DE1517581A1 - Verfahren zum Gewinnen von Frischwasser aus waessrigen Loesungen - Google Patents
Verfahren zum Gewinnen von Frischwasser aus waessrigen LoesungenInfo
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Description
s 117?
■ Ά
Z?, PienMnauef S(T.!
Z?, PienMnauef S(T.!
Die Erfindung besieht sieh auf ein Verfahren zum Behandeln
von wässerigen Lösungen zwecks Gewinnung von Frischwasser oder von verhältnismäßig reinem Wasser, während zugleich die
Lösung %& einem Seil des zurückbleibenden Lösungsmittels konzentriert wird. Das Verfahren igt von besonderem Mutzen für die Gewinnung von !Trinkwasser aus Salzwasser, z.B. aus Meerwasser
oder ausBrackwasser natürlicher unterirdischer Wasseransammlungen.
Lösung %& einem Seil des zurückbleibenden Lösungsmittels konzentriert wird. Das Verfahren igt von besonderem Mutzen für die Gewinnung von !Trinkwasser aus Salzwasser, z.B. aus Meerwasser
oder ausBrackwasser natürlicher unterirdischer Wasseransammlungen.
In den vergangenen Jahren hat die Aufgabe einer wirtschaftlichen
Gewinnung großer Mengen !Trinkwasser aus Meerwasser große Beachtung gefunden. Bei einigen neuereren Verfahren zum
Gewinnen von !Trinkwasser aus Meerwasser sind für die Durchführbarkeit der Verfahren und deren Versage gegenüber anderen
Gewinnen von !Trinkwasser aus Meerwasser sind für die Durchführbarkeit der Verfahren und deren Versage gegenüber anderen
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Int s als unge ve r fahr en zwei Fa Jet or· η τοη Bedeutung und a »ar die
erforderliche lapitalinvestierung bei der Einrichtung der erforderlichen
Anlage und die Gesamtkosten für einen fortlaufenden Betrieb. Unter Berücksichtigung de· gegenwärtig bestehenden besonderen
Bedarfs an Frischwasser sind bei einigen Verfahren, die von Standpunkt der Betriebskosten aus höchst wirtschaftlich
sind, die £apitalinvesti«rungen außerordentlich groß. Für die
Gewinnung von Frischwasser aus Salelösungeη hat sioh als vielversprechend
ein Verfahren erwiesen, nach dem die wässerige Lösung gefroren und lis erzeugt wird, wonach das Sie von der
Salzlake, aus der es abgeleitet wurde, abgeschieden wird, und
schließlich werden die liskristalle oder Aispartikel ge* sehen,
um die absorbierte Salzlake oder SaIr?.öle zu beseitigen.
Die Erfindung sieht ein verbessertes Verfahren zum (Jewinnen von Frischwasser aus Meerwasser vor, das wirtschaftlicher
ist als die herkömmlichen Verfahren. Das Verfahren umfasst Verfahrensschritte, die zusammen einen Mindestaufwand an Energie
für die Gewinnung einer gegebenen Menge frischwasser erfordern. Daβ zu investierende Kapital für die Einrichtung der Anlage
ist geringer als bei anderen Verfahren.
Sie wirtschaftlichen Vorteile, die mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielt werden, beruhen zum Teil auf der
Eigenschaft des faasers, dass dessen Gefrierpunkt mit steigendem
Druck absinkt, während alle anderen Stoffe mit Ausnahme einiger weniger Metalle ein Ansteigen des Erstarrungspunktes mit ansteigendem Druck zeigen. Diese Eigentümlichkeit des Massers
ermöglicht mit Hilfe eines Austausch-Kristallisatione-Verfahrens
eine wirtschaftlichere Bückumwandlung der Eiskristalle Iu Wasser,
während zugleich ein in der Gefrierstufe benutztes schlammartiges
^3SSOZI 112
— 8AD
Kühlmittel regeneriert wird. Die wirtschaftlichen Vorteile werden
ferner zum Teil dadurch erzielt, dass die Eiskristalle geschrubbt
oder gereinigt «erden, um von diesen die anhaftende Sole oder Salzlake zu entfernen.
Das Verfahren wird allgemein in bezug- auf wässerige
Lösungen unter iinschluss von Salzlösungen beschrieben. Nach
diesem Verfahren wird zu Beginn aus der wässerigen Lösung Eiskristalle
durch Gefrieren erzeugt, wobei zugleich oder später die wässerige Lösung und die Eiskristalle mit einem flüssigen
AustausohmitteJ. in Berührung gebracht wird (werden), das gewisse
kritische Eigenschaften aufweist. Diese Eigenschaften bestehen aus der Unvermischbarkeit mit der wässerigen Lösung und dem
Frischwasser, aus der Stabilität und Beaktionslosigkeit bei
Anwesenheit von Wasser und der wässerigen Lösung bis zu dem Ausmaß, dass wahrend des direkten innigen Kontaktes keine nicht
umkehrbaren physikalisohen oder chemischen Transformationen erfolgen,
aus einer Dichte, die geringer ist als die Dichte der wässerigen Lösung und des frischwasser* und vorzugsweise derart,
dass das Eis in Form eines Schlammes erhalten werden kann, während der Schmelzpunkt mindestens so tief wie der Gefrierpunkt
des Wassers bei dem Druck liegt, bei dem der direkte, innige Kontakt erfolgt, während die Ir·tarrungetemperatur sieh alt dem
Druck erhöhen soll· Is lit ferner erwunecht, obwohl nicht notwendig, dass das flüssige Auetauechmittel eine wesentlich geringere
Oberflächenspannung aufweist «1« dit wässerige Lösung, aus
der das Frischwasser gewennen werden toll, und dass dm« Ausmaß
der Änderung d«r 3efaael«t4«peretm* mit dem Sraek («1* loeffieleot
α bezeichnet) ni«h* au* positiv »fadem aae* veiMltaissJUig
groß ist. Hierdurch wird gesichert, dass die Ausübung ve rhi Un Is-
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rerhältnismäßig kleiner Drucke eine wesentliche Verschiebung
dee Erstarrungepunkte· des AustauschmitteIe bewirkt.
tiachdem die wässerige Lösung mit dem Auetausohmittel
in Berührung gebracht worden ist, werden diese Stoffe von einander
getrennt durch Ausnutzung der Sichtedifferenz, die zwischen
dem Austauschmittel und der wässerigen Lösung besteht. Da das Austaueonmittel eine geringere Sichte aufweist als die wässerige
Lösung, so sammelt sich das Austausohmittel in Form einer
Schicht auf der wässerigen Lösung in einem Absetztank an oder kann auch mittels eines Zyklons oder einer Zentrifuge abgeschieden
werden. Ist die Sichte des AustauschaktteIs mindestens gleich
der Sichte des Eiseβ, so wird das Eis physikalisch aus der wässerigen Lösung extrahiert und schwebt im oder auf dem Austauschmittel.
Ist die Sichte der Auetauechfliissigkeit nicht
wesentlich kleiner als die Sichte der Bißpartikel, und sind diese verhältnismäßig klein, so hält die Austauschfldssigkeit
die Äiβpartikel suspendiert für eine Zeitperiode, die wesentlich
länger ist als die Zeit, die zum Abscheiden der Sole oder Salzlake
erforderlich ist. Eb besteht noch die dritte Möglichkeit,
dass die Austausch!liiesigkeit eine so geringe Sichte aufweist,
dass sie das &is unter der Einwirkung der Schwerkraft nicht
suspendiert erhalten kann. In diesem lalle kann das lie in der
flüssigen Phase des Auetausohmittel· mit Hilfe eines Siebes erhalten werden, das oberhalb der Zwisohenflache zwischen der
Austauechflüssigkeit und der Sole oder Salzlake angeordnet wird.
Nach dem Entfernen der wässerigen Lösung aus dem das Eis tragenden Austaueohmittel wird der Druck auf das Austauechmittel
erhöht und auf die liskrietalle, wobei diese zu Frischwasser und ein Teil des Austauschmittels zu festen Partikeln
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umgewandelt wird (werden). Gerade an diesem Punkt spielt die üigentdmlichkeit des Wassers, den Gefrierpunkt bei Ausübung eines
Druckes zu erniedrigen, eine wichtige Bolle. Wird auf das System ein Druck ausgeübt, so wird der Gefrierpunkt des Wassers abgesenkt.
Zugleich wird aer Gefrierpunkt des AustauschaktteIs erhöht
aufgrung des positiven α (Koeffizient der Gefriertemperatur in bezug auf den Druck). Bei der Umwandlung des Austauschmittels
in feste Partikel überträgt dieses seine latente Fusionswarme
auf das Sie mit der folge, dass dieses schmilzt.
In der letzten Stufe des Verfahrens wird das Frischwasser von der Flüssigkeit und den festen Partikeln des Austausohmittels
abgeschieden, wobei wiederum der Dichteunterschied
ausgenutzt wird, der zwischen dem Austauschmittel und dem Frischwasser
besteht. Die Abscheidung kann daher in einem Absetztank erfolgen oder mittels eines Zyklone oder einer Zentrifuge durchgeführt
werden.
Bei einer bevorzugten Aueführungsform der Erfindung, die verschiedene wirtschaftliche Vorzüge gegenüber den anderen,
noch zu beschreibenden Aueführungsformen aufweist, wird das Gefrieren der liskr istalle aus der wässerigen Lösung durch inniges
Vermischen einte Schlamm· des Austausohmittele mit der wässerigen
Lösung nach vorhergehender Abkühlung bis nahezu auf den Gefrierpunkt durchgeführt. Der Schlamm des Austauschmittels kann
höchst geeigneterweise aus dem Schlamm bestehen, der bei der Austauschkristallisation entsteht, die erfolgt, wenn das Gemisch
aus Biskristallen und flüssigem Auetauschmittel einem erhöhten
Druck ausgesetzt wird, wobei die liskristalle schmelzen und bewirken,
dass ein Teil des Austauschakte la in den festen Zustand versetzt wird. Wird dies· quell« des Schlamms des AustauschmitteIs
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verwendet, nachdem das frischwasser und der Auf diese Weise
durch die Druckerhöhung erzeugte Schlamm des Auetauschmittels
in der beschriebenen Weise von einander getrennt «orden sind, sowird der Schlamm des Austauschmittels dann bie zu dem Punkt
im Verfahren nieder in Umlauf gesetzt, an dem die vorgekühlte wässerige Lösung in das Verfahren eintritt und gefrierbereit ist,
«obei die Siekristalle erzeugt «erden.
Ss «ird ferner darauf hingewiesen, dass bei dem bevorzugten
Verfahren naoh der Erfindung ein wesentlicher Teil des Energieeinganges, der die zum Durchführen aller erforderlichen
Änderungen der !Temperatur des Druokes und der physikalischen Zustände der Materialien «ieder zurückgewonnen «ird und den
Nettoeingang absenkt, der fur die Durchfuhrung des Verfahrens
benötigt «ird. Die kalte «ässerige Lösung, die anfangs von dem
Austausohmittel und den Eiskristallen abgeschieden «ird, «ird
mit der einströmenden «ässerigsn Bohlösung in Umlauf gesetzt, «obei ein Wärmeaustausch erfolgt, bei dem die Temperatur dieser
Lösung abgesenkt «ird als Vorbereitung für das Ausfrieren der Iiskristalle aus dieser Lösung. In der gleichen Weise kann das
Frischwasser ausgenutzt «erden, das in der Indstufe des Verfahrens
erzeugt «ird, da die Temperatur dieser flüssigkeit sehr nahe am Gefrierpunkt liegt, während diese abgeschieden wird.
In einem anderen lalle der Bnergieerhaltung besitzt sowohl das
Frischwasser als auch der Schlamm des Austaueonmittels als Produkte
der letzten Abscheidungsstufe des Verfahrens verfügbare Inergie als folge der in der Anlage durchgeführten Druckerhöhung,
bevor diese Abscheidung durchgeführt wird, wobei mindestens ein Teil dieser Inergie zurückgewonnen werden kann durch Expandieren
des frischwasser» und des Schlamms des Austausohmittels mit
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geeigneter Expandierungeeinriohtungen auf einen niedrigeren Druck,
wobei ein Teil der enthaltenen Energie zurückgewonnen wird. Diese zurückgewonnene Energie kann zur Unterstützung des Antriebs
einer Pumpe benutzt werden, die zum Erhöhen des auf die Eiskriställe
und auf das flüssige Austausohmittel ausgeübten Druckes
zwecks Umwandlung dieser Stoffe in den flüssigen bezw. den festen
Zustand erforderlieh ist.
ftach den vorstehenden Ausführungen sieht die Erfindung
ein verbessertes Verfahren zum Gewinnen von Frisch-
oder Trinkwasser aus einer wässerigen Lösung,
ein wirtschaftlicheres Verfahren zum Gewinnen von Frisch- oder Trinktwasser aus Salzwasser, und
eine Verbesserung bei älteren Verfahren zum Gewinnen
von Frischwasser aus Meerwasser durch Ausfrieren von Eiskristallen
aus dem Meerwasser, wobei die Kosten des ffaschens der
Eiskristalle zwecks Befreiung von dem anhaftenden Salzwasser gesenkt werden.
Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die
Erfindung zum fortlaufenden Erzeugen von Frischwasser
aus einer wässerigen Lösung, wobei eine Austausohkristallisation
verwendet wird sowohl sum Gefrieren von Eis aus der wässerigen Lösung als auch zum Umwandeln
des Eises in Frischwasser,
findung zum fortlaufenden Erzeugen von Frischwasser,
Fig.3 eine Übersicht über ein weiteres erfindungsgemäßes
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Verfahren, das ηloht fortlaufend durchgeführt wird,
Fig.4 eine Übersicht über ein ohargenweiee durchgeführteβ
Verfahren nach der Erfindung, Pig.5 eine Übersicht über ein Verfahren sum Erzeugen von
Frischwasser aus einer wässerigen Lösung, bei dem die Austaueohkristallisatipn nur sum Schmelzen des nährend
des Verfahrens erzeugten JSieee benutzt wird, und die
Fig.6 eine der Fig.5 ähnliche Übersicht eines weiteren Verfahrens
nach der Erfindung.
pie nachstehende Beschreibung der Irfindung bezieht
sich auf die Gewinnung oder die Isolierung von Frisch- oder
Trinkwasser aus Saltlösungen, z.B. aus Meerwasser oder Brackwasser. Das Verfahren nach der Erfindung kann Jedoch auch zum Isolieren
von Frischwasser aus anderen wässerigen Lösungen, z.B. aus Fruchtsäften und dergleichen angewendet werden.
üach der Fig.1 wird eine Salzlösung z.B. Meerwasser
von einer Pumpe 12 in die Anlage gepumpt, nachdem vorher die bei Entsalzungeverfahren unter Einschluss des Gefrierene übliche
Behandlung durchgeführt worden ist· Eine solche Vorbehandlung umfasst üblicherweise eine Filtrierung, eine Ausfällung und eine
entlüftung, jiiner der Vorzage der Erfindung ist darin zu sehen,
aase eine ausgedehnte Entlüftung des Meerwassers nicht erforderlich
ist, da die Anwesenheit einiger im Wasser gelöster Gase die Erzeugung von feineren Siekristallen in der Gefrieretufe des
Verfahrene unterstützt, welcher Vorgang bei einigen Abwandlungen des Verfahrene erwünscht iet.
Das vor behandelte Meerwasser wird zum oberen (Peil einer
Direktkontakt-Vorkühlkammer 14 gepumpt. In der Vorkühlkammer 14 gelangt das Meerwasser im Gegenstrom mit einer Wärmeaustausch-
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flüssigkeit in Berührung, wie bei einem direkten Wärmeaustausch üblich. Die Wärmeaustausohflüssigkeit ist mit dem Meerwasser
nicht vermischbar. Ferner unterscheidet sich deren Dichte genügend
stark von der Dichte des Meerwassers, wodurch eine Trennung möglich wird, und ferner liegt der Gefrierpunkt der Wärmeaustauschfiüssigkeit
unterhalb von -50C. Als beispiel sei normales
Oktan angeführt. Infolge der unterschiedlichen Dichte wird das Meerwasser abgeschieden und sammelt sich am Boden der Vorkühlkammer
14 an, während die Wärmeaustauschflüssigkeit sum oberen Teil der Kammer ansteigt. Vor dem Einlassen in die Vorkühlkammer
14 wird die Wärmeaustausohflüssigkeit von einer Pumpe 16 durch
eine indirekt wirkende Gefriereinheit 18 gepumpt, in der die
Temperatur der Wärmeaustauschfliissigkeit auf ungefähr den Anfangsgefrierpunkt der wässerigen Lösung abgesenkt wird, der
bei Meerwasser ungefähr bei -20O liegt.
Der in dieser Beschreibung gebrauchte Ausdruck "farmeaustausohflüssigkeit"
besieht sich allein auf ein flüssiges Material, das sum Vorkühlen des Meerwasserβ benutzt wird, welche
Bezeichnung nicht mit dem Ausdruck NAustausohmittel" oder "flüssige
Phase des Austaueohm.itteIe" verwechselt werden darf. Die
beiden Materialien können von einander gänzlich verschieden sein und werden an zwei verschiedenen Verfahrenspunkten für verschiedene
Funktionen benutst.
Das duroh direkten Kontakt in der Vorkühlkammer 14 gekühlte Meerwasser verlässt den unteren Teil dieser Kammer mit einer
nahe an dessen Anfangsgefrierpunkt liegenden Temperatur und wird vor dem lintritt in eine Kristallisationasone 20 mi*
einem Austausohmittel vermischt, das sich von der WärmeaustausohflÜBsigkeit
in den Einheiten 18 und 24 unterscheidet.
909850/1112 ΘΑ0
Dae Austauechmittel «eist die For» βineβ Schlammeβ auf, der aus
einer gefrorenen Substanz besteht, die in der eigenen Mutterflüssigkeit
suspendiert ist und die Gleiohgewiohtsschmelztemperatur aufweist vorzugsweise bei einen Druck von 1 at, die vorzugsweise
um mindestens O,50G niedriger ist als der entsprechende
Gefrierpunktsbereich der wässerigen Lösung. Der iärmeaustauschschlamm
kann aus einer reinen Substanz bestehen oder aus einem Eutektikum von zwei oder mehr Substanzen, das einen bestimmten
Schmelzpunkt aufweist, oder das aufgrund der Anwesenheit gewisser Unreinheiten innerhalb eines Bereichs von nicht mehr als
2 oder 3 Grad schmilzt. Außerdem soll das reine Material oder das Eutektikum gewisse weitere Eigenschaften aufweisen, die für
die ordnungsgemäße Durchführung des Verfahren· wichtig sind.
Zuerst einmal soll das Austausohmittel, ganz gleich,
ob dieses aus einem lutektlkum oder aus einem reinen Material besteht, mit dem Meerwasser und auoh mit dem Frischwasser nicht
vermischbar sein. Diese Unvermisohbarkeit soll vorzugsweise derart
sein, dass die Löslichkeit entweder der festen oder der flüssigen Phase des Auatausohmittels im Meerwasser oder im Frischwasser
kleiner als 1$ ist. Ebenso soll die Löslichkeit des Meerwasser»
und des Frischwasserβ in der flüssigen und der festen
Phase des AustauschakteIs kleiner als Λ% seift.
Außer der ünvermisohbarkeit soll das Austausohmittel
sowohl in der flüssigen als auoh in der festen Phase stabil sein bei Anwesenheit von fasse* und mit diesem nioht reagieren sowie
nicht mit der Substanz der wässerigen Losung, im vorliegenden Falle mit dem SaIs des Meerwasser« bis su dem Ausmaß, dass während
des direkten Kontaktes kein· nioht umkehrbaren physikalischen oder chemischen Umwandlungen erfolgen.
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Der Schlau» dee Austauschentele «eist ferner dl· kritische
üigeneohaft auf, das* dessen flüssige Phase eine Dichte
besitzt, die kleiner ist als die der wässerigen Lösung sowie kleiner als die Dichte des Frischwasser. Diese unterschiedliche
Dichte zusammen mit der Unvermischbarkeit des Austausohmittels
ermöglicht die physikalische Abscheidung der Eiskristalle von der Salzeöle oder der konzentrierten wässerigen Lösung sowie
die Abscheidung des Frischwasser· vom Austauschmittel. Obeohl
die Dichte des Austauschmlttels von 0,5 g/oom aus, die benutzt werden kann, wenn das Wasser aus der wäeserigen Lösung in einem
belüfteten Zustand unter Bildung von achneeartigen Kristallen oder Flocken ausgefroren wird, bis zu einer Dichte von ungefähr
1,02 g/oom betragen kann, so umfasst der Bereich der Dichte vorzugsweise
ungefähr 0,7 g/ocm bis zu ungefähr 0,95 g/com. Im Idealfalle soll die Diohte des AustauschmitteIs sich der "effektiven"
Dichte des Eises annähern, das in der Biskrlstallisations-Eone
20 erzeugt wird, wie spätar noch beschrieben wird, so dass
ein Schlamm aufrecht erhalten wird, der in den Leitungen, Pumpen, Expandern oder Gefäßen kein 11· absetzt.
Das Austauschmittel muss ferner einen Gefrierpunkt aufweisen, der mindestens so niedrig liegt wie der Gefrierpunkt
des Meerwassers oder einer anderen zu behandelnden wäeserigen Lösung bei dem Druck, bei dem die noch zu beschreibende Anfangsaustausohkristallisation
durchgeführt wird. Bei dieser in der Biskristallisationszone 20 erfolgenden Kristallisation wird die
Anlage vorzugsweise bei atmosphärischem Druck betrieben, wobei der Gefrierpunkt des Austausohmittels vorzugsweise im Bereich
von 0° bis -1O0O liegt. Unter Berücksichtigung aller wirtschaftlichen
Faktoren liegt der günstigst· Temperaturbereich bei der
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Behandlung von Meerwasser am häufigsten zwischen ungefähr -20O
und -60O.
Schließlich muss das Austauschaktte 1 das Merkmal aufweisen,
dass dessen Gefrierpunkt eich mit dem auf das Material ausgeübten Druck erhöht. Zum besseren Verständnis dieser Sigensohaft
wird ein Aue druck: ot benutzt, der als Ander ungskoe ff isient
der Schmelztemperatur in bezug auf den Druck bezeichnet
wird. Steigt die Temperatur bei einer Erhöhung des Druckes an, so muss α einen positiven fert aufweisen. Die nach der Hrfindung
als Aus taue chili t te 1 zu verwendenden Materialien müssen daher
einen positiven Wert von α aufweisen. Dieser Koeffizient kann ferner wie folgt definiert werden:
dP 4 H
wobei A V gleich dem spezifischen Volumen der festen Phae· minus
dem spezifischen Volumen der flüssigen Phase
ist
β H gleich der Enthalpie der festen Phase minus der Snthal
β H gleich der Enthalpie der festen Phase minus der Snthal
pe der flüssigen Phase gleich der latenten iueionswarme ist,
T gleich der Schmelztemperatur auf der absoluten Skale
bei dem entsprechenden Druck 1st.
In der Praxis kann T in der Gleichung 1 als im wesentlichen
konstant angenommen werden und mit ungefähr 2730K für die
in Betracht kommenden Falle angenommen werden. Daher wird ein höherer Wert von cc durch einen hohen Wert von £ V und durch
einen niedrigen Wert von ^ H begünstigt. Ein Material mit einem niedrigen Wert' von ^ E erfordert einen öfterer Wiederumlauf des
Auetauschmittela, wie später nooh beschrieben wird. Andererseits
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begünstigt ein hoher fert von oc eine Herabsetzung des bei den
Verfahren erforderlichen Druokpegels. Aus dem Vorstehenden ist
zu ersehen, dass sum erreichen der höchsten Wirtschaftlichkeit dies· verschiedenen Parameter auf den günstigsten fert gebracht
und an einander angeglichen «erden müssen. Saher verändert sich
der günstigste fert von oc mit dem verwendeten besonderen Austauschmittel,
mit der besonderen Anlage, mit den verwendeten Strömungsgeschwindigkeiten usw. Im allgemeinen ist der höchste
fert von et erwünscht, der erhalten werden kann, während der kleinste Wert von oc t der das im Verfahren nach der Erfindung
verwendete Austausohmitt kennzeichnet, ungefähr O,015°C/Atmosphäre
beträgt, fis ist ferner vorzuziehen, dass die latente Fusionswärme
A E für das Austauschmittel ungefähr -25 bis ungefähr -60 cal/g
beträgt, und dass ^V ungefähr -0,10 bis -O,15com/g beträgt.
Zum Vergleichen seien die entsprechenden Werte für Wasser angeführt
,die für α - 0,0075*C/Atmosphäre, für ^ B « -80 cal/g
und für ^V- 0,09 oom/g betragen.
Bei dem Austausohmittel sind noch weitere gewisse
Eigenschaften erwünsoht, die Jedoch für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahren· weder kritisch noch wesentlich sind.
Soll das erseugte Frischwasser als Trinkwasser verwendet werden, so soll ein nicht giftiges Austaueohe.itte 1 verwendet werden,
das aus dem frischwasser wirtschaftlich entfernt werden kann.
Die kritischen und erwünschten Eigenschaften des Austausohmittel·
begrenzen die Ansahl der reinen Substanzen, die bei dem Verfahren naoh der Erfindung verwendet werden können,
und es wird unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Faktoren zurzeit angenommen, dass außer eutektisehen Gemischen nicht mehr
als 40 Materialien verwendet werden können. Zum Verständnis der
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Erfindung können verschiedene Kategorien geeigneter Materialien angefahrt «erden, obwohl selbstverständlich alle besonderen
Materialien, die in diese allgemeinen Kategorien fallen könnten, nicht den Anforderungen an das Austauschmittel genügen, und
ferner sollen die angeführten Gruppen von Materialien nicht ausschließlich alle Materialien und Kategorien von Materialien
umfassen, die als Austauschmittel verwendet werden können. JSs
wird Jedoch angenommen, dass Sachkundige aufgrund der Angaben über die kritischen und erwünschten Eigenschaften des Austausohmittels
die Eignung von nicht besondere angeführten Substanzen mühelos durch Experimente ermitteln können.
Ss wurde herausgefunden, dass gewisse Ester von fettsäuren
der öl·, fette und Wachse die beim Austauschmittel erwünschten Eigenschaften aufweisen. Besonders geeignet sind tierische
öle, besonders von Meerestieren, und vegetabilische öle,
die bei der Verwendung in dem erfindungsgemäfien Verfahren keine
nicht mehr umkehrbaren kristallinische !Transformationen erfahren. Von diesen ölen seien angeführt Kabeljauleberöl, menhadenöl,
Delphinöl, Sesamöl, Walöl, Rhieinuaöl, Olivenöl, Senföl und
Triolein.
ferner sind gewisse organische Verbindung mit langen
geraden Ketten geeignet, die 6 oder mehr Kohlenstoffatome enthalten.
Al· Beispiele für diese Axt von Materialien seien angefiüuft:
Dodekan, Dodeoyn, Tridekan, 1,5 Hexadiyne, 1-Menthone
und 1-Jfoaanol.
Ketone, wi« Dibutylketon und Methylheptylketon sind
befriedigend und ebenso gewisse Amine wi· Buta«nolamln und
p-Aminoäthylbeneen.
ferner «lud geeignet periodisohe und aromatisch·
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BAD ORIGINAL
organische Verbindungen unter Einschluss von Tetramethylbenzeri,
Methylzyklohexanol und Inden. ferner sind gewisse organische
Säuren geeignet wie linoelisohe und kaproieche Säuren.
Natürlich können auch geeignete Mischungen aus den angeführten Materialien verwendet werden. ■
Schließlich können auch als eine wichtige Kategorie ▼on Substanzen eutektische Mischungen von zwei oder mehr verhältnismäßig
reinen Materialien verwendet werden, wobei sich die Möglichkeit ergibt, ein Austauschakte 1 künstlich zu schaffen,
das eine günstigere Kombination von Eigenschaften aufweist, ale mit den meisten reinen Zusammensetzungen erhalten werden
kann· Ale Beispiele für solche eutektischen Mischungen seien
angeführt: Benzene und Naphthalene, Zyklohexane und Naphthalene,
Pentadekane und Benzene.
Der Austauschmittelschlamsi wird in der Eiskristallisationszone
20 mit dem vorgekühlten Meerwasser direkt und innig vermisch oder in Berührung gebracht. Das Mischen kann mittels
einer turbulenten Strömung in einem Bohrabschnitt, in einem Gefäß unter Verwendung von flüssigkeitsstrählen oder unter Verwendung
eines Bezirkulationsturmee erfolgen. Während dieses Vermischens schmelzen die festen Partikel im Schlamm des Austausohmittels
und absorbieren deren latente fusionswärme. Hierbei wird die Temperatur des Gemisches aus Meerwasser und Austauschakt
te Ischlamm abgesenkt und bewirkt, dass aus dem Meerwasser Wasser unter Bildung von Sispartikeln oder Siekristallen ausfriert.
Der Vorgang dieser Zustandsänderung im Meerwasser und im Austauschaktelsohlamm wurde als "Austausohkristallisation«
bezeichnet, und diese Erscheinung tritt an zwei verschiedenen Punkten im Verfahren nach der Erfindung auf, wenn dae Verfahren
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nach der in dar 11«.1 al· Übersieht dargestellte« bevorzugten
feite durchgeführt wird.
Mach dem lintreten der Austausohkristalliestion in der
liskristallieationesone 20 erfolgt eine Ib·oh·idung de· Ilse·
und des Austauschakte la aus der Stlssele als feig« der verschiedenen
Dienten und fcmam auf Teraofeieosae ffeiee dcureagefäart «erden,
«ach der flg.1 wird eines Zyklonabaoheider 22 das Oemieoh
Salsaole-Auatausohmittel au· der liskristallisation* sons 20 sugefuhrt.
Is soll an dieser Stelle hermerkt «erden, da·· die
sieh in der Kristalliaationssone 20 bildenden liskristalle τοη
des flüssigen Auatausohmittel umgeben sind und τοη diesem abgeschrubbt
«erden. In einigen fällca, la denen das Ils «enlger
dicht ist als das flüssige Austausohmlttel, steigt es sum oberen
Teil des flüssigen Austausohmittels an und wird hierbei abgeschrubbt.
Is ist erwünscht, das Wasser aus der Balisöle so rasch «ie möglich aussufrieren, um die Entstehung kleinerer lis-Jcristalle
su fördern, die im Oegeasats su anderen Oefri#rverfahren
bei dem Verfahren naoh der Irfinduag vor β α« leben sind, um
die für die Wärmeübertragung verfügbaren ZwIschenflachen möglichst
groß SU halten. Andererseits suchen größere Ii»krUta11·
«eniger Salseole su absorbieren, für den klskristall besteht
daher eine günstigste OröB·.
Im Zyklonabsoheider 22 wird das Austaueohmittel τοη
der ealssole getrennt, wobei die eine größere Dieht« als die
AustauaohflüssigJceit aufweisende SaIk«öle sum unteren feil des
Abscheiders 22 befördert und au· diesem durch eine Bohrleitung
su der einen Seite eines in Abteilungen aufgeteilten forkühlere
24 geleitet «ird. Sie Funktion dieses Torkühlere wird später noch
909850/1112 BAD ORIGINAL
beschrieben. Vr Si8schIaMa und das flüssige Austauschmittel
iiird vom oberen Teil des Zyklonabseheiders 22 abgezogen und
lüuft durch eine Zwischenpumpe 27» die von einem geeigneten Motor
von außen her angetrieben wird, Wenn gewünscht, kann, obwohl in
der Fig.i nicht dargestellt, ein Teil des Schlammes aus £is und
Austauschaktte1 zur uiskristallisationszone 20 noch einmal in
Ulilauf gesetzt werden, um die Kernbildung von Eis par tike in zu
fördern.
Die Hauptfunktion der Pumpe 27 besteht darin, den
Druck des Schlammes aus £is und Austauschmittel auf einen Zwiachenwert
su erhöhen z.B. auf 10 bis 100 at, wie erforderlich,
um das Defizit an Druokenergie zu decken, das später aus den
noch zu beschreibenden Doppelpumpenexpandereinheiten 30 und
zurückgewonnen werden kann. Als Ergebnis dieser ersten Druckerhöhungsstufe mit der Pumpe 27 wird der Schlamm aus Eis und
Austausohmittel 'als Vorbereitung für die Schlusstufβ der Unterdrucksetzung
in den Einheiten 50 oder 32 mehr verdichtet, und
ein sehr kleiner Bruchteil des auf die Qberflächenschiohten der
Siskristalle beschränkten Elses schmilzt. Als folge des Verdichten!
zusammen mit de» Schmelzen werden die Beste der an den Eiskristallen
haftenden Salzsole gelöst, die in der Einheit 22 noch nicht vollständig entfernt wurde.
Die verdichtete Mischung aus £is und Schlamm, die noch
Beste der Salzsole enthält, strömt dann zu einem Waschturm 25, in dem die Salzsole vom Eis und dem Schlamm getrennt wird. Die
Vollständigkeit der Abscheidung im Waschturm 25 kann, wenn ein Erzeugnis mit einer sehr hohen Beinheit gewünscht wird, ermöglicht
werden durch Einführen einer kleinen Menge des in der noch su beschreibenden Einheit 28 erzeugten Wassers. Da dieses
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faachwasser aufgrund der ligenschwere zum unteren Seil des tfasohturmes
absinkt, sodient es tun Beinigen dtβ aufsteigenden Schlammes
aus Eis und Austauschmittel, wobei restliche Salzeole freigesetzt wird. Der den oberen Teil des tfaschturmee verlassende
Schlamm aus Sis und Austauschfldssigkeit wird dann in zwei Strömungen
unterteilt und schließlich in den Doppelpumpenexpandereiaheiten
30 und 32 unter Druck gesetzt. JEs wird darauf hinge- .·
wiesen, dass das aus der Zwischenpumpe 2.7 ausgetragene Jnaterial
je nach dem bei dem Endprodukt gewünschten Heiaheitegrad gänzlich oder zum Teil zu den Doppelpümpenexpandereinheiten 30 und
32 umgeütet werden kann, wobei der laschturm 25 in der gewünschten
Ausmati umgangen werden kann.
Der Grad, bis zu dem der Druck in den Doppelpumpenexpandereinneiten
30 und 32 erhöht wird, hängt von dem Austauschmittel
und dessen besonderen Eigenschaften ab. Sin Druck zwischen 50 und 200 at kann normalerweise fur die Entsalzung von Meerwasser
mit Srfolg verwendet werden, wenn die Anfanggaustauschkrietallieation
benutzt wird, um die Bildung von Slskristallen
zu bewirken, die bei atmosphärischem Druck durchgeführt wird.
Der Druckpegel F, der durch die Doppelpumpenexpandereinheiten
30 und 32 eingeführt werden muss, um die Austauschkrietailisation
zu bewirken, kann wie folgt geschätzt werden. TQm soll den Gefrierpunkt des Austausohmittels bei einem Druck
von im wesentlichen 1 at darstellen, dann folgt aus der Gleichung (1), wenn der Vert von ac für Wasser mit -0,0075 angegeben wird,
dass, wenn -0,0075 P Ä emP ♦ Tem <2>
ist, das ils schmilzt, während das Austauschmittel unter einem
Druck P gefriert. Die Gleichung (2) kann wie folgt umgewandelt werdens
iiu9850/1 1 1 2
-0,0/5 P ♦ L - ote*p'l'ft» ♦ (3)
«obei ft die Different ttiiobia des Gefrierpunkt de· Wassers
und des Gefrierpunkt de· Austauscnmittels ist, die die wirtschaftlich«
Iemperaturanniherung (al· eine positive Zahl definiert
in der Hoehdruok-Irietallieationseon· 26 darstellt, in
der da· lie geschmollen nod der Auetausohaittelsonlas* gebildet
wird. Der Betriebedruok kann daher at» dar nachstehenden QIeiohung
geschätzt «erden:
-o,oo75 - αβΒ -0,0075 -
Nachstehend «erden vereohitdemj Beispiele gegeben,
aus denen zu ersehen ist, in «eloner Weise die Bochdrttckaustausoh
Jcristallisation durchgeführt wird.
Beispiel 1
Die volumenmäfiiga Kapazität und die Strömungeparaaeter
einer gegebenen Anlage leigen, dass die Boohdruokaustauschkristalliaation
an «irtschaftlionsten durongeführt «erden kann
bei einem aefrierpunktuntersohisd ^ τοη O,50O* Als Austausonalttel
«ird Kabeljauleberöl verwendet, dessen Gefrierpunkt bei dem
atmosphärischen Druck bei dem Wert von Ϊ -0,30O liegt,
während der Wert für or fB 0,02 betragt. Warden diese Werte in
die Gleichung (4) elngesetxt, so ergibt eine Berechnung, dass
auf das Gemiach aus lis und Austausohmittel ein Druck von 127 At
ausgeübt «erden muss, um den gewünschten Oefrierpunktunterschied
von 0,50C su erreichen, und um eine Austausohkrlstallisation
zu bewirken, bei der Frischwasser und Austausohmittelsohlasa
in der gewünschten Menge erzeugt «ird.
909850/1 112 BAD orjginai
Beispiel 2
Wird anstelle dea Kabeljauleberöl· ein eutektische*
Qe»isch au· Bensen und Maphtualen al· Auetauacnmittel verwendet,
•o «eist diese· Material bei Atmosphärischen Druok einen Gefrierpunkt
*#M von -3,60O und tür · tB eine» Wer« rom 0,03 auf. D·*
sua ixιieItη de« ge»anechten Gefrierpunktunterschiedes von 0,50O
erforderliche Druck beträgt nach der Ausrechnung 109 at.
Beispiel 3
Wird al· Austauschakte 1 eine eutektieohe Mischung aus
Zyklohexan und NaphthaIeα verwendet, eo ergibt sich bei atmosphärische
μ Druck ein Gefrierpunkt von -3,60O und fur α ein
fert von 0,05. Der für einen Gefrierpunktunterschied erforderliche
Druck beträgt daher ?Λ at.
Beiapiel 4
Bei atmosphärische» Druck beträgt der Gefrierpunkt
eines eutektischen Gemisches aus Pentadekan und Sensen -4,50O.
Der Wert des Eutektikums tür aen beträgt 0,02$. Der sua Irsielen
eines ^ von 0,5°0 erforderliche Druok beträgt daher 153 at.
Beispiel S
Normales Tridekan «eist bei atmosphärischem Druck einen
Gefrierpunkt bei -5,40O auf. Der KoeffisUnt « *m Gefrierpunkt
in besug auf den Druok beträgt 0,02. Dieser Wert entspricht den
anderen erforderHohen Eigenschaften, die das Aestauschmittel aufweise
a muss, damit es sum Ausfrieren von ttagefäfcr 60 <*·*·# Wasser
benutst werden kai», wenn ein Druck vo* 214 afc benutit wird, im
eine Austausohkristallisation bei einem Gefrierpunktsunterechied
909850/1112
von 0,50O BU bewirken.
26 sation, die in der HooMruekkristalliaationezone als Folge der
Druckerhöhung in der Anlage stattfindet, gleich derjenigen ist, die in der Eiekristalii«ation*»one 20 stattfindet nit der Ausnahme,
dass das Umgekehrte erfolgt, d.h. das Ali scheiIzt und
ein Teil des AustauschakteIe gefriert und wird daher in den
festen Zustand versetzt.
Aus der Eochdruckkristallisaiionszone 26 wird das Gemisch
aus fässer und Austausehmittel, das nunmehr aus einer
festen und einer flüssigen Phase besteht, zu einem Zyklonabscheider 28 geleitet. Anstelle des Zvklonabsoheidera kann ein Absetzturm
oder eine Zentrifuge benutzt «erden, um eine Trennung des fässer* vom Austausohmittele auf der Basis des DichteUnterschiedes
durchzuführen. J^r Austausonflüssigkeitsschlamm wird am
oberen Teil des Zyklonebsoheiders 28 abgeführt und wird, immer
noch unter einem überatmosphärlachen Druck stehend, zu einer der
Einheiten 30 einer Doppelpumpenexpandereinriohtung geleitet.
Beim Durchgang durch diese Einheit 30 expandiert der Austausohmittelschlamm
bis zu einem Druck von ungefähr 1 at., wobei die Grleichgewiohtsschmelstemperatur von ungefähr -2,50O auf ungefähr
-4t5°C bei der Intsalzung von Meerwasser absinkt, je nachdem,
welches besondere Austausohmittel verwendet wird. Zugleich wird ein Hauptteil der Energie, die aus dem Austauschet te 1 bei dessen
Expansion auf einen verminderten Druck erhalten wird, von dem anderen Ende der Pumpenexpandereinheit 30 dem Gemisch aus den
Eiskristallen und dem Austausohmittel zugeführt, das zur Eochdruokkristallisationszone
26 gepumpt wird. Die zum Erzielen des gewünschten Druckpegels erforderliche üiet toe ingange Ie istung wird
dadurch herabgesetzt.
909850/1112 bad original
Aus der Pumpen-Expandereinheit 30 wird der Austauscbmittelsohlamm
über die Leitung 31 bis zu den Funkt wieder in Umauf
gesetzt, an dem der Schlamm in das τorgekühlte Meerwasser
eingeführt wird, das sich au· der Vorkühlkammer 14 cur Äiskristallisationszone
20 bewegt· Obwohl in der Fig.1 nioht dargestellt, kann ein (Ceil dee Austaueohmlttelechlamme sur Rochdruckkristallieationeione
26 wieder in Umlauf gesetzt werden, um die Kernbildung der festen Partikel dee Austausohmittele su fördern, wenn
dies erwünscht sein sollte·
Das Trink- oder Frischwasser, das aus dem Auetauschmittelschlamm
im Zyklon 28 abgeschieden wird,wird am unseren feil
des Zyklons abgelassen und durch eine zweite Pumpen-Exp^uuereinheit
32 geleitet, in der es bis auf einen Druck von ungefähr 1 at expandiert wird. Die bei dieser Expansion surdohgewonnene Energie
wird gleichfalls benutzt, um die Erhöhung des Druckes auf das in die Austaueohkristallisationesone 26 eintretende Eis-Austauschst!
t te 1-Gemiaoh auf die gewünschte Höhe su unterstützen. Nach dem
Durchlauf durch die Pumpen-lxpander-linheit 32 wird das kalte
Frischwasser zum oberen (Ceil der entgegengesetzten Seite des '
in Abteilungen aufgeteilten Direktkontakt-Vorkühlers 24 von der
Seite aus geleitet, an der die kalte Salssole aus dem Zyklonabsoheider
22 eingeführt wird. Bieraus geht hervor, dass das Frischwasser
und die Salzsole, die in den Direktkontakt-Vorkahler 24 an dessen entgegengesetzten Seiten eintreten, mit einander nicht
in Berührung gelangen können. Sowohl das fässer als auch die Salzsole
fließt in der betreffenden Kammer nach unten im Segenstrom
zu einer ansteigenden Strömung einer färmeaustaueohflüssigkeit,
die am oberen Teil der Vorkühlerkammer 14 zurückgewonnen wird,
wie bereits beschrieben. Die lärmeaustauschtlüssigkeit wird in
zwei getrennten Strömungen Ια den unteren teil der beiden Abteilungen
des Vorkühlere 24 eingelassen« Da die Wärmeaustaueohflüsaigkeit
eine geringere Dichte aufweist als das frischwasser oder die Salieölt, so bewegt sich die flüssigkeit zu» oberen Teil des
Vorkühlere 24-, wird von der Pumpe 16 abgepumpt und durch die Qefriereinheit 18 geleitet. Di· Oefriereinhelt 18 soll die Wärmerer
luate in der «ärmeaustausoofliissiekeii so beeinflussen, dass
die Γlüssigkeit in die Direktkontakt-Vorkiihlerkammer 14 mit der
gewünschten Temperatur eintritt, die bei einer Keerwasser-Sntsalzungsanlage
ungefähr -2,50C beträgt.
Das Frischwasser und das Meerwasser wird aus dem unteren Teil der betreffenden Abteilung des Vorkühlere 24 abgeführt und
durch eine Reinigungseinrichtung geleitet z.B. durch ein Absorptionemi ttelbett oder durch ein Filter 38, um unzulässige Spuren
des Austauschakt te Is zu entfernen, das von den Frischwasser und
der Salzsole mitgeführt sein kann. Im Falle der Salzeole dient aas Beinigen oder die Rückgewinnung des Austauschmittels natürlich
mehr dem Zweck einer Erhaltung dieses Materials als zum Beinigen der Salzeole.
In der Fig.2 ist eine Abänderung des Verfahrens nach
der Erfindung dargestellt. Da die zum Durchführen des Verfahrens benutzten Einrichtungen im wesentlichen die gleichen sind, so
sind die einander gleichen oder entsprechenden Bauelemente mit den gleichen Bezugszeiohen versehen worden. Das unter Benutzung
der in der Fig.2 dargestellten Einrichtung durchgeführte Verfahren
schreitet in der gleichen Weise fort wie das unter Besug auf die Fig.1 beschriebene Verfahren, bis das vorgekühlt· Meerwasser
am unteren Teil der DLrektkontakt-VorJciihlerkamiier 14 abgelassen
wird. Danach wird das Meerwasser nicht la eine liekrietallisations*
909850/1112
cone und in einen Zyklonsbeehelder geleitet, «ie in bezug auf die
Fig.1 beschrieben, sondern in einen Sinzelaustausohkristallisa·*
tioae- und Absoheideturm 40, in dem aus dem Meerwasser Eiskrietaile
ausgefroren «erden, während die festen Partikel im Auetauachmitte
lsohiamm schmelzen. Sie Sohiohtenbildung im Turm 40
erfolgt in der Welse, dass die Salssole sieh am Boden des Turmes
absetzt, während das Gemisch aus Biskristallen und Austauschst!ttel
sich zum oberen Teil des Turmes hin bewegt. Oberhalb der
41 oberen Teil des Turmes 40 kann ein geeignetes Sieb quer zum Turm
angeordnet «erden, das ein Absinken der Eiskristalle aufgrund der
Eigenschwere und ein Abführen zusammen mit der Salssole verhindert. £s «ird darauf hingewiesen, dass das Austatisohmittel in
den Turm 40 an einer oberhalb des Siebes in geringer Entfernung von diesem gelegenen Stelle eingelassen wird, und wenn das Austauschmittel
nach oben steigt und die festen Partikel zugleich schmelzen, so werden die liskristalle suspendiert, die von der
eich im Gtegenatrom bewegenden Salzeole erzeugt werden. Der Schlamm
aus Eiskristallen und Auetauachmittel wird am oberen Teil des
Turms 40 und die Salzsola am unteren Teil abgelassen.
Bei der Aueführungsform der Erfindung nach der Fig.2
wird das große Kapital und die Betriebskosten, die für eine Pumpe
benötigt werden, die den für die letzte Austausohkristallisationsstufe
ü«b Verfahrens erforderlichen hohen Druck erzeugt, dadurch
vermieden, d&ss ein hydrostatischer Kopf benutzt wird und die
mit dieatiBi verbundene natürliche Steigerung des Druckes bei größer
»erdo'voiT 'fiele is Erdboden, um die Anlage mit Sicherheit unter
Di-vr-k g.-Λ mtzrn, 7---A diesem Zweck können vorhandene Minenschächte,
•-r !;ö oder verlassene Bohrlöcher ausgenutzt
h O 9 8 5 O / 1 1 1 2
werden, Andererseits kann auch bei günstigen Bedingungen ein
Bohrloch bis au einer Tief« gebohrt werden» dit dsm erforderlichen
Druck von ungefähr 50 bis 250 at. entspricht. In der Fig»2
ist das Bohrloch mit 42 bezeichnet, das sich in einen Hohlraum 44, öffnet, der »ich im Srdboden in eine« .geeignetea £iefe befindet.
£s wird darauf hingewiesen, dass das Bohrloch 42 einen
inneren ti ohr strang 46 und einen äußeren Bohrstrang 4Θ aufweist,
der mit dem inneren Bohrstrang zusammen einen ringförmigen Baum 50 bildet, ferner ist noch ein Bohrstrang 52 vorgesehen, der
sum Befördern des Frisch- oder des Trinkwassers vom Boden des
Hohlraumes 44 ζur Erdoberfläche dient, wie noch beschrieben wird,
fahrend der hydrostatische Druck der fassersauIe bei
dem Verfahren nach der Erfindung benutzt wird, u» die Hochdruckluetauechkristallisation
zu bewirken, so dient die pumpe dj
lediglich als WelterIeitungspumpe und braucht nur die Leistung
zu liefern, die -zum Kompensieren der Reibungsverluste in den
Leitungen und der hydrostatischen Druckdifferenzen als Folge der iiiohteunterschiede ausreicht* In diesem Falle keine Hochdruckpumpeinheiten
gleich der Doppelpumpenexpanderanordnung JO
und 32 nach der Fig.1 benötigt· Der Schlamm aus Üis und Austauschmittel
gelaugt vom Turm 40 aus, in dem die Hiederdruckauetausohkrietallieation
erfolgt, durch die Pumpe 27 und durch den Bohrstrang 46 in den unterirdischen Hohlraum 44. Wird
andererseits ein Produkt mit hohe« Reinheit gewünscht, so kann ein nicht dargestellter Waschturm gleich dem fur» 25 in der
Fig»1 zwischen der Pumpe 2/ und dem Bohrstrang 46 vorgesehen
werden«,
Der Schlamm wird von dem hydrostatischen Kopf unter
gtaetst, des im Bohrstrang 46 steht. Der hydrostatische
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Druck im Bohrstrang 46 dient denselben Zweck wie die Pumpen-Expander
30 und 32 a&ch der Fig. 1, um eine Austausohkristaliisation
d©r beschriebenen Ast zu erreichen, wobei ein Teil der Austauechfliissigkeit
gefrierb und der Auetaueohmittelechlaam regeneriert
wird, nährend die fiiskristalle schmelzen. Diese Traneformation
der physikalischen Zustände wird im oberen Teil dee Hohlraumes
44 vervoils bändigt. Die Trennung der flüssigen Phasen von einander erfolgt im Hohlraum als Folge der Dichteunterschiede, «ie
zuvor beschrieben, so dass sich am Boden des Hohlraumes Trinkwasser ansammelt. Der Auetaueohmittelschlamm, der infolge des
Druckanstiegs regeneriert wird, strömt im ringförmigen Baum 50
nach oben und wird zur unteren Druckaustauschkristallisationezone
im Turm 40 ζurdckgeleitet.
Das Frisch- oder das Trinkwasser aus dem unteren Teil
des Hohlraumes 44 wird durch den Bohrstrang 52 zur Erdoberfläche
befördert und zu dem in Abteilungen unterteilten Vorkahler 24
zu dem in Verbindung mit der Fig.1 bereite beschriebenen Zweck geleitet. Schließlich werden sowohl die Salzsole als auch das
Frischwasser durch die Reinigungseinrichtung 38 geleitet, bevor
sie schließlich verwendet werden.
Bei der in der Fig.3 dargestellten abgeänderten Ausführungsform
der Erfindung wird anstelle des direkten Wärmeaustausches
nach den Figuren 1 und 2 ein herkömmlicher indirekt wirkender Wärmeaustauscher zum Vorkühlen dee Meerwasserβ benutzt.
Wenn gewünscht, könnte jedoch auch ein direkter Wärmeaustausch nach der fig.1 vorgesehen werden. Das einströmende meerwasser
wird daher von einer Pumpe 60 durch einen Wärmeaustauscher 62 geleitet und mit kalter Salsaole in einen indirekten Wärmeaustausch
gebracht, während das Trinkwasser in der beschriebenen
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■ - 27 -
Weise abgeführt wird, flach dem Durchlauf durch β inen mihiungswärmeaustauscher
64 streut das kalte bearwaseer la eia«n Turm 4O1
der im wesentlichen in der gleichen Weise arbeitet wie der Turm
40 nach der Mg.2* Sie Aue taueehkr !stabilisation erfolgt daher
ist Turm 40 dadurch, dass das Meerwasser mit dem Austausohiiittel
vermischt wird, das die Fox·» eines Schlammes aufweist und dem
Turm von einer Pumpe 66 mit einer knapp unter des Gefrierpunkt
des Meerwasser» liegenden Temperatur zugeführt wird. Die Funktion der Pumpe 66, die den Auetaueohmittelsohlamm suai Turm 40
wieder in Umlauf setet, wird später noch beschrieben.
iiach der Abscheidung als Folge des Diefattitntersohiedes
wird am unteren Teil des Turmes 40 kalte Salcsolt abgelassen
und durch den direkt wirkenden färmeaustauscher 62 uoü durch
die Beinigungseinriefatang 68 geleitet. Das AuetaueaJimittel und
das Ton diesem mitgeführte Ils wird am oberen Teil des Turmes
abgelassen. Das Gemisch aus feis und Austausohmittei wird in
einen Tank ?0 geleitet. Sine Pumpe J2 befördert dae Semisch aus
Ils und Austausch«! t-fcalt dae sich im Tank /O angesammelt hat,
su einem der drei fiochdruok-iuataueehkristallisationsturme 76»
?8 und 80.
Diese drei Tiirae /6» ?8 und 60 gestatten elae Durch™
führung des Verfahrene mit Unterbreohunge-n in ei aer Sachkundigen
bekannten ieise. «ie i η der Fig.3 dargestellt, werden die lis-
kristalle und das Austftüeohmittel durch ein viemegeventil 82
in die Haauatr 76 geleitet, so dass die«» 1 ; ULf. '- J vr; ί , $«-
schalte te Kasaaitr rcit ύ/m. Q^aIboL· aue IUs und ί »l . ,tft-fctel
K* 'tUt *ii'd i)ei mti iK';; ϊ cy'm JB wurd« tit; It »ί :,· :. ν: ?:;;,; ■. η us Ei. ι
; f t' . Ικ . ;/'-:.;-iig gef Ul]-C, w-ihrt.· :..■ ■·■■.-.-'ν -'t 11 ')$
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se αβ.:--ε de=-: :■■ : .^11 :. .-.;:,:- idiiche Ji; ι;:,. U; ::,,·., ■■■„■.,„■:. ·;?.„■,-.. i^L-.; ·:.- ;:;&
ΕΛΠ ORIGINAL
unter Druck gesetzt «erden kann« Es wird darauf hingewiesen, dass
an den Auslass der Druckpumpe 86 «in Hoohdruokwssserepeichertank
68 angeschlossen ist, um einen beständigen Betrieb dieser
Pumpe bei dem halbf or tiefenden Betrieb der Anlage zu ermöglichen.
Der dritte Hooadruok-Austaueohkristallisationeturm
dient zum abschließenden Trennen des Frischwasser· vom Auetauschmitte
Ischlamm. AuJC diese stufe folgt die Druckstufe, die bewirkt,
dass das £is schmilzt, βion im unteren Teil des Behälters sammelt
und die Regeneration von festen Partikeln im Austauaonmittel bewirkt, wobei der Austausohmittelschlamm erreugt wird. Im
oberen Teil der drei Hochdruck-Austauschkrietallieationstürme
76, 7& und 80 ist ein inertes Gas eingelassen, so dass die Entleerung
des dritten Turmes durchgeführt werden kann, naohdem
die Auetausohkristallisation stattgefunden hat.
Alle drei Ventile 82, 84 und 90 können in vier Stellungen
eingestellt werden, wobei bei der einen linste llung das
Frischwasser, das sich in Form einer Schicht im unteren Teil eines der drei Türme 76» 78 oder 80 angesammelt hat, su einem
Trinkwasserspeichertank befördert wird, flach dem Ablassen des
Frischwasser« aus einem der drei Türme wird das betreffende Ventil in eise zweite Einstellung gebracht, bsi der der Austauschet
te lsehlam® zu einem Speichertank 94 geleitet wird. Wie bereite
beschrieben, pumpt die Pumps 66 den Austauschakttelschlamm aus
dem Tank 94 in den iiiederdruok-Kristallisationaturm 40, in dem
die breite beschriebene Niederdruok-Austauechkrietallisation
stattfindet. !)»& Frischwasser aus dem Tank 92 wird von einer
Pumpe 96 sua? direkt «irkenden Wärmeaustauscher 62 und von diesem
aus sv der Heißigüags&einrichtußg 68 befördert.
9 0 3 8 5 0/1112
In welcher Weise mehrere periodisch betriebene Gefäße
in, abwechselnder fieihenf olge zum lri*eiahen eines h@ J bf ort laufenden
Betriebe benutzt «erden, ist an sich bekannt* Bei Anwendung
des halbfortlaufenden Verfahrene nach der ü-rf indung sind aie
erforderlichen Leistungen wesentlich geringer als für das fortlaufende Verfahren nach der iig.1. Andererseits wird für den
unterbrochenen Betrieb eine wesentlich größere Hoohdruokeinrichtung
benötigt als bei dem fortlaufenden Betrieb. Bei einer gegebenen Kapazität der Anlage müssen daher die Anlagekoaten mit den
Betriebskosten in .blinklang gebracht werden.
Bei kleinen Entsalzungsanlagen ist vieLIeloht der in
der Fig.4 dargestellte ohargenweise Betrieb am wirtschaftlichsten,
Bei diesem Verfahren wird das in der herkömmlichen «felse vorbehandelte Meerwasser durch einen indirekt wirkendeß Wärmeaustau-Bcher-Vorktihler
100 uüd durch einen Gefrierwärmeaustauscher 102
hindurch in ein keerwaaserbehälter 104 gepumpt*. Aus dem Behälter
104 wird das vorgekdhlte Meerwasser über ein Dreiwegeventil 106
zu einem Austaischkristailisationsturm 108 geleitet, in dem es
ffiit dem AustauschmitteIschlamm direkt und innig vermischt wird»
Aus einem Speichertank 114 wird der Ausbauechmitte!schlamm aufgrund
der üigenschwere aber ein Ventil 110 in am oberen Teil
des lurms 108 eingeführt.
Der AustauschkrietalliBationsturm 108 wird abwechselnd
mit niedrigen und hohem Jruck betrieben. Mach dem Einlassen des
vorgektihlten Meerwasser· in den Turm 108 wird das Gemisch aus
Meerwasser und Auatausohmitteleohlam* mehrere Hinuten lang darohgerührt.
Wahrend dta Durohruhrene und danach erfolgt die Kristallisation,
bei d«r au« des Meerwasser Biskuitfc&lle ausgefroren
werden, während die festen Partikel im Austauschaktelechlaaui
909850/1112
schmelzen. Hach dem Umrühren wird das Gemisch im Turm 108 eich
absetzen gelassen. Die Trennung der Phasen von einander erfolgt dann aufgrund der Dichteunterschiede, wobei die Salzsole sich
im unteren Teil des Turmes ansammelt und über das Dreiwegeventil 106 in einem Vorratsbehälter 116 abgelassen werden kann, während
zugleich da® Auetausohmittel aus dem Tank 112 die aus dem Turm
108 abgeleitete Salzeole ersetzt. Das Ventil 110 wird dann in eine zweite Einstellung bewegt, bei der die Pumpe 114 mit dem
Turm 108 in Verbindung gesetzt wird, die den im Turm 108 zurückbleibenden Schlamm aus Eis und Austauschmittel unter Druck setzt,
wonach das Gemisch wieder umgerührt wird. Ss ist ein Ausgleichetank
115 vorgesehen, der die Strömung des Austauschakt te la wahre
ua. der Arbeiteperiode glättet. Dabei wird die Hoohdruck-Austauachkrietallisation
eingeleitet, bei der das &is schmilzt, wahrend das Auetauschmittel durch Bildung von festen Partikeln
regeneriert wird. Das Umrühren wird beendet, so dass der Auetausohmittelschiamm
sich vom Frischwasser trennen kann. Das Dreiwegeventil 110 wird zum Vorratsbehälter 112 geöffnet, wobei der
Druck im Turm 106 um ungefähr 1 at gesenkt wird. Das sich im unteren Teil des Turmes 108 ansammelnde Frischwasser wird durch
das Dreiwegeventil 106 rasch zu einem Frischwasservorratebehälter
106 geleitet. Sowohl die kalte SalzeοIe als auch das kalte Frischwasser
kann aus den betreffenden Behältern 116 und 118 von den Pumpen 120, 122 herausgepumpt und in indirektem Wärmeaustausch
mit dem einströmenden vorbehandelten Meerwasser in den Wärmeaustauscher
100 geleitet werden.
Wird das Frischwasser aus dem Auetausohkristallisatlonaturm
108 abgelassen, so erfolgt bei dem surüokbIsinenden Ααβ~
taueohmitte!schlamm ein Absinken der Qefriertemperatur, da der
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Druok um ungeihr 1 at erniedrigt wird. Der Schlamm iet dann
aufnähmebereit für eine «eitere Menge Meerwasser aus dem Vorratsbehälter
104.
Sin an eich bekanntes und gegenwärtig angewendetes Verfahren
ε um -Entsalzen von Meerwasser umfasst ein kurzzeitiges
Herabeeteen des Druckes auf dem vorgekühlten Meerwasser, wobei Wasserdampf und ein Geadsoh aus Meerwasser und Eis entsteht.
Dieses Verfahren ist insofern nachteilig durch drei entstehende Kosten und zwar entstehen Kosten (a) durch die große und rauabeansprechende
Ausrüstung, die zum Kondensieren des Wasserdampfes
erforderlich ist, der beljdem Verfahren erzeugt wird, und die bei den niedrigen FroduktionsdrÜcken ein außerordentlich großes
Volumen in Anspruch nimmt, (b) durch die erforderlichen großen
wieder in Umlauf au setzenden Mengen, um große Eiskrlstalle zu
erhalten, wodurch deren Handhabung und Waschung ermöglicht wird, und (c) durch den Nefctoverluet an Wasser ale Folge der Notwendigkeit,
von den Maler Is ta Ilen die anhaftende Salzeole unter'
Verwendung von frischwasser abzuwaschen.
Durch die Anwendung der beschriebenen Austauscher ie talli·
sation bei dem soeben beschriebenen Verfahren können die angefahrten
Kosten herabgesetzt werden. In der fig.5 ist dargestellt,
in welcher Weise die Auetausciikrißtallieation mit Torteil zusammen
mit gewissen Teilen der Gefrier-Verdampfung angewendet wex·-
den keim, Zu Beginn des Verfahrens wird das in der herkömmlichen
Welse ν or behandelte Meerwasser durch einen indirekt wirkenden
Wärmeaustauscher 1,30 uad dyrch eine Gefriereinheit- 132 zu einer
'»■■■■;friii.f--?erdampfereΙ·;;ιΙ.,5 ' fc 134 geleitet, la dar ΐΛ.υ.\·, 'it 134 wird
iV'Uojc dee Meeχ«j&,<k~0 :■ μιιγε zeitig «irr j: bie 4 ep: iJUüiikeilber
f: -1, : ..· i:isi r a bg e s e t ε t.,, «.; b « i d Ie Te aipe r a i- \:-1 t,; ··. ι - P b i s -4 UG ve r & 11.·
9 Q 31, 5 η/ 1112
vermindert wird, und das große Volumen dee erzeugten Wasserdampfes
wird oberhalb der Gefrier-Verdampfereinheit W abgeleitet und
einer ^Reinigungseinrichtung 136 zugeführt. Zugleioh mit der Erzeugung
des Waseerdampfei wird in der Einheit 134 aus dem kalten
Meerwasser Sie ausgefroren.
Der aus der Verdampfereinheit 134 zur Beinigungseinrichtung
136 geleitete Dampf enthält mitgeführte Salzsole. Um
die Salzeole aus dem Wasserdampf zu entfernen, wird aus einem noch zu beschreibenden Kondensator 136 über ein· Bohrleitung 140
das Auetauschmittel in aen oberen Teil der Reinigungseinrichtung
136 geleitet. Das Austauschmittel fließt im Gegenstrom zum Wasserdampf
in die Beinigungeeinriohtung 136 und wird naoh dem Entfernen
der mitgeführten Salzeole aus dem Wasserdampf am unteren Teil der Beinigungseinrichtung abgelassen und zu einer Schlammkammer
142 geleitet. Wenn gewünscht, kann ein Teil des Austauschmittels
in die Verdampfereinheit 134 geleitet werden, wie durch die unterbrochene Linie 143 dargestellt, so dass die Eiekrietalle
in der Verdampfereinheit bei Anwesenheit der AustauschflüseigKi
j I gebildet werden mit dem Ergebnis, dass der Soleeinachluee
in a<,n r istr istailen durch die WaschwirJcung der Auetauschmittelflüssigkeit
vermindert wird.
Das Gemisch aus Meerwasser und Eiskristallen, die sich
im unteren Teil der Verdampfereinheit 134 bilden, wird aus dieser
äinhei t abgelassen und gleichfalls in die Schlammkammer 142 geleitet. In der Schlammkammer 142 wird das Auetaueonmittel
mit dem Gemisch au« Eis und Meerwasser direkt und innig vermischt, so dass die Ilskristall· physikalisch durch die unterschiedlich·
Dichte aus der Salzsole entfernt werden, wobei die anhaftende SalzeοIe in der beschriebenen Weise abgewaschen wird.
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Dae Gemisch au« dem Austauschmittel, der Salzsole und
den Eiskrietallen wird dann zu einen Absetztank 144 geleitet,
in den die Austauschflüssigkeit und die Eiskristalle von der
schwereren Salzeole getrennt «erden. Sin Teil dieses Gemisches kann zum Verdampfer 134 nieder in Umlauf gesetzt «erden, in dem
die £iskrietalle die Kernbildung fördern und das Ausfrieren
.einer «eiteren Menge Wasser unterstützen können. Die Salzsole
«ird aus dem unteren Teil des Absetztanks 144 von einer Pumpe
abgepumpt und durch den indirekt «irkenden Wärmeaustauscher 130 zum Vorkühlen des einströmenden Meerwasserβ geleitet. Das mitgeführte
Siekristalle enthaltende Austauschmittel «ird von einer Hochdruckpumpe 148 zu einer Hochdruck-Austauschkrietallisationszonβ
150 befördert, in der das unter Druck gesetzte System eine
Änderung des physikalischen Zustandeβ erfährt, so dass das Eis
schmilzt und su frischwasser wird, «öhrend das Auetauschmittel
zu einem Schlamm umgewandelt wird, der feste Partikel enthält. Das Frischwasser und der Austauschmittelschlamm «ird dann in den
Absetztank 152 befördert, in de» eine Absonderung des Frisch-
«aasers aufgrund des Dichteunterechiedes in der beschriebenen Weis«
erfolgt. Das frischwasser wird dann durch einen geeigneten Expander 154 geleitet, der sum Biiokgewinnen einte Teiles der im
lasser während der Druckstufe de· Verfahrene erzeugten Energie
dient, welche En«rgi· sum Herabsetzen dee Hettoenergieeinganges
benutzt wird, der sum Durchführen dee Verfahrene erforderlich ist.
Her Austausohmittelechlamm wird gleichfalls durch einen Expander
156 geleitet, bevor das Austausohmittel sum Kondeneator 8 wieder
in Umlauf gesetzt wird, wenn gewünscht, kann ein Teil dee Auetauschmittele
von einer nicht dargestellten PuMpe sur Hoohdruckkristallisationesone
150 wieder in Umlauf gesetzt werden, wie
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in der Fig.5 durch die unterbrochene Linie 157 dargestellt.
Der Kondensator 138 benutzt das Austauschmittel zum
Kondensieren dee lasserdampfes, der aus der Reinigungseinrichtung
136 in den Kondensator eintritt. Obwohl das lustauechmittel
in den Kondensator 138 bei ungefähr dem atmosphärischen Druck und mit einer Grleiohgewichtsschmelztemperatur von ungefähr
-4,50O eintritt, je nach dem verwendeten besonderen Austauschmittel,
so beträgt der Druck und die Temperatur im Kondensator 138 ungefähr 3mm Quecksilbersäule bezw. ungefähr -4°C. Wenn der
Wasserdampf mit dem Auetauschmittel in Berührung gelangt, so
wird der Dampfkondensiert, wobei das Kondensat aufgrund der
größeren Dichte sich am Boden des Kondensators 138 ansammelt.
Von hier aus kann das Frischwasser von einer Pumpe 160 abgepumpt und zum indirekt wirkenden Wärmeaustauscher 130 zum Vorkühlen
des einströmenden keerwassers befördert werden. Wie bereits erwähnt,
wird das Austausohmittel, das auf dem Frischwasser im
Kondensator 138 eine Schicht bildet, durch eine Bohrleitung
abgeführt und zur Reinigungseinrichtung 136 geleitet. Sachkundige
können bei dem in der Fig.5 dargestellten Verfahren verschiedene Änderungen und Abwandlungen vornehmen, Ia besonderen kann eine
größere kenge Austausohmittelschlaui als zum Kondensieren des
Wasserdampfes erforderlich in der Anlag· wieder in Umlauf gesetzt
werden. Diese den Kondensator 138 verlassende und durch die Beinigungseinrichtung 136 zur Schlamm !rammer 142 strömende
"überschüssige" kenge des Austausohmittela kann dann in einem
Direktkontakt-Niederdruok-Auetaueohkrietallieationsverfahren
der beschriebenen Art benutzt werden, um aus der Salzeöle in der
Schlammkammer 142 eine größere Meng· Wasser auezufrieren, so
dass eine höhere Auebeute an lie ersielt werden kann, ohne die
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tiandhabungsbelastung dee fässerdampfes zu erhöhen. Tatsächlich
kann für dieselbe Produktionsmenge die Wasserdampfbelastung
herabgesetzt «erden durch entsprechende Anpassung der überschüssigen
Menge des Austauschmittelschlammee, die zum Erzeugen von
zusätzlichem Eis in der Schlammkammer 142 benutzt wird, an die
Dampfmenge, die im Kondensator 138 wirtschaftlich gehandhabt
werden kann.
Als weitere Abänderung dee in bezug auf die Fig.5 beschriebenen
Verfahrene kann der Auetauschmittelschlamm, anstatt dem oberen Teil des Kondensators 138 nach der Fig.5 zugeführt
zu werden, direkt in den oberen Teil der Verdampfereinheit 134
geleitet werden, wobei der von dieser Einheit selbst erzeugte Masserdampf verflüssigt wird, so dass die Reinigungseinrichtung
136 und der Kondensator 138 weggelassen werden können, für die ein erhebliches Kapital investiert werden muss« Bei dieser Anordnung
würde das gesamte Frischwasserprodukt aus dem Absetztank
152 abgeleitet werden.
Sin weiteres gut bekanntes Hntsalzungsverfahren, bei
dem die Austauschkristallisation nach der Erfindung mit Vorteil
angewendet werden kann, beruht auf der Verwendung eines äußeren Gefriermittels wie Butan. Die Fig«6 zeigt eine Einrichtung dieser
Art, bei der die Austausohkristallisation nach der Erfindung
verwendet wird. Da die Einrichtungen nach den Figuren 5 und 6 einander ähnlich sind, wurden die einander gleichen oder entsprechenden
Bauelemente mit den gleichen Bezugsseichen versehen.
Bei diesem Verfahren wird flüssiges Butan mit vorgekühltem Meerwasser
vermischt und in die Gefrier-YerdampfereiAheit 134 geleite
t. In dieser wird der Druck des kalten Gemisches, das eine
Temperatur von -2°ΰ bis ungefähr -40C aufweist, von ungefähr
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mm qß auf 725 mm Qß herabgesetzt, wobei daa Butan kurzzeitig
in den dampfförmigen Zustand versetzt wird und die Jtiskr ist alle
aus dem Meerwasser auefriert.
Bei den herkömmlichen äußeren Gefrierverfahren unter Verwendung von Butan oder dergleichen wird der Dampf von einer
äußeren juinlanlage kondensiert. Das Butanverfahren weist daher
gegenüber dem in bezug auf die Fig.5 beschriebenen Wasserdampfverfahren
den Vorzug auf, dass das äußere Kühlverfahren näher am atmosphärischen Druck arbeitet und daher nicht die fast unüber8teigbare
Wasserdampfbelastung erfährt, die bei dem Verfahren
erfolgt, bei dem das Meerwasser zum Erzeugen von Wasserdampf kurzzeitig beeinflusst wird. Das äußere Kühlverfahren,
bei dem ein äußeres Kühlmittel wie Butan mit einem verhältnismäßig niedrigen Siedepunkt verwendet wird, weist jedoch immer
noch denselben Hachteil auf, dass die gebildeten Siskristalle
gehandhabt und gewaschen werden müssen.
Diese Schwierigkeit wird dadurch vermieden, dass das
"Butan-Verfahren" mit der Austauaohkfistallisation kombiniert
wird, wie in der Fig.6 dargestellt. Der im fiefrier-Verdampfer
134 kurzzeitig erzeugte Butandampf wird zu einem Kondensator
160 geleitet, in dem die Butandämpfe kondensiert werden durch Einführen das Austauschmittela in den Kondensator. Bei diesem
Verfahren kann das Austauschmittel mit den zuvor beschriebenen
ligensohaften außerdem mit dem Butan vermischbar oder unvermischbar
sein und soll eine größere Dichte aufweisen al« daa Butan.
Ss soll zuerst ein Austauschmittel behandelt werden,
das mit dem Butan nicht vermischbar iat. Bei der Kondensation der
Butandämpfe entstehen im Kondensator zwei flüssige Phasen, von
denen die Butanflüssigkeit die obere Phase und die Flüssigkeit
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des Austausohmittels die untere Phase ist. Die Butanflüssigkeit
«ird dann von einer Pumpe 162 zur Gefrier-Verdampfereinheit 134
nieder in Umlauf gesetzt, und das Auetauschmittel von am unteren
Seil des Kondensators 160 abgelassen und zur Schlammkammer 142 geleitet. lin Teil dies·· aus dem kondensator 160 abgeführten
AustauschmitteIs kann dann direkt in die Gefrier-Verdampfereinheit 134 geleitet «erden und unterstützt die Erzeugung der Eiskristalle.
Dies «ird durch die unterbrochene Linie 161 dargestellt. Die aus dem unteren Teil der Verdampfereinheit 134 abgeführten
liskristalle und die Salzsole «erden in die Schlammkammer
142 eingelassen und dort mit dem Austauschmittel innig und direkt vermischt.
Ist die Austausohflüssigkeit mit dem Butan vermiaohbar,
so kann die Lösung aus dem Kondensator 160 von der Pumpe 162 in den Gefrierverdampfer 134 befördert «erden, in dem das Butan
sich von der Aus'tauschflüssigkeit absondert. Die Butandämpfe
verlassen den oberen Teil des Verdampfers 134, wohingegen der Schlamm aus Sie, Salzsole und Auetauschflüssigkeit den unteren
Teil des Verdampfers 134 verlassen und in die Schlammkait xar 142
strömen.
Die übrigen Verfahrenaschritte des in der Fig.6 schema
tisch dargestellten Verfahrens «erden in derselben Weise durchgeführt «ie der entsprechende Teil des in bezug auf die
Fig.5 beschriebenen Verfahrens.
Das Butan-Auetauschkrietallieatioaaverfahren nach der
Fig.6 «eist nicht nur den Vorzug auf, dass das Waschen des Jäises
und die Umwandlung in Wasser wirtschaftlicher erfolgt, sondern es «erden außerdem noch Ersparnisse dadurch erzielt, dass der
zum Umwandeln des Butandampfes in den flüssigen Zustand als
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Vorbereitung für den Wiederumlauf normalerweise erforderliche
Kompressor durch eine Flüssigkeitspumpe 162 ersetzt «orden ist, die weniger Leistung verbraucht als die normalerweise benötigte
Butandampfpumpe.
Wird Frischwasser mit einer sehr hohen Reinheit gewünscht,
so können die aus dem Absetztank 144 entfernten Eiskristalle
und das Auetauschmittel von einer Pumpe zu einem Waschturm
befördert werden, in dem durch Verwenden eines Zwiechendruckes
und einer kleinen Meng« von wieder in Umlauf gesetzten Frischwassers die Salzsole von den Jtiskristallen entfernt werden
kann, bevor diese von der Hochdruckpumpe 148 zur Hoehdruck-Austauechkrietallisationszone
150 befördert werden. Dieses Verfahren
kann wahlweise auch bei den Verfahren nach den Figuren 5 und 6 benutzt werden, und, obwohl die Zwisehendruckpumpe und
der Waschturm nicht dargestellt sind, gleichen die genannten Bauelemente der Konstruktion und der Funktion nach der Pumpe 27
und dem Turm 25 aaoh der Fig.1.
Aus der vorstehenden Beschreibung der Erfindung geht hervor, dass das vorgeschlagene Verfahren mehrere Möglichkeiten
bietet· Bs ist das einsige Entsalzungsverfahren, bei dem das
nicht normale Verhalten des Wassers ausgenutzt wird, dessen Gefrierpunkt absinkt, wenn der Druck ansteigt. Im Gegensatz zu
anderen Direktkontakt-Gefrierverfahren, bei denen eine Verdampfung
ein
und eine Kondensation erfolgt oder/Wechsel zwischen dem flüssigen und dem dampfförmigen Zustand eines Kühlmittels zum Ausfrieren von Eis aus Meerwasser, umfasst das Verfahren nach der Erfindung einen direkten Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und einem Schlamm sowie eine Austausohkristallisation. Während andere Gefrierverfahren zum Entsalzen von Meerwasser die Abscheidung des
und eine Kondensation erfolgt oder/Wechsel zwischen dem flüssigen und dem dampfförmigen Zustand eines Kühlmittels zum Ausfrieren von Eis aus Meerwasser, umfasst das Verfahren nach der Erfindung einen direkten Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und einem Schlamm sowie eine Austausohkristallisation. Während andere Gefrierverfahren zum Entsalzen von Meerwasser die Abscheidung des
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Eises als feste Körper aus einer Flüssigkeit an verschiedenen Punkten des Verfahrens erfordern, umfasst die Erfindung lediglich
die Trennung von zwei mit einander nicht vermischbaren Flüssigkeiten, die einen genügend großen Dichteunterschied aufweisen,
um die Absetzzeiten zu verkürzen. Bei der Durchführung dieser Trennung der mit einander nicht vermischbaren Flüssigkeiten wird
das Eis oder das Frischwasser, je nach Lage des Falles, selbsttätig aus der Salzeole oder dem Austauschmittelschlamm abgeschieden.
Das Verfahren nach der Erfindung weist den weiteren Vorzug auf, dass die anhaftende Salzsole durch beständiges Waschen der Eiskristalle
während deren Bildung als Suspension der der Auetauschflüssigkeit entfernt wird. Im Gegensatz zu anderen Gefrierverfahren
ist es oftmals nioht notwendig, das Meerwasser zu entlüften,
bevor dieses nach dem Verfahren behandelt wird, da die von Natur aus eingeschlossene Luft im allgemeinen für die Bildung
kleiner Eiskristalle von Mutzen ist, die im Auetauschmittel
unter Bildung eines pumpfähigen Schlammes stabil suspendiert werden können.
Obwohl verschiedene Ausführungsbeispiele für die Erfindung beschrieben wurden, können von Sachkundigen im Bahnten des
Srfindungsgedankens Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen
vorgenommen werden. Es wurde versucht, in den verschiedenen Strömungsdiagrammen verschiedene geeignete Abwandlungen zu zeigen,
z.B. den Einschluss von Zyklonabscheidern bei einigen Ausführungsformen und von funktionell gleichwertigen Abseheidungstürmen bei
anderen Ausführungsformen. Auch wenn in einigen Fällen ein direkter Wärmeaustausch zum Vorkühlen des Meerwassers benutzt wird,
so kann auch in den meisten Fällen mit Erfolg ein indirekter Wärmeaustausch angewendet werden. Biese und weitere solcher
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Abänderungen und Abwandlungen sind für Sachkundige naheliegend
und «erden ale im Hahmeα der Erfindung liegend angesehen, die
allein durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt wird.
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Claims (1)
- P-atentansprüche—: BelegexemplarDarf nicht geändert werden1". Verfahren zum Gewinnen von Frischwasser aus einer wässerigen Lösung, dadurch gekennzeichnet, dass aus der wässerigen Lösung iSiskristalle ausgefroren werden, dass die wässerige Lösung und die Visier ie ta lie in einer Kontaktzone bei einer Temperatur, die mindestens so niedrig ist wie der Gefrierpunkt der wässerigen Lösung, direkt und innig mit einem flüssigen Austauachmittel in Berührung gebracht werden, das die folgenden Eigenschaften aufweist:(a) Unvermiachbarkeit mit der wässerigen Lösung und mit Frischwasser ,(b) Stabilität bei Anwesenheit von und nicht reagierend mit V/asser und mit der in der wässerigen Lösung gelösten Substanz bis zu dem Ausmaß, dass während des genannten direkten und innigen Kontaktes keine nicht umkehrbare physikalische oder chemische !Transformation erfolgt,(c) eine Sichte, die kleiner ist als die Dichte der wässerigen Lösung und des Frisohwaesers,(d) einen Gefrierpunkt, der mindestens so niedrig ist wie der Gefrierpunkt der wässerigen Lösung bei dem Druck, bei dem der genannte direkte, innige Kontakt erfolgt, und(e) einen positiven Koeffizienten der Schmelztemperatur in bezug auf den Druck -jpdass die wässerige Lösung von den Siekristallen und voa dem flüssigen Austauschmittel getrennt wird durch Ausnutzung des Dichte-909850/1112Dichteunterschiede8 zwischen dem Austauschaktte1 und der wässerigen Lösung, dass der Druck auf die fiiskristalle und auf das flussige Austauschmittel erhöht wird, um die Eiskristalle in Frischwasser und einen 'feil des flüssigen Austauschmittels in feste Partikel umzuwandeln, und dass das Frischwasser von der Flüssigkeit und von den festen Partikeln des Austauschmittels abgeschieden wird unter Ausnutzung des Dichteunterschiedes zwischen dem Auetauschmittel und dem Frischwasser.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wässerige Lösung aus Salzwasser besteht.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein 'feil des Auetauschmittels zur Kontaktzone wieder in umlauf gesetzt wird.4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten liskriställe aus der wässerigen Lösung dadurch ausgefroren werden, dass die wässerige Lösung mit dem Austauschmittel in Berührung gebracht wird, während das Auetauschmittel ein Zweiphasensystem ist und eine Stamrnflüseigkeit und dieser chemisch gleiche feste Partikel enthält.5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Austauscfomittel eine Dichte aufweist, die kleiner als 1,025 g/car und größer als 0,7 g/cm'' ist.6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gefrierpunkt der Austausohfliissigkeit bei atmosphäri-909850/1112atmosphärischem Druck im Bereich von ungefähr O0G bis.ungefähr -1O0O liegt.7» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Koeffizient der Schmelztemperatur in bezug auf denDruck H der Austauscht liissigke it den Wert von O,O15°O/Atmo-epb.äre übersteigt.8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck auf die Eiskristalle und auf das flüssige Austauschmittel erhöht wird durch Absinkenlassen der Kiskristalle und des Austauschmittels bis zu einer Tiefe im Erdboden derart, dass ein Druck erhalten wird, bei dem der Schmelzpunkt des Austauschmittels höher ist als der des Elses.9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Austauschmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus tierischen und pflanzlichen ölen und Extrakten aus diesen, aus geradkettigen organischen Verbindungen, die mindestens sechs Kohlens toil atome enthalten, aus periodischen organischen Verbindungen, aus aromatischen organischen Verbindungen, aus Ketonen, Aminen, Fettsäuren und aus eutektischeη Gemischen von organischen Verbindungen besteht.10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Jkustauechmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus' Kabeljauleberöl, aus einem eutektischen Gemisch aus Benzen undNaphthalen, aus einem eutektischen Gemisch aus Zyklohexan und . Naphthalen, aus einem eutektischeη Gemisch aus Pentadekan und909850/1112Benzen und aus Rhizinusöl, Alenhadenöl, Olivenöl, ffalöl, Triolein, tienlöl, Sesamöl, Delphonöl, Dodekan, Dodezyn, 1,5 Hexadiyn, 1-kenthoa, ΐ-donaol, JJibutylketon, iaethalheptylketon, Butanolamin, 2-Amin, 1-Butanol, p-Aminoäthylbenzen, Tetramethylbenzen, kethylzyklohexanol, Inden, linoeieche Säure, kaproieche Säure und o-rtitrotoluen besteht.11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschiedene wässerige Losung und das abgeschiedene Frischwasser mit der wässerigen Rohlösung im Wärmeaustausch gebracht werden, bevor aus dieser Üiskr!stalle auegefroren werden, so dass die wasser ihe floh lösung vorgekiihlt wird.12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Austauschmittel und das Frischwasser nach dessen Abscheidung aus dem Austauschmittel durch Expander geleitet werden, um einen Teil der aufgewendeten Energie bei der Erhöhung des Druckes auf die Is-iskristalle und auf das Austauschakt te 1 zur ückzugewinnen.13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die üiekrietalle aus der wässerigen Lösung dadurch auegefroren werden, dass der Druck auf die wässerige Lösung kurzzeitig herabgesetzt wird, wobei Wasserdampf und ein Gemisch aus kalter wässeriger Lösung und Siskrietallen erzeugt wird.14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf mit dem Austauschakte 1 zum Kondensieren des Wasserdampfes in direkte und Innige Berührung gebracht wird,909850/1112und dass dann das aus der Kondensation abgeleitete Wasser von der Austauschflüssigkeit abgeschieden wird.15· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass aus der wässerigen Lösung die Biskristalle in der Weise ausgefroren werden, dass anfangs die wässerige Lösung mit einer Kühlflüssigkeit vermischt wird, und dass danach der Druck auf das Gemisch aus der wässerigen Lösung und aus der Kühlflüssigkeit herabgesetzt und mindestens ein Teil der Kühlflüssigkeit verdampft wird, wobei aus der wässerigen Lösung Eiskristalle auegefroren werden.16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass die Kühlmitteldämpfe mit dem Aus tauschst! ttel zum Kondensieren der Kühlflüssigkeit in Berührung gebracht werden, dass die Kühlflüssigkeit vom Austauschmittel abgeschieden wird, und dass die abgeschiedene Kühlflüssigkeit der wässerigen Lösung vor der Herabsetzung des Druckes beigemischt wird.17· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass das Austauschmittel eine Dichte von ungefähr 0,7 g/cm* bis zu ungefähr 1,025 g/cm^ aufweist, dass der Gefrierpunkt des AustauschmitteIe bei atmosphärischem Druck im Bereich von ungefähr O0C bis ungefähr -1O0C liegt, dass der Koeffizient der Schmelztemperatur in bezug^auf den Druck mindestens O,O15?/Atmosphäre beträgt, und dass das Auataueciuuittel in der wässerigen Lösung und in Wasser bis zu nicht mehr ale 1 Gew.% löslich ist.909850/111216. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucx auf die Austauschkristalle und auf das flüssige Austauschmittel von ungefähr 50 Atmosphären auf ungefähr 250 Atmosphären erhöht wird.19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Teil der Üiskrietalle geschmolzen wird, um vou. diesen anhaftende wässerige Losung zu entfernen, dass das Schmelzen durchgeführt wird unmittelbar vor aer Erhöhung des Druckes auf die üiskristalle und auf das flüssige Austauschmittel bis zu einem Ausmaß, das ausreicht, um die Eiskristalle in Frischwasser und einen Teil des flüssigen Auetauschmittels in feste Partikel umzuwandeln.20. Verfahren nach Anspruch 191 dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzen des Außenteiles der Eiskristalle bewirkt wird durch Erhöhen des Druckes auf die Eiskristalle und auf das Auetauschmittel bis zu einem Druck, der kleiner ist als der Druck, der zum Umwandeln von im wesentlichen aller EisKristalle in Frischwasser und zum gleichzeitigen Umwandeln eines Teiles des AustauschmitteIs in feste Partikel erforderlich ist.21. Verfahren zum Behandeln einer wässerigen Lösung zwecks Konzentration des gelösten Stoffes durch Entfernen relativ reinen fassers aus dieser ,^dadurch gekennzeichnet, dass mit der wässerigen Lösung nach deren Vorkühlung bis nahe an deren Gefrierpunkt ein zweiphaeiges Austauschmittel in direkte Berührung gebracht wird, das tue einer Flüssigkeit und aus festen Partikeln .mit der gleichen chemischen Zusammensetzung besteht, dass die909850/1112genannte Flüssigkeit die folgenden Eigenschaften aufweist;(a) Unvermischbarkeit mit der wässerigen Lösung und mit dem Frischwasser,(b) Stabilität bei Anwesenheit von und nicht reagierend mit Wasser und der Substanz der wässerigen Lösung bis zu dem busman, dass während des direkten Kontaktes keine nicht umkehrbaren physikalischen oder chemischen Transformationen erfolgen,(c) eine Dichte, die kleiner ist als die Dichte der wässerigen Losung und des Frischwasser,(d) einen Gefrierpunkt, der mindestens so niedrig ist wie der Gefrierpunkt des Wassers bei dem Druck, bei dem der genannte direkte Kontakt.erfolgt, und(β) einen positiven Koeffizienten der Schmelztemperatur in bezug auf den Druck -jp , dassdas Auetauschmittel bei einer Temperatur eingelassen wird, die unterhalb des Gefrierpunktes des Wassers liegt und mindestens so hoch ist wie der eigene Gefrierpunkt, wobei eine Austauschkristallisation erfolgt und aus der wässerigen Lösung Wasser in Form von Eispartikeln ausgefroren wird, während mindestens ein Teil . der. festen Partikel des Austauschmittels geschmolzen wird und die latente Fueionewärme absorbieren, dass die wässerige Lösung von den Äispartikeln und von dem Austauschmittel unter Ausnutzung des Dichteunterschiedes zwischen dem Auetauschmittel und der wässerigen Lösung abgeschieden wird, dass der Druck auf die Üispartikel und auf das flüssige Austauschmittel erhöht wird, um die Eiskristalle in Frischwasser und einen Teil des Austauschtet te Ie in feste Partikel umzuwandeln, dass das Frischwasser von der Flüssigkeit und von den festen Partikeln des Austausch-909850/1112- 4Ö -üustauscijniittels unter Ausnutzung des Dichteuhterschiedes zwischen dem Austauschmittel und dem Frischwasser abgeschieden wird, und aass mindestens ein !Teil des Austauschmitte Ie als zwei die Flüssigkeit una die festen Partikel umfassende Phasen zur I6one des ersten direkten Kontaktes zwischen der vorgekühlten wässerigen Lösung und dem genannten zweiphasigen Austauschmittel wieder in Umlauf gesetzt wird.22. Verfahren zum Gewinnen von Frischwasser aus einer wässerigen Salzlösung, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzlösung auf eine Temperatur vorgekiihlt wird, die etwas oberhalb des üuiangsgefrierpunktes der Salzlösung liegt, dass die vorgekühlte Salzlösung bei ungefähr dem atmosphärischen Druck und bei der Umgebungstemperatur mit einem Austauschuittel in Form eines Schlammes aus festen Partikeln und einer Flüssigkeit gleicher Zusammensetzung in direkten und innigen Kontakt gebracht wird, dass das Auetauschmittel eine Dichte von ungefähr 0,7 g/cnr bis zu ungefähr 1,025 g/cnr aufweist, dass der Gefrierpunkt bei atmosphärischem Brück innerhalb eines Bereiches von ungefähr O0G bis ungefähr -100O liegt und niedriger ist als der Gefrierpunkt der genannten Salzlösung, dass der Koeffizient der Schmelztemperatur in bezug auf den Druck mindestens ungefähr O,015°0/Atmosphäre beträgt, dass die Löslichkeit in der Salzlösung und in Wasser den Wert von 1 Gew./6 nicht übersteigt, und dass aas Austauschmittel stabil ist bei Anwesenheit von Wasser und Salz und mit diesen Stoffen nicht reagiert, dass die vorgekühlte Salzlösung und das .austauschmitte 1 umgerührt und mit einander eine Zeitperiode lang in Kontakt gehalten werden, die ausreicht, um aus der Salzlösung Eispartikel auezufrieren und um mindestens einen9 0 9 8 5 0/1112Teil aer festen Partiicel des Austauschmittels zu Flüssigkeit ujnzuwanaeln, dass im wesentlichen aas gesamte iiustauschmittel und die Eispartikel aus der Salzlösung abgeschieden werden, aass der uruck auf das abgeschiedene .Austauschmittel und auf die £isparciköl von ungefähr 50 Atmosphären auf ungefähr 250 Atmosphären erhöht wird, während die iüispartikel mit dem Austauschmittel in direktem innigen kontakt stehen, wobei ein hauptteil der iiiapartikel zu .fässer mit einem verminderten Salzgehalt und ein Teil der flüssigen Phase dea AustauschmitteIs zu festen Partikeln umgewandelt wird, und dass danach das Wasser aus dem Austauschabgeschieden wird.23· Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,dass der Druck auf das abgeschiedene Austauschaktfee I und auf die Eispartikel auf einen Druck von ungefähr 10 Atmosphären auf ungefähr 100 Atmosphären erhöht wird, bevor der Druck auf einen höheren Druck im Bereich von ungefähr 50 Atmosphären auf ungefähr 250 Atmosphären erhöht wira, dass zugleich Frischwasser mit einem niedrigen Salzgehalt im Gegenstrom aurch aas Austausshmittei und: durch die iiispartikel bei direktem Aontakt mit diesenbewegt wird, wobei durch die Erhöhung des Drucke« und durch das i?asüheü mit Frischwasser von den Eispartikeln an diesen haftujüdö tialzsoie entfernt wird, und dass, danach da» Frischwasser, das bei dem gonanaaten V(aochen im iiegenatrom benutzb wurde, von den Kiaparbiköln und vom A.uataujBßhmibbe L ν01? duiu Erhöhen dep Drucköö auf/lie ü-iskr is ta lie und auf das. Austauachaiibbel vvii ungoführ 50 Abmoophären au| ungefähr 25t) atmoophiirrtn abgi-1 schieden wird,■'- :--: ■--■■< ORIGINAL INSPECTED .--. ■909850/111224. Verfahren-naah Ansprucü 23, ciaciurch gekennzeichnet,dass· ein Teil des vom iiustausohmittel als ^cnlusstufe nach Anspruch 20 abgesonderten Hassers wieder in Umlauf gesetzt und bei dem taschen im Gegenstrom nach Anspruch 23 benutzt wird.25· Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,dass nach dem ADSondern des Y/assers von aem Austaischmittfcl in der letzten Stufe nach Anspruch 22 das auf diese Weise abgeschiedene austauschmittel wieder in Umlauf gesetzt wird in den direkten innigen kontakt mit der' vorgekühlten Salzlösung bei atmosphärischem Druck.26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,dass die wässerige Salzlösung durch indirekten Wärmeaustausch mit der öalzlösung und dem «Vasser vorgekdhlt wird, das vom Austauschoittel während des Verfahrens abgesondert wurde.27» Verfahren nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet,dass die genannte Erhöhung des Drucke» durchgeführt wird aurch Fallenlassen des Austauschmittels und der aisparcikel aufgrund der üiigenachwere in den iirdboaen hinein.90985Ü/t1 1 2Leerseite
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