JP2022522970A - 化学物質の生成における断続的エネルギーの使用 - Google Patents

化学物質の生成における断続的エネルギーの使用 Download PDF

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スコット スティーブンソン
アンドリュー マーク ウォード
ケネス フランシス ローソン
ジョセフ ウィリアム シュレーヤ
マイケル エドワード ハックマン
チュン チャオ
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サビック グローバル テクノロジーズ ビー．ブイ．
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Abstract

少なくとも1つの化学生成物を含むプロセス流を1つまたは複数の反応物から生成するために構成された1つまたは複数の反応器;反応器に導入するための1つまたは複数の反応物のうちの1つまたは複数を含む1つまたは複数の供給流を調製するように構成された供給物調製システム;および/またはプロセス流内の反応副生成物、未反応反応物、またはそれらの組合せから少なくとも1つの化学生成物を分離するように構成された生成物精製システムを備える化学合成プラントであって、1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せを介して利用される加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの大部分（例えば、50％超、60％超、70％超、80％超、90％超、または100％超）が断続的エネルギー源（IES）から供給されるように化学合成プラントが構成されている、化学合成プラントを提供する。TIFF2022522970000003.tif79170

Description

技術分野
本開示は、化学物質の生成における断続的エネルギー源IES（非炭素系および/または再生可能エネルギー源であり得る）の使用に関する。さらに詳細には、本開示は、IESからの電気を利用する化学合成プラントの電化に関する。さらになお詳細には、本開示は、IESを有する化学合成プラントを運転するシステムおよび方法に関する。
背景
化学合成プラントは、様々な化学物質を提供するために利用される。多くの場合、専用の燃料が燃やされるか「燃焼」されて、化学合成のための反応熱、1つもしくは複数のプロセス流を加熱するためのエネルギー、液体を気化させるためのエネルギー（例えば、希釈剤として使用される水を沸騰させる）、作業をするためのエネルギー（例えば、圧縮機またはポンプを駆動する）、または化学合成プラント全体の他のプロセス動作のためのエネルギーが供給される。燃料をこのように燃やすか燃焼させると、環境に有害であり得る排煙が生成され、プロセスのエネルギー効率も低下する。同様に、水蒸気は、化学合成プラント内のプラント全体の熱および/またはエネルギー伝達流体として従来から利用されることが多い。熱および/またはエネルギー伝達に利用される水蒸気は、多くの場合、燃料の燃焼によって生成され、その結果、追加の排煙が生成され、化学合成中にエネルギー効率がさらに低下する。さらに、燃料として燃焼させるための反応物として他の方法で利用され得る材料の使用はまた、所与の量の材料から化学合成プラントで生成される所望の化学生成物の量を減少させる。したがって、エネルギーを供給するために燃やされる燃料、特に化石燃料の量を低減または排除する、化学合成の増強されたシステムおよび方法が必要とされている。望ましくは、そのようなシステムおよび方法はまた、化学合成プラントによるエネルギー効率の増加および/または温室効果ガス（GHG）の排出量などの排出量の減少をもたらす。
概要
本明細書において、少なくとも1つの化学生成物を含むプロセス流を1つまたは複数の反応物から生成するために構成された1つまたは複数の反応器;反応器に導入するための1つまたは複数の反応物のうちの1つまたは複数を含む1つまたは複数の供給流を調製するように構成された供給物調製システム;および/または、プロセス流内の反応副生成物、未反応反応物、またはそれらの組合せから少なくとも1つの化学生成物を分離するように構成された生成物精製システムを備える化学合成プラントであって、1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せを介して利用される加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの大部分（例えば、50％超、60％超、70％超、80％超、90％超または100％超）が断続的エネルギー源（IES）から供給されるように化学合成プラントが構成される、化学合成プラントが開示される。
また、本明細書において、再生可能な断続的エネルギー源（IES）からの電気を利用して、加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの大部分（例えば、50％超、60％超、70％超、80％超、90％超または100％超）を供給する運転のために構成された化学合成プラントが開示される。
本開示およびその利点をさらに完全に理解するために、ここで、添付の図面および詳細な説明に関連して以下の簡単な説明を参照する。ここで、同様の符番は同様の部分を表す。
典型的な先行技術の化学プロセスの概念図を示す。 本開示の態様による、再生可能な断続的エネルギーによって動力供給され得る化学プロセスの概念図を示す。 本開示の態様による、再生可能な断続的エネルギー源（IES）によって動力供給され得る一般化された化学合成プラントIのブロックフロー図を示す。 本開示の態様による、再生可能な断続的エネルギー源（IES）によって動力供給され得る化学合成プラントIIの概略図を示す。 本開示の態様による、圧縮によってエネルギーを貯蔵するためのシステムIIIAの概略図である。 本開示の態様による、冷却によってエネルギーを貯蔵するためのシステムIIIBの概略図である。 本開示の態様による、水素によってエネルギーを貯蔵するためのシステムIIICの概略図である。 本開示の態様による、加熱によってエネルギーを貯蔵するためのシステムIIIDの概略図である。 本開示の一態様の通り電化され実施例1および2に示されるオレフィン合成プロセスVIIの動作パラメータを示す。 本開示の一態様の通り電化され実施例3および4に示されるアンモニア合成プロセスXIIの動作パラメータを示す。 本開示の一態様の通り電化され実施例5および6に示されるメタノール合成プロセスX/XIの動作パラメータを示す。
詳細な説明
最初に、1つまたは複数の態様の例示的な実装形態が以下に提供されるが、開示される組成物、方法および/または生成物は、現在知られているか、未だ存在していないかにかかわらず、任意の数の技術を使用して実装され得ることを理解されたい。本開示は、本明細書において図示および説明される例示的な設計および実装形態を含む、以下に図示される例示的な実装形態、図面および技術に決して限定されるべきではなく、それらの均等物の全範囲とともに添付の特許請求の範囲内で変更され得る。
以下の用語は、当業者によって十分に理解されると考えられるが、以下の定義は、本開示の主題の説明を容易にするために記載されている。別段の定義がない限り、本明細書において使用されるすべての技術用語および科学用語は、本開示の主題が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。
本明細書において利用される場合、「断続的エネルギー源」または「IES」とは、使用されるエネルギーを貯蔵することができないか、使用されるエネルギーが経済的に望ましくないため、電気への変換に継続的に利用できず、かつ直接制御の範囲外で継続的に利用できない任意のエネルギー源である。断続的エネルギー源の利用可能性は、予測可能または予測不可能であり得る。再生可能な断続的エネルギー源とは、以下に定義するように、再生可能エネルギー源でもある断続的エネルギー源である。「断続的電気」は、IESから生成される電気を指す。
本明細書において利用される場合、「再生可能エネルギー」および「非化石系エネルギー（ENF）」には、自然の進行中のプロセスおよび核エネルギーによって急速に置き換えられる持続可能なエネルギー源から得られるエネルギーが含まれる。したがって、用語「再生可能エネルギー」および「非化石系エネルギー（ENF）」は、非化石燃料系エネルギー源から得られるエネルギー（例えば、石炭または天然ガスなどの化石燃料の燃焼によって生成されないエネルギー）を指し、「非再生可能」または「化石系エネルギー（EF）」は、化石燃料系エネルギー源から得られるエネルギー（例えば、化石燃料の燃焼によって生成されるエネルギー）である。化石燃料とは、生物の残骸から地質学的過去に形成された石炭またはガスなどの天然燃料である。したがって、本明細書において利用される場合、「再生可能」および「非化石系エネルギー（ENF）」には、限定されることなく、使用時に枯渇する化石燃料などの供給源からの「非再生可能」エネルギーとは対照的に、使用時に枯渇しない風力、太陽光発電、水流/移動またはバイオマスが含まれる。したがって、再生可能エネルギーは、化石燃料系エネルギー（EF）を排除し、バイオ燃料を含む。
本明細書において利用される場合、「非炭素系エネルギー（ENC）」とは、非炭素系エネルギー源から得られるエネルギー（例えば、炭化水素などの炭素系燃料の燃焼によって生成されないエネルギー）であり、炭素系エネルギー（EC）とは、炭素系エネルギー源から得られるエネルギー（例えば、炭化水素などの炭素系燃料の燃焼によって生成されるエネルギー）である。核エネルギーは、本明細書において、再生可能な非化石（ENF）系エネルギーおよび非炭素系エネルギー（ENC）と考えられる。したがって、炭素系エネルギー（EC）は、再生可能（例えば、非化石燃料系）または非再生可能（例えば、化石燃料系）であり得る。例えば、様々な炭素系バイオ燃料は、本明細書において、再生可能な炭素系エネルギー源と考えられる。
本明細書において利用される場合、「再生可能電気」は、再生可能エネルギー源から生成された電気を示し、「非再生可能電気」は、非再生可能エネルギー源から生成された電気である。本明細書において利用される場合、「非炭素系電気」は、非炭素系エネルギー源から生成された電気を示し、「炭素系電気」は、炭素系エネルギー源から生成された電気である。
例えば、態様では、本明細書において開示される化学合成プラント全体の再生可能電気および/または熱は、再生可能（例えば、生物学的）供給源に由来する再生可能炭化水素の燃焼によって供給され得る。例えば、再生可能電気は、態様では、農業廃棄物が供給された消化装置で生成されたメタンを含むENF/ECエネルギー源の燃焼によって生成され得る。同様に、態様では、短サイクル炭素廃棄物材料を使用して生成された合成ガスを含むENF/ECエネルギー源が、燃料（例えば、再生可能電気および/または熱を生成するために燃焼される）として利用され得る。望ましくは、このような燃焼によって生成された二酸化炭素が再捕捉される（例えば、新たな作物の成長によって）。
本明細書において利用される場合、燃料を「外部」燃焼させるとは、反応器の外側、例えば、炉内で燃料を燃焼させることを指す。一次反応の一部としての燃焼（例えば、自己熱型改質（ATR）における改質とともに起こる燃焼）は、「外部」燃焼とは考えられない。本明細書において利用される場合、「専用の」燃料とは、燃料比（例えば、燃焼熱）を提供するためだけに導入され、生成物に変換されない燃料、または供給流の一部である。
本明細書において利用される場合、「熱伝達水蒸気（SHT）」は、エネルギーまたは熱伝達媒体として単独でまたは主に生成される水蒸気（例えば、希釈剤および/または反応物として利用されない水蒸気）を示す。
本明細書において利用される場合、「正味」入熱または除熱は、一次エネルギー消費をもたらす入熱または除熱、例えば、プラントの別のセクションまたは流れから供給されない、例えば、別のプロセス流との熱交換を介して供給されない入熱または除熱を指す。同様に、「正味」エネルギーは、一次エネルギー消費をもたらすエネルギー、例えば、プラントの別のセクションまたは流れから供給されないエネルギー、例えば、別のプロセス流との熱交換を介して供給されない熱エネルギーを指す。
本明細書において利用される場合、「動力供給」は、機械的エネルギーおよび/または電気エネルギーを供給することを示す。
本明細書において利用される場合、「加熱」は、熱エネルギーを供給することを示す。本明細書において利用される場合、「冷却」は、そこからの熱エネルギーの除去を示す。本明細書において利用される場合、「直接」加熱または冷却は、熱伝達媒体/流体を使用しない加熱または冷却を指す。「間接的な」加熱または冷却は、熱伝達媒体/流体を介した加熱または冷却を指す。
本明細書において利用される場合、「ほとんど」または「大部分」は、50％超または半分超を示す。
本明細書において利用される場合、「所望の」パラメータ（例えば、所望の温度）は、パラメータの意図された値または目標値、例えば、プロセス制御に使用される設定値などの所定の値を指し得る。
消費される電気量:電気の消費への言及は、特定の場所で測定された、電気が使用される速度（例えば、MW単位）を指し得る。例えば、各電化された炉の境界で、または全体的なオレフィン合成プラント境界で速度が計算されてもよい。この計算は、その場所内で使用されるあらゆる電気を考慮してもよい。
排煙:発電所および/または産業プラントで燃料または他の材料を燃やすことによって生成され得るガスの混合物であって、ダクトを介して抽出され得るガスの混合物。
排煙熱回収:排煙熱回収とは、例えば、比較的低温のプロセス流体の温度を上昇させ、および/または該流体の相を変化させる（例えば、水を沸騰させて水蒸気をもたらす）ために、1つまたは複数の熱交換器に高温の排煙を通過させることによる、高温の排煙からの有用な熱エネルギーの抽出を指し得る。何らかの排煙熱回収後に排煙中に残っている何らかのエネルギーは、排煙（エネルギー）損失と呼ばれ得る。排煙熱回収セクションは、排煙熱を回収するために使用される機器、および該機器の対応する位置であってよい。排煙熱回収セクションがないことは、高温の排煙から熱が回収される機器または領域がないことを意味し得る。
対流セクション:対流セクションとは、対流熱伝達によって高温の排煙から熱が回収される炉（例えば、水蒸気分解炉または改質炉）の一部であり得る。対流セクションがないことは、高温の排煙から対流熱伝達によって熱が回収される機器または領域がないことを意味し得る。
「水蒸気を含まない」または「水蒸気を実質的に含まない」:「水蒸気を含まない」は、あるプロセス動作から別のプロセス動作にエネルギーを伝達するために、または外部からプロセスにエネルギーを導入するために水蒸気が使用されないプロセスを指し得る。「水蒸気を実質的に含まない」は、あるプロセス動作から別のプロセス動作にエネルギーを伝達するため、または外部からプロセスにエネルギーを導入するための水蒸気の使用が最小限に抑えられており、その結果、水蒸気量を使用する全エネルギー伝達の合計が、供給される正味エネルギーの約10％未満、約20％未満または約30％未満になることを意味する。反応物、希釈剤として使用される、生成物として得られる、またはプロセス流と直接混合される水蒸気は、「プロセス水蒸気」と呼ばれ得、この定義には含まれない。
一次エネルギー伝達媒体:一次エネルギー伝達媒体とは、あるプロセス動作から別のプロセス動作に熱エネルギーの形態でエネルギーを移動させるために、またはエネルギーをプロセスに導入するために使用される物質であり得る。物質は、あるプロセス動作から別のプロセス動作に熱を伝達するための媒体としても作用しながら、反応物または反応希釈剤として作用するなど、プロセスでは複数の目的を果たし得ることに留意されたい。そのような場合、反応物または希釈剤としての水蒸気の使用は一次的であると考えられ得、また、熱を伝達する効果は二次的であると考えられ得る。
抵抗加熱:抵抗加熱とは、抵抗ユニットに電流を流すことによる加熱であり得る。
誘導加熱:誘導加熱とは、電磁誘導によって導電性物体（通常、金属）を加熱するプロセスであり得る。
放射加熱:放射加熱とは、1つまたは複数の比較的高温の物体からの放射を介して物体を加熱するプロセスであり得る。
外部燃焼:外部燃焼とは、燃焼生成物がプロセス流体と混合しないように、燃料を燃やして熱を生成し、この熱を表面（例えば、管壁）を横切ってプロセス流体に伝達することを意味し得る。
熱電装置:熱電装置とは、熱電対にわたって温度差を電圧に（またはその逆に）直接変換するための装置であり得る。
等温操作:等温操作とは、一定温度での操作であり得る。等温操作は、所定の操作温度の0.5％以内、1％以内、2％以内、3％以内、4％以内、5％以内、最大で10％以内に温度を維持することができる。
対流熱伝達:対流熱伝達とは、単数または複数の流体の移動によるある場所から別の場所への熱の移動であり得る。
上記の定義の大部分は、実質的に、当業者によって理解される通りであるが、本明細書における本開示の主題の特定の説明のために、上記の定義のうちの1つまたは複数が、当業者によって通常理解される意味とは異なる方法で上記に定義され得る。
本明細書において利用される場合、IESが「利用可能」である場合への言及は、IESを得ることができる場合および/または経済的な価格でIESを得ることができる場合を含む。すなわち、簡潔にするために、「IESが利用可能である場合」は、「IESが利用可能である場合および/または経済的に望ましい場合」を含むことを意図している。
図1は、典型的な従来の化学プロセスの概念図を示す。このプロセスの目標は、供給物Aを生成物Bに変換することであるが、いくつかの副生成物（流れCとして示される）も生成されることが多い。
この変換を行うために使用される単位操作は、かなりの量のエネルギーを必要とする。従来、このエネルギーは、燃料、多くの場合天然ガスを燃やして熱を生成することによって主に供給され、図1ではΔHc（例えば、燃焼熱）として示されている。これは、二酸化炭素（CO2）の望ましくない生成および排出をもたらす。反応が発熱性である場合、追加のエネルギーが反応熱ΔHrによって供給され得る。反応が吸熱性である場合、ΔHrに等しい追加量のエネルギーを加える必要がある。一部の副生成物が燃やされてエネルギーを生成する（ΔHbpとして示される）場合にも、総エネルギー収支は影響を受ける可能性がある。しかし、多くの化学プロセスは、発熱反応を伴うものであっても、正味エネルギー消費主体であることから、正味プロセスエネルギーを供給するために外部エネルギー源（典型的には、炭化水素燃料によって供給される）を必要とする。
電気は、通常、ほとんどの化学品製造プロセスへのわずかな外部入力である。照明または制御などの内部電気的要件は通常、無視できるほど小さく、大量の電気を必要とする少数のプロセス、例えば、電気化学反応器（例えば、塩素（Cl2）および水酸化ナトリウム（NaOH）を製造するための塩素アルカリプロセス）では、この電気は通常、炭化水素の燃焼によってプラント境界内で生成され、プラント境界内で生成されない場合であっても、電気が再生可能ではなく炭化水素の燃焼によって得られる場合、電気のそのような使用は、炭化水素燃焼による電気の現場生成に対するエネルギー効率およびCO2排出に関して同等である。
ほとんどの化学品製造プロセスでは、エネルギー消費は、3つの主要なカテゴリに好都合に分けることができる。本明細書において第1のカテゴリC1と呼ばれる第1のそのような広範囲なカテゴリでは、熱は、炉内の燃料（例えば、天然ガス/化石燃料）の燃焼によって熱エネルギーとして直接供給される。（利用される場合、ここで、「直接」は、水蒸気などの中間熱伝達媒体が存在しないことを示す。）これらの炉は高温で運転されることが多く、大きな熱流束を必要とする。そのような炉のエネルギー効率は、炉排煙の熱損失によって制限される。これらの熱損失が、エネルギーを回収するため、例えば、水蒸気を生成するため、またはプロセス加熱を提供するために排煙の冷却によって最小限に抑えられる場合であっても、燃料に含まれる化学エネルギーの使用可能な熱エネルギーへの変換は、実質的な投資、ならびに設計および動作の柔軟性の損失を伴っても、85～90％を一般に超えない。
本明細書において第2のカテゴリC2と呼ばれる、化学プロセスにおけるエネルギー消費の第2の広範囲なカテゴリは、主にその温度を所望の反応温度まで上昇させるため、または分離、最も一般的には蒸留のためのエネルギーを供給するための様々な化学流の加熱を含む。この熱の一部は、他の化学流との交換によって得ることができるが、最も典型的には、炭化水素燃料（例えば、天然ガス/化石燃料）の燃焼によって直接生成された水蒸気によって、または高温炉から（例えば、カテゴリC1から）の排煙からの熱伝達によって供給される。最新の化学プロセスは、エネルギーを過剰な場所から必要な場所に移動させるために、比較的複雑な水蒸気システム（または本明細書において簡単にするために一般的に水蒸気熱伝達システムと呼ばれる他の熱伝達流体システム）を含む。この水蒸気システムは、様々な温度で熱を供給するための複数の圧力レベルの水蒸気、ならびに水蒸気および凝縮物回収システムを含み得、腐食、汚染、ならびに水処理および汚染された凝縮物の処分を含む他の操作上の困難にさらされる。プロセス流を加熱するために使用され得る、水蒸気に含まれるエネルギーの割合は、熱伝達、水蒸気凝縮およびボイラ水再循環に対する実用的な制約により、90～95％に一般に制限される。水蒸気が専用の外部ボイラによって生成された場合、第1のカテゴリC1のようにさらに10～15％以上が排煙に失われるため、燃料に含まれる化学エネルギーの最大80～85％が化学プロセスによって熱として使用される。
本明細書において第3のカテゴリC3と呼ばれる、化学プロセスにおけるエネルギー使用量の第3の主要カテゴリは、機械的仕事を行うために利用されるエネルギーである。この仕事は、流体をある場所から別の場所に加圧し移動させるために主に利用され、ポンプ、圧縮機およびファンなどの回転機器を駆動するために使用される。この第3のカテゴリC3には、圧縮によって主に動力供給されるため、冷凍機器も含まれる。ほとんどの化学設備では、この仕事のためのエネルギーは、高温プロセス流による熱伝達によって得られるか、カテゴリC1（例えば、対流セクション）では炉からの部分的に冷却された排煙流による熱伝達によって得られるか、専用の外部ボイラ内の炭化水素（例えば、天然ガス/化石燃料）の燃焼から直接得られる水蒸気によって供給される。機械的仕事への熱エネルギーの変換には限界があるため、燃料として使用される炭化水素の含有化学エネルギーに対するこれらの使用のエネルギー効率は低く、典型的にはわずか25～40％である。
予想外にも、化学プロセスでは、炭化水素燃料から得られるエネルギーを置き換えるために電気（例えば、再生可能および/または非再生可能電気）を使用することにより、二酸化炭素の排出を減少させながら、全体的なエネルギー効率を高めることによってプロセスを改善することができることが発見された。場合によっては、化学プロセスでは、炭化水素燃料から得られるエネルギーを置き換えるために電気（例えば、再生可能および/または非再生可能電気）を使用することにより、信頼性および操作性を改善し、例えばNOx、SOx、COおよび/または揮発性有機化合物の排出を減少させ、および/または製造コストを減少させる（例えば、低コストの電気が利用可能である場合）こともできる。
本開示の態様によれば、第1のカテゴリC1では、炉内の燃料（例えば、天然ガス/化石燃料）の燃焼および/または他の加熱によって熱エネルギーとして従来供給されていた熱は、電気加熱に置き換えられる。電気熱、電気加熱、熱を電気的に生成すること、電気ヒータ装置などは、流体に適用するために利用可能な熱エネルギーに電気を変換することを指す。そのような電気加熱には、限定されることなく、インピーダンスによる加熱（例えば、加熱対象の流体を運ぶ導管を通って電気が流れる場合）、オーム加熱、プラズマ、電気アーク、無線周波（RF）、赤外線（IR）、UVおよび/またはマイクロ波による加熱、抵抗加熱された要素を通過することによる加熱、電気加熱された要素からの放射による加熱、誘導による加熱（例えば、振動磁場）、電気によって駆動される機械的手段（例えば、圧縮）による加熱、ヒートポンプを介した加熱、加熱対象の流体を含む管に比較的高温の不活性ガスもしくは別の媒体を通過させることによる加熱であって、高温の不活性ガスもしくは別の媒体が電気的に加熱される加熱、またはこれらの何らかの組合せによる加熱などが含まれる。
本開示の態様によれば、第2のカテゴリC2のような水蒸気（または別の熱伝達流体）の利用は排除され、および/または中間熱伝達媒体としてのみ利用される任意の水蒸気（または他の流体）が電気的に生成または加熱される（例えば、水の電気加熱を介して）。
本開示の態様によれば、第3のカテゴリC3で利用される従来の回転機器（例えば、水蒸気タービン）は、電気的に駆動される装置に置き換えられる。本開示の態様によれば、第3のカテゴリC3の除熱は、電動式の除熱、例えば冷却および/または冷凍に置き換えられる。電気冷却、電気冷却器、熱を電気的に除去すること、電気冷却または冷凍装置などは、流体からの熱エネルギーの除去を指す。そのような電気冷却には、限定されることなく、電動式装置による冷却が含まれる。例えば、限定されることなく、電気冷却は、電気によって冷凍サイクルに動力供給することによって提供することができ、冷媒は電動式圧縮機によって圧縮される。別の例として、電気冷却は、空気を吹き出す冷却ファンに動力供給することによって提供することができ、空気はプロセス流体または要素を冷却する。態様では、電気加熱および電気冷却は、任意の電源によって行うことができる。
図2は、本開示の態様による、再生可能エネルギーによって動力供給される化学プロセスの概略図である。図2に示すように、再生可能エネルギーによって駆動されるプロセスは、態様では、従来の化学プロセスと同様に見え得る。しかし、燃料によって供給されるエネルギー入力の一部、大部分、または場合によっては実質的に全部を、再生可能エネルギーおよび/または再生可能電気に置き換えることができる。非炭素系エネルギー、再生可能エネルギーおよび/または再生可能電気による燃料入力のそのような置き換えは、態様では、CO2排出の大幅な低減を可能にする。態様では、任意の利用可能な形態の再生可能エネルギーを使用することができる。しかし、再生可能電気が利用される場合、利得は最大であり得る。再生可能エネルギーは、例えば、限定されることなく、太陽光発電、風力発電または水力発電から得ることができる。他の種類の再生可能エネルギーも、本開示の態様による化学プラントに適用することができる。例えば、態様では、集光型太陽光発電、地熱エネルギー、および/または直接太陽熱加熱の使用を使用して、熱エネルギーを供給し、CO2排出を低減することができる。
（例えば、再生可能）電気を介して必要なエネルギーを供給することの主な利点の1つが、プロセスのエネルギー効率が向上することであり得る。表1は、C1、C2およびC3として上述した、化学プラントにおけるエネルギー使用の3つのカテゴリを例示する、単位操作のエネルギー効率を示す。表1から、電力を使用すると、エネルギー消費の3つのカテゴリの各々の効率が増大することが分かる。本開示の態様によれば、回転機器用の水蒸気駆動装置が、水蒸気駆動装置のエネルギー効率の3倍ものエネルギー効率で動作することができる電気モータ（上記の第3のカテゴリC3の場合のように）に置き換えられると、利得は最大になり得る。これらの利得は、炭素系燃料燃焼からの電気の生成がわずか30～45％のエネルギー効率であるため、電気が非炭素系再生可能供給源から得られる場合にのみ実現される。加熱用途に再生可能電気を使用した場合（上記の第1のカテゴリC1および第2のカテゴリC2のように）の方がエネルギー効率の向上は小さいが、依然として著しい。最終的な結果は、炭素系燃料（例えば、天然ガスまたは他の炭化水素）の代わりに再生可能エネルギーを使用すると、使用される総エネルギーが少なくなるということである。
（表１）単位操作のエネルギー効率
Figure 2022522970000002
本開示によれば、上記のカテゴリC1、C2および/またはC3において、従来のエネルギー源ではなく、非炭素系エネルギー、再生可能エネルギーおよび/または電気（例えば、再生可能および/または非再生可能供給源から）を利用することができる。態様では、電化は、設備の大部分または実質的に全部に利用される。態様では、電化は、単位操作の大部分または実質的に全部に利用される。態様では、電化は、設備および単位操作の大部分または実質的に全部に利用される。態様では、電化は、プロセス用途、エンジン、冷却および/または加熱（例えば、電気的に駆動されるヒートポンプ、冷凍、電気加熱）、放射、貯蔵システムまたはそれらの組合せの大部分または実質的に全部に利用される。
態様では、非炭素系および/または再生可能エネルギー源は、風力、太陽光、地熱、水力電気、原子力、潮汐、波、海洋温度勾配電力、浸透圧発電またはそれらの組合せを含む。態様では、非炭素系エネルギー源は水素を含む。態様では、本明細書において記載される電化のための電気は、そのような再生可能および/または非炭素系エネルギー源から生成される。態様では、電気の一部または全部は、非再生可能および/または炭素系供給源、例えば、限定されることなく、炭化水素（例えば、再生可能または非再生可能炭化水素）、石炭、または炭化水素（例えば、再生可能または非再生可能炭化水素）に由来する水素の燃焼からのものである。
ほとんどの化学プラントから排出されるCO2の大部分は、プラントにエネルギーを供給するための化石燃料燃焼の結果である。本開示の態様による化学合成では、再生可能エネルギーを使用することの追加の利点は、排出される温室効果ガスの量が、炭化水素および/または化石燃料が燃焼され得る同等の従来の化学合成プラントまたは方法と比較して大幅に（例えば、少なくとも5％以上、少なくとも10％以上、少なくとも20％以上、少なくとも30％以上、少なくとも40％以上、少なくとも50％以上、少なくとも60％以上、少なくとも70％以上、少なくとも80％以上、少なくとも90％以上または少なくとも100％以上）減少することである。エネルギーを生成するために炭化水素（例えば、天然ガス、メタン）を燃やすと、二酸化炭素（CO2）が生成される。この生成は、本開示の態様による再生可能エネルギーの使用によって減少させるか回避することができる。本開示の態様では、生成される生成物1トン当たりの生成されるCO2の量は、化学生成物1トン当たりCO2約1.6トン以下、約1.5トン以下、約1.4トン以下、約1.3トン以下、約1.2トン以下、約1.1トン以下、約1.0トン以下、約0.75トン以下、約0.5トン以下、約0.30トン以下、約0.25トン以下、約0.2トン以下、約0.1トン以下、約0.05トン以下または約0トン以下に減少する。さらに、本開示の態様では、再生可能エネルギーを使用すると、典型的には燃料用に燃やされていたこれらの炭化水素（例えば、天然ガス、メタン）が化学原料として使用するため（例えば、メタノールを製造するため）に有効活用され、これは価値の増大した用途である。
また、化学物質の生成に再生可能電気を使用すると、動作上の利点をもたらすことができる。例えば、態様では、電力を利用して、さらに正確かつ調整可能な熱の入力を提供して、例えば、反応器に従って温度プロファイルを制御するか、蒸留塔内の特定のトレイの温度を変更することができる。態様では、反応セクション（例えば、熱分解反応セクション）に電気加熱を使用すると、デコーキングがさらに良好に制御され、および/またはデコーキングがさらに速くなる。限定されることなく、他の例には、分離の効率を向上させるための電動式冷凍ユニットの使用、ならびに迅速に作動するオンデマンド電気ヒータおよび水蒸気生成器を用いる、および他の設備用途のための非効率なスタンバイ式ガス燃焼ボイラの置き換えが挙げられる。また、電気を使用すると、起動またはシャットダウン中の大きな動作上の利点を可能にするか、プロセス変動に対応することが可能になり得る。一般に、エネルギー源としての電気は、プロセスの変更に迅速に応答して、特定の位置に正確かつ調整可能な量で印加することができ、熱/燃焼エネルギーの使用を超える様々な利点をもたらす。
また、本開示の態様による再生可能電気を使用すると、複数の化学プラント（例えば、オレフィン合成プラントおよび隣接するアンモニア合成プラント、またはオレフィン合成プラントおよび隣接するメタノール合成プラント）にエネルギーを供給する設備のエネルギー効率を向上させることができる。例えば、酸素および窒素をいくつかの異なる生成設備に供給する空気分離ユニット内の圧縮機が再生可能電気によって動力供給される場合、天然ガスの燃焼から得られた水蒸気によってこの電力を供給するのに比べて大きなエネルギー利得を達成することができる。
エネルギー回収は、態様では、高温ヒートポンプまたは水蒸気再圧縮を介して提供されてもよい。プラントは、例えば、断続的エネルギー源（IES）が利用される際に使用するための熱および/またはエネルギー貯蔵をさらに備えてもよい。態様では、廃熱は、電気的に駆動されるヒートポンプを介して使用可能な温度レベルに高めることができる。他の態様では、制御弁の代わりに発電用タービンを使用することによって、プロセス流の圧力が低下した際にエネルギーを電気として回収することができる。他の態様では、熱電装置を使用してエネルギーを電気として回収することができる。
本開示の態様によれば、エネルギー源として天然ガスまたは他の炭化水素を置き換えるための再生可能電気の使用は、既存の化学プロセス（例えば、既存のメタノール、アンモニア、またはオレフィン合成プラント）の改良の一部として、または新しい化学プラント（例えば、新しいメタノール、アンモニア、またはオレフィン合成プラント）の設計の不可欠な構成要素として行うことができる。改良では、再生可能エネルギーを使用する機会は、水蒸気システムなどの既存の設計の要素に応じて決まり得る。改良では、これらの考慮事項に関係なく個々の機器を電化するとエネルギーの非効率性が生じる可能性があるため、エネルギー収支および水蒸気システム全体の慎重な検査が必要になる。態様では、表1に見られるように、（例えば、第3のカテゴリC3の）回転機器のための水蒸気駆動装置を電気モータに置き換えることによって、最も高い効率向上が達成される。ただし、様々な目的が、部分電化に様々な選択をもたらし得る。態様では、場合によっては、最初に（例えば、第1のカテゴリC1の）炭化水素燃焼炉を置き換えることによって、エネルギー効率の比較的小さな向上を犠牲にして比較的大きなCO2減少が実現され得る。態様では、熱エネルギーおよび/または水蒸気が複数の炭化水素源から得られる場合、最も高価なおよび/または汚染する燃料源を最初に排除することによって、最も有利な操作を達成することができる。再生可能エネルギーをどの程度含めることができ、既存の燃料消費および二酸化炭素（CO2）排出をどの程度まで減少させることができるかは、用途に応じて変化し得、本開示を読めば当業者の技術の範囲内であろう。
態様では、根本的な化学施設（例えば、根本的なメタノール、アンモニア、またはオレフィン合成プラント）の設計に再生可能エネルギーを使用することを計画することにより、さらに優れたエネルギー効率およびさらに低いCO2排出の機会をさらに大きくすることができる。態様では、エネルギー効率の大きな向上を実現するために、電気によって（例えば、第3のカテゴリC3の）あらゆる回転機器に動力供給することが利用される。態様では、実質的に全部（または大部分、もしくは40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超）の（例えば、第1のカテゴリC1および/または第2のカテゴリC2の）電気加熱が利用され、排煙の熱の損失による非効率性が実質的に低減されるか、回避までされる。態様では、（例えば、第2のカテゴリC2の）化石燃料の燃焼を介して生成された水蒸気の使用を最小限に抑えるか、完全に回避することができる。態様では、触媒の変化および/または反応器動作条件の変更を利用して、反応器内の発熱を少なくし、および/または燃やされる副生成物の生成を少なくすることが可能になる。態様では、本開示による再生可能電気の利用によって圧縮および冷凍の相対コストが変更されるため、再生可能電気の使用に基づくプラント（例えば、メタノール、アンモニア、またはオレフィン合成プラント）設計により、分離操作の最適化を向上させることができる。そのような向上した分離は、態様では、ベント流からの少量の副生成物をさらに捕捉し、これらの少量の生成物を供給原料または生成物としてさらに使用するために有効活用することもできる。さらに、本開示の態様による低コスト電気を使用すると、限定されることなく、ハイブリッドガスおよび電気ヒータ、可変速圧縮機駆動装置、分散冷凍、ヒートポンプ、改良型蒸留塔、流体の受動的太陽光加熱、反応器温度プロファイルの正確な制御、新しい構築材料、ならびに電気的に冷凍された希釈剤を使用したクエンチまたは冷却などの新規技術の導入が可能になり得る。電気のコストが十分に低い場合、本明細書において教示されるような電気の利用は、新しい電気化学プロセスの導入に有利になり得る。新規建設の場合、例えば、（例えば、プラント全体の）水蒸気分配システムの欠如のために、プロセスを電気的に駆動する方が資本集約的ではない可能性がある。
本開示の態様によれば、非炭素系エネルギー、再生可能エネルギーおよび/または電気（再生可能、非再生可能、炭素系および/または非炭素系電気）は、限定されることなく、メタノール、アンモニア、オレフィン（例えば、エチレン、プロピレン）、芳香族、およびポリマーを含むほぼあらゆる化学物質の生成に使用することができる。非炭素系エネルギー、再生可能エネルギーおよび/または電気は、態様では、化学物質および燃料生成のための供給原料の調製、例えば、MTBE合成、分解、異性化および改質にも使用することができる。そのような態様では、上記のように、プラント/プロセスまたはそのセクション全体の加熱の一部（例えば、少なくとも約10、少なくとも約20、少なくとも約30、少なくとも約40または少なくとも約50％）、大部分（例えば、少なくとも約50、少なくとも約60、少なくとも約70、少なくとも約80、少なくとも約90または少なくとも約95％）または全部（例えば、約100％）が電気加熱によって提供され得、および/またはプラント/プロセスまたはそのセクション全体の冷却の一部（例えば、少なくとも約10、少なくとも約20、少なくとも約30、少なくとも約40または少なくとも約50％）、大部分（例えば、少なくとも約50、少なくとも約60、少なくとも約70、少なくとも約80、少なくとも約90または少なくとも約95％）または全部（例えば、約100％）が電気冷却によって提供され得る。
ここで、本開示の態様による、少なくとも1つの化学生成物35を生成するために利用される化学合成プラントIの概略図である図3を参照して、本開示の態様による、IESによって動作する一般化された化学合成プラントについて説明する。限定されることなく、特定の態様では、少なくとも1つの化学生成物は、例えば、2019年1月15日に出願され、「Use of Renewable Energy in the Production of Chemicals」と題された米国仮特許出願第62/792,631号、米国仮特許出願第62/792,632号、米国仮特許出願第62/792,633号、米国仮特許出願第62/792,634号および米国仮特許出願第62/792,635号、または「Use of Intermittent Energy in the Production of Chemicals」と題された米国仮特許出願第62/792,636号および米国仮特許出願第62/792,637号に記載されているように生成された化学物質を含み、これらの各々の開示は、本開示に反しない目的のため、本明細書に組み入れられる。限定されることなく、特定の態様では、少なくとも1つの化学生成物は、例えば、1つまたは複数の分解反応器での分解によって生成されたエチレン（例えば、それらの各々の開示が本開示に反しない目的のため本明細書に組み入れられる、2019年1月15日に出願され、「Use of Renewable Energy in Olefin Synthesis」と題された米国仮特許出願第62/792,612号および米国仮特許出願第62/792,615号に記載されているオレフィン合成を介して）;例えば、1つまたは複数のアンモニア合成反応器内で生成されたアンモニア（例えば、それらの各々の開示が本開示に反しない目的のため本明細書に組み入れられる、2019年1月15日に出願され、「Use of Renewable Energy in Ammonia Synthesis」と題された米国仮特許出願第62/792,617号および米国仮特許出願第62/792,619号に記載されているアンモニア合成を介して）;例えば、1つまたは複数のメタノール合成反応器内で生成されたメタノール（例えば、それらの各々の開示が本開示に反しない目的のため本明細書に組み入れられる、2019年1月15日に出願され、「Use of Renewable Energy in Methanol Synthesis」と題された米国仮特許出願第62/792,622号および米国仮特許出願第62/792,627号に記載されているメタノール合成を介して）;例えば、分解によって生成されたプロピレン;例えば、エチレンの酸化によって生成されたエチレンオキシド;例えば、エチレンオキシドの水和によって生成されたモノエチレングリコール;例えば、エチレンの塩素化によって生成された二塩化エチレン;例えば、二塩化エチレンから生成された塩化ビニル;例えば、オリゴマー化によって生成されたα-オレフィン;例えば、パラフィンの脱水素化によって生成されたオレフィン;例えば、通常のパラフィンの異性化によって生成されたイソパラフィン（例えば、n-ブタンから生成されたイソブタン）;例えば、環化および/または脱水素化によってパラフィンおよび/またはナフテンから生成された芳香族（BTX）;例えば、環化および/または脱水素化によってナフサから生成された芳香族;例えば、エチレンによってベンゼンをアルキル化することによって生成されたエチルベンゼン;例えば、エチルベンゼンの脱水素化によって生成されたスチレン;例えば、プロピレンによってベンゼンをアルキル化することによって生成されたクメン;例えば、クメンの酸化によって生成されたフェノール;例えば、パラキシレンの酸化によって生成されたテレフタル酸;例えば、空気からの分離によって生成された酸素;例えば、空気からの分離によって生成された窒素;例えば、イソブチレンのエーテル化によって生成されたMTBE;例えば、重合によって生成されたポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネートおよび/またはポリエチレンテレフタレート（PE、PP、PVC、PS、PC、PET）を含む。限定されることなく、他の特定の態様では、少なくとも1つの化学生成物は、例えば、メタノールのカルボニル化によって生成された酢酸;例えば、酢酸とエチレンとの反応によって生成された酢酸ビニル;例えば、メタノールのオリゴマー化（一般に、メタノールからオレフィンへのプロセスとして知られている）によって生成されたプロピレン;例えば、プロピレンの酸化によって生成されたアクリル酸;例えば、イソブチレンの酸化によって生成されたメタクロレイン;例えば、メタクロレインの酸化によって生成されたメタクリル酸メチル;例えば、プロピレンのアンモ酸化によって生成されたアクリロニトリル;例えば、硫黄の酸化によって生成された硫酸;例えば、アンモニアの酸化によって生成された硝酸;例えば、プロピレンの水和によって生成されたプロピレングリコール;アジピン酸、カプロラクタム、シクロヘキサノン、1,6ジアミノヘキサンもしくはそれらの組合せから選択される1つもしくは複数のナイロン前駆体;またはポリビニルアルコール（PVA）、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ナイロンを含む。
本開示は、化学生成物を生成するための化学合成プラントであって、化学合成プラントの同様のユニットまたは単位操作の1つもしくは複数のセクション、ユニットまたは群によって必要とされる正味エネルギーの大部分が、断続的エネルギー源（例えば、非炭素系エネルギー源（例えば、炭化水素などの炭素系燃料の燃焼によって生成されない）、再生可能エネルギー（例えば、非化石燃料由来エネルギー（ENF）から）または電気および/または再生可能電気からの非炭素系エネルギー（ENC）を含む断続的エネルギー）によって供給されるように、化学合成プラントが構成される/動作可能である、化学合成プラントを記載する。ENC源またはENF源は、態様では、電気を備えるか、電気を主に備えるか、電気から本質的になるか、電気からなり得る。態様では、ENC源またはENF源は、再生可能電気を備えるか、再生可能電気を主に備えるか、再生可能電気から本質的になるか、再生可能電気からなり得る。態様では、化学合成プラント全体、プラントのセクション（例えば、供給物前処理セクション、反応セクションおよび/または生成物精製セクション）、同様のユニットの群（例えば、圧縮機、動力供給ユニット、加熱ユニット、リボイラ、冷却ユニット、冷凍ユニット、セパレータ、反応器、蒸留/分留塔）、もしくはプラントの単位操作（例えば、圧縮、動力供給、加熱操作、冷却操作、反応、分離）、またはそれらの組合せによって必要とされる正味エネルギーの一部（例えば、約5以上、約10以上、約20以上、約30以上、約40以上、約50以上）、大部分（例えば、約50％以上、約60％以上、約70％以上、約80％以上、約90％以上または約95％以上）または全部（例えば、約100％）が、電気、再生可能エネルギー（例えば、非化石燃料由来エネルギー（ENF））および/または非炭素系エネルギー（ENC）によって供給される。態様では、電気は、限定されることなく、風力（例えば、風力タービンを介して）または太陽光（例えば、光起電力（PV）パネルを介した太陽光）などの再生可能な断続的エネルギー源から供給される。態様では、化学合成プラント全体、プラントのセクション（例えば、供給物前処理セクション、反応セクションおよび/または生成物精製セクション）、ユニット、もしくは同様のユニットの群（例えば、圧縮機、動力供給ユニット、加熱ユニット、リボイラ、冷却ユニット、冷凍ユニット、反応器、セパレータ、蒸留/分留塔）、もしくは化学合成プラントの単位操作（例えば、圧縮、動力供給、分離、加熱、冷却、反応）、またはそれらの組合せによって必要とされ、燃料、炭素系燃料および/または化石燃料の燃焼および/または中間熱（および/またはエネルギー）伝達流体としての水蒸気（例えば、それ自体がそのような燃料の燃焼によって生成された）の使用を介して類似の化学合成プラントに従来供給されていた電気、再生可能エネルギー（例えば、非化石燃料由来エネルギー（ENF）から）および/または非炭素系エネルギー（ENC）の一部（例えば、約5以上、約10以上、約20以上、約30以上、約40以上、約50以上）、大部分（例えば、約50％以上、約60％以上、約70％以上、約80％以上、約90％以上または約95％以上）または全部（例えば、約100％）が、燃料、炭素系燃料および/または化石燃料を燃焼させることなく、および/または中間熱（および/またはエネルギー）伝達流体としてそのような燃料の燃焼により生成された水蒸気を使用することなく供給される。態様では、プラント全体、またはプラントの同様のユニットの1つもしくは複数のセクション、ユニットもしくは群の正味エネルギーは、再生可能な断続的エネルギー源からの電気によって供給される。態様では、エネルギーは、再生可能IESが利用可能である（例えば、稼働中であるか貯蔵されている）場合または閾値価格未満である場合、断続的な再生可能エネルギー源からの電気によって供給される。例えば、態様では、加熱は抵抗加熱を介して電気的に提供され、電気は、利用可能な場合または閾値価格未満の場合、IESから主に得られる。利用可能な断続的エネルギーには、IESを介して（例えば、太陽電池を介して）直接供給される「稼働中」エネルギーと、稼働中にIESから得られ、プラント内で後に利用される貯蔵エネルギーとが含まれ得る。
態様では、本開示の化学合成プラントは、供給物前処理システム、1つもしくは複数の反応器、生成物精製システム、またはそれらの組合せを介して利用される動力供給、加熱、冷却、圧縮、分離、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの大部分（例えば、50％超、60％超、70％超、80％超または90％超）が電気によって供給されるように構成される。態様では、電気は、IESが利用可能である場合または閾値価格未満である場合、IESから供給される。
態様では、本開示の態様による化学合成プラントは、1年当たり約10,000トン以上、1年当たり約100,000トン以上、1年当たり約250,000トン以上、1年当たり約500,000トン以上または1年当たり約10,000,000トン以上の所望の化学生成物の生成能力を有する大型プラントである。本開示で予測されるサイズでは、IESによって供給されるエネルギー量はそれに応じて大きくなる。態様では、本開示の方法による部分的または完全に電化されたプラントは、IESから、少なくとも（すなわち、以下の値と同じか、それよりも多い）約10MW、少なくとも約15MW、少なくとも約20MW、少なくとも約25MW、少なくとも約50MW、少なくとも約100MW、少なくとも約150MW、少なくとも約200MW、少なくとも約300MW、少なくとも約400MW、少なくとも約500MW、少なくとも約750MWまたは少なくとも約1000MWの電気を消費する。
本明細書において開示されるように、化学合成プラントの特定の態様を利用してIESによる化学合成プラントの電化を説明するが、本明細書における説明を読めば当業者には明らかであるように、本開示に従って、ユニットの多数の配置、および様々な化学合成技術を電化することができることを理解されたい。
一般化された化学合成プラントIの概要である図3を参照すると、化学合成プラントは、1つまたは複数の反応物を含む供給流5を化学生成物流35（および任意で1つまたは複数の副生成物流31）に変換するための以下のプロセスセクション、すなわち、供給物前処理セクション10、反応（または一次反応）セクション20、生成物精製セクション30またはそれらの組合せのうちの1つまたは複数を含むと考えられ得る。再循環セクション、エネルギー（例えば、電気）生成および/またはエネルギー貯蔵（例えば、水素貯蔵）セクションなどの他のセクションも、本開示の範囲内である。そのようなセクションは、次の数段落で簡単に説明され、以下にさらに詳細に説明される。
図3の化学合成図に示すように、化学合成プラントの供給物前処理セクション10は、反応のための反応物供給物5を調製し（例えば、供給物から望ましくない成分（例えば、硫黄）を除去し、供給物の温度および/または圧力を調整する）、前処理された供給物15を提供するように動作可能である。応用では、本開示の化学合成プラントは、供給物前処理セクションを備えない。反応または「化学合成」セクション20は、前処理された供給物15から所望の化学生成物を生成し、それにより粗化学生成物流25を提供するように動作可能である。生成物精製セクション30は、粗化学生成物流25から、精製された化学生成物35を分離するように動作可能である。応用では、本開示の化学合成プラントは、生成物精製セクションを備えない。
図3に示され、上述されたように、化学合成プラント、またはユニットの1つもしくは複数のセクションもしくは群、同様のユニット、もしくはその単位操作への、またはそれらの中のエネルギー（E）入力（従来、炭素系エネルギー源からの炭素系エネルギー（EC）2A、化石燃料系エネルギー源からの化石燃料由来エネルギー（EF）3Aを介して、または熱もしくはエネルギー伝達媒体（SHT）1としてのみもしくは主に、水蒸気（例えば、炭素系エネルギー源または化石燃料系エネルギー源から得られたエネルギーを使用してこの目的のために生成された水蒸気）の使用を介して提供され得る）は、非炭素系エネルギー源からの非炭素系エネルギー（ENC）2B、再生可能な断続的エネルギー源からの再生可能/非化石燃料系エネルギー（ENF）3B、および/または電気（例えば、断続的電気および/または再生可能な断続的電気）によって部分的または完全に置き換えられてもよい。炭素系エネルギー（EC）2A、化石燃料由来エネルギー（EF）3Aまたはその両方は、電気によって部分的または完全に置き換えることができる。態様では、電気は、非炭素系燃料、再生可能燃料、再生可能エネルギー源またはそれらの組合せから得られてもよい。本明細書において開示されるシステムおよび方法を介して得られる利点は、化学合成プラントまたはプロセスからの温室効果ガス（GHG）排出4の減少であり得る。態様では、水蒸気システムの上記の排除または減少はまた、資本コストおよび運転コストを低下させ得る。
上述され、図3に示されるように、化学合成プラント、またはユニットの1つもしくは複数のセクションもしくは群、同様のユニット、もしくはその単位操作への、またはそれらの中のエネルギー（E）入力（従来、炭素系エネルギー（EC）源、非再生可能エネルギー源、非電気エネルギー源を介して、または熱もしくはエネルギー伝達媒体（SHT）としてのみもしくは主に、水蒸気の使用を介して、および/または非再生可能燃料の燃焼によって生成された水蒸気の使用を介して提供され得る）は、非炭素系エネルギー（ENC）源、再生可能エネルギー源、例えば、断続的な再生可能電気、電気（任意の供給源から）からのエネルギーによって、または熱もしくはエネルギー伝達媒体（SHT）としてのみもしくは主に水蒸気を使用せずに、および/または燃料の燃焼によって生成された水蒸気を使用せずに、部分的または完全に置き換えられてもよい。本明細書において開示されるシステムおよび方法を介して得られる利点は、化学合成プラントまたはプロセスからの温室効果ガス（GHG）排出4の減少であり得る。
本明細書において提供される例によって限定されることを意図するものではないが、本開示の態様に従ってIESを用いて化学合成プラントを電化することができる方法のいくつかの説明が、図3の例示的な化学合成プラントIを参照してここで提供される。様々な態様では、記載された工程、セクション、ユニットの群、または単位操作は、任意の好適な順序で存在し得るか動作され得、工程、セクション、ユニットまたは単位操作のうちの1つまたは複数は、存在しなくてもよく、繰り返されてもよく、異なる工程、セクション、ユニットまたは単位操作に置き換えられてもよく、本明細書において記載されていない追加の工程、セクション、ユニットまたは単位操作が使用されてもよい。さらに、工程は特定のセクション内にあると記載されているが、工程は別のセクションの一部と考えることもできる。
上記のように、態様では、本開示の化学合成プラントは、供給物前処理セクション10を備える。そのような供給物前処理セクション10は、供給物（または複数の供給物）から、限定されることなく、触媒毒などの1つまたは複数の成分を除去し、単数または複数の供給物の圧力を下流（例えば、反応）セクション20内の所望の動作圧力に調整し、単数または複数の供給物の温度を所望の動作温度に調整し、および/またはそうでなければ下流（例えば、反応）セクション20の前に単数または複数の供給物を変更するように動作可能であり得る。
上記のように、態様では、本開示の化学合成プラントは、化学合成セクション20を備える。そのような化学合成セクション20は、供給物5または前処理された供給物15から所望の化学物質（または複数の所望の化学物質）を生成するように動作可能であり得る。所望の化学物質を生成する工程は、粗化学生成物25を提供するために、1つまたは複数の反応器を所望の温度/温度プロファイルおよび/または圧力に維持する工程、所望の組成、温度および/または圧力の追加の成分（例えば、希釈剤、触媒）を1つまたは複数の反応器に提供する工程、1つまたは複数の反応器から化学生成物を抽出する工程などを含むことができる。1つまたは複数の反応器は、直列または並列に動作するように構成することができ、1つまたは複数の化学反応は、直列または並列のいずれかで発生し得る。発生する反応は、本質的に吸熱性、発熱性または熱的中性であり得、発生するすべての反応の正味は、本質的に吸熱性、発熱性または熱的中性であり得る。
上記のように、態様では、本開示の化学合成プラントは、生成物精製セクション30を備えていてもよい。そのような生成物精製セクション30は、任意の数の方法で粗化学生成物から化学生成物または複数の生成物および副生成物を分離するように動作可能であり得る。例えば、分離は、化学生成物流35を提供するために、1つまたは複数の蒸留塔および関連するリボイラ、フラッシュセパレータ、溶媒抽出器、抽出蒸留ユニット、晶出器、蒸発器、分相器（例えば、デカンタ、サイクロンなど）、吸収器、吸着器、膜などを介して行われ得る。
図3に示すように、態様では、化学合成プラントまたはその1つもしくは複数のセクション内で必要とされる正味エネルギー（例えば、供給物前処理セクション10内で必要とされるエネルギーE1、反応セクション20内で必要とされるエネルギーE2、および/または生成物精製セクション30内で必要とされるエネルギーE3）［または以下に説明するように、1つもしくは複数のユニット、もしくはユニットの群（例えば、圧縮機、セパレータ、蒸留塔）、もしくは単位操作（例えば、圧縮、動力供給、分離、加熱、冷却）内で］の大部分、20％超、30％超、40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超、または実質的に全部が、非炭素系エネルギー源から、再生可能電気などの再生可能エネルギー源から、または電気から（任意の供給源、再生可能および/または非再生可能から）供給される。態様では、化学合成プラントまたはその1つもしくは複数のセクション内で必要とされる正味エネルギー（例えば、E＝E1＋E2＋E3）（例えば、供給物前処理セクション10内で必要とされるエネルギーE1、反応セクション20内で必要とされるエネルギーE2、および/または生成物精製セクション30内で必要とされるエネルギーE3）［または以下に説明するように、1つもしくは複数のユニット、もしくはユニットの群（例えば、圧縮機、セパレータ、蒸留塔）、もしくは単位操作（例えば、圧縮、動力供給、分離、加熱、冷却）内で］の大部分、20％超、30％超、40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超、または実質的に全部が、燃料を燃焼させることなく、および/または熱（および/またはエネルギー）伝達媒体として水蒸気を単独でまたは全く生成することなく供給される。
態様では、1つもしくは複数のユニット、またはユニットの群、または単位操作によって必要とされる正味エネルギーの大部分、20％超、30％超、40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超、または実質的に全部が、非炭素系エネルギー源から、再生可能電気などの再生可能エネルギー源から、および/または電気から（任意の供給源、再生可能および/または非再生可能から）供給される。例えば、限定されることなく、態様では、そのようなユニットは、圧縮機（例えば、供給物圧縮機および/または冷凍圧縮機）、ポンプ、セパレータ（例えば、蒸留塔、吸収ユニットおよび/またはストリッパ）、抽出器（例えば、液体-液体抽出および/または抽出蒸留のために）、特定の反応のための反応器（例えば、個々の反応器、または直列および/または並列の複数の反応器）、ヒータ（例えば、熱交換器および/またはリボイラ）、冷却器（例えば、冷凍ユニットおよび/または極低温ユニット、送風機、冷却水システム）、再生のための機器（例えば、触媒、吸着器またはストリッピング溶液の再生のために）、またはそれらの組合せを備える。
態様では、一連の操作（例えば、圧縮、圧送、動力供給、混合、分離、加熱、冷却、反応、再循環、エネルギー貯蔵および/またはエネルギー生成）に必要な正味エネルギーの大部分、20％超、30％超、40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超、または実質的に全部が、非炭素系エネルギー源から、再生可能電気などの再生可能エネルギー源から、または電気から（任意の供給源、再生可能および/または非再生可能から）供給される。
化学プラントで使用されるエネルギー（E）のかなりの部分が加熱および冷却（Q）に使用される。その重要性から、加熱および冷却として伝達されるあらゆる正味エネルギーの一部を別個に考慮することができる。上述したように、態様では、加熱および/または冷却に必要な正味エネルギーの大部分、20％超、30％超、40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超、または実質的に全部が、非炭素系エネルギー源から、再生可能電気などの再生可能エネルギー源から、および/または電気から（任意の供給源、再生可能および/または非再生可能から）供給される。例えば、態様では、化学合成プラントまたはその1つもしくは複数のセクション内で必要とされ（例えば、供給物前処理セクション10内で必要とされる入熱または除熱Q1、反応セクション20内で必要とされる入熱または除熱Q2、および/または生成物精製セクション30内で必要とされる入熱または除熱Q3）、1つもしくは複数のユニット、またはユニットの群（例えば、冷凍ユニット、熱交換器）によって提供される正味の入熱または除熱の大部分、20％超、30％超、40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超、または実質的に全部が、非炭素系エネルギー源から、再生可能電気などの再生可能エネルギー源から、および/または電気から（任意の供給源、再生可能および/または非再生可能から）提供される。本開示によれば、プロセス流を冷却する場合、他のプロセス流を加熱するために可能な限り多くの熱が使用されるべきである。ただし、特定の温度未満では、追加の熱伝達はもはや有効でも有用でもなく、送風機、冷却水および/または冷凍（除熱のためにエネルギー入力を必要とする）が利用される。態様では、例えば、プロセス流の温度を変化させるための熱交換器、冷凍ユニットまたはそれらの組合せが電気的に動力供給され得る。態様では、冷凍ユニットは、1つまたは複数の電動式圧縮機を含む。態様では、水蒸気は、中間熱および/またはエネルギー伝達流としてのみ利用されるのではなく、プラントまたはそのセクションは、エネルギー伝達に従来使用されているような複雑な水蒸気システムを備えない。態様では、水蒸気は熱伝達流体として使用され、例えば、ポンプまたは圧縮機を駆動するための機械的仕事を行うために使用されない。態様では、加熱は抵抗加熱によって提供される。態様では、加熱は誘導加熱によって提供される。態様では、加熱は、放射パネルに電気的に提供され、次いで放射パネルが放射によってプロセスに熱を伝達する。
態様では、燃料を燃やすことによって従来加熱され得る反応セクション20または他の場所の反応器は、本開示の態様によれば、燃料を燃やすことなく（したがって、対応する排煙を同時に生成することなく）加熱され得る。例えば、反応器は、態様では、電気的に加熱することができる。このように、プラントからの温室効果ガス排出を低減することができ、場合によっては、そのプラント内または異なる化学物質生成プラント内の追加の化学生成物を生成するのに、反応セクション20（または他の場所）内で燃料として従来燃やされていた炭化水素を利用することができる。態様では、排煙に含まれる熱の大気への損失が排除されるため、排煙の排除によってエネルギー効率が向上する。反応器の電気加熱を利用することによって、態様では、反応ゾーンまたは反応器に沿って温度プロファイルを向上させることができる。例えば、反応器の長さに沿って所望の熱流束を提供し、反応のための温度制御を向上させ、平衡をシフトさせ、および/またはコーキングおよび/または触媒失活を最小限に抑えることが可能である。
態様では、1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せは、軽質流（例えば、排煙、パージガスまたはテールガス）を生成し、軽質流、1つもしくは複数の反応器で利用される反応物、またはそれらの組合せは、水素、一酸化炭素、1つもしくは複数の軽質炭化水素（例えば、C1炭化水素、C2炭化水素、C3炭化水素および/またはC4炭化水素）またはそれらの組合せから選択される成分を含み、本開示の化学合成プラントは、燃料として軽質流、その成分またはその両方を燃焼させるために構成されない。態様では、そのような燃焼のエネルギーは電気に置き換えられる。
態様では、電気を利用して、従来よりも冷たい冷却水（例えば、2、5、10または15℃冷たい）を生成し、下流の操作を向上させることができる。態様では、例えば、汚染物質を除去することによって冷却水に使用される水の質を改善するための操作に電力を使用することができる。態様では、電気を使用して、触媒、吸着剤または吸収溶液を再生するために使用されるガス流または液体流を加熱する、例えば、吸着剤を再生するために吸着剤を水蒸気ストリッピングすることができる。態様では、電気を使用してアミン吸収溶液を再生する。態様では、電気を使用して、反応に使用されるガスを予熱することができる。態様では、電気を使用して、供給物および/または希釈剤、例えば、限定されることなく、水蒸気またはナフサを気化させることができる。態様では、電気を使用して、トレースラインまたは容器を加熱し、普通ならガスおよび/または液体が冷却される貯蔵および/または伝達中にガスおよび/または液体を所望の温度に保つことができる。態様では、電気を使用して、熱電装置および/またはヒートポンプに動力供給して、同時の加熱および冷却を可能にすることができる。態様では、高温反応生成物流からの熱伝達によって（供給物/生成物交換器を介して）予め加熱されたガス流または液体流が、該流れを反応器または他の下流装置に供給する前にさらに加熱される「トリム加熱（trim heating）」を提供するために電気を使用することができる。態様では、プラントを始動させる際に反応物または他のプロセス流を予熱するために電動式ヒータが使用され得るが、限定されることなく、高温反応器生成物流などの他の熱源が利用可能になるためプラントの稼働中にはもはや利用されない「始動」加熱をプロセスに提供するために電気を使用することができる。
上述したように、態様では、化学合成プラントまたはその1つもしくは複数のセクション（例えば、供給物前処理セクション10、反応セクション20および/または生成物精製セクション30）内での圧縮に必要な正味エネルギーの大部分、20％超、30％超、40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超、または実質的に全部が、非炭素系エネルギー源から、再生可能電気などの再生可能エネルギー源から、および/または電気から（任意の供給源、再生可能および/または非再生可能から）供給される。そのような圧縮は、例えば、前処理セクション10内の供給物5の圧力を上げるため、反応セクション20内の流れの圧力を上げるため、生成物精製セクション30内の流れの圧力を上げるため、および/または再循環流の圧力を上げるために利用され得る。
例えば、本開示の態様によれば、圧縮は、ガス/燃料の燃焼によって駆動されるタービンを介して、または炭化水素の燃焼から生成された水蒸気によって動力供給されるタービンを介してではなく、電気モータ駆動圧縮機を介して行われてもよい。態様では、圧縮機は、電気加熱によって生成された水蒸気によって駆動されるタービンによって動作される。例えば、電気的に生成された水蒸気によって駆動される電気モータおよび/またはタービンを利用して、化学合成プラントもしくはその1つもしくは複数のセクション全体にわたって、または1つもしくは複数の操作（例えば、冷凍）のために圧縮を提供してもよい。態様では、化学プラントの1つもしくは複数のセクション、もしくは同様のユニット（例えば、冷凍ユニット）の群内の圧縮機、または操作（例えば、流れの加圧、冷却、冷凍）の大部分、20％超、30％超、40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超、または実質的に全部が、電気的に生成された水蒸気によって駆動される電気モータ駆動圧縮機および/またはタービンを利用する。
態様では、プラント内の高圧流を利用して、化学合成プラントの1つまたは複数のセクション内で使用するための電気を生成する。例えば、態様では、化学合成プラントまたはその1つもしくは複数のセクション内の圧力降下工程は、制御弁ではなくタービンを介して行われてもよい。
態様では、燃料の燃焼によって生成された、または熱および/またはエネルギー伝達のためにのみ生成された水蒸気は、本開示の化学合成プラントおよび方法では（例えば、前処理セクション10、反応セクション20および/または生成物精製セクション30では）利用されない。このように、本開示による化学合成プラントは、態様では、複雑な水蒸気熱および/またはエネルギー伝達システム（同じ化学物質を生成するための化学プラントでは従来から利用され得る）を用いることなく動作され得る。いくつかの用途では、例えば、水蒸気が供給成分および/または希釈剤として反応器内で利用される場合、そのような水蒸気は、化学合成プラント内のプロセス流との熱伝達によって生成されてもよく、および/または電気的に生成されてもよい。態様では、プロセス流との熱伝達を介して生成された水蒸気は、電気を使用して過熱され得る。態様では、低温水蒸気の電気過熱は、熱およびエネルギー回収の改善を可能にする。態様では、水蒸気は、化学合成プラント全体を通して、必需品または設備として利用されない。態様では、本開示の化学合成プラントは、水蒸気を本質的に含まないか、同じ化学物質を生成するための従来のプラントよりも実質的に少ない水蒸気を利用する（例えば、少なくとも10、少なくとも20、少なくとも30、少なくとも40、少なくとも50、少なくとも60、少なくとも70、少なくとも80、少なくとも90または少なくとも100体積パーセント（vol％）少ない水蒸気を使用する）。例えば、同じ化学物質を生成するための従来のプラントは、供給物前処理セクション10および/または生成物精製セクション30の蒸留塔のリボイラのために水蒸気生成を利用し得るか、水蒸気生成を利用して圧縮プロセスのための水蒸気タービンを駆動し、および/または流れを再循環し得るか、水蒸気生成を利用して冷凍のための水蒸気タービンを駆動し得る。態様では、本開示による化学プラントにおけるこれらの操作のために水蒸気は生成されないか、実質的に少ない水蒸気（例えば、少なくとも10、少なくとも20、少なくとも30、少なくとも40、少なくとも50、少なくとも60、少なくとも70、少なくとも80、少なくとも90または少なくとも100体積パーセント（vol％）少ない水蒸気）が生成される。態様では、水蒸気は熱伝達流体として使用されるが、機械的仕事を行うために（例えば、圧縮機またはポンプを駆動するために）使用されない。態様では、これらの操作のために生成される水蒸気は、第一に（例えば、利用される全水蒸気のうち、最大の割合が電気的に生成される）、主に（例えば、水蒸気の50％超が電気的に生成される）、または実質的に全部、電気的に生成される。態様では、反応物または希釈剤として利用される水蒸気は、第一に（例えば、利用される全水蒸気のうち、最大の割合が電気的に生成される）、主に（例えば、水蒸気の50％超が電気的に生成される）、または実質的に全部、電気的に生成される。態様では、反応物および/または希釈剤として利用される水蒸気は、抵抗加熱を使用して生成される。態様では、反応物および/または希釈剤として利用される水蒸気は、電極式ボイラまたは電気浸漬ヒータを使用して生成される。態様では、水蒸気は電気を使用して過熱される。
態様では、本開示の化学合成プラントまたはプロセスでは、比較的多くのエネルギーが、例えば、水蒸気の生成と水蒸気タービンを介した機械的エネルギーへの熱エネルギーの変換とを介して変換されるのではなく、高温の生成物流出流からの熱を利用して供給流を加熱するなど、直接「そのまま」利用される。本開示の態様によれば、エネルギーを直接使用すると、例えば、熱が機械的エネルギーに変換される際に生じる、および/または排煙を介して生じるエネルギー効率損失を低減することによって、化学合成プラントのエネルギー効率を高めることができる。
態様では、流体に原動力を提供するために電気を使用することができる。例えば、電気を使用してポンプに動力供給して液体を移動させ、および/または加圧し、および/または送風機および/またはファンに動力供給することができる。態様では、化学合成プラントで利用されるいくつかのポンプのうちの一部、大部分または全部（例えば、20、30、40、50、60、70、80、90または100％）が電化されている。
上述したように、態様では、分離に必要な正味エネルギーの大部分、20％超、30％超、40％超、50％超、60％超、70％超、80％超もしくは90％超、または実質的に全部が、非炭素系エネルギー源から、再生可能電気などの再生可能エネルギー源から、または電気から（任意の供給源、再生可能および/または非再生可能から）供給される。本開示の態様に従って、様々な分離を電気的に行うことができる。温度および/または圧力の変化に基づく分離は、上記のように、電気的な加熱/冷却および/または圧縮を含むことができる。例えば、本開示の態様では、蒸留、ガス/固体分離、吸収、ストリッピング、溶媒抽出、抽出蒸留、圧力スイング吸着、温度スイング吸着、フラッシュ分離、結晶化またはそれらの組合せが電化され得る。非限定的な例として、態様では、プラントの1つまたは複数のセクションの蒸留塔を電気的に加熱することができる。態様では、蒸留塔に関連するリボイラは、電気的に加熱され、および/または電気的に生成された水蒸気（または別の流体）を介して加熱される。態様では、蒸留塔に関連するリボイラは、電気浸漬ヒータによって加熱される。態様では、電気を使用して、熱電装置またはヒートポンプに動力供給して、蒸留塔内で（リボイラへの）加熱および（凝縮器への）冷却の両方を提供する。態様では、ストリッピングに使用するための水蒸気が電気的に生成される。
上述したように、潜在的または既知の断続的な供給（例えば、断続的エネルギー源、すなわちIES）を有する再生可能供給源からの電気を利用する場合、本開示の態様によれば、化学合成プラントの運転を維持するために様々な工程をとることができる。
本開示の態様による化学合成プラントIIの概略図である図4を参照すると、本開示の化学合成プラントII全体にわたって必要とされる正味エネルギーENET（例えば、動力供給101、圧送102、加熱103、冷却104、圧縮105および/または分離106などのために）は、断続的エネルギー源（例えば、太陽）が利用可能である場合に断続的エネルギーEI（例えば、再生可能IESからの電気）によって供給され得、断続的エネルギー源が利用可能でない場合に、貯蔵された断続的エネルギー（ESI）および/または非断続的エネルギー源ENI（例えば、稼働中であるか貯蔵されていてもよい、非断続的供給源からの電気）から供給され得る。
図4の態様に示すように、EIが利用可能でない場合に利用するために、様々なエネルギー貯蔵装置50を利用して、エネルギー、例えば利用可能な断続的エネルギーEIの一部を貯蔵することができる。本開示の化学合成プラントおよび方法を利用することによって、再生可能IESであり得るIESからのエネルギーを主に利用しながら、化学合成の実質的に連続的な操作を提供することができる。
次に、図5A～図5Dを参照して、本開示によるIESによって動作される化学合成プラントIIで利用するための様々なエネルギー貯蔵システムおよび方法を説明する。
態様では、圧縮を利用して、電気供給の断続性のためにエネルギーを貯蔵することができる。図5Aは、本開示の態様による、圧縮によってエネルギーを貯蔵するためのシステムIIIAの概略図である。態様では、ガス状供給物を含む貯蔵用流40Aが圧縮機C1で圧縮され、得られた圧縮された流れ41Aは、エネルギー（例えば、電気エネルギー）供給の断続性のために貯蔵容器50Aに貯蔵される。貯蔵用流40Aは、化学合成プロセスによって生成された1つもしくは複数の供給流、1つもしくは複数の化学生成物または1つもしくは複数の中間体を含むことができる。貯蔵された圧縮された材料の少なくとも一部42Aは、貯蔵後、プロセス流として化学合成プロセスに戻すことができる（例えば、圧縮された材料を提供するために利用される圧縮機を作動させるための断続的電気が利用可能でない場合）。態様では、ガス状供給物は、プロセス動作圧力よりも高い圧力で、圧縮機C1で圧縮され、貯蔵容器50Aに貯蔵される。例えば、ガス状供給物は、態様では、約1MPa以上、約10MPa以上または約100MPa以上の「高」圧まで圧縮され、および/または約1MPa以上、約10MPa以上または約100MPa以上の「高」圧で貯蔵され得る。態様では、貯蔵された圧縮された流れの圧力が低下すると、電気が生成され得、および/または機械的仕事が行われ得る。
態様では、ガス状供給物は、断続的電気が容易に利用可能である場合および/または経済的である場合に圧縮および液化され、断続的電気が容易に利用可能でない場合および/または経済的でない場合に気化および膨張されて電気を生成し、および/または化学合成プラントI内のどこかに供給物を提供する。例えば、図5Aの態様に示すように、エネルギー貯蔵システムIIIAは、圧縮された貯蔵された流れの少なくとも一部43Aを膨張させて仕事Wを提供するように動作可能な膨張器45を備えることができる。膨張器45は、態様では、ターボ膨張器であってよい。態様では、システム全体の他の場所で使用するためのエネルギーを生成するために、仕事を利用することができる。例えば、膨張器45は、圧縮機または発電機46を駆動し、それによりそれぞれ圧縮または電気を供給するために使用され得る。膨張器45内での膨張に続いて、圧力低下流43A’は、例えば、その中の供給流として化学合成プロセスに（例えば、流れ42’を介して）戻され、および/または貯蔵または販売のために送られ得るか、IESが再び利用可能になった場合に、圧縮機C1内で再圧縮され、貯蔵容器50A内に貯蔵され得る。
態様では、空気分離プラント（例えば、酸素または窒素を化学合成に提供するように動作可能であり得る電気的に駆動されるASU）で生成された酸素または窒素を含む貯蔵用流が、後の使用のために圧力下で貯蔵され（例えば、貯蔵容器50A内）、膨張器45内の膨張によって電気が生成される可能性がある。態様では、貯蔵用流40Aは水素を含む。態様では、貯蔵用流40Aはメタンを含む。態様では、貯蔵用流40Aはエタンを含む。態様では、貯蔵用流40Aはプロパンを含む。
代替的または追加的に、電気供給の断続性のために、1つまたは複数の冷却された流体または極低温液体が貯蔵され得る。図5Bは、本開示の態様による、冷却によってエネルギーを貯蔵するためのシステムIIIBの概略図である。態様では、化学合成プラント内で利用または生成された流体（例えば、化学合成プロセスによって生成された1つもしくは複数の供給流、1つもしくは複数の化学生成物、1つもしくは複数の中間体、または既に使用されている冷媒）を含む貯蔵用流40Bは、冷却または冷凍装置60内で冷却され、得られた冷却された流れ41Bは、エネルギー（例えば、電気エネルギー）供給の断続性のために貯蔵容器50Bに貯蔵される。態様では、電気供給の断続性のための冷媒として使用するために、供給物、中間体、または生成物/副生成物が冷却および貯蔵される。態様では、電気供給の断続性のための冷媒として使用するために、窒素が冷却および貯蔵される。貯蔵された冷却された材料の少なくとも一部42Bは、貯蔵後、プロセス流として化学合成プロセスに戻すことができる（例えば、冷却された材料を提供するために利用される冷却装置を作動させるための断続的電気が利用可能でない場合）。態様では、冷却された貯蔵された流れの少なくとも一部43Bと化学合成プラントのプロセス流71とを熱交換器70に導入することができ、それによって、プロセス流71と貯蔵された冷却された材料43Bの少なくとも一部との間の熱交換が、冷却されたプロセス流71Aと、その時点で比較的温かい材料（例えば、ガスまたは液体）を含む加熱された流れ43B’とを生成する。この貯蔵システムおよび方法を介して、化学合成プロセスで生成された材料（例えば、プロパンまたはアンモニア）は、態様では、断続的電気が容易に利用可能である場合に冷却され（例えば、貯蔵用流40Bを介して冷却装置60に導入することによって）、電気が利用可能でない場合に熱交換器70で使用されて化学合成プラント全体の流れ（例えば、プロセス流71）を冷却することができる。次いで、得られた比較的温かい液体またはガス（例えば、加熱された流れ43B’中）を供給物として利用し、および/または生成物として取り出すことができる。態様では、貯蔵された冷却された材料が加温されると、圧力が増加し、ガスが膨張器を通って膨張して仕事を提供する。膨張器は、態様では、ターボ膨張器であってよい。態様では、システム全体の他の場所で使用するためのエネルギーを生成するために、仕事を利用することができる。例えば、膨張器は、圧縮機または発電機を駆動し、それによりそれぞれ圧縮または電気を供給するために使用され得る。膨張後、圧力低下流は、例えば、その中の供給流として化学合成プロセスに戻され、および/または貯蔵または販売のために送られ得るか、IESが再び利用可能になった場合に再圧縮および貯蔵され得る。すなわち、態様では、圧力エネルギーおよび冷凍の両方が貯蔵される。冷媒を加温すると圧力が提供されるため、この圧力を利用してプラント全体にエネルギーを供給することもできる。
代替的または追加的に、水素（例えば、圧縮水素）は、電気供給の断続性のために貯蔵され、および/または燃料電池に通される。態様では、水素を含む貯蔵用流が貯蔵され、その後、燃料電池に通されて電気を生成して、電気供給の断続性に対処する。図5Cは、本開示の態様による、水素によってエネルギーを貯蔵するためのシステムIIICの概略図である。態様では、水素を含む貯蔵用流40Cは、エネルギー（例えば、電気エネルギー）供給の断続性のために貯蔵容器50Cに貯蔵される。態様では、システムIIICは圧縮機C1を備え、貯蔵用流40C中の貯蔵用水素は圧縮機C1で圧縮され、圧縮水素流41C中の圧縮水素は貯蔵容器50Cに貯蔵される。態様では、水素を含む貯蔵用流40C、圧縮された貯蔵用流41C、および/または水素の貯蔵された流れ43C（態様では、圧縮水素または非圧縮水素を含み得る）は、システムIIICの燃料電池80に導入され得る。燃料電池80は、水素から電気を生成するように動作可能な任意の燃料電池（またはフロー電池）を備えることができる。例えば、燃料電池80は、プロトン交換膜（PEM）燃料電池（PEMFC）（高分子電解質膜燃料電池としても知られる）、固体酸化物燃料電池（SOFC）などを備えることができる。燃料電池80は、貯蔵用流40Cおよび/または貯蔵された水素流43Cと、81とをそれぞれ介したそこへの水素と空気との導入によって、84に示される電気（および83に示される水）を生成するように動作可能である。82では排出物が除去され得る。85に示される生成された熱は、「廃」熱であり得るか、態様では、化学合成プラントの他の場所で利用されてもよい（例えば、コジェネレーション加熱またはプロセス加熱のために）。
代替的または追加的に、水素（例えば、圧縮水素）は、電気供給の断続性のために貯蔵および/または燃焼される。態様では、水素を含む貯蔵用流が貯蔵され、その後燃焼されて水蒸気および熱を生成する。態様では、高温水蒸気は、反応物またはプロセス希釈剤として使用される。態様では、高温水蒸気の温度は、それが添加されるプロセス流の温度よりも高く、その結果、プロセス流の温度が上昇する。態様では、燃焼は、電気を生成するために（例えば、タービン内で）使用される。
代替的または追加的に、電気供給の断続性のために、熱が貯蔵され得る。態様では、電気加熱が利用可能でない場合に1つまたは複数のプロセス流を加熱するために、熱（例えば、加熱または過熱された流体として）が貯蔵される。図5Dは、本開示の態様による、加熱によってエネルギーを貯蔵するためのシステムIIIDの概略図である。態様では、プロセス流（例えば、化学合成プロセスによって生成された1つもしくは複数の供給流、1つもしくは複数の化学生成物または1つもしくは複数の中間体）を含む貯蔵用流40Dが、加熱装置90（態様では、電気的に加熱される装置であり得る）内で加熱され、エネルギー（例えば、電気エネルギー）供給の断続性のために貯蔵容器50Dに貯蔵される。加熱装置90は、貯蔵用流40Dを介してそこに導入された貯蔵用流を加熱するように構成される。加熱装置90は、当業者に公知の任意の加熱装置であってよい。態様では、加熱装置90は、電気的に加熱された加熱装置を備える。加熱された流れ41Dは、貯蔵のために貯蔵容器50Dに導入される。貯蔵された加熱された流れは、貯蔵された加熱された流れ43Dから化学合成プロセスのプロセス流71に熱を伝達するために熱交換装置91に導入され得る。加熱されたプロセス流71Aと、そこからの熱交換後、貯蔵された加熱された流れを含む冷却された熱交換器流体43Dとが、熱交換装置91から取り出され得る。熱交換装置は、当業者に公知の任意の熱交換装置であってよい。態様では、加熱されたプロセス流71B、冷却された熱交換器流体43D中の冷却された熱交換流、またはその両方が化学合成プロセスに戻され得る。
代替的または追加的に、態様では、固体または液体の熱貯蔵材料を加熱することによって熱エネルギーを貯蔵することができる。この材料は、プロセス流によって、または直接、専用の加熱装置によって加熱することができる。態様では、専用の加熱装置は電気によって動力供給される。後に、加熱されるプロセス流との熱交換によって熱を回収することができる。態様では、固体または液体の熱貯蔵材料は溶融塩である。
代替的または追加的に、熱エネルギーが、材料を溶融することによって液化の潜熱として捕捉される（例えば、プロセス流またはIESから）1つまたは複数の相変化材料を使用して、熱エネルギーが貯蔵され得る。エネルギーは、プロセス流を相変化材料と直接または間接的に熱接触させ、材料を凝固させることによって回収することができる。相変化材料の適切な選択により、熱エネルギーが任意の所望の温度で貯蔵され得る。態様では、相変化材料は、相変化と同じ温度でプロセス加熱を提供し得る。例えば、約271℃の融点を有する亜硝酸ナトリウムは、この温度で、またはこの温度付近で熱エネルギーを貯蔵および放出するための相変化材料として使用することができる。あるいは、約450℃の融点を有する酸化ホウ素は、この比較的高い温度で、またはこの比較的高い温度付近で熱エネルギーを貯蔵および放出するための相変化材料として使用することができ、これは例えば、N2およびH2を含むガス流をアンモニア合成のための適切な温度まで予熱するのに適している。態様では、相変化材料は、IESが利用可能である場合はいつでも、電気ヒータを使用して、またはプロセス流中に存在するいくらかの熱を抽出することによって溶融され得る。
代替的または追加的に、態様では、エネルギーを重力ポテンシャルエネルギーとして貯蔵することができる。再生可能エネルギーが利用可能である場合、集塊（mass）（例えば、液体または固体）を増大させることができる。その後、エネルギーが回収されて電気を生成し、および/または機械的仕事を行うように、増大させた集塊を低減させることができる。態様では、集塊は生成物または供給物である。態様では、集塊は水である。
代替的または追加的に、図4のエネルギー貯蔵装置50は、電気供給の断続性のために保持される蓄電池を備える。
断続性は、1秒未満（例えば、電気供給の非常に短期間の遮断）から数カ月（例えば、風力発電の季節的変動に起因する）に及ぶ様々な時間スケールで起こり得ることが理解されるべきである。態様では、本明細書におけるシステムおよび方法は、日中断続性、すなわち、例えば、太陽光発電または風力発電の変動に起因したIES利用可能性の日常変動に関する。上述したシステムおよび方法は、任意の時間スケールで断続性に適用することができる。比較的短い時間スケール（例えば、数秒、数分または数時間）での断続性には、以下で説明するような追加の方法およびシステムが利用され得る。
態様では、短時間の電力損失が1つまたは複数の耐火物内張り反応器または断熱反応器の温度を著しく低下させないように、1つまたは複数の反応器は、耐火材料によって内張りされるか、断熱される。態様では、温度損失は、少なくとも2分にわたり10℃未満、または少なくとも2分にわたり5℃未満、または少なくとも5分にわたり10℃未満、または少なくとも10分にわたり10℃未満、または少なくとも30分にわたり20℃未満である。
態様では、1つまたは複数の反応器が、大きなサーマルマスの本体と熱的に接続して構築され、その結果、通常の動作中には本体が加熱されるが、短時間の電力損失中、反応器の温度が著しく低下しないように本体が反応器に熱を供給することができる。態様では、温度損失は、少なくとも2分にわたり5℃未満、または少なくとも2分にわたり2℃未満、または少なくとも5分にわたり5℃未満、または少なくとも15分にわたり10℃未満、または少なくとも45分にわたり20℃未満である。
態様では、1つまたは複数の反応器は、その融点が反応器の所望の温度に近くなるように選択された相変化材料と熱的に接続している。IESが利用可能である場合、この相変化材料は液体状態に保たれる。IESが利用可能でない場合、相変化材料の冷却および凝固は、反応器に熱を供給することができ、その結果、反応器への温度の著しい低下はない。態様では、温度損失は、少なくとも2分にわたり4℃未満、または少なくとも5分にわたり5℃未満、または少なくとも10分にわたり5℃未満、または少なくとも30分にわたり10℃未満、または少なくとも90分にわたり20℃未満である。
代替的または追加的に、エネルギー貯蔵装置50は、主要構成要素（例えば、1つもしくは複数の化学生成物の生成を維持するために必要な反応器、またはガスの安全な流れを維持する圧縮機などの構成要素）のバックアップ電力を含む。例えば、態様では、このエネルギー貯蔵装置はフライホイールを備える。態様では、このエネルギー貯蔵装置は、1つまたは複数のコンデンサを備える。態様では、このエネルギー貯蔵装置は、電気を貯蔵するための化学電池を備える。態様では、このエネルギー貯蔵装置は、超伝導体またはスーパーキャパシタを利用するシステムを備える。態様では、このエネルギー貯蔵装置は熱電池を備える。態様では、このエネルギー貯蔵装置は、圧縮空気または他のガスを備える。態様では、このエネルギー貯蔵装置は、適切な貯蔵燃料と燃料電池とを備える。態様では、このエネルギー貯蔵装置は、適切な貯蔵燃料と、炉などの燃焼器とを備える。態様では、貯蔵燃料は、再生可能供給源または非化石燃料系供給源から得られる。
代替的または追加的に、化学合成プラントは、IESに対処しながらプラント全体を動作させるのに十分な貯蔵エネルギーを供給することができない場合、一部のエネルギー需要に対処するのに十分なエネルギーが貯蔵され、追加のエネルギーがIESから利用可能になるまでプラントの他の部分を待機状態にすることができるように設計される。態様では、IESが利用できない場合、中間生成物が、図3の生成物精製セクション30の全部または一部に入る前に貯蔵される。IESが再び利用可能になると、生成物精製が再開される。態様では、例えば、乾燥機、吸着器および/または触媒床の再生は、IESが利用可能である場合には延期される。態様では、オフサイトの貯蔵または販売への生成物の圧送は、IESが利用可能である場合にのみ行われる。態様では、固体処理操作、例えば、押出または袋詰めは、IESが利用できない場合、待機状態にされる。態様では、化学合成プラントは、さらに多くのエネルギーが利用可能になるまで、比較的低いスループットで運転される（すなわち、処理される供給物が少なくなり、生成される生成物が少なくなる）。
代替的または追加的に、長期にわたって、またはIESの予期せぬ喪失のために、IESの不在に対処するのに十分な貯蔵エネルギーを供給することができない場合がある。態様では、プラントの安全な運転停止を可能にするのに十分なエネルギー貯蔵が（例えば、エネルギー貯蔵装置50に）提供される。安全な運転停止は、プラント作業者の安全性の保護、あらゆるプラント構成要素の物理的および機械的完全性の保護、潜在的に有害な、または規制される物質の排出の防止、触媒、溶液または機器の汚染または被毒の回避、IESが利用可能である場合の秩序だった再始動の可能化、および/または貴重な供給物、生成物または中間体の廃棄の防止を包含することができる。
態様では、複数のエネルギー源を使用することができる二重装置または装置を利用して、IESに対処してもよい。例えば、本開示の化学合成プラントは、電気モータ駆動圧縮機のバックアップとして、水蒸気またはガスタービンによって駆動される圧縮機を備えることができる。態様では、例えば、IESが利用可能でない場合または経済的でない場合に電気モータ駆動圧縮機に動力供給するために、断続的な再生可能電気のバックアップとして非再生可能電気を利用することができる。
態様では、プラントの制御システムの一部または全部は、IESおよび他のエネルギー源の実際のおよび/または予測されたコストデータと統合される。態様では、プラントの運転、エネルギー供給の選択、および/または貯蔵されるエネルギー量は、操作性、収益性および安全性を改善するように最適化される。態様では、この統合および/または最適化はリアルタイムで行うことができる。
本開示の化学合成プラントの電化は、高電圧または低電圧であり得る電気供給を介して提供することができる。電気装置は、交流（単相または多相）または直流で動作可能であり得るか動作され得る。
エネルギー消費（例えば、所望の温度および圧力を維持するために）は、従来の化学合成プラントの運転コストの大部分を占めるため、本開示によるエネルギー効率（例えば、電化を介して）の向上、および/または熱を供給するために従来燃やされる、および/または圧縮のために燃やされる（例えば、所望の動作温度を維持するために反応器内で燃やされ、水蒸気タービン用の水蒸気を生成するために燃やされ、および/またはガスタービン用に燃やされる）1つまたは複数の成分を利用して追加の化学生成物を生成することは、従来の化学合成プラントを超える経済的利点をもたらし得る。態様では、本開示の局面（例えば、高価な水蒸気システムの排除）は、新しい化学施設を構築するのに必要な大きな投資コストを削減するのに役立つことができる。同時に、本開示によって可能にされる、燃料として化石燃料（例えば、天然ガス、メタン）を燃やすことの低減は、炭化水素が燃料として燃やされる従来の化学合成プラントと比較して、温室効果ガス（GHG）排出を低減する。態様では、炭化水素が燃料として燃やされる従来の化学合成プラントと比較して、GHG排出（例えば、二酸化炭素排出）は、少なくとも5、少なくとも10、少なくとも20、少なくとも25、少なくとも30、少なくとも40、少なくとも50、少なくとも60、少なくとも70、少なくとも80、少なくとも90、少なくとも95、少なくとも98または少なくとも100％低減される。態様では、本開示の局面は、プロセスの炭素効率の増加、すなわち、有用な生成物として再出現する、プロセスで消費される炭素の割合、および/または比エネルギー消費量（例えば、ある量の化学生成物を合成するために利用されるエネルギー）の低減をもたらすことができる。態様では、比エネルギー消費量（プロセスに供給される正味外部エネルギーを生成された生成物の量で割ったもの;正味比エネルギー消費量とも呼ばれる）は、他の点では同様の従来のプロセスよりも約5％以上、約10％以上、約20％以上、約30％以上、約40％以上、約50％以上、約60％以上、約70％以上、約80％以上、約90％以上、約95％以上、約98％以上または約100％以上低減する。
従来、化学プロセスにおける単位操作に必要なエネルギーは、一般に、化石燃料、特に天然ガスを燃やすことによって供給されている。本明細書において開示されるのは、このエネルギー入力が非炭素系エネルギー、再生可能エネルギー、例えば、再生可能電気によって、および/または任意の供給源（例えば、再生可能および/または非再生可能）からの電気によって低減されるか置き換えられ得、それによりエネルギー効率が改善される（例えば、エネルギー損失が低減される）システムおよび方法である。化学物質の生成における非炭素系エネルギー、再生可能エネルギーおよび/または電気の本明細書において開示される使用は、化学合成プロセスのエネルギー効率を向上させ、化学合成プロセスからの二酸化炭素排出を減少させ、化学合成プロセス内の化石エネルギー消費を減少させることができ、燃料として供給成分を燃やすことを低減または排除することによって追加の供給を提供し得る。
IESを介して化学合成を提供するための本明細書において開示されるシステムおよび方法を介して、化学合成に必要な正味エネルギーの少なくとも一部、いくらか、または実質的に全部についてIESを利用しながら、化学合成を実質的に連続的に維持することができる。本開示に従って、本明細書において提供される様々なエネルギー貯蔵システムを組み込んで、IESを介して化学物質を生成することができ、それによって、IESが利用可能でない時間中であっても、IESによって、合成に必要な正味エネルギーのいくらか、または実質的に全部を供給することができる。
態様は概して記載されており、本開示の特定の態様として、その実施および利点を実証するために、以下の実施例が与えられる。実施例は例示として与えられており、いかなる方法でも明細書または特許請求の範囲を限定することを意図するものではないことが理解される。
実施例1:電化されたオレフィン合成（例えば、分解）＋PSA
図6は、本開示の一態様の通り電化され実施例1および2に示されるオレフィン合成プロセスVIIの動作パラメータを示す。プロセスVIIはガス分離ユニット260を備え、ガス分離ユニット260は圧力スイング吸着（PSA）ユニットを備えることができる。ガス分離ユニット260は、水素およびメタン含有流244を精製するように構成される。流れ244は、30.1t/hrの流量を有し、48重量％（88mol％）の水素および52重量％（12mol％）のメタンを含む。ガス分離ユニット260（例えば、PSAガス分離ユニット260）は、3MWの電気を消費し、純粋なメタンから本質的になるメタン流247および純粋な水素から本質的になる水素流248の2つの生成物流を生じる。このプロセスVIIを介して、PSA260内で生成された14.3t/hrの量の精製水素を燃料電池270に供給することができ、そこで水素は水流249中の水に、および電気効率45％で電気Eに変換され、253MWの電気の連続生成をもたらす。正味の電気（250MW）は、プロセスVIIに必要な603MWの電気の41％を供給するために使用される。
実施例2:電化されたオレフィン合成（例えば、分解）＋PSAおよびH2圧縮/貯蔵
態様では、実施例1に記載のプロセスVIIは、水素圧縮貯蔵装置280をさらに備え、この装置は、少なくとも1つの圧縮機および貯蔵容器を備え、再生可能電気の利用可能性が比較的低い場合または比較的高価である場合に使用するために、得られた14.3t/hrの精製水素（ライン248Aを介してそこに導入され得る）を圧縮し貯蔵するように構成される。必要に応じて、圧縮および貯蔵された水素は、プロセスVIIによってその時点で生成されている水素（例えば、ライン248内の水素）と組み合わされ得（例えば、ライン248Bを介して）、その両方を燃料電池270を使用して電気に変換することができる。電気生成のために貯蔵された水素を使用する時期は、様々な要因に従って当業者によって決定され得る。1つの可能性として、一部の再生可能電気が日中ベースで利用可能である場合、172トンの水素を収集し、12時間にわたって貯蔵することができる。次の12時間にわたって放出し、プロセスによってなおも生成されている14.3t/hrの水素と組み合わせると、約503MWの電気が12時間連続して利用可能になる。これにより、プロセスの動作に必要な603MWの電気の80％を供給することができる。
実施例3:電化されたアンモニア合成-電化された一次（SMR）改質＋PSA
図7は、本開示の一態様の通り電化され実施例3および4に示されるアンモニア合成プロセスXIIの動作パラメータを示す。プロセスXIIは、電気圧縮機、電気改質器、および電気リボイラを備える。図7に破線で示すように、パージガス流205’を精製するために圧力スイング吸着（PSA）ガス分離ユニット267をさらに追加する。16.7t/hrの流量では、このパージガス流205’は11重量％の水素を含む。ガス分離ユニット267は2MWの電気を消費し、本質的に純粋な水素の生成物流268をもたらす。得られた1.84t/hrの精製水素は燃料電池270に供給され、そこで水素は電気効率45％で水271および電気272に変換され、33MWの電気の連続生成をもたらす。正味の電気（31MW）は、プロセスXIIに必要な375MWの電気の8.3％を供給するために使用される。
実施例4:電化されたアンモニア合成-電化された一次（SMR）改質＋PSAおよびH2圧縮/貯蔵
実施例3に記載のプロセスXIIに、パージガス流205’を精製するために圧力スイング吸着（PSA）ガス分離ユニット267をさらに追加する。16.7t/hrの流量では、このパージガス流205’は11重量％の水素を含む。ガス分離ユニット267は2MWの電気を消費し、本質的に純粋な水素の生成物流268をもたらす。得られた1.84t/hrの精製水素は、再生可能電気の利用可能性が比較的低い場合または比較的高価である場合に使用するために、圧縮機C4によって圧縮され、貯蔵容器280に貯蔵される。必要に応じて、貯蔵容器280内に貯蔵された水素は、プロセスによってその時点で生成されている水素と268で組み合わされ、この両方が燃料電池270を使用して電気272に変換される。電気生成のために貯蔵された水素を使用する時期は、様々な要因によって決定される。1つの可能性として、一部の再生可能電気が日中ベースで利用可能である場合、22.1トンの水素を収集し、12時間にわたって貯蔵することができる。次の12時間にわたって放出し、プロセスによってなおも生成されている1.84t/hrの水素とライン268で組み合わせると、約64MWの電気272が12時間連続して利用可能になる。これにより、プロセスXIIの動作に必要な375MWの電気の17％を供給することができる。
実施例5:電化されたメタノール合成＋PSA
図8は、本開示の一態様の通り電化され実施例5および6に示されるメタノール合成プロセスX/XIの動作パラメータを示す。プロセスXは、圧力スイング吸着（PSA）ガス分離ユニット295および燃料電池296を備える。PSA295は、パージガス流205’を精製し、利用可能な3.37t/hの水素の80％を回収するように動作可能である。得られた2.7t/hの精製水素293は燃料電池296に供給され、そこで水素は45％の電気効率で水291および電気296に変換され、48MWの電気の連続生成をもたらす。この電気は、プロセスXに必要な180MWの電気の約27％を供給するために使用される。
実施例6:電化されたメタノール合成＋PSAおよびH2圧縮/貯蔵
図8に破線で示すように、本開示によるプロセスXIは、圧縮機C4および貯蔵容器297を備える。圧力スイング吸着（PSA）ガス分離ユニット295は、パージガス流205’を精製し、利用可能な3.37t/hの水素の80％を回収するように動作可能である。得られた2.7t/hの精製水素293は、再生可能電気の利用可能性が比較的低い場合または比較的高価である場合に使用するために、C4で圧縮され、貯蔵容器297に貯蔵される。必要に応じて、貯蔵された水素293Aは、プロセスXIによってその時点で生成されている水素293と組み合わされ、この両方が燃料電池296を使用して電気に変換される。電気生成のために貯蔵された水素をいつ使用するかは、当業者によって理解されるように、様々な要因によって決定される。1つの可能性として、一部の再生可能電気が日中ベースで利用可能である場合、32.4トンの水素を収集し、C4で圧縮し、12時間にわたって297で貯蔵することができる。次の12時間にわたって放出し、貯蔵された水素流293Aを介して、プロセスIXによってなおも生成されている2.7t/hの水素293と組み合わせると、約96MWの電気が12時間連続して利用可能になり得る。この電気は、プロセスXIの動作に必要な180MWの電気の約53％を供給する。
様々な態様を示し説明してきたが、本開示の趣旨および教示から逸脱することなく、当業者によってその変更が行われ得る。本明細書において記載される態様は例示に過ぎず、限定することを意図するものではない。本明細書において開示される主題の多くの変形例および変更が可能であり、本開示の範囲内である。数値範囲または制限が明示的に記載されている場合、そのような明示範囲または制限は、明示的に記載された範囲または制限内に入る同様の大きさの反復範囲または制限を含むと理解されるべきである（例えば、約1～約10は、2、3、4などを含む。0.10超は、0.11、0.12、0.13などを含む）。例えば、下限RLおよび上限RUを有する数値範囲が開示される場合はいつでも、その範囲内に入るあらゆる数が具体的に開示される。特に、範囲内の以下の数が具体的に開示される:R＝RL＋k＊（RU-RL）、式中、kは、1％ずつ増加する1％から100％の範囲の変数であり、すなわち、kは、1パーセント、2パーセント、3パーセント、4パーセント、5パーセント、...50パーセント、51パーセント、52パーセント、...、95パーセント、96パーセント、97パーセント、98パーセント、99パーセントまたは100パーセントである。さらに、上記で定義された2つのR数によって定義される任意の数値範囲も具体的に開示される。請求項の任意の要素に関する用語「任意で」の使用は、主題の要素が必要とされること、あるいは必要とされないことを意味することを意図している。両選択肢は、特許請求の範囲内にあることが意図されている。例えば、含む（comprises）、含む（includes）、有する（having）などの広範囲な用語の使用は、例えば、～からなる（consisting of）、～から本質的になる（consisting essentially of）、～から実質的に構成される（comprised substantially of）などのさらに狭い用語の補助を提供すると理解されるべきである。
したがって、保護の範囲は、上記の説明によって限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲は、特許請求の範囲の主題のすべての均等物を含む。各々のおよびすべての請求項は、本開示の一態様として本明細書に組み入れられる。したがって、特許請求の範囲は、さらなる説明であり、本開示の態様に対する追加である。参考文献、特に本出願の優先日より後の公開日を有し得るいかなる参考文献の説明も、本開示に対する先行技術であることを容認するものではない。本明細書において引用されるすべての特許、特許出願および刊行物の開示は、本明細書において記載されたものを補足する例示的、手順的または他の詳細を提供する範囲まで、参照により本明細書に組み入れられる。
追加的な開示部I
本開示は、本明細書における教示の利益を有する当業者に明らかな、異なるが同等の方法で変更および実施され得るため、上記で開示された特定の態様は例示に過ぎない。さらに、添付の特許請求の範囲に記載されているもの以外は、本明細書において示されている構造または設計の詳細を限定することを意図するものではない。したがって、上記で開示された特定の例示的な態様は改変または変更されてもよく、そのような変形例はいずれも本開示の範囲および趣旨内にあると考えられることは明らかである。態様の特徴を組み合わせ、統合し、および/または省略することから生じる代替的な態様も、本開示の範囲内である。組成物および方法は、様々な構成要素または工程を「有する（having）」、「含む（comprising）」、「含む（containing）」または「含む（including）」という広範囲な用語で記載されているが、組成物および方法は、様々な構成要素および工程「から本質的になる（consist essentially of）」または「からなる（consist of）」こともできる。請求項の任意の要素に関する用語「任意で」の使用は、その要素が必要とされるか、あるいはその要素が必要とされず、両選択肢が特許請求の範囲内にあることを意味している。
上記で開示された数および範囲は、ある程度変動し得る。下限および上限を有する数値範囲が開示される場合はいつでも、その範囲内に入るあらゆる数およびあらゆる包含範囲が具体的に開示される。特に、本明細書において開示される値のあらゆる範囲（「約a～約b（from about a to about b）」または同等に「約a～b（from approximately a to b）」または同等に「約a～b（from approximately a-b）」の形態）は、さらに広範囲な値に包含されるあらゆる数および範囲を示すと理解されるべきである。また、特許請求の範囲における用語は、特許権者によって明白かつ明確に定義されていない限り、それらの平易で通常の意味を有する。さらに、不定冠詞「a」または「an」は、特許請求の範囲で使用される場合、それが導入する要素のうちの1つまたは複数を意味するように本明細書において定義される。本明細書および1つもしくは複数の特許または他の文書における単語または用語の使用に何らかの矛盾がある場合、本明細書と一致する定義が採用されるべきである。
本明細書において開示される態様は、以下を含む。
A:少なくとも1つの化学生成物を含むプロセス流を1つまたは複数の反応物から生成するために構成された1つまたは複数の反応器;反応器に導入するための1つまたは複数の反応物のうちの1つまたは複数を含む1つまたは複数の供給流を調製するように構成された供給物調製システム;および/または、プロセス流内の反応副生成物、未反応反応物、またはそれらの組合せから少なくとも1つの化学生成物を分離するように構成された生成物精製システムを備える化学合成プラントであって、1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せを介して利用される加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの大部分（例えば、50％超、60％超、70％超、80％超、90％超または100％超）が断続的エネルギー源（IES）から供給されるように化学合成プラントが構成される、化学合成プラント。
B:再生可能な断続的エネルギー源（IES）からの電気を利用して、加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの大部分（例えば、50％超、60％超、70％超、80％超、90％超または100％超）を供給する運転のために構成された化学合成プラント。
態様AおよびBの各々は、以下の追加の要素のうちの1つまたは複数を有し得る:要素1:1つもしくは複数の前記反応物、少なくとも1つの前記化学生成物、または前記方法によって生成された少なくとも1つの中間体を含む少なくとも1つの流れを圧縮するために構成された1つまたは複数の圧縮機と、後の使用のために少なくとも1つの圧縮された流れを貯蔵するために構成された貯蔵装置とをさらに備える。要素2:電気を生成し、および/または機械的仕事を行うために、少なくとも1つの貯蔵された圧縮された流れを膨張させるための装置をさらに備える。要素3:1つもしくは複数の前記反応物、少なくとも1つの前記化学生成物、または前記方法によって生成された少なくとも1つの中間体から選択される少なくとも1つの流れを冷却するために構成された冷却装置と、後の使用のために少なくとも1つの冷却された流れを貯蔵するために構成された貯蔵装置とをさらに備える。要素4:少なくとも1つの冷却された流れは極低温液体を含む。要素5:1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せは、水素の生成のために構成されており、化学合成プラントは、生成された水素の少なくとも一部を電気に変換するための燃料電池をさらに備える。要素6:断続的電源が利用可能でない場合に、燃料電池を使用して生成された水素の少なくとも一部を電気に変換する前に生成された水素の少なくとも一部を貯蔵するための水素貯蔵装置をさらに備える。要素7:水素貯蔵装置の上流にある圧縮機であって、水素を貯蔵する前に水素を圧縮するために構成された圧縮機をさらに備える。要素8:1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せは、水素の生成のために構成されており、化学合成プラントは、水素貯蔵装置と水素貯蔵装置の上流にある圧縮機とをさらに備え、圧縮機は、生成された水素の少なくとも一部を貯蔵前に圧縮するために構成されており、化学合成プラントは、断続的電源が利用可能でない場合に、貯蔵された水素の一部を燃焼させて水蒸気および/または熱を生成するための燃焼装置をさらに備え、任意で、水蒸気は、反応物または希釈剤として使用されてもよい。要素9:断続的電源が利用可能である場合に、集塊を増大させることによってエネルギーを貯蔵するための装置をさらに備える。要素10:集塊は、1つもしくは複数の供給物、1つもしくは複数の生成物、または水を含む。要素11:短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約10℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器は耐火材料によって内張りされる。要素12:短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約5℃を超える著しい温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器はサーマルマスに熱的に接続されている。要素13:短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約4℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器は相変化材料に熱的に接続される。要素14:IESが利用可能でない場合に1つまたは複数のプロセス流を加熱するために熱（例えば、加熱または過熱された流体）を貯蔵するように動作可能な装置をさらに備える。要素15:エネルギーを貯蔵するために相変化材料の液化を利用するように構成された装置をさらに備える。要素16:電気供給の断続性に対処するためにオンサイトの電池をさらに備える。要素17:化学合成プラントの少なくとも1つの装置にバックアップ電力を供給するように構成されたバックアップ電力装置をさらに備える。要素18:バックアップ電力装置は、プラントの安全な運転停止を確実にするのに十分なエネルギーを供給するように選択される。要素19:バックアップ電力装置は、圧縮ガス、コンデンサ、超伝導体、熱電池、および/またはフライホイールによって駆動される装置を備える。要素20:プラントの少なくとも一部は、IESが利用可能である場合にのみ動作する。要素21:IESが利用できないか、減少した量のIESが利用可能である場合に、低下した生産速度で動作するように構成される。要素22:エネルギーの価格および利用可能性に関する情報を受け取るためのシステムをさらに備え、それによって、この情報を利用して、エネルギー使用量、エネルギー貯蔵、およびプラントの運転を最適化することができる。要素23:IESが利用可能である場合および/または閾値価格未満である場合に、貯蔵のために1つまたは複数のガス状供給流を圧縮するように動作可能な1つまたは複数の圧縮機をさらに備え、その結果、圧縮された1つまたは複数の供給流の少なくとも一部は、IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、供給流として利用され得、および/または電気および/または機械的仕事を提供するために利用され得る。要素24:1つまたは複数の圧縮機は、IESからの電気が利用可能である場合および/または閾値価格未満である場合に、1つまたは複数のガス状供給流を圧縮および液化し、システムは、IESが容易に利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、液化された1つまたは複数のガス状供給流を気化および膨張させて電気を生成し、機械的仕事を行い、および/または供給を提供するように動作可能な装置をさらに備える。要素25:1つまたは複数の供給流、生成物流および/または別の流体を冷却するために構成された1つまたは複数のチラーと、IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に冷媒として使用するために、冷却された1つまたは複数の供給流、生成物流および/または別の流体を貯蔵するように構成された貯蔵装置とをさらに備える。要素26:冷媒は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、エチレン、プロピレン、アンモニア、窒素またはそれらの組合せを含む。要素27:燃料電池と、水素を貯蔵するための装置とをさらに備え、それによって、貯蔵装置に水素を貯蔵することができ、貯蔵された水素を燃料電池に導入して電気を生成して、IESからの電気供給の断続性に対処することができる。要素28:酸素および窒素を生成するように構成された空気分離ユニット（ASU）と、生成された酸素および/または窒素の少なくとも一部を圧力下で貯蔵するように構成された貯蔵装置と、膨張器とをさらに備え、その結果、加圧され貯蔵された酸素および/または窒素は、IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、反応物として利用され得、および/または膨張器内の膨張によって電気を生成するために利用され得る。要素29:IESの利用可能性に対処するように動作可能な1つまたは複数の二重装置をさらに備える。要素30:1つまたは複数の二重装置は、1つまたは複数の電気モータ駆動圧縮機のバックアップとして利用される、水蒸気またはガスタービンによって駆動される1つまたは複数の圧縮機を備える。要素31:プラントは、加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せのために少なくとも25MWの平均1日量を消費する。要素32:排出されるCO2の量は、IESからの電気を利用せずに動作するように構成された同様のプラントよりも少なくとも10％少ない。要素33:比エネルギー消費量は、IESからの電気を利用せずに動作するように構成された同様のプラントよりも少なくとも10％少ない。
追加的な開示部II
以下は、本開示による非限定的な特定の態様である。
少なくとも1つの化学生成物を含むプロセス流を1つまたは複数の反応物から生成するために構成された1つまたは複数の反応器、反応器に導入するための1つまたは複数の反応物のうちの1つまたは複数を含む1つまたは複数の供給流を調製するように構成された供給物調製システム、および/または、プロセス流内の反応副生成物、未反応反応物、またはそれらの組合せから少なくとも1つの化学生成物を分離するように構成された生成物精製システムを備える化学合成プラントであって、1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せを介して利用される加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの大部分（例えば、50％超、60％超、70％超、80％超、90％超または100％超）が断続的エネルギー源（IES）から供給されるように化学合成プラントが構成される化学合成プラントである第1の態様。
1つもしくは複数の前記反応物、少なくとも1つの前記化学生成物、または前記方法によって生成された少なくとも1つの中間体を含む少なくとも1つの流れを圧縮するために構成された1つまたは複数の圧縮機と、後の使用のために少なくとも1つの圧縮された流れを貯蔵するために構成された貯蔵装置とをさらに備える、第1の態様の化学合成プラントである第2の態様。
電気を生成し、および/または機械的仕事を行うために、少なくとも1つの貯蔵された圧縮された流れを膨張させるための装置をさらに備える、第2の態様の化学合成プラントである第3の態様。
1つもしくは複数の前記反応物、少なくとも1つの前記化学生成物、または前記方法によって生成された少なくとも1つの中間体から選択される少なくとも1つの流れを冷却するために構成された冷却装置と、後の使用のために少なくとも1つの冷却された流れを貯蔵するために構成された貯蔵装置とをさらに備える、第1の態様の化学合成プラントである第4の態様。
少なくとも1つの冷却された流れが極低温液体を含む、第4の態様の化学合成プラントである第5の態様。
1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せが、水素の生成のために構成されており、化学合成プラントが、生成された水素の少なくとも一部を電気に変換するための燃料電池をさらに備える、第1の態様の化学合成プラントである第6の態様。
断続的電源が利用可能でない場合に、燃料電池を使用して生成された水素の少なくとも一部を電気に変換する前に生成された水素の少なくとも一部を貯蔵するための水素貯蔵装置をさらに備える、第6の態様の化学合成プラントである第7の態様。
水素貯蔵装置の上流にある圧縮機であって、水素を貯蔵する前に水素を圧縮するために構成された圧縮機をさらに備える、第7の態様の化学合成プラントである第8の態様。
1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せが、水素の生成のために構成されており、化学合成プラントが、水素貯蔵装置と水素貯蔵装置の上流にある圧縮機とをさらに備え、圧縮機が、生成された水素の少なくとも一部を貯蔵前に圧縮するために構成されており、化学合成プラントが、断続的電源が利用可能でない場合に、貯蔵された水素の一部を燃焼させて水蒸気および/または熱を生成するための燃焼装置をさらに備え、任意で、水蒸気が、反応物または希釈剤として使用されてもよい、第1の態様の化学合成プラントである第9の態様。
断続的電源が利用可能である場合に、集塊を増大させることによってエネルギーを貯蔵するための装置をさらに備える、第1の態様の化学合成プラントである第10の態様。
集塊が、1つもしくは複数の供給物、1つもしくは複数の生成物、または水を含む、第10の態様の化学合成プラントである第11の態様。
短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約10℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器が耐火材料によって内張りされる、第1の態様の化学合成プラントである第12の態様。
短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約5℃を超える著しい温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器がサーマルマスに熱的に接続されている、第1の態様の化学合成プラントである第13の態様。
短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約4℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器が相変化材料に熱的に接続される、第1の態様の化学合成プラントである第14の態様。
IESが利用可能でない場合に1つまたは複数のプロセス流を加熱するために熱（例えば、加熱または過熱された流体）を貯蔵するように動作可能な装置をさらに備える、第1の態様の化学合成プラントである第15の態様。
エネルギーを貯蔵するために相変化材料の液化を利用するように構成された装置をさらに備える、第1の態様の化学合成プラントである第16の態様。
電気供給の断続性に対処するためにオンサイトの電池をさらに備える、第1の態様の化学合成プラントである第17の態様。
化学合成プラントの少なくとも1つの装置にバックアップ電力を供給するように構成されたバックアップ電力装置をさらに備える、第1の態様の化学合成プラントである第18の態様。
バックアップ電力装置が、プラントの安全な運転停止を確実にするのに十分なエネルギーを供給するように選択される、第18の態様の化学合成プラントである第19の態様。
バックアップ電力装置が、圧縮ガス、コンデンサ、超伝導体、熱電池、および/またはフライホイールによって駆動される装置を備える、第18の態様の化学合成プラントである第20の態様。
プラントの少なくとも一部が、IESが利用可能である場合にのみ動作する、第1の態様の化学合成プラントである第21の態様。
IESが利用できないか、減少した量のIESが利用可能である場合に、低下した生産速度で動作するように構成される、第1の態様の化学合成プラントである第22の態様。
エネルギーの価格および利用可能性に関する情報を受け取るためのシステムをさらに備え、それによって、この情報を利用して、エネルギー使用量、エネルギー貯蔵、およびプラントの運転を最適化することができる、第1の態様の化学合成プラントである第23の態様。
再生可能な断続的エネルギー源（IES）からの電気を利用して、加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの大部分（例えば、50％超、60％超、70％超、80％超、90％超または100％超）を供給する運転のために構成された化学合成プラントである第24の態様。
IESが利用可能である場合および/または閾値価格未満である場合に、貯蔵のために1つまたは複数のガス状供給流を圧縮するように動作可能な1つまたは複数の圧縮機をさらに備え、その結果、圧縮された1つまたは複数の供給流の少なくとも一部が、IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、供給流として利用され得、および/または電気および/または機械的仕事を提供するために利用され得る、第24の態様の化学合成プラントである第25の態様。
1つまたは複数の圧縮機が、IESからの電気が利用可能である場合および/または閾値価格未満である場合に、1つまたは複数のガス状供給流を圧縮および液化し、システムが、IESが容易に利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、液化された1つまたは複数のガス状供給流を気化および膨張させて電気を生成し、機械的仕事を行い、および/または供給を提供するように動作可能な装置をさらに備える、第25の態様の化学合成プラントである第26の態様。
1つまたは複数の供給流、生成物流および/または別の流体を冷却するように構成された1つまたは複数のチラーと、IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に冷媒として使用するために、冷却された1つまたは複数の供給流、生成物流および/または別の流体を貯蔵するように構成された貯蔵装置とをさらに備える、第24の態様の化学合成プラントである第27の態様。
冷媒が、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、エチレン、プロピレン、アンモニア、窒素またはそれらの組合せを含む、第27の態様の化学合成プラントである第28の態様。
燃料電池と、水素を貯蔵するための装置とをさらに備え、それによって、貯蔵装置に水素を貯蔵することができ、貯蔵された水素を燃料電池に導入して電気を生成して、IESからの電気供給の断続性に対処することができる、第24の態様の化学合成プラントである第29の態様。
酸素および窒素を生成するように構成された空気分離ユニット（ASU）と、生成された酸素および/または窒素の少なくとも一部を圧力下で貯蔵するように構成された貯蔵装置と、膨張器とをさらに備え、その結果、加圧され貯蔵された酸素および/または窒素が、IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、反応物として利用され得、および/または膨張器内の膨張によって電気を生成するために利用され得る、第24の態様の化学合成プラントである第30の態様。
IESの利用可能性に対処するように動作可能な1つまたは複数の二重装置をさらに備える、第24の態様の化学合成プラントである第31の態様。
1つまたは複数の二重装置が、1つまたは複数の電気モータ駆動圧縮機のバックアップとして利用される、水蒸気またはガスタービンによって駆動される1つまたは複数の圧縮機を備える、第31の態様の化学合成プラントである第32の態様。
プラントが、加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せのために少なくとも25MWの平均1日量を消費する、第24の態様の化学合成プラントである第33の態様。
排出されるCO2の量が、IESからの電気を利用せずに動作するように構成された同様のプラントよりも少なくとも10％少ない、第24の態様の化学合成プラントである第34の態様。
比エネルギー消費量が、IESからの電気を利用せずに動作するように構成された同様のプラントよりも少なくとも10％少ない、第24の態様の化学合成プラントである第35の態様。
本明細書において記載される断続的エネルギー供給（IES）によって動作可能な化学合成プラントである、第36の態様。
追加的な開示部III
以下は、本開示による非限定的な特定の態様である。
本明細書において開示される態様は、以下を含む。
A:反応器に導入するための1つまたは複数の反応物を含む1つまたは複数の供給流を調製する工程;反応器内で1つまたは複数の反応物を反応させて、1つまたは複数の化学生成物を含む生成物流を生成する工程;生成物流内の反応副生成物、未反応反応物、またはそれらの組合せから1つまたは複数の化学生成物を分離する工程;および/または未反応反応物および/または反応副生成物のうちの1つまたは複数を再循環させる工程;ならびに、再生可能な断続的エネルギー源（IES）が利用可能である場合、再生可能な断続的エネルギー源（IES）から生成された電気によって、調製、反応、分離、再循環、またはそれらの組合せのうちの1つまたは複数のために利用される動力供給、圧送、加熱、冷却、圧縮、分離、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの大部分（例えば、50％超、60％超、70％超、80％超または90％超）を供給する工程を含む、1つまたは複数の化学生成物を生成する方法。
B:再生可能IESが利用可能である場合および/または閾値価格未満である場合に、再生可能な断続的エネルギー源（IES）からの電気を利用して、加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの大部分（例えば、50％超、60％超、70％超、80％超、90％超または100％超）を供給する工程を含む、化学合成プラントを運転、設計および/または改良する方法。
態様AおよびBの各々は、以下の追加の要素のうちの1つまたは複数を有し得る:要素1:方法によって生成された1つもしくは複数の供給流、1つもしくは複数の化学生成物または少なくとも1つの中間体から選択される少なくとも1つの流れを圧縮する工程、および後の使用のために少なくとも1つの圧縮された流れを貯蔵する工程をさらに含む。要素2:電気を生成するためまたは機械的仕事を行うために少なくとも1つの貯蔵された圧縮された流れを膨張させる工程をさらに含む。要素3:方法によって生成された1つもしくは複数の供給流、1つもしくは複数の化学生成物または少なくとも1つの中間体から選択される少なくとも1つの流れを冷却する工程、および後の使用のために少なくとも1つの冷却された流れを貯蔵する工程をさらに含む。要素4:少なくとも1つの冷却された流れは極低温液体を含む。要素5:後の使用は、冷媒としての使用を含む。要素6:調製、反応、分離、またはそれらの組合せは水素を生成し、方法は、燃料電池を使用して、生成された水素の少なくとも一部を電気に変換する工程をさらに含む。要素7:断続的電源が利用可能でない場合に、燃料電池を使用して生成された水素の少なくとも一部を電気に変換する前に生成された水素の少なくとも一部を貯蔵する工程をさらに含む。要素8:水素を貯蔵する前に水素を圧縮する工程をさらに含む。要素9:断続的電源が利用可能でない場合に、貯蔵された水素の少なくとも一部を燃焼させて水蒸気および熱を生成する工程、ならびに任意で水蒸気を反応物または希釈剤として利用する工程をさらに含む。要素10:断続的電源が利用可能である場合に、集塊を増大させることによってエネルギーを貯蔵する工程をさらに含む。要素11:集塊は、1つもしくは複数の供給物、1つもしくは複数の生成物、または水を含む。要素12:短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で10℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器は耐火材料によって内張りされる。要素13:電気の同時生成により、1つまたは複数の供給流のうちの少なくとも1つの入口圧力を調整する工程をさらに含む。要素14:短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約5℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器をサーマルマスに熱的に接続する工程をさらに含む。要素15:短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約4℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器を相変化材料に熱的に接続する工程をさらに含む。要素16:IESからの電気による電気加熱が利用可能でない場合に1つまたは複数のプロセス流を加熱するための熱（例えば、加熱または過熱された流体）を貯蔵する工程をさらに含む。要素17:エネルギーを貯蔵するために相変化材料の液化を利用する工程をさらに含む。要素18:IESからの電気供給の断続性のためにオンサイトの電池を保管する工程をさらに含む。要素19:少なくとも1つの装置にバックアップ電力を供給する工程をさらに含む。要素20:バックアップ電力装置は、プラントの安全な運転停止を確実にするのに十分なエネルギーを供給するように選択される。要素21:圧縮ガス、コンデンサ、超伝導体、熱電池、および/またはフライホイールによって駆動される装置を介してバックアップ電力を供給する工程を含む。要素22:IESが利用可能である場合にのみプラントの少なくとも一部を動作させる工程をさらに含む。要素23:IESが利用できないか、減少した量のIESが利用可能である場合に、低下した生産速度で動作させる工程をさらに含む。要素24:エネルギーの価格および利用可能性に関する情報をさらに受け取る工程、ならびに情報を利用して、エネルギー使用量、エネルギー貯蔵、および/または1つまたは複数の化学生成物の生成を最適化する工程。要素25:再生可能IESが利用可能である場合および/または閾値価格未満である場合に、貯蔵のために1つまたは複数のガス状プロセス流を圧縮する工程、および再生可能IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、圧縮された1つまたは複数の供給流の少なくとも一部を供給流として利用し、および/または電気および/または機械的仕事を提供するために利用する工程をさらに含む。要素26:1つまたは複数のガス状プロセス流は、プロセス動作圧力よりも高い圧力で圧縮および貯蔵され、プロセス動作圧力よりも高い圧力から動作圧力への圧力低下から電気を生成する工程をさらに含む。要素27:1つまたは複数のガス状プロセス流は、再生可能IESからの電気が利用可能である場合および/または閾値価格未満である場合に圧縮および液化され、再生可能IESからの電気が容易に利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、気化および膨張されて電気を生成し、機械的仕事を行い、および/または供給を提供する。要素28:再生可能IESからの電気供給の断続性ための冷媒として使用するために、生成物流および/または1つまたは複数のプロセス流を冷却および貯蔵する工程をさらに含む。要素29:生成物流および/または1つまたは複数のプロセス流は、メタン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、アンモニアまたはそれらの組合せを含む。要素30:生成物流および/または1つまたは複数のプロセス流は、再生可能IESからの電気が容易に利用可能である場合および/または閾値価格未満である場合に冷却および貯蔵され、再生可能IESからの電気が利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に1つまたは複数の他のプロセス流を冷却するために使用され、それにより1つまたは複数の比較的温かい液体および/またはガス流を生成する。要素31:生成物流および/または1つまたは複数の他のプロセス流を冷却することによって得られた1つまたは複数の比較的温かい液体および/またはガス流を供給物として利用する工程、および/または生成物として取り出す工程をさらに含む。要素32:水素を貯蔵する工程、および貯蔵された水素を燃料電池に通して電気を生成して、再生可能IESからの電気供給の断続性に対処する工程をさらに含む。要素33:空気分離プラント内で酸素および窒素を生成する工程、生成された酸素および/または窒素の少なくとも一部を圧力下で貯蔵する工程、ならびに再生可能IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、加圧され貯蔵された酸素および/または窒素を反応物として利用する、および/または膨張によって電気を生成するために利用する工程をさらに含む。要素34:再生可能IESからの電気の利用可能性に対処するために1つまたは複数の二重装置を利用する工程をさらに含む。要素35:二重装置は、1つまたは複数の電気モータ駆動圧縮機のバックアップとして利用される、水蒸気またはガスタービンによって駆動される1つまたは複数の圧縮機を備える。要素36:再生可能IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、再生可能IESからの電気のバックアップとして非再生可能電気を利用する工程をさらに含む。要素37:利用可能な場合または閾値価格未満の場合は再生可能IESからの電気によって、および再生可能IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合は非再生可能電気によって電気モータ駆動圧縮機に動力供給する工程をさらに含む。要素38:加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せのために少なくとも25MWの平均1日量を消費する工程をさらに含む。
追加的な開示部IV
以下は、本開示による非限定的な特定の態様である。
反応器に導入するための1つまたは複数の反応物を含む1つまたは複数の供給流を調製する工程、反応器内で1つまたは複数の反応物を反応させて、1つまたは複数の化学生成物を含む生成物流を生成する工程、生成物流内の反応副生成物、未反応反応物、またはそれらの組合せから1つまたは複数の化学生成物を分離する工程、および/または未反応反応物および/または反応副生成物のうちの1つまたは複数を再循環させる工程、ならびに、再生可能な断続的エネルギー源（IES）が利用可能である場合、再生可能な断続的エネルギー源（IES）から生成された電気によって、調製、反応、分離、再循環、またはそれらの組合せのうちの1つまたは複数のために利用される動力供給、圧送、加熱、冷却、圧縮、分離、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの大部分（例えば、50％超、60％超、70％超、80％超または90％超）を供給する工程を含む、1つまたは複数の化学生成物を生成する方法である第1の態様。
方法によって生成された1つもしくは複数の供給流、1つもしくは複数の化学生成物または少なくとも1つの中間体から選択される少なくとも1つの流れを圧縮する工程、および後の使用のために少なくとも1つの圧縮された流れを貯蔵する工程をさらに含む、第1の態様の方法である第2の態様。
電気を生成するためまたは機械的仕事を行うために少なくとも1つの貯蔵された圧縮された流れを膨張させる工程をさらに含む、第2の態様の方法である第3の態様。
方法によって生成された1つもしくは複数の供給流、1つもしくは複数の化学生成物または少なくとも1つの中間体から選択される少なくとも1つの流れを冷却する工程、および後の使用のために少なくとも1つの冷却された流れを貯蔵する工程をさらに含む、第1の態様の方法である第4の態様。
少なくとも1つの冷却された流れが極低温液体を含む、第4の態様の方法である第5の態様。
後の使用が、冷媒としての使用を含む、第4の態様の方法である第6の態様。
調製、反応、分離、またはそれらの組合せが水素を生成し、方法が、燃料電池を使用して、生成された水素の少なくとも一部を電気に変換する工程をさらに含む、第1の態様の方法である第7の態様。
断続的電源が利用可能でない場合に、燃料電池を使用して生成された水素の少なくとも一部を電気に変換する前に生成された水素の少なくとも一部を貯蔵する工程をさらに含む、第7の態様の方法である第8の態様。
水素を貯蔵する前に水素を圧縮する工程をさらに含む、第7の態様の方法である第9の態様。
断続的電源が利用可能でない場合に、貯蔵された水素の少なくとも一部を燃焼させて水蒸気および熱を生成する工程、ならびに任意で水蒸気を反応物または希釈剤として利用する工程をさらに含む、第7の態様の方法である第10の態様。
断続的電源が利用可能である場合に、集塊を増大させることによってエネルギーを貯蔵する工程をさらに含む、第1の態様の方法である第11の態様。
集塊が、1つもしくは複数の供給物、1つもしくは複数の生成物、または水を含む、第11の態様の方法である第12の態様。
短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で10℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器が耐火材料によって内張りされる、第1の態様の方法である第13の態様。
電気の同時生成により、1つまたは複数の供給流のうちの少なくとも1つの入口圧力を調整する工程をさらに含む、第1の態様の方法である第14の態様。
短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約5℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器をサーマルマスに熱的に接続する工程をさらに含む、第1の態様の方法である第15の態様。
短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約4℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器を相変化材料に熱的に接続する工程をさらに含む、第1の態様の方法である第16の態様。
IESからの電気による電気加熱が利用可能でない場合に1つまたは複数のプロセス流を加熱するための熱（例えば、加熱または過熱された流体）を貯蔵する工程をさらに含む、第1の態様の方法である第17の態様。
エネルギーを貯蔵するために相変化材料の液化を利用する工程をさらに含む、第1の態様の方法である第18の態様。
IESからの電気供給の断続性のためにオンサイトの電池を保管する工程をさらに含む、第1の態様の方法である第19の態様。
少なくとも1つの装置にバックアップ電力を供給する工程をさらに含む、第1の態様の方法である第20の態様。
バックアップ電力装置が、プラントの安全な運転停止を確実にするのに十分なエネルギーを供給するように選択される、第20の態様の方法である第21の態様。
圧縮ガス、コンデンサ、超伝導体、熱電池、および/またはフライホイールによって駆動される装置を介してバックアップ電力を供給する工程を含む、第20の態様の方法である第22の態様。
IESが利用可能である場合にのみプラントの少なくとも一部を動作させる工程をさらに含む、第1の態様の方法である第23の態様。
IESが利用できないか、減少した量のIESが利用可能である場合に、低下した生産速度で動作させる工程をさらに含む、第1の態様の方法である第24の態様。
エネルギーの価格および利用可能性に関する情報を受け取る工程、ならびに情報を利用して、エネルギー使用量、エネルギー貯蔵、および/または1つまたは複数の化学生成物の生成を最適化する工程をさらに含む、第1の態様の方法である第25の態様。
再生可能IESが利用可能である場合および/または閾値価格未満である場合に、再生可能な断続的エネルギー源（IES）からの電気を利用して、加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの大部分（例えば、50％超、60％超、70％超、80％超、90％超または100％超）を供給する工程を含む、化学合成プラントを運転、設計および/または改良する方法である第26の態様。
再生可能IESが利用可能である場合および/または閾値価格未満である場合に、貯蔵のために1つまたは複数のガス状プロセス流を圧縮する工程、および再生可能IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、圧縮された1つまたは複数の供給流の少なくとも一部を供給流として利用し、および/または電気および/または機械的仕事を提供するために利用する工程をさらに含む、第26の態様の方法である第27の態様。
1つまたは複数のガス状プロセス流が、プロセス動作圧力よりも高い圧力で圧縮および貯蔵され、プロセス動作圧力よりも高い圧力から動作圧力への圧力低下から電気を生成する工程をさらに含む、第27の態様の方法である第28の態様。
1つまたは複数のガス状プロセス流が、再生可能IESからの電気が利用可能である場合および/または閾値価格未満である場合に圧縮および液化され、再生可能IESからの電気が容易に利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、気化および膨張されて電気を生成し、機械的仕事を行い、および/または供給を提供する、第27の態様の方法である第29の態様。
再生可能IESからの電気供給の断続性ための冷媒として使用するために、生成物流および/または1つまたは複数のプロセス流を冷却および貯蔵する工程をさらに含む、第26の態様の方法である第30の態様。
生成物流および/または1つまたは複数のプロセス流が、メタン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、アンモニアまたはそれらの組合せを含む、第30の態様の方法である第31の態様。
生成物流および/または1つまたは複数のプロセス流が、再生可能IESからの電気が容易に利用可能である場合および/または閾値価格未満である場合に冷却および貯蔵され、再生可能IESからの電気が利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に1つまたは複数の他のプロセス流を冷却するために使用され、それにより1つまたは複数の比較的温かい液体および/またはガス流を生成する、第30の態様の方法である第32の態様。
生成物流および/または1つまたは複数の他のプロセス流を冷却することによって得られた1つまたは複数の比較的温かい液体および/またはガス流を供給物として利用する工程、および/または生成物として取り出す工程をさらに含む、第32の態様の方法である第33の態様。
水素を貯蔵する工程、および貯蔵された水素を燃料電池に通して電気を生成して、再生可能IESからの電気供給の断続性に対処する工程をさらに含む、第26の態様の方法である第34の態様。
空気分離プラント内で酸素および窒素を生成する工程、生成された酸素および/または窒素の少なくとも一部を圧力下で貯蔵する工程、ならびに再生可能IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、加圧され貯蔵された酸素および/または窒素を反応物として利用する、および/または膨張によって電気を生成するために利用する工程をさらに含む、第26の態様の方法である第35の態様。
再生可能IESからの電気の利用可能性に対処するために1つまたは複数の二重装置を利用する工程をさらに含む、第26の態様の方法である第36の態様。
二重装置が、1つまたは複数の電気モータ駆動圧縮機のバックアップとして利用される、水蒸気またはガスタービンによって駆動される1つまたは複数の圧縮機を備える、第36の態様の方法である第37の態様。
再生可能IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、再生可能IESからの電気のバックアップとして非再生可能電気を利用する工程をさらに含む、第26の態様の方法である第38の態様。
利用可能な場合または閾値価格未満の場合は再生可能IESからの電気によって、および再生可能IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合は非再生可能電気によって電気モータ駆動圧縮機に動力供給する工程をさらに含む、第38の態様の方法である第39の態様。
加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せのために少なくとも25MWの平均1日量を消費する工程をさらに含む、第26の態様の方法である第40の態様。
本明細書において記載される化学プロセスを操作する方法である、第41の態様。
追加的な開示部V
以下は、本開示による非限定的な特定の態様である。
少なくとも1つの化学生成物を含むプロセス流を1つまたは複数の反応物から生成するために構成された1つまたは複数の反応器と、反応器に導入するための1つまたは複数の反応物のうちの1つまたは複数を含む1つまたは複数の供給流を調製するように構成された供給物調製システムと、プロセス流内の反応副生成物、未反応反応物、またはそれらの組合せから少なくとも1つの化学生成物を分離するように構成された生成物精製システムとを備える化学合成プラントであって、1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せを介して利用される加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの少なくとも50％が断続的エネルギー源（IES）から供給されるように化学合成プラントが構成されており、プラントが、加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せのために少なくとも25MWの平均1日量の電気を消費する、化学合成プラントである第1の態様。
化学合成プラントが排煙熱回収セクションを含まない、第1の態様による化学合成プラントである第2の態様。
1つもしくは複数の前記反応物、少なくとも1つの前記化学生成物、または前記方法によって生成された少なくとも1つの中間体を含む少なくとも1つの流れを圧縮するために構成された1つまたは複数の圧縮機、後の使用のために少なくとも1つの圧縮された流れを貯蔵するために構成された貯蔵装置をさらに備え、電気を生成するためまたは機械的仕事を行うために少なくとも1つの貯蔵された圧縮された流れを膨張させるための装置をさらに備える、第1の態様による化学合成プラントである第3の態様。
1つもしくは複数の前記反応物、少なくとも1つの前記化学生成物、または前記方法によって生成された少なくとも1つの中間体から選択される少なくとも1つの流れを冷却するために構成された冷却装置と、後の使用のために少なくとも1つの冷却された流れを貯蔵するために構成された貯蔵装置とをさらに備え、少なくとも1つの冷却された流れが極低温液体を含む、第1の態様による化学合成プラントである第4の態様。
1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せが、水素の生成のために構成されており、化学合成プラントが、生成された水素の少なくとも一部を電気に変換するための燃料電池をさらに備え、化学合成プラントが、断続的電源が利用可能でない場合に燃料電池を使用して生成された水素の少なくとも一部を電気に変換する前に生成された水素の少なくとも一部を貯蔵するための水素貯蔵装置をさらに備え、水素貯蔵装置の上流にある圧縮機であって、水素を貯蔵する前に水素を圧縮するために構成された圧縮機をさらに備える、第1の態様による化学合成プラントである第5の態様。
1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せが、水素の生成のために構成されており、化学合成プラントが、水素貯蔵装置と水素貯蔵装置の上流にある圧縮機とをさらに備え、圧縮機が、生成された水素の少なくとも一部を貯蔵前に圧縮するために構成されており、化学合成プラントが、断続的電源が利用可能でない場合に、貯蔵された水素の一部を燃焼させて水蒸気または熱を生成するための燃焼装置をさらに備え、水蒸気が、反応物または希釈剤として使用される、第1の態様による化学合成プラントである第6の態様。
断続的電源が利用可能である場合に、集塊を増大させることによってエネルギーを貯蔵するための装置をさらに備え、集塊が、1つもしくは複数の供給物、1つもしくは複数の生成物、または水を含む、第1の態様による化学合成プラントである第7の態様。
短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約10℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器が耐火材料によって内張りされる、第1の態様による化学合成プラントである第8の態様。
短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約5℃を超える著しい温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器がサーマルマスに熱的に接続されている、第1の態様による化学合成プラントである第9の態様。
短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約4℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器が相変化材料に熱的に接続される、第1の態様による化学合成プラントである第10の態様。
IESが利用可能でない場合に1つまたは複数のプロセス流を加熱するために加熱または過熱された流体として熱を貯蔵するために動作可能な装置をさらに備える、第1の態様による化学合成プラントである第11の態様。
エネルギーを貯蔵するために相変化材料の液化を利用するように構成された装置をさらに備える、第1の態様による化学合成プラントである第12の態様。
化学合成プラントの少なくとも1つの装置にバックアップ電力を供給するように構成されたバックアップ電力装置をさらに備え、バックアップ電力装置が、プラントの安全な運転停止を確実にするのに十分なエネルギーを供給するように選択されており、バックアップ電力装置が、圧縮ガス、コンデンサ、超伝導体、熱電池、および/またはフライホイールによって駆動される装置を備える、第1の態様による化学合成プラントである第13の態様。
エネルギーの価格および利用可能性に関する情報を受け取るためのシステムをさらに備え、それによって、この情報を利用して、エネルギー使用量、エネルギー貯蔵、およびプラントの運転を最適化することができる、第1の態様による化学合成プラントである第14の態様。
IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、加圧され貯蔵された酸素および/または窒素が、反応物として利用され得るように、および/または膨張器内の膨張によって電気を生成するために利用され得るように、酸素および窒素を生成するように構成された空気分離ユニット（ASU）と、生成された酸素および/または窒素の少なくとも一部を圧力下で貯蔵するように構成された貯蔵装置と、膨張器とをさらに備える、第1の態様による化学合成プラントである第15の態様。
反応器に導入するための1つまたは複数の反応物を含む1つまたは複数の供給流を調製する工程、反応器内で1つまたは複数の反応物を反応させて、1つまたは複数の化学生成物を含む生成物流を生成する工程、生成物流内の反応副生成物、未反応反応物、またはそれらの組合せから1つまたは複数の化学生成物を分離する工程、未反応反応物および/または反応副生成物のうちの1つまたは複数を再循環させる工程、ならびに、再生可能な断続的エネルギー源（IES）が利用可能である場合、再生可能な断続的エネルギー源（IES）から生成された電気によって、調製、反応、分離、再循環、またはそれらの組合せのうちの1つまたは複数のために利用される動力供給、圧送、加熱、冷却、圧縮、分離、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの少なくとも50％を供給する工程を含み、プラントが、加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せのために少なくとも25MWの平均1日量の電気を消費する、1つまたは複数の化学生成物を生成する方法である第16の態様。
本発明の好ましい態様を示し説明してきたが、本開示の教示から逸脱することなく、当業者によってその変更が行われ得る。本明細書において記載される態様は例示に過ぎず、限定することを意図するものではない。本明細書において開示される本発明の多くの変形例および変更が可能であり、本発明の範囲内である。
上記の開示が十分に理解されると、多数の他の変更、均等物および代替物が当業者に明らかになるであろう。添付の特許請求の範囲は、適用可能な場合、すべてのそのような変更、均等物および代替物を包含すると解釈されることが意図されている。したがって、保護の範囲は、上記の説明によって限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲は、特許請求の範囲の主題のすべての均等物を含む。各々のおよびすべての請求項は、本発明の一態様として本明細書に組み入れられる。したがって、特許請求の範囲は、さらなる説明であり、本発明の詳細な説明に対する追加である。本明細書において引用されるすべての特許、特許出願および刊行物の開示は、参照により本明細書に組み入れられる。

Claims (16)

  1. 少なくとも1つの化学生成物を含むプロセス流を1つまたは複数の反応物から生成するために構成された、1つまたは複数の反応器;
    該反応器に導入するための該1つまたは複数の反応物のうちの1つまたは複数を含む1つまたは複数の供給流を調製するように構成された、供給物調製システム;および
    該プロセス流内の反応副生成物、未反応反応物、またはそれらの組合せから該少なくとも1つの化学生成物を分離するように構成された、生成物精製システム
    を備える、化学合成プラントであって、
    1つもしくは複数の該反応器、該供給物調製システム、該生成物精製システム、またはそれらの組合せを介して利用される加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの少なくとも50％が断続的エネルギー源（IES）から供給されるように、該化学合成プラントが構成されており、
    該プラントが、該加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せのために少なくとも25MWの平均1日量の電気を消費する、
    該化学合成プラント。
  2. 排煙熱回収セクションを含まない、請求項1記載の化学合成プラント。
  3. 1つもしくは複数の前記反応物、少なくとも1つの前記化学生成物、または前記方法によって生成された少なくとも1つの中間体を含む少なくとも1つの流れを圧縮するために構成された、1つまたは複数の圧縮機、
    後の使用のために該少なくとも1つの圧縮された流れを貯蔵するために構成された、貯蔵装置
    をさらに備え、
    電気を生成するためまたは機械的仕事を行うために該少なくとも1つの貯蔵された圧縮された流れを膨張させるための装置
    をさらに備える、請求項1記載の化学合成プラント。
  4. 1つもしくは複数の前記反応物、少なくとも1つの前記化学生成物、または前記方法によって生成された少なくとも1つの中間体から選択される少なくとも1つの流れを冷却するために構成された、冷却装置、および
    後の使用のために該少なくとも1つの冷却された流れを貯蔵するために構成された、貯蔵装置
    をさらに備え、
    該少なくとも1つの冷却された流れが極低温液体を含む、
    請求項1記載の化学合成プラント。
  5. 1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せが、水素の生成のために構成されており、
    化学合成プラントが、生成された水素の少なくとも一部を電気に変換するための燃料電池をさらに備え、
    該化学合成プラントが、
    断続的電源が利用可能でない場合に、該燃料電池を使用して該生成された水素の少なくとも一部を電気に変換する前に該生成された水素の少なくとも一部を貯蔵するための、水素貯蔵装置
    をさらに備え、
    該水素貯蔵装置の上流にある圧縮機であって、該水素を貯蔵する前に該水素を圧縮するために構成された圧縮機
    をさらに備える、
    請求項1記載の化学合成プラント。
  6. 1つもしくは複数の反応器、供給物調製システム、生成物精製システム、またはそれらの組合せが、水素の生成のために構成されており、化学合成プラントが、水素貯蔵装置と該水素貯蔵装置の上流にある圧縮機とをさらに備え、該圧縮機が、生成された水素の少なくとも一部を貯蔵前に圧縮するために構成されており、該化学合成プラントが、断続的電源が利用可能でない場合に、貯蔵された水素の一部を燃焼させて水蒸気または熱を生成するための燃焼装置をさらに備え、該水蒸気が、反応物または希釈剤として使用される、請求項1記載の化学合成プラント。
  7. 断続的電源が利用可能である場合に集塊（mass）を増大させることによってエネルギーを貯蔵するための装置をさらに備え、該集塊が、1つもしくは複数の供給物、1つもしくは複数の生成物、または水を含む、請求項1記載の化学合成プラント。
  8. 短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約10℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器が耐火材料によって内張りされる、請求項1記載の化学合成プラント。
  9. 短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約5℃を超える著しい温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器がサーマルマスに熱的に接続されている、請求項1記載の化学合成プラント。
  10. 短時間の電力損失が、1つまたは複数の耐火物内張り反応器の2分間で約4℃を超える温度低下を引き起こさないように、1つまたは複数の反応器が相変化材料に熱的に接続されている、請求項1記載の化学合成プラント。
  11. IESが利用可能でない場合に1つまたは複数のプロセス流を加熱するために加熱または過熱された流体として熱を貯蔵するために動作可能な装置をさらに備える、請求項1記載の化学合成プラント。
  12. エネルギーを貯蔵するために相変化材料の液化を利用するように構成された装置をさらに備える、請求項1記載の化学合成プラント。
  13. 化学合成プラントの少なくとも1つの装置にバックアップ電力を供給するように構成されたバックアップ電力装置をさらに備え、該バックアップ電力装置が、該プラントの安全な運転停止を確実にするのに十分なエネルギーを供給するように選択されており、該バックアップ電力装置が、圧縮ガス、コンデンサ、超伝導体、熱電池、および/またはフライホイールによって駆動される装置を備える、請求項1記載の化学合成プラント。
  14. エネルギーの価格および利用可能性に関する情報を受け取るためのシステムをさらに備え、それによって、この情報を利用して、エネルギー使用量、エネルギー貯蔵、およびプラントの運転を最適化することができる、請求項1記載の化学合成プラント。
  15. IESが利用可能でない場合および/または閾値価格を超える場合に、加圧され貯蔵された酸素および/または窒素が、反応物として利用され得るように、および/または膨張器内の膨張によって電気を生成するために利用され得るように、
    酸素および窒素を生成するように構成された空気分離ユニット（ASU）と、
    生成された酸素および/または窒素の少なくとも一部を圧力下で貯蔵するために構成された貯蔵装置と、
    膨張器と
    をさらに備える、請求項1記載の化学合成プラント。
  16. 反応器に導入するための1つまたは複数の反応物を含む1つまたは複数の供給流を調製する工程;
    該反応器内で該1つまたは複数の反応物を反応させて、1つまたは複数の化学生成物を含む生成物流を生成する工程;
    該生成物流内の反応副生成物、未反応反応物、またはそれらの組合せから該1つまたは複数の化学生成物を分離する工程;
    該未反応反応物および/または反応副生成物のうちの1つまたは複数を再循環させる工程;ならびに
    再生可能な断続的エネルギー源（IES）が利用可能である場合、再生可能な断続的エネルギー源（IES）から生成された電気によって、該調製、該反応、該分離、該再循環、またはそれらの組合せのうちの1つまたは複数のために利用される動力供給、圧送、加熱、冷却、圧縮、分離、またはそれらの組合せに必要な正味エネルギーの少なくとも50％を供給する工程
    を含む、1つまたは複数の化学生成物を生成する方法であって、
    プラントが、該加熱、冷却、圧縮、またはそれらの組合せのために少なくとも25MWの平均1日量の電気を消費する、
    該方法。
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