303、DE I 900 644 Al 以及 EP 0 133 982 A2。
[0031]優(yōu)選地，該電熱生產(chǎn)乙炔的工廠包括電弧反應(yīng)器。在這種情況下，乙炔的電熱生產(chǎn)可以以一步法進(jìn)行，其中至少一種烴與氣流通過電弧?？商娲?，電熱生產(chǎn)乙炔可以以兩步法進(jìn)行，其中氫穿過電弧，并且在電弧的下游，至少一種烴送入電弧中所產(chǎn)生的氫等離子體。
[0032]該電弧反應(yīng)器優(yōu)選在0.5-10kWh/Nm3的能量密度下工作，特別地l_5kWh/Nm3，特別是2-3.5kWh/Nm3，能量密度與通過電弧的氣體體積相關(guān)。
[0033]在電弧反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)中的溫度在氣流的基礎(chǔ)上變化，其中在電弧中心可以高達(dá)20，000 °C，在外圍溫度達(dá)到大約600 °C。在電弧的端部，氣體的平均溫度優(yōu)選在1300-3000°C的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在1500-2600°C的范圍內(nèi)。
[0034]在電弧反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)中原料的停留時間優(yōu)選在0.0lms到20ms的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在0.1ms至1ms范圍內(nèi)，尤其優(yōu)選在I至5ms的范圍內(nèi)。在此之后，淬滅從反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的氣體混合物，即非?？焖俚乩鋮s到低于250°C的溫度，以避免熱力學(xué)不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物乙炔的分解。直接淬滅工藝，例如供給烴類和/或水，或間接的淬滅工藝，例如在可產(chǎn)生蒸汽的熱交換器中快速冷卻，可以用于淬滅。直接淬滅和間接淬滅也可以彼此組合。
[0035]在第一實施方案中，從反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的氣體混合物僅用水淬滅。該實施方案的特點是相對較低的投資成本。然而，不利的是:在這種方式中，含在產(chǎn)物氣體中的能量的相當(dāng)大部分沒有得到利用，或僅以低效能值利用。
[0036]在優(yōu)選的實施方案中，從反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的氣體混合物與含烴氣體或含烴液體混合，至少一些烴類被吸熱裂化。取決于如何進(jìn)行處理，由此制備或大或小范圍的產(chǎn)物，例如不僅有乙炔和氫，還有乙烷、丙烷、乙烯和其它低級烴類的餾分。這允許產(chǎn)生的熱量被傳遞以供進(jìn)一步的更大程度的使用，例如烴類的吸熱裂化。
[0037]例如，降低溫度到150_300°C后，分離固體成分，特別是碳顆粒；依照原料而定，可能不僅包含乙炔和氫，還包含其他物質(zhì)(例如乙烯、乙烷、高級烴、一氧化碳和揮發(fā)性硫化合物(如H2S和CS2)的氣體混合物被傳遞以供進(jìn)一步處理來獲得乙炔。
[0038]生產(chǎn)乙炔的電熱工廠的能耗取決于生產(chǎn)乙炔的計劃能力(planned capacity)。在大多數(shù)其他化學(xué)品生產(chǎn)技術(shù)的情況下，具體的投資成本(與安裝生產(chǎn)能力相關(guān)的投資成本)隨著工廠規(guī)模的擴(kuò)大而降低。生產(chǎn)乙炔的傳統(tǒng)工廠規(guī)模在年產(chǎn)乙炔幾萬噸至幾十萬噸(基于充分利用)的范圍。根據(jù)文獻(xiàn)批露，用于生產(chǎn)乙炔的反應(yīng)部分中特定的能量需求的范圍為每噸乙炔大約9-12MWh_，這取決于所用的原料。包括對于處理的電能的要求，這給出乙炔工廠的絕對能量需求。理想的生產(chǎn)能力通常由多個電弧反應(yīng)器并聯(lián)排列來實現(xiàn)，其可以一起或單獨控制。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的集成工廠還包括分離裝置，其用于從電熱生產(chǎn)乙炔的反應(yīng)混合物中分離乙炔，同時得到至少一種含有氫和/或烴類的氣流，以及用于將氣體引入天然氣管網(wǎng)的裝置，通過至少一個導(dǎo)管將至少一種含有氫和/或烴類的氣流從分離裝置引入到該裝置。
[0040]在分離裝置中，乙炔與氫和其它烴類分離。在這種情況下，乙炔可從氣體混合物中通過選擇性吸收到溶劑中而分離。合適的溶劑是:例如水、甲醇、N-甲基吡咯烷酮或它們的混合物。從該氣體混合物中分離乙炔的合適方法是現(xiàn)有技術(shù)中已知的，例如Ullmann’ sEncyclopaedia of Industrial Chemistry, Volume I,2012ffiley-VCH Verlag GmbH&C0.KGaA, ffeinheim, DO1:10.1002/14356007.a01_097.pub4, pages 291-293，299 和 300、DE 3150 340 Al和 WO 2007/096271 Al。
[0041]與乙炔分離的含有氫和烴類的混合物可以直接供給到用于將氣體引入天然氣管網(wǎng)的裝置?？商娲?，氫可以從和乙炔已分離的混合物中分離，并且氫或由此得到的含烴氣體被送入用于將氣體引入天然氣管網(wǎng)的裝置。類似地，氫和含烴氣體也可以通過單獨的導(dǎo)管從用于從電熱生產(chǎn)乙炔的反應(yīng)混合物中分離乙炔的分離裝置送到用于將氣體引入天然氣管網(wǎng)的裝置。在這種情況下，氫和烴類的分離也可以不完全地發(fā)生，不完全分離對于工廠的操作沒有不利影響，因此，與例如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電熱生產(chǎn)乙炔的工廠所進(jìn)行的完全分離相比，用于分離的設(shè)備和耗能支出可以減少。
[0042]用于將氣體引入天然氣管網(wǎng)的裝置不受任何特別的限制。所有能夠用于將氫、烷烴和烯烴以氣態(tài)形式單獨或混合地引入天然氣管網(wǎng)的裝置都適用。
[0043]在優(yōu)選的實施方案中，用于將氣體引入天然氣管網(wǎng)的裝置包括至少一個氫的儲罐。儲罐的類型并不關(guān)鍵，所以加壓罐、液化氣儲罐、具有可吸附氣體的固體的儲罐或化學(xué)儲罐可用于此目的，在化學(xué)儲罐中氫通過可逆的化學(xué)反應(yīng)儲存。優(yōu)選儲罐的容量尺寸為容納由電熱生產(chǎn)乙炔的工廠在2小時內(nèi)滿負(fù)荷產(chǎn)生的氫氣量，特別優(yōu)選在12小時內(nèi)所產(chǎn)生的量，最特別優(yōu)選在48小時內(nèi)所產(chǎn)生的量。使用相對較大的氫儲罐允許氫氣在延長的時間周期內(nèi)送入天然氣管網(wǎng)，允許維持管網(wǎng)運營商規(guī)定的天然氣管網(wǎng)中的最大氫含量。連接到天然氣管網(wǎng)的多個終端裝置只能在比較窄的范圍(所謂的Wobbe指數(shù))內(nèi)進(jìn)行安全操作，而擴(kuò)大這個范圍則需要對終端裝置進(jìn)行復(fù)雜的附加安裝。Wobbe指數(shù)描述天然氣的燃燒特性。氫氣供入天然氣通常導(dǎo)致Wobbe指數(shù)的降低。DVGW的工作表G260中的技術(shù)規(guī)范規(guī)定了 Wobbe指數(shù)的下限。取決于天然氣的組成，即使僅有幾個體積百分比的氫被送入天然氣管網(wǎng)時就可以達(dá)到這些限制。
[0044]用于將氣體引入天然氣管網(wǎng)的裝置優(yōu)選包括至少一個含烴氣體的儲罐。加壓罐、液化氣儲罐、其中烴被吸收在溶劑中的儲罐或其中烴被吸附在固體中的儲罐可被用作儲罐。優(yōu)選儲罐的容量尺寸為容納由電熱生產(chǎn)乙炔的工廠在2小時內(nèi)滿負(fù)荷產(chǎn)生的氣態(tài)烴量，特別優(yōu)選在12小時內(nèi)所產(chǎn)生的量，最特別優(yōu)選在48小時內(nèi)所產(chǎn)生的量。
[0045]用于將氣體引入天然氣管網(wǎng)的裝置優(yōu)選包括用于將氣體混合的裝置。優(yōu)選地，用于將氣體混合的裝置配置成使得被引入到天然氣管網(wǎng)的氣體的Wobbe指數(shù)、熱值或者密度或這些氣體特性的組合可以設(shè)定。特別優(yōu)選地，用于將氣體混合的裝置包括用于確定混合氣體的Wobbe指數(shù)、熱值或密度的測量裝置，通過該裝置，氣體混合物可以被控制。特別優(yōu)選，用于混合氣體的該裝置連接到氫的儲罐，在另一個優(yōu)選實施方案中，另外還連接到含烴氣體的儲罐。
[0046]在優(yōu)選的實施方案中，用于將氣體引入天然氣管網(wǎng)的裝置包括甲烷化反應(yīng)器，用于使氫與二氧化碳或一氧化碳反應(yīng)得到甲烷。在另一個優(yōu)選的實施方案中，用于將氣體引入天然氣管網(wǎng)的裝置包括費-托反應(yīng)器(Fischer-Tropsch reactor)，用于使氫和一氧化碳進(jìn)行反應(yīng)得到烴。在類似的優(yōu)選實施方案中，用于將氣體引入天然氣管網(wǎng)的裝置包括氫化反應(yīng)器，用于使氫與不飽和烴反應(yīng)得到飽和烴。合適的甲烷化反應(yīng)器、費-托反應(yīng)器和氫化反應(yīng)器是本領(lǐng)域技術(shù)人員從現(xiàn)有技術(shù)已知的。所有這三個實施方案提供了氫向密度、單位體積熱值和Wobbe指數(shù)比氫更高的產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。如果產(chǎn)生具有至少2個碳原子的烴，其密度、單位體積熱值和Wobbe指數(shù)甚至高于天然氣的。與這樣的徑類一起，氫能夠以相對大的比例被供給到天然氣管網(wǎng)而不超過實踐準(zhǔn)則所規(guī)定的密度、熱值和Wobbe指數(shù)下限。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的集成工廠優(yōu)選另外包括用于發(fā)電的工廠，通過導(dǎo)管將至少一種含有氫和/或烴類的氣流從分離裝置向其送入。適合在本文中用作發(fā)電廠的是所有可用于從該氣流中產(chǎn)生電能的工廠。優(yōu)選地，使用具有高效率的發(fā)電廠。
[0048]在優(yōu)選的實施方案中，該發(fā)電廠包括燃料電池。在本實施方案中，優(yōu)選向發(fā)電廠送入基本上由氫組成的氣流。
[0049]在進(jìn)一步優(yōu)選的實施方案中，發(fā)電廠包括具有渦輪機(jī)的發(fā)電廠。特別優(yōu)選該工廠包含能夠用氫和/或含烴氣體來操作的燃?xì)鉁u輪機(jī)。最優(yōu)選使用的是可以用組成改變的氫和含烴氣體的混合物來操作的燃?xì)鉁u輪機(jī)。
[0050]優(yōu)選地，具有渦輪機(jī)的發(fā)電廠是燃?xì)?蒸汽渦輪發(fā)電廠，也被稱為聯(lián)合循環(huán)燃?xì)?蒸汽發(fā)電廠。在這些發(fā)電廠中，燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電廠和蒸汽發(fā)電廠的原理相結(jié)合。在本文中，燃?xì)鉁u輪機(jī)等通常作為下游廢熱鍋爐的熱源，其反過來又充當(dāng)蒸汽渦輪機(jī)的蒸汽發(fā)生器。
[0051]除了從分離裝置送入的氣流之外，其他物質(zhì)也可以供應(yīng)給該發(fā)電廠，例如用于燃料電池操作的額外的氫，或者用于渦輪機(jī)操作或蒸汽發(fā)生器加熱的其它燃料。
[0052]發(fā)電廠的功率輸出可根據(jù)電熱生產(chǎn)乙炔的工廠的生產(chǎn)能力來選擇。優(yōu)選地，選擇發(fā)電廠的輸出使得滿負(fù)荷電熱生產(chǎn)乙炔的工廠的功率要求可完全由該發(fā)電廠滿足。在這種情況下，電功率輸出與乙炔生產(chǎn)能力的比值優(yōu)選的范圍為每噸/小時乙炔2-20MW_，特別優(yōu)選每噸/小時乙炔5-15麗_。在這種情況下，功率可以由單個裝置或多個裝置的組合來實現(xiàn)，其中組合的組(池)可以通過共同的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。電熱生產(chǎn)乙炔的工廠的電能也可以取自電力網(wǎng)絡(luò)。同樣地，發(fā)電廠的規(guī)模設(shè)定使得在電熱生產(chǎn)乙炔的工廠之外，還可以