本发明涉及含能化学物质高效转化联产化工产品与动力的交叉学科，特别是燃气-蒸汽联合循环发电同时捕集co2、氨氧化制硝酸等加压绝热反应耦合透平的封闭式循环，使化学能、热能、冷能、机械能转换过程相耦合，减排增效。本发明涉及能源动力与清洁空调和建筑节能，特别是利用膨胀机脱水将湿空气中水蒸气热焓转换为动能，使空气降温脱湿过程既制冷又输出动力，高效节能减排。
背景技术：
1、化学工程领域许多强放热氧化反应生成化学产品的同时伴随热能转换利用，例如天然气燃烧反应（ch4+2o2=co2+2h2o，放热50.5 mj/kg-ch4），热能用于发电， co2则是低碳时代备受关注的产物；又如硝酸生产中氨催化氧化反应（nh3+1.25o2=no+1.5h2o，放热227 kj/mol-no）以及随之在o2过量条件下通过气-液吸收反应生成含量可达70%（hno3%）的硝酸产品，工艺过程产生的热能既可以过热蒸汽输出，也可转化为动力输出、尤其是近常温的低位热能。现有技术有两个主要特征：一是使用空气为氧化介质，二是使用蒸汽锅炉配合汽轮机实现热/动转换。由此有两个困扰与之伴随：一是空气中的氮气不参加氧化反应、反而带来尾气排放nox困扰；二是对环境开放的热/动转换循环效率（以下简称热效率）必然受高温热源温度 t1和低温环境热沉温度 t2之间温差的限制，环境温度不能轻易改变，所以把提高热效率的努力聚焦于不断提高燃烧温度，国际上甚至以此划分燃气轮机等级，如超过1600℃的j级燃气-蒸汽联合循环机组（德阳日报，国内首台m701j燃气轮机在东方汽轮机完工，2022-10-16），热效率64%，nox排放浓度50mg/nm3，均属当前先进指标。应该指出，现代人类社会对人为大规模排放co2以及（尤其是）nox的容忍度越来越有限（肖黎明等. 燃气-蒸汽联合循环机组脱硝系统参数预警优化. 电力安全技术，2022, 24(12): 41-44），而以空气为氧化剂的燃烧过程温度越高、产生的nox越多。如此表明技术创新的方向有待拓展，节能（提高热效率）的同时还要减排，最好是实现污染物零排放。
2、为此，本发明首次提出绝热反应耦合透平联产化工产品与动力的封闭式循环新方法，使化学能-热能-冷能-机械能转换过程相耦合，例如直接以化学反应介质为热/动转换工质、燃气轮机与蒸汽轮机合而为一，使热/动转换系统与环境隔离，既不排放污染物也不受环境温度限制。以lng为燃料的热/电封闭循环联合co2液化捕集为例，其热/电转换效率可达70%，而且燃气轮机首级进气温度可以不超过1100℃。又如氨催化氧化制硝酸体系实现封闭循环，低位余热直接转换为动力输出，循环过程增加动力回收功率30~40kw/吨硝酸。
3、本发明技术进步不仅节能、环保，还可缩短流程、放松高温选材限制、降低装备制造成本、提高装备运行可靠度和使用寿命，具有显著的经济效益和社会效益。
技术实现思路
1、本发明公开一种绝热反应耦合透平联产化工产品与动力的封闭循环方法，在化学反应工艺流程内，使化学能-热能-冷能-机械能转换过程相耦合，直接以化学反应介质为热/动转换工质输出动力的同时，还可通过透平膨胀机进行反应体系急冷降温及相变分离，由此构成联产化工产品与动力的（化/动联产）封闭循环。针对不同的放热反应体系（体系，即参与化学工艺过程的全部介质构成的混合物系，其化学组成、浓度、温度、压力及相结构等状态参数随过程进行而变），实现化/动联产封闭循环的技术要领是：1、根据体系反应介质的化学热力学/反应动力学及热工性质，结合透平膨胀机工作特性，构造化学反应与热/动/冷能量转换耦合工艺流程；2、根据体系化学反应放热特性，设计透平膨胀机工作参数，优化物流与能流网络。以下结合天然气（lng）发电并液化捕集co2和氨催化氧化制硝酸的热/动转换过程，对化/动联产封闭循环原理与方法做进一步说明。
2、附图1所示，是以lng为燃料的化/动联产封闭循环发电，其化学产品是液态co2，环境排放物除了纯净的氮气和水而外别无它物。构成该封闭循环的方法和循环过程是：lng从压力不低于0.2mpa（绝对压力，下同）的低温储罐通过lng泵加压至6~20mpa输出，先通过辅助氧冷却器和冷岛（冷岛，指回收多股低温物流冷量的多台热交换器组合）释放低温冷能、使其温度上升至0℃以上，再通过热岛（热岛，指回收多股高温物流热量的多台热交换器组合）接受工艺余热使其温度进一步上升至450~600℃，按设定负荷与压力输送至各燃烧器进行绝热氧化反应使化学能转化为反应介质的热能与压力能。进入燃烧器的氧化剂由体系中循环的水蒸汽和比理论燃烧氧气mol比大5%~10%的纯氧配成，纯氧由循环系统内耦合的空气分离装置按如下方法制取：环境空气经增压、净化、脱水后温度10~30℃、压力不高于0.15mpa，进入冷岛放热降温至90~100k后再加压至不高于1.0mpa、返回冷岛再次放热降温至105~115k使其中的氧气液化、氮气保持气态从而实现液氧与氮气分离，液氧通过氧膨胀机等熵膨胀至0.2~0.3mpa、95~105k进入储罐缓存，氮气则通过冷氮气膨胀机等熵膨胀降压至0.11~0.15mpa、降温至78~85k返回冷岛释放低温冷能、复热升温至0℃以上输出；液氧缓存储罐设有辅助液化循环，罐内气相氧通过辅助氧压机增压至0.6~0.8mpa、温度上升至130~160k、顺序通过回收lng加压泵输送的lng液体冷能和液氧加压泵输送的液氧冷能，辅助增压后的氧气温度回降至105k以下并部分液化，通过两相膨胀机降压、降温再次液化回到液氧缓存储罐，该辅助液化循环为本发明所述化/动联产lng发电封闭大循环提供充足的冷能调节余地；液氧加压泵输送的液氧压力6~20mpa、确保为各燃烧器输送设计所需压力和流量的氧化剂，使各燃烧器保持氧过量且使最终燃烧产物中的残氧量与理论燃烧耗氧量之比为0.05~0.10；液氧加压泵输送的液氧通过辅助液化装置回收冷能后，其温度不高于130k，继续通过冷岛释放冷能、升温至10~30℃，再通过热岛回收余热进一步升温至450~600℃，然后按氧化剂设计流量分配至各燃烧器。加入水蒸汽作为各燃烧器的载热介质、也是化/动联产lng发电封闭循环的主要循环介质，其循环流量要确保燃烧器绝热氧化反应终温不超过1600℃，循环水蒸汽随燃烧反应介质（燃气）一道进入燃气透平膨胀机做功后，以0.18~0.22mpa背压、600~650℃余温排气进入热岛放热、冷却、冷凝成为30~45℃的气-水两相混合物，通过气-水分离器分离后，循环水通过加压水泵升压至燃烧器进口所需压力、与氧化剂混合后一道进入热岛汽化升温至450~600℃，分配至各燃烧器；从加压水泵出口分流一股循环水（其流量与加入到氧化剂中的流量之比0.1~0.2）通过热岛汽化后作为燃气透平膨胀机组的冷却介质，汽化及过热后温度150~450℃，分配到并通过各冷却机构后随燃气透平排气一并进入热岛循环；燃烧器中氧化反应生成的水蒸汽，通过透平做功和热岛放热后，成为冷凝水从气-水分离器后排出循环系统。燃烧器中氧化反应生成的co2，通过透平做功和热岛放热冷却、气-水分离后，由co2气体压缩机加压至0.8~1.2mpa，脱水、净化后温度不高于40℃，通过冷岛放热液化、进入lco2产品储罐，未液化的残氧等少量其它气体通过该储罐控制排放。
3、对于燃气透平膨胀机首级进气温度不超1100℃的工况，仅需将上述化/动联产lng发电封闭循环燃烧与透平过程一分为二（前段与后段），前、后两段燃料ch4配比为1:0.8~1.1，结合附图1和实施例1予以详细说明。
4、附图2所示，是氨氧化制硝酸的化/动联产封闭循环，以氨和纯氧为原料，输出浓度（hno3%）65~70%的硝酸产品和高、中位热能与动力，封闭循环不产生环境排放物。实现化/动联产封闭循环的过程是：流量精确调控的氨与纯氧（以氨为基准，化学计量比的70~75%）以不超过0.6mpa的压力从绝热催化氧化炉加入循环体系，其余25~30%的纯氧则从产品硝酸漂白塔加入循环体系。氨催化氧化炉前加入的纯氧与尾气透平膨胀机后的循环载气混合入炉，混合气流中氧的摩尔流量要比其所在工艺部位nh3氧化所需化学计量比大8.0%以上，以确保整个循环体系气相处于充分氧过量状态。循环载气伴随氨与氧，成为工艺气体通过绝热催化氧化炉在不超过900℃的温区内进行氧化反应释放大量反应热，通过高、中位热能交换网输出4.0mpa和0.6mpa的过热蒸汽，工艺气降温至65℃以下并分离析出的淡硝酸，然后进入工艺气两相流膨胀机，降压至不低于0.125mpa、降温至不低于1℃、输出功率不少于130kw/吨酸（100%），通过低温气-液分离器进一步分离出淡硝酸不少于100 kg/吨酸（100%），且膨胀后低温工艺气通过淡酸冷却器释放冷量可使淡酸温度降至10~15℃后再进入吸收塔，工艺气升温至15~20℃进入氧化氮气体压缩机增压至不超过1.2mpa，经氧化氮气体冷却器降温至40℃以下进入吸收塔底部，与从塔顶淋洒而下的10~15℃淡酸完成逆流气-液吸收反应后，塔顶出口尾气含残氧v%不低于5%、温度不超过30℃，通过中、低位热能回收器后升温至360℃以上，进入尾气透平膨胀机回收压力能、尾气降压至不超过0.6mpa，回归于氨催化氧化炉前配氧，完成封闭循环。产品硝酸则从吸收塔底进入产品酸漂白塔顶，与从塔底加入的二次供氧（比吸收塔压力高0.05~0.1mpa）逆流气提，完成产品酸脱气提纯后，氧气离开漂白塔顶进入吸收塔底加入工艺气循环，成品酸从漂白塔底输出。
5、化/动联产制硝酸的封闭循环工艺，与现有环境开放式工艺相比，技术进步带来的显著效益是杜绝了nox排放、减排的直接效果是氨利用率提高3~5%，两相流膨胀机不仅可使回收动力增加30~40kw/吨酸（100%）、并且降低工艺物流温度、析出更多淡酸均有利于提高产品酸浓度至68%，同时还为全工艺体系保持8.0%以上的氧过量提供了有利条件。
1.一种绝热反应耦合透平联产化工产品与动力的封闭循环方法，其特征是以lng为燃料发电，化学产品是液态co2，环境排放物除了纯净的氮气和水而外别无它物；
2.根据权利要求1一种绝热反应耦合透平联产化工产品与动力的封闭循环方法，其特征是将燃气轮机与蒸汽轮机合而为一的lng燃烧与透平发电机组分为前后两段，前、后段燃料ch4配比为1:0.8~1.1，两段的透平首级进气温度均不超过1100℃，循环总体热/动转换效率达到0.7；
3.一种氨绝热氧化反应制硝酸耦合透平的化/动联产封闭循环方法，其特征是以氨和纯氧为原料，产出hno3质量浓度65~70%的硝酸产品和动力及高、中位热能，不产生环境排放物；
