NO319666B1 - Fremgangsmate til fjerning av salt fra saltholdig vann, samt anvendelse derav - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til fjerning av salt fra saltholdig vann, særlig sjøvann eller brakkvann, hvor saltet i det saltholdige vannet omsettes med ammoniakk (NH3) og C02~gass til dannelse av uløselige salter som fraskilles fra avsaltet vann.

Oppfinnelsen vedrører også en anvendelse av fremgangsmåten.

Det er i dag et økende behov for vann i samfunnet, innenfor jordbruk og industri. Samtidig er det mange steder i verden en meget begrenset tilgjengelighet på vann. Samtidig kan ikke sjøvann benyttes fordi det inneholder salt, og eksisterende metoder for fjerning av saltet er langsomme, vanskelige, kostbare og krever et høyt energiforbruk.

Generelt er det et tiltagende energiforbruk over hele verden. Energien blir for det meste produsert fra olje, gass, kull og ved, og andre organiske stoffer, og dette fører til forurensning av omgivelsene.

Forskere på dette område over hele verden anbefaler at utslippet til atmosfæren av karbondioksid (kullsyre CO2) som nå blir produsert, reduseres for å beskytte miljøet mot den drivhuseffekt som C02~gassen skaper. Mange nasjoner har derfor ved lovgivning forpliktet seg til å redusere sine egne C02-utslipp.

Det er tidligere kjent metoder til fjerning av salt fra vann, for eksempel fra Abdel-Aal, H.K. et. al., Ind. Eng. Chem. Res., 35, sider 799-804, 1996; US-patentskrift 5.318.758, og JP-48013671 ifølge World Patent Index, AN 1973-25426U.

Den førstnevnte publikasjon av Abdel-Aal, H.K. et. al vedrører en partiell avsalting hvor man benytter prinsip-pene fra Solway-prosessen. Det håndteres en mettet salt-løsning som inneholder minst 5 ganger mer salt enn det som finnes i sjøvann som foreliggende oppfinnelse skal hånd-tere. Til den konsentrerte og mettede saltløsningen til-føres det en blanding av NH3 og CO2 gasser for å danne ammoniumkarbamat NH2COOH. Prosessen ifølge Abdel-Aal krever en andre reaksjonsprosess med forbruk av NH3 slik det vises i ligning ( 2) for å frembringe den primære reaksjonsprosess som forbruker både NH3 og CO2 slik det er vist i ligning (3) .

Det fremgår ifølge reaksjonsskjemaene 1-3 at det skjer reaksjoner mellom NH3 og CO2 som så omsettes med saltinnholdet i saltløsningen.

I artikkelen er det videre angitt at reaksjonene, ifølge ligningene 4 og 5, er svært langsomme og ineffek-tive, selv når man benytter en anbefalt boblekolonnereaktor under ideelle forhold og benytter CO2 av analysekvalitet. I motholdet føres gassen inn i væsken i en beholder, og det er helt forskjellig i forhold til foreliggende løsning, hvor (som det vil framgå av det etterfølgende) væsken skal dusjes over en innstrømmende eksosgass.

Som det vil framgå av det etterfølgende skiller foreliggende oppfinnelse seg fra motholdet, både ved hvilken væske som behandles, de spesifikke detaljene for hvordan ammoniakk og karbondioksid tilføres, samt hvordan saltvannet blandes med eksosgassen.

Ved å utføre reaksjonen som ifølge oppfinnelsen, hvor saltvann, tilsatt ammoniakk, sprøytes som et støvregn til kontakt med en innstrømmende eksosgass inneholdende CO2, oppnås det en mye større omsetning og utskillelse av salter fra sjøvannet enn det som kan oppnås ifølge Abdel-Aal, H.K. et. al. Man får således et mye større utbytte av reaksjonen med den foreliggende oppfinnelse.

I JP-48013671 beskrives det en metode for kontinuerlig avsalting av vann ved bruk av aktiv kull. Saltvannet til-settes en beholder sammen med det aktiv kull der det er adsorbert CO2 og NH3 eller NH4OH. Dette blandes godt og det utfelles NH4CI, NaHCC>3 og Na2CC>3 som adsorberes på det aktive kullet.

US-patentskrift 5.318.758 beskriver en fremgangsmåte til fjerning av CO2 fra eksosgasser. Dett skjer ved at det opprettes en motstrømskontakt mellom alkanolaminløsning og eksosen for å absorbere CO2 fra gassen. En vandig alkanol-aminløsning dispergeres ved hjelp en dyse i toppen av adsorpsjonskolonnen og gassen strømmer oppover i kolonnen som omfatter to kontaktsoner for gass og væske.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en ny fremgangsmåte til avsalting av saltvann, særlig sjøvann, og som representerer en forenkling rent meto-disk i forhold til de metoder som er beskrevet ovenfor.

Videre er det et formål med oppfinnelsen å anvende fremgangsmåten til en kombinert avsalting og rensing av eksosgasser.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved de følgende trinn: a) at ammoniakk (NH3} tilføres til det saltholdige vannet for dannelse av tilstrekkelig ammoniumhydroksid (NH4OH) som kan omsettes med saltet (NaCl) i vannet, b) at saltvann/ammoniakk-blandingen sprøytes som et findelt støvregn inn ved toppen av et innelukket prosess-kammer, til kontakt med C02~gassen i en forbrenningseksos, for dannelse av faste saltmaterialer i form av natriumkarbonat (Na2C03) og ammoniumklorid (NH4 Cl),

hvoretter saltet bunnfelles og fjernes fra en bunnfel-lingstank under prosesskammeret, idet resten av brensel-eksosgassen utslippes fra prosesskammeret, og avsaltet vann fjernes som overløp fra bunnfellingstanken.

Ifølge en foretrukket utførelse sprøytes vannet over et eller flere skvettplater i prosesskammeret for å fremme dannelsen av støvregn for derved å omsette ytterligere av saltet med C02~gassen.

Ifølge en foretrukket utførelse innsprøytes det saltholdige vannet blandet med ammoniakk gjennom et antall ut-sprøytingsdyser og kontaktes med den innstrømmende eksos.

Ifølge en annen foretrukket utførelse gjennomføres fremgangsmåten på saltholdige vann, særlig brakkvann, med en maksimal saltkonsentrasjon på 22 %.

Ifølge enda en foretrukket utførelse gjennomføres prosessen i to eller tre kamre, anordnet etter hverandre eller i parallell.

Ifølge oppfinnelsen anvendes fremgangsmåten til avsalting av saltholdig vann og/eller fjerning av CO2 fra forbrenningseksos.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil ha stor betyd-ning siden den gir en praktisk gjennomførbar metode til fjerning av salt til lave kostnader, og det produseres store kvantum avsaltet sjøvann, idet CO2 fra brenseleksos-gassen forbrukes, hvilken eksosgass ellers ville forurenset omgivelsene. Ingen av de eksisterende økonomisk gjennomfør-bare prosessene kan samtidig frembringe slike resultater, selv om de benytter lignende kjemikalier. Særlig skal nevnes den ammoniakk-soda-askeprosessen, som Ernest Solvay forbedret i 18 65. Det benyttes en mettet løsning av natriumkloridkalk med ammoniakk og kullsyre ledes gjennom løsningen for å utvinne sodaaske.

Oppfinnelsen kortfattet.

Som nevnt innebærer oppfinnelsen at det utnyttes en kjemisk prosess for fjerning av salt i saltvann så som sjøvann og fjerning av CO2 fra eksosgasser.

I et første trinn av prosessen utmåles ammoniakk (NH3) og blandes med sjøvannet, som har omtrent 3 % salt, hvilket salt skal fjernes. Ammoniakken løses lett i sjøvannet og danner NH4OH, som er sterkt reagerende. Det har sterk tiltrekning på klorionene i sjøvannet.

Det andre trinn i prosessen foregår i et lukket kammer, anbrakt over en bunnfalltank. Brenseleksosgass, med mye karbondioksid (CO2), som normalt vil slippes ut i atmosfæren, er skadelig for omgivelsene og blir brukt i denne prosessen. Eksosgassen ledes inn gjennom en åpning på en side og blir i kammeret for gjennomføring av prosessen. Restmengdene av gassen forlater så gjennom en åpning på den andre side av kammeret. Sjøvannsblandingen blir pumpet inn i prosesskammeret som et støvregn nær toppen gjennom et stort antall (tallrike) ikke tilstoppene, dusjrør.

CC>2-gassmolekylene blir tiltrukket til natriumionene i saltvannet.

De to faste stoffene dannes og bunnfelles i bunnfall-tanken, og fjernes gjennom åpningen i bunnen.

Sjøvannet hvorfra saltet er fjernet, flyter som over-løp fra bunnfall-tanken, og i store mengder per tonn salt, siden saltet utgjør bare ca tre prosent av sjøvannet. Det avsaltete sjøvannet kan benyttes i samfunnet, i industrien og innenfor jordbruket. Det er fortsatt noe oppløst ammoniakk og plankton og andre mikroorganismer igjen i vannet, og som i havet utgjør næringsstoffer for andre organismer i havet.

Dette vannet kan innenfor jordbruket også anvendes til å gjøre jorden fruktbar, dvs. at det benyttes som nærings-stoff eller gjødsel.

Alternativt hvor det trenges, kan dette fjernes fra vannet ved sterk beluftning og ved en biologisk prosess eller ved bruk av et ikke-forstoppende filter. Det støvfine materialet kan bli pisket til flokkull og fjernes som slam eller en filterkake.

De to faste stoffer som dannes ved omsetningen av saltvannet med CO2/ er som følger: Natriumkarbonat (Na2CC>3) med en spesifikk tetthet på 2.53, og ammoniumklorid (NH4C1) med spesifikk tetthet på 1.53.

De to stoffene kan skilles fra hverandre med en hydro-syklon, med luftbefordring og sprøyting, eller på andre måter.

Der er en økende handel med natriumkarbonat som følge gode priser, og slike inntekter kan dekke mer enn det hele prosessen koster å gjennomføre. Samtidig får man gratis avsaltet sjøvann.

Ammoniumet i NH4C1 kan gjenvinnes ved behandling med kalsiumoksid (CaO), eller kan spaltes til NH3<+> og Cl".

Den kjemiske støkiometriske omsetning for å nedbryte saltet (3 %, med sjøvann som bærer), med utgangspunkt i 1 tonn (t) fjernet salt, er som følger:

Beskrivelse av spesifikk utførelse.

Ved forbedret prosseserings-metode, ifølge oppfinnelsen, omsettes saltet i det opprinnelige sjøvann i en uav-brutt kjemisk prosess gjennomført i et eller flere lukkede kammere, hvert anbrakt over en bunnfallstank, og som er anordnet etter hverandre eller parallelt.

Brenseleksos rik på CO2 gass, stammer normalt fra gass, olje og kull som benyttes som brensel i kraftsta-sjoner, ovner og andre forbrenningsapparater. C02-gass er skadelig når det kommer til de øvre skylag i atmosfæren.

Eksosen avledes til prosesskammeret, og C02~gassen atskilles eksosen i prosessen hvor den blir forbrukt. Sjø-vannet tilføres ammoniakk som en reaktant og blandes inn i en likevekt med saltmengden i sjøvannet, før sjøvannet pumpes inn mange steder som et fint støvregn ved/fra toppen av prosesskammeret.

C02~gassen virker med en sterk tiltrekning på salt-ionene. To tyngre faststoffer dannes av ionene i saltet, ammoniakk, C02-gassen og vann. Disse to stoffene bunnfelles i bunnfallstanken nedunder og fjernes som understrøm, og atskilles derved.

Sjøvannet bringes til å treffe skvettplater i en eller flere høyder, for å fremme dannelsen av støvregn og omsetningen med C02~gassen, før det avsaltete sjøvann fjernes fra bunnfallstanken ved overløp. Antallet prosesskamre kan anvendes på forskjellige måter. Når to, tre eller flere prosesskammere er oppstilt parallelt, kan det frembringes en proporsjonal reduksjon, per kvadratmeter av kammer-arealet, av tilførselen av sjøvann, salt, ammoniakk og CO2, og med en øket avsalting av sjøvannet. Som et annet eksempel kan det nevnes at dersom tre like prosesskammer er satt i rekke og brensel-eksosen strømmer fra det ene til det andre og videre til det tredje kammer. Sjøvannet blandet med ammoniakk kan pumpes inn i det andre kammer og prose-sseres der, men hvis det behandlete sjøvann fortsatt inneholder for mye salt, kan ammoniakkinnholdet i sjøvannet kontrolleres for tilstrekkelig ammoniakkmengde, og så pumpes inn i det første prosesskammer for å gjennomføre en poleringsprosess, slik at avsaltingskravet innfris. En liten del av det pumpete blandete sjøvannet, kan så avledes og sprøytes inn i det tredje kammeret for en poleringsprosess, for å fjerne resten av C02-gassen dersom det er nødvendig.

Prosessen ifølge oppfinnelsen er hovedsakelig rettet mot håndtering av sjøvann som har et relativt konstant og uforanderlig saltinnhold. Sjøvann har en saltgehalt på ca tre vektprosent, men prosenten vil variere med beliggen-heten. I fjorder og smale bukter, som får tilført relativt store mengder ferskvann, vil prosenten være lavere. I tropiske soner og i grunt vann er saltinnholdet høyere, men er generelt ikke høyere enn 4 vektprosent. Sjøvann inneholder magnesium, kalsium og kalium i meget små mengder som salter. Disse metaller er nødvendige for de fleste levende celler, og en del vil bli fjernet i den beskrevne prosessen. Plankton og andre mikroorganismer finnes i sjøvann og er næringsstoffer for andre sjødyr i havet. Disse ørsmå organismene kan også fungere som gjødsel når avsaltet sjø-vann anvendes i jordbruket.

I ekstremt tørre områder med voksende befolkning og tørke, er avsaltet sjøvann en ekstrem verdifull ressurs, for eksempel i California og Hong Kong. I de Arabiske Stater avbrennes det store mengder gass fra oljebrønner, men denne gassen kan anvendes som brensel for produksjon av elektrisk kraft. Eksosen fra slike anlegg kan avledes og den skadelige CC>2-gassen fjernes i prosessen ifølge oppfinnelsen, samtidig som sjøvann avsaltes i store mengder. Det avsaltede sjøvann kan sa anvendes til å gjøre ørkenen pro-duktiv til jordbruksformål.

Det skal forstås at brakkvann kan anvendes i stedet for sjøvann, men saltgehalten bør ikke være høyere enn 22 %, for å unngå rustdannelser og tilstopninger i led-ninger.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til fjerning av salt fra saltholdig vann, særlig sjøvann eller brakkvann, hvor saltet i det saltholdige vannet omsettes med ammoniakk {NH3) og C02~gass til dannelse av uløselige salter som fraskilles fra avsaltet vann, karakterisert ved de følgende trinn: a) at ammoniakk (NH3) tilføres til det saltholdige vannet for dannelse av tilstrekkelig ammoniumhydroksid (NH4OH) som kan omsettes med saltet (NaCl) i vannet, b) at saltvann/NH3-blandingen sprøytes som et findelt støvregn inn ved toppen av et innelukket prosess-kammer, til kontakt med en C02~gassen i en forbrennings-eksos, for dannelse av faste saltmaterialer i form av natriumkarbonat (Na2CC>3) og ammoniumklorid (NH4 Cl), hvoretter saltet bunnfelles og fjernes fra en bunnfel-lingstank under prosesskammeret, idet resten av brensel-eksosgassen utslippes fra prosesskammeret, og avsaltet vann fjernes som overløp fra bunnfellingstanken.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at vannet sprøytes over en eller flere skvettplater i prosesskammeret for å fremme dannelsen av støvregn for derved å omsette ytterligere av saltet med C02-gass.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1-2, karakterisert ved at det saltholdige vannet blandet med ammoniakk innsprøytes gjennom et antall utsprøytingsdyser og kontaktes med den innstrømmende eksos.

4. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at nevnte saltholdige vann, særlig brakkvann, har en maksimal saltkonsentrasjon på 22 %.

5. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at prosessen gjennom-føres i to eller tre kamre, anordnet etter hverandre eller i parallell.

6. Anvendelse av fremgangsmåten ifølge krav 1-5 til avsalting av saltholdig vann og/eller fjerning av CO2 fra forbrenningseksos.