DE2202260A1 - Verfahren zum Destillieren von Fluessigkeiten - Google Patents

Description

Verfahren zum Destillieren von Flüssigkeiten

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Destillieren von Flüssigkeiten, bei welchem die zu destillierende Flüssigkeit in Form einer ersten Säule in die Verdampfungszone geleitet wird, von wo die unverdampfte (unverdampfbare) Flüssigkeit als zweite Säule nach unten abgeführt wird, so daß sich in der Verdampfungszone ein Unterdruck bildet, der im Hinblick auf das Verdampfen der abzudestillierenden Komponenten gleichgroß oder niedriger als deren Partialdampfdruck ist, und die anfallenden Dämpfe durch indirekte Kühlung mittels einer Kühlflüssigkeit kondensiert und sodann als Kondensat aufgefangen werden.

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In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl Verfahren zum
Destillieren von Meerwasser entwickelt, deren gemeinsame
Merkmale einerseits der Einsatz von Energie auf einem relativ hohem Temperaturniveau und andererseits das Bestreben nach einer möglichst wirtschaftlichen Ausnutzung der Energie sind. Nun ist es aber eine bekannte Tatsache, daß bei vielen
industriellen Proezessen, wie z.B. bei Kühlungsvorgangen in Kraftwerken und Ölraffinerien, große Menge an Wärmeenergie, sog. Abwärme, freigesetzt werden, die in vielen Fällen wegen des dadurch bedingten unerwünschten Erwärmens der Umgebung ein Problem bildeten und zu Diskussionen Anlaß gaben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Destillieren von Flüssigkeiten, insbesondere von Meerwasser, oder zum Konzentrieren verhältnismäßig schwach konzentrierter industrieller Ablaugen zu schaffen, mit dem sich Flüssigkeiten bei relativ niedrigen Temperaturen, z.B. mit Abwärme im Beiach 25 bis 6o°C, wirtschaftlich destillieren lassen, und bei dem die im Zusammenhang mit dem Verdampfen freigesetzten nicht kondensierbaren Gase den Destillationsvorgang nicht störend beeinflussen.

Die Hauptmerkmale der Erfindung sind im Patentanspruch 1
niedergelegt.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezigiahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen
zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Meerwasser-Destilliervorrichtung von der Seite gesehen,

Fig. 2 eine andere Vorrichtung, ebenfalls seitlich gesehen, bei der verschiedene Alternativen zum Abführen der nicht kondensierbaren Gase dargestellt sind,

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Fig. 3 die schematisierte Seitenansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform, bei der die Kondensatoren unter dem Verdampfer-Niveau liegen und bei der in den Wärmf^iuschern mit größeren Drücken gearbeitet werden kann,

Fig. 4 die schematisierte Seitenansicht einer Ausführungsform, bei der ein Teil der im Kühlwasser enthaltenen Wärmeenergie an die zu destillierende Ablauge abgegeben wird, und

Fig. 5 die schematisierte Seitenansicht einer Vorrichtung, bei der die Ablauge nur einmal langsam durch den Verdampfer geschleust wird, welcher über ein geschlossenes Umlaufsystem für das Wärmeübertragungsmedium verfügt.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsfonn wird Meerwasser mit Hilfe eines Flüssigkeitsstromes destilliert, der Abwärme aus irgendeinem Prozess, z.B. aus einem Kraftwerk oder einer Ölraffinerie, enthält. Die Wärme wird über den indirekten Wärmeaustauscher 194 auf das Meerwasser übertragen mit der Folge, daß dieses verdampft. Die Pumpe 199 speist Wasser in den Wärmeaustauscher 194 und über die Rohrleitung 195 in die Verdampfungsstufen 196 und 197, in denen jeweils ein Teil des Wassers verdampft während der Rest über die Rohrleitung 198 in den Behälter 1oo gelangt. In den Verdampfern, die in barometrischer Höhe oberhalb des Behälters 1oo angeordnet sind, herrscht ein Unterdruck, der den in ihnen herrschenden Wasserdampfdruck entspricht. Die Pumpe 199 fördert / tul*Sem Behälter 1oo über die Rohrleitung 1o1 zurück in den Wärmeaustauscher 194, wo es erneut aufgeheizt wird, bevor es in die Verdampfungsstufen gelangt.

Der Kondensator 1o2 ist durch die Trennwand 111 in die beiden Sektionen 11o und 1o9 unterteilt, in welche der Wasserdampf

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aus den Verdampfungsstufen 196 und 197 über die Rohrleitungen 1o4 und 1o5 strömt. Das Kondensat wird von der Pumpe 128 über die Rohrleitungen 127 und 126 in den Süsswasserbehälter 129 gefördert. Eine weitere Pumpe/fordert aus dem Meer Kühlwasser über die Rohrleitung 1o7 in den Kondensator 1o8, von wo es dann über die Rohrleitung 112 zurück ins Meer fließt. Das verdampfte Wasser wird durch Einspeisen von neuem Wasser aus dem Kondensator in den Verdampfer ersetzt. Dieses Wasser strömt zunächst über die Rohrleitung 119 und das Ventil 12o in den Gasabscheider 118, wo die im Wasser enthaltene Luft abgeschieden wird, und sodann über die Rohrleitung

121 in das Verdampfungssystem. Um die Salzkonzentration der Flüssigkeit im Verdampfungssystem in erträglichen Grenzen zu halten, wird mehr Wasser eingespeist als verdampft, wobei dann das überschüssige V/asser über die Rohrleitung 1o2 und das Ventil 1o3 zurück in das Meer geleitet wird.

In der Nähe des oberen Endes der Kondensator-Rückführleitung 112 ist ein Ejektor 113 angeordnet, der die im Gasabscheider 118 abgeschiedene Luft über das Ventil 117 und die Rohrleitungen 116 und 115 absaugt. Diese Luft wird dann mit dem ins Meer zurückfließende Kühlwasser vermischt. Mit dem gleichen Ejektor wird über die Rohrleitung 114 auf die gleiche Weise auch die Luft aus der wärmeren Kondensationsstufe 11o abgesaugt. Die Druckdifferenz zwischen dem Gasabscheider 118 und der Kondensationsstufe 11o wird mit Hilfe des Ventils 117 aufrechterhalten. Aus der kälteren Stufe 1o9 des Kondensators wird die Luft zusammen mit dem kälteren Kühlwasser abgeführt. Dieses Wasser wird aus der Kondensator-Zuführungsleitung 1o7 über die Rohrleitung 125 dem Ejektor 112 zugeführt, von wo es über die Rohrleitung 132 ins Meer fließt. Aus der Kondensationsstufe 1o9 wird die Luft über die Rohrleitung 124 in den Ejektor

122 gesaugt.

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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird von der Pumpe 18 Heerwasser über den Wärmeaustauscher 19 in den Evaporator 1o gefördert, v/o ein Teil dieses Wassers verdampft während der Rest über die Rohrleitung 2o ins Meer zurückfließt. Als Wärmeaustauscher 19 kann ein in irgendeinen wärmeerzeugenden Prozess eingeschalteter Wärmeaustauscher oder z.B. auch der Kondensator eines Kraftwerkes dienen. Der Evaporator 1o wird durch Trennwände so in mehrere Sektionen unterteilt, daß das zu destillierende Wasser unter der Trennwand hindurch in die folgende Destaillationsstufe fließt. In der Vorrichtung gemäß Fig. 2 wird der Evaporator durch die Trennwände 14 und 15 indie drei Stufen 11,12 und 13 unterteilt. In jeder D_estillationsstufe befindet sich ein Kondensator 16, unter dem eine Rinne 17 angeordnet ist, in welche das Kondensat tropft, um dann von dort über eine in Fig. 2 nicht dargestellte Rohrleitung in den Reinwasserbehälter zu gelangen. In jeder Deetillationsstufe kühlt sich das Wasser ab unter gleichzeitigem Verdampfen eines Teiles desselben und fließt dann in die folgende Destillationsstufe, wo v/egen des dort herrschenden niedrigen Druckes wieder ein Teil des Wassers verdampft und die Wassertemperatur weiter sinkt. Von der letzten Destaillationsstufe fließt das restliche Wasser über die Rohrleitung 2o ins Meer, welche (Rohrleitung) eine dem in der letzten Destaillationsstufe herrschenden Unterdruck entsprechende Wassersäule bildet.

Das Kühlwasser der Kondensatoren wird mit Hilfe der Pumpe 21 über die Rohrleitung 22 in den Kondensator der kältesten Destillationsstufe 13 gefördert, wo es sich erwärmt und weiter durch die Stufen 12 und 11 in die Rohrleitung 27 und von dort über die Rohrleitung 31 zurück ins Meer fließt.

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In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind drei verschiedene Arten aufgezeigt, aus den Kondensatoren die nicht kondensierbarem Gase abzuführen, die aus dem in der Verdampfungsvorrichtung fließenden Wasser freigesetzt werden oder durch Lecks in diese gelangen. Der Großteil der im Wasser gelösten Gase wird in der Destillationsstufe 11 freigesetzt und gelangt dann über die Rohrleitung 29 in den Ejektor 3o, welcher in der vom letzten Verdampfer zum Meer führenden hydrostatischen Säule 2o angeordnet ist. Die Gase werden im Ejektor 3o in Form von Blasen unter das abwärts fließende Wasser gemischt, welche dann mit zunehmendem Druck aufs untere Ende der Säule zu komprimiert werden und zusammen mit dem Wasser ins Meer gelangen. Der überwiegende Teil der Pumparbeit wird dabei von der hydrostatischen Säule unter nahezu idealem Wirkungsgrad geleistet. Da sich das Wasser in den Verdampfern abgekühlt hat, kondensiert sich der zusammen mit den Gasen in den Ejektor 3o gelangte Dampf bereits in letzgenanntem und braucht somit nicht gegen den Druck der Umgebung gepresst zu werden. Aus der zweiten Destillationsstufe 12 werden die nicht koadensierbaren Gase über die Rohrleitung 32 in den Ejektor 28 geleitet, der in dem aus den Kondensatoren ins Meer zurückfließenden Kühlwasserstrom angeordnet ist. Liegt die Dampftemperatur der kältesten Destillationsstufe niedriger als die Temperatur des aus den Kondensatoren ins Meer zurückfließenden Wassers, so kann dieses Wasser nicht zum Abführen der Gase aus der kältesten Destillationsstufe verwendet werden. Dies kann dagegen mit Hilfe des Ejektors 25 geschehen, in welchen über die Rohrleitung 23 eine geringe Menge kalten Meerwassers strömt. Die Gase gehen über die Rohrleitung 24 aus der Destillationsstufe 13 ab und werden im Ejektor 25 unter das Wasser gemischt, das dann über die Rohrleitung 26 ins Meer zurückfließt. Je nach Temperatur des zu verdampfenden Wassers und des Kühlwassers können die in den einzelnen Destillationsstufen freiwerdenden unkondensierbaren Gase durch Kombinieren dieser drei Abführarten, d.h. durch Vermischen mit dem aus den Verdampfern

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zurückkehrendem Wasser, mit dem aus den Kondensatoren zurückkehrendem Wasser und/oder mit kaltem Kühlwasser, auch auf andere als in Fig. 2 dargestellte Weise abgeleitet werden.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform entspricht der in Fig. gezeigten Konstruktion mit dem Unterschied, daß nunmehr die Möglichkeit besteht, in den Wärmeaustauschern 52,53 und 54 des Wärme liefernden Prozesses einen höheren Wasserdruck, wie er z.B. im vielgestaltigen Prozessablauf von Ölraffinerien auftritt, ohne unnötig hohen Bedarf an Pumparbeit der Pumpe aufrechtzuerhalten. Realisieren läßt sich dies ganz einfach dadurch, daß die Verdampfer 49 höher als in der vorangehenden Ausführungsform angeordnet werden, z.B. 2o m über den Wärmeaustauschern, so daß an der Pumpe 51 ein Überdruck herrscht, und dies e Pumpe lediglich den Fliesswiderstand in dem geschlossenen Rohrsystem von der Pumpe 51 zu den Wärmeaustauschern 52,53 und 54 und über die Rhrleitung 55 zu den Verdampfern und von dort über die Rohrleitung 5o zurück zum Ausgangspunkt zu überwinden hat. Der Dampf wird über die Rohrleitungen 56,57 und 58, den Kondensatoren 59,6o und 61 zugeführt, welche mit von der Pumpe 62 gefördertem Meerwasser gekühlt werden. Die Kondensatoren liegen tiefer als die Verdampfer, um eine unnötige Kühlwasser-Förderhöhe zu vermeiden. Das verdampfte Wasser wird z.B. durch Kühlwasser ersetzt, das über den Luftabscheider 65 und die Rohrleitung 67 zugeführt wird; das überschüssige Wasser wird über die Rohrleitung 71 aus dem Kreislauf herausgenommen. Die Luft wird aus dem Luftabscheider mit Hilfe des Ejektors 64 und der Wassersäule 63 und aus den Kondensatoren z.B. wie aus dem Kondensator 59 abgeführt, bei dem der Ejektor 68 die Luft über die Rohrleitung 69 in die Wassersäule 7o saugt.

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Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und Fig. 3 kann statt Meerwasser auch irgendeine andere Flüssigkeit, z.B. irgendeine industrielle Ablauge, verdampft werden. Dabei strömt natürlich dann über die Rohrleitung 67 bzw. 46 Ablauge und kein Kühlwasser nach, und die konzentrierte Ablauge wird über die Rohrleitung 71 bzw. 47 der weiteren Behandlung und nicht dem Meer zugeführt. In Fig. 4 und Fig. 5 sind zwei Ausführungsformen dargestellt, bei denen, verglichen an der für die Ablauge erforderlichen Verdampfungswärme, Abwärme nur begrenzt zur Verfügung steht. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 strömt das von der Pumpe 73 durch die Kondensatoren des Evaporators 72 gepumpte Kühlwasser über die Rohrleitung 74 in den Wärmeaustauscher 75, wo ein Teil der im Evaporator in das Kühlwasser übergegangene Wärmeenergie in die zu verdampfende Flüssigkeit zurückgebracht wird. Das auf diese Weise erneut abgekühlte Kühlwasser fließt über die Rohrleitung 76 ins Meer ab. Die von der Pumpe 78 durch den Wärmeaustauscher gepumpte zu verdampfende Flüssigkeit erwärmt sich in diesem Wärmeaustauscher durch den in vorangehend beschriebener Weise in dem Verdampfer erfolgenden Temperaturrückgang und weiter in dem Abwärme abgebenden Wärmeaustauscher 79 auf eine Temperatur, mit welcher sie dann über die Rohrleitung 8o zurück in den wärmsten Verdampfer geleitet wird. Die in den Verdampfern durch den Verdampfungsvorgang abgekühlte Flüssigkeit gelangt über die Rohrleitung 77 zurück zur Pumpe 78 und beginnt einen neuen Umlauf. Die verdampfte Flüssigkeit wird durch Zufuhr neuer Flüssigkeit über die Rohrleitung 81 und Abführung der konzentrierten Lösung (Lauge) über die Rohrleitung 83 und das Ventil 82 zur weiteren Behandlung ersetzt. Durch Regulieren des Verhältnisses zwischen zugeführter und abgeleiteter Flüssigkeitsmenge läßt sich auch die Konzentration, auf welche die Lösung (Lauge) gebracht wird, steuern.

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In der vorangehend beschriebenen Ausführungsform fließt die zu verdampfende Flüssigkeit mehrmals durch den Evaporator. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 läßt sich die zu verdampfende Lösung (Lauge) hingegen nur einmal langsam durch die Verdampfer schleusen, wobei sie über die Rohrleitung 97 in den heißesten Verdampfer eingespeist wird und ein Bruchteil davon dann aus dem kältesten Verdampfer über die Rohrleitung 98 abgeht. In jeder der Destillationsstufen wird die zu verdampfende Lösung mittels Wärmeaustauschern aufgeheizt, die in der Zeichnung als Wärmeaustauscher 95 und 89...9o dargestellt sind. Dem Wärmeaustauscher 95 wird von aussen über ein flüssiges Medium, das über die Rohrleitung 94 zuströmt und über die Rohrleitung 96 abgeht, Wärmeenergie, z.B. Abwärme zugeführt. In den Wärmeaustauschern 89...9b hingegen zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf ein Medium, z.B. Wasser, das von der Pumpe 84 über die Rohrleitung 85 in die Kondensatoren 86..87 und von dort über die Rohrleitung 88 und die und die Wärmeaustauscher 89...9o zurück zum Ausgangspunkt gefördert wird. Die vom Dampf auf die Kondesatoren übergegangene Wärmeenergie wird somit wieder der zu verdampfenden Flüssigkeit zugeführt. Die in die heißeste Destillationsstufe im Wärmeaustauscher 95 eingespeiste Energie geht hauptsächlich über den Kondensator 92 des käfcesten Endes ins Kühlwasser ab, welches über die Rohrleitung 91 zugeführt wird und über die Rohrleitung 93 abfließt. Die Wärmeenergiezufuhr am heissen Ende der Anlage kann auch in mehr als einer Destillationsstufe erfolgen; entsprechend kann auch die Wärmeabfuhr aus dem System über mehrere Destillationsstufen am kalten Ende der Anlage erfolgen.

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Claims (8)

-Ιο- Ansprüche

1. Verfahren zum Destillieren von Flüssigkeiten, bei welchem die zu destillierende Flüssigkeit in Form einer ersten Säule in die Verdampfungszone geleitet wird, von wo unverdampfbare (unverdampfte) Flüssigkeit als zweite Säule in abwärtiger Richtungelgeführt wird, so daß sich in der Verdampfungszone ein Unterdruck bildet, der im Hinblick auf das Verdampfen des abzudestillierenden Bestandteiles der Flüssigkeit gleichgroß oder niedriger als der Partialdampfdruck des besagten Bestandteiles ist, und die anfallenden Dämpfe durch indirekten Wärmeaustausch mit Kühlwasser kondensiert werden und sodann als Kondensat aufgefangen werden, gekennzeichnet durch eine Kombination aus folgenden Phasen:

zu destillierendes Wasser wird in der Verdampfungszone durch mehrere aufeinanderfolgende Verdampfungsstufen geschleust, in denen stufenweise abnehmende Drücke aufrechterhalten werden, die den sinkenden Partialdampfdrücken der in den einzelnen Verdampfungsstufen befindlichen zu verdampfenden Komponenten entsprechen, und die Dämpfe Jeder einzelnen Verdampfungsstufe werden separat kondensiert;

die zu destillierende Flüssigkeit wird entweder vor deren Einspeisen in den Verdampfer und/oder zumindest in der ersten Verdampfungsstufe aufgeheiztj

die in den dnzelnen Verdampfungsstufen freigesetzten unkondensierbaren Gase werden durch Vermischen in Form von Gasblasen mit der in der abwärts gerichteten zweiten Flüssigkeitssäule fließenden unverdampften (unverdampfbaren) Flüssigkeit, mit dem aus den Koriensatoren in s Meer zurückfließende Kühlwasserstrom und/oder mit dem vor den Kondensatoren ins Meer zu leitenden Kühlwasser-Teilstrom abgeführt.

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— Λ Λ —

2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der abwärts gerichteten zweiten Flüssigkeitssäule fließende unverdampfte Flüssigkeit zumindest zu einem Teil zurück in die aufwärts gerichtete erste Flüssigkeitssäule geleitet wird, um die zu destillierende Flüssigkeit mehrmals durch die Verdampfungszone zu schleusen, wobei bei jedem Umlauf eine größere Menge frischer zu destillierender Flüssigkeit als verdampft ist eingespeist und gleichzeitig eine dieser Differenz entsprechende Menge an nicht destillierbarer konzentrierter Flüssigkeit abgeführt wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu destillierende Flüssigkeit in barometrischer Höhe oberhalb des Meeresspiegels oder des die zu destillierende Flüssigkeit enthaltenden Behälters verdampft wird, in welchen die Flüssigkeit über eine zweite Flüssigkeitssäule strömt und von wo Flüssigkeit über die erste Flüssigkeitssäule in die Verdampfungszone geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unverdampfte Flüssigkeit von der letzten Verdampfungsstufe in die abwärts fließende Flüssigkeitssäule geleitet wird, an deren unterem Ende ein den Umgebungsdruck überschreitender hydrostatischer Druck herrscht.

5. Verfahren nach Anspruch 2,3 oder 4 zum Destillieren von Meerwasser, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des zur Kondensation verwendeten, erwärmten Meerwassers als Speisewasser dem Kreislauf des zu destillierenden Wassers zugeführt wird, was vorteilhafterweise an einer Stelle geschieht, die vor dem indirekten Aufheizen des zu destillierenden Meerwassers liegt.

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6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den einzelnen Verdampfungsstufen anfallenden Dämpfe separat der jeweils zugeordneten Kondensationsstufe zugeführt werden, welche tiefer als die entsprechende Verdampfungsstufe liegt.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erwärmte Kühlwasser zu einem indirekten Wärmeaustausch mit der in die Verdampfungszone zu leitenden zu destillierenden Flüssigkeit gebracht wird um dessen Temperatur zu erhöhen, was vorteilhafterweise vor der indirekten Aufheizung der zu destillierenden Flüssigkeit mit Hilfe eines Abwärme von irgendeinem Prozess enthaltenden MedJumstromes geschieht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die erste Verdampfungsstufe durch Ziäfuhr von Wärmeenergie aus irgendeinem anderen Prozeß indirekt geheizt wird, und daß wenigstens die aus der letzten Verdampfungsstufe stammenden Dämpfe mit kaltem Kühlwasser kondensiert werden, wobei die verbleibenden Verdampfungsstufen indirekt geheizt und die Kondensationsstufen indirekt gekühlt werden durch ein in einem geschlossenen Kreislauf zirkulierendes Wärraeübertragungs-Medium, das von der letzten Verdampfungsstufe zur ersten der restlichen Kondensationsstufen und von der letzten Kondensationsstufe zur ersten der verbliebenen Verdampfungsstufen fließt und dabei alle dazwischenliegenden Stufen durchströmt .

r Patentanwalt

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