CN103384553B - 使用第二流体冷凝富含二氧化碳的第一流体的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用第二流体冷凝富含二氧化碳的第一流体的装置(200)，其包含：a)用于相分离的设备(206)，以便得到所述第二流体的液体部分和气体部分，b)热交换设备(214)，位于交换第一流体和第二流体的液体部分之间，装置所述交换设备(214)以得到至少部分液体的第一流体和第二过热流体。

Description

使用第二流体冷凝富含二氧化碳的第一流体的方法和装置
本发明涉及一种使用第二流体冷凝富含二氧化碳的第一流体的方法及装置。
更具体地，本发明涉及通过第二流体(被称为制冷剂流体，例如氨(NH3))的蒸发冷凝富含二氧化碳(CO2)(包含例如至少50%摩尔二氧化碳，或者甚至至少80%摩尔的二氧化碳)的第一流体(被称为生热流体)的领域。该冷凝是在热交换器中进行。
然后将气化的制冷剂流体输送到下游设备，例如另一个热交换器，或者压缩机的入口或者制冷剂循环的压缩阶段的入口，目的在于随后在一个新的循环将其本身冷却和在更高的压力下冷凝。
此种情况下，限制离开第一热交换器的第二流体的液体部分是很重要的，以便根据不同情况避免例如在下一交换器中分布不佳或者在压缩机中的机械问题。
通常，在交换器中在操作压力以上的压力下，一般以液体形式提供制冷剂流体。它可以是或多或少亚冷(sub-cooled)的，但是将其膨胀到操作压力通常引起或大或小的部分蒸发(闪蒸)。
根据本发明的一个主题，提供了一种使用第二流体冷凝富含二氧化碳的第一流体的方法，其包含以下步骤:
-相分离，以便在相分离器中得到所述第二流体的液体部分和气体部分；
和
-在热交换器中第二流体的液体部分和第一流体之间的热交换，以便将第一流体至少部分液化和第二流体至少部分气化。
根据其他任选的方面：
-膨胀第二流体并全部输送到相分离步骤。
-第二流体具有不同于第一流体的化学组成和任选的不包含二氧化碳。
-将由第二流体蒸发得到的两相流体输送到相分离器。
-第二流体通过在热交换器中热交换完全蒸发
-气化后在热交换器中加热第二流体，以便形成过热气体。
-将由第二流体气化形成的气体与相分离器外部的气态部分混合。
-第一流体至少部分来自蒸馏塔的顶部并且将冷凝的第一流体输送到蒸馏塔的顶部。
-将来自蒸馏塔的顶部的富含二氧化碳的第一气态馏分与富含二氧化碳的第二气态馏分混合，以便形成第一流体。
-在相分离器中第二流体的总体积与在相分离器入口处的第二流体的流速之间的比为0.01到0.05L.h/Nm3，或者甚至为0.012到0.047L.h/Nm3。
-在相分离器的容量与分离装置入口处的第二流体流速之间的比为0.005到0.03L.h/Nm3，或者甚至为0.006到0.023L.h/Nm3。
-热交换器的容量和相分离器入口处的第二流体的流速间的比为0.13到0.55L.h/Nm3，或者甚至为0.137到0.547L.h/Nm3。
-第二流体是氨。
根据本发明的另一主题，提供了一种使用第二流体冷凝富含二氧化碳的第一流体的装置，包含：
-相分离器，以便得到所述第二流体的液体部分和气体部分，其与液体部分的输出管线和气体部分的输出管线相连接。
-热交换器，位于第二流体和第一流体的液体部分之间，所述热交换器与液体部分的输出管线连接并和第一流体的输入管线连接，与冷凝的第一流体的输出管线以及气化的第二流体的输出管线连接，所述气化的第二流体的输出管线与气体部分的输出管线连接，而不穿过相分离器。
第二流体完全气化、没有留下任何液体的事实，使得有可能避免在分离器罐中的交换器的出口处分离第二流体以便去除液体。由此缩减分离器罐的尺寸。因此，交换器不具有液体形式的第二流体的出口。
该装置可包括用于混合气化的第二流体和气体部分的混合装置。
该装置可以包含蒸馏塔，塔的顶部与热交换器相连，以便向其中引入至少一部分第一流体。
该装置可以包含来自塔的富含二氧化碳的第一气体部分的第一进料管线和非来自塔的富含二氧化碳的第二气体部分的第二进料管线，所述第一和第二进料管线与塔外部的混合装置相连，以便形成输送到热交换器的第一流体。
优选地，在至少部分气化的第二流体的热交换器的出口处和相分离器之间或者与来自相分离器的气体部分的管线之间不存在冷却装置。
优选地，在至少部分气化的第二流体的热交换器的出口处和相分离器之间或者与来自相分离器的气体部分的管线之间不存在压缩装置。
该方法，当温度梯度低时尤其合适的，主要在于通过在位于热交换器上游的分离器罐和热交换器本身之间产生热虹吸，膨胀后仅仅使用制冷剂流体的液体部分(图1)。
然后分离器罐既起到用于分离由来自对应的液体部分的制冷剂流体膨胀产生的气体部分的分离器的入口的作用，又起到用于分离在热交换器中的来自过量再循环液体的热交换形成的蒸气的分离器的出口的作用。这意味着具有相对较大尺寸的分离器罐以使得在装置中存在较大量的制冷剂流体。
然而，考虑的制冷剂流体的成本和当地规定，通常寻求限制装置中的制冷剂流体的量。
第一个改进主要在于通过直接进行气化至在交换器中流体的干燥代替产生热虹吸来降低制冷剂流体的量。
此种情况下，考虑到得到液体部分的完全气化，以有限量将制冷剂流体作为两相直接引入到没有分离器罐的交换器中，蒸气以至少部分过热存在。然而该过热受到生热流体的入口温度的限制，必须维持两种流体的温差以确保热交换。
然而，出于能量原因两种流体之间的温差有限，因为制冷剂流体的压力必须保留尽可能的高以便降低制冷剂循环的压缩机的压缩比。
在其中生热流体是在气液平衡中的蒸气的情况下，制冷剂流体过热的可能非常有限。
此外，将两相流体直接引入到交换器中是棘手的，不论它是管式交换器还是紧凑式交换器，并且因此分布不佳的风险高，导致交换器较差的运行，这可能产生制冷剂流体不完全的气化和因此在设备下游入口处的存在液滴，这与目标目的相反。
本发明一个特别的方面目标在于改善这种情况。
出于这种目的，本发明的一个主题是一种使用第二流体冷凝第一流体的装置，其包含：
-相分离设备，用于得到所述第二流体的液体部分和气体部分；和
-热交换设备，在第二流体的液体部分和第一流体之间，配置所述交换装置以得到至少部分液体第一流体和过热的第二流体。
过热的气体来自液体的气化。通过将液体加热到沸点以上得到过热气体。
本发明的这个方面使得有可能避免必须将流出交换器的第二流体引入到热虹吸。它也使得有可能避免气化至干燥的缺点。这同时确保了下游的完全气相的第二流体的循环。因此没有扰乱下游设备的风险。
有利地，配置相分离设备以确保仅仅由第二流体膨胀产生的所述第二流体的液体部分和气体部分的相分离。
换句话说，优选地，这些相分离设备是小分离器罐的形式，调整尺寸仅仅用于从制冷剂流体膨胀产生的蒸气中分离液体部分。
关于这个主题，根据一个特征，该装置包含，分离设备的上游，用于以液体状态提供的第二流体的膨胀的装置。由此，调整分离器罐尺寸以便从所述第二流体的膨胀产生的蒸气中分离液体部分。
有利地，该装置还包含用于将在分离设备的出口处得到的所述第二流体的气体部分与在热交换装置的出口得到的过热的第二流体混合。
这些混合设备位于分离器罐的下游以便不干涉它们的尺寸。考虑到流速的大的区别，得到的蒸气混合物仍然总体过热。
根据一个特征，相分离设备中的第二流体的总体积与相分离设备入口处的第二流体的流速比为0.01到0.05L.h/Nm3，优选为0.012到0.047L.h/Nm3(这里和以后，L表示升，h表示小时，Nm3表示标准立方米——举例来说，氨的密度是0.76kg/Nm3，0.76Kg的氨对应于1Nm3的氨。
根据另一特征，相分离设备中的第二流体的液体部分的体积与分离设备的入口处的第二流体的流速的比为0.005到0.03L.h/Nm3，优选为0.006到0.0023L.h/Nm3。
仍根据另一特征，热交换设备的容量和分离设备的入口处的第二流体的流速之间的比为0.13到0.55kw.h/Nm3，优选为0.137到0.547kw.h/Nm3(这里和随后kw表示千瓦)。
根据一个优选的实施方案，该装置包含形成第一流体的蒸馏塔的装置，配置所述的装置以便向热交换装置提供气态的第一流体和以便从热交换装置接收第一流体的液体部分。
该实施方案对应于其中热交换器作为塔的顶部冷凝器的情形，其通常由术语生热流体的液化器表述。
有利地，在此种情况下，该装置在热交换装置的上游包含用于将由以形成蒸馏塔的装置提供的气态的第一流体的第一部分和也以气态提供的第一流体的另一部分混合的装置。
优选地，气态的第一流体的其他部分是过热的。该生热流体的过热使得有可能增加离开热交换装置的制冷剂流体的过热。这导致制冷剂流体的流速的降低。
优选地，第一流体是二氧化碳(CO2)，第二流体是氨(NH3)。
该发明还涉及一种使用第二流体冷凝第一流体的方法，其包含以下步骤：
-相分离，以便得到所述第二流体的液体部分和气体部分；和
-第二流体的液体部分和第一流体之间的热交换，以得到至少部分液体的第一流体和过热的第二流体。
本发明还涉及一种在塔中蒸馏富含二氧化碳的气体的方法，其中如上所述的冷凝过程发生在顶部冷凝器中。
现在参考附图更精确地描述本发明的示例性但非限制性的实施方案，其中：
-图1阐明一种根据本发明的冷凝富含二氧化碳的流体的方法；
-图2阐明根据本发明的第一实施方案的一种冷凝装置的结构；
-图3阐明根据本发明的第二实施方案的一种冷凝装置的结构。
在说明书剩余部分，第一生热流体是二氧化碳(CO2)并且第二制冷剂流体假定是氨(NH3)。然而本发明没有被限定氨作为第二流体。
图1阐明使用热虹吸的装置2的结构和操作。
在需要冷凝二氧化碳的压力以上的压力下，向装置2提供液体形式的氨。为了使氨膨胀到期望的操作压力提供膨胀装置4。这导致氨的部分气化。
将由此得到的两相氨供应到分离器罐6的入口。为了分离氨相并在第一出口8供应液体氨和在第二出口10供应气体氨，配置分离器罐6。
将第二出口10得到的气体氨输送到下游至剩余的制冷剂环流，未表示出。
然后将出口8处得到的液体氨供应到热交换器14的第一入口12。
在图1的实施例中，热交换器14是与二氧化碳蒸馏塔16结合使用的分馏塔。
蒸馏塔16向热交换器14的第二入口18提供气相二氧化碳。
在热交换器14中，由氨冷却二氧化碳在第一出口20处产生两相氨和在第二出口22处产生二氧化碳。
将二氧化碳的冷凝的部分，也即液体部分，供应到蒸馏塔16。
将在出口20得到的两相氨返回分离器罐6以分离其液体相和蒸气相。
由此现有技术的分离器罐6起到用于分离来自从相应的液相的氨的膨胀产生的蒸气的入口分离器的作用和起到用于在热交换器14中从过量的循环液体氨分离通过热交换产生的蒸气的出口分离器的作用。
这种双重作用意味着使用大尺寸分离器罐以便在装置2中存在大量的氨，这是不期望的。
图2阐明从图1的根据本发明的装置2的改进。出于这个目的，图2表示使用氨冷凝二氧化碳的装置200。
在冷凝二氧化碳需要的压力以上的压力下，向装置200供应液体形式的氨。为了将氨膨胀到期望的操作压力，提供膨胀装置204。这产生部分气化的氨。产生的氨的气体部分流速构成氨总流速的小部分。
将由此得到的两相氨供应到分离器罐206的入口。为了分离氨相和在第一出口208供应液体氨和在第二出口210供应气体氨，配置了分离器罐206。
根据本发明的一个方面，仅仅为了进行用于热交换器的氨的分离来调整分离器216的尺寸。相对于图1的罐6的直径，极大减小了罐206的直径，假定产生的氨的气体部分的流速构成氨的总流速的小部分。由此，相对于图1中的储存在罐6中的量，储存在罐206中的氨的量是极低的。
在分离器罐206中的氨的总体积和在分离器罐206的入口处的氨的流速的比在0.01到0.05L.h/Nm3，优选在0.012到0.047L.h/Nm3。
在分离器罐206中的液体氨的体积和分离器罐206的出口处的氨的流速之间的比是在0.005到0.03L.h/Nm3，优选0.006到0.0023L.h/Nm3。
然后将在出口208处得到的液体氨供应到热交换器214的第一入口212。
在图2的实施例中，热交换器214是与二氧化碳蒸馏塔216结合使用的分馏塔。
然而本发明没有限制到这种类型的交换器，例如交换器214可能是逆流或交叉流冷却器或冷凝器等。
由于调整根据本发明的分离器罐206的尺寸，向热交换器214提供的液体氨的量有限。
蒸馏塔216向热交换器14的第二入口218提供气相的二氧化碳。
在热交换器214中，由有限的量的氨冷却二氧化碳，在第一出口220处产生完全气化的和唯一过热的氨，在第二出口222处产生液体二氧化碳，和在第三出口224处产生气体二氧化碳。
向蒸馏塔供应冷凝的也即液体的部分二氧化碳。
在以完全过热的形式供应到制冷剂循环的残留物前，在混合装置226中将在出口220处供应的过热氨与分离器罐206的出口210处产生的气体氨混合。
由此，交换器214不具有液体形式的第二流体的出口。
图3阐明图2的装置200的变化的实施方案，在这一特定情况中，热交换器214是二氧化碳液化器。
在这样一个用途的情况下，塔216的上升的二氧化碳蒸气仅构成要冷凝的二氧化碳的一部分，来自未表示的纯化部分的这部分二氧化碳的相当一部分，在二氧化碳的液/气平衡温度以上的温度下。
通常在塔的顶部引入二氧化碳的后一过热部分(图1和2)。然后它接触来自冷凝器214的液体二氧化碳的回流，冷却至非常接近液-气平衡温度的温度。然后通过蒸发一部分回流，该去过热产生额外的二氧化碳蒸气流。
在图3的装置中，在交换器214的上游提供混合设备230，以将二氧化碳流与离开塔216的二氧化碳蒸气混合，在其外部和不与在交换器214中冷凝的液体二氧化碳接触。
在交换器214的入口处再一次使得这两种二氧化碳气体流的混合过热，这使得有可能增加过热至交换器214出口处的氨蒸气。
因此，交换器214没有液体形式第二流体的出口。

Claims (12)

1.一种使用第二流体的液体部分冷凝第一流体的方法，其包含以下步骤:
-将第二流体膨胀并完全输送到相分离步骤；
-相分离，以便在相分离器中得到所述第二流体的液体部分和气体部分；和
-在热交换器中使第二流体的液体部分和第一流体之间发生热交换，以便将第一流体至少部分液化和将第二流体的液体部分至少部分气化；
其特征在于第一流体富含二氧化碳，第二流体的液体部分通过热交换器中的热交换完全气化，并且在气化以后在热交换器中进一步加热以便形成过热的气体，随后在相分离器外与第二流体的气体部分混合，
其中第二流体是氨。
2.权利要求1所述的方法，其中第一流体至少部分来自蒸馏塔的顶部，并且将冷凝的第一流体输送到蒸馏塔的顶部。
3.权利要求2所述的方法，其中将来自蒸馏塔的顶部的富含二氧化碳的第一气体部分与非来自该塔的富含二氧化碳的第二气体部分混合以便形成第一流体。
4.权利要求1所述的方法，其中相分离器中的第二流体的总体积与相分离器入口处的第二流体的流速之间的比为0.01到0.05L.h/Nm3，其中L表示升，h表示小时，Nm3表示标准立方米。
5.权利要求2所述的方法，其中相分离器中的第二流体的总体积与相分离器入口处的第二流体的流速之间的比为0.01到0.05L.h/Nm3，其中L表示升，h表示小时，Nm3表示标准立方米。
6.权利要求3所述的方法，其中相分离器中的第二流体的总体积与相分离器入口处的第二流体的流速之间的比为0.01到0.05L.h/Nm3，其中L表示升，h表示小时，Nm3表示标准立方米。
7.权利要求1-6中任一项所述的方法，其中相分离器中的第二流体的液体部分的体积与相分离器入口处的第二流体的流量之间的比为0.005到0.03L.h/Nm3，其中L表示升，h表示小时，Nm3表示标准立方米。
8.权利要求1-6中任一项所述的方法，其中热交换器的容量与相分离器的入口处的第二流体的流速之间的比为0.13到0.55L.h/Nm3，其中L表示升，h表示小时，Nm3表示标准立方米。
9.权利要求7所述的方法，其中热交换器的容量与相分离器的入口处的第二流体的流速之间的比为0.13到0.55L.h/Nm3，其中L表示升，h表示小时，Nm3表示标准立方米。
10.一种使用第二流体的液体部分冷凝富含二氧化碳的第一流体的装置，包含：
a.在b中的相分离器的上游，使以液体状态提供的第二流体膨胀的装置；
b.相分离器，以便得到所述第二流体的液体部分和气体部分，所述相分离器与液体部分的输出管线和气体部分的输出管线相连接；
c.热交换器，以便在第二流体的液体部分和第一流体之间交换热量，所述热交换器与第二流体的液体部分的输出管线和第一流体的输入管线连接，与冷凝的第一流体的输出管线以及气化和过热的第二流体的液体部分的输出管线连接，所述气化的第二流体的液体部分的输出管线与第二流体的气体部分的输出管线连接，而不穿过相分离器。
11.权利要求10所述的装置，包含蒸馏塔，蒸馏塔的顶部与热交换器由第一流体的输入管线连接以便向其中引入至少部分第一流体。
12.权利要求11所述的装置，包含源自蒸馏塔的富含二氧化碳的第一气体部分的第一进料管线和非源于所述蒸馏塔的富含二氧化碳的第二气体部分的第二进料管线，所述第一和第二进料管线通过混合装置在蒸馏塔外部连接以便形成输送到热交换器中的第一流体。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3114516B1 (fr) 2020-09-28 2022-10-21 Maxime Brissaud Procédé de traitement de biogaz – installation associée

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4303427A (en) * 1976-06-23 1981-12-01 Heinrich Krieger Cascade multicomponent cooling method for liquefying natural gas
US4762543A (en) * 1987-03-19 1988-08-09 Amoco Corporation Carbon dioxide recovery
CN1264027A (zh) * 1999-02-02 2000-08-23 普拉塞尔技术有限公司 生产二氧化碳的蒸馏系统
CN101765753A (zh) * 2007-07-27 2010-06-30 三菱电机株式会社 热交换器以及其制造方法

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2916888A (en) * 1955-12-29 1959-12-15 Phillips Petroleum Co Hydrocarbon purification process
US3285028A (en) * 1964-01-06 1966-11-15 Air Prod & Chem Refrigeration method
US4404008A (en) * 1982-02-18 1983-09-13 Air Products And Chemicals, Inc. Combined cascade and multicomponent refrigeration method with refrigerant intercooling
US4977745A (en) 1983-07-06 1990-12-18 Heichberger Albert N Method for the recovery of low purity carbon dioxide
DE3475101D1 (en) * 1983-09-20 1988-12-15 Costain Petrocarbon Separation of hydrocarbon mixtures
US4639257A (en) 1983-12-16 1987-01-27 Costain Petrocarbon Limited Recovery of carbon dioxide from gas mixture
DE3515949A1 (de) 1984-06-14 1985-12-19 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren zum abtrennen von co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) aus einem gasgemisch
US4576615A (en) 1984-08-20 1986-03-18 The Randall Corporation Carbon dioxide hydrocarbons separation process
GB8505689D0 (en) 1985-03-05 1985-04-03 Atkins & Partners W S Liquefaction of carbon dioxide
US4753666A (en) * 1986-07-24 1988-06-28 Chevron Research Company Distillative processing of CO2 and hydrocarbons for enhanced oil recovery
US4704146A (en) 1986-07-31 1987-11-03 Kryos Energy Inc. Liquid carbon dioxide recovery from gas mixtures with methane
IT1222733B (it) * 1987-09-25 1990-09-12 Snmprogetti S P A Procedimento di frazionamento di miscele gassose idrocarburiche ad alto contenuto di gas acidi
US4990168A (en) 1989-07-17 1991-02-05 Sauer Richard A Recovery of carbon dioxide from a carbon dioxide plant vent gas using membranes
US5724805A (en) 1995-08-21 1998-03-10 University Of Massachusetts-Lowell Power plant with carbon dioxide capture and zero pollutant emissions
EP1051587A4 (en) 1998-01-08 2002-08-21 Satish Reddy SEPARATION OF CARBON DIOXIDE BY SELF-COOLING
US6085549A (en) 1998-04-08 2000-07-11 Messer Griesheim Industries, Inc. Membrane process for producing carbon dioxide
US5974829A (en) 1998-06-08 1999-11-02 Praxair Technology, Inc. Method for carbon dioxide recovery from a feed stream
US6035662A (en) 1998-10-13 2000-03-14 Praxair Technology, Inc. Method and apparatus for enhancing carbon dioxide recovery
US20010004838A1 (en) 1999-10-29 2001-06-28 Wong Kenneth Kai Integrated heat exchanger system for producing carbon dioxide
CA2463800A1 (en) * 2001-10-17 2003-04-24 John Frederic Billingham Central carbon dioxide purifier
WO2006037320A1 (en) 2004-10-08 2006-04-13 Union Engineering A/S Method for recovery of carbon dioxide from a gas
US7454923B2 (en) 2004-11-12 2008-11-25 Praxair Technology, Inc. Light component separation from a carbon dioxide mixture
FR2877939B1 (fr) 2004-11-16 2007-02-02 Air Liquide Procede et installation pour la production combinee d'hydrogene et de dioxyde de carbone
FR2884305A1 (fr) 2005-04-08 2006-10-13 Air Liquide Procede de recuperation et liquefaction du co2 contenu dans un gaz pauvre en co2
US20060260358A1 (en) 2005-05-18 2006-11-23 Kun Leslie C Gas separation liquefaction means and processes
US20070148068A1 (en) 2005-12-23 2007-06-28 Burgers Kenneth L Reclaiming amines in carbon dioxide recovery
US20070148070A1 (en) 2005-12-23 2007-06-28 Shrikar Chakravarti Production of moderate purity carbon dioxide streams
US7666251B2 (en) 2006-04-03 2010-02-23 Praxair Technology, Inc. Carbon dioxide purification method
US7600394B2 (en) * 2006-04-05 2009-10-13 Kalex, Llc System and apparatus for complete condensation of multi-component working fluids
JP2008032336A (ja) * 2006-07-31 2008-02-14 Sanyo Electric Co Ltd 二段膨張冷凍装置
US7891201B1 (en) * 2006-09-29 2011-02-22 Carrier Corporation Refrigerant vapor compression system with flash tank receiver
US7819951B2 (en) 2007-01-23 2010-10-26 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of carbon dioxide
US7850763B2 (en) 2007-01-23 2010-12-14 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of carbon dioxide
US8088196B2 (en) 2007-01-23 2012-01-03 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of carbon dioxide
US20080196583A1 (en) 2007-02-16 2008-08-21 Bao Ha Process for recycling of top gas during co2 separtion
US7766999B2 (en) 2007-02-16 2010-08-03 Air Liquide Process & Construction, Inc. Process for vaporizing the product CO2 at two different pressures during CO2 separation
US8080090B2 (en) 2007-02-16 2011-12-20 Air Liquide Process & Construction, Inc. Process for feed gas cooling in reboiler during CO2 separation
US7708804B2 (en) 2007-07-11 2010-05-04 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and apparatus for the separation of a gaseous mixture
US20090013868A1 (en) 2007-07-11 2009-01-15 Arthur Darde Process and apparatus for the separation of a gaseous mixture
US9109831B2 (en) 2007-07-11 2015-08-18 AIR LIQUIDE GLOBAL E&C SOLUTIONS US Inc. Process and apparatus for the separation of a gaseous mixture
SE531701C2 (sv) * 2007-11-05 2009-07-14 Alfa Laval Corp Ab Vätskeavskiljare till ett förångningssystem
DE102007063347A1 (de) * 2007-12-28 2009-07-02 Uhde Gmbh Verfahren zur Abtrennung von leichtsiedenden Komponenten aus einem Kohlenwasserstoffstrom
US8337587B2 (en) 2008-05-20 2012-12-25 Lummus Technology Inc. Carbon dioxide purification
EP2526351B1 (en) * 2010-01-20 2018-07-11 Carrier Corporation Refrigeration storage in a refrigerant vapor compression system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4303427A (en) * 1976-06-23 1981-12-01 Heinrich Krieger Cascade multicomponent cooling method for liquefying natural gas
US4762543A (en) * 1987-03-19 1988-08-09 Amoco Corporation Carbon dioxide recovery
CN1264027A (zh) * 1999-02-02 2000-08-23 普拉塞尔技术有限公司 生产二氧化碳的蒸馏系统
CN101765753A (zh) * 2007-07-27 2010-06-30 三菱电机株式会社 热交换器以及其制造方法

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