[发明专利]用于有效利用过量电能的系统和方法

说明书

本发明涉及一种用于有效利用过量电能的设备和方法，其中电能用于 制备乙炔。

可再生能源例如风能和太阳能的利用对于发电正前所未有地日益重 要。电能通常经由长范围、超级区域供电电网加上超越国界(简称为电网) 而被带到大量用户。既然电能不可在电网自身中以显著程度储存，则送入 电网的电能必须与用户端的电力需求(称作负荷)相匹配。已知负荷以时 间依赖方式波动，特别是依赖于天、周天的时间或者甚至年的时间。为了 稳定和可靠供电，需要连续等量的能量产生和能量消耗。发生的任何短期 偏差通过正或负控制能源或控制能量的方式平衡。在产生可再生能量设备 的情况下，困难在于在特定类型例如风能和太阳能情况下，能量产生不发 生于每一时间点并且不能以确定的方式控制而是根据一天的时间和天气条 件经受波动，该波动仅可以有限的程度预知并且通常不与特定时间下电能 的需求相匹配。

来自波动的可再生能量的能量输出和实际消耗之间的差额通常通过其 它发电站例如气、煤和核能设备提供。随着波动的可再生能量和它们所代 表的能量供应比例的逐渐扩张，其能量输出和实际消耗之间越来越大的偏 差必须要被平衡。因此，目前气电设备和同样难以增加的煤电设备以部分 负荷操作或者完全关闭以补偿该波动。因为这种发电厂操作的可变模式与 相当可观的额外成本相关，替代措施的研发已研究一段时间。

在过量电能的情况下，作为改变发电厂的能量输出的替代或者除改变 发电厂的能量输出之外，一种方式为利用过量电能用于电热制备乙炔。其 一个实例为Hülschemicalworks的乙炔设备，其具有19个平行设置的弧形 反应器且其中操作中的弧形反应器的数量依赖于电能的供应而变化。虽然 用于电热制备乙炔的弧形反应器可快速开启和关闭，但从电热制备乙炔中 获得的产物气体流中有效且经济地移除乙炔需要高度恒定的产物气体流。 Hülschemicalworks的乙炔设备(乙炔产能为120000t/a)因此包含用于产 物气体流、总体积为350000m³的缓冲储存器。然而，如此尺寸的缓冲储 存器的构造和操作在技术上是昂贵且复杂的，并且涉及安全风险。

因此需要过量电能可通过制备乙炔得以利用、并不具有上述方法缺点 的设备和方法。

本发明提供一种用于有效利用过量电能的设备，包括：用于通过部分 氧化至少一种烃制备乙炔、产生第一含乙炔产物气体流的第一装置，用于 电热制备乙炔、产生第二含乙炔产物气体流的第二装置，和用于从气体料 流分离乙炔的分离装置，第一产物气体流和第二产物气体流进料至其中。

本发明额外提供一种用于有效利用过量电能的方法，其中，在根据本 发明的设备中，用于电热制备乙炔的装置使用过量电能操作。

本发明进一步提供一种用于提供控制电网能量的方法，其中，在根据 本发明的设备中，用于通过部分氧化至少一种烃制备乙炔的第一装置和用 于电热制备乙炔的第二装置均在部分负荷下操作；为了提供控制能量，改 变用于电热制备乙炔的第二装置的输出，和使用控制装置，以分离装置中 被分离的乙炔总量维持于指定范围之内的方式调整用于通过部分氧化至少 一种烃制备乙炔的第一装置的输出。

本发明的设备包括用于通过部分氧化至少一种烃制备乙炔、产生第一 含乙炔产物气体流的第一装置。该第一装置可包括一个或多个其中乙炔通 过部分氧化产生的设备。如果第一装置包括多个用于产生乙炔的设备，则 它们优选平行设置并可彼此独立地操作。使用多个平行设置的单元允许乙 炔制备的逐步改变同时通过开启和关闭各个单元而在各个单元中维持最优 操作条件并避免因部分负荷操作导致的功效损失。

作为本发明设备的第一装置，可使用现有技术已知用于通过部分氧化 制备乙炔的全部装置，实例为Sachsse-Bartholome方法装置和BASF浸没火 焰法(submergedflameprocess)装置，从Ullman′sEncyclopediaofIndustrial Chemistry，第5版，第A1卷，第107-110和113-114页已知，或者从GB 1,000,480的Montecatini方法装置已知。用于通过部分氧化制备乙炔的第一 装置优选包括至少一个进料有至少一种烃和氧气的混合物的燃烧器。