JP2014517806A - 改質段階を含み、動作条件が選択的に調整される、炭素材料からメタノール又は炭化水素を製造する方法 - Google Patents

Abstract

本発明の製造方法は、少なくとも一つの改質段階を含む方法に従う炭素材料から合成ガスを製造する段階であって、合成ガスが改質操作のための第一動作条件下で第一水素／一酸化炭素モル比を有する段階と、水素化された原材料から及び第一消費電力から水素流を製造する段階であって、水素流が上記第一消費電力のための第一モル流量を有する段階と、水素流を製造するために第一電力未満の第二電力まで消費電力を減少する段階、及び水素流のモル流量の減少を補償するために改質操作のための第一動作条件と異なる第二動作条件に移行する段階であって、合成ガスが、第二動作条件下で、第一水素／一酸化炭素モル比より大きい第二水素／一酸化炭素モル比を有する段階と、を含む。

Description

第一様態によると、本発明は、少なくとも一つの炭素質材料からのメタノール又は炭化水素の製造方法に関する。

特許文献１は、出力が可変の再利用可能なエネルギー源と、電気エネルギーの一部を消費する酸素生成装置（空気分離装置又は電解槽）と、生成された酸素及び電気エネルギーの他の一部を消費する改質装置と、改質装置によって製造された合成ガスから液体炭化水素を生成する装置と、を用いて、メタン又はバイオマス等の炭素質材料からの液体炭化水素の製造方法について記載している。

この文書は、利用可能な電力の変動の問題を解決するための複数の解決法を想定している。第一に想定された解決法は、後者を多かれ少なかれ吸熱又は発熱にして、加熱に必要な電力を変更するために、改質装置に提供される酸素の量を変更することである。他の解決法は、液体炭化水素の製造容量を低下させること、改質装置を加熱するための追加の電源を用いること、追加の熱源を用いること、又はさらに酸素バッファー保管場所を用いることとから成る。

これらの方法は、あまり効率的ではなく、利用可能な長期的な電力の大きな減少を補償することを困難にする。

米国特許出願公開第２０１０／００２２６６９号明細書

この文脈において、本発明は、より強固な、且つより長くより顕著な電力の減少を容認し得る方法を提供することを目的とした。

この目的のために、本発明は、少なくとも一つの炭素質材料からメタノール又は炭化水素を製造する方法に関するものであり、本方法は、
−炭素質材料に起因する中間ガス流を改質するための少なくとも一つの操作を含む方法による炭素質材料から合成ガス流を製造する段階であって、合成ガス流は少なくとも水素及び一酸化炭素を含み、合成ガスは改質操作のための第一動作条件下で第一水素／一酸化炭素モル比を有する段階と、
−水素化された原材料及び第一消費電力から水素流を製造する段階であって、水素流は前記第一消費電力のための第一モル流量を有する段階と、
−合成ガス流及び水素流からメタノール又は炭化水素を製造する段階と、
−水素流を製造するために、第一電力よりも低い第二電力まで消費電力を低下させる段階であって、水素流は第二消費電力のために第一モル流量未満の第二モル流量を有し、水素流のモル流量の減少を補償するために、改質操作に関して第一動作条件とは異なる第二動作条件下で調整され、合成ガスは第二動作条件の下で、第一水素／一酸化炭素モル比より大きな第二水素／一酸化炭素モル比を有する段階と、を含む。

本方法は、さらに一つ又は複数の、個別に考慮された又は全ての技術的に可能な組み合わせによる、以下の特徴を含み得る。
−第一動作条件下では、改質操作は第一温度で実行され、第二動作条件下では、改質操作は第一温度未満である第二温度で実行される。
−第一動作条件下では、改質操作は第一圧力で実行され、第二動作条件下では、改質操作は第一圧力未満である第二圧力で実行される。
−改質操作は、有機分子を含む複数の流入物の流入として受け取る改質装置において実行され、中間流を含み、改質装置は、異なる流入物から、全部で、有機分子に含まれる炭素原子の総モル流量、及び総水Ｈ２Ｏモル流量を受け取り、改質操作は、第一動作条件から第二動作条件へと有機分子に含まれる炭素原子の総モル流量に対する総水Ｈ２Ｏモル流量の割合を変更することによって移行する。
−有機分子に含まれる炭素原子の総モル流量に対する総水Ｈ２Ｏモル流量の割合は、第一動作条件下では第一値と等しく、第二動作条件下では第一値よりも大きな第二値と等しい。
−第二値は、第一値の１．１倍から５倍の間に、好ましくは第一値の１．５倍から３倍の間に含まれる。
−改質操作は、複数の流入物の流入として受け取る改質装置において実行され、中間流を含み、改質装置は異なる流入物から、全部で、有機分子に含まれる炭素原子の総モル流量、及び総酸素Ｏ２モル流量を受け取り、改質操作は第一動作条件から第二動作条件へと有機分子に含まれる炭素原子の総流量に対する酸素の総モル流量の割合の変更によって移行する。
水素流は、他の消費者に提供する配電ネットワークによって提供される電力から製造される。
−中間流は、炭素質材料のガス化によって得られる。

第二様態によると、本発明は、少なくとも一つの炭素質材料からメタノール又は炭化水素を製造する装置に取り組むものであり、装置は、
−炭素質材料から合成ガス流を製造するための装置であり、炭素質材料に起因する中間ガスを改質するための少なくとも一つの装置を含み、合成ガス流は少なくとも水素及び一酸化炭素を含み、合成ガスは改質操作のための第一動作条件下では第一水素／一酸化炭素モル比を有する装置と、
−水素化された原材料から、及び第一消費電力から水素流を製造するための装置であって、水素流は前記消費電力のための第一モル流量を有する装置と、
−合成ガス流から及び水素流からメタノール又は炭化水素を製造するための装置と、
−水素流を製造するために、第一電力未満の第二電力まで消費電力を減少するためのプログラム制御装置であって、水素流は第二消費電力のために、第一モル流量未満の第二モル流量を有し、制御装置は水素流のモル比の減少を補償するための第一動作条件と異なる第二動作条件下に改質装置が移行するためにプログラムされており、合成ガスは第二動作条件下で、第一水素／一酸化炭素モル比よりも大きな第二水素／一酸化炭素モル比を有する装置と、を含む。

本発明の第一実施形態による炭化水素製造のための設備の簡略図である。 本発明の第二実施形態による製造設備に関する、図１のものと類似の概略図である。 改質装置における異なる流入条件に関して、３０バールで、反応温度に対する、平衡状態でのＣＨ４、Ｈ２、ＣＯ及びＣＯ２の、並びに改質装置の出口でのメタンの変換率の、乾燥基準上のモル分率における経時変化図である。 改質装置における異なる流入条件に関して、３０バールで、反応温度に対する、平衡状態でのＣＨ４、Ｈ２、ＣＯ及びＣＯ２の、並びに改質装置の出口でのメタンの変換率の、乾燥基準上のモル分率における経時変化図である。 改質装置における異なる流入条件に関して、３０バールで、反応温度に対する、平衡状態でのＣＨ４、Ｈ２、ＣＯ及びＣＯ２の、並びに改質装置の出口でのメタンの変換率の、乾燥基準上のモル分率における経時変化図である。 改質装置における異なる流入条件に関して、３０バールで、反応温度に対する、平衡状態でのＣＨ４、Ｈ２、ＣＯ及びＣＯ２の、並びに改質装置の出口でのメタンの変換率の、乾燥基準上のモル分率における経時変化図である。 改質装置における異なる流入条件に関して、３０バールで、反応温度に対する、平衡状態でのＣＨ４、Ｈ２、ＣＯ及びＣＯ２の、並びに改質装置の出口でのメタンの変換率の、乾燥基準上のモル分率における経時変化図である。 改質装置における異なる流入条件に関して、３０バールで、反応温度に対する、平衡状態でのＣＨ４、Ｈ２、ＣＯ及びＣＯ２の、並びに改質装置の出口でのメタンの変換率の、乾燥基準上のモル分率における経時変化図である。 図３から図８までの動作条件下で動作する改質装置に関して、３０バールで、反応温度に対する、平衡状態でのＣＯ／ＣＯ２割合及びＨ２／ＣＯ割合の経時変化図である。 図３から図８の動作条件下で動作する改質装置に関して、３０バールで、反応温度に対する、平衡状態でのＣＯ／ＣＯ２割合及びＨ２／ＣＯ割合の経時変化図である。

本発明の他の特徴及び優位点は、示唆としてであり決して限定としてではない添付図を参照して、以下で与えられる詳細な説明から明らかになるであろう。

図１及び図２において、それぞれの長方形は、本発明の方法の段階又はサブ段階の両方に対応し、且つ対応する工業設備装置に対応する。設備は、本方法の段階又はサブ段階に対応する装置を含むものとして記載されるであろう。

図１及び図２において概略的に示される装置は、炭素質材料からメタノール及び／又は炭化水素を製造することを目的とする。炭素質材料は、一以上の以下の構成要素を含み得る。
−石炭、亜鉛、
−一般廃棄物、
−動物の排泄物、
−バイオマス、
−ポリエチレン又はポリエチレンテレフタレート等のプラスチック材料。

このリストは非限定的である。

図１の例示的な実施形態では、炭素質材料はバイオマスである。

図１の設備は、少なくとも、
−炭素質材料から合成ガスの第一流れを製造する装置１０と、
−合成ガスの第一流れを調節するための装置１２と、
−合成ガスの第二流れを形成するために、合成ガスの第一流れに水素流を加えるための装置１４と、
−合成ガスの第二流れから第一製品流を製造するための装置１６と、
−任意で、第一製品流が、例えば水流内へ、第二製品流へ、及び再循環されることを意図したガスの第一流れ内へ分離される、第一分離装置１８と、
−任意で、再循環されることを意図した第一ガス流が、ガスパージ流内へ、並びに第一及び第二再循環された流れ内へ分離される、第二分離装置２０と、
−水の電解のための装置２２と、
−任意で、空気分離装置２４と、
を含む。

合成ガスの第一流れを製造するための装置１０は典型的に、中間流を製造するバイオマスのガス化のための装置２６、及び、中間流から合成ガスの第一流れを製造する改質装置３０を含む。

バイオマスは、任意で、ガス化装置２６に供給する前に前処理を受け得る。この前処理は、ガス化装置において処理されるために、適切な条件においてバイオマスを配するために必要とされる、フライス加工、乾燥操作、又は任意の他の操作であり得る。

ガス化装置は、処理されるバイオマスの特徴に従って選択される。それは既知のタイプであり、さらなる詳細はここでは記載されないであろう。ライン３４を介してバイオマスを、ライン３６を介して水を、及びライン３８を介して酸素を供給する。酸素は、電解装置２２から及び／又は分離装置２４から生じる。中間ガス流は、ライン２８を介してガス化装置を離れる。ガス化装置２６において、バイオマスは、メタンＣＨ４、水、二酸化炭素、一酸化炭素、及び水素を基本的に含むガスへと分解される。

その後、中間流は、中間流における蒸気レベルを調整するために、装置４０内に入る。中間流が、改質装置３０の適切な操作のために必要とされるレベルと比較して超過の蒸気を含む場合、蒸気の一部が、中間流から分離され、ライン４２を介して装置４０から離れる。中間流は、ライン４４を介して装置４０から離れ、改質装置３０に供給される。ライン４２を介して装置４０から離れる水流は、ガス化装置２６又は電解装置２２に供給され得る。

改質装置は、典型的に、自己熱改質（ＡＴＲ）装置、又は部分酸化改質（ＰＯＸ：Ｐａｒｔｉａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）装置、又は蒸気改質（ＳＲ）装置である。改質装置３０は、ライン４４を介して中間流が供給され、ライン４６を介して、電解装置２２から又は空気分離装置２４から酸素が供給される。それはまた、ライン４８を介して第一再循環されたガス流を受け取る。中間流が、改質装置３０を適切に動作するために十分な蒸気を含んでいない場合、ライン４９を介して蒸気が任意で供給される。第一再循環されたガス流は基本的に、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４、Ｈ２、及び軽い炭化水素を含む。改質装置３０において、中間流からのメタン分子、並びに、第一再循環されたガス流に起因するメタン分子及び軽い炭化水素は、分解され、ＣＯ、ＣＯ２、及びＨ２に変換される。

改質装置は、ライン３２を介してガスを調節するための装置１２へと向かう、合成ガスの第一流れを製造する。

合成ガスの第一流れは、一酸化炭素ＣＯ、二酸化炭素ＣＯ２、水素Ｈ２、及び水を過半数含む。それはまた、他のガスを少量含む。これらの他のガスは、とりわけ変換されていない炭化水素、及び不純物（Ｈ２Ｓ、ＮＯｘ等）である。

ガスを調節するための装置１２は、改質装置３０に起因する合成ガスの第一流れを受け取り、且つ二酸化炭素、蒸気、及び例えばＨ２Ｓ等の他の不純物から一酸化炭素及び水素を分離する。そのため、ガスを調節するための装置１２において、合成ガスの第一流れは、基本的にＣＯ及び水素を含む精製された合成ガスの第一流れへと、並びに、一以上の独立したガス流へと分離される。精製されたガスの第一流れは、ライン５０を介して装置１２を離れ、独立したガス流はライン５２及び５４を介して離れる。

精製された合成ガスの第一流れは、ライン５０を介して、ガス調節装置１２から、水素を追加するための装置１４まで向かう。独立したガス流は、大気中に廃棄される前に、電解装置２２又はガス化装置２６に供給するために、例えば蒸気を回復することを目的とする処理を受け得る。ＣＯ２は、大気中へ放出されるか、再循環されるか、又は貯蔵され得る。

装置１４において、決定された量の水素は、合成ガスの第二流れを形成するために、精製された合成ガスの第一流れに加えられる。水素は、ライン５６を介して電解装置２２より生じる。装置１４において、再循環されたガスの第二流れはまた、水素と及び精製された合成ガスの第一流れと混合される。再循環されたガスの第二流れは、ライン５８を介して装置１４に供給される。第二流れは、主にＨ２及びＣＯ、並びに、少量のＣＯ２、メタン、及び軽い炭化水素を含む。合成ガスの第二流れは、ライン６０を介して装置１４を離れ、製造装置１６に供給される。

製造装置１６は、図１の例示的な実施形態において、フィッシャー・トロプシュ法に従って動作する。この装置において、二酸化炭素ＣＯは、炭化水素を製造するために水素と反応する。この反応は、適当な触媒によって触媒作用を受ける。製造装置は既知のタイプであり、さらなる詳細はここでは記載されないであろう。

第一製品流は、ライン６２を介して装置１６を離れ、第一分離装置１８へ向かう。第一製品流は、合成ガスの第二流れに起因し、且つ装置１６で反応しないＣＯ及びＨ２分率を含む。それはまた、装置１６内の反応に起因する全ての生成物、特に異なる特性の多量の炭化水素、及び水を含む。それはさらに、とりわけメタンＣＨ４、及びＣ２、Ｃ３、Ｃ４・・・Ｃ１００、鎖等を含む。炭化水素は、とりわけナフサ、ろう質の材料、ワックス（ろう質の材料）、及び、例えばディーゼル燃料等のリサイクル可能な製品、及び／又は灯油等を含む。

第一分離装置において、第一製品流は、三つの流れへと分離される。
−少量溶解された有機製品を伴う水流（アルコール、有機酸）、
−（フィッシャー・トロプシュ法、Ｃ４からＣ１００製品に関する）濃縮製品の大部分を含む最終製品の第二流れ、
−少なくともＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、及び軽い炭化水素、特にＣＨ４を含む、再循環されることを意図された第一ガス流。

最終製造物の第二流れは、ライン６４を介して第一分離装置１８を離れる。それは、この流れの異なる化学成分を互いに分離することを目的とする後処理装置に向かい得る。後処理装置はまた、これらの化学成分を例えばディーゼル燃料等の他の一つのリサイクル可能な製品へと変換することを目的とする装置であり得る。

水流は、ライン６６を介して第一分離装置１８を離れる。例えばそれは、処理の後任意で、電解装置２２へ、又はガス化装置２６へ向かう。再循環されることを意図されたガスの第一流れは、ライン６８を介して装置１８を離れ、第二分離装置２０へ向かう。

第二分離装置において、この流れは、三つの異なる流れへと分けられる。パージ流（ライン７０）、ライン５８を介して装置１４へ向かう再循環流、及びライン４８を介して装置３０へ向かう再循環流。それぞれの流れの流量は、プロセスの収率を最適化するために選択される。通常、パージ流量の値は、三つの内で最も小さい。例示的な実施形態では、三つの流れは、全ての化合物に関して厳密に同一の組成を有する。しかしながら、分離装置は、装置１４及び３０へ向かう再循環流から不純物を効率的に除去し、それらをパージ流内へ移行することが可能なように提供され得る。

パージ流は、任意の後処理後、大気中へ放出される。この後処理は、軽い炭化水素の燃焼（エネルギーリサイクル）と、大気中への放出を制限するため等の特定のガス要素の分離から成る。

電解装置２２は、水の電解によって酸素流及び水素流を製造する可能性を与える。電解装置２２に供給する水は、プロセスの外部の水源から生じる。プロセスの総水消費を制限するために、この水の一部はまた、ガス調節装置１２から及び／又は第一分離装置１８から生じ得る。水素は、ライン５６を介して電解装置を離れる。酸素はライン７４を介して電解装置を離れ、ガス化装置又は改質装置に供給される。電解装置２２はまた、送電線７６を介して電力が供給される。送電線７６は、典型的に、配電ネットワークと接続され、配電ネットワークは電解装置２２に専念しているのではなく、メタノール又は炭化水素を製造するための装置の外部の他の消費者のためのものである。

空気分離装置２４において、空気からの酸素は、窒素などの他のガスから分離される。特定の例示的な実施形態では、空気分離装置２４は必要とされず、電解装置２２が、製造装置１０に供給するための十分な酸素を提供する。

設備の異なる装置は、以下で記載されるであろう製造方法を適用するためのプログラム制御装置７８によって制御される。

図２の製造設備は、これから記載されるであろう。この設備が図１のそれとは異なる点のみが以下で記載されるであろう。両方の装置において同様の機能を提供する全ての同一の要素は、同一の参照番号によって示されるであろう。

この設備に置いて、改質装置３０は、蒸気改質（ＳＲ、Ｓｔｅａｍ Ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）装置である。改質装置３０は、燃焼サブ装置８０及び改質サブ装置８２を含む。蒸気レベルを調整するための装置４０内へ移行した後の中間ガス流は、サブ装置８０に供給される。サブ装置８０において、このガスは、燃焼ガスとの熱交換によって、間接的に加熱される。加熱された中間ガス流は、ライン８４を介して燃焼サブ装置８０を離れ、改質サブ装置８２へ向かう。図２の例において、燃焼ガスは、第二分離装置２０から生じる。それは典型的に、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４、及びＨ２並びに軽い炭化水素を含む。それは装置２０から、ライン８６を介して追加装置８８まで向かう。追加装置８８において、酸化剤、例えば空気又は酸素が、ライン９０を介して燃焼ガスに加えられる。その後燃焼ガスは、装置８８のライン９２を介して燃焼サブ装置まで向かい、熱を放出する間燃焼する。燃焼済みガスは、ライン９４を介してサブ装置８０を離れ、パージを形成する。それらは、任意の精製の後、大気中に放出される。

改質サブ装置８２において、加熱された中間ガス流のメタンは分解され、改質反応によってＣＯ、ＣＯ２、及びＨ２へ変換される。

合成ガスの第一流れは、改質サブ装置８２を離れ、ライン３２を介してガス調節装置へ向かう。

本発明の製造方法において、ネットワーク上で利用可能な電力に適応するために、電解装置２２の電力需要の変更が提供される。最初に、これはピーク時の間、すなわちネットワークに接続した他の電力消費者が十分な電力を必要とする時に、電解装置の電力を減少する可能性を与える。実際、消費電力は同一日の間で変化し、例えばその日の最後にピークを有する。一方、夜間の電力消費量は減少する。

また、電力消費量は、その年の間で変化し、この消費は、電気的な加熱手段を有する多数の消費者のため、冬場により大きくなり、少なくとも空調が広く使用されていない国々では夏場により減少する。

また、電解装置の電力を変更することは、風力タービン又は太陽源等の可変な電力の電源を、電力分配ネットワークが供給する場合に、特に便利である。このようなソースによって提供される電力は実際に、気候条件に依存して変化する。

そのため、本発明の製造方法において、水素流を製造するために消費される電力は、特定のいわゆるオフピーク時ではより大きくになり、他のいわゆるピーク時では小さくなる。

そのため、電解装置２２は、ピーク時においてより小さな水素流を製造し、オフピーク時においてより大きな水素流を製造する。

この水素の不足を補償するために、且つそれゆえ装置１６の入口で適切なＨ２／ＣＯ割合（フィッシャー・トロプシュ用途に関しては典型的に２．１のオーダー）を得るために、制御装置７８が、以下の戦略を適用するためにプログラムされる。

改質装置３０の動作条件は、多かれ少なかれかなりの量の水素を製造するために変更され得る。典型的に、装置３０の出口で得られるＨ２／ＣＯモル比は、０．６から３の間で変化し得る。実際に、この装置の操作は、改質装置３０における温度、反応圧力及び入ってくる流れの組成によって決定される（それぞれ、装置３０に入る有機化合物に含まれる炭素原子の総モル流量に対する、装置３０に入る水の総モル流量、及び、装置３０に入る有機化合物に含まれる炭素原子の総モル流量に対する、装置３０に入る総酸素モル流量）。

＜＜改質装置３０に入る種の総モル流量＞＞によって、装置３０に入る全ての流れにおける種のモル流量の合計を意味する。図１の実施例において、有機化合物に含まれる炭素原子の総モル流量は、中間流における及び第一再循環されたガス流における異なる有機化合物（炭化水素）における炭素原子のモル流量の合計に相当する。水Ｈ２Ｏの総モル流量は、中間ガス流４４、４９における及び第一再循環されたガス流（４８）における水モル流量の合計に相当する。改質装置３０に入る他の流れにおける酸素のモル流量は事実上ゼロなので、酸素の総モル流量は基本的に、ライン４６を介してもたらされた酸素流量に相当する。

実際には、改質装置３０に入る有機化合物においてメタンＣＨ４が過半数の場合、Ｈ２Ｏ／ＣＨ４割合及びＯ２／ＣＨ４割合に関する上述の割合を見積もることが可能である。Ｈ２Ｏ及びＯ２は、上述のように同一の意味を有する。ＣＨ４は、改質装置３０に入る全ての流れにおけるメタンの総モル流量に相当する。

図３及び図１０は、ＡＴＲ又はＳＲタイプの装置において製造された異なるガスのモル分率の経時変化を、単純化した方法で表すために、シミュレーションによって得られた計算を示す。関連する反応器は、等温であり、動作圧力は３０バールである。それによって得られた濃度は、熱力学の平衡状態（ギブス反応器）である。さらに、反応器は所望の温度まで完全に加熱されたと考えられる。

図３から図６は、平衡状態での、ＣＨ４、Ｈ２、ＣＯ、及びＣＯ２の乾燥基準でのモル分率における経時変化と、反応温度に対する、図１の改質装置の出口でのメタン変換レベルと、を示す。温度は横座標であり、モル分率及びメタン変換レベルは縦座標である。温度は℃で、他のパラメータは％で、表される。

−発熱反応の効果の下、所望の反応条件まで流入ガスの温度を上昇するために酸素が注入される、部分的な燃焼又は酸化段階と、
−固定触媒層において起こる改質反応の間での第二吸熱段階と、を含む、単一の反応器に統合されたＡＴＲタイプの改質装置に関して。

触媒層の温度は、典型的に、２０バールから１００バールの圧力下で、８００℃から１０００℃の間で変化する。触媒層の上部において、温度は１１００℃から１４００℃に達し得る。触媒は例えば、スピネルサポート上のニッケル系である。燃焼段階における温度は、２０００℃のオーダーである。

図３、図４、及び図５において、流入ガスの流れは、いかなるＣＯ２も含まない。一方、反応器の入口での総ＣＨ４に対する総Ｈ２Ｏの割合は、図３において１であり、図４において２であり、図５において５である。図６では、流入ガスにおける総ＣＨ４に対する総Ｈ２Ｏの割合は、２であり、流入ガスにおける総ＣＨ４に対する総Ｈ２Ｏの割合は、１である。

図７及び図８は、図２において一つ示されたような蒸気改質装置に関して、図３から図６のように温度に応じて同一の値を与える。図７及び図８において、改質装置の入口での総ＣＨ４に対する総Ｈ２Ｏの割合は、２と等しい。また、改質装置の入口での総ＣＨ４に対する総Ｏ２の割合は、両方の場合において０．６の値を有する。一方、図７に関して、改質装置に入るガス内にはＣＯ２がない。図８に関して、改質装置の入口での総ＣＯ２に対する総ＣＨ４の割合は、１の値を有する。

図９及び図１０は、図３から図８に対応する６つの場合に関する反応温度に対する、平衡状態での、すなわち反応器出口での、ＣＯ／ＣＯ２及びＨ２／ＣＯそれぞれの割合における経時変化を示す。

以下のことが明確に現れる。
ａ）メタン変換レベルは反応温度に対して非常に敏感であり、メタンの変換は高温によって促進される。
ｂ）Ｈ２Ｏ／ＣＨ４の大きな割合は、メタンの変換を促進し、従って合成ガスの製造を促進する（図３、図４、及び図５）。
ｃ）反応器の入口でのＣＯ２の及びＯ２の存在は、Ｈ２／ＣＯ割合、及びそれらの得られる相対量の減少を引き起こす。
ｄ）ＣＯ２レベルは、反応器の入口でのＨ２Ｏ／ＣＨ４割合の増加と共に増加する（図３、図４、及び、図５）。
ｅ）図９及び図１０において、改質装置の入口でのＯ２の存在がＨ２／ＣＯ割合の大きな減少を引き起こすことが見られ得る。
ｆ）Ｈ２／ＣＯ割合は反応温度と共に減少する。
ｇ）全ての図において、メタンの変換と得られるＨ２／ＣＯ割合との間で妥協が見られ得る。

メタンの変換は、より低い圧力に関して促進される。しかしながら、動作圧力の大きな減少が、装置１６に関する適切な（典型的にはフィッシャー・トロプシュ装置に関して２５バールから３５バールの間の）圧力を得るために、下流に圧力装置の追加を示唆することになるため、Ｈ２／ＣＯ割合を変化するためのこの解決法は好ましくない。

さらに、反応温度はＨ２／ＣＯ割合に非常に影響するパラメータであるが、触媒の活性に依存する反応速度、及び反応速度はそれに応じて変更されるので、このパラメータは注意して変化され得る。

そのため、電解装置２２によって消費電力の減少を、従って、この装置２２によって製造された水素量の減少を補償するために、改質装置３０の作動温度は減少される、及び／又はＯ２／Ｃ割合は改質装置３０の入口で減少されるべきである、及び／又はＨ２Ｏ／Ｃ割合は改質装置の入口で増加されるべきである。
より好ましくない代替案では、改質装置３０の動作圧力は減少されるべきである。

実際には、全てのこれらの変更を同時に、又は制限された範囲においてのみ実行することは不可能である。実際、温度の減少は反応速度に影響し、反応器の出口での平衡状態が低すぎる温度に関して達成されない可能性がある。さらに、大きな割合の改質反応（吸熱反応）があるため、酸素量が改質装置の反応温度を決定し、Ｈ２Ｏ／Ｃ割合の増加が酸素必要量を示唆する。そのため、中間ガスの組成に応じて、及び用いられる改質装置タイプに応じて、どのパラメータがどの程度影響され得るかの基準をケースバイケースで決定する必要がある。

図１０は、図６から図８における関連する計算ケースに関して、改質装置の出口でのＨ２Ｏ／Ｃ割合の増加が許される、改質装置の入口での総ＣＨ４に対する総Ｈ２Ｏの割合の増加を示す。制御装置７８は、１．１から５の間に含まれる、好ましくは１．５から３の間に含まれる少なくとも一つの要因によって、改質装置の入口での総Ｈ２Ｏ／Ｃ（又はＨ２Ｏ／ＣＨ４）割合を変更するためにプログラムされる。

しかしながら、特定の他の例示的な実施形態では、例えば他のタイプの炭素質材料、及び改質装置の他の動作条件と共に、改質装置の入口での総Ｈ２Ｏ／総ＣＨ４割合は、改質装置の出口でのＨ２／ＣＯ割合を増加するために、制御装置７８によって減少されるべきである。

場合に応じて、同一の改質装置の出口でのＨ２Ｏ／ＣＯ割合を増加するために、改質装置の入口でのＯ２／ＣＨ４割合を増加又は減少する必要があるだろう。

表１で以下に示される実施例において、装置３０の出口でのＨ２／ＣＯ割合を制御するための唯一のパラメータは、Ｈ２Ｏ／Ｃ割合である。Ｏ２／Ｃ割合の値は、一定の改質温度を有するように調整される。

表１は、装置１６がフィッシャー・トロプシュ反応器であるときの、ピーク時における及びオフピーク時における、図１の及び図２の方法の実施を示す。４つの計算ケースにおいて、装置１６の入口でのＨ２／ＣＯ割合は、２．１である。オフピーク時において、電解装置による消費電力は、大きい（１５０ＭＷのオーダー）。ピーク時において、電解装置によって消費される電力は、約８０ＭＷまで低減されるが、改質装置の入口でのＨ２Ｏ／ＣＨ４割合は増加する。この割合は、オフピーク時において１．１５の値を、ピーク時において５の値を有する。電解槽によって必要とされる正味の電力の減少は、４５％のオーダーとみられる。しかしながら、必然的にＦＴ（フィッシャー・トロプシュ）製造物は、１７％のオーダーで減少する。実際、電解の水素の不足を補うために、ＣＯの一部がＣＯ２及びＨ２へ変換されるので、炭素収率は減少する。また、システムの、放出されるＣＯ２の量は増加する。このＣＯ２は、他の一つのタイプの再循環操作において用いられるために、又は隔離するために貯蔵され得る。

ガス化装置に起因する中間ガスの組成は表２において示される。中間ガスの質量流量、ガス化装置の出口での圧力、及び温度も同様である。

表は、改質装置の出口でのＨ２／ＣＯ割合が、関連する計算ケースに関して、オフピーク時における０．７からピーク時における１．２へと変化し得ることを示す。フィッシャー・トロプシュ装置１６の出口での製造物流量は、オフピーク時において３．４ｋｇ／ｓ、及びピーク時において２．８ｋｇ／ｓのオーダーである。

本発明の方法及び対応する製造設備は、多数の実施例を有する。

それは、電解槽によって必要とされる電力を、配電ネットワークの利用できる度合いに適応する可能性を与え、少なくとも局所的に分配ネットワークの操作の安定性に寄与する。さらに、このことは、電力コストがより低いちょうどその時に電力消費量を増加するために、電力価格が最も高いちょうどその時に電解槽の電力消費量を減少することが可能である。設備の収率は、それによって増加する。電解装置によって消費電力を変更する可能性は、後者が、ローカルな配電ネットワークに起因する電力ではなく、再利用可能な電源、例えば風力タービンから直接操作することを可能にする。

水素の又は電力の巨大な貯蔵に頼ることなく設備の操作を適合することが可能である。

電解槽によって消費される電力は、大きく減少され得、製造される炭化水素の量は適度に減少する。消費されるＭＷあたりに製造される炭化水素の量は、表１に示したように、オフピーク時においてよりもピーク時においての方が明らかに大きい。この表の実施例では、電解装置によって消費される電力の４０％以上の減少が、製造される炭化水素量を少なくとも２０％減少させる。

これらの結果と比較すると、フィッシャー・トロプシュ反応器のための供給流量に対する本方法の順応性も考慮した場合、製造される炭化水素量の３０％未満による減少のために、電解装置当たり５０％より大きい消費電力の減少を達することが可能である。

本方法及び製造設備は、複数の代替案を有し得る。

製造装置１６は、フィッシャー・トロプシュ法によって操作されないことがあり、メタノール製造装置であり得る。メタノールは、最終製品であり得、又は炭化水素への変換のために、例えばＭＴＧ（メタノールからガソリンへの）法による、後処理を受け得る。

空気分離装置２４は、全ての場合で必要とされるわけではなく、電解装置は特定の場合、ガス化装置へ及び改質装置へ必要とされる量の酸素を提供するのに十分である。

Claims (10)

1. 少なくとも一つの炭素質材料からメタノール及び／又は炭化水素を製造する方法であって、前記方法は、
   −前記炭素質材料から合成ガスを製造する段階であって、前記炭素質材料から中間ガス流を改質するための少なくとも一つの操作を含むプロセスに従い、前記合成ガスの流れは少なくとも水素及び一酸化炭素を含み、前記合成ガスは前記改質を実施するための第一動作条件下で第一水素／一酸化炭素モル比を有する段階と、
   −水素化された原材料から及び第一消費電力から水素流を製造する段階であって、前記水素流は前記第一消費電力のための第一モル流量を有する段階と、
   −前記合成ガスから及び前記水素流からメタノール及び／又は炭化水素を製造する段階と、
   −前記水素流を製造するための前記消費電力を前記第一電力未満の第二電力まで減少させる段階であって、前記水素流は前記第二消費電力のための前記第一モル流量未満の第二モル流量を有する段階と、前記水素流の前記モル流量の減少を補償するために前記改質操作のための前記第一動作条件とは異なる第二動作条件を調整する段階であって、前記合成ガスは前記第二動作条件下で前記第一水素／一酸化炭素モル比より大きい第二水素／一酸化炭素モル比を有する段階と、を含む方法。
2. 前記第一動作条件下で、前記改質操作が第一温度で実行され、前記第二動作条件下で、前記改質操作が前記第一温度未満の温度で実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第一動作条件下で、前記改質操作が第一圧力で実行され、前記第二動作条件下で、前記改質操作が前記第一圧力未満の第二圧力で実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記改質操作が、有機分子を含む複数の流入物を前記入口で受け入れる改質装置において実行され、前記中間流を含み、前記改質装置が、前記異なる流入物から、全部で、前記有機分子に含まれる炭素原子の総モル流量及び総水Ｈ２Ｏモル比を受け入れ、前記改質操作が、前記有機分子に含まれる炭素原子の前記総モル流量に対する前記総水Ｈ２Ｏモル流量の割合を変更することによって前記第一動作条件から前記第二動作条件へと移行することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記有機分子に含まれる炭素原子の前記総モル流量に対する前記総水Ｈ２Ｏモル流量の前記割合が、前記第一動作条件下で第一値に等しく、前記第二動作条件下で前記第一値より大きい第二値に等しいことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記第二値が、前記第一値の１．１倍から５倍の間に、好ましくは前記第一値の１．５倍から３倍の間に含まれることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記改質操作が、複数の流入物を前記入口で受け入れる改質装置において実行され、前記中間流を含み、前記改質操作が前記異なる流入物から、全部で、前記有機分子に含まれる炭素原子の総モル流量及び総酸素Ｏ２モル流量を受け入れ、前記改質操作が、前記有機分子に含まれる炭素原子の前記総モル流量に対する酸素の前記総モル流量の割合を変更することによって前記第一動作条件から前記第二動作条件に移行することを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の方法。
8. 前記水素流が、他の消費者に供給する配電ネットワークによって提供される電力から製造されることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
9. 前記中間流が、前記炭素質材料のガス化によって得られることを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の方法。
10. 少なくとも一つの炭素質材料からメタノール及び／又は炭化水素を製造する設備であって、前記設備が、
    −前記炭素質材料から合成ガスを製造する装置（１０）であって、前記炭素質材料から中間ガス流を改質するための少なくとも一つの装置（３０）を含み、合成ガスからの前記流れが、少なくとも水素及び一酸化炭素を含み、前記合成ガスが、前記改質装置（３０）のための前記第一動作条件下で第一水素／一酸化炭素モル比を有する装置と、
    −水素化された原材料から及び第一消費電力から水素流を製造する装置（２２）であって、前記水素流が前記第一消費電力のための第一モル流量を有する装置と、
    −前記合成ガスから及び前記水素流からメタノール及び／又は炭化水素を製造する装置（１６）と、
    −前記水素流を製造するために、前記第一電力未満の第二電力まで前記消費電力を減少するためのプログラム制御装置（７８）であって、前記水素流が前記第二消費電力のために、前記第一モル流量未満の第二モル流量を有し、且つ、前記水素流の前記モル流量の前記減少を補償するために前記第一動作条件と異なる第二動作条件下で前記改質装置（３０）を調整するためのプログラム制御装置（７８）であって、前記合成ガスが前記第二動作条件下で前記第一水素／一酸化炭素モル比より大きい第二水素／一酸化炭素モル比を有する装置と、を含む設備。