DE1913762A1 - Verfahren und Anlage zur Destillation durch aufeinanderfolgende Entspannungen - Google Patents

Description

• PATENTANWALT

8 MÜNCHEN 2, OTTOSTRASSEIa TELEFON C0S1O 59 36 82

B.2646-3 ΛΤ München, 18. März 1969 _m Dr.M./Eh

CP 275/710

Commissariat ä 1* Energie Atomique in Paris / Frankreich.

Verfahren und Anlage zur Destillation durch aufeinander folgende Entspannungen

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren mid ein® AnJ^e zur Destillation durch aufeinanderfolgende Entspannungen aur Behandlung einer Lösung, die entweder ein Salz mit umgekehrten Löslichkeitsver-

enthält, halten odei· ein SaIs mit normalem Löslichkeitsvsz'faaltsn/und ist

insbesondere zim Entsalzen von Meerwasser anwendbar»

3tiliat ionsverfahren mit aufedmanderfolgenden S häufig angevandt, nicht nur sum RÜckg^wiaaea eines Lö—

aus einer SaIslösung _t beispielsweise swr Gewinnung Süßwasser durch Bntsalzsa voa Meerwasse3p_e sond@^2i auch zum

K@as@atrieren von Flüssigkeit/in büisplelsweise der eli^mischen

ei üi.®B&n Verfahren wteü @ia@ g» beliaiiiielsicl® Lösrnng Ir flüssigem

g ia ciia^s¹ teiks voß Stufen

Stufe erzeugte Dampf kondensiert.

Meistens erfolgt die Kondensation durch Wärmeaustausch' mit der

im Gegenstrom

erwärmten Lösung von einer Stufe zur anderen strömenden noch

nicht erwärmten Ausgangs- oder Speiselösung.

Dia durch sin solches Verfahren erhaltene, nicht verdampfte Salzlösimg ist häufig zu schwach konzentriert;, als daß man sich mit einem einsäigen Dtarclig&ng durch eine Seik-s iron Stufen bei immer weiter abnehmenden Drücken siifriedangsfeen könnt® _a Das gilt insbe« sondere, wenn das Verfahren %μμ Bslaandela eiaex⁸ teuren Lösimg benutzt wird und insbesondere bei der Be&aaelimg von Meerwasser _s das einer Vorbehandlung durch Verri&gforM&g der iCoagentration an bestimmten Salzen, wie cien Carbonates^ insfo@s©jäd<sj?@ des Caleitamcarbonats, unter'worfan v/urds, um dia Y&^kaXkvmg vs&d Verkrustimg au verringernο

Eine erste Verbesserung diesar bskasMten Ve^fslir-eiis um. die oben angegebenen Nachteile an vermeiden, bastsht beispielsweise bein Entsalzen von Meerwasser darin, einen Teil oter Meint verdampften Salzlösung in dis die Konctensatioa öss D^spfes bewirkende Speise lösung zurückzuführen.

Die die Destillaticnseiriiieit oclei⁹ SitapSiiEimigg- grtappe bildend® Reihe von Stufen umfaßt daher- im allgeit©i!ä@fi sog* Wllriie stufen^ die bei höherem Druck a^baiiea wan m, seasü die des Dampfes durcli die SpeiselSstmy b@ij°ir-!-:t wis?e mad die führung riii-;.:er Ziaaatx vc/h ^roffbefeasdsXtea tfearvmssss¹ ©rf©Igt _Q sog» Wäi-MfSabfüli:eiMg3S'':i.!J;es_? die bsi i^ieöriga^oa Dffislc arbeitea

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in denen die Kondensation durch Wärmeaustausch mit dem nicht vorbehandelten kalten Meerwasser erfolgt, von dem die zuzusetzende Menge abgenommen wird.

Dieser Destillatiönszyklus mit aufeinanderfolgenden Entspannungen und Rückführung besitzt den Vorteil, daß die M@nge des vorzubehandelnden Meerwassers und damit die Vorbehandlungskosten ver-.ringert sind. Dagegen zwingt die größere Konzentration der Speiselösung im Vergleich mit dem Verfahren ohne Rückführung zu einer Verringerung der Temperatur, auf die das Meerwasser erwärmt wird. Das Meerwasser enthält nämlich insbesondere Calciumsulfat, dessen Löslichkeit mit steigender Temperatur abnimmt und das sich selbst dann abscheiden kann, wenn seine Konzentration durch Vorbehandlung herabgesetzt ist. Das gleiche Problem tritt bei jeder anderen Salzlösung auf, die ein Salz mit umgekehrtem Lösliehkeitsverhalten enthält.

Die Erfindung bezweckt nun ein Destillationsverfahren mit aufeinanderfolgenden Entspannungen, das inbesondere zur Behandlung einer Lösung, die «in Salz mit umgekehrtem Löslichkeitsverhalten enthält, wie auch von Lösungen eines Salzes mit normalem Löslichkeitsverhalten anwendbar ist, die obigen Nachteile vermeidet und die Vorteile der Destillation durch Entspannungen im direkten Durchlauf (insbesondere die Einfachheit, die geringstmögliche Konzentration der Lösimg im Erhitzungsbereich, die verringerte Extraktiönsarbeit) und die Vorteile derDestillation durch Entspannung mit Rückführung (insbesondere die geringere Durchsatzmenge an Speiselösung für/eine gegebene Menge produzierten Lösungsmittels und die verringerten Vorbehandlungskosten) vereinigt \mä

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zwar unter Vermeidung von Verkrustungsgefahren im Bereich der heißesten Stufen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß eine zu behandelnde Lösung in einer Mehrzahl von Entspanmmgsgruppen destilliert wird, wobei in jeder die Lösung in flüssigem Zustand erhitzt wird, die erhitzte Lösung in einer Reihe von Stufen bei immer weiter abnehmenden Drücken, in bei höherem Druck arbeitenden Wärmeaustauschstufen und bei geringerem Druck arbeitenden Wärmeabführungsstufen entspannt wird und der in jeder Stufe erzeugte Dampf mindestens in den Wärmeaus«= tauschstufen durch Austausch mit der im Gegeastrom zur erhitzten Lösung von Stufe zu Stufe strömenden, noch nicht erhitzten Speiselösung fecadeasiert wird, und die Speiselösung jede? Gruppe aus der nicfet verdampften Restlösimg der¹ vorhergehenden Gruppe mit einer Zusatzmenge von Frischlösung besteht rand entweder, falls in der erhitzten Lösung sin Salz mit umgekehrtem Löslichkeitsverhalten vorhanden ist, äas Erhitzen iiit aaeh Maßgabe der Erhöhung der Salzkonzentration v©*i einsi⁴ Gruppe zur nächstem abnehmenden Temperaturen oder, falls In der erhitzten Lösung ein Salz mit normalem Löslichkeitsverhalten entfalten ist, das Erhitzen bei nach Haßgabe der KonzentratioaserhSiirag von einer Gruppe sur folgenden steigenden Temperatur erfolgt*

Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Verf&teon die Zusatz lösung jed-ar Gruppe vorbehandelt werden, um itee Konzentration an bestimmten Salzen zu verringern, und fe^&er erfolgt die Koadeasation in den Wärmeabführungsstufen vorzugsweise durch Wärmeaustausch mit der nicht -vorbehandelten Frischlösung, von der

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diese Zusatamenge abgenommen wird.

Erfindungsgemäß wird ferner eine Anlage zur Durchführung des oben angegebenen Destillationsverfahrens diürch aufeinanderfolgende Entspannungen oder jedes entsprechenden Verfahrens vorgeschlagen, die sich im wesentlichen ausseichnet dureh eine Mehrzahl von Destillationsgruppen, die jede aus eia©^ Reihe Von Verdampfungskammern und jeweils damit verbundenen Kondensatoren für den in der entsprechenden Kammer¹ erzeugtes, Dampf? bestehen und in jeder Gruppe hintereinander Vorricfetiangen %vlt Weiterleitung einer ' Speiselösung durch mindestens eiiaea Teil der Kondensatoren ¹VOn. einem sum nSeIist©n der selbem Vorrichtmigeß, 'zum Exaltsen der Speisel'ösimg und Vorsiehtimgea zwä l-J@it©rleiten der' erhitzten. Lösung in ate Verdampfmgslcainriiern ira @@g<Siristrom zur Strömung sr ichtiang in den Koadeasatorea imä bei Iwmmff reiter' aba@hmeadea Drüelcea₈ Wn eiae TeilirerdaiipfiÄag der Lösimg iiä jeder Keffisa@r au bewirken, wää VorriehtiSEg@si ^tax⁴ RüclcfütenMg der-nicht ■ytar dampf ten. RestlÖsiMg in di<s Speiselösiiag der folgeMen Gruppe bes i

Das erfinäungsgeißäß© Verfatoen land die @j?£indmagsg@FäiSBe Anlage lassen sieh besonders gut in Verbindung mit einem Uamekraftwsrlc gur Elektrizitätserzeiaguing fo©tr@ibea» Di®. Erhitzung der Spsiselösungea' jeder S^uppe ©rfoigt b©i je naefe desi Fall ö©a odsr abnehmaadeja Tesffperatiareaj, nad es ist besoaös^a

SlIeIi₈ dies© E^w'änwmg aatwader diä^eh Wä^ffleaiastaiisek mit iia Seihd \roa ©Ίά®& ehw alieläat®a Gruppe sir5sa<iMcgii "&@i®@xi ©d©5? dnrefe i-JSreeai^stai^aefe alt öoi voe. ©ia-sj? Tta^bias 'eelfesi

iw&ä j© xiaela Ö(S2? 4?t ügz- 'L·^

Drücken vorzunehmen ·

Die Er£indung wird erläutert durch die folgenden Beschreibung einer besonderen Ass£itha?ungsform des erfindiasagsgeiBlSea Destill tionsverfahreBS sowie zweier AusftUsrangsbeispiele der-erfistel gemäßen Destillationsanlage.

Die Beschreibung, die sieh auf die beigefügtes. Fispx^ea 1 Ibis 4 bezieht $ feetrifft ge&auei* gesagt alg laispiel die iaiiTenäumg üm

n YerS^mmsis stm Sjxtselaea iresi, B flwasss^, Selbstmi^stSEalie^ ist üim nicht darauf toesetelnkt*

Fig« 1 aeigt selieaatiäeM iie b

der de? Pig_s 1 Qm^sIi #i@ A^'ä olsi? Ss^ySrissaiaf ü@m

Pig« 3 zeigt al® iSntwiefeliaag ä®2? E©ia§®si<?ati©s&©ia ©!©κ¹ iss wasser· SBtMaIt-SIiSIi fewsteafoiM^ ¥erfafes»@Es is? ¥effgl@iea salt s@j?

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Fig. 4 zeigt die li&t^iaiclmag d&ii ialgic des ¥erf atesfis iia Fall ©is&sg sals©§ alt

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In jeder Stufe wird das von der vorhergehenden Stufe kommende Meerwasser in eine Verdampfungskammer 2 geleitet, vo es teilweise verdampft. Diese Verdampfungskammer ist mit einem Kondensator 4 verbunden, der die Kondensation des erzeugten Dampfes zu Süßwasser bewirkt, öer Kondensator besteht aus im oberen Teil der Verdampfungskammer angeordneten Rohren, diareh die die Speiselösung (kaltes Meerwasser) strömt.

In jeder Entspannungsgruppe wird das durch Wärmeaustausch mit dem in den aufeinanderfolgenden Stufen kondensierenden. Dampf vorgewärmte Meerwasser in einem Erhitzer 6 unter einem über dem Dampfdruck liegenden Druck erhitzt, um das Kochen zu verhindern. Das so im flüssigen Zustand erhitzte Meerwasser gelangt in die bei immer weiter abnehmenden Drücken gehaltenen Verdampfusigskammern.

Das kalte Meerwasser strömt in den Kondensatoren 4 im Gegenstrom zu dem erhitzten Meerwasser in den Verdampfungskammern.

In jeder verdampfungskammer verdampft ein Teil des Wassers infolge der Entspannung, und der erzeugte Dampf kondensiert in Berührung mit den Kondensatorrohren. Das erzeugte Süßwasser wird in einer Rinne 8 aufgefangen und strömt von einer Stufe zur nächsten, bis es schließlich am Ausgang der letzten Stufe der Gruppe abgenommen wird.

In der ersten Entspannungsgruppe A besteht die der Reihe nach durch die Kondensatoren strömende Speiselösung aus kaltem Meerwasser, das gegebenenfalls vorbehandelt ist. Die nach irgendeinem Üblichen Verfahren, beispielsweise Ansäuern oder Zusatz

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eines Abscheidungsinhibitors, vorgenommene Vorbehandlung, verhindert die Abscheidung von Carbonaten.

In der Entspannungsgruppe B teilen sich ebenso vie in den Gruppen C...N die Entspannungsstufen auf in η Wärmeaustauschstufen, die bei höherem Druck arbeiten, und η'Wärmeabführungsstufen, die bei niedrigerem Druck arbeiten.

Das erhitzte Meerwasser wird in der Folge dieser Stufen der Reihe nach entspannt. Dagegen strömt zur Abführung der durch den Erhitzer eingeführten Kalorien kaltes nicht vorbehandeltes Meervasser in den Kondensatorrohren der Wärmeabführungsstufen, während die in den Kondensatorrohren der Wärnieaustauschstufen strömende Speiselösung, die noch nicht erhitzt wurde, in der Hauptsache aus von der vorhergehenden Gruppe (hier der Gruppe A) kommender nicht verdampfter Restlösung besteht.

Um die Süßwasserproduktion der vorhergehenden Gruppe zu kompensieren, wird der in jede Gruppe B,C...N eingespeisten konzentrierten Lösung ein Zusatz von gegebenenfalls vorbehandeltem Meerwasser zugefügt. Dieses wird von dem in den Kondensatoren der Wärmeabführungsstufen strömenden Meerwasser am Ausgang der ersten dieser Stufen abgenommen und gegebenenfalls in einer Vorbehandlungsvorrichtung 10 vorbehandelt.

Wenn wie im besonderen beschriebenen Fall alle Verdampfungskammern gleich sind, so daß im besonderen die Temperaturunterschiede von einer stuff sur nächsten beinahe gleich sind, nimmt die Zahl der Stufen "p<ⁿo Gruppe von einer «ruppe zur nächsten ab

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(FIg₀ Ι)= Beispielsweise kam die Anlage im Pall einer erhebli-C'ksn Krhitsung durch Xfärmeaustausch zehn Gruppen umfassen,, wobei di© Gesamtsahl der Stufen pro Gruppe um jeweils zwei Stufen pro Gruppe und auf diese Weise von 40 Stufen der ersten Gruppe auf

fett
20 Stufen der 10 fGruppe abnimmt.

Die Anlage der Fig. 1 ist mit einem nicht gezeigten Gasturbinenkraftwerk zur Elektrizitätserzeugung gekoppelt. Das heiße Gas des Gasturbinenkreislaufs wird dann zur Erhitzung des Meerwassers in der Entsalzungsanlage benutzt. Bs strömt nacheinander durch die Erhitzer der verschiedenen Gruppen A bis N= Der Gasdurchsatz ist so geregelt, daß die erforderlichen Temperaturunterschiede in den Erhitzern der aufeinanderfolgenden Gruppen erhalten werden.

Diese Bau- und Betriebsv^eise wurde nur als Beispiel beschrieben. Man kann selbstverständlich im Rahmen der Erfindung nicht nur die Anzahl der stufen oder Gruppen verändern, sondern auch die verschiedenen Gruppen nebeneinanderlegen, die Stufen der verschiedenen Gruppen oder die bei hohem oder niedrigem Druck ar-r beutenden Stufen ein und derselben Gruppe verschieden ausbilden, die beschriebenen Erhitzer und Kondensatoren durch Wärmeaustauscher mit direkter Bertihrimg ersetzen, in ein und derselben Einheit die Abzüge der verschiedenen Zusatzmengen oder die Wärmealfehrungsstufen anordnen usw. Ebenso können, falls das Erhitzen ta»eh das Gas eines Gasturbinenkreislaufs erfolgt, die Erhitzer aufeinanderfolgender Gruppen im Gaskreislauf zwischen den veriign Wisderverdichtungsstufen desselben angeordnet sein.

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pig» 2 zeigt eine besondere Abwandlung der oben beschriebenen Ausführungsform, bei der die Entsalzungsanlage mit einem Dampfturbinenwärmekraftwerk gekoppelt ist. Die Erhitzung des Meer- wassers in den Erhitzern der verschiedenen aufeinanderfolgende» Gruppen A bis D erfolgt durch den bei verschiedenen Drücken von der Turbine 12 abgezogenen Dampf. Der Erhitzer der Linie A wird mit dem bei höchsten Druck abgenommenen Dampf gespeist, und dieser Druck nimmt von einer Gruppe zur nächsten, ab. Der den Erhitzer der Gruppe D speisende Dampf tritt am Ausgang der Turbine durch einen Entspanmmgs- Heißdampfkühler 14. Die von den Erhitzern abfließenden verschiedenen Kondensate werden bei 16 gesammelt und wieder in den Dampf erzeuger zurückgeführt, wo das Wasser von neuem erhitzt und verdampft wird, um in die Turbine 12 zurückzukehren.

Beispielsweise enthalten die verschiedenen Gruppen in diesem Fall:

Gruppe A 46 Wärmeaustauschstufen Gruppe B 39 Wärmeaustauschstufen

3 Wärmeabführungsstufen

Gruppe C 35 Wärmeaustauschstufen

3 Wärmeabführungsstufen

Gruppe D 31 Wärmeaustauschstufen

3 Wärvneabführungsstufen.

Im Verlauf der Behandlung in den aufeinanderfolgenden Gruppen nimmt die Konzentration der verschiedenen Salse im Meerwasser ^u» Die Erhöhung der Konzentration an verkriistenden Salzen,

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sondere Calciumsulfat, führt dazu, daßvon einer Gruppe zur nächsten die Erhitzungstemperatur der Speiselösung verringert wird, um die Abscheidung dieses Salzes zu verhindern· Tatsächlich nimmt die der Löslichkeitsgrenze des Calciumsulfate entsprechende Temperatur mit steigender Konzentration dieses Salzes in Wasser ab» vie Pig. 3 zeigt(Kurve a). Nach Maßgabe der Konzentration des Meerwassers behält man jedoch für jede Gruppe die maximale, mit der Löslichkeitsgrenze des Calciumsulfate zu vere-inbarende Erhitzungstemperatur bei. ., . - .

Die Kurve b der Fig. 3 zeigt die Entwicklung der Konzentration verkrustender Salze in den verschiedenen Gruppen. In Fig. 3 ist für die letzte rfärmeaustauschstufe jeder Gruppe dieselbe Temperatur von 27° C angenommen; in den vier aufeinanderfolgenden Gruppen beträgt die Temperatur im Erhitzer jeweils 150° C bzv. 140° C bzw. 130° C bzv. 120° C.

Für den Fall einer Salzlösung mit normalem Löslichkeitsverhalten zeigt Fig. 4 die Entwicklung der Salzkonzentrationen im Verlauf des Verfahrens im Vergleich mit der.Löslichkeitskurve dieser Salze: a) Löslichkeitskurve und b) Entwicklung der Salzkonzentrationen in vier Gruppen. Die Höchsttemperatur der Gruppe ist hier entweder durch verfahrenstechnische Gründe (zu hoher Dampfdruck) oder durch chemische Gründe (Unbeständigkeit bei hoher Temperatur) begrenzt.

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Claims (6)

1. - 12 Patentansprüche

   ι)) Verfahren zur Destillation durch aufeinanderfolgende Entspannungen, insbesondere zum Entsalzen von Meerwasser, wobei eine zu behandelnde Lösung in einer Mehrzahl von Entspannungsgruppen destilliert wird, bei denen in jeder die Lösung im flüssigen Zustand erhitzt, die vorgewärmte Lösung in einer Seihe von Stufen bei immer weiter abnehmenden Drücken entspannt wird und die bei höherem Druck arbeitende Wärmeaustauschstufen und bei niedrigerem Druck arbeitende Wärmeabführungsstufen besitzen und in denen der in jeder Stufe erzeugteDampf kondensiert wirdj und zwar mindestens in den Wärmeaustauschstufen durch Wärmeaustausch mit der noch nicht erhitzten Speiselösung, die im Gegen" strom zur erhitzten Lösung von einer Stufe zur nächsten strömt, dadurch gekennzeichnet, daß als Speiselösung jeder Gruppe die nicht verdampfte Restlösung der vorangehenden Gruppe unter Zufügung einer Zusatzmenge frischer Lösung eingesetzt wird, das Erhitzen entweder_s im Fall der Lösung eines Salzes mit Wüigekehrtem Löslichkeitsverhalten, bei von einer zur folgenden Gruppe nach Maßgabe der Erhöhung der Konzentration des Salzes in der erhitzten Lösung abnehmenden Temperatur ©d@r₈ im Fall der Lösung eines Salzes mit normalem LöslichkeitsverhalteHi, bei von einer Gruppe zux¹ folgenden nach Maßgabe der Erhöhung der Salzkonzentration in der erhitzten Lösung steigenden Temperaturen vorgenommen wird.
2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzlösuhg jeder Gruppe vorbehandelt wird, um die Wirkung störender Bestandteil!^ au neutralisieren.

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3. 3·) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet! daß die Kondensation in den Wärmeabführungsstufen durch Wärmeaustausch mit der noch nicht vorbehandelten Frischlösung erfolgt, von der die Zusätzmenge abgenommen wird.
4. 4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß dasErhitzen der Speiselösungen jeder Gruppe durch Wärmeaustausch mit einem nacheinander von einer zir nächsten Gruppe strömenden heißen Medium erfolgt.
5. 5·) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen der Lösung in den aufeinanderfolgenden Gruppen durch Wärmeaustausch mit dem von,ein und derselben Dampfturbine bei immer weiter steigenden oder abnehmenden Drücken abgenommenen Dampf erfolgt.
6. 6.) Anlage zur Destillation durch aufeinanderfolgende Entspannungen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, -gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Entspannungsgruppen, die jede aus einer Reihe von Verdanipfungskammern bestehen, die jeweils mit Kondensatoren zum Kondensieren des in der entsprechenden Kammer erzeugten Dampfes versehen sind, sowie durch in jeder Gruppe nacheinander vorgesehene Vorrichtungen, wodurch eine Speiselösung der Reihe nach durch wenigstens einen Teil der Kondensatoren geleitet wird, Vorrichtungen zum Erhitzen der Lösung und Vorrichtungen, welche die erhitzte Lösung im Gegen-

   zu der Stapöiaungsrichtung in den Kondensatoren, und bei weiter abnehmenden Drücken etaeh die Verdampfmigskanifflern · führen₉ im im jsctei· Kammes? ein© Teili/eMampfung der Lösung her- ■

   vorzurufen, sowie schließlich Vorrichtungen zur Rückführung der nicht verdampften Restlösung in die Speiselösung der folgenden Gruppe.