DE60305343T2

DE60305343T2 - Verfahren und anlage zur entsalzung von salzwasser

Info

Publication number: DE60305343T2
Application number: DE60305343T
Authority: DE
Inventors: Hans Josef Van Els
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2023-11-27
Also published as: PL205776B1; NO324258B1; GB0511694D0; CO5690630A2; MA27531A1; AU2003289681A8; AP2005003324A0; NZ540848A; BR0316637A; EA200500887A1; RS50739B; GB2411397B; MXPA05005693A; NL1022059C2; EP1565408A1; GEP20084326B; HRP20050476A2; HK1082492A1; JP2006507925A; PL375485A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Methode für die Entsalzung von salzhaltigem Wasser.
In der GB-A-2.016.938 ist eine Methode und eine Vorrichtung für die Entsalzung von salzhaltigem Wasser beschrieben, und dabei wird das salzhaltige Wasser (Meerwasser) zu einem Kessel gefördert, in dem das Sieden des salzhaltigen Wassers ausgeführt wird. Von besagtem Kessel wird der in besagtem Kessel erzeugte Dampf zu einem Wärmetauscher zum Kondensieren geleitet.
US-A-4.328.788 offenbart eine Vorrichtung für die Speicherung von Wärme in wässrigen Lösungen und deren Wiedergewinnung daraus. Während der Wärmewiedergewinnung wird die Lösung von einer Zone eines Beckens durch Öffnungen, Einlassleitungen, Krümmer und eine weitere Leitung gefördert und einem Wärmetauscher außerhalb des besagten Beckens zugeführt. Danach wird besagte Lösung dem besagten Becken wieder zugeführt.
In der US-A-4.328.788 kann kein Hinweis auf die Entsalzung von salzhaltigem Wasser gefunden werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Methode zu erreichen, bei der das Salz in effizienter Weise aus dem Wasser entfernt werden kann durch die Verwendung einfacher Mittel.
Gemäß der Erfindung kann diese Aufgabe erzielt werden durch eine Methode, bei der das salzhaltige Wasser durch einen Wärmetauscher geleitet wird, der sich in einem Becken mit Salzlauge befindet, die durch mehrere in dem Becken übereinander liegende Wasserschichten gebildet ist, wobei jede Wasserschicht einen höheren Salzgehalt hat als die darüber befindliche Schicht und besagte Salzlauge durch Solarenergie erhitzt wird, und wobei der Wärmetauscher in der tiefsten Wasserschicht, die eine hohe Temperatur hat, angeordnet ist, woraufhin das salzhaltige Wasser, welches in dem Wärmetauscher erhitzt wurde, durch einen Verdampfer zum Verdampfen zumindest eines Teils des Salzwassers geleitet wird, und anschließend der dadurch gebildete Dampf in einen Kondensator eingeleitet wird, um Wasser zu gewinnen, dem das Salz entzogen wurde.
Bei der erfindungsgemäßen Methode wird die Tatsache genutzt, dass eine in einem Becken gebildete Schicht einer Salzlauge mit einem vergleichsweise hohen Salzgehalt unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung auf eine vergleichsweise hohe Temperatur erhitzen kann. Unter Verwendung eines Wärmetauschers, der in besagter Schicht der Salzlauge mit einer hohen Temperatur angeordnet ist, kann das Salzwasser in einer günstigen Weise erhitzt werden und anschließend einem Verdampfer zugeführt werden, in dem von Salz freier Wasserdampf erzeugt wird, der anschließend einem Kondensationsprozess zugeführt wird.
Damit ist eine Methode erreicht, die zumindest im Wesentlichen ausschließlich mit Solarenergie arbeitet und die eine kostengünstige und effiziente Entsalzung von salzhaltigem Wasser ermöglicht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Entsalzung von Salzwasser, die insbesondere zur Durchführung der zuvor beschriebenen Erfindung geeignet ist, wobei die Vorrichtung ein Becken umfasst, das Salzlauge, gebildet durch mehrere übereinander in dem Becken liegende Wasserschichten, enthält, wobei jede Wasserschicht einen höheren Salzgehalt hat als eine darüber befindliche Schicht, und wobei die Salzlauge durch Solarenergie erhitzt wird und ein Wärmetauscher in der untersten Wasserschicht angeordnet ist, und wobei Mittel zum Zuführen des zu entsalzenden Wassers mit einem Einlass des Wärmetauschers verbunden sind und ein Einlass des Verdampfers mit einem Auslass des Wärmetauschers verbunden ist, während ein Auslass des Verdampfers mit Mitteln zum Kondensieren des in dem Verdampfer erzeugten Wasserdampfes verbunden ist.
Durch die Erfindung kann eine einfache und effiziente Vorrichtung zum Entsalzen von Wasser erzielt werden, die automatisch und praktisch unbeaufsichtigt arbeiten kann.
Die Erfindung wird nachstehend genauer erklärt unter Bezug auf die begleitenden schematischen Darstellungen.
1 zeigt schematische eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.
2 zeigt schematisch einen Teil des Beckens, das in der in 1 gezeigten Vorrichtung genutzt wird, mit drei Schichten, jede mit einem verschiedenen Salzgehalt, in dem Becken.
3 zeigt schematisch eine Einrichtung zur Zuführung salzhaltigen Wassers zu dem Becken.
4 zeigt schematisch einen Teil des Beckens, das in der in 1 gezeigten Vorrichtung genutzt wird, mit einem Laufsteg, der sich teilweise über einen Teil des Beckens erstreckt.
5 ist eine schematische Draufsicht auf 4.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung umfasst ein Becken 1, dessen Unterseite mindestens einen Abstand von ungefähr 2 m von dem Grundwasserniveau 2 hat.
Nahe der Oberseite des Beckens 1 mündet eine Leitung 3 in das Becken 1, durch die salzhaltiges Wasser, insbesondere Meerwasser, in das Becken gepumpt werden kann.
Eine Grube 4 ist in der Nähe des Beckens 1 vorgesehen, und die Grube 4 ist zumindest bis zu dem Grundwasserniveau oder bis zu dem Niveau des Meerwassers mit dem zu entsalzenden Wasser, insbesondere Meerwasser, gefüllt. Wenn die Grube 4 sich zumindest teilweise bis unter das Meerwasserniveau erstreckt, kann das Meerwasser automatisch in die Grube 4 fließen, ohne dass die Verwendung von Pumpen oder dergleichen erforderlich ist.
Ein Wärmetauscher 5 ist in dem Becken nahe des Bodens von diesem angeordnet, und diesem Wärmetauscher kann Wasser von der Grube 4 über eine Leitung 6 zugeführt werden. In einem effizienten Ausführungsbeispiel kann für diesen Zweck eine Plungerpumpe 7 in der Grube 4 angeordnet sein, die an ein Ende der Leitung 6 angeschlossen ist, wenngleich natürlich auch andere Mittel zum Pumpen des zu ent salzenden Wassers von der Grube 4 zu dem Wärmetauscher 5 benutzt werden können.
An einen Auslass des Wärmetauschers 5 ist eine Leitung 8 angeschlossen, durch die das zu entsalzende Wasser, das durch den Wärmetauscher 5 geleitet wird, einem Verdampfer 9, der per se bekannt ist, zugeführt werden kann. Vorzugsweise wird ein so genannter Niedrigtemperaturverdampfer genutzt, durch den an den Verdampfer geleitetes Wasser ab einer Temperatur, die so niedrig wie ungefähr 30° ist, schon verdampft werden kann.
In einem effizienten Ausführungsbeispiel ist ein Durchflusserhitzer 10 in der Leitung 8 angeordnet, durch den das vom Wärmetauscher 5 einfließende Wasser zusätzlich erhitzt werden kann.
Das obere Ende des Dampferzeugers 9 ist mit dem oberen Ende von einem Kondensator 12 mittels einer Leitung 11 verbunden, während weiterhin ein Ventilator 13 zum Transportieren des im Verdampfers gebildeten Dampfes in der Leitung 11 montiert ist.
Zum Kühlen des Wasserdampfes, der dem Kondensator zugeführt wird, kann eine Kühleinheit 14 mit dem Kondensator 12 verbunden sein.
Nahe der Bodenseite des Kondensators 12 ist eine Pumpe 15 vorgesehen, durch die das im Kondensator 12 kondensierte Wasser, dem das Salz entzogen wurde, durch eine Leitung 16 abfließen kann.
An der Bodenseite des Verdampfers 9 ist eine Abflussleitung 17 angeschlossen, durch die Restwasser, das hinter dem Verdampfer 9 verbleibt, zum Meer abfließen kann und/oder über eine Zwischenleitung 18 zu dem Wärmetauscher 5 zurückgeführt werden kann.
Die Leitung 16 ist mit dem in der Grube 4 angeordneten Wärmetauscher 19 verbunden, welcher zur Vorheizung des in der Grube befindlichen zu entsalzenden Wassers benutzt wird, indem Hitze von dem heißeren kondensierten Wasser abgegeben wird. Der Auslass des Wärmetauschers 9 ist über eine Leitung 20 mit einem Auffangbecken 21 für das entsalzte Wasser verbunden.
Das Becken 1 wird vorzugsweise in den Boden gegraben, wenngleich es auch vorstellbar ist, dass solch ein Becken auf der Oberfläche gebaut wird.
Das Becken hat vorzugsweise eine Tiefe von wenigstens ungefähr 3 m und die aufwärts gerichteten Wände sind vorzugsweise schräg mit einem Winkel von ungefähr 45°. Wie schematisch in 3 gezeigt, können der Boden und die Seitenwände des Beckens mit einer Schicht Sand 22, die eine Dicke von ungefähr 10 cm hat, bedeckt sein, falls die Art des Bodens dies erforderlich macht. Später werden der Boden und die schrägen Wände des Beckens 1 mit einer Folie, vorzugsweise einer schwarzen Folie, bedeckt, wobei die Folie den Boden und die Seitenwände als ein Ganzes in solch einer Art bedeckt, dass Wasser nicht hindurch dringen kann.
Dann wird das Becken derart mit Salzwasser gefüllt, dass eine untere Wasserschicht 23 eine Höhe von ungefähr 1 m hat und einen Salzgehalt von ungefähr 24%, eine mittlere Wasserschicht 24 eine Höhe von ungefähr 1 m hat und einen Salzgehalt von 15% und eine obere Wasserschicht 25 eine Höhe von ungefähr 1 m und einen Salzgehalt von ungefähr 0 bis 4% gebildet werden.
Die Bildung der Wasserschichten, von denen jede einen unterschiedlichen Salzgehalt hat, kann in einer effizienten Weise durch Nutzung der Einrichtung 26 erfolgen, die schematisch in 3 gezeigt ist; zwei solche Einrichtungen sind mit dem freien Ende eines Laufstegs 27 verbunden, der sich über einen Teil des Beckens von einer Seite hiervon erstreckt, wobei der Laufsteg vorzugsweise mit Geländern 28 versehen ist.
Die Einrichtung 26 umfasst ein vertikales Rohr 29, das in einer Halterung, welche an dem Laufsteg 27 befestigt ist, vertikal bewegbar ist. Zwei horizontale kreisförmige Platten 31 und 32, die sich parallel zueinander erstrecken, sind an dem unteren Ende des Rohrs angebracht, wobei diese Platten verbunden sind und durch zwischen den Platten vorgesehene Abstandshaltemittel 33 voneinander beabstandet gehalten sind. Die obere Platte 31 kann einen Durchmesser von beispielsweise ungefähr 100 cm haben und die untere Platte 32 kann einen kleineren Durchmesser von beispielsweise ungefähr 80 cm haben, während die Abstandshaltemittel vorzugsweise die Platten ungefähr 3 cm voneinander entfernt halten.
Die Platten 31 und 32 können innerhalb des Beckens 1 durch Bewegen des Rohrs 29 in der Halterung 30 auf jedem gewünschten Niveau positioniert werden.
Wenn die Vorrichtung in Betrieb genommen werden soll, wird das Becken 1 zuerst mit Seewasser oder dergleichen bis zu einer Höhe von ungefähr 1,80 m gefüllt.
Dann werden die Einrichtungen 26 derart angeordnet, dass die Platten 31 und 32 nahe oberhalb des in dem Becken befindlichen Wärmetauschers 5 positioniert werden. Nachfolgend wird Wasser, das einen hohen Salzgehalt hat, zu dem oberen Ende der Leitung 29 der Vorrichtung 26 geleitet, so dass das Wasser gleichmäßig in horizontaler Richtung zwischen den Platten 31 und 32 von der Leitung 29 in das Becken fließt, wie in 3 durch Pfeile angegeben, ohne dass irgendwelche ungewünschten Verwirbelungen in dem bereits im Becken befindlichen Wasser erzeugt werden. In dieser Weise kann eine Schicht 23, die einen hohen Salzgehalt hat, in dem Becken zu einer Höhe von ungefähr 1 m aufgebaut werden, wodurch der Wasserspiegel von einer Ursprungshöhe von ungefähr 1,80 m auf eine Höhe von ungefähr 2,80 m angehoben wird. Dann werden die beiden Einrichtungen 26 aufwärts bewegt zu einer Position, in der die Platten 31, 32 von dem Boden des Beckens 1 eine Distanz von ungefähr 1,80 m entfernt sind. In dieser Position wird erneut Wasser, dass eine geeignete Salzkonzentration hat, in das Becken geleitet, um eine zweite Schicht 24 mit einem Salzgehalt von ungefähr 15% zu bilden, wodurch der Wasserspiegel in dem Becken letztlich auf eine Höhe von ungefähr 3 m ansteigt.
In der Praxis ist es ersichtlich geworden, dass sehr stabile Grenzflächen zwischen den verschiedenen Schichten wegen der spezifischen Gewichtswerte der jeweiligen Schichten 23 bis 25 gebildet werden, wobei die Schichten jeweils ihren eigenen spezifischen Salzgehalt haben und die Grenzflächen sich automatisch wieder bilden, selbst wenn sie durch äußere Einflüsse gestört werden.
Wenn ein so gefülltes Becken der Bestrahlung durch die Sonne ausgesetzt wird, bewirkt die solare Hitze einen An stieg der Temperatur in der unteren Schicht, die einen hohen Salzgehalt hat, die dann dort beibehalten wird. In der Praxis ist es ersichtlich geworden, dass die Temperatur in der unteren Schicht 23 ungefähr um ca. 1°C pro Tag ansteigen kann und dass mit der Zeit eine Temperatur von ungefähr 80°C in besagter unterer Schicht erreicht werden kann. Im Falle eines Beckens, das z.B. einen Boden von 40 × 50 m hat, wird eine heiße Salzlaugenschicht 23, die einen Salzgehalt von ungefähr 24% hat und eine Fläche von ungefähr 2000 m² bedeckt, erreicht.
Die mittlere Schicht 24 funktioniert als eine Isolationsschicht, wobei durch die obere Schicht 25 die Solarhitze absorbiert und abwärts geleitet wird.
Nachdem die untere Schicht 23 derart auf die gewünschte Temperatur erhitzt wurde, kann die Pumpe 7 zum Pumpen des Wassers von der Grube 4 durch den Wärmetauscher zu dem Verdampfer aktiviert werden. Der Wärmetauscher wird aus der Schicht 23 Hitze entziehen, so dass das aus dem Wärmetauscher austretende Wasser eine Temperatur haben wird, die ungefähr mit der Temperatur des Wassers in der Schicht 23 gleich ist. Falls gewünscht, kann besagte Temperatur in dem Durchflusserhitzer 10 weiterhin erhöht werden. Das so dem Verdampfer 9 zugeführte Wasser wird in großem Ausmaß verdampfen und der Dampf wird nachfolgend dem Kondensator zugeführt. Verbleibendes Wasser, das einen relativ hohen Salzgehalt haben wird, kann wie oben beschrieben durch die Leitung 17 abgeleitet werden.
Der dem Kondensator 12 zugeführte Wasserdampf wird in dem Kondensator verdampfen und das so gebildete entsalzte Wasser kann wie oben beschrieben mittels der Pumpe von dem Kondensator abfließen. Das in der Grube 4 befindliche Was ser ist bereits durch die Resthitze des kondensierten Wassers vorgeheizt, so dass die Temperatur des dem Wärmetauscher zugeführten Wassers bereits höher als die von dem Meerwasser, das in die Grube geleitet wird, sein kann.
Das entsalzte Wasser, welches in das Becken 21 geleitet wird, kann, falls gewünscht, Gegenstand weiterer Behandlungen sein, bevor es genutzt wird.
Der Betrieb der Vorrichtung erfordert nur wenig Energie, welche für den Antrieb der Pumpen 7 und 15 und den Durchflusserhitzer 10 benötigt wird. Diese Energie kann z.B. durch ein Windrad generiert werden, aber es ist auch vorstellbar, zu diesem Zweck Solarkollektoren oder dergleichen zu nutzen. Die generierte Energie kann für den Betrieb während Zeiträumen, wo kein Wind das Windrad antreibt und/oder die Solarkollektoren nicht genug Energie erzeugen, in Batterien gespeichert werden.
Wie es weiterhin schematisch in 2 gezeigt ist, kann ein so genannter Wellenbrecher 34 (nur schematisch gezeigt) nahe der Oberseite des Beckens 1 vorgesehen sein, um die Bildung von ungewünschten Wellen an der Oberfläche des Beckens zu verhindern.
Weiterhin können Sensoren 35 und 36, z.B. an dem Laufsteg 27, wie schematisch in 4 gezeigt, zum Messen der Temperatur in den verschiedenen Schichten des Beckens und zum Messen des Salzgehaltes in den verschiedenen Schichten vorgesehen sein.
Weiterhin können auch Messinstrumente zum Messen der Lufttemperatur und, falls ein Windrad benutzt wird, zum Messen der Windgeschwindigkeit, vorgesehen sein. Die verschiede nen Sensoren und Messinstrumente können mit einer zentralen Kontrolleinheit zur Kontrolle des Betriebes der Vorrichtung, z.B. zum Aktivieren der Pumpen 7 und 15 und zum Kontrollieren des Windrades, z.B. Einstellen der Flügel des Windrades und Aktivieren und/oder Deaktivieren des Windrades, verbunden sein.
Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass eine Vorrichtung erzielt wurde, die nur wenig Wartung erfordert und die nur wenig Energie verbraucht, wobei diese Energie darüber hinaus durch ein Windrad oder durch Solarkollektoren oder dergleichen erzeugt werden kann.

Claims

Eine Methode für die Entsalzung von salzhaltigem Wasser, bei der das salzhaltige Wasser durch einen Wärmetauscher geleitet wird, der sich in einem Becken mit Salzlauge befindet, gebildet aus verschiedenen Wasserschichten, die in dem Becken übereinander liegen, wobei jede Wasserschicht einen höheren Salzgehalt als eine darüber befindliche Schicht aufweist; die besagte Salzlauge wird durch Sonnenenergie erhitzt, und der Wärmetauscher wird in der tiefsten Wasserschicht aufgestellt, die eine hohe Temperatur aufweist, woraufhin das salzhaltige Wasser, das in dem Wärmetauscher erhitzt wurde, durch einen Verdampfer geleitet wird, damit zumindest ein Teil des salzhaltigen Wassers verdampft. Anschließend wird der dadurch entstandene Dampf in einen Kondensator eingeleitet, um Wasser zu gewinnen, dem das Salz entzogen wurde.
Eine Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine tiefere Wasserschicht mit einem Salzgehalt von ±24%, eine mittlere Wasserschicht mit einem Salzgehalt von ±15% und eine obere Wasserschicht mit einem Salzgehalt von ±0–4% in dem Becken gebildet werden.
Eine Methode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wasserschicht eine Höhe von ±1 m aufweist.
Eine Methode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser, das entsalzt werden soll, an einen Wärmetauscher weitergeleitet wird, der sich in dem Becken befindet, aus einer Grube, die Wasser enthält, wobei in dieser Grube ein Wärmetauscher aufgestellt wird, durch den das kondensierte Wasser geleitet wird.
Eine Methode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf, der sich in dem Verdampfer gebildet hat, einem Kondensationsprozess in einem Kondensator unterzogen wird, an den ein Kühler für die Versorgung des Kondensators mit gekühlter Luft angeschlossen ist.
Eine Anlage für die Entsalzung von salzhaltigem Wasser, bestehend aus einem Becken, das Salzlauge enthält, gebildet aus verschiedenen Wasserschichten, die in dem Becken übereinander liegen, wobei jede Wasserschicht einen höheren Salzgehalt als eine darüber befindliche Schicht aufweist, die durch Sonnenenergie erhitzt werden, in dem ein Wärmetauscher in der tiefsten Wasserschicht aufgestellt wird, worin Einrichtungen für die Einleitung des zu entsalzenden Wassers mit einem Einlass des Wärmetauschers verbunden sind, und ein Einlass eines Verdampfers mit einem Auslass des Wärmetauschers verbunden ist, während ein Auslass des Verdampfers mit den Einrichtungen für die Kondensation des Wasserdampfes verbunden ist, der sich in dem Verdampfer gebildet hat.
Eine Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Anlage eine Grube enthält, in die zu entsalzendes Meereswasser eingeleitet wird und von der das Wasser zu dem Wärmetauscher transportiert wird, der sich in dem Becken befindet.
Eine Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer mit einem Kondensator verbunden ist und dass die Anlage eine Pumpe enthält, mit deren Hilfe Wasser, das in dem Kondensator kondensiert wurde, in ein Auffangbecken für das Wasser transportiert werden kann.