WO2018001609A1 - Verfahren und anordnung zur wassergewinnung aus einem gasgemisch mittels einer absorptionseinheit in kombination mit einer thermischen wassergewinnungsanlage - Google Patents

Verfahren und anordnung zur wassergewinnung aus einem gasgemisch mittels einer absorptionseinheit in kombination mit einer thermischen wassergewinnungsanlage Download PDF

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Gerhard Zimmermann
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Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for the production of water from a gas mixture by means of an absorption unit in combination with a thermal water extraction plant.
  • the recovery of drinking water from air can be done using different techniques.
  • the most commonly used technology today is cooling the wet gas mixture at a surface below the water dew point by means of an electrically operated chiller.
  • this technology has adversely high Stromver ⁇ consumption because the water content of air at ambient is very low and a part of the cooling energy is needed to cool the carrier air stream.
  • drying agents may be liquid or solid components.
  • the desiccant is then loaded by adsorption or absorption with water. The loaded desiccant, so the off or
  • Adsorbent can then be regenerated with the addition of energy.
  • the commercial processes for recovering water are air specific
  • Object of the present invention is therefore to provide a method and an arrangement which allows the water extraction from a gas mixture energy efficient.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 and egg ⁇ ner arrangement according to claim 9.
  • the method according to the invention combines the water extraction by means of an absorption medium and subsequent regeneration of a thermic separation.
  • the temperatures in the thermal water recovery plant are less than 100 ° C and are therefore so low that the thermal separation process can be carried out extremely energy efficient and a variety of possible heat sources can be considered.
  • the method for obtaining water from a moist gas mixture comprises the following steps: First, water from the moist gas mixture is absorbed by the absorbent in the absorption unit. The water laden Ab ⁇ sorbent and a carrier gas are then added to a Ver ⁇ dunster. In Verdunster the laden absorbent and the carrier gas are conducted in countercurrent, wherein the carrier gas is heated in the Verdunster and a first compo- nent from the water-loaded absorbing agent absorbs ⁇ . The carrier gas loaded with the first component is conducted into a first condenser, where the first component condenses out of the carrier gas.
  • the pressure in the thermal water recovery plant is in particular ambient pressure, so in particular is in a range between 0.5 bar and 1.7 bar.
  • so ei ⁇ ne compression of the carrier gas or the absorbent is avoided, which makes the process energy efficient.
  • An arrangement for obtaining water from a gas mixture with an absorption unit in combination with a thermal water extraction plant comprises at least one absorption unit for absorbing water from a gas mixture in an absorbent. Furthermore, the arrangement comprises a vaporizer for operation with loaded absorbent and a carrier gas, wherein the vaporizer is configured to lead the loaded absorbent and the carrier gas in countercurrent. The carrier gas heats up in the evaporator and receives a first component from the absorbent on. The absorbent is regenerated and cooled.
  • the arrangement according to the invention for obtaining water further comprises a first condenser for condensing the first component from the carrier gas.
  • Passing the carrier gas and the loaded Absorptionsmit ⁇ countercurrently in the evaporator advantageously allow the separation of the first component at temperatures of less than 100 ° C, so that advantageously heat sources can be used, which otherwise find no or a low-value further use.
  • the absorption and the thermal separation process in Verdunster thus be combined in of energy-efficient manner, and advantageously allow the ener ⁇ -efficient use of the water production from a wet gas mixture using an absorbent.
  • the first component is water or the absorbent.
  • the water evaporates and is absorbed by the carrier gas, thereby regenerating the absorbent.
  • the Absorpti ⁇ onsmittel has a higher volatility than water.
  • the absorbent ammonium carbonate can be, that is not volatile and hygroscopic at ambient temperatures. At temperatures above 60 ° C falls Ammo ⁇ niumkarbonat in ammonia and carbon dioxide, with ammonia and carbon dioxide pass in larger quantities in the carrier gas as water.
  • the regeneration is carried out by the loaded absorbent is taken up in the evaporator from the carrier ⁇ gas and water remains.
  • the regenerated absorbent is recycled to the Ab ⁇ sorption.
  • the consumption of absorbent is kept low, which makes the process more efficient.
  • the laden with water or the absorbent carrier gas is cooled in the first capacitor by means of the loaded absorbent as a coolant. This advantageously minimizes the required thermal energy and thus improves the energy balance of the process.
  • humid air or an exhaust gas is used as the gas mixture.
  • the temperatures are so high that the water needed can be obtained from the ambient air because the warm ambient air ⁇ can absorb much more water than cold air. But it is also possible to recover water from exhaust gases.
  • exhaust gases from the paper or power plant industry have a high moisture content.
  • these exhaust gases have already been heated to higher temperatures than ambient tempera ture ⁇ , so that the water content of the exhaust gas may be significantly higher than the water content of the ambient air.
  • a condensation of this water from exhaust gases is possible by cooling, but disadvantageously the water then also includes other condensed components, in particular nitrates and sulfates of nitrogen oxides and sulfur oxides.
  • exhaust gas is carried out by means of the method of absorption in combination with the evaporator, the majority or only water is absorbed by suitable choice of the absorbent and a further work-up the water present after the evaporator is advantageously avoided or simplified.
  • the water from ambient air which was obtained by cooling by the conventional method by cooling below the dew point, must undergo further treatment steps, so that it reaches a sufficient purity according to commercially available water, especially in the home.
  • membrane filtration units are usually used for further purification because they are more compact to build with smaller volumes than thermal treatment plants.
  • this membrane filter units are Wartungsintensi ⁇ ver and at the high levels of drying agents also less efficient in terms of yield and demand for electrical energy as a suitable thermal conditioning systems ⁇ . Therefore, it is with sufficient space required both centrally and decentrally beneficial to win the water from the air by means of an absorbent and the subsequent thermal water recovery plant.
  • hygroskopi ⁇ specific salts in aqueous solution.
  • absorbent is evaporated in Verdunster the water in the carrier gas during Rege ⁇ nerleiter.
  • these salts are non-volatile and have a low vapor pressure, it can be ensured that the quality of the condensate from the carrier gas is high.
  • inorganic salts, salts of short-chain organic acids or ionic liquids or other low-volatility compounds are used as absorption medium.
  • the evaporator is a falling film or a Rieselstromverdunster.
  • the surface between the absorbent and the propellant gas is designed to be as large as possible, whereby the process can be operated energy-efficiently.
  • the evaporator and / or the absorption unit comprise a package.
  • a packing in particular a solid packing or packed packing, increases the interface between the carrier gas and the absorbent. This advantageously favors the transfer of material and heat in such a way that the process can be carried out in a particularly energy-efficient manner.
  • the droplet size can be made larger than in particular ⁇ special in an injection or nebulization. This minimizes the discharge of desiccant from the charging tower, which has a significant positive impact on the economy and energy balance of the process.
  • the arrangement comprises a memory, in particular a tank, for storing the regenerated absorption means.
  • the purified dehumidified absorbent can be stored until it is again fed into the absorption unit.
  • the first condenser is operated with the cool laden absorbent.
  • the absorbent is advantageously preheated and thus can be given already at a higher temperature than ambient temperature in a heat exchanger before the evaporator. This reduces the additional heat to be introduced and constitutes a externa ⁇ tremely energy-efficient arrangement.
  • Figure 1 shows a water extraction system with dehumidifier and Rege ⁇ nerationsstrom
  • 2 shows a regeneration system in combination with an ab sorption ⁇
  • Figure 3 is an overview of the process steps for Wasserge ⁇ winning.
  • FIG. 1 shows schematically the overview of a water production plant for obtaining water from ambient air. From a specific humidity of about 13gwasser / kgm f t / ei corresponding ⁇ ner relative humidity of 100% at 10 ° C, water from the ambient air can be obtained by means of the dew point. In particular, in an area up to 4000 km north and south of the equator corresponding conditions are available year round. Especially in these regions of the world, it is therefore possible to extract water, especially drinking water, from the ambient air. Is a process used to obtain water used based on drying agents, water t can be recovered to a specific humidity of 2 g ater / kg Luf, which is relevant with low humidity, especially in deserts ⁇ regions.
  • the water extraction plant shown in Figure 1 comprises a dehumidifier 4 and a regeneration system 5.
  • the dehumidifier 4 humid air 2 is supplied.
  • the ambient air is dried by means of drying agents, absorption or adsorbents.
  • the dry air 3 can the
  • Dehumidifier 4 then leave.
  • the drying agent 7 loaded with the water from the environment is then fed into the regeneration plant 5.
  • the water is 6 by means of a thermal separation process from the drying agent, in particular the adsorbent or adsorbent obtained.
  • the re ⁇ generated desiccant 8 can be fed back into the dehumidifier. 4
  • a Verduns ⁇ ter 10 is used in combination with a carrier gas 12. This is illustrated in FIG. 2.
  • the regeneration system 5 is shown in detail.
  • a dehumidifier 4 ei ⁇ ne absorption unit 16 is used as a dehumidifier 4 ei ⁇ ne absorption unit 16 .
  • the moist air 2 is dried in the absorption unit 16 and leaves as tro ⁇ ckene air 3, the absorption unit 16.
  • the loaded with the water absorber 18 is guided by the absorption unit 16 in the regeneration in Appendix 5. There it can be collected next ⁇ in a tank 9.
  • ⁇ bar to lead the loaded absorbent 18 directly to a first capacitor 11 and then preheat by means of a heater 14 to trickle the loaded absorbent 18 then in the evaporator 10.
  • a dry carrier gas 12 is passed in countercurrent to the loaded absorbent 18.
  • the dry carrier gas 12 is typically air. But there are also other gases conceivable. In particular, nitrogen and monatomic ideal gases (noble gases He, Ne, Ar) come into consideration because of their lower molar heat capacity.
  • the water-laden carrier gas 13 is then fed into the first capacitor 11. There it is cooled by means of the loaded absorbent 18, so that water 6 condenses out of ⁇ .
  • the loaded absorbent 18 is guided in the counter ⁇ current to the loaded carrier gas 13 in the first capacitor 11.
  • the condensed water 6 is then guided out of the system. It already has sufficient purity to meet drinking water quality but needs to be fortified with salts to be used as drinking water.
  • the condensed water 6 can also, depending on the desired application, then in another Cleaning be performed. Conceivable are activated carbon filter ⁇ here to remove organic substances. Furthermore, by means of electrodialysis or ion exchange techniques, in particular ion exchange chromatography, salts or traces of salts can be removed.
  • the regenerated absorbent 17 exits the evaporator 10 at the bottom of the evaporator 10 and is fed either back into the absorption unit 16 or out of the system.
  • the insertion of an evaporator 10 allows the thermal cleaning of the absorbent 18 to take place at less than 100 ° C.
  • the method works on the principle of convective assisted evaporation of water in a Rieselstromverdunster with oppositely flowing air. That is, air can often be used as a carrier gas 12.
  • the capacitor 11 is preferably cooled with Absorptionsmit ⁇ tel 18 to ensure efficient use of available heat. The temperature of the downflow laden absorbent 18 drops from the head to the foot of the
  • the regenerated absorbent 17 may optionally be used in the condenser 11 to ⁇ addition to the loaded absorbent 18 as a cooling medium.
  • the regenerated absorption ⁇ medium may be cooled with a cooling unit 17 temperature 15 to a necessary temperature-prior to recycling the regenerated absorbent 17th
  • the evaporator 10 may comprise a structured packing.
  • the absorption unit 16 may comprise a structured Pa ⁇ packaging.
  • the same structured packing material 16 can be inserted into the separate units, namely the Verdunster 10 and the absorption unit in interpreting ⁇ Lich lower temperatures in the absorption unit 16 compared with the Verdunster 10 to bring the ambient air in contact with the absorbent and as a large exchange surface to ensure efficient loading of the absorption ⁇ means 17 with water from the ambient air.
  • the loaded absorbent 18 is then fed to the evaporator 11.
  • the process can be operated continuously or diskontinu ⁇ ously.
  • Water which means a high purity enstprechend ⁇ drinking water quality, the water can be ensured.
  • the absorption means 17 has a lower vapor pressure than water and thus a higher volatility than water.
  • Insbesonde ⁇ re the absorbent 17 may be ammonium carbonate, which is non-volatile and hygroscopic at ambient temperatures. At temperatures above 60 ° C Ammoniumcar- carbonate decomposes into ammonia and carbon dioxide, ammonia and Koh ⁇ dioxide pass in large quantities, the carrier gas 13 and water. In this case, the regeneration takes place in the regeneration plant 5 by the loaded absorbent 18 is received in the evaporator 10 from the carrier gas 13 and water remains.
  • the absorbent having a significantly lower vapor pressure than water
  • the salts of short-chain organic acids which are understood as short-chain particular acids having one to three carbon atoms, are used.
  • the vapor pressure of the salts of these acids should advantageously be so well below the vapor pressure of water that a good separation of the absorbent can take place.
  • Both ways of regenerating the absorbent can be operated at temperatures below 100 ° C, so that the required heat in warm sunny regions can be obtained decentrally via solar thermal energy.
  • the recovery of heat through solar thermal energy advantageously allows an environmentally friendly process with a reduced ⁇ C02 footprint.
  • waste gases from the paper industry or the power plant industry include water.
  • Exhaust gases which usually already have a significant hö ⁇ here temperature than the ambient temperature can absorb much larger amounts of water, compared to ambient air at room temperature.
  • room temperature in this case a temperature between 10 ° C and 30 ° C, in particular between 15 ° C and 25 ° C is considered.
  • Water is recovered from an exhaust gas, the Absorpti ⁇ onsstoff must be chosen such that only water is absorbed and to be absorbed any other substances, especially nitrates or sulfates. In the event that these substances are absorbed, a further treatment step is necessary, depending on how the substances behave during regeneration. If these substances pass into the product water during regeneration, they must be further processed. Remain the substances during regeneration in the absorbent, so this has to be treated ent ⁇ Speaking on.
  • FIG. 3 shows schematically the method for obtaining water from ambient air. Initially moist air 2 and a waste is fed sorbent 17 in a dehumidifier 4, where this is done from ⁇ absorb water from air 20th The Absorptionsmit ⁇ tel can then optionally be preheated by means of the carrier gas 13 21. Subsequently, the regeneration of the loaded absorbent 22 18. The regenerated sorbent waste 17 may be fed back into the Entfeuc ⁇ hter 4 then. It can also be partially taken directly from the process. Furthermore, the water can be cleaned 23. Thus leaving pure water, particularly water, which can be further processed as drinking water, the Appendices ⁇ ge after regeneration of the absorbent 22nd

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Abstract

Verfahren und Anordnung zur Wassergewinnung aus einem Gasgemisch mittels einer Absorptionseinheit in Kombination mit einer thermischen Wassergewinnungsanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wassergewinnung aus einem feuchten Gasgemisch, wobei in einer Absorptionseinheit Wasser in ein Absorptionsmittel absorbiert wird und das Wasser aus dem Absorptionsmittel in einer thermischen Wassergewinnungsanlage abgetrennt wird und das mit Wasser beladene Absorptionsmittel in der thermischen Wassergewinnungsanlage regeneriert wird, wobei in der thermischen Wassergewinnungsanlage Temperaturen von weniger als 100°C herrschen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Wassergewinnung aus einem Gasgemisch mittels einer Absorptionseinheit in Kombination mit ei- ner thermischen Wassergewinnungsanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Wassergewinnung aus einem Gasgemisch mittels einer Absorptionseinheit in Kombination mit einer thermischen Wassergewin- nungsanlage.
In einigen Regionen der Welt ist bereits heute zu wenig
Trinkwasser vorhanden. Dieses Problem wird in den kommenden Jahren deutlich wachsen. Gründe dafür stellen einerseits der Klimawandel andererseits das Bevölkerungs- und Wirtschafts¬ wachstums dar. Bis zum Jahr 2020 wird der Wasserbedarf voraussichtlichen um 40% steigen.
Eine Möglichkeit in Küstennähe Trink- und Brauchwasser zu er- zeugen, liegt in der Entsalzung von Meerwasser. Meist wird das Trink- und Brauchwasser aus dem Meerwasser mittels Umkehrosmose erzeugt. Allerdings erzeugt diese Technologie gro¬ ße Mengen salzreichen Konzentrats als Abfall. Das Entsorgen dieses salzreichen Konzentrats erfolgt häufig durch Einleiten ins Meer, wo es große Umweltschäden verursacht.
Eine mögliche Alternative zur Wassergewinnung aus dem Meer, insbesondere zur Trinkwassergewinnung, liegt in der Gewinnung von Wasser aus der Luft.
Das Gewinnen von Trinkwasser aus Luft kann über unterschiedliche Techniken erfolgen. Die gegenwärtig am häufigsten verwendete Technologie ist die Kühlung des feuchten Gasgemisches an einer Oberfläche bis unterhalb des Wassertaupunktes mit- tels einer elektrisch betriebenen Kältemaschine. Diese Technologie weist allerdings nachteilig einen hohen Stromver¬ brauch auf, da der Wassergehalt der Luft bei Umgebungstempe- ratur sehr gering ist und ein Teil der Kühlenergie benötigt wird, um den Trägerstrom Luft zu kühlen.
Eine weitere Möglichkeit Wasser aus Luft zu gewinnen stellt die Verwendung von Trocknungsmitteln dar. Als Trocknungsmittel können flüssige oder feste Komponenten dienen. Das Trocknungsmittel wird dann über Ab- oder Adsorption mit Wasser beladen. Das beladene Trocknungsmittel, also das Ab- oder
Adsorbent, kann anschließend unter Zufuhr von Energie regene- riert werden. Allerdings liegen die kommerziellen Verfahren zur Wassergewinnung aus Luft bezüglich des spezifischen
Stromverbrauchs mit ca. 500 kWhei/m3 produzierten Trinkwas¬ sers nachteilig noch zwei Größenordnungen über dem Energie¬ verbrauch einer Meerwasser-Entsalzungsanlage (ca. 5
kWhei/m3 ) .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, welche die Wassergewinnung aus einem Gasgemisch energieeffizient ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und ei¬ ner Anordnung gemäß Anspruch 9 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wassergewinnung aus einem feuchten Gasgemisch mittels einer Absorptionseinheit in Kombination mit einer thermischen Wassergewinnungsanlage wird zunächst Wasser aus einem Gasgemisch in ein Absorptionsmittel in der Absorptionseinheit absorbiert. Anschließend wird das Wasser aus dem mit Wasser beladenen Absorptionsmittel in der thermische Wassergewinnungsanlage abgetrennt. Das mit Wasser beladene Absorptionsmittel wird dabei in der thermischen Was¬ sergewinnungsanlage aufkonzentriert und damit regeneriert. Dabei herrschen in der thermischen Wassergewinnungsanlage Temperaturen von weniger als 100°C.
Das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert in besonders ener¬ gieeffizienter Weise die Wassergewinnung mittels eines Absorptionsmittels und die anschließende Regeneration über eine thermische Trennung. Die Temperaturen in der thermischen Wassergewinnungsanlage betragen weniger als 100°C und sind somit so niedrig, dass das thermische Trennverfahren äußerst energieeffizient durchgeführt werden kann und eine Vielzahl an möglichen Wärmequellen in Betracht gezogen werden können.
Dies ermöglicht vorteilhaft, insbesondere in sonnigen Regio¬ nen, die Wärme dezentral über Solarthermie zu gewinnen.
Weiterhin ist es vorteilhaft möglich sowohl die thermische Trennung als auch die Absorption kontinuierlich oder diskontinuierlich zu betreiben. Dies kann insbesondere in Phasen von Trockenheit oder in Phasen von starker Sonneneinstrahlung günstig sein, wenn die Wärme für den thermischen Trennprozess aus der Sonnenenergie gewonnen wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung und Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren zur Wassergewinnung aus einem feuchten Gasgemisch folgende Schritte: Zunächst wird Wasser aus dem feuchten Gasgemisch von dem Absorptionsmittel in der Absorptionseinheit absorbiert. Das mit Wasser beladene Ab¬ sorptionsmittel und ein Trägergas werden dann in einen Ver¬ dunster gegeben. Im Verdunster werden das beladene Absorptionsmittel und das Trägergas im Gegenstrom geführt, wobei sich das Trägergas in dem Verdunster erwärmt und eine erste Kompo- nente aus dem mit Wasser beladenen Absorptionsmittel auf¬ nimmt. Das mit der ersten Komponente beladene Trägergas wird in einen ersten Kondensator geführt, wo die erste Komponente aus dem Trägergas kondensiert. Der Druck in der thermischen Wassergewinnungsanlage beträgt insbesondere Umgebungsdruck, liegt also insbesondere in einem Bereich zwischen 0,5 bar und 1,7 bar. Vorteilhaft wird so ei¬ ne Verdichtung des Trägergases oder des Absorptionsmittels vermieden, was das Verfahren energieeffizient macht.
Eine Anordnung zur Wassergewinnung aus einem Gasgemisch mit einer Absorptionseinheit in Kombination mit einer thermischen Wassergewinnungsanlage umfasst wenigstens eine Absorptions- einheit zum Absorbieren von Wasser aus einem Gasgemisch in ein Absorptionsmittel. Weiterhin umfasst die Anordnung einen Verdunster zum Betrieb mit beladenem Absorptionsmittel und einem Trägergas, wobei der Verdunster ausgestaltet ist, das beladenen Absorptionsmittel und das Trägergas im Gegenstrom zu führen. Das Trägergas erwärmt sich in dem Verdunster und nimmt eine erste Komponente aus dem Absorptionsmittel mit auf. Das Absorptionsmittel wird regeneriert und kühlt ab. Die erfindungsgemäße Anordnung zur Wassergewinnung umfasst wei- terhin einen ersten Kondensator zum Kondensieren der ersten Komponente aus dem Trägergas .
Das Führen des Trägergases und des beladenen Absorptionsmit¬ tels im Gegenstrom in dem Verdunster ermöglichen vorteilhaft das Abtrennen der ersten Komponente bei Temperaturen von weniger als 100°C, so dass vorteilhaft Wärmequellen verwendet werden können, die ansonsten keine oder eine niederwertige weitere Verwendung finden. Die Absorption und das thermische Trennverfahren im Verdunster werden daher in energieeffizien- ter Weise kombiniert, und ermöglichen vorteilhaft den ener¬ gieeffizienten Einsatz der Wassergewinnung aus einem feuchten Gasgemisch mittels eines Absorptionsmittels.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil- dung der Erfindung ist die erste Komponente Wasser oder das Absorptionsmittel .
Vorteilhaft wird beim Regenerierungsvorgang im Verdunster das Wasser verdunstet und vom Trägergas aufgenommen und dabei das Absorptionsmittel regeneriert. Somit kann eine hohe Qualität, das bedeutet eine hohe Reinheit, des Wassers sichergestellt werden. Es ist alternativ ebenso möglich, dass das Absorpti¬ onsmittel eine höhere Flüchtigkeit als Wasser aufweist. Ins¬ besondere kann das Absorptionsmittel Ammoniumcarbonat sein, das hygroskopisch und bei Umgebungstemperaturen nicht flüchtig ist. Bei Temperaturen oberhalb von 60 °C zerfällt Ammo¬ niumkarbonat in Ammoniak und Kohlendioxid, wobei Ammoniak und Kohlendioxid in größeren Mengen in das Trägergas übergehen als Wasser. In diesem Fall erfolgt die Regenerierung, indem das beladene Absorptionsmittel in dem Verdunster vom Träger¬ gas aufgenommen wird und Wasser zurückbleibt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird das regenerierte Absorptionsmittel in die Ab¬ sorptionseinheit zurückgeführt. Vorteilhaft wird so der Ver¬ brauch an Absorptionsmittel gering gehalten, was das Verfahren effizienter gestaltet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird das mit Wasser oder dem Absorptionsmittel beladene Trägergas in dem ersten Kondensator mittels des beladenen Absorptionsmittels als Kühlmittel abgekühlt. Vorteilhaft minimiert das die benötigte thermische Energie und verbessert somit die Energiebilanz des Verfahrens.
In einer weiteren Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird als Gasgemisch feuchte Luft oder ein Abgas einge- setzt. Insbesondere in warmen wasserarmen Regionen sind die Temperaturen so hoch, dass das benötigte Trinkwasser aus der Umgebungsluft gewonnen werden kann, da die warme Umgebungs¬ luft deutlich mehr Wasser aufnehmen kann als kalte Luft. Es ist aber ebenso möglich Wasser aus Abgasen zu gewinnen.
Insbesondere Abgase aus der Papier- oder Kraftwerksindustrie weisen einen hohen Feuchtegehalt auf. Weiterhin sind diese Abgase bereits auf höhere Temperaturen als Umgebungstempera¬ tur erhitzt worden, so dass der Wassergehalt des Abgases deutlich über dem Wassergehalt der Umgebungsluft liegen kann. Ein Auskondensieren dieses Wassers aus Abgasen ist durch Abkühlen zwar möglich, nachteiligerweise umfasst das Wasser dann aber auch weitere kondensierte Komponenten, insbesondere Nitrate und Sulfate aus Stickoxiden und Schwefeloxiden. Wird allerdings Abgas mittels des Verfahrens der Absorption in Kombination mit dem Verdunster durchgeführt, so wird bei geeignter Wahl des Absorptionsmittels mehrheitlich oder ausschließlich Wasser absorbiert und eine weitere Aufarbeitung des nach dem Verdunster vorliegenden Wassers wird vorteilhaft vermieden oder vereinfacht.
Auch das Wasser aus Umgebungsluft, welches mittels des kon- ventionellen Verfahrens durch Abkühlen unter den Taupunkt gewonnen wurde, muss weitere Aufbereitungsschritte durchlaufen, damit es eine ausreichende Reinheit entsprechend kommerziell erhältlichem Wasser, insbesondere im Privathaushalt, erlangt. Dezentral, insbesondere in Privathaushalten, werden zur wei- teren Aufreinigung meist Membranfiltrationseinheiten eingesetzt, da diese kompakter mit kleineren Volumina zu bauen sind, als thermische Aufbereitungsanlagen. Nachteiligerweise sind diese Membranfiltereinheiten allerdings Wartungsintensi¬ ver und bei den hohen Konzentrationen an Trocknungsmitteln auch weniger effizient hinsichtlich Ausbeute und Bedarf an elektrischer Energie als geeignete thermische Aufbereitungs¬ anlagen. Daher ist es bei ausreichendem Platzbedarf sowohl zentral als auch dezentral von Vorteil das Wasser aus der Luft mittels eines Absorptionsmittels und der anschließenden thermischen Wassergewinnungsanlage zu gewinnen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung werden als Absorptionsmittel hygroskopi¬ sche Salze in wässriger Lösung verwendet. Es werden insbeson- dere Lithium, Calcium- oder Kaliumhalogenide als hygroskopi¬ sche Salze eingesetzt. In diesem Fall wird während der Rege¬ nerierung des Absorptionsmittels im Verdunster das Wasser in das Trägergas verdunstet. Dadurch, dass diese Salze nicht flüchtig sind und einen niedrigen Dampfdruck aufweisen, kann sichergestellt werden, dass die Qualität des Kondensats aus dem Trägergas hoch ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden als Absorptionsmittel auch anorganische Salze, Salze kurzkettiger organischer Säuren oder ionische Flüssigkeiten oder sonstige schwerflüchtige Verbindungen eingesetzt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist der Verdunster ein Fallfilm- oder ein Rieselstromverdunster . Vorteilhaft wird in diesen Ausführungen die Oberfläche zwischen dem Absorptionsmittel und dem Treibgas möglichst groß ausgelegt, wodurch das Verfahren energieeffizient betrieben werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung umfassen der Verdunster und/oder die Ab- sorptionseinheit eine Packung. Das Verwendung einer Packung, insbesondere einer festen Packung oder von Füllkörperpackungen, vergrößert die Grenzfläche zwischen dem Trägergas und dem Absorptionsmittel. Dadurch wird vorteilhaft der Stoff- und Wärmeübergang derart begünstigt, dass das Verfahren be- sonderes energieeffizient durchgeführt werden kann. Weiterhin kann so die Tropfengröße größer gestaltet werden als insbe¬ sondere bei einer Eindüsung oder Vernebelung. Dadurch wird der Austrag von Trocknungsmittel aus dem Beladungsturm minimiert, was einen wesentlichen positiven Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit und Energiebilanz des Prozesses hat.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung umfasst die Anordnung einen Speicher, insbesondere einen Tank, zum Speichern des regenerierten Absorp- tionsmittels . Das gereinigte entfeuchtete Absorptionsmittel kann so lange gelagert werden, bis es wiederum in die Absorptionseinheit geführt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil- dung der Erfindung wird der erste Kondensator mit dem kühlen beladenen Absorptionsmittel betrieben. Das Absorptionsmittel wird dabei vorteilhaft vorgewärmt und kann somit bereits mit einer höheren Temperatur als Umgebungstemperatur in einen Wärmetauscher vor dem Verdunster gegeben werden. Dies redu- ziert die zusätzlich einzubringende Wärme und stellt eine äu¬ ßerst energieeffiziente Anordnung dar. Weitere Ausgestaltungsformen und weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei handelt es sich um eine beispielhafte Ausgestaltungs¬ form und Merkmalskombination, die keine Einschränkung des Schutzbereiches bedeutet. Dabei zeigen:
Figur 1 eine Wassergewinnungsanlage mit Entfeuchter und Rege¬ nerationsanlage ; Figur 2 eine Regenerationsanlage in Kombination mit einer Ab¬ sorptionseinheit;
Figur 3 eine Übersicht der Verfahrensschritte zur Wasserge¬ winnung .
Figur 1 zeigt schematisch die Übersicht einer Wassergewinnungsanlage zur Wassergewinnung aus Umgebungsluft. Ab einer spezifischen Luftfeuchtigkeit von ca. 13gwasser /kgmft/ was ei¬ ner relativen Luftfeuchte von 100 % bei 10°C entspricht, kann Wasser aus der Umgebungsluft mittels Taupunktunterschreitung gewonnen werden. Insbesondere in einem Gebiet bis zu 4000 km nördlich und südlich des Äquators liegen ganzjährig entsprechende Bedingungen vor. Insbesondere in diesen Regionen der Welt ist es daher möglich Wasser, insbesondere auch Trinkwas- ser, aus der Umgebungsluft zu gewinnen. Wird zur Wassergewinnung ein Prozess basierend auf Trocknungsmitteln verwendet, kann auch bis zu einer spezifischen Luftfeuchtigkeit von 2 g asser/kgLuft Wasser gewonnen werden, was vor allem in Wüsten¬ regionen mit geringer Luftfeuchtigkeit relevant ist.
Die in Figur 1 gezeigte Wassergewinnungsanlage umfasst einen Entfeuchter 4 und eine Regenerationsanlage 5. Dem Entfeuchter 4 wird feuchte Luft 2 zugeführt. Im Entfeuchter 4 wird die Umgebungsluft mittels Trocknungsmittel, Absorptions- oder Ad- sorptionsmitteln, getrocknet. Die trockene Luft 3 kann den
Entfeuchter 4 anschließend verlassen. Dass mit dem Wasser aus der Umgebung beladene Trocknungsmittel 7 wird dann in die Re¬ generationsanlage 5 geführt. Dort wird das Wasser 6 mittels eines thermischen Trennverfahrens aus dem Trocknungsmittel, insbesondere dem Ab- oder Adsorptionsmittel gewonnen. Das re¬ generierte Trocknungsmittel 8 kann zurück in den Entfeuchter 4 geführt werden.
Um das Zurückgewinnen des Wassers 6 aus dem Trocknungsmittel 7 möglichst energieeffizient zu gestalten, wird ein Verduns¬ ter 10 in Kombination mit einem Trägergas 12 eingesetzt. Dies verdeutlicht Figur 2. In Figur 2 ist die Regenerationsanlage 5 im Detail gezeigt. Weiterhin wird als ein Entfeuchter 4 ei¬ ne Absorptionseinheit 16 eingesetzt. Die feuchte Luft 2 wird in der Absorptionseinheit 16 getrocknet und verlässt als tro¬ ckene Luft 3 die Absorptionseinheit 16. Das mit dem Wasser beladene Absorptionsmittel 18 wird von der Absorptionseinheit 16 in die Regenerationsanlage 5 geführt. Dort kann es zu¬ nächst in einem Tank 9 gesammelt werden. Es ist ebenso denk¬ bar, das beladene Absorptionsmittel 18 direkt zu einem ersten Kondensator 11 zu führen und anschließend mittels einer Heizvorrichtung 14 vorzuwärmen, um das beladene Absorptionsmittel 18 anschließend in dem Verdunster 10 zu verrieseln. In dem Verdunster 10 wird ein trockenes Trägergas 12 im Gegenstrom zu dem beladenen Absorptionsmittel 18 geführt. Das trockene Trägergas 12 ist typischerweise Luft. Es sind aber ebenfalls andere Gase denkbar. Insbesondere Stickstoff und einatomige ideale Gase (Edelgase He, Ne, Ar) kommen wegen ihrer geringe¬ ren molaren Wärmekapazität in Betracht.
Das mit Wasser beladene Trägergas 13 wird anschließend in den ersten Kondensator 11 geführt. Dort wird es mittels des bela- denen Absorptionsmittels 18 abgekühlt, so dass Wasser 6 aus¬ kondensiert. Das beladene Absorptionsmittel 18 wird im Gegen¬ strom zum beladenen Trägergas 13 in dem ersten Kondensator 11 geführt. Das auskondensierte Wasser 6 wird anschließend aus der Anlage geführt. Es hat bereits eine ausreichende Rein- heit, um Trinkwasserqualität zu entsprechen, muss aber mit Salzen angereichert werden, um als Trinkwasser verwendet zu werden. Das auskondensierte Wasser 6 kann auch, je nach gewünschtem Anwendungsbereich, anschließend in eine weitere Reinigungsstufe geführt werden. Denkbar sind hier Aktivkohle¬ filter, um organische Substanzen zu entfernen. Weiterhin können mittels Elektrodialyse oder Ionenaustausch-Techniken, insbesondere einer Ionenaustauschchromatographie, Salze oder Spuren von Salzen entfernt werden.
Das regenerierte Absorptionsmittel 17 verlässt den Verdunster 10 am Sumpf des Verdunsters 10 und wird entweder zurück in die Absorptionseinheit 16 oder aus der Anlage heraus geführt.
Das Einsetzen eines Verdunsters 10 ermöglicht es, das das thermische Aufreinigen des Absorptionsmittels 18 bei weniger als 100°C stattfinden kann. Das Verfahren arbeitet nach dem Prinzip der konvektiv unterstützten Verdunstung von Wasser in einem Rieselstromverdunster mit entgegengerichtet strömender Luft. Das heißt, Luft kann häufig als Trägergas 12 eingesetzt werden. Der Kondensator 11 wird bevorzugt mit Absorptionsmit¬ tel 18 gekühlt, um eine effiziente Nutzung der verfügbaren Wärme zu gewährleisten. Die Temperatur des abwärtsströmenden beladenen Absorptionsmittels 18 sinkt vom Kopf zum Fuß des
Verdunsters 10, weil dem beladenen Absorptionsmittel 18 durch Verdunstung und Wärmeübertragung Wärme entzogen und an das Trägergas 12 Luft übertragen wird. Die Temperatur der
entgegenströmenden Luft steigt vom Fuß zum Kopf des Verduns- ters 10 an, bleibt im stabilen Betrieb mit stationären Bedingungen aber immer unterhalb der Temperatur des beladenen Absorptionsmittels 18 auf gleicher Höhe des Verdunsters 10. Da¬ durch erfolgt Wärmeübertragung vom fallenden beladenen Absorptionsmittel 18 auf das aufsteigende Trägergas 12, und entsprechend kann die aufsteigende Luft aus dem beladenen Ab¬ sorptionsmittel 18 das Wasser aufnehmen. Das Absorptionsmit¬ tel 18 und das Trägergas 12 Luft bilden also einen Gegen- stromwärmetauscher . Zum Zwecke der internen Wärmerückgewinnung kann das regenerierte Absorptionsmittel 17 im Kondensator 11 optional zu¬ sätzlich zum beladenen Absorptionsmittel 18 als Kühlmedium verwendet werden. Vor dem Rückführen des regenerierten Absorptionsmittels 17 in die Absorptionseinheit 16 kann das regenerierte Absorptions¬ mittel 17 mit einer Kühlungeinheit 15 auf eine nötige Tempe- ratur abgekühlt werden.
Der Verdunster 10 kann eine strukturierte Packung umfassen. Auch die Absorptionseinheit 16 kann eine strukturierte Pa¬ ckung umfassen. Das gleiche strukturierte Packungsmaterial kann in den separaten Einheiten, nämlich dem Verdunster 10 und der Absorptionseinheit 16 eingesetzt werden, um bei deut¬ lich niedrigeren Temperaturen in der Absorptionseinheit 16 verglichen mit dem Verdunster 10 die Umgebungsluft in Kontakt mit dem Absorptionsmittel zu bringen und so über eine große Austauschoberfläche eine effiziente Beladung des Absorptions¬ mittels 17 mit Wasser aus der Umgebungsluft zu gewährleisten. Das beladene Absorptionsmittel 18 wird dann dem Verdunster 11 zugeführt. Der Prozess kann kontinuierlich oder diskontinu¬ ierlich betrieben werden. Typischerweise wird als Absorpti- onsmittel eine wässrige Lösung stark hygroskopischer Salze mit einer geringen Flüchtigkeit insbesondere Lithium-, Calci¬ um- oder Kaliumhalogenide verwendet. Typischerweise wird beim Regenerierungsvorgang im Verdunster 10 das Wasser verdunstet und so das Absorptionsmittel regeneriert. Durch die Verwen- dung nicht flüchtiger Salze kann so eine hohe Qualität des
Wassers, das bedeutet eine hohe Reinheit enstprechend Trink¬ wasserqualität, des Wassers, sichergestellt werden.
Es ist allerdings alternativ auch denkbar, dass das Absorpti- onsmittel 17 einen niedrigeren Dampfdruck als Wasser und somit eine höhere Flüchtigkeit als Wasser aufweist. Insbesonde¬ re kann das Absorptionsmittel 17 Ammoniumcarbonat sein, das hygroskopisch und bei Umgebungstemperaturen nicht flüchtig ist. Bei Temperaturen oberhalb von 60 °C zerfällt Ammoniumcar- bonat in Ammoniak und Kohlendioxid, wobei Ammoniak und Koh¬ lendioxid in größeren Mengen in das Trägergas 13 übergehen als Wasser. In diesem Fall erfolgt die Regenerierung in der Regenerationsanlage 5, indem das beladene Absorptionsmittel 18 in dem Verdunster 10 vom Trägergas 13 aufgenommen wird und Wasser zurückbleibt.
Weiterhin können als Absorptionsmittel mit einem deutlich niedrigeren Dampfdruck als Wasser die Salze kurzkettiger organischer Säuren, wobei als kurzkettig insbesondere Säuren mit einem bis drei Kohlenstoffatomen verstanden werden, eingesetzt werden. Der Dampfdruck der Salze dieser Säuren sollte vorteilhaft so deutlich unter dem Dampfdruck von Wasser lie- gen, dass eine gute Trennung des Absorptionsmittels erfolgen kann .
Möglichkeiten zur Verbesserung des Abtrennungsgrades von Wasser aus dem Absorptionsmittel können, unabhängig vom Dampf- druck des Absorptionsmittels, auch in der Einstellung eines definierten pH-Werts liegen. Durch Einstellung des pH-Wertes wird das Absorptionsmittel dann in eine weniger flüchtige Form in Abhängigkeit des Säure-Base-Gleichgewichts gebracht. Weiterhin ist es möglich, einen mehrstufigen Prozess zur Re- generation durchzuführen.
Beide Möglichkeiten der Regenerierung des Absorptionsmittels können bei Temperaturen von unter 100 °C betrieben werden, so dass die benötigte Wärme in warmen sonnigen Regionen dezent- ral über Solarthermie gewonnen werden kann. Die Gewinnung der Wärme über Solarthermie ermöglicht vorteilhaft einen umwelt¬ freundlichen Prozess mit einem verringerten C02-Fußabdruck .
Eine weitere Möglichkeit Wärme- und Wasserquellen zu er- schließen, stellt die Nutzung von Abgasen dar. Insbesondere Abgase aus der Papierindustrie oder der Kraftwerksindustrie umfassen Wasser. Abgase, die meist bereits eine deutliche hö¬ here Temperatur als die Umgebungstemperatur aufweisen, können deutlich größere Wassermengen aufnehmen, verglichen zu Umge- bungsluft bei Raumtemperatur. Als Raumtemperatur wird hierbei eine Temperatur zwischen 10°C und 30°C, insbesondere zwischen 15°C und 25°C angesehen. Wird Wasser aus einem Abgas gewonnen, so muss das Absorpti¬ onsmittel derart gewählt werden, dass nur Wasser absorbiert wird und keine anderen Substanzen, insbesondere Nitrate oder Sulfate, absorbiert werden. Für den Fall, dass diese Substan- zen absorbiert werden, ist ein weiterer Aufbereitungsschritt nötig, und zwar abhängig davon, wie sich die Substanzen während der Regeneration verhalten. Gehen diese Substanzen bei der Regeneration in das Produktwasser über, so muss dieses weiter aufbereitet werden. Verbleiben die Substanzen während der Regeneration im Absorptionsmittel, so muss dieses ent¬ sprechend weiter aufbereitet werden.
Figur 3 zeigt schematisch das Verfahren zur Wassergewinnung aus Umgebungsluft. Zunächst wird feuchte Luft 2 und ein Ab- sorptionsmittel 17 in einen Entfeuchter 4 geführt, wo das Ab¬ sorbieren von Wasser aus Luft 20 erfolgt. Das Absorptionsmit¬ tel kann anschließend optional mittels des Trägergases 13 vorgewärmt werden 21. Anschließend erfolgt das Regenerieren 22 des beladenen Absorptionsmittels 18. Das regenerierte Ab- sorptionsmittel 17 kann anschließend zurück in den Entfeuc¬ hter 4 geführt werden. Es kann aber auch teilweise direkt aus dem Prozess entnommen werden. Weiterhin kann nach dem Regenerieren des Absorptionsmittels 22 das Wasser gereinigt werden 23. Somit verlässt reines Wasser, insbesondere Wasser, welche auch als Trinkwasser weiterverarbeitet werden kann, die Anla¬ ge .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Wassergewinnung aus einem feuchten Gasgemisch (2), wobei in einer Absorptionseinheit (16) Wasser (6) in ein Absorptionsmittel (17) absorbiert wird und das Wasser (6) aus dem beladenen Absorptionsmittel (18) in einer thermi¬ schen Wassergewinnungsanlage (5) abgetrennt wird und das mit Wasser (6) beladene Absorptionsmittel (18) in der thermischen Wassergewinnungsanlage (5) regeneriert wird, wobei in der thermischen Wassergewinnungsanlage (5) Temperaturen von weniger als 100°C herrschen.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 mit folgenden Schritten:
- Absorbieren von Wasser aus dem feuchten Gasgemisch (2) in das Absorptionsmittel (17) in der Absorptionseinheit (16),
- Zugeben eines Trägergases (12) und des mit Wasser beladenen Absorptionsmittels (18) in einen Verdunster (10),
- Führen des beladenen Absorptionsmittels (18) und des Trä¬ gergases (12) im Gegenstrom in dem Verdunster (10), wobei sich das Trägergas (12) in dem Verdunster (10) erwärmt und eine erste Komponente aus dem mit Wasser beladenen Absorpti¬ onsmittel (18) aufnimmt,
- Führen des mit der ersten Komponente beladenen Trägergases (13) in einen ersten Kondensator (11),
- Kondensieren der ersten Komponente aus dem Trägergas (13) in dem ersten Kondensator (11) .
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die erste Komponente Wasser oder das Absorptionsmittel ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das regenerierte Absorptionsmittel (17) in die Absorptions¬ einheit (16) zurückgeführt wird und oder frisches Absorpti¬ onsmittel der Absorptionseinheit (16) zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kondensator (11) das beladene Trägergas (13) mit¬ tels des beladenen Absorptionsmittels (18) abkühlt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Gasgemisch feuchte Luft (2) oder ein Abgas verwendet wird .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Absorptionsmittel (17) hygroskopische Salze in wässriger Lösung verwendet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei als hygroskopische Salze Lithium-, Calcium- oder Kaliumhalogenide verwendet werden.
9. Anordnung zur Wassergewinnung aus einem Gasgemisch mittels einer Absorptionseinheit (16) in Kombination mit einer ther- mischen Wassergewinnungsanlage (5) mit
- wenigstens einer Absorptionseinheit (16) zum Absorbieren von Wasser aus einem Gasgemisch in ein Absorptionsmittel (17) ,
- einem Verdunster (10) zum Betrieb mit beladenem Absorpti- onsmittel (18) und einem Trägergas (12), wobei der Verdunster
(10) ausgestaltet ist, das beladene Absorptionsmittel (18) und das Trägergas (12) im Gegenstrom zu führen, wobei sich das Trägergas (12) in dem Verdunster (10) erwärmt und eine erste Komponente aus dem mit Wasser beladenen Absorptionsmit- tel (18) aufnimmt und sich das Absorptionsmittel (18) regene¬ riert und abkühlt,
- einem ersten Kondensator (11) zum Kondensieren der ersten Komponente aus dem beladenen Trägergas (13) .
10. Anordnung nach Anspruch 9, wobei die erste Komponente Wasser (6) oder das Absorptionsmittel ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei der Verdunster (10) ein Fallfilmverdunster oder ein
Rieselstromverdunster ist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Verdunster (10) und/oder die Absorptionseinheit (16) eine ckung umfassen.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12 mit einem
Speicher (9) zum Auffangen des regenerierten Absorptionsmittels (17) .
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220118403A1 (en) * 2019-02-28 2022-04-21 Saipem S.P.A. Biocatalyst-based co2 stripping techniques and related systems

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101048553A (zh) * 2004-08-31 2007-10-03 水产科技有限公司 用于生产水的系统和方法
WO2009043413A1 (en) * 2007-10-02 2009-04-09 Outotec Oyj Process and plant for recovering water from air
DE102008023566A1 (de) * 2008-05-05 2009-11-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Wassergewinnung aus feuchter Umgebungsluft
US20100090356A1 (en) * 2008-10-10 2010-04-15 Ldworks, Llc Liquid desiccant dehumidifier
US20130227879A1 (en) * 2010-11-25 2013-09-05 Pavel Lehky Extraction of water from air
US20150298052A1 (en) * 2014-04-21 2015-10-22 Azota Gas Processing, Ltd. Dehydration of gases with liquid desiccant

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE423448B (sv) * 1979-04-04 1982-05-03 Hellman Lars Gunnar Forfarande vid torkning av fast material
US4982782A (en) * 1986-07-09 1991-01-08 Walter F. Albers Method and apparatus for simultaneous heat and mass transfer
SE460618B (sv) * 1987-02-12 1989-10-30 Wilhelm Von Doebeln Saett och anordning att konditionera en gas i en roterande regenerativ fuktvaexlarapparat
US4939906A (en) * 1989-06-09 1990-07-10 Gas Research Institute Multi-stage boiler/regenerator for liquid desiccant dehumidifiers
US5233843A (en) * 1991-07-01 1993-08-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Atmospheric moisture collection device
DE4437494A1 (de) * 1994-10-20 1996-04-25 Graeff Roderich Wilhelm Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen feuchten Gases
US20020014154A1 (en) * 1996-09-27 2002-02-07 Richard Witzko Separation of gaseous components from a gas stream with a liquid absorbent
TWI227163B (en) * 2002-09-10 2005-02-01 Univ Arizona Method and apparatus for simultaneous heat and mass transfer utilizing a carrier-gas
US7306654B2 (en) * 2004-01-30 2007-12-11 Ronald King Method and apparatus for recovering water from atmospheric air
US20080135495A1 (en) * 2004-08-31 2008-06-12 Aqua Sciences, Inc. System And Method For Producing Water
US20070028769A1 (en) * 2005-08-05 2007-02-08 Eplee Dustin M Method and apparatus for producing potable water from air including severely arid and hot climates
US8292272B2 (en) * 2009-09-04 2012-10-23 Massachusetts Institute Of Technology Water separation under reduced pressure
US8632627B2 (en) * 2010-08-10 2014-01-21 General Electric Company Gas dehydration system with desiccant transporter
DE102014220666A1 (de) * 2014-10-13 2016-04-14 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer thermischen Aufbereitungsanlage mittels Verdunstung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101048553A (zh) * 2004-08-31 2007-10-03 水产科技有限公司 用于生产水的系统和方法
WO2009043413A1 (en) * 2007-10-02 2009-04-09 Outotec Oyj Process and plant for recovering water from air
DE102008023566A1 (de) * 2008-05-05 2009-11-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Wassergewinnung aus feuchter Umgebungsluft
US20100090356A1 (en) * 2008-10-10 2010-04-15 Ldworks, Llc Liquid desiccant dehumidifier
US20130227879A1 (en) * 2010-11-25 2013-09-05 Pavel Lehky Extraction of water from air
US20150298052A1 (en) * 2014-04-21 2015-10-22 Azota Gas Processing, Ltd. Dehydration of gases with liquid desiccant

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