DE102012003443A1

DE102012003443A1 - Verfahren zum Trennen eines Gasgemisches

Info

Publication number: DE102012003443A1
Application number: DE201210003443
Authority: DE
Inventors: Robert Eckl; Christoph Windmeier
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2013-08-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Gasgemisches aus zumindest einem ersten und einem zweiten Gas, aufweisend die Schritte: Führen einer gasförmigen Phase (G) aufweisend das zu trennende erste und zweite Gas (G', G'') durch mehrere in Reihe miteinander verbundene Trennstufen (1, 2, 3, 4, 5) einer Trennapparatur (10), Führen eines Gemisches aus Wasser und einer aus Wasser und dem ersten Gas (G') gebildeten Gashydratphase (H) im Gegenstrom zur besagten gasförmigen Phase (G) durch die Trennstufen (1, 2, 3, 4, 5), so dass sich in den einzelnen Trennstufen (1, 2, 3, 4, 5) jeweils das erste Gas (G') in die Gashydratphase (H) einlagert und das zweite Gas (G'') sich entsprechend in der gasförmigen Phase (G) anreichert, Abziehen der gasförmige Phase (G) mit dem darin angereicherten zweiten Gas (G'') aus einem Kopf (20) einer ersten Trennstufe (1), und Abziehen des ersten Gases (G') in Form eines Gashydrats (H) aus einem Sumpf (30) einer letzten Trennstufe (5) der Trennapparatur (10). Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Trennen eines Gasgemisches.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Gasgemisches, insbesondere eines Gemisches aus zumindest zwei Edelgasen.
Die derzeitige Praxis zur Trennung von Gemischen, die hauptsächlich aus Edelgasen wie z. B. Krypton und Xenon bestehen, sieht die Tieftemperaturrektifikation als Mittel der Wahl vor. Dabei muss zur Auftrennung dieser Gemische ein niedriges bis kryogenes Temperaturniveau zur Verfügung gestellt werden. Dies ist je nach Temperatur mit hohem Arbeitsaufwand verbunden. Zudem führt die Entstehung von Feststoffen in fluidbasierten Prozessen (z. B. durch Ausfrieren von Schwersiedern wie Wasser, Kohlendioxid und Lachgas) zu erheblichen sicherheits- und betriebstechnischen Problemen.
Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Trennung eines Gasgemisches zu schaffen, das im Hinblick auf den Arbeitsaufwand sowie insbesondere hinsichtlich der genannten sicherheits- und betriebstechnischen Probleme verbessert ist.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine druckfeste Trennapparatur vorgesehen, in der die Auftrennung eines Gasgemisches aus einem ersten und einem zweiten Gas durch die Bildung (und Zersetzung) einer Gashydratphase in mehreren, insbesondere in Reihe geschalteten, gegenläufig durchströmten Trennstufen geschieht. Die Trennstufen können durch separate (miteinander verbundende) Behälter (Mäntel) gebildet sein oder in einem einzelnen (einheitlichen) Behälter (Mantel) angeordnet sein. Die Anordnung der Trennstufen kann dabei sowohl horizontal, vertikal oder auch horizontal mit gleichzeitigem vertikalem Versatz erfolgen, wobei bei einem einzelnen Behälter die einzelnen Trennstufen vorzugsweise übereinander angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich dabei den Effekt zu Nutze, dass sich jeweils eine Komponente (erstes Gas) vorzugsweise in die Hydratphase einlagert und die Gasphase innerhalb einer Trennstufe somit an dieser Komponente abgereichert wird. Die Gasphase steigt in die nächste Trennstufe auf, wohingegen die Hydratphase zusammen mit möglichem Überschuss- bzw. Exzesswasser eine Stufe in die entgegengesetzte Richtung geleitet wird.
Bei Gashydraten handelt es sich um eisähnliche Einschlussverbindungen aus der Gruppe der Clathrate. Dabei bildet Wasser zusammen mit kleinen, in der Regel unpolaren Gastmolekülen eine feste Lösung. Die Gastmoleküle werden in genau definierte Hohlräume der wasserbasierenden Kristallstruktur eingelagert. Gashydrate entstehen unter erhöhtem Druck und auch bei Temperaturen oberhalb des Gefrierpunkts von Wasser. Typische Hydratbildner sind die Bestandteile der Luft inklusive der meisten Edelgase, die Bestandteile von Erdgas, halogenierte Kohlenwasserstoffe und kleine Schwefelverbindungen. Gashydrate kommen in natürlicher Form hauptsächlich in Heeressedimenten und Permafrostböden, aber auch als unerwünschte Begleiterscheinung im Bereich der Förderung und des Transports von Reservoirfluiden vor. Neuere Überlegungen zielen auf die gezielte Erzeugung von Gashydraten zum Erdgastransport sowie zur Gemischtrennung ab.
Zur gezielten Beeinflussung der Entstehungsbedingungen von Gashydraten werden sog. Inhibitoren und Promotoren eingesetzt. Als Inhibitoren werden dabei gegenüber der Clathratbildung inerte organische oder anorganische Stoffe bezeichnet, welche die Bedingungen für die Clathratbildung isobar zu niedrigeren Temperaturen hin verschieben, ohne selbst in die Kristallstruktur eingelagert zu werden. Als Promotoren werden organische oder anorganische Stoffe bezeichnet, welche die Bedingungen für die Clathratbildung isobar zu höheren Temperaturen verschieben, indem sie in den Feststoff mit eingebunden werden. Dies geschieht entweder durch Einlagerung in die Hohlräume der Kristallstruktur oder auch durch die partielle direkte Einbindung des Promotors in die Kristallstruktur. Die im letzteren Fall entstehenden Clathrate werden als Semiclathrate bezeichnet.
Bei Clathraten spielen lediglich die beiden kubischen SI und SII Kristallstrukturen sowie eine hexagonale Kristallstruktur SH eine Rolle von praktischer Relevanz. Die Struktur der Gashydrate kann jeweils als eine Packung von Polyederkäfigen beschrieben werden, wobei die Struktur SI 8 Käfige zweier unterschiedlicher Typen in der Elementarzelle aufweist. Nämlich zwei Pentagondodekaeder (5¹²), aufgebaut aus jeweils 12 fünfseitigen Flächen, sowie sechs 5¹²6²-Käfige, jeweils aufgebaut aus 12 fünfseitigen Flächen und zwei sechsseitigen Flächen.
Die Struktur SII enthält dahingegen 24 Käfige pro Elementarzelle, 16 kleine Käfige des Typs 5¹² und 8 große Käfige des Typs 5¹²6⁴ in der Elementarzelle, wobei die letztgenannten Käfige größer sind als die der Struktur SI.
Die Struktur SH enthält neben drei 5¹²-Käfigen zwei 4³5⁶6³ sowie einen 5¹²6⁸-Käfig in der Elementarzelle.
Vorzugsweise wird die gasförmige Phase mit dem darin angereicherten zweiten Gas aus einem Kopf der Trennapparatur abgezogen, der insbesondere an einer obersten (ersten) Trennstufe der Trennapparatur vorgesehen ist. Das erste Gas hingegen wird vorzugsweise als Gashydrat aus einem Sumpf der Trennapparatur abgezogen, der vorzugsweise an einer untersten (letzten) Trennstufe der Trennapparatur ausgebildet ist. Vorzugsweise wird der Einsatzstrom mittig in die Trennapparatur in eine mittlere Trennstufe eingeleitet, so dass die entsprechenden Phasen nach oben bzw. nach unten (bezogen auf eine vertikale Anordnung der Trennstufen) in die jeweils benachbarte Trennstufe geführt werden können.
In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Gase Edelgase sind, wobei insbesondere das erste Gas Xenon ist, und wobei insbesondere das zweite Gas Krypton ist.
Vorzugsweise weisen die in der Trennapparatur geführten Phasen (gasförmige Phase, Hydratphase und eingeleitetes Wasser) im Kopf der Trennapparatur eine Kopftemperatur im Bereich von –10°C bis +20°C, bevorzugt zwischen 0°C und +10°C auf. Die Untergrenze ergibt sich dabei aus der zur Zusammensetzung der wässrigen Phase (Hydratphase oder Slurry) korrespondierenden Kristallisationstemperatur des Gashydrats.
Weiterhin herrscht im Kopf der Trennapparatur (erste Trennstufe) vorzugsweise ein Druck zwischen 1 bar und 250 bar, bevorzugt zwischen 3 bar und 30 bar. Der genaue Wert ergibt sich dabei wiederum aus dem zur Kopftemperatur und dem zur gewünschten Produktzusammensetzung zugehörigen Gleichgewichtsdruck der Hydratbildung. Durch die Zugabe von Promotoren kann dieser Druck ggf. gegenüber dem reinen System vermindert werden.
Weiterhin weisen die besagten Komponenten (Hydratphase, Exzesswasser) im Sumpf der Trennapparatur (letzte Trennstufe) eine Sumpftemperatur auf, die bevorzugt zwischen –5 und +30°C liegt, vorzugsweise zwischen 5°C und 15°C. Auch hier ist der genaue Wert durch den zur Gasphasenzusammensetzung und zum Druck im Sumpf gehörigen Gleichgewichtswert festgelegt. Bei quasi-isobarer Prozessführung ist die Sumpftemperatur – abgesehen von Druckverlusten – immer oberhalb der Kopftemperatur anzusiedeln.
Damit die Hydratphase jeweils noch durch die einzelnen Trennstufen pumpfähig ist, weist das Gemisch (Hydratphase und überschüssiges Wasser) vorzugsweise einen Feststoffanteil auf, der bei (etwa) 20 Vol.-% liegt oder kleiner ist.
Bevorzugt wird das zur Gashydratbildung benötigte Wasser am Kopf der Trennapparatur aufgegeben (in die erste Trennstufe), wobei das Wasser vorzugsweise auf eine vordefinierte Temperatur (Kopftemperatur) vorgekühlt wird. Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das verwendete Wasser eingangs mit einem bereits gebildeten Gashydrat angeimpft wird, wobei jenes geimpfte Wasser insbesondere aus dem Sumpf der Trennapparatur oder aber auch aus einer Zersetzungsapparatur zum Impfort (z. B. Kopf) geleitet werden kann, in der die Hydratphase wieder in Wasser und das besagte erste Gas zersetzt wird, um das erste Gas zu erhalten.
Des Weiteren kann zur Verminderung des Prozessdruckes dem zur Gashydratbildung verwendetem Wasser ein Promoter zugegeben werden, der die Gleichgewichtstemperatur des entsprechenden, hydratbildenden Systems zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Gas und dem entsprechenden Gashydrat isobar zu höheren Werten hin verschiebt, wobei jener Promoter z. B. Propan, Tetrahydrofuran und/oder ein quaternäres Ammoniumsalz aufweisen kann.
Um die Bildung von Feststoffazeotropen in der Hydratphase (in den einzelnen Trennstufen) zu verhindern, ist insbesondere vorgesehen, dass der in benachbarten Trennstufen herrschende Druck unterschiedlich ist.
Weiterhin ist in einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass der Druck und die Temperatur in den einzelnen Trennstufen so eingestellt werden, dass die Hydratphase einen Wechsel der Kristallstruktur durchläuft, z. B. zwischen SII und SI.
In einer Variante der Erfindung wird die aus dem Sumpf abgezogene Gashydratphase in eine Zersetzungsapparatur geleitet, wo sie unter Wärmezufuhr in das erste Gas und Wasser zersetzt wird. Das erste Gas kann dabei als Kopfprodukt und das Wasser als Sumpfprodukt aus der Zersetzungsapparatur abgezogen werden. Bevorzugt wird die Gashydratphase über eine Vorrichtung in die Zersetzungsapparatur geleitet, die zur Reduktion des Drucks der Hydratphase ausgebildet ist.
Insbesondere kann die besagte Zersetzungswärme der Hydratphase in der Zersetzungsapparatur zugeführt werden, indem ein indirekter Wärmetausch zwischen dem – oberhalb der gewünschten Prozesstemperatur (Kopftemperatur) liegendem – Einsatzstrom und der Gashydratphase hergestellt wird, oder dass eine im Kopf der Trennapparatur beim Gashydratbildungsprozess freiwerdende Kristallisationswärme insbesondere mittels eines Wärmepumpenkühlers der Gashydratphase in der Zersetzungsapparatur als die besagte Wärme zugeführt wird.
In einer weiteren Variante der Erfindung wird der Einsatzstrom vor dem Einspeisen in die Trennapparatur durch eine an oder in der Trenneinheit verlaufende Leitung geführt, so dass ein indirekten Wärmetausch zwischen dem unterhalb der gewünschten Prozesstemperatur bzw. Kopftemperatur liegenden Einsatzstrom und der Trennapparatur hergestellt wird, durch den zumindest ein Teil der Trennapparatur (insbesondere Kopf) direkt gekühlt wird. Bevorzugt wird dabei der Einsatzstrom vor dem Durchlaufen jener Leitung durch eine Vorrichtung geführt, die den Druck des Einsatzstromes erhöht oder reduziert.
In einer alternativen Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der unterhalb der gewünschten Prozesstemperatur bzw. Kopftemperatur liegende Einsatzstrom vor dem Einspeisen in die Trennapparatur in einen indirekten Wärmeaustausch mit dem in den Kopf der Trennapparatur einzuleitenden Wasser tritt, um jenes Wasser vorzukühlen (indirekte Kühlung der Trennapparatur) wobei wiederum vorzugsweise der Einsatzstrom vor dem Herstellen des besagten indirekten Wärmeaustausches durch eine Vorrichtung geführt wird, die den Druck des Einsatzstromes erhöht oder reduziert.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Einsatzstrom vor dem Einspeisen in die Trennapparatur mit Wasser vermischt wird und zusammen mit dem Wasser mittels einer Mehrphasenpumpe einer simultanen Druckerhöhung unterzogen und in die Trennapparatur eingespeist wird, wobei insbesondere das Wasser in der Mehrphasenpumpe durch ein durch das Wasser und das erste Gas gebildetes Gashydrat in der Mehrphasenpumpe vorgeimpft wird. Eine derartige Mehrphasenpumpe ist detailliert in DE 10 2009 051 277 A1 beschrieben und kann entsprechend auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen.
Erfindungsgemäß können die einzelnen Trennstufen des Trennapparates vertikal übereinander angeordnet sein, wobei die erste Trennstufe, in die (ggf. mit dem entsprechenden Gashydrat geimpftes) Wasser zur Gashydratbildung am Kopf eingespeist wird, eine oberste Trennstufe bildet (bezogen auf die Vertikale), und wobei die letzte Trennstufe, aus deren Sumpf das Gashydrat mit dem darin angereicherten ersten Gas abgezogen wird, eine unterste Trennstufe (bezogen auf die Vertikale) bildet.
Weiterhin können die Trennstufen natürlich auch entlang der Horizontalen nebeneinander angeordnet sein bzw. teilweise nebeneinander und teilweise übereinander.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Trennung eines Gasgemisches aus einem ersten und einen zweiten Gas, wobei die Einrichtung insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient, mit: einer Trennapparatur, die mehrere in Reihe miteinander verbundene Trennstufen aufweist, die zum Führen einer gasförmigen Phase aufweisend das zu trennende erste und zweite Gas ausgebildet sind sowie zum Führen eines Gemisches aus Wasser und einer aus Wasser und dem ersten Gas gebildeten Hydratphase im Gegenstrom zur besagten gasförmigen Phase, so dass sich in den einzelnen Trennstufen jeweils das erste Gas vorzugsweise in die Hydratphase einlagert und das zweite Gas sich entsprechend in der gasförmigen Phase anreichert, einem an einer ersten Trennstufe vorgesehen Kopf mit einem Auslass, der zum Abziehen der gasförmige Phase mit dem darin angereicherten zweiten Gas aus der ersten Trennstufe ausgebildet ist, und einem an einer letzten Trennstufe vorgesehene Sumpf mit einem Auslass, der zum Abziehen des ersten Gases in Form eines Gashydrats aus der letzten Trennstufe ausgebildet ist.
Des weiteren weist die erste Trennstufe vorzugsweise einen Einlass auf, über den das zur Hydratbildung benötigte Wasser in die erste Trennstufe eingespeist und dispergiert werden kann, um die gasförmige Phase im Gegenstrom beaufschlagen zu können.
Zwischen zwei benachbarten Trennstufen ist zumindest eine strömungsleitende Verbindung vorgesehen, über die die gasförmige Phase bzw. die Gashydratphase in die jeweils benachbarte Trennstufe geleitet und auch dispergiert werden kann.
Zum Einleiten des die zu trennenden Gase enthaltenden Einsatzstromes in die Trennapparatur ist vorzugsweise an einer mittleren Trennstufe ein Einlass vorgesehen, innerhalb derer die Zusammensetzung der aufsteigenden Gasphase in etwa der des Einsatzstromes entspricht.
Alternativ weist jede der Trennstufen eine Vorrichtung zum (individuellen) Beheizen und/oder Kühlen der jeweiligen Trennstufe auf.
Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Einrichtung vorzugsweise eine mit dem Auslass der letzen Trennstufe (Sumpf) verbundene Zersetzungsapparatur auf, die dazu ausgebildet ist, die Hydratphase unter Zufuhr von Wärme zu zersetzen, wobei die Zersetzungsapparatur insbesondere einen Kopf mit einem Auslass aufweist, über den das vormals im Gashydrat eingelagerte erste Gas abziehbar ist, sowie einen Sumpf mit einem weiteren Auslass, über den das entsprechende Wasser abziehbar ist. insbesondere kann eine zur Reduzierung des Druckes der Hydratphase ausgebildete Vorrichtung vorgesehen sein, über die der Auslass der letzten Trennstufe mit der Zersetzungsapparatur verbunden ist, so dass die Hydratphase durch jene Vorrichtung geführt werden kann, um den Druck der Hydratphase zu reduzieren.
Um die besagte Wärme zur Zersetzung der in der Zersetzungsapparatur befindlichen Gashydratphase zuführen zu können, weist die Zersetzungsapparatur der erfindungsgemäßen Einrichtung vorzugsweise einen Wärmeübertrager auf, der dazu ausgebildet ist, zur Wärmezufuhr zur Hydratphase einen indirekten Wärmetausch zwischen der in der Zersetzungsapparatur befindlichen Hydratphase und dem Einsatzstrom (bevor dieser in die Trennapparatur eingeleitet wird) zu ermöglichen.
Alternativ hierzu kann der Kopf der Trennapparatur (erste Trennstufe) über einen Wärmepumpenkühler mit der Zersetzungsapparatur verbunden sein, wobei der Wärmepumpenkühler dazu ausgebildet ist, eine beim Gashydratbildungsprozess in der Trennapparatur frei werdende Kristallisationswärme der in der Zersetzungsapparatur befindlichen Hydratphase zuzuführen, um diese in das erste Gas und Wasser aufzuspalten.
Weiterhin kann zur direkten Kühlung der Trennapparatur (oder zumindest einiger Teile bzw. Trennstufen der Trennapparatur) eine Leitung vorgesehen sein, die an oder in der Trennapparatur (z. B. in der ersten Trennstufe) verläuft und mit dem der Einspeisung des Einsatzstromes in die Trennapparatur dienenden Einlass der Trennapparatur verbunden ist, so dass der Einsatzstrom vor dem Einleiten in die Trennapparatur durch jene Leitung geführt werden kann, um einen indirekten Wärmetausch zwischen dem Einsatzstrom und der Trennapparatur herzustellen, wobei eine mit jener Leitung verbundene Vorrichtung vorgesehen sein kann, über die der Einsatzstrom in jene Leitung einspeisbar ist und die dazu ausgebildet ist, den Druck des Einsatzstromes zu erhöhen und/oder zu reduzieren.
In einer alternativen Variante der Erfindung kann eine Wärmeübertrager vorgesehen sein, der dazu ausgebildet ist, zwischen dem Einsatzstrom (vor dem Einleiten des Einsatzstromes in die Trennapparatur) und dem in den Kopf der Trennapparatur zur Gashydratbildung einzuleitenden Wasser einen indirekten Wärmetausch herzustellen, um jenes Wasser vorzukühlen. Dabei kann des Weiteren eine Vorrichtung vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, den Druck des Einsatzstromes stromauf des Wärmeübertragers zu erhöhen oder zu reduzieren.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist eine Mehrphasenpumpe vorgesehen, die mit dem Einlass der Trennapparatur verbunden ist, über den der Einsatzstrom in die Trennapparatur (z. B. in eine mittlere Trennstufe) einspeisbar ist, wobei stromauf der Mehrphasenpumpe eine mit jener Pumpe verbundene Vorrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, den Einsatzstrom mit Wasser zu vermischen, das insbesondere über eine Leitung jener Vorrichtung zugeführt wird, die von einer in den entsprechenden Einlass der Trennapparatur (erste Trennstufe) mündenden Zuleitung für jenes Wasser abzweigt. Die besagte Mehrphasenpumpe ist dazu ausgebildet, den Einsatzstrom zusammen mit dem Wasser in die Trennapparatur, insbesondere in eine mittlere Trennstufe der Trennapparatur, einzuleiten, wobei die Mehrphasenpumpe weiterhin dazu ausgebildet ist, den Einsatzstrom und damit vermischtem Wasser einer (simultanen) Druckerhöhung zu unterziehen.
Die einzelnen Trennstufen können insbesondere jeweils als (klassische), miteinander verbundene Kristallisatoren, z. B. in Form von gerührten Tanks oder auch als Kaskade von statischen Mischern, ausgebildet sein. Weiterhin kann die Trennapparatur als Kolonne ausgebildet sein (ähnlich einer Rektifikationssäule), wobei die einzelnen Trennstufen der Kolonne Glockenböden, Siebböden, Packungen oder Füllkörper aufweisen können, auf denen bzw. an denen sich Phasengrenzflächen zwischen der gasförmigen und der wässrigen Hydratsuspension bilden.
Die Trennstufen der Trennapparatur können sowohl horizontal nebeneinander, als auch vertikal übereinander angeordnet sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, einige Trennstufen vertikal nebeneinander und einige der Trennstufen vertikal übereinander anzuordnen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Trennung eines Gasgemisches, aufweisend eine Trennapparatur mit einer Mehrzahl an vertikal übereinander angeordneten Trennstufen;
2 eine schematische Darstellung einer Einrichtung gemäß 1, wobei die Trennstufen einzeln beheizbar und/oder kühlbar sind;
3 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Trennung eines Gasgemisches nach Art der 1 und 2, wobei der Sumpf der Trennapparatur mit einer Zersetzungsapparatur der Einrichtung verbunden ist, mit der ein in der Trennapparatur erzeugtes Gashydrat zersetzbar ist;
4 eine schematische Darstellung einer Einrichtung nach Art der 3, wobei der Einsatzstrom zum Beheizen der Zersetzungsapparatur verwendet wird;
5 eine schematische Darstellung einer Einrichtung nach Art der 3, wobei die Zersetzungsapparatur mittels eines Wärmepumpenkühlers beheizt wird, der die Kristallisationswärme im Kopf der Trennapparatur der Zersetzungsapparatur zuführt;
6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung, wobei der Einsatzstrom zur direkten Kühlung der Trennapparatur verwendet wird;
7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung, wobei das zur Gashydratbildung benötigte Wasser zur indirekten Kühlung der Trennapparatur gegen den Einsatzstrom abgekühlt wird;
8 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der der Einsatzstrom mit Wasser vermischt und mittels einer Mehrphasenpumpe in die Trennapparatur gegeben wird; und
9 einen graphischer Vergleich zwischen der Trennung eines Kr-Xe-Gemisches mittels Rektifikation und mittels Gashydratbildung.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Einrichtung 11 zur Trennung von Gemischen G, insbesondere bestehend aus Edelgasen G', G'', auf Basis der selektiven Einlagerung der Komponenten in eine Gashydratphase H. Der Prozess läuft dabei unter erhöhtem Druck und bei Temperaturen oberhalb des Gefrierpunkts von Wasser ab. Insbesondere soll dabei die Trennung eines Gemisches G aus Xenon (erstes Gas G') und Krypton (zweites Gas G'') vorgenommen werden, welches neben den Hauptkomponenten auch noch Verunreinigungen von Spuren bis hin zum Prozentbereich besitzen kann. Diese Verunreinigungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie nicht zwangsläufig ein Edelgas sind oder nicht als Produkt gewonnen werden sollen. Bei diesen Verunreinigungen handelt es sich typischerweise um alle Stoffe, die natürlich oder durch anthropogenen Einfluss in der Luft und/oder im Erdgas vorkommen, speziell aber um Stoffe wie N₂, O₂, Ar, CH₄, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆, CO₂, N₂O, CF₄, C₂F₆ und/oder SF₆.
Generell ist neben der Hauptanwendung (Trennung von Edelgasen) die Abtrennung halogenierter und organischer Verunreinigungen zur Produktion von Edelgasen mit erhöhter Reinheit denkbar. In diesem Fall zeichnet sich die Abtrennung der Verunreinigung insbesondere dadurch aus, dass diese nicht ein Reinform, sonder lediglich in angereicherter Form im Prozess anfällt.
Die Kernkomponente des vorliegenden Verfahrens stellt eine (druckfeste) Trennapparatur 10 dar, in der die Auftrennung des Gemischs G durch die Bildung und Zersetzung einer Gashydratphase H in mehreren in Reihe geschalteten, gegenläufig durchströmten Trennstufen 1, 2, 3, 4, 5 geschieht. Die Trennstufen 1, 2, 3, 4, 5 sind gemäß 1 entlang der Vertikalen übereinander angeordnet. Die Anordnung kann aber auch horizontal, oder auch horizontal mit gleichzeitigem vertikalem Versatz erfolgen.
Die Trennapparatur 10 kann aus mehreren druckfesten (separaten) Behältern bestehen (z. B. eine Kaskade klassischer Kristallisatoren, insbesondere in der Form von gerührten Tanks), die die einzelnen Trennstufen 1, 2, 3, 4, 5 bilden oder aus einem einheitlichen (einzelnen) Behälter (z. B. in Form eines an eine Rektifikationssäule angelehnten Aufbaus mit Glockenböden, Siebböden, Packungen oder Füllkörpern), der in Abschnitte unterteilt ist, die den einzelnen Trennstufen 1, 2, 3, 4, 5 entsprechen. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass sich jeweils eine Komponente (z. B. das erste Gas G') vorzugsweise in die Gashydratphase einlagert und die Gasphase G innerhalb einer Trennstufe 1, 2, 3, 4, 5 somit an dieser Komponente G' abgereichert wird. Die Gasphase G steigt in die nächste Trennstufe auf, wohingegen die Gashydratphase H zusammen mit möglichem Überschuss- bzw. Exzesswasser eine Trennstufe in die entgegengesetzte Richtung geleitet wird. Hierzu ist zwischen benachbarten Trennstufen jeweils zumindest eine strömungsleitende Verbindung V vorgesehen, über die die gasförmige Phase G bzw. die Gashydratphase H (und das überschüssige Wasser) in die zugeordnete benachbarte Trennstufe gelangen können.
Zum Einleiten eines die zu trennenden Gase (Gemische) G', G'' enthaltenden Einsatzstromes E in die Trennapparatur 10 ist vorzugsweise an einer mittleren Trennstufe 3 ein Einlass 31 vorgesehen, über den der Einsatzstrom E in die Trennapparatur 10 einleitbar ist.
Um die Gashydratbildung in der Trennapparatur 10 zu ermöglichen, ist insbesondere im Kopf 20 eine Vorrichtung 50 zur Wärmeabfuhr vorgesehen, bei der es sich z. B. um einen Wärmeübertrager handeln kann. Vorzugsweise weist jede der Trennstufen 1, 2, 3, 4, 5 gemäß 2 zur Prozessoptimierung eine Vorrichtung 40, 50 zum individuellen Beheizen und/oder Kühlen der jeweiligen Trennstufe 1, 2, 3, 4, 5 auf.
Eine sich anreichernde Komponente bzw. Gemisch G'' kann am oberen Ende (Kopf 20) der Trennapparatur (Apparatekaskade) 10 in der Gasphase über einen Auslass 22 abgezogen werden; die andere Komponente bzw. das andere Komponentengemisch G' fällt am unteren Ende (Sumpf 30) der Trennapparatur 10 in Form eines Gashydrats H mit möglichem Überschuss an flüssigem Wasser an und kann dort über einen Auslass 51 aus der Trennapparatur 10 abgezogen werden.
Das Sumpfprodukt G' kann durch die Zufuhr von Wärme und/oder die Absenkung des Drucks aus der Hydratphase H befreit werden, wobei flüssiges Wasser zurückbleibt. Alternativ kann das Produkt G' aus dem Sumpf 30 für Transport- und Lagerzwecke auch in der Hydratphase H belassen und einer Entwässerungseinheit zugeführt werden, falls dies zweckmäßig ist. Ebenfalls ist die Ausschleusung eines gasförmigen Gemischs und/oder eines Hydratschlamms (Slurry) in einer Zwischenstufe der Kaskade (Trennapparatur 10), d. h. durch einen Anstich aus einem der verbundenen Behälter bzw. Abschnitte 1, 2, 3, 4, 5 denkbar.
Um den gesamten Trennprozess zu ermöglichen, ist die Zugabe von Wasser über einen Einlass 21 am Kopf 20 der Trennapparatur 10 erforderlich, welches insbesondere bereits auf oder unter die gewünschte Temperatur vorgekühlt wurde.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von geimpftem/induziertem Wasser, das vorher bereits mit einem Hydrat in Kontakt war oder an einem Hydratbildungsprozess teilgenommen hat. Dieses Wasser kann beispielsweise dem Sumpf 30 der Trennapparatur 10 oder aber auch einer Zersetzungsapparatur 100 (vgl. z. B. 4) entstammen.
Zur Verminderung des Prozessdrucks können dem Wasser sog. Promotoren zugesetzt werden. Dabei handelt es sich um Stoffe, welche die Gleichgewichtstemperatur eines hydratbildenden Systems isobar zu höheren Werten hin verschieben (z. B. Propan, Tetrahydrofuranl THF, quaternäre Ammoniumsalze).
Aufgrund des Freiwerdens von Kristallisationswärme im Kopf 20 der Trennapparatur 10 ist eine aktive Kühlung desselben erforderlich. In Anlehnung an die Nomenklatur der klassischen Rektifikation kann der eigentliche Verfahrensschritt der Trennung auch als Gegenstromkristallisation bzw. als Gas-Feststoff-Rektifikation bezeichnet werden (vgl. 1). Das Druckniveau der Trennapparatur 10 wird dabei mindestens durch den zur Gashydratentstehung erforderlichen Druck bei der im Kopf 20 der Trennapparatur 10 gewünschten Produktzusammensetzung und Temperatur festgelegt. Zudem muss insbesondere in jeder Trennstufe 1, 2, 3, 4, 5 ein Druck vorliegen, welcher die Entstehung eines Gashydrats H bei der jeweiligen Temperatur und Gasphasenzusammensetzung ermöglicht. Das Temperaturniveau in jeder Trennstufe 1, 2, 3, 4, 5 ist dabei insbesondere oberhalb des jeweiligen Gefrierpunktes der wässrigen Phase anzusetzen.
Neben der unvermeidbaren Änderung des Drucks zwischen benachbarten Trennstufen (hydrostatischer Druck und Druckverluste durch Strömungen) kann zur Optimierung der Trennleistung ebenfalls eine gezielte Änderung des Drucks zwischen den einzelnen Trennstufen 1, 2, 3, 4, 5 durch geeignete technische Vorrichtungen vorgesehen werden (z. B, Pumpen, Verdichter, Expander, Drosselorgane).
Die Temperatur innerhalb einer Trennstufe 1, 2, 3, 4, 5 stellt sich dabei automatisch auf einen Wert nahe dem zum Druck und zur Gasphasenzusammensetzung gehörenden Gleichgewichtswert ein. Die gezielte Änderung des Drucks zwischen benachbarten Trennstufen 1, 2, 3, 4, 5 ist insbesondere als Methode zur Vermeidung von sog. Feststoffazeotropen in der Hydratphase vorgesehen. Diese sind ein Phänomen, welches insbesondere in hydratbildenden Systemen aus mehreren stark unterschiedlich grollen Hydratbildnern auftritt (z. B. CH₄ und C₃H₈).
Neben der expliziten Auftrennung eines Edelgasgemischs durch eine Gegenstrom-Reihenschaltung von Trennstufen (vgl. z. B. 1 und 2), können weitere verfahrenstechnische Prozessschritte in die erfindungsgemäße Einrichtung 11 bzw. in das erfindungsgemäße Verfahren integriert werden.
Hierzu gehört insbesondere die Gewinnung des ersten Gases (Gemisches) G' aus der Hydratphase H durch Wärmezufuhr, welche auch mit einer Reduzierung des Drucks gekoppelt sein kann. Zu diesem Zweck ist gemäß 3 vorgesehen, dass der Sumpf 30 der Trennapparatur 10 ggf. über eine Vorrichtung 200 zur Druckreduzierung der Hydratphase H mit einer Zersetzungsapparatur 100 zur Aufnahme der Hydratphase H verbunden ist, wobei jene Apparatur 100 dazu ausgebildet ist, der Hydratphase H die notwendige Wärme zuzuführen, um diese in das erste Gas G' und Wasser zu zerlegen, wobei die besagte Wärme insbesondere in Form von Verbrennungswärme, Sonnenwärme, Erdwärme oder Elektrowärme zugeführt werden kann. Weiterhin kommen als Wärmequelle ein externer Wärmeträger wie z. B. Wasserdampf, eine Wärmepumpe oder aber auch ein oberhalb der erforderlichen Prozesstemperatur liegender Einsatzstrom E in Frage. So kann z. B. gemäß 4 der Einsatzstrom E vor dem Einspeisen in die Trennapparatur 100 über den Einlass 31 durch eine in der Zersetzungsapparatur 100 verlaufende Leitung 103 (Wärmeübertrager) geführt werden, so dass der Einsatzstrom E die Hydratphase H erhitzt und gegen diese auf Prozesstemperatur abgekühlt wird. Das erste Gas G' kann dann der Zersetzungsapparatur 100 über einen Kopf 101 jener Apparatur 100 entnommen werden; das abgespaltene Wasser kann über einen Sumpf 103 der Zersetzungsapparatur 100 abgezogen werden.
Eine weitere Prozessvariante sieht gemäß 5 die Kopplung der erforderlichen Wärme- und Kältezufuhr durch den Einsatz eines Wärmepumpenkühlers (WPK) 300 vor. Der WPK 300 ist dabei in der Lage, die Kristallisationswärme im Kopf 20 der Trennapparatur (Kolonne) 10 aufzunehmen und diese im Sumpf 102 der Zersetzungsapparatur 100 auf erhöhtem Temperaturniveau zur Zersetzung des Gashydrats H abzuführen. Der Antrieb des WPK 300 ist dabei über mechanische, elektrische, aber auch thermische Energie denkbar.
Liegt der Einsatzstrom E bei einer Temperatur unterhalb der gewünschten Prozesstemperatur vor, so kann dessen Kältepotential gemäß 6 intern zur kompletten oder teilweisen direkten oder gemäß 7 zu indirekten Kühlung der Trennapparatur 10 eingesetzt werden.
Im Einzelnen kann gemäß 6 der Einsatzstrom E über eine Vorrichtung 500 zur Reduzierung oder Erhöhung des Druckes des Einsatzstromes E in eine in oder an der Trennapparatur 10 verlaufende Leitung 400 geleitet werden, so dass der Einsatzstrom E Wärme an die Trennapparatur 10 bzw. darin befindliche Stoffströme (insbesondere das eingespeiste Wasser) abgibt. Hiernach kann der Einsatzstrom über den Einlass 31 in die Trennapparatur 10 gegeben werden und im Gegenstrom mit Wasser bzw. der Hydratphase H beaufschlagt werden.
Alternativ hierzu kann der Einsatzstrom E gemäß 7 nach einem Durchlaufen der besagten Vorrichtung 500 in einem Wärmetauscher 501 gegen das zur Hydratbildung in die Trennapparatur 10 einzuleitende Wasser erwärmt werden, wobei das Wasser entsprechend vorgekühlt wird, und sodann in die Trennapparatur 10 über den Einlass 31 eingespeist werden.
Liegt der Einsatzstrom E in flüssiger Form vor, so ist die eventuell erforderliche Druckerhöhung desselben durch eine Pumpe möglich, was den Arbeitsaufwand des gesamten Trennprozesses deutlich vermindert. Für den Fall eines gasförmigen Einsatzstroms E ist die Verwendung einer Mehrphasenpumpe 600 gemäß 8 möglich, die den Einsatzstrom E und Wasser, das z. B. von einer Zuleitung 23 zum Kopf 20 abgezweigt werden kann, die das Wasser in eine Vorrichtung 700 zum Vermischen des Wassers mit dem Einsatzstrom E führt, einer simultanen Druckerhöhung unterzogen werden kann. Eine solche Mehrphasenpumpe ist detailliert in DE 10 2009 051 277 beschrieben und kann auch vorliegend verwendet werden. Dies führt zu einem reduzierten Arbeitsaufwand zur Druckerhöhung des Einsatzgases E sowie zu einer möglichen Vorimpfung des Prozesswassers mit Kristallkeimen durch die Hydratbildung in der besagten Pumpe 600.
Der vorliegend beschriebene Trennprozess sieht weiterhin insbesondere vor, dass es entlang der Prozesskoordinaten der Trennapparatur 10 zu einem Wechsel der Kristallstruktur der Gashydratphase kommt (vgl. auch 9), was die Reduzierung der erforderlichen Trennstufen 1, 2, 3, 4, 5 ermöglicht. Dieser Effekt tritt auf, wenn die Kopf- und Sumpfkomponenten oder -gemische die Stabilisierung unterschiedlicher Kristallstrukturen favorisieren (SI, SII, SH bzw. Semiclathrate). Ein solcher Effekt ist insbesondere bei der Auftrennung von Gemischen relevant, die hauptsächlich aus Krypton und Xenon bestehen, ist aber auch bei der Abtrennung von halogenierten Verunreinigungen aus Kr oder Xe zu erwarten.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass das zur Auftrennung von Edelgasgemischen erforderliche Temperaturniveau auf einen Wert nahe der Umgebungstemperatur angehoben wird, wodurch sich ein stark verminderter Aufwand zur Bereitstellung der erforderlichen Kälte ergibt. Zusätzlich bietet eine hydratbasierte Trennung die Möglichkeit der Anreicherung von Verunreinigungen an definierten Stellen entlang der Apparatekoordinaten, wodurch diese ggf. durch einen Anstich bzw. Seitenstrom effektiver als bisher aus dem System entfernt werden können. Ein prinzipieller Vergleich der Trennbarkeit eines Gemisches bestehend aus Krypton und Xenon mittels Rektifikation bzw. über das erfindungsgemäße Hydratverfahren ist in 9 gezeigt, in der der wasserfreie Molenbruch von Kr in der Gasphase G über dem wasserfreien Molenbruch von Kr in der kondensierten Phase (Hydratphase H) aufgetragen ist. Man erkennt, dass die Form der Verteilungsgleichgewichte zwischen der Gasphase G und der kondensierten Phase bzw. der Gashydratphase H für beide Prozesse ähnlich verläuft, was sich auch in einer vergleichbaren Anzahl an (theoretischen) Trennstufen 1, 2, 3, 4, 5 äußert, die an der gestrichelten Winkelhalbierenden aufgetragen sind. Bei dem erfindungsgemäßen Gashydratverfahren wirkt sich insbesondere ein Wechsel der Kristallstruktur (hier zwischen SI und SII) positiv auf die Trennung der Komponenten Kr und Xe aus, wie der entsprechenden Kurve der 9 zu entnehmen ist.

Im Hinblick auf die Abtrennung von Stoffen aus einem Gasgemisch, das insbesondere Krypton und/oder Xenon enthält, kann es sich auch um Komponenten handeln, die nicht Bestandteil der Luft sind, sondern erst durch die Anwendung der Edelgase in technischen oder industriellen Prozessen als Verunreinigungen auftreten. Das vorgeschlagene Verfahren kann angewendet werden, um aus einem Abgasstrom Krypton und/oder Xenon zurückzugewinnen, ohne dass hierfür kryogene Apparate und Medien oder, als alternative Prozessvariante, Adsorbentien erforderlich wären. Weiterhin ist auch die Anreicherung oder Auftrennung von Helium und Neon unter Zuhilfenahme von Promotoren mit dem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar. Bezugszeichenliste

1, 2, 3, 4, 5	Trennstufen
10	Trennapparatur
11	Einrichtung
20	Kopf
21	Einlass
22	Auslass
23	Zuleitung
30	Sumpf
31	Einlass
40, 50	Vorrichtung zum Beheizen und/oder Kühlen
51	Auslass
100	Zersetzungsapparatur
101	Kopf
102	Sumpf
103	Leitung
200	Vorrichtung zur Druckreduzierung
300	Wärmepumpenkühler
400	Leitung
500	Vorrichtung zur Druckreduzierung bzw. -erhöhung
600	Mehrphasenpumpe
700	Vorrichtung zum Mischen
E	Einsatzstrom(-gas)
G	Gasförmige Phase
H	Gashydratphase
G'	Erstes Gas
G''	Zweites Gas
V	Verbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009051277 A1 [0025]
DE 102009051277 [0072]

Claims

Verfahren zum Trennen eines Gasgemisches aus zumindest einem ersten und einem zweiten Gas, aufweisend die Schritte: – Führen einer gasförmigen Phase (G) aufweisend das zu trennende erste und zweite Gas (G', G'') durch mehrere in Reihe miteinander verbundene Trennstufen (1, 2, 3, 4, 5) einer Trennapparatur (10), – Führer eines Gemisches aus Wasser und einer aus Wasser und dem ersten Gas (G') gebildeten Gashydratphase (H) im Gegenstrom zur besagten gasförmigen Phase (G) durch die Trennstufen (1, 2, 3, 4, 5), so dass sich in den einzelnen Trennstufen (1, 2, 3, 4, 5) jeweils das erste Gas (G') in die Gashydratphase (H) einlagert und das zweite Gas (G'') sich entsprechend in der gasförmigen Phase (G) anreichert, – Abziehen der gasförmige Phase (G) mit dem darin angereicherten zweiten Gas (G'') aus einem Kopf (20) einer ersten Trennstufe (1), und – Abziehen des ersten Gases (G') in Form eines Gashydrats (H) aus einem Sumpf (30) einer letzten Trennstufe (5) der Trennapparatur (10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gase (G', G'') Edelgase sind, wobei insbesondere das erste Gas (G') Xenon ist, und wobei insbesondere das zweite Gas (G'') Krypton ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopf (20) eine Kopftemperatur herrscht, die im Bereich von –10°C bis +20°C, bevorzugt zwischen 0°C und +10°C, liegt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopf (20) ein Druck herrscht, der zwischen 1 bar und 250 bar, bevorzugt zwischen 3 bar und 30 bar, liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Sumpf (30) eine Sumpftemperatur herrscht, die zwischen –5 und +30°C, bevorzugt zwischen 5°C und 15°C, liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jenes Gemisch einen Feststoffanteil in etwa kleiner gleich 20 Vol.-% aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gashydratbildung benötigtes Wasser über den Kopf (20) in die Trennapparatur (10) eingespeist wird, wobei das Wasser insbesondere auf eine vordefinierte Temperatur vorgekühlt wird, wobei insbesondere das Wasser auf die besagte Kopftemperatur vorgekühlt wird, und wobei insbesondere das besagte Wasser vor dem Einspeisen mit einem Gashydrat geimpft wird, wobei jenes geimpfte Wasser insbesondere aus dem Sumpf (30) oder aus einer Zersetzungsapparatur (100) genommen wird, in der die Gashydratphase (H) in Wasser und das besagte erste Gas (G') zersetzt wird, und wobei insbesondere jenem Wasser ein Promoter zugegeben wird, der die Gleichgewichtstemperatur zwischen dem ersten Gas (G') und dem entsprechenden Gashydrat (H) isobar zu höheren Werten hin verschiebt, wobei insbesondere jener Promoter Propan, Tetrahydrofuran und/oder ein quaternäres Ammoniumsalz aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstufen (1, 2, 3, 4, 5) einzeln beheizt und/oder gekühlt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere zur Vermeidung einer Bildung eines Feststoffazeotropes in der Gashydratphase (H) der in benachbarten Trennstufen (1, 2, 3, 4, 5) herrschende Druck unterschiedlich ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und die Temperatur in den einzelnen Trennstufen (1, 2, 3, 4, 5) so eingestellt werden, dass die Gashydratphase (H) einen Wechsel der Kristallstruktur durchläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Sumpf (30) abgezogene Gashydratphase (H) in eine Zersetzungsapparatur (100) eingespeist wird, wo sie durch die Zufuhr von Wärme in das erste Gas (G') und Wasser zerlegt wird, wobei insbesondere das erste Gas (G') aus dem Kopf (120) der Zersetzungsapparatur (100) und das Wasser aus dem Sumpf (130) der Zersetzungsapparatur (100) abgezogen wird, wobei insbesondere die Gashydratphase (H) über eine Vorrichtung (200) in die Zersetzungsapparatur (100) geleitet wird, die den Druck der Gashydratphase (H) reduziert.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Wärme der Gashydratphase (H) in der Zersetzungsapparatur (100) zugeführt wird, indem ein indirekter Wärmetausch zwischen einem Einsatzstrom (E), mit dem das erste und das zweite Gas (G', G'') in die Trennapparatur (10), insbesondere in eine mittlere Trennstufe (3), eingeleitet werden, und der Gashydratphase (H) hergestellt wird, oder dass eine im Kopf (20) der Trennapparatur (10) beim Gashydratbildungsprozess freiwerdende Kristallisationswärme insbesondere mittels eines Wärmepumpenkühlers (300) der Gashydratphase (H) in der Zersetzungsapparatur (100) als die besagte Wärme zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einspeisen eines Einsatzstromes (E) in die Trennapparatur (10), mit dem das erste und das zweite Gas (G', G'') in die Trennapparatur (10), insbesondere in eine mittlere Trennstufe (3), eingeleitet werden, der Einsatzstrom (E) durch eine an oder in der Trennapparatur (10) verlaufende Leitung (400) geführt wird, um einen indirekten Wärmetausch zwischen dem Einsatzstrom (E) und der Trennapparatur (10) zur Kühlung zumindest eines Teiles der Trennapparatur (10) herzustellen, wobei insbesondere der Einsatzstrom (E) vor dem Durchlaufen jener Leitung (400) durch eine Vorrichtung (500) geführt wird, die den Druck des Einsatzstromes (E) erhöht oder reduziert, oder dass vor dem Einspeisen des Einsatzstromes (E) in die Trennapparatur (10) ein indirekter Wärmeaustausch zwischen dem Einsatzstrom (E) und dem in den Kopf (20) der Trennapparatur (10) einzuleitenden Wasser hergestellt wird, um jenes Wasser vorzukühlen, wobei insbesondere der Einsatzstrom (E) vor dem Herstellen des besagten indirekten Wärmeaustausches durch eine Vorrichtung (500) geführt wird, die den Druck des Einsatzstromes (E) erhöht oder reduziert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstrom (E) vor dem Einspeisen in die Trennapparatur (10), insbesondere in eine mittlere Trennstufe (3) der Trennapparatur (10), mit Wasser vermischt wird und zusammen mit dem Wasser mittels einer Mehrphasenpumpe (600) einer Druckerhöhung unterzogen und in die Trennapparatur (10) eingespeist wird, wobei insbesondere das Wasser in der Mehrphasenpumpe (600) durch ein durch das Wasser und das erste Gas (G') gebildetes Gashydrat (H) vorgeimpft wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstufen (1, 2, 3, 4, 5) horizontal nebeneinander oder vertikal übereinander angeordnet sind, oder dass einige der Mehrzahl an Trennstufen (1, 2, 3, 4, 5) horizontal nebeneinander und einige der Mehrzahl an Trennstufen (1, 2, 3, 4, 5) vertikal übereinander angeordnet sind.