Separación de amonio/amoníaco de una corriente.

Un método de separación de amonio, que comprende:

separar un catión multivalente de una corriente que comprende amonio para formar una corriente tratada;



convertir el amonio en amoniaco en la corriente tratada aumentando el pH de la corriente; y

separar el amoníaco de la corriente tratada para formar una corriente separada y amoníaco y gaseoso,en donde la etapa de separar el amoníaco de la corriente tratada comprende introducir la corriente en unatorre de separación instantánea asistida por vacío, en que la corriente se hace circular mediante una bomba através de una boquilla de atomización.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2006/029721.

Solicitante: ThermoEnergy Corporation.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 10 NEW BOND STREET WORCESTER, MA 01606 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: KEMP,PHILIP MASON, SIMON,MARK MATTHEW, BROWN,STEPHEN HOWARD.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01D53/58 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B;   aparato de vórtice   B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › B01D 53/00 Separación de gases o de vapores; Recuperación de vapores de disolventes volátiles en los gases; Depuración química o biólogica de gases residuales, p. ej. gases de escape de los motores de combustión, humos, vapores, gases de combustión o aerosoles (recuperación de disolventes volátiles por condensación B01D 5/00; sublimación B01D 7/00; colectores refrigerados, deflectores refrigerados B01D 8/00; separación de gases difícilmente condensables o del aire por licuefacción F25J 3/00). › Amoniaco.
  • C02F1/20 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C02 TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS.C02F TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS (procedimientos para transformar las sustancias químicas nocivas en inocuas o menos perjudiciales, efectuando un cambio químico en las sustancias A62D 3/00; separación, tanques de sedimentación o dispositivos de filtro  B01D; disposiciones relativas a las instalaciones para el tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla en los buques, p. ej. para producir agua dulce, B63J; adición al agua de sustancias para impedir la corrosión C23F; tratamiento de líquidos contaminados por radiactividad G21F 9/04). › C02F 1/00 Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla (C02F 3/00 - C02F 9/00 tienen prioridad). › por desgasificación, es decir, por liberación de los gases disueltos.
  • C02F1/42 C02F 1/00 […] › por intercambio de iones.
  • C02F101/16 C02F […] › C02F 101/00 Naturaleza del contaminante. › Compuestos nitrogenados, p. ej. amoníaco.
  • C02F9/04 C02F […] › C02F 9/00 Tratamiento en varias etapas del agua, agua residual o de alcantarilla. › siendo por lo menos una de las etapas un tratamiento químico.
  • C02F9/08 C02F 9/00 […] › siendo por lo menos una de las etapas un tratamiento físico.

PDF original: ES-2444870_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Separación de amonio/amoníaco de una corriente ANTECEDENTES

Esta descripción se refiere generalmente a un proceso de separación/recuperación de amonio/amoníaco y, en especial, se refiere a la separación/recuperación de amonio/amoníaco con supresión de la formación de estruvita y/o supresión de la precipitación de sales escasamente solubles.

El agua residual y/o agua del proceso contiene a menudo grandes cantidades de amonio (NH4) que no puede ser liberado al medio ambiente. El aumento del pH para formar amoniaco gaseoso (NH3) puede dar como resultado la precipitación de estruvita y/o la precipitación de otras sales escasamente solubles. La estruvita es, esencialmente, magnesio soluble que se combina con amoniaco y fosfato para formar fosfato de amonio y magnesio (MgNH4PO4·6H2O) , una forma común de estruvita. La estruvita es un sólido duro y tenaz que forma escamas adhiriéndose a las superficies de las tuberías y válvulas, formando depósitos de productos de corrosión. La estruvita es extremadamente difícil de eliminar de las superficies del equipo tales como empalmes, tuberías y válvulas. Generalmente, se encuentra en tuberías de aguas residuales y en procesos aguas abajo después de un tratamiento biológico. Los depósitos tienden a formarse en tuberías en donde las aguas residuales se estancan entre flujos intermitentes, pero también en zonas en donde existe un flujo turbulento, cambio de presión o en los casos en que puedan producirse cavitaciones. La deposición de estruvita se produce, con la mayor frecuencia, en tuberías, codos de tuberías, válvulas, rebosaderos de centrífugas, bombas, etc.

La deposición de estruvita se está convirtiendo en un problema de creciente difusión para un gran número de plantas de tratamiento de aguas residuales. En casos extremos, la estruvita puede reducir el rendimiento de una manera tan significativa que haya de paralizarse el funcionamiento de la planta con el fin de que sea limpiado el conjunto de tuberías bloqueado y otros equipos.

Se han realizado diversas propuestas con el fin de resolver este problema, muchas de ellas con un cierto grado de éxito, pero ninguna ha superado con éxito este problema por completo. Por ejemplo, ha habido sugerencias para evitar la formación de estruvita separando químicamente amoníaco y fosfato mediante la adición de magnesio para elevar el pH. Otra propuesta ha sido añadir sales férricas y polímero aniónico. Sin embargo, la adición de cantidades grandes de este tipo de sal férrica podría tener un efecto perjudicial sobre el equipo de la planta.

Además de la formación de estruvita a pH elevado, sales escasamente solubles pueden precipitar con un cambio del pH. Un cierto número de sales escasamente solubles precipitará y provocará la obstrucción y el fallo del equipo del proceso. Sales escasamente solubles de CaSO4, BaSO4, SrSO4 y Mg (OH) 2 son algunos ejemplos de sales que tienen una baja solubilidad y que pueden precipitar.

Debido a los efectos de la liberación de grandes cantidades de nitrógeno en una corriente de aguas residuales limpia, rigurosos requisitos del efluente dictaminan una baja liberación de amoníaco/amonio, a menudo una liberación total de nitrógeno menor que 100 miligramos por litro (mg/L) , requiriéndose a veces una cantidad tan pequeña como menos de 3 mg/L por parte de las Autoridades reguladoras. Por lo tanto, continúa existiendo la necesidad de procesos de separación de amonio/amoníaco que eviten la formación de estruvita y/o la precipitación de sales escasamente solubles.

El documento WO 2004/035479 A describe un método y una planta para la separación de amonio a partir de una corriente líquida, que comprende las siguientes etapas secuenciales: a) una etapa para la separación de cationes multivalentes por medio de intercambiadores de iones; b) una etapa para la conversión de amonio en amoníaco aumentando el pH; c) una etapa para separar gas amoníaco de la corriente de líquido.

BREVE SUMARIO

En esta memoria se describen métodos y sistemas para la separación de amonio a partir de una corriente.

En una realización, un método de separación de amonio puede comprender: separar un catión multivalente de una corriente que comprende amonio para formar una corriente tratada; convertir el amonio en la corriente en

amoníaco aumentando el pH de la corriente; y separar el amoníaco de la corriente tratada para formar una corriente separada y amoníaco y gaseoso, en donde la etapa de separar el amoníaco de la corriente tratada comprende introducir la corriente en una torre de separación instantánea asistida por vacío, en que la corriente se hace circular mediante una bomba a través de una boquilla de atomización.

En otra realización, un método de separación de amonio puede comprender: separar un catión multivalente de una corriente que comprende amonio para formar una corriente tratada que comprende un total menor que o igual a aproximadamente 50 ppm en peso de cationes multivalentes; aumentar el pH de la corriente hasta un pH de conversión; convertir el amonio en amoniaco; y separar el amoníaco de la corriente tratada para formar una corriente separada y amoníaco y gaseoso, en donde la etapa de separar el amoníaco de la corriente tratada comprende introducir la corriente en una torre de separación instantánea asistida por vacío, en que la corriente se hace circular mediante una bomba a través de una boquilla de atomización.

Todavía en otra realización de acuerdo con la reivindicación 1, un método de separación de amonio puede comprender: separar sólidos de una corriente que comprende amonio; poner en contacto la corriente con un depurador de metales de intercambio de iones para separar de la corriente un catión multivalente para formar una corriente tratada; aumentar el pH de la corriente tratada a más que o igual a aproximadamente 9, 0; convertir el amonio en amoníaco; separar por arrastre el amoníaco de la corriente tratada para formar una corriente separada y una corriente de amoníaco; y reducir el pH de la corriente de amoníaco.

En una realización, un sistema de separación de amonio puede comprender: un tanque de separación de sólidos; un separador de cationes multivalente dispuesto aguas abajo del tanque de separación de sólidos y capaz de separar un catión multivalente de una corriente para formar una corriente tratada; una fuente base capaz de aumentar suficientemente el pH de la corriente tratada para convertir en amoníaco más que o igual a aproximadamente 50% en peso de amonio en la corriente; un tanque de separación de amoníaco, capaz de separar el amoníaco de la corriente tratada; y un dispositivo de recuperación de amoníaco, en donde el tanque de separación de amoníaco es una torre de separación instantánea asistida por vacío que utiliza una bomba para hacer circular la corriente a través de una boquilla de atomización.

Las características antes descritas y otras se ilustran mediante la siguiente descripción detallada.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Se describe en esta memoria un procedimiento para separar nitrógeno (p. ej., amonio y/o amoníaco) de una corriente al tiempo que se inhibe la formación de estruvita o la precipitación de sales escasamente solubles. El método comprende separar cationes multivalentes (p. ej. cationes multivalentes) de la corriente de líquido antes de aumentar el pH de la corriente con el fin de formar amoníaco gaseoso (NH3) , el cual es separado de la corriente, y luego, opcionalmente, convertirlo de nuevo en amonio (NH4) , al tiempo que, opcionalmente, la corriente puede ser procesada adicionalmente.

La corriente, por ejemplo, puede ser una corriente de agua residual (p. ej., municipal y/o industrial) , una corriente del proceso, o similar, que puede ser tratada y liberada al medio ambiente y/o utilizada p. ej., en una caldera, una torre de refrigeración y similar. Dependiendo de la corriente y de su contenido, puede ser deseable la separación de sólidos en suspensión iniciales. Esta reducción en sólidos iniciales se puede conseguir, opcionalmente, a través de flotación por aire disuelto (DAF – siglas en inglés) y/u otro proceso. No estando ligados por la teoría, la DAF es un proceso para la separación de material en suspensión a partir de una suspensión acuosa, en donde el término “flotación” indica algo que flota sobre o en la superficie de un líquido. La DAF utiliza burbujas de aire que quedan fijadas al material suspendido a separar. La atracción entre las burbujas de aire y las partículas, que resulta de diferencias de energía libre estándar, que son una función de las características de la superficie de las partículas y las microburbujas, o el atrapamiento físico... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método de separación de amonio, que comprende: separar un catión multivalente de una corriente que comprende amonio para formar una corriente tratada;

convertir el amonio en amoniaco en la corriente tratada aumentando el pH de la corriente; y separar el amoníaco de la corriente tratada para formar una corriente separada y amoníaco y gaseoso, en donde la etapa de separar el amoníaco de la corriente tratada comprende introducir la corriente en una torre de separación instantánea asistida por vacío, en que la corriente se hace circular mediante una bomba a través de una boquilla de atomización.

1.

2. El método de la reivindicación 1, que comprende, además, reducir el pH del amoníaco a un pH menor que o igual a aproximadamente 5.

3. El método de la reivindicación 1, que comprende, además, separar sólidos de la corriente acuosa antes de la 15 separación de los cationes multivalentes.

4. El método de la reivindicación 1, en el que el catión multivalente comprende un ion de un metal seleccionado del grupo que consiste en Ca, Ba, Sr, Fe, Mg, Mn, un metal de transición y combinaciones que comprenden al menos uno de los metales anteriores.

2.

5. El método de la reivindicación 1, en el que el metal se selecciona del grupo que consiste en Ca, Mg, y combinaciones que comprenden al menos uno de los metales anteriores.

6. El método de la reivindicación 1, en el que la separación de un catión multivalente comprende, además, poner 25 en contacto la corriente con un depurador de metales de intercambio de iones.

7. El método de la reivindicación 1, en el que más de o igual a aproximadamente 50% en peso del amonio en la corriente se convierte en amoníaco.

8. El método de la reivindicación 7, en el que más de o igual a aproximadamente 90% en peso del amonio en la corriente se convierte en amoníaco.

9. El método de la reivindicación 1, en el que cada uno de los cationes multivalentes en la corriente se separa a un nivel menor que o igual a 25 ppm en peso.

3.

10. El método de la reivindicación 9, en el que cada uno de los cationes multivalentes en la corriente se separa a un nivel menor que o igual a 3 ppm en peso.

11. El método de la reivindicación 1, en el que la conversión se produce sin la formación de estruvita.

4.

12. El método de la reivindicación 1, en el que iones de Mg en la corriente se separan a un nivel menor que o igual a 1 ppm en peso.

13. El método de la reivindicación 1, que comprende, además, hacer reaccionar el amoníaco gaseoso con ácido 45 sulfúrico para formar sulfato de amonio.

14. El método de la reivindicación 10, en el que el pH se aumenta sin la precipitación de una sal escasamente soluble.

5.

15. El método de la reivindicación 1, que comprende, además: separar sólidos de una corriente de que comprende amonio; poner en contacto la corriente con un depurador de metales de intercambio de iones para separar un catión multivalente de la corriente para formar una corriente tratada; y

reducir el pH de la corriente de amonio; en el que el aumento del pH de la corriente tratada comprende aumentar el pH a más de o igual a 9.

16. El método de la reivindicación 15, en el que el depurador de metales de intercambio de iones comprende una

resina quelante iminodiacetato-funcional.

17. Un sistema de separación de amonio, que comprende: un tanque de separación de sólidos;

un separador de cationes multivalente dispuesto aguas abajo del tanque de separación de sólidos y capaz de separar un catión multivalente de una corriente para formar una corriente tratada; una fuente base capaz de aumentar suficientemente el pH de la corriente tratada para convertir en amoníaco más de o igual a aproximadamente 50% en peso de amonio en la corriente; un tanque de separación de amoníaco, capaz de separar el amoníaco de la corriente tratada; y

un dispositivo de recuperación de amoníaco, en donde el tanque de separación de amoníaco es una torre de separación instantánea asistida por vacío que utiliza una bomba para hacer circular la corriente a través de una boquilla de atomización.

18. El sistema de la reivindicación 17, en el que el separador de cationes multivalentes se selecciona del grupo que consiste en un depurador de metales de intercambio de iones, clarificador de la precipitación, microfiltro, ablandador del agua, intercambio de cationes ácidos, flotación por aire, ablandador de cal y una combinación que comprende al menos uno de los separadores de cationes multivalentes anteriores.

19. El sistema de la reivindicación 17, que comprende:

un depurador de metales de intercambio de iones dispuesto aguas abajo del tanque de separación de sólidos y capaz de separar un catión multivalente de una corriente para formar una corriente tratada; y un venturi dispuesto en comunicación de fluido con la torre de separación y en comunicación de fluido con una fuente de ácido sulfúrico, en donde la fuente base es capaz de aumentar suficientemente el pH de la corriente tratada para convertir

más de o igual a aproximadamente el 80% de amonio en la corriente en amoníaco.


 

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