Procedimiento de optimización energética en sistemas de evaporación y cristalización de sales.

Procedimiento de optimización energética en sistemas de evaporación y cristalización de sales,

que comprende utilizar una bomba de calor (1), que a su vez comprende un circuito cerrado formado por un compresor (3), un condensador (4), una válvula de expansión (5) y un evaporador (6) por el que circula un fluido refrigerante (2) con bajo punto de ebullición, donde, en su funcionamiento, el condensador (4) cede calor a un foco caliente (7) y el evaporador (6) absorbe calor de un foco frío (8), comprendiendo el procedimiento utilizar el foco caliente (7) en un sistema de evaporización/cristalización (9) de salmueras y el foco frío (8) en un sistema de refrigeración (10).

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Procedimiento de optimización energética en sistemas de evaporación y cristalización de sales 5

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene aplicación en la industria de procesos, y más concretamente en el ámbito de los procesos de evaporación y de cristalización, permitiendo conseguir una optimización energética de los procesos industriales de evaporación y cristalización de sales como sulfato sódico o cloruro sódico, entre otras, a partir del uso de corrientes líquidas, como puede ser agua de refrigeración y/o condensados generados, mediante la utilización del principio de bomba de calor, habitualmente conocido como ciclo Carnot.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad resultan habituales las aplicaciones que utilizan plantas o sistemas industriales de evaporación y cristalización para obtener productos de valor añadido, tratar corrientes residuales e incluso desalinizar aguas.

En los procesos de evaporación, se lleva a cabo un proceso físico que comprende un cambio de fase de una sustancia denominada disolvente, habitualmente agua, de un estado líquido a un estado gaseoso, para lo cual tiene que haber adquirido suficiente energía. El objeto de estos procesos es obtener una corriente liquida con una mayor concentración.

Análogamente, los procesos de cristalización comprenden un cambio de fase de una sustancia denominada soluto, habitualmente formada por sales inorgánicas y orgánicas, de un estado líquido a un estado sólido tras haber alcanzado los límites de su solubilidad mediante el sometimiento a un proceso de evaporación.

Un ejemplo de aplicación práctica de este tipo de procesos puede encontrarse en la solicitud internacional n.º WO-2012112359-A1, donde se describe una planta de desalinización que utiliza una bomba de calor y energía fotovoltaica, donde la energía para conseguir la evaporación de agua se consigue del calor aportado por la bomba de calor y la condensación por el enfriamiento del agua del foco frío. La energía eléctrica que es necesario aportar al ciclo se obtiene por un sistema fotovoltaico.

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Otro ejemplo puede encontrarse en la solicitud internacional n.º WO-2012032403-A1, donde se describe un método de evaporación y posible destilación de fluidos mediante la utilización de una bomba de calor. El proceso requiere realizar aportes adicionales de energía calorífica de diferente procedencia para que el foco caliente tenga el nivel suficiente de temperatura para conseguir la evaporación requerida.

En el caso del tratamiento de aguas residuales, en la solicitud de patente europea n.º EP-933331-A2 se describe un sistema en el que se realiza un proceso de evaporación, para lo cual el sistema comprende una bomba de calor por absorción.

A la vista de los ejemplos anteriores se pone de manifiesto que en los procesos de evaporación y cristalización se encuentran involucradas grandes cantidades de energía, dado que es necesario realizar cambios de estado de la materia, razón por la cual se considera necesario optimizar las energías implicadas en dichos procesos, con el objetivo de minimizar tanto el uso de fuentes externas de energía, en forma de vapor y electricidad, en los puntos demandantes de la misma, como las pérdidas energéticas originadas por la necesidad de dispersión de energía sobrante en otros puntos del sistema, como ocurre por ejemplo en las torres de refrigeración.

Con el objetivo de solucionar esta problemática, actualmente se conocen diferentes procesos que tienen como objeto común optimizar los recursos energéticos para realizar las evaporaciones y cristalizaciones requeridas, tratando así de reducir las necesidades energéticas de vapor y electricidad implicadas.

En este sentido, cabe mencionar los procesos que comprenden el uso de termo eyectores, que mediante el uso de vapor vivo a elevadas presiones, superiores a la presión atmosférica, reutilizan los vapores generados en el propio proceso de evaporación/cristalización, aumentando su presión para poder ser usado de nuevo como corriente de aporte energético o como medio de extracción de los vapores generados en el proceso (disipación de energías) .

Asimismo, también son conocidos los procesos que comprenden el uso de intercambiadores de calor de distintas clases, que en definitiva son dispositivos que permiten transferir energía desde un foco caliente a un foco frío.

En cualquier caso, en la actualidad sigue existiendo el problema de minimizar y optimizar los

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recursos energéticos en instalaciones industriales de evaporación y cristalización, como por ejemplo en plantas de sulfato sódico, cloruro sódico o en instalaciones de tratamiento de vertidos líquidos con descarga liquida cero, donde sigue existiendo la necesidad, en mayor o menor medida, de utilizar fuentes externas de aporte de energía así como disipar fuera del sistema las energías excedentarias que se producen en determinados puntos.

Por lo tanto, se tiene la necesidad de conseguir un aprovechamiento más eficiente de los flujos de energía involucrados en estos sistemas, considerando adicionalmente que la mayoría de las aplicaciones los usos energéticos se encuentran limitados por las condiciones ambientales y las diferencias de salto térmico necesarias para conseguir de manera continua un aprovechamiento eficaz de las fuentes energéticas. Esto supone que en muchas aplicaciones se tiene la necesidad de realizar un aporte continuo de vapor y/o electricidad como fuente de energía y la utilización de torres de refrigeración u otros tipos de sistemas de dispersión de energía al exterior, con consecuencias perjudiciales al medio ambiente además del coste adicional que ello conlleva.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento de optimización energética en sistemas de evaporación y cristalización de sales, que permite el doble objetivo de enfriar un agua de refrigeración y calentar una salmuera o efluente de proceso, consiguiendo de este modo optimizar los procesos industriales de evaporación y cristalización al conseguir el enfriamiento/calentamiento de dos fuentes que pueden no estar relacionadas, lo que minimiza la utilización de energía eléctrica adicional.

El procedimiento que la invención propone comprende utilizar una bomba de calor que comprende un circuito cerrado formado por un compresor, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador por el que circula un fluido refrigerante con bajo punto de ebullición. En su funcionamiento, el condensador cede calor a un foco caliente y el evaporador absorbe calor de un foco frío. El procedimiento comprende utilizar el foco caliente en un sistema de evaporización/cristalización de salmueras y el foco frío en un sistema de refrigeración.

Se contempla la posibilidad, de acuerdo con la invención, de que el procedimiento comprenda enfriar en el foco frío salmueras o efluentes líquidos que utilizan eyectores de vapor, mediante un proceso de condensación de vapores generados utilizando aguas P201430324

enfriadas en el evaporador de la bomba de calor.

Alternativamente se contempla la posibilidad de que el procedimiento comprenda enfriar en el foco frío salmueras o efluentes líquidos que utilizan eyectores de vapor, mediante un enfriamiento directo de aguas de refrigeración utilizadas en el proceso de condensación de vapores procedentes de la cristalización de salmueras o de un proceso de evaporación/concentración de efluentes.

Asimismo, se contempla la posibilidad de que el procedimiento comprenda calentar en el foco caliente salmueras o efluentes de un proceso de cristalización o concentración por evaporación.

Tal y como se explica en detalle más adelante en los ejemplos de aplicación del procedimiento de la invención, se contempla que las salmueras comprendan sulfato sódico o cloruro sódico.

Por lo tanto la presente invención se refiere a un procedimiento para optimizar energéticamente las instalaciones industriales de evaporación y cristalización, por ejemplo de sulfato sódico y cloruro sódico, mediante un mejor aprovechamiento y captación de energía en corrientes excedentarias de energía, para transferirlas a aquellas corrientes del proceso que son deficitarias de la misma, mediante la aplicación del principio de bomba de calor.

Por medio del procedimiento de la invención se produce una optimización energética debido a una transferencia de calor desde corrientes consideradas como foco frío; sobre las cuales el estado de la técnica de los procesos de evaporación/cristalización no actuaba más allá de contemplar sistemas adicionales...

1. Procedimiento de optimización energética en sistemas de evaporación y cristalización de sales, caracterizado por que comprende utilizar una bomba de calor (1) , que a su vez 5 comprende un circuito cerrado formado por un compresor (3) , un condensador (4) , una válvula de expansión (5) y un evaporador (6) por el que circula un fluido refrigerante (2) con bajo punto de ebullición, donde, en su funcionamiento, el condensador (4) cede calor a un foco caliente (7) y el evaporador (6) absorbe calor de un foco frío (8) , comprendiendo el procedimiento utilizar el foco caliente (7) en un sistema de evaporización/cristalización (9) de salmueras y el foco frío (8) en un sistema de refrigeración (10) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende enfriar en el foco frío (8) salmueras o efluentes líquidos que utilizan eyectores de vapor, mediante un proceso de condensación de vapores generados utilizando aguas enfriadas en el evaporador (6) de la bomba de calor (1) .

3. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende enfriar en el foco frío (8) salmueras o efluentes líquidos que utilizan eyectores de vapor, mediante un enfriamiento directo de aguas de refrigeración utilizadas en el proceso de condensación de vapores procedentes de la cristalización de salmueras o de un proceso de evaporación/concentración de efluentes.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende calentar en el foco caliente (7) salmueras o efluentes de un proceso de cristalización o 25 concentración por evaporación.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las salmueras comprenden sulfato sódico.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que las salmueras comprenden cloruro sódico.