[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

说明书

本发明涉及一种基于LNG冷能的开式热泵空气分离与高效合成氨系统，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，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；甲烷水蒸气重整制氢系统将甲烷与水充分反应后分离出氢气送至合成氨系统，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；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。利用LNG的冷能和开式热泵精馏技术，解决LNG气化过程的冷能浪费问题，解决空气分离环节精馏塔耗能严重的问题，实现能量的内部高效回收与梯级利用。

技术领域：

本发明涉及一种基于LNG冷能的开式热泵空气分离与高效合成氨系统。

背景技术：

合成氨工业是名列前茅的高耗能产业，但是同时合成氨工业也是基础化学工业之一，产量居各种化工产品的首位。其产品氨是重要的化工原料，同时也是重要的氮素肥料。氮素肥料一般是先合成氨，然后再加工成各种铁盐或尿素，所以合成氨工业在生产生活中不可或缺。因此，我国现有众多的合成氨装置应成为改造节能的首要目标。由于合成氨需要氢气和氮气作为原料，其中氢气一般是以天然气为原料，通过水气变换制得；氮气是通过空气分离过程进行获取。在此过程中不仅需要大量的以能源物质为主的原材料，同时在生产过程中还对冷能需求较大。

天然气具有低碳环保，无味无毒，热值高等优点。随着对绿色环保以及生态环境需求显著提升，我国液化天然气LNG进口量逐年递增。在LNG接收终端，LNG需要加热气化成天然气以便后续利用。由于LNG通常通过海上运输，在接收终端通常以海水为热源来气化LNG，这不仅浪费了LNG大量宝贵的冷能，同时还会对海洋造成冷污染，影响海洋生物生存环境。

发明内容：

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种基于LNG冷能的开式热泵空气分离与高效合成氨系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于LNG冷能的开式热泵空气分离与高效合成氨系统，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中换热器的冷源。

进一步的，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有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。

进一步的，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。