DE3132868A1

DE3132868A1 - "verfahren zur kontinuierlichen meerwasserentsalzung"

Info

Publication number: DE3132868A1
Application number: DE19813132868
Authority: DE
Inventors: Gerhard 6246 Glashütten Oelert
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1981-08-20
Filing date: 1981-08-20
Publication date: 1983-03-03
Also published as: WO1983000683A1; JPS58501312A; EP0086216A1

Description

Verfahren zur kontinuierlichen Moerwasserentsalzung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Mecr-Wasserentsalzung im lag- und Nachtbetrieb, bei dem das Meerwasser unter Ausnutzung von Sonnenenergie zwecks Ciewinnung von Süßwasser aufkonzentriert wird.
Die Nutzung von Sonnenenergie zur Salzgewinnung in offenen flachen Sonnenteichen ist bekannt. Es wurden auch Verfahren zur solaren Entsalzung von Meerwasser für die Produktion von Trinkwasser entwickelt und erprobt. Hierfür werden im allgemeinen transparent abgedeckte Sonnenteiche oder auch Solarkollektoren in Verbindung mit Entspannungsverdampfern eingesetzt, wobei gleitllzeitig auch Salz als Nebenprodukt gewonnen werden kann. In solchen Algen wird frisches Meerwasser den Entspannungsverdwnjfern zugeführt, wo es im gegenstrom durch Brüden vorgewärmt wird. Die Brüden kondensieren sich zu Trinkwasser, das die Anlage verläßt. Das vorgewärmte Meerwasser wird in einem Wärmetauscher des Solarkreislaufs aufgeheizt und in die Entspannungsverdampfer zurückgeführt. Die danach verbleibende Sole kann ins Wasser geleitet oder zur Salzproduktion herangezogen werden. Bei allen bekannten solartechnischen Verfahren stellt die für einen kontinuierlichen Betrieb erforderliche Energiespeicherung ein erhebliches Problem in betriebswirtschaftlicher und technischer Hinsicht dar. war können Sonnenteiche selbst als Wärmespeicher fungieren, doch führt ihr ungünstiges Volumen/Oberflächen-Verhältnis zu hohen Wärmeverlusten. Isolierte Behälter als Warmwasserspeicher lassen im wesentlichen wegen der hohen Investitionskosten keinen wirtschaftlichen Betrieb solarer Meerwasserentsalzungsanlagen zu. Auch hierbei sind Wärmeverluste unvermeidbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem ein kontinuierlicher Betrieb unter Vermeidung der Nachteile bekannter Methoden möglich ist.
Es hat sich gezeigt, daß, sich diese Aufgabe mit einem Verahren der eingangs genannten Art lösen läßt, wenn in Zeiten genügender Sonneneinstrahlung ein chemischer Wärmespeicher, aufgeladen undin Zeiten ungenügender oder fehlender Sonneneinstrahlung dieser unter Verwendung einer externen Wärmequelle wieder entladen wird und wenn die bei der Ladung bzw. Entladung des chemischen Wärmespeichers freiwerdende Wärme zur Aufkonzentrierung des Meerwassers herangezogen wird. Die vorteilhaften Auführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 erläutert.
Erfindungsgemäß wird als chemischer Wärmespeicher eine kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitende Sorptionswärmepumpe, vorzugsweise Absorptionswärmepumpe, verwendet. Als externe Wärmequelle kann Meerwasser dienen. Die Aufkonzentrierung des Meerwassers erfolgt in einer Entspannungsverdaiiipfungsanlage.
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß durch Verwendung von Sorptionswärmepumpen in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Bauweise die Speicherung von chemischer Energie mit hoher Energiedichte und ohne wesentliche Energieverluste möglich ist, so daß die Sonnenenergie für den Nachtbetrieb und. für Bewölkungsperioden bereitgestellt werden kann. Dies geschieht über die endotherme Desorption der chemischen Substanzen bei Verfügbarkeit von Sonnenenergie, deren getrennte Lagerung und exotherme Absorption nach Bedarf. Der thermodynamische Kreisprozeß der Sorptionswärmepumpe läßt sich in verfahrenstechnsich vorteilhafter Weise mit dem solarbeheizten Entsalzungsprozeß koppeln. Dabei wird die Solarenergie für die Desorption verwendet und die von der Wärmepumpe abzuführende Kondensatbnswärme unterhält den Entsalzungsprozeß, der bei fehlendem Solarenergieangebot mit der durch dosierte Zusammenführung der Arbeitsstoffe freiwerdenden Absorptionswärme versorgt wird. Bei gleicher Tages-Entsalzungsleistung läßt sich dadurch im Vergleich zu herkömmlichen Systemen die zu installierende Systemgröße der Solaranlage, der Entspannungsverdampfungsanlage und der Transportleitungen vom/zum Meer wesentlich verkleinern. Ferner wird die Installation wesentlich besser ausgenutzt. Die für die Wärmepumpen/Wärmespeicher-Entladung erforderliche Beheizung des Wärmepumpenverdampfers auf niedrigem Temperaturniveau kann mit Meerwasser, Umgebungsluft und/oder der noch warmen Abfallsole vorgenommen werden. Der somit genutzte Wärmepumpeneffekt erlaubt die Bereitstellung von wesentlich mehr als der über das Solarsystem bezogenen Wärme für den Entsalzungsprozeß.
Damit wird, wie oben erläutert, eine weitere Größenreduzierung der Anlage erzielt. Die anlagentechnische Verknüpfung der Wärmespeicher/Wärmepumpen-Anlage mit den Subsystemen Solarkreislauf und Entspannungsverdampfungsanlage ist dabei unkompliziert, da die meisten Komponenten sowohl im Tag- als auch im Nachtbetrieb genutzt werden können.
Die Erfindung wird anhand beiliegender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Vereinfachung Figur 1 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Entsalzungsanlage im Tagbetrieb und Figur 2 die in Figur 1 gezeigte Anlage im Nachtbetrieb.
Die bei dem Tag- bzw. Nachbetrieb beteiligten Anlagenkomponenten und Anlagen sind in den Figuren mit dickeren Linien gezeichnet. Der verwendete chemische Wärmespeicher ist der Einfachheit halber eine diskontinuierliche Sorptionswärmepumpe mit einer Feststoff/Gas-Reaktion.
Die Wärmepumpe besteht aus einem Desorber/Absorber 1, dem Kondensator/Verdampfe r 2 und ihrer absperrbaren Verb indungsleitung 3. Im Tagbetrieb gemäß Figur 1 wird über den Solarkollektor-Kreislauf 4 der Desorber/Absorber 1 beheizt. Hierzu ist das Ventil 5 geschlossen, Ventil 6 geöffnet. Die desorbierte Substanz strömt bei geöffnetem Ventil 3 in den Kondensator/Verdampfer 2, wo sie durch Kondensation das vorgeheizte Meerwasser 7 für die Entsalzung aufheizt. Dabei sind die Ventile 8 und 9 geschlossen, während Ventile 10 und 11 geöffnet sind. Nach Passieren des Kondensator/Verdampfers 2 wird das aufgeheizte Meerwasser 7 der L:ntsparnWgsverdampfuflgs anlage 12 zugeführt, indem Ventil 13 offen und Ventil 14 geschlossen ist. Nach der mehrstufigen Eindampfung werden Trinkwasser 15 und Restsole 16 aus der Anlage abgezogen. Je nach Anwendung derartiger Anlagen kann nach dem Desorptionsvorgang das Ventil 3 geschlossen werden, wodurch sich die bei der Reaktionsumkehr freiwerdende Absorptionswärme verlustlos speichern läßt, indem die Reaktionspartner getrennt gelagert werden.
Im Nachtbetrieb gemäß Figur 2 wird durch Reaktionsumkehr nunmehr gespeicherte Absorptionswärme für die Entsalzung verfügbar gemacht. Dazu muß dem Kondensator/Verdampfer 2 der Sorptionswärmepumpe Wärme zur Verdampfung der flüchtigen Komponente zugeführt werden. Diese Wärme kann einem Nebenstrom an Meerwasser über Ventil 8, der Umgebungsluft und/oder der abzuführenden Restsole 16 entnommen werden. Im dargestellten System wird hierzu Meerwasser gewählt, welches nach Passieren des Kondensator/Verdampfers 2 über Ventil 14, bei geschlossenem Ventil 13, abgeführt wird. Hierbei ist auch Ventil 11 geschlossen.
Die flüchtige Komponente strömt dann aus dem Kondensator/Verdampfer 2 über Ventil 3 zur Absorption in den Desorber/Absorber 1. Die hierbei freiwerdende Absorptionswärme wird bei geschlossenem Ventil 6 über das Kreislaufventil 5 und Wärmetauscher 17 und Desorber/Absorber 1 dem vorgewärmten Meerwasser übertragen, das über die Ventile 10 und 9 zum Wärmetauscher 17 und anschließend zurück zur Entspannungsver dampfungsanlage 12 strömt. Wie beim Tagbetrieb werden von dort Trinkwasser 15 und Restsole 16 abgezogen.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur kontinuierlichen Meerwasserentsalzung im Tag- und Nachtbetrieb, bei dem das Meerwasser unter Ausnutzung von Sonnenenergie zwecks Gewinnung von Süßwasser aufkonzentriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Zeiten genügender Sonneneinstrahlung ein chemischer Wärmespeicher aufgeladen und in Zeiten ungenügender oder fehlender Sonneneinstrahlung dieser unter Verwendung einer externen Niedertemperatur-Wärmequelle wieder entladen wird und daß die bei der Ladung bzw. Entladung des chemischen Wärmespeichers freiwerdende Wärme zur Aufkonzentrierung des Meerwassers herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als externe Niedertemperatur-Wärmequelle Meerwasser verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als chemischer Wärmespeicher eine diskontinuierlich arbeitende Sorptionswärmepumpe, vorzugsweise eine Absorptionswärmepumpe, verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufkonzentrierung des eerwassers in einer Entspannungsverdampfungsanlage durchgeführt wird.