RETIRADA DE DISOLVENTE MEDIANTE UN PROCESO DE OSMOSIS DIRECTA.

Un proceso para retirar agua de una primera solución, dicho proceso que comprende:

i) proporcionar una primera solución que comprende agua de mar o agua salobre, ii) formar una segunda solución que tiene un potencial osmótico mayor que la primera solución disolviendo un soluto seleccionado que es una sal en agua, a) colocar una primera membrana selectiva entre la primera solución y la segunda solución, de tal forma que el agua de la primera solución pase a través de la primera membrana para diluir la segunda solución por ósmosis directa, y b) recuperar agua a partir de la segunda solución diluida por nanofiltración, en la que la segunda solución se forma usando solutos que son muy grandes para pasar a través de los poros de la membrana de nanofiltración; en el que la segunda solución formada en la etapa (ii) está sustancialmente libre de partículas suspendidas, materia biológica y componentes que provocan el ensuciamiento de los aparatos usados en la etapa b); y en el que se incluye un agente anti-incrustamiento en la segunda solución

La presente invención se refiere a un proceso para retirar un disolvente de una solución. En particular, aunque no exclusivamente, la presente invención se refiere a un proceso para retirar agua de una solución acuosa, tal como agua de mar.

Se conocen varios métodos para retirar disolventes de las soluciones. Por ejemplo, puede extraerse agua de agua de mar mediante métodos de destilación tales como destilación ultrarrápida de multi-etapa. En un proceso de destilación ultrarrápida multi-etapa, se introduce agua de mar en una serie de tubos y se calienta a una temperatura elevada. El agua de mar calentada se introduce después en una cámara de evaporación y se somete a una presión por debajo de su presión de vapor. La reducción brusca en la presión provoca la ebullición o inflamación. Los vapores inflamados se separan del residuo salado mediante condensación en los tubos de las corrientes de agua de mar entrantes. Se utiliza una serie de cámaras de evaporación. Por lo tanto, la etapa de evaporación o inflamación tiene lugar en múltiples etapas.

También puede separarse el agua del agua de mar mediante ósmosis inversa. En la ósmosis inversa, se coloca agua de mar en un lado de una membrana semi-permeable y se somete a presiones de 5 a 8 MPa. El otro lado de la membrana se mantiene a presión atmosférica. El diferencial de presión resultante provoca que el agua fluya a través de la membrana, dejando un concentrado salado en el lado presurizado de la membrana. Típicamente, las membranas semi-permeables tienen un tamaño de poro medio de, por ejemplo, 1 a 5 Angstroms.

Después de un periodo de funcionamiento, los poros de la membrana semi-permeable pueden quedar obstruidos mediante sales depositadas, contaminantes biológicos y partículas suspendidas en el agua de mar. Por lo tanto, pueden requerirse mayores presiones para mantener el nivel deseado de flujo a través de la membrana. El diferencial de presión aumentado puede promover adicionalmente que tenga lugar adicionalmente la obstrucción. Por lo tanto, las membranas deben limpiarse y reemplazarse en intervalos regulares, interrumpiendo la continuidad del proceso y aumentando los costes de funcionamiento.

Se han realizado intentos para reducir el nivel de obstrucción de la membrana. Por ejemplo, el agua de mar puede pretratarse para retirar las partículas suspendidas y la materia biológica. Alternativamente o adicionalmente, la solución residual en el lado de alta presión de la membrana puede descargarse en intervalos regulares para evitar que la presión osmótica exceda un umbral predeterminado.

Los procesos de desalación usando ósmosis directa como una primera etapa también se conocen en la técnica. En dichos procesos la solución de agente osmótico que recibe agua se trata adicionalmente para retirar el agua de la misma, por ejemplo por medio de precipitación (US 3 532 621 A), evaporación (US 5 281 430 A), electrodiálisis (WO 97/18166 A) u ósmosis inversa (US 4 781 837 A, WO 99/39799 A). Normalmente en este documento, se usan soluciones de sales producidas de forma sintética como soluciones de marcado osmóticas. Es un objeto de la invención proporcionar una operación estable a largo plazo de dicho sistema de ósmosis directa con la recuperación de disolvente.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un proceso para retirar un disolvente de una primera solución como se define en la reivindicación 1.

Preferiblemente, la primera membrana tiene un tamaño de poro medio de 10 a 80 Angstroms, más preferiblemente, 15 a 50 Angstroms. En una realización preferida, la membrana tiene un tamaño de poro medio de 20 a 30 Angstroms. El tamaño de poro de la membrana puede seleccionarse dependiendo del tamaño de las moléculas de disolvente que requieren separación. En general, cuanto mayor sea el tamaño de poro, mayor será el flujo a través de la membrana.

Cualquier primera membrana selectiva adecuada puede usarse en el proceso de la presente invención. Puede usarse un conjunto de membranas. Las membranas selectivas adecuadas incluyen membranas integrales y membranas compuestas. Ejemplos específicos de membranas adecuadas incluyen membranas formadas de acetato de celulosa (CA) y membranas formadas de poliamida (PA). Preferiblemente, la membrana es una membrana selectiva de iones.

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

En una realización, pueden disponerse una o más membranas tubulares dentro de un alojamiento o carcasa. La primera solución puede introducirse en el alojamiento, mientras que la segunda solución puede introducirse en los tubos. Ya que el potencial osmótico de la primera solución es menor que el de la segunda solución, el disolvente se difundirá a través de la membrana desde la primera solución en la segunda solución. Por lo tanto, la segunda solución se volverá cada vez más diluida y la primera solución, cada vez más concentrada. La segunda solución diluida puede recuperarse del interior de los tubos, mientras que la primera solución concentrada puede retirarse del alojamiento.

Cuando se emplea una membrana plana, la lámina puede enrollarse de tal forma que defina una espiral en sección transversal.

Pueden estar presentes uno o más solutos en cada una de las soluciones. En una realización preferida, la primera solución comprende una pluralidad de solutos, mientas que la segunda solución se forma disolviendo una o más sales conocidas en agua.

En el proceso de la presente invención, la primera solución se coloca en un lado de una membrana selectiva. Una segunda solución que tiene un potencial osmótico mayor se coloca en el lado opuesto de la membrana. La segunda solución tiene una concentración de soluto mayor (y por consiguiente una concentración de disolvente menor) que la primera solución.

Como resultado de la diferencia en el potencial osmótico entre la primera solución y la segunda solución, el disolvente pasa a través de la membrana desde el lado de bajo potencial osmótico al lado de alto potencial osmótico. El flujo tiene lugar con un flujo alto debido al gran tamaño de poro medio de la membrana. No se requieren presiones elevadas para inducir que el disolvente fluya. Sin embargo, puede aplicarse un diferencial de presión a través de la membrana, por ejemplo, para mejorar la velocidad del proceso de separación.

Aunque las especies de soluto en la primera solución pueden ser suficientemente pequeñas para pasar a través de los poros de la membrana, se evita que lo hagan al menos inicialmente debido al alto potencial osmótico en el otro lado de la membrana. El flujo de estas especies de soluto a través de la membrana es solamente posible una vez que el potencial osmótico sea igual en ambos lados de la membrana o el potencial osmótico sea mayor en la primera solución.

La segunda solución contiene especies de soluto que son muy grandes para pasar a través de los poros de la membrana. Como resultado, el disolvente de la primera solución se difundirá en la segunda solución a una velocidad alta, mientras que el paso de soluto entre las dos soluciones se limita o evita.

Opcionalmente, la segunda solución puede contener también especies de soluto que son suficientemente pequeñas para pasar a través de los poros de la membrana. Estas especies pequeñas no pasarán a través de la membrana si su concentración en la segunda solución está por debajo de su concentración en la primera solución. Por lo tanto, en una realización preferida, la segunda solución contiene opcionalmente al menos una especie de soluto que es suficientemente pequeña para pasar a través de los poros de la membrana en una concentración que es menor que la concentración de las especies correspondientes en la primera solución.

Ya que el disolvente pasa de la primera solución a la segunda solución, la primera solución se vuelve cada vez más concentrada. Una vez que la concentración de la primera solución alcanza un cierto umbral, la solución puede recuperarse o descartarse. Por lo tanto, el proceso de la presente invención puede usarse para convertir la primera solución en una forma concentrada para la eliminación. Como alternativa, puede retirarse más disolvente de la primera solución concentrada repitiendo la etapa de separación por membrana inicial. Específicamente, puede retirarse más disolvente... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para retirar agua de una primera solución, dicho proceso que comprende:

i) proporcionar una primera solución que comprende agua de mar o agua salobre, ii) formar una segunda solución que tiene un potencial osmótico mayor que la primera solución disolviendo un soluto seleccionado que es una sal en agua,

a) colocar una primera membrana selectiva entre la primera solución y la segunda solución, de tal forma que el agua de la primera solución pase a través de la primera membrana para diluir la segunda solución por ósmosis directa, y b) recuperar agua a partir de la segunda solución diluida por nanofiltración, en la que la segunda solución se forma usando solutos que son muy grandes para pasar a través de los poros de la membrana de nanofiltración;

en el que la segunda solución formada en la etapa (ii) está sustancialmente libre de partículas suspendidas, materia biológica y componentes que provocan el ensuciamiento de los aparatos usados en la etapa b); y en el que se incluye un agente anti-incrustamiento en la segunda solución.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una presión elevada inducida en la segunda solución por flujo de entrada de agua a partir de la primera solución se usa para asistir la extracción de agua de la segunda solución.

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la membrana de nanofiltración es adecuada para la separación de componentes que tienen un tamaño de 0,001 a 0,01 micrómetros.

4. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las especies de soluto en la segunda solución comprenden al menos una especie catiónica y/o al menos una especie aniónica que es mayor que un tamaño de poro medio de la membrana de nanofiltración.

5. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende dividir la segunda solución diluida a partir de la etapa (a) en una primera parte y una segunda parte, extrayendo disolvente de la primera parte haciendo pasar la primera parte a través de la membrana de nanofiltración de la etapa (b), y extrayendo disolvente de la segunda parte mediante cristalización y/o destilación.

6. El proceso de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el residuo a partir de la etapa de nanofiltración (b) se trata mediante una técnica de cristalización y/o destilación.

7. El proceso de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la técnica de cristalización y/o destilación se selecciona entre destilación multi-flash, destilación multi-efecto, compresión mecánica de vapor, MED-termocompresión y destilación por pulverización rápida.

8. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el soluto en la segunda solución se selecciona entre el grupo que consiste en sulfato de magnesio, cloruro de magnesio, sulfato sódico, cloruro cálcico, alumbre potásica, cloruro potásico, cloruro sódico e hidrogenofosfato disódico.

9. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera membrana de la etapa a) tiene un tamaño de poro medio de 5 a 50 Angstroms.

10. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la solución en cualquier lado de la primera membrana selectiva se calienta a una temperatura de 30 a 80 ºC.

11. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se usa una combinación de técnicas para recuperar agua a partir de la segunda solución.

12. El proceso de acuerdo con la reivindicación 11, en el que las técnicas se realizan secuencialmente o en paralelo.

13. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agua se recupera a partir de la segunda solución mediante una técnica de membrana seguido de una técnica seleccionada entre destilación ultrarrápida multi-etapa, destilación multi-efecto, compresión mecánica de vapor, desalación por pulverización rápida y cristalización.

14. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agua recuperada del proceso se utiliza para bombear petróleo de los pozos petrolíferos.