DE102010035875B9

DE102010035875B9 - System und Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser

Info

Publication number: DE102010035875B9
Application number: DE102010035875A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Moussaoui Mohsen; Dipl.-Ing. Wolters Clemens
Original assignee: Babcock Borsig Steinmueller GmbH
Current assignee: MOUSSAOUI, MOHSEN, DE; WOLTERS, CLEMENS, AE
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2030-08-31
Also published as: CN103097300A; WO2012028607A3; MA34476B1; JP2013536754A; EP2611735A2; EP2611735B1; EP2611735B8; CN103097300B; WO2012028607A2; KR20130073956A; DE102010035875B3

Abstract

Dargestellt und beschrieben sind ein System sowie ein Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser, das eine Meerwasserentsalzungseinheit und eine auf Meerwasser basierende Rauchgasentschwefelungseinheit umfasst, sowie ein Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser durch Koppeln einer Meerwasserentsalzungseinheit mit einer auf Meerwasser basierenden Rauchgasentschwefelungseinheit. Um die Gesamtleistung des Entsalzungsprozesses zu erhöhen und dabei die Menge an Zusätzen zu reduzieren, ist vorgesehen, dass der Soleauslass (19) der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass (23) der Entschwefelungseinheit steht, und/oder der Meerwasserabflussauslass (25) in Fluidverbindung mit den Zulaufwassereinlass (8) der Entsalzungseinheit steht, und/oder der Meerwasserabflussauslass (9) der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass (23) der Entschwefelungseinheit steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Entsalzung von Meerwasser, das eine Meerwasserentsalzungseinheit und eine auf Meerwasser basierende Rauchgasentschwefelungseinheit umfasst und auf ein Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser durch die Kopplung eine Meerwasserentsalzungseinheit mit einer auf Meerwasser basierenden Rauchgasentschwefelungseinheit.
Ein Verfahren zur mehrstufigen Aufbereitung von Wasser für Trink- und Brauchwasserzwecke ist aus der DE 31 05 550 A1 bekannt. In der DE 29 43 468 C2 wird eine Verwendung von Abwasser einer Entsalzungsanlage in einer Rauchgasentschwefelung offenbart. In der DE 198 15 207 C1 werden ein Verfahren zum Abtrennen von Schwefeldioxid aus Abgas sowie eine Anlage hierzu beschrieben. Es ist sehr wohl bekannt, dass eines der Hauptprobleme, von denen Entsalzungsprozesse betroffen sind, die Bildung von Verkrustungen ist, die die Leistung der Anlage mindern. Die Bildung von Verkrustungen kann sowohl in mehrstufigen Entspannungsdestillationsprozessen (MSF = multi stage flash evaporation) als auch in Mehrfacheffektentsalzungsprozessen (MED = multi effect desalination) ein Problem darstellen. Viele Verfahren zur Vermeidung und Reduzierung der Verkrustungsbildung in den Entsalzungsanlagen wurden untersucht und einige dieser Verfahren lösen das Problem teilweise. Das beliebteste Verfahren, das heutzutage in den meisten der thermischen Entsalzungseinheiten angewendet wird, ist als „Schwellenwertbehandlung” bekannt und basiert auf verkrustungsverhindernden Zusätzen, die den Kristallisationsprozess stören. Diese Zusätze können in den Zulaufwasserstrom oder in den Solerücklaufstrom der Entsalzungseinheit dosiert werden.
Die Dosierungsmenge der Zusätze wird normalerweise auf den Zulaufwasserstrom bezogen und liegt zwischen 1,5 bis 3 ppm, abhängig von der oberen Soletemperatur und dem Solekonzentrationsverhältnis. Die Zugabe von Zusätzen macht den Prozess jedoch teurer.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gesamtleistung des Entsalzungsprozesses zu erhöhen und dabei die Menge an Zusätzen zu reduzieren.
In einem System zur Entsalzung von Meerwasser wird die Aufgabe der Erfindung durch ein System gelöst, das die Merkmale aufweist, die im Oberbegriff von Anspruch 1 spezifiziert sind, indem der Soleauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit steht; und/oder der Meerwasserabflussauslass der Entschwefelungseinheit in Fluidverbindung mit dem Zulaufwassereinlass der Entsalzungseinheit steht; und/oder der Meerwasserabflussauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit steht.
Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung ist der Soleauslass der Entsalzungseinheit mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit direkt über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung verbunden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Meerwasserabflussauslass der Entschwefelungseinheit mit dem Zulaufwassereinlass der Entsalzungseinheit direkt über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung verbunden.
In einer anderen vorteilhaften Lehre gemäß dieser Erfindung ist der Meerwasserabflussauslass der Entsalzungseinheit mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit direkt über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung verbunden.
Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung umfasst das System ferner ein Kraftwerk. Die Abwärme des Kraftwerks kann verwendet werden, um den Soleerhitzer der Entsalzungseinheit mit Dampf zu versorgen.
Gemäß einer anderen bevorzugt Ausführungsform ist die Entsalzungseinheit eine mehrstufige Entspannungsdestillationseinheit, eine Mehrfacheffektdestillationseinheit, eine Dampfverdichtungsdestillationseinheit oder eine beliebige Kombination aus diesen.
Hinsichtlich einer anderen vorteilhaften Lehre gemäß dieser Erfindung umfasst die Entschwefelungseinheit einen Absorber und einen Lüfter, die in einem einzigen Behälter kombiniert sind.
In einem Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale aufweist, die im Oberbegriff von Anspruch 8 spezifiziert sind, das die Schritte des Bereitstellens eine Fluidverbindung zwischen dem Soleauslass der Entsalzungseinheit und dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit; und des Wiederverwendens der Sole, die aus der Entsalzungseinheit in die Rauchgasentschwefelungseinheit abfließt; und/oder des Bereitstellens einer Fluidverbindung zwischen dem Meerwasserabflussauslass der Entschwefelungseinheit und dem Zulaufwassereinlass der Entsalzungseinheit; und des Wiederverwendens von Meerwasser, das aus der Rauchgasentschwefelungseinheit in die Entsalzungseinheit abfließt; und/oder des Bereitstellens einer Fluidverbindung zwischen dem Meerwasserabflussauslass der Entsalzungseinheit und dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit; und des Wiederverwendens des Meerwassers, das aus der Entsalzungseinheit in die Rauchgasentschwefelungseinheit abfließt, umfasst.
Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Bereitstellens einer direkten Verbindung zwischen dem Soleauslass der Entsalzungseinheit und dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Bereitstellens einer direkten Verbindung zwischen dem Meerwasserabflussauslass der Entschwefelungseinheit und dem Zulaufwassereinlass der Entsalzungseinheit über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung.
In einer anderen vorteilhaften Lehre gemäß dieser Erfindung umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Bereitstellens einer direkten Verbindung zwischen dem Meerwasserabflussauslass der Entsalzungseinheit und dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung.
Die Erfindung basiert auf der Idee, ein Entsalzungsverfahren mit einem Rauchgasentschwefelungssystem (FGD = flue gas desulphurization) zu verknüpfen, um die Alkalität des Meerwassers, mit dem der Destillator als Zulaufwasser versorgt wird, zu reduzieren und folglich den Verbrauch an Zusätzen sowie die Schlammbildung zu reduzieren, und um den Wärmedurchgangskoeffizienten zu verbessern. In dieser Anmeldung beschreibt der Begriff Meerwasser Wasser, das gelöstes Salz enthält. Das Wasser muss nicht zwangsläufig aus einem Meer oder Ozean stammen.
Aufgrund der Tatsache, dass viele Entsalzungseinheiten mit schwerem Heizöl oder Gas oder einem anderen Brennstoff mit hohem Schwefelgehalt betrieben werden, muss das Rauchgas, das emittiert wird, entschwefelt werden, um die gesetzlichen Grenzwerte einzuhalten. Die Erfindung nutzt die Entschwefelungseinheit jedoch nicht nur zu ihrem ursprünglichen Zweck, der Rauchgasreinigung, sondern verbindet auf intelligente Weise die Entsalzungseinheit mit der Entschwefelungseinheit.
Die Hauptabsicht dieser Erfindung ist, unter anderem, die Leistung der bestehenden verkrustungsverhindernden Verfahren zu erhöhen, um den Verbrauch an Zusätzen und die Schlammbildung auf Wärmeaustauschflächen und/oder in den Demisterpads zu reduzieren. Die Erfindung umfasst, ist aber nicht beschränkt auf alle bestehenden MSF-Entsalzungseinheiten, vom Typ Querstrom- oder Langrohrdesign, Einzel-, Doppel- oder Mehrfachdeck. Die Anwendung der Erfindung umfasst auch die bestehenden MED-Entsalzungsanlagen sowie die neuen Anlagen (Typ MSF und MED), für die sich viele verschiedene, zusätzliche Vorteile finden lassen.
Sogar wenn der Schwefelgehalt des Rauchgases weit unterhalb aktueller gesetzlicher Umweltregelungen liegt, erleichtert die Erfindung die Entscheidung über Investitionen aufgrund ihrer Wirkungen im Hinblick auf die Zusätze.
Um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, werden Rauchgasentschwefelungsprozesse und Entsalzungsprozesse einzeln beschrieben, bevor ein verknüpfter Prozess gemäß der Erfindung beschrieben wird.
A) Rauchgasentschwefelungsprozess
Es sehr wohl bekannt, dass es viele verschiedene Technologien gibt, die für die Rauchgasentschwefelung (FGD) zur Verfügung stehen. Ein Konzept für die Entschwefelung von Rauchgas ist ein auf Meerwasser basierender Rauchgasentschwefelungsprozess (SWFGD = sea water based flue gas desulphurization). Aufgrund der Tatsache, dass Meerwasser ein natürliches alkalisches Medium ist, das verwendet werden kann, um SO₂ zu absorbieren, ist ein meerwasserbasierter FGD-Prozess eine der besten Alternativen für solche Systeme, die nahe an einer Meerwasserentsalzungsanlage liegen, die normalerweise in einer marinen Umgebung liegen.
In einem SWFGD-Prozess wird das SO₂ in dem Wasser absorbiert und reagiert, wenn Sauerstoff zugefügt wird, um Sulfationen SO₄ ^-- und freie H⁺ zu bilden, wie in der Reaktion [1] gezeigt. SO₂ + H₂O + ½·O₂ → SO₄ ^-- + 2·H⁺ [1]
Dann wird der Überschuss an H⁺ durch die Carbonate in dem Meerwasser ausgeglichen, wodurch das Carbonatgleichgewicht dazu gebracht wird, CO₂-Gas freizusetzen, vgl. Reaktion [2]. HCO₃ ^– + H⁺ → H₂O + CO₂ [2]
In dem Fall, in dem die SO₂-Absorption in einer Umgebung stattfindet, die wenig O₂ enthält, wird anstelle der Reaktion [1], die Absorption durch die Bildung von Sulfitionen SO₃ ^2– gemäß der folgenden Reaktion [3] stattfinden. SO₂ + H₂O → SO₃ ^-- + 2·H⁺ [3]
Die Bildung von Sulfationen SO₄ ^-- kann dann in einem separaten Behälter stattfinden, in dem eine künstliche Belüftung bereitgestellt wird: SO₃ ^-- + ½·O₂ → SO₄ ^-- [4]
B) Entsalzungsprozess
Im Fachgebiet sind viele verschiedene Verdampfungsentsalzungsprozesse bekannt, wie unter anderem MSF, MED, Dampfverdichtung und MED kombiniert mit Dampfverdichtung. Alle genannten Prozesse können in der Erfindung angewendet werden.
Verdampfungsentsalzungsprozesse basieren auf der Tatsache, dass das Meerwasser, wenn es eine Temperatur erreicht, die ihrem Siedepunkt entspricht und wenn zusätzliche Wärme zugeführt wird, anfangen wird, Dampf zu produzieren; das Kondensat dieses Dampfs wird als Entsalzungsprodukt gesammelt. In industriellen Anlagen erhalten die Verdampfungsentsalzungsprozesse Energie aus einer externen Quelle in Form von Dampf und das Kondensat dieses Dampfs wird in den externen Prozess zurückgeführt. Die Wärme, die durch die Kondensation des externen Dampfs freigesetzt wird, wird verwendet, um die Verdampfung von Meerwasser zu erreichen und um das Destillat zu produzieren. Die Verdampfungsentsalzungsanlagen können eine oder mehrere Meerwasserverdampfungskammern mit verschiedenen Verdampfungstemperaturen und -drücken enthalten, um den Energieverbrauch des Prozesses zu minimieren. Die Verdampfungsentsalzungsanlagen sind durch die Tatsache gekennzeichnet, dass ein Ablassen von konzentriertem Meerwasser (Sole) und ein frischer Zulaufmeerwasserstrom bereitgestellt werden, um im Innern der Anlage die gleiche Wassermenge zu erhalten, und um die Solekonzentration zu kontrollieren, um Verkrustungsbildung und Salzablagerungen zu vermeiden.
C) Verknüpfter Entsalzungs-/Rauchgasentschwefelungsprozess
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung steht der Meerwasserabflussauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit. Meerwasser, das aus einem Entsalzungsprozess abfließt, kann wirtschaftlich für einen FGD-Prozess wiederverwendet werden. Die Hauptvorteile der Meerwasserwiederverwendung sind eine Reduktion der Baukosten für die Meerwasseransaugung und die maschinelle Einrichtung (Pumpen, Motoren, Rohre und Ventile), Einsparungen beim Energieverbrauch für die Meerwasserpumpstation und geringere Montage- und Instandhaltungskosten.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung steht der Soleauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit. Dieses Verfahren führt zu sehr interessanten Vorteilen bei der SO₂-Absorptionseffizienz, insbesondere wenn die SO₂-Konzentration auf Rauchgas gering ist und wenn die FGD-Einheit einen niedrigeren Wasserstrom für den Absorptionsprozess erfordert. Die Hauptvorteile dieses Verknüpfungsverfahrens sind die erhöhte Effizienz des FGD-Systems aufgrund der höheren Alkalität des Soleabflussstroms und Einsparungen bei den Montage- und Betriebskosten.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung steht der Meerwasserabflussauslass der Entschwefelungseinheit in Fluidverbindung mit dem Zulaufwassereinlass der Entsalzungseinheit. Dieses Verknüpfungsverfahren ist aufgrund der großen Vorteile, die in den Verdampfungsentsalzungsprozessen zu finden sind, ein sehr relevantes Verknüpfungsverfahren. Tatsächlich ist die Alkalität des Meerwassers nach dem Durchlaufen des FGD-Systems sehr viel niedriger als die natürliche Meerwasseralkalität und folglich werden die Verkrustungsprobleme in der Entsalzungsanlage minimiert. Die Hauptvorteile dieses Verknüpfungsverfahrens sind der geringere Verbrauch an Zusätzen für Entsalzungsanlagen, die höhere Entsalzungseffizienz aufgrund reduzierter Verschmutzung auf Wärmeaustauschflächen, die Reduktion von Säurereinigungsabschaltungen, um die Verkrustung zu entfernen, und geringere Betriebs- und Wartungskosten.
Wenn das Meerwasser in der Entsalzungsanlage über 75°C erwärmt wird, zerfällt das gelöste Calciumbicarbonat gemäß folgender Reaktion [5] in Calciumcarbonate und Kohlendioxid. Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + H₂O + CO₂ [5]
Das Calciumcarbonat produziert aufgrund der Tatsache, dass es ein nicht lösliches Salz ist, Verkrustung auf den Wärmeaustauschrohren. Wird die Meerwassertemperatur erneut erhöht, zerfällt auch das gelöste Magnesiumcarbonat gemäß der folgenden Reaktion [6] in Magnesiumhydroxid und Kohlendioxid. MgCO₃ + H₂O → Mg(OH)₂ + CO₂ [6]
Das Magnesiumhydroxid ist ebenfalls nicht löslich und produziert Verkrustung auf Wärmeaustauschflächen. Normalerweise wird die Ablagerung von CaCO₃ und Mg(OH)₂ durch eine Injektion eines geeigneten verkrustungsverhindernden Produkts vermieden, das den Kristallisationsprozess stört und das es ermöglicht, die MSF-Entsalzungsanlage mit bis zu 90°C (Niedrigtemperaturzusätze) oder bis zu 112 bis 115°C (Hochtemperaturzusätze) zu betreiben, abhängig von der Zusammensetzungstemperatur der oben genannten Zusätze. Die Behandlung mit den LTA oder HTA (Low oder High Temperature Additives, Niedrig- oder Hochtemperaturzusätzen) ist auch als Schwellenwertbehandlung bekannt. Die optimale Dosierung von Zusätzen liegt zwischen 1,5 bis 3 ppm, bezogen auf den Zulaufwasserstrom, und hängt von den verwendeten Zusätzen, der Solekonzentration und dem pH-Wert, der Alkalität des Meerwassers und der oberen Soletemperatur ab. Bei der neuen Idee, eine Entsalzungseinheit mit einer FGD-Einheit zu verknüpfen, produziert die Absorption von SO₂ Schwefelsäure H₂SO₄.
Aufgrund der Tatsache, dass die Schwefelsäure stärker ist als die Kohlensäure, wird sie mit den Carbonaten und Bicarbonaten, die in Meerwasser gelöst sind, gemäß der folgenden Reaktionen reagieren, wobei Kohlensäure (H₂CO₃) gebildet wird. Ca(HCO₃)₂ + H₂SO₄ → CaSO₄ + 2·H₂CO₃ [7] MgCO₃ + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂CO₃ [8]
Die Kohlensäure kann aufgrund des Gleichgewichts, das in der folgenden Reaktion [9] gezeigt wird, mit dem in dem Wasser gelösten CO₂ leicht aus dem Prozess entfernt werden. H₂CO₃ ⇔ H₂O + CO₂ [9]
Wenn das gelöste CO₂ aus dem System ausgetrieben wurde, wird die Reaktion [9] in Richtung der rechten Seite fortschreiten. Folglich wird, falls die Schwefelsäure aufgrund von Absorption in dem FGD-System den stöchiometrischen Wert, der für die Reaktionen [7] und [8] erforderlich ist, nicht übersteigt, der Säuregrad des Zulaufwasser nach einer vollständigen Entcarbonisierung vollständig entfernt sein und der pH-Wert wird etwas mehr als 7,5 betragen.
Unter der Annahme, dass die SO₂-Absorption in der FGD die Gesamtalkalität im Meerwasser von 115 bis 120 mg/l auf 20 bis 30 ml/l reduzieren kann, kann der Verbrauch an verkrustungsverhindernden Zusätzen sowie die Häufigkeit der Säurereinigung drastisch reduziert werden.
Hier ist anzumerken, dass die Verknüpfung einer Entsalzungseinheit mit einer FGD-Einheit keinerlei zusätzliche Korrosionsprobleme beinhaltet, aufgrund der Tatsache, dass die SO₂-Absorption auf 75 bis 80% des stöchiometrischen Werts, der für die Reaktionen [7] und [8] erforderlich ist, beschränkt sein sollte, wodurch eine Restalkalität in dem Zulaufmeerwasser und in der umlaufenden Sole verbleibt.
Der Absorptionsprozess kann in den folgenden Schritten zusammengefasst werden:

– Schritt 1: SO₂-Absorption und Bildung von Schwefelsäure H₂SO₄.
– Schritt 2: Reaktion zwischen der Schwefelsäure H₂SO₄ und den Bicarbonaten Ca(HCO₃)₂, die die Bildung von Kohlensäure H₂CO₃ und eine Reduktion der Meerwasseralkalität beinhaltet.
– Schritt 3: Neutralisation des Meerwassersäuregehalts aufgrund der Kohlensäure H₂CO₃ durch Austreiben von CO₂-Gas.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden auf der Basis einer Zeichnung ausführlicher beschrieben. Die Zeichnung illustriert nur bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen, auf deren Basis die Funktion des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung und das jeweilige Verfahren ausführlich beschrieben werden. In der Zeichnung wird Folgendes gezeigt:
1 zeigt eine mehrstufige Entspannungsentsalzungseinheit (MSF), die aus dem Stand der Technik bekannt ist;
2 zeigt eine Rauchgasentschwefelungseinheit mit einem Lüfter in einem separaten Behälter, die aus dem Stand der Technik bekannt ist;
3 zeigt eine Rauchgasentschwefelungseinheit mit einem kombinierten Absorber/Lüfter-Behälter, die aus dem Stand der Technik bekannt ist;
4 zeigt schematisch einen ersten Typ einer Entsalzungseinheit;
5 zeigt schematisch einen zweiten Typ einer Entsalzungseinheit;
6 zeigt schematisch einen dritten Typ einer Entsalzungseinheit;
7 zeigt den zweiten Typ einer Entsalzungseinheit kombiniert mit einer Entschwefelungseinheit, wobei der Meerwasserabflussauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit steht, gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung;
8 zeigt den dritten Typ einer Entsalzungseinheit kombiniert mit einer Entschwefelungseinheit, wobei der Meerwasserabflussauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit steht, gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung;
9 zeigt den ersten Typ einer Entsalzungseinheit kombiniert mit einer Entschwefelungseinheit, wobei der Soleauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit steht, gemäß dem zweiten Aspekt dieser Erfindung;
10 zeigt den zweiten Typ einer Entsalzungseinheit kombiniert mit einer Entschwefelungseinheit, wobei der Soleauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit steht, gemäß dem zweiten Aspekt dieser Erfindung;
11 zeigt den dritten Typ einer Entsalzungseinheit kombiniert mit einer Entschwefelungseinheit, wobei der Soleauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit steht, gemäß dem zweiten Aspekt dieser Erfindung;
12 zeigt den ersten Typ einer Entsalzungseinheit kombiniert mit einer Entschwefelungseinheit, wobei der Meerwasserabflussauslass der Entschwefelungseinheit in Fluidverbindung mit dem Zulaufwassereinlass der Entsalzungseinheit steht, gemäß dem dritten Aspekt dieser Erfindung;
13 zeigt den zweiten oder dritten Typ einer Entsalzungseinheit kombiniert mit einer Entschwefelungseinheit, wobei der Meerwasserabflussauslass der Entschwefelungseinheit in Fluidverbindung mit dem Zulaufwassereinlass der Entsalzungseinheit steht, gemäß dem dritten Aspekt dieser Erfindung;
14 zeigt den zweiten oder dritten Typ einer Entsalzungseinheit kombiniert mit einer Entschwefelungseinheit, wobei der Meerwasserabflussauslass der Entschwefelungseinheit in Fluidverbindung mit dem Zulaufwassereinlass der Entsalzungseinheit steht, gemäß dem dritten Aspekt dieser Erfindung, wobei der Meerwasserabflussauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit steht, gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung;
15 zeigt den zweiten oder dritten Typ einer Entsalzungseinheit kombiniert mit einer Entschwefelungseinheit, wobei der Meerwasserabflussauslass der Entschwefelungseinheit in Fluidverbindung mit dem Zulaufwassereinlass der Entsalzungseinheit steht, gemäß dem dritten Aspekt dieser Erfindung, wobei der Meerwasserabflussauslass und der Soleabschlämmungsauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit stehen, gemäß dem ersten und zweiten Aspekt dieser Erfindung;
16 zeigt den zweiten oder dritten Typ einer Entsalzungseinheit kombiniert mit einer Entschwefelungseinheit, wobei der Meerwasserabflussauslass der Entschwefelungseinheit in Fluidverbindung mit dem Zulaufwassereinlass der Entsalzungseinheit steht, gemäß dem dritten Aspekt dieser Erfindung, wobei der Meerwasserabflussauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit steht, gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung, wobei zusätzliches Meerwasser, das für das Entschwefelungssystem erforderlich ist, aus der Pumpstation zur Meerwasseransaugung entnommen wird;
17 zeigt den zweiten oder dritten Typ einer Entsalzungseinheit kombiniert mit einer Entschwefelungseinheit, wobei der Meerwasserabflussauslass der Entschwefelungseinheit in Fluidverbindung mit dem Zulaufwassereinlass der Entsalzungseinheit steht, gemäß dem dritten Aspekt dieser Erfindung, wobei der Meerwasserabflussauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit steht, gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung, wobei zusätzliches Meerwasser, das für das Entschwefelungssystem erforderlich ist, aus einem Meerwasserauslass eines Dampfkondensators eines Kraftwerks entnommen wird; und
18 zeigt den zweiten oder dritten Typ einer Entsalzungseinheit kombiniert mit einer Entschwefelungseinheit, wobei der Meerwasserabflussauslass der Entschwefelungseinheit in Fluidverbindung mit dem Zulaufwassereinlass der Entsalzungseinheit steht, gemäß dem dritten Aspekt dieser Erfindung, wobei der Meerwasserabflussauslass und der Soleauslass der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass der Entschwefelungseinheit stehen, gemäß dem ersten und zweiten Aspekt dieser Erfindung, wobei zusätzliches Meerwasser, das für das Entschwefelungssystem erforderlich ist, aus einem Meerwasserauslass eines Dampfkondensators eines Kraftwerks entnommen wird.
In 1 wird das schematische Diagramm einer MSF-Entsalzungseinheit gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Die Einheit weist einen Soleerhitzer 1, eine Entsalzungszone aus mehrstufigen Entspannungsdestillationsstufen (MSF) 2, die als Wärmerückgewinnungsabschnitt 3 bezeichnet werden, einen Wärmeableitungsabschnitt 4 und, optional, einen Entlüfter 5 auf. Meerwasser wird durch einen Meerwassereinlass 6 mittels einer Meerwasserpumpe 7 in den Wärmeableitungsabschnitt 4 gepumpt, und weiter als 'Zulauf' über einen Zulaufwassereinlass 8 in den Entlüfter 5 geführt. Überschüssiges Meerwasser fließt über einen Meerwasserabflussauslass 9 ab.
Der Strom aus Sole und frischem Meerwasser wird über eine Solerückführungsaugleitung 10 mittels einer Solerückführungspumpe 11 in den Wärmerückgewinnungsabschnitt 3 abgezogen, wobei die verschiedenen MSF-Destillations-Wärmerückgewinnungsstufen 2 abgekühlt werden. Nachdem sie die letzte Einheit 2 (in 1 links) verlassen hat, wird die Sole in dem Soleerhitzer 1 erwärmt und über eine Solerückführungsleitung 12 zurück in die Einheit 2 (ganz links) des Wärmerückgewinnungsabschnitts 3, und von dort in umgekehrter Stromrichtung in alle anderen Destillationsstufen 2 geleitet.
Der Soleerhitzer 1 wird mit Hilfe von Dampf erwärmt, der über eine Dampfzufuhrleitung 13 aus einer (nicht dargestellten) Wärmequelle stammt. Die Wärmequelle kann ein Kraftwerk sein. Das Kondensat in dem Soleerhitzer 1 wird über eine Kondensatabführungsleitung 14 durch eine Kondensatabführungspumpe 15 abgezogen. Nachdem sie die letzte Einheit 2 (in 1 rechts) verlassen hat, strömt die verdampfende Sole über eine Solezuleitung 16 in den Wärmerückgewinnungsabschnitt 4, wo weiteres Kondensat produziert wird. Eine Solezuleitung 17 bringt die Sole zurück in den Entlüfter 5, von dem aus der Solerückführungsprozess fortgesetzt wird. Überschüssige Sole wird aus dem Entlüfter 5 durch eine Soleauslasspumpe 18 ausgetrieben und über einen Soleauslass 19 abgeblasen. In dem Wärmerückgewinnungsabschnitt 3 und danach in dem Wärmeableitungsabschnitt 4 wird der Dampf, der aus der Sole kommt, an den kalten Rohren kondensiert und das gesammelte Destillat wird über eine Destillatdruckleitung 20 mittels einer Destillatpumpe 21 abgezogen.
Ein schematisches Strömungsdiagramm einer auf Meerwasser basierenden Rauchgasentschwefelungseinheit ist in 2 und 3 illustriert. Beide auf Meerwasser basierenden Rauchgasentschwefelungseinheiten zeigen einen Rauchgaseinlass 22, einen Meerwassereinlass 23, einen Lufteinlass 24 und einen Meerwasserabflussauslass 25. Die Entschwefelungseinheit aus 2 umfasst einen SO₂-Absorber 26 und einen Lüfter 27, die in separaten Behältern angeordnet sind, während 3 eine Einheit illustriert, in der sowohl die Absorption als auch die Belüftung in einem kombinierten Behälter 28 durchgeführt werden.
4 stellt eine vereinfachte schematische Illustration eines Entsalzungsprozesses, der zuvor ”erster Typ” genannt wurde, einer Entsalzungseinheit bereit, die auf eine MSF-Anlage vom Durchlauftyp, eine Dampfverdichtungsanlage oder eine MED-Anlage angewendet werden kann. In 4 werden für gleiche Merkmale die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet. Dampf aus einer externen Quelle wird über eine Dampfzufuhrleitung 13 in die Entsalzungseinheit eingeführt. Rücklaufkondensat verlässt die Entsalzungseinheit zur externen Quelle über die Kondensatabführungsleitung 14. Meerwasserzulauf wird in die Entsalzungseinheit durch eine Zulaufpumpe in die Entsalzungseinheit durch einen Zulaufwassereinlass 8 gepumpt. Das Entsalzungsprodukt, destilliertes Wasser, wird über eine Destillatdruckleitung 20 abgetrennt. Überschüssige Sole wird über den Soleauslass 19 abgeblasen.
5 und 6 zeigen ebenfalls eine schematische Illustration eines Entsalzungsprozesses, der dem Prozess auf 4 gleicht. Im Gegensatz zu dem Prozess, der in 4 gezeigt wird, wird zu Kühlungszwecken ein zusätzlicher Meerwasserstrom bereitgestellt. Wie in 5 und 6 gezeigt, kann der Meerwasserzulauf vor (”zweiter Typ” einer Entsalzungseinheit) oder nach (”dritter Typ” einer Entsalzungseinheit) dem Abkühlungsprozess aufgenommen werden. Falls das Meerwasser vor dem Abkühlungsprozess aufgenommen wird, ist der Meerwassereinlass 6 mit dem Zulaufwassereinlass 8 verbunden, vgl. 5. Zusätzlich oder alternativ ist der Meerwasserabflussauslass 9 mit dem Zulaufwassereinlass 8 verbunden, falls das Meerwasser nach dem Abkühlungsprozess aufgenommen wird, vgl. 6.
Wie in 7 und 8 gezeigt, steht der Meerwasserabflussauslass 9 der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass 23 der Entschwefelungseinheit. Dies kann indirekt oder durch eine direkte Verbindung über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung realisiert werden. Die Entsalzungseinheit kann zum Beispiel eine Einheit sein, wie ausführlicher in 1 illustriert, und die Entschwefelungseinheit kann zum Beispiel eine Einheit sein, wie ausführlicher in 2 oder 3 illustriert. Das Meerwasser kann aus der Entsalzungsanlage, wenn Meerwasserzulauf aufgenommen wird, vor dem Abkühlen aus dem Meerwassereinlass 6, vgl. 7, oder nach dem Abkühlen aus dem Meerwasserabflussauslass 9 abfließen, vgl. 8. Das Abkühlen des Meerwassers findet in dem Wärmerückführungsabschnitt 4 statt, vgl. 1.
9, 10 und 11 illustrieren, dass der Soleauslass 19 der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass 23 der Entschwefelungseinheit steht. Dies kann indirekt oder durch eine direkte Verbindung über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung erfolgen. Wieder kann die Entsalzungseinheit zum Beispiel eine Einheit sein, wie ausführlicher in 1 illustriert, und die Entschwefelungseinheit kann zum Beispiel eine Einheit sein, wie ausführlicher in 2 oder 3 illustriert. Im Gegensatz zu dem Prozess, der in 9 gezeigt wird, wird zu Kühlungszwecken in 10 und 11 ein zusätzlicher Meerwasserstrom bereitgestellt. Wie dort gezeigt, kann der Meerwasserzulauf vor (10) oder nach dem Abkühlungsprozess (11) entweder aus dem Meerwassereinlass 6 oder aus dem Meerwasserabflussauslass 9 aufgenommen werden. Da der Soleauslass 19 der Entsalzungseinheit mit dem Meerwassereinlass 23 der Entschwefelungseinheit verbunden ist, kann der Meerwasserabflussauslass 25 in diesen Ausführungsformen auch Soleabfluss genannt werden, vgl. 9, 10 und 11.
Wie in 12, 13 und 14 gezeigt, steht der Meerwasserabflussauslass 25 der Entschwefelungseinheit in Fluidverbindung mit dem Zulaufwassereinlass 8 der Entsalzungseinheit. Wieder kann dies indirekt oder durch eine direkte Verbindung über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung realisiert werden. Die Entsalzungseinheit kann zum Beispiel eine Einheit sein, wie ausführlicher in 1 illustriert, und die Entschwefelungseinheit kann zum Beispiel eine Einheit sein, wie ausführlicher in 2 oder 3 illustriert. Die Meerwasserzufuhr kann verschieden gehandhabt werden. Gemäß der in 12 gezeigten Ausführungsform wird frisches Meerwasser einfach in den Meerwassereinlass 23 der Entschwefelungseinheit gepumpt. Die Entsalzungseinheit wird über die oben beschriebene Verbindung mit der Entschwefelungseinheit versorgt. Gemäß der in 13 illustrierten Ausführungsform haben beide Einheiten ihre eigene Meerwasserzufuhr, ihren eigenen Meerwassereinlass 6 und ihren eigenen Meerwassereinlass 23. Gemäß der in 14 gezeigten Ausführungsform wird Meerwasser einfach in den Meerwassereinlass 6 der Entsalzungseinheit gepumpt. Die Entschwefelungseinheit wird über eine Verbindung des Meerwasserabflussauslasses 9 mit dem Meerwassereinlass 23 versorgt.
Die drei Konzepte des Verbindens des Meerwasserabflussauslasses 9 der Entsalzungseinheit mit dem Meerwassereinlass 23 der Entschwefelungseinheit (7 und 8), des Verbindens des Soleauslasses 19 der Entsalzungseinheit mit dem Meerwassereinlass 23 der Entschwefelungseinheit (9, 10 und 11) das Verbinden des Meerwasserabflussauslasses 25 der Entschwefelungseinheit mit dem Zulaufwassereinlass 8 der Entsalzungseinheit (12, 13 und 14) können kombiniert werden. Dies beinhaltet jede beliebige Kombination dieser Ausführungsformen, die ausführlicher in 7 bis 14 beschrieben werden.
15, 16, 17 und 18 illustrieren einige andere Beispiele, wie eine Entsalzungseinheit mit einer Entschwefelungseinheit verbunden werden kann, und Beispiele, wie beide Einheiten mit einer Meerwasseransaugpumpstation 29 und/oder einem Dampfkondensator 30 eines Kraftwerks zu verknüpfen sind.
Bezugszeichenliste

1: Soleerhitzer
2: Destillationsstufe
3: Wärmerückgewinnungsabschnitt
4: Wärmeableitungsabschnitt
5: Entlüfter
6: Meerwassereinlass
7: Meerwasserpumpe
8: Zulaufwassereinlass
9: Meerwasserabflussauslass
10: Solerückführungssaugleitung
11: Solerückführungspumpe
12: Solerückführungsleitung
13: Dampfzufuhrleitung
14: Kondensatabführungsleitung
15: Kondensatabführungspumpe
16: Soleverbindung
17: Soleverbindung
18: Soleauslasspumpe
19: Soleauslass
20: Destillatdruckleitung
21: Destillatpumpe
22: Rauchgaseinlass
23: Meerwassereinlass
24: Lufteinlass
25: Meerwasserabflussauslass
26: SO₂-Absorber
27: Lüfter
28: kombinierter Behälter
29: Meerwasseransaugpumpstation
30: Kraftwerk-Dampfkondensator

Claims

System zur Entsalzung von Meerwasser, das eine Meerwasserentsalzungseinheit und eine auf Meerwasser basierende Rauchgasentschwefelungseinheit umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – der Soleauslass (19) der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass (23) der Entschwefelungseinheit steht; und/oder der – Meerwasserabflussauslass (25) in Fluidverbindung mit den Zulaufwassereinlass (8) der Entsalzungseinheit steht; und/oder – der Meerwasserabflussauslass (9) der Entsalzungseinheit in Fluidverbindung mit dem Meerwassereinlass (23) der Entschwefelungseinheit steht.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Soleauslass (19) der Entsalzungseinheit mit dem Meerwassereinlass (23) der Entschwefelungseinheit direkt über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung verbunden ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Meerwasserabflussauslass (25) der Entschwefelungseinheit mit dem Zulaufwassereinlass (8) der Entsalzungseinheit direkt über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung verbunden ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Meerwasserabflussauslass (9) der Entsalzungseinheit mit dem Meerwassereinlass (23) der Entschwefelungseinheit direkt über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung verbunden ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner ein Kraftwerk aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entsalzungseinheit eine mehrstufige Entspannungsdestillationseinheit, eine Mehrfacheffektdestillationseinheit, eine Dampfverdichtungsdestillationseinheit oder eine beliebige Kombination aus diesen ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschwefelungseinheit einen Absorber und einen Lüfter aufweist, die in einem einzigen Behälter (28) kombiniert sind.
Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser durch Koppeln einer Meerwasserentsalzungseinheit mit einer auf Meerwasser basierenden Rauchgasentschwefelungseinheit, das die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen einer Fluidverbindung zwischen dem Soleauslass (19) der Entsalzungseinheit und dem Meerwassereinlass (23) der Entschwefelungseinheit; und – Wiederverwenden der Sole, die aus der Entsalzungseinheit in die Rauchgasentschwefelungseinheit abfließt; und/oder – Bereitstellen einer Fluidverbindung zwischen dem Meerwasserabflussauslass (25) der Entschwefelungseinheit und dem Zulaufwassereinlass (8) der Entsalzungseinheit; und – Wiederverwenden des Meerwassers, das aus der Rauchgasentschwefelungseinheit in die Entsalzungseinheit abfließt; und/oder – Bereitstellen einer Fluidverbindung zwischen dem Meerwasserabflussauslass (9) der Entsalzungseinheit und dem Meerwassereinlass (23) der Entschwefelungseinheit; und – Wiederverwenden des Meerwassers, das aus der Entsalzungseinheit in die Entschwefelungseinheit abfließt.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner den Schritt des Bereitstellens einer direkten Verbindung zwischen dem Soleauslass (19) der Entsalzungseinheit und dem Meerwassereinlass (23) der Entschwefelungseinheit über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, das ferner den Schritt des Bereitstellens einer direkten Verbindung zwischen dem Meerwasserabflussauslass (25) der Entschwefelungseinheit und dem Zulaufwassereinlass (8) der Entsalzungseinheit über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, das ferner den Schritt des Bereitstellens einer direkten Verbindung zwischen dem Meerwasserabflussauslass (9) der Entsalzungseinheit und dem Meerwassereinlass (23) der Entschwefelungseinheit über einen Schlauch, ein Rohr oder eine beliebige andere Leitung aufweist.