DE3146326C2

DE3146326C2 - Anlage zur Erzeugung von Trinkwasser aus Meerwasser

Info

Publication number: DE3146326C2
Application number: DE3146326A
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: 1983-11-10
Also published as: AU9076582A; MX159590A; DE3146326A1; AU550779B2; AR227843A1; EG15786A

Abstract

In einer Anlage zum Erzeugen von Trinkwasser aus Meerwasser mit einer Destillationseinrichtung (8), der eine Einrichtung (3) zum Ausfällen von Kalziumkarbonat aus dem Meerwasser durch Zusetzen von Soda vorgeschaltet ist, welcher eine mit einem Kohlendioxidgenerator gekoppelte Einrichtung (5) zum Erzeugen von Soda aus Natronlauge und Kohlendi oxid zugeordnet ist, die mit an einer an der Destillationseinrichtung (8) angeschlossenen Elektrolyseeinrichtung (7) zum Erzeugen der Natronlauge aus der Sole der Destillationseinrichtung gekoppelt ist, ist zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit ein Dampfkraftwerk mit einer Dampfturbine (16) und einem mit der Dampfturbine (16) gekoppelten Generator (G) vorgesehen, an dem die Elektrolyseeinrichtung (7) angeschlossen ist; die Destilliereinrichtung (8) ist mit einem Erhitzer (10) versehen, der an der Dampfturbine (16) als Kondensator angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Trinkwassergewinnung und ist bei einer Anlage anzuwenden, bei der die Umwandlung von Meerwasser in Trinkwasser unter Einsatz von Dampf und elektrischer Energie eines der Meerwasseraufbereitungsanlage benachbarten Kraftwerkes erfolgt.

Bsi der Erzeugung von Trinkwasser aus Meerwasser werden dem Meerwasser vor dem Entsalzungsprozeß durch Einsatz von Soda und Natronlauge bestimmte Stoffe entzogen, um der Kesselsteinbildung im Verdampfer der Entsalzungsanlage vorzubeugen. Dies ermöglicht hohe Verdampfungstemperaturen und damit eine hohe Eindickung des Meerwassers. Allerdings werden für die Herstellung der Natronlauge durch einen Elektrolyseprozeß große Mengen elektrischer Energie benötigt, die ebenso wie der Dampf für die Destillationsanlage von einem benachbarten Kraftwerk zur Verfugung gestellt werden (DE-OS 26 53 649).

Bei einer bekannten Anlage zur Erzeugung von Trinkwasser aus Meerwasser ist die Elektrolyseeinrichtung an die DestiHationseinrichtung angeschlossen und erzeugt aus der Sole des Destillationsprozesses die Natronlauge. Der DestiHationseinrichtung ist andererseits ein Fällbecken vorgeschaltet, in dem aus dem Meerwasser durch Zusetzen von Soda Kalziumkarbonat ausgefällt wird. Das hierfür benötigte Soda wird in einer Einrichtung erzeugt, der die im Elektrolyseprozeß gewonnene Natronlauge sowie Kohlendioxid zugeführt werden, wobei das Kohlendioxid in einem Verbrennungsprozeß gewonnen wird (US-PS 33 50 292).

Bei einer anderen bekannten Anlage dieser Art wird die für die Trinkwassergewinnung und für die zugeordneten chemischen und physikalischen Prozesse benötigte Energie in Form von elektrischem Strom und Oampf in einem Kraftwerk erzeugt, bei dem eine Gasturbine mit einem Generator gekoppelt ist und bei dem mit dem Wärmeinhalt der Abgase der Gasturbine ein Dampferzeuger gespeist wird. Das Kraftwerk erzeugt auch elektrischen Strom, der anderen Abnehmern zur Verfügung steht. Hier kann es aber zu Engpässen bei der Bedarfsdeckung kommen (US-PS 31 47 072).
Ausgehend von einer Anlage mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 (US-PS 31 47 072) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Anlage so auszugestalten, daß die Erzeugung von Trinkwasser nicht starr gekoppelt ist mit dem Angebot von elektrischer Energie aus dem Kraftwerk.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß zwischen der Elektrolyseeinrichtung und der Sodaerzeugungseinrichtung eine Zusatzeinrichtung zum Speichern von Natronlauge geschaltet ist und/oder daß zwischen der Sodaerzeugungseinrichtung und dem Fällbecken eine Zusatzeinrichtung zum Speichern von Soda angeordnet ist.

Mit einer derartig ausgestalteten Anlage ist es möglich, bei der Erzeugung von Trinkwasser die bisherige starre Abhängigkeit vom Angebot an elektrischem Strom aus dem Kraftwerk aufzuheben. Die zur Erzeugung des Trinkwassers erforderliche Natronlauge und das aus dieser Natronlauge gewonnene Soda können nämlich bei entsprechender Dimensionierung der Elektrolyseeinrichtung zu Zeiten auf Vorrat erzeugt werden, in denen das Dampfkraftwerk keinen anderen Bedarf an elektrischem Strom zu befriedigen hat und deshalb ein genügend großes Angebot an elektrischem Strom für die Elektrolyseeinrichtung zur Verfügung steht oder in deneu die Meerwasserentsalzungsanlage

:o hinsichtlich der erzeugten Trinkwassermenge nicht mit Vollast arbeitet. Die angebotene elektrische Energie wird dann gewissermaßen in Form von Natronlauge und/oder Soda gespeichert. Diese gespeicherten Chemikalien kommen zur Erzeugung von Trinkwasser zum Einsatz, sobald ein Trinkwasserbedarf vorhanden ist, und zwar auch dann, wenn das Dampfkraftwerk zur Zeit des Trinkwasserbedarfs keinen elektrischen Strom für die Elektrolyseeinrichtung zur Verfügung stellen kann.

Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Anlage empfiehlt es sich, die Turbine des Kraftwerkes als Dampfturbine auszubilden, deren Abdampf einem Kondensator zugeführt wird, der zugleich den Erhitzer für die Verdampfungsstufen der DestiHationseinrichtung bildet. Auf diese Weise ist eine konsequente Nutzung des Abdampfes der Turbine gegeben. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Erhitzer am Abdampfaustritt der Dampfturbine angeschlossen ist. In diesem Fall arbeitet die Dampfturbine nach dem

Gegendruckprinzip.

Ein Ausführungsbeispie! der Erfindung ist in der Figur dargestellt.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine Anlage zum Erzeugen von Trinkwasser, die ein Entkarbonisierungsbecken 2 aufweist. In dieses Entkarbonisierungsbecken 2 wird Meerwasser über die Zuführleitung la eingeführt nachdem es zuvor in einem nicht dargestellten Einlaufbecken %x~b gereinigt, feingesiebt und gechlort worden war. Zur Entkarbonisierung wird dem Meerwasser im Entkarbonisierungsbecken 2 über die Zuleitung 26 Salzsäure zugeführt

Aus dem Entkarbonisierungsbecken 2 wird das vorbehandelte Meenvasser über ein Zuleitungsrohr 3a in eine aus einem Fällbecken 3 bestehende Einrichtung zum Ausfällen von Kalziumkarbonat eingeleitet. Dieses Fällbecken 3 kann 40 bis 50 m Durchmesser haben. Es ist über eine Zuführungsleitung 36 mit einer Zusatzeinrichtung zum Speichern von Soda verbunden. Diese Zusatzeinrichtung 4 ist ihrerseits über eine Zuführleilung 4s mit einer Einrichtung 5 zum Erzeugen von Soda aus Natronlauge und Kohlendioxid gekoppC'.L Über eine Zuleitung 5s steht diese Einrichtung 5 mit einer Zusatzeinrichtung 6 zum Speichern von Natronlauge in Verbindung. Über eine Speiseleitung 6a ist diese 2^r> Zusatzeinrichtung 6 an einer Elektrolyseeinrichtung 7 zum Erzeugen von Natronlauge durch Chloralkalielektrolyse angeschlossen.

Eine eine Pumpe enthaltende Abführleitung 3c für das im Fällbecken 3 vorbereitete Meerwasser führt vom Fällbecken 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, r> 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 d .r Destillationseinrichtung, in denen das -to erhitzte Meerwasser 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. Über eine Austrittsleitung ·*ϊ 12a sind diese in Serie geschalteten Auffangschalen 11 mit einer Aufhärtungseinrichtung 13 verbunden, aus der mittels einer Austrittsleitung 126 schließlich Trinkv/asser entnommen werden kann.

Die Sümpfe 14 der Vjrdampfungsstufen 8 sind ">" ebenfalls miteinander in Serie geschaltet. Ihre Austrittsleitung 15s Lt einerseits über eine Pumpe an einer Einrichtung 15 zur Aufarbeitung von Kochsalz enthaltender Sole aus der Destillationseinrichtung angeschlossen, die ihrerseits über eine Zuführungsleitung Ta mit der Elektrolysceinrichtung 7 gekoppelt ist.

An der Austrittsleitung 15a für die Sole ist noch eine mit einer Pumpe versehene Rückführleitung 156 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 Speisewasserbehalter 19 angeschlossen ist. Am Speisewasserbehälter 19 ist andererseits über eine fpeisewasserpumpe 20 und einen Economiser 21 ein Durchlaufdampferzeuger 22 eines Dampfkraftwerkes angeschlossen, zu dem auch die Dampfturbine 16 gehört, deren Frischdampfanschluß über einen Überhitzer 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 76 die Elektrolyseeinrichtung 7 anschließbar ist. Der Generator C ist ferner über eine elektrische Leitung 7c mit einem nicht dargestellten Verbrauchernetz verbunden.

Das Dampfkraftwerk und damit der Dampferzeuger 22 sind günstigerweise fossil d.h. beispielsweise mit Schweröl befeuert so daß das Dampfkraftwerk zugleich Kohlendioxiderzeuger für das Fällbecken 3 zum Erzeugen von Soda ist. Dem Durchlaufdampferzeuger 22 ist dementsprechend eine Verbrennungsluftzuleitung 24 zugeordnet die einen Kompressor 25 enthält Einer Rauchgasableitung 26a des Du.-chlaufdampferzeugers 22 ist eine Reinigungseinrichtung 26 nachgeschaltet mit einer Austrittsleitung 56, die an der F'arichtung 5 zum Erzeugen von Soda angeschlossen ist und Tiit der reines Kohlendioxid in die Einrichtung 5 geleitet werden kann. Über eine Austrittsleitung 266 an der Reinigungseinrichtung 26 werden die Restgase N2, SO2 etc. der der Reinigungseinrichtung 26 zugeführten Rauchgase verworfen.

Im Fällbecken 3 werden aus dem entkarbonisierten Meerwasser durch dosiertes Zugeben von Soda aus der Zusatzeinrichtung 4 während einer Verwcilzeit von 1 bis 2 Std. unter Rühren die Kalziumionen selektiv als Kalziumkarbonat ausgefällt. Hierbei fällt auch ein kleiner Teil von Magnesiumionen in Form von Magnesiumkarbonat 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 Kalziamka/bonatschlamm zur Keimbildung in das Fällbecken 3 zurückgeführt werden kann.

Da; über die Abführleitung 3c und die Kühlrohre 9 sowie den Erhitzer 10 schließlich in die Verdampfungsstufen 8 aus dem Fällbecken 3 geführte, vorbereitete Meerwasser enthält nur noch etwa 50 mg Kalziumionen pro Liter. Deshalb können die Verdampfungsstulen 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 enva das Sechsfache der Ausgangskonzentration seiner Salze und eine Prozeßdampfnutzung erzielt werden können, die ei; em Verhältnis von Proonkttrinkwasser zu Prozeßdampf von 15 bis 25 entspricht.

Ein Anteil von ⁴A der über die Austrittsleitung 15a aus den Verdampfungsf tufen 8 abgezogenen Sole wird über eine Leitung 15cund r.icht dargestellte Wasserrückführbauwerke ins Meer zurückgeführt. Der Restanteil von '/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 Elektrolvseeinrichtune 7 durch eine Chlomlkali-

elektrolyse neben weiter verwertbarem Chlor und Wasserstoff eine etwa I5%ige Natronlauge erzeugt, die gegebenenfalls nach einer Eindickung auf 50% NaOH in der Zusatzeinrichtung 6 gespeichert werden kann. Sie kann bei Bedarf über die Zuleitung 5<i in die Einrichtung

5 eingelassen werden, in der sie mit Hilfe des aus der Austrittsleitung 5b austretenden Kohlendioxids in Soda umgesetzt werden wird.

Die Elektrolyseeinrichtung 7 ist zweckmäßigerweise hinsichtlich ihrer Lieferleisiung sn Natronlauge überdimensioniert, d. h. auf etwa 120 bis I 30% des Bedarfs des Fällbeckens 3 an Rillchemikalien ausgelegt, so daß ständig Natronlauge zur Speicherung in der Einrichtung

6 abgegebeil wird. Auch die Einrichtung 5 /um Erzeugen von Soda und die Reinigungseinrichtung 26 sind günsligerweise hinsichtlich ihrer Abgabeleistung für Soda bzw. Kohlendioxid entsprechend überdimensioniert. Für den Rill eines Spitzenbedarfs an elektrischer Energie im Netz, mit dem die Anlage über die Leitung 7c gekoppelt ist, steht unmittelbar die für die Elektrolyse in der Elektrolyseeinrichtung 7 benötigte elektrische Energie zur Verfugung, die bei einer Erzeugung von 22 500 m¹ 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 Brennstoffbedarf der Anlage nur 0.00b kg 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 MW · s/kg betragen, würde "sich ein spezifischer Brennstoffbedarf von 0,252 kg/m¹ Trinkwasser ergeben, gleich/eilig würde aber auch Strom .in das Netz über die elektrische Leitung 7t· 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 Net/ abgegeben wird, jedoch kann bei Bedarf jederzeit kurzfristig elektrische Energie in das Netz eingespeist werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anlage zum Erzeugen von Trinkwasser aus Meerwasser,

bei der einer Destillationseinrichtung ein Fällfaecken zum Ausfällen von Kalziumkarbonat aus dem Meerwasser durch Zusetzen von Soda vorgeschaltet ist,

bei der dem Fällbecken eine mit einem Kohlendioxidgenerator gekoppelte Einrichtung zum Erzeugen von Soda aus Natronlauge und Kohlendioxid zugeordnet ist, die ihrerseits mit einer an der Destillationseinrichtung angeschlossenen Elektrolyseeinrichtung zum Erzeugen der Natronlauge aus der Sole der Destillationseinrichtung gekoppelt ist,
und bei der zur Versorgung der Anlagenteile mit elektrischem Strom und mit Dampf ein mit einer Turbine und einem damit gekoppelten Generator ausgerüstetes Kraftwerk vorgesehen ist, an dfissen Generator iiie Elektrolyseeinrichtung angeschlossen ist und dessen Dampferzeuger mit der Destillationseinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen der Elektrolyseeinrichtung (7) und der Sodaerzeugungseinrichtung (S) eine Zusatzeinrichtung (6) zum Speichern von Natronlauge geschaltet ist

und/oder daß zwischen der Sodaerzeugungseinrichtung (5) und dem Fällbecken (3) eine Zusatzeinrichtung (4) zum Speichern von Soda angeordnet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine des Kraftwerkes als Dampfturbine (16) ausgebildet ist, de/en Abdampf einem Kondensator (10) zugeführt wird, der zugleich den Erhitzer für die Verdampfung^- tufen der Destillationseinrichtung (8) bildet.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzer (10) am Abdampfaustritt der Dampfturbine (16) angeschlossen ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgasableitung (26a) des fossil befeuerten Kraftwerkes zur Lieferung von Kohlendioxid (CO2) über eine Reinigungseinrichtung (26) mit der Sodaerzeugungseinrichtung (5) verbunden ist.