DE3146326A1

DE3146326A1 - Anlage zur erzeugung von trinkwasser aus meerwasser

Info

Publication number: DE3146326A1
Application number: DE19813146326
Authority: DE
Inventors: Gerd Prof. 8542 Roth Brunner; Christian Dr.-Ing. 8520 Erlangen Koch; Konrad Dipl.-Ing. 8551 Röttenbach Künstle
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-11-23
Filing date: 1981-11-23
Publication date: 1983-06-09
Also published as: DE3146326C2; AU9076582A; MX159590A; AU550779B2; AR227843A1; EG15786A

Description

Anlage zum Erzeugen von Trinkwasser
aus Meerwasser Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Erzeugen von Trinkwasser aus Meerwasser mit einer Destillationseinrichtung, der eine Einrichtung zum Ausfällen von Kalziumkarbonat aus dem Meerwasser durch Zusetzen von Soda vorgeschaltet ist, welcher eine mit einem Kohlendioxidgenerator gekoppelte Einrichtung zum Erzeugen von Soda aus Natronlauge und Kohlendioxid zugeordnet ist, die mit einer an der Destillationseinrichtung angeschlossenen Elektrolyseeinrichtung zum Erzeugen der Natronlauge aus der Sole der Destillationseinrichtung gekoppelt ist.
Eine solche Anlage ist aus der US-PS 3 350 292#bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit dieser Anlage zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs erwähnte Anlage erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Dampfkraftwerk mit einer Dampfturbine und einem mit der Dampfturbine gekoppelten elektrischen Generator vorgesehen ist, an dem die Elektrolyseeinrichtung angeschlosssen ist, und daß die Destilliereinrichtung mit einem Erhitzer versehen ist, der der Dampfturbine als Kondensator nachgeschaltet ist.
Auf diese Weise wird die Abwärme des Dampfkraftwerkes, mit dem die elektrische Energie für die Elektrolyseeinrichtung erzeugt wird, auch noch zum Erhitzen des vorbehandelten Meerwassers in der Destilliereinrichtung ausgenutzt. Ferner wird die zwangsweise Kopplung zwischen dem für die Elektrolyseeinrichtung benötigten Angebot an elektrischem Strom aus dem Dampfkraftwerk und dem Bedarf an Trinkwasser aufgehoben.
Es ist günstig, wenn zwischen der Elektrolyseeinrichtung und der Einrichtung zum Erzeugen von Soda eine Zusatzeinrichtung zum Speichern von Natronlauge geschaltet ist.
Ferner ist es auch vorteilhaft, wenn zwischen den Einrichtungen zum Erzeugen von Soda und zum Ausfällen von Kalziumkarbonat eine Zusatzeinrichtung zum Speichern von Soda geschaltet ist.
Eine solche Zusatzeinrichtung zum Speichern von Natronlauge bzw. von Soda ermöglicht es, die Erzeugung von Trinkwasser zeitlich unabhängig vom Angebot des elektrischen Stromes aus dem Dampfkraftwerk zu gestalten, da die zur Erzeugung des Trinkwassers erforderliche Natronlauge bzw.
das aus dieser Natronlauge gewonnene Soda dann mit Hilfe der Elektrolyseeinrichtung auf Vorrat erzeugt werden kann, wenn das Dampfkraftwerk keinen anderen Bedarf an elektrischem Strom zu befriedigen hat und deshalb ein genügend großes Angebot an elektrischem Strom für die Elektrolyseeinrichtung besteht. Die angebotene elektrische Energie wird gewissermaßen in Form von Natronlauge oder Soda gespeichert. Diese gespeicherten Chemikalien können zur Erzeugung von Trinkwasser zum Einsatz kommen, sobald ein Trinkwasserbedarf vorhanden ist, und zwar auch dann, wenn das Dampfkraftwerk zur Zeit des Trinkwasserbedarfs keinen elektrischen Strom ftir die Elcktrolyeeinrichtung zur Verfügung stellen kann.
Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert: Die Zeichnung zeigt schematisch eine Anlage zum Erzeugen von Trinkwasser, die ein Entkarbonisierungsbecken 2 aufweist. In dieses Entkarbonisierungsbecken 2 wird Meerwasser über die Zuführleitung 2a eingeführt, nachdem es zuvor in einem nicht dargestellten Einlaufbecken grob gereinigt, feingesiebt und gechlort worden war. Zur Entkarhonisierung wird dem Meerwasser im Entkarbonisierungsbecken 2 über die Zuleitung 2b Salzsäure HCl zugeführt.
Aus dem Entkarbonisierungsbecken 2 wird das vorbehandelte Meerwasser über ein Zuleitungsrohr 3a in eine aus einem Fällbecken 3 bestehende Einrichtung zum Ausfällen von Kalziumkarbonat CaC03 eingeleitet. Dieses Fällbecken 3 kann 40 bis 50 m Durchmesser haben. Es ist über eine Zuführungsleitung 3b mit einer Zusatzeinrichtung zum Speichern von Soda Na2CO3 verbunden. Diese Zusatzcinrichtung 4 ist ihrerseits über eine Zuführleitung 4a mit einer Einrichtung 5 zum Erzeugen von Soda Na2C03 aus Natronlauge NaOH und Kohlendioxid C02 gekoppelt. Dber eine Zuleitung 5a steht diese Einrichtung 5 mit einer Zusatzeinrichtung 6 zum Speichern von Natronlauge NaOH in Verbindung. Uber eine Speiseleitung 6a ist diese Zusatzeinrichtung 6 an einer Elektrolyseeinrichtung 7 zum Erzeugen von Natronlauge NaOH durch Chloralkalielektrolyse angeschlossen.
Eine eine Pumpe enthaltende Abführleitung 3c für das im Fällbecken vorbereitete Meerwasser führt vom llbeckc 3 in die in Serie geschalteten Kühlrohre 9 der einzelnen Verdampfungsstufen 8 einer Destillationseinrichtung.
Am Austritt dieser Kühlrohre 9 ist ein Erhitzer 10, der sogenannte Enderhitzer der Destillationseinrichtung, angeschlossen, der vom Meerwasser in einer Rohrschlange durchströmt wird. Das aus dem Erhitzer 10 austretende erhitzte Meerwasser gelangt über eine Zuführleitung 10a in die in Serie geschalteten Verdampfungsstufen 8 der Destillationseinrichtung, in denen das erhitzte Meerewasser verdampft. An den Kühlrohren 9 kondensiert das verdampfte Wasser. Das Kondensat sammelt sich in den Auffangschalen 11, die sich in den einzelnen Verdampfungsstufen 8 befinden und miteinander in Serie geschaltet sind. Ober eine Austrittsleitung 12a sind diese in Serie geschalteten Auffangschalen 11 mit einer Aufhärtungseinrichtung 13 verbunden, aus der mittels einer Austrittsleitung 12b schließlich Trinkwasser entnommen werden kann.
Die Sumpfe 14 der Verdampfungsstufen 8 sind ebenfalls miteinander in Serie geschaltet. Ihre Austrittsleitung 15a ist einerseits über eine Pumpe an einer Einrichtung 15 zur Aufarbeitung von Kochsalz NaCl enthaltender Sole aus der Destillationseinrichtung angeschlossen, die ihrerseits überein Zuführungsleitung 7a mit der Elektrolyseeinrichtung 7 gekoppelt ist.
An der Austrittsleitung 15a für die Sole ist noch eine mit einer Pumpe versehene Rückführleitung 15b für Sole vorgesehen, die in eine Verbindungsrohrleitung zwischen den Kühlrohren 9 zweier unmittelbar in Serie geschalteter Verdampfungsstufen 8 mündet.
Der Erhitzer 10 ist zugleich der am Abdampfaustritt einer Dampfturbine 16 angeschlossene Kondensator, dessen Kondensatauslaß über eine Pumpe 17 und einen Speisewasservorwärmer 18 an einem Speisewasserbehälter 19 angeschlossen ist. Am Speisewasserbehälter 19 ist andererseits über eine Speisewasserpumpe 20 und einen Economiser 21 ein Durchlaufdampferzeuger 22 eines Dampfkraftwerkes angeschlossen, zu dem auch die Dampfturbine 16 gehört, deren Frischdampfanschluß über einen Uberhitzer 23 mit dem Frischdampfaustritt des Durchlaufdampferzeugers 22 verbunden ist. Die Welle der Dampfturbine 16 ist mit der Welle eines elektrischen Generators G gekoppelt, an den über einen Schalter 7b die Elektrolyseeinrichtung 7 anschli-eß- bar ist. Der Generator G ist ferner über eine elektrische Leitung 7c mit einem nicht dargestellten Vcrbrauchernetz verbunden.
Das Dampfkraftwerk und damit der Dampferzeuger 22 sind günstigerweise fossil d. h. beispielsweise mit Schweröl befeuert, so daß das Dampfkraftwerk zugleich Kohlendioxidgenerator für die Einrichtung 3 zum Erzeugen von Soda Na2CO3 ist. Dem Durchlaufdampferzeuger 22 ist dementsprechend eine Verbrennungsluftzuleitung 24 zugeordnet, die einen Kompressor 25 enthält. Einer Rauchgasableitung 26a des Durchlaufdampferzeugers 22 ist eine Reinigungseinrichtung 26 nachgeschaltet mit einer Austrittsleitung 5b, die an der Einrichtung 5 zum Erzeugen von Soda Na2CO3 angeschlossen ist und mit der reines Kohlendioxid C02 in die Einrichtung 5 geleitet werden kann. Ober eine Austrittsleitung 26b an der Reinigungseinrichtung 26 werden die Restgase N2, S02 etc. der der Reinigungseinrichtung 26 zugeführten Rauchgase verworfen.
Im Fällbecken 3 werden aus dem entkarbonisierten Meerwasser durch dosiertes Zugeben von Soda Na2CO3 aus der Zusatzeinrichtung 4 während einer Verweilzeit von 1 bis 2 Std. unter Rühren die Kalziumionen selektiv als Kalziumkarbonat CaC03 ausgefällt. Hierbei fällt auch ein kleiner Teil von Magnesiumionen in Form von Magnesiumkarbonat MgC03 mit aus. Das ausgefällte Kalziumkarbonat wird durch einen bodenseitigen Schlammabzug 3d aus dem Fällbecken 3 entfernt. Dieser Schlammabzug 3d ist mit einer Rückführleitung 3e in das Fällbecken 3 versehen, durch die zur Beschleunigung der Fällung eine geringe Menge Kalziumkarbonatschlamm zur Keimbildung in das Fällbecken 3 zurückgeführt werden kann.
Diß udt die Abführleitung 3c und die Kühlrohre 9 sowie dèfi Erhitzer 10 schließlich in die Vcrdam1ofungsst-ufen 8 aus dem Fällbecken 3 geführte, vorbereitete Meerwasser enthält nur noch etwa 50 mg Kalziumionen pro Liter. Deshalb können die Verdampfungsstufen 8 bei verhältnismäßig hohen Temperaturen betrieben werden, so daß eine hohe Eindickung des Meerwassers erzielt werden kann, ohne daß sich schädliche Ablagerungen in den Verdampfungsstufen 8 bilden. Es ist günstig, die Verdampfungsstufen 8 mit einer maximalen Soletemperatur von bis zu 2000C zu betreiben, so daß sich eine Eindickung des Meerwassers bis auf etwa das Sechsfache der Ausgangskonzentration seiner Salze und eine Prozeßdampfnutzung erzielt werden können, die einem Verhältnis von Produkttrinkwasser zu Prozeßdampf von 15 bis 25 entspricht.
Ein Anteil von 4/5 der über die Austrittsleitung 15a aus den Verdampfungsstufen 8 abgezogenen Sole wird über eine Leitung 15c und nicht dargestellte Wasserrückführbauwerke ins Meer zurückgeführt. Der Restanteil von 1/5 dieser abgezogenen Sole wird der Einrichtung 15 zur Aufarbeitung.
von Sole zugeführt, in der die in der Sole noch enthaltenen Magnesiumionen durch Kristallisation entfernt werden.
Dies ist besonders vorteilhaft, da die Sole hochkonzentriert ist.
Aus der über die Zuführungsleitung 7a zur Elektrolyseeinrichtung 7 geführten aufbereiteten Sole wird in dieser Elektrolyseeinrichtung 7 durch Chloralkalielektrolyse neben weiter verwertbarem Chlor Cl2 und Wasserstoff H2 eine etwa 15-eige Natronlauge erzeugt, die gegebenenfalls nach einer Eindickung auf 50 t NaOH in der Zusatzeinrichtung 6 gespeichert werden kann. Sie kann bei Bedarf über die Zuleitung 5a in die Einrichtung 5 eingelassen werden, in der sie mit Hilfe des aus der Austrittsleitung Sb austretenden Kohlendioxids CO in Soda Na2CO3 umgesetzt werden kann.
Es ist günstig, das die Energieversorgung der in der Zeichnung dargestellten Anlage besorgende Dampfkraftwerk so auszulegen, daß der Strom- und Dampfbedarf gerade voll gedeckt sind, wenn die Anlage ihre Nennleistung an Trinkwasser abgibt. In diesem Fall wird also kein Strom über die elektrische Leitung 7c bei geschlossenem Schalter 7b an das Netz abgegeben.
Die Elektrolyseeinrichtung 7 ist zweckmäßigerweise hinsichtlich ihrer Lieferleistung an Natronlauge berdmensioniert, d. h. auf etwa 120 bis 130 % des Bedarfs des Fällbeckens 3 an Fällchemikalien ausgelegt, so daß ständig Natronlauge NaOH zur Speicherung in der Einrichtung 6 abgegeben wird. Auch die Einrichtung 5 zum Erzeugen von Soda und die Reinigungseinrichtung 26 sind günstigerweise hinsichtlich ihrer Abgabeleistung für Soda bzw. CO2 entsprechend überdimensioniert. Für den all eines Spitzenbedarfs an elektrischer Energie im Netz, mit dem die Anlage über die Leitung 7c gekoppelt ist, steht unmittclbar die für die Elektrolyse in der Elektrolyseeinrichtung 7 benötigte elektrische Energie zur Verfügung, die bei einer Entsalzungsstraße von 22 500 m3 Trinkwasser pro Tag etwa 6 bis 10 MW beträgt.
Es ist günstig, wenn der Erhitzer 10 der erfindungsgemäßen Anlage am Abdampfaustritt der Dampfturbine 16 angeschlossen und damit Kondensator der Dampfturbine 16 ist, diese Dampfturbine 16 also im Gegendruck betrieben wird, da auf diese Weise der BrennstoffbedarS der Anlage nur 0,006 kR 3 schweres Heizöl pro m gewonnenes Trinkwasser beträgt.
Würde hingegen die Turbine 16 eine Kondensationsturbine mit Prozeßdampfentnahme für den Erhitzer 10 sein und das Verhältnis der Strom- zur Dampferzeugung des Kraftwerkes 0,6 NfW.s/kg betragen, würde sich ein spezifischer Brenn-3 stoffbedarf von 0,252 kg/m3 Trinkwasser ergeben, gleichzeitig würde aber auch Strom an das Netz über die elek- trische Leitung 7c abgegeben werden können.
Die erfindungsgemäße Anlage hat insbesondere den Vorteil, daß die Erzeugung von elektrischem Strom und Trinkwasser entkoppelt sind, d. h. nicht zwangsweise bestimmte Mengen beider Produkte gleichzeitig erzeugt werden müssen. Zum Betrieb der Anlage ist es nicht erforderlich, daß elektrischer Strom an das Netz abgegeben wird, jedoch kann bei Bedarf jederzeit kurzfristig elektrische Energie in das Netz eingespeist werden.
6 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1. Anlage zum Erzeugen von Trinkwasser aus Meerwasser mit einer Destillationseinrichtung, der eine Einrichtung zum Ausfällen von Kalziumkarbonat aus dem Meerwasser durch Zusetzen von Soda vorgeschaltet ist,welcher eine mit einem Kohlendioxidgenerator gekoppelte Einrichtung zum Erzeugen von Soda aus Natronlauge und Kohlendioxid zugeordnet ist, die mit an einer an der Destillationseinrichtung angeschlossenen Elektrolsyseeinrichtung zum Erzeugen der Natronlauge aus der Sole der Destillationseinrichtung gekoppelt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Dampfkraftwerk mit einer D#fturbin. (16) und einem mit der Dampfturbine (16) gekoppelten Generator (6) vorgesehen ist, an dem die Elektrolyseeinrichtung (7) angeschlossen ist, und daß die Destilliereinrichtung (8) mit einem Erhitzer (10) versehen ist, der an der Dampfturbine (16) als Kondensator angeschlossen ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen der Elektrolyseeinrichtung (7) und der Einrichtung (5) zum Erzeugen von Soda eine Zusatzeinrichtung (6) zum Speichern von Natronlauge geschaltet ist.
3. Anlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den Einrichtungen (5) und (3) zum Erzeugen von Soda und zum Ausfällen von Kalziumkarbonat eine Zusatzeinrichtung (4) zum Speichern von Soda geschaltet ist.
4. Anlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Dampfkraftwerk fossil befeuert ist und der Kohlendioxidgenerator für die Fi.nrichtung (5) zum Erzeugen von Soda ist.
5. Anlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Elektrolyseeinrichtung hinsichtlich ihrer Lieferleistüng an Natronlauge überdimensioniert ist.
6. Anlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h.n e t , daß der Erhitzer (10) am Abdampfaustritt der Dampfturbine (16) angeschlossen ist.