PROCESO DE SEPARACION.

Un proceso para separar componentes disueltos de una solución,

comprendiendo dicho proceso a) introducir una primera solución en un estanque solar e irradiar la solución con energía solar, de manera que se establecen gradientes de temperatura y concentración, con lo que la temperatura y concentración de soluto en la base del estanque es mayor que la temperatura y concentración de soluto en la superficie del estanque, b) introducir una parte de la primera solución desde el estanque en una primera unidad de ósmosis, y poner en contacto la parte con un lado de una membrana selectivamente permeable, c) poner en contacto el otro lado de la membrana selectivamente permeable con una segunda solución que tiene una menor concentración de soluto que la parte de la primera solución del estanque, de manera que el disolvente de la segunda solución pasa a través de la membrana para diluir y presurizar la parte de la primera solución, d) retirar la parte diluida de la primera solución de la primera unidad de ósmosis, y e) usar un sistema de intercambio de presión para transferir la presión generada en la parte diluida de la primera solución a una solución de componentes disueltos, tal como para dirigir la solución de componentes disueltos a través de una membrana para separar al menos parte de los componentes disueltos de la solución

La presente invención se refiere a un proceso para separar componentes disueltos de una solución. La presente invención se refiere también a un proceso para separar un disolvente de una solución.

Se conocen diversos métodos para separar componentes disueltos de soluciones. Por ejemplo, los componentes disueltos pueden retirarse del agua de mar por ósmosis inversa. En la ósmosis inversa, el agua de mar se pone en un lado de una membrana semipermeable y se somete a una presión elevada. El otro lado de la membrana se mantiene a presión atmosférica. La diferencia de presión resultante provoca que el agua fluya a través de la membrana, dejando un concentrado salado en el lado presurizado de la membrana.

Para generar las altas presiones requeridas para activar el proceso de ósmosis inversa, el agua de mar generalmente se bombea hacia la unidad de ósmosis inversa a presiones de 5 a 8 MPa. Las bombas necesarias para proporcionar estas altas presiones son caras. Los costes operativos también son altos.

El documento US5098575 A describe un método y aparato para reducir la concentración de una primera sustancia en el primer líquido: (a) sometiendo el primer líquido a ósmosis natural, a través de un primer cuerpo semipermeable, con respecto a un líquido intermedio, líquido intermedio que es una solución o suspensión de una segunda sustancia en un segundo líquido, siendo el segundo líquido el mismo que el primer líquido y haciéndolo pasar a través del primer cuerpo semipermeable, siendo la segunda sustancia de mayor tamaño molecular que la primera sustancia y no haciéndola pasar a través del primer cuerpo semipermeable, con lo que la cantidad del segundo líquido en líquido intermedio aumenta; y (b) someter el líquido intermedio a ósmosis inversa a presión a través de un segundo cuerpo semipermeable para hacer pasar a través del mismo el segundo líquido.

En el documento US3906250 A se describe un método y aparato para generar energía utilizando ósmosis retardada por presión. Un primer líquido que tiene una presión osmótica relativamente alta se introduce a una presión hidráulica relativamente alta en una primera ruta, en la que entra en contacto con una cara de una membrana semipermeable, y un segundo líquido que tiene una menor presión osmótica se introduce a una menor presión hidráulica en una segunda ruta, en la que entra en contacto con la cara opuesta de la membrana. En cada punto en las dos rutas la diferencia de presión hidráulica entre los líquidos en las caras opuestas de la membrana se mantiene a un valor que es menor que la diferencia de presión osmótica entre los líquidos. Parte del segundo líquido pasa por ósmosis retardada por presión a través de la membrana semipermeable, formando una solución mixta presurizada de mayor volumen que la del primer líquido introducido en la primera ruta. La energía potencial almacenada en la solución mixta presurizada se convierte después en energía útil, tal como energía eléctrica o mecánica.

En el documento US4283913 A se emplea un estanque solar no convectivo, saturado, como un dispositivo sin mezcla junto con electrodiálisis inversa u ósmosis retardada por presión para la generación de energía.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un proceso para separar componentes disueltos de una solución como se describe en la reivindicación 1.

En la etapa a), se introduce una primera solución en un estanque solar y se irradia con energía solar, de manera que se establece un gradiente de concentración, con lo que la concentración de soluto en la base del estanque es mayor que la concentración de soluto en la superficie del estanque. La energía solar provoca también que se establezca un gradiente de temperatura, con lo que la temperatura en la base del estanque es mayor que la temperatura en la superficie del estanque. Como resultado, la solución en la base del estanque generalmente es de mayor concentración (mayor potencial osmótico) y mayor temperatura que la solución en la superficie del estanque.

El estanque solar en la etapa a) proporciona un medio para "recoger" energía solar en forma de gradientes de concentración de calor y soluto. Durante el funcionamiento, el estanque solar tiene una mayor concentración de temperatura de soluto en el fondo del estanque y una menor temperatura y concentración de solución en la parte superior del estanque. La energía solar usada para establecer los gradientes de temperatura y concentración necesarios puede complementarse con otras formas de energía, tales como energía eólica. También pueden añadirse sales (por ejemplo, las sales del suelo) al estanque solar para mantener el gradiente de concentración deseado. Como alternativa o adicionalmente, las corrientes residuales de plantas industriales con altas concentraciones salinas pueden introducirse en el estanque solar. Los ejemplos de corrientes adecuadas incluyen corrientes salinas de plantas de desalinización y extracción de las torres de refrigeración. Un estanque solar adecuado se describe en el documento US 4.244.351, donde el estanque está saturado con una sal que tiene una solubilidad que es una función directa de la temperatura. Los estanques solares adecuados se describen también en los documentos US 4.408.459 y US 4.244.351.

En la etapa b), una parte de la primera solución se introduce en una primera unidad de ósmosis. Preferiblemente, una parte de la primera solución de la base del estanque se introduce en la primera unidad de ósmosis. En la unidad de ósmosis, la parte de la primera solución se pone en contacto con un lado de una membrana selectivamente permeable. El otro lado de la membrana se pone en contacto con una segunda solución, que tiene una menor concentración de soluto (menor potencial osmótico) que la parte de la primera solución del estanque (etapa c). Como resultado de esa diferencia en el potencial osmótico, el disolvente (preferiblemente, el disolvente líquido) de la segunda solución pasa a través de la membrana para diluir y presurizar la parte de la primera solución (por ósmosis). Una vez que el disolvente de la segunda solución ha pasado a través de la membrana, la segunda solución concentrada puede reciclarse opcionalmente al estanque solar.

La parte de la primera solución puede presurizarse a una presión de 1 a 15 MPa, preferiblemente de 3 a 8 MPa en la etapa c).

Puede usarse cualquier membrana adecuada en la primera unidad de ósmosis (véanse las etapas b y c). Preferiblemente, la membrana empleada tiene un tamaño de poro medio de 1 a 80 Ángstrom, más preferiblemente de 2 a 50 Ángstrom. En una realización preferida, la membrana tiene un tamaño de poro medio de 5 a 30 Ángstrom. El tamaño de poro de la membrana puede seleccionarse dependiendo del tamaño de los solutos que requieren separación.

Las membranas selectivas adecuadas incluyen membranas integrales y membranas compuestas. Los ejemplos específicos de membranas adecuadas incluyen membranas formadas de acetato de celulosa (CA), triacetato de celulosa (CTA), tales como/similares a aquellas usadas en el estudio de McCutcheon et al., Desalination 174 (2005) 1-11, y membranas formadas de poliamida (PA). Puede emplearse una serie de membranas. Otros ejemplos de membranas adecuadas para la unidad o unidades de ósmosis incluyen Fibra Hueca Toyobo, que son módulos tubulares con ambos extremos abiertos (Hollowsep).

La membrana puede ser plana o tomar la forma de un tubo o fibra hueca. Si se desea, la membrana puede soportarse sobre una estructura de soporte, tal como un soporte de malla.

En una realización, una o más membranas tubulares puede disponerse dentro de una carcasa o cubierta. La primera solución puede introducirse en la carcasa, mientras que la segunda solución puede introducirse en los tubos. Como la concentración de soluto de la primera solución es mayor (es decir, la solución tiene un mayor potencial osmótico) que la de la segunda solución, el disolvente se difundirá a través de la membrana desde la segunda solución hacia la primera solución. De esta manera, la primera solución cada vez se diluirá más y la segunda solución cada vez se concentrará más. La primera solución diluida puede recuperarse de la carcasa, mientras que la segunda solución concentrada puede retirarse del interior de los tubos.

Cuando se emplea una membrana plana, la hoja puede laminarse de manera que defina una sección transversal en espiral.

En la etapa d), la parte diluida y presurizada de la primera solución se retira de la primera...

1. Un proceso para separar componentes disueltos de una solución, comprendiendo dicho proceso

a) introducir una primera solución en un estanque solar e irradiar la solución con energía solar, de manera que se establecen gradientes de temperatura y concentración, con lo que la temperatura y concentración de soluto en la base del estanque es mayor que la temperatura y concentración de soluto en la superficie del estanque,

b) introducir una parte de la primera solución desde el estanque en una primera unidad de ósmosis, y poner en contacto la parte con un lado de una membrana selectivamente permeable,

c) poner en contacto el otro lado de la membrana selectivamente permeable con una segunda solución que tiene una menor concentración de soluto que la parte de la primera solución del estanque, de manera que el disolvente de la segunda solución pasa a través de la membrana para diluir y presurizar la parte de la primera solución,

d) retirar la parte diluida de la primera solución de la primera unidad de ósmosis, y

e) usar un sistema de intercambio de presión para transferir la presión generada en la parte diluida de la primera solución a una solución de componentes disueltos, tal como para dirigir la solución de componentes disueltos a través de una membrana para separar al menos parte de los componentes disueltos de la solución.

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la membrana en la etapa e) es una membrana de nanofiltración o una membrana de ósmosis inversa.

3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la presión generada en la parte diluida de la primera solución se usa también para dirigir la parte de la primera solución del estanque hacia la primera unidad de ósmosis en la etapa b).

4. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones

anteriores, en el que el sistema de intercambio de presión se usa para transferir la presión generada en la parte diluida de la primera solución a la parte de la primera solución del estanque, tal como para dirigir la parte de la primera solución del estanque hacia la primera unidad de ósmosis en la etapa b).

5. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones

anteriores, que comprende

proporcionar una solución inicial,

usar una primera parte de la solución inicial como la primera solución de la etapa a),

usar una segunda parte de la solución inicial como la segunda solución en la etapa c), y,

opcionalmente, usar una tercera parte de la solución inicial tal como para formar la solución de componentes disueltos que se hace pasar a través de la membrana en la etapa e).

6. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende reciclar la segunda solución de la primera unidad de ósmosis al estanque solar.

7. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en el que la solución inicial se selecciona entre uno o más de agua de mar, agua salobre, agua de río, agua de lado y corrientes residuales de procesos industriales o agrícolas.

8. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que la solución inicial se trata para retirar partículas suspendidas y reducir el riesgo de ensuciamiento biológico y corrosión.

9. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, en el que una tercera parte de la solución inicial se usa para formar la solución de componentes disueltos

disolviendo los componentes en un disolvente para proporcionar una solución concentrada de componentes disueltos, que tiene una concentración de soluto que es mayor que la concentración de soluto de la solución inicial,

poniendo en contacto la solución concentrada de componentes disueltos con un lado de una membrana selectivamente permeable en una unidad de

ósmosis adicional,

poniendo en contacto la solución inicial con el lado opuesto de la membrana selectivamente permeable, de manera que el disolvente de la solución inicial pase a través de la membrana selectivamente permeable para diluir la solución concentrada de componentes disueltos.

10. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la unidad de ósmosis adicional se sumerge o instala a un nivel submarino.

11. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 9, en el que, una vez que el disolvente de la solución inicial se ha hecho pasar a través de la membrana selectivamente permeable, la solución inicial concentrada se recicla al estanque solar.

12. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en el que la solución inicial es una solución formada disolviendo un soluto en un disolvente para proporcionar un precursor de la solución inicial,

poniendo en contacto el precursor de la solución inicial con un lado de una membrana selectivamente permeable en una unidad de ósmosis adicional, y

poniendo en contacto el lado opuesto de dicha membrana selectivamente permeable con una solución que tiene una menor concentración de soluto que el precursor de la solución inicial, de manera que el disolvente de la solución que tiene dicha menor concentración de soluto pasa a través de la membrana para diluir el precursor de la solución inicial para formar la solución inicial.

13. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la solución que tiene una menor concentración de soluto que el precursor de la solución inicial se selecciona entre uno o más de agua de mar, agua de río, agua de lago, agua salobre y corrientes residuales de procesos industriales o agrícolas.

14. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la solución que tiene una menor concentración de soluto que el precursor de la solución

inicial es agua de mar, agua de río o agua salobre, y la unidad de ósmosis adicional está al menos parcialmente sumergida en dicha agua de mar, agua de río o agua salobre.

15. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 12, 13 ó 14, en el que una tercera parte de la solución inicial producida se usa como la solución de componentes disueltos.

16. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 12, 13 ó 14, en el que una tercera para de la solución inicial producida se usa para formar la solución de componentes disueltos

introduciendo la tercera parte de la solución inicial producida en otra unidad de ósmosis,

poniendo en contacto la tercera parte de la solución inicial con un lado de una membrana selectivamente permeable,

poniendo en contacto el lado opuesto de dicha membrana selectivamente permeable con una solución concentrada de componentes disueltos, que es más concentrada que la tercera parte de la solución inicial, de manera que el disolvente de la tercera parte de la solución inicial pasa a través de la membrana para diluir la solución concentrada de componentes disueltos.

17. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la solución de componentes disueltos es una solución de al menos uno de sulfato de magnesio, sulfato sódico, cloruro cálcico, alumbre potásico, hidrogenofosfato disódico, glucosa, fructosa, sacarosa, cloruro sódico y cloruro potásico.

18 Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, en la etapa b), la parte de la primera solución se retira de la base del estanque.

19. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la parte de la primera solución se recicla, directa o indirectamente, al estanque solar después de la etapa e).

20. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos algunos de los componentes disueltos se separan de la solución de componentes disueltos en la etapa e) para producir una solución concentrada de componentes disueltos.

21. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 20, en el que la solución concentrada de componentes disueltos se diluye por ósmosis para regenerar la solución de componentes disueltos.

22. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 20 ó 21, que comprende adicionalmente retirar cantidades adicionales de disolvente de la solución concentrada de componentes disueltos por separación térmica.

23. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 22, en el que el método de separación térmica se selecciona entre destilación térmica, destilación con membranas, destilación por pulverización rápida e híbridos o combinaciones de las mismas.

24. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda solución también está a una temperatura menor que la parte de la primera solución en el lado opuesto de la membrana.

25. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la membrana selectivamente permeable usada en las etapas b) y c) es una membrana de fibra fina, hueca, tubular.

26. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la solución de componentes disueltos se trata para asegurar que su concentración y/o potencial osmótico está a un valor diana antes de ponerla en contacto con la membrana.

27. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 26, en el que la solución de componentes disueltos se trata por electrodiálisis, electrodiálisis inverso, tratamiento electroquímico, control de temperatura y/o control de pH, para asegurar que su concentración y/o potencial osmótico está a dicho valor diana.