DE2921728A1

DE2921728A1 - Verfahren zur gewinnung von suesswasser aus meerwasser

Info

Publication number: DE2921728A1
Application number: DE19792921728
Authority: DE
Inventors: Klaus Ulrich Dipl In Plantikow
Original assignee: Plantikow klaus Ulrich dipl-Ingdr
Current assignee: Plantikow Ulrich Dipl-Ing Dr 8000 Muenchen
Priority date: 1979-05-29
Filing date: 1979-05-29
Publication date: 1980-12-11

Description

Die Erfindung bezieht siel au ein Verfahren zur Gewinnung
von Süßwasser aas Meerwasser verschiedener Extraktionsgrade nach dem Gefrier-bzw. Verdampfungsverfahren.
Zum Stand der Technik zählt bereits eine Vielzahl von Verwahren zur Meerwasserentsalzung,wovon vorwiegend drei Verfahrensarten in Anwendung gelangen,nämlich des Destillationsdas Iembran- und das Kristallisationsverfahren.Diese Verfahrensarten unterteilen sich wieder in speziele Verfahrenstechniken.So beinhaltet die Destillationsteohnik die Verfahren der Entspannungsverdampfung,der Vielfachverdampfung und der Bri'(1enkonpress ion0 Die ICrisxallisationstechnik unterteilt sich in das Gefrierverfahren und das Bydratverfahren und die Membranverfahren werden wieder unterteilt in die Elektrodialyse und die reverse Osmose, Unabhängig nun von der Trennmethode ist zur Trennung der Lösungskomponenten ein Mindestenergieaufwand erforderlich,der nicht unterschritten werden kann.Für Meerwasser ist eine minimale Trennenergie von 0,7) kWh/m3 ermittelt wordenONun wurde weiterhin festgestellt,(1aß im gesamten gesehen ,der benötigte Wasserbadarf etwa nur ein Zehntel des vorhandenen Wassers ausmacht.Nur die Verteilung der vorhandenen Wassermenge ist regional stark unterschiedlich,so daß an zahlreichen Verbrauchsschwerpunkten ,wie beispielsweise die Küstenregionen Sülamerikas,der vordere Orient und weite Teile Afrikas und Australiens,die notwnedigen Wassermengen nicht zur Verfügung stehen und aus technischen Gründen auch nicht erbracht werden können, weil in erster Linie die erforderliche Energie nicht aufgebracht werden kann oder hierzu ein nicht mehr vertretbarer wirtschaftlicher Aufwand getrieben werden muß0Aus diesem Grunde lassen sich an vielen Stellen die bisher bekannten Verfahren nicht realisieren,abgesehen von ihren artspezifischen Mängeln, Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dahersein Verfahren der eingangs genannten Art zu scllaffenvias mit optirniertem Aufwand auch an küstennahen Zonen ohne vorhandene Energieversorgung den erforderlichen Süßwasserbedarf in wirtschaft lioh vertretbarem Maße erbringt.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen gelöst.Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend beschrieben und in einer Schemazeichnung dargestellt.
Es zeigen Fig.1 ein Blockschaltbild der beschriebenen Anlage ein ein Prinzipschaltbild einer Kristallisationsanlage mit vibrierenden Wärmetauscherflächen in Werbindung mit einer Entspannungsverdampfungsanlage Das in den Figuren 1 und 2dargestellte Ausführungsheispiel einer Anlage zur Durchführung des eingangs genannten Verfahrens vereint innerhalb einer Anlage das Gefrier-un das Verdampfungsverfahren .Damit aber werden die Vorteile beider Verfahren voll ausgenützt.Im einen Fall liegt der W teil in der niedrigen Enthalpie der abzuführenden Schmelzwärme,die nur 1/7 der Verdampfungswärme beträgt und im anderen Fall wird die Verdampfungswärme bei hohen Temperaturen zugeführt,während die Schmelzwärme bei niedrigen Temperaturen abgeführt wird.
Der Energiebedarf zur Durchführung der vorgenannten Verfahren wird nun durch ein aus Windenergiekonvertern bestehendes nSindkraftwerk im inselbetrieb aufgebracht.1a(1uroh ist es möglich, eine Süßwassergewinnung aus Meerwasser unabhängig an jedem gewünschten Ort durchzuführen,auch wenn keine elektrischen oder sonstigen Kraftwerke vorhanden sind Q Gerade in den küstennahen Gebieten der verschiedenen leere ist generell eine ständige Windbewegung festzustellen,(1ie nahezu eine vollständige und ununterbrochene Tnbetriebnahme der vorgeschlagenen Meerwasserentsalzungsanlage erlauben O Die zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens gezeigte Anlage setzt sich aus einer dreistufigen Gefrieranlage mit erzwungener Kristallisation und einer Mehrstufen-Entspannungsverdampfungsanlage mit einer Wärmepumpe zusammen.
Die Eintrittstemperatur des Meerwassers,wie sie sich beispielsweise an den Küsten des atlantischen Ozeans in den ariden Gebieten Südafrikas und Südwestafrikas ergibt,sei mit 15° C angenommen'währen(1 für die Salzkonzentration des lw eerwassers 3 angegeben werden darf.Bei einem Extraktionsgrad von 0,5 werden etwa Goo m3/h Meerwassersole benötigt,wobei die 1. Gefrierstufe mit 400 m3/h und 150 C versorgt wird,um in einem Vorkühler 11 durch zurückfließende kalte angereicherte Lauge in der Größenordnung von etwa 100 m3/h auf etwa 5° C C abgekühlt zu werden.Die 400 m3 werden - beispielsweise durch verdampfendes Ammoniak - in einem Kristallisierapparat 12 auf etwa - 20 C abgekühlt 9wobei sich in bekannter Weise Eis bildet.Nun wird aus dem Kristallisierapparat 12T der folgenden Stufe Tjutterlauge in den erstgeaannten Kristallisierapparat 12 eingeleitet,wobei ein Teil der selben über den Vorkühler 11 fließt und das im Verdichter 13 komprimierte Kältemittel in einem Wärmetauscher 14 kühlt bevor dieses im Kondensator 15 verflüssigt wird, Die sich im Kristallisierapparat bildenden Einskristalle enthalten aber noch Einschlüsse von meerwasser und werden daher im Kondensator 15 des Kältemittelkreislaufs wieder geschmolzen. In allen folgenden Stufen wiederholt sich der Gefriervorgang,wobei in jeder Stufe die gewonnene Mutterlauge salzärmer wird.Die geschmolzenen Eiskristalle werden jeweils der nachfolgen(1en Stufe zugeleitet, warend die Mutterlauge nach dem Ausfrieren im Kristalisierapparat einer Stufe dem Kristallisierapparat der vorhergenenden Stufe zufließt,bis letztlich in der 3. Stufe etwa 300 m3/h Süßwasser mit einem Salzgehalt von rund o,o35 % entstehen Die dem meerwasser - wie vorbeschrieben - entzogene Wärme,die in dem abgeführten Restlaugestrom enthalten ist,wird nun mittels einer Wärmepumpe auf ein höheres Tezperaturniveau gebracht, womit ein weiterer Meerwasserstrom erhitzt und in der angeschlossenen Entspannungsverdampfungsanlage 16 zur Erlangung weiteren Süßwassers " verarbeitet" wird.
Beide Verfahren - wie vorgeschlagen - hintereinandergeschaltet argeben im vorliegenden Beispiel zusammen rund 38. m3/h Süßwassersaczu ein Leistungsaufwand von etwa 4,2 tiW erforderlich ist.Dieser Energieaufwand kann von Windkraftwerken ohne weiteres aufgebracht werden,wobei es unter Umständen empfehlenswerter ist, zwei kleinere Kraftwerke anstelle eines großen zusammenzuschließen Wie bereits erwähnt sind Entsalzungsanlage und Kraftwerk im Inselbetrieb miteinander geschaltet.
Wie bereits gesagt,wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Wärme in den Kristallern in bekannter Weise durch eine Kältemaschine entzogen wobei als Kältemittel beispielsweise NH3 Verwendung findet, das durch Verdampfung in den ICristallern 12 der Sole Wärme entzieht.In den Verdichtern 13 wird nun der Kältemitteldampf auf einen höheren Druck komprimiert und dabei überhitzt0in dem Wärmetauscher 14 und in den Kondensatoren 15 wird der Kältemitteldampf wieder abgekühlt und niedergeschlagen .Die Abwärem des Kälteprozesses wird - wie angegeben - zur Entspannungsverdampfung ausgenutzt,deren Verfahren allgemein bekanrft ist, so daß hier nicht näher darauf eingegangen werden muß.
Um nun den vorbeschriebenen Prozess noch zu verbessern und damit den Wirkungsgrad und die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen, wird vorgeschlagen'den Kristallisationseinrichtungen zur Reinigung der Eiskristalle Waschzentrifugen zuzuordnen und die Wärmetauscherflächen mit einer Vibrationseinrichtung zu versehen,wodurch die Bildung einer kompakten Eisschicht auf diesen Flächen verhindert wird.Der für die Vibrationseinrichtung erforderliche Stromaufwand beträgt nur ein Bruchteil desjenigen, der erforderlich ist um Kratz-,Schabe- oder Klopfeinrichtungen für die Loslösung des Eises in Betrieb zu nehmen O Es hat sich nun gezeigt, daß das vorgeschlagene Verfahren wirtschaftlich mit allen bisher konkurrierenden Wasseraufbereitungsanlagen Schritt halten kann.So ergibt sich bei einer beispielsweisen Benutzungsdauer von 2coo Stunden im Jahr bereits ein Kubimmeterpreis von DN 1,34 . Dieser Wasserpreis liegt bereits 10% unter dem Verkaufspreis für Trinkwasser der Stadt Husum0Allerdings sind hier die Verteilerkosten und Gewinneswie sie im Husumer Preis enthalten sind , nicht berücksichtigt.
Das hier vorgeschlagene Verfahren läßt sich zur Wirtschaftlichkeit je nach den vorzufindenden lokalen Verhältnissen variieren, So kann beispielsweise die Kristallisationsanlage ein - oder mehrstufig sein, Leerseite

Claims

Verfahren zur Gewinnung von Süßwasser aus meerwasser P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zur Gewinnung von Süßwasser aus Meerwasser versohiedener Extraktionsgrade nach dem Gefrier- bzw.

dem Verdampfungsverfahren,d a d u r c h g e k e n n z e i c n -n e t ,daß einer Kristallisier-Gefrieranlage eine ;'ntspannungsverdampfungsanlage mit einer oier mehreren Wärmepumpen nachgeschaltet ist und der gesamte elektrische Energiebedarf der Anlagen durch Windenergiekonverter aufgebracht wird.
2. Verfahren nach anspruch 1, d a d u r c h 2 e k e n n z e i c Ii n e daB der Kristallisier-Gefrieranlage zur T'inigung der ~.skristalle von anhaftender Sole schnellaufen(1e Zentrifugen zugeordnet sind und die Wärmetauscherflächen in Vibration gesetzt sind und der elektrische und/oder mechanische Energiebedarf hierfür von den Windkonvertern geliefert wird.