混合气体中重烃的分离方法及其装置 【技术领域】
本发明属于气体分离技术领域，具体涉及一种混合气体中重烃的分离方法及其装置。
背景技术
化学工业中，很多工艺气体都是由多种组分组成的气体混合物，根据不同的用途，往往需要将其中一种或若干种组分分离出来或者将气流中的多种无用或有害的气体组分除去，以改变气体混合物的组成。
目前，由于天然气属于一种清洁能源，燃烧过程中对于环境污染较少，因此其应用领域和使用范围越来越广泛。天然气的主要组分为甲烷，除此之外，还含有乙烷、丙烷、丁烷等。不同油气田所产生的天然气大不相同，其中甲烷的含量有很大差别。除甲烷外的组分的存在对于天然气的燃烧性能影响很大，尤其是C3+组分(C3以上组分)即重烃组分在燃烧时会产生结焦、积碳等，易堵塞燃烧器喷嘴。对一些要求洁净加热的领域如不锈钢板，汽车用钢板的加热，积碳将产生污染，严重影响产品的表面质量，因此，必须将天然气中重烃组分除去。
在传统的操作工艺中，常常采用冷冻法使混合气体中某些组分冷凝液化，冷冻温度一般在-25℃以下。在低温和较高压力下，使天燃气中的C3+组分不同程度冷凝成液体。但这种冷凝需要采用低温制冷系统，该系统需要的设备数量多，体积庞大且工艺线路复杂，需要占用大片地面，投资成本高。
应用低温制冷系统分离天然气中的C3+组分，冷凝温度大致分为浅冷和深冷两大类，浅冷温度在-25℃～-40℃，深冷温度一般在-90℃～-100℃左右。典型的制冷系统应用丙烯制冷系统和乙烯制冷系统，需要大型制冷压缩机，各级冷剂吸入罐、冷却器、冷凝器、蒸发器(被分离气体冷却器)、制冷剂贮罐等设备。此种制冷系统不仅复杂庞大、其组建及运行成本高，并且此系统操作复杂需要各种专业人员操作，且移动不便，易造成设备和能源的浪费。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种混合气体中重烃的分离方法及其装置，主要解决了现有技术中对于混合气体中重烃的分离工艺复杂，应用的设备庞杂，成本高的技术问题。
本发明针对上述技术问题的技术解决方案如下：
一种混合气体中重烃的分离方法，其特殊之处在于，该方法包括以下步骤：
1)吸附
1.1)将混合气体所含游离液体进行过滤分离；
1.2)将经步骤1.1)过滤分离后的混合气体输至装有5A或13X吸附剂且用于吸附的吸附罐；该混合气体由下至上流入吸附剂床层；分子大小小于吸附剂孔径的气体被吸附；
1.3)将经步骤1.2)吸附完成的气体经过滤分离后输至排气管道；
2)再生
2.1)加热解析
经加热器的热气流输至装有5A或13X吸附剂且用于再生的吸附罐，该热气流对于吸附剂进行加热解析，使得吸附剂吸附的物质解析，从而得到热再生气；
2.2)冷却
将经步骤2.1)所得的热再生气引入冷却器中进行冷却，使得混合气体中的重烃凝结成为液体；
2.3)分离
将经步骤2.2)所得的液体和气体输至分离器，经分离器分离后，凝结为液体的重烃则引入贮液罐后排出；
2.4)增压、加热
2.4.1)将经步骤2.3)分离后的气体引入增压器，使气体增压以克服气体流动的阻力；
2.4.2)增压后的气体引入加热器中加热至再生所需的温度后，热气流引入用于再生的吸附罐后继续执行步骤2.1)；
3)切换
将步骤1)的吸附与步骤2)的再生，按照吸附要求进行切换，实现循环吸附。以上所述步骤2.3)中的分离器是一级、二级或多级分离器。
以上所述步骤2.1)及2.4.2)中的加热器是一级、二级或多级加热器。
以上所述步骤3)中的切换是通过阀门切换；所述阀门切换是气动执行器控制切换或人工手动切换。
一种混合气体中重烃的分离装置，包括第一吸附罐与第二吸附罐，所述第一吸附罐与第二吸附罐的上、下端口分别与上管系及下管系连通；所述上管系由并联的第一阀门与第二阀门及并联的第三阀门与第四阀门并联后构成，所述第三阀门与第四阀门的之间设有进气管；所述下管系由并联的第五阀门与第六阀门及并联的第七阀门与第八阀门并联后构成，所述第七阀门与第八阀门之间设有排气管；所述第一阀门与第二阀门之间通过导管与冷却器的进气口连接；所述冷却器的出口通过导管与分离器的入口连接；所述分离器的出液口通过导管依次与第九阀门及贮液罐连接，所述贮液罐的出液口设有第十阀门；所述分离器的出气口通过导管与加压装置的进气口连接；所述加压装置地出气口通过导管与加热器的进气口连接，所述加热器的出气口通过导管连接于第五阀门和第六阀门之间；其特征在于：所述第一吸附罐与第二吸附罐中分别装有5A或13X吸附剂。
以上所述冷却器采用温度低于25℃的低温水冷冷却或冷冻机制冷冷却或节流膨胀制冷冷却。
以上所述低温水冷的温度优选为7℃。
以上所述分离器采用惯性分离，过滤分离或惯性和过滤分离的组合。
以上所述加压装置是罗茨风机或压缩机。
以上所述加热器根据热源可采用电加热或高温蒸汽加热或导热油加热或废热加热。
本发明具有以下优点：
1.工艺过程简单、分离效果好。
本发明提供的混合气体中重烃的分离方法仅通过吸附罐中填充的5A或13X吸附剂将重烃吸附，同时在吸附剂再生的过程中将重烃进行脱离，实现了混合气体中重烃的分离，整个工艺过程简单且分离效果好。
2.结构简单、成本低、便于安装。
本发明提供的混合气体中重烃的分离装置整体结构简单、无需专业人员操作；且该装置撬装成整体，占地面积小，便于安装。
3.加热过程中节省能耗。
由于混合气体并未深度冷冻，因此加热时可节省能耗。
【附图说明】
图1为本发明结构示意图。
附图标记说明如下：
1-第一吸附罐，2-第二吸附罐，3-上管系，4-下管系，5-第一阀门，6-第二阀门，7-第三阀门，8-第四阀门，9-第五阀门，10-第六阀门，11-第七阀门，12-第八阀门，13-冷却器，14-分离器，15-加压装置，16-加热器，17-第九阀门，18-贮液罐，19-第十阀门，20-排气管，23-进气管。
【具体实施方式】
本发明提供的混合气体中重烃的分离方法，实现过程如下所述：
1)吸附
1.1)将混合气体所含游离液体进行过滤分离。
1.2)将经步骤1.1)过滤分离后的混合气体输至装有5A或13X吸附剂且用于吸附的吸附罐；该混合气体由上至下流入吸附剂床层，由于吸附剂的孔隙和分子间引力的存在，使得分子大小小于吸附剂孔径的气体被吸附。诸如混合气体中的CO2、H2S等酸性气体、水分以及重烃组分都将被吸附。
1.3)将经步骤1.2)吸附完成的气体经过滤分离后输至排气管道。
2)再生
2.1)加热解析
经加热器的热气流输至装有5A或13X吸附剂且用于再生的吸附罐，该热气流对于吸附剂进行加热解析，使得吸附剂吸附物质解析，从而得到热再生气。
2.2)冷却
将经步骤2.1)所得的热再生气引入冷却器中进行冷却，使得混合气体中的重烃凝结成为液体。
2.3)分离
将经步骤2.2)所得的液体和气体输至分离器，经分离器分离后，凝结为液体的重烃则引入贮液罐后排出。
2.4)增压、加热
2.4.1)将经步骤2.3)分离后的气体引入增压器，使气体增压以克服气体流动的阻力。
2.4.2)增压后的气体引入加热器中加热至再生所需的温度后，热气流引入用于再生的吸附罐后继续执行步骤2.1)。
3)切换
将步骤1)的吸附与步骤2)的再生，按照吸附要求应用气动执行器控制切换或人工手动切换进行切换，实现循环吸附。
参见图1，本发明提供一种混合气体中重烃的分离装置，该装置主要完成吸附和再生两大功能。该分离装置包括第一吸附罐1与第二吸附罐2，其上、下端口分别与上管系3及下管系4连通。其中上管系3由并联的第一阀门5与第二阀门6及并联的第三阀门7与第四阀门8并联后构成；下管系4由并联的第五阀门9与第六阀门10及并联的第七阀门11与第八阀门12并联后构成。第三阀门7和第四阀门8之间设有进气管23，以实现将过滤后的混合气体导入第一吸附罐1或第二吸附罐2中；第七阀门11与第八阀门12之间设有排气管20，以实现将吸附后的混合气体经过滤后排出。
第一阀门5与第二阀门6之间通过导管与冷却器13的进气口连接，冷却器13的出口通过导管与分离器14的入口连接。分离器14的出液口通过导管依次与第九阀门17及贮液罐18连接，贮液罐18的出液口设有第十阀门19，以便于将贮存的液体排出；分离器14的出气口通过导管与加压装置15的进气口连接，加压装置15的出气口通过导管与加热器16的进气口连接。加压装置15的出气口通过导管与加热器16的进气口连接，加热器16的出气口通过导管与第五阀门9与第六阀门10之间的导管相连通。
上述第一吸附罐1与第二吸附罐2内均填充有5A或13X吸附剂，该吸附剂不仅可以吸附混合气体中的重烃组分，还可以吸附CO2、H2S等酸性气体以及水分。
上述冷却器13的冷却方式通常选用风冷冷却或水冷冷却，也可以选用低于25℃的低温水冷冷却或冷冻机制冷冷却或节流膨胀制冷冷却，从而使得混合气体中的重烃在冷却器13中充分凝结。选用低温水冷冷却方式时，选用15℃的低温水较适宜，最好选用7℃低温水冷以实现重烃更好的凝结，同时也为后续分离器14中的气液分离做好准备，使得分离效果更佳。
上述分离器14可根据要求设置为一级、二级或多级分离器；其分离方法可采用惯性分离，过滤分离或惯性和过滤分离的组合；另外，该分离器14也可根据分离精度进行任意组合。
上述加压装置15可选用罗茨风机或压缩机。由于压缩机成本较高，因此在实际应用中选取罗茨风机较为适宜。
上述加热器16可根据要求设置为一级、二级或多级加热器；其可根据不同的热源采用电加热、高温蒸汽加热、导热油加热或废热加热中的任意一种加热方式，通常情况下选用电加热。
本发明适用于各种含有重烃的混合气体的分离，尤其适用于天然气中重烃的分离。以下将结合附图对本发明提供用以实现上述方法的装置对于天然气中重烃分离的工作方式进行详细的阐述。
参见图1，由进气管23输入的过滤后的天然气经第三阀门7进入填充有5A或13X吸附剂的第一吸附罐1，吸附剂将CO2、H2S等酸性气体、水分以及重烃吸附后，经吸附后的天然气经由第七阀门11进入排气管20经过滤后输出，至此实现整个吸附过程。
在第一吸附罐1进行吸附的同时，第二吸附罐2中的天然气通过第二阀门6进入冷却器13，天然气中的重烃被冷凝成为液体，混合有液态重烃的天然气通过导管导入分离器14，该分离器14将天然气中的液体和气体进行很好的分离，并将分离后的液体由分离器14的出液口经第九阀门17输入至贮液罐18；而分离后的气体则通过导管输至加压装置15，被加压装置15增压后的气体通过导管输至加热器16，加热器16对气体加热至预定温度使其成为高温气体，该高温气体经第六阀门10后通过导管输至装有5A或13X吸附剂的第二吸附罐2，对吸附剂进行加热，使吸附剂中吸附的水分、重烃等物质解析并随同气体经第二阀门6排出，重新进入再生循环过程。其中再生过程由单片机或PLC自动控制。
第二吸附罐2完成再生后，将第一吸附罐1和第二吸附罐2进行切换。切换后，第一吸附罐1参与再生过程，而此时第二吸附罐2则参与吸附过程。此处的阀门切换操作由气动执行器控制，也可人工手动操作。如此循环，即可实现天然气中的重烃的完全分离，从而使得天然气燃烧的洁净度更高，燃烧过程中不会产生结焦和积碳的现象。