DE1642851C3 - Verfahren zur Entsalzung von wäßrigen Lösungen durch Perkolieren über Ionenaustauscher - Google Patents

Description

rückgewonnen werden. Der für die Abtreibung von Ammoniak und Kohlensäure erforderliche Dampf wird in diesem Fall besonders vorteilhaft durch Brüden-Kompression erzeugt.

5 Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind beispielsweise darin zu sehen, daß nur eine einzige lonenaustauschkolonne benötigt wird, die den Kationen- und Anionenaustauscher getrennt oder gemischt enthält, und daß nur eine einzige Regenerier

u daß aus dieser behandelten Lösung Ammoniak und Kohlendioxid zweckmäßigenveise durch Dampf abgetrieben und zurückgewonnen werden.

tMen Regenerierchemikalien im Prozeß im Kreislauf geführt werden können, so daß nur Verluste infolge Undichtigkeiten der Anlage ersetzt werden müssen. Zur Regeneration des Kationen- und Anionenaustauschers wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur eine Regenerierlösung benötigt.

Nach der vorliegenden Erfindung wird eine wl'ßrige Lösung, die gegebenenfalls zuvor in an sich bekannter Weise von Härtebildnern befreit worden ist, _t ^ _{uujj uui wiu}^ _wijiai

dadurch entsalzt, daß sie über einen siark sauren Ka- io lös'ung zur"Änwendüng kommt Die'R'egenenTrchetionenaustauscher und einen schwach basischen mikalien werden auf einfache Weise zurückgewonnen Anionenaustauscher geleitet wird, die zuvor mit und werden im Kreislauf erneut zur Regeneration einem bis zu IQO °/o der Theorie betragenden Über- der Austauscher verwendet. Der Aufwand für Reschuß einer Losung von Ammoniak und Kohlen- generierchemikalien ist daher auf den Ersatz der dioxid in Wasser im Molverhaltnis 1 5:1 bis 1 :1,5 ₁₅ Verluste beschränkt und ist daher erheblich aerineer gegebenenfalls^unter^Dnack behandelt worden sind, als bei den bisher bekannten Arbeitsweisen. Da eine

exakte Trennung von Regenerierlösung und behandelter wäßriger Lösung nicht erforderlich ist, entsteht

. . . sine erhebliche Einsparung an Waschwässern. Durch

Das zurückgewonnene Ammoniak und Kohlen- 20 die Reduktion der Waschwassermenge ist der Abdioxid können dann wieder zur Regenerierung der wasseranfall geringer. Besonders hervorzuheben ist Austauscher verwendet werden. Die bei dem eifin- die Tatsache, daß bei dem erfindungsgemäßen Verdungsgemäßen Verfahren verwendeten Austauscher fahren die im Abwasser abzuführende Salzmenge können in einer Kolonne unmittelbar übereinander äquivalent ist der aus dem entsalzten Wasser entfernangeordnet sein oder sie können in einer Kolonne als 25 ten Salzmenge. Bei den üblichen Entsalzungsverfah-Mischbett vorliegen. _ren mittels Ionenaustausch entsteht demgegenüber

rji der Regenerierung der Austauscher fallen im der doppelte bis vierfache Salzgehalt im Abwasser. Regenerat die ausgetauschten Salze und das üb;r- Das erfindungsgemäße Verfahren setzt w^;e auch

schüssige Ammoniak und Kohlendioxid an. Die die bekannten Verfahren, die im Karbonat-ßikarboüberschüssigen Regeneriermittel, Ammoniak und 30 nat-Zyklus arbeiten, eine geringe Härte der zu entKohlendioxid, können aus dem Regenerat in einer salzenden wäßrigen Lösung voraus. Gegebenenfalls Strippkolonne mit Dampf abgetrieben und zurückge- muß eine entsprechende Enthärtung der zu entsalwonnen werden. Sie werden mit denjenigen Teilen zenden wäßrigen Lösung vorausgehen. Der Umsatz von Ammoniak und Kohlendioxid vereinigt, die aus des Anionenaustausches beträgt je nach Zusammender zu entsalzenden Lösung abgetrieben und zurück- 35 Setzung und Konzentration des zu entsalzenden Wasgewonnen worden sind. sers 70 bis 95 °/o. Für bestimmte Ansprüche kann da-

Die vereinigten Teile von Ammoniak und Kohlen- her die Entsalzung nicht ausreichend sein. Ferner dioxid werden in Form einer etwa 1 η wäßriger Lö- kann mit den im Karbonat-Bikarbonat-Zyklus arbeisung zur Regeneration der Austauscher verwendet. tenden Verfahren nur eine geringfügige Entkieselung Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit einen 40 erreicht werden, so daß in den Fällen, in denen eine geschlossenen Kreislauf des Regeneriermittels vor, weitgehende Entsalzung und Entkieselung gefordert der lediglich durch die technischen unvermeidbaren
Verluste durch Leckagen ergänzt werden muß. Im
übrigen bestehen die Betriebskosten des Verfahrens
im wesentlichen aus Kosten für Dampf zur Rückge- 45
winnung von Ammoniak und Kohlendioxid. Wie an
den später folgenden Beispielen gezeigt wird, sind die
Betriebskosten jedoch erheblich geringer als bei den
bisher bekannten Verfahren.

Bei der Aufbereitung von Wässern zu Kesse'.spei- 50 Wasser heiß abgegeben. Diese Anlage wird verwensewasser wird die Abtreibung des Ammoniaks und det, wenn z. B. ein Kesselspeisewasser erzeugt werder Kohlensäure aus dem behandelten Wasser den soll. Die Anlage besteht im wesentlichen aus der zweckmäßigerweise gleichzeitig mit der erforderli- lonenaustauschkolonne 1, der Strippkolonne 2 und chen thermischen Entgasung in einem Apparat dem Apparat 3, in dem Ammoniak und Kohlendurchgeführt, wobei die üblicherweise zur Erwär- 55 dioxid mittels Dampf abgetrieben und eine thermische mung des Speisewassers und zur Entgasung aufge- Entgasung durchgeführt werden. Mit 4 und 5 sind wandten Dampfmengen für eine weitgehende Abtrennung von Ammoniak und Kohlensäure ausreichen. Bei der Kondensation der abgetriebenen
Dämpfe mit Hilfe des kalten an den Ionenaustau- 60
schem behandelten Wassers fällt ein Kondensat an,
das direkt oder nach nochmaliger gemeinsamer Behandlung mit dem Regenerierablauf zur Regeneration eingesetzt werden kann.

In Fällen, in denen das entsalzte Wasser nicht vor- 65 gewärmt werden soll, kann die bei der Abtreibung von Ammoniak und Kohlensäure aufgewandte Wärmeenergie größtenteils durch Wärmeaustausch zuwird, ein stark basischer Anionenaustauscher oder ein Mischbett nachgeschaltet werden muß. Diese Ionenaustauscher werden konventionell betrieben.

An Hand der beispielsweisen Figuren wird das erfindungsgemäße Verfahren weiter erläutert. Die Figuren zeigen Fließschemata von Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei der Anlage nach F i g. 1 wird das entsalzte

zwei Zwischenbehälter beziffert. Ferner sind ein Wärmeaustauscher6 und ein Kondensator? vorhanden.

Die zu entsalzende wäßrige Lösung wird durch die Leitung 8 der lonenaustauschkolonne 1 zugeführt. Die lonenaustauschkolonne 1 enthält einen schwach basischen Anionenaustauscher und einen stark sauren Kationenaustauscher getrennt oder gemischt. Die Austauscher befinden sich in der Bikarbonat- bzw. Ammoniumform und tauschen etwa 90 ⁰Zo der mit dem Rohwasser zugeführten Salze in Ammoniumbzw. Bikarbonationen um. Das aus der Ionenaus-

dem Apparat 3 zugeführt. Die in der Strippkolonne anfallenden Brüden (Leitung 15) und die im Apparat 3 anfallenden Brüden (14) werden in der Leitung 16 vereinigt und im Brüdenkompressor 31 auf etwa 5 1,5 atü komprimiert und dienen danach zur Beheizung des Verdampfers 30, in den sie durch die Leitung 38 geleitet werden. Die komprimierten Brüden werden im Verdampfer 30 weitgehend kondensiert. Das Kondensat wird aus dem Verdampfer 30

strom 34 ab. Das abgekühlte Kondensat wird dann im ZwischenbehälterS gesammelt und stellt die Regenerierlösung für die Ionenaustauscher dar.

Der Verdampfer 30 wird mit entsalztem und von Kohlendioxid und Ammoniak weitgehend befreitem Wasser aus dem Apparat 3 über die Leitung 40 beschickt. Die im Verdampfer 30 erzeugten Brüden enthalten auch noch die restlichen Mengen Amrao-

tauschkolonne 1 austretende Wasser wird durch die Leitung9 mit etwa 20⁰C in der Kondensator? geleitet und verläßt diesen mit einer erhöhten Temperatur. Von hier aus gelangt das Wasser durch die Leitung 10 in den Apparat 3, in dem Ammoniak und Kohlendioxid mittels Dampf abgetrieben werden. Das Wasser läuft mit einer Temperatur von 100⁰C und einem Restsalzgehalt von etwa lO°/o der ursprünglich vorhandenen Salzmenge über die Leitung

11 aus der Anlage ab. Erforderlichenfalls kann die io durch die Leitung 39 abgeleitet und gibt einen Teil ablaufende Wassermenge dann noch einer Nachent- seiner Wärme im Wärmeaustauscher 32 an den Teilsalzung und Entkieselung unterzogen werden. Zur
Abtreibung des Ammoniaks und Kohlendioxids im
Apparat 3 aus dem mit den Ionenaustauschern behandelten Wasser wird dem Apparat 3 Dampf über 15
die Leitung 12 zugeleitet. Die bei der Abtreibung
entstehenden Brüden verlassen den Apparat 3 durch
die Leitung 14 und werden mit den Brüden vereinigt,
welche die Strippkolonne 2 durch die Leitung 15 verlassen. In die Strippkolonne 2 wird der zum Abtrei- 2° niak und Kohlendioxid, die noch in dem Wasser entben des Ammoniaks und Kohlendioxids benötigte halten waren, das dem Verdampfer 30 zugeleitet Dampf durch die Leitung 13 eingeleitet, die von der worden ist. Der Brüden wird aus dem Verdampfer Dampfleitung 12 abzweigt. Die in der Leitung 16 30 durch die Leitung 41 entnommen. In die Leitung vereinigten Brüden werden im Kondensator 7 nieder- 41 wird durch die Leitung 42 weiterer Dampf zugegeschlagen und abgekühlt. Das abgekühlte Konden- 25 fügt. Die Leitung 41 verzweigt sich in die Leitungen sat wird im Zwischenbehälter 5 gesammelt und zur 43 und 44, durch die der Strippkolonne 2 und dem Regeneration der Austauscher in der Ionenaus- Apparat 3 Dampf für die direkte Abtreibung von tauschkolonne 1 verwendet. Sobald die Austauscher Ammoniak und Kohlendioxid zugeführt wird. Heißes in der Ionenaustauschkolonne 1 erschöpft sind, wird entsalztes Wasser verläßt den Verdampfer 30 durch die Zuleitung 8 gesperrt und das im Zwischenbehäl- 30 die Leitung 45 und wird nach Abkühlung im Wärmeter 5 gesammelte Kondensat, das die Regenerierlö- austauscher^ 33 über die Leitung 46 aus der Anlage

sung bildet, wird durch die Leitung 17 in die Ionen- ~

austauschkolonne 1 geführt und über die Ionenaustauscher geleitet. Das Regenerat läuft durch die Leitung 18 in den Zwischenbehälter 4, in dem es gesam- 35 melt wird, bis der Regenerationsvorgang der Ionenaustauscher beendet ist, die Leitung 17 gesperrt und die Zuleitung 8 wieder freigegeben wird. Dann wird das im Zwischenbehälter 4 gesammelte Regenerat kontinuierlich durch die Leitung 19 in den Wärme- 40 austauscher 6 geleitet, in dem die Temperatur des Regenerates erhöht wird. Das auf etwa 90° C erwärmte Regenerat gelangt vom Wärmeaustauscher 6 durch die Leitung 20 in die Strippkolonne 2, in der

das im Regenerat enthaltene Ammoniak und Kohlen- 45 karbonatform und 6 m^s stark sauren Kationenausdioxid abgetrieben wird. Die Strippkolonne 2 verläßt tauscher (S 100) in der Anionenform. Die Laufzeit durch die Leitung 21 eine heiße Lösung, die lediglich der Austauscher beträgt 2 Stunden. Durch Leitung 9 den aus dem entsalzten Wasser entfernten Salzgehalt fließen in der Stunde 97,51 Wasser mit einem Salzgeenthält. Diese Lösung wird im Wärmeaustauscher 6 halt von 500 val ab. Außerdem enthält dieses Wasser abgekühlt und verläßt die Anlage durch die Leitung 5° noch 4500 mol NH₃ und 4500 mol CO₂. Die Tempe-22. ratur dieses Wassers wird im Kondensator 7 von 2C

Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Anlage auf 68⁰C erhöht. Im Apparat3 wird es von NH₃ kommt zur Durchführung des erfindungsgemäßen und CO₈ befreit. Pro Stunde verlassen die Anlage Verfahrens dann zur Anwendung, wenn das entsalzte durch die Leitung 11 103,4 t Wasser von 100⁰C Wasser nicht erwärmt abgegeben werden soll. Soweit 55 und mit einem Salzgehalt von 500 val, entsprechend Anlagenteile und Verbindungsleirungen dieselbe einem Salzgehalt von 4,83 mval/I. Funktion wie bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage Pro Stunde werden durch die Leitung 12 11,41

erfüllen, sind sie mit denselben Bezugszeichen verse- Dampf (1,25 ata, 105° C) zugeleitet. Im Zwischenhen. Gegenüber der in F i g. 1 dargestellten Anlage behälter 5 werden pro Stunde 7,51 Wasser vor sind im wesentlichen neu hinzugekommen der Ver- 60 3O⁰C gesammelt, das je 7500 mol NH_S und CO₅ dämpfer 30, der Brüdenkompressor 31 und die War- enthält, und das die Regenerierflüssigkeit darstellt, meaustauscher 32 und 33. Im Unterschied zu der Ar- Bei Regeneration werden im Verlauf von 30 Mi-

beitsweise der Anlage nach Fig. 1, wird das aus der nuten 15 t der Regenerierflüssigkeit in die Ionenaus-Ionenaustauschkolonne durch Leitung 9 ablaufende tauschkolonne 1 gefördert. Als Regenerat laufen behandelte Wasser in zwei Teilströme (Leitungen 34 65 durch die Leitung 18 dem Zwischenbehälter 4 wäh- und 35) aufgeteilt durch die Wärmeaustauscher 32 rend 45 Minuten infolge Vermischung mit dem siel·, und 33 geführt. Die aufgewärmten Teilströme (Lei- in der Ionenaustauschkolonne 1 befindenden Rohtungen 36 und 37) werden in der Leitung 10 vereinigt wasser 201 Wasser zu, die 9000 val auseetauschti

abgeführt. Die übrige Arbeitsweise entspricht der Arbeitsweise der Anlage nach F i g. 1.

Beispiel 1

Aus einem Rohwasser mit einem Salzgehalt von 50 mval/1 wird in einer Anlage entsprechend F i g. 1 ein entgastes Kesselspeisewasser erzeugt.

Pro Stunde werden durch Leitung 8 1001 Rohwasser von 20° C mit einem Salzgehalt von 5000 val zugeleitet und über die Ionenaustauscher perkoliert. Die Ionenaustauschkolonne 1 enthält 10 m^s schwach basischen Anionenaustauscher (IRA—68) in der Bi-

7 8

Salze und je 6000 mol NH₃ und CO₂ enthalten. Wei- werden pro Stunde 91,72 t Wasser von 31° C mit

tere Betriebsdaten sind aus F i g. 3 zu ersehen. einem Salzgehalt von 500 val gewonnen, die durch

Durch die Leitung 22 werden pro Stunde 10,3 t Leitung 46 abfließen. Die übrigen Betriebsdaten kön-

Wasser mit 39° C und mit einem Salzgehalt von nen aus der F i g. 4 abgelesen werden. Einschließlich

4500 val abgegeben. 5 5 % Verluste der umlaufenden Wärmemenge sowie

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß für die einer für die Brüden-Kompression äquivalenten

Aufwärmung des entsalzten Wassers von 20 auf Dampfmenge beträgt der gesamte Dampfverbrauch

j 100° C sowieso eine entsprechende Dampfmenge 40 kg Dampf von 1,25 ata und 105° C pro m³ ent-

i aufzuwenden wäre, beträgt der Dampfaufwand ein- salztem Wasser.

I schließlich der Wärmeverluste von 5 °/o der umlau- io Der Chemikalienaufwand beträgt in beiden Bei-

I fenden Wärmemenge 13 kg Dampf (1,25 ata spielen 0,25 kg Ammoniumbikarbonat pro m³ ent-

l 105° C) prom³ entsalztem Wasser. salztem Wasser.

I Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anfal-

s Beispiel 2 lende wäßrige Lösung, welche die ausgetauschten

j 15 Salze enthält und die bei den in den Fig. 1 und 2

\ Dasselbe Rohwasser wie im Beispiel 1 soll auf etwa dargestellten Anlagen durch die Leitung 22 abgegeben

10 °/o seines Salzgehaltes entsalzt werden. Die Entsal- wird, kann zur Regeneration einer eventuellen als

zung wird in der in F i g. 2 dargestellten Anlage Basenaustauscher dem erfindungsgemäßen Verfahren

j durchgeführt. Durch die Leitung 8 werden pro vorgeschalteten Enthärtungskolonne verwendet wer-

\ Stunde wieder 100 t Rohwasser zugeleitet, und es 20 den.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

und/oder der behandelten Flüssigkeit verwendet wird. Patentansprüche: H Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

1. Verfahren zur Entsalzung von wäßrigen Lö- 5 die bei der Rückgewinnung von Ammoniak und sungen, die gegebenenfalls zuvor in an sich be- Kohlendioxid aus dem Regenerat resultierende

kannter Weise von Härtebildnern befreit wur- Salzlösung zur Regeneration einer eventuellen als

den, dadurch gekennzeichnet, daß die Basenaustauscher vorgeschalteten Enthärtungsko-

zu entsalzende Lösung über einen stark sauren lonne verwendet wird.

Kationenaustauscher und einen schwach basi- io
sehen Anionenaustauscher, die zuvor mit einem

bis zu lOO°/o der Theorie betragenden Über-

schuß einer Lösung von Ammoniak und Kohlendioxid in Wasser im Molverhältnis 1,5:1 bis
1:1,5, gegebenenfalls unter Druck, behandelt 15

worden sind, geleitet und anschließend das aus Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsal-

den zuvor in der Lösung vorhandenen Salzen ge- zung von wäßrigen Lösungen durch Perkolieren über bildete Ammoniak und Kohlendioxid durch Anionen- und Kationenaustauscher, bei dem zur ReDampf abgetrieben und kondensiert wird. generierung der Austauscher nur eine Regenenerlö-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ao sung verwendet wird und die Regenerieichemikalien kennzeichnet, daß das Kondensat zur Regenera- im Kreislauf geführt werden.

tion der Austauscher verwendet wird. Es ist bekannt (DT-AS 1195 240), technische

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder Zuckerlösungen dadurch zu reinigen, daß man sie 2, dadurch gekennzeichnet, daß der stark saure zunächst mit einem karbonatbeladenen Anionenaus-Kationenaustauscher und der schwach basische as tauscher und anschließend mit einem Ammonium-Anionenaustauscher in einer Kolonne unmittel- austauscher behandelt. Nach dieser Behandlung sind bar übereinander angeordnet werden. die ursprünglich in der Zuckerlösung vorhanden ge-

4. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, wesenen Anionen und Kationen größtenteils durch dadurch gekennzeichnet, daß der stark saure Karbonationen und Ammoniumionen ersetzt worden. Kationenaustauscher und der schwach basische 30 Bei der anschließenden Eindampfung der Zucker-Anionenaustauscher in einer Kolonne als Misch- lösung wird das gebildete Ammonkarbonat aus der bett vorliegen. Zuckerlösung verflüchtigt, so daß insgesamt gesehen

5. Verfahren nach einem oder mehreren der eine Entsalzung der Zuckerlösung erzielt worden ist. Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Für dieses Verfahren wird ein stark basischer Anioder bei der Regeneration der Austauscher (1) an- 35 nenaustauscher benötigt. Solche stark basischen gewandte Überschuß an Ammoniak und Kohlen- Anionenaustauscher besitzen eine relativ kleine Kadioxid aus dem anfallenden Regenerat mit pazität und erfordern einen hohen Regeneriermittel-Dampf abgetrieben, kondensiert und das Kon- verbrauch. *

densat wieder zur Regeneration der Austauscher Es ist ferner bekannt (Mitteilungen der Vereini-

verwendet wird. 40 gung der Großkesselbesitzer, Heft 100, 1967, S. 65),

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1,2 und 5, zu entsalzendes Wasser über einen schwach alkalidadurch gekennzeichnet, daß die Kondensate sehen Anionenaustauscher in der Bikarbonatform zu vereinigt und zur Regeneration der Austauscher leiten und dadurch den Salzgehalt des Wassers in Alverwendet werden. kalität zu verwandeln. Anschließend wird das Wasser

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 5, 45 über einen Kationenaustauscher in der Wasserstoffdadurch gekennzeichnet, daß die an den Ionen- form geleitet, wodurch die Kationen gegen Wasseraustauschern behandelte wäßrige Lösung zur stoffionen ausgetauscht werden, so daß das abflie-Kondensation der bei der Abtreibung von Koh- ßende Wasser nur noch Kohlendioxid enthält. Bei lendioxid und Ammoniak aus dem Regenerat diesem Verfahren wird zur Regeneration des Anioentstehenden Brüden verwendet wird. 5° nenaustauschers Ammoniak oder Natronlauge benö-

8. Verfahren nach einem oder mehreren der tigt. Die Regeneration des Kationenaustauschers erAnsprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß folgt mit Salz- oder Schwefelsäure. Im Regeneriermitdie an den Ionenaustauschern behandelte wäß- telaufwand besteht somit kein großer Unterschied gerige Lösung zur Kondensation der bei der Abtrei- genüber dem direkten Ionenaustausch.

bung von Kohlendioxid und Ammoniak aus der 55 Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß

behandelten wäßrigen Lösung entstehenden Brü- schwach basische Anionenaustauscher mit Lösungen

den verwendet wird. von Ammoniak und Kohlensäure im Molverhältnis

9. Verfahren nach einem oder mehreren der 1,5:1 bis 1:1,5 in Wasser — gegebenenfalls unter Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Druck — regeneriert werden können. Hierbei beträgt die bei der Abtreibung von Ammoniak und Koh- 60 der Regeneriermittelaufwand nur etwa 150 °/o der lendioxid anfallenden Brüden komprimiert und Theorie. Kombiniert man einen stark sauren Katiozur Dampferzeugung aus der behandelten Flüs- nenaustauscher in der Ammoniumform und einen sigkeit und nach Kondensation als Regenerier- schwach basischen Anionenaustauscher in der Bikarflüssigkeit verwendet werden. bonatform, so ist es möglich, den Salzgehalt einer

10. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge- 65 wäßrigen Lösung ganz oder teilweise in Ammoniumkennzeichnet, daß der aus der behandelten Flüs- bikarbonat umzusetzen. Dadurch wird ein Verfahren sigkeit erzeugte Dampf zur Abtreibung von Koh- zur Entsalzung von wäßrigen Lösungen möglich, bei lendioxid und Ammoniak aus dem Regenerat dem die für die Regeneration der Austauscher benö-