DE2046064A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ent salzung von Wasser - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ent salzung von Wasser

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DE2046064A1 DE19702046064 DE2046064A DE2046064A1 DE 2046064 A1 DE2046064 A1 DE 2046064A1 DE 19702046064 DE19702046064 DE 19702046064 DE 2046064 A DE2046064 A DE 2046064A DE 2046064 A1 DE2046064 A1 DE 2046064A1
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Description

Stone & Webster Engineering öorporation |T|> JJgp, $70
Boston« Mass.. Y«St»A»
Verfahren und Vorrichtung zur Entsalzung von.
Wasser
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entsalzung von Wasser,
Das -Problem dar Reinigung von Salz- oder Brackwasser zwecks Herabsetzung seines Salzgehalts auf einen Wert, daß es für Belasserungssweoke oder als Trinkwasser für Mensch und 'Tier brauchbar wird, besteht seit vielen Jahren* Es sind auch bereits zahlreiche Vorschläge zur Lösung diesem Problems gemacht worden, beispielsweise sind des öfteren die Verdampfung oder Destillation einschließlich einer Mehrstufen-Sohnel!verdampfung und einer Mehiiaeh-Destillatlon sowie Kombinationen beider Verfahren vorgeschlagen worden« Außerdem 1st auch die öegen- bzw* Rltckoeiaose bzw. das unter Druck erfolgende Hindurchdrängen des Wassers einer Salzlösung durch eine halbdurohlässige Membran vorgeschlagen worden. Obgleich ein einstufiges Rüekosmose-Verfahren vorgeschlagen wurde, wurde es üblicherweise als wünschenswert angesehen, zw»l oder drei oder noch mehr Verfahrenestufen anzuwenden.
Alle diese Ent a al zungs verfahr en fanden, neoeia anderen Sachteilen, wegen der hohen Produktionekosten für da» gereinigte Wasser nur zögernde Aufnahme* Während bereit» die zur Durchführung dieser Entsalzung erforderliche Ausrüstung einen bedeutsamen Koetenfaktor darstellt, «teilte
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die zur Trennung des Wassers vom Salz nötige Energie den hauptsächlichen Kostenfaktor dar. Die zur Senkung des Salzgehalts von 36.000 ppm (Teile je Million Teile), d.h. dem durchschnittlichen Salzgehalt von Seewasser, auf 1.500 ppm durch Rüokoamose erforderliche Energie beträgt etwa 9 BTU je 0,454· kg (9BTU/lb.) als mechanische Leistung, während die für die Mehrstufen-Schnelldestillation zur Senkung de» Salzgehalts auf etwa 5-10 ppm nötige Wärmeenergie ungefähr das Zehnfache beträgt· Tatsächlich wurde es im Pail von Verdampfungs-Entsalzungsverfahren als wesent·* angesehen, die Verdampfungsanlage eng mit einem Kraftwerk zu verbinden , um verfügbare Energie wirtschaftlich auszunutzen* Dies führte jedoch zum zusätzlichen Problem der Anpassung der Ausgangsleistung des Verdampfungsverfahrens an den Lastbedarf des Kraftwerks sowie zum Problem des vergleichsweise schlechten Wirkungsgrads bei der Umwandlung der verfügbaren Energie in Form von Wärme in über ein Stromverteilersystem zu verteilende elektrische Energie.
Erfindungsgemäß hat es sich nunmehr herausgestellt, daß es durch Kombination eines Rückosmose-Entsalzungssystems mit einem Verdampfungs-Entsalzungssystem möglich wird, einen einzigartigen Ausgleich der Energieeingaben und -aur gänge beider Systeme mit geringstmöglichem Energieverlust zu erreichen, so daß die Gesamt-Energieeingabe wesentlich vermindert und gleichzeitig die Durchsatzkapazität der für das Rüokosmosesystem verwendeten Ausrüstung erhöht wird, woduroh die Kosten für das kombinierte System weiter herabgesetzt werden* Diese Kombination gewährleistet außerdem große Betriebe-Anpassungsfähigkeit, da sie eine derartige Einstellung der relativen Durchsatzmengen durch die beiden Systeme zuläßt, daß jeder gewünschte Salzgehalt des kombinierten Produkte aus Seewasser im Bereich von unter 10 ppm, wie er durch Verdampfung allein erreicht werden kaan, bis
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1500 ppm erzielbar ist, wie er sich bei alleiniger Verwendung eines einstufigen Rückosmosesystems erreichen läßt; außerdem wird hierdurch die Arbeitsweise dee Systems von jeder nennenswerten Abhängigkeit von der Bedarfsgröße eines zugeordneten Kraftwerks befreit. Beträchtliche Vorteile der Erfindung werden durch Kombination der Systeme zur Lieferung eines Produkts mit einem Salzgehalt von etwa 250 - 1000 ppm bei Verwendung von Seewasser mit einem Salzgehalt von etwa, 36.000 ppm erzielt. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung steht nach der Vereinigung der Systeme ein kleiner Leistux?.gsüfcerschu£ zur Verfügung{ der sich auf wirtschaftliche Weise in Form von überschüssigem elektrischen Strom verfügbar machen läßt.
Mr die Erfindung kann jede herkömmliche Verdampfungsanlage verwendet werden; obgleioh ein Mehrstufen-Sohnellvjrdampfer bevorzugt wird, kann auch ein Mehrfacheffekt-Verdampfer oder ein Langrohr-Verdampfsr benutzt werden. Ebenso kann auch jede beliebige hsrkamsiIieHe RiickosnMess** anlage sowohl in Einstufen- als auch in Mehrstufenbauart verwendet werden»
Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es aeigen:
Fig. 1A und 1B eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung zur Veranschaulichung der Art und Weise, auf welche die Flüssigkeitsbzw. Materialdurchsatzmengen sowie die E&er<gieeingaben und -ausgänge aufeinander abgestimmt werden.
1 0 Ί .Ί / ι 7 ξ,
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird das über eine Speiseleitung 10 ÄUgeführte Seewasser mit einer Temperatur von 16,30C und einem Salzgehalt von etwa 36.000 ppm in zwei Ströme aufgeteilt» vun denen der kleinere Strom 12 unmittelbar au einem Salzwasser—»Sumpf 14 geschickt wird, aus welchem die Rüekosmoseanlage gespeist wird, während der Haupt-StJffom 16 durch den Wärmetauscher- bzw. Kondenaatorabschnitt 17 einer Mehrstufen-Schnellverdampfereinheit 18 geleitet und dort erwärmt wird· Dieser letztere Strom wird seinerseits in zwei Ströme aufgeteilt, von denen der kleinere Strom 19 über einen Entlüfter 20 dem Ejektor 110 der Schnellverdampfereinheit zugeleitet wird. Auöerdem werden Inertgase vom Kondensatorabschnitt 17 über eine Leitung zum Entlüfter 20 abgeleitet. Der Haupt-SI&m 21 von der Verdampfereinheit 18 wird jedoch zum Salzwasser-Sumpf geleitet, um zusammen mit dem kleineren Strom 12 an eingespeistem Salzwasser eine eine Mischtemperatur von 29,4°0 besitzende Wasserzufuhr für die Gegen- bzw, Rüskosmose zu bilden· Die höhere Temperatur dieser Salzwasser-Zufuhr ermöglicht eine höhere Durchsatzmenge durch die Membranen der Bückosmoseeinheiten als dies der Fall wäre, wenn das ursprüngliche Seewaeser mit einer Temperatur von 16,70G umittelbar verwendet werden würde.
Im Mehrstufen-Schnellverdampfer 18 wird der etwa 327 Millionen Liter pro Tag führende kleinere Strom 19 vom Kondensatorabschnitt 17 teilverdampft, was zu einem Produktstrom 22 mit einem Salzgehalt von nur 5 ppm und etwa
27,80P führt. Von diesem Produktstrom von 189 Mill. Liter f wird/
pro Tag/nur ein sehr kleiner Teil von 23800 kg/Std. in einem Strom 24 als Teil der Zufuhr für einen Hauptdampferzeuger-Kessel 26 abgezweigt, während der Hauptteil über
ÖAO OWQfNAL
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eine Leitung 28 mit dem Produkt von der Rückosmoseanlage vermischt wird, wie 3päter noch, erläutert wird. Der Rest des in den Mehrstufen-Sohnellverdampfer eingefHarten Seewassers wird als Salzwasserstrom 30 abgeleitet, der etwa 136 Mill, Liter je Tag ausmacht und einen Salzgehalt von 54.000 ppm besitzt,
Das im Salzwasser-Sumpf 14 befindliche Gemisch von 29f4 C wird durch eine Übardruck-Pumpe 32 und Förder-Pumpen 34» 36 mit einem Druck von 63,3 kg/cm (absolut) und in einer Durchsatzmenge von 1275 Mill. Liter je Tag in die erste Stufe einer Rückosmoseeinheit 38 gefördert. Der Ausgangsstrom 40 von dieser Einheit besitzt einen Salzgehalt von 1500 ppm und eine Durchsatzmenge von 326 Mill, Liter pro Tag, Ein Hauptteil dieses Ausgangs gelangt als Strom 42 über Pörder-Püapen 44, 46 zur Rückosmoseeinheit 48 der zweiten Stufe, wobei der Durchsatz 201 Mill. Liter pro Tag beträgt, während der Rest des Ausgangsstroms 40 der ersten Stufe als Strom 50 mit einer Durchsatzmenge von 125 Mill. Liter pro Tag und einer Temperatur von 29,40G mit den anderen Produktatrömen der Anlage zu einem Haupt-Ausgangsstrom 52 vereinigt wird.
Ein von der Rückoamoaeeinheit 38 der 1, Stufe abfließender Salzwasserstrom 54 strömt noch mit erhöhtem Druck durch eine Hydraulik-Turbine 56, die zum Antreiben der Pumpe 36 dient. Die Drehzahl der Turbine 56 wird mittels eines Druckgebers 58 und eines registrierenden Druck-Reglers 60 so gei^egelt, daß in der Rückosmoseeinheit 33 ein konstanter Druck aufrechterhalten bleibt, welcher mittels des Reglers auf jeden beliebigen Wert eingestellt werden kann.
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Das Gesamt-Durchsatzvolumen beider Pumpen 34 und 36 zusammen mit dem Volumen des teilentsalzten ProduktStroms 40 wird durch einen registrierenden Durchsatz-Regler 62 konstant auf dem gewünschten Wert gehalten· Der Regler 62 ist über einen Durchsatzgeber 64 mit einem im Produktstrom 40 angeordneten Durchsatzfühler 66 und über einen registrierenden Regler 68 und einen Durchsatzgeber 70 mit einem im Zufuhrstrom angeordneten Durchsatzfühler 72 verbunden und gewährleistet einen konstanten Salzgehalt des Produktstroms 40, dessen Volumen mit Hilfe des Reglers 62 auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden kann. Der durch die Rückosmoseeinheit 48 der zweiten Stufe mit einer Durchsatzmenge von 161 Mill. Liter pro Tag gelieferte und einen Salzgehalt von 250 ppm bei 29,4°C besitzende teilen* salzte Produktstrom 74 wird mit dem Produktstrom 50 von der Rückosmoseeinheit 38 der ersten Stufe vermischt und trägt zur Bildung des Haupt-Ausgangsstroms 52 der Anlage bei.
Ein die zurückgehaltene Salzlösung von der Rückosmoseeinheit 48 der zweiten Stufe enthaltender Strom 76, dessen Salzgehalt 6500 ppm beträgt, wird mittels einer Pumpe 78 in die Rückosmoseeinheit 80 der dritten Stufe eingespeist. Der Produktstrom 82 von dieser Einheit 80, der einen Salzgehalt von 250 ppm bei einer Durchsatzmenge von 20,8 Mill. Liter pro Tag und einer Temperatur von 29,4°0 besitzt, wird mit den Produktströmen 50 und 74 von den Einheiten der ersten bzw. zweiten Stufe vermischt und zu einem Produktwasser-Sumpf 84 der Rückosmoseanlage geleitet. Der von allen drei Rückoemoseeinheiten gelieferte, einen Salzgehalt von 758 ppm bei einer Durohsatzmenge von 307 Mill. Liter je Tag und einer Temperatur von 29,40O besitzende
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Produktwasser-Strom 86 wird mit dem aus destilliertem Wasser bestehenden Produktstrom 28 vermischt und bildet einen kombinierten Wasser-Produktstrom mit einem Salzgehalt von 4-70 ppm, einer Temperatur von 28,30C und einer Durchsatzmenge von 496 Mill. Liter pro Tag,
Ein die zurückgehaltene Salzlösung von der Bückosmoseeinüeit 80 der dritten Stufe enthaltender Strom 86, dessen Salzgehalt 13.500 ppm beträgt und der unter einaa Druck von 59,1 kg/cm (absolut) steht, wird durc.i eine Pumpe 90 auf einen Druck von 63,3 kg/cm" (absolut) gebracht und aber eine leitung 91 zum Zufuhr strom für die F.uokossQse« einheit 38 der ersten Stufe zurückgeführt,
jj^'i gesagte Leistung sum Betreiben sowohl der 7erdampf<ϊγ™ ii.uh.eit 13 als auch 'lei Rückosmoseeiziheiten 36,, 4-8 u.,?iä 30 .-■--■■d dur:;ii den Dampferaeuger fcav« Kessel 26 gel lafert;, D ie Pumpen 34-, 46, 76 und 90 werden au roh jewel le iageord- :·■:.-.c Dampf-Turbinen 9?, 94-, 96 tosv, \ϊβ ε.ηί;·^ΐ.:··ν'-ι>8 ■■■·.·." aenen. dia ersten beiden über eine leitung 99 vom Kessel 26 mit Dampf von 102 kg/om"* (absolut) and 51C3O beaoiilckt werden. Sin Turbogenerator 100 wird ebenfalls mit dee hochdruckdampf der Leitiiag 99 beschickt und liefert di« elektrische Energie zum Antrieb der Pu:apen 32, 44 in dei Hückosmcseanlage sowie für den. Antrieb von Pumpen 102 ^ad 104 im Abfuhr-Salzwasserstrom 30 bzw, in dem destilliertes Wasser enthaltenden Produktstrom 22 des Verdampfers. Der Hocharuckdampf wird auch einer Turbine 106 eingespeist, welche eine Keasel-Speisewaaaerpurcpe 108 antreibt.
"Der vom Auslaß der ersten Stufe dee Xurbogener&torsi 100 atammende Dampf mit einem Druck von 17,6 kg/cm" and einer
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Temperatur τοη 3040O wird über eine Leitung 101 zu den die in der zweiten und dritten Stufe der RUckosmoseeinheit befindlichen Pumpen 78 und 90 antreibenden Turbinen 96 bzw· 98 geleitet und außerdem einem Luft-ΕRektor 110 der Verdampfereinheit 18 eingespeist.
Der von den Auslässen der Turbinen 92, 94» 96, 93 und und vom Auslafi des Turbogenerators 100 der zweiten Stufe kommende Hiederdruckdampf mit einem Druck von 1,41 kg/cm (absolut) wird Über eine leitung 103 einem Wärmetauscher 112 der Verdampfereinheit 18 zugeführt, wo er kondensiert wird· Das Kondensat wird durch eine auf dieselbe Weise wie die Pumpen 102 und 104 durch einen Elektromotor angetrieben· Pumpe 114 zu einem Kondensat-Rücklaufstrom 116 gefördert, welcher einen Entlüfter 118 für den Kessel 26 speist· Ein 22806 kg/Std. betragender kleiner Teil des Niederdruckdampfes wird über eine Leitung 120 unmittelbar den Entlüfter 118 zugeführt.
Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin ein Verfahren und eine Torrichtung zur Entsalzung von Salzwasser durch Verdampfung eines Teils des Wassers und Förderung des Rests durch eine Rückosmoeeeinheit nach der Vorwärmung in einem Verdaapfer-Wärmetauscherabschnitt, worauf die Produkt ströme tob Verdampfer und τοη der Rüokosmoseeinheit miteinander vereinigt werden* Der Druck des Speisestroms zur Rückosmoeeeinheit wird durch den Druck des τοη der Einheit abgezogenen Abfuhr-Salzwassers geregelt, während das Volumen des Speisestroms zur Einheit durch das Volumen des Produktstroms τοη der Einheit geregelt wird, um einen kombinierten Produktstrom konstanten Salzgehalte zu liefern·
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Claims (5)

Pate ntanspriiche
1. Verfahren zur Entsalzung von Salzwasser, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des aufzuarbeitenden Salzwassers in einen Verdampfer eingespeist und dort unter Bildung eines Destillatstroms verdampft wird, daß ein weiter/Teil des aufzuarbeitenden Salzwassers in Wärmeaustauschbeziehung zum Destillatstrom in eine Rückosmoseanlage eingespeist wird, von welcher ein teilensalzter Produktstrom abgezogen wird, und daß der Destillatstrom mit dem Produktstrom zu einem Gesamt-Produktstrom vereinigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da£ der zweite Teil des aufzuarbeitenden Salzwassers als Speisestrom unter erhöhtem Druck in die Rückosmoseanlage eingeführt wird, daß die Durchsatzmenge des teürentsalzten Produkts entsprechend der Durchsatzmenge des Speisestroms derart eingestellt wird, daß im teilentsalzten Produkt ein praktisch konstanter Salzgehalt aufrechterhalten wird, und daß ein unbrauchbarer SaIzwasser-Abstrom von der Rückosmoseanlage abgezogen und der Druck des Speisestroms entsprechend den Druck des unbrauchbaren Salzwasser-Abstroms eingestellt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen einen Teil des aufzuarbeitenden Salzwassers verdampfenden Verdampfer, der einen Destillatstrom liefert» eine ebenfalls mit einem Teil des aufzuarbeitenden SaIzwassersjgespeiate Rückosmoseanlage, die einen teilent-
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— ι υ—
salzten Produktstrom liefert, eine Einrichtung zum Vermischen des Destillat— und des Produktstroms und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des der Rückosmoseanlage eingespeisten Teils des Salzwasser, in welcher mindestens ein Teil des der Rückosmoseeinheit eingespeisten Salzwassers in WärmeaustauschteZiehung zum Destillatstrom gefördert wird.
4· Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur förderung des Speisestroms durch die Heizeinrichtung und mindestens eine Pumpe zur Einführung des Speisestroms unter erhöhtem Druck in die Rückosmoseanlage vorgesehen sind·
5. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Rückosmoseeinheit zusätzlich einen unbrauchbaren Salzwasserstrom liefert, der eine Hydraulik-Turbine antreibt, welche ihrerseits die Pumpe antreibt,
6« Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallelgeschaltete Pumpen zur Förderung des Speisestroms in die RückosmoseLjanlage, eine auf die Dur ensat zmenge des Speiseatroms in die Rückosmoseeinheit ansprechende Einrichtung zur Regelung der Durchsatzmenge des teilentsalzten Produktstroms und eine auf den Druck des unbrauchbaren Salzwasserstroms ansprechend· Einrichtung zur Regelung der Hydraulik-Turbine vorgesehen sind.
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Yorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Riiclcosmoseanlage mehrere Rückosmoseeinheiten aufweist und daß jeweils eine Pumpe zur Druck—Förderung eines Teils des Produktströme jeder Stufe in die jeweils nachgeschaltete Stufe sowie eine Einrichtung zur Rückführung des Abfuhr-Salzwasserstroms von der
letzten Stufe zum in die erste Stufe eingespeisten
Salzwasserstrom vorgesehen sind.
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