Proceso de re-endurecimiento de agua y el sistema correspondiente.

Un proceso para la producción de agua re-endurecida que incluye:

a) una etapa de infusión en la cual al menos el CO2 se introduce en el agua para ser re endurecida, para producir una primera solución que contiene CO2 libre de una concentración C1;

b) una etapa de re-endurecimiento que incluye pasar dicha primera solución a través de un material de reendurecimiento para llevar a cabo un proceso de disolución que tiene un tiempo de contacto t durante el cual dicho material de re-endurecimiento se disuelve en dicha primera solución y tiene lugar una reacción química entre el material disuelto y una parte del CO2 que constituye el CO2 agresivo, para producir una segunda solución de agua que contiene al menos los productos en disolución, el CO2 agresivo de una concentración reducida durante la etapa de re-endurecimiento de alrededor de dicha C1 hasta C2a, y un CO2 de equilibrio de una concentración aumentada durante la etapa de re- endurecimiento desde aproximadamente cero hasta C2e;

c) una etapa de separación que incluye la separación de dicha segunda solución de un exceso de CO2 libre constituido por el CO2 agresivo de concentración C2a y el CO2 de equilibrio de concentración C2e y la remoción de este en forma de gas, para producir dicha agua re-endurecida

en donde la etapa (b) se lleva a cabo de modo que se cumple al menos una de las siguientes condiciones:

- C2a ≥ C2e y (C2a + C2e)< C1;

- C2 ≥ 0.25C1; en donde C2≥C2a+C2e

- t ≤ 15 mins el proceso comprende además una etapa de utilización en donde dicho CO2 gaseoso formado en la etapa (c) es usado en dicha etapa de infusión (a).

Proceso de re-endurecimiento de agua y el sistema correspondiente Campo de la invención

Esta invención se refiere a los procesos de re-endurecimiento líquido, en particular de re-endurecimiento de agua. Antecedentes de la invención

Del estado de la técnica se conocen procesos de re-endurecimiento de agua adaptados para la mejora de la calidad del agua mediante el aumento del nivel de pH de la misma y añadiendo a la misma sustancias específicas, tales como minerales (Ca, Mg, HCO3). Un proceso de re-endurecimiento conocido incluye pasar el agua a través de un filtro de disolución de piedra caliza (CaC3) en presencia de C2 libre disuelto en el agua. La piedra caliza no se disuelve fácilmente en agua y sólo una pequeña cantidad de CaC3 disuelto está presente en un volumen dado de agua en un momento dado. Mientras el agua pasa a través de la piedra caliza, la piedra caliza disuelta reacciona químicamente con el agua y el CO2 en una reacción representado por la siguiente ecuación:

(1) H2 + C2 + CaC3 < Ca(HC3)2

Al comienzo de la reacción anterior, cuando todo el calcio disuelto está en su forma de CaC3 ninguna (aunque sea una muy pequeña) cantidad de C2 es capaz de desencadenar la reacción, y la reacción se llevará a cabo hasta que se alcance un estado de equilibrio donde no mas CaC3 se transforme en Ca(HC3)2 y vise versa. Este estado se caracteriza por una cierta cantidad de C2 aún presente en la solución en forma libre, correspondiente a la cantidad de Ca(HC3)2ya producida por la reacción. Este C2 se conoce normalmente como C2 de equilibrio. Si la cantidad de C2 libre supera la cantidad de C2en equilibrio, la piedra caliza (CaC3) se transformara para convertirse en Ca(HC3)2,es decir, la reacción funcionará hada el lado derecho de la ecuación Este adicional C2 que es capaz de causar tal transformación se conoce normalmente como C2 agresivo.

Así, durante la reacción anterior, la cantidad del C2 agresivo tiende a disminuir mientras se produce HC3 de acuerdo con la ecuación anterior, mientras que la cantidad de C2 en equilibrio aumentará en consecuencia. Dado un tiempo ilimitado y una cantidad ilimitada de CaC3 para el proceso, esencialmente ningún C2 agresivo quedaría en el extremo del mismo, dejando sólo el C2 de equilibrio en una cantidad exactamente suficiente para equilibrar la cantidad de HC3 producido por la reacción, y prevenir que el Ca(HC3)2 se transforme de nuevo en CaC3. En la práctica, sin embargo, el tiempo para el proceso es limitado de manera que el exceso de C2 restante en el extremo de la misma, comprende el C2 de equilibrio y el resto del C2 agresivo.

También se apreciará que el proceso tiene una eficiencia, es decir la capacidad para transformar CaC3 hasta Ca(HC3)2, que cae en correspondencia a la disminución en la cantidad del C2 agresivo. Por lo tanto, la eficiencia del proceso de disolución disminuye en proporción directa al tiempo de contacto entre el agua con el C2 agresivo y la piedra caliza.

En los procesos de re-endurecimiento industriales conocidos, en su extremo, el exceso de C2 (en forma agresiva y de equilibrio) se retira del agua por un proceso adicional, que generalmente incluye la introducción de soda, por ejemplo, NaOH, para producir Na(HC3). Sin embargo, debido a lo costoso del NaOH requerido para disponer del exceso de C2, por lo general es deseable llevar a cabo el proceso de disolución de una manera tal que se eviten altos niveles de exceso de C2. Para este propósito, el tiempo de contacto entre el agua y la piedra caliza se incrementa tanto como sea económicamente razonable, para disminuir el nivel de exceso de C2 libre para ser eliminado al final del proceso, donde este exceso de C2 comprende una cantidad menor de C2 agresivo y una cantidad importante de C2 de equilibrio.

El tiempo de contacto es generalmente determinado por el volumen de piedra caliza, por la velocidad de flujo de agua con el C2 libre o el ácido. En la práctica, con el fin de producir grandes cantidades de agua tratada que requieren grandes cantidades de C2, evitando al mismo tiempo altos niveles de exceso de C2, es común aumentar el tiempo de contacto correspondientemente incrementando la cantidad de piedra caliza de acuerdo con las mayores cantidades de C2.

Por lo tanto, se suele buscar un compromiso en el proceso anteriormente descrito, el cual proporcionará un óptimo entre el costo de NaOH y el tamaño de las columnas (tiempo de contacto) de re-endurecimiento (piedra caliza) como se demuestra en las Figs. 1A a 1C de los dibujos. Con referencia a la línea D en estas figuras, la cantidad de exceso general de C2 a ser removido (designado B1) con respecto a la cantidad inicial (designado Ai) se minimiza por el aumento del tiempo de

contacto. Esto permite la reducción de los costes de NaOH, sin embargo conlleva un aumento inadvertido en el coste de la columna.

Resumen de la invención

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un proceso para la producción de agua re-endurecida, que incluye:

a) una etapa de infusión en la cual al menos el C2se introduce en el agua para ser re-endurecida para producir una primera solución que contiene C2 libre de una concentración Ci;

b) una etapa de re-endurecimiento que incluye pasar dicha primera solución a través de un material de reendurecimiento para realizar un proceso de disolución que tiene un tiempo de contacto t durante el cual en la que se disuelve dicho material de re-endurecimiento en dicha primera solución y se lleva a cabo una reacción química entre el material re-endurecedor disuelto y una parte de C2 que constituye el C2 agresivo, para producir una segunda solución de agua que contiene al menos los productos en disolución, el C2 agresivo de concentración reducida durante la etapa de re-endurecimiento a partir de la cual dicha aproximadamente Ci hasta C2a, y C2de equilibrio de una concentración incrementada durante la etapa de re-endurecimiento desde aproximadamente cero hasta C2e, en donde al menos se satisfacen una de las siguientes condiciones:

C2a c2e y (C2a + C2e) < Ci;

C2 2.25 Ci; t s 15 mln; y

c) una etapa de separación que incluye la separación de dicha solución de un exceso de C2 libre constituido por el C2 agresivo de concentración C2a y del C2 de equilibrio de concentración C2e, y remoción de este en forma de gas, para producir dicha agua re-endurecida, el proceso además comprende una etapa de utilización en donde dicho C2 en gas formado en la etapa (c) es usado en dicha etapa de infusión (a).

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención se proporciona un aparato para la producción de agua re-endurecida, y para desempeñar el proceso anterior, y el aparato comprende:

(a) un absorbedor de dióxido de carbono en comunicación fluida con una primera entrada para recibir el agua permeada, una segunda entrada para recibir el dióxido de carbono y una tercera entrada para recibir el dióxido de carbono del desorbedor, un absorbedor que tiene una salida para la remoción de una primera solución que contiene C2 libre a una concentración Ci¡

(b) al menos una columna de re-endurecimiento que comprende un cuerpo de columna que contiene un material de reendurecimiento adaptado para participar en el proceso de disolución con la primera solución, el cuerpo de columna tiene una entrada adaptada para recibir la primera solución desde el absorbedor y una salida adaptada para remover la segunda solución que contiene los productos de disolución y conteniendo C2 libre a una concentración C2 menor que

Ci;

(c) Un desorbedor que contiene una entrada para recibir una segunda solución y separar de esta el exceso de C2 libre en forma de gas en la primera salida y proporcionando el agua re-endurecida en una segunda salida para su remoción; el aparato además comprende:

(d) Una línea de reciclado (R1) de C2 para pasar el exceso de C2libre desde la primera salida del desorbedor hasta la tercera entrada del absorbedor.

El hecho de que el proceso de disolución se realiza durante un tiempo de contacto relativamente corto asegura que la eficiencia del proceso de disolución sea relativamente alta, aunque esto es a costa de una cantidad relativamente grande de C2 libre que queda en la segunda solución.

Sin embargo, debido al hecho de que el exceso de C2 libre en forma de gas se puede remover de dicha segunda solución de manera eficiente a un costo extremado, por ejemplo, usando un desgasificador, una cantidad relativamente grande de exceso de C2 el cual se obtiene como una consecuencia directa del tiempo de contacto acortado, no es de interés. Por lo tanto, la concentración C2 = (C2a C2e) de exceso de C2 libre dentro de la segunda solución después de pasar a través... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la producción de agua re-endurecida que incluye:

a) una etapa de infusión en la cual al menos el C2se introduce en el agua para ser re endurecida, para producir una primera solución que contiene C2 libre de una concentración Ci¡

b) una etapa de re-endurecimiento que incluye pasar dicha primera solución a través de un material de reendurecimiento para llevar a cabo un proceso de disolución que tiene un tiempo de contacto t durante el cual dicho material de re-endurecimiento se disuelve en dicha primera solución y tiene lugar una reacción química entre el material disuelto y una parte del C2 que constituye el C2 agresivo, para producir una segunda solución de agua que contiene al menos los productos en disolución, el C2 agresivo de una concentración reducida durante la etapa de re-endurecimiento de alrededor de dicha Ci hasta C2a, y un C2 de equilibrio de una concentración aumentada durante la etapa de re- endurecimiento desde aproximadamente cero hasta C2e;

c) una etapa de separación que incluye la separación de dicha segunda solución de un exceso de C2 libre constituido por el C2 agresivo de concentración C2a y el C2 de equilibrio de concentración C2e y la remoción de este en forma de gas, para producir dicha agua re-endurecida

en donde la etapa (b) se lleva a cabo de modo que se cumple al menos una de las siguientes condiciones:

- C2a £ C2e y (C2a + C2e) < Ci;

- C2 s.25Ci; en donde C2=C2a+C2e -1 s 15 mins

el proceso comprende además una etapa de utilización en donde dicho C2 gaseoso formado en la etapa (c) es usado en dicha etapa de infusión (a).

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho exceso de C2 libre se remueve en forma de gas usando un desgasificador.

3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde al menos uno de los siguientes se lleva a cabo durante la etapa (a):

- el C2se proporciona en dicha agua para ser re-endurecida desde un tanque de almacenamiento de C2; y

- el C2 se obtiene como resultado de una reacción química que ocurre durante una etapa de re-endurecimiento precedente, en un proceso continuo de producción de agua re-endurecida.

4. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en donde dicho proceso comprende al menos uno de los siguientes:

- introducción de ácido sulfúrico(H2S4en el agua para ser re-endurecida para causar las siguientes reacciones químicas:

H2S4 + 2CaC3 > CaS4 + Ca(HC3)2 H2S4 + Ca(HC3)2 - C2 + CaS4+ 4H2; e

- introducción de ácido dórico (HCI) en el agua para ser re-endurecida

5. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la etapa de utilización incluye la remoción de cualquier sedimento de dicho material de re-endurecimiento si se ha creado durante dicha etapa de separación.

6. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho proceso está adaptado para alternar entre al menos dos modos de funcionamiento durante el cual el flujo de agua a ser re- endurecida se cambia de tal manera que una fase que funciona como la fase de infusión en un modo de operación opera como la fase de separación en el otro modo de operación y vice versa

7. Un aparato (1) para la producción de agua re-endurecida para llevar a cabo el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes; el aparato comprende:

(a) un absorbedor de dióxido de carbono (1) en comunicación fluida con una primera entrada (14) para recibir el agua de permeado, una segunda entrada (16a) para recibir el dióxido de carbono y una tercera entrada (16b) para recibir el dióxido de carbono del desorbedor (3), el absorbedor tiene una salida (18) para la remoción de la primera solución que contiene C2 libre a una concentración Ci;

(b) al menos una columna de re-endurecimiento (2) que comprende un cuerpo de columna (22) que contiene un material de re-endurecimiento (24) adaptado para participar en el proceso de disolución con la primera solución, el cuerpo de columna tiene una entrada (26) adaptada para recibir la primera solución del absorbedor (1) y una salida (28) adaptada para la remoción de la segunda solución que contiene los productos de disolución y contiene C2 libre a una concentración C2 menor que Ci;

(c) un desorbedor (3) que tiene una entrada (34) para recibir la segunda solución (2,28) y separarla de este, una primera salida 36(b) para remover el exceso de C2 libre en forma de gas y proporcionando por tanto agua re-endurecida a una segunda salida (36a) para su remoción; el aparato además comprende:

(d) una línea de reciclado de C2 (R1) para pasar el exceso de C2 libre desde la primera salida (36b) del desorbedor (3) hacia la tercera entrada(16b) del absorbedor (1).

8. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 7, en donde dicho material de re-endurecimiento (24) es al menos uno de los siguientes:

- caliza (CaC3); y

- dolomita CaMg(CC>3)2.

9. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 7, en donde dicho desorbedor (3) es un área de transferencia de masa opcionalmente constituida por anillos corredizos (15) contenidos dentro de una carcasa (32).

1. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 7 o 9, en donde el funcionamiento de dicho absorbedor se basa en al menos uno de los siguiente:

- vacío; y

- circulación de aire u otro gas el cual tiene una baja solubilidad en agua.

11. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 1, en donde dicho aparato comprende además una disposición de línea de tubería (PN) que comprende:

una primera línea de alimentación conectada a dicho absorbedor (1) adaptada para proporcionar agua a la misma, y una segunda línea de alimentación conectada a dicho absorbedor adaptada para proporcionar C2 al mismo; estas líneas se pueden combinar en una línea común;

una primera línea de suministros que conecta a dicho absorbedor (1) con dicha columna de re-endurecimiento (2) y adaptada para suministrar dicha primera solución a la misma, y una segunda línea de alimentación que conecta dicha columna de re-endurecimiento con dicho 'desorbedor' (3) y adaptada para suministrar dicha segunda solución al mismo;

una línea de producto conectada a dicho desorbedor adaptado para remoción del agua re-endurecida del mismo

y

una bomba (38) asociada a dicha línea de reciclaje (R1) adyacente al absorbedor, adaptada para transferir dicho C2 libre a través de dicha línea de reciclaje a dicho absorbedor.

12. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en donde dicho aparato comprende además una disposición de alternancia adaptada para permitir la alternancia entre el absorbedor (1) y 'desorbedor' (3) por el cambio de la trayectoria de flujo del agua para ser re-endurecida.