DE1642447C

DE1642447C - Method and device for desalination of sea water

Info

Publication number: DE1642447C
Application number: DE19671642447
Authority: DE
Inventors: Charles Thongny Sachmne Philippe Fontenay aux Roses Vuillemey Roland Grenoble Kassel, (Frankreich)
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1966-06-20
Filing date: 1967-06-16
Publication date: 1973-02-22

Description

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des Verfahrens dienenden Anlage beschrieben. Die Wärmeübertrager strömt im geschlossenen Kreislauf Beschreibung bezieht sich auf die F i g. 1 bis 6. Hierin zwischen dem Verdampferteil und dem Kondensatorzeigt teil. Vor seiner Mischung mit dem vorgewärmtenthe system used for the process is described. The heat exchanger flows in a closed circuit Description refers to FIG. 1 to 6. Shown here between the evaporator section and the condenser part. Before mixing it with the preheated one

Fig. 1 ein schematisches Fließbild des gesamten Meerwasser wird er in einem Wärmeaustauscher IoFig. 1 is a schematic flow diagram of the total sea water it is in a heat exchanger Io

Verfahrens, 5 _mit waagerechten Rohren durch den in einem Kerr-Method, 5 _m it horizontal tubes by a Kerr

F i g. 2 bis 5, die zusammen zu betrachten sind, reaktor 17 erzeugten Wasserdampf erhitzt,F i g. 2 to 5, which are to be considered together, heated reactor 17 generated water vapor,

eine schematische Darstellung der verwendeten An- In Fig. 3 ist ferner die Anlage 11 zur Trennunga schematic representation of the connections used. In FIG. 3, there is also the installation 11 for separation

lage (die Darstellung mußte nur aus Platzgründen auf des Süßwassers vom Wärmeüberträger am Ausganglocation (the representation only had to be on the fresh water from the heat exchanger at the exit for reasons of space

mehrere Figuren verteilt werden), der Kondensation gezeigt. Die verwendete Anlageseveral figures are distributed), the condensation shown. The plant used

F i g. 6 einen Verdampfer mit seinem zugehörigen io besteht aus zwei hintereinander geschalteten Hydro-F i g. 6 an evaporator with its associated io consists of two hydro-

Ejektor. Zyklonen 18 und 19. Der abgetrennte Wärmeüberträ-Ejector. Cyclones 18 and 19. The separated heat transfer

Die verschiedenen Stufen des erfindungsgemäßen ger wird zum Wärmeaustauscher 16 zurückgeführt,The various stages of the ger according to the invention is returned to the heat exchanger 16,

Verfahrens sind in Fig. 1 schematisch angegeben. während das Süßwasser durch die WärmeaustauscherProcedures are indicated in Fig. 1 schematically. while the fresh water through the heat exchanger

Das mittels einer Pumpstation 2 entnommene Meer- IS und 4 zum Sammelbehälter 14 geschickt wird,The sea IS and 4 removed by means of a pumping station 2 are sent to the collecting container 14,

wasser wird nacheinander in den Wärmeaustau- 15 F i g. 4 zeigt den Verdampferteil and Kondensator-water is successively in the heat exchange 15 F i g. 4 shows the evaporator part and condenser

schern3 und 4 durch die Sole bzw. das Süßwasser, teil,shear 3 and 4 through the brine or fresh water, part,

welche die Anlage verlassen, vorgewärmt. Die Vsrdampfung erfolgt in 50 aufeinanderfolgenwhich leave the system, preheated. The vaporization takes place in 50 consecutive times

Das so erwärmte, unter Druck stehende Meer- den Entspannungsstufen. Das r >er Druck stehende, wasser wird anschließend bei 5 entgast und darauf im mit dem zu seiner Erwärmung dienenden Wärme-Gemisch mit dem heißen Wärmeüberträger in den 20 Überträger gemischte Meerwasser wird in den ersten Verdampferteil 6 eingeführt. Am Ausgang des Ver- Verdampfer 20 mit 150° C eingeführt und verläßt dampferteils wird der Wärmeüberträger bei 8 von der den letzteren Verdampfer22 mit 50° C. Die Mischung Sole getrennt. Die Sole wird durch den Wärmeaus- wird ..1 jeden Verdampfer tangential eingespritzt, und tauscher 3 abgeleitet, während der Wärmeüberträger der Boden jedes Verdampfers ist als Zyklon ausgebt I-durch Zugabe von Süßwasser gekühlt wird, welches 25 det, um die Wirbelbildung zu begünstigen. Der Druck aus der Produktion der Anlage entnommen wird. Das in den verschiedenen Verdampfern wird so eingestellt. Gemisch Wärmeüberträger—Süßwasser dient an- daß die entsprechenden Temperaturen gleichmäßig schließend bei 10 dazu, die im Verdampferteil 6 er- stufenweise um je 2° C abnehmen,
zeugten Dämpfe zu kondensieren. Der Wärmeüber- Zu jedem Verdampfer gehört ein Ejektor 23. Alle träger wird von dem erzeugten Süßwasser bei 11 ge- 30 Ejektoren zusammen besorgen gleichzeitig einerseits trennt und anschließend vor einem neuen Kreislauf in die Kondensation der auf jeder Stufe erzeugten die Heizvorrichtung 12 geschickt. Die im erzeugten Dämpfe und andererseits die Regelung der Betriebs-Süßwasser verfügbaren Wärmekalorien werden im drücke der verschiedenen Verdampfer. Der zum Wärmeaustauscher 4 zurückgewonnen. letzten (bei geringem Druck arbeitenden Verdamp-The so heated, pressurized sea - the relaxation stages. The water under pressure is then degassed at 5 and then sea water mixed with the heat exchanger used to heat it with the hot heat exchanger in the exchanger is introduced into the first evaporator part 6. Introduced at the exit of the evaporator evaporator 20 at 150 ° C. and leaves the steam section, the heat exchanger is separated at 8 from that of the latter evaporator 22 at 50 ° C. The brine mixture is separated. The brine is tangentially injected through the heat output ..1 each evaporator, and exchanger 3 is discharged, while the heat exchanger, the bottom of each evaporator is designed as a cyclone I-is cooled by adding fresh water, which is 25 det to promote the formation of eddies . The pressure from the production line is taken from the facility. This is how it is set in the various evaporators. Mixture of heat exchanger and fresh water is used to ensure that the corresponding temperatures, closing evenly at 10, which decrease gradually by 2 ° C in the evaporator part 6,
evoked vapors to condense. An ejector 23 belongs to each evaporator. All carriers are separated from the fresh water produced at 11 at the same time. The heat calories available in the vapors generated and, on the other hand, the regulation of the operating fresh water, are used in the pressures of the various evaporators. The recovered to the heat exchanger 4. last evaporator (operating at low pressure)

In F i g. 2 sind einerseits die Pumpstation 2, welche 35 fer 22 gehörige Ejektor 24 wird mit dem von der Sole das Meerwasser durch die Wärmeaustauscher 3 und 4 getrennten, zuvor durch Einspritzen einer kleinen, zum Verdi-mpferteil schickt, und andererseits ein aus dem Sammelbehälter 14 entnommenen Süßwa·-- Sammelbehälter 14 gezeigt, der das von der Anlage sermenge gekühlten Wärme Überträger gespeist. Dice erzeugte und im Wärmeaustauscher 4 durch Aus- Kühlung ist erforderlich wegen der Energieuntertausch mit dem Meerwasser gekühlte Süßwasser auf- 40 schiede zwischen Kondensation und Verdampfung, nimmt. Der Wärmeaustauscher 3 sorgt für eine erste ' Die gleiche Kühlung kann im übrigen auch ohne Siiß-Vorwärmung des Meerwassers durch Rückgewinnung wasserzustz, beispielsweise durch Kühlung des Warder in der vom Verdampferteil kommenden Sole ver- meüberträgers in einem Wärmeaustauscher, erfolgen fügbaten Kalorien. Ein Teil des Süßwassers des Das Gemisch von Wärmeüberträger und Süßwasser Sammelbehälters 14 wird zur Versorgung der Vor- 45 durchströmt nacheinander die verschiedenen Ejektorichtung zur Kondensation des Süßwassers ent- ren im Gegenstrom zum Meerwasser und reißt auf nommen. jeder Stufe die im entsprechenden Verdampfer er-In Fig. 2 are on the one hand the pumping station 2, which is 35 fer 22 belonging ejector 24 with which the seawater separated from the brine by the heat exchangers 3 and 4, previously by injecting a small one, sends to the evaporator part, and on the other hand an ejector removed from the collecting tank 14 Sweet water - collecting tank 14 is shown, which feeds the heat exchanger cooled by the system water quantity. Dice generated and in the heat exchanger 4 by cooling is required because of the energy exchange with the sea water, cooled fresh water takes up the difference between condensation and evaporation. The heat exchanger 3 provides a first 'The same cooling can also take place without Siiss preheating of the sea water by recovering water additions, for example by cooling the warder in the brine coming from the evaporator part in a heat exchanger, added calories. A part of the fresh water of the mixture of heat carrier and fresh water collecting container 14 is to supply the pre- 45 flows successively through the different Ejektorichtung to condense the fresh water corresponds ren in countercurrent to the sea water and ruptures taken. in each stage the required in the corresponding evaporator

Die Wärmeaustausche"· 3 und 4 sind übliche Rohr- zeugten Dämpfe mit. Die Kondensation dieser Wärmeaustauscher. Schwierigkeiten durch Korrosion Dämpfe wird gleichzeitig durch den Wärmeüberträder Wände und Verstopfung oder Verkrustung (Kes- 50 ger, dessen Temperatur stets geringer als die der selsteinabscheiduiig) sind jedoch nicht zu befürchten, D: mpfe der entsprechenden Stufe ist, und durch Erda die Betriebstemperaturen verhältnismäßig niedrig höhung des Drucks von einem Ejektor zum folgenliegen, den bewirkt.The heat exchanges "· 3 and 4 are common pipe- generated vapors with. The condensation of these Heat exchanger. Difficulties due to corrosion vapors is simultaneously caused by the heat exchangers Walls and clogging or encrustation (kes- 50 ger, the temperature of which is always lower than that of the selsteinabscheiduiig) are not to be feared, fumes of the corresponding level, and by Erda the operating temperatures relatively low increase the pressure from an ejector to the following, that causes.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird das vorgewärmte Da die Druckerhöhung pro Stufe sehr gering ist,As can be seen from Fig. 3, the preheated Since the pressure increase per stage is very low,

Meerwasser in den Entgaser 5 geleitet. Die Entgasung 55 kann man Ejek'oren mit geringen Geschwindigkeits-Sea water passed into the degasser 5. The degassing 55 can be ejected at low speed

geschieht dort durch Hindurchleiten von Wasser- unterschieden verwenden und infolgedessen diehappens there by passing through water differences and consequently use the

dampf, der vom Verdampferteil kommt. Die Ent- Druckverluste und notwerdige Pumpleistung auf dassteam coming from the vaporizer part. The pressure loss and the necessary pumping capacity on the

gasung dient dazu, die korrodierende Wirkung des Mindestmaß herabsetzen. Jeder Ejektor ist mit einergassing is used to reduce the corrosive effect of the minimum. Each ejector comes with one

Meerwassers in den Wärmeaustauschern zu verrin- üblichen Ausrüstung zur Drucküberwachung sowieSeawater in the heat exchangers to reduce the usual pressure monitoring equipment as well as

gern. Das aus dem Entgaser 5 kommende Meerwa.s- 60 mit einer Rückschlagsicherung in der Dampfzufiih-gladly. The seawater 60 coming from the degasser 5 with a non-return device in the steam supply

scr wird im Rohr-Wärmeaustauscher 15 üblicher Bau- rung versehen.scr is provided in the tube heat exchanger 15 of the usual construction.

art durch von der Anlage erzeugtes Süßwasser erneut Ein Reinigungszyklon 26 zur Abscheidung vonart by fresh water generated by the system again A cleaning cyclone 26 for the separation of

vorgewärmt. Es wird anschließend in die den Wärme- nicht kondensierbaren Anteilen ist im übrigen aufpreheated. It is then in the heat-non-condensable fractions is otherwise on

Überträger zum Verdampferteil führende Leitung ein- der Höhe der Stufe vorgesehen, wo der Dampf zumTransmitter to the evaporator part leading line provided at the level of the stage where the steam to

geleitet. 65 Entgasen des Wassers abgenommen wird. Diese Stufedirected. 65 Degassing of the water is removed. This stage

Der im beschriebeuen Einzelfall verwendete ist so gewählt, daß die Verdampfungstemperatur inThe one used in the individual case described is chosen so that the evaporation temperature in

Wärmeübertrager ist eine gegenüber Wasser bis zu ihr im wesentlichen der Temperatur des MeerwassersHeat exchanger is one compared to water up to it essentially the temperature of the sea water

180 bis 200° C beständige Erdölfraktion. Dieser im Entgaser entspricht. Im beschriebenen Fall han-180 to 200 ° C stable petroleum fraction. This corresponds to in the degasser. In the case described,

dclt es sich um den Verdampfer 27, dessen Betriebstemperatur 100" C beträgt. Der von diesem Verdampfer kommende Dampf geht durch den Entgaser 5, bevor er zum zugehörigen Ejektor 28 und dann zum Zyklon 26 gelangt. Durch den Zyklon können die von der Entgasung des Meerwassers herrührenden nicht kondensierbaren Anteile abgetrennt werden.dclt it is the evaporator 27, its operating temperature 100 "C. The steam coming from this evaporator goes through the degasser 5, before it reaches the associated ejector 28 and then to the cyclone 26. Can through the cyclone the non-condensable fractions resulting from the degassing of the seawater are separated will.

F i g. 5 zeigt als ein Beispiel die zur Trennung des Wärmeüberträgers von der Sole am Ausgang des Vcrdampferteils verwendete Anlage. Die Mischung wird in zwei hintercinandergcschalteten Hydrozyklonseparatorcn 29 und 30 behandelt, welche die Abtrennung der Sole ermöglichen. Der noch einen geringen Anteil Sole mitführende Wärmeüberträger wird davon in einem Absetzgefäß 31 durch Trennung der ruhenden Flüssigkeiten voneinander völlig befreit.F i g. 5 shows, as an example, those for separating the System used to transfer heat from the brine at the outlet of the evaporator part. The mixture is in two hydrocyclone separators connected in series 29 and 30 treated, which allow the separation of the brine. The still a small one Part of the brine-carrying heat exchanger is separated from it in a settling vessel 31 of the resting liquids completely freed from each other.

Der Wärmeüberträger wird anschließend mittels einer Pumpe 32 wieder in die Kondensationsejektoren geschickt.The heat exchanger is then fed back into the condensation ejectors by means of a pump 32 sent.

F i g. 6 zeigt als Beispiel einen Verdampfer 34 mit dem zugehörigen Ejektor 35. Eine Förderpumpe 36 sorgt für die Weiterleitung des flüssigen Meerwassers von einem Verdampfer zum nächsten. Ebenso besitzt der Ejektor 35 eine Förderpumpe 37 zum Ausgleich der Druckvcrluste im Weg des mitreißenden Mediums (flüssiger Wärmeüberträger und Süßwasser). Dieses Medium gelangt in eine Düse 38, die in eine Ansaugkammer 39 mündet. Letztere steht mit dem Verdampfer 34 über eine mit Rückschlagventil ausgestattete Rückschlagsicherung 40 in Verbindung. Im Betrieb saugt das hindurchströmende (mitreißende) Medium die durch Entspannung im Verdampfer 34 erzeugten Dämpfe an, welche einerseits durch die Mischung mit dem kälteren mitreißenden Medium und andererseits durch Erhöhung des Drucks kondensiert werden.F i g. 6 shows an evaporator 34 with the associated ejector 35 as an example. A feed pump 36 ensures the transfer of the liquid seawater from one evaporator to the next. Likewise owns the ejector 35 a feed pump 37 to compensate for the pressure losses in the path of the entrained medium (liquid heat exchanger and fresh water). This medium reaches a nozzle 38 which is in a Suction chamber 39 opens. The latter is connected to the evaporator 34 via a one equipped with a check valve Kickback protection 40 in connection. During operation, the flowing through (sweeping) Medium the vapors generated by expansion in the evaporator 34, which on the one hand by the Mixing with the colder entrainment medium and condensed on the other hand by increasing the pressure will.

Durch die crfindungsgcmäße gemeinsame Verwendung von Ejcktoren und Verdampfern erfüllt der Wärmeübertrager drei Aufgaben:Due to the common use of ejectors and evaporators, the heat exchanger fulfills three tasks:

1. Er führt die zur Verdampfung notwendigen Kalorien zu;1. It carries the calories necessary for evaporation to;

2. er sort für die Kondensation der Dämpfe;2. He sort for the condensation of the vapors;

3. er dient als Antriebsmedium zur Erzeugung der verschiedenen Drücke auf jeder Stufe des Verfahrens. 3. It serves as the drive medium for generating the various pressures at each stage of the process.

Aus dieser Maßnahme ergeben sich die folgenden Hauptvorteile:The main advantages of this measure are as follows:

1. Zusatzvorrichtungen zur Erzeugung der verschiedenen Verdampfungsdrücke sind nicht erforderlich, wodurch die Pumpkosten verringert werden;1. Additional devices for generating the various evaporation pressures are not required, thereby reducing pumping costs;

2. die Kondensation erfolgt mittels einfacher Apparaturen von wesentlich geringerem Raumbedarf als der bei den üblichen Anlagen für ähnliehe Verfahrensschritte erforderlichen Zerstäubungsvorrichtu ngcn;2. The condensation takes place by means of simple apparatus which requires much less space than the atomizing device required for similar process steps in conventional systems ngcn;

3. durch Anordnung der Kondensationsstufen in Reihe kann die Förderenergic des Wärmeübertragers auf jeder Stufe bewahrt werden, und die3. By arranging the condensation stages in series, the conveying energy of the heat exchanger can be increased be preserved at every stage, and the

as notwendige Gesamtenergie entspricht nur der Summe des Druckverlustcs der Ejcktoren und der Druckdifferenz zwischen der ersten und letzten Stufe.he necessary total energy only corresponds to Sum of the pressure loss of the ejectors and the pressure difference between the first and last stage.

Das zur Kondensation der Dämpfe in der Reihe der Ejcktoren dienende Gemisch von öl und Süßwasser kann durch Süßwasser allein oder öl allein (zuvor, beispielsweise durch Wärmeaustausch mit Süßwasser, gekühlt, wenn es sich um einen gleichzeitig zum Verdampfen benutzten Wärmeüberträger handelt) oder auch durch andere, mit Wasser nich mischbare und am Ende abgetrennte Flüssigkeiten ersetzt werden.The mixture of oil and fresh water used to condense the vapors in the row of ejectors can by fresh water alone or oil alone (previously, for example by heat exchange with Fresh water, cooled, if it is a heat exchanger that is also used for evaporation acts) or by other liquids which are not miscible with water and which are separated at the end be replaced.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

an apparatus for carrying out such claims: method. The well-known »wall-

1. Process for the desalination of seawater loose «evaporation, with a heat exchanger in by heating the sea water under pressure, 5 direct contact with the cold sea water of the heated sea water in meh- warmed, obvious advantages, since no reduction in the rere successive levels; with decreasing efficiency of heat transfer by forming Pressing and condensing the deposits in each formation in a heat exchanger Vapors generated in a voltage level in the occurrence, the facility is simpler, the corrosion progeny The colder elus- iobems carried to seawater are lower and the transmission rate is high with increasing pressures, kceefficient to higher energetic efficiency marked that one of the. to lead.

vapors formed in each expansion stage In the known processes of this type, the one

in the liquid, which by a with the respective heat exchanger at the same time for the evaporation of the

ligen expansion evaporator connected Ejek- 15 sea water and for condensing the generated

tor flows, condenses and with the help of the ejecto vapors to use fresh water, however, the

At the same time, there is a pressure difference between each contact between the vapors and the heat exchanger

because there are two successive expansion in the condensation, generally by atomization

sustains stages. exercise of the heat exchanger in irrigation towers,

2. The method according to claim 1, characterized ge ao where the D; ' ipfe stream. This procedure requires indicates that the liquid is at least partially of very large volume in order to be sufficient wise from one with water. immiscible liquid contact or exchange marks. This sness exists. Volumes are all the greater than in the case of the multi-level

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid is economically viable alone, characterized in that the liquid at least 35 certain stages under reduced pressure £ ^r partially consists of fresh water from the th. The required pump energy is highly unü condensing Vapors generated and cooled - if there are a large number of stages, it is by far so large that fresh water is removed. not only the pressure difference between the end

4. Ai'spruc method! 2, thereby creating steps and overcoming the pressure losses, indicates that the water immiscible 30 but also the stroke of the entire liquid The liquid is heated and, together with the water, is poured in front of one of the total height of all the sprinkler towers Relaxation is mixed. should bring about a speaking height. Also are at

5. The method according to claim 2, characterized in that the known systems which characterize the at each stage of that the liquid liquid which does not mix with water, which ensures different pressures, requires devices in a closed circuit that are independent of one another in which they are heated one after the other, with therefore additional material and an additional energy mixed with pressurized seawater, which increases plant and operating costs, after its relaxation from the lagging behind, the invention now aims at an essential verden Brine separated, by mixing with the simplification for the pressure changes of produced cold fresh water chilled with the equipment required in one of the next stages each expansion stage generated vapors and a reduction in energy consumption below mixes and after condensation of the same / om retention of the advantages of the wallless evaporator formed Fresh water is separated. eligibility procedure.

6. Device for carrying out the method This object is achieved according to the invention by means of one of claims 1 to 5, with a method of the aforementioned. Kind, which directions for heating the sea water under is characterized in that n; to the vapors in the liquid expansion evaporator with the associated consistency, which are produced in each pressure in several successive expansion stages, which are produced by an ejector connected to the respective expansion devices and feed pumps for expansion evaporators flows, Konda heated sea water and the COOLANT condenses 50 and r ^": t means of the ejectors simultaneously ness, dad irch in that each comparison of a pressure difference between each two aufeWndampfer (20, 22) with an ejector (23, 24) ver - maintain the following relaxation levels,
is bound and that the ejectors are one behind the other. Further advantageous embodiments of the invention are connected. according to the procedure result from the sub-

55 claims.

A device for carrying out the invention

according to the method with a device for heating

of sea water under pressure, several expansion evaporators connected in series with

60 associated condensation devices and conveying

The invention relates to a method for desalination of pumps for the heated seawater and the

of sea water by heating the sea water cooling liquid is characterized according to the invention thereby

under pressure, relaxing the heated sea water, that each evaporator draws with an ejector

is connected in several successive stages at decreases and that the ejectors one behind the other

end bridging and condensing which are connected in each 65.

voltage level generated vapors in one of the following is an example of a special configuration

gene flow to the sea water, the colder flow form of the method according to the invention so-

with increasing pressures, as well as an embodiment of one for Djrchführungunß