯乙烷、环氧乙烷、乙苯(“Ethen”[乙烯]页，在Wikipedia，最后编辑的自由百科全书：2020年4月23日，09:31UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Ethen&oldid＝199192096)。
丙烯在下游工艺过程中有利地转化为转化产物如丙酮、丙烯醛、丙烯腈、丙烯酸、烯丙基化合物、丁醛、1-丁醇、聚丙烯、环氧丙烷、丙烷-1,2-二醇、丙烷-1,3-二醇、百里酚(“Propen”[丙烯]页，在Wikipedia，最后编辑的自由百科全书：2019年10月1日，18:51UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Propen&oldid＝192770628)。
丁烯有利地在下游工艺过程中转化为转化产物如2-丁醇、2-丁酮、丁二烯、甲基叔丁基醚或乙基叔丁基醚(“Butene”[丁烯]页，在Wikipedia，最后编辑的自由百科全书：2019年9月3日，07:11UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Butene&oldid＝191929887)。
丁二烯在下游工艺过程转化为转化产物如合成橡胶、丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物、己二腈(“1,3-Butadien”[1,3-丁二烯]页，在Wikipedia，最后编辑的自由百科全书：2020年5月2日，13:49UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝1,3-Butadien&oldid＝199535563)。
氢气有利地在下游工艺过程转化，例如…(
Figure BDA0003391020410000301
P.,Lohmüller,R.和Watson,A.M.2000.Hydrogen,2.Production.Ullmann’sEncyclopedia of IndustrialChemistry)。
苯在下游工艺过程转化为转化产物如乙苯、异丙苯、环己烷、硝基苯(“Benzol”[苯]页，在Wikipedia，最后编辑的自由百科全书：2020年4月20日，18:09UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Benzol&oldid＝199100597)。
苯乙烯有利地在下游工艺过程转化为转化产物如聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚酯树脂(“Styrol”[苯乙烯]页，在Wikipedia，最后编辑的自由百科全书：2020年4月21日，09:59UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Styrol&oldid＝199119904)。
氰化氢有利地在下游工艺过程转化为转化产物如己二腈、丙酮氰醇、三聚氯化氰(“Cyanwasserstoff”[氰化氢]页，在Wikipedia，最后编辑的自由百科全书：2020年4月23日，13:21UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Cyanwasserstoff&oldid＝199198613)。
一氧化碳有利地在下游工艺过程转化为转化产物如光气、甲酸、甲酸甲酯、乙酸、乙酸酐。此外，一氧化碳是合成气的一种组分(“Kohlenstoffmonoxid”[一氧化碳]页，在Wikipedia，最后编辑的自由百科全书：2020年4月19日，06:01UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Kohlenstoffmonoxid&amp；oldid＝199031788)。
甲醛有利地在下游工艺过程转化为转化产物如1,4-丁二醇、亚甲基二苯基二异氰酸酯、聚甲醛、酚醛树脂和氨基树脂(“Formaldehyd”[甲醛]页，在Wikipedia，最后编辑的自由百科全书：2020年5月3日，12:08UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Formaldehyd&oldid＝199572039)。
对于本发明方法的优选变体，以表格形式总结了最高温度目标值的范围：
Figure BDA0003391020410000311
强耗热的工艺过程，优选高温工艺过程，特别是直接电加热的填充反应器中的高温工艺过程，特别适合于电能的使用，这是由于此处可以高的放热效率将电能转化为热。
Figure BDA0003391020410000312
是系统内能的一部分，可转换为机械能而不增加熵。通常电能转化为热能会破坏一定比例的
Figure BDA0003391020410000313
该比例会随着散热器的温度程度升高而减小，在当前情况下会随着高吸热高温工艺过程的温度升高而降低。
可将耗热工艺过程的产物，特别是氢气、合成气和/或烯烃，有利地供入整合场所的供应网中。
次级规定和分钟储备：
本发明还涉及本发明的方法作为次级控制的减载能力和/或公共电网的分钟储备的用途。本发明的方法允许使用高温方法作为次级控制的减载能力和/或作为电网频率控制操作中的分钟储备。借助本发明的方法，该高温方法可快速启动，且还可接受300至600TWh的大量能量。当以连续形式操作时，这些方法可永久用于提供过剩电力，例如夜间功率。
优点：
本发明借助连续操作的电加热的耗热工艺过程能够持续接受过剩电力。因此，大规模化学方法可用作次级控制的减载能力和/或分钟储备。这可改善电网稳定性，并显著增加对可再生能源的使用。此外，由于使用了耗热工艺过程的减载能力以利于电网调节，因此改善了其盈利能力。
此外，本发明使得能够进行耗热工艺过程的需求控制的负载使用，而不管公共电网中过剩电力的可用性。这改善了下游工艺过程的生产计划性；最小化对高价值以及高反应性且因此有害的中间体的储存需求。此外，借助利用来自具有高容量的整合系统网络的能量载体供应内部电源，且抵销各个工艺过程的干扰，而改善内部电源的供应安全性。
直接电加热的移动床反应器用作具有高热容量的奥姆负载。结果，其还可由未达到向公共电网供应的规范的来源供应。更特别地，还可将过剩电力用于耗热工艺过程而无需中间储存(即以实际上无损耗的方式)，其效率有利地大于90％，优选大于95％，特别是大于98％，即有利地在95％至100％，优选98％至100％的范围内，且因此使用其成本优势而无明显限制。
由于提供加热输出的高温水平，因此在本发明的方法的实施中的
Figure BDA0003391020410000321
损失优选小于所引入电能的60％，更优选小于50％，特别优选小于40％，特别是小于25％。
因此，本发明可用作过渡至电驱动化学工艺过程(能量革命)的技术平台。这为在经济有吸引力上使用过剩电力和提供分钟储备提供了基础。因此可降低能源成本。
整合场所具有基础结构以大量储存能量载体如天然气、轻汽油、氢气或蒸汽，并可无延迟地使用其以驱动适当的电源。
氢气的优点是可同时用作商品和化学能的通用储存手段。氢气适合于驱动涡轮发电机和燃料电池发电机。氢气产生的能量没有CO2排放物。
可长时间在氢气中储存能量而不会损失。40巴的压缩氢气的高能量密度为约57kWh/m3，而500℃和100巴的蒸汽的能量密度为约11kWh/m3。
蒸汽的优点是可同时用作能量储存手段和驱动蒸汽轮机的工作介质。此外，在各种压力水平下的蒸汽用于化学工程工艺过程的供应。BASF在路德维希港的工厂，每小时消耗2000吨的蒸汽。这相当于1300MW的功率，其大约是高达平均现场电能需求的两倍。为了产生蒸汽，可使用以下所有燃料：可燃原料、可燃产物、可燃废气流，太阳能集热器产生的热、电生热。蒸汽网中压力水平的分级使引入的热高效地转化为蒸汽。特别是当由电网输入电力且关闭本地电源时，由可燃气体流中获得的热可以蒸汽的形式储存在蒸汽网中。
使用并联连接的电源，其中一个是直接供应燃料的蒸汽轮机，第二个是由蒸汽网供应的蒸汽轮机，提供了与联合循环发电厂的效率相当的非常好的效率。
蒸汽轮机直接由整合场所的蒸汽网供应蒸汽，这使电源能够非常快速地响应变化的电力需求。
附图：
图1示出了本发明方法的一个变体的示意图，其具有直接电阻加热的流化床反应器、感应加热的固定床反应器，和在整合场所上的间接电阻加热的固定床反应器。每个工艺过程供应有来自公共电网和相应本地电源二者的电能。
图2示出了根据现有技术的对比工艺过程的方案。内部电源是具有蒸汽输出的联合循环发电厂，其在传统发电厂中效率最高。蒸汽轮机直接连接至燃气轮机发电机的废热箱。蒸汽轮机的响应行为由燃气轮机废热箱的惰性决定。
图3示出了本发明的工艺过程的方案。内部电源(与联合循环发电厂相同)由燃气轮机发电机和蒸汽轮机发电机组成。蒸汽轮机并非直接连接至燃气轮机的废热箱，而是直接连接至整合场所的蒸汽网。因此，蒸汽轮机实际上可无延迟地对变化的负载做出反应。
图4示出了本发明的工艺过程的方案。由公共电网和本地电源向耗热工艺过程供入。本地电源由来自整合系统网络的能量载体供电。整合系统网络储存在整合系统内的耗热工艺过程和/或其他工艺过程中产生的能量载体。耗热工艺过程的主要产物供应至整合系统内的下游工艺过程。
图5示出了本发明的工艺过程的方案。由公共电网和本地电源向耗热工艺过程供入。由整合系统网络向本地电源供应蒸汽。由耗热工艺过程获得的副产物氢气储存在整合系统网路中。本地电源借助蒸汽轮机发电机驱动。为此，由整合系统网络中抽取氢气。耗热工艺过程的主要产物供入整合系统内的下游工艺过程。
图例
1:电加热耗热工艺过程
2:用于移除耗热工艺过程的主要产物和副产物的分离装置
3:蒸汽整合场所网络
4:氢气整合场所网络
5:天然气整合场所网络
6:贫气整合场所网络
7:含有氢气的气流的管道
8:蒸汽管道
10a:用于为内部电源供应蒸汽的管道
10b:用于为内部电源供应氢气的管道
10c:用于为内部电源供应天然气的管道
10d:用于为内部电源供应贫气的管道
11a:由蒸汽驱动的内部电源
11b:由氢气驱动的内部电源
11c:由天然气驱动的内部电源
11d:由贫气驱动的内部电源
12a:由蒸汽驱动电源至耗热工艺过程的电源线
12b:由氢气驱动电源至耗热工艺过程的电源线
12c:由天然气驱动的电源至耗热工艺过程的电源线
12d:由贫气驱动的电源至耗热工艺过程的电源线
16:公共电网
17:用于将主要产物由耗热工艺过程输送至下游工艺过程的产物管道
20:用于将电力由公共电网供入耗热工艺过程的电源线
21:用于将内部电源的电能供入耗热工艺过程的母线
31:整合系统内的其他工艺过程
32:整合系统内其他工艺过程中的分离设备，其移除能量载体并将其引入整合系统网络
36:用于来自整合系统内的其他工艺过程的含有氢气的气流的管道
37:来自整合系统内的其他处理的蒸汽管道
51:整合系统内的耗热工艺过程的下游工艺过程
实施例
对比工艺过程1：联合循环发电厂
联合循环：CH4+2O2→CO2+2H2O+481kJel/mol (1)
借助该工艺过程，可根据需要在本地电源中由天然气(整合场所的原料)产生电力。每使用1mol甲烷，联合循环发电机产生481kJ的电能。同时排放1mol的CO2。然而，该工艺过程不适用于储存来自电网的过剩电能。对比工艺过程2：在燃料电池中电解成氢气/再转化成电能的可再生能源
ReGen+EL:H2O(l)+(1/75％*286)kJel/mol→H2+1/2O2 (2)
AFC:H2+1/2O2→H2O(l)+(70％*237)kJel/mol (3)
ReGen+EL+AFC:381kJel/mol→166kJel/mol(4)
借助该工艺过程，可将来自电网的电能用于产生氢气。氢气可供入整合场所的管道网中。氢气可物理使用，或若需要可在本地燃料电池中转化回电能。每kJ供入该工艺过程的的电能可回收约0.44kJ的电能。该电能量不含CO2排放量。
对比工艺过程3：联合循环与电解/燃料电池的结合
ReGen+EL+AFC+CCPP:CH4+2O2+92kJel/mol→CO2+2H2O+521,5kJel/mol (5)
本发明的工艺过程：甲烷热解与氢气驱动电源的结合：
ReGen+MePy:CH4+(74.8/81.3％)kJel/mol→C(s)+2H2 (6)
AFC:2H2+O2→2H2O(l)+(70％*474)kJel/mol (7)
GT+ST:2H2+O2→2H2O(g)+(60％*484)kJel/mol (8)
ReGen+MePy+AFC:CH4+O2+(74,8/81,3％)kJ el/mol→C(s)+H2O(l)+332kJel/mol (9)
ReGen+MePy+(GT+ST):CH4+O2+(74,8/81,3％)kJel/mol→C(s)+H2O(g)+290kJel/mol (10)
COPP:C(s)+O2→CO2+(45％*393)kJel/mol(11)
ReGen+MePy+AFC+COPP:CH4+2O2+(74,8/81,3％)kJel/mol→CO2+2H2O+509kJel/mol (12)
ReGen+MePy+(GT+ST)+COPP:CH4+2O2+92kJel/mol→CO2+2H2O+467kJel/mol (13)
来自外部电网中可使用的可再生资源的过剩能量用于甲烷热解工厂的操作(等式6)。基于标准反应焓的热解的热效率为81.3％。将产生的氢气供入整合场所的供应网。其可在其中物理地或能量地使用。产生的碳是高度纯净、惰性和自由流动的。例如，其可运输和物理使用，或存放在掩埋场中。根据需要，氢气可在其生产时同时或在不同的时间用于在AFC中以70％的电压效率发电(等式7)，或用于在组合的燃气轮机和蒸汽轮机发电机中以60％的热效率发电(等式8)。取决于本地电源，来自外部电网的每千焦耳的电能(其供入甲烷热解中)由于产生的氢气转化为电力，可变成约3.1kJ至3.6kJ的电能(等式9、10)，而几乎没有CO2排放物。与根据现有技术的在电解燃料电池电路中的电能储存相比，本发明的方法借助使用甲烷产生6-8倍无CO2排放物的电能量。
甲烷中存在的某些化学能仍储存在碳副产物中，且可在传统热电厂中转化为电力，伴有CO2排放物(等式11)。若允许将碳用于能量目的，则由甲烷热解与外部过剩能量以及所产生的氢气和碳转化为能量的转化组成的工艺过程产生的电能的量，为根据现有技术的联合循环发电厂在相同甲烷转化率下产生的电能的约97％至106％(等式1、12、13)。本发明的方法中可能的过剩是由于在甲烷热解中使用了来自外部电网的电力。
考虑到质量和能量的总输入，借助本发明的方法产生的电能的量为由电解/燃料电池电路和联合循环发电厂组成的方法产生的电能的约90％至98％(等式5、12、13)。
本发明的基本优点是可以利用输入的电能从而使用内部电源产生无CO2排放物的多种电能。
Figure BDA0003391020410000371
(1)：等式2、等式3和等式4中的质量和能量按比例调整，使得在对比工艺过程和本发明的工艺过程中输入的电能量是相同的。因此，该数值可彼此直接比较。
(2a)：所使用的电能量表示基于由外部电网输入整合系统中的1mol甲烷的能量量。
(2b)：产生的电能的量表示基于1mol的甲烷的能量量，其可在本地电网中由所使用的甲烷和预先使用的电能或由其产生的产物产生。
(2c)：可储存的电能量表示基于1mol甲烷的能量量，其可在本地电网中由在整合系统中预先使用电能产生的产物中产生。
图例
AFC:碱性燃料电池
CC:燃烧室
ST:蒸汽轮机
EL:电解
G:发电机
GT:燃气轮机
CCPP:联合循环发电厂
HP蒸汽:高压蒸汽
COPP:燃煤热电厂
MePy:甲烷热解
LP蒸汽:低压蒸汽
ReGen:来自可再生能源的电力
TPP:热电厂
CM:压缩机
DM水:用于燃气轮机废热锅炉的给水。

Claims (14)

1.一种连续进行一个或多个耗热化学工艺过程的方法，其中将至少一个耗热工艺过程是电加热的，所述耗热工艺过程的反应区中的最高温度大于500℃，将至少70％的所述至少一个耗热工艺过程的产物在下游工艺过程中进一步连续处理和/或供应至本地能量载体网络，且所述至少一个耗热工艺过程所需的电能由外部电网和由至少一个本地电源获取，其中所述至少一个本地电源由至少一个本地能量载体网络中供应至其年度能源需求的至少50％的程度，且所述至少一个本地电源供应有来自所述耗热工艺过程的产物至其年度能源需求的不超过50％的程度，其中天然气、石脑油、氢气、合成气和/或蒸汽作为能量载体储存在所述至少一个本地能量载体网络中，其中所述至少一个本地能量载体网络供应有来自至少一个其他化学工艺过程的至少一个其他产物和/或副产物，且其中所述本地能量载体网络的总容量为至少5GWh。
2.根据权利要求1的方法，其中所述本地能量载体网络供应有来自部分氧化、氢化、烯烃工艺过程、烃的热解、水电解、冶炼工艺过程和/或合成气工艺过程的产物和/或副产物。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述本地能量载体网络的总容量为至少20GWh。
4.根据权利要求1-3中至少一项的方法，其中使用至少两个本地能量载体网络，且所述能量载体选自以下组：蒸汽、氢气和天然气。
5.根据权利要求1-4中至少一项的方法，其中所使用的本地电源是至少一个燃气轮机(GT)和/或蒸汽轮机(ST)和/或燃料电池。
6.根据权利要求1-5中至少一项的方法，其中所述耗热工艺过程所需的能量由电能提供至至少90％的程度。
7.根据权利要求1-6中至少一项的方法，其中所述耗热工艺过程在整合场所进行。
8.根据权利要求1-7中至少一项的方法，其中所述本地电源的启动时间小于15分钟。
9.根据权利要求1-8中至少一项的方法，其中用于所述耗热工艺过程的反应器包含导电材料固体颗粒的无规堆积。
10.根据权利要求9的方法，其中所述耗热工艺过程在具有固态流和气流的逆流的移动床中进行，且所述移动床的体积比热容为300kJ/(m3K)至5000kJ/(m3K)。
11.根据权利要求1-10中至少一项的方法，其中取决于电力成本而控制来自所述外部电网的分接以及本地电源的接通和断开。
12.根据权利要求1-11中至少一项的方法，其中所述耗热工艺过程是蒸汽重整和干重整、水的热解、乙苯至苯乙烯的脱氢、丙烷至丙烯的脱氢、丁烷至丁烯的脱氢和/或环己烷至苯的脱氢、烃的热解和裂解、乙炔的热解制备、由甲烷制备苯、二氧化碳还原成一氧化碳、由甲烷和氨制备氰化氢和/或由氮气和氧气制备一氧化氮。
13.根据权利要求1-12中至少一项的方法作为公共电网的分钟储备的用途。
14.化学场所的至少一个本地能量载体网络在储存电能中的用途，其中所使用的能量载体为天然气、液化气或石脑油、氢气、氨、合成气、乙烯、丙烯、贫气、压缩空气和/或蒸汽，且其中所述本地能量载体网络的总容量为至少5GWh。
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