DE2939694A1 - Destillationsverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

• Destillationsverfahren und Vorrichtung zur
• Durchführung dieses Verfahrens Die Erfindung betrittt ein Destillationsverfahren, insbesondere zur Meerwasserentsalzung und allgemein zur Gewinnung von Destillaten. Destillationsverfahren werden beispielsweise auch beim Rohölraffinier en eingesetzt.Auf solche und andere Anwendungsgebiete erstreckt sich die Erfindung ebenfalls, auch wenn die Erfindung hier nur im Zusammenhang mit der Meerwasserentsalzung bzw. mit der Gewinnung von Trinkwasser aus Meerwasser beschrieben wird.
• Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Destillationsverfahrens.
• Für die Gewinnung von Trinkwasser aus Meerwasser stehen grundsätzlich im wesentlichen folgende Verfahren zur Verfügung: 1. Die Destillation, 2. Gefrierverfahren, 3. Umkehr-Osmose.
• Die Verfahren sind entweder nicht durchentwickelt oder zu teuer. Das vom Prinzip her einfachste Verfahren ist die Destillation, die aber auch die höchsten Energiekosten verursacht. Die enorm hohe Verdampfungswärme des Wassers ist hierfür ursächlich. Bekannte Destillationsverfahren nutzen zwar die bei der Kondensation des Frischwassers freiwerdende Wärme für die Vorerwärmung des Meer- oder Salzwassers oder bei Stufenverdampfern für den Verdampfungsvorgang nachgeschalteter Stufen. Dennoch ist der Energiebedarf hoch und wegen des hohen Temperaturniveaus, auf dem sich der ganze Vorgang abspielt, sind umfangreiche Isolationsmaßnahmen zu treffen.
• Von Vorteil wäre es, wenn man für den Verdampfungsvorgang Umgebungswärme nutzen könnte, die bei niedrigem Temperaturniveau z.B. in unbegrenzten Mengen gerade in denjenigen Meertl, our- Verfügung steht, aus welchen das zu entsalzende Wasser stammt. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde ein Destillationsverfahren und eine Destillationsvorrichtung, insbesondere zur Entsalzung von Meerwasser, unter Verwendung von umgebenden Wärmequellen, z.B. dem Meerwasser als Quelle für die erforderliche Verdampfungswärme, zu schaffen.
• Diese Aufgabe wird mit einem Destillationsverfahren bzw. mit einer Destillationsvorrichtung gelöst, wie sie durch die Ansprüche gekennzeichnet sind.
• Das erfindungsgemäße Destillationsverfahren erlaubt, die Wärme z.B. eines umgebenden Meeres oder der umgebenden Atmosphäre zu nutzen, indem eine zu verdampfende Meerwassermenge unter einen solchen Unterdruck gesetzt wird, daß sie bei einer Temperatur iedet, die niedriger als die Umgebungstemperatur ist. Damit kann die für den Siedevorgang benötigte Verdampfungswärme durch Wärmetausch aus dem Umgebungsmedium entnommen werden.
• Der dabei erzeugte Wasserdampf wird an einer Kühlfläche, nämlich am Kältemittelverdampfer einer durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen Kältemaschine kondensiert, gesammelt und als Frischwasser abgeführt. Durch das Kondensieren des Wasserdampfs kann der im System benötigte Unterdruck aufrechterhalten werden, wobei vorzusehen ist, daß im Meerwasser gelöste und beim Verdampfungsvorgang freiwerdende Gase abgesaugt werden können.
• Die vom Kältemittelverdampfer aufgenommene Kondensationswärme des Wasserdampfes kann in einem Kältemittelkonsator zum Erwärmen einer anderen Meerwassermenge genutzt werden. Dabei wird keine zu große Temperaturdifferenz zwischen dieser Meerwassermenge und dem Kältemittelverdampfer angestrebt, um eine hohe Leistungsziffer der Kältemaschine zu erreichen. Eine Weitererwärmung dieser Meerwassermenge oder eine Erwärmung einer weiteren Meerwassermenge erfolgt durch Wärmetausch mit der Abwärme der Brennkraftmaschine der Kältemaschine.
• Somit steht erwärmtes Meerwasser mit einer Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur zur Verfügung. Durch entsprechende Druckregelung kann dieses erwärmte Meerwasser entspannungsverdampft und an einer Kondensationsfläche niedergeschlagen werden, die beispielsweise von dem Umgebungsmedium gekühlt wird. Das Kondensat oder Destillat wird gesammelt und als Frischwasser abgeführt. Bei ausreichend hoher Temperatur der erwärmten Meerwassermengen kann der Vorgang des Entspannungsverdampfens und Kondensierens in mehreren Stufen erfolgen, bis in der letzten Stufe die Kühlung der Kondensationstlächen durch das Umgebungsmedium erfolgt. Die Kondensationsfläche einer vorherigen Stufe wird dabei durch die Meerwassermenge einer nachgeschalteten Stufe gekühlt, während gleichzeitig die Meerwassermenge dieser nachgschalteten Stufe erwärmt wird.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei zu betonen ist, daß es in der Praxis zweckmäßig sein wird, aus konstruktiven Gründen, zur Erleichterung der Wärmetauschvorgänge und zur Verbesserung der Isolation die einzelnen Behälter zu einer Einheit zusammenzufassen.
• Ein in umgebendes Meerwasser mit der Temperatur T1 eingetauchter Behälter A enthält eine zu entsalzende Meerwassermenge mit der etwas geringeren Temperatur T2. Somit fließt Wärme vom umgebenden Meerwasser in den Behälter A, wie durch die Pfeile angedeutet ist. Der Behälter A ist auf einen Unterdruck p2 evakuiert, bei dem die Meerwassermenge mit der Temperatur T2 siedet.
• Der Behälter A ist über einen Kanal 1 mit einem Behälter B verbunden, in dem sich der Kältemittelverdampfer 2 einer Kältemaschine 3 befindet. Der Kältemittelverdampfer 2 wird auf einer etwas unter T2 liegenden Temperatur T3 gehalten, so daß der in den Behälter B hineinverdampfende Wasserdampf an dem Kältemittelverdampfer 2 kondensiert und sich im Behälter B so Frischwasser ansammelt, das kontinuierlich abgeführt wird. Durch entsprechende Auslegung und Regeleung kann ein ständiges Temperaturgefälle T1 - T2 T T3 aufrechterhalten werden, so daß Wärme von dem umgebenden Meerwasser mit der Temper tur T1 in die Meerwassermenge mit der Temperatur T2 im Behälter A fließt und die eingeflossene Wärme zum Verdampfen des Meerwasser herangezogen und schließlich als Kondensationswärme in den Kältemittelverdampfer 2 abgegeben wird.
• Mittels der Kältemaschine 3 wird die vom Kältemittelverdampfer 2 aufgenommene Kondensationswärme in einen Behälter C überführt, wo der Kältemittelkondensator 4 in Wärmetausch mit frischem Meerwasser gebracht ist. Der Kondensationsvorgang spielt sich bei einer Temperatur T4 ab, die zweckmäßig etwas oberhalb der Temperatur Tq liegt und von der Dimensionierung der Kltemaschine 3 und vom Meerwasserdurchsatz abhingt. Das erwärmte Meerwasser wird in einen Behälter D kontinuierlich abgepumpt, während in gleichem Maße frisches Meerwasser in den Behälter C gelangt.
• Die Kältemaschine 3 ist von einer Brennkraftmaschine 5 (Diesel- oder Gasmotor) angetrieben, so daß Abwärme anfällt, die zum Weltererwarmen des Meerwassers im Behälter D herangezogen werden kann. Beispielsweise ist eine Meerwassertemperatur bis zu 900C im Behälter D erreichbar.
• Durch entsprecheznde Druckregelung im Behälter D wird nun das im Behälter D enthaltene und erwärmte Meerwasser in den Behälter E entspannungsverdampft und an Kondensationsflächen 6 kondensiert. Das Kondensat wird gesammelt und als Frischwasser abgeführt. Die Temperatur T5 im Behälter D, die nach der Aufheizung durch die Abwärme der Brennkraftmaschine erreicht wird, liegt leicht über der Temperatur T6 der Kondensationsflächen 6 im Behälter E.
• Die Kühlung der Knndensationsflchen 6 im Behälter E erfolgt durch eine Meerwassermenge mit der Temperatur T7 in einem weiteren Behälter F, in den umgekehrt die Kondensationswarme aus dem Behalter E überführt wird. Der Behälter F wird unter einem geringeren Druck entsprechend dem geringeren Temperaturniveau gehalten, so daß das Meerwasser aus dem Behälter F in einen weiteren Behälter G entspannungsverdampft und an Kondensationsflächen 7 in diesem Behälter kondensiert werden kann. Das Kondensat wird wieder gesammelt und als Frischwasser abgeführt. Je nach Höhe des Temperaturniveaus T8 im Behälter G kann dieser Verdampfungs- und Kondensierungsvorgang über weitere Stufen fortgeführt werden, bis in der letzten Stufe die Kondensationsflächen durch das umgebende Meerwasser mit der Temperatur T1 gekühlt werden.
• In jeder Stufe fällt Frischwasser an und ist die verbleibende Sole durch Meerwasser zu ergänzen. Beispielsweise könnte die Ergänzung dt Meerwasservorrats im Behälter F ebenfalls aus dem Behälter C erfolgen.
• Das Temperaturgefälle zwischen den einzelnen Verdampfungs- und Kondensierungsstufen wird durch geeignete Dimensionierung der jeweiligen Wärmetauscher- und Kondensationsflächen aufrechterhalten. Außerdem wird ein geeignetes Durckgefälle in den einzelnen Vorrichtungsstufen aufrechtzuerhalten. Beim Verdampfungsvorgang freiwerdende Gase sind außer im Behälter A auch in den Behältern D und F abzusaugen.
• Da ausgehend vom Behälter D der Verdampfungs- und Kondensationsvorgang bei Temperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur vonstatten geht, ist für eine ausreichende Isolierung der einzelnen Vorrichtungsteile Sorge zu tragen.
• Zweckmäßig sind deshalb die einzelnen Bchälter zu eine leicht zu isplierenden Einheit zusammengeschlossen.

Claims (9)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e: 1. destil verfahren @dere zur Meerwasserentsalzung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß - eine Meerwassermenge unter Untedruck (p2) bei einer Temperatur (T2) unterhalb der Temperatur (T1) eines mit der Meerwassermenge in Wärmetausch stehenden Umgebungsmediums verdampft wird, -der Wasserdampf duruch Wärmetausch mit dem Kältenmittelverdampfer einer durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen Kältemaschine kondensiert und gesammelt wird, - eine Meerwassermenge durch dir Abwärme der Brennkraftmaschine erwärmt wird, - die erwärmte Meerwassermenge entspannungsverdampft und durch Wärmetausch mit einem kühleren Medium kondensiert und gesammelt wird.
2. 2. Destillationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß Meerwasser in mehreren Stufen bei von Stufe zu Stufe niedrigerem Temperatur-und Druckniveau entspannungsverdampft und kondensiert wird, wobei die Meerwassermenge einer nachgeschalteten Stufe durch die Kondensationswärme aus der vorherigen Stufe erwärmt wird und in der letzten Stufe der Wasserdampf durch Wärmetausch mit dem Umgebungsmedium kondensiert wird.
3. 3. Destillationsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n t, @, da da die zu erwarmende Meerwassermenge durch Wärmetausch @, dem Kältemittelkondensator der Kältemaschine vorewirmt wird.
4. 4. Destillationsverfahren nach anspruch 3 der 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, C, daß eine erste Meerwassermenge durch Wärmetap@@ mit dem Kaltemittelkondensator der Kältemaschine und eine zweit@ Meenwassermenge durch die Abwärme der Brennkraftmaschine erwärmt w d, und daß die erwärmten Meerwassermengen in einer oder mehreren Stufen entspannungsverdampft und durch Wärmetausch mit einem kühleren Medium kondensiert und gesammelt werden.
5. 5.Destillationsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, q e k e n n z e i c h n e t durch - einen mit dem Umgebungsmedium, wie Meerwasser, in Wärmetausch stehenden Meerwasser-Unterdruckbehälter (A), - eine durch eine Brennkraftmaschine angetriebene Kältemaschine mit einem Kältemittelverdampfer und einem Kältemittelkondensator, welcher Kältemittelverdampfer in Wärmetausch mit dem Wasserdampf aus dem Meerwasserbehälter (A) steht und ein Destillat-Sammelbecken (B) aufweist, - einen mit frischem Meer-wssser beschickten, mit einer Wärrnetauscheinrichtung zum Erwärmen dieses Meerwassers durch die Abwärme der Brennkraftmaschine versehenen Meerwasserbehälter (D) zum Entspannungsverdampfen der Meerwassers, - sowie durch eine durch ein Kühlmedium gekühlte Kondensationsfläche mit einem Destillat-Sammelbecken (E) zum Kondensieren des Wasserdampfs und Sammeln des Destillats.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, g e k e n n z e i c hn e t durch eine Reihe hintereinandergeschalteter, mit Meerwasser beschickter Verdampfungs- und Kondensierungsstufen, die von Stufe zu Stufe auf einem niedrigeren Temperatur- und Druckniveau stehen und bei denen die Kondensationsfläche der jeweils vorherigen Stufe durch das Meerwasser der nachfolgenden Stufe und die Köndensationsfläche der letzten Stufe durch das Umgebungsmedium gekühlt ist.
7. 7.Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Kältemittelkondensator der Kältemaschine mit dem Zufluß frischen Meerwassers zwecks dessen Vorerwärmung in Wärmetausch steht.
8. 8.Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, g e -k e n n z e i c h n e t durch einen ersten Zufluß frischen Meerwassers, der mit dem Kältemittelkondensator der Kältemaschine in Wärmetausch steht, und durch einen zweiten Zufluß frischen Meerwassers, der mit der Abwärme der Brenn kraftmaschine in Wärmetausch steht, wobei jedem Zufluß eine oder mehrere Verdampfungs- und Kondensierungsstufen zugeordnet sind.
9. 9. Vrrichtung nach tinern titer Ansprüche 5 bis 8, g e k e n n z e i c h n e t durch den Verdampfungs- und Kondensierungsstuten zugeordnete Absaugeinrichtungen zum Abführen von aus dem Merwasser f reiwerdenden Gasen.