TW202114315A - 電加熱的混成高溫方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種連續進行一或多個熱耗製程之方法，其中至少一個熱耗製程被電加熱，該熱耗製程的反應區中的最高溫度高於500°C，該至少一個熱耗製程的產物的至少70%在下游製程中被進一步連續處理及/或供應至本地能量載體網路，且該至少一個熱耗製程所需的電能是從外部電網及從至少一個本地電源獲取，其中該至少一個本地電源從至少一個本地能量載體網路中供應至其年度能源需求的至少50%的程度，且該至少一個本地電源被供應有來自該熱耗製程的產物至其年度能源需要的不超過50%的程度，其中天然氣、石腦油、氫氣、合成氣及/或蒸汽作為能量載體儲存在該至少一個本地能量載體網路中，其中該至少一個本地能量載體網路被供應來自至少一個另外的化學製程的至少一個另外的產物及/或副產物，且其中該本地能量載體網路的總容量為至少5 GWh。本發明進一步涉及此方法作為公共電網的分鐘儲備的用途，並涉及化學場所的本地能量載體網路用於儲存電能的用途。

Description

電加熱的混成高溫方法
本發明涉及一種連續進行一或多個熱耗製程之方法，其中至少一個熱耗製程被電加熱，該熱耗製程的反應區中的最高溫度高於500°C，該至少一個熱耗製程的產物的至少70%在下游製程中被進一步連續處理及/或供應至本地能量載體網路，且該至少一個熱耗製程所需的電能是從外部電網及從至少一個本地電源獲取，其中該至少一個本地電源從至少一個本地能量載體網路中供應至其年度能源需求的至少50%的程度，且該至少一個本地電源被供應有來自該熱耗製程的產物至其年度能源需求的不超過50%的程度，其中天然氣、石腦油、氫氣、合成氣及/或蒸汽作為能量載體儲存在該至少一個本地能量載體網路中，其中該至少一個本地能量載體網路被供應來自至少一個另外的化學製程的至少一個另外的產物及/或副產物，且其中該本地能量載體網路的總容量為至少5 GWh。本發明進一步涉及此方法作為公共電網的分鐘儲備的用途，並涉及化學場所的本地能量載體網路用於儲存電能的用途。
使可再生能源能夠使用的最大問題之一是缺乏儲存容量以吸收因對天氣影響的顯著依賴性而持續發生的變化。
自1980年代以來，儲存可再生能源的問題一直是人們關注的話題。儘管使用可再生能源，為了能夠為能源用戶（例如化學工業）提供按需產生的電力，能源供應商仍已考慮包括以下的措施：
US 4,776,171描述了一種能量產生及管理系統，其由多個可再生能源及多個能量儲存源以及多個控制及分配站組成，以便滿足工業需求。
US 2011/0081586描述了一種可再生能源與電化學或電解電池的組合，其中電化學或電解電池可平衡可再生能源中的波動，並因此使其可連續使用。
US 2008/0303348揭示了一種發電廠，其僅使用可再生能源且仍能實現依賴於需求的控制。US 2008/0303348描述了一種風能、太陽能及獲自燃燒生物質的能量的組合。據說發電廠可在三種能源之間連續且自發切換，以便隨時廉價地滿足工業的相應需求。
儘管使用波動的可再生能源，然而這些揭示的重點在於能夠為用戶按需供電。因此，用戶規定發電量，且天氣決定可再生發電的部分。
US 2012/0186252描述了一種產生及建立電力的方法，其不僅僅與外部用戶的需求相匹配。根據US 2012/0186252所載，傳統發電廠使用化石及/或可再生燃料運行，且若有電力需求，則會將產生的電力供應到公共電網中。在電力需求低的時期，產生的電力在內部用於生產氫氣，其隨後可在Sabatier製程中與二氧化碳反應以生成可再生燃料甲烷。氫氣產生器可因此藉由變化的生產管道減弱本地電源的緩慢動力。此外，在有過剩電力可用的時期，來自公共電網的電力用於操作內部氫氣產生器。氫氣產生器根據電力需求及電力供應而相應操作；當電力需求低時，則發電機的電力來自本地源，而在有剩餘過剩電力的時期，則電力來自公共電網。此方法的缺點在於，由於氫氣產生器用於將傳統電廠的功率輸出調節至電網的需求，因此氫氣產生器作為具有不同產量的耗熱過程運行。沒有任何的化工工業整合場所所需的操作被揭示得以確保氫氣產生器的穩定產量。
US 4,558,494描述了直接使用太陽能製備氨。此吸熱方法所需的熱量由傳熱流體提供，若可使用太陽能，則該傳熱流體由太陽能加熱，而若無太陽能可用，則該傳熱流體由所產生的氨燃燒加熱。因此，US 4,668,494揭示了一種將兩種不同的能源用於吸熱化學方法的用途，其一是太陽能，另一是氧化能；然而並沒有描述電能源的使用。
2016年，在德國可再生能源在發電中的比例已佔裝置功率的50%，且佔發電量的30%（日期: 2017年2月26日；“Energie für Deutschland, Fakten, Perspektiven und Positionen im globalen Kontext” [全球背景下德國的能源、事實、觀點及立場], Weltenergierat – Deutschland e.V., 2017），這在接下來幾年中將再次顯著增加，係因以可再生能源發電為主的技術首先是由於化石能源輸送商的成本上升，其次是由於市場法規措施而在經濟上具有且將保持吸引力。
在不久的將來，由於越來越多的可再生能源從太陽、風及水中獲取的電能會供入電網，因此會出現越來越多的功率尖峰，而這種情況僅能不完全被電力消費者接受。這些功率峰值（稱為過剩電力）必須藉由功耗製程的控制活化吸收，以確保電網穩定性。
消費者提供所謂的負控制功率。取決於所需的活化時間，將控制功率定義為次級控制功率及分鐘儲備功率。無論是否需要此容量，都將補償提供作為控制電源的容量（稱為控制電源儲備）。2016年，平均約定的負次級控制功率及分鐘儲備功率各約為1900 MW。2016年，在德國用於初級控制功率、次級控制功率及分鐘儲備功率的控制功率儲備支出接近2億歐元（來自德國聯邦電網機構Bundesnetzagentur2017年的監控報告）。
經由平衡能量價格決定控制功率的使用費用。電力市場上的平衡能源價格可能遠低於其發電成本，或可能基於其能源含量以低於含相同熱值的化石燃料的價格或免費（即不付費）甚至以負價供應。2016年，平均平衡能源價格為-14.12歐元/MWh。這意味著接受過剩電力的消費者會額外收到賒購單。2016年賒購單總金額約為1078萬歐元。
在德國，『可再生能源法』保證了可再生能源生產商優先供入電網。若儘管存在所有電網最佳化及電網開發措施的情況，但由於超容量或輸送能力不足而無可避免地調降可再生能源發電機，則必須由導致調降的操作電網的電網運營商予以補償。2016年，這些所謂的供應管理措施影響了3743.2 GWh，其必須以約6.43億歐元進行補償（來自Bundesnetzagentur2017年監控報告）。
用作基本負載發電廠的熱電廠的成本壓力越來越大，係因風能及光電發電的供應導致傳統發電廠的最小過剩電力負載顯著降低（降低18到20 GW）。另一方面，技術限制（最小負載及啟動時間）及系統穩定性要求（提供系統服務）需要傳統的最小發電。簡化的估算表明，要保證系統的穩定性，目前需要使用傳統發電廠的最小發電量為4至20 GW。這是為了提供足夠的閒置功率及有功功率儲備，以對風及光電發電的波動供應做出反應（Statusbericht Flexibilitätsbedarf im Stromsektor[電力部門靈活性要求的狀態報告]）。
這些問題對發電廠的可使用負載範圍及反應時間提出了高要求。褐煤及硬煤電廠的啟動時間為若干小時。聯合循環發電廠的啟動時間約為一小時。僅有燃氣輪機發電廠能在數分鐘內啟動。聯合循環電廠的電廠效率為55%至60%，硬煤電廠為42%至47%，褐煤電廠為38%至43%，燃氣輪機電廠為34%至40%。所有熱電廠類型的可使用負載範圍介於最大功率的40%到90%之間，其中在滿負載區域具有最大發電廠效率。考慮到這些特徵，所解決的問題是將具有高連續電力需求的消費者連接到電網，以便基本負載發電廠可在最大負載下以最大連續性運行。
目前，短期電力波動藉助於所謂的高動力發電廠補償，該等發電廠可吸收電網運營商的系統服務範圍內所討論的負載峰值。如今，這基本上是藉由抽水及加壓的蓄能電廠以及天然氣與蒸汽電廠實現。在前一種情況下，德國的可裝置容量已基本耗盡。用於峰值負載補償的燃氣及蒸汽發電廠安裝及運行幾乎不被能源供應商所關注，係因其攤銷期太長（因為其年運行時間太短）。此外，壓縮空氣儲存發電廠的效率相對較低，約為40%至50%。
在電網中進行頻率控制的情況下，使用不同速度的控制電路：回應時間小於30秒的初級控制、回應時間小於5分鐘的次級控制，以及最後允許較長回應時間的三級控制。初級控制是自動觸發的，並直接作用於運行中的電廠的操作狀態。次級控制同樣會自動觸發，並可從待機模式活化備用容量。三級控制（或分鐘儲備）通常藉由組織措施活化。次級控制及分鐘儲備可以是正的（在功率需求增加的情況下），也可以是負的（在功率需求減少的情況下）。正次級控制及分鐘儲備通常藉由打開儲備電廠活化。負分鐘儲備需要能量消費者。根據現有技術及抽蓄發電廠，也藉由大型發電廠及聯合熱電廠與最終消費者（例如電弧爐或冷凍倉庫）的容量變化實現此目的。然而，其容量分佈在區域上是不均勻的（請參閱IDOS報告）。此外，由於可再生能源的發展的緣故，負分鐘儲備的需求可能會增加。2016年，德國四家電網供應商要求的負次級控制能力約為710 GWh，而負分鐘儲備總計約為54 GWh（請參閱來自Bundesnetzagentur2017年第158頁的監控報告）。
緩衝電力供應及需求之間差異的另一設備是蓄熱裝置。蓄熱裝置可以以熱的形式儲存能量。熱源可例如來自燃燒過程的煙道氣、電加熱器、太陽能收集器。電能可產自熱電過程中儲存的熱。因此，產生熱的溫度越高，蓄熱裝置越有效。儲熱裝置可分為三大類。顯熱儲存裝置以溫度實際升高形式儲存熱；在潛熱儲存裝置中，能量儲存在儲存介質的相變中。熱化學及吸附儲存裝置將熱能可逆地儲存為化學反應熱或吸附/吸收熱。顯熱儲存裝置使用具有高熱容量的液體或固體材料。標準液體是溫度範圍0°C到100°C的水，溫度範圍0°C到400°C的傳熱油，溫度範圍250°C到570°C的硝酸鹽，溫度範圍450°C至850°C的碳酸鹽，及溫度範圍100°C至800°C的鈉。標準固體儲熱裝置是溫度範圍0°C至100°C的潮濕礫石床，溫度範圍0°C至500°C的混凝土，溫度範圍0°C至800°C的礫石或沙、花崗岩或鐵合金，及溫度範圍0°C至1000°C的磚。
所使用的潛熱儲存裝置是在其工作範圍內在固態及液態之間或液態及氣態之間改變其物質狀態的材料。
標準材料是水，其在0°C下用作固液潛熱儲存裝置，且在溫度範圍100°C至350°C用作氣-液潛熱儲存裝置。進一步的固液潛熱儲存裝置是約34°C的粗石蠟、約37°C的二十烷、約44°C的月桂酸、約54°C的肉荳蔻酸、約70°C的硬脂酸、約32°C的芒硝（Na2 SO4 ∙10H2 O）、約48°C的五水合物（Na2 S2 O3 ∙5H2 O）、約78°C的氫氧化鋇八水合物（Ba(OH)2 ∙8H2 O）、約450°C的共熔氯化鈉/氯化鎂混合物，或約為832°C的共熔氯化鈉/氟化鎂混合物。熱化學儲存裝置使用可逆反應。此等反應可為金屬氫化物例如MgH2 、Mg2 NiH4 、Mg2 FeH6 的脫水，金屬氫氧化物例如Mg(OH)2 、Ca(OH)2 、Ba(OH)2 的脫水，金屬碳酸鹽例如MgCO3 、PbCO3 、CaCO3 、BaCO3 的去羧，多價金屬氧化物例如PbO2 、Sb2 O5 、MnO2 、Mn2 O3 、CuO、Fe2 O3 的部分還原。所使用的吸附儲存裝置是鹽水合物，例如MgSO4 ∙7H2 O、MgCl2 ∙6H2 O、CaCl2 ∙6H2 O、CuSO4 ∙5H2 O、CuSO4 ∙H2 O，或金屬氯化物的氨化物，例如CaCl2 ∙8NH3 、CaCl2 ∙4NH3 、MnCl2 ∙6NH3 。最後，可將提供富含氫氣產物的吸熱高溫製程，例如蒸汽重整或天然氣的熱解，用作熱化學儲存裝置。氫氣可物理地使用或出於能量目的而使用。
儲熱介質的重要領域是太陽能熱電廠。此處使用鹽熔體、熱油及混凝土儲存介質。另外，發電廠中使用的儲熱介質可提高有關最小負載及負載變化率的負載靈活性。舉例來說，蒸汽儲存介質用於提供控制功率。
在有關能源革命及減少CO2 排放以保護氣候的討論中，化學製程的電氣化，特別是使用高度吸熱的化學反應作為次級控制手段及過剩電力的分鐘儲備仍然沒有多大意義。
若必須在非常高的溫度程度下引入大的熱流，則當前將電能主要用作非催化氣體/固態及固態反應的首選能源。傳統應用是冶金爐[Ullmann：冶金爐]。在工業規模上已建立的唯一相關氣相製程是自甲烷製備乙炔的電漿製程[Baumann, Angewandte Chemie, issue B, volume 20 (1948), pages 257-259,1948]及在製備鋼鐵工業中製備還原性氣體的製程。文獻確實包括在氣相製程中使用電能源的進一步指示，然而迄今為止尚不可能從中開發出可在工業規模上經濟使用的任何應用。
描述了用於自烷烴，特別是自甲烷及氨製備氰化氫（HCN）的電加熱製程。專利說明書US 2,958,584揭示了在電加熱的碳顆粒的流化床中自丙烷及氨製備HCN，而US 6,096,173描述了使用電暈放電藉由甲烷及氨的氣相反應製備氰化氫。
US 7,288,690描述了烴的蒸汽裂化製程，其中裂化管經電加熱。藉由本發明實現的改進基本上是使用熱及功率的整合，以便同時自燃料的燃燒中產熱及電。燃料較佳在驅動發電機的燃氣輪機中燃燒。產生的電能用於加熱裂解管。存在於燃燒廢氣中的實際熱用於預熱進料混合物。此解決方案的缺點是可用於裂化管的電加熱及可用於進料混合物的預熱的能量流之間的偶合。此偶合迫使兩個製程階段之一處於次佳的操作狀態。此外，本發明的適用性限於非熱整合製程。
DE 10 2013 209 883描述了一種用於以分批操作方式電化學製備氰化氫的整合設備，其可藉由天氣預報使其製程輸出適於外部電源。以類似的方式，DE 10 2012 023 832描述了一種用於電化學製備乙炔的整合動態設備。經由外部電網及經由本地電源向相應的反應器供應電能，其中本地電源直接使用產自氰化氫或乙炔的富含氫氣的廢氣流，而無需中間儲存用於發電。使用的動力源可為燃料電池及燃氣輪機發電廠，或聯合循環發電廠。烴及氫氣被儲存；此等儲存裝置具有氫氣容量，可藉助該工廠在48小時內產生氫氣（約5000 MWh）。考慮到韋比指數，自儲存裝置將烴及氫氣供應到天然氣網，或將烴引導回反應器。沒有使用所儲存的氣體操作本地電源的揭示。
動態操作模式的結果是，在操作可靠性方面出現了缺點，係因必須儲存能夠分解的高反應性物質（諸如乙炔及氰化氫），以補償波動的生產量。另一個缺點是頻繁的啟動及關閉操作會導致反應器經歷明顯的溫度波動，從而對其壽命及操作可靠性產生不利影響。另一個缺點是，用於將氣體引入天然氣網的設備需要在機械及設備上付出相當多的額外費用，而這對於該製程是不需要的。另一個缺點是製程動力學（特別是分離階段的方法動力學）以及天氣預報的計劃間隔太長，以致無法將該製程用作次級或三級儲備。
此外，也有關於使用電漿產生器製備合成氣的描述（37 L. Kerker, R. Müller:“Das Plasmareforming-Verfahren zur Erzeugung von Reduktionsgasen”[用於產生還原性氣體的電漿重整製程]，Stahl Eisen 104, (1984) no. 22, 1137）及使用電或電磁製程分解烴（Häussinger, P., Lohmüller, R. and Watson, A. M. 2000. Hydrogen, 2. Production. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry）。
然而，目前許多重要的高溫製程僅使用經由氧化製程（自熱及/或異熱（allothermal））進料的能源進行。這些氧化製程的缺點（即原材料依賴性及原材料的有限可用性，以及與氧化製程相關的CO2 排放）是眾所周知的。在工業規模上，此等能量密集製程連續進行，因此需要持續供熱。在德國，此等製程所需的能量經估計為300至600 TWh。這大致相當於德國目前的淨發電量。因此，吸熱高溫製程具有吸收過剩電力的顯著能力。
一些重要的耗熱製程是高溫製程，即在500到2500°C之間的溫度下執行的製程。此等非常耗能的製程的代表包括蒸汽重整及乾重整、脫氫，例如自一級醇到醛、自二級醇到酮、自烷烴到烯烴，及自環烷烴到環烯烴、藉由甲醯胺裂解自甲烷及氨製備氰化氫或、自空氣中製備的一氧化氮、烴的蒸汽裂解或熱解，以及水的熱解。蒸汽重整及乾重整是用於自含碳能量載體（例如天然氣、輕汽油、甲醇、生質氣或生物質，以及水或二氧化碳）製備合成氣、一氧化碳及氫氣的混合物的製程。烴的蒸汽裂化是工業上公認製備短鏈烯烴（特別是乙烯及丙烯）以及自含烴的能量載體（例如從頁岩氣、石腦油、液化氣）製備芳族化合物的製程。此製程在動力學控制的方式進行，反應時間短。熱解是將烴轉化為其穩定的碳及氫氣終產物的製程。此製程以平衡控制的方式進行，停留時間較長。
根據現有技術，吸熱的高溫製程（諸如蒸汽裂化或蒸汽重整）需要遠高於吸熱反應所需的熱的熱輸入。通常，以吸熱反應所需的熱計，引入的過剩熱輸出為80%至200%。在整合化學場所中，過剩熱能輸出到下游階段，例如為了產生不同壓力程度的蒸汽。如此一來，可將此等設備的熱效率提高到90%或更高。然而，此等製程的缺點是主要能源需求及相關的溫室氣體排放量遠高於高溫反應的實際需求。另一個缺點是整合場所中不同設備之間的剛性能量偶合所導致的；這些偶合的作用是，各個設備的操作點僅能在嚴格的限制內調整。
為了使化學生產可用於能源革命，以作為可再生能源的過剩電力的匯聚點，需要用於耗能化學製程的電加熱的概念。由於此等製程通常為連續操作，因此能量供應必須將過剩電力可用性的波動脫離。除了引入過剩電力外，還需要至少一個額外的能源。
WO 2014/090914中揭示了一種以混合方式，亦即以化石加熱或基於電的方式向反應器供熱的方法。WO 2014/090914給出了使用化學製程作為使用過剩電力的分鐘儲備的第一個指示。描述了一種實施耗熱高溫製程的製程，其中每年平均所需的總能量來自至少兩種不同的能源：至少一種電能源，其提供所需總能量的0%至100%的，特別是使用過剩電力，以及另外的非電能源，其提供所需的任何過剩能量。在此概念情況下的主要挑戰是在兩個能量源之間的轉換上對設備的壓力，以及在具有最小損失的情況下，亦即在沒有轉換及選擇性損失的情況下的動態轉換。此解決方案的另一個缺點是，可能有必要在暴露於高溫的製程區域內安裝兩個獨立用於產生熱的設備。這增加了製程的複雜性及故障傾向。
EP3249027要求一種藉由烴的蒸汽裂化製備烯烴的減少排放的製程。在此，裂化管可藉由自燃料的燃燒熱或藉由電加熱而加熱。在總輸出恆定的情況下，可改變電加熱與燃燒熱的比例。也可設想將僅被電加熱或僅被燃燒熱加熱的裂解管並聯。本發明的缺點是必須在裂化爐中安裝兩個不同的熱源。
因此，本發明的一個目的是使化學高溫製程可用於能源革命，作為來自可再生能源的過剩電力的接收器。另一個目的是在電網中在負次級控制及/或用於頻率控制的分鐘儲備的情況下，提供化學製程以作為能源用戶。另一個目的是使吸熱化學製程靈活化，使得其能夠根據批發電價選擇電源，從而實現經濟最佳化。
另一個目的是在電源之間轉換時使輸入吸熱期間的功率的目標變化最小化，從而生產輸出不變。另一個目的是使本地電源具有最大的效率及最小的CO2 輸出。
另一個目的是將本地電源整合到吸熱製程的整合質量及熱系統中。若使用了可快速打開或關閉的本地電源，則需要可快速打開或關閉的能量載體以供使用。
本發明的另一個目的是找到與現有技術相比能夠在電能的儲存及使用方面增加靈活性的方法。
另外，本發明儘管使用了過剩電力，但仍是使所討論的耗熱製程的生產率均勻化，並使對機械及設備的壓力最小化。
此外，本發明將藉由控制下游耗熱製程的負載，而不管是否有過剩電力，經由下游製程的需求改善下游製程的可計劃性。
設備及方法還具有最大的效率。另外，本發明的方法將使用傳統且廣泛可用的基礎設施實施。此外，方法應以最少的方法步驟實施，且此等步驟應簡單且可再現。
當前，在不同的工業製程期間，大量的熱能以廢氣及廢熱的形式被浪費，並汙染了環境。此等廢熱流的回收及使用可顯著提高不同行業中許多加工廠的能源效率及經濟效率。在化學工業的整合場所中，可用的能量載體是流體介質，其經由相關的管道網及儲存容器在整個場所（本地能量載體網路）上分佈。此等能量載體可以是諸如天然氣或液化氣的原料，諸如氫氣或合成氣的商品，以及諸如蒸汽或壓縮空氣的助劑。此等本地能量載體網路提供足夠高的容量儲存機械能、熱及/或可燃材料，並在需要時不延遲地提供此等能量，以供本地電源使用。
方法：
此等所述目的是根據本發明藉由以下實現：一種連續進行一或多個熱耗化學製程之製程，其中至少一個熱耗製程被電加熱，該熱耗製程的反應區中的最高溫度高於500°C，該至少一個熱耗製程的產物的至少70%在下游製程被進一步連續處理及/或供應本地能量載體網路，且該至少一個熱耗製程所需的電能是從外部電網及從至少一個本地電源獲取，其中該至少一個本地電源從至少一個本地能量載體網路中供應至其年度能源需要的至少50%的程度，且在沒有中間儲存的情況下該至少一個本地電源被供應有來自該熱耗製程的產物至其年度能源需要的不超過50%的程度，其中天然氣、石腦油、氫氣、合成氣及/或蒸汽作為能量載體儲存在該至少一個本地能量載體網路中，其中該至少一個本地能量載體網路被供應來自至少一個另外的化學製程的至少一個另外的產物及/或副產物，且其中該本地能量載體網路的總容量為至少5 GWh。
本發明進一步涉及一種用於儲存電能的化學位點的至少一個本地能量載體網路之用途，其中所使用的該能量載體為天然氣、液化氣或石腦油、氫氣、氨、合成氣、乙烯、丙烯、貧氣、壓縮空氣及/或蒸汽，且其中該能量載體網的總容量至少為5 GWh。
本地能量載體網路可分為用於熱載體（例如蒸汽）的網/儲存裝置、用於中間物（例如氫氣及合成氣）的網/儲存裝置，以及用於原材料（例如天然氣及石腦油）的網/儲存裝置。較佳使用至少兩個本地能量載體網路。
較佳使用至少兩種不同的本地能量載體網路，其用於選自能量載體所組成的群組，較佳是水蒸氣、中間物，較佳是氫氣及/或合成氣，特別是氫氣，以及原料，較佳是天然氣及石腦油，特別是天然氣。較佳為熱載體及中間物的兩組分組合，或為熱載體、中間物及原料的三組分組合。
有利地，至少一種熱耗製程的產物的至少50%，較佳70%，特別是90%在下游製程被進一步連續處理及/或供應本地能量載體網路。較佳地，產物範圍的百分比是50%至100%，較佳是70%至100%，特別是90%至100%。下游製程應理解為是指將來自熱耗製程的產物下游轉化為其他產物。
有利地，至少一個本地電源從本地能量載體網路中供應至其年度能源需要的至少50%的程度；較佳至少70%的程度，進一步較佳至少80%的程度，進一步較佳至少90%的程度。有利地，百分比範圍是50至100，較佳是70至100，進一步較佳是80至100，特別是90至100。更佳地，至少一個本地電源僅從本地能量載體網路供應。
有利地，至少一種本地電源與直接來自熱耗製程的產物一起被供應至其年度能源需求的不超過50%的程度，較佳不超過20%的程度，更佳不超過10%的程度。有利地，百分比範圍是50至0，較佳是20至0，特別是10至0。
此表示，此等產物（用於為本地電源供應）直接從熱耗期間獲取而沒有中間儲存，並被路由到本地電源。更佳地，沒有來自熱耗製程的產物流被直接引導且沒有中間儲存地引導至本地電源。
有利的是，分別從至少一種另外的化學製程向本地能量電網供應至少一種另外的產物及/或副產物。此等另外的化學製程例如是烯烴製程、合成氣製程、部分氧化、烴的熱解、水電解、熔煉製程及/或氫化。
舉例來說，從諸如蒸汽裂化、蒸汽重整、甲烷熱解、苯乙烯合成、丙烷脫氫、合成氣生產、甲醛合成的製程供應氫能載體網。舉例來說，從諸如蒸汽裂化、蒸汽重整、乙炔製程、合成氣生產、丙烯酸合成、鄰苯二甲酸酐合成、馬來酐合成、環氧乙烷合成、甲醛合成的製程中供應蒸汽能量載體網。舉例來說，烴能量載體網由石腦油、天然氣及液化氣的原料供應。
吸熱製程，例如蒸汽裂化、蒸汽/乾重整、苯乙烯合成、丙烷脫氫、丁烷脫氫、氰化氫合成、甲烷熱解，因此是能量載體源及能量載體使用者； 而放熱製程，例如馬來酐、鄰苯二甲酸酐、丙烯醛及丙烯酸、環氧乙烷、甲醛、TDI/MDI，僅是能量載體。
能量源：
在一天中的任何時間，取決於當前的電源，熱耗製程所需的電能源可來自不同的源。三種模式是可能的：(i)僅來自外部電源，特別是公共電網，(ii)僅來自至少一個本地電源，或(iii)共同來自一個外部電源及來自至少一個內部本地電源。
較佳地，所有三種模式(i)、(ii)及(iii)可至少臨時地提供至少一種熱耗製程所需的全部能量。
有利地，從外部電源獲取的所需能量的年平均值為10%至90%，較佳所需能量的25%至75%，更佳所需能量的50%至75%。有利地，從外部電源獲取的所需能量的年平均值為10%至90%，所需能量的25%至75%，更佳所需能量的25%至50%。
有利地，熱耗製程所需的能量由電能提供，電能的程度為至少為50%，較佳至少為75%，進一步較佳至少為90%；特別地，所需的能量僅由電提供。有利地，百分比範圍是50至100，較佳是75至100，特別是90至100。
連續性能有利地持續超過一天，較佳超過一周，更佳超過一個月，更佳超過兩個月，特別是超過六個月，在此期間，以最大製程輸出計，製程輸出變化不超過50%，較佳不超過30%，較佳不超過20%，特別是不超過10%。有利地，百分比範圍是50至0，較佳是30至0，進一步較佳是20至0，特別是10至0。
本發明製程的製程輸出有利地與下游製程的反應物需求匹配，即，來自熱耗製程的產物向其他產物的下游轉化。
本地能量載體網路有利地具有大於5 GWh，較佳大於10 GWh，進一步較佳大於20 GWh，特別是大於50 GWh的總容量。有利地，總容量在10 GWh到1000 GWh，較佳20 GWh到500 GWh，更佳50 GWh到200 GWh的範圍內。
外部電源：
外部電源是指電網；這還包括整合系統發電廠，特別是啟動時間超過15分鐘的整合系統發電廠。
「電網」乙詞是指傳輸線、變電站及本地配電網的全部或特定部分，其使得能在電網的不同物理節點和連接到電網的不同商業、私人及大規模消費者之間傳輸及調節電力。
外部電源與本地內部電源之間的區別在於，外部電源所產生的電力會供入電網，許多用戶可從中獲取電力。本地內部電源僅分配給一些化學熱耗製程，較佳1到10個製程，進一步較佳1到5個製程，特別是1到3個製程。內部本地電源中產生的功率藉由本地電源線傳輸，此等電源線在頻率及電壓方面獨立於公共電網運作。因此，以內部電源中產生的總電能計，內部本地電源中產生的功率有利地以小於20%，較佳小於10%的程度供入公共電網。有利地，百分比範圍是20至0，較佳是10至0。更佳地，內部本地電源中產生的功率不供入公共電網。
在熱耗製程使用率低及/或外部電源需求高的時候，本地電源可向外部電網釋放功率。例如，本地電源可額外用作正次級控制電源或分鐘儲備電源。
若不需要從本地電源到一般公共電網的連接，則可省去複雜的控制設備。另外，本地產生的功率不需達到電網規範。
本地電源：
至少一個本地電源的有用實例有利地包括基於燃氣輪機（GT）及/或蒸汽輪機（ST）及/或燃料電池的發電。
燃氣輪機是本領域技術人員已知的，且例如描述於C. Lechner, J. Seume (eds.):Stationäre Gasturbinen[ 固定式燃氣輪機 ] , Springer, Berlin 2003)。用於燃氣輪機的有用燃料有利地包括在各個整合場所內的可燃原料及/或廢氣流以及來自熱耗製程的各個製程流，有利地包括熱耗製程的反應物及/或產物。
化工行業中的一個整合場所是一個具有封閉質量及能源迴路的生產場所，其中生產操作、原材料、化學產物、能源及廢物流、物流及廢物流相互連接（www.basf.com/global/en/investors/calendar-and-publications/factbook/basf-group/verbund.html）。整合場所的特點是串接式生產鏈。產物的多樣性沿此串接增加。整合發電廠通常具有三個階段：在第一階段製備商品、在第二階段製備中間物，及在第三階段製備特產物或最終產物。此串接中的每個階段又可由一或多個階段組成整合場所需要引入少量原材料，例如液化石油氣、石腦油、輕汽油、真空蒸餾殘渣、芳烴、硫磺以及水、空氣及電能，以便生產數千種不同的化合物及由其製備的調配物。整合場所製備的產物與所用原料的數值比大於10，較佳大於100，更佳大於500。
在可燃廢氣流中，富含氫氣廢氣流是有利的。
實例包括來自蒸汽裂化、蒸汽重整、氨合成、甲醇合成、甲醛合成、苯乙烯生產、焦炭生產及鋼鐵生產的廢氣流。此等可燃廢氣流具有不同的組成，且取決於其源，具有不同的名稱，諸如高爐氣、焦爐氣、偶合氣、脫氫、福馬林氣等（WO 2014/095661 A1）。此等氣體的共同特徵是，其熱值與諸如天然氣的普通燃料的熱值相比較低。取決於其熱值，氣體被稱為貧氣（熱值最高約1200 kcal/Nm3 ）、弱氣體（熱值最高3000 kcal/Nm3 ）或富氣（熱值最高6000 kcal/Nm3 ）（G. Wagener. Gas- und Wasserfach 91，73, 1950）。
燃料電池例如描述於Hoogers, G. (Ed.). (2002). Fuel cell technology handbook. CRC press，例如聚合物電解質膜燃料電池（PEMFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、鹼性燃料電池（AFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC），或固體電解質燃料電池（SOFC）。
使用富含氧廢氣流的氧燃料電廠也可用作本地電源。
或者或更甚者，有用的本地電源是蒸汽輪機的發電。
若將氫氣用作本地發電的源，則以下製程特別有利：燃氣輪機、SOFC及/或MCFC及/或PEMFC及/或AFC。氫氣驅動的燃氣輪機有利地在高達1500°C的入口溫度下工作，且效率高達41%。SOFC有利地在650°C及1000°C之間的溫度下工作，且效率高達60%。MCFC有利地在650°C及1000°C之間的溫度下工作，且效率高達60%。PEMFC有利地在50°C及180°C之間的溫度下工作，且效率高達50%。AFC有利地在20°C及80°C之間下工作，且效率高達70%。
若將烴用作本地發電的源，則以下製程特別有利：燃氣輪機及/或SOFC及/或MCFC。天然氣驅動的燃氣輪機有利地具有高達1230°C的入口溫度，且效率高達39%。SOFC有利地在650°C及1000°C之間的溫度下工作，且效率高達60%。SOFC有利地在650°C及700°C之間的溫度下工作，且效率高達55%。
以下是較佳本地電源的表格概述：
發電機類型 能量載體 效率 優點
燃氣輪機 (GT) 天然氣、液化氣、合成氣、氫氣、煤油、燃料油、瓦斯油、重油、可燃排氣、貧氣 ＜40% 冷啟動能力(1a) 寬功率調控範圍(1b) 可與ST(1c) 組合
蒸汽渦輪機 (ST) 過熱蒸汽 來自蒸汽網或蒸汽鍋爐 30% - 45% 快速啟動能力(2a) 寬功率調控範圍(2b) 高燃油靈活性(2c) 使用來自熱廢氣流的能量(2d)
高分子電解質膜燃料電池 (PEMFC) 氫氣 50% 冷啟動能力(3a) 無二氧化碳排放(3b) 寬功率調控範圍(3c) 有利的部分負載特性(3d)
鹼性燃料電池 (AFC) 氫氣 70% 冷啟動能力(4a) 無二氧化碳排放(4b) 寬功率調控範圍(4c) 有利的部分負載特性(4d)
固體氧化物燃料電池 (SOFC) 天然氣、沼氣、氫氣、合成氣、可燃廢氣、貧氣 60% 寬功率調控範圍(5a) 有利的部分負載特性(5b) 可與ST(5c) 組合
熔融碳酸鹽燃料電池 (MCFC) 天然氣、沼氣、氫氣、合成氣、可燃廢氣、貧氣 55% 寬功率調控範圍(6a) 有利的部分負載特性(6b) 可與ST(6c) 組合
燃氣輪機：
(1a)：從關閉狀態到全功率的啟動時間有利地為30秒至30分鐘，較佳60秒至20分鐘，更佳90秒至10分鐘（例如：對於SIEMENS SGT-A65型號而言，規範達到＜7分鐘的全功率的為冷啟動時間）。
(1b)：功率有利地是標稱功率的40%至120%，較佳是標稱功率的50%至110%，更佳是標稱功率的60%至105%。（請參閱：C. Lechner, J. Seume (eds.): Stationäre Gasturbinen, p. 190）。
(1c)、(5c)、(6c)：此等產生器產生的廢氣是如此之熱，以至於其中的能量可用於產生蒸汽。蒸汽可驅動蒸汽輪機並產生額外的電能。如此一來，化學能轉化為電能的效率得到明顯提高（高達20%）。在準穩態操作中，燃氣輪機的出口溫度約為650°C（請參閱：C. Lechner, J. Seume (eds.): Strationäre Gasturbinen, p. 124），SOFC的出口溫度約為700°C，且MCFC的出口溫度約為550°C的（請參閱Wikipedia燃氣輪機「Fuel Cell」，：T(op)-100K）。
蒸汽渦輪機：
(2a)：蒸汽輪機從待機狀態的啟動時間有利地是10分鐘至60分鐘。在待機狀態下，渦輪有利地被預熱至300°C並以低速（約1 Hz）旋轉（請參閱：Wikipedia「Dampfturbine」）。
(2b)：功率有利地是標稱功率的10%至120%，較佳地是標稱功率的20%至110%，更佳地是標稱功率的40%至105%（請參閱：Statusbericht Flexibilitätsbedarf im Stromsektor[電力部門靈活性要求的狀態報告]，第4章）。只要確保蒸汽供應，就可在調節速度的同時使蒸汽輪機停轉，直到其完全空轉為止。
(2c)：蒸汽輪機有利地與燃燒分離，該燃燒提供用於蒸汽產生及蒸汽過熱的能量。在整合場所中，蒸汽輪機可有利地從存在的蒸汽網中供應。利用這種構造，可使用各種燃料產生蒸汽。蒸汽可儲存在大量的蒸汽網中，例如10 m3 至100000 m3 ，因此可緩衝化學能的可用性變化。
(2d)：蒸汽輪機發電機可有利地直接或間接地偶合至產生熱廢氣的發電機類型，例如GT、SOFC或MCFC。直接偶合意味著來自上游發電機的廢氣流用於在蒸汽輪機中（例如在聯合循環發電廠中）產生蒸汽。「間接」是指廢氣流從上游發電機產生蒸汽，該蒸汽被供應到整合場所的蒸汽網中。蒸汽輪機可從此網供氣。
燃料電池：
(3a)、(4a)：PEMFC及AFC的啟動時間有利地為10秒至15分鐘，較佳為20秒至10分鐘，更佳為30秒至5分鐘。PEMFC及AFC的操作溫度約為80°C。室溫下電極反應的動力學已足以產生電能。在整合場所中，可有利地使用廢熱流以使得燃料電池毫無困難地保持在操作溫度下。
(3b)、(4b)：PEMFC及AFC的操作導致的CO2 排放量小於50 gCO2 /kWel ，較佳小於20 g CO2 /kWel ，更佳小於5 g CO2 /kWel ；特別地不會排放CO2 。PEMFC及AFC有利地使用氫氣作為燃料。
(3c)、(4c)、(5b)、(6b)：燃料電池發電機的可使用功率範圍有利地為最大功率的1%至100%，較佳為最大功率的5%至90%，更佳為最大功率的10%至70%。
(3d)、(4d)、(5c)、(6c)：燃料電池發電機的電效率取決於電池電壓有利地以嚴格單調的方式增加，且負載取決於所產生的電流有利地以嚴格單調的方式增加。電池電壓在空轉時最高，並隨功率輸出的上升而下降。這意味著燃料電池在部分負載下的效率高於在滿負載下的效率。此特性與渦輪發電機的特性相反，後者在滿負載下具有最高效率。因此，燃料電池發電機具有更寬的可使用功率範圍，且適合於連續功率控制。
本地電源的啟動及關閉：
本地電源的啟動或關閉時間有利地短於電網中分鐘儲備的所需回應時間（＜15分鐘），較佳短於次級控制的所需回應時間（＜5分鐘），且更佳短於初級控制所需的回應時間短（＜30秒）。
從靜止狀態開始，以下電源會在15分鐘的啟動時間內達到滿負載：燃氣輪機發電機、PEMFC發電機及AFC發電機。此外，從靜止狀態開始，以下電源會在5分鐘的啟動時間內達到滿負載：PEMFC及AFC。
從部分負載操作開始，列出的所有電源都能夠在15分鐘的過渡時間內達到滿負載。此外，從部分負載操作開始，以下電源會在5分鐘的過渡時間內達到滿負載：GT、PEMFC、AFC、SOFC、MCFC。在蒸汽輪機發電機的情況下，功率的增加速率受到蒸汽可用性的限制。若直接從蒸汽網中給蒸汽輪機供電，則蒸汽輪機發電機會達到滿負載，過渡時間為5分鐘。另外，燃氣輪機發電機或蒸汽輪機發電機從有利地為80%負載，較佳地為85%負載，更佳地為90%負載的操作狀態開始在30秒內達到滿負載。另外，PEMFC發電機或AFC發電機從60%的負載，較佳70%的負載，更佳80%的負載開始在30秒內達到滿負載。另外，SOFC發電機或MCFC發電機從70%的負載，較佳80%的負載，更佳90%的負載開始在30秒內達到滿負載。
從任何操作狀態開始，列出的所有電源都能夠在30秒內將電功率降低到零。
能量載體：
用於本地電源操作的能量載體有利地是可儲存在具有足夠容量的整合場所中的介質。此等介質有利地是可燃的液體或氣體原料、在整合場所可用於其的分配網的可燃的氣體或液體商品，或是可儲存機械能、有形熱或潛熱且可在整個場所上儲存機械能的非反應性氣體、液體或固體能量載體。此等介質較佳是天然氣、液化氣或石腦油、氫氣、氨氣、合成氣、壓縮空氣、蒸汽或可再生的固態儲存介質。此等介質更佳是天然氣、氫氣或蒸汽。
固體或液體產物有利地在環境壓力下或在其自發蒸氣壓下儲存。係因液體實際上是不可壓縮的。
與氣體及蒸氣不同的是：此等介質是可壓縮的，這意味著其密度（並因此能量密度）會隨著壓力的升高而增加。
實施例：
1.    天然氣有利地在低於50 bar的壓力下在管道中輸送。
2.    氫氣有利地在兩個壓力程度（40 bar及325 bar）下儲存及分佈在整合系統網路中。高壓的原因是高反應壓力促進了氫化反應（為減少莫耳數的反應）。
3.    蒸汽有利地在不同的壓力程度下儲存，以便使用沸騰溫度/冷凝溫度的壓力依賴性。蒸汽在沸點範圍內作為熱載體。由於相變，可以非常好的熱傳遞且溫度沒有任何變化地吸收（在蒸發的情況下）或釋放（在冷凝的情況下）大量的熱。為此，蒸汽在不同的壓力程度下儲存。每個壓力程度都分配有一個有效的溫度範圍： 1.5 bar
Figure 02_image001
110°C 4 bar
Figure 02_image001
140°C 6 bar
Figure 02_image001
155°C 11 bar
Figure 02_image001
180°C 16 bar
Figure 02_image001
200°C 24 bar
Figure 02_image001
220°C 40 bar
Figure 02_image001
250°C 100 bar
Figure 02_image001
310°C 117 bar
Figure 02_image001
320°C
取決於能量載體，本發明的方法可以不同的方式配置。
作為能量載體的蒸汽：
有利地，本發明的方法的這種配置具有一種或兩種本地電源。若本發明的方法具有一種本地電源，則其有利地是燃氣輪機發電機、蒸汽輪機發電機、PEMFC發電機、AFC發電機、SOFC發電機或MCFC發電機。一個電源較佳地是蒸汽輪機發電機、PEMFC發電機或AFC發電機。一個電源更佳地是蒸汽輪機發電機。當本發明的方法具有兩種本地電源時，第一電源有利地是燃氣輪機發電機、PEMFC發電機、AFC發電機、SOFC發電機或MCFC發電機，且第二電源是蒸汽輪機發電機；較佳地，第一電源為燃氣輪機發電機、SOFC發電機或MCFC發電機，且第二電源為蒸汽輪機發電機；更佳地，第一電源是燃氣輪機發電機，且第二電源是蒸汽輪機發電機。對於每種電源，一個單元至十個單元，較佳地一個單元至五個單元，更佳地一個單元至兩個單元分配給熱耗製程。
在本發明的方法的這種構造中，蒸汽輪機發電機扮演特殊角色。蒸汽輪機有利地經本地蒸汽槽、本地設備的蒸汽導管或蒸汽網供應蒸汽。蒸汽輪機較佳地從整合場所的蒸汽網中抽出其蒸汽。因此，驅動蒸汽輪機的蒸汽是永久可用的，且不再限制蒸汽輪機發電機（例如蒸汽鍋爐或蒸發冷凝器的蒸汽導管）的動力。蒸汽網有利地經中央蒸汽發電機或分佈在整合場所上的多個蒸汽發電機供應。蒸汽網較佳經至少兩個蒸汽發電機供應。更佳地，蒸汽網經供應到分佈在整個整合場所中的使用本地熱源的蒸汽發電機。蒸汽發電機可以是化學反應器的蒸發冷凝器或蒸汽鍋爐，其可藉由燃料、可燃廢氣流或電加熱。蒸汽網中的壓力有利地為4 bar至200 bar，較佳為6 bar至150 bar，更佳為8 bar至130 bar。網中的溫度有利地為150°C至700°C，較佳為200°C至650°C，更佳為250°C至600°C。
蒸汽網的體積有利地為1000 m3 至10000000 m3 ，較佳為5000 m3 至5000000 m3 ，更佳為10000 m3 至2000000 m3 。儲存在蒸汽網中的蒸汽的內部能量有利地為1 MWh至150000 MWh，較佳為10 MWh至75000 MWh，更佳為20 MWh至50000 MWh。
作為能量載體的氫氣：
有利地，本發明的方法的這種配置具有一種或兩種本地電源。若本發明的方法具有一種本地電源，則其有利地是燃氣輪機發電機、蒸汽輪機發電機PEMFC發電機、AFC發電機、SOFC發電機或MCFC發電機。一個電源較佳地是PEMFC發電機或AFC發電機。一個電源更佳地是AFC發電機。當本發明的方法具有兩種電源時，第一電源有利地是燃氣輪機發電機、PEMFC發電機、AFC發電機、SOFC發電機或MCFC發電機，且第二電源是PEMFC發電機或AFC發電機；較佳地，第一電源為燃氣輪機發電機、SOFC發電機或MCFC發電機，且第二電源為PEMFC發電機或AFC發電機；更佳地，第一電源是燃氣輪機發電機，且第二電源是AFC發電機。對於每種電源，一個單元至十個單元，較佳地一個單元至五個單元，更佳地一個單元至兩個單元分配給熱耗製程。
在本發明的這種配置中，低溫燃料電池扮演特殊角色。燃料電池有利地經整合場所的氫氣網供應。氫氣是藉由以下製備：煤氣化、烴的裂解、天然氣、液化氣或石腦油的部分氧化、蒸汽重整或自熱重整、甲醇的重整、有機化合物的脫氫、水的水電解，或藉由氯鹼電解。有利地，藉由變壓吸附或藉由膜方法純化氫氣，將其壓縮並引入到氫氣網中。舉例來說，BASF在路德維希港的整合場所擁有40 bar的網及325 bar的氫氣網。藉由這個網，氫氣經分配到大約80個操作中，且甚至有些被輸出。用作本地電源的燃料電池可以兩種模式操作：在正常模式下用作發電機或在反向模式下用作氫氣發電機，在這種情況下，使用電能將水分解為氫氣及氧氣。
氫氣網的體積有利地為100 m3 至100000 m3 ，較佳為200 m3 至50000 m3 ，更佳為500 m3 至20000 m3 。儲存在氫氣網中的熱能有利地為250 MWh至250000 MWh，較佳為500 MWh至120000 MWh，更佳為1000 MWh至50,000 MWh。
作為能量載體的天然氣：
有利地，本發明的方法的這種配置具有一種或兩種本地電源。若本發明的方法具有一種本地電源，則其有利地是燃氣輪機發電機、蒸汽輪機發電機、SOFC發電機或MCFC發電機。單一電源較佳地是燃氣輪機發電機或SOFC發電機。更佳地，單一電源是燃氣輪機發電機。若本發明的方法具有兩種電源，則第一電源有利地是燃氣輪機發電機、SOFC發電機或MCFC發電機，且第二電源是SOFC發電機或MCFC發電機；較佳地，第一電源是燃氣輪機發電機，且第二電源是SOFC發電機。對於每種電源，有利地，一個單元至十個單元，較佳地一個單元至五個單元，更佳地一個單元至兩個單元分配給熱耗製程。
天然氣網的體積有利地為1000 m3 至1000000 m3 ，較佳為2000 m3 至500000 m3 ，更佳為5000 m3 至200000 m3 。天然氣網中儲存的熱能有利地為500 MWh至500000 MWh，較佳為1000 MWh至200000 MWh，更佳為2000 MWh至100000 MWh。
負載開關：
本發明的方法有利地藉由負載開關控制電能源，該負載開關控制本地及外部電源之間的切換或增加或對其中一電源節流。有利地，可不連續地及/或連續地調節電源的比例。負載開關對於熟練的電氣工程師是已知的。
有利地，開關以不連續的步驟進行，特別是在部分負載不相容的本地電源的情況下。或者，開關是連續進行的，特別是在部分負載相容的本地電源的情況下。
用於負載開關的控制參數有利地是電力價格。較佳地，當外部電力比自本地電力的本地生產的電力便宜時，則所需能量從外部電力獲取：例如在所謂的過剩電力及/或夜間電力可用的時段（夜間電力被定義為在晚上，例如晚上10點至早上6點之間所提供的電能，且其電價低）。
根據德國議會報告，過剩電力被定義為在給定時間可用容量下可生產的電能與消費者正在使用的電能之間的差。電力市場上的過剩電力以遠低於其發電成本的價格提供，或以低於含相同熱值的化石燃料的價格（基於其能量含量）或免費（即不付費），甚至以負價的價格提供。
較佳地，每年平均有至少25%，更佳至少50%的電能是由公共電網藉由過剩電力及/或夜間電力，較佳是過剩電力提供的。
較佳地，平均每年，外部電源所需能量的25%至100%，更佳50%至100%由過剩電力及/或夜間電力提供。然而，更佳地，自外部電源的所有能量由過剩電力及/或夜間電力，較佳是過剩電力提供的。
電源變化：
有利地，在實施熱耗製程期間改變電源。電源的改變被理解為是指一或多個本地電源的接通或斷開，或外部電源，特別是公共電網的接通或斷開。另外，電源的變化應理解為是指增加或對其中一電源節流。
有利地，在切換期間，供應給製程的電能減少或變化為總功率的最大10%，較佳為最大5%，且特別為最大1%。有利地，百分比範圍是10至0，較佳是5至0，特別是1至0。低波動可藉助本地電源及負載開關的快速回應時間實現。此等回應時間有利地小於30分鐘，較佳地小於15分鐘，更佳地小於5分鐘。
有利地，根據本發明，熱耗製程在切換期間保持其操作狀態：有利的是，在過渡時間內熱耗製程的轉化率的變化不超過2%，較佳不超過1%，更佳不大於0.5%，特別是不大於0.2%。有利的是，能源的變化僅略微改變高溫製程的副產物選擇性；較佳副產物選擇性增加不超過1%，較佳不超過0.5%，特別是不超過0.2%（絕對）。
反應器概念：
本發明的吸熱製程有利地在填充反應器、管式反應器或電弧反應器中進行（請參閱Henkel, K.D. (2000).反應器類型及其工業應用.Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry）。
加熱：
現有技術中存在多種不同的解決方案，用於透過電力為熱耗製程提供熱能：此處應提到的是例如感應或電阻方法、電漿方法，藉由導電加熱元件/接觸表面進行加熱及/或微波。
能量的直接供電可藉由感應或電阻實現。在兩種情況下，反應器空間中的反應器壁或填料有利地構成相應的電阻。特別較佳的是電阻變型，因為在此由於外部電源的供應結束而引起的所有電損耗直接有利於填料的加熱。
填料在此可採取流化床、移動床或固定床的形式。
在較佳的實施方式中，兩個或更多個電極被安裝在填料中，在該兩個或更多個電極之間，填料用作電阻且由於電流流過時的導電損耗而被加熱。電流可橫向於填料的流動方向或縱向。
在間接電能供應的情況下，電加熱體，例如加熱棒或加熱盒，佈置在反應器壁的周邊或嵌入填料中。當電流流過此等電加熱體時，此等電加熱體會被加熱，並將此等熱釋放到反應器壁或周圍的填料上。
除了電能源以外，還可想到其他非電能源，例如熱載體，諸如煙道氣、過熱蒸汽或熔體。存在於熱載體中的有形及/或潛熱可透過內部零件，諸如傳熱管或熱管，傳遞給填料或流體製程流。
移動床反應器：
用於本發明的方法的反應器有利地包含導電材料的固體顆粒的隨機堆積。填料在高度上可以是均勻的或結構化的。均勻填料可有利地形成固定床、移動床或流化床。根據高度而結構化的填料有利地在下部形成固定床，且在上部形成流化床。或者，結構化的填料有利地在下部形成移動床且在上部形成流化床。
反應器的載體材料有利地在500至2000°C，較佳1000至1800°C，進一步較佳1300至1800°C，更佳1500至1800°C，特別是1600至1800°C的範圍內是熱穩定的。
載體材料有利地在10 S/cm及105 S/cm之間的範圍內導電。
載體材料有利地具有300至5000 kJ/(m3 K)，較佳為500至3000 kJ/(m3 K)的體積比熱容。
有用的耐熱載體材料，特別是用於甲烷熱解的耐熱載體材料，有利地是碳質材料，例如焦炭、碳化矽及碳化硼。載體任選地已塗覆有催化材料。此等熱載材料相對於沉積在其上的碳可具有不同的膨脹能力。
載體材料有利地具有規則及/或不規則的幾何形狀。規則形狀的顆粒有利地是球形或圓柱形的。
載體材料有利地具有0.05至100 mm，較佳0.1至50 mm，進一步較佳0.2至10 mm，特別是0.5至5 mm的粒度，即藉由用特定的篩目尺寸篩分而確定的等效直徑。
移動床模式：
載體材料有利地與反應氣體逆流供應。為此，將反應空間合理地實施為豎直軸或從頂部向下變寬的軸，從而在重力作用下引起移動床的移動。然而載體材料也可作為流化床被引導通過反應空間。兩種變型均允許連續或準連續的操作模式。
有利地，在傳熱區域中的氣體及固體填料之間的熱交換中的傳熱阻力具有0.01至5 m，較佳0.02至3 m，更佳0.05到2 m，特別是0.1到1 m的熱傳單元長度或熱傳單元高度（height-of-transfer units，HTU）。HTU的定義採自http://elib.uni-stuttgart.de/bitstream/11682/2350/1/docu_FU.pdf page 74。
熱容流量是物質流的質量流量及比熱容的乘積。有利地，熱容流的比率為0.5至2，較佳為0.75至1.5，更佳為0.85至1.2，特別是0.9至1.1。透過進料流以及任選地透過支流的側進料或側取出調節熱容量流的比率。
使用移動床或流化床，載體進入反應器時的溫度有利地為0至300°C，較佳10至150°C，特別是50至100°C。進入反應器時反應氣體的溫度有利地為0至100°C，較佳10至50°C。
在這種操作模式下，可非常快速地冷卻在高溫區域中形成的產物氣體，有利的是＞ 200 K/s，較佳＞ 300 K/s，更佳＞ 500 K/s，特別是＞ 1000 K/s。
反應器：
有利地，對於本發明的方法，使用電加熱的填充的壓力額定設備，其中該設備有利地被劃分為上部、中部及下部設備部分。在中間部分，有利地，至少一對電極以豎直佈置安裝，且所有電極有利地安置在導電固態填料中。上部及下部設備部分的比電導率有利地為105 S/m至108 S/m。中間設備部分有利地與固體填料電絕緣。上部及下部設備部分有利地與中間設備部分電絕緣。上部電極有利地透過上部設備部分連接，且下部電極有利地透過下部設備部分連接，或電極分別透過一或多個與此等部分電接觸的連接元件連接。
上部電極及下部電極的截面積與相應的電流傳導連接元件的截面積之比，或在不使用連接元件的情況下，上部電極及下部電極的截面積與相應的電流傳導裝置部分的截面積之比較佳為0.1至10，較佳為0.3至3，特別為0.5至2。
有利地，電極的截面積（例如，網形式的電極的所有電極焊盤的截面積）在0.1 cm2 至10000 cm2 ，較佳地1 cm2 至5000 cm2 ，特別是在10 cm2 至1000 cm2 的範圍內。有利地，一或多個導電連接元件的截面積在0.1 cm2 至10000 cm2 ，較佳地在1 cm2 至5000 cm2 的範圍內，特別是在10 cm2 至1000 cm2 的範圍內。
在不使用連接元件的情況下（在電極與裝置的上部或下部之間），上部及/或下部電極（最好是上部及下部電極）的截面積與相應的電流傳導裝置部分的截面積之比有利地為0.1至10，較佳為0.3至3，特別是0.5至2。有利地，電極的截面積在0.1 cm2 至10000 cm2 ，較佳地在1 cm2 至5000 cm2 ，特別是在10 cm2 至1000 cm2 的範圍內。有利的是，上部及/或下部設備部分的截面積在0.1 cm2 至10000 cm2 ，較佳在1 cm2 至5000 cm2 ，特別是在10 cm2 至1000 cm2 的範圍內。
反應器填料有利地以移動床進行。相應地，反應器有利地分為多個區域。從底部向上的佈置有利地如下：用於載體的出口、氣體入口、下部傳熱區、下部電極、加熱區、任選地具有側取出的上部電極、上部傳熱區、氣態產物流的出口，及載體流的進料。
下部傳熱區是進氣口的上邊緣與下部電極的上邊緣之間的垂直距離。
上部傳熱區是上部電極的下端與固態填料的上端之間的垂直距離。
反應器截面中每個點的加熱區定義為上電極下端及下電極上端之間的垂直距離。
有利地，上電極的下側及下電極的上側在整個反應器截面上是水平的。因此，加熱區的長度，特別是電極之間的距離，在整個反應器截面上有利地是均勻的。加熱的反應器截面有利地為0.005 m2 至200 m2 ，較佳為0.05 m2 至100 m2 ，更佳為0.2 m2 至50 m2 ，特別是1 m2 至20 m2 。加熱區的長度有利地在0.1 m至100 m之間，較佳在0.2 m至50 m之間，更佳在0.5 m至20 m之間，特別是在1 m至10 m之間。長度與加熱區的等效直徑之比有利地為0.01至100，較佳為0.05至20，更佳為0.1至10，最佳為0.2至5。
電極有利地位於固態填料內（請參閱圖1及圖2）。固態填料的上邊緣（在傾斜的情況下為最低點）與電極板的上邊緣之間的垂直距離，或在不使用電極板的情況下，上電極處的電極焊盤的下邊緣之間的垂直距離有利地為10 mm至5000 mm，較佳為100 mm至3000 mm，進一步較佳為200 mm至2000 mm。此部分有利地為固態填料總高度的1%至50%，較佳為2%至20%，更佳為5%至30%。
電極可採取本領域技術人員已知的所有形式。舉例來說，電極採取網或棒的形式電極較佳採取網的形式。對於網形式而言，可想到各種配置變型：例如，由有利的正多邊形組成的蜂窩形式的網、由平行槽脊（land）形成的矩形網、輪輻形式的網或由同心環組成的網。特別較佳的是輻條形式的網，其有利地具有以星形形式佈置的2至30個槽脊及由同心環組成的網。
電極的截面阻塞有利地在1%至50%之間，較佳地在1%至40%之間，更佳地在1%至30%之間，特別是在1%至20%之間。
特別較佳的是呈網形式的電極，其固定地安裝在上部或下部裝置部分的內部，例如罩，或固定在連接元件，例如固定在裝置部分上的裙部。
固定支架被理解為是指剛性體與其周圍環境的連接，藉助於該剛性體，可防止剛性體與其周圍環境之間在所有方向上的相對運動。
在星形及分形刻度網的情況下，電極焊盤有利地在其外端連接到反應器罩或反應器罩的裙部。
電極與反應器罩或裙板之間的接觸面積有利地在0.1 cm2 至10000　cm2 之間，較佳在1 cm2 至5000 cm2 之間，特別是在10 cm2 至1000 cm2 之間。
導電反應器罩的裙部的截面積與固態填料的截面之比有利地為0.1%至20%，較佳為0.2%至10%，更佳為0.5%至5%。
在罩式電極單元中，有利地，所引入的總電能的小於5%，較佳小於2%，較佳小於1%，特別是小於0.1%被耗散。較佳地，耗散能量的範圍是0%至5%，較佳0%至2%，特別是0%至1%。因此，電能實際上可完全用於電極之間填充物的加熱。
電極的材料，即焊盤及電極板，有利地是鐵、鑄鐵或鋼合金、銅或銅基合金、鎳或鎳基合金、耐火金屬或基於耐火金屬的合金，及/或導電陶瓷。更具體地，焊盤由例如根據DIN EN 10027-2（發行日：2015年7月）材料編號為1.0401、1.4541、1.4571、1.4841、1.4852、1.4876的鋼合金；例如材料編號為2.4816、2.4642的鎳基合金；特別是材料編號為3.7025、3.7035、3.7164、3.7165、3.7194、3.7235的鈦合金構成。在耐火金屬中，Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W或其合金是特別有利的；較佳為Mo、W及/或Nb或其合金，特別是鉬及鎢或其合金。另外，焊盤可包含陶瓷，諸如碳化矽及/或例如石墨的碳，其中陶瓷可為單塊或纖維增強的複合材料（例如陶瓷基體化合物、CMC，例如碳纖維複合材料、CFC）。
吸熱製程：
根據本發明，熱耗製程有利地是吸熱高溫製程，較佳為其中反應區的能量消耗高於0.5 MW/m3 ，更佳高於1 Mw/m3 ，特別是高於2 MW/m3 的製程。例如，反應區的能耗可能在0.5及10 MW/m3 之間。
熱耗製程有利地在小於5體積%，特別是小於2體積%的氧氣濃度下，特別是以無氧的方式進行。
反應區中的最高溫度有利地高於500°C，較佳高於800°C。舉例來說，反應區中的溫度在脫氫反應的情況下，在500至2500°C，較佳在700至1800°C，例如500至800°C的範圍內；舉例來說，反應區中的溫度在重整反應的情況下，在700至1000°C的範圍內；舉例來說，反應區中的溫度在蒸汽裂化反應的情況下，在800至1100°C的範圍內；舉例來說，反應區中的溫度在熱解反應的情況下，在800至1500°C的範圍內；舉例來說，反應區中的溫度在碳氣化反應的情況下，在800至1200°C的範圍內。
有用的熱耗製程有利地包括以下製程：合成氣、氫氣、苯乙烯、烯烴（特別是乙烯、丙烯及丁烯）、丙烯、苯、乙炔、萘、一氧化碳、氫氰酸、一氧化氮、氰化氫及/或熱解碳的製備，以及氫氧化鋁的煅燒。較佳為以下方法：蒸汽重整及乾重整、烴的蒸汽裂化或乾裂解，特別是甲烷、乙烷、丙烷及/或丁烷的熱解、水的熱解、乙苯脫氫為苯乙烯、丙烷脫氫為丙烯、丁烷脫氫為丁烯及/或環己烷脫氫為苯，以及乙炔的熱解製備、由甲烷製備苯、二氧化碳還原成一氧化碳、由天然氣及氮氣製備氰化氫，以及由甲烷及氨製備氫氰酸，以及氮氣及氧氣製備一氧化氮。
較佳進行以下高溫反應，更佳在移動床反應器中進行： -藉由用蒸汽及/或二氧化碳重整烴製備合成氣，藉由烴的熱解共同產生氫氣及熱解碳。合適的載體材料特別是碳質顆粒、含碳化矽的顆粒、含鎳的金屬顆粒。 -由甲烷及氨或由丙烷及氨製備氰化氫。合適的載體材料特別是碳質顆粒。 -藉由烴的蒸汽裂化製備烯烴。合適的載體材料特別是碳質顆粒、含碳化矽的顆粒。 -甲烷偶合生成乙烯、乙炔和苯。 -藉由烷烴的催化脫氫製備烯烴，例如由丙烷製備丙烯或由丁烷製備丁烯。合適的載體材料特別是塗覆有脫氫催化劑的含碳化矽的顆粒或含鐵的成型體。 -藉由乙苯的催化脫氫製備苯乙烯。合適的載體材料特別是塗覆有脫氫催化劑的含碳化矽的顆粒或含鐵的成型體。 -藉由烷烴或烯烴製備二烯烴，例如由丁烯或丁烷製備丁二烯。合適的載體材料特別是塗覆有脫氫催化劑的含碳化矽的顆粒或含鐵的成型體。 -藉由醇的催化脫氫得到醛，例如由甲醇得到無水甲醛。合適的載體材料特別是塗覆有脫氫催化劑的含銀的顆粒或含碳化矽的顆粒，或含鐵的成型體。 -藉由布多阿爾（Boudouard）反應由CO2 及碳製備CO。合適的載體材料特別是碳質顆粒。 -在催化劑上藉由催化水熱解製備氫氣及氧。合適的載體材料特別是以例如鐵氧體的裂解催化劑塗覆的含碳化矽或含鐵的顆粒。
合成氣可有利地用於下游製程中，諸如甲醇合成、氨合成、羰基合成，費-托合成（「Synthesegas」[合成氣]頁，在Wikipedia，最後編輯的自由百科全書：2020年3月10日，17:41 UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Synthesegas&oldid=197642178)。
氫氣有利地用於下游製程，諸如煤加氫氣、氨合成、脂肪加氫氣、炔烴的選擇性加氫氣、硝基基團加氫氣成胺（「Wasserstoff」[氫氣]頁，在Wikipedia，最後編輯的自由百科全書：2020年3月15日，16:31 UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Wasserstoff&oldid=197790800)。
工業上最重要的烯烴包括乙烯、丙烯及丁烯。乙烯有利地在下游製程轉化為轉化產物，例如聚乙烯、二氯乙烷、環氧乙烷、乙苯（「Ethen」[乙烯]頁，在Wikipedia，最後編輯的自由百科全書：2020年4月23日，09:31 UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Ethen&oldid=199192096)。
丙烯在下游製程中有利地轉化為轉化產物，諸如丙酮、丙烯醛、丙烯腈、丙烯酸、烯丙基化合物、丁醛、1-丁醇、聚丙烯、環氧丙烷、丙烷-1,2-二醇、丙烷-1,3-二醇、百里酚（「Propen」[丙烯]頁，在Wikipedia，最後編輯的自由百科全書：2019年10月1日，18:51 UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Propen&oldid=192770628)。
丁烯有利地在下游製程中轉化為轉化產物，諸如2-丁醇、2-丁酮、丁二烯、甲基三級丁基醚或乙基三級丁基醚（「Butene」[丁烯]頁，在Wikipedia，最後編輯的自由百科全書：2019年9月3日，07:11 UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Butene&oldid=191929887)。
丁二烯在下游製程轉化為轉化產物，諸如合成橡膠、丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物、己二腈（「1,3-Butadien」[1,3-丁二烯]頁，在Wikipedia，最後編輯的自由百科全書：2020年5月2日，13:49 UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=1,3-Butadien&oldid=199535563)。
氫氣有利地在下游製程轉化，例如…（Häussinger, P., Lohmüller, R. and Watson, A. M. 2000. Hydrogen, 2. Production. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry）。
苯在下游製程轉化為轉化產物，諸如乙苯、異丙苯、環己烷、硝基苯（「Benzol」[苯]頁，在Wikipedia，最後編輯的自由百科全書：2020年4月20日，18:09 UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Benzol&oldid=199100597)。
苯乙烯有利地在下游製程轉化為轉化產物，諸如聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚酯樹脂（「Styrol」[苯乙烯]頁，在Wikipedia，最後編輯的自由百科全書：2020年4月21日，09:59 UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Styrol&oldid=199119904)。
氰化氫有利地在下游製程轉化為轉化產物，諸如己二腈、丙酮氰醇、三聚氯化氰（「Cyanwasserstoff」[氰化氫]頁，在Wikipedia，最後編輯的自由百科全書：2020年4月23日，13:21 UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Cyanwasserstoff&oldid=199198613)。
一氧化碳有利地在下游製程轉化為轉化產物，諸如光氣、甲酸、甲酸甲酯、乙酸、乙酸酐。此外，一氧化碳是合成氣的一種成分（「Kohlenstoffmonoxid」[一氧化碳]頁，在Wikipedia，最後編輯的自由百科全書：2020年4月19日，06:01 UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Kohlenstoffmonoxid&oldid=199031788)。
甲醛有利地在下游製程轉化為轉化產物，諸如1,4-丁二醇、亞甲基二苯基二異氰酸酯、聚甲醛、酚醛樹脂及胺基樹脂（「Formaldehyd」[甲醛]頁，在Wikipedia，最後編輯的自由百科全書：2020年5月3日，12:08 UTC中。URL：https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Formaldehyd&oldid=199572039)。
對於本發明方法的較佳變型，以表格形式總結了最高溫度目標值的範圍：
反應 最高溫度的目標值
   min [°C] max [°C]
   下限 較佳下限 較佳上限 上限
熱解（天然氣、液化氣、石腦油） 800 1000 1700 1900
天然氣重整（蒸汽/二氧化碳） 600 750 1300 1500
烷烴氨脫氫 1000 1200 1700 1900
蒸汽裂解 600 750 1300 1500
甲烷偶合生成C2、C3烴 500 600 1500 1800
脫氫芳香化（天然氣） 600 700 800 900
丙烷、萃餘液II或乙苯的脫氫 450 500 650 700
丁烯脫氫為丁二烯 350 450 700   
甲醇脫氫為甲醛 500 600 800 1100
布多阿爾反應 450 500 1000 1300
水熱解為H2 及O2 （催化劑再生） 600 700 1100 1500
強烈熱耗的製程，較佳高溫製程，特別是直接電加熱的填充反應器中的高溫製程，特別適合於電能的使用，係因此處可以高的放熱效率將電能轉化為熱。㶲是系統內部能量的一部分，可轉換為機械能而不增加熵。一般來說，電能轉化為熱能會破壞一定比例的㶲。此比例會隨著散熱器的溫度程度升高而減小，在當前情況下會隨著高吸熱高溫製程的溫度升高而降低。
可將熱耗製程的產物，特別是氫氣、合成氣及/或烯烴，有利地送入整合場所的供應網中。
次要規定及分鐘儲備：
本發明還涉及本發明的方法作為次級控制的減載能力及/或公共電網的分鐘儲備的用途。本發明的方法允許使用高溫製程作為次級控制的減載能力及/或作為電網頻率控制操作中的分鐘儲備。藉由本發明的方法，此等高溫製程可快速啟動，且還可接受300至600 TWh的大量能量。當以連續形式操作時，此等製程可永久用於提供過剩電力，例如夜間功率。
優點：
本發明藉由連續操作的電加熱的熱耗製程能夠持續接受過剩電力。因此，大規模化學製程可用作次級控制的減載能力及/或作為分鐘儲備。這可提高電網穩定性，並顯著增加對可再生能源的使用。此外，由於使用了熱耗製程的減負載能力以利於電網調節，因此提高了其盈利能力。
此外，本發明使得能夠進行熱耗製程的需求控制的負載使用，而不管公共電網中過剩電力的可用性。這改善了下游製程的生產可計劃性；對高價值但也是高反應性且因此有害的中間物的儲存需求被最小化。此外，藉由利用來自具有高容量的整合系統網路的能量載體供應內部電源，且抵銷各個製程的干擾，從而提高了內部電源的供應安全性。
直接電加熱的移動床反應器作為具有高熱容量的歐姆負載。結果，其也可從未達到向公共電網供應的規範的源供應。更特別地，也可將過剩電力用於熱耗製程而無需中間儲存（即以實際上無損耗的方式），其效率有利地高於90%，較佳高於95%，特別是高於98%，即有利地在95%至100%，較佳98%至100%的範圍內，且因此使用其成本優勢而無明顯限制。
由於提供加熱輸出的高溫程度，因此在本發明的方法的實施中的㶲損失較佳小於所引入電能的60%，更佳小於50%，特別較佳小於40%，特別是小於25%。
因此，本發明有可能用作過渡到電驅動化學製程（能量革命）的技術平台。這為在經濟上使用過剩電力及提供分鐘儲備提供了基礎。因此可降低能源成本。
整合場所具有基礎結構，可大量儲存能量載體，諸如天然氣、輕汽油、氫氣或蒸汽，並可無延遲地使用其以驅動適當的電源。
氫氣的優點是可同時用作商品及化學能的通用儲存手段。氫氣適合於驅動渦輪發電機及燃料電池發電機。氫氣產生的能量沒有CO2 排放。
可長時間在氫氣中儲存能量而不會損失。40 bar的壓縮氫氣的能量密度約為57 kWh/m3 ，而500°C、100 bar的蒸汽的能量密度約為11 kWh/m3 。
蒸汽的優點是可同時用作能量儲存手段及驅動蒸汽輪機的工作介質。此外，在各種壓力程度下的蒸汽被用於化學工程製程的供應。BASF在路德維希港的工廠，每小時消耗2000噸的蒸汽。這相當於1300 MW的功率，其大約是平均現場電能需求的兩倍。為了產生蒸汽，可使用以下所有燃料：可燃原料、可燃產物、可燃廢氣流，太陽能集熱器產生的熱、電生熱。蒸汽網中壓力程度的分級使引入的熱高效地轉化為蒸汽。特別是當從電網輸入電力且關閉本地電源時，從可燃氣體流中獲得的熱可以蒸汽的形式儲存在蒸汽網中。
使用並聯連接的電源，其中一個是直接供應燃料的蒸汽輪機，第二個是從蒸汽網供應的蒸汽輪機，提供了與聯合循環發電廠的效率相當的非常好的效率。
蒸汽輪機直接從整合場所的蒸汽網供應蒸汽，這使電源能夠非常快速地回應變化的電力需求。
實施例：
比較製程1：聯合循環發電廠 聯合循環：CH4 + 2O2
Figure 02_image001
CO2 + 2H2 O + 481 kJel /mol                  (1)
藉由此製程，可根據需要在本地電源中從天然氣（整合場所的原材料）產生電力。每使用1 mol甲烷，聯合循環發電機可產生481 kJ的電能。同時排放1 mol的CO2 。然而此製程不適用於儲存來自電網的過剩電能。
比較製程2：在燃料電池中電解成氫氣/再轉化成電能的可再生能源 ReGen + EL：H2 O(l) + (1/75%*286) kJel /mol
Figure 02_image001
H2 + ½O2 (2) AFC：H2 + ½O2
Figure 02_image001
H2 O(l) + (70%*237) kJel /mol                    (3) ReGen + EL + AFC：381 kJel /mol
Figure 02_image001
166 kJel /mol                  (4)
藉由此製程，可將來自電網的電能用於產生氫氣。氫氣可被供應到整合場所的管道網中。氫氣可被物理使用，或若需要可在本地燃料電池中轉化回電能。每kJ供應到此製程的的電能可回收約0.44 kJ的電能。此電能量不含CO2 排放量。
比較製程3：聯合循環與電解/燃料電池的結合 ReGen + EL + AFC + CCPP：CH4 + 2O2 + 92 kJel /mol
Figure 02_image001
CO2 + 2H2 O + 521.5 kJel /mol               (5)
本發明的製程：甲烷熱解與氫氣驅動電源的結合： ReGen + MePy：CH4 + (74.8/81.3%) kJel /mol
Figure 02_image001
C(s) + 2H2 (6) AFC：2H2 + O2
Figure 02_image001
2H2 O(l) + (70%*474) kJel /mol                   (7) GT + ST：2H2 + O2
Figure 02_image001
2H2 O(g) + (60%*484) kJel /mol                   (8) ReGen + MePy + AFC：CH4 + O2 + (74.8/81.3%) kJel /mol
Figure 02_image001
C(s) + H2 O(l) + 332 kJ el/mol                   (9) ReGen + MePy + (GT+ST)：CH4 + O2 + (74.8/81.3%) kJel /mol
Figure 02_image001
C(s) + H2 O(g) + 290 kJel /mol                 (10) COPP：C(s) + O2
Figure 02_image001
CO2 + (45%*393) kJel /mol                (11) ReGen + MePy + AFC + COPP：CH4 + 2O2 + (74.8/81.3%) kJel /mol
Figure 02_image001
CO2 + 2H2 O + 509 kJel /mol                  (12) ReGen + MePy + (GT+ST) + COPP：CH4 + 2O2 + 92 kJel /mol
Figure 02_image001
CO2 + 2H2 O + 467 kJel /mol                  (13)
來自外部電網中可使用的可再生資源的過剩能量被用於甲烷熱解工廠的操作（等式6）。基於標準反應焓的熱解的熱效率為81.3%。產生的氫氣被供應到整合場所的供應網。其可在其中物理地或能量地使用。產生的碳是高度純淨、惰性及自由流動的。例如，其可被運輸及物理使用，或被存放在掩埋場中。根據需要，氫氣可在其生產時同時或在不同的時間，用於在AFC中以70%的電壓效率發電（等式7），或用於在組合的燃氣輪機及蒸汽輪機發電機中以60%的熱效率發電（等式8）。取決於本地電源，來自外部電網的每千焦耳的電能（其被供應到甲烷熱解中）由於產生的氫氣轉化為電能，可變成約3.1 kJ至3.6 kJ的電能（等式9、10），而幾乎沒有CO2 排放。與根據現有技術的在電解燃料電池電路中的電能儲存相比，本發明的方法藉由使用甲烷產生六到八倍無CO2 排放的電能量。
甲烷中存在的某些化學能仍儲存在碳副產物中，且可在傳統火力發電廠中轉化為電能，並伴有CO2 排放（等式11）。若允許將碳用於能量目的，則由甲烷熱解與外部過剩能量以及所產生的氫氣及碳轉化為能量的轉化組成的製程產生的電能的量，為根據現有技術的聯合循環發電廠在相同甲烷轉化下產生的電能的約97%至106%（等式1、12、13）。本發明的方法中可能的過剩是由於在甲烷熱解中使用了來自外部電網的電能。
考慮到質量及能量的總輸入，藉由本發明的方法產生的電能的量為由電解/燃料電池電路及聯合循環發電廠組成的方法產生的電能的約90%至98%（等式5、12、13）。
本發明的基本優點是可以利用輸入的電能以便使用內部電源產生無CO2 排放的多種電能。
製程 供應 甲烷 電能（kJel ）    CO2 排放
      經使用(2a) 經產生(2b) 可儲存的(2c)   
比較製程1： 1 mol 0 481 0 1 mol
比較製程2(1) ： 0 92 40 40 0
比較製程3： 1 mol 92 521 40 1 mol
本發明的製程 1 mol 92 290 - 332 290 - 332 0
本發明的製程 + C到功率的轉換 1 mol 92 467 - 509 467 - 509 1 mol
(1)：等式2、等式3及等式4中的質量及能量已按比例調整，使得在比較製程及本發明的製程中引入的電能量是相同的。因此，此等數值可彼此直接比較。
(2a)：所使用的電能量表示基於從外部電網輸入到整合系統中的1 mol甲烷的能量量。
(2b)：產生的電能的量表示基於1 mol的甲烷的能量量，其可在本地電網中由所使用的甲烷及預先使用的電能或由其產生的產物產生。
(2c)：可儲存的電能量表示基於1 mol甲烷的能量量，其可在本地電網中由已在整合系統中預先使用電能產生的產物中產生。
1:電加熱熱耗製程 2:用於去除熱耗製程的主要產物及副產物的分離裝置 3:蒸汽整合場所網路 4:氫氣整合場所網路 5:天然氣整合場所網路 6:貧氣整合場所網路 7:含氫氣流的導管 8:蒸汽導管 10a:用於為內部電源供應蒸汽的導管 10b:用於為內部電源供應氫氣的導管 10c:用於為內部電源供應天然氣的導管 10d:用於向內部電源供應貧氣的導管 11a:由蒸汽驅動的內部電源 11b:由氫氣驅動的內部電源 11c:由天然氣驅動的內部電源 11d:由貧氣驅動的內部電源 12a:從蒸汽驅動電源到熱耗製程的電源線 12b:從氫氣驅動電源到熱耗製程的電源線 12c:從天然氣驅動的電源到熱耗製程的電源線 12d:從貧氣驅動的電源到熱耗製程的電源線 16:公共電網 17:用於將主要產物從熱耗製程輸送到下游製程的產物管道 20:用於將電力從公共電網供應到熱耗製程的電源線 21:用於將內部電源的電能供應到熱耗製程的母線 31:整合系統內的進一步製程 32:整合系統內進一步製程中的分離設備，其去除能量載體並將其引入整合系統網路 36:用於來自整合系統內的進一步製程的含氫氣流的導管 37:來自整合系統內的進一步處理的蒸汽導管 51:整合系統內的熱耗製程的下游製程 AFC:鹼性燃料電池 CC:燃燒室 ST:蒸汽輪機 EL:電解 G:發電機 GT:燃氣輪機 CCPP:聯合循環發電廠 HP蒸汽:高壓蒸汽 COPP:燃煤熱電廠 MePy:甲烷熱解 LP蒸汽:低壓蒸汽 ReGen:來自可再生能源的電力 TPP:火力發電廠 CM:壓縮機 DM水:用於燃氣輪機廢熱鍋爐的給水
[圖1]示出了本發明方法的一變型示意圖，其具有直接電阻加熱的流化床反應器、感應加熱的固定床反應器，及在整合位置上的間接電阻加熱的固定床反應器。每個製程都被供應來自公共電網及相應本地電源兩者的電能。 [圖2]示出了根據現有技術的比較製程的方案。內部電源是具有蒸汽輸出的聯合循環發電廠，其在傳統發電廠中效率最高。蒸汽輪機直接連接到燃氣輪機發電機的廢熱箱。蒸汽輪機的回應行為取決於燃氣輪機廢熱箱的惰性。 [圖3]示出了本發明的製程的方案。內部電源（與聯合循環發電廠相同）是由燃氣輪機發電機及蒸汽輪機發電機組成。蒸汽輪機並非直接連接到燃氣輪機的廢熱箱，而是直接連接到整合場所的蒸汽網。因此，蒸汽輪機實際上可無延遲地對變化的負載做出反應。 [圖4]示出了本發明的製程的方案。從公共電網及本地電源向熱耗製程饋電。本地電源由來自整合系統網路的能量載體供電。整合系統網路儲存在整合系統內的熱耗製程及/或其他製程中生成的能量載體。熱耗製程的主要產物被供應到整合系統內的下游製程。 [圖5]示出了本發明的製程的方案。從公共電網及本地電源向熱耗製程饋電。從整合系統網路向本地電源供應蒸汽。從熱耗製程獲得的副產物氫氣被儲存在整合系統網路中。本地電源藉由蒸汽輪機發電機驅動。為此目的，從整合系統網路中抽取氫氣。熱耗製程的主要產物被供應到整合系統內的下游製程。
G:發電機

Claims (14)

  1. 一種連續進行一或多個熱耗化學製程之方法，其中至少一個熱耗製程被電加熱，該熱耗製程的反應區中的最高溫度高於500°C，該至少一個熱耗製程的產物的至少70%在下游製程中被進一步連續處理及/或供應至本地能量載體網路，且該至少一個熱耗製程所需的電能是從外部電網及從至少一個本地電源獲取，其中該至少一個本地電源從至少一個本地能量載體網路中供應至其年度能源需要的至少50%的程度，且該至少一個本地電源被供應有來自該熱耗製程的產物至其年度能源需求的不超過50%的程度，其中天然氣、石腦油、氫氣、合成氣及/或蒸汽作為能量載體儲存在該至少一個本地能量載體網路中，其中該至少一個本地能量載體網路被供應來自至少一個另外的化學製程的至少一個另外的產物及/或副產物，且其中該本地能量載體網路的總容量為至少5 GWh。
  2. 如請求項1之方法，其中該本地能量載體網路被供應有來自部分氧化、氫化、烯烴製程、烴的熱解、水電解、冶煉製程及/或合成氣製程的產物及/或副產物。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該本地能量載體網路的總容量為至少20 GWh。
  4. 如請求項1至3中至少一項之方法，其中使用至少兩個本地能量載體網路，且該等能量載體選自以下群組：蒸汽、氫氣及天然氣。
  5. 如請求項1至4中至少一項之方法，其中所使用的本地電源是至少一個燃氣輪機（GT）及/或蒸汽輪機（ST）及/或燃料電池。
  6. 如請求項1至5中至少一項之方法，其中該熱耗製程所需的能量由電能提供到至少90%的程度。
  7. 如請求項1至6中至少一項之方法，其中該熱耗製程在整合場所實施。
  8. 如請求項1至7中至少一項之方法，其中該本地電源的啟動時間小於15分鐘。
  9. 如請求項1至8中至少一項之方法，其中用於該熱耗製程的該反應器包含導電材料固體顆粒的隨機堆積。
  10. 如請求項9之方法，其中該熱耗製程在具有固態流及氣流的逆流的移動床中進行，且該移動床的體積比熱容為300 kJ/(m3 K) 至5000 kJ/(m3 K)。
  11. 如請求項1至10中至少一項之方法，其中取決於電力成本而控制來自該外部電網的分接以及本地電源的接通及斷開。
  12. 如請求項1至11中至少一項之方法，其中該熱耗製程是蒸汽重整及乾重整、水的熱解、乙苯到苯乙烯的脫氫、丙烷到丙烯的脫氫、丁烷到丁烯的脫氫及/或環己烷到苯的脫氫、烴的熱解及裂解、乙炔的熱解製備、由甲烷製備苯、二氧化碳還原成一氧化碳、由甲烷及氨製備氰化氫及/或由氮氣及氧氣製備一氧化氮。
  13. 一種如請求項1至12中至少一項之方法之用途，其作為公共電網的分鐘儲備。
  14. 一種化學位點的至少一個本地能量載體網之用途，其用於儲存電能，其中所使用的該能量載體為天然氣、液化氣或石腦油、氫氣、氨、合成氣、乙烯、丙烯、貧氣、壓縮空氣及/或蒸汽，且其中該本地能量載體網的總容量至少為5 GWh。
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