Método para mejorar el rendimiento de un sistema de ósmosis inversa para desalación de agua de mar, y sistema de ósmosis inversa modificado obtenido a partir del mismo.

Un método para mejorar el rendimiento de un sistema de ósmosis inversa (11) convencional para desalación deagua de mar (AM),

comprendiendo dicho sistema (11):

una bomba de alta presión (AP) (13) que tiene una entrada de bomba (13a) para recibir en el interior de la mismaun suministro de AM que tiene un caudal de AM QW y una salida de bomba para la descarga de dicho suministrode AM desde la misma, quedando dicha bomba igual que en el sistema convencional, de manera que PBOMBA'≥PBOMBA, quedando dicho caudal QW sustancialmente igual que en el sistema convencional, de manera que QW' ≥QW, pudiéndose operar dicha bomba (13) por medio de un motor (15) y una turbina de Pelton (17) que tiene unaentrada de turbina (17a) para recibir en el interior de la misma una salmuera que tiene un caudal QB y una salida(17b) de salmuera de turbina para la descarga de dicha salmuera desde la misma; teniendo dicho motor (15) unapotencia PMOTOR de operación convencional a la cual se suele operar la bomba antes de que se mejore elrendimiento del sistema, y una potencia de operación máxima más elevada que la potencia de operaciónconvencional PMAX;

un dispositivo de membrana de ósmosis inversa (OI) (19) que tiene una entrada de AM OI (19a) para recibir en elinterior del mismo dicho suministro de AM, una salida de permeado de OI (19b) para la descarga desde el mismode un permeado que tiene un caudal de permeado QP, y una salida de salmuera de OI (19c) para la descarga dedicha salmuera desde el mismo, de manera que QW ≥ QB + QP; una tubería hidráulica de bomba (12) paraproporcionar comunicación fluida entre dicha salida de bomba (13b) y dicha entrada de AM de OI (19a); y unatubería hidráulica de turbina (14) para proporcionar comunicación fluida entre dicha salida de salmuera de OI(19c) y dicha entrada de salmuera de turbina (17a); comprendiendo además dicho sistema una adición de OI(19') al dispositivo existente de membrana de OI (19); comprendiendo el método

operar el motor (15) a una potencia PMOTOR', en la que PMOTOR' >PMOTOR; y que cumple la condición PMOTOR' £PMAX;

calcular la potencia de la turbina como PTURBINA' ≥ PBOMBA' - PMOTOR';

resultando el aumento de flujo del permeado QP de determinar el aumento de tamaño de la adición (19') aldispositivo de OI (19);

proporcionar un dispositivo de recuperación de energía (DRE) (25) que comprende una entrada de salmueraDRE (25a), una salida de salmuera DRE (25b), una entrada de AM DRE (25c) y una salida de AM DRE (25d);dividir el nuevo flujo de salmuera descargado desde dicha salida de salmuera de OI (19c) en un primer flujode salmuera para ser recibido en dicha entrada de salmuera DRE (25a) y para que se descargue desde dichasalida de salmuera DRE (25b), y un segundo flujo de salmuera para ser recibido en dicha entrada desalmuera de turbina (17a) y para que se descargue desde dicha salida de drenaje de turbina (17b), teniendodicho primer flujo de salmuera un primer caudal de salmuera QB1 y teniendo dicho segundo flujo de salmueraun segundo caudal de salmuera QB2 que es menor que dicho caudal de salmuera QB, en el que dicho flujo desalmuera a través de dicha turbina (17) se reduce en el sistema modificado con respecto al flujo de salmueraa través de la turbina en el sistema de OI convencional, de manera que QB2< QB;

aportar un suministro adicional de AM para ser recibido en dicha entrada de AM DRE (25c) y para que sedescargue desde dicha salida de AM DRE (25d), teniendo dicho suministro un caudal de suministro QADICIONALsustancialmente igual a dicho primer caudal de salmuera QB1;

proporcionar una bomba de refuerzo (27) que tiene una entrada de bomba de refuerzo (27a) para recibir ensu interior dicho suministro adicional de AM desde dicha salida de AM DRE (25d), y una salida de bomba derefuerzo (27b) para la descarga desde la misma de dicho suministro de AM adicional;

proporcionar una tubería hidráulica DRE (24) para comunicación fluida entre dicha tubería hidráulica deturbina (14) y dicha entrada de salmuera DRE (25a);

proporcionar una primera tubería hidráulica de bomba de refuerzo (26) para comunicación fluida entre dichasalida de AM DRE (25d) y dicha entrada de bomba de refuerzo (27a); y

proporcionar una segunda tubería hidráulica de bomba de refuerzo (28) para comunicación fluida entre dichasalida de bomba de refuerzo (27b) y dicha tubería hidráulica de bomba (12).

Método para mejorar el rendimiento de un sistema de ósmosis inversa para desalación de agua de mar, y sistema de ósmosis inversa modificado obtenido a partir del mismo 5

Campo de la invención La presente invención se refiere a sistemas para el desalación de agua de mar, y en particular a dichos sistemas que usan ósmosis inversa (OI) .

Antecedentes de la invención Se conoce un proceso de ósmosis inversa (OI) para la desalación de agua de mar, que termina en la generación de un producto (permeado) y salmuera (concentrado) a partir de agua de mar, y en el que se usan bombas de alta 15 presión para el suministro de agua de mar al sistema. El documento US 2007/0181473 A1 describe una instalación de desalación de agua para la desalación de agua de mar de acuerdo con el método de ósmosis inversa y que hace uso de una combinación de bomba de refuerzo y una turbina de Pelton para la recuperación de la energía en el concentrado. Normalmente, el componente más grande del coste de operación de dicho proceso es la energía necesaria para accionar las bombas de alta presión. La mayoría de la energía de presión del agua de alimentación que fluye hasta las membranas de OI abandona las membranas con el agua de rechazo de salmuera. Se han desarrollado un número de dispositivos para recuperar energía de presión a partir de la corriente de rechazo de salmuera. Un ejemplo de dichos dispositivos es el dispositivo de recuperación de energía isobárico (ERD) , que recibe la corriente de concentrado y el agua de mar nueva en las mismas cámaras y compensa la presión entre ellas. Dicho dispositivo normalmente aumenta la capacidad y la eficacia de operación máxima de los sistemas de desalación.

Sumario de la invención De acuerdo con un aspecto de la presente invención tal y como se describe en la reivindicación 1, se proporciona un método para mejorar el rendimiento de un sistema convencional de ósmosis inversa para la desalación de agua de mar (AM) , comprendiendo dicho sistema: una bomba de alta presión (AP) que tiene una entrada de bomba para recibir en su interior un suministro de AM que tiene un caudal de AM Qw, y una bomba de salida para la descarga de dicho suministro de AM desde la misma, quedando dicha bomba igual que en el sistema convencional, tal como PBOMBA´ = PBOMBA, siendo dicho caudal QW sustancialmente el mismo que en el sistema convencional, de manera que 35 QW´ = QW, pudiéndose operar dicha bomba por un motor y por medio de una turbina de Pelton que tiene una entrada de salmuera de turbina para recibir en el interior una salmuera que tiene un caudal de salmuera QB y una salida de salmuera de turbina para la descarga de dicha salmuera desde la misma; teniendo dicho motor una potencia PMOTOR de operación convencional a la cual se mejora la bomba usada para la operación antes del rendimiento del sistema, y una potencia de operación máxima mayor que la potencia PMAX de operación convencional; un dispositivo de membrana de ósmosis inversa (OI) que tiene una entrada de OI AM para recibir dicho suministro de AM en el interior, una salida de permeado OI para la descarga de un permeado a partir del mismo, que tiene un caudal de permeado Qp, y una salida de salmuera de OI para la descarga de salmuera a partir del mismo de manera que QW = QB + QP; una tubería hidráulica de bomba para proporcionar comunicación fluida entre dicha salida de bomba y dicha entrada de AM OI; y una tubería hidráulica de turbina para proporcionar comunicación fluida entre dicha salida 45 de salmuera de OI y dicha entrada de salmuera de turbina; comprendiendo además dicho sistema una adición de OI (19´) al dispositivo (19) existente de membrana de OI; comprendiendo el método: operar el motor a una potencia de PMOTOR´, en la que PMOTOR´ > PMOTOR y que satisface la condición de PMOTOR´ ≤ PMAX calculando la potencia de la turbina como PTURBINA´ = PBOMBA´ - PMOTOR´; el aumento de flujo de permeado QP´ que resulta del mismo y que determina el aumento de tamaño de la adición (19´) al dispositivo OI (19) ; proporcionar un dispositivo de recuperación de energía (DRE) que comprende una entrada de salmuera DRE, una salida de salmuera DRE, una entrada de AM DRE y una salida de AM DRE; dividir el flujo de salmuera nueva descargada a partir de dicha salida de salmuera de OI para dar lugar a un primer flujo de salmuera que se va a recibir en dicha entrada de salmuera de DRE y para su descarga a partir de dicha salida de salmuera de DRE, y un segundo flujo de salmuera que se va a recibir en dicha entrada de salmuera de turbina y para su descarga desde dicha salida de drenaje de turbina, 55 teniendo dicho primer flujo de salmuera un primer caudal de salmuera QB1 y teniendo dicho segundo flujo de salmuera un segundo caudal de salmuera QB2 que es menor que dicho caudal QB de salmuera; en el que dicho flujo de salmuera a través de dicha turbina (17) se reduce en el sistema modificado con respecto al flujo de salmuera a través de la turbina del sistema de OI convencional, de manera que QB2 < QB; aportar un suministro adicional de AM que se alberga en dicha entrada de AM DRE y para su descarga a partir de dicha salida de AM DRE, teniendo dicho suministro un caudal de suministro QADICIONAL sustancialmente igual a dicho primer caudal de salmuera QB1; proporcionar una bomba de refuerzo que tiene una entrada de bomba de refuerzo para recibir en su interior dicho suministro adicional de AM a partir de dicha salida de AM DRE, y una salida de bomba de refuerzo para la descarga de dicho suministro adicional de AM desde la misma; proporcionar una tubería hidráulica de DRE para la comunicación fluida entre dicha tubería hidráulica de turbina y dicha entrada de salmuera DRE; proporcionar un 65 primera tubería hidráulica de bomba de refuerzo para comunicación fluida entre dicha salida de AM DRE y dicha entrada de bomba de refuerzo; y proporcionar una segunda tubería hidráulica de bomba de refuerzo para la comunicación fluida entre dicha salida de bomba de refuerzo y dicha tubería hidráulica de bomba.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de recuperación de energía OI obtenido por medio del método de la presente invención a partir del sistema OI convencional, como se ha descrito 5 anteriormente.

Descripción de los dibujos Con el fin de comprender la invención y de ver el modo de llevarla a cabo en la práctica, ahora se describen las 10 realizaciones, a modo únicamente de ejemplos no limitantes, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema de OI convencional para desalación de agua de mar (AM) ;

La Figura 2 A y 2B ilustran esquemáticamente dos ejemplos de sistema de recuperación de energía de OI para 15 desalación de agua de mar, diseñado de acuerdo con un método de la presente invención; y

La Figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra el orden de determinación de los parámetros de los sistemas que se muestran en las Figuras 2A y 2B.

Descripción detallada de las realizaciones La Figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema de OI 11 convencional para desalación de agua de mar (AM) , al que además se puede hacer referencia como sistema original 11, y que se explicará ahora de acuerdo con la presente invención, pudiéndose modificar este sistema para mejorar su rendimiento.

El sistema 11 comprende una bomba 13 de alta presión (AP) que tiene entrada de bomba 13a y una salida de bomba 13b, un motor 15, una turbina 17, tal como, por ejemplo, una turbina de Pelton, que tiene una entrada de turbina 17a y una salida de drenaje de turbina 17b, y un dispositivo de membrana de OI 19 que tiene una entrada de OI 19a, una salida de permeado de OI 19b y una salida de salmuera de OI 19c. El sistema 11 además comprende tuberías hidráulicas, concretamente, una tubería hidráulica de bomba 12 que proporciona una comunicación fluida entre la salida de bomba 13b y la entrada de OI 10a, y una tubería hidráulica de turbina 14 que proporciona comunicación fluida entre la salida de salmuera de OI 19c y la entrada de turbina 17a.

Durante la operación, se suministra AM que tiene un caudal de AM QW a la entrada de bomba 13a, presurizada por

medio de la bomba 13 y se suministra al dispositivo de OI 19 por medio de la tubería hidráulica 12, en la que experimenta el proceso de desalado de OI, que se conoce de por sí, que no constituye un objeto de la presente invención y que por tanto no se describe con detalle en la presente memoria. Se descarga el agua de mar desalada, denominada como permeado P, que tiene un caudal de permeado QP, a partir de la salida de permeado 19b. Se descarga el agua salada concentrada, denominada como B, que tiene un caudal... [Seguir leyendo]

1. Un método para mejorar el rendimiento de un sistema de ósmosis inversa (11) convencional para desalación de agua de mar (AM) , comprendiendo dicho sistema (11) :

una bomba de alta presión (AP) (13) que tiene una entrada de bomba (13a) para recibir en el interior de la misma un suministro de AM que tiene un caudal de AM QW y una salida de bomba para la descarga de dicho suministro de AM desde la misma, quedando dicha bomba igual que en el sistema convencional, de manera que PBOMBA´= PBOMBA, quedando dicho caudal QW sustancialmente igual que en el sistema convencional, de manera que QW´ = QW, pudiéndose operar dicha bomba (13) por medio de un motor (15) y una turbina de Pelton (17) que tiene una entrada de turbina (17a) para recibir en el interior de la misma una salmuera que tiene un caudal QB y una salida (17b) de salmuera de turbina para la descarga de dicha salmuera desde la misma; teniendo dicho motor (15) una potencia PMOTOR de operación convencional a la cual se suele operar la bomba antes de que se mejore el rendimiento del sistema, y una potencia de operación máxima más elevada que la potencia de operación convencional PMAX; un dispositivo de membrana de ósmosis inversa (OI) (19) que tiene una entrada de AM OI (19a) para recibir en el interior del mismo dicho suministro de AM, una salida de permeado de OI (19b) para la descarga desde el mismo de un permeado que tiene un caudal de permeado QP, y una salida de salmuera de OI (19c) para la descarga de dicha salmuera desde el mismo, de manera que QW = QB + QP; una tubería hidráulica de bomba (12) para proporcionar comunicación fluida entre dicha salida de bomba (13b) y dicha entrada de AM de OI (19a) ; y una tubería hidráulica de turbina (14) para proporcionar comunicación fluida entre dicha salida de salmuera de OI (19c) y dicha entrada de salmuera de turbina (17a) ; comprendiendo además dicho sistema una adición de OI (19´) al dispositivo existente de membrana de OI (19) ; comprendiendo el método operar el motor (15) a una potencia PMOTOR´, en la que PMOTOR´ > PMOTOR; y que cumple la condición PMOTOR´ ≤ PMAX; calcular la potencia de la turbina como PTURBINA´ = PBOMBA´ - PMOTOR´; resultando el aumento de flujo del permeado QP de determinar el aumento de tamaño de la adición (19´) al dispositivo de OI (19) ; proporcionar un dispositivo de recuperación de energía (DRE) (25) que comprende una entrada de salmuera DRE (25a) , una salida de salmuera DRE (25b) , una entrada de AM DRE (25c) y una salida de AM DRE (25d) ; dividir el nuevo flujo de salmuera descargado desde dicha salida de salmuera de OI (19c) en un primer flujo de salmuera para ser recibido en dicha entrada de salmuera DRE (25a) y para que se descargue desde dicha salida de salmuera DRE (25b) , y un segundo flujo de salmuera para ser recibido en dicha entrada de salmuera de turbina (17a) y para que se descargue desde dicha salida de drenaje de turbina (17b) , teniendo dicho primer flujo de salmuera un primer caudal de salmuera QB1 y teniendo dicho segundo flujo de salmuera un segundo caudal de salmuera QB2 que es menor que dicho caudal de salmuera QB, en el que dicho flujo de salmuera a través de dicha turbina (17) se reduce en el sistema modificado con respecto al flujo de salmuera a través de la turbina en el sistema de OI convencional, de manera que QB2 < QB; aportar un suministro adicional de AM para ser recibido en dicha entrada de AM DRE (25c) y para que se descargue desde dicha salida de AM DRE (25d) , teniendo dicho suministro un caudal de suministro QADICIONAL sustancialmente igual a dicho primer caudal de salmuera QB1; proporcionar una bomba de refuerzo (27) que tiene una entrada de bomba de refuerzo (27a) para recibir en su interior dicho suministro adicional de AM desde dicha salida de AM DRE (25d) , y una salida de bomba de 45 refuerzo (27b) para la descarga desde la misma de dicho suministro de AM adicional; proporcionar una tubería hidráulica DRE (24) para comunicación fluida entre dicha tubería hidráulica de turbina (14) y dicha entrada de salmuera DRE (25a) ; proporcionar una primera tubería hidráulica de bomba de refuerzo (26) para comunicación fluida entre dicha salida de AM DRE (25d) y dicha entrada de bomba de refuerzo (27a) ; y proporcionar una segunda tubería hidráulica de bomba de refuerzo (28) para comunicación fluida entre dicha salida de bomba de refuerzo (27b) y dicha tubería hidráulica de bomba (12) .

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, que añade además a dicho dispositivo de OI nuevas membranas para el suministro a las mismas de AM que tiene un caudal al menos igual a QADICIONAL. 55

3. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, que además añade a dicho sistema un dispositivo de OI adicional para suministrar al mismo AM que tiene un caudal al menos igual a QADICIONAL.

4. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que además comprende producir un nuevo permeado descargado desde dicha salida de permeado de OI, teniendo dicho nuevo permeado un nuevo caudal de permeado QP´ al menos igual a dicho caudal de permeado QP.

5. Un sistema de recuperación de energía de OI (21) obtenido por medio de un método de acuerdo con una

cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, a partir de OI convencional para desalación de agua de mar (AM) (11) . 65

6. El sistema de ósmosis inversa (OI) (21) de la reivindicación 5, en el que el caudal de suministro QADICIONAL es sustancialmente igual al primer caudal de salmuera QB1.