EP0016815A1 - Verfahren zur meerwasserentsalzung durch kälte-wärme-kopplung, gaswärmepumpe-verbrennungs-maschine - Google Patents

Verfahren zur meerwasserentsalzung durch kälte-wärme-kopplung, gaswärmepumpe-verbrennungs-maschine

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EP0016815A1
EP0016815A1 EP79901132A EP79901132A EP0016815A1 EP 0016815 A1 EP0016815 A1 EP 0016815A1 EP 79901132 A EP79901132 A EP 79901132A EP 79901132 A EP79901132 A EP 79901132A EP 0016815 A1 EP0016815 A1 EP 0016815A1
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cold
water
desalination
combustion engine
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EP79901132A
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Mohamed Omar Jannoun
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination

Definitions

  • Gas heat pump combustion machine. The method is used to obtain water distillate or boiler feed water by evaporation of sea water or salt solutions.
  • the water distillate can be used as process water or processed into drinking water.
  • the invention relates to a method in which the desalination plant is combined with a plant for cooling.
  • the evaporation in the desalination plant is operated by the waste heat from the refrigeration and the waste heat from the drive machine of the refrigeration compressors.
  • the cold which must be generated primarily, and its waste heat, is the heating energy required for the desalination plant.
  • the cooling capacity generated can reach the various consumers in a district cooling network. Air conditioning in hotels and neighborhoods, as well as cold stores for food and medicine are just a few examples of the use of cold.
  • the water generated can also be directed to the consumers in the same network.
  • the process uses a plant that mainly consists of a chiller and a multi-stage distillation plant.
  • the chiller consists of an evaporator-condenser and a gas circuit with a compressor and control valve.
  • the cold generated in the evaporator is transmitted to the district cooling network and passed to the consumer.
  • the chiller can be implemented in two stages or as a cascade connection of two cooling circuits.
  • This circuit enables a temperature below 0 ° C on the cold side, and about 100 ° C on the warm side (condenser).
  • This waste heat which has to be dissipated in the condenser, is transferred to the preheated raw water and brings it, together with the waste heat from the drive machine, to the final preheat temperature.
  • the multi-stage distillation plant in which each stage has a relaxation chamber, which preheats the raw water flowing through it in stages and in a final preheater to final preheating temperature before it flows into the expansion chamber of the first stage, partially evaporated by the prevailing negative pressure and the rising steam vapors at the preheat condense and falls as a distillate.
  • the process is repeated in every further stage, since the saturation pressure of the liquid is always undercut with a constantly falling negative pressure in the direction of the final stage.
  • the final preheater of the multi-stage distillation system is combined with the condenser of the chiller to form one unit. The waste heat from the condenser is transferred to the preheated raw water and brings it to the final preheating temperature.
  • a partial flow of the preheated raw water flows through two heat exchangers connected in series, and is also heated up by the exhaust gas and cooling heat of the drive machine.
  • the distillate is removed and fed to the consumer as process water or processed into drinking water.
  • the waste liquor enriched in salt flows out of the final stage.
  • the prepared raw water enters the destruction plant in FIG. 1.
  • the raw water is preheated step by step and heated in the preheater 3 to the final preheat temperature.
  • the waste heat from the drive machine is also transferred to a partial flow.
  • partial evaporation and vapors rise and condense to 2 to distillate, which is drawn off at 7. After passing through all stages, the waste liquor is discharged at 6.
  • a pump sucks the non-condensable gases and provides the necessary negative pressure.
  • the drive machine can operate a current generator on the end face to cover the need for pump work. This means that the system can be used in remote desert areas independently of the power grid. Seawater and water solution desalination through freezing and crystallization of freshwater ice crystals.
  • the cooling capacity available for cooling and air conditioning in the above application can also be used to freeze sea water by freezing. This cooling capacity can freeze raw water or waste water from the distillation system in an intermediate process. Fresh water freezes in the form of ice crystals from the brine and can be floated to the surface by the low specific weight. Crystallization and floating by buoyancy is accelerated by distributing tiny balls of plastic or the like with or without filling at a certain height by means of a centrifuge.
  • the balls are conveyed back to the freezer compartment 8 and remain in the circuit.
  • This method makes it possible to desalinate sea water wherever cold is generated by means of a circuit and use the cold behind that for actual use. This is particularly important since the above-mentioned application has ample cooling capacity in winter operation. Water production runs all year round.

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Description

DURCHKALTE-WARME-KOPPLUNG,GASWARMEPUMPEVERBRENNUNGSMASCHINE
Verfahren zur Meerwasserentsalzung und Trinkwassergewinnung in einer Kälte-Wärme-Kopplung mit Hilfe einer Gaswärmepumpe , ange¬ trieben von einer Verbrennungsmaschine. ( Elektro-Motorenantrieb auch möglich.)Verfahren zur Meerwasserentsalzung durch Kälte- Wärme-Kopplung.Gaswärmepumpe-Verbrennungsmaschine. Das Verfahren dient zur Gewinnung von Wasserdestillat bzw.Kes¬ selspeisewasser durch Verdampfung von Meereswasser oder Salz¬ lösungen. Das Wasserdestillat kann als Gebrauchswasser verwendet oder zu Trinkwasser aufbereitet werden.
Bei den thermischen Verfahren zur Gewinnung von Destillat aus Meerwasser, ist der Wärmepreis neben den Anlagekosten, der Haupt¬ faktor in der Kalkulation des Trinkwasserpreises als Endprodukt. Der Wärmepreis ist ein laufender Kostenaufwand, deshalb ist-es entscheidend diesen möglichst niedrig zu halten. Die Erfindung betrifft ein Verfahren, in dem die Entsalzungs¬ anlage mit einer Anlage zur Kälteerzeugung kombiniert wird. Die Verdampfung in der Entsalzungsanlage wird durch die Abwärme der Kälteerzeugung und die Abwärmen der Antriebsmaschine der Kälte¬ kompressoren betrieben.
In Gebieten, wo das Trinkwasser aus dem Meer gewonne 'wird, sind tropische Gebiete, wo riesige Mengen an Kälte erzeugt wer¬ den. Klimatisierung der Wohnräume sowie Lagerhallten ist eine Notwendigkeit wie Trinkwassererzeugung, um überhaupt das Leben von Menschen zu ermöglichen.
Es liegt nahe, die Erzeugung des Wassers aus dem Meer mit der Erzeugung der Kälte zu kombinieren. Außentemperaturen von 45 - 50 °C sind die Regel für 6 Monate im Jahr. Bekanntlich arbeitet eine Kälteerzeugungsanlage und eine Gaswärmepumpe nach dem selben Prinzip. Der Unterschied besteht daraus, bei der Kälteerzeungungsanläge ist die Kälte-Erzeugung im Vordergrund, umgekehrt steht die Wärme-Erzeugung bei der Gaswärmepumpe im Vordergrund.
Bei diesen technischen Mitteln ist die Erzeugung von Kälte im¬ mer verbunden mit der Erzeugung von Wärme und umgekehrt. Nach dieser Erfindung wird es möglich, in einer kombinierten Anlage Kälte und Wärme gleichzeitig, beide zum nutzvollen Einsatz zu bringen. Die Kälte, die primär erzeugt werden muss, und dessen Abwärme, die für die Entsalzungsanlage benötigte Wärrneenergij darstellt. ■ OMPI Die erzeugte Kälteleistung kann in einem Fernkältenetz die ver¬ schiedenen Verbraucher erreichen. Klimatisierung von Hotels und Stadtteilen, sowie Kühlhäuser für Lebensmittel und Medikamente sind nur wenige Beispiele der Kältenutzung. Das erzeugte Wasser kann ebenfalls im selben Verbundnetz an die Verbraucher gelei¬ tet werden.
Das Verfahren bedient sich einer Anlage, die in der Hauptsache aus einem Kaltwassersatz und einer mehrstufigen Destillations- anläge.
Der Kaltwassersatz besteht aus Verdampfer-Kondensator und Gas¬ kreis mit Kompressor und Regelventil.
Die im Verdampfer erzeugte Kälte wird an das Fernkältenetz über¬ tragen und zum Verbraucher geleitet.
Der Kaltwassersatz kann zweistufig oder als Kasskadenschaltung zweier Kältekreise ausgeführt werden. Durch diese Schaltung wird ermöglicht, eine Temperatur unter O °C auf der Kälteseite, und etwa 100 °C auf der Wärmeseite (Kondensator). Diese Abwärme die im Kondensator abgeführt werden muss, wird auf das vorgewärmte Rohwasser übertragen und bringt es, zusam¬ men mit den Abwärmen der Antriebsmaschine, auf End-Vorwärme¬ temperatur. Fig. 2.
Die mehrstufige Destillationsanläge, bei der jede Stufe eine Entspannungskammer aufweist, die mit Vorwärmeaustauscher das durchfliessende Rohwasser stufenweise vorwärmt und in einem Endvorwärmer auf Endvorwärmetemperatur bevor es in die Entspan¬ nungskammer der ersten Stufe einströmt, durch den herrschenden Unterdruck teilweise verdampft und die steigende Dampfbrüden am Vorwärmeaustauscher kondensieren und als Destillat nieder¬ fällt. Der Vorgang wiederholt sich in jeder weiteren Stufe, da der Sättigungsdruck der Flüssigkeit immer unterschritten wird mit stetig fallendem Unterdruck in Richtung Endstufe. Der Endvorwärmer der mehrstufigen Destillationsanlage ist mit dem Kondensator des Kaltwassersatzes zu einer Einheit zusammen- gefasst. Die Abwärme des Kondensators wird auf das vorgewärmte Rohwasser übertragen und bringen es auf Endvorwärmetemperatur. Ein Teilstrom des vorgewärmten Rohwassers fliesst durch zwei hintereinander geschaltete Wärmeaustauscher, und wird durch die Abgas und Kühlungs-Wärme der Antriebsmaschine ebenfalls auf.Endvorwärmetemperatur aufgeheizt. Das Destillat wird entnommen und dem Verbraucher als Gebrauchs- wasser zugeleitet oder zu Trinkwasser aufbereitet. Aus der End¬ stufe fliesst die an Salz angereicherte Ablauge heraus. Das vorbereitete Rohwasser tritt in 1 in die Desta11ationsan¬ läge ein. In 2 der Vorwärmeaustauscher wird das Rohwasser stu¬ fenweise vorgewärmt und im Endvorwärmer 3 auf Endvorwärmetem¬ peratur aufgeheizt. In den Wärmeaustauschern 4 wird ebenfalls die Abwärme der Antriebsmaschine auf ein Teilstrom übertragen. In der Entspannungskammer 5 Teilverdampfung und Brüden steigen und auf 2 zu Destillat kondensieren, das bei 7 abgezapft wird. Nach Passieren aller Stufen wird die Ablauge bei 6 abgelassen. Eine Pumpe saugt die nicht kondensierbaren Gase und sorgt für den notwendigen Unterdruck.
Diese Anlagenkombination ermöglicht den Verzicht auf elektri¬ sche Stromerzeugung, das teuere Anlagen benötigt sowie Vertei¬ lernetze. Strom wird in der Regel für Kälteerzeugung und Kli¬ matisierung eingesetzt. Es gilt, dass Kaltwasser weniger ge¬ fährlich ist als Strom.
Die Ersparnis an Primärenergie für Destillatgewinnung gegen¬ über Anlagen mit Kesselbefeuerung ist erheblich. Nur 2,7 kg Oel m3 Destillat gegenüber 11 kg Oel m3 Destillat bei konventioneller Kesselbefeuerung werden verbraucht. Die Verteilung von dem Produkt Trinkwasser im selben Vertei¬ lernetz der Fernkälte erbringt dazu eine erhebliche Ersparnis im Kommunalbereich.
Die Antriebsmaschine kann auf der Stirnseite einen Stromgene¬ rator betreiben, zur Deckung des Bedarfs für Pumpenarbeiten. Das bedeutet, dass die Anlage unabhängig vom Stromnetz in ent¬ fernten Wüstengebieten eingesetzt werden kann. Meereswasser und Wasserlösung-Entsalzung durch Gefrierung und Aus ristallisieren von Süsswassereiskristallen. Die in der obengenannten Anmeldung Kälteleistung für Kühlzweck und Klimatisierung zur Verfügung steht, kann man durch Gefrier ebenfalls Meereswasser entsalzen. Diese Kälteleistung kann in einem Zwischenverfahren Rohwasser bzw. Ablauge von der Destil lationsanlage zum Gefrieren bringen. Süsswasser gefriert in Form von Eiskristallen aus der Salzsole und durch das niedrige re spezifische Gewicht zur Oberfläche aufgetrieben werden. Das Auskristallisieren und Schwemmen durch Auftrieb wird be- •schleunigt, indem man winzige Kugeln aus Plastik oder ähnli¬ chen mit oder ohne Füllung in einer bestimmten Höhe durch eine Schleuder verteilt. Diese tiefgekühlten Kugeln wirken in der unterkühlten Salzsole als Keime für die Kristallisation und schnelle Wachstum der Süßwasserkristalle. Das niedrige spezi¬ fische Gewicht bewirkt einen zusätzlichen Auftrieb in Richtung Oberfläche. Das Rohwasser oder von der Destillationsanläge abgezapfte Ablauge in Wärmeaustauscher 1 durch die Endablauge der Gefrieranlage vorgekühlt und dann gelangt in das Aus- kristallisierungsgefäss 2, wo es weiter gekühlt wird. Die im Tiefkühlraum 8 tiefgekühlten Kugeln werden durch Schleuder 9 verteilt. Auf den Kugeln kristallisiert Süßwasser in Form von Kristallen aus der Salzsole heraus und wachsen während sie zur Oberfläche aufsteigen. Durch die Rutsche 3 nach einer Süsswasserwäsche fallen die Kristalle in die Zentrifuge 4. Der noch anhaftende Salzwasserrest wird herausgeschleudert und durch 10 nach 2 zurückgeleitet. Die Süsswasserkristalle fallen zu Wärmeaustauscher 5, wo sie verflüssigt werden, durch das Sieb 6 hindurch als Süsswasser durch das Rohr 7 zum Verbrauche Die im Wärmeaustauscher 5 zurückgewonnene Kälte kann endgültig für die verschiedenen Kühlzwecke und Klimatisierung genutzt we den.
Die Kugeln werden zum Tiefkühlraum 8 zurückgefördert und blei¬ ben im Kreislauf.
Durch dieses Verfahren ist es möglich überall, wo Kälte erzeug wird, durch eine zwischen Schaltung, Meerwasser zu entsalzen und die Kälte hinter dem für den eigentlichen Einsatz ver¬ wenden. Das ist besonders wichtig, da im Winterbetrieb der oben genann¬ ten Anmeldung reichlich Kälteleistung zur Verfügung steht. Die Wasserproduktion läuft das ganze Jahr über.

Claims

-6- Patentansprüche
1. Verfahren zur Meerwasserentsalzung und Trinkwassergewinnung in einer Kälte-Wärme-Kopplung dadurch gekennzeichnet, dass an eine Kälteerzeugungsanlage eine mehrstufige Destillations anlage angeschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme im Kondensator der Kälteerzeugungsanlage, zusammen mit den Abwärmen der Antriebsmaschine die notwendige Wärme¬ energie für die Verdampfung in der mehrstufigen Destilla¬ tionsanlage bereitstellen.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichne dass das erzeugte Trinkwasser im Verbundnetz mit dem Fern¬ kältenetz den Verbrauchern zugeleitet werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 und 3 dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Kälteerzeugungsanläge als eine zweistu¬ fige Anlage oder als Kasskadenschaltung zweier Kühlkreise ausgebildet ist. , . . ,
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 und 3 un 4 dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Kälte zur Kühlung der Ablauge falls Überschuss an Kälteleistung im Winterbetrieb vorhanden ist. Diese Kälte kann für Gefrierentsalzung ein¬ gesetzt werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 und 3 und 4 und 5 da¬ durch gekennzeichnet, dass die Antriebsmaschine einen Strom¬ generator auf der Stirnseite antreibt.
7. Meereswasser und Wasserlösung-Entsalzung durch Gefrierung und Auskristallisieren von Süsswassereiskristallen (Verfah¬ ren nach den Ansprüchen 1 und 2 und 3 und 4 und 5 und 6 ) dadurch gekennzeichnet, dass die Kälteleistung einer Kühl- Klima-Anlage zur Gefrierung des Rohwassers eingesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 und 3 und 4 und 5 und 6 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass Kugeln aus Plastik oder ähn¬ lichem mit oder ohne Füllung die unterkühlt werden und als Keime für die Kristallisation wirken.
9. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2 und 3 und 4 und 5 und 6 und 7 und 8 wobei statt Rohwasser die Ablauge der Destilla¬ tionsanlage angezapft wird.'
10.Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 und 3 und 4 und 5 und und 7 und 8 und 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Süsswasse eiskristalle nach einer Wäsche in einer Zentrifuge vom restspuren befreit werden.
11.Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 und 3 und 4 und 5 und 6 und 7 und 8 und 9 und 10 dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Verflüssigung der Süsswassereiskristallen zurückge- • wonnene' Kälteleistung für die verschiedenen Kühlzwecke bzw. Klimatisierung Verwendung findet.
OMPI
EP79901132A 1978-08-30 1980-03-25 Verfahren zur meerwasserentsalzung durch kälte-wärme-kopplung, gaswärmepumpe-verbrennungs-maschine Withdrawn EP0016815A1 (de)

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DE19782837727 DE2837727A1 (de) 1978-08-30 1978-08-30 Meerwasserentsalzung und trinkwassergewinnung durch verdampfung mit hilfe einer gaswaermepumpe, angetrieben von einer verbrennungsmaschine

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