DE3233524C2

DE3233524C2 - Verfahren zur Erzeugung von Trinkwasser aus Meerwasser

Info

Publication number: DE3233524C2
Application number: DE3233524A
Authority: DE
Inventors: Gerd Prof. 8542 Roth Brunner; Gerhard 8521 Rathsberg Donath; Konrad Dipl.-Ing. 8551 Röttenbach Künstle
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-09-07
Filing date: 1982-09-07
Publication date: 1985-07-04
Also published as: EG15980A; DE3233524A1

Abstract

Die Umwandlung von Meerwasser in Trinkwasser erfolgt in funktionaler Verknüpfung mit einem Kraftwerk (KW), das elektrischen Strom (EE) und Dampf (D) sowie ggf. Kohlendi oxyd zum Betrieb der Entsalzungsanlage liefert. Dem Meerwasser werden im Zuge der Aufbereitung Sulfationen entzogen. Die hierzu eingesetzten Ionentauscher (IOT) werden mittels einer Kochsalzlösung regeneriert, wobei das Kochsalz aus der Sole (S) gewonnen wird.

Description

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

Das Vorhandensein von Wasser ist für die physische und die seelisch-geistige Existenz des Menschen sowie für das Leben der Tiere und Pflanzen eine Grundvoraussetzung. Der an vielen Orten dieser Erde Vorhände nc Mangel ;in trinkbarem W.isser kann aber durch gc ziehen |-ins:il/ lcihnisilier I hlfsiuiliel in gewissen Grenzen behoben werden. Su isi es von aller·, her üblich, durch den Bau von Brunnen unterirdische Wasseradern anzuzapfen (»Bibel«, lohannes. Kap. 4). In neuerer Zeit hat man auch Wege gefunden, an sich ungenießbares, an der Erdoberfläche vorhandenes Wasser in trinkbares Wasser umzuwandeln. Beispielsweise wird aus stark salzhaltigem Meerwasser durch eine chemische und physikalische Behandlung Trinkwasser erzeugt.

Bei einer bekannten Anlage zur Erzeugung von Trinkwaser aus Meerwasser werden dem Meerwasser vor dem Entsalzungsprozeß durch Einsatz von Soda und Natriumlauge Kalzium- und Magnesiumionen entzogen. Damit wird der Kesselsteinbildung im Verdampfer der Entsalzungsanlage vorgebeugt, so daß hohe Verdampfungstemperaturen und damit eine hohe Eindikkung des Meerwassers möglich sind. 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 Verfügung gestellt werden. Auch fallen große Mengen Chlor als Koppelprodukt der Elektrolyse sowie andere Rohstoffe an (DE-OS 26 53 649).

Hei einer anderen bekannten Anlage /ur Aufherei lung von Meerwasser zu Trinkwasser weulcn dem

id Meerwasser Kalzium und Magnesium mit Hilfe eines loneiilauschers entzogen, der mil einer in der Anlage gewonnenen Kochsalzlösung regcnerierl wird (US-PS 33 50 242). Neben dem ständigen Verbrauch von Soda und Mineralsäure werden mit diesem Verführen auch Rohstoffe wie Chlor, Kochsalz. Brom und Magnesiumoxyd erzeugt.

Bei einer weiterhin bekannten Anlage zur Entsalzung von Meerwasser werden durch einen Bariurn-Kreislauf Sulfationen entfernt (US-PS 35 25 675). Ein Barium-Kreislauf ist jedoch bei der Erzeugung von Trinkwasser nicht praktikabel, da die wasserlöslichen Bariumverbindungen toxisch sind und sich nicht mit Sicherheit völlig entfernen lassen.
Zur Regenerationen von Ionentauschern und damit zur Nachlieferung der bei der Beladung der Ionentauscher zunächst verbrauchten Wassersfoffionen (H+ -Ionen) ist es an sich bokannt. schwache Säuren zu verwenden. Dies kann beispielsweise durch eine Begasung mil Kohlendiuxyd erreicht werden (DC AS 27 14 297).

Ausgehend vi?n einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs I (DE-OS 2b 53 b49) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Vetiah rensiibluiif so zu gestalten, daß bei hoher Ausbeute von Trinkwasser und rationellem Encrgiecinsatz möglichst

π wenig umweltbelastendc Chemikalien zur Aufbereitung des Meerwassers erforderlich sind.

Zur Losung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß dem Meerwasser im Zuge der Aufbereitung mit Hilfe eines lonentaus hers die Sulfationen entzogen werden, wobei zur Regenerierung des lonentauschers einerseits eine Kochsalzlösung verwendet wird, die durch Eindampfung und anschließende Kristallisation von eingedickter Sole und durch Auflösung des dadurch erhaltenen Kochsalzes in Teilen des Destillates gewonnen wird, und andererseits dem Ionentauscher in an sich bekannter Weise H + -Ionen zugeführt werden.

Bei einem derart ausgestalteten Verfahren sind aufgrund der Ausschaltung der Sulfationen hohe Temperaturen v>>n bis zu 200°C" im Verdampfer der Destilla-

w tions.inliipe und ihimil eine Ii Iu- Hindii-kimn der Solisowie eine gunslige Ausnutzung der im Pm/cßiliiiiipf Jes Kraftwerkes enthaltenen Energie inugliih. Zweckmäßig sind dübel Kraftwerk und Dcslillationsuiilage so gekoppelt, daß der Verdampfer der Dcslillationsanlagc als Kondensator fiir d;is Kraftwerk (Gcgcndruckkon zcpt) wirkt, daß also die Dcstillationsanlage mn dem Abdampf der Turbine des Kraftwerkes gespeist wird. Durch die Gewinnung von Kcchsalz aus der stark eingedickten Sole und durch die Aufbereitung des Kochsalzes zu einer etwa 20prozentigen reinen Kochsalzlösung unter Verwendung des Destillates steht für die Regenerierung des Ionentauscher eine im Meerwasser selbst vorhandene Substanz zur Verfugung, so daß der Zusatz externer Stoffe wie organischer Chemikalien und mineralischer Säure bei der Aufbereitung des Meerwassers entfällt.

Das Zusammenwirken von Kraftwerk und Entsalzungsanlage kann dadurch noch weiter verstärkt wer-

den, daß der Ionentauscher zur notwendigen Zuführung der H+ -Ionen im Zuge seiner Regenerierung mit Kohlendioxyd begast wird, das dem Rauchgas des Kraftwerkes entnommen ist

Das neue Verfahren wird nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Verfahrenschemas näher erläutert

Nach der Entnahme von Meerwasser über entsprechende Einiaufh cuwerke wird das Meerwasser MW einer üblichen Vorbehandlung RG durch Grobreinigung, Feinsieben und Clorung unterzogen. Anschließend wird das Meerwasser in einer lonentauscheranlage JOT von den SO₄- - -Ionen befreit Hierzu werden schwach basische lonentauscherhar/e, die selektiv für SO₄- sind, verwendet. Die Durchführung des ionentauschprozesses erfolgt nach bekannten Verfahren, wie z. B. in einer zirkulierenden Wirbehchichi oder einem .Schwebebetiverfahren, bcvorzugl jedoch nach Verfahren, in denen ein Ciegcnslroiiiauslnusch durch Zwischenlagern!!}; von Fraktionen unterschiedlicher Konzentration erreich! wird, wie z.B. dem intensiv-Frakiionieiutigs-Pioz.eu. Der Ionentausch läuft dabei nach folgender Gleichung ab:

2 RHCi + SO₄-- -(RH)₂SO₄ + 2 Cl-

Karbonationen werden durch eine analoge ionentauschreaktion entfernt:

RHCl + HCO₃- — RHOH + CO₂ + CI-

Das so vorbereitete Meerwasser wird nach einer Entgasung in einer Vcrdampfungsaniage VD in salzfreies Wasser und .Sole getrennt Am besten geeignet sind kombinierte Verdampfungsverfahren, wie sie /. 15. als MSIVVII: (multistage flash/vertical lube evaporator) oder MSI oder VTI: in Kombination mil einer Brüdenkompression ausgeführt werden können. Da die Sulfa-(ionen bis auf etwa 50 mg/1 aus dem Meerwasser durch loneiiliiusrli entfernt sind, kann der Verdampfer sowohl bei hohen Temperaturen (180" — 200"C) betrieben wer den als auch /u hohen Eindickungen des Meerwassers führen, ohne daß sich schädliche Ablagerungen am Verdampfer bilden. Zweckmäßigerweise wird der Verdampfer derart betrieben, daß sich eine maximale Soletemperatur von bis zu 200° C, eine Eindickung des Meerwassers auf bis etwa das sechsfache der Ausgangskonzentration der Salze und ein Verhältnis von erzeugter Destillatmenge zu eingesetzter Prozeßdampfmenge von 15 —25 ergibt

Das salzfreie Destillat DE wird in einer Aufbereitungsanlage durch Härtung zu Trinkwasser aufbereitet. Die Sole S wird geteilt. Etwa die Hälfte der Sole wird über die Wasscrrückführbauwerke zusammen mil Kühlwasser ins Meer zurückgeführt. Cjünstig erweist sich für diese Verfahrensweise die hohe l.indickung im Verdampfer. — Die andere I lälfic der nach dem Verdampfer anfallenden Sole wird einer Soluiiufbercitung zugeführt, in der die Rcfienericrlauge für die lonenliiiisi herhni/c hergeMell! \viu!. Hierzu wird dit .SuIc in einem weiteren Verdampfer SIiO zunächst weiter eingedampft, bis die Sole hinsichtlich Natriumchlorid gesättigt ist In einem KrLs I π I lisa lor Kr wird anschließend durch wcilercs Eindicken das Kochsalz zu etwa 90% auskrislallisiert Das Kristallisat NaCI wird abgeschieden und mit einer geringen Menge an salzfreien Destillat von den anhaftenden Soleresten befreit.

Schließlich wird das Kochsalz in einem Rührbehälter LA in salzfreiem Destillat gelöst, so daß eine etwa 2O°/oige Kochsalzlösung entsteht, die frei von Kalziem und Magnesium ist Das Destillat wird aus der Soleeindampfung und zum geringeren Teil aus dem Produktstrom des Verdampfers entnommen. Die 2O°/oige Kochsalzlösung stellt die Regenerierlauge KI für die Ionentauscher dar. Das mit den SO4---Ionen beladene Eluat Sb wird zusammen mit dem Kühlwasser über die Wasserrückführbauwerke ins Meer zurückgeführt Für die im Zyklus Z erfolgende Regenerierung REG des Ionentausche.-s ist es weiterhin erforderlich, dem Ionentauscher H+ -Ionen in einer Menge zuzuführen, wie sie während der Beladung an das durchströmende Wasser abgegeben werden. Die Zugabe von H ^f -Ionen kann in bekannter Weise duch eine Säuredosierung erfoigen. F.s besieht aber auch die Möglichkeit, die H * -Ionen durch eine Begasung BEG mit Kohlendioxyd unler einem Druck von elw;i IO bar vorzunehmen. Dabei ent stellen die H ' Ionen enspreehend nachfolgender Keak tionsgleichiing:

CO₂+ H₂O-H* + HCO+ + HCO3-.

Überraschenderweise wird dadurch die Kapazität des Ionentauscher nur um etwa 10% herabgesetzt Eine Säuredosierung üblicher Art entfällt dann völlig, da die Druckabhängigkeit obiger Reaktion hoch ist und schon bei dem angegebenen relativ geringen Druck eine ausreichende Wasserstoffionenkonzenti ation erreicht wird.

Zweckmäßigerweise wird das benötigte Kohlendioxyd aus den Rauchgasen des Kraftwerkes KWdurch eine Gaswäsche bekannter Art /_ B. mit Menoethanolaminlösung, gewonnen.

Die Energieversorgung der Gesamlanlage erfolgt durch das mil dem Brennstoff B gespeiste Kraftwerk KW, das sowohl den in der Anlage benötigten Prozeßdampf D und den elektrischen Strom EEi liefert a.^;s auch erhebliche Mengen elektrischen Strom EE\ an das öffentliche Netz abgibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von Trinkwasser aus Meerwasser unter Verwendung von Dampf und elektrischer Energie eines benachbarten Kraftwerkes, bei dem das Meerwasser nach einer chemischen Aufbereitung bei Temperaturen bis 200"C verdampft wird und bei dem aus der sich im DeMiIIalionsprozeö ergebenden Sole Stoffe zur chemischen Aufbereitung des Meerwassers gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Meerwasser (MW) im Zuge der Aufbereitung mil Hilfe eines Ionentauscher (/OT) Sulfationen cnizogen werden, wobei zur Regenerierung des loncniauschers einerseits eine Kochsalzlösung (KL) verwendet wird, die durch Eindampfung (SED) und anschließende Kristallisation (Kr) von eingedickter Sole (S) und durch Auflösung des dadurch erhaltenen Kochsalz^ (NaCl) in Teilen des Destillates (DE)gev.'onneri wird, und andererseits dem Ionentauscher in an sich bekannter Weise H+ -Ionen zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionentauscher (1OT) zur Zuführung von H+ -Ionen mit Kohlendioxyd (CO2) begast wird (BEG;.

3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlendioxyd (CO^) dem Rauchgas des Kraftwerkes(K W)entnommen wird.

4. Verfar ·:,\ nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daü die Energie /ur Destillation des aufbereiteten Meerwassers und /ur Eindampfung der Sole dem Abdampf des Kraftwerkes entnommen wird.