DE102007017613A1

DE102007017613A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE102007017613A1
Application number: DE200710017613
Authority: DE
Inventors: Joachim Neubert; Karl Ferdinand Staab
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2008-10-23
Also published as: EP2134434A1; US8747648B2; ZA200906966B; WO2008125283A1; BRPI0809793A2; US20100187128A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten, insbesondere von Meer- und/oder Brackwasser und/oder einer Abfallflüssigkeit und/oder Abwasser, bei dem bzw. bei der ein mit Wasserdampf beladener, heißer Trägergasstrom als heißer Wasserdampf-Trägergasstrom, insbesondere aus einer Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten, vorliegt. Erfindungsgemäß wird wenigstens ein Teilstrom des heißen Wasserdampf-Trägergasstromes einer Wasserdampf-Elektrolyse in einem Wasserdampf-Elektrolysator (58; 265) unterworfen, in der wenigstens ein Teil des Wasserstoffes und/oder Sauerstoffes vom heißen Wasserdampf-Trägergasstrom abgespalten und ein getrockneter Trägergassstrom erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 22.
Bei einer Aufbereitung von Flüssigkeiten, wie z. B. von Meer-, Brack-, oder Abwasser sowie sonstigen Abfallflüsssigkeiten, insbesondere zu Trink- und Brauchwasser, mittels einer Verdampfung in einem heißen Gasstrom mit anschließender Kondensation, wie dies beispielhaft in der gattungsbildenden EP 1 363 855 B1 beschrieben ist, können in Abhängigkeit vom jeweils vorgegebenen Prozessdruck und der jeweils vorgegebenen Prozesstemperatur unter Umständen nicht zu vernachlässigende Wasserdampfmengen in einem mittels eines Kondensatabscheiders von einem Basisflüssigkeit-Kondensat befreiten heißen Trägergasstrom, der vorzugsweise Luft oder Inertgas als Trägergas verwendet, vorliegen. Diese in dem heißen Trägergasstrom vorhandenen Wasserdampfmengen reduzieren die mögliche Höhe der Neubeladung des Trägergases gegebenenfalls spürbar, was sich nachteilig auf den Gesamtwirkungsgrad des Aufbereitungsprozesses auswirken kann. Aus dieser EP 1 363 855 B1 ist es lediglich bekannt, das vom Kondensatabscheider abgezogene Kondensat in einen Kondensat-Sammelbehälter zu überführen und das Kopfprodukt dieses Kondensat-Sammelbehälters, das noch restliche Trägergasbestandteile aufweist, einem Wärmetauscher als Gastrockner zuzuführen, dem wiederum ein weiterer Kondensatabscheider nachgeschaltet ist, um das restliche Trägergas aus dem Erstkondensat wieder in den Trägergaskreislauf einzuführen. Damit sollen vor allem Trägergasverluste im geschlossenen Trägergaskreislauf vermieden werden.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung, insbesondere zur Aufbereitung von Flüssigkeiten insbesondere von Meer- und/oder Brackwasser und/oder einer Abfallflüssigkeit und/oder Abwasser, zur Verfügung zu stellen, mittels dem bzw. mittels der auf einfache und effektive Weise ein möglichst reiner Trägergasstrom erhalten wird.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich der Vorrichtung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 22. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird zur Gastrocknung bzw. zur Gasnachtrocknung wenigstens ein Teilstrom eines heißen, mit Wasserdampf beladenen Trägergases als heißer Wasserdampf-Trägergasstrom einer Wasserdampf-Elektrolyse unterworfen, in der wenigstens ein Teil des Wasserstoff- und/oder Sauerstoffgases vom heißen Wasserdampf-Trägergasstrom abgespalten und ein getrockneter Trägergasstrom erzeugt wird.
Besonders vorteilhaft in Verbindung mit einer derartigen erfindungsgemäßen Verfahrensführung und Ausgestaltung ist es, dass aufgrund des bereits in Dampfform vorliegenden Wassers eine erhebliche Minderung des für die Elektrolyse notwendigen elektrischen Energieaufwands erreichbar ist. Diese Energieminderung wird dadurch möglich, dass dem Wasserdampf zur Verdampfung des Wasser bereits in vorhergegangenen Verfahrensschritten Verdampfungswärme als Energie zugeführt worden ist, so dass für die Elektrolyse der Aufwand an elektrischer Energie reduziert ist. Der Wasserdampf- Trägergasstrom weist bevorzugt eine Temperatur zwischen 70° bis 300°C, bevorzugt zwischen 90° und 250°C auf und zwar bei Betriebsdrücken bzw. Drücken zwischen 1 bar und 11 bar absolut, je nach den gerade aktuell vorherrschenden Betriebsbedingungen für eine z. B. Wasseraufbereitungs- bzw. Abwasserreinigungsvorrichtung, was auch den Betriebsbedingungen für die Wasserdampf-Elektrolyse entspricht, so dass der heiße Wasserdampf-Trägergasstrom – insbesondere aus einer Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten, insbesondere von Meer- und/oder Brackwasser und/oder einer Abfallflüssigkeit und/oder Abwasser, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird – sofort und unmittelbar der erfindungsgemäßen Wasserdampf-Elektrolyse zur Trocknung des Wasserdampf-Trägergasstromes und damit zur Erzeugung eines getrockneten Trägergasstromes verwendet werden kann. Ein derartiger getrockneter Trägergasstrom kann dann wieder in den Prozess zurückgeführt werden, wobei dieser getrocknete Trägergasstrom mit einer wesentlich größeren Menge an z. B. aufzubereitender Flüssigkeit neubeladen werden kann als dies ohne die Trocknung mit dem ursprünglichem heißen Wasserdampf-Trägergasstrom der Fall wäre.
Zusätzlich zu diesen eben genannten Vorteilen weist die Erfindung den Vorteil auf, dass mit dieser z. B. aus Abfallflüssigkeiten als Aufbereitungsflüssigkeiten reinster Wasserstoff gewonnen werden kann, der wiederum einer anderen Verwendung zugeführt werden kann, z. B. als Treibstoff für Triebwerke oder Verbrennungsmotoren oder als Kühlmittel in Kraftwerken oder anderen industriellen Anlagen, um nur einige Verwendungsmöglichkeiten aufzuzeigen.
Als Elektrolyseverfahren kommen insbesondere eine alkalische Elektrolyse, wie z. B. die alkalische Druckelektrolyse, die Proton-Exchange-Membrane-Elektrolyse und die Hochtemperaturelektrolyse, und zwar sowohl als autotherme als auch als allotherme Elektrolyseverfahren, in Frage. Wie erfinderseitige Versuche gezeigt haben, beträgt der Energieaufwand für die erfindungsgemäße Gastrocknung eines heißen Wasserdampf-Trägergasstroms le diglich ca. 2,7 kWh/m³ Wasserstoff, wohingegen der Energiebedarf für eine herkömmliche Elektrolyse zur Erzeugung von Wasserstoff wesentlich höher liegt und je nach Elektrolyseverfahren zwischen ca. 9–18 kWh/m³ Wasserstoff liegt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Verfahrensführung und Ausgestaltung wird der heiße Wasserdampf-Trägergasstrom zur Wasserdampf-Elektrolyse in einen Reaktionsraum eines Wasserdampf-Elektrolysators geleitet, in dem wenigstens eine Anode und wenigstens eine Kathode als Elektroden angeordnet sind, denen bevorzugt von einem Gleichrichter als Energieversorgungseinrichtung die noch erforderliche elektrische Energie zur Abspaltung des Wasserstoffes und/oder des Sauerstoffes zugeführt wird.
Grundsätzlich kann der gesamte heiße Wasserdampf-Trägergasstrom der Wasserdampf-Elektrolyse zugeführt werden. Bevorzugt ist jedoch, dass der Wasserdampf-Elektrolyse eine in Abhängigkeit von vorgegebenen Parametern, insbesondere vom Gastrocknungsgrad und/oder vom Wasserstoffbedarf und/oder vom Sauerstoffbedarf, vorgegebene Menge des heißen Wasserdampf-Trägergasstroms zugeführt wird. Damit kann eine im Hinblick auf den Energieverbrauch optimierte Gastrocknung mittels des Wasserdampf-Elektrolysators erfolgen. So kann z. B. je nach z. B. Aufbereitungsprozess und gefordertem Gastrocknungsgrad z. B. vorgegeben sein, dass zur Erfüllung sämtlicher Vorgaben lediglich ein bestimmter Teilstrom des Wasserdampf-Trägergasstroms der Gastrocknung unterworfen wird, um einen Trägergasstrom mit gewünschtem Gastrocknungsgrad zur Verfügung zu stellen. Konkret wird hierzu die der Wasserdampf-Elektrolyse zugeführte Menge des heißen Wasserdampf-Trägergases mittels einer Regeleinrichtung vorgegeben, mittels der eine in der Zuleitung zu einem Wasserdampf-Elektrolysator angeordnete und mit der Regeleinrichtung gekoppelte Stell- und/oder Messeinrichtung, die insbesondere durch eine Durchflussmengen-Stell- und Messeinrichtung gebildet ist, angesteuert wird. Weiter bevorzugt wird hier zudem der von der Wasserdampf-Elektrolyse kommende getrocknete Trägergasstrom über wenigstens eine Messeinrichtung geführt, mittels der der Gehalt an Wasserstoff und/oder Sauerstoff im getrockneten Trägergasstrom ermittelt werden kann. Diese Information wird dann der Regeleinrichtung als Parameter zur Verfügung gestellt, z. B. als Ist-Wert-Parameter, so dass die der Wasserdampf-Elektrolyse zuzuführende Menge des heißen Wasserdampf-Trägergasstroms auf einfache und zuverlässige Weise ermittelt werden kann.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung und Verfahrensführung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil des bei der Wasserdampf-Elektrolyse gewonnenen Wasserstoffes und/oder Sauerstoffes vom Wasserdampf-Elektrolysator abgezogen und in einen Gasspeicher, insbesondere in einen Druckgasspeicher eingespeichert oder zwischengespeichert wird. Um den im Rahmen der Wasserdampf-Elektrolyse gewonnenen Wasserstoff und/oder Sauerstoff abziehen zu können, ist bevorzugt zwischen Wasserdampf-Elektrolysator und dem jeweiligen Druckgasspeicher eine Absaug- und/oder Pumpeinrichtung vorgesehen, die bevorzugt durch eine Vakuumpumpe gebildet ist. Um einen unerwünschten Rückstrom in Richtung Absaug- und/oder Pumpeinrichtung zu verhindern, ist hierzu bevorzugt im Bereich des jeweiligen Druckgasspeichers ein Absperrventil als Absperrvorrichtung und/oder ein Rückschlagventil als Rückschlagsicherung angeordnet.
Ebenso ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung zur Vermeidung eines unerwünschten Rückstroms in Richtung Wasserdampf-Elektrolysator vorgesehen, zwischen dem Wasserdampf-Elektrolysator und der jeweiligen Absaug- und/oder Pumpeinrichtung ein Absperrventil als Absperrvorrichtung und/oder ein Rückschlagventil als Rückschlagsicherung anzuordnen. Die jeweiligen Rohrleitungen zwischen Wasserdampf-Elektrolysator und z. B. Vakuumpumpe bzw. Druckgasspeicher sind dabei jeweils denjenigen Elektroden zugeordnet, in denen das abzusaugende Gas gebildet wird. Zur Gasbildung sind im Reaktionsraum des Elektrolysators Membrananordnungen vorgesehen, die bewirken, dass nur das jeweils gewünschte Gas, also Wasserstoff und/oder Sauerstoff, zu den jeweils zugeordneten Elektroden diffundieren können, während das Restgas im Reaktionsraum als reines, getrocknetes Trägergas zurückgehalten wird und über eine separate Rohrleitung als Trägergasleitung abgezogen werden kann. Wenigstens ein Teil dieses getrockneten Trägergases kann dann einer aufzubereitenden Flüssigkeit, insbesondere einem aufzubereitenden Meer- und/oder Brackwasser und/oder Abwasser oder einer aufzubereitenden Abfallflüssigkeit, zugeführt werden, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird.
Dem als Druckgasspeicher ausgebildeten Gasspeicher ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eine Druckregel- und/oder Alarmeinrichtung zugeordnet, die über eine Abblasleitung, die vorzugsweise eine Absperrvorrichtung und/oder eine Rückschlagsicherung aufweist, eine Abblasvorrichtung in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Überdrück ansteuert. Diese Abblasvorrichtung, die insbesondere durch ein Abblasventil gebildet ist, kann mittels einer Bypassleitung, in der ein mechanisches Sicherheitsventil angeordnet ist, überbrückt werden. Mit einer derartigen Bypassleitung ist sichergestellt, dass z. B. im Falle eines Versagens bzw. Ausfalls der Druckregel- und/oder Alarmeinrichtung auf jeden Fall ein Abblasen des Gases wegen Überdrucks möglich ist. Das mechanische Sicherheitsventil kann dabei z. B. bevorzugt im Hinblick auf einen Überdruckschwellwert so ausgelegt sein, dass dieses erst später anspricht als die der Druckregel- und/oder Alarmeinrichtung zugeordnete elektronische Abblasvorrichtung. Insbesondere einem Wasserstoffspeicher als Gasspeicher ist zudem noch eine Sicherheitsfackel zugeordnet, um sicherzustellen, dass das im Überdruckfall entweichende Wasserstoffgas sicher abgefackelt werden kann.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Wasserdampf-Elektrolyse des in Dampfform im Trägergas vorliegenden Wassers ist darin zu sehen, dass es damit grundsätzlich möglich ist, nur das Wasserstoffgas abzusaugen und zu spei chern, während der anfallende Sauerstoff im Trägergas belassen wird. Dadurch kann der Sauerstoffanteil im Trägergas erhöht und im Falle einer erwünschten Nassverbrennung als Oxidationsmittel genutzt werden, so dass keine externe Sauerstoffzufuhr erforderlich wird. Alternativ dazu kann aber auch der anfallende Sauerstoff zusätzlich zum Wasserstoff ebenfalls abgesaugt und gespeichert werden, um diesen z. B. zu vorgegebenen Zeiten in vorgegebenen Mengen dem Kreislauf zuzuführen, z. B. im Fall einer erwünschten Nassverbrennung. Konkret kann hierzu z. B. einem Sauerstoffspeicher als Gasspeicher eine Sauerstoff-Rohrleitung zugeordnet sein, vorzugsweise mitsamt einer Absperrvorrichtung, bevorzugt ein Absperrventil, und/oder einer Rückschlagsicherung, z. B. einem Rückschlagventil, über die mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung zu vorgegebenen Zeiten eine vorgegebene Menge Sauerstoff in den getrockneten Trägergasstrom eingespeist werden kann. Besonders bevorzugt ist die Sauerstoff-Rohrleitung von der Gasspeicher-Rohrleitung abgezweigt und mündet in eine den getrockneten Trägergasstrom führende Trägergasleitung. Ebenso ist es aber möglich, den Sauerstoff auch anderen Verwendungen zuzuführen. So kann der Sauerstoff z. B. zur zusätzlichen Sauerstoffversorgung von biologischen Abwasserreinigungsanlagen verwendet werden.
Weiter ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung und Verfahrensführung vorgesehen, dass die Aufbereitungsflüssigkeit vor der Zumischung des getrockneten Trägergases zur Vorerwärmung und Vorreinigung wenigstens einer Vorerwärmungs-Abscheideeinrichtung zugeführt wird, die jeweils wenigstens einen Vorerwärmungs-Wärmetauscher und eine dem Vorerwärmungs-Wärmetauscher nachgeschaltete Abscheideeinrichtung aufweist. In dieser wird die Aufbereitungsflüssigkeit durch den Vorerwärmungs-Wärmetauscher auf eine Temperatur unterhalb der Siedetemperatur der Basisflüssigkeit vorerwärmt, so dass die bezüglich der Basisflüssigkeit niedersiedenden Verunreinigungen verdampfen und/oder die gasförmigen Verunreinigungen thermisch ausgetrieben werden, wobei die verdampften und/oder ausgetriebenen Verunreinigungen in der Abscheideeinrichtung der wenigstens einen Vorerwärmungs-Abscheideeinrichtung abgeschieden werden. Vorteilhaft werden hier somit vor der Zuführung der Aufbereitungsflüssigkeit zu einer Trägergas-Einmischvorrichtung diejenigen niedersiedenden flüssigen Verunreinigungen und/oder gasförmigen Verunreinigungen aus der Aufbereitungsflüssigkeit abgetrennt, die nach der Zuführung von dem Trägergas nicht mehr abgeschieden werden können. Mit einer derartigen Maßnahme kann daher eine vollständige Abtrennung nahezu aller flüssigen und gasförmigen Verunreinigungen in der Aufbereitungsflüssigkeit erzielt werden, so dass der Wirkungsgrad der gesamten Anlage und des gesamten Prozesses hierdurch sehr hoch ist und ein insgesamt äußerst wirtschaftlicher Betrieb der Anlage möglich ist.
Insbesondere kann mit einem derartigen Verfahren und einer derartigen Vorrichtung ein sehr bereites Spektrum unterschiedlichster Aufbereitungsflüssigkeiten mit einer Vielzahl von unterschiedlichsten flüssigen und/oder gasförmigen Verunreinigungen auf effektive und wirtschaftliche Weise aufbereitet werden. So ist eine derartige Verfahrensführung und Vorrichtung insbesondere auch für die Wassergewinnung, z. B. in Form von Trinkwasser oder Brauchwasser aus Meer- und/oder Brackwasser, besonders gut geeignet und vorteilhaft, da im Rahmen der Vorerwärmung und Vorreinigung das darin in großen Mengen gelöste Kohlendioxid sowie das bei dem thermischen Verfall von HCO₃ entstehende Kohlendioxid abgeschieden und entfernt werden kann. Die in der Basisflüssigkeit vorhandenen Salze können dann im Rahmen der Verdampfung der Basisflüssigkeit als Salzsole im Konzentratabscheider abgeschieden werden.
Vorteilhaft wird hier ferner durch die vor der Zuführung des Trägergases erfolgende Austreibung von gasförmigen Verunreinigungen aus der Aufbereitungsflüssigkeit erreicht, dass sich diese gasförmigen Verunreinigungen nicht im vorzugsweise geschlossenen Trägergaskreislauf anreichern können. Vorteilhaft werden dadurch Stillstandzeiten der Anlage vermieden, um die gasförmigen Verunreinigungen vom Trägergas abzutrennen, so dass insgesamt ein wirtschaftliches Betreiben einer derartigen Anlage mit langen Laufzeiten sehr gut möglich ist. Zudem können dadurch auch im Gegensatz zu herkömmlichen Anlagen die Rohrleitungen und Apparate insgesamt entsprechend geringer und preiswerter dimensioniert und ausgelegt werden. Dies nicht zuletzt auch deswegen, weil durch das Abziehen der niedersiedenden flüssigen Verunreinigungen vor der Zuführung von Trägergas bereits ein Teil der Aufbereitungsflüssigkeit als Verunreinigung abgezogen worden ist.
Vorteilhaft findet bei einer derartigen Verfahrensführung und Vorrichtung, bei der einer aufzubereitenden Aufbereitungsflüssigkeit ein Trägergas als Schleppgas zugeführt wird, somit eine nach der Siedepunkttemperatur der flüssigen Verunreinigungen fraktionierte Abtrennung der flüssigen Verunreinigungen und/oder eine Austreibung der gasförmigen Verunreinigungen von der dadurch für eine umweltfreundliche Entsorgung und Wiederverwertung aufbereiteten Basisflüssigkeit statt. Die Verunreinigungen können dabei durchaus auch Wertstoffe sein, die wiederverwertet werden können und nicht entsorgt werden müssen.
Ein besonders vorteilhafter Wirkungsgrad der Anlage und des Prozesses wird erreicht, wenn die zu behandelnde Aufbereitungsflüssigkeit nacheinander wenigstens zwei hintereinander geschalteten Vorerwärmungs-Abscheideeinrichtungen zugeführt wird. Mit einer derartigen mehrstufigen Vorerwärmung und Vorreinigung wird eine besonders gute und effiziente Trennwirkung hinsichtlich der Abtrennung der niedersiedenden Verunreinigungen und/oder der Austreibung der gasförmigen Verunreinigungen erzielt. Für eine derartige erhöhte Trennwirkung lässt sich ein besonders hoher Wirkungsgrad der Anlage insgesamt sowie insbesondere hinsichtlich der Vorerwärmung und Vorreinigung erreichen. Dies kann insbesondere auch dann erreicht werden, wenn die Aufbereitungsflüssigkeit in dem Vorerwärmungs-Wärmetauscher bis möglichst nahe an die Verdampfungstemperatur der Basisflüssigkeit vorerwärmt wird, da hierdurch eine anschließende Feinstverteilung der vorerwärmten und vorgereinigten Aufbereitungsflüssigkeit in dem Trägergas begünstigt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform und Verfahrensführung ist vorgesehen, dass die im wenigstens einen Vorerwärmungs-Wärmetauscher jeder Vorerwärmung-Abscheideeinrichtung vorgewärmte, aufzubereitende Aufbereitungsflüssigkeit einer Entspannungsvorrichtung als Bestandteil der Abscheideeinrichtung zugeführt wird, mit der eine effektive Abscheidung der niedersiedenden dampfförmigen Verunreinigungen und/oder gasförmigen Verunreinigungen erfolgt. Besonders vorteilhaft können dabei die niedersiedenden dampfförmigen Verunreinigungen und/oder die gasförmigen Verunreinigungen von der Entspannungsvorrichtung ausgehend über eine Leitung einer Kühlvorrichtung mit Wärmetauscher als weiterem Bestandteil der Abscheideeinrichtung zugeführt und in einem Sammelbehälter gespeichert werden, so dass beim Kühlvorgang ein Unterdruck in der Leitung erzeugt wird, durch den die abgeschiedenen Verunreinigungen aus der Entspannungsvorrichtung gesaugt werden. Vorteilhaft wird dadurch erreicht, dass die Abtrennung und Abscheidung der Verunreinigungen auf einfache Weise ohne großen Bauteil- und Apparateaufwand erzielt wird. Die Entspannungsvorrichtung kann dabei durch einen Entspannungsbehälter mit vorgeschalteter Pumpe oder aber auch durch eine Pervaporationsmembrananlage gebildet sein.
Eine besonders vorteilhafte Verfahrensführung wird mit einer Anordnung erreicht, bei der jeder Vorerwärmungs-Wärmetauscher durch einen Kondensat-Aufbereitungsflüssigkeit-Wärmetauscher gebildet ist, mit dem eine Vorerwärmung durch das heiße, aus dem Kondensatbehälter kommende Kondensat erfolgt. Zusätzlich dazu kann eine weitere Wärmezufuhr für die Vorerwärmung der Aufbereitungsflüssigkeit in einem Konzentrat-Aufbereitungsflüssigkeit-Wärmetauscher durch das heiße, aus dem Konzentratsammelbehälter kommende Konzentrat erfolgen, wobei der Konzentrat-Abfallflüssigkeit-Wärmetauscher der wenigstens einen Vorerwärmung-Abscheideeinrichtung vorgeschaltet ist.
Mit einer derartigen Verfahrensführung kann der Energieaufwand insgesamt erheblich reduziert werden, da nahezu alle heißen Ströme zur Erwärmung kälterer Ströme verwendet werden. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn zumindest ein Teil der Wärmezufuhr für die Verdampfung zu dem nassen Trägergas-Dampfgemisch in wenigstens einem Verdampfer-Kondensations-Wärmetauscher durch das abströmende, komprimierte und gereinigte Trägergas-Trockendampfgemisch erfolgt.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Trägergas in einem separaten Trägergaskreislauf geführt ist, um die Trägergasverluste zu minimieren. In einem derartigen geschlossenen Trägergaskreislauf können aufgrund der geringen Trägergasverluste auch relativ teure und wertvolle Inertgase als Trägergase verwendet werden, die in ihrer Funktion als Schleppgas für die Abfallflüssigkeiten gegenüber z. B. Luft regelmäßig bevorzugt sind, da diese anders als z. B. Luft nicht mit bestimmten anderen Komponenten, insbesondere gasförmigen Komponenten der Abfallflüssigkeiten, reagieren können. Weiter kann zur Gewinnung von im abgeschiedenen Kondensat vorhandenem Restträgergas eine zusätzliche Gastrocknung hinter einem Kondensat-Sammelbehälter vorgesehen sein, um nasses Restträgergas aus dem Kondensat-Sammelbehälter zu trocknen und dem Trägergaskreislauf im erwünschten trockenen Zustand zuzuführen. In einer konkreten Verfahrensführung und Ausführung hierzu wird das im Kondensatabscheider anfallende Kondensat über eine Kondensat-Ablaufleitung mit einem Absperrventil in einen Kondensat-Sammelbehälter abgeleitet, wobei über eine Füllstandsmessung in Verbindung mit einem Regelventil ein möglichst trägergasverlustfreier Ablauf erzielt wird. Das Kopfprodukt des Kondensat-Sammelbehälters, das ebenfalls Trägergasbestandteile aufweist, wird einer kopfseitig an dem Kondensat-Sammelbehälter angeschlossenen Abgasleitung zugeführt und anschließend über einen Wärmetauscher als Gastrockner mit nachgeschaltetem Kondensatabscheider zur Trägergastrocknung sowie über die Gasleitung in einem weiteren Trägergaskreislauf ebenfalls wiederum der Trägergaszuführleitung zugeführt.
Für den Fall, dass z. B. nach längerer Betriebszeit dennoch Verluste von Trägergas im System auftreten, kann ferner auf einfache Weise Trägergas über einen mit dem Trägergaskreislauf gekoppelten Trägergasspeicher nachgefüllt werden. Die Zuführung erfolgt dabei durch eine einfache Einkopplung in den vorhandenen Trägergaskreislauf, so dass die Anlage hierfür nicht gestoppt werden braucht, was unwirtschaftlich ist, sondern kontinuierlich Weiterbetrieben werden kann.
Für den Fall, dass Luft als Trägergas vorgesehen ist, kann dieses bevorzugt aus der Umgebung angesaugt werden, z. B. über einen Kompressor, der mit einem Ansaugfilter versehen ist.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein schematisches Fließbild einer Vorrichtung zur Aufbereitung einer Flüssigkeit gemäß einer ersten Verfahrensführung, bei der im Rahmen der Wasserdampf-Elektrolyse lediglich Wasserstoff abgespalten wird,
2 ein schematisches Fließbild einer Vorrichtung zur Aufbereitung einer Flüssigkeit mit einer alternativen Verfahrensführung, bei der im Rahmen der Wasserdampf-Elektrolyse sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff abgespalten wird, und
3 ein schematisches Fließbild einer Vorrichtung zur Aufbereitung einer Flüssigkeit mit einer alternativen Verfahrensführung, bei der eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, mit der ein Wasserdampf- Elektrolysator mit einer vorgegebenen Menge eines heißen Wasserdampf-Trägergasgemisches beschickt wird.
Aufbereitungsflüssigkeiten, wie z. B. in der Produktion anfallende Abfallflüssigkeiten, z. B. Lösungsmittel in unterschiedlichen Verdünnungen, oder Meer- und/oder Brackwasser, die zu Trink- und Brauchwasser aufbereitet werden sollen, werden in einer Verfahrensführung nach 1 gegebenenfalls vorgereinigt über einen Zulauf 1 sowie mittels einer Pumpe 2 zur Vorerwärmung und Vorreinigung einer Vorerwärmungs-Abscheideeinrichtung zugeführt, die einen Vorerwärmungs-Wärmetauscher 7 und eine dem Vorerwärmungs-Wärmetauscher 7 nachgeschaltete Abscheideeinrichtung 14 aufweist. Der Vorerwärmungs-Wärmetauscher 7 ist hier gleichzeitig als Kondensat-Aufbereitungsflüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildet, was nachfolgend noch näher erläutert wird, wobei im Vorerwärmungs-Wärmetauscher 7 die Temperatur der zu reinigenden Aufbereitungsflüssigkeit abhängig vom vorhandenen Druck möglichst nahe an eine gewünschte Verdampfungstemperatur erwärmt wird.
In der Abscheideeinrichtung 14 erfolgt eine Abscheidung des entsprechend seiner Siedepunkttemperatur entstandenen Dampfes und/oder der z. B. in dem Meer- und/oder Brackwasser vorhandenen Inertgase bzw. des vorhandenen und entstandenen gasförmigen CO₂ aus der vorerwärmten Flüssigkeit. Der abgeschiedene Dampf und/oder das abgeschiedene Gas werden über eine Leitung 16 einer Kühlvorrichtung mit Wärmetauscher 17 zugeführt und in verflüssigter Form in einem Sammelbehälter 18 gespeichert. Bei dem Kühlvorgang entsteht in der Leitung 16 ein Unterdruck durch den die Ableitung des anfallenden Gases und/oder Dampfes aus der Abscheideeinrichtung 14 bewirkt wird. Für den Fall, dass keine Abscheidung mittels der Abscheideeinrichtung 14 erforderlich sein sollte, kann diese auch über eine Bypassleitung 11 mit entsprechenden Absperrvorrichtungen 12 und 13 überbrückt werden. Die Zuführleitung vom Vorerwärmungs-Wärmetauscher 7 zur Abscheideein richtung 14 ist hier mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet. In dieser Zuführleitung 9 ist ebenfalls eine Absperrvorrichtung 10 vorgesehen.
Der z. B. als Entspannungsbehälter ausgebildeten Abscheideeinrichtung 14 ist ferner eine Pumpe 21 zugeordnet, die zusammen eine Entspannungsvorrichtung ausbilden.
Die so vorerwärmte und vorgereinigte Aufbereitungsflüssigkeit wird anschließend über eine Rohrleitung 22 zu einer hier nicht dargestellten Einmischvorrichtung 8 geführt, die weiter mit einer Trägergasleitung 63 verbunden ist, und in der eine Feinstverteilung der vorerwärmten und vorgereinigten Aufbereitungsflüssigkeit im von der Trägergasleitung 63 gelieferten getrockneten Trägergasstrom erfolgt. Über eine Gemischleitung 25 wird dieses sich ergebende nasse Trägergas-Dampfgemisch in einen Verdampfer/Kondensations-Wärmetauscher 27 geleitet, in dem eine weitere Erwärmung mit dem Ziel einer Überhitzung des Trägergas-Dampfgemisches erfolgt. Die erforderlichen Temperaturen und Betriebsdrücke des Trägergas-Dampfgemisches sind von den abzuscheidenden Inhaltsstoffen und den thermischen Größen der zu reinigenden Abfallflüssigkeit abhängig. Daher können Temperaturen zwischen 50 und 250°C und Betriebsdrücke zwischen 0,5 bar und 20 bar erforderlich werden.
Das nasse Trägergas-Dampfgemisch mit dem bezüglich der Basisflüssigkeit höhersiedenden flüssigen Rest und den in der Basisflüssigkeit enthaltenen Salzen der zu reinigenden Aufbereitungsflüssigkeit wird anschließend mittels einer Rohrleitung 28 in einen Konzentratabscheider 30 eingeleitet, in dem dieser flüssige Rest und/oder eine Salzsole als Konzentrat abgeschieden wird. Dieser Konzentratabscheider 30 kann beispielsweise als Zyklon- oder Prallplattenabscheider ausgebildet sein. Im Falle des Prallplattenabscheiders sind sowohl Einplatten- als auch Mehrplattenabscheider einsetzbar.
Das nunmehr keine Restflüssigkeit mehr enthaltende Trägergas-Trockendampfgemisch verlässt über eine Leitung 31 den Konzentatabscheider 30 und wird einem Tropfenabscheider 32 zugeführt, in dem noch im Trägergas-Trockendampfgemisch enthaltenes Konzentrat abgeschieden und einem Konzentratsammelbehälter 97 über eine Rohrleitung 98 zugeführt werden kann. Das im Konzentratsammelbehälter 97 gesammelte Konzentrat wird über eine Rohrleitung 99 abgeführt, wobei das heiße Konzentrat gegebenenfalls zur Vorerwärmung der dem Vorerwärmungs-Wärmetauscher 7 zugeführten Abfallflüssigkeit 1 dienen kann, was hier aber nicht dargestellt ist.
Das den Tropfenabscheider 32 verlassende Trägergas-Trockendampfgemisch wird über eine Rohrleitung 33 einem Verdichter 36 zugeführt, wodurch das Trägergas-Trockendampfgemisch unter gleichzeitiger Temperaturerhöhung auf den gewünschten Betriebsdruck gebracht wird. Dieses komprimierte Trägergas-Trockendampfgemisch gelangt über eine Druckleitung 37 in den Verdampfer/Kondensations-Wärmetauscher 27 und wird dort unter Kondensation des Trockendampfes des Trägergas-Trockendampfgemisches, nämlich der Basisflüssigkeit der Aufbereitungsflüssigkeit, abgekühlt, wobei gleichzeitig eine Erhitzung des nassen Trägergas-Dampfgemisches, das von der Einmischung des getrockneten Trägergasstromes kommt, erfolgt.
Das Kondensat wird anschließend über eine Rohrleitung 41 zu einem Kondensatabscheider 43 geführt, in dem das Kondensat abgeschieden wird. Als Kondensatabscheider 43 kommt hier z. B. ein Zyklon- oder ein Prallplattenabscheider, wie z. B. ein Einplatten- oder Mehrplattenabscheider zum Einsatz.
Das im Kondensatabscheider 43 anfallende Kondensat wird in einem Kondensatsammelbehälter 44 gesammelt und gelangt über eine Rohrleitung 45 in einen Abscheider 48, wo noch vorhandene Mittelsieder, wie z. B. H₄N₂, Cl₃N, H₂O₂, CCl₃NO₂, in Verbindung mit einer Kühlvorrichtung 50 und einem Sammelbehälter 51 abgeschieden werden, so dass das nunmehr durch eine hochreine Basisflüssigkeit gebildete Kondensat über eine Rohrleitung 52 zum Vorerwärmungs-Wärmetauscher 7 geführt wird, den es nach dem Wärmeaustausch mit der Aufbereitungsflüssigkeit über eine Rohrleitung 54 als z. B. Brauchwasser verlässt.
Das heiße, mit nicht kondensiertem Wasserdampf beladene Trägergas gelangt nach dem Kondensatabscheider 43 als heißer Wasserdampf-Trägergasstrom über eine Absperrvorrichtung 57 in einen Reaktionsraum eines Wasserstoff-Elektrolysators 58, in dem wenigstens eine Anode 60 und wenigstens eine Kathode 59 angeordnet sind. Diese Elektroden 59, 60 werden mittels eines Gleichrichters 62 mit elektrischer Energie versorgt. Die Kathode 59 ist dabei mittels einer ionenspezifischen Membran vom Reaktionsraum getrennt, durch die das anfallende Wasserstoffgas hindurch diffundieren kann, das Restgas dagegen nicht. Die Absaugung erfolgt über eine Rohrleitung 69, in der eine Absperrvorrichtung 70 und eine Rückschlagsicherung 71 angeordnet sind, und zwar mittels einer Vakuumpumpe 72. Über eine Druckleitung 73, in der eine Rückschlagsicherung 75 und eine Absperrvorrichtung 76 angeordnet sind, wird das Wasserstoffgas in einen Druckgasspeicher 77 gefördert. Am Druckgasspeicher 77 ist eine Druckregel- und Alarmeinrichtung 78 zur Überwachung und Sicherung angebracht, durch die geregelt über eine Leitung 79 mit einem Absperrventil 80 und einer Rückschlagsicherung 81 ein möglicher Überdruck mittels eines automatischen Abblasventils 82 abgelassen wird. Zur zusätzlichen Sicherung ist eine Bypassleitung 84 mit einem mechanischen Sicherheitsventil 85 vorgesehen. Das ausströmende Wasserstoffgas wird mittels der Sicherheitsfackel 83 unschädlich verbrannt. Das nachgetrocknete Trägergas gelangt dagegen aus dem Elektrolysator 58 über die Leitung 63 mit einer Durchflussmengenmesseinrichtung 65 und einer Druck- und Temperaturmesseinrichtung 64 wieder in den Trägergas-Kreislauf zurück.
Wie dies dem Fließbild der 1 weiter entnommen werden kann, ist über die Leitungen 105, 106 mit darin angeordneten Sicherheitsventilen 107, 108 eine Notfallentlastung in Verbindung mit der Druckleitung 37 vorgesehen, auf die an dieser Stelle aber nicht mehr näher eingegangen wird.
Ferner ist zwischen der Druckleitung 37 und der Abführleitung 99 aus dem Konzentratsammelbehälter 97 eine mittels Absperrvorrichtungen 103 und 104 zuschaltbare Druckleitung 102 vorgesehen, über die eine Spülung für die Druckleitung 37 über die Rohrleitung 99 möglich ist.
Wie der 1 weiter entnommen werden kann, kann z. B. im Falle von Luft als Trägergas über einen Kompressor 86 mit Ansaugfilter Luft aus der Umgebung angesaugt werden und über eine Luftleitung 88 in den Trägergaskreislauf eingespeist werden, z. B. zum Anfahren der Vorrichtung bzw. zum Nachfüllen von Trägergas.
In der 2 ist ein schematisches Fließbild einer alternativen Vorrichtung gezeigt, die sich von der Vorrichtung gemäß der 1 lediglich durch die Abtrennung von sowohl Wasserstoffgas als auch Sauerstoffgas unterscheidet, so dass nachfolgend lediglich darauf Bezug genommen wird und bezüglich der restlichen Verfahrensführung und des Aufbaus auf die zuvor gemachten Ausführungen zur 1 verwiesen wird.
Das heiße, mit nicht kondensierten Wasserdampf beladene Trägergas gelangt somit hier nach dem Kondensatabscheider 43 über eine Absperrvorrichtung 57 in einen Reaktionsraum des Wasserstoff-Elektrolysators 58, in dem wiederum eine Anode 60 und Kathode 59 als Elektroden angeordnet sind, die mittels eines Gleichrichters 163 mit der notwendigen elektrischen Energie versorgt werden. Sowohl die Kathode 59 als auch die Anode 60 sind mittels ionenspezifischer Membrane vom Reaktionsraum getrennt, durch die das jeweils anfallende Wasserstoffgas bzw. das jeweils anfallende Sauerstoffgas hindurchdiffundieren können, das Restgas, d. h. das reine Trägergas hingegen nicht. Die Absaugung des Wasserstoffgases erfolgt über eine Rohrleitung 164, in der eine Absperrvorrichtung 165 und eine Rückschlagsicherung 166 angeordnet sind, und zwar mittels einer Vakuumpumpe 167. Über eine Druckleitung 168, in der eine Rückschlagsicherung 169 und eine Absperrvorrichtung 170 angeordnet sind, wird das Wasserstoffgas in einen Druckgasspeicher 171 gefördert. Am Druckgasspeicher 171 ist wiederum eine Druckregel- und Alarmeinrichtung 172 zur Überwachung und Sicherung angebracht, durch die, über eine Leitung 173 mit einem Absperrventil 174 und einer Rückschlagsicherung 175, ein möglicher Überdruck abgelassen werden kann, und zwar mittel eines automatischen Abblasventils 176. Zur zusätzlichen Sicherung ist eine Bypassleitung 178 mit einem mechanischen Sicherheitsventil 179 vorgesehen, analog zur Ausführungsform nach 1. Auch hier wird ausströmendes Wasserstoffgas mittels einer Sicherheitsfackel 177 unschädlich verbrannt.
Das anfallende Sauerstoffgas wird mittels einer Vakuumpumpe 183 über eine Saugleitung 180 mit einer Rückschlagsicherung 182 und einer Absperrvorrichtung 181, sowie einer Druckleitung 184 und 185 mit einer Rückschlagsicherung 186 und einer Absperrvorrichtung 187 in einen Druckgasspeicher 188 mit einer Druckregelvorrichtung 189 gefördert. An dem Druckgasspeicher 188 ist eine Druckentlastungsvorrichtung, bestehend aus einer Abblasleitung 190 mit einer Rückschlagsicherung 192 und einer Absperrvorrichtung 191 sowie einem ansteuerbaren Abblasventil 193 angeordnet. Die Abblasleitung 190 weist einen Bypass 194 mit einem mechanischen Sicherheitsventil 195 auf. Die Sauerstoffdruckleitung 184 ist mittels einer Druckleitung 196, in der eine Rückschlagsicherung 197 und eine Absperrvorrichtung 198 angeordnet sind, mit einer Trägergasleitung 199 verbunden, so dass eine entsprechend den jeweiligen Anforderungen teilweise Rückführung von Sauerstoff in den Trägerkreislauf erfolgen kann, falls dieses entsprechend der jeweiligen Aufgabenstellung erforderlich sein sollte. Das nachgetrocknete Trägergas gelangt aus dem Elektrolysator 58 über die Trägergasleitung 199 mit einer Durchflussmengen-Messeinrichtung 100 und einer Druck- und Temperaturmesseinrichtung 101 wieder in den Trägergaskreislauf zurück.
In der 3 ist schließlich eine schematische Fließbilddarstellung einer weiteren Erfindungsvariante gezeigt, bei der ebenfalls wiederum wesentliche Anlagenbestandteile identisch denjenigen der Ausführungsformen der 1 und 2 entsprechen, so dass auf die diesbezüglichen Ausführungsformen der 1 verwiesen wird. Im Unterschied zu den Ausführungsformen der 2 und 3 kann gemäß der Ausführungsform der 3 entsprechend den Anforderungen an den Grad der Trocknung des trockenen Trägergasstroms bzw. auch in Abhängigkeit vom Bedarf an Wasserstoff, nur ein Teil des heißen, an Wasserdampf beladenen Trägergases einem Wasserdampf-Elektrolysator zugeführt werden. Die gewählte Teilmenge an heißem, nassem Wasserdampf-Trägergasgemisch wird mittels einer Mengenmesseinrichtung 263 in einer Zuleitung 262 zur Elektrolysezelle bzw. zum Elektrolysator 265 geführt, wobei die vorgewählte Menge mittels der Durchflussmengen-Messeinrichtung 263 über eine Regelventil 264 eingestellt wird. In dem Elektrolysator 265 sind mindestens eine Anode 267 und eine Kathode 266 angeordnet. Diese Elektroden 266, 267 werden mittels eines Gleichrichters 269 mit elektrischer Energie versorgt. Die Kathode 266 ist dabei mittels einer ionenspezifischen Membran vom Reaktionsraum getrennt, durch die das anfallende Wasserstoffgas hindurchdiffundieren kann, das Restgas dagegen nicht. Die Absaugung erfolgt hier über eine Rohrleitung 272, in der eine Absperrvorrichtung 273 und eine Rückschlagsicherung 274 angeordnet sind, und zwar mittels einer Vakuumpumpe 275. Über eine Druckleitung 276, in der eine Rückschlagsicherung 278 und eine Absperrvorrichtung 279 angeordnet sind, wird das Wasserstoffgas in einen Druckgasspeicher 280 gefördert. Am Druckgasspeicher 280 ist eine Druckregel- und Alarmeinrichtung 281 zur Überwachung und Sicherung angebracht, durch die, über eine Leitung 282 mit einem Absperrventil 283 und einer Rückschlagsicherung 284, ein möglicher Überdruck mittels eines automatischen Abblasventils 285 abgelassen werden kann. Zur zusätzlichen Sicherung ist auch hier eine Bypassleitung 286 mit einem mechanischen Sicherheitsventil 287 in der bereits zuvor in Verbindung mit der 1 geschilderten Art und Weise vorgesehen. Das ausströmende Wasserstoffgas kann auch hier wiederum mittel einer Sicherheitsfackel 283 unschädlich abgefackelt werden. Das nachgetrocknete Trägergas gelangt aus dem Elektrolysator 265 über eine Leitung 270 mit einer Durchflussmengen-Messeinrichtung 250 und einer Druck- und Temperatur-Messeinrichtung 249 wieder in den Trägergaskreislauf über eine Leitung 248 zurück. Über diese Leitung 248 wir auch der ggf. nicht in den Elektrolysator 265 eingebrachte Teilstrom des heißen Wasserdampf-Trägergasstromes in den Trägergaskreislauf in der zuvor geschilderten Art und Weise zurückgeführt. Der Gehalt an Wasserstoff im getrockneten Trägergasstrom kann mittels einer Messeinrichtung 271 gemessen werden, die eine Rückkopplung zum Regelventil 264 mitsamt Durchflussmengenmessung über die Mengenmesseinrichtung 263 beinhaltet.
Die Verfahrensführung und Vorrichtung gemäß 3 wurde hier analog zur 1 mit lediglich der Abspaltung von Wasserstoff geschildert. Selbstverständlich kann diese Variante auch in Verbindung mit einer Ausgestaltung nach 2 Verwendung finden, gemäß der sowohl Wasserstoffgas als auch Sauerstoffgas im Rahmen der Elektrolyse abgespalten werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1363855 B1 [0002, 0002]

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von Flüssigkeiten, insbesondere von Meer- und/oder Brackwasser und/oder einer Abfallflüssigkeit und/oder Abwasser, bei dem ein mit Wasserdampf beladener, heißer Trägergasstrom als heißer Wasserdampf-Trägergasstrom, insbesondere aus einer Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten, vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teilstrom des heißen Wasserdampf-Trägergasstromes einer Wasserdampf-Elektrolyse unterworfen wird, in der wenigstens ein Teil des Wasserstoffes und/oder Sauerstoffes vom heißen Wasserdampf-Trägergasstrom abgespalten und ein getrockneter Trägergasstrom erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der heiße Wasserdampf-Trägergasstrom eine Temperatur zwischen 70°C bis 300°C, bevorzugt eine Temperatur zwischen 90°C bis 250°C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der heiße Wasserdampf-Trägergasstrom einen Betriebsdruck zwischen 1 bar und 11 bar aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der heiße Wasserdampf-Trägergasstrom zur Wasserdampf-Elektrolyse in einen Reaktionsraum eines Wasserdampf-Elektrolysators (58; 265) geleitet wird, in dem wenigstens eine Anode und wenigstens eine Kathode als Elektroden (59, 60; 266, 267) angeordnet sind, denen von einer Energieversorgungseinrichtung (62; 163; 269), insbesondere von einem Gleichrichter, elektrische Energie zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte heiße Wasserdampf-Trägergasstrom der Wasserdampf-Elektrolyse zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Abhängigkeit von vorgegebenen Parametern, insbesondere vom Gastrocknungsgrad und/oder vom Wasserstoffbedarf und/oder vom Sauerstoffbedarf, vorgegebene Menge des heißen Wasserdampf-Trägergasstroms der Wasserdampf-Elektrolyse zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die der Wasserdampf-Elektrolyse zugeführte Menge des heißen Wasserdampf-Trägergases mittels einer Regeleinrichtung (264) vorgegeben wird, mittels der eine in der Zuleitung (262) zu einem Wasserdampf-Elektrolysator (265) angeordnete und mit der Regeleinrichtung (264) gekoppelte Stell- und/oder Messeinrichtung (263), insbesondere eine Durchflussmengen-, Stell- und Messeinrichtung angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Wasserdampf-Elektrolyse kommende getrocknete Trägergasstrom über wenigstens eine Gasgehalt-Messeinrichtung (271) geführt wird, in der der Gehalt an Wasserstoff und/oder Sauerstoff im getrockneten Trägergasstrom ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Gasgehalt-Messeinrichtung (271) ermittelte Sauerstoff- und/oder Wasserstoffbeladung des getrockneten Trägergasstroms der Regeleinrichtung (264) als Parameter zugeführt und wenigstens in Abhängigkeit von dieser Gasbeladung die der Wasserdampf-Elektrolyse zuzuführende Menge des heißen Wasserdampf-Trägergasstroms ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des bei der Wasserdampf-Elektrolyse gewonnenen Wasserstoffes und/oder Sauerstoffes vom Wasserdampf-Elektrolysator (58; 265) abgezogen und in einen Gasspeicher (77; 171, 188; 280), insbesondere in einem Druckgasspeicher, eingespeichert oder zwischengespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Teilmenge des getrockneten Trägergasstroms einer aufzubereitenden Flüssigkeit, insbesondere einem aufzubereitenden Meer- und/oder Brackwasser oder einer aufzubereitenden Abfallflüssigkeit und/oder einem aufzubereitenden Abwasser zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die aufzubereitende Flüssigkeit aus einer Basisflüssigkeit mit darin enthaltenen und/oder gelösten, im wesentlichen flüssigen und/oder gasförmigen und/oder salzförmigen Verunreinigungen besteht, wobei die Trennung der Verunreinigungen von der Basisflüssigkeit dergestalt durchgeführt wird, dass die Aufbereitungsflüssigkeit zur Vorerwärmung und Vorreinigung wenigstens einer Vorerwärmungs/Abschneideeinrichtung (7, 14) zugeführt wird, in der die Aufbereitungsflüssigkeit auf eine Temperatur unterhalb der Siedetemperatur der Basisflüssigkeit vorerwärmt wird, so dass die bezüglich der Basisflüssigkeit niedersiedenden flüssigen Verunreinigungen verdampfen und/oder die gasförmigen Verunreinigungen thermisch ausgetrieben sowie anschließend die so verdampften und/oder ausgetriebenen Verunreinigungen abgeschieden werden, dass der derart vorerwärmten und vorgereinigten Aufbereitungsflüssigkeit wenigstens ein Teilstrom des getrockneten Trägergases zugeführt wird und dieses Gemisch durch Wärmezufuhr zu einem nassen Trägergas-Dampfgemisch verdampft wird dergestalt, dass die Basisflüssigkeit verdampft ist und die flüssigen Verunreinigungen mit Siedetemperaturen über der Siedetemperatur der Basisflüssigkeit als Restflüssigkeitsanteil und/oder die in der Basisflüssigkeit enthaltenen Salze als Salzsole verbleiben, dass dieses nasse Trägergas-Dampfgemisch einem Konzentratabscheider (30) zugeführt wird, in dem der Restflüssigkeitsanteil und/oder die Salzsole als Konzentrat abgeschieden wird, dass das vom Restflüssigkeitsanteil und/oder der Salzsole befreite und damit gereinigte Trägergas-Dampfgemisch als Trägergas-Trockendampfgemisch komprimiert und dann abgekühlt wird, so dass die Basisflüssigkeit kondensiert und in einem nachgeordneten Kondensatabscheider (45) abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die in wenigstens einem Vorerwärmungs-Wärmetauscher (7) jeder Vorerwärmungs-/Abscheideeinrichtung (7, 14) vorgewärmte und aufzuberei tende Aufbereitungsflüssigkeit einer Entspannungsvorrichtung als Bestandteil einer Abscheideeinrichtung (14) einer Vorerwärmungs-/Abscheideeinrichtung (7, 14) zugeführt wird, mit der eine Abscheidung der niedersiedenden dampfförmigen Verunreinigungen und/oder gasförmigen Verunreinigungen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Vorerwärmungs-Wärmetauscher (7) ein Kondensat/Aufbereitungsflüssigkeit-Wärmetauscher ist, mit dem eine Vorerwärmung durch das heiße aus einem Kondensatsammelbehälter (44) kommende Kondensat erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Wärmezufuhr für die Vorerwärmung der Aufbereitungsflüssigkeit in einem Konzentrat/Aufbereitungsflüssigkeit-Wärmetauscher durch das heiße aus einem Konzentratsammelbehälter kommende Konzentrat erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbereitungsflüssigkeit im wenigstens einen Vorerwärmungs-Wärmetauscher (7) bis möglichst nahe an die Verdampfungstemperatur der Basisflüssigkeit vorerwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Wärmezufuhr für die Verdampfung zu dem nassen Trägergas-Dampfgemisch in wenigstens einem Verdampfer/Kondensations-Wärmetauscher (27) durch das abströmende komprimierte gereinigte Trägergas-Trockendampfgemisch erfolgt, das in diesem wenigstens einen Verdampfer/Kondensations-Wärmetauscher (27) durch die Wärmeabgabe zumindest teilweise kondensieren kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Trägergas, vorzugsweise Luft oder ein Inertgas, in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass für den Anfahrvorgang bzw. bei einem Verlust von Trägergas im Trägergaskreislauf aus einem angeschlossenen Trägergasspeicher (93), vorzugsweise einem Trägergasspeicher (93) mit Kompressor, Trägergas zugegeben bzw. nachgefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von Luft als Trägergas dieses aus der Umgebung, vorzugsweise über einen Kompressor (86), angesaugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff im Falle einer für den Aufbereitungsvorgang vorgegebenen Nassoxidation im Rahmen der Wasserdampf-Elektrolyse nicht abgespalten und im Trägergas belassen wird oder der im Rahmen der Wasserdampf-Elektrolyse abgespaltene und zwischengespeicherte Sauerstoff zu vorgegebenen Zeiten in vorgegebenen Mengen dem Trägergas zugeführt wird.
Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten, insbesondere von Meer- und/oder Brackwasser und/oder einer Abfallflüssigkeit und/oder Abwasser, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21, mit einer einen mit Wasserdampf beladenen, heißen Trägergasstrom als heißen Wasserdampf-Trägergasstrom zur Verfügung stellenden Einrichtung, insbesondere eine Abscheidevorrichtung einer Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass der den heißen Wasserdampf-Trägergasstrom zur Verfügung stellenden Einrichtung (43) ein Wasserdampf-Elektrolysator (58; 265) als Gastrockner nachgeschaltet ist, dem wenigstens ein Teilstrom des heißen Wasserdampf-Trägergasstromes zuführbar ist und in dem wenigstens ein Teil des Wasserstoffes und/oder Sauerstoffes vom heißen Wasserdampf-Trägergasstrom abgespalten und ein getrockneter Trägergasstrom erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasserdampf-Elektrolysator (58; 265) eine Absperrvorrichtung (57; 264) vorgeschaltet ist, und dass in dem Reaktionsraum des Wasserdampf-Elektrolysators (58; 265) wenigstens eine Anode und wenigstens eine Kathode als Elektroden (59, 60; 266, 267) angeordnet sind, die mit einer Energieversorgungseinrichtung (62; 163; 269), insbesondere einem Gleichrichter, gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktionsraum des Elektrolysators (58; 265) eine Membrananordnung vorgesehen ist, die den einzelnen Elektroden (59, 60; 266, 267) so zugeordnet ist, dass über diese Membrananordnung nur Wasserstoff oder Sauerstoff zu der jeweils zugeordneten Elektrode (59, 60; 266, 267) diffundiert.
Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das an den jeweiligen Elektroden (59, 60; 266, 267) anfallende Gas mittels einer Absaug- und/oder Pumpeinrichtung (72; 167, 183; 275), insbesondere einer Vakuumpumpe, über eine der jeweiligen Elektrode (59, 60; 266, 267) zugeordnete Rohrleitung (69; 164, 180; 272) absaugbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rohrleitung (69; 164, 180; 272) eine Absperrvorrichtung (70; 165, 181; 273) und/oder eine Rückschlagsicherung (71; 166, 182; 274) zwischen dem Elektrolysator (58; 265) und der Absaug- und/oder Pumpenvorrichtung (72; 167, 183; 275) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass von der Absaug- und/oder Pumpeinrichtung (72; 167, 183; 275) eine Gasspeicher-Rohrleitung (73; 168, 184, 185; 276), insbesondere eine Druckleitung, zu einem Gasspeicher (77; 171, 188; 280), insbesondere einem Druckgasspeicher, geführt ist, in der vorzugsweise ferner eine Absperrvorrichtung (76; 170, 187; 279) und/oder eine Rückschlagsicherung (75; 169, 186; 278) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass dem als Druckgasspeicher ausgebildeten Gasspeicher (77; 171, 188; 280) eine Druckregel- und/oder Alarmeinrichtung (78; 172, 189; 281) zugeordnet ist, die über eine Abblasleitung (79; 173, 190; 282), die eine Absperrvorrichtung (80; 174, 191; 283) und/oder eine Rückschlagsicherung (81; 175, 192; 284) aufweist, eine Abblasvorrichtung (82; 176, 193; 285) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Überdruck ansteuert.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Abblasvorrichtung (82; 176, 193; 285), insbesondere ein Abblasventil, mittels einer Bypassleitung (84; 178, 194; 286), in der ein mechanisches Sicherheitsventil (85; 179, 195; 287) angeordnet ist, überbrückt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass einem Wasserstoffspeicher als Gasspeicher (77; 171; 280) eine Sicherheitsfackel in der Abblasleitung (79; 173; 282) nachgeschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass einem Sauerstoffspeicher (188) als Gasspeicher eine Sauerstoff-Rohrleitung (196) zugeordnet ist, vorzugsweise mit einer Absperrvorrichtung (198) und/oder einer Rückschlagsicherung (197), über die mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung zu vorgegebenen Zeiten eine vorgegebene Menge Sauerstoff in den getrockneten Trägergasstrom einspeisbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoff-Rohrleitung (196) von der Gasspeicher-Rohrleitung (184, 185) abzweigt und in eine den getrockneten Trägergasstrom führende Trägergasleitung (199) mündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasserdampf-Elektrolysator (58; 265) eine Trägergasleitung (63; 199; 270) nachgeschaltet ist, über die der getrocknete Trägergasstrom vom Wasserdampf-Elektrolysator (58; 265) abziehbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trägergasleitung (63; 199; 270) wenigstens eine Messeinrichtung (64, 65; 100, 101; 249, 250) angeordnet ist, insbesondere zur Erfassung der Durchflussmenge und/oder der Temperatur und/oder dem Druck.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasserstoff-Elektrolysator (265) eine Regeleinrichtung (264), insbesondere ein mittels einer Regeleinrichtung ansteuerbares Regelventil vorgeschaltet ist, mittels der in Abhängigkeit von vorgegebenen Parametern, insbesondere vom Gastrocknungsgrad und/oder vom Wasserstoffbedarf und/oder vom Sauerstoffbedarf, eine vorgegebene Menge des heißen Wasserdampf-Trägergasstroms dem Wasserdampf-Elektrolysator (265) zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgegebene Menge des heißen Wasserdampf-Trägergases über eine in einer Zuleitung (262) zum Wasserdampf-Elektrolysator (265) angeordnete und mit der Regeleinrichtung (264) gekoppelte Messeinrichtung (263), insbesondere eine Durchflussmengen-Messeinrichtung, geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass vom Elektrolysator (265) eine Trägergasleitung (270) abzweigt, der wenigstens eine Gasgehalt-Messeinrichtung (271) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Vorerwärmungs-/Abscheideeinrichtung (7, 14) zur Vorerwärmung und Vorreinigung der Aufbereitungsflüssigkeit vorgesehen ist, die jeweils wenigstens einen Vorerwärmungs-Wärmetauscher (7) und eine diesem nachgeschaltete Abscheideeinrichtung (14) aufweist, dergestalt, dass die Aufbereitungsflüssigkeit mittels dem Vorerwärmungs-Wärmetauscher (7) auf eine Temperatur unterhalb der Siedetemperatur der Basisflüssigkeit vorerwärmbar ist, dass mittels der nachgeschalteten Abscheideeinrichtung (14) die bezüglich der Basisflüssigkeit niedersiedenden flüssigen Verunreinigungen und/oder die gasförmigen Verunreinigungen abscheidbar sind, dass eine Einmischvorrichtung (8) vorgesehen ist, die der wenigstens einen Vorerwärmungs-/Abscheideeinrichtung (7, 14) nachgeschaltet ist und in der der vorerwärmten und vorgereinigten Aufbereitungsflüssigkeit vom Wasserdampf-Elektrolysator (58; 265) kommendes, getrocknetes Trägergas über eine Trägergasleitung (63; 199; 270) zuführbar ist, dergestalt, dass in der Einmischvorrichtung (8) eine Verteilung, vorzugsweise eine Feinstverteilung, der Aufbereitungsflüssigkeit im Trägergas zu einem Trägergas-Aufbereitungsflüssigkeit-Gemisch durchführbar ist, mit wenigstens einem der Einmischvorrichtung (8) nachgeschalteten Verdampfer/Kondensations-Wärmetauscher (27) zur Verdampfung des Trägergas-Aufbereitungsflüssigkeit-Gemisches zu einem nassen Trägergas-Dampfgemisch, in der die Basisflüssigkeit verdampft ist und die flüssigen Verunreinigungen mit Siedetemperaturen über der Siedetemperatur der Basisflüssigkeit als Restflüssigkeitsanteil und/oder die in der Basisflüssigkeit enthaltenen Salze als Salzsole verbleiben, mit einem dem wenigstens einen Verdampfer/Kondensations-Wärmetauscher (27) nachgeschalteten Konzentratabscheider (30) zur Abscheidung des Restflüssigkeitsanteils und/oder der Salzsole sowie eines Trägergas-Trockengemisches vom nassen Trägergas-Dampfgemisch, mit einem dem Konzentratabscheider (30) nachgeschalteten Kondensatabscheider (43), dem das Trägergas-Trockendampfgemisch nach Durchlaufen des wenigstens einen Verdampfer/Kondensations-Wärmetauschers (27) und dortiger Kondensation der Basisflüssigkeit zur Abscheidung einerseits der Basisflüssigkeit als Kondensat und andererseits des heißen Wasserdampf-Trägergasstroms zuführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinrichtung (14) jeder Vorerwärmungs/Abscheideeinrichtung (7, 14) eine dem Vorerwärmungs-Wärmetauscher (7) nachgeschaltete Entspannungsvorrichtung zur Abscheidung von bezüglich der Basisflüssigkeit niedersiedenden dampfförmigen Verunreinigungen und/oder von gasförmigen Verunreinigungen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsvorrichtung durch einen Entspannungsbehälter (14) mit zugeordneter Pumpe (21) oder durch eine Pervaporationsmembrananlage gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Entspannungsvorrichtung jeweils eine Kühlvorrichtung mit Wärmetauscher (17) als weiterer Bestandteil der Abscheideeinrichtung (14) nachgeschaltet ist, und dass der Kühlvorrichtung mit Wärmetauscher (17) ein Sammelbehälter (18) als weiterer Bestandteil der Abscheideeinrichtung nachgeschaltet ist dergestalt, dass beim Kühlvorgang ein Unterdruck in einer Saugleitung (16) erzeugbar ist, durch den die abgeschiedenen Verunreinigungen aus der Entspannungsvorrichtung absaugbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 38 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Vorerwärmungs-Wärmetauscher (7) durch einen Kondensat/Aufbereitungsflüssigkeit-Wärmetauscher gebildet ist und/oder dass für eine weitere Wärmezufuhr zur Vorerwärmung der Aufbereitungsflüssigkeit der wenigstens einen Vorerwärmungs-/Abscheideeinrichtung (7, 14) ein Konzentrat/Aufbereitungsflüssigkeit-Wärmetauscher vorgeschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teilbereich einer Zuführleitung vom Konzentratabscheider (31) zum Kondensatabscheider (43; 45) als Trägergas-Trockendampfgemisch-Druckleitung (37) mit vorgeschaltetem Verdichter (36) zur Druck- und Temperaturerhöhung des Trägergas-Trockdampfgemisches ausgebildet ist, wobei in der Druckleitung (37) zur Betriebsüberwachung vorzugsweise wenigstens eine Messvorrichtung, vorzugsweise wenigstens eine Durchflussmessvorrichtung und/oder wenigstens eine Temperaturmessvorrichtung und/oder wenigstens eine Druckmessvorrichtung angeordnet ist, die Bestandteil eines Regelkreises sind.