JP6573137B2 - 温室効果ガスの排出、特に二酸化炭素の排出を最小限にする工業生産プラント、およびその運転方法 - Google Patents
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Description
本発明は、工業生産プラント、特にコークス炉に関し、このプラントは、炭素含有原料から低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成し、かつ関連する第１のオフガス浄化装置および関連する第２のオフガス浄化装置を有する第１の生産プラントを含む。
さらに、本発明は、炭素含有原料から低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成し、かつ関連する第１のオフガス浄化装置および関連する第２のオフガス浄化装置を有する第１の生産プラントの、少なくとも実質的にＣＯ２を含まない運転のための方法に関する。
温室効果ガスの排出量が非常に低い、特にＣＯ２の排出量が非常に低い工業生産プラントの運転は、長年にわたる一般的な目標であった。この理由から、それぞれの温室効果ガス、特に二酸化炭素をオフガスから濾過して貯留することができる複数のプロセスおよび装置が既に開発されている。オフガス、特に煙道ガスから二酸化炭素を除去して貯留することを目的とした、これらの技術、プロセスおよび装置は、しばしば「炭素回収と貯留」という総称で包括される。これらの除去プロセスはすべて、効率の低下または設備投資の増加を引き起こし、それに付随する追加コストを招くため、「炭素回収と利用」という用語の下に包含され、二酸化炭素の簡単な貯留を開示しない代わりに販売可能な製品を提供するためにさらに処理するコンセプトも、先行技術において既に公開されている。このようなコンセプトの１つは、例えば、「電力から燃料」というコンセプトであり、発電所の煙道ガス中のＣＯ２は、関連する水の電解で生成された水素（Ｈ２）の助けを借りて、メタン、メタノールまたはメタンもしくはメタノールの下流生成物に変換される。
この背景を考慮して、本発明の目的は、炭素回収および利用プロセスを効果的かつ効率的に実行することができる、工業生産プラントのための好適な実施および実行が容易な代案を示す解決策を提供することである。
上記の目的は、請求項１に記載の工業生産プラントおよび請求項１０に記載の方法によって達成される。
したがって、本発明の工業生産プラントは、
炭素含有原料から低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成し、かつ関連する第１のオフガス浄化装置および関連する第２のオフガス浄化装置を有する第１の生産プラントと、
第１の導管接続部を介して第１のオフガス浄化装置に接続され、生成ガスまたはオフガスを、炭素含有の少なくとも実質的にＨ２を含まないガス副流と、少なくとも実質的に炭素を含まないＨ２リッチなガス副流とに分離するガス処理プラントであって、実質的にＨ２を含まないガス副流を、第１の生産プラントに存在する１つまたは複数の燃焼装置に第２の導管接続部によって少なくとも部分的に供給することができる、ガス処理プラントと、
ＣＯ２リッチなガス流を生成するためのデバイスであって、１つまたは複数の燃焼装置で形成されたＣＯ２含有オフガス流の少なくとも一部が、第２のオフガス浄化装置を通って流れた後に少なくとも部分的に供給され得るデバイスと、
水素（Ｈ２）および酸素（Ｏ２）を生成する水電解プラントと、メタノールおよび／またはメタノールの下流生成物を生成する第２の生産プラントであって、最初に、ＣＯ２リッチなガス流を生成するデバイスにＣＯ２導管接続部を介して接続され、このＣＯ２リッチなガス流がこのＣＯ２導管接続部によって少なくとも部分的に供給され得、次に、Ｈ２導管接続部を介してガス処理プラントおよび水電解プラントに接続され、ガス処理プラントで生成されたＨ２リッチなガス副流および／または水電解プラントで生成された水素（Ｈ２）がそれぞれこのＨ２導管接続部によって少なくとも部分的に供給され得る、第２の生産プラントと、
を含む。
炭素含有原料から低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成し、かつ関連する第１のオフガス浄化装置および関連する第２のオフガス浄化装置を有する第１の生産プラントと、
第１の導管接続部を介して第１のオフガス浄化装置に接続され、生成ガスまたはオフガスを、炭素含有の少なくとも実質的にＨ２を含まないガス副流と、少なくとも実質的に炭素を含まないＨ２リッチなガス副流とに分離するガス処理プラントであって、実質的にＨ２を含まないガス副流を、第１の生産プラントに存在する１つまたは複数の燃焼装置に第２の導管接続部によって少なくとも部分的に供給することができる、ガス処理プラントと、
ＣＯ２リッチなガス流を生成するためのデバイスであって、１つまたは複数の燃焼装置で形成されたＣＯ２含有オフガス流の少なくとも一部が、第２のオフガス浄化装置を通って流れた後に少なくとも部分的に供給され得るデバイスと、
水素（Ｈ２）および酸素（Ｏ２）を生成する水電解プラントと、メタノールおよび／またはメタノールの下流生成物を生成する第２の生産プラントであって、最初に、ＣＯ２リッチなガス流を生成するデバイスにＣＯ２導管接続部を介して接続され、このＣＯ２リッチなガス流がこのＣＯ２導管接続部によって少なくとも部分的に供給され得、次に、Ｈ２導管接続部を介してガス処理プラントおよび水電解プラントに接続され、ガス処理プラントで生成されたＨ２リッチなガス副流および／または水電解プラントで生成された水素（Ｈ２）がそれぞれこのＨ２導管接続部によって少なくとも部分的に供給され得る、第２の生産プラントと、
を含む。
炭素含有原料から低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成し、かつ関連する第１のオフガス浄化装置および関連する第２のオフガス浄化装置を有する第１の生産プラントの少なくとも実質的にＣＯ２を含まない運転、特に、請求項１から９のいずれか一項に記載の工業生産プラントの運転のための本発明の方法において、
低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスは、第１のオフガス浄化装置に接続された第１の導管接続部を介して、生成ガスまたはオフガスを、炭素含有の少なくとも実質的にＨ２を含まないガス副流と、少なくとも実質的に炭素を含まないＨ２リッチなガス副流とに分離するガス処理プラントに供給され、実質的にＨ２を含まないガス副流は、第１の生産プラントの１つまたは複数の燃焼装置に第２の導管接続を介して少なくとも部分的に供給され、
１つまたは複数の燃焼装置で形成されたＣＯ２含有オフガス流の少なくとも一部が、第２のオフガス浄化装置を通過した後、ＣＯ２リッチなガス流を生成するためのデバイスに少なくとも部分的に供給され、
水電解プラントで水の電気分解により水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）が生成され、第２の生産プラントでメタノールおよび／またはメタノールの下流生成物が生成され、最初に、ＣＯ２リッチなガス流を生成するデバイスで生成されたＣＯ２リッチなガス流が、第２の生産プラントに少なくとも部分的に供給され、次に、ガス処理プラントで生成されたＨ２リッチなガス副流および／または水電解プラントで生成された水素（Ｈ２）は、それぞれ、Ｈ２導管接続部を介して第２の生産プラントに少なくとも部分的に供給される
ことを特徴とする。
低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスは、第１のオフガス浄化装置に接続された第１の導管接続部を介して、生成ガスまたはオフガスを、炭素含有の少なくとも実質的にＨ２を含まないガス副流と、少なくとも実質的に炭素を含まないＨ２リッチなガス副流とに分離するガス処理プラントに供給され、実質的にＨ２を含まないガス副流は、第１の生産プラントの１つまたは複数の燃焼装置に第２の導管接続を介して少なくとも部分的に供給され、
１つまたは複数の燃焼装置で形成されたＣＯ２含有オフガス流の少なくとも一部が、第２のオフガス浄化装置を通過した後、ＣＯ２リッチなガス流を生成するためのデバイスに少なくとも部分的に供給され、
水電解プラントで水の電気分解により水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）が生成され、第２の生産プラントでメタノールおよび／またはメタノールの下流生成物が生成され、最初に、ＣＯ２リッチなガス流を生成するデバイスで生成されたＣＯ２リッチなガス流が、第２の生産プラントに少なくとも部分的に供給され、次に、ガス処理プラントで生成されたＨ２リッチなガス副流および／または水電解プラントで生成された水素（Ｈ２）は、それぞれ、Ｈ２導管接続部を介して第２の生産プラントに少なくとも部分的に供給される
ことを特徴とする。
本発明の工業生産プラントおよび本発明による方法は、炭素含有原料から低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成する第１の生産プラントで生成される二酸化炭素の９０％、および環境に放出されることも貯留されることもなく、商業的かつ販売可能な製品、すなわちメタノールまたはメタノールの下流生成物に直接変換されるように、工業生産プラントで形成された全ＣＯ２も許容するという利点を提供する。市販のメタノールまたはメタノールの下流生成物を直接生産することにより、このような工業生産プラントの経済性が改善される。これは、とりわけ、再生可能エネルギーに基づく発電プラントによる過剰生産の結果として公共電力網において現行で頻繁に利用可能な「余剰電力」が、想定される水の電気分解に利用可能であるという事実にも寄与している。したがって、従来の発電所、特に石炭発電所は、このような場合であっても、この工業生産プラントの枠組みにおいて経済的に運転されることができ、なぜなら、最小負荷領域において発生し続ける電力を、時間的に非常に柔軟に運転または停止することができる水の電気分解に利用可能であるからである。一般に、本発明の工業生産プラントで可能な生産プロセスで生じる廃熱が適切に利用され再生される場合に、生産プラントの６９％の効率を達成することができる。
したがって、工業生産プラントの一実施形態では、本発明は、炭素含有燃料を用いて燃焼が行われ、かつ水／蒸気回路を有する発電所を備え、この水／蒸気回路は、少なくとも１つの発電機を有する少なくとも１つの蒸気駆動のターボセットを備え、第３の導管接続部を介してガス処理プラントと媒体導通用に導管接続しており、それによって実質的にＨ２を含まないガス副流が発電所に少なくとも部分的に供給され得る。
同様に、本発明の方法は、さらなる実施形態において、実質的にＨ２を含まないガス副流が、第３の導管接続部を介して発電所に少なくとも部分的に供給され、発電所は、少なくとも１つの発電機を有する少なくとも１つの蒸気駆動のターボセットを備えた水／蒸気回路を有し、炭素含有燃料を用いて燃焼が行われ、発電所からのＣＯ２含有オフガス流が、関連する第２のオフガス浄化装置に少なくとも部分的に供給されることを特徴とする。
発電所の柔軟性と公共電力網に存在する可能性がある余剰電力の柔軟な利用を可能にするため、本発明は、好適な実施形態において、発電所の少なくとも１つの発電機と公共電力網との両方に電気的接続を有し、随意により、公共電力網に存在する電力、特に余剰電力を使用して、および／または少なくとも１つの発電機によって生成される電力を使用して運転させることができる、ガス処理プラントおよび水電解プラントを提供する。
このクロスリンクのために、第１に、発電所によって生成される電力と、第２に、例えば発電所を調整するという状況において、電力網から取り出される電力とを、ガス処理プラントおよび水電解プラントに柔軟に分散させることができ、随意により水の電気分解を、短時間に運転または停止させることができる。
特に、例えばコークス炉の場合のように、炭素含有原料から低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成する第１の生産プラントが燃焼装置を有する場合、ガス処理プラントで生成されるガス副流は、少なくとも実質的にＨ２を含まず、一般に炭素を含有し、このような燃焼プラントで好適に燃焼することができる。このことは、コークス炉ガスの場合のように、このガス副流が一定量のメタンをさらに含む場合に特に当てはまる。したがって、本発明は、第１の生産プラントの１つまたは複数の燃焼装置が、入口側で、第２の導管接続部および／または第３の導管接続部を介してガス処理プラントと媒体導通用に導管接続しており、それによって、ガス処理プラントで生成された炭素含有の少なくとも実質的にＨ２を含まないガス副流の少なくとも一部が、燃料として１つまたは複数の燃焼装置に供給され得ることをさらなる特徴とする。
また、特にこのような燃焼装置、例えばコークス炉の１つまたは複数の燃焼装置に形成された同様のＣＯ２含有オフガスを処理して利用することも有用であり、特に好適である。本発明のさらなる実施形態では、第１の生産プラントの１つまたは複数の燃焼装置は、同様にオフガス側で、第２のオフガス浄化装置とおよび／または発電所のＣＯ２含有オフガス流を導通する導管接続部と、第４の導管接続部を介して媒体導通用に導管接続しており、それによって、１つまたは複数の燃焼装置および／または発電所で形成されたＣＯ２含有オフガス流の少なくとも一部、好ましくはＣＯ２含有オフガス流のすべてが、第２のオフガス浄化装置に供給され得る。
ガス処理プラントの特に好適な実施形態は、圧力スイング吸着プラントであり、本発明は、さらなる実施形態において、圧力スイング吸着プラントとして構成されるガス処理プラントをさらに提供する。
形成された生成ガス／オフガス／煙道ガス流からの二酸化炭素を溶解し、後者から分離することができるようにするために、燃焼後回収（ＰＣＣ）プロセスが特に好適であることが分かっている。したがって、本発明は、さらなる実施形態において、ＣＯ２リッチなガス流を生成するデバイスが、吸収媒体によって、発電所および／または１つまたは複数の燃焼装置のＣＯ２含有オフガス流からＣＯ２を取り除く（scrub out）燃焼後回収（ＰＣＣ）プラントとして構成されることを特徴とする。
本発明の方法を、多くの工業生産プラントにおいて好適に使用することができる。特に、炭素含有原料から低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成する第１の生産プラントが、コークス炉ガスを生成するコークス炉、または本発明により同様に提供される炭素含有出発物質をガス化もしくは熱分解もしくは加熱するプラントである、工業生産プラントは好適である。
工業生産プラントを、多くの生産プラントの１つとすることができる。特に、本発明の一実施形態では、工業生産プラントが、製錬所および／もしくは製鋼所またはセメント工場、特に回転式管炉を含むか、溶融ガラスを生産するための１つもしくは複数のプラント、または化学工場、または１つもしくは複数の紙生産プラントを含むか、または、ＣＯ２含有ガス流を運ぶ導管接続部によってそこに接続される。
本発明の方法の好適な実施形態では、ガス処理プラントおよび水電解プラントは、発電所の少なくとも１つの発電機および公共電力網の両方への電気的接続を有し、随意により、公共電力網に存在する電力、特に余剰電力によって、および／または少なくとも１つの発電機によって生成された電力を使用することで、運転される。これにより、工業生産プラントについて上述したのと同じ利点、すなわち公共電力網から生成されたまたは利用可能な電力の柔軟な利用、および関連する発電所運転の柔軟性が達成される。
この方法においても、低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成する第１の生産プラントが、１つまたは複数の燃焼装置を有し、１つまたは複数の燃焼装置に、入口側で、ガス処理プラントで生成された炭素含有の少なくとも実質的にＨ２を含まないガス副流が、ガス処理プラントおよび／または第２の導管接続部から燃料として供給されるのが好適である。
ここでも、工業生産プラントについて上述した利点が同様に得られる。
最後に、これは、低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成する第１の生産プラントが１つまたは複数の燃焼装置を有し、１つまたは複数の燃焼装置は、オフガス側で、第２のオフガス浄化装置とおよび／または発電所のＣＯ２含有オフガス流を導通する導管接続部と、第４の導管接続部を介して媒体導通用に導管接続しており、それによって、１つまたは複数の燃焼装置および／または発電所で形成されたＣＯ２含有オフガス流の少なくとも一部、好ましくはＣＯ２含有オフガス流のすべてが、第２のオフガス浄化装置に供給される、本発明のさらなる実施形態にも当てはまる。
本発明は、図面を用いて以下の例により説明される。単一の図において、本発明の方法を実施することができる本発明による工業生産プラントが概略的に示されている。
単一の図において全体に符号１で示される工業生産プラントは、炭素含有原料から低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成する第１の生産プラント２を含んでいる。この例では、第１の生産プラント２はコークス炉であり、したがって、そこで生成される低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスはコークス炉ガスである。このようなコークス炉ガスは、さらに、メタンを構成成分として有する。第１の生産プラント２には、第１の生産プラント２で生成された生成ガスまたはオフガスが供給される第１のオフガス浄化装置３が割り当てられている。この第１のオフガス浄化装置３では、生成ガスまたはオフガス、ここではコークス炉ガスは、下流ガス処理プラント４でさらに処理され得る程度に精製される。この目的のために、生成ガスまたはオフガスは一般に除塵され、随意により第１のオフガス浄化装置３において酸性成分が除去される。生成ガスまたはオフガスは、第１のオフガス浄化装置３に接続された第１の導管接続部５を介してガス処理プラント４に供給され、また、媒体導通方式でガス処理プラント４に供給される。ガス処理プラント４では、供給された低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガス流またはオフガス流あるいは生成物またはオフガスは、少なくとも実質的にＨ２を含まない炭素含有ガス副流６と、少なくとも実質的に炭素を含まないＨ２リッチなガス副流７とに分離される。ガス処理プラント４は、この例では、従来技術から十分に公知の圧力スイング吸着プラントである。ガス処理プラント４は、第３の導管接続部８を介して発電所９と媒体導通用に導管接続しているため、ガス処理プラント４で生成された少なくとも実質的にＨ２を含まない、通常は炭素含有ガス副流６が、発電所に少なくとも部分的に供給され、特にバーナに供給されて、燃料添加物または燃料代替物としての燃料の燃焼を助けるか、または少なくとも供給されることができる。
発電所９は、炭素含有燃料、特にガスまたは石炭を用いて燃焼が行われる発電所であり、通常は図示されていないが少なくとも１つの蒸気駆動のターボセットおよび少なくとも１つの発電機１０を含む水／蒸気回路を有する。ただし、バイオマスを炭素含有燃料としても使用することもできる。
第１の生産プラント２は、ガス処理プラント４で生成された炭素含有の少なくとも実質的にＨ２を含まないガス副流６の少なくとも一部が燃焼されるか、または燃焼を助けるために使用される燃焼ユニットまたは燃焼装置１１を有する。この目的のために、燃焼ユニットまたは燃焼装置１１は、入口側で、ガス処理プラント４とおよび／または第３の導管接続部８と、第２の導管接続部１２を介して媒体導通用に導管接続している。ガス処理プラント４で生成された炭素含有の少なくとも実質的にＨ２を含まないガス副流６は、必要な熱および燃焼力を生成するのに必要な量で、燃焼装置１１に供給されるのが好適である。その後、ガス処理プラント４で生成された炭素含有の少なくとも実質的にＨ２を含まないガス副流６の残りの部分のみが、第３の導管接続部８を介して発電所９に供給される。
オフガス側では、第１の生産プラント２の燃焼装置１１は、燃焼装置１１に形成されたオフガスが供給される第２のオフガス浄化装置１４と、燃焼装置１１のＣＯ２含有オフガス流１７を導く第４の導管接続部１３を介して媒体導通用に導管接続している。同様に、第２のオフガス浄化装置１４は、発電所９のＣＯ２含有オフガス流１５を導く導管接続部１６を介して、発電所９と媒体導通用に導管接続している。第２のオフガス浄化装置１４では、ＣＯ２含有オフガス流１５および１７から、主にＳＯｘやＮＯｘなどの酸性成分や塵埃が除去される。
第５の導管接続部１８を介して、このようにして精製されたＣＯ２含有オフガス流はＣＯ２リッチなガス流を生成するためのデバイス１９に供給される。このデバイス１９は、燃焼後回収（ＰＣＣ）プラントであり、ここで、オフガス流中に存在するＣＯ２は、流れが第２のオフガス浄化装置１４を通って流れる際の吸収媒体によって、発電所９のＣＯ２含有オフガス流１５および燃焼装置１１のＣＯ２含有オフガス流１７から取り除かれる。
工業生産プラント１は、メタノールおよび／またはメタノールの下流生成物を生成する第２の生産プラント２０をさらに備え、これに、ＣＯ２リッチなガス流を生成するデバイス１９で生成されたＣＯ２リッチなガス流が、ＣＯ２導管接続部２１を介して供給される。ＣＯ２が除去されたさらなるガス流は、オフガス２２としてデバイス１９を出る。
メタノールおよび／またはメタノールの下流生成物を生成する第２の生産プラント２０は、さらに、水素と酸素を生成する水電解プラント２４の水素供給側およびＨ２リッチなガス副流７が流れ出るガス処理プラント４の側と、Ｈ２導管接続部２３を介して媒体導通用に導管接続しているため、水電解プラント２４で生成された水素（Ｈ２）および／またはガス処理プラント４で生成されたＨ２リッチなガス副流７をこの第２の生産プラント２０に少なくとも部分的に供給することができる。メタノールおよび／またはメタノールの１つ下流生成物は、出発物質として供給された二酸化炭素（ＣＯ２）および水素（Ｈ２）からメタノールおよび／またはメタノールの下流生成物を生成する第２の生産プラント２０へ、第２の生産プラント２０の生成物として生成される。発電所９の発電機１０、ガス処理プラント４、水電解プラント２４、および公共電力網３０は、電気的接続２５，２６，２７，２８，２９を介して、互いに切り替え可能かつ制御可能に電気的に接続されている。これにより、例えば公共電力網に存在する余剰電力などの各場合に利用可能な電力の量を、ガス処理プラント４および／または、特に水電解プラント２４の運転または停止のために柔軟に利用することが可能になる。同様に、メタノールまたはメタノールの下流生成物が共生成物として常に生成され、使用される発電所の電力が、公共電力網または装置や、それぞれの工業生産プラントに従来存在するデバイスまたはプラントのための電力を生成するためにのみ利用されるわけではないため、発電所９は、経済的な運転が可能であるような高い電力レベルを維持することができる。
ＣＯ２リッチなガス流を生成するためのデバイス１９では、第５の導管接続部１８を介して供給される二酸化炭素の最大９０％を、ＣＯ２導管接続部２１に供給されるガス流から分離して、供給することができる。水電解プラント２４で生成される水素（Ｈ２）とは別に、そこで生成される酸素（Ｏ２）もさらに使用することができる。それを、発電所９または工業生産プラント１の他のプラントにおける燃料の燃焼における酸化剤として使用することができる。
圧力スイング吸着プラントとして構成されたガス処理プラント４で実質的に炭素を含まないＨ２リッチなガス副流７として形成された水素（Ｈ２）および同様に水電解プラント２４で形成された水素（Ｈ２）は、通常の方法でコンディショニングされ、ＣＯ２リッチなガス流を生成するためのデバイス１９からの加圧された二酸化炭素（ＣＯ２）と混合され、第２の生産プラント２０において導入された二酸化炭素（ＣＯ２）と化学量論的に反応して、メタノールおよび／またはメタノールの下流生成物を生成する。
デバイス１９が、吸収媒体によって、発電所９のＣＯ２含有オフガス流１５および／または１つまたは複数の燃焼装置１１のＣＯ２含有オフガス流１７からＣＯ２を取り除くＰＣＣプラントとして構成されている場合、アミンまたはアミン溶液が取り除き用媒体または吸収媒体として好適に使用される。
工業生産プラント１内のさまざまな場所への熱伝達および／または熱の再生を実現することができる発生熱または廃熱を有効に利用するために、工業生産プラント１のさまざまな導管またはデバイスは、それぞれに割り当てられた熱交換器または熱伝達システムが設けられており、それらは参照符号３１で一様に示されている。
炭素含有原料から低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成し、約１６３００００メートルトン／年のコークス生産能力を有する第１の生産プラント２としてのコークス炉の例では、生成されたコークス炉ガスまたはコークス化ガスの一部は、コークス炉に必要な燃焼装置１１の燃焼に使用される。コークスのこの全工程で形成されるコークス炉ガスの量は、３９４ＭＷｔｈまたは９．８７ｋｇ／ｓであり、そのうち１７５．６２ＭＷｔｈまたは４．４ｋｇ／ｓが燃焼装置１１に使用され、残りは発電所９に供給される。したがって、１つまたは複数の燃焼装置１１のＣＯ２排出量は６．７５ｋｇ／ｓであり、発電所のＣＯ２排出量は８．１４ｋｇ／ｓである。
第１のオフガス浄化装置３を通過した後、生成ガスまたはオフガスには、ＣＨ４が２３．０４体積％、他の炭化水素が２．６９体積％、Ｈ２が５９．５３体積％、ＣＯ２が０．９６体積％、ＣＯが３．８４体積％、Ｏ２が０．１９体積％、Ｎ２が５．７６体積％、およびＨ２Ｏが３．９８体積％含まれる。
ガス処理プラント４では、水素（Ｈ２）の約９４％が、供給されるこの低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスからＨ２リッチなガス副流７として分離される。残りの実質的にＨ２を含まないガス副流６の構成は、ＣＨ４が５２．３３体積％、他の炭化水素が６．１１体積％、Ｈ２が８．１１体積％、ＣＯ２が２．１８体積％、ＣＯが８．７２体積％、Ｏ２が０．４３体積％、Ｎ２が１３．０８体積％、およびＨ２Ｏが９．０４体積％である。これは８．７４ｋｇ／ｓの質量流量で流れ、２９．５８ｋＪ／ｋｇの発熱量を有する。この実質的にＨ２を含まないガス副流６は燃焼装置１１に部分的に供給され、これは、５．９４ｋｇ／ｓまたは１７５．６２ＭＷｔｈの質量流量を必要とし、１０．１２ｋｇ／ｓのＣＯ２のＣＯ２含有オフガス流１７のオフガス質量流量を生成し、これは、発電所９のＣＯ２含有オフガス流１５と共に第２のオフガス浄化装置１４に供給される。８２．８ＭＷｔｈは、残りの実質的にＨ２を含まないガス副流６として発電所９に供給され、発電所９は４．７７ｋｇ／ｓのＣＯ２の質量流量を生成する。ＰＣＣプラント１９では、供給されたＣＯ２の９０％、すなわち工業生産プラント１で生産された全ＣＯ２の９０％が、アミン溶液によってガス流から取り除かれ、ＣＯ２リッチなガス流に変換される。得られたこのＣＯ２リッチなガス流は、ガス処理プラント４からのＨ２リッチなガス副流７として得られた水素（Ｈ２）および水電解プラント２４で得られた水素（Ｈ２）と同様に加圧されて、メタノールおよび／またはメタノールの下流生成物を生成する第２の生産プラント２０に供給される。
ガス処理プラント４は、質量流量１．１３ｋｇ／ｓまたは１３５．４５ＭＷｔｈの水素（Ｈ２）を有するＨ２リッチなガス副流７を生成し、水電解プラント２４は、６２ＭＷｅの入力で、１．５２６ｋｇ／ｓの質量流量を生成するので、第２の生産プラント２０の化学量論的条件下で２９．１５メートルトン／時間のメタノールが生産される。
１４ＭＷｅの圧力スイング吸着プラント４で、オフガス熱利用を伴わない場合、本発明によるこのプロセスまたは本発明の方法のこの例は、６９％の効率を有するが、発電所９内のコークス炉ガスの燃焼のためにのみ提供され、メタノール生成または任意の水の電気分解も含まない従来のプラントは、わずか４２％の効率を有する。
Claims (14)
- 炭素含有原料から低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成し、かつ関連する第１のオフガス浄化装置（３）および関連する第２のオフガス浄化装置（１４）を有する第１の生産プラント（２）と、
第１の導管接続部（５）を介して前記第１のオフガス浄化装置（３）に接続され、前記生成ガスまたは前記オフガスを、炭素含有の少なくとも実質的にＨ２を含まないガス副流（６）と、少なくとも実質的に炭素を含まないＨ２リッチなガス副流（７）とに分離するガス処理プラント（４）であって、前記実質的にＨ２を含まないガス副流（６）を、前記第１の生産プラント（２）に存在する１つまたは複数の燃焼装置（１１）に第２の導管接続部（１２）によって少なくとも部分的に供給することができる、ガス処理プラント（４）と、
ＣＯ２リッチなガス流を生成するためのデバイス（１９）であって、前記１つまたは複数の燃焼装置（１１）で形成されたＣＯ２含有オフガス流（１７）の少なくとも一部が、前記第２のオフガス浄化装置（１４）を通って流れた後に少なくとも部分的に供給され得るデバイス（１９）と、
水素（Ｈ２）および酸素（Ｏ２）を生成する水電解プラント（２４）と、メタノールおよび／またはメタノールの下流生成物を生成する第２の生産プラント（２０）であって、最初に、前記ＣＯ２リッチなガス流を生成する前記デバイス（１９）にＣＯ２導管接続部（２１）を介して接続され、前記ＣＯ２リッチなガス流が前記ＣＯ２導管接続部（２１）によって少なくとも部分的に供給され得、次に、Ｈ２導管接続部（２３）を介して前記ガス処理プラント（４）および前記水電解プラント（２４）に接続され、前記ガス処理プラント（４）で生成された前記Ｈ２リッチなガス副流（７）および／または前記水電解プラント（２４）で生成された前記水素（Ｈ２）がそれぞれ前記Ｈ２導管接続部（２３）によって少なくとも部分的に供給され得る、第２の生産プラント（２０）と
を含む、工業生産プラント（１）。 - 前記工業生産プラント（１）が、炭素含有燃料を用いて燃焼が行われ、かつ水／蒸気回路を有する発電所（９）を備え、前記水／蒸気回路は、少なくとも１つの発電機（１０）を有する少なくとも１つの蒸気駆動のターボセットを備え、第３の導管接続部（８）を介して前記ガス処理プラント（４）と媒体導通用に導管接続しており、それによって前記実質的にＨ２を含まないガス副流（６）が前記発電所（９）に少なくとも部分的に供給され得ることを特徴とする、請求項１に記載の工業生産プラント（１）。
- 前記ガス処理プラント（４）および前記水電解プラント（２４）が、前記発電所（９）の前記少なくとも１つの発電機（１０）および公共電力網（３０）の両方への電気的接続（２５，２６，２７，２８，２９）を有し、随意により、前記公共電力網（３０）に存在する電力、特に余剰電力を使用することで、および／または前記少なくとも１つの発電機（１０）によって生成された電力を使用することで、運転され得ることを特徴とする、請求項２に記載の工業生産プラント（１）。
- 前記第１の生産プラント（２）の前記１つまたは複数の燃焼装置（１１）が、入口側で、少なくとも前記第２の導管接続部（１２）を介して前記ガス処理プラント（４）と媒体導通用に導管接続しており、それによって、前記ガス処理プラント（４）で生成された前記炭素含有の少なくとも実質的にＨ２を含まないガス副流（６）の少なくとも一部が、燃料として前記１つまたは複数の燃焼装置（１１）に供給され得ることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の工業生産プラント（１）。
- 前記第１の生産プラント（２）の前記１つまたは複数の燃焼装置（１１）が、オフガス側で、前記第２のオフガス浄化装置（１４）とおよび／または前記発電所（９）のＣＯ２含有オフガス流（１５）を導通する導管接続部（１６）と、第４の導管接続部（１３）を介して媒体導通用に導管接続しており、それによって、前記１つまたは複数の燃焼装置（１１）および／または前記発電所（９）で形成された前記ＣＯ２含有オフガス流（１５，１７）の少なくとも一部、好ましくは前記ＣＯ２含有オフガス流のすべてが、前記第２のオフガス浄化装置（１４）に供給され得ることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の工業生産プラント（１）。
- 前記ガス処理プラント（４）が圧力スイング吸着プラントとして構成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の工業生産プラント（１）。
- ＣＯ２リッチなガス流を生成する前記デバイス（１９）が、吸収媒体によって、前記発電所（９）および／または前記１つまたは複数の燃焼装置（１１）の前記ＣＯ２含有オフガス流（１５，１７）からＣＯ２を取り除く燃焼後回収（ＰＣＣ）プラントとして構成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の工業生産プラント（１）。
- 炭素含有原料から低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成する前記第１の生産プラント（２）が、コークス炉ガスを生成するコークス炉、または炭素含有出発物質をガス化もしくは熱分解もしくは加熱するプラントであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の工業生産プラント（１）。
- 前記工業生産プラント（１）が、製錬所および／もしくは製鋼所またはセメント工場、特に回転式管炉を含むか、溶融ガラスを生産するための１つもしくは複数のプラント、または化学工場、または１つもしくは複数の紙生産プラントを含むか、または、ＣＯ２含有ガス流を運ぶ導管接続部によってそこに接続されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の工業生産プラント（１）。
- 炭素含有原料から低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成し、かつ関連する第１のオフガス浄化装置（３）および関連する第２のオフガス浄化装置（１４）を有する第１の生産プラント（２）の少なくとも実質的にＣＯ２を含まない運転、特に、請求項１〜９のいずれか一項に記載の工業生産プラント（１）の運転のための方法において、
前記低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスが、前記第１のオフガス浄化装置（３）に接続された第１の導管接続部（５）を介して、前記生成ガスまたはオフガスを、炭素含有の少なくとも実質的にＨ２を含まないガス副流（６）と、少なくとも実質的に炭素を含まないＨ２リッチなガス副流（７）とに分離するガス処理プラント（４）に供給され、前記実質的にＨ２を含まないガス副流（６）は、前記第１の生産プラント（２）の１つまたは複数の燃焼装置（１１）に第２の導管接続部（１２）を介して少なくとも部分的に供給され、
前記１つまたは複数の燃焼装置（１１）で形成されたＣＯ２含有オフガス流（１７）の少なくとも一部が、前記第２のオフガス浄化装置（１４）を通過した後、ＣＯ２リッチなガス流を生成するためのデバイス（１９）に少なくとも部分的に供給され、
水電解プラント（２４）で水の電気分解により水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）が生成され、第２の生産プラント（２０）でメタノールおよび／またはメタノールの下流生成物が生成され、最初に、前記ＣＯ２リッチなガス流を生成する前記デバイス（１９）で生成された前記ＣＯ２リッチなガス流が、前記第２の生産プラント（２０）に少なくとも部分的に供給され、次に、前記ガス処理プラント（４）で生成された前記Ｈ２リッチなガス副流（７）および／または前記水電解プラント（２４）で生成された前記水素（Ｈ２）が、それぞれ、Ｈ２導管接続部（２３）を介して前記第２の生産プラント（２０）に少なくとも部分的に供給される
ことを特徴とする、方法。 - 前記実質的にＨ２を含まないガス副流（６）が、第３の導管接続部（８）を介して発電所（９）に少なくとも部分的に供給され、前記発電所（９）は、少なくとも１つの発電機（１０）を有する少なくとも１つの蒸気駆動のターボセットを備えた水／蒸気回路を有し、炭素含有燃料を用いて燃焼が行われ、前記発電所（９）からのＣＯ２含有オフガス流（１５）が前記関連する第２のオフガス浄化装置（１４）に少なくとも部分的に供給されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
- 前記ガス処理プラント（４）および前記水電解プラント（２４）が、前記発電所（９）の前記少なくとも１つの発電機（１０）および公共電力網（３０）の両方への電気的接続（２５，２６，２７，２８，２９）を有し、随意により、前記公共電力網（３０）に存在する電力、特に余剰電力によって、および／または前記少なくとも１つの発電機（１０）によって生成された電力を使用することで、運転されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
- 低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成する前記第１の生産プラント（２）が、１つまたは複数の燃焼装置（１１）を有し、前記１つまたは複数の燃焼装置（１１）に、入口側で、前記炭素含有の少なくとも実質的にＨ２を含まないガス副流（６）が、前記ガス処理プラント（４）から少なくとも前記第２の導管接続部（１２）を介して燃料として供給されることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
- 低ＣＯ２およびＨ２リッチな生成ガスまたはオフガスを生成する前記第１の生産プラント（２）が１つまたは複数の燃焼装置（１１）を有し、前記１つまたは複数の燃焼装置（１１）は、前記オフガス側で、前記第２のオフガス浄化装置（１４）とおよび／または前記発電所（９）のＣＯ２含有オフガス流（１５）を導通する導管接続部（１６）と、第４の導管接続部（１３）を介して媒体導通用に導管接続しており、それによって、前記１つまたは複数の燃焼装置（１１）および／または前記発電所（９）で形成された前記ＣＯ２含有オフガス流（１５，１７）の少なくとも一部、好ましくは前記ＣＯ２含有オフガス流のすべてが、前記第２のオフガス浄化装置（１４）に供給されることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
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