DE2343340A1 - Vorrichtung bzw. anlage zur destillation von meerwasser - Google Patents

Description

Priorität: 28. August 1972, Japan, Nr. 85 310

Vorrichtung bzw. Anlage zur Destillation von Meerwasser

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. Anlage zur Destillation von Meerwasser und insbesondere die Kombination einer Einrichtung zur Entfernung von Schwefeloxiden mit einer Vorrichtung zur Destillation von Meerwasser.

Schwefeloxide, die in den Abgasen von Boilern und anderen technischen öfen enthalten sind, stellen Quellen für die Luftverschmutzung dar. Selbst geringe Mengen dieser Gase in der Atmosphäre sind für den Menschen gefährlich. Es ist daher erforderlich, die Abgabe solcher Schwefeloxide in die Atmosphäre zu verhindern. Eine hierzu geeignete Vorrichtung bzw. Anlage sollte nicht nur dazu imstande sein, solche Schwefeloxide aus technischen Abgasen zu entfernen, sondern auch für technische Anwendungszwecke'praktisch und wirtschaftlich sein. Um dem Mangel an technischen und kommunalen Frischwasser zu genügen, wurden neuerdings Vorrichtungen zur Destillation von Meerwasser, insbesondere vielstufige Schnell-.bzw. Flash-Verdampfer hergestellt. Bei der Wärmedestillation von Meerwasser unter Verwendung eines solchen vielstufigen

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Schnellverdampfers ist eine Vorbehandlung des Meerwassers vor dem Einleiten in die Vorrichtung erforderlich, um die Bildung von Ablagerungen zu vermeiden. Als geeigneteste Weise zur Vorbehandlung von Meerwasser ist die Methode der pH-Kontrolle angesehen worden, bei welcher der pH-Wert des Meerwassers durch Einspritzung von Säuren in das Meerwasser kontrolliert wird. Es gibt einen Vielstufen-Schnellverdampfer, der für eine große Kapazität und eine Produktion mit niedrigen Kosten ausgelegt ist. Diese Vorrichtung v/endet das Prinzip an, daß beim Vermindern des Druckes von erhitztem Meerwasser auf einen Sättigungsdruck, das Meerwasser zu sieden beginnt und sofort verdampft. Hinsichtlich der Struktur, des Materials, des Systems und der Verhinderung der Bildung von Ablagerungen sind bereits entsprechende Untersuchungen und Entwicklungen fortgeschritten. Dem vielstufigen Schnellverdampfer zugeführtes Meerwasser muß gewöhnlich vorbehandelt werden, damit die Abscheidung von Ablagerungen auf der Oberfläche der Rohre der Wärmeumwandler und die Korrosion der Baumaterialien vermieden wird. Als Vorbehandlungen zur Verhinderung der Abscheidung von Ablagerungen sind die pH-Kontrolle und die Zugabe von Chemikalien als geeignet zur Verhinderung einer Bildung von weichen Ablagerungen angesehen worden. Die Einspritzung von Säuren bringt jedoch erhöhte Kosten für die Destillation mit sich. Um Schwefeloxide aus Abgasen zu entfernen, ist bereits ein Trockenverfahren vorgeschlagen worden, bei welchem pulverförmige oder kornförmige Adsorptionsmittel, Reagentien und Katalysatoren verwendet werden. Es ist auch schon ein Naßverfahren vorgeschlagen worden, bei welchem alkalische Lösungen oder Calciumhydroxid-Lösungen verwendet v/erden. Das Trockenverfahren hat sich jedoch hinsichtlich der Regenerierung der Aktivkohle oder des Mangans als kostspielig und großdimensioniert erwiesen. Das Aktivkohle-Verfahren besitzt immer noch Probleme hinsichtlich der Lebensdauer der verwendeten Aktivkohlen. Das Manganverfahren ist mit solchen Nachteilen versehen, daß durch ein Zerstreuen des pulverförmigen Mangans eine sekundäre Verschmutzung bewirkt wird. Bei dem Naßverfahren entstehen erhebliche Temperaturabfälle und es wer.den große Mengen von Chemikalien als Neutralisatoren verwendet. Diese Entschwefelungsme-

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thoden nach dem Stand der Technik haben in großem Ausmaß Nebenprodukte erzeugt, wobei verschiedene Vorrichtungen erforderlich sind, um diese Nebenprodukte wirksam zu verwenden und sie für die Umwelt unschädlich zu machen.

Gemäß der Erfindung wird nun ein neues Entschwefelungsverfahren verwendet, bei welchem Meerwasser, das in großen Mengen vorhanden ist, zur Entfernung von Schwefeloxiden, z.B. von SO₂ oder S(X, verwendet wird. Dies kann ohne die Verwendung von Chemikalien geschehen. Durch die Erfindung wird auch eine Vorrichtung bzw. Anlage zur Destillation von Meerwasser zur Verfügung gestellt, die nicht von der pH-Kontrollmethode gemäß dem Stand der Technik Gebrauch macht und bei welcher zur Entfernung der Schwefeloxide Meerwasser verwendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Destillation von Meerwasser zur Verfügung zu stellen, die mit einer Vorrichtung zur Entfernung von Schwefeloxiden aus Abgasen kombiniert bzw. gekoppelt ist. Bei dieser Vorrichtung soll Meerwasser zur Entfernung der Schwefeloxide verwendet werden können und die Vorrichtung soll eine kompakte Form und niedrige Herstellungsbzw. Wartungskosten besitzen. Weiterhin soll diese Vorrichtung bzw. Anlage keine speziellen chemischen Vorbehandlungen für das zur Ergänzung zugeführte Meerwasser erfordern. Bei dieser Vorrichtung zur Wärmedestillation von Meerwasser, beispielsweise einem Vielstufen-Schnell- bzw. Flash-Verdampfer soll die Bildung von Ablagerungen auf den Oberflächen der Rohre vermieden werden. Schließlich soll diese Vorrichtung wirksam die Nebenprodukte einer Vorrichtung zur Entfernung von Schwefeloxiden verwerten können.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Vorrichtung zur Destillation von Meerwasser, welche durch folgendes gekennzeichnet ist: eine Quelle zur Erzeugung von Schwefeloxide-enthaltenden Abgasen, eine Einrichtung zur direkten Kontaktierung der Abgase mit Meerwasser, um die Schwefeloxide zu absorbieren, welche in den von

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der Quelle abgelassenen Abgasen"enthalten sind, einen Kamin zur Zuführung der Abgase in diese Einrichtung, eine Leitung zur Zuführung von Meerwasser zu dieser Einrichtung, einen Kamin zur Freisetzung von Abgasen, welche von dieser Einrichtung abgelassen v/erden, eine Einrichtung zur Oxidation des Sulfids, das durch die Absorption der Schwefeloxide gebildet wird, zu stabilem Sulfat durch die katalytische Wirkung von in dem Meerwasser vorhandenen Metallionen, eine Kohlensäureentziehungsvorrichtung zur Austragung von Kohlensäuregas durch·Kontaktierung von durch die Absorption gebildeten Wasserstoffionen mit den Kohlensäureionen in dem Meerwasser, eine Entgasungseinrichtung, die mit der Einrichtung zur Kohlensäureentziehung verbunden ist, um Luft von dem Meerwasser nach der Oxidation und der Kohlensäureentziehung abzutrennen und eine Vorrichtung zur Wärmedestillation, die das Meerwasser davon als Ergänzungswasser leitet.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens .

Meerwasser besitzt einen alkalischen pH-Wert von 8,2 bis 8,;5 und es ist dazu imstande, wirksam Schwefeloxidgase zu absorbieren. Die hauptsächlich gelösten Ionen, die die Alkalinität des Meerwassers kontrollieren, sind HCO^, CO~~, HBO^, OH" und H⁺. Der pH-Wert, bei dem H⁺ von diesen Ionen ausgenommen ist, wird als "Gesamtalkalinität" bezeichnet. Wenn die Menge der in dem Meerwasser absorbierten Schwefeloxidgase nicht über das Äquivalent der Gesamtalkalinität hinausgeht, dann kann der pH-Wert des Meerwassers im alkalischen Bereich gehalten werden. Die Durchführung der Kohlensäureentziehung, bei welcher die HCOZ-Ionen in dem Meerwasser sich mit den H -Ionen umsetzen, die durch Absorption der Schwefeloxidgase erzeugt werden, bewirken nämlich, daß der pH-Wert des Meerwassers auf seinen ursprünglichen Wert zurückkehrt. Die in dem Meerwasser gelösten Ionen der schwefeligen Säure (SO^") setzen sich mit den Metallionen·(Ca⁺⁺, Mg⁺⁺etc.) in dem Meerwasser um und werden zu Sulfit umgewandelt. In dem Meerwasser

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liegen auch andere Metallionen, z.B. Fe⁺, Mn , Ni⁺, Cu⁺ etc. vor. Diese Ionen katalysieren die Oxidation des Sulfits. Das Sulfit wird relativ leicht unter Belüftung zu stabilem Sulfat oxidiert. Da das Sulfat unschädlich ist, kann es ohne chemische Behandlungen ausgetragen werden.

Die bei diesen Prozessen ablaufenden chemischen Vorgänge können durch folgende Gleichungen dargestellt werden:

SO₂ + H₂O > H₃SO₃ > 2H⁺ +SO₃ (1)

H⁺ + HCO" > H₂O + CO₂ (2)

CaSO₃ O)

CaSO^ (4)

Bei der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik, welche eine Wärmequelle zur Destillation von Meerwasser vorsieht, wird als Vorbehandlung eine Kontrollmethode für den pH-Wert verwendet, um die Abscheidung von Ablagerungen wie von CaCO₃, Mg(OH)₂ auf der Oberfläche der Rohre des Wärmeaustauschers zu vermeiden. Die Abscheidung von CaCO, wird durch Ausschluß von CO₂, das ein Bestandteil dieser Verbindung ist, vermieden. Mg(OH)₂ scheidet sich im sauren Bereich nicht ab. Bei der' Einführung von Meerwasser in die Vorrichtung nach dem Stand der Technik wurden daher die eine Abscheidung ergebenden Elemente durch Einspritzung von H₃SO₃ bzw. HpSO^ in das Meerwasser entfernt. Die Vorbehandlung des Meerwassers für die Destillation, wie sie bei der Vorrichtung nach dem Stand der Technik vorgesehen ist, ist ähnlich wie der Ausschluß bzw. die Ausnahme der Schwefeloxidgase von den Abgasen. Es wird daher möglich gemacht, Meerwasser, das für den Prozess der Herausnahme der Schwefeloxidgase verwendet wird, als Ergänzungswasser für die Destillationsvorrichtung zu verwenden, so daß eine Vorbehandlung gemäß dem Stand der Technik unnötig wird.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird· anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeutet 11 einen

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Kessel, 12 einen Adsorber für Schwefeloxidgase, 13 einen Kondensator, l4 eine Wasserpumpe, 15 eine Einrichtung zur Oxidation und Kohlensäureentziehung, 16 ein Gebläse, 17 einen Schornstein, l8 eine Entgasungseinrichtung, 19 eine End-Flashkammer eines Vielstufen-Schnell- bzw. Flash-Verdampfers, 2o eine Wärmewiedergewinnungszone davon, 21 eine Wärmezerstreuungszone davon, 22 einen Salzwassererhitzer davon, 23 einen Staubsammler, 24 einen Erhitzer für das Abgas aus dem Absorber 12, 25 eine, Dampfturbine und 26 ein Gebläse für die Zufuhr von Luft zu der Einrichtung 15. Weiterhinbedeutet 31 einen Kanal für die· Verbindung des Kessels 11 mit dem Staubsammler 23, 32 einen Kamin für die Zuführung der Abgase von dem Kessel 11 zu dem Absorber 12, 33> einen Kamin zur Freisetzung der Abgase von demAbsorber 12 zu dem Schornstein 17 durch den Erhitzer 24, 4l eine Leitung für die Zuführung von Kühl-Meerwasser von dem Kondensator 13 zu dem Absorber 12, 45 eine Einleitung zum Einspritzen von Meerwasser aus der Einrichtung 15 für die Oxidation und KoWensäjreentziäung in die Leitung 7o und 42, 43 und 44 Leitungen zur Verbindung des Absorbers 12, der Einrichtung 15, der Entgasungseinrichtung l8 und der End-Flashkammer 19. Weiteres frisches Meerwasser von einer Leitung 46 strömt in die Wärmezerstreuungszone und wird zu einer Leitung 47 und 7o gedrückt. Die aus dem Kessel 11 abgelassenen Abgase werden zu dem Absorber 12 durch den Staubsammler 23 und den Kamin 32 geleitet. Meerwasser von dem Kühler I3 wird durch die Leitung 4l zu demAbsorber 12 geleitet. Das Meerwasser wird nach unten von einem oberen Teil des Absorbers 12 gesprüht und die Abgase strömen von einem unteren Teil desselben nach oben. Dabei absorbiert das Meerwasser Schwefeloxidgase in den Abgasen. Das Meerwasser, das mit den Abgasen in Berührung gebracht worden ist, und die absorbierten Schwefeloxide werden zu einer Einrichtung I5 für die Oxidation und Kohlensäureentziehung geleitet. Sulfit, welches durch Umsetzung der SO,-Ionen mit Metallionen, wie CaI-ciumionen gebildet worden ist, wird oxidiert und wird zu stabilem Sulfat. Das Meerwasser im sauren Bereich kommt in Verbindung mit der Luft aus dem Gebläse 26, die entcarbonisiert werden soll, wodurch der pH-Wert in den alkalischen Bereich zurückgeführt

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wird. Die Einrichtung 15 umfaßt daher einen Behälter. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen Behälter beschränkt. In diesem Behälter wird das Meerwasser durch eine Sprüheinrichtung 53 von einem oberen Teil desselben gesprüht, während die Luft aus dem Gebläse 26 von einer unten gelegenen Öffnung 54 eingeführt wird. Während beide Medien in entgegengesetzter Richtung in dem Behälter 52 strömen, erfolgt die Oxidation und Kohlensäureentziehung.

Das behandelte Meerwasser wird entsprechend der Kapazität des Verdampfers als Ergänzungswasser geleitet und der Rest wird durch die Leitung 4-5 freigesetzt. Das Ergänzungswasser wird zu der End-Flashkammer 19 des Verdampfers durch die Entgasungseinrichtung l8 geleitet, welche den gelösten Sauerstoff entfernen kann.

Der Vielstufen-Sehne11- bzw. Flash-Verdampfer umfaßt eine Wärmewiedergewinnungszone 2o, eine Wärmezerstreuungszone 21 und einen Salzlösungs-Erhitzer 22. Jede Zone sieht eine Vielzahl von Flashkammern 66, 61 und Kondensationskammern &J, 62 vor. Wasserdampf, der in die Flashkammern 66, 6l unter Flash-Bedingungen eingeleitet worden ist, wird in den Kondensationskammern 67* 62 kondensiert und durch den Flashvorgang gebildetes Wasser wird durch eine Leitung 68 abgezogen.

In der Wärmezerstreuungszone 21 wird zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz zur Kondensation des in die Flashkammer eingeführten Wasserdampfes weiteres frisches Meerwasser aus der Leitung 46 in die Kondensationskammer 62 eingeführt und sodann durch die Leitungen 7 und 7o freigelassen.

Bei einem Verdampfer des Eindurchlauf-Typs kann nur eine Art von Meerwasser verwendet werden, wobei weiteres neues Meerwasser nicht erforderlich ist. Das zur Entschwefelung verwendete Meerwasser wird zu der End-Flashkammer 19 geleitet, nachdem eine Einstellung der Carbonsäure-Konzentration und' des pH-Wertes des Meerwassers in der Einrichtung 15 und in der Entgasungseinrich-

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tung l8 erfolgt ist.

- Patentansprüche -

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Vorrichtung bzw. Anlage zur Destillation von Meerwasser, gekennzeichnet durch eine Quelle von Scnwefeloxiden-enthaltenden Abgasen, eine Einrichtung zur Absorption der Schwefeloxide, die in den Abwässern enthalten sind, welche von der Quelle abgelassen werden, durch direkte Kontaktierung der Abgase mit Meerwasser, einen Kamin für die Zuführung der Abgase zu der Einrichtung, eine Leitung für die Zuführung von Meerwasser zu der Absorptionseinrichtung, einen Kamin für die Freisetzung von Abgasen, welche von der Absorptionseinrichtung abgelassen werden, eine Oxidationseinrichtung für das Sulfit, welches durch Absorption der Schwefeloxide gebildet wird, um durch katalytische Einwirkung von Metallionen in dem Meerwasser stabiles Sulfat zu bilden, eine Kohlensäureentziehungsvorrichtung für die Austragung von Kohlensäuregasen durch Kontaktieren der durch Absorption erzeugten V/asserstoffionen mit Kohlensäure-Ionen in dem Meerwasser, eine Entgasungseinrichtung, die mit der Kohlensäureentziehungsvorrichtung verbunden ist, um Luft aus dem Meerwasser nach der Oxidation und Kohlensäureentziehung abzutrennen und eine Wärmedestillationsvorrichtung, die das Meerwasser als Ergänzungswasser leitet.

   2. Vorrichtung bzw. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das durch einen V/är ine aus tauscher

   erhitzte Meerwasser der Absorptionseinrichtung zugeführt wird.

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   3. Vorrichtung bzw. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil des Meerwassers nach der Oxidation und der Kohlensäureentziehung freigesetzt wird

   und daß der andere Teil in die Wärmedestillationsvorrichtung geleitet wird.

   4. · Vorrichtung bzw. Anlage nach Anspruch 1, dadurch

   gekennzeichnet , daß die Wärmedestillationsvorrichtung ein Vielstufen-Schnell- bzw. Plash-Verdampfer ist, der eine Wärmewiedergewinnungszone und eine Wärmezerstreuungszone besitzt und daß das Meerwasser aus der Entgasungseinrichtung zu einer End-Plashkammer der Wärmezerstreuungszone geleitet wird und weiteres Meerwasser, das durch die Kondensationsrohre der Wärmezerstreuungszone strömt, eingespritzt wird.

   5. Vorric-htung bzw. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein geringerer Teil einer Salzlösung, die in der End-Flashkammer unverdampft bleibt, freigesetzt wird und daß ein Hauptteil davon in die Kondensationskammern der Wärmewiedergewinnungszone zurückgeführt wird.

   .6, Vorrichtung bzw» Anlage zur Destillation von Meerwasser, gekennzeichnet durch eine Quelle von Schwefeloxiden-enthaltenden Abgasen, eine Einrichtung zur Absorption der Schwefeloxide, die in den Abgasen enthalten sind, welche von der Quelle abgelassen werden, durch direkte Kontaktie-

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   rung der Abgase mit Meerwasser, einen Kamin für die Zuführung der Abgase zu dieser Einrichtung, eine Leitung für die Zuführung von Meerwasser zu dieser Absorptionseinrichtung, einen Kamin für die Freisetzung der Abgase, die von der Absorptionseinrichtung abgelassen werden, ein Gefäß für die Oxidation von Sulfit, das durch Absorption der Schwefeloxide gebildet wird, zu stabilem Sulfat und zur gleichzeitigen Kohlensäureentziehung aus dem Meerwasser, um Kohlensäuregas auszutragen, wobei das Gefäß eine Einrichtung für das Absprühen des Meerwassers von einem oberen Teil derselben und eine Einrichtung für das Nachobenströmen von Luft von einem unteren Teil derselben umfaßt, um das Meerwasser und die Luft direkt darin in Kontakt zu bringen,eine Entgasungseinrichtung, die mit der Kohlensäureentziehungseinrichtung verbunden ist, um Luft aus dem Meerwasser nach der Oxidation und Kohlensäureentziehung abzutrennen und eine Wärmedestillationsvorrichtung, die das Seewasser als Ergänzungswasser leitet.

   7. Vorrichtung bzw. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedestillationsvorrichtung eiri Vielstufen-Schnell- bzw. Flash-Verdampfer ist und daß das Ergänzungswasser zu der End-Flashkammer des Vielstufen-Flash-Verdampfers geleitet wird.

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