DE2425670A1 - Verfahren zur gewinnung von trinkund brauchwasser aus salzwasser - Google Patents

Description

• Verfahren zur Gewinnung von rink- und Brauchwasser aus Salzwasser.
• Zusatz zu Patent ..... (Pat.Anm. P 23 54 727.5) Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Sulfat-Enthärtung von Meerwasser und Meerwasser-Sole durch Aufheizen bis zu einem Ubersättigten Zustand in Gegenwart von unlöslichen Sulfatsalzen, die als Kristallkeime für die Ktietalli3ation des im Meerwasser enthaltenen Kalziumsulfats dienen, indem dem zu enthärtenden Meerwasser ein bei allen Temperaturen. die bei thermischen Meerwasser-Entsalzungsprozessen vorkommen, unlösliches, als Unterlage für das Aufwachsen von Kalziumsulfat geeignetes Sulfatsalz in Porm einer Suspension zugesetzt wird.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sur Gewinnung von Trink- und Brauchwasser aus Salzwasser unter gleichzeitiger Anwendung des im Hauptpatent beschriebenen Sulfat-Enthärtungsverfahrens.
• Angesichts des wachsenden Bedarfs an Trink- und Brauchwasser, sowohl in den ariden Zonen der Entwicklungsländer als auch in den Ballungsgebieten der Industrieländer, gewinnt die künstliche Erzeugung von Süßwasser aus Heerwasser im=ner mehr an Bedeutung. Die bestehenden Verfahren der thermischen Meerwasserentsalzung durch Desto lotion in mehrstufigen Entspannung sverdampfungsanlagen besitzen den Nachteil, daß das erzeugte Produkt relativ teuer ist. Die Wirtschaftlichkeit könnte verbessert werden, wenn die Destillation mit höheren Sole-Endtemperaturen in den letzten Vorwärmstufen und im Enderhitzer erfolgen könnte; dem steht bislang die Bildung unangenehmer Kesselsteinkrusten entgegen,die aus den Härtebildnern des Meerwassers infolge deren inverser Ldslichkeit gebildet werden.
• Während Carbonat-Kesselstein durch bekannte Verfahren verhindert oder auch wieder beseitigt werden kann, sind Verfahren zur Beherrschung des Sulfat-Kesselsteins noch nicht in größerem Umfange in der Praxis eingeführt, denn der Sulfat-Kesselstein ist nur noch sehr schwer zu entfernen, wenn er sich einmal gebildet haben sollte.
• Bekannt ist an sich ein sogenanntes "Seeding"-Verfahren, bei dem der in der Meerwasserentsalzungsanlage umgewälzte Solestrom mit Kristallkeimen versetzt wird, nämlich einem fein verteilten festen Calciumsulfat. Die Ca-Sulfat-Körner wirken in der heißen tfl)ersättigungs zone der Anlage als Kristallkeime für das Weiterwachsen des aus der Sole ausfallenden Ca-Sulfats, welches auf diese Weise die Reizflächen verschont. Ca-Sulfat als Kristallkeim hat Jedoch den Nachteil einer guten LZßlichkeit bei niedrigen Temperaturen, so daß die Gefahr besteht, daß sich die dem Meerwasser bzw. der Sole zugesetzten Kristallkeime in den kälteren Teilen der Anlage oder auch bei unbeabsichtigten Betriebaunterbrechungen und Abkühlungen wieder auflösen.
• Wie beim Hauptpatent basiert die vorliegende Erfindung ebenfalls auf der Anwendung von BaSO4-Körnern als Keimkristalle in Meerwasser-Entaalzungsanlagen. Die Erfindung geht aber über das Hauptpatent insofern hinaus, als die großtechnische Anwendung des Verfahrens ait dem besonderon Vorteil verbungen wird, daß BaSO4-Körner mit angelagertem Ca-Sulfat teilweise als Schlamm aus bestimmten Teilen von Neerwasser-Entsalsungsanlagen abgezogen werden können, wonach sie durch Waschen mit kälterer Meer wasser-Sole vom anhaftenden Oa-Sulfat befreit und erneut als Kristallkeim verwendet werden können0 Ier erfindungsgemäße besondere Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß durch den Abzug von Pa504/CaSO4-Schlamm aus der Anlage, parallel zu dem kontinuierlichen Abzug eines Teils der aufkonzentrierten Meerwassersole, die Ca-Konzentration der in der Maerwasser-Entsalzungsanlage umgewälzten Sole deutlich herabgesetzt wird. Dadurch wird größerer Abstand von den kritischen Ca-Konzentrationen und größere Sicherheit gegenüber der unerwünschten Bildung von Sulfatkesselstein gewonnen, beziehungsweise Spielraum fur eine weitere Erhöhung der Sole-Endtemperatur und des thermodynamischen und kommerziellen Wirkungsgrades der betreffenden Anlage erhalten. Eine diesbezügliche Berechnung zeigt, daß die in der Meerwasser-Entsalzungsanlage umgewälzte Ca=Konzentration beispielsweise auf das 0,8fache des Ausgangswerts absinkt, wenn während des Betriebs laufend 1/10 des Ca-Gehalts als BaSO4/CaSO4-Schlamm abgezogen wird. Die Ca-Konzentration sinkt beispielsweise auf das 0,69fache des Ausgangswerts ab, wenn laufend 1/5 des Ca-Gehalts als Ba504/CaSO4 Schlamm abgezogen wird.
• Das erfindungsgeaäße Verfahren wird beispielsweise in einer Meerwasser-EntAslzungsanlage durchgeführt, die in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellt ist. Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen haben folgende Bedeutung: A konventionelle Meerwasservorbehandlung (Abscheidung von Fremdkörpern, Beseitigung oder Unschädlichmachung der Carbonat-Härte, Entgasung usw.) B Suspendiertank C Silo mit Sein gemahlenem Schwerspat (BaSO4) D Speisepumpe E Umwälzpumpe Entspannungsverdampfungskammern einer vielstufigen Entspannungsverdampfungsanlage, in denen Unterdruck herrscht.
• G', G", ... Entspannungsverdampfungskaimnern einer vielstufigen Entspannungsverdampfungsanlage, in denen Überdruck herrscht.
• H Enderhitser der Entspannungsverdampfungsanlage J', J" Wärmeabfuhrteil der Entspannungsverdampfungsanlage K Soleabziehpumpe L Sammel- und Waschtank für Sole und 3aSO4 M, N Hydrozyklone 1 - 1 Salzwasser führendes Gewässer 2 Meerwasserpumpe 3, 3' Rührwerke 4 Einspeisestelle für frische Suspension aus Meerwasser und Basf, 5 Punkt der höchsten Temperatur der Suspension aus Meerwasser und BaSO4 5-5'-5"-5"'-5""-5 Umlauf der Suspension aus Meerwasser-Sole und BaS04 6',6",... Ansammlung von BaSO4/CaSO4-Schlamm 7',",7"',.. Abzug von BaSO4/CaSO4-Schlamm 8',8" Pumpen zur Speisung der Hydrozyklone 9',9" Unterlauf der hydrozyklone 10 Rückfluß von aufkonzentrierter und BaSO4-freier Meerwassersole ins Meer 11 Desillat-Aziehpumpe t2 Prozeßdampf-Zuleitung 13 Kondensat-Ableitung a', a", a"', ... Kondensat-Auffangwannen Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der als Bespiel dienenden Zeichnung beschrieben: 1. Aus einem Salzwasser führenden Gewässer 1 - 1 wird mit Hilfe der Pumpe 2 laufend Meerwasser angesaugt. Es gelangt nach Passieren der Meerwasservorbehandlung s (Piltern, Ansäuern, Entgasen u. dgl.) in den Suspendiertank B. mit fein gepulvertem Schweropat (BaSO4) aus dem Silo a wird das Meerwasser mit dem Rübrwerk 3 zu einer Suspension verarbeitet. Die Suspension kann beispielsweise 10 g BaS04 im Liter enthalten. Mit Hilfe der Pumpe D wird die Suspension an der Stelle 4 laufend in die eigentliche Meerwasserentsalzungsanlage eingespeist, die beispielsweise aus vielen Entspannungsverdampfungskammern G', GR, ..., PN, F', J' J" besteht.
• II. Nach Passieren der Einspeisestelle 4 wird die eingespeiste Meerwasser-BaSO4-Suspension von der Umwälzpumpe E mitgenommen und durch d le die Kondensatorrohrbündel im oberen Teil der Kammern F', F", ....., G", G', geleitet, wobei sie sich immer mehr erwärmt, BeLm Austritt aus G' kann die Suspension eine über 1500 a liegende Temperatur angenommen haben, da die Anwesenheit von BaSO4 - Körnern die sonst eintretende Bildung von Sulfat-Kesselstein auf den Heizflächen verhindert. Die umgewälzte Suspension wird im Enderhitzer H noch weiter aufgeheizt. Durch die Kesselstein-verhütende Wirkung des mitgeführten Be SO, sind hier Endtemperaturen von beispielsweise 20000 oder darüber möglich. An der mit 5 bezeichneten Stelle wird die höchste Temperatur erreicht, III. Anschließend tritt die aufgeheizte Suspension in die Entspannungsverdampfungakammer G' ein, in der ein Teil des Wassers verdampft, als Kondensat von den im oberen Teil der Kammer befindlichen Kondensatorrohren abtropft und als Destillat in der Auffangwanne a' gesammelt wird. Da die Strömungsgeschwindigkeit der in den unteren Teil von G' eingespeisten Meerwasser-BaSO4-Suspension geringer ist als die Geschwindigkeit beim Durohströmen der Kondensator- und Enderhitzerrohre, wird sich ein Teil des suspendierten 38504 am Boden der Kammer bei 6' als Schlwmn absetzen. Dieses BaSO4 ist als Folge des Durchströmens der bebeizten Kondenastor- und Enderhitzerrohre mit CaS04 (mit oder ohne Kristallwasser) beladen. Wird der bei 6' abgelagerte Schlamm von Zeit su Zeit oder bei stärkerem Anfall kontinuierlich abgelassen, wozu beispielsweise das Abschlzmmventil 7 dient, so wird nicht nur BASF, sondern auch teilweise CaSO4 aus dem Meerwasserumlauf entfernt. Das Gleiche wiederholt sich in der Kammer G" an den Stellen 6" und 7" sowie auch in allen weiteren, unter atmosphärisohem Ueberdruck stehenden Kammern Gnc, ...., an denen entsprechende Abschlammleitungen 7u1, .*. vorgesehen sind.
• IV. Bei ihrer Wanderung durch die weiteren Verdampfungskammern der Entspannungsverdampfungsanlage wird die Meerwasser-3aS04-Suspension nach und nach abgekühlt und gleichzeitig stufenweise eingedickt, so daß man an den Punkten 5', 5, ... bereits von Meerwasser-Sole mit BaSO4-Zusatz sprechen kann. In den weiteren Kammern der Entsalzungsanlage, F", F', j', J" herrscht kein Uberdruck mehr, so daß eine Entschlammung durch einfaches Öffnen von Ventilen nicht mehr möglich ist. Sollten dort noch nennenswerte Schlamm-Mengen anfallen, so können beispielsweise geeignete schleusenartige Vorrichtungen angewendet werden.
• V. Aus der Kammer ;" wird ein Teil der umgewälzten, eingedickten bww. an Salzgehalt angereicherten Sole mit Hilfe der Pumpe K abgezogen und zusammen mit dem aus den Abschlammventilen 7', 7", 7'", ... abgelassenen Schlamm in den Zwischenbehälter L geleitet, in welchem mit hilfe des Rührwerks 3' wieder eine gleichmäßige Suspension aus Meerwasser-Sole und BaSO4 erzeugt wird sowie das am BaSO4 anhaftende GaSO4 wieder abgelöst wird, sofern dies nicht bereits auf dem Wege von 7', 7", 7"', *.. nach L geschehen ist. Aus der Entspannungsverdampfungskammer Jn, aus der ein Teil der Sole-Suspension mit Hilfe der Pumpe K abgezogen wurde wird die restliche Sole-Suspension von der Pumpe E abgesaugt und erneut in den Umlauf 5"" - 5 - 5' ... gebracht, zusammen mit der bei 4 neu eingespeisten Meerwasser-BaSO4-Suspension. Der am Anfang dieser Verfahrensbeschreibung geschilderte Vorgang (bei II beginnend) läuft also erneut und ständig wieder holt ab.
• VI. Die im Zwischenbehälter L gesammelte Suspension aus Meerwasser-Sole und BaS04, welches das anhaftende CaSO4 infolge der niedrigen Temperatur weitgehend wieder abgegeben hat, wird nun kontinuierlich von der Pumpe 8' in den Hydrozyklon M eingespeist, in welchem die Suspension in einen weitgehend BaS04-£reien Flüssigkeitsanteil (Oberlauf) und einen wenig Flüssigkeit enthaltenden Feststoffanteil (BaSO4, Unterlauf) aufgetrennt wird. Der Unterlauf wird über 9' in den Suspendiertank B eingespeist und dient zur Herstellung neuer BaS04-Suspension mit dem aus A frisch heranflleßenden Meerwasser. Der Oberlauf des Hydrozyklons M kann noch einen Teil 38504 Fracht mit sich führen und wird deshalb mit Hilfe der Pumpe 8" in einen weiten Hydrozyklon N eingespeist, der zur Erhöhung der Abtrennwirkung beispielsweise aus einer Serie parallel geschalteter Klein-Rydrozyklone bestehen kann. Mit seiner Hilfe wird das restliche BaSO4 aus der Meerwassersole abgetrennt und über die Leitung 9W dem Suapendiertank zugeführt, von wo aus das BaS04 seine Reise durch die Anlage erneut beginnt, wie es vom Anfang dieser Verfahrensbeschreibung an dargelegt worden ist.
• VII. Der Oberlauf des Zyklons N besteht nahezu vollständig nur noch aus Meerwasser-Sole. Er wird bei 10 ins Meer zurückgegeben. Das mit der Meerwasserentsalzungsanlage erzeugte salzfreie Wasser (Destillat) wird an der Stelle 11 mit einer Pumpe aus der Anlage abgezogen und steht nach einer eventuellen Nachbehandlung als Trinkwasser zur Verfügung. Zum Betrieb der Anlage wird bei 12 Prozeßdampf, beispielsweise mit einer Temperatur von 2000 C, in den Enderhitzer H eingespeist.
• Sein Kondensat fällt bei 13 an und wird dem Dampferzeuger wieder zugeführt.
• VIII. Zur Vervollständigung der Beschreibung des erfindungsgernäßen Verfahrens zur Meerwasserentsalzung muß darauf hingewiesen werden, daß der zweifache Abzug von CaS04 aus der anlage, nämlich einmal an den Stollen 7', 7", 7"', .. als BaSOr-CaSO4-Schlamm, und einmal im Verlauf des Soleabzugs aus der Kammer J" über die Pumpe , dazu führt, daß der Ca-Gehalt im uingewälzten Solestrom (Umwälzung über die Punkte #, 5"", 5, 5', 5", 5"', ...) immer weiter abnimmt, bis er nach einiger Zeit einen tationären Wert erreicht. Dieser Wert liegt nach entsprechenden Berechaungen beispielsweise bei 80 g des Anfangswerts, wenn an den Punkten 7', 7", 7"', ... insgesamt Jeweils ein Zehntel des vorbeiströmenden, wngewälzten Ca-Gehalts abgezogen wird. Der stationäre Endwert des Ca-Gehalts liegt beispielsweise bei 69 % des Anfangewerts, wenn an den Punkten 7', 7", 7", ..., insgesamt Jeweils zwei Zehntel des vorbeiströmenden, umgewälzten Ca-Gehalts abgezogen wird. Die Zeit, die bis zum Erreichen des betreffenden Endwerts verstreicht, hängt von den technischon Einzelheiten der Meerwasserentsalzungs-Anlage ab, liegt jedoch in der Größonordnung des Zehnfachen der durchschnittlichen Umlaufzeit eines Sole-Volumelements in der Anlage.
• IX. Die soeben beschriebene Wirkung des erfindungagemäßen Entsslzungsverfahrens, nämlich daß der Ca-Gehalt im Umwäizungsstrom abgesenkt ist, hat zur Konsequenz, daß - entweder ein größerer Sicherheitsabstand gegenüber den kritischen, zu CaSO4-JLblagerungen führenden Temperatur- und Konzentrationsbedingungen gewonnen wird, oder daß eine weitergehende Erhöhung der Soleendtemperatur oder der Eindickungsrate der betreffenden Anlage durchgeführt werden kann, wodurch ihr Wirknngsgrad beziehungsweise ihre Ausbeute an Destillat in Bezug auf die eingesetzte Energiemenge erneut angehoben wird.

Claims (11)

Patentan spräche

1. Verfahren zur Gewinnung von Trink- und Brauchwasser durch Destillation von Meerwasser unter gleichzeitiger Sulfatenthärtung durch Aufheizen bis zu einem übersättigten Zustand in Gegenwart von unlöslichen Sulfatsalzen, wobei dem zu enthärtenden Meerwasser ein bei allen Temperaturen, die bei thermischen Meerwasser-Entsalzungsprozessen vorkommen, unlösliches, als Unterlage für das Aufwachsen von Kalziumaulfat geeignetes Sulfatsalz in Porm einer Suspension zugesetzt wird da durch gekennzeichnet, daß die Destillation mit Entspannungsverdampfung und Solerückführung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß dem eingespeisten Meerwasser fein gemahlener Schwerspat (Baryt, BaSO4) zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerspatgehalt 10 g Je Liter Meerwasser oder Sole beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngroße 10 bis 150 pm betrigt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der fein gemahlene Schwerspat in Borm einer Suspension vorn eingespeisten Meerwasser und der zirkulierenden Sole in alle Teile der Entsalzungsanlage mitgeführt wird und in unmittelbarer Nähe von Heizflächen als Kristallisatlonskeim dient.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der als Suspension mitgeführte und zum Teil mit ankristallisiertem CaS04 beladene Schwerspat in mit langaamerer Strömungsgeschwindigkeit betriebenen Aulagenteilen auf dem Boden als Schlamm abgelagert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der sich am Boden der eraten, mit den höchsten Temperaturen und mit Überdruck betriebenen Entspannungsverdampfungskammern ablagernde BaSO4/CaSO4-Schlamm über Ventile in regelinäßigen Abständen oder kontinuierlich abgelassen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den mit atmosphärischem ueberdruck betriebenen Entspannungeverdampfungskammern abgelassene BaSO4/CaSO4-Schlamm von der aus den Uilteren Teilen der Anlage abgezogenenMeerwa'ssersole aufgenommen, mitgeführt und in einen mit Rührwerk versehenen Behälter transportiert wird, auf welchem Wege und in welchen Behälter sich das an BaSO4 gebundene Ca bzw. CaSO4 wieder auflöst.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gel,ennzeichnett daS der Inhalt des mit Rührwerk versehenen Behälters durch Hydrozyklone in einen flüssigen und einen überwiegend festen Anteil getrennt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die Hydrozyklone verlassende flüssige Anteil (Sole mit erhöhtem Ca-Gehalt) ins Meer zuruckgegeben wird, während der Schlammförmig bis feste Anteil (feinkörniges BaSO4 ohne anhaftendes CaSO4 ) in einem Behälter gesammelt, mit unverbrauchtem Meerwasser zu Suspension verarbeitet und als Einspeisestrom in den Verfahrenskreislauf erneut eingeleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeiohnet, daß das Ablassen von Schlamm und das Abziehen von Meerwsseersole zusammen bewirken, daß der Gehalt an Ca in der ugew ten Sole geringer ist,als es ihrem Eindicungsfaktor entspräche, 2.B. um den Faktor 0,8 geringer wenn 1/10 des in der Umwälzung befindlichen Ca durch Entschlanirnen abgeschieden werden, oder z.B. um den Faktor 0,69 geringer, wenn 2/10 des in der Umwälzung befindlichen Ca durch Entschlnmmen laufend abgeschieden werden.