DE2340119B2

DE2340119B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von Meerwasser durch Erhitzen

Info

Publication number: DE2340119B2
Application number: DE2340119A
Authority: DE
Inventors: Hisanobu Tabata
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-08-10
Filing date: 1973-08-08
Publication date: 1979-11-22
Also published as: FR2195593B1; DE2340119A1; JPS5330673B2; GB1444242A; JPS4936576A; US3923607A; FR2195593A1

Description

nen von Kalziumsulfaten, die bei höheren Temperaturen feste Phasen bilden, nämlich beispielsweise das erwähnte stabile Anhydrid. Da somit bei diesem Verfahren gegenüber dem ersten Verfahren weitaus höhere Temperaturen unerläßlich sind, ist es klar, daß auch zusätzliche Maßnahmen zum Entfernen von Kalziumkarbonat erforderlich sind. Diese Maßnahmen bestehen darin, daß in der der weiteren Erwärmung vorgeschalteten Behandlungsstufe das Meerwasser entgast und der pH-Wert eingestellt werden. Das Entfernen des Kalziumsulfats bei überhöhter Temperatur ist somit ein Sonderfall, der nicht ohne weiteres mit dem ersten Verfahren vergleichbar isL Das zweite Verfahren befaßt sich nur indirekt mit dem Entfernen von Kalziumkarbonat, wozu das Seewasser in der zusätzlichen Behändlungsstufe chemisch vorbehandelt wird, um Karbonate unschädlich zu machen. Diese nach dem Vorerwärmen des Seewassers erforderliche Vorbehandlung ist relativ umständlich, und die überhöhte Temperatur führt zu einem ungünstigen thermischen Wirkungsgrad.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art bezüglich des Ausfällens von Kalzium unter Berücksichtigung eines in jeder Beziehung guten Wirkungsgrades zu verbessern und eine geeignete Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß das unbehandelte Meerwasser zunächst im Wärmerückgewinnungsteil einer Endverdampferstufe eines mehrstufigen Stoßverdampfers auf 40 bis 55⁰C vorerwärmt und danach außerhalb des Stoßverdampfers im Wärmeaustausch mit dem Kondensat des zum Beheizen des StoOverdampfers bzw. zum Nacherwärmen des Meerwassers erforderlichen Dampfes auf eine Temperatur von 50 bis 65⁰C zwischenerwärmt wird, daß in einem Ausfällungstank mit der eingestellten Magnesiumhydroxidaufschlämmung 90 bis 99% des Kalziums als Kalziumkarbonat ausgefällt werden, daß das Meerwasser auf einen pH-Wert von 5,0 bis 5,5 eingestellt sowie entgast und das entgaste Wasser mit einer weitgehend der Vorerwärmungstemperatur entsprechenden Temperatur einer Anfangsverdampferstufe des Stoßverdampfers zugeführt wird.

Eine zum Durchführen des Verfahrens dienende Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der WärmerückgewinnunTsteil einer Endverdampferstufe eines Stoßverdampfers in zwei Rohrleitungsgruppen mit jeweils einer Meerwasser-Vorerwärmungstemperatur von 40 bis 55⁰C unterteilt ist, daß eine der Rohrleitungsgruppen mit dem Meerwasser-Aufheizer für einen zum Aufheizen des Meerwassers auf 50 bis 65°C dienenden Wärmeaustausch mit dem Kondensat eines Wärmeaustauschers zum Beheizen des Stoßverdampfers verbunden ist und daß der zum Ausfällen von Kalziumkarbonat dienende, nachgeschüttete Ausfällungstank zum Weiterleiten des entgasten Meerwassers bei einer Temperatur von 40 bis 55°C mit dem letzten Teil einer Anfangsverdampferstu/e des Stoßverdampfers verbunden ist.

Es hat sich gezeigt, daß der Temperaturbereich von 50 bis 65°C im Vergleich zu der bisher benutzten Temperatur von 40⁰C optimale Verhältnisse für das Ausfällen des Kalziums als Kalziumkarbonat ergibt. Abgesehen von dem hiermit verbundenen wesentlich günstigeren Wirkungsgrad führt das erfindungsgemäße Verfahren auch zu einem äußerst guten thermischen Wirkungsgrad, da die Temperatur des bezüglich seines pH-Wertes eingestellten sowie entgasten, gereinigten Meerwassers besonders günstig ist. Die Anfangstemperatur nach dem Verlassen der Endverdampferstufe und die Endtemperatur vor dem Eintritt in die Anfangsver-ί dampferstufe sind etwa gleich hoch, dabei aber relativ niedrig. Infolge der niedrigen Temperatur und der Verringerung der Differenz zwischen den beiden Temperaturen ergibt sich ein wirtschaftliches Verfahren ohne wesentlichen Energieverlust. Das bedeutet in

in Verbindung mit der wesentlich ergiebigeren Kalziumausfällung einen erheblichen Fortschritt gegenüber dem eingangs genannten Verfahren. Während zwar die Ausfäilungstemperaturen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren höher als bei dem bekannten Verfahren liegen, sind sie jedoch wesentlich niedriger als bei dem anderen bekannten Verfahren, das vor allem das Ausfällen von Kalziumsulfat betrifft und einen entsprechend geringeren thermischen Wirkungsgrad besitzt. Außerdem ergibt das erfindungsgemäße Verfahren

JIi gegenüber dem zweiten Verfahren den Vorteil, daß nach dein Vorerwärmen des Meerwassers keine chemische Behandlung in einer zusätzlichen Behandlungsstufe erforderlich ist. Vieimenr läßt sich das Kalzium in sehr einfacher Weise in dem angegebenen

y, niedrigen Temperaturbereich von 50 bis 65° C problemlos ausfällen, und dieses niedrige Temperaturniveau ist einerseits mit einem optimalen Ausfällungsgrad und andererseits mit einer geringen Wärmeabstrahlung verbunden.

in Bei der Verbesserung des bekannten Verfahrens im Sinne der Erfindung konnten dem bekannten zweiten Verfahren keine Maßnahmen entnommen werden, da es sich hierbei um ein völlig anders geartetes Verfahren insbesondere zum Ausfällen von Kalziumsulfat unter

)) Anwendung sehr viel höherer Temperaturen handelt, mit denen ein Arbeiten im erfindungsgemäßen Sinne überhaupt nicht möglich wäre und die zu einem äußerst ungünstigen Wärmewirkungsgrad führen würden, und zwar einerseits v/egen der absoluten Höhe der

κι benutzten Temperaturen und andererseits wegen einer fehlenden Temperaturanpassung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig.! eine Vorrichtung zum Durchführen des

ü erfindungsgemäßen Verfahrens in schematicher Darstellung,

Fig. 2 einen Teil A der Vorrichtung gemäß F i g. 1 und

F i g. 3 eine andere Ausführung des Teils Λ.

in Im Rahmen der Erfindung lassen sich beim Aufbereiten von Meerwasser in Salzlösung und Süßwasser Kesselsteinbildung und Korrosion vermeiden. In Magnesiumhydroxid in Form einer 2 bis 3%-ijjen Aufschlämmung im Meerwasser oder in Süßwasser

μ 'ver^'ea durch Reaktion von als Nebenprodukt bei der Herstellung von Kochsalz anfallender Bitterlauge mit ungelöschtem, gebrannten Kalk Verbrennungsabgase eingeleitet, wodurch das Molverhältnis CCVMgO auf 0,3 bis 1,2 eingestellt wird. Die Aufschlämmung wird

in dem Meerwassär in einer solchen Menge zugesetzt, daii das Verhältnis des im Meerwasser enthaltener, Kalziums zum Kohlendioxid bei 1 :1 bis I : 2, vorzugsweise bei 1:1 bis I : 1,2 liegt. Das Gemisch wirl dann zum Umsetzen des gelöstem Kalziums in Kalziumkarbonat

ή und zum Entfernen des ausgefällten Kalziumkarbonats uif eine Temperat'tr von 50 bis 65°C gebracht, wobei der Anteil des ausgefällten Kalziums 90 bis 99% ausmacht. Danach wird die Lösung verdampft.

Damit die Temperatur des in einen .Stoßverdampfer eintretenden gereinigten Meerwassers weitgehend der Vorerwärmtemperalur des unbehandelten Meerwassers entspricht und zum Vermeiden einer Kesselsteinbildung oder einer mechanischen Erosion in den Rohren sollte die Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren I bis 3 m/sec betrr.gen, vorzugsweise 2 m/sec. Die beiden Rohrleitungsgruppen der Endverdampferstufe sollten entsprechend den Mengen des zirkulierenden und des vorgewärmten Meerwassers unterteilt sein. Die Vorerwärmungstcmperatur von 40 bis 55"C beruhl auf der Abschätzung, daß die Temperatur über die Anzahl der Stufen /wischen der höchsten Temperatur des n.icli einer Dampfbeheizung in die erste Stufe des .Stoßverdampfers eintretenden Meerwassers und der niedrigsten Temperatur der Salzlösung am Ausgang mit einem verminderten Druck von 40 torr proportional \ erteilt ist. Weil nun aber die Auslaßtemperatur des Kal/ium-Ausfaiiiingstiinks bei 50 bis Ii5 C liegen muß. ist die Temperatur dann so zu steuern, daß das vorbehandelte Meerwasser die Entgasungsstufe mit einer Temperatur von 40 bis 55 C verläßt, das heißt mit derselben Temperatur, mit der das Meerwasser aus dem Wärmerückgewinnungsteil der Endverdampfcrstiife austritt. Hierdurch ergeben sich günstige thermische Verhältnisse, was auch bezüglich des Zwischenerwärmens des vorerwärmten Meerwassers gilt, und /war durch das Ausnutzen eines Wärmeaustausch* mit dem Kondensat des zum Stoßvcrdampfcr gehörenden Wärmeaustauschers. Grundsätzlich läßt sich /war beim Zwischenerwärmen mit jeder Art von Heizvorrichtung arbeiten, doch hat sich ein den genannten Wärmeaustausch ausnutzender Aufhei/er als besonders /weckmäßig erwiesen.

Da die Menge des zirkulierenden Wassers im Vergleich zum frischen Meerwasser fünf- bis zehnmal größer ist. läßt sich allein mit dem vorerwärmenden Meerwasser ein Energieausgleich nicht erzielen. Dieser Energieausgleich ergibt sich, wenn die Rohrleitungen des Wärmerückgewinnungstcilcs der Endverdampferstufe derart in zwei Gruppen unterteilt sind, daß die Anzahl der 3ohrc proportional den Mengen des zirkulierenden Wassers und des zu erwärmenden Wassers ist. Die zirkulierende Salzlösung und das Meerwasser strömen durch separate Rohrleitungen, um ein Vermischen zu vermeiden.

Das Aufbereiten des Meerwassers erfolgt in einem Kalzium-Ausfällungstank 8, in dem das Meerwasser bei einer Temperatur von 50 bis 65°C mit Magnesiumkarbonat zur Reaktion gebracht wird. Dazu gehören ein Reaktionsgefäß für Bitterlauge und ungelöschten, gebrannten Kalk, ein Reaktionsgefäß zum Herstellen des Magnesiumkarbonats, in dem ein Kohlendioxid enthaltendes Abgas in die Aufschlämmung aus Magnesi umhydroxid eingeleitet wird, eine Vorrichtung zum Entfernen der Reaktionsprodukte aus den Reaktionen des Magnesiumkarbonats sowie ein Abscheider zum Abscheiden von Staub und organischen Substanzen. Das auf 40 bis 55° C vorerwärmte und auf 50 bis 65° C zwischenerwärmte Meerwasser, aus dem 90 bis 99% des gelösten Kalziums entfernt sind, wird bei einer Temperatur von etwa 40 bis 55° C dem letzten Teil einer Anfangsverdampferstufe 15 zugeführt.

F i g. 1 zeigt einen dreiteiligen Stoßverdampfer mit einer Anfangsverdampferstufe 15. einer Nachverdamp ferstufe 16 und einer Endverdampferstufe 4 mit insgesamt 40 Stufen zum Gewinnen von Süßwasser aus Meerwasser. Das Meerwasser wird in einer Menge von

200 t/h tier letzten bzw. 40. Stufe des Wärmeriickgewinnungsteils bei I zugeführt, während das erwärmte Meerwasser in der 37. Stufe bei 2 wieder abgezogen wird. Nach der 37. Stufe wird jedoch ein Teil des Meerwassers, nämlich 40 t/h. abgezweigt und in die 36. Stufe bei 3 eingespeist. Das Rohrleitungssystem im den Stufen 3b bis 31 entsprechenden Wärmcrückgcwinnungstcil ist in der in F ι g. 2 dargestellten Weise in zwei Gruppen unterteilt, wobei das zirkulierende Meerwasscr durch die beiden oberen Abschnitte a fließt und das vorgewärmte Meerwasser in einer Menge von 40 t/h durch den unteren Abschnitt b ström!. Somit ist das vorgewärmte Meerwasser beim Verlassen der Endverdampfcrstufe 4 bzw. vor dem Eintritt in den Kal/ium-Ausfällungstank 8 auf eine Temperatur von beispielsweise 50 C vorgeheizt.

Vor dem Einleiten in den Kal/ium-AusfüHungslatik 8 wird das Meerwasser noch in einem Aufheizer 5 im Wärmeaustausch mit dem Kondensat / eines Vvarmeaustauschers Il auf eine Temperatur von beispielsweise 55 C /wischenerwärmt. Dabei handelt es sieh um das Kondensat lies für das Beheizen des .Stoßverdampfers bzw. /um Nacherwärmen des Meerwassers verwendeten Dampfes 6. Der Kalzium-Ausfällungstank 8 arbeitet sehr gut bei einer Temperatur von 50 bis 65 C und optimal bei einer Temperatur von 60 C. Um diesen Ausfällungstank auf der erforderlichen Temperatur zu halten. ,;ann zusätzlich Dampf zugeführt werden. Aus dem auf 60 C erwärmten Meerwasser werden unter der Einwirkung der Magnesiumkarbonataufschlämmung im Kalzium-Ausfällungstank 90 bis 99% des gelösten Kalziums als Kalziumkarbonat entfernt.

Danach wird das Meerwasser bei einem pH-Wert von 5.0 bis 5.5 entgast, wonach es bei einer Temperatur von etwa 50 C der 14. Stufe 9 der Anfangsverdampferstufe

15 zugeführt wird. Diese Verdampferstufe 15 besteht aus 15 Stufen, in denen während der Zirkulation durch eine Umlaufpumpe 10 das Meerwasser zur Gewinnung des Süßwassers verdampft wird. Heim Verlassen der ersten Stufe des Wärmerückgewinnungsteiles der II. bis 1. Stufe wird das Meerwasser in dem Wärmeaustauscher Il auf 110^:C erhitzt, dann in die Anfangsverdampferstufc geführt, um von dort während des Verdampfens bis zur 15. Stufe zu fließen. Ein Teil des die Anfangsverdampferstufc 15 verlassenden zirkulierenden Meerwassers gelangt in eine Nachverdampferstufe

16 und fließt dort unter ständigem Verdampfen von der 16. Stufe bis zur 30. Stufe. Weiterhin wird das zirkulierende Meerwasser mittels einer an der Nachverdampferstufe 16 befindlichen Pumpe 12 bis in die 26. Stufe gefördert: es passiert dabei den Wärmerückgewinnungsteil der Nachverdampferstufe 16, den Wärmeaustrittsteil sowie die 15. bis 12. Stufe des Verdampfers 15. um schließlich wieder in den unteren Teil der zur Nachverdampferstufe 16 gehörenden 16. Stufe zurückgeführt zu werden. Ein Teil der die Nachverdampferstufe 16 verlassenden Salzlösung wird der Endverdampferstufe 4 zugeführt und fließt dort durch den Wärmerückgewinnungsteil der 36. bis 31. Stufe, um von dort aus in den Wärmeaustrittsteil, durch die Stufen 30 bis 27 der Nachverdampferstufeie zu gelangen und schließlich in den unteren Teil der zur Endverdampferstufe 4 gehörenden 30. Stufe zurückgeführt zu werden.

Die konzentrierte Salzlösung besitzt ein spezifisches Gewicht von 18° Be' und gelangt in einer Menge von 6 kl/h in einen Salzlösungsbehälter 14. Das Süßwasser wird in einer Menge von 34 mVh in einem Süßwasserbehälter 17 gesammelt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbereiten von Meerwasser zum Gewinnen von Salzlösung und Süßwasser durch Erhitzen, bei dem eine Magnesiumhydroxidaufschlämmung durch Absorption von in Rauchgas enthaltenem Kohlendioxid auf ein bestimmtes Kohlendioxid-Magnesiumoxid-Verhältnis eingestellt und zum Umsetzen des im Meerwasser gelösten Kalziums in Kalziumkarbonat sowie zum Entfernen des ausgefällten Kalziumkarbonats dem Meerwasser bei einer bestimmten Temperatur in einer für ein bestimmtes Kalzium-Kohlendioxid-Verhältnis geeigneten Menge zugesetzt und der pH-Wert des Meerwassers eingestellt und das Meerwasser entgast sowie verdampft werden, dadurch gekennzeichnet, daß das unbehandelte Meerwasser zunächst im Wärmerückgewinnungsteil einer Endverdampferstufe eines mehrstufigen Stoßverdampfers auf 40 bis 55° C vorerwärmt und danach außerhalb des Stoßverdampfers im Wärmeaustausch mit dem Kondensat des zum Beheizen des Stoßverdampfers bzw. zum Nacherwärmen des Meerwassers erforderlichen Dampfes auf eine Temperatur von 50 bis 65°C zwischenerwärmt wird, daß in einem Ausfällungstank mit der eingestellten Magnesiumhydroxidaufschlämmung 90 bis 99% des Kalziums als Kalziumkarbonat ausgefällt werden, daß das Meerwasser auf einen pH-Wert von 5,0 bis 55 eingestellt sowie entgast und das entgaste Wasser mit einer weitgehend der Vorerwärmungstemperatur entsprechenden Temperatur einer Anfangsverdampferstufe des Stoßverdampfers zugeführt wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem M erwasser vorerwärmenden, mehrstufigen Verdampfer mit einem Aufheizer für das vorgewärmte Meerwasser und einem dem Aulheizer nachgeschalteten Ausfällungstank für ausgefällte Kalziumbestandteile, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmerückgewinnungsteil einer Endverdampferstufe (4) eines Stoßverdampfers in zwei Rohrleitungsgruppen mit jeweils einer Meerwasser-Vorerwärmungstemperatur von 40 l/is 55°C unterteilt ist, daß eine der Rohrleitungsgruppen mit dem Meerwasser-Aufheizer (5) für einen zum Aufheizen des Meerwassers auf 50 bis 65°C dienenden Wärmeaustausch mit dem Kondensat eines Wärmeaustauschers (II) zum Beheizen des Stoßverdampfer verbunden ist und daß der dem Ausfällen von Kalziumkarbonat dienende, nachgeschaltete Ausfällungstank (8) zum Weiterleiten des entgasten Meerwassers bei einer Temperatur von 40 bis 55"C mit dem letzten Teil einer Anfangsverdampferstufe (15) des Stoßverdampfers verbunden ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Meerwasser zum Gewinnen von Salzlösung und Süßwasser durch Erhitzen, bei dem eine Magnesiumhydroxidaufschlämmung durch Absorption von in Rauchgas enthaltenem Kohlendioxid auf ein bestimmtes Kohlendioxid-Magnesiumoxid-Verhältnis eingestellt und zum Umsetzen des im Meerwasser gelösten Kalziums in Kalziumkarbonat sowie zum Entfernen des ausgefällten Kalziumkarbonats dem Meerwasser bei einer bestimmten Temperatur in einer für ein bestimmtes Kalzium-Kohlendioxid-Verhältnis geeigneten Menge zugesetzt und der pH-Wert des Meerwassers

ϊ eingestellt und das Meerwasser entgast sowie verdampft werden.

Die Erfindung betrifft ferner einen Verdampfer zum Durchführen dieses Verfahrens mit einem Meerwasser vorerwärmenden, mehrstufigen Verdampfer mit einem

m Aufheizer für das vorgewärmte Meerwasser r.nd einem dem Aufheizer nachgeschalteten Ausfällungstank für Kalziumbestandteile.

Ein Verfahren der genannten Art ist in der FR-PS 20 52 727 beschrieben. Hierbei wird die auf ein

π bestimmtes Kohlendioxid-Magnesiumoxid-Verhältnis eingestellte Magnesiumhydroxidaufschlämmung dem Meerwasser bei einer Temperatur von 40⁰C zugesetzt. Mit Schwefelsäure wird dann das gereinigte Wasser auf den neutralen pH-Wert 7 eingestellt Anschließend wird

2» das Wasser entgast und verdampft, um schließlich Salzlösung und Süßwasser zu gewinnen. Dieses Verfahren besitzt den wesentlichen Nachteil, daß die zum Kalziumentfernen benutzte Erwärmungstemperatur von 40⁰C in einem ungünstigen Bereich liegt. Es hat

Ji sich gezeigt, daß bei der genannten Temperatur ein gegenüber optimalen Verhältnissen nur sehr geringer prozentualer Kalziumanteil als Kalziumkarbonat ausgefällt wird. Diese \ind weitere Nachteile haben dazu geführt, daß sich das Verfahren in wirtschaftlicher

»ι Hinsicht nicht hat durchsetzen können.

Die US-PS 34 76 654 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten von Meerwasser, bei dem im Meerwasser gelöstes Kalzium durch Erhitzen als Gips entfernt wird und nicht wie bei dem

i"> erstgenannten Verfahren Magnesiumkarbonat zum Ausfällen des Kalziums als Kalziumkarbonat benutzt wird. Bei diesem Verfahren wird unbehandeltes Meerwasser in einigen Stufen eines mehrstufigen Entspannungsverdampfers vorerwärmt; ein Teil des so

in behandelten Meerwassers gelangt in eine Behandlungsstufe, in der chemische Stoffe zugesetzt und ein Entgasen durchgeführt werden. Durch Zugabe von Schwefelsäure wird der pH-Wert eingestellt. Das behandelte Meerwasser wird anschließend bis zu einer

r> Temperatur etwas unterhalb des Temperaturwertes erwärmt, bei dem Kalziumsulfat ausfällt. Die Erwärmungstemperatur liegt bei etwa 132 bis 143°C.

Das so erwärmte Meerwasser wird anschließend durch einen Wärmeaustauscher-Aufheizer geleitet, i/i

Ίΐ) dem durch Einleiten von Dampf die Wassertemperatur in einer für das Ausfällen des Kalziumsulfats ausreichenden Weise erhöht wird, beispielsweise auf etwa 180⁰C. Die Temperatur muß zumindest bis auf einen Wert erhöht werden, der ein Ausfällen von Kalziumsulfatan-

■>■> hydrid ermöglicht, da sich hierbei der maximale Wirkungsgrad ergeben soll. Von dem Aufheizer gelangt das hocherhitzte Wasser in einen gesonderten Abscheider, in dem das Kalziumsulfat durch Filtrieren oder Zentrifugieren abgetrennt wird. Von dem Abscheider

w) wird das Wasser der Endstufe des Verdampfers, also der Stufe mit der höchsten Temperatur und dem höchsten Druck, zugeführt, um anschließend zu der Anfangssiufe des Verdampfers, also der Stufe mit der niedrigsten Temperatur und dem geringsten Druck, zu gelangen.

h> Das vorerwähnte Verfahren befaßt sich somit im Unterschied zum erstgenannten Verfahren nicht hauptsächlich mit dem Entfernen von Kalziumkarbonat aus Salzwasser, sondern im wesentlichen mit dem Abtren-