[发明专利]一种基于LNG冷能的开式热泵空气分离与高效合成氨系统

权利要求书

1.一种基于LNG冷能的开式热泵空气分离与高效合成氨系统，其特征在于：包括LNG冷却系统、双级热泵精馏空气分离制氮系统、甲烷水蒸气重整制氢系统与合成氨系统，所述双级热泵精馏空气分离制氮系统将预处理后的空气分离出氮气并输送至合成氨系统；所述甲烷水蒸气重整制氢系统将甲烷与水充分反应后生成氢气并送至合成氨系统；所述合成氨系统将氮气与氢气混合后反应生成氨，并经冷却系统分离出液氨；所述LNG冷却系统作为双级热泵精馏空气分离制氮系统中空气分离部分的换热冷源，同时作为合成氨系统中氨分离模块换热器的冷源。

2.根据权利要求1所述的一种基于LNG冷能的开式热泵空气分离与高效合成氨系统，其特征在于：所述双级热泵精馏空气分离制氮系统包括一级热泵精馏系统和二级热泵精馏系统；所述一级热泵精馏系统的输入端连接用于空气预处理的气体处理组件，一级热泵精馏系统的液氮输出端与二级热泵精馏系统的输入端之间依次连接有主冷却器、压缩机A、换热器B、节流阀A、闪蒸罐A以及分流器A，一级热泵精馏系统输出的富氧液空输送至二级热泵精馏系统的提馏段；所述二级热泵精馏系统的液氮输出端与合成氨系统相连接；所述LNG冷却系统通过以R23为中间载冷剂的循环回路与换热器B相连接，作为换热器B的冷源。

3.根据权利要求2所述的一种基于LNG冷能的开式热泵空气分离与高效合成氨系统，其特征在于：所述一级热泵精馏系统包括高压精馏塔、压缩机B、换热器C、节流阀B、换热器D、分流器B、换热器E以及闪蒸罐B，所述高压精馏塔的内部经过进料塔板分隔成上下分布的精馏段和提馏段，高压精馏塔的输入端与气体处理组件相连接，高压精馏塔塔顶输出的蒸汽组分经压缩机B压缩后和塔底输出的液相组分在换热器C进行换热，换热器C的一个输出口与分流器B的输入端之间依次连接节流阀B和换热器D，所述分流器B的一个输出口与高压精馏塔的精馏段相连接，分流器B的另一个输出口与主冷却器相连接；所述换热器C的另一个输出口与闪蒸罐B之间连接换热器E，所述闪蒸罐B的气相出口与高压精馏塔的提馏段相连接，闪蒸罐B液相出口二级热泵精馏系统的输入端相连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于LNG冷能的开式热泵空气分离与高效合成氨系统，其特征在于：所述二级热泵精馏系统包括低压精馏塔、压缩机C、换热器F、节流阀C、节流阀D、换热器G、分流器C、换热器H以及闪蒸罐C，所述低压精馏塔的内部经进料塔板分隔成上下分布的精馏段和提馏段，低压精馏塔的输入端与闪蒸罐B液相出口之间连接节流阀C，低压精馏塔塔顶输出的蒸汽组分经压缩机C压缩后和塔底输出的液相组分在换热器F进行换热，换热器F的一个输出口与分流器C的输入端之间依次连接节流阀D、换热器G，所述分流器C的一个输出口与低压精馏塔的精馏段相连接，分流器C的另一个输出口与合成氨系统相连接；所述换热器F的另一个输出口与闪蒸罐C之间连接换热器H，所述闪蒸罐C的液相输出口与低压精馏塔的提馏段相连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于LNG冷能的开式热泵空气分离与高效合成氨系统，其特征在于：所述气体处理组件包括沿空气输送方向依次连接的压缩机D、换热器I、主冷却器，所述主冷却器的输出口与高压精馏塔的输入端相连接；所述换热器I与LNG冷却系统之间有换热器V、换热器B，LNG冷却系统通过以R23为中间载冷剂的循环回路与换热器B完成冷却后继续直接作为换热器I的冷源。

6.根据权利要求1所述的一种基于LNG冷能的开式热泵空气分离与高效合成氨系统，其特征在于：所述甲烷水蒸气重整制氢系统包括依次连接的混合器A、换热组件A、混合器B、预热组件、蒸汽重整反应器、换热组件B、变换反应器、气液分离器、分离组件，从混合器A输入的水经过换热组件A加热为水蒸气后与甲烷气体在混合器B中混合，混合器B输出的混合物经过预热组件预热后送入蒸汽重整反应器进行重整反应，之后经过换热组件B冷却降温后送入变换反应器进行变换反应，经过气液分离器分离，液态水组分回流至混合器A中，剩余气态组分经过分离组件分离，得到的氢气组分作为合成氨原料气流入合成氨系统。