FI82609B

FI82609B - Foerfarande foer avdunstning av varm vaetska.

Info

Publication number: FI82609B
Application number: FI892239A
Authority: FI
Inventors: Risto Saari
Original assignee: Inventio Oy
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1990-12-31
Also published as: PT93989A; FI892239A0; FI82609C; WO1990013342A1; EP0491696A1; FI892239A

Description

1 82609

Menetelmä lämpimän nesteen haihduttamiseksi Tämän keksinnön kohteena on monivaiheinen tislausmenetelmä nesteen haihduttamiseksi tämän nesteen sisältämän lämpöener-5 gian avulla. Keksintö soveltuu esimerkiksi teollisuuden lämpimien jätevesien ja -liuosten väkevöintiin.

Prosessiteollisuuden jätevedet sisältävät useissa tapauksissa ympäristölle haitallisia jäteaineita hyvin pieninä 10 pitoisuuksina. Haitallisten aineiden poistamiseksi joudutaan puhdistamaan suuria vesimääriä. Tavanomaisilla puhdistus-menetelmillä tämä aiheuttaa suuret kustannukset, jotka useinkin estävät ympäristön kannalta välttämättömän vesien puhdistamisen.

15

Teollisuusprosessit kuluttavat tunnetusti raaka-aineiden ohella myös energiaa. Energia poistuu prosessista yleensä alkuperäistä matalammalla lämpötilatasolla hukkaenergiana.

Tämä hukkaenergia on useimmiten sitoutuneena prosessista 20 poistuviin vesiin, joista osa saattaa myös sisältää jäteaineita. Prosessin jätevedet ovat siis toisaalta lämpimiä ja toisaalta niitä pitäisi puhdistaa.

Jätevesien puhdistaminen olisi taloudellisempaa, jos siihen 25 voitaisiin käyttää hukkalämpöä. Hankaluutena on se, että hukkalämpö on sitoutuneena juuri niihin samoihin jätevesiin, joita pitäisi puhdistaa, Ja sitä on valkea saada niistä "irti" jonkin puhdistusprosessin lämmönlähteeksi. Lämmin jätevesi on tavallaan sekä puhdistusprosessin subjekti , 30 että objekti. Konventionaaliset tislausmenetelmät eivät pysty käyttämään hukkalämpöä, sillä niiden "subjektina" on prosessin lämpimään päähän syötettävä primäärienergia.

Nyt puheena olevan keksinnön avulla suuri osa hukkalämpöä 35 sisältävästä vedestä voidaan haihduttaa tämän veden itsensä j sisältämän hukkalämmön avulla. Jos Jäteveden lämpötila on esimerkiksi 60aC, voidaan siitä haihduttaa lähes puolet Ja i 2 82609 lämpötilan ollessa 80°C yli kolme neljäsosaa, jos lämpötila-tasolla 15*C olevaa jäähdytysvettä on saatavissa.

Keksinnön olennainen tunnusmerkki on, että neste haihdute-5 taan yksinomaan sen sisältämän lämpöenergian avulla ja että kussakin tislausvaiheessa sekä nesteestä syntyvä höyry että lauhtuneesta tisleestä paisumalla syntyvä höyry kokonaisuudessaan lauhdutetaan lämmönsiirrossa seuraavassa, alemmassa lämpötilassa toimivassa tislausvaiheessa höyrysty-10 vän nesteen kanssa, jolloin kunkin vaiheen tuotto on edellisen vaiheen tuottoa suurempi.

Keksintöä selostetaan ja sitä verrataan tunnettuihin menetelmiin oheisten piirrosten avulla. Ne ovat kaikki yksinkertaisia virtauskaavioita. Kuva 1 esittää tunnettua 15 monivaihetislausmenetelmää (MED) ja kuva 2 toista tunnettua menetelmää, monivaihelaajennustislausta (MSF). Kuvassa 3 on esitettynä keksinnön mukainen tlslausprosessi.

Prosessiteollisuuden tarpeisiin ja erityisesti meriveden 20 suolanpoistoon on kehitetty useita erilaisia tislausmenetel-miä, joilla pyritään vähentämään tislauksen energiankulutusta. Tärkeimmät käytetyistä menetelmistä ovat monivaihetis-laus (multiple effect distillation, MED, kuva 1) ja monivai-helaajennustislaus (multi stage flash, MSF, kuva 2).

25

Konventionaalisen monivaihetislauslaltoksen jossakin tislausvaiheessa (11) syntyvästä höyrystä (13) osa lauhdutetaan kuhunkin tislausvaiheeseen liittyvässä syöttöveden esllämmlttimessä (16). Loppuosa (15) lauhdutetaan lämmön-30 siirrossa (17) tislattavan nesteen kanssa, joka höyrystyy seuraavassa, alemmassa lämpötilassa toimivassa tislausvaiheessa (12). Myös tislausvaiheessa (11) lauhtunut tisle höyrystyy osittain (14) virratessaan seuraavan tislausvai-heen (12) alempaan paineeseen ja myös tämä höyry lauhdute-35 taan syöttöveden esilämmittimessä (16).

Tällä tavoin energia, joka vapautuu höyrystyvän nesteen (19) ja myös syntyneen tisleen (14) vaiheittain jäähtyessä.

3 82609 käytetään syöttöveden lämmittämiseen lähelle kuumimman tislausvaiheen (10) toimintalämpötilaa. Varsinainen tislaus tapahtuu ensimmäiseen vaiheeseen (10) syötetyn primääriener-gian (18) avulla, sen siirtyessä höyrystyvän ja lauhtuvan 5 höyryn (15) mukana vaiheittain alempaan lämpötilaan ja lopulta poistuessa viimeisen vaiheen lauhduttimeen.

Kuvassa 2 esitetty monivaihelaajennustislaus (MSF) on yleisimmin käytetty meriveden suolanpoistomenetelmä. Se on 10 tavallaan ääritapaus edellä selostetusta. Neste höyrystyy paisumalla (flash), vain sisältämänsä lämpöenergian avulla, virratessaan (29) tietystä vaiheesta (21) seuraavaan (22), jossa vallitsee alempi paine. Höyryä ei tässä tapauksessa lauhduteta lainkaan lämmönsiirrossa seuraavassa valheessa 15 höyrystyvän nesteen kanssa. Sen sijaan kaikki tietyssä tielausvalheessa (21) syntyvä höyry (23) lauhdutetaan tässä samassa vaiheessa olevassa lauhduttlmessa (26).

Kuvan 1 prosessiin verrattuna esilämmitin (16) on kasvanut 20 niin suureksi (26), että varsinainen lämmönsllrrln (17) on kutistunut pois. Ensimmäinen tislausvaihe (20) on muuttunut viimeiseksi syöttöveden lämmittimimeksl, jota lämmitetään primäärienergialla (28). Syöttövesivirta on vastaavasti kasvanut siten, että kun se MED-tlslauksessa on tyypillises-25 ti kaksinkertainen tuottoon verrattuna on se MSF-tislaukses-sa likimain kymmenkertainen. Jos tämä vesivirta jäähtyy höyrystämällä yhteensä esimerkiksi 56*C, höyrystyy siitä 10 %.

30 Kuvassa 3 esitetty, keksinnön mukainen menetelmä on toinen äärimmäisyys kuvan 1 prosessista, tavallaan kuvan 2 MSF-prosessln vastakohta. Tässä tapauksessa kaikki tietyssä tislausvaiheessa (31) syntyvä höyry (35) lauhdutetaan lämmönvaihdossa (37) seuraavassa, alemmassa lämpötilassa 35 toimivassa tislausvaiheessa (32) höyrystyvän nesteen kanssa. Esilämmitintä (16) tai MSF-tislauksen lauhdutinta (26) ei ole lainkaan. Myös lauhtuneesta tisleestä (33) paisuva j | f 4 82609 höyry (36) lauhdutetaan lämmönsiirrossa (37) seuraavassa valheessa höyrystyvän nesteen kanssa.

Ensimmäinen vaihe (30) voi olla yksinkertaisesti paisun-5 tasäiliö, jossa osa prosessiin virtaavasta lämpimästä nesteestä (38) höyrystyy paisumalla (£lash) ja vapautunut höyry (40) lauhtuu seuraavassa vaiheessa (31). Höyrystymisessä jäähtynyt neste virtaa (41) seuraavaan vaiheeseen, jossa vallitsevan alemman paineen johdosta osa siitä 10 höyrystyy paisumalla edelleen alempaan lämpötilaan. Tässä se vastaanottaa edellisen vaiheen höyryn (40) lauhtumisläm-mön, joka höyrystää vastaavan määrän uutta höyryä. Jäännös-neste virtaa edelleen (39) seuraavaan vaiheeseen, jossa sama toistuu. Viimeisen vaiheen höyry lauhdutetaan lauhdut-15 timessa (42), joka voi olla esimerkiksi suihkulauhdutin.

Kuvatussa sovellutuksessa koko höyrystyminen tapahtuu siis höyrystettävän nesteen sisältän lämmön avulla, eikä primää-rienergiaa tarvita lainkaan. Ensimmäisessä vaiheessa 20 vapautuvan energian lisäksi kussakin vaiheessa nesteen ja tisleen jäähtymisestä vapautuvan energian lisäksi kussakin vaiheessa nesteen ja tisleen jäähtymisestä vapautuva energia käytetään seuraavassa vaiheessa uudelleen. Tämä merkitsee sitä, että kunkin vaiheen tuotto on edellisen vaiheen 25 tuottoa suurempi. Vertailukohtana olevassa konventionaalisessa MED-tislauksessa kunkin vaiheen tuotto on hieman edellisen vaiheen tuottoa pienempi ja MSF-tlslauksessa vaiheiden tuotot ovat likimain samat.

30 Jos keksinnön mukaisen prosessin ensimmäisessä vaiheessä höyrystyy esimerkiksi 1 % vedestä, joka tällöin jäähtyy n. 6eC, höyrystää tämä lauhtuessaan toisessa valheessa toisen 1 % vedestä. Jos lämpötilaero valheiden välillä on 4.5*C, höyrystyy toisessa vaiheessa lisäksi paisumalla 0.8 %, eli 35 yhteensä 1.8 %. Kolmannessa valheessa höyrystyy tätä vastaava höyrymäärä ja lisäksi paisumalla 0.8 %, eli yhteensä 2.6 %. 12-vaiheisessa tlslauslaitoksessa on höyrystyminen vaiheiden järjestyksessä tällöin 1, 1.8, 5 82609 2.6, 3.4, 4.2, 5.0, 5.8, 6.6, 7.4, 8.2, 9.0 ja 9.8 % eli yhteensä 64.8 %. Samalla vesi on jäähtynyt 56eC, eli saman verran, kuin edellä mainitussa MSF-tislausta koskeneessa esimerkissä. Haihdutettu vesimäärä on kuitenkin tähän 5 verrattuna 6.5-kertainen.

Vaiheittain kasvava tuotto voidaan periaatteessa toteuttaa kahdella tavalla. Kunkin vaiheen lämmönsiirrin voidaan rakentaa edellisen vaiheen lämmönsiirrintä suuremmaksi, 10 jolloin lämpötilaerot vaiheiden välillä pysyvät likimain samoina. Tai lämmönsiirtimet rakennetaan likimain samansuuruisiksi, kuten konventionaalisissa tislauslaitoksissa, jolloin vaiheiden väliset lämpötilaerot kasvavat vaiheittain tuoton kasvaessa. Ensiksi mainittu vaihtoehto on taloudelli-15 sempi, varsinkin valheiden lukumäärän kasvaessa.

Mikäli ulkopuolista energiaa on käytettävissä, voidaan keksinnön mukaista halhdutueprosessia tehostaa lämmittämällä haihdutettavaa nestettä alkuperäistä korkeampaan lämpöti-20 laan, ennen sen johtamista prosessiin. Mikäli lämpötilataso ei riitä tähän, voidaan nestettä höyrystää ulkopuolisen energian avulla prosessin ensimmäisessä vaiheessa ja lisätä täten siellä muuten paisumalla syntyvää höyryä. Osa nesteestä voidaan myös palauttaa viimeisestä ensimmäiseen tislaus-25 vaiheeseen yhden tai useamman, ulkopuolisella energialla lämmitetyn lämmönsiirtimen kautta, jotka lämmönsiirtimet i voivat tällöin käyttää prosessin hyväksi eri lämpötila-tasoilla olevaa hukkalämpöä.

30 ! i

Claims

6 82609

1. Monivaiheinen menetelmä lämpimien nesteiden haihduttamiseksi, tunnettu siitä, että neste haihdutetaan yksinomaan 5 sen sisältämän lämpöenergian avulla ja että kussakin tislausvaiheessa (31) sekä nesteestä syntyvä höyry (35) että lauhtuneesta tisleestä paisumalla syntyvä höyry (36) kokonaisuudessaan lauhdutetaan lämmönsiirrossa seuraavassa, alemmassa lämpötilassa toimivassa tislausvaiheessa (32) 10 höyrystyvän nesteen (39) kanssa, jolloin kunkin vaiheen tuotto on edellisen vaiheen tuottoa suurempi.

2. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän soveltamiseksi, tunnettu siitä, että kunkin tislausvaiheen (32) 15 lämmönsiirrin (37) on edellisen, korkeammassa lämpötilassa toimivan tislausvaiheen (31) lämmönsiirrintä (43) suurempi. li 7 82609