DE1913762C3 - Verfahren zur Gewinnung von Süßwasser aus Meerwasser und Anlage zur Durchführung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewin nung von Süßwasser aus Meerwasser durch mehrstu fige Entspannungsverdampfung, bei dem das zu be handelnde Meerwasser in mehreren Entspannungs gruppen erhitzt und verdampft wird, derart, daß da;

in jeder Gruppe zu verdampfende Meerwasser zu nächst erhitzt und dann in einer Reihe von Stufen bei denen die bei höherem Druck arbeitenden Stufer Wärmeaustauschstufen und die bei niedrigeren Druck arbeitenden Stufen Wärmeabbaustufen dar

a₅ stellen, bei immer weiter abnehmenden Drücken ent spannt und der in jeder Stufe erzeugte Dampf kon densiert wird, und zwar in Wärmeaustauschstufer durch Wärmeaustausch mit dem noch nicht erhitzter Meerwasser, das im Gegenstrom zum erhitzten Meer wasser von einer Stufe zur anderen strömt.

Ein derartiges Verfahren zur Gewinnung von Süß wasser aus Meerwasser ist aus der US-PS 3320131 bekannt. In jeder Entsalzungsanlage besteht die Ge fahr einer Verkrustung, der entgegengewirkt werder muß. Bei dem bekannten Verfahren erfolgt dies mit tels der Rückführung der Sole in jeder Entspannungs gruppe, wobei die Sole eine gegebene Konzentrator für eine vorgegebene Temperatur hat, und auf Grunc der Zuführung der Lösung, welche die Austausche] im Gegenstrom zur Durchlaufrichtung der Sole durcl· die Verdampfer durchläuft. Da in der ersten Entspan nungsgruppe nur die Sole mit schwacher Konzentra tion über den Erhitzer zurückgeführt wird, läßt sich die Temperatur am Eingang der Anlage anheben ohne daß die Gefahr einer Verkrustung besteht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren in Vorschlag zu bringen, da; die Vorteile einer Verdampfung durch Entspannung im direkten Durchlauf - insbesondere die Einfachheit die größtmöglichste Konzentration der Lösung im Er hitzungsbereich, die verringerte Extraktionsarbeit und die Vortene der Verdampfung durch Entspan nung mit Rückführung - insbesondere die geringere Durchsatzmenge an Speiselösungen für eine gegebene Menge produzierten Lösungsmittels und die verrin gerten Vorbehandlungskosten - vereinigt bei gleich zeitiger Vermeidung von Verkrustungsgefahren in Bereich der heißesten Stufen. Diese Aufgabe wird er findungsgemäß dadurch gelöst, daß der ersten Gruppe frisches Meerwasser, den folgenden Gruppen die nich verdampfte Restlösung der vorhergehenden Gruppi unter Zufügung einer Zusatzmenge an frischen Meerwasser als Speiselösung zugeführt wird und da[ diese Speiselösung vor Zuführung zu jeder Entspan

fi₅ nungsgruppe in flüssigem Zustand erhitzt wird, wöbe die Temperatur, auf welche dieses Erhitzen erfolgt mit zunehmender Anzahl von durchlaufenen Ent spannungsgruppcn kontinuierlich und entsprechenc

der Konzentrationszunahme der Salze mit umgekehrtem Löslichkeitsverhalten in der Speiselösung abnimmt und wobei in der letzten Stufe jeder Gruppe die gleiche Temperatur herrscht.

Zur Durchführung des erfindiaigsgemäßen Verfahrens kommt man mit einero minimalen Energieverbrauch aus. Im Gegensatz zu dem eingangs genannten Verfahren, bei dem die bereits konzentrierte Sole in jede Entspannungsgruppe zurückgeführt wird, erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Mischung aus zwei konzentrierten Solen.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Kondensation in den Wärmeabführungsstufen durch Wärmeaustausch mit der Zusatzmenge an noch nicht vorbehandeltem Meerwasser erfolgt. ,₅

Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Erhitzen der Speiselösung in jeder Gruppe durch Wärmeaustausch mit einem nacheinander von einer zur nächsxn Gruppe strömenden heißen Medium.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, daß das Erhitzen der Speiselösung in den aufeinanderfolgenden Gruppen durch Wärmeaustausch mit dem von ein und derselben Dampfturbine bei immer weiter abnehmenden Drücken abgenommenen Dampf erfolgt.

Als günstig hat es sich erwiesen, wenn die jeder Entspannungsgruppe zugeführte Zusatzmenge an frischem Meerwasser vorbehandelt wird, um die Wirkung störender Bestandteile zu neutralisieren.

Die Erfindung betrifft des weiteren eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Anlage ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Entspannungsgruppen, deren jede aus einer Reihe von Verdampfungskammern besteht, die jeweils mit Kondensatoren zum Kondensieren des in der entsprechenden Kammer erzeugten Dampfes versehen sind, sowie durch in jeder Gruppe nacheinander vorgesehene Einrichtungen, wodurch eine Speiselösung der Reihe nach durch wenigstens einen Teil der Kondensatoren geleitet wir,d, Vorrichtungen zum Erhitzen der Speiseiösung und Vorrichtungen, weiche die erhitzte Speiselösung im Gegenstrom zu der Strömungsrichtung in den Kondensatoren und bei immer weiter abnehmenden Drücken durch die Verdampfungskammern führen, um in jeder Kammer eine Teilverdampfung der Lösung hervorzurufen, sowie schließlich Vorrichtungen zur Rückführung der nicht verdampften Restlosung in die Speiseiösung der folgenden Gruppe.

Durch diese neuartige Konzeption der Entsalzungsanlage läßt sich eine bessere Kopplung derselbe η mit einer Gas- oder Dampfdruckturbinenzentrale erreichen und gleichzeitig der Raumbedarf für die Anlage verringern, da eine einzige Wärmequelle mehrere Entspannungsgruppen versorgt. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anlage zur Durchführung desselben lassen sich somit besonders gut in Verbindung mit einem Wärmekraftwerk zur Elektrizitätserzeugung betreiben.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Entsalzen von Meerwasser sowie zweier Ausf ührungsibeispiele der erfindungsgemäßen Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die erste Ausf ührungsform 6_S der erfindungsgemäßen Anlage;

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, welche sich von der in Fig. 1 dargestellten durch die

Art der Erwärmung des Meerwassers unterscheidet;

Fig. 3 zeigt die Konzentrationsänderung der im Meerwasser enthaltenen krustenbildenden Salze im Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich mit der Löslichkeitskurve dieser Salze.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage zur Gewinnung von Süßwasser aus Salzwasser zeigt vier Entspannungsgruppen A, B, C, N, die jede eine Reihe von Stufen enthält, in denen aufeinanderfolgend eine Entspannungsverdampfung erfolgt.

In jeder Stufe wird die von der vorhergehenden Stufe kommende Speiselösung in eine Verdampfungskammer 2 geleitet, wo sie teilweise verdampft. Diese Verdampfungskammer ist mit einem Kondensator 4 verbunden, der die Kondensation des erzeugten Dampfes zu Süßwasser bewirkt. Der Kondensator besteht aus im oberen Teil der Verdampfungskammer angeordneten Rohren, durch die als Speiselösung kaltes Meerwasser strömt.

In jeder Entspannungsgruppe wird die durch Wärmeaustausch mit dem in den aufeinanderfolgenden Stufen kondensierenden Dampf vorgewärmte Speiselösung in einem Erhitzer 6 bei einem über dem Dampfdruck liegenden Druck erhitzt, um ein Sieden zu verhindern. Die so im flüssigen Zustand erhitzte Speiselösung gelangt in die bei immer weiter abnehmenden Drücken gehaltenen Verdampfungskammern.

Die kalte Speiselösung strömt in den Kondensatoren 4 im Gegenstrom zu der erhitzten Speiselösung in den Verdampfungskammern.

In jeder Verdampfungskammer verdampft ein Teil des Wassers in der Speiseiösung infolge der Entspannung, und der erzeugte Dampf kondensiert in Berührung mit den Rohren. Das erzeugte Süßwasser wird in einer Rinne 8 aufgefangen und strömt von einer Stufe zur nächsten, bis es schließlich am Ausgang der letzten 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 eines Abscheidungsinhibitors, vorgenommene Vorbshandlung verhindert die Abscheidung von Carbonaten.

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

Die erhitzte Speiselösung wird in der Folge dieser Stufen der Reihe nach entspannt. Dagegen strömt zur Abfuhrung der durch den Erhitzer eingeführten Kalorien kaltes, nicht vorbehandeltes Meerwasser in den Rohren der Wärmeabführungsstufen, während die in den Rohren der Wärmeaustauschstufen strömende, noch nicht erhitzte Speiselösung, in der Hauptsache aus von der vorhergehenden Gruppe (hier der Gruppe A) kommender nicht verdampfter Restlösung besteht.

LJm die Süßwasserproduklion der vorhergehenden Gruppe zu kompensieren, wird der in jede Gruppe B, C... N eingespeisten konzentrierten Restlösung 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 Vorbehand-

lungsvorrichtung 10 vorbehandelt.

Wenn wie im besonderen beschriebenen Fall alle Verdampfungskammern gleich sind, so daß im besonderen die Temperaturunterschiede von einer Stufe zur nächsten beinahe gleich sind, nimmt die Zahl der Stufen pro Entspannungsgruppe von einer Entspannungsgruppe zur nächsten ab (Fig. 1). Beispielsweise kann die Anlage im Fall einer erheblichen Erhitzung durch Wärmeaustausch zehn Entspannungsgruppen umfassen, wobei die Gesamtzahl der Stufen pro Entspannungsgruppe um jeweils zwei Stufen pro Entspannungsgruppe und auf diese Weise von 40 Stufen der ersten Entspannungsgruppe auf 20 Stufen der zehnten Entspannungsgruppe 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. Es strömt nacheinander durch die Erhitzer der verschiedenen Entspannungsgruppen A bis N. Der Gasdurchsatz ist so geregelt, daß die erforderlichen Temperaturunterschiede in den Erhitzern der aufeinanderfolgenden Gruppen erhalten werden.

Man kann selbstverständlich abweichend von vorstehendem Beispiel nicht nur die Anzahl der Stufen oder Entspannungsgruppen verändern, sondern auch die verschiedenen Gruppen nebeneinanderlegen, die Stufen der verschiedenen Gruppen oder die bei hohem oder niedrigem Druck arbeitenden Stufen ein und derselben Gruppe verschieden ausbilden, die beschriebenen Erhitzer und Kondensatoren durch Wärmeaustauscher mit direkter Berührung ersetzen, in ein und derselben Einheit die Abzüge der verschiedenen Zusatzmengen oder die Wärmeabführungsstufen anordnen usw. Ebenso können, falls das Erhitzen durch das Gas eines Gasturbinenkreislaufs erfolgt, die Erhitzer aufeinander folgender Entspannungsgruppen im Gaskreislauf zwischen den verschiedenen Wiederverdichtungsstufen desselben angeordnet sein.

Fig. 2 zeigt eine besondere Abwandlung der an Hand von Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform, bei der die Entsalzungsanlage mit einem Dampfturbinen-Wärmekraftwerk gekoppelt ist. Die Erhitzung der Speiselösung in den Erhitzern der verschiedenen aufeinanderfolgenden Entspannungsgruppen A bis D erfolgt durch den bei verschiedenen Drücken von der Turbine 12 abgezogenen Dampf. Der Erhitzer für die Entspannungsgruppe A wird mit dem bei nächstem Druck abgenommenen Dampf gespeist. Der Druck des abgenommenen Dampfes, nimmt von einer Gruppe zur nächsten ab. Der den Erhitzer der Entspannungsgruppe D speisende Dampf tritt am Ausgang der Turbine durch einen Entspannungs-Heißdampfkühler 14. Die von den Erhitzern abfließenden verschiedenen Kondensate werden bei 16 gesammelt

ίο und wieder in den Dampferzeuger zurückgeführt, wo das Wasser von neuem erhitzt und verdampft wird, um in die Turbine 12 zurückzukehren.

Die verschiedenen Entspannungsgruppen enthalten in diesem Fall beispielsweise die folgende Anzahl

»5 von Stufen:

Gruppe A 46 Wärmeaustauschstufen
Gruppe B 39 Wärmeaustauschstufen

3 Wärmeabführungsstufen
ao Gruppe C 35 Wärmeaustauschstufen

3 Wärmeabführungsstufen
Gruppe D 31 Wärmeaustauschstufen

3 Wärmeabführungsstufen.

as Im Verlauf der Behandlung in den aufeinanderfolgenden Entspannungsgruppen nimmt die Konzentration der verschiedenen Salze im Meerwasser zu. Die Erhöhung der Konzentration an verkrustenden Salzen, insbesondere Calciumsulfat, führt dazu, daß von 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 SaI-zes im Wasser ab, wie Fig. 3 zeigt (Kurve a). Nach Maßgabe der Konzentration des Meerwassers behält man jedoch für jede Gruppe die maximale, mit der Löslichkeit«grenze des Calciumsulfats zu vereinbarende Erhitzungstemperatur bei.

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

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Süßwasser aus Meerwasser durch mehrstufige Entspannungsverdampfung, bei dem das zu behandelnde Meerwasser in mehreren Entspannungsgruppen erhitzt und verdampft wird, derart, daiJ das in jeder Gruppe zu verdampfende Meerwasser zunächst erhitzt und dann in einer Reihe von Stufen, bei denen die bei höherem Druck arbeitenden Stufen Wärmeaustauschstufen und die bei niedrigerem Druck arbeitenden Stufen Wärmeabbaustufen darstellen, bei immer weiter abnehmenden Drücken entspannt und der in jeder Stufe erzeugte Dampf kondensiert wird, und zwar in Wärmeaustauschstufen durch Wärmeaustausch mit dem noch nicht erhitzten Meerwasser, das im Gegenstrom zum erhitzten Meerwasser von einer Stufe zur anderen strömt, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Gruppe (A) frisches Meerwasser, den folgenden Gruppen(B, C...N) die nicht verdampfte Restlösung der vorangehenden Gruppe unter Zufügung einer Zusatzmenge an frischem Meerwasser als Speiselösung zugeführt wird, und daß diese Speiselösung vor Zuführung zu jeder Entspannungsgruppe in flüssigem Zustand erhitzt wird, wobei die Temperatur, auf welche dieses Erhitzen erfolgt, mit zunehmender Anzahl von durchlaufenen Entspannungsgruppen kontinuierlich und entsprechend der Konzentrationszunahme der Salze mit umgekehrtem Löslichueitsverhalten in der Speiselösung abnimmt und wobei in der letzten Stufe jeder Gruppe die gleiche Temperatur herrscht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensation in den Wärmeabführungsstufen durch Wärmeaustausch mit der Zusatzmenge an noch nicht vorbehandeltem Meerwasser erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen der Speiselösung in jeder Gruppe durch Wärmeaustausch mit einem nacheinander von einer zur nächsten Gruppe strömenden heißen Medium erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen der Speiselösung in den aufeinander folgenden Gruppen durch Wärmeaustausch mit dem von ein und derselben Dampfturbine bei immer weiter abnehmenden Drücken abgenommenen Dampf erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden AnSpruche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeder Entspannungsgruppe zugeführte Zusatzmenge an frischem Meerwasser vorbehandelt wird, um die Wirkung störendet Bestandteile zu neutralisieren.

6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Entspannungsgruppen, deren jede aus einer Reihe von Verdampfungskammern besteht, 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 Speiselösimg der Reihe nach durch wenigstens einen Teil der Kondensatoren geleitet wird, Vorrichtungen zum Erhitzen der Spciselösung und Vorrichtungen, welehe die erhitzte Speiselösung im Gegenstrom zi der Strömungsrichtung in den Kondensatoren uru bei immer weiter abnehmenden Drücken durcl die Verdampfungskaminern führen, um in jedei Kammer eine Teilverdampfung der Lösung her vorzurufen, sowie schließlich Vorrichtungen zu; Rückführung der nicht verdampften Restlösung ii die Speiselösung der folgenden Gruppe.