EP3044194A1 - Anlage und verfahren zur effizienten nutzung von überschüssiger elektrischer energie - Google Patents

Anlage und verfahren zur effizienten nutzung von überschüssiger elektrischer energie

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EP3044194A1
EP3044194A1 EP14761340.0A EP14761340A EP3044194A1 EP 3044194 A1 EP3044194 A1 EP 3044194A1 EP 14761340 A EP14761340 A EP 14761340A EP 3044194 A1 EP3044194 A1 EP 3044194A1
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EP
European Patent Office
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ethyne
production
gas stream
separation
product gas
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14761340.0A
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English (en)
French (fr)
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Georg Markowz
Thomas Wenzel
Steffen HEINECKE
Ingrid Lunt-Rieg
Surya LIAUW
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Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Degussa GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a plant and a method for the efficient use of excess electrical energy, in which the electrical energy is used for the production of ethyne.
  • the load is known to fluctuate
  • Electricity generation equipment faces the difficulty that certain types, such as wind energy and
  • One approach is to use surplus electrical energy for the electrothermal production of ethyne as an alternative to or in addition to changing the power of a power plant if there is an excess of electrical energy.
  • An example of this was the ethin plant of the Hüls chemical plant, which had 19 parallel arc reactors and varied the number of operated arc reactors depending on the supply of electrical energy. While arc reactors for the electrothermal production of ethyne can be switched on and off quickly, efficient and efficient operation is the key to success
  • the invention relates to a plant for the efficient use of excess electrical energy, comprising: a first apparatus for producing ethyne by partial oxidation of at least one hydrocarbon containing a first ethyne-containing product gas stream
  • a separation device for separating ethyne from a gas stream, both the first and the second
  • the invention also relates to a method for the efficient use of excess electrical
  • the invention further relates to a method for
  • Oxidation of at least one hydrocarbon and the second device for electrothermic production of ethyne are operated at partial load, the power of the second device for the electrothermal production of ethyne is changed to provide control energy and with a control device, the performance of the first
  • Oxidation of at least one hydrocarbon is adjusted so that the total amount of ethyne separated in the separator is kept within a predetermined range.
  • the plant according to the invention comprises a first apparatus for the production of ethyne by partial oxidation
  • the first device may comprise one or more apparatus in which ethyne is generated by partial oxidation. If the first device comprises several apparatuses for producing ethyne, these are preferably arranged in parallel and can be operated independently of one another.
  • the first device of the system it is possible to use all devices known from the prior art for the production of ethyne by partial oxidation, for example those from Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. AI, pages 107-110 and 113 114 known devices of the Sachsse-Bartholome- method and the immersion flame method of BASF or the known from GB 1,000,480 device of Montecatini- method.
  • the first device for producing ethyne by partial oxidation comprises at least one burner, which is a mixture of at least one
  • the plant according to the invention comprises in addition to the first
  • the second device may be one or more apparatuses
  • the second device include, in which ethyne is generated electrothermally. If the second device several apparatuses for generating of ethyne, these are preferably arranged in parallel and can be operated independently of each other. The use of several devices arranged in parallel allows by switching on and off of individual apparatuses a gradual change in the production of ethyne while maintaining the optimum operating conditions in the individual apparatuses and avoids efficiency losses due to a partial load operation.
  • ethyne is produced in an endothermic reaction from hydrocarbons or coal and used to carry out the
  • gaseous or vaporized hydrocarbons are used, more preferably
  • aliphatic hydrocarbons particularly suitable are methane, ethane, propane and butanes, especially methane.
  • the device for electrothermic production of ethyne preferably comprises an arc reactor.
  • the electrothermal production of ethyne can be carried out in a one-step process, in which at least one
  • Hydrocarbon is passed through the arc with a gas stream.
  • Arc is fed into the generated in the arc hydrogen plasma.
  • the apparatus for electrothermic production of ethyne comprises a plurality of parallel arc reactors, which can be operated independently.
  • the plant according to the invention also comprises a
  • Hydrocarbon and the second product gas stream from the second apparatus for the electrothermal production of ethyne is supplied.
  • the second apparatus for the electrothermal production of ethyne is supplied.
  • Separator for separation of ethyne a compressor, a pressurized absorption column and operated at a lower pressure than the absorption column desorption.
  • a compressor a pressurized absorption column and operated at a lower pressure than the absorption column desorption.
  • water or suitable solvents such as N-methylpyrrolidone, dimethylformamide or methanol may be used.
  • Suitable separation means for the separation of ethyne are known in the art
  • Plant according to the invention additionally a control device that tunes the production of ethyne in the first device and the second device to one another such that the total amount of ethyne separated in the separation device is kept within a predetermined range.
  • the total amount in the separator Preferably, the total amount in the separator
  • control device preferably comprises for this purpose
  • Measuring devices for determining the mass flow or volume flow of the first and second product gas stream analysis devices for determining the content of ethyne in the first and second product gas stream, as well as devices for changing the performance of the first device for producing ethyne by partial oxidation and the second device for electrothermal production from Ethin.
  • the first and second ethyne production devices each comprise a device for rapid quenching of product gas stream. The gas streams obtained after these separate rapid cooling devices are used in the separator
  • the product gas streams are preferably cooled to temperatures of less than 250 ° C.
  • For quick cooling can be a direct
  • Quenchbacter such as the rapid cooling in a heat exchanger with steam extraction can be used. Direct quenching and indirect quenching can also be combined. In a first
  • the gaseous mixture leaving the reaction zone is quenched with water only.
  • This embodiment is characterized by relatively low investment costs.
  • hydrocarbonaceous gas or a
  • hydrocarbonaceous liquid mixed wherein at least a portion of the hydrocarbons endothermic
  • Hydrocarbons are supplied. suitable
  • the first and the second include
  • the gas streams obtained after the devices for separating carbon black are used for the separation device for
  • the plant according to the invention preferably additionally comprises a buffer store for a product gas stream of the apparatus for the electrothermal production of ethyne between the apparatus for the electrothermal production of ethyne and the separation apparatus for the separation of ethyne.
  • the plant according to the invention may also comprise, between the apparatus for the production of ethyne by partial oxidation and the separation apparatus for the separation of ethyne, a buffer storage for a product gas stream of the apparatus for the production of ethyne by partial oxidation.
  • Buffer tanks are particularly suitable gasometers.
  • a buffer memory allows operation of the
  • Plant according to the invention wherein the change in the production of ethyne in the first device in the first device with a change in the performance of the second device offset in time or at different speeds and thus caused one greater or lesser production of product gas is compensated by feeding product gas into the buffer tank or withdrawing product gas from the buffer tank.
  • the inventive method for the efficient use of excess electrical energy is in one
  • Plant according to the invention carried out and the device for the electrothermic production of ethyne is operated with excess electrical energy.
  • Excess electrical energy can come from a power generator located next to the system according to the invention, for example from an adjacent power station, an adjacent wind generator or an adjacent photovoltaic system.
  • the excess electrical energy is taken from a power grid.
  • Particularly preferably excess electrical energy is taken from a power grid as a negative control energy to compensate for an excess of the power supply to the grid compared to the current current consumption.
  • Inventive method preferably uses excess electrical energy generated from wind energy or solar energy.
  • Apparatus for the electrothermal production of ethyne preferably operated as a function of the supply of excess electrical energy.
  • the device for the electrothermal production of ethyne can do this
  • the first device can also be operated with a variable load so that its power consumption corresponds to a current excess of electrical energy.
  • Buffer memory for a product gas stream comprises and the control device is operated so that at a
  • the production of ethyne in the first device is changed more slowly than the production of ethyne in the second device and thereby temporarily causing greater or lesser total production of product gas Injecting product gas into the buffer tank or removing product gas from the buffer tank
  • the buffer memory can optionally be the first device or the second device
  • both devices can be followed by a buffer memory. At this
  • the generation of ethyne in the second device can be changed more rapidly depending on the supply of excess electrical energy, and restrictions on the rate of load changes can be overcome, the devices for producing ethyne by partial oxidation
  • a gas stream which has been depleted of ethyne in the ethyne separation apparatus is recycled to the separation apparatus with the second ethyne-containing product gas stream.
  • the amount of recirculated gas stream is adjusted so that the proportion of ethyne remains substantially constant based on the total amount of gas streams which are fed to the separation device.
  • the recirculated gas stream is fed together with the first and second product gas stream of the separation device. Due to the process, the first product gas stream from the apparatus for the production of ethyne by partial oxidation has a significant Proportion of carbon monoxide. In addition, it usually has a much lower content of ethyne than the second product gas stream from the device for
  • Control energy for a power grid is in one
  • a control device which tunes the production of ethyne in the first device and the second device so that the total amount in the
  • Separator separated ethyne is kept in a predetermined range.
  • both the first apparatus for the production of ethyne by partial oxidation of at least one hydrocarbon and the second apparatus for the electrothermic production of ethyne operated at partial load are kept in a predetermined range.
  • Control energy is the performance of the second device for the electrothermal production of ethyne changed and with the control device, the performance of the first device for the production of ethyne by partial oxidation
  • At least one hydrocarbon adapted so that the total amount of ethyne separated in the separating device is kept within a predetermined range.
  • Control energy can be provided by the power of the apparatus for the electrothermal production of ethyne is reduced in accordance with the need for control energy and the control device, the performance of the apparatus for producing ethyne by partial oxidation of at least one hydrocarbon is increased accordingly. Is in the power grid, however, more electrical energy
  • this process can provide negative control energy by adjusting the performance of the electrothermal production apparatus of ethyne in accordance with the need for
  • Control energy is increased and the power of the device for the production of ethyne by partial oxidation of at least one hydrocarbon is reduced accordingly by the control device.

Abstract

Eine Anlage mit einer ersten Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation mindestens eines Kohlenwasserstoffs, die einen ersten Ethin enthaltenden Produktgasstrom erzeugt, einer zweiten Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin, die einen zweiten Ethin enthaltenden Produktgasstrom erzeugt, und einer Trennvorrichtung zur Abtrennung von Ethin aus einem Gasstrom, der sowohl der erste als auch der zweite Produktgasstrom zugeführt wird, kann überschüssige elektrische Energie effizient nutzen,indem die Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin mit überschüssiger elektrischer Energiebetrieben wird.

Description

Anlage und Verfahren zur effizienten Nutzung von überschüssiger elektrischer Energie
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur effizienten Nutzung von überschüssiger elektrischer Energie, bei denen die elektrische Energie zur Herstellung von Ethin genutzt wird.
Der Einsatz erneuerbarer Energien, wie Windenergie und Solarenergie, gewinnt eine immer größere Bedeutung zur Stromerzeugung. Elektrische Energie wird typischerweise über langreichweitige, überregionale und länderübergreifend gekoppelte Stromversorgungsnetze, kurz als Stromnetze bezeichnet, an eine Vielzahl von Verbrauchern geliefert. Da elektrische Energie im Stromnetz selbst nicht in
signifikantem Umfang speicherbar ist, muss die in das Stromnetz eingespeiste elektrische Leistung auf den
verbraucherseitigen Leistungsbedarf, die sogenannte Last, abgestimmt werden. Die Last schwankt bekanntermaßen
zeitabhängig, insbesondere je nach Tageszeit, Wochentag oder auch Jahreszeit. Für eine stabile und zuverlässige Stromversorgung ist ein kontinuierlicher Gleichlauf von Stromerzeugung und Stromabnahme notwendig. Eventuell auftretende kurzfristige Abweichungen werden durch
sogenannte positive oder negative Regelenergie bzw.
Regelleistung ausgeglichen. Bei regenerativen
Stromerzeugungseinrichtungen tritt die Schwierigkeit auf, dass bei bestimmten Typen, wie Windenergie und
Solarenergie, die Energieerzeugungsleistung nicht zu jedem Zeitpunkt vorhanden und in bestimmter Weise steuerbar ist, sondern tageszeitlichen und witterungsbedingten
Schwankungen unterliegt, die nur bedingt vorhersagbar sind und in der Regel nicht mit dem jeweils aktuellen
Energiebedarf übereinstimmen.
Die Differenz zwischen der Erzeugungsleistung aus
fluktuierenden erneuerbaren Energien und dem aktuellen Verbrauch wird üblicherweise durch andere Kraftwerke bereitgestellt, wie beispielsweise Gas-, Kohle- und
Kernkraftwerke. Mit zunehmendem Ausbau und Anteil der fluktuierenden erneuerbaren Energien an der Stromversorgung müssen immer größere Schwankungen zwischen deren Leistung und dem aktuellen Verbrauch ausgeglichen werden. So werden bereits heute neben Gaskraftwerken zunehmend auch
Steinkohlekraftwerke in Teillast gefahren oder ganz heruntergefahren, um die Schwankungen auszugleichen. Da diese variable Fahrweise der Kraftwerke mit beträchtlichen Zusatzkosten verbunden ist, wird seit geraumer Zeit die Entwicklung alternativer Maßnahmen untersucht.
Ein Ansatz ist es, bei einem Überschuss an elektrischer Energie alternativ oder ergänzend zur Veränderung der Leistung eines Kraftwerks überschüssige elektrische Energie zur elektrothermischen Herstellung von Ethin zu nutzen. Ein Beispiel dafür war die Ethin-Anlage der chemischen Werke Hüls, die 19 parallel angeordnete Lichtbogenreaktoren aufwies und bei der abhängig vom Angebot an elektrischer Energie die Zahl der betriebenen Lichtbogenreaktoren variiert wurde. Während sich Lichtbogenreaktoren zur elektrothermischen Herstellung von Ethin schnell ein- und ausschalten lassen, ist für eine effiziente und
wirtschaftliche Abtrennung von Ethin aus dem bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen
Produktgasstrom ein möglichst konstanter Produktgasstrom erforderlich. Die Ethin-Anlage der chemischen Werke Hüls mit einer Ethinkapazität von 120.000 t/a Ethin umfasste dazu Pufferspeicher für den Produktgasstrom mit einem
Gesamtvolumen von 350.000 m3. Der Bau und Betrieb von solch großen Pufferspeichern ist allerdings technisch aufwendig und mit Sicherheitsrisiken verbunden.
Es besteht deshalb ein Bedarf für Anlagen und Verfahren, mit denen sich überschüssige elektrische Energie über die Herstellung von Ethin nutzen lässt und die nicht die
Nachteile des oben beschriebenen Verfahrens aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Anlage zur effizienten Nutzung von überschüssiger elektrischer Energie, umfassend: eine erste Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation mindestens eines Kohlenwasserstoffs, die einen ersten Ethin enthaltenden Produktgasstrom
erzeugt,
eine zweite Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin, die einen zweiten Ethin enthaltenden
Produktgasstrom erzeugt, und
eine Trennvorrichtung zur Abtrennung von Ethin aus einem Gasstrom, der sowohl der erste als auch der zweite
Produktgasstrom zugeführt wird. Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur effizienten Nutzung von überschüssiger elektrischer
Energie, bei dem in einer erfindungsgemäßen Anlage die Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin mit überschüssiger elektrischer Energie betrieben wird. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur
Bereitstellung von Regelenergie für ein Stromnetz, bei dem in einer erfindungsgemäßen Anlage sowohl die erste
Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle
Oxidation mindestens eines Kohlenwasserstoffs als auch die zweite Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin in Teillast betrieben werden, zur Bereitstellung von Regelenergie die Leistung der zweiten Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin verändert wird und mit einer Steuervorrichtung die Leistung der ersten
Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle
Oxidation mindestens eines Kohlenwasserstoffs so angepasst wird, dass die Gesamtmenge an in der Trennvorrichtung abgetrenntem Ethin in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird . Die erfindungsgemäße Anlage umfasst eine erste Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation
mindestens eines Kohlenwasserstoffs, die einen ersten Ethin enthaltenden Produktgasstrom erzeugt. Die erste Vorrichtung kann dabei einen oder mehrere Apparate umfassen, in denen Ethin durch partielle Oxidation erzeugt wird. Wenn die erste Vorrichtung mehrere Apparate zur Erzeugung von Ethin umfasst, sind diese vorzugsweise parallel angeordnet und können unabhängig voneinander betrieben werden. Die
Verwendung von mehreren parallel angeordneten Apparaten ermöglicht durch An- und Abschalten einzelner Apparate eine stufenweise Veränderung der Erzeugung von Ethin bei
Einhaltung der optimalen Betriebsbedingungen in den
einzelnen Apparaten und vermeidet Wirkungsgradverluste durch einen Teilastbetrieb.
Als erste Vorrichtung der erfindungsgemäßen Anlage können alle aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation eingesetzt werden, beispielsweise die aus Ullmann' s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. AI, Seiten 107-110 und 113-114 bekannten Vorrichtungen des Sachsse-Bartholome- Verfahrens und des Tauchflammenverfahrens der BASF oder die aus GB 1,000,480 bekannte Vorrichtung des Montecatini- Verfahrens . Vorzugsweise umfasst die erste Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation mindestens einen Brenner, dem eine Mischung aus mindestens einem
Kohlenwasserstoff und Sauerstoff zugeführt wird.
Die erfindungsgemäße Anlage umfasst neben der ersten
Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle
Oxidation noch eine zweite Vorrichtung zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin, die einen zweiten Ethin enthaltenden Produktgasstrom erzeugt. Die zweite Vorrichtung kann dabei einen oder mehrere Apparate
umfassen, in denen Ethin elektrothermisch erzeugt wird. Wenn die zweite Vorrichtung mehrere Apparate zur Erzeugung von Ethin umfasst, sind diese vorzugsweise parallel angeordnet und können unabhängig voneinander betrieben werden. Die Verwendung von mehreren parallel angeordneten Apparaten ermöglicht durch An- und Abschalten einzelner Apparate eine stufenweise Veränderung der Erzeugung von Ethin bei Einhaltung der optimalen Betriebsbedingungen in den einzelnen Apparaten und vermeidet Wirkungsgradverluste durch einen Teilastbetrieb.
Bei einer elektrothermischen Herstellung von Ethin wird Ethin in einer endothermen Reaktion aus Kohlenwasserstoffen oder Kohle hergestellt und die zur Durchführung der
Reaktion erforderliche Wärme wird durch elektrischen Strom erzeugt. Vorzugsweise werden gasförmige oder verdampfte Kohlenwasserstoffe eingesetzt, besonders bevorzugt
aliphatische Kohlenwasserstoffe. Besonders geeignet sind Methan, Ethan, Propan und Butane, insbesondere Methan.
Geeignete Vorrichtungen zur elektrothermischen Herstellung von Ethin sind aus dem Stand der Technik bekannt,
beispielsweise aus Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. AI, Seiten 115-122, aus
DE 1 900 644 AI und aus EP 0 133 982 A2.
Die Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin umfasst vorzugsweise einen Lichtbogenreaktor. Die elektrothermische Herstellung von Ethin kann dabei in einem einstufigen Prozess erfolgen, bei dem mindestens ein
Kohlenwasserstoff mit einem Gasstrom durch den Lichtbogen geführt wird. Alternativ kann die elektrothermische
Herstellung von Ethin in einem zweistufigen Prozess erfolgen, bei dem Wasserstoff durch den Lichtbogen geführt wird und mindestens ein Kohlenwasserstoff hinter dem
Lichtbogen in das im Lichtbogen erzeugte Wasserstoffplasma eingespeist wird. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin mehrere parallel angeordnete Lichtbogenreaktoren, die unabhängig voneinander betrieben werden können. Die erfindungsgemäße Anlage umfasst außerdem eine
Trennvorrichtung zur Abtrennung von Ethin aus einem
Gasstrom, wobei der Trennvorrichtung sowohl der erste
Produktgasstrom aus der ersten Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation mindestens eines
Kohlenwasserstoffs als auch der zweite Produktgasstrom aus der zweiten Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin zugeführt wird. Vorzugsweise umfasst die
Trennvorrichtung zur Abtrennung von Ethin einen Verdichter, eine unter Druck betriebene Absorptionskolonne und eine unter einem geringeren Druck als die Absorptionskolonne betriebene Desorptionskolonne . Zur selektiven Absorption von Ethin können Wasser oder geeignete Lösungsmittel, wie zum Beispiel N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid oder Methanol verwendet werden. Geeignete Trennvorrichtungen zur Abtrennung von Ethin sind aus dem Stand der Technik
bekannt, beispielsweise aus Ullmann's Encyclopedia of
Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. AI, Seiten 110-112.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die
erfindungsgemäße Anlage zusätzlich eine Steuervorrichtung, die die Erzeugung von Ethin in der ersten Vorrichtung und der zweiten Vorrichtung so aufeinander abstimmt, dass die Gesamtmenge an in der Trennvorrichtung abgetrenntem Ethin in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird. Vorzugsweise wird die Gesamtmenge an in der Trennvorrichtung
abgetrenntem Ethin im Wesentlichen konstant gehalten. Die Steuervorrichtung umfasst dazu vorzugsweise
Messvorrichtungen zur Bestimmung des Massenstroms oder Volumenstroms des ersten und des zweiten Produktgasstroms, Analysenvorrichtungen zur Bestimmung des Gehalts an Ethin im ersten und zweiten Produktgasstrom, sowie Vorrichtungen zur Veränderung der Leistung der ersten Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation und der zweiten Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin. Vorzugsweise umfassen die erste und die zweite Vorrichtung zur Herstellung von Ethin jeweils eine Vorrichtung zum raschen Abkühlen (Quenchen) von Produktgasstrom. Die nach diesen getrennten Vorrichtungen zum raschen Abkühlen erhaltenen Gasströme werden der Trennvorrichtung zur
Abtrennung von Ethin zugeführt. Die Produktgasströme werden dabei vorzugsweise auf Temperaturen von weniger als 250 °C abgekühlt. Zum raschen Abkühlen kann ein direktes
Quenchverfahren wie zum Beispiel die Einspeisung von
Kohlenwasserstoffen und/oder Wasser oder ein indirektes
Quenchverfahren, wie zum Beispiel die rasche Abkühlung in einem Wärmetauscher mit Dampfgewinnung eingesetzt werden. Direktes Quenchen und indirektes Quenchen können auch miteinander kombiniert werden. In einer ersten
Ausführungsform wird die aus der Reaktionszone austretende Gasmischung nur mit Wasser gequencht . Diese Ausführungsform zeichnet sich durch relativ geringe Investitionskosten aus. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die aus der
Reaktionszone austretende Gasmischung mit einem
kohlenwasserstoffhaltigen Gas oder einer
kohlenwasserstoffhaltigen Flüssigkeit gemischt, wobei zumindest ein Teil der Kohlenwasserstoffe endotherm
gespalten wird. Je nach Prozessführung wird dabei ein mehr oder minder breites Produktspektrum erzeugt, z. B. neben Ethin, Wasserstoff und gegebenenfalls Kohlenmonoxid auch Anteile an Ethan, Propan, Ethen und anderen niederen
Kohlenwasserstoffen. Hierdurch kann die entstehende Wärme in einem wesentlich höheren Umfang einer weiteren
Verwendung wie der endothermen Spaltung der
Kohlenwasserstoffe zugeführt werden. Geeignete
Vorrichtungen zum Quenchen des Produktgasstroms sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. AI, Seiten 108-110 und 116-118.
Besonders bevorzugt umfassen die erste und die zweite
Vorrichtung zur Herstellung von Ethin jeweils eine Vorrichtung zum raschen Abkühlen von Produktgasstrom und eine dazu nachgeschaltete Vorrichtung zur Abtrennung von Ruß. Die nach den Vorrichtungen zur Abtrennung von Ruß erhaltenen Gasströme werden der Trennvorrichtung zur
Abtrennung von Ethin zugeführt. Zur Abtrennung von Ruß können alle zu diesem Zweck in bekannten Verfahren zur Herstellung von Ethin eingesetzten Vorrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise Zyklone, Wäscher oder Elektrofilter . Geeignete Vorrichtungen sind beispielsweise aus Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. AI, Seiten 108-110 und 118 bekannt. Durch die Verwendung getrennter Vorrichtungen zur Abtrennung von Ruß für die erste und die zweite Vorrichtung zur Herstellung von Ethin kann der im Verfahren anfallende Ruß besser genutzt werden, beispielsweise der in der Vorrichtung zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltene Ruß als Pigmentruß und der in der Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation erhaltene Ruß als
Brennstoff . Die erfindungsgemäße Anlage umfasst vorzugsweise zwischen der Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin und der Trennvorrichtung zur Abtrennung von Ethin zusätzlich einen Pufferspeicher für einen Produktgasstrom der Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin. Alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße Anlage auch zwischen der Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation und der Trennvorrichtung zur Abtrennung von Ethin zusätzlich einen Pufferspeicher für einen Produktgasstrom der Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation umfassen. Als
Pufferspeicher eignen sich insbesondere Gasometer. Ein Pufferspeicher ermöglicht einen Betrieb der
erfindungsgemäßen Anlage, bei dem bei einer Änderung der Leistung der zweiten Vorrichtung die Änderung der Erzeugung von Ethin in der ersten Vorrichtung zeitlich versetzt oder unterschiedlich schnell erfolgt und eine so verursachte größere oder kleinere Erzeugung von Produktgas durch eine Einspeisung von Produktgas in den Pufferspeicher oder eine Entnahme von Produktgas aus dem Pufferspeicher ausgeglichen wird . Das erfindungsgemäße Verfahren zur effizienten Nutzung von überschüssiger elektrischer Energie wird in einer
erfindungsgemäßen Anlage durchgeführt und die Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin wird mit überschüssiger elektrischer Energie betrieben. Die
überschüssige elektrische Energie kann von einem neben der erfindungsgemäßen Anlage befindlichen Stromerzeuger stammen, beispielsweise von einem benachbarten Kraftwerk, einem benachbarten Windgenerator oder einer benachbarten Photovoltaikanlage . Vorzugsweise wird die überschüssige elektrische Energie einem Stromnetz entnommen. Besonders bevorzugt wird überschüssige elektrische Energie einem Stromnetz als negative Regelenergie entnommen, um einen Überschuss der Stromeinspeisung in das Netz gegenüber der aktuellen Stromentnahme auszugleichen. Für das
erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise überschüssige elektrische Energie eingesetzt, die aus Windenergie oder Solarenergie erzeugt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur effizienten Nutzung von überschüssiger elektrischer Energie wird die
Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin vorzugsweise in Abhängigkeit vom Angebot an überschüssiger elektrischer Energie betrieben. Die Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin kann dazu
wahlweise ein- oder ausgeschaltet werden, beispielsweise abhängig vom aktuellen Strompreis an einer Strombörse.
Alternativ kann die erste Vorrichtung auch mit variabler Last so betrieben werden, dass ihr Stromverbrauch einem aktuellen Überschuss an elektrischer Energie entspricht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das
erfindungsgemäße Verfahren zur effizienten Nutzung von überschüssiger elektrischer Energie in einer erfindungsgemäßen Anlage durchgeführt, die einen
Pufferspeicher für einen Produktgasstrom umfasst und die Steuervorrichtung wird so betrieben, dass bei einer
Änderung der Erzeugung von Ethin in der zweiten Vorrichtung in Abhängigkeit vom Angebot an überschüssiger elektrischer Energie die Erzeugung von Ethin in der ersten Vorrichtung langsamer geändert wird als die Erzeugung von Ethin in der zweiten Vorrichtung und die dadurch bewirkte vorübergehend größere oder kleinere Gesamterzeugung von Produktgas durch eine Einspeisung von Produktgas in den Pufferspeicher oder eine Entnahme von Produktgas aus dem Pufferspeicher
ausgeglichen wird. Der Pufferspeicher kann dabei wahlweise der ersten Vorrichtung oder der zweiten Vorrichtung
nachgeschaltet sein. Ebenso kann auch beiden Vorrichtungen ein Pufferspeicher nachgeschaltet sein. Bei dieser
Ausführungsform kann die Erzeugung von Ethin in der zweiten Vorrichtung schneller in Abhängigkeit vom Angebot an überschüssiger elektrischer Energie verändert werden und es lassen sich Beschränkungen hinsichtlich der Geschwindigkeit von Lastveränderungen überwinden, die Vorrichtungen zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation
verfahrensbedingt aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Gasstrom, der in der Trennvorrichtung zur Abtrennung von Ethin von Ethin abgereichert wurde, mit dem zweiten Ethin enthaltenden Produktgasstrom in die Trennvorrichtung zurückgeführt. Die Menge des zurückgeführten Gasstroms wird dabei so eingestellt, dass der Anteil an Ethin bezogen auf die Gesamtmenge an Gasströmen, die der Trennvorrichtung zugeführt werden, im Wesentlichen konstant bleibt.
Besonders bevorzugt wird der zurückgeführte Gasstrom zusammen mit dem ersten und zweiten Produktgasstrom der Trennvorrichtung zugeführt. Verfahrensbedingt weist der erste Produktgasstrom aus der Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation einen signifikanten Anteil an Kohlenmonoxid auf. Außerdem weist er in der Regel einen wesentlich geringeren Gehalt an Ethin auf als der zweite Produktgasstrom aus der Vorrichtung zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin. Durch das
Zurückführen eines an Ethin abgereicherten Gasstroms lässt sich der Unterschied im Ethingehalt der beiden
Produktgasströme ausgleichen und vermeiden, dass sich ein Wechsel in der Lastverteilung zwischen der ersten und der zweiten Vorrichtung zur Erzeugung von Ethin wegen des
Unterschieds in der Zusammensetzung der Produktgasströme aus den beiden Vorrichtungen nachteilig auf die Funktion der Trennvorrichtung auswirkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bereitstellung von
Regelenergie für ein Stromnetz wird in einer
erfindungsgemäßen Anlage durchgeführt, die eine
Steuervorrichtung umfasst, die die Erzeugung von Ethin in der ersten Vorrichtung und der zweiten Vorrichtung so aufeinander abstimmt, dass die Gesamtmenge an in der
Trennvorrichtung abgetrenntem Ethin in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird. Bei diesem Verfahren wird sowohl die erste Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation mindestens eines Kohlenwasserstoffs als auch die zweite Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin in Teillast betrieben. Zur Bereitstellung von
Regelenergie wird die Leistung der zweiten Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin verändert und mit der Steuervorrichtung die Leistung der ersten Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation
mindestens eines Kohlenwasserstoffs so angepasst, dass die Gesamtmenge an in der Trennvorrichtung abgetrenntem Ethin in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird.
Wird in das Stromnetz, aus dem Strom zum Betrieb der
Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin entnommen wird, weniger elektrische Energie eingespeist als aktuell verbraucht wird, kann mit diesem Verfahren positive Regelenergie bereitgestellt werden, indem die Leistung der Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin entsprechend dem Bedarf an Regelenergie verringert wird und über die Steuervorrichtung die Leistung der Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation mindestens eines Kohlenwasserstoffs dementsprechend erhöht wird. Wird in das Stromnetz dagegen mehr elektrische Energie
eingespeist als aktuell verbraucht wird, kann mit diesem Verfahren negative Regelenergie bereitgestellt werden, indem die Leistung der Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin entsprechend dem Bedarf an
Regelenergie erhöht wird und über die Steuervorrichtung die Leistung der Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation mindestens eines Kohlenwasserstoffs dementsprechend verringert wird.

Claims

Patentansprüche :
1. Anlage zur effizienten Nutzung von überschüssiger
elektrischer Energie, umfassend a) eine erste Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation mindestens eines
Kohlenwasserstoffs, die einen ersten Ethin
enthaltenden Produktgasstrom erzeugt, b) eine zweite Vorrichtung zur elektrothermischen
Herstellung von Ethin, die einen zweiten Ethin enthaltenden Produktgasstrom erzeugt, und c) eine Trennvorrichtung zur Abtrennung von Ethin aus einem Gasstrom, der sowohl der erste als auch der zweite Produktgasstrom zugeführt wird.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine Steuervorrichtung umfasst, die die
Erzeugung von Ethin in der ersten Vorrichtung und der zweiten Vorrichtung so aufeinander abstimmt, dass die Gesamtmenge an in der Trennvorrichtung abgetrenntem Ethin in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation mindestens einen Brenner umfasst, dem eine Mischung aus mindestens einem
Kohlenwasserstoff und Sauerstoff zugeführt wird. 4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin mindestens einen Lichtbogenreaktor umfasst.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste und die zweite
Vorrichtung zur Herstellung von Ethin jeweils eine Vorrichtung zum raschen Abkühlen von Produktgasstrom umfassen und die nach diesen Vorrichtungen zum raschen Abkühlen erhaltenen Gasströme der Trennvorrichtung zur Abtrennung von Ethin zugeführt werden.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste und die zweite
Vorrichtung zur Herstellung von Ethin jeweils eine
Vorrichtung zum raschen Abkühlen von Produktgasstrom und eine dazu nachgeschaltete Vorrichtung zur Abtrennung von Ruß umfassen und die nach den Vorrichtungen zur
Abtrennung von Ruß erhaltenen Gasströme der
Trennvorrichtung zur Abtrennung von Ethin zugeführt werden .
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass sie zusätzlich zwischen der
Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin und der Trennvorrichtung zur Abtrennung von Ethin einen Pufferspeicher für einen Produktgasstrom der Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin umfasst.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass sie zusätzlich zwischen der
Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation und der Trennvorrichtung zur Abtrennung von Ethin einen Pufferspeicher für einen Produktgasstrom der Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation umfasst.
Verfahren zur effizienten Nutzung von überschüssiger elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8 die
Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin mit überschüssiger elektrischer Energie betrieben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die überschüssige elektrische Energie einem
Stromnetz entnommen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die überschüssige elektrische
Energie aus Windenergie oder Solarenergie erzeugt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin in Abhängigkeit vom Angebot an überschüssiger elektrischer Energie betrieben wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Trennvorrichtung zur Abtrennung von Ethin von Ethin abgereicherter Gasstrom mit dem zweiten Ethin enthaltenden Produktgasstrom in die Trennvorrichtung zurückgeführt wird und die Menge des zurückgeführten Gasstroms so eingestellt wird, dass der Anteil an Ethin bezogen auf die Gesamtmenge an
Gasströmen, die der Trennvorrichtung zugeführt werden, im Wesentlichen konstant bleibt.
14. Verfahren zur Bereitstellung von Regelenergie für ein Stromnetz, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 8 sowohl die erste
Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation mindestens eines Kohlenwasserstoffs als auch die zweite Vorrichtung zur elektrothermischen
Herstellung von Ethin in Teillast betrieben werden, zur Bereitstellung von Regelenergie die Leistung der zweiten Vorrichtung zur elektrothermischen Herstellung von Ethin verändert wird und mit der Steuervorrichtung die
Leistung der ersten Vorrichtung zur Herstellung von Ethin durch partielle Oxidation mindestens eines
Kohlenwasserstoffs so angepasst wird, dass die Gesamtmenge an in der Trennvorrichtung abgetrenntem Ethin in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird.
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