Método y sistema para la retirada de un compuesto inorgánico en condiciones supercríticas.

Un método para la retirada de un compuesto inorgánico en condiciones supercríticas, que comprende los pasos de:

- llevar un fluido que comprende más de una fracción inorgánica a condiciones supercríticas, en el que el fluido comprende diferentes fracciones salinas como fracción inorgánica;

- separar diferentes fracciones salinas en el fluido a través de la disminución de la solubilidad de las fracciones salinas en condiciones supercríticas,

en el que el paso de separación está dividido en diferentes sub-pasos para separar diferentes fracciones a diferentes condiciones supercríticas en sub-pasos separado, que comprende:

- operar una primera unidad

(144) a una temperatura de 650 K y una presión de 25 MPa;

- enviar un flujo de salida de la primera unidad a una segunda unidad (146) que realiza un segundo paso (2A) en condiciones de 700 K y 25 MPa que tienen flujos de salida de agua y una fracción salina de NaCl;

- enviar otro flujo de salida de la primera unidad a otra unidad (148) realizando un paso (2B) en condiciones de 640 K y 25 MPa y que tiene dos flujos principales de salida que comprenden principalmente Na2SO4 y Na2CO3, respectivamente;

- enfriar y/o despresurizar el fluido; y

- retirar las fracciones separadas.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/NL2009/050439.

Solicitante: Stichting Wetsus Centre of Excellence for Sustainable Water Technology.

Nacionalidad solicitante: Países Bajos.

Dirección: Agora 1 8934 CJ Leeuwarden PAISES BAJOS.

Inventor/es: METZ,SYBRANDUS JACOB, LEUSBROCK,INGO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla... > C02F1/04 (por destilación o evaporación)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla... > C02F1/44 (por diálisis, ósmosis u ósmosis inversa)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla... > C02F1/02 (por calentamiento)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > Naturaleza del agua, el agua residual, las aguas... > C02F103/08 (Agua marina, p. ej. para desalinización)

PDF original: ES-2546733_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Método y sistema para la retirada de un compuesto inorgánico en condiciones supercríticas.
Ilustración 2 de Método y sistema para la retirada de un compuesto inorgánico en condiciones supercríticas.
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Método y sistema para la retirada de un compuesto inorgánico en condiciones supercríticas.

Fragmento de la descripción:

Método y sistema para la retirada de un compuesto inorgánico en condiciones supercríticas La presente invención se refiere a un método para la retirada de un compuesto inorgánico de un fluido en condiciones supercríticas. Más específicamente, la invención se refiere a la desalinización del agua, como el agua del mar y las aguas residuales. El agua desalinizada resultante se puede usar como agua potable.

Se conocen varios métodos para desalinizar el agua y para retirar compuestos inorgánicos.

El documento US-A-51184478 describe un método para la desnitrificación de nitratos y nitritos de un sistema acuoso.

El documento US4822497 describe un método para la separación de sólidos, en condiciones supercríticas, como se conoce de la técnica anterior. Según 1998 IDA Worldwide Desalating Plants, Inventor y Report Nº 15, 1998, Wangnick Consulting GmbH, en 1998, por todo el mundo se dispuso de una capacidad total de 22, 58 x 106 m3·d-1 . De esta capacidad total, las técnicas de evaporación instantánea en varias etapas (MSF) y de ósmosis inversa (RO) fueron las responsables del 44, 4% y el 39, 1% de esta capacidad mundial total, respectivamente. Otras técnicas incluyen la destilación por múltiple efecto (MED) , compresión de vapor (VC) y electrodiálisis (ED) . Otras tecnologías (menos eficaces) para la retirada de compuestos inorgánicos incluyen ultrafiltración, nano-filtración, desalinización solar, destilación por membrana, destilación por congelación, co-desionización capacitiva. Estas últimas técnicas se aplican principalmente en nuevas aplicaciones que se están desarrollando y que todavía no contribuyen significativamente a la capacidad mundial. Principalmente, también se han hallado tecnologías como la compresión de vapor y la electrodiálisis en plantas a escala relativamente pequeña y localizaciones descentralizadas.

Una planta de destilación MSF usa cámaras de vaporización instantánea con diferentes niveles de presión. El agua presurizada, como el agua del mar, fluye a través de tuberías que están situadas en secciones opuestas de las cámaras donde se intercambia el calor con el vapor. Se usa un calentador de vapor para calentar más el agua en estas tuberías, usando vapor o combustibles fósiles. El vapor se condensa y se recoge en bandejas como producción primaria del proceso. El agua no evaporada tiene una concentración de sal más alta y se retira del sistema, normalmente por dilución en el mar. Estas plantas muestran un consumo de energía relativamente alto, debido a los procesos de evaporación. Otro inconveniente es que algunas plantas muestran una eficacia de aproximadamente el 50% de la corriente de alimentación que se transfiere a la corriente de producción primaria. La recuperación de agua a partir de la corriente de alimentación está limitada principalmente por la formación de incrustaciones de sales sobre el equipo del proceso. Por lo tanto, se usan agentes anti-incrustantes que retrasan el proceso de cristalización. Sin embargo, la recuperación del agua está limitada por la formación de incrustaciones. Con frecuencia, el resto de la corriente de alimentación se diluye en el mar, lo que puede dar como resultado problemas medioambientales.

Una propuesta diferente es la destilación por múltiple efecto (MED) que trabaja de forma similar a la MFS que usa cámaras con diferentes presiones. La energía de la fase vapor se reutiliza en el proceso, aunque esto con frecuencia conduce a un índice de formación de incrustaciones más alto y una velocidad de corrosión más alta para las áreas de transferencia de calor. Otra propuesta es el uso de la compresión de vapor (VC) para la producción de agua dulce, que es similar al MED. En la VC, la fase vapor se reutiliza para mejorar la eficacia energética.

El segundo método más importante existente para desalinizar un fluido como el agua del mar, es el uso de la ósmosis inversa (RO) . La presión del sistema se usa para separar fracciones salinas de la corriente de agua de entrada. Los iones salinos no pasan las membranas, mientras que las moléculas de agua pasan. Ejemplos de los materiales usados para las membranas son acetato de celulosa, poliamidas y otros polímeros. Un inconveniente principal del uso de membranas es la formación de incrustaciones y suciedad de origen biológico. Por lo tanto, se usan agentes anti-incrustaciones. En la electrodiálisis (ED) , se usa un campo eléctrico para retirar sales de un fluido. Situando las membranas entre el ánodo y el cátodo, que son selectivos para los iones o los cationes, se produce agua dulce. Como la cantidad de energía requerida es proporcional a la cantidad de sal retirada del fluido, la aplicabilidad de ED está principalmente limitada a la desalinización del agua salobre.

La presente invención tiene por objeto evitar, al menos parcialmente, uno o más de los inconvenientes mencionados para dar como resultado una retirada más eficaz de compuestos inorgánicos, tal como en un proceso de desalinización.

Por lo tanto, la presente invención proporciona un método para la retirada de un compuesto inorgánico en condiciones supercríticas, según la reivindicación 1.

Al aumentar la temperatura y la presión, de manera que se siga la curva de equilibrio vapor-líquido, el líquido se hace menos denso debido al aumento de la temperatura, y la fase vapor se hace más densa debido al aumento de la presión. Por lo tanto, estas diferentes fases se hacen menos distinguibles en el caso de que la temperatura y la presión aumenten incluso más. En las condiciones en las que la densidad del vapor y de la fase líquida es igual, únicamente se puede ver una fase. Estas condiciones se denominan el punto crítico de un fluido y la fase es denominada fase crítica. Para el agua, la temperatura crítica es 647 K (374ºC) y la presión crítica es de 22, 1 MPa

(221 bar) . Las propiedades de la fase (super) crítica son una mezcla de las propiedades de las fases líquida y vapor. En condiciones supercríticas, condiciones por encima de las condiciones críticas, también la constante dieléctrica relativa cambia drásticamente. El valor de esta constante cae desde aproximadamente 80 en condiciones ambientales, a por debajo de 20 en la fase supercrítica. Esta constante es una indicación de la capacidad para solvatar iones en un fluido. Esto significa que el agua pierde su capacidad para disolver compuestos como una sal y fracciones salinas en la fase supercrítica, mientras que en condiciones ambientales el agua es un excelente disolvente de las sales. Por otro lado, la capacidad de solvatación de los compuestos orgánicos en agua aumenta bajo condiciones supercríticas. En una realización preferida, el fluido es agua del mar o aguas residuales.

Según la invención, la fracción inorgánica comprende una fracción salina, La disminución de la solubilidad de las sales en condiciones supercríticas conduce a la desalinización de fluidos, como el agua del mar, bajo estas condiciones. Las fracciones salinas precipitarán en forma de cristales que se pueden separar del fluido a través de métodos de separación que son conocidos por los expertos. La desalinización de un fluido en condiciones supercríticas se puede aplicar incluso a fluidos que entran con altas concentraciones de sales mientras que todavía se sea capaz de realizar la desalinización de una manera eficaz. Además, una alta concentración de sales es incluso positiva para la desalinización ya que aumenta el grado de sobresaturación y, por lo tanto, la fuerza motriz para el paso de la precipitación. En realizaciones preferidas según la presente invención, el fluido comprende agua del mar y/o aguas residuales con una alta concentración de sales procedente, por ejemplo, de plantas de tratamiento de aguas... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para la retirada de un compuesto inorgánico en condiciones supercríticas, que comprende los pasos de: -llevar un fluido que comprende más de una fracción inorgánica a condiciones supercríticas, en el que el fluido comprende diferentes fracciones salinas como fracción inorgánica; -separar diferentes fracciones salinas en el fluido a través de la disminución de la solubilidad de las fracciones salinas en condiciones supercríticas, en el que el paso de separación está dividido en diferentes sub-pasos para separar diferentes fracciones a diferentes condiciones supercríticas en sub-pasos separado, que comprende:

- operar una primera unidad (144) a una temperatura de 650 K y una presión de 25 MPa;

- enviar un flujo de salida de la primera unidad a una segunda unidad (146) que realiza un segundo paso (2A) en condiciones de 700 K y 25 MPa que tienen flujos de salida de agua y una fracción salina de NaCl; -enviar otro flujo de salida de la primera unidad a otra unidad (148) realizando un paso (2B) en condiciones de 640 K y 25 MPa y que tiene dos flujos principales de salida que comprenden principalmente Na2SO4 y Na2CO3, respectivamente; -enfriar y/o despresurizar el fluido; y -retirar las fracciones separadas.

2. Un método según la reivindicación 1, en el que el fluido es agua de mar y/o aguas residuales.

3. Un método según la reivindicación 1 ó 2, en el que el fluido se lleva a condiciones supercríticas con una presión superior a 22, 1 MPa (221 bar) y una temperatura superior a 374ºC, de manera que la constantes dieléctrica relativa cae.

4. Un método según la reivindicación 1 ó 2, en el que la presión del fluido, en el paso de separación, es superior a 22, 1 MPa (221 bar) para asegurar una concentración de cloruro inferior a 200 ppm.

5. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que se hace un pre-tratamiento del fluido en un paso de proceso de ósmosis inversa, en el que el flujo de salida de salmuera concentrada se usa como flujo de entrada para el paso de separación.

6. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el fluido se precalienta en una unidad de destilación por vaporización instantánea en varias etapas.

7. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que se recupera energía a partir del fluido después del paso de separación.

8. Un método según la reivindicación 7, en el que la energía se recupera usando al menos uno de un turbocargador, una rueda Pelton y un intercambiador de trabajo.

9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que el fluido es agua y en el que se retiran del agua diferentes fracciones salinas y el agua/vapor se usa para accionar turbinas de la planta energética.

10. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que la energía para llevar el fluido a las condiciones supercríticas es suministrada por una pila de combustible o una planta energética.